CN112557227A - 一种工业机器人电气接插件表面磨损检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业机器人电气接插件表面磨损检测方法及装置。目前电子及电气装备的失效中有70%是由于电子元器件的失效引起的,而这些故障中的40%是由于电气接插件的失效引起的。本发明采用可靠性加速试验,通过改变工作温度、插拔速度、插拔偏移量和偏移角对接插件表面进行检测,观察其表面磨损情况,通过粗糙度计算公式,能够较为方便地估算出在不同工况下接插件的粗糙度值,配合插拔力能够看出不同工况下接插件的电气性能的变化。并通过自制的清洁装置,清洗接插件表面从而延长接插件的使用寿命。该试验台具有测试内容丰富、测试结果精确,结构精简方便安装,操作简单易懂等特点。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域,尤其涉及一种工业机器人电气接插件表面磨损检测与磨屑清洁的方法与装置。
背景技术
工业机器人电气接插件作为一种基础电器元件,用于实现电信号的传输和控制以及电子与电气设备之间的电连接。工业机器人电气接插件的存在使得原本一个极大的结构分为多个相互连接的小部件,使大的系统结构变得模块化,变得更加灵活多变。其使用寿命和可靠性影响甚至决定着产品的控制系统、通讯系统、数据传输以及工作电压的稳定性。因此,通过一定的技术手段对接插件的使用寿命和可靠性进行检测,在短时间内检查其结构、材料等方面的技术缺陷,以此为根据对产品进行完善和升级,对于提高产品的性能和质量有着至关重要的作用。同时,通过对接插件的可靠性和使用寿命的测试,可以快速地知道产品的使用预期,对于有关接插件可靠性和寿命带来的问题和危险,给出产品的使用安全裕度。
目前电子及电气装备的失效中有70%是由于电子元器件的失效引起的,而这些故障中的40%是由于电气接插件的失效引起的,接插件失效表现为:接触对瞬断和接触电阻增大。一方面当有电流经过接插件时,接触电阻和金属材料导体产生焦耳热,使得接触表面金属软化、融合甚至沸腾,这使接触电阻增大引发接触失效。另一方面,在接插件工作时,伴随着插拔次数的增加,接触面摩擦产生的磨屑会停留在接触面间,不仅会增大接触电阻,还会在下一次插拔时对接触面造成二次磨损,使得接插件之间的接触压力不断减小,当接触压力减小到一定程度时,接触电阻会急剧增大,最终导致电接触不良,引发接触失效。在产品完成工作后,对接插件接触表面进行清洁,去除表面的碎屑,可以保持接插件的基础性能,增加接插件的使用寿命。专利号为201820514466.7提供了一种红外线检测电连接器微动磨损的装置,用于确定电连接器表面碎屑的分布情况,然而却只是对表面碎屑进行观测,无法有效解决这一问题。专利号为201921493880.5提供了一种能实现自清洁的电连接器组件,但该装置并没有办法观测接触面的磨损状况,具体清洁效果不能得到保证,无法作为接插件可靠性检测的参考依据。上述专利均在单一方向做出重点研究,但仍无法彻底解决接插件接触面间的碎屑问题,由此看来,检测接插件可靠性迫切需要既能观测接触面磨损状况,又能对其进行清洁的装置。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种工业机器人电气接插件表面磨损检测与磨屑清洁的方法与装置。是一种通过改变工作环境、插拔方式来检测接插件表面磨损状况以及磨屑清洁的方法与装置。该方法是一种将工业机器人电气接插件工作的环境温度、插拔速度、插拔次数等效为加速疲劳的可靠性加速测试方法与装置;是一种将插拔的偏移量和插拔的偏移角度等效为不同的插拔方式从而导致不同磨损状况的方法与装置;是一种通过激光散漫检测插针、插孔表面磨损状况的方法与装置;是一种能够对插针、插孔插拔后残留的磨屑进行清洁的方法与装置;是一种能够在不同的工况下优选出对于接插件粗糙度影响最小的最优组合参数的方法与装置。
本发明一种工业机器人电气接插件表面磨损检测与磨屑清洁的方法,具体步骤如下:
步骤一、设定初始状态如下:设定试验温度为T0,插拔速度为v0,插针与插接件母端的偏移量为x0,插针与插接件母端的偏移夹角θ0。
步骤二、设定插拔试验的过程如下:将插针与插接件母端在试验温度下,按照设定的偏移量、偏移夹角和插拔速度进行m次,m≥10。之后,使用激光散斑计量术检测插针表面进行粗糙度均值方根Ra。
步骤三、保持温度、插拔速度、偏移量、偏移夹角为初始状态,进行一次插拔试验,获得激光散斑计量术中得到的物光光强IO,0、参考光光强IR,0。
步骤四、保持插拔速度、偏移量、偏移夹角为初始状态,依次将试验温度调节为T1、T2、T3。每调节一次温度均进行一次插拔试验,每次插拔试验后,均测量插针表面的粗糙度均值方根Ra1、Ra2和Ra3。
步骤五、保持温度、偏移量、偏移夹角为初始状态,依次将插拔速度调节为v1、v2、v3。每调节一次插拔速度均进行一次插拔试验,每次插拔试验后,均测量插针表面的粗糙度均值方根Ra4、Ra5和Ra6。
步骤六、建立参观光波的复振幅R(x,y)、物光波的复振幅O(x,y)与插拔试验偏移量、偏移夹角的关系式。
步骤七、进行三组横向偏移模拟。设定三组横向偏移模拟的偏移量为x1、x2、x3;根据步骤六所得的关系式,得到三组横向偏移模拟参观光波的复振幅、物光波的复振幅,进而获得三组横向偏移模拟对应粗糙度均值方根Ra7、Ra8、Ra9。
步骤八、进行三组偏移角模拟。设定三组偏移角模拟的偏移角为θ1、θ2、θ3。根据步骤六所得的关系式,得到三组偏移角模拟参观光波的复振幅、物光波的复振幅,进而获得三组偏移角模拟对应粗糙度均值方根Ra10、Ra11和Ra12。
步骤九、建立接插件在不同工况下插拔m次后的插针表面粗糙度Ra的表达式如式(4)所示。
Ra=A+Bθ+Cx+DT+Ev+Fθ2+Gx2+HT2+Iv2+Jθx+kθT+Lθv (4)
其中,A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L均为待定系数。
将θ1、θ2、θ3;x1、x2、x3;T1、T2、T3;v1、v2、v3和Ra1、Ra2、Ra3、Ra4、Ra5、Ra6、Ra7、Ra8、Ra9、Ra10、Ra11和Ra12代入式(4)中求解出将式(4)中十二个待定系数。从而根据式(4)预测接插件在不同工况下插拔m次后的插针表面粗糙度。
作为优选,步骤二中,每插拔一次或多次后,对插接件母端的插孔进行一次磨屑清洁。
作为优选,步骤二中的激光散斑计量术具体如下:将初始光波分束为物光波和参考光波;物光波在插针表面反射后与参考光波干涉呈条纹,得到物光光强IO和参考光强IR;再根据物光光强IO和参考光强IR计算粗糙度均值方根Ra,具体过程如下:
①.建立对比度C的表达式如式(1)。
③.将对比度C代入式(1),求出插针表面粗糙度均值方根Ra。
作为优选,T1、T2、T3均在20℃~60℃的范围内。v1、v2、v3均在9mm/s~27mm/s的范围内。x1、x2、x3均在0μm~2μm的范围内。θ1、θ2、θ3均在0°~0.5°的范围内。
作为优选,步骤六的具体过程如下:建立参观光波的复振幅R(x,y)的表达式如式(2)所示,物光波的复振幅O(x,y)的表达式如式(3)所示,
其中,U、W为两个待定参数;j为虚数单位;α为入射光与插针的水平夹角;β为入射光与插针的竖直夹角;x为插针中心在坐标系中的X轴坐标,y为插针中心在坐标系中的Y轴坐标。λ1为参考光波的波长;λ2为物光波的波长。
取初始状态下插针轴线在水平面上的投影与物光反射镜反射到插针上的光波在水平面上的投影之间的夹角α0作为α;取初始状态下插针轴线在竖直面上的投影与物光反射镜反射到插针上的光波在竖直面上的投影之间的夹角β0作为β;计算步骤二中对应的参观光波复振幅物光波复振幅代入式(2)和(3)中,求出待定参数U和W。
作为优选,步骤七的具体过程如下:计算三组横向偏移模拟中入射光与插针的竖直夹角i=1,2,3;β0为初始状态时插针轴线在竖直面上的投影与物光反射镜反射到插针上的光波在竖直面上的投影之间的夹角;S为插针与观察屏的间距。
将三组横向偏移模拟对应的对比度Ci,0、物光与参考光光强之比di,0求出粗糙度均值方根Ra,得到三组横向偏移模拟对应粗糙度均值方根Ra7、Ra8、Ra9。
作为优选,步骤八的具体过程如下:计算三组偏移角模拟中入射光与插针的水平夹角αi=α0+2θi,i=1,2,3;α0为初始状态时插针轴线在水平面上的投影与物光反射镜6反射到插针上的光波在水平面上的投影之间的夹角;
将三组偏移角模拟对应的对比度C0,i、物光与参考光光强之比d0,i求出粗糙度均值方根Ra,得到三组横向偏移模拟对应粗糙度均值方根Ra10、Ra11和Ra12。
本发明一种工业机器人电气接插件表面磨损检测与磨屑清洁装置,包括试验箱、接插件插拔模块、风机加热器和表面粗糙度检测模块。所述的接插件插拔模块用于驱动插接件按照设定的插拔速度进行重复插拔。
所述的表面检测模块包括激光发射器、分束镜、物光透镜、参考光反射镜、参考光透镜、物光反射镜和观察屏;激光发射器、分束镜、物光透镜、参考光反射镜和参考光透镜安装在接插件插拔模块的母端夹具的一侧;物光反射镜和观察屏安装在接插件插拔模块的母端夹具的另一侧;参考光透镜及观察屏均与母端夹具对齐。激光发射器射出的初始光波经分束镜分为两束,分别为物光波和参观光波。物光波、参观光波分别射向物光透镜、参考光反射镜;物光波穿过物光透镜时发生分散,并照射到物光反射镜;参观光波照射到插接件靠近观察屏的一侧,再由插接件反射到观察屏上。分束镜反射出的那束激光经参考光反射镜反射后,经参考光透镜分散成两道光波后直接照射到观察屏上。
作为优选,本发明一种工业机器人电气接插件表面磨损检测与磨屑清洁装置还包括清洁模块;所述的清洁模块由桁架、横向滑台、升降气缸、注射滑台和微型注射器。桁架呈门形,两侧竖支架的底端与试验箱的台面固定。顶部的横梁位于接插件插拔模块的上方。水平设置的横向滑台安装在桁架的顶部横梁上,由电机驱动滑移块滑动。升降气缸的缸体顶端与横向滑台的滑移块通过连接架固定。升降气缸的活塞杆外端朝下设置。注射滑台安装在升降气缸的活塞杆底端,且倾斜设置。注射滑台由电机驱动滑移块滑动。微型注射器的针筒安装在注射滑台上,针尖倾斜朝下设置。微型注射器的活塞杆与注射滑台上的滑移块固定,使得注射滑台上的滑移块滑动能够驱动微型注射器注射或回抽液体。微型注射器的针尖能够移动到插接件母端的开口处。
磨屑清洁的具体过程如下:横向滑台带动微型注射器横向移动,使得微型注射器的针尖移动到插接件母端的插孔端部的正上方;之后,升降气缸带动微型注射器向下移动,使得微型注射器的针尖与插接件母端的插孔对齐。接着,注射滑台推动注射器的活塞柄,将注射器中的清洁液注入插件件母端的插孔内,由于液体的表面张力,清洁液吸附表面的磨屑;再通过注射滑台拉回注射器的活塞柄,将附着磨屑的清洁液吸回微型注射器的针筒中,用风机加热器将接插件母端的表面吹干。
作为优选,所述的接插件插拔模块包括插拔电动滑台、微型电动旋转台、公端L板、公端夹具、母端夹具、三向力传感器和母端L板。插拔电动滑台包括两根导轨、两块动滑块、两块定滑块、伺服电机、同步轮和同步带。两根导轨间隔固定在试验箱上。相互对齐的两块动滑块分别滑动安装的两根导轨上,且通过动连接板固定。相互对齐的两块定滑块分别滑动安装的两根导轨上,且通过定连接板固定。两块定滑块能够通过紧顶螺钉与导轨固定。两个同步轮均支承在试验箱上,且分别位于导轨的两端。两个同步轮通过同步带连接。伺服电机固定在试验箱上,输出轴与其中一个同步轮固定。所述的微型电动旋转台安装在动连接板上;微型电动旋转台的转动盘的转动轴线竖直设置。公端L板安装在微型电动旋转台的转动盘上。公端夹具安装在公端L板上。母端L板安装在动连接板上;三向力传感器安装在母端L板上;母端夹具安装在三向力传感器。母端夹具用于夹持插接件母端;公端夹具用于夹持插针。
本发明具有的有益效果:
1、本发明利用初始条件下进行试验得到的物光光强和参考光强,模拟出得到不同偏移量、偏移角度下的插针粗糙度,简化了试验,提高了检测效率。
2、本发明采用可靠性加速试验,通过改变工作温度、插拔速度、插拔偏移量和偏移角对接插件表面进行检测,观察其表面磨损情况,通过粗糙度计算公式,能够较为方便地估算出在不同工况下接插件的粗糙度值,配合插拔力能够看出不同工况下接插件的电气性能的变化。并通过自制的清洁装置,清洗接插件表面从而延长接插件的使用寿命。该试验台具有测试内容丰富、测试结果精确,结构精简方便安装,操作简单易懂等特点。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图。
图2为本发明中接插件插拔模块的侧面示意图。
图3位本发明的俯视示意图(展示表面粗糙度检测模块);
图4为本发明中表面粗糙度检测模块用激光散斑计量术测量粗糙度的原理图;
图5为本发明中清洁模块的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1、2、3、4和5所示,一种工业机器人电气接插件表面磨损检测与磨屑清洁装置,包括试验箱24(顶部的箱壳被隐藏)、接插件插拔模块Ⅰ、风机加热器8、表面粗糙度检测模块Ⅱ和清洁模块Ⅲ。接插件插拔模块、表面检测模块及风机加热器8均通过隔热板9安装在试验箱24上。风机加热器8朝向接插件插拔模块,用于调节插接件的温度。
接插件插拔模块包括插拔电动滑台、微型电动旋转台13、公端L板14、公端夹具15、母端夹具16、三向力传感器17和母端L板18。插拔电动滑台包括两根导轨、两块动滑块12、两块定滑块11、伺服电机10、同步轮和同步带。两根导轨间隔固定在试验箱24上。相互对齐的两块动滑块12分别滑动安装的两根导轨上,且通过动连接板固定。相互对齐的两块定滑块11分别滑动安装的两根导轨上,且通过定连接板固定。两块定滑块11能够通过紧顶螺钉与导轨固定。两个同步轮均支承在试验箱24上,且分别位于导轨的两端。两个同步轮通过同步带连接。伺服电机10固定在试验箱24上,输出轴与其中一个同步轮固定。
微型电动旋转台13安装在动连接板上;微型电动旋转台13的转动盘的转动轴线竖直设置。公端L板14安装在微型电动旋转台13的转动盘上。公端夹具15安装在公端L板14上。母端L板18安装在动连接板上;三向力传感器17安装在母端L板18上;母端夹具16安装在三向力传感器17。母端夹具16用于夹持插接件母端26;公端夹具15用于夹持插针25。母端夹具16的夹持口与公端夹具15的夹持口相互位置对应。插拔电动滑台能够带动公端夹具15上的插针25插上插接件母端26。微型电动旋转台13能够带动公端夹具15绕竖直轴线转动,使得插针25发生倾斜,插针25与插接件母端26以一定的夹角插接在一起。
表面检测模块包括激光发射器1、分束镜2、物光透镜3、参考光反射镜4、参考光透镜5、物光反射镜6和观察屏7;激光发射器1、分束镜2、物光透镜3、参考光反射镜4和参考光透镜5安装在接插件插拔模块的母端夹具16的一侧;物光反射镜6和观察屏7安装在接插件插拔模块的母端夹具16的另一侧;参考光透镜5及观察屏7均与母端夹具16对齐。分束镜2的镜面与激光发射器1射出的激光成45°角,在分束镜与激光发射器同一直线上有一个与激光发射器1射出的激光垂直的物光透镜3以及一个与激光发射器1射出的激光成45°的平面的参考光反射镜4。
激光发射器1射出的初始光波经分束镜2分为两束,分别为物光波和参观光波。物光波、参观光波分别射向物光透镜3、参考光反射镜4;物光波穿过物光透镜3时发生分散,并照射到物光反射镜6;参观光波照射到插接件靠近观察屏7的一侧,再由插接件反射到观察屏7上。分束镜2反射出的那束激光经参考光反射镜4反射后,经参考光透镜5分散成两道光波后直接照射到观察屏7上。
清洁模块由桁架21、横向滑台22、升降气缸23、注射滑台19和微型注射器20。桁架21呈门形,两侧竖支架的底端与试验箱24的台面固定。顶部的横梁位于接插件插拔模块的上方。水平设置的横向滑台22安装在桁架21的顶部横梁上,由电机驱动滑移块滑动。升降气缸23的缸体顶端与横向滑台22的滑移块通过连接架固定。升降气缸23的活塞杆外端朝下设置。注射滑台19安装在升降气缸23的活塞杆底端,且倾斜设置。注射滑台19由电机驱动滑移块滑动。微型注射器20的针筒安装在注射滑台19上,针尖倾斜朝下设置。微型注射器20的活塞杆与注射滑台19上的滑移块固定,使得注射滑台19上的滑移块滑动能够驱动微型注射器20注射或回抽液体。微型注射器20的针尖能够移动到插接件母端26的开口处。
一种工业机器人电气接插件表面磨损检测与磨屑清洁的方法,具体步骤如下:
步骤一、设定初始状态如下:设定试验温度为T0,T0=20℃,插拔速度为v0,v0=9mm/s,插针25与插接件母端26的偏移量为x0,x0=0μm,插针25与插接件母端26的偏移夹角θ0,θ0=0μm。
步骤二、设定插拔试验的过程如下:
(1)将插针25、插接件母端26分别安装在公端夹具15、母端夹具16上。
(2)通过控制风机加热器调节试验箱24内温度为试验温度;驱动插拔电动滑台上的动滑块往复滑动,使得插针25与插接件母端26按照插拔速度进行来回插拔。插拔的同时,使用三向力传感器实时记录插拔力的数值,从而获取随着插拔次数的增加,三向力数值大小对变化趋势。
每插拔s次,清洁模块插接件母端26的插孔进行一次磨屑清洁,去除插针25和插孔内的微屑,防止进行二次摩擦,s=10。磨屑清洁的具体过程如下:横向滑台22带动微型注射器20横向移动,使得微型注射器20的针尖移动到插接件母端26的插孔端部的正上方;之后,升降气缸23带动微型注射器20向下移动,使得微型注射器20的针尖与插接件母端26的插孔对齐。接着,注射滑台19推动注射器的活塞柄,将注射器中的清洁液注入插件件母端的插孔内,由于液体的表面张力,清洁液吸附表面的磨屑;再通过注射滑台19拉回注射器的活塞柄,将附着磨屑的清洁液吸回微型注射器20的针筒中,用风机加热器8将接插件母端的表面吹干。完成后将磨屑清洁组件调整为初始状态(复位)。
(3)当插拔到q次时,将插针25和插接件母端26分离,q=100。表面检测模块通过激光散斑计量术测量和计算出粗糙度均值方根Ra。
测量粗糙度均值方根Ra的具体过程如下:
①.建立对比度C的表达式如式(1)。式(1)中含有粗糙度Ra,在已知对比度C的情况下,通过求解式(1)即可获得粗糙度Ra。
式(1)中,k=exp(iO/λS);i为虚数单位,O为物光与参考光的位相差;λ为初始光波的光强度;S为被测物体表面中心至观察屏的距离;d为物光与参考光光强之比,即IO为物光光强;IR为参考光强;IO和IR均在观察屏测量得到。
③.将求出的对比度C和物光与参考光光强之比d代入式(1),求出插针表面粗糙度的Ra。
步骤三、保持温度、插拔速度、偏移量、偏移夹角为初始状态,进行一次插拔试验,获得插针表面的粗糙度均值方根为Ra0、测量时物光波的光强IO,0、参考光波的光强IR,0。
步骤四、保持插拔速度、偏移量、偏移夹角为初始状态,依次将试验箱24内的温度调节为T1、T2、T3。T1、T2、T3均在20℃~60℃的范围内。每调节一次温度均进行一次插拔试验,每次插拔试验后,均测量插针表面的粗糙度均值方根为Ra1、Ra2和Ra3。
步骤五、保持温度、偏移量、偏移夹角为初始状态,依次将插拔速度调节为v1、v2、v3。v1、v2、v3均在9mm/s~27mm/s的范围内。每调节一次插拔速度均进行一次插拔试验,每次插拔试验后,均测量插针表面的粗糙度均值方根Ra4、Ra5和Ra6。
步骤六、建立参观光波的复振幅R(x,y)的表达式如式(2)所示,物光波的复振幅O(x,y)的表达式如式(3)所示,
其中,U、W为两个待定参数;j为虚数单位;α为入射光与插针的水平夹角;β为入射光与插针的竖直夹角;x为插针中心在一个三维绝对坐标系中的X轴坐标,y为插针中心在一个三维绝对坐标系中的Y轴坐标。λ1为参考光波的波长;λ2为物光波的波长。
待定参数U和W的优化求解过程如下:
取初始状态下插针轴线在水平面上的投影与物光反射镜6反射到插针上的光波在水平面上的投影之间的夹角α0作为α;取初始状态下插针轴线在竖直面(经过插接件母端轴线)上的投影与物光反射镜6反射到插针上的光波在竖直面上的投影之间的夹角β0作为β;并将步骤三测量得到的IO,0和IR,0经开根号后所得到的参观光波的复振幅物光波的复振幅代入式(2)和(3)中,求出待定参数U和W。
步骤七、进行三组横向偏移模拟试验。设定三组横向偏移模拟试验的偏移量为x1、x2、x3。x1、x2、x3均在0μm~2μm的范围内。
计算三组横向偏移模拟试验中入射光与插针的竖直夹角i=1,2,3;β0为初始状态时插针轴线在竖直面(经过插接件母端轴线)上的投影与物光反射镜6反射到插针上的光波在竖直面上的投影之间的夹角;S为插针与观察屏7的间距。
将三组横向偏移模拟试验对应的对比度Ci,0、物光与参考光光强之比di,0分别代入式(1)对粗糙度均值方根Ra进行求解,得到三组横向偏移模拟试验对应粗糙度均值方根Ra7、Ra8、Ra9。
步骤八、进行三组偏移角模拟试验。设定三组偏移角模拟试验的偏移角为θ1、θ2、θ3。θ1、θ2、θ3均在0°~0.5°的范围内。
计算三组偏移角模拟试验中入射光与插针的水平夹角αi=α0+2θi,i=1,2,3;α0为初始状态时插针轴线在水平面上的投影与物光反射镜6反射到插针上的光波在水平面上的投影之间的夹角;
将三组偏移角模拟试验对应的对比度C0,i、物光与参考光光强之比d0,i分别代入式(1)对粗糙度均值方根Ra进行求解,得到三组横向偏移模拟试验对应粗糙度均值方根Ra10、Ra11和Ra12。
步骤九、建立接插件在不同工况下插拔100次后的插针表面粗糙度Ra的表达式如式(4)所示。
Ra=A+Bθ+Cx+DT+Ev+Fθ2+Gx2+HT2+Iv2+Jθx+kθT+Lθv (4)
其中,θ为接插件插拔时的偏移角度,x为接插件插拔时的偏移量,T为接插件插拔时的环境温度;v为接插件的插拔速度;A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L均为待定系数,其具体取值的优化求解过程如下:
将θ1、θ2、θ3;x1、x2、x3;T1、T2、T3;v1、v2、v3和Ra1、Ra2、Ra3、Ra4、Ra5、Ra6、Ra7、Ra8、Ra9、Ra10、Ra11和Ra12按照实验中的对应关系代入式(4)中,具体如下:
解方程组,将式(4)中十二个待定系数(即A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L)求出,从而得到一个能够根据偏移角度、偏移量、环境温度和插拔速度预测插拔100次后插针粗糙度的表达式。
Claims (10)
1.一种工业机器人电气接插件表面磨损检测方法,其特征在于:步骤一、设定初始状态如下:设定试验温度为T0,插拔速度为v0,插针与插接件母端的偏移量为x0,插针与插接件母端的偏移夹角θ0;
步骤二、设定插拔试验的过程如下:将插针与插接件母端在试验温度下,按照设定的偏移量、偏移夹角和插拔速度进行m次,m≥10;之后,使用激光散斑计量术检测插针表面进行粗糙度均值方根Ra;
步骤三、保持温度、插拔速度、偏移量、偏移夹角为初始状态,进行一次插拔试验,获得激光散斑计量术中得到的物光光强IO,0、参考光光强IR,0;
步骤四、保持插拔速度、偏移量、偏移夹角为初始状态,依次将试验温度调节为T1、T2、T3;每调节一次温度均进行一次插拔试验,每次插拔试验后,均测量插针表面的粗糙度均值方根Ra1、Ra2和Ra3;
步骤五、保持温度、偏移量、偏移夹角为初始状态,依次将插拔速度调节为v1、v2、v3;每调节一次插拔速度均进行一次插拔试验,每次插拔试验后,均测量插针表面的粗糙度均值方根Ra4、Ra5和Ra6;
步骤六、建立参观光波的复振幅R(x,y)、物光波的复振幅O(x,y)与插拔试验偏移量、偏移夹角的关系式;
步骤七、进行三组横向偏移模拟;设定三组横向偏移模拟的偏移量为x1、x2、x3;根据步骤六所得的关系式,得到三组横向偏移模拟参观光波的复振幅、物光波的复振幅,进而获得三组横向偏移模拟对应粗糙度均值方根Ra7、Ra8、Ra9;
步骤八、进行三组偏移角模拟;设定三组偏移角模拟的偏移角为θ1、θ2、θ3;根据步骤六所得的关系式,得到三组偏移角模拟参观光波的复振幅、物光波的复振幅,进而获得三组偏移角模拟对应粗糙度均值方根Ra10、Ra11和Ra12;
步骤九、建立接插件在不同工况下插拔m次后的插针表面粗糙度Ra的表达式如式(4)所示;
Ra=A+Bθ+Cx+DT+Ev+Fθ2+Gx2+HT2+Iv2+Jθx+kθT+Lθv (4)
其中,A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L均为待定系数;
将θ1、θ2、θ3;x1、x2、x3;T1、T2、T3;v1、v2、v3和Ra1、Ra2、Ra3、Ra4、Ra5、Ra6、Ra7、Ra8、Ra9、Ra10、Ra11和Ra12代入式(4)中求解出将式(4)中十二个待定系数;从而根据式(4)预测接插件在不同工况下插拔m次后的插针表面粗糙度。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人电气接插件表面磨损检测方法,其特征在于:步骤二中,每插拔一次或多次后,对插接件母端的插孔进行一次磨屑清洁。
4.根据权利要求1所述的一种工业机器人电气接插件表面磨损检测方法,其特征在于:T1、T2、T3均在20℃~60℃的范围内;v1、v2、v3均在9mm/s~27mm/s的范围内;x1、x2、x3均在0μm~2μm的范围内;θ1、θ2、θ3均在0°~0.5°的范围内。
5.根据权利要求1所述的一种工业机器人电气接插件表面磨损检测方法,其特征在于:步骤六的具体过程如下:建立参观光波的复振幅R(x,y)的表达式如式(2)所示,物光波的复振幅O(x,y)的表达式如式(3)所示,
其中,U、W为两个待定参数;j为虚数单位;α为入射光与插针的水平夹角;β为入射光与插针的竖直夹角;x为插针中心在坐标系中的X轴坐标,y为插针中心在坐标系中的Y轴坐标;λ1为参考光波的波长;λ2为物光波的波长;
8.一种工业机器人电气接插件表面磨损检测装置,包括试验箱、接插件插拔模块、风机加热器和表面粗糙度检测模块;其特征在于:所述的接插件插拔模块用于驱动插接件按照设定的插拔速度进行重复插拔;
所述的表面检测模块包括激光发射器、分束镜、物光透镜、参考光反射镜、参考光透镜、物光反射镜和观察屏;激光发射器、分束镜、物光透镜、参考光反射镜和参考光透镜安装在接插件插拔模块的母端夹具的一侧;物光反射镜和观察屏安装在接插件插拔模块的母端夹具的另一侧;参考光透镜及观察屏均与母端夹具对齐;激光发射器射出的初始光波经分束镜分为两束,分别为物光波和参观光波;物光波、参观光波分别射向物光透镜、参考光反射镜;物光波穿过物光透镜时发生分散,并照射到物光反射镜;参观光波照射到插接件靠近观察屏的一侧,再由插接件反射到观察屏上;分束镜反射出的那束激光经参考光反射镜反射后,经参考光透镜分散成两道光波后直接照射到观察屏上。
9.根据权利要求8所述的一种工业机器人电气接插件表面磨损检测装置,其特征在于:还包括清洁模块;所述的清洁模块由桁架、横向滑台、升降气缸、注射滑台和微型注射器;桁架呈门形,两侧竖支架的底端与试验箱的台面固定;顶部的横梁位于接插件插拔模块的上方;水平设置的横向滑台安装在桁架的顶部横梁上,由电机驱动滑移块滑动;升降气缸的缸体顶端与横向滑台的滑移块通过连接架固定;升降气缸的活塞杆外端朝下设置;注射滑台安装在升降气缸的活塞杆底端,且倾斜设置;注射滑台由电机驱动滑移块滑动;微型注射器的针筒安装在注射滑台上,针尖倾斜朝下设置;微型注射器的活塞杆与注射滑台上的滑移块固定,使得注射滑台上的滑移块滑动能够驱动微型注射器注射或回抽液体;微型注射器的针尖能够移动到插接件母端的开口处;
磨屑清洁的具体过程如下:横向滑台带动微型注射器横向移动,使得微型注射器的针尖移动到插接件母端的插孔端部的正上方;之后,升降气缸带动微型注射器向下移动,使得微型注射器的针尖与插接件母端的插孔对齐;接着,注射滑台推动注射器的活塞柄,将注射器中的清洁液注入插件件母端的插孔内,由于液体的表面张力,清洁液吸附表面的磨屑;再通过注射滑台拉回注射器的活塞柄,将附着磨屑的清洁液吸回微型注射器的针筒中,用风机加热器将接插件母端的表面吹干。
10.根据权利要求8所述的一种工业机器人电气接插件表面磨损检测装置,其特征在于:所述的接插件插拔模块包括插拔电动滑台、微型电动旋转台、公端L板、公端夹具、母端夹具、三向力传感器和母端L板;插拔电动滑台包括两根导轨、两块动滑块、两块定滑块、伺服电机、同步轮和同步带;两根导轨间隔固定在试验箱上;相互对齐的两块动滑块分别滑动安装的两根导轨上,且通过动连接板固定;相互对齐的两块定滑块分别滑动安装的两根导轨上,且通过定连接板固定;两块定滑块能够通过紧顶螺钉与导轨固定;两个同步轮均支承在试验箱上,且分别位于导轨的两端;两个同步轮通过同步带连接;伺服电机固定在试验箱上,输出轴与其中一个同步轮固定;所述的微型电动旋转台安装在动连接板上;微型电动旋转台的转动盘的转动轴线竖直设置;公端L板安装在微型电动旋转台的转动盘上;公端夹具安装在公端L板上;母端L板安装在动连接板上;三向力传感器安装在母端L板上;母端夹具安装在三向力传感器;母端夹具用于夹持插接件母端;公端夹具用于夹持插针。
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