Indicador (instrumento amplificador de distancia)

En diversos ámbitos de la ciencia , la tecnología y la fabricación (como el mecanizado , la fabricación y la fabricación aditiva ), un indicador es cualquiera de los instrumentos utilizados para medir con precisión pequeñas distancias y ángulos , y amplificarlos para hacerlos más evidentes. El nombre proviene del concepto de indicar al usuario aquello que su ojo no puede discernir; como la presencia o la cantidad exacta de una pequeña distancia (por ejemplo, una pequeña diferencia de altura entre dos superficies planas, una ligera falta de concentricidad entre dos cilindros u otras pequeñas desviaciones físicas).

La versión mecánica clásica, denominada indicador de cuadrante , ofrece una pantalla similar a la de un reloj con manecillas. Estas manecillas señalan graduaciones en escalas circulares que representan la distancia de la punta de la sonda a la posición cero. El mecanismo interno de un indicador de cuadrante mecánico es similar al de precisión de un reloj de pulsera, utilizando un engranaje de cremallera y piñón para leer la posición de la sonda, en lugar de un escape de péndulo para medir el tiempo. El lateral del eje de la sonda está dentado para formar la cremallera. Al moverse la sonda, la cremallera impulsa un piñón que gira, haciendo girar la manecilla indicadora. Unos resortes precargan el mecanismo de engranajes para minimizar el error de holgura en la lectura. La precisión en la forma de los engranajes y la libertad de los cojinetes determina la repetibilidad de la medición. Dado que los mecanismos son necesariamente delicados, se requiere una construcción robusta para un funcionamiento fiable en aplicaciones exigentes, como las operaciones de mecanizado de metales, de forma similar a como se refuerzan los relojes de pulsera.

Otros tipos de indicadores incluyen dispositivos mecánicos con punteros en voladizo y dispositivos electrónicos con pantallas digitales. Las versiones electrónicas emplean una rejilla óptica o capacitiva para detectar cambios microscópicos en la posición de la sonda.

Los indicadores pueden utilizarse para comprobar la variación de la tolerancia durante el proceso de inspección de una pieza mecanizada, medir la deflexión de una viga o anillo en condiciones de laboratorio, así como en muchas otras situaciones en las que sea necesario registrar o indicar una pequeña medida. Los indicadores de cuadrante suelen medir rangos de 0,25  mm a 300  mm (0,015 pulg. a 12,0 pulg.), con graduaciones de 0,001  mm a 0,01  mm ( métricas ) o de 0,00005 pulg . a 0,001 pulg. ( imperiales/consuetudinarias ).

Se utilizan diversos nombres para los indicadores de diferentes tipos y propósitos, entre ellos indicador de cuadrante , reloj , indicador de sonda , puntero , indicador de prueba , indicador de prueba de cuadrante , indicador de caída , indicador de émbolo y otros.

Existen varias variables en los indicadores de esfera:

• Visualización analógica frente a digital/electrónica (la mayoría son analógicas)
• Tamaño de la esfera. Normalmente se denomina Especificación de Diseño de Indicadores Americanos (AGD):

• Exactitud
• Rango de viaje
• Número de revoluciones del dial
• Estilo de la esfera: balanceada (por ejemplo, de -15 a 0 a +15) o continua (por ejemplo, de 0 a 30).
• Estilo de graduación: números positivos (en el sentido de las agujas del reloj) o números negativos (en el sentido contrario a las agujas del reloj).
• Contadores de revoluciones, que muestran el número de revoluciones de la aguja principal.

Los indicadores proporcionan intrínsecamente solo mediciones relativas. Sin embargo, si se utilizan referencias adecuadas (por ejemplo, bloques patrón ), suelen permitir una medición prácticamente equivalente a la absoluta, con recalibraciones periódicas respecto a dichas referencias. No obstante, el usuario debe saber utilizarlos correctamente y comprender que, en algunas situaciones, sus mediciones seguirán siendo relativas en lugar de absolutas debido a factores como el error de coseno (que se abordará más adelante) .

• En un entorno de calidad para comprobar la consistencia y la precisión en el proceso de fabricación.
• En el taller, para configurar o calibrar inicialmente una máquina, antes de que comience la producción.
• Por los fabricantes de herramientas (como los fabricantes de moldes ) en el proceso de fabricación de herramientas de precisión.
• En los talleres de metalurgia , una aplicación típica es el centrado de la pieza de trabajo de un torno en un plato de cuatro mordazas. El comparador de cuadrante se utiliza para indicar la excentricidad (la desalineación entre el eje de simetría rotacional de la pieza y el eje de rotación del husillo) de la pieza, con el objetivo final de reducirla a un rango suficientemente pequeño mediante pequeños ajustes de las mordazas del plato.
• En áreas distintas a la fabricación donde se necesitan registrar mediciones precisas (por ejemplo, física ).
• Para comprobar la excentricidad lateral al fijar un rotor nuevo a un freno de disco de automóvil . Desviación lateral (falta de perpendicularidad entre la superficie del disco y el eje del eje, causada por deformaciones o, más frecuentemente, por una limpieza inadecuada de la superficie de montaje del cubo). Esta desviación puede producir pulsaciones en el pedal del freno, vibraciones del vehículo al aplicar los frenos y un desgaste irregular del disco. La desviación lateral puede deberse a un par de apriete desigual, espárragos dañados o rebabas u óxido entre el cubo y el rotor. Esta variación se puede comprobar con un comparador de cuadrante y, en la mayoría de los casos, se puede compensar reinstalando el disco en otra posición, de modo que las tolerancias tanto del cubo como del disco tiendan a anularse mutuamente. Para reducir la desviación, se monta el disco y se aprieta a la mitad del par especificado (ya que no hay rueda que distribuya las tensiones); a continuación, se coloca un comparador de cuadrante contra la superficie de frenado, se centra la esfera, se gira lentamente el disco a mano y se anota la desviación máxima. Si la desviación máxima está dentro de la desviación máxima permitida especificada en el manual, el disco se puede instalar en esa posición, pero si el técnico Si se desea minimizar la desviación lateral total, se pueden probar otras posiciones de rotación. Una desviación excesiva puede dañar rápidamente el disco si excede la tolerancia especificada (normalmente hasta 0,004 pulgadas (0,10 mm) , aunque la mayoría de los discos pueden alcanzar menos de 0,002 pulgadas (0,05 mm) si se instalan en la posición óptima).  

Los indicadores de sonda suelen constar de una esfera graduada y una aguja accionada por un mecanismo de relojería (de ahí su nombre ) para registrar los incrementos menores, con una esfera y una aguja más pequeñas integradas que registran el número de rotaciones de la aguja en la esfera principal. La esfera tiene graduaciones finas para una medición precisa. La sonda (o émbolo) accionada por resorte se mueve perpendicularmente al objeto que se está probando, ya sea retrayéndose o extendiéndose desde el cuerpo del indicador.

La esfera del dial puede girarse a cualquier posición para orientarla hacia el usuario y ajustar el punto cero. También se pueden incorporar indicadores de límite (las dos pestañas metálicas visibles en la imagen de la derecha, a 90 y 10 grados respectivamente). Estas pestañas pueden girarse alrededor de la esfera hasta la posición deseada. Asimismo, puede haber una palanca que permita retraer fácilmente la sonda del indicador.

El indicador puede montarse de varias maneras. Muchos indicadores incorporan una lengüeta de montaje con un orificio para un perno en la placa posterior. Otra opción es sujetarlo mediante el vástago cilíndrico que guía el émbolo, utilizando una pinza o una abrazadera especial. Este método es el que suelen emplear las herramientas diseñadas para integrar un indicador como componente principal, como los medidores de espesor y los comparadores. Los diámetros exteriores más comunes para el vástago son 3/8  de pulgada y 8  mm, aunque existen otros diámetros. Algunos fabricantes también ofrecen la opción de montaje en cola de milano, compatible con los de los indicadores de cuadrante.

Un comparador de cuadrante , también conocido como comparador de palanca o comparador de dedo , tiene un rango de medición menor que un comparador de cuadrante estándar. Este comparador mide la deflexión del brazo; la sonda no se retrae, sino que oscila describiendo un arco alrededor de su punto de articulación. La palanca se puede intercambiar en longitud o diámetro de la bola, lo que permite realizar mediciones en ranuras estrechas y orificios pequeños donde el cuerpo de una sonda convencional no llega. El modelo mostrado es bidireccional; algunos tipos requieren un cambio mediante una palanca lateral para poder medir en la dirección opuesta.

Estos indicadores miden el desplazamiento angular y no el lineal; la distancia lineal se correlaciona con el desplazamiento angular en función de las variables de correlación. Si la causa del movimiento es perpendicular al dedo, el error de desplazamiento lineal es aceptablemente pequeño dentro del rango de visualización de la esfera. Sin embargo, este error comienza a ser perceptible cuando la causa se desvía hasta 10° del ángulo ideal de 90°. ^{[ 1 ]} Esto se denomina error de coseno , ya que el indicador solo registra el coseno del movimiento, mientras que el usuario probablemente esté interesado en el vector de movimiento neto . El error de coseno se analiza con más detalle a continuación.

Los puntos de contacto de los indicadores de prueba suelen tener una punta esférica estándar de 1, 2 o 3  mm de diámetro. Muchos son de acero ( acero aleado para herramientas o HSS ); los modelos de gama alta son de carburos (como el carburo de tungsteno ) para una mayor resistencia al desgaste. Existen otros materiales disponibles para los puntos de contacto según la aplicación, como rubí (alta resistencia al desgaste), teflón o PVC (para evitar rayar la pieza de trabajo). Estos materiales son más caros y no siempre están disponibles como opciones de fabricante de equipos originales (OEM), pero resultan extremadamente útiles en aplicaciones que los requieren.

Los indicadores de cuadrante modernos suelen montarse mediante un vástago integrado (a la derecha de la imagen) o mediante una abrazadera especial que se sujeta a una ranura en el cuerpo del indicador. Algunos instrumentos pueden utilizar soportes especiales.

Antes de los modernos mecanismos de dial con engranajes, eran comunes los indicadores de prueba que utilizaban una sola palanca o sistemas de palancas. El rango y la precisión de estos dispositivos eran generalmente inferiores a los de las unidades modernas de tipo dial, con un rango típico de 10/1000  de pulgada a 30/1000  de pulgada y una precisión de 1/1000 de pulgada. Un indicador de prueba común de una sola palanca era el Starrett (n.° 64), y aquellos que utilizaban sistemas de palancas para la amplificación fueron fabricados por compañías como Starrett (n.° 564) ^{[ 2 ]} y Lufkin (n.° 199A) ^{[ 3 ]} , así como por compañías más pequeñas como Ideal Tool Co. Koch también fabricaba dispositivos que podían utilizarse como indicadores de prueba de palanca o de émbolo ^{[ 4 ] .}  

Con la llegada de la electrónica, la esfera del reloj se ha sustituido en algunos indicadores por pantallas digitales (generalmente LCD ) y el mecanismo de relojería por codificadores lineales . Los indicadores digitales presentan algunas ventajas sobre sus predecesores analógicos. Muchos modelos de indicadores digitales pueden registrar y transmitir los datos electrónicamente a un ordenador mediante una interfaz como RS-232 o USB . Esto facilita el control estadístico de procesos (CEP), ya que un ordenador puede registrar los resultados de las mediciones en un conjunto de datos tabulares (como una tabla de base de datos o una hoja de cálculo ) e interpretarlos (mediante análisis estadístico). Esto evita el registro manual de largas columnas de números, lo que no solo reduce el riesgo de errores del operador (como transposiciones de dígitos ), sino que también mejora considerablemente la productividad del proceso al liberar al operario de tareas que consumen mucho tiempo registrando y copiando datos. Otra ventaja es que se pueden cambiar entre unidades métricas y en pulgadas con solo pulsar un botón, evitando así un paso de conversión de unidades independiente que implica introducir los datos en una calculadora o navegador web y registrar los resultados.

• Diagrama indicador , un diagrama de presión-volumen medido en un motor de pistón.
• Metrología , la ciencia de la medición y sus aplicaciones.

• Catálogo Starrett n.° 31B . Athol, MA: The LS Starrett Company . 2007.
• "Consejos de Mahr Inc." Providence, RI: Mahr Inc.

• Aplicaciones prácticas en metalurgia y carpintería
• Simulador: comparador de cuadrante en milímetros con graduación de 0,01 mm.