微型步进马达转子磁铁裂痕检查设备开发应用

石杰

日本电产三协电子（东莞）有限公司 广东东莞 523000

摘要：马达转子磁铁裂痕检查机，简称磁裂检查机（后文全部采用简称），它是通过气密性检查的原理检出裂痕磁铁。目前这项技术虽然在国内外同行业暂未得到推广和应用，但它已经得到了我所在集团公司（日本）技术总部的认可，并且已经向客户申请通过了该技术可以应用于生产。现在在集团内部得到了应用，效果显著。该技术的应用基于全面的设计、加工、安装、调试和评价。它包括动作流程制定，机械设计（CoCreate ME10:公司内专用设计软件）、程序设计（GX Wokrs2），电气配装的恰当结合。它是真正机电一体化的产物，如果被推广，一定

可以为同行业带来良好的经济和品质效益。

关键词：磁裂检查机，转子磁铁，裂痕，高压充气，气密性检查，传感器.

引言：

智能化家电和车载产品的发展，离不开自动化技术，而这些技术的实现更离不开马达的驱动。本公司主要从事各类微型步进马达的研发和生产，家电类应用如空调，冰箱，洗衣机，电视等，车载类应用如仪表盘，后视镜，高档音响等。目前社会上对这类微型步进马达使用量非常大，是各知名家电和汽车企业驱动的首先。

这些马达的共性都是使用以磁铁为主体的转子作为旋转动力源，通过外部回路发出脉冲信号驱动，其优点是能按照预先设定的模式转动，其旋转定位精度远比普通马达高，并且成本低廉（一般几元到几十元人民币不等），品质稳定，受到各需求方的大量应用。

为此，本论文把转子磁铁裂痕检查做为研究对象，探究磁铁裂痕检查方法，及自动化的创新成果。

1 FPC磁裂检查机的研制背景及意义

这系列马达的转子磁铁（图5）一般是通过粉末压铸烧结成型[1]或高压射出成型[2]两种方式加工（本文不做重点介绍）。在成型加工过程中因外部环境或材料本身等因素影响，极少量磁铁表面不可避免产生裂痕缺陷（图6），而这种缺陷在磁铁充磁后会引发磁极微量偏移或缺失，从而导致马达特性异常，影响马达正常转动或转动精度。在工程中，这种磁裂不良品必须严格检出。为了克服这一弊端，通过分析磁铁裂痕特点，及裂痕大小对马达机械特性的影响度，并对裂痕磁铁进行了分类整理和冷热冲击试验，以及哪些裂痕磁铁可以被高压气体再次破坏而导致漏气。经过分类试验和数据整理，很快构想了磁裂检查机（图4）。其原理是通过高压气体对磁铁内部充气，二次破坏已有裂痕磁铁面（必须确保OK品不被破坏），再进行气密性检查[3]，从而达到检出磁裂品的目的。自动机经过近半年的稼动检证，确保了无不良流出。目前这项技术已经推广到集团内其他分公司使用，真正意义上解决了转子磁铁裂痕的检查问题，为公司带来的非常可观的经济效益和品质效益。

图1 扩大镜检查

图2 显微镜检查

图3 CCD成像检查

图4 磁裂检查机

图5 转子磁铁查

图6 磁铁裂痕

1.1磁裂检查在国内和国外的发展趋势

1）国内：目前国内同行业主要的检查方式是人工扩大镜（图1）或人工显微镜（图2）或CCD成像技术（图3）或液体浸透法，前三种检查方式都不能确保100%检出，而第四种方法效率低，用于工业批量生产不可取，暂且只限于实验室应用。

2）国外：如日本除了上述检查方法外，还利用新型技术，如磁极观察片，超声波检测和涡流检测[4]等。因国外技术垄断或成本较高，在国内各同行业暂未使用国外向的新型技术。

试验应用得出的高压充气再进行气密性检查技术，国内同行业暂未得到应用，如果得到推广，一定会带来很好的实用价值。

2．创新思路和检测方法

2．1创新構思來源

改善前磁裂检查以人工显微镜为主（CCD成像检查为辅同步进行），但人工检查劳动疲劳度大，效率低。不仅如此，人工长时间使用显微镜容易产生错觉，常将不良品流出，引发品质隐患。而CCD成像检查虽然解脱了人力劳动，但误判率非常高（达到10%以上），并且不能完全检出。为了解决生产和品质双重问题.展开了课题研讨。设计灵感来自‘没有不透风的墙’，继而决定使用高压气体检查.磁铁裂痕犹如墙体裂痕，只要施加气压，一定会产生气流，再使用流量传感检测，便可以轻松检出。

2．2试验气压回路设计原理（图7）

2．3气密性夹具设计示意图（图8）

上下采用O型密封圈

2．4样品检证及气密性规格制定（图9，图10）

结论：

1）高压规格设定为2.0Mpa,延时2秒;

2）气密性检查规格设定为90CL/Min,印加气压0.7Mpa，延时2秒;

3.自动机解决的关键技术

1）稳定高压2.0Mpa气体的实现

提出难点：现状工厂内正常使用的气压为0.4～0.5Mpa,工程中通常使用的增压泵[5]是2倍的，即使增压2倍也只能实现最高1.0Mpa,而且实现稳压会更难。

解决方法：首选2倍增压泵，增压到0.8Mpa。通过资料查询，再选择SMC品牌2～4倍增压泵（流量小于2倍增压泵）。再将4倍增压后的气体保存到高压气容内，同时控压2.0Mpa输出，增压泵串联+气容就实现了稳定高压。

2）高压充气反弹

提出难点：高压2.0MPa对磁铁充气后，会有瞬间反向作用力（即反弹）。会导致受压工件瞬间抬起（炸锅现象），存在安全和漏气的隐患。

解决方法：选用大缸径的气缸，经过公式换算，气缸在恒定的气压下，经过一定延时后，压力大于反弹力，程序再控制高压充气，继而解决了高压充气反弹的现象。

3）高压充气后泄压

提出难点：高压充气后，气管内存在高压气体，如果气缸强行抬起，会出现高压瞬间放气，发出爆炸声，有安全隐患，同时也会把治具内的密封圈吹出。

解决方法：在高压气管上并联方式接入高压电磁阀，充当安全排气阀门，当高压充气完成设定时间后，高压电磁阀动作排气，再通过消声器降低爆炸声，从而实现安全泄压的作用。

4）高压充气和气密性检查管道的气密性

提出难点：在高压2.0Mpa的气压下，普通气管无法满足承压或者不漏气的技术难题；同时气密性检查传感器灵敏度极高，普通气管无论是微量漏气还是有一定量的胀缩，都会直接影响气密性检查精度，导致无法精确检测。

解决方法：经过资料筛选，首选日本润工社高压气管（线径Φ2.0）。同时再配备MISUMI(米思米)高压适配接头（管螺纹紧配安装），无论是高压充气，还是气密性检查都能解决漏气和胀缩的问题。

5）受台的清洁

提出难点：转盘上有5个受台，长期作业时，受台会附着磁粉等异物，影响气密性检查，如果人工清洁，频度太高，而且省人化效果就没有了。

解决方法：在受台上方追加喇叭式清洁罩，通过气缸上下拉动，清洁罩顶部主气管吹气，侧面副气管吸气，而且副气管尾端配备过滤结构。每动作一次就清洁一次，不仅方便，而且清洁效果很好。

4．总结

通过该设备的开发，解决了磁铁成型过程中因工艺缺陷导致的不良流出，极大改善了生产过程中的品质隐患，为客户提供性能可靠的产品奠定了基础。同时该设备也彻底解放了人员体力劳动，为企业人员消减合理化做出了重要贡献。目前市场上尚未发现其他企业用此方法进行磁裂检查。此方法的运用，对于批量生产，有较高的推广价值，希望此方法能解决同行业在实际生产过程中的困扰。也希望此方法可以借鉴到其他领域，为行业的发展尽绵薄之力。改善没有止境，只有更好，没有最好。

参考文献

[1]梁双全等浅析烧结钕铁硼永磁体裂纹产生的原因及检测方法[M]，山东工业技术2015（4）.

[2]张勇.PLC和触摸屏组合控制系统的应用研究[J].科技创新导报2019年7期

[3]赵小霞.PLC和触摸屏组合控制系统应用研究[J].南方农机,2020,(51)8.

[4]AirTAC公司主编、产品综合型录，2020

[5]IAI公司主编、产品选型综合目录，2019