JP4859713B2 - 非金属介在物数の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、非金属介在物数の測定方法、特にアルミニウム合金からなる鋳物試料片の矩形の破面をＣＣＤカメラなどの撮像手段で撮像して、前記撮像手段により撮像された画像をカラー濃淡処理し、所定の閾値によって２値化して、所定サイズ以上の画素クラスターの数を計測する非金属介在物数の測定方法およびそれに用いる鋳物試料採取用鋳型に関する。

アルミニウム合金鋳物に使用される溶湯の品質を評価する方法として、Ｋ-モールド法が知られている。この方法によると、現場で比較的少量の溶湯サンプルを採取して、Ｋ-モールドに鋳込み、鋳物試料片の破面を測定者が観察し、酸化物、皮膜などの非金属介在物の個数を計測することで、迅速に品質を検査することができる（特許文献１：以下「旧計測法」と呼ぶ）。

しかしながら、測定者が肉眼またはルーペを通して、破面に存在する非金属介在物の個数を計測するため、熟練を要するとともに、測定者によって測定値にバラツキが生ずるという欠点があった。

そこで、本発明者らは、測定者による測定値のバラツキを無くし、現場で作業者が容易に測定できるよう、特殊な照明装置に試料破面を配置して、ＣＣＤカメラによってその破面を撮像し、画像をカラー濃淡処理し所定の閾値によって２値化処理して、所定の粒径（例えば１００μｍ）以上のサイズの介在物個数を自動計測する方法を開発した（特許文献２：以下「従来の自動計測法」と呼ぶ）。

しかし、この従来の自動計測法による介在物個数の計測においても、試料破面の全面を撮像するために、破面に存在する細かな引け巣による影も画像に取り込んでしまう。このため、熟練者が計測する介在物個数と従来の自動計測法による介在物個数が著しく乖離するケースが頻発していた。

実公昭５２−１７４４９ 特開２００５−３５１０

本発明は、従来の自動計測法における引け巣の影響を排除して、熟練者による測定値と高い相関性を確保して介在物数を自動計測する方法およびそれに用いる鋳物試料採取用鋳型を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究した結果、従来の自動計測法において、撮像する破面の領域を限定することで、前記引け巣の影響を除去する画期的な測定方法を開発し、本発明を完成させた。

アルミニウム合金溶湯がＫ-モールド中で凝固する際、鋳型冷却によって試料の表面から凝固が始まり最終凝固部は試料中央となるため、前記引け巣の大半は、試料破面の中央部に集中しやすい。従来の自動計測法では、試料の破面の全領域から撮像された画像を使用していたため、試料中央部に存在する引け巣と酸化物、皮膜などの非金属介在物の両方が検出されていた。このため、熟練者の肉眼による測定値と従来の自動計測法による測定値の間の相関性は低く、現場で迅速なアルミニウム合金溶湯品質チェックを行うことが困難であった。

そこで、これら引け巣の影響を除去するため、まず撮像手段によって前記破面の端部エッジを検出し、前記破面の両端部に該破面の面積の１／４〜２／３の面積の測定領域を自動的に設定することとした。

すなわち第１発明は、アルミニウム合金からなる鋳物試料片の矩形の破面をＣＣＤカメラなどの撮像手段で撮像して、前記撮像手段により撮像された画像をカラー濃淡処理し、所定の閾値によって２値化して、所定サイズの画素クラスターの数を計測する非金属介在物の測定方法であって、前記撮像前に前記破面の端部エッジを検出し、前記破面の両端部に該破面の１／４〜２／３の面積の測定領域を自動的に設定することを特徴とする非金属介在物数の測定方法である。

第２発明は、第１発明に用いる鋳物試料採取用鋳型であって、凹溝を有する上型と、湯口付き下型とから構成され、前記上型と前記下型とを組み立てた状態で、湯流れ方向に伸びる略直方体のキャビティを有し、前記取手付き上型の凹溝の底面には、湯流れ方向とは垂直な方向に伸びる逆Ｖ字型凸部を等間隔に設けたことを特徴とする鋳物試料採取用鋳型である。

第１発明によると、ＣＣＤカメラによって鋳物試料片の破面を撮像する前に、前記破面の端部エッジを検出し、前記破面の両端部に該破面の面積の１／４〜２／３の面積の測定領域を自動的に設定できるので、破面中央部に存在する引け巣の画像を取り込むことがない。この結果、撮像された画像をカラー濃淡処理し、所定の閾値によって２値化して、所定サイズ以上の画素クラスターの数を計測することにより、酸化物や皮膜など非金属介在物数をより正確に測定できる。

第２発明によると、前記上型の内面には、湯流れ方向とは垂直な方向に伸びる逆Ｖ字型の凸部を等間隔に設けているので、鋳物試料の上面にはＶノッチが等間隔で形成される。当該Ｖノッチの部分で鋳物試料を破断すると、平坦な破面を有するほぼ同一のサイズの鋳物試料片を複数得ることができる。このため、本発明の非金属介在物数の測定方法において、正確な非金属介在物数の測定を行うことが可能となる。

上述のとおり、破面の面積の１／４〜２／３の面積の測定領域から撮像された破面領域の画像をカラー濃淡処理し、所定の閾値によって２値化し、さらに所定の粒径（例えば、等価円直径で１００μｍ）以上の非金属介在物個数を計測することで、鋳物試料片１個当たりの非金属介在物個数（以下「Ｋ値」と呼ぶ）の自動計測が可能となった。

前記測定領域の面積が前記破面の面積の１／４未満である場合、引け巣を画像に取り込む確率はより低くなるが、一破面当たりの測定領域の面積が小さくなりすぎるため、正確な測定をするために鋳物試料片の数を増やす必要があり、Ｋ-モールドによる鋳物試料の採取、破断による鋳物試料片の作成に手間が掛かり好ましくない。前記測定領域の面積が前記破面の面積の２／３を超える場合、鋳物試料片の数は少なくて済むが、破面の中央部に存在する引け巣を画像に取り込む確率が高くなり、正確な非金属介在物数の測定をすることが困難となる。

具体的には、鋳物試料片５個（＝１０破面）の範囲内において測定者が直接肉眼で計測した介在物数を鋳物試料片５で割ることにより、Ｋ値が求まる。また、Ｋ₁₀値とは、鋳物試料片５個（＝１０破面）の範囲内において測定者が１０倍のルーペを介して計測した介在物数を同様に鋳物試料片５で割ることにより求めた値である。本発明によると、熟練者の肉眼による測定値と新自動計測法による測定値の間の相関性は高くなり、現場で迅速なアルミニウム合金溶湯品質チェックを行うことが可能となった。

ここに画素クラスターとは、隣り合う画素同士が連続している領域のことをいう。すなわち、画素を二次元的に見て、皮膜状介在物の断面のように細長い糸状のものであってもよいし、不規則な三角形、菱形、円形であってもよい。特異な場合として、画素クラスター中に画素の空白領域があっても、空白領域の周囲が画素に取り囲まれていて空白領域が外側のマトリックスと連続していない限り、この空白領域も含めて一体の画素クラスターとして取り扱うこととする。ここでマトリックスとは、非金属介在物の存在しない破面領域のことであり、撮像される破面の領域中で、非金属介在物のみを除く領域のことを意味する。

第１発明の１つの望ましい実施形態においては、前記測定領域は、前記破面の内側に複数設定され、その形状が矩形である。

この望ましい実施形態においては、前記規定範囲内の面積の測定領域は、矩形の破面の内側に前記破面の両端部に複数設定され、その形状が矩形であるため、引け巣の発生しやすい中央部を確実に回避しつつ、引け巣が存在する確率の比較的低い両端部の破面の画像を効率的に撮像することが可能となる。この結果、前記測定領域の面積をより大きく確保しつつ、所定数の鋳物試料片の破面から酸化物や皮膜など非金属介在物数をより正確に測定することが可能となった。

第１発明の別の望ましい実施形態においては、前記測定領域の面積は、前記破面の面積の１／２とする。

この実施形態によると、前記測定領域の面積は、前記破面の面積の１／２であるため、引け巣の発生しやすい中央部を確実に回避しつつ、引け巣が存在する確率の比較的低い両端部の破面の画像を効率的に撮像することが可能となる。

第１発明の別の望ましい実施形態においては、複数の前記破面を互いに長辺側で隣接させて略面一に並べ、それぞれの破面に前記規定範囲内の面積の測定領域を同時に設定する。

この実施形態によると、複数の前記鋳物試料片の破面を略面一に並べているため、複数の破面において、前記測定領域を同時に設定することが可能となり、非金属介在物数の測定の正確度を確保しつつ、測定の効率化を図ることができる。旧Ｋ-モールド法においては、Ｋ-モールド（鋳型）で採取された鋳物試料をハンマーなどにて叩き割って数個の鋳物試料片に破断するが、その際に平面度の高い破面が得られないという問題点もあった。この点について、新Ｋ-モールド法では、Ｋ-モールド（鋳型）に独自の凸部を設けて、鋳物試料の適切な箇所にノッチが入るように工夫がされているため、平面度の高い破面を有する鋳物試料片が得られる。

第１発明の別の望ましい実施形態においては、前記複数の破面をケースに嵌め込んで固定した状態で、前記測定領域を撮像する。

この実施形態によると、前記複数の破面をケースに嵌め込んで固定した状態で、前記測定領域を撮像するため、非金属介在物数の測定の正確度を確保しつつ、測定を効率化することができる。

第１発明の別の望ましい実施形態においては、前記非金属介在物を２値化抽出する閾値として、カラー濃淡Ｈ、Ｓ、Ｖ量および画素数を使用する。

この実施形態によると、前記非金属介在物を２値化抽出する閾値として、カラー濃淡Ｈ、Ｓ、Ｖ量および画素数を使用する。鋳物試料片の破面をＣＣＤカメラなどの撮像手段で撮像した後に画像を処理することで、色とサイズによる非金属介在物の識別が可能となり、測定者が肉眼で識別する非金属介在物数の測定に近い測定を行うことが可能となる。

ＨＳＶとは、色空間を定義するモデルの一種である。コンピュータで絵を書く場合や、色見本として使われる。このＨＳＶでは、色を色相（hue）、彩度 (saturation value)、明度 (brightness value)によって表現する。

第１発明の別の望ましい実施形態においては、前記非金属介在物を２値化抽出する際に、マトリックスをカラー濃淡Ｈ、Ｓ、Ｖ量にて抽出することにより、前記非金属介在物の前記画素クラスターを抽出する。

この実施形態によると、まずマトリックスをカラー濃淡Ｈ、Ｓ、Ｖ量によって２値化抽出して、マトリックス以外の領域を非金属介在物の領域とするため、より安定して非金属介在物の領域（画素クラスター）を抽出することができる。この場合のマトリックスとは、前述したように、非金属介在物の存在しない破面領域のことであり、撮像される破面の領域中で、非金属介在物のみを除く領域のことを意味する。

非金属介在物を直接カラー濃淡Ｈ、Ｓ、Ｖ量によって２値化抽出すると、非金属介在物の色は不均一であり、多種類の色の集合体となっているため、非金属介在物に対応する画素クラスターを抽出することが困難となる。結果的に自動計測による非金属介在物数（Ｋ値）は、測定者が肉眼で計測する非金属介在物数（Ｋ値）よりも小さい値となる。

具体的には、カラー濃淡、Ｈ（色相）：４０〜１０５、Ｓ（彩度）：０〜４０、Ｖ（明度）：１９０〜２５５の閾値によって、まずマトリックスのみを２値化抽出して、それ以外の領域を非金属介在物の領域（画素クラスター）として抽出する。

第１発明の別の望ましい実施形態においては、前記非金属介在物は、前記画素クラスターの画素数から前記画素クラスターの等価円直径を換算して、１００μｍ以上の画素クラスターに対応する。

この実施形態によると、画像に取り込まれる１００μｍ未満の非常に細かい引け巣をノイズとして除去することが可能となり、測定者が肉眼で識別する非金属介在物数の測定に更に近い測定ができる。旧計測法において、測定者が肉眼で認識できる非金属介在物の大きさが、およそ１００μｍ程度であることから、新自動計測法においても、同様の基準を採用することで、データの整合性を確保できる。

次に、図１に第２発明の鋳物試料採取用鋳型の一実施形態を示す。鋳型１００（図１（３））は、凹溝１１２を有する上型１１０（図１（１））と、湯口１２２を備えた下型１２０（図１（２））とから構成され、上型１１０と下型１２０とを組み立てた状態で、湯流れ方向に伸びる略直方体のキャビティ１０２を有し（図１（３））、上型１１０の凹溝１１２の底面１１２Ａ（図１（１））には、湯流れ方向とは垂直な方向に伸びる逆Ｖ字型凸部１１４が等間隔に設けられている。

第２発明の望ましい実施形態においては、上型１１０の凹溝１１２の底面１１２Ａ（図１（１））に設けた逆Ｖ字型凸部１１４の形状は、図１（１）の線ＩＩ−ＩＩにおける縦断面を図２（１）に示したように、頂点における角度αが４５°〜９０°であり、高さＨは、０．３〜１．０ｍｍである。

この実施形態によると、キャビティ１０２に鋳物試料が凝固形成される。図１（４）に示すように、鋳物試料１３０の上面に形成されるＶノッチ１３２の形状、寸法が適切な範囲内に設定されることにより、鋳物試料１３０をＶノッチ１３２で破断した鋳物試料片Ｓ１〜Ｓ６は平坦で比較的広い面積の破面Ｆを有することになる（図２（２）：図１（４）の線III−IIIにおける断面）。

そのために、上型１１０のＶ字型凸部１１４（図１（１））の形状は、頂点における角度α（図２（１））が４５°〜９０°の範囲内であることが望ましい。角度αが４５°未満である場合には、Ｖノッチ１３２の効果は優れているものの、鋳込まれた溶湯が凝固収縮によって、上型に凝着して外れなくなる、いわゆる“抱きつき”が起こり、型外しに時間が掛かり過ぎて作業効率が低下する。さらに上型１１０のＶ字型凸部１１４が破損し易くなるという欠点もある。角度αが９０°を超えると、Ｖノッチ１３２の効果が低下し、割れ発生箇所が不安定になり易く、平坦な破面Ｆを得ることが困難となる。

Ｖ字型凸部１１４の高さＨ（図２（１））は、０．３〜１．０ｍｍであることが望ましい。高さＨが０．３ｍｍ未満の場合、Ｖノッチ１３２の効果が低下し、平坦な破面Ｆを得ることが困難となる。高さＨが１．０ｍｍを超える場合、Ｖノッチ１３２の効果は優れているが、破面Ｆの面積が小さくなりすぎるため、測定上好ましくない。

第２発明の別の望ましい実施形態においては、下型１２０（図１（２））は、鋳型１００の湯口１２２を構成するために傾斜角度βが４５°〜６０°の傾斜台１２４を備える。

この実施形態によると、下型１２０は、湯口に傾斜角度β＝４５°〜６０°の傾斜台１２４を備えるため、採取された溶湯を湯口１２２に注ぎ込む際に溶湯の流れに適切な勢いがつき、キャビティ１０２の先端部１０２Ｔまで溶湯が充填され、形状の整った鋳物試料１３０（図１（４））を得ることができる。

傾斜台１２４の傾斜角度βが４５°未満であると、溶湯の流れに勢いがつかず、傾斜台１２４での溶湯の温度低下も大きくなるため、キャビティ１０２の先端部１０２Ｔまで溶湯が充填されない虞がある。傾斜台１２４の傾斜角度βが６０°を超えると、溶湯の流れに勢いがつきすぎて、注湯時に皮膜を巻き込む虞があり好ましくない。

第２発明の別の望ましい実施形態においては、上型１１０または下型１２０は、キャビティ先端部１０２Ｔにガス抜き溝（図示せず）を有する。

この実施形態によると、上型１１０または下型１２０は、キャビティ先端部１０２Ｔにガス抜き溝を有するため、キャビティ１０２内の空気や溶湯が凝固する際に発生する水素ガスを効率的にキャビティ１０２から除去しつつ、溶湯をキャビティ先端１０２Ｔまで充填させることができる。なお、上型１１０は下型１２０との着脱用に取手（図示せず）を備えていることが望ましい。

また、一般に上型１１０と下型１２０にはそれぞれ１１６Ｘ／１１６Ｙと１２６Ｘ／１２６Ｙにピンとピン穴のような位置合わせ用の嵌め合い手段を備えていて、鋳型１３０の組み立てを迅速かつ正確に行なえるようになっている。

＜試料の作製＞
ＡＤＣ１２合金地金を２００ｋｇ用の溶解兼保持炉で溶解した。保持炉の溶湯は強撹拌を加えることで、溶湯表面の皮膜が溶湯中に巻き込まれ、皮膜数は増加し、さらに溶湯が撹拌されることで、溶解炉の底に沈殿していたAl₂O₃，MgO，スピネル等酸化物粒子が溶湯中に舞い上がることにより、清浄度は低下する。一方、鎮静保持時間を長く取ることで、溶湯中の酸化物や皮膜などの非金属介在物は浮上・沈降により分離するため、清浄度は高くなる傾向にある。このように撹拌、鎮静作用を利用して、適宜、酸化物や皮膜などの非金属介在物数（濃度）をある程度調節することができる。

保持炉内の溶湯から柄杓にて約２００ｇの溶湯を採取し図１（３）に示すような鋳鉄製のＫ-モールド１００に適宜鋳込んだ。なお、予めＫ-モールド１００の内面には、窒化硼素（ＢＮ）を含む離型材をスプレーなどによって薄く塗布する。さらに鋳型１００を１５０℃程度に予熱することで、離型材の溶媒や水分を蒸発させて乾燥させることが望ましい。

図１（１）に示しように、Ｋ-モールド（鋳型）１００の上型１１０の凹溝１１２の底部１１２Ａには、湯流れ方向とは垂直な方向に伸びる逆Ｖ字型凸部１１４を等間隔に設けている。図示はしていないが、上型には下型との着脱用に取手が設けてある。

図２（１）に、図１（１）の線ＩＩ−ＩＩにおける縦断面の部分拡大図を示す。Ｖ字型凸部１１４の形状は、頂点における角度αが６０°であり、高さＨは、０．６ｍｍであった。溶湯を鋳込んだ後、取手付き上型の取手を手で引っ張ることによって、上型を取り外し、キャビティ内で凝固したＶノッチ付きの鋳物試料を取り出した。

Ｋ-モールド（鋳型）１００の下型１２０は、湯口１２２に傾斜角度β＝５０°の傾斜台１２４を備えていた。この傾斜台１２４によって、注湯時の皮膜巻き込みの発生も抑えつつ、採取された溶湯を湯口１２２に注ぎ込む際に溶湯の流れに適切な勢いがつき、キャビティ１０２の先端部１０２Ｔまで溶湯が充填され、形状の整った鋳物試料１３０を得ることができる。

さらに上型１１０は、キャビティ先端部１０２Ｔにガス抜き溝（図示せず）を２本備えている。このガス抜き溝によって、キャビティ１０２内に充満していた空気や溶湯が凝固する際に発生する水素ガスを効率的にキャビティ１０２から除去しつつ、溶湯をキャビティ先端１０２Ｔまで容易に充填させることができる。

鋳物試料１３０を５箇所のＶノッチ１３２に沿ってハンマーにて叩いて破断させ、６個の鋳物試料片Ｓ１〜Ｓ６とする。内訳は、鋳物試料１３０の押湯Ｒ側の試料片Ｓ１（破面１つ：押湯Ｒは切り捨てて他の試料片と同様の形状に調整）、先端１０２Ｔ側の試料片Ｓ６（破面１つ）、これらの中間の試料片Ｓ２〜Ｓ５（計４個、各破面２つ）であり、合計破面数＝１＋４×２＋１＝１０破面となる。適切な形状、寸法のＶノッチ１３２によって、鋳物試料を割って平坦な破面Ｆを得ることができる。これら６つの鋳物試料片Ｓ１〜Ｓ６のうち５つを、互いに鋳肌が接するように長辺側で重ねて束ね５破面を略面一に並べ、ケースに嵌め込んで固定した。ここで束ねる５つの鋳物試料片は、押湯側試料片Ｓ１の１個（破面は１破面のみ）と中間の試料片Ｓ２〜Ｓ５の４個（各２破面あるうち一方の破面を使用）で第１組（５破面）とする。そして、先端側試料片Ｓ６の１個（破面は１破面のみ）と中間の試料片Ｓ２〜Ｓ６の４個（各試料２破面のうち第１組とは反対側の破面を使用）で第２組（５破面）とする。第１組と第２組とで合計１０破面を測定する。

＜破面の測定＞
測定には、前述した本出願人の先願である特許文献２に開示した測定装置を用いる。

図３に示すように、測定装置３００は、破断面Ｆを有するアルミニウムのサンプルＳを破断面Ｆを上向きにして配置するテーブルＴと、このテーブルＴの上方に位置し断面がほぼ半円形で下向きの凹形反射面２を有する反射ドームＤと、反射ドームＤの凹形反射面２の内側縁に沿って配置された発光ダイオード（光源）４と、反射ドームＤの頂部付近に明けた開口部６の上方に配置したＣＣＤカメラ（撮像手段）１０とを含む。

反射ドームＤは、テーブルＴから立設する支柱８に図示しない金具を介して昇降可能に取り付けられ、反射ドームＤの上方にはＣＣＤカメラ１０がカメラ支柱８に昇降可能に取り付けられている。反射ドームＤは、断面ほぼ半円形の外周面３およびこれと相似形で下向きに開口する凹形反射面２を有する。凹形反射面２は、所定の曲率でカーブした鏡面である。この凹形反射面２の内周縁に沿って取り付けたリング５には、上向き且つ内外２列で突出する多数の発光ダイオード４がリング状に配置されている。発光ダイオード４は、例えば赤色光を発光する。

また、反射ドームＤの頂部付近には、平面形状が四角形（正方形または長方形）あるいは円形の開口部６が開設されている。開口部６の上方には、ＣＣＤカメラ１０が位置し、その光学レンズを内蔵する入光筒１２は、開口部６を介して、テーブルＴの表面上に配置したアルミニウムのサンプルＳの破断面Ｆに指向している。

図４に示すように、ケース２００内に上記第１組のように鋳物試料片５個（例えばＳ１〜Ｓ５）を嵌めこんでネジ２０２でケース２００に固定してサンプルＳとし、測定破面側を上に向けて、図４に示す測定装置３００の反射ドームＤの下に固定し、上部に備えられたＣＣＤカメラ１０によって、５個の破面Ｆを同時に撮像した。

次に、ケース２００内に上記第２組のように鋳物試料片５個（本実施例ではＳ２〜Ｓ６）を嵌め込んでネジ２０２でケース２００に固定し別のサンプルＳとし、測定破面側を上に向けて、図４の測定装置３００の反射ドームＤの下に固定し、上部に備えられたＣＣＤカメラ１０によって、５個の破面Ｆを同時に撮像した。すなわち、１回の撮像で、５破面の画像が取り込まれ、第１組と第２組の鋳物試料片では合計１０破面が存在するため、ＣＣＤカメラによる撮像は２回必要となる。

上記ＣＣＤカメラ１０で撮像する際、モードが２種類用意されており、一方のモードは破面全面が撮像される場合（比較例：従来の自動計測法）であり、他方のモードは撮像前に破面の端部エッジを検出し、各破面の両端部に適切な測定領域を自動的に設定することができる場合（実施例：本発明の自動計測法）である。後者の場合、図４に示すように１破面Ｆ（断面積：３６ｍｍ×５．４ｍｍ＝１９４．４ｍｍ^２）の両端部にそれぞれ１箇所、計２箇所の測定領域Ｍ（総断面積：１２．１５ｍｍ×４ｍｍ×２箇所＝９７．２ｍｍ^２）を設けており、この場合ＣＣＤカメラ１０による撮像１回当たりの全測定領域の面積は、５破面の合計面積（９７２ｍｍ^２）の１／２の面積（４８６ｍｍ^２）となるように設定されている。６個の鋳物試料片Ｓ１〜Ｓ６は、前述のように合計で１０破面を有するため、２回のＣＣＤカメラ撮像が必要となり、１０破面の合計面積（１９４４ｍｍ^２）の１／２の面積（９７２ｍｍ^２）が全測定領域となる。

次に２回のＣＣＤカメラ撮像によって得られた画像をカラー濃淡Ｈ、Ｓ、Ｖ量および画素数（ｎ）を使用することで２値化する。本発明者は、多数の破面画像における非金属介在物像の色を解析することで、非金属介在物像と破面マトリックスとを色で区別するためのカラー濃淡Ｈ、Ｓ、Ｖ量の閾値を見出した。具体的には、前述したようにカラー濃淡、Ｈ（色調）：４０〜１０５、Ｓ（彩度）：０〜４０、Ｖ（明度）：１９０〜２５５の閾値によって、まずマトリックスのみを２値化抽出して、それ以外の領域を非金属介在物の領域（画素クラスター）として抽出する。その後、全測定領域（９７２ｍｍ^２）において画素クラスター中の画素数が１０画素以上（等価円直径に換算して１００μｍ以上）の画素クラスターの数を算出した。

旧計測法において、熟練者が非金属介在物数を計測する際、１０破面に存在する０．１ｍｍ以上のサイズの画素クラスターを計測していた。そこで、本発明においても前記カラー濃淡Ｈ、Ｓ、Ｖ量の閾値によって２値化抽出された画素クラスターのうち、更に等価円直径（Ｄ）が１００μｍ以上の画素クラスターを抽出することにより、旧計測法による計測値との整合性を確保した。同時に、微細な画素クラスターを除去することにより、破面にできる微小な影をノイズとして除去することができた。

ここに画素クラスターとは、隣り合う画素同士が連続している領域のことをいう。画素そのものが画面の縦、横或いは斜めに一直線に並んでいる場合であっても１つの画素クラスターと認識する。すなわち、画素を二次元的に見て、皮膜状介在物の断面ように細長い糸状のものであってもよいし、不規則な三角形、菱形、円形であってもよい。特異な場合として、画素クラスター中に画素の空白領域があっても、空白領域の周囲が画素に取り囲まれていて空白領域が外側のマトリックスと連続していない限り、この空白領域も含めて一体の画素クラスターとして取り扱うこととする。ここでマトリックスとは、非金属介在物の存在しない破面領域のことであり、撮像される破面の領域中で、非金属介在物のみを除く領域のことを意味する。ここで、ｎ：１つの画素クラスター中の画素数、ｓ：一画素当たりの実面積、Ｄ：１つの画素クラスターの等価円直径は下記の関係にある。

ｎ×ｓ＝π（Ｄ／２） ^２
Ｓは一画素当たりの破面における実面積であるが、これはＣＣＤカメラの撮像に使用されるレンズ倍率とＣＣＤ素子の素子数によって決まる値である。

さらに熟練者によって、５つの鋳物試料片の１０破面全領域における非金属介在物の個数が計測された。熟練者は１０倍の拡大鏡（ルーペ）を使用して、１０破面の全領域を観察しながら引け巣を排除しつつ、０．１ｍｍ以上のサイズの非金属介在物数（Ｋ₁₀値）を計測した。

＜測定結果＞
〔実施例：本発明法による自動計測結果〕

表１に旧計測法による非金属介在物数測定結果および画像処理装置による破面両端部（１０破面全面積の１／２）の非金属介在物数測定結果を示す。この表において、試料No.1から試料No.45まで４５試料のデータが表示されている。

旧計測法では熟練者が１０倍のルーペを用いて、それぞれの鋳物試料（鋳物片を５片束ねた試料）について１０破面全面積を観察してサイズ１００μｍ以上の酸化物、皮膜などの非金属介在物数（Ｋ₁₀値）を計測した。

本発明による新規な自動計測法では画像処理装置を用いて、それぞれの鋳物試料について測定領域を破面両端部に絞り、鋳物試料片５個の片側５破面について、その１／２面積の画像をＣＣＤカメラで取り込み、撮像された画像をカラー濃淡処理し、所定のＨ、Ｓ、Ｖ値によってマトリックスを２値化抽出することにより、非金属介在物の領域（画素クラスター）を抽出し、等価円直径１００μｍ以上の画素クラスターの数を計測した。この操作を鋳物試料片の裏表分２回繰り返して、合計１０破面の非金属介在物数を計測した。計測領域は１０破面の全破面面積の１/２であるため、この計測数（カウント数）を２倍した値についても表１に記載している。

図５に熟練者計測数と画像処理装置による計測数（カウント数１倍）との相関図を示す。さらに図６に熟練者計測数と画像処理装置による計測数（カウント数２倍）との相関図を示す。図５、図６から、熟練者が１０倍のルーペで全破面を観察することによる非金属介在物数の計測値（Ｋ₁₀値）と、画像処理装置を用いた本発明の新自動計測法による計測値との間に、強い正の相関性の存在することが判明した。このことは、熟練者の場合、破面中央部に発生し易い微細な巣を瞬時に排除することが可能であり、画像処理装置を用いた新自動計測法において、微細な巣の発生が少ない破面両端部の領域のみの画像を撮像して、所定の閾値で２値化し画素クラスター数を計測するため、その計測値は微細な巣の影響を受け難いことを示している。

〔比較例：従来法による自動計測結果〕

表２に旧計測法による非金属介在物数測定結果および画像処理装置による全破面（１０破面全面積）の非金属介在物数測定結果を示す。この表において、試料No.1から試料No.25まで２５試料のデータが表示されている。

実施例の場合と同じく、旧計測法では熟練者が１０倍のルーペを用いて、それぞれの鋳物試料（鋳物片を５片束ねた試料）について１０破面全面積を観察してサイズ１００μｍ以上の酸化物、皮膜などの非金属介在物数を計測した。

従来の自動計測法では画像処理装置を用いて、それぞれの鋳物試料片（一破面全域）についてエッジを検出して、矩形の測定領域を設定し、その領域の画像をＣＣＤカメラで取り込み、撮像された画像をカラー濃淡処理し、所定のＨ、Ｓ、Ｖ値によって２値化して、等価円直径１００μｍ以上の画素クラスターの数を計測する。この操作を１０回繰り返すことにより、１０破面全域の非金属介在物数の計測を行った。撮像された破面面積は、全破面面積であるため、この計測数（カウント数）について表２に記載している。

図７に熟練者計測数と画像処理装置による計測数（カウント数１倍）との相関図を示す。図７から、熟練者が１０倍のルーペで全破面を観察することによる非金属介在物数の計測値（Ｋ₁₀値）と、画像処理装置を用いた従来の自動計測法による計測値との間に、相関性は認められないか、あるいは非常に弱い相関性の存在することが判明した。このことは、熟練者の場合、破面中央部に発生し易い微細な巣を瞬時に排除することが可能であり、画像処理装置を用いた従来の自動計測法において、全破面領域の画像を撮像して、所定の閾値で２値化し画素クラスター数を計測するため、その計測値は破面中央部に発生し易い微細な巣の影響を受けていることを示している。

本発明によれば、従来の自動計測法における引け巣の影響を排除して、熟練者による測定値と高い相関性を確保して介在物数を自動計測する方法およびそれに用いる鋳物試料採取用鋳型が提供される。

図１は、本発明の介在物数測定方法に用いる鋳物試料採取用鋳型およびそれを用いて得られる鋳物試料を示す斜視図である。 図２は、図１に示した鋳型の上型および鋳物試料の中心線における断面図である。 図３は、本発明の測定方法を行なうために用いる測定装置の構成図である。 図４は、本発明の測定方法において、試料片を組み合わせたサンプルおよび各試料片の破面内の測定領域を示す。 図５は、本発明の自動測定方法による測定値と熟練者による測定値との相関性を示すグラフである。 図６は、本発明の自動測定方法による測定値を２倍した値と、熟練者による測定値との相関性を示すグラフである。 図７は、従来の自動測定方法による測定値と熟練者による測定値との相関性を示すグラフである。

符号の説明

１００ 鋳物試料採取用鋳型
１０２ キャビティ
１０２Ｔ キャビティ先端部
１１０ 上型
１１２ 凹溝
１１２Ａ 底面
１１４ 逆Ｖ字型凸部
１１６Ｘ、１１６Ｙ ピンまたはピン穴（嵌め合い手段）
α 凸部１１４の頂点角度
Ｈ 凸部１１４の高さ
１２０ 下型
１２２ 湯口
１２４ 傾斜台
１２６Ｘ、１２６Ｙ ピンまたはピン穴（嵌め合い手段）
β 傾斜台１２４の傾斜角度
１３０ 鋳物試料
１３２ Ｖノッチ
Ｆ 破面
Ｓ１〜Ｓ６ 鋳物試料片

Claims (10)

1. アルミニウム合金からなる鋳物試料片の矩形の破面をＣＣＤカメラなどの撮像手段で撮像して、前記撮像手段により撮像された画像をカラー濃淡処理し、所定の閾値によって２値化して、所定サイズ以上の画素クラスターの数を計測する非金属介在物数の測定方法であって、
   凹溝を有する上型と、湯口付き下型とから構成され、
   前記上型と前記下型とを組み立てた状態で、
   湯流れ方向に伸びる略直方体のキャビティを有し、
   前記上型の凹溝の底面には、湯流れ方向とは垂直な方向に伸びる逆Ｖ字型凸部を等間隔に設けた鋳物試料採取用鋳型内にアルミニウム合金溶湯を注ぎこんで鋳物試料を採取した後、
   前記鋳物試料をＶノッチに沿って破断させ、平坦な破面を有する複数の鋳物試料片を得て、
   複数の前記破面を互いに長辺側で隣接させて略面一に並べ、それぞれの破面に測定領域を同時に設定する、と共に
   前記撮像前に前記矩形の破面の短辺側の端部エッジを検出し、前記破面の両端部に該破面の面積の１／４〜２／３の面積の前記測定領域を自動的に設定することを特徴とする非金属介在物数の測定方法。
2. 前記測定領域は、前記破面の内側に複数設定され、その形状が矩形であることを特徴とする請求項１に記載の非金属介在物数の測定方法。
3. 前記測定領域の面積は、前記破面の面積の１／２とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非金属介在物数の測定方法。
4. 前記複数の破面をケースに嵌め込んで固定した状態で、前記測定領域を撮像することを特徴とする請求項１に記載の非金属介在物数の測定方法。
5. 前記非金属介在物を２値化抽出する閾値として、カラー濃淡Ｈ、Ｓ、Ｖ量および画素数を使用することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の非金属介在物数の測定方法。
6. 前記非金属介在物を２値化抽出する際に、マトリックスをカラー濃淡Ｈ、Ｓ、Ｖ量にて抽出することにより、前記非金属介在物の前記画素クラスターを抽出することを特徴とする請求項５に記載の非金属介在物数の測定方法。
7. 前記非金属介在物は、前記画素クラスターの画素数から前記画素クラスターの等価円直径を換算して、１００μｍ以上の画素クラスターに対応することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の非金属介在物数の測定方法。
8. 前記逆Ｖ字型凸部の形状は、頂点における角度が４５°〜９０°の範囲内にあり、且つ前記Ｖ字型凸部の高さは、０．３〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の非金属介在物数の測定方法。
9. 前記湯口付き下型は、湯口に傾斜角度４５°〜６０°の傾斜台を備えることを特徴とする請求項８に記載の非金属介在物数の測定方法。
10. 前記上型または前記湯口付き下型は、キャビティ先端部にガス抜き溝を有することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の非金属介在物数の測定方法。

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