Mentre l’automazione industriale si evolve verso l’elevata precisione e l’intelligenza, l’acquisizione accurata e l’analisi quantitativa dei segnali meccanici in condizioni di lavoro complesse sono diventate un requisito fondamentale per migliorare la qualità della produzione e ottimizzare i flussi di processo.
Essendo un dispositivo chiave in grado di raccogliere simultaneamente parametri di forza spaziale e coppia tridimensionali, la piattaforma di misurazione della forza tridimensionale può convertire le caratteristiche meccaniche nell’interazione meccanica in informazioni di dati tracciabili, fornendo una base oggettiva per un controllo preciso, l’ispezione della qualità e l’ottimizzazione delle prestazioni della produzione automatizzata.
Il suo valore applicativo sta gradualmente diventando importante in molti settori chiave come i robot industriali, la produzione automobilistica e l’elettronica di precisione.
1. Scenari applicativi principali delle piattaforme di misurazione della forza tridimensionale nell’automazione industriale
Attualmente, le piattaforme di misurazione della forza tridimensionale sono state implementate in molti collegamenti chiave dell’automazione industriale. Il suo valore fondamentale è concentrato nelle tre dimensioni del controllo preciso della forza, dei test delle prestazioni e della tracciabilità della qualità. Gli scenari specifici possono essere suddivisi nelle seguenti tre categorie:
Nel campo delle operazioni dei robot industriali, le piattaforme di misurazione della forza tridimensionale sono diventate un supporto importante per garantire la precisione e la stabilità delle operazioni.
Negli scenari di assemblaggio di precisione, come il collegamento di componenti elettronici e l’aggancio di parti meccaniche, l’attrezzatura può monitorare i cambiamenti di forza tridimensionale dell’effettore finale del robot in tempo reale e realizzare un controllo della forza a circuito chiuso attraverso il feedback dei dati per evitare il problema di una forza eccessiva che danneggia i componenti o di un assemblaggio insufficiente. Dati pratici rilevanti mostrano che il controllo del feedback di forza basato su questa tecnologia può migliorare significativamente il tasso di successo dell’assemblaggio.
Nel processo di calibrazione e manutenzione delle prestazioni del robot, simulando scenari di forza in diverse condizioni di lavoro, la capacità di carico del robot, la precisione della traiettoria e la stabilità della coppia erogata possono essere testate in modo completo, fornendo dati quantitativi per il debug e la risoluzione dei problemi.
Inoltre, nelle operazioni dinamiche come la rettifica e la saldatura dei robot, la sua elevata frequenza di campionamento può catturare con precisione cambiamenti meccanici istantanei e aiutare a ottimizzare i parametri operativi.
Nell’ispezione automatizzata della produzione automobilistica, la piattaforma di misurazione della forza tridimensionale soddisfa i severi requisiti di controllo qualità.
Nei test sui componenti principali del telaio, è possibile simulare il complesso ambiente di sollecitazione durante la guida del veicolo, misurare la risposta alla forza tridimensionale di ammortizzatori, sistemi di sospensione e altri componenti sottoposti a carichi diversi e valutare le loro proprietà meccaniche e la durata; nei test dei sistemi frenanti e nei test di collisione, con elevate caratteristiche di risposta dinamica, può raccogliere con precisione i componenti della forza frenante e i dati istantanei sulla forza d’impatto, fornendo un supporto chiave per l’ottimizzazione delle prestazioni e la progettazione della sicurezza.
Allo stesso tempo, svolge anche un ruolo importante nei test delle prestazioni degli pneumatici, nel controllo della qualità dell’assemblaggio interno e in altri aspetti.
Nel campo della produzione elettronica di precisione, le capacità di misurazione ad alta precisione delle tavole di misurazione della forza tridimensionale sono pienamente utilizzate.
Nel processo di movimentazione e confezionamento dei wafer semiconduttori, la forza di contatto tra l’effettore finale e il wafer può essere monitorata in tempo reale, riducendo efficacemente il tasso di rottura; nell’ispezione dell’assemblaggio di chip, microsensori e altri componenti, può catturare con precisione i cambiamenti di microforza durante il collegamento e la saldatura, garantendo la precisione dell’assemblaggio e la stabilità delle prestazioni elettriche.
Inoltre, nelle fasi di produzione della batteria, come l’assemblaggio dell’elemento polare e l’imballaggio del pacco batteria, i dati sulla forza possono essere utilizzati per valutare la razionalità della pressione per evitare una pressione impropria che influisca sulla durata della batteria e sulle prestazioni di sicurezza.
2. Lo sviluppo tecnologico fornisce il potere di base per l’espansione delle applicazioni
L’espansione del confine dell’applicazione della piastra di forza tridimensionale nel campo dell’automazione industriale è inseparabile dalla continua iterazione della tecnologia di base. Attualmente, esistono tre principali tendenze di sviluppo, che gettano le basi per una sua più ampia applicazione:
Continui progressi negli aggiornamenti ad alta precisione e alta reattività. Grazie al design della struttura elastomerica ottimizzata per topologia, alla disposizione degli estensimetri ad alta precisione e alla tecnologia avanzata di elaborazione del segnale, la precisione di misurazione delle apparecchiature attuali continua a migliorare. I tipici errori di accoppiamento incrociato possono essere controllati a livello basso. La frequenza di campionamento può raggiungere più di 1000Hz.
In alcuni scenari è stato raggiunto il campionamento a livello di 10kHz, in grado di catturare con precisione i dettagli dei cambiamenti meccanici nelle operazioni dinamiche ad alta velocità. Ciò consente di adattare la piattaforma di misurazione della forza tridimensionale a scenari industriali più precisi, come l’assemblaggio di componenti elettronici a livello micro-nano, operazioni robotiche ad alta velocità, ecc.
Il livello di intelligenza e integrazione è stato notevolmente migliorato.
Integrando chip AI incorporati e algoritmi di deep learning, l’apparecchiatura può realizzare analisi in tempo reale e riconoscimento di modelli di segnali meccanici e dispone di funzioni intelligenti come l’avviso di guasti e l’autoottimizzazione dei parametri.
Combinando la tecnologia 5G e quella dell’edge computing, è possibile costruire una rete di misurazione distribuita per ottenere una raccolta dati sincrona a livello di millisecondi multi-nodo per soddisfare le esigenze di monitoraggio collaborativo delle linee di produzione automatizzate su larga scala. Allo stesso tempo, il miglioramento del protocollo di interfaccia dati aperto ha migliorato la sua compatibilità con i sistemi di controllo industriale, i sistemi di motion capture, ecc., e ha ridotto la complessità dell’integrazione.
Miniaturizzazione e ottimizzazione del design anti-interferenza.
In risposta al complesso ambiente dei siti industriali, le apparecchiature si sono progressivamente sviluppate verso la leggerezza e la miniaturizzazione nella progettazione strutturale, in grado di adattarsi alle esigenze di installazione in spazi ridotti.
Attraverso il miglioramento del livello di protezione e l’ottimizzazione della tecnologia anti-interferenza, può resistere efficacemente all’impatto di ambienti industriali come polvere, inquinamento da petrolio e interferenze elettromagnetiche, garantendo stabilità di misurazione in condizioni di lavoro difficili ed espandendo ulteriormente le sue possibilità di applicazione nei test all’aperto, nell’industria pesante e in altri scenari.
3.
Sfide affrontate dall’applicazione su larga scala di tavole di misurazione della forza tridimensionali
Nonostante le ampie prospettive di applicazione, l’implementazione su larga scala di tavole di misurazione della forza tridimensionali nel campo dell’automazione industriale deve ancora affrontare molteplici sfide: in primo luogo, la mancanza di adattabilità a condizioni di lavoro estreme e alcuni scenari industriali con alte temperature, alte pressioni e forte corrosione hanno requisiti estremamente elevati in termini di prestazioni dei materiali e progettazione di tenuta delle apparecchiature, e le apparecchiature esistenti sono ancora difficili da adattare completamente; in secondo luogo, l’equilibrio tra costi e rapporto prestazioni-prezzo è difficile ed elevato. I costi di ricerca e sviluppo e di produzione delle apparecchiature di precisione sono elevati e, per le piccole e medie imprese manifatturiere, le soglie di approvvigionamento e di applicazione sono elevate. In terzo luogo, il sistema di standardizzazione non è ancora completo. Mancano standard unificati per le specifiche di misurazione e i formati dei dati nei diversi scenari applicativi, il che aumenta la difficoltà dell’integrazione tra sistemi e della condivisione dei dati. In quarto luogo, vi è una carenza di talenti professionali in materia di gestione e manutenzione.
La calibrazione delle apparecchiature, il debug e l’interpretazione dei dati richiedono conoscenze professionali e il pool di talenti esistente è difficile da soddisfare le future esigenze applicative su larga scala.
4. Prospettive applicative e prospettive di sviluppo
Mentre l’automazione industriale avanza verso la produzione intelligente e l’Industria 4.0, le prospettive applicative delle tavole di misurazione della forza tridimensionali continueranno ad espandersi.
Nel campo dei robot industriali, con la diffusione dei robot collaborativi uomo-macchina, le loro capacità di rilevamento della forza diventeranno la chiave per garantire un’interazione sicura uomo-macchina. La piattaforma di misurazione della forza tridimensionale può fornire dati accurati di feedback della forza per i robot, promuovendo l’implementazione di robot collaborativi in più scenari; nel campo della produzione di veicoli a nuova energia, per batterie, elettrici La richiesta di test delle prestazioni di componenti fondamentali come le macchine svolgerà un ruolo più importante nella valutazione della sicurezza e dell’affidabilità; nel campo della manifattura di precisione, con lo sviluppo dei sistemi microelettromeccanici e dell’industria dei semiconduttori, la domanda di misure di microforze continuerà a crescere, promuovendo lo sviluppo di tavole di misura di forza tridimensionali verso una maggiore precisione e dimensioni più piccole.
Conclusione: con i continui progressi nella tecnologia di base, il graduale miglioramento del sistema di standardizzazione e il ragionevole controllo dei costi, la piattaforma di misurazione della forza tridimensionale penetrerà gradualmente nell’intero processo di automazione industriale dall’attuale rilevamento dei collegamenti chiave, diventando un’apparecchiatura di misurazione di base indispensabile nella produzione intelligente.
La sua profonda integrazione con i big data e l’intelligenza artificiale realizzerà un potenziamento completo, dalla raccolta dei dati al supporto decisionale, fornirà un supporto più forte per il miglioramento della qualità, l’ottimizzazione dell’efficienza e la garanzia della sicurezza della produzione industriale e aiuterà l’automazione industriale a passare a un livello superiore.
