CN108889641B - 爪极整体磁性能在线自动化测量系统 - Google Patents
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Abstract
一种爪极整体磁性能在线自动化检测系统，包括：依次设置的入料部分、爪极整体磁性能测量单元、出料部分以及设置于其间的机械手，其中：机械手接收控制单元输出的操作指令依次抓取入料部分上的待测爪极并移出爪极整体磁性能测量单元上的被测爪极，爪极整体磁性能测量单元根据控制单元的指令向爪极整体磁性能测量单元输出控制电源、接收被测爪极的感应电流并向控制单元输出检测结果。本发明通过全自动化的检测流程显著提高了爪极零件的检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电机磁性能检测领域的技术，具体涉及一种爪极整体磁性能在线自动化测量系统。
背景技术
爪极式发电机是汽车发电机中最常用的一种类型。一对爪极通过相互配合形成转子的磁极，在励磁线圈作用下磁化并形成磁场，旋转切割定子线圈感应出电压，实现发电。改善爪极零件的磁性能，可以直接提高爪极式发电机在相同转速下的发电效率。实际中，存在多种不同的爪极制造工艺及原材料，如何测量与评价爪极整体磁性能，引导其制造工艺与原材料成分的优化具有重要意义。因此，急需开发爪极整体磁性能测量系统。面向工业大批量生产，实现在线自动化测量，可以更为有效控制爪极零件的质量。
发明内容
本发明针对现有技术无法实现爪极整体磁性能在线自动化测量的缺陷，提出一种爪极整体磁性能在线自动化测量系统，通过全自动化的检测流程显著提高了爪极零件的检测效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种爪极整体磁性能在线自动化检测系统，包括：依次设置的入料部分、爪极整体磁性能测量单元、出料部分以及设置于其间的机械手，其中：机械手接收控制单元输出的操作指令依次抓取入料部分上的待测爪极并移出爪极整体磁性能测量单元上的被测爪极，爪极整体磁性能测量单元根据控制单元的指令向爪极整体磁性能测量单元输出控制电源、接收被测爪极的感应电流并向控制单元输出检测结果。
所述的爪极整体磁性能测量单元包括：测试座、由内而外设置于测试座上的绕线套圈、爪极装卸机构以及直流磁性能测量仪，其中：被测爪极通过爪极装卸机构和测试座实现定位和脱离，绕线套圈上并列设有分别与直流磁性能测量仪相连的测量线圈和励磁线圈且测量线圈位于被测爪极内，被测爪极的外部设有与被测爪极构成磁场回路的导磁环，直流磁性能测量仪根据控制单元的指令向爪极整体磁性能测量单元输出控制电源，励磁线圈接收来自直流磁性能测量仪的激励电压，测量线圈通过产生感生电流向直流磁性能测量仪输出感应电流，直流磁性能测量仪记录输出的励磁电流，将检测得到的感应电流换算成感应电压并将其在时间域积分得到磁感应强度，测算得到待测爪极零件的整体磁化曲线，表征爪极零件的导磁性能。
所述的励磁线圈通入激励电流I后通过电磁感应产生磁场，此时对应的外磁场强度H＝N1×I/Le，其中：N1为励磁线圈匝数，Le为等效磁路长度。然后测量感应线圈中产生的感应电信号，通过电子积分器计算感应电流大小，运算得到线圈内感生出的感应磁通量Φ，随着外磁场强度的不断增加，计算获得相应的磁感应强度大小为B＝Φ/(N 2×Ae)，其中N2为励磁线圈匝数，Ae为等效截面积。
所述的爪极装卸机构包括：设置于测试座内部的定位轴以及与定位轴相连的液压缸，其中：定位轴上设有导磁垫块，该导磁垫块位于测试座和被测爪极之间，通过液压缸驱动定位轴的升降实现被测爪极与测试座的定位和脱离。
所述的定位轴为阶梯形结构，用于保证被测爪极与测试座中心凸台的同轴度；该定位轴大端与小端的结合面与环形导磁垫块的下端面接触且大端直径与被测爪极的中心孔内径相匹配，小端直径与环形导磁垫块的内径相匹配。
所述的导磁垫块的外径小于测试座中心凸台的外径且内径小于被测爪极内孔内径；所述的导磁垫块优选带有锥度以方便装卸。
所述的定位轴与被测爪极的接触面上设有环形套，该环形套的内径与定位轴的小端外径相匹配且外径与被测爪极的中心孔内径相匹配。
所述的绕线套圈上设有上、下卡槽，其中：尺寸较小上卡槽用于缠绕测量线圈，尺寸较大的下卡槽用于缠绕励磁线圈，该绕线套圈的下端内径与测试座的中心凸台外径采用间隙配合。
所述的测试座的底部设有用于隔离的隔磁板，其厚度要大于测试座厚度的1.5倍。
所述的入料部分采用但不限于：用于承载待测爪极的输送带。
所述的出料部分包括：分别用于承载合格爪极以及不合格爪极的两个输送带，其中：合格爪极的输送带与次品爪极的输送带的始端重合。
所述的机械手优选具有翻转功能，通过接收控制单元的指令依次从入料输送带夹取待测爪极进入爪极磁性能整体测量装置中，等待控制单元信号，并将测试完爪极夹取到出料输送带。
所述的控制单元包括：中央控制器、机械手控制器及驱动器、传送带控制器及驱动器、爪极装卸控制器及驱动器，其中：中央控制器分别与机械手控制器、直流磁性能测量仪、传送带控制器和爪极装卸控制器相连并发送控制信号，直流磁性能测量仪将测量结果传送至中央控制器实现有序检测和分类。
技术效果
与现有技术相比，本发明实现爪极零件的无损检测，可以与现有爪极零件生产线相匹配，实现全自动在线检测。
附图说明
图1为本发明俯视图；
图2为爪极整体磁性能测量单元示意图；
图3为导磁环示意图；
图4为测试座示意图；
图5为绕线套圈示意图；
图中：入料输送带1、待测爪极2、机械手3、爪极装卸机构4、控制单元5、直流磁性能测量仪6、测量线圈和励磁线圈引出线7、爪极整体磁性能测量单元8、隔磁板8-1、带中心圆形凸台的测试座8-2、励磁线圈8-3、导磁环8-4、测量线圈8-5、环形套8-6、导磁垫块8-7、绕线套圈8-8、定位轴8-9、液压缸及其驱动器8-10、被测爪极9、不合格品输出带10、合格爪极11、出料输送带12。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种爪极整体磁性能在线自动化检测系统，其中包含：作为入料部分的入料输送带1、具有翻转功能的机械手3、爪极装卸机构4、控制单元5、爪极整体磁性能测量单元8、作为出料部分的不合格品输出带10和出料输送带12，其中：机械手接收控制单元输出的操作指令依次抓取入料部分上的待测爪极并移出爪极整体磁性能测量单元上的被测爪极，爪极整体磁性能测量单元根据控制单元的指令向爪极整体磁性能测量单元输出控制电源、接收被测爪极的感应电流并向控制单元输出检测结果。
如图2所示，所述的爪极整体磁性能测量单元8中包含：带中心圆形凸台的测试座8-2、设置于绕线套圈8-8上且分别与直流磁性能测量仪6相连的励磁线圈8-3和测量线圈8-5、设置于被测爪极9外的导磁环8-4以及爪极装卸机构。
如图3所示，所述的导磁环8-4的总高度为被测爪极总高度的1.1～1.2倍；其内径D0与被测爪极外径之差的应控制在0.4～0.8mm；其外径S爪极为被测爪极中心凸台的横截面积，κ＝10～12。
所述的导磁环8-4的底部设有用于与测试座配合的台阶结构；其材料为高磁导率高饱和磁感应强度的铁磁材料；该导磁环8-4功能主要是与被测爪极构成磁场回路。
本实施例中的被测爪极外直径为98.7mm，所以导磁环的内直径为98.7+0.3×2＝99.3mm，导磁环的外直径为99.3+15×2＝129.3mm。
如图4所示，所述的测试座8-2的中间通孔直径要与被测爪极零件中心孔直径相匹配；中心凸台直径要大于被测爪极零件中心凸台直径3～5mm；其外环厚度t1要与导磁环厚度相匹配；底部厚度t2为外环厚度1.5倍以上。该测试座与底部的隔磁板螺栓连接。材料为高磁导率高饱和磁感应强度的铁磁材料。
所述的导磁垫块8-7的锥度为8°。
所述的绕线套圈8-8上设有上、下两个卡槽，其中：尺寸较小上卡槽用于缠绕测量线圈，尺寸较大的下卡槽用于缠绕励磁线圈。下端内径与测试座的中心凸台外径采用间隙配合。材料为顺磁材料。
所述的绕线套圈8-8缠绕方法为：将导线沿同一方向均匀地缠绕在下卡槽上形成励磁线圈，同时将另一根导线沿同一方向均匀地缠绕到上卡槽上形成测量线圈。
所述的励磁线圈8-3的导线缠绕匝数应为被测爪极在电机实际使用中所需缠绕的励磁线圈匝数的1.1～1.2倍；对应的测量线圈8-5的最大匝数应满足：其中：为本测试装置的最大可测磁通量，Bmax推荐值为2.0特斯拉，S为被测爪极中间凸台的横截面积。测量量程设定为1500安匝，被测爪极型号对应的爪极式发电机转子的励磁线圈匝数为360匝。为了安全，设置该绕线套圈上的励磁线圈的匝数为400匝；直流磁性能测量仪最大磁通量程为0.8mwb，预估被测爪极的最大磁通密度为2.1T，爪极凸台的横截面积为1900mm2，所以计算得到测量线圈的最大匝数为2.5匝，为了保证测量仪安全工作，励磁线圈的匝数为2匝。设定直流磁性能测量仪输出的励磁电流为3.75A
本装置通过以下方式进行测量：
测试过程中，依据被测爪极的型号，设定好直流磁性能测量仪6上的相关参数，包括有效截面积1900mm2，励磁线圈匝数400匝，测量线圈匝数2匝。在入料输送带1的爪极定位槽中放入待测爪极2。爪极装卸机构的驱动器液压缸4复位。控制单元5设定好测量结果的分类方案。具有翻转功能的机械手3复位至远离磁性能测量装置的初始位置，然后开启整个系统，开始运作。
第一步：具有翻转功能的机械手3从入料输送带1的预定位置夹取待测爪极2放入具有顶出机构的爪极整体磁性能测量单元8中，具有翻转功能的机械手3复位至初始位置，传送信号至控制单元5。与此同时，送料输送带将下一个待测爪极送至预定位置。
第二步：控制单元5接收具有翻转功能的机械手3的信号，开启直流磁性能测量仪6。直流磁性能测量仪6依次对被测爪极进行退磁和测量，直至测量结束，将测量结果发送至控制单元5。
第三步：控制单元5接收到测量结果，根据系统设定的分级方案，发送信号至具有翻转功能的机械手3和顶出机构的液压缸驱动器4。
第四步：爪极装卸机构的驱动器4接收到控制单元的信号，驱动液压缸，顶出测后爪极
第五步：控制单元5接收驱动器4的反馈信号，控制机械手3将被测爪极夹取至出料输送带12的预定位置或直接放入不合格品传送带10，机械手3复位。合格品由出料输送带送至下一个生产工序。测量结果如表1所示。
整个系统开启后进行上述循环动作，实现了爪极整体磁性能的在线自动化测量。可以通过调整直流磁性能测量仪的测量点数来调整每个件的测量时间，便于适应生产线的生产节拍。通过改变控制单元的测量结果的分类方案，实现按照的爪极的磁性能进行筛选的功能。
表1爪极整体磁性能测量结果数据
| 序号 | 平均磁感应强度(3.75A时) | 合格与否 |
| 1 | 1.894 | 不合格 |
| 2 | 1.901 | 合格 |
| 3 | 1.905 | 合格 |
| 4 | 1.902 | 合格 |
| 5 | 1.900 | 合格 |
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (10)
1.一种爪极整体磁性能在线自动化检测系统，其特征在于，包括：依次设置的入料部分、爪极整体磁性能测量单元、出料部分以及设置于其间的机械手，其中：机械手接收控制单元输出的操作指令依次抓取入料部分上的待测爪极并移出爪极整体磁性能测量单元上的被测爪极，爪极整体磁性能测量单元根据控制单元的指令向爪极整体磁性能测量单元输出控制电源、接收被测爪极的感应电流并向控制单元输出检测结果；
所述的爪极整体磁性能测量单元包括：测试座、由内而外设置于测试座上的绕线套圈、爪极装卸机构以及直流磁性能测量仪，其中：被测爪极通过爪极装卸机构和测试座实现定位和脱离，绕线套圈上并列设有分别与直流磁性能测量仪相连的测量线圈和励磁线圈且测量线圈位于被测爪极内，被测爪极的外部设有与测量线圈构成磁场回路的导磁环，直流磁性能测量仪根据控制单元的指令向爪极整体磁性能测量单元输出控制电源，励磁线圈接收来自直流磁性能测量仪的激励电压，测量线圈通过产生感生电流向直流磁性能测量仪输出感应电流，直流磁性能测量仪记录输出的励磁电流，将检测得到的感应电流换算成感应电压并将其在时间域积分得到磁感应强度，测算得到待测爪极零件的整体磁化曲线，表征爪极零件的导磁性能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的爪极装卸机构包括：设置于测试座内部的定位轴以及与定位轴相连的液压缸，其中：定位轴上设有导磁垫块，该导磁垫块位于测试座和被测爪极之间，通过液压缸驱动定位轴的升降实现被测爪极与测试座的定位和脱离。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的定位轴为阶梯形结构，用于保证被测爪极与测试座中心凸台的同轴度；该定位轴大端与小端的结合面与环形导磁垫块的下端面接触且大端直径与被测爪极的中心孔内径相匹配，小端直径与环形导磁垫块的内径相匹配。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征是，所述的导磁垫块的外径小于测试座中心凸台的外径且内径小于被测爪极内孔内径。
5.根据权利要求2或3所述的系统，其特征是，所述的导磁垫块带有锥度以方便装卸。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的定位轴与被测爪极的接触面上设有环形套，该环形套的内径与定位轴的小端外径相匹配且外径与被测爪极的中心孔内径相匹配。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的绕线套圈上设有上、下卡槽，其中：尺寸较小的上卡槽用于缠绕测量线圈，尺寸较大的下卡槽用于缠绕励磁线圈，该绕线套圈的下端内径与测试座的中心凸台外径采用间隙配合。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的励磁线圈通入激励电流I后通过电磁感应产生磁场，此时对应的外磁场强度H = N1 × I / L e ，其中：N1为励磁线圈匝数，L e 为等效磁路长度，然后测量感应线圈中产生的感应电信号，通过电子积分器计算感应电流大小，运算得到线圈内感生出的感应磁通量Φ ，随着外磁场强度的不断增加，计算获得相应的磁感应强度大小为B = Φ / (N 2× A e )，其中N2为励磁线圈匝数，A e 为等效截面积。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的出料部分包括：分别用于承载合格爪极以及不合格爪极的两个输送带，其中：合格爪极的输送带与次品爪极的输送带的始端重合。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的机械手具有翻转功能，通过接收控制单元的指令依次从入料输送带夹取待测爪极进入爪极磁性能整体测量装置中，等待控制单元信号，并将测试完爪极夹取到出料输送带；
所述的控制单元包括：中央控制器、机械手控制器及驱动器、传送带控制器及驱动器、爪极装卸控制器及驱动器，其中：中央控制器分别与机械手控制器、直流磁性能测量仪、传送带控制器和爪极装卸控制器相连并发送控制信号，直流磁性能测量仪将测量结果传送至中央控制器实现有序检测和分类。
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