Los calibradores Vernier se encuentran entre los instrumentos de medición más utilizados en entornos de mecanizado mecánico y su precisión de medición está influenciada por varios factores. Entre ellas, la fuerza de sujeción aplicada por el operador es una de las variables que más fácilmente se pasa por alto. Incluso cuando el mismo operador utiliza el mismo calibrador para medir la misma pieza de trabajo, las diferencias en la fuerza de sujeción pueden dar como resultado variaciones de lectura de decenas de micrómetros o más. Este artículo analiza el impacto específico de la fuerza de sujeción en la precisión de la medición desde una perspectiva física e introduce técnicas para controlar las fuerzas de medición estándar.
I. Principios físicos del impacto de la fuerza de presión en la precisión de la medición
1. Durante la medición con calibre, el operador utiliza el pulgar para empujar el marco del calibre, lo que hace que las mordazas de medición se acerquen a la superficie de la pieza de trabajo. Hasta que la superficie de medición de las mordazas entre en contacto con la pieza de trabajo y aplique una cierta presión. Durante este proceso, hay un espacio libre entre el cuerpo de la pinza y el marco. Cuando se aplica la fuerza de presión al marco, el marco genera un par inclinado en la superficie de guía, lo que resulta en una desviación en la posición de medición real de las mordazas. Esta desviación es de aproximadamente varios micrómetros en un pie de rey común, y puede alcanzar de diez a veinte micrómetros en los casos en que la longitud de extensión de las mandíbulas es grande.
2. La superficie de la pieza de trabajo también sufrirá una deformación elástica bajo la acción de la fuerza de presión. Para piezas de paredes delgadas y piezas de trabajo de materiales blandos, la presión de contacto de las mordazas de medición provocará una depresión local en el área medida, lo que dará como resultado un valor de medición menor que el tamaño real. Tomando como ejemplo un tubo de aluminio con un espesor de pared de 0,5 milímetros, cuando se utiliza la fuerza de medición convencional para medir el diámetro exterior, el valor de medición puede ser de varios micrómetros a varias decenas de micrómetros más pequeño que el tamaño real en estado libre. Cuanto menor sea la dureza del material y más delgado el espesor de la pared, más evidente será el error de medición causado por esta deformación elástica.
3. Tampoco se puede ignorar la deformación elástica de la propia pinza. El cuerpo de la pinza es un componente estructural delgado. Cuando el marco de la pinza se somete a una gran fuerza, el cuerpo sufrirá una ligera deformación por flexión, provocando un cambio en la relación de apertura y cierre de las mordazas de medición. Esta deformación elástica del cuerpo de la pinza suele producirse en el rango de la escala micrométrica, pero en piezas de precisión con una banda de tolerancia estrecha ya es suficiente para influir en la determinación de la calificación. Teniendo en cuenta estos tres efectos, el error de medición acumulativo causado por la fuerza de sujeción fluctúa entre 10 y 50 micrómetros, dependiendo de las condiciones de trabajo específicas.
II. Diferencias en la sensibilidad a la fuerza de presión entre diferentes tipos de calibradores
1. El pie de rey tiene la mayor sensibilidad a la fuerza de presión. El marco del pie de rey se basa en placas de resorte para generar una cierta resistencia a la fricción para mantener la estabilidad de la posición. El operador necesita juzgar la magnitud de la fuerza de medición mediante la sensación táctil. Dado que el pie de rey no tiene un mecanismo limitador de fuerza, la fuerza de presión aplicada por diferentes operadores o por el mismo operador en diferentes operaciones varía significativamente, lo que resulta en una disminución en la repetibilidad de los resultados de la medición. En escenarios de inspección por lotes, la repetibilidad de la medición del pie de rey generalmente se controla dentro de un rango de más o menos veinte a treinta micrómetros, que ya es un nivel común.
2. El calibrador digital tiene una estructura que es básicamente la misma que el calibrador a vernier, y el método de guía del marco también es el mismo. Por tanto, su sensibilidad a la fuerza de presión es similar a la del pie de rey. Sin embargo, el calibrador digital tiene una función de salida de datos, que le permite ayudar a juzgar si la fuerza de presión es apropiada durante la medición observando los cambios en los valores numéricos. El operador puede ajustar ligeramente la fuerza de presión antes y después de leer el valor de indicación, observar el rango estable del valor numérico y así encontrar el rango de fuerza de medición apropiado. Algunos calibradores digitales de alta gama han agregado una función de indicación auxiliar de medición de fuerza, que puede ayudar al operador a controlar la consistencia de la fuerza medida.
3. El calibrador de alta precisión con dispositivo de ajuste fino tiene ciertas ventajas en el control de la fuerza de sujeción. El dispositivo de ajuste fino hace que el marco se mueva lentamente a través de una tuerca moleteada y una estructura de varilla roscada. El operador puede aumentar gradualmente la fuerza de sujeción girando la perilla de ajuste fino después de hacer contacto con la pieza de trabajo, lo que reduce los cambios repentinos de presión causados por temblores de manos o impactos instantáneos. Estas pinzas suelen ir acompañadas de una mayor fuerza de bloqueo del marco, y el efecto de vuelco del marco sobre la superficie de guía es relativamente pequeño. La repetibilidad general de las mediciones de este tipo de calibrador es mejor que la de los calibradores normales.
III. Definición y alcance de aplicación de la fuerza de medición estándar
1. En el ámbito de la medición de longitudes, la fuerza de medición estándar se define generalmente entre 3 y 5 Newtons. Se ha demostrado mediante la práctica a largo plazo que este valor de fuerza puede garantizar que la herramienta de medición y la superficie medida tengan suficiente contacto sin dañar la superficie de la pieza de trabajo. Dentro de este rango de fuerza de medición, la deformación elástica y la profundidad de indentación de las herramientas de medición de acero están dentro de límites aceptables. No existen requisitos numéricos unificados para la medición de la fuerza de los calibradores en las normas internacionales ni en las regulaciones nacionales de verificación metrológica. Sin embargo, las especificaciones de funcionamiento recomiendan generalmente que las mordazas de medición entren en contacto con la superficie medida y tengan una cierta sensación de fricción.
2. En mediciones precisas, el control de la fuerza de medición es más estricto. Cuando se utilizan calibradores en un laboratorio de metrología para medir piezas precisas, se recomienda utilizar un calibrador dedicado equipado con un dispositivo de medición de fuerza, o usar una mesa de medición de fuerza con fuerza de medición ajustable para ayudar en la operación. La mesa de medición de fuerza controla la fuerza de contacto de las mordazas de medición a través de resortes precisos o sensores de fuerza electrónicos, y puede controlar la fluctuación de la fuerza de medición dentro de ±0,5 Newtons, mejorando significativamente la repetibilidad de la medición. Para piezas de trabajo con bandas de tolerancia en el rango de varios micrómetros, esta precisión del control de fuerza es una condición necesaria para garantizar la confiabilidad de la medición.
3. En operaciones reales in situ, es difícil controlar con precisión el valor de la fuerza de medición. Sin embargo, mediante el entrenamiento del tacto de la mano y la acumulación de experiencia, la fuerza de medición puede volverse consistente. En general, la fuerza de medición es la fuerza de referencia con la que las mordazas de medición se deslizan ligeramente sobre la superficie de la pieza sin provocar marcas evidentes. Los operadores novatos pueden practicar primero repetidamente con medidores estándar para sentir las características de la fuerza de medición estándar y luego aplicarla a mediciones reales. Calibrar periódicamente la sensación de la mano con un dinamómetro ayuda a mantener la consistencia de la fuerza de medición.
