Máquinas de medir por coordenadas (MMCs) têm sido utilizadas por décadas como um dispositivo de medição de boa exatidão e de grande versatilidade, por serem capazes de gerar um grande número de medições com apenas um simples sensor (MEARS et al., 2009). Podem ser divididos em equipamentos de medições por contato e sem contato e sua vantagem em medir superfícies de forma livre se dá pela necessidade de se adquirir a maior quantidade de pontos possíveis em função da dificuldade de se estabelecer uma equação matemática capaz de modelar a forma adquirida. De fato, a utilização de MMC para a medição deste tipo de superfície está diretamente associada ao processo de reengenharia, onde uma determinada superfície é adquirida sem uma relação direta com o modelo nominal que o gerou. Dessa forma, este tipo de medição serve para adquirir o maior número possível de pontos da superfície medida para que seja possível estimar o comportamento da superfície contínua, ou seja, a partir da medição, obtém-se uma amostra discreta dos pontos que compõem a superfície real e tenta-se então, estimar o comportamento contínuo da superfície permitindo assim, efetuar comparações com modelos pré-estabelecidos (HAMBURG-PIEKAR, 2006). A medição por MMC serve tanto para avaliar a peça usinada e já retirada do centro de usinagem de 5 eixos quanto para a calibração de Centros de Usinagem, neste caso, é executado um fresamento de um bloco padrão que será comparado com a medição do bloco similar a partir do MMC disposto sobre o centro de usinagem (SCHWENKE; FRANKE; HANNAFORD, 2005; SCHWENKE et al., 2008).
As fontes de erros das MMCs podem ser divididas em dois grandes grupos: as fontes de erros comuns a todos os tipos de Centro de Usinagem, como operador, ambiente de medição, alinhamento e peça, e as fontes de erros relacionadas especificamente ao tipo de MMC utilizada (MMCs com e sem contato que serão melhores explicados posteriormente).
Erro do operador: compreende os erros provenientes da intervenção humana no processo de medição. A experiência do operador de MMC tem influência direta na diminuição dos erros de operador. O conhecimento de metrologia, estatística, desenho técnico, operação da MMC, gerenciamento de qualidade, das normas técnicas, geometria e da tecnologia de fabricação compreende o conjunto de múltiplos conhecimentos exigidos pelo operador como requisitos de operar corretamente um processo de medição via MMC (HAMBURG-PIEKAR, 2006).
Ambiente de medição: são as alterações impostas pelas condições do ambiente de medição, estas variações são relacionadas à temperatura, umidade relativa do ar, pressão atmosférica etc. Para que uma medição ocorra de forma satisfatória é necessário levar em consideração tanto as condições do ambiente e utilizar seus valores como entrada no cálculo da incerteza de medição bem como procurar manter as condições do ambiente estáveis durante todo o processo de medição (ALBERTAZZI, 2004).
Alinhamento: de uma forma geral a medição de superfícies de forma livre por meio de MMC tem como dificuldade primária estabelecer o alinhamento físico da superfície usinada no equipamento MMC. Se uma superfície de forma livre usinada possui erros de usinagem e, ao mesmo tempo, não pertence mais ao sistema de coordenadas que foi produzido, como garantir que o reposicionamento da peça produzida estará alinhada em relação ao sistema de coordenadas que foi produzida, neste caso, o centro de usinagem? Para solucionar este tipo de questionamento, as MMCs possuem sistemas nativos, ou seja, sistemas próprios desenvolvidos especificamente para um determinado aparelho e que tentam definir pontos de controle na peça usinada que serão utilizados como fontes de alinhamento posteriores entre esta e o sistema de coordenadas do MMC.
Peça: o prévio conhecimento das condições da peça é condição fundamental para a criação da estratégia de medição. Rigidez, condutibilidade térmica e dureza são características influenciam as condições de medição por MMC. Se for utilizada uma medição por contato, por exemplo, o contato entre a superfície de medição e a peça pode ocasionar deformação elástica na peça medida e alterar o valor do mensurando. As máquinas MMC de contato: possuem como fonte de erros principais a própria
estrutura da máquina, o sistema apalpação, os sistema de medição de deslocamento e o software de medição. De forma análoga às maquinas-ferramentas, essas máquinas podem e devem ser calibradas sistematicamente de forma a dirimir as fontes de erros sistemáticos. Porém, apenas os erros de posicionamento de perpendicularidade são sistematicamente calibrados. Todos os erros sistemáticos conhecidos podem ser aceitavelmente compensados pelo próprio software do MMC (OLIVEIRA, 2003). Vale salientar que quando as MMCs por contato estão dispostas em máquinas CNC, semelhantes aos Centros de Usinagem, todos os erros referentes a um Centro de Usinagem e a um CNC comum são repetidos no processo de medição.
As máquinas MMCs sem contato: possuem como fonte de erros o grau de rugosidade do mensurando, o ângulo entre a superfície de medição e o sensor do MMC, bem como a própria forma geométrica do mensurando, pois conforme descrito por Schwenke, Franke e Hannaford (2005) os sensores do tipo interferômetros não são capazes de medir corretamente as superfícies côncavas.
A utilização de MMC para a medição de peças está descrito na norma ISO 15530 que também faz parte do conjunto de normas técnicas ISO-TC 230 e cujo objetivo principal é fornecer procedimentos padrão para a medição de peças e fornecer a avaliação incertezas de medição a partir de equipamentos de medição por coordenadas. De acordo com Hamburg- Piekar (2006) as limitações desta norma são: estabilidade, custo, definição de artefatos de medição capazes de estabelecer uma relação direta entre o medido e o sistema de medição que está sedo avaliado.
De acordo com a sua arquitetura, as MMCs podem ser divididas em MMC de contato e MMC sem contato. Como o próprio nome sugere, a diferenciação está na forma de como os sensores atuam sobre o que esta sendo medido. Enquanto o primeiro indica um contato entre o sensor e o mensurando, o segundo se utiliza de outros meios para capturar as informações do mensurando, como por exemplo, a luz, o som, o potencial elétrico etc. (SAVIO; DE CHIFFRE; SCHMITT, 2007; SCHWENKE; FRANKE; HANNAFORD, 2005).
As MMCs de contato são mais utilizadas para inspeção que os equipamentos sem contato em razão de sua maior precisão, porém, esses equipamentos são limitados tanto na quantidade de dados adquiridos quanto nas formas geométricas que eles podem medir. Os equipamentos sem contato, como os MMCs óticos, representam um avanço na indústria de inspeção por MMC, não apenas por permitir a medição em superfícies com formas livres, não prismáticas e não esféricas, como também pela capacidade de captar uma maior quantidade de pontos de medição em uma única ação (RODGER; FLACK; MCCARTHY, 2007).
Uma tentativa de diminuir a limitação dos MMCs de contato é a inserção de braços articulados que se movimentam ao longo da peça medida de forma a varrer uma maior área de medição, todas as articulações que influenciam no processo de medição precisam possuir
encoders que medem o deslocamento de articulação do braço. Esta capacidade pode ser útil
na medição de áreas que não possuem fácil acesso.
A utilização dos MMCs sem contato possui vantagens e desvantagens quando comparados com os MMCs com contato. Voltan (2010) citou como vantagens principais a capacidade de medição de dados de alta densidade, a ausência de deformação do sensor de medição, a
possibilidade de medição de partes deformadas, a possibilidade de medição de área em uma única operação, a facilidade de comparação dos resultados de medição com os modelos CAD. Por outro lado, as desvantagens citadas para este tipo de medição são: alta incerteza de medição, dificuldade de estimação do erro, influência de propriedades óticas do mensurando e o custo elevado destes equipamentos.
Os MMCs do tipo interferômetro são equipamentos que captam informações das superfícies medidas em escala nanométrica. Estes operam bem e rapidamente superfícies lisas e esféricas, porém são insuficientes na medição de superfícies de forma livre, pois aumentam os custos de medições e aumentam as incertezas de medição. Para tentar solucionar a incapacidade de se medir superfícies de forma livre pelo interferômetro que se criou a técnica
Computer Generated Holograms (CGH) que é a inserção de uma superfície difrativa no
sistema de medição por interferômetro que normaliza as ondas esféricas (SAVIO; DE CHIFFRE; SCHMITT, 2007).