疲劳限度评价方法以及疲劳限度评价装置的制造方法

疲劳限度评价方法以及疲劳限度评价装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及疲劳限度评价方法以及疲劳限度评价装置。疲劳限度评价装置具备：峰值坐标值提取部，提取评价对象部件的表面分布的测量值中包含的波峰及波谷的峰值坐标值；评价用分布数据生成部，针对所述提取出的峰值坐标值，在相互邻接的波峰及波谷的高低差比预定的阈值小的情况下实施去除其一方或两方的峰值坐标值的滤波处理，生成相互邻接的波峰及波谷的高低差成为预定的阈值以上的评价用分布的数据；表面粗糙度指标值计算部，使用从所述评价用分布得到的各波谷的深度和邻接的波峰与波峰或波谷与波谷的距离计算表面粗糙度指标值；以及疲劳限度推测值计算部，使用所述计算出的表面粗糙度指标值的最大值计算评价对象部件的疲劳限度推测值。
【专利说明】
疲劳限度评价方法以及疲劳限度评价装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及构成设备的部件的疲劳限度评价方法以及疲劳限度评价装置。
【背景技术】
[0002] 设备的破损原因的大部分是构成设备的部件的金属疲劳所致的破坏。金属疲劳是 指如下现象：由于反复施加荷重，在设备的部件表面产生的微小的裂缝(龟裂）向部件内部 进展，最终贯通该部件而导致破损。在这样的金属疲劳中，已知部件不破坏的界限的应力即 疲劳限度受到该部件的表面状态的影响。
[0003] 但是，作为实际的设备的部件的表面状态，不仅需要考虑设计/制作时的部件的表 面状态，而且还需要考虑在提供使用期间中所附加的设想外的损伤、腐蚀的影响等。即，设 备的部件的表面状态在设备的提供使用期间中时时刻刻变化。因此，为了判断部件的表面 状态发生了经年变化时设备可否继续运转，定量地测量部件的表面状态，并根据其测量结 果评价疲劳限度的技术的确立变得重要。
[0004] 在非专利文献1中，公开了定量地评价具有车床加工痕那样的周期性的微小的切 口分布(周期性的表面粗糙度）的部件的疲劳限度的方法。即，在非专利文献1中，示出了如 下方法:将在部件表面中形成的周期性的微小的切口视为部件表面的裂缝，根据该周期性 的裂缝的应力扩大系数求出作为疲劳限度的支配因子的^area，计算该部件的疲劳限 度。
[0005] 【非专利文献1】村上敬宜，高桥宏治，山下晃生，"疲労強度K及任卞表面粗$ (7)影 響仍定量的評価(粗$仍深$ i 影響"表面粗糙度给疲劳强度带来的影响的定 量评价(粗糙度的深度和间距的影响)"），日本机械学会论文集A编，1997年8月，第63卷612 号，p.1612-1619

【发明内容】

[0006] 但是，非专利文献1公开的疲劳限度的评价方法即使对具有周期性的表面粗糙度 分布的部件的疲劳限度的评价有效，也未必对具有非周期性的表面粗糙度分布的部件的疲 劳限度的评价有效。
[0007] 因此，本发明的目的在于提供一种疲劳限度评价方法以及疲劳限度评价装置，能 够适用于具有非周期性的表面粗糙度分布的部件。
[0008] 本发明的疲劳限度评价方法的特征在于，由与测量评价对象部件的表面分布的表 面粗糙度测量装置连接的计算机执行:从所述表面粗糙度测量装置取得所述评价对象部件 的表面分布的测量值的步骤;提取在所述取得的表面分布的测量值中包含的波峰的峰值坐 标值以及波谷的峰值坐标值的步骤;针对由所述提取出的波峰的峰值坐标值以及波谷的峰 值坐标值构成的数据，在相互邻接的波峰以及波谷的高低差比预定的阈值小的情况下，实 施将其一方或者两方的波峰或者波谷的峰值坐标值去除的滤波处理，生成相互邻接的波峰 以及波谷的高低差成为所述预定的阈值以上那样的评价用分布的数据的步骤;针对在所述 评价用分布中包含的波谷，求出各个波谷的深度以及邻接的波峰与波峰或者波谷与波谷的 距离，使用该求出的值来计算所述评价用分布的表面粗糙度指标值的步骤；以及使用所述 计算出的表面粗糙度指标值中相对大的值来计算所述评价对象部件的疲劳限度推测值的 步骤。
[0009] 另外，更优选的是，其特征在于，在计算所述疲劳限度推测值的步骤中使用的表面 粗糙度指标值是在计算所述表面粗糙度指标值的步骤中，针对在所述评价用分布中包含的 波谷分别求出的表面粗糙度指标值的最大值。
[0010] 根据本发明，提供能够适用于具有非周期性的表面粗糙度分布的部件的疲劳限度 评价方法以及疲劳限度评价装置。
【附图说明】
[0011]图1是示出本发明的实施方式的疲劳限度评价装置的功能结构的例子的图。
[0012] 图2(a)是示意地示出评价对象部件的表面分布的例子的图、（b)是示出表面分布 测量值的数据结构的例子的图。
[0013] 图3(a)是示意地示出评价对象部件的表面分布中的峰值点的例子的图、（b)是示 出峰值坐标值的数据结构的例子的图。
[0014] 图4(a)是示意地示出评价用分布的例子的图、（b)是示出评价用分布数据的数据 结构的例子的图。
[0015] 图5是示出用于说明评价计算本实施方式的表面粗糙度指标值fareaA所需的 裂缝(波谷)的大小的参数a以及2b的表面分布的例子的图。
[0016] 图6是示出用评价对象部件实测出的表面分布以及根据该表面分布生成的评价用 分布的例子的图。
[0017] 图7是表示各种评价对象部件的疲劳限度推测值和疲劳限度实测值的关系的例子 的图，（a)是表示阈值H( =C.R)的常数C = 0.1时的疲劳限度推测值和疲劳限度实测值的关 系的图、(b)是表示常数C = 0.3时的疲劳限度推测值和疲劳限度实测值的关系的图。
[0018] 图8是示出将本实施方式的疲劳限度评价装置应用于评价对象部件的疲劳限度的 定期检查的情况下的检查步骤的例子的图。
[0019] 图9是示出本发明的实施方式的第1变形例的疲劳限度评价装置的功能结构的例 子的图。
[0020] 图10是示出本发明的实施方式的第2变形例的疲劳限度评价装置的功能结构的例 子的图。
[0021] 图11是示出本发明的实施方式的第3变形例的疲劳限度评价装置的功能结构的例 子的图。
[0022](符号说明）
[0023] 10、10a、10b、10c:疲劳限度评价装置;11:表面分布测量值取得部；12:峰值坐标值 提取部；13:评价用分布数据生成部；14:表面粗糙度指标值计算部；15:疲劳限度推测值计 算部；16:疲劳限度诊断部;21:表面分布测量值存储部;22:峰值坐标值存储部;23:评价用 分布数据存储部;24:硬度/残留应力数据库;25:输入装置;26:输出装置;31:表面粗糙度测 量装置;32:硬度测量装置;33:残留应力测量装置;211:表面分布测量值;221:峰值坐标值； 231:评价用分布数据。
【具体实施方式】
[0024]以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。
[0025]图1是示出本发明的实施方式的疲劳限度评价装置10的功能结构的例子的图。如 图1所示，疲劳限度评价装置10构成为包括表面分布测量值取得部11、峰值坐标值提取部 12、评价用分布数据生成部13、表面粗糙度指标值计算部14、疲劳限度推测值计算部15、疲 劳限度诊断部16、表面分布测量值存储部21、峰值坐标值存储部22、评价用分布数据存储部 23、输入装置25、输出装置26等功能块。
[0026] 具有以上那样的功能结构的疲劳限度评价装置10在硬件上通过具备未图示的中 央运算处理装置(CPU:Central Processing Unit-中央处理单元)和存储装置的一般的计 算机实现。在该情况下，表面分布测量值取得部11、峰值坐标值提取部12、评价用分布数据 生成部13、表面粗糙度指标值计算部14、疲劳限度推测值计算部15以及疲劳限度诊断部16 的各个功能通过所述计算机的中央运算处理装置执行储存在其存储装置中的预定的程序 而实现。另外，表面分布测量值存储部21、峰值坐标值存储部22以及评价用分布数据存储部 23被实现为分配到所述存储装置的一部分的存储区域。另外，输入装置25由键盘、鼠标、触 摸面板等构成，被用于由疲劳限度评价装置10的用户将各种信息输入到中央运算处理装 置。另外，输出装置26由液晶显示装置等构成，被用于显示中央运算处理装置执行预定的程 序而得到的结果等。
[0027] 进而，疲劳限度评价装置10经由通信电缆连接到测量未图示的评价对象部件的表 面分布的表面粗糙度测量装置31、测量该评价对象部件的硬度的硬度测量装置32、测量该 评价对象部件的残留应力的残留应力测量装置33等。另外，通信电缆只要是能够与计算机 之间进彳丁彳目息通彳目的通彳目电缆，则可以是LAN(Local Area Network:局域网）电缆、USB (Universal Serial Bus:通用串行总线）电缆等任意的通信电缆。
[0028] 以下，除了参照图1以外，还参照图2以下的附图，详细说明疲劳限度评价装置10的 各功能块的功能。另外，在以下的说明中，将表面粗糙度分布称为表面分布或者简称为分 布。
[0029] 图2(a)是示意地示出评价对象部件的表面分布的例子的图，图2(b)是示出表面分 布测量值的数据结构的例子的图。评价对象部件的表面分布意味着该评价对象部件的表面 的凹凸的高度方向的剖面形状，其测量值(表面分布测量值211)通常由与评价对象部件的 表面平行的x轴方向的坐标值和与该评价对象部件的表面垂直的y轴方向的坐标值表示。
[0030] 即，表面粗糙度测量装置31沿着与评价对象部件的表面平行的直线(x轴）按照预 定的间隔（例如10M1间隔），测量与该评价对象部件的表面垂直的方向（y轴方向）的表面的 位置(被测量点的位置）。在图2(a)的例子中，用实线表示评价对象部件的表面的凹凸的高 度方向（y轴方向）的剖面形状，用黑圆圈标记表示被测量点pi、P2、P3、? ? ?。
[0031]因此，表面分布测量值取得部11(参照图1)执行接下来的[1]、[2]的处理。
[0032] [1]从表面粗糙度测量装置31取得被测量点P1、P2、P3、? ??的坐标值（xi，yi)、 (X2，y2)、(X3，y3)、 ? ? ?。
[0033] [2]将所述取得的被测量点pi、p2、p3、? ??的坐标值（xi，yi)、（X2，y2)、（X3， y3)、* ??作为评价对象部件的表面分布测量值211储存到表面分布测量值存储部21(参 照图2(b))。
[0034]图3(a)是示意地示出评价对象部件的表面分布中的峰值点的例子的图，图3(b)是 示出峰值坐标值的数据结构的例子的图。此处，峰值点是指，在表面分布测量值211表示的 表面分布中，与凹凸的波谷或者波峰的峰值相应的点。即，在被测量点Pn的y轴方向的坐标 值y n比邻接的被测量点pn-i、pn+i的y轴方向的坐标值yn-i、y n+i中的任一个都大、或者比任一 个都小的情况下，将该被测量点pn称为峰值点Pn。另外，在图3(a)中，用白圆圈标记表示峰值 点Pl、P2、P3、 ? ? ?。
[0035]因此，峰值坐标值提取部12(参照图1)执行接下来的[1]~[3]的处理。
[0036] [1]从表面分布测量值存储部21读出被测量点Pl、p2、p 3、? ??的坐标值(X1，yi)、 (X2，y2)、(X3，y3)、 ? ? ?。
[0037] [2]从所述读出的被测量点pi、P2、P3、? ??的坐标值（xi，yi)、（X2，y2)、（X3， 73)、***提取与峰值点？1、？2、卩3、***相应的坐标值(父1，￥ 1)、（父2，￥2)、（父3，￥3)、*??。 [0038] [3]将所述提取出的坐标值(乂1，￥1)、（乂2，￥2)、（乂 3，￥3)、***作为峰值坐标值221 储存到峰值坐标值存储部22(参照图3(b))。
[0039] 图4(a)是示意地示出评价用分布的例子的图，图4(b)是示出评价用分布数据的数 据结构的例子的图。此处，评价用分布是指，如图4(a)所示，在由表面粗糙度测量装置31测 量出的表面分布中的相互邻接的峰值点Pn、Pn+^高低差比预定的阈值H小的情况下，忽略 一方或者两方的峰值点Pn、Pn+i的存在，由高低差成为预定的阈值H以上那样的峰值点Qi、Q 2、 Q3、_ ??构成的表面分布。另外，在图4(a)中，用粗的实线表示评价用分布，用虚线表示由 表面粗糙度测量装置31测量出的表面分布。另外，如图4(b)所示，评价用分布数据231由评 价用分布中的峰值点Qi、Q2、Q 3、* ??的坐标值 成。
[0040] 因此，评价用分布数据生成部13(参照图1)执行接下来的[1]~[4]的处理。
[0041 ] [1]从峰值坐标值存储部22读出峰值点P^P^Ps、? ??的坐标值 Y2)、（X3，Y3)、 ? ? ? 。
[0042] [2]针对所述读出的峰值点P^P^Ps、? ? ?，在相互邻接的峰值点Pi、Pi+1的高低 差比预定的阈值H小的情况下，实施将该峰值点Pi、Pi+1的一方或者两方的坐标值(Xi，Yi)、 (X1+1，Y1+1)去除的滤波处理。
[0043] [3]生成在所述滤波处理之后相互邻接的峰值点QN、QN+1的高低差成为预定的阈值 H以上那样的评价用分布数据231。
[0044] [4]将作为所述生成的评价用分布数据231的峰值点Q^Q^Qs、? ??的坐标值 (X'hYWU'^Y'dJX'^Y's)、. ??储存到评价用分布数据存储部23。
[0045]另外，在本实施方式中，在以上的处理中使用的阈值H被表示为对从评价对象部件 的表面分布测量值211得到的表面粗糙度参数R乘以正的常数C而得到的值、即H = C.R。另 外，作为该表面粗糙度参数R，优选从例如日本工业标准(JIS B0601"产品的几何特性规格 (GPS)-表面性状:轮廓曲线方式-用语、定义以及表面性状参数"）中规定了该计算方法的十 点平均粗糙度R_ s、算术平均粗糙度1^、最大高度Rz等选择并采用1个。
[0046]另外，在作为表面粗糙度参数R采用了 10点平均粗糙度Rzjis或者最大高度Rz的情况 下，常数C的值通常为1以下，但在采用了算术平均粗糙度匕的情况下，还有超过1的情况。总 之，常数C的适当的值根据表面粗糙度参数R的种类来实验性地或者经验性地决定。
[0047]另外，在日本工业标准(JIS B0601)中提到了十点平均粗糙度R以s的计算方法，而 未提到例如8点平均粗糙度、20点平均粗糙度等。但是，关于8点平均粗糙度、20点平均粗糙 度等n点平均粗糙度，也能够与十点平均粗糙度R zjls同样地计算。因此，作为表面粗糙度参 数R，也可以代替十点平均粗糙度而使用n点平均粗糙度。其中，此处所称的n是正的整 数。
[0048]但是，根据非专利文献1，具有周期性的裂缝(凹部）的评价对象部件的表面粗糙度 指标值^area用以该周期性的裂缝的间距2b以及裂缝的深度a为变量的函数f来表示。 即，表示(故，21))。
[0049]进而，在非专利文献1中，如果使用该表面粗糙度指标值farea,则通过接下来 的式(1)精度良好地推测疲劳限度~。
[0050]【式1】
(1)
[0052] a = 〇.226+HvX10-4
[0053] 此处，〇w:疲劳限度的推测值 [0054] Hv:维克斯硬度
[0055] R〇 :应力比（=〇min/〇max)
[0056] 〇maX:最大应力
[0057] 〇min:最小应力
[0058] 因此，在本实施方式中，表面粗糙度指标值计算部14(参照图1)计算与在非专利文 献1中所称的表面粗糙度指标值f area对应的表面粗糙度指标值f areaA。接下来，疲 劳限度推测值计算部15使用通过上述计算出的表面粗糙度指标值.彳1-area A来计算疲劳 限度推测值以下，说明表面粗糙度指标值计算部14以及疲劳限度推测值计算部15的处 理。
[0059]图5是示出用于说明评价计算本实施方式的表面粗糙度指标值?xfareaA所需的 裂缝(波谷）的大小的参数a以及2b的表面分布的例子的图。在图5中，虚线表示由表面粗糙 度测量装置31测量出的表面分布，粗的实线表示评价用分布。
[0060]此处，表面粗糙度指标值计算部14使用评价用分布数据231来求出与该评价用分 布中的参数a以及2b相当的数据，之后，使用这些数据来计算表面粗糙度指标值
[0061 ]即，表面粗糙度指标值计算部14依照接下来的[1 ]~[4]的步骤，计算表面粗糙度 指标值
[0062] [1]参照评价用分布数据231，提取评价用分布(在图5中描绘的粗的实线）中的波 峰的峰值点QN、QN+2，进而，提取波谷的峰值点QN+1、Q N+3。此处，N设为从2起的偶数(N = 2、 4、? ? ?）（以下相同）。
[0063] [ 2 ]使用所述提取出的波峰的峰值点Qn、QN+2的x方向的坐标值，计算2个波峰的x方 向的间距2bN。即，计算2bN = X'N+2-X'N。
[0064] [3]使用所述提取出的波峰的峰值点QN、QN+2和其中间的波谷的峰值点Q N+^y方向 的坐标值，计算各个波谷的深度aN。此时，波谷的深度aN设为邻接的波峰中高的一方的波峰 和该波谷的高低差。即，计算波谷的峰值点Qn+i的波谷的深度aN = max(Y' n，Y' n+2)-Y' n+i。此 处，max表示求出最大值的函数。
[0065] [4]使用如以上那样求出的{(&〃、2心）4=2、4、一}，依照接下来的式（2)计算 ^areaAo
[0066] area A -max (I a ( s 2 b m) ; M ? 2, 4 , * * * } ( 2 )
[0067] 另外，在式(2)中，作为fareftA，从值的集合{fA(aN，2b N):N=2、4、? ? ? }中求 出最大值，但不限于此，例如，也可以取最大值和第2大的值的平均值等。
[0068] 在通过以上的步骤求出了表面粗糙度指标值fareaA时，疲劳限度推测值计算 部15依照所述式（1)或者使式（1)的一部分与现实符合地修正了的式子，计算疲劳限度推测 值〇 w。另外，在使用式（1)的情况下，设为area= ar eaA。
[0069] 另外，在计算疲劳限度推测值(^时，需要评价对象部件的硬度(维克斯硬度Hv)、对 评价对象部件施加的应力比RO。在该情况下，评价对象部件的硬度使用由硬度测量装置32 测量出的值。另外，应力比R〇的计算所需的评价对象部件中的残留应力使用由残留应力测 量装置33测量出的值。
[0070] 图6是示出在评价对象部件中实测出的表面分布以及根据该表面分布生成的评价 用分布的例子的图。另外，在图6中，细的实线表示实测出的表面分布，粗的实线表示评价用 分布。另外，白的方形标记表示评价用分布的波峰或者波谷的峰值点，黑圆圈标记表示 area A成为最大的波谷的峰值点。
[0071] 另外，在图6的例子中，作为成为判定实测出的表面分布(细的实线）中的相互邻接 的峰值点的高低差的阈值H( = C. R)的基准的表面粗糙度的参数R，使用了在日本工业标准 中所称的十点平均粗糙度R^s，作为常数C的值，使用了 0.3(即，C = 0.3)。
[0072] 以上，如从图6的例子也可知的那样，评价用分布可以是，从实测出的表面分布将 小的波峰和波谷通过滤波去除而得到的结果、即将实测出的譬如微小的表面分布变换为由 大的波峰和波谷构成的巨大的表面分布而得到的结果。进而，根据图6、式(2)等，由疲劳限 度推测值计算部15计算的疲劳限度推测值^假设为由^"areaA成为最大的巨大的波谷 (裂缝)和其邻接的波谷的影响决定。
[0073]这意味着，在评价用分布中的波谷中应力集中最大的波谷的应力中考虑了与该波 谷邻接的波谷的应力的干扰的值成为疲劳限度的决定主要原因。通常，如果切口等应力集 中部邻接，则应力由于干扰而分散，应力集中的影响相对地变小，所以该解释可以说是自然 的。但是，如果不能对实测出的表面分布中的小的波峰和波谷适当地进行滤波，则无法得到 适当的评价用分布。因此，发明人进行了以下所示的各种评价试验。此处，仅示出其结果。 [0074]图7是示出各种评价对象部件的疲劳限度推测值和疲劳限度实测值的关系的例子 的图，（a)是表示阈值H( =C.R)的常数C为0.1时的疲劳限度推测值和疲劳限度实测值的关 系的图，（b)是表示常数C为0.3时的疲劳限度推测值和疲劳限度实测值的关系的图。另外， 此时所采用的表面粗糙度的参数R是十点平均粗糙度R ZJ1S。
[0075] 在图7(a)、（b)的图形中，横轴表示疲劳限度实测值，纵轴表示疲劳限度推测值，其 值被相对化。另外，从该图形的左下向右上按照对角线状描绘出的直线意味着疲劳限度实 测值和疲劳限度推测值一致。另外，沿着该直线上下描绘的单点划线表示疲劳限度推测值 相对疲劳限度实测值偏离正或者负10%。
[0076] 另外，在图7(a)、（b)的图形中，白或者黑的圆圈标记、方形标记、三角标记分别表 示对不同的评价对象部件的不同的表面状态施加了不同的应力的情况下的评价试验结果。 此处，表面状态是指，通过评价对象部件的材料、加工条件(例如磨床加工、鼓风加工)等决 定的状态。另外，此处，仅评价了应力比R〇 ( = Win/〇max)为0以及-1的应力条件。
[0077] 在图7 (a)、即C = 0.1的情况下，针对评价对象的大部分的部件的表面状态以及应 力条件，疲劳限度推测值和疲劳限度实测值背离10%以上。另一方面，在图7(b)、即C = 0.3 的情况下，针对评价对象的大部分的部件的表面状态以及应力条件，疲劳限度推测值和疲 劳限度实测值的背离收敛于10%以内。由此可知，为了提高疲劳限度推测值的推测精度，根 据用于得到适当的评价用分布的适当的阈值H(=C.R)、即表面粗糙度参数R，决定适当的常 数C的值或者其范围是重要的。
[0078] 另外，在本实施方式的疲劳限度评价装置10中，根据从评价对象部件的表面分布 测量值211得到的表面粗糙度参数R决定常数C的值，这带来使决定阈值H的基准明确化这样 的效果。即，如果实验性地或者经验性地预先求出常数C的值或者其范围，则疲劳限度评价 装置10的用户通过测量评价对象部件的表面分布并求出其表面粗糙度参数，不论是谁都能 够容易地决定阈值H。因此，不论是什么样的用户，都能够通过本实施方式的疲劳限度评价 装置10得到适当的评价用分布，能够实现高精度的疲劳限度的推测。
[0079] 通过对以上那样的疲劳限度评价装置10进一步追加疲劳限度诊断部16(参照图 1)，能够将该疲劳限度评价装置10用作疲劳限度检查装置。在该情况下，疲劳限度诊断部16 执行例如接下来的[1 ]~[3 ]的处理。
[0080] [1]经由键盘等输入装置25读入另外评价的评价对象部件受到的负荷应力值。
[0081] [2]将由疲劳限度推测值计算部15计算出的评价对象部件的疲劳限度推测值与所 述读入的负荷应力值进行比较。
[0082] [3]所述比较的结果，在负荷应力值在疲劳限度推测值以下的情况下，在液晶显示 装置等输出装置26中显示该评价对象部件是"可继续使用"的，另外，在负荷应力值超过了 疲劳限度推测值的情况下，在同样的输出装置26中显示该评价对象部件应"修补"或者"更 换"。
[0083]图8是示出将本实施方式的疲劳限度评价装置10应用于评价对象部件的疲劳限度 的定期评价的情况下的检查步骤的例子的图。其中，该检查步骤主要被表示为检查员的作 业步骤，关于疲劳限度评价装置10执行的处理，特别用虚线包围来表示。
[0084]如图8所示，检查员首先使用表面粗糙度测量装置31来测量评价对象部件的表面 分布(步骤S21)。此时，关于表面分布的测量，既可以通过便携式的粗糙度计测量，也可以用 安置在检查室等中的表面粗糙度测量装置31在现场测量转印了评价对象部件的表面形状 的复制品的表面。
[0085] 接下来，检查员使用硬度测量装置32来测量评价对象部件的硬度(步骤S21)，进而 使用残留应力测量装置33来测量评价对象部件的残留应力(步骤S23)。接下来，检查员将另 外通过实验、仿真等的评价得到的评价对象部件受到的负荷应力值经由键盘等输入装置25 输入到疲劳限度评价装置1〇(步骤S24)。
[0086] 如果进行以上那样的检查员的作业，则与该作业的行进一起，疲劳限度评价装置 10依次执行表面分布测量值取得部11、峰值坐标值提取部12、评价用分布数据生成部13、表 面粗糙度指标值计算部14以及疲劳限度推测值计算部15应进行的处理，作为这些处理结 果，计算疲劳限度推测值(步骤S25)。
[0087] 以下，作为疲劳限度诊断部16的处理，疲劳限度评价装置10将所述计算出的疲劳 限度推测值与在步骤S24中输入的负荷应力值进行比较(步骤S26)。该比较的结果，在负荷 应力值在疲劳限度推测值以下的情况下(在步骤S26中"是"），疲劳限度评价装置10将表示 该评价对象部件是"可继续使用"的消息等显示于液晶显示装置等输出装置26(步骤S27)。 另外，在负荷应力值超过了疲劳限度推测值的情况下(在步骤S26中"否"），将表示该评价对 象部件应进行"修补"或者"更换"的消息等显示于液晶显示装置等输出装置26(步骤S28)。 另外，该情况下的输出装置26也可以通过声音、警报灯等报告"修补"或者"更换"。
[0088] 如以上那样，在将本实施方式的疲劳限度评价装置10应用于评价对象部件的疲劳 限度的定期检查的情况下，检查员不特别进行伴随判断那样的作业也可，所以能够提高其 作业效率，并且能够得到不依赖于作业员的检查结果。
[0089] 在以上说明的实施方式中，疲劳限度评价装置10的评价用分布数据生成部13滤波 而去除由表面粗糙度测量装置31测量出的评价对象部件的表面分布中的小的波峰、波谷， 生成譬如表示评价对象部件的巨大的粗糙度的评价用分布。另外，表面粗糙度指标值计算 部14计算针对在该评价用分布中包含的所有裂缝(波谷)计算出的表面粗糙度指标值中最 大的值作为表面粗糙度指标值V~areaA，疲劳限度推测值计算部15使用该表面粗糙度指 标值^"areaA来计算疲劳限度推测值。
[0090] 因此，在本实施方式的疲劳限度评价装置1〇中，即使从评价对象部件得到的表面 分布测量值211表示非周期性的表面粗糙度分布，也能够根据该表面分布测量值211计算该 评价对象部件的疲劳限度推测值。因此，通过本实施方式，提供能够适用于具有非周期性的 表面粗糙度分布的设备的部件的疲劳限度评价方法以及疲劳限度评价装置。
[0091] (实施方式的第1变形例）
[0092] 图9是示出本发明的实施方式的第1变形例的疲劳限度评价装置10a的功能结构的 例子的图。该第1变形例的疲劳限度评价装置l〇a代替外部的硬度测量装置32以及残留应力 测量装置33而在其内部具备硬度/残留应力数据库24,这一点与图1所示的疲劳限度评价装 置10不同。
[0093] -般，评价对象部件的硬度、残留应力主要依赖于部件的材料、表面的加工条件等 而大致唯一地决定，所以本变形例的疲劳限度评价装置l〇a具备硬度/残留应力数据库24， 在该硬度/残留应力数据库24中登记将部件的硬度以及残留应力与该部件的材料、表面的 加工条件等对应起来而构成的信息。另外，也可以不对疲劳限度评价装置l〇a连接硬度测量 装置32以及残留应力测量装置33。
[0094]在以上那样的结构的疲劳限度评价装置10a中，也可以不进行使用了硬度测量装 置32的评价对象部件的硬度的测量作业、使用了残留应力测量装置33的残留应力的测量作 业。其结果，计算疲劳限度推测值的疲劳限度的评价作业、疲劳限度的定期检查作业的效率 提尚。
[0095](实施方式的第2变形例）
[0096] 图10是示出本发明的实施方式的第2变形例的疲劳限度评价装置10b的功能结构 的例子的图。该第2变形例的疲劳限度评价装置10b的内部装入了表面粗糙度测量装置31， 这一点与图1所示的疲劳限度评价装置10不同。
[0097] 即，图1所示的疲劳限度评价装置10在硬件上仅由所谓计算机构成，但本变形例的 疲劳限度评价装置l〇b由计算机和连接到该计算机的表面粗糙度测量装置31构成。近年来 的计算机的高性能化和迷你尺寸化得到了发展，所以在本变形例中，可以说是内置了表面 粗糙度测量装置31的疲劳限度评价装置10b，也可以说是实现具有疲劳限度评价功能的表 面粗糙度测量装置。
[0098](实施方式的第3变形例）
[0099] 图11是示出本发明的实施方式的第3变形例的疲劳限度评价装置10c的功能结构 的例子的图。该第3变形例的疲劳限度评价装置10c的内部除了表面粗糙度测量装置31以外 还装入了硬度测量装置32以及残留应力测量装置33,这一点与图1所示的疲劳限度评价装 置10不同。
[0100] 本变形例实现譬如具备一体化的功能的疲劳限度评价装置10c。因此，在本变形例 的疲劳限度评价装置l〇c中，即使在评价对象部件的硬度、残留应力由于例如经时变化等而 发生了变化的情况下，由于能够迅速测量其硬度、残留应力，所以能够迅速得到更高精度的 疲劳限度推测值。
[0101] 另外，本发明不限于以上说明的实施方式以及变形例，还包括各种变形例。例如， 上述实施方式以及变形例是为了易于理解地说明本发明而详细地说明的，不限于一定具备 所说明的所有结构。另外，能够将某个实施方式、变形例的结构的一部分置换为其他实施方 式、变形例的结构，另外，还能够对某个实施方式、变形例的结构加上其他实施方式、变形例 的结构。另外，关于各实施方式、变形例的结构的一部分，还能够追加、删除、置换其他实施 方式、变形例中包含的结构。
【主权项】
1. 一种疲劳限度评价方法，其特征在于，由与测量评价对象部件的表面分布的表面粗 糙度测量装置连接的计算机执行： 从所述表面粗糙度测量装置取得所述评价对象部件的表面分布的测量值的步骤； 提取在所述取得的表面分布的测量值中包含的波峰的峰值坐标值以及波谷的峰值坐 标值的步骤； 针对由所述提取出的波峰的峰值坐标值以及波谷的峰值坐标值构成的数据，在相互邻 接的波峰以及波谷的高低差比预定的阈值小的情况下实施将其一方或者两方的波峰或者 波谷的峰值坐标值去除的滤波处理，生成相互邻接的波峰以及波谷的高低差成为所述预定 的阈值以上那样的评价用分布的数据的步骤； 针对在所述评价用分布中包含的波谷，求出各个波谷的深度和邻接的波峰与波峰或者 波谷与波谷的距离，使用该求出的值来计算所述评价用分布的表面粗糙度指标值的步骤； 以及 使用所述计算出的表面粗糙度指标值中相对大的值来计算所述评价对象部件的疲劳 限度推测值的步骤。2. 根据权利要求1所述的疲劳限度评价方法，其特征在于， 在计算所述疲劳限度推测值的步骤中使用的表面粗糙度指标值是在计算所述表面粗 糙度指标值的步骤中，针对在所述评价用分布中包含的波谷分别求出的表面粗糙度指标值 的最大值。3. 根据权利要求1所述的疲劳限度评价方法，其特征在于， 所述预定的阈值是对根据所述评价对象部件的表面分布的测量值求出的表面粗糙度 参数乘以正的常数而得到的值。4. 根据权利要求1所述的疲劳限度评价方法，其特征在于， 所述计算机还执行如下步骤:将经由输入装置输入的所述评价对象部件受到的负荷应 力值与所述计算出的疲劳限度推测值进行比较，在所述负荷应力值超过了所述疲劳限度推 测值的情况下，将促使所述评价对象部件的修补或者更换的消息输出到输出装置。5. 根据权利要求1所述的疲劳限度评价方法，其特征在于， 所述计算机在计算所述评价对象部件的疲劳限度推测值的步骤中，除了使用在计算所 述表面粗糙度指标值的步骤中计算的表面粗糙度指标以外，还使用由硬度测量装置测量的 所述评价对象部件的硬度的值以及由残留应力测量装置测量的所述评价对象部件的残留 应力的值，计算所述评价对象部件的疲劳限度推测值。6. 根据权利要求1所述的疲劳限度评价方法，其特征在于， 所述计算机还具备将硬度和残留应力与所述评价对象部件的加工条件对应起来而构 成的硬度/残留应力数据库， 所述计算机在计算所述评价对象部件的疲劳限度推测值的步骤中，除了使用在计算所 述表面粗糙度指标值的步骤中计算的表面粗糙度指标以外，还使用根据所述评价对象部件 的加工条件从所述硬度/残留应力数据库得到的所述评价对象部件的硬度以及残留应力， 计算所述评价对象部件的疲劳限度推测值。7. -种疲劳限度评价装置，其特征在于，具备： 表面分布测量值取得部，从测量评价对象部件的表面分布的表面粗糙度测量装置取得 所述评价对象部件的表面分布的测量值； 峰值坐标值提取部，提取在所述取得的表面分布的测量值中包含的波峰的峰值坐标值 以及波谷的峰值坐标值； 评价用分布数据生成部，针对由所述提取出的波峰的峰值坐标值以及波谷的峰值坐标 值构成的数据，在相互邻接的波峰以及波谷的高低差比预定的阈值小的情况下实施将其一 方或者两方的波峰或者波谷的峰值坐标值去除的滤波处理，生成相互邻接的波峰以及波谷 的高低差成为所述预定的阈值以上那样的评价用分布的数据； 表面粗糙度指标值计算部，针对在所述评价用分布中包含的波谷，求出各个波谷的深 度和邻接的波峰与波峰或者波谷与波谷的距离，使用该求出的值来计算所述评价用分布的 表面粗糙度指标值;以及 疲劳限度推测值计算部，使用所述计算出的表面粗糙度指标值中相对大的值来计算所 述评价对象部件的疲劳限度推测值。8. 根据权利要求7所述的疲劳限度评价装置，其特征在于， 在所述疲劳限度推测值计算部中使用的表面粗糙度指标值是在所述表面粗糙度指标 值计算部中，针对在所述评价用分布中包含的波谷分别求出的表面粗糙度指标值的最大 值。9. 根据权利要求7所述的疲劳限度评价装置，其特征在于， 所述预定的阈值是对根据所述评价对象部件的表面分布的测量值求出的表面粗糙度 参数乘以正的常数而得到的值。10. 根据权利要求7所述的疲劳限度评价装置，其特征在于， 还具备疲劳限度诊断部，该疲劳限度诊断部将经由输入装置输入的所述评价对象部件 受到的负荷应力值与所述计算出的疲劳限度推测值进行比较，在所述负荷应力值超过了所 述疲劳限度推测值的情况下，将促使所述评价对象部件的修补或者更换的消息输出到输出 装置。11. 根据权利要求7所述的疲劳限度评价装置，其特征在于， 所述疲劳限度推测值计算部除了使用由所述表面粗糙度指标计算部计算的表面粗糙 度指标以外，还使用由硬度测量装置测量的所述评价对象部件的硬度的值以及由残留应力 测量装置测量的所述评价对象部件的残留应力的值，计算所述评价对象部件的疲劳限度推 测值。12. 根据权利要求7所述的疲劳限度评价装置，其特征在于， 还具备将硬度和残留应力与所述评价对象部件的加工条件对应起来而构成的硬度/残 留应力数据库， 所述疲劳限度推测值计算部除了使用由所述表面粗糙度指标计算部计算的表面粗糙 度指标以外，还使用根据所述评价对象部件的加工条件从所述硬度/残留应力数据库得到 的所述评价对象部件的硬度以及残留应力，计算所述评价对象部件的疲劳限度推测值。13. -种疲劳限度评价装置，其特征在于，具备： 表面粗糙度测量装置，测量评价对象部件的表面分布； 表面分布测量值取得部，从所述表面粗糙度测量装置取得所述评价对象部件的表面分 布的测量值； 峰值坐标值提取部，提取在所述取得的表面分布的测量值中包含的波峰的峰值坐标值 以及波谷的峰值坐标值； 评价用分布数据生成部，针对由所述提取出的波峰的峰值坐标值以及波谷的峰值坐标 值构成的数据，在相互邻接的波峰以及波谷的高低差比预定的阈值小的情况下实施将其一 方或者两方的波峰或者波谷的峰值坐标值去除的滤波处理，生成相互邻接的波峰以及波谷 的高低差成为所述预定的阈值以上那样的评价用分布的数据； 表面粗糙度指标值计算部，针对在所述评价用分布中包含的波谷，求出各个波谷的深 度和邻接的波峰与波峰或者波谷与波谷的距离，使用该求出的值来计算所述评价用分布的 表面粗糙度指标值;以及 疲劳限度推测值计算部，使用所述计算出的表面粗糙度指标值中相对大的值来计算所 述评价对象部件的疲劳限度推测值。14.根据权利要求13所述的疲劳限度评价装置，其特征在于，还具备： 硬度测量装置，测量所述评价对象部件的硬度；以及 残留应力测量装置，测量所述评价对象部件的残留应力， 所述疲劳限度推测值计算部除了使用由所述表面粗糙度指标计算部计算的表面粗糙 度指标以外，还使用由所述硬度测量装置测量的所述评价对象部件的硬度的值以及由所述 残留应力测量装置测量的所述评价对象部件的残留应力的值，计算所述评价对象部件的疲 劳限度推测值。
【文档编号】G06F17/50GK105912741SQ201610090293
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月18日
【发明人】西川嗣彬, 有动龙二郎
【申请人】株式会社日立制作所