Instrumentos para la de medida directa de longitude s

Introducción

Los instrumentos de medida se emplean para realizar de forma práctica una medición. Según la clase de medición que realicen, se pueden clasificar en tres grandes grupos:

- Instrumentos de medida directa

Con ellos se realizan directamente las mediciones, comparando la dimensión a medir con la unidad de medida (metro, grado, etc,.) o sus submúltiplos. A esta clase de aparatos pertenecen la regla, el pie de rey, el goniómetro, etc.

- Instrumentos comparadores

Con estos instrumentos no se realizan propiamente mediciones, sino comparaciones o desviaciones de las dimensiones con otras que se toman como patrón referencia. Es el caso de los relojes comparadores.

- Instrumentos de verificación

Al igual que los del anterior apartado tampoco son medidores en sentido estricto, sino verificadores y se emplean para comprobar si las dimensiones son exactamente iguales a las marcadas en el instrumento, o están entre los límites señalados por éstos. Ejemplo de estos instrumentos son los calibres pasa -no pasa.

En este tema nos vamos a ocupar de los instrumentos para medida de longitud el primer grupo, que nos sirven para leer directamente las dimensiones comprendidas ,entre dos caras, dos generatrices o dos puntos de una pieza.

Reglas graduadas

Son los instrumentos más básicos que podemos encontrar para la medición directa de longitud. Existen numerosos tipos, ya sean flexibles o rígidas, de madera, metálicas o incluso de tela barnizada. Van generalmente marcadas en centímetros y milímetros. Para trabajos corrientes que no exijan mucha precisión, se utilizan los metros, reglas flexibles, y cintas métricas. Los primeros son de acero, aluminio, latón o madera, formados por brazos articulados. Las reglas flexibles son de acero, y permiten ser adaptadas a superficies curvas. Las cintas métricas son enrollables, de acero templado o tela barnizada.

Las reglas de precisión están normalizadas en cuanto a confección y exactitud. Deben ser de acero, graduadas en milímetros y medios milímetros. La graduación ha de llegar hasta el canto de forma que, al mirarlo de frente, se vea la graduación de izquierda a derecha.

Calibre o pie de rey

El pie de rey es, en esencia, una regla graduada perfeccionada para aumentar la precisión y seguridad de las mediciones hechas con ella. Consta de una regla de acero graduada, que lleva en un extremo un brazo (boca fija) y un pico; sobre esta regla, graduada en milímetros, se desliza una corredera provista también de un brazo (boca móvil) y un pico, en cuyo borde va grabada otra escala auxiliar (nonio). Unido a esta corredera hay una varilla que desliza a lo largo de una ranura existente en la parte posterior de la regla. Los brazos sirven para medir exteriores, los picos para interiores y la varilla para profundidades

En los pies de rey de mayor precisión, además de un tornillo de fijación, se coloca otro micrómetro para aproximación suave del cursor a la pieza; estos instrumentos se fabrican en acero inoxidable y llevan las bocas templadas y rectificadas.

El nonio, ideado por el portugués Petrus Nonius en 1542, fue construido por primera vez por Pierre Vernier en 1631, de donde deriva el nombre de vernier. El nonius se construye tomando (n - 1) divisiones de la escala fija y dividiéndola en n partes iguales. Así podemos tener un nonius de longitud 9 mm, dividido en 10 partes, siendo por tanto su apreciación de 1/10 mm. De igual forma podrá apreciarse 1/20 mm sin más que dividir 19 mm en 20 partes, y 1/50 mm dividiendo 49 mm en 50 partes.

De esta forma, el valor de la medida obtenida con un pie de rey provisto de nonius, será: los milímetros indicados por la división de la regla inmediatamente anterior al cero del nonius, más el número de décimas o centésimas (dependiendo de la apreciación del nonius utilizado), que indique la división del mismo que coincida con una división de la regla.

El pie de rey debe manejarse suavemente con ambas manos, evitando situarlo sobre la pieza con la medida preparada, así como el exceso de presión que haga flexar sus bocas: Se calibra midiendo bloques patrón en varios puntos repartidos por su campo de medida. Se debe comprobar el estado de sus cabezas (con una varilla calibrada, una regla bisel, etc), y la coincidencia del cero. La planitud admisible en las bocas es de 10 pm por 100 mm y el paralelismo 20 pm por 100 mm: para verificar este último basta hacer coincidir las bocas y no ver luz a su través.

Además del modelo normal, existen muchas variantes para diferentes usos, de acuerdo con la forma particular de sus bocas. Basados en el sistema del pie de rey se encuentra el medidor entre centros, donde la distancia entre centros viene dada por la semisuma de la distancia máxima entre los bordes más alejados de los taladros y la mínima entre los más cercanos; otro instrumento es el gramil de altura, utilizado en trazados y trabajos con comparador.

Existen también pies de rey que en vez de llevar nonius, van provistos de una esfera graduada y una aguja cuyo movimiento es transmitido por un piñón, para facilitar la lectura. En los pies de rey electrónicos con indicación digital resulta muy cómoda la lectura de la medida; además hay posibilidad de medir en mm o pulgadas, posibilidad de hacer cero en cualquier punto de la escala, transmisión de los datos de forma remota hacia el ordenador, etc.

Micrómetro.

Fue ideado por el francés Palmer hacia 1848. de ahí que se le conozca también por este nombre.

Si un tornillo gira una vuelta completa, en una tuerca fija, tiene un avance del paso de la rosca: hay. por consiguiente, una fuerte desmultiplicación del movimiento y una gran amplificación: Por ejemplo, para un paso del tornillo de 0,5 mm y una cabeza dividida en 50 divisiones pueden hacerse lecturas de 1/50 de vuelta y, por tanto. cada división será de 0,5/50 mm = 0,01 mm.

Un micrómetro clásico se compone de un cuerpo en forma de herradura, que en uno de sus extremos lleva un tope fijo. En la otra parte hay un cilindro que tiene el otro tope variable; un cilindro, graduado longitudinalmente en milímetros y medios milímetros, es solidario a una tuerca fija, sobre la que enrosca el tornillo que lleva interiormente la cabeza graduada (tambor). Al hacer girar la cabeza graduada, avanza el tope variable al enroscar el tomillo en la tuerca fija, y con él la cabeza graduada. El tope móvil debe estar provisto de un limitador del par (de fricción o de rosca) que ejerza sobre las caras de medida una fuerza de presión comprendida entre 5 y 10 N. El accesorio se denomina comúnmente "carraca" con lo cual la cabeza giratoria patina en vacío cuando se supera el valor nominal de la fuerza de contacto. Además existe posibilidad de regulación del tope fijo, así como un dispositivo de fijación del tope móvil.

La lectura se realizará comprobando el valor, en milímetros y medios milímetros, de la escala longitudinal acotado por el extremo del tambor giratorio. El resto de la indicación se leerá en la escala giratoria, sumándo a la anterior el valor de división más próximo al eje de la escala longitudinal.

Los micrómetros se construyen en acero de alto contenido en carbono, con los tratamientos térmicos adecuados para asegurar una gran rigidez en el cuerpo soporte en forma de arco. Para medir con ellos deben colocarse en un soporte a fin de no transmitirles calor y las piezas deben cogerse con guantes. Su parte más delicada es el tornillo micrométrico, de acero aleado. tratado y estabilizado; por razones de precisión en su fabricación y ajuste, los micrómetros de exteriores tienen campos de

medida de tan solo 25 mm. Los topes fijo y móvil deben estar construidos en acero inoxidable con una dureza de 530 HV como mínimo o en acero de herramientas con una dureza de 670 HV como mínimo. Pueden tener un remate de carburo de wolframio o cualquier otro material duro adecuado. Las aristas vivas deben estar ligeramente biseladas.

Existen una gran diversidad de tamaños de micrómetros, llegando incluso a fabricarse da hasta 1,5 metros, estando los más grandes formados por un arco de aleación ligera provisto de nervios. Para mejorar la lectura existen micrómetros con lectura digital y otros con reloj comparador incorporado, pudiendo realizarse lecturas milesimales.

Sondas

La sonda o calibre de profundidad es un sencillo tipo de instrumento para la medida de la profundidad de un taladro o la separación entre dos planos paralelos en "escalón".

Al igual que los pie de rey, las sondas van provistas de nonio y se fabrican en materiales similares. Hay modelos de precisión que llevan tornillo de ajuste y también sondas micrométricas basadas en el principio del tornillo similares en todo a los micrómetros.

Máquinas de medida

La necesidad creciente en la industria mecánica de efectuar mediciones de gran precisión, tanto en instrumentos como en cierto tipo de piezas, ha dado lugar al desarrollo de máquinas especiales capaces de realizar medidas precisas en campos suficientemente grandes. Estos aparatos son conjuntos más o menos complejos de dispositivos y accesorios adaptados a las diversas necesidades de medida.

Existe una amplia diversidad de formas y estilos de construcción, de forma que cada fabricante da información de sus productos en sus propios manuales.

Medidora de altura Medidora de una coordenada

Proyector de perfiles Medidora de tres coordenada s

Instrumentos para la de medida directa de ángulos

La medición y comprobación de ángulos es muy frecuente en el taller y plantea problemas más o menos complicados, según la naturaleza de los elementos geométricos o materiales que constituyen al ángulo a medir o comprobar; para resolver estos problemas se han desarrollado métodos e instrumentos de medición adecuados.

La medición directa de ángulos se realiza mediante instrumentos de trazos Denominados transportadores de ángulos y goniómetros.

El transportador de ángulos consta de dos brazos articulados, cuyas superficies de referencia forman entre sí un ángulo que puede variarse. Un sector graduado es solidario a uno de los brazos, y puede girar ante un índice que es solidario al otro

brazo, indicando así el valor del ángulo medido. La reglilla que forma uno de los brazos puede desplazarse en sentido longitudinal. La mala está señalizada en ambos sentidos y, generalmente graduada en grados.

El instrumento denominado goniómetro consta de

una pieza en forma de escuadra (1). unida a un

círculo graduado (2), y un disco (3) que gira concéntricamente al círculo graduado.

llevando consigo el brazo (4), en el que se fija la regla

deslizante (5). El círculo graduado está dividido en

grados y numerado cuatro veces de 0° a 90°. de forma que la línea de cero u origen es paralela a uno

de los lados de la escuadra y la línea de 90 grados paralela al otro. Sobre el disco llevan montado un nonio que permite la lectura directa con precisión de 1/12 de grado, es decir 5 minutos. El fundamento y

lectura del nonio es similar al de los pies de rey: el nonio es doble para hacer lecturas

a uno y otro sentido, según el cuadrante en que se efectúen las lecturas. Algunos

modelos incorporan una lente para facilitar la lectura del nonio. Los extremos de la regla están biselados con ángulos de 45° a 60°, var iando la longitud de la regla entre 150

y 500 mm.

Medición indirecta de ángulos

a) Medición trigonométrica

La medición indirecta o trigonométrica de ángulos es un sistema de medición indirecta en el que, por medición de distancias y cálculo de una relación trigonométrica, se determina el valor del ángulo que se desea medir.

La medición de las longitudes

puede hacerse directamente sobre las superficies que forman los ángulos con los

instrumentos de medida de longitudes. Para ello es necesario utilizar piezas de apoyo que se intercalan entre las superficies a medir y los topes de los instrumentos de medida. Estas piezas de apoyo suelen ser bloques patrón, bolas y cilindros, de dimensiones perfectamente conocidas y calibradas.

Los bloques MICYL son bloques de medida constante provistos de un palpador orientable. Se fundamentan en que la distancia D entre los ejes de dos semicilindros apoyados en dos bloques es independiente de la orientación de su cara plana, no variando aunque cambie esta orientación.

Un instrumento muy utilizado, tanto para la formación de patrones como para a medición indirecta de un ángulo, es el denominado regla de senos. Su amplia utilización se debe a la facilidad de manejo, precisión de las operaciones de comprobación y sencillez de realización. El principio de medida consiste en calcular

valor de un ángulo a partir de la función trigonométrica seno en un triángulo

rectángulo construido sobre una superficie de referencia.

El instrumento se compone de una barra metálica prismática, apoyada en sus extremos sobre dos cilindros de igual diámetro, siendo la superficie de la parte superior de la regla paralela al plano tangente de los dos cilindros; la distancia conocida L, entre los centros de los cilindros, hace las funciones de la hipotenusa del triángulo rectángulo. Para medir o controlar un ángulo, se apoyan los cilindros sobre dos combinaciones de bloques patrón convenientemente dispuestos sobre un plano de referencia. El ángulo viene dado por la fórmula:

sena=(H-h)/L

En ocasiones se realiza una única combinación de bloques patrón, por lo que '_a relación será:

sena=H/L

Las características fundamentales para la precisión de una regla de senos es la igualdad y redondez de los rodillos, la planitud de la superficie libre exterior y el paralelismo entre los rodillos. Además puede cometerse un error en el ángulo buscado debido a los errores propios de los bloques patrón longitudinales utilizados. No deben obtenerse ángulos mayores de 45° con estos instrume ntos, ya que por encima de este valor, el error cometido aumenta enormemente.

Basados en el principio de la regla de senos, se construyen bases inclinadas para la fijación de piezas con una inclinación determinada con respecto a la base de apoyo, bien sea con fines de trazado y verificación, o bien para el mecanizado. Un caso particular es la mesa de senos de doble inclinación, formada por tres placas planas y superpuestas, de forma que la central puede girar respecto a la inferior y la superior respecto a la central, siendo los dos ejes de giro perpendiculares entre sí.

b) Medición por comparación con un patrón de ángulo s

--F"

Este sistema de medición es aná logo a l de los comparadores para la medición indirecta de longitudes. Se utilizan comparadores de esfera especiales, cuyo palpador está formado por una regla lisa que se ajusta a un ángulo determinado con respecto a una superficie de referencia, utilizando un patrón de ángulo.

Las desviaciones del ángulo que se mide con respecto al ángulo patrón son señaladas directamente por la aguja sobre la esfera. Se fabrican con división de escala de 5" y campo total de medición de 10°.

c) Niveles de burbuja

Se utilizan para la medición indirecta de ángulos, mediante la medición de las inclinaciones de los elementos que constituyen el ángulo, con respecto a un plano de referencia. o a dos que forman un ángulo conocido.

El nivel es un instrumento perfectamente válido para la medida de precisión de ángulos. Sobre otros instrumentos, tiene la ventaja de su simplicidad de manejo, que

elimina montajes complicados, y su rapidez, por no tener que efectuar

operaciones matemáticas para obtener el ángulo y su incertidumbre. Tal vez su principal defecto sea el que la medición ha de realizarse en condiciones totalmente estáticas.

Está formado por una ampolla de cristal de poca curvatura, incompletamente llena de líquido para dejar un pequeño espacio de burbuja, mezcla gaseosa de aire y vapor saturado del líquido que se emplee. Los líquidos empleados son muy fluidos e incongelables a bajas temperaturas (alcohol, bencina, éter sulfúrico). La variación de la temperatura produce pequeñas variaciones del tamaño de la burbuja, en función de que por el frío o el calor, el líquido se contraiga o se dilate, respectivamente. Este efecto puede eliminarse dotando al nivel de un sistema de compensación.

El nivel de medición lleva una base de apoyo y, sobre ella, la caja con la ampolla de vidrio, regulable con un tornillo micrométrico. A su vez, la base de

apoyo puede ser plana o en horquilla rara apoyo sobre eles.

El nivel de burbuja se basa en el fenómeno físico por el que una burbuja en el seno de un líquido, y sin otra fuerza que la de la gravedad, siempre tenderá a ocupar la posición más elevada. De esta forma, cuando la burbuja se encuentra horizontal forma un ángulo de 90° con la dirección de la grave dad. A esta posición se le denomina puesta a cero de la burbuja.

Por la forma de la ampolla, los niveles pueden ser esféricos y tóricos. El brico es el más utilizado y con él se puede conseguir mayor precisión. El esférico frene la ventaja de ser más rápido para nivelar dos superficies planas.

Generalmente, los niveles llevan una escala graduada sobre la superficie exterior del vidrio con trazos separados unos 2 mm. La burbuja está centrada cuando m centro coincide con el de la graduación v. entonces, el eje del nivel es horizontal; m niveles de este tipo sobre apoyos fijos. pueden medirse inclinaciones por el i aplazamiento de la burbuja sobre su escala. que viene graduada directamente en rulos.

Las lecturas se toman sobre los extremos de la burbuja que están redondeados y, por tanto, mejor definidos que su centro, siendo el desplazamiento de la burbuja igual a la semisuma de las posiciones de sus extremos.

Una característica importante de un nivel es la sensibilidad, o capacidad del nivel para acusar, por desplazamiento de la burbuja, pequeñas inclinaciones de su eje. El ángulo en el centro, correspondiente a dos posiciones distintas del nivel, es igual al que forman las tangentes al centro de la burbuja en dichas posiciones.

La sensibilidad se valora por el ángulo, en segundos, que ha de inclinarse el nivel para que el desplazamiento de la burbuja sobre el arco director sea una división.

d) Niveles electrónicos

La finalidad de este instrumento es la misma que la de los n ive les de burbuja, realizándose la medida de los desplazamientos angulares mediante un péndulo amortiguado. El péndulo va montado en una carcasa y situado entre las dos mitades de un transductor eléctrico, que detecta la posición relativa del péndulo respecto a ellas

e) Plato divisor horizontal

Consiste en un mesa plana circular con ranuras y taladros para la sujeción de las piezas, y que permite giros a través de un sistema de tornillo sinfín.

Inicialmente fueron desarrollados para utilizarlos en trabajos de mandrinadoras, siendo posteriormente utilizados como un medio apropiado para obtener rotaciones angulares precisas con fines de inspecciones o verificación.

Las rotaciones angulares se miden utilizando una escala circular grabada, o bien un patrón circular de trazos grabados sobre vidrio, y una cabeza óptica de lectura tipo microscopio o mediante un sistema de proyección. Puesto que la medición se

basa en la lectura de una escala, ésta debe montarse de tal forma que su centro descanse sobre el eje de rotación de la mesa.

f) Autocolimador

Es uno de los instrumentos ópticos más versátiles para la medición angular; puede emplearse pare

calibración de polígonos de precisión y de platos giratorios, así como para la medición de rectitud planitud y desplazamientos

Su principio teórico es el siguiente: una lente colimadora proyecta los

rayos que parten del objeto sobre una superficie reflectante. Si esta superficie no es normal a los rayos incidentes, aparece un desplazamiento entre el objeto y su imagen, siendo este desplazamiento 8 función de la distancia focal de la lente f, y del ángulo de inclinación de la superficie reflectante e, pero independiente de la distancia entre la lente y la superficie reflectante l:

Por tanto puede determinarse el ángulo girado por la superficie reflectante, sin más que medir por algún medio el desplazamiento de la imagen (v.g., con tambores micrométricos) ya que la distancia focal f es una constante propia del aparato. Por tanto, en el colimador hay que destacar los siguientes aspectos:

El punto en que se forma la imagen, depende del ángulo reflejado, pero es independiente de la distancia entre el reflector y la lente.

El ángulo 0 girado no puede ser muy grande, ya que para una distancia dada entre el instrumento y el reflector, el haz reflejado no ha de pasar fuera de la lente.

La amplificación depende principalmente de la distancia focal.

El autocolimador permite colocar una superficie reflectante perfectamente normal al eje óptico, sin más que hacerle girar hasta obtener la coincidencia de la imagen y el objeto en la pantalla de lectura.

La siguiente figura representa el esquema de un autocolimador, en el que el objeto consiste en un par de retículos en cruz iluminados, y el desplazamiento de la imagen queda determinado por un microscopio micrométrico capaz de realizar lecturas de 0'2 segundos en un campo de 10 minutos.

Para obtener resultados muy precisos con el empleo del autocolimador, es esencial que las condiciones ambientales del aire comprendido entre el instrumento y la pantalla sean altamente estables; la existencia de pequeñas corrientes producen cambios del índice de refracción y oscilaciones o difuminación de la imagen.

Verificadores de ángulos

La comprobación de un ángulo es una operación que se realiza con gran frecuencia en los talleres. Los verificadores no realizan mediciones propiamente

dichas, solo comprueban si tiene una medida determinada, o si está entre dos límites, superior e inferior.

Los instrumentos utilizados como verificadores de ángulos son patrones que materializan un ángulo determinado, y que han sido ampliamente descritos al inicio de este tema. Tal es el caso de las escuadras, reglas, polígonos, etc.

La precisión de estos elementos estará de acuerdo con la precisión requerida en la verificación a realizar.