Comparatore tipologia e metodi di misura

Comparatore: uno strumento di misura indispensabile

I comparatori illustrati in figura sono : comparatore a leva Mitutoyo (fig. a), comparatore ad asta Mitutoyo (fig. b), detti anche strumenti analogici, perchè lo spostamento della lancetta è una rappresentazione dello spostamento di una leva caricata a molla, o di un’asta, che tocca il pezzo da misurare con un punto di contatto rigido che si trova sull’estremità. Generalmente vengono utilizzati per applicazioni che implicano piccoli spostamenti come ad esempio: la verifica dell’oscillazione circolare, la disposizione dei pezzi nella macchine utensili e il confronto dell’altezza dei pezzi in lavorazione con i blocchetti pianparalleli su una superficie piana.

STORIA DEL COMPARATORE

Il primo comparatore era un modello da banco come quello di seguito illustrato. Ideato da John Logan di Waltham per rispondere alla crescente richiesta di misurare con più precisione i pezzi in lavorazione. Come evidenziato nell’immagine, si vede chiaramente che il comparatore non è in grado di misurare nulla senza utilizzare almeno altri due elementi, ossia una superficie di riferimento (e) e un supporto (d) per posizionarlo. Quest’ultimo deve avere un dispositivo di regolazione accurato per spostare lentamente la punta del comparatore a contatto con il pezzo.

SPECIFICHE DEL COMPARATORE

Per favorire l’intercambiabilità delle linee di produzione alcune caratteristiche sono state standardizzate; tra le principali si ricorda lo standard AGD (American Gauge Design) definito nel 1945 dai principali costruttori degli Stati Uniti e poi adottato a livello mondiale per i comparatori in pollici. Tuttavia la più importante caratteristica standardizzata è il diametro dello stelo che in base alla specifica AGD deve essere di Ø 0.375 pollici. Tale parametro è diventato lo standard anche per i modelli metrici degli Stati Uniti, mentre in Europa nelle specifiche ISO è fissato a Ø 8 mm . Tuttavia i comparatori a stelo ridotto possono essere usati anche con supporti e attrezzature progettati per gli steli da Ø 0.375 in pollici, utilizzando una bussola tagliata.

COMPARATORI MULTIGIRO MITUTOYO

Il modello rappresentato in figura, con quadrante continuo ripartito in 100 divisioni, è un modello di comparatore multigiro tipico comparatore in pollici. I numeri grandi aumentano di valore in senso orario per indicare uno spostamento in avanti dell’asta (verso l’interno), mentre i numeri in piccolo aumentano di valore in senso antiorario per indicare la direzione opposta. Presenti sul quadrante ci sono due lancette, una indica la lettura e l’altra è il contagiri. Poiché la lancetta può compiere 10 giri, lo strumento è classificato come comparatore a corsa lunga. I comparatori normali, sono considerati a corsa corta perché possono compiere al massimo due giri e mezzo. Quando l’asta è completamente a riposo la lancetta lunga indica la posizione a ore nove, (come previsto dallo standard AGD) diversamente i comparatori conformi allo standard ISO nelle stesse condizioni indicano la posizione a ore undici.

COMPARATORE MONOGIRO MITUTOYO

Nei comparatori monogiro con quadrante simmetrico i valori numerici aumentano in entrambe le posizioni quando la lancetta si allontana dallo zero come nel modello illustrato perché la lancetta può compiere solo un giro, mentre negli altri compie almeno due giri e mezzo. In questo modello non è presente il contagiri e pertanto è quasi impossibile commettere errori di lettura, ed è proprio per questo che è stato progettato. Per lo stesso motivo è stata aggiunta la cosi detta zona morta. Questo comparatore viene utilizzato esclusivamente per applicazioni di confronto di tipo maggiore/minore a causa dell’intervallo della numerazione ridotto. Quando non è in uso la lancetta rimane nella zona morta. In tutti i modelli i punti di contatto (puntalini) sono intercambiabili tra le varie marche, sono realizzati in acciaio indurito e hanno solitamente una punta sferica ma sono disponibili punte con forme molto diverse, ad esempio a lama, ad ago, a rullo a seconda della geometria del pezzo. Per i materiali abrasivi, i puntalini sono disponibili in carburo e zaffiro.

SCELTA DEL COMPARATORE

Se si desidera misurare un’oscillazioni totale di 0,003 pollici, in un componente cilindrico, quale comparatore di seguito illustrato conviene usare ?

Nel comparatore illustrato il quadrante presenta divisioni da 0,001 pollice e ogni rotazione del quadrante corrisponde a 0,001 pollici. Di conseguenza una misura di 0,003 pollici determina uno spostamento della lancetta di soli 11° sul quadrante.

Nel comparatore illustrato ogni rotazione della lancetta corrisponde a 0,010 pollici. Pertanto una misura di 0,003 pollici determina uno scostamento di 108° della lancetta. Gli strumenti con questo livello di sensibilità consentono di leggere 0,0001 pollici (0,001 mm nei modelli metrici) ed offrono informazioni sull’oscillazione con risoluzione superiore quando il componente viene ruotato di 360°. Dunque se consideriamo un limite di tolleranza di 0.003 pollici (0,07 mm) quale dei comparatori sopra illustrati sarà il migliore ? Nel caso sia necessario verificare un’oscillazione, è sempre meglio scegliere quello più sensibile (con risoluzione maggiore), ossia il secondo illustarto, perché lo spostamento della lancetta è più accentuato e fornisce un’idea immediata dell’entità dell’errore.

Di seguito illustrato un altro sistema di misurazione non riportato in nessun libro di testo, ma che permette all’operatore con facilità di stabilire se l’oscillazione supera i limiti specificati. Se la lancetta è visibile significa che l’oscillazione rientra nei limiti di tolleranza, in caso contrario ha superato il limite massimo o minimo.

TARATURA DEL COMPARATORE

Il comparatore con risoluzione di 0,001 pollici e campo di misura di 0-1 pollici è attualmente uno dei modelli più utilizzati. Ad esso possono essere applicati i punti di taratura elencati nella tabella seguente.

COMPARATORI DIGITALI ABSOLUTE MITUTOYO

I comparatori digitali non sono soggetti ad isteresi perché non contengono cremagliere, pignoni o ingranaggi percui sono ideali per il controllo delle oscillazioni. Inoltre offrono numerosi vantaggi: inversione della direzione del conteggio, passaggio dalla lettura metrica alla lettura in pollici e viceversa, selezione della risoluzione, possibilità di caricare e scaricare dati di misura nei sistemi SPC, assenza di errori di lettura. Tuttavia esiste un piccolo svantaggio perchè il punto di riferimento (solitamente lo zero) è virtuale, ovvero esiste finché il comparatore non viene spento. Nei comparatori digitali il punto di riferimento può essere impostato su qualsiasi valore del campo di misura oppure può essere addirittura impostato dall’operatore. Mitutoyo per ovviare al problema della permanenza del punto di riferimento ha sviluppato la scala ABSOLUTE ossia vengono utilizzate più scale che forniscono una posizione assoluta in qualsiasi momento anche subito dopo l’accensione. Questo sistema viene utilizzato sia per i comparatori digitali che per i calibri e micrometri Mitutoyo. Cercando di emulare l’indicazione altamente intuitiva di un comparatore analogico data dallo spostamento della lancetta alcuni comparatori digitali hanno una visualizzazione con scala grafica a barre come riportato nella figura sottostante.

Tuttavia tale visualizzazione non ha lo stesso impatto visivo della tradizionale lancetta di un comparatore analogico, ma fornisce una lettura rapida se una quota rientra o meno in tolleranza.

COMPARATORI A LEVA

I comparatori a leva vengono utilizzati prevalentemente per il posizionamento su macchine utensili e superfici piane dei pezzi in lavorazione. Tra le applicazioni tipiche troviamo l’allineamento di una superfice piana con l’asse x o y di una macchina o dell’asse di un foro come quello del mandrino. In base al tipo di applicazione, il tastatore può essere sostituito.

COME UTILIZZARE I COMPARATORI A LEVA

Come già detto in precedenza, i comparatori a leva vengono utilizzati nel posizionamento dei pezzi in lavorazione o per confronti di piccoli campi. Generalmente la lancetta compie un solo giro dopodiché la frizione slitta per impedire il danneggiamento dello strumento. La risoluzione è limitata a 1 µm. Per ridurre le superfici di contatto nel perno vengono utilizzati rubini artificiali ma il perno così risulta essere molto delicato. Pertanto bisogna utilizzare una forza minima e uno strumento adatto quando si vuole sostituire il tastatore. La regolazione della posizione del tastatore deve essere effettuata solo con la punta delle dita come illustrato sopra.

COMPARATORI A LEVA CON EFFETTO COSENO

I comparatori a leva, sia meccanici che elettronici, sono strumenti molto utili che consentono di misurare uno spostamento relativo oppure una differenza di altezza o lunghezza quando è impossibile utilizzare quelli ad asta per mancanza di spazio. A causa della rotazione questi strumenti non hanno un comportamento lineare perché lo spostamento del punto di contatto è sempre superiore allo spostamento lineare che lo ha causato e il rapporto tra queste due distanze dipende dall’orientamento del tastatore. Questo fenomeno prende il nome di “effetto coseno” e influisce sulla linearità della scala di misura. A causa dell’effetto coseno la misura della differenza di altezza ottenuta da un comparatore a leva non può essere ritenuta accurata senza applicare una compensazione, come indicato nella tabella sottostante.

CONTROLLO DI OSCILLAZIONE E DIAMETRO

L’oscillazione è una zona compresa tra un valore minimo e uno massimo rispetto ad un asse. Lo standard GD&T (dimensionamento geometrico e tolleranza) definisce due tipi di oscillazione totale e circolare sia in direzione assiale e radiale. Queste tolleranze solitamente sono molto minime e per la loro misurazione si può utilizzare un comparatore a leva o ad asta ad alta risoluzione. Quando viene richiesta una risoluzione più elevata bisogna utilizzare un sistema elettronico che preveda l’uso di una sonda induttiva digitale. Per verificare un’oscillazione bisogna utilizzare un banco con contropunte preferibilmente fisse e non girevoli per evitare di includere le imperfezioni dovute ai cuscinetti. Il pezzo viene fissato in modo che possa ruotare sul proprio asse mentre il comparatore è applicato nella posizione richiesta. Quando è necessario controllare l’oscillazione assiale totale bisogna utilizzare anche uno strumento che permetta di spostare il comparatore in direzione perpendicolare all’asse.

Come mostrato nella figura sopra è importante che il punto di contatto venga posizionato correttamente sul pezzo. Se il punto di contatto è troppo lontano l’effetto coseno risulterà maggiore, se invece è troppo lontano nella direzione opposta il gambo del tastatore potrebbe appoggiarsi sul pezzo.

SUPPORTI PER COMPARATORI

Tutti i comparatori per effettuare una misura necessitano assolutamente di un supporto o una base. Un piano di riferimento costituito da una tavola, alcuni dispositivi di fissaggio e un sostegno verticale sono componenti indispensabili del sistema. Nell’immagine sopra riportata abbiamo un supporto tipico composto da: dispositivi di fissaggio (1,3) che servono per il posizionamento verticale, una manopola di regolazione fine (2) per modificare l’altezza in modo preciso. La scelta del supporto non è da sottovalutare ed è importante quanto la scelta del comparatore. La parte cruciale è la colonna che dovrà essere stabile e non troppo sottile e lunga per impedire la flessione e per non dilatarsi troppo in risposta alle variazioni di temperatura. Inoltre da valutare anche la lunghezza del supporto perché quest’ultima agisce da leva contro la colonna. Maggiore è la lunghezza e più probabilità che si crei una deformazione significativa dovuta alla variazione della forza di misura normale soprattutto quando si utilizza un comparatore molto sensibile.

Tratto da : Manuale di Metrologia Mitutoyo.