Como Medir a Planicidade: Um Guia Objetivo para Profissionais

O que é planicidade?

Planicidade é uma medição da forma de uma superfície que indica se todos os pontos ao longo dessa superfície estão no mesmo plano. Simbolizado no Dimensionamento e Tolerâncias Geométricas (GD&T) por um paralelogramo, a planicidade é particularmente útil quando duas superfícies devem ser montadas juntas para formar uma vedação hermética.

A tolerância de planicidade é determinada para garantir que uma determinada superfície esteja localizada dentro de dois planos imaginários, perfeitos e paralelos. Em outras palavras, a zona de tolerância está entre os pontos mais altos e mais baixos aceitáveis ​​no plano da superfície que está sendo medida.

Como medir a planicidade

Medir a planicidade consiste em analisar uma superfície para descobrir como ela não é perfeitamente plana. Para isso, o primeiro passo é adquirir pontos na superfície que permitam encontrar uma envoltória de dois planos paralelos que incluam todos esses pontos. O próximo passo é encontrar o menor sanduíche possível de planos, independentemente da orientação (já que esses planos podem se mover livremente no espaço). A distância entre os dois pontos mais distantes corresponde à planicidade. Portanto, quanto mais estreito o espaço entre esses dois planos, mais nivelado é o plano.

Quais são os diferentes métodos de teste para medir a planicidade?

O medidor de espessura e o medidor de altura são duas ferramentas de medição tradicionais. Eles certamente têm uma vantagem de custo e maior facilidade de uso, mas a precisão de suas medições depende fortemente das manipulações do usuário, do setup e do ambiente onde as medições ocorrem.

O primeiro método para testar a planicidade de uma peça consiste em colocar a peça plataforma de mármore CMM com uma planicidade predefinida. Em seguida, procuramos inserir tiras de diferentes espessuras sob a peça por meio de um calibrador de folgas, que é composto de tiras com espessuras já caracterizadas. Como sabemos que uma superfície, uma vez posicionada sobre a plataforma de mármore, repousará isoestaticamente em seus três pontos mais altos, temos então a capacidade de encontrar sua planicidade.

O mesmo método de medição é possível com um medidor de altura que possui um suporte para relógio comparador. Uma vez colocada a peça sobre a plataforma mármore, é possível determinar sua planicidade movendo o rubi sobre a superfície, determinando os pontos máximos e mínimos. Conforme explicado anteriormente, este invólucro corresponde à planicidade da superfície.

A vantagem desses dois instrumentos é que eles custam quase nada além do preço da própria ferramenta tradicional, que geralmente é muito acessível. A desvantagem dessa abordagem, no entanto, é que os valores máximos e mínimos encontrados dependem de onde o usuário moveu o medidor na superfície. Se o medidor não tiver passado pelos pontos correspondentes aos pontos mais altos e mais baixos reais da peça, a planicidade encontrada será incorreta. Além disso, esses dois métodos podem medir a planicidade apenas em áreas acessíveis. Por exemplo, a medição de um plano de 1 m x 2 m em sobre uma plataforma de mármore CMM usando um calibrador de folgas seria possível apenas no contorno do plano e não no centro, porque não há calibrador de folgas longo o suficiente para atingir o meio de uma superfície tão grande.

Entre os outros instrumentos para medir o nivelamento estão as CMMs tradicionais, CMMs portáteis e os escâneres 3D a laser, mas o mesmo desafio surge com os apalpadores de toque e com os instrumentos tradicionais. De fato, se os valores máximo e mínimo forem identificados erroneamente, a análise será distorcida. Um escâner 3D a laser, no entanto, digitaliza toda a superfície, adquirindo assim uma densidade de pontos muito maior e resultando em uma chance infinitamente maior de medir os pontos mais altos e mais baixos possíveis.

Por que a planicidade é tão importante?

Quando temos um modelo nominal (um CAD) e uma nuvem de pontos adquiridos pela digitalização 3D, basta apenas correlacioná-los registrando os dados digitalizados com o modelo CAD. Para isso, podemos usar datums, que são entidades de referência. Na metrologia, o plano é uma entidade amplamente utilizada para registrar pontos de medição no CAD. Quando uma peça deve ser analisada para entender o que está errado em comparação com o CAD, a metrologia usa mais comumente um alinhamento composto de três planos.

Assim, uma vez obtido o alinhamento plano-plano-plano, é possível realizar um mapa de cores para determinar se as entidades estão nos lugares certos e se a geometria está correta. Caso contrário, o programa de usinagem deve ser ajustado.

No entanto, se o registro dos dados com o modelo CAD for baseado em superfícies que deveriam ser planas, mas não são, chegaremos a uma situação em que as entidades são bem usinadas, exceto as superfícies de referência. Neste caso, uma mensagem de erro indicará que todos os aspectos da peça estão errados, pois os erros causados ​​pelas superfícies de referência seriam projetados em toda a peça. Isso levaria a crer que a peça é mal fabricada e deve ser rejeitada quando, de fato, apenas o datum e as entidades de alinhamento estão mal usinadas. Nesse caso, retrabalhar uma ou duas superfícies pode ajudar a evitar que a peça seja sucateada, o que pode se traduzir em uma grande economia de dinheiro.

Portanto, ao escolher planos como datums, é sempre melhor verificar primeiro sua planicidade, pois isso eliminará grandes problemas. Isso é válido para datums primários, secundários e terciários, que devem ter boa planicidade e perpendicularidade. Isso também garante que, se forem encontrados erros na peça, serão erros de usinagem e não erros de projeto nas entidades de alinhamento.

Em suma, embora os planos sejam provavelmente as entidades geométricas mais populares em todos os alinhamentos de metrologia, se não forem usinados corretamente e tiverem planicidade ruim, todas as outras entidades geométricas também serão posicionadas incorretamente.

Quando a planicidade deve ser medida?

A medição da planicidade pode ser realizada no controle de qualidade para inspecionar entidades geométricas definidas ou protótipos para entender o que há de errado com uma peça. No entanto, durante as primeiras etapas de prototipagem, é possível que haja problemas maiores do que planicidade a serem resolvidos. Uma superfície de melhor ajuste para controlar a forma e um primeiro mapa de cores para identificar os principais problemas podem ser suficientes para controlar o protótipo. Afinal, neste estágio inicial de desenvolvimento, estamos olhando principalmente para a forma geral da peça e garantindo que tudo esteja certo em geral.

Somente após a conclusão desses estágios iniciais de prototipagem é que podemos determinar quais superfícies de apoio se tornarão um datum primário. Isso será seguido por um alinhamento e um segundo mapa de cores para verificar o posicionamento das superfícies em relação umas às outras. Os dados coletados e analisados ​​durante o segundo mapa de cores também serão importantes durante o controle de qualidade, pois fornecerão aos engenheiros informações interessantes sobre se a peça está montada corretamente com as outras peças.

Quando duas peças são montadas juntas, é importante escolher as superfícies de referência corretas. Geralmente, escolhemos superfícies que estarão em contato físico por meio de pontos de apoio. No caso específico dos planos de apoio, torna-se fundamental o controle de sua planicidade, pois a repetibilidade do processo de fabricação dependerá da planicidade desses planos de apoio. Assim, as irregularidades que aparecem no mapa de cores são um sinal de alerta de que erros reais devem ser corrigidos – não erros de projeto, conforme detalhado acima. Mudar o ferramental e refazer o programa de usinagem será então necessário e justificado.

O pior que pode acontecer é modificar um ferramental quando o problema identificado foi apenas um erro de alinhamento em uma entidade que não era planar. Neste caso particular, lamentaríamos por não termos medido a planicidade. Portanto, é importante medir a planicidade corretamente, porque as decisões tomadas sobre as entidades de alinhamento podem ter consequências onerosas.

Medir a planicidade é, consequentemente, importante para superfícies de suporte que desempenham papéis estruturais essenciais dentro da peça. Porém, se a superfície for apenas estética e for posteriormente ocultada por um pedaço de plástico, então o cálculo da planicidade seria menos relevante. A importância depende da aplicação, do caráter funcional de cada uma das superfícies e do papel que a peça desempenhará na montagem final.