Robot magnetische encodersensor: hoe binnenlandse magnetische codeschijven het importmonopolie doorbreken?

In de gewrichten van industriële robots, op de assen van servomotoren en bij elk bewegingsknooppunt van mensachtige robots verbergt zich een onopvallend maar essentieel onderdeel: de magnetische encoder . Het fungeert als de ‘gewrichtszenuw’ van de robot en registreert snelheid, positie en hoek in realtime, zet mechanische bewegingen om in elektrische signalen en maakt elke precieze draai en greep mogelijk.

In het hart van een magnetische encoder ligt de  magnetische codeschijf  (ook wel een magnetische ring of trommel genoemd) – een cirkelvormige magnetische component met een patroon van afwisselende N/Z-polen. Terwijl de schijf met de as meedraait, detecteert de magnetische sensor veranderingen in het magnetische veld om de hoek en snelheid te berekenen. Vergeleken met traditionele  optische encoders bieden magnetische encoders  contactloze metingen, immuniteit tegen stof en olie, trillingsbestendigheid, een breed bedrijfstemperatuurbereik en een lange levensduur , waardoor ze steeds dominanter worden in de industriële automatisering en robotica.

I. Waarom is 'binnenlandse vervanging' een must?

Hoewel ze klein zijn, vormen magnetische encoders een klassieke  knelpunttechnologie . Jarenlang waren de zeer nauwkeurige 19-bit of zelfs 20-bit magnetische encoders die nodig zijn voor humanoïde robots, nieuwe energievoertuigen en vele andere sectoren volledig afhankelijk van import uit Europa – niet alleen duur, maar ook onderhevig aan lange aanlooptijden. Binnenlandse magnetische encoders worstelden ooit met onvoldoende nauwkeurigheid, en de productie van hoogwaardige magnetische codeschijven werd lange tijd gecontroleerd door buitenlandse giganten.

Gelukkig is deze situatie aan het veranderen. Met voortdurende doorbraken op het gebied van  magnetische materialen, precisiemagnetisatie en geïntegreerd gieten verbeteren Chinese bedrijven gestaag de prestaties van zeer nauwkeurige magnetoresistieve sensoren en magnetische codeschijven, waardoor de binnenlandse vervanging wordt versneld. In 2024 bereikte de marktomvang van de Chinese magnetische encoderindustrie ongeveer  RMB 1,114 miljard , een groei van 8,37% op jaarbasis.

II. Drie technische hindernissen voor binnenlandse magnetische codeschijven

Voor de productie van een hoogwaardige magnetische codeschijf voor magnetische robotencoders moeten drie technische kernuitdagingen worden overwonnen:

1. Vormprecisie  – De maatnauwkeurigheid van de schijf heeft rechtstreeks invloed op de resolutie en signaalstabiliteit van de encoder. Traditionele assemblage- of nabewerkingsmethoden uit meerdere stukken introduceren assemblagefouten die niet kunnen voldoen aan de precisie op micronniveau die vereist wordt door robotverbindingen.

2. Uniformiteit en complexiteit van de magnetisatie  – Magnetische encoders met hoge precisie vereisen doorgaans tientallen of zelfs meer dan honderd paren N/S-polen. Tijdens de magnetisatie moet elke pool identiek zijn qua sterkte, positie en hoek – elke kleine afwijking leidt tot hoekmeetfouten.

3. 100% uitgaande inspectie  – Voordat een magnetische codeschijf in een robot wordt geïnstalleerd, moet deze een strenge magnetische veldgolfvormtest ondergaan om er zeker van te zijn dat het uitgangssignaal voldoet aan de ontwerpspecificaties. Zonder volledige inspectie is er geen consistentie of betrouwbaarheid.

III. SDM: een one-stop-doorbraak van magnetische materialen naar magnetische encodersensoren

Te midden van de golf van binnenlandse vervanging heeft  SDM Magnetics (Hangzhou) Co., Ltd.  een onafhankelijk, volledig ketentraject uitgestippeld van magnetische materialen naar magnetische encodersensoren.

Op het gebied van robot-magnetische encodersensoren heeft SDM een complete technische lus opgebouwd van  geïntegreerd spuitgieten → magnetische drukpuntmagnetisatie → volledige golfvorminspectie van het magnetische veld , waarbij elke stap het ultieme streven naar precisie en consistentie weerspiegelt.

Geïntegreerd spuitgieten: van 'assemblage' tot 'monolithisch gieten'
De traditionele productie van magnetische codeschijven volgt vaak een gesegmenteerd proces – eerst gieten, dan magnetiseren en dan assembleren – en bij elke volgende stap stapelen zich fouten op. SDM maakt gebruik van  geïntegreerde spuitgiettechnologie  , die het magnetische materiaal en het schijfsubstraat in één enkele spuitgietstap combineert. Dit vermindert niet alleen de geaccumuleerde toleranties bij de montage drastisch, maar verbetert ook aanzienlijk de structurele sterkte en het lichtgewicht van de schijf – met name geschikt voor robotverbindingen waarbij maat en gewicht van cruciaal belang zijn.

Magnetische drukpuntmagnetisatie: elke pool 'met precisie uitgesneden'.
Uiterst nauwkeurige magnetische encoders vereisen dat elke N/S-pool op de schijf met extreme nauwkeurigheid en een uniforme magnetische veldintensiteit wordt gepositioneerd. SDM maakt gebruik van  magnetische drukpuntmagnetisatie  , waarbij elke pool onafhankelijk en nauwkeurig één voor één wordt gemagnetiseerd. Deze 'carved'-benadering zorgt voor een uniforme poolverdeling en een stabiele magnetische veldintensiteit, waardoor het sinusoïdale uitgangssignaal van de encoder fundamenteel wordt gegarandeerd en een solide magnetische basis wordt gelegd voor hoekmetingen met hoge resolutie.

Volledige inspectie van de golfvorm van het magnetische veld: geen enkele 'defecte' schijf verlaat de fabriek.
De laatste verdedigingslinie bij de productie van magnetische codeschijven is inspectie. SDM voert vóór verzending  een volledige magnetische veldgolfvorminspectie uit  op elke afzonderlijke schijf. Met behulp van hooggevoelige magnetische sensoren wordt het volledige magnetische veldsignaal tijdens rotatie vastgelegd en worden golfvormdiagrammen gegenereerd om belangrijke parameters zoals piek-tot-piekfouten en golfvormvervorming te analyseren. Alleen schijven met perfecte golfvormen ontvangen een kwalificatielabel. Dit betekent dat elke magnetische SDM-codeschijf die aan robotfabrikanten wordt geleverd,  100% golfvormverificatie heeft ondergaan , waardoor een stabiele werking op lange termijn in robotgewrichten wordt gegarandeerd.

IV. Van 'binnenlandse vervanging' naar 'binnenlands leiderschap'

Van geïntegreerd spuitgieten tot magnetische drukpuntmagnetisatie tot volledige inspectie van de golfvorm van het magnetische veld – SDM heeft met deze drie ogenschijnlijk eenvoudige maar krachtige processen een complete, autonome en controleerbare productieketen voor magnetische encodersensorschijven opgebouwd.

Dit is niet alleen een upgrade van de productietechnologie; het is een microkosmos van  de Chinese magnetische-materialenindustrie die overgaat van ‘volger’ naar ‘concurrent’ en zelfs ‘leider’ . Wanneer binnenlandse magnetische codeschijven worden geïnstalleerd in de gewrichten van Chinese robots, wanneer het 'knelpunt' 'in onze handen' komt te liggen, staat de ruggengraat van de Chinese robotica-industrie werkelijk overeind.

SDM Magnetics – drijft elke precieze rotatie van Chinese robots aan met de kracht van magnetisme.