Startseite > Automation > Bildverarbeitung > Permanentmagnet-Rotoren zuverlässig prüfen

Magnetfeld-Kameras

Permanentmagnet-Rotoren zuverlässig prüfen

3. April 2014, 9:34 Uhr | Dr. Koen Vervaeke

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Die Messung – Aufbau, Ergebnisse, Datenanalyse

Als vollständige magnetische Prüfung von PM-Rotoren erfasst die Magcam eine hochauflösende 2D-Verteilung des radialen Magnetfeldes über den Komplettkreis und über die volle Länge des Rotors innerhalb weniger Sekunden. Dabei wird der Rotor mechanisch gedreht, während die Sensorlinie kontinuierlich abgefragt wird. Das Ergebnis ist eine zweidimensionale, radiale Magnetfeldverteilung in zylindrischen Koordinaten. Diese Magnetfeldverteilung beinhaltet eine große Menge von Informationen über verschiedene Eigenschaften des Rotors, einige davon werden in diesem Artikel besprochen.

Der Rotorinspektor besteht aus einem Magnetfeld-Kameramodul (Typ MiniCube), integriert auf einem 3-achsigen mechanischen Scan-Tisch, wobei zwei Linearachsen Verschiebungen in die Axial- und Radialrichtungen erlauben, während der zu vermessende Rotor mittels eines Dreibackenfutters auf eine Drehachse geklemmt ist.

Matchmaker+ Anbieter zum Thema

zu Matchmaker+

Die Magnetfeld-Kamera wird in die Nähe des Zylindermantels geführt, wo sie während einer Umdrehung des Rotors die Radial-Magnetfeldverteilung entlang einer Axiallinie von 12,8 mm erfasst (Bild 2). Größere Axiallängen werden in mehreren Umdrehungen vermessen, wobei die Kamera schrittweise die Rotorlänge abfährt.

Die Messgeschwindigkeit kann gesteigert werden, indem eine geringere räumliche Auflösung eingestellt wird. Typische räumliche Auflösungen liegen bei 0,1 mm in der Axialrichtung und 0,1° in der Drehrichtung, sind jedoch frei wählbar. Die hohen Auflösungen werden durch die im Magcam-Sensor integrierten Hall-Sensor-Arrays erreicht; dadurch eignet sich das System vor allem für relativ kleine Rotoren.

Aufgrund der Modularität des Systems kann die Kamera auch in bestehende mechanische Vorrichtungen, z.B. in Produktionslinien, eingebaut werden. Die Steuerung des Systems erfolgt entweder durch die MagScope-Software oder über kundenspezifische Software. Über Auswertefunktionen können aus der erfassten Magnetfeldverteilung die gewünschten Magneteigenschaften extrahiert werden.

Als Beispiel wird in diesem Artikel ein PM-Rotor mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Axiallänge von 20 mm gemessen und ausgewertet. Der Permanentmagnet ist ein Einzelring (in Bild 2 als dunkler Ring sichtbar) mit 24 radial magnetisierten Polpaaren. Der Magcam-Sensor wird bis auf 1 mm Messabstand zum Rotor gebracht. Die Winkelgeschwindigkeit des Rotors beträgt dabei 5°/s. Die räumliche Messauflösung ist 0,1° in der Drehrichtung und 0,1 mm in der Axialrichtung. Solche hohe Auflösung ist in der Praxis oft nicht erforderlich, wird hier trotzdem zur Vorführung der Systemleistung verwendet. Eine niedrigere Auflösung entweder in Dreh- oder Axialrichtung ergibt sofort eine höhere Messgeschwindigkeit, die bis auf eine Umdrehung pro Sekunde gesteigert werden kann.

Weil unser Rotor eine Axiallänge von 20 mm hat und die Kamera in einer Umdrehung nur 12,8 mm abtasten kann, sind hier zwei Umdrehungen erforderlich, um die Komplettfläche des Rotors zu vermessen. In der Praxis genügt es jedoch oft, nur den mittleren Teil in einer Umdrehung zu vermessen, wodurch höhere Taktraten möglich sind.

Jede Umdrehung erzeugt ein zweidimensionales Bild der radialen Magnetfeldverteilung in zylindrischen Koordinaten. Bilder, die auf unterschiedlichen Axialpositionen erfasst werden, werden mit Hilfe einer Software zu einem Gesamtbild zusammengefasst; die Komplettverteilung wird sichtbar. Bild 3 zeigt eine Farbgrafik und einen Oberflächenplot der Magnetfeldverteilung von einer Umdrehung, also einer Axiallänge von 12,8 mm.

Die erfasste Magnetfeldverteilung von Bild 3 beinhaltet Informationen über einige Qualitätsparametern des Rotors. Mit Hilfe der MagScope-Mess- und Analyse-Software können die Magnetfeldverteilungen tiefgehend analysiert werden. Aus einer typischen Auswertung gehen u.a. folgende magnetische Eigenschaften hervor:

Identifikation der Polarität jedes Pols,
statistische Analyse der kompletten Magnetfeldverteilung,
Asymmetrien zw. Nord- und Südpolen,
Pol-Länge (in Grad) jedes Pols, durch eine Messung der Abstände zwischen den Nulldurchgängen,
Uniformität der Pol-Maximalfelder,
Totalfluss,
lokale Defekte in der Magnetisierung,
lokale Materialdefekte sowie Risse.

Bild 4 zeigt die Ergebnisse der statistischen Analyse.