Sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado

Transcripción

1 Sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado Septiembre 2015

2 Informaciones sobre Sistemas angulares de medida con rodamiento integrado Captadores rotativos Captadores rotativos para accionamientos eléctricos Encoders lineales abiertos Sistemas lineales de medida para máquinas herramienta de control numérico Electrónicas de interfaz de HEIDENHAIN Los controles numéricos de HEIDEN- HAIN se pueden adquirir solicitándolos o puede encontrarlos en Internet en 2 La descripción detallada de todas las interfaces disponibles, así como las instrucciones eléctricas generales pueden consultarse en el catálogo Interfaces ID xx Con la publicación de este catálogo dejan de ser válidas todas las ediciones anteriores. Para cursar pedidos a HEIDENHAIN se toma siempre como referencia la versión de actual del catálogo, vigente en la fecha de cierre del contrato. Las normas (EN, ISO etc.) son aplicables únicamente si se citan expresamente en el catálogo

3 Índice Resumen Sistemas angulares de medida de HEIDENHAIN 4 Ayuda para la selección Sistemas angulares de medida y sistemas de medida modulares sin rodamiento integrado 6 Sistemas angulares de medida absolutos con rodamiento integrado 10 Sistemas angulares de medida incrementales con rodamiento integrado 12 Prestaciones técnicas e información de montaje Principios de medición Soporte de medida, procedimiento de medición incremental 14 Captación del soporte de medida 16 Precisión de la medición 18 Fiabilidad 22 Tipos de diseños mecánicos y montaje 24 Información mecánica general 32 Características técnicas Serie o modelo Precisión de la graduación Sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado ERP 880 ± 0,9 34 ERP 4080/ERP 8080 hasta ± 1,0 36 Serie ERO 6000 hasta ± 2,0 38 ERO 6180 ± Serie ERA 4000 hasta ± 1,7 42 Serie ERA 7000 hasta ± 1,6 48 Serie ERA 8000 hasta ± 1,9 52 Conexión eléctrica Interfaces y asignación de contactos Señales incrementales» 1 V PP 56 «TTL 57 Elementos de conexión y cables 58 Equipos de comprobación HEIDENHAIN 61 Electrónicas de interfaz 64 Electrónicas de evaluación 66

4 Sistemas angulares de medida de HEIDENHAIN El concepto de sistema angular de medida habitualmente describe los sistemas de medida con una precisión mejor que ± 5 y con más de líneas. Dichos sistemas angulares de medida se emplean en aplicaciones que requieren una detección muy precisión de ángulos en el rango de pocos segundos angulares, p. ej. en mesas giratorias y cabezales basculantes de máquinas herramienta, ejes C de tornos, y también en dispositivos de medición, telescopios, etc.. Aplicaciones adicionales, como escáneres, sistemas de posicionamiento, unidades de impresión o sistemas de desviación del haz requieren una repetibilidad elevada y / o una elevada resolución angular. Los sistemas de medida para dicho tipo de aplicaciones se denominan asimismo sistemas angulares de medida. ERA 4000 Mesa circular Por el contrario, los generadores de impulsos rotativos se utilizan para aplicaciones en las que la precisión no es relevante, p. ej., en automatización, servoaccionamientos y otras. Montaje del sistema angular de medida ERA 4000 en la mesa circular de una máquina herramienta En función de las aplicaciones y sus requerimientos, en las tablas siguientes figuran distintos sistemas angulares de medida. Mesa giratoria en máquinas herramienta Mesa XYT Telescopio de grandes dimensiones 4

5 Sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado Los sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado (sistemas angulares de medida modulares)erp, ERO y ERA comprenden dos componentes, cabezal lector y soporte de graduación, que durante el montaje se alinean orientándose hacia sí. Por este motivo, la excentricidad del eje, el montaje y el ajuste poseen una repercusión decisiva en la precisión de medición obtenible. Existen sistemas angulares de medida modulares con distintos soportes de graduación ERP/ERO: Disco graduado de vidrio en el eje ERA 4000 Tambor de acero ERA 7000/8000 Cinta de acero Los sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado están diseñados para su integración en los cuerpos de la máquina o componente. Son apropiados para las siguientes exigencias: Gran diámetro de eje hueco (hasta 10 m con una cinta) Elevadas revoluciones Sin par de giro adicional en el arranque debido a las juntas de estanqueidad axial Elevada reproducibilidad Flexibilidad elevada en la adaptación al lugar de montaje (versiones círculo completo o segmento con cinta) Puesto que los sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado no se suministran encapsulados, es imprescindible asegurar el tipo de protección requerido en principio con el montaje adecuado. Ayuda para la selección, véase las páginas 6 a 9 Resumen Sistemas angulares de medida con rodamiento integrado En lo que concierne a los sistemas angulares de medida con rodamiento integrado RCN, RON, RPN y ROD se trata de sistemas completos encapsulados y con rodamiento propio. Se caracterizan por un montaje y ajuste sencillo. El acoplamiento estátor integrado (en RCN, RON y RPN) o el acoplamiento del eje separado (en el ROD) compensan las desviaciones del eje medido. En particular, los sistemas angulares de medida con acoplamiento de estátor integrado presentan un buen comportamiento dinámico, dado que para una aceleración angular del eje, el acoplamiento únicamente debe absorber el momento de giro resultante de la fricción en el rodamiento, Ventajas adicionales;: Tamaño comptacto para espacios reducidos Eje hueco de hasta 100 mm para el paso de conductores de alimentación, etc. Montaje sencillo Amplias tolerancias de montaje Ayuda para la selección, véase las páginas 10 a 13 Para información detallada acerca de los sistemas angulares de medida con rodamiento integrado véase en Internet bajo o en el catálogo separado. 5

6 Ayuda para la selección Sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado Serie Versión y montaje Dimensiones principales en mm Diámetro D1/D2 Precisión de la graduación Velocidad de giro admisible mecánicamente Sistemas angulares de medida con graduación sobre disco graduado de vidrio ERP 880 Retícula de fases sobre disco graduado de vidrio con buje; atornillado en el eje por la superficie frontal ± 0, min 1 ERP 4000 ERP 8000 Retícula de fases sobre disco graduado de vidrio con buje; atornillado en el eje por la superficie frontal D1: 8 mm D2 44 mm D1: 50 mm D2 108 mm ± min 1 ± min 1 ERO 6000 Graduación METALLUR sobre disco graduado de vidrio con buje; atornillado en el eje por la superficie frontal. D1: 25/95 mm D2: 71/150 mm ± 5 / ± 3, min 1 / 800 min 1 ERO 6100 Graduación de cromo sobre vidrio; atornillado en el eje por la superficie frontal D1: 41 mm D2 70 mm ± min 1 Sistemas angulares de medida con graduación sobre tambor graduado de acero ERA 4x80 Tambor graduado con collar de centrado; atornillado en el eje por la superficie frontal D1: 40 mm bis 512 mm D2: 76,5 mm bis 560,46 mm ± 5 hasta ± min 1 hasta min 1 ERA 4282 Tambor graduado para una precisión elevada; atornillado en el eje por la superficie frontal D1: 40 mm bis 270 mm D2: 76,5 mm bis 331,31 mm ± 4 hasta ± 1, min 1 hasta min 1 1) mediante interpolación integrada 6

7 Interfaz Periodos de señal/vuelta Marcas de referencia Modelo Página» 1 V PP una ERP ERP 880» 1 V PP sin ERP » 1 V PP sin ERP 8080 ERP 4080» 1 V PP 9 000/ una ERO «TTL hasta ) una ERO 6070 ERO 6080» 1 V PP una ERO » 1 V PP hasta hasta con marcas de referencia codificadas ERA 4280 C 42 ERA 4480 C ERA hasta ERA 4880 C» 1 V PP hasta con marcas de referencia codificadas ERA 4282 C 46 7

8 Ayuda para la selección Sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado y sistemas de medida modulares Serie Versión y montaje Dimensiones principales en mm Diámetro D1/D2 Precisión de la graduación Velocidad de giro admisible mecánicamente Sistemas angulares de medida con graduación sobre cinta de acero ERA 7000 Cinta de medición de acero para montaje en interiores, versión de círculo completo 1) ; la cinta de medición se tensa por el perímetro 458,62 mm hasta 1146,10 mm ± 3,9 hasta ± 1,6 250 min 1 hasta 220 min 1 ERA 8000 Cinta de medición de acero para montaje en exteriores, versión de círculo completo 1) ; la cinta de medición se tensa en el perímetro 458,11 mm hasta 1145,73 mm ± 4,7 hasta ± 1,9 aprox. 45 min 1 Sistemas de medida modulares con graduación magnética ERM 2200 Tambor graduado de acero con graduación MAGNO- DUR; atornillado en el eje por la superficie frontal D1: 70 mm bis 380 mm D2: 113,16 mm bis 452,64 mm ± 7 hasta ± 2, min 1 hasta min 1 ERM 200 Tambor graduado de acero con graduación MAGNO- DUR; atornillado en el eje por la superficie frontal D1: 40 mm bis 410 mm D2: 75,44 mm bis 452,64 mm ± 11 hasta ± 3, min 1 hasta min 1 ERM 2400 Tambor graduado de acero con graduación MAGNO- DUR; fijación por bloqueo D1: 40/55 mm D2: 64,37/ 75,44 mm ± 17 hasta ± min 1 hasta min 1 ERM 2900 D1: 40 mm bis 100 mm D2: 58,6 bis 120,96 mm ± 68 hasta ± min 1 hasta min 1 1) A peticíon soluciones de segmento 8

9 Interfaz Periodos de señal/vuelta Marcas de referencia Modelo Página» 1 V PP hasta con marcas de referencia codificadas ERA 7480 C 48» 1 V PP hasta con marcas de referencia codificadas ERA 8480 C 52 ERA 7480» 1 V PP hasta una ERM 2280 Catálogo Sistemas de medida modulares y magnéticos ERA 8480 «TTL 600 hasta una ERM » 1 V PP ERM 280 ERM 2200» 1 V PP 512 hasta 600 una ERM 2485» 1 V PP 192 hasta 400 una ERM 2984 ERM 280 9

10 Ayuda para la selección Sistemas angulares de medida absolutos con rodamiento integrado Serie Dimensiones principales en mm Precisión del sistema Velocidad de giro admisible mecánicamente Valores de posición/ Revolución Interfaz Con acoplamiento estátor integrado RCN 2000 ± min Bit EnDat 2.2/02 EnDat 2.2/22 Fanuc 05 Mit 03-4 ± 2, Bit EnDat 2.2/02 EnDat 2.2/22 Fanuc 05 Mit 03-4 RCN 5000 ± min Bit EnDat 2.2/02 EnDat 2.2/22 Fanuc 05 Mit 03-4 ± 2, Bit EnDat 2.2/02 EnDat 2.2/22 Fanuc 05 Mit 03-4 RCN 8000 ± min Bit EnDat 2.2/02 EnDat 2.2/22 Fanuc Mit 03-4 ± 1 EnDat 2.2/02 EnDat 2.2/22 Fanuc 05 Mit 03-4 Con acoplamiento de estátor montado ECN 200 ± min Bit EnDat 2.2/02 EnDat 2.2/ Bit Fanuc 02 Mit

11 Señales incrementales Periodos de señal/vuelta Modelo Otras informaciones» 1 V PP RCN 2380 RCN 2310 Catálogo Sistemas angulares de RCN 2390 F medida con rodamiento integrado RCN 2390 M RCN 2000» 1 V PP RCN 2580 RCN 2510 RCN 2590 F RCN 2590 M» 1 V PP RCN 5380 RCN 5000 RCN 5310 RCN 5390 F RCN 5390 M» 1 V PP RCN 5580 RCN 5510 RCN 5590 F RCN 5590 M» 1 V PP RCN 8380 RCN mm RCN 8310 RCN 8390 F RCN 8390 M» 1 V PP RCN 8580 RCN 8510 RCN 8590 F RCN 8590 M RCN mm» 1 V PP 2048 ECN 225 ECN 225 Catálogo Sistemas angulares de ECN 223F medida con rodamiento integrado ECN 223 M ECN mm 11

12 Ayuda para la selección Sistemas angulares de medida incremental con rodamiento integrado Serie Dimensiones principales en mm Precisión del sistema Velocidad de giro admisible mecánicamente Interfaz Con acoplamiento estátor integrado RON 200 ± min 1 «TTL «TTL» 1 V PP ± 2,5» 1 V PP RON 700 ± min 1» 1 V PP» 1 V PP RON 800 RPN 800 ± min 1» 1 V PP» 1 V PP RON 900 ± 0,4 100 min 1» 11 µa PP Para acoplamiento separado del eje ROD 200 ± min 1 «TTL «TTL» 1 V PP ROD 700 ± min 1» 1 V PP ROD 800 ± min 1» 1 V PP 1) con interpolación integrada 12

13 Periodos de señal/ vuelta Modelo Información adicional ) / ) RON 225 RON 275 Catálogo Sistema angular de medida RON 285 con rodamiento integrado RON RON RON / RON 786 RON RON RPN RON 905 RON ) ) ROD 220 ROD 270 Catálogo Sistema angular de medida ROD 280 con rodamiento integrado / ROD 780 ROD ROD 880 ROD

14 Principios de medida Soporte de medida Los sistemas de medida HEIDENHAIN utilizan como soportes de medida estructuras periódicas, denominadas graduaciones. Como material de soporte para dichas graduaciones se utiliza un sustrato de vidrio o de acero. El vidrio encuentra aplicación en la mayoría de los casos en sistemas con una velocidad de giro hasta min 1 mientras que para velocidades más elevadas, de hasta min 1 se emplean tambores de acero. Una cinta de acero sirve de soporte de graduación en sistemas de medida para grandes diámetros. HEIDENHAIN realiza las graduaciones finas mediante un procedimiento fotolitográfico, especialmente desarrollado para ello. AURODUR: divisiones grabadas en mate sobre cinta de acero dorada; periodo de división típico 40 μm METALLUR: graduación de divisiones metálicas sobre oro inmune a la suciedad; periodo de división típico 20 μm DIADUR: divisiones de cromo extraordinariamente resistentes (periodo de división típico 20 μm) o estructuras de cromo tridimensionales (periodo de división típico 8 μm) sobre vidrio Retícula de fases SUPRADUR: estructura planar de acción ópticamente tridimensional; particularmente inmune a la suciedad; periodo de división típico 8 μm e inferior Retícula de fases OPTODUR: estructura planar de acción ópticamente tridimensional con una reflexión particularmente alta, periodo de división típico 2 µm e inferior. Además de unos periodos de división muy finos, dichos procedimientos posibilitan una alta nitidez de contornos y una buena homogeneidad de la graduación. Junto con el método de captación fotoeléctrica, esto es decisivo para una elevada calidad de las señales de salida. Graduación circular para sistemas angulares de medida Las graduaciones patrón las realiza HEIDEN- HAIN en máquinas para dividir de alta precisión fabricadas especialmente para ello. 14

15 Método de medida incremental Con el método de medida incremental la graduación se compone de una retícula regular. La información de la posición se obtiene contando los incrementos individuales (pasos de medida) desde cualquier punto cero fijado. Puesto que para determinar las posiciones es necesaria una referencia absoluta, el soporte de medida dispone de una pista adicional, la cual contiene una marca de referencia. La posición absoluta de la regla determinada con la marca de referencia está asignada exactamente a un paso de medida. Antes de que también se produzca una referencia absoluta o de que se vuelva a encontrar el punto de referencia seleccionado por última vez, se debe sobrepasar la marca de referencia. En el caso más desfavorable, esto puede requerir un giro de hasta 360. Para facilitar estos "desplazamientos para sobrepasar el punto de referencia", los sistemas de medida HEIDENHAIN disponen de marcas de referencia codificadas: la pista de las marcas de referencia contiene varias marcas de referencia con diferentes distancias definidas. La electrónica subsiguiente calcula ya al sobrepasar dos marcas de referencia contiguas, es decir, a pocos grados de girar (véase la distancia básica G en la tabla) la referencia absoluta. Los sistemas de medida con marcas de referencia codificadas se identifican con la letra "C" detrás de la denominación del modelo (p. ej. ERA 4200 C). En el caso de marcas de referencia codificadas, la referencia absoluta se calcula contando los incrementos entre dos marcas de referencia y utilizando la siguiente fórmula: Þ 1 = (abs A sgn A 1) x G + (sgn A sgn D) x abs M RR 2 2 donde: A = 2 x abs M RR G TP Donde: Þ 1 = Posición angular absoluta de la primera marca de referencia sobrepasada respecto a la posición cero en grados abs = Valor absoluto sgn = Función de signo (algebraico = +1 o 1 ) M RR = Valor medido entre las marcas de referencia sobrepasadas, en grados G = Distancia nominal entre dos marcas de referencia fijas (véanse las tablas) TP = Periodo de división ( 360 ) Número de divisiones D = Sentido de giro (+1 o 1) El giro en la dirección indicada en los planos de dimensiones para instalación equivalente a +1" Características y montaje ERA 7480 C, ERA 8480 C Número de divisiones z Número de marcas de referencia Distancia nominal G ERA 4000 C Número de divisiones para periodo de división 20 µm 40 µm 80 µm Número de marcas de referencia Distancia nominal G , ,692 25,714 22, ,846 9,474 8,182 Posición cero Representación esquemática de una graduación circular con marcas de referencia codificadas en distancia (ejemplo para ERA 4480 con impulsos) 15

16 Captación del soporte de medida Captación fotoeléctrica La mayoría de sistemas de medida HEIDEN- HAIN operan según el principio de captación fotoeléctrica. La captación fotoeléctrica se produce sin contacto y sin desgaste. Detecta líneas de graduación muy finas, de sólo unos pocos micrómetros, y genera señales de salida con periodos de señal muy pequeños. Cuanto más fino es el periodo de división de un soporte de medida, más influyen los efectos de difracción de la captación fotoeléctrica. HEIDENHAIN utiliza dos principios de captación en los sistemas angulares de medida: el Principio de medición representado para periodos de división comprendidos entre 10 µm y aprox. 70 µm el Principio de medida interferencial para graduaciones muy finas con un periodo de división de 4 µm o menos. Principio de medición representado El principio de medida representado trabaja descrito simplificadamente con producción de señal de luz proyectada: dos retículas de regla con el mismo o parecido periodo de división disco graduado y retícula de captación se mueven una respecto a la otra. El material de soporte de la retícula de captación es transparente, la graduación puede aplicarse asimismo sobre material transparente o reflectante. Si un haz de luz paralelo pasa a través de una retícula, se proyectan superficies claras/ oscuras a una cierta distancia. Aquí se encuentra un contraretículo. Cuando las dos retículas se mueven las unas respecto a las otras, se modula la luz transmitida: si los huecos están alineados, la luz traspasa; si las líneas están sobre los huecos, entonces dominan las sombras. Un conjunto de fotoelementos transforma estas variaciones de luz en señales eléctricas. La graduación especialmente estructurada de la retícula de captación filtra el flujo de luz de manera que se generan señales de salida casi sinusoidales. Cuanto más pequeño es el periodo de división de la estructura reticular, más reducida y ajustada es la distancia entre las retículas de captación y disco graduado. Con periodos de división de 10 µm y más se alcanzan tolerancias de montaje practicables para sistemas de medida con el principio de medida representado. Periodo de señal 360 el. Conforme al principio de medida representada trabajan p. ej. los sistemas angulares de medida ERA 90 el. Desplazamiento de fase Regla Ventana Detector estructurado Retícula de captación Condensador Reja de captación Fuente de luz diodo LED 16 Captación fotoeléctrica según el principio de medición representado con soporte de acero y captación monocampo.

17 El sensor genera cuatro señales aproximadamente sinusoidales (I 0, I 90, I 180 y I 270 ), desfasadas entre sí 90 eléctricos. Primeramente, dichas señales de captación no se encuentran simétricamente respecto a la línea de cero. Dichas señales de captación no se encuentran inicialmente simétricas respecto a cero. Por este motivo, los fotoelementos se disponen en un circuito en antiparalelo, de modo que se originen dos señales de salida, I 1 y I 2, simétricas respecto a la línea de cero, desfasadas 90º eléctricos entre sí. En la representación XY en el osciloscopio, las señales forman una figura de Lissajous. Las señales de salida ideales generan un círculo en la posición central. Las desviaciones en la forma circular y posición están causadas por las desviaciones de posición dentro de un periodo de señal (véase la precisión de medida) y, por ello, van directamente al resultado de la medida. El tamaño del círculo se corresponde con la amplitud de las señales de salida y puede variar dentro de unos determinados límites, sin influir en la precisión de medida. Principio de medida interferencial El principio de medida interferencial utiliza la difracción y la interferencia de la luz en retículas muy finas, a fin de generar señales, desde las cuales sea posible calcular el movimiento. Como soporte de medida sirve una retícula escalonada: las líneas reflectantes de 0,2 μm de altura se aplican a superficies planas y reflectantes. Justo delante se encuentra una retícula de fase transparente como retícula de captación con el mismo periodo de división que la regla. Cuando una onda de luz atraviesa la retícula de captación, se difracta en tres ondas parciales de orden +1, 0, y -1, con una intensidad de luz aproximadamente igual. Las ondas se difractan sobre la regla de la retícula de fases, de forma que la mayor parte de la intensidad de la luz se encuentra en los órdenes de difracción +1 y -1. Estas ondas parciales vuelven a encontrarse en la retícula de fases de la retícula de captación, donde vuelven a difractarse y a interferir. Esto origina esencialmente tres trenes de ondas que salen de la retícula de captación en diferentes ángulos. Los fotoelementos transforman estas intensidades de luz en señales eléctricas. Cuando hay un movimiento relativo entre la regla graduada y la retícula de captación, los frentes de onda difractados experimentan un desplazamiento de fase: el movimiento equivalente a un periodo de división desplaza el frente de ondas del 1er orden de difracción una longitud de onda hacia el sentido positivo, el frente de ondas del orden de difracción -1 una longitud de onda hacia el sentido negativo. Puesto que ambas ondas se interfieren recíprocamente al salir de la retícula de fases, éstas se desplazan entre sí dos longitudes de onda. De esta forma se obtienen dos periodos de señal con un movimiento relativo de sólo un periodo de división. Los sistemas de medida interferenciales trabajan con periodos de división central de 4 µm o menor. Sus señales de captación continúan estando libres de armónicos y pueden ser altamente interpoladas. Por ello son especialmente adecuados para una resolución y precisión elevadas. A pesar de ello, se caracterizan por su tolerancia de montaje orientada a la práctica. Conforme al principio de medida interferencial trabajan, por ejemplo, los sistemas angulares de medida ERP Representación XY de las señales de salida Regla Órdenes de flexión División de la regla con retícula de fases DIADUR Condensador Fuente de luz diodo LED Período de división Placa de captación: Reja de fases transparente Fotoelementos Captación fotoeléctrica según el principio de medición interferencial y captación monocampo. 17

18 Precisión de medida La precisión de la medición angular queda determinada esencialmente por: la calidad de la graduación, la estabilidad del soporte de graduación, la calidad de la captación, la calidad de la electrónica de procesamiento de señal, la excentricidad de la graduación con respecto al rodamiento, las desviaciones del rodamiento, el acoplamiento al eje a medir. Estos factores se dividen en desviaciones específicas del sistema de medida y en factores dependientes de la aplicación. Para evaluar la precisión total alcanzable debe tenerse en cuenta cada uno de estos factores. Desviaciones específicas del sistema de medida Las desviaciones específicas del sistema de medida figuran en las especificaciones Precisión de la graduación Desviación de la posición dentro de un periodo de señal Precisión de la graduación La precisión de la graduación ± a resulta de su calidad. Dicho valor comprende: la homogeneidad y la definición de los periodos de la graduación, la alineación de la graduación sobre su soporte, en el caso de sistemas de medida con soporte de graduación macizo: la estabilidad del soporte de la graduación, a fin de garantizar la precisión asimismo en estado montado, en el caso de sistemas de medida con cinta de medición de acero; las desviaciones debido a la elasticidad no uniforme de la cinta durante el montaje, así como las desviaciones en la zona de la junta de la cinta de medición en aplicaciones de círculo completo. La precisión de la graduación ± a se determina en condiciones ideales midiendo con un cabezal captador de serie las desviaciones de posición en posiciones que se correspondan con múltiplos enteros del periodo de señal. Desviación de posición dentro de un periodo de señal Las desviaciones de posición dentro de un periodo de señal ± u resultan de la calidad de la captación y, en sistemas de medida con conformador de impulsos o electrónica de contaje integrado, de la calidad de la electrónica de procesado de señal. En sistemas de medida con señales de salida sinusoidales, las desviaciones quedan determinadas por la electrónica de procesado de señal subsiguiente. En concreto, los siguientes factores influyen en el resultado: lo fino que sea el periodo de señal, la homogeneidad y la definición de los periodos de la graduación, la calidad de la estructura de filtrado de la captación las características de los sensores, la estabilidad y dinámica del procesado posterior de las señales analógicas. Estas desviaciones se tienen en cuenta en los datos de desviación de posición dentro de un periodo de señal. Desviación de posición Desviación de posición dentro de una vuelta Desviación de posición dentro de un periodo de señal Desviación de posición Desviación de posición u dentro de un periodo de señal Posición Nivel de señal Periodo de señal 360 el. 18

19 Las desviaciones de posición dentro de un periodo de señal ± u se calculan en un porcentaje del periodo de señal. En el caso de un sistema angular de medida modular sin rodamiento propio, su valor típico es mejor que el ± 1 % del periodo de señal (ERP 880: ± 1,5 %). Los valores específicos figuran en las características técnicas. Las desviaciones de posición dentro de un periodo de señal se aprecian en giros de corto recorrido y en medidas repetidas. En particular, en lazos cerrados de regulación de velocidad ocasionan oscilaciones en la velocidad de giro. Desviaciones específicas del sistema de medida en ERA 7000 y ERA 8000 Desviaciones específicas del sistema de medida [segundos angulares] Desviaciones que dependen de la aplicación En Sistemas de medida sin rodamiento integrado, el montaje y ajuste del cabezal lector, además de las desviaciones específicas indicadas del sistema de medida, tienen un efecto determinante en la precisión alcanzable. Los efectos de la excentricidad del montaje de la graduación y de la desviación radial del eje a medir son de especial importancia. Para evaluar la precisión total, es imprescindible calcular por separado las distintas desviaciones que dependen de la aplicación y tenerlas en cuenta. Por el contrario, la precisión indicada en los sistemas de medida con rodamiento integrado ya contempla las desviaciones del rodamiento y del acoplamiento de los ejes (véase el catálogo Sistema angular de medida con rodamiento integrado). Diámetro del alojamiento [mm] Desviaciones debido a la excentricidad de la graduación con respecto al rodamiento Durante el montaje del disco graduado con buje, del tambor graduado o de la cinta de medición, es preciso tener en cuenta que la graduación presenta una cierta excentricidad con respecto al rodamiento que depende del montaje. Por otra parte, las desviaciones dimensionales y de forma del eje del cliente causan una excentricidad adicional. Entre la excentricidad e, el diámetro de la graduación D y la desviación de la medida ¹j existe la relación siguiente (véase la figura en la parte inferior): ¹j = ± 412 e D ¹j = Desviación de la medida en e (segundos angulares) = Excentricidad del tambor graduado con respecto al rodamiento en µm (1/2 salto radial) D = Diámetro medio de la graduación en mm M = Punto central de la graduación j = Ángulo "verdadero j = Ángulo leído Diámetro medio de graduación D para ERP 880 ERP 4000 ERP 8000 ERO 6000 ERO 6100 ERA 4000 ERA 7000 ERA 8000 D = 126 mm D = 40 mm D = 104 mm D = 64 o 142 mm D = 64 mm D Diámetro exterior del tambor D Diámetro del alojamiento de la cinta de medición Excentricidad de la graduación con respecto al rodamiento Desviaciones de medida resultantes ¹j para distintos valores de excentricidad e en función del diámetro medio de la graduación D Cabezal de captación Desviación de medida ¹j [segundos angulares] Diámetro medio de la graduación D en mm 19

20 Desviación radial del rodamiento La ecuación indicada a la desviación de medida ¹j es válida asimismo para la desviación radial del rodamiento, si como valor de e se emplea la excentricidad, es decir la mitad del salto radial (mitad del valor visualizado). La elasticidad del rodamiento estando sometido a la carga radial del eje ocasiona desviaciones similares. Deformación de la graduación debida al montaje Los tambores y discos graduados con bujes se diseñan con respecto a la sección transversal, superficies de referencia, posición de la graduación con respecto a la superficie de montaje, taladros de montaje, etc. de modo que la precisión del aparato quede poco afectada debido al montaje y funcionamiento. Desviaciones de forma y diámetro de las superficies de alojamiento (en ERA 7000 y ERA 8000) Las desviaciones de forma de las superficies de alojamiento pueden repercutir en la precisión total obtenida. En el caso de soluciones de segmento se produce un error angular adicional ¹j, si el diámetro nominal del alojamiento de la cinta no se mantiene en un valor exacto: ¹j = (1 D /D) j 3600 donde ¹j = Desviación del segmento en segundos angulares j = Ángulo del segmento en grados D = Diámetro nominal del alojamiento de la cinta D = Diámetro real del alojamiento de la cinta Se puede eliminar dicho error si se puede introducir en el control numérico el número válido de líneas por 360 z para el valor del diámetro real del alojamiento de la cinta D'. Es válida la relación siguiente: z = z D /D donde z = número nominal de líneas por 360 z = número real de líneas por 360 En el caso de soluciones de segmento, en principio, se debe verificar el ángulo recorrido real con ayuda de un sistema de medida comparador, p. ej., un sistema angular de medida con rodamiento propio integrado. Opciones de compensación El montaje excéntrico de la graduación, así como las desviaciones de salto radial del eje a medir, originan una gran parte de las desviaciones que dependen de la aplicación. A fin de eliminar dichos factores que provocan errores, se emplea un método habitual eficaz, a saber montar dos o incluso más cabezales lectores a distancias regulares distribuidos alrededor del soporte de graduación. En la electrónica subsiguiente, se calculan los distintos valores de posición y se combinan convenientemente. Con la EIB 1500, HEIDENHAIN pone a disposición una electrónica adecuada que efectúa el cálculo de posición de dos cabezales lectores en tiempo real y sin repercusión negativa en el lazo de regulación (véase Electrónicas de evaluación). La mejora de precisión que de este modo se alcance realmente en las aplicaciones prácticas depende en gran medida de la situación de montaje concreta y de la aplicación. En principio, se eliminan todos los errores de excentricidad errores reproducibles debido a errores de montaje, errores no reproducibles debido a desviaciones de salto radial del rodamiento) y adicionalmente todos los armónicos impares del error de graduación. Error de ángulo debido a desviación del diámetro del alojamiento de la cinta Cálculo de la posición de dos cabezales de captación a fin de compensar los errores de excentricidad y salto radial Versión de segmento Segmento Centro de la graduación 20

21 Carta de calibración Para los sistemas angulares de medida ERP, ERO y ERA 4000, HEIDENHAIN elabora cartas de calibración que vienen junto con el aparato. La carta de calibración documenta la precisión de la graduación inclusive el soporte de la graduación. Se calcula durante una revolución a partir de múltiples puntos de medida. Todos los valores de medida se encuentran dentro del valor de precisión de graduación especificado en los datos técnicos. En el ensayo final, a temperatura constante (22 ºC), se calculan las desviaciones y se indican en la carta de calibración. Con la indicación del patrón de calibración en el certificado de inspección del fabricante, se garantiza la vinculación con estándares nacionales e internacionales y su trazabilidad. En los datos de precisión de la carta de calibración, no se consideran las desviaciones de posición dentro de un periodo de señal ni las desviaciones específicas debido al montaje. Los sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado y provistos de un soporte macizo se montan en HEIDEN- HAIN para la medida exactamente como luego en la aplicación. De este modo, se garantiza que la precisión calculada en HEIDENHAIN realmente se obtiene en la máquina. Resultado de la medida para el ejemplo de tambor graduado ERA 4200C 1 Representación gráfica de la precisión de la graduación 2 Resultado de la medida

22 Fiabilidad Los sistemas angulares de medida abiertos sin rodamiento integrado de HEIDENHAIN están optimizados para su uso en máquinas precisas y rápidas. A pesar de su forma constructiva abierta, presentan una reducida sensibilidad frente a la suciedad, garantizan una elevada estabilidad a largo plazo y se montan rápidamente y de modo sencillo. Sensibilidad reducida frente a la suciedad Además de la elevada calidad de graduación, el procedimiento de captación es asimismo responsable de la precisión y fiabilidad del sistema de medida. Los sistemas de medida de HEIDENHAIN trabajan con la denominada Captación monocampo. A este respecto, indicar que se utiliza únicamente en un campo para generar las señales de captación. El ensuciamiento producido localmente en el soporte de medida (p.ej., huellas digitales, restos de aceite, etc.) afectan a la intensidad lumínica de las componentes de la señal, y por tanto a las señales de captación, del mismo modo. Por este motivo, aunque queda modificada la amplitud de las señales de salida, no varía ni su offset ni su posición de fase. Siguen siendo señales interpolables, y la desviación de la posición dentro de un periodo de señal sigue siendo reducida. El amplio campo de captación reduce adicionalmente la sensibilidad frente a la suciedad. Aunque depende del tipo de contaminación, ello podría prevenir un fallo del sistema de medida. Incluso en el caso de que la suciedad por tinta de imprenta, polvo de circuitos impresos, agua o aceite, sea de hasta 3 mm de diámetro, el sistema proporciona medidas de elevada calidad. Las desviaciones de la posición dentro de una revolución se mantienen muy por debajo de la precisión especificada. Las figuras que se representan al lado muestran los resultados de ensayos de suciedad con el ERA Se representan los valores máximos de la desviación de posición dentro de un periodo de señal u. A pesar de que el grado de contaminación es notable, el valor especificado del ± 1 % se sobrepasa solo ligeramente Suciedad debido a una huella digital Suciedad debido a polvo de tóner. Periodo de señal Periodo de señal Suciedad debido a gotas de agua Periodo de señal

23 Soportes de medida resistentes En los sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado, debido a la naturaleza de construcción abierta, los soportes de medida están más expuestos al entorno. Por esta razón, HEIDENHAIN utiliza generalmente graduaciones robustas, que se fabrican mediante procedimientos especiales. Capa parcialmente transparente Capa transparente En el caso de procedimientos DIADUR, se aplican estructuras realizadas en cromo duro sorbe un soporte de vidrio o acero. En el caso de procedimientos METALLUR, se dispone una capa de oro reflectante provista de una delgada capa de separación realizada en vidrio. Por encima de encuentran las líneas de cromo, que actúan de absorbentes y cuyo espesor es de unos pocos nanometros, por lo que son semitransparentes. Los soportes de medida con graduación METALLUR resultan especialmente robustos e insensibles contra la suciedad, dado que la reducida altura de la estructura no proporciona prácticamente ninguna superficie de contacto para las partículas de polvo, suciedad o humedad. Diseño de la graduación METALLUR Capa básica reflectante Tolerancias de montaje adecuadas a la práctica Las tolerancias de montaje de los sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado de HEIDENHAIN afectan muy poco a las señales de salida. En particular, las fluctuaciones de distancia de captación entre el soporte de graduación y el cabezal lector modifican únicamente de modo insustancial la amplitud de la señal. Así, las desviaciones de la posición dentro de un periodo de señal quedan apenas afectadas. Dicho comportamiento resulta determinante para la obtención de una elevada fiabilidad de los sistemas angulas de medida de HEIDENHAIN. Magnitud de la señal [%] rendija nominal de captación (ajustada mediante la lámina espaciadora Distancia de trabajo [mm] Influencia de la distancia de trabajo en la amplitud de la señal en el caso del ERA

24 Tipos de diseños mecánicos y montaje Información general Los sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado se componen de cabezal lector y soporte de la graduación. El soporte de la graduación puede realizarse macizo (tambor graduado, disco graduado con buje) o bien como una cinta de medición. Los componentes se guían entre sí exclusivamente mediante la guía de la máquina. Así, ya en el diseño de la máquina es preciso tener en cuenta ciertas condiciones previas constructivas: Es preciso que el diseño del rodamiento se realice de modo que cumpla con las exigencias de precisión del eje y con las tolerancias de distancia del sistema de medida ( véanse las características técnicas) incluso durantge el funcionamiento. La superficie de montaje para el soporte de la graduación debe satisfacer los requisitos de diámetro, planitud, circularidad y excentricidad del sistema de medida en cuestión. A fin de facilitar elajuste del cabezal lector respecto a la graduación, se debe fijar a una abrazadera o a topes convenientes. Todos los sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado y previstos de soporte macizo de graduación se diseñan de modo que la precisión especificada se pueda alcanzar realmente en la aplicación. El tipo y concepto de montaje garantizan que la reproducibilidad sea lo más elevada posible. Centrado de la graduación Dado que las graduaciones de HEIDENHAIN presentan una precisión muy elevada, la precisión total alcanzable queda influenciada predominantemente por los errores de montaje (principalmente, por los errores de excentricidad). A fin de minimizar los errores de excentricidad que se produzcan en las aplicaciones prácticas, en función del sistema y del método de montaje existen distintas posibilidades de centrado. 1: Collar de centrado El soporte de medida se desliza sobre un eje o se monta en el mismo por contracción. Aunque se trata de un método muy simple, se requiere disponer de una geometría del eje muy exacta. 2ª Centrado de tres puntos El soporte de medida se centra mediante tres posiciones, separadas 120º entre sí, que están marcadas en dicho soporte. Los posibles errores de circularidad de la superficie en la que se realiza el centrado no repercuten en la alineación exacta del punto central del eje. 3. Centrado óptico Los soportes de medida realizados en vidrio se centran frecuentemente con ayuda de un microscopio. Con este propósito, se disponen bordes de referencia unívocos o anillos de centrado en el soporte de graduación. 4 Centrado con dos cabezales lectores Este método es adecuado para todos los sistemas angulares de medida sin rodamiento integrado provistos de soporte de graduación macizo. Dado que las graduaciones de HEIDENHAIN esencialmente presentan una característica de error de largo alcance y en este caso la propia graduación o el valor de la posición sirven como referencia, se trata del método de centrado más preciso. m = Marcado para el centrado de tres puntos s = p. ej. sensor capacitivo Centrado de tres puntos Centrado óptico 24 Cabezales lectores Dado que los sistemas angulares de medida sin rodamiento propio se montan en la máquina, tras el montaje del soporte de graduación es necesario realizar un montaje exacto del cabezal lector. A fin de obtener una alineación exacta del cabezal lector, ésta debe poder alinearse en principio en cinco ejes (véase la figura). La forma del cabezal lector con su correspondiente concepto de montaje y la gran tolerancia de montaje existente facilitan el ajuste considerablemente. En el caso de los sistemas ERA, por ejemplo, el montaje se reduce al ajuste de la distancia de separación ayudándose de una hoja separadora adjunta. Centrado con dos cabezales lectores

25 ERP 880 El sistema angular de medida modular ERP 880 comprende los componentes unidad de captación, disco graduado con buje y pletina Para la protección ante contacto o contaminación, se pueden suministrar cubiertas de protección como accesorio. Montaje del ERP 880 En primer lugar, se monta la unidad de captación en elemento estacionario de la máquina y se alinea con el eje a ± 1,5 µm. A continuación, se atornilla frontalmente el disco graduado con buje al eje y análogamente se ajusta con una excentricidad máxima de ± 1,5 µm con respeto a la unidad de captación. Luego, se acopla la pletina y se conecta a la unidad de captación. El ajuste fino se realiza mediante "centrado eléctrico" con ayuda del PWM 9 (véase Equipos de comprobación de HEIDENHAIN) y de un osciloscopio. A fin de proteger el sistema de medida ERP 880 frente a contaminación, se puede cubrir con una tapa. Montaje del ERP 880 (principio) Cubierta IP 40 con anillo protector para un tipo de protección IP 40 Cable de 1 m con acoplamiento, de 12 polos; ID Cubierta IP 64 con una junta de estanqueidad del eje para un tipo de protección IP 64 Cable de 1 m con acoplamiento, de 12 polos; ID

26 Tipos de diseños mecánicos y montaje ERP 4080/ERP 8080 Los sistemas angulares de medida modulares ERP 4080 y ERP 8080 están concebidos para tareas de medida que requieran la máxima precisión y resolución. Se rigen por el principio de la captación interferencial de una retícula de fases. Dichos sistemas comprenden los componentes cabezal lector y disco graduado con buje. Cálculo de la medida axial de montaje A fin de obtener la precisión máxima posible, se debe prestar atención a que los errores de tambaleo del eje y del disco graduado con buje no se sumen. La posición del error máximo y mínimo de bamboleo del eje está marcada. Es preciso medir el error de bamboleo del eje y determinar la posición mínima y máxima. A continuación, se monta el disco graduado con buje de modo que se minimice el error de bamboleo restante. Montaje del disco graduado con buje El disco graduado con buje se desliza a lo largo del eje de transmisión, se centra sobre el diámetro interior del buje y se atornilla. El centrado del disco graduado se puede efectuar ya sea con ayuda de un reloj comparador sobre el diámetro interior del buje, ópticamente mediante el disco de centrado integrado en el disco graduado o eléctricamente con ayuda de un segundo cabezal lector dispuesto diametralmente. Fijación del cabezal lector El cabezal lector queda fijado con dos tornillos (o bien mediante la ayuda de montaje) junto con la correspondiente hoja separadora, de forma que pueda deslizar sobre la superficie de montaje. El ajuste del cabezal lector se realiza mediante "ajuste electrónico" con ayuda del PWM 9 o PWT 18 (véase Equipos de comprobación de HEIDENHAIN). A este respecto, el cabezal lector se desliza en el interior de los orificios de fijación hasta que la amplitud de la señal de salida sea 0,9 V PP. Hoja separadora Accesorios Ayuda de montaje para la fijación del cabezal lector ID Adaptador para palpadores de medida Para la medida de tolerancias de montaje ID Hojas separadoras para el ajuste de posición axial 10 µm ID µm ID µm ID µm ID µm ID µm ID µm ID µm ID µm ID µm ID Conjunto (una hoja por separación de 10 µm a 100 µm): ID

27 ERO 6000, ERO 6100 Los sistemas angulares de medida modulares ERO 6000 y ERO 6100 comprenden los componentes cabezal lector y disco graduado con buje. Se posicionan relativamente entre sí y se ajustan en la máquina. Montaje del ERO 6000 Para que el montaje del cabezal lector sea sencillo, resulta ventajoso que el cliente disponga de una superficie de tope con un diámetro interior definido. El cabezal lector se empuja contra dicha superficie de montaje y se fija con dos tornillos. De este modo, no resulta necesaria ninguna otra alineación. A continuación, se fija el disco graduado con buje por la parte frontal al eje y se centra ya sea mecánicamente mediante centrado con tres puntos o eléctricamente. La distancia de separación entre el cabezal lector y el disco graduado ya queda definida por la superficie de montaje, por lo que tampoco en este caso es necesario ningún ajuste adicional. Montaje del ERO 6100 El disco graduado con buje se monta axialmente en el eje y se centra ópticamente. Para que el montaje del cabezal lector sea sencillo, resulta ventajoso disponer de un soporte de montaje, que pueda desplazarse axialmente y presente un borde de tope con diámetro interior definido. El cabezal lector se empuja contra dicho borde y se fija con dos tornillos. Con ayuda de la hoja separadora adjunta, se ajusta la distancia de separación entre el cabezal lector y el disco graduado y a continuación se fija al soporte de montaje. Montaje del ERO 6000 Las señales de salida se verifican con ayuda del PWT. Para el ERO 6x80 resulta necesaria la electrónica de adaptación APE 381 (véase Equipos de comprobación de HEIDENHAIN). Montaje del ERO

28 Tipos de diseños mecánicos y montaje Serie ERA 4000 Los sistemas angulares de medida ERA 4000 comprenden los componentes cabezal lector y tambor graduado. Aplicación Tambor graduado Periodos de división Tipo Cabezal lector adecuado El cabezal lector de la serie ERA 4000 se caracteriza por su tamaño especialmente compacto. El tambor graduado del ERA 4000 se suministra en diversas versiones, para adaptarse a cada aplicación. La versión ERA 4x80 está disponible para distintos requisitos de precisión con distintos periodos de división. En la tabla adyacente se aprecian los correspondientes cabezales lectores. Es preciso tomar medidas en el diseño y proteger los ERA frente a suciedad. Los ERA 4480 se pueden suministrar para distintos diámetros de tambor adicionalmente con una cubierta para protección por aire. A este respecto, es necesario un cabezal lector especial (con toma de aire comprimido). La cubierta para protección por aire debe pedirse por separado para el diámetro de tambor correspondiente. El diseño constructivo de los sistemas angulares de medida modulares ERA posibilita un montaje comparativamente más rápido sin tener que realizar un gran esfuerzo de ajuste. Montaje del tambor graduado ERA 4x00 El tambor graduado se empuja hacia su alojamiento en el eje y se fija con tornillos. El centrado se realiza mediante el collar de centrado en el diámetro interior del tambor. De este modo, no es necesario ningún ajuste del tambor. HEIDENHAIN recomienda una ligera sobremedida del eje sobre el que se monte el tambor graduado. Para el montaje, el tambor graduado se puede calentar lentamente disponiéndolo sobre una placa de calefacción (aprox. 10 minutos) a máximo 100ºC. Elevadas revoluciones Requisitos de precisión más elevados y elevadas revoluciones Collar de centrado 20 µm ERA 4200 ERA 4280 Centrado de tres puntos 40 µm ERA 4400 ERA µm ERA 4800 ERA µm ERA 4202 ERA 4280 Montaje del tambor graduado ERA 4202 El tambor graduado se centra en el diámetro exterior mediante tres posiciones, separadas 120º entre sí, y se enrosca. Gracias a las ventajas resultantes del centrado de tres puntos y al diseño macizo del tambor, es posible alcanzar una precisión muy elevada una vez montado, con un esfuerzo relativamente reducido en las tareas de ajuste. Las posiciones para el centrado están marcadas en el tambor graduado. Montaje del tambor graduado m = Marcas para el centrado del tambor 3 x

29 Fijación del cabezal lector A fin de montar el cabezal lector, se dispone la hoja separadora den la superficie lateral del tambor graduado. El cabezal lector se presiona contra la hoja, se atornilla y a continuación se retira la hoja. En el caso de los sistemas de medida ERA 4000 con un periodo de división de 20 µm, adicionalmente es posible realizar el ajuste fino del campo de captación mediante un casquillo excéntrico. Hoja separadora Casquillo excéntrico para el ajuste fino Montaje de la cubierta para protección por aire. Los sistemas angulares de medida modulares ERA 4480 están disponibles para distintos diámetros con cubierta para protección por aire. De este modo, al aplicar aire comprimido, se obtiene una protección adicional contra suciedad. El tambor graduado y la unidad de captación se montan tal como se ha descrito anteriormente. La hoja separadora especial suministrada con la cubierta para protección por aire se dispone alrededor del tambor. Dicha hoja protege al tambor graduado durante el montaje de la cubierta para protección por aire y asegura una distancia homogénea. A continuación, la cubierta para protección por aire se desliza sobre el tambor y se fija, y se retira la hoja separadora. Para observaciones acerca de la toma de aire comprimido, véase Indicaciones mecánicas generales. Fijación del cabezal lector Hoja separadora Cubierta para protección por aire Hoja separadora Toma de aire comprimido Montaje de un ERA 4480 con cubierta para protección por aire 29