UC01527

Efetuar o controlo de peças em máquinas de medição por coordenadas CMM

Desenho técnico e tolerâncias, apalpadores, fixação, calibração, alinhamento, programação e relatório dimensional

Curso profissional · 25h · Técnico/a de Laboratório · Fundição

Plano

  1. Metrologia dimensional e a CMM
  2. Desenho técnico, simbologia e normas
  3. Toleranciamento dimensional e geométrico
  4. Constituição e funcionamento da CMM
  5. Apalpadores e ponteiras
  6. Dispositivos de fixação
  7. Calibração e qualificação do apalpador
  8. Alinhamento da peça
  9. Medição por pontos e por varrimento
  10. Programação do equipamento de medição
  11. Modos de operação, simulação e teste
  12. Verificação de conformidades e relatório dimensional

Bloco 1 · Metrologia dimensional e a CMM

O que é a metrologia dimensional

A metrologia dimensional mede comprimentos, ângulos e formas geométricas para confirmar se uma peça fabricada respeita o desenho técnico.

  • Instrumentos manuais (paquímetro, micrómetro) medem uma cota de cada vez.
  • A CMM (Coordinate Measuring Machine) localiza qualquer ponto da peça no espaço X, Y, Z com um apalpador.
  • Um programa de medição repete sempre a mesma sequência, com o mesmo critério, para qualquer operador.

A CMM substitui a repetição manual por um processo validado e repetível.

Instrumentos manuais vs CMM

Método Mede Depende do operador Repetibilidade
Paquímetro / micrómetro uma cota de cada vez muito baixa a média
CMM manual várias cotas, guiada à mão média média
CMM DCC (automática) programa completo pouca alta

A UC cobre as duas realizações do fluxo completo: analisar as especificações e executar o programa de medição e relatório dimensional.

Bloco 2 · Desenho técnico, simbologia e normas

Interpretar o desenho técnico

Sem interpretar bem o desenho, o controlo dimensional não tem para onde apontar. O desenho traz:

  • Cotas (dimensões lineares e angulares) com valor nominal.
  • Tolerâncias dimensionais e geométricas associadas a cada cota.
  • Simbologia normalizada: rugosidade, acabamento, tratamento térmico, datums.
  • Bloco de título: material, escala, norma de desenho, estado de superfície geral.

Exemplo resolvido · Ler uma cota tolerada

Cota no desenho: Ø25 H7.

  1. Ø25 é o diâmetro nominal, 25 mm.
  2. H7 é a classe de tolerância ISO de um furo (maiúscula = furo; minúscula = veio).
  3. Na tabela ISO 286, Ø25 H7 corresponde a +0,000 / +0,021 mm.
  4. A peça é conforme entre 25,000 mm e 25,021 mm.

Ler bem a simbologia é o início do critério "adequar o equipamento à peça".

Bloco 3 · Toleranciamento dimensional e geométrico

Dimensional vs geométrico (GD&T)

  • Toleranciamento dimensional: intervalo aceitável para uma cota linear ou angular.
  • Toleranciamento geométrico (GD&T, ISO 1101): controla forma, orientação, posição e batimento, independentemente do tamanho.
Categoria Exemplos Controla
Forma planicidade, circularidade, cilindricidade o elemento isolado
Orientação perpendicularidade, paralelismo o ângulo entre elementos
Posição posição, concentricidade, simetria a localização face a um datum
Batimento circular, total a variação numa rotação

Exemplo resolvido · Ler um quadro de tolerância geométrica

Quadro: símbolo de perpendicularidade, valor 0,05, datum A.

  1. Controla a perpendicularidade de uma face ou eixo.
  2. 0,05 mm é o afastamento máximo admissível.
  3. A é o datum de referência a usar no alinhamento.
  4. Na CMM: alinhar pelo datum A, medir o elemento e comparar o desvio com 0,05 mm.

Sem o datum correto, a CMM mede um valor correto mas irrelevante.

Bloco 4 · Constituição e funcionamento da CMM

Elementos principais da CMM

  • Estrutura mecânica: ponte, braço (cantilever) ou pórtico (gantry).
  • Mesa de granito: base estável, resistente à dilatação térmica.
  • Eixos X, Y, Z: guias de precisão com escala de vidro em cada eixo.
  • Cabeça de medição (probe head): suporta e orienta o apalpador.
  • Controlador: converte sinais dos eixos e do apalpador em coordenadas.
  • Software de metrologia: calcula elementos e compara com tolerâncias.

Modo de funcionamento, passo a passo

  1. A peça está fixa e alinhada sobre a mesa de granito.
  2. O apalpador toca (ou varre) a superfície.
  3. As escalas registam a posição X, Y, Z desse ponto.
  4. O software agrupa pontos num elemento geométrico (plano, cilindro, furo).
  5. Compara com o desenho e devolve valor, tolerância e conformidade.

A CMM reconstrói a geometria por cálculo, ponto a ponto.

Bloco 5 · Apalpadores e ponteiras

Tipos de apalpador

Tipo Funcionamento Uso típico
Touch-trigger dispara no instante do toque tolerância corrente, formas simples
Varrimento (scanning) contacto contínuo, muitos pontos perfis complexos, forma livre
Ótico / sem contacto laser ou visão, sem tocar peças frágeis ou muito pequenas

A ponteira (stylus) termina normalmente numa esfera de rubi: dura, estável e de baixo atrito.

Exemplo resolvido · Escolher apalpador e ponteira

Peça: furo Ø8 mm a 30 mm de profundidade + face plana exterior grande.

  1. Furo profundo e estreito: ponteira reta e longa, esfera pequena (Ø2 mm).
  2. Face plana exterior: ponteira curta, esfera maior (Ø4 mm), mais estável.
  3. Com cabeça indexável, programar troca automática entre as duas.

Escolher mal a ponteira não impede a medição, mas compromete a exatidão.

Bloco 6 · Dispositivos de fixação

Princípios de fixação em metrologia

  • Estabilidade sem deformação: a peça não oscila, mas também não é deformada pelo aperto.
  • Acesso do apalpador: a fixação não pode bloquear as zonas a medir.
  • Repetibilidade: a peça remontada fica sempre na mesma posição relativa.
  • Referência conhecida: apoiar pelas superfícies que servirão de datum.

Dispositivos comuns: mesa magnética, grampos e sargentos de precisão, prismas em V, placas modulares, fixtures dedicados.

Selecionar e montar a fixação

Sequência prática de montagem:

  1. Identificar os datums do desenho que devem servir de apoio.
  2. Escolher o dispositivo que apoia essas superfícies sem bloquear o resto.
  3. Fixar com o aperto mínimo suficiente para estabilidade.
  4. Confirmar visualmente que o apalpador alcança todas as zonas a medir.

A fixação certa começa sempre no desenho, não na bancada.

Bloco 7 · Calibração e qualificação do apalpador

Dois níveis de calibração

  1. Calibração periódica da máquina (laboratório acreditado), com padrões certificados, emite certificado de rastreabilidade.
  2. Qualificação do apalpador, feita pelo operador no início de cada sessão, com uma esfera de referência certificada.

A qualificação calcula o diâmetro efetivo da ponteira e compensa o seu raio em todas as medições seguintes.

Exemplo resolvido · Qualificar um apalpador

  1. Montar a esfera de referência (Ø20,0000 mm certificado) na mesa.
  2. Tocar a esfera em pelo menos 5 pontos distribuídos.
  3. O software calcula o centro e o diâmetro medido, comparando com o certificado.
  4. Se o desvio estiver dentro do admissível, a qualificação é aceite.
  5. Se o desvio for excessivo, verificar aperto ou dano da ponteira e repetir.

Sem qualificação válida, todas as medições ficam com erro sistemático.

Bloco 8 · Alinhamento da peça

Plano, reta, origem

O alinhamento faz coincidir o sistema de eixos da peça (datums do desenho) com o sistema de eixos da máquina.

Passo Datum usado Resultado
1. Plano primário fixa Z e o plano XY
2. Reta secundário fixa a rotação em torno de Z
3. Origem terciário fixa X0, Y0, Z0

Exemplo resolvido · Alinhar um bloco retangular

  1. Tocar 4 pontos na face de baixo (datum A) → define o plano e o eixo Z.
  2. Tocar 2 pontos numa face lateral (datum B) → roda o sistema para essa face ficar paralela a Y.
  3. Tocar o centro de um furo de referência (datum C) → desloca a origem para esse centro.
  4. Todas as coordenadas seguintes são relativas a este novo sistema.

Um alinhamento mal feito pode fazer uma peça boa parecer não conforme.

Bloco 9 · Medição por pontos e por varrimento

Dois métodos, dois usos

  • Pontos (point-to-point): toques discretos, um a um, com recuo entre eles. Rápido para elementos regulares.
  • Varrimento (scanning): contacto contínuo, muitos pontos por segundo. Necessário em perfis complexos e formas livres.
Critério Pontos Varrimento
Programação rápida mais lenta a configurar
Densidade de dados baixa alta
Elementos simples suficiente desnecessário
Perfis de forma livre insuficiente indispensável

Bloco 10 · Programação do equipamento de medição

Estrutura de um programa de medição

  1. Cabeçalho: identificação da peça, desenho e revisão.
  2. Apalpador e ponteiras a usar, com qualificação associada.
  3. Sequência de alinhamento (plano, reta, origem).
  4. Rotina de medição de cada elemento (pontos ou varrimento).
  5. Tolerâncias de cada elemento, tal como no desenho.
  6. Saída: resultados a incluir no relatório.

Exemplo resolvido · Esboçar um programa simples

Placa retangular, furo central Ø10 H7, espessura 10 ±0,1 mm.

1. Qualificar apalpador (esfera Ø20 mm certificada)
2. Alinhar: plano (face superior) / reta (face lateral) / origem (furo)
3. Medir plano superior (4 pontos) -> planicidade
4. Medir furo central (6 pontos) -> Ø10 H7
5. Medir espessura (2 pontos) -> 10 ±0,1 mm
6. Comparar com tolerâncias e gerar relatório

Bloco 11 · Modos de operação, simulação e teste

Manual, DCC e aprendizagem

  • Manual: o operador conduz o apalpador (joystick ou à mão). Útil para peças únicas ou verificações pontuais.
  • DCC (Direct Computer Control): a máquina executa o programa sozinha. Usado em produção de série.
  • Aprendizagem (learn/teach): o operador guia a primeira execução e o software regista o percurso.

Simular e testar antes de produzir

  1. Simulação em software: sem a máquina se mover, verifica colisões e a lógica da sequência.
  2. Teste em modo lento (dry run): a máquina move-se devagar, com folga de segurança extra.
  3. Só depois se corre o programa à velocidade de produção.

Saltar a simulação pode danificar o apalpador, a peça ou a própria máquina.

Bloco 12 · Verificação de conformidades e relatório dimensional

Ler o relatório dimensional

Elemento Nominal Tolerância Medido Desvio Estado
Ø furo 10,000 +0,000 / +0,021 10,012 +0,012 Conforme
Espessura 10,000 ±0,100 10,145 +0,145 Não conforme
Planicidade (nenhuma) 0,050 0,032 (nenhuma) Conforme

O desvio lê-se sempre face ao nominal, nunca face ao limite da tolerância.

O relatório dimensional completo

O relatório final inclui:

  • Identificação da peça e do desenho (com revisão).
  • Condições de medição: temperatura, apalpador usado, data.
  • Tabela de resultados por elemento medido.
  • Conclusão de conformidade global da peça.

É este documento que decide se a peça segue para o cliente ou fica em não conformidade.

Recapitulando

  • A CMM mede por coordenadas X, Y, Z e substitui a repetição manual por um processo validado.
  • Tudo parte da análise do desenho técnico: cotas, tolerâncias dimensionais e geométricas (GD&T).
  • Prepara-se o equipamento: apalpadores, fixação, calibração/qualificação e alinhamento pelos datums.
  • Mede-se por pontos ou varrimento, com um programa simulado e testado antes de produzir.
  • Fecha-se com a verificação de conformidades e o relatório dimensional.

Próximo: fichas e projeto, controlar dimensionalmente uma peça de raiz.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: a CMM não substitui o bom senso do metrologista, substitui a variabilidade da medição manual. - erro comum: pensar que a CMM "mede sozinha" sem preparação. Há muito trabalho antes de tocar a peça. - exemplo: comparar o tempo e a variabilidade de medir 20 furos com paquímetro versus com um programa de CMM.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que estas duas realizações estruturam toda a UC e todos os blocos seguintes. - pergunta: porque é que a repetibilidade sobe do manual para o DCC? (menos intervenção humana em cada toque). - analogia: um GPS que segue sempre a mesma rota versus alguém a conduzir de memória.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: interpretar o desenho técnico é a primeira aptidão do referencial, não um extra. - erro comum: ignorar a revisão do desenho e trabalhar com uma versão desatualizada. - exemplo: trazer um desenho real com bloco de título completo e identificar cada campo com a turma.

NOTAS DO PROFESSOR - fazer a turma consultar uma tabela ISO 286 real para outro diâmetro e classe. - erro comum: trocar maiúscula por minúscula e assumir veio em vez de furo. - exemplo: mostrar a mesma peça com `Ø25 h7` (veio) ao lado e comparar os limites.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: forma não precisa de datum; orientação, posição e batimento precisam sempre. - erro comum: confundir tolerância dimensional com geométrica e aplicar o critério errado. - exemplo: um furo pode estar dentro do diâmetro tolerado e ainda assim fora de posição.

NOTAS DO PROFESSOR - desenhar no quadro um quadro de tolerância geométrica real e decompor símbolo, valor e datum. - erro comum: alinhar por um datum diferente do indicado no quadro de tolerância. - pergunta: o que muda no resultado se o alinhamento usar o datum errado?

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: conhecer a constituição ajuda a diagnosticar um resultado estranho (eixo, apalpador ou peça). - erro comum: achar que o software "faz tudo"; a mecânica e as escalas são a base de toda a exatidão. - exemplo: mostrar fotos ou um vídeo curto dos três tipos de estrutura (ponte, braço, pórtico).

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar a sequência: fixar/alinhar antes de medir, nunca ao contrário. - erro comum: pensar que um único toque já dá um "elemento"; um plano precisa de vários pontos. - exemplo: contar quantos pontos mínimos definem um plano (3) e um círculo (3, idealmente mais).

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: escolher apalpador é uma aptidão avaliada, não um detalhe técnico menor. - erro comum: usar sempre touch-trigger mesmo em perfis de forma livre, perdendo detalhe. - exemplo: mostrar uma peça com um perfil curvo e discutir porque exige varrimento.

NOTAS DO PROFESSOR - perguntar à turma qual ponteira usariam para um canto muito apertado. - erro comum: usar uma ponteira demasiado comprida, que fleta e introduz erro. - exemplo: relacionar o diâmetro da esfera com o menor raio de canto que consegue tocar.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar o equilíbrio entre estabilidade e deformação: os dois erros opostos mais comuns. - erro comum: apertar uma peça fina ou de plástico contra uma mesa magnética até a deformar. - exemplo: peça em V para uma peça cilíndrica, mostrando como fixa sem esmagar.

NOTAS DO PROFESSOR - ligar este bloco ao Bloco 8 (alinhamento): a fixação boa apoia os datums usados depois. - erro comum: montar a peça e só depois perceber que uma zona ficou tapada pelo grampo. - exemplo: simular a montagem de uma peça em papel antes de a apertar de verdade.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar a diferença: a máquina calibra-se de fora para dentro (laboratório); o apalpador qualifica-se por sessão. - erro comum: assumir que a máquina calibrada dispensa qualificar o apalpador. Não dispensa. - exemplo: mostrar o certificado de calibração de uma CMM e explicar a validade.

NOTAS DO PROFESSOR - fazer a turma listar o que verificar antes de repetir uma qualificação falhada. - erro comum: não requalificar depois de trocar de ponteira a meio da sessão. - exemplo: relacionar o erro sistemático introduzido com o raio da ponteira não compensado.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar a ordem obrigatória: primário, secundário, terciário. Não se pode inverter. - erro comum: alinhar pelo datum errado por ser "mais fácil de tocar" em vez do indicado no desenho. - exemplo: relacionar cada passo com o quadro de tolerância geométrica do Bloco 3.

NOTAS DO PROFESSOR - pedir à turma para prever o efeito de trocar a ordem dos passos 1 e 2. - erro comum: confundir o erro de alinhamento com um erro de fabrico da peça. - exemplo: repetir o mesmo alinhamento duas vezes e comparar os resultados obtidos.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar a regra prática: pontos para elementos simples, varrimento para forma real da superfície. - erro comum: usar sempre pontos "porque é mais rápido", perdendo informação em superfícies complexas. - exemplo: mostrar um relatório de varrimento com um mapa de desvios coloridos sobre uma superfície curva.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que cada linha do programa corresponde a uma decisão já tomada nos blocos anteriores. - erro comum: escrever a rotina de medição antes de definir o alinhamento. - exemplo: mapear cada secção do programa a um bloco já dado (apalpador → Bloco 5, alinhamento → Bloco 8).

NOTAS DO PROFESSOR - correr este exemplo linha a linha com a turma, ligando a cada bloco anterior. - erro comum: esquecer o passo de qualificação no início do programa. - exemplo: pedir à turma para acrescentar uma linha extra para medir a perpendicularidade de uma face.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar que o modo escolhido depende do volume de produção e da repetibilidade exigida. - erro comum: usar sempre o modo manual mesmo em produção de série, perdendo repetibilidade. - exemplo: comparar quantas peças por hora se medem em manual vs em DCC.

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar: simulação e teste lento não são opcionais em programas novos, são o critério "evitar erros imputáveis ao operador". - erro comum: correr logo o programa à velocidade normal para "poupar tempo". - exemplo: descrever o custo de uma colisão real (apalpador partido, paragem da linha).

NOTAS DO PROFESSOR - enfatizar a diferença entre desvio e valor medido; é uma confusão frequente na leitura do relatório. - erro comum: ler "10,145" e não perceber que ultrapassa o limite superior de 10,100. - exemplo: pedir à turma para classificar mais uma linha de tabela como conforme ou não conforme.

NOTAS DO PROFESSOR - ligar este slide ao critério "evitar erros imputáveis ao operador": o relatório é a prova do trabalho feito. - erro comum: entregar um relatório sem as condições de medição, tornando-o não rastreável. - exemplo: mostrar um relatório real (ou modelo) e identificar cada secção com a turma.