Os mecanismos amplamente utilizados em aplicações industriais são de tipo serial, porém há algum tempo vem sendo desenvolvidos estudos sobre as vantagens que os mecanismos de arquitetura paralela oferecem em contraposição com os seriais. Rigidez, precisão, altas frequências naturais e velocidade são algumas características que os mecanismos paralelos atribuem a máquinas já consolidadas na indústria, destinadas principalmente nas operações de manipulação (pick and place). Nesse sentido, é relevante o estudo sobre a funcionalidade em outros tipos de operação como a usinagem e, particularmente o fresamento. Para isto, devem-se ainda explorar e desenvolver as capacidades dos mecanismos paralelos em relação à rigidez e à precisão nas operações mencionadas. Foi desenvolvido previamente o projeto e montagem do protótipo de uma máquina fresadora de arquitetura paralela. Também aracterizado pela redundância na atuação para o posicionamento da ferramenta. Com este intuito, pretende-se no trabalho atual, avaliar o erro estático de posicionamento da ferramenta por métodos experimentais, quantificar os deslocamentos, realizar um mapeamento experimental em diversas configurações dos membros. Por outro lado, pretende-se adaptar um modelo numérico simplificado que possa prever as deformações elásticas em diversas configurações, que contemple o efeito de juntas lineares flexíveis e que de alguma forma ajude a identificar as principais fontes de erro. Para tal, foram elaboradas rotinas de programação que através da cinemática inversa e o uso do método dos elementos finitos tentem prever o que de fato acontece nos experimentos. Foi proposta também uma implementação alternativa para o controle do mecanismo através de um software CNC e a conversão de coordenadas cartesianas em coordenadas dos atuadores, isto ajudaria na geração do código G. Finalmente, foram elaboradas algumas trajetórias que tentam avaliar a exatidão e repetitividade do mecanismo além de descrever outras trajetórias livres. / Serial mechanisms have been widely used in industrial applications, on the other hand some studies related to advantages of parallel kinematics and its benefits have been developed in the last decades. Stiffness, accuracy, high natural frequencies and velocities are some characteristics that this kind of kinematic architecture attribute to some industrial machines specially used in \"pick and place\" operations. However, it remains relevant to study the functionality that parallel mechanisms could offer in other kind of applications such as milling. In order to achieve this, it is important to evaluate and explore the capabilities and performance characteristics when precision and stiffness are involved. A milling machine with parallel architecture prototype has been designed and constructed in previous works. The tool positioning is characterized by redundant actuation. The present work aims to evaluate the static error of the tool positioning mechanism by experimental procedures, in order to quantify the tool displacements under some established loads and to elaborate an experimental map for static error in different mechanism configurations. On the other hand, it is intended to adapt a simplified numerical model that could predict the stiffness behavior along the workspace including the effect of flexible linear actuators. For this purpose, a finite element method script was developed to solve all the structure displacements. In addition, it was proposed an alternative control implementation that works through an open source CNC software and its appropriate kinematic conversion for the mechanism characteristics and the generation of G Code scripts. Finally, some trajectories were planned in order to evaluate accuracy and repeatability in two proposed paths besides some other free operations.

Os mecanismos amplamente utilizados em aplicações industriais são de tipo serial, porém há algum tempo vem sendo desenvolvidos estudos sobre as vantagens que os mecanismos de arquitetura paralela oferecem em contraposição com os seriais. Rigidez, precisão, altas frequências naturais e velocidade são algumas características que os mecanismos paralelos atribuem a máquinas já consolidadas na indústria, destinadas principalmente nas operações de manipulação (pick and place). Nesse sentido, é relevante o estudo sobre a funcionalidade em outros tipos de operação como a usinagem e, particularmente o fresamento. Para isto, devem-se ainda explorar e desenvolver as capacidades dos mecanismos paralelos em relação à rigidez e à precisão nas operações mencionadas. Foi desenvolvido previamente o projeto e montagem do protótipo de uma máquina fresadora de arquitetura paralela. Também aracterizado pela redundância na atuação para o posicionamento da ferramenta. Com este intuito, pretende-se no trabalho atual, avaliar o erro estático de posicionamento da ferramenta por métodos experimentais, quantificar os deslocamentos, realizar um mapeamento experimental em diversas configurações dos membros. Por outro lado, pretende-se adaptar um modelo numérico simplificado que possa prever as deformações elásticas em diversas configurações, que contemple o efeito de juntas lineares flexíveis e que de alguma forma ajude a identificar as principais fontes de erro. Para tal, foram elaboradas rotinas de programação que através da cinemática inversa e o uso do método dos elementos finitos tentem prever o que de fato acontece nos experimentos. Foi proposta também uma implementação alternativa para o controle do mecanismo através de um software CNC e a conversão de coordenadas cartesianas em coordenadas dos atuadores, isto ajudaria na geração do código G. Finalmente, foram elaboradas algumas trajetórias que tentam avaliar a exatidão e repetitividade do mecanismo além de descrever outras trajetórias livres. / Serial mechanisms have been widely used in industrial applications, on the other hand some studies related to advantages of parallel kinematics and its benefits have been developed in the last decades. Stiffness, accuracy, high natural frequencies and velocities are some characteristics that this kind of kinematic architecture attribute to some industrial machines specially used in \"pick and place\" operations. However, it remains relevant to study the functionality that parallel mechanisms could offer in other kind of applications such as milling. In order to achieve this, it is important to evaluate and explore the capabilities and performance characteristics when precision and stiffness are involved. A milling machine with parallel architecture prototype has been designed and constructed in previous works. The tool positioning is characterized by redundant actuation. The present work aims to evaluate the static error of the tool positioning mechanism by experimental procedures, in order to quantify the tool displacements under some established loads and to elaborate an experimental map for static error in different mechanism configurations. On the other hand, it is intended to adapt a simplified numerical model that could predict the stiffness behavior along the workspace including the effect of flexible linear actuators. For this purpose, a finite element method script was developed to solve all the structure displacements. In addition, it was proposed an alternative control implementation that works through an open source CNC software and its appropriate kinematic conversion for the mechanism characteristics and the generation of G Code scripts. Finally, some trajectories were planned in order to evaluate accuracy and repeatability in two proposed paths besides some other free operations.

Esta dissertação insere-se nas áreas de qualidade laboratorial e de ensaios de controle de concreto, especificamente quanto à propriedade módulo estático de deformação ou módulo de Young. A motivação do trabalho é a elevada variabilidade de resultados experimentais observada pelo meio técnico nacional em ensaios interlaboratoriais, cujos resultados indicam desvios-padrão totais da ordem de 3,5 GPa, valor significativo para o controle tecnológico de obras de construção civil. Os objetivos buscados foram a identificação das parcelas da variabilidade oriundas da produção e do ensaio, com especial atenção àquela originada na instrumentação para medida das deformações durante o ensaio, e a discussão da aplicabilidade do conceito semiprobabilístico normativo à propriedade módulo de deformação do concreto. Além disso, a própria discussão da aplicabilidade da sistemática de pesquisa e análise sobre este tipo de ensaio e de material constou como um objetivo do trabalho. Para tal, desenvolveu-se um programa experimental em duas etapas: a primeira foi destinada às avaliações de acurácia (precisão e exatidão) do método de ensaio. As avaliações se deram segundo roteiros da área metrológica para validação de métodos e sistemas de medida. De quatro instrumentações para medida das deformações testadas, uma se mostrou mais precisa (identificada como clip gages) e outra se mostrou a mais suscetível a erros sistemáticos e aleatórios entre as testadas (identificada como compressômetro com dois relógios comparadores). Recomendou-se a ampliação do programa experimental para o âmbito interlaboratorial, pois, a rigor, o método de ensaio vigente não poderia ser considerado validado em termos de acurácia baseando-se unicamente nos resultados deste programa experimental. Porém, concluiu-se pela possibilidade de aceitação prática do método independentemente da utilização de três de um total de quatro tipos de instrumentação para medida das deformações testados em ensaio, sem que houvesse prejuízo para a produção ou o controle tecnológico usual desta propriedade. Na segunda etapa, obteve-se um Diagrama de Dosagem e estudou-se um cenário de fornecimento de concreto sob critérios estatísticos diferentes de atendimento à especificação de módulo de deformação: utilização do valor característico e do valor médio, com diferença de 4 GPa entre eles. Estimou-se um aumento da ordem de 9% no deslocamento vertical de uma viga simples bi-apoiada quando executada com o concreto de menor módulo em relação à execução com o de maior módulo. Por sua vez, o concreto de maior módulo exigiria um aumento no consumo de cimento da ordem de até 200 kg/m3, se conservados todos os insumos materiais e os demais parâmetros tecnológicos contidos nos traços. Concluiu-se pela aplicabilidade do uso da sistemática empregada na avaliação da acurácia do método de ensaio e do uso do conceito semiprobabilístico para esta propriedade. / This work is developed into the areas of laboratorial quality and concrete control tests, specifically focusing on the static modulus of elasticity or Young´s modulus. The motivation of this work is the high variability of experimental results observed by national technicians in interlaboratorial tests. These results show total standard deviations of around 3.5 GPa, a significant value for the technological control for civil construction. The main objectives are the identification of the variability fragments derived from the production and test, specially the ones related to the instrumentation for measuring deformations during the test, and the discussion of the semi-probabilistic concept applicability on the concrete Young´s modulus control. Moreover, the discussion of the applicability of the procedure used in this work and its analysis are also objective pursued here. The experimental program was developed in two steps: the first step covered the accuracy assessments (precision and exactness) of test method. The assessments were carried out according to instructions from Metrology concepts for the validation of the methods and the measure systems. One out of four instrumentations for measuring the tested deformations proved to be more precise (identified as clip gages) and another one proved to be more susceptible to systematic and random errors (identified as a compressometer with two dial indicators). The extension of the experimental program to an interlaboratorial scope is recommended because the current test method could not be considered valid based only on the results of this experimental program. However, it was shown that the practical acceptance of the test method for three among the four kinds of instrumentations analyzed, without damaging the production or the usual technological control of this property, is possible. On the second step, a mix design diagram was obtained and a case of supply of concrete under different statistical criteria (fulfillment the modulus of elasticity specification): the use of the characteristic value and the average value, with difference of 4 GPa between them. An increase of 9% on the vertical transference of a simple dual supported beam was observed when using a lower modulus concrete, when compared to another one with a higher modulus. On the other hand, the modulus increase would require an increment in the cement consumption up to 200 kg per cubic meter, if all the material inputs and further technological parameters is maintained. The final conclusion was that the procedure used on the assessment of the test method accuracy and the semi-probabilistic concept on this material property is applicable.

Esta dissertação insere-se nas áreas de qualidade laboratorial e de ensaios de controle de concreto, especificamente quanto à propriedade módulo estático de deformação ou módulo de Young. A motivação do trabalho é a elevada variabilidade de resultados experimentais observada pelo meio técnico nacional em ensaios interlaboratoriais, cujos resultados indicam desvios-padrão totais da ordem de 3,5 GPa, valor significativo para o controle tecnológico de obras de construção civil. Os objetivos buscados foram a identificação das parcelas da variabilidade oriundas da produção e do ensaio, com especial atenção àquela originada na instrumentação para medida das deformações durante o ensaio, e a discussão da aplicabilidade do conceito semiprobabilístico normativo à propriedade módulo de deformação do concreto. Além disso, a própria discussão da aplicabilidade da sistemática de pesquisa e análise sobre este tipo de ensaio e de material constou como um objetivo do trabalho. Para tal, desenvolveu-se um programa experimental em duas etapas: a primeira foi destinada às avaliações de acurácia (precisão e exatidão) do método de ensaio. As avaliações se deram segundo roteiros da área metrológica para validação de métodos e sistemas de medida. De quatro instrumentações para medida das deformações testadas, uma se mostrou mais precisa (identificada como clip gages) e outra se mostrou a mais suscetível a erros sistemáticos e aleatórios entre as testadas (identificada como compressômetro com dois relógios comparadores). Recomendou-se a ampliação do programa experimental para o âmbito interlaboratorial, pois, a rigor, o método de ensaio vigente não poderia ser considerado validado em termos de acurácia baseando-se unicamente nos resultados deste programa experimental. Porém, concluiu-se pela possibilidade de aceitação prática do método independentemente da utilização de três de um total de quatro tipos de instrumentação para medida das deformações testados em ensaio, sem que houvesse prejuízo para a produção ou o controle tecnológico usual desta propriedade. Na segunda etapa, obteve-se um Diagrama de Dosagem e estudou-se um cenário de fornecimento de concreto sob critérios estatísticos diferentes de atendimento à especificação de módulo de deformação: utilização do valor característico e do valor médio, com diferença de 4 GPa entre eles. Estimou-se um aumento da ordem de 9% no deslocamento vertical de uma viga simples bi-apoiada quando executada com o concreto de menor módulo em relação à execução com o de maior módulo. Por sua vez, o concreto de maior módulo exigiria um aumento no consumo de cimento da ordem de até 200 kg/m3, se conservados todos os insumos materiais e os demais parâmetros tecnológicos contidos nos traços. Concluiu-se pela aplicabilidade do uso da sistemática empregada na avaliação da acurácia do método de ensaio e do uso do conceito semiprobabilístico para esta propriedade. / This work is developed into the areas of laboratorial quality and concrete control tests, specifically focusing on the static modulus of elasticity or Young´s modulus. The motivation of this work is the high variability of experimental results observed by national technicians in interlaboratorial tests. These results show total standard deviations of around 3.5 GPa, a significant value for the technological control for civil construction. The main objectives are the identification of the variability fragments derived from the production and test, specially the ones related to the instrumentation for measuring deformations during the test, and the discussion of the semi-probabilistic concept applicability on the concrete Young´s modulus control. Moreover, the discussion of the applicability of the procedure used in this work and its analysis are also objective pursued here. The experimental program was developed in two steps: the first step covered the accuracy assessments (precision and exactness) of test method. The assessments were carried out according to instructions from Metrology concepts for the validation of the methods and the measure systems. One out of four instrumentations for measuring the tested deformations proved to be more precise (identified as clip gages) and another one proved to be more susceptible to systematic and random errors (identified as a compressometer with two dial indicators). The extension of the experimental program to an interlaboratorial scope is recommended because the current test method could not be considered valid based only on the results of this experimental program. However, it was shown that the practical acceptance of the test method for three among the four kinds of instrumentations analyzed, without damaging the production or the usual technological control of this property, is possible. On the second step, a mix design diagram was obtained and a case of supply of concrete under different statistical criteria (fulfillment the modulus of elasticity specification): the use of the characteristic value and the average value, with difference of 4 GPa between them. An increase of 9% on the vertical transference of a simple dual supported beam was observed when using a lower modulus concrete, when compared to another one with a higher modulus. On the other hand, the modulus increase would require an increment in the cement consumption up to 200 kg per cubic meter, if all the material inputs and further technological parameters is maintained. The final conclusion was that the procedure used on the assessment of the test method accuracy and the semi-probabilistic concept on this material property is applicable.