Medição de seções circulares com deflectometria usando espelho cônico

Abstract

As aplicações em engenharia de peças cilíndricas têm demandado tolerâncias geométricas mais apertadas como forma de garantir a correta funcionalidade dessas peças. Tal demanda requer melhores máquinas operatrizes e técnicas de fabricação, sendo importante também possuir os meios para verificar se a qualidade das peças cilíndricas está em conformidade com os requisitos desejados. Técnicas ópticas de medição são opções excelentes para esse objetivo, uma vez que não há o contato com a peça, são rápidas, além de possuírem boas exatidão e precisão. Esta Tese propõe o conceito de deflectometria em coordenadas cilíndricas para a medição de peças cilíndricas de precisão. A deflectometria é uma técnica que mede de forma indireta os desvios de forma de uma superfície reflexiva por meio das distorções de sua imagem refletida em um espelho.A análise do relevo de superfícies planas com bom acabamento superficial está entre as principais aplicações da deflectometria. A literatura indica incertezas de medição na casa de poucos nanometros. O novo conceito apresentado nesta Tese aplica a deflectometria em conjunto com um espelho cônico de 45º. Por meio do posicionamento de uma peça cilíndrica coaxialmente com o espelho cônico, ocorre uma transformação óptica, fazendo com que uma superfície cilíndrica seja vista com uma superfície plana. Os desvios geométricos entre a forma cilíndrica medida e um cilindro perfeito apresentam-se como os desvios de forma de uma superfície plana, sendo esses desvios convertidos novamente para uma superfície cilíndrica. Esta Tese apresenta a proposta de uma configuração óptica, a sequência de franjas a serem refletidas, os algoritmos de reconstrução e medição, além dos resultados dos testes de validação. Os resultados preliminares mostraram um desempenho muito bom para a medição da circularidade de seções transversais. Os conceitos aqui apresentados podem vir a gerar uma família de máquinas ópticas para a medição de circularidades aplicáveis no ambiente de laboratório.

Abstract: Engineering applications for precision cylindrical parts have required increasingly tight geometric tolerances to guarantee their correct functionality. In addition to demanding better machine tools and manufacturing techniques, it is also important to have the means to verify that the quality of precision cylindrical components meet the requirements. Optical measurements techniques are excellent options for this task since they are contactless, fast and precise. This Thesis proposes the concept of deflectometry in cylindrical coordinates for measuring precision cylindrical parts. Deflectometry is an optical technique that indirectly measures the shape deviations of a mirror-like surface from the distortions in images reflected by the measured surface. Flat or smooth surfaces with good surface finish are among the main applications. Measurement uncertainties of few nanometers have been reported in the literature. The new concept presented in this Thesis uses deflectometry through a 45º conical mirror. By positioning a cylindrical part coaxially with the conical mirror an optical transformation occurs, which turns the cylindrical surface into a flat surface. Geometric deviations between the measured cylindrical shape and a perfect cylinder become shape deviations from the planar surface. Shape deviations in the planar surface are mapped back to the cylindrical surface. The Thesis presents the proposed optical configuration, the required sequence of fringes to be reflected, measurement and reconstruction algorithms and results of proof-of-concepts experiments. The preliminary results shown very good performance for roundness measurement of cross sections. The concept presented here may give rise of a new family of optical roundness measurement machines applicable in laboratory environments