CN109514601A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

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

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，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。

背景技术

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。该发明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。

发明内容

本发明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。本发明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。

本发明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ΔR_1max、ΔR_2max分别对比，ΔR_1max≤0.03mm，ΔR_2max≤0.03mm，并将ΔL₁与预设的最大偏移差值ΔL_1max，ΔL_1max≤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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一种情况，则待测臂结构已经达到疲劳极限N_max＝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ΔL_1max、ΔR₁不大于ΔR_1max且ΔR₂不大于ΔR_2max，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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限为N_max＝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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max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N_max＝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ΔL_1max、ΔR₁不大于ΔR_1max且ΔR₂不大于ΔR_2max，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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限N_max，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N_max，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F_i+1对应的疲劳极限N_i+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；σ_i+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N_i+1转化为激振力F₁下的等效疲劳极限N′_i+1，

本发明工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试装置，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。所述的机械臂安装法兰用于固定待测臂结构一端，抗振模板用于固定待测臂结构另一端，且机械臂安装法兰通过螺栓固定在支撑底架的台面上。所述的位置调整机构同步调整磁致伸缩位移传感器和激振器的位置；所述的CCD视觉检测系统包括工业摄像机和图像采集卡，工业摄像机采集待测臂结构的图像，并经图像采集卡将图像反馈到分析仪中；所述的磁致伸缩位移传感器安装在激振器的振动探头上，检测振动探头的位移；所述的激振器中设有压力传感器检测激振器进、出油口油压；所述的控制模块将采集到的振动探头位移以及激振器进、出油口油压数据经过模数转换后传给分析仪；分析仪经控制模块控制激振器。

所述的磁致伸缩位移传感器由磁通感应环、位移传感器主体和位移传感器安装板组成。所述的位移传感器主体固定在位移传感器安装板上，位移传感器安装板由位置调整机构驱动。所述的磁通感应环与位移传感器主体的立杆构成滑动副，并固定在激振器的振动探头上。

所述的激振器由激振器安装法兰、激振缸、伺服阀、振动探头和压力传感器组成。所述激振缸的缸体固定在激振器安装法兰上，激振器安装法兰由位置调整机构驱动；两个伺服阀调节激振缸进、出油口的油量；安装于两个伺服阀上的压力传感器反馈激振缸的进油口、出油口油压；所述的振动探头固定在激振缸的活塞杆上；两个伺服阀上的进油口均与泵的出油口连通，且泵的出油口与油箱之间设有溢流阀。

所述的位置调整机构由伺服滑台和调整安装板组成，调整安装板通过螺栓固定在伺服滑台的滑动台面上，伺服滑台的底座固定于支撑底架的台面上。

所述的控制模块采用型号为S7-300的PLC。

本发明的有益效果：

本发明解决了工业机器人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，相比于其他疲劳检测方法，本发明减少了疲劳检测的时间；本发明基于仿工业应用载荷施加使得疲劳检测具有高可靠性；本发明利用CCD视觉检测方法大大提高了检测的精确度；机械臂承受的恒定扭矩、交变扭矩和偏载，都可以采用本发明进行测试。

附图说明

图1为本发明的测试流程图。

图2为本发明装置的整体结构立体图。

图3为本发明中激振器的工作原理图。

图4为本发明对待测臂结构进行图像采集及分析的流程图。

附图标记说明：

1、支撑底架，2、机械臂安装法兰，3、待测臂结构，4、抗振模板，5、磁致伸缩位移传感器，5-1、磁通感应环，5-2、位移传感器主体，5-3、位移传感器安装板，6、激振器，6-1，激振器安装法兰，6-2、激振缸，6-3、伺服阀，6-4、振动探头，6-5、压力传感器，7-位置调整机构，7-1、伺服滑台，7-2、调整安装板、8、CCD视觉检测系统，9、分析仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示，本发明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3进行五次图像采集，并将采集的待测臂结构初始图像传入分析仪9中；

步骤二、分析仪9对五张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(图像的二值化处理就是将图像上的点的灰度值调为0，使整个图像呈现出明显的黑白效果)，得到待测臂结构3的轮廓边缘，其中，图像融合弥补了单张图像中的失焦或模糊之处，使得待测臂结构3边界明显；利用三点成圆得到待测臂结构3两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3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)五次，并取各端孔五次半径计算值的均值作为端孔圆弧半径，取各端孔五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3一端通过螺栓固定在机械臂安装法兰2上，另一端通过螺栓固定抗振模板4，并调整机械臂安装法兰2的位置，使抗振模板4置于激振器6上方后用螺栓将机械臂安装法兰2固定在支撑底架1的台面上；然后，通过位置调整机构7调整激振器6沿平行待测臂结构3端孔轴线方向移动，使得激振器6中振动探头6-4的中心轴线位于抗振模板4与振动探头6-4接触面的对称中心面上，该对称中心面垂直于待测臂结构3端孔轴线；最后，测得振动探头6-4的中心轴线与待测臂结构3固定有抗振模板4那端端孔的中心轴线之间的距离M；

步骤四、启动激振器6，通过激振器6中振动探头的往复运动对抗振模板4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5反馈振动探头的位移s；利用安装于激振器6中两个伺服阀上的压力传感器反馈激振器6的进油口油压F_进1与出油口油压F_出2，分析仪8根据位移s变化一个周期所需的时间得到激振器6的振动频率f₁(f₁模拟待测机械臂结构3在实际工作中驱动电机的换向频率)，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6的激振力F₁；

步骤五、振动间隔时间t(本实施例中取t＝30min)后，取下待测臂结构3，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3进行五次图像采集，并将采集的待测臂结构测试图像传入分析仪8中；

步骤六、分析仪8对所采集的五张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3进行振动后的轮廓边缘；利用三点成圆法得到待测臂结构3两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ΔR_1max(本实施例中取ΔR_1max＝0.02mm)、ΔR_2max(本实施例中取ΔR_2max＝0.02mm)分别对比，并将ΔL₁与预设的最大偏移差值ΔL_1max(本实施例中取ΔL_1max＝0.02mm)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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一种情况，则待测臂结构3已经达到疲劳极限N_max＝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ΔL_1max、ΔR₁不大于ΔR_1max且ΔR₂不大于ΔR_2max，则待测臂结构3未达到疲劳极限，回到步骤五，直至满足ΔL₁大于ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限为N_max＝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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一种情况，则待测臂结构3已经达到疲劳极限，直接计算加速疲劳测试的疲劳极限N_max＝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ΔL_1max、ΔR₁不大于ΔR_1max且ΔR₂不大于ΔR_2max，则待测臂结构3未达到疲劳极限，此时通过两个伺服阀调节激振器6的进、出油口油量，使激振器6的振动频率增大k₁，从而激振力随着增大(本实施例中k₁＝200Hz)，若进行偏载测试，则先停止激振器，通过位置调整机构7调整激振器6沿平行待测臂结构3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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限N_max，加速疲劳测试结束；

计算待测臂结构3进行加速疲劳测试时的疲劳极限N_max，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6达到的激振力F_i+1对应的疲劳极限N_i+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4的接触面积；σ_i+1为加速疲劳测试第i次回到步骤五时待测臂结构3所受的激振应力；C和β的取值如下：选取六组不同激振力和振动频率进行常规疲劳测试，得到六个疲劳极限，然后以为应变量，激振力F为自变量，利用所得的六组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N_i+1转化为激振力F₁下的等效疲劳极限N′_i+1，

如图2所示，本发明工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试装置，主要由支撑底架1、机械臂安装法兰2、抗振模板4、磁致伸缩位移传感器5、激振器6、位置调整机构7、CCD视觉检测系统8、控制模块和分析仪9组成。待测臂结构3一端通过螺栓固定在机械臂安装法兰2上，抗振模板4通过螺栓固定在待测臂结构3的另一端。机械臂安装法兰2通过螺栓固定在支撑底架1的台面上。

磁致伸缩位移传感器5由磁通感应环5-1、位移传感器主体5-2和位移传感器安装板5-3组成。位移传感器主体5-2固定在位移传感器安装板5-3上，位移传感器安装板5-3通过螺栓固定于位置调整机构7的调整安装板7-2上。磁通感应环5-1与位移传感器主体5-2的立杆构成滑动副，并固定在激振器6的振动探头6-4上；磁致伸缩位移传感器5通过内部非接触式的测控技术精确地检测磁通感应环5-1的绝对位置来测量振动探头6-4的实际位移值。

激振器6的工作原理如图3所示，激振器6由激振器安装法兰6-1、激振缸6-2、伺服阀6-3、振动探头6-4和压力传感器6-5组成。激振缸6-2的缸体固定在激振器安装法兰6-1上，激振器安装法兰6-1固定于位置调整机构7的调整安装板上7-2；两个伺服阀6-3调节激振缸6-2进、出油口的油量，实现激振缸6-2振动频率和激振力的调节；安装于两个伺服阀6-3上的压力传感器6-5反馈激振缸6-2的进油口P、出油口T油压；振动探头固定在激振缸的活塞杆上；控制模块采用型号为S7-300的PLC，将采集到的振动探头位移以及激振缸进、出油口油压数据经过模数转换后传给分析仪9；两个伺服阀6-3上的进油口均与泵M的出油口连通，且泵M的出油口与油箱之间设有溢流阀。

位置调整机构7由伺服滑台7-1和调整安装板7-2组成，调整安装板7-2通过螺栓固定在伺服滑台7-1的滑动台面上，伺服滑台7-1的底座固定于支撑底架的台面上；伺服滑台7-1可沿平行待测臂结构3端孔轴线方向单轴移动其滑动台面，从而同步调整磁致伸缩位移传感器5和激振器6的位置。

CCD视觉检测系统8包括工业摄像机和图像采集卡，用于采集待测臂结构3的图像，并将图像反馈到分析仪9中。

分析仪9根据振动探头位移以及激振缸进、出油口油压数据分析得到激振缸的振动频率和激振力，以及根据工业摄像机采集的图像分析得到对待测臂结构3两端孔圆弧半径和两端孔圆心位置的距离。

待测臂结构图像采集分析流程如图4所示，在恒定强光源照射下利用工业摄像机对待测机械臂进行图像采集，然后通过图像采集卡将采集图像输入分析仪中进行图像轮廓边缘像素定位，得到测试前和测试后的机械臂图像，最后进行形变对比分析确定待测机械臂是否发生疲劳。图4中，O₁、O₂表示测试前待测臂结构3两端孔圆心初始位置，R₁、R₂表示待测臂结构两端孔圆弧初始半径，L₁表示两端孔圆心位置的初始距离；O’₁、O’₂表示测试后待测臂结构3两端孔圆心位置，R’₁、R’₂表示待测臂结构两端孔在测试后的半径，L’₁表示两端孔圆心位置在测试后的距离。

本发明适用两端孔形状为圆形的工业机器人机械臂，机械臂承受的载荷主要是恒定扭矩、交变扭矩和偏载，这些都可以采用本发明进行测试。其中，恒定扭矩的测试只要振动探头以恒定的激振力顶着待测臂结构不动即可实现，偏载通过改变激振器施力点实现。

Claims (6)

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ΔR_1max、ΔR_2max分别对比，ΔR_1max≤0.03mm，ΔR_2max≤0.03mm，并将ΔL₁与预设的最大偏移差值ΔL_1max，ΔL_1max≤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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一种情况，则待测臂结构已经达到疲劳极限N_max＝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ΔL_1max、ΔR₁不大于ΔR_1max且ΔR₂不大于ΔR_2max，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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限为N_max＝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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max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N_max＝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ΔL_1max、ΔR₁不大于ΔR_1max且ΔR₂不大于ΔR_2max，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ΔL_1max、ΔR₁大于ΔR_1max或者ΔR₂大于ΔR_2max中的任意一种情况，从而得到疲劳极限N_max，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N_max，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F_i+1对应的疲劳极限N_i+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；σ_i+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N_i+1转化为激振力F₁下的等效疲劳极限N′_i+1，

2.工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试装置，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，其特征在于：所述的机械臂安装法兰用于固定待测臂结构一端，抗振模板用于固定待测臂结构另一端，且机械臂安装法兰通过螺栓固定在支撑底架的台面上；所述的位置调整机构同步调整磁致伸缩位移传感器和激振器的位置；所述的CCD视觉检测系统包括工业摄像机和图像采集卡，工业摄像机采集待测臂结构的图像，并经图像采集卡将图像反馈到分析仪中；所述的磁致伸缩位移传感器安装在激振器的振动探头上，检测振动探头的位移；所述的激振器中设有压力传感器检测激振器进、出油口油压；所述的控制模块将采集到的振动探头位移以及激振器进、出油口油压数据经过模数转换后传给分析仪；分析仪经控制模块控制激振器。

3.根据权利要求2所述的工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试装置，其特征在于：所述的磁致伸缩位移传感器由磁通感应环、位移传感器主体和位移传感器安装板组成；所述的位移传感器主体固定在位移传感器安装板上，位移传感器安装板由位置调整机构驱动；所述的磁通感应环与位移传感器主体的立杆构成滑动副，并固定在激振器的振动探头上。

4.根据权利要求2所述的工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试装置，其特征在于：所述的激振器由激振器安装法兰、激振缸、伺服阀、振动探头和压力传感器组成；所述激振缸的缸体固定在激振器安装法兰上，激振器安装法兰由位置调整机构驱动；两个伺服阀调节激振缸进、出油口的油量；安装于两个伺服阀上的压力传感器反馈激振缸的进油口、出油口油压；所述的振动探头固定在激振缸的活塞杆上；两个伺服阀上的进油口均与泵的出油口连通，且泵的出油口与油箱之间设有溢流阀。

5.根据权利要求2所述的工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试装置，其特征在于：所述的位置调整机构由伺服滑台和调整安装板组成，调整安装板通过螺栓固定在伺服滑台的滑动台面上，伺服滑台的底座固定于支撑底架的台面上。

6.根据权利要求2所述的工业机器人臂结构的常规疲劳及加速疲劳测试装置，其特征在于：所述的控制模块采用型号为S7-300的PLC。