工業機器人機械環境可靠性要求和國家市場監督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T39266—2020 12規范性引用文件 1 1 34.1機械環境要求 34.2可靠性要求 35機械環境試驗 35.1試驗條件 35.2振動試驗 35.3沖擊試驗 45.4傾跌試驗 55.5傾斜和搖擺試驗 75.6運輸試驗 76可靠性試驗 86.1總則 86.2樣品 96.3試驗條件 96.4可靠性試驗方法 7.1機械環境試驗報告 7.2可靠性試驗報告 附錄A(資料性附錄)綜合環境應力剖面示例 附錄B(資料性附錄)試驗記錄 ⅢGB/T39266—2020本標準按照GB/T1.1—2009給出的規則起草。本標準由中國機械工業聯合會提出。本標準由全國自動系統與集成標準化技術委員會(SAC/TC159)歸口。本標準起草單位：上海電器科學研究院、安徽寶信信息科技有限公司、廣東科鑒檢測工程技術有限認證集團股份有限公司、上海電器科學研究所(集團)有限公司、廣東天太機器人有限公司、上海電器設備檢測所有限公司、上海機器人產業技術研究院有限公司、南通振康機械有限公司、上海添唯認證技術有限公司。1GB/T39266—2020工業機器人機械環境可靠性要求和測試方法本標準適用于工業機器人及其零部件。下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T2423.5環境試驗第2部分：試驗方法試驗Ea和導則：沖擊GB/T2423.7環境試驗第2部分：試驗方法試驗Ec:粗率操作造成的沖擊(主要用于設備型樣品)GB/T2423.10環境試驗第2部分：試驗方法試驗Fc:振動(正弦)GB/T2423.43電工電子產品環境試驗第2部分：試驗方法振動、沖擊和類似動力學試驗樣品的安裝GB/T4086.2統計分布數值表X2分布GB/T4857.23包裝運輸包裝件基本試驗第23部分：隨機振動試驗方法JB/T10825工業機器人產品驗收實施規范ISO13355:2016包裝滿裝運輸包裝和單件貨物垂直隨機振動試驗(Packaging—Complete,3.1在工業自動化中使用自動控制的、可重復編程的、多用途的操作機，可對三個或三個以上軸進行編注1:工業機器人包括：注2:還包括某些集成的附加軸。[GB/T12643—2013,定義2.9]3.2一套具有邏輯控制和動力功能的系統，能控制和監測機器人機械結構并與環境(設備和使用者)進行通信。2GB/T39266—2020[GB/T12643—2013,定義2.7]通電待機standbywithpoweron工業機器人各關節驅動裝置處于激活狀態。試驗姿態testposture工業機器人處于零位狀態。位總數與故障總次數之比。MTBF檢驗下限值lowertestMTBF可接收的最低MTBF值。若設備的MTBF的真值不大于檢驗下限θ?,則設備被接收的概率至多為100%β。產品的MTBF檢驗下限值取值等于產品MTBF的最低可接受值。MTBF檢驗上限值uppertestMTBF當產品的MTBF的真值不小于檢驗上限0%,則產品被接收的概率至少為100(1-α)%,試驗方案生產方風險producer'sriskαβd故障fault/failure產品不能執行規定功能的狀態。通常指功能故障。因預防性維修或其他計劃性活動或缺乏外部資源造成不能執行規定功能的情況除外。3.12不是由產品另外一個故障引起的故障，亦稱原發故障。3GB/T39266—20203.13產品發生故障后，不經修理而在有限時間內或適當條件下自行恢復功能的故障。3.14否則為關聯故障。3.15指與試驗樣品關聯故障數有關的用來驗證可靠性要求或用來計算可靠性特征值的時間。4機械環境可靠性要求的各種環境的作用下應能實現其預定功能和性能，按照機械環境試驗(見第5章)進行測試。工業機器人在使用階段會經受綜合環境應力的作用，應能實現預定的功能和性能，達到規定的可靠性水平，按照可靠性試驗(見第6章)進行測試。5機械環境試驗除制造商另有規定外，應在下列指定大氣條件下進行測量和試驗：b)相對濕度：20%～80%;工業機器人的安裝可按GB/T2423.43。振動試驗時應將被測工業機器人安裝在振動臺面上，模擬實際使用安裝方式，在試驗姿態下按GB/T2423.10試驗Fc進行試驗，試驗過程中被測工業機器人應處于通電待機空載狀態。若實際條件不允許，本體和控制系統可分別按表1試驗。按表1規定值分別在三個相互垂直的軸線方向上進行試驗。在三個軸向按表1規定參數進行試驗，并記錄每個軸向上的共振。當共振點較多時，每個軸向取4個振幅較大的共振點。GB/T39266—2020在試驗規定的頻率范圍內，當無明顯的共振點或共振點超過4個時，則不做定頻耐久試驗，僅做掃頻耐久試驗。試驗項目試驗內容初始和最后振動響應檢查頻率范圍掃頻速度≤1倍頻程/min振幅0.15mm定頻耐久試驗振幅0.75mm(5Hz～25Hz含25Hz)或0.15mm(25Hz～55Hz)持續時間90min掃頻耐久試驗頻率范圍振幅0.15mm掃頻速度≤1倍頻程/min循環次數5次持續時間由工業機器人客戶和制造商協商，并選擇其一。用初始振動響應檢查中共振點上的頻率和共振點所處頻段的驅動振幅，進行定頻耐久試驗。按5Hz～55Hz的頻率范圍由低到高，再由高到低，作為一次循環，共進行5次。已做過定頻耐久試驗的被測工業機器人，可不進行掃頻耐久試驗。經掃頻耐久試驗的被測工業機器人，可將最后一次掃頻試驗作為最后振動響應檢查。將本試驗記錄的共振頻率與初始振動響應檢查記錄的共振頻率進行比較，若有明顯變化，應對受試在試驗后被測工業機器人應有一段恢復時間，使被測工業機器人處于與初始檢測時相同的條件，被測工業機器人應通過外觀檢查和功能性能檢測。5.3沖擊試驗按GB/T2423.5試驗Ea進行沖擊試驗，被測工業機器人應直接緊固到臺面上或通過夾具緊固到臺面上，試驗過程中被測工業機器人應處于不帶電狀態，半正弦脈沖的加速度和持續時間從表2和表345GB/T39266—2020選取。對于非重復性沖擊，除有關規定外，應對被測工業機器人的3個相互垂直方向的每一方向連續施加3次沖擊，即共18次。當采用其他的量值或沖擊方向時，應在報告中注明并說明采用的原因。表2非重復性沖擊試驗脈沖加速度和持續時間峰值加速度/(m/s2)脈沖持續時間/ms對于重復性沖擊，除有關規定外，應在被測工業機器人的3個互相垂直的軸線的每一方向上施加規定的沖擊次數。每個方向的沖擊次數為(100±5)次或(500±10)次。當采用其他的量值或沖擊方向時，應在報告中注明并說明采用的原因。注：標稱質量低于100kg的被測工業機器人，建議脈沖加速度采用150m/s2或250m/s2,對100kg以上的被測工業機器人，通常采用脈沖加速度為100m/s2更為合適。表3重復性沖擊試驗脈沖加速度和持續時間峰值加速度/(m/s2)脈沖持續時間/ms665.3.2試驗后檢測要求在試驗后被測工業機器人應有一段恢復時間，使被測工業機器人處于與初始檢測時相同的條件，被測工業機器人應通過外觀檢查和功能性能檢測。5.4傾跌試驗按GB/T2423.7進行試驗，試驗過程中被測工業機器人應處于不帶電狀態。被測工業機器人應按照正常使用位置放置在一平滑、堅硬的剛性的混凝土或鋼質臺面上，且圍繞一條底邊傾斜直至使相對邊與試驗臺面的距離為100mm或使被測工業機器人底面與試驗臺面成30°夾角，兩者取最小者。然后使被測工業機器人自由傾跌在試驗臺面上(如圖1)。當采用其他的量值時，應在報告中注明采用的原因。若被測工業機器人的底邊數多于4條，則傾跌次數應以4次為限。6GB/T39266—2020說明：h——被測工業機器人的底邊與試驗臺面間的距離；a——被測工業機器人的底面與試驗臺面間的夾角。圖1面跌落試驗示意圖5.4.2角跌落按GB/T2423.7進行試驗，試驗過程中被測工業機器人應處于不帶電狀態。被測工業機器人應按正常使用位置放在一平滑、堅硬的剛性(混凝土或鋼質)臺面上，在被測工業機器人一個角放置一根10mm高的木柱，在與其鄰邊的另一個角放置一根20mm高的木柱，使被測工業機器人升高。然后，使被測工業機器人繞著上述二根木柱所架起的邊緣轉動，直到被測工業機器人另一邊與10mm木柱相鄰的角抬起100mm或使被測工業機器人與試驗臺面成30°夾角，兩者取較小者。然后被測工業機器人自由跌落在試驗臺面上(如圖2)。當采用其他的量值時，應在報告中注明并說明采用的原因。若被測工業機器人的底角數多于4個，則傾跌次數應以4次為限。h——被測工業機器人的底邊與試驗臺面間的距離；a——被測工業機器人的底面與試驗臺面間的夾角。圖2角跌落5.4.3試驗后檢測要求在試驗后被測工業機器人應有一段恢復時間，使被測工業機器人處于與初始檢測時相同的條件，被測工業機器人應通過外觀檢查和功能性能檢測。GB/T39266—20205.5傾斜和搖擺試驗對于在船舶上使用的工業機器人，模擬實際使用時安裝的方位和方式，直接或通過安裝架安裝在試驗臺臺面上，試驗過程中被測工業機器人應處于通電待機空載狀態。對于通過船舶運輸的工業機器人，模擬實際運輸時固定的方位和方式，直接或通過安裝架安裝在試驗臺臺面上，試驗過程中被測工業機器人應處于不帶電狀態。當有數種安裝方式時，應選取可能承受到最嚴酷條件作用的那種方式或對數種安裝方式都進行試驗。除另有規定外，一般僅進行縱/橫傾斜試驗和縱/橫搖擺試驗試驗參數可參照表4確定，試驗順序為表4傾斜與搖擺試驗試驗項目角度/(°)周期/s試驗持續時間縱傾—前后各不小于15min橫傾15或22.5—左右各不小于15min縱搖橫搖22.5在試驗后被測工業機器人應有一段恢復時間，使被測工業機器人處于與初始檢測時相同的條件，被測工業機器人應通過外觀檢查和功能性能檢測。5.6運輸試驗隨機振動試驗按照GB/T4857.23執行。試驗條件應來自從運輸環境中實際采集的數據。若無實際采集數據可用，優先使用ISO13355:2016規定的頻譜，如表5和圖3所示。安裝被測工業機器人時，當包裝件能夠以多種方式固定在運輸車輛上時，應選擇使包裝件破損最易發生的方式。如果不確定，則應從各種可能方式中選擇最嚴酷的方式。如果包裝件不固定在運輸車輛上，或者有一定的活動空間，則在試驗時通常使用不固定方式放置，被測工業機器人用圍欄圍住，以免振動過程中從臺上墜落。根據包裝件運輸環境條件，試驗強度分為以下3個等級：等級1:非常長距離運輸(大于2500km),或預期運輸路況較差，試驗時間180min;等級2:長距離運輸(大于或等于200km,小于或等于2500km),公路、鐵路設施較為完備，氣候溫等級3:短距離國內運輸(小于200km),預期沒有特殊的危害，試驗時間15min。78GB/T39266—2020表5功率譜密度(PSD)頻率Hz功率譜密度g2/Hz20.000540.0120.0120.0010.0005加速度均方根值(grms):0.604功率諧密度/(x2/H)功率諧密度/(x2/H)頻率/I[z圖3一般以公路為主的運輸隨機振動PSD曲線5.6.2試驗后檢測要求在試驗后被測工業機器人應有一段恢復時間，使被測工業機器人處于與初始檢測時相同的條件，被測工業機器人應通過外觀檢查和功能性能檢測。6可靠性試驗工業機器人及其部件的可靠性試驗方法分為可靠性摸底試驗和可靠性驗證試驗。試驗場所分為實驗室和現場兩種。原則上要求在實驗室進行可靠性試驗，不具備實驗室試驗條件9GB/T39266—20206.2樣品被測工業機器人應從能代表技術狀態的同一批次產品中隨機抽取，若無具體規定時，可靠性摸底試驗應隨機抽取1臺產品進行試驗，可靠性驗證試驗應隨機抽取至少2臺產品進行試驗。功能性能測試、安規測試與電磁兼容測試、環境試驗應安排在可靠性摸底試驗和可靠性驗證試驗前進行，被測工業機器人技術狀態已基本固化。在試驗前和試驗后，被測工業機器人應進行外觀檢查、功能性能檢測等，測試項目參照產品技術規格書或研制任務書等規定。在試驗中，按照規定的時間點進行檢測，檢測項目為主要功能性能項目，對于試驗中無法進行的檢測項目應進行原因說明。6.3試驗條件應根據工業機器人實際使用和任務環境特征確定供可靠性試驗用的環境參數與時間的關系圖。無產品規范中無特殊規定時，振動、溫度和相對濕度應力容差應分別符合以下要求：a)振動：對于正弦振動，保持在規定振幅的±10%之內。對于隨機振動，試驗控制信號功率譜密度偏離規定要求最大不應超出3dB,最小不應超出—1.5dB;b)溫度：±2℃;c)相對濕度：±5%。振動應力量值和剖面應按產品的實際使用類別、產品的安裝位置和預期使用情況確定。在確定實應根據工業機器人的工作環境條件來確定溫度應力。確定溫度應力時，應至少考慮起始溫度、開始工作時間、工作溫度(范圍、變化率和變化頻率)以及每一任務的實驗剖面的溫度循環次數。6.3.1.4濕度應力試驗循環期間對濕度一般不加控制，需要時包括實際使用時有冷凝、結霜或結冰等情況在試驗循環的適當階段噴入水蒸氣，以模擬使用中經歷的環境條件。應根據工業機器人的工作環境條件來確定電應力。確定電應力時，應至少考慮產品的通斷電循環、規定的工作模式及工作周期、規定的輸入標稱電壓及其最大允許偏差。被測工業機器人試驗工況應模擬實際運行工況。GB/T39266—2020工業機器人可靠性試驗采用綜合環境應力進行，試驗剖面參考示意圖參見附錄A。為了盡量逼真地模擬產品在使用中遇到的實際環境，應優先使用實測應力，也可使用估計應力。6.3.2現場運行試驗條件在現場運行可靠性試驗過程中，被測工業機器人工況盡可能模擬產品實際運行工況，按照6.3.1.5施加電應力。如制造商未提供特殊溫濕度環境要求，在試驗時機和試驗場所選取時應盡可能覆蓋工業機器人及其設備預期銷售使用的地域及其季節性氣候差異，以保證現場運行可靠性試驗的代表性。如制造商有提出特殊溫濕度環境要求，應對溫濕度環境條件采取必要控制措施。注：在制造商可接受的情況下，可對溫濕度環境條件不采取控制措施，以將受試樣機暴露在更為嚴酷的現場環境條件下進行現場運行可靠性試驗。6.4可靠性試驗方法可靠性摸底試驗以暴露故障和指導實施改進為目的。單臺被測工業機器人可靠性摸底試驗應累積不小于240h。驗，應過一定的試驗時間來驗證糾正措施的有效性，一般選30h～50h。當被測工業機器人運行累積到約定時間后，即可中止試驗，整個試驗結束。MTBF檢驗下限值(θ?)作為可靠性驗證指標，采用的單位為小時(h)。當制造商沒有規定可靠性驗證指標時，推薦從10000h開始，間隔為5000h的序列中進行選取，制造商可自行選取可靠性指標進行驗證。假定工業機器人的故障時間分布符合指數分布規律，即故障率為常數。試驗統計方案推薦采用定時截尾試驗方案。在試驗期間，對工業機器人進行連續地或短間隔監測，直至累計相關試驗時間超過預定的相關試驗時間(接收)或發生了預定的關聯失效數(拒收)。推薦使用表6中規定的定時截尾試驗方案。制造商可綜合產品質量狀況、風險承受能力、試驗成本GB/T39266—2020試驗方案序號方案的特征截尾時間T(θ?倍數m)判決故障數r風險標稱值/%鑒別比D=θ?/θ?拒收(≥)接收(≤)αβ11022133243254365477681092132324354102132435465由規定的d、α、β數值，根據表6查出θ?的倍數m,由公式(1)求得相關試驗時間(總試驗臺時數):T——相關試驗時間；θ?——MTBF檢驗下限值；m---θ?的倍數m。GB/T39266—2020式中：T——相關試驗時間；n——受試產品數量。在保證達到試驗總時間的前提下，實際單臺試驗持續時間可以做一定的調整，但應保證單臺最短累計相關試驗時間不少于t/2,否則不能做出接收判定。6.4.4.1故障判據可靠性試驗中出現下列任一情況判為故障：a)被測工業機器人不能工作或部分功能喪失；b)被測工業機器人參數檢測結果超出規范(規定)允許范圍；故障可參照以下原則進行統計：a)經證實為同一原因引起的間歇故障，計為一次故障。b)經證實多個故障現象由同一原因引起時，計為一次故障。c)有多個元器件在試驗過程中同時失效時，當不能證明是一個元器件失效引起另一些元器件失效時，每個元器件的失效計為一次獨立的故障。當可證明是一個元器件失效引起另一些元器件失效時，則所有元器件失效合計為一次故障。d)已經報告過的由同一原因引起的同一部位發生的獨立故障，由于未能真正排除而再次出現時，應和原來報告過的故障合計為一次故障，其間試驗時間無效。e)若不能確定故障發生的準確時刻，則相關試驗時間的統計追溯到上一檢測點時間，即上一檢測點至發現故障檢測點之間的試驗時間無效。f)在試驗后的常溫功能檢查和性能測試中若出現故障，則對故障的判定、統計等與試驗中出現故障作相同處理。g)在故障檢測和修理期間，若發現受試產品還存在其他故障而不能確定為由原有故障引起的，則應將其視為單獨故障進行統計。h)在現場運行可靠性試驗中，對于零部件的輕微缺陷，不喪失規定功能，并且能夠按照維修規程計入故障。在可靠性試驗中出現故障時，故障處理應按下述試驗程序的規定進行：a)在實驗室試驗或現場試驗時，參見附錄B中表B.2及時填寫故障報告，試驗各方應簽字確認；b)在故障處理過程中，更換所有有故障的零部件，其中包括由其他零部件故障引起應力超出允許額定值的零部件，但不能更換性能雖已惡化但未超出允許額定值的零部件；c)經修理恢復到可工作狀態的被測工業機器人，在證實其修理有效后，并經試驗組確認后可重新投入試驗；d)當被測工業機器人的故障為元器件故障時，試驗后應對故障元器件進行失效分析，找出元器件6.4.6相關試驗時間統計原則工業機器人的相關試驗時間指被測工業機器人正常運行的時間之和。當試驗中測試發現某個被測工業機器人故障時，該被測工業機器人的相關試驗時間應為截至上次對應檢測時間為止的試驗時間，該故障被測工業機器人上次對應檢測時機至本次檢測發現故障期間的試驗時間為無效時間。各被測工業機器人的相關試驗時間應為其相關試驗時間減去無效試驗時間，各個被測工業機器人的相關試驗時間之和為總累積相關試驗時間。6.4.7試驗終止試驗進行到超過可接受的故障數時結束試驗，或在可接受的故障數內到達規定的相關試驗時間時，試驗終止。6.4.8.1MTBF點估計MTBF的點估計按照公式(3)計算：式中：MTBF的點估計值；r——試驗后關聯故障數(r>0)?！?.4.8.2MTBF單側置信下限接收判決下的MTBF單側置信下限估計按公式(4)計算：式中：θ—MTBF的單側置信下限；X2-c(2r+2)———自由度為2r+2的X2分布的(1—C)上側分位數；X2的分布數值表見GB/T4086.2。拒收判決下的MTBF單側置信下限估計按公式(5)計算：…………6.4.9試驗實施6.4.9.1試驗實施條件在進行試驗前，確認投入試驗的被測工業機器人能夠正常工作。工業機器人應盡量模擬實際使用進行安裝，試驗條件按6.3的規定進行。6.4.9.2試驗過程中的監測和記錄試驗過程中，應對試驗條件、試驗時間、故障情況、被測工業機器人連續的監測/間斷的性能檢測結GB/T39266—2020間斷的性能檢測發現故障而無法判斷故障發生的具體時間，則認為故障發生的時間為上一次的檢測時間。7結果報告試驗結果的報告包括但不限于以下內容：a)試驗試樣的完整性描述；b)試驗項目的完整性描述；c)每個試驗項目具體試驗參數的詳細描述；d)試驗結果的詳細描述。7.2可靠性試驗報告試驗結果的報告包括但不限于以下內容：b)試驗依據；d)被測工業機器人說明；e)試驗統計方案；f)綜合環境條件及應力施加方法說明；g)試驗設施和儀器情況；h)試驗過程描述；j)其他需要說明的有關事項。GB/T39266—2020(資料性附錄)圖A.1給出工業機器人綜合環境應力可靠性試驗剖面參考示例，制造商在試驗前根據工業機器人WW+40℃720冷浸總均方根加速度值1.04G②電應力施加循環隨機寬帶振動譜形圖90120300330450480660690標稱值下限值時間/ning2/IIz0.015溫度/℃電應力n振動Hz圖A.1綜合環境應力剖面示例GB/T39266—2020(資料性附錄)試驗記錄B.1試驗時間及記錄在可靠性試驗過程中應準確記錄被測工業機器人試驗時間，及時進行匯總計算，確保相關試驗時間達到規定要求，可靠性試驗時間記錄表見表B.1。在可靠性試驗中，試驗分成多個周期進行，在長期正常運行過程中，應每隔1個周期記錄1次試驗時B.2故障記錄B.2.1故障情況記錄故障情況記錄由試驗人員填寫，可參考表B.2格式，包括以下4點：項試驗時間和/或累積試驗時間，故障發生情況和故障現象說明，試驗人員姓名；b)故障的性質；c)產品性能的故障特征；示例：故障參數的實測值和該項參數的最低要求值等。d)故障判定依據。B.2.2故障維修記錄故障維修記錄由維修人員填寫，包括以下3點：B.2.3故障分析記錄故障分析記錄由故障分析人員填寫可靠性試驗故障分析及糾正措施記錄表，可參考表B.3格式，包括以下3點：a)可靠性試驗故障分析基本信息：目視和初始