La supresión de la vibración reduce drásticamente el tiempo de asentamiento.

En una operación de pick and place de alta velocidad, el tiempo de asentamiento es el enemigo de la productividad. La velocidad es esencial para el ensamblaje de gran volumen. Sin embargo, la velocidad también genera problemas.

En una operación de recogida y colocación, por ejemplo, moverse rápidamente de un lado a otro y detenerse en seco genera vibraciones. Para recoger o colocar una pieza con precisión, la máquina debe detenerse, aunque sea por una fracción de segundo, hasta que cesen las vibraciones. Esto se conoce como tiempo de asentamiento, y en una operación de alto volumen, esos milisegundos pueden acumularse.

Considere una operación corta de pick-and-place, de 200 milímetros de ancho, 100 milímetros de largo y 100 milímetros de ancho. Cada movimiento horizontal tarda 0,5 segundos con un tiempo de asentamiento de 0,05 segundos, y cada movimiento vertical tarda 0,2 segundos con un tiempo de asentamiento de 0,05 segundos. Esto se traduce en 1,6 segundos por pieza, 37,5 piezas por minuto o 2250 piezas por hora. Si cada pieza vale 0,1 dólares, la operación genera 225 dólares en ingresos por hora.

Si el tiempo de asentamiento se reduce de 0,05 a 0,004 segundos, esa 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. Actualmente, la misma operación genera ingresos de 254,24 dólares por hora, es decir, 29,24 dólares más. En una operación de dos turnos que funciona seis días a la semana, ahorrar tan solo 0,184 segundos en 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 diversas maneras. Mecánicamente, pueden diseñar una máquina con componentes robustos, tolerancias ajustadas y una holgura mínima.

En general, se busca que el motor esté acoplado a la carga lo más estrechamente posible. Se busca 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 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. Esto limita la precisión con la que se puede ajustar el sistema.

Otra forma de abordar el problema es mediante la supresión de vibraciones. El servoamplificador Sigma-5 de Yaskawa cuenta con un algoritmo único para ello. 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 conteos por rotación del eje del motor, el codificador puede detectar incluso pequeñas vibraciones transmitidas por una correa o un husillo de bolas.

El algoritmo toma las señales de velocidad y par del codificador y ajusta la señal de comando al movimiento. Supongamos que se está controlando un perfil trapezoidal regular: acelerar, correr a cierta velocidad y luego detenerse. El amplificador seguirá el movimiento controlado con la mayor precisión posible. Sin embargo, durante el movimiento, todo tipo de vibración intentará desviar el motor de su trayectoria. El algoritmo de supresión de vibraciones conoce la forma de onda de esa vibración y ajusta la señal de comando en la dirección opuesta, prácticamente anulándola.

La supresión de la vibración reduce drásticamente el tiempo de asentamiento, lo que se traduce en un mayor rendimiento. Además, permite a los ingenieros diseñar mecanismos más pequeños y ligeros, lo que a su vez reduce el coste total de la máquina.

Menos vibración también significa menos desgaste de la máquina. Su máquina funcionará con mayor suavidad y silencio, y, en definitiva, durará más.