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引言

微動開關是具有速動機構及微小觸點間隙的精密機械電氣開關。微動開關裝配和出廠檢驗時,需要測量如預行程、超行程、差動行程、操作力、釋放力、觸點回跳時間、觸點接觸電阻、重量等綜合參數,同時繪制力和行程的關系圖表。目前微動開關綜合參數自動測試裝置國內少有研究,微動開關主要依靠人工測試,其性能參數的準確性和測試效率受制于測試人員的專業素養。

本文以工控機為基礎,利用先進自動化測試設備,提出了一種微動開關綜合參數自動測試裝置的設計方案。利用該裝置可自動測試微動開關預行程、超行程、差動行程、操作力、釋放力、觸點回跳時間、觸點接觸電阻、重量等綜合參數,并繪制力和行程的關系圖表。

1自動測試裝置設計

1.1結構設計

微動開關綜合參數自動測試裝置的機械結構由驅動裝置、力傳感器、激光測距儀、夾具、機械手、高精度電子秤等構成。驅動裝置由直流伺服電機、絲杠、導軌滑塊組成:力傳感器安裝在導軌滑塊上:激光測距儀安裝在機座上:機械手負責將產品從夾具中取出放至電子秤上。微動開關綜合參數自動測試裝置的機械結構如圖1所示。

圖1自動測試裝置機械結構圖

1一驅動裝置2一力傳感器3一激光測距儀4一夾具

5一機械手6一電子秤

1.2測試原理

1.2.1行程、力測試原理

系統測試啟動后,驅動裝置驅動力傳感器向微動開關運動,當力傳感器接觸到微動開關并輸出微小電壓信號時,驅動裝置立即停止運動,并將該位置下激光測距儀的讀數作為微動開關行程的零點。驅動裝置在零點位置以0.025mm/s的速度向微動開關運動,當微動開關速動機構發生正向動作,示波器采集到觸發信號時,激光測距儀的讀數即為預行程,力傳感器的讀數即為操作力。當力傳感器的數值出現正向突變且激光測距儀讀數不再改變時,此讀數即為全行程。驅動裝置再以-0.025mm/s的速度向脫離微動開關的方向運行,以測試釋放力和差動行程。

1.2.2觸點回跳時間、接觸電阻測試原理

微動開關觸點從首次閉合到穩定接觸全過程的耗時為觸點回跳時間,常采用特殊的觸發電路和示波器測試。本文將典型的觸點回跳測試電路進行了如圖2所示的改進,以同時測試微動開關觸點接觸電阻。系統測試啟動后,控制系統將微電阻測試儀從測試電路斷開并閉合切換開關,控制程控電源輸出20V電壓,并將示波器設置為上升沿觸發。當微動開關速動機構發生正向動作時,示波器被觸發,控制軟件讀取示波器波形并計算回跳時間。當微動開關到達全行程位置時,控制系統關閉程控電源輸出,斷開切換開關,并將微電阻測試儀連接至測試電路,從而測得微動開關常開觸點的接觸電阻。

1.2.3重量測試原理

微動開關體積小、重量輕,其重量測量精度要求比較高,采用測量精度為士0.01g的電子天平進行測量。為提高微動開關測試效率,在完成微動開關的行程、力、回跳時間、接觸電阻測量后,控制系統驅動機械手抓取裝置將夾具中的微動開關抓取至稱重位置,以測量微動開關的重量。機械手抓取裝置結構如圖3所示。

圖3機械手抓取裝置結構圖

2測量誤差分析

2.1行程測量誤差分析

當力傳感器接觸微動開關受力變形,被測物件與激光測距儀光斑不再垂直時,激光測距儀的讀數與實際距離存在AL的位移偏差,需要進行激光測距誤差分析,如圖4所示。

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

首先計算傳感器的末端位移y,再計算激光光斑大小引起的誤差AL,計算如下:

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

取微動開關最大作用力F=l0N,L=l30mm,E=6.9×l0l0N/mm2,I=8748mm4,計算得:

則誤差AL=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。從理論上分析,激光傳感器測量的距離即為微動開關的動作行程。為滿足要求,選取傳感器的行程為20mm,精度為0.005mm。

2.2力測量誤差分析

當力傳感器接觸到微動開關速動機構時,力傳感器將產生微弱形變并輸出微弱的電壓信號。選用滿量程綜合誤差為±0.0l%的力傳感器,選用測量精度高達±0.00l5%的六位半高精度數字萬用表讀取該電壓信號,經過單位換算即可測得微動開關的作用力。微動開關作用力的綜合測量精度為滿足測試要求。

2.3微電阻測量誤差分析

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

3應用測量結果

微動開關綜合參數自動測試裝置已成功應用于微動開關生產企業,應用測試結果曲線如圖6所示,測試曲線橫坐標為時間軸,縱坐標為作用力(N）和行程(mm）:微電阻、操作力、預行程、重量等參數自動顯示,測試精度滿足指標要求。

4結語

實踐證明,將微動開關各參數的測量功能集成到單臺設備中進行自動測試,使得整個測試過程變得簡單而強大,在保證測試快速有效的同時極大程度地保證了測試精度,規避了人工測試的不確定因素。該自動測試裝置測試效率高、重復性好,可廣泛運用于微動開關、接觸器及其他類似器件的自動測試。