Una etapa lineal o etapa de traslación es un componente de un sistema de movimiento preciso que se utiliza para restringir un objeto a un solo eje de movimiento. El término deslizamiento lineal a menudo se usa indistintamente con "plataforma lineal", aunque técnicamente "deslizamiento lineal" se refiere a un rodamiento de movimiento lineal , que es solo un componente de una plataforma lineal. Todas las etapas lineales constan de una plataforma y una base, unidas por algún tipo de guía o cojinete lineal de tal manera que la plataforma se restringe al movimiento lineal con respecto a la base. En el uso común, el término etapa lineal puede incluir o no también el mecanismo mediante el cual se controla la posición de la plataforma con respecto a la base.
Principio de funcionamiento
En el espacio tridimensional, un objeto puede girar o trasladarse a lo largo de cualquiera de los tres ejes. Por tanto, se dice que el objeto tiene seis grados de libertad (3 rotacionales y 3 traslacionales). Una etapa lineal exhibe solo un grado de libertad (traslación a lo largo de un eje). En otras palabras, las etapas lineales operan restringiendo físicamente 3 ejes de rotación y 2 ejes de traslación, lo que permite el movimiento en un solo eje de traslación.
Tipos de guías
Los escenarios lineales consisten en una plataforma que se mueve en relación con una base. La plataforma y la base están unidas por algún tipo de guía que restringe el movimiento de la plataforma a una sola dimensión. Se utiliza una variedad de diferentes estilos de guías, cada uno con sus ventajas e inconvenientes, lo que hace que cada tipo de guía sea más apropiado para algunas aplicaciones que para otras.
Rodillos
- Beneficios
- Barato.
- Inconvenientes
- baja capacidad de carga, poca precisión, corta vida útil.
- Aplicaciones
- Escenarios de laboratorio de óptica, guías de cajón.
Rodamiento de bolas de recirculación
- Beneficios
- Viajes ilimitados, relativamente económicos.
- Inconvenientes
- Baja capacidad de carga, rápido desgaste, carga de posicionamiento oscilante a medida que los rodamientos recirculan.
- Aplicaciones
Flexura
- Beneficios
- Excelente precisión, sin juego, sin desgaste (vida útil infinita).
- Inconvenientes
- Recorrido corto (limitado por el rango de flexión), baja capacidad de carga, caro.
- Aplicaciones
- Alineación de fibra óptica.
Manguito cilíndrico
- Beneficios
- Gran capacidad de carga, viajes ilimitados, económicos.
- Inconvenientes
- Susceptible a atascarse si hay momentos flectores.
- Aplicaciones
- Sierras de brazo radial, escáneres, impresoras.
Encajar
- Beneficios
- Máxima capacidad de carga, viajes ilimitados, larga vida útil, económico.
- Inconvenientes
- Requiere alta fuerza de posicionamiento, susceptible de atascarse si hay momentos flectores, alto juego.
- Aplicaciones
- Equipo de taller mecánico (ej. Mesas de molino y torno).
Métodos de control de posición
La posición de la plataforma móvil con respecto a la base fija se controla típicamente mediante un actuador lineal de alguna forma, ya sea manual, motorizado o hidráulico / neumático. El método más común es incorporar un tornillo de avance que pase a través de una tuerca de avance en la plataforma. La rotación de tal tornillo de avance puede controlarse manualmente o mediante un motor.
Manual
En las etapas lineales manuales, generalmente se usa una perilla de control unida a un tornillo de avance. La perilla puede estar indexada para indicar su posición angular. El desplazamiento lineal de la platina está relacionado con el desplazamiento angular de la perilla por el paso del tornillo de avance. Por ejemplo, si el paso del tornillo de avance es de 0,5 mm, una revolución completa de la perilla moverá la plataforma del escenario 0,5 mm con respecto a la base del escenario. Si la perilla tiene 50 marcas de índice alrededor de su circunferencia, entonces cada división de índice equivale a 0.01 mm de movimiento lineal de la plataforma del escenario.
Las etapas de precisión, como las que se usan para la óptica , no usan un tornillo de avance, sino que usan un tornillo de paso fino o un micrómetro que presiona una almohadilla de metal endurecido en la plataforma del escenario. Girar el tornillo o el micrómetro empuja la plataforma hacia adelante. Un resorte proporciona fuerza de restauración para mantener la plataforma en contacto con el actuador. Esto proporciona un movimiento más preciso del escenario. Las etapas diseñadas para ser montadas verticalmente usan una disposición ligeramente diferente, donde el actuador está unido a la plataforma móvil y su punta descansa sobre una almohadilla de metal en la base fija. Esto permite que el peso de la plataforma y su carga sean soportados por el actuador en lugar del resorte.
Motor paso a paso
En algunas etapas automatizadas, se puede usar un motor paso a paso en lugar o además de una perilla manual. Un motor paso a paso se mueve en incrementos fijos llamados pasos. En este sentido, se comporta de forma muy similar a una perilla indexada. Si el paso del tornillo de avance es de 0,5 mm y el motor paso a paso tiene 200 pasos por revolución (como es común), entonces cada revolución del motor dará como resultado un movimiento lineal de 0,5 mm de la plataforma del escenario, y cada paso dará como resultado 0,0025 mm de movimiento lineal.
Motor DC con codificador
En otras etapas automatizadas, se puede utilizar un motor de CC en lugar de una perilla de control manual. Un motor de CC no se mueve en incrementos fijos. Por lo tanto, se requiere un medio alternativo para determinar la posición del escenario. Se puede adjuntar una escala a las partes internas de la etapa y se puede usar un codificador para medir la posición de la etapa en relación con la escala e informar esto al controlador del motor, lo que permite que un controlador de movimiento mueva de manera confiable y repetida la etapa a las posiciones establecidas.
Configuraciones de escenario de múltiples ejes
Para el control de posición en más de una dirección, se pueden usar múltiples etapas lineales juntas. Una etapa de "dos ejes" o "XY" se puede ensamblar a partir de dos etapas lineales, una montada en la plataforma de la otra de manera que el eje de movimiento de la segunda etapa sea perpendicular al de la primera. Una platina de dos ejes con la que muchas personas están familiarizadas es una platina de microscopio, que se usa para colocar un portaobjetos debajo de una lente. Una etapa de "tres ejes" o "XYZ" se compone de tres etapas lineales montadas entre sí (a menudo con el uso de un soporte angular adicional) de manera que los ejes de movimiento de todas las etapas sean ortogonales. Algunas etapas de dos y tres ejes son diseños integrados en lugar de ensamblarse a partir de etapas independientes de un solo eje. Algunas etapas de múltiples ejes también incluyen elementos giratorios o de inclinación, como etapas giratorias o goniómetros de posicionamiento . Combinando elementos lineales y giratorios de diversas formas, también son posibles etapas de cuatro, cinco y seis ejes. Las etapas lineales adoptan una forma avanzada de sistemas de posicionamiento de alto rendimiento en aplicaciones que requieren una combinación de alta velocidad, alta precisión y alta fuerza.
Variaciones
Deslizamiento lineal, Etapa lineal nano, Etapa lineal de posicionamiento nano, Etapa lineal de mecanizado de ultra precisión