CN112834919A - 一种高危仿真辅助测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高危仿真辅助测试装置，包括框架、智能控制器、测试机构和电源；智能控制器、测试机构和电源固定安装在框架内，电源电连接智能控制器和测试机构；智能控制器连接待测继电器产品和PC端，测试机构对待测继电器产品进行按压测试，采集数据通过智能控制器传输至PC端进行分析。基于智能控制器的仿真测试装置可以24小时不间断的进行按压测试，同时完成继电器机械损伤和电气损坏的自动验证，可以全自动的同时完成所有被测继电器产品的寿命检测，并精确统计出每一个继电器产品的有效动作此时，实现继电器产品可靠性验证的一次性全自动完成。

Description

一种高危仿真辅助测试装置

技术领域

本发明涉及产品测试技术领域，更具体的说是涉及一种高危仿真辅助测试装置。

背景技术

测试工具是工业产品可靠性验证的重要手段，目前，工业用继电器产品的可靠性验证，需要百万次级别的动作测试，而这样的测试通过人力完成，成本和耗时都过大。当前已经产品化的类似测试工具为：按键寿命试验机。此类产品能够试验出一批产品中最差的按键寿命，每次的产品测试数量为4～8个，但是无法实现自动记录全部被测产品都损坏时，每个产品的按压次数。因此也就无法依据测试的数据，通过数学公式估算产品平均失效率，获得批量产品的可靠性指标。

因此，如何实现全自动的同时完成所有被测样品的寿命检测，并且精确的统计出每一个样品的有效动作次数，辅助获得产品可靠性是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高危仿真辅助测试装置，基于智能控制器的仿真测试装置可以24小时不间断的进行按压测试，同时完成继电器机械损伤和电气损坏的自动验证，机械损伤包括继电器内部簧片断裂和继电器按键发生损伤，会导致继电器不能完成按压动作，可以在仿真测试过程中检测继电器是否可以完成按压和弹回动作判断是否发生机械损伤；电气损坏是继电器内部电路发生损坏导致不能跟随开关动作完成导通或断开功能，通过检测其导通状态判断是否发生电气损坏；可以全自动的同时完成所有被测继电器产品的寿命检测，并精确统计出每一个继电器产品的有效动作此时，实现继电器产品可靠性验证的一次性全自动完成。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高危仿真辅助测试装置，用于待测继电器产品仿真测试，包括：框架、智能控制器和测试机构；所述智能控制器和所述测试机构固定安装在所述框架内，所述智能控制器电连接所述测试机构，控制所述测试机构施加测试按压操作；所述测试机构对所述待测继电器产品进行所述测试按压操作；所述智能控制器连接所述待测继电器产品，采集所述待测继电器产品的有效按压次数。所述智能控制器的数字量采集端口连接所述待测继电器产品，检测所述待测继电器产品的阻抗变化，判断所述待测继电器产品的导通和断开，计数所述待测继电器产品的有效按压次数，即获得所述待测继电器产品的电气耐久度的一种量化表示，电气耐久度即表示不发生电气损坏的最多开关次数。

优选的，所述测试机构包括若干组连杆和电机；所述电机的输出端固定连接所述连杆，所述连杆上间隔设置有若干凸轮；所述电机固定在所述框架内与所述智能控制器和所述电源相邻的一侧边，所述连杆通过连接件旋转连接在所述框架内；每组所述连杆间隔设置，所述连杆上相邻的所述凸轮安装方向相反；所述电机电连接所述智能控制器。两组连杆之间设置相对的两排所述待测继电器产品，随着连杆转动，相邻两组连杆上安装方向相反的两组凸轮同时按压对应的所述待测继电器产品，可以有效防止因为所述待测继电器产品一直受到同一方向的按压力，从而推动所述待测继电器产品的固定杆，导致所述凸轮与所述待测继电器产品的距离越来越远，同时所述待测继电器产品的固定杆同时受到相反方向的两个力，可以减小形变，保证待测继电器产品的按钮每次都被有效按压。所述测试机构能够提供不间断的按键动作，通过调整所述电机转速可以调整按键速度；通过更换不同尺寸的图论能够适应不同行程的所述待测继电器产品的开关。所述框架提供安装支撑，能够保护其他部件，并且便于多个装置存储码放，所述框架不采用蒙皮，方便搬运。

优选的，所述框架内还设置有测试工位，在所述测试工位上固定安装待测继电器产品，所述测试工位位于两组所述连杆之间；所述待测继电器产品的开关端位于靠近所述连杆上所述凸轮的一侧，并且每个所述待测继电器产品的所述开关端对应一个所述凸轮。

优选的，所述智能控制器包括计数器和通讯模块；所述智能控制器通过所述通讯模块连接PC端；所述计数器电连接所述待测继电器产品的输出端，测量所述输出端的输出电阻，所述输出电阻随所述开关端的开关发生一次跳变，两次所述跳变的时间间隔定义为1个周期；当测量到一个周期跳变时，所述计数器计数值加1，并且判定当前被测继电器产品处于正常工作状态；当所述周期跳变突然消失超过3个周期，则判定所述当前被测继电器产品处于故障状态，停止计数，当前计数值记录为所述当前被测继电器产品的按压次数；一次仿真测试直至所有所述待测继电器产品全部停止计数为止；所有所述待测继电器产品的所述按压次数通过所述通讯模块传输至所述PC端。所述智能控制器能够测量每一个所述待测继电器产品输出端的阻抗变化情况，并根据阻抗变化完成计数，同时可以为所述待测继电器产品的输出端提供电压，仿真测试所述待测继电器产品触点的电气耐久度。每个所述智能控制器能够同时测量9个所述待测继电器产品的合计18组输出端的阻抗变化。

优选的，所述PC端设置有评估模块，所述评估模块根据所有所述待测继电器产品的所述按压次数计算平均失效率。

优选的，通过滑动调节所述连接件，调节所述凸轮与所述待测继电器产品之间的距离。能够适应不同尺寸的所述待测继电器产品。

优选的，所述凸轮前端侧面为大直径半圆，后端侧面为小直径半圆，所述连杆穿过所述后端固定所述凸轮。转动所述连杆，通过所述凸轮将转动转变为对所述待测继电器产品的开关端施加仿生按压力，从而按动开关，完成对所述待测继电器产品的按压动作。

优选的，所述框架为铝合金框架。

优选的，还包括电源，所述电源电连接所述智能控制器和所述测试机构进行供电，所述电源加装漏电保护器，防止发生触电危险。

优选的，所述测试机构为电磁锤，通过连杆固定在所述框架内，所述电磁锤电连接所述智能控制器；两组相邻所述连杆上固定的所述电磁锤相对方向固定，两组相邻所述连杆之间通过固定杆安装两排相对设置的所述待测继电器产品，所述待测继电器产品与所述电磁锤位置相对应。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高危仿真辅助测试装置，在框架中固定设置智能控制器、电源和由凸轮、连杆、电机组成的测试机构，用于批量测试继电器产品的使用寿命，估计平均失效率。一组框架中可以设置若干组智能控制器、电源和测试结构，一组测试结构能够对应测试若干继电器产品，将继电器产品安装在测试工位上，位于两组测试机构之间，其中继电器产品的开关对应凸轮位置，电机带动连杆转动，连杆带动凸轮转动，凸轮的结构使得向继电器产品开关施加仿真按压力，从而实现自动按压开关，继电器产品的输出端连接智能控制器，在智能控制器统计继电器产品使用寿命期间的按压次数，并传输至PC端，在PC端进行评估，获得该批继电器产品的平均失效率，获得可靠性指标。另外电源为本发明的装置提供电能，智能控制器还能控制电机转速，从而控制测试过程中的按压频率。同时智能控制器连接继电器产品为其输出端提供电压，用于仿真测试继电器触点的电气耐久度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的继电器产品仿真测试装置整体结构示意图；

图2附图为本发明提供的测试机构结构示意图；

图3附图为本发明提供的凸轮侧视图；

图4附图为本发明提供的实施例一次曲线示意图。

附图中：1-框架，2-智能控制器，3-电源，41-凸轮，42-连杆，43-电机，5-待测继电器产品。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种高危仿真辅助测试装置，包括：框架1、智能控制器2和测试机构；智能控制器2和测试机构固定安装在框架1内，智能控制器2电连接测试机构，控制测试机构施加测试按压操作；测试机构对待测继电器产品进行测试按压操作；智能控制器2连接待测继电器产品5，采集待测继电器产品的有效按压次数。

为了进一步优化上述技术方案，测试机构包括若干组连杆42和电机43；电机43的输出端固定连接连杆42，连杆42上间隔设置有若干凸轮41；电机43固定在框架1内与智能控制器2和电源3相邻的一侧边，连杆42通过连接件旋转连接在框架1内；每组连杆42间隔设置，连杆42上相邻的凸轮41安装方向相反；电机43电连接智能控制器2。

为了进一步优化上述技术方案，框架1内还设置有测试工位，在测试工位上固定安装待测继电器产品5，测试工位位于两组连杆42之间；待测继电器产品5的开关端位于靠近连杆42上凸轮41的一侧，并且每个待测继电器产品5的开关端对应一个凸轮41。

为了进一步优化上述技术方案，智能控制器2包括计数器和通讯模块；智能控制器2通过通讯模块连接PC端；计数器电连接待测继电器产品5的输出端，测量输出端的输出电阻，输出电阻随开关端的开关发生一次跳变，两次跳变的时间间隔定义为1个周期；当测量到一个周期跳变时，计数器计数值加1，并且判定当前被测继电器产品处于正常工作状态；当周期跳变突然消失超过3个周期，则判定当前被测继电器产品处于故障状态，停止计数，当前计数值记录为当前被测继电器产品的按压次数；一次仿真测试直至所有待测继电器产品5全部停止计数为止；所有待测继电器产品5的按压次数通过通讯模块传输至PC端。

为了进一步优化上述技术方案，PC端设置有评估模块，评估模块根据所有待测继电器产品5的按压次数计算平均失效率。

为了进一步优化上述技术方案，通过滑动调节连接件，调节凸轮41与待测继电器产品5之间的距离。

为了进一步优化上述技术方案，凸轮41前端侧面为大直径半圆，后端侧面为小直径半圆，连杆42穿过后端固定凸轮41。

为了进一步优化上述技术方案，框架1为铝合金框架。

为了进一步优化上述技术方案，还包括电源3，电源3电连接智能控制器2和测试机构进行供电，电源3加装有漏电保护器。

为了进一步优化上述技术方案，测试机构为电磁锤，通过连杆固定在框架1内，电磁锤电连接智能控制器2；两组相邻连杆上固定的电磁锤相对方向固定，两组相邻连杆之间通过固定杆安装两排相对设置的待测继电器产品5，待测继电器产品5与电磁锤位置相对应。

实施例1

继电器仿真测试装置包括智能控制器、电源、铝合金框架、电机、连杆和凸轮；铝合金框架作为支撑结构，用于安装其他部件；智能控制器型号为S7-200CN，连接电源和电机，电机连接连杆，凸轮设置在连杆上，铝合金框架内设置有测试工位，用于安装继电器产品，测试工位与连杆上的凸轮相对应，可调整连杆位置，令凸轮转动能够对继电器开关施加按压力。其中一个智能控制器可同时连接9个继电器，装置连续测试可超过数百万次(260万次/月)，能够独立距每个继电器的机械电气寿命。

在涉及整套控制系统仿真测试中，本发明的继电器仿真测试装置可以用于辅助测试开关按钮部分，可以进行自动测试，测试的结果将作为整套控制系统的测试结果的一部分，测试开关性能，整套控制系统可以包括：传感器(测量温度、压力、流量等等)、控制器(逻辑计算单元)、执行器(阀门、泵、电机等等)、按钮(继电器)、报警器(警报、闪光灯等等)。本发明的继电器仿真测试装置测试的开关部分可能用于高危工业过程控制，本发明可以用于进行开关部分的极限疲劳测试，验证产品最大的耐用性能，得到在高度危险环境下，能够可靠运行的最长时间(用按键次数表示)，保证工业控制过程的稳定可靠。

为了统计每一个被测继电器的动作次数，采用智能控制器对继电器的输出端进行输出电阻的测量，当检测到一个周期性跳变的电阻值时，判定该测量端连接了一个被测产品，且被测产品处于正常工作状态。当周期性跳变突然消失超过3个周期(将原来两次跳变的时间间隔定义为1个周期)，就判定该端口连接的被测产品发生故障(寿命终结)，记录该被测产品的按压次数并停止对该被测产品的测量计数。最终直到全部的被测产品全部发生故障后，停止全部的测量计数。测量计数能够通过智能控制器设置的通信装置传递到电脑上，并且通过随机附带的计算工具，完成数学估算，获得产品的平均失效率(可靠性指标)。

参照IEC 60947-1-2014附录K的标准。引用威布尔分析法，进行平均失效率计算，计算方法如下：

选择15个测试样本，带电按压测试，当故障发生时，记录已经测试的次数t_i，全部样本故障后，按照测试次数排序，并进行计算。

接下来使用公式计算数据的变化比例r²：

其中：

x_i＝ln(t_i)；

F(t_i)为中位秩；

为x_i的平均值；

为y_i的平均值；i代表故障序号，n代表测试样本数；

当r²＞0.99时，就采用图像拟合的方法进行估算，通过绘图求解一次函数的系数。本例中计算得到r²＝0.99767。

那么就可以将15组(x_i，y_i)在1×1威布尔纸或对数纸上绘制点，并拟合直线(即绘制一条与这些点的距离绝对值之和最小的一条直线)，如图4所示，(x_ln，y_1n)表示直线所在坐标系的横纵坐标，为两个相关联的变量，通过计算直线回归函数以获得直线的方程：

得到

和b，

为上述直线的斜率，b为上述直线与y轴的交点纵坐标值；(直线通过Excel表格的一个内嵌函数调用即可画出，并自动得出直线的参数)

根据

和b进而通过公式计算

至此计算获得了威布尔参数

出现10％的产品失效时，计算这种情况下的参数：

h₁＝ln[-ln(0.9)]；

A₄＝0.49q-0.134+0.622q^-1；

A₅＝0.2445(1.78-q)(2.25+q)；

A₆＝0.029-1.083ln(1.325q)；

x＝0.2533；

其中，n表示测试的样本数；r表示失效次数；B_10|下限的值被认为是使用寿命，而λ_u的值被认为是每次操作的故障率上限，即可以被认为是平均失效率。

实施例2

继电器仿真测试装置包括智能控制器、电源、铝合金框架和电磁锤，使用电磁锤对待测的继电器产品施加按压力，令整个测试装置结构更加简单，安装被测产品时更容易匹配每一个被测产品与对应的电磁锤之间的距离，并且使用电磁锤能够减少机械摩擦，降低功耗。相邻两组电磁锤相对安装，两组相邻电磁锤中间通过固定杆安装两组相对的待测继电器，两组电磁锤可以分别按压对应方向组的待测继电器，电磁锤电连接智能控制器，通过智能控制器可以控制电磁锤工作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高危仿真辅助测试装置，用于待测继电器产品仿真测试，其特征在于，包括：框架、智能控制器和测试机构；所述智能控制器和所述测试机构固定安装在所述框架内，所述智能控制器电连接所述测试机构，控制所述测试机构施加测试按压操作；所述测试机构对所述待测继电器产品进行所述测试按压操作；所述智能控制器连接所述待测继电器产品，采集所述待测继电器产品的有效按压次数。

2.根据权利要求1所述的一种高危仿真辅助测试装置，其特征在于，所述测试机构包括若干组连杆和电机；所述电机的输出端固定连接所述连杆，所述连杆上间隔设置有若干凸轮；所述连杆通过连接件旋转连接在所述框架内；所述连杆间隔设置，所述连杆上相邻的所述凸轮安装方向相反；所述电机电连接所述智能控制器。

3.根据权利要求2所述的一种高危仿真辅助测试装置，其特征在于，所述框架内还设置有测试工位，在所述测试工位上固定安装待测继电器产品，所述测试工位位于两组所述连杆之间；所述待测继电器产品的开关端位于靠近所述连杆上所述凸轮的一侧，并且每个所述待测继电器产品的所述开关端对应一个所述凸轮。

4.根据权利要求1所述的一种高危仿真辅助测试装置，其特征在于，所述智能控制器包括计数器和通讯模块；所述智能控制器通过所述通讯模块连接PC端；所述计数器电连接所述待测继电器产品的输出端，测量所述输出端的输出电阻，所述输出电阻随所述开关端的开关发生一次跳变，两次所述跳变的时间间隔定义为1个周期；当测量到一个周期跳变时，所述计数器计数值加1，并且判定当前被测继电器产品处于正常工作状态；当所述周期跳变突然消失超过3个周期，则判定所述当前被测继电器产品处于故障状态，停止计数，当前计数值记录为所述当前被测继电器产品的按压次数；一次仿真测试直至所有所述待测继电器产品全部停止计数为止；所有所述待测继电器产品的所述按压次数通过所述通讯模块传输至所述PC端。

5.根据权利要求4所述的一种高危仿真辅助测试装置，其特征在于，所述PC端设置有评估模块，所述评估模块根据所有所述待测继电器产品的所述按压次数计算平均失效率。

6.根据权利要求2所述的一种高危仿真辅助测试装置，其特征在于，通过滑动调节所述连接件，调节所述凸轮与所述待测继电器产品之间的距离。

7.根据权利要求2所述的一种高危仿真辅助测试装置，其特征在于，所述凸轮前端侧面为大直径半圆，后端侧面为小直径半圆，所述连杆穿过所述后端固定所述凸轮。

8.根据权利要求1所述的一种高危仿真辅助测试装置，其特征在于，所述框架为铝合金框架。

9.根据权利要求1所述的一种高危仿真辅助测试装置，其特征在于，还包括电源，所述电源电连接所述智能控制器和所述测试机构进行供电，所述电源加装有漏电保护器。

10.根据权利要求1所述的一种高危仿真辅助测试装置，其特征在于，所述测试机构为电磁锤，通过连杆固定在所述框架内，所述电磁锤电连接所述智能控制器；两组相邻所述连杆上固定的所述电磁锤相对方向固定，两组相邻所述连杆之间通过固定杆安装两排相对设置的所述待测继电器产品，所述待测继电器产品与所述电磁锤位置相对应。

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