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COMPARTILHAMENTO DE PROTOCOLOS ENTRE EQUIPAMENTOS CMM, CAD E CAM.

 

 

A fidelidade entre os resultados apresentados em sistemas de medição quando comparados aos valores da peça física, demonstra a confiabilidade dos equipamentos utilizados.

Todavia, a comunicação entre os sistemas de leitura e os processamento das informações requer alguns cuidados específicos, afim de evitar distorções nos resultados finais.

Comparando-se com as técnicas de inspeção manual tradicionais, o benefício do uso da máquina de medição por coordenadas (CMM-Coordinate Measurement Machine) é elevado e, notadamente os tempos de inspeção são significativamente menores, podendo-se observar reduções de até 90%.

Estes equipamentos tanto podem ser usados para inspecionar peças de geometrias complexas como para verificação de componentes antes e durante os processos de produção individuais [1].

Atualmente, qualquer peça ou componente mecânico pode ter suas dimensões mensuradas através de equipamentos CMM de maneira rápida e precisa [2,3].

A capacidade de medição é muito ampla, permitindo controlar dimensões lineares em uma ou duas direções, posições em três direções, alturas e rebaixos, superfícies cônicas e inclinadas, contornos ou perfis, desvio geométricos, posicionamento de furos e inter-relacionamento geométrico [4,5].

Para dar uma idéia da evolução destas máquinas, melhorias em seu projeto, nos materiais de construção e nas técnicas de isolamento possibilitaram o uso em temperaturas de trabalho entre 0°C e 45°C, com índices de umidade relativa de até 95% sem haver condensação.

Este desenvolvimento possibilitou que tais dispositivos possam ser posicionados também no chão de fábrica, rompendo a limitação de aplicação apenas em ambientescom temperatura e umidade controlados [1].

Intercâmbio e Interfaces

A necessidade de integração de máquinas de concepções diferentes, como a CMM, o torno e a fresadora CNC, com sistemas CAD-CAM¹ surgiu com o propósito de agilizar e qualificar o projeto e a fabricação de novos componentes.

Assim, tornou-se fundamental a obtenção de um padrão para realizar esta comunicação, já que os diferentes sistemas a serem integrados não utilizaram o mesmo banco de dados e, muitas vezes, nem sequer a mesma linguagem.

De maneira simplificada, pode se dizer que a busca desses padrões de transferência de informação gráficas entre sistema CAD diferentes objetivas que os sistemas conversem entre si [6].

A solução para a troca de informações gráficas entre sistemas distintos pode ser realizada de duas formas:

Através de uma interface específica, com a aplicação de dois programas, sendo que um programa interpreta os dados do primeiro para o segundo, e o outro realiza pó procedimento inverso ou;

Por meio de uma interface normalizada (formato padrão), que serve de arquivo neutro para a troca de informações.

Com o auxílio dessa interface, todos os sistemas CAD podem montar seus arquivos neste formato através de programas que traduzem os dados de um determinado sistema para o arquivo neutro [7].

Neste trabalho, utiliza-se o padrão IGES (Initial Graphics Exchange Specification) de intercâmbio de dados, já que ele é um dos sistemas utilizados pela CMM proposta para integração.

A troca eficiente e precisa de desenhos criados em diversos sistemas CAD necessita de um padrão de intercâmbio de dados digitais.

O padrão IGES é uma especificação de dados de domínio público, que foi pretendido como padrão internacional para o intercâmbio de informações entre sistemas CAD.

Foi adotado pelo governo dos Estados Unidos da América e corporação de grande porte, assim como, por seus parceiros mundiais [8].

Versões de entrada e saída de arquivos IGES podem não ser simétricas.

Se houver interesse na manutenção de desenhos (informações) a serem trocadas entre os sistemas, por um período de tempo mais extenso, deve-se estar familiarizado com os detalhes dos formatos dos padrões de troca [9].

método utilizado para copiar produtos a partir de um modelo pronto se chama Engenharia Reversa.

A engenharia Reversa não é somente utilizada com estes fins,tratando-se de uma ferramenta importante na indústria para realizar a manutenção em máquinas nas quais seua componentes já não são mais fabricados [10].

A integração CMM e CAD/CAM é utilizada em largar escala pela indústria por ser um dos métodos mais rápidos e confiáveis de se copiara forma de uma peça complexa.

Através do escaneamento da superfície da peça, gera-se uma série de curvas que, posteriormente, são transformadas em um modelo matemático da peça, com ajuda do computador.

Com o modelo matemático criado em CAD, o CAM se incumbe se simular a fabricação, determinar a máquina, as ferramentas e o programa a ser utilizados na fabricação da mesma [11].


Desenvolvimento e Soluções

Na execução deste trabalho utilizou-se um equipamento CMM FARO 3D e um programa CAD comercial, disponíveis na General Motors do Brasil (planta de Gravataí) e no Departamento de Engenharia Mecânica-Mecatrônica da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS).

A metodologia apresentada destina-se a integração de uma máquina CMM- 3D com um programa CAD-CAM, objetivando a realização de medições de peças de geometria complexa e variável com elevada precisão, rapidez e confiabilidade.

O trabalho tem como ponto de partida a escolha de uma peça de geometria complexa e difícil de ser mensurada com acurácia², rapidez e confiabilidade pelos métodos tradicionais.

A peça escolhida, devido a suas características próprias, foi o inserto da lanterna de um automóvel.

Esta peça é conhecida com o nome de ‘’banjo’’ no chão de fábrica.

A peça foi retirada da produção com a finalidade de realizarem-se as medições, sendo fixada convenientemente a um desempeno sobre a CMM.

Figura 1 mostra-se os dispositivos utilizados durante o procedimento.

 

Após a escolha da peça, foi necessário obter o seu desenho geométrico virtual.

Neste caso, o modelo sólido CAD, comumente designado como modelo matemático, foi gerado no programa de CAD/CAM Unigraphics®, utilizado pela General Motors de São Caetano, em São Paulo.

Foram necessárias conversões de arquivos pelo fato de a máquina CMM, utilizada para realizar as medições, trabalhar com um programa de CAD que não opera com arquivos em formato UG.

Portanto, partindo do modelo matemático em formato UG, houve a conversão no próprio sistema Unigraphics para o padrão IGES, entendido pela CMM 3D FARO®.

O arquivo do modelo matemático em formato IGES foi aberto na estação gráfica da CMM, que utiliza o programa CAM2 Measure® sob ambiente Microsoft Windows® (NT 4.0®, 2000® ou XP®).

Esse arquivo é ainda convertido para o formato DWG³, para que se se possa trabalhar na estação gráfica, uma vez que a mesma lê arquivos em formato IGES, mas não permite trabalhar com eles.

Como estação gráfica foi utilizado um computador portátil (figura 2) conectado a CMM 3D FARO® pela porta serial.


 

Técnicas de medição

Completadas todas as etapas anteriores, obteve-se o seguinte cenário:

° A CMM 3D FARO® fixada junto à peça real, em um desempeno, formando um sistema de coordenadas com ponto de origem na própria CMM 3D;

° O arquivo geométrico virtual (modelo matemático) da mesma peça real na estação em um outro sistema de coordenadas;

Para realizar as mediações com a CMM e a estação foi necessário trabalhar com um sistema de coordenadas comum entre elas.

Dessa forma, na estação gráficas da CMM foram definidos três círculos no modelo matemático, a partir de círculos pré-existentes no mesmo.

O círculos utilizados foram os dois furos de fixação do amortecedor da tampa traseira.

Utilizando a CMM foram determinados os mesmos três círculos na peça real.

Definidos os círculos, realizou-se o alinhamento dos modelos real (peça) e virtual (desenho CAD).

Por alinhamento entende-se a sobreposição do modelo CAD original pelos pontos medidos na peça real, de modo a terem sistemas de coordenadas semelhantes.

Desta forma, as desconformidades do modelo real podem ser mensuradas.

Na seqüencia passou-se a trabalhar com o mesmo sistema de coordenadas entre o modelo matemático e a peça real.

Para realizar a medição, foi necessário manusear a CMM, posicionando a ponteira de rubi sintético do braço de medição FaroArm® no ponto a ser medido na peça real e clicando-se nos botões de operação do braço para capturar o ponto medido.

A figura 3 demonstra um momento da medição da superfície da peça.

 

Na estação gráfica puderam-se verificar a posição do ponto medido em x, y e z, seu valor nominal e o desvio.

A figura 4 apresenta as etapas aplicadas para a realização do trabalho.

Todos os dados foram obtidos através da comparação entre a peça real medida e o modelo matemático, no mesmo sistema de coordenadas, determinado após o alinhamento entre ambos.

 

Esta comparação foi realizada automaticamente pelo programa CAM2 Measure®, que procurou o ponto mais próximo do recurso nominal e o associou à medição atual.

Com os dados da medição e de seus resultados, pôde-se confeccionar um relatório de medição, apresentando os valores de cada ponto.

Na figura 5 está apresentado o relatório final.

 

Técnicas de Digitalização de Superfície

Para explorar características adicionais da ferramenta, foi realizado o escaneamento 4 da peça real utilizando a metodologia de polilinhas paralelas, que são segmentos de reta unidos por dois pontos.

Cada polilinha descreve a forma da superfície da peça em uma determinação seção. O escaneamento foi realizado com a criação de um plano com a CMM 3D FARO®.

A partir deste plano foram criados ‘’n’’ planos paralelos ao plano de origem, sempre com a ponteirada CMM em contato com a peça.

A varredura se deu ao longo dos planos paralelos criados. Para cada cruzamento de um destes planos, foram coletados pontos, que, posteriormente, mediante um conjunto deles, formaram polilinhas paralelas.

Para aceitar os pontos coletados é necessário clicar o botão que confirma os pontos na CMM, com a ponteira ainda na peça.

As polilinhas foram formadas com a união dos pontos coletados em cada plano paralelo.

Ao final do escaneamento teve-se uma boa idéia da forma da peça, conforme demonstrada a figura 6.

 

Outra forma de escaneamento utilizada foi a obtenção de uma nuvem de pontos, onde o escaneamento é realizado a partir da criação de um plano com a CMM.

O procedimento inicial é o mesmo da metodologia de polilinhas, porém, ao final do processo,os pontos não são unidos e não há como verificar com clareza a forma da peça, conforme mostrado na figura7.

O arquivo gerado pelo escaneamento via polilinhas e via nuvem de pontos é no formato DWG.

Como o programa de CAD/CAM Unigraphics não processa este formato, foi necessário converter o arquivo de DWG para o formato DXF5, objetivando trabalhar com os arquivos escaneados e transformá-los em modelo sólido para aplicação na Engenharia Reversa.


 

Principais Dificuldades do Processo

A utilização do equipamento de medição FARO®, em si, não apresentou dificuldade de manuseio. Os programas empregados, quais sejam, a estação gráfica da CMM 3D FARO®, o Unigraphics, e o Anthro-CAM Também se mostraram de fácil interface com usuário.

A maior dificuldade encontrada esteve na não compatibilidade dos arquivos proprietários, de cada um dos sistemas citados, havendo a necessidade de conversão para o formato padrão, antes do processamento pelo programa seguinte.

No caso da peça estudada, tal conversão não causou perda de features6 ou informações da peça,porém, é sabido que problemas de perdas de informações podem ocorrer, em tais situações.

Conclusão

Através do desenvolvimento deste trabalho, obtiveram-se muitas informações sobre o compartilhamento de máquinas CMM com sistemas CAD/CAM, que podem servir como referência para outros protocolos.

O compartilhamento proposto, com o objetivo de realizar a medição de uma de geometria complexa, com a máxima rapidez e confiabilidade, foi concluído com sucesso.

Apresentou-se passo a passo cada etapa a ser erguida no compartilhamento CMM-CAD-CAM, o que pode contribuir para aqueles que possuam ambiente operacional similar ao proposto e que tenham a necessidade de utilizar tal técnica, tanto de forma eventual quando freqüente.

O relatório obtido das medições efetuadas foi bastante satisfatório,contendo informações importantes e suficientes para um bom entendimento dos procedimentos adotados, assim como, para realização de uma análise dimensional mais profunda.

A confecção do relatório, que apresenta o desenho da peça medida e a posição dos pontos medidos com seu resultado, foi facilitada devido aos recursos oferecidos pelo programa CAM2 Measure® e aos resultados obtidos com rapidez e ótima precisão pela CMM 3D FARO®.

AUTORES:
ISAAC NEWTON LIMA DA SILVA
JOÃO CARLOS PINHEIRO BECK
TIAGO LEONARDO BROILO
GILVER MAZIN DIAS
FONTE: REVISTA FERRAMENTAL

 

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