[发明专利]具有至少一个传感器布置和消磁能力的磁耦合装置

说明书

公开了具有磁场传感器的磁耦合装置。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。

相关申请

本申请要求于2017年4月27日提交的标题为“具有传感器布置的磁耦合工具”的第62/490,705号美国临时专利申请和2017年4月27日提交的名为“具有消磁能力的磁耦合工具”的第62/490,706号美国临时专利申请的权利。

技术领域

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。

背景技术

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。

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。

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。

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-目标的不均匀接触(即接口上存在气隙)、接口极靴-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。

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。

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。

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。

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。