TWI759917B - 磨潤測試系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種磨潤測試系統及方法，其係直接建構在數值控制工具機(CNC)上，藉由數值控制工具機的運轉來模擬測試構件實際在數值控制工具機產生磨耗的狀態，並藉由壓電元件量測測試構件之間的摩擦力、藉由紅外線溫度計及熱成像裝置量測測試構件在磨耗過程中的溫度變化、以及藉由量測測試構件形成的電器迴路的電阻而計算研磨力比、動態摩擦係數與溫度場，取代現有的磨潤量測系統以切削力變化進行轉換來判斷鍍層磨耗過程之一般方法。藉此解決因材料間之塑性接觸、瞬間之熱變化與熱傳導變異所造成之量測信號延遲或阻絕信號傳遞等問題。

Description

磨潤測試系統及方法

本發明係有關於磨潤測試設備的技術領域，特別是有關於一種建構在數值控制工具機上並以施加於測試構件的負載、速度以及度層厚度為操作參數同時以隨機化完全區集設計的方法進行分析的磨潤測試系統及方法。

磨潤測試是用於測試材料在磨潤過程中的各種性質。現有的商用型磨耗試驗機是以應變規(strain gauge)量測試片銷和旋轉盤的摩擦力並使用熱電偶量測試片銷和旋轉盤在研磨期間的溫度變化。但是在目前的研發風潮不斷開發出新材料與高性能工具機的情況下，各種材料的特性及材料加工的速度及負載都產生很大的變化，因而現有的商用型磨耗試驗機之研磨速度已經無法測試更嚴峻之研磨條件，而且在測試期間也無法得知試片銷或是測試鍍層之磨耗情形。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種磨潤測試系統及方法，其係直接建構在數值控制工具機(CNC)上，藉由數值控制工具機的運轉來模擬測試構件實際在數值控制工具機產生磨耗的狀態，並藉由壓電元件量測測試構件之間的摩擦力、藉由紅外線溫度計及熱成像裝置量測測試 構件在磨耗過程中的溫度變化、以及藉由量測測試構件形成的電器迴路的電阻而計算研磨力比、動態摩擦係數與溫度場，取代現有的磨潤量測系統以切削力變化進行轉換來判斷鍍層磨耗過程之一般方法。藉此解決因材料間之塑性接觸、瞬間之熱變化與熱傳導變異所造成之量測信號延遲或阻絕信號傳遞等問題。

本發明的磨潤測試系統的一實施例用於量測一第一測試構件與一第二測試構件間的磨耗狀態，其包括一測試檯、一摩擦力量測裝置、一溫度量測裝置以及一電性量測裝置。測試檯包括一第一定位機構、一轉動機構以及一第二定位機構，該第一定位機構由該移動機構驅動而移動，該第一定位機構夾持定位該第一測試構件，該第二定位機構承載該第二測試構件，該第二測試構件抵接於該第一測試構件且與該第一測試構件間產生相對運動。摩擦力量測裝置係連接於該第二測試構件，該第一測試構件與該第二測試構件間的摩擦力經由該第二測試構件傳送至該摩擦力量測裝置。溫度量測裝置係量測該第一測試構件與該第二測試構件的抵接處的溫度。電性量測裝置具有複數個電極以及一電阻量測模組，該等電極與該第一測試構件電性連接，且每個該電極經由該第一測試構件與該第二測試構件構成一電氣迴路，該電阻量測模組量測每個該電氣迴路的電阻。

在另一實施例中，該摩擦力量測裝置包括複數個壓電元件，該等壓電元件量測多個方向的變形量。

在另一實施例中，該溫度量測裝置包括一紅外線溫度計，該紅外線溫度計對準該第一測試構件與該第二測試構件的抵接處。

在另一實施例中，該轉動機構使該第一定位機構相對於一轉軸旋轉。

在另一實施例中，該第一測試構件為一測試轉盤、一測試板、一環狀體或一圓柱體，該測試轉盤具導電性，該第二測試構件為一測試銷、一環狀體、一長方體、一球體或一圓柱體，該第二測試構件具有一金屬鍍層，該金屬鍍層保持接觸於該第一測試構件。

在另一實施例中，每個該電器迴路設有一電阻器以及與該電阻器並聯的電壓計。

在另一實施例中，該測試檯係設置於一數值控制工具機。

在另一實施例中，該溫度量測裝置更包括一紅外線熱像儀，該紅外線熱像儀偵測該第一測試構件與該第二測試構件的表面溫度。

本發明的磨潤測試方法的一實施例包括：提供前述之磨潤測試系統；提供一第一測試構件以及一第二測試構件；使該第二測試構件抵接於該第一測試構件並使該第一測試構件相對於該第二測試構件移動；量測該第一測試構件與該第二測試構件間的摩擦力；量測該第一測試構件與該第二測試構件的溫度；提供複數個電極，並使該等電極電性連接於該第一測試構件，每個該電極與該第一測試構件及該第二測試構件構成一電氣迴路；量測該等電氣迴路的電阻值。

在另一實施例中，該使該第二測試構件抵接於該第一測試構件並使該第一測試構件相對於該第二測試構件移動的步驟更包括：調整該第二測試構件抵接於該第一測試構件的壓力；以及調整該第一測試構件相對於該轉軸轉動的速度。

本發明的磨潤測試系統及方法是建構在數值控制工具機上的鍍層磨耗之量測系統。藉由即時量測切削動力、研磨溫度與電阻值，以計算研磨力比、動態摩擦係數及溫度場。其取代現有技術使用切削力變化進行轉換來判斷鍍層磨耗過程的方法，因而解決因材料間之塑性接觸、瞬 間之熱變化與熱傳導變異所造成之量測信號延遲或阻絕信號傳遞等問題。當以操作參數(負載、線速度、鍍層厚度)同步建立描述摩擦係數、溫度及電流之統計模型時，以隨機化完全區集設計(RCBD)之分析方法，在有限的實驗數中，辨識機構系統與操作參數間之誤差值與交互作用，以確保量測系統之精度與有效性。

10:測試檯

11:第一定位機構

12:移動機構

13:第二定位機構

20:摩擦力量測裝置

30:溫度量測裝置

31:紅外線溫度計

32:紅外線熱像儀

40:電性量測裝置

41:電極

42:電阻量測模組

100:磨潤測試系統

421:電阻器

422:電壓計

423:電阻計

P1:第一測試構件

P2:第二測試構件

圖1為本發明的磨潤測試系統的示意圖。

圖1A、1B、1C、1D、1E及1F為本發明的磨潤測試系統的第一測試構件與第二測試構件的實施例。

圖2為本發明的磨潤測試系統的電性量測裝置的示意圖。

圖3為本發明的磨潤測試方法的流程圖。

圖4A為本發明的磨潤測試系統所測得的測試構件間的動摩擦係數、溫度及電流值的線性回歸模型精度的曲線圖。

圖4B為為本發明的磨潤測試系統所測得的測試構件間的動摩擦係數、溫度及電流值的誤差值偏度的曲線圖。

圖5A為圖4A的動摩擦係數、溫度及電流值移除最大誤差的量測值的線性回歸模型精度的曲線圖。

圖5B為圖4B的動摩擦係數、溫度及電流值移除最大誤差的量測值的誤差值偏度的曲線圖。

圖6A及6B分別為負載與轉速對測試構件的研磨區的在研磨過程中切削力與動摩擦係數變化的曲線圖。

圖7A為測試構件的研磨區在研磨過程的熱影像。

圖7B為負載與轉速對測試構件的研磨區在研磨過程的溫度變化的曲線圖。

圖8為測試構件在研磨之後的表面粗糙度的示意圖。

圖9A至9B分別為第二測試構件具金屬玻璃鍍層的厚度為0.25微米及2微米的表面形貌及顯微組織圖。

圖9C至9D分別為第一測試構件具碳纖維複合材料的厚度為0.25微米及2微米的表面形貌及顯微組織圖。

請參閱第1圖及第2圖，其為本發明的磨潤測試系統100用於量測一第一測試構件P1與一第二測試構件P2間的磨耗狀態。第一測試構件P1為一測試轉盤，測試轉盤具導電性，在本實施例中，測試轉盤為碳纖維強化聚酯盤。第二測試構件P2為一測試銷，測試銷具有一金屬鍍層，金屬鍍層保持接觸於測試轉盤。在本實施例中，第二測試構件P2的測試銷的金屬鍍層為金屬玻璃鍍層，其成分為Zr₆₀Cu₂₅Al₁₀Ni₅，厚度為0.25至2微米，鍍層硬度大於500Hv，鍍層彈性係數為4.95Gpa。

如圖1所示，磨潤測試系統100包括一測試檯10、一摩擦力量測裝置20、一溫度量測裝置30以及一電性量測裝置。測試檯10設置在電腦數值控制工具機，其包括一第一定位機構11、一移動機構12以及一第二定位機構13，第一定位機構11由移動機構12驅動而移動，在本實施例中，移動機構12驅動第一定位機構11轉動，第一定位機構11夾持定位第一測試構件P1，第二定位機構13承載第二測試構件P2，第二測試構件P2抵接於第一測試構件P1且與第一測試構件P1間產生相對運動。第一測試構件P1用於模擬放置在工具機中被加工的工件，第二測試構件P2用於模擬工具機的刀 具。在本實施例中，第一定位機構11可以是一預負載夾具，其具有一彈性件111。當此夾具使彈性件111產生變形位移時，彈性件111給予第一測試構件P1向下的壓力，以做為測試之負載來源。當在磨耗過程中，經由控制彈性件111的變形量，負載隨之變化，達到動態控制的作用，經由程序控制銷之位移與旋轉速度，可以給予4個自由度(X、Y、Z軸與扭力)的力與速度組合，做複合曲線軌跡之加/減速度運動。藉此可以調整本發明的磨潤測試系統100的兩個主要的操作參數：磨耗的負載及速度。

在本實施例中，如圖1A所示，第一測試構件P1為測試轉盤，第二測試構件P2為測試銷，第一測試構件P1安裝在測試檯上旋轉，負載施加在第二測試構件P2，使第二測試構件P2抵接於第一測試構件P1進行磨耗測試。

但是本發明的第一測試構件與第二測試構件不限於此。在另一實施例中，如圖1B所示，第一測試構件P1為測試板，其安裝在測試檯上作往復移動，第二測試構件P2為測試銷，負載施加在第二測試構件P2，使第二測試構件P2抵接於第一測試構件P1進行磨耗測試。

在另一實施例中，如圖1C所示，第一測試構件P1與第二測試構件P2均為圓形的環狀體，彼此上下堆疊，負載施加在上方的第二測試構件P2，下方的第一測試構件P1設置在安裝在測試檯上旋轉，第一測試構件P1與第二測試構件P2的軸向端面相互抵接而進行磨耗測試。

在另一實施例中，如圖1D所示，第一測試構件P1為圓柱體，第二測試構件P2為長方體，第一測試構件P1為圓柱體安裝在測試檯上旋轉，第二測試構件P2抵接在第一測試構件P1的圓周面，負載施加在第二測試構件P2上進行磨耗測試。

在另一實施例中，如圖1E所示，第一測試構件P1為測試轉盤(圓盤)，第二測試構件P2為球體。第一測試構件P1安裝在測試檯上旋轉，負載施加在第二測試構件P2上，使第二測試構件P2抵接在第一測試構件P1上進行磨耗測試。

在另一實施例中，第一測試構件P1與第二測試構件P2均為圓柱體，第一測試構件P1與第二測試構件P2均安裝在測試檯上，且以相反方向的負載施加在第一測試構件P1與第二測試構件P2上，使第一測試構件P1與第二測試構件P2的圓周面相互抵接而進行磨耗測試。

摩擦力量測裝置20係連接於第二測試構件P2，第一測試構件P1與第二測試構件P2間的摩擦力經由第二測試構件P2傳送至摩擦力量測裝置20。在本實施例中，摩擦力量測裝置20為壓電動力計(Kistler 9272，瑞士製)，其包括複數個壓電元件，該等壓電元件安裝在不同的方向，而可量測多個方向的變形量，並利用分析軟體(Dynoware)計算得到第一測試構件P1與第二測試構件P2間的動摩擦力的數據。由於經由測試檯10調控磨耗的負載，因此經由負載與摩擦力的數據可以計算出第一測試構件P1與第二測試構件P2間的摩擦係數。

溫度量測裝置30係量測第一測試構件P1與第二測試構件P2的磨耗區的溫度。在本實施例中，溫度量測裝置30包括紅外線溫度計31，在本實施例中，紅外線溫度計31為紅外線定向溫度計(PU301,Calex Electronics英國製)，其對準第一測試構件P1與第二測試構件P2的抵接處，量測第一測試構件P1與第二測試構件P2的磨耗區域的溫度變化。另外，溫度量測裝置30更包括一紅外線熱像儀32，紅外線熱像儀32可拍攝第一測試構件P1與第二測試構件P2的熱影像，並藉此偵測第一測試構件P1與第二測試構件P2的表面溫度，用以計算熱分配及觀察溫度場之變化。

如圖2所示，電性量測裝置40具有複數個電極41以及一電阻量測模組42。在本實施例中設置三個電極41，該等電極41分別與第一測試構件P1電性連接，且每個電極41經由第一測試構件P1與第二測試構件P2構成一電氣迴路，在每個電器迴路中，每個電極41串聯一電阻器421，每個電阻器421並聯一電壓計422。電阻量測模組42還包括一電阻計423，每個電氣迴路連接於電阻計423，電阻計423量測每個電氣迴路的電阻，電壓計422量測電阻器421的電壓值而經過計算得到每個電氣迴路的電流值。當第一側試構件P1與第二測試構件P2進行磨耗時，藉由量測每個電氣迴路的電阻值及電流值(電氣訊號)可以測得第一側試構件P1與第二測試構件P2的磨耗狀態。當磨耗進行中，紀錄了在時間序列下電流之變化。當此時間序列之電氣訊號可以經由傅立葉頻譜或小波轉換，得到其所對應之頻譜或特徵函數之特徵向量，便可以對應其所產生的接觸與表面型態及所觀察之磨耗型式。

請參閱圖3，其表示本發明的磨潤測試方法的一實施例。請一併參閱圖1及圖2。

首先在步驟S1中，提供一第一測試構件P1以及一第二測試構件P2。如前所述，第一測試構件P1為一測試轉盤，第二測試構件P2為一測試銷。接著進入步驟S2。

在步驟S2中，使第二測試構件P2抵接於第一測試構件P1並使第一測試構件P1相對於一轉軸轉動。藉此使第一測試構件P1與第二測試構件P2之間產生磨耗。如前所述，第一定位機構11給予第一測試構件P1變形位移時，產生向下的壓力，以做為測試之負載來源。轉動機構12可以調控第一測試構件P1的轉速。因此在步驟S2中還包括調整該第一測試構件P1 抵接於該第二測試構件P2的壓力負載以及調整第一測試構件P1相對於該轉軸轉動的速度。接著進入步驟S3。

在步驟S3中，量測第一測試構件P1與第二測試構件P2間的摩擦力。藉由摩擦力量測裝置20的壓電動力計量測第一測試構件P1與第二測試構件P2間的摩擦力。接著進入步驟S4。

在步驟S4中，量測第一測試構件P1與第二測試構件P2的溫度。藉由溫度量測裝置30的紅外線溫度計31及紅外線熱像儀32量測第一測試構件P1與第二測試構件P2的磨耗溫度及表面溫度。接著進入步驟S5。

在步驟S5中，提供複數個電極41，並使該等電極電性連接於第一測試構件P1，每個電極41與第一測試構件P1及第二測試構件P2構成一電氣迴路。接著進入步驟S6。

在步驟S6中，量測該等電氣迴路的電阻值。藉由電阻計423可以量測各電氣迴路的電阻值。

本發明的磨潤測試方法在第一測試構件P1與第二測試構件P2之間，量測出加速度或多變的溫度梯度，以模擬真實構件之磨耗狀態。另外可同步量測磨耗試驗中第一測試構件P1與第二測試構件P2間的作用力、熱分布情形與電氣訊號，用以分析磨潤中之物理特性。

實驗例

本實驗例包括兩階段。第一階段(Phase A)以檢驗接觸之滑動對在量測熱分配、研磨力比及動態摩擦係數中，所建立之統計模型進行量測誤差之預測，用以修正系統誤差。第二階段(Phase B)用於實務上之磨耗測試，觀測第二測試構件P2(鋯基金屬玻璃鍍層銷)與第一測試構件P1(碳纖維強化聚酯盤)之摩擦行為，收集研磨力、量測溫度、銷之熱分布與電氣 訊號等觀測指標，並以摩擦係數(COF)、溫度與電流值來當作實驗值進行分析。

本實驗例進行九次測試，系統精度之有效驗證(Phase A)與磨潤實驗測試(Phase B)。有效驗證以第二測試構件P2的金屬玻璃鍍層厚度為1μm之銷與第一測試構件P1的碳纖維強化聚酯盤在磨耗過程中，觀察摩擦係數、溫度與電流值，並計算其誤差值與辨識誤差來源。當系統進入穩態時，進入磨潤實驗測試，磨耗試驗則以每10秒為區間進行至破壞產生，探討第二測試構件P2的金屬玻璃鍍層與第一測試構件P1的碳纖維強化聚酯盤之表面形貌變化。

本發明的磨潤測試系統及方法，當以操作參數(負載，線速度，鍍層厚度)同步建立描述摩擦係數、溫度及電流之統計模型時，以隨機化完全區集設計(RCBD)之分析方法可辨識機構系統與操作參數間之誤差值與交互作用，確保量測系統之精度與有效性。以下簡單說明隨機化完全區集設計(RCBD)之分析方法。

當以操作參數為負載，線速度，鍍層厚度...等，同步建立描述摩擦係數、溫度及電流之統計模型時，以隨機化完全區集設計(randomized complete block design,RCBD)之分析方法可辨識機構系統與 操作參數間之誤差值與交互作用，當除去不同區集間的變異，即可確保量測系統之精度與有效性。以統計方式對所建立之線性模型進行推演與估算。量測到實驗值後(y_ij)，可藉由式I估算出系統之平均值

與系統之變量

，操作參數之變量

及之間之交互作用，亦即誤差值

。

將此線性模型改寫成常態方程式，並分為全實驗值總和式II、各個區集內實驗值總和式III與各個處理內實驗值總和式IV，

式II與式III兩常態方程式為線性相依式，因此需要使用兩限制式來解，常用之限制式為：

將方程式簡化並可得到式VII、式VIII和式IX，並可以發現yij之理論值，如式X所示。

式X即可將實驗結果分析出操作參數所造成的誤差及系統所造成之誤差，再以偏度(Sk)來檢查誤差值是否為隨機分布在均線上，以 確認設置之穩定性，若偏度越近似於零代表整體誤差值分布對稱於均線，不隨特定參數而產生特定誤差結果。

藉由三階負載與線速度下之實驗結果，使用統計模型來計算殘差值(residual：εobject,ij)。當這些實驗之計算值，在常態分配以線性模型進行擬合之後，可以得到每個測試所量測之殘差值，並經由偏度(skewness)的絕對值來判斷取樣之群體是否為常態分配。

請參閱圖4A及圖4B，其表示量測精度與誤差的分析圖式。其顯示當量測的動摩擦係數(coefficient of friction,COF)、量測溫度(measured temperature)與電流值(electrical current)在殘差(residual：εobject,ij)分配下，動摩擦係數、量測溫度及電流值之模型精度分別為86.95%，41.66%與78.37%。動摩擦係數之不確定性影響較小，線性模型之擬合值高達86.95%，偏度值(-0.21)亦呈現較小，顯示其量測值在操作區間為可信賴之實驗結果。另一方面，量測溫度與導通之電流值有較高之偏度，分別為0.45與-0.51，且其擬合之精度分別為41.66%與78.37%。推斷其可能原因為磨耗測試過程中，因第二側試構件P2(銷)與第一測試構件P1(碳纖維圓盤)之磨耗，隨著第二側試構件P2(銷)與第一測試構件P1(碳纖 維圓盤)之接觸面積變異，產生誤差，因而影響了熱傳導(heat transfer)與熱分配(heat partition)之變異。

請參閱圖5A及圖5B，其表示移除最大誤差的量測值後的量測精度與誤差。為了判別在量測中是否有未知因素影響測試造成異常結果，可將產生最大誤差值之測試移除，再建立新的線性模型與更新系統精度。本實驗例對於動摩擦係數、量測溫度與電流值產生最大實驗誤差值之測試分別為第3次測試的動摩擦係數(14×10^-3)、第6次測試的量測溫度(12.99℃)與第2次測試的導通電流值(0.13mA)。圖5A顯示移除最大誤差值之測試後，動摩擦係數模型之精度從86.95%提升至94.58%，而量測溫度與電流值之模型精度也從41.66%與78.37%提升至92.78%與98.41%。圖5B呈現動摩擦係數所分佈之偏度值保持0.21，而量測溫度與電流值所分佈之偏度值下降為-0.10與-0.49。在重新建立線性模型後，動摩擦係數、量測溫度與電流值之模型精度與偏度皆有所改善(123%)，並判定以上對動摩擦係數、量測溫度與電流值產生誤差且干擾其實驗結果。

請參閱圖6，其表示負載與線速度對摩擦係數的效應。圖6為使用金屬玻璃鍍層(1μm)刀具與碳纖維複合材料於犁切加工中，在區間I(10sec)終了時之摩擦係數量測結果，其範圍分佈於0.07-0.14之間。第1次測是與第7次測試係使用操作參數為中等線速度(75m/min)時，鍍層接觸面產生較多的熱，容易形成磨潤層(tribo-oxide layer)，達到潤滑效果。反之，第4次測試以低負載(10N)配合較高速度(100m/min)或第6次測試以高負載(30N)配合較高速度(100m/min)，皆無法降低接觸之側向力，因此得到較高的摩擦係數(~0.14)。

請參閱圖7A及圖7B，其表示鍍層厚度對研磨溫度之影響。圖7A顯示使用金屬玻璃鍍層(0.25~2μm)犁切加工碳纖維複合材料，在區 間I(10sec)測試終了時，所有測試之量測溫度仍屬於低溫狀態下之加工環境，其範圍分佈於37~64℃之間。在低負載之條件下，第3次測試(~64℃)在高轉速配合厚度為0.25μm的鍍層比第8次測試(~37℃)在低轉速配合厚度為2μm的鍍層增加了27℃的溫度，顯示鍍層厚度可以減少摩擦熱。這與區間III(10sec)測試結束做比較，其最高溫度(~77℃)比區間I高了約10℃，顯示鍍層之磨耗，增加了摩擦熱。在區間III相同的操作參數下(10N,100m/min)，厚度為2μm的鍍層比厚度為0.25μm的鍍層具有較低的研磨溫度，各為47.03℃與64℃。顯示厚度為2μm鍍層其自潤性可以抑制摩擦熱之產生，使溫度降低，顯示其鍍層因子具影響力(PCR：12.31%)。

請參閱圖8，其表示加工表面形貌與破壞形式分析。圖8記錄金屬玻璃鍍層刀具於磨耗後，犁切加工在碳纖維複合材料工作物表面之粗糙度值。量測結果顯示，在嚴峻操作參數下(負載：30N與線速度：100m/min)，對比於鍍層厚度為0.25μm所具有的表面粗糙度(1.40μm)，鍍層厚度為2μm的鍍層具有較低之表面粗糙度(0.1μm)，其原因為較厚的鍍層展現其較佳之彈性係數及抗剪強度，相對於較薄的鍍層更加地抗磨耗，造成粗糙峰值起伏較小。此現象亦可從厚度與表面粗糙度值關係中發現，在厚的鍍層(2μm)中，除了控制參數為負載：30N與線速度：50m/min擁有較高之表面粗糙度(1.440μm)之外，其餘皆表現出較低的表面粗糙度值(0.062~0.167μm)。而當以低負載(10N)與高線速度(100m/min)之操作參數下，碳纖維複合材料可以得到較低的表面粗糙度(0.37μm)。當鍍層磨耗後，高線速度(PCR：41.87%)與高負載產生較高之表面粗糙度(0.68~0.8μm)，此乃回復到纖維基複材表面缺陷之物理常態。

請參閱圖9A至圖9D，其呈現使用金屬玻璃鍍層刀具犁切加工於碳纖維複合材料工作物之三維表面形貌及纖維破壞形式。如圖9A所 示，第5次測試呈現鍍層厚度為0.25μm、輕負載(10N)以及低線速度(50m/min)之鍍層刀具表面，高分子聚酯明顯地附著於表面，得到較高之表面粗糙度(~290.7nm)。與圖9B所示的第8次測試相比，刀具鍍層厚度為0.25μm時，使用2μm之鍍層刀具進行犁切加工時，表面呈現刮痕磨耗且僅有些微附著，顯示在相同操作參數下，2μm之鍍層可以有效抑制高分子聚酯附著於刀具表面，並得到較低之表面粗糙度(~62.5nm)。比起圖9C所示的第7次測試，其刀具鍍層厚度為2μm時，使用0.25μm之鍍層刀具進行犁切加工時，會造成平行方向之纖維明顯斷裂，而橫過纖維方向之犁切加工則造成纖維之斷裂與基底材之隆凸變形；而如圖9D所示的第1次測試，其使用2μm之鍍層刀進行犁切加工，碳纖維複合材料工作物之基材則呈現完好，僅有些微高分子之基材附著於工作物表面。

本發明的磨潤測試系統及方法是建構在數值控制工具機上的鍍層磨耗之量測系統。藉由即時量測切削動力、研磨溫度與電阻值，以計算研磨力比、動態摩擦係數及溫度場。其取代現有技術使用切削力變化進行轉換來判斷鍍層磨耗過程的方法，因而解決因材料間之塑性接觸、瞬間之熱變化與熱傳導變異所造成之量測信號延遲或阻絕信號傳遞等問題。當以操作參數(負載、線速度、鍍層厚度)同步建立描述摩擦係數、溫度及電流之統計模型時，以隨機化完全區集設計(RCBD)之分析方法，在有限的實驗數中，辨識機構系統與操作參數間之誤差值與交互作用，以確保量測系統之精度與有效性。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優 點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的”第一”、”第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

10:測試檯

20:摩擦力量測裝置

30:溫度量測裝置

31:紅外線溫度計

32:紅外線熱像儀

41:電極

100:磨潤測試系統

Claims (10)

1. 一種磨潤測試系統，用於量測一第一測試構件與一第二測試構件間的磨耗狀態，該磨潤測試系統包括： 一測試檯，包括一第一定位機構、一移動機構以及一第二定位機構，該第一定位機構由該移動機構驅動而移動，該第一定位機構夾持定位該第一測試構件，該第二定位機構承載該第二測試構件，該第二測試構件抵接於該第一測試構件且與該第一測試構件間產生相對運動； 一摩擦力量測裝置，連接於該第二測試構件，該第一測試構件與該第二測試構件間的摩擦力經由該第二測試構件傳送至該摩擦力量測裝置； 一溫度量測裝置，量測該第一測試構件與該第二測試構件的抵接處的溫度；以及 一電性量測裝置，具有複數個電極以及一電阻量測模組，該等電極與該第一測試構件電性連接，且每個該電極經由該第一測試構件與該第二測試構件構成一電氣迴路，該電阻量測模組量測每個該電氣迴路的電阻。
2. 如請求項1所述之磨潤測試系統，其中該摩擦力量測裝置包括複數個壓電元件，該等壓電元件量測多個方向的變形量。
3. 如請求項1所述之磨潤測試系統，其中該溫度量測裝置包括一紅外線溫度計，該紅外線溫度計對準該第一測試構件與該第二測試構件的抵接處。
4. 如請求項1所述之磨潤測試系統，其中該移動機構使該第一定位機構相對於一轉軸旋轉或使該第一定位機構做線性移動。
5. 如請求項1所述之磨潤測試系統，其中每個該電器迴路設有一電阻器以及與該電阻器並聯的電壓計。
6. 如請求項1所述之磨潤測試系統，其中該第一測試構件為一測試轉盤、一測試板、一環狀體或一圓柱體，該測試轉盤具導電性，該第二測試構件為一測試銷、一環狀體、一長方體、一球體或一圓柱體，該第二測試構件具有一金屬鍍層，該金屬鍍層保持接觸於該第一測試構件。
7. 如請求項1所述之磨潤測試系統，其中該測試檯係設置於一數值控制工具機，該第一定位機構為該數值控制工具機的工件夾持機構，該第二定位機構為該數值控制工具機的工具夾持機構。
8. 如請求項1所述之磨潤測試系統，其中該溫度量測裝置更包括一紅外線熱像儀，該紅外線熱像儀偵測該第一測試構件與該第二測試構件的表面溫度。
9. 一種磨潤測試方法，其包括： 依照使一第一測試構件抵接於一第二測試構件的方式，將該第一測試構件及該第二測試構件安裝於如請求項1至8中任一項所述之磨潤測試系統； 使該第一測試構件相對於該第二測試構件移動； 量測該第一測試構件與該第二測試構件的溫度、兩者間的摩擦力； 使該磨潤測試系統的電極電性連接於該第一測試構件，每個該電極與該第一測試構件及該第二測試構件構成一電氣迴路，量測該等電氣迴路的電阻值。
10. 如請求項9所述之磨潤測試方法，其中在使該第一測試構件相對於該第二測試構件移動之前進一步包括： 調整該第一測試構件抵接於該第二測試構件的壓力負載；以及 調整該第一測試構件相對於該第二測試構件移動的速度。

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