JP2017122660A

JP2017122660A - 気泡率計測方法

Info

Publication number: JP2017122660A
Application number: JP2016002092A
Authority: JP
Inventors: 池田　裕二; Yuji Ikeda; 裕二池田; スリニバスパダラ; Padala Srinivas
Original assignee: Imagineering Inc
Current assignee: Imagineering Inc
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2017-07-13

Abstract

【課題】簡易な方法によりオイル中に含まれる気泡率を計測する。
【解決手段】所定濃度の蛍光剤を含有した計測対象オイル９に所定光度のシート状レーザを照射し、シート状レーザの法線方向から撮像手段３を用いて発光強度を計測し、計測値を基準発光強度として記憶するステップ、基準発光強度と同一濃度の蛍光剤を含有した計測対象オイルであって、気体が溶け込んだ計測対象オイル及び／又は気泡が混入した計測対象オイルに、所定光度のシート状レーザを照射し、シート状レーザの法線方向から撮像手段を用いて予め定めた所定範囲の発光強度を計測するステップ、基準発光強度と計測した発光強度を比較し、溶け込んだ気体の比率を演算し、オイルに含まれる気泡率を計測するようにしたステップからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、気泡率の計測方法に関し、特に、自動車等の内燃機関に使用する潤滑油等のオイル中に含まれる気泡率を計測する方法等に関する。

液中の気泡を計測する方法として、コンダクタンス法、キャパシタンス法、ワイヤメッシュ法、レーザ光遮断式、レーザ光散乱式、プローブ法（電気抵抗検出法、光電検出法）、画像解析法（例えば非特許文献１）、共振式重量測定法、ラジオグラフィー法などがある。

一方、油圧駆動装置の設計時においては、オイルの体積弾性係数を考慮する必要がある。しかし、オイルに気泡が混入した場合、体積弾性係数が変化するので、このことも考慮して設計を行う必要がある。そこで、オイルへの気泡混入時の体積弾性係数の算出方法が提案されている。また、油圧式機器の油路内を流れるオイルの気泡率は、過度に上昇すると当該機器の異常挙動に繋がるため気泡率が適切な範囲内にあるかの確認が望まれ、気泡率測定用容器と油路を切り替えるバルブを備えた気泡率測定器が提案されている（例えば、特許文献１）。

「エンジン潤滑油中の気泡挙動計測」自動車技術会学術講演会前刷集１４７−０８号１−４ページ（発行年２００８年１０月２２日）特開２００７−６４８２０号公報

しかし、上述した気泡計測方法は装置が複雑で高価なものが多い。また、非特許文献１に記載される画像解析による気泡計測手法では、オイルに混入する気泡そのものを画像から判断し、気泡率を計測するものである。そのため、オイルに溶け込んでいる気体の混入量を加味した気泡率計算を行うことはできない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、オイルに溶け込んだ気体の混入量も加味したオイル中に含まれる気泡率を計測する方法を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた発明は、
所定濃度の蛍光剤を含有した計測対象オイルに所定光度のシート状レーザ光を照射し、該シート状レーザ光の法線方向から撮像手段を用いて計測対象オイルの発光強度を計測し、該計測値を基準発光強度として記憶するステップ
基準発光強を得たときと同一濃度の蛍光剤を含有した計測対象オイルであって、気体が溶け込んだ計測対象オイル及び／又は気泡が混入した計測対象オイルに、所定光度のシート状レーザ光を照射し、該シート状レーザ光の法線方向から撮像手段を用いて予め定めた所定領域の発光強度を計測するステップ
基準発光強度と計測した発光強度を比較し、溶け込んだ気体の比率を演算し、オイルに含まれる気泡率を計測するようにしたステップからなるオイルの気泡率測定方法である。

本発明のオイルの気泡率測定方法は、計測対象オイルに溶け込んだ蛍光剤が照射されるレーザ光によって発光する発光強度によって正確な気泡率を計測する。

この場合において、さらに、撮像手段によって、予め定めた所定領域における混入した気泡の面積を計測するステップと、所定領域における気泡の面積の割合を演算するステップを備えることができる。

蛍光剤が溶け込んでいない気泡部分は、発光強度が０となり、気泡部分の面積を正確に測定できる。

本発明によれば、簡易な方法でオイル中に含まれる気泡率を計測することができる。

実施形態に係るオイル気泡率測定装置の概略構成図である。純粋オイル、オイル中の気泡が混入等している場合のオイル状態及び当該オイルを撮像した場合のカメライメージを示す図である。蛍光剤の濃度に対する発光強度を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

＜実施形態１＞
図１に、本発明の実施形態１を示す。本実施形態は本発明のオイルの気泡率測定方法に使用する気泡率測定装置１に関し、計測対象オイルを貯留する容器１０（例えば、内燃機関等のオイルパン）、レーザ発振器２から発振されるレーザを照射するレーザ照射器２Ａ及びレーザ照射器２Ａから照射されたシート状レーザ光を吸収するレーザダンパ２Ｂ、レーザ照射器２Ａから照射されるシート状レーザ光に対して法線方向からレーザ光の発光強度を計測することができる撮像手段３（例えば、ＣＣＤカメラ）、並びに撮像手段３によって計測した発光強度の値を記憶する記憶手段４、計測した発光強度の値と予め記憶手段４に記憶された基準となる基準発光強度の値とを比較する演算手段５とから構成されている。レーザダンパ２Ｂは、設置する場所によっては省略することができる。また、本実施形態においては、撮像手段３を容器１０の底面から撮像するように構成し、容器１０の底面対応箇所に外部からの観測用の可視化窓、本実施形態においては撮像手段３によってオイルの状態を撮像するための観測窓１０ａを構成するようにしているが、これに限られるものではない。

この容器１０には、レーザ照射器２Ａの照射口及びレーザダンパ２Ｂの受信口を取り付ける取付孔が対向して形成されている。取付孔１０ｂにはレーザ照射器２Ａ及びレーザダンパ２Ｂの照射口及び受口部が容器１０内部のオイルの漏れを防止するシール材を介して取り付けられている。

レーザ発振器２及びレーザ照射器２Ａは特に限定するものではなく、オイル中に混入させる蛍光剤を発光させるために、蛍光剤が励起し発光する周波数であって、十分に発光することができる程度の出力をもち、レーザをシート状に照射することができるものであれば良い。また、撮像手段３によって蛍光剤の発光確認する必要から可視光を照射することができるものでなくてはならない。

オイルに含有させる蛍光剤の種類等は、特に限定するものではなく、計測対象の所定オイルに所定含有量を含む場合、同一出力で照射されるレーザによって同一の発光強度を奏するものであれば良い。

撮像手段３は、シート状レーザの所定範囲を撮像する。そして、撮像データを記憶手段４に転送し、記憶手段４のメモリ部に記憶する。このメモリ部には、後述する、キャリブレーションデータが基準データとして保存され、撮像データと基準データを比較（濃淡の判定）し演算する演算手段５によって、オイルに混入する気泡率を判定する。

記憶手段４及び演算手段５は、それぞれ別の装置とすることもできるが、一般的な汎用コンピュータを用い、ＣＣＤカメラ等からなる撮像手段３の計測値を所定の接続インターフェイス（ＵＳＢインターフェイスやＩＥＥＥインターフェイス等）を用いて記憶手段４に入力するように構成しても良い。

＜気泡率測定方法＞
本発明にかかるオイルの気泡率測定方法は、所定濃度の蛍光剤を含有した計測対象オイルに所定光度のシート状レーザを照射し、該シート状レーザの法線方向から撮像手段を用いて発光強度を計測し、計測値を基準発光強度として記憶するステップ、基準発光強度と同一濃度の蛍光剤を含有した計測対象オイルであって、気体が溶け込んだ計測対象オイル及び／又は気泡が混入した計測対象オイルに、所定光度のシート状レーザを照射し、該シート状レーザの法線方向から撮像手段を用いて予め定めた所定範囲の発光強度を計測するステップ、基準発光強度と計測した発光強度を比較し、溶け込んだ気体の比率を演算し、オイルに含まれる気泡率を計測するようにしたステップから構成され、さらに、撮像手段によって、予め定めた所定範囲における混入した気泡の面積を計測するステップ、所定範囲に対する気泡の面積の割合を演算するステップから構成されている。以下、具体的に、本発明にかかるオイルの気泡率測定方法を説明する。

まず、所定濃度の蛍光剤を含有した計測対象オイル９を容器１０に充填する。この際、内燃機関において計測するときは、エンジンを停止し、気泡が混入していない状態とする。そして、所定光度のシート状レーザ光を照射し、シート状レーザ光の法線方向から撮像手段３を用いて計測対象オイルの発光強度を計測する。このとき、気泡混入がなく、最大高度となるため、計測した値を基準最大発光強度として記憶する。オイル状態とオイルイメージは、図２の純粋オイルの欄となる。また、容器１０にオイルを充填することなく、空気のみの状態でも計測を行う。この場合、蛍光剤がなく、一切発光しないため最低光度となりこの計測値を基準最低発光強度とする。オイル状態とオイルイメージは、図２の純粋空気の欄となる。以下、基準最大発光強度及び基準最低発光強度を単に基準発光強度とよぶことがある。

次に、実際の計測対象オイルの計測である。基準発光強を得たときと同一濃度の蛍光剤を含有した計測対象オイルであって、気体が溶け込んだ計測対象オイル及び／又は気泡が混入した計測対象オイルに、所定光度のシート状レーザ光を照射し、シート状レーザ光の法線方向から撮像手段３を用いて予め定めた所定領域の発光強度を計測する。このとき照射するレーザの周波数は、蛍光剤が励起発光する周波数に一致させるようにする。

蛍光剤による発光強度の変化は、使用する蛍光剤によって異なり、図３に示すように変化する。気泡混入によって発光強度の変化が計測しやすい所定範囲（図例Ｘ１〜Ｘ２の比例関係に変化する範囲）のＸ２より若干低い濃度となるように調整して混入させることが好ましい。

計測対象のオイル状態として、次の３つの場合が考えられる。以下、それぞれの計算のアルゴリズムを説明する。

（１）空気が溶け込んだオイルの場合
この場合、純粋オイルと比べオイルの状態は若干薄くなり、カメライメージは蛍光剤が少なくなることで若干暗くなる（図２空気溶け込みオイル欄参照）。撮像手段３によって所定範囲（横Ｘドット、縦Ｙドット、合計ＸＹ（面積Ｓとする。以下、同じ））の発光強度を計測し、記憶手段４の基準発光強度と比較し、基準最大発光強度を１、基準最低発光強度０としたとき、計測値の値が幾らとなるかを演算手段５によって演算する。例えば、混入した空気量が２０％の場合、蛍光剤が含有されているオイルが全体の８０％となり、基準最大発光強度を１、基準最低発光強度０としたとき計測値は０．８（演算手段５では平均値Ａｖとして演算する）となる。この場合のボイド率ＶＦは、演算手段５によって
ＶＦ＝１−（Ｓ×Ａｖ）÷Ｓ＝（１−Ａｖ）・・・式１
で、計算され、ボイド率２０％の結果を得ることとなる。

（２）空気が気泡として混入したオイルの場合
この場合、純粋オイルの部分と気泡の部分に分かれ、カメライメージとしては、純粋オイル部分の発光強度１の部分と、気泡部分の発光強度０の部分とに分かれる（図２気泡混入オイル欄参照）。撮像手段３によって所定範囲（横Ｘドット、縦Ｙドット、合計ＸＹ）の発光強度を計測（空気の溶け込みがなく気泡のみであれば記憶手段４の基準発光強度と比較すると計測値は１か０となる）することで、発光強度が１の部分の面積と０の部分の面積がわかる。例えば、気泡の割合が０．１％の場合、撮像手段３によって撮像する面積Ｓのうち、０．９Ｓの範囲の発光強度が１となり、０．１Ｓの範囲の発光強度が０となる。そして、演算手段５では、各画素の値が０の面積の総和（気泡面積の総和）をＳＡとしたとき、ボイド率ＶＦは
ＶＦ＝ＳＡ÷Ｓ・・・式２
で、計算され、ボイド率１０％の結果を得ることとなる。

（３）空気が溶け込んだオイルに更に空気が気泡として混入したオイルの場合
この場合、空気が溶け込んだオイルの部分と気泡の部分に分かれ、カメライメージとしては、空気が溶け込んだオイル部分は純粋オイルの場合と比べて若干薄い発光強度Ａｖの部分と、気泡部分の発光強度０の部分とに分かれる（図２空気溶け込みオイル＋気泡混入オイル欄参照）。撮像手段３によって所定範囲（横Ｘドット、縦Ｙドット、合計ＸＹ）の発光強度を計測（空気の溶け込みがあるため、記憶手段４の基準発光強度と比較すると計測値は気泡部分の０か空気が溶け込み純粋オイルの場合より若干発光強度の低いＡｖとなる）することで、発光強度がＡｖの部分の面積（Ｓ−ＳＡ）と０の部分の面積ＳＡがわかる。気泡部分以外の発光強度は（１）の場合と同様、演算手段５において平均値Ａｖとして演算される。そして、演算手段５では、各画素の値が０の面積の総和（気泡面積の総和）をＳＡ、空気の溶け込み部分の発光強度Ａｖ、発光強度Ａｖの面積（Ｓ−ＳＡ）としたとき、ボイド率ＶＦは
ＶＦ＝１−（Ｓ−ＳＡ）×Ａｖ÷Ｓ・・・式３
で、計算される。この式は、（１）空気が溶け込んだオイルの場合はＳＡ＝０であり式１と同一、（２）空気が気泡として混入したオイルの場合は、Ａｖ＝１であり式２と同一であり、演算手段５では式３による演算を行うことで全てに対応することができる。

以上説明したように、本発明にかかるオイルの気泡率測定方法では、蛍光剤を計測対象オイルに含有させることで、発光しない気泡部分のみならず、空気が溶け込むことによって変化する発光強度を計測し、空気が溶け込みとともに、気泡が混入したオイルの気泡率を簡単に計測することができる。

以上説明したように、本発明によると、気泡のみが混入したオイル、空気の溶け込みのみのオイル、及びその両方のオイルの気泡率（ボイド率）を簡易かつ精度良く測定することができる。ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等、内燃機関のオイルパンに取り付けて、オイルの気泡率の測定に広く使用することができる。

１気泡率測定装置
２レーザ発振器
２Ａレーザ照射器
２Ｂレーザダンパ
３撮像手段
４記憶手段
５演算手段
９オイル
１０容器（オイルパン）

Claims

所定濃度の蛍光剤を含有した計測対象オイルに所定光度のシート状レーザを照射し、該シート状レーザの法線方向から撮像手段を用いて発光強度を計測し、計測値を基準発光強度として記憶するステップ
基準発光強度と同一濃度の蛍光剤を含有した計測対象オイルであって、気体が溶け込んだ計測対象オイル及び／又は気泡が混入した計測対象オイルに、所定光度のシート状レーザを照射し、該シート状レーザの法線方向から撮像手段を用いて予め定めた所定範囲の発光強度を計測するステップ
基準発光強度と計測した発光強度を比較し、溶け込んだ気体の比率を演算し、オイルに含まれる気泡率を計測するようにしたステップからなるオイルの気泡率測定方法。
さらに、撮像手段によって、予め定めた所定範囲における混入した気泡の面積を計測するステップ（発光強度が０のところ＝請求項１と同じ）
前記所定範囲に対する気泡の面積の割合を演算するステップを備えた請求項１に記載のオイルの気泡率測定方法。