2024机器人控制器加速试验与可靠性指标验证方法

1、机器人控制器加速试验与可靠性指标验证方法目次前言IV引言V1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义13.1 控制器 controller13.2 受试样机 tested prototype13.3 加速试验 accelerated testing13.4 基准条件 reference condition13.5 加速试验应力 accelerated test stress23.6 加速因子 accelerated factor23.7 加速模型 accelerated model23.8 激活能 activation energy, Ea24 通用要求24.1 试验和测试标准大气条件24.2 试验条件允许误差24.3 试验设备要求34.4 测试仪器、仪表要求34.5 一般的试验程序34.5.1 预处理（必要时）34.5.2 初始检测34.5.3 受试样机在试验设备中的安装34.5.4 试验34.5.5 试验中检测34.5.6 恢复（必要时）34.5.7 试验后检测44.5.8 试验中断处理44.5.9 合格判据4V4.5.10 试验记录及报告45 加速试验45.1 概述45.1.1

2、 恒定应力加速试验45.1.2 步进应力加速试验55.1.3 步降应力加速试验55.1.4 序进应力加速试验55.2 高温加速老化试验55.2.1 确定基准条件55.2.2 选择加速应力55.2.3 建模评估加速因子55.2.4 受试样机数量65.2.5 检测项目65.2.6 故障定义与分类65.2.7 故障定义65.2.8 故障后果分类65.2.9 故障性质分类65.2.10 检测周期与试验周期75.2.11 单台样机有效加速试验时间统计76 可靠性指标验证方法76.1 确定可靠性指标要求76.2 选择统计方案76.3 确定加速试验时间86.3.1 确定加速试验累计时间86.3.2 确定单台加速试验时间96.4 折算加速试验时间96.4.1 样机等效试验时间折算96.4.2 试验结束时所有样机等效试验时间折算96.5 合格与否判决原则96.6 可靠性指标验证区间估计10附 录 A （资料性附录） 加速建模与加速因子计算11A.1 基本加速因子模型11A.2 元器件基本失效率和激活能12A.3 整机加速因子计算12A.4 整机加速因子计算举例12附 录 B （资料性附录） 加速试验模型

3、方法16B.1 加速因子的度量和获取方法16B.1.1 加速因子的度量方法16B.1.2 加速因子的度量方法16B.2 寿命分布模型与加速因子16B.2.2 指数分布模型与加速因子16B.2.3 威布尔分布模型18B.2.4 其他寿命分布模型18B.3 应力加速模型及加速因子18B.3.2 高温加速模型18B.3.3 温湿度加速模型及加速因子19B.3.4 逆幂加速模型及加速因子20B.3.5 其他加速模型21附 录 C （资料性附录） 符号和意义22C.1 符号和意义22引言0.1 机器人控制器主要包括两部分：第一是控制器或控制柜，包含多个PLC控制模块，主要用于控制机器人六轴或N轴的运动；第二是示教器，可用于编程和发送控制命令给控制器或控制柜以命令机器人运动。0.2 国内外暂无机器人控制器的加速试验与可靠性指标验证方法标准，调研表明，传统的可靠性试验已不能满足当前机器人行业的研制开发需求，这也是严重影响国产机器人可靠性的一个重要因素。控制部件是机器人极其重要的核心部件，作为机器人三大核心部件之一，是机器人的大脑，其可靠性和稳定性能够直接影响主机性能，研制开发具备智能控制算法的高安全

4、性、高实时性、高精度、高可靠性、高适应性的智能控制器，成为进一步优化当前国产机器人智能化与柔性化、打破国外技术垄断局面的必经之路。0.3 本文件将详细介绍一种基于阿伦尼斯模型的高温加速老化试验方法，采用定量加速试验技术，可以大幅度缩短试验时间和研制周期，是解决高可靠和长寿命指标快速验证的有效手段之一。本文件详细给出了机器人控制器开展加速试验的通用要求和加速试验模型，分别阐述了高温加速老化试验方法、可靠性指标快速验证方法，可为机器人控制器进行加速试验提供参考，支持国产机器人控制器快速指标验证和品牌建设，为我国机器人控制器质量可靠性水平综合提升提供一种可行标准指导。本文件主要方法在多款机器人控制器产品进行了应用，具有实操性。机器人控制器加速试验与可靠性指标验证方法1 范围本文件规定了机器人控制器开展加速试验与可靠性指标评价的通用要求、加速试验模型和试验方法。本文件适用于各类机器人的控制器及其电子部件、电路板组件等，其他智能装备的控制部件可靠性指标快速评价可参考本文件。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用

5、文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T11606-2007分析仪器环境试验方法GB/T12642-2013工业机器人 性能规范及其试验方法GB/T12643-2013机器人与机器人装备 词汇GB/T29309-2012电工电子产品加速应力试验规程 高加速寿命试验导则GB/T34986-2017产品加速试验方法3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1 控制器 controller一套具有逻辑分析、控制和驱动功能的机器人关键部件，能控制和监测机器人机械结构并具备通讯和数据处理的能力。改写GB/T 12643-2013，定义2.73.2 受试样机 tested prototype用于开展加速试验与可靠性指标评价的机器人控制器。3.3 加速试验 accelerated testing为缩短试验时间和（或）提高试验效果，增大施加在受试样机上的应力量值或频次的试验。注1：加速试验通常包括定性加速试验和定量加速试验。注2：定性加速试验通常是以充分、快速暴露受试样机缺陷或故障为目的，最典型的是可靠性强化试验、高加速寿命（HALT）/高加速应力筛选（HASS）。注3：定量加速

6、试验通常是以定量、快速评价可靠性指标要求为目的，包括加速寿命试验（以故障为判据）和加速退化试验（以性能退化为判据）两类。注4：加速试验通常可通过时间压缩、事件压缩（加快动作频次）、应力增强（增大环境应力和工作载荷）方式实现。3.4 基准条件 reference condition受试样机正常存储、使用、试验的环境条件，是相对于加速试验条件而言的，是计算确定加速因子的基准条件。213.5 加速试验应力 accelerated test stress为缩短试验时间而显著地增大施加在受试样机上的应力量值。注1：该类应力往往是受试样机正常存储、使用、试验的典型应力，也是在现实当中引起受试样机失效的主要（敏感）应力。注2：该应力量值不宜过大，过大引起受试样机失效机理变化；该应力量值不宜过小，过小使得加速因子过小，难以达到显著缩短试验时间的目的。改写GB/T 34986-2017，定义3.1.23.6 加速因子 accelerated factor受试样机在加速试验条件与基准条件下的失效分布特征(或可靠性水平)比值。注1：对于有加速效果的试验，其加速因子大于1。注2：加速因子通常可用两组受试样机分

7、别在基准条件下与在加速应力条件下达到相同的累积失效概率所需的时间比值来表示。3.7 加速模型 accelerated model加速试验采用的数学模型，通常为失效率与应力的函数关系，反映模型相关的应力对寿命的影响。3.8 激活能 activation energy, Ea用于评估由绝对温度改变而产生加速能力的经验系数。注1：激活能以eV/K为单位；注2：激活能是晶体中晶格点阵上的原子运动到另一点阵或间隙位置时所需的能量，是反映温度应力对受试样机寿命影响的一种指标。对物质而言，它从正常的未失效状态向失效状态转换的过程中存在着势垒。这就是激活能。激活能越小，失效的物理过程越容易进行。激活能越大，加速系数越大，越容易被加速而失效。注3：在加速试验中，随着失效判定依据的定义不同，激活能的统计意义有所不同，在加速寿命试验过程中，当对试验对象的所有故障合并统计时，求解的加速模型中的激活能是该对象的激活能；当对试验对象的失效机理进行分类统计时，求解的加速模型中的激活能是该对象的该类失效机理的激活能。在加速退化试验中，当对试验对象的某个性能参数退化进行预测判定时，求解的加速模型的激活能是该对象的该参数

8、的激活能。4 通用要求4.1 试验和测试标准大气条件通常情况下，建议试验和测试应在以下标准大气条件下进行：a) 温度：1535，根据实际情况可适当修改；b) 相对湿度（RH）：25%75%，适用时；c) 大气压力：86kPa106kPa。在研制单位准许的情况下，可在更恶劣的自然气候环境下开展可靠性试验。4.2 试验条件允许误差试验条件允许误差应符合以下规定：a) 温度：温度稳定后2；b) 相对湿度：湿度稳定后5；c) 振动1) 正弦振动：幅值：10；加速度：10；频率：2（低于25Hz时0.5Hz）；2) 随机振动：功率谱密度3dB；频率：2（低于25Hz时0.5Hz）。4.3 试验设备要求a) 试验箱（室）应配有辅助仪器，辅助仪器应能保持和监控试件周围的空气高温条件（适用时还有湿度）；b) 除装备的平台环境已证明使用其他速度是合理的，并且要防止在试件中产生与实际不符的热传递外，试件附近的风速应不超过1.7m/s；c) 应能连续记录试验箱内温度的测量值，必要时还应能连续记录试件的温度测量值； d） 试验样品应能完全容纳入试验箱的工作空间内。4.4 测试仪器、仪表要求所有测试仪器仪表应满足以下要求：a) 均应经计量合格并在有效期内；b) 其精度至少应为被测参数容差的三分之一；c) 能适应测试的环境条件要求。对个别特殊仪器仪表，无计量校准条件和方法的，可通过对比测试，证明其测试的准确性。4.5 一般的试验程序4.5.1 预处理（必要时）试验前对样品表面处理，使性能稳定，消除或部分消除试验样品在预处理前所受到的影响。4.5.2 初始检测在进行任何试验之前，受试样机应在试验的标准大气条件下（特殊要求除外）进行电性能、机械性能和其它性能测量以及外观检查，并记录检测数据，样机各功能性能检测正常后才能投入试验。4.5.3 受试样机在试验设备中的安装若无其它规定，受试样机在试验设备中应模拟实际使用状态安装、连接，并按需要附加测试设备。实际工作中使用而在试验中不用的插头、外罩及检测板应保持原状。实际工作中加以保护的而在试验中无需的机械或电气连接处应加以适当的覆盖。对于要求控制温度的试验，受试样机应当在正常试验的标准大气条件下进行安装，并应尽可能安装在试验设备中央，如果规定受试样机在试验过程中需要工作，则安装时应考虑满足工作要求。被安装的受试样机之间，以及受试

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