DE102006019522A1

DE102006019522A1 - Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Wicklungen

Info

Publication number: DE102006019522A1
Application number: DE102006019522A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Hautmann; Thomas Rosenbaum; Thomas Seiffert; Wolfgang Blankenhorn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-10-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Wicklungen, umfassend die Schritte: Aufnehmen eines ersten Bildes während eines Wicklungsvorgangs zu einem ersten Wicklungszeitpunkt, Aufnehmen eines zweiten Bildes während des Wicklungsvorgangs zu einem zweiten Wicklungszeitpunkt, welcher nach dem ersten Wicklungszeitpunkt liegt, wobei die Wicklung über einen vorbestimmten Drehwinkel weitergewickelt wurde und der zweite Wicklungszeitpunkt nach einem Drehwinkel von 360° oder einem Vielfachen davon ausgehend vom ersten Wicklungszeitpunkt liegt, wobei keine zwischen dem ersten und zweiten Wicklungszeitpunkt neue erzeugte Wicklung eine zwischen dem ersten und zweiten Wicklungszeitpunkt erzeugte Wicklung überdeckt, und Vergleichen des ersten Bildes mit dem zweiten Bild. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Wicklungen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Wicklungen. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen von Wicklungen.
Bei Wicklungen wird bisher nach der Herstellung eine manuelle Sichtprüfung der Oberfläche durchgeführt. Wenn hierbei Unregelmäßigkeiten wie beispielsweise Erhöhungen der Wicklung oder ungleichmäßige Abstände benachbarter Wicklungen erkannt werden, wird auf einen nicht stabilen Wickelprozess bzw. auf Einzelfehler der Wicklung geschlossen und die Wicklung aussortiert. Bei einer derartigen Prüfung ist jedoch nachteilig, dass lediglich die oberste Wickellage durch die Sichtprüfung geprüft werden kann. Sollte ein Fehler in einer weiter unten liegenden Wicklung vorhanden sein, kann dieser durch die äußere Sichtprüfung nicht erkannt werden.
Während der Herstellung der Wicklungen kann eine manuelle Sichtprüfung nicht durchgeführt werden, da das Wickeln mit einer hohen Geschwindigkeit von ca. 15.000 U/min erfolgt und aufgrund der großen Anzahl von Windungen nicht praktikabel ist.
Wird bei der Wicklung eine Schlaufe mit eingewickelt, lässt sich mit hoher Wahrscheinlichkeit dies nicht mehr nach dem Ende der Wicklung an der Oberfläche erkennen. Hierdurch sind jedoch Windungen mit hohen Potentialunterschieden dicht beieinander, so dass Spannungsdurchbrüche während der Verwendung auftreten können.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Wicklungen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sämtliche Wicklungen (Windungen) überprüft werden können. Erfindungsgemäß kann die Prüfung dabei zerstörungsfrei während der Herstellung der Wicklungen durchgeführt werden. Hierzu wird erfindungsgemäß in einem ersten Schritt ein erstes Bild während eines Wicklungsvorgangs zu einem ersten Wicklungszeitpunkt aufgenommen. Anschließend wird zu einem zweiten Wicklungszeitpunkt ein zweites Bild während des Wicklungsvorgangs aufgenommen. Der zweite Wicklungszeitpunkt liegt dabei nach dem ersten Wicklungszeitpunkt, so dass die Wicklung im zweiten Wicklungszeitpunkt etwas weiter gewickelt wurde. Im zweiten Wicklungszeitpunkt wurde die Wicklung somit über einen vorbestimmten Drehwinkel weitergewickelt. Hierbei liegt der zweite Wickelzeitpunkt ausgehend vom ersten Wickelzeitpunkt nach einem Drehwickelwinkel von 360° oder einem Vielfachen von 360°. Ferner überdeckt keine der zwischen dem ersten und zweiten Wickelzeitpunkt neu gewickelten Wicklungen (Windungen) eine andere zwischen dem ersten und zweiten Wickelzeitpunkt neu gewickelte Wicklung. Anschließend wird das erste Bild mit dem zweiten Bild verglichen. Durch diesen Vergleich der beiden Bilder, die einen Drehwicklungswinkel von 0° bzw. von 360° oder einem Vielfachen davon darstellen, kann sicher bestimmt werden, ob ein Fehler bei der Wicklung vorliegt. Erfindungsgemäß kann somit durch einen Vergleich zweier Bilder zu verschiedenen Wicklungszeitpunkten während des Wickelvorgangs die Qualität der Wicklung überprüft werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise wird während eines Drehwicklungswinkels einer Wicklung eine Vielzahl von Bildern aufgenommen. Jedes der Vielzahl von Bildern wird dann mit einem anderen Bild, welches nach einem Drehwicklungswinkel von 360° oder einem Vielfachen davon aufgenommen wurde, verglichen. Besonders bevorzugt wird dabei während eines Drehwicklungswinkels von 360° alle 2° oder einen anderen Teiler von 360° ein Bild aufgenommen. Bei 2° ergeben sich somit 180 Bilder während eines Drehwicklungswinkels von 360°. Ein Bild, welches somit am Anfang des Zeitraums bei 0° aufgenommen wurde, wird dann mit einem Bild, das nach einem Winkel von 360° aufgenommen wurde, verglichen. Ein nächstes Bild, das bei einem Winkel von 2° aufgenommen wurde, wird dann mit einem Bild, das bei einem Winkel von 362° aufgenommen wurde, verglichen. Das Winkelintervall, nach welchem ein Bild aufgenommen wird, wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit für den Wicklungsvorgang ausgewählt.
Besonders bevorzugt wird ein Bildvergleich durch Erzeugung eines Differenzbildes zwischen dem ersten und dem zweiten Bild durchgeführt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Differenzbilder nacheinander gespeichert und es wird ein Film erzeugt, bei dem eine Vielzahl von Differenzbildern nacheinander gezeigt werden, um eine Prüfung der Wicklungen durchzuführen. Zudem erlaubt es das Verfahren, durch die Winkelauflösung eine Tomographie der Wicklung zu erzeugen.
Weiter bevorzugt wird ein Profil der Wicklung und/oder eine Topologie der Wicklung aufgenommen und beim Vergleich der Bilder verglichen. Dies kann beispielsweise mittels einer High-Speed-Kamera oder einem Topologiescanner durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird basierend auf den aufgenommenen Bildern und/oder basierend auf dem Differenzbild elektrische Werte der Wicklung berechnet. Hierdurch können elektrische und/oder mechanische Parameter bestimmt werden. Insbesondere kann eine Ermittlung von Potentialdifferenzen der einzelnen Windungen bestimmt werden. Weiter bevorzugt werden die berechneten Informationen über die elektrischen und/oder mechanischen Parameter zusätzlich zur Ermittlung von inneren Defekten der Wicklung verwendet.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Wicklungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines ersten und zweiten Bildes während der Herstellung der Wicklung, einen Sensor zur Bestimmung eines Rotationswinkels, eine Steuereinrichtung zur Ausgabe von Bildaufnahmebefehlen an die Bildaufnahmeeinrichtung in Abhängigkeit von dem Rotationswinkel und eine Auswerteeinheit zum Vergleich des ersten Bildes mit dem zweiten Bild, wobei das zweite Bild nach einer Rotation um 360° oder einem Vielfachen davon aufgenommen wurde. Durch die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung kann somit während der Herstellung der Wicklung eine Überprüfung auch von Windungen erfolgen, welche bei einem fertiggestellten Produkt im Inneren der Wicklung angeordnet sind.
Die Bildaufnahmeeinrichtung ist vorzugsweise eine High-Speed-Kamera oder ein Topologiescanner.
Weiter bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Berechnungseinheit zur Berechnung von elektrischen und/oder mechanischen Werten der Wicklung, basierend auf den aufgenommenen Bildern.
Zeichnung
Nachfolgend wird unter Bezug auf die begleitende Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigt die einzige 1 einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren des Ausführungsbeispiels wird bei einem Winkel von 0° ein erstes Bild während des Wicklungsvorgangs aufgenommen. Der Zeitpunkt der Aufnahme des ersten Bildes wird als erster Wicklungszeitpunkt definiert. Anschließend wird zu einem zweiten Wicklungszeitpunkt, welcher nach dem ersten Wicklungszeitpunkt liegt, ein zweites Bild während des Wicklungsvorgangs aufgenommen. Das zweite Bild wird dabei nach einem Drehwickelwinkel von 360° aufgenommen. Somit wurde zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild genau eine Windung der Wicklung gewickelt.
Zur Bestimmung, wann eine Bildaufnahmeeinrichtung das erste Bild und das zweite Bild aufnehmen soll, wird ein Drehwinkelsensor verwendet, welcher einer Steuereinrichtung den Drehwinkel übermittelt. Die Steuereinrichtung gibt ferner die Aufnahmebefehle zur Aufnahme eines Bildes an die Bildaufnahmeeinrichtung (Triggerung).
Nachdem das erste Bild bei 0° und das zweite Bild nach einem Drehwinkel von 360° aufgenommen wurden, werden die beiden Bilder verglichen, wobei zum Vergleich mittels einer Differenzanalyse ein Differenzbild erzeugt wird. Anhand dieses Differenzbildes kann sehr einfach bestimmt werden, ob die während der letzten 360° Umdrehung erzeugte Windung einen Fehler aufweist oder nicht. Hier ist ersichtlich, ob die Windung an der vorhergesehenen Position zum liegen kommt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird dabei während der gesamten Herstellung eines Produkts durchgeführt, so dass nach jeder vollständigen Umdrehung um 360° ein weiteres Bild aufgenommen wurde, welches jeweils mit dem 360° vorher aufgenommenen Bild verglichen wird. Es sei angemerkt, dass es auch möglich ist, dass ein aufgenommenes Bild nicht nur mit dem unmittelbar 360° vorher aufgenommenen Bild (Rotationswinkel von 360°) verglichen wird, sondern auch mit einem vorletzten aufgenommenen Bild (Rotationswinkel von 720°) verglichen wird. Hierbei ist auch ein Vergleich von weiteren vorher aufgenommenen Bildern mit dem letzten aufgenommenen Bild denkbar. Hierbei muss lediglich sichergestellt werden, dass ein Bildvergleich nur zwischen zwei Bildern durchgeführt wird, bei denen keine Windung durch die letzte erzeugten Windungen überdeckt wird.
Durch die Hintereinanderanordnung von einer Vielzahl von Differenzbildern während der Herstellung kann nach Abschluss der Herstellung auch ein Film erzeugt werden, in dem die Vielzahl von Differenzbildern schnell hintereinander dargestellt wird. Durch Betrachtung dieses Films der Vielzahl von Differenzbildern kann eine schnelle Überprüfung durchgeführt werden.
Durch Analyse der gefundenen Wicklungspositionen kann eine Tomographie der Wicklung erstellt werden, bei dem das elektrische Potential jedes einzelnen Drahtes bekannt ist.

Claims

Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Wicklungen, umfassend die Schritte: – Aufnehmen eines ersten Bildes während eines Wicklungsvorgangs zu einem ersten Wicklungszeitpunkt, – Aufnehmen eines zweiten Bildes während des Wicklungsvorgangs zu einem zweiten Wicklungszeitpunkt, welcher nach dem ersten Wicklungszeitpunkt liegt, wobei die Wicklung über einen vorbestimmten Drehwinkel weitergewickelt wurde und der zweite Wicklungszeitpunkt nach einem Drehwinkel von 360° oder einem Vielfachen davon ausgehend vom ersten Wicklungszeitpunkt liegt, wobei keine zwischen dem ersten und zweiten Wicklungszeitpunkt neu erzeugte Wicklung eine zwischen dem ersten und zweiten Wicklungszeitpunkt erzeugte Wicklung überdeckt, und – Vergleichen des ersten Bildes mit dem zweiten Bild.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Drehwinkels von 360° eine Vielzahl von Bildern aufgenommen wird und wenigstens eines der Vielzahl von Bildern mit einem Bild verglichen wird, welches nach einem Drehwinkel von 360° oder einem Vielfachen davon aufgenommen wurde.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Drehwinkel von 2° jeweils ein Bild aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleichen einer Differenz zwischen dem ersten und zweiten Bild mittels eines Differenzbildes durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von erzeugten Differenzbildern in kurzen Abständen nacheinander dargestellt wird, um einen Differenzbildfilm zu erzeugen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profil der Wicklung und/oder eine Topologie der Wicklung zum Vergleich der Aufnahmezeitpunkte verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf den aufgenommenen Bildern und/oder basierend auf dem erzeugten Differenzbild elektrische und/oder mechanische Werte der Wicklung berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Werte zur Prüfung der Wicklung verwendet werden.
Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Wicklungen, umfassend – eine Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines ersten Bildes und eines zweiten Bildes, wobei das erste Bild zu einem ersten Wicklungszeitpunkt aufgenommen wird und das zweite Bild zu einem zweiten Wicklungszeitpunkt aufgenommen wird, welcher nach einer Rotation um 360° oder einem Vielfachen davon aufgenommen ist, – einen Sensor zur Bestimmung eines Rotationswinkels, – eine Steuereinrichtung zur Ausgabe von Bildaufnahmebefehlen an die Bildaufnahmeeinrichtung in Abhängigkeit von dem Rotationswinkel, und – eine Auswerteeinheit zum Vergleichen des ersten Bildes mit dem zweiten Bild.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung eine High-Speed-Kamera oder ein Topologiescanner ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend eine Berechnungseinheit zur Berechnung von elektrischen und/oder mechanischen Werten der Wicklung, basierend auf den aufgenommenen Bildern.