A realização da parte experimental deste trabalho consistiu em desenvolver um método que permitisse estabelecer um procedimento técnico na calibração de distanciómetros, com a finalidade de ser utilizado no laboratório de comprimento (LCO) da UMCA-LCM do IPQ, detalhado com as especificações definidas no SGQ e na norma dos Requisitos gerais de competências para laboratórios de ensaio e calibração NP EN ISO/IEC 17025:2005.
O processo experimental iniciou-se com um estudo prévio de todos os equipamentos utilizados no laboratório, com incidência no distanciómetro e no padrão de referência, sistema laser interferométrico. Este estudo permitiu desenvolver competências na utilização dos respectivos equipamentos, esclarecendo objectivos para a realização de ensaios com vista à calibração de distanciómetros.
Uma das características em comum entre o distanciómetro e o padrão de referência é que são ambos influenciados pelas condições ambientais no laboratório, nomeadamente pela temperatura e pressão. Os instrumentos de medição em questão utilizam feixes de luz, pelo que são igualmente influenciados pelas condições ambientais. Por este motivo no balanço da incerteza dos valores dos erros de indicação não existem as grandezas de entrada correspondentes às condições ambientais. As condições de referência ambientais são 20 °C, em conformidade com a ISO 1. Os ensaios foram realizados em condições ambientais de 20 ± 1 °C.
Os ensaios realizados no banco de ensaios SIP de 3 m foram efectuados com o objectivo de obter conhecimentos sobre a funcionalidade do instrumento de medição a calibrar e do padrão de referência, procurando extrapolar algum do conhecimento obtido para o banco de ensaios de 50 m.
Previamente à recolha dos primeiros dados de ensaio colocou-se o distanciómetro, o padrão de referência e o sistema laser interferométrico Hewlett-Packard (HP), no banco de ensaio SIP de 3 m. Dispostos os equipamentos de medição no banco de ensaio SIP de 3 m efectuou-se o alinhamento dos mesmos.
Em relação ao sistema laser interferométrico o alinhamento foi efectuado através do esquema de alinhamento aconselhado pelo manual do sistema laser interferométrico HP, apresentado na figura 3.8.
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Figura 3.8: Esquema de alinhamento do sistema laser interferométrico
Estabelecido o alinhamento do sistema laser interferométrico HP, procurou-se avaliar a forma de alinhamento do distanciómetro.
Aproveitando as competências desenvolvidas no alinhamento do sistema laser interferométrico HP, idealizou-se um processo de alinhamento para o distanciómetro. Este alinhamento começou com a utilização prática de uma mesa universal (Figura 3.9), equipamento com cinco graus de liberdade, que permite realizar movimentos de translação segundo os eixos OX, OY e OZ e movimentos relativos de rotação segundo os eixos OY e OZ
Os movimentos relativos da mesa universal são identificados a partir da figura 3.9.
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Uma vez identificados os movimentos da mesa universal realizou-se o alinhamento do distanciómetro com base nos conhecimentos adquiridos no alinhamento do padrão de referência. Após a fixação do distanciómetro à mesa universal o alinhamento é efectuado através da deslocação do sistema de movimentação do banco de ensaio (carro), analisando-se a trajectória do ponto de incidência do feixe laser na placa alvo solidária com o carro. Coloca-se o sistema de movimentação do banco de ensaio no ponto inicial e actua-se nos parafusos da mesa universal para executar o movimento do distanciómetro em sentido contrário ao desalinhamento verificado na placa alvo através do movimento de rotação, para além do centro da placa alvo em seguida efectua-se a compensação do movimento de rotação através da acção nos parafusos do movimento de translação da mesa universal em sentido contrário. Por último, faz-se percorrer novamente o sistema de movimentação do banco de ensaio toda a gama de medição do banco para verificar o alinhamento.
A figura 3.10 descreve esquematicamente o processo de alinhamento do distanciómetro.
Figura 3.10: Esquema do alinhamento do distanciómetro
Realizados os alinhamentos dos instrumentos de medição, efectuaram-se os ensaios no banco de ensaio SIP de 3 m. A primeira avaliação consistiu na determinação de algumas das características metrológicas do distanciómetro, nomeadamente o valor mínimo do intervalo nominal de indicação e estabilidade do distanciómetro.
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Após identificadas as características metrológicas do distanciómetro realizaram-se no banco de ensaios SIP de 3 m ensaios com o objectivo de avaliar as condições de repetibilidade e reprodutibilidade no balanço da incerteza de medição (avaliação tipo A).
A repetibilidade é a fidelidade de medição num conjunto de condições, que inclui o mesmo procedimento de medição, os mesmos operadores, o mesmo sistema de medição, as mesmas condições operativas e a mesma localização, e medições repetidas no mesmo objecto ou objectos similares, num curto intervalo de tempo [1].
A reprodutibilidade é a fidelidade de medição num conjunto de condições, que inclui os diferentes locais, operadores e sistemas de medição e medições repetidas no mesmo objecto ou objectos similares [1].
Com a intenção de procurar realizar os ensaios em condições de medição semelhantes às que um distanciómetro opera e visto que este é um instrumento de medição de longo alcance, realizaram-se ensaios de repetibilidade e reprodutibilidade para o banco de ensaio de 50 m.
Os ensaios com o banco de 50 m permitiram ainda estabelecer outros conhecimentos do distanciómetro (alinhamento do distanciómetro), que ainda não tinham sido detectados nos ensaios no banco de ensaios SIP de 3 m.
Do mesmo modo que se realizaram as montagens e alinhamento dos instrumentos de medição no banco de ensaio SIP de 3 m, efectuou-se também o mesmo procedimento para o banco de ensaio de 50 m. Outro aspecto importante a efectuar é o alinhamento horizontal do próprio banco de ensaios, através da regulação das colunas de betão (Figura 3.11).
O alinhamento do banco é efectuado em conjunto com o alinhamento do sistema laser interferométrico, neste caso, um equipamento da Spindler & Hoyler (SH). Este alinhamento é realizado em primeiro lugar, através do alinhamento do sistema laser interferométrico do SH em dois pontos distantes entre eles, usando a técnica descrita na figura 3.8. Alinhado o sistema laser interferométrico, o banco terá uma configuração semelhante ao esquema apresentado na figura 3.11, relativamente à recta entre os dois pontos de alinhamento.
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Tendo o sistema laser interferométrico alinhado nos dois pontos M, extremos do banco de ensaios, quando o sistema laser tem sinal de recepção no máximo, procede-se ao alinhamento total do banco, fazendo percorrer o sistema de movimentação do banco, ao qual se encontra solidário o cubo retroreflector móvel e o alvo. Se este se encontrar desalinhado, o sinal de recepção baixa, ou perde-se mesmo, deixando de ter capacidade de medir distâncias.
O alinhamento/rectilismo do banco é efectuado através da regulação em altura das colunas de betão, até o sistema laser ter sinal no máximo ao longo de todo o sistema de movimentação (Figura 3.12).
Figura 3.12: Esquema do banco de ensaio de 50 m alinhado
Realizados os alinhamentos dos instrumentos de medição, nomeadamente do distanciómetro, do sistema laser interferométrico e do banco de ensaio de 50 m, efectuaram-se ensaios para obtenção de valores do erro de indicação. Com base nestes valores foram avaliadas as condições de repetibilidade e reprodutibilidade e, consequentemente, a análise de outras grandezas de entrada a considerar na incerteza de medição.
Concluídos os ensaios anteriormente referidos, procedeu-se à elaboração do procedimento técnico e concretizou-se a elaboração do Certificado de Calibração/Relatório de Ensaio, com o princípio de medição a consistir na determinação do erro de medição, por comparação entre o valor de indicação do distanciómetro e o valor de indicação do sistema laser interferómetro para o respectivo valor nominal, e determinou-se a incerteza de medição expandida.