En varios contextos de la ciencia , la tecnología y la fabricación (como el mecanizado , la fabricación y la fabricación aditiva ), un indicador es cualquiera de los diversos instrumentos que se utilizan para medir con precisión pequeñas distancias y ángulos , y amplificarlos para hacerlos más obvios. El nombre proviene del concepto de indicar al usuario lo que su ojo desnudo no puede discernir; como la presencia, o la cantidad exacta, de una pequeña distancia (por ejemplo, una pequeña diferencia de altura entre dos superficies planas, una ligera falta de concentricidad entre dos cilindros, u otras pequeñas desviaciones físicas).
La versión mecánica clásica, se llama un indicador de cuadrante , proporciona una línea de visualización similar a un reloj con manecillas del reloj; las manecillas señalan las graduaciones en una escala circular en el dial que representan la distancia de la punta de la sonda desde un ajuste cero. Los trabajos internos de un indicador de dial mecánico son similares a los mecanismos de precisión de un reloj de pulsera mecánico, que emplea un engranaje de piñón y cremallera para leer la posición de la sonda, en lugar de un escape de péndulo para leer el tiempo. El lado del eje de la sonda indicadora está cortado con dientes para proporcionar el engranaje de cremallera. Cuando la sonda se mueve, el engranaje de cremallera impulsa un engranaje de piñón para girar, haciendo girar la manecilla del "reloj" del indicador. Los resortes precargan el mecanismo de engranajes para minimizar el error de juego en la lectura. La calidad precisa de las formas de los engranajes y la libertad de los cojinetes determinan la precisión repetible de la medición lograda. Dado que los mecanismos son necesariamente delicados, se requiere una estructura de estructura robusta para funcionar de manera confiable en aplicaciones exigentes, como operaciones de mecanizado de metales en máquinas herramienta , de manera similar a cómo se refuerzan los relojes de pulsera.
Otros tipos de indicadores incluyen dispositivos mecánicos con punteros en voladizo y dispositivos electrónicos con pantallas digitales. Las versiones electrónicas emplean una rejilla óptica o capacitiva para detectar pasos microscópicos en la posición de la sonda.
Los indicadores se pueden utilizar para comprobar la variación de tolerancia durante el proceso de inspección de una pieza mecanizada, medir la deflexión de una viga o anillo en condiciones de laboratorio, así como muchas otras situaciones en las que es necesario registrar o indicar una pequeña medida. Dial indicadores miden típicamente varía de 0,25 mm a 300 mm (0.015in a 12.0in), con graduaciones de 0,001 mm a 0,01 mm ( métrica ) o 0,00005 en a 0,001 pulg ( imperial / habitual ).
Varios nombres se utilizan para los indicadores de diferentes tipos y propósitos, incluyendo el reloj de medición , reloj , indicador de la sonda , puntero , indicador de prueba , indicador de prueba de línea , indicador de caída , el émbolo indicador , y otros.
Clasificación general
Hay varias variables en los indicadores de cuadrante:
- Lectura analógica versus digital / electrónica (la mayoría son analógicas)
- Tamaño del dial. Normalmente se denomina Especificación de diseño de calibre estadounidense (AGD):
AGD Rango de diámetro (pulg) Rango de diámetro (mm) 0 1> 1-⅜ 25> 35 1 1-⅜> 2 35> 50 2 2> 2-⅜ 50> 60 3 2-⅜> 3 60> 75 4 3> 3-¾ 76> 95
- Precisión
- Rango de recorrido
- Número de revoluciones del dial
- Estilo de marcación: equilibrado (p. Ej., De −15 a 0 a +15) o continuo (p. Ej., De 0 a 30)
- Estilo de graduación: números positivos (en el sentido de las agujas del reloj) o números negativos (en el sentido contrario a las agujas del reloj)
- Contadores de revoluciones, que muestran el número de revoluciones de la aguja principal.
Principios
Los indicadores proporcionan inherentemente una medida relativa únicamente. Pero dado que se utilizan referencias adecuadas (por ejemplo, bloques patrón ), a menudo permiten un equivalente práctico de medida absoluta, con recalibraciones periódicas contra las referencias. Sin embargo, el usuario debe saber cómo usarlos correctamente y comprender cómo, en algunas situaciones, sus medidas seguirán siendo relativas en lugar de absolutas debido a factores como el error del coseno (que se explica más adelante) .
Aplicaciones
- En un entorno de calidad para comprobar la coherencia y precisión en el proceso de fabricación.
- En el piso del taller para configurar o calibrar inicialmente una máquina, antes de una ejecución de producción.
- Por los fabricantes de herramientas (como los fabricantes de moldes ) en el proceso de fabricación de herramientas de precisión.
- En talleres de ingeniería metalúrgica , donde una aplicación típica es el centrado de la pieza de trabajo de un torno en un mandril de cuatro mordazas. El comparador se utiliza para indicar la excentricidad (la desalineación entre el eje de simetría rotacional de la pieza de trabajo y el eje de rotación del husillo) de la pieza de trabajo, con el objetivo final de reducirlo a un rango suficientemente pequeño utilizando una pequeña mordaza de mandril. ajustes.
- En áreas distintas de la fabricación donde es necesario registrar mediciones precisas (por ejemplo, física ).
- Para comprobar lateral run-out cuando la colocación de un nuevo rotor a un automóvil de freno de disco . Excentricidad lateral (falta de perpendicularidad entre la superficie del disco y el eje del eje, provocada por deformaciones o más frecuentemente por una falta de limpieza adecuada de la superficie de montaje del buje. Esta excentricidad puede producir pulsaciones del pedal de freno, vibración del vehículo cuando se aplican los frenos y puede inducir un desgaste desigual del disco. El descentramiento lateral puede ser causado por un par de torsión desigual, espárragos dañados o una rebaba u óxido entre el cubo y el rotor. Esta variación se puede probar con un indicador de cuadrante, y la mayoría de las veces la variación puede cancelarse más o menos reinstalando el disco en otra posición, de modo que las tolerancias tanto del buje como del disco tienden a anularse entre sí. Para reducir el descentramiento, el disco se monta y se aprieta a la mitad el par especificado (ya que no hay una rueda para distribuir las tensiones) luego se coloca un indicador de cuadrante contra la superficie de frenado y la cara del cuadrante se centra, el disco se gira lentamente con la mano y se anota la desviación máxima. -fuera es w Dentro de la excentricidad máxima permitida especificada en el manual, el disco se puede instalar en esa posición, pero si el técnico desea minimizar la excentricidad lateral total, se pueden probar otras posiciones durante todo el día. Una excentricidad excesiva puede arruinar rápidamente el disco si excede la tolerancia especificada (típicamente hasta 0.004 pulgadas (0.10 mm) pero la mayoría de los discos pueden alcanzar menos de 0.002 pulgadas (0.05 mm) o menos si se instalan en la posición óptima).
Indicador de sonda
Los indicadores de sonda generalmente consisten en un dial graduado y una aguja accionada por un mecanismo de relojería (de ahí la terminología del reloj ) para registrar los incrementos menores, con una esfera de reloj y una aguja más pequeñas para registrar el número de rotaciones de la aguja en el dial principal. El dial tiene gradaciones finas para una medición precisa. La sonda cargada por resorte (o émbolo) se mueve perpendicularmente al objeto que se está probando, ya sea retrayéndose o extendiéndose desde el cuerpo del indicador.
La carátula se puede girar a cualquier posición, esto se utiliza para orientar la carátula hacia el usuario así como para establecer el punto cero, también habrá algunos medios para incorporar indicadores de límite (las dos pestañas metálicas visibles en la imagen de la derecha, en 90 y 10 respectivamente), estas pestañas de límite se pueden girar alrededor de la cara del dial a cualquier posición requerida. También puede haber un brazo de palanca disponible que permitirá que la sonda del indicador se retraiga fácilmente.
El montaje del indicador se puede realizar de varias formas. Muchos indicadores tienen una orejeta de montaje con un orificio para un perno como parte de la placa posterior. Alternativamente, el dispositivo puede ser sostenido por el vástago cilíndrico que guía el émbolo mediante un collar o abrazadera especial, que es el método generalmente utilizado por herramientas diseñadas para integrar un indicador como componente principal, como medidores de espesor y comparadores. Los diámetros exteriores comunes para el vástago son 3/8 de pulgada y 8 mm, aunque se fabrican otros diámetros. Otra opción que algunos fabricantes incluyen son los soportes de cola de milano compatibles con los de los indicadores de prueba de cuadrante.
Indicador de prueba de cuadrante
Un indicador de prueba de cuadrante , también conocido como indicador de prueba de brazo de palanca o indicador de dedo , tiene un rango de medición más pequeño que un indicador de cuadrante estándar. Un indicador de prueba mide la deflexión del brazo, la sonda no se retrae sino que se balancea en un arco alrededor de su punto de articulación. La palanca puede intercambiarse por la longitud o el diámetro de la bola, y permite tomar medidas en ranuras estrechas y pequeños orificios donde el cuerpo de un tipo de sonda puede no llegar. El modelo que se muestra es bidireccional, algunos tipos pueden tener que cambiarse mediante una palanca lateral para poder medir en la dirección opuesta.
Estos indicadores miden realmente el desplazamiento angular y no el desplazamiento lineal; la distancia lineal se correlaciona con el desplazamiento angular en función de las variables correlacionadas. Si la causa del movimiento es perpendicular al dedo, el error de desplazamiento lineal es aceptablemente pequeño dentro del rango de visualización del dial. Sin embargo, este error comienza a notarse cuando esta causa se aleja hasta 10 ° de los 90 ° ideales. [1] Esto se denomina error de coseno , porque el indicador solo registra el coseno del movimiento, mientras que el usuario probablemente esté interesado en el vector de movimiento neto . El error del coseno se analiza con más detalle a continuación.
Los puntos de contacto de los indicadores de prueba suelen venir con una punta esférica estándar de 1, 2 o 3 mm de diámetro. Muchos son de acero (acero aleado para herramientas o HSS ); Los modelos de gama alta son de carburos (como carburo de tungsteno ) para una mayor resistencia al desgaste. Hay otros materiales disponibles para los puntos de contacto según la aplicación, como rubí (alta resistencia al desgaste) o teflón o PVC (para evitar rayar la pieza). Estos son más costosos y no siempre están disponibles como opciones OEM, pero son extremadamente útiles en aplicaciones que los exigen.
Los indicadores de prueba de cuadrante modernos generalmente se montan usando un vástago integrado (a la derecha de la imagen) o mediante una abrazadera especial que agarra una cola de milano en el cuerpo del indicador. Algunos instrumentos pueden utilizar soportes especiales.
Indicador de prueba
Antes de los modernos mecanismos de dial de engranajes, eran comunes los indicadores de prueba que usaban una sola palanca o sistemas de palancas. El alcance y la precisión de estos dispositivos eran generalmente inferiores a los de las unidades modernas de tipo dial, con un rango de 10/1000 pulgadas a 30/1000 pulgadas, y la precisión típica de 1/1000 de pulgada. Un indicador de prueba de una sola palanca común fue el Starrett (No. 64), y aquellos que usaban sistemas de palancas para amplificación fueron fabricados por compañías como Starrett (No. 564) [2] y Lufkin (No. 199A), [3] también. ya que empresas más pequeñas como Ideal Tool Co. Los dispositivos que podrían usarse como indicador de prueba de palanca o como tipo de émbolo también fueron fabricados por Koch. [4]
Indicador digital
Con el advenimiento de la electrónica, la esfera del reloj (esfera) se ha reemplazado en algunos indicadores con pantallas digitales (generalmente LCD ) y el mecanismo de relojería ha sido reemplazado por codificadores lineales . Los indicadores digitales tienen algunas ventajas sobre sus predecesores analógicos. Muchos modelos de indicadores digitales pueden registrar y transmitir los datos electrónicamente a una computadora, a través de una interfaz como RS-232 o USB . Esto facilita el control del proceso estadístico (SPC), porque una computadora puede registrar los resultados de la medición en un conjunto de datos tabulares (como una tabla de base de datos o una hoja de cálculo ) e interpretarlos (realizando un análisis estadístico en ellos). Esto evita el registro manual de largas columnas de números, lo que no solo reduce el riesgo de que el operador introduzca errores (como transposiciones de dígitos ), sino que también mejora en gran medida la productividad del proceso al liberar al ser humano de las tareas de grabación y copia de datos que consumen mucho tiempo. Otra ventaja es que se pueden cambiar entre unidades métricas y en pulgadas con solo presionar un botón, evitando así un paso de conversión de unidades separado de escribir en una calculadora o navegador web y luego escribir los resultados.
Tipos de puntos de contacto (punta)
Puntas indicadoras del émbolo (caída)
En los indicadores de caída, la punta de la sonda generalmente se puede intercambiar con una variedad de formas y tamaños según la aplicación. Las puntas generalmente se unen con una rosca de tornillo # 4-48 o M2.5. Las puntas esféricas se utilizan a menudo para dar un punto de contacto. Las puntas cilíndricas y planas también se utilizan cuando surge la necesidad. Las puntas en forma de aguja permiten que la punta entre en un pequeño orificio o ranura. Los juegos de puntas de accesorios se venden por separado y de forma económica, por lo que incluso los indicadores que no tienen un juego de puntas pueden aumentarse con un nuevo juego.
Puntas de indicador de prueba de dial
Los indicadores de prueba de cuadrante, cuyas puntas se balancean en un arco en lugar de hundirse linealmente, generalmente tienen puntas esféricas. Esta forma proporciona un punto de contacto, lo que permite mediciones consistentes a medida que la punta se mueve a través de su arco (a través de una distancia de desplazamiento constante desde la superficie de la bola hasta el punto central, independientemente del ángulo de contacto de la bola con la superficie medida). Se ofrecen comercialmente varios diámetros esféricos; 1 mm, 2 mm y 3 mm son los tamaños estándar.
A pesar de la ventaja que acabamos de mencionar (con respecto a la irrelevancia del ángulo de contacto) de la bola (esfera) en sí , el ángulo de contacto de la palanca en general sí importa. En la mayoría de los DTI, debe ser paralelo (0 °, 180 °) a la superficie que se está midiendo para que la medición sea realmente precisa, es decir, para que la magnitud de la lectura del cuadrante refleje la distancia real del movimiento de la punta sin error de coseno . En otras palabras, la trayectoria del movimiento de la punta debe coincidir con el vector que se está midiendo; de lo contrario, solo se mide el coseno del vector (lo que produce el error llamado error de coseno). En tales casos, el indicador aún puede ser útil, pero se debe aplicar una compensación (multiplicador o factor de corrección) para lograr una medición correcta (donde la medición es absoluta en lugar de meramente comparativa). (Este hecho se aplica al ángulo entre la palanca y la pieza, no al ángulo entre la palanca y el cuerpo del DTI, [5] que es ajustable en la mayoría de los DTI). El mismo principio también se emplea con las sondas de activación por contacto CMM (TTP) ), donde la máquina (cuando se usa correctamente) ajusta su compensación de compensación de bola para tener en cuenta cualquier diferencia entre el vector de aproximación y el vector de superficie.
Algunos DTI (como la línea Interapid y sus competidores) se fabrican con una tolerancia incorporada de modo que un ángulo de punta de 12 ° (entre la palanca y la superficie que se mide) es el ángulo que corresponde al error de coseno cero. Esto es una gran conveniencia para el usuario debido a la practicidad de tener la bola fuera del cuerpo del indicador de manera que la unidad pueda pasar sobre una superficie.
Cambiar la punta de un DTI no es un asunto tan simple como cambiar la punta de un indicador de caída, porque la punta, al ser una palanca, tiene su longitud exactamente coincidente con el mecanismo de relojería dentro del indicador, de modo que la longitud del arco de su El movimiento de la extremidad tiene una relación conocida con los engranajes que mueven la aguja del dial. Por lo tanto, para agregar una punta más larga o más corta, es necesario multiplicar un factor de corrección por la lectura del dial para obtener una lectura de distancia real. Las puntas DTI a menudo están roscadas para intercambiarlas (como puntas de indicador de caída), con pequeñas partes planas para aceptar una llave; pero la intención con respecto al cambio de puntas útiles para el usuario se limita solo a las puntas que originalmente venían con el indicador, debido a la importancia mencionada anteriormente de la longitud. Normalmente, un DTI viene con solo unas pocas puntas, como una punta de bola pequeña y una punta de bola grande.
Ninguna de las consideraciones anteriores (error de coseno o error de longitud de la palanca) importa si la lectura del dial se usa solo comparativamente (en lugar de absolutamente). Pero evitar errores del tipo de confusión comparativa versus absoluta depende del conocimiento y la atención del usuario, más que del instrumento en sí, y por lo tanto, los reparadores de DTI generalmente no certificarán la precisión de un DTI que no puede ofrecer una medición absoluta precisa, incluso si es perfectamente buena solo para uso comparativo. Tal DTI aún podría certificarse (y etiquetarse) solo para uso comparativo, pero debido a que está involucrado el riesgo de error del usuario, las reglas de calibración de medidores en los talleres de máquinas exigen una etiqueta de "solo uso comparativo" (si se puede confiar en que los usuarios comprenden seguirlo) o exigir que el indicador sea retirado de servicio (si no es así).
Ver también
- Diagrama indicador , un diagrama de presión-volumen medido en un motor de pistón
Referencias
- ^ http://www.mmsonline.com/articles/understanding-errors-in-hand-held-measuring-instruments
- ↑ Sisson, 1934
- ^ Brujo 1941
- ^ Koch 1906
- ^ Pieczynski, Joe (17 de enero de 2018), Error de coseno demostrado y desafiado . (Video de entrenamiento de maquinista).CS1 maint: posdata ( enlace )
Otras lecturas
- Catálogo Starrett No. 31B . Athol, MA: The LS Starrett Company . 2007.
- "Consejos de medición de Mahr Inc." . Providence, RI: Mahr Inc.
enlaces externos
- Aplicaciones prácticas de carpintería y metal
- Simulador - comparador en milímetros con graduación de 0,01 mm