[發明專利]工業機器人臂結構的常規疲勞及加速疲勞測試方法與裝置

有效

• 申請號: 201811250288.2
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109514601B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 倪敬;呂俊杰;蒙臻
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.工業機器人臂結構的常規疲勞及加速疲勞測試方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一、采用工業攝像機對待測臂結構進行多次圖像采集，并將采集的待測臂結構初始圖像傳入分析儀中；

步驟二、分析儀對所有待測臂結構初始圖像進行濾波處理，然后進行圖像融合，對融合后的圖像進行二值化處理，得到待測臂結構的輪廓邊緣；利用三點成圓得到待測臂結構兩端孔圓弧初始半徑分別為R₁和R₂以及兩端孔圓心位置的初始距離L₁，三點成圓法具體為：1)在待測臂結構的輪廓邊緣兩端孔所在邊緣上各隨機取三個點，并計算端孔上所取三點形成的圓的半徑及圓心位置；2)重復步驟1)多次，并取各端孔各次半徑計算值的均值作為端孔圓弧半徑，取各端孔各次圓心位置計算值的均值作為端孔圓弧圓心位置，然后計算兩端孔圓弧圓心位置的距離；

步驟三、首先，將待測臂結構一端通過螺栓固定在機械臂安裝法蘭上，另一端通過螺栓固定抗振模板，并調整機械臂安裝法蘭的位置，使抗振模板置于激振器上方后用螺栓將機械臂安裝法蘭固定在支撐底架的臺面上；然后，通過位置調整機構調整激振器沿平行待測臂結構端孔軸線方向移動，使得激振器中振動探頭的中心軸線位于抗振模板與振動探頭接觸面的對稱中心面上，該對稱中心面垂直于待測臂結構端孔軸線；最后，測得振動探頭的中心軸線與待測臂結構固定有抗振模板那端端孔的中心軸線之間的距離M；

步驟四、啟動激振器，通過激振器中振動探頭的往復運動對抗振模板施加周期振動力，并利用安裝在振動探頭上的磁致伸縮位移傳感器反饋振動探頭的位移s；利用安裝于激振器中兩個伺服閥上的壓力傳感器反饋激振器的進油口油壓F_進1與出油口油壓F_出2，分析儀根據位移s變化一個周期所需的時間得到激振器的振動頻率f₁，根據進油口油壓F_進1與出油口油壓F_出2的差值得到激振器的激振力F₁；

步驟五、振動間隔時間t后，t≥30min，取下待測臂結構，置于工業攝像機下方，調整工業攝像機的位置，對待測臂結構進行多次圖像采集，并將采集的待測臂結構測試圖像傳入分析儀中；

步驟六、分析儀對所采集的所有待測臂結構測試圖像進行濾波處理，然后進行圖像融合，對融合后的圖像進行二值化處理，得到待測臂結構進行振動后的輪廓邊緣；利用三點成圓法得到待測臂結構兩端孔圓弧在進行振動后的半徑分別為R’₁和R’₂以及兩端孔圓心位置進行振動后的距離L’₁；

步驟七、計算R₁與R’₁之間的差值絕對值ΔR₁，R₂與R’₂之間的差值絕對值ΔR₂以及L₁與L’₁之間的差值絕對值ΔL₁，將ΔR₁、ΔR₂與預設的最大圓弧半徑差值ΔR_1max、ΔR_2max分別對比，ΔR_1max≤0.03mm，ΔR_2max≤0.03mm，并將ΔL₁與預設的最大偏移差值ΔL_1max，ΔL_1max≤0.03mm對比；

步驟八、分常規疲勞測試和加速疲勞測試兩種情況；

進行常規疲勞測試時具體如下：

如果在步驟七的比較中滿足ΔL₁大于ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一種情況，則待測臂結構已經達到疲勞極限N_max＝f₁·t，常規疲勞測試結束；如果在步驟七的比較中同時滿足ΔL₁不大于ΔL_1max、ΔR₁不大于ΔR_1max且ΔR₂不大于ΔR_2max，則待測臂結構未達到疲勞極限，回到步驟五，直至滿足ΔL₁大于ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一種情況，從而得到疲勞極限為N_max＝f₁·t·(n₁+1)，n₁為常規疲勞測試時回到步驟五的次數，常規疲勞測試結束；

進行加速疲勞測試時具體如下：

如果在步驟七的比較中滿足ΔL₁大于ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一種情況，則待測臂結構已經達到疲勞極限，直接計算加速疲勞測試的疲勞極限N_max＝N₁＝f₁·t，加速疲勞測試結束；如果在步驟七的比較中同時滿足ΔL₁不大于ΔL_1max、ΔR₁不大于ΔR_1max且ΔR₂不大于ΔR_2max，則待測臂結構未達到疲勞極限，此時通過兩個伺服閥調節激振器的進、出油口油量，使激振器的振動頻率增大k₁，k₁的取值范圍為100～300Hz，從而激振力隨著振動頻率的增大而增大，若進行偏載測試，則先停止激振器，通過位置調整機構調整激振器沿平行待測臂結構端孔軸線方向移動距離ΔM后啟動激振器，然后回到步驟五，直至滿足ΔL₁大于ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一種情況，從而得到疲勞極限N_max，加速疲勞測試結束；

計算待測臂結構進行加速疲勞測試時的疲勞極限N_max，具體如下：

式中，n₂為加速疲勞測試時回到步驟五的次數；N′_i+1為等效疲勞極限，計算如下：

1)加速疲勞測試第i次回到步驟五時激振器達到的激振力F_i+1對應的疲勞極限N_i+1，計算公式為：

式中，進行偏載測試時α₁＝0，α₂＝1，沒進行偏載測試時α₁＝1，α₂＝0；S為振動探頭與抗振模板的接觸面積；σ_i+1為加速疲勞測試第i次回到步驟五時待測臂結構所受的激振應力；C和β的取值如下：選取六組以上不同激振力和振動頻率進行常規疲勞測試，得到多個疲勞極限，然后以為應變量，激振力F為自變量，利用所得的疲勞極限及對應激振力數據，擬合出函數其中，N代表疲勞極限，從而求得C和β；

2)將疲勞極限N_i+1轉化為激振力F₁下的等效疲勞極限N′_i+1，