JP2014102109A - Precision fine sliding test machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、精密微摺動試験機に関し、特に電気的に接続された雄端子と雌端子との接点が微摺動することにより生じるフレッティングコロージョンの現象を試験する精密微摺動試験機に関する。 The present invention relates to a precision microsliding tester, and more particularly, to a precision microsliding tester for testing a phenomenon of fretting corrosion caused by a slight sliding of a contact between a male terminal and a female terminal which are electrically connected. .
例えば自動車の電気系統において、2本の電線(リード線)同士を電気的に接続する場合、一方の先端に設けられた雄コネクタと、他方の先端に設けられた雌コネクタとを相互に係合する構成のものが多く採用されている。
前記雄コネクタと雌コネクタには、例えばプラスチックからなるケーシングに、それぞれ金属端子である雄端子と雌端子とが設けられている。前記雄コネクタと雌コネクタのケーシングは、相互に係合可能に形成されており、ケーシング同士が係合することによって、前記雌端子に前記雄端子が嵌入され、相互に電気的に接続されるようになっている。
For example, in the electrical system of an automobile, when two electric wires (lead wires) are electrically connected to each other, a male connector provided at one end and a female connector provided at the other end are engaged with each other. Many of the configurations are used.
The male connector and the female connector are respectively provided with a male terminal and a female terminal, which are metal terminals, in a casing made of plastic, for example. The casings of the male connector and the female connector are formed so as to be able to engage with each other. When the casings are engaged with each other, the male terminal is inserted into the female terminal and is electrically connected to each other. It has become.
ところで、自動車の機械的振動や熱の影響によるケーシングの膨張、収縮などによって、前記雄端子と雌端子との接点において、所謂フレッティングコロージョンと呼ばれる現象が発生することが知られている。
このフレッティングコロージョンは、前記端子の接点において発生する微少な振動や、往復のすべり運動を繰り返すことによって、接点間に酸化被膜等が堆積する現象であり、この現象が発生すると接点抵抗が大きくなる。そのため、フレッティングコロージョンにより接点抵抗が大きくなり過ぎると、接点不良が発生するという課題があった。
By the way, it is known that a so-called fretting corrosion phenomenon occurs at the contact between the male terminal and the female terminal due to expansion and contraction of the casing due to the mechanical vibration of the automobile and the influence of heat.
This fretting corrosion is a phenomenon in which an oxide film or the like is deposited between the contacts by repeating minute vibrations generated at the contact of the terminal or reciprocating sliding motion, and when this phenomenon occurs, the contact resistance increases. . Therefore, when the contact resistance becomes too large due to fretting corrosion, there is a problem that a contact failure occurs.
前記課題を解決するため、従来から、フレッティングコロージョンの現象を試験機上で発生させることが試みられている。
例えば雄端子と雌端子との接点においては、フレッティングコロージョンが発生する振幅は±数μmの範囲であり、前記試験機にあっては、その範囲で接点を微摺動させる駆動手段が必要とされる。
例えば、特許文献1には、接続された一対の雄端子と雌端子とをピエゾアクチュエータ(圧電振動子)により微摺動させ、フレッティングコロージョンを発生させる試験機が開示されている。即ち、前記接点の微摺動の駆動手段としてピエゾアクチュエータを用い、前記接点の微摺動を発生させている。
尚、特許文献1では、フレッティングコロージョンを発生させた後の2つの端子間の電気的抵抗を測定することにより端子設計の良否を判定するようになっている。
In order to solve the above-mentioned problems, it has been attempted to generate a fretting corrosion phenomenon on a testing machine.
For example, at the contact point between the male terminal and the female terminal, the amplitude at which fretting corrosion occurs is in the range of ± several μm, and the testing machine requires a driving means for sliding the contact point within that range. Is done.
For example, Patent Document 1 discloses a testing machine that causes fretting corrosion by causing a pair of connected male terminals and female terminals to slide finely with a piezoelectric actuator (piezoelectric vibrator). That is, a piezo actuator is used as a driving means for fine sliding of the contact, and the fine sliding of the contact is generated.
In Patent Document 1, the quality of the terminal design is determined by measuring the electrical resistance between the two terminals after the occurrence of fretting corrosion.
しかしながら、特許文献1に開示された試験機のように、端子接点をピエゾアクチュエータにより微摺動(数μm)させる構成にあっては、振動子の振幅の直進性が悪いために、端子接点の微摺動を正確に発生させることができないという課題があった。
即ち、端子接点の摺動(振幅)を正確に発生させることができないために、フレッティングコロージョンの発生する振幅領域が実際とは異なり、金属端子やコネクタケーシングの設計の良否判定を正しくできない虞があった。
However, in the configuration in which the terminal contact is finely slid (several μm) by a piezo actuator as in the testing machine disclosed in Patent Document 1, the straightness of the amplitude of the vibrator is poor. There was a problem that fine sliding could not be generated accurately.
That is, since the sliding (amplitude) of the terminal contact cannot be generated accurately, the amplitude region in which fretting corrosion occurs is different from the actual one, and there is a possibility that the quality determination of the design of the metal terminal or the connector casing cannot be performed correctly. there were.
また、フレッティングコロージョンの発生原因を特定するためには、試験機においてフレッティングコロージョンを発生させると共に、端子接点の相対変位の測定と、接点で生じる堆積物や形状変化などの経時変化の記録が必要である。
前記端子接点の相対変位の測定にあっては、摺動試験後に生じた傷跡を測定し、それに基づき変位を判断する方法もあるが、その傷がどのような状態で生じたのか明確に解らないため、正確な相対変位の測定が可能とは言えなかった。
また、金属端子は、一般にコネクタケーシングで覆われた状態であるため、端子接点で生じる堆積物や形状変化などの経時変化を捉えることができないという課題があった。
In addition, in order to identify the cause of fretting corrosion, it is necessary to generate fretting corrosion in a testing machine, measure the relative displacement of terminal contacts, and record changes over time such as deposits and shape changes that occur at the contacts. is necessary.
In measuring the relative displacement of the terminal contacts, there is also a method of measuring the scar generated after the sliding test and judging the displacement based on the measured scar, but it is not clear what state the scratch has occurred. Therefore, it cannot be said that accurate relative displacement measurement is possible.
Moreover, since the metal terminal is generally covered with the connector casing, there has been a problem that it is impossible to capture temporal changes such as deposits and shape changes generated at the terminal contacts.
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、互いに接続された2つの金属端子の接点を微摺動させる精密微摺動試験機において、前記端子接点の微摺動を高精度に発生させると共に、前記微摺動による前記端子接点の相対変位を正確に求めることができ、また、前記端子接点近傍の経時変化を観察可能な精密微摺動試験機を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the circumstances as described above, and in a precision microsliding tester that finely slides the contacts of two metal terminals connected to each other, the fine sliding of the terminal contacts is enhanced. An object of the present invention is to provide a precision micro-sliding tester capable of accurately generating the relative displacement of the terminal contact due to the micro-sliding and observing a change with time in the vicinity of the terminal contact. And
前記課題を解決するためになされた、本発明に係る精密微摺動試験機は、互いに電気的に接続された雄端子と雌端子との接点を前後方向に微摺動させる精密微摺動試験機であって、基台上において前後方向に移動自在に配置された方形板状のブロック板と、前記雄端子と雌端子とをそれぞれ保持し、互いに係合可能に形成されると共に、一方が前記基台に固定され、他方が前記ブロック板に固定された一対のケーシングと、前後方向に進退可能なエンド部を有し、前記ブロック板の前後いずれかの側面に前記エンド部が当接するように配置された圧電振動子と、前記圧電振動子に対し所定の駆動電圧波形を与えることにより前記エンド部を前後方向に振動させる圧電振動子駆動手段と、前記ブロック板の前後方向における往復移動の変位を検出するブロック変位検出手段と、前記雄端子と雌端子との間における電気的特性を測定する電気的特性測定手段と、前記ブロック変位検出手段の出力に基づき、前記圧電振動子駆動手段の動作制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ブロック変位検出手段が検出した前記ブロック板の往復移動の変位を用いて、前記圧電振動子駆動手段に与える駆動電圧波形の変位波形のずれを補正するフィードバック制御を行うと共に、前記電気的特性測定手段が測定した端子接点の電気的特性の変化を出力することに特徴を有する。
尚、前記雄端子と雌端子との接点の微摺動の相対変位を検出する相対変位検出手段を備え、前記制御手段は、前記相対変位検出手段が検出した前記雄端子と雌端子との接点の微摺動の相対変位を用いて、前記圧電振動子駆動手段に与える駆動電圧波形の振幅値を決定するフィードバック制御を行うことが望ましい。
また、前記ブロック板の四隅には、該ブロック板を前記基台に対して前後方向に移動可能とする弾性ヒンジがそれぞれ設けられていることが望ましい。
また、前記ブロック変位検出手段は、前記基台に固定されたセンサ部と、前記基台に対して前後方向に移動する前記ブロック板との間の静電容量の変化に基づき、前記ブロック板の往復移動の変位を検出する静電容量センサを含むことが望ましい。
In order to solve the above problems, the precision microsliding tester according to the present invention is a precision microsliding test in which a contact point between a male terminal and a female terminal electrically connected to each other is slightly slid in the front-rear direction. A rectangular plate-like block plate disposed on the base so as to be movable in the front-rear direction, the male terminal and the female terminal, respectively, and formed to be able to engage with each other, It has a pair of casings fixed to the base and the other fixed to the block plate, and an end portion that can be advanced and retracted in the front-rear direction, and the end portion comes into contact with either the front or rear side of the block plate A piezoelectric vibrator disposed on the piezoelectric vibrator, a piezoelectric vibrator driving means for vibrating the end portion in the front-rear direction by applying a predetermined drive voltage waveform to the piezoelectric vibrator, and a reciprocating movement of the block plate in the front-rear direction. Detect displacement Block displacement detection means, electrical characteristic measurement means for measuring electrical characteristics between the male terminal and the female terminal, and operation control of the piezoelectric vibrator driving means based on the output of the block displacement detection means. And a control means for correcting the displacement of the displacement waveform of the drive voltage waveform applied to the piezoelectric vibrator driving means using the displacement of the block plate reciprocating movement detected by the block displacement detecting means. And a change in electrical characteristics of the terminal contacts measured by the electrical characteristic measuring means is output.
The male terminal and the female terminal are provided with relative displacement detecting means for detecting the relative displacement of the fine sliding of the contact, and the control means is a contact between the male terminal and the female terminal detected by the relative displacement detecting means. It is desirable to perform feedback control that determines the amplitude value of the drive voltage waveform applied to the piezoelectric vibrator drive means using the relative displacement of the fine slide.
In addition, it is desirable that elastic hinges are provided at the four corners of the block plate so that the block plate can be moved in the front-rear direction with respect to the base.
Further, the block displacement detecting means is based on a change in electrostatic capacitance between the sensor unit fixed to the base and the block plate moving in the front-rear direction with respect to the base. It is desirable to include a capacitance sensor that detects reciprocal displacement.
このように構成することにより、接続された雄端子と雌端子との接点に対し、直進性に優れた振幅性能を有するブロック板を介して振動波形を与えることができる。即ち、圧電振動子の直進性の精度が低い場合でも、前記ブロック板を介すことによって高精度の直進性をもった振動(振幅)を前記端子接点に与えることができる。
更に、前記ブロック板の往復移動の変位と前記雄端子と雌端子との接点の微摺動の相対変位を圧電振動子の駆動電圧波形にフィードバックすることにより、前記端子接点の微摺動を高精度に発生させることができる。
即ち、前記端子接点の微摺動が高精度に発生し、前記雄端子と雌端子との間における電気的特性(例えば抵抗値)の変化が出力されるため、所定の設定条件下でのフレッティングコロージョンによる接点不良の発生タイミングを正確に知ることができ、その現象の原因解析を行うことができる。
By comprising in this way, a vibration waveform can be given to the contact of the connected male terminal and female terminal via the block board which has the amplitude performance excellent in the straightness. That is, even when the accuracy of linearity of the piezoelectric vibrator is low, vibration (amplitude) having high accuracy of linearity can be applied to the terminal contact through the block plate.
Further, by feeding back the reciprocal displacement of the block plate and the relative displacement of the fine sliding of the contact between the male terminal and the female terminal to the drive voltage waveform of the piezoelectric vibrator, the fine sliding of the terminal contact is enhanced. It can be generated with accuracy.
That is, the sliding of the terminal contact occurs with high accuracy and a change in electrical characteristics (for example, resistance value) between the male terminal and the female terminal is output. It is possible to accurately know the occurrence timing of contact failure due to ting corrosion, and to analyze the cause of the phenomenon.
また、前記ブロック板と前記基台との間には、前記圧電振動子のエンド部が前記ブロック板に与える押圧方向とは反対の方向に付勢力を与える弾性部材が設けられ、前記弾性部材の付勢力により前記圧電振動子のエンド部は、その進退位置に拘わらず前記ブロック板の前後いずれかの側面に対し当接し、且つ、前記エンド部の先端が球面形成されていることにより前記ブロック板の側面に対し点接触していることが望ましい。
このように構成することにより、ブロック板、及びその四隅の弾性ヒンジに対し圧電振動子のエンド部からの応力を均等に与えることができる。
Further, an elastic member that applies a biasing force in a direction opposite to the pressing direction that the end portion of the piezoelectric vibrator applies to the block plate is provided between the block plate and the base. Due to the urging force, the end portion of the piezoelectric vibrator abuts against any one of the front and rear side surfaces of the block plate regardless of the advance / retreat position thereof, and the end of the end portion is formed into a spherical surface, whereby the block plate It is desirable to make point contact with the side surface.
By comprising in this way, the stress from the end part of a piezoelectric vibrator can be equally given with respect to a block board and the elastic hinge of the four corners.
また、少なくとも前記一対のケーシングのいずれかには、前記2つの金属端子の接点を観察するための観察用窓が設けられ、前記観察用窓を介して前記2つの金属端子の接点を撮像するための撮像手段を備えることが望ましい。
このように構成することにより、前記観察用窓を介して撮像手段による撮像が可能となるため、前記端子接点の相対変位を正確に測定することができ、端子接点の経時変化を映像として記録することができる。
In addition, at least one of the pair of casings is provided with an observation window for observing the contact point between the two metal terminals, and images the contact point between the two metal terminals via the observation window. It is desirable to provide the imaging means.
With this configuration, since the imaging unit can capture an image through the observation window, it is possible to accurately measure the relative displacement of the terminal contact, and to record the temporal change of the terminal contact as an image. be able to.
また、前記相対変位検出手段は、前記撮像手段が撮像した画像に基づき、前記2つの金属端子の接点の相対変位を算出することが望ましい。
このように構成することにより、雄端子と雌端子との接点の微摺動による相対変位を容易且つ高精度に得ることができる。
Further, it is preferable that the relative displacement detection unit calculates a relative displacement between the contact points of the two metal terminals based on an image captured by the imaging unit.
By comprising in this way, the relative displacement by the fine sliding of the contact of a male terminal and a female terminal can be obtained easily and with high precision.
本発明によれば、互いに接続された2つの金属端子の接点を微摺動させる精密微摺動試験機において、前記端子接点の微摺動を高精度に発生させると共に、前記微摺動による前記端子接点の相対変位を正確に求めることができ、また、前記端子接点近傍の経時変化を観察可能な精密微摺動試験機を得ることができる。 According to the present invention, in the precision fine sliding test machine for finely sliding the contact points of the two metal terminals connected to each other, the fine sliding of the terminal contact is generated with high accuracy, and the fine sliding causes the fine contact. It is possible to accurately obtain the relative displacement of the terminal contacts, and to obtain a precision microsliding tester capable of observing changes with time in the vicinity of the terminal contacts.
以下、本発明に係る精密微摺動試験機の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の精密微摺動試験機の全体構成を模式的に示す側面図である、また、図2は、図1の精密微摺動試験機の主要部を示す斜視図であり、図3は、図2のA−A矢視断面図である。 Hereinafter, embodiments of a precision microsliding tester according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view schematically showing the overall configuration of the precision microsliding tester of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing the main part of the precision microsliding tester of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
図1に示す精密微摺動試験機100は、相互に電気的に接続された雄端子と雌端子との間の抵抗値を測定し、測定値の変化からフレッティングコロージョン発生のタイミングを検出し、そのときの端子接点の状態を観察するための装置である。
この精密微摺動試験機100は、例えばテーブル等からなる第1基台2上に設けられた微摺動装置1と、前記微摺動装置1の上方に配置されたカメラ8(撮像手段)とを備える。前記カメラ8は、アーム7によって支持され、アーム7は前記第1基台2上に立設されたカメラスタンド6に昇降自在に取り付けられている。また、カメラ8には高倍率の撮影を実現可能とするマクロレンズ9、10が取り付けられ、微摺動装置1上のコネクタ(端子接点)に焦点が合わせられている。尚、カメラ8は、高いフレームレート(例えば60fps)で動画撮影を行う高速度撮影可能なカメラが用いられる。
1 measures the resistance value between a male terminal and a female terminal that are electrically connected to each other, and detects the timing of occurrence of fretting corrosion from the change in the measured value. This is an apparatus for observing the state of the terminal contact at that time.
The
また、精密微摺動試験機100は、前記微摺動装置1に搭載された圧電振動子であるピエゾアクチュエータ21に所定の駆動電圧波形を与えるピエゾアンプ4(圧電振動子駆動手段)と、前記ピエゾアンプ4等を駆動制御する制御ボックス3とを備える。
また、前記制御ボックス3及び前記カメラ8を含む試験機全体は、制御PC(Personal Computer)11により制御される。尚、前記制御ボックス3と制御PC11とにより制御手段が構成される。
前記制御PC11は、演算処理を行うCPU(Central Processing Unit)11aと、RAM(RandomAccess Memory)等により構成された主記憶装置11bと、ハードディスク等により構成された補助記憶装置11cなどを有する。
The
The entire testing machine including the
The control PC 11 includes a central processing unit (CPU) 11a that performs arithmetic processing, a main storage device 11b that includes a RAM (Random Access Memory), and an auxiliary storage device 11c that includes a hard disk.
また、補助記憶装置11cには、端子接点の摺動による相対変位及び周波数が目標値に一致するようにピエゾアクチュエータ21の駆動電圧波形を制御する機能を実現するためのフィードバック制御プログラムが記憶されている。
そして、前記機能は、CPU11aが補助記憶装置11cに格納されている前記フィードバック制御プログラムを主記憶装置11bにロードして実行することにより実現される。
尚、前記制御PC11には、入力装置としてのキーボード12やマウス(図示せず)、出力装置としてのモニタ13が接続されている。
The auxiliary storage device 11c stores a feedback control program for realizing a function of controlling the drive voltage waveform of the
The function is realized by the CPU 11a loading and executing the feedback control program stored in the auxiliary storage device 11c into the main storage device 11b.
The control PC 11 is connected to a
また、前記微摺動装置1は、図2、図3に示すように構成される。尚、図2、図3の説明においては、図示するY軸正方向を前側とし、Y軸負方向を後側とする。
図示するように微摺動装置1は、第2基台20上に、Y軸方向に沿って延びる円柱状のピエゾアクチュエータ21(圧電振動子)が設けられ、その前端の可動エンド21aが方形板状の弾性ヒンジブロック22(ブロック板)の後側側面に当接する状態で設けられている。
The fine sliding device 1 is configured as shown in FIGS. In the description of FIG. 2 and FIG. 3, the Y-axis positive direction shown in the figure is the front side, and the Y-axis negative direction is the rear side.
As shown in the drawing, the fine sliding device 1 is provided with a columnar piezo actuator 21 (piezoelectric vibrator) extending along the Y-axis direction on the
具体的に説明すると、方形板状に形成された第2基台20の周縁部には、基台面よりも高い高さ(厚み)寸法と所定の幅寸法とを有する枠体20aが、第2基台20と一体形成されている。前記ピエゾアクチュエータ21は、前記第2基台20の中央に配置され、その後端の固定エンド21bが前記枠体20aの後側の内側面に当接され、枠体20aに対し枠体20aの外側面側からボルト31によって固定されている。また、ピエゾアクチュエータ21の前側の外周面は、半円環状の支持部材32によって覆われ、第2基台20に対しボルト固定されている。
More specifically, a frame body 20a having a height (thickness) dimension higher than the base surface and a predetermined width dimension is provided at the periphery of the
また、図2に示すように略方形板状の弾性ヒンジブロック22は、中央のメインブロック部22aと、その四隅に配置された弾性ヒンジ22bとを有する。メインブロック部22aの左右両側において、前後に配置された2つの弾性ヒンジ22bの間には取付ブロック部22cが配置され、第2基台20に対しボルト33により固定されている。これにより、前記メインブロック部22aは、その四隅に配置された弾性ヒンジ22bによって、第2基台20に対し前後に移動自在に設けられた状態となっている。尚、前記メインブロック部22aと前記弾性ヒンジ22bと前記取付ブロック22cとは、それぞれ1枚のブロック板に切り込み(スリットSL)を入れることにより形成されている。
As shown in FIG. 2, the substantially rectangular plate-like
より詳しく説明すると、各弾性ヒンジ22bは、メインブロック部22aや取付ブロック22cと同じく、その厚みが大きく形成されている。また、図示するようにX方向に延びる複数の切り込み(スリットSL)が左右から交互に設けられることによって、複数枚(図では2枚)の板状体がY軸方向に並列に配置された状態となっている。
このように構成された弾性ヒンジ22bがメインブロック部22aの四隅に前後左右対称に配置され、しかも各弾性ヒンジ22bが所定の厚さを有しているため、仮にメインブロック部22aにY軸方向以外の力が作用しても、Y軸方向以外の力は打ち消され、Y軸方向のみに移動するようになっている。
したがって、ピエゾアクチュエータ21の前後方向に振動する可動エンド21aが、所謂ロール方向、ピッチ方向、ヨー方向などの方向に動いても、弾性ヒンジブロック22のメインブロック部22aは、前後方向(Y軸方向)のみに移動し、高い直進性に優れた微小振幅を得ることができる。
More specifically, each
The elastic hinges 22b configured in this way are arranged symmetrically in the front-rear and left-right directions at the four corners of the main block portion 22a, and each
Therefore, even if the
また、メインブロック部22aの中央には、Y方向に長い溝部22dが形成され、そこにスプリング34(弾性部材)が収容されている。前記スプリング34は、図3に示すようにその前端34aが基台20に対し固定され、後端34bでメインブロック部22aを後側方向に付勢するように構成されている。
このスプリング34の付勢力によって、前記したように弾性ヒンジブロック22(のメインブロック部22a)の後側側面に、ピエゾアクチュエータ21の前端の可動エンド21aが、その進退位置に拘わらず当接する状態が維持される。
また、前記可動エンド21aの先端は球面形成されており、前記メインブロック部22aの後側側面に対し点接触するように構成されている。そのため、メインブロック部22aの四隅に前後左右対象に配置された弾性ヒンジ22bに均等に応力が加わるようになっている。
A
Due to the urging force of the
The distal end of the
図4は、図3における端子接続部周辺を拡大して示す断面図である。図2乃至図4に示すように第2基台20の前端側の枠体20a上には、雄端子25を保持するコネクタケーシング24が、押さえ部材26を介してボルト27によって固定されている(即ち雄端子25及びコネクタケーシング24は枠体20aに固定されている)。
一方、雌端子28を収容する前記コネクタケーシング23は、押さえ部材29を介してボルト30によって弾性ヒンジブロック22のメインブロック部22aに固定されている。そして、雄端子25に雌端子28が嵌入され、前記雄端子25のコネクタケーシング24に雌端子28のコネクタケーシング23が係合されることにより、相互に電気的に接続された状態となっている。
また、コネクタケーシング23,24の上面側、及び押さえ部材26の上面側には、それぞれ複数の観察用窓23a、24a、26aが設けられ、端子接点を観察可能な状態となされている。
また、図1に示すように前記雌端子28と雄端子25とからは、それぞれリード線37,38が引き出され、制御ボックス3内の図示しない抵抗値検出回路(電気的特性測定手段)に接続されている。この抵抗値検出回路においては、例えば、前記雌端子28と雄端子25との間に定電流を流すことにより端子接点の抵抗が測定される。抵抗値検出回路の出力は制御PC11に入力され、モニタ13上で例えば時系列にグラフ化されて観察可能となされている。即ち、雌端子28と雄端子25との接点におけるフレッティングコロージョンの発生を抵抗値の変化により把握することができるように構成されている。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the terminal connection portion in FIG. As shown in FIGS. 2 to 4, a
On the other hand, the
A plurality of observation windows 23a, 24a, and 26a are provided on the upper surface side of the
Further, as shown in FIG. 1, lead wires 37 and 38 are drawn out from the
また、図3に示すように、基台20の前端側の枠体20aには、前後方向(Y方向)に貫通する貫通孔20bが形成され、そこに静電容量センサ36(ブロック変位検出手段)が挿着されている。静電容量センサ36の先端にはセンサ部36aが設けられ、弾性ヒンジブロック22のメインブロック部22aの前側側面に面するように配置されている。
静電容量センサ36は、制御ボックス3を介して制御PC11に接続され、制御PC11において弾性ヒンジブロック22(メインブロック部22a)の往復移動の時間的な変位が算出されるように構成されている。
即ち、前記弾性ヒンジブロック22のメインブロック部22aが前後方向(Y方向)に往復移動することで静電容量センサ36の静電容量が変化し、ブロック変位検出手段として機能する制御PC11において、前記静電容量の変化に基づきメインブロック部22aの往復移動の変位を測定するようになっている。
Further, as shown in FIG. 3, a through-
The
That is, in the control PC 11 that functions as block displacement detecting means, the electrostatic capacity of the
続いて、前記制御PC11により実行されるフィードバック制御プログラムの機能について、さらに図5及び図6を用いて説明する。図5は、制御PC11により実行されるフィードバック制御プログラムの機能ブロック図である。また、図6は、前記フィードバック制御の流れを示すフローである。 Subsequently, the function of the feedback control program executed by the control PC 11 will be further described with reference to FIGS. FIG. 5 is a functional block diagram of a feedback control program executed by the control PC 11. FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the feedback control.
作業者は、先ず、制御PC11において、補助記憶装置11cに格納されている前記フィードバック制御プログラムを起動する。
前記プログラムが起動すると、前記モニタ13上には、端子接点の目標変位、端子接点を微摺動させるための波形(例えば正弦波)及び周波数の入力設定画面が表示され、作業者はキーボード12を用いてそれぞれ目標値等を入力する(図5の符号F1、図6のステップS1)。
また、制御PC11において、前記入力された目標値等に基づいて、ピエゾアクチュエータ21を駆動させるための駆動電圧波形が生成される(図5の符号F8、図6のステップS2)。
First, the operator activates the feedback control program stored in the auxiliary storage device 11c in the control PC 11.
When the program is started, a target displacement of the terminal contact, a waveform (for example, a sine wave) and a frequency input setting screen for finely sliding the terminal contact are displayed on the
Further, the control PC 11 generates a drive voltage waveform for driving the
また、モニタ13上には、ピエゾアクチュエータ21の駆動実行ボタン(図示せず)が表示され、作業者がそれを選択することにより、前記ステップS2で生成された駆動電圧波形に基づいて、ピエゾアンプ4がピエゾアクチュエータ21を駆動する(図6のステップS2)。また、このとき、カメラ8が起動され、観察用窓23a、24a、26aを通して端子接点の撮影が開始される。
Further, a drive execution button (not shown) of the
このように最初にピエゾアクチュエータ21が駆動されると、雌端子28と雄端子25との端子接点が摺動する。即ち、ピエゾアクチュエータ21の可動エンド21aが前進すると、可動エンド21aにより弾性ヒンジブロック22のメインブロック部22aの後側側面が押圧され、メインブロック部22aも前進する。一方、前記可動エンド21aが後退すると、メインブロック部22aがスプリング34の付勢力により押し戻される。前記可動エンド21aは、前進と後退とを所定の波形(例えば正弦波)の振幅と周波数で繰り返し往復移動する(図5の符号F2)。そのため、前記メインブロック部22a及びその上に固定された雄端子25のコネクタケーシング23もそれに同期して前進と後退とを繰り返し往復移動する。
ここで、雄端子25を保持するコネクタケーシング24は第2基台20の枠体20aに固定されているため、雄端子25に対し雌端子28が所定の周波数で前進と後退を繰り返し、端子接点が摺動することとなる(図5の符号F3)。
Thus, when the
Here, since the
また、前記弾性ヒンジブロック22のメインブロック部22aの前進と後退の動作(往復移動)の変位は、静電容量センサ36により検出される。
即ち、静電容量センサ36と弾性ヒンジブロック22との間の静電容量が検出され、その変化に基づき、制御PC11において、メインブロック部22aの往復移動の時間的な変位が算出される(図5のF4、図6のステップS4)。
Further, the displacement of the forward and backward movement (reciprocal movement) of the main block portion 22 a of the
That is, the electrostatic capacitance between the
一方、カメラ8は、観察用窓23a、24a、26aを介して端子接点を撮影しており、その撮影された映像は制御PC11に入力される。
制御PC11においては、相対変位検出手段として機能し、入力された映像を画像解析することによって端子接点の相対変位を算出する(図5の符号F6,図6のステップS5)。
より具体的に説明すると、図7に示すようにカメラ8から入力される撮影映像には互いに接続された雄端子25と雌端子28とが映っている。雄端子25と雌端子28とには、それぞれ測定用にマーキングM1,M2が付されている。制御PC11は、図7(a)の雌端子28が雄端子25に対し最も前進した状態(雄端子25に最も挿入された状態)と、図7(b)の雌端子28が雄端子25に対し最も後退した状態(雄端子25に浅く挿入された状態)の画像を抽出する。そして、雌端子28の変位であるマーキングM2の位置の変位d1を求め、雄端子25の変位であるマーキングM1の位置の変位d2を求めて、それらの減算結果を相対変位(d1−d2)とする。
On the other hand, the camera 8 images the terminal contact through the observation windows 23a, 24a, and 26a, and the captured image is input to the control PC 11.
The control PC 11 functions as a relative displacement detection means, and calculates the relative displacement of the terminal contact by analyzing the input video (reference F6 in FIG. 5 and step S5 in FIG. 6).
More specifically, as shown in FIG. 7, the captured video input from the camera 8 shows a
このように最初に、前記ステップS2で生成された駆動電圧波形に基づく前記端子接点の摺動が発生され、メインブロック部22aの往復移動の時間的な変位の測定、及び端子接点の相対変位の測定がなされると、第1、第2のフィードバック処理が実行される。
即ち、第1のフィードバック処理として、前記ステップS5で測定された端子接点の相対変位に基づき、PID制御(目標値と出力値との偏差の比例、積分、微分制御)が実行され、端子接点の相対変位がステップS1の目標変位に収束するように駆動電圧波形の振幅値が補正される(図5の符号F7、図6のステップS6)。
制御PC11においては、前記ステップS6で補正した振幅値を用いて、新たにピエゾアクチュエータ21の駆動電圧波形を生成する(図5の符号F8、図6のステップS7)。
Thus, first, sliding of the terminal contact is generated based on the drive voltage waveform generated in step S2, and the time displacement of the reciprocating movement of the main block portion 22a is measured, and the relative displacement of the terminal contact is measured. When the measurement is performed, first and second feedback processes are executed.
That is, as the first feedback processing, PID control (proportionality of deviation between target value and output value, integration, differential control) is executed based on the relative displacement of the terminal contact measured in step S5. The amplitude value of the drive voltage waveform is corrected so that the relative displacement converges to the target displacement in step S1 (reference F7 in FIG. 5 and step S6 in FIG. 6).
In the control PC 11, a new drive voltage waveform of the
また、第2のフィードバック処理として、前記ステップS4で測定されたメインブロック部22aの往復移動の変位に基づきPID制御が実行される。そして、前記ステップS2で生成された駆動電圧波形に対する変位波形のずれが補正される(図5の符号F5、図6のステップS8)。
即ち、前記雌端子28と雄端子25とには弾性ヒンジブロック22のメインブロック部22aを介して振動波が伝わるため、それにより変位波形のずれが無くなるように駆動電圧波形の変位が補正される。
As the second feedback process, PID control is executed based on the reciprocal displacement of the main block portion 22a measured in step S4. Then, the displacement of the displacement waveform with respect to the drive voltage waveform generated in step S2 is corrected (reference F5 in FIG. 5 and step S8 in FIG. 6).
That is, since a vibration wave is transmitted to the
前記ステップS8で変位が補正された駆動電圧波形が生成されると、その駆動電圧波形によりピエゾアクチュエータ21が駆動される(図6のステップS9)。
これにより弾性ヒンジブロック22のメインブロック部22aは、前記補正された新たな駆動電圧波形に基づく振動波によって往復移動し、端子接点が摺動することになる(図5の符号F2、F3)。
When the drive voltage waveform whose displacement is corrected in step S8 is generated, the
As a result, the main block portion 22a of the
また、新たな駆動電圧波形に基づく、弾性ヒンジブロック22のメインブロック部22aの往復移動の変位は、前記のように静電容量センサ36を用いて測定され(図5の符号F4、図6のステップS10)、その結果が再びフィードバックされる。即ち、PID制御により駆動電圧波形の変位が再び補正される(図5の符号F5、図6のステップS8)。
更に、新たな駆動電圧波形に基づく、端子接点の摺動の相対変位は、前記のようにカメラ8を用いて測定され(図5の符号F6、図6のステップS11)、その結果が再びフィードバックされる。即ち、PID制御により駆動電圧波形の振幅値が再び補正される(図5の符号F7、図6のステップS6)。
そして、ステップS6からステップS11までのループ処理は、試験機の停止制御がなされるまで繰り返し実行され、端子接点の摺動の変位及び周波数を目標値に一致させるためのピエゾアクチュエータ21の駆動電圧波形が決定されることとなる。
In addition, the displacement of the main block portion 22a of the
Further, the relative displacement of sliding of the terminal contact based on the new drive voltage waveform is measured using the camera 8 as described above (reference F6 in FIG. 5, step S11 in FIG. 6), and the result is fed back again. Is done. That is, the amplitude value of the drive voltage waveform is corrected again by PID control (reference F7 in FIG. 5, step S6 in FIG. 6).
Then, the loop processing from step S6 to step S11 is repeatedly executed until stop control of the testing machine is performed, and the driving voltage waveform of the
そして、目標変位及び周波数で摺動する端子接点においてフレッティングコロージョンが発生すると、作業者は、それにより生じる接点不良の発生のタイミングをモニタ13上に表示される端子接点の抵抗値の変化により知ることができる。
また、作業者は、カメラ8により撮像された画像と合わせて現象発生の原因解析を行う(図6のステップS12)。
When fretting corrosion occurs at the terminal contact that slides at the target displacement and frequency, the operator knows the timing of occurrence of contact failure caused by the change by the change in the resistance value of the terminal contact displayed on the
Further, the worker analyzes the cause of the occurrence of the phenomenon together with the image captured by the camera 8 (step S12 in FIG. 6).
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、例えば自動車の機械的振動などによってコネクタに加わる振動波(正弦波、矩形波、三角波など)が、ピエゾアクチュエータ21の可動エンド21aの振動動作によって発生される。そして、その振動波形が、直進性に優れた振幅性能を有する弾性ヒンジブロック22を介してコネクタケーシング23に与えられる。
また、第1のフィードバック処理として、端子接点(雄端子28と雌端子25との接点)の摺動をカメラ8により観察し、その相対変位が端子接点の摺動の目標変位に収束するようにピエゾアクチュエータ21の駆動電圧波形の振幅が補正される。
更には、第2のフィードバック処理として、弾性ヒンジブロック22(のメインブロック部22a)の往復移動の時間的な変位が測定され、それに基づき、ピエゾアクチュエータ21の駆動電圧波形の目標値に対して、変位波形のずれが無くなるように補正がなされる。
即ち、直進性に優れた振幅性能を有する弾性ヒンジブロック22と、2つのフィードバック処理とにより、端子接点の摺動の目標値(変位、周波数)を得るためのピエゾアクチュエータ21の駆動電圧波形を高精度に得ることができ、前記端子接点の微摺動を高精度に発生させることができる。
また、コネクタケーシング23、24に観察用窓23a、24aを設けることによって、カメラ8による撮影が可能となるため、前記端子接点の相対変位を正確に測定することができ、端子接点の経時変化を画像として記録することができる。
即ち、前記端子接点の微摺動が高精度に発生して、前記雄端子と雌端子との間における抵抗値の変化がモニタ13に出力され、端子接点の経時変化が画像記録されるため、所定の設定条件下でのフレッティングコロージョンによる接点不良の発生タイミングを正確に知ることができ、その現象の原因解析を行うことができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the vibration wave (sine wave, rectangular wave, triangular wave, etc.) applied to the connector by, for example, mechanical vibration of an automobile is oscillated by the
Further, as the first feedback processing, sliding of the terminal contact (contact between the
Furthermore, as the second feedback processing, the temporal displacement of the reciprocating movement of the elastic hinge block 22 (the main block portion 22a) is measured, and based on the measured displacement, the target value of the drive voltage waveform of the
In other words, the drive voltage waveform of the
In addition, since the observation windows 23a and 24a are provided in the
That is, the fine sliding of the terminal contact occurs with high accuracy, the change in resistance value between the male terminal and the female terminal is output to the
尚、前記実施の形態においては、ピエゾアクチュエータ21の可動エンド21aがメインブロック部22aの後側側面に当接する構成としたが、本発明にあっては、その構成に限定されるものではない。即ち、可動エンド21aがメインブロック部22aの前側側面に当接する構成とし、スプリング34をその押圧方向とは反対方向に付勢するように配置してもよい。
また、前記実施の形態にあっては、メインブロック部22aの往復移動の変位を検出する手段として、静電容量センサを用いる構成としたが、それに限定することなく、他の検出手段を採用してもよい。
また、前記実施の形態においては、電気的特性測定手段として抵抗値測定を行うものとしたが、それに限定されることなく、電気的特性として、測定した電圧値を制御PC11に入力するように構成してもよい。
In the above-described embodiment, the
In the above embodiment, the capacitance sensor is used as the means for detecting the reciprocal displacement of the main block portion 22a. However, the present invention is not limited to this, and other detection means are used. May be.
Further, in the above-described embodiment, the resistance value measurement is performed as the electrical characteristic measuring means. However, the present invention is not limited thereto, and the measured voltage value is input to the control PC 11 as the electrical characteristic. May be.
また、前記実施の形態においては、枠体20aに雄端子25を固定し、メインブロック部22aに雌端子28を固定し、雄端子25に対し雌端子28を嵌入させる構成としたが、本発明にあってはその構成に限定されるものではない。
例えば、枠体20aに雌端子28を固定し、メインブロック部22aに雄端子25を固定し、雌端子28に対し雄端子25を嵌入させる構成としてもよい。
また、コネクタケーシング23、24の形状や係合の構造も限定されるものではなく、コネクタ形状に拘わらず本発明を適用することが可能である。その場合、押さえ部材26,29の形状を、コネクタ形状に合わせて形成すればよい。
また、押さえ部材26,29により、金属端子を直接的に押さえて固定するようにしてもよい。そのように構成することによりコネクタケーシングを持たない金属端子に対しても本発明の精密微摺動試験機を用いて試験することができる。
In the embodiment, the
For example, the
Further, the shape of the
Further, the metal terminals may be directly pressed and fixed by the
また、前記実施の形態においては、カメラ8にマクロレンズ9,10を取り付けて撮影する構成としたが、それに限らず、マクロレンズ9,10を顕微鏡に置き換えてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure which attaches the
1 微摺動装置
2 第1基台
3 制御ボックス(制御手段)
4 ピエゾアンプ(圧電振動子駆動手段)
8 カメラ(撮像手段)
10 接合部材
11 制御PC(制御手段、ブロック変位検出手段、相対変位検出手段)
20 第2基台(基台)
21 ピエゾアクチュエータ(圧電振動子)
22 弾性ヒンジブロック
22a メインブロック部(ブロック板)
22b 弾性ヒンジ
23 コネクタケーシング(ケーシング)
23a 観察用窓
24 コネクタケーシング(ケーシング)
24a 観察用窓
25 雄端子
28 雌端子
34 スプリング(弾性部材)
36 静電容量センサ(ブロック変位検出手段)
100 精密微摺動試験機
1
4 Piezo amplifier (piezoelectric vibrator driving means)
8 Camera (imaging means)
10 Joining members 11 Control PC (control means, block displacement detection means, relative displacement detection means)
20 Second base (base)
21 Piezo actuator (piezoelectric vibrator)
22 Elastic hinge block 22a Main block (block plate)
36 Capacitance sensor (block displacement detection means)
100 Precision fine sliding tester
Claims (7)
基台上において前後方向に移動自在に配置された方形板状のブロック板と、前記雄端子と雌端子とをそれぞれ保持し、互いに係合可能に形成されると共に、一方が前記基台に固定され、他方が前記ブロック板に固定された一対のケーシングと、前後方向に進退可能なエンド部を有し、前記ブロック板の前後いずれかの側面に前記エンド部が当接するように配置された圧電振動子と、前記圧電振動子に対し所定の駆動電圧波形を与えることにより前記エンド部を前後方向に振動させる圧電振動子駆動手段と、前記ブロック板の前後方向における往復移動の変位を検出するブロック変位検出手段と、前記雄端子と雌端子との間における電気的特性を測定する電気的特性測定手段と、前記ブロック変位検出手段の出力に基づき、前記圧電振動子駆動手段の動作制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ブロック変位検出手段が検出した前記ブロック板の往復移動の変位を用いて、前記圧電振動子駆動手段に与える駆動電圧波形の変位波形のずれを補正するフィードバック制御を行うと共に、前記電気的特性測定手段が測定した端子接点の電気的特性の変化を出力することを特徴とする精密微摺動試験機。 A precision micro-sliding tester that finely slides the contact between the male terminal and the female terminal electrically connected to each other in the front-rear direction,
A rectangular plate-like block plate arranged on the base so as to be movable in the front-rear direction, the male terminal and the female terminal are respectively held and formed to be able to engage with each other, and one is fixed to the base. The other is a piezoelectric element having a pair of casings fixed to the block plate and an end portion capable of moving back and forth in the front-rear direction so that the end portion is in contact with either side of the block plate. A vibrator, piezoelectric vibrator driving means for vibrating the end portion in the front-rear direction by giving a predetermined drive voltage waveform to the piezoelectric vibrator, and a block for detecting displacement of the block plate in the front-rear direction Based on the output of the displacement detection means, the electrical characteristic measurement means for measuring the electrical characteristics between the male terminal and the female terminal, and the output of the block displacement detection means, the piezoelectric vibrator drive And control means for controlling the operation of the stage,
The control means performs feedback control for correcting a displacement of the displacement waveform of the drive voltage waveform applied to the piezoelectric vibrator driving means, using the displacement of the block plate reciprocating movement detected by the block displacement detection means, A precision microsliding tester for outputting a change in electrical characteristics of terminal contacts measured by the electrical characteristic measuring means.
前記制御手段は、前記相対変位検出手段が検出した前記雄端子と雌端子との接点の微摺動の相対変位を用いて、前記圧電振動子駆動手段に与える駆動電圧波形の振幅値を決定するフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項1に記載された精密微摺動試験機。 Relative displacement detection means for detecting the relative displacement of the fine sliding of the contact between the male terminal and the female terminal,
The control means determines an amplitude value of a drive voltage waveform to be applied to the piezoelectric vibrator driving means by using the relative displacement of the fine sliding of the contact between the male terminal and the female terminal detected by the relative displacement detecting means. 2. The precision microsliding tester according to claim 1, wherein feedback control is performed.
前記基台に固定されたセンサ部と、前記基台に対して前後方向に移動する前記ブロック板との間の静電容量の変化に基づき、前記ブロック板の往復移動の変位を検出する静電容量センサを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載された精密微摺動試験機。 The block displacement detection means includes
Based on a change in capacitance between the sensor unit fixed to the base and the block plate that moves in the front-rear direction with respect to the base, an electrostatic that detects a displacement of the block plate reciprocating is detected. The precision micro-sliding tester according to any one of claims 1 to 3, further comprising a capacitance sensor.
前記弾性部材の付勢力により前記圧電振動子のエンド部は、その進退位置に拘わらず前記ブロック板の前後いずれかの側面に対し当接し、且つ、前記エンド部の先端が球面形成されていることにより前記ブロック板の側面に対し点接触していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載された精密微摺動試験機。 Between the block plate and the base, there is provided an elastic member that applies a biasing force in a direction opposite to the pressing direction that the end portion of the piezoelectric vibrator applies to the block plate,
Due to the urging force of the elastic member, the end portion of the piezoelectric vibrator is in contact with one of the front and rear side surfaces of the block plate regardless of the advance / retreat position, and the tip of the end portion is formed into a spherical surface. 5. The precision microsliding tester according to claim 1, wherein a point contact is made with respect to a side surface of the block plate.
前記観察用窓を介して前記2つの金属端子の接点を撮像するための撮像手段を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載された精密微摺動試験機。 At least one of the pair of casings is provided with an observation window for observing a contact point between the male terminal and the female terminal,
The precision microsliding tester according to any one of claims 1 to 5, further comprising imaging means for imaging the contact point of the two metal terminals through the observation window.
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