Demagnetizimi i sensorit të koduesit magnetik të robotit në temperaturë të lartë - Zgjidhje për funksionim të vazhdueshëm

I. Problemi: Rreziku i fshehur i dështimit të robotit 'Joint'.

Në robotët industrialë, robotët bashkëpunues dhe sistemet servo precize, koduesit magnetikë luajnë një rol kritik si 'sensorë të përbashkët'. Ata zbulojnë ndryshimet në fushën magnetike të disku i koduesit (unaza magnetike) dhe ofron reagime në kohë reale për shpejtësinë dhe pozicionin e motorit. Megjithatë, një çështje që neglizhohet lehtësisht është se kur robotët funksionojnë vazhdimisht në kushte të temperaturës së lartë, disku i koduesit magnetik mund të pësojë  demagnetizim me temperaturë të lartë , duke çuar në zhvendosje të reagimit të pozicionit, rritje të rrymës dhe madje edhe humbje hapash.

Inxhinierët e kanë hasur këtë në korrigjimin e gabimeve në botën reale: kur motori funksionon mbi 80 °C, reagimi i pozicionit gradualisht bëhet i pasaktë dhe pas kontrolleve të plota, shkaku kryesor gjurmohet në demagnetizimin në temperaturë të lartë të koduesit magnetik. Për robotët industrialë që duhet të punojnë vazhdimisht për periudha të gjata, ky problem është veçanërisht kritik - ai jo vetëm që ndikon në saktësinë e përpunimit, por gjithashtu mund të shkaktojë dështime të pajisjeve apo edhe incidente sigurie.

Aktualisht, dy materialet më të përdorura për disqet e koduesit magnetik janë  ferriti i formuar me injeksion  dhe  magneti i gomës  (i quajtur edhe magnet fleksibël ferrit). Pse këto dy materiale demagnetizohen në temperatura të larta dhe si mund të zgjidhet kjo? Ky artikull ofron një analizë të thellë nga këndvështrimi i karakteristikave të materialit, mekanizmave të demagnetizimit dhe zgjidhjeve.

II. Dy materiale të zakonshme dhe karakteristikat e tyre të temperaturës

1. Ferrit i derdhur me injeksion

Ferriti i derdhur me injeksion bëhet duke përzier najlon (ose rrëshira të tjera termoplastike) me pluhur oksid hekuri për të formuar pelet, të cilat më pas përpunohen me derdhje me injeksion. Përparësitë e tij përfshijnë lirinë e lartë të formës, saktësinë e shkëlqyer të dimensioneve dhe përshtatshmërinë për prodhim masiv. Në fushën e disqeve të koduesit magnetik, unazat e ferritit të formuar me injeksion mund të magnetizohen me saktësi me shumë pole dhe përdoren gjerësisht në kontrollin e motorit dhe nyjet e robotëve.

Sidoqoftë, ferriti i derdhur me injeksion ka një mangësi të konsiderueshme -  ndjeshmëri të lartë ndaj temperaturës . Nën temperaturat e ngritura, vetitë e tij magnetike degradohen dhe mund të ndodhë demagnetizimi. Në mënyrë tipike, diapazoni i temperaturës së funksionimit të ferritit të derdhur me injeksion është midis -40 °C dhe 120 °C; përtej këtij diapazoni, performanca magnetike fillon të bjerë. Më shqetësuese është se ferriti i formuar me injeksion ka një shtrëngim relativisht të ulët, duke e bërë atë të ndjeshëm jo vetëm ndaj fushave magnetike të jashtme, por edhe ndaj humbjeve të pakthyeshme magnetike në temperatura të larta.

2. Magnet gome (magnet fleksibël ferrit)

Magnetët e gomës bëhen nga përzierja e pluhurit të ferritit të lidhur me goma sintetike (të tilla si goma nitrile ose goma kloroprene) dhe më pas përpunohen nëpërmjet kalendimit, nxjerrjes ose derdhjes me injeksion. Ato janë fleksibël, elastike dhe të prerë, dhe gjithashtu përdoren gjerësisht në koduesit magnetikë.

Magnetët konvencionalë të gomës zakonisht kanë një kufi të sipërm të temperaturës së funksionimit prej rreth  80 °C . Magnetët e zakonshëm të gomës tregojnë një dobësim magnetik prej më pak se 3% pas 72 orësh në 80 °C; megjithatë, nëse temperatura rritet më tej, rreziku i demagnetizimit rritet ndjeshëm. Duhet të theksohet se rezistenca e temperaturës së magneteve të gomës përcaktohet kryesisht nga matrica e gomës - duke përdorur goma rezistente ndaj temperaturës së lartë si goma silikoni, kufiri i sipërm mund të rritet në 150-200 °C.

III. Mekanizmi fizik i çmagnetizimit në temperaturë të lartë: Domenet magnetike 'Humbni drejtimin' në lëvizje termike

Për të kuptuar demagnetizimin në temperaturë të lartë, së pari duhet kuptuar pse materialet magnetike janë magnetike.

Magnetizmi i një materiali buron nga rreshtimi i renditur i zonave të vogla magnetike brenda materialit -  fusha magnetike . Në temperaturën e dhomës, këto fusha janë kryesisht të lidhura në të njëjtin drejtim, duke prodhuar magnetizëm makroskopik. Kur temperatura rritet, lëvizja termike e atomeve brenda domeneve intensifikohet, duke shqetësuar strukturën e rregulluar fillimisht të domenit dhe duke shkaktuar devijimin e momenteve magnetike. Si rezultat, si  remanenca (Br)  dhe  shtrëngimi (Hc)  i magnetit zvogëlohen në shkallë të ndryshme, duke u shfaqur si një dobësim i forcës së fushës magnetike.

Për magnetet e ferritit dhe gomës të formuar me injeksion, situata është më komplekse: të dy materialet janë  magnet të lidhur -  të përbërë nga pluhur magnetik (pluhur ferriti) i përbërë me një lidhës polimer. Temperatura e lartë jo vetëm që ndikon në rregullimin e domenit magnetik të vetë pluhurit, por gjithashtu ndryshon vetitë e lidhësit (zbutje, plakje, etj.), gjë që nga ana tjetër ndikon në shpërndarjen e pluhurit dhe performancën e përgjithshme magnetike.

Është e rëndësishme të bëhet dallimi midis dy llojeve të demagnetizimit në temperaturë të lartë:

·  Demagnetizimi i kthyeshëm : performanca magnetike zvogëlohet me rritjen e temperaturës, por rikuperohet kur temperatura kthehet në normale.

·  Demagnetizimi i pakthyeshëm : kur temperatura tejkalon një prag të caktuar, struktura e domenit ndryshon përgjithmonë dhe vetitë magnetike origjinale nuk mund të rikthehen edhe pas ftohjes.

Për funksionimin e vazhdueshëm të robotit, shqetësimi më kritik është  çmagnetizimi i pakthyeshëm -  pasi të ndodhë, forca e sinjalit magnetik të diskut të koduesit do të reduktohet përgjithmonë, duke kompromentuar drejtpërdrejt saktësinë e matjes së koduesit.

IV. Zgjidhje sistematike

Për të adresuar demagnetizimin në temperaturë të lartë të disqeve të koduesit të ferritit të formuar me injeksion dhe magnetit gome, zgjidhjet mund të ndiqen nga dy dimensione: niveli i materialit dhe niveli i projektimit të sistemit.

Zgjidhja 1: Optimizimi dhe Përmirësimi i Nivelit të Materialit

1. Zgjidhni shkallët rezistente ndaj temperaturës së lartë të ferritit të formuar me injeksion

Temperatura e funksionimit të ferritit të derdhur me injeksion nuk është fikse. Duke optimizuar formulimin e pluhurit magnetik dhe sistemin lidhës, rezistenca e tij ndaj temperaturës mund të rritet ndjeshëm. Për shembull, materialet e ferritit që përdorin najlon 6 ose PPS (sulfid polifenileni) si lidhës kanë treguar rezultate të kënaqshme të provës në rreth 180 °C. Hulumtimet tregojnë se shtimi i një sasie të përshtatshme të lubrifikantit TAF mund të përmirësojë rrjedhshmërinë e peletit dhe vetitë magnetike; Trajtimi sipërfaqësor i pluhurit magnetik me agjentë bashkues mund të përmirësojë gjithashtu në mënyrë efektive performancën e magneteve të derdhur me injeksion.

2. Zgjidhni Magnetët e gomës rezistente ndaj temperaturës së lartë

Magnetët e zakonshëm të gomës kanë një kufi të sipërm të temperaturës prej 80 °C, por duke adoptuar sisteme gome me temperaturë të lartë (p.sh., duke zëvendësuar gomën e zakonshme me gomë silikoni), kufiri i sipërm mund të rritet në 150-200 °C. Teknologjitë e patentuara kanë treguar se me formulimin e duhur dhe optimizimin e procesit të sistemeve të gomës me temperaturë të lartë me pluhur ferrit, temperatura maksimale e shërbimit të magneteve të gomës mund të arrijë 120-170 °C. Sistemet e përziera të gomës si SR/NBR gjithashtu shfaqin stabilitet të mirë termik mbi 120 °C.

Në zgjedhjen praktike, rekomandohet të përputhet vlerësimi i temperaturës së materialit me diapazonin e temperaturës së funksionimit të pajisjes.

Zgjidhja 2: Projektimi i Sistemit dhe Menaxhimi termik

1. Optimizoni dizajnin e shpërndarjes së nxehtësisë

Meqenëse demagnetizimi në temperaturë të lartë shkaktohet përfundimisht nga temperatura e tepërt, menaxhimi efektiv termik është qasja më e drejtpërdrejtë. Masat specifike përfshijnë:

·  Shtimi i  ftohjes së nxehtësisë ose ftohjes së detyruar të ajrit  rreth koduesit për të ulur temperaturën e funksionimit të unazës magnetike.

·  Vendosja e  strukturave termoizoluese  midis mbështjelljeve të motorit dhe koduesit për të bllokuar transferimin e nxehtësisë.

·  Miratimi i  modeleve të xhaketës me ftohje me ujë  për të arritur ftohje të vazhdueshme në kushte të temperaturës së lartë.

2. Marzhi i rezervës në projektimin e qarkut magnetik

Gjatë fazës së projektimit të qarkut magnetik, mund të rezervohet një  diferencë e përshtatshme fluksi  për të kompensuar humbjen e pjesshme magnetike në temperatura të larta, duke siguruar performancë të qëndrueshme gjatë gjithë ciklit jetësor të produktit.

3. Kontrolloni temperaturën e procesit të formimit të injektimit

Në prodhimin e diskut të koduesit magnetik, vëmendje duhet t'i kushtohet kontrollit të temperaturës së përpunimit gjatë formimit me injeksion, duke shmangur temperaturat e tepërta që mund të dëmtojnë vetitë magnetike.

V. Përmbledhje

Demagnetizimi i disqeve të koduesit të ferritit të formuar me injeksion dhe magnetit të gomës në temperatura të larta është në thelb një proces fizik në të cilin lëvizja termike prish strukturën e rendit të domenit magnetik, duke reduktuar rendin magnetik. Kjo çështje është veçanërisht e theksuar në funksionimin e vazhdueshëm të robotëve.

Zgjidhjet mund të trajtohen nga dy nivele:  në nivel materiali , duke zgjedhur klasat rezistente ndaj temperaturës së lartë të ferritit të formuar me injeksion ose magnete gome rezistente ndaj temperaturës së lartë;  në nivel sistemi , duke optimizuar shpërndarjen e nxehtësisë, duke zbatuar menaxhimin e duhur termik dhe duke rezervuar kufijtë e fluksit në dizajnin e qarkut magnetik.

Në aplikimet reale inxhinierike, këshillohet që të vlerësohet në mënyrë gjithëpërfshirëse dhe të zgjidhet zgjidhja më e përshtatshme bazuar në gamën specifike të temperaturës, buxhetin e kostos dhe kërkesat e saktësisë. Në fund të fundit, për një robot që duhet të operojë në mënyrë të qëndrueshme për periudha të gjata, besueshmëria e çdo 'nyje' është kritike për suksesin e përgjithshëm.