CN103869240B

CN103869240B - 一种分离脱落电连接器的负载分离性能测试装置

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Publication number: CN103869240B
Application number: CN201210555108.8A
Authority: CN
Inventors: 余忠华; 吴海曦; 梅益铭; 洪涛
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: CN103869240A

Abstract

本发明公开了一种分离脱落电连接器的负载分离性能测试装置，由机械分离执行单元、加载单元、摄像单元、控制单元、分离脱落电连接器的固定端夹具、夹具安装立柱、接料盘和机身构成。本发明实现了在承受给定负载情况下对分离脱落电连接器的分离性能测试，包括机械分离模式下轴向与变角度的分离驱动力测量、以及机械分离或电分离模式下的分离速度与分离轨迹的测量，建立不同负载(包括加载点的位置与力的大小)情况下的分离性能参数的耦合关系，并记录分离过程影像，从而实现对分离脱落电连接器负载分离性能的定量化评估，有效地检测出产品的性能。

Description

一种分离脱落电连接器的负载分离性能测试装置

技术领域

本发明涉及测试、测量和控制领域，关键技术涉及分离脱落电连接器在给定负载情况下机械分离驱动力、分离速度与分离轨迹等参数的测量。

背景技术

电连接器是在各类电气设备和电子系统中的器件与组件、组件与组件、系统与子系统之间形成电气连接和信号传递，从而构成一个完整系统的必不可少的基础元件。分离脱落电连接器是分离电连接器和脱落电连接器的总称，主要用于导弹，火箭等航天飞行器与地面设备之间的电气连接和自动分离。分离脱落电连接器与普通电连接器的区别是它有一个自动锁紧和分离机构。锁紧分离机构在外力(电爆产生的气体压力、机械力、电磁力、解除约束后的贮能弹簧力)作用下，其驱动装置启动，实现连接器的自动脱落或分离。

分离脱落电连接器是飞行器能否顺利和成功飞行的重要器件，它广泛应用于某些特定领域的众多型号上，同时，它也相应地被用在地面设备和相应的众多载体上。分离脱落电连接器由于使用条件苛刻，耐环境性能要求高，可靠性要求高，且要求体积小、重量轻等，其研制生产需要较高的专业技术水平，各国对此类分离脱落电连接器的生产与研究均采取严格保密措施。国内在电连接器上的研究起步较晚，且多数研究侧重在针对其连接可靠性等方面，并没有对其分离特性作深入的研究。目前国内尚没有标准的分离性能测试设备，这正是提出本项发明的重要背景。

发明内容

本发明是一种分离脱落电连接器的负载分离性能测试装置，它实现了在承受给定负载(模拟电缆重量)情况下对分离脱落电连接器的分离性能测试，包括机械分离模式下轴向与变角度的分离驱动力测量、以及机械分离或电分离模式下的分离速度与分离轨迹的测量，建立不同负载(包括加载点的位置与力的大小)情况下的分离性能参数的耦合关系，并能记录分离过程影像，观测分离姿态，从而实现对分离脱落电连接器分离特性的定量化评估。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

分离脱落电连接器的负载分离性能测试装置包括机械分离执行单元、加载单元、摄像单元、控制单元、分离脱落电连接器的固定端夹具、夹具安装立柱、接料盘和机身。

机械分离执行单元包括立柱支架、垂直滑台、伺服电机、水平丝杠、分离执行滑台、力传感器、定滑轮组、升降调整手轮、垂直丝杠、角度刻度尺和线缆；立柱支架安装在机身左侧；角度刻度尺垂直安装在立柱支架右侧；垂直丝杠垂直安装在立柱支架中间；升降调整手轮与垂直丝杠连接，安装在立柱支架顶部中间；垂直滑台与垂直丝杠连接，水平安装在立柱支架的导柱上；伺服电机与伺服电机驱动器连接，安装在垂直滑台左侧；水平丝杠与伺服电机连接，水平安装在垂直滑台中部；分离执行滑台与水平丝杠连接，水平安装在垂直滑台的导柱上；力传感器固定在分离执行滑台左侧；定滑轮组安装在分离执行滑台右侧；线缆一端与被测的分离脱落电连接器的机械分离触发机构相连，另一端穿过定滑轮组后与力传感器相连。

加载单元包括丝杆立柱、夹持器滑块、力指示器、水平支架和压力加载器；丝杠立柱安装在机身中部；水平支架安装在丝杠立柱上；压力加载器安装在夹持器滑块上；力指示器与压力加载器的上端相连；夹持器滑块安装在水平支架内的水平导向槽上。

摄像单元包括摄像机支架、高速摄像机和环形光源；摄像机支架安装在机身上；高速摄像机通过高速采集卡与PC机连接，安装在摄像机支架上；环形光源安装在摄像机支架上。

控制单元包括PC机和控制机柜；控制机柜由PLC、高速采集卡、伺服电机驱动器、显示屏和操作面板组成；高速采集卡和伺服电机驱动器分别与PC机和PLC相连；PLC与PC机相连，安装在控制机柜内；显示屏与操作面板安装在控制机柜上。

分离脱落电连接器的固定端夹具安装在夹具安装立柱上。夹具安装立柱和接料盘分别安装在机身的右侧和中部。

使用本发明进行测试的主要步骤如下：

(1)安装适用于特定型号的分离脱落电连接器的固定端夹具到夹具安装立柱上，再安装分离脱落电连接器到分离脱落电连接器的固定端夹具上，利用螺栓进行固定。

(2)将线缆与被测分离脱落电连接器的机械分离触发机构连接，通过升降调整手轮调整垂直滑台在垂直(Z)方向上的位置，实现变角度分离驱动力的施加，利用角度刻度尺读取所处角度位置信息。

(3)根据特定被测型号的分离脱落电连接器，调整高速摄像机的位置，使其镜头中心与该分离脱落电连接器的轴线重合，并对准分离脱落电连接器的分离面，同时调整加载单元中压力加载器的位置和加载压力的大小。

(4)通过控制机柜上的操作面板设定相关参数，并启动分离程序。经过预先设定好的延时时间后，装置按设定的模式执行分离操作。

(5)装置具备机械分离模式和电分离模式。

当采用机械分离模式时，由PLC给伺服电机驱动器发讯，驱动伺服电机转动，带动水平丝杠旋转使分离执行滑台以设定的速度水平远离分离脱落电连接器，由线缆拉动分离脱落电连接器上的机械分离触发机构；力传感器实时测量线缆所受的拉力并将测量值传输给PLC；同时，启动高速摄像机的摄像程序进行高速摄像，经由高速采集卡将图像数据传给PC机进行图像处理；PC机计算出分离速度与分离轨迹等关键参数。当采用电分离模式时，PLC向分离脱落电连接器上的电分离触发器发讯的同时，直接启动高速摄像机进行高速摄像，并测量、计算相关参数。

(6)PC机通过计算分析，得出分离驱动力大小、角度、加载力的大小、位置和分离速度等参数之间的耦合关系；并利用专用软件可以对分离脱落电连接器的分离性能进行SPC分析。

本发明具有的有益效果是：

本发明是一种分离脱落电连接器的负载分离性能测试装置，能够针对例行试验室产品进行在焊接完电缆后的负载分离性能进行模拟测试，真实再现使用过程，可以有效地检测出产品的性能，及时发现问题，提前暴露产品的质量问题，提高产品的可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中加载单元的正视图及左视图；

图3为本发明的工作原理示意图；

图4为本发明的工作程序流程图；

图1中：1、机身；2、机械分离执行单元；2.1、立柱支架；2.2、垂直滑台；2.3、伺服电机；2.4、水平丝杠；2.5、分离执行滑台；2.6、力传感器；2.7、定滑轮组；2.8、升降调整手轮；2.9、垂直丝杠；2.10、角度刻度尺；2.11、线缆；3、加载单元；4摄像单元；4.1、摄像机支架；4.2、高速摄像机；4.3、环形光源；5、接料盘；6、分离脱落电连接器；7、分离脱落电连接器的固定端夹具；8、夹具安装立柱；9、控制单元；9.1、高速采集卡；9.2、PC机；9.3、控制机柜；9.4、显示屏；9.5、PLC；9.6、伺服电机驱动器；9.7、操作面板。

图2中：3.1、丝杆立柱；3.2、夹持器滑块；3.3、力指示器；3.4、水平支架；3.5、压力加载器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1、2、3所示，本发明各单元的组成和工作原理如下：

(1)机械分离执行单元2：本单元由立柱支架2.1、垂直滑台2.2、伺服电机2.3、水平丝杠2.4、分离执行滑台2.5、力传感器2.6、定滑轮组2.7、升降调整手轮2.8、垂直丝杠2.9、角度刻度尺2.10和线缆2.11组成。

伺服电机2.3驱动水平丝杠2.4实现分离执行滑台2.5在垂直滑台2.2上的水平运动，产生分离驱动力，同时，分离执行滑台2.5上的力传感器2.6实时测量线缆2.11所受的拉力；由升降调整手轮2.8调整垂直滑台2.2在垂直(Z)方向上的位置，并通过定滑轮组2.7使线缆2.11的方向与分离脱落电连接器6的轴线产生一定的角度，实现变角度分离驱动力的施加，通过角度刻度尺2.10可知垂直滑台2.2所处的角度位置信息；定滑轮组2.7保证在变角度时，线缆2.11所受的拉力能始终水平地施加在力传感器2.6上，从而保证了测量的准确性和可重复性。

(2)加载单元3：本单元由丝杆立柱3.1、夹持器滑块3.2、力指示器3.3、水平支架3.4和压力加载器3.5组成。

丝杠立柱3.1安装在机身1中部；水平支架3.4安装在丝杠立柱3.1上，能在垂直(Z)方向上移动和在X、Y平面上转动；压力加载器3.5安装在夹持器滑块3.2上；力指示器3.3与压力加载器3.5的上端相连；夹持器滑块3.2安装在水平支架3.4内的水平导向槽上，实现沿导向槽滑动，使压力加载器3.5在X、Y平面内以极坐标的方式来调整加载点及加载大小，以适应分离脱落电连接器不同型号或不同用途的测量需求。

(3)摄像单元4：本单元由摄像机支架4.1、高速摄像机4.2、环形光源4.3组成。

摄像机支架4.1安装在机身1右侧；高速摄像机4.2通过高速采集卡9.1与PC机9.2相连，安装在摄像机支架4.1上；环形光源4.3安装在摄像机支架4.1上。

在本发明中，采用图像处理技术来获得分离速度和分离轨迹，高速摄像机4.2的最小帧数要大于或等于(≥)1000帧/秒以保证分离执行时间误差不大于1ms。同时，高速摄像机4.2带有外触发功能，以保证摄像系统和拉力测量的同步。

在执行机械分离模式或电分离模式后，都将会启动高速摄像机4.2摄像程序进行高速摄像，并经由高速采集卡9.1将图像数据传给PC机9.2进行图像处理。PC机9.2对采集到的图像数据执行预处理和特征提取等算术运算，包括图像滤波、图像增强、边缘提取、细化和特征提取等。再根据标定和修正后得到的参照标准，可直接测量分离后的电接连器在各时刻的分离速度和分离轨迹。为加快开发进度和保证质量，本发明采用LabVIEW、HALCON等专业图像处理软件来完成，同时对一些特殊问题，采用二次开发的方式，例如分离脱落电连接器6的曲面边缘拟合等问题。

(4)控制单元9：本单元包括PC机9.2和控制机柜9.3；其中控制机柜9.3由PLC9.5、高速采集卡9.1、伺服电机驱动器9.6、显示屏9.4和操作面板9.7组成。

PC机9.2分别与高速采集卡9.1和PLC9.5相连，可实时接收并处理来自高速采集卡9.1的图像数据并与PLC9.5进行通信；PLC9.5与PC机9.2相连并安装在控制机柜9.3内，其组成包括模拟量输入模块、中央处理器和数字量输出模块；所述的模拟量输入模块分别与力传感器2.6和中央处理器相连；中央处理器还与PC机9.2和数字量输出模块相连；数字量输出模块分别与高速摄像机4.2、伺服电机驱动器9.6和分离脱落电连接器6的电分离触发器相连；显示屏9.4与操作面板9.7安装在控制机柜9.3上，用户能够通过显示屏9.4与操作面板9.7进行修改参数、查询结果等操作，并能通过按钮来输入启动、停止和急停等指令。

(5)分离脱落电连接器的固定端夹具7安装在夹具安装立柱8上，通过更换不同的分离脱落电连接器的固定端夹具7可满足对不同型号分离脱落电接连器测试的需要；夹具安装立柱8和接料盘5分别安装在机身的右侧和中部。接料盘5可对分离后的分离脱落电连接器6的分离端起到保护作用。

使用本发明进行测试的主要步骤如下：

(1)安装适用于特定型号的分离脱落电连接器的固定端夹具7到夹具安装立柱8上，再安装分离脱落电连接器6到分离脱落电连接器的固定端夹具7上，利用螺栓进行固定。

(2)将线缆2.11与被测分离脱落电连接器6的机械分离触发机构连接，通过升降调整手轮2.8调整垂直滑台2.2在垂直(Z)方向上的位置，实现变角度分离驱动力的施加，利用角度刻度尺2.10读取所处角度位置信息。

(3)根据特定被测型号的分离脱落电连接器，调整高速摄像机4.2的位置，使其镜头中心与该分离脱落电连接器6的轴线重合，并对准分离脱落电连接器的分离面，同时调整加载单元3中压力加载器3.5的位置和加载压力的大小。

(4)通过控制机柜9.3上的操作面板9.7设定相关参数，并启动分离程序。经过预先设定好的延时时间后，装置按设定的模式执行分离操作。

(5)装置具备机械分离模式和电分离模式。

当采用机械分离模式时，由PLC9.5给伺服电机驱动器9.6发讯，驱动伺服电机转动，带动水平丝杠2.4旋转使分离执行滑台2.5以设定的速度水平远离分离脱落电连接器，由线缆2.11拉动分离脱落电连接器上的机械分离触发机构；力传感器2.6实时测量线缆2.11所受的拉力并将测量值传输给PLC9.5；同时，启动高速摄像机4.2的摄像程序进行高速摄像，经由高速采集卡9.1将图像数据传给PC机9.2进行图像处理；PC机9.2计算出分离速度与分离轨迹等关键参数。当采用电分离模式时，PLC9.5向分离脱落电连接器6上的电分离触发器发讯的同时，直接启动高速摄像机4.2进行高速摄像，并测量、计算相关参数。

(6)PC机9.2通过计算分析，得出分离驱动力大小、角度、加载力的大小、位置、完全分离时间和分离速度等参数之间的耦合关系；并利用专用软件可以对分离脱落电连接器的分离性能进行SPC分析。

Claims

1.一种分离脱落电连接器的负载分离性能测试装置，包括机械分离执行单元(2)、加载单元(3)、摄像单元(4)、控制单元(9)、分离脱落电连接器的固定端夹具(7)、夹具安装立柱(8)、接料盘(5)和机身(1)；机械分离执行单元(2)包括立柱支架(2.1)、垂直滑台(2.2)、伺服电机(2.3)、水平丝杠(2.4)、分离执行滑台(2.5)、力传感器(2.6)、定滑轮组(2.7)、升降调整手轮(2.8)、垂直丝杠(2.9)、角度刻度尺(2.10)和线缆(2.11)；加载单元(3)包括丝杆立柱(3.1)、夹持器滑块(3.2)、力指示器(3.3)、水平支架(3.4)和压力加载器(3.5)；摄像单元(4)包括摄像机支架(4.1)、高速摄像机(4.2)和环形光源(4.3)；摄像机支架(4.1)安装在机身(1)右侧；高速摄像机(4.2)通过高速采集卡(9.1)与PC机(9.2)相连，安装在摄像机支架(4.1)上；环形光源(4.3)安装在摄像机支架(4.1)上；控制单元(9)包括PC机(9.2)和控制机柜(9.3)；控制机柜(9.3)由PLC(9.5)、高速采集卡(9.1)、伺服电机驱动器(9.6)、显示屏(9.4)和操作面板(9.7)组成；高速采集卡(9.1)和伺服电机驱动器(9.6)分别与PC机(9.2)和PLC(9.5)相连；PLC(9.5)与PC机(9.2)相连，安装在控制机柜(9.3)内；显示屏(9.4)与操作面板(9.7)安装在控制机柜(9.3)上；分离脱落电连接器的固定端夹具(7)安装在夹具安装立柱(8)上；夹具安装立柱(8)和接料盘(5)分别安装在机身(1)的右侧和中部；

其特征在于：所述机械分离执行单元(2)的立柱支架(2.1)安装在机身(1)左侧；角度刻度尺(2.10)垂直安装在立柱支架(2.1)右侧；垂直丝杠(2.9)垂直安装在立柱支架(2.1)中间；升降调整手轮(2.8)与垂直丝杠(2.9)连接，安装在立柱支架(2.1)顶部中间；垂直滑台(2.2)与垂直丝杠(2.9)连接，水平安装在立柱支架(2.1)的导柱上；伺服电机(2.3)与伺服电机驱动器(9.6)连接，安装在垂直滑台(2.2)左侧；水平丝杠(2.4)与伺服电机(2.3)连接，水平安装在垂直滑台(2.2)中部；分离执行滑台(2.5)与水平丝杠(2.4)连接，水平安装在垂直滑台(2.2)的导柱上；力传感器(2.6)固定在分离执行滑台(2.5)左侧；定滑轮组(2.7)安装在分离执行滑台(2.5)右侧；线缆(2.11)一端与被测的分离脱落电连接器(6)的机械分离触发机构相连，另一端穿过定滑轮组(2.7)后与力传感器(2.6)相连；伺服电机(2.3)驱动水平丝杠(2.4)实现分离执行滑台(2.5)在垂直滑台(2.2)上的水平运动，产生分离驱动力；通过升降调整手轮(2.8)可调整垂直滑台(2.2)在垂直(Z)方向上的位置，并通过定滑轮组(2.7)使线缆(2.11)的方向与分离脱落电连接器(6)的轴线产生一定的角度，从而实现变角度的分离驱动力的测量。

2.根据权利要求1所述的一种分离脱落电连接器的负载分离性能测试装置，其特征在于：所述加载单元(3)的丝杠立柱(3.1)安装在机身(1)中部；水平支架(3.4)安装在丝杠立柱(3.1)上，可在垂直(Z)方向上移动和在X、Y平面上转动；压力加载器(3.5)安装在夹持器滑块(3.2)上；力指示器(3.3)与压力加载器(3.5)的上端相连；夹持器滑块(3.2)安装在水平支架(3.4)内的水平导向槽上，实现沿导向槽滑动，使压力加载器(3.5)在X、Y平面内以极坐标的方式来调整加载点及加载大小。