Nova tecnologia de medidores laser soluciona o problema da expansão térmica nas medições de diâmetros de precisão

Artigo sobre os efeitos da expansão térmica nas dimensões (e conseqüentemente nos processos de medição) de peças e solução para esta dificuldade.

A tecnologia NO-VAR (NO-VARiation) desenvolvida para os Micrômetros Laser Aeroel Laser permite obter simplesmente medições perfeitas de diâmetro, mesmo em ambientes não controlados, quando a temperatura ambiente é significativamente diferente da temperatura de referência (20°C).

Graças a esta nova tecnologia é possível obter, no chão de fábrica ou em linha, os mesmos resultados que seriam obtidos em uma sala de metrologia com temperatura controlada, independente do material, mesmo que a temperatura ambiente varie alguns graus/hora.

Você não precisará mais que se preocupar com recalibrações freqüentes de instrumentos quando a temperatura ambiente variar, nem tampouco levar em conta a expansão da peça.

O problema da expansão térmica

Qualquer processo de medição deve considerar o efeito da temperatura ambiente, que afeta tanto o instrumento de medição quanto a peça a ser medida. Mesmo que tivéssemos um instrumento “perfeito”, que não fosse afetado pela temperatura ambiente, teríamos que considerar o efeito da temperatura da sala sobre as dimensões da peça.


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É bem sabido, por exemplo, que uma diferença de temperatura de 10°C resultará em uma mudança de 3.6 µm em uma peça de aço de 30mm, já que o coeficiente de expansão térmica típico do aço é de aproximadamente +0.012 µm/mm °C. Na prática, a este desvio você deve adicionar o erro térmico do instrumento, que geralmente não é conhecido ou não é perfeitamente reproduzível. Como resultado, até agora, ninguém podia prever com precisão razoável o erro total de medição quando o instrumento trabalha a uma temperatura diferente da de referência (20°C).

A única forma de evitar este problema era efetuar freqüentes operações de recalibração, usando uma peça padrão feita do mesmo material das peças a serem medidas e aramazenada próxima ao medidor e portanto à mesma das peças a serem verificadas.

Como nasceu a tecnologia NO-VAR?

Desde seus primórdios, os micrômetros laser Aeroel foram projetados e fabricados de forma a ter um coeficiente de expansão térmica negativo. Este valor era muito próximo ao do aço, mas com sinal invertido, de forma a auto-compensar a expansão térmica de peças de aço. Esta característica especial tornou possível usar os micrômetros Aeroel em chão de fábrica ou em linha, para medir com precisão peças de aço, sem a necessidade de recalibrações frequentes.

Mesmo assim, até então este efeito de auto-compensação não era perfeito, tanto porque o coeficiente de expansão térmica do aço varia dependendo do tipo de liga, como porque o coeficiente de expansão térmica do medidor não era perfeitamente conhecido e reproduzível. Adicionalmente, seria impossível compensar o coeficiente de materiais diferentes do aço (como alumínio), já que os coeficientes são diferentes.

Atualmente, graças à tecnologia NO-VAR, todos estes problemas são eliminados e os Micrômetros Laser Aeroel são perfeitos para uso em ambientes não controlados e para medir qualquer material de forma extremamente precisa.

Como foi possível alcançar este resultado?

Quatro elementos fundamentais nos permitiram alcançar este importante resultado:

- O coeficiente térmico de cada instrumento é perfeitamente conhecido e reproduzível ao longo do tempo e de variações de temperatura. Usando uma câmara climática para efetuar os testes, o coeficiente é medido em cada medidor e gravado em sua memória.

- O instrumento e a temperatura ambiente são medidos em tempo real por sensores instalados no próprio medidor.

- O coeficiente térmico da peça de referência sendo medida é conhecido e seu valor é programado na memória do medidor.

- Um software inteligente, instalado dentro do medidor, compensa a expansão térmica e o efeito da temperatura sobre o medidor em tempo real e automaticamente.

- Claro, para obter resultados precisos, a peça sendo medida e o medidor em si devem estar em uma condição de quase equilíbrio com o ambiente e a taxa de variação da temperatura ambiente é de alguns graus/hora (tipicamente inferior a 3 °C/hr). 

As medições em linha

No caso de qualquer diferença de temperatura entre a peça e o ambiente, causada por exemplo pelo aquecimento da peça devido à usinagem, isto deve ser considerado separadamente, isto é, impostando um offset a ser somado ao valor medido ou alterando o valor nominal programado usado para o controle do processo.

Na verdade, mesmo que fosse possível medir a temperatura externa da peça “quente”, isto não ajudaria: a expansão da peça é o resultado da distribuição de temperaturas internas, que é impossível conhecer.

Entretanto, é bastante razoável supor que o efeito de aquecimento do processo resulta em uma expansão total constante se os parâmetros do processo são também constantes (massa e formato da peça, velocidade de usinagem, temperatura do lubrificante, etc), de modo que o efeito pode ser compensado por um offset experimental constante.

Encontar o valor de offset correto é bastante simples: apenas meça a peça “quente” imediatamente após a usinagem e a mesma peça quando ela atingiu uma condição de equilíbrio térmico com o ambiente. A diferença entre estas duas medições será o valor de offset a ser programado. Você não precisa de uma sala de metrologia para executar esta operação: os micrômetros Aeroel serão instalados em linha ou usados em ilhas no próprio chão de fábrica e a tecnologia NO-VAR cuidará das alterações de temperatura ambiente, que é a temperatura da peça antes da usinagem.




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