I robot industriali sono diventati indispensabili per l’automazione e per facilitare il lavoro delle aziende. Per poter controllare accuratamente i loro movimenti è diventato necessario rilevare con alta precisione gli angoli. Con questo articolo vedremo insieme i dispositivi nati dal costante impegno di Tamagawa per valutare la precisione di un angolo.
Perché è necessaria una misurazione angolare precisa?L’encoder rotativo utilizzato come sensore angolare dei servomotori è un sensore indispensabile per il controllo di robot industriali e apparecchiature per la produzione di semiconduttori. I processi di miniaturizzazione e densificazione dei prodotti richiedono che le attrezzature di produzione siano in grado di eseguire movimenti di precisione. Inizialmente, alla fine degli anni ’90, la risoluzione degli encoder rotativi era di 11 bit (1 bit equivale a circa 0,18° = risoluzione che divide 360° in segmenti di 0,18°); nei primi anni 2000 la risoluzione vide invece notevoli miglioramenti passando a 17 bit (1 bit corrisponde a circa 0,003° = risoluzione che divide 360° in segmenti di 0,003°). Con il continuo miglioramento della risoluzione è di conseguenza aumentata la necessità di controllare accuratamente la calibrazione per verificare se gli angoli dei sensori angolari sono corretti e per valutarne la precisione.
Come avviene la calibrazione angolare?La calibrazione angolare viene valutata eseguendo un confronto tra la precisione di un sensore angolare e un riferimento. Poiché fare ogni volta un confronto con il campione di riferimento definito dalla legge sarebbe logisticamente complicato, viene utilizzato come dispositivo di calibrazione un encoder rotativo riconosciuto come standard secondario nazionale.
La connessione tra il sensore angolare dell’utente e lo standard secondario è chiamata tracciabilità ed è richiesta dalle norme ISO9001 e IATF16949. Gli standard internazionali per lunghezza e peso esistono già da tempo, ma non ci sono ancora standard internazionali per la misurazione angolare. In Giappone nel 2003 sono stati sviluppati degli strumenti standard ed è stato istituito un sistema di tracciabilità.
Attività di calibrazione angolare di Tamagawa Seiki Co., Ltd. Durante lo sviluppo di un encoder rotativo per uso generico, Tamagawa ha anche lavorato allo sviluppo di un sensore angolare speciale utilizzato al National Astronomical Observatory of Japan per misurare la rotazione di un’antenna. Nel 1999, il loro prodotto è stato anche utilizzato per il sensore angolare del telescopio ALMA *.
Tuttavia, all’epoca, dato che non era possibile per Tamagawa misurare direttamente l’accuratezza di un angolo, presero in considerazione l’idea di sviluppare internamente un proprio sistema. Quindi nel 2008, la loro attività di calibrazione per sensori angolari, iniziata come iniziativa privata, è stata registrata come attività commerciale presso il Japan Calibration Service System (JCSS).
Calibratore angolare ad alta precisione:
Che cosa si intende con “la massima capacità di misurazione è di 0,062 secondi”?Tamagawa, per ottenere la certificazione per il calibratore angolare, si era prefissata inizialmente l’obiettivo di “sviluppare un dispositivo in grado di misurare la precisione di calibrazione dei sensori angolari in 0,1 secondi”. Per misurare la precisione in 0,1 secondi, l’errore di calcolo doveva essere di 1/10 (0,01 secondi) e la risoluzione per captare l’errore di 0,001 secondi, ovvero 1/10 dell’errore di calcolo. Tuttavia, la massima capacità di misurazione del calibratore angolare di Tamagawa è sorprendentemente di 0,062 secondi, notevolmente migliore del valore target che si erano prefissati. Ciò significa che il dispositivo ha una precisione di 1/100 rispetto al loro obiettivo originale.
Come viene misurata la precisione?La precisione di un angolo viene valutata utilizzando i due metodi seguenti. In considerazione dell’errore di montaggio, il dispositivo controlla la riproducibilità (ovvero se viene prodotto lo stesso errore) cambiando più volte la posizione dell’installazione.
1. Metodo della conversione del tempo di differenza di faseViene calcolato il numero di impulsi di clock tra i segnali di output del sensore di riferimento (che ruota a velocità costante) e il sensore angolare calibrato; quindi questo tempo viene convertito in un angolo per misurare la variazione della precisione dell’angolo.
2. Metodo di divisione equaPer la calibrazione, il sensore di riferimento e il sensore angolare vengono divisi in 5 parti uguali; le misurazioni di comparazione vengono prese ripetutamente mentre si cambia la posizione di montaggio; in seguito i 5 dati di comparazione ottenuti vengono sommati e ne viene fatta una media per ottenere la deviazione del sensore angolare calibrato.
Questo metodo consente di separare completamente la deviazione del sensore di riferimento e del sensore angolare calibrato e di estrapolare la deviazione del sensore angolare calibrato.
Contenuti tratti dal magazine “Tamagawa News” volume 23.