Historicamente, a medição dimensional e a análise geométrica têm sido realizadas com dispositivos de medição baseados em contato. Atualmente, no entanto, há vários setores que dependem da medição sem contato. Esses requisitos podem se originar de uma série de aplicações. Sensibilidade a objetos, medição de alta precisão e automação são alguns exemplos desses avanços. Neste artigo, analisaremos os aspectos fundamentais da medição sem contato. Também nos aprofundaremos em seus detalhes e discutiremos soluções de medição sem contato para empresas.
Medição sem contato
Como se pode supor pelo próprio termo, medição sem contato significa medir um objeto sem contato físico. Ao longo dos anos, desenvolvemos técnicas diferenciadas para conseguir isso. Cada técnica analisa a geometria do objeto à distância. Não apenas isso, mas também se estende às propriedades físicas. Com o passar dos anos, algumas técnicas de medição sem contato se tornaram básicas. Há sistemas de visão, ópticos e ultrassônicos baseados em laser. O que há de tão especial na metrologia sem contato? Ela oferece alta precisão - com repetibilidade observacional. A precisão dos sistemas sem contato pode chegar a nanômetros!
Princípios de medição sem contato
A metrologia sem contato utiliza ferramentas para obter os dados dimensionais de um objeto. Os dados são adquiridos sem contato físico. Ela utiliza tecnologias que escaneiam um objeto à distância usando sensores. A forma mais simples de medição sem contato são os dispositivos de medição óptica. Eles recriam modelos de objetos por meio de técnicas de imagem. Outras formas de tecnologias sem contato são os sistemas baseados em laser e ondas ultrassônicas. Clique aqui para ver a diferença entre medições sem contato e com contato.
Qual é a diferença em relação à medição de contato?
As ferramentas metrológicas baseadas em contato precisam envolver fisicamente um objeto para medi-lo. Isso pode ocorrer na forma de apalpadores por toque, sinais elétricos ou grampos de instrumentos. Isso cria uma limitação inerente ao tipo de objeto que elas podem medir. E se a peça de trabalho for muito pequena, como uma placa de circuito impresso? E se ela for facilmente deformável, como um implante cirúrgico? A medição sem contato elimina essa limitação por meio da varredura do objeto à distância. Ela permite maior flexibilidade, variedade e simplicidade de medição. Ao reduzir os requisitos operacionais humanos, ela aumenta a confiabilidade das medições.
Tipos de tecnologias de medição sem contato
Sistemas baseados em laser
Os scanners a laser são a verdadeira vanguarda da metrologia moderna. O princípio fundamental por trás da medição a laser é, na verdade, bastante simples. A medição de distância é feita por meio do tempo de voo. O que isso significa? Essencialmente, os sistemas a laser obtêm a distância pelo tempo que o feixe leva para percorrer. O que é o caminho de deslocamento, você pode se perguntar? Do sensor até o alvo e vice-versa. A triangulação a laser é uma técnica metrológica avançada. Ela implanta vários sensores (câmeras) na área do palco. Colocadas em ângulos específicos, as câmeras capturam a luz refletida. Isso lhes diz o que precisam saber sobre a dimensionalidade do objeto.
Sistemas ópticos
A medição óptica sem contato envolve a geração de imagens. Fotografamos o alvo e analisamos as dimensões a partir da imagem. A fotogrametria é uma técnica popular nos últimos tempos. O objeto é fotografado em vários ângulos e as imagens são analisadas. Ela fornece uma reconstrução abrangente de suas características. Talvez você ouça falar com frequência em interferometria de luz branca; essa é outra técnica óptica! Ela emite luz branca de vários pontos do objeto. Qual é o resultado disso? Um padrão de interferência. Acontece que isso pode fornecer muitas informações sobre o objeto. As propriedades do material, a topografia e as dimensões podem ser avaliadas com essa técnica simples.
Sistemas ultrassônicos e baseados em radar
O ultrassom e o radar dependem de uma coisa: ondas sonoras. Esses sistemas utilizam som de alta frequência para investigar materiais. Seu princípio de funcionamento é, na verdade, muito semelhante ao dos lasers. Eles também contam o tempo necessário para que a onda sonora retorne. Os sensores ultrassônicos têm uma imensa área de cobertura e versatilidade. Entretanto, eles podem ser menos precisos em determinadas condições. Como bônus, eles podem operar em meios líquidos e sólidos. No entanto, não podem operar no vácuo. A medição baseada em som detecta facilmente falhas em tubulações, tanques ou chapas metálicas.
Importância da medição sem contato
Alta precisão e exatidão
Os dispositivos de medição baseados em contato podem interferir na peça de trabalho. Eles podem afetar sua dinâmica e suas características físicas. Em um setor crítico, isso não é aceitável. E se você medir produtos discretos e em miniatura, como eletrônicos e medicamentos? As soluções de medição sem contato preservam a integridade do objeto. E mais: elas fazem isso com precisão e exatidão brilhantes. A obstrução da superfície de um objeto é mínima. Elas podem reproduzir perfis de superfície em questão de segundos. Muito bom, não é?
Não destrutivo e seguro para objetos delicados
Não há dúvida de que os operadores humanos têm sido inestimáveis para o setor de manufatura. No entanto, quando se lida com objetos delicados, isso se torna complicado. Em primeiro lugar, a inspeção humana consome muito tempo. Em segundo lugar, os salários dos trabalhadores são caros. É de se admirar que a medição sem contato seja inestimável para as indústrias? Algo tão delicado como um implante médico é inspecionado em segundos! Essas peças de trabalho exigem esforço e tempo para serem processadas tradicionalmente. Com os scanners ópticos, você pode economizar suas despesas e, ao mesmo tempo, aumentar a produtividade. Há vários outros exemplos de peças de trabalho que exigem uma abordagem de medição sem contato. Ele pode examinar facilmente metal fundido, componentes automotivos quentes ou materiais radioativos.
Velocidade e eficiência na coleta de dados
A automação industrial é um dos desenvolvimentos significativos do século XXI. A inspeção baseada em máquinas substituiu várias tarefas trabalhosas. A primeira a sair de moda foi a inspeção manual. Isso se deve, em grande parte, à metrologia sem contato. Esses sistemas são especializados na coleta de enormes blocos de dados em curtos períodos de tempo. Muitas vezes, eles são capazes de fornecer monitoramento em tempo real. Isso é indispensável para o controle de qualidade e a tomada de decisões autônomas. Eles coletam grandes quantidades de dados. É a base ideal para refinar a fabricação e aprimorar os métodos de negócios.
Versatilidade em materiais e superfícies
As indústrias empregam diversos materiais em seu processo de fabricação. A metrologia convencional às vezes é inadequada para acompanhar essa dinâmica. Os dispositivos de medição sem contato são indispensáveis para materiais e superfícies. Alguns exemplos são os materiais orgânicos, cerâmicos, metálicos ou compostos. Os dispositivos sem contato inspecionam todos eles com facilidade.
Dispositivos de medição sem contato
Máquina de medição visual (VMM)
As máquinas de medição visual são dispositivos ópticos versáteis. Elas utilizam técnicas de imagem para analisar propriedades. Os principais componentes das VMMs são sensores ópticos (câmeras CMOS ou CCD). Além disso, possuem lentes de zoom óptico e software de medição. Os VMMs precisam de iluminação adequada para funcionar corretamente. Elas reconstroem a peça de trabalho em 3D. Extrapolando sua imagem de vários ângulos, constroem um modelo CAD. Os VMMs fazem com que os pipelines de fabricação funcionem de forma autônoma. Os aplicativos mais difundidos incluem a leitura de códigos de barras. Ela está presente no varejo e nas cadeias de suprimentos. A eletrônica, a fabricação de componentes médicos e a inspeção de qualidade também são aplicações críticas.
Máquina de medição por coordenadas (CMM)
Tradicionalmente, as CMMs são dispositivos de medição baseados em contato. No entanto, as CMMs modernas vêm com sondas ópticas ou baseadas em laser. Esses acessórios têm suporte de software adequado. Com essas ferramentas, as CMMs realizam medições sem contato. Elas ainda executam as funções tradicionais. As CMMs ópticas elevaram os recursos do setor. Os usuários de CMMs agora podem ampliar seu arsenal de medições com algumas modificações.
Scanners 3D
Os scanners 3D extraem os recursos essenciais de um objeto, convertendo-o em um modelo 3D. Graças à geração de imagens em vários ângulos. Depois que um scanner 3D adquire atributos, ele os compara com as especificações do projeto. Por meio desse processo, os scanners 3D validam os processos de fabricação. Eles são essenciais para identificar pequenos desvios e defeitos. Os scanners 3D ajudam os dispositivos industriais a realizar verificações de aprovação/reprovação. Eles permitem a engenharia reversa do produto e a validação do projeto.
Sensores de triangulação a laser
Nos dispositivos de triangulação a laser, um emissor lança o feixe de laser sobre o objeto em vários ângulos. O feixe refletido é medido em ângulos por uma câmera CMOS. O processo obtém um relatório abrangente da superfície. Ele inclui distâncias, dimensões, perfis e informações sobre o material. A triangulação a laser é uma tecnologia versátil. Ela está presente em estações de controle de qualidade, linhas de montagem automatizadas e inspeção de superfícies, entre outras aplicações.
Sensores ultrassônicos
A faixa de som ultrassônico é de 20kHz a 200kHz. Nessas frequências, as ondas podem percorrer uma longa distância com atenuação mínima. Essa é a razão pela qual os sensores ultrassônicos funcionam tão bem em meios irregulares, fraturados ou transparentes. Os dispositivos de medição ultrassônica consistem em um transdutor que emite e recebe ondas sonoras. Ele determina a distância e o perfil pelo tempo que o som leva para retornar. A medição ultrassônica é indispensável na medição de comprimento. Ela também permite a detecção de partículas, a verificação de volume e a varredura de proximidade.
Aplicação da medição sem contato
Fabricação e manufatura
Atualmente, as oficinas estão aumentando constantemente o nível de automação em suas práticas. Um dos facilitadores mais notáveis dessa evolução é a medição sem contato. Ela elevou os níveis de precisão envolvidos na fabricação. A menor dependência humana das tarefas operacionais significa mais confiabilidade e maior eficiência. Vários setores (como o de eletrônicos) dependem consideravelmente de dispositivos sem contato para a inspeção de produtos.
Aviação
A aviação e a aeronáutica são setores críticos. Eles exigem padrões globais rigorosos. Somente a medição sem contato de alta precisão pode atender a essas condições. Os sensores ópticos e ultrassônicos fornecem medições precisas. Eles podem traçar o perfil de conjuntos complexos. Os rastreadores a laser realizam o alinhamento das asas de acordo com especificações detalhadas.
Carros e automóveis
Muitas indústrias do setor automotivo têm usado tradicionalmente CMMs. No entanto, é muito fácil migrar uma CMM existente para uma CMM óptica. Isso aumenta seu arsenal de medições. Anteriormente, você poderia ter medido quadros e painéis de automóveis. Com as CMMs ópticas, a gama de inspeção de produtos aumenta drasticamente. Isso permite que as oficinas processem mais projetos por conta própria, em vez de terceirizá-los.
Medicina
O maquinário médico é outro setor que exige a mais alta precisão e qualidade. Os dispositivos críticos nesse campo incluem tomógrafos computadorizados, dispositivos de ressonância magnética, implantes corporais ou neurais e aparelhos médicos. Os dispositivos de medição sem contato realizam a detecção de defeitos. Eles garantem que os componentes pequenos e delicados da máquina não apresentem falhas.
Eletrônicos
As ferramentas de medição óptica são essenciais para qualquer oficina de eletrônica. Os tamanhos dos chips estão diminuindo rapidamente em todo o setor. Consequentemente, os seres humanos não podem mais inspecioná-los manualmente. Os dispositivos de medição sem contato processam com eficiência os componentes microeletrônicos: PCBs, semicondutores, capacitores ou indutores.
Conclusão
A inovação na ciência está a todo vapor. A tecnologia de medição lidera esse progresso. A metrologia sem contato representa uma mudança significativa no design e na produção em todo o mundo. Sua capacidade de transformar o setor é inquestionável. Ela faz isso fornecendo medições altamente precisas, rápidas e sem interrupções. A capacidade de medir remotamente tem várias implicações que ainda não foram estudadas. O crescimento da medição sem contato é constante com o ritmo da visão mecânica e da IA. Para obter mais informações sobre metrologia sem contato, entre em contato com nossa equipe de especialistas do setor.