(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の切削又は研削加工面に隣接する検査面の粒界の顕微鏡像又は顕微鏡写真をデジタル画像信号に変換する手段、そのデジタル画像信号から粒界の輪郭を表す画像信号を抽出し、その粒界の輪郭を表す画像信号を画素毎にベクトル化してベクトル画像に変換する画像のベクトル化手段、及びそのベクトル画像の各ベクトルの角度を計算し、前記検査面の深さ方向のベクトルの角度分布画像を形成するベクトルの角度計算手段を備えていることを特徴とする金属加工面の検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の金属加工面の検査装置において、前記画像のベクトル化手段の前又は後にウェーブレット変換手段を備えていることを特徴とする金属加工面の検査装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の金属加工面の検査装置において、前記ベクトルの角度計算手段のベクトルの角度分布画像を表示する手段又はプリントする手段を備えていることを特徴とする金属加工面の検査装置。
【請求項４】
金属の切削又は研削加工面に隣接する検査面の粒界の顕微鏡像又は顕微鏡写真をデジタル画像信号に変換し、そのデジタル画像信号から粒界の輪郭を表す画像信号を抽出し、その粒界の輪郭を表す画像信号を画素毎にベクトル化してベクトル画像に変換し、そのベクトル画像の各ベクトルの角度を計算し、前記検査面の深さ方向のベクトルの角度分布画像を形成することを特徴とする金属加工面の検査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の金属加工面の検査方法において、前記ベクトル画像に変換する前に又は変換後にウェーブレット変換を行うことを特徴とする金属加工面の検査方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の金属加工面の検査方法において、前記ベクトルの角度分布画像を表示又はプリントすることを特徴とする金属加工面の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、金属の切削加工面や研削加工面の加工変質層を検査する金属加工面の検査装置と検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来金属加工面の加工層の検査は、加工前後の金属組織を見比べる方法、加工後の加工面の硬さを計測する方法、Ｘ線を使って金属表面近くの残留応力を計測する方法等によって行っていた。最初の２つの方法は、検査者の視覚的感覚によって評価するため、検査結果にばらつきがあり、かつ評価に経験を要する。Ｘ線による方法は、残留応力を持つ範囲と加工変質層とが一致する場合（一致しないことが多い）においてのみ成立するが、その場合も加工変質層を削って、Ｘ線を照射する作業を繰返さなければならないため、検査に時間がかかり、かつ加工変質層を削る際残留応力が変化してしまう恐れがある。また検査装置が大掛かりになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、前記従来技術の問題点を改善し、金属加工品の切削加工面又は研削加工面における加工変質層の範囲を、客観的に、正確に、簡単に検査できる金属加工面の検査装置と検査方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、金属の切削加工面、研削加工面における加工変質層等の加工層の粒界の傾き或いは並び方が、加工面の深い部分と相違している点に着目し、加工面に隣接する面の粒界の画像をコンピューターにより画像処理して、加工表面から深い部分に至る粒界のベクトルの角度分布画像を作成し、角度分布パターンから加工変質層等の範囲を検知する。角度分布パターンは、加工変質層等の粒界の顕微鏡像又は顕微鏡写真を撮像手段、又はスキャナーにより画像信号に変換し、コンピューターにより粒界の画像のベクトル化やベクトルの角度計算等を行ってベクトルの角度分布画像を作成し、その角度分布画像を表示装置に表示するか、又はプリントして視認できるようにする。
【０００５】
即ち請求項１に記載の金属加工面の検査装置は、金属の切削又は研削加工面に隣接する検査面の粒界の顕微鏡像又は顕微鏡写真をデジタル画像信号に変換する手段、そのデジタル画像信号から粒界の輪郭を表す画像信号を抽出し、その粒界の輪郭を表す画像信号を画素毎にベクトル化してベクトル画像に変換する画像のベクトル化手段、及びそのベクトル画像の各ベクトルの角度を計算し、前記検査面の深さ方向のベクトルの角度分布画像を形成するベクトルの角度計算手段を備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の金属加工面の検査装置は、請求項１に記載の金属加工面の検査装置において、前記画像のベクトル化手段の前又は後にウェーブレット変換手段を備えていることを特徴とする。
請求項３に記載の金属加工面の検査装置は、請求項１又は請求項２に記載の金属加工面の検査装置において、前記ベクトルの角度計算手段のベクトルの角度分布画像を表示する手段又はプリントする手段を備えていることを特徴とする。
請求項４に記載の金属加工面の検査方法は、金属の切削又は研削加工面に隣接する検査面の粒界の顕微鏡像又は顕微鏡写真をデジタル画像信号に変換し、そのデジタル画像信号から粒界の輪郭を表す画像信号を抽出し、その粒界の輪郭を表す画像信号を画素毎にベクトル化してベクトル画像に変換し、そのベクトル画像の各ベクトルの角度を計算し、前記検査面の深さ方向のベクトルの角度分布画像を形成することを特徴とする。
請求項５に記載の金属加工面の検査方法は、請求項４に記載の金属加工面の検査方法において、前記ベクトル画像に変換する前に又は変換後にウェーブレット変換を行うことを特徴とする。
請求項６に記載の金属加工面の検査方法は、請求項４又は請求項５に記載の金属加工面の検査方法において、前記ベクトルの角度分布画像を表示又はプリントすることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図を参照して本発明の実施の形態に係る金属加工面の検査装置と検査方法を説明する。
図１（ａ）は、本願発明の実施の形態に係る金属加工面の検査装置のブロック図、図１（ｂ）は、金属加工品の斜視図である。
撮像手段１１は、顕微鏡１０が捕らえた金属加工品２０の検査面の粒界の顕微鏡像を、画像信号に変換する。撮像手段１１は、撮像管、ＣＣＤカメラ等を使用する。また顕微鏡像に代えて、顕微鏡写真を用い、スキャナーで画像信号に変換することもできる。
【０００７】
ここで金属加工品２０の検査面は、図１（ｂ）において、例えば、金属加工品２０の切削加工面を２０１面とすると、検査面は、２０１面に隣接する２０２面、２０３面となる（それらの対向面でもよい）。加工面２０１の加工変質層は、表面から２０２面、２０３面の矢印Ｘ２、Ｘ３の方向に形成される。図２は、撮像手段１１が撮影した検査面（例えば２０２面）の粒界のモデル画像で、楕円状の白い線は、粒界である。加工面２０１に近い部分は、深い部分（遠い部分）に比べて粒界が傾斜している。このように加工変質層の粒界は、加工面２０１から遠い部分の粒界と、その傾き或いは並び方が相違している。
【０００８】
撮像手段１１の画像信号は、ＡＤ変換手段１２によりデジタル信号に変換され、直接又はウェーブレット変換手段１３を介して画像のベクトル化手段１４へ供給される。
図１（ａ）は、ＡＤ変換手段１２によりデジタル信号に変換された画像信号を、画像のベクトル変換手段１４へ直接供給する場合を示すが、ここでウェーブレット変換手段１３を介して供給する場合について説明する。
ウェーブレット変換手段１３により、ＡＤ変換手段１２の画像信号を、例えば、一般の画像処理に用いられている周知の２次元離散ウェーブレット変換を行って、多重解像度解析を施し、空間周波数レベル（解像度レベル）に分割して、検査面の局所的特徴を最もよく表しているレベル（例えば粒界の輪郭を明瞭に表わすレベル）の画像信号を抽出し、そのレベルの画像信号のみを画像のベクトル化手段１４へ供給する。この２次元離散ウェーブレット変換を行うことにより、後述する鮮明なベクトル画像を得ることができる。なおウェーブレット変換手段１３は、画像のベクトル化手段１４の後に接続し、所定の空間周波数レベルの画像信号のみを後述するベクトルの角度計算手段１５に供給してもよい。
【０００９】
画像のベクトル化手段１４は、ＡＤ変換手段１２の画像信号又はウェーブレット変換手段１３の画像信号を、ベクトル化演算により各画素毎にベクトル化し、ベクトル画像に変換する。図３は、図２の粒界の画像から、回転ベクトルを算出してベクトル化したベクトル画像例を示す。図３の各ベクトルは、その角度が粒界に沿って変化している。
【００１０】
ここで画像のベクトル化について簡単に説明する。
画像の各画素の濃淡値は、ベクトルポテンシャルとみなすことができる。そこで、１つの画素に隣接する４個の画素の夫々の濃淡値を、画素に垂直なベクトルポテンシャルの成分Ｈとみなし、その濃淡値の変化率を、回転演算により算出することができる。回転演算により、その濃淡値の変化率は、画素平面のｘ方向、ｙ方向の夫々のベクトル成分Ｊx、Ｊyとして表され、式（１）が成り立つ。
【数１】
0003707771.tif 000002
式（１）は、隣接する４個の画素の中心差分を用いると、式（２）に近似できる。
【数２】
0003707771.tif 000003
【００１１】
式（１）、（２）により、隣接する４個の画素を１つの単位として考えると、ベクトル成分Ｊx、Ｊyは、周辺の４つの画素の濃淡値Ｈij，Ｈi+1,j，Ｈi,j+1，Ｈi+1,j+1を用いて、式（３）で表される。
【数３】
0003707771.tif 000004
【００１２】
式（３）で得られるベクトルは、画素間の濃淡値の差が大きい部分では大きく、その差が小さい部分では小さくなる。またベクトルの方向は、画素間の濃淡の差によって境界が生じる場合には、その境界の連続する方向と等しくなる。
前記画像のベクトル化は、ベクトルポテンシャルについて説明したが、スカラーポテンシャルを用いて発散ベクトルを算出して、画像をベクトル化することもできる。
【００１３】
前記の画像のベクトル化は、画像処理に用いられている周知の演算手法であるが、例えば、「可視化情報学会誌１９９９ｖｏｌ．１９  Ｓｕｐｐｌ．Ｎｏ．１第２７回可視化情報シンポジウム講演論文集（社団法人可視化情報学会）」第１０５頁、特開２０００−２８５２２５号公報等に開示されている。
次に図４〜図９により、直線、斜線、曲線等の画像を、回転演算によりベクトル化した画像例について説明する。
【００１４】
図４は、点画像をベクトル化した例で、図４（ａ）の点画像は、白抜き部分が点で、その周囲が黒の例である。この画像をベクトル化すると、図４（ｂ）のように４つの回転ベクトルで構成されるベクトル画像が形成される。
図５（ａ）は、図４（ａ）の点が横に３個並んだ直線画像の例で、その直線画像のベクトル画像は、図５（ｂ）のようになる。
図６（ａ）は、図４（ａ）の点が横に４個並び、その内２個の点は白と黒の中間濃度の直線画像の例で、その直線画像のベクトル画像は、図６（ｂ）のようになる。
【００１５】
図７（ａ）は、図４（ａ）の点が斜めに３個並んだ斜線画像の例で、その斜線画像のベクトル画像は、図７（ｂ）のようになる。
図８（ａ）は、図７（ａ）の斜線画像の１つの点が白と黒の中間濃度の場合の例で、その斜線画像のベクトル画像は、図８（ｂ）のようになる。
図９（ａ）は、一部に濃度の異なる点がある曲線画像の例で、その曲線画像のベクトル画像は、図９（ｂ）のようになる。
【００１６】
ベクトルの角度計算手段１５は、画像のベクトル化手段１４により形成されたベクトル画像（図３）に基づいて、各ベクトルの角度を計算し、後述する複数の画素毎の平均角度を計算してベクトルの角度分布画像を形成する。
ベクトルの角度計算手段１５は、図１０（ａ）のように、金属加工品２０の加工面２０１に垂直なベクトルａを基準ベクトルとし、その基準ベクトルａに対するベクトルｂの角度θを計算する。ベクトルｂの角度θは、図１０（ｂ）のように、粒界上の各点について計算する。
ベクトルｂの角度θは、式（４）のベクトルａとベクトルｂの内積の計算から求めることができる。
【数４】
0003707771.tif 000005
【００１７】
次にベクトルｂの角度θの内、０°＜θ＜９０°の範囲のθを対象にして、ベクトルの平均角度を計算する。例えば、図１１（ａ）の斜線画像を図１１（ｂ）のようにベクトル化した場合、図１１（ｃ）のベクトルｂ１，ｂ２が前記の範囲に属し、これらのベクトルをベクトルの平均角度の計算に使う。なお前記角度θの範囲は、一例であって、検査面の粒界の傾斜或いは並び方に応じて、加工変質層の粒界の特徴を最もよく抽出できる範囲を選定すればよい。
【００１８】
ベクトルの平均角度は、図３のベクトル画像について、図１２のように１２８×２５６画素の各画素のベクトルの角度を前記のように計算し、まず列Ｒ１の１２８画素の平均角度を計算する。同様にＲ２，Ｒ３，…，Ｒ２５６列の各列についてベクトルの平均角度を計算する。この場合、必ずしも全列について平均角度を計算する必要はなく、１列おき、２列おき等複数列毎に１列について計算してもよい。また複数列の平均角度を計算してもよい。１列の平均角度を計算する場合にも、１２８画素を、例えば、８画素ずつ１６組に分け、まず各組の角度の合計を計算し、次に１６組の角度の合計を計算して平均角度を計算してもよい。
ベクトルの角度計算手段１５は、各列のベクトルの平均角度を、列Ｒ１、Ｒ２、…の順に、表示手段１６１に表示する。表示手段１６１には、図１３（ａ）のように、平均角度分布画像が表示される。その平均角度分布画像は、プリント手段１６２により、プリントすることもできる。
【００１９】
図１３（ａ）において、縦軸は、各列の１画素当たりの平均角度を、横軸は、金属加工品２０の検査面２０２のＸ２方向の距離、即ち深さを示す。
図１３（ａ）によると、ベクトルの平均角度は、金属加工品２０の加工面２０１に近い部分（浅い部分）ほど、大きいことが分かる。この傾向は、図２の粒界の傾斜の分布と一致している。したがって検査面２０２のＸ２方向の粒界のベクトルの平均角度分布パターンにより、加工変質層が形成されている範囲を検知することができる。
【００２０】
図１３（ｂ）は、金属加工品２０の検査面２０２のＸ２方向のビッカース硬さ分布図である。ほぼ４０μｍ以下が加工変質層である。図１３（ａ）のベクトルの平均角度分布パターンは、図１３（ｂ）ビッカース硬さ分布パターンと一致している。このことからも、ベクトルの平均角度分布により、加工変質層が形成されている範囲を検知できることが分かる。
【００２１】
以上において、ウェーブレット変換手段１３、画像のベクトル化手段１４、ベクトルの角度計算手段１５の演算は、コンピューターにより行う。
前記実施の形態においては、１２８ラ２５６画素の例について説明したが、画素数は、この画素数に限るものではない。
【００２２】
【発明の効果】
本願発明は、金属加工品の加工面に隣接する面の深さ方向における、粒界のベクトルの角度分布パターンから、加工面の加工変質層等の加工層の範囲を検知することができる。この角度分布パターンは、一目瞭然であるから、特別の経験がない人であっても、客観的に、簡単に加工変質層等の加工層の範囲を判別することができる。
本願発明の検査装置は、顕微鏡画像を撮像するか、又は顕微鏡写真をスキャナーで画像信号に変換する手段、パソコン等の画像処理手段、及び表示手段又はプリント手段で構成できるから、構造が簡単でコンパクトになる。かつ検査は、従来の検査方法に比べて短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係る金属加工層の検査装置のブロックと金属加工品の斜視図である。
【図２】金属加工品の検査面の粒界のモデル画像図である。
【図３】図２のモデル画像のベクトル画像図である。
【図４】点画像のベクトル画像図である。
【図５】直線画像のベクトル画像図である。
【図６】濃淡直線画像のベクトル画像図である。
【図７】斜線画像のベクトル画像図である。
【図８】濃淡斜線画像のベクトル画像図である。
【図９】濃淡曲線画像のベクトル画像図である。
【図１０】基準ベクトルと粒界上の各点のベクトルの角度を説明するための図である。
【図１１】角度θが、０°＜θ＜９０°の範囲のベクトルを説明するための図である。
【図１２】画像の画素数を示す図である。
【図１３】金属加工品の検査面のベクトルの角度分布パターンとビッカース硬さ分布パターンの図である。
【符号の説明】
１０    顕微鏡
１１    撮像手段
１２    ＡＤ変換手段
１３    ウェーブレット変換手段
１４    画像のベクトル化手段
１５    ベクトルの角度計算手段
１６１    表示手段
１６２    プリント手段
２０    金属加工品
２０１    加工面
２０２，２０３    検査面
【図１】
0003707771.tif 000006
【図２】
0003707771.tif 000007
【図３】
0003707771.tif 000008
【図４】
0003707771.tif 000009
【図５】
0003707771.tif 000010
【図６】
0003707771.tif 000011
【図７】
0003707771.tif 000012
【図８】
0003707771.tif 000013
【図９】
0003707771.tif 000014
【図１０】
0003707771.tif 000015
【図１１】
0003707771.tif 000016
【図１２】
0003707771.tif 000017
【図１３】
0003707771.tif 000018