防水微動開關行程和力自動測量方法研究

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　　防水微動開關是具有速動機構及微小觸電間隙的精密機械電氣微動開關。防水微動開關出廠需測量部分指標，如行程(預行程、超行程)、力(操作力、釋放力)等，同時還需要實時記錄力和行程之間的關系。

　　傳統(tǒng)的人工測量方法可以測量這幾項指標，但都是分項測量，如采用千分尺進行測量，測量精度和重復性差，且不能測量力和行程的關系。

　　目前常用的自動化測量主要為接觸式測量，如采用直線光柵尺來測量微動開關的行程，配合力傳感器測量力，但力傳感器在測量過程中的變形會產(chǎn)生位移，而該位移無法精確計算，故采用直線光柵尺的距離作為防水微動開關的行程有一定的誤差。

　　基于以上原因，提出了一種自動測量力和行程的方法：采用激光測距傳感器測量行程，采用力傳感器測量力。該方法效率高、重復精度高，可廣泛應用于類似微動開關的測量。

　　1 原理設計

　　防水微動開關安裝在力傳感器安裝板右端，激光測距傳感器安裝在安裝板左端(圖1)，當力傳感器下降時，微動開關的觸點接觸安裝板，微動開關跟隨力傳感器下降，由于微動開關彈簧對力傳感器的反作用力，傳感器作用區(qū)域?qū)澢冃?，產(chǎn)生微小的位移ΔX，微動開關總的行程是力傳感器的平移距離X與ΔX之和，也即激光測量的距離(圖2)。

　　2 結(jié)構設計

　　如圖3所示，測力和行程結(jié)構由驅(qū)動裝置、力傳感器、激光測距傳感器組成;驅(qū)動裝置負責力傳感器的驅(qū)動，力傳感器安裝在驅(qū)動裝置上，微動開關安裝在定制的工裝上;激光測距傳感器安裝在機座上。

　　測試流程：驅(qū)動裝置向微動開關方向運動，當力傳感器剛接觸到微動開關時，傳感器產(chǎn)生微小形變所輸出的電壓信號作為激光測距傳感器的測試基準(初始位置)。驅(qū)動裝置驅(qū)動傳感器繼續(xù)運動，當達到微動開關的預行程(微動開關觸點剛好接觸)時，示波器采集到觸發(fā)信號，同時將該信號發(fā)送給激光傳感器作為預行程測量值;當驅(qū)動裝置達到激光傳感器設定的全行程值時，驅(qū)動裝置停止運動。

　　3 行程、力測量理論分析

　　3.1 行程測量分析

　　激光在測量時產(chǎn)生光斑，當被測物體與光斑垂直時，被測物體的實際尺寸即為L(圖4);當被測物體與光斑不垂直時，激光在被測物上會產(chǎn)生位移分量，使得激光測量出的數(shù)值與實際距離有偏差，需進行誤差分析。

　　從理論上分析激光傳感器測量的距離即為微動開關的動作行程。為滿足要求，選取傳感器的行程為20 mm，精度為0.005 mm。

　　3.2 力測量分析

　　微動開關力的大小采用力傳感器測量，傳感器接觸微動開關時產(chǎn)生微弱形變并輸出毫伏級電壓信號。為滿足要求，選取力傳感器范圍為50 N，精度為0.01%FS，選用6位半高精度數(shù)字萬用表實現(xiàn)對該信號的高精度測量，測量精度達0.001 5%。

　　因此，從理論上分析，力傳感器及6位半高精度數(shù)字萬用表可用于微動開關力的測量。

　　4 測試結(jié)果

　　經(jīng)過實際測試，得到行程和力的曲線如圖5所示。

　　通過激光測距和力傳感器組合測量微動開關的行程和力，避免了人工測量的誤差，同時采用激光測距儀直接測量行程，避免了中間的測量環(huán)節(jié)，測量精度高，重復性好，該方法也可實時顯示力和位移的關系，滿足實際測試需求。

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