Os paquímetros Vernier estão entre os instrumentos de medição mais utilizados em ambientes de usinagem mecânica e sua precisão de medição é influenciada por vários fatores. Entre estas, a força de fixação aplicada pelo operador é uma das variáveis mais facilmente negligenciadas. Mesmo quando o mesmo operador utiliza o mesmo paquímetro para medir a mesma peça, diferenças na força de fixação podem resultar em variações de leitura de dezenas de micrômetros ou mais. Este artigo analisa o impacto específico da força de fixação na precisão da medição a partir de uma perspectiva física e apresenta técnicas para controlar as forças de medição padrão.
I. Princípios Físicos do Impacto na Precisão da Medição pela Força de Pressão
1. Durante a medição do paquímetro, o operador usa o polegar para empurrar a estrutura do paquímetro, fazendo com que as garras de medição se aproximem da superfície da peça de trabalho. Até que a superfície de medição das mandíbulas entre em contato com a peça de trabalho e aplique uma certa pressão. Durante este processo, existe uma folga entre o corpo da pinça e a estrutura. Quando a força de pressão é aplicada à estrutura, a estrutura gera um torque inclinado na superfície guia, resultando em um desvio na posição real de medição das mandíbulas. Este desvio é de aproximadamente vários micrômetros em um paquímetro comum e pode atingir dez a vinte micrômetros nos casos em que o comprimento de extensão das mandíbulas é grande.
2. A superfície da peça também sofrerá deformação elástica sob a ação da força de pressão. Para peças de paredes finas e peças de material macio, a pressão de contato das garras de medição causará depressão local na área medida, resultando em um valor de medição menor que o tamanho real. Tomando como exemplo um tubo de alumínio com espessura de parede de 0,5 milímetros, ao usar a força de medição convencional para medir o diâmetro externo, o valor de medição pode ser de vários micrômetros a várias dezenas de micrômetros menor que o tamanho real no estado livre. Quanto menor a dureza do material e mais fina a espessura da parede, mais óbvio será o erro de medição causado por esta deformação elástica.
3. A deformação elástica do próprio calibrador também não pode ser ignorada. O corpo da pinça é um componente estrutural delgado. Quando a estrutura do paquímetro é submetida a uma grande força, o corpo sofrerá uma leve deformação por flexão, causando uma alteração na relação de abertura e fechamento das mandíbulas de medição. Esta deformação elástica do corpo do calibrador geralmente ocorre dentro da faixa da escala micrométrica, mas para peças de precisão com uma faixa de tolerância estreita, já é suficiente para afetar a determinação da qualificação. Considerando todos estes três efeitos, o erro de medição cumulativo causado pela força de fixação oscila entre 10 e 50 micrômetros, dependendo das condições específicas de trabalho.
II. Diferenças na sensibilidade à força de pressão entre diferentes tipos de calibradores
1. O paquímetro tem a maior sensibilidade à força de pressão. A estrutura do paquímetro depende de placas de mola para gerar uma certa resistência ao atrito para manter a estabilidade da posição. O operador precisa avaliar a magnitude da força de medição através da sensação tátil. Como o paquímetro não possui mecanismo limitador de força, a força de pressão aplicada por diferentes operadores ou pelo mesmo operador em diferentes operações varia significativamente, resultando em uma diminuição na repetibilidade dos resultados da medição. Em cenários de inspeção de lote, a repetibilidade da medição do paquímetro é geralmente controlada dentro de uma faixa de mais ou menos vinte a trinta micrômetros, o que já é um nível comum.
2. O paquímetro digital tem uma estrutura que é basicamente a mesma do paquímetro, e o método de orientação do quadro também é o mesmo. Portanto, sua sensibilidade à força de pressão é semelhante à do paquímetro. Porém, o paquímetro digital possui uma função de saída de dados, que permite auxiliar no julgamento se a força de pressão é apropriada durante a medição, observando as mudanças nos valores numéricos. O operador pode ajustar ligeiramente a força de pressão antes e depois de ler o valor de indicação, observar a faixa estável do valor numérico e, assim, encontrar a faixa de força de medição apropriada. Alguns paquímetros digitais de última geração adicionaram uma função de indicação auxiliar de medição de força, que pode ajudar o operador a controlar a consistência da força de medição.
3. O paquímetro de alta precisão com um dispositivo de ajuste fino tem certas vantagens no controle da força de fixação. O dispositivo de ajuste fino faz com que a estrutura se mova lentamente através de uma porca serrilhada e uma estrutura de haste roscada. O operador pode aumentar gradualmente a força de fixação girando o botão de ajuste fino após entrar em contato com a peça de trabalho, reduzindo as mudanças repentinas de pressão causadas por tremores nas mãos ou impactos instantâneos. Tais pinças são geralmente combinadas com uma força de travamento maior da estrutura, e o efeito de tombamento da estrutura na superfície guia é relativamente pequeno. A repetibilidade geral da medição deste tipo de paquímetro é melhor do que a dos paquímetros comuns.
III. Definição e escopo de aplicação da força de medição padrão
1. No campo da medição de comprimento, a força de medição padrão é geralmente definida como 3 a 5 Newtons. Este valor de força foi comprovado através da prática de longo prazo que pode garantir que a ferramenta de medição e a superfície medida tenham contato suficiente sem danificar a superfície da peça de trabalho. Dentro desta faixa de força de medição, a deformação elástica e a profundidade de indentação das ferramentas de medição de aço estão dentro dos limites aceitáveis. Não há requisitos numéricos unificados para a força de medição dos paquímetros nas normas internacionais e nos regulamentos nacionais de verificação metrológica. No entanto, as especificações de operação geralmente recomendam que as mandíbulas de medição apenas entrem em contato com a superfície medida e tenham uma certa sensação de atrito.
2. Em medições precisas, o controle da força de medição é mais estritamente necessário. Ao usar paquímetros em um laboratório de metrologia para medir peças precisas, é recomendado usar um paquímetro dedicado equipado com um dispositivo de medição de força, ou usar uma mesa de medição de força com força de medição ajustável para auxiliar na operação. A mesa de medição de força controla a força de contato das mandíbulas de medição através de molas precisas ou sensores de força eletrônicos e pode controlar a flutuação da força de medição dentro de ±0,5 Newtons, melhorando significativamente a repetibilidade da medição. Para peças com faixas de tolerância na faixa de vários micrômetros, esta precisão de controle de força é uma condição necessária para garantir a confiabilidade da medição.
3. Em operações reais no local, é difícil controlar com precisão o valor da força de medição. No entanto, através do treinamento manual e do acúmulo de experiência, a força de medição pode se tornar consistente. De modo geral, o ponto de referência para a força de medição é a força com a qual as mandíbulas de medição deslizam levemente na superfície da peça sem causar entalhes óbvios. Para operadores novatos, eles podem primeiro praticar repetidamente em medidores padrão para sentir as características da força de medição padrão e depois aplicá-la às medições reais. Calibrar regularmente a sensação da mão com um medidor de força ajuda a manter a consistência da força de medição.
