电连接器机械性能与电气安全性能的检测装置与检测方法

摘要

本发明涉及一种电连接器机械性能与电气安全性能的检测装置与检测方法。该装置包括上位机、三轴运动单元、监控单元、夹具、测试单元、运动控制单元、机柜。装置可同时对电连接器的机械性能与电气安全性能进行检测，测试单元对电连接器待测插孔的一次插入及拔出，便可测得该插孔的插入力、拔出力及测试电压下的漏电流值。该装置可自动完成电连接器所有插孔的检测，检测效率高，检测结果客观准确。

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测电连接器机械性能与电气安全性能的装置与方法。

背景技术

电连接器亦称接插件，其主要功能是实现各种元件、电路、设备、系统等 之间的电流、信号导通与传输，在机电、通信、航空、航天等行业中应用范围 广。

插拔力是评价电连接器机械性能的最主要的指标，插拔力分为插入力和拔 出力，相关标准已对部分电连接器的插拔力大小做了规定。电连接器依靠集成 在绝缘体内的多对接触件实现电流、信号的导通与传输，接触件间是否可靠接 触直接影响电连接器传输的可靠性与稳定性。拔出力大小的测量是工程上测试 接触件间接触可靠程度的最简单有效的方法。合格的电连接器应具有较大的拔 出力与较小的插入力。较大的拔出力使得电连接器连接可靠，而较小的插入力 使配对的电连接器间容易插入，方便使用，且插入过程不容易导致接触件的变 形而造成电连接器损坏。现有的插拔力测量装置可分为以下两种测量方式：(1) 测量电连接器的整体插拔力，这种方式测量速度快，效率高，但整体插拔力是 一种整体效应，整体插拔力合格无法保证每个插孔接触良好，且对于复杂的电 连接器，插孔数量多，整体插拔力大，要求夹具的夹持力大，但过大的夹持力 容易损坏电连接器外壳；(2)测量电连接器的单孔插拔力，这类装置虽然可 以避免整体插拔力测量的弊端，但现有的这类装置都是半自动化的设备，测量 前需手动对每一个插孔进行对准，测量过程繁琐、效率低。

耐压测试是确定电子绝缘材料是否足以抵抗瞬间高电压的一个非破坏性 的测试，它是电连接器电气安全测试中最常用、最重要的测试项目。对电连接 器进行耐压测试，首先是为了检测电连接器在额定工作电压下工作的安全性， 其次耐压测试可检测电连接器的某些制造缺陷，例如：制造过程电连接器内部 不慎引入金属异物或插座中簧片的装配误差都会导致爬电距离和电气间隙的 不足，使得耐压测试时漏电流增大。通过测量漏电流的大小，便可判断电连接 器内部是否存在上述缺陷。目前工程上主要采用安规测试仪对电连接器进行耐 压测试，测试时需手动逐一测试电连接器上的每一个插孔，测试过程繁琐、效 率低。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种检测电连接器机 械性能与电气安全性能的装置与方法，该装置可同时对电连接器进行插拔力测 量与耐压测试，且整个检测过程自动完成，检测效率高。

本发明采用的技术方案如下：

一种电连接器机械性能与电气安全性能的检测装置，设有上位机(1)、三 轴运动单元(2)、监控单元(3)、夹具(4)、测试单元(5)、运动控制单元(6)、 机柜(7)；所述测试单元(5)安装于三轴运动单元(2)的滑座上，包括控制 模块(51)、主测头(55)、第一副测头(52)、第二副测头(53)、第三副测头 (54)、高压输出模块(56)、信号调理模块(57)、运动模块(58)；所述主测 头(55)包括主测头探针(551)、探针夹持杆(552)、绝缘棒(553)、拉压力 传感器(554)、主测头固定座(555)，其中拉压力传感器(554)与信号调理 模块(57)相连；测量插拔力时，主测头探针(551)插入或拔出电连接器插 孔时引起拉压力传感器(554)电压信号的变化，该电压信号经信号调理模块 (57)放大、滤波后，由控制模块(51)采集；所述主测头探针(551)与高 压输出模块(56)相连；所述第一副测头(52)、第二副测头(53)、第三副测 头(54)结构相同，第一副测头(52)包括第一副测头探针(521)、探针夹持 杆(522)、电流检测模块(523)；电流检测模块(523)与第一副测头探针(521) 及控制模块(51)相连，流经第一副测头探针(521)的漏电流经电流检测模 块(523)检测，再由控制模块(51)采集至上位机(1)。

作为优选，所述三轴运动单元(2)为三轴龙门型结构，包括X轴直线运 动模组(21)，X轴辅助导轨(22)，Y轴直线运动模组(23)，Z轴直线运动模 组(24)。

作为优选，所述高压输出模块(56)与控制模块(51)相连，包括光电隔 离模块(561)，功率放大模块(562)，低通滤波模块(563)，升压输出模块(564)； 控制模块(51)控制高压输出模块(56)的输出电压与升压模式，同时将第一 副测头(52)、第二副测头(53)、第三副测头(54)的电流检测模块的数值采 集至上位机(1)，从而获得漏电流随施加电压的变化情况。

作为优选，所述运动模块(58)包括3个直线运动模组(581-583)，直线 运动模组(581)与直线运动模组(582)呈直角固定于主测头固定座(555) 上；第三副测头(54)固定于直线运动模组(582)的滑座上，第二副测头(53) 固定于直线运动模组(583)的滑座上，第一副测头(53)与直线运动模组(583) 一同固定于直线运动模组(581)的滑座上；通过控制直线运动模组(581-583) 的运动，可调整主测头探针(551)与第一副测头探针(521)、第二副测头探 针(531)、第三副测头探针(541)的间距，从而可对插孔间距不同的电连接 器进行检测。

作为优选，所述运动控制单元(6)可独立控制X轴直线运动模组(21)、 Y轴直线运动模组(23)、Z轴直线运动模组(24)及直线运动模组(581-583) 的运动；所述运动控制单元(6)采用六轴运动控制器(61)作为控制中枢， 包括6路运动控制模块，每一路运动控制模块包括步进电机驱动器(62)、步 进电机(63)、光电编码器(64)，其中光电编码器(64)安装于步进电机(63) 轴端，对步进电机(63)进行步进校验。

作为优选，所述上位机(1)运行有上位机软件，上位机软件的数据库中 存储着常用电连接器的信息，包括：几何尺寸、插孔的位置分布、插孔的行数 与列数、插孔的行间距与列间距、插孔的深度；对于数据库中未存储的电连接 器，上位机软件可通过导入电连接器的CAD图纸获取信息；所述上位机软件还 可图形化显示测量结果，并自动进行保存。

作为优选，所述机柜(7)设有防护门(73)，所述机柜(7)及防护门(73) 的内层为绝缘层。

一种电连接器机械性能与电气安全性能的检测方法，基于上述任一顶所述 的一种电连接器机械性能与电气安全性能的检测装置，步骤如下：

1)检测前准备：夹持电连接器、更换测试探针、关闭防护门(71)；

2)参数设置：在上位机软件中选择待测电连接器型号、夹持方向、测试 电压、升压模式；

3)测头间距调整：调整主测头(55)与第一副测头(52)、第二副测头(53)、 第三副测头(54)的间距；

4)测试单元定位：主测头探针(551)与被测的插孔对准；

5)插入力的测量：测试单元(5)沿Z轴直线运动模组(24)向下运动， 主测头探针(551)插入被测插孔，控制模块(51)持续采集经信号调理模块 (57)调理后的拉压力传感器(554)的输出信号，输出信号的最大值为插入 力的测量值；

6)电气安全性能测试：电压输出模块(56)按照预设的升压模式产生高 压，并施加于主测头探针(551)，控制模块(51)同时采集第一副测头(52)、 第二副测头(53)、第三副测头(54)的电流检测模块的数值；

7)拔出力测量：测试单元(5)沿Z轴直线运动模组(24)向上运动，控 制模块(51)持续采集经信号调理模块(57)调理后的拉压力传感器(554) 的输出信号，输出信号的最大值为拔出力的测量值；主测头探针(551)拔出 被测插孔后重复步骤4)-7)，检测下一个插孔的机械性能与电气安全性能，直 至所有插孔检测完毕；

8)检测结果输出。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

(1)检测效率高：测试单元每一次插入及拔出电连接器的待测插孔，便 可测得该插孔的插入力、拔出力及测试电压下的漏电流值，检测效率高；

(2)自动化程度高：检测时无需人工对准，装置可自动完成电连接器上 所有插孔的检测；

(3)检测结果客观准确：检测过程自动完成，避免了手动检测时由于操 作不规范等原因引入的人工误差，结果客观准确；

(4)检测结果信息丰富：可自动判断所检测的电连接器是否合格，对于 不合格的产品，记录测试不合格的插孔的位置，并同时给出该插孔插入力随插 入位移的变化曲线、拔出力随拔出位移的变化曲线、漏电流随施加电压的变化 曲线，便于检测人员对电连接器的缺陷类型做出进一步的判断。

附图说明

图1为本发明装置的外部结构示意图；

图2为本发明装置的内部结构示意图；

图3为三轴运动单元结构示意图；

图4为测试单元的功能结构图；

图5为测试单元的结构示意图；

图6为耐压测试原理图；

图7为运动控制单元功能结构图；

图8检测流程图。

图中，1是上位机；2是三轴运动单元，21是X轴直线运动模组，22是X 轴辅助导轨，23是Y轴直线运动模组，24是Z轴直线运动模组；3是监控单元； 4是夹具；5是测试单元，51是控制模块，52是第一副测头，521是第一副测 头探针，522是探针夹持杆，523是电流检测模块，53是第二副测头，531是 第二副测头探针，54是第三副测头，541是第三副测头探针，55是主测头，551 是主测头探针，552是探针夹持杆，553是绝缘棒，554是拉压力传感器，555 是主测头固定座，56是高压输出模块，561是光电隔离模块，562是功率放大 模块，563是低通滤波模块，564是升压输出模块，57是信号调理模块，58是 运动模块，581-583为直线运动模组；6是运动控制单元，61是六轴运动控制 器，62是步进电机驱动器，63是步进电机，64是光电编码器；7是机柜，71 是上层机柜，72是下层机柜，73是防护门。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

如图1-2所示，本发明所述装置设有上位机1、三轴运动单元2、监控单 元3、夹具4、测试单元5、运动控制单元6、机柜7。

如图3所示，测试单元5安装于三轴运动单元2的滑座上，可沿X轴、Y 轴、Z轴运动。三轴运动单元2为三轴龙门型结构，设有X轴直线运动模组21， X轴辅助导轨22，Y轴直线运动模组23，Z轴直线运动模组24，其中X轴直线 运动模组21与X轴辅助导轨22平行。

测试单元5用于电连接器的插拔力测量与耐压测试。如图4-5所示，测试 单元5包括控制模块51、主测头55、第一副测头52、第二副测头53、第三副 测头54、高压输出模块56、信号调理模块57、运动模块58。

主测头55用于插拔力的测量，并且能够施加高电压。主测头55包括主测 头探针551、探针夹持杆552、绝缘棒553、拉压力传感器554、主测头固定座 555。拉压力传感器554与信号调理模块57相连，测量插拔力时，主测头探针 551插入或拔出电连接器插孔时使得拉压力传感器554压缩或拉伸，产生的电 压经信号调理模块57放大、滤波后，由控制模块51采集，并传输至上位机1， 上位机1以图形化的形式显示出插入力/拔出力随插入/拔出位移变化的情况。

主测头探针551与高压输出模块56相连，高压输出模块56产生的高电压 施加于主测头探针551。高压输出模块56包括光电隔离模块561、功率放大模 块562、低通滤波模块563、升压输出模块564。高压输出模块56受控于控制 模块51，控制模块51与上位机1相连，依照上位机1设置好的升压模式与最 大电压值，控制模块51输出相应的电压控制信号。电压控制信号经光电隔离 模块561后驱动功率放大模块562，再依次经过低通滤波模块563及升压输出 模块564实现高压输出。电压输出可采用分段升压、定时升压、定速升压等模 式，以满足多种标准的要求。绝缘棒553将拉压力传感器554与探针夹持杆552、 主测头探针551隔离开，以防止施加于主测头探针551的高电压影响拉压力传 感器554的工作。

如图4所示，第一副测头52、第二副测头53、第三副测头54结构相同。 第一副测头52由第一副测头探针521，探针夹持杆522，电流检测模块523组 成。如图6所示，图中m、n分别表示插孔所在的行数与列数，在对电连接器 进行检测时，主测头探针551插入插孔a，第一副测头探针521、第二副测头 探针531、第三副测头探针541分别插入与插孔a相邻的插孔b(m,n+1)、插孔 c(m+1,n)、插孔d(m+1,n+1)。主测头探针551输出高电压，与第一副测头探针 521、第二副测头探针531、第三副测头探针541构成了3个独立的耐压测试回 路。分别检测流经第一副测头探针521、第二副测头探针531、第三副测头探 针541的漏电流，便可判断插孔a沿X轴方向、Y轴方向、对角线方向是否满 足耐压测试的要求。在耐压测试过程中，控制模块51分别持续采集第一副测 头52、第二副测头53、第三副测头54的电流检测模块的输出值并传输至上位 机，上位机以图形化的形式分别显示漏电流随施加电压的变化情况。如图5所 示，第一副测头52、第二副测头53、第三副测头54安装于运动模块58上， 运动模块58包括3个直线运动模组581-583，通过控制直线运动模组581-583 的运动，可调整主测头探针551与第一副测头探针521、第二副测头探针531、 第三副测头探针541相互之间的间距，从而可对插孔间距不同的电连接器进行 耐压测试。直线运动模组581与直线运动模组582呈直角固定于主测头固定座 555上，第三副测头54固定于直线运动模组582的滑座上，第二副测头53固 定于直线运动模组583的滑座上，第一副测头53与直线运动模组583一同固 定于直线运动模组581的滑座上。

X轴直线运动模组21、Y轴直线运动模组23、Z轴直线运动模组24及直线 运动模组581-585都采用滚珠丝杆副传动，运动控制单元6可独立控制它们的 运动。运动控制单元6采用六轴运动控制器61作为控制中枢，共有六路运动 控制模块，每一路的运动控制模块包括步进电机驱动器62、步进电机63、光 电编码器64。光电编码器64与步进电机驱动器62组成一个半闭环伺服系统， 光电编码器64安装于步进电机63轴端，对步进电机63进行步进校验，步进 电机驱动器62将光电编码器64测量反馈回来的步进电机转动的步数与六轴运 动控制器61给定的步数进行比较，检验步进电机63的转动步数，并对步进电 机63的丢步进行补偿。步进电机63与直线运动模组中的丝杆采用同步带轮传 动，传动精确平稳。

机柜7为双层结构：上层机柜71、下层机柜72。三轴运动单元2、监控单 元3、夹具4、测试单元5安装在上层机柜71内部，上位机1、运动控制单元 6安放于下层机柜72内部。上层机柜71设有防护门73，机柜7及防护门73 内层为绝缘层，防止耐压测试时发生漏电触电现象。装置工作时，防护门73 关闭，监控单元3将采集的视频传输至上位机1，可在上位机1上观看整个检 测过程。

控制模块51通过串口与上位机1通讯，控制模块51采集的4路信号传输 至上位机1，并通过上位机软件图形化显示实时采集结果。上位机1可控制控 制模块51的输出信号，从而使得高压输出模块56按照预设的升压模式产生高 压，并施加于主测头探针551。上位机软件带有数据库，数据库中存储着常用 电连接器的信息：电连接器的几何尺寸，电连接器插孔的位置分布、行数与列 数、行间距与列间距、深度，对于数据库中未存储的电连接器，上位机软件可 通过导入电连接器的CAD图纸获取上述信息。

基于本发明所述装置的测量方法，步骤如下，测量流程如图8所示：

(1)检测前准备

①将电连接器放入夹具4，并锁紧，使得整个检测过程中，电连接器保持 静止；

②根据电连接器的类型，选择对应的探针，并将其分别夹持在主测头55、 第一副测头52、第二副测头53、第三副测头54的探针夹持杆上；

③关闭防护门73。

(2)参数设置

①在上位机软件中选取被检测的电连接器型号，上位机软件从数据库中载 入该电连接器的相关信息：几何尺寸、插孔的位置分布、插孔的行数与列数、 插孔的行间距与列间距、插孔的深度。对于数据库中未存储的电连接器，通过 导入电连接器的CAD图纸读取电连接器信息；

②在上位机软件中选择夹持于夹具4中的电连接器的方向；

③根据安规要求设置电连接器耐压测试所需的测试电压、电压保持时间及 所允许的漏电流，并选择电压的施加模式：分段升压、定时升压、定速升压。

(3)测头间距调整

根据电连接器的行间距与列间距，通过运动模块58调整主测头55与第一 副测头52、第二副测头53、第三副测头54的间距，使得主测头探针551插入 被测插孔时，第一副测头探针521、第二副测头探针531、第三副测头探针541 可同时插入被测插孔周围的三个插孔。

(4)测试单元定位

根据电连接器插孔的位置分布信息移动测试单元5，使得主测头探针551 与被测的插孔对准。

(5)插入力的测量

测试单元5沿Z轴直线运动模组24向下运动，主测头探针551插入被测 插孔，同时，第一副测头探针521、第二副测头探针531、第三副测头探针541 分别插入被测插孔的相邻插孔。在插入过程中，拉压力传感器554的输出信号 经信号调理模块57调理后，由控制模块51采集并传输至上位机1，上位机软 件实时显示插入过程中插入力随测试单元5向下位移的变化情况，并将插入力 的最大值作为插入力的测量值。

(6)电气安全性能测试：

当主测头探针551、第一副测头探针521、第二副测头探针531、第三副测 头探针541分别插入被测电连接器的相应插孔后，上位机1通过控制模块51 使高压输出模块56按照预设的输出电压及升压模式产生高压，并施加于主测 头探针551，同时控制模块51连续采集流经第一副测头52、第二副测头53、 第三副测头54的漏电流大小，并传输至上位机1，若漏电流的最大值大于预设 的漏电流允许值，则记录下该插孔的位置及漏电流达到漏电流允许值时主测头 探针551的电压值。

(7)拔出力测量

测试单元5沿Z轴直线运动模组24向上运动，从而使得主测头探针551、 第一副测头探针521、第二副测头探针531、第三副测头探针541从插孔拔出， 控制模块51持续采集经信号调理模块57调理的拉压力传感器554的输出值， 并传输至上位机1，上位机软件实时显示拔出过程中拔出力随测试单元5向上 位移的变化情况，并将拔出力的最大值作为拔出力的测量值。主测头探针551 拔出后，重复步骤(4)-(7)，测量下一个插孔的机械性能与电气安全性能， 直至所有插孔检测完毕。

(8)检测结果输出

若电连接器所有插孔的插入力、拔出力、漏电流的数值都在许可范围内， 则该电连接器检测合格，否则为不合格。对于检测不合格的电连接器，输出检 测不合格的插孔的位置及测量数据。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡 利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行 为。