نقش مگنت‌های دائمی در اتوماسیون صنعتی پیشرفته و رباتیک
معرفی
اتوماسیون صنعتی و رباتیک از عوامل اصلی افزایش کارایی، دقت و پایداری در عصر صنعت 4.0 هستند. آهنرباهای دائمی که معمولاً از ترکیباتی مانند نئودیمیم-آهن-بور (NdFeB) یا ساماریوم-کبالت (SmCo) ساخته می‌شوند، کلید این پیشرفت‌ها هستند. آنها میدان‌های مغناطیسی قوی و پایداری تولید می‌کنند بدون نیاز به ورودی انرژی مداوم و برای سیستم‌های اتوماسیون و رباتیک کنونی ضروری هستند.
با کاربردهایی در همه چیز از موتورها تا سیستم‌های حسگری و کنترلی پیشرفته، آهنرباهای دائمی در حال انقلاب در صنایع مختلف هستند. در این مقاله، ما به بررسی کاربردهای اصلی آهنرباهای دائمی در زمینه اتوماسیون صنعتی و رباتیک می‌پردازیم و نقش آنها را در افزایش کارایی، دقت و قابلیت اطمینان برجسته می‌کنیم.
موتورهاى آهنرباى دائمی در چارچوب‌هاى رانش رباتیک: افزایش کارایی و خروجی قدرت
موتورهای مغناطیسی دائمی چیستند؟
موتورهای مغناطیسی دائمی (PMMs) از آهنرباهای قوی برای حفظ یک میدان مغناطیسی ثابت استفاده می‌کنند که به منابع انرژی خارجی نیاز ندارد، همان‌طور که موتورهای القایی قدیمی نیاز دارند. این ویژگی آنها را برای پیاده‌سازی در سیستم‌های حرکتی رباتیک به دلیل کارایی فوق‌العاده، فضای کوچک و ویژگی‌های گشتاور عالی ترجیح می‌دهد.
مزایای استفاده از موتورهای مغناطیسی دائمی در رباتیک
• بهبود کارایی انرژی: PMMs به جریان الکتریکی برای تولید میدان مغناطیسی نیاز ندارند و این باعث کاهش اتلاف انرژی می‌شود. این امر منجر به کاهش هزینه‌های عملیاتی و طول عمر بیشتر باتری در سیستم‌های رباتیکی که با باتری کار می‌کنند، می‌شود و آنها را از موتورهای استاندارد کارآمدتر می‌کند.
• چگالی توان بالاتر: نسبت گشتاور به وزن PMMs به آنها این امکان را می‌دهد که بدون کاهش عملکرد، کوچک‌سازی شوند و در طراحی رباتیک فضای کمتری را اشغال کنند.
• بهبود سرعت و دقت: PMM می‌تواند به تغییرات ورودی به سرعت واکنش نشان دهد و این آن را برای کاربردهایی که نیاز به شتاب، کاهش سرعت و دقت موقعیت‌یابی سریع دارند، ایده‌آل می‌سازد.
• تولید حرارت کمتر: از آنجا که PMM ها بسیار کارآمدتر هستند (تلفات کمتر) بنابراین تولید حرارت کمتر است که به قابلیت اطمینان آنها کمک می‌کند و نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده پیچیده را کاهش می‌دهد.
موارد استفاده در رباتیک صنعتی
· PMM های کارآمد در ربات‌های موبایل خودران (AMR) و وسایل نقلیه هدایت‌شده خودکار (AGV) استفاده می‌شوند تا بتوانند عمر باتری و مدت زمان عملکرد خود را به حداکثر برسانند.
·حتی استفاده از ربات‌های همکاری (کوبوت‌ها) به لطف PMM ها بهبود یافته است، با حرکات نرم‌تر و دقیق‌تر که کار کردن در کنار انسان‌ها را ایمن‌تر می‌سازد.
·برای کارهایی مانند جوشکاری، مونتاژ و جابجایی، بازوهای رباتیک مفصلی به کنترل حرکتی بسیار دقیقی نیاز دارند.
اجزای مغناطیسی برای حسگری و کنترل: امکان‌پذیر کردن دقت اتوماسیون
اصل کلیدی حسگرهای مغناطیسی
اتوماسیون صنعتی احتمالاً یک کاربرد مهم برای حسگرهای مغناطیسی به دلیل نیاز به حسگرهای موقعیت بدون تماس، تشخیص حرکت و بازخورد سیستم خواهد بود. این حسگرها از ویژگی‌های منحصر به فرد آهنرباهای دائمی برای اندازه‌گیری جابجایی، سرعت و موقعیت زاویه‌ای بدون سایش مکانیکی استفاده می‌کنند و تحت تأثیر عناصر خارجی مانند گرد و غبار و رطوبت قرار نمی‌گیرند.
مقدمه اجزای مغناطیسی اساسی در اتوماسیون
انکودرهای مغناطیسی:
· برای بازخورد موقعیت دقیق در بازوهای رباتیک و ماشین‌های CNC استفاده می‌شوند.
· نسبت به انکودرهای نوری در محیط‌های صنعتی دشوار، قابلیت اطمینان بالاتری ارائه می‌دهند.
· کنترل بسیار دقیقی از حرکت چرخشی و خطی را امکان‌پذیر می‌سازند.
حسگرهای اثر هال:
تغییرات در میدان‌های مغناطیسی را برای تعیین موقعیت قطعات متحرک تشخیص می‌دهند.
اغلب برای موتورهای DC بدون برس (BLDC) برای تطابق صحیح حرکت روتور استفاده می‌شوند.
سوئیچ‌های رید مغناطیسی:
الف) تعامل بدون تماس را برای قفل‌های ایمنی در سیستم‌های کاملاً خودکار فراهم می‌کنند.
ب) کمک به ردیابی باز شدن درها، بازوهای رباتیک انعطاف‌پذیر و حرکات نوار نقاله.
حسگرهای موقعیت مغناطیسی خطی و چرخشی.
الف) کمک به سیستم‌های کنترل حلقه بسته مورد استفاده در رباتیک
ب) بهبود دقت در عملیات سرو-اتوماتیک.
حسگرهای مغناطیسی اکنون همچنین به طور فزاینده‌ای در اتوماسیون استفاده می‌شوند.
• اندازه‌گیری بدون تماس: هرگونه سایش مکانیکی را کاهش می‌دهد و عمر قطعات را افزایش می‌دهد.
• عملکرد در شرایط سخت: بر خلاف حسگرهای نوری، حسگرهای مغناطیسی در مناطق با کثیفی، چربی و دماهای بالا به خوبی عمل می‌کنند.
• دقت و قابلیت اطمینان بالا: برای حفظ کیفیت بالا در اتوماسیون صنعتی بسیار مهم است.
پنج مزیت استفاده از نگه‌دارنده‌های کاری مغناطیسی
به عنوان راه‌حل‌های سنتی گیره‌گذاری در تولید، این فرآیند می‌تواند بسیار مستعد تغییر شکل مواد باشد و دارای واریانس بالایی است. از سوی دیگر، نگه‌دارنده‌های کاری مغناطیسی که از آهنرباهای دائمی استفاده می‌کنند، می‌توانند قطعات کار فرومغناطیسی را به روشی قدرتمند اما غیر تهاجمی نگه دارند و راهی بسیار دقیق برای ماشین‌کاری هستند.
انواع سیستم‌های گیره‌گذاری مغناطیسی چاک‌های مغناطیسی الکترو-دائمی
· از یک پالس الکتریکی کوتاه برای روشن/خاموش کردن میدان مغناطیسی استفاده کنید
· نیروی نگهداری قوی ارائه می‌دهد و به منبع تغذیه مداوم نیاز ندارد.
· ایده‌آل برای ماشین‌کاری CNC، سنگ‌زنی و فرزکاری
فیکسچرهای مغناطیسی دائمی:
· نیروی گیره‌گذاری مورد نیاز را به طور مداوم و قابل پیش‌بینی فراهم می‌کند.
· در اتوماسیون جوشکاری خودروسازی و خط مونتاژ رباتیک استفاده می‌شود.
ربات‌ها با اثرات انتهایی مغناطیسی:
· عملیات برداشت و قرار دادن سریع و دقیقی را امکان‌پذیر می‌سازد.
· دوره‌های غیرفعال مرتبط با گیره‌های مکانیکی را کاهش می‌دهد.
مزایای کار اتوماسیون گیره‌گذاری مغناطیسی
· تنظیم و تغییر سریع: زمان‌های چرخه را کاهش می‌دهد و کارایی تولید را افزایش می‌دهد.
· قدرت چسبندگی ثابت: اطمینان از قابلیت اطمینان در عملیات ماشین‌کاری و جوشکاری
کارایی انرژی — در مقایسه با گیره‌های وکیوم یا پنوماتیک استاندارد، آهنرباهای الکترو-دائمی تنها در حین فعال‌سازی و غیرفعال‌سازی انرژی مصرف می‌کنند.
کاربرد در صنعت
· خطوط مونتاژ خودکار: قرارگیری مثبت اجزا وجود دارد.
· اتوماسیون جوشکاری: پشتیبانی از قطعات کاری که به فشارهای ثابت بالا نیاز دارند بدون تغییر شکل.
· ماشین‌کاری CNC: دقت را افزایش داده و زمان تنظیم را به حداقل می‌رساند.
شناوری مغناطیسی در تولید هوشمند: کاهش اصطکاک، افزایش کارایی
شناوری مغناطیسی (مگ‌لِو) چیست؟
فناوری شناوری مغناطیسی از آهنرباهای دائمی برای ایجاد یک سیستم حرکتی بدون اصطکاک استفاده می‌کند که سایش را کاهش داده و کارایی را در فرآیندهای تولید افزایش می‌دهد.
3.2 کاربردهای کلیدی در تولید هوشمند
سیستم‌های نقاله مغناطیسی:
· کاهش اصطکاک مکانیکی، که باعث سایش و فرسودگی کمتر در نگهداری می‌شود.
· حمل و نقل مواد با سرعت بالا و بدون درز
موتورهاى خطى مگلو
· کاربرد در ماشین‌کاری دقیق و سیستم‌های نیمه‌رسانا
رقابت برای رسیدن به ماه و در نهایت مریخ، اکنون آغاز می‌شود·حرکت فوق‌العاده نرم با دقت نانومتری
ایستگاه‌های کاری شناور:
· حذف خطاهای لرزشی در خطوط مونتاژ دقیق.
مزایای شناوری با مغناطیس
• کاهش نگهداری: عدم تماس فیزیکی به معنای کاهش سایش و پارگی است.
· حرکت فوق‌العاده نرم: مناسب برای کاربردهای حساس به دقت.
· بهره‌وری انرژی: کاهش تلفات انرژی کل به دلیل کاهش اصطکاک.
نتیجه گیری
آهنرباهای دائمی در آینده اتوماسیون صنعتی باقی خواهند ماند
آهنرباهای دائمی به طور فزاینده‌ای به یک بلوک سازنده نوآوری تبدیل می‌شوند زیرا اتوماسیون صنعتی و رباتیک پیشرفت می‌کند. از موتورهاى با کارایی بالا در سیستم‌های رباتیک تا حسگرهای مغناطیسی که دقت را افزایش می‌دهند، تکنیک‌های پیشرفته نگه‌داشت کار و کاربردهای جدید برای شناوری مغناطیسی، این آهنرباها چهره تولید مدرن را تغییر می‌دهند.
آهنرباهای دائمی کاندیدای ایده‌آلی برای حل چالش‌های مرتبط با تکامل اتوماسیون صنعتی هستند به دلیل توانایی آنها در بهبود کارایی انرژی، افزایش دقت و امکان اتوماسیون هوشمند. با افزایش تقاضا برای سیستم‌های رباتیک هوشمند، سازگار و با عملکرد بالا، اهمیت فناوری‌های آهنربای دائمی احتمالاً بیشتر خواهد شد.
صنایع نیاز دارند که راه‌حل‌های مغناطیسی پیشرفته را برای بهبود کارایی عملیاتی، کاهش هزینه و ایجاد زیرساختی برای آینده‌ای مدرن و خودکار اتخاذ کنند.
