CN113405920B - 一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试方法及装置。线缆作为机器人传递动力和控制能力的载体，对于工业机器人本身来说，如同人的心脏一般无比重要。但在生产过程中我们可以发现工业机器人在高速运动过程中容易发生多线束线缆的弯折和扭转，这会对线缆寿命带来严峻的考验。本发明在对线束进行多次的测试之后，可以得到线缆在高速弯折和扭转状态下的磨损情况，并综合分析弯扭次数，以及弯扭前后线束的电阻、温度，从而评价多线束线缆的磨损性能，对制定高速运动线缆维护、更换的周期有指导意义。本发明可以测量线缆处于不同的恶劣环境下的磨损状态，提升了本发明的实用性和适用性，有利于该装置的稳定运作。

Description

一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试方法及装置
技术领域
本发明属于机器人线束耐磨可靠性检测技术领域，具体涉及一种机器人线束扭转/弯折摩擦磨损的测试方法。
背景技术
由于人力成本的上升，以及新技术和新材料的发展，大量工业机器人出现在我们的生产行业当中。而线缆作为机器人传递动力和控制能力的载体，对于工业机器人本身来说，如同人的心脏一般无比重要。但在生产过程中我们可以发现工业机器人在高速运动过程中容易发生多线束线缆的弯折和扭转，这会对线缆寿命带来严峻的考验，因此需要一种可靠的测试方法对高速运动线缆的磨损性能进行测试，以保证线缆能满足使用需求。
目前关于机器人线束磨损及对其表面保护套磨损情况检测的试验不多。专利号为CN103424323A的专利公开了一种线束弯折疲劳测试装置。该装置使用紧固装置固定线束，一端在电机的输出轴带动下进行正反的循环弯折，并通过控制装置计数来测试疲劳强度。然而该系统并没有考虑线缆表面的磨损情况，无法检测保护套的磨损情况。专利号为CN206223578的专利公开了一项线缆扭动疲劳测试装置，此装置主要由固定件、摆动件和驱动机构构成，测试方法为线缆在摆动件的带动下，来回摆动，由计数器记录摆动次数，这可以有效地模拟出电缆的扭动的效果，然而该方法不能够检测出线缆与线缆之间弯折接触时的磨损情况。专利号为CN201922388686.7的专利公开了一种电缆卷绕扭转试验装置，由轴架和电机构成，在测试时直接通过控制步进电机工作来带动电缆扭转，同时配以接近传感器来检测计数电缆的扭转圈数，但无法检测线缆与线缆之间弯折接触时的磨损情况。以上方法都未对弯折扭转线缆表面磨损程度进行一个总结和整体的评估检测，并无法完整地完成线缆扭转/弯折摩擦磨损性能可靠性检测的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试方法及装置，以解决上述问题。
第一方面，一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试方法具体如下：
步骤一、单扭转测试
1-1.将收束在一起的多根被测线缆张紧至绷直状态，并使得张紧力达到预设值。
1-2.对被测线缆通电至被测线缆温度达到稳定值C0后，开始对被测线缆进行正反往复扭转。
1-3.当被测线缆的张紧力小于扭转起始时刻的张紧力的80％时，检测被测线缆的温度C1，并记录当前扭转次数N0；得到温度判定阈值
Figure BDA0003060842330000021
和扭转判断阈值
Figure BDA0003060842330000022
N1为被测线缆扭转至出现破损时的扭转次数。
1-4.测量被测线缆的电阻值R1，计算电阻判断阈值
Figure BDA0003060842330000023
R0为未经过扭转的被测线缆的电阻值。
1-5.计算扭转最终评价系数
Figure BDA0003060842330000024
γ、τ、P分别为扭转温度判定阈值、扭转次数判断阈值和扭转电阻判断阈值的权重。
步骤二、单弯折测试
2-1.将收束在一起的多根被测线缆张紧至绷直状态，并使得张紧力达到预设值。
2-2.对被测线缆通电至被测线缆温度达到稳定值C0后，开始对被测线缆进行往复弯折。
2-3.当被测线缆的张紧力小于扭转起始时刻的张紧力的80％时，检测被测线缆的温度C1，并记录当前弯折次数N'0；得到温度判定阈值
Figure BDA0003060842330000025
和弯折判断阈值
Figure BDA0003060842330000026
其中，N'1为被测线缆弯折至出现破损时的弯折次数。
2-4.测量被测线缆的电阻值R'1，计算电阻判断阈值
Figure BDA0003060842330000027
2-5.计算弯折最终评价系数
Figure BDA0003060842330000028
γ'、τ'、P'分别为弯折温度判定阈值、弯折次数判断阈值和弯折电阻判断阈值的权重。
根据扭转最终评价系数η1和弯折最终评价系数η2，对被测线缆在多线束条件下的扭转、弯折摩擦磨损性能进行判断。
作为优选，步骤1-2中，被测线缆扭转的速度等于被测线缆在使用过程中的平均扭转速度。
作为优选，步骤一和二执行后，执行步骤三。步骤三为弯扭同步测试，具体过程如下：
3-1.将收束在一起的多根被测线缆张紧至绷直状态，并使得张紧力达到预设值。
3-2.对被测线缆通电至被测线缆温度达到稳定值C0后，开始对被测线缆进行同步的正反往复弯折和扭转。
3-3.当被测线缆的张紧力小于弯折和扭转起始时刻的张紧力的80％时，检测被测线缆的温度C”1，并记录弯折和扭转的次数N”0；得到弯扭温度判定阈值
Figure BDA0003060842330000031
弯扭次数判断阈值
Figure BDA0003060842330000032
N”1为被测线缆弯折扭转至出现破损时的弯折扭转次数。
3-4.测量被测线缆的电阻值R”1，计算弯扭电阻判断阈值
Figure BDA0003060842330000033
3-5.计算弯扭最终评价系数
Figure BDA0003060842330000034
其中，γ”、τ”、P”分别为弯扭温度判定阈值ε”、弯扭次数判断阈值δ”和弯扭电阻判断阈值λ1”的权重。
将弯扭最终评价系数η3与扭转最终评价系数η1、弯折最终评价系数η'2结合，共同判断被测线缆在多线束条件下的扭转、弯折摩擦磨损性能。
作为优选，在步骤三执行后，执行步骤四。步骤四为极限条件下的线缆测试，具体过程如下：在潮湿环境、微尘环境、光辐射环境下分别执行上述步骤一至三，从而判断被测线缆在不同工作环境下的性能。
第二方面，一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试装置，包括线缆扭转固定组件、张紧力检测装置、线缆放置组件、温度传感器、线缆弯折固定组件、扭转电机和弯折电机。间隔设置的线缆扭转固定组件和线缆弯折固定组件均安装在底板上。线缆放置组件位于线缆扭转固定组件与线缆弯折固定组件之间。温度传感器安装在线缆放置组件，用于检测穿过线缆放置组件的线缆温度。线缆扭转固定组件和线缆弯折固定组件均能够夹持线缆。线缆扭转固定组件在扭转电机的驱动下扭转线缆。线缆弯折固定组件在弯折电机的驱动下摆动线缆，实现对线缆的弯折。
作为优选，所述的线缆弯折固定组件包括基板、弯折转板和第一可调固定组件。竖直的基板固定在底板上。弯折转板的一端与基板构成公共轴线水平的转动副。弯折电机固定在基板上，且输出轴与弯折转板固定。第一可调固定组件包括调节座、下夹块和上夹块。调节座固定在弯折转板上。调节座上开设有腰形孔。上夹块与调节座上的腰形孔通过螺栓螺母固定。上夹块与下夹块连接。上夹块与下夹块的相对侧面上均开设有夹持凹槽。
作为优选，所述的线缆放置组件包括弯折横梁、安装架和线缆放置支架。线缆放置支架固定在底板上，且顶部开设有线缆放置槽。安装架固定在线缆放置支架的顶部。安装架上固定有弯折横梁。弯折横梁位于线缆放置槽的正上方。测试时，线缆穿过线缆放置槽与弯折横梁之间。安装架上开设有检测通孔。检测通孔上安装有朝向线缆放置槽的温度传感器。
作为优选，所述的线缆扭转固定组件包括张紧力传感器、第一安装杆、连接支座、第一收束器、第二安装杆、线缆夹持器和第一收紧支座。连接支座与第一收紧支座固定。张紧力传感器的一端与第一收紧支座通过第一安装杆固定，另一端与线缆夹持器通过第二安装杆固定。线缆夹持器呈抱箍状。第一收紧支座上安装有第一收束器。扭转电机固定在底板上，且输出轴与连接支座固定。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明在对线束进行多次的测试之后，可以得到线缆在高速弯折和扭转状态下的磨损情况，并综合分析弯扭次数，以及弯扭前后线束的电阻、温度，从而评价多线束线缆的磨损性能，对制定高速运动线缆维护、更换的周期有指导意义。
2、本发明提供的测试装置可以对同时进行弯折和扭转的线缆进行测量，经过多次测试后，可以得到多线束磨损性能的评价。
3、本发明可以测量线缆处于不同的恶劣环境下的磨损状态，提升了本发明的实用性和适用性，有利于该装置的稳定运作。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中线缆弯折固定组件的结构示意图；
图3为本发明中线缆放置组件的结构示意图；
图4为本发明中线缆扭转固定组件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试方法，包括测试模块和控制模块。测试模块包括线缆扭转固定组件5、张紧力检测装置2、线缆放置组件3、温度传感器4、线缆弯折固定组件1、扭转电机6和弯折电机7。间隔设置的线缆扭转固定组件5和线缆弯折固定组件1均安装在底板上。线缆放置组件3位于线缆扭转固定组件5与线缆弯折固定组件1之间。温度传感器4安装在线缆放置组件3，用于检测穿过线缆放置组件3的线缆温度。
线缆弯折固定组件1包括基板1-4、弯折转板1-3和第一可调固定组件。竖直的基板1-4固定在底板上。弯折转板1-3的一端与基板1-4构成公共轴线水平的转动副。弯折电机7固定在基板1-4上，且输出轴与弯折转板1-3固定。第一可调固定组件包括调节座1-5、下夹块1-2和上夹块1-1。调节座1-5固定在弯折转板1-3上。调节座1-5上开设有两个腰形孔。上夹块1-1与调节座1-5上的腰形孔通过螺栓螺母固定。上夹块1-1的两侧边缘与下夹块1-2的两侧边缘通过螺栓连接。上夹块1-1与下夹块1-2的相对侧面上均开设有夹持凹槽。当上夹块1-1与下夹块1-2之间的螺栓拧紧后，上夹块1-1与下夹块1-2能够夹住被测线缆。
线缆放置组件3包括温度传感器4、弯折横梁3-1、安装架3-2和线缆放置支架3-3。线缆放置支架3-3固定在底板上，且顶部开设有线缆放置槽。安装架3-2固定在线缆放置支架3-3的顶部。安装架3-2上固定有弯折横梁3-1。弯折横梁3-1位于线缆放置槽的正上方。测试时，线缆穿过线缆放置槽与弯折横梁3-1之间。当弯折转板1-3翻转时，线缆扭转固定组件5与线缆放置组件3之间的线缆将绕着弯折横梁3-1进行弯折。安装架3-2上开设有检测通孔。检测通孔上安装有朝向线缆放置槽的温度传感器4，其能够检测在扭转、弯折过程中线缆的温度变化情况。
线缆扭转固定组件5包括张紧力传感器5-1、第一安装杆5-2、连接支座5-3、第一收束器5-4、第二安装杆5-5、线缆夹持器5-6和第一收紧支座5-7。连接支座5-3与第一收紧支座5-7固定。张紧力传感器5-1的一端与第一收紧支座5-7通过第一安装杆5-2固定，另一端与线缆夹持器5-6通过第二安装杆5-5固定。线缆夹持器5-6呈抱箍状。第一收紧支座5-7上安装有第一收束器5-4。第一收束器5-4的内侧空间大小可调，能够对被线缆夹持器5-6夹住的线缆的端部进行约束，避免线缆端部在扭转中散开。扭转电机6固定在底板上，且输出轴与连接支座5-3固定，从而能够带动整个线缆扭转固定组件5旋转，实现线缆的正反交替扭转。
初始状态下，下夹块1-2的夹持凹槽、线缆放置支架3-3的线缆放置槽和线缆夹持器5-6上的夹持部对齐，使得伸直的线缆能够在依次通过夹持凹槽、线缆放置槽后固定在线缆夹持器5-6上。
该机器人多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试装置的测试方法具体如下：
步骤一、进行高速扭转下多线束磨损性能测试
1-1.取两根被测线缆，检查是否完好，依次穿过线缆弯折固定组件1、线缆放置组件3，并将端部固定在线缆扭转固定组件5上。
1-2.调节线缆弯折固定组件1的位置，使得两根线缆均被张紧，张紧力传感器5-1测得的张紧力为T0。
1-3.对两根被测线缆通电，当被测线缆的温度达到稳定值C0时开始扭转，控制器通过电机驱动器设置扭转电机6的旋转速度V0，对两根被测线缆进行正反交替扭转，两根被测线缆在扭转过程中将发生相互缠绕。被测线缆的扭转速度取V0。V0为被测线缆在正常使用过程中的平均扭转速度。
1-4.当张紧力传感器5-1检测到的张紧力小于扭转起始时刻的张紧力T0的80％时，温度传感器4检测被测线缆的温度C1，并记录当前扭转次数N0；得到扭转温度判定阈值
Figure BDA0003060842330000061
和扭转次数判断阈值
Figure BDA0003060842330000062
N1为被测线缆按照步骤1到3进行扭转至出现破损时的扭转次数。
1-5.取下两根被测线缆，通过电阻测量的方法检测线缆内部材料的情况，得到线缆电阻值R1，得到扭转电阻判断阈值
Figure BDA0003060842330000063
R0为未经过扭转被测线缆通过电阻检测的方法测得的电阻数值。
1-6.计算扭转最终评价系数
Figure BDA0003060842330000064
γ、τ、P分别为预先设定的扭转温度判定阈值、扭转次数判断阈值和扭转电阻判断阈值的权重，取值范围分别为1-1.5、2-2.5、3-4。若最终评价系数η1大于预设的线缆扭转合格系数M，则判定被测线缆符合高速扭转性能测试标准。
步骤二、进行高速弯折多线束磨损性能测试
2-1.取两根被测线缆，检查是否完好，依次穿过线缆弯折固定组件1、线缆放置组件3，并将端部固定在线缆扭转固定组件5上。
2-2.调节线缆弯折固定组件1的位置，使得两根线缆均被张紧，张紧力传感器5-1测得的张紧力为T0。
2-3.对两根被测线缆通电，当被测线缆的温度达到稳定值C0时开始弯折，控制器通过电机驱动器设置弯折电机7的正反往复转动，对两根被测线缆按照预设的频率重复进行弯曲和伸直。弯折电机7的转速V1为被测线缆在正常使用过程中的发生弯曲的角速度。被测线缆弯曲幅度为0～θ。
2-4.每当被测线缆伸直时检测时，张紧力传感器5-1均检测被测线缆的张紧力；若检测到的张紧力小于弯折起始时刻的张紧力T0的80％，温度传感器4检测被测线缆弯折处的温度数值C'1，并记录弯折次数N'0，得到弯折温度判定阈值
Figure BDA0003060842330000065
弯折次数判断阈值
Figure BDA0003060842330000066
其中N'1为被测线缆按照步骤2-1到2-3进行弯折至出现破损时的弯折次数。
2-5.取下两根被测线缆，通过电阻测量的方法检测线缆内部材料的情况，得到线缆电阻值R'1，得到弯折电阻判断阈值
Figure BDA0003060842330000071
R0为未经过扭转被测线缆通过电阻检测的方法测得的电阻数值。
2-6.计算弯折最终评价系数
Figure BDA0003060842330000072
γ'、τ'、P'分别为预先设定的弯折温度判定阈值、弯折次数判断阈值和弯折电阻判断阈值的权重，取值范围分别为1-1.5、2-2.5、3-4。。若最终评价系数η2大于预设的线缆扭转合格系数N，则判定被测线缆符合高速弯折性能测试标准。
步骤三、线缆同时弯折和扭转的性能测试
3-1.取两根被测线缆，检查是否完好，依次穿过线缆弯折固定组件1、线缆放置组件3，并将端部固定在线缆扭转固定组件5上。
3-2.调节线缆弯折固定组件1的位置，使得两根线缆均被张紧，张紧力传感器5-1测得的张紧力为T0。
3-3.对两根被测线缆通电，当被测线缆的温度达到稳定值C0时同步开始扭转和弯折。且扭转和弯折的频率相同。控制器通过电机驱动器控制扭转电机6和弯折电机7进行正反往复转动，对两根被测线缆按照预设的频率进行往复扭转和弯折。扭转电机6的转动速度与步骤一相同。弯折电机7的转动速度与步骤二相同。
3-4.每当被测线缆伸直时检测时，张紧力传感器5-1均检测被测线缆的张紧力；若检测到的张紧力小于弯折起始时刻的张紧力T0的80％，温度传感器4检测被测线缆弯折处的温度数值C”1，并记录弯折和扭转的次数N”0(由于弯折和扭转的频率相同，故弯折和扭转的次数相同)，得到弯扭温度判定阈值
Figure BDA0003060842330000073
弯扭次数判断阈值
Figure BDA0003060842330000074
N”1为被测线缆按照步骤3-1到3-3进行弯折和扭转至破损时弯折和扭转的次数。
3-5.取下两根被测线缆，通过电阻测量的方法检测线缆内部材料的情况，得到线缆电阻值R”1，得到弯扭电阻判断阈值
Figure BDA0003060842330000075
R0为未经过扭转的被测线缆通过电阻检测的方法测得的电阻数值。
3-6.计算弯折最终评价系数
Figure BDA0003060842330000076
γ”、τ”、P”分别为弯扭温度判定阈值ε”、弯扭次数判断阈值δ”和弯扭电阻判断阈值λ1”的权重，取值范围分别为1-1.5、2-2.5、3-4。若最终评价系数η3大于预设的线缆弯折合格系数Z，则判定被测线缆符合高速弯折性能测试标准。
步骤四、极限条件下的线缆测试
4-1.将装置放置在潮湿环境下对线缆进行测试，重复执行上述步骤一、步骤二和步骤三对线缆综合性能进行评价。
4-2.将装置放置在微尘环境下对线缆进行测试，重复执行上述步骤一、步骤二和步骤三对线缆综合性能进行评价。
4-3.将装置放置在光辐射条件下对线缆进行测试，重复执行上述步骤一、步骤二和步骤三对线缆综合性能进行评价。通过对线缆最终评价系数的评价，对线缆高速扭转和弯折的性能有了一定的定义，当评价系数越小时，说明线缆越容易产生磨损，同时能对不同情况下的线缆进行评价，还能够帮助工业机器人选取理论情况下最佳的线束类型，以此使工业机器人在运作中发挥最佳性能。

Claims (4)

1.一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试方法，其特征在于：步骤一、单扭转测试；
1-1.将收束在一起的多根被测线缆张紧至绷直状态，并使得张紧力达到预设值；
1-2.对被测线缆通电至被测线缆温度达到稳定值C0后，开始对被测线缆进行正反往复扭转；
1-3.当被测线缆的张紧力小于扭转起始时刻的张紧力的80％时，检测被测线缆的温度C1，并记录当前扭转次数N0；得到温度判定阈值
Figure FDA0003592572070000011
和扭转判断阈值
Figure FDA0003592572070000012
N1为被测线缆扭转至出现破损时的扭转次数；
1-4.取下被测线缆，测量被测线缆的电阻值R1，计算电阻判断阈值
Figure FDA0003592572070000013
R0为未经过扭转的被测线缆的电阻值；
1-5.计算扭转最终评价系数
Figure FDA0003592572070000014
γ、τ、P分别为扭转温度判定阈值、扭转次数判断阈值和扭转电阻判断阈值的权重；
步骤二、单弯折测试；
2-1.将收束在一起的多根被测线缆张紧至绷直状态，并使得张紧力达到预设值；
2-2.对被测线缆通电至被测线缆温度达到稳定值C0后，开始对被测线缆进行往复弯折；
2-3.当被测线缆的张紧力小于扭转起始时刻的张紧力的80％时，检测被测线缆的温度C'1，并记录当前弯折次数N'0；得到温度判定阈值
Figure FDA0003592572070000015
和弯折判断阈值
Figure FDA0003592572070000016
其中，N'1为被测线缆弯折至出现破损时的弯折次数；
2-4.取下被测线缆，测量被测线缆的电阻值R'1，计算电阻判断阈值
Figure FDA0003592572070000017
2-5.计算弯折最终评价系数
Figure FDA0003592572070000018
γ'、τ'、P'分别为弯折温度判定阈值、弯折次数判断阈值和弯折电阻判断阈值的权重；
根据扭转最终评价系数η1和弯折最终评价系数η2，对被测线缆在多线束条件下的扭转、弯折摩擦磨损性能进行判断。
2.根据权利要求1所述的一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试方法，其特征在于：步骤1-2中，被测线缆扭转的速度等于被测线缆在使用过程中的平均扭转速度。
3.根据权利要求1所述的一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试方法，其特征在于：步骤一和二执行后，执行步骤三；步骤三为弯扭同步测试，具体过程如下：
3-1.将收束在一起的多根被测线缆张紧至绷直状态，并使得张紧力达到预设值；
3-2.对被测线缆通电至被测线缆温度达到稳定值C0后，开始对被测线缆进行同步的正反往复弯折和扭转；
3-3.当被测线缆的张紧力小于弯折和扭转起始时刻的张紧力的80％时，检测被测线缆的温度C”1，并记录弯折和扭转的次数N”0；得到弯扭温度判定阈值
Figure FDA0003592572070000021
弯扭次数判断阈值
Figure FDA0003592572070000022
N”1为被测线缆弯折扭转至出现破损时的弯折扭转次数；
3-4.取下被测线缆，测量被测线缆的电阻值R”1，计算弯扭电阻判断阈值
Figure FDA0003592572070000023
3-5.计算弯扭最终评价系数
Figure FDA0003592572070000024
其中，γ”、τ”、P”分别为弯扭温度判定阈值ε”、弯扭次数判断阈值δ”和弯扭电阻判断阈值λ1”的权重；
将弯扭最终评价系数η3与扭转最终评价系数η1、弯折最终评价系数η2结合，共同判断被测线缆在多线束条件下的扭转、弯折摩擦磨损性能。
4.根据权利要求3所述的一种多线束空间扭转/弯折摩擦磨损测试方法，其特征在于：在步骤三执行后，执行步骤四；步骤四为极限条件下的线缆测试，具体过程如下：在潮湿环境、微尘环境、光辐射环境下分别执行上述步骤一至三，从而判断被测线缆在不同工作环境下的性能。
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