JPH08101132A - ピストンの汚れ評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 評価精度を落とすことなく評価時間を短縮す
ること。 【構成】 ピストン外周面の展開画像を当該ピストンを
回転させながら光学系及びＣＣＤセンサを介して撮像す
ることで画像データを生成する第一の工程（ステップＳ
１）と、予め与えられたピストンのスカート部の高さ情
報に基づいて画像データを切り出す第二の工程（ステッ
プＳ２）と、当該切り出された画像データを圧縮する第
三の工程（ステップＳ３）と、当該圧縮された画像デー
タから汚れ部分を算出すると共に当該汚れ部分の面積比
率を算出する第四の工程（ステップＳ４，Ｓ５）とを備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピストンの汚れ評価方
法に係り、特に、ピストンの汚れの自動評価装置に用い
るピストンの汚れ評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ピストンの汚れ評価は、エンジン性能、
オイル品質等の評価を行うためのものである。しかし、
その評価は、ピストン各部に付着する汚れを目視で行っ
ているため、評価が感覚的なものとなり時間が掛かる
上、熟練を必要とする。また、評価の統一が困難である
等の問題がある。

【０００３】画像処理を用いようとしても、ピストンは
形状が複雑であるためその導入が困難であった。即ち、
ピストンは、スカート、ヘッドランド、グルーブ、アン
ダークラウンの各部にそれぞれ付着する汚れを画像処理
で検出するのは困難であった。また、ピストンはそのほ
とんどがアルミでできており、表面の状態によってはほ
とんど鏡面と同じになっている部分もあるため、照明方
法にも困難があった。さらに、汚れがはっきりしている
ものから、微妙なものまであり、その識別が困難であっ
た。

【０００４】このような課題をふまえ、画像処理により
ピストンの汚れ評価を行う手法が同一出願人により出願
されている（例えば、特開平６−２０１５９８号公
報）。

【０００５】ピストンスカート部の汚れ評価は、石油学
会で規定している色見本に基づいて行われている。その
方法は次の通りである。

【０００６】 対象とするピストンスカート部の全面積： Ｐａ 色見本の各階調の濃さに相当する面積： Ｐ1〜Ｐ10 色見本の各階調に対する係数： ｋ1〜ｋ10 とすると汚れの評価は次式で表される。

【０００７】

【数１】

【０００８】即ち、各汚れの全面積に対する面積比率に
係数を掛けたものを足し合わせたものとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−２０１５９
８号公報では、取り込んだデータをメモリ容量及び処理
速度の点で優位なエンジニアリングワークステーション
（以下、ＥＷＳという）で汚れ評価を行っていた。ま
た、従来の汚れ評価は、ワニス評価法を目的としたもの
で、ピストンスカートの評価を行っていたが、ランド、
グルーブの評価は行っていなかった。

【００１０】また、ピストン側面の展開画像の取り込み
はパーソナルコンピュータ（以下ＰＣという）で行って
いたが、ＰＣではピストン側面を撮像した大量の画像デ
ータを扱うのが困難であった。しかしながら、このピス
トンの汚れ評価を可搬性のある簡易なシステムで行いた
いとの要望があるため、ピストンの汚れ評価方法を実施
するためのピストン表面評価装置を新たに開発した（本
出願と同日出願のピストン表面評価装置）。これに伴
い、汚れ評価を簡易なシステムで実施するピストンの汚
れ評価方法が求められた。

【００１１】具体的には、ＥＷＳではなくＰＣを用いて
ピストンの磨耗状況評価を行いたい、という必要が生じ
た。

【００１２】また、データの取り込みには７０［ｍｍ］
のセンサを使用しているので、７０［ｍｍ］以下の高さ
のピストンでは、背景等の無駄な部分が生じ、そのデー
タを全て使用していたので、評価の処理工程に無駄が生
じていた。

【００１３】さらに、データとして取り込んでいたにも
かかわらず、スカート部とほぼ同様な評価方法であるラ
ンド部及びグルーブ部の評価を行っていなかった。

【００１４】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、評価精度を落とすことなく評価時間を短
縮することのできるピストンの汚れ評価方法を提供する
ことを、その目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、第
一の手段として、ピストン外周面の展開画像を当該ピス
トンを回転させながら光学系及びＣＣＤセンサを介して
撮像することで画像データを生成する第一の工程と、予
め与えられたピストンのスカート部の高さ情報に基づい
て画像データを切り出す第二の工程と、当該切り出され
た画像データを圧縮する第三の工程と、当該圧縮された
画像データから汚れ部分を算出すると共に当該汚れ部分
の面積比率を算出する第四の工程とを備えた、という構
成を取っている。

【００１６】また、第二の手段として、ピストン外周面
の展開画像を当該ピストンを回転させながら光学系及び
ＣＣＤセンサを介して撮像することで画像データを生成
する第一の工程と、予め与えられたピストンのスカート
部の高さ情報とランド及びグルーブの高さ情報とに基づ
いて画像データを切り出す第二の工程と、当該切り出さ
れた画像データ中のスカート部を圧縮すると共に当該ス
カート部の圧縮率よりも低い圧縮率でランド及びグルー
ブ部分を圧縮する第三の工程と、当該圧縮された画像デ
ータから汚れ部分をそれぞれ算出すると共に当該汚れ部
分の面積比率をそれぞれ算出する第四の工程とを備え
た、という構成を採っている。

【００１７】本発明では、これらの手段によって、前述
した課題を解決しようとするものである。

【００１８】

【作用】第一の手段では、図１に示すように、まず、第
一の工程で、ピストン外周面の展開画像を当該ピストン
を回転させながら光学系及びＣＣＤセンサを介して撮像
することで画像データを生成する（ステップＳ１）。次
いで、第二の工程は、予め与えられたピストンのスカー
ト部の高さ情報に基づいて画像データ中のスカート部分
を切り出す（ステップＳ２）。さらに、第三の工程は、
当該切り出された画像データを圧縮する（ステップＳ
３）。第四の工程では、まず、当該圧縮された画像デー
タから汚れ部分を算出する（ステップＳ４）次いで、当
該汚れ部分の面積比率を算出する（ステップＳ５）。

【００１９】また、第二の手段では、図２に示すよう
に、まず、第一の工程で、ピストン外周面の展開画像を
当該ピストンを回転させながら光学系及びＣＣＤセンサ
を介して撮像することで画像データを生成する（ステッ
プＳ１１）。次いで、第二の工程は、予め与えられたピ
ストンのスカート部の高さ情報とランド及びグルーブの
高さ情報とに基づいて画像データを切り出す（ステップ
Ｓ１２）。第三の工程は、まず、当該切り出された画像
データ中のスカート部を圧縮する（ステップＳ１３）。
さらに、当該スカート部の圧縮率よりも低い圧縮率でラ
ンド及びグルーブ部分を圧縮する（ステップＳ１３）。
第四の工程では、まず、当該圧縮された画像データから
汚れ部分を算出する（ステップＳ１４）次いで、当該汚
れ部分の面積比率を算出する（ステップＳ１５）。

【００２０】

【実施例】次に本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。まず、本実施例の概略について既に公開さ
れた同一出願人による手法と比較しながら説明する。特
開平６−２０１５９８号公報記載のピストン側面の撮像
処理では、Ａ／ＤコンバータがＰＣ側のボードにあるた
め、取り込んだデータはすぐに全てをＰＣで保存しなけ
ればならなかった。このためには、１ライン分のデータ
をＡ／Ｄボードを介してＡ／Ｄ変換し、ＰＣ側のメモリ
へ直接書き込み（Ａ／ＤボードのＤＭＡ機能）、その
後、プログラムでデータを読み出し、事前に求めていた
補正係数でデータを補正し、ファイルへ保存し、ピスト
ンを回転させる行程を一周分のデータに対して行わなけ
ればならなかった（図３のステップＡ１〜Ａ５）。その
後、データをＥＷＳに移行してＥＷＳ上で加工溝の位置
の検索等の処理を行わなければならなかった（図３のス
テップＡ６，Ａ７）。

【００２１】これに対し、本実施例では、図４に示すよ
うに、まず、ＣＣＤセンサ８でピストン固定治具１にセ
ットされたピストン２を撮像することで１ライン分のデ
ータを取り込む（ステップＢ１）。次いで、Ａ／Ｄコン
バータ３０ｂは、当該取り込んだ１ライン分のデータを
ＳＲＡＭ３０ｃに保存する（ステップＢ２）。データ処
理装置３１は、ＰＩＯ３１ａを介してモータドライバに
指令することで、ピストンを１［度］回転させる（ステ
ップＢ３）。このステップＢ１からＢ３の処理を繰り返
すことで（ステップＢ４）、ピストン側面の展開画像を
メモリ３０ｃに蓄積する。

【００２２】データ処理装置３１は、各ラインの位置と
データの補正を行い（ステップＢ５）、全画像データか
ら評価対象領域を抽出する（ステップＢ６）。さらに、
明度による濃い汚れ部分を確定し（ステップＢ７）、続
いて、色による薄い汚れ部分の確定を行う（ステップＢ
８）。さらに、確定された汚れ部分の分割とその面積比
率の算出を行い（ステップＢ９）、これに基づいて評点
を算出する（ステップＢ１０）。

【００２３】上述したように本実施例によると、データ
入力装置自体にＡ／Ｄとメモリを搭載することにより、
１ライン分のデータを毎回、補正し、ファイルに保存す
る必要がなくなった。これにより、データの取り込みの
高速化が可能となり、データ取り込み時間が従来の５分
の１以下になった。

【００２４】図３に示した汚れ評価では、ピストンのス
カート部を評価対象としたガソリンエンジンワニス評価
法に準拠した評価を行っていた。この評価は、画像デー
タがカラーであるためモノクロデータの３倍ある上、ピ
ストン一周分のデータであるのでデータ量が大量とな
り、データの取り込みを行っていたＰＣでは汚れ評価を
行うことができなかった。即ち、図３に示した例ではメ
モリが大きく処理速度の速いＥＷＳで汚れ評価を行う必
要があったため、一度ＰＣ上のファイルに記録してから
ＲＡＭを使用し、データを転送しなければならなかっ
た。

【００２５】これに対し本実施例では、データ入力装置
３０に大量のメモリを搭載し、ＰＣでのメモリコントロ
ールを可能にしているため、ＰＣ上で取り込んだ大量の
画像データを扱うことができ、ＰＣとデータ入力装置の
みで評価が可能となった。

【００２６】図３に示した処理では、ピストン側面を５
０００素子あるラインセンサ上に投影したうえ、データ
の保存及び汚れ評価を考慮してその内の２５００素子分
（４素子おき）をデータとして取り込み、３６０［度］
分のデータをもとに評価を行っていた。図５に示すよう
に、この時のデータ数は次の通りである。

【００２７】１２５０×３（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×３６０
［度］＝１，３５０，０００

【００２８】この大量のデータを評価するため、処理
は、メモリ容量及びＣＰＵパワーを考慮してＥＷＳを使
用して行っていた。最終評価結果はこれほど詳細に表示
する必要がないことから、図６に示すように１２５０素
子をさらに１／５にして、次の通りのデータとしてい
た。

【００２９】２５０×３（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×３６０［度］
＝２７０，０００

【００３０】ここで、図５乃至図８中の符号の内容を以
下に示す。ここでは、汚れを３段階で表示しているが、
実際には汚れのない部分を加えて１０段階に分けて行っ
ている。

【００３１】Ａ： ピストンの高さにより生じる不要部
分 Ｂ： 濃い汚れの部分 Ｃ： 中間の汚れの部分 Ｄ： 薄い汚れの部分 Ｅ： 汚れのない部分 Ｆ： スカートの切り欠き部分 Ｇ： ピン穴の部分

【００３２】後述するデータ入力装置では、図３に示し
た取り込みデータ（１，３５０，０００データ； 取り
込み時は１２ｂｉｔなので２，７００，０００ｗｏｒ
ｄ）を保存できるメモリを持っている。そのため、評価
もＰＣで行うことが可能となった。しかし、メモリはあ
るが処理速度の面でＥＷＳ劣るＰＣで図３に示したのと
同様の処理を行うのは、処理時間の面で不利となる。

【００３３】そこで、評価自体を従来の評価結果時に使
用していた２５０（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×３６０［度］＝２７
０，０００データで行うこととした。但し、評価の際に
はオリジナルデータがメモリ上に保存されているため、
不明部分はオリジナルデータを使用することもできる。
この時、従来のように単純のオリジナル画像を１／５に
するのでは、ピストンの高さにもよるが、図５の符号Ａ
が示す部分のようなピストンの背景部分も評価画像に取
り込まれてしまう。評価データを減少させるために、こ
のような不要部分は可能な限り評価対象部分から取り除
く必要がある。このため、評価対象であるピストン側面
で２５０ｄｏｔを占めるようにデータを圧縮する必要が
ある。

【００３４】評価を行うピストンは、種類にもよるが、
ＣＣＤセンサの長さである７０［ｍｍ］以下のものが多
い、従って、図５中の符号Ａが示す部分のように不要な
背景部分が必ず生じてしまう。これを、従来のように単
純に圧縮したのでは、図６に示すように評価に無駄な部
分が生じ、評価時間や処理工程の面で不利となる。評価
を行おうとするピストンのスカート部の長さは評価を行
う前に判明していることから、データの取り込みは従来
と同様であるが、図７及び図８に示すように、圧縮する
際にピストンスカート部のみが評価対象である２５０
［ｄｏｔ］となるように圧縮することで、圧縮してデー
タ量が減少しても画像データを有効に活用でき、従来の
評価精度と同等の評価結果をＰＣで得ることができる。

【００３５】例えば、ピストンの高さが５０［ｍｍ］
で、スカート部の高さが４０［ｍｍ］で合った場合以下
の様になる。

【００３６】取り込みデータ（オリジナルデータ）： １２５０［ｄｏｔ］ （５６μｍ／ｄｏｔ） ピストンの占めるドット数： １２５０×５０／７０＝８９２．８ 約８９３［ｄｏ
ｔ］ スカート部の占めるドット数： １２５０×４０／７０＝７１４．３ 約７１４［ｄｏ
ｔ］

【００３７】●従来方法で圧縮した場合 圧縮データに占めるスカート部のドット数： ２５０×４０／７０＝１４２．８ 約１４３［ｄｏｔ］ この時の分解能： ５６×５＝２８０［μｍ／ｄｏｔ］ ●本実施例による手法で圧縮した場合 圧縮データに占めるスカート部のドット数： ２５０×４００／４２０＝２３８．１ 約２３８［ｄｏ
ｔ］ この時の分解能： ５６×３＝１６８［μｍ／ｄｏｔ］

【００３８】上述したように第一実施例によると、ピス
トン側面の展開画像を適正なデータ数に圧縮することが
でき、この圧縮が、評価対象部分のみを切り出すように
行われるため、汚れ評価の精度を落とすことなくＣＰＵ
やメモリ等への負担を軽減することができる。そのた
め、ＥＷＳなどのＣＰＵパワーのあるコンピュータでな
くとも、比較的簡易なＰＣ上でピストンの汚れ評価を行
うことができる。

【００３９】次に、ランド、グルーブを評価対象に加え
た場合の請求項２に対応する第二実施例について説明す
る。従来のピストンスカート部の汚れ評価は、石油学会
規定のガソリンエンジンワニス評価法に準拠したもの
で、スカート部のみを評価対象としていた。これと類似
した評価方法に、２サイクルエンジン清浄性試験があ
る。これは、ピストンスカート部に加え、ランド部（リ
ング溝とリング溝の間：図９中の符号Ｃ及びＤで示され
る部分）、グルーブ部（リング溝： 図９中符号Ｄ，及
びＦで示される部分）の汚れ評価も行うものである。評
価方法は、ワニス評価法とほぼ同じように汚れの濃さに
応じた部分の面積比率から評点を求めるものであるが、
この場合、最も濃い汚れで厚みのある部分を「０」点と
している。また、グルーブ部は、リング溝であるので凹
上であり、明るさに差があるので、画像処理で評点を求
める場合、評価に用いる汚れの重み係数を変更する必要
がある。

【００４０】この評価のためには、前述の請求項１に対
応する第一実施例では汚れ評価が行えない。また、第一
実施例の一部を変更して、ピストン全体が２５０［ｄｏ
ｔ］に入るように画像を圧縮しても、ランド部、特にグ
ルーブ部のドット数がスカート部に比べて著しく少ない
ので、評価に大きな影響を与え、正確な評価が行えな
い。

【００４１】そこで、評価を行う２５０［ｄｏｔ］をス
カート評価部（図９（ｂ）の符号Ｂが示す矢印の範囲）
とランド・グルーブ評価部（図９（ｂ）の符号Ａが示す
矢印の範囲）の二つに分割する。それぞれのドット数
は、スカート部１５０［ｄｏｔ］、ランド・グルーブ部
を１００［ｄｏｔ］とする。データの圧縮は第一実施例
と同様に行う。即ち、ピストン各部の寸法は事前に解た
め、図９（ｂ）に示すようにスカート部が１５０［ｄｏ
ｔ］グルーブ部が１００［ｄｏｔ］に入るようにデータ
の圧縮を別々に行う。このようなデータ圧縮方法によ
り、従来のスカート部に加え、ランド・グルーブ部の評
価をパソコン程度で行うことができる。

【００４２】次に、上述したピストンの汚れ評価方法を
実施するピストン表面評価システムの実施例について詳
細に説明する。

【００４３】図１０はピストン表面評価システムの構成
を示すブロック図である。このうち、データ入力装置３
０は同日出願のピストン撮像装置に動作制御部分を付加
したものである。ピストン表面評価システムは、ピスト
ン側面の展開画像を生成するデータ入力装置３０と、こ
のデータ入力装置３０からの展開画像に基づいてピスト
ン表面の評価を行うデータ処理装置３１と、当該データ
処理装置が行った表面評価の結果を外部出力する結果出
力装置３２とを備えている。

【００４４】しかも、データ入力装置３０は、ＣＣＤか
らのデータを処理するデータ入力部３０Ａと、回転ステ
ージを駆動制御するステージコントロール部３０Ｂとを
備えている。

【００４５】さらに、データ入力部３０Ａは、ＣＣＤセ
ンサ８の動作を制御して光電変換した信号をＡ／Ｄコン
バータ３０ｂに出力するＣＣＤドライバ３０ａと、ＣＣ
Ｄドライバ３０ａからのアナログ信号をデジタル信号に
変換するＡ／Ｄコンバータ３０ｂと、ピストン側面の展
開画像の画像データの大きさに対応した容量を持つメモ
リ３０ｃとを備えている。

【００４６】ピストンの汚れ評価方法を実施する装置と
しては、本実施例では、パーソナルコンピュータに各種
のボードを加えたデータ処理装置３１で実現している。
データ処理装置３１は、市販のＰＣにフルカラーデータ
の処理用の画像ボードとデータ取り込み装置とのインタ
フェースのためのＰＩＯボード３１ｂを加えたものであ
る。従って、処理時間はＰＣの処理能力によって異な
る。

【００４７】データ処理装置３１で行ったピストン側面
の評価については、評価結果を表示出力する手段が必要
となる。この結果出力装置３２は、評価結果のデータの
保存及び評価結果の表示出力を行う。評価結果を保存し
ておくためのディスク３２Ａには、色々なものが考えら
れるが、画像データが大きいことから、通常のフロッピ
ーディスク１枚には数データしか保存できない。これに
対し、ハードディスク、高密度フロッピーディスク、光
磁気ディスク等を用いることにより、データの捕存効率
を上げることができる。また、結果の出力に対しても、
数値のみを出力するのであれば、通常のプリンタで充分
であるが、画像データを出力するには、フルカラー対応
のプリンタ３３Ｃが必要になる。従って、用途に応じて
決定するものとして処理ソフトをそれらと対応可能なも
のとする。

【００４８】図１１は本実施例によるピストン撮像装置
の構成を示す正面図である。ピストン撮像装置は、ピス
トンの大きさを吸収するためのピストン固定治具１と、
このピストン固定治具１が固着される回転ステージベー
ス３と、この回転ステージベース３を回転駆動する回転
ステージ用モータ５と、レンズ７及びＣＣＤセンサ８を
有するカメラ６と、このカメラ６からピストン固定治具
１に固定されたピストン２までの距離を調整する位置調
整シャフト１１とを備えている。

【００４９】しかも、カメラ６をピストン固定治具１側
に付勢するカメラ用引っ張りバネ９と、位置調整シャフ
ト１１のピストン固定治具１側に位置し当該ピストン固
定治具１に当接する滑合部材１０とを備えている。ここ
では、この滑合部材１０はピストン固定治具１のピスト
ン支持部１Ｂ側面に当接する回転用ベアリングである。
また、カメラ６には、ピストン１の反対方向にリンク機
構部１７を介してカメラ位置を後方にロックするカメラ
ロック機構が設けられている。

【００５０】図１２は図１１に示したピストン撮像装置
の構成を示す平面図である。カメラ６は、装置ベース１
３上のスライドレール１２に位置しており、カメラ用引
っ張りバネ９によってピストン２側に引かれる（図６の
符号Ａ）と、このスライドレール１２上を移動する。そ
のため、カメラの移動は直線運動となる。また、カメラ
６は、ピストン固定治具１にかかわらず、カメラ最前位
置１２Ａで停止するようになっている。

【００５１】図１３は本実施例によるピストン固定治具
の構成を示している。図１３（ａ）はピストン固定治具
の正面図で、図１３（ｂ）はその断面図である。ピスト
ン固定治具１は、固定するピストン２と同径で円筒状の
ピストン支持部１Ｂと、ピストン支持部１Ｂの一端に位
置しピストンの装着を受け付けるピストンセット部１Ａ
とを備えている。ピストン支持部１Ｂは、その直径が撮
像しようとするピストンの直径と同一となるように構成
されている。

【００５２】図１４はピストン２がピストンセット部１
Ａに設置された状態を示す断面図である。図中仮想線は
ピストン２を示しており、ピストン２が、ピストンセッ
ト部１Ａに設置されると、ピストン２の側面はピストン
固定治具１の側面と同一面となる。ここでは、ピストン
セット部１Ａは、乗せられたピストン２を固定するよう
に構成されている。ピストンの種類によってピストンセ
ット部１Ａの高さを変更することで、良好にピストンを
固定している。

【００５３】図１５はピストン固定治具１の回転ステー
ジベースへの固着を示す断面図である。ピストン固定治
具１の内部は有底穴１Ｃとなっていて、この有底穴１Ｃ
によってステージベース３のピストン固定治具セット部
３Ａに装着されるようになっている。さらに、ピストン
固定治具１の側面に設けられた受け穴１Ｄと回転ステー
ジベース３に装着されるボールプランジャ４の先端部と
の結合によって、ピストン固定治具１と回転ステージベ
ース３とが固着される。また、ボールプランジャ４及び
ボールプランジャの受け穴３Ｄはネジが切られており、
これによって回転ステージベース３とボールプランジャ
４とが固着される。

【００５４】図１６はピストン固定治具１が回転ステー
ジベース３に装着された状態を示す図で、図１６（ａ）
は平面図で、図１６（ｂ）は右側面図である。ピストン
固定治具１には、治具確認シャッタ１Ｅが設けられてい
る。治具確認シャッタ１Ｅを設けることで、回転ステー
ジベース３の原点位置との回転角の差で治具の種類を判
別することができる。ピストン固定治具はピストンの形
状に合わせた構成となっているため、ピストン固定治具
の種類を判別することで、セットしたピストンの種類を
判別することができる。一方、回転ステージベース３に
も原点確認シャッタ３Ｅが設けられていて、これらのシ
ャッタ１Ｅ，３Ｅは図示しない光センサによってその位
置を検出するようにしている。

【００５５】これを詳細に説明する。カメラ６位置は、
ピストン１の表面とレンズ７及びＣＣＤセンサ８との距
離がピストン１の直径が変わっても常に一定でなければ
ならない。また、ＣＣＤセンサ８の素子面の長さは、本
実施例では７０［ｍｍ］あるので、ガソリンエンジンの
ピストンはほぼ測定可能である。そのため、倍率を１倍
に固定して、且つピストンの位置とカメラの位置を一定
に保つことで、鮮明な画像を得ることができる。

【００５６】カメラ６は、常にカメラ用引っ張りバネ９
によりピストン側（図１２の符号Ａ側）に引っ張られて
おり、測定中にピストン２が回転しても、ピストン固定
治具１と回転用ベアリング１０とが接してピストン１と
カメラ６の距離は一定になる。従って、ピストン２の直
径が変わっても、ピストン固定治具１を新たなピストン
の直径に応じて交換することでピストン２とカメラ６と
の間の距離を一定に保つことができ、良好な画像の取り
込みが可能となる。また、カメラ６は、装置ベース１３
に取り付けられたスライドレール１２上に固定されてお
り、このレール上をスムーズに移動することができるよ
うになっている。

【００５７】上述したように本実施例によるピストン側
面の撮像では、ピストン径の差を吸収することが可能と
なり、従来のカメラステージ、モータ、モータドライバ
等が不要になり、低コスト化と装置の簡略化が可能とな
り、制御の負担も軽減されることとなった。さらに、本
実施例では、専用のカメラを設計したため、レンズの選
択範囲が広がり焦点距離が短く小型でかつセンサの長さ
の画角を投影可能なレンズを使用することができ、シス
テムの小型化と低コストかが可能となった。

【００５８】しかも、回転ステージベース３を新たに設
計したため、ピストン固定治具１をワンタッチで交換で
きる構成とすることができた。これは、図１５に示すよ
うに、回転ステージ３ベース側に凸部を設け、ボールプ
ランジャ４をセットすることと、ピストン固定治具１に
この凸部に応じた有底穴１Ｃと、ボールプランジャ４の
受け穴１Ｄとを設けることにより、ピストン固定治具１
の上下方向の位置と回転方向の位置の両方を同時に固定
することができる。

【００５９】このように、回転ステージベース３をモー
タシャフト５Ａに直接固定し、これにボールプランジャ
４をセットし、この回転ステージベース３にピストン固
定治具１をはめ込み、ボールプランジャ４によりピスト
ン固定治具１の回転方向，上下方向の位置を確定するた
め、脱着が容易でピストン２を固定した際の軸の倒れや
中心位置のオフセットを最小にすることができる。

【００６０】次に、上述した実施例におけるカメラのロ
ック機構について説明する。本実施例では、カメラ用引
っ張りバネ９によりカメラ６は常に位置調整シャフト１
１を介してピストン固定治具１に押しつけられている。
そのため、新たなピストン２を撮像するためにピストン
固定治具１を交換する場合は、また、ピストン撮像装置
を移動する場合には、カメラを後方（図１２中の符号Ｂ
方向）に下げておく必要がある。これを実現しているの
がカメラのロック機構である。

【００６１】カメラのロック機構は、図１１及び図１２
に示すように、一端が回転自在にカメラ６に固着された
平板であるリンク機構部１７と、回転運動によりカメラ
を後方に下げるハンドル１６と、このハンドル１６に付
随して回転する回転プレート１８と、この回転プレート
１８に追随してリンク機構部１７を後方へ移動させる平
板１７Ｂとを備えている。

【００６２】しかも、回転プレート１８には、ボールプ
ランジャ１９の受け穴１８Ａ，１８Ｂがそれぞれ設けら
れている。このボールプランジャ１９の受け穴１８Ａ，
１８Ｂは、カメラのロック位置及びピストン撮像中のカ
メラ位置に対応して設けられている。

【００６３】ピストン測定時（ピストン側面の展開画像
の撮像時）には、回転プレート１８はボールプランジャ
１９によって受け穴１８Ａの位置で固定されている。こ
のとき、カメラ６は、ピストンの直径に応じたピストン
固定治具１の直径によりその位置は前後している。しか
し、リンク機構部１７の遊び部分１７Ａによりロック機
構からはフリーな状態となりカメラ用引っ張りバネ９及
び位置調整シャフト１１によりカメラ位置が決定され
る。

【００６４】しかし、ピストン固定治具１を交換する際
には、カメラを図１２の符号Ｂの方向へ下げておかねば
ならない。そこで、ハンドル１６により回転プレート１
８を図１２中の符号Ｆの方向へ回転させ、受け穴１８Ｂ
でボールプランジャ１９と合わせることで回転プレート
１８をロックする。すると、カメラはリンク機構１７を
介して図１２中の符号Ｂの方向へ移動し、位置調整シャ
フト１１とピストン固定治具１との間隔が広がり、ピス
トン固定治具１の交換が可能となる。

【００６５】図１７は回転プレート１８とリンク機構部
１７の関係を示す平面図である。図中、実線はボールプ
ランジャ１９が受け穴１８Ａで固定されている状態を示
し、二点鎖線は受け穴１８Ｂで固定されているカメラの
ロック状態を示している。

【００６６】ピストン固定治具１の交換中は、このロッ
ク機構の働きによりカメラは後方へ下がったままになっ
ている。ピストン固定治具１の交換が終了したら、ハン
ドルを図１２中の符号Ｅの方向へ回転させ、再び受け穴
１８Ａでロックする。すると、カメラ６は、この回転に
応じて図１２中の符号Ａ方向へカメラ用引っ張りバネ９
の作用で移動し、位置調整シャフト１１がピストン固定
治具１に当たるか、またはカメラ最前位置１２Ａまで移
動する。

【００６７】次に、このピストン撮像装置の制御を図面
を参照して説明する。

【００６８】回転ステージベース３上にセットされたピ
ストン１への照明によって生じるピストン側面からの反
射光は、カラーＣＣＤセンサ８で光電変換される。この
ＣＣＤセンサ８からの出力信号は、ＣＣＤドライバ３０
ａにより増幅され、Ａ／Ｄ変換された上、メモリ３０ｃ
に取り込まれる。メモリ３０ｃは、一周分のデータを保
持できるように、４ＭｂｙｔｅのＳＲＡＭとする。メモ
リ３０ｃに格納されたピストン側面の展開画像はピスト
ン表面評価（ピストンの汚れ評価）を行うデータ処理装
置３１からアクセスされる。

【００６９】ステージコントロール部３０Ｂは、回転ス
テージ用モータ５の動作を駆動制御するモータドライバ
５ｂを備えている。モータドライバ５ｂは、データ取り
込みに際して、データ処理装置３１からの回転要求に基
づいてピストン直径に合った回転角だけステージを回転
させる。回転角は、データ処理装置３１により計算さ
れ、モータドライバ５ｂへの回転角分のパルスが送ら
れ、ステージモータ５を駆動する。

【００７０】図１８はデータ入力装置３０の電気系の構
成を示すブロック図である。

【００７１】図中の各信号線の仕様は以下の通りであ
る。 ＭＯＤＥ： 汚れ評価時には、データ取り込みをＲ→Ｇ
→Ｂ→Ｒ→…の順にＣＣＤセンサ８からの信号を読み取
り、１ライン分のデータをＡ／Ｄコンバータ３０ｂへ送
る。また、当たり評価時には、Ｒの信号をＲとＧに分
け、Ｒ→Ｇ→Ｒ→…の順にＣＣＤセンサ８からの信号を
読み取り、１ラインのＯＤＤとＥＶＥＮのデータをＡ／
Ｄコンバータ３０ｂに送る。これらの為の切替信号であ
る。本実施例では、当たり評価であることを示す「Ｈ」
信号が流れている。（Ｌ：汚れ，Ｈ：当たり）

【００７２】＃ＢＵＳ．ＣＬＴ： メモリボード上のＲ
ＡＭの書き込み、読み込みのアクセス権を変更する信
号。データの取り込み時は、書き込み可で行い、データ
の書き込みはデータ取り込み装置側が制御を行う。デー
タ処理時には、ＲＡＭはデータ取り込み装置とは切り離
され、ＰＣ側が制御を行い、データの読み込み、書き込
み可の状態で、データへのアクセスを行う。（Ｌ：デー
タ取り込み装置がＲＡＭを制御，Ｈ：ＰＣがＲＡＭを制
御）

【００７３】ＤＡＴＡ： データバスで、１６ｂｉｔの
データを扱う。 ＡＤＲ： アドレスバスで、４Ｍｂｙｔｅのデータアド
レスを扱うために、２４ｂｉｔを使用する。 ＳＴＡＴ： Ａ／Ｄ変換の実行中、Ｈを出力する。 ＲＥＱ： 測定中、Ｈを出力する。 ＬＡＴＣＨ： ＣＣＤセンサの蓄積時間を変更する場合
に使用する。（Ｌ： 初期値） ＤＩＲ： ＰＣ側からＲＡＭへのデータのアクセス方法
を決定する（Ｈ：読み込み，Ｌ：書き込み）。 Ｒ／Ｗ： ＰＣ側からＲＡＭへのデータの書き込みのタ
イミングを示す。（Ｌ： 書き込み開始で、この間にＤ
ＡＴＡを書き込む）

【００７４】ステージモータドライバ： 回転ステージ
を制御する信号である。 ＰＬＵＳ： ステッピングモータの回転パルスを出力す
る。 ＤＥＦ： 回転方向を指定する。 Ｈ．ＯＦＦ： モータ停止時の電流をカットする。 ＴＩＭ： モータのタイミング出力信号。 Ｏ．Ｈ： モータのオーバーヒート出力信号。 ドアセンサ： データ取り込み装置のピストンセット用
のドアの開閉状態をモニタするためのセンサ信号。 ステージセンサ１： 回転ステージの原点位置を検知す
るためのセンサ信号で、原点位置確認シャッタの位置に
基づく。 ステージセンサ２： ピストン固定治具の判別をするた
めのセンサ信号で、治具確認シャッタの位置に基づく。 ロックセンサ： カメラの距離調整部がロックされてい
るか否かのセンサ信号。

【００７５】図１９は各信号の測定時のフローチャート
であり、図２０は、そのタイミングチャートである。次
に、データ処理装置３１が、データ入力部３０Ａのメモ
リ３０ｃへアクセスするタイミングについて説明する。
データ入力部３０Ａのメモリ３０ｃは、Ａ／Ｄコンバー
タ３０ｂ側からもデータ処理部３１ａのＣＰＵ側からも
アクセス可能な仕様になっている。そのため、メモリ３
０ｃのコントロールをＡ／Ｄコンバータ３０ｂ側が行う
か、ＣＰＵ側が行うか、読み込みか書き込みかを制御す
る必要がある。この時の各制御信号のタイミングチャー
トを図２１及び図２２に示す。図２１はＣＰＵ側のデー
タの読み込み時を示し、図２２はＣＰＵ側のデータの書
き込み時を示している。

【００７６】次に、データ入力装置３０の前述したメカ
系の仕様を詳細に開示する。図２３はメカ系の構成を示
すブロック図である。光学系２０は、レンズ７，ＣＣＤ
センサ８，センサステー，カメラボディ６，カバーとか
ら構成される。仕様は以下の通りである。なお、市販の
ものについては型式や製造者をも開示しているため、型
式等各社の商標であっても記載している。

【００７７】ＣＣＤセンサ 型 名 ＴＣＤ１４０Ｃ（東芝） Color 有効画素数 ５０００画素×３ライン 画素サイズ １４μｍ×１４μｍ（１４μｍピッ
チ） 感光部 高感度 低暗時出力 ｐｎフォトダイ
オード ライン間距離 １６８μｍ（１２ライン）Ｒ画素−Ｇ
画素−Ｂ画素間 パッケージ ２４ピンＤＩＰ（セラミックス） 色フィルタ 赤色，緑色，青色の原色系色フィルタ

【００７８】レンズ系 型 名 ７５［ｍｍ］Ｆ４Ｎ（ニコン） 焦点距離 ７４．９ｍｍ 最小絞り値 ｆ２２ レンズ構成 ３群４枚 基準倍率 ５× 標準使用倍率範囲 ２×〜１０× 画 角 ４８度（５×のとき） 色収差補正波長域 ３８０〜７００ｎｍ

【００７９】回転ステージ用モータ 型 名 ＵＰＤ５３３ＨＧ２−ＮＡ
（オリエンタル） 励磁最大静止トルク ２０ｋｇｃｍ ローター慣性モーメント １２ｇｃｍ2 定格電流 ０．７５Ａ／相 基本ステップ角 ０．００７２度 減速比 １：１００ 許容トルク ２０ｋｇｃｍ 最大トルク ２８ｋｇｃｍ 許容スラスト荷重 １０ｋｇ 許容オーバーハング荷重 ２０ｋｇ モータドライバ ＵＤＸ５１０７Ｎ（オリエン
タル）

【００８０】信号処理回路（Ａ／Ｄコンバー３０ｂタ及
びメモリ３０ｃ） 動作周波数 ２５０ｋＨｚ ラインデータ取り込み時間 １０．４ｍｓ Ａ／Ｄ処理部 １２ｂｉｔ メモリ容量 ４Ｍｂｙｔｅ ＰＣインタフェース ６４ｐｉｎハーフピッチケ
ーブル×２ 電源 ５Ｖ，±１２Ｖ

【００８１】照明 形 式 ＨＦ８０１０−Ｎ×２（高周波直管蛍光
灯） ランプ ＦＬ−１３５−Ｌ×２

【００８２】電源 形 式 ＥＲＢ０１Ａ 容量 +5v:5A, +12V:1.5A, -12V:0.5A

【００８３】センサステー 自作 ボディ 自作 カバー 自作

【００８４】スライド機構２０Ｂは、光学系を乗せ、３
０［ｍｍ］程度の移動を可能とする機構である。スライ
ド機構２０Ｂは、スライドレール１２と、カメラ用引っ
張りバネ９とから構成される。仕様は以下の通りであ
る。

【００８５】 スライドウェー ＳＶＲ ２４−１６０（ミスミ） スプリング ＡＷＳ １０−６０（ミスミ） スプリングポスト ＡＳＰＯ ８−２５（ミスミ） ＢＳＰＯ８−３５（ミスミ）

【００８６】光学系位置調節機構２０Ｃは、ピストン固
定治具１と光学系２０との間隔を一定に保つ機構であ
る。光学系位置調節機構２０Ｃは、位置調整シャフト１
１と、滑合部材１０とから構成される。仕様は次の通り
である。

【００８７】調整シャフト 自作 ベアリング ＷＢＣ５−１０ＺＺＡ（ＮＯＫ）

【００８８】回転ステージは、ピストン固定治具１を固
定し、ステージ用モータ５のシャフト５Ａに直結する。
回転ステージは、回転ステージベース３と、原点検出機
構と、治具検出機構とから構成される。これらは自作し
た。

【００８９】光学系ロック機構２０Ａは、ピストン固定
治具の交換や装置の移動時に光学系をロックしておくた
めの機構である。このロック機構は自作した。

【００９０】さらに、制御系の仕様の詳細について以下
に開示する。

【００９１】 画像ボード（フレームバッファ３１ｃ） 型 式 ＨｙＰＥＲ−ＦＲＡＭＥ＋（デジタルアーツ） 適用機種 ＰＣ−９８０１シリーズ／ＰＣ−２８６・３８６シリーズ 但し、アナログＲＧＢ出力端子のある機種に限る 画像メモリ ７６８Ｋバイト 表示サイズ ６４０Ｈ×４００Ｖ １画面 表示色数 最大１６７０万色（２４ビット） 量子化ビット ２４（ＲＧＢ各８）ビット： １，６７７，２１６色 １２（ＲＧＢ各４）ビット： ４０９６色 ６（ＲＧＢ各２）ビット： ６４色 ３（ＲＧＢ各１）ビット： ８色 映像出力 アナログＲＧＢ （縦４００ライン：水平同期周波数２４．８３ＫＨｚ固定） 入出力端子 アナログＲＧＢ出力（Ｄサブ１５ピン） アナログＲＧＢ入力（ＤＩＮ６ピン：本体表示入力用） データ入出力 バンク切替方式（Ｉ・Ｏバンク式） Ｉ／Ｏ型（Ｘ，Ｙ，Ｒ，Ｇ，Ｂ）

【００９２】ＰＩＯボード 型 式 ＰＩＯ−９６Ｗ（９８）Ｋ（ＣＯＮＴＥ
Ｃ） 入力形式 非絶縁ＴＴＬレベル入力（正論値） 入力抵抗 １０ＫΩ（１ＬＳ−ＴＴＬ付加） 入力点数 ９６点（８ポート：8bit単位、４ポー
ト：4bit単位で入出力切り換え） 出力形式 非絶縁ＴＴＬレベル出力（正論理） 出力定格 ＤＣ５Ｖ，１ｍＡ（２ＬＳ−ＴＴＬ負
荷） 占有ポート数 １６ポート 消費電流 ＤＣ５Ｖ，６００ｍＡ（ＭＡＸ）

【００９３】次に、ピストンの汚れ評価方法を実施する
ためのＰＣ３１上でのソフトウエアの構成及び動作条件
について開示する。

【００９４】データ入力ソフトウエア（ピストン撮像装
置の制御手段） 動作条件 ＭＳ−ＤＯＳ Ver 3.x以上 （ＭＳ−ＤＯＳは米マイクロソフト社の登録商標） メインメモリ６４０ｋｂｙｔｅ以上 画像ボード及びＰＩＯボードを追加 マウス及びデータ入力装置３０を接続 設定項目 ピストン形状の固有値をデータ項目として
設定できること。（新種のピストンの追加にも対応可能
とする） データ補正 必要に応じてデータの補正が可能であるこ
と。 データ表示 １ラインデータを表示可能なこと 測定 測定コマンドによりステージのコントロー
ルとデータの取り込みが可能であること。

【００９５】データ処理ソフトウエア 動作条件 同上 設定項目 同上に加え、各レベルの汚れの境界域も設定
可能なこと。 評価 自己評価が可能で、ユーザによる個別箇所の
評価も可能なこと、 結果 評価結果をプリントアウト（数値のみ、また
はカラー化した画像データのプリントアウト）

【００９６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、請求項１記載の本発明では、第二
の工程で、予め与えられたピストンのスカート部の高さ
情報に基づいて画像データ中のスカート部分を切り出
し、第三の工程が、当該切り出された画像データを圧縮
するため、第四の工程は、評価に必要な部分のみを抽出
した圧縮画像に基づいて汚れ部分を算出することができ
る。そのため、情報処理の負担が軽減されるため、パー
ソナルコンピュータを用いた簡易なシステムであっても
汚れ評価を行うことができる従来にない優れたピストン
の汚れ評価方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に対応する本発明の第一実施例の処理
工程を示すフローチャートである。

【図２】請求項２に対応する本発明の第二実施例の処理
工程を示すフローチャートである。

【図３】ＥＷＳをデータ処理装置として用いたピストン
の汚れ評価の処理工程を示すフローチャートである。

【図４】図１に示した処理工程の詳細を示すフローチャ
ートである。

【図５】図３に示した処理におけるピストン側面の展開
画像上の汚れの評価結果を概略的に示す説明図である。

【図６】図５に示した評価結果を１／５の精度で表示し
た一例を示す説明図である。

【図７】不要な背景部分が生じているピストン側面の展
開画像の一例を示す説明図である。

【図８】図１に示した処理で図７に示した展開画像を圧
縮した場合の一例を示す説明図である。

【図９】図２に示した手法を説明するための図で、図９
（ａ）は撮像したままの展開画像の一例を示す説明図
で、図９（ｂ）は図２に示した処理を用いて圧縮した場
合の一例を示す説明図である。

【図１０】図１に示したピストンの汚れ評価方法を実施
するためのピストン表面評価システムの構成を示すブロ
ック図である。

【図１１】図１０に示したデータ入力装置の主要部であ
るピストン撮像装置の構成を示す正面図である。

【図１２】図１１に示したピストン撮像装置の構成を示
す平面図である。

【図１３】図１３に示したピストン固定治具の構成を示
す図であり、図１３（ａ）はその正面図で、図１３
（ｂ）はその側面図である。

【図１４】図１１に示したピストンセット部にピストン
を設置した状態を示す断面図である。

【図１５】ピストン固定治具の回転ステージベースへの
固着を示す断面図である。

【図１６】ピストン固定治具が回転ステージベースに装
着された状態を示す図で、図１６（ａ）はその平面図
で、図１６（ｂ）は右側面図である。

【図１７】図１１に示した回転プレート及びリンク機構
部の動作の関係を示す平面図である。

【図１８】図１０に示したピストン表面評価システムに
用いるピストン撮像装置の電気系の構成を示すブロック
図である。

【図１９】図１８に示した各信号の測定のフローチャー
トである。

【図２０】図１８に示した構成における動作のタイミン
グチャートである。

【図２１】図１８に示した構成におけるＣＰＵ側のデー
タ読み込み時の制御信号のタイミングチャートを示す図
である。

【図２２】図１８に示した構成におけるＣＰＵ側のデー
タ書き込み時を制御信号のタイミングチャートを示す図
である。

【図２３】図１０に示したメカ系の構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１ ピストン固定治具 １Ａ ピストンセット部 １Ｂ ピストン支持部 ２ ピストン ３ 回転ステージベース ５ 回転ステージ用モータ ６ カメラ ７ レンズ ８ ＣＣＤセンサ ９ カメラ用引っ張りバネ １０ 滑合部材（回転用ベアリング） １１ 位置調整シャフト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストン外周面の展開画像を当該ピスト
   ンを回転させながら光学系及びＣＣＤセンサを介して撮
   像することで画像データを生成する第一の工程と、予め
   与えられた前記ピストンのスカート部の高さ情報に基づ
   いて前記画像データを切り出す第二の工程と、当該切り
   出された画像データを圧縮する第三の工程と、当該圧縮
   された画像データから汚れ部分を算出すると共に当該汚
   れ部分の面積比率を算出する第四の工程とを備えたこと
   を特徴とするピストンの汚れ評価方法。
2. 【請求項２】 ピストン外周面の展開画像を当該ピスト
   ンを回転させながら光学系及びＣＣＤセンサを介して撮
   像することで画像データを生成する第一の工程と、予め
   与えられたピストンのスカート部の高さ情報とランド及
   びグルーブの高さ情報とに基づいて前記画像データを切
   り出す第二の工程と、当該切り出された画像データ中の
   前記スカート部を圧縮すると共に当該スカート部の圧縮
   率よりも低い圧縮率で前記ランド及びグルーブ部分を圧
   縮する第三の工程と、当該圧縮された画像データから汚
   れ部分をそれぞれ算出すると共に当該汚れ部分の面積比
   率をそれぞれ算出する第四の工程とを備えたことを特徴
   とするピストンの汚れ評価方法。