En diversos 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 utilizados para medir con precisión distancias y ángulos pequeños y amplificarlos para hacerlos más evidentes. El nombre proviene del concepto de indicar al usuario aquello que su ojo desnudo no puede discernir; como la presencia o la cantidad exacta de alguna distancia pequeña (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, llamada indicador de cuadrante , proporciona una pantalla de cuadrante similar a la esfera de un reloj con manecillas; las manecillas apuntan a graduaciones en escalas circulares en el cuadrante que representan la distancia de la punta de la sonda desde un ajuste de cero. Los mecanismos internos de un indicador de cuadrante mecánico son similares a los mecanismos de precisión de un reloj de pulsera mecánico, que emplean un engranaje de piñón y cremallera para leer la posición de la sonda, en lugar de un escape de péndulo para leer la hora. El lado del eje de la sonda del indicador 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 engranaje para minimizar el error de holgura en la lectura. La calidad precisa de las formas de los engranajes y la libertad de cojinetes determinan la precisión repetible de la medición lograda. Dado que los mecanismos son necesariamente delicados, se requiere una construcción de estructura resistente para funcionar de manera confiable en aplicaciones difíciles, como operaciones de metalistería con 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 la tolerancia durante el proceso de inspección de una pieza mecanizada, medir la deflexión de una viga o un anillo en condiciones de laboratorio, así como en muchas otras situaciones en las que es necesario registrar o indicar una pequeña medida. Los indicadores de cuadrante suelen medir rangos de 0,25 mm a 300 mm (0,015 in a 12,0 in), con graduaciones de 0,001 mm a 0,01 mm ( sistema métrico ) o de 0,00005 in a 0,001 in ( sistema imperial/habitual ).
Se utilizan varios nombres para indicadores de diferentes tipos y propósitos, incluidos calibre de cuadrante , reloj , indicador de sonda , puntero , indicador de prueba , indicador de prueba de cuadrante , indicador de gota , indicador de émbolo y otros.
Existen varias variables en los indicadores de cuadrante:
Los indicadores proporcionan inherentemente sólo una medida relativa, pero si se utilizan referencias adecuadas (por ejemplo, bloques patrón ), a menudo permiten un equivalente práctico de la medida absoluta, con una recalibración periódica con respecto a las referencias. Sin embargo, el usuario debe saber cómo utilizarlos correctamente y comprender que, en algunas situaciones, sus medidas seguirán siendo relativas en lugar de absolutas debido a factores como el error del coseno (que se analiza más adelante).
Los indicadores de sonda suelen constar de un dial graduado y una aguja accionados por un mecanismo de relojería (de ahí la terminología de reloj ) para registrar los incrementos menores, con una esfera de reloj más pequeña incrustada y una aguja para registrar el número de rotaciones de la aguja en el dial principal. El dial tiene gradaciones finas para una medición precisa. La sonda accionada por resorte (o émbolo) se mueve perpendicularmente al objeto que se está probando, ya sea retrayéndose o extendiéndose desde el cuerpo del indicador.
La esfera del dial se puede girar a cualquier posición, esto se utiliza para orientar la esfera 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, a 90 y 10 respectivamente); estas pestañas de límite se pueden girar alrededor de la esfera del dial a cualquier posición requerida. También puede haber un brazo de palanca disponible que permitirá retraer fácilmente la sonda del indicador.
El montaje del indicador se puede realizar de varias maneras. Muchos indicadores tienen una lengüeta de montaje con un orificio para un perno como parte de la placa posterior. Alternativamente, el dispositivo se puede sujetar por el vástago cilíndrico que guía el émbolo utilizando una pinza o abrazadera especial, que es el método que generalmente se utiliza en las herramientas diseñadas para integrar un indicador como componente principal, como los medidores de espesor y los comparadores. Los diámetros exteriores comunes para el vástago son 3/8 de pulgada y 8 mm, aunque se fabrican otros diámetros. Otra opción que incluyen algunos fabricantes son los montajes de cola de milano compatibles con los de los indicadores 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 desviación del brazo, la sonda no se retrae sino que oscila en un arco alrededor de su punto de articulación. La palanca se puede intercambiar por longitud o diámetro de bola y permite tomar mediciones en ranuras estrechas y orificios pequeños donde el cuerpo de un tipo de sonda puede no llegar. El modelo que se muestra es bidireccional, algunos tipos pueden tener que cambiarse a través de una palanca lateral para poder medir en la dirección opuesta.
Estos indicadores miden en realidad 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 desvía hasta 10° del ideal de 90°. [1] Esto se llama 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 de 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 para herramientas de aleación o HSS ); los modelos de gama más alta son de carburos (como el carburo de tungsteno ) para una mayor resistencia al desgaste. Hay otros materiales disponibles para los puntos de contacto según la aplicación, como el rubí (alta resistencia al desgaste) o el teflón o PVC (para evitar rayar la pieza de trabajo). Estos son más caros y no siempre están disponibles como opciones OEM, pero son extremadamente útiles en aplicaciones que los exigen.
Los indicadores de cuadrante modernos suelen montarse mediante un vástago integrado (a la derecha de la imagen) o mediante una abrazadera especial que se fija a una cola de milano en el cuerpo del indicador. Algunos instrumentos pueden utilizar soportes especiales.
Antes de los mecanismos de dial con engranajes modernos, los indicadores de prueba que utilizaban una sola palanca o sistemas de palancas eran comunes. El alcance y la precisión de estos dispositivos eran generalmente inferiores a las unidades de tipo dial modernas, con un alcance de 10/1000 de pulgada a 30/1000 de pulgada, y una precisión de 1/1000 de pulgada siendo típica. Un indicador de prueba de palanca única común era el Starrett (No. 64), y aquellos que utilizaban sistemas de palancas para la amplificación eran fabricados por compañías como Starrett (No. 564) [2] y Lufkin (No. 199A), [3] así como compañías más pequeñas como Ideal Tool Co. Los dispositivos que podían usarse como un indicador de prueba de palanca o un tipo de émbolo también fueron fabricados por Koch. [4]
Con la llegada de la electrónica, la esfera del reloj (dial) ha sido reemplazada en algunos indicadores por 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 indicador digital pueden registrar y transmitir los datos electrónicamente a una computadora, a través de una interfaz como RS-232 o USB . Esto facilita el control estadístico del proceso (CEP), 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 sobre ellos). Esto obvia 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 humano de las tareas de registro y copia de datos que consumen mucho tiempo. Otra ventaja es que se pueden cambiar entre unidades métricas y pulgadas con solo presionar un botón, lo que obvia un paso de conversión de unidades separado de ingresar en una calculadora o navegador web y luego registrar los resultados.
En los indicadores de caída, la punta de la sonda se puede intercambiar con una variedad de formas y tamaños según la aplicación. Las puntas suelen estar unidas con una rosca de tornillo n.° 4-48 o M2,5. Las puntas esféricas se utilizan a menudo para proporcionar un contacto puntual . También se utilizan puntas cilíndricas y planas según sea necesario. Las puntas con 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 a bajo precio, de modo que incluso los indicadores que no tienen un juego de puntas se pueden complementar con un nuevo juego.
Los indicadores de cuadrante, cuyas puntas se mueven formando un arco en lugar de hundirse linealmente, suelen tener puntas esféricas. Esta forma proporciona un punto de contacto, lo que permite realizar mediciones uniformes a medida que la punta se mueve a lo largo de su arco (mediante una distancia de compensación uniforme 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 dial 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 está midiendo 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 un desfase (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 (TTP) de CMM , donde la máquina (cuando se usa correctamente) ajusta su compensación de desplazamiento 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) están fabricados con un margen incorporado de modo que un ángulo de punta de 12° (entre la palanca y la superficie que se mide) es el ángulo que corresponde a un error de coseno cero. Esto es muy conveniente para el usuario debido a la practicidad de tener la bola alejada del cuerpo del indicador de modo que la unidad pueda pasar sobre una superficie.
Cambiar la punta de un DTI no es tan sencillo como cambiar la punta de un indicador de caída, porque la punta, al ser una palanca, tiene su longitud exactamente igualada al mecanismo de relojería dentro del indicador, de modo que la longitud del arco del movimiento de su extremidad tiene una relación conocida con los engranajes que impulsan la aguja del dial. Por lo tanto, para agregar una punta más larga o más corta, se requiere un factor de corrección que se multiplica por la lectura del dial para obtener una lectura de distancia real. Las puntas de los DTI suelen estar roscadas para su intercambio (como las puntas de los indicadores de caída), con pequeñas superficies planas para aceptar una llave; pero la intención con respecto al cambio de punta que pueda ser reparada por el usuario se limita solo a las puntas que vinieron originalmente con el indicador, debido a la importancia mencionada anteriormente de la longitud. Por lo general, 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 cuadrante se utiliza solo de manera comparativa (en lugar de absoluta). Pero la prevención de errores del tipo que confunden comparaciones versus absolutas depende del conocimiento y la atención del usuario, en lugar del instrumento en sí, y por lo tanto, los reparadores de DTI generalmente no certificarán la precisión de un DTI que no pueda ofrecer una medición absoluta precisa, incluso si es perfectamente bueno solo para uso comparativo. Un DTI de este tipo aún podría estar certificado (y etiquetado) solo para uso comparativo, pero debido a que existe el riesgo de error del usuario, las reglas de calibración de calibres en los talleres mecánicos exigen una etiqueta de "solo uso comparativo" (si se puede confiar en que los usuarios la comprendan y la respeten) o exigen que el indicador se retire del servicio (si no es así).
{{citation}}: Mantenimiento de CS1: postscript ( enlace )