CN105140015B - 软磁铁氧体磁芯退拔毛刺测量、去除方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软磁铁氧体磁芯退拔毛刺测量、去除方法及装置。本发明装置包括机架、夹具、三维运动平台、变焦显微数字图像系统和超声振动系统。在机架上设置有三维运动平台，夹具放置在三维运动平台上，所述的夹具下方固定设置有线圈；所述的线圈在通电后用于固定软磁铁氧体。在所述的夹具上方设置有变焦显微数字图像系统和超声振动系统；通过变焦显微数字图像系统对软磁铁氧体磁芯进行毛刺测量和磁芯中心位置定位计算，根据测量毛刺的高度，设置超声振动系统参数，启动超声振动系统，去除磁芯的退拔毛刺。本发明方法解决了磁芯毛刺微小、分布不规则、难测量的问题，精确控制毛刺高度，保证磁芯的使用性能，提高软磁铁氧体磁芯的档次和商业价值。

Description

软磁铁氧体磁芯退拔毛刺测量、去除方法及装置

技术领域

本发明涉及一种软磁铁氧体磁芯退拔毛刺去除方法及装置。

背景技术

软磁铁氧体材料具有高磁导率、高电阻率、低损耗及耐磨性等特点，且容易批量生产、性能稳定和机械加工性能高，已成为电子工业、机电工业和工厂产业的基础材料。我们可以利用模具制成各种形状的磁芯，它的应用直接影响电子信息、家电工业、计算机与通讯、环保及节能技术的发展。虽然我国软磁铁氧体的制备总量居世界第一，但是大多数属于低水平的制备。由于压膜工艺的限制，软磁铁氧体磁芯加工过程中不可避免产生退拔毛刺，影响着其使用性能。此外，磁芯表面表面质量严重影响着商业价值，尤其是毛刺高度的极大影响，无毛刺的同类产品售价要高2～3倍。

为去除退拔毛刺，使磁芯具有良好的尺寸精度，性能符合物理特性，一方面，在软磁铁氧体磁芯加工工艺流程中通常通过采用研磨工艺进行表面加工，但由于磁芯几何结构影响，会造成磨料无法研磨毛刺，同时也会损伤磁芯基体；另一方面，喷涂一层均匀、致密、绝缘、美观的有机涂层，减弱对磁芯表面的导线磨损，防止过早破坏导线表面绝缘层，喷涂法虽提高了商业价值，但也提高了造价，而且某些规格的软磁铁氧体磁芯不允许对磁芯表面进行涂层覆盖；此外磁芯毛刺过大时会使得有机涂层厚度难以控制，零件质量难以稳定。

软磁铁氧体材料属于硬质陶瓷，而超声振动加工是脆断材料精加工的重要手段之一，其原理就是利用超声波在介质中产生巨大压强变换，以此让毛刺发生受迫振动，当受迫振动时产生的应力超过了毛刺所能承受的最大应力，毛刺就会发生断裂。由于软磁铁氧体磁芯的毛刺尺寸微小且形态分布不规则，给去除毛刺带来困难，且容易损伤磁芯基体，而目前相关的超声波加工技术尚不成熟，无可靠产品。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种软磁铁氧体磁芯退拔毛刺去除方法及装置。

为解决以上问题，本发明采用了以下技术手段：

软磁铁氧体磁芯退拔毛刺去除装置，包括机架、夹具、三维运动平台、变焦显微数字图像系统和超声振动系统。

在机架上设置有三维运动平台，夹具放置在三维运动平台上，所述的夹具下方固定设置有线圈；所述的线圈在通电后用于固定软磁铁氧体。

在所述的夹具上方设置有变焦显微数字图像系统和超声振动系统；通过变焦显微数字图像系统对软磁铁氧体磁芯进行毛刺测量和磁芯中心位置定位计算，根据测量毛刺的高度，设置超声振动系统参数，启动超声振动系统，去除磁芯的退拔毛刺。

软磁铁氧体磁芯退拔毛刺去除方法：软磁铁氧体磁芯的毛刺通过变焦显微数字图像系统成像在固体图像传感器上，图像传感器通过USB接口与计算机连接，通过图像预处理，经过边缘检测、图像区域划分后，提取高度、周长、面积和位置分布状况。其中，图像预处理采用基于小波变换的显微图像去噪算法，使图像的边缘信息更清晰，纹理特征增强；边缘检测采用基于扫描线的形态边缘检测算法；根据边缘检测后的图像区域进行分割，接着对分割后的图像进行标记，最后提取标记后毛刺的轮廓，选取毛刺轮廓、周长、形心、面积和最大高度作为其几何特征；将图像上的每个磁芯的形心位置从图像上的坐标转换为三维运动平台上参考点的数值，得到工具头相对运动位置，驱动三维运动平台，启动超声振动系统，从而完成去除磁芯的退拔毛刺。

本发明的有益效果在于：本发明方法解决了磁芯毛刺微小、分布不规则、难测量的问题，精确控制毛刺高度，保证磁芯的使用性能，提高软磁铁氧体磁芯的档次和商业价值，有利于改进软磁铁氧体磁芯去毛刺工艺和降低软磁铁氧体材料加工成本。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2为装置组功能与组成图。

图3为变焦显数字图像测量系统框架图。

图4为控制系统组成。

图5为超声波振动系统结构示意图。

图6为换能器的三维模型。

图7为变幅杆的三维模型。

图8为软件功能图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明用于对软磁铁氧体磁芯的退拔毛刺进行测量与去除，装置主要包括：机械系统、变焦显微数字图像系统2、运动控制系统、超声振动系统3和软件系统五个部分。如图1所示，其三维示意图。图2所示为装置的功能与组成图。

装置的工作流程：

将磁芯批量放于三自由度实验台(X方向自由度的滑台4、Y方向自由度的滑台5、Z方向自由度的滑台1)的平板，通过加磁固定，通过变焦显微数字图像系统对各软磁铁氧体磁芯进行毛刺测量和磁芯中心位置定位计算，根据测量毛刺的高度，设置振动系统参数，启动振动系统，由三自由度的自动控制系统将加工头移至磁芯中心位置，去除磁芯的退拔毛刺。

1、软磁铁氧体磁芯毛刺形态分布测量及分析

包括机械部分、变焦显微数字图像系统和运动控制系统。

基本原理：被测软磁铁氧体磁芯的毛刺通过变焦显微镜成像在固体图像传感器上，图像传感器通过USB接口与计算机连接，图像采集与处理模块实现视频图像的USB采集，通过图像预处理，经过边缘检测、图像区域划分后，提取其高度、周长、面积和位置分布状况等参数。其中，图像预处理采用基于小波变换的显微图像去噪算法，使图像的边缘信息更清晰，纹理特征增强，去噪能力也很好；边缘检测采用基于扫描线的形态边缘检测算法；根据边缘检测后的图像区域进行分割，接着对分割后的图像进行标记，最后提取标记后毛刺的轮廓，选取毛刺轮廓、周长、形心、面积和最大高度作为其几何特征。将图像上的每个磁芯的形心位置从图像上的坐标转换为操作平台上的参考点(运动系统的机械零点位置)的数值，就可以得到操作头运动位置。

机械系统：包括夹具和三维平台。在装置进行工作时，需要将超声波工具头压在软磁铁氧体上，由于软磁铁氧体属于软磁性材料，所以在铁板平台下面安置线圈，对线圈进行通电。利用线圈通电产生的磁场，将平板和软磁铁氧体磁化，从而将软磁铁氧体固定在平板上。三维平台包括X、Y、Z三个自由度的滑台，并且在每个自由度上安置电机。

变焦显微数字图像系统：为适应不同微小毛刺的测量，变焦物镜镜头应具有大工作距离的特点，镜头结构紧凑、小型化，这里的变焦显微物镜选用电子目镜。图3所示为变焦显数字图像测量系统框架。

运动控制系统：主要由运动控制器、步进电机驱动器、步进电机和丝杠组成，如图4所示。X、Y、Z轴三条丝杠有效行程分别为1200mm、800mm、500mm，精度为C7，导程为5mm。系统上位机采用研华工控机，控制器采用PLC，对步进电机进行驱动，从而带动滚珠丝杆运动。上位机通过RS232串口通讯端口对PLC发送运动指令和接受反馈信号，实现对试验台的运动控制和状态监测。PLC通过步进电机驱动器控制步进机实现对水平方向工作平台X、Y轴丝杠和垂直于地面的Z轴丝杠的运动，最终达到控制加工头和磁芯相对位置的目的。选取的控制器为OMRON CP1E-N30DT-A，使用的步进电机驱动器则采用雷赛M860步进电机驱动器，所用的步进电机为57BYGH76304B。

2、软磁铁氧体磁芯毛刺去除

主要由超声振动系统完成，通过运动控制系统自动完成去毛刺过程。超声振动系统，参见图5，包括超声波电源、超声波换能器(a)、超声波变幅杆(b)和工具头(c)。超声波电源将工频电转化为超声波激励后加载到换能器上，换能器将电激励转化为超声波振动，经过变幅杆放大后的超声波振动传播至工具头上对工件进行加工。

超声波电源选取：采用FZ-1000A型超声波电源，它具有良好的频率跟踪功能，能够根据超声波振动系统谐振频率的变化做出相应的微调，而且能够更方便的将超声波电源与整个控制系统连接在一起，提高系统的自动化程度。根据磁铁氧体磁芯毛刺形态分布测量及分析所得毛刺的高度，可设置其功率值。

超声波换能器设计：采用郎之万结构(包括后盖板6、螺栓7、绝缘环8、电极片9、压电陶瓷10、前盖板11、压电陶瓷晶堆12)，既解决了由于PZT-4抗拉性不好的问题，又降低了换能器的谐振频率，使换能器更加适合用于产生功率超声。如图6为换能器的三维模型。通过计算得出换能器各部分的尺寸为如表1所示。

表1换能器的尺寸

同时，计算得出位移节点(位移节点是固定超声波振动系统的最佳位置)在x＝0(x表示质点在换能器前后板盖以及压电陶瓷晶堆中的位置)的位置，超声波换能器的振速比为1.74。

超声波变幅杆设计：选用经过调质处理的45号钢制成的复合高斯变幅杆，变幅杆的三维模型如图7所示。

超声波在变幅杆中传播可由下式表示：

根据这一方程并考虑边界条件后可以计算出变幅杆的放大倍数为1.84，形状因数为1.84。高振幅端长度l₃为23.73mm、高斯段的长度l₂为64.10mm，振幅端的圆柱体长度l₁为65.01mm。该变幅杆位移节点在低振幅端圆柱体终点处，即低振幅段l₁与高斯段l₂交界处，即离低振幅端65.01mm处。

工具头设计：选用45号钢，与变幅杆的小口直径一样即可。长度设计为10mm。

3、软件系统

基于VC++6.0和OpenGL显示技术，通过USB采集图像，实现显微图像的动态实时预览，静态图像捕捉，毛刺形态分布图像的分割、轮廓跟踪、几何特征计算和测量分析，三维平台的运动控制、数据的存储和报告打印功能。图8所示为系统的软件功能图。

主要操作流程如下：

步骤1、登陆操作用户，设备自检；

步骤2、将一批磁芯放置于操作平台上，点击“通磁”，对磁芯进行固定；

步骤3、通过控制系统在将CCD移至最边缘磁芯上方，通过作“弓”字型扫描，在变焦显微系统的作用下，将采集的图像进行通过软件的测量分析，获得毛刺高度和磁芯的形心位置信息，并记录每个磁芯的毛刺和形心位置；

步骤4、对超声振动系统的加工头，运动控制系统根据形心位置自动将加工头移至磁芯的形心位置上，调整超声振动系统的参数，对毛刺进行去除加工；

步骤5、加工完毕，消磁。将磁芯移开。

步骤6、操作完毕后，下电，关闭软件。

Claims (7)

1.软磁铁氧体磁芯退拔毛刺测量、去除方法，该方法使用的装置包括机架、夹具、三维运动平台、变焦显微数字图像系统和超声振动系统；

在机架上设置有三维运动平台，夹具放置在三维运动平台上，所述的夹具下方固定设置有线圈；所述的线圈在通电后用于固定软磁铁氧体；

在所述的夹具上方设置有变焦显微数字图像系统和超声振动系统；

其特征在于：

通过变焦显微数字图像系统对软磁铁氧体磁芯进行退拔毛刺测量和磁芯中心位置定位计算，根据测量退拔毛刺的高度，设置超声振动系统参数，启动超声振动系统，去除磁芯的退拔毛刺，具体过程如下：

软磁铁氧体磁芯的退拔毛刺通过变焦显微数字图像系统成像在固体图像传感器上，图像传感器通过USB接口与计算机连接，通过图像预处理，经过边缘检测、图像区域划分后，提取高度、周长、面积和位置分布状况；其中，图像预处理采用基于小波变换的显微图像去噪算法，使图像的边缘信息更清晰，纹理特征增强；边缘检测采用基于扫描线的形态边缘检测算法；根据边缘检测后的图像区域进行分割，接着对分割后的图像进行标记，最后提取标记后退拔毛刺的轮廓，选取退拔毛刺轮廓、周长、形心、面积和最大高度作为其几何特征；将图像上的每个磁芯的形心位置从图像上的坐标转换为三维运动平台上参考点的数值，得到超声振动系统的工具头相对运动位置，驱动三维运动平台，启动超声振动系统，从而完成去除磁芯的退拔毛刺。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的变焦显微数字图像系统中的物镜选用电子目镜。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的超声振动系统包括超声波电源、超声波换能器、超声波变幅杆和工具头；超声波电源将工频电转化为超声波激励后加载到超声换能器上，超声换能器将电激励转化为超声波振动，经过变幅杆放大后的超声波振动传播至工具头上对进行软磁铁氧体加工。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的超声波电源采用FZ-1000A型超声波电源。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的超声波换能器采用郎之万结构。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的超声波变幅杆选用经过45号钢制成的复合高斯变幅杆。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的工具头选用45号钢，长度设计为10mm。