專利名稱：非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法及用于該方法的鑄件樣品取得用鑄模的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法，尤其涉及一種非金屬夾雜物數(shù) 量的測定方法及用于該方法的鑄件樣品取出用鑄模，該非金屬夾雜物數(shù)量的測 定方法包括以下步驟用CCD照相機或其他拍攝單元獲取鋁合金鑄件樣品的 矩形斷面的圖像，對由上述拍攝單元拍攝的圖像的色密度(colordensity)進行 處理，根據(jù)規(guī)定的閾值進行二值化處理，計測規(guī)定尺寸以上的像素群數(shù)量。
背景技術：
作為評價用于鋁合金鑄件的熔融金屬的品質(zhì)的方法，已知有K一鑄模(K mold)法。根據(jù)該方法，在現(xiàn)場取得比較少量的熔融金屬樣品，澆鑄到K一鑄 模中，測定者觀察鑄件樣品的斷面，計測氧化物、膜、以及其他非金屬夾雜物 的數(shù)量，從而可以迅速檢查其品質(zhì)(日本實用新型實公昭52-17449號公報， 以下稱作"舊計測法")。
然而，測定者為了通過肉眼或者放大鏡計測存在于斷面的非金屬夾雜物的 數(shù)量，需要相當?shù)募记?，所以存在測定值會由于測定者不同而產(chǎn)生偏差這樣的 缺點。
因此，本發(fā)明者開發(fā)了一種自動計測的方法，該方法是將樣品斷面配置在 特殊的照明系統(tǒng)中，用CCD照相機拍攝其斷面，對圖像的色密度進行處理， 根據(jù)規(guī)定閾值進行二值化處理，來自動計測尺寸在規(guī)定的粒子直徑(例如 100pm)以上的夾雜物數(shù)量，從而消除了由于測定者不同而產(chǎn)生的測定值的偏 差，使得操作者在現(xiàn)場可以容易測定(日本專利特開2005-3510號公報，以下 稱作"以往的自動計測法")。
但是，在根據(jù)該以往的自動計測法計測夾雜物數(shù)量時，是對樣品斷面的全 部表面進行拍攝的，所以存在于斷面的細微的縮孔導致的陰影也會被獲取到圖 像中。因此，頻繁發(fā)生熟練人員計測的夾雜物數(shù)量與根據(jù)以往的自動計測法獲
4得的夾雜物數(shù)量有顯著差異的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種排除在以往的自動計測法中的縮孔的影響、確保 與熟練人員測定的值有較高相關性并自動計測夾雜物數(shù)量的方法及用于該方 法的鑄件樣品取得用鑄模。
本發(fā)明者進行了專心研究，結果開發(fā)了一種在以往的自動計測法中、通過 限定拍攝的斷面區(qū)域而消除上述縮孔的影響的劃時代的測定方法，使本發(fā)明完 成。
鋁合金熔融金屬在K一鑄模中凝固時，由于因鑄模冷卻而從樣品的表面開 始凝固，樣品中央的部位最后凝固，所以上述縮孔的大部分容易集中在樣品斷 面的中央。在以往的自動計測法中，由于使用獲取樣品的斷面的整個區(qū)域的圖 像，所以會檢測到存在于樣品中央的縮孔與氧化物、膜、以及其他非金屬夾雜 物這兩者。因此，由熟練人員的肉眼測定的值和根據(jù)以往的自動計測法測定的 值之間的相關性較低，難以在現(xiàn)場迅速進行鋁合金熔融金屬的品質(zhì)檢查。
因此，為了消除這些縮孔的影響，首先，用拍攝單元檢測上述斷面的端部 邊緣，在上述斷面的兩端部自動設定面積為該斷面面積的1/4 2/3的測定區(qū) 域。
艮口，本發(fā)明的第一方面是一種非金屬雜質(zhì)的測定方法，包括用CCD照
相機等拍攝單元獲取鋁合金鑄件樣品的矩形斷面，對由上述拍攝單元拍攝的圖 像的色密度進行處理，根據(jù)規(guī)定的閾值對處理好的圖像進行二值化處理，計測 規(guī)定尺寸以上的像素群，其特征是，在上述拍攝前檢測上述矩形的斷面的短邊
側的端部邊緣，在上述斷面的兩端部自動設定面積為該斷面面積的1/4 2/3的 測定區(qū)域。
本發(fā)明的第二方面是用于本發(fā)明第一方面的鑄件樣品取得用鑄模，其特征 是，包括具有凹槽的上模、帶澆口的下模，在將上述上模和上述下模組裝的狀 態(tài)下，具有在熔融金屬流動方向延伸的近似長方體的腔，在上述上模的凹槽的 底面，等間隔設置有在與熔融金屬流動方向垂直的方向延伸的倒V字形凸部。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，由于在用CCD照相機拍攝鑄件樣品的斷面前，檢測上述斷面的端部邊緣，在上述斷面的兩端部自動設定面積為該斷面面積的
1/4 2/3的測定區(qū)域，所以不會拍J4在斷面中央存在縮孔的圖像。其結果是， 通過對拍攝的圖像的色密度進行處理，根據(jù)規(guī)定的閾值進行二值化處理，計測 規(guī)定尺寸以上的像素群的數(shù)量，可以更準確測定氧化物、膜、以及其他非金屬 夾雜物的數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，由于在上述上模的內(nèi)表面，等間隔設置在與熔融 金屬流動方向垂直的方向延伸的倒V字形的凸部，所以在鑄件樣品的上表面等 間隔地形成有V字形缺口。
若將鑄件樣品在該V字形缺口的部分斷裂，則可以得到多個具有平坦斷面 的大致同一尺寸的鑄件樣品。因此，本發(fā)明的非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法可 以準確進行非金屬夾雜物數(shù)量的測定。


圖1是表示用于本發(fā)明的夾雜物數(shù)量測定方法的鑄件樣品取得用鑄模及可
以用該鑄模得到的鑄件樣品的立體圖。
圖2是沿著圖1所示的鑄模的上模及鑄件樣品的中心線的剖視圖。
圖3是為了進行本發(fā)明的測定方法而使用的測定裝置的結構圖。
圖4表示包括本發(fā)明的測定方法中的樣件組合的樣品及各樣品的斷面內(nèi)的
測定區(qū)域。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的自動測定方法測定的值與由熟練人員測定的值的 相關性的曲線圖。
圖6是表示將根據(jù)本發(fā)明的自動測定方法測定的值乘以2的值與由熟練人 員測定的值的相關性的曲線圖。
圖7是表示根據(jù)以往的自動測定方法測定的值與由熟練人員測定的值的相 關性的曲線圖。
具體實施例方式
如上所述，對從面積為斷面面積的1/4 2/3的測定區(qū)域拍攝的斷面區(qū)域的 圖像的色密度進行處理，根據(jù)規(guī)定的閾值進行二值化處理，進一步計測規(guī)定的
6粒子直徑(例如，等效圓直徑為lOOpm)以上的非金屬夾雜物數(shù)量，從而可以 自動計測每個鑄件樣品的非金屬夾雜物數(shù)量(以下稱作"K值")。
上述測定區(qū)域的面積不到上述斷面的面積的1/4時，雖然縮孔拍進到圖像 的概率較低，但由于每一斷面的測定區(qū)域的面積變得太小，所以為了進行準確 的測定，需要增加鑄件樣品的數(shù)量。為了利用K一鑄模取得鑄件樣品并通過斷 裂而制成鑄件樣品，要耗費工夫，所以不理想。上述測定區(qū)域的面積超過上述 斷面的面積的2/3時，雖然鑄件樣品的數(shù)量較少即可，但將存在于斷面中央的 縮孔拍進到圖像的概率較高，難以準確進行非金屬夾雜物數(shù)量的測定。
具體而言，通過將在鑄件樣品為5個(=10個斷面)的范圍內(nèi)測定者直接 用肉眼計測的夾雜物數(shù)量除以鑄件樣品5，求出K值。另外，Ku)的值是通過 將在鑄件樣品為5個(=10個斷面)的范圍內(nèi)測定者通過10倍的放大鏡計測 的夾雜物數(shù)量同樣除以鑄件樣品5求出的值。根據(jù)本發(fā)明，提高了由熟練人員 的肉眼測定的值和根據(jù)新自動計測法測定的值之間的相關性，在現(xiàn)場可以迅速 進行鋁合金熔融金屬的品質(zhì)檢查。
這里的像素群是指鄰近的像素彼此連接的區(qū)域。即，二維觀察像素時，可 以是如膜狀夾雜物的截面那樣的細長的纖維狀，也可以是不規(guī)則的三角形、菱 形、圓形。作為特殊情況，即使在像素群中有像素的空白區(qū)域，只要空白區(qū)域 的周圍被像素圍住，空白區(qū)域與外側的基體沒有連接，就可以將包含該空白區(qū) 域的像素群作為一體進行處理。此處的基體(matrix)是指不存在非金屬夾雜 物的斷面區(qū)域，表示在拍攝的斷面區(qū)域中只除去非金屬夾雜物的區(qū)域。
在本發(fā)明的第一方面的一個較佳實施例中，在上述斷面的內(nèi)側設定多個上 述測定區(qū)域，其形狀是矩形。
在該較佳實施例中，由于將上述規(guī)定范圍內(nèi)的面積的測定區(qū)域在矩形的斷 面的內(nèi)側在上述斷面的兩端部設定為多個，其形狀是矩形，所以可以確實避開 容易產(chǎn)生縮孔的中央，可以有效獲取縮孔存在概率較低的兩端部的斷面的圖 像。其結果是，確保更大的上述測定區(qū)域的面積，可以從規(guī)定數(shù)量的鑄件樣品 的斷面更準確測定氧化物、膜、以及其他非金屬夾雜物的數(shù)量。
在本發(fā)明的第一方面的另一較佳實施例中，上述測定區(qū)域的面積為上述斷 面面積的1/2。
7根據(jù)該實施例，由于上述測定區(qū)域的面積是上述斷面面積的1/2，所以可 以確實避開容易產(chǎn)生縮孔的中央，可以有效獲取縮孔存在概率較低的兩端部的 斷面的圖像。
在本發(fā)明的第一方面的又一較佳實施例中，使多個上述斷面互相在長邊側 相鄰并排列為大致同一面，在各斷面同時設定測定區(qū)域。
根據(jù)該實施例，由于將多個上述鑄件樣品的斷面排列為大致同一面，所以 可以在多個斷面同時設定上述測定區(qū)域，可以確保非金屬夾雜物數(shù)量的測定的
準確度，實現(xiàn)測定的高效化。在舊K一鑄模法中，用錘子等敲擊通過K一鑄模 取得的鑄件樣品，該鑄件樣品會斷裂為多個鑄件樣品，但存在的問題是此時無 法得到非常平的斷面。
關于這一點，在新K一鑄模法中，由于在K一鑄模設置單獨的凸部，并使 缺口進入鑄件樣品的適當部位，所以可以得到具有非常平的斷面的鑄件樣品。
在本發(fā)明的第一方面的其他較佳實施例中，在將上述多個斷面嵌入殼體而 固定的狀態(tài)下，對上述測定區(qū)域進行拍攝。
根據(jù)該實施例，由于在將上述多個斷面嵌入殼體而固定的狀態(tài)下，對上述 測定區(qū)域進行拍攝，可以確保非金屬夾雜物數(shù)量的測定的準確度，可以使測定 高效化。
在本發(fā)明的第一方面的其他較佳實施例中，使用色密度的H、 S、 V量及 像素數(shù)量，作為二值化提取上述非金屬夾雜物的閾值。
根據(jù)本實施例，使用色密度的H、 S、 V量及像素數(shù)量，作為二值化提取 上述非金屬夾雜物的閾值。通過在用CCD照相機等拍攝單元對鑄件樣品的斷 面進行拍攝后對該圖像進行處理，可以通過顏色和尺寸來識別非金屬夾雜物， 可以進行與測定者用肉眼識別非金屬夾雜物數(shù)量的測定近似的測定。
HSV是一種定義色彩空間的模型。在用計算機進行繪圖時，作為色樣使用。 在該HSV中，顏色由色相(hue)、飽和度(saturation value)、亮度(brightness value)表現(xiàn)。
在本發(fā)明的第一方面的其他較佳實施例中，在二值化提取上述非金屬夾雜 物時，通過根據(jù)色密度的H、 S、 V量提取基體，從而提取上述非金屬夾雜物 的上述像素群。
8根據(jù)本實施例，首先，根據(jù)色密度的H、 S、 V量來二值化提取基體，由
于基體之外的區(qū)域為非金屬夾雜物的區(qū)域，所以可以更穩(wěn)定地提取非金屬夾雜 物的區(qū)域(像素群)。如上所述，此時的"基體"是不存在非金屬夾雜物的斷 面區(qū)域，表示在拍攝的斷面的區(qū)域中，只除去非金屬夾雜物的區(qū)域。
若直接根據(jù)色密度的H、 S、 V量來二值化提取非金屬夾雜物，則由于非 金屬夾雜物的顏色不均勻，是多種顏色的集合體，所以難以提取與非金屬夾雜 物對應的像素群。結果，根據(jù)自動計測得到的非金屬夾雜物的數(shù)量(K值)小 于測定者用肉眼計測的非金屬夾雜物數(shù)量(K值)。
具體而言，根據(jù)色密度的閾值，即H (色相)=40 105、 S (飽和度)= 0 40、 V (亮度)=190 255，首先，只二值化提取基體，將除此之外的區(qū)域 作為非金屬夾雜物的區(qū)域(像素群)提取。
在本發(fā)明的第一方面的其他較佳實施例中，上述非金屬夾雜物與由上述像 素群的像素數(shù)量換算的、上述像素群的等效圓直徑為100Hm以上的像素群對 應。
根據(jù)該實施例，可以將拍進圖像的不到lOO)im的非常細微的縮孔作為噪 聲去除，可以進行與測定者用肉眼識別非金屬夾雜物數(shù)量的測定更接近的測 定。在舊計測法中，由于測定者用肉眼可識別的非金屬夾雜物的大小為大致 10(Him左右，所以在新自動計測法中，通過采取同樣的基準，可以確保數(shù)據(jù)的
匹配性。
接下來，圖l表示本發(fā)明的第二方面的鑄件樣品取得用鑄模的一個實施例。 鑄模IOO (圖l (3))包括具有凹槽112的上模110 (圖l (1))、與包括澆 口 122的下模120 (圖1 (2))，在將上模IIO和下模120組裝的狀態(tài)下，具 有在熔融金屬流動方向延伸的近似長方體的腔102 (圖l (3))，在上模IIO 的凹槽112的底面112A (圖l (1))，等間隔設置有在與熔融金屬流動方向 垂直的方向延伸的倒V字形凸部114。
在本發(fā)明的第二方面的較佳實施例中，設置在上模110的凹槽112的底面 112A (圖1 (1))的倒V字形凸部114的形狀為其在圖1 (1)的線II-II 的縱截面如圖2 (1)所示，頂點的角度a為45。 90。，高度H為0.3 1.0mm。
根據(jù)該實施例，鑄件樣品在腔102內(nèi)凝固形成。如圖1 (4)所示，通過將在鑄件樣品130的上表面形成的V字形缺口 132的形狀、尺寸設定在適當?shù)姆?圍內(nèi)，鑄件樣品130在V字形缺口 132處斷裂的鑄件樣品S1 S6，具有平坦 的、面積較大的斷面F (圖2 (2):沿圖1 (4)的線III-III的截面)。
因此，較為理想的是，上模IIO的V字形凸部114 (圖1 (1))的形狀為 其頂點的角度a (圖2 (1))在45。 90。的范圍內(nèi)。在角度a不到45。時，盡 管V字形缺口 132的效果較好，但由于澆鑄的熔融金屬凝固收縮，會粘著在上 模而無法脫離，產(chǎn)生所謂的"抱模(sticking)"，脫模過于耗費時間，操作效率 下降。并且還存在上模110的V字形凸部114容易損壞這樣的缺點。若角度a 超過90°， V字形缺口 132的效果下降，產(chǎn)生斷裂部的位容易變得不穩(wěn)定，難 以得到平坦的斷面F。
V字形凸部114的高度H (圖2 (1))為0.3 1.0mm時較為理想。高度 H不到0.3mm時，V字形缺口 132的效果下降，難以得到平坦的斷面F。高度 H超過1.0mm時，雖然V字形缺口 132的效果好，但由于斷面F的面積變得 太小，所以在測定上不理想。
在本發(fā)明的第二方面的另一較佳實施例中，下模120 (圖1 (2))為了構 成鑄模100的澆口 122，設有傾斜角度|3為45° 60°的傾斜臺124。
根據(jù)該實施例，由于下模120在其饒口處設有傾斜角度(3 = 45° 60°的傾 斜臺124，所以將取得的熔融金屬注入澆口 122時會給熔融金屬的流動附加適 當?shù)膭恿?，熔融金屬會填充至?02的前端部102T，可以得到形狀規(guī)整的鑄 件樣品130 (圖1 (4))。
若傾斜臺124的傾斜角度|3不到45°，則由于熔融金屬的流動性不足，熔 融金屬在傾斜臺124的溫度下降也隨之增大，所以熔融金屬有可能無法填充至 腔102的前端部102T。若傾斜臺124的傾斜角度p超過60°，則熔融金屬的流 動性太大，在注入熔融金屬時可能會帶入膜，所以不理想。
在本發(fā)明的第二方面的又一較佳實施例中，上模110或者下模120在腔前 端部102T具有排氣槽(未圖示)。
根據(jù)該實施例，由于上模110或者下模120在腔前端部102T具有排氣槽， 所以可以有效地從腔102去除腔102內(nèi)的空氣或熔融金屬凝固時產(chǎn)生的氫氣， 可以使熔融金屬填充至腔前端102T。另外，較為理想的是上模110具有與下
10模120裝拆用的把手(未圖示)。
另夕卜， 一般而言，分別在上模110和下模120的116X/116Y禾n 126X/126Y
處包括銷和銷孔這樣的位置對齊用的嵌合單元，可以迅速且準確進行鑄模130 的組裝。
實施例
樣品的準備
使用200kg用的熔解兼保溫爐熔解ADC12合金金屬原料。通過對保溫爐 的熔融金屬進行強力攪絆，熔融金屬表面的膜帶入熔融金屬中，膜數(shù)量增加， 進一步攪拌熔融金屬，由于沉淀在熔解爐底部的A1203、 MgO、尖晶石等氧化 物粒子在熔融金屬中飛舞，清潔度下降。另一方面，經(jīng)過較長的鎮(zhèn)靜保持時間， 由于熔融金屬中的氧化物、膜、以及其他非金屬夾雜物通過上浮、沉降而分離， 清潔度傾向于升高。這樣，通過攪拌、鎮(zhèn)靜動作，可以適當調(diào)節(jié)氧化物、膜、 以及其他非金屬夾雜物的數(shù)量(濃度)為某一程度。
用柄勺從保溫爐內(nèi)的熔融金屬取得約200g的熔融金屬，適當澆鑄至圖1 (3)所示的鑄鐵K一鑄模100。另夕卜，預先在K一鑄模100的內(nèi)表面，用噴涂 法等薄薄地涂布一層包含氮化硼(BN)的脫模材料。較為理想的是，進一步 通過將鑄模100預熱至15(TC左右，使脫模材料的溶劑或水分蒸發(fā)，使其干燥。
如圖l (l)所示，在K一鑄模100的上模110的凹槽112的底部112A， 等間隔設置有在與熔融金屬流動方向垂直的方向延伸的倒V字形凸部114。雖 然未圖示，但在上模設置與下模裝拆用的把手。
圖2 (1)表示沿圖l (1)的線II-II的縱截面的局部放大圖。V字形凸部 114的形狀為其頂點的角度a為60。，高度H為0.6mm。澆鑄熔融金屬后， 通過用手提拉帶把手的上模的把手，拆下上模，取得在腔內(nèi)凝固的帶V字形缺 口的鑄件樣品。
K一鑄模100的下模120在其澆口 122處設有傾斜角度|3 = 50°的傾斜臺 124。利用該傾斜臺124，抑制注入熔融金屬時產(chǎn)生的膜帶入，將取得的熔融金 屬注入澆口 122時會給熔融金屬的流動附加適當?shù)膭恿?，熔融金屬填充至?102的前端部102T，可以得到形狀規(guī)整的鑄件樣品130。
再有，上模110在腔前端部102T還包括2個排氣槽(未圖示)。通過該
11排氣槽，可以將腔102內(nèi)充滿的空氣或在熔融金屬凝固時產(chǎn)生的氫氣從腔102 有效去除，并且可以使熔融金屬容易填充至腔前端102T。
用錘子沿著5個部位的V字形缺口 132敲擊鑄件樣品130，使其斷裂，成 為6個鑄件樣品S1 S6。其詳細為鑄件樣品130的澆灌熔融金屬R側的樣 品S1 (l個斷面，去掉澆灌熔融金屬R，調(diào)整為與其他樣品同樣的形狀)、前 端102T側的樣品S6 (l個斷面)、以及它們中間的樣品S2 S5 (共計4個， 各2個斷面)，斷面數(shù)量總計為1+4><2+1 = 10個斷面。利用適當形狀、尺寸 的V字形缺口 132切割鑄件樣品，可以得到平坦的斷面F。將這6個鑄件樣品 S1 S6中的5個鑄面互相接觸地在長邊側重疊貼放，使5個斷面排列在大致 同一面，嵌入殼體固定。此處貼放的5個鑄件樣品中，l個位于澆灌熔融金屬 側的樣品S1 (斷面只有l(wèi)個)與4個中間的樣品S2 S5 (使用各2個斷面中 的l個斷面)作為第一組(5個斷面)。并且，1個位于前端側的樣品S6 (斷 面只有1個)與4個中間的樣品S2 S6 (使用各試料的2個斷面中與第一組 相反側的斷面)作為第二組(5個斷面)。測定第一組和第二組的總計10個斷 面。
〈斷面的測定〉
在測定時，使用上述本申請人之前的申請即專利文獻2披露的測定裝置。
如圖3所示，測定裝置300包括將具有斷面F的鋁的樣品S的斷面F 向上配置的工作臺T;位于該工作臺T的上方、截面為近似半圓形、具有朝下 的凹形反射面2的反射圓頂D;沿著反射圓頂D的凹形反射面2的內(nèi)側邊緣配 置的發(fā)光二極管(光源)4;以及配置于在反射圓頂D的頂部附近開口的開口 部6的上方的CCD照相機(拍攝單元)10。
反射圓頂D通過未圖示的配件安裝在從工作臺T豎立設置的支柱8上， 能夠升降，在反射圓頂D的上方CCD照相機10安裝在照相機支柱8上，能夠 升降。反射圓頂D具有截面近似半圓形的外周面3及與其形狀相似而向下開口 的凹形反射面2。凹形反射面2是以規(guī)定的曲率彎曲的鏡面。在沿著該凹形反 射面2的內(nèi)周邊緣安裝的環(huán)5上，配置向上且內(nèi)外兩排突出的許多發(fā)光二極管 4，形成為環(huán)形。發(fā)光二極管4例如發(fā)出紅色光。
另外，在反射圓頂D的頂部附近，開設有平面形狀為四邊形(正方形或
12者長方形)或者圓形的開口部6。 CCD照相機10位于開口部6的上方，內(nèi)置 該光學透鏡的入射筒12通過開口部6，指向配置在工作臺T的表面上的鋁的 樣品S的斷面F。
如圖4所示，在殼體200內(nèi)嵌入有上述第一組的5個鑄件樣品(例如Sl S5)，用螺釘202固定在殼體200上，作為樣品S，將測定斷面?zhèn)瘸?，固?在圖4所示的測定裝置300的反射圓頂D的下面，用位于上部的CCD照相機 10同時獲取5個斷面F。
接下來，在殼體200內(nèi)嵌入上述第二組的5個鑄件樣品(本實施例中為 S2 S6)，用螺釘202固定在殼體200上，作為另一樣品S，將測定斷面?zhèn)瘸?上，固定在圖4的測定裝置300的反射圓頂D的下面，用位于上部的CCD照 相機10同時獲取5個斷面F。 g卩，經(jīng)一次拍攝可以獲得5個斷面的圖像，由 于在第一組和第二組的鑄件樣品中存在總計IO個斷面，所以需要用CCD照相 機拍攝兩次。
在用上述CCD照相機10拍攝圖像時，準備兩種模式。 一個模式是對斷面 的全部表面進行拍攝的情況(比較例以往的自動計測法)，另一個模式是在 拍攝前檢測斷面的端部邊緣，在各斷面的兩端部可以自動設定適當?shù)臏y定區(qū)域 的情況(實施例本發(fā)明的自動計測法)。在后者的情況下，如圖4所示，分 別在1個斷面F (截面積36mmx5.4mm=194.4mm2)的兩端部設置1個部位， 總計2個部位的測定區(qū)域M (總的截面積；12.15mmx4mmx2個部位= 97.2mm2)，此時用CCD照相機10每拍攝一次的整個測定區(qū)域的面積被設定 為是5個斷面的總計面積(972mm2)的1/2 (486mm2)。由于6個鑄件樣品 S1 S6如上所述具有總計10個斷面，因此需要用CCD照相機拍攝兩次，10 個斷面的總計面積(1944mm2)的1/2的面積(972mm2)為整個測定區(qū)域。
接下來對用CCD照相機拍攝兩次得到的圖像使用色彩的H、 S、 V量及像 素數(shù)量(n)進行二值化處理。本發(fā)明者通過分析許多斷面圖像的非金屬夾雜 物圖像的顏色，發(fā)現(xiàn)了以顏色區(qū)別非金屬夾雜物圖像和斷面基體用的色彩的 H、 S、 V量的閾值。具體而言，根據(jù)如上所述色彩的H (色相)40 105、 S (飽和度)0 40、 V (亮度)190 255的閾值，首先，只對基體進行二 值化提取，將除此之外的區(qū)域作為非金屬夾雜物的區(qū)域(像素群)提取。之后，算出在整個測定區(qū)域(972mm2)的像素群中的像素數(shù)量為IO個像素以上(換 算的等效圓直徑是10(Him以上)的像素群的數(shù)量。
在舊計測法中，在熟練人員計測非金屬夾雜物的數(shù)量時，計測存在于10 個斷面的尺寸為0.1mm以上的像素群。因此，本發(fā)明中也在根據(jù)上述色彩的H、 s、 v量的閾值進行了二值化提取的像素群中，通過進一步提取等效圓直徑(d) 為100pm以上的像素群，確保與根據(jù)舊計測法計測的值的匹配性。同時，通 過去除微小的像素群，可以將斷面上產(chǎn)生的微小的陰影作為噪聲去除。
此處的像素群是指相鄰的像素彼此連接的區(qū)域。即使像素本身在畫面的縱 向、橫向或者斜向直線排列時，也將其識別為l個像素群。即，二維觀察像素 時，可以是膜狀夾雜物的截面那樣的細長的纖維狀，也可以是不規(guī)則的三角形、 菱形、圓形。作為特殊情況，即使在像素群中有像素的空白區(qū)域，只要空白區(qū) 域的周圍被像素圍住，空白區(qū)域與外側的基體不連接，就可以將包含該空白區(qū) 域的像素群作為一體進行處理。此處的基體是指不存在非金屬夾雜物的斷面區(qū) 域，表示在拍攝的斷面的區(qū)域中，只除去非金屬夾雜物的區(qū)域。此處，n是1 個像素群中的像素數(shù)量，s是每一像素的實際面積，d是i個像素群的等效圓
直徑，它們的關系如下。 nxS=7i (d/2) 2
s是每一像素的斷面的實際面積，是由ccd照相機拍攝時所使用的透鏡 倍率和ccd元件的元件數(shù)量決定的值。
再進一步，由熟練人員計測5個鑄件樣品的10個斷面的整個區(qū)域的非金 屬夾雜物的數(shù)量。熟練人員使用IO倍的放大鏡，觀察10個斷面的整個區(qū)域并 排除縮孔，計測尺寸為0.1mm以上的非金屬夾雜物數(shù)量(Ku)值)。
測定結果
實施例根據(jù)本發(fā)明方法的自動計測結果
表1
新自動計測法新自動計測法
舊計測法本發(fā)明例
本發(fā)明例14K10值(熟練人員)測定區(qū)域一兩端部1/2 (計數(shù)xl)測定區(qū)域一兩端部1/2 (計數(shù)x2)
樣品Nol224
樣品No2112
樣品No3212
樣品No4412
樣品No5000
樣品No6100
樣品No7000
樣品No8000
樣品No9000
樣品NolO66
樣品Noll000
樣品No12948
樣品Nol3000
樣品No 14412
樣品No 15424
樣品Nol656
樣品No 17212
樣品Nol8324
樣品No 1914612
樣品No20000
樣品No21000
樣品No22624
樣品No23212
樣品No24000
樣品No25212
樣品No26212
15樣品No27724
樣品No28212
樣品No29212
樣品No30848
樣品No31424
樣品No32000
樣品No33648
樣品No341248
樣品No35648
樣品No36424
樣品No379510
樣品No38000
樣品No39212
樣品No401148
樣品No41012
樣品No42000
樣品No431148
樣品No4476
樣品No45436
表1表示根據(jù)舊計測法的非金屬夾雜物數(shù)量測定結果及使用圖像處理裝
置在斷面兩端部(IO個斷面的全部表面積的1/2)測定的非金屬夾雜物數(shù)量測 定結果。該表中，表示從樣品No.l到樣品No.45的45個樣品的數(shù)據(jù)。
在舊計測法中熟練人員使用IO倍的放大鏡，對各鑄件樣品(將5片鑄件 片成堆的樣品)觀察IO個斷面的全部表面積，計測尺寸為lOOpm以上的氧化 物、膜、以及其他非金屬夾雜物的數(shù)量(Ku)值)。
在本發(fā)明所涉及的新的自動計測法中，對于各鑄件樣品而言，使用圖像處 理裝置將測定區(qū)域集中在斷面兩端部，對5個鑄件樣品的單側5個斷面，用 CCD照相機獲取其1/2面積的圖像，對拍攝的圖像的色密度進行處理，根據(jù)規(guī)
16定的H、 S、 V值對基體進行二值化提取，從而提取非金屬夾雜物的區(qū)域(像 素群)，計測等效圓直徑為lOO(im以上的像素群的數(shù)量。將該操作對鑄件樣 品的正反面重復兩次，計測總計10個斷面的非金屬夾雜物的數(shù)量。由于計測 區(qū)域是IO個斷面的整個斷面面積的1/2，因此將該計測數(shù)乘以2的值也記入表 1中。
圖5表示由熟練人員計測的數(shù)量與根據(jù)圖像處理裝置計測的數(shù)量(計數(shù)1 倍)的相關性。并且圖6表示由熟練人員計測的數(shù)量與根據(jù)圖像處理裝置計測 的數(shù)量(計數(shù)2倍)的相關性。由圖5、圖6可知，在熟練人員通過用10倍的 放大鏡觀察整個斷面而計測非金屬夾雜物數(shù)量的值(Kh)信)、與使用圖像處 理裝置的本發(fā)明的新自動計測法計測的值之間，存在較強的正相關性。這表示 熟練人員可以迅速排除容易在斷面中央產(chǎn)生的細微縮孔，在使用圖像處理裝置 的新自動計測法中，由于只獲取產(chǎn)生細微的縮孔較少的斷面兩端部的區(qū)域的圖 像，以規(guī)定的閾值進行二值化處理，來計測像素群數(shù)量，所以該計測值難以受 到細微的縮孔的影響。
比較例根據(jù)以往方法的自動計測結果
表2
舊計測法以往自動計測法 比較例
K10值(熟練人員)測定區(qū)域一斷面的全部表面 (計數(shù)xO
樣品Nol28
樣品No2110
樣品No32
樣品No400
樣品No508
樣品No610
樣品No704
樣品No878
17樣品No903
樣品NolO615
樣品Noll04
樣品No1295
樣品No1302
樣品No1448
樣品No15416
樣品No165
樣品No1728
樣品No182
樣品No19815
樣品No2072
樣品No2108
樣品No2215
樣品No2344
樣品No241018
樣品No2533
表2表示根據(jù)舊計測法的非金屬夾雜物數(shù)量測定結果及使用圖像處理裝 置的整個斷面(10個斷面的全部表面積)的非金屬夾雜物數(shù)量測定結果。該表 中，表示從樣品No.l到樣品No.25的25個樣品的數(shù)據(jù)。
與實施例的情況相同，在舊計測法中熟練人員使用10倍的放大鏡，對各 鑄件樣品(將5片鑄件片成堆的樣品)觀察10個斷面的全部表面積，計測尺 寸在lOOjmi以上的氧化物、膜、以及其他非金屬夾雜物的數(shù)量。
在以往的自動計測法中，使用圖像處理裝置檢測各鑄件樣品(l個斷面的 全部區(qū)域)的邊緣，設定矩形的測定區(qū)域，用CCD照相機獲取該區(qū)域的圖像， 對拍攝的圖像的色密度進行處理，根據(jù)規(guī)定的H、 S、 V值進行二值化處理， 計測等效圓直徑為lOOpm以上的像素群的數(shù)量。通過將該操作重復10次，計 測10個斷面全部區(qū)域的非金屬夾雜物數(shù)量。由于拍攝的斷面面積是整個斷面
18面積，因此將該計測數(shù)(計數(shù))記入表2中。
圖7表示由熟練人員計測的數(shù)量與根據(jù)圖像處理裝置計測的數(shù)量(計數(shù)1倍)的相關性。從圖7可知，在熟練人員通過用10倍的放大鏡觀察整個斷面而計測非金屬夾雜物數(shù)量的值(Ku)值)、與根據(jù)使用圖像處理裝置的以往的自動計測法而計測的值之間，認為沒有相關性，或存在非常弱的相關性。這表示熟練人員可以迅速排除容易在斷面中央產(chǎn)生的細微縮孔，在使用圖像處理裝置的以往的自動計測法中，由于對整個斷面區(qū)域的圖像進行拍攝，以規(guī)定的閾值進行二值化處理，來計測像素群數(shù)量，因此該計測值受到容易在斷面中央產(chǎn)生的細微的縮孔的影響。
工業(yè)上的實用性
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種排除以往的自動計測法中縮孔的影響、確保與由熟練人員測定的值有較高的相關性的自動計測夾雜物數(shù)量的方法及用于該方法的鑄件樣品取得用鑄模。
權利要求
1.一種非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法，包括以下步驟用CCD照相機等拍攝單元對由鋁合金形成的鑄件樣品的矩形的斷面進行拍攝，對由所述拍攝單元拍攝的圖像的色密度進行處理，根據(jù)規(guī)定的閾值對處理好的圖像進行二值化處理，計測規(guī)定尺寸以上的像素群的數(shù)量，其特征在于，在所述拍攝前檢測所述矩形的斷面的短邊側的端部邊緣，在所述斷面的兩端部自動設定面積為該斷面面積的1/4～2/3的測定區(qū)域。
2. 如權利要求1所述的非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法，其特征在于，在所 述斷面的內(nèi)側設定多個所述測定區(qū)域，其形狀是矩形。
3. 如權利要求1或2所述的非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法，其特征在于， 所述測定區(qū)域的面積為所述斷面面積的1/2。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法，其特 征在于，使多個所述斷面互相在長邊側相鄰并排列為大致同一面，在各斷面同 時設定所述測定區(qū)域。
5. 如權利要求4所述的非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法，其特征在于，在將 所述多個斷面嵌入殼體而固定的狀態(tài)下，對所述測定區(qū)域進行拍攝。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法，其特 征在于，使用色彩的H、 S、 V量及像素數(shù)量作為二值化提取所述非金屬夾雜 物的閾值。
7. 如權利要求6所述的非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法，其特征在于，在二 值化提取所述非金屬夾雜物時，通過根據(jù)色彩的H、 S、 V量提取基體，從而 提取所述非金屬夾雜物的所述像素群。
8. 如權利要求6或7所述的非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法，其特征在于， 所述非金屬夾雜物與由所述像素群的像素數(shù)量換算的、所述像素群的等效圓直 徑為100pm以上的像素群對應。
9. 一種鑄件樣品取得用鑄模，用于檢查鋁合金的熔融金屬品質(zhì)，其特征在 于，包括具有凹槽的上模、與帶澆口的下模，在將所述上模和所述下模組裝的 狀態(tài)下，具有在熔融金屬流動方向延伸的近似長方體的腔，在所述上模的凹槽的底面，等間隔設置有在與熔融金屬流動方向垂直的方向延伸的倒V字形凸 部。
10. 如權利要求9所述的鑄件樣品取得用鑄模，其特征在于，所述V字形 凸部的形狀為，其頂點的角度在45。 90。的范圍內(nèi)，且所述V字形凸部的高度 是0.3 1,0mm。
11. 如權利要求9或IO所述的鑄件樣品取得用鑄模，其特征在于，所述帶 澆口的下模在澆口處設有傾斜角度為45° 60°的傾斜臺。
12. 如權利要求9至11中任一項所述的鑄件樣品取得用鑄模，其特征在于， 所述帶把手的上?；蛘咚鰩部诘南履Ｔ谇磺岸瞬烤哂信艢獠?。
全文摘要
本發(fā)明提供一種排除以往方法中的縮孔的影響、確保與由熟練人員測定的值有較高的相關性的自動計測夾雜物數(shù)量的方法及用于該方法的鑄件樣品取得用鑄模。該非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法包括以下步驟用CCD照相機等拍攝單元對由鋁合金形成的鑄件樣品的矩形的斷面進行拍攝，對利用上述拍攝單元拍攝的圖像的色密度進行處理，根據(jù)規(guī)定的閾值對處理好的圖像進行二值化處理，計測規(guī)定尺寸的像素群的數(shù)量，該非金屬夾雜物數(shù)量的測定方法中，在上述拍攝前檢測上述斷面的端部邊緣，在上述斷面的兩端部自動設定面積為該斷面面積的1/4～2/3的測定區(qū)域。鑄件樣品取得用鑄模包括具有凹槽的上模、與帶澆口的下模，在將上述上模和上述下模組裝的狀態(tài)下，具有在熔融金屬流動方向延伸的近似長方體的腔，在上述帶把手的上模的凹槽的底面，以等間隔設置在與熔融金屬流動方向垂直的方向延伸的倒V字形凸部。
文檔編號B22C9/06GK101568824SQ20088000118
公開日2009年10月28日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權日2007年3月8日
發(fā)明者倉增幸雄, 佐藤三由, 安部綾二, 河井宏 申請人:豐田自動車株式會社;日本輕金屬株式會社