(57)【要約】【課題】  撮影した撮影画像を用いてカバレージを簡易に測定することを可能とする。【解決手段】  この測定方法では、光源からの光を加工面に投射して加工面からの反射像を撮影する撮影工程（Ｓ１２）と、撮影工程で得られた反射像に含まれる画素群の平均輝度を算出する算出工程（Ｓ１４）と、算出工程で得られた平均輝度から、カバレージを特定するカバレージ特定工程（Ｓ１８）と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショットピーニング処理された加工面のカバレージを測定する方法であり、
光源からの光を加工面に投射して加工面からの反射像を撮影する撮影工程と、
撮影工程で得られた反射像に含まれる画素群の平均輝度を算出する算出工程と、
算出工程で得られた平均輝度から、カバレージを特定するカバレージ特定工程と、を有するカバレージ測定方法。
【請求項２】
カバレージ特定工程は、予め設定された「平均輝度−カバレージ」の関係を規定する基準データを用いてカバレージを特定し、
基準データは、平均輝度をＬとし、カバレージをＣとしたときに、平均輝度Ｌを変数とする一次関数でカバレージＣを規定することを特徴とする請求項１に記載のカバレージ測定方法。
【請求項３】
ショットピーニング処理された加工面のカバレージを測定する装置であり、
光源と、
撮影装置と、
光源からの光を加工面に投射すると共に、加工面からの反射像を撮影装置に導く光学系と、
反射像に含まれる画素群の平均輝度とカバレージとの関係を規定する基準データを記憶するメモリと、
撮影装置で撮影された反射像から特定される平均輝度と基準データとからカバレージを算出する演算装置と、を有するカバレージ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、ショットピーニング処理された加工面のカバレージを測定する技術に関する。ここで、「カバレージ」とは、ショットピーニング量を定量的に評価するための指標である。典型的には、加工面に投射材が衝突することにより形成される投射痕面積と、加工面の面積との比（すなわち、投射痕面積／加工面面積）で表される。
【背景技術】
【０００２】
機械部品（例えば、歯車、ばね等）の疲労強度を向上するために、機械部品の表面にショットピーニング処理が施されることがある。ショットピーニング処理では、投射材（例えば、鋼球）を機械部品の表面に投射し、機械部品の表面に圧縮残留応力を付与する。機械部品の表面に圧縮残留応力が付与されることで、機械部品の疲労強度が向上する。機械部品の表面に付与される圧縮残留応力は、ショットピーニング量によって変化する。このため、機械部品の表面に付与される圧縮残留応力を制御するためには、ショットピーニング量を定量的に評価する必要がある。そこで、従来からショットピーニング量を定量的に評価するための指標としてカバレージが用いられている。特許文献１には、カバレージを測定する装置が開示されている。特許文献１の測定装置では、ショットピーニングされた加工面を撮影装置で撮影し、その撮影画像から投射痕面積を算出し、その算出した投射痕面積と撮影装置で撮影される撮影面積からカバレージを算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５２６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、撮影画像から投射痕面積を算出し、その算出した投射痕面積からカバレージを算出する。このために撮影画像を二値化して、投射された領域と投射されていない領域とに区別しなければならない。二値化するためには閾値を設定して各画素の輝度と閾値とを比較しなければならないが、設定された閾値によっては算出されるカバレージが大きく変化する。このため、従来技術では、適切なカバレージを算出するために、閾値の微調整が必要になるという問題があった。本明細書は、撮影した撮影画像を用いてカバレージを測定する方法において、二値化処理をすることなくカバレージを測定することができる技術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】
【０００５】
本明細書に開示のカバレージ測定方法は、ショットピーニング処理された加工面のカバレージを測定する方法である。この測定方法は、光源からの光を加工面に投射して加工面からの反射像を撮影する撮影工程と、撮影工程で得られた反射像に含まれる画素群の平均輝度を算出する算出工程と、算出工程で得られた平均輝度から、カバレージを特定するカバレージ特定工程と、を有している。
【０００６】
この測定方法では、光源からの光をショットピーニング処理が行われた加工面に投射し、加工面からの反射像を撮影装置で撮影する。本願発明者等が検討したところ、加工面から反射される反射像に含まれる画素群の平均輝度とカバレージには相関があり、平均輝度によってカバレージが特定できることが判明した。したがって、撮影画像が撮影されると、その撮影画像から平均輝度を算出し、算出した平均輝度からカバレージを特定する。この測定方法では、二値化処理を行うことなく、カバレージを測定することができる。
【０００７】
また、本明細書は、上記のカバレージ測定方法を好適に実施することができるカバレージ測定装置を開示する。すなわち、本明細書に開示するカバレージ測定装置は、ショットピーニング処理された加工面のカバレージを測定する装置であり、光源と、撮影装置と、光源からの光を加工面に投射すると共に、加工面からの反射像を撮影装置に導く光学系と、反射像に含まれる画素群の平均輝度とカバレージとの関係を規定する基準データを記憶するメモリと、撮影装置で撮影された反射像から特定される平均輝度と基準データとからカバレージを算出する演算装置と、を有する。
【０００８】
このカバレージ測定装置では、平均輝度とカバレージとの関係を規定する基準データをメモリに記憶している。このため、加工面が撮影されると、その撮影画像から平均輝度を算出し、算出した平均輝度と、メモリに記憶された基準データとからカバレージを算出することができる。このため、二値化処理をすることなく、カバレージを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例に係るカバレージ測定装置の全体の構成図。
【図２】実施例に係るカバレージ測定装置の制御系の構成を示すブロック図。
【図３】撮影装置の光学系の構成の概略図。
【図４】カバレージを算出する手順を示すフローチャート。
【図５】ばねの表面に形成された投射痕を撮影した画像内における、投射痕と輝度の関係を模式的に示す図。
【図６】ショットピーニング処理されたばねの表面を撮影したときの設定輝度以上となる画素数（ピクセル数）と、投射時間と、目視によるカバレージ（％）の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
最初に、以下に説明する実施例の特徴を列記する。なお、ここに列記する特徴は、何れも独立して有効なものである。
【００１１】
（特徴１）  本明細書で開示されるカバレージ測定方法では、カバレージ特定工程は、予め設定された「平均輝度−カバレージ」の関係を規定する基準データを用いてカバレージを特定してもよい。この場合に、基準データは、平均輝度をＬとし、カバレージをＣとしたときに、平均輝度Ｌを変数とする一次関数でカバレージＣを規定してもよい。本願発明者等が鋭意検討したところ、平均輝度ＬとカバレージＣとの関係は、平均輝度Ｌを変数とする一次関数で良好に近似できることが判明した。したがって、基準データを平均輝度Ｌを変数とする一次関数で与えることで、カバレージを良好に算出することができる。
【実施例】
【００１２】
本実施例に係るカバレージ測定装置１０について説明する。カバレージ測定装置１０は、ショットピーニング処理された加工面のカバレージを測定する。測定対象となる加工面は、アルメンストリップの表面（すなわち、平坦な平面）だけではなく、ショットピーニング処理された機械部品（例えば、ばね、歯車等）の表面も含まれる。機械部品の表面には、スケールや成形時の傷等が形成されており、その表面粗さがアルメンストリップの表面粗さよりも大きい。このため、カバレージ測定装置１０は、アルメンストリップのカバレージを測定するときと、機械部品のカバレージを測定するときで、異なる基準データ（いわゆる、検量線）を利用する。基準データについては、後で詳述する。
【００１３】
カバレージ測定装置１０は、オペレータによって測定対象となる加工面の近傍まで携帯されて使用される。図１，２に示すように、カバレージ測定装置１０は、本体１２と撮影装置１４を備えている。本体１２と撮影装置１４はコード１３により接続されている。
【００１４】
本体１２は、電源スイッチ２３や測定開始スイッチ２２等のスイッチ類と、表示器２０と、カバレージ測定装置１０の各部を制御するコンピュータ２４を備えている。電源スイッチ２３は、カバレージ測定装置１０を起動するためのスイッチである。電源スイッチ２３が操作されると、本体１２内に収容されているバッテリ（図示しない）から本体１２の各部や撮影装置１４へ電源供給が開始される。測定開始スイッチ２２は、カバレージの測定を開始するためのスイッチである。なお、測定開始スイッチ２２を設ける代わりに表示器２０をタッチパネルとし、表示器２０内の画面の所定箇所をタッチすることで、カバレージの測定を開始するようにしてもよい。
【００１５】
表示器２０は、撮影装置１４で撮影された画像や測定されたカバレージ等を表示する。カバレージ測定装置１０によってカバレージが複数回計測されたときは、計測されたカバレージの推移や平均値等も表示器２０に表示される。
【００１６】
コンピュータ２４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えている。コンピュータ２４は、撮影装置１４と表示器２０と各種スイッチ２２，２３とメモリ２５に接続されている（図２参照）。コンピュータ２４は、撮影装置１４を制御して加工面を撮影する処理、撮影した画像に基づいてカバレージを算出する処理、算出したカバレージを表示器２０に表示する処理等を行う。コンピュータ２４の処理については、後で詳述する。
【００１７】
メモリ２５は、基準データを記憶する。基準データは、コンピュータ２４がカバレージを算出する際に用いられる。具体的には、基準データは、撮影装置１４で撮影される画像に含まれる画素群の平均輝度とカバレージとの関係を規定するデータである。すなわち、アルメンストリップや機械部品の表面に投射材が衝突すると、その表面に投射痕が形成される。表面に投射痕が形成されると、投射痕によって、表面からの反射光の向きが変化する。その結果、撮影装置１４で撮影される画像内においては、投射痕が形成された位置の画素の輝度が変化する。このため、ショットピーニング処理が進んで投射痕が増加してゆくと、それに応じて算出される平均輝度も変化していくことになる。本実施例では、平均輝度とカバレージとの関係を規定する基準データを用いることでカバレージを算出する。
【００１８】
ここで、機械部品とアルメンストリップの場合とでは、平均輝度とカバレージとの関係が異なる。すなわち、機械部品の表面は、アルメンストリップとは異なり、スケールや傷によって表面粗さが大きくなっている。このため、機械部品の表面を撮影した画像内においては、投射痕が形成されていない位置の画素の輝度は低く、投射痕が形成された位置の画素の輝度が高くなる。図５を参照して具体的に説明する。図５は、機械部品の一例としてばねの表面を撮影した画像３４と、その画像３４のＡ−Ａ線に沿った画素群の輝度の変化を模式的に示している。図５に示すように、画像３４の中央には投射痕３６が形成されている。図から明らかなように、投射痕３６が形成された位置では輝度が高くなり、投射痕３６が形成されていない領域３８では輝度が低くなっている。すなわち、投射痕３６が形成されていない領域３８では、光が乱反射されるため輝度が低くなる。一方、投射痕３６が形成された部分では、スケール及び／又は傷が除去され、光が乱反射される程度が低下して輝度が高くなる。このため、ショットピーニング処理が進んで投射痕が増加してゆくと、それに応じて算出される平均輝度も高くなる。
【００１９】
一方、アルメンストリップのような平坦な平面では、スケールや傷等がなく、その表面粗さが小さい。このため、アルメンストリップの表面を撮影した画像内においては、投射痕が形成されていない位置の画素の輝度は高く、投射痕が形成された位置の画素の輝度が低くなる。すなわち、投射痕が形成されていない領域では、光が乱反射される程度が低く、その輝度が高くなる。一方、投射痕が形成された部分では、投射痕によって光が乱反射され、その輝度が低くなる。このため、ショットピーニング処理が進んで投射痕が増加してゆくと、それに応じて算出される平均輝度も低くなる。
【００２０】
上記のことを具体的に説明する。図６は、ばねの表面について平均輝度とカバレージの関係を測定した測定結果と、アルメンストリップの表面について平均輝度とカバレージの関係を測定した測定結果を合わせて示すグラフである。図６から明らかなように、ばねにおいては、平均輝度の上昇に応じてカバレージが増加している。一方、アルメンストリップにおいては、平均輝度の上昇に応じてカバレージが減少している。ただし、ばねの場合もアルメンストリップの場合も、平均輝度の変化に対してカバレージが直線的に増加又は減少している、すなわち、カバレージを平均輝度の一次関数として近似できる。
【００２１】
そこで、本実施例では、一次関数を用いて平均輝度ＬとカバレージＣとの関係を規定している。具体的には、Ｃ＝ａ×Ｌ＋ｂで規定する（すなわち、基準データは、Ｃ＝ａ×Ｌ＋ｂ）。なお、パラメータａ、ｂは定数であり、予め実験によって求められる。例えば、次の方法で求めることができる。まず、ばねの表面に実際にショットピーニング処理を行い、次いで、目視によるカバレージの測定と、撮影した画像から平均輝度を算出する。目視によるカバレージの測定と平均輝度の算出は、ショットピーニング処理量を変化させ、異なるショットピーニング処理量において行う。これによって、図６に示す結果が得られる。図６に示す結果が得られると、その実験結果を上記の一次関数にフィッティングし、係数ａ，ｂを求める。
【００２２】
上述したように、基準データとしては、機械部品のカバレージを測定する場合は一次関数（Ｃ＝ａ１×Ｌ＋ｂ１（ａ１＞０））を用い、アルメンストリップを測定する場合は一次関数（Ｃ＝ａ２×Ｌ＋ｂ２（ａ２＜０））を用いる。基準データの切換えは、オペレータが別途設けたスイッチ等を操作することによって行われるようにすればよい。
【００２３】
なお、測定対象となる機械部品の種類（例えば、品番等）が変わると、パラメータａ，ｂが変化する場合がある。このような場合に対応するために、本実施例のカバレージ測定装置１０では、パラメータａ，ｂの調整が可能となっている。これによって、機械部品の種類に応じて適切にカバレージを測定することができる。なお、調整したパラメータａ，ｂへのアクセスは、パスワードで保護することが好ましい。パスワードで保護することで、オペレータが誤ってパラメータを変更してしまうことが防止できる。
【００２４】
撮影装置１４は、光源として機能するＬＥＤ１６と、画像を撮影するカメラ１８と、ＬＥＤ１６からの光を加工面に投射すると共に加工面からの反射像をカメラ１８に導く光学系２８を備えている。カメラ１８は、コンピュータ２４によってオン／オフ制御される。また、カメラ１８で撮影された画像データは、コンピュータ２４に入力されるようになっている。
【００２５】
図３に示すように、光学系２８は第１光軸２８ａと、第１光軸２８ａと直交する第２光軸２８ｂを有している。第１光軸２８ａ上にはカメラ１８が配置され、第２光軸２８ｂ上にはＬＥＤ１６が配置されている。光学系２８は、ハーフミラー２６を備えており、ハーフミラー２６は第１光軸２８ａと第２光軸２８ｂが交差する位置に配置されている。このため、ＬＥＤ１６から照射された光は、ハーフミラー２６で反射されて加工面３０に照射されるようになっている。ハーフミラー２６で反射されて加工面３０に照射されるＬＥＤ１６からの光の光軸は、カメラ１８の光軸（すなわち、光軸２８ａ）と同軸となっている。すなわち、光学系２８は同軸落射照明系となっている。また、光学系２８は、図示しない物体側テレセントリックレンズを備えている。このため、加工面３０に照射される光の主光線は光軸２８ａと平行となる。すなわち、光学系２８は物体側テレセントリック光学系とされている。
【００２６】
なお、図１，３に示すように、ＬＥＤ１６とカメラ１８と光学系２８はケーシング２９内に収容されている。ケーシング２９は、直径がφ１２ｍｍの細い管状に形成されている。カバレージ測定時（画像撮影時）には、ケーシング２９の先端が加工面（測定対象となるばねの表面）に突き当てられる（図３に示す状態）。これによって、ＬＥＤ１６からの光が垂直に加工面３０に照射されるようになっている。また、ケーシング２９の先端を加工面３０に突き当てて画像を撮像することで、カメラ１８で撮像される範囲が所定の領域に制限される。このため、カメラ１８で撮像される撮像面積が略一定となる。ここで、ケーシング２９が細い管状であるため、カメラ１８で撮像される面積も狭くなる。その結果、カメラ１８で鮮明な画像を撮像することができ、その後の解析を適切に行うことができる。
【００２７】
上述したカバレージ測定装置１０によりカバレージを測定する手順を図４を用いて説明する。カバレージを測定する際は、まず、オペレータは撮影装置１４の先端を加工面３０（ショットピーニング処理された面）に突き当てる。次いで、測定開始スイッチ２２をオンする（Ｓ１０）。測定開始スイッチ２２がオンされると、コンピュータ２４はＬＥＤ１６及びカメラ１８を作動させる（Ｓ１２）。これによって、ＬＥＤ１６から照射される光が加工面３０に照射され、加工面３０からの反射像がカメラ１８で撮像される。カメラ１８で撮像された撮像データはコンピュータ２４に入力される。なお、撮影装置１４の先端が加工面３０に突き当てられ、また、光学系２８が同軸落射照明系で物体側テレセントリック光学系であるため、加工面３０に対して垂直に光が照射される。
【００２８】
次いで、コンピュータ２４は、カメラ１８で撮像された画像データの平均輝度を算出する（Ｓ１４）。具体的には、コンピュータ２４は、画像データを構成する各画素の輝度を加算し、加算した値を画素数で除することで平均輝度を算出する。
【００２９】
次いで、コンピュータ２４は、メモリ２５より基準データを読み出し（Ｓ１６）、Ｓ１４で算出した平均輝度とＳ１６で読み出した基準データを用いてカバレージを算出する（Ｓ１８）。上述したように、基準データは、輝度Ｌを変数とする１次関数によってカバレージを規定している。したがって、コンピュータ２４は、ステップＳ１４で算出した平均輝度を基準データ（一次関数）に代入することで、カバレージを算出する。
【００３０】
ステップＳ１８でカバレージが算出されると、コンピュータ２４は、表示器２０に算出したカバレージを表示する（Ｓ２０）。これによって、オペレータは加工面３０のカバレージを確認することができる。
【００３１】
上述したように本実施例のカバレージ測定装置１０によると、カメラ１８で撮影された画像データに基づいてカバレージを算出する。このため、測定者の違いによってカバレージが変化することはなく、客観的にカバレージを測定することができる。
【００３２】
また、本実施例では、加工面を撮影した画像の平均輝度を用いることでカバレージを算出する。このため、従来技術で必要とされた二値化処理を行う必要はなく、適切に二値化処理を行うための閾値の調整等の作業を行う必要もない。この結果、より簡易にカバレージを測定することができる。
【００３３】
以上、本願の技術を具現化した具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０  カバレージ測定装置
１２  本体
１３  コード
１４  撮影装置
１８  カメラ
２０  表示器
２２  測定開始スイッチ
２３  電源スイッチ
２４  コンピュータ
２６  ハーフミラー
２８  光学系
２８ａ  光軸
２８ｂ  光軸
２９  ケーシング
３０  加工面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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