Indicador (instrumento amplificador de distância)

Um relógio comparador de precisão, com sensibilidade de 0,01 mm e alcance de 10 mm

Em vários contextos de ciência , tecnologia e manufatura (como usinagem , fabricação e manufatura aditiva ), um indicador é qualquer um dos vários instrumentos usados ​​para medir com precisão pequenas distâncias e ângulos e amplificá-los para torná-los mais óbvios. O nome vem do conceito de indicar ao usuário aquilo que seu olho nu não consegue discernir; como a presença, ou quantidade exata, de alguma pequena distância (por exemplo, uma pequena diferença de altura entre duas superfícies planas, uma leve falta de concentricidade entre dois cilindros ou outros pequenos desvios físicos).

A versão mecânica clássica, chamada de indicador de mostrador , fornece uma exibição de mostrador semelhante a um mostrador de relógio com ponteiros de relógio; os ponteiros apontam para graduações em escalas circulares no mostrador que representam a distância da ponta da sonda a partir de uma configuração zero. Os trabalhos internos de um relógio comparador mecânico são semelhantes aos mecanismos de relógio de precisão de um relógio de pulso mecânico, empregando uma cremalheira e pinhão para ler a posição da sonda, em vez de um escape de pêndulopara ler o tempo. A lateral do eixo da sonda indicadora é cortada com dentes para fornecer a engrenagem da cremalheira. Quando a sonda se move, a engrenagem da cremalheira aciona um pinhão para girar, girando o ponteiro do "relógio" indicador. As molas pré-carregam o mecanismo de engrenagem para minimizar o erro de folga na leitura. A qualidade precisa das formas da engrenagem e a liberdade do rolamento determinam a precisão repetível da medição alcançada. Uma vez que os mecanismos são necessariamente delicados, a construção robusta da estrutura é necessária para um desempenho confiável em aplicações severas, como operações de usinagem de máquinas-ferramenta , semelhante à forma como os relógios de pulso são reforçados.

Outros tipos de indicadores incluem dispositivos mecânicos com ponteiros em balanço e dispositivos eletrônicos com displays digitais. As versões eletrônicas empregam uma grade óptica ou capacitiva para detectar passos microscópicos na posição da sonda.

Os indicadores podem ser utilizados para verificar a variação de tolerância durante o processo de inspeção de uma peça usinada, medir a deflexão de uma viga ou anel em condições de laboratório, além de muitas outras situações em que uma pequena medição precisa ser registrada ou indicada. Os relógios comparadores normalmente medem intervalos de 0,25 mm a 300 mm (0,015 pol. a 12,0 pol.), com graduações de 0,001 mm a 0,01 mm ( métrico ) ou 0,00005 pol. a 0,001 pol . ( imperial/comum ).

Vários nomes são usados ​​para indicadores de diferentes tipos e finalidades, incluindo medidor de mostrador , relógio , indicador de sonda , ponteiro , indicador de teste , indicador de teste de mostrador , indicador de queda , indicador de êmbolo e outros.

Classificação geral

Existem várias variáveis ​​em relógios comparadores:

  • Leitura analógica versus digital/eletrônica (a maioria é analógica)
  • Tamanho do mostrador. Normalmente referido como American Gauge Design Specification (AGD):
AGD Faixa de diâmetro (polegadas) Faixa de diâmetro (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
  • Precisão
  • Faixa de viagem
  • Número de revoluções do mostrador
  • Estilo de discagem: balanceado (por exemplo, −15 a 0 a +15) ou contínuo (por exemplo, 0 a 30)
  • Estilo de graduação: números positivos (sentido horário) ou números negativos (sentido anti-horário)
  • Contadores de voltas, que mostram o número de voltas da agulha principal.

Princípios

Os indicadores inerentemente fornecem apenas medidas relativas. Mas dado que referências adequadas são usadas (por exemplo, blocos padrão ), elas geralmente permitem um equivalente prático de medida absoluta, com recalibração periódica contra as referências. No entanto, o usuário deve saber como usá-los adequadamente e entender como, em algumas situações, suas medições ainda serão relativas e não absolutas devido a fatores como erro de cosseno (discutido posteriormente).

Formulários

  • Em um ambiente de qualidade para verificar a consistência e precisão no processo de fabricação.
  • No chão da oficina para configurar ou calibrar inicialmente uma máquina, antes de uma operação de produção.
  • Por fabricantes de ferramentas (como fabricantes de moldes ) no processo de fabricação de ferramentas de precisão.
  • Em oficinas de engenharia metalúrgica , onde uma aplicação típica é a centralização de uma peça de torno em um mandril de quatro mandíbulas . O relógio comparador é usado para indicar o batimento (o desalinhamento entre o eixo de simetria de rotação da peça de trabalho e o eixo de rotação do fuso) da peça de trabalho, com o objetivo final de reduzi-la a uma faixa adequadamente pequena usando uma pequena mandíbula de mandril ajustes.
  • Em áreas que não sejam de fabricação, onde medições precisas precisam ser registradas (por exemplo, física ).
  • Para verificar se há desvio lateral ao afixar um novo rotor em um freio a disco automotivo. Excentricidade lateral (falta de perpendicularidade entre a superfície do disco e o eixo do eixo, causada por deformações ou mais frequentemente por falta de limpeza adequada da superfície de montagem do cubo. Esta excentricidade pode produzir pulsações do pedal do freio, vibração do veículo quando os freios são aplicados e podem induzir desgaste desigual do disco. O desvio lateral pode ser causado por torque desigual, pinos danificados ou uma rebarba ou ferrugem entre o cubo e o rotor. Essa variação pode ser testada com um relógio comparador e na maioria das vezes a variação pode ser mais ou menos anulada reinstalando o disco em outra posição, de forma que as tolerâncias tanto do cubo quanto do disco tendem a se anular. Para reduzir o batimento, o disco é montado e apertado à metade do torque especificado (já que não há roda para distribuir as tensões), então um mostrador indicador é colocado contra a superfície de frenagem e a face do mostrador é centralizada, o disco é girado lentamente com a mão e o máximo desvio é anotado. Se o batimento máximo estiver dentro do batimento máximo permitido especificado no manual, o disco pode ser instalado nessa posição, mas se o técnico quiser minimizar o batimento lateral total, outras posições ininterruptas podem ser tentadas . O batimento excessivo pode arruinar rapidamente o disco se exceder a tolerância especificada (normalmente até 0,004 polegadas (0,10 mm), mas a maioria dos discos pode atingir menos de 0,002 polegadas (0,05 mm) ou menos se instalado na posição ideal). o disco é girado lentamente com a mão e o desvio máximo é anotado. Se o batimento máximo estiver dentro do batimento máximo permitido especificado no manual, o disco pode ser instalado nessa posição, mas se o técnico quiser minimizar o batimento lateral total, outras posições ininterruptas podem ser tentadas . O batimento excessivo pode arruinar rapidamente o disco se exceder a tolerância especificada (normalmente até 0,004 polegadas (0,10 mm), mas a maioria dos discos pode atingir menos de 0,002 polegadas (0,05 mm) ou menos se instalado na posição ideal). o disco é girado lentamente com a mão e o desvio máximo é anotado. Se o batimento máximo estiver dentro do batimento máximo permitido especificado no manual, o disco pode ser instalado nessa posição, mas se o técnico quiser minimizar o batimento lateral total, outras posições ininterruptas podem ser tentadas . O batimento excessivo pode arruinar rapidamente o disco se exceder a tolerância especificada (normalmente até 0,004 polegadas (0,10 mm), mas a maioria dos discos pode atingir menos de 0,002 polegadas (0,05 mm) ou menos se instalado na posição ideal).

indicador de sonda

relógio comparador de 0,01–20 mm

Os indicadores de sonda normalmente consistem em um mostrador graduado e uma agulha acionada por um mecanismo de relógio (daí a terminologia do relógio ) para registrar os incrementos menores, com um mostrador de relógio e agulha embutidos menores para registrar o número de rotações da agulha no mostrador principal. O mostrador tem gradações finas para medição precisa. A sonda com mola (ou êmbolo) move-se perpendicularmente ao objeto sendo testado retraindo ou estendendo-se do corpo do indicador.

A face do mostrador pode ser girada para qualquer posição, isso é usado para orientar a face para o usuário, bem como definir o ponto zero, haverá também alguns meios de incorporar indicadores de limite (as duas abas metálicas visíveis na imagem à direita, em 90 e 10, respectivamente), essas guias de limite podem ser giradas em torno da face do mostrador para qualquer posição necessária. Também pode haver um braço de alavanca disponível que permitirá que a sonda do indicador seja retraída facilmente.

A montagem do indicador pode ser feita de várias maneiras. Muitos indicadores têm uma saliência de montagem com um orifício para um parafuso como parte da placa traseira. Alternativamente, o dispositivo pode ser segurado pela haste cilíndrica que guia o êmbolo por meio de uma pinça ou pinça especial, que é o método geralmente usado por ferramentas projetadas para integrar um indicador como componente primário, como medidores de espessura e comparadores. Os diâmetros externos comuns para a haste são 3/8 de polegada e 8 mm, embora existam outros diâmetros feitos. Outra opção que alguns fabricantes incluem são as montagens em cauda de andorinha compatíveis com as dos indicadores de teste de mostrador.

Indicador de teste de discagem

Indicador de teste de discagem

Um indicador de teste de mostrador , também conhecido como indicador de teste de braço de alavanca ou indicador de dedo , tem uma faixa de medição menor do que um comparador padrão. Um indicador de teste mede a deflexão do braço, a sonda não se retrai, mas gira em um arco em torno de seu ponto de dobradiça. A alavanca pode ser trocada por comprimento ou diâmetro da esfera e permite que medições sejam feitas em ranhuras estreitas e pequenos furos onde o corpo de um tipo de sonda pode não alcançar. O modelo mostrado é bidirecional, alguns tipos podem ter que ser trocados por meio de uma alavanca lateral para poder medir na direção oposta.

Esses indicadores realmente medem o deslocamento angular e não o deslocamento linear; a distância linear está correlacionada com o deslocamento angular com base nas variáveis ​​correlacionadas. Se a causa do movimento for perpendicular ao dedo, o erro de deslocamento linear é aceitavelmente pequeno dentro da faixa de exibição do mostrador. No entanto, esse erro começa a se tornar perceptível quando essa causa está em até 10° fora dos 90° ideais. [1] Isso é chamado de erro de cosseno , porque o indicador está registrando apenas o cosseno do movimento, enquanto o usuário provavelmente está interessado no vetor de movimento líquido . O erro de cosseno é discutido com mais detalhes abaixo.

Os pontos de contato dos indicadores de teste geralmente vêm com uma ponta esférica padrão de 1, 2 ou 3 mm de diâmetro. Muitos são de aço (liga de aço ferramenta ou HSS ); modelos de ponta são de carbonetos (como carboneto de tungstênio ) para maior resistência ao desgaste. Outros materiais estão disponíveis para pontos de contato, dependendo da aplicação, como rubi (alta resistência ao desgaste) ou Teflon ou PVC (para evitar arranhões na peça de trabalho). Estes são mais caros e nem sempre estão disponíveis como opções OEM, mas são extremamente úteis em aplicações que os exigem.

Os relógios comparadores modernos geralmente são montados usando uma haste integrada (à direita da imagem) ou por uma braçadeira especial que se prende a uma cauda de andorinha no corpo do indicador. Alguns instrumentos podem usar suportes especiais.

indicador de teste

Indicador de teste ideal pressionado

Antes dos modernos mecanismos de discagem com engrenagem, os indicadores de teste usando uma única alavanca ou sistemas de alavancas eram comuns. O alcance e a precisão desses dispositivos eram geralmente inferiores às unidades modernas do tipo dial, com uma faixa de 10/1000 polegadas a 30/1000 polegadas e precisão de 1/1000 polegadas sendo típica. Um indicador comum de teste de alavanca única era o Starrett (No. 64), e aqueles que usavam sistemas de alavancas para amplificação eram feitos por empresas como Starrett (No. 564) [2] e Lufkin (No. 199A), [3] como bem como empresas menores como a Ideal Tool Co. Dispositivos que podem ser usados ​​como um indicador de teste de alavanca ou um tipo de êmbolo também foram fabricados pela Koch. [4]

indicador digital

Com o advento da eletrônica, o mostrador do relógio (dial) foi substituído em alguns indicadores por displays digitais (geralmente LCDs ) e o mecanismo do relógio foi substituído por codificadores lineares . Os indicadores digitais têm algumas vantagens sobre seus predecessores analógicos. Muitos modelos de indicador digital podem gravar e transmitir os dados eletronicamente para um computador, através de uma interface como RS-232 ou USB . Isso facilita o controle estatístico do processo (SPC), porque um computador pode registrar os resultados da medição em um conjunto de dados tabulares (como uma tabela de banco de dados ou planilha) e interpretá-los (realizando análises estatísticas sobre eles). Isso evita a gravação manual de longas colunas de números, o que não apenas reduz o risco do operador introduzir erros (como transposições de dígitos), mas também melhora muito a produtividade do processo, liberando o ser humano de tarefas demoradas de gravação e cópia de dados. Outra vantagem é que eles podem ser alternados entre unidades métricas e polegadas com o pressionar de um botão, eliminando assim uma etapa separada de conversão de unidades de digitação em uma calculadora ou navegador da web e, em seguida, digitando os resultados.

Tipos de ponto de contato (ponta)

Pontas indicadoras de êmbolo (queda)

Em indicadores de queda, a ponta da sonda geralmente pode ser trocada por uma variedade de formatos e tamanhos, dependendo da aplicação. As pontas normalmente são fixadas com uma rosca #4-48 ou M2.5. Pontas esféricas são frequentemente usadas para fornecer pontos de contato. Pontas cilíndricas e planas também são usadas conforme a necessidade. As pontas em forma de agulha permitem que a ponta entre em um pequeno orifício ou ranhura. Os conjuntos de pontas de acessórios são vendidos separadamente e de forma econômica, de modo que mesmo os indicadores que não possuem nenhum conjunto de pontas podem ser aumentados com um novo conjunto.

Dicas do indicador de teste de discagem

Os indicadores de teste de mostrador, cujas pontas giram em um arco em vez de mergulhar linearmente, geralmente têm pontas esféricas. Esta forma fornece ponto de contato, permitindo medições consistentes à medida que a ponta se move através de seu arco (via distância de deslocamento consistente da superfície da esfera ao ponto central, independentemente do ângulo de contato da esfera com a superfície medida). Vários diâmetros esféricos são oferecidos comercialmente; 1 mm, 2 mm e 3 mm são os tamanhos padrão.

Apesar da vantagem que acabamos de mencionar (em relação à irrelevância do ângulo de contato) da própria bola (esfera) , o ângulo de contato da alavanca em geral é importante. Na maioria dos DTIs, ele deve estar paralelo (0°, 180°) à superfície sendo medida para que a medição seja realmente precisa, ou seja, para que a magnitude da leitura do mostrador reflita a verdadeira distância do movimento da ponta sem erro de cosseno . Ou seja, a trajetória do movimento da ponta deve coincidir com o vetor que está sendo medido; caso contrário, apenas o cossenodo vetor está sendo medido (produzindo o erro chamado erro de cosseno). Nesses casos, o indicador ainda pode ser útil, mas um desvio (multiplicador ou fator de correção) deve ser aplicado para obter uma medição correta (onde a medição é absoluta e não meramente comparativa). (Este fato se aplica ao ângulo entre a alavanca e a peça, não ao ângulo entre a alavanca e o corpo do DTI, [5] que é ajustável na maioria dos DTIs.) O mesmo princípio também é empregado com os apalpadores de toque CMM (TTPs ), onde a máquina (quando usada corretamente) ajusta sua compensação de deslocamento de esfera para compensar qualquer diferença entre o vetor de aproximação e o vetor de superfície.

Alguns DTIs (como a linha Interapid e seus concorrentes) são feitos com uma margem interna de modo que um ângulo de ponta de 12° (entre a alavanca e a superfície sendo medida) é o ângulo que corresponde ao erro de cosseno zero. Esta é uma grande comodidade para o usuário devido à praticidade de ter a esfera afastada do corpo do indicador de forma que a unidade possa passar sobre uma superfície.

Mudar a ponta de um DTI não é tão simples quanto trocar a ponta de um indicador de gota, porque a ponta, sendo uma alavanca, tem seu comprimento precisamente ajustado ao relógio dentro do indicador, de modo que o comprimento do arco de sua o movimento da extremidade tem uma proporção conhecida para as engrenagens que acionam a agulha do mostrador. Assim, para adicionar uma ponta mais longa ou mais curta, é necessário que um fator de correção seja multiplicado pela leitura do mostrador para produzir uma leitura de distância verdadeira. As pontas DTI geralmente são rosqueadas para troca (como pontas indicadoras de queda), com pequenas partes planas para aceitar uma chave inglesa; mas a intenção em relação à troca de pontas que podem ser reparadas pelo usuário é limitada apenas às pontas que vieram originalmente com o indicador, por causa da importância do comprimento mencionada acima. Normalmente, um DTI vem com apenas algumas pontas, como uma ponta de bola pequena e uma ponta de bola grande.

Nenhuma das considerações acima (erro de cosseno ou erro de comprimento da alavanca) importa se a leitura do mostrador estiver sendo usada apenas comparativamente(em vez de absolutamente). Mas evitar erros do tipo confusão comparativa versus absoluta depende do conhecimento e atenção do usuário, e não do próprio instrumento e, portanto, os reparadores de DTIs geralmente não certificam a precisão de um DTI que não pode oferecer uma medição absoluta precisa - mesmo que seja perfeitamente bom apenas para uso comparativo. Tal DTI ainda pode ser certificado (e rotulado) apenas para uso comparativo, mas como o risco de erro do usuário está envolvido, as regras de calibração do medidor nas oficinas mecânicas exigem uma etiqueta "somente para uso comparativo" (se os usuários puderem confiar em entender e siga-o) ou exija que o indicador seja removido de serviço (se não estiver).

Veja também

Referências

  1. ^ "Compreendendo erros em instrumentos de medição portáteis" .
  2. ^ Sisson 1934
  3. ^ Witchger 1941
  4. ^ Koch 1906
  5. ^ Pieczynski, Joe (2018/01/17), Cosine Error Demonstrated and Challenged, arquivado do original em 2021/12/13. (Vídeo de treinamento do maquinista.){{citation}}: Manutenção CS1: postscript ( link )

Leitura adicional

  • Catálogo Starrett No. 31B . Athol, MA: The LS Starrett Company . 2007.
  • "Mahr Inc. Dicas de Medição". Providence, RI: Mahr Inc.

links externos

  • Aplicações práticas de metal e madeira
  • Simulador - relógio comparador em milímetros com graduação de 0,01mm