新能源汽車電機轉(zhuǎn)子自動檢測系統(tǒng)研制

牛紹安，牛渤為，田春艷

(1. 長春思為科技有限公司，吉林 長春 130015； 2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074； 3.空軍航空大學(xué)，吉林 長春 130022)

1 引言

交通能源動力系統(tǒng)變革一直處于技術(shù)革命和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的核心位置。新能源汽車的出現(xiàn)，在替代能源、新材料、基礎(chǔ)設(shè)施、商業(yè)模式等方面已形成產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)，其節(jié)能環(huán)保效果對社會發(fā)展起到積極促進(jìn)作用。作為新能源汽車剛需的電機構(gòu)件，定子和轉(zhuǎn)子生產(chǎn)日益得到重視[1]。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在新能源汽車電機定子和轉(zhuǎn)子生產(chǎn)檢測中，我國企業(yè)對比國外企業(yè)，檢測效率低，多為人工手動檢測，因此開發(fā)智能、高效、高精度、多種檢測功能于一體的自動檢測系統(tǒng)迫在眉睫。

2 電機轉(zhuǎn)子技術(shù)要求分析

本文電機轉(zhuǎn)子由85張直徑133.58mm，厚度0.3mm硅鋼片沖鉚而成[2]，轉(zhuǎn)子零件技術(shù)要求如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)子零件圖

影響轉(zhuǎn)子精度主要指標(biāo)有槽型位置度和轉(zhuǎn)子高度兩項精度指標(biāo)，而且通過檢測轉(zhuǎn)子高度參數(shù)可以間接控制其平面度和平行度兩項幾何精度指標(biāo)，綜合考慮轉(zhuǎn)子生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率等因素，本系統(tǒng)主要檢測轉(zhuǎn)子兩項精度指標(biāo)：一項是8對槽型理論45°位置，該項要求是為保證轉(zhuǎn)子在沖鉚加工時硅鋼片之間沒有相互錯動情況，且槽型方向為理論45°；另一項是轉(zhuǎn)子高度尺寸25.4mm，通過測量該尺寸誤差經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到轉(zhuǎn)子兩個側(cè)面平面度和平行度誤差。

3 新能源電機轉(zhuǎn)子自動檢測系統(tǒng)設(shè)計

依據(jù)轉(zhuǎn)子技術(shù)要求分析，對轉(zhuǎn)子自動檢測系統(tǒng)進(jìn)行總體方案設(shè)計。該系統(tǒng)包含檢測準(zhǔn)備工位、高度檢測工位、槽型位置度檢測工位和二維碼標(biāo)刻識別工位。

3.1 系統(tǒng)主要工位機械裝置設(shè)計

3.1.1 轉(zhuǎn)子檢測準(zhǔn)備工位

準(zhǔn)備工位裝置設(shè)計如圖2所示。此工位作用是給轉(zhuǎn)子正確定位，即轉(zhuǎn)子擺放位置及正反面朝向是否正確。由支撐座、心軸、定位銷、調(diào)整塊和傳感器等組成。檢測系統(tǒng)通過更換不同工裝盤，對不同型號轉(zhuǎn)子進(jìn)行定位。工件定位方法采用一面兩銷定位。傳感器檢測轉(zhuǎn)子擺放位置及正反面朝向正確后，機械夾爪將工件搬運至下一工位。

1- 底座 2-心軸 3-定位銷 4-位置傳感器

3.1.2 轉(zhuǎn)子高度檢測工位

高度檢測工位裝置設(shè)計如圖3所示，此工位通過光柵尺采取壓力下測量高度尺寸。因轉(zhuǎn)子材料回彈系數(shù)較大，所以需要在一定壓力下測量轉(zhuǎn)子高度參數(shù)[2]。檢測轉(zhuǎn)子在2000N壓力下，高度參數(shù)。同時通過測量轉(zhuǎn)子上、下表面各點的高度參數(shù)，將數(shù)據(jù)簡單處理即可判斷轉(zhuǎn)子兩側(cè)面的平面度和平行度誤差。由傳感器、上測量板、下測量板、定位銷、氣缸和導(dǎo)軌等組成。轉(zhuǎn)子由機械夾爪從準(zhǔn)備工位搬運至此工位的下測量板，采取一面兩銷定位。上測量板由氣缸帶動沿導(dǎo)軌下降，傳感器檢測到轉(zhuǎn)子后，開始由測高傳感器檢測高度參數(shù)并將結(jié)果顯示在屏幕上。合格品搬運至下一工位，不合格品搬運至高度測量不合格滑道上，進(jìn)入高度測量工位復(fù)檢區(qū)。

1-定位銷,2-下測量板,3-傳感器,4-上測量板

3.1.3 槽型位置度檢測工位

槽型位置度檢測工位裝置設(shè)計如圖4所示。此工位作用是對轉(zhuǎn)子8對槽型45°位置及沖鉚加工時是否造成硅鋼片錯動進(jìn)行檢測[3]。測量原理是采用通規(guī)綜合檢測法，該檢測工位由16個片形通規(guī)、氣缸、直線導(dǎo)軌、限位塊、傳感器、升降板、底板等組成。升降板上布置16個位置精度高于轉(zhuǎn)子零件圖槽型位置度要求的片形通規(guī)。機械夾爪將轉(zhuǎn)子按照預(yù)先設(shè)定位置放置于升降板上，轉(zhuǎn)子若能順利通過通規(guī)并自然落于升降板上，則轉(zhuǎn)子8對槽型45°位置合格，并且硅鋼片沒有錯動情況。若轉(zhuǎn)子不能隨升降板自然下落，而是被升降板上面的通規(guī)頂住或卡住，則槽的位置度不合格或者有錯位可能。

3.1.4 二維碼標(biāo)刻識別工位

二維碼標(biāo)刻識別工位裝置如圖5所示。此工位是在轉(zhuǎn)子特定位置用激光刻印一個二維碼，用于后續(xù)有效辨識、查找、追溯等問題，并驗證讀取，保證可以百分百識別[4]。由激光打標(biāo)機、讀碼器、氣缸、直線導(dǎo)軌、單軸驅(qū)動器等組成。機械夾爪從內(nèi)槽通規(guī)檢測工位搬運至此工位，傳感器檢測到信號確認(rèn)位置后，開始標(biāo)刻二維碼，隨即進(jìn)行識別，掃碼信息呈現(xiàn)在檢測系統(tǒng)屏幕。標(biāo)刻識別二維碼結(jié)束，機械夾爪取出工件，合格品搬運至下一工位，不合格品放置在不合格滑道上，進(jìn)入復(fù)檢區(qū)。

1-底板 2-升降板 3-限位塊 4-通規(guī)5-直線導(dǎo)軌 6-氣缸

1-單軸驅(qū)動器 2-激光打標(biāo)機 3-讀碼器 4-直線導(dǎo)軌

3.2 檢測控制系統(tǒng)組成

轉(zhuǎn)子檢測控制系統(tǒng)以PLC和計算機為主體部分，輔以由繼電器等構(gòu)成硬件控制回路。組成設(shè)備配線時采用標(biāo)準(zhǔn)的電氣智能元件，使用智能伺服變壓器，避免三項交流電點壓波動導(dǎo)致伺服控制器缺項時損壞伺服控制器[5]。根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)計算所需功率，選擇三菱伺服控制電機以及控制器。合理運用交換機與PLC專用端口通信，與三菱觸摸屏數(shù)據(jù)互通，檢修容易排查便捷。最后根據(jù)配線，降低PLC編程工作量，使用繼電器，延時器和計數(shù)器等組成硬件控制回路。

4 樣機測試

此檢測系統(tǒng)為模塊化設(shè)計，可以通過更換部分工藝裝備，實現(xiàn)檢測多種型號產(chǎn)品檢測，樣機如圖6所示，通過試驗驗證，系統(tǒng)測量精度達(dá)到技術(shù)參數(shù)要求，目前已投入生產(chǎn)企業(yè)使用且運行穩(wěn)定。

圖6 樣機實物圖

5 結(jié)語

本文研制的新能源汽車電機轉(zhuǎn)子自動檢測系統(tǒng)，檢測速度由20s/件提升至10s/件，生產(chǎn)企業(yè)的檢測質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到提高，降低生產(chǎn)成本和工人的勞動強度。二維碼數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)量管控和追溯的良性循環(huán)。