[發明專利]一種光柵尺可靠性試驗臺及基于載荷譜的可靠性試驗方法

有效

• 申請號: 201711470314.8
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN107907057B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 李國發;周詩金;宋鑫;何佳龍;李屹;陳傳海;張建成;李世拯
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種基于載荷譜的可靠性試驗方法，其特征在于包括：

(1)、基于速度譜的可靠性試驗方法，步驟如下：

第一步：收集多種安裝有光柵尺的典型工業設備，如數控機床、3D打印機、工業機器人等在工作時光柵尺的各運行速度及對應的時間；

第二步：為了便于數據的處理及分析，首先將收集的所有速度載荷按照速度大小從小到大排序，記為V₁、V₂、V₃、……、V_n，各速度對應的時間為T₁、T₂、T₃、……、T_n，可知，最小速度為V₁，最大速度為V_n；

第三步：將速度進行歸一化，引入相對速度概念，即各速度與最高速度之比，表達式為V_i'＝V_i/V_n，其中i＝1、2、……、n，V_i'為轉換后的相對速度，其中最小相對速度為V₁'，最大相對速度為V'_n，即為1，記為區間[V₁'，1]；

第四步：根據相對速度大小并結合實際情況，對相對速度進行分組，組數為m(m≤n)，即將區間[V₁'，1]分成m個子區間[V₁'，l₁)、(l₁，l₂)、……、(l_h-1，l_h)、……、(l_m-1，1]，令V₁'＝l₀，1＝l_m，其中l₁、l₂、……、l_m為相對速度，第h個子區間(l_h-1，l_h)的長度為△l_h＝l_h-l_h-1，h＝1,2,…,m，數出V₁'、V'₂、……、V_i'、……V'_n落在每個子區間(l_h-1，l_h)的個數c_h，用每個子區間的中位數代表整個子區間的值，記第h個子區間的中位數為V”_h，每個子區間對應的時間為該子區間所有元素的對應時間之和，記每個子區間對應的時間為T'_h；

第五步：計算各子區間的頻率，其中各速度總運行時間記為T_z，則有：其中k為下標，k＝1,2,……,n，各子區間對應的頻率記為ω_h，則：h＝1,2,3,……,m；

第六步：計算各子區間對應的概率密度，第h個子區間的概率密度記為f(V_h”)，則有

第七步：計算各子區間對應的累積分布，第h個子區間的累積分布記為F(V_h”)，則有：i為下標；

第八步：根據各子區間對應的概率密度f(V_h”)，采用威布爾分布模型進行分布擬合，建立該速度的概率分布模型，得到速度譜分布的概率密度函數f(V”)和累積分布函數F(V”)；

第九步：在速度譜累積分布的基礎上對其進行載荷譜分級，建立八級程序載荷譜，各級載荷大小按照幅值比系數法得到，幅值比系數分別取0.125、0.275、0.425、0.575、0.725、0.85、0.95、1，由此得到各級的速度，再根據相鄰速度累計分布函數值依次作差，得到每級速度對應的時間百分比；

第十步：根據試驗要求及實際情況確定試驗總時間，根據每級速度對應的時間百分比確定每級速度的試驗時間，再進行可靠性試驗；

第十一步：將前十步確定的速度加載參數輸入上位工控機的軟件中；

第十二步：檢查光柵尺可靠性試驗臺的機械及電氣結構，確定無誤后安裝受試光柵尺，并檢測光柵尺的安裝是否達到安裝要求；

第十三步：光柵尺安裝完畢后，再檢查一次光柵尺可靠性試驗臺，然后啟動光柵尺可靠性試驗臺，并進行回零操作；

第十四步：光柵尺試驗臺進行回零操作之后，將與受試光柵尺連接的數顯表進行清零操作；

第十五步：光柵尺連續運動過程中，在上位機軟件中實時顯示試驗數據，采集的試驗數據包括光柵尺讀數頭當前的速度和位置；在試驗過程中當發現所監測的信號出現異常情況時要及時報警并停機，并分析產生信號異常的原因和可能的故障，并記錄于上位機軟件中；

第十六步：每次試驗完畢后，將試驗時間、檢測信號數據、故障數據、誤差數據等分類處理并記錄在上位機軟件中，以便后期分析；

(2)、基于加速度譜的可靠性試驗方法，步驟如下：

第一步：收集多種安裝有光柵尺的典型工業設備，如數控機床、3D打印機、工業機器人等在工作時光柵尺的各加速度及對應的時間；

第二步：為了便于數據的處理及分析，首先將收集的所有加速度載荷按照加速度大小從小到大排序，記為a₁、a₂、a₃、……、a_p，p為下標，各加速度對應的時間為t₁、t₂、t₃、……、t_p，可知，最小加速度為a₁，最大加速度為a_p；

第三步：將加速度進行歸一化，引入相對加速度概念，即各加速度與最高加速度之比，表達式為a'_i＝a_i/a_p，其中i＝1、2、……、p，a'_i為轉換后的相對加速度，其中最小相對加速度為a'₁，最大相對加速度為a'_p，即為1，記為區間[a'₁，1]；

第四步：根據相對加速度大小并結合實際情況，對相對加速度進行分組，組數為q(q≤p)，即將區間[a'₁，1]分成q個子區間[a'₁，r₁)、(r₁，r₂)、……、(r_j-1，r_j)、……、(r_q-1，1]，令a'₁＝r₀，1＝r_q，其中r_j為相對加速度，第j個子區間(r_j-1，r_j)的長度為△r_j＝r_j-r_j-1，j＝1,2,…,q，數出a'₁、a'₂、……、a'_i、……、a'_p落在子區間(r_j-1，r_j)的個數d_j，用每個子區間的中位數代表整個子區間的值，記第j個子區間的中位數為a”_j，每個子區間對應的時間為該子區間所有元素的對應時間之和，記每個子區間對應的時間為t'_j；

第五步：計算各子區間的頻率，其中各加速度總運行時間記為t_z，則有：o為下標，o＝1,2,……,p，各子區間對應的頻率記為則：

第六步：計算各子區間對應的概率密度，第j個子區間的概率密度記為f(a”_j)，則有

第七步：計算各子區間對應的累積分布，第j個子區間的累積分布記為F(a”_j)，則有i下標；

第八步：根據各組相對加速度對應的概率密度f(a”_j)，采用威布爾分布模型進行分布擬合，建立該加速度的概率分布模型，得到加速度譜分布的概率密度函數f(a”)和累積分布函數F(a”)；

第九步：在加速度譜累積分布的基礎上對其進行載荷譜分級，建立八級程序載荷譜，各級載荷大小按照幅值比系數法得到，幅值比系取0.125、0.275、0.425、0.575、0.725、0.85、0.95、1，由此得到各級的加速度，再根據相鄰加速度累計分布函數值依次做差，得到每級加速度對應的時間百分比；

第十步：根據試驗要求及實際情況確定試驗總時間，根據每級加速度對應的時間百分比確定每級加速度的試驗時間，再進行可靠性試驗；

第十一步：將前十步確定的加速度加載參數輸入上位工控機的軟件中；

第十二步：檢查光柵尺可靠性試驗臺的機械及電氣結構，確定無誤后安裝受試光柵尺，并檢測光柵尺的安裝是否達到安裝要求；

第十三步：光柵尺安裝完畢后，再檢查一次光柵尺可靠性試驗臺，然后啟動光柵尺可靠性試驗臺，并進行回零操作；

第十四步：光柵尺試驗臺進行回零操作之后，將與受試光柵尺連接的數顯表進行清零操作；

第十五步：光柵尺連續運動過程中，在上位機軟件中實時顯示試驗數據，采集的試驗數據包括光柵尺讀數頭當前的加速度、速度和位置，在試驗過程中當發現所監測的信號出現異常情況時要及時報警并停機，并分析產生信號異常的原因和可能的故障，并記錄于上位機軟件中；

第十六步：每次試驗完畢后，將試驗時間、檢測信號數據、故障數據、誤差數據等分類處理并記錄在上位機軟件中，以便后期分析。