Контактный узел Советский патент 1982 года по МПК H01R11/12 

(54) КОНТАКТНЫЙ УЗЕЛ

Изобретение относится к контрольно-измерительным устройствам, тестерам электрических схем в печатном исполнении, более конкретно к узлам прижимных контактов, обеспечивающим автоматическое осуществление контакта между точками электрической схемы и тестером в процессе налаживания, тренировки, ремонта и диагностирования печатных плат. Известен электрический соединитель, содержащий капсулу с токопроводящей жидкостью, которая подводится к месту контакта через отверстие в переднем торце капсулы соединителя после того, как защелка соединителя заскочит за выступ платы и шарик поверхностью платы будет вытолкнут из отверстия. Так как шарик является инерционным элементом и удерживается в отверстии цилиндрической пружиной, то он некоторое время после толчка вибрирует, очищая место контакта для жидкости 1. Недостатком этого соединителя является трудность герметизации, необходимость удаления жидкости после снятия соединителя, малая динамичность шарика и малая вследствие этого способность шарика защищать поверхность контакта. Известен контактный узел, содержащий установленный с зазором в отверстии изоляционной колодки корпус, в полости которого расположен щуп, выполненный в виде соединенных спиральной пружиной контактных элементов, один из которых соединен с иглой, а другой посредством промежуточного элемента взаимодействует с измерительным прибором. Корпус контактного узла имеет снизу упор, служащий для передачи контактного усилия от матрицы на направляющую механизма, иглы, соединенную со штырем для крепления токопровода к тестеру. Направляющая представляет собой цилиндрическую гильзу с полузавальцованными концами. В верхний конец гильзы упирается контактный шарик, а в нижний - булавообразный цилиндр с иглой на конце. Между шариком и цилиндром расположена цилиндрическая пружина сжатия. Контактный шарик и цилиндр представляют собой инерционные элементы, взаимодействующие с пружиной и с концами направляющей втулки и способные вибрировать при приложении толчка к концу иглы. Таким образом, контактный шарик, цилиндр с иглой и пружина представляют собой колебательную систему. В процессе контактирования усилие толчков с игл передается на пружины и шарики, которые при этом совершают затухающие колебания и в процессе колебаний зачищают поверхности мест контактирования как внутри щупов, так и в местах соприкосновения игл с платой 2. Недостатками указанного контактного узла являются малая продолжительность вибрирования, необходимость резкого опускания испытательной головки в случае сильг но окисленных, загрязненных или покрытых вязкой пленкой мест контактирования. Контактные узлы одновременно с зачисткой плохо проводящих мест контактирования зачищают неокисленные, не требующие зачистки места, имеющие хорошую проводимость, т. е. не обладают избирательностью зачистки, не позволяют зачищать отдельные места Контактирования. Цель изобретения - обеспечение вибрационной зачистки контактирующих поверхностей в резонансном режиме, а также диагностирование неисправности контактирующих мест, что по существу обеспечивает расширение функциональных возможностей. Указанная цель достигается тем, что известное устройство снабжено расположенными в зазоре между корпусом и платой коническими гильзами, взаимодействующей с корпусом крышкой и размещенным в полости корпуса соленоидом, корпус и крышка выполнены из упругого изоляционного материала в виде имеющих отверстия в дне конических стаканов, наружная боковая поверхность которых выполнена с клиновидными выступами, расположенными по направляющим и взаимодействующими с внутренней поверхностью гильз, причем контактные элементы и соединяющая их пружйна выполнена из магнитомягкого материала. Кроме того, с целью надежного соединения и быстрой сборки или разборки деталей контактных узлов между собой и с матрицей углы конусности пробок, крышек и игл выбраны меньшими углов трения материалов соответствующих соприкасающихся поверхностей. С целью уменьшения габаритов соленоида и обеспечения резонансного вибрирования щупа с частотой питания соленоида переменным током массу инерционных элементов, жесткость пружины, а также жесткости тех частей корпуса и крышки, на которые опираются концы инерционных элементов, выбраны из условия, что щуп как двухмассовая колебательная система, -имеет первый и второй резонансы соответственно на частоте однополупериодного и двухполупериодного питания соленоида переменным током. Предлагаемая конструкция контактного узла позволяет реализовать различные современные методы диагностирования качества состояния и прогнозирования надежности работы печатных плат и других систем плоского электрического монтажа. На фиг. 1 показана конструкция контактного узла, разрез; на фиг. 2 - возможности реализации режимов резонансного вибрирования щупа при питании соленоида одноили двухполупериодным синусоидальным током; обозначения: АЧХ и АЧХ2 - амплитудно-частотные характеристики первого ш, и второго mj контактных элементов контактного узла. Прижимной контактный пружинный узел колодки 1 тестера для контроля плат 2 содержит щуп 3, имеющий верхний 4 и нижний 5 контактные элементы, с иглой 6 на нижнем из них, спиральную пружину 7 между элементами, цилиндрическую направляющую 8 щупа 3, конусообразный корпус 9, вставленный в отверстие колодки 1 снизу со стороны контролируемой платы 2, а также штырь 10 для токопровода от щупа 3 к тестеру. Направляющая 8 в корпусе 9 закреплена неподвижно. Корпус 9 снабжен охватывающей одной или несколькими коническими гильзами 11, выполняющими роль переходников, дистанцеров или клиньев и позволяющими регулировать условия крепления щупа 3 в отверстии колодки 1. Верхняя часть корпуса 9 охвачена конусообразной крышкой 12, снабженной конической гильзой 13, заклиниваюшей верхнюю часть корпуса 9 и крышки 12 в отверстии колодки 1 сверху и имеющей буртик для сборно-разборных операций. Направляющая 8 щупа 3 выполнена в виде соленоида, контакты 14 питания которого установлены в крышке 12 с возможностью скольжения в процессе съема и регулировки высоты установки крышки. Внутри крышки 12 вдоль ее продольной оси размещен расширенный конусообразный конец 15 токопроводящего штыря 10, опираюшийся на верхний торец направляющей 8. На боковых поверхностях контактных элементов сделаны винтовые пазы 16, в которые ввинчены концы пружин 7 и законтрены, например, заливной расплавленной термопластической или растворимой пластмассой. Игла 6 выполнена двухконцовой в виде, например, сваренных своими основаниями конических стержней разной длины, способных заклиниваться в конических отверстиях 17, выполненных внутри элементов 4 и 5. Это позволяет быстро заменять рабочий конец иглы резервным и .менять местами контактные элементы, что удобно с точки зрения взаимозаменяемости в производстве и ремонтопригодности в эксплуатации. Кроме того, игла 6 снабжена сменным контактным наконечником 18, имеющим сферическую или другую выпуклой формы поверхность, что важно для виброударной и вибрационной тренировки и усталостных испытаний контролируемых точек платы 2. Штырь 10 токопровода своим расширенным концом 15 служит упором для верхнего конца контактного элемента 4. Кроме того, штырь 10 вдоль своей цилиндрической части имеет участки с упругими подсечками 19, служашими для обеспечения неразрывности контактного пути между штырем 10 и контактным элементом 4, при этом конец элемента 4 способен скользить по поверхности подсечек 19. Для уменьшения трения жения во время вибрировачйя-щупа соответствующие контактирующиеся поверхности выполнены с малыми коэффициентами трения. Все конусные соединения выполнены самотормозящимися, т. е. имеюш,ими углы конусности меньшими углов трения материалов с юТВетствукУ цйх поверхностей. С целью уменьшения габаритов соленоида, токопотребления и нагрева должен быть обеспечен резонансный режим вибрирования щупа. Для этого массы т и т2 элементов 4 и 5, жесткость К пружины 7, жесткости Kj и К2 участков корпуса 9 и крышки 12, на которые опираются концы элементов 4 и 5, выбираются согласно равенства где cj. - частота переменного тока, вызывающего вынужденные колебания щупа контактного узла; о/J условие резонирования щупа на первой частоте собственных колебаний с частотой переменного тока й, возбуждающей вынужденные колебания щупа контактного узла.С целью регулирования жесткости опор концов контактных элементов 4 и 5 на корпусе 9 и крышке 12 выполнены узкие канавки 20 и 21. При соблюдении указанных условий и реально имеющемся трении на поверхностях щупа (фиг. 2) могут быть получены большие величины амплитуд х и х колебаний элементов 4 и 5 при малой затрате энергии на возбуждение колебаний. Работает контактный узел следуюшим образом. Колодка 1 с вмонтированными в ее отверстиях контактными узлами устанавливается на постоянное расстояние от платы 2, контролируемое, например, при помощи упругих дистанцеров и направляющих (не показаны). Установленному расстоянию соответствуют такая комбинация длины игл 6, а также длина рабочей части пружины 7, чтобы на всех иглах было примерно одинаковое контактное усилие FQ (фиг. 2). После подачи переменного тока на контакты 14 соленоида и подачи питания на штырь 10 проверяемой платы 2 элементы 4 и 5 начинают вибрировать, зачищая поверхности контакт1ф2В ;-у пчг i-i« -rc7i-стэтщптивдение-ттрохождению тока через контроли|уемую точку. После получения заданной величины проходящего тока через точку соленоида 8 может быть обесточен по ко.манде от тестера. Затем питание контактов 14 и щтыря 10 отключается. В такой же последовательности проверяются другие точки платы. Проверка электросопротивлений точек и отдельных цепей может проводиться как одновременно, так и при отключенных отдельных контактных узлах. В последнем случае на соленоид подается постоянный ток, и контактные элементы втягиваются внутрь соленоида постоянным магнитным полем, пружина оказывается во взведенном состоянии, а соединение щтыря 10 с платой 2 прерванным. При необходимости проверка сопротивления точек платы может осуществляться при одиночных ударах щупа, реализуемых за счет резкого снятия постоянного напряжения с контактов 14 соленоида. После проверки электросопротивления всех точек и цепей плата удаляется, а на ее место укладывается следующая. Цикл повторяется. В случае печатных плат, контакты которых закрыты вязко-упругой пленкой, контроль проводимости делается иглами 6 со снятыми колпачками 18. После контроля наколотые иглами места затягиваются за счет релаксации напряжений в вязко-упругой пленке. Контактный узел позволяет реализовать контроль электропроводности печатных плат в процессе изготовления и налаживания, в процессе оценки качества и ресурса, в процессе диагностирования состояния. Внутри контактного узла контактирующие поверхности могут быть зачищены вне платы за счет вибрирования соленоида. Интенсивные вибрации внутри самого контактного узла требуют более надежное крепление узла в колодке, а работа узла в резонансном режиме возможна, если жесткость корпуса и крышки регулируется. Это достигнуто за счет использования самотормозящихся конических по,верхностей и расклинивающих гильз, соединенных навстречу один другому снизу и сверху отверстия матрицы. При этом буртики на щироких основаниях гильз позволяют легко проводить разборку контактного узла и предотвратить повреждение малоразмерных деталей узла. Кроме того, обеспечена избирательность зачистки мест контактирования на плате за счет возможности регулировки длительности зачистки в зависимости от величины тока. Конструкция магнитопровода сердечника представляет собой магнитомягкие пружину и булавы, находящиеся в непосредственной близости к виткам соленоида. Это позволяет развивать значительное магнитно-силовое nraie при уменьшспном потреблении электроэнергии. Это в свою очередь позволяет уменьшить габариты соленоида и тепловыделения. При вибрациях такого магнитопровода инерционные контактные элементь Движутся навстречу друг к другу, тем самым уменьшается передача вибрационных сил на корпус и крышку контактного узла и устраняется возможность изменения жесткости или разъединения крышки и корпуса контактного узла. э щще дрвнотуТцества-ттредзгагаёмого контактного узла позволяют ожидать зна чительный экономический эффект от его использования. Формула изобретения Контактный узел, содержащий установленный с зазором в отверстии изоляционной колодки корпус, в полости которого расположен щуп, выполненный в виде соединенных спиральной пружиной контактных элементов, один из которых соединен с иглой, а другой посредством промежуточного элемента взаимодействует с измерительным прибором, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен размещенными в упомянутом зазоре коническими гильзами, взаимодействующей с корпусом крышкой и размещенным в полости корпуса соленоидом, корпус и крыщка выполнены из упругого изоляционного материала в виде имеющих отверстия в дне конических стаканов, наружная бокоBas npiepJXHocTb которых выполнена с клиновидными высз:упами, расположенными по направляющим и взаимодействующими с внутренней поверхностью гильз, причем контактные элементы и соединяющая их пружина выполнены из магнитомягкого материала. Источники информации, пркнятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 585568, кл. Н 01 R 13/00, 1962. 2. Патент ФРГ № 2508859, кл. Н 01 R 11/18, 1979.