As Máquinas de Medir a Três Coordenadas (MM3Cs) desde sua criação evoluíram sensivelmente, entretanto poucas foram as modificações estruturais observadas. Hoje, para fabricantes de máquinas destacarem-se no mercado, são necessários grandes investimentos na busca de novos materiais estruturais e no desenvolvimento de programas computacionais cada vez mais versáteis. O sistema eletrônico e os programas computacionais utilizados durante as medições são inacessíveis e rígidos. Estes aplicativos normalmente não podem ser analisados nem modificados pelo usuário. São exemplos clássicos desta rigidez as características préestabelecidas pelo programa, ou métodos de ajustes utilizados na definição das grandezas. Este trabalho tem por objetivo exibir a interface eletrônica e computacional que quebra essa rigidez e permite a aquisição dos sinais das escalas da MM3C, possibilitando o desenvolvimento de novos aplicativos computacionais. O sistema foi aplicado em uma MM3C do tipo Ponte Móvel. Foi desenvolvido um programa computacional, MaqMed 2000, que utiliza os valores dos pontos coordenadas capturados no volume de trabalho da MM3C, e faz a compensação das coordenadas dos pontos utilizados, através das equações do Modelo Reduzido de Sintetização de Erros (MRSE). A avaliação da compatibilidade do dispositivo construído foi feita através do MaqMed 2000 em situações práticas. Foram tomados pontos no perfil de artefatos-padrão e os pontos ajustados através de duas rotinas, uma com e outra sem compensação dos erros. Os artefatos foram medidos em várias posições no volume da MM3C e averiguada a proximidade entre os resultados compensados e os não compensados, ao valor calibrado do artefato. O sistema desenvolvido permitiu compensar os erros em até 98% para compensação bidimensional e 87% para tridimensional. / Since the advent Coordinate Measuring Machines (CMMs) have improved substantially. However, only a small number of structural modifications were observed. Nowadays, considerable capital expenditure is needed to keep CMM builders competitive. Most important research fields concern structural material and production of more flexible and versatile software. The electronic system and the software used during measurement with CMM are rigid and inaccessible and no user modification is permitted. Typical examples are the predetermined software features and curve fitting methods used on the magnitudes definition process. This research aims to exhibit an interface that copes with the system stiffness and enables signal acquisition from the scales of the CMM, allowing the development of new types softwares. The proposed system was implemented on a moving bridge type CMM. A program that uses the values of the coordinate points obtained from the CMM work volume was created. The software MaqMed 2000 performs the compensation of the coordinates of the used points by means of synthesized errors equations. Evaluation of the performance of the built device was carried out using MaqMed 2000 in practical situations. Data sets were collected along the profile of artefacts and fitted by means of two routines, one with error compensation and the other not compensated. Artefacts were measured in several locations in the whole volume of the CMM. The proximity between the compensated and noncompensated results with respect to the calibrated artefact value was examined. The developed system allowed for error compensation of 98% for bi-dimensional compensation and 87% for tri-dimensional compensation.

O valor de uma grandeza é determinado por um conjunto de operações que caracterizam a medição. O resultado obtido por estas operações é o valor da grandeza, que nunca é o verdadeiro, porque toda medição possui erros de natureza sistemática ou aleatória, que acrescenta uma incerteza ao resultado. Assim, todo resultado de uma medição deve incluir informações sobre a sua incerteza, isto é, sobre o intervalo dentro do qual se estima que esteja o valor verdadeiro. Um consenso internacional sobre o assunto levou à elaboração da ISO-GUM (Guia para a Expressão da Incerteza de Medição), que fornece regras para a obtenção da expressão da incerteza da medição de grandezas físicas. No entanto, quando se trata da incerteza de medição por coordenadas, isto é, a incerteza na localização de um ponto no espaço, determinado através da indicação de uma máquina de medir a três coordenadas (MM3C), o problema é bem mais complexo. Assim, o objetivo deste trabalho é descrever uma metodologia para calcular a incerteza da medição por coordena das. Este cálculo envolve a calibração direta da máquina para a avaliação dos 21 possíveis erros geométricos, a análise destes erros para a determinação das equações que permitem calcular as incertezas de cada erro individualmente, e a análise geométrica da estrutura da máquina para determinar as equações de sintetização Ex, Ey e Ez, nas direções de seus eixos. Para definição da metodologia as equações que descrevem a variância combinada dos erros avaliados na calibração, foram substituídas nas equações que definem a variância do erro volumétrico das componentes Ex, Ey e Ez, dando origem às equações gerais que permitem determinar a incerteza do resultado da medição em uma MM3C. / The value of a magnitude is determined through a group of operations that characterize it. The result obtained by these operations is the value of the magnitude, and this value is never the true one because all measurements undergo errors of systematic or random nature, which increase an uncertainty to its result. Thus, all measurement result should include information about its uncertainty, that is, about the interval of values inside of which is considered that the true value is. An international accord, on that subject, allowed the elaboration of the ISO-GUM (Guide for the Expression of the Uncertainty of Measurement), that supplies rules for obtaining the expression of the measurement uncertainty for calibrations, linear dimensional measurements, among others. However, when the task is to estirnate the uncertainty of coordinate measurements, that is, the uncertainty of a point in the space, determined through the indication of a coordinate measuring machine (CMM), the problem is much more complex. Thus, the objective of this work is the description of a methodology to calculate the uncertainty measurements indication of a three coordinate measuring machine. This involves the direct calibration of the machine for the evaluation of the 21 possible geometric errors, the error analysis for defining the equations that allow to estimate the uncertainties of each error individually and the geometric analysis of the machine structure for determining the error synthetization equations Ex, Ey and Ez. The equations that describe the uncertainty of the geometric error measurements were substituted in the uncertainty equations of Ex, Ey and Ez, creating the general equations that allow to determine the uncertainty of the result of a measurement with a CMM.

O valor de uma grandeza é determinado por um conjunto de operações que caracterizam a medição. O resultado obtido por estas operações é o valor da grandeza, que nunca é o verdadeiro, porque toda medição possui erros de natureza sistemática ou aleatória, que acrescenta uma incerteza ao resultado. Assim, todo resultado de uma medição deve incluir informações sobre a sua incerteza, isto é, sobre o intervalo dentro do qual se estima que esteja o valor verdadeiro. Um consenso internacional sobre o assunto levou à elaboração da ISO-GUM (Guia para a Expressão da Incerteza de Medição), que fornece regras para a obtenção da expressão da incerteza da medição de grandezas físicas. No entanto, quando se trata da incerteza de medição por coordenadas, isto é, a incerteza na localização de um ponto no espaço, determinado através da indicação de uma máquina de medir a três coordenadas (MM3C), o problema é bem mais complexo. Assim, o objetivo deste trabalho é descrever uma metodologia para calcular a incerteza da medição por coordena das. Este cálculo envolve a calibração direta da máquina para a avaliação dos 21 possíveis erros geométricos, a análise destes erros para a determinação das equações que permitem calcular as incertezas de cada erro individualmente, e a análise geométrica da estrutura da máquina para determinar as equações de sintetização Ex, Ey e Ez, nas direções de seus eixos. Para definição da metodologia as equações que descrevem a variância combinada dos erros avaliados na calibração, foram substituídas nas equações que definem a variância do erro volumétrico das componentes Ex, Ey e Ez, dando origem às equações gerais que permitem determinar a incerteza do resultado da medição em uma MM3C. / The value of a magnitude is determined through a group of operations that characterize it. The result obtained by these operations is the value of the magnitude, and this value is never the true one because all measurements undergo errors of systematic or random nature, which increase an uncertainty to its result. Thus, all measurement result should include information about its uncertainty, that is, about the interval of values inside of which is considered that the true value is. An international accord, on that subject, allowed the elaboration of the ISO-GUM (Guide for the Expression of the Uncertainty of Measurement), that supplies rules for obtaining the expression of the measurement uncertainty for calibrations, linear dimensional measurements, among others. However, when the task is to estirnate the uncertainty of coordinate measurements, that is, the uncertainty of a point in the space, determined through the indication of a coordinate measuring machine (CMM), the problem is much more complex. Thus, the objective of this work is the description of a methodology to calculate the uncertainty measurements indication of a three coordinate measuring machine. This involves the direct calibration of the machine for the evaluation of the 21 possible geometric errors, the error analysis for defining the equations that allow to estimate the uncertainties of each error individually and the geometric analysis of the machine structure for determining the error synthetization equations Ex, Ey and Ez. The equations that describe the uncertainty of the geometric error measurements were substituted in the uncertainty equations of Ex, Ey and Ez, creating the general equations that allow to determine the uncertainty of the result of a measurement with a CMM.

As Máquinas de Medir a Três Coordenadas (MM3Cs) desde sua criação evoluíram sensivelmente, entretanto poucas foram as modificações estruturais observadas. Hoje, para fabricantes de máquinas destacarem-se no mercado, são necessários grandes investimentos na busca de novos materiais estruturais e no desenvolvimento de programas computacionais cada vez mais versáteis. O sistema eletrônico e os programas computacionais utilizados durante as medições são inacessíveis e rígidos. Estes aplicativos normalmente não podem ser analisados nem modificados pelo usuário. São exemplos clássicos desta rigidez as características préestabelecidas pelo programa, ou métodos de ajustes utilizados na definição das grandezas. Este trabalho tem por objetivo exibir a interface eletrônica e computacional que quebra essa rigidez e permite a aquisição dos sinais das escalas da MM3C, possibilitando o desenvolvimento de novos aplicativos computacionais. O sistema foi aplicado em uma MM3C do tipo Ponte Móvel. Foi desenvolvido um programa computacional, MaqMed 2000, que utiliza os valores dos pontos coordenadas capturados no volume de trabalho da MM3C, e faz a compensação das coordenadas dos pontos utilizados, através das equações do Modelo Reduzido de Sintetização de Erros (MRSE). A avaliação da compatibilidade do dispositivo construído foi feita através do MaqMed 2000 em situações práticas. Foram tomados pontos no perfil de artefatos-padrão e os pontos ajustados através de duas rotinas, uma com e outra sem compensação dos erros. Os artefatos foram medidos em várias posições no volume da MM3C e averiguada a proximidade entre os resultados compensados e os não compensados, ao valor calibrado do artefato. O sistema desenvolvido permitiu compensar os erros em até 98% para compensação bidimensional e 87% para tridimensional. / Since the advent Coordinate Measuring Machines (CMMs) have improved substantially. However, only a small number of structural modifications were observed. Nowadays, considerable capital expenditure is needed to keep CMM builders competitive. Most important research fields concern structural material and production of more flexible and versatile software. The electronic system and the software used during measurement with CMM are rigid and inaccessible and no user modification is permitted. Typical examples are the predetermined software features and curve fitting methods used on the magnitudes definition process. This research aims to exhibit an interface that copes with the system stiffness and enables signal acquisition from the scales of the CMM, allowing the development of new types softwares. The proposed system was implemented on a moving bridge type CMM. A program that uses the values of the coordinate points obtained from the CMM work volume was created. The software MaqMed 2000 performs the compensation of the coordinates of the used points by means of synthesized errors equations. Evaluation of the performance of the built device was carried out using MaqMed 2000 in practical situations. Data sets were collected along the profile of artefacts and fitted by means of two routines, one with error compensation and the other not compensated. Artefacts were measured in several locations in the whole volume of the CMM. The proximity between the compensated and noncompensated results with respect to the calibrated artefact value was examined. The developed system allowed for error compensation of 98% for bi-dimensional compensation and 87% for tri-dimensional compensation.

A economia mundial, cada vez mais competitiva, impulsiona o acelerado desenvolvimento tecnológico e conseqüentemente promove o crescente uso de Máquinas de Medir a Três Coordenadas (MM3Cs). A preferência por essas máquinas pode ser justificada pela sua grande flexibiÍidade e produtividade e é uma tentativa de melhorar a área de inspeção dimensional do processo produtivo. Um grande esforço no desenvolvimento de novas metodologias se realiza para se obter e modelar os erros de MM3Cs. Padrões para calibração de MM3Cs foram sugeridos e colocados em uso através dos diferentes anos, com a finalidade de utilizá-los em testes de aceitação e verificação periódica da incerteza de medição de MM3Cs. Novos artefatos para a calibração indireta de MM3Cs visam melhorar os procedimentos de calibração para uso em sistemas de compensação de erros. Diante do exposto acima, este trabalho tem como objetivo desenvolver um Procedimento de Calibração Indireta de MM3Cs com o Esquadro Mecânico de Esferas aliado a um Modelo Reduzido de Sintetização de Erros (MRSE) para uso em um Sistema de Compensação de Erros. O procedimento possibilita maior rapidez na obtenção dos valores e comportamentos dos erros quando comparado com outros procedimentos de calibração indireta. Aliado a um MRSE, o procedimento proposto tem como vantagem o uso de um único artefato para medir todos os termos das componentes do erro volumétrico, nas direções X, Y e Z de uma MM3C. / The increasingly competitive world economy promotes the technological development and, as a consequence, the growing use of Coordinate Measuring Machines (CMMs). The predilection for CMMs can be justified by their great flexibility and productivity and is also an attempt to improve the dimerisional inspection quality of the productive process. Considerable effort was made on the development of new methodologies to obtain and model CMMs errors. Calibration standards were suggested and employed for years aiming at acceptance tests and periodic verification of measurement uncertainty of CMMs. The development of new artefacts for CMM indirect calibration seeks to enhance calibration procedures for error compensation systems. Therefore, this work aims at the development of an indirect CMM calibration procedure using a mechanical ball square and the Error Synthesization Reduced Model (ESRM) for an error compensation system. The procedure allows faster obtaining of error values and behaviour if compared with other indirect calibration procedures. The proposed procedure, along with the ESRM, is advantageous since only one artefact is employed to measure all the terms of the volumetric error components m directions X, Y and Z of the CMM.

A economia mundial, cada vez mais competitiva, impulsiona o acelerado desenvolvimento tecnológico e conseqüentemente promove o crescente uso de Máquinas de Medir a Três Coordenadas (MM3Cs). A preferência por essas máquinas pode ser justificada pela sua grande flexibiÍidade e produtividade e é uma tentativa de melhorar a área de inspeção dimensional do processo produtivo. Um grande esforço no desenvolvimento de novas metodologias se realiza para se obter e modelar os erros de MM3Cs. Padrões para calibração de MM3Cs foram sugeridos e colocados em uso através dos diferentes anos, com a finalidade de utilizá-los em testes de aceitação e verificação periódica da incerteza de medição de MM3Cs. Novos artefatos para a calibração indireta de MM3Cs visam melhorar os procedimentos de calibração para uso em sistemas de compensação de erros. Diante do exposto acima, este trabalho tem como objetivo desenvolver um Procedimento de Calibração Indireta de MM3Cs com o Esquadro Mecânico de Esferas aliado a um Modelo Reduzido de Sintetização de Erros (MRSE) para uso em um Sistema de Compensação de Erros. O procedimento possibilita maior rapidez na obtenção dos valores e comportamentos dos erros quando comparado com outros procedimentos de calibração indireta. Aliado a um MRSE, o procedimento proposto tem como vantagem o uso de um único artefato para medir todos os termos das componentes do erro volumétrico, nas direções X, Y e Z de uma MM3C. / The increasingly competitive world economy promotes the technological development and, as a consequence, the growing use of Coordinate Measuring Machines (CMMs). The predilection for CMMs can be justified by their great flexibility and productivity and is also an attempt to improve the dimerisional inspection quality of the productive process. Considerable effort was made on the development of new methodologies to obtain and model CMMs errors. Calibration standards were suggested and employed for years aiming at acceptance tests and periodic verification of measurement uncertainty of CMMs. The development of new artefacts for CMM indirect calibration seeks to enhance calibration procedures for error compensation systems. Therefore, this work aims at the development of an indirect CMM calibration procedure using a mechanical ball square and the Error Synthesization Reduced Model (ESRM) for an error compensation system. The procedure allows faster obtaining of error values and behaviour if compared with other indirect calibration procedures. The proposed procedure, along with the ESRM, is advantageous since only one artefact is employed to measure all the terms of the volumetric error components m directions X, Y and Z of the CMM.