CN207763934U - 基于滑动轨道的按钮开关测试工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种基于滑动轨道的按钮开关测试工装，包括计算机、Arduino控制板、电机驱动器、步进电机、导轨、开关固定支架和按钮顶柱，导轨上设置有滑块，滑块上有按钮顶柱，待测按钮开关放置在开关固定支架上；计算机为Arduino控制板设定测试参数，Arduino控制板通过电机驱动器控制步进电机，滑块在步进电机驱动下往复运动，按钮顶柱点击待测按钮开关；按钮顶柱上安装有压力传感器，压力信号传送至计算机。本实用新型的基于滑动轨道的按钮开关测试工装能够自动地完成按钮开关的检测，实时检测按钮开关的受力情况，记录测试过程中的数据、显示测试过程中按钮开关受到的压力变化。

Description

基于滑动轨道的按钮开关测试工装

技术领域

本实用新型涉及开关按钮测试装置技术领域，具体涉及一种基于滑动轨道的按钮开关测试工装。

背景技术

开关是指一个可以使电路开路、使电流中断或使其流到其它电路的电子元件，最常见的开关为按钮式开关，按钮式开关通过按键式来通断电路，所以开关的性能主要体现在开关的按键寿命上。现有技术中，针对按钮测试情况，主要有两种方式：人工测试和机械装置测试。人工测试方案是将按键开关接入直流电源和发光二极管回路，按压时通过观察二极管的闪烁情况判断按钮开关是否工作正常。该种方案测试时间持续较长且工作效率低。而现有技术中用于测试开关的按键寿命的机械测试装置，按照驱动方式可分为电机、电磁铁和气动三类。电磁铁由于自身寿命不高，较少被采用。气动方式有结构简单和灵活的优点，但噪声和功耗较大且要有气源，需要空压机等设备支持才能工作，使用不方便，并且气缸控制的为开环控制，不易控制压力大小造成样品损坏。电机驱动是采用最多的一种方式，但现有技术一般用凸轮机构将旋转运动变为直线往复运动，为了实现可靠的长寿命的往复运动以及按压力的恒定，整体结构较为复杂。整机重量一般在50公斤以上，噪声和能耗也大。

中国申请CN201310646317.8中公开了一种开关的按键寿命测试装置，包括底座、支撑座、电机以及升降组件；底座包括承载面，承载面收容孔；支撑座的一端设于承载面上；电机的电机轴的中心轴平行于承载面；挂杆的一端连接于电机轴上；升降组件包括摆杆、导向杆、滑套、第一压杆以及第二压杆，摆杆的一端连接于挂杆上，导向杆设于承载面上，滑套滑动连接于导向杆上，第一压杆的一端连接于滑套上，第一压杆的另一端对准收容孔，第二压杆的一端连接于滑套上。该开关的按键寿命测试装置通过将被测开关收容于收容孔中，利用电机和升降组件之间的传动，使得被测开关处于按压至松开的循环状态中。该开关测试工装，仅能对使用寿命进行测试，不能灵活调节测试过程中测试头的运行速度、力度和行程，也不能在测试过程中监控被测试按钮开关的受力情况和开关触点压降。

中国申请CN 201020185483.4公开一种按键开关寿命测试机，包括有主控盒、可调支架、电机筒、步进电机、测试头、显示器、键盘及放置被测工件的平台，其特征在于：所述主控盒控制和驱动电机筒内的步进电机直接带动测试头上下往复运动，不断按压被测工件，模拟手指进行有效的按键按压动作，步进电机可以对测试头的位置、速度及按压力进行快速的准确控制，主控盒通过开关检测线对被测工件的开关状况实时检测。该专利中的测试机采用了步进电机作为测试头的动力执行机构，增强了对步进电机的控制功能，但是对缺乏对被测试开关的压力参数的科学检测。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的开关测试工装仅能对使用寿命进行测试，缺乏灵活调节测试过程中测试头的运行速度、力度和加载力的大小，极易造成开关的损坏，也不能在测试过程中实时监控被测试按钮开关的压力情况，测试结果准确性低，影响产品质量的问题。本实用新型提供了一种基于滑动轨道的按钮开关测试工装。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

基于滑动轨道的按钮开关测试工装，包括计算机、Arduino控制板、电机驱动器、步进电机、导轨、开关固定支架和按钮顶柱，所述步进电机固定在导轨的下端，所述导轨上设置有沿导轨上下来回滑动的滑块，所述滑块上固定安装有按钮顶柱，所述按钮顶柱为平行于导轨方向延伸的圆柱体；

所述开关固定支架固定在导轨上，开关固定支架上设置有开关容纳孔用于放置待测按钮开关，所述按钮顶柱的柱顶对准所述容纳孔的位置；

所述Arduino控制板的信号输出端连接电机驱动器的信号输入端，电机驱动器的输出端连接步进电机，步进电机通过联轴器和皮带与滑块固定连接，以带动滑块和按钮顶柱往复运动，进而实现Arduino控制板对按钮顶柱的测试参数的调控；

所述滑块在步进电机驱动下往复移动时，按钮顶柱同时往复运动，使得按钮顶柱不断以设定的测试参数点击待测按钮开关；

所述按钮顶柱上安装有压力传感器，按钮顶柱点击待测按钮开关时，压力传感器产生压力模拟信号，该压力模拟信号经压力变送器转化为数字信号，然后传送至计算机；

所述计算机包括测试参数设置模块，Arduino控制板通过USB接口与计算机连接，计算机通过测试参数设置模块为Arduino控制板设定测试参数。

进一步地，本实用新型所述的基于滑动轨道的按钮开关测试工装中，还包括电源模块，所述电源模块为步进电机供电；

所述Arduino控制板上输出PUL信号、DIR信号、ENA信号的引脚分别连接电机驱动器的PUL^–、DIR^–、ENA^–信号输入端，Arduino控制板的5V引脚分别电连接电机驱动器的PUL⁺、DIR⁺和ENA⁺信号输入端，电机驱动器的A⁺、A^–、B⁺、B^–输出端分别连接步进电机的A⁺、A^–、B⁺、B^–接线端子，电机驱动器输出脉冲到步进电机，进而控制步进电机运动；

电源模块的VDC端与电机驱动器的VCC端连接，电源模块的GND端与电机驱动器的GND端连接。

进一步地，本实用新型所述的基于滑动轨道的按钮开关测试工装中，还包括阻抗检测电路，所述阻抗检测电路中待测按钮开关的一端连接Arduino控制板的AD1检测引脚，另一端接地，所述待测按钮开关还串联高精度电阻R1，从而Arduino控制板检测待测按钮开关的阻抗信号和压降信号，所述Arduino控制板检测到的阻抗信号和压降信号传送至计算机；

所述计算机还包括存储模块、信息处理模块和显示模块，所述存储模块用于存储计算机获取的压力信号、阻抗信号和压降信号，所述信息处理模块用于处理计算机获取的压力信号、阻抗信号和压降信号数据，所述显示模块用于显示信息处理模块的数据处理结果。

进一步地，本实用新型所述的基于滑动轨道的按钮开关测试工装中，还包括通断检测电路，所述通断检测电路中待测按钮开关与发光二极管串联，所述发光二极管还串联高精度电阻R2；

电源模块的VDC端和GND端与恒流/恒压模块的输入端连接，恒流/恒压模块的输出端与阻抗检测电路的输入端和通断检测电路的输入端连接，为阻抗检测电路和通断检测电路提供恒流或恒压供电。

进一步地，本实用新型所述的基于滑动轨道的按钮开关测试工装中，还包括工作台和导轨支架，所述导轨支架竖直固定在工作台上，所述导轨通过至少2个导轨固定件，固定在导轨支架上。

进一步地，本实用新型所述的基于滑动轨道的按钮开关测试工装中，所述Arduino控制板为Arduino Mega2560控制板。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型的基于滑动轨道的按钮开关测试工装能够自动地完成按钮开关的检测，在按钮顶柱上设置压力传感器，可以实时检测按钮开关的受力情况，记录测试过程中的数据、显示测试过程中按钮开关受到的压力变化，使测试人员对按键开关性能一目了然。

2.本实用新型的基于滑动轨道的按钮开关测试工装采用计算机设定Arduino控制板输出指定频率的脉冲信号(PUL)、方向信号(DIR)、使能信号(ENA)对步进电机驱动器进行控制，进而灵活调节测试过程中步进电机带动按钮顶柱的运行速度、力度和加载力的大小，科学的设定测试参数，完成对按钮开关的测试。

3.本实用新型的基于滑动轨道的按钮开关测试工装设计了阻抗检测电路，通过Arduino控制板采集按钮开关两端的阻抗和触点压降，并将检测结果通过计算机显示出来。

4.本实用新型的基于滑动轨道的按钮开关测试工装与计算机联用能够对实验数据和实验图像保存、调用，并实时生成压力变化监控曲线，还能打印实验报告，可以在实验结束后自动判定被测按键开关是否合格。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是基于滑动轨道的按钮开关测试工装的整体结构示意图。

图2是基于滑动轨道的按钮测试工装的侧视图。

图3是基于滑动轨道的按钮测试工装的连接控制关系示意图。

图4是基于滑动轨道的按钮测试工装的控制电路示意图。

图5是计算机的连接控制关系示意图。

图6是阻抗检测电路示意图。

图7是通断检测电路示意图。

图中：1-计算机、11-参数设置模块、12-存储模块、13-信息处理模块、14-显示模块、2-Arduino控制板、3-电机驱动器、4-步进电机、41-联轴器、5-导轨、51-滑块、52-按钮顶柱、53-压力传感器、54-导轨固定件、55-压力变送器、6-开关固定支架、61-容纳孔、7-阻抗检测电路、8-通断检测电路、9-电源模块、91-恒流/恒压模块、10-工作台、20-导轨支架。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介，例如电线、数据线或线缆等间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型使用的“模块”“单元”仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此“模块”与“单元”可以混合使用。

实施例1：

为了解决现有技术中存在的开关测试工装仅能对使用寿命进行测试，缺乏灵活调节测试过程中测试头的运行速度、力度和加载力的大小，极易造成开关的损坏，也不能在测试过程中监控被测试按钮开关的受力情况和开关触点压降等参数，测试结果准确性低，影响产品质量的问题。本实用新型提供了一种如图1所示的基于滑动轨道的按钮开关测试工装，包括机械部分和电气部分。机械部分如图1和图2所示，包括工作台10和导轨支架20，导轨支架20竖直固定在工作台10上，工作部件包括步进电机4、导轨5、开关固定支架6和按钮顶柱52，导轨5通过至少2个导轨固定件54，固定在导轨支架20上。

步进电机4固定在导轨5的下端，导轨5上设置有沿导轨5上下来回滑动的滑块51，滑块51上固定安装有按钮顶柱52，按钮顶柱52为平行于导轨方向延伸的圆柱体。开关固定支架6通过螺栓固定在导轨5上，开关固定支架6上设置有开关容纳孔61用于放置待测按钮开关，按钮顶柱52的柱顶对准容纳孔61的位置。

如图3所示，电气部分包括计算机1、Arduino控制板2和电机驱动器3，Arduino控制板的信号输出端连接电机驱动器3的信号输入端，电机驱动器3的输出端连接步进电机4，步进电机4通过联轴器41和皮带与滑块51固定连接，以带动滑块51和按钮顶柱52往复运动，进而实现Arduino控制板对按钮顶柱52的测试参数的调控。本实施例中联轴器型号为8mm内径梅花型联轴器。导轨为型号KNK-6008的直线导轨。

步进电机优选低速旋转电机，例如本实施例中所使用的雷赛57HS22步进电机；最大保持转矩2.2N*M，步距角1.8°；机座号57；额定电流5A；工作温度：–10℃～50℃；工作湿度：85％。相应的本实施例中电机驱动器选用雷赛DM542C步进驱动器，具有过流、过压、短路、过热等保护功能，拨码开关可设定细分数；细分400～25600多种组合、全半流切换、电机自动整定功能，模拟输入端电压5V；供电电压VDC(+20V～+50V)；驱动电流RMS(0.71A～3.0A)。

滑块51在步进电机4驱动下往复移动时，按钮顶柱52同时往复运动，使得按钮顶柱52不断以设定的测试参数点击待测按钮开关。按钮顶柱52的末端可以包覆橡胶材质的衬垫，以防按钮开关被损坏。

按钮顶柱52上安装有压力传感器53，按钮顶柱52点击待测按钮开关时，压力传感器53产生压力模拟信号，该压力模拟信号经压力变送器55转化为数字信号，然后通过线缆传送至计算机1，压力变送器的电缆连接RS485串口，通过MODBUS RTU协议与计算机实现通信完成数据传送。

压力传感器测得压力模拟信号，大洋DYMH-106系列压力传感器，测量范围0～3KG；灵敏度1.0±20％mV，工作维度–20℃～80℃，激励电压放大/压力变送器为DY220型压力变送器，工作电压5～10V。

计算机1包括测试参数设置模块11，Arduino控制板2通过USB接口与计算机1连接，计算机1通过测试参数设置模块11为Arduino控制板2设定测试参数。

如图4所示，Arduino控制板2的输出PUL信号、DIR信号、ENA信号的引脚分别连接电机驱动器3的PUL^–、DIR^–、ENA^–信号输入端，Arduino控制板2的5V引脚分别电连接电机驱动器3的PUL⁺、DIR⁺和ENA⁺信号输入端，电机驱动器3的A⁺、A^–、B⁺、B^–输出端分别连接步进电机4的A⁺、A^–、B⁺、B^–接线端子，电机驱动器3输出脉冲到步进电机4，进而控制步进电机4运动。

如图3所示，基于滑动轨道的按钮开关测试工装还包括电源模块9，电源模块9为步进电机4供电。电源模块9的VDC端与电机驱动器3的VCC端连接，电源模块9的GND端与电机驱动器3的GND端连接。

基于滑动轨道的按钮开关测试工装还包括阻抗检测电路7，阻抗检测电路7如图6所示，其中待测按钮开关的一端连接Arduino控制板2的AD1检测引脚，待测按钮开关的另一端接地，待测按钮开关还串联高精度电阻R1，从而Arduino控制板2检测待测按钮开关的阻抗信号和压降信号，Arduino控制板2检测到的阻抗信号和压降信号传送至计算机1。R1选择精度电阻的原因在于，按钮开关的阻值较小，R1一方面用于保护电路中的元件不受损，另一方面单独的按钮开关的阻抗值不容易测量，串联高精度电阻R1后，测出电路中的总电阻值，减去R1的电阻值就可得出按钮开关的阻抗值。

Arduino控制板为预先写入所需程序的Arduino控制板，可以购买基础Arduino控制板，连接计算机后，通过相应的Arduino编程语言写入程序，也可以直接购买现有的Arduino控制板，例如，本实施例中所使用的Arduino Mega2560控制板。

如图5所示，计算机1还包括存储模块12、信息处理模块13和显示模块14，存储模块12用于存储计算机1获取的压力信号、阻抗信号和压降信号，信息处理模块13用于处理计算机1获取的压力信号、阻抗信号和压降信号数据，显示模块14用于显示信息处理模块的数据处理结果。

本实施例中计算机的参数设置模块11、存储模块12、信息处理模块13是通过在计算机的存储器中安装与计算机CPU处理器兼容的现有程序，以使得计算机具有参数设置模块11、存储模块12和信息处理模块13相应功能，显示模块14是通过安装显示器，并在计算机中安装相应的驱动程序实现相应功能。

压力变送器的电缆连接RS485串口，通过MODBUS RTU协议与计算机实现通信完成数据传送，计算机1接收压力信号之后，可以通过软件显示压力检测曲线，软件为LabVIEW编程生成，例如本实施例中是DY220型称重仪表配套软件。在检测过程中，通过该软件可以获得压力变化曲线。

阻抗检测电路可以实时检测按钮开关金属触点机械性能是否良好。测试结果通过Arduino控制板采集数据后传送至计算机，并可以通过计算机的显示模块显示，并且检测结果不仅可以实时查看、还可以保存成Word文档。

本实施例中计算机可选用任意型号的、可满足需求的计算机，例如本实施例中所使用的DELL OptiPlex 3050工业控制计算机，使用120G固态硬盘，具有掉电保护功能，使用DDR4 8G内存，性能稳定。

基于滑动轨道的按钮开关测试工装还包括通断检测电路8，通断检测电路是为了随时观察在测试过程中按钮开关的触点是否电性接触良好。

如图7所示，通断检测电路8中待测按钮开关与发光二极管串联，发光二极管还串联高精度电阻R2，用于保护电路中的元件不受损。如果发光二极管保持正常亮度，说明按钮开关仍具有良好的电性接触，如果发光二极管发光闪烁频率不稳定或者不亮，说明按钮开关已经损坏。

为了保证阻抗检测电路7和通断检测电路8的检测结果准确，电源模块9的VDC端和GND端与恒流/恒压模块91的输入端连接，恒流/恒压模块91的输出端与阻抗检测电路7的输入端和通断检测电路8的输入端连接，为阻抗检测电路7和通断检测电路8提供恒流或恒压供电。

电源模块为本领域常用的直流电源模块，例如本实施例中采用的是宇孚电源S-350-24，可提供24V直流电源。恒流恒压模块可以选择本领域常用的各种型号的恒流/恒压模块，例如本实施例中使用的TELESKY的LCD数显恒流电源模块，输入电压5.5V～30V，可输出0.5V～30V的恒定工作电压或输出电流0～4A任意调节的恒定工作电流，在本实施例的测试过程中，采用的是恒流模式。

基于滑动轨道的按钮开关测试工装的工作过程如下：

将按钮开关固定在按钮固定架上，手动调节好位置，让按钮处于按钮顶柱的正下方；在计算机的参数设置模块中，设置Arduino Mega 2560程序，Arduino控制板将设置好的运动信号包括脉冲信号、方向信号、使能信号传送入电机驱动器中，进而通过电机驱动器控制步进电机运动。

步进电机运转时通过联轴器和皮带带动滑块运动，固定在滑块上的按钮顶柱随之运动，不断点击按钮开关。

按钮顶柱上还固定有压力传感器，压力信号经过压力变送器变为电信号，通过线缆经RS485接口在MODBUS RTU协议下，传送电信号给计算机，计算机接收压力信号之后，通过软件显示压力检测曲线，直观的观察到压力变化情况。

检测工装中，按钮开关还连接阻抗检测电路，阻抗检测电路的输出端与Arduino控制板的模拟信号检测引脚连接，进而按钮开关的阻抗信号和压降信号通过Arduino控制板传送至计算机，并可以通过计算机的显示模块显示，并且检测结果不仅可以实时查看、还可以保存成Word文档。

监测工装中，按钮开关还串接在通断检测电路中，待测按钮开关与发光二极管串联，如果发光二极管保持正常亮度，说明按钮开关仍具有良好的电性接触，如果发光二极管发光闪烁频率不稳定或者不亮，说明按钮开关已经损坏。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.基于滑动轨道的按钮开关测试工装，其特征在于，包括计算机、Arduino控制板、电机驱动器、步进电机、导轨、开关固定支架和按钮顶柱，所述步进电机固定在导轨的下端，所述导轨上设置有沿导轨上下来回滑动的滑块，所述滑块上固定安装有按钮顶柱，所述按钮顶柱为平行于导轨方向延伸的圆柱体；

所述开关固定支架固定在导轨上，开关固定支架上设置有开关容纳孔用于放置待测按钮开关，所述按钮顶柱的柱顶对准所述容纳孔的位置；

所述Arduino控制板的信号输出端连接电机驱动器的信号输入端，电机驱动器的输出端连接步进电机，步进电机通过联轴器和皮带与滑块固定连接，以带动滑块和按钮顶柱往复运动，进而实现Arduino控制板对按钮顶柱的测试参数的调控；

所述滑块在步进电机驱动下往复移动时，按钮顶柱同时往复运动，使得按钮顶柱不断以设定的测试参数点击待测按钮开关；

所述按钮顶柱上安装有压力传感器，按钮顶柱点击待测按钮开关时，压力传感器产生压力模拟信号，该压力模拟信号经压力变送器转化为数字信号，然后传送至计算机；

所述计算机包括测试参数设置模块，Arduino控制板通过USB接口与计算机连接，计算机通过测试参数设置模块为Arduino控制板设定测试参数。

2.根据权利要求1所述的基于滑动轨道的按钮开关测试工装，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块为步进电机供电；

所述Arduino控制板上输出PUL信号、DIR信号、ENA信号的引脚分别连接电机驱动器的PUL^–、DIR^–、ENA^–信号输入端，Arduino控制板的5V引脚分别连接电机驱动器的PUL⁺、DIR⁺和ENA⁺信号输入端，电机驱动器的A⁺、A^–、B⁺、B^–输出端分别连接步进电机的A⁺、A^–、B⁺、B^–接线端子，电机驱动器输出脉冲到步进电机，进而控制步进电机运动；

电源模块的VDC端与电机驱动器的VCC端连接，电源模块的GND端与电机驱动器的GND端连接。

3.根据权利要求2所述的基于滑动轨道的按钮开关测试工装，其特征在于，还包括阻抗检测电路，所述阻抗检测电路中待测按钮开关的一端连接Arduino控制板的AD1检测引脚，待测按钮开关的另一端接地，所述待测按钮开关还串联高精度电阻R1，从而Arduino控制板检测待测按钮开关的阻抗信号和压降信号，所述Arduino控制板检测到的阻抗信号和压降信号传送至计算机；

所述计算机还包括存储模块、信息处理模块和显示模块，所述存储模块用于存储计算机获取的压力信号、阻抗信号和压降信号，所述信息处理模块用于处理计算机获取的压力信号、阻抗信号和压降信号数据，所述显示模块用于显示信息处理模块的数据处理结果。

4.根据权利要求3所述的基于滑动轨道的按钮开关测试工装，其特征在于，还包括通断检测电路，所述通断检测电路中待测按钮开关与发光二极管串联，所述发光二极管还串联高精度电阻R2；

电源模块的VDC端和GND端与恒流/恒压模块的输入端连接，恒流/恒压模块的输出端与阻抗检测电路的输入端和通断检测电路的输入端连接，为阻抗检测电路和通断检测电路提供恒流或恒压供电。

5.根据权利要求1～4任一项所述的基于滑动轨道的按钮开关测试工装，其特征在于，还包括工作台和导轨支架，所述导轨支架竖直固定在工作台上，所述导轨通过至少2个导轨固定件，固定在导轨支架上。

6.根据权利要求5所述的基于滑动轨道的按钮开关测试工装，其特征在于，所述Arduino控制板为Arduino Mega2560控制板。