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Una plataforma lineal o plataforma de traslación es un componente de un sistema de movimiento de precisión que se utiliza para restringir el movimiento de un objeto a un único eje. El término " carril lineal " se usa a menudo indistintamente con "plataforma lineal", aunque técnicamente "carril lineal" se refiere a un cojinete de movimiento lineal , que es solo un componente de la plataforma. Todas las plataformas lineales constan de una plataforma y una base, unidas por algún tipo de guía o cojinete lineal, de manera que la plataforma se mueve linealmente con respecto a la base. En el uso común, el término "plataforma lineal" puede incluir o no 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 rotar o trasladarse a lo largo de cualquiera de sus tres ejes. Por lo tanto, se dice que el objeto tiene seis grados de libertad (tres de rotación y tres de traslación). Una plataforma lineal presenta solo un grado de libertad (traslación a lo largo de un eje). En otras palabras, las plataformas lineales funcionan restringiendo físicamente tres ejes de rotación y dos de traslación, lo que permite el movimiento únicamente en un eje de traslación.
Tipos de guía
Las plataformas lineales constan de una plataforma que se mueve con respecto a una base. La plataforma y la base están unidas por una guía que limita el movimiento de la plataforma a una sola dimensión. Se utilizan diversos tipos de guías, cada una con sus ventajas e inconvenientes, lo que hace que cada tipo sea más adecuado para ciertas aplicaciones que para otras.
Rodillos
- Beneficios
- Barato.
- Desventajas
- Baja capacidad de carga, poca precisión, corta vida útil.
- Aplicaciones
- Plataformas de laboratorio de óptica, guías para cajones.
Rodamiento de bolas recirculante
- Beneficios
- Viajes ilimitados a un precio relativamente económico.
- Desventajas
- Baja capacidad de carga, rápido desgaste, carga de posicionamiento oscilante debido a la recirculación de los cojinetes.
- Aplicaciones
- CNC, impresión 3D.
Flexura
- Beneficios
- Excelente precisión, sin holgura, sin desgaste (vida útil infinita).
- Desventajas
- Recorrido corto (limitado por el rango de flexión), baja capacidad de carga, caro.
- Aplicaciones
- Alineación de la fibra óptica.
Manguito cilíndrico
- Beneficios
- Gran capacidad de carga, viajes ilimitados, económico.
- Desventajas
- Es susceptible de atascarse si existen momentos flectores.
- Aplicaciones
- Sierras de brazo radial, escáneres, impresoras.
Encajar
- Beneficios
- Máxima capacidad de carga, viajes ilimitados, larga vida útil, económico.
- Desventajas
- Se requiere una fuerza de posicionamiento elevada, es susceptible a atascarse si existen momentos de flexión y presenta una gran holgura.
- Aplicaciones
- Equipos para talleres mecánicos (por ejemplo, mesas de fresado y torno).
Métodos de control de posición
La posición de la plataforma móvil con respecto a la base fija se controla normalmente mediante un actuador lineal , ya sea manual, motorizado o hidráulico/neumático. El método más común consiste en incorporar un husillo que atraviesa una tuerca de guía en la plataforma. La rotación de dicho husillo puede controlarse manualmente o mediante un motor.
Manual
En las plataformas lineales manuales, se suele utilizar un mando de control acoplado a un husillo. Este mando puede estar indexado para indicar su posición angular. El desplazamiento lineal de la plataforma está relacionado con el desplazamiento angular del mando mediante el paso del husillo. Por ejemplo, si el paso del husillo es de 0,5 mm, una vuelta completa del mando desplazará la plataforma 0,5 mm con respecto a su base. Si el mando tiene 50 marcas de índice en su circunferencia, cada división equivale a 0,01 mm de desplazamiento lineal de la plataforma.
Las plataformas de precisión, como las que se utilizan en óptica , no emplean un husillo, sino un tornillo de paso fino o un micrómetro que presiona una almohadilla metálica endurecida en la plataforma. Al girar el tornillo o el micrómetro, la plataforma se desplaza hacia adelante. Un resorte proporciona la fuerza de recuperación para mantener la plataforma en contacto con el actuador, lo que permite un movimiento más preciso. Las plataformas diseñadas para montaje vertical utilizan una configuración ligeramente diferente: el actuador está unido a la plataforma móvil y su extremo descansa sobre una almohadilla metálica 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 de, o además de, un mando manual. Un motor paso a paso se mueve en incrementos fijos llamados pasos. En este sentido, se comporta de forma muy similar a un mando indexado. Si el paso del husillo es de 0,5 mm y el motor paso a paso tiene 200 pasos por revolución (como es habitual), entonces cada revolución del motor producirá un movimiento lineal de 0,5 mm de la plataforma de la etapa, y cada paso producirá un movimiento lineal de 0,0025 mm.
Motor de corriente continua con codificador
En otras etapas automatizadas, se puede utilizar un motor de CC en lugar de un mando de control manual. Un motor de CC no se mueve en incrementos fijos. Por lo tanto, se requiere un método alternativo para determinar la posición de la etapa. Se puede acoplar una escala al interior de la etapa y utilizar un codificador para medir la posición de la etapa con respecto a la escala e informar de ello al controlador del motor , lo que permite que un controlador de movimiento mueva la etapa de forma fiable y repetible a las posiciones establecidas.
Configuraciones de etapa de múltiples ejes
Para el control de posición en más de una dirección, se pueden utilizar varias etapas lineales simultáneamente. Una etapa de dos ejes o XY se puede ensamblar a partir de dos etapas lineales, una montada sobre la plataforma de la otra de manera que el eje de movimiento de la segunda etapa sea perpendicular al de la primera. Un ejemplo común de etapa de dos ejes es la platina de microscopio, utilizada para posicionar una muestra bajo una lente. Una etapa de tres ejes o XYZ se compone de tres etapas lineales montadas entre sí (a menudo con la ayuda 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 estar ensambladas a partir de etapas de un solo eje separadas. Algunas etapas multieje también incluyen elementos rotatorios o de inclinación, como etapas giratorias o goniómetros de posicionamiento . Al combinar elementos lineales y rotatorios de diversas maneras, también es posible crear etapas de cuatro, cinco y seis ejes. Las etapas lineales representan una forma avanzada de sistemas de posicionamiento de alto rendimiento en aplicaciones que requieren una combinación de alta velocidad, alta precisión y alta fuerza.
Solicitud
Fabricación de semiconductores
Las etapas lineales se utilizan en el proceso de fabricación de dispositivos semiconductores para el posicionamiento lineal preciso de obleas con fines de mapeo dieléctrico de obleas, caracterización y monitoreo de capas epitaxiales , donde la velocidad y la precisión del posicionamiento son críticas. [ 1 ]
Variaciones
- Diapositiva lineal
- Etapa nanolineal
- Etapa lineal de nanoposicionamiento
- Etapa lineal de mecanizado de ultraprecisión
Referencias
- ↑ Grupo, SAE Media. "La etapa lineal aporta velocidad y precisión a la inspección de semiconductores" . www.techbriefs.com . Consultado el 27 de mayo de 2022 .
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- Instrumentos de posicionamiento
- Ingeniería de sistemas
- Optomecánica