計測自動別枠染お勤t虔部代165肺集畠1∈樹；．12．13）
資料番号165竜摺動コンタクト表面の連続損傷解析への投影画像処理法（SIPT）の応用に関する基礎的実験
BasicStudyontheAppl主ca七ionofShadowI皿ageProcessingTec址甲1e（SUT）toDa皿ageAnalysisofElectricalSlidingContactSurhce
赤暗 勇＊ 高木 相＝

金沢宮孝＊ 伊興田正徳＊ 谷口正成＊丸凪yatakaEANAZAWA＊，MasanorirYODA＊，Ma5an血TANIGUCHI＊，
Isa皿uAKASAIⅡ＊，TasuhTAEAGI拍＊名城大学，＊＊日本大学＊M碗oU血ve血中，＊＊N血onU血ve軸

キーワード：超勤コンタクト画地由亜血唱亡皿由Cゆ，勘n也亡t柁由血1Cれ郷地血w血agepI∝輩血g血叫れ壬脚折（血magean卸由）
連絡先：〒亜呂愛知県名古屋市天白区墳墓ロ⊥丁目軸1巷地名堀米学大学院理：【軍研究科金沢宙毛

Tel：（05q）832−1151内観5086）Fax：P5笥832・1244 E・EnaihB96200B昏me重かu．弧jp
1．古まじめにコンタクトの接触膚席性を向上を検討するにはコンタクト表面の損傷を連続周知のごとく、電気接点（コンタクト）はみかけの形状の単純さに鱒ぺて、発は重要な課題の一つとなっている。

その接触機能は大変重要で複経である。
その上、本研究では、コンタクト表面の損傷を連続的、かつ、定量的に解析するた的に解析するための計測システ皐の開ンタクトは、全ての竜泉・電子機器に用いられており、今後も不可欠なデバイスと言っても過言ではない。【1】一方、

め新たにディジタル画像計測システムとそのソフトウェアを独自に開発した。

伴って電気的接続鴇能を要求されるた

また、摺動コンタクトを連続動作した場合の⇒ンタクト表面を連続計測し、コンタクト表面を投影画像処理法

め、様々な解決すべき問題を有してい（SbadowImage Proce朗ing Techni・る。【ヨ】とくに、槽劫コンタクトは連続動作に伴って電気的、物理的、ならびに、化学的な影響を受けてコンタクト表面を親優し、その損傷は宿動コンタque：S工PT）による3−D図形表示

クトの接触信頼性と密接な関係があるIPTをコンタクト表面の損傷解析に応用した結果の一部を報告する。

摺動コンタクトは機械的な接触機構にを試みた。
今般、諸学兄のご意見を賜りたくディジタル画像計測システムの概要とSといわれている。［a］したがって、揺動−1−

2．2投影画像処理法（SIPT）

2．ディジタル画像計測システム

本計測システムで用いた投影処理法

2．1構成（SIPT）、ならびに、3−D図形表示の手法の概要を以下に示す。

被測定槽動コンタクト表面を連続的に計測するため、新たにディジタル画（1）1フレーム身の画像入力（240＊

像計測システムとモのソフトウェアを240ピクセル32T68色、16ビット独自に開発した。モの本計測システムの構成を国1に示す。
本計測システムでは、画像を入力す／ピクセル）を入力。
lZ≡コ7乙1るための光学系とディジタル画像処理回路（DISP）、パーソナルコンピュータなどで構成されている。これにより、CCDカメラから入力された画像情報の鮮明化、ノイズ除去、コント壷圧データ（2）入力画素の各データの14ビット
百から10ビヅト目のデータ5ヒヅ

ラスト強粛、エッジ検出、2値化、細線化などのディジタル処理を直接DIト分を抽出（グリーンの輝度値の抽SPでディジタル演算を行うことが可出）。

能である。また、ディジタル演算された処理結果をフロッピーディスク、ハ「【壷票抑データ其「弓ピットードディスク、イメージプリンタに記

且

1雷「4．

録、または、出力する。とくに、本計測システムでは、槽動コンタクト表面の同じ場所を入力するため、カウンタに周期して同期信号を発生し、これに↓19・J（3）1フレーム身の輝度のヒストグラ

ムと嘩意のY軸の線走査を表示。
（4）32段階の輝度値による2次元図形をモノクロ32段階の明るさで表示。

応じてコンタクト表面の画像を自動的に取り込むことが可能である。

（5）32段階の輝度値による3次元図形表示（明るさを高さにして表示）。
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この手法を用いて、パーソナルコン

囲1ディジタル画像計測システム

ピュータでディジタル変換された入力
画像の中央の位置町輝度分布と画像全−2−の径が0．5mmのU字型のニッケル韻を体のヒストグラムを算出する。
きらに、入力画像を投影処理後、モれを3−D図形表示し、その結果をCRTディスプレイで確認後、二7リンタ使用した。

図3に示すように、被測定摺動コン
タクトの表面に静止コンタクトを接触させ、槽動コンタクトをシンクロナス一に印刷出力する。の画像を被測定物体として実験を行いモータの回転軸よりベルトで回転駆動きせる構造とした。シンクロナスモー

その結果の一例を図2に示す。図2のタへの駆動は正弦波発振器の信号を駆左上に蛍光灯の明かりの下で人の右手動回路で電力増幅し、これをモータのの握り拳の画像を示す。また、それを投影画像処理後、3−D図形表示したものを右上に示した。さらに、被測定画像の1ラインの部分の輝度分布と画コイルに印加している。これによって、本手法の有効性を確認するため人手発振器の周波数を制御しシンクロナスモータの回転速度を変化させることで、摺動速度を任意に設定できる。
なお、シンクロナスモ「タの回転速度はトリヅビングなどの影響を受けな像全体の輝度のヒストグラムを下に示す。図2に示すように1輝度分布より明るい部分を高く、嘩い部分を低く表いように低速回転とした。また、コン示することによって被測定物体表面のタクトへの接触荷重は低荷重とした。

凹凸の様子を観測することができた。

一方、実験を始めるに際レて、摺動コンタクトの表面を1500番のエメリー
舐で研磨後、コンパウンドで＋分研磨し、きらにその表面をアルコール洗浄して実験を行った。また、本装置では、被測定コンタクト以外の電気回路内の接触抵抗の変化の影響を受けないように水銀層を通して開国路を構成した。

囲2 S工PTによる処理結果の一例

3．観測定摺動コンタクトと実験装置
今回の実験で使用した実験装置の構成を固3に示す。今回の実験では、被測定摺動コンタクトとして、直径50mm、図3 槽動コンタクトの実験装置

厚き10mm、材質が軟鋼である金属円板を使用し、静止コンタクトには先端−3．

3．被測定摺動コンタクトの基本的実験

本実験を始めるに際して、被測定摺動コンタクトの電気的基本特性として接触抵抗と接触荷重、ならびに、槽勤速度との関係について調査した。
揺動コンタクトを静止して、静止コンタクトへの接触荷重を変化した場合の接触抵抗の測定結果の一例を囲4に
図4 接触荷重と接触抵抗示す。

図4に示すように、コンタクトへの接触荷重を大きくするほど、接触抵抗は減少していく傾向が観測される。とくに、およそ0．1N以上の荷重を与えるとほぼ一定の値を示した。

また、槽動コンタクトの摺動速度を変化させた場合のコンタクト間の接触抵抗変動分、すなわち、ノイズ電圧を測定した結果の†例を囲畠に示す。
囲5はコシタクトへの接触荷重を囲5 摺動速度とノイズ電圧0．049N、あるいは、0．0．98Nとし、摺由4．接角虫抵抗の経時変化速度を0．5m皿／日から2．5m皿／sまで変化させた場合を示している。なお、コンタクト？の通電電流はおよそDC静止コンタクトに0．98Nの荷重を与えて被測定摺勤コンタクト表面に接触させ、摺動コンタクトをおよそ2mm／s

lOOmAとした。

図5に示すように、摺動速度の増加で連続回転動作した場合の接触抵抗のに伴ってノイズ電圧の増加する傾向が経時変化を測定した結果の一例を図6観測された。なお、接触荷重を増加さに示す。なお、接触抵抗の測定には、せることによりノイズ電圧が減少してミウオニムハイチスタを使用し、播動いく傾向を示し、とくに、接触荷重をおよそ0．1N以上とするとノイズの発生は少なくなる傾向が観測された。
．以上の測定結果から本実験では接触荷重を0．98N、摺動速度を2mm／sとしコンタクト表面8カ所を測定し、その結果を算術平均した。
囲6に示すように、被測定コンタク
トの接触抵抗は揺動回転数糾0回転当たりまでは多少の変化はあるが、比較的安定した値を示した。そして、そのた。

後、増大する傾向を示した。

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囲6 接触抵抗経時変化
7．摺動コンタクト裏面の100回転揺動後では、甲8に示すようI；、細い揺動痕跡と思われる痕跡が現れた云 しかし、輝度分布からコンタクト表

連続画像計測面の損傷はそれほど進行している様子は

被測定コンタクトの接触抵抗の測定と同時に摺動コンタクト表面を連続的にデ観測きれなかった。

ィジタル画像計測システムで観察．、記録

また、800回転摺動簸では、図9に示すように、多少槽動痕跡の幅が広くなっした。とくに、・摺動コンタクト表面の損傷解析へのSIPTの応用を試みた○
摺動コンタクトを10回転、川0回転、800回転，2000回転，5000回転，削00

てい■るがモの損傷大きな変化は現れなかったニ

回転後の摺動コンタクト表面の画像処理

ー方、2000回転揺動後では、囲10に示すように、揺動痕跡の幅が広くなると同療果の一例を図7から園12に示す○

時に損傷が大きくなる様子が観測きれたd囲7に示すように、初期の頃では摺動痕跡を明確に観測されない。また、輝度

この面積の増加が図8で示した接触抵抗の繹時変化の測定結果で1000回転から分布とヒストグラムからも明るい部分に3000回転招致中の接触抵抗を若干増大集中した。

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図9 800回転後のコンタクト表面の画陰処理結果

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図12 8000回転後のコンタクト表面の画陵貼哩結果＿8．させる要因となったと思われる。
さらに、5000回転摺動後では、図11に示すように、槽動痕跡の幅が広くなるのと同時に損傷も進行している。その結果、囲6における5000回転付近の文献（1）谷口正成、高木相： 槽動接点のノイズとトライボロジー ，トライボロジスト、
昌4（10），pp．719・724（1989−10）

接触抵抗の増加の要因となったと考えら（2）高木相： マイクロエレクトロニクスれる。

￣囲12に示すように、最後に、8000時代と接触部品とその課題

電子情報通信学会、69（7），pp．709・711．（1986・了）

回転摺勤後では摺動痕跡の幅が急激に拡大し、1ライン分の輝度分布のスペクトルでは低いレベルの増加が観測された。
また、1フレーム身の輝度分布も全体的（3）M．Taniguti，T．Inoueand王〔．Mano：TheFreqlユeenCySpectrumofEle−に低いレベルに広がる傾向を示した。こctricalSlidingContactNoi2：eand

れに伴って、囲6で示したように8000

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回転付近において接触抵抗の値がいった

8（3），pp．366・371，（Sep．1985）

ん急激に減少している。この接触抵抗の急激な増大は、槽動痕跡の幅の増加によるものと考えられる。

8．おわりに以上、今回、被測定摺動コンタクトを連続的に回転摺動させたときの接触抵抗の擢時変化を測定した。また、摺勤コン
タクト表面のディジタル画像計測とS工PTにより3−D図形表示を行いコンタ

クト表面の損傷解析への応用を試みた。
その結果、投影画像処理法（SIPT）のコンタクト表面損傷解析への応用の有効性を得た。

今後、さらに、ディジタル画像計測システムの全自動化、ならびに、その損傷部分の特徴抽出に有効なアルゴリズムとその計測手法について調査、研究を進める計画である。

＿9．

．ONCHMT，