CN114167008A - 一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，包括以下步骤：制备单层试样群；从单层试样群中任意抽取一片单层试样；利用固定的双头对射激光同轴位移计扫描得到单层试样的厚度平均值；利用CCD尺寸视觉***扫描测量得到单层试样的宽度值与长度值；利用精密电子天平测量单层试样的重量值；根据获得的单层试样的厚度平均值、宽度值与长度值、重量值，计算得到铁基非晶带材的叠片系数；本发明测量方法准确度高、速度快，提高了现有非晶带材的叠片系数测量速度，降低了误差对测量结果的影响，从而提高了叠片系数测量的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，特别是涉及一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法。
背景技术
铁基非晶合金或称为金属玻璃，它是20世纪70年代问世的一种新型技术，是利用急冷技术将钢液一次成型为厚度为25~30微米左右的薄带。铁基非晶带材的原子处于无规则排列的非晶体结构，使其具有狭窄的B-H回路，具有高导磁性和低损耗的特点；同时非晶合金原子排列的不规则限制了电子的自由通行导致电阻率比晶体合金高出2~3倍，这样也有利于减少涡流损耗，因具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗、低矫顽力等特点，铁基非晶带材得到极大的重视和深入的研究，广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电保护开关、共模电感铁芯。
叠片系数就是变压器叠片铁芯的有效面积系数，叠片系数越高，铁芯的有效面积越大，会使磁通密度减小，损耗降低，影响铁基非晶合金带材叠片系数的因素有带材表面质量、带材厚度偏差、铁芯叠片工艺等，因此需要对非晶合金带材的叠片系数进行测量。
现有技术一般采用平面压强法与卷环法对叠片系数进行测量，其中，平面压强法适用于矩形铁芯、粘结块体等用带材的叠片系数测量；平面压强法的测量原理为将一段带材裁切成一定数量、一定尺寸的片材试样，并依次同方向整齐叠放形成试样叠层，在规定的压强下测量试样叠层沿垂直于带材铸造方向的最大厚度，根据试样叠层的质量、长度、宽度、最大厚度和材料密度等参数计算出叠片系数；卷环法适用于环形铁芯用带材的叠片系数测量，其测量原理为将一定的带材试样以一定的张力卷绕成圆环，通过测量圆环的尺寸和质量计算出叠片系数。但平面压强法需要采用加压装置多次加压以测量出最大厚度，测量时间长，且在测量试样叠层的长度与宽度时需要人工测量，易产生误差；而卷环法适用范围小，仅仅适用于环形铁芯，无法满足市面绝大多数变压器叠片铁芯的测量。
发明内容
本发明目的就是针对现有技术中采用平面压强法与卷环法测量的不足之处，提供一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，解决平面压强法测量时间长、误差大、精确度不高以及卷环法适用范围小等缺陷问题，本发明的测量方法测量准确度高、速度快，提高了现有非晶带材的叠片系数测量速度，为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，包括以下步骤：
S1、制备单层试样群；
S2、从单层试样群中任意抽取一片单层试样；
S3、利用固定的双头对射激光同轴位移计扫描得到单层试样的厚度平均值；利用CCD尺寸视觉***扫描测量得到单层试样的宽度值与长度值；利用精密电子天平测量单层试样的重量值；
S4、根据步骤S3中获得的单层试样的厚度平均值、宽度值与长度值、重量值，计算得到铁基非晶带材的叠片系数。
优选的，所述步骤S1的具体实施方式为：选取一段宽度为142mm、长度为一个或两个冷却辊周长的连续铁基非晶带材，将其裁剪为10-20片具有相同长度的单层试样，形成单层试样群。
优选的，所述冷却辊周长为3.14米，冷却辊直径为1米。
优选的，所述单层试样的长度为300±1mm，宽度为142±0.2 mm。
优选的，所述步骤S3的具体实施方式为：
将单层试样置放于伺服平台上，让单层试样随着伺服平台向上移动的过程中，同时利用固定的双头对射激光同轴位移计直接扫描单层试样，在扫描时沿着单层试样宽度方向上的3个不同位置以0-20m/min 的扫描速率对单层试样的厚度进行扫描，每个位置扫描的总点数依据单层试样厚度总点数公式进行确定，将测量得到的单层试样的所有厚度值进行汇总求取均值，最终得到单层试样的厚度平均值；
直接利用CCD尺寸视觉***扫描测量单层试样的宽度值与长度值，所得宽度值与长度值便是单层试样本次测量的宽度值与长度值；
将单层试样直接放置于电子天平上进行测量，得到单层试样的重量值。
优选的，所述单层试样厚度总点数公式为：
X=W*Y/Z 公式1；
其中，X为总点数；W为单层试样的宽度值，W的单位为mm；Z为伺服平台的移动速度，Z的单位为mm/s，Y为双头对射激光同轴位移计上所使用的激光采集周期，Y的单位为μs。
优选的，所述双头对射激光同轴位移计上所使用的激光探头的光点直径为500μm，分辨率为0.1μm，同轴度为0.2μm，所述扫描速率为1.2m/min。
优选的，所述精密电子天平的精度单位为0.0001g。
优选的，所述伺服平台移动的精度要求不大于0.02mm，所述CCD尺寸视觉***的扫描像素不小于2000万。
优选的，所述步骤S4的具体计算方式为：将获得的单层试样的厚度平均值、宽度值、长度值和重量值代入公式2得到铁基非晶带材的叠片系数；
Lf =m/（l*b*h*ρ）公式2；
其中，Lf为叠片系数；m为单层试样的重量值，m的单位为克；l为单层试样的长度值，l的单位为毫米；b为单层试样的宽度值，b的单位为毫米；h为单层试样的厚度平均值，h的单位为微米，ρ为单层试样的材料密度，ρ的单位为克每立方厘米。
本发明的有益效果：
本发明通过选择设备裁切试样制备方法，消除了铁基非晶带材选择的误差，通过采用双头对射激光同轴位移计扫描方法测量单层试样厚度的平均值，测试方法速度快而且准确性高，利用CCD尺寸视觉***配合伺服移动扫描测量单层试样的宽度值与长度值，消除了误差，降低了误差对测量结果的影响，从而提高了现有非晶带材的叠片系数测量速度。
附图说明
图1为本发明测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，包括以下步骤：
S1、制备单层试样群；
制备单层试样群的具体实施方式为：选取一段宽度为142mm、长度为一个或两个冷却辊周长的连续铁基非晶带材，将其裁剪为10-20片具有相同长度的单层试样，形成单层试样群；其中，本发明优选冷却辊周长为3.14米，冷却辊直径为1米，也可选择冷却辊周长为6.28米，冷却辊直径为2米，具体依据实际要测量的对象而定；所裁剪成的单层试样的长度公差控制在±1mm，宽度公差控制在±0.2 mm。
S2、从上述步骤S1中所制备的单层试样群中任意抽取一片单层试样，所抽取的单层试样便是样本，继续进行步骤S3。
S3、利用固定的双头对射激光同轴位移计扫描得到单层试样的厚度平均值；利用CCD尺寸视觉***扫描测量得到单层试样的宽度值与长度值；利用精密电子天平测量单层试样的重量值；
获取厚度平均值、长度值、宽度值及其重量值的具体实施方式分别为：
将单层试样置放于伺服平台上，让单层试样随着伺服平台向上移动的过程中，同时利用固定的双头对射激光同轴位移计直接扫描单层试样，即伺服平台移动，双头对射激光同轴位移计为固定不动的，目的是为了固定激光，只在伺服平台的运动下进行扫描，在扫描时沿着单层试样宽度方向上的3个不同位置以0-20m/min 的扫描速率对单层试样的厚度进行扫描，所采用的双头对射激光同轴位移计上所使用的激光探头的光点直径为500μm，分辨率为0.1μm，同轴度为0.2μm，扫描速率控制在1.2m/min；每个位置扫描的总点数依据单层试样厚度总点数公式进行确定，将测量得到的单层试样的所有厚度值进行汇总求取均值，最终得到单层试样的厚度平均值；
所采用的单层试样厚度总点数公式为：
X=W*Y/Z 公式1；
其中，X为总点数；W为单层试样的宽度值，W的单位为mm；Z为伺服平台的移动速度，Z的单位为mm/s，Y为双头对射激光同轴位移计上所使用的激光采集周期，Y的单位为μs。
直接利用CCD尺寸视觉***扫描测量单层试样的宽度值与长度值，此时的CCD尺寸视觉***及伺服平台均是静止不动的状态，所得宽度值与长度值便是单层试样本次测量的宽度值与长度值；伺服平台移动的精度要求不大于0.02mm，CCD尺寸视觉***的扫描像素不小于2000万。
将单层试样直接放置于精密电子天平上进行测量，得到单层试样的重量值，所选择的精密电子天平的精度单位为0.0001g，从而实现更加精准的测量，尽量降低其它因素导致的误差。
S4、根据步骤S3中获得的单层试样的厚度平均值、宽度值与长度值、重量值，计算得到铁基非晶带材的叠片系数；
具体计算方式为：将获得的单层试样的厚度平均值、宽度值、长度值和重量值代入公式2得到铁基非晶带材的叠片系数；
Lf =m/（l*b*h*ρ）公式2
其中，Lf为叠片系数；m为单层试样的重量值，m的单位为克；l为单层试样的长度值，l的单位为毫米；b为单层试样的宽度值，b的单位为毫米；h为单层试样的厚度平均值，h的单位为微米，ρ为单层试样的材料密度，ρ的单位为克每立方厘米。
实施例1：
利用上述测量方法对某一变压器内的叠片铁芯的叠片系数进行测量，先从该变压器内的叠片铁芯上选取一段宽度为142mm、长度为3140mm的连续铁基非晶带材，将其裁剪为15片具有相同长度的单层试样，形成单层试样群；所制备的单层试样的长度和宽度均有公差范围，均分即可；从15片中任意选取一片裁剪后的铁基非晶带材作为试样，利用双头对射激光同轴位移计扫描得到单层试样的厚度平均值为25.80μm；利用CCD尺寸视觉***配合伺服移动扫描测量得到单层试样的宽度值为142.24mm、长度值为299.80mm；利用精密电子天平测量单层试样的重量值为7.0459g；其材料密度为7.20g/cm3；根据获得的厚度平均值、宽度值与长度值、重量值，计算得到铁基非晶带材的叠片系数Lf为89.46%。
而采用国标GB/T 19346.2-2017对上述变压器的叠片铁芯的叠片系数进行检测，最终所得的厚度平均值为25.7um，宽度值为142.24mm、长度值为3140mm，重量值为74.1g，材料密度为7.20g/cm3；得到的铁基非晶带材的叠片系数Lf为89.66%。
由此看来，本发明的测量方法的误差较小，并使最终的结果与国标相差无异，所取得的结果基本一致。
实施例2：
如果在实际测量场景中为了进一步缩小误差，提高准确性，可进行两次甚至多次实施例1的测量方法，即获得两个或多个叠片系数，再通过所获得的叠片系数取平均值，得到一个叠片系数平均值，从而进一步提升本测量方法的精确性。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备单层试样群；
S2、从单层试样群中任意抽取一片单层试样；
S3、利用固定的双头对射激光同轴位移计扫描得到单层试样的厚度平均值；利用CCD尺寸视觉***扫描测量得到单层试样的宽度值与长度值；利用精密电子天平测量单层试样的重量值；
S4、根据步骤S3中获得的单层试样的厚度平均值、宽度值与长度值、重量值，计算得到铁基非晶带材的叠片系数。
2.根据权利要求1所述的一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，其特征在于，所述步骤S1的具体实施方式为：选取一段宽度为142mm、长度为一个或两个冷却辊周长的连续铁基非晶带材，将其裁剪为10-20片具有相同长度的单层试样，形成单层试样群。
3.根据权利要求2所述的一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，其特征在于，所述冷却辊周长为3.14米，冷却辊直径为1米。
4.根据权利要求1所述的一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，其特征在于，所述单层试样的长度为300±1mm，宽度为142±0.2 mm。
5.根据权利要求1所述的一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，其特征在于，所述步骤S3的具体实施方式为：
将单层试样置放于伺服平台上，让单层试样随着伺服平台向上移动的过程中，同时利用固定的双头对射激光同轴位移计直接扫描单层试样，在扫描时沿着单层试样宽度方向上的3个不同位置以0-20m/min 的扫描速率对单层试样的厚度进行扫描，每个位置扫描的总点数依据单层试样厚度总点数公式进行确定，将测量得到的单层试样的所有厚度值进行汇总求取均值，最终得到单层试样的厚度平均值；
直接利用CCD尺寸视觉***扫描测量单层试样的宽度值与长度值，所得宽度值与长度值便是单层试样本次测量的宽度值与长度值；
将单层试样直接放置于电子天平上进行测量，得到单层试样的重量值。
6.根据权利要求5所述的一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，其特征在于，所述单层试样厚度总点数公式为：
X=W*Y/Z 公式1；
其中，X为总点数；W为单层试样的宽度值，W的单位为mm；Z为伺服平台的移动速度，Z的单位为mm/s，Y为双头对射激光同轴位移计上所使用的激光采集周期，Y的单位为μs。
7.根据权利要求5所述的一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，其特征在于，所述双头对射激光同轴位移计上所使用的激光探头的光点直径为500μm，分辨率为0.1μm，同轴度为0.2μm，所述扫描速率为1.2m/min。
8.根据权利要求5所述的一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，其特征在于，所述精密电子天平的精度单位为0.0001g。
9.根据权利要求5所述的一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，其特征在于，所述伺服平台移动的精度要求不大于0.02mm，所述CCD尺寸视觉***的扫描像素不小于2000万。
10.根据权利要求1所述的一种铁基非晶带材叠片系数的快速测量方法，其特征在于，所述步骤S4的具体计算方式为：将获得的单层试样的厚度平均值、宽度值、长度值和重量值代入公式2得到铁基非晶带材的叠片系数；
Lf =m/（l*b*h*ρ）公式2；
其中，Lf为叠片系数；m为单层试样的重量值，m的单位为克；l为单层试样的长度值，l的单位为毫米；b为单层试样的宽度值，b的单位为毫米；h为单层试样的厚度平均值，h的单位为微米，ρ为单层试样的材料密度，ρ的单位为克每立方厘米。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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