永磁体及零部件在线自动检测
楚宏明张克涛胡特
（湖南联众科技有限公司 417000）
摘要：简述永磁及元器件检测的常用仪器及使用场合，介绍几种可实现工业在线快速准确检测的设备的工作方法和特点。
关键词：永磁零件，磁特性，高斯计，磁通计，亥姆霍兹线圈，磁通，自动检测
一、 永磁材料及元器件全自动全检的背景及意义
永磁材料是一种用途广泛的功能材料。在国民经济、航空航天、国防等领域占有非常重要的地位。广泛应用于航空航天、能源、交通、机械、医疗、计算机、家电等行业，并已渗透到人们日常生活的方方面面。在核磁共振、风力涡轮机、电动汽车、智能手机、笔记本电脑、平板电脑等一些要求苛刻的应用中，对永磁体或其部件的磁性和一致性提出了很高的要求。所有磁性元件都要求节俭。采用传统的人工检测方式，检测速度慢，工作量大，错误率高，最终导致产品合格率低，成本高。采用自动化检测设备，结合工厂现有生产线，可以准确、高效地完成检测任务，大大降低企业的生产成本，保证产品质量。自动化测试的推广应用是产业升级的迫切要求，也是产业转型的大趋势。
二、电流检测技术与方法
为准确测量永磁材料的性能，目前常用的有永磁测量装置（永磁B-H磁滞回线仪）和永磁脉冲磁滞回线仪。
图1 永磁测量装置（永磁B-H磁滞回线仪）
图2 永磁脉冲B-H磁滞回线仪
该类仪器可测量永磁材料的磁滞回线和退磁曲线，准确测量剩磁Br、矫顽力Hcb、本征矫顽力Hcj和最大磁能积（BH）max等磁特性参数。两者的区别在于测量原理和测量范围。永磁测量装置采用电磁铁闭路测量，用于一般永磁材料和HCJ稀土样品测量。它所能提供的最大磁场一般限制在3.2T。除了受到电磁铁所能产生的最大磁场的限制外，强磁场条件下电磁铁的磁极饱和破坏了永磁体与电磁体形成闭合回路的前提。样品内部产生退磁场，导致退磁曲线扭曲。因此，测量高矫顽力永磁材料时（当HCJ>2T时）误差会增加。永磁脉冲BH磁滞回线仪采用开路测量，可提供的最大磁场可达10T，涵盖目前永磁材料的所有测量，可测量高矫顽力稀土永磁磁滞回线材料（对于稀土永磁，永磁测量装置只能测量退磁曲线）。它采用大容量电容对线圈放电，产生强磁场。时间短，磁场强。强正负脉冲磁场利用磁铁沿饱和磁滞回线完成扫描。在测量过程中，样品会产生涡流消磁场。另外，样品处于开路状态，内部也有退磁场。当磁场存在时间很短时，磁铁具有磁滞现象。因此，需要对数据进行涡流、退磁、磁滞校正。给出正确的结果。图3为一组永磁脉冲B-H磁滞回线测量高矫顽力永磁材料的结果。
图 3
这种仪器对测量环境有很高的要求，操作过程更复杂，测量时间更长（通常为一分钟或更长），适合用于材料研究和采样的实验室应用。
工业磁场测试中最常用的仪器之一是高斯计。它使用霍尔传感器来测量磁铁或磁性元件某一点的磁场，如图4所示。
图 4
具体测量时，使用高斯计探头直接测量磁铁某一点或距磁铁一定距离处的磁场强度。它的优点是使用方便、速度快、可现场测量。缺点是测量结果重复性差，使用不同的高斯计测量结果不同。这是因为当磁铁（或部件）打开时，周围的磁场是不均匀的，不同点的磁场差别很大。探头在制造时，不同厂家的安装位置不同，造成霍尔传感器中心感应部分的位置不同，导致测量的磁场位置不同。即使同一个人用同一个高斯计测量同一个磁铁的同一个位置，严格意义上也很难保证同一个位置。同时，磁场与探头传感器中心的角度偏差会造成测量结果的重复性较差。因此，高斯计只能用于定性测量而不是定量测量，在要求比较高的情况下，如磁体的分离差别不大时，它是不胜任的。
针对上述方法的缺陷，一种改进的测试方法是用软磁材料作为夹具和永磁体形成一个有气隙的回路，并在气隙处产生均匀的磁场。这个磁场的大小与磁铁的性能有关。其原理与磁通计的原理基本相似。由软磁材料制成的夹具收集磁铁与磁铁接触时的磁通量，并将其转换为相关的均匀磁场。测量结果反映了某一区域或整个磁铁的磁通量。
图 5
磁铁的性能可以通过用高斯计测量气隙磁场来间接测量。测量结果与仪器制造商和探头无关，测量结果具有良好的重复性。但是，夹具必须针对特定的磁铁或元件准备，通用性不高。
在测量永磁体的方法中，比较好的和方便的方法是测量永磁体的磁通量。磁通计和测量线圈（测量夹具）可以测量某一区域的平均磁场强度或磁通量。它克服了高斯计在高场条件下的非线性，比高斯计更具优势。
图 6
根据不同的磁铁选择合适的测量线圈，可以得到非常一致的测量结果。对于二极磁化的磁铁，采用合适尺寸的亥姆霍兹线圈来测量磁铁的磁通量或磁矩，其再现性可控制在0.2%以内，与操作者无关。测量过程非常方便，测量结果直接关系到磁铁的性能（以及B-H磁滞回线仪的结果）。对于多极磁铁，可以通过设计相应的夹具来实现。它不仅可以实现定性测量，还可以实现定量测量。磁铁制造商和磁铁应用制造商可以通过指定磁铁的磁矩数据来统一标准，实现质量一致性保证。但是要达到这个目标，磁通计的选择是非常重要的。虽然磁通计有很多优点，但一个很大的问题是零漂。它不仅影响测量结果的准确性和重复性，而且影响测量的方便性。普通磁通计调零漂一段时间后会有很大的漂移，必须重新调零漂，否则不能使用。调零是一项费时费力的工作，是制约磁通计广泛使用的最重要因素之一。而高端磁通计具有自动漂移调节和漂移智能抑制功能，让这个曾经给用户带来严重困扰的问题不复存在。同时自动测量设备，高端磁通计还具有线圈自动识别和线圈参数自动调整，磁通量、磁矩、磁场、磁势等物理量的自动换算。用户只需在测量时选择相应的单位即可。比高斯计使用方便。因此，高端磁通计被广泛应用于工业磁铁及元器件的自动化测量。
三、 工业化智能磁检测技术与装备
2015年6月，李克强总理提出在新形势下实施《中国制造2025》，推动工业化和信息化融合发展，实现我国由制造强国向制造强国转变的宏伟目标。
在此背景下，工业化、智能化的检测设备应运而生。它由计算机硬件（包括嵌入式单片机、工业控制计算机）、自动化软件（工业控制软件、网络应用软件、数据库软件、数据分析软件等）、数据采集（各种传感器和检测设备等）组成。高斯通量计等），数据存储（内存等），数据传输（工业以太网等），执行组件（智能机器人，传输设备等）。可实现磁铁（元器件）的自动检测和分选，通过网线接入企业内部生产管理系统，实现远程仪器授权管理、生产过程管理、数据上传、统计分析等，准确、快速可靠是工业化在线检测的基本要求之一。
工业磁体自动化检测设备的基本仪器有高斯计、磁通计、线圈（或亥姆霍兹线圈），高斯计主要用于磁体周围空间的点磁场波形测量，磁通计和线圈使用用于测量某一区域的磁场波形（表面磁场波形）或整个磁铁的磁通量（或磁矩）。除了考虑相关功能的实现，在工业在线检测中，尤其需要仔细考虑系统异常处理机制和系统集成时的抗干扰能力。这些隐藏的东西对用户来说是不可见的，但它们往往决定了用户对系统使用的最终满意度。
下面介绍几款工业磁铁自动化检测设备。实现的功能包括样品条码读取、自动称重、自动编码、自动检测、自动分拣、自动数据管理，自动检测项目涵盖磁通量检测、磁极检测、磁场波形检测、磁性元件安装位置检测等。 . 设备具有上位机管理软件，可实现数据统计和数据管理，并可接入企业内部生产过程执行管理系统（MES）自动测量设备，实现生产过程的实时在线全过程控制.
CIM-3117RMT 磁力测试仪
CIM-3117RMT是一款新能源电机转子在线检测装置。它集高斯计和磁通计为一体，用高斯计测量磁通量，用磁通计测量磁通量。实现多个磁场波形和一个磁通量检测。设备可接入企业内部生产管理系统。
图 7
该设备可以检测每个磁极的峰值、角度、面积、宽度和半高全宽。自动判断磁环的极数和磁极的极性，并对测试结果进行统计分析，计算各参数的最大值、最小值、平均值和标准偏差，绘制XY图和极坐标图。
CIM-3100PMD永磁材料快速测量装置
图 8
CIM-3100PMD永磁材料快速测量仪利用钕铁硼永磁材料退磁曲线为直线的特点。通过测量磁铁的磁矩和开路工作点，测量永磁材料的剩磁Br和矫顽力。力 Hcb 和最大磁能积 BHm 的自动测量装置。样品的形状可以是长方体、圆柱体和瓦片型。在测试之前，需要饱和磁化。效率：5秒/片，适用于钕铁硼磁瓦、异形钕铁硼永磁体 磁性及大尺寸钕铁硼样品的全检或抽检。
CIM-3510磁通自动检测装置
图 9
被检样品为体积较小的钕铁硼永磁体，通过测量样品的磁通量来实现质量控制。由于信号小，磁通计的漂移影响较大，样品放置位置影响较大。手动测量时，重复性差，不易检测，测量效果差。 CIM-3510磁通自动测量仪采用LZ-840磁通计+亥姆霍兹线圈检测磁通信号。该设备还包括样品定位夹具、传动机构、位置检测装置、分选机构和控制系统。由于使用定位夹具和传感器检测定位和气动送料，同一件的测量重复性为0.3%。检测速度约1pcs/3S。
CIM-3520 磁铁自动检测装置
图 10
被测样品用于智能手机，测试项目包括磁通检测、极性检测、磁铁安装位置检测等。设备采用手动上下料托盘、机器人自动取料、检测、空托盘报警，以及数据存储和查询功能。双检测线圈交替检测，节省机器人等待时间。检测效率为1pcs/5S。样品体积小，磁铁按规定极性安装在两侧高差1.3mm的U形槽内。如果磁铁极性接反，必须全部选为废品。以前是无法检测的，通过率全靠机器。实际到达率指数是 10,000 个中的 3 到 5 个缺陷产品。配合自动检测设备，该指标的合格率几乎可以达到100%。
CIM-3530 磁铁自动检测装置
图 11
要检查的样品用于风力涡轮机。它体积大，吸力强。否则，如果操作过程不小心，可能会发生安全事故。因此，在产品的设计中，充分考虑了检测过程的位置监控和各个环节的异常处理机制。功能包括样品分离、磁通检测、极性检测、编码、样品分选、异常控制、数据管理等。LZ-840磁通计用于磁通检测，同件磁通测量重复性在0. 2%。测量数据稳定，灵敏度高。在测量过程中，如果样品温度变化1度，可立即反映在测量结果中。检测速度检测效率为1pcs/5S。数据通讯和管理通过工控机实现，可接入企业内部生产管理系统。主要工作流程如图12所示。
图 12
四、 结论
永磁体和元器件的在线自动检测代表了当今工业磁检测的趋势。解决了传统人工检测在产品完全节俭的情况下的瓶颈，在检测精度、检测效率、安全性、成本等方面显示出极大的优势。
参考资料
[1] 林安利，何健，张越，约翰杜丁脉冲磁场技术在高矫顽力稀土永磁测量领域的应用。北京科技大学学报卷。 31 第 6 期，2009 年 6 月
[2] 王群 永磁体工业生产检验及PM11磁体测量仪磁能应用技术1993.1
[3] 宋爱伟，林明兴，辛洪亮，王庆东，吴小建永磁磁通自动检测系统开发设计测控技术2016.1
