Instrumente pentru măsurarea abaterii de la circularitate

Calitate & Control

de Catalin Apostol

Instrumente pentru măsurarea abaterii de la circularitate

O componentă este considerată circulară dacă toate punctele unei secţiuni transversale sunt echidistante faţă de centru. Aşadar, pentru a măsura abaterea de la circularitate, este esenţial să se asigure atât rotaţia componentei, cât şi capacitatea de a măsura variaţiile razei.

 

Tipuri de instrumente

Măsurarea abaterii de la circularitate poate fi realizată prin utilizarea a două tipuri de instrumente, ce execută rotirea piesei sau rotirea sistemului de palpare. Rotirea piesei de măsurat se produce cu ajutorul unui mese rotative faţă de sistemul de palpare fix. În cazul celui de-al doilea tip de instrumente, piesa rămâne fixă, sistemul de palpare executând o mişcare de revoluţie în jurul acesteia. Fiecare tip de instrumente prezintă o serie de avantaje şi este mai potrivit pentru anumite măsurări, în funcţie de dimensiunea şi forma elementelor ce se doresc a fi inspectate.

 

Instrumente ce utilizează metoda mesei rotative

Figura 1: Instrument pentru măsurarea circularității

 

În continuare vor fi prezentate principiile unui instrument de măsurare a abaterii de la circularitate ce utilizează o masă rotativă şi un sistem de palpare fix. Figura 1 prezintă un astfel de instrument:

  • Coloana cu sistem de deplasare manuală şi braţ radial de poziţionare a sistemului de palpare
  • Orientarea sistemului de palpare
  • Masa rotativă cu sistem manual de centrare şi nivelare
  • Palpator

 

Prezenţa coloanelor pentru deplasarea sistemului de palpare vertical şi orizontal este necesară pentru a oferi instrumentului capacitatea de a măsura forma totală a unei piese într-o rotaţie simetrică. Fiecare componentă esenţială a unui astfel de instrument va fi analizată.

 

Sistemul de palpare

Sistemul de palpare reprezintă o componentă crucială a sistemului de măsurare. Scopul său este de a converti deplasările palpatorului în variaţii ale unui semnal electric. Cel mai frecvent utilizat sistem de palpare este cel cu traductoare de inductanţă variabilă (figura 2), în care o armătură conectată la braţul palpatorului se deplasează între două bobine, modificând inductanţa.

Figura 2: Sistem de palpare cu traductoare de inductanță variabilă

 

Bobinele sunt conectate într-un circuit de curent alternativ, astfel încât, atunci când armătura este în poziţie centrală, nu generează semnal de ieşire. Schimbarea poziţiei armăturii generează un semnal de ieşire proporţional cu deplasarea, faza relativă a semnalului depinzând de sensul de deplasare. Semnalul este filtrat şi procesat prin intermediul electronicii instrumentului, fiind apoi trimis către computer pentru examinări suplimentare.

Sistemele de măsurare moderne (figura 3) îmbină rezoluţiile înalte şi gamele largi de măsurare cu posibilitatea schimbării facile a palpatorului de către operator. Pot fi alese diverse unghiuri de contact prin intermediul unui mecanism cu furcă integrat în sistemul de măsurare. Se poate regla, de asemenea, atât limita cursei palpatorului, cât şi forţa acestuia.

Figura 3: Instrumentul Talymin 5

 Sensibilitatea necesară instrumentelor de măsurare a abaterii de la circularitate este stabilită de faptul ca lungimea palpatorului poate fi de 100 mm şi trebuie să răspundă la deplasări de 0,001 µm. Aşadar, deplasarea armăturii este foarte mică, semnalul de ieşire fiind supus unor amplificări considerabile pentru a permite conversia în date digitale.

Figura 4: Instrumente ce utilizează metoda mesei rotative

 

Palpatorul

Palpatorul reprezintă elementul de contact dintre sistemul de măsurare şi piesă. Este, aşadar, o componentă im­­portantă, forma lui influenţând informaţiile privind suprafaţa analizată de sistemul de palpare. Multe piese prelucrate prezintă urme ale uneltelor utilizate în procesul de fabricaţie, urme ce nu ţin de forma suprafeţei, ci de textura sa.

Un vârf ascuţit al palpatorului se va adânci în fiecare amprentă de pe suprafaţa piesei, fapt ce ar putea masca ondulaţiile mai distanţate ce contribuie la abaterea de la circularitate. În consecinţă, este normal să se utilizeze un palpator cu diametrul vârfului mai mare, capabil să treacă peste amprentele apropiate ale texturii suprafeţei, oferind sistemului de palpare o sensibilitate scăzută pentru aceste caracteristici, luând în considerare forma a cărei abatere se doreşte a fi determinată.

 

Alegerea diametrului vârfului palpatorului, de obicei 1 mm, 2 mm, 4 mm se realizează în funcţie de diametrul piesei de inspectat. Vârful palpatorului poate fi realizat din tungsten(wolfram), safir sau din alte materiale cu rezistenţă la uzură. Vârfurile sunt montate, de obicei, pe braţul palpatorului ce este realizat din fibră de carbon sau aluminiu.

Există vârfuri ale palpatoarelor fabricate special pentru măsurarea anumitor piese sau caracteristici, cum ar fi diametre foarte mici, caneluri circulare (atât interne cât şi externe) şi alezaje adânci.

 

Mecanismul de orientare a sistemului de palpare

Toate instrumentele pentru măsurarea abaterii de la circularitate au un mecanism de înclinare şi orientare a sistemului de palpare. Acestea permit utilizatorului să măsoare circularitatea, planitatea şi rectilinitatea suprafeţelor externe sau interne, precum şi în planuri superioare şi inferioare.

Figura 5: Mecanism automat de orientare a sistemului pe palpare

 

Figura 5 prezintă un mecanism automat de orientare a sistemului pe palpare. Un element-cheie al acestui mecanism este faptul că vârful palpatorului se roteşte în jurul unui punct fix, în timp ce întregul sistem de palpare este deplasat din poziţie verticală în poziţie orizontală. Acest tip de mecanism este uşor adaptabil, oferind posibilitatea măsurării multiplelor caracteristici fără intervenţia operatorului, cât şi capacitatea integrării programelor automate de măsurare.

 

Axa de rotaţie

Axa de rotaţie este principiul cel mai important al unui instrument de măsurare a abaterii de la  circularitate. Precizia de rotaţie este cea mai însemnată caracteristică, deoarece reprezintă punctul, referinţa de la care sunt efectuate toate măsurările. Cu toate acestea, există şi alte aspecte relevante, cum ar fi rigiditatea, capacitatea de încărcare, nivelul de zgomot mecanic produs de masa rotativă şi performanţa traductorului.

 

Centrarea şi nivelarea

Masa rotativă trebuie centrată şi nivelată pentru a alinia axa piesei de măsurat cu axa ei  de rotaţie. În timp ce masa de centrare şi nivelare susţine greutatea piesei, aceasta trebuie să fie şi stabilă în condiţiile respective de sarcină. Există două tipuri de mese pentru centrare şi nivelare, diferenţa esenţială fiind modul în care este realizată nivelarea.

 

Suprafaţa sferică de sprijin

Primul tip de mecanism de nivelare utilizează o suprafaţă de sprijin sferică, masa fiind controlată prin intermediul unor şuruburi micrometrice, ce acţionează asupra unor suprafeţe din partea inferioară a mesei. În timpul ajustării şuruburilor micrometrice, masa va pivota în suportul său provocând deplasarea unghiulară necesară nivelării piesei ce se doreşte a fi măsurată. Se utilizează două şuruburi micrometrice ortogonale.

Acest tip de suport se potriveşte sistemelor manuale cu o capacitate de încărcare scăzută. Operaţia de centrare este efectuată în aceeaşi manieră facilă. Masa se roteşte faţă de un punct de deasupra ei, iar înălţimea acestuia este numită plan neutru. Dacă piesa este centrată la această înălţime, atunci prin acţionarea şuruburilor micrometrice pentru nivelare, se va realiza o rotaţie a axei faţă de acest punct. Aşadar, nivelarea poate fi afectată prin deplasarea sistemului de palpare la o înălţime diferită, făcând necesară renivelarea piesei la cota respectivă.

 

Nivelarea cinematică în trei puncte

Al doilea tip de mecanism foloseşte un sistem cinematic de nivelare în trei puncte. Ajustarea manuală a unui astfel de sistem ar fi mult mai dificilă decât cea a unui sistem care utilizează o suprafaţă de sprijin sferică. Cu toate acestea, atunci când sistemul este controlat de către un computer, sistemul devine complet automat, depăşind toate problemele menţionate anterior.

 

Instrumente ce utilizează rotirea sistemului de palpare

Figura 6

 

Acest tip de instrument (figura 6) este folosit pentru aplicaţiile specializate şi piesele cu o dimensiune şi greutate mare, ce nu permit analizarea abaterii de la circularitate prin metoda mesei rotative, cum ar fi blocurile motoare, culasele şi alte componente similare. Masa de lucru, care nu face parte din sistemul de măsurare, poate avea o construcţie solidă, aşadar greutatea piesei nu reprezintă o limitare a capacităţii de măsurare. Diverse piese mari au o formă asimetrică, alezajele a căror abatere de la circularitate se inspectează având centrele diferite faţă de centrul de greutate al piesei. Această neconcordanţă nu reprezintă o limitare pentru un astfel de sistem. De asemenea, se poate măsura abaterea de la circularitate a arborilor lungi şi cotiţi.

Datorită faptului că sistemul de palpare trebuie să transporte doar o sarcină relativ uşoară şi constantă a elementelor ce îl compun, precizia nu este afectată de greutatea piesei. Prin urmare, cele mai precise instrumente de măsurare a abaterii de la circularitate tind să se bazeze pe acest principiu.

 

Un dezavantaj al acestui tip de instrument este faptul că distanţa de la capătul sistemului de palpare la vârful palpatorului limitează accesul la componentă. Pentru a adapta instrumentul să măsoare la adâncimi mai mari, este necesară o piesă intermediară, ce se fixează între capătul sistemului de palpare şi palpator. Acest procedeu măreşte sensibilitatea la factorii externi, cum ar fi vibraţiile  şi pot afecta precizia de măsurare a instrumentului. 


Bibliografie

„Exploring Roundness – A fundamental guide to the measurement of cylindrical form”, Taylor Hobson Ltd

„Curs Metrologie Aplicată” – Micro – Top Consulting, Engineering & Service S.R.L.

 


Cătălin Apostol este ing., MICRO-TOP Consulting Engineering & Service



Accept cookie

Acest site web utilizează module cookie în scopuri funcţionale, de confort şi statistică.

Dacă sunteţi de acord cu această utilizare a modulelor cookie, faceţi clic pe "Da, sunt de acord". Termeni si conditii

Nu sunt de acord Accept doar cookie functional Da, sunt de acord