บทบาทของแม่เหล็กถาวรในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและหุ่นยนต์ขั้นสูง

บทนำ

อุตสาหกรรมอัตโนมัติและหุ่นยนต์เป็นผู้นำสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพ ความแม่นยำ และความยั่งยืนของการผลิตในยุคของอุตสาหกรรม 4.0 แม่เหล็กถาวรซึ่งมักทำจากสารประกอบ เช่น เนโอดีเมียม-เหล็ก-บอรอน (NdFeB) หรือแซมารีเนียม-โคบอลต์ (SmCo) เป็นกุญแจสำคัญต่อการพัฒนานี้ พวกมันสร้างสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังและคงที่โดยไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานอย่างต่อเนื่อง และเป็นส่วนสำคัญของระบบอัตโนมัติและหุ่นยนต์ในปัจจุบัน

โดยมีการใช้งานในทุกอย่างตั้งแต่มอเตอร์ไปจนถึงระบบเซนเซอร์และควบคุมที่ซับซ้อน แม่เหล็กถาวรกำลังปฏิวัติอุตสาหกรรมต่างๆ ในบทความนี้ เราจะสำรวจการใช้งานหลักของแม่เหล็กถาวรในวงการอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและหุ่นยนต์ โดยเน้นบทบาทของพวกมันในการเพิ่มประสิทธิภาพ ความแม่นยำ และความน่าเชื่อถือ

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรในโครงสร้างขับเคลื่อนหุ่นยนต์: เพิ่มประสิทธิภาพและกำลังผลิต

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรคืออะไร?

มอเตอร์แม่เหล็กถาวร (PMMs) ใช้แม่เหล็กที่มีความแรงเพื่อรักษาสนามแม่เหล็กอย่างต่อเนื่อง ซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอกเหมือนมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบเก่า สิ่งนี้ทำให้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรเหมาะสมสำหรับการใช้งานในระบบขับเคลื่อนหุ่นยนต์เนื่องจากประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม พื้นที่ขนาดเล็ก และสมรรถนะแรงบิดที่ดี

ข้อดีของการใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรในหุ่นยนต์

• ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีขึ้น: PMMs ไม่จำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้าในการสร้างสนามแม่เหล็ก ลดการสูญเสียพลังงาน ซึ่งนำไปสู่ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่ต่ำลงและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้นในระบบหุ่นยนต์ที่ทำงานด้วยแบตเตอรี่ ทำให้พวกมันมีประสิทธิภาพมากกว่ามอเตอร์มาตรฐาน

• อัตราพลังงานต่อปริมาณที่สูงขึ้น: อัตราส่วนของแรงบิดต่อน้ำหนักของ PMMs ช่วยให้สามารถย่อขนาดได้โดยไม่กระทบต่อสมรรถนะ ใช้พื้นที่น้อยลงในการออกแบบหุ่นยนต์ใดๆ

• เพิ่มความเร็วและความแม่นยำ: PMM สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอินพุตได้อย่างรวดเร็วทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความเร่ง การชะลอตัว และความแม่นยำในการตำแหน่งอย่างรวดเร็ว

• การสร้างความร้อนน้อยกว่า: เนื่องจาก PMMs มีประสิทธิภาพมากกว่า (สูญเสียน้อยกว่า) ดังนั้นการสร้างความร้อนจึงน้อยลงซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและลดความจำเป็นสำหรับระบบระบายความร้อนที่ซับซ้อน

กรณีการใช้งานในหุ่นยนต์อุตสาหกรรม

· PMM ที่มีประสิทธิภาพสูงถูกใช้งานในหุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ (AMRs) และยานพาหนะนำทางอัตโนมัติ (AGVs) เพื่อให้สามารถขยายอายุการใช้งานแบตเตอรี่และระยะเวลาการทำงานได้สูงสุด

·แม้แต่การใช้งานหุ่นยนต์ร่วมงาน (cobots) ก็ได้รับการปรับปรุงด้วย PMMs โดยมีการเคลื่อนไหวที่ลื่นไหลและแม่นยำมากขึ้น ทำให้ปลอดภัยต่อการทำงานร่วมกับมนุษย์

·สำหรับงานเช่น การเชื่อม การประกอบ และการหยิบ-วาง แขนหุ่นยนต์จำเป็นต้องมีการควบคุมมอเตอร์ที่ละเอียดมาก

 

องค์ประกอบแม่เหล็กสำหรับการตรวจจับและการควบคุม: สนับสนุนความแม่นยำของการอัตโนมัติ

หลักการสำคัญของเซนเซอร์แม่เหล็ก

การใช้อัตโนมัติทางอุตสาหกรรมมีแนวโน้มที่จะเป็นการใช้งานที่สำคัญสำหรับเซนเซอร์แม่เหล็ก เนื่องจากความต้องการในการตรวจจับตำแหน่งแบบไม่สัมผัส การตรวจจับการเคลื่อนที่ และการตอบสนองของระบบ เซนเซอร์เหล่านี้ใช้คุณสมบัติเฉพาะของแม่เหล็กถาวรเพื่อวัดการกระจัด ความเร็ว และตำแหน่งเชิงมุมโดยไม่มีการสึกหรอทางกลและไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอก เช่น ฝุ่นละอองและความชื้น

 

แนะนำองค์ประกอบแม่เหล็กพื้นฐานในระบบอัตโนมัติ

เอนコーダแม่เหล็ก:

· ใช้สำหรับการให้ข้อมูลตำแหน่งอย่างแม่นยำในแขนหุ่นยนต์และเครื่อง CNC

· มอบความน่าเชื่อถือสูงกว่าเอ็นโคเดอร์แสงในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรง

· ช่วยควบคุมการเคลื่อนที่หมุนและการเคลื่อนที่เส้นตรงได้อย่างแม่นยำมาก

 

เซนเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์:

ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเพื่อกำหนดตำแหน่งของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่

มักใช้สำหรับมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรง (BLDC) เพื่อการปรับตำแหน่งโรเตอร์ให้เหมาะสม

สวิตช์รีดแม่เหล็ก:

a) ให้การปฏิสัมพันธ์แบบไม่สัมผัสสำหรับระบบล็อคความปลอดภัยในระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ

b) ช่วยในการติดตามการเปิดประตู กรรไกรหุ่นยนต์ที่ยืดหยุ่น และการเคลื่อนที่ของสายพานลำเลียง

 

เซนเซอร์ตำแหน่งแม่เหล็กแบบเส้นตรงและหมุน

a) ช่วยระบบควบคุมลูปปิดที่ใช้ในหุ่นยนต์

b) เพิ่มความแม่นยำในการทำงานอัตโนมัติด้วยเซอร์โว

 

เซนเซอร์แม่เหล็กถูกใช้งานมากขึ้นในระบบอัตโนมัติ

• การวัดแบบไม่สัมผัส: ลดการสึกหรอทางกลและยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วน

• ทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง: ต่างจากเซนเซอร์แสง เซนเซอร์แม่เหล็กทำงานได้ดีในพื้นที่ที่มีฝุ่น มัน และอุณหภูมิสูง

• ความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูง: มีความสำคัญมากสำหรับการรักษาคุณภาพสูงในอุตสาหกรรมอัตโนมัติ

 

ห้าประโยชน์ของการใช้แม่เหล็กในการจับชิ้นงาน

ในกระบวนการทำงานแบบดั้งเดิมภายในอุตสาหกรรมการผลิตที่ใช้แรงทางกล กระบวนการนี้อาจทำให้วัสดุมีความผิดรูปได้ง่ายและมีความแปรปรวนสูง ในทางกลับกัน การยึดชิ้นงานด้วยแม่เหล็กซึ่งใช้แม่เหล็กถาวรสามารถจับชิ้นงานที่เป็นโลหะแม่เหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่สร้างความเสียหาย และเป็นวิธีที่แม่นยำมากในการทำงาน

 

ประเภทของระบบยึดด้วยแม่เหล็ก จับยึดแม่เหล็กไฟฟ้า-ถาวร

· ใช้คลื่นไฟฟ้าชั่วขณะเพื่อเปิด / ปิดสนามแม่เหล็ก

· ให้แรงยึดที่แข็งแรง โดยไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานอย่างต่อเนื่อง

· เหมาะสำหรับการใช้งาน CNC machining, grinding, และ milling

 

อุปกรณ์ยึดแม่เหล็กถาวร:

· ให้กำลังยึดที่สม่ำเสมอและคาดการณ์ได้

· ใช้ในระบบเชื่อมรถยนต์อัตโนมัติและการประกอบด้วยหุ่นยนต์

 

หุ่นยนต์พร้อมปลายแขนแม่เหล็ก:

· ช่วยให้การหยิบและวางรวดเร็วและแม่นยำ

· ลดระยะเวลาที่ไม่ได้ทำงานซึ่งเกี่ยวข้องกับกริปเปอร์กลไก

 

ประโยชน์ของการใช้อัตโนมัติในการยึดด้วยแม่เหล็ก

· การติดตั้งและเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว: ลดเวลา cylce เพิ่มประสิทธิภาพการผลิต

· แรงยึดที่คงที่: รับรองความน่าเชื่อถือในการทำงานทั้งการกลึงและการเชื่อม

ประหยัดพลังงาน — เมื่อเปรียบเทียบกับคลัทช์สุญญากาศหรือระบบลมไฟฟ้าแม่เหล็กแบบถาวรใช้พลังงานเฉพาะตอนเปิดและปิดการทำงานเท่านั้น

การใช้งานในอุตสาหกรรม

· เส้นการประกอบอัตโนมัติ: มีการวางตำแหน่งของชิ้นส่วนที่ถูกต้อง

· อัตโนมัติสำหรับการเชื่อม: สนับสนุนชิ้นงานที่ต้องการแรงกดสูงโดยไม่ทำให้เกิดการเสียรูป

· การกลึง CNC: เพิ่มความแม่นยำและลดเวลาในการตั้งค่า

 

การลอยตัวด้วยแม่เหล็กในโรงงานอัจฉริยะ: ลดแรงเสียดทาน เพิ่มประสิทธิภาพ

อะไรคือการลอยตัวด้วยแม่เหล็ก (maglev)?

เทคโนโลยีการลอยตัวด้วยแม่เหล็กใช้แม่เหล็กถาวรเพื่อสร้างระบบการเคลื่อนที่ที่ปราศจากแรงเสียดทาน ลดการสึกหรอและเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการผลิต

3.2 แอปพลิเคชันหลักในโรงงานอัจฉริยะ

ระบบลำเลียงด้วยแม่เหล็ก:

· แรงเสียดทานทางกลที่ต่ำกว่า ส่งผลให้มีการสึกหรอน้อยลงในการบำรุงรักษา

· การขนส่งวัสดุด้วยความเร็วสูงแบบต่อเนื่องไร้รอยต่อ

มอเตอร์แม่เหล็กลอย:

· ใช้งานในงานกลึงที่แม่นยำและระบบเซมิคอนดักเตอร์

การแข่งขันไปดวงจันทร์ และในที่สุดคือดาวอังคาร เริ่มต้นแล้ว·ช่วยให้การเคลื่อนที่ลื่นไหลอย่างยิ่งด้วยความแม่นยำระดับนาโนเมตร

สถานีทำงานแบบลอยตัว:

· กำจัดข้อผิดพลาดจากแรงสั่นสะเทือนบนสายการผลิตที่ต้องการความแม่นยำ

ข้อได้เปรียบของการลอยตัวด้วยแม่เหล็ก

• การบำรุงรักษาน้อยลง: ไม่มีการสัมผัสทางกายภาพหมายถึงการสึกหรอน้อยลง

· การเคลื่อนที่ลื่นไหลมาก: เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ไวต่อความแม่นยำ

· ประสิทธิภาพพลังงาน: ลดการสูญเสียพลังงานรวมเนื่องจากแรงเสียดทานลดลง

 

สรุป

แม่เหล็กถาวรจะคงอยู่ในอุตสาหกรรมอัตโนมัติในอนาคต

แม่เหล็กถาวรกำลังกลายเป็นองค์ประกอบสำคัญของการนวัตกรรมขณะที่อุตสาหกรรมอัตโนมัติและการควบคุมหุ่นยนต์ก้าวหน้าไป จากมอเตอร์ประสิทธิภาพสูงในระบบหุ่นยนต์ ไปจนถึงเซนเซอร์แม่เหล็กที่เพิ่มความแม่นยำ เทคนิคการยึดชิ้นงานขั้นสูง และการประยุกต์ใช้ใหม่ๆ ของเทคโนโลยีการลอยตัวด้วยแม่เหล็ก แม่เหล็กเหล่านี้กำลังเปลี่ยนโฉมการผลิตสมัยใหม่

เหล็กถาวรเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาอัตโนมัติในอุตสาหกรรม เนื่องจากความสามารถในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ความแม่นยำ และช่วยให้สามารถทำอัตโนมัติด้วยความชาญฉลาดได้ ด้วยความต้องการระบบหุ่นยนต์ที่ชาญฉลาด ปรับตัวได้ และมีประสิทธิภาพสูงมากขึ้น เทคโนโลยีเหล็กถาวรจะมีความสำคัญเพิ่มขึ้นอีกในอนาคต

อุตสาหกรรมจำเป็นต้องนำวิธีการแม่เหล็กขั้นสูงมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน ลดต้นทุน และวางรากฐานสำหรับอนาคตที่ทันสมัยและอัตโนมัติ