光栅尺是应用于数控机床控制系统中的闭环反馈环节的高精度直线位移测量传感器,是影响数控机床整机可靠性的关键零部件之一。然而,与国外知名品牌相比,国产光栅尺故障频发,低可靠性水平已经成为限制其行业发展的瓶颈。因此,开展光栅尺加速寿命试验,迅速激发并暴露其可靠性薄弱环节,进而开展可靠性改进设计,对于国产光栅尺乃至国产高档数控机床的可靠性提升有重大意义。本文以国产高精度封闭绝对式光栅尺为研究对象,从光栅尺故障分析、试验系统搭建、试验方案制定及试验数据统计分析等方面对光栅尺加速寿命试验技术展开了系统的研究。本文的主要研究内容如下:1.光栅尺故障分析。在对光栅尺的结构及工作原理进行详细研究的基础上,将其划分为机械、光学和电子三个子系统。为解决专家评分过程中的不确定性问题,提出了一种基于区间二元语义语言变量(ITLV)和逼近理想解排序法(TOPSIS)的改进的故障模式及影响分析(FMEA)方法,采用该方法对光栅尺各潜在故障的风险度进行分析,从而确定影响光栅尺可靠性的主要应力载荷。2.搭建光栅尺加速寿命试验系统。在故障分析的基础上,选择光栅尺的敏感应力,搭建了光栅尺加速寿命试验系统,其中应力加载部分包括用于速度应力加载的伺服驱动平台和用于温度、湿度应力加载的温湿度综合试验箱。基于该系统,提出了一种基于激光干涉仪测距的光栅尺测量精度线上定时检测方法,以识别光栅尺由精度下降引起的退化故障。在此基础上,制定了将温度及湿度作为加速应力按步进加载方式加载、将速度作为常规应力(模拟光栅尺实际工况的载荷谱)进行加载的光栅尺可靠性加速寿命试验应力加载方案。3.建立光栅尺威布尔寿命分布模型及双应力加速模型。将试验获得的故障数据折算处理后,采用威布尔分布模型描述光栅尺的寿命分布,并采用极大似然估计法对威布尔模型及温湿度双应力加速模型中的未知参数进行求解,在此基础上评估了受试光栅尺的可靠性水平,并给出了各加速应力下的加速因子。4.建立光栅尺竞争故障寿命分布模型。在综合分析光栅尺三个子系统可靠性特征的基础上,建立描述光栅尺寿命分布更为准确的竞争故障模型,在试验数据中含有故障位置未知的不完整数据的情况下,采用期望最大化算法对竞争故障效模型中的未知参数进行求解。