微动开关综合参数自动测试装置的研究

时间：2022-03-20 23:06:25

关键字：微动开关操作力接触电阻

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[导读]摘要:为满足微动开关综合参数的测试需要,提出一种自动测试装置的设计方案,旨在提高微动开关测试效率,降低人工测量误差。该装置可自动测试微动开关的预行程、超行程、差动行程、操作力、释放力、触点回跳时间、触点接触电阻、重量等综合参数,并绘制力和行程的关系图表。

引言

微动开关是具有速动机构及微小触点间隙的精密机械电气开关。微动开关装配和出厂检验时,需要测量如预行程、超行程、差动行程、操作力、释放力、触点回跳时间、触点接触电阻、重量等综合参数,同时绘制力和行程的关系图表。目前微动开关综合参数自动测试装置国内少有研究,微动开关主要依靠人工测试,其性能参数的准确性和测试效率受制于测试人员的专业素养。

本文以工控机为基础,利用先进自动化测试设备,提出了一种微动开关综合参数自动测试装置的设计方案。利用该装置可自动测试微动开关预行程、超行程、差动行程、操作力、释放力、触点回跳时间、触点接触电阻、重量等综合参数,并绘制力和行程的关系图表。

1自动测试装置设计

1.1结构设计

微动开关综合参数自动测试装置的机械结构由驱动装置、力传感器、激光测距仪、夹具、机械手、高精度电子秤等构成。驱动装置由直流伺服电机、丝杠、导轨滑块组成:力传感器安装在导轨滑块上:激光测距仪安装在机座上:机械手负责将产品从夹具中取出放至电子秤上。微动开关综合参数自动测试装置的机械结构如图1所示。

图1自动测试装置机械结构图

1一驱动装置2一力传感器3一激光测距仪4一夹具

5一机械手6一电子秤

1.2测试原理

1.2.1行程、力测试原理

系统测试启动后,驱动装置驱动力传感器向微动开关运动,当力传感器接触到微动开关并输出微小电压信号时,驱动装置立即停止运动,并将该位置下激光测距仪的读数作为微动开关行程的零点。驱动装置在零点位置以0.025mm/s的速度向微动开关运动,当微动开关速动机构发生正向动作,示波器采集到触发信号时,激光测距仪的读数即为预行程,力传感器的读数即为操作力。当力传感器的数值出现正向突变且激光测距仪读数不再改变时,此读数即为全行程。驱动装置再以-0.025mm/s的速度向脱离微动开关的方向运行,以测试释放力和差动行程。

1.2.2触点回跳时间、接触电阻测试原理

微动开关触点从首次闭合到稳定接触全过程的耗时为触点回跳时间,常采用特殊的触发电路和示波器测试。本文将典型的触点回跳测试电路进行了如图2所示的改进,以同时测试微动开关触点接触电阻。系统测试启动后,控制系统将微电阻测试仪从测试电路断开并闭合切换开关,控制程控电源输出20V电压,并将示波器设置为上升沿触发。当微动开关速动机构发生正向动作时,示波器被触发,控制软件读取示波器波形并计算回跳时间。当微动开关到达全行程位置时,控制系统关闭程控电源输出,断开切换开关,并将微电阻测试仪连接至测试电路,从而测得微动开关常开触点的接触电阻。

1.2.3重量测试原理

微动开关体积小、重量轻,其重量测量精度要求比较高,采用测量精度为士0.01g的电子天平进行测量。为提高微动开关测试效率,在完成微动开关的行程、力、回跳时间、接触电阻测量后,控制系统驱动机械手抓取装置将夹具中的微动开关抓取至称重位置,以测量微动开关的重量。机械手抓取装置结构如图3所示。

图3机械手抓取装置结构图

2测量误差分析

2.1行程测量误差分析

当力传感器接触微动开关受力变形,被测物件与激光测距仪光斑不再垂直时,激光测距仪的读数与实际距离存在AL的位移偏差,需要进行激光测距误差分析,如图4所示。

设传感器的变形角度为9,激光光斑的大小为d×b(长边×短边）,光斑在投影面形状为椭圆形,则长边大小为dl=d/cos9,因光斑大小变化引起的距离误差为AL=dlsin9/2=dtan9/2。

首先计算传感器的末端位移y,再计算激光光斑大小引起的误差AL,计算如下:

式中,y为传感器的末端位移;F为开关的作用力;L为力作用点距离;E为力传感器弹性模量:I为力传感器惯性矩。

取微动开关最大作用力F=l0N,L=l30mm,E=6.9×l0l0N/mm2,I=8748mm4,计算得:

则误差AL=0.35×9.23×l0-5/2≈l.6×l0-5mm,光斑大小引起的距离误差忽略不计。从理论上分析,激光传感器测量的距离即为微动开关的动作行程。为满足要求,选取传感器的行程为20mm,精度为0.005mm。

2.2力测量误差分析

当力传感器接触到微动开关速动机构时,力传感器将产生微弱形变并输出微弱的电压信号。选用满量程综合误差为±0.0l%的力传感器,选用测量精度高达±0.00l5%的六位半高精度数字万用表读取该电压信号,经过单位换算即可测得微动开关的作用力。微动开关作用力的综合测量精度为微动开关综合参数自动测试装置的研究满足测试要求。