球状黒鉛鋳鉄品質測定装置
【課題】球状黒鉛鋳鉄品の供試材の研磨作業の自動化などによって正確な品質評価を従来よりも大幅に短い時間で実施し、また、研磨作業者に提供する作業環境を改善する。
【解決手段】リニアガイド３１１は、略円柱形状の供試材を把持するための３本の爪を有する３点式チャック３３０を該球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の装置内においてｘ軸方向に案内する。３点式チャック３３０によって側面を把持される供試材は、研磨用の４つのディスクを有する研磨手段２００によってその底面が研磨される。３点式チャック３３０によって把持される供試材の底面は、水平に保持される。球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００のカメラ室１６０には、顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０と光源装置１７０とが配設され、カメラ１５０の光軸は鉛直方向に設けられている。光源装置１７０から出力される光は、光ケーブル１５２を介して顕微鏡１５３に供給される。
【解決手段】リニアガイド３１１は、略円柱形状の供試材を把持するための３本の爪を有する３点式チャック３３０を該球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の装置内においてｘ軸方向に案内する。３点式チャック３３０によって側面を把持される供試材は、研磨用の４つのディスクを有する研磨手段２００によってその底面が研磨される。３点式チャック３３０によって把持される供試材の底面は、水平に保持される。球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００のカメラ室１６０には、顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０と光源装置１７０とが配設され、カメラ１５０の光軸は鉛直方向に設けられている。光源装置１７０から出力される光は、光ケーブル１５２を介して顕微鏡１５３に供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状黒鉛鋳鉄品の供試材の研磨面を撮像して、その供試材の品質（黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率）を測定する球状黒鉛鋳鉄品質測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
球状黒鉛鋳鉄品の供試材の研磨面を撮像してその供試材の品質を測定する従来の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置としては、例えば下記の特許文献１に記載されている鋳鉄成分比率測定装置などが公知である。この従来技術の特徴は、撮像された供試材の研磨面の画像データを、該文献に開示されている一定の手順で自動的に画像解析処理することによって、その供試材の黒鉛球状化率、パーライト率、及びフェライト率を迅速に算出することができる点にある。このため、この従来装置を用いれば、供試材に関する正確な品質評価を効率よく実施することができると共に、測定者による品質判定値（黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率）のバラツキの発生をも必然的に回避することができる。
【０００３】
一方、球状黒鉛鋳鉄品の生産ラインにおいては、各処理取瓶に電気炉中の鋳鉄の溶湯を注湯する際の溶湯の状態に応じて各処理取瓶中の溶湯に添加される黒鉛球状化処理剤（例：マグネシウム（Ｍｇ）など）の添加量や注湯時間が、球状黒鉛鋳鉄品の品質を大きく左右する。このため、球状黒鉛鋳鉄品の生産ラインにおいては、その供試材の黒鉛球状化率などに関する迅速な品質検査に基づいて、球状黒鉛鋳鉄品の品質と、黒鉛球状化処理剤の添加量の最適値と、その注湯に要する時間を常時適正に管理したいと言う要求がある。これは、適正な添加量及び注湯時間に関する、該生産ラインへのフィードバックサイクルが短い場合ほど、不合格とすべき球状黒鉛鋳鉄品の数、または不合格とすべき溶湯の量を削減することができるためである。
【０００４】
なお、例えば、球状黒鉛鋳鉄品に関するＪＩＳ規格（ＪＩＳＧ５５０２）においては、黒鉛球状化率の算定は、５視野における各黒鉛球状化率の平均値によるものとする規定がある。
【特許文献１】特開２００４−３２５３５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の従来技術において、例えば、供試材の１研磨面における複数の視野に渡って各黒鉛球状化率を測定し、かつそれらの各値を平均処理する際には、顕微鏡の視野変更作業や、各黒鉛球状化率の平均値演算などに人手を要する。このため、上記従来技術においては、その測定作業の効率は必ずしも高いものとは言えない。しかしながら、この様な測定作業の更なる時間短縮を図ることは、前記のフィードバックサイクルの短縮にも直接繋がるので、球状黒鉛鋳鉄品の生産ラインにおける生産コストを効果的に削減する上でも、非常に重要となる。
また、供試材の研磨面の形成処理についても、それを更に自動化することができれば、上記の測定作業時間を更に大幅に短縮することができるだけでなく、その上更に、作業者に提供する作業環境の改善の面においても、大きな効果を期待することができる。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、球状黒鉛鋳鉄品の供試材に関する正確な品質評価を従来よりも大幅に短い時間で実施するための装置を提供することである。
また、本発明の更なる目的は、研磨作業の自動化などによって、研磨作業を行う作業者に提供する作業環境を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、球状黒鉛鋳鉄品の供試材の研磨面を撮像して、上記の供試材の品質を測定する球状黒鉛鋳鉄品質測定装置において、上記の研磨面上の撮像領域の画像を撮像する撮像手段と、この撮像手段に対して、撮像すべき位置関係に上記の撮像領域があることを連絡する撮像契機連絡手段と、上記の研磨面と上記の撮像手段との相対的な位置関係を変更することによって、上記の研磨面上において上記の撮像領域を相異なる他の撮像領域に変更する撮像領域変更手段と、上記の撮像手段によって撮像された上記の撮像領域の画像を入力し、その画像のデジタルデータを解析して、上記の研磨面の上記の撮像領域における品質を算出する品質算出手段と、上記の撮像領域変更手段と撮像契機連絡手段と撮像手段とを用いて撮像された、相異なる複数の撮像領域に関する品質の平均値を算出する平均値算出手段と、その平均値を所定の画面上または紙面上に表示する平均値表示手段とを備えることである。
【０００８】
ただし、上記の品質算出手段の構成は任意でよく、したがって、この品質算出手段としては、例えば上記の特許文献１に例示されている公知の従来技術などを用いてもよい。また、上記の品質としては、球状黒鉛鋳鉄の黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率などの他に、例えばその他の品質評価パラメータとして、黒鉛粒数、粒径、面積率などの指標について、自動測定する様にしてもよい。これらの品質評価パラメータの選定は、当該装置の利用目的に応じて任意に変更することができる。
また、上記の平均値の算出方法としては、例えば最大値と最小値とを除外した残りの中間領域のサンプル値の平均値を算出する様な、適当な加重平均処理を実施してもよい。
【０００９】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段における上記の品質算出手段によって、黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率を、上記の品質として算出することである。
【００１０】
また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、供試材の表面を研磨することによって上記の研磨面を形成する研磨手段を備え、かつ、研磨粗さが相異なる複数の研磨具または研磨シートにその研磨粗さの粗い順に供試材の表面を位置付ける供試材位置付け手段を、上記の研磨手段に備えることである。
【００１１】
ただし、研磨具または研磨シートと供試材との間で、供試材の表面を研磨するために生じさせるべき相対的な摩擦運動の形態は任意でよい。したがって、その相対的な摩擦運動は、例えば、並進運動によるものであっても、回転運動によるものであってもよい。また、この様な摩擦運動は相対的な運動であるから、勿論、供試材の側を運動させても、摩擦接触体（例えば研磨具など）の側を運動させても、また、それら双方を運動させてもよい。また、供試材に対して相対的に機械運動させるべき運動体は、必ずしも複数用意しなくてもよい。例えば研磨作業の際に、研磨シートを途中で交換する場合などには、その運動体（例：回転体と研磨シートとの複合体）は、研磨シートを面で支持する唯一の支持体と、粗さの相異なる複数枚の研磨シートだけで構成することができる。
【００１２】
また、本発明の第４の手段は、上記の第３の手段における研磨手段に、円形状またはリング形状の複数の研磨シートをそれぞれ各軸周りに回転自在に支持する平面部を有する複数の回転体と、これらの各回転体をそれぞれ回転駆動する回転動力機関と、これらの回転体の各平面部に固定された各研磨シートに供試材の表面を押し当てる研磨圧印加手段とを備え、上記の供試材位置付け手段によって、各回転体の各平面部に固定された各研磨シートに供試材の表面を位置付けることである。
ただし、上記の回転動力機関の数と上記の回転体の数とは、必ずしも一致している必要はなく、少なくとも１つの回転動力機関を具備することにより、上記の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置を構成することができる。また、この回転動力機関は、必ずしも電動機から構成する必要はない。
【００１３】
また、本発明の第５の手段は、上記の第３または第４の手段において、上記の供試材位置付け手段に、撮像手段の光軸上に供試材の研磨面を位置付ける撮像補助手段を備えることである。
ただし、この様な撮像補助手段は、上記の供試材位置付け手段の位置付け動作範囲を単純に延長することによって構成してもよい。
【００１４】
また、本発明の第６の手段は、上記の第３乃至第５の何れか１つの手段において、上記の研磨手段を収納する上記の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置の部分空間である研磨室を外気から遮断する開閉式のカバーと、この研磨室内に飛散する粉塵を吸い取る吸塵手段とを備えることである。
ただし、上記のカバーによる研磨室の外気との遮断は、必ずしも完全な遮断でなくともよい。また、粉塵の拡散を防止したり、運動する研磨具または研磨シートなどと作業者との接触を防止したりするカバーは、その構成を多重化する様にしてもよい。
【００１５】
また、本発明の第７の手段は、上記の第６の手段において、所定の非常停止スイッチがＯＮ状態にある時、または、上記のカバーが開状態にある時に、上記の回転体を停止させる非常安全停止手段を備えることである。
ただし、カバーの開閉状態を検出するための開閉センサは、例えば電気的なスイッチ（接点）などを用いて機械的に構成してもよいし、ライトカーテンや距離センサなどの光関連のセンサなどを用いて構成してもよい。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、上記の撮像手段と撮像領域変更手段と撮像契機連絡手段との連動によって、供試材の研磨面上における複数の視野に関する画像を所望の数だけ自動的、連続的かつ迅速に得ることができる。更に、上記の品質算出手段と平均値算出手段と平均値表示手段との連動によって、その供試材の品質を統計的な高い信頼性をもって正確かつ迅速に知ることができる。
このため、本発明の第１の手段によれば、球状黒鉛鋳鉄品の供試材の品質を従来よりも高い信頼性をもって正確に、かつ従来よりも迅速に知ることができる。したがって、本発明によれば、球状黒鉛鋳鉄品の供試材に関する正確な品質評価を従来よりも大幅に短い時間で実施することができる。
【００１７】
また、本発明の第２の手段によれば、供試材の研磨面における黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率を精度よく迅速に測定することができるため、球状黒鉛鋳鉄品の硬さや強度などの品質評価を効果的に実施することができる。
【００１８】
また、本発明の第３の手段によれば、上記の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置に、供試材に所定の粗さ（面粗度）の研磨面を自動的に効率よく形成する研磨手段が具備されるので、これらの組み合わせと連動によって、上記の測定を更に効率よく実行することができる。また、本発明の第３の手段によれば、上記の供試材位置付け手段の動作に基づいて、供試材の表面の粗さを段階的かつ漸近的にきめ細かくすることができるので、非常に効率よく所望の研磨面を形成することができる。
【００１９】
また、本発明の第４の手段によれば、必要とされる粗さの相異なる研磨シートの数と同数の回転体を用意することによって、研磨処理中に研磨シートを交換する必要がなくなる。このため、研磨時間を最小限に短縮することが可能となる。また、供試材と研磨シートとの間における相対的な摩擦運動を上記の回転体の回転運動に基づいて生成することができるので、高速な研磨手段を小形に構成することが容易となり、更に装置に発生する振動を最小限に抑えることもできる。
【００２０】
また、本発明の第５の手段によれば、撮像手段の光軸上に研磨面を自動的に位置付けすることができるので、研磨作業の完了から撮像開始までの時間を効果的に短縮することができる。また、特に、この撮像補助手段を、例えば上記の供試材位置付け手段の位置付け動作範囲を単純に延長することによって構成すれば、この場合には、当該装置の装置構成を非常に簡潔にすることができる。
【００２１】
また、本発明の第６の手段によれば、研磨処理によって発生する粉塵の装置周辺への飛散が上記のカバーによって効果的に防止される。このため、削られた鉄の粉塵が作業者の目、鼻、口などに侵入する恐れがなくなり、同時に装置周辺の作業環境を衛生的に維持することも容易となる。また、上記の吸塵手段によって、研磨室内での鉄粉の飛散もなくなるので、発生した鉄粉が処理中の研磨面上に再帰する恐れがなくなる。このため、所望の面粗度を効率よく確実に達成することができる。
また、カバーの配設は、当該装置が発生させる騒音の低減効果をももたらすので、作業環境の維持または改善にも有効である。
【００２２】
また、本発明の第７の手段によれば、研磨処理中に作業者などが動作中の研磨具や研磨シートなどに誤って触れることがなくなる。また、不測の非常時などにおいても、装置の動作（回転体の回転運動）を迅速かつ簡単に停止させることができる。このため、本発明の第７の手段によれば、作業者の安全をより確実に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
図１に本実施例１の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の断面図を示す。本実施例１では、水平面に対して平行に配置された直線状の案内部材であるリニアガイド３１１が案内する方向（左右方向）をｘ軸方向とし、水平面に対して垂直な鉛直方向（上下方向）をｚ軸方向とし、これらの各方向に同時に直交する方向（前後方向）をｙ軸方向とする。ただし、本明細書のｘｙｚ直交座標を付した各図面ではそれぞれ、鉛直方向の上向きをｚ軸方向の正の向きとする右手系の座標系を用い、筐体１０１において操作盤４００が配設されている側を前方とし、筐体１０１の背面１０１ａの側を後方とし、上記のｙ軸に沿ってその後方から前方に向う向きをｙ軸の正の向きとする。そして、本明細書で引用する図面に記載されている各ｘｙｚ直交座標系は、何れも同一の向きに配向されている。また、以下では、ｙ軸の正の向きを前向きと言い、ｘ軸の正の向きを左向きと言う。
【００２５】
上記のリニアガイド３１１は、略円柱形状の供試材を把持するための３本の爪を有する３点式チャック３３０を該球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の装置内において、上記のｘ軸方向に案内するためのものである。ただし、図１の左側の上下の各図には、３点式チャック３３０がそれぞれ複数記載されているが、これらは可動範囲を例示するための図示であり、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００は、３点式チャック３３０を唯一有する。
この３点式チャック３３０によって側面を把持される供試材は、図１及び図２の研磨手段２００によってその底面が研磨される。この時、図４に例示する様に、３点式チャック３３０によって把持された供試材１の研磨面１ａは、水平に保持される。
【００２６】
球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００のカメラ室１６０には、顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０と光源装置１７０とが配設されており、モノクロＣＣＤカメラ１５０の光軸は、鉛直方向（ｚ軸方向）に、即ち、上記の供試材１の研磨面１ａに対して垂直となる方向に設けられている。光源装置１７０から出力される光は、光ケーブル１５２を介して、顕微鏡１５３に供給される。なお、符号１５１はモノクロＣＣＤカメラ１５０のレンズカバーを示している。
また、エアーシリンダ６５０は、顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０をｙ軸方向に、即ち、リニアガイド３１１が３点式チャック３３０を案内する方向と垂直で水平な方向に、並進自在に支持する線形スライド型のエアーシリンダである。また、この並進量（ストローク長）は、２ｍｍまたは３ｍｍに設定でき、上記の供試材１の直径に応じて変更することができる。
【００２７】
排気ダクト１８１は、上記の研磨面１ａから削り出される粉塵（鉄粉）を集塵装置１８０の吸気口に導くための排気路を供するものであり、その両端は開口部１８１ａと開口部１８１ｂからなる。集塵装置１８０の吸塵力に基づいて排気ダクト１８１の開口部１８１ａから開口部１８１ｂに至った粉塵は、消化石箱１８２とその排出口１８２ａを介して、集塵装置１８０に吸い込まれる。
【００２８】
図２に、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の研磨手段２００の断面図及び平面図を示す。回転体２１０，２２０，２３０，２４０の各回転軸２１１，２２１，２３１，２４１は、何れも鉛直方向（ｚ軸方向）に固定されており、これらは方程式ｙ＝ｃ１（ｃ１は定数）を満たす同一面上に略等間隔に配置されている。即ち、ｘ軸方向（リニアガイド３１１の案内方向）に略等間隔に並べられている。そして、例えば回転体２１０の上部には、この回転体２１０と回転軸２１１を共有する同軸の円板形状のディスク２１０ａが水平に具備されており、回転体２１０の下部には、この回転体２１０と回転軸２１１を共有する同軸の歯車２１２が具備されている。また、回転体２１０とディスク２１０ａと歯車２１２は一体に構成されているので、これらは同一の回転角速度で回転軸２１１の周りで回転する。回転軸２２１，２３１，２４１周りにおける各ディスク２２０ａ，２３０ａ，２４０ａについても、それぞれ同様の構造に基づいて同様に回転させることができる。なお、これらのディスク２１０ａ，２２０ａ，２３０ａ，２４０ａが、請求項４の各回転体の各平面部に相当する。各ディスクの直径は、それぞれ約１０ｃｍである。
【００２９】
一方、歯車２０２は、モータ２０１のロータと同軸かつ一体に構成された歯車であり、歯車２１２及び歯車２２２にそれぞれ直接歯合している。このため、歯車２０２は、歯車２１２及び歯車２２２をそれぞれ直接同時に回転駆動することができ、かつ、ディスク２１０ａとディスク２２０ａの回転方向は一致する。また、アイドラー軸２５０の周りにベアリング２５３を介して回転自在に固定された歯車２５２は、歯車２２２及び歯車２３２にそれぞれ直接歯合している。このため、回転体２３０は、これらの歯車を介して回転体２２０の回転運動に基づいて駆動される。したがって、ディスク２２０ａとディスク２３０ａの回転方向は一致する。以下同様にして、ディスク２３０ａとディスク２４０ａの回転方向も一致する。
したがって、各ディスク２１０ａ，２２０ａ，２３０ａ，２４０ａの回転方向は、何れも互いに一致し、何れも上記のモータ２０１のロータとは逆の方向に、同時に同期して回転する。
【００３０】
これらの各ディスク２１０ａ，２２０ａ，２３０ａ，２４０ａには、円板状の研磨ホイル（研磨シート）を装着する。その着脱方式は、例えばセンターキャップによるワンタッチ着脱方式などが望ましく、これによって、各ディスク２１０ａ，２２０ａ，２３０ａの上面には、互いに粗さの異なる研磨ホイルをそれぞれ簡単に固定することができる。
また、ディスク２４０ａの上面には、研磨ホイルの代わりに、研磨面を化学的に処理するための腐食液を含ませた円板状のコットンを固定する。この腐食液としては、例えばナイタールやピクラール、ピクリン酸（トリニトロフェノール）などの、フェライトは酸化させずにパーライトだけを酸化させる酸を用いる。そして、この様な化学的な腐食処理によれば、研磨面におけるフェライトとパーライトの各輝度を互いに大きく異なるように変化させることができる。
【００３１】
図２の点Ｐ1 は、ディスク２１０ａの上面に固定される粗さ番号２４０の研磨ホイルと供試材の底面（研磨面）との接触位置を示している。また、同図２の点Ｐ2 は、ディスク２２０ａの上面に固定される粗さ番号６００の研磨ホイルと供試材の底面（研磨面）との接触位置を示している。また、同図２の点Ｐ3 は、ディスク２３０ａの上面に固定される仕上げ用の研磨ホイルと供試材の底面（研磨面）との接触位置を示している。また、同図２の点Ｐ4 は、ディスク２４０ａの上面に固定される上記のコットンと供試材の底面（研磨面）との接触位置を示している。これらの接触位置（点Ｐ1 〜Ｐ4 ）は、上記の平面ｙ＝ｃ１と平行な同一の１平面ｙ＝ｃ２の上に略等間隔に並んでいる。
【００３２】
図３に、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の他の側面図と平面図を示す。本図面上側の平面図は、図１のＢ−Ｂ断面から下方を見下ろした時の平面図である。また、本図面下側の側面図は、球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の右側の側面の筐体やカバーなどを無視した時の側面図である。筐体のトップを形成する上部カバー１１０は、図１に図示した様に開閉式に構成されており、外気に対して装置内部（研磨室）を遮断している。また、研磨手段２００には、内部カバー１１１が設けられており、これを開けば、符号１１１′で示した位置まで開けることができる。そして、これらの各カバーは、鉄粉が周囲に拡散することを防止し、作業者に対する安全性を確保し、かつ、研磨処理に伴う騒音を軽減する。
【００３３】
トランス１４０は、モータ２０１を駆動する３相交流電圧を生成するためのものである。電動シリンダ３２０は、前述の３点式チャック３３０を左右方向（即ちｘ軸方向）に並進駆動するためのものであり、ボールネジをステッピング・モータを用いて回転駆動させる並進駆動方式を採用している。
図４に、図３の電動シリンダ３２０とその周辺の拡大図、即ち、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の供試材位置付け手段３００の断面図を示す。本図４の符号３２１は上記のボールネジを示しており、該ボールネジ３２１は、電動シリンダ３２０のケース内部に納められている。そして、該ボールネジ３２１の配向はリニアガイド３１１に対して平行（即ちｘ軸方向）である。図３の符号３２４は上記のステッピング・モータ（即ち、後述の図６のステッピング・モータ３２４ａ）を格納するモータケースを示しており、ボールネジ３２１を回転させる駆動力は、ギヤボックス３２５内に納められた伝達ギヤを介して、このステッピング・モータからボールネジ３２１に伝達される。
【００３４】
図４の支持フレーム３０１は、図示しないその一部が筐体１０１に頑強に固定されている。上記のリニアガイド３１１と電動シリンダ３２０は、この支持フレーム３０１に固定されており、電動シリンダ３２０が有するスライダ３２２は、ボールネジ３２１に沿って、左右方向（ｘ軸方向）に並進する。連結支持部材３２３は、シリンダブラケット３０５とスライダ３２２とを連結固定する支持部材であり、これによって、シリンダブラケット３０５は、スライダ３２２と共にリニアガイド３１１に沿って、左右方向（ｘ軸方向）に並進する。
【００３５】
図５は、この供試材位置付け手段３００のリニアガイドウェイ３１０の斜視図である。スライド・ブロック３１２は、その内部にベアリング・ボールを有しており、リニアガイド３１１によってｘ軸方向に平滑に案内される。ネジ穴３１２ａとネジ穴３１２ｂは、図４のボルト３０６ａ，３０６ｂを螺合させるためのものであり、この締結によって、シリンダブラケット３０５は、スライド・ブロック３１２に固定される。このため、シリンダブラケット３０５は、良好に水平を維持したまま、左右方向（ｘ軸方向）に並進することができる。
【００３６】
図１、図３及び図４に示すケーブルベア３０４は、底無しの筒状の空洞を有するチェーン状に形成されており、３点式チャック３３０の上下動作及び把持動作を駆動するためのエアーチューブ６３３，６４３が、その内部空洞に貫通されている。このケーブルベア３０４の下側に配置される一端は、支持部材３０２によって支持フレーム３０１に固定されている。一方、このケーブルベア３０４の上側に配置されるもう一端は、支持部材３０３によってシリンダブラケット３０５に固定されている。このため、エアーチューブ６３３，６４３の取り回しは、シリンダブラケット３０５が左右方向（ｘ軸方向）に並進移動しても、乱されることはない。
【００３７】
低摩擦シリンダ６３０は、３点式チャック３３０を上下方向（ｚ軸方向）に並進駆動するためのエアーシリンダであり、エアーチューブ６３３から供給される空気の圧力制御によって駆動制御される。この並進駆動によって、シリンダシャフト６３２の先端に固定されたシリンダヘッド６３１は、上下方向に位置制御される。また、図７に示す様に、この低摩擦シリンダ６３０には、電磁弁６０３による気圧の可変制御が可能なレギュレータが連結されているので、シリンダヘッド６３１の下方への押圧も、空気圧及び電流によって制御することができる。即ち、この低摩擦シリンダ６３０が請求項４の研磨圧印加手段に相当し、レギュレータ６０３はその研磨圧の可変制御手段となる。
【００３８】
したがって、図４の３点式チャック３３０によって、把持される供試材１の研磨面１ａの各研磨ホイルなどに対する押圧は、上記のレギュレータ６０３の作用に基づいて、任意に可変制御することができる。なお、符号３４１、３４２は、３点式チャック３３０の上下方向の並進動作を平滑に案内するためのガイドシャフトを指している。
また、図４に示す３点式チャック３３０が有する３本の爪３３１ａ，３３１ｂ，３３１ｃは、供試材１の直径に応じて交換することができる。また、供試材１の直径については、２０ｍｍと３０ｍｍの２通りに対応している。また、図１の試料台１２５についても同様に、２０ｍｍと３０ｍｍの２通りに対応している。
以上の駆動機構（供試材位置付け手段３００）によって、供試材１の研磨面１ａは、水平を維持したまま左右方向（ｘ軸方向）及び上下方向（ｚ軸方向）に任意に位置制御することができる。
【００３９】
図６に、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の制御系の制御ブロックダイアグラムを示す。制御装置５００は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェイスなどを有するマイクロプロセッサを中心として構成されており、所定のプログラムを起動することによって、所望の制御動作を順次実行させることができる。モータ駆動回路３２４ｂは前述のステッピング・モータ３２４ａを駆動制御するための駆動回路であり、制御装置５００から出力される位置指令に基づいて、その位置が実現される様にステッピング・モータ３２４ａを回転させる。
モータ駆動回路５０１は、図２のモータ２０１を駆動制御するための駆動回路であり、制御装置５００から出力される速度指令に基づいて、その速度が実現される様にモータ２０１の回転数を制御する。また、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路５０２は、図１、図６のモノクロＣＣＤカメラ１５０、光源装置１７０、集塵装置１８０、及び本図６のポンプ６９０の各電源のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御するための回路である。また、この制御装置５００は、光センサ５０３、及び近接センサ５０４からの各検出信号を入力することができる。
【００４０】
ただし、光センサ５０３（図１、図６）は、供試材１の受け入れ／排出位置にある試料台１２５の中心の点Ｐ0 （図１）において、供試材１が正しく配置されているか否か、及び、供試材１を排出するための排出スペースの有無（即ち、障害物の有無）を判定するためのものであり、供試材１の受け入れ時と排出時に用いられる。
また、上記の近接センサ５０４は、図１のカバー１１０が閉じられているか否かを判定するための手段で、カバー１１０の所定の部位が当該近接センサ５０４から約５ｍｍ以上乖離した際に、カバー１１０の開状態が検知される。そして、この近接センサ５０４は、物理的には図１に図示する様にカバー１１０のヒンジ部分付近に取り付けられている。
なお、上記の制御装置５００、モータ駆動回路５０１、及びＯＮ／ＯＦＦ制御回路５０２は、図１のキャビネット１３０に格納されている。また、本図６中の符号６０１〜６０７は、図７の空気回路６００の各電磁弁を示しており、これによって、対応する各エアーバルブの開閉制御を制御装置５００からの指令に基づいて、それぞれ自動的に実施することができる。
【００４１】
図７に、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の空気回路６００の回路図を示す。上記のポンプ６９０（図６）は、０．４ＭＰａ以上の乾燥した空気をレギュレータ・コンビネーション・ユニット６１１に供給する。図１に図示されている給気装置６１０は、電磁弁６０１を有するこのレギュレータ・コンビネーション・ユニット６１１とスイッチ付き圧力計６１２との複合体からなり、これらは筐体１０１の外部に固定されている。これによって、該給気装置６１０のレギュレータ・コンビネーション・ユニット６１１から、圧力が０．４ＭＰａに安定した乾燥した空気を出力することができる。なお、電磁弁６０２，６０４，６０５，６０６は、マニホールド６２０を用いて１箇所に結束されており、これらは電磁弁６０３、６０７と共に、図１のキャビネット１３０に格納されている。
【００４２】
低摩擦シリンダ６３０は、前述の様に３点式チャック３３０を鉛直方向に並進駆動するためのものであるが、この駆動制御は、電磁弁６０２を介して、上記の制御装置５００によって実行される。また、エアーシリンダ６４０は、３点式チャック３３０の把持制御（開閉駆動）を行うためのものであり、図４の３点式チャック３３０の主要部分を構成している。このため、３点式チャック３３０の把持制御は、図７の電磁弁６０４を介して、上記の制御装置５００によって実行される。
また、図１にも図示した前述のエアーシリンダ６５０は電磁弁６０５によって、また、エアーシリンダ６６０は電磁弁６０６によって、それぞれ制御される。このエアーシリンダ６６０はモノクロＣＣＤカメラ１５０のシャッターを自動的に切るための駆動手段である。
【００４３】
また、図１や図３にも図示したエアーブロー６７０は、図１の点Ｐ5 に位置付けられた供試材１に付着している腐食液を吹き飛ばし、乾燥させるためのものであり、その空気の噴出動作の有無は、電磁弁６０７によって制御することができる。
エアーガン６８０に対しては、コイルチューブ６８５を通してレギュレータ・コンビネーション・ユニット６１１から給気される。このエアーガン６８０は、該球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の内部等を清掃するためなどに用いられる。
【００４４】
図８は、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の操作盤４００の正面図である。この操作盤４００の中央左寄りに設けられた液晶式ディスプレー４２０には、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００にて処理中の工程番号や、研磨処理工程における研磨処理条件（例：回転数など）などを表示することができる。
パイロットランプ４０１は、白色点灯することによって、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の電源が入っていることを示す。パイロットランプ４０２は、赤色点灯することによって、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の状態に軽い異常があることを示す。この軽い異常としては、例えば、集塵装置１８０のカセットフィルターの交換時期が近いことなどを挙げることができる。また、重異常が生じた場合には、パイロットランプ４０３が赤色点灯し、ブザー４０９から警報音が発せられる。この様な重異常としては、例えば、研磨処理工程中にカバー１１０が開けられてしまったなどの安全上の不都合や、非常停止ボタン４１０が押された場合や、その後の工程の続行を不能とする装置自身の故障などを挙げることができる。なお、これらの異常の詳細情報についても、上記の液晶式ディスプレー４２０に表示することができる。
【００４５】
また、切換スイッチ４０４により、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の運転モードを手動モードと自動モードの何れかに切り換えることができる。自動準備ボタン４０５は、自動モードにおける準備処理を起動するためのボタンである。また、自動開始ボタン４０６は、自動モードにおける運転を開始するためのボタンである。押下によるこれらのボタン操作が正常に受け付けられると、これらのボタン（４０５，４０６）は、緑色に点灯する。
なお、非常停止ボタン４１０は、作業者が非常と判断する任意の事態に対応するためのものであり、このボタンを押下することによって、球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の主電源を瞬時に落とすことができる。
【００４６】
以下、図９−Ａ，−Ｂを用いて、制御装置５００が実行する制御処理手順について説明する。この手順は、供試材１の研磨面１ａを形成するためと、その研磨面１ａを撮像するためのものである。
まず、最初のステップＳ１０では、当該球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の初期設定を行う。この初期設定は、操作盤４００の切換スイッチ４０４を手動モードに設定後、自動準備ボタン４０５を押すことによって開始される。この初期設定処理では、制御装置５００からの指令に基づくＯＮ／ＯＦＦ制御回路５０２の作用によって、図６のモノクロＣＣＤカメラ１５０、光源装置１７０、集塵装置１８０、およびポンプ６９０の各電源をＯＮ状態にする。また、この時、制御装置５００は、例えば後述の制御変数ｎの値を０にするなどの初期設定を実行する。
【００４７】
次に、ステップＳ１５では、３点式チャック３３０によって供試材１を把持することができるか否かを、即ち、その供試材１が図１の試料台１２５上の点Ｐ0 に配置されているか否かを、前述の光センサ５０３を用いて判定する。この判定（ステップＳ１５）の結果、自動開始ボタン４０６が押された後の所定時間内に供試材１が正しい位置にセットされていれば、次のステップＳ２０において、供試材１を３点式チャック３３０によって把持する。また、そうでなければ、上記の所定時間内において同様の判定処理を繰り返す。
【００４８】
ただし、ここで３点式チャック３３０で把持する供試材１は、次の条件を満たしているものとする。
（供試材１の条件）
（１）直径３０ｍｍ、高さ１８０ｍｍの円柱形であること。
（２）研磨面１ａは、粗さ番号１２０以上の研磨ベルトで研磨済みであること。
したがって、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００を使用する際には、予め人手による予備処理（ベルト研磨）を実施しておく。このベルト研磨は、粗さ番号６０と１２０の２段階に渡って実施することが望ましい。なお、前述の爪３３１ａ，３３１ｂ，３３１ｃなどの選択条件などによっては、直径が２０ｍｍの供試材を処理することも可能である。
【００４９】
そして、上記のステップＳ２０の実行後は、ステップＳ２５によって、制御変数ｎの値を１だけ増加させる。次に、ステップＳ３０では、図２の点Ｐn （ｎ＝１，２，３，４）に、供試材１の研磨面１ａを位置付ける。この位置付けは、図６の制御装置５００からの指令に基づいて、図４の供試材位置付け手段３００によって実行することができる。以下、図２のディスク２１０ａによって研磨面１ａを研磨する工程を第１研磨工程と言い、研磨面１ａをディスク２２０ａによって研磨する工程を第２研磨工程、ディスク２３０ａによって研磨する工程を第３研磨工程、ディスク２４０ａによって研磨する工程を第４研磨工程とそれぞれ言う。
【００５０】
次に、ステップＳ３５では、操作盤４００の液晶式ディスプレー４２０に、第ｎ研磨工程の工程名（工程番号ｎ）と共に、その実施条件である下記の第ｎ研磨条件（ｎ＝１，２，３，４）を表示する。
（第ｎ研磨条件）
（ａ）ディスクの回転数ｒn
（ｂ）研磨時間Ｔn
（ｃ）研磨速度ｖn
（ｄ）研磨圧力ρn
例えば、第１研磨工程から第４研磨工程までの各工程におけるディスクの回転数ｒn （ｎ＝１，２，３，４）は、それぞれ、１２０００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍ，６０００ｒｐｍ、及び８０００ｒｐｍに定められており、これらの値は何れも標準値として予め制御装置５００に記憶されている。また、その他の研磨条件（ｂ）〜（ｄ）についても同様に、予め制御装置５００に記憶されている。
【００５１】
次に、ステップＳ４０では、これらの研磨条件にしたがって、供試材１の研磨面１ａを研磨する。この時のディスクの回転数ｒn は、制御装置５００からモータ駆動回路５０１に与えられる速度指令によって制御することができる。また、研磨圧力ρn は、制御装置５００によって制御される電磁弁６０３に流す電流の大きさによって制御することができる。また、このステップＳ４０を終了する際には、一旦、ディスクの回転を減速するものとする。
【００５２】
そして、次のステップＳ４５では、制御変数ｎの値が４に達したか否かを判定する。その結果、ｎ＝４ならば図９−ＢのステップＳ５０へ、ｎ＜４ならば上記のステップＳ２５に処理を移す。このステップＳ４５の判定処理によって、上記の第１研磨工程から第４研磨工程までの各研磨工程を１回ずつ実行することができる。
【００５３】
その後、次のステップＳ５０（図９−Ｂ）では、供試材位置付け手段３００によって、図１の点Ｐ5 に研磨面１ａを位置付ける。この点Ｐ5 は、図１のエアブロー６７０の正面に位置している。
次のステップＳ５５では、図６、図７の電磁弁６０７を開くことによって、供試材１に高圧の空気を吹き付ける。これにより、研磨面１ａに付着した腐食液を吹き飛ばし、乾燥させることができる。
なお、以上までの研磨処理の実行中において、図１、図６の近接センサ５０４によって、カバー１１０の開状態が検知された場合には、制御装置５００は、モータ駆動回路５０１とモータ駆動回路３２４ｂに対して非常停止指令を出力する。この手段（即ち、請求項７の非常安全停止手段）により、動作中の研磨手段２００、または動作中の供試材位置付け手段３００と、作業者とが干渉する恐れはない。
【００５４】
次に、ステップＳ６０では、図１の点Ｐ6 に研磨面１ａを位置付ける。この点Ｐ6 は、図１のレンズカバー１５１の略中央の直上に位置しており、顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０（撮像手段）の撮像焦点が丁度、研磨面１ａ上において結ばれる様に定義されている。即ち、供試材位置付け手段３００は、請求項５の撮像補助手段を兼ねており、本ステップＳ６０（撮像補助手段）の位置付け動作によって、撮像手段の光軸上に供試材１の研磨面１ａが位置付けられる。ただし、オートフォーカス手段（焦点自動調整手段）などを用いて、焦点距離の微調整を行う様にしてもよい。顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０（撮像手段）には、その様な調整手段を標準装備することも可能である。
【００５５】
次に、ステップＳ６５では、研磨面１ａ上における光軸周辺の撮像領域を撮影する。ただし、この時の撮像領域の広さは、１ｍｍ×１ｍｍかそれ以上とする。また、顕微鏡１５３の倍率は、１００倍とする。この撮像動作は、エアーシリンダ６６０を用いて、モノクロＣＣＤカメラ１５０のシャッターを切ることによって行うので、本ステップＳ６５では、制御装置５００により電磁弁６０６を制御する。
【００５６】
次に、ステップＳ７０では、ステップＳ６５にて撮像した撮像データを、図１及び図１０に図示したデータ転送ケーブル７０１を介して、筐体１０１の外部にあるパソコンに、即ち、図１０の品質測定装置７００に転送する。
次に、ステップＳ７５では、撮像処理を終了すべきか否かを判定する。この終了条件は、次の何れかの条件が成立した場合に、成立する。
（ａ）ステップＳ７０が繰り返し合計７回実行された。
（ｂ）撮像処理ループの途中などで、操作盤４００のサイクル停止ボタン４０８が押下された。
そして、この終了条件が成り立つ場合にはステップＳ８５に、そうでなければステップＳ８０に処理を移す。
【００５７】
そして、ステップＳ８０では、研磨面１ａ上における撮像領域を変更する。この領域変更処理には、図３、図４の電動シリンダ３２０か、図１、図７のエアーシリンダ６５０の何れか１方を用いる。即ち、撮像領域を変更するためには、供試材１を移動させてもよいし、撮像手段（顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０）の側を移動させてもよい。したがって、本ステップＳ８０では、制御装置５００により図６のモータ駆動回路３２４ｂか、図６、図７の電磁弁６０５の何れか１方を制御する。そして、このステップＳ８０の実行後は、再びステップＳ６５に処理を移す。
ステップＳ６５を繰り返し実行する撮像処理ループ中における、この様な撮像領域の変更処理（本ステップＳ８０）により、研磨面１ａ上において、毎回新しい未撮像の撮像領域にカメラ焦点を合わせることができる。
【００５８】
一方、上記の終了条件が成立した直後に実行されるステップＳ８５では、図１の試料台１２５の近傍に供試材１を位置付ける。そして、次のステップＳ９０では、光センサ５０３（図１、図６）を用いて、所定の排出位置である点Ｐ0 に供試材１を排出するためのスペースが有るか否かについて、即ち、例えば過去に検査済みの供試材等の障害物がその排出位置に無いか否かについて判定する。そして、点Ｐ0 に供試材１を排出するためのスペースが有る場合にはステップＳ９５に処理を移し、そうでなければブザー４０９から警報音を出力しつつ同様の判定処理を繰り返す。
【００５９】
そして、上記の点Ｐ0 に供試材１を排出するためのスペースが確認された後は、試料台１２５の上に供試材１を置き、その後、最後のステップＳ９５にて３点式チャック３３０の爪を開くことによって、供試材１を点Ｐ0 に排出する。したがって、本ステップＳ９５では、制御装置５００により図６、図７の電磁弁６０４を制御する。
制御装置５００による以上の制御処理手順により、上記の撮像処理ループの途中などで操作盤４００のサイクル停止ボタン４０８が押されない限りにおいて、即ち通常は、研磨面１ａ上における相異なる７通りの撮像領域に関する撮像データを図１０のパソコン（品質測定装置７００）に転送することができる。
【００６０】
図１０には、上記の撮像データを分析する本実施例の品質測定装置７００の構成を示す。この品質測定装置７００は鋳鉄試料における黒鉛球状化率、パーライト率、フェライト率等の成分率を測定する装置であり、画像記憶手段７１１、閾値設定手段７１２、濃淡画像を３つの輝度ランクに分類する画像分類手段７１３、黒鉛球状化率等の基地組織比率を求める品質算出手段７１４、撮像された複数の撮像領域に関する品質の平均値を算出する平均値算出手段７１５、及び、研磨面の撮像画像や各品質（各基地組織比率）などを表示する液晶ディスプレー７１６から構成される。ただし、閾値設定手段７１２、画像分類手段７１３、品質算出手段７１４、及び平均値算出手段７１５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ装置、ハードディスク装置などを具備するパーソナルコンピュータ７００によって具現されている。また、上記の液晶ディスプレー７１６も、勿論このパーソナルコンピュータ７００の一部を構成するものであり、これによって、撮像した状態の濃淡画像、濃淡画像を分類した後の分類画像や、それらの分類画像から求めたパーライト率、フェライト率、黒鉛球状化率等を表示することができる。
【００６１】
以下、図１１を用いて、当該品質測定装置７００の動作について説明する。図１１のフローチャートは、この品質測定装置７００が実行する処理手順を示している。
この処理手順では、まず最初のステップＳ１００において、このフローチャートを実行するプログラムが参照、更新するデータ領域（作業領域）の初期化を行う。これらの初期化処理には、例えば、ループ回数をカウントするための制御変数ｍの値を７に初期設定する処理などが含まれている。
【００６２】
次のステップＳ１１０では、モノクロＣＣＤカメラ１５０によって撮像された研磨面画像を、上記の画像記憶手段７１１を用いて構成される所定のフレームメモリ上に取り込む。このデータ受信処理は、前述の図９−ＢのステップＳ７０と同期して実行してもよいし、バッファリング領域を設けるなどして、それとは非同期に実行してもよい。球状黒鉛鋳鉄の研磨面１ａを撮像すると、通常、試料を構成する各成分に応じた輝度を有した濃淡画像で観察される。図１３−Ａにその濃淡画像を例示する。これらの濃淡画像は、輝度が例えば２５６段階にＡ／Ｄ変換された画素の集合であり、そのデジタル画像データは、例えば５１２×５１２のフレームメモリ内に記憶することができる。
【００６３】
なお、本実施例では、以下の現象を利用する。即ち、この濃淡画像（デジタル画像データ）において、球状黒鉛鋳鉄を構成する黒鉛は黒鉛に特有の輝度を示し、パーライトはパーライトに特有の輝度を、フェライトはフェライトに特有の輝度を示す。例えば、前述のピクリン酸などによる腐食処理によりパーライトだけが酸化されて褐色に変色する。その結果、パーライトの輝度は、フェライトの輝度よりも低下するが、黒鉛の黒色の輝度よりは低下しない。品質測定装置７００はこの現象を利用したものである。
【００６４】
そこで、次のステップＳ１２０では、上記の作用に基づいて、この濃淡画像の基地組織比率が容易に判別できるような画像変換処理を実行する。より具体的には、閾値設定手段７１２によって、濃淡画像の画素数の輝度に関するヒストグラムを作成して、それに基づいて複数の閾値を設定する。この時、横軸に輝度をとり縦軸にその度数（画素数）をとれば、球状黒鉛鋳鉄の基地組織比率（例：黒鉛球状化率）に起因する図１２に示すヒストグラムが得られる。そして、例えばヒストグラムの複数の極小値を複数の閾値とする。図１２に示すヒストグラムのように、輝度ａ′、輝度ｂ′、輝度ｃ′を中心に輝度分布ａ、輝度分布ｂ、輝度分布ｃが存在する場合、このヒストグラムに極小値を与える輝度ｐ′を第１閾値に設定し、他の極小値の輝度ｑ′を第２閾値に設定する。このようにすれば、自動的かつ的確に複数の閾値（輝度値）を設定することができる。
【００６５】
また、撮像されたままの形式で液晶ディスプレー７１６に表示される濃淡画像（図１３−Ａ）と、第１閾値と第２閾値とを用いて３ランクに分類して表示された各分類画像とをそれぞれ作業者が目視すれば、作業者は、それらが適正な閾値によって分類されているか否かを確認することができる。そこで、本ステップＳ１２０では、それらの画像を同時に液晶式ディスプレー７１６に表示し、自動的に暫定された上記の各閾値が、もしも適正でない場合には、これらの閾値設定を作業者が、手動操作（閾値のキー入力）によって、直接的に任意に変更することもできる構成になっている。
【００６６】
その後は、次のステップＳ１３０に移行する。このステップＳ１３０では、上記の第１閾値と第２閾値を用いて画像分類手段７１３が濃淡画像を多値画像に変換する。例えば、輝度０〜輝度ｐ′（第１閾値）の画素を全て輝度ａ′に変換する。また、輝度ｐ′〜輝度ｑ′（第２閾値）の画素を全て輝度ｂ′に変換し、輝度ｑ′（第３閾値）以上の画素を全て輝度ｃ′に変換する。これにより、図１３−Ａに示した濃淡画像は、図１３−Ｂに示す多値画像（３値画像）に変換される。即ち、黒鉛２０の黒色、フェライト２１の白色、そしてパーライト２２の灰色の３値画像に変換される。このようにして撮像した状態の濃淡画像は、黒、灰色、白の３つの輝度に対応した３ランクの画像に分類される。このようにして、球状黒鉛鋳鉄の断面画像の各部は、それぞれ多値化された各輝度に分離されるので、各基地組織はそれぞれ互いに容易に判別可能となる。
【００６７】
次に、ステップＳ１４０では、以下の品質算出手段７１４によって、分類画像において同一ランク（輝度）に属する画像の総画素面積を算出して、各成分の割合を算出する。即ち、パーライト率、フェライト率、黒鉛面積率等を算出する。試料を構成する各成分の成分率は、各成分の面積占有率に比例する。そこで、本実施例では、ステップＳ１４０（品質算出手段７１４）によって、多値画像の同一輝度（各成分）の面積を求める。これは、同一輝度の画素数を計数することで容易に求められる。そして、全体画素（例えば、５１２×５１２）に対する割合を求める。例えば、黒鉛面積率ｒｋは黒色画素数／全体画素数、パーライト率ｒｐは灰色画素数／（灰色画素数＋白色画素数）、フェライト率ｒｆは白色画素数／（灰色画素数＋白色画素数）で求められる。勿論、パーライト率ｒｐを灰色画素数／全体画素数、フェライト率ｒｆは白色画素数／全体画素数として定義して求めても良い。
【００６８】
次のステップＳ１５０では、その結果を液晶ディスプレー７１６に、例えば分類画像（多値画像）と各成分率を表示する。即ち、多値画像である図１３−Ｂの３値画像と、各成分率である例えばパーライト率ｒｐ、フェライト率ｒｆ等を表示する。尚、黒鉛球状化率は、黒色球体の画素数／黒色画素数で算出する。また、同時に、黒鉛の粒数、平均粒径を演算して表示するようにしてもよい。これらは、黒色画像の輪郭を抽出する画像処理により実行することができる。輪郭から粒子を認識でき、輪郭に関して垂直な２方向の距離を測定することで、球状粒子か否かを判定することができる。
【００６９】
次のステップＳ１６０では、制御変数ｍの値を１だけ減少させる。また、その次のステップＳ１７０では、制御変数ｍの値が０に成ったか否かを判定する。この２つのステップ（Ｓ１６０，Ｓ１７０）の作用により、各成分率（黒鉛球状化率、パーライト率、フェライト率）を、１つの研磨面１ａ上における相異なる７通りの撮像領域について、それぞれ求めることができる。
【００７０】
次のステップＳ１８０では、各基地組織比率（黒鉛球状化率、パーライト率、フェライト率）の平均値をそれぞれ求める（平均値算出手段）。ただし、各基地組織比率の平均処理においては、最大値と最小値を無視し、それらの間の５値に関する平均をそれぞれ求めるものとする。この様な平均処理を行えば、各平均値の信頼性をそれぞれ良好に高めることができる。
そして、最後のステップＳ１９０では、各成分率（黒鉛球状化率、パーライト率、フェライト率）の平均値をそれぞれ液晶式ディスプレー７１６に表示する。
なお、ステップＳ１９０における表示処理においては、平均値の他にも、各視野（撮像領域）の平均前の測定値や、各視野（撮像領域）の撮像画像について、実施する様にしてもよい。
【００７１】
本実施例１の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置装置１０００を用いれば、供試材の研磨処理、研磨面のウェットエッチング処理、撮像処理、および画像解析による品質算出処理を、機械的な一連の工程を経て、それぞれ自動的かつ迅速に実施することができる。また、各工程間における無駄な時間が何ら生じることがない。このため、本発明によれば、供試材の検査を従来よりも格段に短時間で実施することができる。また、最大値と最小値を除外する上記の様な平均処理を行っているので、十分に信頼性の高い成分率（黒鉛球状化率、パーライト率、フェライト率）を算出することができる。
また、濃淡画像に対して、少なくとも２つの閾値を設定し、分類画像（多値画像即ち３値画像）で各成分の割合を算出するので、１度の撮像で各成分率が算出され、検査効率に優れた画像処理装置となる。
【００７２】
〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
（変形例１）
例えば、上記の実施例１では、ＣＣＤカメラにモノクロカメラを用いているが、勿論、先の特許文献１にも記載されている様に、フルカラーのカメラを用いて、所望の品質検査を実施してもよい。また、その場合、そのカラー画像の輝度、彩度、色相などの画像調整パラメータを、自由に調整したり変更したりして、その利用目的に応じて、解析画像を任意に表示する様にしてもよい。
【００７３】
（変形例２）
また、上記の実施例１のステップＳ３０では、供試材がｘ軸方向に並進移動できる構成としたが、この様な並進移動手段（図４の供試材位置付け手段３００）は、研磨シートと供試材との間の相対的な位置関係を変更するための相対運動を生成する手段であるから、必ずしも、供試材を並進移動させる必要はなく、供試材を例えば円弧などにそって曲線的に移動させてもよいし、供試材の側は静止させておいて、研磨シートや研磨具などの側を移動させる様にしてもよい。また、これらの双方を移動させることによって、両者間の相対運動を生成してもよい。
したがって、研磨シートの方も、必ずしも直線的に配列する必要はない。よって、各回転体（２１０，２２０，２３０，２４０）なども必ずしも直線的に配列する必要はない。これらの配置関係は、供試材の位置付け手段に合わせて任意に構成することができる。また、研磨シートの面粗度レベルの段数（よって回転体の数）も任意でよい。
【００７４】
（変形例３）
また、上記の実施例１では、ＣＣＤカメラのｙ軸方向の並進移動を、アクチュエータ（エアーシリンダ６５０）をもちいて自動化したが、例えば、前後方向の撮像座標は、最低限１回しか位置変更しなくても済ますことが可能なので、その様な方向の位置変更については、手動で実施する様にしてもよい。この様な手動手段の導入によって、品質検査時間が大幅に長くなることはなく、その様な装置構成を採用しても、本発明の手段に基づいて、本発明の作用・効果を受託することができる。
【００７５】
（変形例４）
また、上記の実施例１では、研磨シートを回転させて研磨処理を実行する様にしたが、例えば、円形またはリング形状の研磨シートの中心軸周りで、供試材の側を回転運動させる様にして研磨処理を実行する様にしてもよい。また、研磨具または供試材の線形な並進往復運動などによって、研磨処理を実行する様にしてもよい。
【００７６】
（変形例５）
また、研磨面の形成の際に供試材に対して相対的に摩擦運動させるべき摩擦接触体は、必ずしも複数用意しなくてもよい。例えば研磨シートを動的に交換するシート交換手段を設ける場合などには、その摩擦接触体は、研磨シートを面で支持する唯一の支持体と、粗さの相異なる複数枚の研磨シートだけで構成することも可能である。
ただし、この場合には、複数の摩擦接触体（例：回転体と研磨シートの複合体）の間で供試材を移動させる位置付け手段、または、供試材に個々の摩擦接触体を位置付ける位置付け手段が不要となるが、その反面、自動的なシート交換手段を構成するか、手動で研磨シートを交換するなどの必要が生じてしまう。また、この場合には、シートの交換時間が必要となるので、作業時間の短縮などの面で、必ずしも望ましくはない。
【００７７】
（変形例６）
また、各アクチュエータについては、エアーシリンダの代わりに電動モータを用いてもよい。また、例えば電動シリンダ３２０については、その代わりに、リニアモータ等を用いる様にしてもよい。これらの駆動手段の選択や組み合わせは任意でよい。
また、請求項４の回転動力機関（実施例１ではモータ２０１に対応）は、各回転体（２１０，２２０，２３０，２４０）毎にそれぞれ一機ずつ設ける様にしてもよい。また、これらの回転動力機関は、発動機（燃焼機関）などを用いて構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、球状黒鉛鋳鉄品を構成する溶湯の品質をその凝固後の固体断面の画像に基づいて評価するための装置を提供するものであるから、球状黒鉛鋳鉄品の製造関連業界において、幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施例１の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の断面図
【図２】球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の研磨手段２００の断面図及び平面図
【図３】本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の他の側面図と平面図
【図４】球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の供試材位置付け手段３００の断面図
【図５】供試材位置付け手段３００のリニアガイドウェイ３１０の斜視図
【図６】球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の制御系の制御ブロックダイアグラム
【図７】球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の空気回路６００の回路図
【図８】球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の操作盤４００の正面図
【図９−Ａ】制御装置５００が実行する処理手順を示すフローチャート（前半）
【図９−Ｂ】制御装置５００が実行する処理手順を示すフローチャート（後半）
【図１０】撮像データを分析する品質測定装置７００の構成を示すブロック図
【図１１】品質測定装置７００が実行する処理手順を示すフローチャート
【図１２】濃淡画像から得られる輝度のヒストグラムを例示するグラフ
【図１３−Ａ】濃淡画像を例示する平面図
【図１３−Ｂ】濃淡画像から得られる３値画像を例示する平面図
【符号の説明】
【００８０】
１０００ ： 球状黒鉛鋳鉄品質測定装置
２００ ： 研磨手段
３００ ： 供試材位置付け手段
４００ ： 操作盤
５００ ： 制御装置
６００ ： 空気回路
７００ ： 品質測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状黒鉛鋳鉄品の供試材の研磨面を撮像して、その供試材の品質（黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率）を測定する球状黒鉛鋳鉄品質測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
球状黒鉛鋳鉄品の供試材の研磨面を撮像してその供試材の品質を測定する従来の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置としては、例えば下記の特許文献１に記載されている鋳鉄成分比率測定装置などが公知である。この従来技術の特徴は、撮像された供試材の研磨面の画像データを、該文献に開示されている一定の手順で自動的に画像解析処理することによって、その供試材の黒鉛球状化率、パーライト率、及びフェライト率を迅速に算出することができる点にある。このため、この従来装置を用いれば、供試材に関する正確な品質評価を効率よく実施することができると共に、測定者による品質判定値（黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率）のバラツキの発生をも必然的に回避することができる。
【０００３】
一方、球状黒鉛鋳鉄品の生産ラインにおいては、各処理取瓶に電気炉中の鋳鉄の溶湯を注湯する際の溶湯の状態に応じて各処理取瓶中の溶湯に添加される黒鉛球状化処理剤（例：マグネシウム（Ｍｇ）など）の添加量や注湯時間が、球状黒鉛鋳鉄品の品質を大きく左右する。このため、球状黒鉛鋳鉄品の生産ラインにおいては、その供試材の黒鉛球状化率などに関する迅速な品質検査に基づいて、球状黒鉛鋳鉄品の品質と、黒鉛球状化処理剤の添加量の最適値と、その注湯に要する時間を常時適正に管理したいと言う要求がある。これは、適正な添加量及び注湯時間に関する、該生産ラインへのフィードバックサイクルが短い場合ほど、不合格とすべき球状黒鉛鋳鉄品の数、または不合格とすべき溶湯の量を削減することができるためである。
【０００４】
なお、例えば、球状黒鉛鋳鉄品に関するＪＩＳ規格（ＪＩＳＧ５５０２）においては、黒鉛球状化率の算定は、５視野における各黒鉛球状化率の平均値によるものとする規定がある。
【特許文献１】特開２００４−３２５３５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の従来技術において、例えば、供試材の１研磨面における複数の視野に渡って各黒鉛球状化率を測定し、かつそれらの各値を平均処理する際には、顕微鏡の視野変更作業や、各黒鉛球状化率の平均値演算などに人手を要する。このため、上記従来技術においては、その測定作業の効率は必ずしも高いものとは言えない。しかしながら、この様な測定作業の更なる時間短縮を図ることは、前記のフィードバックサイクルの短縮にも直接繋がるので、球状黒鉛鋳鉄品の生産ラインにおける生産コストを効果的に削減する上でも、非常に重要となる。
また、供試材の研磨面の形成処理についても、それを更に自動化することができれば、上記の測定作業時間を更に大幅に短縮することができるだけでなく、その上更に、作業者に提供する作業環境の改善の面においても、大きな効果を期待することができる。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、球状黒鉛鋳鉄品の供試材に関する正確な品質評価を従来よりも大幅に短い時間で実施するための装置を提供することである。
また、本発明の更なる目的は、研磨作業の自動化などによって、研磨作業を行う作業者に提供する作業環境を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、球状黒鉛鋳鉄品の供試材の研磨面を撮像して、上記の供試材の品質を測定する球状黒鉛鋳鉄品質測定装置において、上記の研磨面上の撮像領域の画像を撮像する撮像手段と、この撮像手段に対して、撮像すべき位置関係に上記の撮像領域があることを連絡する撮像契機連絡手段と、上記の研磨面と上記の撮像手段との相対的な位置関係を変更することによって、上記の研磨面上において上記の撮像領域を相異なる他の撮像領域に変更する撮像領域変更手段と、上記の撮像手段によって撮像された上記の撮像領域の画像を入力し、その画像のデジタルデータを解析して、上記の研磨面の上記の撮像領域における品質を算出する品質算出手段と、上記の撮像領域変更手段と撮像契機連絡手段と撮像手段とを用いて撮像された、相異なる複数の撮像領域に関する品質の平均値を算出する平均値算出手段と、その平均値を所定の画面上または紙面上に表示する平均値表示手段とを備えることである。
【０００８】
ただし、上記の品質算出手段の構成は任意でよく、したがって、この品質算出手段としては、例えば上記の特許文献１に例示されている公知の従来技術などを用いてもよい。また、上記の品質としては、球状黒鉛鋳鉄の黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率などの他に、例えばその他の品質評価パラメータとして、黒鉛粒数、粒径、面積率などの指標について、自動測定する様にしてもよい。これらの品質評価パラメータの選定は、当該装置の利用目的に応じて任意に変更することができる。
また、上記の平均値の算出方法としては、例えば最大値と最小値とを除外した残りの中間領域のサンプル値の平均値を算出する様な、適当な加重平均処理を実施してもよい。
【０００９】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段における上記の品質算出手段によって、黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率を、上記の品質として算出することである。
【００１０】
また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、供試材の表面を研磨することによって上記の研磨面を形成する研磨手段を備え、かつ、研磨粗さが相異なる複数の研磨具または研磨シートにその研磨粗さの粗い順に供試材の表面を位置付ける供試材位置付け手段を、上記の研磨手段に備えることである。
【００１１】
ただし、研磨具または研磨シートと供試材との間で、供試材の表面を研磨するために生じさせるべき相対的な摩擦運動の形態は任意でよい。したがって、その相対的な摩擦運動は、例えば、並進運動によるものであっても、回転運動によるものであってもよい。また、この様な摩擦運動は相対的な運動であるから、勿論、供試材の側を運動させても、摩擦接触体（例えば研磨具など）の側を運動させても、また、それら双方を運動させてもよい。また、供試材に対して相対的に機械運動させるべき運動体は、必ずしも複数用意しなくてもよい。例えば研磨作業の際に、研磨シートを途中で交換する場合などには、その運動体（例：回転体と研磨シートとの複合体）は、研磨シートを面で支持する唯一の支持体と、粗さの相異なる複数枚の研磨シートだけで構成することができる。
【００１２】
また、本発明の第４の手段は、上記の第３の手段における研磨手段に、円形状またはリング形状の複数の研磨シートをそれぞれ各軸周りに回転自在に支持する平面部を有する複数の回転体と、これらの各回転体をそれぞれ回転駆動する回転動力機関と、これらの回転体の各平面部に固定された各研磨シートに供試材の表面を押し当てる研磨圧印加手段とを備え、上記の供試材位置付け手段によって、各回転体の各平面部に固定された各研磨シートに供試材の表面を位置付けることである。
ただし、上記の回転動力機関の数と上記の回転体の数とは、必ずしも一致している必要はなく、少なくとも１つの回転動力機関を具備することにより、上記の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置を構成することができる。また、この回転動力機関は、必ずしも電動機から構成する必要はない。
【００１３】
また、本発明の第５の手段は、上記の第３または第４の手段において、上記の供試材位置付け手段に、撮像手段の光軸上に供試材の研磨面を位置付ける撮像補助手段を備えることである。
ただし、この様な撮像補助手段は、上記の供試材位置付け手段の位置付け動作範囲を単純に延長することによって構成してもよい。
【００１４】
また、本発明の第６の手段は、上記の第３乃至第５の何れか１つの手段において、上記の研磨手段を収納する上記の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置の部分空間である研磨室を外気から遮断する開閉式のカバーと、この研磨室内に飛散する粉塵を吸い取る吸塵手段とを備えることである。
ただし、上記のカバーによる研磨室の外気との遮断は、必ずしも完全な遮断でなくともよい。また、粉塵の拡散を防止したり、運動する研磨具または研磨シートなどと作業者との接触を防止したりするカバーは、その構成を多重化する様にしてもよい。
【００１５】
また、本発明の第７の手段は、上記の第６の手段において、所定の非常停止スイッチがＯＮ状態にある時、または、上記のカバーが開状態にある時に、上記の回転体を停止させる非常安全停止手段を備えることである。
ただし、カバーの開閉状態を検出するための開閉センサは、例えば電気的なスイッチ（接点）などを用いて機械的に構成してもよいし、ライトカーテンや距離センサなどの光関連のセンサなどを用いて構成してもよい。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、上記の撮像手段と撮像領域変更手段と撮像契機連絡手段との連動によって、供試材の研磨面上における複数の視野に関する画像を所望の数だけ自動的、連続的かつ迅速に得ることができる。更に、上記の品質算出手段と平均値算出手段と平均値表示手段との連動によって、その供試材の品質を統計的な高い信頼性をもって正確かつ迅速に知ることができる。
このため、本発明の第１の手段によれば、球状黒鉛鋳鉄品の供試材の品質を従来よりも高い信頼性をもって正確に、かつ従来よりも迅速に知ることができる。したがって、本発明によれば、球状黒鉛鋳鉄品の供試材に関する正確な品質評価を従来よりも大幅に短い時間で実施することができる。
【００１７】
また、本発明の第２の手段によれば、供試材の研磨面における黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率を精度よく迅速に測定することができるため、球状黒鉛鋳鉄品の硬さや強度などの品質評価を効果的に実施することができる。
【００１８】
また、本発明の第３の手段によれば、上記の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置に、供試材に所定の粗さ（面粗度）の研磨面を自動的に効率よく形成する研磨手段が具備されるので、これらの組み合わせと連動によって、上記の測定を更に効率よく実行することができる。また、本発明の第３の手段によれば、上記の供試材位置付け手段の動作に基づいて、供試材の表面の粗さを段階的かつ漸近的にきめ細かくすることができるので、非常に効率よく所望の研磨面を形成することができる。
【００１９】
また、本発明の第４の手段によれば、必要とされる粗さの相異なる研磨シートの数と同数の回転体を用意することによって、研磨処理中に研磨シートを交換する必要がなくなる。このため、研磨時間を最小限に短縮することが可能となる。また、供試材と研磨シートとの間における相対的な摩擦運動を上記の回転体の回転運動に基づいて生成することができるので、高速な研磨手段を小形に構成することが容易となり、更に装置に発生する振動を最小限に抑えることもできる。
【００２０】
また、本発明の第５の手段によれば、撮像手段の光軸上に研磨面を自動的に位置付けすることができるので、研磨作業の完了から撮像開始までの時間を効果的に短縮することができる。また、特に、この撮像補助手段を、例えば上記の供試材位置付け手段の位置付け動作範囲を単純に延長することによって構成すれば、この場合には、当該装置の装置構成を非常に簡潔にすることができる。
【００２１】
また、本発明の第６の手段によれば、研磨処理によって発生する粉塵の装置周辺への飛散が上記のカバーによって効果的に防止される。このため、削られた鉄の粉塵が作業者の目、鼻、口などに侵入する恐れがなくなり、同時に装置周辺の作業環境を衛生的に維持することも容易となる。また、上記の吸塵手段によって、研磨室内での鉄粉の飛散もなくなるので、発生した鉄粉が処理中の研磨面上に再帰する恐れがなくなる。このため、所望の面粗度を効率よく確実に達成することができる。
また、カバーの配設は、当該装置が発生させる騒音の低減効果をももたらすので、作業環境の維持または改善にも有効である。
【００２２】
また、本発明の第７の手段によれば、研磨処理中に作業者などが動作中の研磨具や研磨シートなどに誤って触れることがなくなる。また、不測の非常時などにおいても、装置の動作（回転体の回転運動）を迅速かつ簡単に停止させることができる。このため、本発明の第７の手段によれば、作業者の安全をより確実に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
図１に本実施例１の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の断面図を示す。本実施例１では、水平面に対して平行に配置された直線状の案内部材であるリニアガイド３１１が案内する方向（左右方向）をｘ軸方向とし、水平面に対して垂直な鉛直方向（上下方向）をｚ軸方向とし、これらの各方向に同時に直交する方向（前後方向）をｙ軸方向とする。ただし、本明細書のｘｙｚ直交座標を付した各図面ではそれぞれ、鉛直方向の上向きをｚ軸方向の正の向きとする右手系の座標系を用い、筐体１０１において操作盤４００が配設されている側を前方とし、筐体１０１の背面１０１ａの側を後方とし、上記のｙ軸に沿ってその後方から前方に向う向きをｙ軸の正の向きとする。そして、本明細書で引用する図面に記載されている各ｘｙｚ直交座標系は、何れも同一の向きに配向されている。また、以下では、ｙ軸の正の向きを前向きと言い、ｘ軸の正の向きを左向きと言う。
【００２５】
上記のリニアガイド３１１は、略円柱形状の供試材を把持するための３本の爪を有する３点式チャック３３０を該球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の装置内において、上記のｘ軸方向に案内するためのものである。ただし、図１の左側の上下の各図には、３点式チャック３３０がそれぞれ複数記載されているが、これらは可動範囲を例示するための図示であり、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００は、３点式チャック３３０を唯一有する。
この３点式チャック３３０によって側面を把持される供試材は、図１及び図２の研磨手段２００によってその底面が研磨される。この時、図４に例示する様に、３点式チャック３３０によって把持された供試材１の研磨面１ａは、水平に保持される。
【００２６】
球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００のカメラ室１６０には、顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０と光源装置１７０とが配設されており、モノクロＣＣＤカメラ１５０の光軸は、鉛直方向（ｚ軸方向）に、即ち、上記の供試材１の研磨面１ａに対して垂直となる方向に設けられている。光源装置１７０から出力される光は、光ケーブル１５２を介して、顕微鏡１５３に供給される。なお、符号１５１はモノクロＣＣＤカメラ１５０のレンズカバーを示している。
また、エアーシリンダ６５０は、顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０をｙ軸方向に、即ち、リニアガイド３１１が３点式チャック３３０を案内する方向と垂直で水平な方向に、並進自在に支持する線形スライド型のエアーシリンダである。また、この並進量（ストローク長）は、２ｍｍまたは３ｍｍに設定でき、上記の供試材１の直径に応じて変更することができる。
【００２７】
排気ダクト１８１は、上記の研磨面１ａから削り出される粉塵（鉄粉）を集塵装置１８０の吸気口に導くための排気路を供するものであり、その両端は開口部１８１ａと開口部１８１ｂからなる。集塵装置１８０の吸塵力に基づいて排気ダクト１８１の開口部１８１ａから開口部１８１ｂに至った粉塵は、消化石箱１８２とその排出口１８２ａを介して、集塵装置１８０に吸い込まれる。
【００２８】
図２に、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の研磨手段２００の断面図及び平面図を示す。回転体２１０，２２０，２３０，２４０の各回転軸２１１，２２１，２３１，２４１は、何れも鉛直方向（ｚ軸方向）に固定されており、これらは方程式ｙ＝ｃ１（ｃ１は定数）を満たす同一面上に略等間隔に配置されている。即ち、ｘ軸方向（リニアガイド３１１の案内方向）に略等間隔に並べられている。そして、例えば回転体２１０の上部には、この回転体２１０と回転軸２１１を共有する同軸の円板形状のディスク２１０ａが水平に具備されており、回転体２１０の下部には、この回転体２１０と回転軸２１１を共有する同軸の歯車２１２が具備されている。また、回転体２１０とディスク２１０ａと歯車２１２は一体に構成されているので、これらは同一の回転角速度で回転軸２１１の周りで回転する。回転軸２２１，２３１，２４１周りにおける各ディスク２２０ａ，２３０ａ，２４０ａについても、それぞれ同様の構造に基づいて同様に回転させることができる。なお、これらのディスク２１０ａ，２２０ａ，２３０ａ，２４０ａが、請求項４の各回転体の各平面部に相当する。各ディスクの直径は、それぞれ約１０ｃｍである。
【００２９】
一方、歯車２０２は、モータ２０１のロータと同軸かつ一体に構成された歯車であり、歯車２１２及び歯車２２２にそれぞれ直接歯合している。このため、歯車２０２は、歯車２１２及び歯車２２２をそれぞれ直接同時に回転駆動することができ、かつ、ディスク２１０ａとディスク２２０ａの回転方向は一致する。また、アイドラー軸２５０の周りにベアリング２５３を介して回転自在に固定された歯車２５２は、歯車２２２及び歯車２３２にそれぞれ直接歯合している。このため、回転体２３０は、これらの歯車を介して回転体２２０の回転運動に基づいて駆動される。したがって、ディスク２２０ａとディスク２３０ａの回転方向は一致する。以下同様にして、ディスク２３０ａとディスク２４０ａの回転方向も一致する。
したがって、各ディスク２１０ａ，２２０ａ，２３０ａ，２４０ａの回転方向は、何れも互いに一致し、何れも上記のモータ２０１のロータとは逆の方向に、同時に同期して回転する。
【００３０】
これらの各ディスク２１０ａ，２２０ａ，２３０ａ，２４０ａには、円板状の研磨ホイル（研磨シート）を装着する。その着脱方式は、例えばセンターキャップによるワンタッチ着脱方式などが望ましく、これによって、各ディスク２１０ａ，２２０ａ，２３０ａの上面には、互いに粗さの異なる研磨ホイルをそれぞれ簡単に固定することができる。
また、ディスク２４０ａの上面には、研磨ホイルの代わりに、研磨面を化学的に処理するための腐食液を含ませた円板状のコットンを固定する。この腐食液としては、例えばナイタールやピクラール、ピクリン酸（トリニトロフェノール）などの、フェライトは酸化させずにパーライトだけを酸化させる酸を用いる。そして、この様な化学的な腐食処理によれば、研磨面におけるフェライトとパーライトの各輝度を互いに大きく異なるように変化させることができる。
【００３１】
図２の点Ｐ1 は、ディスク２１０ａの上面に固定される粗さ番号２４０の研磨ホイルと供試材の底面（研磨面）との接触位置を示している。また、同図２の点Ｐ2 は、ディスク２２０ａの上面に固定される粗さ番号６００の研磨ホイルと供試材の底面（研磨面）との接触位置を示している。また、同図２の点Ｐ3 は、ディスク２３０ａの上面に固定される仕上げ用の研磨ホイルと供試材の底面（研磨面）との接触位置を示している。また、同図２の点Ｐ4 は、ディスク２４０ａの上面に固定される上記のコットンと供試材の底面（研磨面）との接触位置を示している。これらの接触位置（点Ｐ1 〜Ｐ4 ）は、上記の平面ｙ＝ｃ１と平行な同一の１平面ｙ＝ｃ２の上に略等間隔に並んでいる。
【００３２】
図３に、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の他の側面図と平面図を示す。本図面上側の平面図は、図１のＢ−Ｂ断面から下方を見下ろした時の平面図である。また、本図面下側の側面図は、球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の右側の側面の筐体やカバーなどを無視した時の側面図である。筐体のトップを形成する上部カバー１１０は、図１に図示した様に開閉式に構成されており、外気に対して装置内部（研磨室）を遮断している。また、研磨手段２００には、内部カバー１１１が設けられており、これを開けば、符号１１１′で示した位置まで開けることができる。そして、これらの各カバーは、鉄粉が周囲に拡散することを防止し、作業者に対する安全性を確保し、かつ、研磨処理に伴う騒音を軽減する。
【００３３】
トランス１４０は、モータ２０１を駆動する３相交流電圧を生成するためのものである。電動シリンダ３２０は、前述の３点式チャック３３０を左右方向（即ちｘ軸方向）に並進駆動するためのものであり、ボールネジをステッピング・モータを用いて回転駆動させる並進駆動方式を採用している。
図４に、図３の電動シリンダ３２０とその周辺の拡大図、即ち、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の供試材位置付け手段３００の断面図を示す。本図４の符号３２１は上記のボールネジを示しており、該ボールネジ３２１は、電動シリンダ３２０のケース内部に納められている。そして、該ボールネジ３２１の配向はリニアガイド３１１に対して平行（即ちｘ軸方向）である。図３の符号３２４は上記のステッピング・モータ（即ち、後述の図６のステッピング・モータ３２４ａ）を格納するモータケースを示しており、ボールネジ３２１を回転させる駆動力は、ギヤボックス３２５内に納められた伝達ギヤを介して、このステッピング・モータからボールネジ３２１に伝達される。
【００３４】
図４の支持フレーム３０１は、図示しないその一部が筐体１０１に頑強に固定されている。上記のリニアガイド３１１と電動シリンダ３２０は、この支持フレーム３０１に固定されており、電動シリンダ３２０が有するスライダ３２２は、ボールネジ３２１に沿って、左右方向（ｘ軸方向）に並進する。連結支持部材３２３は、シリンダブラケット３０５とスライダ３２２とを連結固定する支持部材であり、これによって、シリンダブラケット３０５は、スライダ３２２と共にリニアガイド３１１に沿って、左右方向（ｘ軸方向）に並進する。
【００３５】
図５は、この供試材位置付け手段３００のリニアガイドウェイ３１０の斜視図である。スライド・ブロック３１２は、その内部にベアリング・ボールを有しており、リニアガイド３１１によってｘ軸方向に平滑に案内される。ネジ穴３１２ａとネジ穴３１２ｂは、図４のボルト３０６ａ，３０６ｂを螺合させるためのものであり、この締結によって、シリンダブラケット３０５は、スライド・ブロック３１２に固定される。このため、シリンダブラケット３０５は、良好に水平を維持したまま、左右方向（ｘ軸方向）に並進することができる。
【００３６】
図１、図３及び図４に示すケーブルベア３０４は、底無しの筒状の空洞を有するチェーン状に形成されており、３点式チャック３３０の上下動作及び把持動作を駆動するためのエアーチューブ６３３，６４３が、その内部空洞に貫通されている。このケーブルベア３０４の下側に配置される一端は、支持部材３０２によって支持フレーム３０１に固定されている。一方、このケーブルベア３０４の上側に配置されるもう一端は、支持部材３０３によってシリンダブラケット３０５に固定されている。このため、エアーチューブ６３３，６４３の取り回しは、シリンダブラケット３０５が左右方向（ｘ軸方向）に並進移動しても、乱されることはない。
【００３７】
低摩擦シリンダ６３０は、３点式チャック３３０を上下方向（ｚ軸方向）に並進駆動するためのエアーシリンダであり、エアーチューブ６３３から供給される空気の圧力制御によって駆動制御される。この並進駆動によって、シリンダシャフト６３２の先端に固定されたシリンダヘッド６３１は、上下方向に位置制御される。また、図７に示す様に、この低摩擦シリンダ６３０には、電磁弁６０３による気圧の可変制御が可能なレギュレータが連結されているので、シリンダヘッド６３１の下方への押圧も、空気圧及び電流によって制御することができる。即ち、この低摩擦シリンダ６３０が請求項４の研磨圧印加手段に相当し、レギュレータ６０３はその研磨圧の可変制御手段となる。
【００３８】
したがって、図４の３点式チャック３３０によって、把持される供試材１の研磨面１ａの各研磨ホイルなどに対する押圧は、上記のレギュレータ６０３の作用に基づいて、任意に可変制御することができる。なお、符号３４１、３４２は、３点式チャック３３０の上下方向の並進動作を平滑に案内するためのガイドシャフトを指している。
また、図４に示す３点式チャック３３０が有する３本の爪３３１ａ，３３１ｂ，３３１ｃは、供試材１の直径に応じて交換することができる。また、供試材１の直径については、２０ｍｍと３０ｍｍの２通りに対応している。また、図１の試料台１２５についても同様に、２０ｍｍと３０ｍｍの２通りに対応している。
以上の駆動機構（供試材位置付け手段３００）によって、供試材１の研磨面１ａは、水平を維持したまま左右方向（ｘ軸方向）及び上下方向（ｚ軸方向）に任意に位置制御することができる。
【００３９】
図６に、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の制御系の制御ブロックダイアグラムを示す。制御装置５００は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェイスなどを有するマイクロプロセッサを中心として構成されており、所定のプログラムを起動することによって、所望の制御動作を順次実行させることができる。モータ駆動回路３２４ｂは前述のステッピング・モータ３２４ａを駆動制御するための駆動回路であり、制御装置５００から出力される位置指令に基づいて、その位置が実現される様にステッピング・モータ３２４ａを回転させる。
モータ駆動回路５０１は、図２のモータ２０１を駆動制御するための駆動回路であり、制御装置５００から出力される速度指令に基づいて、その速度が実現される様にモータ２０１の回転数を制御する。また、ＯＮ／ＯＦＦ制御回路５０２は、図１、図６のモノクロＣＣＤカメラ１５０、光源装置１７０、集塵装置１８０、及び本図６のポンプ６９０の各電源のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御するための回路である。また、この制御装置５００は、光センサ５０３、及び近接センサ５０４からの各検出信号を入力することができる。
【００４０】
ただし、光センサ５０３（図１、図６）は、供試材１の受け入れ／排出位置にある試料台１２５の中心の点Ｐ0 （図１）において、供試材１が正しく配置されているか否か、及び、供試材１を排出するための排出スペースの有無（即ち、障害物の有無）を判定するためのものであり、供試材１の受け入れ時と排出時に用いられる。
また、上記の近接センサ５０４は、図１のカバー１１０が閉じられているか否かを判定するための手段で、カバー１１０の所定の部位が当該近接センサ５０４から約５ｍｍ以上乖離した際に、カバー１１０の開状態が検知される。そして、この近接センサ５０４は、物理的には図１に図示する様にカバー１１０のヒンジ部分付近に取り付けられている。
なお、上記の制御装置５００、モータ駆動回路５０１、及びＯＮ／ＯＦＦ制御回路５０２は、図１のキャビネット１３０に格納されている。また、本図６中の符号６０１〜６０７は、図７の空気回路６００の各電磁弁を示しており、これによって、対応する各エアーバルブの開閉制御を制御装置５００からの指令に基づいて、それぞれ自動的に実施することができる。
【００４１】
図７に、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の空気回路６００の回路図を示す。上記のポンプ６９０（図６）は、０．４ＭＰａ以上の乾燥した空気をレギュレータ・コンビネーション・ユニット６１１に供給する。図１に図示されている給気装置６１０は、電磁弁６０１を有するこのレギュレータ・コンビネーション・ユニット６１１とスイッチ付き圧力計６１２との複合体からなり、これらは筐体１０１の外部に固定されている。これによって、該給気装置６１０のレギュレータ・コンビネーション・ユニット６１１から、圧力が０．４ＭＰａに安定した乾燥した空気を出力することができる。なお、電磁弁６０２，６０４，６０５，６０６は、マニホールド６２０を用いて１箇所に結束されており、これらは電磁弁６０３、６０７と共に、図１のキャビネット１３０に格納されている。
【００４２】
低摩擦シリンダ６３０は、前述の様に３点式チャック３３０を鉛直方向に並進駆動するためのものであるが、この駆動制御は、電磁弁６０２を介して、上記の制御装置５００によって実行される。また、エアーシリンダ６４０は、３点式チャック３３０の把持制御（開閉駆動）を行うためのものであり、図４の３点式チャック３３０の主要部分を構成している。このため、３点式チャック３３０の把持制御は、図７の電磁弁６０４を介して、上記の制御装置５００によって実行される。
また、図１にも図示した前述のエアーシリンダ６５０は電磁弁６０５によって、また、エアーシリンダ６６０は電磁弁６０６によって、それぞれ制御される。このエアーシリンダ６６０はモノクロＣＣＤカメラ１５０のシャッターを自動的に切るための駆動手段である。
【００４３】
また、図１や図３にも図示したエアーブロー６７０は、図１の点Ｐ5 に位置付けられた供試材１に付着している腐食液を吹き飛ばし、乾燥させるためのものであり、その空気の噴出動作の有無は、電磁弁６０７によって制御することができる。
エアーガン６８０に対しては、コイルチューブ６８５を通してレギュレータ・コンビネーション・ユニット６１１から給気される。このエアーガン６８０は、該球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の内部等を清掃するためなどに用いられる。
【００４４】
図８は、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の操作盤４００の正面図である。この操作盤４００の中央左寄りに設けられた液晶式ディスプレー４２０には、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００にて処理中の工程番号や、研磨処理工程における研磨処理条件（例：回転数など）などを表示することができる。
パイロットランプ４０１は、白色点灯することによって、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の電源が入っていることを示す。パイロットランプ４０２は、赤色点灯することによって、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の状態に軽い異常があることを示す。この軽い異常としては、例えば、集塵装置１８０のカセットフィルターの交換時期が近いことなどを挙げることができる。また、重異常が生じた場合には、パイロットランプ４０３が赤色点灯し、ブザー４０９から警報音が発せられる。この様な重異常としては、例えば、研磨処理工程中にカバー１１０が開けられてしまったなどの安全上の不都合や、非常停止ボタン４１０が押された場合や、その後の工程の続行を不能とする装置自身の故障などを挙げることができる。なお、これらの異常の詳細情報についても、上記の液晶式ディスプレー４２０に表示することができる。
【００４５】
また、切換スイッチ４０４により、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の運転モードを手動モードと自動モードの何れかに切り換えることができる。自動準備ボタン４０５は、自動モードにおける準備処理を起動するためのボタンである。また、自動開始ボタン４０６は、自動モードにおける運転を開始するためのボタンである。押下によるこれらのボタン操作が正常に受け付けられると、これらのボタン（４０５，４０６）は、緑色に点灯する。
なお、非常停止ボタン４１０は、作業者が非常と判断する任意の事態に対応するためのものであり、このボタンを押下することによって、球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の主電源を瞬時に落とすことができる。
【００４６】
以下、図９−Ａ，−Ｂを用いて、制御装置５００が実行する制御処理手順について説明する。この手順は、供試材１の研磨面１ａを形成するためと、その研磨面１ａを撮像するためのものである。
まず、最初のステップＳ１０では、当該球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の初期設定を行う。この初期設定は、操作盤４００の切換スイッチ４０４を手動モードに設定後、自動準備ボタン４０５を押すことによって開始される。この初期設定処理では、制御装置５００からの指令に基づくＯＮ／ＯＦＦ制御回路５０２の作用によって、図６のモノクロＣＣＤカメラ１５０、光源装置１７０、集塵装置１８０、およびポンプ６９０の各電源をＯＮ状態にする。また、この時、制御装置５００は、例えば後述の制御変数ｎの値を０にするなどの初期設定を実行する。
【００４７】
次に、ステップＳ１５では、３点式チャック３３０によって供試材１を把持することができるか否かを、即ち、その供試材１が図１の試料台１２５上の点Ｐ0 に配置されているか否かを、前述の光センサ５０３を用いて判定する。この判定（ステップＳ１５）の結果、自動開始ボタン４０６が押された後の所定時間内に供試材１が正しい位置にセットされていれば、次のステップＳ２０において、供試材１を３点式チャック３３０によって把持する。また、そうでなければ、上記の所定時間内において同様の判定処理を繰り返す。
【００４８】
ただし、ここで３点式チャック３３０で把持する供試材１は、次の条件を満たしているものとする。
（供試材１の条件）
（１）直径３０ｍｍ、高さ１８０ｍｍの円柱形であること。
（２）研磨面１ａは、粗さ番号１２０以上の研磨ベルトで研磨済みであること。
したがって、本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００を使用する際には、予め人手による予備処理（ベルト研磨）を実施しておく。このベルト研磨は、粗さ番号６０と１２０の２段階に渡って実施することが望ましい。なお、前述の爪３３１ａ，３３１ｂ，３３１ｃなどの選択条件などによっては、直径が２０ｍｍの供試材を処理することも可能である。
【００４９】
そして、上記のステップＳ２０の実行後は、ステップＳ２５によって、制御変数ｎの値を１だけ増加させる。次に、ステップＳ３０では、図２の点Ｐn （ｎ＝１，２，３，４）に、供試材１の研磨面１ａを位置付ける。この位置付けは、図６の制御装置５００からの指令に基づいて、図４の供試材位置付け手段３００によって実行することができる。以下、図２のディスク２１０ａによって研磨面１ａを研磨する工程を第１研磨工程と言い、研磨面１ａをディスク２２０ａによって研磨する工程を第２研磨工程、ディスク２３０ａによって研磨する工程を第３研磨工程、ディスク２４０ａによって研磨する工程を第４研磨工程とそれぞれ言う。
【００５０】
次に、ステップＳ３５では、操作盤４００の液晶式ディスプレー４２０に、第ｎ研磨工程の工程名（工程番号ｎ）と共に、その実施条件である下記の第ｎ研磨条件（ｎ＝１，２，３，４）を表示する。
（第ｎ研磨条件）
（ａ）ディスクの回転数ｒn
（ｂ）研磨時間Ｔn
（ｃ）研磨速度ｖn
（ｄ）研磨圧力ρn
例えば、第１研磨工程から第４研磨工程までの各工程におけるディスクの回転数ｒn （ｎ＝１，２，３，４）は、それぞれ、１２０００ｒｐｍ，３０００ｒｐｍ，６０００ｒｐｍ、及び８０００ｒｐｍに定められており、これらの値は何れも標準値として予め制御装置５００に記憶されている。また、その他の研磨条件（ｂ）〜（ｄ）についても同様に、予め制御装置５００に記憶されている。
【００５１】
次に、ステップＳ４０では、これらの研磨条件にしたがって、供試材１の研磨面１ａを研磨する。この時のディスクの回転数ｒn は、制御装置５００からモータ駆動回路５０１に与えられる速度指令によって制御することができる。また、研磨圧力ρn は、制御装置５００によって制御される電磁弁６０３に流す電流の大きさによって制御することができる。また、このステップＳ４０を終了する際には、一旦、ディスクの回転を減速するものとする。
【００５２】
そして、次のステップＳ４５では、制御変数ｎの値が４に達したか否かを判定する。その結果、ｎ＝４ならば図９−ＢのステップＳ５０へ、ｎ＜４ならば上記のステップＳ２５に処理を移す。このステップＳ４５の判定処理によって、上記の第１研磨工程から第４研磨工程までの各研磨工程を１回ずつ実行することができる。
【００５３】
その後、次のステップＳ５０（図９−Ｂ）では、供試材位置付け手段３００によって、図１の点Ｐ5 に研磨面１ａを位置付ける。この点Ｐ5 は、図１のエアブロー６７０の正面に位置している。
次のステップＳ５５では、図６、図７の電磁弁６０７を開くことによって、供試材１に高圧の空気を吹き付ける。これにより、研磨面１ａに付着した腐食液を吹き飛ばし、乾燥させることができる。
なお、以上までの研磨処理の実行中において、図１、図６の近接センサ５０４によって、カバー１１０の開状態が検知された場合には、制御装置５００は、モータ駆動回路５０１とモータ駆動回路３２４ｂに対して非常停止指令を出力する。この手段（即ち、請求項７の非常安全停止手段）により、動作中の研磨手段２００、または動作中の供試材位置付け手段３００と、作業者とが干渉する恐れはない。
【００５４】
次に、ステップＳ６０では、図１の点Ｐ6 に研磨面１ａを位置付ける。この点Ｐ6 は、図１のレンズカバー１５１の略中央の直上に位置しており、顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０（撮像手段）の撮像焦点が丁度、研磨面１ａ上において結ばれる様に定義されている。即ち、供試材位置付け手段３００は、請求項５の撮像補助手段を兼ねており、本ステップＳ６０（撮像補助手段）の位置付け動作によって、撮像手段の光軸上に供試材１の研磨面１ａが位置付けられる。ただし、オートフォーカス手段（焦点自動調整手段）などを用いて、焦点距離の微調整を行う様にしてもよい。顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０（撮像手段）には、その様な調整手段を標準装備することも可能である。
【００５５】
次に、ステップＳ６５では、研磨面１ａ上における光軸周辺の撮像領域を撮影する。ただし、この時の撮像領域の広さは、１ｍｍ×１ｍｍかそれ以上とする。また、顕微鏡１５３の倍率は、１００倍とする。この撮像動作は、エアーシリンダ６６０を用いて、モノクロＣＣＤカメラ１５０のシャッターを切ることによって行うので、本ステップＳ６５では、制御装置５００により電磁弁６０６を制御する。
【００５６】
次に、ステップＳ７０では、ステップＳ６５にて撮像した撮像データを、図１及び図１０に図示したデータ転送ケーブル７０１を介して、筐体１０１の外部にあるパソコンに、即ち、図１０の品質測定装置７００に転送する。
次に、ステップＳ７５では、撮像処理を終了すべきか否かを判定する。この終了条件は、次の何れかの条件が成立した場合に、成立する。
（ａ）ステップＳ７０が繰り返し合計７回実行された。
（ｂ）撮像処理ループの途中などで、操作盤４００のサイクル停止ボタン４０８が押下された。
そして、この終了条件が成り立つ場合にはステップＳ８５に、そうでなければステップＳ８０に処理を移す。
【００５７】
そして、ステップＳ８０では、研磨面１ａ上における撮像領域を変更する。この領域変更処理には、図３、図４の電動シリンダ３２０か、図１、図７のエアーシリンダ６５０の何れか１方を用いる。即ち、撮像領域を変更するためには、供試材１を移動させてもよいし、撮像手段（顕微鏡１５３を備えたモノクロＣＣＤカメラ１５０）の側を移動させてもよい。したがって、本ステップＳ８０では、制御装置５００により図６のモータ駆動回路３２４ｂか、図６、図７の電磁弁６０５の何れか１方を制御する。そして、このステップＳ８０の実行後は、再びステップＳ６５に処理を移す。
ステップＳ６５を繰り返し実行する撮像処理ループ中における、この様な撮像領域の変更処理（本ステップＳ８０）により、研磨面１ａ上において、毎回新しい未撮像の撮像領域にカメラ焦点を合わせることができる。
【００５８】
一方、上記の終了条件が成立した直後に実行されるステップＳ８５では、図１の試料台１２５の近傍に供試材１を位置付ける。そして、次のステップＳ９０では、光センサ５０３（図１、図６）を用いて、所定の排出位置である点Ｐ0 に供試材１を排出するためのスペースが有るか否かについて、即ち、例えば過去に検査済みの供試材等の障害物がその排出位置に無いか否かについて判定する。そして、点Ｐ0 に供試材１を排出するためのスペースが有る場合にはステップＳ９５に処理を移し、そうでなければブザー４０９から警報音を出力しつつ同様の判定処理を繰り返す。
【００５９】
そして、上記の点Ｐ0 に供試材１を排出するためのスペースが確認された後は、試料台１２５の上に供試材１を置き、その後、最後のステップＳ９５にて３点式チャック３３０の爪を開くことによって、供試材１を点Ｐ0 に排出する。したがって、本ステップＳ９５では、制御装置５００により図６、図７の電磁弁６０４を制御する。
制御装置５００による以上の制御処理手順により、上記の撮像処理ループの途中などで操作盤４００のサイクル停止ボタン４０８が押されない限りにおいて、即ち通常は、研磨面１ａ上における相異なる７通りの撮像領域に関する撮像データを図１０のパソコン（品質測定装置７００）に転送することができる。
【００６０】
図１０には、上記の撮像データを分析する本実施例の品質測定装置７００の構成を示す。この品質測定装置７００は鋳鉄試料における黒鉛球状化率、パーライト率、フェライト率等の成分率を測定する装置であり、画像記憶手段７１１、閾値設定手段７１２、濃淡画像を３つの輝度ランクに分類する画像分類手段７１３、黒鉛球状化率等の基地組織比率を求める品質算出手段７１４、撮像された複数の撮像領域に関する品質の平均値を算出する平均値算出手段７１５、及び、研磨面の撮像画像や各品質（各基地組織比率）などを表示する液晶ディスプレー７１６から構成される。ただし、閾値設定手段７１２、画像分類手段７１３、品質算出手段７１４、及び平均値算出手段７１５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ装置、ハードディスク装置などを具備するパーソナルコンピュータ７００によって具現されている。また、上記の液晶ディスプレー７１６も、勿論このパーソナルコンピュータ７００の一部を構成するものであり、これによって、撮像した状態の濃淡画像、濃淡画像を分類した後の分類画像や、それらの分類画像から求めたパーライト率、フェライト率、黒鉛球状化率等を表示することができる。
【００６１】
以下、図１１を用いて、当該品質測定装置７００の動作について説明する。図１１のフローチャートは、この品質測定装置７００が実行する処理手順を示している。
この処理手順では、まず最初のステップＳ１００において、このフローチャートを実行するプログラムが参照、更新するデータ領域（作業領域）の初期化を行う。これらの初期化処理には、例えば、ループ回数をカウントするための制御変数ｍの値を７に初期設定する処理などが含まれている。
【００６２】
次のステップＳ１１０では、モノクロＣＣＤカメラ１５０によって撮像された研磨面画像を、上記の画像記憶手段７１１を用いて構成される所定のフレームメモリ上に取り込む。このデータ受信処理は、前述の図９−ＢのステップＳ７０と同期して実行してもよいし、バッファリング領域を設けるなどして、それとは非同期に実行してもよい。球状黒鉛鋳鉄の研磨面１ａを撮像すると、通常、試料を構成する各成分に応じた輝度を有した濃淡画像で観察される。図１３−Ａにその濃淡画像を例示する。これらの濃淡画像は、輝度が例えば２５６段階にＡ／Ｄ変換された画素の集合であり、そのデジタル画像データは、例えば５１２×５１２のフレームメモリ内に記憶することができる。
【００６３】
なお、本実施例では、以下の現象を利用する。即ち、この濃淡画像（デジタル画像データ）において、球状黒鉛鋳鉄を構成する黒鉛は黒鉛に特有の輝度を示し、パーライトはパーライトに特有の輝度を、フェライトはフェライトに特有の輝度を示す。例えば、前述のピクリン酸などによる腐食処理によりパーライトだけが酸化されて褐色に変色する。その結果、パーライトの輝度は、フェライトの輝度よりも低下するが、黒鉛の黒色の輝度よりは低下しない。品質測定装置７００はこの現象を利用したものである。
【００６４】
そこで、次のステップＳ１２０では、上記の作用に基づいて、この濃淡画像の基地組織比率が容易に判別できるような画像変換処理を実行する。より具体的には、閾値設定手段７１２によって、濃淡画像の画素数の輝度に関するヒストグラムを作成して、それに基づいて複数の閾値を設定する。この時、横軸に輝度をとり縦軸にその度数（画素数）をとれば、球状黒鉛鋳鉄の基地組織比率（例：黒鉛球状化率）に起因する図１２に示すヒストグラムが得られる。そして、例えばヒストグラムの複数の極小値を複数の閾値とする。図１２に示すヒストグラムのように、輝度ａ′、輝度ｂ′、輝度ｃ′を中心に輝度分布ａ、輝度分布ｂ、輝度分布ｃが存在する場合、このヒストグラムに極小値を与える輝度ｐ′を第１閾値に設定し、他の極小値の輝度ｑ′を第２閾値に設定する。このようにすれば、自動的かつ的確に複数の閾値（輝度値）を設定することができる。
【００６５】
また、撮像されたままの形式で液晶ディスプレー７１６に表示される濃淡画像（図１３−Ａ）と、第１閾値と第２閾値とを用いて３ランクに分類して表示された各分類画像とをそれぞれ作業者が目視すれば、作業者は、それらが適正な閾値によって分類されているか否かを確認することができる。そこで、本ステップＳ１２０では、それらの画像を同時に液晶式ディスプレー７１６に表示し、自動的に暫定された上記の各閾値が、もしも適正でない場合には、これらの閾値設定を作業者が、手動操作（閾値のキー入力）によって、直接的に任意に変更することもできる構成になっている。
【００６６】
その後は、次のステップＳ１３０に移行する。このステップＳ１３０では、上記の第１閾値と第２閾値を用いて画像分類手段７１３が濃淡画像を多値画像に変換する。例えば、輝度０〜輝度ｐ′（第１閾値）の画素を全て輝度ａ′に変換する。また、輝度ｐ′〜輝度ｑ′（第２閾値）の画素を全て輝度ｂ′に変換し、輝度ｑ′（第３閾値）以上の画素を全て輝度ｃ′に変換する。これにより、図１３−Ａに示した濃淡画像は、図１３−Ｂに示す多値画像（３値画像）に変換される。即ち、黒鉛２０の黒色、フェライト２１の白色、そしてパーライト２２の灰色の３値画像に変換される。このようにして撮像した状態の濃淡画像は、黒、灰色、白の３つの輝度に対応した３ランクの画像に分類される。このようにして、球状黒鉛鋳鉄の断面画像の各部は、それぞれ多値化された各輝度に分離されるので、各基地組織はそれぞれ互いに容易に判別可能となる。
【００６７】
次に、ステップＳ１４０では、以下の品質算出手段７１４によって、分類画像において同一ランク（輝度）に属する画像の総画素面積を算出して、各成分の割合を算出する。即ち、パーライト率、フェライト率、黒鉛面積率等を算出する。試料を構成する各成分の成分率は、各成分の面積占有率に比例する。そこで、本実施例では、ステップＳ１４０（品質算出手段７１４）によって、多値画像の同一輝度（各成分）の面積を求める。これは、同一輝度の画素数を計数することで容易に求められる。そして、全体画素（例えば、５１２×５１２）に対する割合を求める。例えば、黒鉛面積率ｒｋは黒色画素数／全体画素数、パーライト率ｒｐは灰色画素数／（灰色画素数＋白色画素数）、フェライト率ｒｆは白色画素数／（灰色画素数＋白色画素数）で求められる。勿論、パーライト率ｒｐを灰色画素数／全体画素数、フェライト率ｒｆは白色画素数／全体画素数として定義して求めても良い。
【００６８】
次のステップＳ１５０では、その結果を液晶ディスプレー７１６に、例えば分類画像（多値画像）と各成分率を表示する。即ち、多値画像である図１３−Ｂの３値画像と、各成分率である例えばパーライト率ｒｐ、フェライト率ｒｆ等を表示する。尚、黒鉛球状化率は、黒色球体の画素数／黒色画素数で算出する。また、同時に、黒鉛の粒数、平均粒径を演算して表示するようにしてもよい。これらは、黒色画像の輪郭を抽出する画像処理により実行することができる。輪郭から粒子を認識でき、輪郭に関して垂直な２方向の距離を測定することで、球状粒子か否かを判定することができる。
【００６９】
次のステップＳ１６０では、制御変数ｍの値を１だけ減少させる。また、その次のステップＳ１７０では、制御変数ｍの値が０に成ったか否かを判定する。この２つのステップ（Ｓ１６０，Ｓ１７０）の作用により、各成分率（黒鉛球状化率、パーライト率、フェライト率）を、１つの研磨面１ａ上における相異なる７通りの撮像領域について、それぞれ求めることができる。
【００７０】
次のステップＳ１８０では、各基地組織比率（黒鉛球状化率、パーライト率、フェライト率）の平均値をそれぞれ求める（平均値算出手段）。ただし、各基地組織比率の平均処理においては、最大値と最小値を無視し、それらの間の５値に関する平均をそれぞれ求めるものとする。この様な平均処理を行えば、各平均値の信頼性をそれぞれ良好に高めることができる。
そして、最後のステップＳ１９０では、各成分率（黒鉛球状化率、パーライト率、フェライト率）の平均値をそれぞれ液晶式ディスプレー７１６に表示する。
なお、ステップＳ１９０における表示処理においては、平均値の他にも、各視野（撮像領域）の平均前の測定値や、各視野（撮像領域）の撮像画像について、実施する様にしてもよい。
【００７１】
本実施例１の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置装置１０００を用いれば、供試材の研磨処理、研磨面のウェットエッチング処理、撮像処理、および画像解析による品質算出処理を、機械的な一連の工程を経て、それぞれ自動的かつ迅速に実施することができる。また、各工程間における無駄な時間が何ら生じることがない。このため、本発明によれば、供試材の検査を従来よりも格段に短時間で実施することができる。また、最大値と最小値を除外する上記の様な平均処理を行っているので、十分に信頼性の高い成分率（黒鉛球状化率、パーライト率、フェライト率）を算出することができる。
また、濃淡画像に対して、少なくとも２つの閾値を設定し、分類画像（多値画像即ち３値画像）で各成分の割合を算出するので、１度の撮像で各成分率が算出され、検査効率に優れた画像処理装置となる。
【００７２】
〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
（変形例１）
例えば、上記の実施例１では、ＣＣＤカメラにモノクロカメラを用いているが、勿論、先の特許文献１にも記載されている様に、フルカラーのカメラを用いて、所望の品質検査を実施してもよい。また、その場合、そのカラー画像の輝度、彩度、色相などの画像調整パラメータを、自由に調整したり変更したりして、その利用目的に応じて、解析画像を任意に表示する様にしてもよい。
【００７３】
（変形例２）
また、上記の実施例１のステップＳ３０では、供試材がｘ軸方向に並進移動できる構成としたが、この様な並進移動手段（図４の供試材位置付け手段３００）は、研磨シートと供試材との間の相対的な位置関係を変更するための相対運動を生成する手段であるから、必ずしも、供試材を並進移動させる必要はなく、供試材を例えば円弧などにそって曲線的に移動させてもよいし、供試材の側は静止させておいて、研磨シートや研磨具などの側を移動させる様にしてもよい。また、これらの双方を移動させることによって、両者間の相対運動を生成してもよい。
したがって、研磨シートの方も、必ずしも直線的に配列する必要はない。よって、各回転体（２１０，２２０，２３０，２４０）なども必ずしも直線的に配列する必要はない。これらの配置関係は、供試材の位置付け手段に合わせて任意に構成することができる。また、研磨シートの面粗度レベルの段数（よって回転体の数）も任意でよい。
【００７４】
（変形例３）
また、上記の実施例１では、ＣＣＤカメラのｙ軸方向の並進移動を、アクチュエータ（エアーシリンダ６５０）をもちいて自動化したが、例えば、前後方向の撮像座標は、最低限１回しか位置変更しなくても済ますことが可能なので、その様な方向の位置変更については、手動で実施する様にしてもよい。この様な手動手段の導入によって、品質検査時間が大幅に長くなることはなく、その様な装置構成を採用しても、本発明の手段に基づいて、本発明の作用・効果を受託することができる。
【００７５】
（変形例４）
また、上記の実施例１では、研磨シートを回転させて研磨処理を実行する様にしたが、例えば、円形またはリング形状の研磨シートの中心軸周りで、供試材の側を回転運動させる様にして研磨処理を実行する様にしてもよい。また、研磨具または供試材の線形な並進往復運動などによって、研磨処理を実行する様にしてもよい。
【００７６】
（変形例５）
また、研磨面の形成の際に供試材に対して相対的に摩擦運動させるべき摩擦接触体は、必ずしも複数用意しなくてもよい。例えば研磨シートを動的に交換するシート交換手段を設ける場合などには、その摩擦接触体は、研磨シートを面で支持する唯一の支持体と、粗さの相異なる複数枚の研磨シートだけで構成することも可能である。
ただし、この場合には、複数の摩擦接触体（例：回転体と研磨シートの複合体）の間で供試材を移動させる位置付け手段、または、供試材に個々の摩擦接触体を位置付ける位置付け手段が不要となるが、その反面、自動的なシート交換手段を構成するか、手動で研磨シートを交換するなどの必要が生じてしまう。また、この場合には、シートの交換時間が必要となるので、作業時間の短縮などの面で、必ずしも望ましくはない。
【００７７】
（変形例６）
また、各アクチュエータについては、エアーシリンダの代わりに電動モータを用いてもよい。また、例えば電動シリンダ３２０については、その代わりに、リニアモータ等を用いる様にしてもよい。これらの駆動手段の選択や組み合わせは任意でよい。
また、請求項４の回転動力機関（実施例１ではモータ２０１に対応）は、各回転体（２１０，２２０，２３０，２４０）毎にそれぞれ一機ずつ設ける様にしてもよい。また、これらの回転動力機関は、発動機（燃焼機関）などを用いて構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、球状黒鉛鋳鉄品を構成する溶湯の品質をその凝固後の固体断面の画像に基づいて評価するための装置を提供するものであるから、球状黒鉛鋳鉄品の製造関連業界において、幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施例１の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の断面図
【図２】球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の研磨手段２００の断面図及び平面図
【図３】本球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の他の側面図と平面図
【図４】球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の供試材位置付け手段３００の断面図
【図５】供試材位置付け手段３００のリニアガイドウェイ３１０の斜視図
【図６】球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の制御系の制御ブロックダイアグラム
【図７】球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の空気回路６００の回路図
【図８】球状黒鉛鋳鉄品質測定装置１０００の操作盤４００の正面図
【図９−Ａ】制御装置５００が実行する処理手順を示すフローチャート（前半）
【図９−Ｂ】制御装置５００が実行する処理手順を示すフローチャート（後半）
【図１０】撮像データを分析する品質測定装置７００の構成を示すブロック図
【図１１】品質測定装置７００が実行する処理手順を示すフローチャート
【図１２】濃淡画像から得られる輝度のヒストグラムを例示するグラフ
【図１３−Ａ】濃淡画像を例示する平面図
【図１３−Ｂ】濃淡画像から得られる３値画像を例示する平面図
【符号の説明】
【００８０】
１０００ ： 球状黒鉛鋳鉄品質測定装置
２００ ： 研磨手段
３００ ： 供試材位置付け手段
４００ ： 操作盤
５００ ： 制御装置
６００ ： 空気回路
７００ ： 品質測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状黒鉛鋳鉄品の供試材の研磨面を撮像して、前記供試材の品質を測定する球状黒鉛鋳鉄品質測定装置において、
前記研磨面上の撮像領域の画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段に対して、撮像すべき位置関係に前記撮像領域があることを連絡する撮像契機連絡手段と、
前記研磨面と前記撮像手段との相対的な位置関係を変更することによって、前記研磨面上において前記撮像領域を相異なる他の撮像領域に変更する撮像領域変更手段と、
前記撮像手段によって撮像された前記撮像領域の画像を入力し、その画像のデジタルデータを解析して、前記研磨面の前記撮像領域における品質を算出する品質算出手段と、
前記撮像領域変更手段と前記撮像契機連絡手段と前記撮像手段とを用いて撮像された、相異なる複数の前記撮像領域に関する前記品質の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値を所定の画面上または紙面上に表示する平均値表示手段と
を有する
ことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項２】
前記品質算出手段は、前記品質として、黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項３】
前記供試材の表面を研磨することによって前記研磨面を形成する研磨手段を有し、
前記研磨手段は、研磨粗さが相異なる複数の研磨具または研磨シートに、前記研磨粗さの粗い順に、前記供試材の前記表面を位置付ける供試材位置付け手段を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項４】
前記研磨手段は、円形状またはリング形状の複数の研磨シートをそれぞれ各軸周りに回転自在に支持する平面部を有する複数の回転体と、
各前記回転体をそれぞれ回転駆動する回転動力機関と、
前記平面部に固定された前記研磨シートに前記供試材の前記表面を押し当てる研磨圧印加手段とを有し、
供試材位置付け手段は、各前記平面部に固定された各前記研磨シートに、前記供試材の前記表面を位置付ける
ことを特徴とする請求項３に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項５】
前記供試材位置付け手段は、前記撮像手段の光軸上に前記供試材の前記研磨面を位置付ける撮像補助手段を有する
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項６】
前記研磨手段を収納する前記球状黒鉛鋳鉄品質測定装置の部分空間である研磨室を外気から遮断する開閉式のカバーと、前記研磨室内に飛散する粉塵を吸い取る吸塵手段とを有する
ことを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れか１項に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項７】
所定の非常停止スイッチがＯＮ状態にある時、または、前記カバーが開状態にある時に、前記回転体を停止させる非常安全停止手段を有する
ことを特徴とする請求項６に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項１】
球状黒鉛鋳鉄品の供試材の研磨面を撮像して、前記供試材の品質を測定する球状黒鉛鋳鉄品質測定装置において、
前記研磨面上の撮像領域の画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段に対して、撮像すべき位置関係に前記撮像領域があることを連絡する撮像契機連絡手段と、
前記研磨面と前記撮像手段との相対的な位置関係を変更することによって、前記研磨面上において前記撮像領域を相異なる他の撮像領域に変更する撮像領域変更手段と、
前記撮像手段によって撮像された前記撮像領域の画像を入力し、その画像のデジタルデータを解析して、前記研磨面の前記撮像領域における品質を算出する品質算出手段と、
前記撮像領域変更手段と前記撮像契機連絡手段と前記撮像手段とを用いて撮像された、相異なる複数の前記撮像領域に関する前記品質の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値を所定の画面上または紙面上に表示する平均値表示手段と
を有する
ことを特徴とする球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項２】
前記品質算出手段は、前記品質として、黒鉛球状化率、パーライト率、またはフェライト率を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項３】
前記供試材の表面を研磨することによって前記研磨面を形成する研磨手段を有し、
前記研磨手段は、研磨粗さが相異なる複数の研磨具または研磨シートに、前記研磨粗さの粗い順に、前記供試材の前記表面を位置付ける供試材位置付け手段を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項４】
前記研磨手段は、円形状またはリング形状の複数の研磨シートをそれぞれ各軸周りに回転自在に支持する平面部を有する複数の回転体と、
各前記回転体をそれぞれ回転駆動する回転動力機関と、
前記平面部に固定された前記研磨シートに前記供試材の前記表面を押し当てる研磨圧印加手段とを有し、
供試材位置付け手段は、各前記平面部に固定された各前記研磨シートに、前記供試材の前記表面を位置付ける
ことを特徴とする請求項３に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項５】
前記供試材位置付け手段は、前記撮像手段の光軸上に前記供試材の前記研磨面を位置付ける撮像補助手段を有する
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項６】
前記研磨手段を収納する前記球状黒鉛鋳鉄品質測定装置の部分空間である研磨室を外気から遮断する開閉式のカバーと、前記研磨室内に飛散する粉塵を吸い取る吸塵手段とを有する
ことを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れか１項に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【請求項７】
所定の非常停止スイッチがＯＮ状態にある時、または、前記カバーが開状態にある時に、前記回転体を停止させる非常安全停止手段を有する
ことを特徴とする請求項６に記載の球状黒鉛鋳鉄品質測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９−Ａ】
【図９−Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３−Ａ】
【図１３−Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９−Ａ】
【図９−Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３−Ａ】
【図１３−Ｂ】
【公開番号】特開２００８−１９０８６７（Ｐ２００８−１９０８６７Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２１３０（Ｐ２００７−２２１３０）
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ケーブルベア
【出願人】（３９１００４０６７）株式会社ナカヤマ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ケーブルベア
【出願人】（３９１００４０６７）株式会社ナカヤマ (1)
【Ｆターム（参考）】
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