JP2004069431A

JP2004069431A - 液中粒子の画像解析装置

Info

Publication number: JP2004069431A
Application number: JP2002227620A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Iwai; 岩井　善郎; Tomoki Honda; 本田　知己
Original assignee: PLANT TECHNOS KK
Current assignee: PLANT TECHNOS KK
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: JP3910118B2

Abstract

【課題】磨耗粒子を含有する潤滑油の劣化判定をするに、オンラインで画像処理により、粒子濃度分布を得られる液中粒子の画像解析装置を得る。
【解決手段】画像処理により粒径度数分布を得る粒径度数分布導出手段１２ｂを備えた画像解析装置に、撮像の焦点を撮像面に合わせた状態で、画像解析手段１１ａにより粒子画像部１５を抽出可能な試料流路方向の深度範囲を、粒径毎に記憶した記憶手段１０を備え、この深度範囲と、粒径度数分布導出手段１２ｂにより導出される度数分布とに基づいて、粒子濃度分布を導出する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液中粒子の画像解析装置に関するものであり、例えば、摺動面の劣化診断に有用な油中に含有される磨耗粒子に関する情報を好適に得ることができる液中粒子の画像解析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摺動面の劣化診断法として、所謂、油中磨耗粉の計測がある。
これまでに、発明者らは、潤滑油中の磨耗粉の粒径分布をオンライン計測するパーティクルカウンタを開発した。このパーティクルカウンタは、試料流路内を流れる油に光（例えばレーザ光）を照射し、油に含まれる粒子による散乱や減衰（消散）を受けた映像を観察し、映像内に含まれる粒子映像を計数できるようにしたものである。
【０００３】
このパーティクルカウンタを使用する方法では、磨耗粒子の個数や粒径度数分布は計数できるが、粒子の形状情報を得ることはできない。しかも、油中に混在する気泡と磨耗粒子との識別ができないという問題があった。
【０００４】
そこで、発明者らは、画像解析手法を使用して、例えば、油中に含まれる気泡と磨耗粒子とを識別検知するとともに、各粒子画像の形状的特性を割り出し、磨耗粒子のみに関して所定の粒子情報を得て、信頼性の高い診断をオンラインで行うことができる液中粒子のオンライン画像解析装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
このオンライン画像解析装置では、試料流路に於ける所定の断面画像を得て、粒子画像部を抽出し、各粒子画像部に関する粒径、アスペクト比、複雑度、慣性等価楕円アスペクト比を求める。
この装置にあっては、粒径とともに複雑度等を得ることができるため、気泡を真円に近い形状の画像とし、磨耗粒子を比較的複雑な形状を有するものとして、分離し、磨耗粒子のみに関して所定の情報を得て信頼性の高い診断を行うことができる。
また、この装置では、液中に含まれる多数の粒子に関して、粒径に応じた度数分布を得ることができる。
【０００６】
（特許文献１）
特願２０００−２５９５２８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発明者らが提案していた液中粒子のオンライン画像解析装置では、形状特性を捕らえることから、油に含まれる磨耗粒子と気泡を分離できるが、磨耗粒子の粒径に応じた度数分布しか捕らえることができなかった。
この点、磨耗等の評価に際しては、所謂、粒子濃度と呼ばれる、単位油量当たりの磨耗粒子の個数が参照されることに鑑みると、改善の余地があった。
【０００８】
即ち、現状では、粒径に基づいた度数分布を得ることができるものでありながら、観察対象の粒子とともに流れる油量の推定を適切に行う技術が未だ確立されていないため、結果的に、粒径に応じた単位油量当たりの磨耗粒子の個数（粒子濃度）をオンラインで得ることは事実上できず、潤滑油の評価に従来から使用されてきた指標を適応して、的確な評価をすることが難しかった。
【０００９】
本発明は、例えば、磨耗粒子を含有する潤滑油を評価対象とする場合に、単位油量中に含有される磨耗粒子の数をオンラインで得ることができる液中粒子の画像解析装置を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明による、粒径の異なった複数粒子を含む液体試料が流れる試料流路を横断する撮像面を備えた撮像機構を備えるとともに、
前記撮像機構から得られる平面画像を解析処理して、前記平面画像の粒子画像部と液体画像部とを分離し、各粒子画像部を抽出する画像解析手段と、
前記画像解析手段により抽出される粒子画像部について、粒径毎の度数分布を導出する粒径度数分布導出手段とを、備えた液中粒子の画像解析装置の特徴構成は、請求項１に記載されているように、
前記撮像機構の焦点を前記撮像面に合わせた状態で、前記平面画像から前記画像解析手段により前記粒子画像部を抽出可能な前記試料流路方向の深度範囲を、粒径毎に記憶した記憶手段を備え、
前記記憶手段に記憶された粒径毎の深度範囲と、前記粒径度数分布導出手段により導出される粒径度数分布とに基づいて、前記粒径毎に、単位液量当たりに含まれる前記粒子の個数を導出する粒子濃度分布導出手段を備えたことにある。
【００１１】
ここで使用される撮像機構は、従来、使用されてきたようなＣＣＤカメラ等であり、この種のカメラ等から得られる平面画像情報を画像解析手段、粒径度数分布導出手段により処理することで、液中に含まれる複数粒子の粒径に従った度数分布を得る。
【００１２】
さて、本願の画像解析装置には、記憶手段が備えられ、この手段が、画像解析手段により粒子画像部を抽出可能な前記試料流路方向の深度範囲を粒径毎に記憶している。ただし、記憶の形態は、粒子径毎の深度範囲を具体的な数値で記憶してもよいし、後述するように、深度範囲と粒径との関係を数式として記憶しておいて、粒径の特定で、深度範囲を導出できる形態であってもよい。
【００１３】
この種の深度範囲を模式的に、図３に示した。
図３において、Ｆｗが深度範囲であり、（イ）（ロ）に従って、粒径Ｄが大きくなる状況に対応している。従って、この深度範囲Ｆｗは、図示するように、概略、粒径Ｄが大きくなるに従って大きくなる。
【００１４】
この深度範囲Ｆｗは、例えば、上記の画像解析手段を備えた画像解析装置に精密Ｚ軸ステージを設け、ＣＣＤカメラをμｍ単位の精度で移動できるようにし、画像解析に用いる管路と同じ寸法形状の容器内に試料油（平均粒子径３０μｍ、６０μｍの不定形アルミナを混入した油）を入れ、ＣＣＤカメラをＺ軸方向に動かしながら、粒子として抽出できる範囲（深さ範囲）を計測して得ることができる。図４の各点が、このようにして求まった深度範囲Ｆｗであり、実線が最小二乗法で求められた近似式である。
【００１５】
本願の画像解析装置に対応して説明すると、図３に示すように、基準設定されているＣＣＤカメラの撮像面（この面に焦点が合わされている）を中心として、所定深度範囲Ｆｗ内で、画像解析手段は、粒径に従ってその粒子を抽出できる。換言すると、この範囲外では画像がぼやけ、粒子画像を抽出できない。
【００１６】
そこで、本願にあっては、所定の粒径の粒子が画像解析手段により抽出された場合に、上記深度範囲の範囲内にある液体が、この粒子と共に流れたものとみなす。図３（イ）（ロ）の左側に、粒径に従って、流れた（撮像された）とみなす液量を直方体領域で示した。
【００１７】
従って、所定の粒径の粒子が抽出された場合、この粒子径に対応して記憶されている前記深度範囲の範囲内の液体が流れたものとするコンセプトに基づいて、粒子濃度分布導出手段により、粒径毎の深度範囲と、粒子度数分布とに基づいて、前記粒径毎に、単位液量当たりに含まれる前記粒子の個数を導出する。即ち、粒径度数分布に補正を加えて粒子濃度分布とする（図１参照）。
【００１８】
結果、本願では、記憶手段に記憶される深度範囲を粒径毎に予め得ておくことで、粒径毎の度数分布が得られれば粒子濃度分布が一意的に得られる。この手法の有意性に関しては、後述する。
結果、画像解析を実行するだけで、有用な粒子濃度分布をも得ることができ、例えば、劣化診断で好適に利用できる情報を得ることができる。
【００１９】
さて、上記の構成を採用するに、請求項２に記載されているように、
前記撮像機構により複数の前記平面画像を取り込み、解析対象とするに、
引き続いて前記平面画像を得る撮像時間間隔が、前記粒径毎に記憶されている前記深度範囲のうち、最大の深度範囲を、特定の液体試料が通過する試料通過時間間隔より大きく設定されいることが好ましい。
【００２０】
解析の信頼性を高いものとするとの意図から、多数の平面画像を逐次得て、多数の粒子画像について統計的データを得る必要が生じるが、この場合に、連続して撮像される平面画像が、同一の液体試料の部分を重複して観察することとなると、処理が複雑となり、信頼性のある粒子濃度を得にくい。
そこで、液体試料の試料流路内に於ける流速に対して、引き続いて平面画像を得る撮像時間間隔Ｔを、前記粒径毎に記憶されている深度範囲のうち、最大の深度範囲を、特定の液体試料が通過するのに要する試料通過時間間隔ｔより大きく設定する。図３（ロ）に、撮像時間間隔Ｔと、試料通過時間間隔ｔの関係を模式的に示した。図では、空間距離と時間は等価なものとして描いている。
【００２１】
このようにしておくと、連続して撮影が行われる場合であって、観察対象の最大粒子径の粒子が撮像面を通過する場合にあっても、重複して、これら粒子とともに流れるとする液体が重なって、計測もしくは撮影されることはない。
結果、単純な手法で信頼性のある粒子濃度を簡単な処理で得ることができる。
【００２２】
上記した構成において、請求項３に記載されているように、前記試料流路が、前記液体試料が鉛直方向に上昇移動する鉛直流路であるとともに、前記撮像面が前記試料流路を水平に横断する水平撮像面であり、前記深度範囲が鉛直方向の深度範囲であることが好ましい。
【００２３】
試料流路を鉛直流路とし、液体がこの流路を上昇移動する構成を採用することで、粒子を含有する液体の流れ状態を安定化させ、均等に分布した粒子の計測を実行できる。
【００２４】
さて、請求項４に記載されているように、前記撮像面が、前記試料流路横断面全面に広がっており、
前記単位液量当たりに含まれる前記粒子の個数を、前記粒径毎に求めるに、
前記試料流路の横断面積と前記粒径毎に記憶されている前記深度範囲とから、前記画像解析手段により抽出される粒子画像部を形成する粒子とともに流れた液体流量を、粒子径毎に導出して、前記単位液量当たりに含まれる前記粒子の個数を導出する構成とすることが好ましい。
【００２５】
試料流路の横断面全体を測定対象として、粒子濃度分布を求めるようにする場合、流路断面形状から決まる流路断面積を利用して、粒子濃度分布を得ることができ、簡易な換算で、所望のデータを得ることができる。
【００２６】
さらに、請求項５に記載されているように、板状を成す前記粒子に対して、前記粒子の板状面を前記撮像面の広がり方向に設定し、前記試料流路と流路断面積が等しい水平粒子姿勢調整部を、前記試料流路の上流部に備えることが好ましい。
【００２７】
粒子姿勢調整部を経て試料流路に導かれる場合、粒子はその板面を撮像機構側に向けて撮影されることとなるため、識別性のよい、漏れの少ない結果を得ることができる。
また、この調整部は試料流路の入り口、近傍に流路断面積を等しくして設けられるため、この部位で姿勢調整をするとともに、その流れに大きな乱れを生じさせることなく、調整済みの姿勢を保ったまま、粒子の撮像面まで導ける。
【００２８】
また、請求項６に記載されているように、前記画像解析手段により抽出される各粒子画像部に関して、アスペクト比、複雑度、慣性等価楕円アスペクト比のいずれか１種以上を導出する粒子形状特性導出手段を備えることが好ましい。
【００２９】
粒子の形状特性をも並行して得ることとなり、種々の情報に基づいて、例えば潤滑油の劣化判定を信頼性高く行える。
【００３０】
さらに、請求項７に記載されているように、気泡の画像と固体粒子の画像とを分離して、固体粒子の画像のみを対象として処理を行うことが好ましい。
例えば、潤滑油の劣化判定にあっては、気泡起因の情報が含まれていると、的確な評価が実行できないためである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本願の液中粒子の画像解析装置１を使用して、解析を実行している状態を図１に示した。本願の画像解析装置１は、液体試料が流れる計測部２と、この計測部２から得られる平面画像を取り込んで、所定の解析処理を実行する解析コンピュータ３とを備えて構成されている。図示する例にあっては、先に説明したパーティクルカウンタ４も使用して計測を行っている。
【００３２】
計測にあたっては、図１に示すように、サンプル油の循環流路を、サンプルタンク５、ポンプ６、画像解析装置の計測部２、パーティクルカウンタ４にわたってビニールチューブ７で形成し、この循環流路内をサンプル油を所定流速で循環させて、計測を行う。
【００３３】
この場合の流速に関しては、解析コンピュータ３内での解析に要する時間間隔との関係が問題となるため、下記するように適切な速度に設定する。
同図にあって、サンプル油は、時計方向回りに循環する。
【００３４】
以下、液中粒子の画像解析装置１に関して説明する。
１．計測部２
この計測部２は、４枚のアクリル透明板を重ね合わせて構成され、その中央に鉛直方向に配設される試料流路８を備えた計測部本体２ａと、この計測部本体２ａの上側に配設されるＣＣＤカメラ２ｂと、下側に配設されるキセノンランプ２ｃとを備えて構成される。
ＣＣＤカメラ２ｂは、解析コンピュータ３からの撮像指令に従って、所定の撮像時間間隔で前記試料流路８の上下方向中央に設定されている撮像面９（図３参照）の画像を取り込む。取り込まれた平面画像は、解析コンピュータ３に順次送られる。
【００３５】
前記計測部本体２ａに関してさらに詳細に説明すると、鉛直流路としての前記試料流路８の左側に導入流路８ａが、右側に導出流路８ｂが備えられている。この流路構成を採用することにより、鉛直流路８の底部所定位置に接続される導入流路８ａより、液体試料が試料流路８に導入され、試料は上昇移動して、その天面近傍に接続される導出流路８ｂから排出される構成とされている。
【００３６】
導入流路８ａ、導出流路８ｂは共に、鉛直方向、水平方向を短辺、長辺とする方形流路とされており、導入流路８ａの先端は、試料流路８の下部よりわずかに、導入流路８ａの先端側に伸びる構成とされている。また、前記導入流路８ａは断面視、所定の深さを有しているが、導出流路８ｂは、非常に薄く、水平方向に巾広の流路とされている。これら導入流路８ａ、導出流路８ｂの流路断面積は、試料流路８の断面積に合致されている。
この構成を採用することにより、例えば、磨耗粒子のように、板状を成す粒子に対して、この粒子の板状面を撮像面の広がり方向（水平方向）に設定することができる。本願にあっては、導入流路８ａから試料流路８への流路部を、その作用に従って水平粒子姿勢調整部と呼ぶ。
【００３７】
前記ＣＣＤカメラ２ｂは、本願にいう撮像機構として働くものであり、試料流路８の高さ方向中央にその撮像面９を有し、試料流路８の中心軸と光軸を一致されている。このＣＣＤカメラ２ｂにより、流動液中の粒子を撮影することができ、その撮像面９は、試料流路８の撮像面位置において、その視野内に、試料流路の全面が撮影される構成となっている。
【００３８】
前記試料流路８の下部位置に、流路内を流れる液体に下部からキセノン光を照射するキセノンランプ２ｃを備えることで、液体試料中の粒子の陰影を、ＣＣＤカメラ２ｂにより良好に撮影することができる。この様に、粒子の陰影を強調して撮影することで、画像解析時に於ける粒子と背景の分離を容易にしている。
【００３９】
２．解析コンピュータ３
この解析コンピュータ３は、前記ＣＣＤカメラ２ｂから画像情報を逐次受け入れ、解析処理して、液中に含まれる粒子に関する所定の情報を出力するものであり、出力情報としては、粒子個数、粒径度数分布、粒子濃度分布、粒径アスペクト比分布、粒径複雑度分布、粒径慣性等価楕円アスペクト比分布がある。
これら情報は、このコンピュータに取り込まれる平面画像を画像解析し、個々の粒子に関して、粒径、アスペクト比、複雑度、慣性等価楕円アスペクト比を求め、これらを粒径に基づいて整理して得られる。
【００４０】
図５（イ）に、画像解析に基づいて得られる粒子濃度分布を示した。対照されている図５（ロ）に示すものは顕微鏡観察により得たものである。後述するが、本願装置が採用する手法により、良好な結果が得られていることが判る。
【００４１】
以下、解析コンピュータ内における解析手順及びその実行手段について説明する。説明にあたっては「手段」なる表現を使用するが、これは、コンピュータを構成するハードウェアと、コンピュータに装備されるソフトウェアとが協働して、所定の動作目的を達成すべき具体的手段として形成されるものである。
【００４２】
この解析コンピュータ３内における処理は、図２に示す、１５枚の平面画像を対象とする一連の処理と、この処理工程を繰り返して、記憶手段１０のデータ蓄積部１０ａに蓄積される多数のデータ全体を対象として処理する処理とから構成されている。
前者の図２に示す処理は、図１に示すデータ処理部１１で実行される処理であり、後者の処理は、前記一連の処理を繰り返しながら所定時間経過後に、蓄積されたデータを全体として処理するものである。
【００４３】
本願にあって、具体的手段とは、１５枚の画像を一組として処理する画像解析手段１１ａ及び粒子形状特性導出１１ｂ手段と、データの書き込み、更新及び予め記憶された情報の引き出しに寄与する記憶手段１０と、一定時間後に得られている蓄積データを全体として処理する粒径度数分布導出手段１２ａ及び粒子濃度導出手段１２ｂを上げることができる。さらに、得られた結果を出力する所定の出力装置からなる出力手段１３も含まれる。
【００４４】
２−１　データ処理部１１
この処理部１１は、画像解析手段１１ａと粒子形状特性導出手段１１ｂとを備えて構成されており、図２に示す一連の処理を繰り返すように構成されている。
【００４５】
基本的には、１５枚の平面画像の取り込みと、この１５枚の画像を一体として画像解析処理して、記憶手段１０に得られたデータを受け渡すものである。
図２に基づいて説明すると、ステップ２０１のシェーデング及び二値化処理を各平面画像に施しながら、ステップ２００及びステップ２０２で、１５枚の平面画像を取り込み、ステップ２０３で、その論理和を取ることで、１５枚の画像情報に対応した情報を一体として取り扱う。このようにすることで、解析時間を短縮することが可能となる。
【００４６】
上記のようにして得られた論理和画像を、ステップ２０４でフィルタ処理することで、解析に適した二値化画像が得られる。従って、この段階で、画像から気泡もしくは粒子に対応する部分と液に対応する部分とを識別することができる。
【００４７】
次に、ステップ２０５において、各二値化画像のうち、気泡もしくは粒子とみなされる各画像部の形状特性を演算する。この段階で、各画像部の粒径、複雑度、アスペクト比、慣性等価楕円アスペクト比が演算される。
そして、複雑度に基づいて、各画像部のうち気泡に対応する画像部は除去される。
従って、その複雑度から判定して、固体粒子の画像であると判断される粒子画像部のみに対して、以降の処理が進められる。
【００４８】
上記ステップにおいて、ＣＣＤカメラ２ｂから得られる平面画像を解析処理して、平面画像の粒子画像部と液体画像部とを分離し、各粒子画像部を抽出する手段を画像解析手段１１ａと呼ぶ。この手段１１ａは、主には、二値化処理、固体粒子に対応する画像部の抽出・整理を行うものである。
【００４９】
さらに、上記のようにして得られる各二値化画像に関して、気泡もしくは固体粒子に対応する各明画像部１４について、その形状特性を得る手段を、粒子形状特性導出手段１１ｂと呼ぶ。
【００５０】
この手段１１ｂにより各明画像部に関して得られる形状特性は、粒径、アスペクト比、複雑度、慣性等価楕円アスペクト比である。
【００５１】
ここで、粒径Ｄは、明画像部１４の面積をＡとして、Ｄ＝ＳＱＲＴ（４×Ａ／π）として求められ、アスペクト比とは、図６に示されるｂ／ａとして求められる。ここで、ｂは該当部位の長軸側の長さを、ａは、前記長軸に直交する短軸側の該当部位長さである。
さらに、複雑度は、粒子画像部の外周長さＬを円周長さとする円の面積をＡ´とした場合に、Ａ´／Ａとして求まるものである。
また、慣性楕円アスペクト比は、粒子画像部１５を対象として、公知手法により求められる。
【００５２】
従って、画像解析手段１１ａと粒子形状特性導出手段１１ｂとは、逐次並列的に処理を進めるものであり、最終的に、気泡の画像と固体粒子の画像とを分離して（この気泡の画像と固体粒子の画像との切り分けは複雑度に従ったものとされ、この複雑度が所定値よりも大きいものを固体粒子の画像とする）、固体粒子の画像に対応する粒子画像部１５のみを抽出して、この粒子画像部１５の形状特性をその属性とするデータを記憶手段１０に受け渡す。ステップ２０６におけるデータ保存処理はこれに当たる。
【００５３】
２−２　記憶手段１０
記憶手段１０は、図１に示すように、上記のようにしてデータ処理部１１から送られてくる各粒子画像部１５に関するデータを記憶・蓄積するデータ蓄積部１０ａを備えるとともに、本願発明者が、今般、新たに計測して得た、本願にいう粒径毎の深度範囲を記憶している。この情報は、後述する粒子濃度分布導出手段１２ｂにおける処理の実行時に使用される。
【００５４】
２−２−１　粒径毎の深度範囲
深度範囲Ｆｗは、一定の粒径粒子が、撮像面９を通過して、画像解析手段１１ａにより粒子画像が抽出される状態において、その粒子とともに流れた液体流量を推定するために、予め求めておくものである。
その深度範囲Ｆｗの意義に関して説明すると、画像解析装置１は、図３に示すように液中の粒子を撮影する。粒子濃度を特定するためには、この撮影時（電子シャッターを切った瞬間）に試料流路８にある液で、画像の大きさ×焦点の合った深さ範囲の液量のみを知る必要がある。そこで、実際に計測対象になった液量を推定・特定するのに、この粒子を画像処理して識別可能な深さ範囲（深度範囲Ｆｗ）を予め求めておく。
【００５５】
図３に深度範囲Ｆｗの概念を示すとともに、図４に粒径Ｄに対して求められる深度範囲Ｆｗの具体例を図示した。同図の横軸は粒径Ｄであり、縦軸は深度範囲Ｆｗを示している。白、黒丸は異なった平均粒径のものの結果を示している。
【００５６】
２−２−２　本願で採用した粒径毎の深度範囲の導出方法
画像解析装置１に精密Ｚ軸ステージを設け、ＣＣＤカメラ２ｂをμｍ単位の精度で移動できるようにした。画像解析に用いる試料流路８と同じ寸法形状の容器内に液体試料（平均粒子径３０μｍ、６０μｍの不定形アルミナを混入した油）を入れ、ＣＣＤカメラ２ｂをＺ軸方向に動かしながら、粒子として認識できる深さ範囲（深度範囲Ｆｗ）を計測した。
即ち、画像解析装置１に画像を取り込んで、粒子としてカウントされるかどうかを確認して、カウントされる限りにおいて画像の取り込みを繰り返しながら、ステージをずらし続ける。やがて、ピントがずれ、画像解析装置１で粒子がカウントされなくなる深さ範囲を求めたものである。
【００５７】
２−２−３　深度範囲Ｆｗの計測結果
粒径Ｄと粒子としてカウントされた深度範囲Ｆｗの関係を、図４に示した。
粒径Ｄが大きくなるに従って、深度範囲Ｆｗが大きくなっていることが判る。
即ち、画像解析装置１は、大きな粒子ほどレンズの焦点が多少ずれても、粒子として認識でき、粒径によって認識可能範囲が異なるため、液に含まれる粒子の大きさによって１回の撮影で計測される液量が異なることに対応している。
そこで粒径Ｄと深度範囲Ｆｗの関係を最小二乗法で求めると、数１の結果であった。
【００５８】
【数１】
Ｆｗ＝０．０７８５Ｄ^２　＋０．６０７Ｄ＋１２５
【００５９】
撮像１回当たりの各粒径での液量Ｑは、計測画面の大きさが６４０μｍ×４８０μｍであることから、数２のように求まる。
【００６０】
【数２】
Ｑ＝６４０μｍ×４８０μｍ×（０．０７８５Ｄ^２　＋０．６０７Ｄ＋１２５）μｍ
【００６１】
従って、粒径度数分布が判明している場合、粒径毎に粒子濃度分布を求めようとすると、前者に数２で粒径毎に求まるＱの逆数を乗じることで、後者を得ることができる。
【００６２】
２−２−４　撮像時間間隔
さて、本願における画像解析の構成は、以上のとおりであるが、解析コンピュータ３からの指示に従ってＣＣＤカメラ２ｂが撮像する撮像間隔に関しても一定の配慮が成されている。
具体的には、引き続いて平面画像を得る撮像時間間隔Ｔを、前記粒径毎に記憶されている深度範囲のうち、最大の深度範囲を、特定の液体試料が通過するのに要する試料通過時間間隔ｔより大きく設定している。
【００６３】
この状況に関して説明すると、本願の画像解析装置１は、処理時間短縮のため、１５枚の画像（１５回の撮影）を一画面に合成して、画像処理を実行する。そのため、撮像時間間隔が計測用管路内を液体試料が流れる時間間隔よりも短い場合、撮影領域は重複される可能性がある。
【００６４】
この種の問題の発生を積極的に避ける必要がある。本願では、所定の画像解析処理を終了する毎に、撮像指令を生成することとなるため、図２におけるステップ２００、２０１、２０２を一単位として、この解析所要時間間隔が、結果的に撮像時間間隔となる。実際に、この解析回数約４００回の時間間隔測定を実行して、解析所要時間を測定した。
【００６５】
結果、それらの値はほぼ同じであり、平均値は６７．１ｍｓで、最小値は５８．４ｍｓであった。即ち、このタイミングで撮像時間間隔Ｔが設定される。この最小値５８．４ｍｓを基に、液体試料が試料流路を流れる距離は、１１．６ｍｍとされる。
【００６６】
一方、深度範囲に関しては、最も大きい粒径１５０μｍの粒子の場合でも、撮影時の深度範囲は、１．４ｍｍと推測される。従って、上記の撮像時間間隔Ｔを守れば、本願が対象とするいずれの粒子でも、同じ液体試料を重複して撮像することはない。
結果、画像解析１回当たりの液体試料は、前節で求めた撮像１回当たりの液量を単純に１５倍することで算出できる。
よって、複数回の画像解析を繰り返した場合の粒子濃度Ｃは、液量をＶとして、以下の式とすることができる。
【００６７】
【数３】
Ｖ＝６４０μｍ×４８０μｍ×（０．０７８５Ｄ^２　＋０．６０７Ｄ＋１２５）μｍ×１５×解析回数
Ｃ＝Ｎ／Ｖ　　（Ｎ：粒子数）
【００６８】
従って、記憶手段１０は、この式を記憶しており、粒子濃度分布導出手段１２ｂでの処理で、深度範囲に基づく換算処理に利用できるように構成されている。
【００６９】
２−３　蓄積データの処理
先に説明したように、記憶手段１０のデータ蓄積部１０ａには、データ処理部１０ａから順次データが送りこまれ、一定時間にわたって、データの蓄積を終えた後、その統計値を得ることとなる。
この処理は、粒径度数分布導出手段１２ａ、粒子濃度分布導出手段１２ｂにより、粒径毎の出現頻度に関して実行される。
２−３−１　粒径度数分布導出手段１２ａ
この手段は、前記画像解析手段１１ａにより抽出される複数の粒子画像部１５について、前記各粒子画像部１５に関して求められる粒径Ｄに基づき、粒径毎の度数分布を導出する。
【００７０】
２−３−２　粒子濃度分布導出手段１２ｂ
この手段１２ｂは、前記記憶手段１０に記憶された粒径毎の深度範囲Ｆｗと、前記粒径度数分布導出手段１２ａにより導出される度数分布とに基づいて、前記粒径毎に、単位液量当たりに含まれる前記粒子の個数である粒子濃度分布を導出する。
処理手法は、具体的には、数２、数３の説明時に述べたものである。
図５（イ）に、本願によって得られる粒子濃度分布の状態を示した。同図において、横軸は粒径Ｄを示しており、縦軸は単位液量（１００ｍｌ）当たりの粒子数（個）を示している。
【００７１】
従って、本願の画像解析装置１を利用することにより、粒子濃度分布が画像解析処理により基づいて求まる。これらを出力手段１３を介して、出力される。
【００７２】
３　本願の画像処理装置１を使用した確認試験
本願の粒子濃度測定手法の有効性を、実際に１００ｍｌ中の粒子数を計測して確認した。
【００７３】
３−１　試験
図１に示すように、画像解析装置１の計測部２とパーティクルカウンタ４を直列につなぎ、液体試料として、平均粒子径６０μｍの不定形アルミナを濃度、０．０１ｇ／　ｌの割合で混入させた純水を用いて、粒子径の分布を計測した。
試験方法は、タンク５内の液をポンプ６により、流速１５０ｍｌ／　ｍｉｎで各計測部２に流し、再び戻す循環方式とした。
画像解析装置１は連続３０分間計測した。
一方、パーティクルカウンタ４は、連続１０分間の計測を３回繰り返した。
【００７４】
３−２　試験結果
図５（イ）に本願の画像解析装置１で計測した１００ｍｌ中の粒子濃度分布を示す。また、比較のため、図５（ロ）に計測対象の平均粒径６０μｍのアルミナを光学顕微鏡により観察・計測した結果を示した。
画像解析装置１による計測した粒子濃度は、６０μｍでピークを示し、平均値は５８．５５μｍで、図５（ロ）とよい結果を見た。
【００７５】
次に、画像解析装置１による計測粒子個数をパーティクルカウンタ４のそれと比較すると、それぞれ２０６８５個、２１９４５個となり、その計測差は６％程度であった。
従って、画像解析装置１とパーティクルカウンタ４をＷＪ２の磨耗試験に於ける油中磨耗粉のオンライン計測し適用した結果、ＮＡＳ等級はいずれも７級を示し、画像解析法は実機においても有効であることが判った。
【００７６】
〔別実施の形態〕
（１）　上記の実施の形態にあっては、解析対象が磨耗粒子を含む潤滑油である場合を主に示したが、本願は、粒子が汚染粒子で、液体が水や洗浄液である場合、各種の汚染度評価や洗浄効果の判定等にも適応できる。
（２）　上記の実施の形態にあっては、記憶手段において、深度範囲が粒径との関係で、数式として記憶されており、この式から、特定される粒径に従って深度範囲を導出・特定する例を示したが、粒径に対応した数表として、これを保持するものであってもよい。
さらに、粒径は連続値として認識される必要はなく、粒径度数分布を求める粒径毎に決まるディスクリートな数値であってもよい。
【００７７】
【発明の効果】
本願の画像解析装置を用いて、粒子形状と、粒径分布および粒子濃度を同時に計測できる粒子計測法を得ることができ、その有効性が確認された。
結果、例えば、磨耗粒子を含有する潤滑油の劣化診断をオンラインで連続的に実行できる大変有用な液中粒子の画像解析装置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】使用状態にある本願の画像解析装置の概観を示す図
【図２】画像処理フローを示すフローチャート
【図３】深度範囲の概念及び撮像時間間隔Ｔと深度範囲ｔの関係を示す説明図
【図４】粒子の粒径と深度範囲との関係を示す図
【図５】本願に画像解析装置及び光学顕微鏡を使用して求まった粒子濃度分布を示す図
【図６】粒子に関する物理量の説明図
【符号の説明】
１　　　液中粒子の画像解析装置
８　　　試料流路
９　　　撮像面
１０　　記憶手段
１１ａ　画像解析手段
１１ｂ　粒子形状特性導出手段
１２ａ　粒径度数分布導出手段
１２ｂ　粒子濃度分布導出手段
１５　　粒子画像部

Claims

粒径の異なった複数粒子を含む液体試料が流れる試料流路を横断する撮像面を備えた撮像機構を備えるとともに、
前記撮像機構から得られる平面画像を解析処理して、前記平面画像の粒子画像部と液体画像部とを分離し、各粒子画像部を抽出する画像解析手段と、
前記画像解析手段により抽出される粒子画像部について、粒径毎の度数分布を導出する粒径度数分布導出手段とを備えた液中粒子の画像解析装置であって、
前記撮像機構の焦点を前記撮像面に合わせた状態で、前記平面画像から前記画像解析手段により前記粒子画像部を抽出可能な前記試料流路方向の深度範囲を、粒径毎に記憶した記憶手段を備え、
前記記憶手段に記憶された粒径毎の深度範囲と、前記粒径度数分布導出手段により導出される度数分布とに基づいて、前記粒径毎に、単位液量当たりに含まれる前記粒子の個数を導出する粒子濃度分布導出手段を備えた液中粒子の画像解析装置。
前記撮像機構により複数の前記平面画像を取り込み、解析対象とするに、
引き続いて前記平面画像を得る撮像時間間隔が、前記粒径毎に記憶されている前記深度範囲のうち、最大の深度範囲を特定の液体試料が通過する試料通過時間間隔より大きく設定されている請求項１記載の液中粒子の画像解析装置。
前記試料流路が、前記液体試料が鉛直方向に上昇移動する鉛直流路であるとともに、前記撮像面が前記試料流路を水平に横断する水平撮像面とされ、前記深度範囲が鉛直方向の深度範囲である請求項１又は２記載の液中粒子の画像解析装置。
前記撮像面が、前記試料流路の横断面全面に広がっており、
前記単位液量当たりに含まれる前記粒子の個数を前記粒径毎に求めるに、
前記試料流路の横断面積と前記深度範囲とから、前記画像解析手段により抽出される粒子画像部を形成する粒子とともに流れたとする液体流量を、粒径毎に導出して、前記単位液量当たりに含まれる前記粒子の個数を導出する請求項１〜３の何れか一項記載の液中粒子の画像解析装置。
板状を成す前記粒子に対して、前記粒子の板状面を前記撮像面の広がり方向に設定し、前記試料流路と流路断面積が等しい水平粒子姿勢調整部を、前記試料流路の上流部に備える請求項３記載の液中粒子の画像解析装置。
前記画像解析手段により抽出される各粒子画像部に関して、アスペクト比、複雑度、慣性等価楕円アスペクト比のいずれか１種以上を導出する粒子形状特性導出手段を備える請求項１〜５の何れか一項記載の液中粒子の画像解析装置。
気泡の画像と固体粒子の画像とを分離して、固体粒子の画像のみを前記粒子画像部とする請求項１〜６の何れか一項記載の液中粒子の画像解析装置。