一種航空電連接器接觸偶機械性能檢測裝置設計

劉長萍， 姚旭成， 方武震， 趙永鵬， 宋茹彬

（1.上海航翼高新技術發展研究院，上海200082；2.石家莊海山實業發展總公司，河北 石家莊050208）

0 引 言

電纜連接器是連接電氣線路的機電元件，擔負著飛機各系統的電能傳輸、信號控制及信息傳遞任務，在飛機上廣泛使用。接觸偶是電纜連接器完成電連接功能的核心組件，一般由陽性接觸件（即插針）和陰性接觸件（即插孔）組成接觸偶，通過陰、陽接觸件的插合完成電連接。接觸偶的插拔力、接觸保持力必須滿足力值要求，才能保證接觸偶的機械性能穩定可靠，才能保證飛機電氣線路具有良好的導電性能［1］。

電纜連接器接觸偶故障時插拔力和接觸保持力的力值發生變化，容易造成電纜連接器接觸偶的機械性能下降，引發線路接觸不良隱性故障［2］。

目前飛機修理廠對電纜連接器接觸偶的檢查方式主要有兩種：一種是采用目視和人手感覺，該方法從外觀好壞的人為直觀感受判斷接觸偶是否合格；另一種是采用自制的簡易工具或保險絲插入電纜連接器插孔，這樣容易產生多余物或損壞接觸偶鍍層，造成氧化、銹蝕等次生問題。當前采用的兩種檢測方法嚴重依賴人工，容易使人員疲勞，出現漏檢問題；同時，這兩種人工檢測方法無法給出接觸偶插拔力和接觸保持力的力值，也就無法全面地判斷電纜連接器上所有接觸偶機械性能的好壞。因此，設計一種自動檢測電纜連接器機械性能的裝置，用來取代傳統人工檢測，將有利于提高電纜連接器檢測的準確性，促進裝備高質量可靠運行。

1 故障類型

電纜連接器接觸偶常見外觀故障見圖1。

由圖1可知：飛機上電纜連接器種類繁多，隨著使用年限及插拔次數的增加，電纜連接器的接觸偶容易發生彎針、縮針／縮孔及孔徑變化等故障。

圖1 電纜連接器接觸偶常見外觀故障

2 系統設計

2.1 總體設計

為了解決飛機電纜連接器機械性能檢測的準確性和高效性，需要設計開發基于視覺系統檢測的裝置，根據測量要求和對飛機電纜連接器接觸偶檢測技術的研究，確定了基本的測量方案。電纜連接器接觸偶機械性能檢測裝置設計應具備外形便攜、操作簡單、使用靈活等特點。根據測量需求進行電纜連接器接觸偶測試的機械載荷施加及測量裝置的結構，主要包含硬件和軟件設計。針對電纜連接器的不同類型、連接方式和飛機上安裝位置等確定電纜連接器、接觸偶的測試銷針的夾持方式。

為了滿足現場修理需要，設計了一套視覺檢測裝置用于識別電纜連接器接觸偶常見故障，檢測裝置通過直接檢測電纜連接器接觸偶插入力和接觸力的力值來判斷接觸偶是否合格。該裝置主要由夾持工裝、測量執行機構、工控機及力值顯示控制機構部分等組成，裝置總體結構框圖見圖2。加持工裝可用于固定多種型號的被測電纜連接器；測量執行機構用于接收控制指令進行位置移動以及將測量數據傳輸給工控機；工控機用于給出控制指令，接收測量數據，進行數據處理以及為測量執行機構供電；顯示部分用于顯示測量結果并接收操作人員輸入指令。

圖2 檢測裝置總體結構框圖

2.2 硬件設計

（1）視覺測量機構

視覺測量機構采用基于三基色反射光的顏色識別系統，可使用市場上主流廠家如邁思肯、基恩仕、歐姆龍等公司提供的引導式視覺系統［3］。被測電纜連接器已經固定到加持工裝上，合適的標準針／孔已經安裝到力值測量機構上，裝置啟動后控制器提供移動指令，三軸執行機構將視覺測量機構移動到合適位置，對被測電纜連接器進行拍照，圖像數據上傳到工控機進行處理，得到被測電纜連接器上插針或插孔的相對位置。

（2）力值測量機構

相機啟動獲得連接器針孔照片后，進行圖像數據的預處理，在做出圖像適當描述后，開始控制過程，在此期間執行機構與工作空間的聯系中斷，之后執行機構根據已處理的坐標信息進行端子插拔力、保持力的測試。該方法先進行連接器接觸偶的定位，計算確定視域中連接器接觸偶在圖像中的坐標位置，然后定位視域平面的坐標系統與x軸、y軸、z軸三軸執行機構（以下簡稱執行機構）坐標系統的對應關系，這樣一旦在圖像中定位了接觸偶，則執行機構也就知道了待測連接器的各個接觸偶在自己坐標系中的位置，視覺系統通過對連接器夾具平臺上的連接器接觸偶的自動識別和定位，使執行機構準確進行插拔力和保持力的測試。

（3）三軸執行機構

三軸執行機構由x軸、y軸、z軸三軸移動機構組成，其中x軸用于左右方向移動，y軸用于上下方向移動，z軸用于前后方向移動。由兩臺永磁同步直線伺服電機驅動的x?y軸運動平臺構成，可同時對兩臺直線伺服電機進行控制通過讀取的視覺識別系統的位置進行逐個復位。其中伺服電機作為執行元件用來驅動滾珠絲桿，滾珠絲桿的螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在x軸、y軸方向的直線運動。伺服電機及驅動器、導軌、滾珠絲桿等為標準產品，根據負載大小選取合適的型號。采用微機控制伺服驅動器來驅動伺服電機。z軸平臺包含測力和位移檢測，在設定的位移行程之內，記錄接觸偶插入力、分離力以及保持力力值及曲線等。x軸、y軸、z軸三軸執行機構結構示意圖見圖3。

圖3 x軸、y軸、z軸三軸執行機構結構示意圖

2.3 軟件流程

飛機電纜連接器接觸偶機械性能檢測裝置由先進的視覺識別系統、x軸、y軸、z軸三軸執行機構、精密直線滑軌、高精密拉壓力測試執行機構等組成，具有良好的速度控制特性，高精確位置控制功能，實現恒力矩、低噪聲、高效率和高精度力值自動檢測。

視覺識別系統采用高精密相機，對連接器端面及Pin腳位置進行拍照分析，實現連接器接觸偶與x軸、y軸、z軸三軸執行機構的高精度坐標轉換。電纜連接器接觸偶機械性能檢測裝置是基于Windows操作系統的測試軟件，配備數據采集卡，與視覺系統、x軸、y軸、z軸三軸執行機構的微機控制系統通信，進行圖像處理，坐標轉換，將連接器Pin／Socket的位置與力值進行比較分析后，形成檢測報告，使得顯示結果更直觀，測試報告可采用數據表格和曲線圖兩種方式，便于對測試結果進行分析和追溯。以保持力測試為例的軟件流程簡圖見圖4。

圖4 保持力測試流程圖

3 測試分析

在測試的基礎上，通過對電纜連接器機械性能測試數據記錄、分析和總結，既包括對電纜連接器機械性能是否符合測試要求和測試結論進行判定，也可以在測量過程中對發現的問題、缺陷、隱患進行分析，方便發現電纜連接器早期存在的隱性故障，從根本上防止重復檢測浪費人力、物力，提高檢測效率的同時確保測試的可靠性。系統的主要分析功能包括：

（1）根據檢測電纜連接器類型及測試結果，系統對電纜連接器自動生成機械性能檢測力值表，檢測人員可以保存、編輯、刪除、調用。

（2）系統根據調用的試驗條件、試驗要求等內容，通過伺服電機傳動，自動進行高精度測定，并得到準確的曲線試驗圖，同時記錄檢測過程的坐標與電纜連接器接觸偶的具體位置。

（3）系統具備強大的報表管理功能，用表格的形式列出每一項測試的檢測值及其測試內容，并提供檢測報告及故障報表等。

（4）系統保存每次測量典型電纜連接器的測試結果，便于對比電纜連接器故障發展趨勢。

（5）歷史測試報表可以有顯示匯總表、顯示測試正常數據、測試故障數據等多種查詢方式，如表1為測試報表示例。

表1 測試報表

4 結束語

本工作設計的電纜連接器機械性能檢測裝置，包括硬件系統的選用與設計、軟件系統的設計，經過大量的試驗與論證，本系統可通過圖像處理、分析、計算，自動完成多種型號的電纜連接器機械性能檢測并形成檢測報表。為檢測人員提供了良好的人機界面。

通過對總體及軟硬件設計分析后，確定相機及鏡頭的型號及規格，根據被測電纜連接器特性和安裝環境確定環形光源的照明方案及尺寸和安裝位置，根據電纜連接器機械性能檢測裝置使用環境等情況進行裝置的結構設計，最后根據測量要求完善軟件功能，后續將開展樣機的加工制造工作。本工作設計的視覺系統不局限于應用在保持力檢測裝置中，在自動化檢測領域會有更為廣闊的應用空間。