2.17 – Sensores de medição
O baixo custo de aquisição de componentes eletrônicos, associado ao aumento na capacidade de processamento, levou a adoção de soluções eletrônicas onde antes somente se adotavam soluções mecânicas de alto custo para controlar e monitorar máquinas e sistemas.
A eletrônica empregada nas máquinas-ferramenta atuais permite que essas sejam melhores, tenham melhor desempenho, sejam mais flexíveis e amigáveis, tenham maior confiabilidade e custo acessível. Isso se deve aos avanços da eletrônica de controle e aos sensores a ela associados.
Atualmente, existe uma ampla e variada gama de sensores que permitem a medição da maior parte das grandezas físicas conhecidas. Em máquinas-ferramenta, dois tipos de sensores são utilizados (Stoeterau, 1999):
2.17.1 - Sensores Passivos
Os sensores de fim de curso têm por função evitar que, ante eventuais falhas do sistema de posição dos carros, os mesmos venham a provocar danos por choque na estrutura. Sua instalação geralmente é realizada aos pares, de forma seqüencial. O primeiro sensor determina o fim de curso, atuando sobre o controle no sentido de parar o movimento, sem contudo perder as informações de referência e de programação da máquina. O segundo sensor atua da mesma forma, porém sua atuação sobre o controle é tal, que interrompe toda e qualquer ação de movimento da máquina, desligando todos os sistemas e perdendo as informações de referência e programação.
2.17.2 - Sensores Ativos
Consideram-se sensores ativos aqueles que monitoram e realimentam a malha de controle, interferindo sobre os resultados finais do trabalho. Nestes, podemos incluir os sensores de pressão, temperatura, deformação, posição, corrente, tensão, velocidade, aceleração, torque entre outros.
Entre os diversos tipos de sensores ativos, os de maior importância em máquinas-ferramenta são:
os de posição, os quais definem diretamente a resolução de posicionamento da máquina;
os de velocidade, que são associados diretamente aos acionamentos e são utilizados para estabilizar a malha de controle.
Apesar de existirem diversos sensores de velocidade, tais como os comumente conhecidos resolvers, a realimentação de velocidade ou aceleração pode ser feita através de derivações ou integrações sucessivas do deslocamento no tempo. Normalmente para esse fim são utilizados sensores específicos para velocidade (tacogeradores) e aceleração (acelerômetros), quando se deseja realimentar a malha de controle com estas variáveis.
Medir, segundo a norma ISO 1000, significa quantificar algo com relação a um padrão. Em máquinas-ferramenta, a comparação com o padrão do metro é traçável. Os deslocamentos lineares e angulares podem ser medidos com alta resolução.
As formas de medição podem ser classificadas de acordo com princípios físicos, sendo as mais comuns:
Em máquinas-ferramenta controladas numericamente há a necessidade de que os sistemas de medição sejam capazes de realimentar a posição ao longo de um deslocamento, o que descarta o uso de sistemas mecânicos tais como parafusos, nônios, parafusos diferenciais relógios comparadores e afins. Ocasionalmente, os sistemas mecânicos de medição são empregados como elementos auxiliares para realização de pequenas correções e ajustes em sistemas e dispositivos mecânicos de precisão, tais como um porta-ferramentas.
Em aplicações de ultraprecisão, a escolha do sistema deve seguir alguns requisitos básicos, tais como:
O comum em máquinas-ferramenta NC é a utilização de somente um sistema de medição de posição para realimentação, podendo este ser feito por sensores diretos, em que a função transferência entre posição lida e posição real é direta (ex.: movimento linear/encoder linear), ou indiretos, em que há a necessidade de transformar o valor lido para valor real (ex.: movimento linear/encoder angular).
Atualmente, em aplicações de alta e ultraprecisão, a realimentação de posição de forma única está sendo substituída por sistemas de dupla realimentação, ou realimentação em dois estágios. A realimentação em dois estágios tem se mostrado mais vantajosa, tanto do ponto de vista da confiabilidade quanto da precisão final possível de ser obtida. A dupla realimentação se divide em dois sistemas: um destinado ao posicionamento grosseiro (até 0,1 mm) e outro, ao posicionamento fino (>0,1 mm). A adoção de dois sistemas de realimentação pode ou não estar associada ao uso de dois sistemas de posicionamento distintos em um único eixo, como por exemplo no uso de uma combinação de motor de passo/fuso/encoder para macrodeslocamentos e sistema piezelétrico para microdeslocamentos. A realimentação em dois estágios permite um melhor controle do processo em alta e ultraprecisão, porém a um custo maior, devido a maior complexidade necessária ao sistema de controle (software e hardware).