BRPI1105291A2 - maquina de mediÇço por cordenadas - Google Patents

Abstract

Máquina de medição por coordenadas. Máquina de medição por coordenadas (1, 30, 31, 32) compreendendo um estrado (2) dotado de uma superfície de medição horizontal, uma unidade (3) a qual é móvel ao longo de guias (10, 11) previstas na lateral do estrado (2) em si, uma estrutura anular (13) que se estende ao longo de uma área perimetral (12, 35, 38) do estrado (2) e restrita ao mesmo pelo meio estaticamente determinado de restrição (20, 21, 22), e uma pluralidade de sensores de deslocamento (S1-S8; S11-S16) situados entre a estrutura anular (13) e um entre o estrado (2) e a unidade móvel (3) para detectar os deslocamentos relativos no que diz respeito a uma condição de referência inicial.

Description

Máquina de medição por coordenadas.

Campo técnico

A presente invenção se refere a uma máquina de medição

por coordenadas. Estado da arte

Como é sabido, as máquinas de medição por coordenadas em geral, compreendem um estrado ou suporte projetado para suportar a peça obra a ser medida e uma unidade móvel para mover um sensor de medição em relação ao estrado.

Mais em particular, a unidade móvel em geral compreende um primeiro suporte o qual é móvel sobre o estrado ao longo de guias paralelas a um primeiro eixo, um segundo suporte sustentado pelo primeiro suporte e móvel ao longo de um segundo eixo ortogonal ao primeiro eixo, e um terceiro suporte sustentado pelo segundo suporte e móvel com relação a este ao longo de um terceiro eixo ortogonal aos dois primeiros eixos. O sensor de medição é suportado pelo terceiro suporte.

Nas máquinas do tipo brevemente supra descritas, o estrado é normalmente feito de granito, e apresenta o duplo propósito de suportar a peça obra e de definir as guias para o primeiro suporte.

Isto envolve uma série de inconvenientes.

Em primeiro lugar, o posicionamento da peça obra no estrado, em particular no caso em que o peso da peça obra seja considerável, implica em uma deformação do estrado em si, o que provoca uma deformação das guias e, portanto, induz a erros de medição.

Além disso, o movimento dos suportes da unidade móvel e, em particular do suporte principal, ao longo das guias, induz deformações no estrado e, portanto, altera a disposição da peça obra. Naqueles locais, portanto, surgem mais erros de medição.

A fim de manter as deformações do estrado dentro de limites contidos, o estrado em si é normalmente feito de um material mineral duro, tipicamente granito.

Para solucionar ao menos parcialmente os problemas relacionados com o peso da peça, soluções têm sido propostas, nas quais o estrado de granito é desacoplado da estrutura de suporte.

A WO 89/03505 descreve uma máquina de medição compreendendo uma base de metal, a qual suporta as guias para a unidade móvel, e repousando sobre as quais se encontra uma mesa de trabalho de granito.

A GB-A-2080954 descreve uma máquina de medição na qual uma mesa de suporte da peça obra, feita de material mineral rígido, é restrita a uma base metálica subjacente, dotada de guias para a unidade móvel, através de elementos de posicionamento sem folga e de tal forma a não transmitir as tensões.

Os inconvenientes associados ao uso de estrados de granito são representados pelo custo, peso e dificuldade de disponibilidade de granito em um curto espaço de tempo.

Além disso, ambas as soluções descritas acima requerem estruturas de base complexas e onerosas.

AWO 2009/139014 descreve uma máquina de medição por coordenadas na qual, a fim de solucionar os problemas supracitados, o estrado compreende um quadro metálico perimetral dotado de guias para a unidade móvel e uma mesa de suporte da peça obra alojada dentro do quadro, onde a mesa de suporte da peça obra e o quadro são limitados entre si através do meio de restrição de um tipo estaticamente determinado ou isostático o qual separa as deformações do mesmo.

Desta forma, a mesa de suporte da peça obra pode ser feita de material não metrológico, por exemplo, o concreto.

Ao apresentar as vantagens acima citadas, a estrutura da máquina, ainda assim, é relativamente complexa. Objeto da invenção

O objetivo da presente invenção é fornecer uma máquina de medição simplificada que permitirá que os inconvenientes acima referidos sejam superados.

O objetivo supracitado é alcançado através de uma máquina de medição por coordenadas de acordo com a reivindicação 1. Breve descrição dos desenhos

Para uma melhor compreensão da presente invenção algumas formas de realização preferidas são descritas a seguir, a título de exemplo não Iimitante e com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

- a figura 1 é uma vista esquemática e em perspectiva de uma máquina de medição fornecida de acordo com a presente invenção;

- as figuras 2 e 3 são representações esquemáticas dos modos de deformação de um estrado da máquina da figura 1;

- a figura 4 é uma vista em perspectiva de um estrado de uma máquina de medição de acordo com uma primeira forma de realização da invenção;

- as figuras 5, 6 e 7 são, respectivamente, uma vista do plano superior, uma vista lateral, e uma vista frontal do estrado da figura 4;

- as figuras 8, 9, 10 e 11 são seções de acordo com as linhas VIII-VIII, IX-IX1 X-X e Xll- XII;

- a figura 12 é uma vista lateral parcial de uma segunda forma de realização de uma máquina de medição de acordo com a presente invenção; - a figura 13 é uma vista frontal parcialmente seccionada, em uma escala ampliada, da máquina da figura 12;

- as figuras 14 e 15 são vistas semelhantes às da figura 13 de máquinas de medição de acordo com duas formas de realização adicionais da invenção.

Com referência à figura 1, designada como um todo por 1, é uma máquina de medição que compreende um estrado 2 e uma unidade móvel 3. A unidade móvel 3 compreende:

- um primeiro suporte 4, o qual é em forma de ponte e é móvel ao longo do estrado 2 paralelo a um primeiro eixo longitudinal X com relação ao estrado em si, o qual faz parte de um conjunto de três eixos de coordenadas Χ, Υ, Z;

- um segundo suporte 5, móvel ao longo de uma travessa 6 do primeiro suporte 4 paralelo ao eixo Y; e

- um cabeça de medição 7, suportada pelo segundo suporte 5, a qual é verticalmente móvel em relação e ao longo do eixo Z e é projetada para suportar uma ferramenta de medição (não ilustrada).

Mais precisamente, o primeiro suporte 4 compreende um par de colunas 8, 9, que suportam a travessa 6 e são móveis ao longo de um guia principal 10 e um percurso de deslizamento 11, respectivamente, os quais são paralelos ao eixo X e são previstos nas bordas longitudinais opostas do estrado 2.

De acordo com a presente invenção, as deformações do estrado são, durante o uso, detectadas e compensadas através de uma pluralidade de sensores S1 a S6, os quais medem o deslocamento vertical dos pontos correspondentes do estrado 2 em relação a um plano de referência "substancialmente horizontal" π. A expressão "substancialmente horizontal" é entendida no sentido em que, na sua forma de realização prática, o plano π pode sofrer pequenos deslocamentos rígidos em relação a uma posição perfeitamente horizontal, conforme será descrito a seguir.

As leituras dos sensores S1 a S6 são ajustadas em zero no momento em que é realizada a compensação geométrica da máquina. Conseqüentemente, durante o uso, todos os valores do conseqüente deslocamento sobre as deformações do estrado 2 e detectados pelos sensores S1 a S6 são entendidos como variações em relação ao zero inicial. Assim, o processamento das leituras dos sensores permite, a cada momento, a determinação de uma variação da geometria do estrado em relação ao estado inicial, descrito pelo mapa compensação geométrica.

No exemplo esquemático da figura 1, os seis sensores S1 a S6 são posicionadas na parte de baixo do estrado 2, nas proximidades dos quatro cantos e no meio das laterais longitudinais.

Graças à utilização dos sensores, é possível corrigir as principais deformações do estrado, devidas a diferentes causas, tais como a instabilidade do material, a aplicação do peso da peça a ser medida, variações de temperatura ambiente, etc.

Conseqüentemente, é possível utilizar materiais alternativos para o estrado, ou seja, um não dotado dos requisitos de rigidez e estabilidade exigidos pelas aplicações convencionais de metrologia, tal como, por exemplo, o concreto.

A figura 2 é uma ilustração esquemática da deformação por torção do estrado, o que provoca o rolamento do primeiro suporte 4 ao longo de seu deslocamento.

A deformação por torção determina as diferenças da 1o leitura entre os sensores (S1, S2, S3) situados em um lado do estrado 2 e os sensores correspondentes (S4, S5, S6) situados no lado oposto.

As ditas diferenças, divididas pela distância transversal t entre os pares de sensores homólogos, representam um ângulo de rotação em torno do eixo X para cada seção transversal do estrado 2, no qual os sensores são aplicados.

Pela avaliação das diferenças entre os ângulos de rotação em diversas seções, é excluída uma possível uma rotação rígida, e a torção do estrado é obtida. Em particular, a torção do primeiro trecho do estrado compreendido entre os pares de sensores S1-S4 e S2-S5 é dada pela expressão: ((Is2-Iss) - (Isi-ls4))/t.

Da mesma forma, a torção do primeiro trecho do estrado compreendido entre os pares de sensores S2=S5 e S3-S6 é dada pela expressão: ((Is3-Ise) - (Is2-Is5)Vt

O rolamento do primeiro suporte 4 pode, portanto, ser corrigido pela introdução, no mapa de compensação da máquina, de uma variação adequada com base nos ângulos de torção calculados.

A figura 3 é uma ilustração esquemática da deformação flexural do estrado 2, a qual causa a inclinação (pitching) do primeiro suporte 4 ao longo de seu deslocamento.

A deformação flexural dá origem às diferenças de leitura entre os sensores situados em um e no mesmo lado do estrado; em particular, são considerados os sensores S1, S2, S3 situados no lado onde o guia principal 10 do primeiro suporte 4 é alocado.

A diferença entre a leitura lS2 do sensor central S2 e a média das leituras IS1, IS3 dos sensores finais S1, S3 corresponde à deflexão vertical da elástica seguida pela dita lateral do estrado. A dita elástica indica a deformação com relação a uma configuração não deformada referida aos sensores finais S1, S3. Conseqüentemente, ela não depende de uma possível rotação rígida, mas leva em conta exclusivamente a flexura ou elasticidade atual do estrado 2. Assumindo uma tendência linear do ângulo de flexão, é possível calcular a curvatura correspondente: 1/R = (8 * (S2-(S1+S3/2))/(distância S1-S3)2

A inclinação do primeiro suporte 4 podem, portanto, ser corrigida entrando no mapa de compensação da máquina com uma variação apropriada baseada na curvatura calculada.

A figuras 4 a 7 ilustram uma primeira forma de realização prática da presente invenção.

O estrado 2, delimitado na parte superior por uma superfície plana 20, é dotada de um sulco periférico 12 o qual define uma sede para uma estrutura anular 13 projetada para definir o plano de referência π.

Mais em particular, a estrutura anular 13 é constituída por quatro elementos seccionais metálicos 14, 15, 16, 17, com seção transversal quadrangular, soldadas umas às outras para formar uma espécie de moldura retangular. Os elementos seccionais 14, 15 são fixados em uma direção paralela ao eixo X, enquanto que os elementos seccionais 16, 17 são fixados em uma direção paralela ao eixo Y.

Todos os elementos seccionais, de preferência, apresentam uma secção retangular oca, e os elementos seccionais 16, 17 são soldados, por exemplo, soldados topo a topo, com as extremidades dos elementos seccionais 14, 15.

A estrutura anular 13 é restrita ao estrado 2 através de um sistema de restrições estaticamente determinadas definidas por duas restrições 20, 21 dispostas ao longo do elemento seccional 14, e por uma restrição 22 no meio do elemento transversal 15 (figura 5).

As figuras 8, 9 e 10 são representações esquemáticas das restrições 20, 21, 22, as quais eliminam, respectivamente, três graus de liberdade, dois graus de liberdade, e um grau de liberdade.

Desta forma, a estrutura anular 13 é restrita ao estrado 2 de tal forma a separar as deformações do mesmo. Conseqüentemente, mesmo na presença das deformações do estrado 2, a estrutura anular 13 pode no máximo ser sujeita a uma roto-translação ou transrotação em relação ao estrado 2, mas não sofrer deformação.

Neste caso, são usados oito sensores S1 a S8, dos quais quatro (S1, S2, S3, S4) são situados entre o elemento seccional 14 e o estrado 2, e quatro (S5, S6, S7, S8) são situados entre o elemento seccional 15 e o estrado 2. Mais precisamente, cada sensor S1, ..., S8 é dotado de um corpo 23, rigidamente fixado a uma parede superior 24 do elemento seccional correspondente 14, 15 (figura 11) e um membro móvel 25 que se assenta sobre uma superfície 26 do estrado 2, a qual delimita o sulco 12 na parte superior. O plano π é, portanto, definido por uma superfície superior 27 da estrutura anular 13, a qual, graças ao sistema de restrições estaticamente determinadas, é mantido plano mas é sujeito às roto-tranlações, apesar de menores, as quais podem levar a pequenos desvios de o plano π em relação à horizontal.

A restrição 20 representada de forma esquemática na figura 8 pode convenientemente ser constituída por um suporte esfera/esfera (ball-ball support) ou então um suporte esfera/cone (ball-cone support); a restrição de 21 representada de forma esquemática na figura 9 pode convenientemente ser constituída por um suporte de superfície de esfera/dentada (ball-notched surface support)·, a restrição de 22 representada de forma esquemática na figura 10 pode convenientemente ser constituído por um suporte esfera/plano (ball-plane support).

Convenientemente, a fim de manter o supracitado suporte bidirecional em uma direção vertical, podem ser colocadas molas (não ilustradas) entre a superfície superior 27 da estrutura anular 13 e a superfície 26 do estrado 2. As ditas molas podem ser convenientemente incorporadas nos sensores S1, S8, de tal forma a carregar o membros móveis 25 elasticamente contra a superfície 26.

As figuras 12 e 13 ilustram uma outra forma de realização da invenção, designada como um todo por 30, na qual três sensores S11, S12, S13 são usados em conjunto entre a estrutura anular 13 e primeiro suporte 4, em vez do estrado 2.

Em particular, os sensores S11-S13 apresentam o corpo 23 fixado ao primeiro suporte 4 e o membro móvel 25 em contato deslizante com a superfície superior 27 da estrutura anular 13. Os sensores S11, SS12 são suportados pela coluna 8 no primeiro suporte 4 e tem o membro móvel 25 em contato com o elemento seccional 14. O sensor S13 é suportado pela coluna 9 do primeiro suporte e tem o membro móvel 25 em contato com o elemento seccional 15. Os sensores S11, S12 são alinhados uns com os outros e situados a uma distância afastada na direção do eixo X.

Desta forma, é possível detectar a inclinação (pitch) e o rolamento (roll) dos quatro primeiro suportes em tempo real sobre as seguintes deformações do estrado 2 através dos desvios dos sensores S11-S13 em relação à posição zero definida no momento da compensação geométrica da máquina e, conseqüentemente, compensar os erros de medição induzidos por ela. No caso em que é necessário levar em conta as deformações do estrado induzidas pelo peso ou pela variação de temperatura, é possível atualizar o mapa de compensação geométrica da máquina em tempo real. Se, em vez disso, for necessário apenas compensar a instabilidade do material que constitui o estrado 2, a amostragem no tempo em baixa freqüência será suficiente. A figura 14 ilustra uma forma de realização diferente da presente invenção, designada como um todo pelo número de referência 31.

Neste caso, a estrutura anular 13 é "suspensa" a partir do estrado 2 e fixada em um recesso inferior perimetral 35 do mesmo. Dois sensores S11 e S12 são suportados pela coluna 8 primeiro suporte 4 e novamente define com os seus eixos verticais, mas detecta uma superfície inferior 36, ao invés da superfície superior, do elemento seccional 14. Em comparação com a solução das figuras 12, 13, a diferença mais substancial é representada pelo fato de que, em vez do sensor S13 montado na coluna 9, os sensores S15, S16 são usados montados na coluna 8 do primeiro suporte 4, em uma posição adjacente aos sensores S11, S12, mas com seus eixos horizontais em uma tal forma que o membro móvel 25 entrará em contato com uma superfície lateral 37 do elemento transversal 14.

O sensores S15, S16 detectam as rotações de rolamento e direção (yaw), as quais podem ser decompostas e corrigidas analiticamente. A figura 15 ilustra uma forma de realização adicional da

presente invenção, designada como um todo por 32.

Nesta solução, a estrutura anular 13 é alojada em uma vala perimetral 38 prevista na superfície superior do estrado 2. A dita vala pode ser efetivamente coberta por uma proteção sanfonada 39 de um tipo convencional. A máquina compreende três sensores S11, S12, S13 dispostos na, e interagindo com a, estrutura anular 13 em uma forma semelhante a que tem sido descrita com referência à solução das figuras 12 e 13. Além disso, a máquina compreende dois sensores S15, S16 suportados pela coluna 8 em uma posição adjacente aos sensores S11, S12, mas com seus eixos horizontais em tal forma que o membro móvel 25 entra em contato com uma superfície lateral interna 40 do elemento seccional 14.

Os sensores S11-S13 têm a função de detectar as rotações de inclinação e rolamento, os sensores S15, S16 têm a função de detectar predominantemente as rotações de direção (com um pequeno componente de rolamento, as quais podem ser decompostas analiticamente). A partir de um exame das características das máquinas 1,

30, 31 e 32 as vantagens que a presente invenção proporciona são evidentes.

Por meio do uso combinado de uma estrutura anular 13 restrita ao estrado 2 em uma forma esteticamente determinada e uma pluralidade de sensores Sn situados na dita estrutura 13 e um situado entre o estrado 2 e a unidade móvel 2 da máquina, é possível para determinar e compensar os erros de medição introduzidos pelas deformações do estrado 2 devido a diversas causas, tais como o peso da peça obra, o peso da unidade móvel, a instabilidade do material, etc.

Conseqüentemente, é possível fazer o estrado de um material "não metrológico", ou seja, um material não dotado das características de rigidez e estabilidade típicas de aplicações metrológicas, tais como, por exemplo, o concreto e, ao mesmo tempo manter uma estrutura convencional da máquina, com os guias para a unidade móvel 3 previstos diretamente no estrado.

Conseqüentemente, é possível alcançar o desempenho metrológico ideal apesar da redução substancial dos custos da máquina.

Finalmente, fica claro que as modificações e variações podem ser feitas na máquina, sem que isso se afaste do âmbito de proteção da presente invenção.

Por exemplo, o estrado pode ser feito de qualquer material, e em particular de qualquer material não metálico fluido, por exemplo, uma resina com aditivos adequados.

No caso em que o material utilizado seja o concreto ou outro material não dotado dos requisitos suficientes de rigidez, dureza ou estabilidade, a superfície de medição pode ser revestida com outro material, como o granito, que apresente as características supra mencionadas. Da mesma forma, as guias ou percursos podem ser revestidos com um material metálico ou não metálico que apresente as características mecânicas necessárias, em particular, de resistência ao desgaste.

A estrutura anular 13 também pode ser feita de um material diferente, por exemplo, um material composto ou granito, os quais são substancialmente invariáveis com a temperatura. No caso em que a estrutura anular 13 seja feita de um material metálico, como nas formas de realização descritas, a fim de reduzir os efeitos da expansão térmica, é possível fechar a sede 12 e isolá-la termicamente.

Claims (15)

1. Máquina de medição por coordenadas compreendendo um estrado (2) dotado de uma superfície de medição horizontal e uma unidade (3) que é móvel ao longo de guias (10, 11) suportadas pelo dito estrado (2), a dita máquina sendo caracterizada pelo fato de compreender uma estrutura anular fechada (13) se estendendo ao longo de uma área perimetral (12, 35, 38) do estrado (2) e restringida ao mesmo através dos meios de restrição estaticamente determinada (20, 21, 22), e uma pluralidade de sensores de deslocamento (S1-S8; S11-S16) situados entre a dita estrutura anular (13) e um do estrado (2) e a unidade móvel (3) para detectar os deslocamentos relativos em relação a uma condição de referência inicial.

2. Máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito estrado (2) é feito, ao menos, de forma predominante de um material não metálico escoável.

3. Máquina de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o dito material não metálico escoável é o concreto.

4. Máquina de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a dita estrutura anular (13) é retangular.

5. Máquina de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a dita estrutura anular (13) é feita de um material metálico.

6. Máquina de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a dita estrutura anular (13) é constituída por quatro elementos seccionais metálicos (14, 15, 16, 17) que constituem as laterais da mesma e são rigidamente fixados uns aos outros.

7. Máquina de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a estrutura anular (13) é alojada em uma sede perimetral (12, 38) do estrado (2).

8. Máquina de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a sede perimetral (39) é fechada por uma proteção (39).

9. Máquina de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizada pelo fato de que a sede (12, 39) é isolada termicamente.

10. Máquina de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada pelo fato de que a dita estrutura anular (13) é de frente a uma superfície anular plana (26) do dito estrado (2) paralela à dita superfície de medição.

11. Máquina de acordo com a reivindicação de 8 ou 9, caracterizada pelo fato de que os ditos sensores (S15-S16) são suportados pela dita estrutura anular (13) e são dotados de um membro detector (25) com os eixos verticais fixados em contato com a dita superfície anular.

12. Máquina de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações de 1 a 10, caracterizada pelo fato de que os ditos sensores (S15 a S16) são suportados pela dita unidade móvel (3) e são previstos de respectivos membros detectores (25) colocados em contato com a dita estrutura anular (13).

13. Máquina de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que os ditos membros detectores (25) são dispostos com os seus eixos verticais e são projetados para detectar uma superfície substancialmente horizontal (27) de dita estrutura anular (13).

14. Máquina de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que os ditos membros detectores (25) são dispostos com os seus eixos horizontais e em contato com uma superfície substancialmente vertical (40) de dita estrutura anular (13).

15. Método para compensar os erros de medição de uma máquina de medição por coordenadas compreendendo um estrado (2) dotado de uma superfície de medição horizontal e uma unidade (3) que é móvel ao longo de guias suportadas pelo dito estrado (2), os ditos erros sendo induzidos por uma deformação do estrado (2), o método sendo caracterizado por compreender as etapas de: - dotar a máquina com uma estrutura anular fechada (13) que se estende ao longo de uma área perimetral do estrado (2) e restrita ao mesmo através da restrição estaticamente determinada, e uma pluralidade de sensores de deslocamento (S1-S8; S11-S16) situados entre a dita estrutura anular (13) e um entre o estrado (2) e a unidade móvel (3); - fazer a compensação geométrica da máquina; - ajustar a leitura dos sensores (S1-S8; S11-S16) para zero para definir uma condição inicial de referência; - detectar através dos sensores (S1-S8; S11-S16) os desvios da posição relativa entre a dita estrutura anular (13) e o estrado (2) ou a unidade móvel (3); e - atualizar a compensação geométrica da máquina com base nos desvios detectados peíos sensores (S1-S8; S11-S16).