As Máquinas de Medir a Três Coordenadas (MM3Cs) possuem erros inerentes à sua estrutura que afetam a exatidão e a repetibilidade das medições. Dos erros presentes nessas máquinas, os erros geométricos são, na maioria das vezes, os de maior influência. O resultado da combinação destes erros em cada uma das direções preferenciais é denominado componente do erro volumétrico. Assim, torna-se de vital importância conhecer a relação existente entre as variáveis envolvidas num processo de medição qualquer, ou seja, a relação entre as coordenadas dos pontos medidos, os erros geométricos e as componentes do erro volumétrico. Diversos métodos foram propostos para modelar o comportamento dos erros nas MM3Cs. Entretanto não existem, ainda, modelos matemáticos obtidos a partir de dados experimentais que descrevam e caracterizem estes erros. Por tal motivo este trabalho apresenta uma metodologia geral para equacionar as componentes do erro volumétrico em MM3Cs, utilizando técnicas de regressão múltipla. Esta ferramenta permite de forma simples equacionar e prever o erro volumétrico da máquina avaliada. A metodologia foi aplicada a uma MM3C do tipo \"Ponte Móvel\". Foram obtidas três equações de regressão, uma para cada componente do erro, a partir de dados levantados através da calibração direta, especificamente o método do volume dividido. A adequabilidade do modelo foi avaliada estatisticamente. Os resultados obtidos foram discutidos e comparados com os resultados obtidos através da calibração utilizando-se uma barra de esferas, constatando-se uma excelente capacidade do modelo na previsão do erro total da máquina. Ainda, efetuo-se a compensação do erro volumétrico em duas diagonais do volume de trabalho da máquina avaliada utilizando-se o modelo proposto, neste caso, o erro foi diminuído sensivelmente. / The accuracy and the repeatability of measurements of Three Coordinates Measuring Machines (CMM) are affected by several errors. Among them, geometrical errors are the most influents in the most experimental cases. The result of geometric errors combination in each of the preferentials directions is denominated of volumetric error components. Thus, its possible to know the existent relationship between coordinates of measured points and volumetric error components. Several methods have been proposed to model the behavior of the volumetric error in CMM as a function of the X, Y and Z coordinates. However, sofar from experimental measurements of the volumetric error has bem proposed mathematical model for the descriptions and characterizations of errors was obtained. In this work is presented a general methodology to obtain a mathematical equation and prediction of them components of the volumetric errors, using multiple regression. The methodology was applied at a of \"Moving Bridge\" CMM type. Were obtained three regression equations, one for each component of the error, starting from data collected by direct calibration, specifically by the divided volume method. The model was evaluated statistically. The simulated results were evaluated, discussed and compared with the results obtained through the ball bar calibration, showing an excellent capacity of the model in the prediction of the volumetric error of the machine. Besides was made the compensation of the volumetric error in two diagonals of the working volume of the appraised machine using the proposed model, in this case the error was minimized sensibly.

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.

As Máquinas de Medir a Três Coordenadas (MM3Cs) possuem erros inerentes à sua estrutura que afetam a exatidão e a repetibilidade das medições. Dos erros presentes nessas máquinas, os erros geométricos são, na maioria das vezes, os de maior influência. O resultado da combinação destes erros em cada uma das direções preferenciais é denominado componente do erro volumétrico. Assim, torna-se de vital importância conhecer a relação existente entre as variáveis envolvidas num processo de medição qualquer, ou seja, a relação entre as coordenadas dos pontos medidos, os erros geométricos e as componentes do erro volumétrico. Diversos métodos foram propostos para modelar o comportamento dos erros nas MM3Cs. Entretanto não existem, ainda, modelos matemáticos obtidos a partir de dados experimentais que descrevam e caracterizem estes erros. Por tal motivo este trabalho apresenta uma metodologia geral para equacionar as componentes do erro volumétrico em MM3Cs, utilizando técnicas de regressão múltipla. Esta ferramenta permite de forma simples equacionar e prever o erro volumétrico da máquina avaliada. A metodologia foi aplicada a uma MM3C do tipo \"Ponte Móvel\". Foram obtidas três equações de regressão, uma para cada componente do erro, a partir de dados levantados através da calibração direta, especificamente o método do volume dividido. A adequabilidade do modelo foi avaliada estatisticamente. Os resultados obtidos foram discutidos e comparados com os resultados obtidos através da calibração utilizando-se uma barra de esferas, constatando-se uma excelente capacidade do modelo na previsão do erro total da máquina. Ainda, efetuo-se a compensação do erro volumétrico em duas diagonais do volume de trabalho da máquina avaliada utilizando-se o modelo proposto, neste caso, o erro foi diminuído sensivelmente. / The accuracy and the repeatability of measurements of Three Coordinates Measuring Machines (CMM) are affected by several errors. Among them, geometrical errors are the most influents in the most experimental cases. The result of geometric errors combination in each of the preferentials directions is denominated of volumetric error components. Thus, its possible to know the existent relationship between coordinates of measured points and volumetric error components. Several methods have been proposed to model the behavior of the volumetric error in CMM as a function of the X, Y and Z coordinates. However, sofar from experimental measurements of the volumetric error has bem proposed mathematical model for the descriptions and characterizations of errors was obtained. In this work is presented a general methodology to obtain a mathematical equation and prediction of them components of the volumetric errors, using multiple regression. The methodology was applied at a of \"Moving Bridge\" CMM type. Were obtained three regression equations, one for each component of the error, starting from data collected by direct calibration, specifically by the divided volume method. The model was evaluated statistically. The simulated results were evaluated, discussed and compared with the results obtained through the ball bar calibration, showing an excellent capacity of the model in the prediction of the volumetric error of the machine. Besides was made the compensation of the volumetric error in two diagonals of the working volume of the appraised machine using the proposed model, in this case the error was minimized sensibly.

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 desempenho metrológico de uma Máquina de Medir a Três Coordenadas (MM3C) está relacionado com a sua capacidade de medir peças com a precisão requerida ou desejada. No entanto, como todo instrumento de medição, essas máquinas possuem erros que afetam as medições gerando o que se convencionou chamar de erros volumétricos. Tais erros podem ser obtidos através de modelos matemáticos que descrevem como os erros individuais de todos os componentes da MM3C se combinam por todo o volume de trabalho. Atualmente, no modelamento dos erros, adota-se a independência entre os erros individuais, entretanto, se analisada a geometria estrutural da máquina, verifica-se que existe dependência entre os erros de retilineidade e os erros angulares. O objetivo deste trabalho é expressar o erro angular em função do erro de retilineidade, possibilitando assim minimizar o número de calibrações necessárias e, consequentemente, o tempo de máquina parada requerido para o levantamento do seu comportamento metrológico. Para que se pudesse atingir o objetivo proposto, foram levantados os erros de retilineidade e os angulares de uma Máquina de Medir a Três Coordenadas da marca Brown & Sharp do tipo Ponte Móvel. Com esses dados e o conhecimento da geometria da máquina, os erros angulares foram equacionados, calculados e comparados com os obtidos experimentalmente. / The metrological performance of a Three Coordinate Measuring Machines (CMM) is related to the capacity of measuring workpieces with a required precision. As every measurement instrument, these machines undergo the effects of internal and external factors that affect the measurement, generating what has been denominated as volumetric errors. Such errors can be obtained through a mathematical model that simulates how the individual errors of the CMM are combined and propagated to any point within the machine working volume. Usually, the independence among the individual errors is adopted when the machine error model is built. However, if the machine geometry is analyzed, the dependence between the straightness error and the angular error can be noted. The objective of this work is to express the angular error as a function of the straightness error. The formulation proposed in this work to express this correlation minimizes the number of calibrations necessary to evaluate the machine behavior. A Brown & Sharp Moving Bridge Coordinate Measuring Machine was used for the experimental evaluation. With this data set and knowing the machine geometry, a mathematical expression relating straightness and angular error was obtained. The calculated error values were then compared with the errors experimentally measured.

O desempenho metrológico de uma Máquina de Medir a Três Coordenadas (MM3C) está relacionado com a sua capacidade de medir peças com a precisão requerida ou desejada. No entanto, como todo instrumento de medição, essas máquinas possuem erros que afetam as medições gerando o que se convencionou chamar de erros volumétricos. Tais erros podem ser obtidos através de modelos matemáticos que descrevem como os erros individuais de todos os componentes da MM3C se combinam por todo o volume de trabalho. Atualmente, no modelamento dos erros, adota-se a independência entre os erros individuais, entretanto, se analisada a geometria estrutural da máquina, verifica-se que existe dependência entre os erros de retilineidade e os erros angulares. O objetivo deste trabalho é expressar o erro angular em função do erro de retilineidade, possibilitando assim minimizar o número de calibrações necessárias e, consequentemente, o tempo de máquina parada requerido para o levantamento do seu comportamento metrológico. Para que se pudesse atingir o objetivo proposto, foram levantados os erros de retilineidade e os angulares de uma Máquina de Medir a Três Coordenadas da marca Brown & Sharp do tipo Ponte Móvel. Com esses dados e o conhecimento da geometria da máquina, os erros angulares foram equacionados, calculados e comparados com os obtidos experimentalmente. / The metrological performance of a Three Coordinate Measuring Machines (CMM) is related to the capacity of measuring workpieces with a required precision. As every measurement instrument, these machines undergo the effects of internal and external factors that affect the measurement, generating what has been denominated as volumetric errors. Such errors can be obtained through a mathematical model that simulates how the individual errors of the CMM are combined and propagated to any point within the machine working volume. Usually, the independence among the individual errors is adopted when the machine error model is built. However, if the machine geometry is analyzed, the dependence between the straightness error and the angular error can be noted. The objective of this work is to express the angular error as a function of the straightness error. The formulation proposed in this work to express this correlation minimizes the number of calibrations necessary to evaluate the machine behavior. A Brown & Sharp Moving Bridge Coordinate Measuring Machine was used for the experimental evaluation. With this data set and knowing the machine geometry, a mathematical expression relating straightness and angular error was obtained. The calculated error values were then compared with the errors experimentally measured.

A fabricação de produtos cada vez melhores é fator imperativo, pois sob o ponto de vista dos fabricantes, maior fatia do mercado, maiores lucros, e para o consumidor produtos de melhor desempenho, maior vida útil, maior compacticidade, ou seja, qualidade. Por sua vez, garantir esta qualidade exige uma definição adequada das características do produto, obrigando o mundo tecnológico a investir na procura por melhores meios de controle dimensional. A tendência pelo aumento da qualidade dos produtos faz surgir a necessidade de se construir ou aperfeiçoar sistemas de medição que possam avaliar com grande rapidez e acuracidade as mais diversas características dimensionais. O objetivo deste trabalho é implementar um sistema informatizado que permita simular calibradores do tipo Passa-Não Passa em uma Máquina de Medir a Três Coordenadas (MM3C) do tipo Ponte Móvel. Cabe destacar que a grande vantagem do sistema proposto consiste na flexibilidade que se tem nas mudanças das características geométricas de cada calibrador. Com pequenas alterações no programa computacional pode-se modificar tolerâncias, diâmetros e qualidades de inspeção. Para tanto, o sistema deve possuir uma base de dados com informações da peça a ser avaliada. Com o auxílio destas informações, o sistema pode orientar o operador sobre os procedimentos a serem tomados durante o processo de inspeção. / The manufacturing of better products is an imperative factor, as it results, from the manufacturers point of view, in larger market share, high profit and, for the consumers, better performance and long life products, which means quality. On the other hand, providing quality demands a suitable definition of the product features, pushing the technology world into a search for better means of dimensional control. The tendency of increasing product quality raises the necessity of constructing or improving measurement systems which are able to evaluate a wide variety of dimensional characteristics with high accuracy and velocity. The aim of this work is to accomplish a computer system that simulates go-not-go gauges on a moving bridge coordinate measuring machine. The great advantage of the proposed system consists in the flexibility available to adapt into each gauge different geometric features. With small modifications in the computational program, tolerances, diameters and ISO tolerance can be altered. In order to perform these modifications, the system must hold a database regarding the article to be evaluated. With this information, the system can guide the operator about the procedure to be followed during the inspection process.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work, methodologies to evaluate the wear of flexible riser pipe and bend stiffener samples were developed. In order to achieve this goal, a three coordinate measuring machine (3CMM) was used to evaluate the wear rates of samples tested in in a large-scale tribometer. Additionally, the events that occur during the sliding wear of these samples were correlated with vibration signals from the tribometer structure. The first methodology was applied to estimate the linear wear of riser samples of the polyamide outer coating that was based on the thickness reduction during the test. The second methodology was designed to estimate the volumetric wear loss of the bendstiffener samples. To evaluate the thickness loss of the riser samples, the Calypso® software was used to define the alignment and to determine and execute the measurement strategy. In order to assess the bend-stiffener volume, the same software was used to define the system alignment. The Dimension Volume® software was used to define and to perform the measurement strategy. The sample volume was calculated using a specially designed program that was developed in Matlab®. In order to analyze the vibrations during the wear test, a routine of data acquisition, monitoring and storage of vibration signals in Labview® software was developed and implemented. The results showed that the developed methodology to quantify the riser thickness loss using a 3CMM is viable and efficient in measuring the wear process of this tribosystem. It was also found that the developed program using Matlab® was an effective tool to evaluate the volumetric losses of bend-stiffeners samples. The measurement strategy using a mesh spacing of 1 mm x 1 mm was considered the most adequate to estimate the volume of a bend-stiffener sample accurately and with the least possible amount of points. Furthermore, it was observed a vibration peak located at 16.71 Hz, that should be related to the wear process. / Neste trabalho foram desenvolvidas e aplicadas duas metodologias para quantificar o desgaste em amostras de risers e enrijecedores utilizando uma máquina de medir a três coordenadas (MM3C). Tais amostras foram testadas em um tribômetro capaz de realizar ensaios de desgaste por deslizamento em escala real. Adicionalmente, foram correlacionados os eventos que ocorrem durante o processo de desgaste destas amostras com as vibrações na estrutura do tribômetro. A primeira metodologia foi aplicada na estimativa do desgaste linear em amostras de risers, com base na variação de espessura, enquanto que a segunda foi destinada à estimativa do desgaste volumétrico em amostras de enrijecedores, tendo por base a perda de volume das mesmas. Para avaliar a perda de espessura nas amostras de riser foi utilizado o software Calypso® na definição do alinhamento e na determinação e execução da estratégia de medição. Já na avaliação do volume das amostras de enrijecedores, foi utilizado o mesmo software na definição do alinhamento. O software Dimension Volume® foi empregado na definição e execução da estratégia de medição, e, para calcular o volume destas amostras, foi elaborado e utilizado um programa em Matlab®. Com o intuito de analisar as vibrações durante o ensaio de desgaste, foi desenvolvida e implementada uma rotina de aquisição, monitoramento e salvamento dos sinais de vibrações no software Labview®. Os resultados obtidos permitiram concluir que a metodologia desenvolvida para quantificação da perda de espessura de risers usando uma MM3C é uma técnica viável e eficiente. Constatou-se, também, que o programa desenvolvido em Matlab® foi uma ferramenta eficaz na avaliação volumétrica das amostras de enrijecedores. A estratégia de medição com malha 1 mm x 1 mm foi considerada a mais adequada para estimar o volume de uma amostra de enrijecedor, com precisão e com a menor quantidade de pontos possível. Além disso, verificou-se que o pico da amplitude vibratória esteve localizado em 16,71 Hz, que deve estar relacionado ao processo de desgaste. / Mestre em Engenharia Mecânica

A fabricação de produtos cada vez melhores é fator imperativo, pois sob o ponto de vista dos fabricantes, maior fatia do mercado, maiores lucros, e para o consumidor produtos de melhor desempenho, maior vida útil, maior compacticidade, ou seja, qualidade. Por sua vez, garantir esta qualidade exige uma definição adequada das características do produto, obrigando o mundo tecnológico a investir na procura por melhores meios de controle dimensional. A tendência pelo aumento da qualidade dos produtos faz surgir a necessidade de se construir ou aperfeiçoar sistemas de medição que possam avaliar com grande rapidez e acuracidade as mais diversas características dimensionais. O objetivo deste trabalho é implementar um sistema informatizado que permita simular calibradores do tipo Passa-Não Passa em uma Máquina de Medir a Três Coordenadas (MM3C) do tipo Ponte Móvel. Cabe destacar que a grande vantagem do sistema proposto consiste na flexibilidade que se tem nas mudanças das características geométricas de cada calibrador. Com pequenas alterações no programa computacional pode-se modificar tolerâncias, diâmetros e qualidades de inspeção. Para tanto, o sistema deve possuir uma base de dados com informações da peça a ser avaliada. Com o auxílio destas informações, o sistema pode orientar o operador sobre os procedimentos a serem tomados durante o processo de inspeção. / The manufacturing of better products is an imperative factor, as it results, from the manufacturers point of view, in larger market share, high profit and, for the consumers, better performance and long life products, which means quality. On the other hand, providing quality demands a suitable definition of the product features, pushing the technology world into a search for better means of dimensional control. The tendency of increasing product quality raises the necessity of constructing or improving measurement systems which are able to evaluate a wide variety of dimensional characteristics with high accuracy and velocity. The aim of this work is to accomplish a computer system that simulates go-not-go gauges on a moving bridge coordinate measuring machine. The great advantage of the proposed system consists in the flexibility available to adapt into each gauge different geometric features. With small modifications in the computational program, tolerances, diameters and ISO tolerance can be altered. In order to perform these modifications, the system must hold a database regarding the article to be evaluated. With this information, the system can guide the operator about the procedure to be followed during the inspection process.