Robot Magnetiese Encoder Sensor Demagnetisering by Hoë Temperatuur - Oplossings vir deurlopende werking

I. Die probleem: Die verborge risiko van robot 'Gesamentlike' mislukking

In industriële robotte, samewerkende robotte en presisie servostelsels speel magnetiese enkodeerders 'n kritieke rol as 'gewrigsensors.' Hulle bespeur veranderinge in die magnetiese veld van die enkodeerderskyf (magnetiese ring) en verskaf intydse terugvoer oor motorspoed en posisie. Een probleem wat maklik oor die hoof gesien kan word, is egter dat wanneer robotte voortdurend onder hoë-temperatuur toestande werk, die magnetiese enkodeerderskyf  hoë temperatuur-demagnetisering kan ondervind , wat lei tot posisieterugvoerverskuiwing, verhoogde stroom en selfs stapverlies.

Ingenieurs het dit in werklike ontfouting teëgekom: wanneer die motor bo 80 °C loop, word die posisieterugvoer geleidelik onakkuraat, en na deeglike ondersoeke word die hoofoorsaak na hoëtemperatuur-demagnetisering van die magnetiese enkodeerder opgespoor. Vir industriële robotte wat vir lang periodes aaneenlopend moet hardloop, is hierdie probleem veral kritiek - dit beïnvloed nie net bewerking akkuraatheid nie, maar kan ook toerustingfoute of selfs veiligheidsinsidente veroorsaak.

Tans is die twee mees gebruikte materiale vir magnetiese enkodeerderskywe  spuitgevormde ferriet  en  rubbermagneet  (ook genoem buigsame ferrietmagneet). Waarom demagnetiseer hierdie twee materiale by hoë temperature, en hoe kan dit opgelos word? Hierdie artikel verskaf 'n in-diepte analise vanuit die perspektiewe van materiaal eienskappe, demagnetisering meganismes en oplossings.

II. Twee algemene materiale en hul temperatuurkenmerke

1. Spuitgevormde ferriet

Spuitgevormde ferriet word gemaak deur nylon (of ander termoplastiese harse) met ysteroksiedpoeier te meng om korrels te vorm, wat dan deur spuitgiet verwerk word. Die voordele daarvan sluit in hoë vormvryheid, uitstekende dimensionele akkuraatheid en geskiktheid vir massaproduksie. Op die gebied van magnetiese enkodeerderskywe kan spuitgevormde ferrietringe met veelvuldige pole akkuraat gemagnetiseer word en word wyd gebruik in motorbeheer en robotgewrigte.

Spuitgevormde ferriet het egter 'n beduidende tekortkoming -  hoë sensitiwiteit vir temperatuur . Onder verhoogde temperature verswak sy magnetiese eienskappe, en kan demagnetisering plaasvind. Tipies is die bedryfstemperatuurreeks van spuitgevormde ferriet tussen -40 °C en 120 °C; buite hierdie reeks begin magnetiese werkverrigting afneem. Meer kommerwekkend is dat spuitgegote ferriet 'n relatief lae koërsiwiteit het, wat dit nie net vatbaar maak vir eksterne magnetiese velde nie, maar ook vir onomkeerbare magnetiese verlies by hoë temperature.

2. Rubbermagneet (buigsame ferrietmagneet)

Rubbermagnete word gemaak deur gebonde ferrietpoeier met sintetiese rubbers (soos nitrilrubber of chloropreenrubber) te meng en dan deur kalandering, ekstrusie of spuitgiet te verwerk. Hulle is buigsaam, elasties en snybaar, en word ook wyd gebruik in magnetiese enkodeerders.

Konvensionele rubbermagnete het tipies 'n boonste bedryfstemperatuurlimiet van ongeveer  80 °C . Gewone rubbermagnete toon 'n magnetiese verswakking van minder as 3% na 72 uur by 80 °C; as die temperatuur egter verder styg, neem die risiko van demagnetisering aansienlik toe. Daar moet kennis geneem word dat die temperatuurweerstand van rubbermagnete hoofsaaklik deur die rubbermatriks bepaal word - deur hoë-temperatuurbestande rubbers soos silikoonrubber te gebruik, kan die boonste limiet tot 150-200 °C verhoog word.

III. Fisiese meganisme van hoë-temperatuur demagnetisering: magnetiese domeine 'verloor rigting' in termiese beweging

Om hoëtemperatuur-demagnetisering te verstaan, moet 'n mens eers verstaan ​​hoekom magnetiese materiale magneties is.

Die magnetisme van 'n materiaal spruit uit die geordende belyning van klein magnetiese gebiede binne die materiaal -  magnetiese domeine . By kamertemperatuur is hierdie domeine grootliks in dieselfde rigting in lyn, wat makroskopiese magnetisme produseer. Wanneer die temperatuur styg, verskerp die termiese beweging van atome binne die domeine, wat die oorspronklik geordende domeinstruktuur versteur en veroorsaak dat die magnetiese momente afwyk. As gevolg hiervan, verminder beide die  remanensie (Br)  en  koërsiwiteit (Hc)  van die magneet in verskillende grade, wat manifesteer as 'n verswakking van die magneetveldsterkte.

Vir spuitgevormde ferriet- en rubbermagnete is die situasie meer kompleks: beide materiale is  gebonde magnete -  saamgestel uit magnetiese poeier (ferrietpoeier) saamgestel met 'n polimeerbindmiddel. Hoë temperatuur beïnvloed nie net die magnetiese domeinrangskikking van die poeier self nie, maar verander ook die bindmiddel eienskappe (versagting, veroudering, ens.), Wat weer die verspreiding van die poeier en die algehele magnetiese werkverrigting beïnvloed.

Dit is belangrik om te onderskei tussen twee tipes hoë-temperatuur demagnetisering:

·  Omkeerbare demagnetisering : magnetiese werkverrigting neem af met stygende temperatuur, maar herstel wanneer die temperatuur na normaal terugkeer.

·  Onomkeerbare demagnetisering : wanneer die temperatuur 'n sekere drempel oorskry, verander die domeinstruktuur permanent, en die oorspronklike magnetiese eienskappe kan nie herstel word nie, selfs na afkoeling.

Vir deurlopende robotwerking is die mees kritieke bekommernis  onomkeerbare demagnetisering  - sodra dit plaasvind, sal die magnetiese seinsterkte van die enkodeerderskyf permanent verminder word, wat die meetakkuraatheid van die enkodeerder direk in gevaar stel.

IV. Sistematiese oplossings

Om hoëtemperatuur-demagnetisering van spuitgegote ferriet- en rubbermagneet-enkodeerderskywe aan te spreek, kan oplossings uit twee dimensies nagestreef word: die materiaalvlak en die stelselontwerpvlak.

Oplossing 1: Materiaalvlak-optimalisering en -opgradering

1. Kies hoë-temperatuurbestande grade van spuitgevormde ferriet

Die werkstemperatuur van spuitgevormde ferriet is nie vas nie. Deur die magnetiese poeierformulering en die bindmiddelstelsel te optimaliseer, kan die temperatuurweerstand daarvan aansienlik verbeter word. Byvoorbeeld, ferrietmateriale wat nylon 6 of PPS (polifenyleensulfied) as die bindmiddel gebruik, het bevredigende toetsresultate by ongeveer 180 °C getoon. Navorsing dui daarop dat die byvoeging van 'n gepaste hoeveelheid TAF-smeermiddel korrelvloeibaarheid en magnetiese eienskappe kan verbeter; oppervlakbehandeling van die magnetiese poeier met koppelmiddels kan ook die werkverrigting van spuitgegote magnete effektief verbeter.

2. Kies hoë-temperatuurbestande rubbermagnete

Konvensionele rubbermagnete het 'n boonste temperatuurlimiet van 80 °C, maar deur hoëtemperatuurrubberstelsels aan te neem (bv. deur gewone rubber met silikoonrubber te vervang), kan die boonste limiet tot 150-200 °C verhoog word. Gepatenteerde tegnologieë het getoon dat met behoorlike formulering en prosesoptimalisering van hoëtemperatuur-rubberstelsels met ferrietpoeier, die maksimum dienstemperatuur van rubbermagnete 120-170 °C kan bereik. Gemengde rubberstelsels soos SR/NBR vertoon ook goeie termiese stabiliteit bo 120 °C.

In praktiese keuse word dit aanbeveel om die materiaal se temperatuurgradering met die toerusting se bedryfstemperatuurreeks te pas.

Oplossing 2: Stelselontwerp en Termiese Bestuur

1. Optimaliseer hitte-afvoerontwerp

Aangesien hoëtemperatuur-demagnetisering uiteindelik deur oormatige temperatuur veroorsaak word, is effektiewe termiese bestuur die mees direkte benadering. Spesifieke maatreëls sluit in:

·  Byvoeging  van heatsinks of gedwonge lugverkoeling  rondom die enkodeerder om die werkingstemperatuur van die magnetiese ring te verlaag.

·  Die plasing van  termiese isolasiestrukture  tussen die motorwikkelings en die enkodeerder om hitte-oordrag te blokkeer.

·  Die aanvaarding van  waterverkoelde baadjieontwerpe  om deurlopende verkoeling onder hoë temperatuur toestande te verkry.

2. Reserwemarge in Magnetiese Kringontwerp

Tydens die magnetiese kringontwerpfase kan 'n toepaslike  vloedmarge  gereserveer word om te vergoed vir gedeeltelike magnetiese verlies by hoë temperature, wat stabiele werkverrigting deur die produk se lewensiklus verseker.

3. Beheer spuitgietproses temperatuur

By die vervaardiging van die magnetiese enkodeerderskyf moet aandag gegee word aan die beheer van die verwerkingstemperatuur tydens spuitgiet, om buitensporige temperature te vermy wat magnetiese eienskappe kan beskadig.

V. Opsomming

Die demagnetisering van spuitgevormde ferriet- en rubbermagneet-enkodeerderskywe by hoë temperature is in wese 'n fisiese proses waarin termiese beweging die geordende magnetiese domeinstruktuur ontwrig en magnetiese orde verminder. Hierdie kwessie is veral prominent in deurlopende robotbedryf.

Oplossings kan vanaf twee vlakke benader word:  op materiaalvlak , deur hoë-temperatuur-bestande grade van spuitgevormde ferriet of hoë-temperatuur-bestande rubbermagnete te kies;  op stelselvlak , deur hitte-afvoer te optimaliseer, behoorlike termiese bestuur te implementeer en vloedmarges in die magnetiese stroombaanontwerp te reserveer.

In werklike ingenieurstoepassings is dit raadsaam om die mees geskikte oplossing volledig te evalueer en te kies gebaseer op die spesifieke temperatuurreeks, kostebegroting en akkuraatheidsvereistes. Per slot van rekening, vir 'n robot wat stabiel oor lang tydperke moet funksioneer, is die betroubaarheid van elke 'gewrig' van kritieke belang vir die algehele sukses.