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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 微動開關

微動開關綜合參數自動測試裝置的研究

發布日期：2022-10-09 點擊率：175

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微動開關綜合參數自動測試裝置的研究滿足測試要求。