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自动化领域的磁悬浮输送系统

时间:2020-06-07    作者:星辰智能


说到磁悬浮技术,大多数人可能首先想到的是磁悬浮列车,给人的印象就是速度快,安静。磁悬浮,是利用磁力克服物体的重力从而实现物体悬浮的一种技术。经过多年的发展,磁悬浮技术已经广泛应用到各类场景。

磁悬浮技术已应用行业一览

在工业级应用方面,倍福、博世力士乐、贝加莱、罗克韦尔等多个自动化企业都相应地开发了磁悬浮输送系统。

这种电驱传输技术采用长定子直线电机的原理,通常由内嵌驱动模组与电磁线圈的长定子轨道,和配备了导向、支撑滑轮的永磁体动子滑块组成。驱动模组的动力输出,会让定子线圈在其轨道表面产生一组交变磁场,从而驱动轨道上永磁体动子高速运动,实现对产线上物料的传递与输送。由于动子滑块的移动是通过电磁方式实现的,因此不会造成像传统产线机械结构的磨损。


01
倍福:XTS磁悬浮输送系统



德国倍福的XTS磁悬浮输送系统(eXtended Transport System)最早于2012年汉诺威工博会上展出,现在已经在大量新机器中得到应用。XTS载重为5kg,加速度高达10g,重复定位精度更是达到了±10μm的级别。

XTS 传输系统主要:直线电机驱动模块组(定子)、动子滑块、机械导轨,集成了驱动电源和位置反馈。XTS 动子模块主框架结构为轻型实心铝制合金,通过多个方向的滑轮支撑可在动子模块的轨道上滑动。滑块内壁的磁铁与电机驱动模块中的磁感应线圈产生作用力,驱动滑块运动。滑块内壁的双侧磁铁布置,是为了抵消磁铁对导轨和滑块的磁力影响。

 XTS磁悬浮原理及环形轨道输送应用讲解:


02
倍福:XPlanar 平面磁悬浮输送系统


2018年,倍福又开发了具有革命性意义的创新产品:XPlanar 平面磁悬浮输送系统。该系统的灵活度极高,适用于通用机械制造领域,尤其适合用于实现包装、装配、分拣和订单拣选过程的自动化。其传输平面的表面材质可以自由选择,例如易于清洁的玻璃、采用卫生型设计的不锈钢或者塑料,因此适合用于洁净室、制药与食品行业,以及真空环境。

如视频演示:

这一系统将传输平面模块的个性化布置与动子六个维度的定位能力完美结合于一体,极大地提升了机械工程灵活性。最重要的是,动子可以在传输平面上进行无接触运动,运行过程不会产生任何噪音或机械磨损,也不会释放异物。所有表面都很光滑,易于清洁,并且可以在表面涂层,以满足所有特定应用需求。动子和传输平面模块数量都可以任意选择。

XPlanar 托盘有效载荷最大可达 6 kg(如果编组控制,有效载荷可以更大);可以进行高达 5°倾斜运动,用于处理液体的运输。动子托盘可以做升降运动、称重运动;运动方式也非常多样化,不仅可以水平运动,也可以垂直运动,甚至还可以上下晃动,具备高度灵活性。

技术参数


03
博世力士乐:Active Mover磁悬浮输送系统


博世的Active Mover磁悬浮输送系统主打的也是高速、高精和高负载。重复精度±0.01 mm,每个工件托盘的载荷高达10kg,每个托盘的驱动力高达160N。


这是德国的系统集成商BBS将Active Mover 应用到汽车电子元件的自动化生产线中的场景,包含上料、压装、装配、检测、测试、下料等37个工位。整条生产线全长共计22米,环状布局。

视频演示:

Active Mover的主体部分由两部分组成:20段长度1米直线段模块和2个180度的圆弧弯道模块,两者配置成长度为22米的环状输送系统。承载工件的滑块竖直安装于直线电机外侧,它可以在系统的任意位置快速运行,并实现精确定位,同时系统可以对每个滑块进行单独控制。

这条生产线可以在无人干预的状态下自动工作45分钟。原材料的上料部分由工人手工操作完成,成品的下料部分由博世力士乐的另一输送系统TS2plus实现。

Active Mover 可以兼容各种工控机,通过 Profinet、Ethernet/IP 或者 EtherCAT 与之相连。同时友好支持生产线进行改建,只需增减模块便可以实现生产线的改造。滑块的加速度最大为40m/s2,最高速度为150m/min。


04
贝加莱:SuperTrak


2016年,贝加莱推出了柔性电驱输送系统SuperTrak。这一新型工业输送技术采用在同一直线导轨上,多个永磁体的动子根据生产组装工艺需求进行位置、速度、间距等的调整,使得传统机械工艺切换的人工调校由软件自动化配置实现,并且可以集成第三方机器人系统、CNC系统、视觉系统等,可以广泛应用在3C制造、食品与药品包装、饮料灌装等需要生产灵活加工与组装等领域,可以提供 “大规模定制”和“一件定制”,高效提升企业市场竞争力。
SuperTrak与机器人构成柔性产线

SuperTrak的导轨设计采用了羊角曲线式连接,使得缓和直路线与圆曲路线之间完美连接,保证连接点和圆弧曲线的曲率完全一致。

SuperTrak与外部执行机构(伺服轴、机器手等)之间存在耦合关系,实现无缝集成,支持联动和插补运算等运动控制功能。


05
贝加莱:ACOPOSTrak


在2017年,ABB贝加莱又推出了更为高级的具有高速转向器的柔性输送系统ACOSPOStrak。新款 ACOPOStrak 从产品的基本原理,特别是在驱动系统架构方面,和 SuperTrak 几乎是一样的。


灵活的产线组织

ACOPOStrak采用了长定子直线电机技术,滑块装载被加工对象运行于轨道之上,这些与轨道采用“非接触”的,可以理解为“磁悬浮”列车,其上的滑块采用电磁方式,这使得动子的间距、运行速度、加速度可以根据软件定义而调整,解决了柔性制造中传统机械的“刚性”,使得整个产线变得柔性。

 ACOPOStrak柔性电驱输送系统

在ACOPOStrak中的轨道设计形式多样,可以是多种角度的,它可以构成非常灵活的产线,基于高精度的轨道机械耦合设计,可以实现“汇流”和“分流”。

对于下面一些场景特别合适:

(1)多个产线的产品混合到一个主线来组合装配,如电子制造业,或者混合包装如食品饮料工业;

(2)一个高速产线分给多个后道单元进行分流加工,或者分道到不同的区域进行不同的产品组装或包装。

(3)专用的维修站/更换夹具站:通过视觉或其它检测方式的不良品可以被送到一个专用的通道进行处理,或者,这个通道也可以作为工装夹具更换时的工作站。

贝加莱的SuperTrak/ACOPOStrak都可以通过数字孪生技术,让运行中的新的生产组合可以在虚拟的环境中进行测试验证,即,可以在软件中对目前的滑块数量、速度、间距、位置、加速度/加加速度特性进行模拟仿真,以确保快速的换装后进入稳态生产过程。

通过数字孪生提前验证产线工艺可行性


06
罗克韦尔自动化:iTrak


罗克韦尔自动化ICT磁悬浮智能输送系统包含MagneMover智能传送系统和iTRAK 智能输送系统,采用类似直线电机的原理,通过控制直线轨道上线圈的磁场来驱动带永磁体的小车进行移动。用于取代现有的皮带输送系统。

2013年11月罗克韦尔自动化收购Jacobs Automation,获得了iTRAK系统。目前,在罗克韦尔自动化的电磁轨道产品组合中,iTRAK 5730 系统在空间占用方面首屈一指。

它的动子间距下限值为 50 mm,非常适合于基本包装应用,例如行进式裹包、末端装盒以及涉及成型-填充-密封的装袋流程。该系统还可以轻松集成到制造商的架构中,提供有助于优化能源利用、监控零件磨损和减少停机时间的分析数据。


07
罗克韦尔自动化:MagneMotion


2016年,罗克韦尔自动化收购了另一智能输送系统的领先制造商——MagneMotion。现在,罗克韦尔的磁悬浮独立小车系统——MagneMotion已经采用Logix平台,通过 EtherNet/IP 连接 Node Controller 对系统进行控制,单个系统最多可容纳 1280 个电机模块。
MagneMotion 面向一些较为通用的物料输送应用,主要是在应对各种物料类型、不同传输路径和复杂设备环境时,为系统提供一定的经济性、灵活性和恰好够用的传输性能。因此在 MagneMotion 的实际应用案例中,除了有食品、饮料、医药卫生和电子加工等行业的应用,还有各类汽车生产线、邮政快递、物流、包装系统,以及游艺娱乐设施。
MagneMotion其实有三个不同级别的产品系列,即:MagneMover LITE(MM LITE)、Quick Stick 100(QS100) 和 Quick Stick High Thrust(HT)。其中,MM LITE 为 1 ~ 10 kg、QS100 为百公斤级别,而 HT 大载荷则可达 5 吨之多。换言之,两款 Quick Stick 都能提供较之前几款磁悬浮独立小车高的多的承载能力。
MM LITE 应该是现存几款磁悬浮独立小车传输产品中,经济性最好的。MM LITE 能够为用户提供模块化的电机轨道和物料小车套件,和无滑轮或有滑轮的单体小车或串联小车组。整体结构比较紧凑,轨道横截面尺寸仅为 66 x 86 mm,转弯半径只有 125 mm,对设备空间占用的要求较低,用户可以比较容易的将其整合到产线系统中。同时除了标准的模块化组件,MM LITE 还可以只单纯提供定子电机和磁铁组,让用户根据自己的需要,自行拼装磁悬浮独立小车和物料小车。


08
费斯托:超导运输SupraDriver


费斯托研究超导概念技术10余年,在2017年及2019年的中国国际工业博览会上,就展示了超导运输SupraDriver概念设备, 不过目前来看,似乎还没有实际应用案例。

展会现场的SupraDrive演示以高动态移动悬浮滑台并精确定位。这台概念设备除了具备无抖动的加速和几乎无磨损的动态运动以外,还拥有便于安装的优势。而且悬浮滑台避免了脏污,即使在清洗过程中运输也不会中断。

2017中国国际工业博览会

在移动轨道两侧,各装有三个带有超导体的低温恒温器,这些能够令运输滑块悬浮于表面上方几毫米处。安装在低温恒温器之间的多载体系统MCS®的驱动器实现滑块的移动与定位。

2019中国国际工业博览会

此概念适用于设备必须经常或在操作期间获得清洁的领域,例如实验室自动化、医疗技术、食品或药品工业和包装技术领域。

友情链接: 小功率交流伺服电机小功率交流伺服电机G系列通用型伺服电机军用伺服液压伺服
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