绕线机作为绕制线圈生产的电子专用设备, 它集中应用机械、电气、气压、电子、计算机等技术于一体的机电设备, 主要用于各类电磁线圈 (如电磁线圈、电机转子、数码产品用线圈等) 的制造。随着科技发展, 电器产品不断在向小型、轻便、智能的方向发展, 对于小型、细线径、高质量的线圈的需求量越来越大。现在国内绕线机已有了全自动、多功能、高效自动化产品。实现自动排线、自动缠脚、自动剪线、自动装卸骨架等功能, 生产效率极高。但是目前的全自动绕线机会出现断料和断线现象, 这不仅大大影响了产品的质量, 而且使得生产难以为继, 甚至造成停产。图像监控全自动绕线机的绕制过程中, 当出现断料和断线的情况, 图像监控系统做出判别, 及时反馈停机。

1 图像监控全自动绕线机的结构设计

图像监控全自动绕线机机械部分主要有主轴机构总成、排线机构、线夹机构、张力控制器、上下料机构等组成 (如图1所示) 。通过图中主轴机构总成、排线机构以及线夹机构等的配合动作来完成实现线圈绕制。

下面对线圈绕制过程以及绕线机主要结构进行详细分析。

主轴机构总成由主轴伺服电机、主轴组件、绕线工件夹具组成 (如图2所示) , 其工作原理为控制系统控制伺服电机带动主轴组件旋转, 每个主轴上安装工件夹具夹紧绕线工件骨架, 带动其进行旋转绕线。

排线机构由线嘴、排线轴、X, Y, Z三轴绕线驱动装置组成 (如图3所示) 。线嘴安装在排线轴上, X, Y, Z三轴绕线驱动装置由三组的滚珠丝杠机构和伺服电机组成, 伺服电机在控制系统指令的驱使下驱动滚珠丝杠机构运动, 从而精确控制排线轴的X, Y, Z三个轴向的运动。经X, Y, Z三轴绕线驱动装置驱动排线轴进行三维运动, 配合主轴机构总成带动线圈工件骨架旋转, 电磁线经过线嘴引导精确绕在线圈工件骨架上, 完成排线动作。

高精密排线系统是实现线圈高质量精确绕制的关键总成, 绕线过程中, 通过数控系统的圆弧插补、直线插补等插补方式使得排线机构和主轴机构总成能够精确配合运动, 实现精密排线。保证线圈绕组绕制均匀严实, 线匝排列紧密。避免出现锥形、塌陷和凸起等缺陷。同时能够正确完成缠头、缠尾等动作。

线夹机构由线夹组件、驱动气缸等机构组成 (如图4所示) , 线夹驱动气缸完成夹紧打开线夹头, 上下、前后驱动气缸完成线夹组件相应移动。摆动驱动气缸通过齿轮齿条机构带动线夹组件做摆动运动。上下料机构把线圈工件骨架送入主轴上夹具夹紧之后, 首先进行缠头动作, 线夹气缸驱动线夹头夹住电磁线的线头, 移动到合适位置, 电磁线另一端由排线轴线嘴牵引, 在X, Y, Z三轴排线装置的带动下进行缠脚运动。线夹机构松开电磁线的线头, 排线机构和主轴机构进行绕线。

绕线结束完成缠尾动作, 电磁线在线嘴的牵引下移至线夹头中间, 线夹组件在气缸驱动下闭合线夹头, 之后在线夹机构的驱动气缸的作用之下, 拖拽电磁线完成剪线动作, 线夹机构继续夹紧电磁线, 等待为下一个工件骨架进行缠头。整个夹线绕制过程连续重复进行, 无需人工参与操作, 大大提高生产效率。

为了使绕制的线圈松紧适宜, 紧固饱满, 保证线圈技术指标的一致性。应该使电磁线绕制时带有适宜的张力。磁阻尼张力器则是绕线机在绕线时产生可调性张力的关键部件, 它以磁场为媒介, 通过磁阻尼产生恒定阻力矩确保放线过程恒定张力, 且其张力控制极其稳定。电磁线穿过张力控制器和固定在排线轴机构上的线嘴, 高精度张力控制器就确保电磁线能紧密地绕制在工件骨架上。

上下料机构通过气缸驱动, 将工件骨架送到夹具夹紧, 并能把完成绕线的工件从夹具上卸下, 实现自动下料。

2 全自动绕线机图像监控的工作机理

为了在出现断料和断线时, 图像监控系统能做出判别。绕线工作开始启动时, 摄像头对工件进行拍摄, 并将图像传输给控制器由图像处理芯片进行处理, 图像处理芯片生成各工件初始骨架模型;绕线工作进行时, 摄像头每隔3秒对工件进行一次拍摄并将图像传输至控制器, 图像处理芯片将该图片生成运行骨架模型, 并将该运行骨架模型与初始骨架模型进行比对;两骨架模型间的误差处于允许误差范围内时, 说明绕线工作正常进行, 当两骨架模型间的误差超过允许误差范围内时, 说明绕线工作出现异常, 该异常可能由于电磁线断裂而引起, 进而控制器暂停整机工作并触发声光报警器, 等待由操作人员进行检查处理或工件更换。

本产品采用多主轴一次完成多工件精密绕线, 从线圈生产的上料绕线到线圈绕制下线, 都实现了过程自动化。同时, 图像监控系统能判别断料和断线的情况发生, 有效保持生产顺利进行。