A transição para a mobilidade sustentável começa na produção

A mobilidade sustentável não surge apenas nas ruas, mas já na fase de fabricação. Motores elétricos, conectores, sistemas de injeção, células de combustível e células de bateria só funcionam de forma eficiente e segura a longo prazo quando as geometrias relevantes são controladas com precisão. Cada desvio detectado precocemente evita rejeitos, retrabalho e condições de processo inseguras. A tecnologia de medição contribui, assim, diretamente para a conservação de recursos, uma longa vida útil e um funcionamento confiável. Este artigo mostra, por meio de cinco aplicações, como os aparelhos de medição de coordenadas da Werth Messtechnik, com tecnologia óptica, palpadores, tomografia computadorizada e sistemas multissensoriais, combinam tempos de medição curtos, alta resolução, alta precisão e sistemas disponíveis.

Quatro requisitos, um padrão comum

Chapas elétricas finas, contatos delicados, geometrias internas de bicos, placas estampadas em grandes áreas e células críticas para a segurança diferem consideravelmente em termos de material, geometria e quantidade de peças. No entanto, os requisitos para a tecnologia de medição seguem um padrão comum. Tempos de medição curtos garantem o rendimento da produção em série, a alta resolução torna visíveis estruturas finas e defeitos incipientes, a alta precisão mantém a tolerância de fabricação utilizável e os sistemas disponíveis evitam paradas nas inspeções durante a produção. Quanto à precisão, aplica-se a regra prática conhecida da adequação do processo de teste, segundo a qual a incerteza de medição deve ser 10 vezes menor que a tolerância. Quanto maior a incerteza de medição, mais estreita se torna a tolerância de fabricação utilizável e, consequentemente, mais peças no limite devem ser descartadas preventivamente, de acordo com as regras de decisão da norma ISO 14253-1. Por outro lado, aparelhos de medição mais precisos preservam a tolerância de fabricação, pois a faixa de tolerância permanece nas máquinas de fabricação e não é consumida pela tecnologia de medição. Dessa forma, eles reduzem os custos de refugo e de inspeção, mesmo que sejam mais caros na aquisição. No entanto, a maior redução de custos ocorre por meio de processos estáveis e controlados. Quem identifica tendências antes que as peças saiam da tolerância reduz o desperdício e o retrabalho na fonte.

Lâminas de rotor e estator para motores elétricos

No caso das chapas de rotor e estator, grandes volumes de produção se combinam com peças sensíveis e finas. Uma chapa magnética para motores de tração tem, tipicamente, apenas 0,2 mm a 0,35 mm de espessura, e a tendência para lâminas mais finas reduz as perdas por correntes parasitas e aumenta a eficiência. As rebarbas nas bordas de estampagem são, nesse contexto, mais do que um problema estético. Elas podem penetrar no revestimento isolante das chapas vizinhas e causar curtos-circuitos entre camadas, o que leva ao aquecimento e à perda de eficiência. Ao mesmo tempo, a formação de rebarbas é um indicador precoce do desgaste da ferramenta de estampagem. Quem monitora essa tendência pode realizar a manutenção das ferramentas com base no estado, em vez de seguir rigidamente intervalos fixos. Muitas geometrias recorrentes precisam ser verificadas em pouco tempo e, como as forças de contato podem deformar as chapas finas, as nervuras, a formação de rebarbas, a planicidade e a distorção devem ser detectadas sem contato e com alta resolução. A máquina de medição por coordenadas ScopeCheck® FB DZ da Werth Messtechnik foi projetada com a tecnologia de varredura em grade HD para essa inspeção em série. Na varredura por grade, o sensor de processamento de imagem captura a peça durante o movimento dos eixos em várias imagens individuais sobrepostas, que são combinadas para formar uma imagem completa com até 20.000 megapixels. O procedimento está disponível desde as séries VideoCheck® de alta precisão até os aparelhos ScopeCheck® voltados para a produção. Dessa forma, é possível capturar toda a chapa sem a necessidade de reposicionamento, e as variações do processo tornam-se visíveis antecipadamente, antes que causem rejeição ou instabilidade nos processos subsequentes.

Conectores e geometrias finas de pinos

Os conectores representam uma tarefa típica de inspeção no setor de eletrificação. Com redes de bordo de 800 V, infraestrutura de recarga e o crescente uso de sensores, o número de contatos por veículo aumenta, assim como as exigências para cada um deles. Desvios na posição dos pinos aumentam as forças de encaixe e as resistências de contato, o que, em conectores de alta tensão, pode levar a um aquecimento inadmissível e, em contatos de sinal, a falhas nas funções de assistência e carregamento. Para as geometrias finas dos pinos, são necessárias resoluções estruturais de 20 µm ou melhores. A varredura por grade HD captura peças grandes com muitas características em segundos e é 50 vezes mais rápida do que o processamento de imagens convencional. Além disso, muitos contatos são recobertos por plástico ou, quando montados, não são mais acessíveis externamente. Nesse caso, a tomografia computadorizada da Werth amplia a visão, de forma não destrutiva, para todo o volume da peça. Para isso, a peça é irradiada com raios X de várias direções em uma mesa giratória e, a partir das projeções, o software reconstrói um modelo volumétrico tridimensional com todas as geometrias externas e internas. Os equipamentos Werth TomoScope® medem 10 vezes mais rápido do que sistemas de TC comparáveis. O software WinWerth® visualiza resultados, como posições de pinos ou posições de montagem, de forma que possam ser utilizados diretamente para o controle de processos.

Injetores para gasolina, diesel e hidrogênio

Os injetores continuam sendo relevantes para diversos conceitos de propulsão, desde o motor de combustão otimizado até a propulsão a hidrogênio. As características críticas geralmente estão no interior. O diâmetro dos orifícios de injeção dos injetores modernos costuma ser de apenas 100 µm a 200 µm, e o formato, bem como o arredondamento das arestas dos orifícios, determinam o padrão de pulverização, o consumo e as emissões — fatores que ganham ainda mais importância com o endurecimento das normas de emissões. No caso da propulsão a hidrogênio, somam-se a estanqueidade e novas combinações de materiais, pois o gás seco, ao contrário dos combustíveis líquidos, não lubrifica. Rebordos e tolerâncias na faixa de poucos micrômetros determinam o fluxo e a durabilidade. Uma inspeção meramente externa não é suficiente para isso. A tomografia computadorizada da Werth captura geometrias externas e internas, como orifícios cegos e assentos de agulha, de forma não destrutiva e completa. As rebarbas não são apenas detectadas, mas também medidas e avaliadas de forma imparcial. Para tarefas de medição tátil particularmente pequenas e de alta precisão, incluindo a rugosidade, o Werth Fasertaster® WFP complementa a gama de produtos. O micropalpador, estabelecido há cerca de 30 anos e com uma esfera de 20 µm, opera com baixas forças de contato e alcança características que são praticamente inacessíveis para palpadores convencionais.

Placas bipolares para células de combustível

As células de combustível convertem hidrogênio e oxigênio diretamente em energia elétrica, tendo a água como único produto da reação. As placas bipolares são, nesse contexto, componentes funcionais centrais. Elas separam as células individuais da pilha umas das outras, distribuem os gases uniformemente pela superfície ativa por meio de finas estruturas de canais, conduzem a corrente elétrica de célula para célula e dissipam o calor da reação por meio de canais de resfriamento. Para a tecnologia de medição, isso significa a inspeção de grandes peças com estrutura fina. As placas bipolares metálicas são estampadas ou hidroformadas a partir de folhas com espessura, em alguns casos, inferior a 0,1 mm. As estruturas dos canais medem apenas algumas centenas de micrômetros. Como uma pilha é composta por várias centenas de placas, os desvios de planicidade e espessura se somam ao longo da pilha e influenciam a pressão de contato, as resistências de contato e a estanqueidade em relação ao hidrogênio. Além disso, as profundidades de estampagem, as superfícies de vedação e o deslocamento das ferramentas afetam diretamente o funcionamento e a segurança do processo. Ao mesmo tempo, a medição não deve causar impacto mecânico nas superfícies sensíveis. Para isso, a tecnologia multissensorial da Werth combina métodos ópticos rápidos com sensores de distância sem contato. O Rasterscanning HD inspeciona as grandes superfícies das placas em pouco tempo, e o sensor de distância cromático de alta precisão Werth CFP (Chromatic Focus Point) mede profundidades de gravação, planicidade e empenamento sem interferência mecânica. Com a articulação giratória e oscilante contínua WRT, ele pode ser alinhado perpendicularmente a superfícies inclinadas. Dessa forma, é possível acelerar a aprovação para produção em série, reduzir as taxas de rejeição e obter dados de processo para correções de ferramentas e janelas de fabricação estáveis, especialmente no início da produção em série, quando as ferramentas de estampagem são corrigidas iterativamente.

Células de bateria e inspeção a 100%

É nas células de bateria que os requisitos se concentram mais intensamente. Terminais, saliências, geometria “jelly roll”, delaminações e partículas devem ser inspecionados em segundos e com alta resolução. A saliência do ânodo é, nesse contexto, uma medida crítica para a segurança. Se o ânodo não se projetar de forma confiável sobre o cátodo, há risco de deposição de lítio, com perda de capacidade e risco de curto-circuito. Partículas metálicas e delaminações no interior da célula podem provocar curtos-circuitos internos, podendo chegar a causar superaquecimento. Após a montagem, a tomografia computadorizada é o único método que torna visíveis e mede essas características internas de forma não destrutiva. A inspeção a 100% torna-se, assim, um tema central na fabricação. Os sistemas Werth TomoScope® com fonte de raios X Werth HighResLonglife e detecção automática de defeitos baseada em IA atendem a essa necessidade. Defeitos de poucos micrômetros são detectados com uma velocidade até 35 vezes maior e ocupando um quarto do espaço ocupado por soluções comparáveis. As fontes de raios X de alta resolução da Werth, com tensões de 130 kV a 230 kV, permitem medições 5 vezes mais rápidas do que as fontes de reflexão convencionais, mantendo a mesma resolução. Seu ciclo de manutenção de doze meses coincide com a manutenção regular do equipamento. A operação paralela de dois equipamentos em uma estação de teste reduz pela metade o tempo de ciclo, por exemplo, de 30 segundos para 15 segundos, e, ao mesmo tempo, proporciona redundância em caso de manutenção e falhas. Além disso, o Regulamento da UE sobre baterias (UE 2023/1542) oferece um impulso regulatório, exigindo documentação completa e rastreabilidade por meio do passaporte da bateria e da declaração da pegada de CO₂.

Medição com traçabilidade, testes com capacidade comprovada

Em todas as aplicações, a indústria automotiva exige, de acordo com a norma IATF 16949, processos de teste comprovadamente adequados, cuja adequação é normalmente avaliada de acordo com o VDA Volume 5. Os aparelhos de medição de coordenadas com tomografia computadorizada são especificados e aprovados de acordo com a diretriz VDI/VDE 2617, Folha 13, e a norma “ ISO 10360 ”, Parte 11. Além disso, a Werth oferece aparelhos de medição de coordenadas por tomografia computadorizada (CT) com calibração de acordo com as especificações do Organismo Alemão de Acreditação (DAkkS), o que é obrigatório na indústria automotiva há alguns anos. A medição rastreável em todo o volume da peça assenta, assim, na mesma base normativa que a técnica clássica de medição de coordenadas tátil e óptica.

Processos controlados como benefício comum

Os exemplos mostram que a mobilidade sustentável não exige uma única tecnologia de medição, mas sim a combinação adequada de sensores, velocidade, análise e disponibilidade. Tecnologia óptica, palpeadores, tomografia computadorizada e sistemas multissensoriais se complementam quando contornos externos, geometrias internas, microestruturas e superfícies sensíveis precisam ser avaliados em estreita integração com o processo. Para os responsáveis pela produção, o que importa mais do que a precisão na sala de medição. O que é decisivo são aprovações confiáveis, taxas de rejeição reduzidas, sistemas disponíveis e dados de medição que contribuam diretamente para o controle do processo. A tecnologia de medição torna-se, assim, um elemento fundamental de uma produção econômica, segura e que poupa recursos e, portanto, um alicerce da transformação da mobilidade.