JP2004340805A - 表面解析装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】表面上の凹凸成分の識別をより的確に行うことのできる表面解析装置を提供する。
【解決手段】コンピュータ２４は、撮像装置２３の撮像結果から得られたシリンダボア２２内周表面の凹凸情報を２次元フーリエ変換して凹凸のパワースペクトルを求めるとともに、そのパワースペクトルの一定値以上のパワー値を有する座標点の中から任意に取り出された複数の座標点についてそれらのパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数を求め、その相関係数に基づいてそれら座標点の方向成分が同一であるか否かを評価して、同一の方向成分を有する座標点群を抽出する。そして抽出された座標点群が螺旋条痕成分に対応したものと判定して、シリンダボア２２内周表面の螺旋条痕成分と損傷部成分との識別を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】コンピュータ２４は、撮像装置２３の撮像結果から得られたシリンダボア２２内周表面の凹凸情報を２次元フーリエ変換して凹凸のパワースペクトルを求めるとともに、そのパワースペクトルの一定値以上のパワー値を有する座標点の中から任意に取り出された複数の座標点についてそれらのパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数を求め、その相関係数に基づいてそれら座標点の方向成分が同一であるか否かを評価して、同一の方向成分を有する座標点群を抽出する。そして抽出された座標点群が螺旋条痕成分に対応したものと判定して、シリンダボア２２内周表面の螺旋条痕成分と損傷部成分との識別を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面上の凹凸成分の識別を行う表面解析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダボア２２の内周表面には、ホーニング加工等による多数の螺旋条痕が形成されている。従来、そうした表面に存在する鋳巣や加工時にバイトによって付けられた傷等の損傷部の有無を検出するなどの目的で、シリンダボア内周表面の凹凸成分の識別を行う装置として、特許文献１に記載の表面解析装置が知られている。この表面解析装置では、ＣＣＤカメラ等の撮像装置によって撮像されたシリンダボア２２の内周表面の画像をもとに、下記態様で損傷部成分の識別を行っている。
【０００３】
まず表面解析装置は、撮像された画像を、シリンダボアの周方向をｘ軸とし、シリンダボアの高さ方向をｙ軸とする２次元座標に展開し、その２次元座標の各座標点の凹凸レベルをプロットした、図１２（ａ）に示すようなシリンダボア内周表面の凹凸情報を作成する。
【０００４】
次に表面解析装置は、その作成された凹凸情報を２次元フーリエ変換して、図１２（ｂ）に示すようなシリンダボア内周表面の凹凸のパワースペクトルを求める。同図（ｂ）のｕ軸及びｖ軸は、上記ｘ軸方向及びｙ軸方向の周波数をそれぞれ示している。パワースペクトルには、上記２次元フーリエ変換により求められた表面凹凸のｘ軸方向及びｙ軸方向の各周波数成分の畳み込み積分値（パワー値）がプロットされる。
【０００５】
こうしたパワースペクトルでは、螺旋条痕のような規則性を有して形成された凹凸成分に対しては、上記ｕ−ｖ座標の原点（パワースペクトル原点）から同一の方向に、高いパワー値の座標点がプロットされる。一方、損傷部のような不規則に形成された凹凸成分に対しては、低いパワー値の座標点が無秩序に散在してプロットされる。よって、図１２（ａ）に示すような二方向の螺旋条痕の存在するシリンダボア２２内周表面の凹凸のパワースペクトルでは、上記ｕ−ｖ座標の原点にて交差する二直線からなる略Ｘ字状の領域に、パワー値の高い座標点が集中してプロットされる。
【０００６】
図１３には、上記パワースペクトルのｕ軸に対する上記上記ｕ−ｖ座標の原点回りの角度φと、その角度φの方向に位置する各座標点のパワー値の積算値（パワー積算値）との対応関係が示されている。ここで、パワー積算値がピークとなる角度ω１，ω２は、上記螺旋条痕成分に対応するパワー値の高い座標点が集中してプロットされた方向を示している。
【０００７】
そこで表面解析装置は、図１４に示すように、上記角度ω１，ω２の方向を中心とする所定の大きさの領域をマスキング領域として設定し、上記パワースペクトルに対してマスキングを施すことで、上記パワースペクトルから螺旋条痕成分を取り除く。そして表面解析装置は、マスキングの施されたパワースペクトルの２次元フーリエ逆変換を行うことで、シリンダボア内周表面の凹凸情報の中から損傷部成分の凹凸情報のみを抽出する。これにより、この表面解析装置では、シリンダボア内周表面に形成された多数の凹凸の中から、損傷部成分を識別するようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１２８９６０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
こうした従来の表面解析装置における凹凸成分の識別手法では、マスキング領域の範囲を如何に設定するかによって識別結果が大きく左右されてしまい、その識別の精度や識別結果の再現性の確保は困難となっている。すなわちシリンダボア内周表面の螺旋条痕の状態が異なれば、上記パワースペクトル上の螺旋条痕成分に対応した座標点の分布態様も自ずと異なるため、螺旋条痕の状態に応じて上記マスキング領域の大きさを適宜変更しなければ、螺旋条痕成分と損傷部成分とを適正に識別することはできなくなってしまう。
【００１０】
しかしながら特許文献１には、そうしたマスキング領域の大きさの設定手法について特に言及されておらず、螺旋条痕の状態の差異にまで対応した螺旋条痕成分と損傷部成分との識別手法は、未だ十分に確立されていないのが実情である。
【００１１】
なお、上記のような識別手法は、シリンダボア内周表面における螺旋条痕成分と損傷部成分との識別以外にも、規則性を有して形成された凹凸の存在する表面での規則性凹凸成分とそれ以外の不規則凹凸成分との識別に応用することができる。例えばしぼ加工のような表面上に規則的な凹凸パターンの形成される加工の施された表面において、加工による凹凸と、加工によるもの以外の凹凸成分とを識別するための手法として、上記識別手法を利用することができる。しかしながら、そうした場合にも上記識別手法をそのまま適用してしまえば、やはり同様の問題が生じてしまうこととなる。
【００１２】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面上の凹凸成分の識別をより的確に行うことのできる表面解析装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、表面に形成された多数の凹凸の中から、規則性を有して形成された規則凹凸成分とそれ以外の不規則凹凸成分との識別を行う表面解析装置において、前記表面の凹凸を検出して、２次元座標に展開された前記表面の各座標点の凹凸レベルを示す該表面の凹凸情報を生成する凹凸情報生成手段と、前記凹凸情報を２次元フーリエ変換して前記表面の凹凸のパワースペクトルを求める周波数分析手段と、前記パワースペクトルの一定値以上のパワー値を有する座標点の中から任意に取り出された複数の座標点についてそれらのパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数を求め、その相関係数に基づいて前記複数の座標点の方向成分が同一であるか否かを評価して、同一の方向成分を有する座標点群を抽出する抽出手段と、を備え、前記抽出手段によって抽出された座標点群が前記規則凹凸成分に対応するものと判定して前記識別を行うことをその要旨とする。
【００１４】
上記構成では、表面の凹凸の検出結果に基づいて、２次元座標に展開された表面の各座標点の凹凸レベルを示す表面の凹凸情報が生成され、それを２次元フーリエ変換することで、その凹凸のパワースペクトルが求められる。このパワースペクトルは、上記２次元座標の各座標軸方向における周波数を座標軸とした２次元座標上の各座標点に、凹凸レベルの各周波数成分の畳み込み積分値（パワー値）をプロットしたものとなる。
【００１５】
こうしたパワースペクトルでは、上記規則凹凸成分に対しては、上記座標の原点、すなわちパワースペクトル原点から同一の方向に、高いパワー値の座標点がプロットされる。一方、上記不規則凹凸成分に対しては、低いパワー値の座標点が無秩序に散在してプロットされる。そのため、規則凹凸成分に対応する座標点のみを集めた座標点群について、上記パワースペクトル原点を通る回帰直線を求め、その相関係数を取れば、その値はほぼ１となる。
【００１６】
そこで上記構成では、パワースペクトル上の一定値以上のパワー値を有する座標点の中から、複数の座標点を任意に取り出し、それらのパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数を求めるようにしている。そして、その求められた相関係数に基づいてそれら複数の座標点の方向成分が同一であるか否かを評価して、同一の方向成分を有する座標点群を抽出するようにしている。そのため、パワースペクトル上から規則凹凸の凹凸成分に対応する座標点群のみを適切に抽出することができる。したがって、表面上の規則凹凸成分と不規則凹凸成分との識別をより的確に行うことができる。
【００１７】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群以外の座標点にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記規則凹凸成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることをその要旨とする。
【００１８】
上記抽出手段によって抽出された座標点群の各座標点は、規則凹凸成分に対応したものとなっている。よって、それら抽出された座標点群以外の座標点にマスキングを施して２次元フーリエ逆変換を行えば、すなわち抽出された座標点群のみを対象として２次元フーリエ逆変換を行えば、上記２次元座標上の規則凹凸の配置を示す凹凸情報が得られるようになる。
【００１９】
また請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記不規則凹凸成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることをその要旨とする。
【００２０】
上記抽出手段によって抽出されずに残された座標点は、不規則凹凸成分に対応したものとなる。よって、抽出された座標点群の各座標点にマスキングを施して２次元フーリエ逆変換を行えば、すなわち抽出された座標点群以外の座標点を対象として２次元フーリエ逆変換を行えば、上記２次元座標上の不規則凹凸成分の配置を示す凹凸情報が得られるようになる。
【００２１】
更に請求項４に記載の発明は、多数の螺旋条痕の形成された表面の凹凸の中から、螺旋条痕成分と損傷部成分との識別を行う表面解析装置において、前記表面の凹凸を検出して、２次元座標に展開された前記表面の各座標点の凹凸レベルを示す該表面の凹凸情報を生成する凹凸情報生成手段と、前記凹凸情報を２次元フーリエ変換して前記表面の凹凸のパワースペクトルを求める周波数分析手段と、前記パワースペクトルの一定値以上のパワー値を有する座標点の中から任意に取り出された複数の座標点についてそれらのパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数を求め、その相関係数に基づいて前記複数の座標点の方向成分が同一であるか否かを評価して、同一の方向成分を有する座標点群を抽出する抽出手段と、を備え、前記抽出手段によって抽出された座標点群が前記螺旋条痕成分に対応したものと判定して前記識別を行うことをその要旨とする。
【００２２】
一定の方向に延びるように形成された螺旋条痕の存在する表面の凹凸情報を２次元フーリエ変換して得られたパワースペクトルでは、螺旋条痕に対応した凹凸成分に対しては、パワースペクトル原点から同一の方向に高いパワー値の座標点がプロットされる。一方、それ以外の凹凸成分に対しては、低いパワー値の座標点が無秩序に散在してプロットされる。そのため、上記構成のように任意に取り出された複数の座標点のパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数に基づくことで、パワースペクトル上から螺旋条痕に対応した座標点群のみを的確に抽出することができる。したがって、表面上の螺旋条痕成分と損傷部成分との識別をより的確に行うことができる。
【００２３】
また請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群以外の座標点にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記螺旋条痕成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることをその要旨とする。
【００２４】
上記抽出手段によって抽出された座標点群の各座標点は、螺旋条痕に対応したものとなっている。よって、それら抽出された座標点群以外の座標点にマスキングを施して２次元フーリエ逆変換を行えば、すなわち抽出された座標点群のみを対象として２次元フーリエ逆変換を行えば、上記２次元座標上の螺旋条痕に対応する凹凸成分の配置を示す凹凸情報が得られるようになる。
【００２５】
また請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記表面の損傷部成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることをその要旨とする。
【００２６】
上記抽出手段によって抽出されずに残された座標点は、螺旋条痕以外の凹凸成分、すなわち損傷部の凹凸成分に対応したものとなる。よって、抽出された座標点群の各座標点にマスキングを施して２次元フーリエ逆変換を行えば、すなわち抽出された座標点群以外の座標点を対象として２次元フーリエ逆変換を行えば、上記２次元座標上の損傷部に対応する凹凸成分の配置を示す凹凸情報が得られるようになる。
【００２７】
また請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれかに記載の表面解析装置において、前記表面は、内燃機関のシリンダボアの内周表面であることをその要旨とする。
【００２８】
上記構成によれば、ホーニング加工等によって多数の螺旋条痕の形成されたシリンダボアの内周表面において、その内周表面上の螺旋条痕成分とそれ以外の損傷部成分との識別を的確に行うことができる。そのため、損傷部の有無の検出や加工の良否の判定などを目的とした表面解析を的確に行うことができるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を内燃機関のシリンダボア内周表面における凹凸成分の識別を行う表面解析装置として具体化した一実施形態を、図１〜図１１を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態の表面解析装置は、シリンダブロック２１に形成されたシリンダボア２２の内周表面を撮像する撮像装置２３、及びその撮像装置２３から出力される撮像信号に基づき、シリンダボア２２内周表面の凹凸状態の解析を行うコンピュータ２４とを備えて構成されている。
【００３１】
撮像装置２３は、シリンダボア２２の内周表面を撮像するＣＣＤカメラ、及びそのＣＣＤカメラをシリンダボア２２の高さ方向に往復駆動させるとともに、同ＣＣＤカメラをシリンダボア２２の中心軸回りに回転駆動させる駆動装置を備えて構成されている。これら撮像装置２３のＣＣＤカメラ及び駆動装置は、コンピュータ２４からの指令に応じて作動される。
【００３２】
コンピュータ２４は、解析に係る各種処理を実行するＣＰＵ、解析処理用のプログラムが記憶され、且つ上記撮像信号等の解析処理に必要な情報を記憶する記憶装置、解析結果等を出力するディスプレイ等の出力装置を備えて構成されている。またコンピュータ２４には、撮像装置２３から出力された撮像信号を入力する入力ポート、及び撮像装置２３のＣＣＤカメラや駆動装置に指令信号を出力する出力ポートが設けられている。
【００３３】
以下、上記のように構成された本実施形態の表面解析装置における表面解析処理の詳細を説明する。
表面解析処理が開始されると、まずシリンダボア２２の内周表面の撮像が行われる。撮像は、ＣＣＤカメラをシリンダボア２２の中心軸回りに回転させつつ、シリンダボア２２の高さ方向に移動させて、シリンダボア２２の内周表面の全体を周方向及び高さ方向に順次走査しながら行われる。そして撮像を通じて撮像装置２３から出力される撮像信号は、入力ポートを通じてコンピュータ２４に入力される。
【００３４】
図２に示すようにコンピュータ２４は、撮像信号が入力されると、その信号を順次処理して、シリンダボア２２内周表面の凹凸情報を生成して記憶装置に順次記憶する。シリンダボア２２の内周表面すべての凹凸情報が作成されると、その凹凸情報の２次元フーリエ変換処理により、同表面の凹凸のパワースペクトルが作成され、記憶装置に記憶される。
【００３５】
図３（ｂ）に、撮像信号に基づき生成された上記シリンダボア２２内周表面の凹凸情報の一例を示す。この凹凸情報には、同図（ａ）に示すようなシリンダボア２２の周方向をｘ軸とし、その高さ方向をｙ軸とする２次元座標に展開されたシリンダボア２２内周表面の各座標点毎の輝度レベルが、凹凸レベルの指標値としてプロットされている。
【００３６】
図４は、図３（ｂ）のＩＶ領域におけるシリンダボア２２内周表面の拡大図である。同図に示すように、シリンダボア２２の内周表面には、ほぼ一定間隔で規則的に表れる複数の螺旋条痕に加え、多数の損傷部が存在している。
【００３７】
図５は、上記シリンダボア２２内周表面の凹凸情報を２次元フーリエ変換して得られたパワースペクトルの一例を示している。同図のｕ軸及びｖ軸は、上記ｘ軸方向及びｙ軸方向の周波数をそれぞれ示している。そして、そうしたｕ−ｖ座標上の各座標点には、シリンダボア２２の内周表面の上記ｘ軸方向及びｙ軸方向における輝度レベルの各周波数成分の畳み込み積分値（パワー値）がプロットされている。こうしたパワースペクトルでは、その第１象限及び第３象限、第２象限及び第４象限が、上記ｕ−ｖ座標の原点（パワースペクトル原点）に対する点対称となっている。
【００３８】
以上のようにしてシリンダボア２２内周表面の凹凸のパワースペクトルを求めた後、コンピュータ２４は、シリンダボア２２内周表面の凹凸に含まれる螺旋条痕成分と損傷部成分との識別を行うための成分識別処理を実行する。以下、図５のパワースペクトルを簡易化した図６のモデルを用いて成分識別処理の詳細を説明する。
【００３９】
まずここでは、図７及び図８に基づき、第２象限を対象とした成分識別処理の手順を説明する。図７（ａ）は、図６のパワースペクトルの第２象限を示している。同図７（ａ）の各座標点に付された数字は、第２象限の各座標点におけるパワー値の大きさの順序を示している。なお以下では、ｓを任意の自然数としたとき、ｓ番目にパワー値の大きい座標点を「座標点Ｐ（ｉ）」と表記する。
【００４０】
始めにコンピュータ２４は、パワースペクトルの座標点中、最もパワー値の大きい座標点Ｐ（１）を選択し、その座標点Ｐ（１）と同一の方向成分を有する座標点群Ｕ（１）の抽出処理を行う。この抽出処理は、以下の態様で行われる。
【００４１】
まずコンピュータ２４は、上記座標点Ｐ（１）に次いでパワー値の大きい座標点Ｐ（２）を選択し、それら座標点Ｐ（１），Ｐ（２）についての上記パワースペクトル原点Ｏを通る回帰直線に対する相関係数ｒを求める。そして、その相関係数ｒに基づき、それら座標点Ｐ（１），Ｐ（２）の方向成分が同一であるか否かを判定する。すなわちそれら座標点Ｐ（１），Ｐ（２）の相関係数ｒの値がほぼ「１」であれば（ｒ≒１）、それらは同一の方向成分を有していると判定され、そうでなければ（ｒ＜＜１）、それらの方向成分は異なっていると判定される。ここでは図７（ｂ）に示すように、座標点Ｐ（１），Ｐ（２）の上記相関係数ｒの値はほぼ「１」となっているため、それらは同一の方向成分を有する座標点群Ｕ（１）に属していると判定される。
【００４２】
続いてコンピュータ２４は、図７（ｃ）に示すように、３番目にパワー値の大きい座標点Ｐ（３）を選択し、その座標点Ｐ（３）及び上記座標点Ｐ（１），Ｐ（２）についての上記相関係数ｒを求める。そしてコンピュータ２４は、その相関係数ｒに基づき、今回選択された座標点Ｐ（３）が、上記座標点Ｐ（１），Ｐ（２）と同一の方向成分を有しているか否かの判定を行う。ここでは同図に示すように、座標点Ｐ（３）は、上記座標点Ｐ（１），Ｐ（２）とは、方向成分が異なる（ｒ＜＜１）と判定されている。この場合、座標点Ｐ（３）は、座標点群Ｕ（１）からは排除される。
【００４３】
その後、コンピュータ２４は、図７（ｄ）、図７（ｅ）に示すように、４番目にパワー値の大きい座標点Ｐ（４）、５番目にパワー値の大きい座標点Ｐ（５）・・・と、パワー値の大きい順に座標点を選択しつつ、上記判定を必要な回数繰返し実施する。これにより、図７（ｆ）に示すように、最もパワー値の大きい座標点Ｐ（１）と同一の方向成分を有する座標点群Ｕ（１）を抽出する。
【００４４】
こうして座標点群Ｕ（１）の抽出が完了すると、コンピュータ２４は、その座標点群Ｕ（１）から排除された座標点の中で最もパワー値の大きい座標点を選択する。この例では、図８（ａ）に示すように、上記座標点Ｐ（３）が選択される。そして上記座標点群Ｕ（１）から排除された座標点を対象として、上記と同様の抽出処理を行い、図８（ｂ）に示すように、その座標点Ｐ（３）と同一の方向成分を有する座標点群Ｕ（２）を抽出する。
【００４５】
コンピュータ２４は、そうした抽出処理を、同一の方向成分を有する座標点群が抽出されなくなるまで繰返し行うことで、図８（ｃ）に示すようにパワースペクトルの第２象限に存在する同一の方向成分を有する座標点群を抽出する。以後、コンピュータ２４は、パワースペクトルの第１象限を対象として同様の抽出処理を実施し、その第１象限に存在する同一の方向成分を有する座標点群の抽出を行う。
【００４６】
こうして抽出された各座標点群は、シリンダボア２２の内周表面の同一方向に延びる螺旋条痕のそれぞれに対応している。またいずれの座標点群からも排除された各座標点は、螺旋条痕以外のシリンダボア２２内周表面の凹凸成分、すなわち損傷部成分に対応している。したがって、以上の抽出処理を通じて、パワースペクトル上で、螺旋条痕成分に対応する座標点と損傷部成分に対応する座標点とが分離されることとなる。そして、分離された各成分のパワースペクトルを２次元フーリエ逆変換すれば、各成分についてのシリンダボア２２内周表面における凹凸情報が得られるようになる。
【００４７】
図９に、本実施形態の成分識別処理の全容をブロック図として示す。同図には、パワースペクトルにて、方向成分のそれぞれ異なる螺旋条痕成分Ａ〜Ｃに対応する３つの座標点群が抽出された場合が示されている。同図に示すように、本実施形態では、上記抽出された各座標点群を合成したものに２次元フーリエ逆変換を行うことで、シリンダボア２２内周表面の螺旋条痕成分の凹凸情報が生成されている。またそれら以外の座標点を対象に２次元フーリエ逆変換を行うことで、損傷部成分の凹凸情報が生成されている。なお抽出された各座標点群に対して個別に２次元フーリエ逆変換を行い、各方向の螺旋条痕成分の凹凸情報をそれぞれ個別に生成することも可能である。
【００４８】
図１０及び図１１は、以上説明した成分識別処理のフローチャートを示している。この処理は、図２の処理を通じて、シリンダボア２２内周表面の凹凸のパワースペクトルが生成された後、コンピュータ２４によって実行される。なお本処理の開始時の下記カウンタｉ及びカウンタｊの値はそれぞれ「１」に設定されている。
【００４９】
同図に示すように、成分識別処理が開始されると、コンピュータ２４は、まずステップＳ１０１において、上記パワースペクトルの情報を読み込み、ステップＳ１０２において、そのパワースペクトルの中で最もパワー値の大きい座標点Ｐ（１）を選択する。そしてコンピュータ２４は、ステップＳ１１０〜Ｓ１２２の処理を、カウンタｊの値が所定値Ｎに達するまで繰返し実行する。
【００５０】
ステップＳ１１０においてコンピュータ２４は、未だ座標点群のいずれにも加えられずに残された座標点の中から、前回選択された座標点Ｐ（ｉ−１）に次いでパワー値の大きい座標点Ｐ（ｉ）を選択し、ステップＳ１１１において、その座標点Ｐ（ｉ）を座標点群Ｕ（ｊ）に加える。
【００５１】
続くステップＳ１１２においてコンピュータ２４は、今回選択された座標点Ｐ（ｉ）を加えた座標点群Ｕ（ｊ）のパワースペクトル原点Ｏを通る回帰直線を求め、ステップＳ１１３においてその回帰直線の相関係数ｒを算出する。そしてコンピュータ２４は、ステップＳ１１４において、算出された相関係数ｒの値がほぼ１であるか否かを、すなわち今回選択された座標点Ｐ（ｉ）が、座標点群Ｕ（ｊ）の他の座標点と同一の方向成分を有しているか否かを判定する。ここで相関係数ｒの値がほぼ１であれば（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、コンピュータ２４は、今回選択された座標点Ｐ（ｉ）を座標点群Ｕ（ｊ）に残留させたまま、処理をステップＳ１１６に移行する。そうでなければ（Ｓ１１４：ＮＯ）、コンピュータ２４は、処理をステップＳ１１５に進めて、座標点Ｐ（ｉ）を座標点群Ｕ（ｊ）から排除した後、ステップＳ１１６に処理を移行する。
【００５２】
ステップＳ１１６においてコンピュータ２４は、カウンタｉの値が所定値ｎに達しているか否かを判定する。ここでカウンタｉの値が所定値ｎに達していなければ（Ｓ１１６：ＮＯ）、コンピュータ２４は、カウンタｉの値に１を加算した後、処理をステップＳ１１０に戻す。
【００５３】
ここでカウンタｉの値が所定値ｎに達していれば（Ｓ１１６：ＹＥＳ）、コンピュータ２４は処理をステップＳ１２０に進め、カウンタｊの値が所定値Ｎに達しているか否かを判定する。ここでカウンタｊの値が所定値Ｎに達していなければ（Ｓ１２０：ＮＯ）、コンピュータ２４は処理をステップＳ１２１に進め、そのとき座標点群Ｕ（ｊ）に残された各座標点を選択対象から除外し、続くステップＳ１２２において、除外されずに残された座標点の中から最もパワー値の大きい座標点を選択する。そしてコンピュータ２４は、カウンタｊの値に１を加算して、ステップＳ１１０に処理を再び戻す。
【００５４】
一方、カウンタｊの値が所定値Ｎに達していれば（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、コンピュータ２４は、ステップＳ１４０以降の処理に進み、螺旋条痕成分及び損傷成分の各凹凸情報の生成を行う。すなわち、コンピュータ２４は、ステップＳ１４０において、抽出された各座標点群Ｕ（１）〜Ｕ（Ｎ）を合成し、ステップＳ１４１において、その合成された座標点群Ｕ（１）〜Ｕ（Ｎ）のいずれからも除外された座標点のパワー値を「０」として２次元フーリエ逆変換を行って、螺旋条痕成分の凹凸情報を生成する。またコンピュータ２４は、ステップＳ１４２において、その合成された座標点群Ｕ（１）〜Ｕ（Ｎ）に含まれる座標点のパワー値を「０」として２次元フーリエ逆変換を行い、損傷部成分の凹凸情報を生成する。なおこのとき、上記抽出された各座標点群Ｕ（１）〜Ｕ（Ｎ）のそれぞれに個別に２次元フーリエ逆変換を行えば、方向の異なる螺旋条痕成分の凹凸情報を個別に生成することができる。
【００５５】
こうして両成分の凹凸情報を生成した後、コンピュータ２４は本処理を終了する。そして生成された両成分の凹凸情報を用いて、シリンダボア２２内周表面の損傷部の検出や、ホーニング加工の良否の判定などが行われる。
【００５６】
なお本実施形態では、図２の解析準備処理が上記凹凸情報生成手段及び上記周波数分析手段の処理に、図１０のステップＳ１０２〜Ｓ１２２の処理が、上記抽出手段の処理に、それぞれ対応している。またシリンダボア２２内周表面に形成された凹凸の螺旋条痕成分が上記規則凹凸成分に、損傷部成分が上記不規則凹凸成分に、それぞれ対応している。
【００５７】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態の表面解析装置では、上記相関係数ｒに基づく評価を通じて、パワースペクトル上の同一方向成分を有する座標点群を抽出することで、シリンダボア２２内周表面の螺旋条痕成分と損傷部成分との識別を的確に行うことができる。
【００５８】
（２）螺旋条痕の状態に応じて上記抽出時のマスキングの範囲が的確に設定されるため、螺旋条痕の形成状態の差違に拘わらず、螺旋条痕成分と損傷部成分とを的確に識別することができる。
【００５９】
（３）成分識別に係る手法が明確に定義されているため、識別結果の再現性を高めて、その結果に高い信頼性を確保することができる。
（４）成分識別に係る処理がすべて自動化されているため、シリンダボア２２内周表面の凹凸状態の解析を容易に行うことができる。
【００６０】
（５）上記生成される損傷部の凹凸情報によって、シリンダボア２２内周表面の損傷部の位置や状態を明確に把握することができ、損傷部の検出等を好適に行うことができる。
【００６１】
（６）上記生成される螺旋条痕の凹凸情報によって、シリンダボア２２内周表面における螺旋条痕の状態を明確に把握することができ、ホーニング加工の良否判定等の螺旋条痕の評価を好適に行うことができる。
【００６２】
なお、上記実施形態は次のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態の撮像装置２３の代りとして３次元粗さ測定器や形状測定器等を採用し、凹凸レベルの指標値としてそれらの測定結果（３次元粗さや形状の測定データ）を用いて凹凸成分の識別を行うようにしても良い。
【００６３】
要は、規則性を有して形成された規則凹凸成分とそれ以外の不規則凹凸成分とが存在する表面について、その規則凹凸成分と不規則凹凸成分との識別を行う表面解析装置であれば、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の全体構造を示す模式図。
【図２】同実施形態の解析準備処理の処理手順を示すブロック図。
【図３】シリンダボア２２の内周表面の（ａ）座標系、及び（ｂ）凹凸情報の一例を併せ示す図。
【図４】シリンダボア２２の内周表面の拡大図。
【図５】２次元フーリエ変換された凹凸情報のパワースペクトルの一例を示す図。
【図６】同じく凹凸情報のパワースペクトルの簡易モデルを示す図。
【図７】（ａ）〜（ｆ）上記実施形態における成分識別処理の処理例を示す図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）同じく成分識別処理の処理例を示す図。
【図９】同成分識別処理の全容を示すブロック図。
【図１０】同成分識別処理の処理手順を示すフローチャート。
【図１１】同じく成分識別処理の処理手順を示すフローチャート。
【図１２】従来の表面解析装置の凹凸成分識別処理で生成される（ａ）凹凸情報の一例、及び（ｂ）パワースペクトルの一例を併せ示す図。
【図１３】同処理におけるパワー積算値と角度φとの関係を示すグラフ。
【図１４】同処理でのマスキング領域の設定例を示す図。
【符号の説明】
２１…シリンダブロック、２２…シリンダボア、２３…撮像装置、２４…コンピュータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面上の凹凸成分の識別を行う表面解析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダボア２２の内周表面には、ホーニング加工等による多数の螺旋条痕が形成されている。従来、そうした表面に存在する鋳巣や加工時にバイトによって付けられた傷等の損傷部の有無を検出するなどの目的で、シリンダボア内周表面の凹凸成分の識別を行う装置として、特許文献１に記載の表面解析装置が知られている。この表面解析装置では、ＣＣＤカメラ等の撮像装置によって撮像されたシリンダボア２２の内周表面の画像をもとに、下記態様で損傷部成分の識別を行っている。
【０００３】
まず表面解析装置は、撮像された画像を、シリンダボアの周方向をｘ軸とし、シリンダボアの高さ方向をｙ軸とする２次元座標に展開し、その２次元座標の各座標点の凹凸レベルをプロットした、図１２（ａ）に示すようなシリンダボア内周表面の凹凸情報を作成する。
【０００４】
次に表面解析装置は、その作成された凹凸情報を２次元フーリエ変換して、図１２（ｂ）に示すようなシリンダボア内周表面の凹凸のパワースペクトルを求める。同図（ｂ）のｕ軸及びｖ軸は、上記ｘ軸方向及びｙ軸方向の周波数をそれぞれ示している。パワースペクトルには、上記２次元フーリエ変換により求められた表面凹凸のｘ軸方向及びｙ軸方向の各周波数成分の畳み込み積分値（パワー値）がプロットされる。
【０００５】
こうしたパワースペクトルでは、螺旋条痕のような規則性を有して形成された凹凸成分に対しては、上記ｕ−ｖ座標の原点（パワースペクトル原点）から同一の方向に、高いパワー値の座標点がプロットされる。一方、損傷部のような不規則に形成された凹凸成分に対しては、低いパワー値の座標点が無秩序に散在してプロットされる。よって、図１２（ａ）に示すような二方向の螺旋条痕の存在するシリンダボア２２内周表面の凹凸のパワースペクトルでは、上記ｕ−ｖ座標の原点にて交差する二直線からなる略Ｘ字状の領域に、パワー値の高い座標点が集中してプロットされる。
【０００６】
図１３には、上記パワースペクトルのｕ軸に対する上記上記ｕ−ｖ座標の原点回りの角度φと、その角度φの方向に位置する各座標点のパワー値の積算値（パワー積算値）との対応関係が示されている。ここで、パワー積算値がピークとなる角度ω１，ω２は、上記螺旋条痕成分に対応するパワー値の高い座標点が集中してプロットされた方向を示している。
【０００７】
そこで表面解析装置は、図１４に示すように、上記角度ω１，ω２の方向を中心とする所定の大きさの領域をマスキング領域として設定し、上記パワースペクトルに対してマスキングを施すことで、上記パワースペクトルから螺旋条痕成分を取り除く。そして表面解析装置は、マスキングの施されたパワースペクトルの２次元フーリエ逆変換を行うことで、シリンダボア内周表面の凹凸情報の中から損傷部成分の凹凸情報のみを抽出する。これにより、この表面解析装置では、シリンダボア内周表面に形成された多数の凹凸の中から、損傷部成分を識別するようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１２８９６０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
こうした従来の表面解析装置における凹凸成分の識別手法では、マスキング領域の範囲を如何に設定するかによって識別結果が大きく左右されてしまい、その識別の精度や識別結果の再現性の確保は困難となっている。すなわちシリンダボア内周表面の螺旋条痕の状態が異なれば、上記パワースペクトル上の螺旋条痕成分に対応した座標点の分布態様も自ずと異なるため、螺旋条痕の状態に応じて上記マスキング領域の大きさを適宜変更しなければ、螺旋条痕成分と損傷部成分とを適正に識別することはできなくなってしまう。
【００１０】
しかしながら特許文献１には、そうしたマスキング領域の大きさの設定手法について特に言及されておらず、螺旋条痕の状態の差異にまで対応した螺旋条痕成分と損傷部成分との識別手法は、未だ十分に確立されていないのが実情である。
【００１１】
なお、上記のような識別手法は、シリンダボア内周表面における螺旋条痕成分と損傷部成分との識別以外にも、規則性を有して形成された凹凸の存在する表面での規則性凹凸成分とそれ以外の不規則凹凸成分との識別に応用することができる。例えばしぼ加工のような表面上に規則的な凹凸パターンの形成される加工の施された表面において、加工による凹凸と、加工によるもの以外の凹凸成分とを識別するための手法として、上記識別手法を利用することができる。しかしながら、そうした場合にも上記識別手法をそのまま適用してしまえば、やはり同様の問題が生じてしまうこととなる。
【００１２】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面上の凹凸成分の識別をより的確に行うことのできる表面解析装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、表面に形成された多数の凹凸の中から、規則性を有して形成された規則凹凸成分とそれ以外の不規則凹凸成分との識別を行う表面解析装置において、前記表面の凹凸を検出して、２次元座標に展開された前記表面の各座標点の凹凸レベルを示す該表面の凹凸情報を生成する凹凸情報生成手段と、前記凹凸情報を２次元フーリエ変換して前記表面の凹凸のパワースペクトルを求める周波数分析手段と、前記パワースペクトルの一定値以上のパワー値を有する座標点の中から任意に取り出された複数の座標点についてそれらのパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数を求め、その相関係数に基づいて前記複数の座標点の方向成分が同一であるか否かを評価して、同一の方向成分を有する座標点群を抽出する抽出手段と、を備え、前記抽出手段によって抽出された座標点群が前記規則凹凸成分に対応するものと判定して前記識別を行うことをその要旨とする。
【００１４】
上記構成では、表面の凹凸の検出結果に基づいて、２次元座標に展開された表面の各座標点の凹凸レベルを示す表面の凹凸情報が生成され、それを２次元フーリエ変換することで、その凹凸のパワースペクトルが求められる。このパワースペクトルは、上記２次元座標の各座標軸方向における周波数を座標軸とした２次元座標上の各座標点に、凹凸レベルの各周波数成分の畳み込み積分値（パワー値）をプロットしたものとなる。
【００１５】
こうしたパワースペクトルでは、上記規則凹凸成分に対しては、上記座標の原点、すなわちパワースペクトル原点から同一の方向に、高いパワー値の座標点がプロットされる。一方、上記不規則凹凸成分に対しては、低いパワー値の座標点が無秩序に散在してプロットされる。そのため、規則凹凸成分に対応する座標点のみを集めた座標点群について、上記パワースペクトル原点を通る回帰直線を求め、その相関係数を取れば、その値はほぼ１となる。
【００１６】
そこで上記構成では、パワースペクトル上の一定値以上のパワー値を有する座標点の中から、複数の座標点を任意に取り出し、それらのパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数を求めるようにしている。そして、その求められた相関係数に基づいてそれら複数の座標点の方向成分が同一であるか否かを評価して、同一の方向成分を有する座標点群を抽出するようにしている。そのため、パワースペクトル上から規則凹凸の凹凸成分に対応する座標点群のみを適切に抽出することができる。したがって、表面上の規則凹凸成分と不規則凹凸成分との識別をより的確に行うことができる。
【００１７】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群以外の座標点にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記規則凹凸成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることをその要旨とする。
【００１８】
上記抽出手段によって抽出された座標点群の各座標点は、規則凹凸成分に対応したものとなっている。よって、それら抽出された座標点群以外の座標点にマスキングを施して２次元フーリエ逆変換を行えば、すなわち抽出された座標点群のみを対象として２次元フーリエ逆変換を行えば、上記２次元座標上の規則凹凸の配置を示す凹凸情報が得られるようになる。
【００１９】
また請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記不規則凹凸成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることをその要旨とする。
【００２０】
上記抽出手段によって抽出されずに残された座標点は、不規則凹凸成分に対応したものとなる。よって、抽出された座標点群の各座標点にマスキングを施して２次元フーリエ逆変換を行えば、すなわち抽出された座標点群以外の座標点を対象として２次元フーリエ逆変換を行えば、上記２次元座標上の不規則凹凸成分の配置を示す凹凸情報が得られるようになる。
【００２１】
更に請求項４に記載の発明は、多数の螺旋条痕の形成された表面の凹凸の中から、螺旋条痕成分と損傷部成分との識別を行う表面解析装置において、前記表面の凹凸を検出して、２次元座標に展開された前記表面の各座標点の凹凸レベルを示す該表面の凹凸情報を生成する凹凸情報生成手段と、前記凹凸情報を２次元フーリエ変換して前記表面の凹凸のパワースペクトルを求める周波数分析手段と、前記パワースペクトルの一定値以上のパワー値を有する座標点の中から任意に取り出された複数の座標点についてそれらのパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数を求め、その相関係数に基づいて前記複数の座標点の方向成分が同一であるか否かを評価して、同一の方向成分を有する座標点群を抽出する抽出手段と、を備え、前記抽出手段によって抽出された座標点群が前記螺旋条痕成分に対応したものと判定して前記識別を行うことをその要旨とする。
【００２２】
一定の方向に延びるように形成された螺旋条痕の存在する表面の凹凸情報を２次元フーリエ変換して得られたパワースペクトルでは、螺旋条痕に対応した凹凸成分に対しては、パワースペクトル原点から同一の方向に高いパワー値の座標点がプロットされる。一方、それ以外の凹凸成分に対しては、低いパワー値の座標点が無秩序に散在してプロットされる。そのため、上記構成のように任意に取り出された複数の座標点のパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数に基づくことで、パワースペクトル上から螺旋条痕に対応した座標点群のみを的確に抽出することができる。したがって、表面上の螺旋条痕成分と損傷部成分との識別をより的確に行うことができる。
【００２３】
また請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群以外の座標点にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記螺旋条痕成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることをその要旨とする。
【００２４】
上記抽出手段によって抽出された座標点群の各座標点は、螺旋条痕に対応したものとなっている。よって、それら抽出された座標点群以外の座標点にマスキングを施して２次元フーリエ逆変換を行えば、すなわち抽出された座標点群のみを対象として２次元フーリエ逆変換を行えば、上記２次元座標上の螺旋条痕に対応する凹凸成分の配置を示す凹凸情報が得られるようになる。
【００２５】
また請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記表面の損傷部成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることをその要旨とする。
【００２６】
上記抽出手段によって抽出されずに残された座標点は、螺旋条痕以外の凹凸成分、すなわち損傷部の凹凸成分に対応したものとなる。よって、抽出された座標点群の各座標点にマスキングを施して２次元フーリエ逆変換を行えば、すなわち抽出された座標点群以外の座標点を対象として２次元フーリエ逆変換を行えば、上記２次元座標上の損傷部に対応する凹凸成分の配置を示す凹凸情報が得られるようになる。
【００２７】
また請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれかに記載の表面解析装置において、前記表面は、内燃機関のシリンダボアの内周表面であることをその要旨とする。
【００２８】
上記構成によれば、ホーニング加工等によって多数の螺旋条痕の形成されたシリンダボアの内周表面において、その内周表面上の螺旋条痕成分とそれ以外の損傷部成分との識別を的確に行うことができる。そのため、損傷部の有無の検出や加工の良否の判定などを目的とした表面解析を的確に行うことができるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を内燃機関のシリンダボア内周表面における凹凸成分の識別を行う表面解析装置として具体化した一実施形態を、図１〜図１１を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態の表面解析装置は、シリンダブロック２１に形成されたシリンダボア２２の内周表面を撮像する撮像装置２３、及びその撮像装置２３から出力される撮像信号に基づき、シリンダボア２２内周表面の凹凸状態の解析を行うコンピュータ２４とを備えて構成されている。
【００３１】
撮像装置２３は、シリンダボア２２の内周表面を撮像するＣＣＤカメラ、及びそのＣＣＤカメラをシリンダボア２２の高さ方向に往復駆動させるとともに、同ＣＣＤカメラをシリンダボア２２の中心軸回りに回転駆動させる駆動装置を備えて構成されている。これら撮像装置２３のＣＣＤカメラ及び駆動装置は、コンピュータ２４からの指令に応じて作動される。
【００３２】
コンピュータ２４は、解析に係る各種処理を実行するＣＰＵ、解析処理用のプログラムが記憶され、且つ上記撮像信号等の解析処理に必要な情報を記憶する記憶装置、解析結果等を出力するディスプレイ等の出力装置を備えて構成されている。またコンピュータ２４には、撮像装置２３から出力された撮像信号を入力する入力ポート、及び撮像装置２３のＣＣＤカメラや駆動装置に指令信号を出力する出力ポートが設けられている。
【００３３】
以下、上記のように構成された本実施形態の表面解析装置における表面解析処理の詳細を説明する。
表面解析処理が開始されると、まずシリンダボア２２の内周表面の撮像が行われる。撮像は、ＣＣＤカメラをシリンダボア２２の中心軸回りに回転させつつ、シリンダボア２２の高さ方向に移動させて、シリンダボア２２の内周表面の全体を周方向及び高さ方向に順次走査しながら行われる。そして撮像を通じて撮像装置２３から出力される撮像信号は、入力ポートを通じてコンピュータ２４に入力される。
【００３４】
図２に示すようにコンピュータ２４は、撮像信号が入力されると、その信号を順次処理して、シリンダボア２２内周表面の凹凸情報を生成して記憶装置に順次記憶する。シリンダボア２２の内周表面すべての凹凸情報が作成されると、その凹凸情報の２次元フーリエ変換処理により、同表面の凹凸のパワースペクトルが作成され、記憶装置に記憶される。
【００３５】
図３（ｂ）に、撮像信号に基づき生成された上記シリンダボア２２内周表面の凹凸情報の一例を示す。この凹凸情報には、同図（ａ）に示すようなシリンダボア２２の周方向をｘ軸とし、その高さ方向をｙ軸とする２次元座標に展開されたシリンダボア２２内周表面の各座標点毎の輝度レベルが、凹凸レベルの指標値としてプロットされている。
【００３６】
図４は、図３（ｂ）のＩＶ領域におけるシリンダボア２２内周表面の拡大図である。同図に示すように、シリンダボア２２の内周表面には、ほぼ一定間隔で規則的に表れる複数の螺旋条痕に加え、多数の損傷部が存在している。
【００３７】
図５は、上記シリンダボア２２内周表面の凹凸情報を２次元フーリエ変換して得られたパワースペクトルの一例を示している。同図のｕ軸及びｖ軸は、上記ｘ軸方向及びｙ軸方向の周波数をそれぞれ示している。そして、そうしたｕ−ｖ座標上の各座標点には、シリンダボア２２の内周表面の上記ｘ軸方向及びｙ軸方向における輝度レベルの各周波数成分の畳み込み積分値（パワー値）がプロットされている。こうしたパワースペクトルでは、その第１象限及び第３象限、第２象限及び第４象限が、上記ｕ−ｖ座標の原点（パワースペクトル原点）に対する点対称となっている。
【００３８】
以上のようにしてシリンダボア２２内周表面の凹凸のパワースペクトルを求めた後、コンピュータ２４は、シリンダボア２２内周表面の凹凸に含まれる螺旋条痕成分と損傷部成分との識別を行うための成分識別処理を実行する。以下、図５のパワースペクトルを簡易化した図６のモデルを用いて成分識別処理の詳細を説明する。
【００３９】
まずここでは、図７及び図８に基づき、第２象限を対象とした成分識別処理の手順を説明する。図７（ａ）は、図６のパワースペクトルの第２象限を示している。同図７（ａ）の各座標点に付された数字は、第２象限の各座標点におけるパワー値の大きさの順序を示している。なお以下では、ｓを任意の自然数としたとき、ｓ番目にパワー値の大きい座標点を「座標点Ｐ（ｉ）」と表記する。
【００４０】
始めにコンピュータ２４は、パワースペクトルの座標点中、最もパワー値の大きい座標点Ｐ（１）を選択し、その座標点Ｐ（１）と同一の方向成分を有する座標点群Ｕ（１）の抽出処理を行う。この抽出処理は、以下の態様で行われる。
【００４１】
まずコンピュータ２４は、上記座標点Ｐ（１）に次いでパワー値の大きい座標点Ｐ（２）を選択し、それら座標点Ｐ（１），Ｐ（２）についての上記パワースペクトル原点Ｏを通る回帰直線に対する相関係数ｒを求める。そして、その相関係数ｒに基づき、それら座標点Ｐ（１），Ｐ（２）の方向成分が同一であるか否かを判定する。すなわちそれら座標点Ｐ（１），Ｐ（２）の相関係数ｒの値がほぼ「１」であれば（ｒ≒１）、それらは同一の方向成分を有していると判定され、そうでなければ（ｒ＜＜１）、それらの方向成分は異なっていると判定される。ここでは図７（ｂ）に示すように、座標点Ｐ（１），Ｐ（２）の上記相関係数ｒの値はほぼ「１」となっているため、それらは同一の方向成分を有する座標点群Ｕ（１）に属していると判定される。
【００４２】
続いてコンピュータ２４は、図７（ｃ）に示すように、３番目にパワー値の大きい座標点Ｐ（３）を選択し、その座標点Ｐ（３）及び上記座標点Ｐ（１），Ｐ（２）についての上記相関係数ｒを求める。そしてコンピュータ２４は、その相関係数ｒに基づき、今回選択された座標点Ｐ（３）が、上記座標点Ｐ（１），Ｐ（２）と同一の方向成分を有しているか否かの判定を行う。ここでは同図に示すように、座標点Ｐ（３）は、上記座標点Ｐ（１），Ｐ（２）とは、方向成分が異なる（ｒ＜＜１）と判定されている。この場合、座標点Ｐ（３）は、座標点群Ｕ（１）からは排除される。
【００４３】
その後、コンピュータ２４は、図７（ｄ）、図７（ｅ）に示すように、４番目にパワー値の大きい座標点Ｐ（４）、５番目にパワー値の大きい座標点Ｐ（５）・・・と、パワー値の大きい順に座標点を選択しつつ、上記判定を必要な回数繰返し実施する。これにより、図７（ｆ）に示すように、最もパワー値の大きい座標点Ｐ（１）と同一の方向成分を有する座標点群Ｕ（１）を抽出する。
【００４４】
こうして座標点群Ｕ（１）の抽出が完了すると、コンピュータ２４は、その座標点群Ｕ（１）から排除された座標点の中で最もパワー値の大きい座標点を選択する。この例では、図８（ａ）に示すように、上記座標点Ｐ（３）が選択される。そして上記座標点群Ｕ（１）から排除された座標点を対象として、上記と同様の抽出処理を行い、図８（ｂ）に示すように、その座標点Ｐ（３）と同一の方向成分を有する座標点群Ｕ（２）を抽出する。
【００４５】
コンピュータ２４は、そうした抽出処理を、同一の方向成分を有する座標点群が抽出されなくなるまで繰返し行うことで、図８（ｃ）に示すようにパワースペクトルの第２象限に存在する同一の方向成分を有する座標点群を抽出する。以後、コンピュータ２４は、パワースペクトルの第１象限を対象として同様の抽出処理を実施し、その第１象限に存在する同一の方向成分を有する座標点群の抽出を行う。
【００４６】
こうして抽出された各座標点群は、シリンダボア２２の内周表面の同一方向に延びる螺旋条痕のそれぞれに対応している。またいずれの座標点群からも排除された各座標点は、螺旋条痕以外のシリンダボア２２内周表面の凹凸成分、すなわち損傷部成分に対応している。したがって、以上の抽出処理を通じて、パワースペクトル上で、螺旋条痕成分に対応する座標点と損傷部成分に対応する座標点とが分離されることとなる。そして、分離された各成分のパワースペクトルを２次元フーリエ逆変換すれば、各成分についてのシリンダボア２２内周表面における凹凸情報が得られるようになる。
【００４７】
図９に、本実施形態の成分識別処理の全容をブロック図として示す。同図には、パワースペクトルにて、方向成分のそれぞれ異なる螺旋条痕成分Ａ〜Ｃに対応する３つの座標点群が抽出された場合が示されている。同図に示すように、本実施形態では、上記抽出された各座標点群を合成したものに２次元フーリエ逆変換を行うことで、シリンダボア２２内周表面の螺旋条痕成分の凹凸情報が生成されている。またそれら以外の座標点を対象に２次元フーリエ逆変換を行うことで、損傷部成分の凹凸情報が生成されている。なお抽出された各座標点群に対して個別に２次元フーリエ逆変換を行い、各方向の螺旋条痕成分の凹凸情報をそれぞれ個別に生成することも可能である。
【００４８】
図１０及び図１１は、以上説明した成分識別処理のフローチャートを示している。この処理は、図２の処理を通じて、シリンダボア２２内周表面の凹凸のパワースペクトルが生成された後、コンピュータ２４によって実行される。なお本処理の開始時の下記カウンタｉ及びカウンタｊの値はそれぞれ「１」に設定されている。
【００４９】
同図に示すように、成分識別処理が開始されると、コンピュータ２４は、まずステップＳ１０１において、上記パワースペクトルの情報を読み込み、ステップＳ１０２において、そのパワースペクトルの中で最もパワー値の大きい座標点Ｐ（１）を選択する。そしてコンピュータ２４は、ステップＳ１１０〜Ｓ１２２の処理を、カウンタｊの値が所定値Ｎに達するまで繰返し実行する。
【００５０】
ステップＳ１１０においてコンピュータ２４は、未だ座標点群のいずれにも加えられずに残された座標点の中から、前回選択された座標点Ｐ（ｉ−１）に次いでパワー値の大きい座標点Ｐ（ｉ）を選択し、ステップＳ１１１において、その座標点Ｐ（ｉ）を座標点群Ｕ（ｊ）に加える。
【００５１】
続くステップＳ１１２においてコンピュータ２４は、今回選択された座標点Ｐ（ｉ）を加えた座標点群Ｕ（ｊ）のパワースペクトル原点Ｏを通る回帰直線を求め、ステップＳ１１３においてその回帰直線の相関係数ｒを算出する。そしてコンピュータ２４は、ステップＳ１１４において、算出された相関係数ｒの値がほぼ１であるか否かを、すなわち今回選択された座標点Ｐ（ｉ）が、座標点群Ｕ（ｊ）の他の座標点と同一の方向成分を有しているか否かを判定する。ここで相関係数ｒの値がほぼ１であれば（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、コンピュータ２４は、今回選択された座標点Ｐ（ｉ）を座標点群Ｕ（ｊ）に残留させたまま、処理をステップＳ１１６に移行する。そうでなければ（Ｓ１１４：ＮＯ）、コンピュータ２４は、処理をステップＳ１１５に進めて、座標点Ｐ（ｉ）を座標点群Ｕ（ｊ）から排除した後、ステップＳ１１６に処理を移行する。
【００５２】
ステップＳ１１６においてコンピュータ２４は、カウンタｉの値が所定値ｎに達しているか否かを判定する。ここでカウンタｉの値が所定値ｎに達していなければ（Ｓ１１６：ＮＯ）、コンピュータ２４は、カウンタｉの値に１を加算した後、処理をステップＳ１１０に戻す。
【００５３】
ここでカウンタｉの値が所定値ｎに達していれば（Ｓ１１６：ＹＥＳ）、コンピュータ２４は処理をステップＳ１２０に進め、カウンタｊの値が所定値Ｎに達しているか否かを判定する。ここでカウンタｊの値が所定値Ｎに達していなければ（Ｓ１２０：ＮＯ）、コンピュータ２４は処理をステップＳ１２１に進め、そのとき座標点群Ｕ（ｊ）に残された各座標点を選択対象から除外し、続くステップＳ１２２において、除外されずに残された座標点の中から最もパワー値の大きい座標点を選択する。そしてコンピュータ２４は、カウンタｊの値に１を加算して、ステップＳ１１０に処理を再び戻す。
【００５４】
一方、カウンタｊの値が所定値Ｎに達していれば（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、コンピュータ２４は、ステップＳ１４０以降の処理に進み、螺旋条痕成分及び損傷成分の各凹凸情報の生成を行う。すなわち、コンピュータ２４は、ステップＳ１４０において、抽出された各座標点群Ｕ（１）〜Ｕ（Ｎ）を合成し、ステップＳ１４１において、その合成された座標点群Ｕ（１）〜Ｕ（Ｎ）のいずれからも除外された座標点のパワー値を「０」として２次元フーリエ逆変換を行って、螺旋条痕成分の凹凸情報を生成する。またコンピュータ２４は、ステップＳ１４２において、その合成された座標点群Ｕ（１）〜Ｕ（Ｎ）に含まれる座標点のパワー値を「０」として２次元フーリエ逆変換を行い、損傷部成分の凹凸情報を生成する。なおこのとき、上記抽出された各座標点群Ｕ（１）〜Ｕ（Ｎ）のそれぞれに個別に２次元フーリエ逆変換を行えば、方向の異なる螺旋条痕成分の凹凸情報を個別に生成することができる。
【００５５】
こうして両成分の凹凸情報を生成した後、コンピュータ２４は本処理を終了する。そして生成された両成分の凹凸情報を用いて、シリンダボア２２内周表面の損傷部の検出や、ホーニング加工の良否の判定などが行われる。
【００５６】
なお本実施形態では、図２の解析準備処理が上記凹凸情報生成手段及び上記周波数分析手段の処理に、図１０のステップＳ１０２〜Ｓ１２２の処理が、上記抽出手段の処理に、それぞれ対応している。またシリンダボア２２内周表面に形成された凹凸の螺旋条痕成分が上記規則凹凸成分に、損傷部成分が上記不規則凹凸成分に、それぞれ対応している。
【００５７】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態の表面解析装置では、上記相関係数ｒに基づく評価を通じて、パワースペクトル上の同一方向成分を有する座標点群を抽出することで、シリンダボア２２内周表面の螺旋条痕成分と損傷部成分との識別を的確に行うことができる。
【００５８】
（２）螺旋条痕の状態に応じて上記抽出時のマスキングの範囲が的確に設定されるため、螺旋条痕の形成状態の差違に拘わらず、螺旋条痕成分と損傷部成分とを的確に識別することができる。
【００５９】
（３）成分識別に係る手法が明確に定義されているため、識別結果の再現性を高めて、その結果に高い信頼性を確保することができる。
（４）成分識別に係る処理がすべて自動化されているため、シリンダボア２２内周表面の凹凸状態の解析を容易に行うことができる。
【００６０】
（５）上記生成される損傷部の凹凸情報によって、シリンダボア２２内周表面の損傷部の位置や状態を明確に把握することができ、損傷部の検出等を好適に行うことができる。
【００６１】
（６）上記生成される螺旋条痕の凹凸情報によって、シリンダボア２２内周表面における螺旋条痕の状態を明確に把握することができ、ホーニング加工の良否判定等の螺旋条痕の評価を好適に行うことができる。
【００６２】
なお、上記実施形態は次のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態の撮像装置２３の代りとして３次元粗さ測定器や形状測定器等を採用し、凹凸レベルの指標値としてそれらの測定結果（３次元粗さや形状の測定データ）を用いて凹凸成分の識別を行うようにしても良い。
【００６３】
要は、規則性を有して形成された規則凹凸成分とそれ以外の不規則凹凸成分とが存在する表面について、その規則凹凸成分と不規則凹凸成分との識別を行う表面解析装置であれば、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の全体構造を示す模式図。
【図２】同実施形態の解析準備処理の処理手順を示すブロック図。
【図３】シリンダボア２２の内周表面の（ａ）座標系、及び（ｂ）凹凸情報の一例を併せ示す図。
【図４】シリンダボア２２の内周表面の拡大図。
【図５】２次元フーリエ変換された凹凸情報のパワースペクトルの一例を示す図。
【図６】同じく凹凸情報のパワースペクトルの簡易モデルを示す図。
【図７】（ａ）〜（ｆ）上記実施形態における成分識別処理の処理例を示す図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）同じく成分識別処理の処理例を示す図。
【図９】同成分識別処理の全容を示すブロック図。
【図１０】同成分識別処理の処理手順を示すフローチャート。
【図１１】同じく成分識別処理の処理手順を示すフローチャート。
【図１２】従来の表面解析装置の凹凸成分識別処理で生成される（ａ）凹凸情報の一例、及び（ｂ）パワースペクトルの一例を併せ示す図。
【図１３】同処理におけるパワー積算値と角度φとの関係を示すグラフ。
【図１４】同処理でのマスキング領域の設定例を示す図。
【符号の説明】
２１…シリンダブロック、２２…シリンダボア、２３…撮像装置、２４…コンピュータ。
Claims (7)
- 表面に形成された多数の凹凸の中から、規則性を有して形成された規則凹凸成分とそれ以外の不規則凹凸成分との識別を行う表面解析装置において、
前記表面の凹凸を検出して、２次元座標に展開された前記表面の各座標点の凹凸レベルを示す該表面の凹凸情報を生成する凹凸情報生成手段と、
前記凹凸情報を２次元フーリエ変換して前記表面の凹凸のパワースペクトルを求める周波数分析手段と、
前記パワースペクトルの一定値以上のパワー値を有する座標点の中から任意に取り出された複数の座標点についてそれらのパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数を求め、その相関係数に基づいて前記複数の座標点の方向成分が同一であるか否かを評価して、同一の方向成分を有する座標点群を抽出する抽出手段と、
を備え、前記抽出手段によって抽出された座標点群が前記規則凹凸成分に対応するものと判定して前記識別を行うことを特徴とする表面解析装置。 - 請求項１に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群以外の座標点にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記規則凹凸成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることを特徴とする表面解析装置。
- 請求項１又は２に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記不規則凹凸成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることを特徴とする表面解析装置。
- 多数の螺旋条痕の形成された表面の凹凸の中から、螺旋条痕成分と損傷部成分との識別を行う表面解析装置において、
前記表面の凹凸を検出して、２次元座標に展開された前記表面の各座標点の凹凸レベルを示す該表面の凹凸情報を生成する凹凸情報生成手段と、
前記凹凸情報を２次元フーリエ変換して前記表面の凹凸のパワースペクトルを求める周波数分析手段と、
前記パワースペクトルの一定値以上のパワー値を有する座標点の中から任意に取り出された複数の座標点についてそれらのパワースペクトル原点を通る回帰直線の相関係数を求め、その相関係数に基づいて前記複数の座標点の方向成分が同一であるか否かを評価して、同一の方向成分を有する座標点群を抽出する抽出手段と、
を備え、前記抽出手段によって抽出された座標点群が前記螺旋条痕成分に対応したものと判定して前記識別を行うことを特徴とする表面解析装置。 - 請求項４に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群以外の座標点にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記螺旋条痕成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることを特徴とする表面解析装置。
- 請求項４又は５に記載の表面解析装置において、前記パワースペクトルに対して前記抽出手段によって抽出された座標点群にマスキングを施したものに２次元フーリエ逆変換を行って、前記表面の損傷部成分の凹凸情報を生成する手段を更に備えることを特徴とする表面解析装置。
- 前記表面は、内燃機関のシリンダボアの内周表面である請求項４〜６のいずれかに記載の表面解析装置。
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| JP2003138971A JP2004340805A (ja) | 2003-05-16 | 2003-05-16 | 表面解析装置 |
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-
2003
- 2003-05-16 JP JP2003138971A patent/JP2004340805A/ja not_active Withdrawn
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