4 - Digitalização

4.1 - Conceito geral

A Digitalização é uma técnica de medição que recorre a equipamentos de medição por coordenadas. As máquinas de medição por coordenadas, são muito semelhantes às máquinas ferramenta, utilizando no entanto como ferramentas sensores de medição.

4.2 - Aplicações

Medir é sinónimo de comparar, isto é, quantificar em relação a uma referência. Na medição por coordenadas a posição espacial de pontos, em relação ao sistema de referências, é utilizada pelo sistema para:

• Inspecção dimensional
• Levantamento topográfico

Na inspecção dimensional, o objectivo final pode ser:

• Determinação de dimensões desconhecidas
• Verificação de dimensões conhecidas e respectivas tolerâncias

No levantamento topográfico o objectivo final é geralmente a engenharia inversa.

4.3 - Modelos esculpidos

Geralmente recorre-se à engenharia inversa desde modelos com dois objectivos distintos, nomeadamente a verificação dimensional do modelo esculpido, por forma a avaliar se são respeitadas eventuais condicionantes dimensionais. Também se pode recorrer à engenharia inversa deste tipo de modelos, com o objectivo de criar modelos virtuais CAD, uma vez que a forma pretendida é de elevada complexidade geométrica.

4.4 - Peças existentes

A digitalização de peças existentes proporciona a verificação de cotas e a engenharia inversa. Na verificação de cotas pretende-se validar as condicionantes dimensionais para o modelo existente. Na engenharia inversa de peças existentes visa a cópia destes componentes e deve-se geralmente à inexistência de desenhos de produção ou modelos 3D. Pode-se também recorrer a peças existentes pelos mesmos motivos, mas para lhes adicionar características, isto é, criar novos modelos virtuais muito semelhantes.

4.5 - Protótipos rápidos

A digitalização de protótipos visa geralmente a sua validação dimensional, ou seja, verificar se está de acordo com as tolerâncias exigidas. No entanto, os protótipos rápidos podem por vezes ser utilizados como peças existentes para tarefas de engenharia inversa.

4.6 - Métodos e técnicas

Existem dois métodos de digitalização, com e sem contacto físico. A continuidade como é feita a digitalização define a técnica - ponto a ponto, varrimento. Ponto a ponto significa de a aquisição é realizada de uma forma descontínua. Varrimento significa que a aquisição é realizada de uma forma contínua.

4.6.1 - Digitalização com contacto físico

Figura 1: medição por contacto

Na medição por contacto ponto a ponto são utilizadas sondas de medição cujo princípio de funcionamento está representado na figura 1. O sistema conhece a coordenada do centro da esfera (apalpador), quando esta se encontra na sua posição de referência. Por cada vez que esta abandona esta posição é registada a coordenada de um ponto.

O software de medição realiza com base na direcção de aproximação e no raio da esfera a chamada compensação do raio da esfera, por forma a minimizar o erro de medição.

Este software tem também como função o cálculo de dimensões. Para a desempenhar são utilizados os elementos de substituição, que permitem o cálculo das dimensões de elementos de geometria regular com base em pontos medidos, como por exemplo o cálculo do diâmetro de um furo com base em três pontos.

Os erros de medição por esta técnica estão relacionados com o grau de incerteza dos movimentos da máquina rígida e com direcções de aproximação não normais à superfície medida.

Em termos de precisão esta técnica proporciona valores da ordem dos micron.

Figura 2 : Sonda de varrimento por contacto

Na medição por contacto de varrimento são utilizadas sondas como a representada na figura 2. O seu princípio de funcionamento é em tudo semelhante ao principio da medição por contacto ponto a ponto, apenas difere na posição de referência que não é fixa, graças à mobilidade proporcionada pelos paralelogramos representados na figura 2 a verde (X), amarelo (Y) e a azul (Z). Esta mobilidade possibilita a variação, independente em cada um dos eixos, da posição de referência em alguns milímetros. No que refere ao registo dos pontos o principio de funcionamento é totalmente idêntico ao da medição por contacto ponto a ponto.

O software de medição realiza com base numa trajectória pré-definida, no raio da esfera e na direcção de aproximação, o registo de coordenadas dos pontos ao longo de um perfil à frequência pedida. O número de pontos registados é então função da velocidade do movimento de varrimento e da frequência de registo pedida pelo operador.

Os erros de medição por esta técnica estão relacionados com o grau de incerteza da máquina rígida, com trajectórias de varrimento inadequadas, isto é, que provoquem direcções de aproximação inapropriadas.

A precisão proporcionada por esta técnica é da mesma ordem de grandeza da medição por contacto ponto a ponto, ou seja da ordem dos micron.

4.6.2 - Digitalização sem contacto físico

Figura 3: Principio da triangulação óptica

O princípio de funcionamento da medição óptica é designado por triangulação óptica, representado na figura 3; um feixe laser é incidido na peça e o ângulo da reflexão é medido por um sensor óptico (CCD).

Na medição óptica ponto a ponto, o software de medição regista as coordenadas dos pontos com base na posição de referência da sonda e na análise da reflexão.

Os erros de medição por esta técnica estão relacionados com o grau de incerteza dos movimentos da máquina rígida e com medições efectuadas fora dos limites das capacidades da sonda, isto é, numa posição relativa à peça que não respeite os valores de distância e amplitude (profundidade de campo) declarados pelo fabricante.

Em termos de precisão, em medição óptica ponto a ponto proporciona é da ordem dos centésimos de milímetro.

Figura 4: Triangulação óptica em varrimento óptico

O principio de funcionamento da técnica de medição óptica por varrimento é em tudo semelhante à medição óptica ponto a ponto, com a capacidade de medir pontos ao longo de uma secção da peça apenas com um posicionamento, isto é, na mesma posição de referência é possível registar os pontos que definem um perfil. Esta capacidade é proporcionada pela rotação do sistema óptico, que permite a focagem do feixe laser em várias posições ao longo de uma determinada largura. Esta largura é um valor tal que permite uma correcta interpretação da reflexão.

Os erros de medição por esta técnica estão relacionados com o grau de incerteza dos movimentos da máquina rígida e medições efectuadas fora dos limites das capacidades da sonda, que para além de respeitarem uma relação distância/amplitude devem também respeitar uma relação resolução/largura.

Em termos de precisão esta técnica proporciona valores da ordem das centésimas de milímetro.