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非接觸式測量激光在接觸器關鍵參數在線測試中的應用

文檔作者：尚曉冬劉玉眷文檔來源：上海力盟自動化系統(tǒng)有限公司		點擊數：	更新時間： 2022年11月06日
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-rE ．設備．Dil1．非接觸式測量(激光)在接觸器關鍵參數在線測試中的應用上海電器技術(2o09№．2)
非接觸式測量(激光)
在接觸器關鍵參數在線測試中的應用
尚曉冬劉玉眷 上海力盟自動化系統(tǒng)有限公司
摘要： 以激光傳感器、高性能的模擬量采集卡和工控機為核心搭建硬件平臺實現自動測量、數據采集，采用程
序進行動作控制、數據處理和顯示界面，并就如何保證信號采集的完整性和準確性提出了解決方法。設計出了一
套測試參數齊全、智能化、高精度可靠的接觸器特性檢測系統(tǒng)。
關鍵詞： 非接觸式(激光)測量高速采集數據處理
Application of Non—contact’Laser Measurement in
Contactor Key Parameter Testi ng
Shang Xiaodong Liu Yuchun Shanghai Remo Automation System Co．，Ltd．
Abstract：The hardware platform builds on laser sensor，high—precision data acquisition board and industrial personal
computer，its aim is to realize automatic range measurement，data acquisition and adopt the program to control action，to
process data and display testing results．We also put forward a solution of how to ensure the completeness and accuracy of
signal acquisition，the contactor testing system has complete range of parametem，it obviously shows its intellectualization
and high reliability．
Keywords：non—contact(1aser)measurement high—speed acquisition data processing
0 前言
接觸器是電力線路或頻繁控制電動機的一種量
大、面廣的控制類低壓電器，其主要功能是遠距離接
通與分斷主電路。由于接觸器廣泛應用于電動機控
制等重要工業(yè)生產等領域，若不能可靠地動作，必然
會影響生產的正常安全運行，甚至導致重大的經濟
損失。由此，對接觸器的關鍵參數，如開距、超程、觸
頭彈跳、通斷時間的在線測試具有非常重要的意義。
1 接觸器的關鍵參數
1．1 開距
當接觸器線圈通電后，接觸器的動觸頭開始運
動到動、靜觸頭接觸的一瞬間的這一段距離。
1．2 超程
當接觸器的線圈開始通電，接觸器的動、靜觸頭
開始接觸后，動觸頭繼續(xù)運動的距離。此距離是保
證動、靜觸頭的接觸壓力，確保觸頭接觸的可靠性。
1．3 觸頭彈跳
當接觸器的線圈通電后，動觸頭接觸到靜觸頭
的瞬間到接觸器的動、靜觸頭閉合完成這一過程中
動、靜觸頭接觸的情況。
1．4 接通時間
接觸器的線圈通電時，動觸頭運動到動、靜觸頭
閉合完全這一段時間。
2 接觸器關鍵參數在線測試的現狀
目前，通常采用的測試方法為接觸式測試方法，
一47—
上海電器技術(20o9№．2)非接觸式測量(激光)在接觸器關鍵參數在線測試中的應用．工藝．設備．塒斟
即需要用一測量頭或測量桿頂住接觸器的動觸頭進
行測量，其工藝一般有兩種：
1)使用外力(人工或者電機)推動接觸器的動
觸頭部分向前運動直到動、靜觸頭接觸，測試這一段
距離為開距。測試全行程，即記錄接觸其吸合前的
位置為原點，通電吸合后為終點，測試這一段距離為
全行程。
2)接觸器通電吸合后，將測量頭頂住接觸器的
動觸頭，釋放線圈電壓，將測量頭向后運動，觀察接
觸器的動、靜觸頭接觸的情況，從測試頭頂住動觸頭
的位置到動、靜觸頭不接觸的這一段距離為超程。
對以往采用接觸式測量設備以及測量情況進行
分析研究，發(fā)現存在以下問題：
(1)非工作狀態(tài)下的測量方法：使用外力推動
接觸器動觸頭部分，必然存在系統(tǒng)失真。此法往往
導致動觸頭部分偏移與傾斜，由此A、B、c三相的同
步差人為地擴大了。
(2)推動接觸器動觸頭部分的推桿在測試動觸
頭原始位置(即原點)時，要求其既能接觸到動觸頭
同時還不能使其產生位移。這在大規(guī)模的在線測試
是很難做到的，而且長時間、大批量的生產必然會使
機械部分產生磨損，導致誤差的進一步放大。
(3)生產效率的低下。一般整個測試過程在5
— 7 s左右(根據被測產品的規(guī)格不同而有所不
同)，形成了生產制造過程中的瓶頸。
3 非接觸式測量(激光)技術的研究和實驗
數據
鑒于接觸式測量有上述弊端，而激光技術則采
用非接觸測量，有別于測試過程中需要一測量頭或
測量桿。圖1為實驗時激光測試點示意圖的照片。
圖1中，紅色亮點即為激光測量點。通過對國
際某品牌接觸器的大量的實驗，激光測試點打在A
相、B相、C相任意一相時，測試數據的一致性沒有
影響，說明該被測產品的性能穩(wěn)定，如圖2所示。
一48—
7．00
6．00
5．0o
4．oo
3．o0
2．00
1．o0
0．o0
圖1 激光測試點示意圖
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49
— 卜A相開距+ B相開距—1．r—C相開距 全行程
圖2 國際某品牌接觸器測試數據的曲線
另外，對性能不是很穩(wěn)定的產品進行了多次測
試，結果發(fā)現：該被測產品的重復性不是很好，這點
同樣從一個側面反映了產品性能的穩(wěn)定性與否，如
圖3所示。
7．0o
6．00
5．oo
4．00
3．o0
2．00
1．0o
0．OO
l 4 7 lU 13 16 l9 22 25 2 3l 34 3 7 4O 43 46 49
+ A相開距+ B相開距—★一C相開距 全行程
圖3 國產某接觸器測試數據的曲線
測試時，在接觸器的通電吸合過程中，激光傳感
器和高速的采集卡將這一短暫的過程記錄下來形成
波形，可以將需要的測試數據進行計算和分析，如圖
4所示。
實驗步驟如圖5所示。
工藝．設備．柵料·非接觸式測量(激光)在接觸器關鍵參數在線測試中的應用上海電器技術(2009№．2)
圖4 程序界面
通過實驗以及實驗數據分析可見：激光測距有
以下優(yōu)點：
(1)如圖1所示，采用激光對接觸器進行測試，
是非接觸式的測試方法，接觸器的動、靜觸頭由分到
閉的過程是通過對其線圈施加額定電壓，而不是通
過外力將其閉合，是其真實的吸合狀態(tài)。
(2)測試速度快，接觸器的吸合時間是非常短
暫的(十幾到幾十毫秒不等)，激光傳感器和高速采
集卡只要將這一短暫的過程記錄下來就可以對其接
觸器的吸合過程進行分析了，計算機的計算能力是
42
I被測產品的裝夾I
『 被測產品的額定電壓調節(jié)
l
調節(jié)0k．延時
l
通電。高速采集記錄波形
l
波形分析，獲得實驗有效數據
I
該次產品實驗結束
實驗數據存儲
圖5 測試流程圖
非?？斓?，這樣測試的時間就大大減少了。
(3)激光傳感器的使用不存在磨損或精度變
化，使得測量的誤差很小和不存在人為影響。
(4)采用高性能的采集卡和高速的激光傳感
器，保證了信號采集的高速度和高精度。
4 非接觸式測量(激光)技術應用前景的展望
4．1 推廣到對接觸器可靠性研究
實驗過程中，高速的采集卡可以真實地記錄接
觸器吸合的狀態(tài)。圖6是實驗截圖。
0 0．02 0．04 0．06 0．08 0．1 0．12 0．14 0．16 0．18 0．2
f／s
圖6 觸頭吸合波形
圖6中，A、B、c三相觸頭的彈跳情況真實地被
記錄下來了。通過對波形分析，計算出B相的彈跳
時間，得出B相觸頭存在問題。對波形進一步分
析，觸頭的吸合時間、吸合速度等接觸式測試無法得
一49一
加
上海電器技術(2009№．2)非接觸式測量(激光)在接觸器關鍵參數在線測試中的應用·工藝·設置·盯斟
出的參數都是可以被計算出來。 ．一
4．2 接觸器噪音的檢測
采用高速的激光測試系統(tǒng)和高速采集卡采集觸
10
8
6
§ 4
2
0
— 2
— 3
頭的運動狀態(tài)，可以分析觸頭在吸合后的抖動情況。
圖7為接觸器的線圈電壓降至其額定電壓50％ 時
觸頭的抖動波形。
0 0．01 0．02 0．03 0．04 O．O5 O．06 0．O7 O．08 O．O9 0．1
t／s
圖7 觸頭抖動時的波形
5 結語
非接觸式激光測量接觸器在線測試關鍵參數技
術具有高效率、高精度的特點，是對傳統(tǒng)的機械接觸
式測試接觸器關鍵參數方式的技術創(chuàng)新。該技術不
僅適用制造企業(yè)的在線檢測，還可推廣應用于接觸
器的噪音測試和接觸器的可靠性研究。
參考文獻
[1] 姚珍芝，包革．GB 10962—1985低壓電器基本標準
[s]．北京：中國標準出版社，1985．
[2] 姚芳，陸儉國，鄭建榮，等，交流接觸器可靠性研究概
況[J]．低壓電器，2007(11)：1—5．
(上接第46頁)
一般的殼體零件(如一個50g重的零件)5～7 h
即可完成加工制作。我們的使用經驗是：下午設計
完成，下班前啟動設備開始打印制作，打印過程無
需人員值守，第二天就能拿到模型進行驗證了。如
果發(fā)現問題，則可以立刻進行修改，例如在一套電器
開關新品研發(fā)過程中，拿到RP模型后設計人員立
刻就意識到外殼邊緣比較單薄，需增加加強筋防止
注塑后變形，這樣就有利于裝配工人裝配，減少損
耗。
2年多來，已對電器行業(yè)加工制作了近十套新
品。2—5天即可確定一套新品的設計，然后交模具
廠開模生產，大大加快了研發(fā)速度；2 000元左右的
制作加工費也大大降低了研發(fā)成本；同時，將試樣交
給模具廠家生產，也方便了模具的設計加工制作。
一50—
4 結語
RP技術是20世紀90年代發(fā)展起來的一項先
進制造技術和新產品研發(fā)手段。RP技術在發(fā)達國
家制造業(yè)企業(yè)的新產品開發(fā)活動中得到了迅速的推
廣應用，設備無需人員值守，在人力成本上也大大降
低；新產品的研發(fā)周期大大縮短，確保了新產品的上
市時間和新產品開發(fā)的一次成功，從而明顯提高了
產品在市場上的競爭力和企業(yè)對市場的快速反應
能力。
中國制造業(yè)現在正從OEM生產制造向ODM
工業(yè)設計制造轉換，先進技術、先進工具的應用已勢
在必行，RP技術可大大提升設計能力，縮短設計周
期，大大增強企業(yè)的核心競爭力，為企業(yè)創(chuàng)造的效益
是不可估量的。

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