(57)【要約】【課題】凹部を有する鋳鉄の表面に析出した黒鉛を正確に計測することが難しいという問題があった。【解決手段】ＣＣＤカメラによる画像輝度値の測定と同時に、干渉式顕微鏡１８で、ＣＣＤカメラで測定している箇所と同一箇所、同一範囲の高さの分布を測定する。検出された高さの分布の画像データは、高さ２値化部２２へ送られる。高さ２値化部２２は、所定のしきい値より、高さが低い部分を凹部として判定し、凹部とそれ以外の部分に２値化する。このようにして、図２に示すような凹部１４のみが分布している画像データを得ることができる。次に、演算部２４は、輝度２値化部２０から送られてくる図１のデータと、高さ２値化部２２から送られてくる図２のデータとに基づいて演算を行うと、図３で示されるように黒鉛１２のみの分布を正確に把握できるようになる。【選択図】　　　　図４
2004144530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹部を有する鉄鋼表面に析出した黒鉛量を計測する表面計測装置において、
前記鉄鋼表面の画像輝度値を測定する画像輝度値測定手段と、
前記画像輝度値が所定のしきい値よりも低い部分を低画像輝度値部分と判定する第１の判定手段と、
前記ワーク表面の凹み具合を測定する凹度測定手段と、
前記凹み具合が所定のしきい値よりも大きい部分を凹部と判定する第２の判定手段と、
前記第１の判定手段と前記第２の判定手段とに基づいて、鉄鋼表面に析出した黒鉛量を計測する演算手段と、
を含むことを特徴とする表面計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載される表面計測装置において、
前記演算手段は、前記低輝度値部分から、位置が対応する前記凹部を差し引いた部分を、前記鉄鋼表面に析出した黒鉛部分とする手段であること、
を特徴とする表面計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面計測装置、特に、鉄鋼表面に析出した黒鉛量を、ＣＣＤカメラ等の画像輝度値測定手段を用いて計測する表面計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳鉄等の鉄鋼表面に析出する黒鉛量の検査において、ＣＣＤカメラ等の画像輝度値測定手段を用いて、画像輝度値により鋳鉄等の鉄鋼表面に析出する黒鉛量を計測していた。
【０００３】
鋳鉄は自動車のエンジンブロックのシリンダライナ等に用いられている。シリンダライナはピストンのピストンリングと接し、ピストンリングのピストン運動により、こすられる。ピストンリングとシリンダライナがこすられるときの摩擦係数を、できるだけ小さくすることはエンジンの燃費を向上させる上で重要となる。そのため、ピストンリングとシリンダライナとが接する面には潤滑油を塗布するなど、その摩擦係数を減少させる手段が施されている。シリンダライナの素材となる、鋳鉄の表面状態、そのものの改善も有効な摩擦係数の減少方法である。一般に鋳鉄の表面に黒鉛が多く析出すると、黒鉛の固体潤滑性により、シリンダライナとピストンリングの摩擦係数を小さくすることができる傾向がある。したがって、鋳鉄表面に析出する黒鉛量を正確に計測することができれば、その析出量と摩擦係数の関係を調査し、ひいては燃費の向上に貢献することができるシリンダライナを提供することも可能となる。このような目的等のため、ＣＣＤカメラ等の画像輝度値測定手段を用いて、画像輝度値により鋳鉄等の鉄鋼表面に析出する黒鉛量を計測することとしていた。
【０００４】
なお、従来から、ＣＣＤカメラなどの画像輝度値測定手段によって対象物を検査・検知する方法が各種の分野において知られている。例えば、特開２００２−１５０２９０号公報では、侵入者の有無を検知する侵入者検出装置において、カメラ等による実際の監視画像と背景画像の差分画像により、侵入者を正確に検出する装置が報告されている。また、特開２００２−７４３３３号公報では、同様に背景画像との差分を用いて物体を確実に監視する方法および装置が報告されている。また、特開２００１−２６８３２６号公報では、スキャナなどの撮像装置において、室内灯等による影の影響を検査し、その影響を除去して画像輝度値を補正して正確にスキャンする撮像装置が報告されている。特開２０００−２８３７４８号公報では、歯車などの工業製品の欠陥検出検査において、予め定められた画像輝度値のしきい値以上の高輝度域が検出された部分を欠陥として検出する欠陥検出方法および装置が報告されている。さらに、特開２００２−９２５９３号公報では、研磨パッドに存在する空孔を確実に検出する検査方法において、画像輝度値測定手段と高さ測定手段をそれぞれ２値化して確実に研磨パッド上の空孔を検出する検査方法が報告されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１５０２９０号公報
【特許文献２】
特開２００２−７４３３３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２６８３２６号公報
【特許文献４】
特開２０００−２８３７４８号公報
【特許文献５】
特開２００２−９２５９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、画像輝度値測定手段のみでは、鋳鉄等の表面に析出している黒鉛量の分布を正確に求めることは難しい場合がある。図１は、実際に鋳鉄の試料片１０の表面を、ＣＣＤカメラ等の画像輝度値測定手段を用いて撮影した模式図である。試料片１０は、検査対象物（例えばシリンダライナ）からスライスして取り出した、スライス片を研磨等の処理をしたものである。また、この模式図は、ある画像輝度値をしきい値として、それ以上の部分（白色）と、それ以下の部分（黒色）と、に分けた２値化処理をしたものである。図１の白色部分は試料片１０中の鉄の部分である。黒色部分（低画像輝度値部分）は、試料片１０の表面に析出した黒鉛１２と、脱落痕１４である。脱落痕１４は、検査対象物からスライスして、試料片１０を作成する際において、スライス時などに鉄が部分的に脱落したことなどの理由によるものである。脱落痕１４は、その凹みによる影により、低輝度値部分である黒色部となって現れる。図１において、黒鉛１２と脱落痕１４は、同じ黒色であり、画像輝度値測定手段だけで、それらの相違を判断することは難しい場合がある。よって、脱落痕１４等の凹部を有する鋳鉄の試料片１０の表面に析出した黒鉛１２を正確に計測することが難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面に凹部を有する鉄鋼表面に析出した黒鉛量を、正確に計測できる表面計測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の表面計測装置は、表面に凹部を有する鉄鋼表面に析出した黒鉛量を計測する表面計測装置において、前記鉄鋼表面の画像輝度値を測定する画像輝度値測定手段と、前記画像輝度値が所定のしきい値よりも低い部分を低画像輝度値部分と判定する第１の判定手段と、前記ワーク表面の凹み具合を測定する凹度測定手段と、前記凹み具合が所定のしきい値よりも大きい部分を凹部と判定する第２の判定手段と、前記第１の判定手段と前記第２の判定手段とに基づいて、鉄鋼表面に分布した黒鉛量を計測する演算手段と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、上記表面計測装置において、前記演算手段は、前記低輝度値部分から、位置が対応する前記凹部を差し引いた部分を、前記鉄鋼表面に析出した黒鉛部分とする手段であってもよい。
【００１０】
本発明の表面計測装置の構成によれば、第１の判定手段によって、黒鉛部分と凹部を合わせた低画像輝度値部分として得られる画像輝度値のデータを得ることができ、主として凹部分のみを検知することができる第２の判定手段によって凹部部分のデータを得ることができる。ゆえに、第１の判定手段で得られた画像輝度値のデータと、第２の判定手段で得られた凹部部分のデータと、に基づいて演算する演算手段により、鉄鋼表面に析出した黒鉛量を、正確に求めることができるようになる。例えば、この演算手段が前記低輝度値部分から、位置が対応する前記凹部を差し引いた部分を、前記鉄鋼表面に分布した黒鉛部分とすることなどが挙げられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態は、本発明の実施に関しての好ましい一例であって、本発明は、本実施形態に限定されるものではない。なお、本実施形態では、鉄鋼として鋳鉄の試料片、画像輝度値測定手段としてＣＣＤカメラ、凹度測定手段として高さ検出手段である干渉式顕微鏡を用いている。
【００１２】
図４は、本発明に係る表面計測装置の実施形態である。鋳鉄の試料片１０の表面に、黒鉛１２と脱落痕１４が混在している。試料片１０の真上方向に、画像輝度値測定手段としてＣＣＤカメラ１６と、高さ検出手段として干渉式顕微鏡１８とが、それぞれ試料片１０の表面と測定に適当な間隔をとり、備えられている。輝度２値化部２０は、低輝度値部分を判定する手段である。輝度２値化部２０は、ＣＣＤカメラ１６から出力された画像輝度値の信号を受信する。高さ２値化部２２は、凹部を判定する手段である。高さ２値化部２２は、顕微鏡１８から出力された高さ画像の信号を受信する。演算部２４は、輝度２値化部２０と、高さ２値化部２２からのデータを受信する。演算部２４は、輝度２値化部２０と、高さ２値化部２２と、に基づいた演算結果を画像表示部２６に送る。
【００１３】
次に、実際に図４の表面計測装置の測定方法を説明する。試料片１０をＣＣＤカメラ１６を用いて、その表面を撮影する。ＣＣＤカメラ１６内のＣＣＤ素子により、所定範囲の撮影された画像は、輝度値を電気信号に変換される。輝度値に対応する電気信号は、輝度２値化部２０へ送られる。ここで、画像輝度値と対応する電気信号に基づいて、輝度２値化部２０は、所定のしきい値以下の画像輝度値を持つ部分と、それ以外の部分とに２値化する。ここで所定のしきい値以下の画像輝度値をもつ部分を低画像輝度値部分と判定する。低画像輝度値部分は黒鉛１２と脱落痕１４をあわせた部分である。それ以外の部分（所定のしきい値以上の部分）は鋳鉄の表面である。このようにして、上述の図１の２値化した画像データを得られることとなる。
【００１４】
ＣＣＤカメラ１６による画像輝度値の測定と同時に、干渉式顕微鏡１８で、ＣＣＤカメラ１６で測定している箇所と同一の座標系の位置における高さの分布データを測定する。画像輝度値と高さの、２つの画像データを取得する際には、同倍率のレンズを用いるなどしての画像データと高さデータを同一座標系の同じ場所をとれるようにする。検出された高さの分布の画像データは、高さ２値化部２２へ送られる。高さ２値化部２２は、所定のしきい値より、高さが低い部分を凹部として判定し、凹部とそれ以外の部分に２値化する。ここで所定のしきい値以上の部分は凹部でないと判定する。このような２値化の結果、図２に示すような凹部１４のみが分布している画像データを得ることができる。次に、演算部２４は、輝度２値化部２０から送られてくる図１のデータと、高さ２値化部２２から送られてくる図２のデータとに基づいて演算を行う。すなわち、図１で低輝度値部分（黒鉛１２＋脱落痕１４）と判断された部分から、図２の凹部と判断された部分（脱落痕１４）を差し引くことにより、図３で示されるように黒鉛１２のみの分布を正確に把握できるようになる。そのようにして、演算されたデータを、画像表示部２６へ送り、画像表示として、正確に試料片１０の表面に析出した黒鉛量の分布を観察することができるようになる。
【００１５】
上記実施形態においては、例えば、以下のように、当業者であれば容易に設計・変更等できる。
【００１６】
試料片となる素材は、鋳鉄に限られず、鉄鋼全般であってもよい。鉄鋼も鋳鉄と同様に、表面に炭素を析出させるものであり、その物性評価等に本発明を利用できる。また、鉄鋼以外の金属や合金等のどんなワークであっても、本発明のように、黒鉛等の低輝度値物質が表面に析出するものであれば、本発明を適用してよい。
【００１７】
画像測定手段はＣＣＤカメラでなくとも、通常の手段であれば何であってもよい。例えば、光学式顕微鏡を用いる手段なども考えられる。また、凹度測定手段である高さ検出手段も、凹度を測定できるものであれば何であってもよく、干渉式顕微鏡だけでなく、走査型レーザ顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）など凹度を測定できるものであれば、何であってもよい。さらには、画像測定手段や凹度測定手段は、別々でなくともよい。例えば、高さ情報を得ることと、画像輝度値を得ること、を併用することも、勿論可能である。その場合、画像輝度値と高さ情報を得るときに同位置に測定範囲を定める手間がない。
【００１８】
また、演算手段は必ずしも差し引く手段である必要はない。画像輝度値測定手段で得られた画像データと、凹度測定手段で得られた画像データに基づくものであれば何であってもよい。また、得られたデータを画像表示させる必要もなく、ただ単に、試料片の表面の黒鉛の析出量を数値として得ることができる手段であってもよい。
【００１９】
【発明の効果】
したがって、以上説明したことにより、本発明の表面計測装置は、表面に凹部を有する鉄鋼表面に析出した黒鉛量を、正確に計測できる表面計測装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像輝度値測定手段により撮影された試料片の模式図である。
【図２】本発明の凹度測定手段により撮影された試料片の模式図である。
【図３】本発明の表面計測装置による処理後の試料片の模式図である。
【図４】本発明の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１０　試料片、１２　黒鉛、１４　脱落痕（凹部）、１６　ＣＣＤカメラ、１８　顕微鏡、２０　輝度２値化部、２２　高さ２値化部、２４　演算部、２６　画像表示部。
【図１】
2004144530.tif 000003
【図２】
2004144530.tif 000004
【図３】
2004144530.tif 000005
【図４】
2004144530.tif 000006