Quantificação da incerteza em medições de vibração com câmera de alta velocidade por meio do método six sigma

Abstract

Este trabalho quantifica a incerteza de medições de vibração obtidas por câmera de alta velocidade e propõe um procedimento operacional para relatar intervalos de confiança sob diferentes condições de aquisição. A investigação adota a abordagem Six Sigma, estruturada no ciclo DMAIC(Define, Measure, Analyze, Improve e Control), amplamente utilizada para redução de variabilidade e padronização de processos. Na etapa Definir, caracterizou-se o problema como a necessidade de estabelecer bandas de incerteza confiáveis para decisões em campo e avaliou-se a capacidade metrológica do sistema de medição por meio dos índices Cg e Cgk em relação às tolerâncias de uso, evidenciando a necessidade de melhoria. Em Medir, executou-se um arranjo fatorial completo 2 5 com três réplicas (96 condições), variando frequência, densidade de pixels por milímetro (px/mm), taxa de quadros, foco e saturação. Em cada condição, quatro medições independentes e realizadas sob o mesmo setup permitiram estimar a variabilidade intra-condição como resposta estatística. Na etapa Analisar, modelou-se a variabilidade no domínio logarítmico por meio de ANOVA hierárquica, revelando a densidade de pixels e a frequência como fatores dominantes. Observou-se que o fator “frequência” representa, na verdade, o efeito físico do deslocamento harmônico da estrutura, dado por D = V/(2πf), o qual mostrou maior influência sobre o erro aleatório das medições ópticas. Em Melhorar, foi desenvolvido um modelo baseado em regressão quantílica para estimar a meia-largura do erro aleatório (|e|) em função de log D e da densidade de pixels. A especificação quadrática apresentou o melhor equilíbrio entre precisão (baixa dispersão de resultados) e exatidão (boa aderência à cobertura-alvo), alcançando cobertura global de 95% após calibração. Por fim, em Controlar, estabeleceu-se um procedimento de aplicação prática: aproximações da câmera e médias temporais de n medições reduzem a incerteza reportada; o monitoramento periódico da cobertura e a revalidação do fator de calibração garantem a rastreabilidade do método. Assim, dentro do domínio experimental avaliado (10–150 Hz, velocidades tonais de até 80 mm/s e densidades entre 1,3 e 8,8 px/mm), o conjunto método–resultado viabiliza o uso da câmera como instrumento óptico sem contato com incerteza quantificada e previsível em aplicações industriais.

Este trabalho quantifica a incerteza de medições de vibração obtidas por câmera de alta velocidade e propõe um procedimento operacional para relatar intervalos de confiança sob diferentes condições de aquisição. A investigação adota a abordagem Six Sigma, estruturada no ciclo DMAIC(Define, Measure, Analyze, Improve e Control), amplamente utilizada para redução de variabilidade e padronização de processos. Na etapa Definir, caracterizou-se o problema como a necessidade de estabelecer bandas de incerteza confiáveis para decisões em campo e avaliou-se a capacidade metrológica do sistema de medição por meio dos índices Cg e Cgk em relação às tolerâncias de uso, evidenciando a necessidade de melhoria. Em Medir, executou-se um arranjo fatorial completo 2 5 com três réplicas (96 condições), variando frequência, densidade de pixels por milímetro (px/mm), taxa de quadros, foco e saturação. Em cada condição, quatro medições independentes e realizadas sob o mesmo setup permitiram estimar a variabilidade intra-condição como resposta estatística. Na etapa Analisar, modelou-se a variabilidade no domínio logarítmico por meio de ANOVA hierárquica, revelando a densidade de pixels e a frequência como fatores dominantes. Observou-se que o fator “frequência” representa, na verdade, o efeito físico do deslocamento harmônico da estrutura, dado por D = V/(2πf), o qual mostrou maior influência sobre o erro aleatório das medições ópticas. Em Melhorar, foi desenvolvido um modelo baseado em regressão quantílica para estimar a meia-largura do erro aleatório (|e|) em função de log D e da densidade de pixels. A especificação quadrática apresentou o melhor equilíbrio entre precisão (baixa dispersão de resultados) e exatidão (boa aderência à cobertura-alvo), alcançando cobertura global de 95% após calibração. Por fim, em Controlar, estabeleceu-se um procedimento de aplicação prática: aproximações da câmera e médias temporais de n medições reduzem a incerteza reportada; o monitoramento periódico da cobertura e a revalidação do fator de calibração garantem a rastreabilidade do método. Assim, dentro do domínio experimental avaliado (10–150 Hz, velocidades tonais de até 80 mm/s e densidades entre 1,3 e 8,8 px/mm), o conjunto método–resultado viabiliza o uso da câmera como instrumento óptico sem contato com incerteza quantificada e previsível em aplicações industriais.