A indústria de fabricação ajustou-se às exigências contínuas para acompanhar o nível crescente de detalhe nos produtos e a demanda constante por eficiência. Tal nível de precisão é agora típico nos bens atuais. Alcançar este grau de exatidão é apenas o começo; a metrologia ainda é necessária para medir e confirmar tolerâncias. Este ensaio irá definir a metrologia e discutir a sua importância para o setor de fabricação.

O que é Metrologia?

A palavra grega “metrologia” implica o estudo da medição. A motivação inicial para a metrologia surgiu da necessidade de produzir peças intercambiáveis. Todas as medidas das peças tinham que estar dentro de um intervalo específico para serem viáveis; caso contrário, não encaixariam nas suas companheiras. Ao medir a precisão e o calibre de peças fabricadas, a metrologia evoluiu para um campo altamente sofisticado com uma vasta gama de instrumentos e técnicas estatísticas.

Conceitos Essenciais em Metrologia

Compreender as diferenças entre incerteza, precisão, exatidão e tolerância é fundamental para entender a metrologia.

O que é Tolerância?

A diferença permitida nas dimensões de uma peça é chamada tolerância. Antes de determinar a tolerância necessária, é crucial compreender a finalidade do componente. Por exemplo, um eixo que desliza numa rolha requer uma tolerância mais estreita do que um orifício de parafuso. Uma pequena quantidade de espaço extra ao redor do parafuso é segura, mas demasiado espaço permitirá que o eixo oscile e cause oscilações perigosas.

A capacidade do equipamento de produção de atingir essas tolerâncias também deve ser considerada; certas máquinas CNC podem produzir peças com uma tolerância de apenas alguns microns, enquanto outras estão longe desse nível de precisão. Técnicas de metrologia garantem que um produto fabricado se encaixe na tolerância dada. Os Padrões de Produção da Xometry contêm tolerâncias para vários processos de produção.

Qual é a definição de exatidão?

O grau em que a média de um conjunto de valores medidos se aproxima do valor de referência, X, é a definição matemática de exatidão. Isto pode manifestar-se na fabricação como uma discrepância entre o produto final e o modelo CAD ou o projeto de referência técnico.

Como funciona a Precisão?

Precisão é o grau em que cada medição concorda com a média dos dados registados. O desvio padrão (𝜎) é utilizado em estatística para expressar isso. O “padrão” para desvio padrão em metrologia é ±2𝜎. Isto indica um intervalo de confiança de 95% do fabricante para o valor medido dentro de 2 desvios padrão do valor real ou pretendido.

O que Significa Incerteza?

Declarações de exatidão e precisão precisam incluir um valor de incerteza, que é duas vezes o desvio padrão dos erros de exatidão e precisão. De modo geral, a incerteza da ferramenta de medição deve ser pelo menos algumas vezes menor que a tolerância a ser medida no componente. Para reduzir a incerteza da medição, por exemplo, é necessária uma ferramenta com pelo menos 10X (0,0001″) de precisão para calcular uma dimensão de 0,001″.

Quais Ferramentas Comuns São Usadas em Metrologia?

Na indústria, a metrologia é realizada usando vários instrumentos de medição. A seguir, uma lista de alguns deles.

Paquímetro Vernier: O instrumento de metrologia mais fundamental, um paquímetro vernier, é um dos menos precisos porque os seus valores medidos dependem do operador. Por exemplo, diferentes valores podem ser obtidos com forças de aperto diferentes.

Goniômetro de Altura: Instale um calibrador de altura numa superfície perfeitamente nivelada para medir a altura de uma peça. Estes instrumentos podem eliminar parte da variabilidade causada por erro humano e medir as alturas das peças com precisão.

Prato de superfície: Um prato de superfície geralmente é feito de granito extremamente plano através de moagem de superfície. É um ponto de referência para medições usando um calibrador de altura ou indicador de dial.

Indicador de dial: Estes instrumentos são precisos, mas só podem medir valores relativos; ou seja, não podem determinar toda a variabilidade de uma peça. Uma forma de medir a desvio do diâmetro de uma peça é montando um indicador de dial numa torno. Também pode ser usado para medir planicidade numa placa de superfície.

Micrómetro: Os micrómetros estão entre os instrumentos de medição manual mais precisos porque evitam que o operador aplique pressão excessiva na peça, resultando em medições mais precisas.

Máquinas de medição por coordenadas (CMMs): Entre os instrumentos mais precisos para metrologia de fabricação está a CMM. Uma sonda fixada no topo de um pórtico é movida até contactar com o componente. A sonda produz um sinal elétrico assim que contacta com a peça. As posições de coordenadas X, Y e Z da sonda são rastreadas pelo seu computador interno enquanto se move, permitindo produzir um relatório de medição tridimensional com precisão. Ela mapeará a correção dimensional total de uma peça quando realizada em várias superfícies.

Comparador Óptico: Usando uma imagem do contorno 2D de uma peça, os comparadores ópticos comparam a imagem às dimensões especificadas. Este dispositivo é perfeito para medir rapidamente perfis de peças em 2D. Comparador Digital: Semelhante aos comparadores ópticos, os comparadores digitais medem características sem necessidade de intervenção humana através de cálculos.

O que Significam Melhores Práticas para Medição?

A seguir estão alguns elementos essenciais para o departamento de metrologia de qualquer fabricante.

Calibração de Instrumentos: Todos os equipamentos de medição precisam de calibrações regulares para garantir medições fiáveis. A configuração habitual para isso é um laboratório. Alternativamente, uma calibração menos formal pode ser realizada usando um bloco de calibre ou pino de tamanho especificado. É importante lembrar que a maioria dos padrões de qualidade exige que essa calibração seja realizada por um laboratório reconhecido. O laboratório fornecerá um certificado para verificar que o instrumento foi calibrado corretamente. Para garantir a rastreabilidade, o certificado deve ter o número de série do instrumento impresso.

Ambiente limpo controlado por temperatura: Os materiais alteram de tamanho em resposta às mudanças de temperatura. A diferença é geralmente demasiado pequena para o olho humano detectar. No entanto, uma ligeira mudança de temperatura pode impactar significativamente as medições se as peças exigirem precisão ao nível de microns. É possível medir a mesma peça de forma diferente de manhã para tarde. Além disso, leituras incorretas podem ser causadas por poeira ou detritos. Muitas empresas realizam medições em salas limpas com temperaturas controladas, separadas da fábrica, para eliminar essas variáveis.