(57)【要約】【課題】レーザ誘起蛍光法においても、高速度カメラのキャリブレーションを行えるキャリブレーション方法を提供する。【解決手段】キャリブレーション方法は、透明なエンジンシリンダの内壁に付着した筒内ウェットの位置と面積をレーザ誘起蛍光法で定量化する際に使用する高速度カメラのキャリブレーション方法であって、蛍光塗料を格子の形状に塗布した円柱形の治具を、前記エンジンシリンダ内に挿入し、前記治具に向けてレーザ光を照射し、前記高速度カメラを用いて前記治具の輝度を計測し、前記輝度の中で第１の輝度を有する蛍光治具部分と前記第１の輝度より低い第２の輝度を有する非蛍光治具部分と前記格子に関する設計値とに基づいて、前記蛍光治具部分と前記非蛍光治具部分のいずれかを含む複数のピクセルの大きさをそれぞれ算出するキャリブレーションを行う、ことを特徴とする。【選択図】図１
2019190889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明なエンジンシリンダの内壁に付着した筒内ウェットの位置と面積をレーザ誘起蛍光法で定量化する際に使用する高速度カメラのキャリブレーション方法であって、
蛍光塗料を格子の形状に塗布した円柱形の治具を、前記エンジンシリンダ内に挿入し、
前記治具に向けてレーザ光を照射し、
前記高速度カメラを用いて前記治具の輝度を計測し、
前記輝度の中で第１の輝度を有する蛍光治具部分と前記第１の輝度より低い第２の輝度を有する非蛍光治具部分と前記格子に関する設計値とに基づいて、前記蛍光治具部分と前記非蛍光治具部分のいずれかを含む複数のピクセルの大きさをそれぞれ算出するキャリブレーションを行う、
ことを特徴とするキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリブレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
透明なエンジンシリンダを有する非燃焼式エンジンにおいて、蛍光物質を混合したエンジン潤滑油に対して光を照射し、蛍光物質から励起される蛍光強度を高速度カメラにより撮影することで、油膜の厚さを計測する技術が知られている。特に、光源にレーザ光を用いたレーザ誘起蛍光法（Laser Induced Fluorescence Method：ＬＩＦ法）により油膜の厚さを計測する技術が知られている（以上、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１９４４１６号公報
【特許文献２】特開２０１２−００２６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、レーザ誘起蛍光法を用いて、透明なエンジンシリンダの内壁に付着した燃料（いわゆる筒内ウェット）の位置や面積を定量化する場合、位置や面積を精度良く定量化するためには、事前に、レーザ誘起蛍光法で使用される高速度カメラのキャリブレーション（較正）を行うことが望ましい。しかしながら、レーザ誘起蛍光法では、以下に記載する理由により、チェッカーパターンを用いたキャリブレーションを行うことは困難である。
【０００５】
まず、チェッカーパターンは蛍光物質を含まないため、レーザ光を照射しても蛍光しない。このため、高速度カメラによりチェッカーパターンを撮影しても、チェッカーパターンの計測精度は低く、計測精度を改善するためには、高速度カメラの電圧を上げて光強度を増幅する必要がある。しかしながら、高速度カメラの電圧を上げると、光強度の増幅と併せてノイズも増幅される。この結果、高速度カメラから得られたチェッカーパターンの画像にはノイズ成分が多くなり、チェッカーパターンを精度良く計測できない。チェッカーパターンを精度良く計測できない以上、キャリブレーションを行うことはできない。
【０００６】
次に、エネルギー強度が高いレーザ光をチェッカーパターンに照射すると、チェッカーパターンを撮影する高速度カメラが故障する危険性もある。上述したように、高速度カメラの電圧を上げてチェッカーパターンの計測精度を改善すると、高速度カメラ内部の素子は非常に敏感になる。このような状態で、レーザ光の反射光が高速度カメラに入ると、高速度カメラ内部の素子が反射光によって焼き切られ、結果として、高速度カメラが故障するおそれがある。
【０００７】
このような理由により、レーザ誘起蛍光法では、チェッカーパターンを用いた高速度カメラのキャリブレーションを行なうことは困難であるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明では、レーザ誘起蛍光法においても、高速度カメラのキャリブレーションを行えるキャリブレーション方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るキャリブレーション方法は、透明なエンジンシリンダの内壁に付着した筒内ウェットの位置と面積をレーザ誘起蛍光法で定量化する際に使用する高速度カメラのキャリブレーション方法であって、蛍光塗料を格子の形状に塗布した円柱形の治具を、前記エンジンシリンダ内に挿入し、前記治具に向けてレーザ光を照射し、前記高速度カメラを用いて前記治具の輝度を計測し、前記輝度の中で第１の輝度を有する蛍光治具部分と前記第１の輝度より低い第２の輝度を有する非蛍光治具部分と前記格子に関する設計値とに基づいて、前記蛍光治具部分と前記非蛍光治具部分のいずれかを含む複数のピクセルの大きさをそれぞれ算出するキャリブレーションを行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、レーザ誘起蛍光法においても、高速度カメラのキャリブレーションを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１はキャリブレーション方法の作業行程を示すフローチャートである。
【図２】図２は格子治具とガラスシリンダの斜視図である。
【図３】図３は格子要件を説明するための図である。
【図４】図４は格子治具の輝度の計測を説明するための図である。
【図５】図５は格子治具の撮像画像の一例である。
【図６】図６は筒内ウェットを説明するための図である。
【図７】図７は筒内ウェットの撮像画像の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１から図７を参照して、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
まず、図１及び図２に示すように、キャリブレーションを行う作業者は、格子治具１０をガラスシリンダ２０に挿入する（ステップＳ１０１）。より詳しくは、作業者は、直径Ｄの円柱形の格子治具１０をシリンダボア（内径）Ｄの円筒形のガラスシリンダ２０に挿入する。
【００１４】
格子治具１０は、蛍光塗料１１を格子の形状に塗布した円柱形の治具である。図２に示すように、格子治具１０の表面には蛍光塗料１１が格子の形状に塗布されている。蛍光塗料１１はレーザ光の光エネルギーを吸収して蛍光を発する塗料である。蛍光塗料１１は、格子治具１０の表面全体に塗布されていてもよいし、格子治具１０の表面の一部に塗布されていてもよい。本実施形態では、格子治具１０の表面から２つの底面１２の除いた外周面１３に蛍光塗料１１が塗布されている。
【００１５】
蛍光塗料１１は、図３の上段に示すように、格子間の距離が、幅ｘ（ミリメートル）、高さｙ（ミリメートル）になるように塗布される。幅ｘと高さｙはいずれも設計値である。幅ｘと高さｙの設計値は同じであってもよいし、異なっていてもよい。一方、蛍光塗料１１の線幅は、幅ｘと高さｙのいずれに対しても小さい。蛍光塗料１１をどの程度の線幅とするかについても設計により定めればよい。尚、詳細は後述するが、蛍光塗料１１の線幅が幅ｘと高さｙのいずれに対しても極めて小さな設計値になると、輝度の計測精度が低下し、キャリブレーションを行なえない可能性があるため、蛍光塗料１１の線幅は幅ｘと高さｙのいずれに対しても数分の一から十数分の一程度であることが望ましい。
【００１６】
また、蛍光塗料１１は、所定の格子要件が成立するように、格子の形状に塗布される。この所定の格子要件を図３の下段に示す。吸収エネルギーＥ１は蛍光塗料１１がレーザ光の光エネルギーを吸収できるエネルギーである。蛍光エネルギーＥ２はレーザ光の光エネルギーを吸収した後の蛍光塗料１１が有するエネルギーである。このように、吸収エネルギーＥ１のエネルギー強度が最大になる波長より、蛍光エネルギーＥ２のエネルギー強度が最大になる波長の方が長くなる格子要件が成立するように、蛍光塗料１１は格子の形状に塗布される。
【００１７】
一方、図２に示すように、ガラスシリンダ２０はシリンダボアＤを有する円筒形である。ガラスシリンダ２０の高さは格子治具１０の高さと同じであってもよいし、異なっていてもよい。ガラスシリンダ２０は透明なガラス製のエンジンシリンダである。本実施形態では、ガラスシリンダ２０を一例として説明するが、透明なエンジンシリンダであれば、エンジンシリンダの材料はガラスに限定されず、ガラス以外の材料を利用してもよい。図２に示すように、格子治具１０が直径Ｄを有し、ガラスシリンダ２０がシリンダボアＤを有するため、作業者は格子治具１０をガラスシリンダ２０に挿入することができる。
【００１８】
ステップＳ１０１の工程を終えると、図１及び図４に示すように、作業者はレーザ照射装置１００を用いて格子治具１０に向けてレーザ光ＬＳＲを照射する（ステップＳ１０２）。レーザ照射装置１００は拡散レーザ（具体的には深紫外である第４高調波の拡散レーザ）のレーザ光ＬＳＲを照射する装置である。レーザ照射装置１００はガラスシリンダ２０から離れた位置にガラスシリンダ２０に対して光軸が垂直になる状態で設置される。ステップＳ１０１の工程によって、格子治具１０はガラスシリンダ２０に格納されているため、図４に示すように、ガラスシリンダ２０に格納された状態の格子治具１０に向けて、作業者は格子治具１０に向けてレーザ光ＬＳＲを照射する。ガラスシリンダ２０は透明であるため、レーザ光ＬＳＲはガラスシリンダ２０を透過して格子治具１０に入射する。これにより、蛍光塗料１１は励起されて蛍光を発する。
【００１９】
尚、ガラスシリンダ２０の上部には、吸気バルブ３１、排気バルブ３２、インジェクタ３３、点火プラグ３４、吸気管３５、及び排気管３６を含むシリンダヘッド３０が設置されているが、ステップＳ１０２の段階では、シリンダヘッド３０は設置されていなくてもよい。
【００２０】
ステップＳ１０２の工程を終えると、図１及び図４に示すように、作業者は高速度カメラ２００を用いて格子治具１０の輝度を計測する（ステップＳ１０３）。高速度カメラ２００には光強度を増幅可能な高感度高速カメラを用いることが好ましい。高速度カメラ２００はガラスシリンダ２０から離れた位置にガラスシリンダ２０に対して光軸が垂直になる状態で設置される。高速度カメラ２００は格子治具１０の輝度を計測すると、大きく分けて２つの輝度が計測される。２つの輝度の一方は蛍光塗料１１が塗布された部分の輝度であり、２つの輝度の他方は蛍光塗料１１が塗布されていない部分の輝度である。蛍光塗料１１が塗布されていない部分の輝度は、蛍光を発していないため、蛍光塗料１１が塗布された部分の輝度より低くなる。言い換えれば、蛍光塗料１１が塗布されていない部分は暗く、蛍光塗料１１が塗布された部分は明るくなる。これにより、図５に示すように、高速度カメラ２００が計測した輝度に基づく撮像画像ＩＭには、蛍光塗料１１が蛍光した蛍光治具部分ＩＭ１と蛍光塗料１１が蛍光していない非蛍光治具部分ＩＭ２とが出現する。撮像画像ＩＭはＰＣ(Personal Computer)といった端末装置３００に表示される。
【００２１】
ステップＳ１０３の工程を終えると、図１及び図５に示すように、作業者は端末装置３００を用いてピクセルの大きさを算出する（ステップＳ１０４）。図５に示すように、蛍光治具部分ＩＭ１及び非蛍光治具部分ＩＭ２はいずれも複数のピクセルＰＸＬによって構成されている。ここで、上述したように、幅ｘ及び高さｙはいずれも設計によって数値が決定されているため、１つ分のピクセルＰＸＬの大きさを算出することができる。
【００２２】
例えば、１つ分のピクセルＰＸＬの幅方向の大きさは、本実施形態では、幅ｘの二分の一になる。同様に、１つ分のピクセルＰＸＬの高さ方向の大きさは、本実施形態では、高さｙの三分の一になる。このように、非蛍光治具部分ＩＭ２と格子間の距離を定めた幅ｘ及び高さｙの設計値とに基づいて、非蛍光治具部分ＩＭ２を構成する１つ分のピクセルＰＸＬの実測値を算出することができる。同様の手法により、蛍光治具部分ＩＭ１と蛍光塗料１１の線幅に相当する格子の幅を定めた設計値に基づいて、蛍光治具部分ＩＭ１のピクセルＰＸＬの実測値も算出することができる。
【００２３】
尚、格子治具１０は円柱形であるため、撮像画像ＩＭは幅方向の端部に向かうほど、収差による歪みが発生し、撮像画像ＩＭに出現する非蛍光治具部分ＩＭ２の幅は狭くなる。同様の理由により、蛍光治具部分ＩＭ１の幅も狭くなる。したがって、１つのピクセルＰＸＬの大きさだけを算出するのではなく、撮像画像ＩＭ内に出現する非蛍光治具部分ＩＭ２及び蛍光治具部分ＩＭ１のいずれかを構成する複数のピクセルＰＸＬ全ての大きさをそれぞれ算出する。これにより、収差による歪みも考慮した精度の高いキャリブレーションを行うことができる。
【００２４】
ステップＳ１０４の工程を終えると、図１及び図６に示すように、作業者は端末装置３００を用いて非燃焼式エンジン４００を運転し、高速度カメラ２００を用いて筒内ウェット４０を撮像する（ステップＳ１０５）。より詳しくは、ステップＳ１０４の工程を終えると、作業者はガラスシリンダ２０から格子治具１０を取り出し、ガラスシリンダ２０の上にシリンダヘッド３０を載置して、非燃焼式エンジン４００を作成する。
【００２５】
非燃焼式エンジン４００を作成し終えると、作業者は端末装置３００を用いて非燃焼式エンジン４００の運転を開始する。これにより、非燃焼式エンジン４００は燃焼を伴わずに、燃焼式エンジンと同様の動きを行う。したがって、例えば吸気バルブ３１は開弁し、インジェクタ３３から燃料Ｆがガラスシリンダ２０内に噴射される。この燃料Ｆには蛍光物質が含まれている。より詳しくは、燃料Ｆには蛍光物質が混在している。一方で、非燃焼式エンジン４００では燃料Ｆを燃焼させないため、燃料Ｆは燃焼する成分を含まなくてもよい。
【００２６】
インジェクタ３３から噴射された燃料Ｆはガラスシリンダ２０の内壁に付着し、筒内ウェット４０になる。燃料Ｆには蛍光物質が混在しているため、レーザ照射装置１００からレーザ光ＬＳＲを照射すると、筒内ウェット４０はレーザ光ＬＳＲの光エネルギーを吸収し、蛍光を発する。このように、蛍光を発する筒内ウェット４０を、作業者は高速度カメラ２００を用いて撮像する。これにより、図６に示すように、高速度カメラ２００が撮像した撮像画像ＩＭｗは端末装置３００に表示される。特に、この撮像画像ＩＭｗには筒内ウェット４０に相当するウェット領域ＡＲｗが出現する。
【００２７】
ステップＳ１０５の工程を終えると、図１及び図７に示すように、作業者は端末装置３００を用いて筒内ウェット４０の位置と面積を撮像画像ＩＭｗから導出する（ステップＳ１０６）。図７に示すように、撮像画像ＩＭｗは筒内ウェット４０に相当するウェット領域ＡＲｗを含んでいる。また、ガラスシリンダ２０のシリンダボアの中心であるボアセンターとシリンダヘッド３０の下面であるヘッド下面により、撮像画像ＩＭｗ上に、筒内ウェット４０の位置と面積を定量化する際の基準となる基準位置Ｐｏ（０，０）を事前に定めておく。
【００２８】
このように、基準位置Ｐｏ（０，０）を定めておけば、１つ分のピクセルＰＸＬの大きさは算出されているため、基準位置Ｐｏ（０，０）から離れた位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）を実測値で導出することができる。また、位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）の実測値を利用することで、基準位置Ｐｏと位置Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）とによって定まる矩形の領域ＡＲｚの面積ＡもＰｘ×Ｐｙにより実測値で導出することができる。特に、矩形の領域ＡＲｚを複数回使用し、その都度面積を導出して足し合わせれば、ウェット領域ＡＲｗの面積を実測値で導出することができる。このように、筒内ウェット４０の位置と面積を定量化することができる。
【００２９】
以上、本実施形態によれば、透明なガラスシリンダ２０の内壁に付着した筒内ウェット４０の位置と面積をレーザ誘起蛍光法で定量化する際に使用する高速度カメラ２００のキャリブレーション方法において、まず、蛍光塗料１１を格子の形状に塗布した円柱形の格子治具１０を、ガラスシリンダ２０内に挿入する。次に、格子治具１０に向けてレーザ光を照射し、高速度カメラ２００を用いて格子治具１０の輝度を計測する。そして、輝度の中で第１の輝度を有する蛍光治具部分ＩＭ１と第１の輝度より低い第２の輝度を有する非蛍光治具部分ＩＭ２と格子に関する設計値とに基づいて、蛍光治具部分ＩＭ１と非蛍光治具部分ＩＭ２のいずれかを含む複数のピクセルＰＸＬの大きさをそれぞれ算出するキャリブレーションを行う。これにより、レーザ誘起蛍光法においても、高速度カメラ２００のキャリブレーションを行うことができる。特に、本実施形態によれば、チェッカーパターンを使用せずに、高速度カメラ２００のキャリブレーションを行うことができるため、高速度カメラ２００が故障する危険性も回避される。
【００３０】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、格子間の距離と格子の幅を格子に関する設計値として利用したが、設計値は格子間の距離と格子の幅に限定されず、他の様々な設計値を利用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０  格子治具
１１  蛍光塗料
２０  ガラスシリンダ
３０  シリンダヘッド
４０  筒内ウェット
１００  レーザ照射装置
２００  高速度カメラ
３００  端末装置
４００  非燃焼式エンジン
【図１】
2019190889.tif 000003
【図２】
2019190889.tif 000004
【図３】
2019190889.tif 000005
【図４】
2019190889.tif 000006
【図５】
2019190889.tif 000007
【図６】
2019190889.tif 000008
【図７】
2019190889.tif 000009