Cảm biến bộ mã hóa từ tính robot: Đĩa mã từ trong nước phá vỡ sự độc quyền nhập khẩu như thế nào?

Bên trong các khớp nối của robot công nghiệp, trên trục của động cơ servo và tại mỗi nút chuyển động của robot hình người đều ẩn chứa một bộ phận không dễ thấy nhưng lại rất quan trọng – bộ phận bộ mã hóa từ tính . Nó hoạt động như 'dây thần kinh khớp' của robot, nắm bắt tốc độ, vị trí và góc trong thời gian thực, chuyển đổi chuyển động cơ học thành tín hiệu điện và cho phép mọi cú rẽ và nắm bắt chính xác.

Trung tâm của bộ mã hóa từ tính là  đĩa mã từ  (còn gọi là vòng từ hoặc trống) – một thành phần từ tính hình tròn có các cực N/S xen kẽ. Khi đĩa quay cùng trục, cảm biến từ sẽ phát hiện những thay đổi trong từ trường để tính toán góc và tốc độ. So với  bộ mã hóa quang học truyền thống , bộ mã hóa từ tính cung cấp  phép đo không tiếp xúc, khả năng chống bụi và dầu, chống rung, phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng và tuổi thọ dài , khiến chúng ngày càng chiếm ưu thế trong tự động hóa công nghiệp và robot.

I. Tại sao phải 'thay thế trong nước'?

Mặc dù nhỏ nhưng bộ mã hóa từ tính là một  công nghệ thắt cổ chai cổ điển . Trong nhiều năm, các bộ mã hóa từ tính 19-bit hoặc thậm chí 20-bit có độ chính xác cao cần thiết cho robot hình người, phương tiện sử dụng năng lượng mới và nhiều lĩnh vực khác đều phụ thuộc hoàn toàn vào hàng nhập khẩu từ châu Âu – không chỉ đắt tiền mà còn phải mất nhiều thời gian thực hiện. Các bộ mã hóa từ tính trong nước từng gặp khó khăn với độ chính xác không đủ và việc sản xuất đĩa mã từ cao cấp từ lâu đã bị các đại gia nước ngoài kiểm soát.

May mắn thay, tình trạng này đang thay đổi. Với những đột phá liên tục về  vật liệu từ tính, từ hóa chính xác và đúc tích hợp , các công ty Trung Quốc đang dần cải thiện hiệu suất của cảm biến từ điện trở có độ chính xác cao và đĩa mã từ, đẩy nhanh quá trình thay thế trong nước. Vào năm 2024, quy mô thị trường của ngành mã hóa từ tính Trung Quốc đạt xấp xỉ  1,114 tỷ RMB , tăng trưởng 8,37% so với cùng kỳ năm ngoái.

II. Ba rào cản kỹ thuật đối với đĩa mã từ trong nước

Việc sản xuất đĩa mã từ tính hiệu suất cao cho bộ mã hóa từ tính của robot đòi hỏi phải vượt qua ba thách thức kỹ thuật cốt lõi:

1. Độ chính xác của khuôn  – Độ chính xác về kích thước của đĩa ảnh hưởng trực tiếp đến độ phân giải và độ ổn định tín hiệu của bộ mã hóa. Các phương pháp lắp ráp hoặc xử lý hậu kỳ truyền thống gây ra các lỗi lắp ráp không thể đáp ứng độ chính xác ở mức micron mà các khớp robot yêu cầu.

2. Tính đồng nhất và độ phức tạp từ hóa  – Bộ mã hóa từ tính có độ chính xác cao thường yêu cầu hàng chục hoặc thậm chí hơn một trăm cặp cực N/S. Trong quá trình từ hóa, mọi cực phải giống hệt nhau về cường độ, vị trí và góc – bất kỳ sai lệch nhỏ nào cũng dẫn đến sai số đo góc.

3. Kiểm tra bên ngoài 100%  – Trước khi lắp đĩa mã từ vào robot, nó phải trải qua quá trình kiểm tra dạng sóng từ trường nghiêm ngặt để đảm bảo tín hiệu đầu ra đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế. Nếu không có sự kiểm tra đầy đủ thì sẽ không có sự nhất quán hoặc độ tin cậy.

III. SDM: Bước đột phá toàn diện từ vật liệu từ tính đến cảm biến mã hóa từ tính

Giữa làn sóng thay thế trong nước,  Công ty TNHH SDM Magnets (Hàng Châu)  đã tạo ra một con đường độc lập, toàn chuỗi từ vật liệu từ tính đến cảm biến bộ mã hóa từ tính.

Trong lĩnh vực cảm biến bộ mã hóa từ tính của rô-bốt, SDM đã xây dựng một vòng kỹ thuật hoàn chỉnh gồm  ép phun tích hợp → từ hóa điểm in từ tính → kiểm tra dạng sóng từ trường đầy đủ , với mỗi bước phản ánh mục tiêu tối thượng về độ chính xác và nhất quán.

Đúc phun tích hợp: từ 'lắp ráp' đến 'đúc nguyên khối'
Việc sản xuất đĩa mã từ truyền thống thường tuân theo một quy trình phân đoạn – đúc trước, sau đó từ hóa, sau đó lắp ráp – và mỗi bước bổ sung sẽ tích lũy lỗi. SDM áp dụng công nghệ  ép phun tích hợp  , kết hợp vật liệu từ tính và chất nền đĩa trong một bước ép phun duy nhất. Điều này không chỉ làm giảm đáng kể dung sai tích lũy từ quá trình lắp ráp mà còn cải thiện đáng kể độ bền kết cấu và trọng lượng nhẹ của đĩa – đặc biệt phù hợp với các khớp robot có kích thước và trọng lượng rất quan trọng.

Từ hóa điểm in từ: mọi cực 'được chạm khắc với độ chính xác'
Bộ mã hóa từ tính có độ chính xác cao yêu cầu mỗi cực N/S trên đĩa phải được định vị với độ chính xác cực cao và cường độ từ trường đồng đều. SDM sử dụng  từ hóa điểm in từ tính  – từ hóa độc lập và chính xác từng cực một. Phương pháp 'khắc' này đảm bảo phân bố cực đồng đều và cường độ từ trường ổn định, về cơ bản đảm bảo tín hiệu đầu ra hình sin của bộ mã hóa và đặt nền tảng từ tính vững chắc cho phép đo góc có độ phân giải cao.

Kiểm tra dạng sóng từ trường đầy đủ: không có đĩa 'khiếm khuyết' nào rời khỏi nhà máy
Tuyến phòng thủ cuối cùng trong sản xuất đĩa mã từ là kiểm tra. SDM thực hiện  kiểm tra dạng sóng từ trường đầy đủ  trên mỗi đĩa trước khi xuất xưởng. Sử dụng cảm biến từ có độ nhạy cao, tín hiệu từ trường hoàn chỉnh trong quá trình quay sẽ được thu lại và sơ đồ dạng sóng được tạo ra để phân tích các thông số chính như lỗi từ đỉnh đến đỉnh và biến dạng dạng sóng. Chỉ những đĩa có dạng sóng hoàn hảo mới nhận được thẻ đủ tiêu chuẩn – nghĩa là mọi đĩa mã từ SDM được giao cho nhà sản xuất rô-bốt đều phải trải qua  quá trình xác minh 100% dạng sóng , đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài trong các khớp rô-bốt.

IV. Từ 'thay thế trong nước' đến 'lãnh đạo trong nước'

Từ đúc phun tích hợp, đến từ hóa điểm in từ tính, đến kiểm tra dạng sóng từ trường hoàn chỉnh – SDM đã xây dựng một dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh, tự động và có thể điều khiển được dành cho các đĩa cảm biến bộ mã hóa từ tính với ba quy trình tưởng chừng đơn giản nhưng mạnh mẽ này.

Đây không chỉ là sự nâng cấp về công nghệ sản xuất; nó là một mô hình thu nhỏ của  ngành công nghiệp vật liệu từ tính của Trung Quốc đang chuyển đổi từ 'người theo sau' thành 'đối thủ cạnh tranh' và thậm chí là 'người dẫn đầu' . Khi các đĩa mã từ trong nước được lắp vào các khớp của robot Trung Quốc, khi 'nút cổ chai' trở thành 'trong tay chúng ta', xương sống của ngành công nghiệp robot Trung Quốc thực sự đứng vững.

SDM Magnets – điều khiển mọi vòng quay chính xác của robot Trung Quốc bằng sức mạnh của từ tính.