蔡司赵佳庆:蔡司针对扁线电机质量检测的光学定制化方案

NE时代新能源

阅读 1650    更新于2022-09-30 13:32:00

2022年9月21-22日,由NE时代主办,巨力自动化总冠名,巨一动力、中车时代电气、华域电动、上海电驱动战略合作,华为数字能源、智新科技生态合作的“2022(第二届)全球xEV驱动系统技术暨产业大会”在上海嘉定圆满召开。

在22日的分论坛上,卡尔蔡司(上海)管理有限公司新能源汽车业务销售经理赵佳庆分享的是蔡司针对扁线电机质量检测的光学定制化方案。扁线电机不断在发展,从电机、装备、扁铜线都在向前发展,但离最终的稳定的产品交付,还需要一步检测技术。蔡司的高精度检测方案从研发到成品形成了一个真正的闭环,并且高质量的检测设备还可以帮助研发人员更好地优化和验证自己的设计方案。

以下为现场实录:

谢谢。主持人总结得很好,这次NE时代邀请了很多的专家,有做原材料的,有做设计研发的,也有做专业的制造设备的。这些环节之后,离不开另外一个环节,就是专业做质量这块的。我今天分享的是针对扁线电机质量检测的解决方案。

大家对蔡司的直觉,是我们对光学很擅长,蔡司到今年已经有176年的历史,创始人是卡尔蔡司先生。最早是做显微镜,从显微镜开始陆陆续续扩展了产品线 。包括现在,各位的实验室里多少都会有蔡司的显微镜,帮助大家做材料相关分析。

蔡司有四个事业部。我来自工业质量部门,面向于在座各位专家的,我们有工业质量检测设备,三坐标,显微镜,工业CT,扫描仪等。还有医疗技术,比如对眼底疾病,我们有一些设备,很多医院是作为标准的仪器,可以通过眼睛底部血管去分辨到底有没有糖尿病或是糖尿病到了什么程度。最后是消费品市场,光学,基本眼镜店里最贵的镜片就是我们的。蔡司总部就在上海,在全国也有很多办事处。覆盖的行业很多,比如工业品,航空航天,医疗,增材制造,清洁能源,风力发电等等。今天我跟大家分享的更多的是集中在新能源汽车这块。

新能源汽车,尤其电驱动,这两天很多专家分享了电驱动的发展趋势,比如电机电控跟变速箱三合一,昨天晚上NE时代也做了评选,有很多优秀企业已经走在比较前面。驱动电机发展方向,有很多趋势。

第一就是高压。我提一下质量这块的,随着高压的发展,势必对质量不再是传统的低压时候的质量要求了,肯定要相应提升。提升哪些?我们讲两个例子。一个就是扁线焊接,原来400V的时候只要做简单的小样,焊接没有问题,做拉拔测试就ok了,但随着电压不断提升,越来越会发现焊接对后续的性能影响。这是需要关注的一个点。第二就是高压连接器,随着电压提升,对连接器内部的结构、设计,包括pin针的位置,高度是不是符合,它的设计,位置的分布,都会影响到后续连接的电性能的要求。所以对质量检测手段来说,需要一些用无损的方式,包括光学的手段,去保证前面说到的这些质量。

第二,高转速。原来普遍是15000转。前段时间有个澳大利亚学校推出了100000转的电机,这么高转速的电机,对里面的零部件,尤其回转件本身的精度,要求非常高。比如转子轴,齿轮精度,精度等级要求要提升一个档次。对检测手段来说,原有的检测设备是满足不了的,要做相应的升级。还有扁线设计,有客户做400V扁线电机的时候,客户对扁线线型并没有提出苛刻的要求,包括扁线插进去以后姿态是不是ok也不是特别关心,但自从要求做800V以后,就要严格监控线型是不是符合设计要求,需要有闭环的检测流程来满足产品的设计要求。

第三,扁线。这两年很多企业陆陆续续都在上,包括很多车型,都在装扁线。怎么改善扁线的设计,包括单根扁线和定子总成。

第四,更紧凑,多合一。这个时候对里面零部件就要做很多的改进,去适应于更小的设计空间。对检测来说,可能需要用到比较高效的检测手段,包括一些无损的方式。

扁线本身是经过折弯,或最终通过模具压成3D,有一定的回弹量,这个回弹量在后续插入叠片里的时候姿态是什么样的?还有绝缘性,有可能受到绝缘纸的影响,铜线插的时候可能会影响到,怎么避免或尽量减少这个影响?其中一个方向就是对单根扁线的线型是不是满足设计要求做一定的监控,那就需要用到我们相应的检测手段。这一个视频就是我们通过非接触式方式检测单根扁线尺寸,这个工具是白光传感器,在扁线表面走一圈就知道线型尺寸,可以跟设计图纸上的要求直接做比对或计算。另外一个传感器是线激光传感器,很多产线同事都知道这种激光的传感器或多或少都会用在产线上,做监控,这是一条激光线束,在扁线表面扫完以后就可以得到扁线的点运数据,得到比较直观的偏差图形,能快速分析出这个线型折的三维形状是不是跟想达到的效果是一致的。单根扁线做完以后,要放在叠片里,定子也需要对尺寸做相应的监控,这种尺寸监控相对比较传统一点,可以通过传统的接触式的三坐标方式检测尺寸。当然,现在有最新的一些方式去做这些检测。包括扁线的内径、外径,叠片堆叠的尺寸。设备扫完一圈就可以扫到皇冠端的端部的尺寸和形貌,也可以跟模型做相应的比对。前面提到的这个方案已经在很多做扁线的OEM厂商或重要的tier1的客户里在使用。这是德国大众他们扁线工厂采用这个方案监控扁线的尺寸。

接着分享另外一种方式,扫描仪。有两种使用方式。第一种,研发的同事要做匹配或做竞争对手的对手间研究,可以做逆向工程,通过扫描仪快速扫到点云数据,做逆向以后得到三维模型,再做相应的设计。还有一个正向的过程,生产主要的产品,也可以通过扫描仪扫完以后快速得到点云数据,再导入软件里,跟模型做相应的分析。分析好以后可以做比较直观的对比图形。我们也有离线的方式。机器人手臂搭载传感器测头,这种方式也可以集成在产线,也可以在实验室,多种场景下都可以做相应的应用,可以多次拍很多根扁线,做相应的点云数据采集。

这个图形方案是我们针对扁线,包括定子单根扁线的全自动的方式,左侧的是检测的扫描仪的工站,里面就是机器人搭载扫描仪,扫扁线,无论是定子还是单根扁线,右侧是三坐标,可以兼顾高精度,左侧扫描仪可以兼顾高效柔性。通过两种方案的结合,可以适用于所有的电机的零部件的相关质量控制。(图)这是我们一个方案的示例,左侧跟大家前面看到的是一样的,里面有个机器人,搭载着传感器,它可以在空间上任何位置扫描扁线定子。然后中间有个轨道,把扫描完成的定子输出,把待检测的再放进去。同时还可以移动到右侧三坐标那边,把产品推到三坐标做高精度的检测。这是自动化循环的一个过程,可以满足高效以及高精度的质量控制需求。这是用扫描仪扫出来的实际效果图。市场上能达到这么好效果的很少,点云质量非常高,基本跟理论设计的CAD模型非常相近,很少有太多破灭。通过这么高质量的点云数据,我们就可以跟理论模型做分析,包括直接评价它的尺寸数据。绝缘纸的边界非常清晰,一圈绝缘纸的露出高度都可以扫完以后批量一起计算出来。这是很多其他检测手段没办法实现的。另外大家看左下角,焊接的球,也可以看尺寸,因为点云质量非常好,所以我们想做的工作其实非常多。

这里是一个示例,得到这些点云数据以后,尺寸、数模比对图形,单根扁线以及扁线定子,都可以做这些分析,这是分析的图样。

最后再提一下对扁线焊接质量的关注。除了用到很多相机监控焊接球的形貌外,内部没有办法去监控,可行的就是通过X射线方式,这里展示的是我们工业CT,可以把焊接端360度的所有的点云数据都收集到,之后就可以找到里面的孔隙率是怎样的,有多少,做相应的计算。并且因为是可以计量的,所以可以直接计算pin与pin之间的距离。这些在后续做800V高压电机扁线的时候需要严格控制尺寸,检测过程中我们就可以把它一起监控到。

除了驱动电机外,针对新能源汽车领域,我们还有很多方案,比如电池、电控、车身、变速器等,最近几年,包括电池,像宁德时代等,发展非常迅猛,同时我们也在行业里给他们提供了非常多的解决方案。

希望之后能跟在座各位专家有机会做交流,把我们的解决方案跟大家做分享。谢谢大家!

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