As características metrológicas dos relógios comparadores mecânicos

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As características
metrológicas dos relógios
comparadores mecânicos
Conheça as características metrológicas e de projeto de relógios comparadores mecânicos
72 | junho 2013 | BQ
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Da Redação
O
relógio comparador mecânico é um
instrumento de grande precisão de
sensibilidade utilizado na centragem
de peças na usinagem, verificações de
excentricidade e empeno, alinhamento de máquinas,
verificação de medidas por comparação, etc. O relógio
comparador é um dos instrumentos de maior utilização
nos trabalhos de mecânica.
Seu funcionamento se dá da seguinte maneira: um
jogo de engrenagens no interior da caixa amplia e
transmite ao ponteiro o movimento que é acusado pela
haste de contato. A haste é guiada pelo canhão.
A escala maior no mostrador (perímetro do círculo)
está dividida em 100 partes (0 a 100). A cada volta
completa do ponteiro ocorre uma volta de outro
ponteiro denominado conta-voltas, que acusa, portanto,
milímetros inteiros. As engrenagens estão conectadas à
cremalheira da haste.
A alavanca mantida pressionada pela mola impede
que a folga entre os dentes da engrenagem mascare a
medida. Os relógios comparadores, para serem usados,
necessitam ser montados em suportes adequados, tais
como: suporte universal, desempenos com coluna
e outros para fins especiais. Por se tratar de um
instrumento de alta precisão, são necessários cuidados
especiais. Deve-se guardá-lo em estojo próprio e evitar
que sofra quedas e choques mecânicos.
Ele é um instrumento de medição por comparação,
dotado de uma escala e um ponteiro, ligados por
mecanismos diversos a uma ponta de contato. O
comparador centesimal é um instrumento comum de
medição por comparação. As diferenças percebidas nele
pela ponta de contato são amplificadas mecanicamente e
irão movimentar o ponteiro rotativo diante da escala.
Quando o ponta de contato sofre uma pressão e o
ponteiro gira em sentido horário, a diferença é positiva.
Isso significa que a peça apresenta maior dimensão
que a estabelecida. Se o ponteiro girar em sentido
anti-horário, a diferença será negativa, ou seja, a peça
apresenta menor dimensão que a estabelecida.
Existem vários modelos de relógios comparadores.
Os mais utilizados possuem resolução de 0,01 mm. O
curso do relógio também varia de acordo com o modelo,
porém os mais comuns são de 1 mm, 10 mm, .250" ou
1". Em alguns modelos, a escala dos relógios se apresenta
perpendicularmente em relação a ponta de contato
(vertical). E, caso apresentem um curso que implique
mais de uma volta, os relógios comparadores possuem,
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além do ponteiro normal, outro menor, denominado
contador de voltas do ponteiro principal.
Alguns relógios trazem limitadores de tolerância.
Esses limitadores são móveis, podendo ser ajustados nos
valores máximo e mínimo permitidos para a peça que
será medida. Existem ainda os acessórios especiais que
se adaptam aos relógios comparadores. Sua finalidade
é possibilitar controle em série de peças, medições
especiais de superfícies verticais, de profundidade, de
espessuras de chapas etc.
Os relógios comparadores também podem ser
utilizados para furos. Uma das vantagens de seu
emprego é a constatação, rápida e em qualquer ponto, da
dimensão do diâmetro ou de defeitos, como conicidade,
ovalização etc. Consiste basicamente num mecanismo
que transforma o deslocamento radial de uma ponta
de contato em movimento axial transmitido a um
relógio comparador, no qual pode-se obter a leitura
da dimensão. O instrumento deve ser previamente
calibrado em relação a uma medida padrão de
referência.
A NBR ISO 463 de 04/2013 - Especificações
Geométricas dos Produtos (GPS) - Instrumentos de
medição dimensional - Características metrológicas e
de projeto de relógio comparador mecânico especifica
as mais importantes características metrológicas e de
projeto de relógios comparadores mecânicos. É uma
norma de especificação geométrica dos produtos (GPS)
e deve ser considerada como uma norma geral GPS (ver
ISO TR 14638).
Ela influencia o elo 5 da cadeia de normas de
comprimento, distância, forma de uma linha
independente de origem, forma de uma linha
dependente de origem, forma de uma superfície
independente de origem, forma de uma superfície
dependente de origem, orientação, localização,
batimento radial e batimento total no modelo matriz
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GPS. Para informações mais detalhadas da relação
dessa norma com outras normas e o modelo matriz
GPS, ver anexo D, que está sumariamente descrito
abaixo.
Segundo a norma, o projeto geral e a fabricação
devem ser tais que o desempenho do relógio
comparador atenda aos requisitos dessa norma, a
menos que haja outra especificação do fabricante. O
projeto e a rigidez do relógio comparador devem ser
tais que a liberdade de movimento da haste móvel não
seja prejudicada pelo aperto na haste de fixação do
instrumento, garantindo-se que tal aperto seja aplicado
no comprimento mínimo necessário para se obter
estabilidade na montagem.
Quando são utilizados métodos alternativos de
montagem, por exemplo, fixação na tampa traseira do
relógio, o projeto e a rigidez da montagem devem ser
tais que não prejudiquem o desempenho do relógio.
Quanto ao mostrador e ponteiro, a escala circular
deve ser marcada em valores de uma divisão. O valor
de uma divisão e a sua unidade devem ser claramente
identificados.
Dois exemplos de tipos de escalas são mostrados na
Figura 3 (valor de uma divisão: 0,01 mm, 0,001 mm
(disponível na norma)). O ponteiro deve movimentar-se
no sentido horário quando a haste móvel é pressionada
contra uma superfície.
Para relógios comparadores com mais de uma volta
do ponteiro (relógio comparador do tipo da Figura 3
a, (disponível na norma)). Quando o ponteiro maior
estiver na posição de repouso e a indicação de zero no
mostrador estiver na posição 12 horas, o ponteiro deve
estar no mínimo a 1/10 da faixa de indicação, na posição
anti-horário (pré-faixa).
Uma movimentação além da faixa de medição
(pós-faixa) não pode ser menor que 1/10 da faixa de
indicação [ver Figura 4 a (disponível na norma)]. Para
relógios comparadores com menos de uma volta do
ponteiro [relógio comparador do tipo da Figura 3 b
(disponível na norma)]. Quando a haste móvel estiver
na posição de repouso, o ponteiro deve estar no mínimo
a três valores de uma divisão na posição anti-horário
(pré-faixa). A pós-faixa de medição (movimentação
além da faixa de medição) deve ser tal que o ponteiro
não alcance a posição de repouso. Porém, a pós-faixa de
medição deve ser no mínimo três valores de uma divisão
[ver Figura 4 b (disponível na norma)].
Igualmente, quando existir um ponteiro indicador
de voltas, este deve indicar a divisão apropriada
correspondente na sua escala, quando o ponteiro maior
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estiver na posição 12 horas, em cada uma das voltas. O
apalpador deve ser intercambiável. Este deve ter uma
superfície de contato resistente ao desgaste, forma e
acabamento de superfície adequados( ver Figura 1
(disponível na norma)).
Cada relógio comparador deve ter um meio
confiável de ajuste de zero e este não pode ser movido
acidentalmente (que não seja pela aplicação de força
excessiva), por exemplo, um dispositivo de trava
como uma braçadeira ou por atrito. O erro máximo
admissível MPE é o valor máximo de um erro da
característica metrológica permitido pela especificação.
Já o limite máximo admissível MPL é o valor máximo da
característica metrológica permitido pela especificação.
O fabricante deve especificar valores de MPE e
MPL para as características metrológicas do relógio
comparador, dadas na Tabela 3 (disponível na norma).
Para efeito de verificação após a venda, o cliente é livre
para definir seus próprios valores para MPEs e MPLs
de acordo com as necessidades da sua empresa. Se não
for especificado pelo fabricante, a resposta estática
do relógio comparador deve estar de acordo com a
histerese e repetitividade dos valores dos erros de
indicação MPE/MPL em qualquer posição da faixa de
medição e qualquer orientação do relógio comparador
(ver Tabela 3 (disponível na norma)).
Já os métodos de calibração das características
metrológicas devem avaliar o desempenho do
instrumento dentro de sua faixa de medição utilizando
ambos os sentidos de deslocamento da haste móvel. É
essencial que o relógio comparador esteja bem rígido
na sua fixação e que não seja influenciado pela força
operacional do próprio instrumento.
A calibração completa de um número suficiente de
pontos na escala dentro da faixa de medição necessitar
de um grande número de leituras. Quando a utilização
pretendida do relógio comparador não for garantida
pela calibração completa, deve ser utilizada a calibração
parcial ou a calibração para tarefa específica.
Para a determinação dos erros de indicação de
acordo com a Tabela 3 (disponível na norma), é
necessário um número adequado de intervalos,
dependente do valor de uma divisão e da faixa de
medição ou da faixa de medição utilizada.
Com esses valores, podem ser registradas curvas de
calibração com zeros flutuantes ou fixos. A função-MPE
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para as características é determinada apenas por uma
especificação com os dois limites simétricos constantes
USL e LSL para a faixa de medição MPE (ver ISO
14978:2006, Figura 9 (disponível na norma)).
É possível efetuar uma calibração completa
modificada com um número reduzido de pontos
da escala utilizando-se uma técnica de amostragem
adequada, mas isto resulta em um aumento da
incerteza de medição. O Anexo A apresenta um
exemplo de gráfico (com número muito pequeno de
pontos da escala) de erros de indicação (curva de
calibração) e faixa de histerese do relógio comparador,
onde o zero foi fixado no limite inferior da faixa de
medição. Por meio desses valores de medição, os
erros para vários comprimentos medidos dentro
da faixa de medição podem ser calculados (ver ISO
14978:2006, Figura 7 (disponível na norma)), isto
é, o relógio comparador é também utilizado como
um instrumento de medição com indicação de zero
flutuante (ver ISO 14978:2006, 7.2.3).
Por fim, essa norma apresenta as mais importantes
características metrológicas e de projeto de
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relógios comparadores mecânicos. Especifica as
mais importantes características metrológicas e de
projeto de relógios comparadores mecânicos. Têm
sido considerados requisitos apenas os valores das
características de projeto que são críticas para a
intercambiabilidade. As características metrológicas
não dizem respeito a valores requeridos, uma vez que a
filosofia é de que os valores destas características é uma
questão entre o fabricante e/ou usuário.
Porém, a NBR-ISO 463 provê definição das
características metrológicas e estabelece aquelas
características metrológicas para as quais o
fabricante pode estabelecer o valor de MPE ou
MPL. Quanto à posição no modelo matriz GPS, essa
norma é geral para o padrão GPS que influencia
o elo 5 da cadeia de normas de comprimento,
distância, forma de uma linha independente
da origem, forma de uma linha dependente de
origem, forma de uma superfície independente de
origem, forma de uma superfície dependente da
origem, orientação, localização, batimento radial e
batimento total na matriz geral GPS.
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