具有至少一个传感器布置和消磁能力的磁耦合装置制造方法及图纸

本申请涉及具有至少一个传感器布置和消磁能力的磁耦合装置，具体公开了磁耦合工具臂端以及用于与铁磁工件磁耦合的磁耦合工具。磁耦合装置包括围绕磁耦合装置的磁极延伸靴缠绕的消磁绕组。绕的消磁绕组。绕的消磁绕组。

【技术实现步骤摘要】
具有至少一个传感器布置和消磁能力的磁耦合装置
[0001]本申请为国际申请号为PCT/US2018/029786，国际申请日为2018年04月27日，专利技术名称为“具有至少一个传感器布置和消磁能力的磁耦合装置”的PCT申请于2019年12月19日进入中国国家阶段后申请号为201880040850.0的中国国家阶段专利申请的分案申请。


[0002]本公开涉及一种具有至少一个传感器的磁耦合装置，该传感器用于确定指示磁耦合装置和铁磁工件之间的磁路质量的一个或多个参数，以及磁耦合装置和铁磁工件之间的相对位置。另外，磁耦合装置可以包括消磁能力。

技术介绍

[0003]有许多装置使用磁场以便将铁磁目标吸引和/或固定到装置的工作面上。示例包括磁夹持装置，例如工件卡盘、永磁体提升装置、磁闩锁，磁工具架等。
[0004]一般而言，大多数此类装置包括一个或多个磁通源。这些源包括电磁体、永磁体、可切换永磁体单元或布置，及其组合。为了将由磁体提供的磁通量传输到装置的一个或多个工作面，目标将在该工作面上被磁性固定，在制造磁性工作电路时通常使用磁导率极高的极靴或导向器。
[0005]在许多应用中，从实际工程的角度来看，此类装置的用户主要是对确定施加在目标工作面上的实际(拉)力感兴趣，可以访问在该装置中所用磁体的额定数据，并且磁性工作电路装置内部的所有其他方面都是理想的，包括磁体的高斯额定值。高斯额定值进而允许使用既定公式确定此类磁体可以施加在目标上的最大理论拉力，在该公式中，目标的尺寸、几何形状和铁磁成分使其可以完全磁饱和。即，假设在由磁体、极靴和目标组成的电路之外，尤其是在极靴和目标之间经常存在对拉力产生不利影响的“气隙”工作面处，不存在或仅有可忽略的杂散磁场线存在。一些磁体制造商还会根据实验室测试提供其磁体的最大拉力额定值。
[0006]众所周知，由磁性装置施加在目标上的实际拉力将不同于从高斯额定值或由实验确定的额定最大拉力所确定的实际拉力。实际的或有效的拉力被许多因素降低，包括接口极靴
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目标的不均匀接触(即接口上存在气隙)、接口极靴
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目标不垂直于接口上的磁力线、具有“薄”尺寸的目标、导致磁力线在目标内外延伸(杂散和漏磁通泄漏)、目标表面几何形状和涂层等。
[0007]在使用机器人臂和其他定位装置在目标外和目标上操作位置之间移动装置的磁性装置的情况下，需要考虑除拉力以外的其他因素，例如需要精确定位装置，使其工作面紧靠目标上的特定区域或分区，它可以是一个简单的几何形状，如板或薄金属板冲压，还可以形成更复杂的多曲线形式，例如发动机凸轮轴。
[0008]由于这些变量中的许多在使用此类磁性装置时难以或不可能预测，因此提出了各种操作方法和测量系统，并将其集成到此类磁性装置中，获取与磁工作回路外部相关的定性和定量参数的使用和实时信息，相关的目标是否和保持安全地附接到装置的工作面上，
拉力是否保持在安全或额定阈值范围内。
[0009]磁夹持器是工业自动化中处理钢件的常用工具。它们可以获得较大的握持力，并且相对直接地集成到机器人系统中，但是具有下面提到的特定问题。工业上使用的许多磁夹持器都是由气动致动器驱动的。这妨碍了大多数磁性夹持器与全自动过程的控制电子设备连接。没有磁夹持器和控制电子设备之间的接口，机器人(和操作员)就无法从磁夹持器获得关于工具状态或工件处理性能的反馈。
[0010]在工业上，解决这一问题的一种常见方法是在磁夹持器外部提供额外的传感器，以检测各种工具状态，例如当工具完全打开或完全关闭时，或当目标部件与磁夹持器的工作面接触时。尽管这种添加传感器的方法有效，但是添加许多附加且专用功能的传感器是昂贵的。此外，添加到工具外部的传感器容易受到机器人移动、操作和周围环境的损坏。额外的传感器也增加了布线复杂度，使得机器人臂的集成更加昂贵和困难。
[0011]无论磁耦合装置和工件之间的布局和接口如何，众所周知，在这种装置处理过程中暴露在磁场中的铁磁工件保留了处理过程中产生的剩磁，特别是当使用强磁场产生足够的拉力来保持工件固定在装置上时。相关地，在许多情况下，希望这样的工件完全或在可行的程度上没有剩磁，例如，在进行磁性处理之后，将要加工的工件或剩磁可能会干扰工件的后续使用。
[0012]同样众所周知的是，可以通过将工件暴露在强度逐渐减小的交变磁场中来使其消磁，例如，如果工件足够小或移动包括了部件上消磁绕组的工具，则使其通过交流供电的消磁室(或线圈)的磁场，同时产生强度递减的交变磁场，该磁场最终从工件上去除了剩余的磁性。
[0013]这种方法的一个问题是，它们在工件处理/加工程序中需要一个单独的、专用的额外处理步骤，和/或需要一个单独(附加)的工具/装置来执行操作。
[0014]在上述背景下，并且特别是考虑到将传感器集成到机器人臂端(EOA，end of arm)电磁耦合工具(例如夹持器和工件传输设备)中的挑战，希望提供一种装置(或工具)，旨在将反馈方法集成到磁耦合工具中，以实现机器人技术中磁技术的出色操作和使用。示例性的反馈方法可以包括：指示目标(即，工件)是否正确地磁性保持在工具的工作面上；指示磁工具臂端(EOAMT)与工件之间的耦合质量；例如，将工具正确地定位在工件目标区域的预定阈值内，检测目标工件相对于EOAMT的接近程度以及其他因素。此外，期望提供具有改善的消磁功能的磁耦合工具。

技术实现思路

[0015]本公开的实施例涉及用于提升、运输和/或握持铁磁工件的磁耦合器。
[0016]在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于与铁磁工件磁耦合的磁耦合工具。该磁耦合工具包括壳体和由壳体支撑的可切换磁通源,所述可切换磁通源包括多个永磁体。所述多个永磁体包括第一永磁体和相对于所述第一永磁体可移动的第二永磁体。该磁耦合工具进一步包括多个工件接合表面，由所述壳体支撑并与所述可切换磁通源磁耦合，所述多个工件接合表面适于与铁磁工件接触。所述多个工件接合表面的第一工件接合表面与所述磁耦合工具的北极相对应，所述多个工件接合表面的第二工件接合表面与所述磁耦合工具的南极相对应。该磁耦合工具进一步包括多个磁场传感器，由所述壳体支撑。所
述多个磁场传感器的第一磁场传感器定位为监测与所述多个工件接合表面的第一工件接合表面相关联的第一磁通量，以及所述多个磁场传感器中的第二磁场传感器，定位为监测与所述多个工件接合表面的第二工件接合表面相关联的第二磁通量。该磁耦合工具进一步包括逻辑控制电路，可操作地耦合到所述多个磁场传感器。该逻辑控制电路用于基于所述多个磁场传感器中的至少一个的输出来确定所述磁耦合工具的至少一个操作状态。
[0017]在一个示例中，所述逻辑控制电路用于确定所述可切换磁通源是否处于关闭状态。在其变体中，所述逻辑控制电路通过对比所述多个磁场传感器的至少一个输出与存储在所述逻辑控制电路可访问存储器上的第一阈值，确定所述可切换磁通源是否处于关闭状态。
[0018]在另一示例中，所述逻辑控制电路用于确定所述所述多个工件中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁耦合工具臂端，配置成将铁磁工件磁性地固定到工具的工作面上，包括：i)开关式可切换磁通源；ii)接收所述磁通源的第一壳体组件；iii)至少两个磁极延伸靴，所述磁极延伸靴中的每个均具有工件接合表面和在所述工件接合表面相对端的磁通检测面，其中所述磁极延伸靴安装在所述壳体上或至少部分地形成所述第一壳体组件的整体部分，从而从所述磁通源接收磁通量并使其在工件接合表面上可用；iv)多个第一磁场检测传感器，数量与磁极延伸靴相等，每个所述第一磁场检测传感器位于预定距离间隔，但紧邻相关联的磁极延伸靴的磁通检测表面；以及v)逻辑控制电路，配置成接收来自一个或多个磁场检测传感器的输出信号，并根据所述输出信号确定工具的下列操作状态中的至少一个：磁通源是否接通或断开，是否存在铁磁工件接近磁极延伸靴处的一个或多个工件接合表面，磁极延伸靴处的一个或多个工件接合表面是否与工件邻接，以及工件在一个或多个工件接合表面处的支撑是否足够且在预定的定位阈值内。2.根据权利要求1所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第一磁场检测传感器和所述逻辑控制电路被封装在第二壳体组件中，所述第二壳体组件固定在所述第一壳体组件上，从而提供具有集成磁场检测和工件
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工具接口检测功能的紧凑型磁耦合工具臂端。3.根据权利要求1或2所述的磁耦合工具臂端，其中，所述磁通源、所述第一壳体组件和所述磁极延伸靴都包含在开关式可切换偶极永磁单元中。4.根据权利要求3所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第一壳体组件是具有中心圆柱孔的铁磁钢壳体组件，其中两个圆柱形径向极化的稀土永磁体堆叠在一起，使得其中一个磁体固定在圆柱孔内不旋转，而另一个磁体通过与其连接的致动器施加外部扭矩时可以自由旋转。5.根据权利要求3所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第一壳体组件包括上部、未凹入部分和下部凹入部分，其中在所述下部凹入部分安装有长方体极靴，以形成朝向磁极靴的自由轴向端处的工件接合表面的连续的、基本上无气隙的自由通量传递路径，并且其中与所述工件接合表面相对的磁通检测表面设置在壳体的未凹入部分的上端面处，所述壳体具有基本上矩形的底面。6.根据权利要求1所述的磁耦合工具臂端，其中，除了所述第一壳体组件之外，还提供了第二壳体组件，所述第二壳体组件固定在与所述工件接合表面相对的所述第一壳体组件的端部。7.根据权利要求6所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第二壳体组件基本上是非铁磁性的，并且包括至少两个通道，接收两个所述第一磁场检测传感器中的相应一个。8.根据权利要求6或7所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第二壳体组件包括致动器，所述致动器与容纳在所述第一壳体组件中的可旋转磁体接合，以将磁通源“打开”和“关闭”。9.根据权利要求1所述的磁耦合工具臂端，其中，所述逻辑控制电路可操作地以从一个或多个第一磁场(和任何其他)检测传感器接收输出信号并从一个或多个输出信号确定工具的一个或多个操作状态，包括中央控制板，其中包括预编程或可编程微处理器，其具有用于传感器信号采样的模数转换器(ADC)并可选地具有调节功能。
10.根据权利要求9所述的磁耦合工具臂端，其中，中央控制板的所述逻辑控制电路包括用于将处理器的GPIO(通用输入/输出)与工业24V逻辑连接的附加晶体管。11.根据权利要求10所述的磁耦合工具臂端，其中，所述中央控制板还包括功率调节器，以从工业电源获取24V电压并将其调节至5V和/或3.3V，以供微处理器和其他电路组件使用，并为磁场传感器提供工作电压。12.根据权利要求9
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11中任一项所述的磁耦合工具臂端，其中，所述中央控制板包括一系列用于连接通信模块的空接头，从而允许所述控制板与外部控制电子设备连接。13.根据权利要求1所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第一磁场传感器是矢量磁力计，具有非常小的外形尺寸并嵌入在固态集成电路中。14.根据权利要求1所述的磁耦合工具臂端，进一步包括视觉状态指示器，由微处理器驱动，以指示是否存在预定的工具状态的一种，包括打开或关闭磁通源、所述磁通源处于打开状态并且所述第一磁场传感器检测到目标的接近、工具的工件接合表面在目标上的预定特定区域之外接触工件以及工具与工件的接合在阈值限制内并显示安全的磁耦合状态。15.根据权利要求2所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第二壳体组件为多件结构。16.根据权利要求4所述的磁耦合工具臂端，其中，所述致动器是气动、液压或电动的。17.根据权利要求7所述的磁耦合工具臂端，其中，所述至少两个通道延伸到位于所述第一壳体组件处的与磁通检测表面相对的端部开口。18.根据权利要求9所述的磁耦合工具臂端，其中，所述中央控制板为印刷电路板。19.根据权利要求13所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第一磁场传感器是固态线性霍尔效应传感器或磁阻传感器。20.根据权利要求14所述的磁耦合工具臂端，其中，所述视觉状态指示器为一个或多个LED的形式。21.一种磁耦合工具臂端，用于将铁磁工件磁性地固定到工具的工作面上，包括：i)开关式可切换磁通源；ii)第一壳体组件，在所述第一壳体组件中接收磁通源；iii)一对磁极延伸靴，每个所述磁极延伸靴均具有工件接合表面，其中所述磁极延伸靴安装在所述第一壳体部件上，以接收来自所述磁通源的磁通量，并在工件接合表面处提供磁通量；iv)至少一个第一磁场检测传感器，位于预定距离间隔但靠近通量检测表面；v)一对消磁电绕组，每个所述绕组围绕所述一对磁极延伸靴中相关的一个的一段；以及vi)逻辑控制电路，配置成接收来自至少一个磁场检测传感器的输出信号，并根据所述输出信号确定指示磁通源关闭的工具的操作状态，在检测到磁通源的关闭状态后，为所述消磁电绕组接通电源，和执行消磁循环，其中消磁电绕组会在预定时间内产生振荡和交变磁场。22.根据权利要求21所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第一磁场检测传感器和所述逻辑控制电路被容纳在第二壳体组件中，所述第二壳体组件被固定到第一壳体组件，以提供具有集成的工件耦合的紧凑磁耦合工具臂端、磁场检测、工件
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工具连接检测和消磁功能。23.根据权利要求21所述的磁耦合工具臂端，其中，所述磁通源、所述第一壳体组件和
所述磁极延伸靴都包括在开关式可切换偶极永磁单元中。24.根据权利要求21
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23中任一项所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第一壳体组件是具有中心圆柱孔的铁磁钢壳体组件，其中两个圆柱形径向极化的稀土永磁体堆叠在一起，使得其中一个磁体固定在圆柱孔内不旋转，而另一个磁体通过与其连接的致动器施加外部扭矩时可以自由旋转。25.根据权利要求21
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23中任一项所述的磁耦合工具臂端，其中，所述磁极延伸靴包括至少两个组件，包括以可移除方式固定至所述第一壳体组件的第一磁极延伸构件，和以可移除的方式延伸至第一构件并限定工件接合表面的第二磁极延伸构件。26.根据权利要求25所述的磁耦合工具臂端，其中，所述消磁电绕组围绕所述第二磁极延伸构件的一部分。27.根据权利要求25所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第二磁极延伸构件具有适合于工件的形状或几何参数的工件接合表面。28.根据权利要求21
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23中任一项所述的磁耦合工具臂端，其中，所述磁极延伸靴在被所述消磁电绕组覆盖的截面中具有足够的横截面面积，以将在消磁电绕组通电时产生的大部分磁通量引向工件接合表面。29.根据权利要求21
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23中任一项所述的磁耦合工具臂端，其中，所述磁极延伸靴在被消磁电绕组覆盖的部分中具有足够的横截面面积，以将在所述消磁电绕组通电时产生的大部分磁通量引向工件接合表面，并在所述工件接合表面周围产生漏磁通。30.根据权利要求21
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23中任一项所述的磁耦合工具臂端，其中，所述第一壳体组件包括上部、未凹入部分和在所述壳体部件相对侧凹入的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：磁转换技术全球私人有限公司，
类型：发明
国别省市：