Usuari:Pau Pertegàs/Perfilòmetre de contacte mecànic

El perfilòmetre de contacte mecànic o rugosímetre de contacte és un instrument electrònic que permet analitzar i quantificar la rugositat i ondulació de les superfícies mitjançant el contacte entre un palpador i la superfície a estudiar.

Aquests aparells estan connectats a un sistema informàtic, amb el qual s'obté una vista de perfil d'una secció o inclús una representació tridimensional fent l'anàlisi de diverses seccions prou properes. D'aquesta manera es pot arribar a tenir una idea molt precisa de la microgeometria de les superfícies mecanitzades. Els perfilòmetres de contacte proporcionen resultats amb precisió per sota d'una micra. A banda d'obtenir una representació visual de la superfície, el sistema informàtic presenta alguns paràmetres relacionats amb la rugositat com la línia central o l'altura de les irregularitats.

Parts

El perfilòmetre és l'equip utilitzat per a mesurar la qualitat de les superfícies. Els principals elements que componen un perfilòmetre són els següents:

Cap palpador

És important la forma i dimensions del cap del palpador. Interessa que aquesta sigui tan punxeguda com sigui possible, però s'ha de donar un cert radi per evitar el desgast prematur. Els materials més comuns d'aquestes puntes solen ser el diamant i el safir, ja que són materials molt durs i per tant no es desgasten amb tanta facilitat. Les formes més habituals de les agulles solen ser cònica o piramidal amb les puntes arrodonides. Els radis de curvatura del cap del palpador solen ser de 2µ±0,5, 5µ±1, 10µ±2,5 i els angles de 60º-5+10 o 90-10+5

Transductor

Un transductor és el dispositiu que es transformarà o convertirà la informació que donarà el palpador en uns senyals o impulsos elèctrics. Els transductors sempre consumeixen energia per la qual el senyal mesurat queda debilitat.

Patí o filtre mecànic

Aquest patí s'usa de filtre mecànic per evitar els possibles errors de forma i ondulacions que pugui tenir la peça, ja que el que ens interessa és la rugositat. Aquest mètode no ens soluciona per complet el problema de l'ondulació i error de forma, per tant sempre serà millor utilizar separadors electrònics.

Filtre electrònic

El filtre electrònic serveix per filtrar les freqüències que vénen de l'ondulació i el error de forma, ja que d'aquesta manera ens queda únicament la rugositat.

Filtre RC: Separador elèctric o filtre. El condensador talla la unió rígida entre el palpador i l'indicador. Actua com un filtre pasaalta. Quan el palpador està immòbil, l'amplificador envia corrent continu. Un cop carregat el condensador ja no passa corrent, per tant l'indicador no varia. Quan varia el palpador, varien les tensions i per tant varia l'indicador. El condensador es comporta com una resistència variable en funció de la freqüència.

Registrador

És l'aparell que serveix per enregistrar automàticament una sèrie de dades o d'operacions.

Elements de posicionat

Els elements de posicionat són els instruments que ens permeten posicionar el palpador per tal d'assegurar-nos una bona mesura.

Funcionament

El principi d'operació d'aquest instrument es basa a realitzar un escombrat lineal sobre la superfície d'estudi en qüestió. En primer lloc se situa el palpador a prop de la superfície a mesurar. Tot seguit, mitjançant un programari, aquest palpador es desplaçarà lentament per sobre de la superfície d'interès aplicant sobre ella una força constant. El moviment vertical de la punta es mesurarà electrònicament i aquestes variacions seran transformades a un format digital per posteriorment ser analitzades i representades gràficament. Cal parar esment a l'hora d'orientar la superfície: la trajectòria seguida pel palpador ha de ser perpendicular a la direcció de la rugositat d'aquesta. En cas contrari les mesures preses no serien fiables.

Anàlisi de les dades

El perfilòmetre mecànic és un aparell electrònic capaç de mesurar rugositat, i errors de forma. Amb la finalitat de centrar-nos únicament amb la rugositat evitant el mínim error possible, s'utilitza un filtre o separador electrònic R-C.

Un cop situat el palpador sobre la superfície d'estudi i immobilitzat, l'amplificador envia corrent continu. Quan es té el condensador carregat ja no passa corrent pel circuit R-C, fet que manté l'indicador del perfilòmetre sense variació. Tot seguit el palpador inicia el seu recorregut lineal. Cada variació del palpador causa una variació de potencial, fet que desemboca en una variació del nostre indicador. Resumint, el condensador es comporta com una resistència variable en funció de la freqüència, deixant passar les altes freqüències i atenuant les baixes freqüències.

Cutt off

La longitud de cut-off fa referència a l'amplitud d'ona de tall (λ). Es compleix que una vegada passat el filtre: λ'= 75% λ No totes les mesures requereixen una mateixa precisió, per aquesta raó existeixen sis longituds diferents de cut off normalitzades: 0.08mm, 0,25mm, 0.80mm, 2.50mm, 8.0mm, 25.0mm; sent la longitud 0,8mm l'estàndard. En el següent gràfic podem apreciar el percentatge de pèrdues de λ pels diferents valors de Cut-off normalitzats (excepte els valors extrems).

Calibratge

El calibratge en el perfilòmetre de contacte mecànic és un procés programat en el qual el palpador entra en contacte amb la superfície d'una esfera i el perfilòmetre pren dades de les coordenades de diversos punts d'aquesta. L'esfera està fabricada amb gran qualitat pel que fa la precisió de les seves mides.

Característiques

Les característiques del rugosímetres de contacte depenen de les especificacions de cada model de l'instrument. Pel que fa al moviment del braç i el palpador s'obtenen les següents especificacions: Rang i velocitat de desplaçament i rotació; precisió del desplaçament i rotació; i precisió de mesura depenent de la longitud.

Quant a la precisió, els perfilòmetres de contacte més moderns donen resultats amb una exactitud d'entre 10 i 100 nm. Per fer-se una idea, el diàmetre atòmic del ferro és de 0,312 nm. Per tal d'assegurar la fiabilitat d'aquesta precisió, la mesura de la rugositat té lloc en laboratoris metrològics, laboratoris en condicions específiques que minimitzen els errors de mesura que poden produir alguns factors com ara les vibracions, canvis de temperatura, existència de partícules de pols i canvis de pressions.

Els rugosímetres de contacte proporcionen una vista de secció de la superfície o tridimensional d'aquesta. A part, el sistema informàtic també proporciona la següent informació:

• Línia mitjà de perfil
• Línia central de perfil
• Valor mitjà sobre la línia central (R_a)
• Altura màxima de les irregularitats (R_max)
• Altura mitjana de la irregularitat més elevada (R_p)
• Altura de les irregularitats sobre 10 punts (R_z)
• Valor mitjà quadràtic (R_q)
• Percentatge de superfícies portant (T_p)

Àmbit

La rugositat superficial és un dels paràmetres a mesurar en els processos de control de qualitat de les peces que es fabriquen de la mateixa manera que es mesuren les longituds, els angle i els errors de forma. En diferents àmbits industrials se demanen uns intervals de tolerància de rugositat molt estrictes amb la finalitat d'aconseguir una superfície molt polida o amb més rugositat segons convingui. Destaquen en aquest àmbit l'automoció, l'aeronàutica i l'òptica. La inspecció d'aquest paràmetre es realitza mitjançant els perfilòmetres.

Els perfilòmetres de contacte mecànic són molt habituals en la indústria de l'automoció, l'aeronàutica i en general en tots els processos de fabricació de peces mecanitzades amb gran precisió. Com a exemples es tenen les unions arbre-botó existents als motors dels automòbils on és essencial una alta precisió per tal d'assegurar-ne la unió. La rugositat intervé a gran escala en l'ajust que s'estableix.

Bibliografia

• Costa Herrero, L. Vivancos, J. Buj, I (2011): Metrología y verificación. Verificación de características geométricas y de acabado superficial. Serveis Gràfics Copisteria Imatge, SL. ISBN 84-95355-98-1

Enllaços externs

• http://www.taylor-hobson.com