JP6682925B2 - Wear condition evaluation method - Google Patents
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Description
本発明は、試験片に繰り返し摺動摩擦を加えて試験片の摺動面の摩耗状態を評価する摩耗状態評価方法に関する。 The present invention relates to a wear state evaluation method for evaluating the wear state of a sliding surface of a test piece by repeatedly applying sliding friction to the test piece.
滑り軸受やシリンダ、カム機構等の繰り返し摺動を伴う機械要素の摩耗状態を評価する方法として、例えば、固定側試験片上を繰り返し摺動する移動側試験片の摺動位置と両試験片間にかかる摩擦力とをそれぞれ測定し、両者を関連付けて記録する方法が知られている。この評価方法によれば、特定の摺動位置における摩擦力の時間変化から、摺動面の摩耗の状態を評価することができる（特許文献１，２）。 As a method of evaluating the wear state of mechanical elements involving repeated sliding of sliding bearings, cylinders, cam mechanisms, etc., for example, the sliding position of the moving side test piece that repeatedly slides on the fixed side test piece and between both test pieces A method is known in which the frictional force and the frictional force are respectively measured and associated and recorded. According to this evaluation method, the state of wear of the sliding surface can be evaluated from the time change of the frictional force at a specific sliding position (Patent Documents 1 and 2).
ところで、固定側試験片と移動側試験片との摺動面は一定の面積を有しており、上述した両試験片間にかかる摩擦力は、両試験片の摺動面で起こる全ての摩擦の情報を含んでいる。したがって、両試験片間にかかる摩擦力の時間変化を評価するだけでは、両試験片の摺動面における摩耗の状態を詳細に評価することができない。 By the way, the sliding surface between the fixed-side test piece and the moving-side test piece has a certain area, and the frictional force applied between the two test pieces described above is the total friction generated on the sliding surface of both test pieces. Contains information about. Therefore, the wear state on the sliding surfaces of both test pieces cannot be evaluated in detail only by evaluating the time change of the frictional force applied between both test pieces.
また、両試験片間に摩擦力がかかる原因としては、摺動面に発生する凝着による突起やアブレシブ摩耗による掘り起こし、あるいは、摺動面上で転動する摩耗粉等が挙げられるが、このような原因を、上述した摩擦力の時間変化による摩耗状態の評価では特定することができない。 Further, as the cause of the frictional force applied between the two test pieces, there are protrusions due to adhesion generated on the sliding surface and digging up due to abrasive wear, or abrasion powder rolling on the sliding surface. Such a cause cannot be identified by the above-described evaluation of the wear state due to the change in frictional force with time.
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、繰り返し摺動摩擦を加えた試験片の摺動面の摩耗状態をその原因と共に詳細に評価することができる摩耗状態評価方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a wear state evaluation method capable of evaluating in detail the wear state of a sliding surface of a test piece subjected to repeated sliding friction together with its cause. To do.
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様による摩耗状態評価方法は、
コンピュータが、摺動摩擦が繰り返し加えられる試験片にかかる摩擦力を、前記試験片の摺動面の前記摺動摩擦が加わる摺動位置と関連付けて、前記摺動摩擦の繰り返し周期毎にセンサにより取得する摩擦力取得ステップと、
前記コンピュータが、前記摺動面の形状を非接触測定センサにより、前記摺動摩擦の繰り返し周期毎に取得する形状取得ステップと、
前記コンピュータが、前記摩擦力取得ステップで取得した各周期の摩擦力と前記形状取得ステップで取得した前記摺動面の形状とのうち少なくとも一方の、時間及び空間のうち少なくとも一方における変化の解析処理結果から、前記摺動面の特定の摺動位置における摩耗状態を評価する評価ステップと、
を含んでいる。
In order to achieve the above object, the wear state evaluation method according to the first aspect of the present invention,
A friction that a computer obtains by a sensor in each repeating cycle of the sliding friction by associating a frictional force applied to the test piece to which the sliding friction is repeatedly applied with a sliding position on the sliding surface of the test piece to which the sliding friction is applied. Force acquisition step,
A shape acquisition step in which the computer acquires the shape of the sliding surface by a non-contact measurement sensor at each repeating cycle of the sliding friction,
The computer analyzes the change in at least one of time and space of at least one of the frictional force of each cycle acquired in the frictional force acquisition step and the shape of the sliding surface acquired in the shape acquisition step. From the results, an evaluation step of evaluating the wear state at a specific sliding position of the sliding surface,
Is included.
本発明の第１の態様による摩耗状態評価方法によれば、試験片の摺動摩擦が加えられる部分は一定の面積を有しており、摩擦力取得ステップにより取得される各摺動位置の摩擦力は、摺動摩擦が同時に加えられる部分で起こる全ての摩擦の情報を含んでいる。一方、形状取得ステップにより非接触測定で取得される摺動面の形状は、試験片の摺動摩擦が加えられる部分の具体的形状を含んでいる。 According to the wear state evaluation method according to the first aspect of the present invention, the portion of the test piece to which the sliding friction is applied has a constant area, and the frictional force at each sliding position acquired by the frictional force acquisition step. Contains information on all friction that occurs where sliding friction is applied simultaneously. On the other hand, the shape of the sliding surface obtained by the non-contact measurement in the shape obtaining step includes the specific shape of the portion of the test piece to which the sliding friction is applied.
このため、摩擦力取得ステップで取得した各周期の摩擦力と形状取得ステップで取得した摺動面の形状とのうち少なくとも一方について、時間上の変化や空間上の変化を解析することで、一定の面積を有する特定の摺動位置においてどのような形状変化が生じたかを具体的に把握することができる。 Therefore, for at least one of the frictional force of each cycle acquired in the frictional force acquisition step and the shape of the sliding surface acquired in the shape acquisition step, a temporal change or a spatial change is analyzed to obtain a constant value. It is possible to specifically grasp what kind of shape change has occurred at a specific sliding position having an area of.
よって、繰り返し摺動摩擦を加えた試験片の摺動面の摩耗状態をその原因と共に詳細に評価することができる。 Therefore, the wear state of the sliding surface of the test piece to which repeated sliding friction is applied can be evaluated in detail together with its cause.
なお、本発明の第１の態様による摩耗状態評価方法における前記評価ステップは、本発明の第２の態様による摩擦状態評価方法のように、前記コンピュータが、前記摩擦力取得ステップで取得した各周期の摩擦力と前記形状取得ステップで取得した前記摺動面の形状とのうち少なくとも一方の、時間微分及び空間微分のうち少なくとも一方の結果から、前記特定の摺動位置における摩耗状態を評価するものとすることができる。 The evaluation step in the wear state evaluation method according to the first aspect of the present invention is the same as the friction state evaluation method according to the second aspect of the present invention. Of the wear state at the specific sliding position from the result of at least one of the frictional force and the shape of the sliding surface acquired in the shape acquisition step, of at least one of the time derivative and the space derivative. Can be
また、本発明の第３の態様による摩擦状態評価方法は、本発明の第１の態様による摩耗状態評価方法において、
前記コンピュータが、前記摩擦力取得ステップで取得した各周期の摩擦力から、前記特定の摺動位置における摩耗状態の評価に用いる摩擦力の周期を複数決定する評価周期決定ステップをさらに含み、
前記コンピュータは、前記評価ステップにおいて、前記評価周期決定ステップで決定した各周期の前記形状取得ステップで取得した前記摺動面の形状の変化から、前記特定の摺動位置における摩耗状態を評価する。
The friction state evaluation method according to the third aspect of the present invention is the wear state evaluation method according to the first aspect of the present invention,
The computer further includes an evaluation cycle determination step of determining a plurality of cycles of the frictional force used for evaluation of the wear state at the specific sliding position from the frictional force of each cycle acquired in the frictional force acquisition step.
In the evaluation step, the computer evaluates the wear state at the specific sliding position from the change in the shape of the sliding surface acquired in the shape acquisition step in each cycle determined in the evaluation cycle determination step.
本発明の第３の態様による摩擦状態評価方法によれば、本発明の第１の態様による摩耗状態評価方法において、評価周期決定ステップにおいて決定される特定の摺動位置における摩耗状態の評価に用いる摩擦力の複数の周期について、形状取得ステップで取得した摺動面の特定の摺動位置の形状を比較してその変化を解析することで、一定の面積を有する特定の摺動位置においてどのような形状変化が生じたかを具体的に把握することができる。 According to the frictional state evaluation method according to the third aspect of the present invention, the frictional state evaluation method according to the first aspect of the present invention is used to evaluate the abrasional state at a specific sliding position determined in the evaluation cycle determination step. For multiple cycles of frictional force, by comparing the shapes of the specific sliding position of the sliding surface acquired in the shape acquisition step and analyzing the changes, we can see how at a specific sliding position with a certain area. It is possible to specifically grasp whether or not the shape change has occurred.
よって、繰り返し摺動摩擦を加えた試験片の摺動面の摩耗状態をその原因と共に詳細に評価することができる。 Therefore, the wear state of the sliding surface of the test piece to which repeated sliding friction is applied can be evaluated in detail together with its cause.
また、本発明の第４の態様による摩耗状態評価方法は、本発明の第１、第２又は第３の態様による摩耗状態評価方法において、前記形状取得ステップでは、前記摺動摩擦と同期して前記摺動面を繰り返し走査する走査信号により前記摺動面の形状を取得する。 The wear state evaluation method according to a fourth aspect of the present invention is the wear state evaluation method according to the first, second or third aspect of the present invention, wherein in the shape obtaining step, the wear state is synchronized with the sliding friction. The shape of the sliding surface is acquired by a scanning signal for repeatedly scanning the sliding surface.
本発明の第４の態様による摩耗状態評価方法によれば、本発明の第１、第２又は第３の態様による摩耗状態評価方法において、摺動摩擦と同期した走査信号による走査により摺動面の形状が取得されるので、試験片にかかる摩擦力が取得される各摺動位置について試験片の摺動面の形状を容易に取得することができる。 According to the wear state evaluation method according to the fourth aspect of the present invention, in the wear state evaluation method according to the first, second or third aspect of the present invention, the sliding surface is scanned by the scanning signal synchronized with the sliding friction. Since the shape is acquired, the shape of the sliding surface of the test piece can be easily acquired for each sliding position where the frictional force applied to the test piece is acquired.
本発明の摩耗状態評価方法によれば、繰り返し摺動摩擦を加えた試験片の摺動面の摩耗状態をその原因と共に詳細に評価することができる。 According to the wear state evaluation method of the present invention, the wear state of the sliding surface of the test piece to which repeated sliding friction is applied can be evaluated in detail together with its cause.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る摩耗状態評価方法を実行するのに用いられる往復摩擦試験装置の概略構成を示す説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a reciprocating friction test device used for executing a wear state evaluation method according to an embodiment of the present invention.
図１中引用符号１で示す本実施形態の往復摩擦試験装置は、円柱状の固定側試験片Ｔｓに対して平板状の移動側試験片Ｔｍを繰り返し往復摺動させて、両試験片Ｔｓ，Ｔｍ間にかかる摩擦力と、固定側試験片Ｔｓに摺接する移動側試験片Ｔｍの摺動面の形状とを測定するものである。なお、固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍは、摩耗状態を評価する対象の繰り返し摺動を伴う機械要素（図示せず）に用いられる金属材料で形成される。 The reciprocating friction test apparatus of the present embodiment, which is indicated by reference numeral 1 in FIG. 1, repeatedly reciprocally slides a flat plate-shaped moving side test piece Tm with respect to a cylindrical fixed side test piece Ts, and thus both test pieces Ts, The frictional force applied between Tm and the shape of the sliding surface of the moving-side test piece Tm slidingly contacting the fixed-side test piece Ts are measured. The fixed-side test piece Ts and the moving-side test piece Tm are formed of a metal material used for a mechanical element (not shown) with repeated sliding of an object whose wear state is to be evaluated.
そして、往復摩擦試験装置１は、移動側試験片Ｔｍを保持する移動側保持部３と、移動側保持部３を水平方向に往復直線移動させるアクチュエータ５と、固定側試験片Ｔｓを保持する固定側保持部７とを有している。 The reciprocating friction test apparatus 1 includes a moving side holding part 3 that holds the moving side test piece Tm, an actuator 5 that linearly reciprocates the moving side holding part 3 in the horizontal direction, and a fixed part that holds the fixed side test piece Ts. It has a side holding part 7.
アクチュエータ５は、例えば、モータ等の回転駆動源と、モータの回転運動を移動側試験片Ｔｍの直線運動に変換する送りねじ機構等によって構成することができる。固定側保持部７は、固定側試験片Ｔｓの周面が、移動側保持部３に保持された移動側試験片Ｔｍの上面に、固定側試験片Ｔｓの中心軸と平行な直線上で当接するように、固定側試験片Ｔｓを保持する。 The actuator 5 can be configured by, for example, a rotary drive source such as a motor and a feed screw mechanism that converts the rotary motion of the motor into the linear motion of the moving-side test piece Tm. The fixed-side holding portion 7 has a circumferential surface of the fixed-side test piece Ts that abuts the upper surface of the moving-side test piece Tm held by the moving-side holding portion 3 on a straight line parallel to the central axis of the fixed-side test piece Ts. The fixed side test piece Ts is held so as to be in contact with each other.
したがって、アクチュエータ５が固定側保持部７に対して移動側保持部３を往復移動させると、図２の説明図に示すように、固定側試験片Ｔｓに対して移動側試験片Ｔｍが図中の方向Ｘに往復移動する。これにより、移動側試験片Ｔｍの上面の摺動面Ｓに摺動摩擦が繰り返し加えられる。なお、図２中では図面の簡略化のため固定側試験片Ｔｓの形状を円柱状でなくブロック状で示している。 Therefore, when the actuator 5 reciprocates the moving side holding part 3 with respect to the fixed side holding part 7, as shown in the explanatory view of FIG. 2, the moving side test piece Tm is displaced from the fixed side test piece Ts in the figure. It moves back and forth in the direction X. As a result, sliding friction is repeatedly applied to the sliding surface S on the upper surface of the moving-side test piece Tm. In addition, in FIG. 2, the shape of the fixed-side test piece Ts is shown as a block shape instead of a cylindrical shape for simplification of the drawing.
なお、図１に示すように、各試験片Ｔｍ，Ｔｓの内部には、加熱用のヒータと温度センサを一体化した加熱測温ユニット９，１１がそれぞれ装着されている。この加熱測温ユニット９，１１を往復摩擦試験装置１が有することで、固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍの温度を温度センサにより確認し、必要に応じてヒータにより固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍを所望の温度に加熱することができる。 As shown in FIG. 1, heating temperature measuring units 9 and 11 in which a heater for heating and a temperature sensor are integrated are mounted inside the test pieces Tm and Ts, respectively. Since the reciprocating friction test apparatus 1 includes the heating and temperature measuring units 9 and 11, the temperatures of the fixed-side test piece Ts and the moving-side test piece Tm are confirmed by a temperature sensor, and if necessary, the fixed-side test piece Ts is detected by a heater. Also, the moving-side test piece Tm can be heated to a desired temperature.
このため、常温（室温）の状態だけでなく、常温よりも高い任意の温度に加熱した状態についても、固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍの摺動面の摩耗状態を評価することができる。 Therefore, it is possible to evaluate the wear state of the sliding surfaces of the fixed-side test piece Ts and the moving-side test piece Tm not only at room temperature (room temperature) but also when heated to an arbitrary temperature higher than room temperature. it can.
また、各保持部３，７は、保持対象の各試験片Ｔｍ，Ｔｓを往復摩擦試験装置１側の熱から遮断する断熱材３ａ，７ａを有している。また、図２に示す移動方向Ｘへの移動側試験片Ｔｍの移動ストロークは、移動方向Ｘにおける移動側試験片Ｔｍの位置を検出する不図示の位置検出センサの出力信号を用いてコントローラ１９（請求項中のコンピュータに相当）により算出される。 Further, each of the holding parts 3 and 7 has heat insulating materials 3a and 7a for insulating the respective test pieces Tm and Ts to be held from heat on the side of the reciprocating friction test device 1. Further, the movement stroke of the moving-side test piece Tm in the moving direction X shown in FIG. 2 is determined by using the output signal of a position detection sensor (not shown) that detects the position of the moving-side test piece Tm in the moving direction X. It corresponds to the computer in the claims).
本実施形態の往復摩擦試験装置１は、さらに、固定側試験片Ｔｓから移動側試験片Ｔｍに加わる荷重を測定する負荷検出用圧電センサ１３と、両試験片Ｔｓ，Ｔｍ間にかかるせん断力を測定するせん断力検出用圧電センサ１５とを、固定側保持部７の支持機構１７中に有している。 The reciprocating friction test apparatus 1 of the present embodiment further includes a load detection piezoelectric sensor 13 that measures a load applied to the moving-side test piece Tm from the fixed-side test piece Ts, and a shear force applied between the test pieces Ts and Tm. The shear force detecting piezoelectric sensor 15 to be measured is included in the support mechanism 17 of the fixed-side holding portion 7.
これらの圧電センサ１３，１５は、上述した加熱測温ユニット９，１１と共に、コントローラ１９に接続されている。このコントローラ１９は、両加熱測温ユニット９，１１の温度センサの出力により温度を確認しつつ、必要に応じて、両加熱測温ユニット９，１１のヒータを用いて固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍを所望の温度に加熱する。これと共に、コントローラ１９は、各圧電センサ１３，１５の出力を用いて、両試験片Ｔｓ，Ｔｍ間にかかる摩擦力を算出する。 These piezoelectric sensors 13 and 15 are connected to the controller 19 together with the heating and temperature measuring units 9 and 11 described above. The controller 19 confirms the temperature by the output of the temperature sensors of both heating and temperature measuring units 9 and 11, and if necessary, uses the heaters of both heating and temperature measuring units 9 and 11 to move the fixed-side test piece Ts and move. The side test piece Tm is heated to a desired temperature. At the same time, the controller 19 uses the outputs of the piezoelectric sensors 13 and 15 to calculate the frictional force applied between the test pieces Ts and Tm.
加えて、本実施形態の往復摩擦試験装置１はレーザセンサ２１を有している。このレーザセンサ２１は支持機構１７に固定されている。レーザセンサ２１は、図２に示す、固定側試験片Ｔｓが摺接する移動側試験片Ｔｍの摺動面Ｓに、測距用のレーザ走査光ＬＢを照射する。このレーザ走査光ＬＢは、移動側試験片Ｔｍの移動方向Ｘと直交する幅方向Ｙにおいて、摺動面Ｓの全体を直線状に走査する光である。 In addition, the reciprocating friction test device 1 of this embodiment has a laser sensor 21. The laser sensor 21 is fixed to the support mechanism 17. The laser sensor 21 irradiates the sliding surface S of the moving-side test piece Tm with which the fixed-side test piece Ts is in sliding contact with the laser scanning light LB for distance measurement shown in FIG. The laser scanning light LB is light that linearly scans the entire sliding surface S in the width direction Y orthogonal to the moving direction X of the moving-side test piece Tm.
移動側試験片Ｔｍからのレーザ走査光ＬＢの反射光は、図１に示すように、レーザセンサ２１で受光され、その受光量に応じた測距信号がレーザセンサ２１からコントローラ１９に出力される。コントローラ１９は、レーザセンサ２１からの測距信号に基づいて、移動側試験片Ｔｍの摺動面Ｓの形状を測定する。 As shown in FIG. 1, the reflected light of the laser scanning light LB from the moving-side test piece Tm is received by the laser sensor 21, and a distance measurement signal corresponding to the received light amount is output from the laser sensor 21 to the controller 19. . The controller 19 measures the shape of the sliding surface S of the moving-side test piece Tm based on the distance measurement signal from the laser sensor 21.
なお、図２に示す移動側試験片Ｔｍの摺動面Ｓは、固定側試験片Ｔｓによって常に一部が覆われる。このため、移動側試験片Ｔｍの移動方向Ｘへの往復移動に伴ってレーザ走査光ＬＢは、固定側試験片Ｔｓの１つ分だけ摺動面Ｓよりも小さい範囲を、移動方向Ｘに繰り返し走査する。よって、図１のコントローラ１９がレーザセンサ２１からの測距信号に基づいて測定する摺動面Ｓの形状も、固定側試験片Ｔｓの１つ分だけ摺動面Ｓよりも小さい範囲の形状となる。 The sliding surface S of the moving-side test piece Tm shown in FIG. 2 is always partially covered by the fixed-side test piece Ts. Therefore, as the moving-side test piece Tm reciprocates in the moving direction X, the laser scanning light LB repeats in the moving direction X a range smaller than the sliding surface S by one fixed-side test piece Ts. To scan. Therefore, the shape of the sliding surface S measured by the controller 19 of FIG. 1 based on the distance measurement signal from the laser sensor 21 is also a shape of a range smaller than the sliding surface S by one fixed-side test piece Ts. Become.
また、支持機構１７には、中間部が不図示の支点で支持されたフレーム２３の一端が連結されており、フレーム２３の他端にはバランスウエイト２５が取り付けられている。このフレーム２３及びバランスウエイト２５により、支持機構１７の重量が固定側保持部７を介して固定側試験片Ｔｓから移動側試験片Ｔｍに荷重となって加わらないようにしている。 The support mechanism 17 is connected to one end of a frame 23 whose intermediate portion is supported by a fulcrum not shown, and a balance weight 25 is attached to the other end of the frame 23. The frame 23 and the balance weight 25 prevent the weight of the support mechanism 17 from being applied as a load from the fixed side test piece Ts to the moving side test piece Tm via the fixed side holding portion 7.
次に、コントローラ１９が各圧電センサ１３，１５の出力を用いて算出する両試験片Ｔｓ，Ｔｍ間にかかる摩擦力から把握できる情報について、図３乃至図７を参照して説明する。 Next, information that the controller 19 can understand from the frictional force applied between the test pieces Ts and Tm calculated using the outputs of the piezoelectric sensors 13 and 15 will be described with reference to FIGS. 3 to 7.
まず、図３は、コントローラ１９が常温において算出した両試験片Ｔｓ，Ｔｍ間にかかる摩擦力を往復摩擦の１００サイクル分並べた摩擦力像の画像を示す説明図である。この摩擦力像では、縦軸に移動側試験片Ｔｍの往復移動のサイクル（周期）を取り、横軸に移動側試験片Ｔｍの移動方向Ｘへの移動ストロークを示している。なお、移動ストローク＝０は、移動方向Ｘにおける摺動面Ｓの中間点である。 First, FIG. 3 is an explanatory diagram showing an image of a frictional force image in which the frictional force calculated between the two test pieces Ts and Tm calculated by the controller 19 at room temperature is arranged for 100 cycles of reciprocating friction. In this frictional force image, the vertical axis represents the reciprocating cycle (cycle) of the moving-side test piece Tm, and the horizontal axis represents the moving stroke of the moving-side test piece Tm in the moving direction X. The movement stroke = 0 is an intermediate point of the sliding surface S in the movement direction X.
図３の摩擦力像では、コントラストが低い部分ほど摩擦力が大きいことを示している。そして、この摩擦力像では、摩擦力の変化により周辺の摩擦力像との間に顕著なコントラスト差が生じた特徴的な縞模様が、横方向（ストローク方向）に出現している。 The frictional force image of FIG. 3 shows that the frictional force is larger in a portion where the contrast is lower. In this frictional force image, a characteristic striped pattern in which a remarkable contrast difference is generated between the frictional force image and the surrounding frictional force image appears in the lateral direction (stroke direction).
そこで、この特徴的な縞模様が横方向（ストローク方向）に出現しているサイクルについて、コントローラ１９が常温において測定した移動側試験片Ｔｍの摺動面Ｓの形状を見ると、図４の表面形状画像の説明図に示すように、図３の摩擦力像で横方向に特徴的な縞模様が出現したストローク箇所に、アブレシブ摩擦が観察された。 Therefore, looking at the shape of the sliding surface S of the moving-side test piece Tm measured by the controller 19 at room temperature for the cycle in which this characteristic striped pattern appears in the lateral direction (stroke direction), the surface of FIG. As shown in the explanatory diagram of the shape image, abrasive friction was observed at the stroke location where a characteristic striped pattern appeared in the lateral direction in the friction force image of FIG.
次に、図５の左半部は、コントローラ１９が７００°Ｃにおいて算出した両試験片Ｔｓ，Ｔｍ間にかかる摩擦力を往復摩擦の１００サイクル分並べた摩擦力像の画像を示す説明図である。この摩擦力像でも、コントラストが低い部分ほど摩擦力が大きいことを示している。そして、この摩擦力像では、摩擦力の変化によるコントラスト差で縦方向（サイクル方向）に特徴的な縞模様が出現している。 Next, the left half of FIG. 5 is an explanatory diagram showing an image of a frictional force image in which the frictional force applied between the test pieces Ts and Tm calculated by the controller 19 at 700 ° C. is arranged for 100 cycles of reciprocating friction. is there. This frictional force image also shows that the frictional force is larger at the lower contrast part. In this frictional force image, a characteristic striped pattern appears in the vertical direction (cycle direction) due to the contrast difference due to the change in frictional force.
そこで、この特徴的な縞模様が縦方向（サイクル方向）に出現しているストロークについて、コントローラ１９が７００°Ｃにおいて測定した移動側試験片Ｔｍの摺動面Ｓの形状を見ると、摩擦力像において縦方向に特徴的な縞模様が出現したストローク箇所に、最も早いサイクルにおいて、図５の右半部の下側に示す説明図のように、凝着摩耗が生じていた。 Therefore, looking at the shape of the sliding surface S of the moving-side test piece Tm measured by the controller 19 at 700 ° C. for the stroke in which this characteristic striped pattern appears in the vertical direction (cycle direction), the frictional force At the stroke position where a characteristic striped pattern appeared in the vertical direction in the image, adhesive wear occurred in the earliest cycle, as shown in the explanatory diagram shown on the lower side of the right half of FIG.
そして、その後のサイクルにおいてコントローラ１９が測定した移動側試験片Ｔｍの摺動面Ｓの同じストローク箇所における形状を見ると、図５の右半部の上側に示す説明図のように、凝着摩耗の成長が認められた。 Then, when the shape of the sliding surface S of the moving-side test piece Tm measured by the controller 19 at the same stroke position in the subsequent cycle is seen, as shown in the explanatory diagram shown in the upper right half of FIG. Growth was observed.
ここで、図６（ａ）の説明図に示すような、常温における摩擦力像の特定のサイクル部分に横方向の特徴的な縞模様が出現する理由は、図６（ｂ）の説明図に模式的に示すように、固定側試験片Ｔｓが移動側試験片Ｔｍに対する相対移動によって摺動面Ｓの表層を掘り起こしながら進むことで、アブレシブ摩耗が発生しているためであると考えられる。 Here, as shown in the explanatory diagram of FIG. 6A, the reason why a characteristic striped pattern in the lateral direction appears in a specific cycle portion of the frictional force image at room temperature is shown in the explanatory diagram of FIG. 6B. It is considered that, as schematically shown, the fixed-side test piece Ts advances while digging up the surface layer of the sliding surface S by the relative movement with respect to the moving-side test piece Tm, which causes abrasive wear.
また、アブレシブ摩擦は次以降のサイクルで発生しないことが多く、特徴的な縞模様が摩擦力像の縦方向（サイクル方向）に連続しないので、摩擦力像の横方向（ストローク方向）に特徴的な縞模様が出現するものと思われる。 Also, abrasive friction often does not occur in the subsequent cycles, and the characteristic striped pattern is not continuous in the vertical direction (cycle direction) of the friction force image, so it is characteristic in the horizontal direction (stroke direction) of the friction force image. It seems that a striped pattern appears.
一方、図７（ａ）の説明図に示すような、７００°Ｃにおける摩擦力像の特定のサイクル部分に縦方向の特徴的な縞模様が出現する理由は、図７（ｂ）の説明図に模式的に示すように、固定側試験片Ｔｓが移動側試験片Ｔｍに対する相対移動によって摺動面Ｓの凝着箇所Ａｄを繰り返して通過することで、同じストローク部分で摩擦力が連続したサイクルに亘って上昇するためであると考えられる。 On the other hand, the reason why the characteristic striped pattern in the vertical direction appears at a specific cycle portion of the friction force image at 700 ° C. as shown in the explanatory view of FIG. 7A is explained in FIG. 7B. As shown schematically in Fig. 6, the fixed side test piece Ts repeatedly passes through the adhesion point Ad of the sliding surface S by the relative movement with respect to the moving side test piece Tm. It is thought that this is because it rises over
続いて、コントローラ１９がレーザセンサ２１からの測距信号に基づいて測定する移動側試験片Ｔｍの摺動面Ｓの形状から把握できる情報について、図８及び図９を参照して説明する。 Next, information that the controller 19 can understand from the shape of the sliding surface S of the moving-side test piece Tm measured based on the distance measurement signal from the laser sensor 21 will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
まず、図８は、コントローラ１９が測定した移動側試験片Ｔｍの摺動面Ｓのあるストローク箇所のあるサイクルにおける表面形状を示す説明図である。この表面形状の画像から画像処理により抽出した凸部が、サイクルを重ねるうちに、例えば、図９（ａ）に示すパターンで変化した場合を想定する。 First, FIG. 8 is an explanatory view showing the surface shape of the moving-side test piece Tm measured by the controller 19 in a cycle in which there is a stroke portion of the sliding surface S. It is assumed that the convex portion extracted from the image of the surface shape by image processing changes, for example, in a pattern shown in FIG.
即ち、図９（ａ）に示すパターンでは、当初は摺動面Ｓの表面形状画像を高さ方向に画像処理しても凸部が抽出されないが、あるサイクルにおいて３つの凸部Ａ１〜Ａ３が抽出されるようになり、さらにその後のサイクルで２つの凸部Ａ１，Ａ２が抽出されなくなる。 That is, in the pattern shown in FIG. 9 (a), initially, even if the surface shape image of the sliding surface S is image-processed in the height direction, the convex portions are not extracted, but three convex portions A1 to A3 are generated in a certain cycle. The two convex portions A1 and A2 are not extracted in the subsequent cycle.
ここで、図９（ａ）に示すパターンで変遷した凸部の抽出画像から各凸部Ａ１〜Ａ３のエッジを抽出し、さらに、そのエッジ抽出画像を時間微分して、直前のサイクルにおける抽出画像との差分を抽出する。 Here, the edges of each of the convex portions A1 to A3 are extracted from the extracted image of the convex portion that has changed in the pattern shown in FIG. 9A, and the edge extracted image is time-differentiated to extract the image in the immediately preceding cycle. Extract the difference between and.
すると、図９（ｂ）に示すように、当初は差分が発生した画素が存在しないのが、３つの凸部Ａ１〜Ａ３が抽出されたタイミングでそれらの凸部Ａ１〜Ａ３のエッジ部分の画素に差分が生じ、さらに、２つの凸部Ａ１，Ａ２が抽出されなくなった時点で、それら凸部Ａ１，Ａ２のエッジ部分の画素に再び差分が生じる。 Then, as shown in FIG. 9B, there is no pixel in which a difference initially occurs, but the pixels at the edge portions of the three convex portions A1 to A3 are extracted at the timing when the three convex portions A1 to A3 are extracted. Difference occurs, and when the two convex portions A1 and A2 are no longer extracted, the difference occurs again in the pixels at the edge portions of the convex portions A1 and A2.
即ち、図９（ｂ）に示す時間微分では、凸部Ａ１〜Ａ３の発生と消滅とを把握することができる。図９（ｂ）では例示していないが、凸部Ａ１〜Ａ３の形状変化も時間微分により把握することができる。そして、発生した後に消滅した凸部Ａ１，Ａ２は、凝着により摺動面Ｓ上に定着したものではなく、例えばアブレシブ摩耗により生じた摩耗粉であると推定することができる。 That is, with the time differentiation shown in FIG. 9B, the occurrence and disappearance of the convex portions A1 to A3 can be grasped. Although not illustrated in FIG. 9B, the shape changes of the convex portions A1 to A3 can be grasped by time differentiation. Then, it is possible to presume that the convex portions A1 and A2 that have disappeared after being generated are not the ones that have been fixed on the sliding surface S by adhesion, but that they are wear particles generated by, for example, abrasive wear.
但し、凸部Ａ１，Ａ２が発生した後に消滅するまでの間に、凸部Ａ１，Ａ２の形状に変化が確認できた場合は、凸部Ａ１，Ａ２はアブレシブ摩耗により生じた摩耗粉ではなく、むしろ、凝着により摺動面Ｓ上に一旦定着し、その後に摺動面Ｓ上から剥離したものと推定することができる。 However, if a change in the shape of the convex portions A1 and A2 can be confirmed before the convex portions A1 and A2 disappear after being generated, the convex portions A1 and A2 are not abrasion powder generated by the abrasive abrasion, Rather, it can be presumed that it is once fixed on the sliding surface S by adhesion and then peeled off from the sliding surface S.
また、発生してそのまま残った凸部Ａ３は、凝着により摺動面Ｓ上に定着したものと推定することができる。 Further, it can be estimated that the convex portion A3 that has been generated and remains as it is is fixed on the sliding surface S by adhesion.
続いて、図９（ａ）に示すパターンで変遷した凸部の抽出画像から各凸部Ａ１〜Ａ３のエッジを抽出し、さらに、そのエッジ抽出画像を空間微分して、各サイクルにおける摺動面Ｓ上の凸部Ａ１〜Ａ３の有無を抽出する。 Subsequently, the edges of the respective convex portions A1 to A3 are extracted from the extracted image of the convex portions that have changed in the pattern shown in FIG. 9A, and the edge extraction image is further spatially differentiated to obtain the sliding surface in each cycle. The presence or absence of the convex portions A1 to A3 on S is extracted.
すると、図９（ｃ）に示すように、当初は凸部が存在しないのが、３つの凸部Ａ１〜Ａ３が抽出されたタイミングでそれらの凸部Ａ１〜Ａ３のエッジ部分が抽出され、さらに、２つの凸部Ａ１，Ａ２が抽出されなくなった時点で、それら凸部Ａ１，Ａ２のエッジが抽出されなくなる。 Then, as shown in FIG. 9C, there is no convex portion at first, but the edge portions of the convex portions A1 to A3 are extracted at the timing when the three convex portions A1 to A3 are extracted. When the two protrusions A1 and A2 are not extracted, the edges of the protrusions A1 and A2 are not extracted.
即ち、図９（ｃ）に示す空間微分では、凸部Ａ１〜Ａ３が存在するサイクルではそれらのエッジが抽出されるので、凸部Ａ１〜Ａ３の形状変化を把握することができる。但し、凸部Ａ１〜Ａ３のエッジは、それが凝着でも、アブレシブ摩耗等により生じた摩耗粉でも、同じように抽出される。 That is, in the spatial differentiation shown in FIG. 9C, the edges are extracted in the cycle in which the convex portions A1 to A3 exist, so that the shape change of the convex portions A1 to A3 can be grasped. However, the edges of the convex portions A1 to A3 are extracted in the same manner whether they are cohesive or wear particles generated by abrasive wear or the like.
そこで、図９（ｃ）に示す空間微分を、凸部Ａ１〜Ａ３の高さに対応するエッジ抽出画像のコントラストの変化についても行ってもよい。これにより、凸部Ａ１〜Ａ３の高さの変化をさらに把握して、その有無から凝着（成長による高さ変化あり）と摩耗粉（高さ変化なし）との区別を推定することができる。 Therefore, the spatial differentiation shown in FIG. 9C may be performed for the change in the contrast of the edge extraction image corresponding to the heights of the convex portions A1 to A3. Thereby, it is possible to further grasp the change in height of the convex portions A1 to A3, and estimate the distinction between adhesion (having height change due to growth) and abrasion powder (having no height change) from the presence or absence of the change. .
次に、上述したように構成された往復摩擦試験装置１を用いて行う本発明の参考例に係る摩耗状態評価方法の手順を、図１０のフローチャートを参照して説明する。 Next, the procedure of the wear state evaluation method according to the reference example of the present invention performed using the reciprocating friction test apparatus 1 configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
図１０に示すように、参考例の摩耗状態評価方法では、摩擦力取得ステップ（ステップＳ１）、形状取得ステップ（ステップＳ３）及び評価ステップ（ステップＳ５）を順次行う。 As shown in FIG. 10, in the wear state evaluation method of the reference example , a frictional force acquisition step (step S1), a shape acquisition step (step S3), and an evaluation step (step S5) are sequentially performed.
そして、ステップＳ１の摩擦力取得ステップでは、摺動面Ｓに摺動摩擦が繰り返し加えられる移動側試験片Ｔｍと固定側試験片Ｔｓとの間にかかる摩擦力を、摺動面Ｓの固定側試験片Ｔｓが摺動する位置と関連付けて、摺動摩擦の繰り返し周期毎に取得する。 Then, in the frictional force acquisition step of step S1, the frictional force applied between the moving-side test piece Tm and the fixed-side test piece Ts in which sliding friction is repeatedly applied to the sliding surface S is determined by the fixed-side test of the sliding surface S. It is acquired at each repeating cycle of sliding friction in association with the position at which the piece Ts slides.
具体的には、移動側試験片Ｔｍが移動方向Ｘに一往復移動する度に、コントローラ１９が、移動側試験片Ｔｍの移動方向Ｘへの各移動ストロークにおける、固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍ間の摩擦力を算出する。これにより、図３に示す摩擦力像が得られる。 Specifically, each time the moving-side test piece Tm reciprocates in the moving direction X, the controller 19 causes the fixed-side test piece Ts and the moving-side test piece to move in each moving stroke of the moving-side test piece Tm in the moving direction X. The frictional force between the test pieces Tm is calculated. As a result, the frictional force image shown in FIG. 3 is obtained.
また、ステップＳ３の形状取得ステップでは、摺動面Ｓに摺動摩擦が繰り返し加わる周期に同期して、摺動面Ｓの形状を非接触測定により繰り返し周期毎に取得する。 In addition, in the shape acquisition step of step S3, the shape of the sliding surface S is acquired at each repeating cycle by non-contact measurement in synchronization with the cycle in which sliding friction is repeatedly applied to the sliding surface S.
具体的には、固定側試験片Ｔｓによって覆われてレーザ走査光ＬＢで走査できない、固定側試験片Ｔｓの１つ分だけ摺動面Ｓよりも小さい範囲を、移動方向Ｘに繰り返しレーザ走査光ＬＢで走査する。そして、コントローラ１９により固定側試験片Ｔｓの１つ分だけ摺動面Ｓよりも小さい範囲の形状を、移動側試験片Ｔｍの移動方向Ｘへの各移動ストロークに対応付けて、摩擦力と同じサイクル分（例えば１００サイクル分）取得する。これにより、図８に示す、摺動面Ｓよりも小さい範囲の表面形状が、各サイクルの各ストローク部分について得られる。 Specifically, a range smaller than the sliding surface S by one fixed-side test piece Ts, which is covered by the fixed-side test piece Ts and cannot be scanned by the laser scanning light LB, is repeatedly scanned in the moving direction X by the laser scanning light. Scan with LB. Then, the controller 19 associates a shape of a range smaller than the sliding surface S by one fixed-side test piece Ts with each moving stroke of the moving-side test piece Tm in the moving direction X and is the same as the friction force. Cycles (for example, 100 cycles) are acquired. As a result, the surface shape in the range smaller than the sliding surface S shown in FIG. 8 is obtained for each stroke portion of each cycle.
さらに、ステップＳ５の評価ステップでは、ステップＳ１の摩擦力取得ステップで取得した、図３に示す固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍ間の摩擦力像と、ステップＳ３の形状取得ステップで取得した、図８に示す摺動面Ｓよりも小さい範囲の表面形状とを用いて、摺動面Ｓに生じた摩耗状態を評価する。 Further, in the evaluation step of step S5, the frictional force image between the fixed side test piece Ts and the moving side test piece Tm shown in FIG. 3 acquired in the frictional force acquisition step of step S1 and the shape acquisition step of step S3 are acquired. The wear state generated on the sliding surface S is evaluated using the surface shape in a range smaller than the sliding surface S shown in FIG.
具体的には、図１１のフローチャートに示すように、摩耗種別特定ステップ（ステップＳ５１）、アブレシブ摩耗評価ステップ（ステップＳ５３）及び凝着摩耗評価ステップ（ステップＳ５５）を行う。 Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 11, a wear type identification step (step S51), an abrasive wear evaluation step (step S53), and an adhesive wear evaluation step (step S55) are performed.
ステップＳ５１の摩耗種別特定ステップでは、図１２のフローチャートに示すように、図１０のステップＳ３において取得した各サイクルの各ストローク部分についての摺動面Ｓよりも小さい範囲の表面形状の画像から画像処理によりエッジを抽出し（ステップＳ５１１）、エッジの抽出画像をさらに画像処理して、エッジを凸部単位でグループ化する処理を行う（ステップＳ５１３）。 In the wear type identifying step of step S51, as shown in the flowchart of FIG. 12, image processing is performed from an image of a surface shape in a range smaller than the sliding surface S for each stroke portion of each cycle acquired in step S3 of FIG. The edges are extracted by (step S511), the extracted image of the edges is further image-processed, and the processing of grouping the edges in units of convex portions is performed (step S513).
そして、凸部単位にグループ化したエッジ抽出画像を時間微分して、図９（ｂ）の説明図を参照して説明したような、凸部の発生や消滅、形状変化から凸部が凝着であるかアブレシブ摩耗等により生じた摩耗粉であるか等の種別を特定する処理を行って（ステップＳ５１７）、ステップＳ５１の摩耗種別特定ステップを終了する。 Then, the edge-extracted images grouped in the unit of the convex portion are time-differentiated, and the convex portion is adhered due to the occurrence or disappearance of the convex portion and the shape change as described with reference to the explanatory diagram of FIG. 9B. Or the abrasion powder generated by the abrasive abrasion or the like is specified (step S517), and the abrasion type identification step of step S51 is ended.
また、図１１のステップＳ５３のアブレシブ摩耗評価ステップでは、図１３のフローチャートに示すエッジ抽出面積取得処理（ステップＳ５３１）及びアブレシブ摩耗評価処理（ステップＳ５３３）を行う。 Further, in the abrasive wear evaluation step of step S53 of FIG. 11, the edge extraction area acquisition processing (step S531) and the abrasive wear evaluation processing (step S533) shown in the flowchart of FIG. 13 are performed.
ここで、アブレシブ摩耗等による摩耗粉が発生すると、摺動面Ｓ上の凸部が数及び体積において増加する。しかし、図１０のステップＳ３において取得した表面形状の画像からエッジ抽出される凸部の体積（例えば、図９（ｃ）に示す空間微分をエッジ抽出画像のコントラスト変化についても行って凸部の形状及び高さの変化を把握することで計測可能）を監視しても、図１４（ａ）のグラフに示すように、摩耗粉の発生を示唆するような特徴的な体積変動は現れない。 Here, when abrasion powder is generated due to abrasive abrasion or the like, the number of protrusions on the sliding surface S increases in number and volume. However, the volume of the convex portion whose edges are extracted from the image of the surface shape acquired in step S3 of FIG. 10 (for example, the spatial differentiation shown in FIG. 9C is also performed on the contrast change of the edge extraction image to form the shape of the convex portion. And (measurable by grasping the change in height) can be monitored, as shown in the graph of FIG. 14 (a), characteristic volume fluctuations that suggest the generation of wear debris do not appear.
一方、図１２のステップＳ５１１で抽出してステップＳ５１３でグループ化した凸部毎のエッジで囲まれる部分の面積を監視すると、図１４（ｂ）のグラフに示すように、面積変動が無い状態から急激に面積が増加する特徴的な変化が現れる。このような凸部の面積の急激な増加は、凝着の発生や成長では起こりにくく、むしろ、アブレシブ摩耗等により新たな摩耗粉が発生したことで起こったものと推定することができる。 On the other hand, when the area of the portion surrounded by the edge of each convex portion extracted in step S511 of FIG. 12 and grouped in step S513 is monitored, as shown in the graph of FIG. The characteristic change that the area increases rapidly appears. It can be presumed that such a rapid increase in the area of the convex portion is unlikely to occur due to the occurrence of adhesion and growth, and rather, due to the generation of new abrasion powder due to abrasive abrasion or the like.
そこで、図１３のステップＳ５３１のエッジ抽出面積取得処理では、図１２のステップＳ５１３でグループ化した凸部毎のエッジで囲まれる部分の面積を算出し、ステップＳ５３３のアブレシブ摩耗評価処理では、凸部毎のエッジで囲まれる部分の面積に大きな変化が生じているか否かによって、アブレシブ摩耗による摩耗粉が発生したかどうかを評価する。そして、アブレシブ摩耗評価ステップを終了する。 Therefore, in the edge extraction area acquisition processing of step S531 of FIG. 13, the area of the portion surrounded by the edges of each convex portion grouped in step S513 of FIG. 12 is calculated, and in the abrasive wear evaluation processing of step S533, the convex portion is calculated. Whether or not abrasion powder is generated due to abrasive abrasion is evaluated depending on whether or not a large change occurs in the area surrounded by each edge. Then, the abrasive wear evaluation step ends.
さらに、図１１のステップＳ５５の凝着摩耗評価ステップでは、図１５のフローチャートに示す空間微分処理（ステップＳ５５１）及び凝着摩耗評価処理（ステップＳ５５３）を行う。 Further, in the adhesion wear evaluation step of step S55 of FIG. 11, the spatial differentiation process (step S551) and the adhesion wear evaluation process (step S553) shown in the flowchart of FIG. 15 are performed.
ここで、図１０のステップＳ１において取得した固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍ間の摩擦力像から抽出した摩擦力のストローク方向における変化点と変化量とをエッジ及びコントラストで表した、図１６（ａ）のエッジ抽出画像を、サイクル方向において空間微分すると、凝着により発生した凸部の起点を推定することができる。 Here, the change point and the change amount in the stroke direction of the frictional force extracted from the frictional force image between the fixed side test piece Ts and the moving side test piece Tm acquired in step S1 of FIG. 10 are represented by edges and contrasts, By spatially differentiating the edge-extracted image of FIG. 16A in the cycle direction, it is possible to estimate the starting point of the convex portion generated by the adhesion.
そして、起点を推定した凝着により発生した凸部について、図１０のステップＳ１において取得した、図１６（ｂ）の固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍ間の摩擦力像を、ストローク方向において空間微分すると、図９（ｃ）の説明図を参照して説明したように、凝着による凸部の大きさを推定することができる。 Then, regarding the convex portion generated by the adhesion of which the starting point is estimated, the frictional force image between the fixed side test piece Ts and the moving side test piece Tm of FIG. 16B obtained in step S1 of FIG. By spatially differentiating in, the size of the convex portion due to adhesion can be estimated as described with reference to the explanatory diagram of FIG.
そこで、ステップＳ５５１の空間微分処理では、図１６（ａ），（ｂ）を参照して説明したような空間微分処理を行い、ステップＳ５５３の凝着摩耗評価処理では、ステップＳ５５１の処理によって凝着により発生したものと特定した凸部の形状変化から、凝着の進行等について評価する。そして、凝着摩耗評価ステップを終了する。 Therefore, in the spatial differentiation process of step S551, the spatial differentiation process as described with reference to FIGS. 16A and 16B is performed, and in the adhesion wear evaluation process of step S553, the adhesion process of step S551 is performed. The progress of adhesion is evaluated from the change in the shape of the convex portion identified as that generated by. Then, the adhesion wear evaluation step is ended.
なお、図１２のステップＳ５１３でグループ化した凸部毎のエッジの抽出画像をサイクル及びストロークの両方向について空間微分すると、凸部のエッジ部分の高さの傾きが分かる。 When the edge-extracted images for each convex portion grouped in step S513 of FIG. 12 are spatially differentiated in both the cycle and stroke directions, the inclination of the height of the edge portion of the convex portion can be found.
例えばこれを、図１０のステップＳ１において取得した固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍ間の摩擦力像から抽出した、対応するサイクルにおける凸部のエッジ部分の摩擦力と対応付けると、凝着による凸部を固定側試験片Ｔｓが乗り越えるときの凸部の高さと固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍ間の摩擦力との相関を推定できる可能性がある。 For example, if this is associated with the frictional force of the edge portion of the convex portion in the corresponding cycle extracted from the frictional force image between the fixed side test piece Ts and the moving side test piece Tm acquired in step S1 of FIG. There is a possibility that the correlation between the height of the convex portion when the fixed-side test piece Ts gets over the convex portion and the frictional force between the fixed-side test piece Ts and the moving-side test piece Tm can be estimated.
そこで、このような処理を、ステップＳ５５１の空間微分処理とステップＳ５５３の凝着摩耗評価処理とで行うようにしてもよい。 Therefore, such processing may be performed by the spatial differentiation processing of step S551 and the adhesive wear evaluation processing of step S553.
以上に説明した参考例の摩耗状態評価方法によれば、各サイクルの摩擦力では評価できない移動側試験片Ｔｍの幅方向Ｙにおける摩耗状態についても、詳細に評価することができる。また、摺動面Ｓの摩耗状態の変化が凝着の進行によるものか摩耗粉の摺動面Ｓ上での転動によるものか等、摩耗状態の変化の理由を、摺動面Ｓの形状の変化から詳細に特定することができる。 According to the wear state evaluation method of the reference example described above, the wear state in the width direction Y of the moving-side test piece Tm, which cannot be evaluated by the frictional force of each cycle, can be evaluated in detail. Further, the reason for the change in the wear state, such as whether the change in the wear state of the slide surface S is due to the progress of adhesion or the rolling of wear particles on the slide surface S, is determined by the shape of the slide surface S. Can be specified in detail from the change.
特に、固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍ間の摩擦力像や、各サイクルの各ストローク部分についての摺動面Ｓよりも小さい範囲の表面形状の画像、あるいは、その表面形状画像から画像処理により抽出した凸部のエッジ抽出画像を、時間微分したり空間微分することで、凸部の種類が凝着であるか摩耗粉であるかの判別や、凝着の成長の評価等を、詳細に行うことができる。 In particular, an image of the frictional force between the fixed-side test piece Ts and the moving-side test piece Tm, an image of the surface shape in a range smaller than the sliding surface S for each stroke portion of each cycle, or an image from the surface shape image The edge extraction image of the convex portion extracted by the process is time-differentiated or spatially differentiated to determine whether the type of the convex portion is adhesion or abrasion powder, and evaluate the growth of adhesion, etc. Can be done in detail.
次に、上述したように構成された往復摩擦試験装置１を用いて行う本発明の一実施形態に係る摩耗状態評価方法の手順を、図１８のフローチャートを参照して説明する。 Next, the procedure of the wear state evaluation method according to the embodiment of the present invention, which is performed using the reciprocating friction test apparatus 1 configured as described above, will be described with reference to the flowchart of FIG.
なお、図１８に示す本実施形態の摩耗状態評価方法では、図１０のフローチャートにおける摩擦力取得ステップ（ステップＳ１）及び形状取得ステップ（ステップＳ３）を行った後、評価周期決定ステップ（ステップＳ４）を行って、その後、評価ステップ（ステップＳ５Ａ）を行う。 In the wear state evaluation method of the present embodiment shown in FIG. 18, after performing the frictional force acquisition step (step S1) and the shape acquisition step (step S3) in the flowchart of FIG. 10, the evaluation cycle determination step (step S4) After that, the evaluation step (step S5A) is performed.
そして、ステップＳ４の評価周期決定ステップでは、ステップＳ１の摩擦力取得ステップで取得した各サイクル（周期）の摩擦力から、特定の移動ストロークにおける摩擦力の変化に注目すべき傾向が認められる複数のサイクルを、摺動面Ｓの摩耗状態の評価に利用する摩擦力のサイクルとして決定する。 Then, in the evaluation cycle determination step of step S4, from the frictional force of each cycle (cycle) acquired in the frictional force acquisition step of step S1, a plurality of tendencies in which a change in the frictional force in a specific moving stroke is noticeable are recognized. The cycle is determined as the cycle of the frictional force used to evaluate the wear state of the sliding surface S.
図１９の説明図では、左半部の枠で囲んだ移動ストローク部分が、ステップＳ３の形状取得ステップにおいて、レーザセンサ２１からのレーザ走査光ＬＢを用いて摺動面Ｓの形状を取得できる移動ストロークの範囲を示している。そこで、本実施形態では、図１９の説明図における枠で囲んだ左半部の移動ストローク部分において、特定の移動ストローク部分における摩擦力の変化に、注目すべき傾向が認められるサイクルを抽出する。 In the explanatory diagram of FIG. 19, the movement stroke portion surrounded by the left half frame is a movement that can acquire the shape of the sliding surface S using the laser scanning light LB from the laser sensor 21 in the shape acquisition step of step S3. The stroke range is shown. Therefore, in the present embodiment, in the left half moving stroke portion surrounded by the frame in the explanatory diagram of FIG. 19, a cycle in which a noticeable tendency is recognized in the change of the frictional force in the specific moving stroke portion is extracted.
本実施形態では、或る移動ストローク部分に摩擦力が発生して増加する傾向を示す１５サイクル、５５サイクル及び８７サイクルの摩擦力を、摺動面Ｓの摩耗状態の評価に利用する摩擦力のサイクルとして決定するものとする。 In the present embodiment, the 15-cycle, 55-cycle, and 87-cycle frictional forces that tend to increase when a frictional force is generated in a certain moving stroke portion are used to evaluate the wear state of the sliding surface S. It shall be decided as a cycle.
さらに、ステップＳ５Ａの評価ステップでは、ステップＳ４の評価周期決定ステップで決定した１５サイクル、５５サイクル及び８７サイクルにおいて、レーザセンサ２１からのレーザ走査光ＬＢを用いてコントローラ１９で取得した、特定の移動ストローク部分における摺動面Ｓの形状の変化から、その移動ストローク部分における摩耗状態を評価する。 Further, in the evaluation step of step S5A, the specific movement acquired by the controller 19 using the laser scanning light LB from the laser sensor 21 in the 15th cycle, the 55th cycle, and the 87th cycle determined in the evaluation cycle determination step of step S4. From the change in the shape of the sliding surface S in the stroke part, the wear state in the moving stroke part is evaluated.
図２０は、１５サイクル、５５サイクル及び８７サイクルにおいてそれぞれ取得した、摺動面Ｓのレーザ走査光ＬＢにより走査可能な範囲の形状を示す説明図である。図２０に示す１５サイクル目における摺動面Ｓの形状には、一点鎖線で囲んだ部分に、横に拡大して示すように、凝着によるわずかな凹凸が認められる。これが、摺動摩擦の５５サイクル目では、摩耗粉による周辺部分の損傷により凝着の範囲が広がっており、８７サイクル目では、その拡大がほぼ収束している。 FIG. 20 is an explanatory diagram showing the shapes of the range of the sliding surface S that can be scanned by the laser scanning light LB, which are acquired in 15 cycles, 55 cycles, and 87 cycles, respectively. In the shape of the sliding surface S at the 15th cycle shown in FIG. 20, slight unevenness due to adhesion is recognized in the portion surrounded by the alternate long and short dash line as shown in a laterally enlarged manner. In the 55th cycle of sliding friction, however, the range of adhesion is widened due to damage to the peripheral portion due to the abrasion powder, and in the 87th cycle, the expansion is almost converged.
したがって、これらのサイクルにおいてレーザ走査光ＬＢにより非接触測定した摺動面Ｓの形状を用いることで、各サイクルの摩擦力では評価できない移動側試験片Ｔｍの幅方向Ｙにおける摩耗状態についても、詳細に評価することができる。また、摺動面Ｓの摩耗状態の変化が凝着の進行によるものか摩耗粉の摺動面Ｓ上での転動によるものか等、摩耗状態の変化の理由を、摺動面Ｓの形状の変化から詳細に特定することができる。 Therefore, the wear state in the width direction Y of the moving-side test piece Tm, which cannot be evaluated by the frictional force of each cycle, is also detailed by using the shape of the sliding surface S that is measured by non-contact with the laser scanning light LB in these cycles. Can be evaluated. Further, the reason for the change in the wear state, such as whether the change in the wear state of the slide surface S is due to the progress of adhesion or the rolling of wear particles on the slide surface S, is determined by the shape of the slide surface S. Can be specified in detail from the change.
また、往復摺動摩擦のサイクル間での摩擦力の変化から、摺動面Ｓの形状の変化に注目すべきサイクルを特定することができ、また、特定したサイクルで測定された摺動面Ｓの形状から、摩擦力に変化が生じた原因を特定することができる。 Further, it is possible to specify the cycle in which the change in the shape of the sliding surface S should be noted from the change in the frictional force between the cycles of the reciprocating sliding friction, and the sliding surface S measured in the specified cycle. The cause of the change in the frictional force can be identified from the shape.
なお、以上に説明した実施形態では、レーザセンサ２１を支持機構１７に固定して、固定側試験片Ｔｓによる移動側試験片Ｔｍの摺動面Ｓの摺動箇所の近傍を、摺動面Ｓの摺動摩擦と同期してレーザセンサ２１からのレーザ走査光ＬＢが走査するようにした。しかし、固定側試験片Ｔｓによる移動側試験片Ｔｍの摺動面Ｓの摺動摩擦と同期させずに、レーザセンサ２１からのレーザ走査光ＬＢで摺動面Ｓを走査するようにしてもよい。
In the embodiment described above, the laser sensor 21 is fixed to the support mechanism 17, and the vicinity of the sliding portion of the sliding surface S of the moving-side test piece Tm by the fixed-side test piece Ts is set to the sliding surface S. The laser scanning light LB from the laser sensor 21 scans in synchronism with the sliding friction. However, the sliding surface S may be scanned with the laser scanning light LB from the laser sensor 21 without synchronizing with the sliding friction of the sliding surface S of the moving side test piece Tm by the fixed side test piece Ts.
また、レーザセンサ２１に代えて、光干渉法を利用した測定法やステレオカメラを利用した測定法によって、摺動面Ｓの形状を非接触測定するようにしてもよい。 Further, instead of the laser sensor 21, the shape of the sliding surface S may be measured in a non-contact manner by a measuring method using an optical interference method or a measuring method using a stereo camera.
そして、本発明の摩耗状態評価方法を実行する際に、本実施形態で説明した往復摩擦試験装置１以外の装置を用いてもよいことは、無論のことである。例えば、本実施形態では、往復摩擦試験装置１が加熱測温ユニット９，１１を有しており、固定側試験片Ｔｓ及び移動側試験片Ｔｍの温度を温度センサにより測定したりヒータにより加熱できるものとした。しかし、それらを省略した往復摩擦試験装置を、本発明の摩耗状態評価方法を実行する際に用いてもよい。 It is needless to say that an apparatus other than the reciprocating friction test apparatus 1 described in the present embodiment may be used when executing the wear state evaluation method of the present invention. For example, in the present embodiment, the reciprocating friction test apparatus 1 has the heating and temperature measuring units 9 and 11, and the temperature of the fixed side test piece Ts and the moving side test piece Tm can be measured by the temperature sensor and can be heated by the heater. I decided. However, a reciprocating friction test device without them may be used when executing the wear state evaluation method of the present invention.
１ 往復摩擦試験装置
３ 移動側保持部
３ａ，７ａ 断熱材
５ アクチュエータ
７ 固定側保持部
９，１１ 加熱測温ユニット
１３ 負荷検出用圧電センサ
１５ せん断力検出用圧電センサ
１７ 支持機構
１９ コントローラ
２１ レーザセンサ
２３ フレーム
２５ バランスウエイト
ＬＢ レーザ走査光
Ｓ 摺動面
Ｔｍ 移動側試験片
Ｔｓ 固定側試験片
Ｘ 移動方向
Ｙ 幅方向
1 Reciprocating friction test device 3 Moving side holding part 3a, 7a Heat insulating material 5 Actuator 7 Fixed side holding part 9, 11 Heating temperature measuring unit 13 Piezoelectric sensor for load detection 15 Piezoelectric sensor for shearing force detection 17 Support mechanism 19 Controller 21 Laser sensor 23 frame 25 balance weight LB laser scanning light S sliding surface Tm moving side test piece Ts fixed side test piece X moving direction Y width direction
Claims (2)
前記コンピュータが、前記摺動面の形状を非接触測定センサにより、前記摺動摩擦の繰り返し周期毎に取得する形状取得ステップと、
前記コンピュータが、前記摩擦力取得ステップで取得した各周期の摩擦力から、前記特定の摺動位置における摩耗状態の評価に用いる摩擦力の周期を複数決定する評価周期決定ステップと、
前記コンピュータが、前記評価周期決定ステップで決定した各周期の前記形状取得ステップで取得した前記摺動面の形状の変化から、前記摺動面の特定の摺動位置における摩耗状態を評価する評価ステップと、
を含む摩耗状態評価方法。 A friction that a computer obtains by a sensor in each repeating cycle of the sliding friction by associating a frictional force applied to the test piece to which the sliding friction is repeatedly applied with a sliding position on the sliding surface of the test piece to which the sliding friction is applied. Force acquisition step,
A shape acquisition step in which the computer acquires the shape of the sliding surface by a non-contact measurement sensor at each repeating cycle of the sliding friction ,
The computer, from the frictional force of each cycle acquired in the frictional force acquisition step, an evaluation cycle determination step of determining a plurality of cycles of the frictional force used to evaluate the wear state at the specific sliding position,
Before SL computer, the change in shape of the sliding surface acquired by the shape acquiring step of each period determined in the evaluation period determination step, evaluation for evaluating the wear state at a particular slide position of the sliding surface Steps,
Wear state evaluation method including.
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