JP2002071547A - 液中粒子のオンライン画像解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液中の粒子の形状、数量等の情報を正確に検知
できる液中粒子のオンライン画像解析装置を提供する。 【解決手段】液体を流す管路１，２と、管路中を流れる
液中の粒子を撮影するカメラ４と、カメラ４で撮影され
た画像から液中粒子の形状パラメータ情報を計測・解析
する情報処理装置７とからなり、管路１，２の途中に透
明材料で作成した撮影用管路３を設け、撮影用管路３
は、前後の管路部１，２に対し直角に接続されており、
撮影用管路３の中心線上にカメラ４が配置されている。
撮影用管路３を流れる液体の流れ方向とカメラ４の中心
軸が一致するので、計測領域内を通過する粒子の個数が
増加し、正確な形状パラメータ情報を得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液中粒子のオンラ
イン画像解析装置に関する。本明細書において、液中粒
子とは液体中に混入している固体粒子をいい、液体の種
類にも粒子の種類にも制限はない。代表的な例として
は、潤滑油中の摩耗粒子がある。ところで、潤滑油中の
摩耗粒子の個数や粒径分布、形状を把握することは摺動
面の損傷予知あるいは潤滑油の管理などに有効であり、
油中摩耗粒子の形状パラメータ情報を得る事でより信頼
性の高い潤滑診断・管理を行うことができる。本発明
は、例えばこのような目的に使用されるオンライン画像
解析装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、油中の摩耗粒子を計測する技
術としてパーティクルカウンタを用いて、摩耗粒子のモ
ニタリングを行う計測診断システムが開発されてきてい
る。これらは、いずれも管路内を流れる油に光（例え
ば、レーザ光）を照射し、粒子による散乱や減衰（消
散）による映像を観察し、計数できるようにしたもので
ある。この方法では、摩耗粒子の個数や粒径分布は計測
できるが、粒子の形状情報を得ることは不可能である。
しかも、油中に混在する気泡と摩耗粒子の識別ができな
いという問題があった。この場合、摺動面の損傷予知も
不正確なものとならざるをえない。また、油中の摩耗粒
子を観察する技術として画像処理装置を用いて、摩耗粒
子のモニタリングを行う潤滑診断システムが開発されて
きている。これらは、対象の潤滑油を少量サンプリング
してプレパラート上に塗布し顕微鏡で拡大し、カメラ等
で撮影できるようにしたものである。カメラ等で撮影し
た情報を二値化処理すれば、摩耗粒子の形状特徴を得る
ことは可能であり、摺動面の損傷予知が不可能ではな
い。しかるに、従来の技術では、管路中の油の摩耗粒子
をオンラインで計測するのではなく、サンプリング液中
から収集した粒子を観察（オフライン計測）するため、
正確な分布を計測するためには長いデータ処理時間と労
力を要した。また、オフライン計測では潤滑状態の異常
を示唆する結果が得られた時点ではすでに摺動面は壊滅
的な損傷に至っていることもある。この場合、摺動面の
損傷予知は有効なものとは言えない。一方、オンライン
で画像解析を試行した装置では、管路中の油の流れる方
向に対し、直角な方向から油中の粒子を撮影するので、
粒子が撮影可能領域を通過する時間が短かすぎるという
難点があった。このため、粒子の形状や数を正確に把握
することができなかったり、油中に混在する気泡と摩耗
粒子の識別ができないという問題があった。この場合
も、摺動面の損傷予知は不正確なものとならざるをえな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
み、液中の粒子の形状、数量等の情報を正確に検知でき
る液中粒子のオンライン画像解析装置を提供することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の液中粒子のオ
ンライン画像解析装置は、液体を流す管路と、管路中を
流れる液中の粒子を撮影するカメラと、該カメラで撮影
された画像から液中粒子の形状パラメータ情報を計測・
解析する情報処理装置とからなり、前記管路の途中に透
明材料で作成した撮影用管路を設け、該撮影用管路は、
前後の管路部分に対し垂直に接続されており、該撮影用
管路の中心線上に前記カメラが配置されていることを特
徴とする。

【０００５】請求項１の発明によれば、撮影用管路を流
れる液体の流れ方向とカメラの中心軸が一致するので、
計測領域内を通過する粒子の個数が増加し、また板状の
粒子を側面からでなく正面から撮影できるので、形状的
な特徴を誤認することがないので、正確な形状パラメー
タ情報を得ることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施形態を図面
に基づき説明する。画像解析装置の概略図を図１に示
す。１と２は管路であり、潤滑油等が図示しないポンプ
で引かれて、図中左から図中右へ流れるようになってい
る。３は撮影用管路で、後に詳述するように、管路１，
２間に対し垂直に接続されている。４は撮影用のカメラ
であって、例えばCCD カメラが用いられる。５は光源で
ある。６は公知のパーティクルカウンターであって、シ
グナルプロセッサー６ａ、フォトディテクタ６ｂ、レー
ザーダイオード６ｃとから構成されている。７はパーソ
ナルコンピュータ等の情報処理装置で、カメラ４やパー
ティクルカウンタ６からの情報に基づき、液中粒子の解
析を行う手段である。なお、後述する実験では、CCD カ
メラはキーエンス製VH-6300 、フレームグラバボードに
はμ-Tech 製MV-1000 を使用した。カメラ４からの画像
はＳビデオでフレームグラバボードに入力され、自作プ
ログラムにより処理される。

【０００７】つぎに、撮影用管路の詳細を図２に示す。
撮影用管路３は透明な材料が用いられ、内部に形成され
た流路３ａは、前後の管路１，２に対し垂直に接続され
ている。換言すれば、管路１，２，３はクランク状に接
続されている。そして、撮影用管路３内の流路３ａにお
ける中心軸の延長線上にカメラ４と光源５が配置されて
いる。この構成をとることにより、流路３ａを通過する
間にカメラ４で撮影できる粒子の個数が増加する。ま
た、板状粒子が管路１中を流れるとき、板状粒子は平面
方向が流れに平行に移動するが、流路３ａ内ではそのま
まの姿勢で上昇してくるので、カメラ４はその平面形状
を撮影することができる。さらに、大きさの違いから生
じる摩耗粒子の流速差による粒径分布の偏りも極力小さ
くできる。

【０００８】画像解析プログラムのフローチャートを図
３に示す。カメラ４からの画像はフレームグラバボード
を介し、コンピュータに入力される(100 )。その後、二
値化し(101 )、摩耗粒子を撮影する確率が極めて小さい
ので、１５画像をまとめ(102)、二値化像の論理和を求
め(103 )、フィルタ処理を行う(104 )。ついで、摩耗粒
子の形状特徴を判別する(105 )。形状特徴としては、粒
径、アスペクト比、複雑度、慣性等価楕円アスペクト比
を計測するとよい。慣性等価楕円アスペクト比は気泡の
判別に使用できる(105 )。なお、実験では、粒子として
認識した大きさは解像度の関係から粒径５μｍ以上、ま
た、形状特徴の計測は２０μｍ以上の粒子について行っ
た。計測可能な最大濃度は40000 個/ml 程度である。最
後にデータを保存し(106 )、履歴を残しておけば、継続
的長期的な損傷予知に有益である。

【０００９】つぎに、本実施形態の装置について性能確
認実験を行ったので、その結果を説明する。平均粒径４
０μｍの球形のガラスビーズを528,000 個／１の濃度で
水に混ぜて、流量300ml/min で循環させて計測を行っ
た。５分間に計測された142 個についての粒径頻度分布
を図４に示す。図には比較のために顕微鏡による計測結
果を実線で示す。画像解析による結果は顕微鏡による最
頻値および分布とよく一致している。また、形状特徴と
して、アスペクト比−複雑度の図を図５に示す。アスペ
クト比、複雑度は1.2 以下にそれぞれ119 個、６６個、
1.3 以下にそれぞれ122 個、123 個分布していて、計測
個数の８６％が1.3 以下に存在している。従って、本装
置は、計測対象を球として認識し、その大きさも正しく
計測しているといえる。

【００１０】油中には気泡が球状で存在する。図６は油
中粒子の計測画像の代表例の二値化画像である。球形は
気泡、不定形は摩耗粒子と推定される。気泡が球形であ
ることを利用し、計測される形状パラメータのそれぞれ
にしきい値を定め、気泡の判別を行った。NAS 等級７程
度の新油を静置後、攪拌せずに計測した場合、１５分間
の測定での計測粒子数はほとんど零であった。この油を
攪拌し、気泡を発生させて１５分間計測した。従って、
計測結果のほぼすべてが気泡であると推測される。図７
の(a) に計測された粒径分布、(b) に気泡判別後の粒子
（気泡）の粒径分布、(c) に気泡として判別されなかっ
た粒子の粒径分布を示す。244 個計測された内、粒径２
０μｍ以下では画素数の点から判別が難しくなるため、
５０％程度しか判別できないが、形状特徴の計測対象と
した粒径２０μｍ以上の個数173個については、約80％
の135 個を気泡として判別できた。試作した画像解析装
置の有効性を確認するため、WJ2 の摩耗実験に適用し
た。油中においてすべり速度v=0.6/sec で、シリンダ(S
55C)、オン・プレート(WJ2) 型試験機で荷重を変化させ
て実験を行った。特徴的な摩耗形態を示した荷重500Nに
ついて、画像解析を行った。その結果、摩擦距離５、１
０および１５kmで粒径２０μｍ以上の粒子について、画
像解析による粒径の頻度分布と、比較のため顕微鏡によ
り計測した粒径の頻度分布を図８および図９に示す。メ
ンブレンフィルタでろ過後、光学顕微鏡で計測した結果
（図９）では、５０μｍ以上の粒子がほとんどない。こ
れは試料油のサンプリングのまずさによるものと考えら
れる。しかし、図８および図９では、すべり距離5km 〜
10kmにおける約２０μｍの摩耗粒子の急増など、同じ傾
向が得られている。形状特徴（アスペクト比、複雑度）
のすべり距離に伴う時間変化（図は紙面の都合で省略す
る）では、摩耗粒子のSEM 観察などによる形状特徴の変
化と同じ傾向を示していて、WJ2 のすべり距離に伴う摩
耗形態の変化を確実に捉えていることがわかった。

【００１１】試作した画像解析装置によって、油中に混
在する気泡と摩耗粒子を判別し、オンラインで、摩耗粒
子の粒径分布、形状特徴を精度良く計測できた。今後、
この画像解析装置とパーティクルカウンタを併用するこ
とで、より信頼性の高い潤滑診断システムの構築を目指
す。

【００１２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、撮影用管路を
流れる液体の流れ方向とカメラの中心軸が一致するの
で、計測領域内を通過する粒子の個数が増加し、また板
状の粒子を側面からでなく正面から撮影できるので、形
状的な特徴を誤認することがないので、正確な形状パラ
メータ情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る画像解析装置のブロ
ック図である。

【図２】計測管路の拡大側面図である。

【図３】画像解析のフローチャートである。

【図４】ガラスビーズの粒径頻度分布を示す説明図であ
る。

【図５】ガラスビーズのアスペクト比−複雑度の説明図
である。

【図６】計測画像の二値化画像である。

【図７】(a) は計測された粒径の分布図、(b) は気泡判
別後の粒子（気泡）の粒径分布図、(c) は気泡として判
別されなかった粒子の粒径分布図である。

【図８】本発明の解析装置による粒径の頻度分布と摩擦
距離に伴う変化を示すグラフである。

【図９】顕微鏡により計測した粒径の頻度分布と摩擦距
離に伴う変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 管路 ２ 管路 ３ 撮影用管路 ４ カメラ ５ 光源 ６ パーティクルカウンター ７ 情報処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B047 AA30 BB06 BC04 BC12 5B057 AA04 BA02 CA12 CA16 DA03 DB02 DC09 5L096 BA03 CA02 FA02 FA52 FA59

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体を流す管路と、管路中を流れる液中の
   粒子を撮影するカメラと、該カメラで撮影された画像か
   ら液中粒子の形状パラメータ情報を計測・解析する情報
   処理装置とからなり、前記管路の途中に透明材料で作成
   した撮影用管路を設け、該撮影用管路は、前後の管路部
   分に対し垂直に接続されており、該撮影用管路の中心線
   上に前記カメラが配置されていることを特徴とする液中
   粒子のオンライン画像解析装置。