一种电器插座的耐久性测试系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种家用及类似用途电器插座的耐久性测试系统，它由上位机控制装置，下位机控制装置和执行操作装置依次相连组成，上位机控制装置包括工控机和下柜；下位机控制装置包括显示单元、控制单元、三轴点动单元以及下位机控制柜，工控机与下位机控制柜中的PLC相连；执行操作装置包括网格状操作台、龙门台架、X轴步进机构、Z轴步进机构、Y轴步进机构、三维夹具机构和下柜；龙门台架安装在网格状操作台上；本实用新型用步进电机执行器取代现有的气动杆执行器，消除了气动杆执行器运维工作量和费用过大的缺点。三维装夹数控定位取代二维装夹人工定位，具有连续测试不中断、定位精准、测试结果一致性高的特点。
【专利说明】一种电器插座的耐久性测试系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及家用及类似用途电器耐久性测试的【技术领域】，特别涉及一种家用 及类似用途电器插座的耐久性测试系统。
【背景技术】
[0002] 家用及类似用途电器插座作为基本的电路连接器件，是工作和生活中不可或缺的 一类电器附件产品。有效的测试系统和测试方法是保障插座质量的关键支撑技术之一，插 座质量的优劣直接关系到接入电器的可靠使用和使用者的人身安全。电器插座的耐久性指 标是国家强制性标准规定明示的产品技术指标；耐久性的内涵是指产品无故障（或无需维 护）的工作期，用于表征产品的可用寿命特性。插座耐久性指标不达标的危害如下：
[0003] 1.在法定耐久性指标期内无法保证电器经插座可靠的接入电路，或接通电路后杜 绝插座缺陷造成的断路；这将影响人们的正常工作和生活。
[0004] 2.在法定耐久性指标期内无法排除插座缺陷导致的电路短路；这将损坏电器甚 至危及人身安全。
[0005] 3.在法定耐久性指标期内无法消除插座和插头的插合面虚接现象，即电路处于时 通时断或者将断未断的状态；这将导致插合面的局部高热和电路老化、进而引发火灾，造成 重大的人民生命财产损失。
[0006] 2001年12月，我国第一次颁布的《强制性产品认证管理规定》中就将插座、开关 列为强制性认证产品。企业产品上市前必须通过相应的检测，并获得CCC证书；此外，还 要求企业每年通过复查、抽检等方式来检验和维持产品的质量稳定性。根据现行国家标准 GB2099. 1-2008《家用和类似用途插头插座第1部分：通用要求》以及GB16915. 1-2003《家 用和类似用途固定式电气装置的开关第1部分：通用要求》相关条款要求，产品必须经过相 应的耐久性寿命测试。国标耐久性测试部分的要求汇总见表1 ;显然，耐久性产品认证测试 时开关需经50000次左右的操作，插座则需完成约10000次的插拔寿命试验。耐久性寿命 测试规定：合格产品测试后应无形变，各项功能正常。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种电器插座的耐久性测试系 统。
[0008] 本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电器插座的耐久性测试系 统，由上位机控制装置，下位机控制装置和执行操作装置组成；
[0009] 上位机控制装置包括工控机和下柜；工控机置于下柜顶部、经RS485接口连接下 位机控制装置的PLC，下柜内置不间断电源与电网连接；
[0010] 下位机控制装置包括显示单元、控制单元、三轴点动单元以及下位机控制柜；显示 单元位于下位机控制装置的上部，包括测试系统的插座电参数LED显示屏和负载设置的导 航LED显示屏；控制单元位于下位机控制装置的中部，包括电阻调节模块、电感调节模块、 工作显示灯、报警显示灯、调试控制开关、启动/关闭开关、升压按钮、降压按钮和急停按 钮；
[0011] 控制单元与下位机控制柜相连，调节下位机控制柜内的电阻、线圈与调压器、生成 电器插座耐久性测试标准规定的测试电源，测试电源的电气参数实时呈现在显示单元，显 示单元与控制单元相连；
[0012] 三轴点动单元包括正、负向X轴点动按钮，正、负向Y轴点动按钮，正、负向Z轴点 动按钮，各按钮分别与下位机控制柜内的PLC相连，待检测插座安装完成后，借助三轴点动 单元获取待检测插座的X、Y、Z三轴定位参数；
[0013] 下位机控制柜内置PLC，通过RS485总线接受上位机控制装置的工控机指令，输出 模拟量控制信号到步进电机驱动模块；
[0014] 执行操作装置包括网格状操作台、龙门台架、X轴步进机构、Z轴步进机构、Y轴步 进机构、三维夹具机构和下柜；龙门台架安装在网格状操作台上，网格状操作台置于下柜 上，X轴步进机构、Z轴步进机构、Y轴步进机构各连接一步进电机驱动模块相连，分别执行 X、Y、Z轴向的运动；三维夹具机构借助X、Y、Z三维固定技术，将被测件固定于网格状操作 台上。
[0015] 进一步地，所述的网格状操作台包括可调式支撑脚、下底板、网格状工作台板、Y轴 步进机构的Y轴步进电机安装板、Y轴步进机构的Y轴蜗轮蜗杆副安装孔及轴承部件、龙门 台架的滑动导轨和安装隔板；网格状操作台从上往下，分别通过螺钉将网格状工作台板、安 装隔板及下底板固定成一矩形框架；下底板通过螺钉固定于可调式支撑脚上；Y轴步进电 机安装板、Y轴蜗轮蜗杆副安装孔及轴承部件分别固定于右侧的安装隔板上；龙门台架的 两根滑动导轨分别固定夹紧于左右两块安装隔板之间。
[0016] 进一步地，所述的龙门台架包括X轴步进机构的X轴步进电机安装板、X轴步进机 构的矩形安装板、X轴步进机构的滑动导轨、X轴步进机构的X轴蜗轮蜗杆副安装孔及轴承 部件、龙门台架滑动导轨上的滑块、Y轴蜗轮蜗杆副上的滑块、Z型安装板和龙门台架滑动 导轨滑块的安装板；左右两块Z型安装板通过螺钉由上至下分别将X轴步进机构的矩形安 装板、X轴步进机构的滑动导轨、龙门台架滑动导轨上的滑块的安装板、龙门台架滑动导轨 上的滑块和Y轴蜗轮蜗杆副上的滑块固定成一整体，该整体通过Y轴蜗轮蜗杆副上的滑块 固定于Y轴蜗轮蜗杆副上，Y轴步进电机经Y轴蜗轮蜗杆副实施Y轴向运动；X轴蜗轮蜗杆 副的安装孔及轴承部件分别安装于左右两块Z型安装板上；X轴步进电机的安装板固定于 左侧Z型安装板上。
[0017] 进一步地，所述的X轴步进机构包括X轴步进电机、X轴蜗轮蜗杆副、Z轴步进机构 的Z轴步进电机安装板、Z轴步进机构的上安装板、Z轴步进机构的滑动导轨、Z轴步进机构 的下安装板、X轴蜗轮蜗杆副上的滑块以及接近开关的安装滑块；X轴蜗轮蜗杆副通过联轴 器安装在X轴步进电机的转轴上，从上往下分别通过螺钉将Z轴步进电机安装板、Z轴步进 机构的上安装板、Z轴步进机构的滑动导轨、X轴蜗轮蜗杆副上的滑块以及Z轴步进机构的 下安装板紧固为一整体，安装滑块安装在滑动导轨上。
[0018] 本实用新型与【背景技术】相比，具有的有益效果是：本实用新型用步进电机执行器 取代现有的气动杆执行器，消除了气动杆执行器运维工作量和费用过大的缺点。三维装夹 数控定位取代二维装夹人工定位，具有连续测试不中断、定位精准、测试结果一致性高的特 点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是电器插座耐久性测试系统的结构示意图；
[0020] 图2是控制单元及电器元件的连接示意图；
[0021] 图3是网格状操作台的主视图；
[0022] 图4是网格状操作台的左视图；
[0023] 图5是网格状操作台的俯视图；
[0024] 图6是龙门台架的主视图；
[0025] 图7是龙门台架的左视图；
[0026] 图8是X轴步进机构的主视图；
[0027] 图9是X轴步进机构的左视图；
[0028] 图10是Z轴步进机构的结构图；
[0029] 图11是Y轴步进机构的结构图；
[0030] 图12是三维夹具机构的十字燕尾螺栓示意图；
[0031] 图13是三维夹具机构的弹性夹紧片示意图；
[0032] 图14是三维夹具机构装配后的俯视图；
[0033] 图15是PLC与步进电机的电路图。
【具体实施方式】
[0034] 如图1所示，本实用新型家用及类似用途电器插座的耐久性测试系统由上位机控 制装置100,下位机控制装置200和执行操作装置300组成；执行操作装置300与下位机控 制装置200相连，下位机控制装置200与上位机控制装置100相连。
[0035] 上位机控制装置100包括工控机101和下柜102 ;工控机101置于下柜102顶部、 经RS485接口连接下位机控制装置200的PLC，下柜102内置不间断电源与电网连接，为工 控机101供电。
[0036] 下位机控制装置200包括显示单元210、控制单元220、三轴点动单元230以及下 位机控制柜240 ;显示单元210位于下位机控制装置200的上部，包括测试系统的插座电参 数LED显示屏211和负载设置的导航LED显示屏212 ;控制单元220位于下位机控制装置 200的中部，包括电阻调节模块221、电感调节模块222、工作显示灯223、报警显示灯224、 调试控制开关225、启动/关闭开关226、升压按钮227、降压按钮228和急停按钮229 ;控制 单元220与下位机控制柜240相连，调节下位机控制柜240内的电阻、电感线圈和调压器、 生成电器插座耐久性测试标准规定的测试电源，测试电源的电气参数实时呈现在显示单元 210 ;显示单元210与控制单元220相连；三轴点动单元230包括正向X轴点动按钮231、 负向X轴点动按钮232、正向Y轴点动按钮233、负向Y轴点动按钮234,正向Z轴点动按钮 235、负向Z轴点动按钮236,各按钮分别与下位机控制柜240内的PLC相连，待检测插座安 装完成后，借助三轴点动单元获取待检测插座的X、Y、Z三轴定位参数；下位机控制柜240内 置PLC，通过RS485总线接受上位机控制装置的工控机101指令，输出模拟量控制信号到步 进电机驱动模块。
[0037] 执行操作装置300包括网格状操作台310、龙门台架320、X轴步进机构330、Z轴步 进机构340、Y轴步进机构350、三维夹具机构360和下柜370 ;龙门台架320安装在网格状 操作台310上，网格状操作台310置于下柜370上，X轴步进机构330和Z轴步进机构340 安装在龙门台架320上，Y轴步进机构350安装在网格状操作台310上，X轴步进机构330、 Z轴步进机构340、Y轴步进机构350分别连接一步进电机驱动模块，执行X、Y、Z轴向的运 动；三维夹具机构360借助X、Y、Z三维固定技术，将被测件固定于网格状操作台310上。
[0038] 如图2所示，下位机控制柜240中内置TDGC2-10KVA调压器24UMY1810-A电感线 圈242、可变电阻243、固定电阻244、电流/电压表245与控制单元220所含电阻调节模块 221、电感调节模块222、工作显示灯223、报警显示灯224、调试控制开关225、启动/关闭 开关226、升压按钮227、降压按钮228和急停按钮229组成负载电路，TDGC2-10KVA调压器 241输入端连接电网。
[0039] 如图3-5所示，网格状操作台310包括可调式支撑脚311、下底板312、网格状工作 台板313、Y轴步进机构350的Y轴步进电机安装板314、Y轴步进机构350的Y轴蜗轮蜗杆 副安装孔及轴承部件315、龙门台架320的滑动导轨316和安装隔板317。
[0040] 网格状操作台310从上往下，分别通过螺钉将网格状工作台板313、安装隔板317 及下底板312固定成一矩形框架；下底板312通过螺钉固定于可调式支撑脚311上；Υ轴步 进电机安装板314、Υ轴蜗轮蜗杆副安装孔及轴承部件315分别固定于图4右侧的安装隔板 317上；龙门台架320的两根滑动导轨316分别固定夹紧于左右两块安装隔板317之间。
[0041] 如图6和图7所示，龙门台架320包括X轴步进机构330的X轴步进电机安装板 321、Χ轴步进机构330的矩形安装板322、Χ轴步进机构330的滑动导轨323、Χ轴步进机构 330的X轴蜗轮蜗杆副安装孔及轴承部件324、龙门台架滑动导轨316上的滑块325、Υ轴蜗 轮蜗杆副上的滑块326、Ζ型安装板327和龙门台架滑动导轨滑块325的安装板328。
[0042] 图6左右两块Ζ型安装板327通过螺钉由上至下分别将X轴步进机构330的矩形 安装板322、X轴步进机构330的滑动导轨323、龙门台架滑动导轨上的滑块325的安装板 328、龙门台架滑动导轨316上的滑块325和Υ轴蜗轮蜗杆副上的滑块326固定成一整体， 该整体通过Υ轴蜗轮蜗杆副上的滑块326固定于Υ轴蜗轮蜗杆副上，Υ轴步进电机经Υ轴 蜗轮蜗杆副实施Υ轴向运动；X轴蜗轮蜗杆副的安装孔及轴承部件324分别安装于左右两 块Ζ型安装板327上；X轴步进电机的安装板321固定于左侧Ζ型安装板327上。
[0043] 如图8和图9所示，X轴步进机构330包括X轴步进电机331、Χ轴蜗轮蜗杆副332、 Ζ轴步进机构340的Ζ轴步进电机安装板333、Ζ轴步进机构340的上安装板334、Ζ轴步进 机构340的滑动导轨335、Ζ轴步进机构340的下安装板336、Χ轴蜗轮蜗杆副332上的滑块 337以及接近开关的安装滑块338。
[0044] X轴蜗轮蜗杆副332通过联轴器安装在X轴步进电机331的转轴上，图9从上往下 分别通过螺钉将Ζ轴步进电机安装板333、Ζ轴步进机构340的上安装板334、Ζ轴步进机构 340的滑动导轨335、Χ轴蜗轮蜗杆副332上的滑块337以及Ζ轴步进机构340的下安装板 336紧固为一整体，正向X轴点动按钮231、负向X轴点动按钮232经下位机控制柜240内 的PLC控制X轴步进电机331、驱动X轴蜗轮蜗杆副332实施X轴向运动，PLC记录X轴向 行程位移；安装滑块338安装在滑动导轨335上，其位置可根据被测产品具体尺寸及安装 位置进行调整。
[0045] 如图10所示、Z轴步进机构340包括Z轴步进电机341、Z轴传动蜗杆342、Z轴步 进电机341上的滑块343、插头固定装置344和接近开关345。
[0046] 插头固定装置344固定待检测插座相应的插头，接近开关XS612B1PLA2345安装在 接近开关的安装滑块338上、感应金属片安装在插头固定装置344的一侧，其下沿与标准插 头插销下沿齐平，接近开关的输出信号接入下位机控制柜240内PLC的中断输入端INT1。
[0047] 正向Z轴点动按钮235、负向Z轴点动按钮236经下位机控制柜240内的PLC控制 Z轴步进电机341、驱动Z轴蜗轮蜗杆副342实施Z轴向运动；PLC记录Z轴向行程位移、根 据用户输入的接近开关安装参数和测试速度参数，上位机据此生成修正的"电梯速度"测试 曲线数据表：非插拔子行程的速度开环控制的步进电机脉冲频率表、插拔子行程的位移闭 环控制的步进电机脉冲数；非插拔子行程为插头自检测初始点至接近开关的行程位移，插 拔子行程为接近开关至插头插入插座完成时的行程位移。
[0048] 如图11所示、Y轴步进机构350包括Y轴步进电机351及Y轴传动蜗杆352。
[0049] 正向Y轴点动按钮233、负向Y轴点动按钮234经下位机控制柜240内的PLC控制 Y轴步进电机351、驱动Y轴蜗轮蜗杆副352实施Y轴向运动，实现龙门台架320在Y轴向 的运动，PLC记录Y轴向行程位移。
[0050] 如图12-14所示，三维夹具机构360包括八根十字燕尾螺栓361和两片弹性夹紧 片 362。
[0051] 每根十字燕尾螺栓361由一根柱状螺栓、二根调节螺钉及一块带有弹性材料的夹 紧块组成；柱状螺栓上半部为柱状螺纹结构，下半部为柱状光滑结构，调节螺钉通过螺纹紧 固于该螺栓的下半部，螺栓底部为十字型燕尾结构，夹紧块固定于调节螺钉上；弹性夹紧片 362为一扁形金属框条，其两端各有一个通孔，十字燕尾螺栓361穿过通孔后用弹簧垫片及 螺母加以紧固，框条中部贴紧被测件部分亦为弹性材料、用以增加夹紧力；被测件固定于网 格状工作台板313的任意一个网格上，八根十字燕尾螺栓361以两个为一组，分别从X、Y轴 的正负两向夹紧被测件，保证被测件X、Υ轴方向的夹紧，拧紧调节螺钉使得夹紧块的弹性 材料面紧贴被测件的底部安装盒，通过八根十字燕尾螺栓361的固定，保证被测件在Χ、Υ轴 方向的紧固；两片弹性夹紧片362分别通过弹簧垫片与螺母紧固于Υ轴方向的两组十字燕 尾螺栓361上，将被测件紧紧固定于网格状工作台板313和弹性夹紧片362之间，保证其Ζ 轴方向的固定，从而实现三维装夹的稳定性和空间位置的唯一性；在耐久性测试过程中，三 维装夹杜绝了插拔过程因摩擦力而产生的插座位移，及位移导致的测试中断和二次装夹； 同型号插座测试时，可省略点动确定插座Χ、Υ、Ζ坐标参数的操作。
[0052] 如图15所示，下位机控制装置可以选用VB1-24MT PLC和ΥΚ2609ΜΑ步进电机驱动 模块；VB1-24MT的RS485端口与工控机101的RS485端口相连，接受上位机生成的修正"电 梯速度"曲线数据，进行高效的非插拔子行程速度开环控制；接近开关345的数字量信号接 入VB1-24MT的中断端口 ΙΝΤ1，中断响应程序读入接近开关对应的插拔子行程位移的步进 电机脉冲数，进行精准的插拔子行程位移闭环控制；正向X轴点动按钮231、负向X轴点动 按钮232、正向X轴点动按钮231、负向X轴点动按钮232、正向Ζ轴点动按钮235、负向Ζ轴 点动按钮236的数字量信号分别接入VB1-24MT的数字量输入端口 DI0、DI1、DI2、DI3、DI4、 和DI5,点动控制X轴步进机构330、Z轴步进机构340和Y轴步进机构350,确定插座X、Y、 Ζ坐标参数；VB1-24MT模拟量输出端ΑΙ0、ΑΙ1分别接入第一步进电机驱动模块的PU-、DR-， 驱动X轴步进机构的X轴步进电机331 ;VB1-24MT模拟量输出端AI2、AI3分别接入第二步 进电机驱动模块的TO-、DR-，驱动Y轴步进机构的Y轴步进电机351 ;VB1-24MT模拟量输出 端AI4、AI5分别接入第三步进电机驱动模块的PU-、DR-，驱动Z轴步进机构的Z轴步进电 机 341。
【权利要求】
1. 一种电器插座的耐久性测试系统，其特征在于，它由上位机控制装置（100)，下位机 控制装置（200 )和执行操作装置（300 )组成； 上位机控制装置（100)包括工控机（101)和下柜（102);工控机（101)置于下柜（102) 顶部、经RS485接口连接下位机控制装置（200 )的PLC，下柜（102 )内置不间断电源与电网 连接； 下位机控制装置（200)包括显示单元（210)、控制单元（220)、三轴点动单元（230)以 及下位机控制柜（240);显示单元（210)位于下位机控制装置（200)的上部，包括测试系统 的插座电参数LED显示屏（211)和负载设置的导航LED显示屏（212);控制单元（220)位于 下位机控制装置（200)的中部，包括电阻调节模块（221)、电感调节模块（222)、工作显示灯 (223)、报警显示灯（224)、调试控制开关（225)、启动/关闭开关（226)、升压按钮（227)、降 压按钮（228)和急停按钮（229); 控制单元（220)与下位机控制柜（240)相连，显示单元（210)与控制单元（220)相连； 三轴点动单元（230)包括正向X轴点动按钮（231)、负向X轴点动按钮（232)，正向Y轴 点动按钮（233)、负向Y轴点动按钮（234)，正向Z轴点动按钮（235)、负向向Z轴点动按钮 (236)，各按钮分别与下位机控制柜（240)内的PLC相连； 执行操作装置（300)包括网格状操作台（310)、龙门台架（320)、X轴步进机构（330)、Z 轴步进机构（340 )、Y轴步进机构（350 )、三维夹具机构（360 )和下柜（370 );龙门台架（320 ) 安装在网格状操作台（310)上，网格状操作台（310)置于下柜（370)上；X轴步进机构 (330)、Z轴步进机构（340)、Y轴步进机构（350)各连接一步进电机驱动模块。
2. 根据权利要求1所述的电器插座的耐久性测试系统，其特征在于，所述的网格状操 作台（310)包括可调式支撑脚（311)、下底板（312)、网格状工作台板（313)、Y轴步进机构 (350)的Y轴步进电机安装板（314)、Y轴步进机构（350)的Y轴蜗轮蜗杆副安装孔及轴承 部件（315)、龙门台架（320)的滑动导轨（316)和安装隔板（317);所述网格状操作台（310) 从上往下将网格状工作台板（313)、安装隔板（317)及下底板（312)固定成一矩形框架；下 底板（312)固定在可调式支撑脚（311)上；Y轴步进电机安装板（314)、Y轴蜗轮蜗杆副安装 孔及轴承部件（315)分别固定于右侧的安装隔板（317)上；龙门台架（320)的两根滑动导轨 (316)分别固定夹紧于左右两块安装隔板（317)之间。
3. 根据权利要求1所述的电器插座的耐久性测试系统，其特征在于，所述的龙门台架 (320)包括X轴步进机构（330)的X轴步进电机安装板（321)、X轴步进机构（330)的矩形 安装板（322)、X轴步进机构（330)的滑动导轨（323)、X轴步进机构（330)的X轴蜗轮蜗杆 副安装孔及轴承部件（324)、龙门台架滑动导轨（316)上的滑块（325)、Υ轴蜗轮蜗杆副上的 滑块（326)、Ζ型安装板（327)和龙门台架滑动导轨滑块（325)的安装板（328);左右两块 Ζ型安装板（327)由上至下分别将X轴步进机构（330)的矩形安装板（322)、X轴步进机构 (330)的滑动导轨（323)、龙门台架滑动导轨上的滑块（325)的安装板（328)、龙门台架滑动 导轨（316)上的滑块（325)和Υ轴蜗轮蜗杆副上的滑块（326)固定成一整体，该整体通过Υ 轴蜗轮蜗杆副上的滑块（326)固定于Υ轴蜗轮蜗杆副上；X轴蜗轮蜗杆副的安装孔及轴承部 件（324)分别安装于左右两块Ζ型安装板（327)上；X轴步进电机的安装板（321)固定于左 侧Ζ型安装板（327)上。
4. 根据权利要求1所述的电器插座的耐久性测试系统，其特征在于，所述的X轴步进机 构（330)包括X轴步进电机（331)、X轴蜗轮蜗杆副（332)、Z轴步进机构（340)的Z轴步进 电机安装板（333)、Z轴步进机构（340)的上安装板（334)、Z轴步进机构（340)的滑动导轨 (335)、Z轴步进机构（340)的下安装板（336)、X轴蜗轮蜗杆副（332)上的滑块（337)以及 接近开关的安装滑块（338) ;X轴蜗轮蜗杆副（332)通过联轴器安装在X轴步进电机（331) 的转轴上，从上往下将Z轴步进电机安装板（333 )、Z轴步进机构（340 )的上安装板（334)、Z 轴步进机构（340)的滑动导轨（335)、X轴蜗轮蜗杆副（332)上的滑块（337)以及Z轴步进 机构（340)的下安装板（336)紧固为一整体；安装滑块（338)安装在滑动导轨（335)上。
【文档编号】G01R31/04GK203838283SQ201420044753
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】黄时炜, 赵奇, 顾丽敏, 陈卫东, 张秋声, 郭春育, 吴明光 申请人:浙江省质量检测科学研究院