Поскольку промышленная автоматизация развивается в сторону высокой точности и интеллекта, точный захват и количественный анализ механических сигналов в сложных условиях работы стали основным требованием для улучшения качества производства и оптимизации технологических процессов.
Являясь ключевым устройством, которое может одновременно собирать параметры трехмерной пространственной силы и крутящего момента, платформа трехмерного измерения силы может преобразовывать механические характеристики при механическом взаимодействии в отслеживаемую информацию данных, обеспечивая объективную основу для точного контроля, проверки качества и оптимизации производительности автоматизированного производства.
Его прикладная ценность постепенно становится заметной во многих основных областях, таких как промышленные роботы, автомобилестроение и прецизионная электроника.
1. Основные сценарии применения трехмерных платформ измерения силы в промышленной автоматизации
В настоящее время платформы трехмерного измерения силы внедрены во многих ключевых звеньях промышленной автоматизации. Его основная ценность сосредоточена в трех измерениях: точном контроле силы, тестировании производительности и отслеживании качества. Конкретные сценарии можно разделить на следующие три категории:
В области эксплуатации промышленных роботов трехмерные платформы для измерения силы стали важной поддержкой для обеспечения точности и стабильности операций. В сценариях точной сборки, таких как подключение электронных компонентов и стыковка механических деталей, оборудование может отслеживать трехмерные изменения силы конечного эффектора робота в режиме реального времени и реализовывать управление силой с обратной связью посредством обратной связи, чтобы избежать проблем, связанных с чрезмерным усилием, повреждающим компоненты или недостаточной сборкой.
Соответствующие практические данные показывают, что управление силовой обратной связью на основе этой технологии может значительно повысить вероятность успеха сборки. В процессе калибровки и технического обслуживания робота путем моделирования сценариев воздействия сил в различных условиях работы можно всесторонне протестировать грузоподъемность робота, точность траектории и стабильность выходного крутящего момента, предоставляя количественные данные для отладки и устранения неполадок.
Кроме того, при динамических операциях, таких как роботизированное шлифование и сварка, высокая частота выборки позволяет точно фиксировать мгновенные механические изменения и помогать оптимизировать рабочие параметры.
При автоматизированном контроле производства автомобилей трехмерная платформа для измерения силы соответствует строгим требованиям контроля качества.
При тестировании основных компонентов шасси он может моделировать сложную стрессовую среду во время движения автомобиля, измерять трехмерную силовую реакцию амортизаторов, систем подвески и других компонентов при различных нагрузках, а также оценивать их механические свойства и долговечность;
при тестировании тормозной системы и испытаниях на столкновение, обладая высокими характеристиками динамического отклика, он может точно собирать данные о компонентах тормозной силы и мгновенной силе удара, обеспечивая ключевую поддержку для оптимизации производительности и проектирования безопасности. В то же время он также играет важную роль в тестировании характеристик шин, контроле качества внутренней сборки и других аспектах.
В области прецизионного электронного производства в полной мере используются высокоточные измерительные возможности трехмерных столов для измерения силы.
В процессе обработки и упаковки полупроводниковых пластин силу контакта между концевым эффектором и пластиной можно контролировать в режиме реального времени, что эффективно снижает скорость поломки; при проверке сборки чипов, микродатчиков и других компонентов он может точно фиксировать изменения микросил во время подключения и сварки, обеспечивая точность сборки и стабильность электрических характеристик.
Кроме того, на этапах производства аккумуляторов, таких как сборка полюсных наконечников и упаковка аккумуляторных блоков, данные о силе могут использоваться для оценки рациональности давления, чтобы избежать неправильного давления, которое влияет на срок службы аккумулятора и показатели безопасности.
2. Развитие технологий обеспечивает основные возможности для расширения приложений.
Расширение границ применения трехмерной силовой пластины в области промышленной автоматизации неотделимо от непрерывного совершенствования базовой технологии. В настоящее время существуют три основные тенденции развития, закладывающие основу для его более широкого применения:
Постоянные прорывы в области высокоточных и быстродействующих обновлений. Благодаря топологически оптимизированной конструкции эластомерной структуры, высокоточному расположению тензорезисторов и передовой технологии обработки сигналов точность измерений современного оборудования продолжает улучшаться. Типичные ошибки перекрестной связи можно контролировать на низком уровне. Частота дискретизации может достигать более 1000 Гц.
В некоторых сценариях была достигнута дискретизация уровня 10 кГц, которая может точно уловить детали механических изменений в высокоскоростных динамических операциях. Это позволяет адаптировать трехмерную платформу измерения силы к более точным промышленным сценариям, таким как сборка электронных компонентов на микро-наноуровне, высокоскоростные роботизированные операции и т. д.
Уровень интеллекта и интеграции был значительно улучшен.
Благодаря интеграции встроенных микросхем искусственного интеллекта и алгоритмов глубокого обучения оборудование может осуществлять анализ в реальном времени и распознавание образов механических сигналов, а также имеет интеллектуальные функции, такие как предупреждение о неисправностях и самооптимизация параметров.
Сочетая технологию 5G и периферийных вычислений, можно построить распределенную измерительную сеть для обеспечения синхронного сбора данных на уровне нескольких узлов на миллисекундном уровне для удовлетворения потребностей в совместном мониторинге крупномасштабных автоматизированных производственных линий.
В то же время совершенствование протокола интерфейса открытых данных улучшило его совместимость с промышленными системами управления, системами захвата движения и т. д., а также снизило сложность интеграции.
Миниатюризация и оптимизация конструкции с защитой от помех.
В ответ на сложную среду промышленных объектов оборудование постепенно развивалось в сторону облегчения и миниатюризации конструкции, что позволяет адаптироваться к требованиям установки в небольших помещениях. Благодаря повышению уровня защиты и оптимизации технологии защиты от помех он может эффективно противостоять воздействию промышленных сред, таких как пыль, нефтяное загрязнение и электромагнитные помехи, обеспечивая стабильность измерений в тяжелых условиях работы и еще больше расширяя возможности его применения при испытаниях на открытом воздухе, в тяжелой промышленности и других сценариях.
3. Проблемы, с которыми сталкивается крупномасштабное применение трехмерных таблиц измерения силы
Несмотря на широкие перспективы применения, крупномасштабное внедрение трехмерных таблиц измерения силы в области промышленной автоматизации по-прежнему сталкивается с множеством проблем: во-первых, отсутствие адаптивности к экстремальным условиям работы, а также некоторые промышленные сценарии с высокими температурами, высокими давлениями и сильной коррозией предъявляют чрезвычайно высокие требования к характеристикам материалов и конструкции уплотнений оборудования, а существующее оборудование все еще трудно полностью адаптировать; во-вторых, баланс между стоимостью и соотношением цены и качества сложен и высок. Затраты на исследования, разработки и производство прецизионного оборудования высоки, а для малых и средних производственных компаний пороговые значения закупок и применения высоки. В-третьих, система стандартизации еще не завершена. Отсутствуют унифицированные стандарты для спецификаций измерений и форматов данных в различных сценариях применения, что увеличивает сложность межсистемной интеграции и обмена данными. В-четвертых, существует нехватка профессиональных специалистов по эксплуатации и техническому обслуживанию.
Калибровка оборудования, отладка и интерпретация данных требуют профессиональных знаний, а существующий кадровый резерв трудно удовлетворить будущие крупномасштабные потребности приложений.
4. Перспективы применения и перспективы развития
По мере продвижения промышленной автоматизации к интеллектуальному производству и Индустрии 4.0 перспективы применения трехмерных таблиц измерения силы будут продолжать расширяться.
В области промышленных роботов, с популяризацией человеко-машинных совместных роботов, их возможности восприятия силы станут ключом к обеспечению безопасного взаимодействия человека и машины. Трехмерная платформа измерения силы может предоставлять точные данные обратной связи по силе для роботов, способствуя внедрению совместных роботов в большем количестве сценариев; в области производства транспортных средств на новых источниках энергии, для аккумуляторов, электрических. Потребность в тестировании производительности основных компонентов, таких как машины, будет играть более важную роль в оценке безопасности и надежности; В области точного производства с развитием микроэлектромеханических систем и полупроводниковой промышленности спрос на измерение микросилы будет продолжать расти, что будет способствовать развитию трехмерных таблиц измерения силы в направлении более высокой точности и меньших размеров.
Вывод: Благодаря постоянным прорывам в основных технологиях, постепенному совершенствованию системы стандартизации и разумному контролю затрат платформа трехмерного измерения силы постепенно проникнет во весь процесс промышленной автоматизации, начиная с текущего обнаружения ключевых звеньев, становясь незаменимым базовым измерительным оборудованием в интеллектуальном производстве.
Его глубокая интеграция с большими данными и искусственным интеллектом обеспечит полноценные возможности от сбора данных до поддержки принятия решений, обеспечит более мощную поддержку для повышения качества, оптимизации эффективности и обеспечения безопасности промышленного производства, а также поможет промышленной автоматизации перейти на более высокий уровень.
