JP6002564B2 - 鋼材における炭化物の球状化率測定装置および球状化率測定方法、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、鋼材における炭化物の球状化率を測定するための装置および方法、並びにプログラムに関する。

鋼材において局部延性や打ち抜き性を向上させるためには、鋼材に含まれる炭化物の球状化率を高めればよいことが知られている。例えば特許文献１には、含まれる炭化物の球状化率が８０％以上の高炭素鋼鋼板が打ち抜き性に優れていることが記載されている。

炭化物の球状化率は、全ての炭化物における球状化炭化物の占める割合を示す。ここで、球状化炭化物とは、鋼材の断面に表れた炭化物の最大長さｐと、この最大長さの方向と直交する方向の最大長さｑとの比であるｐ／ｑが所定値未満となるものと定義することができる。なお、特許文献１では、ｐ／ｑが３未満となるものを「球状化炭化物」と定義している。

炭化物の球状化率を測定するにあたっては、鋼材の切断面を鏡面研磨した後、炭化物を顕出するために、ピクリン酸を用いてエッチング処理を施し、顕出した炭化物における球状化炭化物の占める割合（炭化物の球状化率）を求めればよい。しかし、エッチング処理を施した測定対象面には、多数の炭化物が存在しており、全ての炭化物について、最大長さｐとそれに直交する方向の最大長さｑを測定するには、多くの時間と労力が必要であり、そのような作業は現実的ではない。

このため、実際には、上記長さｐ，ｑの測定を行わずに、以下の方法により炭化物の球状化率をグレードとして判定している。すなわち、球状化率の異なる写真見本を複数用意しておき、各写真見本と、エッチング処理後の鋼材の測定対象面とを対比することで、炭化物の球状化率のグレード判定を行っている。例えば、５種類の球状化率（例えば９７％、９０％、７５％、４５％、２５％の球状化率）の写真見本を用意しておき、各写真見本と鋼材の測定対象面との比較（以下「比較法」という。）により、当該測定対象面における炭化物の球状化率が、グレードＡ（球状化率９７％以上）、グレードＢ（球状化率９０％以上９７％未満）、グレードＣ（球状化率７５％以上９０％未満）、グレードＤ（球状化率４５％以上７５％未満）、グレードＥ（球状化率２５％以上４５％未満）、グレードＦ（球状化率２５％未満）の何れかに属するかを判定する。

ところが、比較法によるグレード判定で得られる結果は、ある一定の幅を持った球状化率（例えば４５％以上７５％未満など）であり、具体的数値（例えば５１％など）として球状化率を定量的に求めることはできないという問題がある。また、比較法によるグレード判定の結果は、作業者によってバラツキが生じるため、鋼材の特性（局部延性、打ち抜き性等）を正確に把握しにくいという問題がある。

これらの問題を解決するために、本願発明者は、鋼材の測定対象面を撮影して得られる画像データに対してコンピュータ上で所定の画像処理を施すことで、球状化率を定量的に求め、グレードの判定結果のバラツキを無くすことに成功した。

従来、このように、鋼材の測定対象面を撮影して得られる画像データに対してコンピュータ上で所定の画像処理を施し、鋼材のある特性値を自動的に測定する技術は特許文献２に開示されている。

特開２０００−２６５２３９号公報 特開２０１０−１３９３７８号公報

しかしながら、特許文献２に開示された技術は、デンドライトの傾角を自動的に測定するためのものであり、炭化物の球状化率を自動的に測定するための技術は開示されていない。このため、同文献に開示された技術では、炭化物の球状化率を自動的に測定する際に直面する以下の問題を解決することはできなかった。

すなわち、炭化物の球状化率をコンピュータを用いて自動的に測定するに際して、撮影した画像データ上で球状化炭化物（ｐ／ｑが所定値未満（例えば３未満）となるもの）の粒子同士が隣接している場合、コンピュータが隣接している複数の球状化炭化物の粒子を１粒の非球状化炭化物の粒子と誤って認識してしまうことがある。これは、互いに隣接している複数の粒子同士を切り分けて認識させる画像処理技術が十分に開発されていないためであり、その結果、球状化炭化物が非球状化炭化物として認識され、算出される球状化率の精度が悪化してしまっていたと考えられる。

本発明は、かかる課題を解決するために創案されたものであり、鋼材における炭化物の球状化率をコンピュータを用いて自動的に測定する際に、互いに隣接している複数の炭化物粒子を１つの炭化物粒子と誤認識してしまうことを抑制し、球状化率の測定結果の精度を向上させることができる装置、方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る鋼材における炭化物の球状化率測定装置は、エッチング処理された測定対象面の画像データに含まれる各画素を白画素又は黒画素に変換する２値化処理手段と、前記２値化処理手段により２値化処理された画像データ上で、白画素を包囲して環を形成した黒画素群を１の炭化物粒子の輪郭として検出する炭化物粒子検出手段と、前記炭化物粒子検出手段により検出された炭化物粒子の輪郭の円さ度を算出する円さ度算出手段と、前記円さ度算出手段により算出された円さ度が所定値以上の炭化物粒子の輪郭が包囲する領域の面積の総和と、前記円さ度算出手段により算出された円さ度が所定値未満の炭化物粒子の輪郭が包囲する領域の面積の総和とをそれぞれ算出し、それらの総和を用いて球状化率を算出する球状化率算出手段と、を備えるものである。

また、上記構成を備える炭化物の球状化率測定装置において、前記炭化物粒子検出手段は、前記２値化処理手段により２値化処理された画像データ上で、隣接する所定数以上の白画素からなる白画素群を包囲して環を形成した黒画素群のみを１の炭化物粒子の輪郭として検出するものとしてもよい。

既述の構成を備える鋼材における炭化物の球状化率測定装置は、白画素（又は隣接する所定数以上の白画素からなる白画素群）を包囲して環を形成した黒画素群を１の炭化物粒子の輪郭として検出する。一般に、２値化処理後の画像データにおける多くの炭化物粒子は、各粒子毎に、輪郭のみが黒画素によって環状に形成され、輪郭の内部が白画素によって形成されるため、本発明によれば、炭化物粒子が隣接していても、それらの炭化物粒子を１つの炭化物粒子として誤検出してしまうことが少なくなる。

本発明の鋼材における球状化率測定方法は、エッチング処理された測定対象面の画像データに含まれる各画素を白画素又は黒画素に変換する２値化処理を行うステップと、前記２値化処理された画像データ上で、白画素を包囲して環を形成した黒画素群を１の炭化物粒子の輪郭として検出するステップと、前記検出された前記炭化物粒子の輪郭の円さ度を算出するステップと、前記算出された円さ度が所定値以上の炭化物粒子の輪郭が包囲する領域の面積の総和と、前記算出された円さ度が所定値未満の炭化物粒子の輪郭が包囲する領域の面積の総和とをそれぞれ算出し、それらの総和を用いて球状化率を算出するステップと、を含むものである。

また、本発明の鋼材における球状化率測定方法は、上記構成を含むものにおいて、前記１の炭化物粒子の輪郭として検出するステップでは、前記２値化処理された画像データ上で、隣接する所定数以上の白画素からなる白画素群を包囲して環を形成したもののみを、前記１の炭化物粒子の輪郭として検出する、ものとしてもよい。

既述の鋼材における球状化率測定方法によっても既述の鋼材における炭化物の球状化率測定装置と同様に、２値化処理された画像データ上で、炭化物粒子が隣接していても、それらの炭化物粒子を１つの炭化物粒子として誤検出してしまうことが少なくなる。

本発明のプログラムは、上記本発明の鋼材における炭化物の球状化率測定装置が備える各種手段として、コンピュータを機能させるためのものである。

本発明によれば、鋼材における炭化物の球状化率をコンピュータを用いて自動的に測定する際に、２値化処理された画像データ上で、球状化炭化物粒子が隣接していても、それらの炭化物粒子を１つの非球状化炭化物粒子（層状炭化物粒子）として誤検出（誤判定）してしまうことが抑制され、その結果、炭化物の球状化率の測定結果の精度を向上させることができる。

鋼材における炭化物の球状化率測定装置の概略構成例を示す図である。 鋼材における炭化物の球状化率測定装置を用いて実施する、鋼材における炭化物の球状化率測定方法の手順例を示したフローチャートである。 ２値化処理された後の測定用画像データの一例を示す図である。 ２値化処理された後の測定用画像データにおける炭化物の輪郭を示す模式図の一例を示す図である。なお、白画素は白色にて、黒画素は灰色にて示している。 図４において環（炭化物の輪郭）の内周縁を図面上特定し易くするために黒色にて示した図である。

以下、本発明の実施の形態に係る鋼材における炭化物の球状化率測定装置について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る鋼材における炭化物の球状化率測定装置１は、画像データ取込部２、画像データ処理部３、操作部４、表示部５、記憶装置９等を備えている。この鋼材における炭化物の球状化率測定装置１は、例えば、ＯＳ、所定の画像処理プログラム等が組み込まれたパーソナルコンピュータ６によって構築される。

画像データ取込部２は、光学顕微鏡８によって撮影された画像データを取り込むためのものである。この画像データ取込部２は、例えば、画像データを記録した記録媒体のデータ読取装置、画像データ受信用インターフェース等で構成される。

画像データ処理部３は、取り込まれた画像データに対して後述する各種の画像処理を実施する。この画像データ処理部３は、例えば、上記パーソナルコンピュータ６において、画像処理プログラムが実行されることにより構築される。

操作部４は、上記パーソナルコンピュータ６を操作するための入力装置であり、キーボード、マウス等により構成される。表示部５は、上記パーソナルコンピュータ６から出力される画像情報を表示させるモニタ装置等で構成される。記憶装置９は、画像データ取込部２より取り込まれた画像データを記憶する。７は、プリンタであり、パーソナルコンピュータ６から出力される画像情報を記録紙上にプリントアウトする。

以下、本発明の実施の形態に係る鋼材における炭化物の球状化率測定装置１（以下単に「球状化率測定装置１」ともいう。）を用いて実施する鋼材における炭化物の球状化率測定方法の手順について図２のフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、鋼材から採取された所定サイズの測定用資料の測定対象面に鏡面研磨処理を施し、ピクリン酸によるエッチング処理を施す（ステップＳ１）。なお、このとき用いる測定用資料として、樹脂包埋したものを採用してもよい。

次に、鏡面研磨処理およびエッチング処理を施した測定用資料の測定対象面を光学顕微鏡８にて撮影し、測定用画像データを取得する（ステップＳ２）。なお、光学顕微鏡８による撮影には、例えば２００万画素のＣＣＤカメラが用いられる。

次に、取得した測定用画像データを球状化率測定装置１の画像データ取込部２から取り込む（ステップＳ３）。

次に、球状化率測定装置１に取り込まれた測定用画像データは、球状化率測定装置１の画像データ処理部３によってノイズ除去フィルタ処理、照明斑・色斑除去フィルタ処理が施される（ステップＳ４）。これらのフィルタ処理は、光学顕微鏡８の光源に起因して発生した画像データ上のノイズを除去するものであり、フィルタ処理としては、メディアンフィルタなどの周知のフィルタ処理が実施される。測定用画像データのノイズをこのタイミングで除去しておくことで、後記ステップＳ７において当該ノイズを誤って炭化物粒子の輪郭として検出してしまうことが防止される。

次に、球状化率測定装置１の画像データ処理部３は、測定用画像データに対して２値化処理を実施する（ステップＳ５）。この２値化処理では、明暗レベルが所定しきい値以上の画素の画素値を「１（白画素）」とし、明暗レベルが所定しきい値未満の画素の画素値を「０（黒画素）」とする。エッチング処理された測定用資料では、炭化物粒子の輪郭の画像が周囲に比べて暗くなるため、この２値化処理を施すことで、炭化物粒子の輪郭が黒画素によって明確に顕出される。なお、２値化処理に用いるしきい値は、できるだけ多くの炭化物粒子が、輪郭が黒画素により表され、輪郭内部が白画素により表されるような値に調整されることが望ましい。図３に、そのようなしきい値を用いて２値化処理された後の測定用画像データの参考例を示す。

次に、球状化率測定装置１の画像データ処理部３は、測定用画像データに対して前記ステップＳ１における研磨に起因して発生した疵等の画像を除去するフィルタ処理を実施する（ステップＳ６）。このフィルタ処理は、例えば、隣接する黒画素のみで形成される領域の面積が所定の面積より大きい場合に、その領域にある黒画素を研磨起因の疵等によるものとみなして白画素に置き換えるものとすることができる。この研磨起因の疵等を除去するフィルタ処理を行うことにより、後記ステップＳ７においてそのような疵等を誤って炭化物粒子の輪郭として検出してしまうことが防止される。

次に、球状化率測定装置１の画像データ処理部３は、測定用画像データに対して各炭化物粒子の輪郭を検出するための画像処理を実施する（ステップＳ７）。具体的には、２値化処理された画像データ上で、白画素を包囲して環を形成した黒画素群を１の炭化物粒子の輪郭として検出する。図４は、２値化処理された画像データ上で、白画素群１１を包囲して環を形成した黒画素群１２の一例を示している。

次に、球状化率測定装置１の画像データ処理部３は、検出した各炭化物粒子の輪郭（環）について、輪郭の円さ度を算出する（ステップＳ８）。円さ度は、面積が同一の場合、真円に近くなるほど周囲長が小さくなり、扁平するほど大きくものであるが、例えば以下の式（１）に従って算出される。ここで、Ａは白画素群１１（図５参照）が占める領域の面積である。この白画素群１１の面積は、当該白画素群に含まれる白画素の個数と各画素に対応する面積との積から求められる。また、Ｐは各炭化物粒子の輪郭（環）の内周縁１３（図５において黒色にて示す部分）の周囲長を示し、この内周縁１３上の黒画素同士の距離（例えば隣接する黒画素の中心同士間の距離）の総和から求められる。なお、図５では、環の内周縁１３を形成する黒画素を黒色で示し、その他の黒画素を灰色で示している。
円さ度ｃ=４π（Ａ／Ｐ２）・・・（１）

次に、球状化率測定装置１の画像データ処理部３は、算出した円さ度に基づいて各炭化物粒子の輪郭の円さ度をクラス１〜クラス５にクラス分けし（ステップＳ９）、クラス毎に互いに異なる色で環（炭化物粒子の輪郭）の内部の白画素群１１を着色する。上記クラス分けは、例えば、円さ度が０．９以上のものをクラス[１]、円さ度が０．７以上０．９未満のものをクラス[２]、円さ度が０．５以上０．７未満のものをクラス[３]、円さ度が０．１５以上０．５未満のものをクラス[４]、円さ度が０．１５未満のものをクラス[５]とすることができる。

次に、球状化率測定装置１の画像データ処理部３は、炭化物の球状化率を算出する（ステップＳ１０）。球状化率の算出は以下の式（２）によって算出される。
例えば、前記ステップＳ９において着色された画素のうち同じ色の画素が占める領域の総面積（各クラスの総面積）をそれぞれ求め、次いで、クラス［１］〜［３]の総面積、クラス［１］〜［５］の総面積をそれぞれ求めて、以下の式（２）にあてはめることにより球状化率が算出される。
球状化率＝（クラス［１］〜［３］の総面積／クラス［１］〜［５］の総面積）×１００・・・（２）

最後に、球状化率測定装置１の画像データ処理部３は、炭化物の球状化率の算出結果を表示部５、プリンタ７に出力する（ステップＳ１１）。このとき、球状化率測定装置１は、球状化率の算出結果と併せて、前記Ｓ９で各クラス毎に色分けして着色された測定対象面の画像データも表示部５、プリンタ７等に出力する。

以上に説明した本発明の実施の形態に係る鋼材における炭化物の球状化率測定装置１および方法では、前記ステップＳ７において、測定用画像データに対して各炭化物粒子の輪郭を検出するための画像処理として、２値化処理された画像データ上で、白画素を包囲して環を形成した黒画素群を１の炭化物粒子の輪郭として検出する。しきい値が適値であれば、２値化処理後の画像データにおいて多くの炭化物粒子が、輪郭のみが黒画素によって表され、輪郭の内部が白画素によって表される。このため、２値化処理後の画像データ上で球状化炭化物の粒子同士が隣接していても、それが１つの非球状化炭化物の粒子と誤って検出されてしまうことが少なくなり、その結果、算出される炭化物の球状化率の測定精度の向上が図られる。

＜他の実施形態＞
上記実施形態においては、ステップＳ７において、測定用画像データに対して各炭化物粒子の輪郭を検出するための画像処理として、２値化処理された画像データ上で、白画素を包囲して環を形成した黒画素群を１の炭化物粒子の輪郭として検出するようにしたが、このステップＳ７において、２値化処理された画像データ上で、互いに隣接する所定数以上の白画素（例えば１０箇所以上の白画素）からなる白画素群を包囲して環を形成した黒画素群のみを１の炭化物粒子の輪郭として検出するようにしてもよい。

黒画素群が包囲する白画素が１つ若しくは極小数である場合に、その白画素がノイズに起因して形成されたもの（ステップＳ４で除去できなかったもの）である可能性が考えられる。この場合、本来１つの炭化物を誤って複数の炭化物として検出してしまうことが予想される。しかし、上記のように、１の炭化物粒子の輪郭として検出する黒画素群を、互いに隣接する所定数以上の白画素からなる白画素群を包囲して環を形成したものに限定することで、そのような不都合を解消することができる。

本発明は、例えば、特殊鋼に含まれる炭化物の球状化率を測定するための装置および方法、並びにプログラムに適用することができる。

１ 鋼材における炭化物の球状化率測定装置
３ 画像データ処理部
１１ 白画素群
１２ 黒画素群

Claims (6)

1. エッチング処理された測定対象面の画像データに含まれる各画素を白画素又は黒画素に変換する２値化処理手段と、
   前記２値化処理手段により２値化処理された画像データ上で、白画素を包囲して環を形成した黒画素群を１の炭化物粒子の輪郭として検出する炭化物粒子検出手段と、
   前記炭化物粒子検出手段により検出された炭化物粒子の輪郭の円さ度を算出する円さ度算出手段と、
   前記円さ度算出手段により算出された円さ度が所定値以上の炭化物粒子の輪郭が包囲する領域の面積の総和と、前記円さ度算出手段により算出された円さ度が所定値未満の炭化物粒子の輪郭が包囲する領域の面積の総和とをそれぞれ算出し、それらの総和を用いて球状化率を算出する球状化率算出手段と、
   を備える、鋼材における炭化物の球状化率測定装置。
2. 請求項１に記載の鋼材における炭化物の球状化率測定装置において、
   前記炭化物粒子検出手段は、前記２値化処理手段により２値化処理された画像データ上で、隣接する所定数以上の白画素からなる白画素群を包囲して環を形成した黒画素群のみを１の炭化物粒子の輪郭として検出するものである、鋼材における炭化物の球状化率測定装置。
3. エッチング処理された測定対象面の画像データに含まれる各画素を白画素又は黒画素に変換する２値化処理を行うステップと、
   前記２値化処理された画像データ上で、白画素を包囲して環を形成した黒画素群を１の炭化物粒子の輪郭として検出するステップと、
   前記検出された前記炭化物粒子の輪郭の円さ度を算出するステップと、
   前記算出された円さ度が所定値以上の炭化物粒子の輪郭が包囲する領域の面積の総和と、前記算出された円さ度が所定値未満の炭化物粒子の輪郭が包囲する領域の面積の総和とをそれぞれ算出し、それらの総和を用いて球状化率を算出するステップと、
   を含む、鋼材における炭化物の球状化率測定方法。
4. 請求項３に記載の鋼材における炭化物の球状化率測定方法において、
   前記１の炭化物粒子の輪郭として検出するステップでは、前記２値化処理された画像データ上で、隣接する所定数以上の白画素からなる白画素群を包囲して環を形成したもののみを、前記１の炭化物粒子の輪郭として検出する、鋼材における炭化物の球状化率測定方法。
5. エッチング処理された測定対象面の画像データに含まれる各画素を白画素又は黒画素に変換する２値化処理手段と、
   前記２値化処理手段により２値化処理された画像データ上で、白画素を包囲して環を形成した黒画素群を１の炭化物粒子の輪郭として検出する炭化物粒子検出手段と、
   前記炭化物粒子検出手段により検出された炭化物粒子の輪郭の円さ度を算出する円さ度算出手段と、
   前記円さ度算出手段により算出された円さ度が所定値以上の炭化物粒子の輪郭が包囲する領域の面積の総和と、前記円さ度算出手段により算出された円さ度が所定値未満の炭化物粒子の輪郭が包囲する領域の面積の総和とをそれぞれ算出し、それらの総和を用いて球状化率を算出する球状化率算出手段として、
   コンピュータを機能させるためのプログラム。
6. 請求項５に記載のプログラムにおいて、
   前記炭化物粒子検出手段は、前記２値化処理手段により２値化処理された画像データ上で、隣接する所定数以上の白画素からなる白画素群を包囲して環を形成した黒画素群のみを１の炭化物粒子の輪郭として検出するものである、プログラム。