A indústria de manufatura se ajustou às exigências contínuas para acompanhar o nível crescente de detalhes nos produtos e a demanda constante por eficiência. Esse nível de precisão agora é típico nos bens atuais. Alcançar esse grau de precisão é apenas o começo; a metrologia ainda é necessária para medir e confirmar tolerâncias. Este ensaio definirá a metrologia e discutirá sua importância para o setor de manufatura.

O que é Metrologia?

A palavra grega “metrologia” implica o estudo da medição. A motivação inicial para a metrologia veio da necessidade de produzir peças intercambiáveis. Todas as medidas das peças tinham que estar dentro de uma faixa específica para serem viáveis; caso contrário, não encaixariam. Ao medir a precisão e o calibre de peças manufaturadas, a metrologia evoluiu para um campo altamente sofisticado com uma ampla variedade de instrumentos e técnicas estatísticas.

Conceitos essenciais em Metrologia

Compreender as distinções 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 de tolerância. Antes de determinar a tolerância necessária, é fundamental compreender a finalidade do componente. Por exemplo, um eixo que desliza em um rolamento requer uma tolerância mais estreita do que um orifício de parafuso. Uma pequena quantidade de espaço extra ao redor do parafuso é segura, mas demais permitirá que o eixo oscile e cause oscilações perigosas.

A capacidade do equipamento de produção de atingir essas tolerâncias também deve ser considerada; algumas máquinas CNC específicas 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 manufaturado se encaixe dentro da tolerância dada. Os Padrões de Produção da Xometry contêm tolerâncias para vários processos de produção.

Qual é a definição de precisão?

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

Como Funciona a Precisão?

Precisão é o grau em que cada medição concorda com a média dos dados registrados. O desvio padrão (𝜎) é usado em estatística para expressar isso. O padrão para desvio padrão em metrologia é ±2𝜎. Isso indica um intervalo de confiança de 95,1% do fabricante até o valor medido dentro de 2 desvios padrão do valor real ou pretendido.

O que Significa Incerteza?

Declarações de precisão e exatidão precisam incluir um valor de incerteza, que é duas vezes o desvio padrão dos erros de precisão e exatidão. De modo geral, a incerteza da ferramenta de medição precisa ser pelo menos algumas vezes menor que a tolerância sendo medida no componente. Para reduzir a incerteza da medição, por exemplo, é necessário 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: O instrumento de metrologia mais fundamental, um paquímetro, está entre os menos precisos porque seus valores medidos dependem do operador. Por exemplo, diferentes valores podem ser obtidos com forças de aperto variadas.

Indicador de Altura: Instale um indicador de altura em uma superfície perfeitamente nivelada para medir a altura de uma peça. Esses instrumentos podem eliminar parte da variabilidade causada por erro humano e medir alturas de peças com precisão.

Mesa de Precisão: Uma mesa de precisão geralmente é feita de granito extremamente planificado por usinagem de superfície. É um ponto de referência para medições usando um indicador de altura ou dial.

Indicador de Dial: Esses instrumentos são precisos, mas só podem medir valores relativos; ou seja, não podem determinar toda a variação de uma peça. Uma maneira de medir o desvio do diâmetro de uma peça é montando um indicador de dial em um torno. Também pode ser usado para medir planicidade em uma mesa de precisão.

Micrômetro: Os micrômetros 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 o CMM. Uma sonda fixada no topo de um pórtico é movida até entrar em contato com o componente. A sonda produz um sinal elétrico assim que entra em contato com a peça. As posições precisas das coordenadas X, Y e Z da sonda são rastreadas pelo seu computador interno enquanto ela se move, permitindo produzir um relatório de medição tridimensional com precisão. Ela mapeará toda a correção dimensional de uma peça ao ser usada 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 equipamento humano por meio 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 confiáveis. A configuração usual para isso é um laboratório. Alternativamente, uma calibração menos formal pode ser realizada usando um bloco de medição 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 se o instrumento foi calibrado corretamente. Para garantir a rastreabilidade, o certificado deve conter o número de série do instrumento.

Ambiente Limpo com Controle de Temperatura: Os materiais mudam de tamanho em resposta às variações de temperatura. A diferença é geralmente pequena demais para o olho humano detectar. No entanto, uma leve mudança de temperatura pode impactar significativamente as medições se as peças exigirem precisão em nível de micron. É possível medir a mesma peça de forma diferente de manhã e à tarde. Além disso, leituras incorretas podem ser causadas por poeira ou detritos. Muitas empresas realizam medições em salas limpas com temperaturas controladas, separadas da linha de produção, para eliminar essas variáveis.