Repensar la medición de fuerza para pruebas de fatiga y más allá

La decisión de comprar un equipo de medición nunca debe tomarse a la ligera. Ya sea que se adquiera un indicador de caída o una máquina de medición de coordenadas multimillonaria que requiera varias firmas de aprobación, el resultado de una medición de control de calidad solo puede ser tan bueno como el equipo utilizado para realizarla. Se debe resistir a buscar reflexivamente el precio más bajo o un número de modelo familiar hasta que se haya realizado una evaluación exhaustiva del desafío de las pruebas de calidad y las soluciones disponibles. Esto no podría ser más cierto que cuando se compra un equipo para medir la cantidad de fuerza necesaria para romper, romper, accionar o lograr un objetivo de control de calidad con respecto a las propiedades mecánicas de un material o una pieza.

La medición de la fuerza se refiere a la medición de una fuerza de compresión o tracción. Estrechamente relacionada, pero no debe confundirse con el pesaje y las pruebas de materiales, la industria está plagada de aplicaciones para la medición de fuerza. Los ejemplos típicos incluyen la determinación de la resistencia del sello del empaque, la extracción de terminales de cable, la activación del interruptor y las fuerzas del resorte. La encarnación más familiar de la medición de fuerza, el medidor de fuerza ubicuo, tuvo sus orígenes hace muchas décadas. Habiendo evolucionado a partir de una simple báscula de pesaje de resorte, el medidor de fuerza portátil de hoy puede ser tan preciso y avanzado como una máquina de prueba de tracción del tamaño de un armario de hace años.

A los medidores de fuerza de hoy se unen bancos de pruebas que también han crecido en sofisticación. Por lo general, una cruceta accionada por tornillo mueve un medidor de fuerza hacia arriba y hacia abajo para producir una fuerza, y se invierte cuando se completa la prueba. El controlador de un banco de pruebas puede regular la velocidad de velocidad, detener el motor cuando se ha producido una carga, distancia o rotura de muestra especificadas, ciclar la cruceta y aceptar comandos de una PC. Al igual que la innovación en la informática personal ha progresado rápidamente, también lo ha hecho la capacidad de los sistemas de medición de fuerza para proporcionar respuestas útiles y rentables a las preguntas de control de calidad. Estas respuestas han cambiado las nociones anteriores sobre cómo debe ser un aparato de prueba de tracción o compresión.

Determinar si el equipo de medición de fuerza puede ayudar al ingeniero o investigador de control de calidad a cumplir con una norma ISO, ASTM o desarrollada internamente comienza con una inspección exhaustiva de los requisitos de la norma. Considere algunos de los parámetros básicos típicos de un procedimiento de prueba estándar:

Al comparar estos parámetros con las capacidades de un instrumento de medición de fuerza, puede resultar evidente en muchas aplicaciones que un sistema que consta de un banco de pruebas, un medidor de fuerza, agarres adecuados y un software de recopilación de datos puede satisfacer la aplicación.

Un banco de pruebas motorizado se puede programar para que funcione a una velocidad específica y se puede equipar con una escala interna para medir el desplazamiento. El medidor de fuerza puede mostrar valores máximos y en tiempo real con un nivel de precisión aceptado internacionalmente, y numerosas mordazas y accesorios estándar están disponibles. En muchos casos, los accesorios personalizados se fabrican para reflejar la gran variedad de formas y tamaños de muestra.

El software de recopilación de datos captura lecturas máximas o lecturas de fuerza continua para tabulación y trazado de fuerza frente a tiempo o fuerza frente a desplazamiento. Las herramientas de cálculos estadísticos, exportación e informes están comúnmente disponibles en paquetes de software básicos. En aplicaciones más simples, se puede usar una impresora para imprimir los resultados y las estadísticas básicas. Algunos bancos de pruebas pueden controlarse mediante software de PC para ayudar a reducir la influencia del operador, aumentar el rendimiento de las pruebas y mejorar la recopilación de datos.

En aplicaciones de tipo OEM, la medición de fuerza puede ser una alternativa viable a los sistemas de adquisición de datos analógicos. Un medidor de fuerza puede convertirse en un componente integral al interconectar el punto de ajuste del medidor, las entradas/salidas digitales, de pedal y analógicas con un controlador lógico programable (PLC). Un ejemplo involucra a un fabricante de productos electrónicos que une dos partes con un adhesivo. Para un ajuste adecuado del adhesivo, se requiere una fuerza específica durante un período de tiempo específico. El medidor se monitorea para detener la prensa del cliente cuando se ha alcanzado la fuerza. Otra aplicación consiste en integrar un medidor de fuerza en una máquina de prueba de tracción de sutura, para su uso en la planta de producción de dispositivos médicos.

Los sistemas basados en bancos de pruebas también pueden integrarse en sistemas completos, por ejemplo, como estación de pruebas en una línea de producción de mazos de cables. Las comunicaciones en serie entre el banco de pruebas, el medidor de fuerza y el PLC pueden ejecutar automáticamente el soporte, recopilar datos y detener la línea de producción si se ha detectado una muestra no conforme.

La calibración puede ser un proceso simple. Por lo general, la única parte de un sistema de medición de fuerza que requiere calibración es el medidor de fuerza en sí. Cuando se debe, se retira del banco de pruebas y se transporta al laboratorio, donde se utilizan pesos muertos o una celda de carga maestra para calibrar a escala completa y varios puntos intermedios. Por lo tanto, no es necesario que el técnico de calibración se desplace a la estación de prueba para calibrarlo.

A lo largo de estos ejemplos, se utilizaron instrumentos de medición de fuerza en casos en los que, en el pasado, una alternativa más costosa podría haber sido la opción predeterminada. Sin embargo, a pesar de los avances tecnológicos, las pruebas de materiales toman el relevo desde donde termina la medición de fuerza. Las pruebas de materiales descubren una gran cantidad de información científica sobre las propiedades mecánicas de un material, componente o ensamblaje, y han sido invaluables para la industria, la investigación y las instituciones educativas. A través de una combinación de software sofisticado y medición de deflexiones muy pequeñas, los probadores de materiales se han ganado su lugar en los laboratorios de control de calidad de todo el mundo.

La precisión y la resolución de la medición de la deflexión de los sistemas de medición de fuerza suelen ser demasiado gruesas para mediciones confiables, lo que significa que aplicaciones como las pruebas de tracción del acero y las pruebas de compresión de arandelas elásticas rígidas se vuelven desafiantes. En tales casos, es esencial un probador de materiales equipado con extensómetro y software de análisis. Dicho software puede capturar una curva de tensión frente a deformación para ayudar a caracterizar los materiales e identificar automáticamente características importantes como el módulo de Young y el límite elástico. Para aplicaciones más especializadas que requieren el cálculo de coeficientes específicos de la industria, el software de prueba de materiales a menudo es capaz de proporcionar tales resultados.

Con la sofisticación viene una curva de aprendizaje, razón por la cual los probadores de materiales han sido utilizados tradicionalmente por profesionales capacitados en un entorno de tipo laboratorio. El equipo de medición de fuerza no puede reemplazar un probador de materiales, pero generalmente tiene una interfaz más simple, lo que refleja sus capacidades más enfocadas. Para muchas empresas, existe la necesidad de que coexistan equipos de medición de fuerza y equipos de prueba de materiales, tal vez un probador de materiales para probar las materias primas entrantes y un sistema de medición de fuerza para medir un componente o ensamblaje terminado.

En el entorno de fabricación competitivo de hoy, se ha vuelto más importante analizar cuidadosamente las aplicaciones de prueba y las capacidades de la instrumentación disponible. Educarse sobre las capacidades y limitaciones de los equipos de medición de fuerza puede guiar mejor las decisiones de adquisición. La optimización de estas decisiones puede traducirse en una disminución de los costes de equipo y mantenimiento, una reducción del tiempo de formación de los operarios y un rendimiento más rápido.

• Tenga en cuenta que el resultado de una medición de control de calidad solo puede ser tan bueno como el equipo utilizado para realizarla.

• Determinar si el equipo de medición de fuerza puede ayudar a satisfacer una norma ISO, ASTM o desarrollada internamente comienza con una inspección exhaustiva de los requisitos de la norma.

• Para muchas empresas, existe la necesidad de equipos de medición de fuerza y pruebas de materiales