Sistemi di misura HEIDENHAIN per robot industriali

REPORT TECNOLOGICO

Notevole incremento dell‘accuratezza
sul Tool Center PointSistemi di misura HEIDENHAIN per robot industriali
Velocità, potenza e durevolezza sono le caratteristiche principali dei robot industriali.
Tra gli impieghi classici rientrano quindi applicazioni quali la saldatura o il sollevamento
di componenti pesanti per il montaggio di veicoli. Nonostante i metodi di calibrazione
all‘avanguardia, l‘accuratezza di posizionamento è insufficiente per determinate mansioni.
Ma ora la situazione sta cambiando, anche grazie ai sistemi di misura di elevata precisione diHEIDENHAIN e AMO.

Promotore di questa evoluzione è soprattutto l‘industria aerospaziale, in cui devono essere lavorati con elevata accuratezza
componenti di grandi dimensioni. Le macchine utensili raggiungerebbero con estrema facilità le accuratezze richieste, masono troppo poco flessibili o estremamente costose come versioni speciali per quanto riguarda luoghi di impiego e aree
di lavoro. Un robot, invece, è in grado di raggiungere senza problemi qualsiasi punto su componenti particolari, come lafusoliera di un velivolo, ed eseguire lavorazioni come forature e fresature.

Molti sono i fattori che compromettono l‘accuratezza
Per queste applicazioni il Tool Center Point, ossia l‘utensile alla fine del braccio del robot, può essere posizionato e guidato
con sufficiente accuratezza, ed è così che i robot industriali classici si spingono fino ai loro limiti. Troppi sono i fattori che
causano errori:¢ 
per garantire la mobilità desiderata, sono richiesti robot con cinematica seriale, ad esempio robot con braccio articolato

dotato di sei assi;¢ ciascuno di questi assi è azionato da un servomotore con un riduttore di velocità; errori di posizione zero, errori diinversione ed elasticità delle articolazioni sono la causa principale di imprecisioni;¢ 
le forze applicate e gli effetti dinamici durante il processo di lavorazione si ripercuotono sulla rigidità della meccanica dei

robot e influiscono negativamente sull‘accuratezza di posizione assoluta.

2Grazie a metodi di calibrazione all‘avanguardia, è già possibile raggiungere ripetutamente il Tool Center Point su una
determinata posizione entro pochi centesimi di millimetro. A seconda del costruttore, la ripetibilità di robot articolati è pari a±0,1 mm e oltre in conformità a ISO 9283.
Rispetto alla ripetibilità, l‘accuratezza assoluta ottenibile all‘interno del sistema di coordinate dei robot è peggiore di unfattore di 10. A seconda della configurazione, dell‘autonomia massima e della capacità di carico, nell‘impiego pratico i robot
articolati raggiungono oggi una accuratezza di posizione assoluta di ±1 mm. Questa però è insufficiente a soddisfare i
requisiti di accuratezza imposti da settori quali l‘industria aerospaziale. Ma i costruttori di robot vi hanno posto rimedio.

Fase 1: regolazione motore altamente dinamica
Il motor feedback dei servomotori sugli assi dei robot continua ad essere affidato ai trasduttori rotativi classici. Siccome i
servomotori richiedono un‘elevata dinamica di regolazione, possono essere ad esempio impiegati trasduttori rotativi induttivi
robusti come le serie ECI 1100 e 1300 o trasduttori rotativi multigiro delle serie EQI 1100 e 1300 di HEIDENHAIN. Questi
encoder offrono un‘elevata qualità di regolazione e accuratezza del sistema e sono inoltre particolarmente resistenti allevibrazioni. Poiché i trasduttori rotativi dispongono dell‘interfaccia EnDat puramente seriale, persino ambiti applicativi espostia forti carichi elettromagnetici non compromettono la qualità e la sicurezza della trasmissione dei dati.

Figura 1:
trasduttori rotativi classici HEIDENHAIN per il motor feedback

REPORT TECNOLOGICO
3

Questi trasduttori rotativi induttivi supportano il livello di integrità di sicurezza SIL 2, categoria 3 PL d, e con azioni
supplementari nel controllo numerico raggiungono persino SIL 3 o categoria 4 PL e. Un ulteriore vantaggio in tale contesto
è rappresentato dal fault exclusion di tipo meccanico che HEIDENHAIN ha realizzato per impedire l‘allentamento del giuntolato albero e statore. Con questo pacchetto di sicurezza, i trasduttori rotativi induttivi possono essere impiegati anche insistemi per la collaborazione uomo-robot.

Fase 2: “secondary encoder“ per la misurazione ultraprecisa della posizione
Un miglioramento significativo dell‘accuratezza di posizione assoluta dei robot è raggiungibile grazie all‘impiego di sistemi di
misura angolari o trasduttori rotativi altamente precisi aggiuntivi su ogni asse. Questi cosiddetti secondary encoder, montati
a valle del riduttore di velocità, determinano la posizione effettiva di ogni articolazione del robot. In questa configurazione,
rilevano in ogni caso l‘errore di posizione zero e il gioco di inversione. Su ogni asse del braccio robotizzato misurano inoltre leforze retroattive della lavorazione. Nel complesso ciò ha comportato un miglioramento dell‘accuratezza di posizione assolta
sul Tool Center Point del 70 - 80%.

Figura 2:
miglioramento dell‘accuratezza di posizione assoluta grazie all‘impiego di cosiddetti “secondary encoder“ suogni asse4Per queste applicazioni sono particolarmente indicati i sistemi di misura angolari modulari come ECA 4000 HEIDENHAIN
con scansione ottica, il trasduttore rotativo ECI 4000 HEIDENHAIN con scansione induttiva o il sistema di misura angolare
WMR AMO. Grazie alla loro struttura modulare con tamburo o nastro graduato e unità di scansione separata, questi
encoder sono idonei per alberi di grande diametro e per condizioni di montaggio difficoltose, come si riscontrano nei robota causa degli spazi ristretti. La qualità dei loro segnali è nettamente migliore di quella dei trasduttori rotativi sul servomotore;
sono infatti in grado di fornire valori di posizione essenzialmente più precisi, persino con movimenti altamente dinamici.

Figura 3:
sistemi di misura HEIDENHAIN e AMO di elevata accuratezza per misurazioni assolute di posizione sui robot

REPORT TECNOLOGICO
5

ECA 4000

ECI 4000

WMR

Principio di scansione

assoluto, ottico

assoluto, induttivo

incrementale, induttivo

Diametro interno

da 70 mm a 512 mm

90 mm / 180 mm

da 60 mm a 10.000 mm

Risoluzione

29 bit20 bitin funzione dell'elettronica successiva

Accuratezza di sistema±2"±25" / ±40"±3" per ogni metro di lunghezza d'arco

Resistenza alla contaminazione

+++

++

Tolleranze di montaggio++++

Tabella 1:
confronto tra i principali dati tecnici di “secondary encoder“ tipici

Fase 3: misurazione precisa della posizione per robot traslabili
Per raggiungere tutte le posizioni di lavorazione su componenti estremamente grandi e lunghi, come la fusoliera di unvelivolo, o per la produzione di componenti di fibre composite di elevate dimensioni, i robot possono essere traslati su assi
lineari lungo i componenti. Per il posizionamento ultrapreciso dei robot sugli azionamenti lineari sono disponibili i sistemi
di misura lineari incapsulati HEIDENHAIN per corse utili fino a 30 m. La misurazione di posizione con un sistema di misuralineare compensa errori termici e altri influssi della meccanica di avanzamento, che una determinazione di posizione di tipo
tradizionale non è in grado di rilevare basandosi sul valore del passo della vite a ricircolo di sfere e della posizione angolaredel trasduttore rotativo del motore.

6

Figure 4
HEIDENHAIN linear encoders

Conclusione: la misurazione ultraprecisa della posizione incrementa l‘accuratezza sul
Tool Center Point
Sistemi di misura aggiuntivi su tutti gli assi di un robot e i sistemi di misura lineari per il posizionamento del robot rispetto
al pezzo consentono una accuratezza sul Tool Center Point, che permette a robot industriali adeguatamente equipaggiati
di ottenere posizioni precise di lavorazione e di manipolazione dei componenti. I sistemi di misura angolari e lineari diHEIDENHAIN e AMO offrono non soltanto la necessaria accuratezza del sistema ma anche la necessaria flessibilità peril montaggio nella meccanica complessa e compatta dei robot. La loro idoneità per applicazioni safety-oriented permette
inoltre di realizzare sistemi per la collaborazione uomo-robot.

REPORT TECNOLOGICO
7

HEIDENHAINITALIANA S.r.l.
ViaAsiago 1420128 Milano,  Italia  { 02 27075-1  
|10 
 02 27075-2
  
E-mail:info@heidenhain.it 
www.heidenhain.it*I1233046-40*
1233046-40 · 5 · 02/2019 · H · Printed in Germany