JP6905907B2 - 線状部材の最小径測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、引張試験によって破断した断面略円形の線状部材の破断面を含む所定部位における最小径を精度良く測定する装置に関する。

線材や棒材などの断面略円形の線状部材には、その機械的特性を評価するために、引張試験が施される場合がある。引張試験で評価される機械的特性の一つとして、絞りが知られている。絞りは、引張試験によって発生した断面積の最大変化率である。破断後の最小断面積をＡ、原断面積をＡ０とすると、絞りφは、以下の式（１）で表される値となる。
φ＝（Ａ０−Ａ）／Ａ０×１００［％］ ・・・（１）

従来、上記の絞りは、作業者がノギスやマイクロメータを用いた手作業で測定するのが一般的である。具体的には、絞りφを計算するのに用いる破断後の最小断面積Ａを得るには、線状部材が破断して得られた一対の線状部材片の破断面同士を突き合わせて固定した状態で、直交する２方向からノギス等を用いて線状部材の軸方向における最小径（直径を測定する部位を軸方向に変化させた場合に最小となる直径）をそれぞれ測定する。そして、例えば、直交する２方向から測定した最小径の平均値を直径として算出される円の面積が、破断後の最小断面積Ａとして用いられる。

上記従来の絞り測定方法では、作業者が手作業で線状部材の最小径を測定するため、多大な労力と時間を要する。また、破断面が単純な平面とならない場合が多いこともあり、一対の線状部材片の破断面同士を精度良く突き合わせることができない（破断直前の線状部材の状態に戻すことができない）ことに起因した測定誤差が生じるおそれがある。さらに、ノギス等を用いて最小径を有する部位を特定する作業の精度は、作業者のスキルに依存するため、作業者によって測定値がばらつくおそれもある。

上記のような手作業の問題を解決するため、特許文献１や２に記載のように、自動で絞りを測定するための装置が提案されている。
特許文献１、２に記載の装置は、線状部材の破断面を含む所定部位を撮像し、取得された撮像画像に画像処理を施すことで、線状部材の軸方向における最小径を自動で測定する装置である。

特許文献１、２に記載の装置によれば、作業者が手作業で測定する場合と異なり、測定時間が長くなったり、測定値のばらつきが生じる問題は低減されると考えられる。
しかしながら、特許文献１、２に記載の装置は、実際の破断面と異なり、線状部材の破断面が単純な平面（撮像画像上では直線）である場合のみを前提としているため、破断面が平面でない場合に測定精度が悪化する問題がある。例えば、特許文献２に記載の装置では、撮像画像に画像処理を施すことで、線状部材が破断して得られた一対の線状部材片の輪郭に相当する領域をそれぞれ抽出し、一対の線状部材片の破断面に相当する領域同士を突き合わせた後に、突き合わさった破断面における線状部材の径を算出している（特許文献２の段落００４５、００４６、図１１）。この際、破断面に相当する領域が直線であることを前提にしている（特許文献２の段落００３３、図１１）。

特開昭６１−２２８３２９号公報 特許第３７２５７１４号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、引張試験によって破断した断面略円形の線状部材の破断面を含む所定部位における最小径を精度良く測定する装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った。
まず、特許文献２と同様に、線状部材片を挟んで照明手段と撮像手段とを対向配置することで得られる撮像画像に画像処理を施すことを考えた。そして、撮像画像において、線状部材片の径方向の両エッジを抽出し、一方の線状部材片の両エッジと、他方の線状部材片の両エッジとを突き合わせて結合させた後、両エッジの径方向の離間距離に基づき、線状部材の最小径を算出することを考えた。
この際、一律に各線状部材片の両エッジの破断面側の端に位置する端部画素同士を結合させると、実際の破断面が平面でない場合があることに起因して、結合後の両エッジの径方向の離間距離に基づき線状部材の最小径を算出したのでは十分な精度が得られない場合のあることがわかった。

そこで、本発明者らは更に鋭意検討を行った結果、結合させる候補となる画素として、破断面側の端に位置する端部画素のみならず、線状部材片の軸方向についての両エッジの微分値の絶対値が所定のしきい値を超える画素も含めることで、十分な精度が得られることを知見した。
本発明は、上記本発明者らの知見に基づき完成したものである。

すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、引張試験によって破断した断面略円形の線状部材の破断面を含む所定部位における最小径を測定する装置であって、前記線状部材が破断して得られた一方の線状部材片の破断面を含む部位を該一方の線状部材片の径方向から照明し、前記線状部材が破断して得られた他方の線状部材片の破断面を含む部位を該他方の線状部材片の径方向から照明する照明手段と、前記一方の線状部材片を挟んで前記照明手段と反対側に配置され、前記一方の線状部材片の破断面を含む部位を撮像することで第１撮像画像を取得すると共に、前記他方の線状部材片を挟んで前記照明手段と反対側に配置され、前記他方の線状部材片の破断面を含む部位を撮像することで第２撮像画像を取得する撮像手段と、前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像に画像処理を施すことで、前記線状部材の前記所定部位における最小径を算出する画像処理手段とを備え、前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像は、一の方向が前記線状部材の径方向に相当し、他の方向が前記線状部材の軸方向に相当する直交座標系の画像であり、前記画像処理手段は、以下の各手順を実行することを特徴とする線状部材の最小径測定装置を提供する。
（１）エッジ抽出手順：前記第１撮像画像に画像処理を施すことで、前記一方の線状部材片の径方向の両エッジに相当する画素群である第１エッジ及び第２エッジを抽出すると共に、前記第２撮像画像に画像処理を施すことで、前記他方の線状部材片の径方向の両エッジに相当する画素群であって、前記第１エッジに対応する第３エッジ、及び、前記第２エッジに対応する第４エッジを抽出する。
（２）結合候補画素抽出手順：前記第１エッジ及び前記第２エッジをそれぞれ構成する画素のうち、前記破断面側の端に位置する端部画素と、前記一方の線状部材片の軸方向についての前記第１エッジ及び前記第２エッジの微分値の絶対値が所定のしきい値を超える画素とを、前記第１エッジ及び前記第２エッジの結合候補画素として抽出すると共に、前記第３エッジ及び前記第４エッジをそれぞれ構成する画素のうち、前記破断面側の端に位置する端部画素と、前記他方の線状部材片の軸方向についての前記第３エッジ及び前記第４エッジの微分値の絶対値が所定のしきい値を超える画素とを、前記第３エッジ及び前記第４エッジの結合候補画素として抽出する。
（３）結合画素特定手順：前記第１エッジ、前記第２エッジ、前記第３エッジ及び前記第４エッジの結合候補画素のうち、前記第１エッジの結合候補画素及び前記第２エッジの結合候補画素を結ぶ第１線分と、前記第３エッジの結合候補画素及び前記第４エッジの結合候補画素を結ぶ第２線分とが成す角度、及び、前記第１線分と前記第２線分との長さの差の絶対値が、それぞれ所定のしきい値未満となる組み合わせの結合候補画素を、前記第１エッジ、前記第２エッジ、前記第３エッジ及び前記第４エッジの結合画素として特定する。
（４）結合画素対決定手順：前記第１エッジの結合画素と前記第３エッジの結合画素との対、又は、前記第２エッジの結合画素と前記第４エッジの結合画素との対を、結合画素対として決定する。
（５）エッジ結合手順：前記結合画素対が結合するように、前記第３エッジ及び前記第４エッジに対して、前記第１エッジ及び前記第２エッジを一体的に相対移動させる。
（６）最小径算出手順：前記相対移動後の前記第１エッジ又は前記第３エッジと、前記相対移動後の前記第２エッジ又は前記第４エッジとの前記線状部材の径方向についての離間距離に基づき、前記線状部材の前記所定部位における最小径を算出する。

本発明に係る線状部材の最小径測定装置によれば、画像処理手段がエッジ抽出手順を実行することで、一方の線状部材片の径方向の両エッジに相当する画素群である第１エッジ及び第２エッジが抽出され、他方の線状部材片の径方向の両エッジに相当する画素群である第３エッジ及び第４エッジが抽出される。ここで、第３エッジは第１エッジに対応し、第４エッジは第２エッジに対応する。すなわち、線状部材が破断する直前において、第１エッジ及び第３エッジは、線状部材の中心軸に対して径方向の同じ側に位置するエッジに相当する画素群であり、第２エッジ及び第４エッジは、線状部材の中心軸に対して径方向の同じ側（第１エッジ及び第３エッジと反対側）に位置するエッジに相当する画素群である。

次いで、画像処理手段が結合候補画素抽出手順を実行することで、第１〜第４エッジをそれぞれ構成する画素のうち、破断面側の端に位置する端部画素と、各線状部材片の軸方向についての第１〜第４エッジの微分値の絶対値が所定のしきい値を超える画素とが、結合候補画素として抽出される。このように、本発明では、結合候補画素として、破断面側の端に位置する端部画素のみならず、各線状部材片の軸方向についての第１〜第４エッジの微分値の絶対値が所定のしきい値を超える画素も含めることで、後述のエッジ結合手順において第１〜第４エッジを適切に結合させることができ、後述の最小径算出手順において最小径を十分な精度で測定可能になる。

次いで、画像処理手段が結合画素特定手順を実行することで、第１〜第４エッジの結合候補画素のうち、所定の条件を満足する組み合わせの結合候補画素が、第１〜第４エッジの結合画素として特定される。すなわち、第１エッジ及び第３エッジの結合画素は、第１エッジ及び第３エッジを突き合わせた場合（第３エッジに対して第１エッジを相対移動させた場合）に互いに結合させるべき画素として特定されることになる。同様に、第２エッジ及び第４エッジの結合画素は、第２エッジ及び第４エッジを突き合わせた場合（第４エッジに対して第２エッジを相対移動させた場合）に互いに結合させるべき画素として特定されることになる。

次いで、画像処理手段が結合画素対決定手順を実行することで、第１エッジの結合画素と第３エッジの結合画素との対、又は、第２エッジの結合画素と第４エッジの結合画素との対が、結合画素対として決定される。すなわち、いずれか一方の結合画素の対が、後述のエッジ結合手順で実際に結合させる画素対として決定されることになる。

次いで、画像処理手段がエッジ結合手順を実行することで、結合画素対（結合画素対決定手順で決定された何れか一方の結合画素の対）が結合するように、第３エッジ及び第４エッジに対して、第１エッジ及び第２エッジが一体的に相対移動する。

最後に、画像処理手段が最小径算出手段を実行することで、線状部材の最小径が算出される。
本発明によれば、前述のように、結合候補画素抽出手順において、結合候補画素として、破断面側の端に位置する端部画素のみならず、各線状部材片の軸方向についての第１〜第４エッジの微分値の絶対値が所定のしきい値を超える画素も含めることで、エッジ結合手順において第１〜第４エッジを適切に結合させることができ、最後の最小径算出手順において最小径を十分な精度で測定可能になる。

ここで、本発明者らが鋭意検討した結果によれば、エッジ結合手順において、結合画素対を結合させた場合に、結合画素対と反対側に位置するエッジ同士（結合画素対が第１エッジの結合画素と第３エッジの結合画素との対である場合、この反対側に位置する第２エッジ及び第４エッジを意味する。また、結合画素対が第２エッジの結合画素と第４エッジの結合画素との対である場合、この反対側に位置する第１エッジ及び第３エッジを意味する）が線状部材の軸方向にオーバラップしない場合が存在する。この場合には、結合候補画素抽出手順で抽出した第１〜第４エッジの結合候補画素のうちから、結合候補画素の対と反対側に位置するエッジ同士のオーバラップ量が最大となる結合候補画素の対を新たな結合画素対として決定し直した方が、最小径算出手段において最小径をより一層精度良く測定可能であることを知見した。

上記本発明者らの知見に基づき、好ましくは、前記画像処理手段は、前記結合画素対決定手順において前記第１エッジの結合画素と前記第３エッジの結合画素との対を結合画素対として決定したときに、前記エッジ結合手順において相対移動させた後の前記第２エッジ及び前記第４エッジが前記線状部材の軸方向にオーバラップしない場合、又は、前記結合画素対決定手順において前記第２エッジの結合画素と前記第４エッジの結合画素との対を結合画素対として決定したときに、前記エッジ結合手順において相対移動させた後の前記第１エッジ及び前記第３エッジが前記線状部材の軸方向にオーバラップしない場合、前記結合画素対決定手順で決定した結合画素対を更新する結合画素対更新手順を実行した後に、再び前記結合手順を実行する。
前記結合画素対更新手順においては、前記結合候補画素抽出手順で抽出した前記第１エッジの結合候補画素と前記第３エッジの結合候補画素とを結合させた場合の前記第２エッジ及び前記第４エッジの前記線状部材の軸方向についてのオーバラップ量と、前記結合候補画素抽出手順で抽出した前記第２エッジの結合候補画素と前記第４エッジの結合候補画素とを結合させた場合の前記第１エッジ及び前記第３エッジの前記線状部材の軸方向についてのオーバラップ量とを算出し、該算出したオーバラップ量が最大となる、前記第１エッジの結合候補画素と前記第３エッジの結合候補画素との対、又は、前記第２エッジの結合候補画素と前記第４エッジの結合候補画素との対を、結合画素対として更新する。

上記の好ましい構成によれば、最小径算出手段において最小径をより一層精度良く測定可能である。

好ましくは、前記一方の線状部材片及び前記他方の線状部材片を保持すると共に、前記一方の線状部材片及び前記他方の線状部材片をそれぞれ軸方向周りに回転させる保持手段を備え、前記撮像手段は、前記保持手段によって回転する前記一方の線状部材片及び前記他方の線状部材片について所定ピッチ毎に前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像を取得し、前記画像処理手段は、前記撮像手段によって取得された所定ピッチ毎の前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像にそれぞれ画像処理を施すことで、前記線状部材の軸方向周りの所定ピッチ毎の最小径を算出する。

上記の好ましい構成によれば、線状部材の軸方向周りの所定ピッチ毎の最小径、換言すれば、線状部材の周方向に沿って所定ピッチ毎の最小径を算出することができる。このため、例えば、所定ピッチ毎に線状部材の周方向一周分の最小径を算出し、算出した複数の最小径の中で最も小さい最小径を線状部材の最終的な最小径として用いると共に、最終的な最小径と直交する方向の最小径を用いることで、線状部材の絞りを精度良く評価可能である。

本発明によれば、引張試験によって破断した断面略円形の線状部材の破断面を含む所定部位における最小径を精度良く測定可能である。

本発明の一実施形態に係る最小径測定装置の概略構成を示す図である。 図１に示す画像処理手段が実行する手順を概略的に示すフロー図である。 図１に示す撮像手段によって取得される撮像画像例及びエッジの抽出例を示す図である。 図２に示す結合候補画素抽出手順の説明図である。 図２に示す結合画素特定手順の説明図である。 図２に示すエッジ結合手順の説明図である。 図２に示す最小径算出手順の説明図である。 結合画素対と反対側に位置するエッジ同士が線状部材の軸方向にオーバラップしない場合の例を示す説明図である。 図２に示す結合画素対更新手順の説明図である。 図１に示す最小径測定装置及び比較例の最小径測定装置を用いて、線状部材の最小径を実際に測定した結果の一例を示す図である。 図１に示す最小径測定装置を用いて、線状部材の最小径を実際に測定した結果の他の例を示す図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る線状部材の最小径測定装置（以下、適宜、単に「最小径測定装置」という）について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る最小径測定装置の概略構成を示す図である。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は正面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る最小径測定装置１００は、引張試験によって破断した断面略円形の線状部材（一対の線状部材片Ｔから構成される）の破断面ＴＳを含む所定部位における最小径を測定する装置であって、照明手段１と、撮像手段２と、画像処理手段３と、保持手段４とを備えている。

本実施形態の保持手段４は、水平方向（図１に示すＸ方向）に並設された保持手段４ａ及び保持手段４ｂから構成されている。保持手段４ａは、線状部材が破断して得られた一方の線状部材片Ｔ１を保持すると共に、一方の線状部材片Ｔ１を軸方向周りに回転させる。具体的には、例えば、一方の線状部材片Ｔ１の破断面ＴＳと反対側の端部が保持手段４ａが具備するチャック等によって取り付けられて保持され、そのチャック等が保持手段４ａが具備するモータによって回転可能とされている。保持手段４ｂも同様に、線状部材が破断して得られた他方の線状部材片Ｔ２を保持すると共に、他方の線状部材片Ｔ２を軸方向周りに回転させる。

本実施形態の照明手段１は、水平方向（図１に示すＸ方向）に並設された照明手段１ａ及び照明手段１ｂから構成されている。照明手段１ａは、一方の線状部材片Ｔ１の破断面ＴＳを含む部位を一方の線状部材片Ｔ１の径方向（図１のＺ方向）から照明する。同様に、照明手段１ｂは、他方の線状部材片Ｔ２の破断面ＴＳを含む部位を他方の線状部材片Ｔ２の径方向から照明する。照明手段１としては、例えば、青色ＬＥＤが好適に用いられる。

本実施形態の撮像手段２は、照明手段１の並設方向（図１に示すＸ方向）に移動可能とされている。そして、撮像手段２は、一方の線状部材片Ｔ１を挟んで照明手段１ａと反対側の位置（図１（ａ）の実線で示す位置）に移動した状態で、一方の線状部材片Ｔ１の破断面ＴＳを含む部位を撮像することで第１撮像画像を取得する。また、撮像手段２は、他方の線状部材片Ｔ２を挟んで照明手段１ｂと反対側の位置（図１（ａ）の破線で示す位置）に移動した状態で、他方の線状部材片Ｔ２の破断面ＴＳを含む部位を撮像することで第２撮像画像を取得する。撮像手段２としては、例えば、２次元のＣＣＤカメラが好適に用いられる。
本実施形態の撮像手段２は、保持手段４によって回転する一方の線状部材片Ｔ１及び他方の線状部材片Ｔ２について所定ピッチ（本実施形態では周方向に沿って５°ピッチ）毎に第１撮像画像及び第２撮像画像を取得する。より具体的には、０°から１７５°まで５°ピッチ毎に第１撮像画像及び第２撮像画像を取得する。

画像処理手段３は、第１撮像画像及び第２撮像画像に画像処理を施すことで、線状部材の所定部位における最小径を算出する。本実施形態では、撮像手段２によって取得された所定ピッチ（５°ピッチ）毎の第１撮像画像及び第２撮像画像にそれぞれ画像処理を施すことで、線状部材の軸方向周りの所定ピッチ毎の最小径を算出する。画像処理手段３は、例えば、最小径を算出するための所定の手順を実行するプログラムがインストールされたパーソナルコンピュータから構成される。

なお、線状部材片Ｔ１、Ｔ２は、互いの周方向の位相を揃えた状態で、それぞれ保持手段４ａ、４ｂに取り付けられる。すなわち、保持手段４ａ、４ｂによって回転する前の線状部材片Ｔ１、Ｔ２を撮像手段２で撮像した場合に、破断直後の線状部材片Ｔ１、Ｔ２を撮像する場合と同等の線状部材片Ｔ１、Ｔ２の周方向部位が撮像されるように取り付けられる。これは、例えば、破断直後に引張試験機（図示せず）に取り付けられた状態（線状部材片Ｔ１、Ｔ２の周方向の位相が揃った状態）から保持手段４ａ、４ｂまで線状部材片Ｔ１、Ｔ２を搬送する際に、各線状部材片Ｔ１、Ｔ２の周方向の位相が互いにずれないように搬送することで実現可能である。
また、本実施形態では、線状部材片Ｔ１、Ｔ２毎に照明手段１ａ、１ｂを設けているが、線状部材片Ｔ１、Ｔ２を一度に照明可能な大きさの照明手段を設けることも可能である。
さらに、本実施形態では、撮像手段２の位置を移動させることで、線状部材片Ｔ１、Ｔ２を撮像しているが、線状部材片Ｔ１、Ｔ２毎に異なる撮像手段を設けることも可能である。

以下、画像処理手段３が実行する手順について説明する。
図２は、画像処理手段３が実行する手順を概略的に示すフロー図である。
図２に示すように、撮像手段２によって取得された第１撮像画像及び第２撮像画像が画像処理手段３に入力される（図２のＳ１）。図３（ａ）は、撮像手段２によって取得された撮像画像（第１撮像画像又は第２撮像画像）の一例を示す図である。第１撮像画像及び第２撮像画像は、一の方向（図３（ａ）に示すＸ方向）が線状部材（線状部材片Ｔ）の径方向に相当し、他の方向（図３（ａ）に示すＹ方向）が線状部材（線状部材片Ｔ）の軸方向に相当する直交座標系の画像である。図３（ａ）に示すように、第１撮像画像及び第２撮像画像においては、線状部材によって照明手段１からの照明光が遮られるため、線状部材（線状部材片Ｔ）に相当する画素領域が暗く撮像され、その周囲は明るく撮像されることになる。

最初に、画像処理手段３は、エッジ抽出手順を実行する（図２のＳ２）。図３（ｂ）は、エッジ抽出手段によって抽出された第１〜第４エッジの例を示す図である。図３（ｂ）に示すように、エッジ抽出手順において、画像処理手段３は、第１撮像画像に画像処理を施すことで、一方の線状部材片Ｔ１の径方向（Ｘ方向）の両エッジに相当する画素群である第１エッジＥ１及び第２エッジＥ２を抽出する。同様に、画像処理手段３は、第２撮像画像に画像処理を施すことで、他方の線状部材片Ｔ２の径方向の両エッジに相当する画素群である第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４を抽出する。第３エッジＥ３は第１エッジＥ１に対応し、第４エッジＥ４は第２エッジＥ２に対応する。すなわち、線状部材が破断する直前において、第１エッジＥ１及び第３エッジＥ３は、線状部材の中心軸に対して径方向の同じ側に位置するエッジに相当する画素群であり、第２エッジＥ２及び第４エッジＥ４は、線状部材の中心軸に対して径方向の同じ側（第１エッジＥ１及び第３エッジＥ３と反対側）に位置するエッジに相当する画素群である。第１エッジＥ１〜第４エッジＥ４を抽出するには、例えば、ソーベルフィルタなど、公知の画像処理フィルタを用いればよい。

なお、本実施形態では、第１撮像画像及び第２撮像画像の双方が、線状部材片Ｔの破断面ＴＳが上側に位置する状態で取得される（図３（ａ）参照）ため、第１撮像画像に画像処理を施すことで抽出される第１エッジＥ１及び第２エッジＥ２は破断面ＴＳ側が上側になり、第２撮像画像に画像処理を施すことで抽出される第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４も破断面ＴＳ側が上側になる（図３（ｂ）参照）。このため、画像処理手段３は、上記のようにして抽出された第１エッジＥ１及び第２エッジの破断面ＴＳ側と、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４の破断面ＴＳ側とが対向するように、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４に対して、第１エッジＥ１及び第２エッジＥ２を一体的に１８０°相対回転させる（図４参照）。例えば、線状部材片Ｔが引張試験機に取り付けられた状態で第１撮像画像及び第２撮像画像が取得される場合など、第１撮像画像及び第２撮像画像の何れか一方が、線状部材片Ｔの破断面ＴＳが上側に位置する状態で取得され、何れか他方が、線状部材片Ｔの破断面ＴＳが下側に位置する状態で取得されるのであれば、上記の相対回転は不要である。

次に、画像処理手段３は、結合候補画素抽出手順を実行する（図２のＳ３）。図４は、結合候補画素抽出手順の説明図である。図４に示すように、結合候補画素抽出手順において、画像処理手段３は、第１エッジＥ１及び第２エッジＥ２をそれぞれ構成する画素のうち、破断面ＴＳ側の端に位置する端部画素Ｅ１１、Ｅ２１と、変化画素Ｅ１２、Ｅ１３、Ｅ２２とを、第１エッジＥ１及び第２エッジＥ２の結合候補画素として抽出する。変化画素は、一方の線状部材片Ｔ１の軸方向（図４に示すＹ方向）についての第１エッジＥ１及び第２エッジＥ２の微分値ΔＸ／ΔＹの絶対値が所定のしきい値Ｔｈを超える画素である。第１エッジＥ１の微分値ΔＸ／ΔＹは、第１エッジＥ１を構成する一の画素と、この一の画素からＹ方向にΔＹだけ離れた画素とのＸ方向の変位量ΔＸによって算出される値である。ΔＹは、例えば１画素に設定される。第２エッジＥ２の微分値ΔＸ／ΔＹについても同様である。
また、画像処理手段３は、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４をそれぞれ構成する画素のうち、破断面ＴＳ側の端に位置する端部画素Ｅ３１、Ｅ４１と、変化画素とを、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４の結合候補画素として抽出する。変化画素は、他方の線状部材片Ｔ２の軸方向についての第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４の微分値の絶対値が所定のしきい値を超える画素である。図４に示す例では、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４の微分値の絶対値が所定のしきい値を超える変化画素が存在しないため、破断面ＴＳ側の端に位置する端部画素Ｅ３１、Ｅ４１のみが結合候補画素として抽出されている。

次に、画像処理手段３は、結合画素特定手順を実行する（図２のＳ４）。図５は、結合画素特定手順の説明図である。図５に示すように、結合画素特定手順において、画像処理手段３は、第１エッジＥ１、第２エッジＥ２、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４の結合候補画素のうち、第１エッジＥ１の結合候補画素Ｅ１１〜Ｅ１３及び第２エッジＥ２の結合候補画素Ｅ２１、Ｅ２２を結ぶ第１線分Ｌ１（図５では、結合候補画素Ｅ１３及びＥ２２を結ぶ第１線分のみを図示）と、第３エッジＥ３の結合候補画素Ｅ３１及び第４エッジＥ４の結合候補画素Ｅ４１を結ぶ第２線分Ｌ２とが成す角度、及び、第１線分Ｌ１と第２線分Ｌ２との長さの差の絶対値が、それぞれ所定のしきい値未満となる組み合わせの結合候補画素を、第１エッジＥ１、第２エッジＥ２、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４の結合画素として特定する。
具体的には、図５に示す例では、第１線分Ｌ１として、第１エッジＥ１の３つの結合候補画素Ｅ１１〜Ｅ１３の何れかと、第２エッジＥ２の２つの結合候補画素Ｅ２１、Ｅ２２の何れかとを結ぶ６つの線分が考えられる。第２線分Ｌ２としては、第３エッジＥ３の１つの結合候補画素Ｅ３１と、第４エッジＥ４の１つの結合候補画素Ｅ４１とを結ぶ１つの線分のみが考えられる。そして、画像処理手段３は、６つの第１線分Ｌ１と１つの第２線分Ｌ２とが成す角度と、６つの第１線分Ｌ１と１つの第２線分Ｌ２との長さの差の絶対値とを順次算出し、角度及び長さの差の絶対値の何れもが所定のしきい値未満となる（更に、本実施形態では、先に算出した角度及び長さの差の絶対値よりも小さくなる）第１線分Ｌ１と第２線分Ｌ２との組み合わせを特定し、特定された第１線分Ｌ１及び第２線分Ｌ２を形成する結合候補画素を、第１エッジＥ１、第２エッジＥ２、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４の結合画素として特定する。
図５に示す例では、第１エッジＥ１の結合画素はＥ１３、第２エッジＥ２の結合画素はＥ２２、第３エッジＥ３の結合画素はＥ３１、第４エッジＥ４の結合画素はＥ４１に特定される。

次に、画像処理手段３は、結合画素対決定手順を実行する（図２のＳ５）。結合画素対決定手順において、画像処理手段３は、第１エッジＥ１の結合画素Ｅ１３と第３エッジＥ３の結合画素Ｅ３１との対、又は、第２エッジＥ２の結合画素Ｅ２２と第４エッジＥ４の結合画素Ｅ４１との対を、結合画素対として決定する。何れの結合画素の対を結合画素対として決定するのかは任意に選択可能である。以下では、第１エッジＥ１の結合画素Ｅ１３と第３エッジＥ３の結合画素Ｅ３１との対を結合画素対として決定した場合を例に挙げて説明する。

次に、画像処理手段３は、エッジ結合手順を実行する（図２のＳ６）。図６は、エッジ結合手順の説明図である。図６（ａ）は全体図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の部分拡大図である。図６に示すように、エッジ結合手順において、画像処理手段３は、結合画素対（第１エッジＥ１の結合画素Ｅ１３と第３エッジＥ３の結合画素Ｅ３１との対）が結合するように（両結合画素のＸＹ座標が同一となるように）、図５に示す状態から、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４に対して、第１エッジＥ１及び第２エッジＥ２を一体的に相対移動させる。

ここで、図６に示す例では、上記のエッジ結合手順において相対移動させた後の結合画素対と反対側に位置するエッジ同士（第２エッジＥ２及び第４エッジＥ４）が線状部材の軸方向（図６に示すＹ方向）にオーバラップしている（図２のＳ７で「Ｙｅｓ」に相当）。換言すれば、第２エッジＥ２の端部画素Ｅ２１の方が、第４エッジＥ４の端部画素Ｅ４１よりも、オーバラップ量ＯＬだけ軸方向（図６（ａ）に示すＹ方向）下方に位置する状態となっている。この場合、画像処理手段３は、後述の最小径算出手順を実行する。
なお、図６（ｂ）に示すように、画像処理手段３は、最小径算出手順を実行する前に、必要に応じて、結合画素対として選択しなかった方の結合画素の対である結合画素Ｅ２２と結合画素Ｅ４１との径方向（図６（ｂ）に示すＸ方向）のズレ量δＸを算出する。そして、このズレ量がδＸ／２となるように、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４に対して、第１エッジＥ１及び第２エッジＥ２を一体的に径方向（図６（ｂ）に示すＸ方向）にδＸ／２だけ相対移動させる。

最後に、画像処理手段３は、最小径算出手順を実行する（図２のＳ８）。図７は、最小径算出手順の説明図である。図７に示すように、最小径算出手順において、画像処理手段３は、相対移動後の第１エッジＥ１又は第３エッジＥ３と、相対移動後の第２エッジＥ２又は第４エッジＥ４との線状部材Ｔの径方向（図７に示すＸ方向）についての離間距離Ｄを算出し、この離間距離Ｄに基づき、線状部材の所定部位における最小径Ｄｍｉｎを算出する。
具体的には、離間距離Ｄを算出する際、第１エッジＥ１及び第３エッジＥ３がオーバラップする領域については、径方向外側に位置する方のエッジ（図７に示す例では第３エッジＥ３）が用いられ、第２エッジＥ２及び第４エッジＥ４がオーバラップする領域についても、径方向外側に位置する方のエッジ（図７に示す例では第４エッジＥ４）が用いられる。そして、画像処理手段３は、離間距離Ｄを算出する軸方向（図７に示すＹ方向）座標を変化させて、最小となる離間距離Ｄを最小径Ｄｍｉｎとして算出する。

以上の説明では、エッジ結合手順（図２のＳ６）において相対移動させた後の結合画素対と反対側に位置するエッジ同士が線状部材Ｔの軸方向にオーバラップしている（図２のＳ７で「Ｙｅｓ」に相当）場合を例に挙げたが、結合画素対と反対側に位置するエッジ同士が線状部材Ｔの軸方向にオーバラップしない場合も生じる。

図８は、結合画素対と反対側に位置するエッジ同士が線状部材の軸方向にオーバラップしない場合の例を示す説明図である。図８（ａ）は相対移動前の状態を示す図であり、図８（ｂ）はエッジ結合手順において相対移動させた後の状態を示す図である。図８に示す例でも、図５に示す例と同様に、画像処理手段３は、結合画素特定手順（図２のＳ４）において、第１エッジＥ１の結合画素をＥ１３、第２エッジＥ２の結合画素をＥ２２、第３エッジＥ３の結合画素をＥ３１、第４エッジＥ４の結合画素をＥ４１に特定し、結合画素対決定手順（図２のＳ５）において、第１エッジＥ１の結合画素Ｅ１３と第３エッジＥ３の結合画素Ｅ３１との対を結合画素対として決定し、エッジ結合手順（図２のＳ６）において、結合画素対が結合するように、図８（ａ）に示す状態から図８（ｂ）に示す状態へと、第３エッジＥ３及び第４エッジＥ４に対して、第１エッジＥ１及び第２エッジＥ２を一体的に相対移動させている。
図８（ｂ）に示す例では、相対移動させた後の結合画素対（第１エッジＥ１の結合画素Ｅ１３と第３エッジＥ３の結合画素Ｅ３１との対）と反対側に位置するエッジ同士（第２エッジＥ２及び第４エッジＥ４）が線状部材の軸方向（図８（ｂ）に示すＹ方向）にオーバラップしていない（図２のＳ７で「Ｎｏ」に相当）。換言すれば、第２エッジＥ２の端部画素Ｅ２１の方が、第４エッジＥ４の端部画素Ｅ４１よりも、軸方向（図８（ｂ）に示すＹ方向）上方に位置する状態となっている。この場合、画像処理手段３は、結合画素対更新手順を実行する（図２のＳ９）。

図９は、結合画素対更新手順の説明図である。結合画素対更新手順において、画像処理手段３は、結合候補画素抽出手順（図２のＳ３）で抽出した第１エッジＥ１の結合候補画素Ｅ１１、Ｅ１２、Ｅ１３と第３エッジＥ３の結合候補画素Ｅ３１とを結合させた場合の第２エッジＥ２及び第４エッジＥ４の線状部材の軸方向についてのオーバラップ量を算出する。すなわち、第１エッジＥ１の３つの結合候補画素Ｅ１１〜Ｅ１３の何れかと、第３エッジＥ３の１つの結合候補画素Ｅ３１とを順次結合させた場合に得られる第２エッジＥ２及び第４エッジＥ４のオーバラップ量を順次算出する（オーバラップしない場合にはオーバラップ量＝０とする）。
同様に、画像処理手段３は、結合候補画素抽出手順（図２のＳ３）で抽出した第２エッジＥ２の結合候補画素Ｅ２１、Ｅ２２と第４エッジＥ４の結合候補画素Ｅ４１とを結合させた場合の第１エッジＥ１及び第３エッジＥ３の線状部材の軸方向についてのオーバラップ量を算出する。すなわち、図９（ａ）に示すように、第２エッジＥ２の結合候補画素Ｅ２１と、第４エッジＥ４の結合候補画素Ｅ４１とを結合させた場合に得られる第１エッジＥ１及び第３エッジＥ３のオーバラップ量ＯＬ１と、図９（ｂ）に示すように、第２エッジＥ２の結合候補画素Ｅ２２と、第４エッジＥ４の結合候補画素Ｅ４１とを結合させた場合に得られる第１エッジＥ１及び第３エッジＥ３のオーバラップ量ＯＬ２とを算出する。
そして、画像処理手段３は、以上のようにして順次算出したオーバラップ量が最大となる第１エッジＥ１の結合候補画素と第３エッジＥ３の結合候補画素との対、又は、第２エッジＥ２の結合候補画素と第４エッジＥ４の結合候補画素との対を、結合画素対として更新する。図９に示す例では、図９（ｂ）に示すオーバラップ量ＯＬ２が最大のオーバラップ量となり、このオーバラップ量ＯＬ２が得られる第２エッジＥ２の結合候補画素Ｅ２２と第４エッジＥ４の結合候補画素Ｅ４１との対が結合画素対として更新されることになる。

画像処理手段３は、上記の結合画素対更新手順を実行した後、更新した結合画素対を用いて、前述と同様に、エッジ結合手順（図２のＳ６）を実行し、最小径算出手順（図２のＳ８）を実行する。

本実施形態の画像処理手段３は、以上に説明した手順を、撮像手段２によって取得された所定ピッチ（５°ピッチ）毎の第１撮像画像及び第２撮像画像にそれぞれ実行することで、線状部材の軸方向周りの所定ピッチ毎の最小径を算出する。

以下、本実施形態に係る最小径測定装置１００及び比較例の最小径測定装置を用いて、線状部材の最小径を実際に測定した結果例について説明する。
図１０（ａ）は、画像処理手段３が実行する結合候補画素抽出手順（図２のＳ３）において、第１エッジＥ１〜第４エッジＥ４の破断面側の端に位置する端部画素のみを結合候補画素として抽出するようにした点を除いて、本実施形態に係る最小径測定装置１００と同じ構成である比較例の最小径測定装置を用いて所定の線状部材の最小径を測定した結果を示す。図１０（ｂ）は、本実施形態に係る最小径測定装置１００を用いて図１０（ａ）と同じ線状部材の最小径を測定した結果を示す。図１０（ａ）及び（ｂ）に示す結果は、双方共に、最小径算出手順（図２のＳ８）を実行する前に、径方向（Ｘ方向）にδＸ／２（δＸ：結合画素対として選択しなかった方の結合画素の対のＸ方向のズレ量）の相対移動を施して得られた結果である。また、図１０（ａ）及び（ｂ）に示す結果は、双方共に、オーバラップが生じているために、結合画素対更新手順（図２のＳ９）を実行せずに得られた結果である。
図１０に示すように、熟練の作業者がノギスを用いて測定した最小径を真値とすると、比較例の最小径測定装置では誤差が−１．５９ｍｍと大きいのに対し、本実施形態に係る最小径測定装置１００では＋０．０２ｍｍと高精度に最小径を測定可能であることがわかった。

図１１は、本実施形態に係る最小径測定装置１００を用いて、図１０とは異なる線状部材の最小径を測定した結果を示す。図１１（ａ）に示す結果は、オーバラップが生じていないが、結合画素対更新手順（図２のＳ９）を実行せずに得られた結果である。図１１（ｂ）に示す結果は、オーバラップが生じていないために、結合画素対更新手順（図２のＳ９）を実行して得られた結果である。
図１１に示すように、熟練の作業者がノギスを用いて測定した最小径を真値とすると、図１１（ａ）及び（ｂ）に示す結果の何れも比較的精度良く最小径を測定可能であったが、特に、結合画素対更新手順を実行して得られた図１１（ｂ）に示す結果は＋０．０３ｍｍと高精度に最小径を測定可能であることがわかった。

１，１ａ，１ｂ・・・照明手段
２・・・撮像手段
３・・・画像処理手段
４，４ａ，４ｂ・・・保持手段
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２・・・線状部材片
１００・・・最小径測定装置

Claims (3)

1. 引張試験によって破断した断面略円形の線状部材の破断面を含む所定部位における最小径を測定する装置であって、
   前記線状部材が破断して得られた一方の線状部材片の破断面を含む部位を該一方の線状部材片の径方向から照明し、前記線状部材が破断して得られた他方の線状部材片の破断面を含む部位を該他方の線状部材片の径方向から照明する照明手段と、
   前記一方の線状部材片を挟んで前記照明手段と反対側に配置され、前記一方の線状部材片の破断面を含む部位を撮像することで第１撮像画像を取得すると共に、前記他方の線状部材片を挟んで前記照明手段と反対側に配置され、前記他方の線状部材片の破断面を含む部位を撮像することで第２撮像画像を取得する撮像手段と、
   前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像に画像処理を施すことで、前記線状部材の前記所定部位における最小径を算出する画像処理手段とを備え、
   前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像は、一の方向が前記線状部材の径方向に相当し、他の方向が前記線状部材の軸方向に相当する直交座標系の画像であり、
   前記画像処理手段は、
   前記第１撮像画像に画像処理を施すことで、前記一方の線状部材片の径方向の両エッジに相当する画素群である第１エッジ及び第２エッジを抽出すると共に、前記第２撮像画像に画像処理を施すことで、前記他方の線状部材片の径方向の両エッジに相当する画素群であって、前記第１エッジに対応する第３エッジ、及び、前記第２エッジに対応する第４エッジを抽出するエッジ抽出手順と、
   前記第１エッジ及び前記第２エッジをそれぞれ構成する画素のうち、前記破断面側の端に位置する端部画素と、前記一方の線状部材片の軸方向についての前記第１エッジ及び前記第２エッジの微分値の絶対値が所定のしきい値を超える画素とを、前記第１エッジ及び前記第２エッジの結合候補画素として抽出すると共に、前記第３エッジ及び前記第４エッジをそれぞれ構成する画素のうち、前記破断面側の端に位置する端部画素と、前記他方の線状部材片の軸方向についての前記第３エッジ及び前記第４エッジの微分値の絶対値が所定のしきい値を超える画素とを、前記第３エッジ及び前記第４エッジの結合候補画素として抽出する結合候補画素抽出手順と、
   前記第１エッジ、前記第２エッジ、前記第３エッジ及び前記第４エッジの結合候補画素のうち、前記第１エッジの結合候補画素及び前記第２エッジの結合候補画素を結ぶ第１線分と、前記第３エッジの結合候補画素及び前記第４エッジの結合候補画素を結ぶ第２線分とが成す角度、及び、前記第１線分と前記第２線分との長さの差の絶対値が、それぞれ所定のしきい値未満となる組み合わせの結合候補画素を、前記第１エッジ、前記第２エッジ、前記第３エッジ及び前記第４エッジの結合画素として特定する結合画素特定手順と、
   前記第１エッジの結合画素と前記第３エッジの結合画素との対、又は、前記第２エッジの結合画素と前記第４エッジの結合画素との対を、結合画素対として決定する結合画素対決定手順と、
   前記結合画素対が結合するように、前記第３エッジ及び前記第４エッジに対して、前記第１エッジ及び前記第２エッジを一体的に相対移動させるエッジ結合手順と、
   前記相対移動後の前記第１エッジ又は前記第３エッジと、前記相対移動後の前記第２エッジ又は前記第４エッジとの前記線状部材の径方向についての離間距離に基づき、前記線状部材の前記所定部位における最小径を算出する最小径算出手順と、
   を実行することを特徴とする線状部材の最小径測定装置。
2. 前記画像処理手段は、
   前記結合画素対決定手順において前記第１エッジの結合画素と前記第３エッジの結合画素との対を結合画素対として決定したときに、前記エッジ結合手順において相対移動させた後の前記第２エッジ及び前記第４エッジが前記線状部材の軸方向にオーバラップしない場合、又は、前記結合画素対決定手順において前記第２エッジの結合画素と前記第４エッジの結合画素との対を結合画素対として決定したときに、前記エッジ結合手順において相対移動させた後の前記第１エッジ及び前記第３エッジが前記線状部材の軸方向にオーバラップしない場合、前記結合画素対決定手順で決定した結合画素対を更新する結合画素対更新手順を実行した後に、再び前記結合手順を実行し、
   前記結合画素対更新手順においては、前記結合候補画素抽出手順で抽出した前記第１エッジの結合候補画素と前記第３エッジの結合候補画素とを結合させた場合の前記第２エッジ及び前記第４エッジの前記線状部材の軸方向についてのオーバラップ量と、前記結合候補画素抽出手順で抽出した前記第２エッジの結合候補画素と前記第４エッジの結合候補画素とを結合させた場合の前記第１エッジ及び前記第３エッジの前記線状部材の軸方向についてのオーバラップ量とを算出し、該算出したオーバラップ量が最大となる、前記第１エッジの結合候補画素と前記第３エッジの結合候補画素との対、又は、前記第２エッジの結合候補画素と前記第４エッジの結合候補画素との対を、結合画素対として更新する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の線状部材の最小径測定装置。
3. 前記一方の線状部材片及び前記他方の線状部材片を保持すると共に、前記一方の線状部材片及び前記他方の線状部材片をそれぞれ軸方向周りに回転させる保持手段を備え、
   前記撮像手段は、前記保持手段によって回転する前記一方の線状部材片及び前記他方の線状部材片について所定ピッチ毎に前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像を取得し、
   前記画像処理手段は、前記撮像手段によって取得された所定ピッチ毎の前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像にそれぞれ画像処理を施すことで、前記線状部材の軸方向周りの所定ピッチ毎の最小径を算出する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の線状部材の最小径測定装置。

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