Control y Planificación

Los crecientes requisitos de precisión en la obtención de piezas obligan a reducir las fuentes de error en cada uno de los elementos de un sistema de producción. En el campo de la máquina herramienta, el sistema de medida habitual está basado en los encoders ópticos [3]. La tecnología utilizada actualmente depende de la resolución y precisión que se desea alcanzar. Para equipos de baja precisión se emplean sistemas magnéticos e inductivos y, en menor medida, capacitivos. Para resoluciones elevadas se emplean dispositivos ópticos. Para resoluciones todavía superiores se utilizan láseres basados en efectos interferométricos [1-2]. En el presente trabajo se modeliza un encoder lineal con el fin de estudiar su comportamiento ante esfuerzos, cambios de temperatura y vibraciones.

Con el fin de validar el modelo teórico desarrollado, basado en el método de elementos finitos, se diseñaron una serie de ensayos sencillos con el que poder comparar los resultados del modelo con los obtenidos experimentalmente.

A continuación se exponen algunos de los resultados obtenidos para el comportamiento a deformación, temperatura y vibraciones.

1. El elemento que determina la mayor parte de la rigidez total de la regla es el perfil de aluminio, teniendo poca incidencia el vidrio, incluso cuando está unido mediante un adhesivo rígido. Para un perfil de aluminio de 1m sometido a una carga centrada de 943 g, adquiere una flecha en el punto medio de 0.22 mm; con vidrio unido con cinta flexible, 0.21 mm y con vidrio unido con adhesivo rígido, 0.20.

2. Desde el punto de vista del comportamiento ante cambios de temperatura, una unión con adhesivo flexible sin ningún punto fijo de unión con el aluminio es equivalente a otra en la que se coloca un punto fijo en el centro. Para un aumento de temperatura de 45 ºC el vidrio se estira, en un metro, 32 micrómetros más de lo que lo hubiera hecho libremente.

3. Entrando en el comportamiento ante vibraciones se comprueba que las reglas tienen modos propios de vibración en el rango de las frecuencias habituales de las máquinas herramienta (0-2000 Hz) y se observa que un punto de unión rígido entre vidrio y aluminio, situado a mitad de la longitud, que no presenta ninguna ventaja desde el punto de vista térmico, es muy favorable desde el punto de vista del comportamiento vibratorio.

Se identifican y clasifican las causas de error y se incluyen algunas directrices que pueden reducir de forma importante los comportamientos indeseados de los encoders lineales, estableciéndose unas recomendaciones para su diseño.

[1] M. Dobosz, Optical Engineering, 38 (06) (1999) p. 968.

[2] K Engelhardt y P. Seitz, Applied Optics, 36 (13) (1997) p. 2912.

[3] K. Gasvik, "Optical Metrology". John Wiley. New York. 1995