Su una fresatrice o su un asse lineare automatizzato la quota lavorata non coincide quasi mai con quella comandata: fra il comando e il pezzo ci sono il gioco della madrevite, l’errore di passo della vite, la dilatazione termica e la deformazione elastica della struttura. Finché la posizione viene dedotta dai giri del motore, tutti questi contributi restano invisibili al controllo e si scaricano sulla tolleranza del pezzo, con scarti che emergono solo al collaudo finale.
Un sistema di misura di posizione risolve il problema alla radice perché legge la quota reale della slitta su una scala materializzata, indipendente dalla catena cinematica. Capire righe ottiche, encoder e visualizzatori di quota: come scegliere il sistema adatto significa decidere dove collocare la misura, quale risoluzione è utile e quale accuratezza è effettivamente garantita sulla lunghezza dell’asse.
Le variabili in gioco sono poche ma vincolanti: misura diretta o indiretta, riga incrementale o assoluta, corpo chiuso o aperto in funzione dell’ambiente, lunghezza di misura compatibile con la corsa, interfaccia elettrica accettata dal visualizzatore o dal controllo numerico. A queste si aggiunge la qualità del montaggio, che nella pratica pesa quanto la classe dichiarata dal costruttore.
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A che cosa serve misurare la posizione reale dell’asse
Un sistema di misura di posizione ha un compito preciso: fornire in ogni istante la quota effettiva della slitta lungo la sua corsa, espressa in un’unità riferibile e non ricavata per calcolo. La differenza rispetto al conteggio dei giri della vite non è teorica. La vite ha un errore di passo cumulativo, un gioco di inversione che si manifesta a ogni cambio di direzione e un’usura che cresce con le ore di lavoro; la struttura si dilata quando la macchina va in temperatura. Tutti questi effetti si sommano fra il motore e il punto di lavoro. Misurare a valle della catena cinematica significa che l’anello di posizione vede l’errore e lo corregge, invece di ignorarlo. È il presupposto della ripetibilità su lotti lunghi e della stabilità della quota nel corso del turno.
Misura diretta con riga ottica o misura indiretta con encoder rotativo
La misura indiretta impiega un encoder rotativo calettato sul motore o sull’estremità della vite: conta la rotazione e la converte in spostamento lineare attraverso il passo nominale. È economica e semplice da installare, ma tutto ciò che accade fra vite e slitta resta fuori dall’anello, quindi gioco, usura e errore di passo entrano direttamente nel pezzo. La misura diretta impiega invece una riga ottica montata sulla slitta: la scala è il riferimento, il carrello ne legge la graduazione e la posizione letta è quella reale, immune per costruzione da quei tre contributi. Resta sensibile alla dilatazione della scala, che si controlla scegliendo il coefficiente di dilatazione e stabilizzando la temperatura. Nella pratica la misura diretta si adotta dove la tolleranza dell’asse scende sotto i pochi centesimi di millimetro.
Incrementale o assoluta, periodo della graduazione e risoluzione
Una riga incrementale genera impulsi al passaggio della graduazione e conosce solo lo spostamento compiuto: dopo ogni accensione richiede la ricerca dell’indice di zero, movimento che non sempre è ammissibile su una macchina già attrezzata. Una riga assoluta codifica la posizione lungo l’intera scala e la restituisce già valida al primo campionamento, senza corsa di riferimento. Sul piano metrologico contano tre grandezze distinte. Il periodo della graduazione è il passo fisico inciso sulla scala, tipicamente da qualche micrometro a qualche decina. L’interpolazione elettronica suddivide quel periodo e produce la risoluzione, cioè il gradino minimo visualizzato, che può arrivare al decimo di micrometro. La classe di accuratezza, dichiarata sulla lunghezza di misura, è un’altra cosa: una risoluzione fine non garantisce un errore piccolo.
Ambiente di installazione, montaggio e interfacce verso il controllo
Le righe chiuse racchiudono scala e carrello in un profilo protetto da labbra di tenuta e soffietti: sono la scelta obbligata in officina, dove convivono truciolo, refrigerante e nebbie d’olio, e lavorano meglio con aria compressa filtrata e deumidificata in leggera sovrappressione. Le righe aperte, prive di tenute, hanno errore di guida inferiore ma vanno riservate ad ambienti puliti, sale metrologiche e macchine di misura. Sul piano meccanico la lunghezza di misura deve coprire la corsa utile più le extracorse, e la superficie di appoggio deve essere piana e allineata alla guida entro la tolleranza indicata dal costruttore: l’errore di allineamento è la prima causa di errore in installazione. Va infine verificata l’interfaccia elettrica, perché il visualizzatore o il controllo numerico accettano solo determinati formati di segnale.
Encoder rotativi, visualizzatori di quota e verifica periodica
Sugli assi rotanti, tavole girevoli e teste divisori si impiegano encoder angolari, dove il parametro guida è la risoluzione angolare e, come per gli assi lineari, la distinzione fra risoluzione e accuratezza resta valida. Il visualizzatore di quota completa il sistema: legge una o più righe e mette a disposizione azzeramento su punto arbitrario, commutazione fra quote incrementali e assolute, calcolatore di fori su circonferenza, correzione del raggio utensile e memorizzazione di pezzi campione ricorrenti. La verifica periodica si esegue per confronto con un interferometro laser lungo la corsa, oppure con blocchetti pianparalleli su corse brevi, ripetendo le prove nelle condizioni di accettazione delle macchine utensili descritte dalla serie ISO 230, che regola misura di accuratezza e ripetibilità di posizionamento degli assi.
Il quadro completo dei sistemi disponibili, con le rispettive configurazioni, è raccolto nella pagina di catalogo Righe ottiche, encoder e visualizzatori di quota.
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