Análise da confiabilidade de sistemas de medição no controle dimensional de peças produzidas por manufatura aditiva, corte a laser e usinagem CNC

Abstract

Este trabalho teve como objetivo realizar uma análise dos sistemas de medição empregados no controle dimensional de peças produzidas por manufatura aditiva, corte a laser e usinagem por Controle Numérico Computadorizado (CNC). Para isso, aplicou-se a metodologia Measurement System Analysis (MSA) do Automotive Industry Action Group (AIAG), empregando um delineamento experimental composto por três operadores distintos e cinco amostras de cada processo de fabricação, sendo que cada amostra foi medida cinco vezes por cada operador. Para tanto, realizou-se uma análise quantitativa, por meio dos parâmetros de Repetibilidade e Reprodutibilidade (R&R), entre três sistemas de medição aplicados ao controle de diâmetros: paquímetro digital, braço articulado de medição e máquina de medição por coordenadas (MMC) CNC. Os resultados R&R indicaram que todos os sistemas de medição apresentaram exatidão metrológica satisfatória. O processo de torneamento CNC apresentou variabilidade aceitável em todos os cenários. Já nas peças obtidas por corte a laser e manufatura aditiva, os erros significativos de circularidade inflaram os índices %R&RTol no paquímetro e no braço articulado, evidenciando que a variação de posicionamento manual do operador potencializa o erro de medição. Conclui-se que apesar de o processo automatizado via MMC CNC ser o único capaz de mitigar as variações geométricas, a metodologia MSA demonstra que a adequação de um sistema de medição não deve ser avaliada apenas pela sua exatidão intrínseca, mas sobretudo pela sua capacidade de atender aos requisitos específicos de cada aplicação.

This work aimed to perform an analysis of measurement systems employed in the dimensional control of parts produced by additive manufacturing, laser cutting, and CNC machining. To this end, the AIAG MSA methodology was applied, employing an experimental design composed of three distinct operators and five samples from each manufacturing process, with each sample being measured five times by each operator. For this purpose, a quantitative analysis was carried out using Repeatability and Reproducibility (R&R) parameters among three measurement systems applied to diameter control: a digital caliper, an articulated measurement arm, and a CNC coordinate measuring machine (CMM). The R&R results indicated that all measurement systems presented satisfactory metrological accuracy. The CNC turning process showed acceptable variability across all scenarios. Conversely, for parts obtained by laser cutting and additive manufacturing, significant circularity errors inflated the %R&RTol indices in both the caliper and the articulated arm, demonstrating that the operator's manual positioning variation amplifies the measurement error. It is concluded that although the automated process via CNC CMM is the only one capable of mitigating geometric variations, the MSA methodology demonstrates that the adequacy of a measurement system should not be evaluated solely by its intrinsic accuracy, but above all by its capacity to meet the specific requirements of each application.