JP7070475B2

JP7070475B2 - 動摩擦係数計測装置

Info

Publication number: JP7070475B2
Application number: JP2019040250A
Authority: JP
Inventors: 正倫新原; 靖仁花木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2022-05-18
Anticipated expiration: 2039-03-06
Also published as: JP2020143980A

Description

本発明は、動摩擦係数計測装置に関するものである。

板金をプレス加工して車両の部品を生産する方法が知られている。このとき、素材として用いられる板金が一定水準の品質を有していないと、生産時に割れが発生するなどの不具合が生じる可能性がある。したがって、板金の品質を効率よく検査する方法、及び装置の開発が求められている。

本発明者らは、鋭意研究の結果、板金の動摩擦係数と板金の品質との間に相関があることを見出した。一方、特許文献１には、被計測物の上面に触針を接触させて被計測物の摩擦特性を評価する装置が開示されている。

特開平７－５５６９５号公報

特許文献１に開示されている装置は、板金の上面の摩擦特性を評価することができるとされている。このため、特許文献１に開示された装置を用いれば、板金の動摩擦係数を計測し、板金の品質を評価することができるようにも思われる。

しかしながら、実際のプレス加工の生産ラインにおいては、板金の上面を把持して運搬する搬送ロボットを多く配置する場合がある。このような場合、板金の上面の摩擦特性を評価するためのスペースを十分に確保することは難しいという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、被計測物に対して下方から動摩擦係数を計測できる動摩擦係数計測装置を提供するものである。

本発明に係る動摩擦係数計測装置は、被計測物の下面の動摩擦係数を計測する動摩擦係数計測装置であって、上端に計測端子を有する動摩擦計と、自装置の上に前記被計測物があるか否かを検出する検出センサと、前記検出センサによって自装置の上に前記被計測物があると検出された場合に、前記動摩擦計を上方向に移動させる駆動部と、を備えることを特徴としたものである。

このような構成を有する動摩擦係数計測装置は、被計測物の下面の動摩擦係数を計測する動摩擦係数計測装置であって、特に左右方向に移動する被計測物の下面の動摩擦係数を計測する。上記の構成においては、上端に計測端子を有する動摩擦計と、自装置の上に被計測物があるか否かを検出する検出センサと、自装置の上に被計測物がある場合に動摩擦計を上方向に移動させる駆動部と、を備える。したがって、自装置の上に板金（被計測物）がある場合に、板金（被計測物）の下方から動摩擦計が上昇し、押し当てられる。この状態で被計測物が左右方向に移動することで、板金（被計測物）と動摩擦計との間で摩擦が生じる。したがって、動摩擦計は板金（被計測物）の下方から動摩擦係数を計測することができる。また、本装置は板金（被計測物）に対して下方から動摩擦係数を計測できるため、場所を取らずに動摩擦係数を計測することができる。

本発明により、被計測物に対して下方から動摩擦係数を計測できる動摩擦係数計測装置を提供することができる。

本実施形態に係る動摩擦係数計測装置の模式図である。被計測物と接触した場合の、動摩擦係数計測装置の模式図である。動摩擦係数計測装置の動作の様子を表すグラフである。動摩擦係数計測装置による動摩擦力の計測例である。動摩擦係数計測装置による動摩擦係数の計測例である。動摩擦係数計測装置による動摩擦係数の計測例である。動摩擦係数計測装置を含めた製造ラインの模式図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。また、以下に説明される複数の構成例は、独立に実施されることもできるし、適宜組み合わせて実施されることもできる。これら複数の構成例は、互いに異なる新規な特徴を有している。したがって、これら複数の構成例は、互いに異なる目的又は課題を解決することに寄与し、互いに異なる効果を奏することに寄与する。
なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。また、本明細書中においては、ｘ軸正向きを右向き、ｘ軸負向きを左向きとする。

［動摩擦係数計測装置の構造］
まず、本実施形態に係る動摩擦係数計測装置の構造の概略について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る動摩擦係数計測装置１の模式図である。図１に示すように、動摩擦係数計測装置１は、動摩擦計１１と、ばね１２と、駆動部１３と、検出センサ１４と、を備える。

図２は、被計測物Ｍと接触した場合の、動摩擦係数計測装置１の模式図である。図２に示すように、動摩擦係数計測装置１は、動摩擦計１１が被計測物Ｍの下面と接触することで、被計測物Ｍの下面の動摩擦係数を計測する。
被計測物Ｍは、動摩擦計によって動摩擦係数を計測できるものであれば特に限定されない。本実施形態では、車両の部品の素材として用いられる板金を被計測物Ｍとし、被計測物Ｍは右方向（ｘ軸正方向）に移動しているとする。

動摩擦計１１は、被計測物Ｍとの間の動摩擦力及び垂直抗力を計測する計器である。動摩擦計１１は、上端に計測端子１１１を有する。計測端子１１１が被計測物Ｍと接触ししながら左右方向に移動すると、被計測物Ｍとの間で摩擦が生じる。動摩擦計１１は、このときの動摩擦力及び垂直抗力の大きさを計測する。動摩擦力と垂直抗力の比から、動摩擦係数を求めることができる。

動摩擦計１１の下方にはばね１２が接続されている。ばね１２は、上下方向に伸縮可能なばねである。ばね１２の長さは、動摩擦計１１の上下方向の変位に伴って変化する。動摩擦計１１が最も上方に変位したときに、ばね１２の長さが最長になる。ばね１２の長さは、最長時においても自然長未満となることが好ましい。このような構成では、ばね１２の弾性力によって、動摩擦計１１が押し上げられ続ける。したがって、計測端子１１１が被計測物Ｍと接触した場合に、被計測物Ｍに対して抗力を加えることができる。
なお、ばね１２は、上下方向に伸縮可能な弾性体であればよく、例えば弾性を有する樹脂等に代替することができる。

検出センサ１４は、動摩擦係数計測装置１の上に被計測物Ｍがあるか否かを検知する。検出センサ１４は、例えば上方に赤外線を照射して、当該赤外線の反射光を検出した場合には被計測物Ｍがあると検出する。検出センサ１４は、動摩擦係数計測装置１の上に被計測物Ｍがあると検出した場合は、駆動部１３に検出信号を出力する。

駆動部１３は、動摩擦計１１及びばね１２を支持し、図示しない駆動源によって上下方向に移動する。動摩擦計１１は、駆動部１３の上下方向の移動に伴って、上下方向に移動する。駆動部１３は、例えば電気シリンダであり、電力を取得して上下方向に移動する。
本実施形態において、駆動部１３は、検出センサ１４から検出信号を取得した場合は、上方向に移動する。すなわち駆動部１３は、検出センサ１４によって自装置の上に被計測物Ｍがあると検出された場合には、上方向に移動する。このとき、動摩擦計１１も、駆動部１３の移動に伴って上方向に移動する。

このような構成では、動摩擦係数計測装置１の上に被計測物Ｍがある場合に、被計測物Ｍの下方から動摩擦計１１が上昇し、押し当てられる。この状態で被計測物Ｍが右方向に移動することで、被計測物Ｍと動摩擦計１１との間で摩擦が生じる。したがって、動摩擦計１１は被計測物Ｍの下方から動摩擦係数を計測することができる。
また、このような動摩擦係数計測装置１を用いれば、被計測物Ｍに対して下方から動摩擦係数を計測できるため、場所を取らずに動摩擦係数を計測することができる。

［動摩擦係数の計測例］
次に、図３～図６を用いて、動摩擦係数計測装置１によって実際に被計測物Ｍの動摩擦係数を計測した例について説明する。図３は、動摩擦係数計測装置１の動作の様子を表すグラフである。図４の縦軸は計測端子１１１のｚ軸方向の位置、横軸は時間を表す。図３の例では、初めは計測端子１１１が下端（初期位置）にあるとし、時刻＝０ｓで動摩擦計１１の上昇を開始するものとする。また、計測端子１１１が初期位置から２．０ｍｍ上側に移動したとき、計測端子１１１と被計測物Ｍとが接触するとする。

図３の動作例では、時刻＝０ｓで動摩擦計１１の上昇を開始する。その後、動摩擦計１１は２．０ｍｍ上昇し、ｔ＝０．０５ｓで停止する。次いで、ｔ＝０．２５ｓにて動摩擦計１１の下降を開始する。動摩擦計１１は、ｔ＝０．３ｓで元の位置に戻る。

計測端子１１１が初期位置から２．０ｍｍ上の位置にあるとき、すなわち計測端子１１１が計測位置にあるときは、計測端子１１１と被計測物Ｍとが接触する。また、被計測物Ｍは右方向に移動する。したがって、この間に被計測物Ｍの動摩擦係数を計測することができる。

ただし、計測端子１１１が初期位置から２．０ｍｍ上の位置に移動した直後（時刻ｔ＝０．０５～０．１ｓ）においては、計測端子１１１と被計測物Ｍとが衝突するため、動摩擦計１１に衝撃が伝わる。このため、動摩擦係数を正確に計ることが難しい。したがって、計測端子１１１が初期位置から２．０ｍｍ上の位置に移動してから一定の時間を空けたのちに動摩擦係数の計測を開始することが好ましい。例えば、初期位置から２．０ｍｍ上の位置に移動して０．０５秒後からの時間を、動摩擦係数を計測する計測期間とすることができる。

図４は、動摩擦係数計測装置１による動摩擦力の計測例である。図４の縦軸は力の大きさを表しており、横軸は図３の時刻ｔと同じである。また、図５は、動摩擦係数計測装置１による動摩擦係数の計測例である。図４において、「Ｐ」と付した軌跡は動摩擦力Ｐの計測結果の時間変化、「Ｆ」と付した軌跡は垂直抗力Ｆの計測結果の時間変化を表している。図５は、図４で求めた垂直抗力Ｆと動摩擦力Ｐの比Ｆ／Ｐである動摩擦係数μの時間変化を表している。

図４に示すように、計測端子１１１が初期位置から２．０ｍｍ上の位置に移動してから一定の時間を空けたのちの領域（時刻ｔが０．１ｓ～０．２ｓの間）では、動摩擦力Ｐ及び垂直抗力Ｆのぶれが比較的安定している。また、動摩擦係数μのぶれも比較的安定している（図５参照）。したがって、このように、計測端子１１１が初期位置から２．０ｍｍ上の位置に移動してから一定の時間を空けたのちに動摩擦係数μの計測を開始すれば、少ない計測誤差で動摩擦係数μを計測することができる。

図６は、実際に上記の方法で動摩擦係数μを８０回計測した際の、動摩擦係数μの計測例である。図６の縦軸は動摩擦係数の大きさ、横軸は計測回数を表している。図６に示すように、計測端子１１１が初期位置から２．０ｍｍ上の位置に移動してから一定の時間を空けたのちに動摩擦係数μの計測を開始すれば、ほぼ安定して同じ値を計測することができる。

なお、図４において、時刻が０．２５ｓ以上の領域では動摩擦力Ｐ及び垂直抗力Ｆがほぼゼロとなっているが、これは計測端子１１１が被計測物Ｍから離間したことに由来する。

［動摩擦係数計測装置の使用法］
次に、図７を用いて、実際の製造ライン上における動摩擦係数計測装置１の使用法について説明する。図７は、動摩擦係数計測装置１を含めた製造ラインの模式図である。図７に示す製造ラインは、被計測物Ｍが積み重ねられた素材山から、被計測物Ｍをプレス機に搬送する様子を表している。

図４及び図５に示すように、本実施形態における製造ラインは、素材山からコンベアへと被計測物Ｍを搬送するロボット（以降、＃０ロボと表すことがある）と、中間ステージからプレス機（不図示）へと被計測物Ｍを搬送するロボット（以降、＃１ロボと表すことがある）とを備える。＃０ロボ、＃１ロボともに、被計測物Ｍを上面から把持して搬送する。

中間ステージとは、＃０ロボから＃１ロボに被計測物Ｍを受け渡す際に、一時的に被計測物Ｍが載置される場所である。中間ステージには、上下方向に貫通する貫通孔（不図示）が形成されている。本発明に係る動摩擦係数計測装置１は、中間ステージの下に配置される。動摩擦係数計測装置１は、貫通孔を通じて被計測物Ｍの下面に接触して、被計測物Ｍの動摩擦係数を下方から計測する。

ここで、素材山に積まれている被計測物Ｍをプレス機に搬送する場合の具体的な手順について説明する。まず、図８に示すように、素材山に積まれた被計測物Ｍを＃０ロボが把持し、被計測物Ｍをコンベア上に移動させる。被計測物Ｍは、＃０ロボによってコンベア上に載置されたのち、コンベアによって右側に移動され、洗浄機で洗浄されてから中間ステージ上に移動させられる。このとき、動摩擦係数計測装置１の動摩擦計１１は、退避位置に移動されており、被計測物Ｍと動摩擦計１１とは接触しない。

中間ステージ上に被計測物Ｍが移動してきたとき、動摩擦係数計測装置１の検出センサ１４が被計測物Ｍを検出する。そして、駆動部１３の駆動とともに動摩擦計１１が上方向に移動して被計測物Ｍの動摩擦係数を計測する。このように、動摩擦係数計測装置１が被計測物Ｍに対して下方から動摩擦係数を計測するため、場所を取らずに動摩擦係数を計測することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、検出センサ１４は、自装置の上に被計測物Ｍがないことを検出した場合は、駆動部１３が動摩擦計１１を下方向に移動させるようにしてもよい。このような構成においては、自装置の上を被計測物Ｍが通過したのちに、動摩擦計１１を退避させることができる。

１動摩擦係数計測装置
１１動摩擦計
１１１計測端子
１２ばね
１３駆動部
１４検出センサ
Ｍ被計測物
Ｆ垂直抗力
Ｐ動摩擦力
μ 動摩擦係数

Claims

被計測物の下面の動摩擦係数を計測する動摩擦係数計測装置であって、
上端に計測端子を有する動摩擦計と、
自装置の上に前記被計測物があるか否かを検出する検出センサと、
前記検出センサによって自装置の上に前記被計測物があると検出された場合に、前記動摩擦計を上方向に移動させる駆動部と、を備える、
動摩擦係数計測装置。