JP6140042B2 - 摩擦撹拌接合の評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦撹拌接合の評価方法に関する。

金属材の接合方法として、摩擦撹拌接合（ＦＳＷ：Friction Stir Welding）が知られている（例えば特許文献１参照）。摩擦撹拌接合では、接合しようとする金属材を接合部において対向させる。そして、回転ツールの先端に設けられたプローブを接合部に押し込んで回転させ、摩擦熱による塑性流動によって２つの金属材を接合する。

特開２００４−６６２７６号公報

摩擦撹拌接合で形成された接合部にはバリが生じることがある。このため、接合部の形成後、作業者が接合部の状態を目視で確認し、必要に応じてグラインダやエンドミル等によるバリの除去を行っている。しかしながら、目視による接合部の確認では、作業者の主観によって接合部の評価がばらついてしまうという問題があった。バリの除去条件がばらつく場合、バリの除去が不足するとバリ周辺のノッチが残って接合品質の低下が生じることがあり、バリの除去が過剰となると接合部の減肉が問題となる。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、接合部を定性的に評価できる摩擦撹拌接合の評価方法を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る摩擦撹拌接合の評価方法は、摩擦撹拌接合によって形成された接合部を評価する摩擦撹拌接合の評価方法であって、接合部のカラー画像情報を取得する画像取得工程と、カラー画像情報のＲＧＢ値を算出し、当該ＲＧＢ値をグレースケール変換してグレースケール値を算出するグレースケール変換工程と、グレースケール値におけるヒストグラムのピーク位置の階調、若しくはピークが複数存在する場合のピーク間の階調の中央値を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化し、二値化された値が一方値から他方値に変化するピクセル間の距離に基づいて接合部におけるバリの存在領域を決定する領域決定工程と、グレースケール値におけるヒストグラムの分布全域の中央値の階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化し、二値化画像の総ピクセル数に対する一方値のピクセル数の割合に基づいて接合部におけるバリの存在レベルを決定するレベル決定工程と、を備えたことを特徴としている。

この摩擦撹拌接合の評価方法では、接合部のカラー画像情報のグレースケール値を算出し、そのヒストグラムから選択された階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報の二値化を行い、二値化画像に基づいて接合部におけるバリの存在領域とバリの存在レベルとを決定している。この方法では、作業者が目視で接合部を評価する場合とは異なり、摩擦撹拌接合によって形成された接合部を定性的に評価できる。また、接合部のカラー画像情報をグレースケール変換して得られた二値化画像を用いることにより、バリの存在領域の決定及びバリの存在レベルの決定を精度良く実施できる。

また、領域決定工程で決定したバリの存在領域と、レベル決定工程で決定したバリの存在レベルとに基づいて、接合部におけるバリの除去を行う除去工程と、除去工程を実施後の接合部に対し、画像取得工程、グレースケール変換工程、及びレベル決定工程を実施し、レベル決定工程で決定されたバリの存在レベルが所定レベル以下となっているか否かに基づいて、接合部の良否を判定する判定工程と、を更に備えたことが好ましい。このように、除去工程を実施した後の接合部の状態の確認工程としてレベル決定工程を用いることで、最終的な接合部の品質を定性的に評価できる。

また、本発明に係る摩擦撹拌接合の評価方法は、摩擦撹拌接合によって形成された接合部を評価する摩擦撹拌接合の評価方法であって、接合部のカラー画像情報を取得する画像取得工程と、カラー画像情報のＲＧＢ値を算出し、当該ＲＧＢ値をグレースケール変換してグレースケール値を算出するグレースケール変換工程と、グレースケール値におけるヒストグラムのピーク位置の階調、若しくはピークが複数存在する場合のピーク間の階調の中央値を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化し、二値化された値が一方値から他方値に変化するピクセル間の距離に基づいて接合部におけるバリの存在領域を決定する領域決定工程と、を備えたことを特徴としている。

この摩擦撹拌接合の評価方法では、接合部のカラー画像情報のグレースケール値を算出し、そのヒストグラムから選択された階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報の二値化を行い、二値化画像に基づいて接合部におけるバリの存在領域を決定している。この方法では、作業者が目視で接合部を評価する場合とは異なり、摩擦撹拌接合によって形成された接合部を定性的に評価できる。また、接合部のカラー画像情報をグレースケール変換して得られた二値化画像を用いることにより、バリの存在領域の決定を精度良く実施できる。

また、領域決定工程で決定したバリの存在領域に基づいて、接合部におけるバリの除去を行う除去工程と、除去工程を実施後の接合部に対し、画像取得工程、グレースケール変換工程、及びグレースケール値におけるヒストグラムの分布全域の中央値の階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化し、二値化画像の総ピクセル数に対する一方値のピクセル数の割合に基づいて接合部におけるバリの存在レベルを決定するレベル決定工程を実施し、レベル決定工程で決定されたバリの存在レベルが所定レベル以下となっているか否かに基づいて、接合部の良否を判定する判定工程と、を更に備えたことが好ましい。このように、除去工程を実施した後の接合部の状態の確認工程としてレベル決定工程を用いることで、最終的な接合部の品質を定性的に評価できる。

また、本発明に係る摩擦撹拌接合の評価方法は、摩擦撹拌接合によって形成された接合部を評価する摩擦撹拌接合の評価方法であって、接合部のカラー画像情報を取得する画像取得工程と、カラー画像情報のＲＧＢ値を算出し、当該ＲＧＢ値をグレースケール変換してグレースケール値を算出するグレースケール変換工程と、グレースケール値におけるヒストグラムの分布全域の中央値の階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化し、二値化画像の総ピクセル数に対する一方値のピクセル数の割合に基づいて接合部におけるバリの存在レベルを決定するレベル決定工程と、を備えたことを特徴としている。

この摩擦撹拌接合の評価方法では、接合部のカラー画像情報のグレースケール値を算出し、そのヒストグラムから選択された階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報の二値化を行い、二値化画像に基づいて接合部におけるバリの存在レベルを決定している。この方法では、作業者が目視で接合部を評価する場合とは異なり、摩擦撹拌接合によって形成された接合部を定性的に評価できる。また、接合部のカラー画像情報をグレースケール変換して得られた二値化画像を用いることにより、バリの存在レベルの決定を精度良く実施できる。

また、レベル決定工程で決定したバリの存在レベルに基づいて、接合部におけるバリの除去を行う除去工程と、除去工程を実施後の接合部に対し、画像取得工程、グレースケール変換工程、及びレベル決定工程を実施し、レベル決定工程で決定されたバリの存在レベルが所定レベル以下となっているか否かに基づいて、接合部の良否を判定する判定工程と、を更に備えたことが好ましい。このように、除去工程を実施した後の接合部の状態の確認工程としてレベル決定工程を用いることで、最終的な接合部の品質を定性的に評価できる。

本発明に係る摩擦撹拌接合の評価方法によれば、接合部を定性的に評価できる。

本発明に係る摩擦撹拌接合の評価方法が適用される接合部の一例を示す平面図である。 本発明に係る摩擦撹拌接合の評価方法の一実施形態を示すフローチャートである。 領域決定工程におけるカラー画像情報の二値化の手法を示す図である。 領域決定工程における二値化画像の一例を示す図である。 レベル決定工程におけるカラー画像情報の二値化の手法を示す図である。 レベル決定工程における二値化画像の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る摩擦撹拌接合の評価方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る摩擦撹拌接合の評価方法が適用される接合部の一例を示す平面図である。同図に示す例では、例えばアルミニウム合金によって形成された２枚の板状部材１，２の端部同士の突き合わせ部分に沿って、摩擦撹拌接合による接合部Ｗが形成されている。接合部Ｗには、バリが生じていることがあり、接合部Ｗの形成後にグラインダやエンドミル等によるバリの除去が必要となる場合がある。本実施形態の摩擦撹拌接合の評価方法は、バリの除去を行うに際して、接合部Ｗのバリの状態を評価するものである。

図２は、本発明に係る摩擦撹拌接合の評価方法の一実施形態を示すフローチャートである。同図に示すように、この摩擦撹拌接合の評価方法は、画像情報取得工程（ステップＳ０１）と、グレースケール変換工程（ステップＳ０２）と、領域決定工程（ステップＳ０３）と、レベル決定工程（ステップＳ０４）と、除去工程（ステップＳ０５）と、判定工程（ステップＳ０６）とを備えている。なお、領域決定工程とレベル決定工程とは、実施の順序は問わない。

画像情報取得工程は、接合部Ｗのカラー画像情報を取得する工程である。この工程では、例えばデジタルカメラ等の撮像装置を用いて接合部Ｗを撮像し、接合部Ｗのカラー画像情報を取得する。カラー画像情報の各ピクセルに含まれるＲＧＢ値とは、色の表色法であるＲＧＢによる値を意味し、光の三原色である「赤」に関するＲ（ＲＥＤ）値と、「緑」に関するＧ（ＧＲＥＥＮ）値と、「青」に関するＢ（ＢＬＵＥ）値との成分を含んでいる。これら各成分は、０から２５５までの２５６階調で表現される。

グレースケール変換工程は、カラー画像情報の各ピクセルをグレースケール変換する工程である。この工程では、カラー画像情報に含まれる各ピクセルのＲＧＢ値を算出する。ＲＧＢ値のグレースケール変換には、例えば以下の式が用いられる。グレースケール値Ｙは、色の明るさ（輝度）を示す値であり、グレースケール変換後にて互いに等しい値となったＲ値、Ｂ値、又はＧ値である。
Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４Ｂ …（１）

領域決定工程は、接合部Ｗにおけるバリの存在領域を決定する工程である。より具体的には、この工程では、まず、グレースケール変換工程で得られたグレースケール値のヒストグラムに基づいてグレースケール変換された画像情報の二値化を行う。図３は、領域決定工程におけるカラー画像情報の二値化の手法を示す図である。図３に示す例では、横軸が明るさの階調、縦軸が度数となっており、ヒストグラムに２つのピークが出現している。

このようにヒストグラムに２つのピークが出現している場合、２つのピーク位置に相当する階調Ｐ１，Ｐ２の中央の階調Ｐ３を選択し、この階調Ｐ３を閾値としてグレースケール変換された画像情報の二値化を行う。これにより、例えば図４に示すように、接合部Ｗの二値化画像が得られる。図４に示す例では、明るさの階調が閾値よりも小さいピクセルが黒色（値が０）、明るさの階調が閾値以上のピクセルが白色（値が１）となるように、二値化がなされており、接合部Ｗが白色で表され、母材部分が黒色で表されている。なお、ヒストグラムに単一のピークが出現している場合には、当該ピークの位置に相当する階調を二値化の閾値とすればよい。

次に、領域決定工程では、得られた二値化画像に基づいて、接合部Ｗにおけるバリの存在領域を決定する。より具体的には、まず、二値化画像において、接合部Ｗの延在方向に略直交する方向に各ピクセルの値を抽出する。そして、二値化された値が一方値から他方値に変化するピクセル間の距離を算出し、当該距離をバリの存在領域として決定する。

図４に示した例では、接合部Ｗが白色、接合部Ｗの両側の母材部分が黒色となっている。したがって、例えば図４の左側のピクセルから右側のピクセルに向かって値の抽出を行った場合、値が０のピクセルが連続した後、値が１のピクセルが連続し、再び値が０のピクセルが連続する。したがって、値が０から１に変化したピクセルから値が１から０に変化したピクセルまでの距離（或いは値が１のピクセルが連続する距離）がバリの存在領域となる。

なお、二値化画像には、ノイズが生じることも考えられる。したがって、二値化画像から接合部Ｗの延在方向に略直交する方向の各ピクセルの値を抽出した後、各ピクセルの値を移動平均処理することが好適である。移動平均処理を行うことでノイズによる二値化の値の変化がフィルタリングされ、バリの存在領域を精度良く決定することが可能となる。

一方、レベル決定工程は、接合部Ｗにおけるバリの存在レベルを決定する。バリの存在レベルとは、バリの高さや密度等の度合いを示す指標である。この工程では、まず、グレースケール変換工程で得られたグレースケール値のヒストグラムに基づいてグレースケール変換された画像情報の二値化を行う。図５は、レベル決定工程におけるカラー画像情報の二値化の手法を示す図である。図５に示す例では、横軸が明るさの階調、縦軸が度数となっており、ヒストグラムに２つのピークが出現している。

このレベル決定工程では、グレースケール値におけるヒストグラムの分布全域の中央値（メジアン）の階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化する。したがって、ピーク位置に関わらず、ヒストグラムの分布の端部位置Ｒ１，Ｒ２の中央値の階調であるＲ３を選択し、この階調Ｐ３を閾値としてグレースケール変換された画像情報の二値化を行う。これにより、例えば図６に示すように、接合部Ｗの二値化画像が得られる。ヒストグラムの中央値を用いることにより、板状部材１，２の母材であるアルミニウム合金の光沢によるノイズを特に好適に除去できる。

図６に示す例では、図４の場合と同様に、明るさの階調が閾値よりも小さいピクセルが黒色（値が０）、明るさの階調が閾値以上のピクセルが白色（値が１）となるように、二値化がなされており、バリが白色で表され、バリを除く部分が黒色で表されている。レベル決定工程では、得られた二値化画像に基づいて、接合部Ｗにおけるバリの存在レベルを決定する。より具体的には、まず、二値化画像の総ピクセル数に対する一方値（例えば値が１）のピクセル数をカウントする。そして、二値化画像の総ピクセル数に対する一方値のピクセル数の割合と所定の閾値とを比較してバリの存在レベルを決定する。

図６に示す例では、所定の閾値を５％及び１０％で設定している。図６（ａ）では、総ピクセル数が３８００００であるのに対し、白のピクセル数は１９０００未満となっており、バリの存在レベルが「１」と決定されている。図６（ｂ）では、総ピクセル数が３８００００であるのに対し、白のピクセル数は１９０００以上５７０００未満となっており、バリの存在レベルが「２」と決定されている。図６（ｃ）では、総ピクセル数が３８００００であるのに対し、白のピクセル数は５７０００以上となっており、バリの存在レベルが３と決定されている。

なお、レベル決定工程では、総ピクセル数に対する一方値のピクセル数の割合を算出する手法に代えて、二値化画像に基づくマハラノビスの距離の算出を行い、マハラノビスの距離と所定の閾値とを比較してバリの存在レベルを決定してもよい。この場合、バリの存在レベルが「１」である場合の二値化画像について判定用単位空間を予め算出し、この判定用単位空間に対するマハラノビスの距離を算出する。

除去工程は、接合部Ｗにおけるバリの除去を行う工程である。この除去工程では、領域決定工程で決定したバリの存在領域及びレベル決定工程で決定したバリの存在レベルに基づいて、バリの除去条件を決定する。例えばエンドミルを用いてバリの除去を行う場合、バリの存在領域に応じてエンドミルの工具径等を選択し、バリの存在レベルに応じてエンドミルの接合部Ｗに対する厚さ方向の送り量等を決定する。

判定工程は、除去工程を行った後の接合部Ｗの良否を判定する工程である。この判定工程では、除去工程を行った後の接合部Ｗに対し、上述した画像取得工程、グレースケール変換工程、及びレベル決定工程を再び実施する。そして、例えばレベル決定工程で決定されたバリの存在レベルが「１」である場合に接合部Ｗの状態が良好であると判定し、バリの存在レベルが「２」又は「３」である場合に接合部Ｗの状態が不良であると判定する。接合部Ｗの状態が不良であると判定された場合、除去工程及び判定工程を再び実施してもよい。

以上説明したように、この摩擦撹拌接合の評価方法では、接合部Ｗのカラー画像情報のグレースケール値を算出し、そのヒストグラムから選択された階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報の二値化を行い、二値化画像に基づいて接合部Ｗにおけるバリの存在領域とバリの存在レベルとを決定している。この方法では、作業者が目視で接合部Ｗを評価する場合とは異なり、摩擦撹拌接合によって形成された接合部Ｗを定性的に評価できる。また、接合部Ｗのカラー画像情報をグレースケール変換して得られた二値化画像を用いることにより、バリの存在領域の決定及びバリの存在レベルの決定を精度良く実施できる。

また、この摩擦撹拌接合の評価方法では、領域決定工程で決定したバリの存在領域と、レベル決定工程で決定したバリの存在レベルとに基づいて、接合部Ｗにおけるバリの除去を行う除去工程と、除去工程を実施後の接合部Ｗに対し、画像取得工程、グレースケール変換工程、及びレベル決定工程を実施し、レベル決定工程で決定されたバリの存在レベルが所定レベル以下となっているか否かに基づいて、接合部Ｗの良否を判定する判定工程とを更に行っている。このように、除去工程を実施した後の接合部Ｗの状態の確認工程としてレベル決定工程を用いることで、最終的な接合部Ｗの品質を定性的に評価できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、アルミニウム合金によって形成された板状部材１，２の接合部Ｗを評価対象として例示しているが、本発明は、種々の金属・形状の母材を摩擦撹拌接合して形成された接合部に対して適用できる。また、上記実施形態では、グレースケール変換工程の後に領域決定工程とレベル決定工程とを実施しているが、領域決定工程及びレベル決定工程のいずれか一方のみを実施してもよい。また、除去工程後の判定工程は省略することも可能である。

１，２…板状部材、Ｐ１，Ｐ２…ピーク位置の階調、Ｐ３…ピーク間の階調の中央値、Ｒ３…分布全域の中央値の階調、Ｗ…接合部。

Claims (6)

1. 摩擦撹拌接合によって形成された接合部を評価する摩擦撹拌接合の評価方法であって、
   前記接合部のカラー画像情報を取得する画像取得工程と、
   前記カラー画像情報のＲＧＢ値を算出し、当該ＲＧＢ値をグレースケール変換してグレースケール値を算出するグレースケール変換工程と、
   前記グレースケール値におけるヒストグラムのピーク位置の階調、若しくはピークが複数存在する場合のピーク間の階調の中央値を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化し、二値化された値が一方値から他方値に変化するピクセル間の距離に基づいて前記接合部におけるバリの存在領域を決定する領域決定工程と、
   前記グレースケール値におけるヒストグラムの分布全域の中央値の階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化し、二値化画像の総ピクセル数に対する一方値のピクセル数の割合に基づいて前記接合部におけるバリの存在レベルを決定するレベル決定工程と、を備えたことを特徴とする摩擦撹拌接合の評価方法。
2. 前記領域決定工程で決定したバリの存在領域と、前記レベル決定工程で決定したバリの存在レベルとに基づいて、前記接合部におけるバリの除去を行う除去工程と、
   前記除去工程を実施後の前記接合部に対し、前記画像取得工程、前記グレースケール変換工程、及び前記レベル決定工程を実施し、前記レベル決定工程で決定されたバリの存在レベルが所定レベル以下となっているか否かに基づいて、前記接合部の良否を判定する判定工程と、を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合の評価方法。
3. 摩擦撹拌接合によって形成された接合部を評価する摩擦撹拌接合の評価方法であって、
   前記接合部のカラー画像情報を取得する画像取得工程と、
   前記カラー画像情報のＲＧＢ値を算出し、当該ＲＧＢ値をグレースケール変換してグレースケール値を算出するグレースケール変換工程と、
   前記グレースケール値におけるヒストグラムのピーク位置の階調、若しくはピークが複数存在する場合のピーク間の階調の中央値を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化し、二値化された値が一方値から他方値に変化するピクセル間の距離に基づいて前記接合部におけるバリの存在領域を決定する領域決定工程と、を備えたことを特徴とする摩擦撹拌接合の評価方法。
4. 前記領域決定工程で決定したバリの存在領域に基づいて、前記接合部におけるバリの除去を行う除去工程と、
   前記除去工程を実施後の前記接合部に対し、前記画像取得工程、前記グレースケール変換工程、及び前記グレースケール値におけるヒストグラムの分布全域の中央値の階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化し、二値化画像の総ピクセル数に対する一方値のピクセル数の割合に基づいて前記接合部におけるバリの存在レベルを決定するレベル決定工程を実施し、前記レベル決定工程で決定されたバリの存在レベルが所定レベル以下となっているか否かに基づいて、前記接合部の良否を判定する判定工程と、を更に備えたことを特徴とする請求項３記載の摩擦撹拌接合の評価方法。
5. 摩擦撹拌接合によって形成された接合部を評価する摩擦撹拌接合の評価方法であって、
   前記接合部のカラー画像情報を取得する画像取得工程と、
   前記カラー画像情報のＲＧＢ値を算出し、当該ＲＧＢ値をグレースケール変換してグレースケール値を算出するグレースケール変換工程と、
   前記グレースケール値におけるヒストグラムの分布全域の中央値の階調を閾値としてグレースケール変換された画像情報を二値化し、二値化画像の総ピクセル数に対する一方値のピクセル数の割合に基づいて前記接合部におけるバリの存在レベルを決定するレベル決定工程と、を備えたことを特徴とする摩擦撹拌接合の評価方法。
6. 前記レベル決定工程で決定したバリの存在レベルに基づいて、前記接合部におけるバリの除去を行う除去工程と、
   前記除去工程を実施後の前記接合部に対し、前記画像取得工程、前記グレースケール変換工程、及び前記レベル決定工程を実施し、前記レベル決定工程で決定されたバリの存在レベルが所定レベル以下となっているか否かに基づいて、前記接合部の良否を判定する判定工程と、を更に備えたことを特徴とする請求項５記載の摩擦撹拌接合の評価方法。