Устройство для проверки целостности жил кабельно-жгутовой продукции
APPARATUS FOR CHECKING INTEGRITY OF CORES OF CABLE-HARNESS PRODUCTS

Устройство относится к области технологического контроля кабельно-жгутовой продукции (КЖП) в бортовой кабельной сети (БКС) ракетно-космической техники (РКТ) и может быть использовано для контроля целостности жил КЖП в кабельных сетях линейной топологии и произвольной длины.
Контроль целостности жил кабеля - наиболее важная операция при производстве КЖП. Дальнейшее развитие электроники невозможно без качественных кабельных соединений, количество которых в устройстве или изделии может достигать ста тысяч и более. Нарушение целостности даже одной жилы может привести к отказу в работе всего изделия. По этой причине производители применяют различные методы контроля [1. Урличич, Ю.М. Неразрушающий контроль паяных соединений в радиоэлектронной аппаратуре / Ю.М. Урличич, Н.С. Данилин. - Мир измерений. - 2010. - 01.06. // Режим доступа: http://ria-stk.ru/mi/adetail.php?ID=422081.
Очевидно, что паяные соединения в процессе производства радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) должны подвергаться неразрушающему контролю (НК). В серийном производстве РЭА используют в основном два метода НК паяных соединений: оптический и электрический. 3D-системы автоматической оптической инспекции определяют качество паяных соединений, а системы измерения с летающими пробниками измеряют сверхмалое переходное сопротивление паяных соединений.
Также существует способ контроля целостности паяных соединений путем измерения параметра, непосредственно зависящего от структуры паяного соединения, - способ термоэлектрического контроля паяного соединения, который может быть использован при контроле и испытаниях радиоэлектронного оборудования различного назначения.
Применяя способ контроля качества рабочего спая термоэлектрического преобразователя с помощью естественной термопары, образованной соединяемым металлом, припоем и электродами, в месте пайки определяют значения термо-ЭДС и по результатам измерений строят временную зависимость термо-ЭДС, при этом фиксируя величину термо-ЭДС в момент вывода источника тепла из зоны пайки. Качество пайки оценивается устройством поиска дефектных паяных соединений по результатам сравнения измеренных величин с эталонными значениями. Эти методы по причине дороговизны не нашли применения в мелкосерийном производстве.
Целостность паяных соединений в БКС изделий РКТ проверяется «прозвонкой», механическим воздействием и повторной «прозвонкой». При этом производится:
- контроль электрических параметров БКС на автоматических стендах;
- механическое воздействие в виде удара и вибрации с повторной проверкой электрических параметров БКС;
- проверка функционирования изделия с помощью контрольно-проверочной аппаратуры;
- натурные испытания изделий.
6
Известен комплекс контроля БКС [2. Пат. №2436108 RU, МПКG01R 31/02. Комплекс контроля бортовых кабельных сетей / Медарь А.В., Чуйкин С.А., Тынок А.Н. - Заявл. 18.06.2009; опубл. 10.12.2011; Бюл. №34.], который содержит модуль управления, стыковочный модуль, модуль ввода заданных программ контроля, блок питания.
Недостатки данного устройства:
- комплекс не предполагает одновременно проверку всех цепей кабеля, во время механического воздействия осуществляя проверку цепей по очереди, т.е. последовательно, что приводит к временным затратам;
- сильноточный источник питания прибора способен воспламенить пирозапалы, включенные в проверяемую цепь;
- комплекс не является переносным и имеет большую стоимость.
Известен индикатор плохих контактов [3. Уляшев, Е.В. Индикатор плохих контактов // Радиоконструктор. - 2012. - №2. - С. 5-8 // Режим доступа: http://cavr.ru/article75102-indikator-ploxix-kontaktov], в котором проверка качества контактного соединения проводится механическим воздействием на проверяемый контакт при пропускании постоянного тока через контактное соединение. На нем падает напряжение, величина которого определяется активным сопротивлением соединения. Величина и стабильность этого напряжения определяется качеством контактного соединения: при хорошем качестве соединения при механическом воздействии на это соединение величина напряжения мала и стабильна. При плохом качестве соединения эти воздействия приводят к модуляции протекающего через него тока и соответственно - к падению напряжения на нем. Для контроля состояния соединения вход прибора соединяется с ним с помощью контактных зажимов, и уровень модуляции падения напряжения на контактном соединении оценивается по шумам, возникающим на нем при механическом воздействии на него. Эти шумы усиливаются и регистрируются с помощью акустического индикатора, например, телефонного капсюля.
Недостатки данного устройства:
- каждый контакт проверяется последовательно, что приводит к временным затратам: время тратится как на саму индикацию так и на процесс проверки;
- проверка на слух не исключает возможности ошибки оператора при выявлении дефекта соединения, особенно в условиях цеха, где всегда присутствует технический шум;
- устройство способно воспламенить пиропатроны, подключенные к проверяемой цепи.
6
В качестве прототипа выбрано устройство для проверки коаксиальных кабелей [4. А.с. 652506 SU, МПК G01R 31/02. Устройство для проверки коаксиальных кабелей / Гуляев Н.М., Воробьев Ю.П. - Заявл. 03.01.1977; опубл. 15.03.79; Бюл. №10.], содержащее два прибора, в которые входят: переключатель режимов работы, датчики короткого замыкания, балластные сопротивления, светодиоды по числу контролируемых жил кабеля, контрольный светодиод, разделительные диоды, колодки разъемов. При механическом воздействии на разъем проверяемого кабеля и при некачественной распайке разъемов, при наличии неявных обрывов или неявных коротких замыканий происходит мигание светодиодов. Механическое воздействие на кабель позволяет определить, с какой стороны кабеля, в каком разъеме имеется неявный дефект.
Недостатки описанного устройства:
- подаваемое напряжение способно пробить окисные пленки, возникающие на границе контакт-провод, и дефект может быть не выявлен;
- подаваемый ток способен воспламенить пиропатроны, подключенные к проверяемой цепи;
- устройство не является переносным.
Общие недостатки прототипа и аналогов:
- устройства используют внешний или внутренний источник питания, где подаваемое напряжение для проверки целостности цепи достаточно велико и пробивает окисную пленку, в результате чего окисленный контакт может быть идентифицирован как исправный;
- устройства не могут быть использованы для проверки целостности жил кабелей в электрических цепях изделий с пиропатронами из-за угрозы их воспламенения;
- при применении в устройствах источника питания, запитанного от сети, возникает опасность воспламенения пиропатронов, т.к. трансформаторной гальванической развязки не достаточно, чтобы гарантировать безопасность. Есть вероятность скачка напряжения или пробоя радиоэлектронных элементов при использовании инверторных или импульсных преобразователей в процессе работы, что является небезопасным, так как может привести к воспламенению.
Целью изобретения является разработка переносного устройства простой конструкции, обеспечивающего надежную и качественную проверку целостности жил КЖП в составе изделия РКТ.
Заявляемое устройство для проверки целостности жил КЖП состоит из корпуса с крышкой и ручкой и набора щупов. Устройство включает потенциометр, генератор, кнопочный выключатель, разъемы на корпусе для подключения щупов, сегментные жидкокристаллические индикаторы целостности и солнечную батарею. На рабочую панель устройства нанесена нумерация сегментных жидкокристаллических индикаторов целостности, на корпус устройства - нумерация разъемов для подключения щупов. Контакты щупов пронумерованы.
В заявляемом устройстве для индикации целостности жил, короткого замыкания и проводимости цепи применяется свойство жидкокристаллических индикаторов менять поляризацию под действием электрического поля, что визуально проявляется в изменении насыщенности цвета сегментов индикаторов. Количество используемых индикаторов целостности может варьироваться, но при этом ток, протекающий через проверяемую линию, не должен превышать величину, при которой произойдет воспламенение пиропатронов в случае их подсоединения к проверяемому кабелю. Для работы устройства достаточно 16-ти семисегментных индикаторов: 16×7=112, при этом разделительная точка не используется для индикации. Как правило, 110-ти сегментов достаточно для проведения проверки большинства жгутов и кабелей, так как в них редко бывает большее количество жил. В результате один свободный сегмент индикатора будет использоваться для проверки пробоя на оплетку кабеля, а второй свободный сегмент может быть задействован для подключения дополнительного щупа.
Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами.
На фиг. 1 и фиг. 2 приведены электрические схемы.
На фиг. 1 изображена электрическая цепь, в которой последовательно включены солнечная батарея FS1 и генератор G1; параллельно включены потенциометр R1, кнопочный выключатель SA1, проверяемый кабель К1 и жидкокристаллический индикатор DPY LCD.
На фиг. 2 в электрическую цепь дополнительно параллельно солнечной батарее FS1 и потенциометру R1 включен пиропатрон ЕТ1.
Для проверки цепей генератор G1, используя солнечную батарею FS1 в качестве источника питания, вырабатывает напряжение от 0,25 В до 3 В и силу тока в диапазоне от 0,01 мА до 0,04 мА. Данная величина лежит ниже пробойных напряжений окисных пленок, возникающих на границе контакт-провод, в результате чего окисленный контакт идентифицируется как неисправный. Солнечная батарея FS1 и генератор G1, примененные в заявляемом устройстве, вырабатывают ток, силы которого недостаточно для срабатывания пиропатрона ЕТ1, подсоединенного к проверяемому кабелю K1.
Потенциометр R1 предназначен для настройки степени насыщенности цвета сегментов жидкокристаллических индикаторов целостности DPY LCD.
Подвижный контакт потенциометра R1 соединен с одним выводом разъема X1. Контакты A-G жидкокристаллических индикаторов целостности DPY LCD через щупы В1 соединены с разъемом Х2. Разветвленный щуп В2 соединен с подвижным контактом потенциометра R1. Разъем Х3 относится к проверяемому кабелю K1 и используется для подключения пиропатрона ЕТ1 или разветвленных контактов щупа В2.
На фиг. 3 изображено устройство в раскрытом виде.
Устройство содержит: корпус 1, крышку 2, шарниры 3, ручку 4, рабочую панель 5, панель 6 солнечной батареи, блок 7 жидкокристаллических индикаторов целостности, блок 8 нумерации жидкокристаллических индикаторов целостности, кнопочный выключатель 9, ручку 10 потенциометра с нанесенной вокруг нее на рабочей панели 5 шкалы напряжений, щупы 11 для подключения к устройству проверяемого кабеля 12, пронумерованные контакты 13 щупов 11, блок 14 разъемов для контактов 13, блок 15 нумерации разъемов для контактов 13. Разъемы 16 и 17 относятся к проверяемому кабелю 12. Щупы 11 и щуп 18 комплектуются двумя типами контактов 13: штырь-штырь и штырь-вилка. Щуп 18 с одной стороны имеет разветвление контактов 13 в соответствии со схемами на фиг. 1, 2. В блоке 14 разъемов для контактов 13 количество разъемов соответствует общему количеству щупов в комплекте, включая дополнительный щуп, и на один превышает количество сегментов блока 7 жидкокристаллических индикаторов целостности, используемых для проверки кабеля 12.
На фиг. 4 изображено устройство в раскрытом виде с подключенным пиропатроном 19.
На фиг. 5 изображено устройство в раскрытом виде без подключенных щупов и кабеля.
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом: устройство располагают так, чтобы на панель 6 солнечной батареи падал свет от источника. Затем каждый щуп 11 посредством контактов 13 подключают к блоку 14 разъемов для контактов 13 согласно нумерации на блоке 15 нумерации разъемов и к разъему 17 проверяемого кабеля 12 в любом порядке. Одинарный контакт 13 щупа 18 подключают к блоку 14 разъемов для контактов 13, остальные контакты щупа 18 подключают в любом порядке к разъему 16 при проверке кабеля 12 без подключенного пиропатрона 19 (фиг. 3), а при проверке кабеля 12 с подключенным пиропатроном 19 - к разъему 17 (фиг. 4).
После нажатия на кнопочный выключатель 9 сегменты блока 7 жидкокристаллических индикаторов целостности под действием электрического поля меняют поляризацию. Поворачивая ручку 10 потенциометра, оператор регулирует напряжение, выставляя его в диапазоне между 0,25 В и 3 В, тем самым добиваясь уменьшения насыщенности цвета сегментов блока 7 жидкокристаллических индикаторов целостности. Если в какой-либо жиле имеется сопротивление больше, чем в других жилах, то сегменты, соединенные с такой жилой, теряют насыщенность цвета относительно других сегментов. Это свидетельствует о наличии дефекта в жиле.
Для точного выявления дефекта совершают несколько кратковременных нажатий на кнопочный выключатель 9, тем самым разрывая и замыкая цепь. Это необходимо для рассасывания зарядов в жидкокристаллических индикаторах целостности и снятия пробойного напряжения с окисной пленки.
Далее производят проверку кабеля 12, создавая механическое воздействие на него в виде перегибов и кручения. При наличии дефекта пайки, короткого замыкания или обрыва цепи происходит изменение сопротивления пары контакт-провод, что приводит к падению напряжения на этой паре. Это регистрируется оператором: при дефекте пайки и коротком замыкании сегменты жидкокристаллических индикаторов целостности, соединенных с поврежденными жилами, теряют насыщенность цвета относительно других сегментов, а при отсутствии электрического сигнала -становятся прозрачными.
Определение неисправной жилы осуществляется путем сверки номеров индикаторов на блоке 8 нумерации жидкокристаллических индикаторов целостности с номерами на контактах 13 щупов 11 и щупа 18. Кабель будет забракован.
Техническим результатом является повышение качества проверки целостности жил КЖП по сравнению с аналогами и прототипом.
Технический результат достигается за счет:
- применения в устройстве жидкокристаллических сегментных индикаторов, обладающих свойством менять поляризацию под действием электрического поля, для индикации проводимости линии, целостности жил или наличия короткого замыкания в КЖП;
- применения в устройстве солнечной батареи и потенциометра в качестве регулятора насыщенности цвета сегментов жидкокристаллических индикаторов;
- введения нумерации контактов щупов, разъемов для контактов щупов и жидкокристаллических индикаторов.
Заявляемое устройство можно использовать для проверки целостности жил КЖП с подключенными пиропатронами, поскольку солнечная батарея вырабатывает силу тока, недостаточную для воспламенения пиропатрона. Кроме того, солнечная батарея обеспечивает мобильность устройства, а ее замена требуется только в случае выхода из строя.
Отсутствие необходимости отсоединять пиропатроны при проверке кабеля приводит к сокращению времени проверочных работ: их отстыковка требует разборки составных частей изделия. Также на сокращение времени влияет факт одновременной проверки всех жил кабеля. При помощи сегментного индикатора производится визуализация изменения сопротивления во всех проверяемых жилах кабеля одновременно без переключения на проверяемую линию: неисправная жила идентифицируется сразу после подключения кабеля к устройству.
Кроме того, одновременная проверка позволяет обнаружить дефектную жилу с нестабильным контактом, когда контакт обнаруживается только при перегибе кабеля и пропадает, если кабель отпустить.
Устройство может быть выполнено с помощью стандартного оборудования отечественного производства. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию «промышленная применимость».
Источники, принятые во внимание
1. Урличич, Ю.М. Неразрушающий контроль паяных соединений в радиоэлектронной аппаратуре / Ю.М. Урличич, Н.С. Данилин. - Мир измерений. - 2010. - 01.06. // Режим доступа: http://www.ria-stk.ru/mi/adetail.php?ID=42208.
6
2. Пат. 2436108 RU, МПК G01R 31/02. Комплекс контроля бортовых кабельных сетей / Медарь А.В., Чуйкин С.А., Тынок А.Н. - Заявл. 18.06.2009; опубл. 10.12.2011; Бюл. №34.
3. Уляшев, Е.В. Индикатор плохих контактов // Радиоконструктор. -2012. - №2. - С. 5-8 // Режим доступа: http://www.cavr.ru/article/5102-indikator-ploxix-kontaktov.
6
4. А.с. 652506 SU, МПК G01R 31/02. Устройство для проверки коаксиальных кабелей / Н.М. Гуляев, Ю.П. Воробьев. - Заявл. 03.01.1977; опубл. 15.03.79; Бюл. №10.
5. Мазур, А.И. Электрохимические индикаторы / А.И. Мазур, B.Н. Грачев. - М.: Радио и связь, 1985. - 128 с. (Массовая б-ка инженера «Электроника». Вып. 47).
6. Соколов, Б. Стенд для проверки кабелей // Радио. - 2010. - №1. - C. 28-29. // Режим доступа: http://www.li-ne.ru/page/b-sokolov-stend-dlja-proverki-kabelej.
6
7. Заявка 2013144519 RU, МПК G01R 31/00. Устройство и способ контроля целостности паяных соединений в бортовых кабельных сетях / Непомнящий В.А. - Заявл. 03.10.2015; опубл. 10.04.2015; Бюл. №10.
6
8. Пат. 2263324 RU, МПК G01R 31/02. Устройство испытаний на исправность электротехнических элементов и способ испытаний на исправность электротехнических элементов. / Добролюбов В.А., Добролюбова С.В. - Заявл. 09.06.2003; опубл. 27.10.2005; Бюл. №30.
6
9. Пат. 2279101 RU, МПК, G01R 31/02. Способ испытаний на исправность электротехнических элементов и устройство для его осуществления. / Добролюбов В.А., Добролюбова С.В. - Заявл. 30.01.2004; опубл. 27.06.2006; Бюл. №18.
6
10. Пат. 2110075 RU, МПК, G01R 31/08 Способ определения места повреждения кабельных линий / Власов В.И., Кочанов С.В., Лейман Г.Г., Путилин В.Л. - Заявл. 13.03.1995; опубл. 27.04.1998.
6
11. Пат. 2263925 RU, МПК, G01R 31/02, Н02Н 3/16. Устройство и способ обнаружения короткого замыкания на землю и вычисления его сопротивления / Лосон Р.Ф. и др. - Заявл. 08.11.2001; опубл. 10.11.2005; Бюл. №31.
12. Холодный, С.Д. Методы испытаний и диагностики кабелей и проводов. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 200 с.
13. Цибизов, Н.И. Изготовление и монтаж электрожгутов авиадвигателей. - М.: Машиностроение, 1978. - С. 97.
14. Цибизов, Н.И. Электромонтажные работы на летательных аппаратах: Учебник для ПТУ. 2-е изд., перераб. и доп. / Н.И. Цибизов, Б.В. Бойцов, А.В. Чернышев. - М.: Машиностроение, 1987. - С. 161-169.
15. Чернышев, А.В. Электромонтажные работы на летательных аппаратах: Учебник для ПТУ / А.В. Чернышев, Н.И. Цибизов, Б.В. Бойцов. -М.: Машиностроение, 1980. - С. 124.
16. Евтифеев, П.И. Сварка и пайка изолированных проводов. - Л.: Машиностроение, 1985. - С. 49-62.