La supresión de las vibraciones reduce drásticamente el tiempo de asentamiento.

En una operación de recogida y colocación de alta velocidad, el tiempo de estabilización es el enemigo de la productividad. La velocidad es esencial para el ensamblaje de alto volumen. Sin embargo, la velocidad también genera problemas.

En una operación de recogida y colocación, por ejemplo, el movimiento rápido de un lado a otro y la parada brusca generan vibraciones. Para recoger o colocar una pieza con cierta precisión, la máquina debe detenerse, aunque sea solo por una fracción de segundo, hasta que cesen las vibraciones. Esto se conoce como tiempo de estabilización, y en una operación de alto volumen, esos milisegundos pueden acumularse.

Consideremos una operación corta de recogida y colocación: 200 milímetros de ancho, 100 milímetros de largo y vuelta. Cada movimiento horizontal tarda 0,5 segundos con un tiempo de estabilización de 0,05 segundos, y cada movimiento vertical tarda 0,2 segundos con un tiempo de estabilización de 0,05 segundos. Esto equivale a 1,6 segundos por pieza, 37,5 piezas por minuto o 2250 piezas por hora. Si cada pieza tiene un valor de 0,1 dólares, la operación genera 225 dólares de ingresos por hora.

Si el tiempo de asentamiento se reduce de 0,05 a 0,004 segundos, la misma operación de recogida y colocación ahora tarda 1,416 segundos. Esto se traduce en 42,37 piezas por minuto o 2542 piezas por hora. Ahora, la misma operación genera ingresos de 254,24 dólares por hora, 29,24 dólares más. En una operación de dos turnos que funciona seis días a la semana, ahorrar tan solo 0,184 segundos en el tiempo de asentamiento se traduce en 140 353 dólares de ingresos adicionales al año.

Los ingenieros de automatización pueden abordar el problema de la vibración y la resonancia de las máquinas de varias maneras. Mecánicamente, pueden diseñar una máquina con componentes robustos, tolerancias estrictas y juego mínimo.

En general, conviene que el motor esté acoplado a la carga de la forma más precisa y firme posible. Es importante minimizar la flexibilidad mecánica del sistema. Cualquier pieza móvil entre el eje del motor y la carga, como un acoplamiento o una caja de engranajes, genera flexibilidad. Todos estos componentes son susceptibles al calor, la fricción y el desgaste.

Los ingenieros también pueden abordar el problema electrónicamente a través del amplificador en un sistema servoaccionado.

Los filtros son una forma de lograrlo. Los filtros de paso bajo atenúan las vibraciones entre 1000 y 5000 hercios. Los filtros de muesca controlan las vibraciones entre 500 y 1000 hercios.

El problema con los filtros es que limitan el ancho de banda. Eso restringe la precisión con la que se puede ajustar el sistema.

Otra forma de abordar el problema es mediante la supresión de vibraciones. El amplificador servo Sigma-5 de Yaskawa incorpora un algoritmo exclusivo para este fin. Este algoritmo puede suprimir vibraciones de 50 hercios o menos sin comprometer el ancho de banda.

La clave reside en el codificador de alta resolución de 20 bits acoplado al servomotor. Con más de un millón de pulsos por rotación del eje del motor, el codificador puede detectar incluso pequeñas vibraciones transmitidas a través de una correa o un husillo de bolas.

El algoritmo toma las señales de velocidad y par del codificador y ajusta la señal de comando para el movimiento. Supongamos que se ordena un perfil trapezoidal regular: acelerar, correr a una velocidad determinada y luego detenerse. El amplificador seguirá ese movimiento ordenado con la mayor precisión posible. Sin embargo, durante el movimiento, diversas vibraciones intentarán desviar el motor de su trayectoria. El algoritmo de supresión de vibraciones reconoce la forma de onda de esa vibración y ajusta la señal de comando en la dirección opuesta, cancelándola esencialmente.

La supresión de vibraciones reduce drásticamente el tiempo de estabilización, lo que se traduce en una mayor productividad. Además, permite a los ingenieros diseñar mecanismos más pequeños y ligeros, lo que disminuye el coste total de la máquina.

Menos vibraciones también significan menos desgaste para la máquina. Su máquina funcionará de forma más suave y silenciosa y, en definitiva, durará más.