Nuevos sistemas lineales de medida blindados con soporte de acero para muy altas repetitividades

Desde hace años, los sistemas lineales y angulares blindados de Heidenhain vienen siendo la primera opción para máquinas-herramienta de precisión, cuando se trata de cumplir los elevados requerimientos en cuanto a precisión, fiabilidad y productividad. Las máquinas-herramienta actuales son frecuentemente diseñadas con motores lineales que no necesitan ya encóderes rotativos adicionales para la medición de la velocidad. Aquí, tanto la posición como la velocidad son determinadas mediante el sistema lineal de medida. Para garantizar una precisión y una dinámica elevadas, los sistemas lineales de medida deben disponer de unas suficientemente elevadas resolución y repetitividad, a fin de asegurar un control de velocidad exacto, incluso a bajas velocidades de avance. La velocidad es calculada aquí a partir de la distancia recorrida por unidad de tiempo. Este método, que se aplica también a ejes convencionales, representa una diferenciación numérica que amplifica las interferencias periódicas o el ruido de la señal. En especial, una ganancia elevada del lazo de control en motores directos aumenta de forma muy significativa la influencia de la calidad de la señal sobre el comportamiento de regulación.

Por ello, para el funcionamiento ideal de motores directos en máquinas-herramienta son esenciales sistemas lineales de medida que generen una señal de posición de alta calidad con un mínimo error de interpolación. Los sistemas de medida de la gama LF de Heidenhain con captación fotoeléctrica interferencial están particularmente indicados para esta tarea, al poderse utilizar con este método graduaciones muy finas como soporte de medida.

A partir de un periodo de graduación de 8 µm, el principio de captación interferencial de la LF genera señales de captación con un periodo de señal de 4 µm. Las señales de captación están en gran medida libres de harmónicos, pudiendo ser interpoladas por un elevado factor. En las LF 185 y LF 485 revisadas, el error de posición dentro de un periodo de señal es típicamente menor de ± 0,04 µm. Ello equivale a menos de un 1% del periodo de señal. Estas mejoras han sido confirmadas en pruebas en clientes piloto utilizando sistemas de medida del modelo LF 185. En muchos ejes, los clientes fueron capaces de doblar la ganancia del lazo de control.

Además de las aplicaciones en motores lineales, estos nuevos modelos están especialmente indicados también como sistemas de medida en rectificadoras, perforadoras y otras máquinas-herramienta de precisión.

Los nuevos sistemas de medida LF, al igual que otros modelos de otras gamas, están disponibles tanto en versión de sección estándar (LF 185), como en versión de sección reducida (LF 485). El soporte de medida, fabricado según el método Supradur, está realizado en acero. Ello confiere a la LF un comportamiento térmico definido equivalente, en cuanto a su coeficiente de dilatación térmica (αtherm ~10x10-6K-1), al de la mayor parte de materiales utilizados en la fabricación de máquinas-herramienta. En la versión de sección estándar LF 185, el soporte de la graduación de acero está unido adicionalmente al elemento de fijación de acero. Este diseño especial es el responsable para la elevada repetitividad del sistema de medida.

La información de la posición se genera mediante la lectura de la pista incremental con la altamente valorada captación monocampo. Este tipo de captación se distingue de forma muy significativa, en cuanto a su mejor calidad y fiabilidad de la señal, de los métodos de captación de tres o cuatro campos. Para esta tarea se ha desarrollado un sensor óptico especial. La gran superficie de escaneado del método de captación monocampo hace al sistema de medida insensible en gran medida a la contaminación local. Incluso zonas contaminadas relativamente grandes dan como resultado únicamente señales de captación algo más débiles e incrementos muy marginales de la desviación de la señal.

En especial, en aplicaciones en las que pueda esperarse una elevada humedad, tales como las de rectificadoras de alta precisión, Heidenhain recomienda introducir aire comprimido limpio dentro del sistema de medida, a fin de generar una ligera sobrepresión dentro del aparato y asegurar así una muy elevada fiabilidad. Para la limpieza del aire se recomienda el uso de la unidad de aire comprimido DA 400.

Los sistemas de medida LF 185 y LF 485 se caracterizan también por su elevada rigidez en la dirección de medición. Éste es un prerrequisito muy importante para su precisión de trayectoria de alta calidad en una máquina-herramienta. Adicionalmente, la baja masa de los componentes móviles contribuye también a su excelente comportamiento dinámico. En particular, la nueva LF 185 ha sido mejorada de forma significativa respecto de su predecesora LF 183 en cuanto a su comportamiento elástico.

De nuevo, en particular en motores lineales, una rigidez elevada en la dirección de medición es decisiva para el comportamiento de regulación dinámico. La concomitante frecuencia natural más elevada del sistema de medida permite un mayor ancho de banda del lazo de regulación de posición y de velocidad.

Resumen

La nueva familia de sistemas lineales de medida LF es más precisa y fiable que ninguna otra anterior, y es por ello la elección preferida en aplicaciones en las que se requiere una máxima precisión. El diseño de los sistemas de medida LF 185 y LF 485 se ha adaptado al de los correspondientes sistemas de medida LS y LC. Ello permite su sustitución mecánica sin más.

Beneficios del producto

• Grados de precisión finos hasta ± 2 µm
• Captación interferencial
• Elevada precisión (periodo de señal de 4 µm)
• Error de interpolación muy pequeño (máx. ± 1 % del periodo de señal, modelo precedente ± 2 %)
• Soporte de la graduación de acero, coeficiente de dilatación térmica igual al de la base de la máquina (αtherm = ~10 x 10-6 K-1)
• Elevada calidad de la señal y resistencia frente a contaminación mediante el uso de una cinta de acero graduada Supradur combinada con un sensor óptico especialmente desarrollado con una gran ventana de escaneado
• Rigidez en la dirección de medición incrementada (idoneidad mejorada para motores lineales)
• Compatibilidad de montaje con modelos predecesores