噴霧測定方法及び噴霧測定装置
【課題】噴射装置から噴射される流体の噴射方向を精度良く測定することができる噴霧測定方法及び噴霧測定装置を提供する。
【解決手段】制御装置１０は、実空間上で噴口３２から燃料を噴射した際に面状光２０上に形成される噴霧断面画像４０を取得し、噴霧断面画像４０上で抽出した噴霧断面像４０ａに対応する重心算出領域Ｄを可変設定するとともに、可変設定された重心算出領域Ｄ内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇを算出し、重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇと中心位置Ｐｃとが設定誤差範囲内で一致するときノズル３１から重心位置Ｐｇに向かう方向を噴霧方向として特定する。これにより、インジェクタ３０から噴射される燃料の噴射方向を精度良く測定することができる。
【解決手段】制御装置１０は、実空間上で噴口３２から燃料を噴射した際に面状光２０上に形成される噴霧断面画像４０を取得し、噴霧断面画像４０上で抽出した噴霧断面像４０ａに対応する重心算出領域Ｄを可変設定するとともに、可変設定された重心算出領域Ｄ内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇを算出し、重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇと中心位置Ｐｃとが設定誤差範囲内で一致するときノズル３１から重心位置Ｐｇに向かう方向を噴霧方向として特定する。これにより、インジェクタ３０から噴射される燃料の噴射方向を精度良く測定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、インジェクタから噴射された流体の噴霧状態を測定する噴霧測定方法及び噴霧測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジンや直噴式のガソリンエンジン等においては、筒内に噴射される燃料の噴射方向が大きな意味を持つ。このため、この種のエンジンにおいては、燃料噴射弁（インジェクタ）から噴射される燃料の噴射方向を正確に把握することが要求されている。
【０００３】
インジェクタの噴射燃料方向を測定するための技術として、例えば、特許文献１には、インジェクタの噴射口（ノズル）から噴射方向に延びる噴射口軸線に対し垂直に面状光を照射するとともに、面状光に対してある一定の角度を持たせたビデオカメラを設置し、面状光上に生じた噴霧断面像をビデオカメラで撮像して当該噴霧断面像の輝度がピークとなる画素を噴霧中心として定義し、その噴霧中心と噴口との位置関係から噴霧角を算出する技術が開示されている。
【０００４】
ここで、特許文献１の技術では、噴霧断面像を記録した噴霧画像データから輝度ピークを算出する方法として以下の手順を採用している。
【０００５】
すなわち、先ず、噴霧画像データの各画素において、複数枚の噴霧画像データの輝度値の加算平均を行う。次いで、ある一定輝度以下となる画素データを削除し、噴霧画像データ上に噴霧断面像のみを抽出して、その輪郭を抽出する。次いで、輪郭の中心を基準として、面状光に対するビデオカメラの角度に応じた回転処理を施すことで、面状光に対して垂直な位置から撮影した噴霧画像データを生成する。そして、噴霧画像データ内の、輪郭により定義された噴霧断面像内における輝度値が最高となる画素を選択し、これを噴霧中心として定義する。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、取得した噴霧断面像の輪郭（外縁位置）を算出し、その外縁位置とノズル先端との位置関係から各噴霧の噴霧角（噴霧外角、噴霧内角）を定義し、さらに、噴霧外角と噴霧内角の中間となる角度を噴霧の中心軸として定義する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４８５９９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術は、計測時の各種設定等によっては噴霧中心を厳密に特定することが困難となる虞がある。具体的には、例えば、面状光のセッティング、ビデオカメラのセッティング、或いは、噴霧の液滴密度等の各種条件に起因して噴霧断面像上の噴霧中心付近の画素にサチュレーションが発生した場合等に、輝度値が最高となる画素が複数出現して噴霧中心を厳密に特定することが困難となる虞がある。
【０００９】
また、上述の特許文献２に開示された技術は、噴霧断面が円形或いは楕円形等であることを前提とし、噴霧外角と噴霧内角との中間角に基づいて噴霧中心軸を定義しているため、必ずしも妥当な噴霧中心軸が得られるとは限らない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、噴射装置から噴射される流体の噴射方向を精度良く測定することができる噴霧測定方法及び噴霧測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、噴射装置のノズルに開口する噴口から噴射された流体の噴射方向を測定する噴霧測定方法であって、前記ノズルに対向する面状光に対して前記噴口から流体を噴射した際に前記面状光上に形成される噴霧断面画像を取得する噴霧断面画像取得手順と、前記噴霧断面画像上の噴霧断面像に対応する重心算出領域を可変設定する重心算出領域設定手順と、前記重心算出領域内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域の重心位置を算出する重心位置算出手順と、前記重心算出領域の重心位置と中心位置とが設定誤差範囲内で一致するとき、前記ノズルから前記重心位置に向かう方向を噴射方向として特定する噴霧方向特定手順と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、噴射装置のノズルに開口する噴口から噴射された流体の噴射方向を測定する噴霧測定装置であって、前記ノズルに対向する面状光に対して前記噴口から流体を噴射した際に前記面状光上に形成される噴霧断面画像を取得する噴霧断面画像取得手段と、前記噴霧断面画像上の噴霧断面像に対応する重心算出領域を可変設定する重心算出領域設定手段と、前記重心算出領域内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記重心算出領域の重心位置と中心位置とが設定誤差範囲内で一致するとき、前記ノズルから前記重心位置に向かう方向を噴射方向として特定する噴霧方向特定手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、噴射装置から噴射される流体の噴射方向を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】噴霧測定装置の概略構成図
【図２】画像補正のための計測系を示す説明図
【図３】（ａ）はは撮影によって取得した噴霧断面画像の一例を模式的に示す説明図であり（ｂ）は面状光強度補正用のミスト画像の一例を示す説明図であり（ｃ）は撮影された格子画像の一例を模式的に示す説明図であり（ｄ）は実空間座標系に変換した（ｃ）の格子画像を模式的に示す説明図であり（ｅ）は（ｃ）と（ｄ）との関係に基づいて歪み補正した（ａ）の噴霧断面画像を示す説明図であり（ｆ）は加算平均処理後の噴霧断面画像を示す説明図
【図４】噴霧方向評価ルーチンを示すフローチャート
【図５】噴霧断面画像取得サブルーチンを示すフローチャート
【図６】面状光強度分布補正処理サブルーチンを示すフローチャート
【図７】噴霧断面画像歪み補正処理サブルーチンを示すフローチャート
【図８】噴霧角算出処理サブルーチンを示すフローチャート
【図９】重心算出領域の重心位置と中心位置との関係を示す説明図
【図１０】重心算出領域の設定方法を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は噴霧測定装置の概略構成図、図２は画像補正のための計測系を示す説明図、図３（ａ）はは撮影によって取得した噴霧断面画像の一例を模式的に示す説明図であり（ｂ）は面状光強度補正用のミスト画像の一例を示す説明図であり（ｃ）は撮影された格子画像の一例を模式的に示す説明図であり（ｄ）は実空間座標系に変換した（ｃ）の格子画像を模式的に示す説明図であり（ｅ）は（ｃ）と（ｄ）との関係に基づいて歪み補正した（ａ）の噴霧断面画像を示す説明図であり（ｆ）は加算平均処理後の噴霧断面画像を示す説明図、図４は噴霧方向評価ルーチンを示すフローチャート、図５は噴霧断面画像取得サブルーチンを示すフローチャート、図６は面状光強度分布補正処理サブルーチンを示すフローチャート、図７は噴霧断面画像歪み補正処理サブルーチンを示すフローチャート、図８は噴霧角算出処理サブルーチンを示すフローチャート、図９は重心算出領域の重心位置と中心位置との関係を示す説明図、図１０は重心算出領域の設定方法を示す説明図である。
【００１６】
図１に示す噴霧測定装置１は、噴射装置の一例であるエンジンのインジェクタ３０から噴射された燃料（流体）の噴霧を測定する。本実施形態で示すインジェクタ３０は、例えば、ガソリンエンジン或いはディーセルエンジンの筒内に燃料を噴射するものであり、このインジェクタ３０は、ノズル３１の先端部に複数（例えば、５個）の噴口３２を有する。
【００１７】
噴霧測定装置１は、面状光２０を発生する光源装置５と、面状光２０に対して設定距離離間した位置にインジェクタ３０を保持する保持機構６と、面状光２０を撮像する撮像装置７と、面状光２０に対してミスト２１を発生するミスト発生器８と、これらを統括して制御する制御装置１０とを備えて要部が構成されている。
【００１８】
光源装置５は、例えば、半導体レーザ光源の前方にコリメータレンズ、絞り、円筒レンズ（何れも図示せず）等を配置して要部が構成されている。この光源装置５は、例えば、光軸Ｏｌが水平方向に指向するようセットされ、水平方向に扇状に拡開する光スクリーン状の面状光２０を発生する（図１，２参照）。
【００１９】
保持機構６は、例えば、インジェクタ３０を保持する略円板状の保持プレート６ａを有する。この保持プレート６ａは、例えば、面状光２０（光軸Ｏｌ）に直交する鉛直方向下向きにノズル３１の中心軸Ｏｎを指向させた状態で、インジェクタ３０を保持する。また、保持プレート６ａには、例えば、ステッピングモータ等を内蔵する駆動ユニット６ｂが連設されている。そして、駆動ユニット６ｂによって保持プレート６ａが回動動作されることにより、保持機構６は、インジェクタ３０をノズル３１の中心軸Ｏｎ周りに回動させることが可能となっている。
【００２０】
なお、本実施形態においては、例えば、図２に示すように、ノズル３１の先端部を原点とし、当該ノズル３１の中心軸Ｏｎ方向をＺ軸方向として定義する。また、Ｚ軸に直交する方向であって且つ光源装置５の光軸Ｏｌに平行な方向をＸ軸として定義し、これらＸ軸及びＺ軸に直交する方向をＹ軸として定義する。
【００２１】
撮像装置７は、固体撮像素子（ＣＣＤ）等を内蔵して要部が構成されている。この撮像装置７は、例えば、面状光２０に対して上方に設定距離離間した位置に配置されている。また、撮像装置７の光軸Ｏｃは、例えば、ノズル３１の中心軸Ｏｎと光源装置５の光軸Ｏｌとの交点を基点として当該光軸Ｏｌを上方に設定角度（例えば４５°）傾斜させた方向に設定されている。
【００２２】
制御装置１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータを中心として構成されている。制御装置１０のＲＯＭには、インジェクタ３０のノズル３１の各噴口３２から噴射される燃料の噴射方向を測定するためのプログラムが予め設定されて格納されており、制御装置１０は、このプログラムに従って燃料噴射方向の測定を行う。
【００２３】
すなわち、制御装置１０は、インジェクタ３０から燃料を噴射させ、面状光２０上での反射によって可視化された燃料を撮像装置７で撮像する。そして、撮像によって得られた画像（噴霧断面画像３５ａ，３５ｂ：図３（ａ）参照）に対して各種補正等の処理を行うことにより、制御装置１０は、例えば、図３（ｆ）に示すように、最終的な噴霧断面画像４０を取得する（噴霧断面画像取得手順）。
【００２４】
また、制御装置１０は、例えば、図９に示すように、噴霧断面画像４０上の噴霧断面像４０ａを抽出して当該噴霧断面像４０ａに対応する重心算出領域２５を可変設定し（重心算出領域設定手順）、重心算出領域２５内の各画素の輝度を重み（密度）として当該重心算出領域２５の重心位置Ｐｇを算出する（重心位置算出手順）。この重心算出領域２５の設定及び重心位置Ｐｇの算出は繰り返し行われ、制御装置１０は、重心算出領域２５の重心位置Ｐｇと中心位置Ｐｃとが設定誤差範囲内で一致するとき、当該重心位置Ｐｇを噴霧中心位置であると判定し、ノズル３１から重心位置Ｐｇに向かう方向（ベクトルの方向）をインジェクタ３０の噴霧方向として特定する（噴霧方向特定手順）。
【００２５】
このように、本実施形態において、制御装置１０は、噴霧断面画像取得手段、重心算出領域設定手段、重心位置算出手段、及び噴霧方向特定手段としての各機能を実現する。
【００２６】
次に、制御装置１０で実行される燃料の噴霧方向評価について、図４に示す噴霧方向評価ルーチンのフローチャートに従って具体的に説明する。
このルーチンがスタートすると、制御装置１０は、先ず、ステップＳ１０１において、噴霧断面画像３５ａ（図３（ａ）参照）の取得を行う。この噴霧断面画像３５ａの取得は、例えば、図５に示す噴霧断面画像取得サブルーチンのフローチャートに従って実行され、このサブルーチンがスタートすると、制御装置１０は、先ず、ステップＳ２０１において、インジェクタ３０に対する燃料噴射指示を行う。
【００２７】
そして、ステップＳ２０１からステップＳ２０２に進むと、制御装置１０は、燃料噴射を指示してからの設定時間Δｔ（例えば、Δｔ＝１．５ｍｓｅｃのディレイ時間）が経過したか否かを調べる。具体的には、例えば、燃焼噴射を指示した時刻をｔ１とした場合において、制御装置１０は、現時刻ｔがｔ１＋Δｔであるか否かの判断を行う。
【００２８】
そして、ステップＳ２０２において、制御装置１０は、現時刻ｔがｔ１＋Δｔに達するまではそのまま待機し、現時刻ｔがｔ１＋Δｔに達したと判断すると、ステップＳ２０３に進む。
【００２９】
ステップＳ２０２からステップＳ２０３に進むと、制御装置１０は、撮像装置７を駆動して噴霧断面画像を撮影すると共に、当該噴霧断面画像を記録する。すなわち、制御装置１０は、面状光２０が横切ることによって可視化された噴霧の断面像を撮像装置７を通じて撮像し、撮像した噴霧断面画像をＲＡＭ内に記録する。
【００３０】
ステップＳ２０３からステップＳ２０４に進むと、制御装置１０は、現在の撮像回数Ｎが予め設定された回数Ｎｉｍａｇｅを上回ったか否かを調べ、撮像回数Ｎが設定回数Ｎｉｍａｇｅ未満であると判定した場合、ステップＳ２０１に戻る。
【００３１】
一方、ステップＳ２０４において、撮像回数Ｎが設定回数Ｎｉｍａｇｅを上回ったと判定すると、制御装置１０は、ステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０３で撮像したＮｉｍａｇｅ枚の噴霧断面画像を用いた加算平均処理を行うことで噴霧断面画像３５ａを取得した後、サブルーチンを抜ける。
【００３２】
図４のメインルーチンにおいて、ステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むと、制御装置１０は、保持機構６を駆動し、インジェクタ３０をノズル３１の中心軸Ｏｎ周りに１８０°回転させた後、ステップＳ１０３に進み、上述のステップＳ１０１と同様の処理により、噴霧断面画像３５ｂを取得する。
【００３３】
この場合において、本実施形態の計測系は、撮像装置７が面状光２０に対して所定距離離間されており、且つ、撮像光軸Ｏｃが面状光２０に対して傾斜されているため、取得した噴霧断面画像３５ａ，３５ｂ上の各噴霧断面像は所定の歪みを有する。また、面状光２０は扇状に放射されており、その強度に勾配を有するため、取得した噴霧断面画像３５ａ，３５ｂは、輝度に所定の勾配を有する。
【００３４】
ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進むと、制御装置１０は、ステップＳ１０１及びステップＳ１０３で取得した噴霧断面画像３５ａ，３５ｂに対し、面状光２０の強度分布に起因する輝度勾配の補正処理をそれぞれ行う。この補正処理は、例えば、図６に示す面状光強度分布補正処理サブルーチンのフローチャートに従って実行されるもので、このサブルーチンがスタートすると、制御装置１０は、ステップＳ３０１において、ミスト発生器８を駆動してミスト２１を発生させ（図２参照）、続くステップＳ３０２において、光源装置を駆動して面状光２０の照射を行う。ここで、本実施形態において、ミスト発生器８から供給されるミスト２１は、インジェクタ３０から噴射される燃料噴霧と異なり、面状光２０上の被撮像領域に対し、均一且つ継続的に供給されるものである。
【００３５】
そして、ステップＳ３０３に進むと、制御装置１０は、撮像装置７を駆動し、面状光２０上で可視化されたミスト断面をミスト画像として撮像するとともに、当該ミスト画像をＲＡＭ内に記録する。
【００３６】
ステップＳ３０３からステップＳ３０４に進むと、制御装置１０は、現在の撮像回数Ｎが予め設定された回数Ｎｉｍａｇｅを上回ったか否かを調べ、撮像回数Ｎが設定回数Ｎｉｍａｇｅ未満であると判定した場合、ステップＳ３０３に戻る。
【００３７】
一方、ステップＳ３０４において、撮像回数Ｎが設定回数Ｎｉｍａｇｅを上回ったと判定すると、制御装置１０は、ステップＳ３０５に進み、撮像した各ミスト画像を用いた加算平均処理を行うことで、ミスト画像３６（図３（ｂ）参照）を取得する。
【００３８】
そして、ステップＳ３０５からステップＳ３０６に進むと、制御装置１０は、ミスト画像３６上の最高輝度値を抽出し、当該最高輝度値を各画素の輝度値で除することにより、各画素に対応する面状光強度補正係数の分布（固有度分布補正係数）を算出する。
【００３９】
そして、ステップＳ３０６からステップＳ３０７に進むと、制御装置１０は、噴霧断面画像３５ａ，３５ｂに固有度分布補正係数を乗算することにより、噴霧断面画像３５ａ，３５ｂに対する輝度補正を行った後、サブルーチンを抜ける。
【００４０】
図４のメインルーチンにおいて、ステップＳ１０４からステップＳ１０５に進むと、制御装置１０は、ステップＳ１０４で輝度補正した噴霧断面画像３５ａ，３５ｂに対して歪み補正処理をそれぞれ行う。この歪み補正処理は、例えば、図７に示す噴霧断面画像歪み補正処理サブルーチンのフローチャートに従って実行される。ここで、このサブルーチンの実行に先立ち、噴霧測定装置１には、面状光２０と同一平面上の設定位置に、参照格子２２がセットされる（図２参照）。そして、サブルーチンがスタートすると、制御装置１０は、先ず、ステップＳ４０１において、撮像装置７を駆動し、参照格子画像３７（図３（ｃ）参照）を撮像するとともに、当該参照格子画像３７をＲＡＭ内に記録する。
【００４１】
そして、ステップＳ４０２に進むと、制御装置１０は、噴霧断面画像３５ａ，３５ｂを実空間座標系に対応した噴霧断面画像に変換するための変換関数を算出する。すなわち、ステップＳ４０１で取得した参照格子画像３７は、面状光２０（参照格子２２）に対して垂直でない位置から取得されるため、図３（ｃ）に示すような歪みが存在するが、参照格子２２の格子間隔が既知であることを利用すれば、当該歪みを補正することが可能である。そこで、制御装置１０は、撮像した参照格子画像３７を、所定の解像度で、実空間座標系の参照格子画像３８（図３（ｄ）参照）に変換することで、実空間座標系への変換関数を算出する。
【００４２】
そして、ステップＳ４０３に進むと、制御装置１０は、ステップＳ４０２で算出した変換座標を用いて、噴霧断面画像３５ａ，３５ｂから実空間座標系における噴霧断面画像３９ａ，３９ｂ（図３（ｅ）参照）をそれぞれ算出し、続くステップＳ４０４において、算出した噴霧断面画像３９ａ，３９ｂを画像データ化した後、サブルーチンを抜ける。これにより、ステップＳ１０１及びステップＳ１０３で取得した噴霧断面画像３５ａ，３５ｂの歪みを的確に除去することが可能となる。
【００４３】
図４のメインルーチンにおいて、ステップＳ１０５からステップＳ１０６に進むと、制御装置１０は、噴霧断面画像３９ａ，３９ｂのうちの何れか一方（例えば、噴霧断面画像３９ｂ）を１８０°回転させ、これらに対する加算平均処理を行うことにより、最終的な噴霧断面画像４０（図３（ｆ）参照）を取得する。
【００４４】
そして、ステップＳ１０６からステップＳ１０７に進むと、制御装置１０は、ステップＳ１０６で取得した噴霧断面画像４０を用いてインジェクタ３０の噴霧角算出処理を行う。この噴霧角算出処理は、例えば、図８に示す噴霧角算出サブルーチンのフローチャートに従って実行されるもので、このサブルーチンがスタートすると、制御装置１０は、先ず、ステップＳ５０１において、噴霧断面画像４０に対する２値化処理を行う。すなわち、制御装置１０は、噴霧断面画像４０上の各画素の輝度を調べ、例えば、輝度が設定閾値以上である画素の輝度を「１」とし、設定閾値以下である画素の輝度を「０」とする２値化処理を行う。
【００４５】
そして、ステップＳ５０１からステップＳ５０２に進むと、制御装置１０は、２値化された噴霧断面画像４０上において、例えば、輝度が「１」となる画素が設定密度以上で分布する画素群からなる像を噴霧断面像４０ａとして抽出する。この場合、例えば、ノズル３１上の５箇所に噴口３２が開口するインジェクタ３０を被検査対象とする本実施形態では、噴霧断面画像上の５箇所に噴霧断面像（噴霧断面像領域）４０ａが抽出される。
【００４６】
そして、ステップＳ５０２からステップＳ５０３に進むと、制御装置１０は、噴霧断面画像４０上で、全ての噴霧断面像４０ａを内包する最小サイズの領域を重心算出領域Ｄとして設定する。この場合、重心算出領域Ｄの形状としては、例えば、矩形、円形、或いは楕円形等を好適に設定することが可能である。なお、当該ステップＳ５０３で設定される重心算出領域Ｄを、以下の説明において、適宜、重心算出領域Ｄ０と称する。
【００４７】
ここで、本実施形態の重心算出領域Ｄ０は、噴霧断面像計測を実施する面状光２０（噴霧断面画像４０）上の長さ寸法で規定されるのではなく、例えば、ノズル３１の先端を原点とする角度座標系における角度にて規定される。具体的には、例えば、図１０に示すように、重心算出領域Ｄ０は、ノズル３１の先端を頂点とし、且つ、ノズル３１の中心軸Ｏｎに対して中心軸Ｏｍが角度（θｘ，θｙ）で傾斜するよう配置された所定の円錐２５が噴霧断面画像４０上に形成する楕円によって定義される。すなわち、本実施形態において、制御装置１０は、円錐２５の頂角及び中心軸Ｏｍの角度（θｘ，θｙ）を変化させることにより、全ての噴霧断面像４０ａを内包する最小サイズの領域（楕円領域）を探索する。これは、インジェクタ３０から噴射される噴霧は、一般に、下流になるに従って広がった略円錐形状となり、ノズル３１の中心軸Ｏｎから離れた位置に形成される噴霧断面ほど大きくなることに対応したものである。
【００４８】
ステップＳ５０３からステップＳ５０４に進むと、制御装置１０は、重心算出領域Ｄ０の中心位置Ｐｃを、角度（θｘ，θｙ）に基づいて算出した後、ステップＳ５０５に進む。
【００４９】
ステップＳ５０５において、制御装置１０は、重心算出領域Ｄ内に存在する各画素の輝度を重み（密度）として、重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇを算出する。
【００５０】
そして、ステップＳ５０５からステップＳ５０６に進むと、制御装置１０は、重心算出領域Ｄの中心位置Ｐｃと、重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇとの比較を行い、これらの差Δｄが設定閾値Δｄ０以下であるか否か（すなわち、中心位置Ｐｃと重心位置Ｐｇとが設定誤差Δｄ０の範囲内で一致しているが否か）を調べる。
【００５１】
そして、ステップＳ５０６において、中心位置Ｐｃと重心位置Ｐｇとの差ΔｄがΔｄ０よりも大きいと判断した場合、制御装置１０は、ステップＳ５０７に進み、現在の重心位置Ｐｇを新たな中心位置Ｐｃとして設定し、当該新たな中心位置Ｐｃを基準とする重心算出領域Ｄを再設定した後、ステップＳ５０５に戻る。ここで、本実施形態において、制御装置１０は、例えば、上述のステップＳ５０３で用いた円錐２５の中心軸Ｏｍが新たな中心位置Ｐｃを通過するように角度（θｘ，θｙ）を変化させ、このように変化させた円錐２５が噴霧断面画像４０上で形成する領域を、新たな重心算出領域Ｄとして設定する（図９（ｂ）参照）。これにより、各噴霧断面像４０ａを概ね含む領域が新たに重心位置Ｄとして再設定され、ステップＳ１０５では、新たな重心算出領域Ｄについて、重心位置Ｐｇの算出が再度行われる（図９（ｃ）参照）。
【００５２】
一方、ステップＳ５０６において、中心位置Ｐｃと重心位置Ｐｇとの差ΔｄがΔｄ０以下であると判断した場合、制御装置１０は、ステップＳ５０８に進み、現在の重心位置Ｐｇを噴霧中心位置として特定し、ノズル３１の先端から噴霧中心位置に向かうベクトルの方向を噴射方向として特定した後、サブルーチンを抜ける。
【００５３】
図４のメインルーチンにおいて、ステップＳ１０７からステップＳ１０８に進むと、制御装置１０は、ステップＳ１０７で算出したインジェクタ３０の噴射方向（噴霧角）が予め設定された公差内であるか否かを調べ、噴射方向が公差内である場合にはステップＳ１０９に進み、現在の被検査対象のインジェクタ３０は正常品であると判断した後、ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１０８において、少なくとも何れか１つの噴口３２の噴射方向が公差外にある場合には、制御装置１０は、ステップＳ１１０に進み、現在の被検査対象のインジェクタ３０は異常品であると判断した後、ルーチンを抜ける。
【００５４】
このような実施形態によれば、実空間上で噴口３２から燃料を噴射した際に面状光２０上に形成される噴霧断面画像４０を取得し、噴霧断面画像４０上で抽出した噴霧断面像４０ａに対応する重心算出領域Ｄを可変設定するとともに、可変設定された重心算出領域Ｄ内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇを算出し、重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇと中心位置Ｐｃとが設定誤差範囲内で一致するときノズル３１から重心位置Ｐｇに向かう方向を噴霧方向として特定することにより、インジェクタ３０から噴射される燃料の噴射方向を精度良く測定することができる。
【００５５】
すなわち、重心算出領域Ｄ内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇを求め、この重心位置Ｐｇに基づいて噴霧方向を特定することにより、複数の画素に輝度のサチュレーション等が発生した場合にも、当該サチュレーション等に大きく影響されることなく、好適な噴霧方向の測定を行うことができる。その際、燃料噴射方向を精度良く測定するためには、評価対象となる領域（重心算出領域Ｄ）を適切に設定することが重要となるが、本実施形態においては、重心算出領域Ｄを可変設定しながら、重心位置Ｐｇと中心位置Ｐｃとが設定誤差範囲で一致する重心算出領域Ｄの探索を行うことにより、評価対象として好適な重心算出領域Ｄを設定することができる。
【００５６】
この場合において、現在設定されている重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇを基準として新たな重心算出領域Ｄを再設定することにより、各噴霧断面像４０ａに対して大きく逸脱させることなく、好適な位置に重心算出領域Ｄを再設定することができる。
【００５７】
また、ノズル３１を頂点とする円錐２５を実空間上に定義し、円錐２５の中心軸Ｏｍを可変設定した際に噴霧断面画像４０上に形成される領域を重心算出領域Ｄとして設定することにより、実際にインジェクタ３０から噴射される噴霧形状を十分に考慮した重心算出領域Ｄを設定することができる。
【００５８】
なお、上述の実施形態においては、インジェクタ３０全体としての燃料噴射方向を求める場合の一例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、各噴口３２から噴射される燃料の噴霧断面像４０ａ毎に個別の重心算出領域Ｄを可変設定し、噴口３２毎の燃料噴射方向を求めることも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ … 噴霧測定装置
５ … 光源装置
６ … 保持機構
６ａ … 保持プレート
６ｂ … 駆動ユニット
７ … 撮像装置
８ … ミスト発生器
１０ … 制御装置（噴区断面画像取得手段、重心算出領域設定手段、重心位置算出手段、噴霧方向特定手段）
２０ … 面状光
２１ … ミスト
２２ … 参照格子
２５ … 重心算出領域
２５ … 円錐
３０ … インジェクタ（噴射装置）
３１ … ノズル
３２ … 噴口
３５ａ，３５ｂ … 噴霧断面画像
３６ … ミスト画像
３７ … 参照格子画像
３８ … 参照格子画像
３９ａ，３９ｂ … 噴霧断面画像
４０ … 噴霧断面画像
４０ａ … 噴霧断面像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、インジェクタから噴射された流体の噴霧状態を測定する噴霧測定方法及び噴霧測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジンや直噴式のガソリンエンジン等においては、筒内に噴射される燃料の噴射方向が大きな意味を持つ。このため、この種のエンジンにおいては、燃料噴射弁（インジェクタ）から噴射される燃料の噴射方向を正確に把握することが要求されている。
【０００３】
インジェクタの噴射燃料方向を測定するための技術として、例えば、特許文献１には、インジェクタの噴射口（ノズル）から噴射方向に延びる噴射口軸線に対し垂直に面状光を照射するとともに、面状光に対してある一定の角度を持たせたビデオカメラを設置し、面状光上に生じた噴霧断面像をビデオカメラで撮像して当該噴霧断面像の輝度がピークとなる画素を噴霧中心として定義し、その噴霧中心と噴口との位置関係から噴霧角を算出する技術が開示されている。
【０００４】
ここで、特許文献１の技術では、噴霧断面像を記録した噴霧画像データから輝度ピークを算出する方法として以下の手順を採用している。
【０００５】
すなわち、先ず、噴霧画像データの各画素において、複数枚の噴霧画像データの輝度値の加算平均を行う。次いで、ある一定輝度以下となる画素データを削除し、噴霧画像データ上に噴霧断面像のみを抽出して、その輪郭を抽出する。次いで、輪郭の中心を基準として、面状光に対するビデオカメラの角度に応じた回転処理を施すことで、面状光に対して垂直な位置から撮影した噴霧画像データを生成する。そして、噴霧画像データ内の、輪郭により定義された噴霧断面像内における輝度値が最高となる画素を選択し、これを噴霧中心として定義する。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、取得した噴霧断面像の輪郭（外縁位置）を算出し、その外縁位置とノズル先端との位置関係から各噴霧の噴霧角（噴霧外角、噴霧内角）を定義し、さらに、噴霧外角と噴霧内角の中間となる角度を噴霧の中心軸として定義する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４８５９９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術は、計測時の各種設定等によっては噴霧中心を厳密に特定することが困難となる虞がある。具体的には、例えば、面状光のセッティング、ビデオカメラのセッティング、或いは、噴霧の液滴密度等の各種条件に起因して噴霧断面像上の噴霧中心付近の画素にサチュレーションが発生した場合等に、輝度値が最高となる画素が複数出現して噴霧中心を厳密に特定することが困難となる虞がある。
【０００９】
また、上述の特許文献２に開示された技術は、噴霧断面が円形或いは楕円形等であることを前提とし、噴霧外角と噴霧内角との中間角に基づいて噴霧中心軸を定義しているため、必ずしも妥当な噴霧中心軸が得られるとは限らない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、噴射装置から噴射される流体の噴射方向を精度良く測定することができる噴霧測定方法及び噴霧測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、噴射装置のノズルに開口する噴口から噴射された流体の噴射方向を測定する噴霧測定方法であって、前記ノズルに対向する面状光に対して前記噴口から流体を噴射した際に前記面状光上に形成される噴霧断面画像を取得する噴霧断面画像取得手順と、前記噴霧断面画像上の噴霧断面像に対応する重心算出領域を可変設定する重心算出領域設定手順と、前記重心算出領域内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域の重心位置を算出する重心位置算出手順と、前記重心算出領域の重心位置と中心位置とが設定誤差範囲内で一致するとき、前記ノズルから前記重心位置に向かう方向を噴射方向として特定する噴霧方向特定手順と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、噴射装置のノズルに開口する噴口から噴射された流体の噴射方向を測定する噴霧測定装置であって、前記ノズルに対向する面状光に対して前記噴口から流体を噴射した際に前記面状光上に形成される噴霧断面画像を取得する噴霧断面画像取得手段と、前記噴霧断面画像上の噴霧断面像に対応する重心算出領域を可変設定する重心算出領域設定手段と、前記重心算出領域内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域の重心位置を算出する重心位置算出手段と、前記重心算出領域の重心位置と中心位置とが設定誤差範囲内で一致するとき、前記ノズルから前記重心位置に向かう方向を噴射方向として特定する噴霧方向特定手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、噴射装置から噴射される流体の噴射方向を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】噴霧測定装置の概略構成図
【図２】画像補正のための計測系を示す説明図
【図３】（ａ）はは撮影によって取得した噴霧断面画像の一例を模式的に示す説明図であり（ｂ）は面状光強度補正用のミスト画像の一例を示す説明図であり（ｃ）は撮影された格子画像の一例を模式的に示す説明図であり（ｄ）は実空間座標系に変換した（ｃ）の格子画像を模式的に示す説明図であり（ｅ）は（ｃ）と（ｄ）との関係に基づいて歪み補正した（ａ）の噴霧断面画像を示す説明図であり（ｆ）は加算平均処理後の噴霧断面画像を示す説明図
【図４】噴霧方向評価ルーチンを示すフローチャート
【図５】噴霧断面画像取得サブルーチンを示すフローチャート
【図６】面状光強度分布補正処理サブルーチンを示すフローチャート
【図７】噴霧断面画像歪み補正処理サブルーチンを示すフローチャート
【図８】噴霧角算出処理サブルーチンを示すフローチャート
【図９】重心算出領域の重心位置と中心位置との関係を示す説明図
【図１０】重心算出領域の設定方法を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は噴霧測定装置の概略構成図、図２は画像補正のための計測系を示す説明図、図３（ａ）はは撮影によって取得した噴霧断面画像の一例を模式的に示す説明図であり（ｂ）は面状光強度補正用のミスト画像の一例を示す説明図であり（ｃ）は撮影された格子画像の一例を模式的に示す説明図であり（ｄ）は実空間座標系に変換した（ｃ）の格子画像を模式的に示す説明図であり（ｅ）は（ｃ）と（ｄ）との関係に基づいて歪み補正した（ａ）の噴霧断面画像を示す説明図であり（ｆ）は加算平均処理後の噴霧断面画像を示す説明図、図４は噴霧方向評価ルーチンを示すフローチャート、図５は噴霧断面画像取得サブルーチンを示すフローチャート、図６は面状光強度分布補正処理サブルーチンを示すフローチャート、図７は噴霧断面画像歪み補正処理サブルーチンを示すフローチャート、図８は噴霧角算出処理サブルーチンを示すフローチャート、図９は重心算出領域の重心位置と中心位置との関係を示す説明図、図１０は重心算出領域の設定方法を示す説明図である。
【００１６】
図１に示す噴霧測定装置１は、噴射装置の一例であるエンジンのインジェクタ３０から噴射された燃料（流体）の噴霧を測定する。本実施形態で示すインジェクタ３０は、例えば、ガソリンエンジン或いはディーセルエンジンの筒内に燃料を噴射するものであり、このインジェクタ３０は、ノズル３１の先端部に複数（例えば、５個）の噴口３２を有する。
【００１７】
噴霧測定装置１は、面状光２０を発生する光源装置５と、面状光２０に対して設定距離離間した位置にインジェクタ３０を保持する保持機構６と、面状光２０を撮像する撮像装置７と、面状光２０に対してミスト２１を発生するミスト発生器８と、これらを統括して制御する制御装置１０とを備えて要部が構成されている。
【００１８】
光源装置５は、例えば、半導体レーザ光源の前方にコリメータレンズ、絞り、円筒レンズ（何れも図示せず）等を配置して要部が構成されている。この光源装置５は、例えば、光軸Ｏｌが水平方向に指向するようセットされ、水平方向に扇状に拡開する光スクリーン状の面状光２０を発生する（図１，２参照）。
【００１９】
保持機構６は、例えば、インジェクタ３０を保持する略円板状の保持プレート６ａを有する。この保持プレート６ａは、例えば、面状光２０（光軸Ｏｌ）に直交する鉛直方向下向きにノズル３１の中心軸Ｏｎを指向させた状態で、インジェクタ３０を保持する。また、保持プレート６ａには、例えば、ステッピングモータ等を内蔵する駆動ユニット６ｂが連設されている。そして、駆動ユニット６ｂによって保持プレート６ａが回動動作されることにより、保持機構６は、インジェクタ３０をノズル３１の中心軸Ｏｎ周りに回動させることが可能となっている。
【００２０】
なお、本実施形態においては、例えば、図２に示すように、ノズル３１の先端部を原点とし、当該ノズル３１の中心軸Ｏｎ方向をＺ軸方向として定義する。また、Ｚ軸に直交する方向であって且つ光源装置５の光軸Ｏｌに平行な方向をＸ軸として定義し、これらＸ軸及びＺ軸に直交する方向をＹ軸として定義する。
【００２１】
撮像装置７は、固体撮像素子（ＣＣＤ）等を内蔵して要部が構成されている。この撮像装置７は、例えば、面状光２０に対して上方に設定距離離間した位置に配置されている。また、撮像装置７の光軸Ｏｃは、例えば、ノズル３１の中心軸Ｏｎと光源装置５の光軸Ｏｌとの交点を基点として当該光軸Ｏｌを上方に設定角度（例えば４５°）傾斜させた方向に設定されている。
【００２２】
制御装置１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を有するマイクロコンピュータを中心として構成されている。制御装置１０のＲＯＭには、インジェクタ３０のノズル３１の各噴口３２から噴射される燃料の噴射方向を測定するためのプログラムが予め設定されて格納されており、制御装置１０は、このプログラムに従って燃料噴射方向の測定を行う。
【００２３】
すなわち、制御装置１０は、インジェクタ３０から燃料を噴射させ、面状光２０上での反射によって可視化された燃料を撮像装置７で撮像する。そして、撮像によって得られた画像（噴霧断面画像３５ａ，３５ｂ：図３（ａ）参照）に対して各種補正等の処理を行うことにより、制御装置１０は、例えば、図３（ｆ）に示すように、最終的な噴霧断面画像４０を取得する（噴霧断面画像取得手順）。
【００２４】
また、制御装置１０は、例えば、図９に示すように、噴霧断面画像４０上の噴霧断面像４０ａを抽出して当該噴霧断面像４０ａに対応する重心算出領域２５を可変設定し（重心算出領域設定手順）、重心算出領域２５内の各画素の輝度を重み（密度）として当該重心算出領域２５の重心位置Ｐｇを算出する（重心位置算出手順）。この重心算出領域２５の設定及び重心位置Ｐｇの算出は繰り返し行われ、制御装置１０は、重心算出領域２５の重心位置Ｐｇと中心位置Ｐｃとが設定誤差範囲内で一致するとき、当該重心位置Ｐｇを噴霧中心位置であると判定し、ノズル３１から重心位置Ｐｇに向かう方向（ベクトルの方向）をインジェクタ３０の噴霧方向として特定する（噴霧方向特定手順）。
【００２５】
このように、本実施形態において、制御装置１０は、噴霧断面画像取得手段、重心算出領域設定手段、重心位置算出手段、及び噴霧方向特定手段としての各機能を実現する。
【００２６】
次に、制御装置１０で実行される燃料の噴霧方向評価について、図４に示す噴霧方向評価ルーチンのフローチャートに従って具体的に説明する。
このルーチンがスタートすると、制御装置１０は、先ず、ステップＳ１０１において、噴霧断面画像３５ａ（図３（ａ）参照）の取得を行う。この噴霧断面画像３５ａの取得は、例えば、図５に示す噴霧断面画像取得サブルーチンのフローチャートに従って実行され、このサブルーチンがスタートすると、制御装置１０は、先ず、ステップＳ２０１において、インジェクタ３０に対する燃料噴射指示を行う。
【００２７】
そして、ステップＳ２０１からステップＳ２０２に進むと、制御装置１０は、燃料噴射を指示してからの設定時間Δｔ（例えば、Δｔ＝１．５ｍｓｅｃのディレイ時間）が経過したか否かを調べる。具体的には、例えば、燃焼噴射を指示した時刻をｔ１とした場合において、制御装置１０は、現時刻ｔがｔ１＋Δｔであるか否かの判断を行う。
【００２８】
そして、ステップＳ２０２において、制御装置１０は、現時刻ｔがｔ１＋Δｔに達するまではそのまま待機し、現時刻ｔがｔ１＋Δｔに達したと判断すると、ステップＳ２０３に進む。
【００２９】
ステップＳ２０２からステップＳ２０３に進むと、制御装置１０は、撮像装置７を駆動して噴霧断面画像を撮影すると共に、当該噴霧断面画像を記録する。すなわち、制御装置１０は、面状光２０が横切ることによって可視化された噴霧の断面像を撮像装置７を通じて撮像し、撮像した噴霧断面画像をＲＡＭ内に記録する。
【００３０】
ステップＳ２０３からステップＳ２０４に進むと、制御装置１０は、現在の撮像回数Ｎが予め設定された回数Ｎｉｍａｇｅを上回ったか否かを調べ、撮像回数Ｎが設定回数Ｎｉｍａｇｅ未満であると判定した場合、ステップＳ２０１に戻る。
【００３１】
一方、ステップＳ２０４において、撮像回数Ｎが設定回数Ｎｉｍａｇｅを上回ったと判定すると、制御装置１０は、ステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０３で撮像したＮｉｍａｇｅ枚の噴霧断面画像を用いた加算平均処理を行うことで噴霧断面画像３５ａを取得した後、サブルーチンを抜ける。
【００３２】
図４のメインルーチンにおいて、ステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むと、制御装置１０は、保持機構６を駆動し、インジェクタ３０をノズル３１の中心軸Ｏｎ周りに１８０°回転させた後、ステップＳ１０３に進み、上述のステップＳ１０１と同様の処理により、噴霧断面画像３５ｂを取得する。
【００３３】
この場合において、本実施形態の計測系は、撮像装置７が面状光２０に対して所定距離離間されており、且つ、撮像光軸Ｏｃが面状光２０に対して傾斜されているため、取得した噴霧断面画像３５ａ，３５ｂ上の各噴霧断面像は所定の歪みを有する。また、面状光２０は扇状に放射されており、その強度に勾配を有するため、取得した噴霧断面画像３５ａ，３５ｂは、輝度に所定の勾配を有する。
【００３４】
ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進むと、制御装置１０は、ステップＳ１０１及びステップＳ１０３で取得した噴霧断面画像３５ａ，３５ｂに対し、面状光２０の強度分布に起因する輝度勾配の補正処理をそれぞれ行う。この補正処理は、例えば、図６に示す面状光強度分布補正処理サブルーチンのフローチャートに従って実行されるもので、このサブルーチンがスタートすると、制御装置１０は、ステップＳ３０１において、ミスト発生器８を駆動してミスト２１を発生させ（図２参照）、続くステップＳ３０２において、光源装置を駆動して面状光２０の照射を行う。ここで、本実施形態において、ミスト発生器８から供給されるミスト２１は、インジェクタ３０から噴射される燃料噴霧と異なり、面状光２０上の被撮像領域に対し、均一且つ継続的に供給されるものである。
【００３５】
そして、ステップＳ３０３に進むと、制御装置１０は、撮像装置７を駆動し、面状光２０上で可視化されたミスト断面をミスト画像として撮像するとともに、当該ミスト画像をＲＡＭ内に記録する。
【００３６】
ステップＳ３０３からステップＳ３０４に進むと、制御装置１０は、現在の撮像回数Ｎが予め設定された回数Ｎｉｍａｇｅを上回ったか否かを調べ、撮像回数Ｎが設定回数Ｎｉｍａｇｅ未満であると判定した場合、ステップＳ３０３に戻る。
【００３７】
一方、ステップＳ３０４において、撮像回数Ｎが設定回数Ｎｉｍａｇｅを上回ったと判定すると、制御装置１０は、ステップＳ３０５に進み、撮像した各ミスト画像を用いた加算平均処理を行うことで、ミスト画像３６（図３（ｂ）参照）を取得する。
【００３８】
そして、ステップＳ３０５からステップＳ３０６に進むと、制御装置１０は、ミスト画像３６上の最高輝度値を抽出し、当該最高輝度値を各画素の輝度値で除することにより、各画素に対応する面状光強度補正係数の分布（固有度分布補正係数）を算出する。
【００３９】
そして、ステップＳ３０６からステップＳ３０７に進むと、制御装置１０は、噴霧断面画像３５ａ，３５ｂに固有度分布補正係数を乗算することにより、噴霧断面画像３５ａ，３５ｂに対する輝度補正を行った後、サブルーチンを抜ける。
【００４０】
図４のメインルーチンにおいて、ステップＳ１０４からステップＳ１０５に進むと、制御装置１０は、ステップＳ１０４で輝度補正した噴霧断面画像３５ａ，３５ｂに対して歪み補正処理をそれぞれ行う。この歪み補正処理は、例えば、図７に示す噴霧断面画像歪み補正処理サブルーチンのフローチャートに従って実行される。ここで、このサブルーチンの実行に先立ち、噴霧測定装置１には、面状光２０と同一平面上の設定位置に、参照格子２２がセットされる（図２参照）。そして、サブルーチンがスタートすると、制御装置１０は、先ず、ステップＳ４０１において、撮像装置７を駆動し、参照格子画像３７（図３（ｃ）参照）を撮像するとともに、当該参照格子画像３７をＲＡＭ内に記録する。
【００４１】
そして、ステップＳ４０２に進むと、制御装置１０は、噴霧断面画像３５ａ，３５ｂを実空間座標系に対応した噴霧断面画像に変換するための変換関数を算出する。すなわち、ステップＳ４０１で取得した参照格子画像３７は、面状光２０（参照格子２２）に対して垂直でない位置から取得されるため、図３（ｃ）に示すような歪みが存在するが、参照格子２２の格子間隔が既知であることを利用すれば、当該歪みを補正することが可能である。そこで、制御装置１０は、撮像した参照格子画像３７を、所定の解像度で、実空間座標系の参照格子画像３８（図３（ｄ）参照）に変換することで、実空間座標系への変換関数を算出する。
【００４２】
そして、ステップＳ４０３に進むと、制御装置１０は、ステップＳ４０２で算出した変換座標を用いて、噴霧断面画像３５ａ，３５ｂから実空間座標系における噴霧断面画像３９ａ，３９ｂ（図３（ｅ）参照）をそれぞれ算出し、続くステップＳ４０４において、算出した噴霧断面画像３９ａ，３９ｂを画像データ化した後、サブルーチンを抜ける。これにより、ステップＳ１０１及びステップＳ１０３で取得した噴霧断面画像３５ａ，３５ｂの歪みを的確に除去することが可能となる。
【００４３】
図４のメインルーチンにおいて、ステップＳ１０５からステップＳ１０６に進むと、制御装置１０は、噴霧断面画像３９ａ，３９ｂのうちの何れか一方（例えば、噴霧断面画像３９ｂ）を１８０°回転させ、これらに対する加算平均処理を行うことにより、最終的な噴霧断面画像４０（図３（ｆ）参照）を取得する。
【００４４】
そして、ステップＳ１０６からステップＳ１０７に進むと、制御装置１０は、ステップＳ１０６で取得した噴霧断面画像４０を用いてインジェクタ３０の噴霧角算出処理を行う。この噴霧角算出処理は、例えば、図８に示す噴霧角算出サブルーチンのフローチャートに従って実行されるもので、このサブルーチンがスタートすると、制御装置１０は、先ず、ステップＳ５０１において、噴霧断面画像４０に対する２値化処理を行う。すなわち、制御装置１０は、噴霧断面画像４０上の各画素の輝度を調べ、例えば、輝度が設定閾値以上である画素の輝度を「１」とし、設定閾値以下である画素の輝度を「０」とする２値化処理を行う。
【００４５】
そして、ステップＳ５０１からステップＳ５０２に進むと、制御装置１０は、２値化された噴霧断面画像４０上において、例えば、輝度が「１」となる画素が設定密度以上で分布する画素群からなる像を噴霧断面像４０ａとして抽出する。この場合、例えば、ノズル３１上の５箇所に噴口３２が開口するインジェクタ３０を被検査対象とする本実施形態では、噴霧断面画像上の５箇所に噴霧断面像（噴霧断面像領域）４０ａが抽出される。
【００４６】
そして、ステップＳ５０２からステップＳ５０３に進むと、制御装置１０は、噴霧断面画像４０上で、全ての噴霧断面像４０ａを内包する最小サイズの領域を重心算出領域Ｄとして設定する。この場合、重心算出領域Ｄの形状としては、例えば、矩形、円形、或いは楕円形等を好適に設定することが可能である。なお、当該ステップＳ５０３で設定される重心算出領域Ｄを、以下の説明において、適宜、重心算出領域Ｄ０と称する。
【００４７】
ここで、本実施形態の重心算出領域Ｄ０は、噴霧断面像計測を実施する面状光２０（噴霧断面画像４０）上の長さ寸法で規定されるのではなく、例えば、ノズル３１の先端を原点とする角度座標系における角度にて規定される。具体的には、例えば、図１０に示すように、重心算出領域Ｄ０は、ノズル３１の先端を頂点とし、且つ、ノズル３１の中心軸Ｏｎに対して中心軸Ｏｍが角度（θｘ，θｙ）で傾斜するよう配置された所定の円錐２５が噴霧断面画像４０上に形成する楕円によって定義される。すなわち、本実施形態において、制御装置１０は、円錐２５の頂角及び中心軸Ｏｍの角度（θｘ，θｙ）を変化させることにより、全ての噴霧断面像４０ａを内包する最小サイズの領域（楕円領域）を探索する。これは、インジェクタ３０から噴射される噴霧は、一般に、下流になるに従って広がった略円錐形状となり、ノズル３１の中心軸Ｏｎから離れた位置に形成される噴霧断面ほど大きくなることに対応したものである。
【００４８】
ステップＳ５０３からステップＳ５０４に進むと、制御装置１０は、重心算出領域Ｄ０の中心位置Ｐｃを、角度（θｘ，θｙ）に基づいて算出した後、ステップＳ５０５に進む。
【００４９】
ステップＳ５０５において、制御装置１０は、重心算出領域Ｄ内に存在する各画素の輝度を重み（密度）として、重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇを算出する。
【００５０】
そして、ステップＳ５０５からステップＳ５０６に進むと、制御装置１０は、重心算出領域Ｄの中心位置Ｐｃと、重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇとの比較を行い、これらの差Δｄが設定閾値Δｄ０以下であるか否か（すなわち、中心位置Ｐｃと重心位置Ｐｇとが設定誤差Δｄ０の範囲内で一致しているが否か）を調べる。
【００５１】
そして、ステップＳ５０６において、中心位置Ｐｃと重心位置Ｐｇとの差ΔｄがΔｄ０よりも大きいと判断した場合、制御装置１０は、ステップＳ５０７に進み、現在の重心位置Ｐｇを新たな中心位置Ｐｃとして設定し、当該新たな中心位置Ｐｃを基準とする重心算出領域Ｄを再設定した後、ステップＳ５０５に戻る。ここで、本実施形態において、制御装置１０は、例えば、上述のステップＳ５０３で用いた円錐２５の中心軸Ｏｍが新たな中心位置Ｐｃを通過するように角度（θｘ，θｙ）を変化させ、このように変化させた円錐２５が噴霧断面画像４０上で形成する領域を、新たな重心算出領域Ｄとして設定する（図９（ｂ）参照）。これにより、各噴霧断面像４０ａを概ね含む領域が新たに重心位置Ｄとして再設定され、ステップＳ１０５では、新たな重心算出領域Ｄについて、重心位置Ｐｇの算出が再度行われる（図９（ｃ）参照）。
【００５２】
一方、ステップＳ５０６において、中心位置Ｐｃと重心位置Ｐｇとの差ΔｄがΔｄ０以下であると判断した場合、制御装置１０は、ステップＳ５０８に進み、現在の重心位置Ｐｇを噴霧中心位置として特定し、ノズル３１の先端から噴霧中心位置に向かうベクトルの方向を噴射方向として特定した後、サブルーチンを抜ける。
【００５３】
図４のメインルーチンにおいて、ステップＳ１０７からステップＳ１０８に進むと、制御装置１０は、ステップＳ１０７で算出したインジェクタ３０の噴射方向（噴霧角）が予め設定された公差内であるか否かを調べ、噴射方向が公差内である場合にはステップＳ１０９に進み、現在の被検査対象のインジェクタ３０は正常品であると判断した後、ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１０８において、少なくとも何れか１つの噴口３２の噴射方向が公差外にある場合には、制御装置１０は、ステップＳ１１０に進み、現在の被検査対象のインジェクタ３０は異常品であると判断した後、ルーチンを抜ける。
【００５４】
このような実施形態によれば、実空間上で噴口３２から燃料を噴射した際に面状光２０上に形成される噴霧断面画像４０を取得し、噴霧断面画像４０上で抽出した噴霧断面像４０ａに対応する重心算出領域Ｄを可変設定するとともに、可変設定された重心算出領域Ｄ内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇを算出し、重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇと中心位置Ｐｃとが設定誤差範囲内で一致するときノズル３１から重心位置Ｐｇに向かう方向を噴霧方向として特定することにより、インジェクタ３０から噴射される燃料の噴射方向を精度良く測定することができる。
【００５５】
すなわち、重心算出領域Ｄ内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇを求め、この重心位置Ｐｇに基づいて噴霧方向を特定することにより、複数の画素に輝度のサチュレーション等が発生した場合にも、当該サチュレーション等に大きく影響されることなく、好適な噴霧方向の測定を行うことができる。その際、燃料噴射方向を精度良く測定するためには、評価対象となる領域（重心算出領域Ｄ）を適切に設定することが重要となるが、本実施形態においては、重心算出領域Ｄを可変設定しながら、重心位置Ｐｇと中心位置Ｐｃとが設定誤差範囲で一致する重心算出領域Ｄの探索を行うことにより、評価対象として好適な重心算出領域Ｄを設定することができる。
【００５６】
この場合において、現在設定されている重心算出領域Ｄの重心位置Ｐｇを基準として新たな重心算出領域Ｄを再設定することにより、各噴霧断面像４０ａに対して大きく逸脱させることなく、好適な位置に重心算出領域Ｄを再設定することができる。
【００５７】
また、ノズル３１を頂点とする円錐２５を実空間上に定義し、円錐２５の中心軸Ｏｍを可変設定した際に噴霧断面画像４０上に形成される領域を重心算出領域Ｄとして設定することにより、実際にインジェクタ３０から噴射される噴霧形状を十分に考慮した重心算出領域Ｄを設定することができる。
【００５８】
なお、上述の実施形態においては、インジェクタ３０全体としての燃料噴射方向を求める場合の一例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、各噴口３２から噴射される燃料の噴霧断面像４０ａ毎に個別の重心算出領域Ｄを可変設定し、噴口３２毎の燃料噴射方向を求めることも可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ … 噴霧測定装置
５ … 光源装置
６ … 保持機構
６ａ … 保持プレート
６ｂ … 駆動ユニット
７ … 撮像装置
８ … ミスト発生器
１０ … 制御装置（噴区断面画像取得手段、重心算出領域設定手段、重心位置算出手段、噴霧方向特定手段）
２０ … 面状光
２１ … ミスト
２２ … 参照格子
２５ … 重心算出領域
２５ … 円錐
３０ … インジェクタ（噴射装置）
３１ … ノズル
３２ … 噴口
３５ａ，３５ｂ … 噴霧断面画像
３６ … ミスト画像
３７ … 参照格子画像
３８ … 参照格子画像
３９ａ，３９ｂ … 噴霧断面画像
４０ … 噴霧断面画像
４０ａ … 噴霧断面像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射装置のノズルに開口する噴口から噴射された流体の噴射方向を測定する噴霧測定方法であって、
前記ノズルに対向する面状光に対して前記噴口から流体を噴射した際に前記面状光上に形成される噴霧断面画像を取得する噴霧断面画像取得手順と、
前記噴霧断面画像上の噴霧断面像に対応する重心算出領域を可変設定する重心算出領域設定手順と、
前記重心算出領域内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域の重心位置を算出する重心位置算出手順と、
前記重心算出領域の重心位置と中心位置とが設定誤差範囲内で一致するとき、前記ノズルから前記重心位置に向かう方向を噴射方向として特定する噴霧方向特定手順と、を備えたことを特徴とする噴霧測定方法。
【請求項２】
前記重心算出領域設定手順は、現在設定されている前記重心算出領域の重心位置を基準として新たな前記重心算出領域を設定することを特徴とする請求項１記載の噴霧測定方法。
【請求項３】
前記重心算出領域設定手順は、前記ノズルを頂点とする円錐を実空間上に定義し、当該円錐の中心軸を可変設定した際に前記噴霧断面画像上に形成される領域を前記重心算出領域として設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の噴霧測定方法。
【請求項４】
噴射装置のノズルに開口する噴口から噴射された流体の噴射方向を測定する噴霧測定装置であって、
前記ノズルに対向する面状光に対して前記噴口から流体を噴射した際に前記面状光上に形成される噴霧断面画像を取得する噴霧断面画像取得手段と、
前記噴霧断面画像上の噴霧断面像に対応する重心算出領域を可変設定する重心算出領域設定手段と、
前記重心算出領域内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
前記重心算出領域の重心位置と中心位置とが設定誤差範囲内で一致するとき、前記ノズルから前記重心位置に向かう方向を噴射方向として特定する噴霧方向特定手段と、を備えたことを特徴とする噴霧測定装置。
【請求項５】
前記重心算出領域設定手段は、現在設定されている前記重心算出領域の重心位置を基準として新たな前記重心算出領域を設定することを特徴とする請求項４記載の噴霧測定装置。
【請求項６】
前記重心算出領域設定手段は、前記ノズルを頂点とする円錐を実空間上に定義し、当該円錐の中心軸を可変設定した際に前記噴霧断面画像上に形成される領域を前記重心算出領域として設定することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の噴霧測定装置。
【請求項１】
噴射装置のノズルに開口する噴口から噴射された流体の噴射方向を測定する噴霧測定方法であって、
前記ノズルに対向する面状光に対して前記噴口から流体を噴射した際に前記面状光上に形成される噴霧断面画像を取得する噴霧断面画像取得手順と、
前記噴霧断面画像上の噴霧断面像に対応する重心算出領域を可変設定する重心算出領域設定手順と、
前記重心算出領域内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域の重心位置を算出する重心位置算出手順と、
前記重心算出領域の重心位置と中心位置とが設定誤差範囲内で一致するとき、前記ノズルから前記重心位置に向かう方向を噴射方向として特定する噴霧方向特定手順と、を備えたことを特徴とする噴霧測定方法。
【請求項２】
前記重心算出領域設定手順は、現在設定されている前記重心算出領域の重心位置を基準として新たな前記重心算出領域を設定することを特徴とする請求項１記載の噴霧測定方法。
【請求項３】
前記重心算出領域設定手順は、前記ノズルを頂点とする円錐を実空間上に定義し、当該円錐の中心軸を可変設定した際に前記噴霧断面画像上に形成される領域を前記重心算出領域として設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の噴霧測定方法。
【請求項４】
噴射装置のノズルに開口する噴口から噴射された流体の噴射方向を測定する噴霧測定装置であって、
前記ノズルに対向する面状光に対して前記噴口から流体を噴射した際に前記面状光上に形成される噴霧断面画像を取得する噴霧断面画像取得手段と、
前記噴霧断面画像上の噴霧断面像に対応する重心算出領域を可変設定する重心算出領域設定手段と、
前記重心算出領域内の各画素の輝度を重みとして当該重心算出領域の重心位置を算出する重心位置算出手段と、
前記重心算出領域の重心位置と中心位置とが設定誤差範囲内で一致するとき、前記ノズルから前記重心位置に向かう方向を噴射方向として特定する噴霧方向特定手段と、を備えたことを特徴とする噴霧測定装置。
【請求項５】
前記重心算出領域設定手段は、現在設定されている前記重心算出領域の重心位置を基準として新たな前記重心算出領域を設定することを特徴とする請求項４記載の噴霧測定装置。
【請求項６】
前記重心算出領域設定手段は、前記ノズルを頂点とする円錐を実空間上に定義し、当該円錐の中心軸を可変設定した際に前記噴霧断面画像上に形成される領域を前記重心算出領域として設定することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の噴霧測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２０３０６０（Ｐ２０１１−２０３０６０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６９７９１（Ｐ２０１０−６９７９１）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
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