CN116989655B - 绝缘涂层有效厚度的确定方法及涂覆方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种绝缘涂层有效厚度的确定方法及涂覆方法，包括以下步骤：S1，获取具有不同绝缘涂层有效厚度δ的多个样本，δ为样本表面轮廓最高峰顶点到绝缘涂层外表面之间的距离；S2，对各所述样本进行绝缘性能测试，得到各样本的绝缘性能指标y；S3，根据δ和y的映射关系并通过拟合方法获得目标函数y=f(δ)；求目标函数y=f(δ)的反函数δ=f^‑1（y）；S4，获取待加工基材所需的绝缘性能指标y_1，将y₁代入所述反函数，得到待加工基材所需的绝缘涂层有效厚度δ₁。本申请能够根据样本试验获得绝缘涂层和绝缘性能指标之间的函数关系，在进行同一类型的电器零部件绝缘涂层涂覆时直接根据该函数关系获得相应地绝缘涂层有效厚度。

Description

绝缘涂层有效厚度的确定方法及涂覆方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体地涉及一种绝缘涂层有效厚度的确定方法及涂覆方法。

背景技术

各类电机、电器设备等的金属零部件都会存在表面绝缘处理的需求，其中绝缘喷涂工艺因其获得的绝缘涂层均匀，材料用量少、处理效率高而备受青睐。但对于很多金属零部件（例如铸造或车削加工的电机机壳、盖板等）表面的绝缘涂层的厚度需要尽可能的薄，并满足绝缘性能要求。然而，这些金属零部件表面都存在一定的表面凸起、凹陷等粗糙度特征。

当绝缘涂层厚度相同时，不同的粗糙度会使得电器零部件表面的绝缘性能指标数值不同；即电器零部件表面的粗糙度特征会影响绝缘涂层的绝缘效果、造成局部绝缘性能存在差异，甚至出现局部击穿、绝缘失效的情况。

相关技术方案中绝缘涂层的厚度设计没有考虑粗糙度对于绝缘性能的影响，使得绝缘涂层厚度设计难以满足实际绝缘性能要求。

发明内容

本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种绝缘涂层有效厚度的确定方法及涂覆方法。

本发明的一个或多个实施例提供一种绝缘涂层有效厚度的确定方法，包括以下步骤：

S1，获取具有不同绝缘涂层有效厚度δ的多个样本;δ为样本表面轮廓最高峰顶点到绝缘涂层外表面之间的距离；

S2，对各所述样本进行绝缘性能测试，得到各样本的绝缘性能指标y；

S3，根据δ和y的映射关系并通过拟合方法获得目标函数y=f(δ)，求目标函数y=f(δ)的反函数δ=f^-1（y）；

S4，获取待加工基材所需的绝缘性能指标y₁，将y₁代入反函数，得到所述待加工基材所需所需的绝缘涂层有效厚度δ₁。

在至少一个实施方式中，S1中，所述绝缘性能指标y至少包括两种类型；分别建立δ与不同类型绝缘性能指标y的目标函数关系式；求各目标关系式的反函数，得到数个反函数；根据各所述反函数，得到数个δ₁，取各δ₁中的最大值为绝缘涂层有效厚度。

在至少一个实施方式中，所述绝缘性能指标y包括击穿电压、局部放电起始电压和电热老化寿命中的至少两种。

在至少一个实施方式中，各样本的粗糙度R_t不同，各样本表面轮廓最低谷底线与绝缘涂层外表面的涂层实际厚度为定值。

在至少一个实施方式中，S3中，采用不同类型的函数对δ和y进行拟合；获取各函数的决定系数，若只有一个决定系数大于预设阈值，则该决定系数对应的函数为目标函数；若有多个决定系数均大于预设阈值，则获取各决定系数大于预设阈值的函数所具有常数的个数，以常数个数最少的函数为目标函数。

在至少一个实施方式中，所述S2中还包括：获取验证样本，将验证样本所需的绝缘性能指标y₀代入到δ=f^-1（y），得到验证样本所需的δ₀；对所述验证样本表面涂覆δ₀厚的涂层后进行绝缘性能测试，得到验证样本实际的绝缘性能指标y₂，若y₀与y₂差值不在预设范围内，则对所述目标函数进行修正；否则不修正。

在至少一个实施方式中，修正所述目标函数时：若决定系数大于预设阈值的函数不少于2个，则选取其他类型函数拟合获得目标函数；若决定系数大于预设阈值的函数只有一个，则去除样本中的异常值后重新拟合得到目标函数。

在至少一个实施方式中，所述异常值通过离群值方法获取。

本发明的一个或多个实施例还提供一种绝缘涂层的涂覆方法，包括以下步骤：

S01、获取待涂覆绝缘涂层的基材，并获取基材需要的绝缘性能指标y₁以及粗糙度R_t；

S02、根据所述的绝缘涂层有效厚度的确定方法获取满足基材绝缘性能指标时所需的绝缘涂层有效厚度δ₁；

S03，对δ₁和R_t求和，获取基材处需要涂覆的绝缘涂层实际厚度H；

S04，根据所述绝缘涂层实际厚度H，对所述基材进行绝缘涂层的涂覆。

在至少一个实施方式中，所述粗糙度R_t为基材表面轮廓最高峰顶线和最低谷底线间距。

以上一个或多个技术方案的有益效果在于：

本方案针对表面粗糙度的不同提出了绝缘涂层有效厚度δ的概念，能够避免粗糙度特征对于绝缘性能指标y的影响。根据δ与y的对应关系能够建立y关于δ的目标函数，进而反推得到δ的反函数；对于同一类型的不同电器零部件，只需要将所需的绝缘性能指标y代入该反函数就能够得到所需的绝缘涂层有效厚度；其能够避免对反复试验来获取不同电气零部件绝缘涂层厚度所造成的时间和材料浪费，便于快速获得满足绝缘性能指标下的涂层有效厚度δ。本方案引入有效厚度δ，并采用R_t而不是采用粗糙度R_a或者R_Z，可以准确的获得需要进行涂覆的绝缘涂层实际厚度。

附图说明

图1是本发明实施例中绝缘涂层有效厚度的确定方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中低粗糙度时零部件表面设置绝缘涂层的示意图；

图3是本发明实施例中高粗糙度时零部件表面设置绝缘涂层的示意图；

图4是本发明实施例中击穿电压与δ的函数关系图；

图5是本发明实施例中局部放电起始电压与δ的函数关系图；

图6是本发明实施例中电热老化寿命与δ的函数关系图；

图7是本发明实施例中绝缘涂层涂覆方法的流程示意图。

附图标记列表：10、绝缘涂层；20、基材表面轮廓。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

本实施例提供一种绝缘涂层有效厚度δ的确定方法，δ指的是样本表面轮廓最高峰顶线和绝缘涂层表面之间形成的厚度。通过绝缘性能测试对任意一个样本的δ能够获得对应的绝缘性能指标y，便于建立y关于δ的函数关系，并且能够反推获得δ关于y的反函数；在进行实际绝缘涂层涂覆时，只需要将所需要的绝缘性能指标y₁代入反函数，就能够获得相应的δ₁。

本申请对于不同类型或同一类型不同型号的电器零部件（例如电机机壳、电机盖板和电池壳体等），应该分别进行相应的样本涂层涂覆和绝缘性能试验，并获得不同的函数关系式。

如图1所示，该绝缘涂层有效厚度的确定方法，具体包括以下步骤：

S1，获取具有不同绝缘涂层有效厚度δ的多个样本，δ为样本表面轮廓最高峰顶点到绝缘涂层外表面之间的距离。

具体的，对于任意一个样本来说，以绝缘涂层外表面至样本表面轮廓最低谷底线间距为绝缘涂层的实际厚度H，实际厚度可以直接进行测量。不同样本的粗糙度R_t可能相同，也可能不同，

表面粗糙度参数R_z只能够表征取样长度内最高峰和最低谷的垂直间距；表面粗糙度参数R_a只能够表征取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值。而本申请中R_t指的是：基材表面整个轮廓中最高峰顶线和最低谷底线的间距。采用R_t而不是R_z和R_a来表征粗糙度，能够充分考虑到任一尖刺对于绝缘性能的影响，进而能够获得绝缘涂层有效厚度的参数。

此处可以采用CCD相机、红外扫描等方式获取基材的形貌，从形貌中得到基材的R_t值。例如，图2中样本表面粗糙度R_t2的数值小于图3中样本表面粗糙度R_t3。在不同样本均涂覆实际厚度H的绝缘涂层（例如图2中H₂等于图3中的H₃），此时计算H与所测得的样本表面粗糙度R_t的差值，能够获得不同样本的绝缘涂层有效厚度δ。

可知的，当分别测量不同样本的粗糙度，然后对不同样本采用相同的实际厚度H进行涂覆时，能够获得绝缘涂层有效厚度δ不同的多个样本。

S2，对各所述样本进行绝缘性能测试，得到各样本的绝缘性能指标y。

此处的绝缘性能指标可以仅包括一种，也可以包括多种，电驱动领域相应电器零部件的绝缘性能指标一般包括击穿电压PDIV、局部放电起始电压BDV和电热老化寿命。

在一种具体的多样本试验过程中，对不同有效厚度的样本进行了绝缘性能测试。

性能测试结果如表1所示：

表1

S3，根据δ和y的映射关系通过拟合方法获取目标函数y=f(δ)，求目标函数y=f(δ)的反函数δ=f^-1（y）。

上述在进行绝缘性能测试时，不同样本处的多个元素δ形成集合A，对应于每一个δ会得到一个绝缘性能指标y,多个元素y形成集合B，建立从集合δ到集合y的映射。又因为集合A和集合B都是实数集，可以采用拟合方法得到y关于δ的函数关系。

此处的拟合方法可以采用最小二乘法、正则化等方法；拟合时采用的软件可以是EXCEL，MATLAB等。

本实施例采用不同类型的函数对δ和y进行拟合；获取各函数的决定系数。具体的，拟合时采用的函数类型可以是一次函数，二次函数、指数函数等。经过拟合后，可以得到的函数关系式分别为：y =a₁₀δ+b₁₀；y = a₂₀δ²+ b₂₀δ + c₂₀；y= a₃₀ ^δ+ b₃₀；其中，a₁₀、b₁₀、 a₂₀、b₂₀、c₂₀、 a₃₀、b₃₀均为常数，分别计算各函数进行目标函数拟合时的决定系数R²。若只有一个决定系数大于预设阈值时（如R²≥0.99），则该决定系数对应的函数为目标函数；若有多个决定系数都大于预设阈值的函数，则获取各决定系数大于预设阈值的函数所具有常数的个数，以常数个数最少的函数为目标函数。若两种函数的常数数量相同且决定系数均大于预设阈值，选取决定系数大的函数类型作为目标函数类型。

例如，R²≥0.99的两个函数分别为二次函数和一次函数，则选取一次函数为目标函数。如果两个函数分别为y = a₂₀δ²+ b₂₀δ + c₂₀,另一个为y= a₃₀ ^δ+ b₃₀，第一个二次函数的常数为a₂₀，b₂₀，c₂₀三个，第二个指数函数的常数为a₃₀，b₃₀两个，则选取指数函数为目标函数。这样可以减少后续步骤中求取反函数的计算量，节约时间成本。

在对表格1中具体测试数据的y和δ进行目标拟合时，在满足决定系数R²≥0.99的情况下，击穿电压关于δ的函数类型应为二次函数，局部放电起始电压关于δ的函数类型应为一次函数，电老化寿命关于δ的函数类型应为二次函数。具体的，参见图4-图6，根据相应的函数类型以及不同的绝缘性能指标y和δ来建立相应的目标函数关系式: y_PDIV= a₁δ²+ b₁δ + c₁； y_BDV=a₂δ+b₂； y_{电老化寿命}= a₃δ²+ b₃δ + c₃；其中a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、a₃、b₃、c₃分别为常数。二次函数采用多项式拟合的方法获得：a₁=0.0363；b₁=10.454；c₁=45.732；a₃=0.013、b₃=0.8563、c₃=-7.3474；一次函数采用线性拟合方法获得a₂=0.1029；b₂=1.0251。

S4，获取待加工基材所需的绝缘性能指标y₁，将y₁代入所述反函数，得到待加工基材所需的δ₁。

具体的，当仅考虑满足单个绝缘性能指标y时，只需代入一个y₁数值就能够直接得到相应地δ_1。例如仅代入该电器零部件所需的击穿电压，又或者仅代入放电起始电压或者电老化寿命。

当综合考虑绝缘涂层有效厚度同时对多个绝缘性能指标的影响时，分别建立δ与不同类型绝缘性能指标y的目标函数关系式；求各目标关系式的反函数，得到数个反函数；根据各所述反函数，得到数个δ₁，取各δ₁中的最大值为绝缘涂层有效厚度。

例如，以击穿电压PDIV和放电起始电压BDV作为绝缘涂层有效厚度需要考虑的影响指标，此时相应的函数关系式为：δ_BDV=f^-1(y_BDV);δ_PDIV=f^-1(y_PDIV)

;δ₁=max{δ_BDV, δ_PDIV}。若此时待涂覆基材通过函数计算获得的δ_BDV=20μm，δ_PDIV=18μm，则该δ₁的取值为20μm。

在至少一个实施方式中，在S3之后还包括：获取验证样本，将验证样本所需的绝缘性能指标y₀代入到δ=f^-1（y），得到验证样本所需的δ₀；对所述验证样本表面涂覆δ₀厚的涂层后进行绝缘性能测试，得到验证样本实际的绝缘性能指标y₂，若y₀与y₂差值不在预设范围内，则对所述目标函数进行修正；否则不修正。

修正目标函数时：若决定系数大于预设阈值的函数不少于2个，则选取其他类型函数拟合获得目标函数；若决定系数大于预设阈值的函数只有一个，则去除样本中的异常值后重新拟合得到目标函数。

在至少一个实施方式中，异常值通过离群值方法获取。

如图7所示，本发明的一个或多个实施例还提供一种绝缘涂层的涂覆方法，包括以下步骤：

S01、获取待涂覆绝缘涂层的基材，并获取基材需要的绝缘性能指标y以及粗糙度R_t。

具体地，该步骤S01可以采用CCD相机、红外扫描等方式获取基材的形貌，从形貌中得到基材的R_t值；其中R_t为轮廓最大的高度（轮廓最大峰到最大谷之和）。

S02、根据实施例1中的绝缘涂层有效厚度的确定方法获取满足该类型基材绝缘性能指标时所需的绝缘涂层有效厚度δ₁；

S03，对δ₁和R_t求和，获取基材处需要涂覆的绝缘涂层实际厚度H。

S04，根据所述绝缘涂层实际厚度H，对所述基材进行绝缘涂层的涂覆。

在至少一个实施方式中，所述粗糙度R_t为基材表面轮廓最高峰顶线和最低谷底线间距。

当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种组合和变型，而不脱离本发明的范围。

Claims (8)

1.一种绝缘涂层有效厚度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取具有不同绝缘涂层有效厚度δ的多个样本，δ为样本表面轮廓最高峰顶线到绝缘涂层外表面之间的距离；

S2，对各所述样本进行绝缘性能测试，得到各样本的绝缘性能指标y；

S3，根据δ和y的映射关系并通过拟合方法获得目标函数y=f(δ)；求目标函数y=f(δ)的反函数δ=f^-1（y）；

S4，获取待加工基材所需的绝缘性能指标y_1，将y₁代入所述反函数，得到待加工基材所需的绝缘涂层有效厚度δ₁；

S3中，采用不同类型的函数对δ和y进行拟合；获取各函数的决定系数，

若只有一个决定系数大于预设阈值，则该决定系数对应的函数为目标函数；

若有多个决定系数均大于预设阈值，则获取各决定系数大于预设阈值的函数所具有常数的个数，以常数个数最少的函数为目标函数。

2.根据权利要求1所述的绝缘涂层有效厚度的确定方法，其特征在于，所述绝缘性能指标y至少包括两种类型；分别建立δ与不同类型绝缘性能指标y的目标函数关系式；

求各目标关系式的反函数，得到数个反函数；

根据各所述反函数，得到数个δ₁，取各δ₁中的最大值为绝缘涂层有效厚度。

3.根据权利要求2所述的绝缘涂层有效厚度的确定方法，其特征在于，所述绝缘性能指标y包括击穿电压、局部放电起始电压和电热老化寿命中的至少两种。

4.根据权利要求1所述的绝缘涂层有效厚度的确定方法，其特征在于，各样本的粗糙度R_t不同，各样本表面轮廓最低谷底线与绝缘涂层外表面之间的涂层实际厚度为定值。

5.根据权利要求1所述的绝缘涂层有效厚度的确定方法，其特征在于，在S3之后还包括：获取验证样本，将验证样本所需的绝缘性能指标y₀代入到δ=f^-1（y），得到验证样本所需的δ₀；

对所述验证样本表面涂覆δ₀厚的涂层后进行绝缘性能测试，得到验证样本实际的绝缘性能指标y₂，若y₀与y₂差值不在预设范围内，则对所述目标函数进行修正；否则不修正。

6.根据权利要求5所述的绝缘涂层有效厚度的确定方法，其特征在于，

若需要对所述目标函数进行修正，则获取决定系数大于预设阈值的函数个数，当所述函数个数不小于2时，则以未被选为目标函数的其它函数作为新目标函数替代原目标函数；当所述函数个数为1时，则去除样本中的异常值后重新拟合得到新目标函数。

7.根据权利要求6所述的绝缘涂层有效厚度的确定方法，其特征在于，所述异常值通过离群值方法获取。

8.一种绝缘涂层的涂覆方法，包括以下步骤：

S01、获取待涂覆绝缘涂层的基材，并获取基材需要的绝缘性能指标y₁以及粗糙度R_t，所述粗糙度R_t为基材表面轮廓最高峰顶线和最低谷底线间距；

S02、根据权利要求1-7中任意一项所述的绝缘涂层有效厚度的确定方法获取满足基材绝缘性能指标时所需的绝缘涂层有效厚度δ₁；

S03，对δ₁和R_t求和，获取基材处需要涂覆的绝缘涂层实际厚度H；

S04，根据所述绝缘涂层实际厚度H，对所述基材进行绝缘涂层的涂覆。