JP2019190889A - Calibration method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャリブレーション方法に関する。 The present invention relates to a calibration method.
透明なエンジンシリンダを有する非燃焼式エンジンにおいて、蛍光物質を混合したエンジン潤滑油に対して光を照射し、蛍光物質から励起される蛍光強度を高速度カメラにより撮影することで、油膜の厚さを計測する技術が知られている。特に、光源にレーザ光を用いたレーザ誘起蛍光法(Laser Induced Fluorescence Method:LIF法)により油膜の厚さを計測する技術が知られている(以上、特許文献1参照)。 In a non-combustion engine with a transparent engine cylinder, light is applied to engine lubricating oil mixed with a fluorescent substance, and the fluorescence intensity excited from the fluorescent substance is photographed with a high-speed camera, so that the thickness of the oil film Techniques for measuring are known. In particular, a technique for measuring the thickness of an oil film by a laser induced fluorescence method (LIF method) using laser light as a light source is known (see Patent Document 1 above).
ところで、レーザ誘起蛍光法を用いて、透明なエンジンシリンダの内壁に付着した燃料(いわゆる筒内ウェット)の位置や面積を定量化する場合、位置や面積を精度良く定量化するためには、事前に、レーザ誘起蛍光法で使用される高速度カメラのキャリブレーション(較正)を行うことが望ましい。しかしながら、レーザ誘起蛍光法では、以下に記載する理由により、チェッカーパターンを用いたキャリブレーションを行うことは困難である。 By the way, when quantifying the position and area of fuel (so-called in-cylinder wet) adhering to the inner wall of a transparent engine cylinder using laser-induced fluorescence, in order to quantify the position and area with high accuracy, In addition, it is desirable to calibrate a high-speed camera used in the laser-induced fluorescence method. However, in the laser induced fluorescence method, it is difficult to perform calibration using a checker pattern for the reasons described below.
まず、チェッカーパターンは蛍光物質を含まないため、レーザ光を照射しても蛍光しない。このため、高速度カメラによりチェッカーパターンを撮影しても、チェッカーパターンの計測精度は低く、計測精度を改善するためには、高速度カメラの電圧を上げて光強度を増幅する必要がある。しかしながら、高速度カメラの電圧を上げると、光強度の増幅と併せてノイズも増幅される。この結果、高速度カメラから得られたチェッカーパターンの画像にはノイズ成分が多くなり、チェッカーパターンを精度良く計測できない。チェッカーパターンを精度良く計測できない以上、キャリブレーションを行うことはできない。 First, since the checker pattern does not contain a fluorescent material, it does not fluoresce even when irradiated with laser light. For this reason, even if a checker pattern is photographed with a high-speed camera, the measurement accuracy of the checker pattern is low, and in order to improve the measurement accuracy, it is necessary to increase the voltage of the high-speed camera to amplify the light intensity. However, when the voltage of the high-speed camera is increased, noise is amplified together with the light intensity amplification. As a result, the checker pattern image obtained from the high-speed camera has many noise components, and the checker pattern cannot be measured with high accuracy. As long as the checker pattern cannot be measured accurately, calibration cannot be performed.
次に、エネルギー強度が高いレーザ光をチェッカーパターンに照射すると、チェッカーパターンを撮影する高速度カメラが故障する危険性もある。上述したように、高速度カメラの電圧を上げてチェッカーパターンの計測精度を改善すると、高速度カメラ内部の素子は非常に敏感になる。このような状態で、レーザ光の反射光が高速度カメラに入ると、高速度カメラ内部の素子が反射光によって焼き切られ、結果として、高速度カメラが故障するおそれがある。 Next, if the checker pattern is irradiated with laser light having a high energy intensity, there is a risk that the high-speed camera that captures the checker pattern will break down. As described above, when the measurement accuracy of the checker pattern is improved by increasing the voltage of the high-speed camera, the elements inside the high-speed camera become very sensitive. In this state, when the reflected light of the laser light enters the high-speed camera, the elements inside the high-speed camera are burned out by the reflected light, and as a result, the high-speed camera may break down.
このような理由により、レーザ誘起蛍光法では、チェッカーパターンを用いた高速度カメラのキャリブレーションを行なうことは困難であるという問題がある。 For these reasons, the laser-induced fluorescence method has a problem that it is difficult to calibrate a high-speed camera using a checker pattern.
そこで、本発明では、レーザ誘起蛍光法においても、高速度カメラのキャリブレーションを行えるキャリブレーション方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a calibration method capable of calibrating a high-speed camera even in the laser-induced fluorescence method.
本発明に係るキャリブレーション方法は、透明なエンジンシリンダの内壁に付着した筒内ウェットの位置と面積をレーザ誘起蛍光法で定量化する際に使用する高速度カメラのキャリブレーション方法であって、蛍光塗料を格子の形状に塗布した円柱形の治具を、前記エンジンシリンダ内に挿入し、前記治具に向けてレーザ光を照射し、前記高速度カメラを用いて前記治具の輝度を計測し、前記輝度の中で第1の輝度を有する蛍光治具部分と前記第1の輝度より低い第2の輝度を有する非蛍光治具部分と前記格子に関する設計値とに基づいて、前記蛍光治具部分と前記非蛍光治具部分のいずれかを含む複数のピクセルの大きさをそれぞれ算出するキャリブレーションを行う、ことを特徴とする。 A calibration method according to the present invention is a calibration method for a high-speed camera used when quantifying the position and area of in-cylinder wet attached to the inner wall of a transparent engine cylinder by a laser-induced fluorescence method. A cylindrical jig with paint applied in the shape of a lattice is inserted into the engine cylinder, irradiated with laser light toward the jig, and the brightness of the jig is measured using the high-speed camera. The fluorescent jig based on the fluorescent jig part having the first luminance among the luminances, the non-fluorescent jig part having the second luminance lower than the first luminance, and the design value related to the lattice. Calibration is performed to calculate the size of each of a plurality of pixels including any of the portion and the non-fluorescent jig portion.
本発明によれば、レーザ誘起蛍光法においても、高速度カメラのキャリブレーションを行うことができる。 According to the present invention, the high-speed camera can be calibrated even in the laser-induced fluorescence method.
以下、図1から図7を参照して、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings with reference to FIGS.
まず、図1及び図2に示すように、キャリブレーションを行う作業者は、格子治具10をガラスシリンダ20に挿入する(ステップS101)。より詳しくは、作業者は、直径Dの円柱形の格子治具10をシリンダボア(内径)Dの円筒形のガラスシリンダ20に挿入する。
First, as shown in FIGS. 1 and 2, the operator who performs calibration inserts the
格子治具10は、蛍光塗料11を格子の形状に塗布した円柱形の治具である。図2に示すように、格子治具10の表面には蛍光塗料11が格子の形状に塗布されている。蛍光塗料11はレーザ光の光エネルギーを吸収して蛍光を発する塗料である。蛍光塗料11は、格子治具10の表面全体に塗布されていてもよいし、格子治具10の表面の一部に塗布されていてもよい。本実施形態では、格子治具10の表面から2つの底面12の除いた外周面13に蛍光塗料11が塗布されている。
The
蛍光塗料11は、図3の上段に示すように、格子間の距離が、幅x(ミリメートル)、高さy(ミリメートル)になるように塗布される。幅xと高さyはいずれも設計値である。幅xと高さyの設計値は同じであってもよいし、異なっていてもよい。一方、蛍光塗料11の線幅は、幅xと高さyのいずれに対しても小さい。蛍光塗料11をどの程度の線幅とするかについても設計により定めればよい。尚、詳細は後述するが、蛍光塗料11の線幅が幅xと高さyのいずれに対しても極めて小さな設計値になると、輝度の計測精度が低下し、キャリブレーションを行なえない可能性があるため、蛍光塗料11の線幅は幅xと高さyのいずれに対しても数分の一から十数分の一程度であることが望ましい。
As shown in the upper part of FIG. 3, the
また、蛍光塗料11は、所定の格子要件が成立するように、格子の形状に塗布される。この所定の格子要件を図3の下段に示す。吸収エネルギーE1は蛍光塗料11がレーザ光の光エネルギーを吸収できるエネルギーである。蛍光エネルギーE2はレーザ光の光エネルギーを吸収した後の蛍光塗料11が有するエネルギーである。このように、吸収エネルギーE1のエネルギー強度が最大になる波長より、蛍光エネルギーE2のエネルギー強度が最大になる波長の方が長くなる格子要件が成立するように、蛍光塗料11は格子の形状に塗布される。
Moreover, the
一方、図2に示すように、ガラスシリンダ20はシリンダボアDを有する円筒形である。ガラスシリンダ20の高さは格子治具10の高さと同じであってもよいし、異なっていてもよい。ガラスシリンダ20は透明なガラス製のエンジンシリンダである。本実施形態では、ガラスシリンダ20を一例として説明するが、透明なエンジンシリンダであれば、エンジンシリンダの材料はガラスに限定されず、ガラス以外の材料を利用してもよい。図2に示すように、格子治具10が直径Dを有し、ガラスシリンダ20がシリンダボアDを有するため、作業者は格子治具10をガラスシリンダ20に挿入することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
ステップS101の工程を終えると、図1及び図4に示すように、作業者はレーザ照射装置100を用いて格子治具10に向けてレーザ光LSRを照射する(ステップS102)。レーザ照射装置100は拡散レーザ(具体的には深紫外である第4高調波の拡散レーザ)のレーザ光LSRを照射する装置である。レーザ照射装置100はガラスシリンダ20から離れた位置にガラスシリンダ20に対して光軸が垂直になる状態で設置される。ステップS101の工程によって、格子治具10はガラスシリンダ20に格納されているため、図4に示すように、ガラスシリンダ20に格納された状態の格子治具10に向けて、作業者は格子治具10に向けてレーザ光LSRを照射する。ガラスシリンダ20は透明であるため、レーザ光LSRはガラスシリンダ20を透過して格子治具10に入射する。これにより、蛍光塗料11は励起されて蛍光を発する。
When the step S101 is completed, as shown in FIGS. 1 and 4, the operator irradiates the
尚、ガラスシリンダ20の上部には、吸気バルブ31、排気バルブ32、インジェクタ33、点火プラグ34、吸気管35、及び排気管36を含むシリンダヘッド30が設置されているが、ステップS102の段階では、シリンダヘッド30は設置されていなくてもよい。
A
ステップS102の工程を終えると、図1及び図4に示すように、作業者は高速度カメラ200を用いて格子治具10の輝度を計測する(ステップS103)。高速度カメラ200には光強度を増幅可能な高感度高速カメラを用いることが好ましい。高速度カメラ200はガラスシリンダ20から離れた位置にガラスシリンダ20に対して光軸が垂直になる状態で設置される。高速度カメラ200は格子治具10の輝度を計測すると、大きく分けて2つの輝度が計測される。2つの輝度の一方は蛍光塗料11が塗布された部分の輝度であり、2つの輝度の他方は蛍光塗料11が塗布されていない部分の輝度である。蛍光塗料11が塗布されていない部分の輝度は、蛍光を発していないため、蛍光塗料11が塗布された部分の輝度より低くなる。言い換えれば、蛍光塗料11が塗布されていない部分は暗く、蛍光塗料11が塗布された部分は明るくなる。これにより、図5に示すように、高速度カメラ200が計測した輝度に基づく撮像画像IMには、蛍光塗料11が蛍光した蛍光治具部分IM1と蛍光塗料11が蛍光していない非蛍光治具部分IM2とが出現する。撮像画像IMはPC(Personal Computer)といった端末装置300に表示される。
When the process of step S102 is completed, as shown in FIGS. 1 and 4, the operator measures the luminance of the
ステップS103の工程を終えると、図1及び図5に示すように、作業者は端末装置300を用いてピクセルの大きさを算出する(ステップS104)。図5に示すように、蛍光治具部分IM1及び非蛍光治具部分IM2はいずれも複数のピクセルPXLによって構成されている。ここで、上述したように、幅x及び高さyはいずれも設計によって数値が決定されているため、1つ分のピクセルPXLの大きさを算出することができる。 When the step S103 is completed, as shown in FIGS. 1 and 5, the operator calculates the size of the pixel using the terminal device 300 (step S104). As shown in FIG. 5, both the fluorescent jig part IM1 and the non-fluorescent jig part IM2 are constituted by a plurality of pixels PXL. Here, as described above, since the numerical values of both the width x and the height y are determined by design, the size of one pixel PXL can be calculated.
例えば、1つ分のピクセルPXLの幅方向の大きさは、本実施形態では、幅xの二分の一になる。同様に、1つ分のピクセルPXLの高さ方向の大きさは、本実施形態では、高さyの三分の一になる。このように、非蛍光治具部分IM2と格子間の距離を定めた幅x及び高さyの設計値とに基づいて、非蛍光治具部分IM2を構成する1つ分のピクセルPXLの実測値を算出することができる。同様の手法により、蛍光治具部分IM1と蛍光塗料11の線幅に相当する格子の幅を定めた設計値に基づいて、蛍光治具部分IM1のピクセルPXLの実測値も算出することができる。
For example, the size in the width direction of one pixel PXL is ½ of the width x in this embodiment. Similarly, the size in the height direction of one pixel PXL is one third of the height y in this embodiment. Thus, based on the design values of the width x and the height y that define the distance between the non-fluorescent jig part IM2 and the lattice, the actual measurement value of one pixel PXL constituting the non-fluorescent jig part IM2 Can be calculated. By using the same method, the actual measurement value of the pixel PXL of the fluorescent jig portion IM1 can also be calculated based on the design value that defines the grid width corresponding to the line width of the fluorescent jig portion IM1 and the
尚、格子治具10は円柱形であるため、撮像画像IMは幅方向の端部に向かうほど、収差による歪みが発生し、撮像画像IMに出現する非蛍光治具部分IM2の幅は狭くなる。同様の理由により、蛍光治具部分IM1の幅も狭くなる。したがって、1つのピクセルPXLの大きさだけを算出するのではなく、撮像画像IM内に出現する非蛍光治具部分IM2及び蛍光治具部分IM1のいずれかを構成する複数のピクセルPXL全ての大きさをそれぞれ算出する。これにより、収差による歪みも考慮した精度の高いキャリブレーションを行うことができる。
Since the
ステップS104の工程を終えると、図1及び図6に示すように、作業者は端末装置300を用いて非燃焼式エンジン400を運転し、高速度カメラ200を用いて筒内ウェット40を撮像する(ステップS105)。より詳しくは、ステップS104の工程を終えると、作業者はガラスシリンダ20から格子治具10を取り出し、ガラスシリンダ20の上にシリンダヘッド30を載置して、非燃焼式エンジン400を作成する。
When the step S104 is completed, as shown in FIGS. 1 and 6, the operator operates the
非燃焼式エンジン400を作成し終えると、作業者は端末装置300を用いて非燃焼式エンジン400の運転を開始する。これにより、非燃焼式エンジン400は燃焼を伴わずに、燃焼式エンジンと同様の動きを行う。したがって、例えば吸気バルブ31は開弁し、インジェクタ33から燃料Fがガラスシリンダ20内に噴射される。この燃料Fには蛍光物質が含まれている。より詳しくは、燃料Fには蛍光物質が混在している。一方で、非燃焼式エンジン400では燃料Fを燃焼させないため、燃料Fは燃焼する成分を含まなくてもよい。
When the creation of the
インジェクタ33から噴射された燃料Fはガラスシリンダ20の内壁に付着し、筒内ウェット40になる。燃料Fには蛍光物質が混在しているため、レーザ照射装置100からレーザ光LSRを照射すると、筒内ウェット40はレーザ光LSRの光エネルギーを吸収し、蛍光を発する。このように、蛍光を発する筒内ウェット40を、作業者は高速度カメラ200を用いて撮像する。これにより、図6に示すように、高速度カメラ200が撮像した撮像画像IMwは端末装置300に表示される。特に、この撮像画像IMwには筒内ウェット40に相当するウェット領域ARwが出現する。
The fuel F injected from the
ステップS105の工程を終えると、図1及び図7に示すように、作業者は端末装置300を用いて筒内ウェット40の位置と面積を撮像画像IMwから導出する(ステップS106)。図7に示すように、撮像画像IMwは筒内ウェット40に相当するウェット領域ARwを含んでいる。また、ガラスシリンダ20のシリンダボアの中心であるボアセンターとシリンダヘッド30の下面であるヘッド下面により、撮像画像IMw上に、筒内ウェット40の位置と面積を定量化する際の基準となる基準位置Po(0,0)を事前に定めておく。
When the step S105 is completed, as shown in FIGS. 1 and 7, the operator uses the
このように、基準位置Po(0,0)を定めておけば、1つ分のピクセルPXLの大きさは算出されているため、基準位置Po(0,0)から離れた位置P(Px,Py)を実測値で導出することができる。また、位置P(Px,Py)の実測値を利用することで、基準位置Poと位置P(Px,Py)とによって定まる矩形の領域ARzの面積AもPx×Pyにより実測値で導出することができる。特に、矩形の領域ARzを複数回使用し、その都度面積を導出して足し合わせれば、ウェット領域ARwの面積を実測値で導出することができる。このように、筒内ウェット40の位置と面積を定量化することができる。 In this way, if the reference position Po (0, 0) is determined, the size of one pixel PXL is calculated, and therefore, the position P (Px, 0) away from the reference position Po (0, 0). Py) can be derived from measured values. Further, by using the actual measurement value of the position P (Px, Py), the area A of the rectangular area ARz determined by the reference position Po and the position P (Px, Py) is also derived as an actual measurement value by Px × Py. Can do. In particular, if the rectangular area ARz is used a plurality of times, and the area is derived and added each time, the area of the wet area ARw can be derived with an actual measurement value. Thus, the position and area of the in-cylinder wet 40 can be quantified.
以上、本実施形態によれば、透明なガラスシリンダ20の内壁に付着した筒内ウェット40の位置と面積をレーザ誘起蛍光法で定量化する際に使用する高速度カメラ200のキャリブレーション方法において、まず、蛍光塗料11を格子の形状に塗布した円柱形の格子治具10を、ガラスシリンダ20内に挿入する。次に、格子治具10に向けてレーザ光を照射し、高速度カメラ200を用いて格子治具10の輝度を計測する。そして、輝度の中で第1の輝度を有する蛍光治具部分IM1と第1の輝度より低い第2の輝度を有する非蛍光治具部分IM2と格子に関する設計値とに基づいて、蛍光治具部分IM1と非蛍光治具部分IM2のいずれかを含む複数のピクセルPXLの大きさをそれぞれ算出するキャリブレーションを行う。これにより、レーザ誘起蛍光法においても、高速度カメラ200のキャリブレーションを行うことができる。特に、本実施形態によれば、チェッカーパターンを使用せずに、高速度カメラ200のキャリブレーションを行うことができるため、高速度カメラ200が故障する危険性も回避される。
As described above, according to the present embodiment, in the calibration method of the high-
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、格子間の距離と格子の幅を格子に関する設計値として利用したが、設計値は格子間の距離と格子の幅に限定されず、他の様々な設計値を利用してもよい。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, in the above-described embodiment, the distance between lattices and the width of the lattice are used as design values related to the lattice. However, the design values are not limited to the distance between the lattices and the width of the lattice, and other various design values are used. May be.
10 格子治具
11 蛍光塗料
20 ガラスシリンダ
30 シリンダヘッド
40 筒内ウェット
100 レーザ照射装置
200 高速度カメラ
300 端末装置
400 非燃焼式エンジン
DESCRIPTION OF
Claims (1)
蛍光塗料を格子の形状に塗布した円柱形の治具を、前記エンジンシリンダ内に挿入し、
前記治具に向けてレーザ光を照射し、
前記高速度カメラを用いて前記治具の輝度を計測し、
前記輝度の中で第1の輝度を有する蛍光治具部分と前記第1の輝度より低い第2の輝度を有する非蛍光治具部分と前記格子に関する設計値とに基づいて、前記蛍光治具部分と前記非蛍光治具部分のいずれかを含む複数のピクセルの大きさをそれぞれ算出するキャリブレーションを行う、
ことを特徴とするキャリブレーション方法。
A calibration method for a high-speed camera used when quantifying the position and area of the in-cylinder wet attached to the inner wall of a transparent engine cylinder by a laser-induced fluorescence method,
A cylindrical jig coated with a fluorescent paint in the shape of a lattice is inserted into the engine cylinder,
Irradiate laser light toward the jig,
Measure the brightness of the jig using the high-speed camera,
The fluorescent jig part based on the fluorescent jig part having the first luminance among the luminances, the non-fluorescent jig part having the second luminance lower than the first luminance, and the design value relating to the lattice. And performing calibration to calculate the size of each of the plurality of pixels including any of the non-fluorescent jig parts,
A calibration method characterized by that.
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