Tecnologìa MagDrive

TRIMBLE S6 CON TECNOLOGÍA SERVOASISTIDA MAGDRIVE
T. LEMMON & R. JUNG
TRIMBLE SURVEY, WESTMINSTER, COLORADO, EE.UU.
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
La estación total Trimble® S6 incorpora un
El principio de la tecnología servoasistida MagDrive
revolucionario sistema servoasistido/angular que se
de Trimble se basa en el empleo de electroimanes
conoce como tecnología servoasistida MagDrive™.
para la propulsión de vehículos a motor. Dicho
Esta tecnología se basa en una técnica de control
concepto fue concebido por Hermann Kemper en
directo y de mando electromagnético sin fricción. El
1934 y forma la base del desarrollo mundial de trenes
sistema de control directo permite instalar los
de deslizamiento (suspensión) magnético. A fines de
motores servoasistidos directamente en el eje
1960 y principios de 1970, el desarrollo empezó a crear
horizontal y vertical, eliminando así la necesidad de
un tren de alta velocidad en función del concepto de
mecanismos adicionales. La integración con el sensor
deslizamiento magnético.
angular mejora la velocidad de los motores
En 1979, en la Exposición Internacional de Transporte
servoasistidos al proporcionar valores angulares
en Hamburgo, Alemania, se puso en marcha el primer
rápidos que el procesador servoasistido va a utilizar.
tren de deslizamiento magnético en el mundo.
La tecnología servoasistida MagDrive ofrece una alta
Durante 1980 y 1990, se realizaron prolongadas
precisión y capacidades de giro de alta velocidad
pruebas de funcionamiento, y el primer tren de
servoasistido con un bajo consumo de alimentación.
deslizamiento magnético comenzó a operar
El movimiento sin fricción también elimina el ruido y
comercialmente en 2002, desde el Shanghais Long
reduce el desgaste del instrumento.
Yang Road al Aeropuerto Internacional de Pudong,
Trimble Engineering & Construction Group, 5475 Kellenburger Road, Dayton, OH 45424-1099, EE.UU.
© 2005, Trimble Navigation Limited. Reservados todos los derechos. Trimble, el logo del Globo terráqueo y el Triángulo y Autolock son marcas comerciales de Trimble Navigation Limited
registradas en la Oficina de Patentes y Marcas Comerciales de los Estados Unidos y en otros países. MagDrive y SurePoint son marcas comerciales de Trimble Navigation Limited. Todas las
otras marcas son propiedad de sus respectivos titulares. RNP 022543-100-E (01/05)
www.trimble.com
China. En diciembre de 2003, el tren de Shanghai
CONTROL SERVOASISTIDO
estableció un nuevo récord mundial para los sistemas
El control servoasistido consiste en un soporte que
ferroviarios comerciales con una velocidad máxima
contiene áreas con imanes y hierro dulce (blando) que
de 501 km/h (311 mph). La velocidad y eficiencia del
están distribuidos en dos estructuras cilíndricas
tren de deslizamiento magnético está destinado a
concéntricas separadas por un hueco o colchón de
revolucionar las industrias ferroviaria y del
aire. Dicho colchón proporciona suficiente espacio
transporte. Algunos países, como los Estados Unidos,
para el bobinado cilíndrico del motor, que está
Alemania, Japón y China, están invirtiendo en
dividido en tres fases para tener control del cambio de
tecnología por deslizamiento magnético como
dirección y el control fino de la rotación (Figura 1).
sistemas para el futuro. Véase más información en
http://www.transrapid.de/en/index.html.
TECNOLOGÍA SERVOASISTIDA MAGDRIVE
Portaimán
DE TRIMBLE
La tecnología servoasistida MagDrive de Trimble
consiste en un sistema servoasistido y angular
Bobinado del motor / placa angular
integrado que utiliza una técnica de control directo y
de mando electromagnético sin fricción similar a los
que se emplean en los trenes de deslizamiento
Base del instrumento
magnético. El sistema de control directo permite
instalar los motores servoasistidos directamente en el
eje horizontal y vertical, eliminando así la necesidad
Figura 1: Sistema servoasistido y angular integrado
de mecanismos adicionales.
El instrumento se controla al aplicar corriente a
La posibilidad de proporcionar ángulos precisos
través del bobinado del motor. La transmisión de
rápidos al procesador de control servoasistido, sin un
fuerza del motor, que acciona el instrumento,
codificador ni taquímetro adicional, ofrece las
proporciona un movimiento sin contacto y sin
capacidades de alta velocidad de MagDrive.
fricción de acuerdo con la teoría conocida sobre
campos electromagnéticos. La fuerza
electromagnética permite rotar el portaimán.
www.trimble.com
2
La fuerza se crea según la relación física conocida:
• Modo de control. El movimiento se controla
mediante botones servoasistidos o por el proceso
F = B x I x L x SIN(A), donde
del sistema
F es el vector de fuerza (Newton)
• Modo de fricción. Donde el mando permite girar el
B es la fuerza del campo magnético (Tesla)
instrumento manualmente
• Modo de retención. El control funciona como un
I es la corriente en el bobinado (Amp)
L es la longitud de cable en el campo magnético
A es el ángulo entre la corriente y el campo
embrague para trabar la posición del instrumento
y evitar el movimiento, por ejemplo, al presionar
un botón
magnético.
El modo de control se maneja girando los botones
La torsión de trabajo M se obtiene al multiplicar F por
servoasistidos. Estos botones se configuran para
el radio del cilindro R (Figura 2).
incrementar la velocidad de giro del instrumento a
medida que se giran continuamente. Hay 5
B
F
I
incrementos de velocidad para el movimiento que se
cambian cuando el instrumento ha estado girando
R
continuamente a una velocidad superior a 1
revolución por segundo. A continuación se especifica
M
la cantidad de giro continuo, a 1 revolución por
Imanes
segundo, para cambiar de la velocidad más lenta a la
más rápida:
Figura 2: Control servoasistido en funcionamiento
• menos de ¾ de giro (la más lenta)
Este diseño permite transmitir la fuerza desde el
• más de ¾ de giro
control hasta el instrumento con un contacto
• más de 1½ de giro
prácticamente sin fricción. El sistema ofrece un
movimiento sin fin de forma horizontal y vertical,
incluyendo el ajuste fino sin embragues mecánicos.
• más de 2¼ de giro
• más de 2¾ de giro (la más rápida)
El último incremento es ½ giro para que el usuario
La tecnología servoasistida presenta tres modos de
trabajo, a saber:
pueda acceder fácilmente a la velocidad más rápida.
Una vez que el botón servoasistido ha dejado de girar,
el instrumento permanecerá en el incremento de
www.trimble.com
3
velocidad actual durante medio segundo para
para utilizarse. La precisión de los giros está dentro de
permitir que el usuario mueva el instrumento
las especificaciones de los instrumentos probados.
continuamente si es necesario. Tras medio segundo, el
instrumento volverá a la velocidad más lenta. El
movimiento inverso de los botones servoasistidos
La tecnología servoasistida MagDrive en la Trimble S6
claramente proporciona giros precisos a una
velocidad excepcional.
también puede usarse para reducir las velocidades.
Los modos de trabajo y el diseño del sistema de
SENSOR ANGULAR
control directo ofrecen un rendimiento excepcional
La Trimble S6 incorpora una unidad de sensor
comparados con las técnicas convencionales. El
angular mejorada basado en un sistema óptico que
rendimiento se puede demostrar con facilidad al
está integrado con el control servoasistido (Figura 4).
comparar el tiempo que se necesita para que el
La unidad de sensor angular está compuesta por
instrumento pase de la posición de la cara 1 a la cara
limbos de vidrio que tienen un patrón de códigos
2. En la Tabla 1 se muestra una comparación del
grosero y fino. El patrón de códigos está distribuido en
rendimiento del instrumento.
dos pistas en un disco de vidrio: una pista con un
código absoluto y la otra con un código incremental.
Los tiempos indicados son el promedio de 30 giros de
cada instrumento.
Trimble S6
Trimble 5600
Otros
fabricantes
líderes
La utilización de dos pistas diferentes brindan una
resolución y precisión pareja alrededor del limbo.
Máxima
velocidad de
giro
especificada
Tiempo
promedio para
cambiar de cara
115°/seg
60°/seg
50°/seg
3,2 seg
9,9 seg
8,4 seg
Ambas pistas están iluminadas con una sola fuente de
luz láser, que luego se proyecta en dos sensores de
imagen del tipo Semiconductor de Oxido Metálico
Complementario (CMOS).
Tabla 1: Rendimiento de la Trimble S6 para el
cambio de cara
El tiempo ha sido medido desde el momento en el que
se ha seleccionado el cambio de cara hasta que se
actualizaron los ángulos y el instrumento estaba listo
Figura 4: Sección transversal de la unidad de
sensor angular
Para asegurar que el codificador absoluto es robusto y
menos sensible a los errores de montaje excéntrico,
www.trimble.com
4
los sensores están posicionados en lados opuestos del
disco. La imagen que se lee de la pista incremental se
Corrección automática de la desviación del
eje de aplomado
analiza utilizando un algoritmo de detección de fase
Fourier numérico para crear un ángulo de alta
resolución a partir del código fino. El valor angular
final se calcula como el valor promedio de las dos
lecturas del sensor de imagen CMOS.
Mecánicamente, la unidad de sensor angular está
Corrección automática de la
inclinación lateral del eje de
muñones
Corrección automática del error de
colimación
integrada en la cubierta del control servoasistido. La
unidad central contiene el disco de vidrio óptico, el
transmisor láser, los detectores del área de la imagen
y los bobinados del control servoasistido. El sensor
angular ha sido diseñado no sólo para la visualización
y almacenamiento de datos angulares sino también
para soportar el sistema servoasistido con datos
rápidos para cálculos angulares.
Figura 5: Corrección automática de la desviación
del eje de aplomado
Las desviaciones en el eje de aplomado pueden
producirse cuando una (o más) de las patas del
Además de la rápida adquisición de ángulos precisos,
trípode se mueven por la inestabilidad o cambios en la
el sistema de medición de ángulos compensa lo
viscosidad del terreno, tal como el recalentamiento de
siguiente:
la superficie asfaltada de la carretera. Las
• Corrección automática de la desviación del eje de
aplomado.
• Corrección automática de los errores de
colimación.
• Corrección automática de la inclinación lateral del
eje de muñones.
• Promedio aritmético para reducir los errores de
puntería.
correcciones a este movimiento son fundamentales
para asegurar que se obtienen medidas precisas.
La mayoría de las estaciones totales modernas vienen
equipadas con un compensador de eje doble que
automáticamente corrige las desviaciones del eje de
aplomado en los ángulos horizontales y verticales
producidas por la nivelación incorrecta. El principio
sobre el que se basa el compensador de eje doble de la
Trimble S6 consiste en la utilización de un rayo de luz
que se refleja hacia una superficie de líquido libre
www.trimble.com
5
mediante lentes ópticas. Luego se emplea un sensor
se corrige la puntería al extender una línea vertical
de imagen CMOS para detectar la inclinación del rayo
para asegurar que se puede obtener una línea vertical
de luz en la dirección de la medición y perpendicular a
verdadera. El resultado se traduce en la corrección de
dicha dirección.
la nivelación incorrecta de los ángulos horizontales y
El sensor del compensador de nivel está instalado en
el centro del instrumento para minimizar la
sensibilidad a las vibraciones y rotación del
instrumento. Las facilidades de montaje están
verticales mientras se apunta el instrumento con
precisión a la ubicación exacta. Esta capacidad
asegura que los errores de nivelación errónea se
corrijan para brindar medidas de ángulo precisas.
diseñadas para la estabilidad más alta que puede
CORRECCIÓN AUTOMÁTICA DE LOS
proporcionar un valor de compensador
ERRORES DE COLIMACIÓN
absolutamente nivelado. Esto significa que el
compensador puede estar activo con total precisión
una vez que se ha encendido el instrumento. Además,
el operador puede activar un procedimiento
automático para la calibración de rutina del
compensador. El proceso de calibración implica el
establecimiento de un plano de referencia horizontal
relativo al eje vertical equilibrado del instrumento
durante una rotación de 360° del instrumento. La
orientación del plano de referencia puede cambiar
levemente con grandes cambios de temperatura u
otros factores de tensión mecánica.
Los errores de colimación afectan los ángulos
horizontales y verticales medidos. El error de
colimación horizontal es la diferencia entre la línea de
visión y el plano perpendicular al eje de muñones; el
error de colimación vertical es la diferencia entre el
cero del limbo vertical y el eje de aplomado.
Tradicionalmente, los errores de colimación se
eliminaban al observar ángulos en ambas caras del
instrumento. En la Trimble S6, los errores de
colimación pueden predeterminarse realizando una
prueba de colimación con anterioridad a la medición.
Las mediciones angulares se realizan en ambas caras
A diferencia de la mayoría de las estaciones totales,
del instrumento para poder calcular los errores de
MagDrive permite que la Trimble S6 corrija no solo la
colimación y los valores de corrección respectivos a
nivelación incorrecta de los ángulos horizontales y
almacenarse en el instrumento. Los valores de
verticales sino también los errores de puntería
corrección de la colimación luego se aplican a las
causados por la nivelación errónea. La corrección de
siguientes mediciones de ángulo. Por lo tanto, se
esta última se aplica al control servoasistido para
corrigen los errores de colimación de los ángulos
volver a apuntar el instrumento. Por ejemplo, cuando
www.trimble.com
6
observados en una sola cara, eliminando así la
error de inclinación lateral del eje de muñones puede
necesidad de medir en ambas caras del instrumento.
determinarse realizando una prueba de inclinación
Los instrumentos Trimble S6 con tecnología
Autolock® pueden automáticamente engancharse y
rastrear (seguir) un objetivo. Puesto que el
instrumento es el que apunta al objetivo, los efectos
de la colimación horizontal y vertical son similares a
aquellos que se presentan durante la puntería manual.
Para corregir los errores de colimación en la unidad
rastreadora, puede realizarse una prueba de
lateral del eje de muñones con anterioridad a la
medición. Las mediciones angulares se hacen en
ambas caras del instrumento para poder calcular el
error del eje de inclinación horizontal y almacenar el
valor de corrección correspondiente en el
instrumento. El valor de corrección del eje de
inclinación horizontal luego se aplica a los siguientes
ángulos horizontales.
colimación Autolock. La prueba de colimación
EL PROMEDIO AUTOMÁTICO DE
Autolock automáticamente realiza mediciones de
MEDICIONES REDUCE LOS ERRORES DE
ángulo al objetivo en ambas caras del instrumento. A
PUNTERÍA
continuación se calculan los errores de colimación
Autolock y se almacenan los correspondiente valores
de corrección en el instrumento. Los valores de
corrección de la colimación Autolock se aplican
entonces a todas las siguientes mediciones de ángulo
La Trimble S6 automáticamente reduce los errores de
puntería causados por la incorrecta alineación del
instrumento con el objetivo o por movimientos
durante la medición. Los errores de puntería pueden
reducirse de la siguiente manera:
realizadas cuando Autolock está habilitado. En
consecuencia, se corrigen los errores de colimación de
• Utilizando tecnología Autolock. Cuando Autolock
los ángulos observados en una sola cara, lo que
está habilitado, el instrumento automáticamente
elimina la necesidad de medir en ambas caras del
se engancha y rastrea el objetivo. Se reducen así
instrumento.
los errores de puntería manual.
• Seguridad de precisión SurePoint™. Cuando la
CORRECCIÓN AUTOMÁTICA DE LA
Trimble S6 se apunta manualmente al objetivo, los
INCLINACIÓN LATERAL DEL EJE DE
motores servoasistidos se corrigen para mantener
MUÑONES
el ángulo al que se apunta. SurePoint asegura la
El error de inclinación lateral del eje de muñones es la
eliminación de los errores de puntería a causa de
diferencia entre el eje de muñones y el plano
pequeños movimientos accidentales del
perpendicular al eje de aplomado. En la Trimble S6, el
instrumento.
www.trimble.com
7
• Promedio automático de ángulos durante las
la tecla activadora con demasiada fuerza, el
mediciones de distancia. Al medir en el modo STD,
instrumento se corregirá para volver al ángulo
el instrumento tomará alrededor de 1,2 segundos
original al que se apuntaba. SurePoint asegura la
para medir la distancia. Los ángulos y distancias
eliminación de errores de puntería tradicionales
totalmente sincronizados se promedian durante el
debido a pequeños movimientos accidentales del
período de medición a fin de obtener una
instrumento.
medición media altamente precisa.
• La utilización de métodos de promedio de
mediciones en el software de campo de Trimble. Se
encuentran disponibles métodos de medición, lo
que permite realizar un número definido de
mediciones y almacenar la medición media
resultante. Además, pueden efectuarse múltiples
ciclos de mediciones para reducir, aún más, los
errores de medición.
COMPENSACIÓN DE LA NIVELACIÓN
INCORRECTA EN LA PUNTERÍA
Las estaciones totales convencionales utilizan un
compensador de doble eje para corregir los efectos de
la nivelación errónea de los ángulos horizontales y
verticales. Sin embargo, la corrección de ángulos no
compensa el error de puntería provocado por la
nivelación incorrecta. La tecnología servoasistida
MagDrive ofrece otra valiosa característica de
VENTAJAS QUE PRESENTA LA TECNOLOGÍA
SurePoint, que permite que la Trimble S6 corrija no
SERVOASISTIDA MAGDRIVE
sólo la nivelación errónea de los ángulos horizontales
Además de proporcionar ángulos rápidos y control
y verticales, sino también los errores de puntería
servoasistido, la tecnología servoasistida MagDrive
originados por dicha nivelación. Dicha corrección se
ofrece algunas ventajas notables con respecto a las
aplica al control servoasistido para volver a apuntar el
estaciones totales convencionales. Entre estas
instrumento a la ubicación correcta. El resultado se
ventajas se incluye:
traduce en ángulos horizontales y verticales cuya
SEGURIDAD DE PRECISIÓN SUREPOINT
La seguridad de precisión SurePoint permite que la
nivelación incorrecta se corrige mientras el
instrumento todavía está apuntando a la ubicación
correcta.
Trimble S6 permanezca apuntando al objetivo. Una
vez que el usuario apunta el instrumento
manualmente al objetivo, el control servoasistido se
pone en el modo de retención. Si el instrumento se
La corrección de la nivelación incorrecta en la
puntería brinda a la Trimble S6 técnicas avanzadas
para la corrección de errores que incrementan todavía
golpea de forma accidental, por ejemplo al presionar
www.trimble.com
8
más la posibilidad de proporcionar mediciones de alta
ajustado sin errores de colimación horizontal para
precisión.
lograr un resultado preciso. La Trimble S6 elimina
EXTENSIÓN DE UNA LÍNEA VERTICAL
esta limitación utilizando la información de
colimación y de error de compensación para cambiar
Una de las limitaciones de las estaciones totales
el ángulo horizontal a un valor fijo cuando se gira el
convencionales consiste en la capacidad de extender
botón de control vertical. El ángulo horizontal se
una línea vertical hacia arriba o hacia abajo, con el
ajusta para proporcionar una dirección de línea recta
mismo ángulo horizontal, moviendo simplemente el
precisa al girar únicamente el botón de control
botón de control vertical. Esta capacidad exigiría un
vertical.
instrumento perfectamente nivelado con todos los
ejes absolutamente ajustados. En la práctica, al girar
CONCLUSIÓN
el instrumento verticalmente, también podrá ver
La estación total Trimble S6 con tecnología
cómo el ángulo horizontal cambia levemente. Para
servoasistida MagDrive brinda una velocidad y
obtener una línea vertical verdadera, tiene que
precisión sin precedentes para todas las aplicaciones
ajustarse el ángulo horizontal. Con la Trimble S6,
topográficas. Asimismo, MagDrive ofrece grandes
SurePoint usa la información de compensación y de
ventajas con respecto a las estaciones totales que
error para automáticamente ajustar el ángulo
permiten al usuario maximizar la precisión y la
horizontal y la puntería a un valor fijo cuando se gira
productividad.
el botón de control vertical. Por lo tanto, puede
extenderse una línea vertical perfecta girando tan solo
el botón de control vertical.
EXTENSIÓN DE UNA LÍNEA HORIZONTAL
Similar a la técnica empleada para extender una línea
vertical, una forma tradicional de replantear una línea
recta horizontal en dirección totalmente opuesta a
una dirección horizontal dada, consiste en invertir el
Para profundizar más sobre cómo las soluciones
topográficas totales de Trimble pueden ayudarlo a
usted y a su empresa, o para ver la estación total
Trimble S6 con MagDrive, sírvase contactar al
representante local de Trimble, quien estará
encantado en hacerle una demostración. Para
localizar al socio distribuidor autorizado de Trimble
más cercano, visite nuestro sitio web
http://www.trimble.com/locator/sales.asp.
telescopio unos 180° girando simplemente el botón de
control vertical. Con los instrumentos convencionales,
esta técnica requiere de un eje perfectamente
www.trimble.com
9