ES2283151T3 - Metodo y dispositivo para reducir desviaciones de medidas relacionadas con la temperatura en sistemas de medida en paralelo. - Google Patents
Metodo y dispositivo para reducir desviaciones de medidas relacionadas con la temperatura en sistemas de medida en paralelo. Download PDFInfo
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Abstract
Estructura conEstructura con sistemas extensómetros (1.1, 1.2) dispuestos en una máquina, en paralelo entre sí, en perpendicular a la dirección de medición (X) y a una distancia entre sí, caracterizada por al menos un puente de unión (22.1, 22.2, 31.1, 31.2, 41.1, 41.2, 91), con geometría independiente de la temperatura, entre los dos sistemas extensómetros (1.1, 1.2) para la reducción de desviaciones de medida, debidas a la temperatura, de los sistemas extensómetros (1.1, 1.2), donde el puente de unión (22.1, 22.2, 31.1, 31.2, 41.1, 41.2. 91) está unido sólidamente a un primer sistema extensómetro (1.1) en un primer punto en la dirección de medición (X), y porque está previsto al menos un aparato de medición (20.1, 20.2, 21.1, 21.2, 21.3, 21.4, 32.1, 32.2, 42.1, 42.2, 93) que detecta el desplazamiento entre el puente de unión (22.1, 22.2, 31.1, 31.2, 41.1, 41.2, 91) y el segundo sistema extensómetro (1.2) en la dirección de medición (X).
Description
Método y dispositivo par reducir desviaciones de
medidas relacionadas con la temperatura en sistemas de medida en
paralelo.
La invención se refiere a un dispositivo según
el preámbulo de la reivindicación 1, 9 y 12, y a un procedimiento
para la compensación de las desviaciones de medida detectadas. Por
la patente DE 41 34 371 A1 se conoce un dispositivo con sistemas
extensómetros en una máquina dispuestos en paralelo entre sí y
distanciados uno de otro en perpendicular a la dirección de
medición X. Los dos sistemas extensómetros tienen clases de
exactitud diferentes. Partiendo de las señales del sistema
extensómetro más exacto se forma un valor medido absoluto de la
posición, y partiendo de las señales del sistema de medición menos
exacto se forma un valor medido dinámico, que caracteriza la
desviación momentánea respecto de la posición del otro sistema de
medición.
Por la patente DE 195 31 676 C1 se conoce un
dispositivo para la compensación de tolerancias de guía en
posicionadores multiaxiales. En este dispositivo, en un primer
soporte de guía en relación con un primer eje, se aloja un segundo
soporte de guía mediante un mando de posicionamiento
correspondiente. En el segundo soporte de guía se aloja, en
relación con un segundo eje, otro soporte de guía o bien un objeto
que se puede desplazar mediante un mando de posicionamiento
correspondiente. El desplazamiento que en su caso tiene lugar sobre
los soportes de guía es calculado de forma continua por un
dispositivo de medición por coordenadas. Para ello se dispone,
sobre cada soporte de guía, un proyector de medición dirigido en
paralelo a la conducción, y en la pieza conducida un dispositivo
medidor de la desviación, que recibe la aplicación de los diferentes
haces de trabajo. El dispositivo medidor de la desviación se ubica
aquí de tal modo que su señal de medida de la desviación comprueba
al menos una desviación posicional en sentido transversal a la
dirección del haz de trabajo incidente.
Así pues, por la patente DE 195 31 676 C1 no se
conoce el modo en que se pueden detectar o compensar desviaciones
de medición provocadas por la temperatura en sistemas extensómetros
dispuestos en paralelo.
El problema, en especial con máquinas que
presentan una estructura Gantry, consiste en que, para el movimiento
en una dirección axial, están previstas dos guías, dos
accionamientos y dos sistemas extensómetros. Para que esta
estructura Gantry no se ladee, en el caso de una dilatación
irregular, debida a la temperatura, de los sistemas extensómetros
cuyas señales de salida se utilizan para la regulación de los
módulos de accionamiento, se deberá compensar una dilatación
diferente, debida a la temperatura, de los dos sistemas
extensómetros.
En el estado actual de la técnica se conoce ya
el modo de medir la temperatura correspondiente en diferentes
puntos de la estructura. Teniendo en cuenta el coeficiente de
dilatación térmica específico se calculan y se compensan entonces
las modificaciones de longitud debidas a la temperatura, en
particular las de los sistemas extensómetros.
En este sentido supone una desventaja el hecho
de que los coeficientes de dilatación térmica de los sistemas
extensómetros y de la máquina se puedan determinar sólo de forma
imprecisa. La dilatación de la máquina en un primer lado se
condiciona, en particular en máquinas de gran tamaño, mediante la
dilatación distinta, debida a la diferencia de temperatura, en un
segundo lado de la máquina. Los sistemas extensómetros sujetos en
ambos lados de la máquina se desplazan también uno en relación con
el otro por efecto de la modificación de la geometría de la
máquina. Un desplazamiento semejante de los sistemas extensómetros
entre sí da lugar necesariamente a un ladeo de un módulo Gantry,
cuyos accionamientos de ambos lados se regulan en base a las señales
de salida de los sistemas extensómetros.
En la patente US 4.676.649 se describe una mesa
XY en la que están previstos dos sistemas extensómetros dispuestos
en paralelo uno junto a otro en forma de interferómetros. No se
publica el modo de registrar desplazamientos de los sistemas
extensómetros provocados por la temperatura.
Así pues, se plantea el objetivo de indicar una
estructura para detectar la desviación de medida, provocada por la
temperatura, de sistemas extensómetros dispuestos en paralelo, y un
procedimiento para su compensación.
Este objetivo se resuelve mediante una
estructura con las características de la reivindicación 1 y 9 y
mediante un procedimiento con las características de la
reivindicación 15.
Por otra parte se deberá indicar una estructura
en la que resulte imposible el desplazamiento relativo de los
sistemas extensómetros entre sí como consecuencia de cambios de la
geometría por efecto de la temperatura.
Este objetivo se resuelve mediante una
estructura con las características relevantes de la reivindicación
12.
Varias formas de realización ventajosas de la
estructura conforme a la invención y del procedimiento conforme a
la invención se deducen de las características de las
correspondientes reivindicaciones dependientes.
El dispositivo conforme a la invención presenta
la ventaja de que, como consecuencia de un puente de unión cuya
geometría presenta, como mucho, una dependencia muy escasa de la
temperatura, bien los dos sistemas de medición orientados en
paralelo se fijan directamente uno contra otro o bien los cambios de
los sistemas de medición son detectados en la dirección de medición
por aparatos de medición adicionales ubicados en la zona de los
extremos de los sistemas de medición, en los puentes de unión, y los
valores detectados por los aparatos de medición se utilizan para la
compensación de los valores de medición detectados por los sistemas
de medición orientados en paralelo. Aquí el puente de unión puede
estar realizado tanto en material, mediante un material con el
coeficiente de dilatación térmica menor posible, como por medio de
un rayo de luz, que se utiliza para determinar el desplazamiento de
uno de los sistemas extensómetros paralelos en relación al otro.
Otras configuraciones ventajosas se deducen de
las correspondientes reivindicaciones dependientes y de la
descripción.
A continuación se explican en mayor detalle
particularidades de la invención, con ayuda de la forma de
realización representada en los dibujos.
En éstos puede verse:
Figura 1 una vista en planta de una máquina con
estructura Gantry,
Figura 2 una primera estructura posible conforme
a la invención,
Figura 3 una segunda estructura posible conforme
a la invención,
Figura 4 una tercera estructura posible conforme
a la invención,
Figura 5 una cuarta estructura posible conforme
a la invención,
Figura 6 una quinta estructura posible conforme
a la invención,
Figura 7 una sexta estructura posible conforme a
la invención,
Figura 8 una séptima estructura posible conforme
a la invención,
Figura 9 una octava estructura posible conforme
a la invención y
Figura 10 la denominación de los valores de
medición de una estructura según la figura 3
En la figura 1 se representa de forma
esquemática la estructura, en principio de tipo Gantry. El espacio
de trabajo 5, en el que se encuentra la pieza que se pretende
procesar, está limitado por las pistas de guía 3.1 y 3.2, a lo
largo de las cuales se puede mover un eje Gantry 4 discurriendo en
perpendicular a las dos pistas de guía 3.1 y 3.2. A lo largo de las
pistas de guía 3.1 y 3.2 están previstas, por fuera del espacio de
trabajo 5, reglas graduadas 1.1 y 1.2 para cada sistema
extensómetro. Estas reglas graduadas 1.1 y 1.2 son exploradas por
unidades palpadoras 2.1 y 2.2, sujetas cada una en un lado del eje
Gantry.
Si ahora se calienta la máquina de forma
irregular se produce una modificación irregular de la geometría de
la máquina, y por tanto un desplazamiento relativo, una respecto de
otra, de las reglas graduadas 1.1 y 1.2 unidas a la máquina. Dado
que estas reglas graduadas proporcionan, entre otras cosas,
informaciones posicionales para el control de los dos
accionamientos a lo largo de las pistas de guía 3.1 y 3.2, y dada la
necesidad de que los accionamientos discurran con sincronía
absoluta, no cabe excluir un ladeo del eje Gantry si las reglas
graduadas 1.1 y 1.2 están desplazadas. Para impedir esto, según la
invención, se impide el desplazamiento de los puntos de sujeción o
extremos de las reglas graduadas, o bien se mide y se compensa.
Para cuantificar un desplazamiento relativo de
las dos reglas graduadas 1.1 y 1.2 se utiliza la estructura
conforme a la invención representada en la figura 2. La figura 2
muestra las dos reglas graduadas 1.1 y 1.2, dejando la máquina sin
representar por motivos de simplificación. De acuerdo con la
invención se dispone, en la zona del extremo de al menos una de las
dos reglas graduadas 1.1 y 1.2 paralelas, un láser 20.1, que se une
sólidamente al extremo de la regla graduada 1.1 y/o a la bancada de
la máquina. El rayo láser 22 se emite en la dirección de la otra
regla graduada 1.2, preferiblemente en perpendicular a la dirección
de medición, con un ángulo térmicamente estable. En la zona del
extremo de la otra regla graduada 1.2 el rayo láser 22 incide sobre
la otra regla graduada 1.2. Allí se disponen fotodiodos 21.1 y 21.2
uno junto a otro, de tal modo que el rayo láser 22 incide en una
situación de calibrado, esto es, a temperatura de calibrado y sin
modificación de la geometría, básicamente entre los dos fotodiodos
21.1 y 21.2. Tan pronto como un calentamiento irregular da lugar a
una modificación de la geometría de la máquina, uno de los extremos
de la regla graduada 1.1, en el que está sujeto el láser 20.1, se
desplaza en relación al otro extremo de la regla 1.2, en cuyo
extremo opuesto se sujetan los fotodiodos 21.1 y 21.2. Por este
motivo varía la intensidad de radiación del rayo láser 22 que
incide sobre los dos fotodiodos 21.1 y 21.2 en comparación con la
situación de calibrado. Por efecto de una amplificación diferencial
de las dos señales de salida de los fotodiodos 21.1 y 21.2 en un
amplificador diferencial,
este último emite una tensión proporcional al desplazamiento relativo entre sí de las dos reglas graduadas 1.1 y 1.2.
este último emite una tensión proporcional al desplazamiento relativo entre sí de las dos reglas graduadas 1.1 y 1.2.
En los otros dos extremos de las reglas
graduadas 1.1 y 1.2 se instala asimismo un láser 20.2, ó bien se
sujetan dos fotodiodos 21.3 y 21.4, determinándose el
desplazamiento relativo del otro extremo de la regla graduada 1.2
respecto del otro extremo de la regla graduada 1.1.
Si los fotodiodos utilizados tienen también
sensibilidad en sentido vertical, por ejemplo cuatro fotodiodos de
cuadrante, se podrá determinar también la modificación de la
geometría de las reglas graduadas 1.1 y 1.2 en altura. El puente de
unión entre las reglas graduadas 1.1 y 1.2 se realiza aquí mediante
un rayo láser, que no presenta variación de la geometría debida a
la temperatura. Los puntos de unión de los puentes de unión en la
regla graduada 1.1 están fijos por estar el láser 20.1 ó 20.2 unido
sólidamente a los dos extremos de la regla graduada 1.1. Los
desplazamientos de los puntos de unión de los puentes de unión en la
regla graduada 1.2 son detectados por las variaciones de tensión
que aparecen en los fotodiodos 21.1 y 21.2, ó bien 21.3 y 21.4, y
se utilizan para cuantificar la modificación de la geometría y su
compensación.
La figura 3 muestra otra forma de realización
conforme a la invención. El puente de unión 31.1 se fija en uno de
sus extremos en la zona del extremo de una de las dos reglas
graduadas, por ejemplo en la regla graduada 1.1. En su otro extremo
el puente de unión 31.1 presenta un cabezal lector 32.2 para la
regla graduada 1.2. Si en adelante se produce un desplazamiento de
la regla graduada 1.2 en relación con la regla graduada 1.1 este
desplazamiento se cuantifica mediante el cabezal lector 32.1, que
explora la regla graduada 1.2. También en los otros dos extremos de
las reglas graduadas 1.1 y 1.2 está previsto un puente de unión 31.2
similar, del cual un extremo se fija en la zona de un extremo de
una primera regla graduada 1.1 y del cual el otro extremo soporta
un cabezal lector 32.2 para la otra regla graduada 1.2. En este
sentido se deberá procurar que el material en el que están
fabricados los puentes de unión 31.1 y 31.2 presente el menor
coeficiente de dilatación térmica posible. De este modo se
garantiza que los puentes de unión no estén sometidos también a
modificaciones de su geometría debidas a la temperatura. Si de este
modo se cuantifica el desplazamiento relativo de los dos extremos
de la regla graduada 1.2 en relación con los dos extremos de la
regla graduada 1.1, se puede determinar, en la dirección de
medición, un modelo de la modificación de la geometría debida a la
temperatura de una primera regla graduada respecto de una segunda,
paralela, con el cual se podrá corregir cualquier valor medido con
los cabezales lectores 2.2 ó 2.1. En este ejemplo de realización la
regla graduada de uno de los dos sistemas de medición 1.2 se
utiliza también para detectar la modificación de la geometría en la
dirección de medición.
Aquí el puente de unión puede estar construido
de tal modo que su dilatación debida a la temperatura sea casi
cero. Parece especialmente ventajosa la opción de realizar el
cabezal lector 32.1 ó 32.2 para la regla graduada 1.2 en el punto
de unión de dos travesaños unidos en forma de V y fabricados en
ínvar o vacodil, cuyos otros extremos están unidos sólidamente a la
máquina en la zona del extremo de la otra regla graduada 1.1.
Las señales de salida de todos los sistemas de
medición 1.1 con 2.1, 1.2 con 2.2, 32.1 y 32.2 son conducidas a un
dispositivo electrónico de compensación en el que se calcula el
modelo matemático de la dilatación de las reglas graduadas. Para
ello está previsto un procesador en el que se ha almacenado ya un
modelo de rango superior, para el cual se calculan los coeficientes
en función de los valores detectados en los cabezales lectores 32.1
y 32.2. A continuación los valores de medición de los cabezales
lectores 2.1 y 2.2 se corrigen en un valor de corrección,
individual para el valor de medición y determinado con ayuda del
modelo. Como alternativa la corrección de los valores detectados
por los cabezales lectores 2.1 y 2.2 puede tener lugar también en
un mando que cumpla otras funciones de regulación para la
máquina.
En la figura 4 se representa otra forma de
realización conforme a la invención. De forma similar al ejemplo de
realización precedente, en cada zona del extremo de una regla
graduada 1.1 se fija un extremo de dos puentes de unión 41.1 y 41.2
estables frente a cambios de temperatura. En el otro extremo de los
puentes de unión 41.1 y 41.2 está previsto un cabezal palpador 42.1
y 42.2, que cuantifica el desplazamiento de los extremos de la otra
regla graduada 1.2, en la dirección de medición, respecto de la
regla graduada 1.1. Con estos valores de medición se puede
determinar a su vez un modelo para la modificación de la geometría,
debida a la temperatura, de la regla graduada 1.2 respecto de la
regla graduada 1.1. En comparación con el ejemplo de realización de
la figura 3, esta realización se caracteriza porque se utilizan unos
aparatos de medición especiales, los cabezales palpadores 42.1 y
42.2, con el fin de detectar el desplazamiento relativo de una
primera regla graduada 1.1 en relación con una segunda regla
graduada 1.2.
Aquí los puentes de unión 41.1 y 41.2 se sujetan
en la máquina en un punto estrecho. Mediante este tipo de unión se
garantiza que los puentes de unión 41.1 y 41.2 no se deformen si la
geometría de la máquina se modifica debido a la temperatura. Por
otra parte, de este modo se puede impedir una transmisión térmica
intensa desde la máquina a los puentes de unión 41.1 y 41.2. Como
alternativa cabe también la posibilidad de una unión unilateral de
los puentes de unión 41.1 y 41.2 al asiento sobre el que está
montada la máquina.
En la figura 5 se representa un ejemplo de
realización de la estructura conforme a la invención, en el cual
están previstos cuatro estiletes de medición que cuantifican el
desplazamiento de los extremos de las reglas graduadas 1.1 y 1.2 en
la dirección de medición. Estos estiletes están alojados en puentes
de unión estables respecto a la temperatura. Tan pronto como se
modifica la geometría de la máquina, desplazándose por tanto los
extremos de las reglas graduadas 1.1 y 1.2, los estiletes de
medición se activan en la forma correspondiente. A partir de estos
valores de medición se puede calcular un modelo para la modificación
de la geometría de las máquinas, y se puede corregir cualquier
punto de medición de los valores medidos determinados a través de
las unidades palpadoras 2.1 y 2.2 del eje Gantry 4. Una realización
de este tipo resulta especialmente ventajosa si los puentes de
unión 41.1 y 41.2 de la figura 4, desde los extremos de un sistema
extensómetro 1.1 a los extremos del otro sistema extensómetro 1.2
no quedan, en caso de modificaciones de la temperatura, en paralelo
a la geometría originaria de la máquina antes del
calentamiento.
calentamiento.
Todos los ejemplos de realización anteriores
parten del supuesto de que las reglas graduadas 1.1 y 1.2 están
sujetas a la máquina en la zona de sus dos extremos. No obstante, si
sólo está prevista una sujeción en la zona de un único extremo de
cada regla graduada 1.1 y 1.2, tal como se representa en la figura
6, se prevé sólo un puente de unión 91, estable respecto a la
temperatura, en la zona de estos extremos fijos de las reglas
graduadas 1.1 y 1.2. Aquí un extremo del puente de unión se sujeta
en la zona de un extremo de una primera regla graduada 1.1, y el
otro extremo del puente de unión 91 soporta un cabezal lector con el
que se mide el desplazamiento de la otra regla graduada 1.2
respecto de la primera regla graduada 1.1. En la zona de los otros
extremos de las reglas graduadas 1.1 y 1.2 se disponen unos sensores
de temperatura 92.1 y 92.2. Si se parte de una temperatura
constante en toda la longitud de la regla graduada, y si se conocen
los coeficientes de dilatación del material de la regla graduada,
se puede calcular un modelo para la dilatación, debida a la
temperatura, de las reglas graduadas 1.1 y 1.2, y se pueden corregir
los valores medidos en el eje Gantry 4.
En la figura 7 se representa otro ejemplo de
realización conforme a la invención. En el puente de unión 61 están
previstos nuevamente dos cabezales palpadores 62.1 y 62.2 para
determinar la posición de los sistemas extensómetros 63.1 y 63.2.
Estos sistemas extensómetros 63.1 y 63.2 se realizan ahora mediante
interferómetro láser. Por este motivo sólo se necesita prever un
puente de unión 61 en un lado de la máquina. Cada uno de los
interferómetros láser 63.1 y 63.2 contiene un retrorreflector 65.1 y
65.2 para la reflexión del haz de trabajo desde el eje Gantry 4
hacia la estructura de interferómetro 63.1 y 63.2. Por otra parte
están previstos detectores 64.1 y 64.2, para comprobar las
condiciones del entorno que influyen sobre la longitud de onda del
rayo láser. Si se modifica la geometría de la máquina, por ejemplo
debido a las oscilaciones de la temperatura, de modo que el
interferómetro láser 63.2 se desplace en relación al interferómetro
láser 63.1, este desplazamiento se podrá detectar y compensar
mediante las señales de medición de los cabezales palpadores 62.1 y
62.2. De este modo se garantiza que los accionamientos del eje
Gantry 4 discurran de forma síncrona y que éstos no se puedan
ladear. Aquí el puente de unión 61 se deberá fabricar nuevamente en
un material que presente la menor variación posible de la geometría
en función de la temperatura.
En la figura 8 se representa una variación de la
realización de la figura 7. Están previstos dos interferómetros
láser 73.1 y 73.2 paralelos, con los correspondientes detectores
74.1 y 74.2, así como retrorreflectores 75.1 y 75.2. Sin embargo
los interferómetros láser 73.1 y 73.2 se sujetan en el puente de
unión 71 estable respecto a la temperatura. Por este motivo no se
necesitan ya cabezales palpadores 72.1 y 72.2 adicionales, pues a
partir de ahora los propios interferómetros láser se sujetan en el
puente de unión 71 estable respecto a la temperatura. Éstos se
pueden utilizar ahora para detectar modificaciones pronunciadas de
la geometría de la máquina, que hagan temer el abandono de las
conducciones previstas por parte del eje Gantry 4. En un caso de
este tipo se puede emitir una señal de aviso, dando a entender que
la geometría de la máquina no permite ya un funcionamiento
correcto.
La figura 9 muestra otra forma de realización de
la estructura conforme a la invención. Aquí se montan dos reglas
graduadas paralelas 1.1 y 1.2 entre dos puentes de unión 81.1 y 81.2
estables respecto a la temperatura. Con la máquina que se encuentra
entre las reglas graduadas 1.1 y 1.2 y los puentes de unión 81.1 y
81.2 no se deberá producir contacto alguno tan pronto como se haya
calibrado el conjunto de la estructura formada por la máquina, los
puentes de unión 81.1, 81.2 y las reglas graduadas 1.1, 1.2. Dado
que las reglas graduadas 1.1 y 1.2 sólo están sujetas y unidas a
los puentes de unión 81.1 y 81.2, estables respecto de la
temperatura, no tienen posibilidad de deformarse en función de la
temperatura de tal modo que se produzcan errores de medición. Por
ello una modificación de la geometría en la máquina debida a la
temperatura no tiene influencia sobre los sistemas extensómetros.
Aquí las longitudes existentes en los dos extremos de las reglas
graduadas 1.1 y 1.2, que se necesitan únicamente para la sujeción a
los puentes de unión 81.1 y 81.2, no deberán presentar,
evidentemente, una estructura dividida.
En lo sucesivo se describirá y se explicará un
procedimiento apropiado para la compensación del desplazamiento
relativo de las reglas graduadas 1.1 y 1.2 entre sí. Para la
compensación del desplazamiento relativo de la regla graduada 1.2
frente a la regla graduada 1.1 en la dirección de medición x se
eligen las siguientes denominaciones, como se puede ver en la
figura 10:
1.1: Primera regla graduada, respecto de la
cual se detecta el desplazamiento de la segunda regla graduada
1.2,
1.2: Segunda regla graduada, que como
consecuencia de la dilatación térmica se desplaza en relación a la
primera regla graduada 1.1,
2.1: Cabezal lector del eje Gantry 4 para
la regla graduada 1.1,
2.2: Cabezal lector del eje Gantry 4 para
la regla graduada 1.2,
4: Eje Gantry, que se desplaza
en la dirección de medición x,
5: Bancada de la máquina,
101.1: Puente de unión entre la primera y la
segunda regla graduada en la zona de un primer extremo de las
reglas graduadas,
101.2: Puente de unión entre la primera y la
segunda regla graduada en la zona de un segundo extremo de las
reglas graduadas,
102.1: Cabezal lector sujeto en el puente de
unión 101.1, en la zona de un primer extremo de las reglas
graduadas,
102.2: Cabezal lector sujeto en el puente de
unión 101.1, en la zona de un segundo extremo de las reglas
graduadas,
103: Punto de referencia de la estructura en su
conjunto en la dirección de medición x,
x: Dirección de medición de las dos reglas
graduadas,
X1A: Posición del inicio de la zona de medición
de la regla graduada 1.1 en la dirección de medición x,
X2A: Posición del inicio de la zona de medición
de la regla graduada 1.2 en la dirección de medición x,
X1E: Posición del final de la zona de medición
de la regla graduada 1.1 en la dirección de medición x,
X2E: Posición del final de la zona de medición
de la regla graduada 1.2 en la dirección de medición x,
X1: Posición real del eje Gantry 4
en la dirección de medición en la regla graduada 1.1,
X2: Posición real del eje Gantry 4
en la dirección de medición en la regla graduada 1.2,
A2.1: Valor de salida del cabezal lector
2.1,
A2.2: Valor de salida del cabezal lector
2.2,
A102.1: Valor de salida del cabezal lector
102.1,
A102.2: Valor de salida del cabezal lector
102.2,
Si se miden posiciones a una temperatura
diferente de la temperatura de calibrado (por ejemplo 20 grados
Celsius), éstas se señalan con un apóstrofo, por ejemplo: X1A'
designa la posición del inicio de la zona de medición de la regla
graduada 1.1 en la dirección de medición x a una temperatura
distinta a la temperatura de calibrado (20 grados Celsius).
Si se utilizan sistemas extensómetros y reglas
graduadas sujetos a la máquina únicamente en un lado, en la zona
X1A y X2A, como se representa en la figura 6, se toma como punto de
partida, para la compensación del valor de salida del cabezal
lector 2.2 del eje Gantry 4, una modificación de la geometría de la
máquina, debida a la temperatura, en la que la regla graduada 1.2
se ha desplazado por debajo del cabezal lector 102.1. La
compensación del valor de salida A2.2 del cabezal lector 2.2 tiene
lugar pues según la siguiente ecuación:
A2.2 = A102.1'
+
A2.2'
Así pues, al valor posicional A2.2', determinado
por el cabezal lector 2.2, en la dirección de medición x se añade
el desplazamiento A102.1’ que ha efectuado el punto de sujeción de
la regla graduada 1.2 en relación con el punto de sujeción de la
regla graduada 1.1.
Si se utiliza una estructura conforme a la
invención como la representada en la figura 7, se toma como punto
de partida, para la compensación del valor de salida X2’ del
interferómetro láser 63.2 para determinar la posición de salida del
eje Gantry 4, una modificación de la geometría de la máquina, debida
a la temperatura, en la que el valor de los cabezales 62.1 y 62.2
montados en el puente de unión 61, estable respecto a la
temperatura, se ha modificado en diferente medida como consecuencia
de una modificación de la temperatura. La compensación del valor
de salida AW del interferómetro láser 63.1 tiene lugar pues según la
siguiente ecuación:
X2' = X1A' -
X2A' +
X1
Así pues, al desplazamiento de la máquina en la
dirección de medición, medido por los dos cabezales palpadores 62.1
y 62.2, se suma el valor medido por el sistema extensómetro
compuesto por el interferómetro láser 63.1. El método de cálculo
anteriormente mencionado se deberá modificar en consecuencia si el
desplazamiento relativo de los sistemas extensómetros entre sí en
la dirección de medición es mayor en el otro lado de la máquina.
Si se utilizan sistemas extensómetros y reglas
graduadas sujetos a la máquina en dos lados, en la zona X1A, X2A y
en la zona X1E, X2E, como se representa en la figura 3, se toma como
punto de partida, para la compensación del valor de salida del
cabezal lector 2.2 del eje Gantry 4, una modificación de la
geometría de la máquina, debida a la temperatura, en la que la
regla graduada 1.2 se ha desplazado por debajo de los dos cabezales
lectores 102.1 y 102.2. La compensación del valor de salida A2.2 del
cabezal lector 2.2 tiene lugar pues según la siguiente
ecuación:
A2.2' =
A102.1' + A2.1 + A2.1 * (A102.2' -
A102.1')/I,
siendo I la longitud de la regla
graduada 1.2. Con esta ecuación se utiliza un modelo lineal de la
dilatación debida a la temperatura para la compensación del
desplazamiento relativo de las dos reglas graduadas entre
sí.
En una estructura de los sistemas extensómetros
conforme a la invención y según las figuras 2, 4 ó 5 la compensación
del valor de salida A2.2 del cabezal lector 2.2 tiene lugar de la
forma siguiente:
A2.2' = I *
(A102.1' + A2.1) / (I-A102.1' +
A102.2')
También aquí se toma como punto de partida un
modelo lineal para el desplazamiento de la regla graduada 1.2 en
relación con la regla graduada 1.1, y se efectúa la correspondiente
compensación lineal.
Los procedimientos de compensación descritos más
arriba se ponen en práctica preferiblemente mediante módulos
digitales, hacia los cuales se conducen los valores de medición
necesarios de los sistemas extensómetros y de los demás aparatos de
medición dispuestos en los puentes de unión. Estos módulos digitales
se disponen bien como interfaz entre los sistemas extensómetros y
los aparatos de medición y otra unidad de procesamiento, al menos
una, para las señales de medición, o bien integrados en la otra
unidad de procesamiento. Con una realización como interface éste
emite sólo los valores de medición corregidos de ambos sistemas
extensómetros.
Claims (19)
1. Estructura con sistemas extensómetros
(1.1, 1.2) dispuestos en una máquina, en paralelo entre sí, en
perpendicular a la dirección de medición (X) y a una distancia
entre sí, caracterizada por al menos un puente de unión
(22.1, 22.2, 31.1, 31.2, 41.1, 41.2, 91), con geometría
independiente de la temperatura, entre los dos sistemas
extensómetros (1.1, 1.2) para la reducción de desviaciones de
medida, debidas a la temperatura, de los sistemas extensómetros
(1.1, 1.2), donde el puente de unión (22.1, 22.2, 31.1, 31.2, 41.1,
41.2. 91) está unido sólidamente a un primer sistema extensómetro
(1.1) en un primer punto en la dirección de medición (X), y
porque está previsto al menos un aparato de
medición (20.1, 20.2, 21.1, 21.2, 21.3, 21.4, 32.1, 32.2, 42.1,
42.2, 93) que detecta el desplazamiento entre el puente de unión
(22.1, 22.2, 31.1, 31.2, 41.1, 41.2, 91) y el segundo sistema
extensómetro (1.2) en la dirección de medición (X).
2. Estructura según la reivindicación 1,
caracterizada porque el puente de unión entre los dos
sistemas extensómetros paralelos (1.1, 1.2) es un rayo de luz
(22.1, 22.2).
3. Estructura según la reivindicación 2,
caracterizada porque el aparato de medición (20.1, 20.2,
22.1, 22.2, 21.1, 21.2, 21.3, 21.4), que mide el desplazamiento
relativo de los dos sistemas extensómetros (1.1, 1.2) entre sí,
consiste en al menos dos diodos fotosensibles (21.1, 21.2, 21.3,
21.4), dispuestos uno detrás de otro en la dirección de medición
(X).
4. Estructura según la reivindicación 1,
caracterizada porque el puente de unión (31.1, 31.2, 41.1,
41.2), al menos uno, es un travesaño que discurre básicamente en
perpendicular a la dirección de medición (X) y que se sujeta a la
máquina en la zona del extremo del primer sistema extensómetro (1.1)
ó en la zona del punto de sujeción de la regla graduada (1.1) del
primer sistema extensómetro, o en la propia regla graduada
(1.1).
5. Estructura según la reivindicación 4,
caracterizada porque el puente de unión (31.1, 31.2) presenta
en el otro extremo un cabezal lector (32.1, 32.2) con el que se
explora la regla graduada (1.2) del segundo sistema
extensómetro.
6. Estructura según la reivindicación 4,
caracterizada porque el puente de unión (41.1, 41.2) presenta
en el otro extremo un cabezal palpador (42.1, 42.2), con el que se
explora al menos un extremo de la regla graduada (1.2) del segundo
sistema extensómetro, o la zona de la máquina en la que esta regla
graduada (1.2) está sujeta a la máquina.
7. Estructura según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque en la dirección
de medición (X), en la zona de ambos extremos de los sistemas
extensómetros (1.1, 1.2), está previsto para cada uno un puente de
unión (31.1, 31.2, 41.1, 41.2) y un aparato de medición (32.1, 32.2,
42.1, 42.2).
8. Estructura según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque los sistemas
extensómetros (1.1, 1.2) están unidos sólidamente a la máquina sólo
en un extremo, porque en este extremo está previsto el puente de
unión (93), porque el puente de unión (91), en la zona de un extremo
o de un punto de sujeción situado en la zona del extremo del primer
sistema extensómetro (1.1) está unido sólidamente a la máquina o al
primer sistema extensómetro (1.1), porque en el otro extremo del
puente de unión (91) está previsto un cabezal lector (91) para el
segundo sistema extensómetro (1.2), y porque en la zona de los otros
extremos de los sistemas extensómetros (1.1, 1.2) están previstos
sensores de temperatura (92.1, 92.2).
9. Estructura con sistemas extensómetros
(1.1, 1.2, 63.1, 63.2) dispuestos en una máquina, en paralelo entre
sí, en perpendicular a la dirección de medición (X) y a una
distancia entre sí, caracterizada por al menos un puente de
unión (51.1, 51.2, 61), con geometría independiente de la
temperatura, entre los dos sistemas extensómetros (1.1, 1.2, 63.1,
63.2) para la reducción de desviaciones de medida, debidas a la
temperatura, de los sistemas extensómetros (1.1, 1.2, 63.1, 63.2),
donde el puente de unión (51.1, 51.2, 61) está dispuesto sin unión
rígida a la máquina y a los sistemas extensómetros (1.1, 1.2, 63.1,
63.2), con lo que el puente de unión (51.1, 51.2, 61) es
independiente de las modificaciones de la geometría de la máquina, y
porque
está previsto un primer aparato de medición
(52.1, 52.3, 52.4, 62.1) que detecta el desplazamiento entre el
puente de unión (51.1, 51.2, 61) y el primer sistema extensómetro
(1.1, 63.1) en la dirección de medición (X), y está previsto un
segundo aparato de medición (52.2, 52.4, 62.2) que detecta el
desplazamiento entre el puente de unión (51.1, 51.2, 61) y el
segundo sistema extensómetro (1.2, 63.2) en la dirección de medición
(X).
10. Estructura según la reivindicación 9,
caracterizada porque se disponen dos puentes de unión (51.1,
51.2) en la dirección de medición (X) frente a los respectivos
extremos de los sistemas extensómetros (1.1, 1.2), y porque se
sujetan unos aparatos de medición (52.1, 52.2, 52.3, 52.4) en los
puentes de unión, que detectan los desplazamientos de la máquina
y/o de los sistemas extensómetros (1.1, 1.2) en la dirección de
medición (X).
11. Estructura según la reivindicación 9,
caracterizada porque como sistemas extensómetros se utilizan
interferómetros láser, cuyos láseres (63.1, 63.2) están sujetos a la
máquina, y porque se detecta, mediante cabezales palpadores (62.1,
62.2) dispuestos en el puente de unión (61), un desplazamiento de
los láseres (63.1, 63.2) en la dirección de medición (X) como
consecuencia de una modificación, debida a la temperatura, de la
geometría de la máquina.
12. Estructura con sistemas extensómetros
(1.1, 1.2, 73.1, 73.2) dispuestos en una máquina, en paralelo entre
sí, en perpendicular a la dirección de medición (X) y a una
distancia entre sí, caracterizada por al menos un puente de
unión (71, 81.1, 81.2), con geometría independiente de la
temperatura, entre los dos sistemas extensómetros (1.1, 1.2, 73.1,
73.2) para la reducción de desviaciones de medida, debidas a la
temperatura, de los sistemas extensómetros (1.1, 1.2, 73.1, 73.2),
donde el puente de unión (71, 81.1, 81.2) se dispone sin unión
rígida a la máquina, con lo que el puente de unión (71, 81.1, 81.2)
es independiente de las modificaciones de la geometría de la
máquina, donde, en el punto en que el puente de unión (71, 81.1,
81.2) alcanza el primer sistema extensómetro (1.1, 73.1), está
prevista una unión sólida entre el puente de unión (71, 81.1, 81.2)
y el primer sistema extensómetro (1.1, 73.1), y donde, en el punto
en que el puente de unión (71, 81.1, 81.2) alcanza el segundo
sistema extensómetro (1.2, 73.2), está prevista una unión sólida
entre el puente de unión (71, 81.1, 81.2) y el segundo sistema
extensómetro (1.2, 73.2).
13. Estructura según la reivindicación 12,
caracterizada porque se disponen dos puentes de unión (81.1,
81.2) en la dirección de medición (X), frente a los respectivos
extremos de los sistemas extensómetros (1.1, 1.2), y porque el
correspondiente extremo de los sistemas extensómetros (1.1, 1.2)
está unido sólidamente a uno de los puentes de unión (81.1,
81.2).
14. Estructura según la reivindicación 12,
caracterizada porque la máquina presenta una estructura
Gantry con un eje Gantry (4), porque como sistemas extensómetros
(1.1, 1.2) para el eje Gantry (4) se utilizan interferómetros
láser, y porque los láseres (73.1, 73.2) están sujetos al puente de
unión (71) y los retrorreflectores (75.1, 75.2) al eje Gantry
(4).
15. Procedimiento para la reducción de
desviaciones de medida de sistemas extensómetros (1.1, 1.2)
dispuestos en una máquina, en paralelo entre sí, en perpendicular a
la dirección de medición (X) y a una distancia entre sí, donde se
detecta un desplazamiento entre puntos extremos de los sistemas
extensómetros (1.1, 1.2) en la dirección de medición (X), se forma
un modelo con el que se detecta el desplazamiento entre los sistemas
extensómetros paralelos (1.1, 1.2), y donde los valores de medición
(X1, X2) de los sistemas extensómetros (1.1, 1.2) se corrigen con
los valores de corrección determinados en el modelo para estos
valores de medición (X1, X2).
16. Procedimiento según la reivindicación
15, caracterizado porque, con la utilización de
interferómetros láser (63.1, 64.1, 65.1, 63.2, 64.2, 65.2), fijos a
la máquina como sistemas extensómetros paralelos para la
compensación de desplazamientos relativos de los dos extensómetros
entre sí, se calcula el valor de medición del segundo
interferómetro láser (63.2, 64.2, 65.2) como suma del valor de
medición del primer interferómetro láser más la diferencia,
orientada en la dirección de medición (X) de los puntos de sujeción
del primer interferómetro láser (X1A) y del segundo interferómetro
láser (X2A).
17. Procedimiento según la reivindicación
15 para estructuras según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque el valor de medición (X2) de un segundo
sistema extensómetro (1.2) se calcula a partir de la suma del
desplazamiento (A102.1') del segundo sistema extensómetro (1.2) en
contra de la dirección de medición (X) más el valor de medición
(X1) del primer sistema extensómetro más la diferencia, multiplicada
por el cociente resultante del valor de medición del primer sistema
extensómetro (X1) y la longitud (1) del sistema extensómetro,
entre el desplazamiento (A102.2') del segundo sistema extensómetro
(1.2) en la dirección de medición (X) y el desplazamiento (A102.1')
del segundo sistema extensómetro (1.2) en contra de la dirección de
medición (X).
18. Procedimiento según la reivindicación
15 para estructuras con sistemas extensómetros (1.1, 1.2)
suspendidos elásticamente en un lado de la máquina,
caracterizado porque el valor de medición (X2) de un segundo
sistema extensómetro (1.2) se calcula a partir de la suma del
desplazamiento (A102.1) del segundo sistema extensómetro (1.2) en
contra de la dirección de medición (X) más el valor de medición (X1)
del primer sistema extensómetro, multiplicada por el cociente
resultante de la longitud (l) del sistema extensómetro partida por
la suma formada por la longitud del sistema extensómetro (l) y el
desplazamiento (A102.1') del segundo sistema extensómetro (1.2) en
contra de la dirección de medición (X), menos el desplazamiento
(A102.2') del segundo sistema extensómetro (1.2) en la dirección de
medición (X).
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque los valores de
medición determinados por los sistemas extensómetros y aparatos de
medición se conducen hacia un circuito compensador, porque en el
circuito compensador se forma, en base a las señales recibidas, un
modelo matemático para la compensación y porque se emiten los
valores de medición compensados por el circuito compensador.
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