微動(dòng)開關(guān)綜合參數(shù)自動(dòng)測(cè)試裝置的研究

引言

微動(dòng)開關(guān)是具有速動(dòng)機(jī)構(gòu)及微小觸點(diǎn)間隙的精密機(jī)械電氣開關(guān)。微動(dòng)開關(guān)裝配和出廠檢驗(yàn)時(shí),需要測(cè)量如預(yù)行程、超行程、差動(dòng)行程、操作力、釋放力、觸點(diǎn)回跳時(shí)間、觸點(diǎn)接觸電阻、重量等綜合參數(shù),同時(shí)繪制力和行程的關(guān)系圖表。目前微動(dòng)開關(guān)綜合參數(shù)自動(dòng)測(cè)試裝置國(guó)內(nèi)少有研究,微動(dòng)開關(guān)主要依靠人工測(cè)試,其性能參數(shù)的準(zhǔn)確性和測(cè)試效率受制于測(cè)試人員的專業(yè)素養(yǎng)。

本文以工控機(jī)為基礎(chǔ),利用先進(jìn)自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備,提出了一種微動(dòng)開關(guān)綜合參數(shù)自動(dòng)測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)方案。利用該裝置可自動(dòng)測(cè)試微動(dòng)開關(guān)預(yù)行程、超行程、差動(dòng)行程、操作力、釋放力、觸點(diǎn)回跳時(shí)間、觸點(diǎn)接觸電阻、重量等綜合參數(shù),并繪制力和行程的關(guān)系圖表。

1自動(dòng)測(cè)試裝置設(shè)計(jì)

1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

微動(dòng)開關(guān)綜合參數(shù)自動(dòng)測(cè)試裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)裝置、力傳感器、激光測(cè)距儀、夾具、機(jī)械手、高精度電子秤等構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)裝置由直流伺服電機(jī)、絲杠、導(dǎo)軌滑塊組成:力傳感器安裝在導(dǎo)軌滑塊上:激光測(cè)距儀安裝在機(jī)座上:機(jī)械手負(fù)責(zé)將產(chǎn)品從夾具中取出放至電子秤上。微動(dòng)開關(guān)綜合參數(shù)自動(dòng)測(cè)試裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1自動(dòng)測(cè)試裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

1一驅(qū)動(dòng)裝置2一力傳感器3一激光測(cè)距儀4一夾具

5一機(jī)械手6一電子秤

1.2測(cè)試原理

1.2.1行程、力測(cè)試原理

系統(tǒng)測(cè)試啟動(dòng)后,驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)力傳感器向微動(dòng)開關(guān)運(yùn)動(dòng),當(dāng)力傳感器接觸到微動(dòng)開關(guān)并輸出微小電壓信號(hào)時(shí),驅(qū)動(dòng)裝置立即停止運(yùn)動(dòng),并將該位置下激光測(cè)距儀的讀數(shù)作為微動(dòng)開關(guān)行程的零點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)裝置在零點(diǎn)位置以0.025mm/s的速度向微動(dòng)開關(guān)運(yùn)動(dòng),當(dāng)微動(dòng)開關(guān)速動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生正向動(dòng)作,示波器采集到觸發(fā)信號(hào)時(shí),激光測(cè)距儀的讀數(shù)即為預(yù)行程,力傳感器的讀數(shù)即為操作力。當(dāng)力傳感器的數(shù)值出現(xiàn)正向突變且激光測(cè)距儀讀數(shù)不再改變時(shí),此讀數(shù)即為全行程。驅(qū)動(dòng)裝置再以-0.025mm/s的速度向脫離微動(dòng)開關(guān)的方向運(yùn)行,以測(cè)試釋放力和差動(dòng)行程。

1.2.2觸點(diǎn)回跳時(shí)間、接觸電阻測(cè)試原理

微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)從首次閉合到穩(wěn)定接觸全過程的耗時(shí)為觸點(diǎn)回跳時(shí)間,常采用特殊的觸發(fā)電路和示波器測(cè)試。本文將典型的觸點(diǎn)回跳測(cè)試電路進(jìn)行了如圖2所示的改進(jìn),以同時(shí)測(cè)試微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)接觸電阻。系統(tǒng)測(cè)試啟動(dòng)后,控制系統(tǒng)將微電阻測(cè)試儀從測(cè)試電路斷開并閉合切換開關(guān),控制程控電源輸出20V電壓,并將示波器設(shè)置為上升沿觸發(fā)。當(dāng)微動(dòng)開關(guān)速動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生正向動(dòng)作時(shí),示波器被觸發(fā),控制軟件讀取示波器波形并計(jì)算回跳時(shí)間。當(dāng)微動(dòng)開關(guān)到達(dá)全行程位置時(shí),控制系統(tǒng)關(guān)閉程控電源輸出,斷開切換開關(guān),并將微電阻測(cè)試儀連接至測(cè)試電路,從而測(cè)得微動(dòng)開關(guān)常開觸點(diǎn)的接觸電阻。

1.2.3重量測(cè)試原理

微動(dòng)開關(guān)體積小、重量輕,其重量測(cè)量精度要求比較高,采用測(cè)量精度為士0.01g的電子天平進(jìn)行測(cè)量。為提高微動(dòng)開關(guān)測(cè)試效率,在完成微動(dòng)開關(guān)的行程、力、回跳時(shí)間、接觸電阻測(cè)量后,控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手抓取裝置將夾具中的微動(dòng)開關(guān)抓取至稱重位置,以測(cè)量微動(dòng)開關(guān)的重量。機(jī)械手抓取裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3機(jī)械手抓取裝置結(jié)構(gòu)圖

2測(cè)量誤差分析

2.1行程測(cè)量誤差分析

當(dāng)力傳感器接觸微動(dòng)開關(guān)受力變形,被測(cè)物件與激光測(cè)距儀光斑不再垂直時(shí),激光測(cè)距儀的讀數(shù)與實(shí)際距離存在AL的位移偏差,需要進(jìn)行激光測(cè)距誤差分析,如圖4所示。

設(shè)傳感器的變形角度為9,激光光斑的大小為d×b(長(zhǎng)邊×短邊）,光斑在投影面形狀為橢圓形,則長(zhǎng)邊大小為dl=d/cos9,因光斑大小變化引起的距離誤差為AL=dlsin9/2=dtan9/2。

首先計(jì)算傳感器的末端位移y,再計(jì)算激光光斑大小引起的誤差A(yù)L,計(jì)算如下:

式中,y為傳感器的末端位移;F為開關(guān)的作用力;L為力作用點(diǎn)距離;E為力傳感器彈性模量:I為力傳感器慣性矩。

取微動(dòng)開關(guān)最大作用力F=l0N,L=l30mm,E=6.9×l0l0N/mm2,I=8748mm4,計(jì)算得:

則誤差A(yù)L=0.35×9.23×l0-5/2≈l.6×l0-5mm,光斑大小引起的距離誤差忽略不計(jì)。從理論上分析,激光傳感器測(cè)量的距離即為微動(dòng)開關(guān)的動(dòng)作行程。為滿足要求,選取傳感器的行程為20mm,精度為0.005mm。

2.2力測(cè)量誤差分析

當(dāng)力傳感器接觸到微動(dòng)開關(guān)速動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí),力傳感器將產(chǎn)生微弱形變并輸出微弱的電壓信號(hào)。選用滿量程綜合誤差為±0.0l%的力傳感器,選用測(cè)量精度高達(dá)±0.00l5%的六位半高精度數(shù)字萬用表讀取該電壓信號(hào),經(jīng)過單位換算即可測(cè)得微動(dòng)開關(guān)的作用力。微動(dòng)開關(guān)作用力的綜合測(cè)量精度為滿足測(cè)試要求。

2.3微電阻測(cè)量誤差分析

為消除線電阻和測(cè)試夾具接觸電阻的影響,微電阻的測(cè)量采用開爾文四線檢測(cè)法(KelvinFour-terminalsensing）,其測(cè)試原理如圖5所示。本文所選用的微電阻測(cè)試儀即采用四線檢測(cè)法,并帶環(huán)境溫度補(bǔ)償功能,其綜合測(cè)量精度高達(dá)0.05%,滿足測(cè)試要求。

3應(yīng)用測(cè)量結(jié)果

微動(dòng)開關(guān)綜合參數(shù)自動(dòng)測(cè)試裝置已成功應(yīng)用于微動(dòng)開關(guān)生產(chǎn)企業(yè),應(yīng)用測(cè)試結(jié)果曲線如圖6所示,測(cè)試曲線橫坐標(biāo)為時(shí)間軸,縱坐標(biāo)為作用力(N）和行程(mm）:微電阻、操作力、預(yù)行程、重量等參數(shù)自動(dòng)顯示,測(cè)試精度滿足指標(biāo)要求。

4結(jié)語

實(shí)踐證明,將微動(dòng)開關(guān)各參數(shù)的測(cè)量功能集成到單臺(tái)設(shè)備中進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試,使得整個(gè)測(cè)試過程變得簡(jiǎn)單而強(qiáng)大,在保證測(cè)試快速有效的同時(shí)極大程度地保證了測(cè)試精度,規(guī)避了人工測(cè)試的不確定因素。該自動(dòng)測(cè)試裝置測(cè)試效率高、重復(fù)性好,可廣泛運(yùn)用于微動(dòng)開關(guān)、接觸器及其他類似器件的自動(dòng)測(cè)試。