Introdução
A manufatura depende da medição. "Não se pode melhorar o que não se pode medir", o que é especialmente verdadeiro para a manufatura. Nos setores modernos, os sistemas de medição são essenciais para projetar e construir peças de máquinas. Há duas categorias de sistemas de medição: com contato e sem contato.
Os sistemas de medição de contato usam sondas físicas para analisar um objeto. As CMMs são os dispositivos de medição de contato mais avançados. Eles podem calcular a geometria 3D perfeita. Entretanto, os sistemas de medição sem contato usam uma técnica diferente. Eles medem as dimensões de um objeto sem entrar em contato direto. Eles usam técnicas a laser, fotográficas ou elétricas para calcular a distância linear.
Neste guia, examinaremos os sistemas de medição com e sem contato. Você aprenderá sobre suas vantagens e desvantagens. No final, você saberá como selecionar o instrumento de medição ideal.
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Definição e princípio de funcionamento
Os sistemas de medição de contato medem fisicamente a distância em um objeto. As ferramentas de medição são sondas táteis, calibradores, escalas ou micrômetros. Elas precisam de contato com o objeto para realizar a medição. O princípio de funcionamento pode ser diferente, dependendo do tipo de dispositivo. Na maioria dos sistemas de medição por contato, uma sonda física faz a medição.
Tipos
Os sistemas de medição de contato operam com base em vários princípios. Entre eles estão o deslocamento linear, a flutuação de tensão, o perfilamento 3D e a detecção de proximidade. Vamos discutir os vários tipos de sistemas de medição de contato:
Os paquímetros e micrômetros Vernier são ferramentas mecânicas simples que medem distâncias unidimensionais. Eles fornecem precisão de até 0,01 mm. São ferramentas confiáveis e robustas da metrologia convencional.
O LVDT e o potenciômetro de corda são dispositivos elétricos de medição. A flutuação de corrente no circuito mede a distância.
As máquinas de medição por coordenadas (CMM) são as formas mais avançadas de sistemas de medição por contato. Elas têm sondas físicas que tocam um objeto e criam um mapeamento 3D.
Vantagens
Os instrumentos de medição de contato existem há muito tempo. Eles são dispositivos de medição confiáveis para inspeção científica e industrial. Nos últimos anos, as CMMs revolucionaram a criação de perfis dimensionais com medições 3D de alta precisão. Elas podem alcançar uma repetibilidade de ponto único de até 0,3 mícron.
Os dispositivos de medição baseados em contato oferecem alta exatidão, versatilidade e precisão. Ambientes sujos, pouca iluminação ou materiais densos não os impedem. Eles medem perfis como rachaduras, contornos, diâmetros internos e furos.
Desvantagens
Uma área em que a medição baseada em contato fica aquém é a velocidade de medição. Os sistemas de medição por contato são operados manualmente e consomem muito tempo. Eles não são adequados para altas taxas de amostragem e frequência de vibração.
Os sistemas de medição por contato aplicam uma pequena pressão na superfície do objeto. A força externa pode ser problemática para materiais deformáveis, como molde de plástico ou argila. Eles só podem medir propriedades físicas, como rugosidade e dimensões. Não podem medir características como temperatura, perfil de cor ou composição química.
Sistemas de medição sem contato
Definição e princípio de funcionamento
Os sistemas de medição sem contato medem os atributos físicos de um objeto sem contato direto. Eles podem medir dimensões, geometria, temperatura, cor ou rugosidade. Esses instrumentos usam tecnologia óptica, como laser e luz estruturada. Eles também podem usar técnicas elétricas, como capacitância e fibra óptica. Alguns dispositivos avançados também usam scanners de tomografia computadorizada. Eles usam esses métodos para analisar objetos à distância. Os VMMs são um exemplo de sistemas de medição sem contato. Eles obtêm dados por meio de um sensor óptico e de uma câmera. O software de computador reconstrói a superfície do objeto usando um diagrama de nuvem de pontos.
Tipos
Há vários tipos de dispositivos de medição sem contato com base em sua técnica de medição. Vamos discutir os principais tipos:
As VMMs (Máquinas de Medição Visual) capturam a imagem de um objeto usando uma câmera. O software de computador inspeciona a imagem e gera um modelo 3D para o objeto. Ele utiliza uma técnica conhecida como geração de nuvem de pontos. Os scanners de luz estruturada, os scanners de triangulação a laser e os scanners de fotogrametria são tipos de VMMs.
Os sensores de capacitância medem a distância entre dois pontos como uma função da capacitância entre eles. Eles são proficientes em fornecer medições de alta resolução. Eles medem distâncias em wafers de semicondutores. O setor de eletrônicos usa esses tipos de sensores.
Os sensores de fibra óptica medem atributos físicos em ambientes com interferência eletromagnética. Eles são excelentes para fornecer leituras precisas em aplicações de alta frequência. Eles são adequados para metais, plásticos, compostos e materiais de vidro.
Vantagens
Os sistemas de medição sem contato não interrompem o movimento de um objeto. Eles não aplicam pressão sobre o alvo, o que os torna adequados para analisar peças móveis, delicadas ou deformáveis. Eles também podem medir temperatura, rugosidade, textura, aspereza, cor e composição química.
Funcionam bem com software de simulação e mapeamento geográfico. São ideais para operações de amostragem rápida que necessitam de grandes conjuntos de dados. Um exemplo disso é o scanner de alcance LiDAR. Ele pode recriar a geometria de uma grande área por meio de medições repetidas de pontos de varredura.
Desvantagens
Os sistemas de medição sem contato fornecem medições menos precisas do que os sistemas de medição com contato. No entanto, a diferença entre eles está diminuindo com a inovação tecnológica.
Esses dispositivos também são afetados por fatores ambientais. Por exemplo, ambientes escuros não são adequados para máquinas de medição visual. Peças de trabalho brilhantes e sem contraste também são difíceis de medir. Os sistemas de medição sem contato não funcionam bem em ambientes sujos.
Com ou sem contato?
Os sistemas de medição com e sem contato têm suas vantagens e desvantagens. Os dispositivos de medição por contato são adequados para analisar peças de tamanho regular. Caixas, quadros, engrenagens, alavancas e chapas de metal se enquadram em seu escopo. De fato, uma das vantagens das CMMs é sua grande área de estágio. Ela permite a medição de peças pesadas e de grande porte. Sua versatilidade as torna adequadas para oficinas mecânicas e fabricantes. Elas são os dispositivos de medição de uso geral ideais.
À medida que aumentamos o zoom em peças pequenas, vemos a excelência dos sistemas de medição sem contato. À medida que atingimos tamanhos menores de peças, a necessidade de inspeção microscópica aumenta. As máquinas sem contato podem alcançar essa alta resolução graças a técnicas inovadoras. Lentes ópticas, controle de corrente, triangulação a laser e fotogrametria são algumas delas. As VMMs podem mapear toda a superfície do objeto em uma nuvem de pontos. O software pode acessar essa representação programável. Os sensores de capacitância e de fibra óptica também têm alta precisão. Eles podem medir objetos até o nível de um nanômetro.
No outro extremo do espectro está o mapeamento topográfico de amplo alcance. Isso é feito em grande escala, como em uma cidade ou município. O LiDAR é usado para esse tipo de mapeamento. O LiDAR usa feixes de laser de longa distância para medição. A superfície da Terra é perfilada pelo LiDAR.
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