A medição de espessura consiste em determinar a distância entre duas superfícies paralelas de um objeto. Isso se aplica tanto ao corpo principal de um material quanto a quaisquer camadas finas aplicadas sobre sua superfície.
Essa inspeção dimensional impacta diretamente a integridade estrutural, a proteção contra corrosão, a qualidade do produto e a conformidade regulatória.
A indústria se baseia em procedimentos padronizados para obter resultados consistentes.
A norma ASTM D7091-22, por exemplo, orienta a medição não destrutiva da espessura de revestimento em metais.
Você já ficou em dúvida sobre qual ferramenta de controle escolher?
Um simples paquímetro funciona bem para uma chapa metálica, mas qual é a abordagem correta para um filme polimérico flexível ou uma parede de tubo em operação?
Neste artigo, vou apresentar a diversidade dos métodos, desde técnicas com contato até técnicas sem contato.
Vamos revisar as ferramentas básicas, os medidores eletromagnéticos, o ensaio não destrutivo por ultrassom e os sistemas ópticos avançados, mostrando como o tipo de material e as necessidades de precisão orientam sua escolha.
Mas vamos começar primeiro com alguns conceitos básicos 👇🏻.
Índice
O que é medição de espessura?
A medição de espessura é a forma como determinamos a distância que separa duas superfícies paralelas de um objeto.
Este conceito se aplica tanto ao próprio material de base quanto a quaisquer revestimentos ou camadas finas aplicados sobre sua superfície.
Você encontrará frequentemente duas categorias distintas.
- A primeira é a espessura do material de base, que se refere à dimensão total de um componente como uma parede de tubo ou uma chapa metálica.
- A segunda é a espessura do revestimento ou do filme, frequentemente chamada de espessura de filme seco (DFT), que mede a camada fina de tinta, revestimento ou plástico sobre uma superfície.
Os engenheiros utilizam várias unidades comuns para essas medições.
Você verá:
- os milímetros (mm) para componentes estruturais,
- os micrômetros (µm) para revestimentos e filmes,
- e às vezes os mils, que correspondem a um milésimo de polegada, particularmente nas indústrias americanas.
A escala dessas medições varia consideravelmente.
Os filmes de alta tecnologia podem ter espessura inferior a um único micrômetro, enquanto os revestimentos de proteção geralmente variam de 25 a 500 µm.
As peças estruturais são muito mais espessas, frequentemente atingindo vários milímetros.
A escolha do método correto de medição depende fortemente do que você está medindo. As propriedades do material de base e do próprio revestimento ditam a melhor ferramenta para o trabalho.
Por exemplo, medir um revestimento sobre um substrato magnético requer uma técnica diferente daquela usada para medir um revestimento sobre um material não magnético ou um filme transparente.
Métodos de Medição COM Contato
Os métodos de medição por contato são os métodos clássicos.
Esses instrumentos funcionam tocando fisicamente a superfície do componente a ser inspecionado para determinar sua espessura.
Eles são amplamente utilizados devido à sua simplicidade e aos resultados diretos e fáceis de ler que fornecem.
Sua abordagem direta é também sua principal limitação. Primeiro, você corre o risco de arranhar ou deformar o material que está medindo.
Além disso, o resultado também pode ser influenciado pela técnica do operador.
Por essas razões, eles não são adequados para materiais flexíveis ou delicados. Você os encontrará frequentemente no controle de qualidade para plásticos rígidos, metais e laminados.
Micrômetros e Paquímetros
Os micrômetros mecânicos funcionam segundo o princípio de um parafuso de precisão, enquanto os paquímetros digitais oferecem medição rápida por mandíbulas deslizantes.
Ambas as ferramentas fornecem uma leitura direta da espessura de uma peça.
Você deve estar atento à força de contato que aplica, especialmente com materiais mais macios.
As normas sugerem realizar várias medições em diferentes pontos e calcular a média para obter uma espessura representativa.
Um micrômetro de qualidade geralmente tem uma resolução entre um e dez micrômetros. Você pode verificar sua precisão usando blocos padrão certificados.
Indicadores de Relógio / Digitais
Os medidores de espessura de relógio usam um apalpador de mola para verificações rápidas no local.
Quando o apalpador entra em contato com a peça, a espessura é exibida em um mostrador simples. As versões digitais fazem o mesmo, mas oferecem um display eletrônico que facilita muito o registro dos dados.
Esta é a versão modernizada deste instrumento, mas o princípio básico permanece o mesmo.
A principal vantagem desses indicadores é a rapidez. Eles são perfeitos para verificações rápidas de qualidade em uma linha de produção.
O uso correto requer uma bigorna plana e um suporte firme para a peça a ser medida.
Você também deve calibrá-lo em uma superfície de referência antes de realizar medições, mas isso vale para qualquer dispositivo de medição.
Eles são comumente usados para tarefas como verificação da espessura de chapas metálicas, juntas e diversas peças plásticas moldadas.
Métodos Eletromagnéticos para Espessura de Revestimento
Os medidores eletromagnéticos oferecem uma forma rápida e portátil de verificar a espessura do revestimento sem danificar uma peça.
Esses instrumentos não destrutivos são amplamente utilizados para medir a espessura de revestimentos de proteção sobre substratos metálicos.
As práticas para seu uso estão bem definidas em normas como ASTM D7091-22.
Essas ferramentas fornecem resultados rápidos, necessitando acesso a apenas um lado da superfície. Após calibração, exigem pouca habilidade do operador.
O material do substrato é importante, pois os medidores magnéticos funcionam em metais ferrosos enquanto os tipos de correntes parasitas funcionam em metais condutores não ferrosos.
As leituras também podem ser afetadas pela rugosidade da superfície e pela curvatura da peça.
Medidores Magnéticos de Arrancamento
O medidor mecânico de arrancamento é uma variante simples conhecida como medidor tipo 1 na norma ASTM D7091.
Ele utiliza um ímã permanente e mede a força necessária para destacá-lo da superfície revestida. Um revestimento não magnético mais espesso reduz essa força, que o medidor traduz em um valor de espessura.
Novamente, para bons resultados, uma calibração adequada é obrigatória.
Você deve calibrar o medidor em uma amostra não revestida do mesmo material que seu componente. Esta etapa compensa qualquer variação nas características magnéticas do metal de base.
Medidores Eletrônicos de Correntes Parasitas e Efeito Hall
Os instrumentos eletrônicos, chamados medidores tipo 2, oferecem precisão superior.
- As sondas de correntes parasitas são projetadas para testar revestimentos não magnéticos sobre metais não ferrosos como alumínio.
- As sondas de efeito Hall são usadas para medir revestimentos não magnéticos sobre metais ferrosos como aço.
As diretrizes da norma ASTM E376-19 recomendam calibrar sobre um substrato que corresponda ao material, espessura e curvatura da sua peça.
Você também deve estar atento aos efeitos de borda, pois fazer medições muito próximas da borda de uma peça pode produzir leituras imprecisas.
Medição de Espessura por Ultrassom
Esta técnica funciona um pouco como um eco.
Um dispositivo chamado transdutor envia um pulso sonoro de alta frequência através de um material.
Esta onda sonora atravessa o material até atingir a superfície traseira ou um defeito interno, depois reflete de volta ao transdutor. O instrumento cronometra precisamente essa ida e volta.
Conhecendo a velocidade com que o som se propaga no material específico, conhecida como velocidade do som, o instrumento consegue calcular a espessura.
Este processo é orientado por práticas padronizadas como ASTM E797/E797M-21, que descreve o método manual de contato por ultrassom.
Esta norma exige uma calibração de dois pontos usando blocos de referência de espessuras conhecidas para enquadrar a faixa de medição esperada.
Ajustar corretamente a velocidade do som é necessário porque essa propriedade depende da composição do material e de sua temperatura.
Leituras precisas exigem que você use o ajuste de velocidade apropriado para o material que está inspecionando ou que aplique uma compensação para variações de temperatura.
Uma das principais vantagens é que você só precisa acessar um lado do componente.
Isso a torna muito eficaz para inspecionar seções espessas, de alguns milímetros a centenas de milímetros. O método é não destrutivo e funciona eficientemente na maioria dos materiais de engenharia, incluindo metais, plásticos e compósitos.
Existem algumas limitações a considerar.
O método requer um meio de acoplamento, como gel ou água, para transmitir o som do transdutor até a peça. A superfície também deve estar limpa e lisa para um bom contato.
Geralmente não é adequado para medir filmes muito finos, como aqueles com menos de 0,5 mm.
Você encontrará este método amplamente usado para inspeções em serviço.
As aplicações comuns incluem a verificação de tubos e vasos de pressão para detectar perda de parede devido à corrosão. É também uma ferramenta chave para verificar a integridade de tubulações e examinar o estado de fundos de tanques de armazenamento.
Plastiform para Áreas Inacessíveis
O que você faz quando a área que precisa medir é fisicamente impossível de alcançar?
Talvez esteja profundamente enterrada em uma montagem, atrás de outros componentes, ou em um espaço confinado onde nenhuma sonda ou medidor consegue se inserir.
É aí que os materiais de replicação, comumente chamados Plastiform ou composto de impressão, se tornam sua melhor opção.
O material de replicação é um composto maleável que você pressiona na área de difícil acesso.
Ele se molda perfeitamente às superfícies, capturando a geometria exata, incluindo as dimensões de espessura e folgas.
Uma vez que endurece ou cura, você extrai a réplica e a mede usando ferramentas padrão.
A técnica segue um fluxo de trabalho simples:
Você prepara o produto de replicação e o insere no local alvo. O material flui pelos interstícios, ao redor das bordas e contra as superfícies, capturando cada detalhe.
Você deve trabalhar dentro do tempo de trabalhabilidade do material, que varia de acordo com o tipo de produto.
Depois que o material cura, você o remove cuidadosamente da montagem.
A réplica preserva as relações dimensionais exatas do espaço original. Agora você tem uma impressão física em negativo do que antes era inacessível.
Com a réplica na sua bancada, você pode usar qualquer ferramenta de medição apropriada.
Micrômetros e paquímetros funcionam bem para verificações de espessura simples, mas você deve usar um produto Plastiform rígido.
Este método é particularmente valioso em vários cenários.
Você o usará para verificar folgas quando a desmontagem não for prática.
É a técnica preferida para verificar ajustes de rolamentos, medir folgas em montagens de pás de turbina ou a espessura das pás para verificar seu estado de desgaste.
Técnicas Ópticas e SEM Contato
Às vezes, você precisa medir um objeto sem tocá-lo fisicamente.
É aí que os métodos ópticos e sem contato entram em cena. Eles são perfeitos para materiais delicados, ainda quentes da fabricação, ou movendo-se rapidamente em uma linha de produção.
Essas técnicas são particularmente úteis para materiais transparentes ou semitransparentes.
Eles podem medir a espessura de uma única camada ou até diferenciar múltiplas camadas empilhadas umas sobre as outras.
Pense nas camadas complexas de uma tela de smartphone ou de uma lente com revestimento.
Muitos métodos ópticos oferecem resolução extremamente alta, permitindo medir filmes muito finos, dos micrômetros até o nível subnanométrico.
Por exemplo, empresas como Bristol Instruments oferecem uma gama de medidores de espessura ópticos.
Esses sistemas usam princípios interferométricos para medir materiais transparentes de 12 µm a 80 mm de espessura.
Eles podem até medir até 31 camadas distintas simultaneamente.
Para revestimentos sobre substratos opacos, técnicas como microscopia confocal e espectroscopia são utilizadas.
Interferometria de Luz Branca e Microscopia Confocal
A interferometria de luz branca funciona dividindo um feixe de luz.
Uma parte reflete na superfície superior de um filme, e a outra parte reflete na superfície inferior.
Quando esses feixes refletidos se recombinam, eles criam um padrão de interferência, um pouco como as cores do arco-íris em uma bolha de sabão.
Ao analisar esse padrão e conhecer o índice de refração do material, podemos calcular a espessura do filme com precisão incrível.
Os sensores de deslocamento confocal oferecem outra forma de medir camadas transparentes a partir de um único lado.
É como um microscópio que só enxerga o que está perfeitamente nítido em uma única profundidade. O sensor encontra o ponto focal exato para a superfície superior e depois para a superfície inferior.
A distância percorrida pela lente entre esses dois pontos fornece a espessura. Este método consegue resolver camadas individuais em produtos complexos como montagens de lentes ou lentes de contato médicas.
A resolução desses métodos é impressionante, variando de dezenas de nanômetros até o nível subnanométrico.
Isso os torna ideais para óptica de precisão, metrologia de wafers de semicondutores e fabricação de tubos médicos e cateteres.
Triangulação a Laser e Perfilamento 2D/3D
A triangulação a laser é um método geométrico simples. Se você se lembra das aulas de matemática do ensino médio, já conhece a ciência por trás.
Um laser projeta um ponto ou linha sobre uma superfície em um ângulo definido.
Um sensor, posicionado em outro ângulo, observa essa projeção. Se a altura da superfície muda, a posição da luz laser no sensor se desloca.
O sistema usa trigonometria simples para calcular a distância até a superfície em tempo real.
Ao varrer um laser sobre uma superfície, os perfiladores 2D e 3D podem criar um perfil de seção transversal completo ou um mapa 3D completo do objeto.
É ideal para verificar não apenas a altura de um revestimento mas também sua largura e volume.
Essa capacidade é útil em aplicações como inspeção da quantidade de adesivo aplicado por um robô ou medição da espessura da pasta de solda em uma placa de circuito impresso.
Os perfiladores são vantajosos para superfícies rugosas ou escalonadas onde um sensor de ponto único poderia dar uma leitura enganosa.
Esses sistemas geralmente operam a uma distância de várias dezenas de milímetros e podem atingir uma resolução na ordem de micrômetros.
Normas e Melhores Práticas de Calibração
Uma leitura de espessura tem pouco valor sem um meio objetivo de provar sua exatidão.
É por isso que normas formais e calibração rastreável são fundamentais para aceitação regulatória e controle de qualidade.
Elas fornecem um conjunto de regras compartilhadas para cada engenheiro e técnico.
Você verifica a precisão do instrumento usando materiais de referência certificados como folhas de espessura ou substratos não revestidos.
Esta verificação deve ocorrer antes do uso, após qualquer evento que possa comprometer a precisão, e em intervalos regulares como o início de um turno de produção.
Seleção do método correto para sua aplicação
Escolher a ferramenta de medição de espessura correta consiste em combinar a tecnologia adequada ao trabalho.
Você deve responder a algumas perguntas sobre seu material, seus objetivos e seu ambiente de trabalho. O sistema óptico mais preciso pode ser excessivo se um simples micrômetro faz o trabalho.
Comece pelo material em si.
Sua primeira pergunta deve ser sobre o substrato:
- É um metal magnético como aço?
- É um metal não magnético como alumínio?
- É um material não condutor como plástico?
Isso o orienta imediatamente para ou longe dos métodos eletromagnéticos.
Em seguida,
Considere o revestimento ou camada que você está medindo (se houver).
É opaco como tinta ou transparente como um filme polimérico?
A espessura esperada e o acesso físico são suas próximas restrições.
Medir paredes estruturais em milímetros é trabalho para ferramentas ultrassônicas ou mecânicas, enquanto medir filmes submicrométricas requer métodos ópticos ou eletromagnéticos especializados sofisticados.
Você deve considerar se pode acessar ambos os lados da peça para ferramentas como micrômetros, ou se está limitado a acesso unilateral, o que requer perfiladores ultrassônicos, eletromagnéticos ou ópticos.
As necessidades de precisão e taxa de produção reduzirão ainda mais suas opções.
Aplicações de alta precisão em óptica ou semicondutores exigem técnicas como interferometria óptica, enquanto muitas inspeções de campo toleram uma resolução inferior.
Para produção, sistemas de mapeamento ópticos ou eletromagnéticos automatizados oferecem velocidade superior, enquanto medidores manuais por contato ou ultrassônicos são melhores para verificações pontuais.
O ambiente de trabalho também é um fator importante.
Um medidor ultrassônico robusto é projetado para inspeção de tubulações ao ar livre, enquanto equipamentos especializados como sensores confocais à prova de explosão são projetados para linhas de revestimento ativas.
Você também deve equilibrar o custo inicial do instrumento, sua carga de calibração e o custo potencial de uma medição incorreta proveniente de retrabalho ou responsabilidade.
Todos esses elementos o levam às suas opções. Você também pode considerar uma réplica intermediária para adaptar seu dispositivo de medição à sua área.
Aplicações e Indústria
A teoria é uma coisa, mas ver as técnicas de medição em ação é onde seu valor se torna claro.
Todas as indústrias enfrentam desafios únicos, desde prevenir ferrugem em estruturas de aço maciças até sobrepor filmes microscópicos em um chip de computador.
A escolha da ferramenta e do método é totalmente determinada por esses requisitos do mundo real.
Vamos percorrer diferentes exemplos concretos para obter algumas diretrizes.
Revestimentos de proteção em estruturas de aço
Para grandes ativos como pontes ou navios, a espessura da tinta de proteção é uma defesa primária contra corrosão.
A indústria segue diretrizes como ISO 19840, uma norma que define as regras de medição neste campo.
Ela especifica como usar medidores eletromagnéticos calibrados, definindo uma “medição pontual” como a média de várias leituras e descrevendo os padrões de amostragem necessários por área para confirmar conformidade.
Fabricação de semicondutores e displays
No mundo da eletrônica e óptica, você trabalha com várias camadas incrivelmente finas.
Os revestimentos antirreflexo em lentes AR/VR ou os filmes dentro da tela do seu telefone, por exemplo.
Aqui, a interferometria de luz branca é comumente usada para medir cada camada sem contato. Os sistemas modernos agora conseguem mapear a espessura de conjuntos completos de lentes, detectando qualquer desvio que possa afetar o desempenho óptico.
Dispositivos médicos
Ao fabricar produtos como tubos médicos, cateteres ou lentes intraoculares, você não pode arriscar danos ou contaminação por contato físico.
Os métodos ópticos sem contato, como sensores confocais ou interferométricos, são a solução. Eles medem a espessura com extrema precisão usando luz, o que é perfeito para materiais delicados, estéreis e transparentes.
Automotivo e aeroespacial
As indústrias automotiva e aeroespacial dependem da medição de espessura para qualidade e segurança.
A espessura de tinta e revestimento em uma carroceria de carro é verificada de acordo com as normas ASTM para garantir durabilidade e acabamento de qualidade.
Na indústria aeroespacial, os técnicos usam métodos ultrassônicos para inspecionar componentes de fuselagem e motor para detectar perda de parede devido ao desgaste, uma verificação crítica para manter a integridade da estrutura.
Integridade de tubulações de petróleo e gás
A manutenção de tubulações requer conhecer o estado da parede do tubo desde o exterior.
Os técnicos usam o mapeamento de espessura por ultrassom para identificar áreas de corrosão ou erosão.
Esses dados criam um “mapa” da espessura de parede restante, que é usado para prever a vida útil do tubo e planejar reparos antes que uma falha possa ocorrer.
Conclusão
Percorremos toda a caixa de ferramentas para medir espessura, das ferramentas de contato simples como micrômetros aos sistemas avançados sem contato.
Você viu como cada método tem um propósito, seja para confirmar a profundidade de um revestimento de proteção para impedir ferrugem, verificar a integridade da parede de um tubo para prevenir acidentes, ou controlar camadas microscópicas na eletrônica moderna.
Resultados confiáveis vêm do cumprimento de normas estabelecidas.
Essas normas apontam para uma ideia central: uma calibração adequada usando materiais representativos é inegociável.
Para realmente apoiar seus resultados, você também deve considerar a incerteza de medição.
À medida que a tecnologia avança, os sensores automatizados e a análise de dados tornam essas medições mais rápidas e mais precisas.
Esta evolução apoia a fabricação moderna e o controle de processo em linha, onde dados precisos são essenciais.
A medição de espessura permite que você reduza o desperdício, previna falhas operacionais e entregue produtos que atendem a todas as especificações.
É um elemento fundamental da garantia de qualidade que impacta diretamente a confiabilidade do seu trabalho.
Perguntas frequentes
Por que a medição de espessura é tão importante na engenharia?
Uma espessura precisa determina a resistência, a qualidade e a capacidade de um produto resistir à corrosão. É frequentemente exigida para atender às normas de segurança e regulamentações da indústria.
Qual é a principal diferença entre medição de espessura por contato e sem contato?
Os métodos por contato usam uma ferramenta que toca fisicamente a superfície, como um micrômetro. Os métodos sem contato medem à distância usando princípios como luz ou som, o que é ideal para peças delicadas, quentes ou em movimento.
Como medir a espessura de tinta em uma superfície metálica?
Você geralmente usa um medidor eletrônico portátil. Esses dispositivos funcionam segundo princípios magnéticos ou de correntes parasitas para medir a camada de tinta não magnética sobre o corpo metálico sem danificar o acabamento.
É possível medir a espessura de uma parede de tubo apenas pelo exterior?
Sim. Os medidores de espessura por ultrassom são projetados para isso. Eles enviam uma onda sonora através do material e cronometram sua reflexão desde a parede traseira para calcular a espessura, exigindo acesso a apenas um lado.
O que significa DFT na fabricação?
DFT é uma abreviação para Dry Film Thickness (espessura de filme seco). Ela especifica a espessura de um revestimento, como tinta ou revestimento em pó, após ter completamente secado e curado sobre uma superfície.
Como as propriedades do substrato afetam as leituras de espessura de revestimento eletromagnético?
As propriedades magnéticas do substrato, condutividade elétrica, rugosidade da superfície e curvatura podem todas alterar as leituras do medidor. Para resultados precisos, você deve calibrar o instrumento em uma amostra não revestida do mesmo material que está testando.
O que é calibração de dois pontos em testes por ultrassom e por que é usado?
A calibração de dois pontos consiste em ajustar o medidor usando dois padrões de referência de espessura conhecida, um mais fino e outro mais espesso que seu alvo. Essa prática corrige as imprecisões de medição em toda a faixa de trabalho.
Como a ISO 19840 define uma ‘medição pontual’ para revestimentos de proteção?
A norma ISO 19840 define uma medição pontual como a média de no mínimo três leituras individuais do medidor realizadas em uma pequena área definida. Esta abordagem ajuda a considerar pequenas variações locais do revestimento.
Quando você deve escolher um método óptico como interferometria em vez de um método ultrassônico?
A interferometria óptica é a melhor escolha para medir filmes muito finos, transparentes ou multicamadas, como aqueles em lentes ou displays, onde você precisa de precisão extremamente alta. Os métodos ultrassônicos são projetados para medir a espessura de parede total de materiais mais espessos e opacos, como chapas e tubos metálicos.
