[0039] 下面结合附图对本发明做进一步的描述。
[0040] 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：
[0041] 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；
[0042] 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)；
[0043] 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；
[0044] 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；
[0045] 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；
[0046] 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；
[0047] 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(本实施例中取ΔR1max＝0.02mm)、ΔR2max(本实施例中取ΔR2max＝0.02mm)分别对比，并将ΔL1与预设的最大偏移差值ΔL1max(本实施例中取ΔL1max＝0.02mm)对比；
[0048] 步骤八、分常规疲劳测试和加速疲劳测试两种情况；
[0049] 进行常规疲劳测试时具体如下：
[0050] 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3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3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；
[0051] 进行加速疲劳测试时具体如下：
[0052] 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3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；
[0053] 计算待测臂结构3进行加速疲劳测试时的疲劳极限Nmax，具体如下：
[0054]
[0055] 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：
[0056] 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Fi+1对应的疲劳极限Ni+1，计算公式为：
[0057]
[0058] 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；σi+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。
[0059] 2)将疲劳极限Ni+1转化为激振力F1下的等效疲劳极限N′i+1，
[0060]
[0061] 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。
[0062] 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。
[0063] 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。
[0064] 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。
[0065] 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。
[0066] 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。
[0067] 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。
[0068] 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。
