JP5511407B2 - カバレージ測定装置 - Google Patents

Description

本願は、カバレージを測定するカバレージ測定装置に関する。本明細書でいう「カバレージ」とは、ショットピーニング量を定量的に評価するための指標であり、加工面に投射材が衝突することにより形成される投射痕面積と、加工面の面積との比（すなわち、投射痕面積／加工面面積）を意味する。

機械部品（例えば、歯車、コイルばね等）の強度や疲労強度を向上するために、機械部品の表面にショットピーニング処理が施されることがある。ショットピーニング処理では、投射材（例えば、鋼球）を加工面に投射するため、処理後の加工面には投射材が衝突することによる投射痕が形成される。投射痕が形成される投射痕面積は、ショットピーニング量が増加するのにしたがって増加する。このため、ショットピーニング量を定量的に評価するための指標としてカバレージが用いられている。特許文献２には、従来のカバレージ測定方法が記載されている。すなわち、（１）加工面を目視により観察してカバレージを推定する方法、（２）加工面の表面粗さを計測し、その計測した表面粗さからカバレージを推定する方法が記載されている。

特開２００４−４２１５４号公報

上記（１）のカバレージ測定方法では、加工面を目視によって観察して投射痕面積を推定する。このため、観察者によって投射痕面積の推定値が異なり、投射痕面積を客観的に数値化することができない。その結果、カバレージを正確に算出することができない。また、上記（２）のカバレージ測定方法では、測定した加工面の表面粗さから投射痕面積を推定しており、加工面の投射痕面積を直接測定するものではない。従って、上記（１）の方法と同様、カバレージを正確に算出することができない。

本願は、カバレージを正確に測定することができるカバレージ測定装置を提供することを目的とする。

本明細書に開示のカバレージ測定装置は、ショットピーニング処理された加工面のカバレージを測定する。この装置は、光源と、撮影手段と、光源からの光を加工面に投射すると共に加工面からの反射像を撮影手段に導く光学系と、撮影手段で撮影された反射像から取得される投射痕面積と撮影手段で撮影される撮影面積とからカバレージを算出する演算手段を有している。そして、上記の光学系は、撮影手段の光軸と加工面に投射される光の光軸とが同軸となり、かつ、加工面側の主光線が光軸と交差しないテレセントリック光学系とされている。

この測定装置では、光源からの光が加工面に投射され、その反射像が撮影手段で撮影される。演算手段は、撮影手段で撮影された反射像から投射痕面積を算出し、その算出した投射痕面積と撮影手段で撮影される撮影面積からカバレージを算出する。撮影手段で撮影される反射像を利用して投射痕面積を算出するため、投射痕面積を客観的かつ直接的に算出することができる。また、光学系が、撮影手段の光軸と加工面に投射される光の光軸とが同軸となり、また、加工面側の主光線が光軸と交差しないテレセントリック光学系とされる。このため、加工面に垂直に光を投射して反射像を撮影することが可能となり、また、加工面が光軸方向に対してわずかに移動したり、傾斜したりしても反射像の形状は変化しない。これらのため、撮影手段で撮影された反射像から投射痕面積を正確に算出することができる。投射痕面積を正確に算出できるため、カバレージを正確に算出することができる。

実施形態に係るカバレージ測定装置の全体の斜視図。 実施形態に係るカバレージ測定装置の制御系の構成を示す図。 撮影装置の光学系の構成の概略図。 カバレージを算出する手順を示すフローチャート。

本願の一実施形態に係るカバレージ測定装置１０について説明する。本実施形態のカバレージ測定装置１０は、オペレータによって測定対象となる加工面の近傍まで携帯されて使用される。図１，２に示すように、カバレージ測定装置１０は、本体１２と撮影装置１４を備えている。本体１２と撮影装置１４はコード１３により接続されている。

本体１２は、電源スイッチ２３や測定開始スイッチ２２等のスイッチ類と、表示器２０と、カバレージ測定装置１０の各部を制御するコンピュータ２４を備えている。
電源スイッチ２３は、カバレージ測定装置１０を起動するためのスイッチである。電源スイッチ２３が操作されると、本体１２内に収容されているバッテリ（図示しない）から本体１２の各部や撮影装置１４へ電源供給が開始される。測定開始スイッチ２２は、カバレージの測定を開始するためのスイッチである。なお、測定開始スイッチ２２を設ける代わりに表示器２０をタッチパネルとし、表示器２０内の画面をタッチすることで、カバレージの測定を開始するようにしてもよい。

表示器２０は、撮影装置１４で撮影された画像や測定されたカバレージ等を表示する。カバレージ測定装置１０によってカバレージが複数回計測されたときは、計測されたカバレージの推移や平均値等も表示器２０に表示される。

コンピュータ２４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えている。コンピュータ２４は、撮影装置１４を制御して加工面を撮影する処理、撮影した画像に基づいてカバレージを算出する処理、算出したカバレージを表示器２０に表示する処理等を行う。なお、カバレージ算出は目視判断と相関性がある。このため、コンピュータ２４は、目視判断の結果に基づいて、カバレージ算出の際に使用するパラメータを微調整する処理が実行可能となっている。パラメータの微調整を行うことで、目視判断によるカバレージと算出されるカバレージとを一致させることができる。なお、微調整したパラメータへのアクセスは、パスワードで保護することが好ましい。パスワードで保護することで、オペレータが誤ってパラメータを変更してしまうことが防止できる。

撮影装置１４は、光源として機能するＬＥＤ１６と、画像を撮影するカメラ１８と、ＬＥＤ１６からの光を加工面に投射すると共に加工面からの反射像をカメラ１８に導く光学系２８を備えている。カメラ１８は、コンピュータ２４によってオン／オフ制御される。また、カメラ１８で撮影された画像データは、コンピュータ２４に入力されるようになっている。

図３に示すように、光学系２８は第１光軸２８ａと、第１光軸２８ａと直交する第２光軸２８ｂを有している。第１光軸２８ａ上にはカメラ１８が配置され、光軸２８ｂ上にはＬＥＤ１６が配置されている。光学系２８は、ハーフミラー２６を備えており、ハーフミラー２６は第１光軸２８ａと第２光軸２８ｂが交差する位置に配置されている。このため、ＬＥＤ１６から照射された光は、ハーフミラー２６で反射されて加工面３０に照射されるようになっている。ハーフミラー２６で反射されて加工面３０に照射されるＬＥＤ１６からの光の光軸は、カメラ１８の光軸（すなわち、光軸２８ａ）と同軸となっている。すなわち、光学系２８は同軸落射照明系となっている。また、光学系２８は、図示しない物体側テレセントリックレンズを備えている。このため、加工面３０に照射される光の主光線は光軸２８ａと平行となる。すなわち、光学系２８は物体側テレセントリック光学系とされている。

なお、図１，３に示すように、ＬＥＤ１６とカメラ１８と光学系２８はケーシング２９内に収容されている。ケーシング２９は、直径がφ１２ｍｍの細い管状に形成されている。カバレージ測定時（画像撮影時）には、ケーシング２９の先端が加工面（測定対象となる面）に突き当てられる（図３に示す状態）。これによって、ＬＥＤ１６からの光が垂直に加工面３０に照射されるようになっている。また、ケーシング２９の先端を加工面に突き当てて画像を撮像することで、カメラ１８で撮像される範囲が所定の領域に制限される。このため、カメラ１８で撮像される撮像面積が略一定となる。ここで、ケーシング２９が細い管状であるため、カメラ１８で撮像される面積も狭くなる。その結果、カメラ１８で鮮明な画像を撮像することができ、その後の解析を適切に行うことができる。

上述したカバレージ測定装置１０によりカバレージを測定する手順を図４を用いて説明する。カバレージを測定する際は、まず、オペレータは撮影装置１４の先端を加工面３０（ショットピーニング処理された面）に突き当てる。次いで、測定開始スイッチ２２をオンする（Ｓ１０）。測定開始スイッチ２２がオンされると、コンピュータ２４はＬＥＤ１６及びカメラ１８を作動させる（Ｓ１２）。これによって、ＬＥＤ１６から照射される光が加工面３０に照射され、加工面３０からの反射像がカメラ１８で撮像される。カメラ１８で撮像された撮像データはコンピュータ２４に入力される。なお、撮影装置１４の先端が加工面３０に突き当てられ、また、光学系２８が同軸落射照明系で物体側テレセントリック光学系であるため、加工面３０に対して垂直に光が照射される。

次いで、コンピュータ２４は、カメラ１８で撮像された画像データを二値化する（Ｓ１４）。具体的には、コンピュータ２４は、画像データを構成する各画素の濃度データを所定の閾値と比較し、濃度データが所定の閾値以上の画素を「１」とし、濃度データが所定の閾値未満の画素を「０」とする。すなわち、ショットピーニング処理によって投射痕が形成された部分では、微小な凹凸のために照射された光が散乱し、その濃度データが低くなる。一方、投射痕が形成されていない部分では、照射された光の散乱が生じ難いため、その濃度データは高くなる。したがって、各画素の濃度データを所定の閾値を用いて２値化することで、投射痕が形成された部分と、投射痕が形成されていない部分に区分することができる。

次いで、コンピュータ２４は、所定の閾値未満の画素（「０」とした画素）の数をカウントすることで投射痕が形成された部分の面積（投射痕面積）を算出し（Ｓ１６）、その算出された投射痕面積と撮影された加工面の全面積（撮影された加工面の画像数）とからカバレージを算出する。具体的には、コンピュータ２４は、まず、Ｓ１６でカウントしたカウント数を加工面の全画素数で除算することで投射痕面積比率を算出する。既に説明したように、カバレージ算出は目視判断と相関性がある。このため、本実施例では、コンピュータ２４に、画像処理により得られた投射痕面積比率（投射痕面積比率／撮影面積）と目視判断によるカバレージとの関係を規定するデータ（パラメータ)が格納されている。すなわち、投射痕面積比率が○○％であれば、カバレージが××％というデータが格納されている。このため、算出した投射痕面積比率とコンピュータ２４に格納されているデータ（パラメータ）とからカバレージを決定する。

ステップＳ１６でカバレージが算出されると、コンピュータ２４は、表示器２０に算出したカバレージを表示する（Ｓ２０）。これによって、オペレータは加工面３０のカバレージを確認することができる。なお、上述した説明から明らかなように、本実施形態のカバレージ測定装置１０では、０〜１００％までの範囲のカバレージを算出することができるが、１００％以上のカバレージを算出することはできない。

上述したように本実施形態のカバレージ測定装置１０によると、カメラ１８で撮影された画像データに基づいて投射痕面積を算出する。このため、投射痕が形成された領域の面積が直接測定され、また、オペレータの違いによって測定される投射痕面積が異なることはない。従って、投射痕面積が直接的かつ客観的に測定され、カバレージを正確に算出することができる。
また、カメラ１８で加工面３０の画像を撮像する際は、撮影装置１４の先端が加工面３０に突き当てた状態とされ、また、光学系２８が同軸落射照明系で物体側テレセントリック光学系であるため、加工面３０にはＬＥＤ１６の光が垂直に照射される。このため、加工面３０が光軸２８ａに対してわずかに移動したり、傾斜したりしても反射像の形状は変化しない。その結果、カバレージを正確に算出することができる。

なお、本実施形態のカバレージ測定装置１０は、パイプ材等の内周面のカバレージを測定することもできる。例えば、撮影装置１４の先端に専用の冶具を取付け、この専用冶具にミラーを装備する。そして、専用冶具のミラーによってパイプ材等の内周面を観察可能とすることができる。

以上、本願の技術を具現化した具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施形態のカバレージ測定装置１０では、光学系２８を物体側テレセントリック光学系としたが、このような例に限られず、光学系を両側テレセントリック光学系としてもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ カバレージ測定装置
１２ 本体
１３ コード
１４ 撮影装置
１８ カメラ
２０ 表示器
２２ 測定開始スイッチ
２３ 電源スイッチ
２４ コンピュータ
２６ ハーフミラー
２８ 光学系
２８ａ 光軸
２８ｂ 光軸
２９ ケーシング
３０ 加工面

Claims (2)

1. ショットピーニング処理された加工面のカバレージを測定する装置であり、
   光源と、
   撮影手段と、
   光源からの光を加工面に投射すると共に加工面からの反射像を撮影手段に導く光学系と、
   撮影手段で撮影された前記反射像から取得される投射痕面積と撮影手段で撮影される撮影面積とからカバレージを算出する演算手段と、を有しており、
   前記光学系は、撮影手段の光軸と加工面に投射される光の光軸とが同軸となり、かつ、加工面側の主光線が光軸と交差しないテレセントリック光学系であり、
   前記演算手段は、前記反射像から取得される投射痕面積と目視判断によるカバレージとの関係を規定するパラメータを記憶しており、このパラメータを用いてカバレージを算出することを特徴とするカバレージ測定装置。
2. 光源と撮影手段と光学系を収容するケーシングをさらに有しており、
   ケーシングの先端は、加工面に突き当てられるように構成されている、請求項１に記載のカバレージ測定装置。

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