CN113358958A - 一种伺服驱动器加速寿命试验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种伺服驱动器加速寿命试验装置。其中，负载电机与扭矩传感器转动连接，扭矩传感器与连接装置转动连接，待测电机经过减速器再由可控接脱装置经连接轴连接在连接装置上，上述机构共同构成测试装置；在此基础上，数据处理器分别与工控机、扭矩传感器以及负载电机的伺服驱动器通信连接，待测电机的伺服驱动器放置于温度/湿度控制箱中，待测电机的伺服驱动器分别与工控机和电流钳/采集卡通信连接，电流钳/采集卡与工控机通信连接。本发明能同时对多台驱动器进行测试，不仅保证了测试环境的一致性，而且还可提高测试效率。同时，本发明以温度和湿度为加速应力，使试验环境与驱动器真实使用环境更接近，有利于提高测试结果的准确性。

Description

一种伺服驱动器加速寿命试验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及伺服驱动器寿命测试技术领域，具体涉及一种伺服驱动器加速寿命试验装置及测试方法。

背景技术

驱动器作为工业机器人的核心零部件，其可靠性对工业机器人系统运行安全具有重大影响。随着工业机器人作业环境的日趋复杂，对驱动器的性能参数及使用寿命也提出了更高的要求。然而由于环境温度、湿度，电网能量输入不稳定，负载波动等因素的影响，使得驱动器的失效问题愈来愈突出。驱动器一旦失效，将导致整个工业机器人系统的故障，甚至使整条生产线被迫停产，造成不可估计的经济损失，甚至威胁人身安全。因此，研究驱动器寿命试验装置及测试方法，对驱动器维修，使用安全具有重要意义。

目前，针对驱动器加速寿命试验的研究，往往一台试验装置一次仅能测试一台驱动器，分批次测试往往难以保证测试过程的一致性，难以满足驱动器寿命计算的精度要求。而且，常规试验模式所采用的加速应力较单一，不能真实反映驱动器的真实应用环境。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的缺陷，提供一种伺服驱动器加速寿命试验装置及测试方法，以解决常规试验系统单次只能测试一台驱动器的技术问题。

本发明要解决的另一技术问题是，常规试验模式所考虑的加速应力比较单一，难以准确模拟驱动器的真实应用环境。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种伺服驱动器加速寿命试验装置，包括测试装置，电流钳/采集卡，温度/湿度控制箱，工控机，数据处理器，其中，测试装置包括负载电机，扭矩传感器，连接装置，待测电机，减速器，可控接脱装置，所述负载电机与扭矩传感器转动连接，扭矩传感器与连接装置转动连接，待测电机经过减速器再由可控接脱装置经连接轴连接在连接装置上；数据处理器分别与工控机、扭矩传感器以及负载电机的伺服驱动器通信连接，待测电机的伺服驱动器放置于温度/湿度控制箱中，待测电机的伺服驱动器分别与工控机和电流钳/采集卡通信连接，电流钳/采集卡与工控机通信连接。

作为优选，所述可控接脱装置包括电动推杆，电动推杆支架，滑动拨叉，销盘，待测电机侧连接轴，连接装置侧连接轴，其中，电动推杆固定于电动推杆支架上，滑动拨叉连接在电动推杆的自由端，销盘与滑动拨叉相连接，待测电机侧连接轴与销盘相连接，连接装置侧连接轴位于待测电机侧连接轴侧方。

作为优选，在所述连接装置中设有主动连接轴和若干从动连接轴，扭矩传感器与主动连接轴相连接，可控接脱装置与从动连接轴相连接，主动连接轴与从动连接轴之间通过皮带轮及传动皮带传动连接。

在以上技术方案的基础上，本发明进一步提供了应用上述试验装置测试伺服驱动器加速寿命的方法，包括以下步骤：

S1、将待测电机经减速器连接在待测电机安装板上，每个温度/湿度应力水平下测试伺服驱动器样品；

S2、通过工控机控制电动推杆运动，使销盘插入连接装置侧连接轴，接通待测电机和负载；

S3、将待测电机的伺服驱动器放置在温度/湿度控制箱内，连接各设备之间的线缆，当温度/湿度控制箱内的温度/湿度达到设定条件时，通过工控机控制负载电机和待测电机运转；

S4、根据待测电机型号和个数、减速器和皮带轮减速比确定需要负载电机施加的负载转矩，通过工控机设置负载电机相应的转矩负载；

S5、采用电流钳/采集卡采集伺服驱动器输出线的电流信号，并将电流信号传输到工控机，通过工控机设置电流信号采集频率，定期记录电流信号数据；

S6、通过工控机实时检测每个待测伺服驱动器的输出电流信号，当发现某个待测伺服驱动器输出电流退化量超过给定阈值时，认为此伺服驱动器发生故障，工控机给电动推杆发送信号，驱动电动推杆运动，滑动拨叉带动销盘移动，使待测电机侧连接轴与连接装置侧连接轴脱离；然后工控机控制负载电机的转矩减小，使剩余待测电机仍保持在额定负载下运行；

S7、分析各伺服驱动器输出电流信号随时间的退化量，绘制电流退化量随测试时间变化的曲线图；根据输出电流退化量随测试时间变化曲线形状选择模型拟合退化量变化曲线，获得对应温度/湿度应力条件下伺服驱动器的退化模型；根据退化模型计算各伺服驱动器测试样品输出电流信号退化量增加到许用阈值时的伪寿命；

S8、计算每组温度/湿度应力下伺服驱动器测试样品伪寿命的平均值，得到对应温度/湿度应力下的平均寿命数据；根据Arrhenius模型计算伺服驱动器的使用寿命。

在本发明中，所述电流钳/采集卡是以电流钳为检测工具的电流采集装置，亦可称为电流采集卡或电流采集器，可模块化的自市面购得，特此说明。所述温度/湿度控制箱是指同时设有温度调节机构和湿度调节机构的封闭式箱体，可依照本领域的公知技术自行制造，特此说明。

本发明提供了一种伺服驱动器加速寿命试验装置及测试方法。该装置能同时对多台驱动器进行测试，不仅保证了测试环境的一致性，而且还可以提高测试效率。同时，本发明以温度和湿度为加速应力，使试验环境与驱动器真实使用环境更接近，有利于提高测试结果的准确性。

附图说明

图1是本发明伺服驱动器加速寿命试验装置整体的结构示意图；

图2是本发明中，测试装置的结构示意图；

图3是本发明中，连接装置内部结构的正视示意图；

图4是本发明中，连接装置内部结构的侧视示意图；

图5是本发明中，连接轴上的皮带轮布置示意图；

图6是本发明中，待测电机及减速器的布置示意图；

图7是本发明中，温度/湿度控制箱的结构示意图；

图8是本发明中，可控接脱装置的布置示意图；

图9是本发明中，可控接脱装置的结构正视示意图；

图10是本发明中，可控接脱装置的结构左视示意图；

图中：

1、测试装置 110、承重平台 120、负载电机支撑架

130、联轴器 140、连接轴 4、连接装置

410、连接装置门 412、连接装置箱体 413、待测电机安装板

421、传动皮带一 422、传动皮带二 423、传动皮带三

424、传动皮带四 425、传动皮带五 426、传动皮带六

431、连接轴一 432、连接轴二 433、连接轴三

434、连接轴四 435、连接轴五 436、连接轴六

441、负载电机连接轴上 441a、负载电机连接轴 441b、负载电机连接轴上皮

皮带轮 上皮带轮一 带轮二

441c、负载电机连接轴上 441d、负载电机连接轴 441e、负载电机连接轴上皮

皮带轮三 上皮带轮四 带轮五

441f、负载电机连接轴上 442、连接轴一上皮带轮 443、连接轴二上皮带轮

皮带轮六

444、连接轴三上皮带轮 445、连接轴四上皮带轮 446、连接轴五上皮带轮

447、连接轴六上皮带轮 450a、可控接脱装置一 450b、可控接脱装置二

450c、可控接脱装置三 450d、可控接脱装置四 450e、可控接脱装置五

450f、可控接脱装置六 451、电动推杆 452、电动推杆支架

453、滑动拨叉 454、销盘 455、待测电机侧连接轴

456、连接装置侧连接轴 2、负载电机 3、转矩传感器

5、待测电机 511、待测电机一 512、待测电机二

513、待测电机三 514、待测电机四 515、待测电机五

516、待测电机六 521、与待测电机一连接 522、与待测电机二连接减

减速器 速器

523、与待测电机三连接 524、与待测电机四连接 525、与待测电机五连接减

减速器 减速器 速器

526、与待测电机六连接 6、电流钳/采集卡 7、温度/湿度控制箱

减速器

710、温度/湿度控制箱箱 720、出线口 730、进线口

体

740、支撑架 750、风扇 8、待测电机伺服驱动器

810、待测电机伺服驱动 820、待测电机伺服驱动 830、待测电机伺服驱动器

器一 器二 三

840、待测电机伺服驱动 850、待测电机伺服驱动 860、待测电机伺服驱动器

器四 器五 六

9、工控机 10、数据处理器 11、负载电机伺服驱动器。

具体实施方式

以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。

一种伺服驱动器加速寿命试验装置，如图1～10所示，包括测试装置1，电流钳/采集卡6，温度/湿度控制箱7，工控机9，数据处理器10，其中，测试装置1包括负载电机2，扭矩传感器3，连接装置4，待测电机511～516，减速器521～526，可控接脱装置450a～450f，所述负载电机2与扭矩传感器3转动连接，扭矩传感器3与连接装置4转动连接，待测电机511～516经过减速器521～526再由可控接脱装置450a～450f经连接轴431～436连接在连接装置4上；数据处理器10分别与工控机9、扭矩传感器3以及负载电机的伺服驱动器11通信连接，待测电机的伺服驱动器8放置于温度/湿度控制箱7中，待测电机的伺服驱动器8分别与工控机9和电流钳/采集卡6通信连接，电流钳/采集卡6与工控机9通信连接。在以上技术方案中，负载电机2固定安装在负载电机支撑架120上；负载电机2与扭矩传感器3之间的转动连接是通过联轴器130和连接轴140实现的；扭矩传感器3与连接装置4之间的转动连接是通过连接轴140实现的。

其中，所述可控接脱装置450a～450f包括电动推杆451，电动推杆支架452，滑动拨叉453，销盘454，待测电机侧连接轴455，连接装置侧连接轴456，其中，电动推杆451固定于电动推杆支架452上，滑动拨叉453连接在电动推杆451的自由端，销盘454与滑动拨叉453相连接，待测电机侧连接轴455与销盘454相连接，连接装置侧连接轴456位于待测电机侧连接轴455侧方。其运行原理如下：固定在电动推杆支架452上的电动推杆451伸长到最左侧，滑动拨叉453带动销盘454运动到最左侧，此时销盘454只与待测电机侧连接轴455连接，而与连接装置侧连接轴456脱离，即待测电机与负载脱离。电动推杆451收缩到最右侧，滑动拨叉453带动销盘454运动到最右侧，此时销盘454既与待测电机侧连接轴455连接，又与连接装置侧连接轴456连接，即待测电机与负载连接。此装置可实现对待测电机是否加载的自动控制。

在所述连接装置4中设有主动连接轴(即连接轴140)和若干从动连接轴(即连接轴431～436)，扭矩传感器3与主动连接轴相连接，可控接脱装置450a～450f与从动连接轴相连接，主动连接轴与从动连接轴之间通过皮带轮441～447及传动皮带421～426传动连接。连接装置4内连接情况如下：将待测电机伺服驱动器8放在温度/湿度控制箱7内，控制箱内温度和湿度，为驱动器施加温度/湿度载荷。皮带轮441～447均为同型号皮带轮，减速器521～526均为同型号减速器，待测电机511～516均为同型号伺服电机。可根据伺服电机的额定转矩及减速器521～526和皮带轮441～447的减速比计算所需负载电机2提供的转矩，经过连接装置4可将负载电机2提供的负载转矩均匀分配到待测伺服电机上，使待测伺服电机可以在额定转矩下工作。

一种伺服驱动器加速寿命测试方法，包括以下步骤：

S1、将6个待测电机511～516按图6所示经减速器521～526连接在待测电机安装板413上，每个温度/湿度应力水平下测试6个伺服驱动器样品；

S2、通过工控机9控制电动推杆451向右运动，使销盘454插入连接装置侧连接轴456，接通待测电机511～516和负载；

S3、将6个待测电机的伺服驱动器810～860放置在温度/湿度控制箱7内，连接各设备之间的线缆。调节温度/湿度控制箱7内的温度/湿度分别为伺服驱动器运行允许最高温度/湿度×(1.2，1.4，1.6，1.8，2)，控制风扇750转动，以使箱内温度/湿度保持均匀，当温度/湿度控制箱7内的温度/湿度达到设定条件时，通过工控机9控制负载电机2和待测电机511～516运转；

S4、根据待测电机511～516型号和个数、减速器521～526和皮带轮441～447减速比确定需要负载电机2施加的负载转矩，通过工控机9设置负载电机2相应的转矩负载；

S5、采用电流钳/采集卡6采集各伺服驱动器输出线的电流信号，并将电流信号传输到工控机9，通过工控机9设置电流信号采集频率，每隔6小时记录一次电流信号数据，每组试验持续测试600小时；

S6、通过工控机9实时检测每个待测伺服驱动器的输出电流信号，当发现某个待测伺服驱动器输出电流退化量超过给定阈值时，认为此伺服驱动器发生故障，工控机9给电动推杆451发送信号，驱动电动推杆451运动，滑动拨叉453带动销盘454向左移动，使待测电机侧连接轴455与连接装置侧连接轴456脱离。然后工控机9控制负载电机2的转矩减小，使剩余待测电机仍能保持在额定负载下运行。保证测试过程不受某个待测电机发生故障影响。

S7、分析各伺服驱动器输出电流信号随时间的退化量，绘制电流退化量随测试时间变化的曲线图。根据输出电流退化量随测试时间变化曲线形状选择合适的模型拟合退化量变化曲线，获得对应温度/湿度应力条件下伺服驱动器的退化模型。根据退化模型计算各伺服驱动器测试样品输出电流信号退化量增加到许用阈值时的伪寿命。

S8、计算每组温度/湿度应力下伺服驱动器测试样品伪寿命的平均值，得到对应温度/湿度应力下的平均寿命数据。最后，根据Arrhenius模型计算正常温度/湿度应力水平下伺服驱动器的使用寿命。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种伺服驱动器加速寿命试验装置，其特征在于包括测试装置，电流钳/采集卡，温度/湿度控制箱，工控机，数据处理器，其中，测试装置包括负载电机，扭矩传感器，连接装置，待测电机，减速器，可控接脱装置，所述负载电机与扭矩传感器转动连接，扭矩传感器与连接装置转动连接，待测电机经过减速器再由可控接脱装置经连接轴连接在连接装置上；数据处理器分别与工控机、扭矩传感器以及负载电机的伺服驱动器通信连接，待测电机的伺服驱动器放置于温度/湿度控制箱中，待测电机的伺服驱动器分别与工控机和电流钳/采集卡通信连接，电流钳/采集卡与工控机通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种伺服驱动器加速寿命试验装置，其特征在于，所述可控接脱装置包括电动推杆，电动推杆支架，滑动拨叉，销盘，待测电机侧连接轴，连接装置侧连接轴，其中，电动推杆固定于电动推杆支架上，滑动拨叉连接在电动推杆的自由端，销盘与滑动拨叉相连接，待测电机侧连接轴与销盘相连接，连接装置侧连接轴位于待测电机侧连接轴侧方。

3.根据权利要求2所述的一种伺服驱动器加速寿命试验装置，其特征在于，在所述连接装置中设有主动连接轴和若干从动连接轴，扭矩传感器与主动连接轴相连接，可控接脱装置与从动连接轴相连接，主动连接轴与从动连接轴之间通过皮带轮及传动皮带传动连接。

4.应用权利要求3所述试验装置测试伺服驱动器加速寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待测电机经减速器连接在待测电机安装板上，每个温度/湿度应力水平下测试伺服驱动器样品；

S2、通过工控机控制电动推杆运动，使销盘插入连接装置侧连接轴，接通待测电机和负载；

S3、将待测电机的伺服驱动器放置在温度/湿度控制箱内，连接各设备之间的线缆，当温度/湿度控制箱内的温度/湿度达到设定条件时，通过工控机控制负载电机和待测电机运转；

S4、根据待测电机型号和个数、减速器和皮带轮减速比确定需要负载电机施加的负载转矩，通过工控机设置负载电机相应的转矩负载；

S5、采用电流钳/采集卡采集伺服驱动器输出线的电流信号，并将电流信号传输到工控机，通过工控机设置电流信号采集频率，定期记录电流信号数据；

S6、通过工控机实时检测每个待测伺服驱动器的输出电流信号，当发现某个待测伺服驱动器输出电流退化量超过给定阈值时，认为此伺服驱动器发生故障，工控机给电动推杆发送信号，驱动电动推杆运动，滑动拨叉带动销盘移动，使待测电机侧连接轴与连接装置侧连接轴脱离；然后工控机控制负载电机的转矩减小，使剩余待测电机仍保持在额定负载下运行；

S7、分析各伺服驱动器输出电流信号随时间的退化量，绘制电流退化量随测试时间变化的曲线图；根据输出电流退化量随测试时间变化曲线形状选择模型拟合退化量变化曲线，获得对应温度/湿度应力条件下伺服驱动器的退化模型；根据退化模型计算各伺服驱动器测试样品输出电流信号退化量增加到许用阈值时的伪寿命；

S8、计算每组温度/湿度应力下伺服驱动器测试样品伪寿命的平均值，得到对应温度/湿度应力下的平均寿命数据；根据Arrhenius模型计算伺服驱动器的使用寿命。

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