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Capítulo 1 – Introdução�Página � PAGE �1� de � NUMPAGES �8���
	1.
	INTRODUÇÃO
	1.1
	DEFINIÇÃO DA METROLOGIA DIMENSIONAL E SUA ABRANGÊNCIA
A METROLOGIA DIMENSIONAL é um campo de estudos da metrologia que se restringe essencialmente às medições de grandezas cujos valores expressam-se em unidades de comprimento ou de ângulo plano.
	As aplicações onde se requerem medições de grandezas da metrologia dimensional são encontradas no desenvolvimento de projetos de produtos e nas indústrias da construção como aeronáutica, naval, civil e de componentes elétricos e eletrônicos. Mas é na indústria da construção mecânica que se têm aplicações mais variadas e específicas, e referentes à fabricação de peças, dispositivos ou máquinas. 
	Na construção mecânica, o ciclo de controle de qualidade abrange, resumidamente, as seguintes fases: especificação (uma atividade de projeto), fabricação e inspeção. A inspeção desenvolve-se durante a fabricação e no final desta, ao obter-se o produto acabado. Ela consiste numa atividade de acompanhamento da conformidade com as especificações. Em geral, são inspecionadas dimensões, formas e posições. Na inspeção de peças, dispositivos ou máquinas, comumente são incluídas os seguintes parâmetros: 
Distâncias, deslocamentos, espessuras, etc. (dimensões);
Perfil reto ou outro, planeza, circularidade, cilíndricidade, etc.(forma macrogeométrica);
Rugosidade superficial (forma microgeométrica);
Coordenadas de um ponto, alinhamento e inclinação (posição).
	Os desvios dimensionais, de forma e de posição são avaliados com o uso desses parâmetros em unidades de comprimento e ângulo. Assim, pode-se afirmar que a METROLOGIA DIMENSIONAL é a ciência de medição de comprimentos e ângulos planos.
	1.2
	CATEGORIAS ELEMENTARES DE MEDIÇÃO
Na metrologia dimensional, as grandezas a medir têm diversas denominações (comprimento, deslocamento, espessura, posição, passo de rosca, raio, diâmetro) que podem ser enquadradas fundamentalmente nas seguintes categorias elementares de medição:
Posição de um ponto. A posição de um ponto pode ser obtida usando coordenadas cartesianas, no plano ou no espaço tridimensional, ou coordenadas polares ou cilíndricas, em relação a uma determinada referência. Um exemplo prático é a posição, em coordenadas cartesianas, do centro de um furo circular, de uma peça plana, em relação a outro ponto da peça. Em vários casos, basta apenas medir a posição angular, sem a preocupação de determinar a distância radial. As escalas óticas lineares e angulares, os microscópios de medição em coordenadas e as máquinas de medir em coordenadas são exemplos típicos de sistemas de medição de posição.
Distância entre dois pontos. Trata-se essencialmente da medição de comprimentos, ou de ângulos planos, pela diferença de posição entre dois pontos. A maioria dos instrumentos de medição de comprimentos, espessuras e ângulos planos enquadram-se nessa categoria. Paquímetros, micrômetros e réguas graduadas são exemplos de instrumentos de medição de distâncias ou comprimentos, enquanto que transferidores universais servem para medir ângulos planos.
Deslocamento de um ponto. É a diferença das posições (lineares ou angulares) de um mesmo ponto antes e depois da ação que causou sua mudança de posição. Um exemplo simples é o deslocamento de um ponto de uma peça após ser submetida a um esforço externo. Outro exemplo é o deslocamento do apalpador de um comparador provocado pelo movimento de uma peça em contato com o apalpador. Os instrumentos de medição de deslocamentos mais conhecidos são relógios comparadores, sensores LVDT, sensores indutivos, sensores de proximidade e encoders.
	1.3
	AÇÕES FUNDAMENTAIS
	Considerando somente a construção mecânica, a Metrologia Dimensional tem papel destacado e está presente no exercício das seguintes ações fundamentais:
Comprovação;
Medição;
Verificação;
Controle.
Comprovação. Consiste na identificação da existência de uma ou várias propriedades para uma dada peça. Determina-se apenas a existência delas, sem indicação de valores medidos, por observação pessoal direta ou mediante algum instrumento. São exemplos: a) comprovar que uma superfície é mais áspera do que outra pelo tato; b) comprovar que uma peça foi fabricada com o material especificado, como de aço, usando um detector de material ferromagnético. É, portanto, uma ação qualitativa.
Medição. Medição é o processo de obtenção experimental de um ou mais valores que podem ser, razoavelmente, atribuídos a uma grandeza (VIM 2008). Dentre os agentes requeridos no processo de medição, tem destaque o método de medição. Os métodos usados com mais freqüência na metrologia dimensional são o absoluto (ou direto) e o diferencial (um método indireto). Com o método absoluto, o resultado de medição é obtido integralmente por observação direta no instrumento de medição. Um exemplo característico é a medição do diâmetro de um eixo usando paquímetro comum. O resultado é obtido integralmente, efetuando a leitura indicada nas escalas do instrumento. O método diferencial consiste em obter a diferença entre o resultado de medição e um valor de referência (normalmente o valor de um padrão). O resultado de medição é obtido pela soma algébrica do valor diferencial, lido no instrumento ou sistema de medição, com o valor de referência. Na Metrologia Dimensional, este método também é conhecido como método comparativo e os instrumentos de leitura das diferenças obtidas são denominados de comparadores. Na figura 1.1, mostra-se um exemplo de uso do método diferencial. O comparador é zerado com o bloco padrão, e a leitura diferencial obtém-se ao substituir o bloco padrão pela peça. A leitura obtida no comparador é 0,38 mm. Então, o resultado de medição é 50,38 mm. A medição é a essência da metrologia e, na abordagem deste item, representa uma ação quantitativa. 
 
	Figura 1.1 -
	Medição diferencial do diâmetro de uma peça.
Verificação. Segundo o VIM 2008, verificação consiste no provimento de evidência objetiva de que um dado item atende a requisitos especificados. Considerando que o dado item seja um paquímetro (instrumento de medir comprimentos), na verificação dos requisitos da sua qualidade, são averiguados se parâmetros sob exame atendem às especificações estabelecidas. Entre os parâmetros averiguados, alguns podem ser obtidos na calibração das escalas do instrumento. Na abrangência da Metrologia Dimensional, essa ação consiste em observar se um resultado de medição encontra-se entre limites de tolerância. Em muitos casos da metrologia dimensional, é desnecessário obter o resultado de medição, pois basta observar se este se encontra entre limites indicados. A figura 1.1 serve para ilustrar um destes casos. Observa-se que o comparador possui duas marcas indicadoras dos limites de tolerância. Então, após substituir o bloco padrão pela peça, nota-se que o indicador está entre as duas marcas e, assim, constata-se que ela está conforme a especificação dimensional. Com este exemplo, percebe-se que a ação de verificar é uma avaliação de conformidade, ou uma inspeção dimensional. 
Controle. Controlar é o procedimento que consiste em determinar se o resultado de medição encontra-se entre valores toleráveis e em agir no sentido de corrigir o eventual desvio dimensional do campo de tolerância, de modo que os futuros resultados de medição estejam entre limites toleráveis. O procedimento de controle envolve, explícita ou implicitamente, a ação de medição e, sempre explicitamente, a ação de verificação. No exemplo anterior de verificação, observável na figura 1.1, ocorre uma medição implicitamente. Para exercer um controle, na fabricação de peças, requerem-se os seguintes itens básicos: especificações dimensionais, instrumentos de medição, instrumentos atuadores e máquinas para fabricação das peças. 
	Observa-se que as ações de comprovação, medição e verificação costumam ser exercidas nas inspeções ou, mais especificamente,nas avaliações de conformidade dimensional. Desse modo, na construção mecânica, é praxe denominar os conhecimentos envolvidos com a prática da metrologia de CONTROLE DIMENSIONAL. Freqüentemente este é subentendido como tendo a mesma abrangência da METROLOGIA DIMENSIONAL.
	1.4
	O CONTROLE DIMENSIONAL E SUAS FINALIDADES
	O Controle Dimensional pode ser considerado como uma área específica de estudos da Metrologia Dimensional, aplicada à garantia de qualidade da fabricação de peças. Sob esse enfoque, o Controle Dimensional está presente desde a recepção da peça bruta, passando por inspeções de fabricação, até o produto acabado. Sua finalidade não é somente indicar se as peças são fabricadas dentro das tolerâncias estabelecidas, mas também orientar a fabricação, evitando erros e, conseqüentemente, reduzindo despesas e aumentando a produtividade.
	Em geral, as finalidades do Controle Dimensional são:
Determinar, mediante o controle das peças, antes e durante o processo, o correto ajuste (manual ou automatizado) dos comandos das máquinas operatrizes ou o posicionamento correto das ferramentas de usinagem.
Determinar, mediante o controle estatístico das peças acabadas, se em virtude de um desajuste gradativo da máquina operatriz ou do desgaste da ferramenta de corte, o ajuste da máquina deve ser corrigido, ou a ferramenta afiada, para o prosseguimento da fabricação das demais peças.
Efetuar o controle de recepção das peças em bruto e o controle de saída das peças acabadas.
Criar condições para as peças serem produzidas dentro das características especificadas, com o auxílio de ensaios de máquinas operatrizes e calibração dos instrumentos de medição utilizados.
Obter informações das causas e do comportamento dos erros, úteis para o projeto novo ou para o aprimoramento das máquinas operatrizes e dos demais sistemas de medição, usados na fabricação das peças.
	1.5
	A EVOLUÇÃO DOS INSTRUMENTOS DA METROLOGIA DIMESIONAL
	É natural supor que o primeiro instrumento da metrologia dimensional tenha sido o que permite medir comprimentos, para as aplicações mais primitivas que se possa imaginar. Dentre as aplicações, estariam construções de artefatos de caça, moradia, agricultura e transporte. Muito do que se sabe dos primórdios se deve à arqueologia.
	As informações mais confiáveis sobre instrumentos da metrologia dimensional remontam ao século dezenove e se referem ao denominado período da revolução industrial. Um fato marcante ocorreu no final do século dezoito, quando a França adotou o sistema métrico decimal, sendo seguida de outros países. A convenção do metro, realizada na segunda metade do século dezenove, constituiu o evento de consolidação do início da era moderna da metrologia dimensional.
	No século dezenove e até aproximadamente a metade do século vinte, ocorreu a revolução das máquinas. No começo desse período, a dimensão crítica era da ordem de 10 μm e a produção em escala industrial, ao final do período, incluía armas de fogo, máquinas de costura e automóveis. Os processos de fabricação de peças usavam operações tais como usinagem, estampagem, fundição e forja. Começava o uso do conceito de intercambiabilidade e dimensionamentos com diferentes graus de tolerância das peças. Os instrumentos de medição de comprimentos mais importantes eram paquímetros com nônio e micrômetros mecânicos. A produção comercial de paquímetros iniciou em 1850 e a de micrômetros em 1867. No final do século dezenove, usavam-se os gabaritos que foram substituídos por calibres limites. Os blocos padrão, utilizados principalmente para calibração dos paquímetros e micrômetros, foram introduzidos em 1898 e comercializados a partir de 1911. Até o ano de 1930, já existiam relógios comparadores, instrumentos óticos convencionais, microscópios de projeção e universais, máquinas de medir comprimentos com escalas óticas, medidores pneumáticos e interferômetros. Era possível adquirir instrumentos com resolução de até 1μm ou de 0,05μm (interferômetro). Instrumentos baseados em princípios elétricos estavam surgindo por volta de 1935 como sensores resistivos, indutivos e capacitivos. Muitos instrumentos criados nessa época são usados até o início do século vinte e um.
	Outra revolução industrial importante, na evolução dos instrumentos da metrologia dimensional, foi a do semicondutor que começou por volta de 1950 e se estende até o início do século vinte e um. Os fenômenos físicos que causam efeitos nos materiais semicondutores proporcionaram o desenvolvimento de uma enorme variedade de sensores que fornecem sinal elétrico. Associados a estes, os avanços da tecnologia em informática e a internet têm sido aplicados na modernização de muitos sistemas de medição da metrologia dimensional, principalmente na medição automatizada. 
	Os aperfeiçoamentos dos instrumentos da metrologia dimensional podem ser apreciados particularmente no controle dos processos de usinagem, onde já se requerem resoluções de 0,1μm e até de 1nm. O avanço de demanda por instrumentos de alto grau de exatidão ocorre para:
Eliminar ajustes e especialmente promover montagens automáticas;
Melhorar o controle de qualidade, mediante o emprego de máquinas de alto grau de exatidão, de modo a reduzir refugos, retrabalho e inspeção convencional;
Melhorar a intercambiabilidade de componentes;
Obter maior vida de desgaste e fadiga de componentes;
Obter mais miniaturização e acondicionamentos compactos;
Obter futuros avanços em tecnologia e ciências. 
Para se ter uma idéia da miniaturização, é oportuno lembrar o tamanho de algumas coisas conhecidas. Assim, um fio de cabelo humano tem diâmetro por volta de 25μm, o comprimento de onda da luz visível está ao redor de 0,6μm, o diâmetro da hélice de DNA é de 2nm e o diâmetro de uma molécula de glicose é 1nm. Existem instrumentos capazes de medir dimensões dessas ordens de grandeza. Os processos de usinagem que usam ferramentas de corte estão na região da micrometrologia (tolerâncias dimensionais expressas em μm) e técnicas de usinagem de ultra-precisão, na região da nanometrologia.
 Na micrometrologia, as dimensões dos objetos estão tipicamente no intervalo de frações de milímetros até vários milímetros e as incertezas de parâmetros dimensionais ao redor de 0,1 μm. Exemplos de objetos da medição da micrometrologia são os MEMS (micro-eletromechanical systems) que empregam micro sensores e micro atuadores. A tecnologia MEMS tem os benefícios de pequeno tamanho, baixo peso, alto desempenho, fácil produção em massa e baixo custo. As técnicas de sensoriamento são baseadas nos princípios piezoelétrico, capacitivo, eletromagnético e piezorresistivo.
A nanometrolgia pode ser definida como a ciência da medição aplicada em nanoescala. As dimensões de objetos vão até 100nm e as incertezas de características dimensionais até 0,1nm. As suas aplicações encontram-se na ótica, microeletrônica, saúde, biologia e química. Porém, depara-se com uma zona de transição entre micrometrologia e nanometrologia, porque existem objetos tendo dimensões externas na faixa dos milímetros, com características nanométricas de interesse, ou com tolerâncias dimensionais muito pequenas que necessitam ser caracterizadas com alto grau de exatidão. Os instrumentos de medição em uso são microscópios eletrônicos e de varredura. 
	De acordo com as informações contidas em BOGUE (2007), a nanotecnologia representa a revolução industrial a partir do ano 2000. A dimensão crítica é o nanometro, os nanoprodutos produzidos em massa são eletrônicos, fotônicos, magnéticos, mecânicos, químicos e biológicos. Os processos de produção são litografia planar multicamadas, automontagem de nano-objetos, etc. Os instrumentos de medição possivelmente serão encoders óticos avançados calibrados com microscópios óticos, eletrônicos ou atômicos. 
	Numa especulação sobre o futuro da ciência e da metrologia, MOSCATI (2005) prevê uma tendência de muitos instrumentos transmitirem diretamenteas informações de medição a sistemas de controle automáticos sem intervenção humana. Ele também comenta a existência de profecias sobre novas revoluções nas áreas de informática, comunicações e aplicações na nanotecnologia. 
	1.6
	TIPOS DE INSTRUMENTOS DISPONÍVEIS NO MERCADO
	Os tipos de instrumentos da metrologia dimensional podem ser encontrados nos catálogos dos fabricantes. Existe uma variedade imensa deles, dependendo da utilização necessária ou desejada. A maioria foi concebida para as aplicações industriais, principalmente na inspeção de peças. Além disso, seus princípios de funcionamento incorporam as tecnologias de sensores e de informática, permitindo novas funções operacionais, o que contribui, ainda mais, para ampliar a diversidade disponível no mercado.
	Para a medição de comprimentos, deslocamentos, desvios dimensionais, de forma e de posição, e de outras grandezas semelhantes, existem instrumentos de princípios de funcionamento puramente mecânicos como trenas, escalas metálicas, paquímetros, micrômetros e relógios comparadores, bem como instrumentos óticos ou que usam sinais de medição elétricos como escalas eletro-óticas e indutivas incrementais, sistemas com laser, e sistemas com sensores baseados em diversos princípios físicos. Muitos destes podem ser usados nas aplicações da micrometrologia.
	Para as medições de ângulos, representativos de formas e de posições, os fabricantes oferecem instrumentos tais como gabaritos mecânicos ou óticos, transferidores simples e universais (mecânicos ou digitais), divisores óticos, sensores que fornecem sinais elétricos como os potenciométricos, indutivos, capacitivos e encoders (estes também podem ser usados em medições de dispositivos girantes).
 
	Os fabricantes também oferecem uma variedade de sistemas mais sofisticados para medição de desvios de forma e posição, como aparelhos medidores de desvios de circularidade, máquinas de medir em coordenadas, medidores de contornos, alguns sistemas automatizados, microscópios e projetores de perfis e, dentre eles, alguns que medem usando visão mediante câmeras digitais.
	Nos capítulos seguintes, são apresentados princípios de funcionamento, construtivos e características dos instrumentos ou sistemas de medição mais comumente usados na metrologia dimensional e referentes às seguintes grandezas:
Comprimentos e distâncias;
Deslocamentos lineares;
Ângulos planos;
Desvios de forma e posição.
	1.7
	BIBLIOGRAFIA 
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