(57)【要約】【課題】光明丹を用いて精度よく歯当たり面を検出することができる歯当たり抽出方法およびその装置を目的とする。【解決手段】光明丹を塗布した歯当たり歯面を撮影装置で撮影し、撮影したＲＧＢカラー画像のＲ・Ｇ・Ｂの各成分を画像処理装置によりグレースケールの画像に変換してＧ成分とＢ成分の輝度を加算し、グレースケール画像の濃淡を反転した反転画像の輝度と前記Ｒ成分の輝度を加算して得たグレースケール画像をヒストグラムに基づいて歯当たり面以外を除去して二値化画像とする方法と歯当たり歯面の撮影装置と、Ｒ・Ｇ・Ｂ成分をグレースケールの画像に変換してＧ成分とＢ成分の輝度を加算し、グレースケール画像の反転した輝度と前記Ｒ成分の輝度を加算したグレースケール画像をヒストグラムに基いて歯当たり面以外を除去して二値化画像とする画像処理装置とからなる装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光明丹を塗布した歯車を噛み合わせて生じた歯当たり面が表れる歯面を撮影装置で撮影し、撮影したＲＧＢカラー画像のＲ・Ｇ・Ｂの各成分を画像処理装置によりグレースケールの画像に変換するとともに、該Ｇ成分とＢ成分の輝度を加算したうえグレースケール画像の濃淡を反転し、該反転画像の輝度と前記Ｒ成分の輝度を加算して得たグレースケール画像をヒストグラムに基づいて歯当たり面以外を除去したうえ二値化画像とすることを特徴とする歯当たり抽出方法。
【請求項２】
複数回撮影した同一歯面のＲＧＢカラー画像を各Ｒ・Ｇ・Ｂ成分毎に平均化することを特徴とする請求項１に記載の歯当たり抽出方法。
【請求項３】
二値化画像のノイズ除去を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の歯当たり抽出方法。
【請求項４】
光明丹を塗布した歯面を噛み合わせて生じた歯当たり面が表れる歯面を撮影する撮影装置と、撮影したＲＧＢカラー画像のＲ・Ｇ・Ｂ成分をグレースケールの画像に変換するとともに該Ｇ成分とＢ成分の輝度を加算したうえグレースケール画像の濃淡を反転し、該反転画像の輝度と前記Ｒ成分の輝度を加算して得たグレースケール画像をヒストグラムに基いて歯当たり面以外を除去したうえ二値化画像とする画像処理装置とからなることを特徴とする歯当たり抽出装置。
【請求項５】
歯面を無影で白色光照明する照明装置が付帯されることを特徴とする請求項４に記載の歯当たり抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は差動装置等の歯車の歯当たり面を抽出する歯当たり抽出方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の差動装置に組み込まれるリングギヤとピニオンギヤよりなるハイポイドギヤやスパイラルベベルギヤ等の歯車は騒音の発生や異常音の発生を防止するため歯当たり検査が行なわれている。この歯当たり検査はリングギヤに光明丹を塗布したうえ、ピニオンギヤを噛合わせて光明丹が擦り取られたリングギヤの歯当たり面を目視して歯当たりの重心や面積を検査していた。しかし人手による検査は手間と労力を要し効率が悪いため、光明丹を歯車に塗布したうえ歯車を噛み合わせて歯当たり面を生じさせた歯面をカラー撮影し、撮影したＲＧＢカラー画像をＲ（Ｒｅｄ）Ｂ（Ｂｌｕｅ）Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）の三成分に分解したうえ二値化して検査を行う歯当たり測定機がある（例えば特許文献１参照）。またＲＢＧとは異なる黄色の塗料を歯車に塗布したうえ歯車を噛み合わせて歯当たり面を生じさせた歯面をカラー撮影し、撮影されたＲＧＢカラー画像の歯面を画像処理して面当たりを検査する面状況の抽出方法がある（例えば特許文献２参照）。
しかし、特許文献１によるものではＲＢＧカラー画像を直接二値化するため微妙な色合いが失われて歯当たり面を精度よく検出できないという問題があった。これは光明丹がロットの違いや溶かし具合、塗り具合等によって微妙に色合いが異なるため、ＲＢＧカラー画像を直接二値化すると光明丹のロットの違いや溶かし具合、塗り具合等により変わる色合いと光明丹が擦り取られた歯当たり面の色合いとの差を精度よく判別できないことにより生じた。即ち擦り取られる光明丹も塗りが薄い光明丹も歯車の地肌が透けて見える点で同じだからである。また特許文献２によるものは、撮影したＲＧＢカラー画像のＲ・Ｇ・Ｂ成分をヒストグラム化するため、例え塗布する塗料がＲＧＢ成分を含まない特定色（黄色）としても塗り具合等により変わる色合いと黄色塗料が擦り取られた歯当たり面の色合いとの微妙な差を判別することは難しかった。しかも装置の検査能力を実証する際は熟練者による歯当たり面の判定に基いて行なわなければならないが、光明丹とは違う特殊な黄色の塗料を用いるため、先ず熟練者が黄色による歯当たり面の検査に熟練しなければならないという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１１５８２９号公報
【特許文献２】特開平９−８９５３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は光明丹を用いて精度よく歯当たり面を検出することができる歯当たり抽出方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するため本発明は、光明丹を塗布した歯車を噛み合わせて生じた歯当たり面が表れる歯面を撮影装置で撮影し、撮影したＲＧＢカラー画像のＲ・Ｇ・Ｂの各成分を画像処理装置によりグレースケールの画像に変換するとともに、該Ｇ成分とＢ成分の輝度を加算したうえグレースケール画像の濃淡を反転し、該反転画像の輝度と前記Ｒ成分の輝度を加算して得たグレースケール画像をヒストグラムに基づいて歯当たり面以外を除去したうえ二値化画像とする歯当たり抽出方法を請求項１の発明とし、請求項１の発明において、複数回撮影した同一歯面のＲＧＢカラー画像を各Ｒ・Ｇ・Ｂ成分毎に平均化する歯当たり抽出方法を請求項２の発明とし、請求項１または２の発明において、二値化画像のノイズ除去を行なう歯当たり抽出方法を請求項３の発明とし、光明丹を塗布した歯面を噛み合わせて生じた歯当たり面が表れる歯面を撮影する撮影装置と、撮影したＲＧＢカラー画像のＲ・Ｇ・Ｂ成分をグレースケールの画像に変換するとともに該Ｇ成分とＢ成分の輝度を加算したうえグレースケール画像の濃淡を反転し、該反転画像の輝度と前記Ｒ成分の輝度を加算して得たグレースケール画像をヒストグラムに基いて歯当たり面以外を除去したうえ二値化画像とする画像処理装置とからなる歯当たり抽出装置を請求項４の発明とし、請求項４の発明において、光照明する照明装置が付帯されることを特徴とするに記載の歯当たり抽出装置を請求項５の発明とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図１に示される装置に基いて詳細に説明する。
１は装置本体であり、該装置本体１はコンピュータ２により制御される画像処理装置３、撮影装置４、照明装置５および被検査歯車を載置する載置台６とからなるものである。
【０００７】
前記コンピュータ２は画像処理装置３による画像処理を指示したり、撮影装置４の撮影を制御したり、撮影に応じて載置台６の傾動動作を制御したりするものである。
【０００８】
また画像処理装置３は図２、４、５、８に示されるように、撮影装置４により複数回撮影された歯面のＲＧＢカラー画像のＲ・Ｂ・Ｇの各成分を平均化する平均化処理（図５▲１▼）、Ｒ・Ｂ・Ｇの各成分をグレースケールの画像に変換する変換処理（図５▲２▼）、グレースケールのＧ成分とＢ成分の輝度を加算する加算処理（図２▲２▼）、Ｇ成分とＢ成分の輝度が加算されたグレースケール画像の濃淡を反転する反転処理（図２▲３▼）、該グレースケールの反転画像の輝度に前記グレースケールのＲ成分の輝度を加算する加算処理（図２▲４▼）、該加算により得られたグレースケール画像をヒストグラムに基いて歯当たり面以外の輝度分布パターンを除去する歯当たり面の抽出処理、歯当たり面を抽出後、該グレースケール画像を二値化画像とする二値化処理（図５▲２▼ｂ）等を行なう歯当たり抽出処理の他、および歯当たり面の抽出後、前記二値化画像から小面積の黒部を除去処理（図５▲３▼ａ）と膨張・収縮処理（図５▲３▼ｂ）による歯当たり面端部の分断防止処理、最大面積となる歯当たり面以外の面積部分の削除処理（図５▲３▼ｃ）、第一の二値化画像（図５▲２▼ｂ）とノイズ処理後の二値化画像（図５▲３▼ｃ）との論理積による偽の歯当たり面の除去処理（図５▲３▼ｄ）等のノイズ除去処理、斜視の二値化画像を投影画像に変換する角度変換処理（図５▲４▼）、角度変換した投影画像に基づいて歯当たり面の面積を求める面積算出処理（図なし）、斜視のＲＧＢカラー画像と二値化画像を投影画像に角度変換処理としたうえ、該角度変換したカラー画像の輝度と二値化画像との論理積演算を行なって歯当たり面の重心を求める重心算出処理（図８）等の検査処理とを行うことができるものとしている。
【０００９】
また撮影装置４はＲ・Ｇ・Ｂの各撮像素子に撮影画像のＲ・Ｇ・Ｂ成分を別々に取り込む３ＣＣＤカラーカメラを用いるものであり、３ＣＣＤカラーカメラのＲ・Ｇ・Ｂの各撮像素子に取り込まれるＲＧＢカラー画像のＲ・Ｇ・Ｂ成分は画像処理装置３に直接出力できるものとしている。
【００１０】
前記照明装置５は被検査歯車を照明するためのもので、歯面に対して照明光が平行に入射されるとともに均一な明るさで歯面が照明されるようになっている。具体的には照明装置５は図１に示されるように、環状の白色蛍光灯を用いてその環中心に撮影装置４のレンズが位置するようにして撮影装置４の光軸と照明装置５の照射光軸とのずれを少なくして無影となるようにしたものである。
【００１１】
また載置台６は図１に示されるように、被検査歯車を２０度傾斜させて載置させるものである。載置台６を２０度傾斜させることにより傘歯車形のリングギヤの傾斜に対して撮影装置４の光軸が直交するように配置でき撮影歪みを少なくできることとなる。また該載置台６はリングギヤの前進面側を撮影するときは４５度傾けて前進面側の歯面が撮影装置４に臨むようにし、リングギヤの後退面側を撮影するときは１５度傾けて後退面側が撮影装置４に臨むようにしている。これは歯面の傾斜角度が前進面側と後退面側とでは異なるからである。
【００１２】
また載置台６は図示しない電動モータにより傾動自在として傾動角度をコンピュータ２により制御するものとしているが、手動で傾動角度を調整するようにしてもよい。さらに載置台６には図示しない駆動モータが設けられて載置されているリングギヤを駆動できるようになっている。またリングギヤの歯当たりは差動装置の図示しないデフケースに収納されたまま検査が行なわれるもので、撮影するリングギヤはデフケースの点検開口を通じて行なわれるものである。
【００１３】
次に、歯当たり面の抽出処理を説明する。先ず差動歯車のリングギヤに光明丹を塗布する。その後２０度傾斜させてある載置台６上に差動歯車を組み込んだデフケースを載置する。そして光明丹を擦り落とすため差動歯車を回転駆動させる駆動モータをリングギヤに連結したうえ駆動モータを駆動させる。次に、デフケースの点検開口が撮影装置４と臨むように配置させるとともに、歯当たり面を検査するリングギヤの歯上面が撮影装置と平行になるように配置させる。さらに撮影を行なう歯面がその前進面側か後退面側かにより載置台６を２０度の傾斜面を左に４５度または右に１５度回転させて撮影面を撮影装置４に向けるとともに撮影像ができるかぎり斜視とならないようにする。
【００１４】
また撮影時には歯面を白色光の照明装置５により照明する。この照明装置５は環状の蛍光灯を用いた白色照明で、蛍光灯の環状孔中心に撮影装置４のレンズが配置されるようにしているので、照明光の照射方向と撮影装置４の光軸方向とは略一致したものとなり隣接する歯車の影が撮影する歯面に投影されることがない。しかも白色光とすることにより照明が間接光のようになるので歯面は均一な明るさで照明されることとなる。これにより画像処理の負荷を大幅に低減できることとなる。
【００１５】
このようにして歯面を無影で照明したうえ３ＣＣＤカラーカメラよりなる撮影装置４で同一歯面を同一位置から複数回撮影する。撮影されたＲＧＢカラー画像はＲ・Ｇ・Ｂの各撮像素子に入力されるので、ＲＧＢの各撮像素子からＲ・Ｇ・Ｂ成分を取り出したうえ画像処理装置３によりＲ・Ｇ・Ｂの成分毎に各撮影画像の同一ピクセル上における輝度の加算を行なったうえ、該加算された輝度を撮影数で除して該輝度を平均化する。
【００１６】
次いで、画像処理装置３は各Ｒ・Ｇ・Ｂ成分毎の画像を２５６階調のグレースケールに変換する。グレースケール化したときＧ成分とＢ成分は概ね１００以下の輝度ととなり、Ｒ成分は概ね１００以上の輝度となる。これは歯当たり面を目視できるようにするリングギヤに塗布される光明丹が赤色系であるからである。
【００１７】
次に、画像処理装置３はグレースケールのＧ成分とＢ成分の輝度を加算する。これにより光明丹の赤色成分を含まないＧ成分とＢ成分を加算することにより、歯当たりにより光明丹が擦り取られて薄くなった歯面の状態がより明瞭に表されることとなる。次いで画像処理装置３はＧ成分とＢ成分の加算されたグレースケール画像の濃淡を反転させる。これはポジ画像をネガ画像に変換するフィルター処理である。
【００１８】
次いで、画像処理装置３はグレースケールの反転画像の輝度を前記グレースケールのＲ成分の輝度と加算する。これにより光明丹の微妙な付着状態、例えば、ラップ段差との輝度差をより明確にして歯当たり面と非歯当たり面部とをグレースケールの輝度として明確に表すことができることとなる。ラップ段差とはギヤの焼入れ後、ラッピングマシンでリングギヤとピニオンギヤとを組み合わせて揺動と回転を組み合わせて歯面をラッピングした際、図６に示されるようにラッピング残りが周辺に生じる。この部分は光明丹が付着し難いため歯当たり面と同じように光明丹が擦り取られたように黒ずんで見える部位をいう。
【００１９】
このようにして歯当たり面が明確になった後、画像処理装置３は歯当たり面以外を除去したうえグレースケール画像を二値化画像に変換する。歯当たり面の除去は図３に示されるヒストグラムに基いて行われる。ヒストグラムでは歯当たり面は同じような輝度が集まった輝度分布パターンとなるため、歯当たり面の輝度分布パターン以外が除去されるように閾値を設定し、歯当たり面以外の輝度分布パターンを除去した後、グレースケール画像を二値化する。前記閾値は歯当たり面の輝度が下がった谷部に設ければよいが、図３に示されるように、歯当たり面と非歯当たり面との輝度分布との判別が難しいため、谷部より若干高い非歯当たり面側の輝度を閾値とする。これにより歯当たり面と非歯当たり面との判別を明確にすることができる。このとき谷部からのシフト量は大きすぎると歯当たり面以外が大きくなるので谷部から５つ非歯当たり面側にシフトさせた輝度とすることにより、歯当たり面に入り込むノイズを少なくできる。なお、輝度は２５６階調のものとしている。
【００２０】
このように二値化した後、画像処理装置３は歯当たり面の検査精度を上げるためノイズ除去処理を行なう。このノイズ除去は先ず小面積の点在する黒部の除去を行う。次いで、歯当たり面のピクセルから少し途切れかけているピクセルの膨張・収縮によるノイズ除去処理を行なう。この処理は途切れかけている歯当たり面のピクセルや干渉線のピクセル等の切り捨てを防ぐものである。具体的には図７に示されるように、途切れかけている各ピクセルひとつひとつの周囲を８個のピクセルで囲んで９個のピクセルに膨張させる。これにより図７に示されるように、７個のＵ字状の黒ピクセルは２５個のピクセルよりなる四角形に膨張されることとなる。次に２５個のピクセルよりなる四角形を囲む１６個の隣接ピクセルを除去して６個の四角形よりなるピクセルに収縮する。
【００２１】
前記膨張・収縮により歯当たり面の端部の分断が防止され、歯当たり面の一連のピクセルと非歯当たり面のピクセルとに分けられることとなる。このとき歯当たり面は最大面積となるので、画像処理装置３は画像から最大面積部位を抽出して最大面積以外のピクセルを削除するノイズ除去処理を行なう。
【００２２】
続いて、画像処理装置３は図５▲２▼ｂに示される二値化画像と図５▲３▼ｃに示されるノイズ除去された二値化画像との論理積演算を行って膨張・収縮により生じた偽りの歯当たり面を削除して図５▲２▼ｄに示される二値化画像を得る。
【００２３】
次に、このようにして得られた二値化画像（図５▲２▼ｄ）は図５▲４▼に示されるように角度変換を行なって斜視画像は投影画像に変更される。これは撮影された歯面は弧状に形成されているため斜視像となり、歯当たり面の面積や重心を求める際に必要となるからである。また歯面の前進面側と後退面側とでは弧面が逆になるので、凹凸それぞれの弧面に応じた角度変換が行なわれることとなる。
【００２４】
前記のように角度変換した投影画像におけるピクセル数をカウントすることにより歯当たり面の面積は算出される。また歯当たり面の重心は投影画像に変換した図５▲１▼に示されるＲＧＢカラー画像の輝度と投影画像に変換した図５▲３▼ｄに示される二値化画像とから求めるものとする。このときＲＧＢカラー画像は斜視画像であるため、角度変換を行なって投影画像に変換した後、図５▲３▼ｄに示される二値化画像の角度変換を行なって得た投影画像と論理積演算を行なって、歯当たり面内における最高の輝度を有する部分を求めて歯当たり面の重心を求めるものとする。
【００２５】
なお、前記好ましい実施の形態では、撮影装置４による撮影を複数回行なって平均値を求めることにより外部の明るさなどの変動による影響を低減するものとしているが撮影を一回だけ行なって得た画像を用いてもよいことは勿論である。また前記好ましい実施の形態では、３ＣＣＤカラーカメラにより撮影を行なってＲ・Ｇ・Ｂの各撮像素子からＲ・Ｇ・Ｂ成分を取り出して画像処理装置３に入力しているが、１ＣＣＤカラーカメラを用いる場合は、画像処理装置３によりＲＧＢカラー画像をＲ・Ｇ・Ｂ成分に分解するものとしてもよいことは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は前記説明によって明らかなように、光明丹を塗布した歯車を噛み合わせて生じた歯当たり面が表れる歯面を撮影装置で撮影し、撮影したＲＧＢカラー画像のＲ・Ｇ・Ｂの各成分を画像処理装置によりグレースケールの画像に変換するとともに、該Ｇ成分とＢ成分の輝度を加算したうえグレースケール画像の濃淡を反転し、該反転画像の輝度と前記Ｒ成分の輝度を加算して得たグレースケール画像をヒストグラムに基づいて歯当たり面以外を除去したうえ二値化画像とすることにより、歯当たり面を確実且つ精度よく検査することができるので省力化に極めて有効なものとなる。しかも二値化する前のグレースケール画像は目視した場合と同じような画像となるので、画像を目視して装置が正確に歯当たり面を検出しているかチェックでき、装置のチューニングや設定調整も簡単なものとなる。
【００２７】
請求項２のように、同一歯面を複数回撮影したＲＧＢカラー画像は各Ｒ・Ｇ・Ｂ成分毎に平均化することにより、外部の明るさなどの変動による影響を低減できるのでより歯当たり面の検出が確実なものとなる。
【００２８】
請求項３のように、二値化画像のノイズ除去を行なうことにより、精度の高い歯当たり面の検査が可能となる等種々の利点を有するものである。
従って、本発明は従来の問題点を解消した歯当たり抽出方法およびその装置として業界の発展に寄与するところ大なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の好ましい実施の形態における歯当たり面を画像処理して強調する過程を示す説明図である。
【図３】本発明の好ましい実施の形態における歯面の輝度を示すヒストグラムである。
【図４】本発明の好ましい実施の形態の検査工程を示すフローチャートである。
【図５】本発明の好ましい実施の形態における歯当たり面の検査工程を示す説明図である。
【図６】本発明の好ましい実施の形態における歯面に生じるラップ段差部位を示す斜視図である。
【図７】本発明の好ましい実施の形態における膨張・収縮によるノイズ除去処理を示す説明図である。
【図８】本発明の好ましい実施の形態における前進面側と後退面側の歯当たり面における重心位置を示す説明図である。
【符号の説明】
３  画像処理装置
４  撮影装置
５  照明装置
６  載置台
【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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【図７】
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【図８】
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