CN110082396A - 电工钢片表面绝缘电阻的测量装置及自动检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电工钢片表面绝缘电阻的测量装置及自动检测系统。本发明的电工钢片表面绝缘电阻的测量装置及自动检测系统，通过在金属支撑头上套设一个导电橡胶套，使导电橡胶套在压力的作用下与试样的表面涂层软接触，确保导电橡胶套与试样的表面涂层的实际接触面积为导电橡胶套的底面表面积，确保了测量的精准度；另外不会对试样的表面涂层造成损伤，属于无损测量，可以进行多次重复测量；还可以实现从低阻到10MΩ以上高阻的准确测量；还可以大幅度降低成本；并且仅通过单次测量就可以得到精准的测量结果，大幅度提升了测量效率。
Description
技术领域
本发明涉及电工钢片的表面绝缘电阻检测技术领域，特别地，涉及一种电工钢片表面绝缘电阻的测量装置及自动检测系统。
背景技术
国家标准GB/T 2522-2017《电工钢片(带)表面绝缘电阻、涂层附着性测试方法》中的“表面绝缘涂层电阻测试”(参考国际电工委员会标准IEC 60404-11:2012《磁性材料第11部分：测定磁性钢板片(带)表面绝缘电阻的测试方法》的方法A)，具体如下：如图1所示，测量原理是基于富兰克林法测试绝缘电阻，一次只测量一个涂层面。在规定的电压和压强下，将10个固定面积的金属触头压在钢板的一个涂层表面上，通过测量流过10个触头的电流来评定表面绝缘涂层的效能，每个触头的面积选用64.5mm2或100mm2,10个触头的总面积645mm2或1000mm2,其中通常选用645mm2，而测试压力通常选用1290N，从而压强为2N/mm2。
但是，现有的测量方式中金属触头与电工硅钢样品表面硬接触，每个触头的真实接触面积可能因刚性接触而造成真实接触面积比触头表面面积大幅减少，而根据电阻定律，阻值与接触面积成正比，故造成表面绝缘电阻与真实值差距很大，多次测量表现为重复性差。较坏的情况下，因对触头施加1290N以上的压力，触头会破坏样品涂层与电工钢金属直接连通而造成测量阻值变为零。另外，实际测试中，样品的测量重复性和可比性差，原方法采用十次测量求平均值为测量结果，大大降低了测量效率，并且测试过程为破坏性测试，不能进行测量的再次验证。并且，触头一般采用导电性能好的金属材料，比如铜，这些金属容易氧化，从而影响测试结果的准确性，而为消除氧化现象，需要经常保养，而保养多数采用砂纸打磨，打磨之后因表面平整度下降而直接影响测试结果，并形成恶性循环。另外，现有的测量方法采用取样电阻和电压表，当涂层的阻值较高时，取样电阻两端的电压值十分小，电压表无法读取准确的读数，检测结果显示涂层的阻值无穷大，无法对高阻的涂层进行检测。因此，现有的电工钢片表面绝缘电阻检测方式都存在由于金属触头与样品涂层硬接触导致的测量精准度较差、无法进行重复测量的问题。
发明内容
本发明提供了一种电工钢片表面绝缘电阻的测量装置及自动检测系统，以解决现有的电工钢片表面绝缘电阻检测方式由于金属触头与样品涂层硬接触导致的测量精准度差、无法进行重复测量的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种电工钢片表面绝缘电阻的测量装置，包括用于提供稳定的直流电压输出的可调恒压电源、用于检测电流的电流表、用于钻穿试样的表面涂层以与试样的金属基板电接触的钻头、用于起到导电作用的金属支撑头、用于包裹金属支撑头并与试样的表面涂层软接触的导电橡胶套；
所述可调恒压电源的正极和负极分别与电流表和钻头电连接，所述电流表与金属支撑头电连接。
进一步地，还包括用于起到限流作用的限流电阻，所述限流电阻一端与电流表电连接，另一端与金属支撑头电连接。
进一步地，所述金属支撑头和导电橡胶套的数量为一个，所述导电橡胶套的底面表面积为645mm2或者1000mm2；
或者
所述金属支撑头和导电橡胶套的数量为多个，多个所述导电橡胶套的底面表面积之和为645mm2或者1000mm2。
进一步地，所述导电橡胶套的厚度为2mm～5mm。
进一步地，所述导电橡胶套的厚度为3mm～4mm。
进一步地，所述导电橡胶套的底面形状为圆形、方形、星形、菱形或者正六边形。
本发明还提供一种电工钢片表面绝缘电阻的自动检测系统，采用如上任一项所述的测量装置、机械手和控制器，所述测量装置和机械手均与控制器电连接，所述机械手用于进行自动上、下料，所述控制器用于控制机械手和测量装置的工作状态。
进一步地，还包括与所述控制器电连接并用于对表面绝缘电阻值不符合标准的试样进行标记的打标单元，所述控制器用于在检测到试样的表面绝缘电阻值不符合标准时控制打标单元对试样进行标记。
进一步地，还包括与所述控制器电连接并用于发出报警提醒的报警单元，所述控制器用于在检测到试样的表面绝缘电阻值低于下限值时控制报警单元发出报警提醒。
进一步地，还包括与所述控制器电连接并用于与云服务器通信连接的无线通信单元。
本发明具有以下有益效果：
本发明的电工钢片表面绝缘电阻的测量装置，通过在金属支撑头上套设一个导电橡胶套，使导电橡胶套在压力的作用下与试样的表面涂层软接触，确保导电橡胶套与试样的表面涂层的实际接触面积为导电橡胶套的底面表面积，确保了测量的精准度；另外，即使在试验过程中施加2500N以上压力，金属支撑头和导电橡胶套也不会对试样的表面涂层造成损伤，属于无损测量，可以进行多次重复测量，也可以用于在线全自动检测；另外通过电流表来替代现有方法中的取样电阻和电压表，电流表的测量范围为1uA～1A，可以实现从低阻到10MΩ以上高阻的准确测量，解决了现有的测量方法无法对高阻进行测量的问题；另外，还可以通过对导电橡胶套进行抗氧化处理，可以大量重复使用，保证了使用寿命，同时导电橡胶套的造价便宜且可更换，大幅度降低了成本；并且由于现有的测量方法精准度较差，故而GB/T2522-2017标准中规定的现有的测量方法采用十次测量求平均值作为测量结果，以提高测量结果的准确度，但是大大降低了测量效率，而本发明的电工钢片表面绝缘电阻的测量装置仅通过单次测量就可以得到精准的测量结果，大幅度提升了测量效率。
另外，本发明的电工钢片表面绝缘电阻的自动检测系统同样具有上述优点，并且可以对试样的表面涂层绝缘电阻进行自动检测，大幅度提升了检测效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的现有技术中的电工钢片表面绝缘电阻测试方法的示意图。
图2是本发明优选实施例的电工钢片表面绝缘电阻的测量装置的示意图。
图3是本发明另一实施例的电工钢片表面绝缘电阻的自动检测系统的模块结构示意图。
附图标号说明：
11、导电橡胶套；12、金属支撑头；13、钻头；14、限流电阻；15、电流表；16、可调恒压电源；20、试样；100、机械手；200、控制器；300、无线通信单元；400、报警单元；500、打标单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本发明的优选实施例提供一种电工钢片表面绝缘电阻的测量装置，在测量过程中触头与试样20的表面涂层软接触，触头与试样20的真实接触面积即为触头的表面积，确保了测量的精准度，并且可以重复对试样20进行测量。所述电工钢片表面绝缘电阻的测量装置包括可调恒压电源16、电流表15、限流电阻14、钻头13、金属支撑头12和导电橡胶套11，所述钻头13的数量为两个，所述钻头13的材质为高导电性材质，两个钻头13起到与试样20的金属基板接触以构成电流回路的作用，所述金属支撑头12起到导电作用，所述导电橡胶套11用于包裹金属支撑头12并与试样20的表面涂层软接触，所述导电橡胶套11是由高导电性橡胶材料制成的，本身电阻可以忽略不计。所述两个钻头13均与可调恒压电源16的负极电连接，所述电流表15与可调恒压电源16的正极电连接，所述电流表15与限流电阻14的一端电连接，限流电阻14的另一端与金属支撑头12电连接，所述限流电阻14起到限定电流上限值的作用，所述可调恒压电源16用于提供稳定的直流电压输出。在测量时，将试样20放置在测量台上，在压力作用下金属支撑头12将导电橡胶套11压在试样20的表面涂层上，导电橡胶套11与试样20的表面涂层的实际接触面积即为金属支撑头12底部的表面积，再将钻头13钻穿试样20的表面涂层以与试样20的导电基板接触，通过计算机中的测量软件控制可调恒压电源16输出0.5V的直流电压，可调恒压电源16的正极输出的直流电流依次经电流表15、限流电阻14、金属支撑头12和导电橡胶套11，然后经试样20的表面涂层流回到钻头13，最后流回至可调恒压电源16的负极。根据欧姆定律，可以得到电工钢片表面绝缘电阻为：
R＝U/I-Rs
其中，U为可调恒压电源16的输出电压大小，具体为0.5V，I为电流表15检测到的电流大小，I的测量范围为0.1uA～1A，Rs为限流电阻14的阻值，具体为0.5Ω，因此，只需读取电流表15中的电流读数即可计算得到电工钢片的表面绝缘电阻。可以理解，当对表面绝缘电阻值较高的试样进行检测时，所述限流电阻14可以省略，电工钢片表面绝缘电阻为：R＝U/I。
本发明的电工钢片表面绝缘电阻的测量装置，通过在金属支撑头12上套设一个导电橡胶套11，使导电橡胶套11在压力的作用下与试样20的表面涂层软接触，确保导电橡胶套11与试样20的表面涂层的实际接触面积为导电橡胶套11的底面表面积，确保了测量的精准度；另外，即使在试验过程中施加2500N以上压力，金属支撑头12和导电橡胶套11也不会对试样20的表面涂层造成损伤，属于无损测量，可以进行多次重复测量，也可以用于在线全自动检测；另外通过电流表15来替代现有方法中的取样电阻和电压表，电流表15的测量范围为1uA～1A，可以实现从低阻到10MΩ以上高阻的准确测量，解决了现有的测量方法无法对高阻进行测量的问题；另外，还可以通过对导电橡胶套11进行抗氧化处理，可以大量重复使用，保证了使用寿命，同时导电橡胶套11的造价便宜且可更换，大幅度降低了成本；并且由于现有的测量方法精准度较差，故而GB/T2522-2017标准中规定的现有的测量方法采用十次测量求平均值作为测量结果，以提高测量结果的准确度，但是大大降低了测量效率，而本发明的电工钢片表面绝缘电阻的测量装置仅通过单次测量就可以得到精准的测量结果，大幅度提升了测量效率；并且，整个装置的结构简单，便于生产制造。
可以理解，所述金属支撑头12和导电橡胶套11的底面形状可以是圆形、矩形、正方形、菱形、五边形、正六边形、星形或者其它形状，优选采用圆形，所述导电橡胶套11的底面表面积为645mm2，相比于GB/T2522-2017标准中规定的采用10个64.5mm2的金属触头，10个金属触头与试样20的表面涂层的实际接触面积的误差累积会大幅度降低测量结果的准确度，本发明采用一个金属支撑头12和导电橡胶套11与试样20的表面涂层软接触，接触更加充分，误差更小，测量结果的准确度更高。还可以理解，在本发明的其它实施例中，所述金属支撑头12和导电橡胶套11的数量可以为多个，例如2个、3个、4个、……、10个等，仅需满足多个导电橡胶套11的底面表面积之和为645mm2即可。还可以理解，在本发明的其他实施例中，所述导电橡胶套11的底面表面积还可以是1000mm2。还可以理解，当所述导电橡胶套11包裹住金属支撑头12时，所述导电橡胶套11的底面表面积是金属支撑头12的底面表面积的1～1.2倍，优选为1.05～1.1倍，在此范围内时，可以确保导电橡胶套11的底面在金属支撑头12的压力作用下受力更加均匀，可以全部与试样20的表面涂层充分接触。
可以理解，所述导电橡胶套11的厚度为2mm～5mm，优选为3mm～4mm，在此厚度范围内时既可以确保导电橡胶套11在压力作用下可以与试样20的表面涂层充分软接触，又可以确保导电橡胶套11在被压之后的阻值可以忽略不计，确保了检测结果的准确度。
如图3所示，本发明的另一实施例还提供一种电工钢片表面绝缘电阻的自动检测系统，其采用如上所述的电工钢片表面绝缘电阻的测量装置、机械手100和控制器200，所述电工钢片表面绝缘电阻的测量装置和机械手100均与控制器200电连接，所述控制器200可以控制机械手100对试样20进行自动上料和自动下料，还可以控制电工钢片表面绝缘电阻的测量装置的工作状态，例如可以控制可调恒压电源16输出直流电压，从电流表15中读取电流检测结果，控制钻头13工作，以及控制施力机构带动金属支撑头12进行升降等。本发明的电工钢片表面绝缘电阻的自动检测系统，可以对试样20的表面涂层绝缘电阻进行在线自动检测，大幅度提升了检测效率。可以理解，所述控制器200为PLC控制器。
本发明的电工钢片表面绝缘电阻的自动检测系统的具体工作过程为：首先控制器200控制机械手100将试样20放置在测量台上，然后控制施力机构带动金属支撑头12下降以将导电橡胶套11压紧在试样20的表面涂层上，此时导电橡胶套11与试样20的表面涂层充分软接触，然后控制钻头13开始工作以与试样20的金属基板电接触，接着控制可调恒压电源16输出0.5V的直流电压，控制器200从电流表15中读取电流检测结果，进而计算得到电工钢片的表面绝缘电阻。接着，控制器200控制钻头13上升，同时控制施力机构带动金属支撑头12上升，最后控制器200再控制机械手100将试样20从测量台上取下，再放上一块新的试样20进行新一轮的检测。整个检测过程自动化进行，无需人工干预，大幅度提升了检测效率。
可以理解，所述电工钢片表面绝缘电阻的自动检测系统还包括与控制器200电连接并用于与云服务器通信连接的无线通信单元300，所述无线通信单元300可以实时将检测结果无线传输至云服务器，用户可以通过远程终端电脑或者移动终端登入云服务器查看检测结果。所述无线通信单元300可以是2G模块、3G模块、4G模块、5G模块、GSM模块、GPRS模块、Wi-Fi模块等。所述移动终端可以是手机、平板电脑、可穿戴电子设备等。可以理解，用户还可以通过远程终端电脑或移动终端远程控制控制器200开机或关机，进而远程控制检测过程开启或者停止。
可以理解，所述电工钢片表面绝缘电阻的自动检测系统还包括与控制器200电连接并用于发出报警提醒的报警单元400，所述控制器200中预存有电工钢片表面绝缘电阻的下限值，当检测到电工钢片的表面绝缘电阻低于下限值时，控制器200控制报警单元400发出报警提醒，以提醒用户该试样20的表面绝缘电阻不符合标准。所述报警单元400发出报警的方式包括但不限于声音报警、灯光报警、振动报警或者任意两者的结合。还可以理解，所述控制器200在检测到电工钢片的表面绝缘电阻低于下限值时还可以生成警报信息通过无线通信单元300上传至云服务器，以及时提醒远程用户。
可以理解，作为优选的，所述电工钢片表面绝缘电阻的自动检测系统还包括用于对表面绝缘电阻值不符合标准的试样20进行标记的打标单元500，所述打标单元500与控制器200连接，当检测到电工钢片的表面绝缘电阻低于下限值时，控制器200控制打标单元500对不符合标准的试样20进行标记，以便于后续的区分处理。所述打标单元500进行标记的方式可以是激光打标或者喷码打标，即所述打标单元500为激光器或者喷码机。
可以理解，所述控制器200为PLC控制器，控制器200中包括短信读写模块，所述控制器200中包括用于与手机进行短信通信的短信控制模块(图未示)，所述短信控制模块可以通过短信读写PLC控制器中的寄存器，从而可以通过手机发送短信的方式控制控制器200，进而控制机械手100和电工钢片表面绝缘电阻的测量装置的工作状态，从而实现短信远程控制自动进行检测，或者远程控制停止进行检测。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电工钢片表面绝缘电阻的测量装置，其特征在于，
包括用于提供稳定的直流电压输出的可调恒压电源(16)、用于检测电流的电流表(15)、用于钻穿试样(20)的表面涂层以与试样(20)的金属基板电接触的钻头(13)、用于起到导电作用的金属支撑头(12)、用于包裹金属支撑头(12)并与试样(20)的表面涂层软接触的导电橡胶套(11)；
所述可调恒压电源(16)的正极和负极分别与电流表(15)和钻头(13)电连接，所述电流表(15)与金属支撑头(12)电连接。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
还包括用于起到限流作用的限流电阻(14)，所述限流电阻(14)一端与电流表(15)电连接，另一端与金属支撑头(12)电连接。
3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
所述金属支撑头(12)和导电橡胶套(11)的数量为一个，所述导电橡胶套(11)的底面表面积为645mm2或者1000mm2；
或者
所述金属支撑头(12)和导电橡胶套(11)的数量为多个，多个所述导电橡胶套(11)的底面表面积之和为645mm2或者1000mm2。
4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
所述导电橡胶套(11)的厚度为2mm～5mm。
5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
所述导电橡胶套(11)的厚度为3mm～4mm。
6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
所述导电橡胶套(11)的底面形状为圆形、方形、星形、菱形或者正六边形。
7.一种电工钢片表面绝缘电阻的自动检测系统，其特征在于，采用如权利要求1～6任一项所述的测量装置、机械手(100)和控制器(200)，所述测量装置和机械手(100)均与控制器(200)电连接，所述机械手(100)用于进行自动上、下料，所述控制器(200)用于控制机械手(100)和测量装置的工作状态。
8.如权利要求7所述的自动检测系统，其特征在于，
还包括与所述控制器(200)电连接并用于对表面绝缘电阻值不符合标准的试样(20)进行标记的打标单元(500)，所述控制器(200)用于在检测到试样(20)的表面绝缘电阻值不符合标准时控制打标单元(500)对试样(20)进行标记。
9.如权利要求7所述的自动检测系统，其特征在于，
还包括与所述控制器(200)电连接并用于发出报警提醒的报警单元(400)，所述控制器(200)用于在检测到试样(20)的表面绝缘电阻值低于下限值时控制报警单元(400)发出报警提醒。
10.如权利要求7所述的自动检测系统，其特征在于，
还包括与所述控制器(200)电连接并用于与云服务器通信连接的无线通信单元(300)。
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2019
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