工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试方法与装置。目前工业机器人的臂结构尚无专用常规疲劳及加速疲劳测试方法与装置。本发明专利技术主要由支撑底架、机械臂安装法兰、抗振模板、磁致伸缩位移传感器、激振器、位置调整机构、CCD视觉检测系统、控制模块和分析仪组成。本发明专利技术是基于仿工业应用载荷施加、变频变幅振动加载和机器视觉空间尺寸精密检测原理的臂结构常规疲劳及加速疲劳测试方法与装置，通过可调控频率和载荷反馈的电液伺服驱动来施加载荷，可选择高频高载或低频低载振动，基于臂结构单端孔形状精度机器视觉检测和两端孔空间位置精度机械视觉检测，疲劳检测时间少，检测精确度高。

【技术实现步骤摘要】
工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试方法与装置
本专利技术属于工业机器人
，特别涉及一种工业机器人臂结构的常规疲劳和加速疲劳测试方法与装置。
技术介绍
疲劳是机械零件失效的主要形式，同时也是一切工程机械的杀手。随着现代工业化的迅速发展，工业机器人的应用日益广泛，因其独特的操作灵活性，已在工业装配，安全防爆等领域得到广泛应用，为了确保工业机器人的安全操作性，其疲劳检测便显得十分重要。申请专利号为CN108362586A的专利公开了一种共振弯曲疲劳试验机，该疲劳试验机包括底座、左支架、中间支架、右支架、柔性支撑机构、夹持机构和光学振动位移监测装置，左支架和右支架的结构相同且均设有柔性支撑机构、夹持机构和光学振动位移监测装置，中间支架上设有光学振动位移监测装置。该专利技术运用共振原理实现对待测试件的弯曲和扭转疲劳试验施加载荷，待测试件、连接件、激振器和配重块构成近似理想的梁构件，在共振的一阶阵型下，利用柔性支撑机构对等效梁构件进行支撑，由激振器施加激振力，简化了试验机的结构，而且利用共振原理以较小的输入力获得较大的输出力，降低了疲劳试验时试验机所需的输入功率。但是此疲劳检测方法适用面较为局限，无法适用于工业机器人臂结构件的疲劳检测。
技术实现思路
本专利技术针对目前工业机器人的臂结构尚无专用常规疲劳及加速疲劳测试方法与装置的问题，提供一种基于仿工业应用载荷施加、变频变幅振动加载和机器视觉空间尺寸精密检测原理的臂结构常规疲劳及加速疲劳测试方法与装置。本专利技术是一种仿工业应用高频高载和低频低载振动的臂结构加速疲劳测试方法与装置；是一种基于臂结构单端孔形状精度机器视觉检测的常规疲劳及加速疲劳测试方法；是一种基于臂结构两端孔空间位置精度机械视觉检测的常规疲劳及加速疲劳测试方法；是一种对臂结构施加模拟应用载荷的常规疲劳及加速疲劳测试方法；是一种基于可调控频率和载荷反馈的电液伺服驱动载荷施加装置；是一种可以进行固定和加载机构订制、变频变幅加速测试参数设置和机器视觉自动检测于一体的智能型测试装置。本专利技术工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试方法，具体步骤如下：步骤一、采用工业摄像机对待测臂结构进行多次图像采集，并将采集的待测臂结构初始图像传入分析仪中；步骤二、分析仪对所有待测臂结构初始图像进行滤波处理，然后进行图像融合，对融合后的图像进行二值化处理，得到待测臂结构的轮廓边缘；利用三点成圆得到待测臂结构两端孔圆弧初始半径分别为R1和R2以及两端孔圆心位置的初始距离L1，三点成圆法具体为：1)在待测臂结构的轮廓边缘两端孔所在边缘上各随机取三个点，并计算端孔上所取三点形成的圆的半径及圆心位置；2)重复步骤1)多次，并取各端孔各次半径计算值的均值作为端孔圆弧半径，取各端孔各次圆心位置计算值的均值作为端孔圆弧圆心位置，然后计算两端孔圆弧圆心位置的距离；步骤三、首先，将待测臂结构一端通过螺栓固定在机械臂安装法兰上，另一端通过螺栓固定抗振模板，并调整机械臂安装法兰的位置，使抗振模板置于激振器上方后用螺栓将机械臂安装法兰固定在支撑底架的台面上；然后，通过位置调整机构调整激振器沿平行待测臂结构端孔轴线方向移动，使得激振器中振动探头的中心轴线位于抗振模板与振动探头接触面的对称中心面上，该对称中心面垂直于待测臂结构端孔轴线；最后，测得振动探头的中心轴线与待测臂结构固定有抗振模板那端端孔的中心轴线之间的距离M；步骤四、启动激振器，通过激振器中振动探头的往复运动对抗振模板施加周期振动力，并利用安装在振动探头上的磁致伸缩位移传感器反馈振动探头的位移s；利用安装于激振器中两个伺服阀上的压力传感器反馈激振器的进油口油压F进1与出油口油压F出2，分析仪根据位移s变化一个周期所需的时间得到激振器的振动频率f1，根据进油口油压F进1与出油口油压F出2的差值得到激振器的激振力F1；步骤五、振动间隔时间t后，t≥30min，取下待测臂结构，置于工业摄像机下方，调整工业摄像机的位置，对待测臂结构进行多次图像采集，并将采集的待测臂结构测试图像传入分析仪中；步骤六、分析仪对所采集的所有待测臂结构测试图像进行滤波处理，然后进行图像融合，对融合后的图像进行二值化处理，得到待测臂结构进行振动后的轮廓边缘；利用三点成圆法得到待测臂结构两端孔圆弧在进行振动后的半径分别为R’1和R’2以及两端孔圆心位置进行振动后的距离L’1；步骤七、计算R1与R’1之间的差值绝对值ΔR1，R2与R’2之间的差值绝对值ΔR2以及L1与L’1之间的差值绝对值ΔL1，将ΔR1、ΔR2与预设的最大圆弧半径差值ΔR1max、ΔR2max分别对比，ΔR1max≤0.03mm，ΔR2max≤0.03mm，并将ΔL1与预设的最大偏移差值ΔL1max，ΔL1max≤0.03mm对比；步骤八、分常规疲劳测试和加速疲劳测试两种情况；进行常规疲劳测试时具体如下：如果在步骤七的比较中满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，则待测臂结构已经达到疲劳极限Nmax＝f1·t，常规疲劳测试结束。如果在步骤七的比较中同时满足ΔL1不大于ΔL1max、ΔR1不大于ΔR1max且ΔR2不大于ΔR2max，则待测臂结构未达到疲劳极限，回到步骤五，直至满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限为Nmax＝f1·t·(n1+1)，n1为常规疲劳测试时回到步骤五的次数，常规疲劳测试结束；进行加速疲劳测试时具体如下：如果在步骤七的比较中满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，则待测臂结构已经达到疲劳极限，直接计算加速疲劳测试的疲劳极限Nmax＝N1＝f1·t，加速疲劳测试结束。如果在步骤七的比较中同时满足ΔL1不大于ΔL1max、ΔR1不大于ΔR1max且ΔR2不大于ΔR2max，则待测臂结构未达到疲劳极限，此时通过两个伺服阀调节激振器的进、出油口油量，使激振器的振动频率增大k1，k1的取值范围为100～300Hz，从而激振力随着增大，若进行偏载测试，则先停止激振器，通过位置调整机构调整激振器沿平行待测臂结构端孔轴线方向移动距离ΔM后启动激振器，然后回到步骤五，直至满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限Nmax，加速疲劳测试结束；计算待测臂结构进行加速疲劳测试时的疲劳极限Nmax，具体如下：式中，n2为加速疲劳测试时回到步骤五的次数；N′i+1为等效疲劳极限，计算如下：1)加速疲劳测试第i次回到步骤五时激振器达到的激振力Fi+1对应的疲劳极限Ni+1，计算公式为：式中，进行偏载测试时α1＝0，α2＝1，没进行偏载测试时α1＝1，α2＝0；S为振动探头与抗振模板的接触面积；σi+1为加速疲劳测试第i次回到步骤五时待测臂结构所受的激振应力；C和β的取值如下：选取六组以上不同激振力和振动频率进行常规疲劳测试，得到多个疲劳极限，然后以为应变量，激振力F为自变量，利用所得的疲劳极限及对应激振力数据，拟合出函数其中，N代表疲劳极限，从而求得C和β；2)将疲劳极限Ni+1转化为激振力F1下的等效疲劳极限N′本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一、采用工业摄像机对待测臂结构进行多次图像采集，并将采集的待测臂结构初始图像传入分析仪中；步骤二、分析仪对所有待测臂结构初始图像进行滤波处理，然后进行图像融合，对融合后的图像进行二值化处理，得到待测臂结构的轮廓边缘；利用三点成圆得到待测臂结构两端孔圆弧初始半径分别为R1和R2以及两端孔圆心位置的初始距离L1，三点成圆法具体为：1)在待测臂结构的轮廓边缘两端孔所在边缘上各随机取三个点，并计算端孔上所取三点形成的圆的半径及圆心位置；2)重复步骤1)多次，并取各端孔各次半径计算值的均值作为端孔圆弧半径，取各端孔各次圆心位置计算值的均值作为端孔圆弧圆心位置，然后计算两端孔圆弧圆心位置的距离；步骤三、首先，将待测臂结构一端通过螺栓固定在机械臂安装法兰上，另一端通过螺栓固定抗振模板，并调整机械臂安装法兰的位置，使抗振模板置于激振器上方后用螺栓将机械臂安装法兰固定在支撑底架的台面上；然后，通过位置调整机构调整激振器沿平行待测臂结构端孔轴线方向移动，使得激振器中振动探头的中心轴线位于抗振模板与振动探头接触面的对称中心面上，该对称中心面垂直于待测臂结构端孔轴线；最后，测得振动探头的中心轴线与待测臂结构固定有抗振模板那端端孔的中心轴线之间的距离M；步骤四、启动激振器，通过激振器中振动探头的往复运动对抗振模板施加周期振动力，并利用安装在振动探头上的磁致伸缩位移传感器反馈振动探头的位移s；利用安装于激振器中两个伺服阀上的压力传感器反馈激振器的进油口油压F进1与出油口油压F出2，分析仪根据位移s变化一个周期所需的时间得到激振器的振动频率f1，根据进油口油压F进1与出油口油压F出2的差值得到激振器的激振力F1；步骤五、振动间隔时间t后，t≥30min，取下待测臂结构，置于工业摄像机下方，调整工业摄像机的位置，对待测臂结构进行多次图像采集，并将采集的待测臂结构测试图像传入分析仪中；步骤六、分析仪对所采集的所有待测臂结构测试图像进行滤波处理，然后进行图像融合，对融合后的图像进行二值化处理，得到待测臂结构进行振动后的轮廓边缘；利用三点成圆法得到待测臂结构两端孔圆弧在进行振动后的半径分别为R’1和R’2以及两端孔圆心位置进行振动后的距离L’1；步骤七、计算R1与R’1之间的差值绝对值ΔR1，R2与R’2之间的差值绝对值ΔR2以及L1与L’1之间的差值绝对值ΔL1，将ΔR1、ΔR2与预设的最大圆弧半径差值ΔR1max、ΔR2max分别对比，ΔR1max≤0.03mm，ΔR2max≤0.03mm，并将ΔL1与预设的最大偏移差值ΔL1max，ΔL1max≤0.03mm对比；步骤八、分常规疲劳测试和加速疲劳测试两种情况；进行常规疲劳测试时具体如下：如果在步骤七的比较中满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，则待测臂结构已经达到疲劳极限Nmax＝f1·t，常规疲劳测试结束；如果在步骤七的比较中同时满足ΔL1不大于ΔL1max、ΔR1不大于ΔR1max且ΔR2不大于ΔR2max，则待测臂结构未达到疲劳极限，回到步骤五，直至满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限为Nmax＝f1·t·(n1+1)，n1为常规疲劳测试时回到步骤五的次数，常规疲劳测试结束；进行加速疲劳测试时具体如下：如果在步骤七的比较中满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，则待测臂结构已经达到疲劳极限，直接计算加速疲劳测试的疲劳极限Nmax＝N1＝f1·t，加速疲劳测试结束；如果在步骤七的比较中同时满足ΔL1不大于ΔL1max、ΔR1不大于ΔR1max且ΔR2不大于ΔR2max，则待测臂结构未达到疲劳极限，此时通过两个伺服阀调节激振器的进、出油口油量，使激振器的振动频率增大k1，k1的取值范围为100～300Hz，从而激振力随着增大，若进行偏载测试，则先停止激振器，通过位置调整机构调整激振器沿平行待测臂结构端孔轴线方向移动距离ΔM后启动激振器，然后回到步骤五，直至满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限Nmax，加速疲劳测试结束；计算待测臂结构进行加速疲劳测试时的疲劳极限Nmax，具体如下：...

【技术特征摘要】
1.工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一、采用工业摄像机对待测臂结构进行多次图像采集，并将采集的待测臂结构初始图像传入分析仪中；步骤二、分析仪对所有待测臂结构初始图像进行滤波处理，然后进行图像融合，对融合后的图像进行二值化处理，得到待测臂结构的轮廓边缘；利用三点成圆得到待测臂结构两端孔圆弧初始半径分别为R1和R2以及两端孔圆心位置的初始距离L1，三点成圆法具体为：1)在待测臂结构的轮廓边缘两端孔所在边缘上各随机取三个点，并计算端孔上所取三点形成的圆的半径及圆心位置；2)重复步骤1)多次，并取各端孔各次半径计算值的均值作为端孔圆弧半径，取各端孔各次圆心位置计算值的均值作为端孔圆弧圆心位置，然后计算两端孔圆弧圆心位置的距离；步骤三、首先，将待测臂结构一端通过螺栓固定在机械臂安装法兰上，另一端通过螺栓固定抗振模板，并调整机械臂安装法兰的位置，使抗振模板置于激振器上方后用螺栓将机械臂安装法兰固定在支撑底架的台面上；然后，通过位置调整机构调整激振器沿平行待测臂结构端孔轴线方向移动，使得激振器中振动探头的中心轴线位于抗振模板与振动探头接触面的对称中心面上，该对称中心面垂直于待测臂结构端孔轴线；最后，测得振动探头的中心轴线与待测臂结构固定有抗振模板那端端孔的中心轴线之间的距离M；步骤四、启动激振器，通过激振器中振动探头的往复运动对抗振模板施加周期振动力，并利用安装在振动探头上的磁致伸缩位移传感器反馈振动探头的位移s；利用安装于激振器中两个伺服阀上的压力传感器反馈激振器的进油口油压F进1与出油口油压F出2，分析仪根据位移s变化一个周期所需的时间得到激振器的振动频率f1，根据进油口油压F进1与出油口油压F出2的差值得到激振器的激振力F1；步骤五、振动间隔时间t后，t≥30min，取下待测臂结构，置于工业摄像机下方，调整工业摄像机的位置，对待测臂结构进行多次图像采集，并将采集的待测臂结构测试图像传入分析仪中；步骤六、分析仪对所采集的所有待测臂结构测试图像进行滤波处理，然后进行图像融合，对融合后的图像进行二值化处理，得到待测臂结构进行振动后的轮廓边缘；利用三点成圆法得到待测臂结构两端孔圆弧在进行振动后的半径分别为R’1和R’2以及两端孔圆心位置进行振动后的距离L’1；步骤七、计算R1与R’1之间的差值绝对值ΔR1，R2与R’2之间的差值绝对值ΔR2以及L1与L’1之间的差值绝对值ΔL1，将ΔR1、ΔR2与预设的最大圆弧半径差值ΔR1max、ΔR2max分别对比，ΔR1max≤0.03mm，ΔR2max≤0.03mm，并将ΔL1与预设的最大偏移差值ΔL1max，ΔL1max≤0.03mm对比；步骤八、分常规疲劳测试和加速疲劳测试两种情况；进行常规疲劳测试时具体如下：如果在步骤七的比较中满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，则待测臂结构已经达到疲劳极限Nmax＝f1·t，常规疲劳测试结束；如果在步骤七的比较中同时满足ΔL1不大于ΔL1max、ΔR1不大于ΔR1max且ΔR2不大于ΔR2max，则待测臂结构未达到疲劳极限，回到步骤五，直至满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限为Nmax＝f1·t·(n1+1)，n1为常规疲劳测试时回到步骤五的次数，常规疲劳测试结束；进行加速疲劳测试时具体如下：如果在步骤七的比较中满足ΔL1大于ΔL1max、ΔR1大于ΔR1max或者ΔR2大于ΔR2max中的任意一种情况，则待测臂结构已经达到疲劳极限，直接计算加速疲劳测试的疲劳极限Nmax＝N1＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪敬，吕俊杰，蒙臻，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33