CN103063419A - 一种电主轴转子质量检测装置 - Google Patents

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徐光华
陈晓光
梁霖
刘飞
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Abstract

一种电主轴转子质量检测装置，包括伺服电机，伺服电机的输出轴通过传动机构和待测转子的轴连接，待测转子固定在卡盘上，靠近待测转子表面设有永磁探头，永磁探头的中心与待测转子的回转中心在同一平面上，永磁探头由永磁铁和缠绕在永磁铁上的漆包线圈组成，漆包线圈两端接数据采集设备获取信号，本发明基于永磁扰动无损检测，具有快速、高效、易于操作的特点，同时具有检测结果稳定可靠、操作简单的优点。

Description

一种电主轴转子质量检测装置
技术领域
本发明属于高速数控机床检测技术领域，具体涉及一种电主轴转子质量检测装置。
背景技术
随着高速数控机床（CNC）在工业中的不断应用，高速主轴的性能直接决定了高速数控机床的工作性能。数控机床高速电主轴单元影响加工系统的精度、稳定性及应用范围，其动力性能及稳定性对高速加工起着关键作用。转子作为电主轴单元的主要旋转部件，其质量好坏直接影响电主轴的性能。在电主轴的加工生产过程中，定子的制造工艺比较成熟，质量比较稳定。而转子的制造由于材料、铸造工艺、温度、压力等因素，相互之间制约并不同程度地影响转子的质量，成为影响电主轴产品质量的主要因素。因此，控制转子质量和成品率将会极大地提高电主轴的合格率，尤其在转子成型后，若能立即检测其性能好坏，将会极大地减少由于不合格转子装配成电主轴而带来的后期拆卸返工的经济损失。
目前，电主轴转子质量检测装置一般只能检测近表面故障，且对故障的种类较难做到定性分析。如常用的电机电流检测装置是在转子装配成型以后而进行的检测，通过对定子电流谐波分量进行提取分析从而诊断转子故障，只对转子断条较为灵敏。又如电主轴生产产家多采用磁粉检测装置，采用在转子两端加大电流以形成较强磁场的方法，通过观察磁粉的吸附分布来诊断转子故障，该方法效率较低，多为人工配合得以完成，而且只能检测近表面的故障。还有诸如声发射、超声、射线检测等，均无法实现快速及全面的检测转子故障。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种电主轴转子质量检测装置，具有快速、高效、易于操作的特点，同时具有检测结果稳定可靠、操作简单的优点。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种电主轴转子质量检测装置，包括伺服电机1，伺服电机1的输出轴通过传动机构2和待测转子3的轴连接，待测转子3固定在卡盘上，靠近待测转子3表面设有永磁探头6，永磁探头6的中心与待测转子3的回转中心在同一平面上。
所述的永磁探头6由永磁铁5和缠绕在永磁铁5上的漆包线圈4组成，漆包线圈4两端接数据采集设备获取信号。
所述的永磁探头6与待测转子3表面距离为1mm-2mm。
所述的待测转子3转速300-1000rpm。
所述的漆包线圈4为50-100圈，漆包线直径取0.2-0.7mm。
所述的永磁铁5采用铷铁硼永磁铁。
本发明装置的总体设计与结构，基于永磁扰动无损检测，所以具有如下优点：
1.获取的感应电压信号信噪比高；
2.检查速度快，平均1~2秒一个转子；
3.测试精度高，可以准确判断出转子故障类型；
4.测试深度广，可以全面检测转子质量状态。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是正常待测转子3检测信号原始波形和经过EMD分解后的第一个本征模式函数IMF。
图3是端环气孔待测转子3检测信号原始波形和经过EMD分解后的第一个本征模式函数IMF。
图4是断条待测转子3检测信号原始波形和经过EMD分解后的第一个本征模式函数IMF。
图5是偏心待测转子3检测信号原始波形和经过EMD分解后的第一个本征模式函数IMF。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
参照图1，一种电主轴转子质量检测装置，包括伺服电机1，伺服电机1的输出轴通过传动机构2和待测转子3的轴连接，伺服电机1通过传动机构2带动待测转子3旋转，待测转子3固定在卡盘上，靠近待测转子3表面设有永磁探头6，永磁探头6的中心与待测转子3的回转中心在同一平面上。
所述的永磁探头6由永磁铁5和缠绕在永磁铁5上的漆包线圈4组成，漆包线圈4两端接数据采集设备获取信号。
所述的永磁探头6与待测转子3表面距离为1mm-2mm。
所述的待测转子3转速300-1000rpm。
所述的漆包线圈4为50-100圈，漆包线直径取0.2-0.7mm。
所述的永磁铁5采用方形铷铁硼永磁铁。
本发明的工作原理为：
现在转子一般为铸铝或铸铜转子，为导电不导磁材料，铜条或铝条周围包裹着导磁不导电的硅钢片，如图1所示，待测转子3为转子剖面图，其中黑色部分为导条，即铜条或是铝条，其余部分为硅钢片。测试过程中，永磁探头6贴近待测转子3表面，在局部即每根导条周围形成较强磁场，待测转子3在伺服电机1的带动下旋转切割磁感线，在每根导条中产生感应电动势，并引起待测转子3导条中有感应电流流过。待测转子3导条中的感应电流会在转子中产生磁场，并且反过来引起永磁探头6中漆包线圈4的磁通量的变化，从而使漆包线圈4产生出一个感应电压。理想的待测转子3在没有故障的情况下每一根导条将感应出幅值相似频率相同的正弦波。当导条有气孔或断裂、端环有气孔或断裂、转轴偏心时，感应电动势波形的频率和幅值将发生变化。
参照图2，该图为正常待测转子3通过该装置获得的时域信号，上图为原始时域信号，下图为经过EMD分解后的第一个本征模式函数IMF，图中：X轴为时间，Y轴为幅值。由图2可以看出，正常转子的检测信号为均匀的正弦波。
参照图3，该图为端环气孔待测转子3通过该装置获得的时域信号，上图为原始时域信号，下图为经过EMD分解后的第一个本征模式函数IMF，图中：X轴为时间，Y轴为幅值。对比图2可以看出，端环气孔待测转子3的检测信号第一个本征模式函数IMF为幅值不均匀且呈现出一定规律的正弦波。
参照图4，该图为断条待测转子3通过该装置获得的时域信号，上图为原始时域信号，下图为经过EMD分解后的第一个本征模式函数IMF，图中：X轴为时间，Y轴为幅值。对比图2可以看出，断条待测转子3的检测原始信号为频率低的正弦波。
参照图5，该图为偏心待测转子3通过该装置获得的时域信号，上图为原始时域信号，下图为经过EMD分解后的第一个本征模式函数IMF，图中：X轴为时间，Y轴为幅值。对比图2可以看出，偏心待测转子3的检测信号第一个本征模式函数IMF为幅值呈现一定规律变化的正弦波。
综上所述，本发明通过分析感应电动势波形的频率和幅值从而检测转子的性能。检测结果表明，该装置结构简单，受环境影响小，易于实施，能够快速检测出转子的各类故障，同时可以获得较高的测试精度，且检测结果稳定可靠。

Claims (6)

1.一种电主轴转子质量检测装置，包括伺服电机（1），其特征在于：伺服电机（1）的输出轴通过传动机构（2）和待测转子（3）的轴连接，待测转子（3）固定在卡盘上，靠近待测转子（3）表面设有永磁探头（6），永磁探头（6）的中心与待测转子（3）的回转中心在同一平面上。
2.根据权利要求1所述的一种电主轴转子质量检测装置，其特征在于：所述的永磁探头（6）由永磁铁（5）和缠绕在永磁铁（5）上的漆包线圈（4）组成，漆包线圈（4）两端接数据采集设备获取信号。
3.根据权利要求1所述的一种电主轴转子质量检测装置，其特征在于：所述的永磁探头（6）与待测转子3表面距离为1mm-2mm。
4.根据权利要求1所述的一种电主轴转子质量检测装置，其特征在于：所述的待测转子（3）转速300-1000rpm。
5.根据权利要求1所述的一种电主轴转子质量检测装置，其特征在于：所述的漆包线圈（4）为50-100圈，漆包线直径取0.2-0.7mm。
6.根据权利要求1所述的一种电主轴转子质量检测装置，其特征在于：所述的永磁铁（5）采用铷铁硼永磁铁。
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