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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2015.tde-11092020-112406
Document
Author
Full name
César Augusto Galvão de Morais
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2015
Supervisor
Committee
Giacomo, Benedito di (President)
Abackerli, Alvaro Jose
Paziani, Fabricio Tadeu
Piratelli Filho, Antonio
Souza, Vagner Augusto de
Title in Portuguese
Sistemas redundantes de medição para separação de erros em máquinas de medir por coordenadas
Keywords in Portuguese
Máquinas de medir por coordenadas
Medição de distâncias
Redundância de dados
Separação de erros
Simulação
Abstract in Portuguese
Inspeções de conformidade têm um papel importante na cadeia produtiva das indústrias de fabricação, sobretudo as inspeções relacionadas a dimensões e geometrias de produtos manufaturados. A melhoria contínua no ambiente industrial está relacionada à redução de custos e aumento da qualidade de fabricação, e estes estão relacionados ao grau de desenvolvimento tecnológico empregado em sistemas de inspeções. As inspeções dimensionais e geométricas utilizando MMC (Máquinas de Medir por Coordenadas) são realizadas de forma rápida e com qualidade; porém, como em toda máquina há a presença de erros, os quais devem ser conhecidos, minimizados, e se possível removidos. Os erros em máquinas de medir por coordenadas podem ser conhecidos através de calibração, que geralmente são extensivas e de alto custo, ou também por aplicação de técnicas de separação de erros, porém, estas técnicas são realizadas com a necessidade da utilização de artefatos específicos para desacoplamento de erros. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo aplicar métodos que permitam melhorar a confiabilidade dos resultados de medições com uma MMC, especificamente nas medições de distâncias, aplicando técnicas de separação, redundância e superposição de erros, de modo a desacoplar os erros envolvidos nos procedimentos de medição, sem a necessidade de utilizar artefatos próprios para separação, mas apenas a peça inspecionada. O trabalho foi elaborado sob a hipótese de que os resultados de distâncias medidos em uma MMC dependem da região de medição. Esta hipótese foi testada e avaliada por meio de ANOVA (Análise de Variância) e a partir disto a proposta de trabalho foi desenvolvida. Inicialmente, foi realizada a calibração das escalas dos eixos "x" e "y" da máquina, por meio de interferometria laser, pois são os eixos correspondentes ao plano de medição. Os sistemas redundantes de medição foram elaborados com as modelagens matemáticas das leituras dos pontos coletados em procedimentos de medição de distâncias, utilizando a sobreposição de leituras dos pontos. Os modelos matemáticos foram solucionados e permitiram encontrar o valor convencional da distância entre paredes em procedimentos de medição. Os métodos para obtenção dos valores convencionais de distâncias foram chamados SRM (Sistemas Redundantes de Medição). Estes métodos foram realizados de duas maneiras, o SRM_1, que considera no modelo matemático quatro regiões de medição, e o SRM_2, que considera no modelo matemático apenas um par de regiões de medição. A validação dos sistemas redundantes de medição foi realizada pela estabilidade dos resultados entre os procedimentos e pela comparação dos resultados de distâncias medidos pela SIP. O SRM_1 permitiu encontrar um valor de distância próximo a distância medida com a SIP, sendo a diferença de apenas 4μm. Já a aplicação do SRM_2 permitiu encontrar resultados de distâncias com apenas 1μm de diferença dos resultados obtidos com SIP. Devido à estabilidade entre os procedimentos de medição e proximidade dos resultados obtidos com os SRM, diante dos resultados obtidos com a SIP, é possível concluir que os métodos apresentados permitem o desacoplamento de erros em medições de distâncias.
Title in English
Redundant measuring systems for error separation in coordinate measuring machines
Keywords in English
Coordinate measuring machines
Data redundancy
Error separation
Measuring distance
Simulation
Abstract in English
Compliance inspections have an important role in the production chain of manufacturing industries, especially those inspections related to dimensions and geometry of manufactured products. Continuous improvement in the industrial environment is related to reduced costs and increased quality of manufacture, and these factors are related to the degree of technological development used in inspection systems. Dimensional and geometric inspections using CMM (Coordinate Measuring Machines) are performed quickly and with quality; however, as in every machine there is the presence of errors, which should be known, minimized and if possible removed. Errors in coordinate measuring machines can be known through calibration, which are usually extensive and costly, or even by applying error separation techniques, but these techniques are performed with the need to use specific devices for decoupling error. In this context, the study aims to apply methods for improving the reliability of measurement results with a MMC, specifically in measurements of distances, using separation techniques, redundancy and overlap errors, in order to decouple the errors involved in the procedures measurement without the need to use special devices of separation, but only the part inspected. The work was done under the hypothesis that the results of distances measured on a CMM depend on the measurement region. This hypothesis was tested and evaluated by ANOVA (Analysis of Variance) and from this the work proposal was developed. Firstly, it was done the calibration of the scales of the axes "x" and "y" from the machine, by laser interferometry, because they are the axes corresponding to the measurement plane. Redundant systems of measurement were developed with the mathematical modeling of the readings from collected points in distance measuring procedures using overlapping of the readings of points. Mathematical models were solved and allowed to find the conventional value of the distance between walls in measurement procedures. The methods for obtaining the conventional values of distance were called SRM (Redundant Measuring Systems). These methods were performed in two ways, the SRM_1, which considers four measurement regions on the mathematical model, and SRM_2, which considers on the mathematical model only one pair of measurement regions. The validation of redundant systems of measurement was performed by the stability of results between the procedures and by comparison of the results of distances measured by SIP. The SRM_1 made possible the obtaining a distance value near the measured distance with the SIP, with difference of only 4μm. The application of SRM_2 made possible the obtaining results of distances with only 1μm of difference of results obtained by SIP. Due to the stability between the measurement procedures and proximity among the results obtained by SRM in comparison with the results obtained by SIP, it is possible to conclude that the methods presented allow the decoupling of errors in distance measurements.
 
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Publishing Date
2022-03-22
 
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