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JP7540235B2 - METHOD FOR MANUFACTURING LEARNING MODEL USED IN QUALITY ASSESSMENT, LEARNING SYSTEM, QUALITY ASSESSMENT SYSTEM, AND QUALITY ASSESSMENT METHOD - Google Patents
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METHOD FOR MANUFACTURING LEARNING MODEL USED IN QUALITY ASSESSMENT, LEARNING SYSTEM, QUALITY ASSESSMENT SYSTEM, AND QUALITY ASSESSMENT METHOD Download PDF

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Description

本発明は、熱処理した鋼からなる部材の品質評価に用いられる学習モデルを製造する方法、その製造のための学習システム、前記学習モデルを用いて行う品質評価システム、及び、品質評価方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a learning model used for quality evaluation of components made of heat-treated steel, a learning system for the manufacturing of the model, a quality evaluation system using the learning model, and a quality evaluation method.

炭素鋼又は合金鋼からなる部材の耐摩耗性及び耐疲労性を向上させることを目的として、浸炭焼入れ処理等の熱処理が行われる。熱処理を行った鋼からなる部材の品質に大きな影響を及ぼす因子として、炭素濃度、残留オーステナイト量、硬さ等が挙げられる。そこで、炭素濃度、残留オーステナイト量、硬さ等の物性値に基づいて、熱処理した部材の品質評価が行われることがある。 Heat treatments such as carburizing and quenching are carried out on components made of carbon steel or alloy steel in order to improve their wear resistance and fatigue resistance. Factors that have a significant effect on the quality of components made of heat-treated steel include carbon concentration, amount of retained austenite, and hardness. Therefore, the quality of heat-treated components is sometimes evaluated based on physical property values such as carbon concentration, amount of retained austenite, and hardness.

残留オーステナイト量の測定には、例えば、X線分析が用いられる。特許文献1には、寿命診断のためではあるが、X線分析結果により鋼材の残留オーステナイト量を求める技術が開示されている。 For example, X-ray analysis is used to measure the amount of retained austenite. Patent Document 1 discloses a technology for determining the amount of retained austenite in steel materials from the results of X-ray analysis, although this is for the purpose of life assessment.

特開2018-040770号公報JP 2018-040770 A

ところで、浸炭焼入れ等の熱処理した鋼からなる部材の品質評価において、浸炭層等に対する炭素濃度は最も重要な因子であり、品質評価の精度に大きな影響を及ぼす。
炭素濃度の測定には、電子線マイクロアナライザ(EPMA)が用いられることがある。
しかし、EPMAによる炭素濃度の測定では、検体を真空チャンバに収容する必要があるため、時間が比較的長くなるという課題がある。また、装置コストが高額になるという課題もある。
このため、熱処理した鋼からなる部材に対して品質評価を行う際の作業時間やコストに影響を及ばしていた。
In the quality evaluation of steel members that have been heat-treated by carburizing and quenching, the carbon concentration in the carburized layer is the most important factor and has a large effect on the accuracy of the quality evaluation.
The carbon concentration may be measured using an electron probe microanalyzer (EPMA).
However, in measuring the carbon concentration using EPMA, the specimen needs to be placed in a vacuum chamber, which takes a relatively long time to measure, and also requires high equipment costs.
This has had an impact on the time and cost required to carry out quality evaluations on components made of heat-treated steel.

そこで、本開示の発明では、低コストかつ短時間で熱処理品に対する品質評価を高い精度で行うことが可能となる新たな技術的手段を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a new technical means that enables highly accurate quality evaluation of heat-treated products at low cost and in a short time.

(1)本開示の発明は、熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなる部材の品質評価に用いられる学習モデルの製造方法であって、
熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなり炭素濃度が実測されている対象部材の表面から所定深さの対象領域の顕微鏡画像を取得する画像取得工程と、
前記顕微鏡画像に基づくグレースケール画像から、前記対象部材の組織の粒が明るいオブジェクトとして示されその他が暗い領域として示される明側画像と、前記対象部材の組織の粒が暗いオブジェクトとして示されその他が明るい領域として示される暗側画像と、を生成する画像処理工程と、
前記明側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの明側特徴量と、前記暗側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの暗側特徴量とを求める特徴量算出工程と、
前記明側特徴量及び前記暗側特徴量と、前記対象部材の前記炭素濃度の実測値とを教師データとして用いて、評価対象となる部材の前記明側特徴量及び前記暗側特徴量から、前記炭素濃度の推定値を出力する学習モデルを生成するモデル生成工程と、
を含み、
前記特徴量算出工程において求められる前記明側特徴量及び前記暗側特徴量には、前記明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、前記暗側画像に含まれるオブジェクトを構成する画素の明度に関する度数分布から得られる前記明度の代表値のうちの少なくともいずれか一方が含まれる。
(1) The present disclosure relates to a method for manufacturing a learning model used for evaluating the quality of a component made of heat-treated carbon steel or alloy steel, comprising:
an image acquisition step of acquiring a microscopic image of a target region at a predetermined depth from a surface of a target component made of heat-treated carbon steel or alloy steel and having a carbon concentration actually measured;
an image processing step of generating a bright side image in which the grains of the tissue of the target material are shown as bright objects and other areas are shown as dark areas from a grayscale image based on the microscope image, and a dark side image in which the grains of the tissue of the target material are shown as dark objects and other areas are shown as bright areas;
a feature amount calculation step of calculating bright side feature amounts of the plurality of objects included in the bright side image and dark side feature amounts of the plurality of objects included in the dark side image;
a model generating step of generating a learning model that outputs an estimated value of the carbon concentration from the bright side feature amount and the dark side feature amount of the component to be evaluated, by using the bright side feature amount and the dark side feature amount and an actual measured value of the carbon concentration of the target component as teacher data;
Including,
The bright-side feature amount and the dark-side feature amount calculated in the feature amount calculation step include at least one of a circularity of an object included in the bright-side image and a representative value of the brightness obtained from a frequency distribution of the brightness of pixels constituting the object included in the dark-side image.

熱処理(焼き入れ)された鋼材の顕微鏡画像において、炭素濃度が比較的低い場合、相対的に明るい部分の多くは針状であり、炭素濃度が高くなるに従って、相対的に明るい部分のうちの針状の部分が減少し塊状の部分が増加する。つまり、焼き入れされた鋼材の顕微鏡画像において、相対的に明るい部分(明側画像に含まれるオブジェクト)の形状は、炭素濃度との間で相関を有すると言える。
また、熱処理(焼き入れ)された鋼材の顕微鏡画像において、相対的に暗い部分は、炭素濃度が高くなると、炭素濃度が低い場合と比較してより暗くなる。つまり、焼き入れされた鋼材の顕微鏡画像において、相対的に暗い部分(暗側画像に含まれるオブジェクト)の明度は、炭素濃度との間で相関を有すると言える。
この点、本発明では、特徴量算出工程において求められる明側特徴量及び暗側特徴量には、明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、暗側画像に含まれるオブジェクトを構成する画素の明度に関する度数分布から得られる前記明度の代表値のうちの少なくともいずれか一方が含まれるので、少なくとも、これらのうちの1つを特徴量とした学習モデルを得ることができる。
この学習モデルを用いれば、対象部材の炭素濃度を推定する際の精度を高めることができる。
この製造方法によって得られる学習モデルを用いて炭素濃度の推定値を求めれば、EPMA等の装置を用いる必要がないので、低コスト化及び測定時間の短縮化が可能となる。
この結果、低コストかつ短時間で、熱処理品に対する品質評価を高い精度で行うことができる。
In a microscopic image of heat-treated (hardened) steel, when the carbon concentration is relatively low, many of the relatively bright areas are needle-shaped, and as the carbon concentration increases, the needle-shaped areas in the relatively bright areas decrease and the lumpy areas increase. In other words, it can be said that the shape of the relatively bright areas (objects included in the bright-side image) in a microscopic image of hardened steel correlates with the carbon concentration.
Furthermore, in a microscopic image of heat-treated (hardened) steel, the relatively dark areas become darker when the carbon concentration is high compared to when the carbon concentration is low. In other words, it can be said that the brightness of the relatively dark areas (objects included in the dark side image) in a microscopic image of hardened steel correlates with the carbon concentration.
In this regard, in the present invention, the bright side feature and the dark side feature calculated in the feature calculation process include at least one of the circularity of the object included in the bright side image and a representative value of the brightness obtained from a frequency distribution of the brightness of the pixels constituting the object included in the dark side image, so that it is possible to obtain a learning model in which at least one of these is used as a feature.
By using this learning model, it is possible to improve the accuracy of estimating the carbon concentration of a target component.
If an estimated value of carbon concentration is obtained using a learning model obtained by this manufacturing method, it is not necessary to use an apparatus such as an EPMA, which makes it possible to reduce costs and measurement time.
As a result, quality evaluation of the heat-treated product can be performed with high accuracy at low cost and in a short time.

(2)上記学習モデルの製造方法において、前記代表値は、中央値であってもよい。
この場合、炭素濃度の相違によって生じる明度の変化を適切に表すことができ、より好ましい学習モデルを生成することが可能となる。
(2) In the above-mentioned method for manufacturing a learning model, the representative value may be a median.
In this case, the change in brightness caused by the difference in carbon concentration can be appropriately represented, and a more preferable learning model can be generated.

(3)また、本開示の発明は、熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなる部材の品質評価に用いられる学習モデルを機械学習により製造するための学習システムであって、
熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなり炭素濃度が実測されている対象部材の表面から所定深さの対象領域の顕微鏡画像を取得する画像取得装置と、
前記顕微鏡画像に基づくグレースケール画像から、前記対象部材の組織の粒が明るいオブジェクトとして示されその他が暗い領域として示される明側画像と、前記対象部材の組織の粒が暗いオブジェクトとして示されその他が明るい領域として示される暗側画像と、を生成する画像処理部と、
前記明側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの明側特徴量と、前記暗側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの暗側特徴量とを求める特徴量算出部と、
前記明側特徴量及び前記暗側特徴量と、前記対象部材の前記炭素濃度の実測値とを教師データとして用いて、評価対象となる部材の前記明側特徴量及び前記暗側特徴量から、前記炭素濃度の推定値を出力するように学習モデルを学習させる学習部と、
を含み、
前記特徴量算出部が求める前記明側特徴量及び前記暗側特徴量には、前記明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、前記暗側画像に含まれるオブジェクトを構成する複数の画素の明度に関する度数分布から得られる前記明度の代表値のうちの少なくともいずれか一方が含まれる。
(3) The present disclosure also provides a learning system for producing a learning model used for quality evaluation of a member made of heat-treated carbon steel or alloy steel by machine learning, comprising:
an image acquisition device for acquiring a microscopic image of a target region at a predetermined depth from a surface of a target component made of heat-treated carbon steel or alloy steel and having a carbon concentration actually measured;
an image processing unit that generates, from a grayscale image based on the microscope image, a bright side image in which the grains of the tissue of the target material are shown as bright objects and other areas are shown as dark regions, and a dark side image in which the grains of the tissue of the target material are shown as dark objects and other areas are shown as bright regions;
a feature amount calculation unit that calculates bright side feature amounts of the plurality of objects included in the bright side image and dark side feature amounts of the plurality of objects included in the dark side image;
a learning unit that uses the bright side feature amount and the dark side feature amount and an actual measured value of the carbon concentration of the target component as teacher data to train a learning model so as to output an estimated value of the carbon concentration from the bright side feature amount and the dark side feature amount of the component to be evaluated;
Including,
The bright-side feature and the dark-side feature calculated by the feature calculation unit include at least one of a circularity of an object included in the bright-side image and a representative value of the brightness obtained from a frequency distribution of the brightness of a plurality of pixels constituting the object included in the dark-side image.

この学習システムによれば、特徴量算出部が求める明側特徴量及び暗側特徴量には、明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、暗側画像に含まれるオブジェクトを構成する画素の明度に関する度数分布から得られる前記明度の代表値のうちの少なくともいずれか一方が含まれるので、少なくとも、これらのうちの1つを特徴量とした学習モデルを得ることができる。
この学習モデルを用いれば、対象部材の炭素濃度を推定する際の精度を高めることができる。
また、この学習モデルを用いて炭素濃度の推定値を求めれば、EPMA等の装置を用いる必要がないので、低コスト化及び測定時間の短縮化が可能となる。
この結果、低コストかつ短時間で、熱処理品に対する品質評価を高い精度で行うことができる。
According to this learning system, the bright side features and dark side features calculated by the feature calculation unit include at least one of the circularity of an object included in the bright side image and a representative value of the brightness obtained from a frequency distribution of the brightness of the pixels constituting the object included in the dark side image, so that it is possible to obtain a learning model that uses at least one of these features as a feature.
By using this learning model, it is possible to improve the accuracy of estimating the carbon concentration of a target component.
Furthermore, if the carbon concentration is estimated using this learning model, there is no need to use an apparatus such as an EPMA, which reduces costs and shortens the measurement time.
As a result, quality evaluation of the heat-treated product can be performed with high accuracy at low cost and in a short time.

(4)また、本開示の発明は、熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなる評価対象部材の品質評価を行う品質評価システムであって、
前記評価対象部材の表面から所定深さの対象領域の顕微鏡画像を取得する画像取得装置と、
前記顕微鏡画像に基づくグレースケール画像から、前記評価対象部材の組織の粒が明るいオブジェクトとして示されその他が暗い領域として示される明側画像と、前記評価対象部材の組織の粒が暗いオブジェクトとして示されその他が明るい領域として示される暗側画像と、を生成する画像処理部と、
前記明側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの明側特徴量と、前記暗側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの暗側特徴量とを求める特徴量算出部と、
前記明側特徴量及び前記暗側特徴量をデータセットとして用いて、上記(3)に記載の学習システムで学習させて得られた学習モデルにより、前記評価対象部材の前記炭素濃度の推定値を出力する評価演算部と、
を備える。
(4) The present disclosure also provides a quality evaluation system for evaluating the quality of an evaluation target component made of heat-treated carbon steel or alloy steel, comprising:
an image acquisition device for acquiring a microscopic image of a target region at a predetermined depth from a surface of the evaluation target component;
an image processing unit that generates, from a grayscale image based on the microscope image, a bright side image in which grains of the texture of the evaluation target component are shown as bright objects and other areas are shown as dark regions, and a dark side image in which grains of the texture of the evaluation target component are shown as dark objects and other areas are shown as bright regions;
a feature amount calculation unit that calculates bright side feature amounts of the plurality of objects included in the bright side image and dark side feature amounts of the plurality of objects included in the dark side image;
an evaluation calculation unit that uses the bright side feature amount and the dark side feature amount as a data set, and outputs an estimated value of the carbon concentration of the evaluation target component by a learning model obtained by learning with the learning system described in (3) above;
Equipped with.

前記(3)の学習システムで学習させて得られた学習モデルを用いることで、対象部材の炭素濃度を推定する際の精度を高めることができる。また、この学習モデルを用いて炭素濃度の推定値を求めれば、EPMA等の装置を用いる必要がないので、低コスト化及び測定時間の短縮化が可能となる。
この結果、低コストかつ短時間で、熱処理品に対する品質評価を高い精度で行うことができる。
By using the learning model obtained by learning using the learning system in (3) above, it is possible to improve the accuracy of estimating the carbon concentration of the target component. In addition, if the estimated value of the carbon concentration is obtained using this learning model, it is not necessary to use an apparatus such as an EPMA, which makes it possible to reduce costs and measurement time.
As a result, quality evaluation of the heat-treated product can be performed with high accuracy at low cost and in a short time.

(5)また、熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなる評価対象部材の品質評価を行う品質評価方法であって、
前記評価対象部材の表面から所定深さの対象領域の顕微鏡画像を取得する画像取得工程と、
前記顕微鏡画像に基づくグレースケール画像から、前記評価対象部材の組織の粒が明るいオブジェクトとして示されその他が暗い領域として示される明側画像と、前記評価対象部材の組織の粒が暗いオブジェクトとして示されその他が明るい領域として示される暗側画像と、を生成する画像処理工程と、
前記明側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの明側特徴量と、前記暗側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの暗側特徴量とを求める特徴量算出工程と、
前記明側特徴量及び前記暗側特徴量をデータセットとして用いて、上記(1)又は(2)に記載の製造方法で生成された学習モデルにより、前記評価対象部材の前記炭素濃度の推定値を出力する評価演算工程と、
を含む。
(5) A quality evaluation method for evaluating the quality of an evaluation target component made of heat-treated carbon steel or alloy steel, comprising the steps of:
an image acquisition step of acquiring a microscope image of a target region at a predetermined depth from a surface of the evaluation target component;
an image processing step of generating, from a grayscale image based on the microscope image, a bright side image in which the grains of the texture of the evaluation target component are shown as bright objects and other areas are shown as dark areas, and a dark side image in which the grains of the texture of the evaluation target component are shown as dark objects and other areas are shown as bright areas;
a feature amount calculation step of calculating bright side feature amounts of the plurality of objects included in the bright side image and dark side feature amounts of the plurality of objects included in the dark side image;
an evaluation calculation step of outputting an estimated value of the carbon concentration of the evaluation target component by a learning model generated by the manufacturing method described in (1) or (2) above, using the bright side feature amount and the dark side feature amount as a data set;
Includes.

上記(1)又は(2)の製造方法により生成された学習モデルを用いることで、対象部材の炭素濃度を推定する際の精度を高めることができる。また、この学習モデルを用いて炭素濃度の推定値を求めれば、EPMA等の装置を用いる必要がないので、低コスト化及び測定時間の短縮化が可能となる。
この結果、低コストかつ短時間で、熱処理品に対する品質評価を高い精度で行うことができる。
By using the learning model generated by the manufacturing method (1) or (2) above, it is possible to improve the accuracy of estimating the carbon concentration of the target component. In addition, if the estimated value of the carbon concentration is obtained using this learning model, it is not necessary to use an apparatus such as an EPMA, so that it is possible to reduce costs and shorten the measurement time.
As a result, quality evaluation of the heat-treated product can be performed with high accuracy at low cost and in a short time.

本開示の発明によれば、低コストかつ短時間で、熱処理品に対する品質評価を高い精度で行うことができる。 The disclosed invention makes it possible to perform quality evaluation of heat-treated products with high accuracy at low cost and in a short time.

本発明の学習モデルの製造方法の一例を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating an example of a method for producing a learning model of the present invention. 学習システムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a learning system. 転がり軸受の軌道輪の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a raceway of a rolling bearing. 対象部材それぞれの顕微鏡画像の例である。1 is an example of a microscope image of each of the target members. 二つの区画画像を一つに繋ぐ処理の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a process for joining two partition images into one. 区画画像が繋げられた顕微鏡画像の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a microscope image in which section images are stitched together. 対象領域の顕微鏡画像の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a microscope image of a target area. ノイズ除去処理の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of a noise removal process. ヒストグラム均一化処理前の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of an image before a histogram equalization process. ヒストグラム均一化処理後の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram after a histogram equalization process. 暗側画像及び明側画像の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a dark side image and a bright side image. グレースケール画像から生成されたヒストグラムの説明図である。FIG. 1 is an illustration of a histogram generated from a grayscale image. 暗側画像に含まれる暗いオブジェクトの一つを示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing one of the dark objects included in the dark side image. 明側画像に含まれる明るいオブジェクトの一つを示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing one of the bright objects included in the bright side image. (a)は、炭素濃度が0.2%である熱処理後の対象部材の金属組織を模式的に示した図であり、図15(b)は、炭素濃度が0.9%である熱処理後の対象部材の金属組織を模式的に示した図である。FIG. 15( a ) is a diagram showing a schematic diagram of the metal structure of a target component after heat treatment in which the carbon concentration is 0.2%, and FIG. 15 ( b ) is a diagram showing a schematic diagram of the metal structure of a target component after heat treatment in which the carbon concentration is 0.9%. (a)は、炭素濃度の実測値が0.2%である対象部材の明側画像に一例を示す図であり、(b)は、(a)の一部拡大図である。FIG. 2A is a diagram showing an example of a bright side image of a target member having a measured carbon concentration of 0.2%, and FIG. 2B is a partially enlarged view of FIG. (a)は、炭素濃度の実測値が0.9%である対象部材の明側画像に一例を示す図であり、(b)は、(a)の一部拡大図である。FIG. 2A is a diagram showing an example of a bright side image of a target member having a measured carbon concentration of 0.9%, and FIG. 2B is a partially enlarged view of FIG. 暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の中央値を求めるためのヒストグラムの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a histogram for determining a median value of brightness of an object included in a dark side image. (a)は、炭素濃度の実測値が0.2%である対象部材の暗側画像に一例を示す図であり、(b)は、(a)の一部拡大図である。FIG. 2A is a diagram showing an example of a dark side image of a target member having a measured carbon concentration of 0.2%, and FIG. 2B is a partially enlarged view of FIG. (a)は、炭素濃度の実測値が0.9%である対象部材の暗側画像に一例を示す図であり、(b)は、(a)の一部拡大図である。FIG. 2A is a diagram showing an example of a dark side image of a target member having a measured carbon concentration of 0.9%, and FIG. 2B is a partially enlarged view of FIG. 学習モデルが出力した推定値と、実測値とを示すグラフである。13 is a graph showing estimated values output by a learning model and actual measured values. 品質評価方法を説明するフロー図である。FIG. 1 is a flow diagram illustrating a quality evaluation method. (a)は、実施例1~3及び比較例の学習モデルを用いて得た炭素濃度の推定値について決定係数を求めた結果の一例を示すグラフ、(b)は、実施例1~3及び比較例の学習モデルを用いて得た炭素濃度の推定値についてRMSEを求めた結果の一例を示すグラフである。1A is a graph showing an example of the result of calculating the coefficient of determination for the estimated carbon concentration values obtained using the learning models of Examples 1 to 3 and the Comparative Example, and FIG. 1B is a graph showing an example of the result of calculating the RMSE for the estimated carbon concentration values obtained using the learning models of Examples 1 to 3 and the Comparative Example.

〔はじめに〕
図1は、本発明の学習モデルの製造方法の一例を示すフローチャートである。図1に示す製造方法は、学習モデルの構築方法(学習モデルのモデリング方法)とも言える。学習モデルは機械学習によって構築される。構築される学習モデルは、熱処理した鋼(炭素鋼又は合金鋼)からなる部材の品質評価に用いられる演算式である。図2は、学習モデルを機械学習により製造するための学習システムの構成を示すブロック図である。その学習システムには、顕微鏡及びカメラを含む画像取得装置11、及びコンピュータ装置12が含まれる。
[Introduction]
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a learning model of the present invention. The manufacturing method shown in FIG. 1 can also be said to be a method for constructing a learning model (a method for modeling a learning model). The learning model is constructed by machine learning. The constructed learning model is an arithmetic expression used for quality evaluation of a member made of heat-treated steel (carbon steel or alloy steel). FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a learning system for manufacturing a learning model by machine learning. The learning system includes an image acquisition device 11 including a microscope and a camera, and a computer device 12.

まず、学習モデルを構築する方法について説明する。次に、構築された学習モデルを用いて、品質評価を行う品質評価システム及び品質評価方法について説明する。
学習モデルを構築するために用いられる、熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなる部材を「対象部材」と称する。これに対して、学習モデルを用いて前記品質評価を行う部材を「評価対象部材」と称する。評価対象部材は、対象部材と同じ熱処理した鋼(炭素鋼又は合金鋼)からなる。
First, a method for constructing a learning model will be described. Next, a quality evaluation system and a quality evaluation method for performing quality evaluation using the constructed learning model will be described.
A component made of heat-treated carbon steel or alloy steel used to construct a learning model is referred to as a "subject component." In contrast, a component for which the quality evaluation is performed using the learning model is referred to as an "evaluation target component." The evaluation target component is made of the same heat-treated steel (carbon steel or alloy steel) as the target component.

対象部材(評価対象部材)は、熱処理した、炭素鋼、又は、例えばクロム鋼、クロムモリブデン鋼、クロムモリブデンニッケル鋼等の合金鋼である。炭素鋼の例としては、S10C、C25C、S40C等である。合金鋼の例としては、SCM415、SCr415、SNCM420、SAE5120等である。合金鋼には、ニッケル、クロム、マンガン、及びモリブデンのうちの少なくとも一つが規定の含有量で含まれている。 The target component (evaluation target component) is a heat-treated carbon steel or alloy steel, such as chromium steel, chromium molybdenum steel, or chromium molybdenum nickel steel. Examples of carbon steel are S10C, C25C, S40C, etc. Examples of alloy steel are SCM415, SCr415, SNCM420, SAE5120, etc. The alloy steel contains at least one of nickel, chromium, manganese, and molybdenum in a specified content.

炭素鋼の場合であっても、合金鋼の場合であっても、炭素濃度が0.4%以下の鋼を、更には特に低炭素鋼を、本開示の発明における前記対象部材及び前記評価対象部材として用いる。また、残留オーステナイト量が0~50%の範囲となる鋼を、本開示の発明における前記対象部材及び前記評価対象部材として用いる。また、硬さが400~800HVの範囲となる鋼を、本開示の発明における前記対象部材及び前記評価対象部材として用いる。 Whether it is carbon steel or alloy steel, steel with a carbon concentration of 0.4% or less, and especially low carbon steel, is used as the target component and evaluation target component in the presently disclosed invention. In addition, steel with a retained austenite amount in the range of 0 to 50% is used as the target component and evaluation target component in the presently disclosed invention. In addition, steel with a hardness in the range of 400 to 800 HV is used as the target component and evaluation target component in the presently disclosed invention.

対象部材及び評価対象部材の具体例としては、例えば、転がり軸受の軌道輪である。図3は、転がり軸受の軌道輪の断面図である。図3に示す軌道輪は、円すい転がり軸受の内輪7である。対象部材及び評価対象部材が内輪7である場合、前記学習モデルは、その内輪7のうち、転動体(円すいころ)が転がり接触する軌道8における品質評価を行うためのモデルである。そして、内輪7の軌道8が、品質評価の対象となる。具体的に説明すると、内輪7の場合、軌道8の表面から約100μmの位置が、せん断応力が最大となる位置である。そこで、その位置を含む範囲を「対象領域」と定義し、その対象領域の品質評価を行うための学習モデルが構築される。更に、その学習モデルが用いられて対象領域の品質評価が行われる。 A specific example of the target member and the evaluation target member is, for example, a raceway of a rolling bearing. Figure 3 is a cross-sectional view of a raceway of a rolling bearing. The raceway shown in Figure 3 is an inner ring 7 of a tapered rolling bearing. When the target member and the evaluation target member are the inner ring 7, the learning model is a model for performing a quality evaluation of the raceway 8 of the inner ring 7 where the rolling elements (tapered rollers) roll and contact. The raceway 8 of the inner ring 7 is the subject of the quality evaluation. To be more specific, in the case of the inner ring 7, the position about 100 μm from the surface of the raceway 8 is the position where the shear stress is maximum. Therefore, the range including that position is defined as the "target region", and a learning model is constructed for performing a quality evaluation of the target region. Furthermore, the learning model is used to perform a quality evaluation of the target region.

前記熱処理としては、浸炭焼入れ処理、浸炭窒化焼入れ処理等である。本開示では、浸炭焼入れ処理が行われる場合について説明する。浸炭焼入れ処理は、例えば転がり軸受の軌道輪(図3に示す内輪7)の耐摩耗性及び耐疲労性を向上させることを目的として行われる。その浸炭焼入れ処理を行った鋼の品質に大きな影響を及ぼす因子として、炭素濃度、残留オーステナイト量、硬さ等が挙げられる。 The heat treatment includes carburizing and quenching, carbonitriding and quenching, etc. In this disclosure, the case where carburizing and quenching is performed will be described. Carburizing and quenching is performed for the purpose of improving the wear resistance and fatigue resistance of, for example, the raceway of a rolling bearing (inner ring 7 shown in FIG. 3). Factors that have a significant effect on the quality of steel that has been carburized and quenched include the carbon concentration, the amount of retained austenite, and hardness.

図2において、コンピュータ装置12は、CPU(Central Processing Unit)を含む処理装置13、ハードディスク等からなる記憶装置14、及び入出力インターフェース15等を備える。記憶装置14に記憶されているコンピュータプログラムが処理装置13によって実行されることで、処理装置13は、各種の機能部を実現する。その機能部として、処理装置13は、画像処理部16、特徴量算出部17、学習部18、及び評価演算部19を備える。記憶装置14は、処理装置13が処理したデータ(画像のデータ、特徴量、学習モデル、学習のための各種情報)を記憶することができる。 In FIG. 2, the computer device 12 includes a processing device 13 including a CPU (Central Processing Unit), a storage device 14 consisting of a hard disk or the like, and an input/output interface 15. The processing device 13 realizes various functional units by executing a computer program stored in the storage device 14. As the functional units, the processing device 13 includes an image processing unit 16, a feature calculation unit 17, a learning unit 18, and an evaluation calculation unit 19. The storage device 14 can store data processed by the processing device 13 (image data, feature values, learning models, various information for learning).

〔学習モデルの製造方法〕
図1に示す製造方法には、事前工程S1、画像取得工程S2、画像処理工程S3、特徴量算出工程S4、及びモデル生成工程S5が含まれる。以下、各工程について説明する。
[Method of manufacturing learning model]
1 includes a preparatory step S1, an image acquisition step S2, an image processing step S3, a feature amount calculation step S4, and a model generation step S5. Each step will be described below.

〔事前工程S1〕
複数の対象部材(図3に示す内輪7となる中間品)に対して熱処理(浸炭焼入れ)が行われる。その熱処理では、対象部材毎に、熱処理用の炉内のカーボンポテンシャルを相違させる。つまり、対象部材毎に、熱処理条件であるカーボンポテンシャルを相違させる。具体的に説明すると、テストピース番号1とする対象部材TP1にはカーボンポテンシャルを0.2%とし、テストピース番号2とする対象部材TP2にはカーボンポテンシャルを0.5%とし、テストピース番号3とする対象部材TP3にはカーボンポテンシャルを0.75%とし、テストピース番号4とする対象部材TP4にはカーボンポテンシャルを0.8%とし、テストピース番号5とする対象部材TP5にはカーボンポテンシャルを0.9%とする。カーボンポテンシャル以外の熱処理条件は同じである。
[Preliminary step S1]
Heat treatment (carburizing and quenching) is performed on a plurality of target members (intermediate products that will become the inner ring 7 shown in FIG. 3). In this heat treatment, the carbon potential in the heat treatment furnace is made different for each target member. In other words, the carbon potential, which is a heat treatment condition, is made different for each target member. More specifically, the carbon potential is set to 0.2% for the target member TP1 designated as test piece number 1, 0.5% for the target member TP2 designated as test piece number 2, 0.75% for the target member TP3 designated as test piece number 3, 0.8% for the target member TP4 designated as test piece number 4, and 0.9% for the target member TP5 designated as test piece number 5. The heat treatment conditions other than the carbon potential are the same.

対象部材TP1~TP5それぞれは、一つのみではなく、複数準備される。つまり、複数の対象部材TP1、複数の対象部材TP2、複数の対象部材TP3・・・が準備される。対象部材TP1~TP5それぞれが切断され、前記対象領域の物性値を測定する。 A plurality of target members TP1 to TP5 are prepared, not just one each. In other words, a plurality of target members TP1, a plurality of target members TP2, a plurality of target members TP3, etc. are prepared. Each of the target members TP1 to TP5 is cut, and the physical properties of the target regions are measured.

熱処理後の対象部材TP1~TP5それぞれについて、EPMAを用いて炭素濃度の測定が行われ、炭素濃度の実測値が得られる。つまり、対象部材TP1~TP5それぞれの対象領域における物性値として、炭素濃度が求められる。
熱処理後の対象部材TP1~TP5それぞれについて、X線解析により、残留オーステナイト量が測定され、残留オーステナイト量の実測値が得られる。つまり、対象部材TP1~TP5それぞれの対象領域における物性値として、残留オーステナイト量が求められる。
熱処理後の対象部材TP1~TP5それぞれについて、硬さ測定(ビッカース硬度計)により、硬さが測定され、硬さの実測値が得られる。つまり、対象部材TP1~TP5それぞれの対象領域における物性値として、硬さが求められる。
また、検査員(熟練者)により、熱処理後の対象部材TP1~TP5それぞれについて顕微鏡観察が行われ、品質レベル値(の実測値)が求められる。品質レベル値は、例えば5段階評価の採点値である。なお、品質レベル値は、顕微鏡観察の結果に、前記各実測値(物性値)も含めて考慮されて決定されてもよい。
The carbon concentration of each of the heat-treated target materials TP1 to TP5 is measured using an EPMA to obtain an actual carbon concentration value. That is, the carbon concentration is obtained as a physical property value in the target region of each of the target materials TP1 to TP5.
For each of the heat-treated target parts TP1 to TP5, the amount of retained austenite is measured by X-ray analysis to obtain an actual value of the amount of retained austenite. That is, the amount of retained austenite is obtained as a physical property value in the target region of each of the target parts TP1 to TP5.
The hardness of each of the heat-treated target parts TP1 to TP5 is measured by a hardness tester (Vickers hardness tester) to obtain an actual hardness value. In other words, the hardness is obtained as a physical property value in the target region of each of the target parts TP1 to TP5.
Further, an inspector (expert) performs a microscope observation of each of the target parts TP1 to TP5 after the heat treatment, and determines a quality level value (actual measurement value). The quality level value is, for example, a score value on a 5-point scale. The quality level value may be determined by taking into consideration the results of the microscope observation, including each of the actual measurement values (physical property values).

熱処理後の対象部材TP1~TP5それぞれの物性値として、炭素濃度、残留オーステナイト、及び硬さのうちの少なくとも炭素濃度が求められていればよいが、本開示では、全てが求められる。
また、熱処理後の対象部材TP1~TP5それぞれの物性値が求められていれば、対象部材TP1~TP5それぞれの品質レベル値は求められなくてもよいが、本開示では、両者が求められる。
対象部材TP1~TP5それぞれの前記物性値及び前記採点値は、対象部材TP1~TP5(識別番号の情報)と対応付けられて、記憶装置14に記憶される。
なお、本実施形態において、対象部材TP1~TP5の炭素濃度の実測値は、熱処理時において設定されたカーボンポテンシャルと同じ値となっているものとする。
また、対象部材TP1~TP5の炭素濃度の測定については、EPMAでなくてもよく、炭素分析装置等を用いてもよい。
As the physical property values of each of the target parts TP1 to TP5 after the heat treatment, at least the carbon concentration among the carbon concentration, the retained austenite, and the hardness needs to be obtained, but in the present disclosure, all of them are obtained.
Furthermore, if the physical property values of each of the target parts TP1 to TP5 after heat treatment are obtained, it is not necessary to obtain the quality level values of each of the target parts TP1 to TP5; however, in the present disclosure, both are obtained.
The physical property values and the scores of the target materials TP1 to TP5 are stored in the storage device 14 in association with the target materials TP1 to TP5 (information on the identification numbers).
In this embodiment, it is assumed that the measured values of the carbon concentrations of the target members TP1 to TP5 are the same as the carbon potentials set during the heat treatment.
Furthermore, the carbon concentrations of the target members TP1 to TP5 do not have to be measured using EPMA, and a carbon analyzer or the like may also be used.

〔画像取得工程S2〕
対象部材TP1~TP5それぞれの切断面が鏡面研磨され、所定の腐食液によってエッチングした後、金属組織の顕微鏡画像が画像取得装置11によって取得される。画像取得工程S2では、対象部材TP1~TP5それぞれの対象領域の顕微鏡画像が取得される。図4は、対象部材TP1~TP5それぞれの顕微鏡画像の例である。
[Image acquisition step S2]
The cut surfaces of the target members TP1 to TP5 are mirror-polished and etched with a predetermined etching solution, and then a microscopic image of the metal structure is acquired by the image acquisition device 11. In the image acquisition step S2, 4 shows examples of the microscope images of the target areas TP1 to TP5.

このように、画像取得工程S2では、物性値及び品質レベル値が確認された対象部材TP1~TP5それぞれの表面から所定深さの対象領域の顕微鏡画像が取得される。取得された画像は、コンピュータ装置12に送信されて記憶装置14に記憶される。 In this way, in the image acquisition process S2, microscopic images of the target area at a predetermined depth from the surface of each of the target parts TP1 to TP5 whose physical property values and quality level values have been confirmed are acquired. The acquired images are transmitted to the computer device 12 and stored in the storage device 14.

一つの顕微鏡画像の範囲は狭い。そこで、対象部材TP1~TP5それぞれについて、図3に示す内輪7の軌道8の表面からの深さ方向に直交する方向に沿った異なる複数の部位の顕微鏡画像を取得する。図3では、軌道8の表面からの深さ方向に直交する方向を「破線」で示している。この破線に沿って対象領域の複数の顕微鏡画像が取得される。この際、対象領域が複数の区画に分けられ、その区画それぞれの一部が重複するようにして撮影される。複数の区画に分ける方向は、前記破線に沿った方向であり、当該破線に沿った方向の端部が重複するようにして撮影が行われる。一つの区画の画像を「区画画像」と称する。 The range of one microscope image is narrow. Therefore, for each of the target members TP1 to TP5, microscope images of different locations along a direction perpendicular to the depth direction from the surface of the raceway 8 of the inner ring 7 shown in Figure 3 are obtained. In Figure 3, the direction perpendicular to the depth direction from the surface of the raceway 8 is indicated by a "dashed line." Multiple microscope images of the target area are obtained along this dashed line. In this case, the target area is divided into multiple sections, and images are taken so that each section partially overlaps. The direction in which the area is divided into multiple sections is along the dashed line, and images are taken so that the ends in the direction along the dashed line overlap. An image of one section is called a "section image."

区画画像それぞれにおいて、前記端部(前記一部)に含まれる特徴部分が抽出される。特徴部分とは、例えば周囲と比較して明度が異なっている部分(高くなっている部分)であり、特徴部分は複数抽出される。図5は、二つの区画画像を一つに繋ぐ処理の説明図である。図5では、前記破線に沿って隣り合う二つの区画画像P1,P2において、共通する特徴部分が丸で示されている。区画画像に含まれる特徴部分を基準として、前記破線に沿って複数の区画画像を繋げることで対象領域の一つの顕微鏡画像が取得される。なお、図5は、前記破線に沿って隣り合う二つの区画画像P1,P2が繋げられる場合の説明図である。図6は、二つよりも多い複数(五つ)の区画画像が繋げられた顕微鏡画像Pjの説明図である。区画画像が繋げられた方向、つまり、前記破線に沿った方向を「幅方向」と称する。区画画像を繋げるための処理は、コンピュータ装置12の画像処理部16によって行われてもよい。 In each of the partition images, a characteristic part included in the end (the part) is extracted. A characteristic part is, for example, a part that has a different brightness (higher part) compared to the surroundings, and multiple characteristic parts are extracted. FIG. 5 is an explanatory diagram of the process of joining two partition images into one. In FIG. 5, a common characteristic part is shown by a circle in two partition images P1 and P2 adjacent to each other along the dashed line. Using the characteristic part included in the partition image as a reference, a single microscope image of the target area is obtained by joining multiple partition images along the dashed line. Note that FIG. 5 is an explanatory diagram of the case where two partition images P1 and P2 adjacent to each other along the dashed line are joined. FIG. 6 is an explanatory diagram of a microscope image Pj in which multiple partition images (five) more than two are joined. The direction in which the partition images are joined, that is, the direction along the dashed line, is referred to as the "width direction". The process of joining the partition images may be performed by the image processing unit 16 of the computer device 12.

このように、画像取得工程S2では、対象領域が複数の区画に分けられて、その区画それぞれの一部(端部)が重複するようにして撮影されることで複数の区画画像(P1,P2)が取得される。更に、その区画画像(P1,P2)に含まれる特徴部分を基準として、複数の区画画像(P1,P2)が繋げられる。これにより、対象領域の一つの顕微鏡画像Pj(図6参照)が取得される。 In this way, in the image acquisition process S2, the target area is divided into multiple sections, and multiple section images (P1, P2) are acquired by photographing each section so that a portion (edge) of each section overlaps. Furthermore, the multiple section images (P1, P2) are connected based on the characteristic parts contained in the section images (P1, P2). This results in one microscope image Pj (see Figure 6) of the target area being acquired.

更に、画像取得工程S2では、図6に示す顕微鏡画像Pjが加工される。具体的に説明すると、軌道8(図3参照)の表面から所定の深さの位置を中央として、深さ方向について所定幅の顕微鏡画像(図7参照)に、加工される。前記所定の深さは、軌道8の表面から100μmの位置であり、前記所定幅は、例えば100μmである。つまり、せん断応力が最大となる位置を含む深さ方向について所定幅(100μm)の顕微鏡画像に加工される。前記加工の処理は、コンピュータ装置12の画像処理部16によって行われればよい。 Furthermore, in the image acquisition step S2, the microscopic image Pj shown in FIG. 6 is processed. More specifically, the image is processed into a microscopic image (see FIG. 7) of a predetermined width in the depth direction, with a position at a predetermined depth from the surface of the track 8 (see FIG. 3) as the center. The predetermined depth is a position 100 μm from the surface of the track 8, and the predetermined width is, for example, 100 μm. In other words, the image is processed into a microscopic image of a predetermined width (100 μm) in the depth direction including the position where the shear stress is maximum. The processing may be performed by the image processing unit 16 of the computer device 12.

以上より、対象部材TP1~TP5それぞれについて、図7に示すような顕微鏡画像が取得される。 As a result of the above, microscopic images such as those shown in Figure 7 are obtained for each of the target parts TP1 to TP5.

〔画像処理工程S3〕
画像処理工程S3では、画像取得工程S2で取得された顕微鏡画像それぞれが、コンピュータ装置12の画像処理部16によって処理される。画像処理工程S3には、ノイズ除去処理S3-1、ヒストグラム均一化処理S3-2、及び、明側画像と暗側画像とを生成する処理S3-3が含まれる。コンピュータ装置12では、顕微鏡画像がグレースケール画像として処理される。
[Image processing step S3]
In the image processing step S3, each of the microscopic images acquired in the image acquisition step S2 is processed by the image processing unit 16 of the computer device 12. The image processing step S3 includes a noise removal process S3-1, a histogram equalization process S3-2, and a process S3-3 for generating a bright side image and a dark side image. In the computer device 12, the microscopic images are processed as grayscale images.

〔ノイズ除去処理S3-1〕
図8中の(A)は、図7に示す顕微鏡画像(グレースケール画像)の一部の説明図である。図8中の(B)は、(A)の画像における前記幅方向の一列に沿った位置(画素)と、その位置での明度との関係を示すグラフである。(B)のグラフの横方向が、前記幅方向の位置であり、(B)のグラフの縦方向が、明度を示す。
[Noise Removal Processing S3-1]
(A) in Fig. 8 is an explanatory diagram of a part of the microscope image (grayscale image) shown in Fig. 7. (B) in Fig. 8 is a graph showing the relationship between the position (pixel) along one line in the width direction in the image of (A) and the brightness at that position. The horizontal direction of the graph of (B) represents the position in the width direction, and the vertical direction of the graph of (B) represents the brightness.

ここで、画像取得工程S2で取得される前記区画画像(図5参照)では、画像取得装置11のカメラのレンズの影響等を受け、区画画像の中央では比較的明度が高く、区画画像の端では比較的明度が低くなる。このため、図8中の(B)に示すように、複数の区画画像を前記のとおり繋ぎ合わせると、前記幅方向に沿って明度が周期的に大きく変動する。そこで、画像処理工程S3では、まず、このような変動によるノイズが除去される。その除去の処理を、図7の画像及びその一部を示す図8中の(A)~(F)により説明する。 The partition image (see FIG. 5) acquired in the image acquisition step S2 is affected by the lens of the camera of the image acquisition device 11, and has a relatively high brightness in the center of the partition image and a relatively low brightness at the edge of the partition image. For this reason, as shown in FIG. 8B, when multiple partition images are stitched together as described above, the brightness fluctuates greatly and periodically along the width direction. Therefore, in the image processing step S3, noise caused by such fluctuations is first removed. This removal process will be explained using the image in FIG. 7 and parts of it shown in FIG. 8A to FIG. 8F.

図7に示すグレースケール画像がコピーされ、コピー画像が生成される。そのコピー画像から、下記の式(1)が用いられて、背景画像が生成される。つまり、コピー画像における注目画素を原点として、下記の式(1)を用いた重み付けを実施し、明度の平均を算出する処理が実行される。 The grayscale image shown in FIG. 7 is copied to generate a copy image. From the copy image, the following formula (1) is used to generate a background image. In other words, the pixel of interest in the copy image is set as the origin, weighting is performed using the following formula (1), and a process is executed to calculate the average brightness.

式(1)の「x」は、グレースケール画像中の画素の前記幅方向の座標であり、「y」は、グレースケール画像中の画素の前記幅方向に直交する方向の座標である。「σ」は、設定値であり、同じ明度であると判断する画素値の最大差分である。この処理は、いわゆるガウシアンぼかしと呼ばれるぼかし処理である。 In formula (1), "x" is the coordinate of the pixel in the grayscale image in the width direction, and "y" is the coordinate of the pixel in the grayscale image in the direction perpendicular to the width direction. "σ" is a set value, which is the maximum difference between pixel values that are determined to have the same brightness. This process is a blurring process known as Gaussian blurring.

図8中の(C)が、ぼかし処理により得られるグレースケール画像である。図8中の(D)は、(C)の画像における前記幅方向の一列に沿った位置(画素)と、その位置での明度との関係を示す説明図である。前記ぼかし処理により得られるグレースケール画像は、基のグレースケール画像の背景画像に相当する。このように、基のグレースケール画像に対して画像をぼかす処理を行うことで、背景画像として、(C)に示す背景画像が生成される。 (C) in Figure 8 is the grayscale image obtained by the blurring process. (D) in Figure 8 is an explanatory diagram showing the relationship between positions (pixels) along one row in the width direction in the image of (C) and the brightness at those positions. The grayscale image obtained by the blurring process corresponds to the background image of the original grayscale image. In this way, by performing a process of blurring the original grayscale image, the background image shown in (C) is generated as the background image.

図8中の(A)に示す基のグレースケール画像から、(C)に示す背景画像を用いて、ノイズを除去する。図8中の(E)は、ノイズが除去されたグレースケール画像である。図8中の(F)は、(E)の画像における前記幅方向の一列に沿った位置(画素)と、その位置での明度との関係を示す説明図である。
次の式(2)による演算が行われることで、図8中の(E)に示すような、ノイズが除去されたグレースケール画像が生成される。
Noise is removed from the original grayscale image shown in (A) in Fig. 8 by using the background image shown in (C). (E) in Fig. 8 is the grayscale image from which noise has been removed. (F) in Fig. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between positions (pixels) along one line in the width direction in the image of (E) and the brightness at those positions.
By performing the calculation according to the following equation (2), a grayscale image from which noise has been removed is generated, as shown in (E) in FIG.

なお、前記式(1)に示す演算を、基のグレースケール画像に対して行って背景画像を生成し、コピー画像を背景画像で編集して、ノイズが除去されたグレースケール画像が生成されてもよい。 The calculation shown in formula (1) may be performed on the original grayscale image to generate a background image, and the copied image may be edited with the background image to generate a grayscale image with noise removed.

以上のように、画像処理工程S3では、ノイズ除去処理S3-1が行われる。その処理は、図7に示す基のグレースケール画像をコピーしたコピー画像を生成する。基のグレースケール画像とコピー画像とのうちの一方に対して画像をぼかす処理を行って背景画像(図8中の(C)参照)を生成する。その背景画像を用いて、基のグレースケール画像とコピー画像とのうちの他方から、ノイズを除去したグレースケール画像(図8中の(E)参照)を生成する。本開示では、ノイズを除去したグレースケール画像に対して、次に説明する均一化処理S3-2が行われ、その処理を行った画像データに基づいて、後述する明側画像と暗側画像とが別々に生成される。 As described above, in the image processing step S3, a noise removal process S3-1 is performed. This process generates a copy image by copying the original grayscale image shown in FIG. 7. A process for blurring one of the original grayscale image and the copy image is performed to generate a background image (see (C) in FIG. 8). This background image is used to generate a grayscale image (see (E) in FIG. 8) from which noise has been removed from the other of the original grayscale image and the copy image. In the present disclosure, the equalization process S3-2 described below is performed on the grayscale image from which noise has been removed, and a bright side image and a dark side image, which will be described later, are generated separately based on the image data that has been subjected to this process.

〔ヒストグラム均一化処理S3-2〕
ノイズ除去処理S3-1により、ノイズが除去されたグレースケール画像それぞれから、明度のヒストグラムを生成し、そのヒストグラムの均一化処理S3-2が行われる。本開示の発明の場合、前記ヒストグラムは、明度0から明度255まで明度(階調)毎の画素数をそれぞれ累積したものである。ヒストグラム均一化処理S3-2は、ヒストグラムの累積度数のグラフの傾きが一定になるように基のデータを変換する処理である。具体的に説明すると、ノイズが除去されたグレースケール画像の各画素に対して、次の式(3)による変換処理が行われる。
[Histogram equalization process S3-2]
A histogram of brightness is generated from each grayscale image from which noise has been removed by the noise removal process S3-1, and the histogram is then subjected to equalization process S3-2. In the case of the present disclosure, the histogram is a cumulative sum of the number of pixels for each brightness (tone) from brightness 0 to brightness 255. The histogram equalization process S3-2 is a process for converting the original data so that the slope of the graph of the cumulative frequency of the histogram becomes constant. More specifically, a conversion process according to the following formula (3) is performed on each pixel of the grayscale image from which noise has been removed.

図9中の(A)が、ノイズが除去されたグレースケール画像の一部であり、図9中の(B)が、(A)のヒストグラムを示す説明図である。図9中の(B)の横軸が、明度(0~255)であり、縦軸が、画素数である。
図10中の(A)が、均一化処理されたグレースケール画像の一部であり、図10中の(B)が、(A)のヒストグラムを示す説明図である。図10中の(B)の横軸が、明度(0~255)であり、縦軸が、画素数である。
この均一化処理S3-2により、画像に含まれる粒の輪郭が明確化される。
Fig. 9A shows a part of the grayscale image from which noise has been removed, and Fig. 9B shows a histogram of Fig. 9A. The horizontal axis of Fig. 9B represents brightness (0 to 255), and the vertical axis represents the number of pixels.
Fig. 10A shows a part of a grayscale image that has been subjected to uniformization processing, and Fig. 10B shows a histogram of Fig. 10A. The horizontal axis of Fig. 10B represents brightness (0 to 255), and the vertical axis represents the number of pixels.
This uniformization process S3-2 clarifies the contours of the grains contained in the image.

以上のように均一化処理S3-2を行ったグレースケール画像から、後述する暗側画像と明側画像とがそれぞれ生成される。 From the grayscale image that has been subjected to the equalization process S3-2 as described above, a dark side image and a bright side image, which will be described later, are generated.

〔明側画像と暗側画像とを生成する処理S3-3〕
図11中の(A)は、均一化処理を行ったグレースケール画像の一部を示す図である。図11中の(B)は、このグレースケール画像から生成された暗側画像の図である。図11中の(C)は、このグレースケール画像から生成された明側画像の図である。
暗側画像は、対象部材(TP1~TP5それぞれ)の組織の粒が暗いオブジェクト(黒のオブジェクト)として示され、その他が明るい領域(白い領域)として示される画像である。
明側画像は、対象部材(TP1~TP5それぞれ)の組織の粒が明るいオブジェクト(白のオブジェクト)として示され、その他が暗い領域(黒の領域)として示される画像である。
[Process S3-3 for generating bright side image and dark side image]
Fig. 11A shows a portion of a grayscale image that has been subjected to equalization processing, Fig. 11B shows a dark side image generated from the grayscale image, and Fig. 11C shows a bright side image generated from the grayscale image.
The dark side images are images in which the grains of the tissue of the target members (TP1 to TP5, respectively) are shown as dark objects (black objects) and the rest are shown as bright areas (white areas).
The bright side images are images in which the tissue grains of the target members (TP1 to TP5, respectively) are shown as bright objects (white objects) and the rest are shown as dark areas (black areas).

なお、前記組織の粒は「結晶粒」に相当する。暗側画像(B)において暗いオブジェクトとして示される粒と、明側画像(C)において明るいオブジェクトとして示される粒とは、別であり、それぞれ別の組織を有する。
暗いオブジェクト(暗い領域)は、前記エッチングによる腐食が進んでいる領域であり、明るいオブジェクト(明るい領域)は、前記エッチングによる腐食が進んでいない領域である。
明側画像及び暗側画像は、次にようにして生成される。この生成は、コンピュータ装置12の画像処理部16によって行われる。
The grains of the structure correspond to “crystal grains.” The grains shown as dark objects in the dark-side image (B) and the grains shown as bright objects in the bright-side image (C) are different and have different structures.
Dark objects (dark regions) are areas that have been corroded by the etching, and light objects (light regions) are areas that have not been corroded by the etching.
The bright side image and the dark side image are generated as follows. This generation is performed by the image processing unit 16 of the computer device 12.

まず、均一化処理を行ったグレースケール画像(図11中の(A))からヒストグラムを生成する。そのヒストグラムは、明度0から明度255まで明度毎の画素数をそれぞれ累積したものである。図12は、そのヒストグラムの説明図であり、横軸(階級)は、明度(0~255)であり、縦軸(度数)が、画素数である。図12には、明度毎(階調毎)の累積度数を示す曲線Lについても示されている。 First, a histogram is generated from the grayscale image ((A) in Figure 11) that has been subjected to equalization processing. This histogram accumulates the number of pixels for each brightness level from 0 to 255. Figure 12 is an explanatory diagram of this histogram, with the horizontal axis (class) representing brightness (0 to 255) and the vertical axis (frequency) representing the number of pixels. Figure 12 also shows a curve L indicating the cumulative frequency for each brightness level (each tone).

予め、明側画像及び暗側画像を生成するために用いられる第一閾値及び第二閾値が設定される。
図12に示すヒストグラムにおいて、暗い側(明度0)からの累積比率が第一設定値となる明度が、第一閾値として設定される。前記第一設定値は、例えば30%以上、50%以下の値が採用される。本開示の発明では、第一設定値として40%が採用される。したがって、図12に示すヒストグラムの場合、暗い側(明度0)からの累積比率が40%となる明度、つまり、明度「100」が、第一閾値として設定される。
また、図12に示すヒストグラムにおいて、明るい側(明度255)からの累積比率が第二設定値となる明度が、前記第二閾値として設定される。第二設定値は、例えば10%以上、30%以下の値が採用される。本開示の発明では、第二設定値として20%が採用される。したがって、図12に示すヒストグラムの場合、明るい側(明度255)からの累積比率が20%となる明度、つまり、明度「180」が、第二閾値として設定される。第二閾値は第一閾値よりも大きな値となる。
A first threshold value and a second threshold value used to generate a bright side image and a dark side image are set in advance.
In the histogram shown in Fig. 12, the brightness at which the cumulative ratio from the dark side (brightness 0) is a first set value is set as the first threshold value. The first set value may be, for example, a value between 30% and 50%. In the present disclosure, 40% is used as the first set value. Therefore, in the case of the histogram shown in Fig. 12, the brightness at which the cumulative ratio from the dark side (brightness 0) is 40%, that is, the brightness "100", is set as the first threshold value.
In addition, in the histogram shown in FIG. 12, the brightness at which the cumulative ratio from the bright side (brightness 255) is the second set value is set as the second threshold value. For example, a value of 10% or more and 30% or less is adopted as the second set value. In the invention of the present disclosure, 20% is adopted as the second set value. Therefore, in the case of the histogram shown in FIG. 12, the brightness at which the cumulative ratio from the bright side (brightness 255) is 20%, that is, the brightness "180", is set as the second threshold value. The second threshold value is a value larger than the first threshold value.

そして、均一化処理を行ったグレースケール画像(図11中の(A))から、次のようにして、暗側画像(図11中の(B))と明側画像(図11中の(C))とがそれぞれ生成される。
すなわち、均一化処理を行ったグレースケール画像(A)の各画素のうち、明度が第一閾値以下(明度が100以下)の画素は、暗いオブジェクトを構成する要素とされる。これに対して、明度が第二閾値を超える(明度が180を超える)画素は、明るいオブジェクトを構成する要素とされる。これにより、均一化処理を行ったグレースケール画像(A)から、前記第一閾値以下の画素は黒であってその他の領域は白となる暗側画像(B)が生成される。また、均一化処理を行ったグレースケール画像(A)から、第二閾値を超える領域は白であってその他の領域は黒となる明側画像(C)が生成される。
Then, from the grayscale image (A in FIG. 11) that has been subjected to the equalization process, a dark side image (B in FIG. 11) and a bright side image (C in FIG. 11) are generated as follows.
That is, among the pixels of the grayscale image (A) that has been subjected to the equalization process, pixels whose brightness is equal to or less than a first threshold (brightness equal to or less than 100) are regarded as elements that constitute a dark object. In contrast, pixels whose brightness exceeds a second threshold (brightness equal to or greater than 180) are regarded as elements that constitute a bright object. In this way, a dark-side image (B) is generated from the grayscale image (A) that has been subjected to the equalization process, in which pixels that are equal to or less than the first threshold are black and other areas are white. Also, a bright-side image (C) is generated from the grayscale image (A) that has been subjected to the equalization process, in which areas that exceed the second threshold are white and other areas are black.

以上のように、対象部材TP1~TP5それぞれのグレースケール画像に基づいて、明側画像と暗側画像とのセットの画像が生成される。なお、前記のとおり、各対象部材(例えば、対象部材TP1)が複数準備されていることから、これら複数の対象部材(TP1)それぞれについての明側画像と暗側画像とのセットの画像が生成される。なお、残りの対象部材TP2~TP5についても同様であり、対象部材毎に、明側画像と暗側画像とのセットの画像が生成される。 As described above, a set of images, consisting of a bright side image and a dark side image, is generated based on the grayscale images of each of the target members TP1 to TP5. As described above, since multiple target members (e.g., target member TP1) are prepared, a set of images, consisting of a bright side image and a dark side image, is generated for each of the multiple target members (TP1). The same is true for the remaining target members TP2 to TP5, and a set of images, consisting of a bright side image and a dark side image, is generated for each target member.

〔特徴量算出工程S4〕
図11中の(B)に示すように、暗側画像は、組織の粒が暗いオブジェクト(黒のオブジェクト)として示される画像である。そこで、その暗側画像(B)に含まれる複数の前記オブジェクトの暗側特徴量が求められる。
図11中の(C)に示すように、明側画像は、組織の粒が明るいオブジェクト(白のオブジェクト)として示される画像である。そこで、その明側画像(C)に含まれる複数の前記オブジェクトの明側特徴量を求められる。
暗側特徴量及び明側特徴量を求める処理は、コンピュータ装置12の特徴量算出部17が有する画像処理機能により実行される。
[Feature amount calculation step S4]
11B, the dark side image is an image in which tissue grains are shown as dark objects (black objects). Therefore, dark side feature amounts of a plurality of objects included in the dark side image (B) are obtained.
11C, the bright side image is an image in which tissue grains are shown as bright objects (white objects). Therefore, bright side feature amounts of the multiple objects included in the bright side image (C) are obtained.
The process of obtaining the dark side feature amount and the bright side feature amount is executed by the image processing function of the feature amount calculation unit 17 of the computer device 12 .

図13は、暗側画像(図11中の(B))に含まれる暗いオブジェクトの一つを示す説明図である。図14は、明側画像(図11中の(C))に含まれる明るいオブジェクトの一つを示す説明図である。明側画像及び暗側画像それぞれから、複数のオブジェクトが抽出される。抽出されるオブジェクトは、所定の面積を有する一つの塊部分である。なお、面積が閾値よりも小さいオブジェクト、及び、面積が閾値よりも大きいオブジェクトについては、抽出するオブジェクトから除外される。暗側画像から抽出された各オブジェクトの暗側特徴量が求められる。明側画像から抽出された各オブジェクトの明側特徴量が求められる。 Figure 13 is an explanatory diagram showing one of the dark objects contained in the dark side image ((B) in Figure 11). Figure 14 is an explanatory diagram showing one of the bright objects contained in the bright side image ((C) in Figure 11). Multiple objects are extracted from each of the bright side image and the dark side image. The extracted object is a mass portion having a predetermined area. Note that objects whose area is smaller than a threshold value and objects whose area is larger than a threshold value are excluded from the objects to be extracted. Dark side features of each object extracted from the dark side image are calculated. Bright side features of each object extracted from the bright side image are calculated.

暗側特徴量の例として、暗いオブジェクトの、長軸、短軸、角度、円形度、明度の代表値、歪度、ピクセル数、アスペクト比、調密度等が挙げられる。
明側特徴量の例として、明るいオブジェクトの、長軸、角度、円形度、明度の代表値、尖度、歪度、ピクセル数、アスペクト比等が挙げられる。
図13及び図14に示すように、長軸はオブジェクトの最大寸法であり、短軸は長軸に直交する方向の最大寸法である。角度は、前記幅方向に対する長軸の傾き角度である。円形度は「4π×(オブジェクトの面積)/(オブジェクトの周囲長)^2」の計算値である。アスペクト比は「長軸/短軸」の計算値である。調密度は「(オブジェクトの面積)/(オブジェクトを囲む最小の四角形の面積)」の計算値である。
明度の代表値には、明度の中央値や、明度の最大値、明度の最頻値が含まれる。明度の中央値は次のとおりである。「グレースケール画像(図11中の(A))における、特徴量を求める対象となるオブジェクトについて、横軸(階級)を明度とし縦軸(度数)を画素数としたヒストグラムを作成した場合の、階級値の中央値」。明度の最大値は次のとおりである。「前記ヒストグラムを作成した場合の、階級値の最大値」。明度の最頻値は次のとおりである。「前記ヒストグラムにおいて度数が最も多い階級値」。歪度及び尖度は、前記ヒストグラムの形状から算出される値である。
Examples of the dark side feature amount include the major axis, minor axis, angle, circularity, representative value of brightness, skewness, number of pixels, aspect ratio, tone density, etc. of a dark object.
Examples of bright side features include the major axis, angle, circularity, representative value of brightness, kurtosis, skewness, number of pixels, and aspect ratio of a bright object.
As shown in Figures 13 and 14, the long axis is the maximum dimension of the object, and the short axis is the maximum dimension in the direction perpendicular to the long axis. The angle is the inclination angle of the long axis with respect to the width direction. The circularity is the calculated value of "4π x (area of object) / (perimeter of object) ^ 2". The aspect ratio is the calculated value of "long axis / short axis". The concentricity is the calculated value of "(area of object) / (area of the smallest rectangle that encloses the object)".
Representative values of brightness include the median, maximum, and mode of brightness. The median brightness is as follows: "The median of the class values when a histogram is created for an object in a grayscale image ((A) in FIG. 11) whose features are to be calculated, with the horizontal axis (class) being brightness and the vertical axis (frequency) being the number of pixels." The maximum brightness is as follows: "The maximum class value when said histogram is created." The mode of brightness is as follows: "The class value with the highest frequency in said histogram." Skewness and kurtosis are values calculated from the shape of said histogram.

ここで、本実施形態の特徴量算出工程において求められる明側特徴量及び暗側特徴量には、明側画像のオブジェクトの円形度、及び暗側画像のオブジェクトの明度の代表値のうちの少なくともいずれか一方が含まれる。
つまり、特徴量算出工程において算出される明側特徴量に、オブジェクトの円形度が含まれる場合、特徴量算出工程において算出される暗側特徴量には、オブジェクトの明度の代表値が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。
また、特徴量算出工程において算出される暗側特徴量に、オブジェクトの明度の代表値が含まれる場合、特徴量算出工程において算出される明側特徴量には、オブジェクトの円形度が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。
本実施形態では、特徴量算出工程において求められる明側特徴量及び暗側特徴量には、明側画像のオブジェクトの円形度、及び暗側画像のオブジェクトの明度の代表値の両方が含まれる。
Here, the bright side feature amount and the dark side feature amount calculated in the feature amount calculation step of this embodiment include at least one of the circularity of the object in the bright side image and a representative value of the brightness of the object in the dark side image.
In other words, when the bright side feature calculated in the feature calculation process includes the circularity of the object, the dark side feature calculated in the feature calculation process may or may not include a representative value of the brightness of the object.
In addition, when the dark side feature calculated in the feature calculation process includes a representative value of the brightness of the object, the bright side feature calculated in the feature calculation process may or may not include the circularity of the object.
In this embodiment, the bright side feature amount and the dark side feature amount calculated in the feature amount calculation step include both the circularity of the object in the bright side image and a representative value of the brightness of the object in the dark side image.

明側特徴量に含まれる、明側画像のオブジェクトの円形度は、対象部材の炭素濃度との間で相関を有する。以下、明側画像のオブジェクトの円形度と、対象部材の炭素濃度との間の相関について説明する。 The circularity of an object in the bright side image, which is included in the bright side feature, correlates with the carbon concentration of the target material. Below, we explain the correlation between the circularity of an object in the bright side image and the carbon concentration of the target material.

熱処理(焼き入れ)された鋼材の金属組織を金属顕微鏡で観察すると、鋼材の炭素濃度が比較的低い場合、マルテンサイト組織を構成する針状のブロックが相対的に明るい部分として多く観察される。また、鋼材の炭素濃度が比較的高い場合、塊状の残留オーステナイトが相対的に明るい部分として多く観察される。 When observing the metal structure of heat-treated (hardened) steel with a metallurgical microscope, if the carbon concentration of the steel is relatively low, the needle-shaped blocks that make up the martensite structure are observed as relatively bright areas. On the other hand, if the carbon concentration of the steel is relatively high, the chunky retained austenite is observed as relatively bright areas.

図15(a)は、炭素濃度が0.2%である熱処理後の対象部材の金属組織を模式的に示した図であり、図15(b)は、炭素濃度が0.9%である熱処理後の対象部材の金属組織を模式的に示した図である。
図15(a)に示すように、炭素濃度が0.2%である対象部材の金属組織には、一般に、針状の複数のブロックBが見られる。各ブロックBはラスマルテンサイトによって構成されている。各ブロックBは、ブロックBごとに結晶方位がほぼ揃ったラスマルテンサイトによって構成されている。このため、ブロックBごとに光の反射度合いや凹凸等が異なり、顕微鏡画像においては、各ブロックには相対的に明るい部分として観察される部分(ブロックB1)と、暗い部分として観察される部分(ブロックB2)とが含まれる。
FIG. 15( a ) is a diagram showing a schematic diagram of the metal structure of a target component after heat treatment in which the carbon concentration is 0.2%, and FIG. 15 ( b ) is a diagram showing a schematic diagram of the metal structure of a target component after heat treatment in which the carbon concentration is 0.9%.
15(a), a plurality of needle-shaped blocks B are generally observed in the metal structure of a target member having a carbon concentration of 0.2%. Each block B is composed of lath martensite. Each block B is composed of lath martensite with a nearly uniform crystal orientation. For this reason, the degree of light reflection and unevenness vary from block B to block B, and in a microscope image, each block includes a portion observed as a relatively bright portion (block B1) and a portion observed as a dark portion (block B2).

また、図15(b)に示すように、炭素濃度が0.9%である対象部材の金属組織には、一般に、レンズマルテンサイトRや、残留オーステナイトA、ラスマルテンサイトによって構成されるブロックB(B2)が見られる。
残留オーステナイトAは、レンズマルテンサイトRや、ブロックBに囲まれることで、塊状となっており、相対的に明るい部分として観察される。残留オーステナイト及びレンズマルテンサイトは、炭素濃度が比較的低い場合にはほとんど現れないが、炭素濃度が高くなるに従って増加する。
Furthermore, as shown in FIG. 15( b ), in the metal structure of a target member having a carbon concentration of 0.9%, lenticular martensite R, retained austenite A, and a block B (B2) composed of lath martensite are generally observed.
The retained austenite A is surrounded by lenticular martensite R and blocks B, forming a block shape, and is observed as a relatively bright part. When the carbon concentration is relatively low, the retained austenite and lenticular martensite hardly appear, but increase as the carbon concentration increases.

このため、顕微鏡画像において、炭素濃度が比較的低い場合、相対的に明るい部分の多くは、図15(a)中に示したブロックB1であり、針状である。炭素濃度が高くなると、相対的に明るい部分のうち、針状の部分が減少し、塊状の部分(図15(b)中の残留オーステナイトA)が増加する。つまり、焼き入れされた鋼材の顕微鏡画像において、相対的に明るい部分(明側画像に含まれるオブジェクト)の形状は、炭素濃度との間で相関を有すると言える。
このことから、明側画像に含まれるオブジェクトの円形度も、炭素濃度との間で相関を有していると言える。
Therefore, when the carbon concentration is relatively low in the microscope image, most of the relatively bright parts are the blocks B1 shown in Fig. 15(a) and are needle-shaped. When the carbon concentration is high, the needle-shaped parts in the relatively bright parts decrease and the lumpy parts (retained austenite A in Fig. 15(b)) increase. In other words, it can be said that the shape of the relatively bright parts (objects included in the bright side image) in the microscope image of the hardened steel has a correlation with the carbon concentration.
From this, it can be said that the circularity of an object included in a bright side image also has a correlation with the carbon concentration.

図16(a)は、炭素濃度の実測値が0.2%である対象部材TP1の明側画像に一例を示す図であり、図16(b)は、図16(a)の一部拡大図である。図16(b)は、図16(a)中の四角印F1内を拡大している。
図16(b)中、オブジェクトO1は、ブロックを示しており、針状となっている。このオブジェクトO1の円形度は0.1である。
Fig. 16(a) is a diagram showing an example of a bright side image of a target member TP1 having a measured carbon concentration of 0.2%, and Fig. 16(b) is a partially enlarged view of Fig. 16(a). Fig. 16(b) is an enlarged view of the area inside a square mark F1 in Fig. 16(a).
16B, an object O1 represents a block and has a needle shape. The circularity of this object O1 is 0.1.

図17(a)は、炭素濃度の実測値が0.9%である対象部材TP5の明側画像に一例を示す図であり、図17(b)は、図17(a)の一部拡大図である。図17(b)は、図17(a)中の四角印F2内を拡大している。
図17(b)中、オブジェクトO2は、残留オーステナイトを示しており、矩形状に近く塊状となっている。このオブジェクトO2の円形度は0.5である。
Fig. 17(a) is a diagram showing an example of a bright side image of a target member TP5 having a measured carbon concentration of 0.9%, and Fig. 17(b) is a partially enlarged view of Fig. 17(a). Fig. 17(b) is an enlarged view of the area inside the square mark F2 in Fig. 17(a).
17B, an object O2 shows retained austenite and has a nearly rectangular, lumpy shape. The circularity of this object O2 is 0.5.

このように、図16及び図17にて示した例において、対象部材TP1のオブジェクトO1は針状であることから円形度が相対的に低くなっている。また、対象部材TP5のオブジェクトO2は塊状であることから円形度が相対的に高くなっている。
このように、炭素濃度の実測値が0.9%である対象部材TP5の円形度の方が、炭素濃度の実測値が0.2%である対象部材TP1の円形度と比較して大きくなっており、明側画像に含まれるオブジェクトの円形度は、炭素濃度に関する特徴量として好適に利用できることが判る。
16 and 17, the object O1 of the target member TP1 has a relatively low circularity because it is needle-like, while the object O2 of the target member TP5 has a relatively high circularity because it is chunk-like.
As such, the circularity of the target part TP5, whose actual carbon concentration is 0.9%, is greater than the circularity of the target part TP1, whose actual carbon concentration is 0.2%, and it can be seen that the circularity of an object contained in the bright side image can be suitably used as a feature related to carbon concentration.

また、暗側特徴量に含まれる、オブジェクトの明度の代表値も、対象部材の炭素濃度との間で相関を有する。以下、オブジェクトの明度の代表値と、対象部材の炭素濃度との間の相関について説明する。 The representative value of the object's brightness, which is included in the dark feature, also correlates with the carbon concentration of the target material. Below, we will explain the correlation between the representative value of the object's brightness and the carbon concentration of the target material.

図15(a),図15(b)に示すように、熱処理(焼き入れ)された鋼材の金属組織において見られる、ブロックBは、上述したように、相対的に明るい部分として観察される部分(図15(a)中、ブロックB1)と、相対的に暗い部分として観察される部分(図15(a),(b)中、ブロックB2)とを含んでいる。ブロックBは、炭素濃度が高くなるに従って組織が微細化し、これに伴って反射率が変化し、観察時における明るさに異なりが生じる。より具体的に、ブロックBは、炭素濃度が高くなるに従ってより暗くなるように変化する。 As shown in Figures 15(a) and 15(b), block B seen in the metal structure of heat-treated (hardened) steel contains, as described above, a portion observed as a relatively bright portion (block B1 in Figure 15(a)) and a portion observed as a relatively dark portion (block B2 in Figures 15(a) and (b)). As the carbon concentration of block B increases, the structure becomes finer, and the reflectance changes accordingly, resulting in differences in brightness when observed. More specifically, block B changes to become darker as the carbon concentration increases.

このため、顕微鏡画像において、炭素濃度が比較的低い場合、相対的に暗い部分の多くは、図15(a)中に示したブロックB2である。相対的に暗い部分であるブロックB(B2)は、炭素濃度が高くなると、炭素濃度が低い場合と比較してより暗くなる。つまり、焼き入れされた鋼材の顕微鏡画像において、相対的に暗い部分(暗側画像に含まれるオブジェクト)の明度は、炭素濃度との間で相関を有すると言える。
このことから、暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の代表値も、炭素濃度との間で相関を有していると言える。
For this reason, in a microscope image where the carbon concentration is relatively low, many of the relatively dark parts are block B2 shown in Fig. 15(a). When the carbon concentration is high, the relatively dark part block B (B2) becomes darker than when the carbon concentration is low. In other words, it can be said that the brightness of the relatively dark parts (objects included in the dark side image) in a microscope image of a hardened steel material has a correlation with the carbon concentration.
From this, it can be said that the representative value of the brightness of the object included in the dark side image also has a correlation with the carbon concentration.

本実施形態では、暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の代表値として中央値が用いられる。
図18は、暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の中央値を求めるためのヒストグラムの一例を示す図である。
図18では、暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の中央値を求めるために、当該オブジェクトを構成する画素について、横軸を画素の明度(階級値)、縦軸を画素数(度数)としたヒストグラムを作成する。このヒストグラムに基づいて明度の中央値を求める。
なお、ヒストグラムにおける中央値とは、度数分布の下方から累積度数をとったときに総度数の半分となる累積度数に対応する階級値(明度)をいう。
In this embodiment, the median value is used as the representative value of the brightness of the object included in the dark side image.
FIG. 18 is a diagram showing an example of a histogram for determining the median value of the brightness of an object included in a dark side image.
18, in order to find the median brightness of an object included in the dark side image, a histogram is created for the pixels that make up the object, with the horizontal axis representing pixel brightness (class value) and the vertical axis representing the number of pixels (frequency). The median brightness is found based on this histogram.
The median in a histogram refers to a class value (brightness) corresponding to a cumulative frequency that is half the total frequency when the cumulative frequency is taken from the bottom of the frequency distribution.

図19(a)は、炭素濃度の実測値が0.2%である対象部材TP1の暗側画像に一例を示す図であり、図19(b)は、図19(a)の一部拡大図である。図19(b)は、図19(a)中の四角印F3内を拡大している。
図20(a)は、炭素濃度の実測値が0.9%である対象部材TP5の暗側画像に一例を示す図であり、図20(b)は、図20(a)の一部拡大図である。図20(b)は、図20(a)中の四角印F4内を拡大している。
Fig. 19(a) is a diagram showing an example of a dark side image of a target member TP1 having a measured carbon concentration of 0.2%, and Fig. 19(b) is a partially enlarged diagram of Fig. 19(a). Fig. 19(b) is an enlarged view of the area inside a square mark F3 in Fig. 19(a).
Fig. 20(a) is a diagram showing an example of a dark side image of a target member TP5 having a measured carbon concentration of 0.9%, and Fig. 20(b) is a partially enlarged diagram of Fig. 20(a). Fig. 20(b) is an enlarged view of the area inside the square mark F4 in Fig. 20(a).

図19(b)中、オブジェクトO3の明度の中央値と、図20(b)中、オブジェクトO4の明度の中央値とを比較すると、オブジェクトO4の明度の中央値の方が小さいことが確認された。
このように、図19及び図20にて示した例において、炭素濃度の実測値が0.9%である対象部材TP5のオブジェクトの明度の中央値の方が、炭素濃度の実測値が0.2%である対象部材TP1のオブジェクトの明度の中央値と比較して小さくなっており、暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の中央値は、炭素濃度に関する特徴量として好適に利用できることが判る。
Comparing the median brightness value of object O3 in FIG. 19B with the median brightness value of object O4 in FIG. 20B, it was confirmed that the median brightness value of object O4 was smaller.
Thus, in the examples shown in Figures 19 and 20, the median brightness of the objects in the target part TP5, which has an actual measured carbon concentration of 0.9%, is smaller than the median brightness of the objects in the target part TP1, which has an actual measured carbon concentration of 0.2%, and it can be seen that the median brightness of the objects included in the dark side image can be suitably used as a feature related to carbon concentration.

なお、前記の暗側特徴量及び明側特徴量の例は、次に説明する削除処理が行われた結果、最終的に機械学習に用いられる特徴量である。用いられる明側特徴量と暗側特徴量とは同じであってもよいが、前記のとおり異なっている。 The above-mentioned examples of dark side features and bright side features are the features that are ultimately used for machine learning as a result of the deletion process described below. The bright side features and dark side features used may be the same, but as described above, they are different.

特徴量算出工程S4では、明側特徴量に関して、次の削減処理(1)又は削減処理(2)が行われる。
削減処理(1):異なる二つの明側特徴量同士の相関が強い場合に、これら明側特徴量のうちの一方を削減する処理。
削減処理(2):複数の明側特徴量について主成分分析を行うことで、これら明側特徴量のうちの一部を削減する処理。
In the feature amount calculation step S4, the following reduction process (1) or (2) is performed on the bright side feature amount.
Reduction process (1): A process for reducing one of two different bright side feature amounts when the correlation between these two bright side feature amounts is strong.
Reduction process (2): A process of reducing some of the bright side feature amounts by performing principal component analysis on the bright side feature amounts.

特徴量算出工程S4では、暗側特徴量に関して、次の削減処理(3)又は削減処理(4)が行われる。
削減処理(3):異なる二つの暗側特徴量同士の相関が強い場合に、これら暗側特徴量のうちの一方を削減する処理。
削減処理(4):複数の暗側特徴量について主成分分析を行うことで、これら暗側特徴量のうちの一部を削減する処理。
In the feature amount calculation step S4, the following reduction process (3) or (4) is performed on the dark side feature amount.
Reduction process (3): A process for reducing one of two different dark side feature amounts when the correlation between these two dark side feature amounts is strong.
Reduction process (4): A process of reducing some of the dark side feature amounts by performing principal component analysis on the dark side feature amounts.

このようにして明側特徴量及び暗側特徴量が削減され、削減された特徴量のデータを用いて、機械学習が行われる。なお、例えば、二つの特徴量同士の相関係数が0.8以上である場合、前記の「相関が強い」と判断される。 In this way, the light feature amount and the dark feature amount are reduced, and machine learning is performed using the reduced feature amount data. For example, if the correlation coefficient between two feature amounts is 0.8 or more, it is determined that the correlation is strong.

以上のようにして、求められた明側特徴量及び暗側特徴量は、更に、次の式(4)により正規化される。
The bright side feature amount and the dark side feature amount thus obtained are further normalized by the following formula (4).

このように、特徴量算出工程S4では、明側画像(図11中の(C))に含まれる複数のオブジェクトの明側特徴量と、暗側画像(図11中の(B))に含まれる複数のオブジェクトの暗側特徴量とが求められる。対象部材TP1~TP5それぞれにおける明側特徴量及び暗側特徴量が数値として求められ、記憶装置14に保存される。このように一つの対象部材(例えばTP1)の顕微鏡画像から得られた明側特徴量及び暗側特徴量と、一つの対象部材(例えばTP1)の識別番号の情報とは対応付けられて、記憶装置14に保存される。 In this way, in the feature calculation step S4, bright side features of multiple objects included in the bright side image ((C) in FIG. 11) and dark side features of multiple objects included in the dark side image ((B) in FIG. 11) are found. The bright side features and dark side features of each of the target members TP1 to TP5 are found as numerical values and stored in the storage device 14. In this way, the bright side features and dark side features obtained from the microscope image of one target member (e.g., TP1) are associated with information on the identification number of one target member (e.g., TP1) and stored in the storage device 14.

明側特徴量及び暗側特徴量として鋼材の種類が含まれていてもよい。この場合、鋼材の種類を数値化したダミー変数が用いられる。例えばS20Cのダミー変数は「0」であり、S55Cのダミー変数は「1」である。 The type of steel may be included as a light side feature and a dark side feature. In this case, a dummy variable that quantifies the type of steel is used. For example, the dummy variable for S20C is "0" and the dummy variable for S55C is "1".

〔モデル生成工程S5〕
モデル生成工程S5では、記憶装置14に記憶させた、対象部材TP1~TP5それぞれの明側特徴量及び暗側特徴量を用いて学習モデルが生成される。
モデル生成工程S5において行われる各処理は、コンピュータ装置12の学習部18によって行われる。学習部18が行う機械学習は、線形回帰、リッジ回帰、及びラッソ回帰のいずれかを含む機械学習アルゴリズムに基づいて行われる。なお、本開示の方法では、ラッソ回帰が用いられることで、精度が高くなり好ましい。ここで行われる機械学習は教師あり学習となる。
[Model generation step S5]
In the model generation step S5, a learning model is generated using the light side feature amounts and dark side feature amounts of each of the target members TP1 to TP5 stored in the storage device 14.
Each process in the model generation step S5 is performed by the learning unit 18 of the computer device 12. The machine learning performed by the learning unit 18 is performed based on a machine learning algorithm including any one of linear regression, ridge regression, and lasso regression. In the method of the present disclosure, the use of lasso regression is preferable because it increases accuracy. The machine learning performed here is supervised learning.

前記のとおり、一つの対象部材(例えばTP1)と、その一つの対象部材(例えばTP1)の明側特徴量及び暗側特徴量とは、対応付けられている。本実施形態において、生成することが可能となる学習モデルは、次のとおりである。 As described above, one target component (e.g., TP1) is associated with the light side feature amount and the dark side feature amount of that target component (e.g., TP1). In this embodiment, the learning models that can be generated are as follows:

前記事前工程S1では、対象部材TP1~TP5について、それぞれの物性値として炭素濃度が実測されており、その炭素濃度の実測値は、対象部材TP1~TP5と対応付けて、記憶装置14に記憶されている。
そこで、一つの対象部材に関して特徴量算出工程S4で求められた明側特徴量及び暗側特徴量と、その一つの対象部材の炭素濃度の実測値とを教師データとして用いて、学習モデルが生成される。生成される学習モデルは、明側特徴量及び暗側特徴量から、対象部材の物性値として炭素濃度の推定値を出力するモデルである。
In the pre-process S1, the carbon concentrations of the target materials TP1 to TP5 are actually measured as physical property values of each of the target materials TP1 to TP5, and the measured values of the carbon concentrations are stored in the storage device 14 in association with the target materials TP1 to TP5.
Therefore, a learning model is generated using the bright side feature amount and the dark side feature amount calculated in the feature amount calculation step S4 for one target component and the actual measured value of the carbon concentration of the one target component as training data. The generated learning model is a model that outputs an estimated value of the carbon concentration as a physical property value of the target component from the bright side feature amount and the dark side feature amount.

前記事前工程S1では、対象部材TP1~TP5について、それぞれの物性値として残留オーステナイト量が実測されており、その残留オーステナイト量の実測値は、対象部材TP1~TP5と対応付けて、記憶装置14に記憶されている。
そこで、一つの対象部材に関して特徴量算出工程S4で求められた明側特徴量及び暗側特徴量と、その一つの対象部材の残留オーステナイト量の実測値とを教師データとして用いて、学習モデルが生成される。生成される学習モデルは、明側特徴量及び暗側特徴量から、対象部材の物性値として残留オーステナイト量の推定値を出力するモデルである。
In the preliminary process S1, the amount of retained austenite is actually measured as a physical property value for each of the target parts TP1 to TP5, and the actual measured values of the amount of retained austenite are stored in the memory device 14 in correspondence with the target parts TP1 to TP5.
Therefore, a learning model is generated using the bright side feature amount and the dark side feature amount calculated in the feature amount calculation step S4 for one target component and the actual measured value of the amount of retained austenite for the one target component as training data. The generated learning model is a model that outputs an estimated value of the amount of retained austenite as a physical property value of the target component from the bright side feature amount and the dark side feature amount.

前記事前工程S1では、対象部材TP1~TP5について、それぞれの物性値として硬さが実測されており、その硬さの実測値は、対象部材TP1~TP5と対応付けて、記憶装置14に記憶されている。
そこで、一つの対象部材に関して特徴量算出工程S4で求められた明側特徴量及び暗側特徴量と、その一つの対象部材の硬さの実測値とを教師データとして用いて、学習モデルが生成される。生成される学習モデルは、明側特徴量及び暗側特徴量から、対象部材の物性値として硬さの推定値を出力するモデルである。
In the pre-process S1, the hardness of each of the target members TP1 to TP5 is actually measured as a physical property value, and the measured hardness values are stored in the storage device 14 in association with the target members TP1 to TP5.
Therefore, a learning model is generated using the bright side feature amount and the dark side feature amount calculated in the feature amount calculation step S4 for one target component and the actual measured value of the hardness of the one target component as teacher data. The generated learning model is a model that outputs an estimated value of hardness as a physical property value of the target component from the bright side feature amount and the dark side feature amount.

前記事前工程S1では、対象部材TP1~TP5について、それぞれの品質レベル値(5段階評価の採点値)が作業者によって採点されており、実際に採点された品質レベル値(品質レベル値の実測値)は、対象部材TP1~TP5と対応付けて、記憶装置14に記憶されている。
そこで、一つの対象部材に関して特徴量算出工程S4で求められた明側特徴量及び暗側特徴量と、その一つの対象部材の品質レベル値の実測値とを教師データとして用いて、学習モデルが生成される。生成される学習モデルは、明側特徴量及び暗側特徴量から、対象部材の品質レベル値の推定値を出力するモデルである。
In the preliminary process S1, the quality level values (scoring values on a 5-point scale) of the target parts TP1 to TP5 are scored by workers, and the actually scored quality level values (actual measured values of the quality level values) are stored in the memory device 14 in correspondence with the target parts TP1 to TP5.
Therefore, a learning model is generated using the bright side feature amount and the dark side feature amount calculated in the feature amount calculation step S4 for one target component and the actual measured value of the quality level value of that one target component as training data. The generated learning model is a model that outputs an estimate of the quality level value of the target component from the bright side feature amount and the dark side feature amount.

以上のように、対象部材TP1~TP5それぞれの顕微鏡画像から明側画像及び暗側画像が生成され、明側特徴量及び暗側特徴量が得られると、これら明側特徴量及び暗側特徴量から、物性値の推定値(炭素濃度の推定値、残留オーステナイト量の推定値、又は硬さの推定値)を出力する学習モデルが生成される。
また、本開示の発明では、対象部材TP1~TP5それぞれの顕微鏡画像から明側画像及び暗側画像が生成され、明側特徴量及び暗側特徴量が得られると、これら明側特徴量及び暗側特徴量から、品質レベル値の推定値を出力する学習モデルについても生成される。
As described above, bright-side images and dark-side images are generated from the microscopic images of each of the target parts TP1 to TP5, and once bright-side feature values and dark-side feature values are obtained, a learning model is generated that outputs an estimate of a physical property value (an estimate of carbon concentration, an estimate of the amount of retained austenite, or an estimate of hardness) from these bright-side feature values and dark-side feature values.
Furthermore, in the invention of the present disclosure, bright-side images and dark-side images are generated from the microscopic images of each of the target parts TP1 to TP5, and when bright-side feature quantities and dark-side feature quantities are obtained, a learning model that outputs an estimated value of a quality level value from these bright-side feature quantities and dark-side feature quantities is also generated.

このように、三種類の物性値それぞれを出力する学習モデル、及び、品質レベル値を出力する学習モデルの双方が生成される場合について説明したが、これら学習モデルのうち少なくとも、炭素濃度の推定値を出力する学習モデルが生成されていればよい。この場合であっても、その学習モデルを用いて、後に説明する評価対象部材の品質評価を行うことが可能となる。 In this manner, we have described a case in which both a learning model that outputs each of the three types of physical property values and a learning model that outputs a quality level value are generated, but it is sufficient that at least one of these learning models that outputs an estimated value of carbon concentration is generated. Even in this case, it is possible to use that learning model to perform quality evaluation of the evaluation target component, which will be described later.

〔本開示の学習モデルの製造方法について〕
以上より、本開示の学習モデルの製造方法は、熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなる部材の品質評価に用いられる学習モデルを製造する方法(構築する方法)である。その方法には、既に説明したように、画像取得工程S2と、画像処理工程S3と、特徴量算出工程S4と、モデル生成工程S5とが含まれる。
[Regarding the manufacturing method of the learning model of the present disclosure]
As described above, the method for manufacturing a learning model according to the present disclosure is a method for manufacturing (constructing) a learning model used for quality evaluation of a member made of heat-treated carbon steel or alloy steel, which includes an image acquisition step S2, an image processing step S3, a feature amount calculation step S4, and a model generation step S5, as described above.

画像取得工程S2では、対象部材TP1~TP5それぞれの対象領域の顕微鏡画像が取得される。その対象部材TP1~TP5は、それぞれ炭素濃度、硬さ、残留オーステナイト量のうちの少なくとも一つの物性値、及び、品質レベル値(5段階評価の採点値)が実測されている。この画像取得工程S2は、画像取得装置11によって行われる。 In the image acquisition process S2, a microscopic image of the target area of each of the target parts TP1 to TP5 is acquired. At least one physical property value of the carbon concentration, hardness, and amount of retained austenite, and a quality level value (a score on a five-point scale) of each of the target parts TP1 to TP5 are actually measured. This image acquisition process S2 is performed by the image acquisition device 11.

画像処理工程S3では、画像取得工程S2において取得された顕微鏡画像に基づくグレースケール画像から、明側画像(図11中の(C))と暗側画像(図11中の(B))とが別々に生成される。画像処理工程S3は、コンピュータ装置12の機能部の一つである画像処理部16によって行われる。 In the image processing step S3, a bright side image ((C) in FIG. 11) and a dark side image ((B) in FIG. 11) are generated separately from the grayscale image based on the microscopic image acquired in the image acquisition step S2. The image processing step S3 is performed by the image processing unit 16, which is one of the functional parts of the computer device 12.

特徴量算出工程S4では、前記明側画像に含まれる複数のオブジェクトの明側特徴量と、前記暗側画像に含まれる複数のオブジェクトの暗側特徴量とが求められる。特徴量算出工程S4は、コンピュータ装置12の機能部の一つである特徴量算出部17によって行われる。
また、特徴量算出工程S4において求められる明側特徴量及び暗側特徴量には、明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の中央値の両方が含まれる。
In the feature amount calculation step S4, bright side feature amounts of a plurality of objects included in the bright side image and dark side feature amounts of a plurality of objects included in the dark side image are calculated. The feature amount calculation step S4 is performed by the feature amount calculation unit 17, which is one of the functional parts of the computer device 12.
The bright side feature amount and the dark side feature amount calculated in the feature amount calculation step S4 include both the circularity of the object included in the bright side image and the median brightness of the object included in the dark side image.

モデル生成工程S5では、前記明側特徴量及び前記暗側特徴量から、物性値の推定値を出力する学習モデルが生成される。また、本開示の発明では、モデル生成工程S5では、前記明側特徴量及び前記暗側特徴量から、品質レベル値の推定値を出力する学習モデルも生成される。
学習モデルの生成は機械学習によって行われる。物性値の推定値を出力する学習モデルを生成する際、特徴量算出工程S4で求められている明側特徴量及び暗側特徴量と、対象部材TP1~TP5の物性値の実測値とが、教師データとして用いられる。品質レベル値の推定値を出力する学習モデルを生成する際、特徴量算出工程S4で求められている明側特徴量及び暗側特徴量と、対象部材TP1~TP5の品質レベル値の実測値とが、教師データとして用いられる。モデル生成工程S5は、コンピュータ装置12の機能部の一つである学習部18によって行われる。
In the model generation step S5, a learning model that outputs an estimated value of a physical property value is generated from the bright side feature amount and the dark side feature amount. In the invention of the present disclosure, in the model generation step S5, a learning model that outputs an estimated value of a quality level value is also generated from the bright side feature amount and the dark side feature amount.
The learning model is generated by machine learning. When generating a learning model that outputs estimated values of physical properties, the bright side feature values and dark side feature values obtained in the feature amount calculation process S4 and the actual measured values of the physical properties of the target members TP1 to TP5 are used as teacher data. When generating a learning model that outputs estimated values of quality level values, the bright side feature values and dark side feature values obtained in the feature amount calculation process S4 and the actual measured values of the quality level values of the target members TP1 to TP5 are used as teacher data. The model generation process S5 is performed by the learning unit 18, which is one of the functional units of the computer device 12.

なお、画像取得工程S2において、対象部材TP1~TP5それぞれの物性値のうち炭素濃度のみが実測されていればよく、この場合、炭素濃度の推定値を出力する学習モデルのみが生成される。 In the image acquisition process S2, it is sufficient that only the carbon concentration among the physical property values of each of the target materials TP1 to TP5 is actually measured. In this case, only a learning model that outputs an estimated value of the carbon concentration is generated.

前記の方法によれば、明部特徴量及び暗部特徴量を説明変数とし物性値を目的変数とする学習モデルが得られる。また、明部特徴量及び暗部特徴量を説明変数とし品質レベル値を目的変数とする学習モデルが得られる。明側特徴量のみではなく、また、暗側特徴量のみではなく、明側特徴量と暗側特徴量との双方が教師データとして用いられて学習モデルが製造される。このようにして製造された学習モデルを用いて品質評価を行うことで、高い精度で物性値又は品質レベル値を推定することができ、品質評価の精度を高めることが可能となる。 According to the above method, a learning model is obtained in which the bright area feature amount and the dark area feature amount are explanatory variables and the physical property value is the objective variable. Also, a learning model is obtained in which the bright area feature amount and the dark area feature amount are explanatory variables and the quality level value is the objective variable. The learning model is produced using not only the bright side feature amount or not only the dark side feature amount, but both the bright side feature amount and the dark side feature amount as teacher data. By performing quality evaluation using the learning model produced in this way, the physical property value or the quality level value can be estimated with high accuracy, and the accuracy of the quality evaluation can be improved.

また、炭素濃度を目的変数とする学習モデルは、明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の中央値を、明側特徴量及び暗側特徴量として含む。
明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の中央値は、上述したように、炭素濃度との間で相関を有する。
つまり、炭素濃度を目的変数とする学習モデルは、炭素濃度との間で相関を有する、明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の中央値を、明側特徴量及び暗側特徴量として含むので、この学習モデルを用いることで、対象部材の炭素濃度を推定する際の精度を高めることができる。
この学習モデルを用いて炭素濃度の推定値を求めれば、EPMA等の装置を用いる必要がないので、低コスト化及び測定時間の短縮化が可能となる。
この結果、低コストかつ短時間で、熱処理品に対する品質評価を高い精度で行うことができる。
Furthermore, the learning model using carbon concentration as the objective variable includes the circularity of an object included in the bright side image and the median brightness of an object included in the dark side image as bright side features and dark side features.
As described above, the circularity of an object included in the bright-side image and the median brightness of an object included in the dark-side image are correlated with the carbon concentration.
In other words, the learning model that uses carbon concentration as the objective variable includes, as bright-side feature and dark-side feature, the circularity of an object included in the bright-side image, which is correlated with carbon concentration, and the median brightness of an object included in the dark-side image. Therefore, by using this learning model, it is possible to improve the accuracy when estimating the carbon concentration of a target component.
If the carbon concentration is estimated using this learning model, it is not necessary to use an apparatus such as an EPMA, which reduces costs and shortens the measurement time.
As a result, quality evaluation of the heat-treated product can be performed with high accuracy at low cost and in a short time.

なお、特徴量算出工程S4において求められる明側特徴量及び暗側特徴量には、明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、暗側画像に含まれるオブジェクトの明度の中央値のうちの少なくとも一方が含まれていればよく、少なくとも一方が含まれていれば、対象部材の炭素濃度を推定する際の精度を高めることができる。 The bright side feature amount and the dark side feature amount calculated in the feature amount calculation step S4 need only include at least one of the circularity of the object included in the bright side image and the median brightness of the object included in the dark side image. If at least one of these is included, the accuracy of estimating the carbon concentration of the target component can be improved.

また、明側画像(図11中の(C))及び暗側画像(図11中の(C))を生成するために、本開示の方法に含まれる画像処理工程S3では、グレースケール画像(図11中の(A))の各画素のうち、明度が第一閾値以下の画素は暗いオブジェクトを構成する要素とされ、明度が第一閾値よりも大きな第二閾値を超える画素は明るいオブジェクトを構成する要素とされる。これにより、前記グレースケール画像から、前記第一閾値以下の画素は黒であってその他の領域は白となる暗側画像と、前記第二閾値を超える領域は白であってその他の領域は黒となる前記明側画像と、がそれぞれ生成される。
この方法では、前記グレースケール画像において、明度が第一閾値と第二閾値との間の中間レベルの領域については、明側特徴量及び暗側特徴量を求めるために有効となる組織の粒として扱われない。
Furthermore, in order to generate the bright side image ((C) in FIG. 11) and the dark side image ((C) in FIG. 11), in the image processing step S3 included in the method of the present disclosure, among the pixels of the grayscale image ((A) in FIG. 11), pixels whose brightness is equal to or less than a first threshold value are regarded as elements constituting a dark object, and pixels whose brightness exceeds a second threshold value that is greater than the first threshold value are regarded as elements constituting a bright object. In this way, from the grayscale image, a dark side image in which pixels equal to or less than the first threshold value are black and other areas are white, and a bright side image in which areas exceeding the second threshold value are white and other areas are black are generated.
In this method, regions in the grayscale image where the brightness is at an intermediate level between the first threshold value and the second threshold value are not treated as tissue grains that are effective for determining bright side feature amounts and dark side feature amounts.

また、本開示の方法の画像処理工程S3では、グレースケール画像(図9中の(A))から明度のヒストグラム(図9中の(B))が生成され、そのヒストグラムの均一化処理が行われる。その均一化処理を行ったグレースケール画像(図10中の(A))から、暗側画像と明側画像とがそれぞれ生成される。この場合、例えば、前記グレースケール画像の明るさが偏っている場合、全体的なバランスが改善される。また、グレースケール画像中の粒の輪郭が明確化される。 In addition, in the image processing step S3 of the method disclosed herein, a brightness histogram ((B) in FIG. 9) is generated from the grayscale image ((A) in FIG. 9), and the histogram is equalized. A dark side image and a bright side image are generated from the grayscale image ((A) in FIG. 10) that has been subjected to the equalization process. In this case, for example, if the brightness of the grayscale image is biased, the overall balance is improved. Also, the outlines of grains in the grayscale image are clarified.

図21中の(A)は、前記均一化処理を行って構築した炭素濃度用の評価用学習モデルを用いて得た炭素濃度の推定値と、炭素濃度の実測値とを示すグラフである。
これに対して、図21中の(B)は、前記均一化処理を行わないで構築した炭素濃度用の評価用学習モデルを用いて得た炭素濃度の推定値と、炭素濃度の実測値とを示すグラフである。
FIG. 21A is a graph showing the estimated carbon concentration value obtained using the learning model for evaluation of carbon concentration constructed by carrying out the homogenization process, and the actual measured carbon concentration value.
In contrast, (B) in Figure 21 is a graph showing the estimated carbon concentration obtained using an evaluation learning model for carbon concentration constructed without performing the homogenization process, and the actual measured carbon concentration.

図21中の(A)及び(B)では、対象部材TP1~TP5それぞれの明側特徴量及び暗側特徴量を用いて生成された、炭素濃度の推定値を出力する評価用学習モデルを用いて炭素濃度の推定値を求めた。
炭素濃度の推定値は、炭素濃度を実測することで実測値が明らかとなっている対象部材の明側特徴量及び暗側特徴量を評価用学習モデルに与えることで求めた。
図21中の(A)及び(B)では、対象部材の実測値に対する推定値がグラフ上にプロットされている。
In (A) and (B) in Figure 21, an estimate of the carbon concentration was obtained using an evaluation learning model that outputs an estimate of the carbon concentration, which was generated using the light-side feature values and dark-side feature values of each of the target materials TP1 to TP5.
The estimated carbon concentration was obtained by actually measuring the carbon concentration and providing the bright side feature amount and the dark side feature amount of the target component, the actual measured value of which was known, to the evaluation learning model.
In (A) and (B) of FIG. 21, estimated values versus actual measured values of a target member are plotted on a graph.

図21中の(A)の推定値を求めるための評価用学習モデル生成に用いた明側画像及び暗側画像は、対象部材TP1~TP5それぞれの顕微鏡画像にヒストグラム均一化処理を含む必要な処理を行うことで生成した。
図21中の(B)の推定値を求めるための評価用学習モデル生成に用いた明側画像及び暗側画像は、対象部材TP1~TP5それぞれの顕微鏡画像にヒストグラム均一化処理を除いたその他の必要な処理を行うことで生成した。
The bright side image and dark side image used to generate the evaluation learning model to obtain the estimated value of (A) in Figure 21 were generated by performing the necessary processing, including histogram equalization processing, on the microscopic images of each of the target members TP1 to TP5.
The bright side image and dark side image used to generate the evaluation learning model to obtain the estimated value of (B) in Figure 21 were generated by performing other necessary processing except for histogram equalization processing on the microscopic images of each of the target members TP1 to TP5.

均一化処理を行った場合(図21中の(A))の推定値と実測値との決定係数(寄与率)は、均一化処理を行わない場合(図21中の(B))よりも1に近い。つまり、均一化処理を行うことで、学習モデルによる予測精度が高くなることがわかる。 The coefficient of determination (contribution rate) between the estimated value and the actual value when the equalization process is performed ((A) in Figure 21) is closer to 1 than when the equalization process is not performed ((B) in Figure 21). In other words, it can be seen that the prediction accuracy of the learning model is improved by performing the equalization process.

また、本開示の方法に含まれる画像取得工程S2では、対象部材TP1~TP5それぞれの対象領域が複数の区画に分けられていて、その区画それぞれの一部が重複するようにして撮影することで複数の区画画像が取得される。そして、各区画画像に含まれる特徴部分を基準として、複数の区画画像を繋げることで、前記対象領域の一つの顕微鏡画像が取得される。この方法によれば、対象領域を広く設定できる。また、多くのオブジェクト、その明側特徴量、その暗側特徴量が得られる。そして、複数の区画の画像毎に、次の画像処理工程S3を行わないで済む。 In the image acquisition step S2 included in the method of the present disclosure, the target area of each of the target members TP1 to TP5 is divided into multiple sections, and multiple section images are acquired by photographing each section so that a portion of each section overlaps. Then, a single microscope image of the target area is acquired by connecting the multiple section images based on the characteristic parts contained in each section image. With this method, the target area can be set to be wide. Also, many objects, their bright side features, and their dark side features can be obtained. This eliminates the need to perform the next image processing step S3 for each image of the multiple sections.

前記のように、画像の繋ぎ合わせが行われる場合、画像の背景を除去するために、前記ノイズ除去処理S3-1が行われるのが好ましい。つまり、画像処理工程S3(ノイズ除去処理S3-1)では、取得したグレースケール画像をコピーしたコピー画像(図8中の(A))に対して、画像をぼかす処理を行って背景画像(図8中の(C))が生成される。その背景画像を用いて、基のグレースケール画像からノイズを除去したグレースケール画像(図8中の(E))が生成される。そして、ノイズが除去されたグレースケール画像から、明側画像と暗側画像とが生成される。この方法によれば、顕微鏡(レンズ)の影響で画像に入り込んでしまったノイズ、及び、前記のように区画画像を繋ぎ合わせることで生じたノイズを低減することが可能となる。 When images are stitched together as described above, it is preferable to perform the noise removal process S3-1 to remove the background of the images. That is, in the image processing step S3 (noise removal process S3-1), a background image ((C) in FIG. 8) is generated by blurring a copy image ((A) in FIG. 8) obtained by copying the acquired grayscale image. The background image is used to generate a grayscale image ((E) in FIG. 8) in which noise has been removed from the original grayscale image. Then, a bright side image and a dark side image are generated from the grayscale image from which noise has been removed. This method makes it possible to reduce noise that has entered the image due to the influence of the microscope (lens) and noise that has been generated by stitching together the section images as described above.

更に、本開示の特徴量算出工程S4では、明側特徴量に関して、前記削除処理(1)又は前記削減処理(2)が行われる。暗側特徴量に関して、前記削除処理(3)又は前記削減処理(4)が行われる。これにより、明側特徴量のいくつか及び暗側特徴量のいくつかが削除されてから、学習モデルが生成される。このようにして製造された学習モデルが用いられることで、物性値及び品質レベル値を推定する精度がより高まる。 Furthermore, in the feature calculation step S4 of the present disclosure, the deletion process (1) or the reduction process (2) is performed on the bright side feature. The deletion process (3) or the reduction process (4) is performed on the dark side feature. As a result, some of the bright side feature and some of the dark side feature are deleted, and then a learning model is generated. By using the learning model produced in this manner, the accuracy of estimating the physical property values and the quality level values is further improved.

〔品質評価を行う品質評価システム及び品質評価方法について〕
前記のようにして製造された(構築された)学習モデルを用いて、評価対象部材の品質評価を行う品質評価システム、及び品質評価方法について説明する。評価対象部材は、前記学習モデルを生成するために用いられた対象部材と同種の炭素鋼又は合金鋼からなり、当該対象部材と同様に熱処理が行われている。
[Quality evaluation system and quality evaluation method]
A quality evaluation system and a quality evaluation method for evaluating the quality of an evaluation target component using the learning model manufactured (constructed) as described above will be described. The evaluation target component is made of the same carbon steel or alloy steel as the target component used to generate the learning model, and has been subjected to the same heat treatment as the target component.

本開示の発明では、前記「品質評価」として、以下のように行うことが可能である。
すなわち、少なくとも、評価対象部材における炭素濃度の推定値を求め、炭素濃度の推定値に基づいて品質評価を行うことができる。
硬さの推定値や、残留オーステナイト量の推定値、品質レベル値の推定値は、任意で品質評価の項目として加えることができる。
In the present disclosure, the "quality evaluation" can be performed as follows.
That is, at least an estimated value of the carbon concentration in the evaluation target component is obtained, and quality evaluation can be performed based on the estimated value of the carbon concentration.
The estimated hardness, the estimated amount of retained austenite, and the estimated quality level value can be optionally added as quality evaluation items.

品質評価方法の概略は次のとおりである。
すなわち、評価対象部材の顕微鏡画像を取得し、前記学習モデルを構築する場合と同様の手段により、その評価対象部材に関する暗側特徴量及び明側特徴量を取得する。これら暗側特徴量及び明側特徴量を入力データとして前記学習モデルによる演算を行い、物性値の推定値及び品質レベル値の推定値が求められる。このようにして、評価対象部材の品質評価が行われる。以下、品質評価方法について具体的に説明する。
The quality evaluation method is outlined below.
That is, a microscope image of the evaluation target component is acquired, and dark side feature quantities and light side feature quantities related to the evaluation target component are acquired by the same means as in the case of constructing the learning model. These dark side feature quantities and light side feature quantities are used as input data to perform calculations using the learning model, and estimates of physical property values and quality level values are obtained. In this manner, quality evaluation of the evaluation target component is performed. The quality evaluation method will be specifically described below.

図22は、品質評価方法を説明するフロー図である。その品質評価方法には、図22に示すように、画像取得工程S11と、画像処理工程S12と、特徴量算出工程S13と、評価演算工程S14とが含まれる。
なお、図22に示す品質評価方法を行う品質評価システムは、図2に示す学習システムが備える画像取得装置11及びコンピュータ装置12により構成することができる。この場合、品質評価システムは、画像取得装置11と、画像処理部16と、特徴量算出部17と、評価演算部19とを備える。
Fig. 22 is a flow diagram illustrating the quality evaluation method. As shown in Fig. 22, the quality evaluation method includes an image acquisition step S11, an image processing step S12, a feature amount calculation step S13, and an evaluation calculation step S14.
A quality evaluation system that performs the quality evaluation method shown in Fig. 22 can be configured with the image acquisition device 11 and computer device 12 provided in the learning system shown in Fig. 2. In this case, the quality evaluation system includes the image acquisition device 11, an image processing unit 16, a feature calculation unit 17, and an evaluation calculation unit 19.

画像取得工程S11では、評価対象部材TP0が切断され、切断面が鏡面研磨され、所定の腐食液によってエッチングした後、金属組織の顕微鏡画像が画像取得装置によって取得される。その画像取得装置は、学習モデルの製造方法で用いられた画像取得装置11(図2参照)と同じである。画像取得工程S11で行われる処理は、学習モデルの製造方法(図1参照)で行われる画像取得工程S2と同じであり、その画像処理工程S2での処理と同じ処理が、品質評価方法の画像取得工程S11でも行われる。これにより、評価対象部材TP0の表面から所定深さの対象領域の顕微鏡画像が取得される。 In the image acquisition process S11, the evaluation target part TP0 is cut, the cut surface is mirror-polished, and etched with a specified corrosive liquid, after which a microscopic image of the metal structure is acquired by an image acquisition device. The image acquisition device is the same as the image acquisition device 11 (see FIG. 2) used in the learning model manufacturing method. The processing performed in the image acquisition process S11 is the same as the image acquisition process S2 performed in the learning model manufacturing method (see FIG. 1), and the same processing as that in the image processing process S2 is also performed in the image acquisition process S11 of the quality evaluation method. This allows a microscopic image of a target area at a specified depth from the surface of the evaluation target part TP0 to be acquired.

画像処理工程S12では、前記顕微鏡画像に基づくグレースケール画像から、評価対象部材TP0の組織の粒が明るいオブジェクトとして示されその他が暗い領域として示される明側画像と、評価対象部材TP0の組織の粒が暗いオブジェクトとして示されその他が明るい領域として示される暗側画像と、が生成される。画像処理工程S12で行われる処理は、学習モデルの製造方法(図1参照)で行われる画像処理工程S3と同じであり、その画像処理工程S3での処理と同じ処理が、品質評価方法の画像処理工程S12でも行われる。明側画像及び暗側画像の生成は、コンピュータ装置12の機能部の一つである画像処理部によって行われ、その画像処理部は、学習モデルの製造方法で用いられた画像処理部16(図2参照)と同じである。 In the image processing step S12, a bright side image in which the grains of the tissue of the evaluation target part TP0 are shown as bright objects and the rest are shown as dark areas, and a dark side image in which the grains of the tissue of the evaluation target part TP0 are shown as dark objects and the rest are shown as bright areas are generated from a grayscale image based on the microscope image. The processing performed in the image processing step S12 is the same as the image processing step S3 performed in the manufacturing method for the learning model (see FIG. 1), and the same processing as that in the image processing step S3 is also performed in the image processing step S12 of the quality evaluation method. The generation of the bright side image and the dark side image is performed by an image processing unit, which is one of the functional parts of the computer device 12, and this image processing unit is the same as the image processing unit 16 (see FIG. 2) used in the manufacturing method for the learning model.

特徴量算出工程S13では、前記明側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの明側特徴量と、前記暗側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの暗側特徴量とが求められる。特徴量算出工程S13で行われる処理は、学習モデルの製造方法(図1参照)で行われる特徴量算出工程S4と同じであり、その特徴量算出工程S4での処理と同じ処理が、品質評価方法の特徴量算出工程S13でも行われる。明側特徴量及び暗側特徴量を求める処理は、コンピュータ装置12の機能部の一つである特徴量算出部によって行われ、その特徴量算出部は、学習モデルの製造方法で用いられた特徴量算出部17(図2参照)と同じである。 In the feature amount calculation step S13, bright side features of the objects included in the bright side image and dark side features of the objects included in the dark side image are calculated. The process performed in the feature amount calculation step S13 is the same as the feature amount calculation step S4 performed in the learning model manufacturing method (see FIG. 1), and the same process as the feature amount calculation step S4 is also performed in the feature amount calculation step S13 of the quality evaluation method. The process of calculating the bright side features and the dark side features is performed by a feature amount calculation unit, which is one of the functional units of the computer device 12, and the feature amount calculation unit is the same as the feature amount calculation unit 17 (see FIG. 2) used in the learning model manufacturing method.

ここで、前記のとおり、本開示の発明では、学習モデルとして、炭素濃度の推定用の学習モデル、硬さの推定用の学習モデル、残留オーステナイト量の推定用の学習モデル、及び、品質レベル値の推定用の学習モデルが構築されている。これら学習モデルは、コンピュータ装置12の記憶装置14に記憶される。 As described above, in the present disclosure, the learning models constructed are a learning model for estimating carbon concentration, a learning model for estimating hardness, a learning model for estimating the amount of retained austenite, and a learning model for estimating quality level values. These learning models are stored in the storage device 14 of the computer device 12.

評価演算工程S14では、特徴量算工程S13において求められた、明側特徴量及び暗側特徴量をデータセットとして用いて、学習モデルの製造方法(図1参照)で生成された学習モデルにより、評価対象部材TP0の物性値の推定値が出力される。
この際に、説明するまでもないが、炭素濃度の推定用の学習モデルが用いられる場合、炭素濃度の推定値が得られる。残留オーステナイト及び硬さの場合も同様である。
評価演算工程S14では、特徴量算工程S13において求められた、明側特徴量及び暗側特徴量をデータセットとして用いて、学習モデルの製造方法(図1参照)で生成された学習モデルにより、評価対象部材TP0の品質レベル値(例えば5段階評価の採点値)の推定値が出力される。この際に、品質レベル値の推定用の学習モデルが用いられる。
評価演算工程S14は、コンピュータ装置12の機能部の一つである評価演算部19によって行われる。
In the evaluation calculation process S14, the bright side feature values and the dark side feature values obtained in the feature calculation process S13 are used as a data set, and an estimated value of the physical property value of the evaluation target part TP0 is output by the learning model generated by the learning model manufacturing method (see FIG. 1).
In this case, it is not necessary to explain, but when a learning model for estimating the carbon concentration is used, an estimated value of the carbon concentration is obtained. The same applies to the retained austenite and hardness.
In the evaluation calculation step S14, the bright side feature amount and the dark side feature amount obtained in the feature amount calculation step S13 are used as a data set, and an estimated value of the quality level value (e.g., a score value on a 5-point scale) of the evaluation target part TP0 is output by the learning model generated by the learning model manufacturing method (see FIG. 1). At this time, the learning model for estimating the quality level value is used.
The evaluation calculation step S14 is performed by an evaluation calculation unit 19 which is one of the functional units of the computer device 12.

以上のように、本開示の発明によれば、図2に示す学習システムによって構築された学習モデルが用いられることで、評価対象部材TP0の物性値を推定する精度が高まり、また、評価対象部材TP0の品質レベル値を推定する精度が高まる。その結果、評価対象部材TP0の品質評価の精度を高めることが可能となる。
また、炭素濃度推定用の学習モデルを用いることで、評価対象部材の炭素濃度を推定する際の精度を高めることができる。
また、この学習モデルを用いて炭素濃度の推定値を求めれば、EPMA等の装置を用いる必要がないので、低コスト化及び測定時間の短縮化が可能となる。
この結果、低コストかつ短時間で、熱処理品に対する品質評価を高い精度で行うことができる。
As described above, according to the present disclosure, by using the learning model constructed by the learning system shown in Fig. 2, the accuracy of estimating the physical property values of the evaluation target part TP0 is improved, and the accuracy of estimating the quality level value of the evaluation target part TP0 is also improved. As a result, it is possible to improve the accuracy of the quality evaluation of the evaluation target part TP0.
Furthermore, by using a learning model for estimating carbon concentration, it is possible to improve the accuracy in estimating the carbon concentration of the evaluation target component.
Furthermore, if the carbon concentration is estimated using this learning model, there is no need to use an apparatus such as an EPMA, which reduces costs and shortens the measurement time.
As a result, quality evaluation of the heat-treated product can be performed with high accuracy at low cost and in a short time.

〔炭素濃度の推定精度について〕
次に、本願発明者が行った、炭素濃度の推定精度に関する検証試験について説明する。
検証試験に用いる炭素濃度推定用の学習モデルとして、下記の学習モデルを用意した。
実施例1:明側特徴量にオブジェクトの円形度を含み、暗側特徴量にオブジェクトの明度の中央値を含まない。
実施例2:明側特徴量にオブジェクトの円形度を含まず、暗側特徴量にオブジェクトの明度の中央値を含む。
実施例3:明側特徴量にオブジェクトの円形度を含み、暗側特徴量にオブジェクトの明度の中央値を含む。
比較例:明側特徴量にオブジェクトの円形度を含まず、暗側特徴量にオブジェクトの明度の中央値を含まない。
[About the accuracy of carbon concentration estimation]
Next, a verification test on the estimation accuracy of the carbon concentration conducted by the inventors of the present application will be described.
The following learning model was prepared as a learning model for estimating carbon concentration to be used in the validation test.
Example 1: The bright side feature amount includes the circularity of the object, and the dark side feature amount does not include the median brightness of the object.
Example 2: The bright side feature does not include the circularity of the object, and the dark side feature includes the median brightness of the object.
Example 3: The bright side feature amount includes the circularity of the object, and the dark side feature amount includes the median brightness of the object.
Comparative example: The bright side feature does not include the circularity of the object, and the dark side feature does not include the median brightness of the object.

実施例1~3、及び比較例の学習モデルにおける特徴量のうち、上記記載の特徴量以外に含まれる特徴量については、全て同じ特徴量とした。
実施例1~3、及び比較例の学習モデルを用いて、実測により炭素濃度が明らかとなっている評価対象部材(対象部材TP1~TP5)の炭素濃度の推定値を求め、炭素濃度の実測値と推定値とを比較することで、推定精度を評価した。
Among the features in the learning models of Examples 1 to 3 and the comparative example, the features included other than the features described above were all the same.
Using the learning models of Examples 1 to 3 and the comparative example, the carbon concentrations of the evaluation target components (target components TP1 to TP5) whose carbon concentrations were known by actual measurements were estimated, and the estimation accuracy was evaluated by comparing the actual carbon concentration values with the estimated values.

図23(a)は、実施例1~3及び比較例の学習モデルを用いて得た炭素濃度の推定値について決定係数を求めた結果の一例を示すグラフである。
図23(a)では、実施例1~3、及び比較例それぞれの決定係数を示している。
決定係数は、目的変数の予測値(炭素濃度の推定値)が、実際の目的変数の値(炭素濃度の実測値)とどのくらい一致しているかを示す係数であり、値が1に近いほど予測値と目的変数の値とが一致していることを示している。
図23(a)に示すように、実施例1~3の決定係数は、いずれも比較例の決定係数よりも大きくなっていることが判る。
FIG. 23(a) is a graph showing an example of the results of determining the coefficient of determination for the estimated values of carbon concentrations obtained using the learning models of Examples 1 to 3 and the comparative example.
FIG. 23(a) shows the coefficients of determination for each of Examples 1 to 3 and the comparative example.
The coefficient of determination is a coefficient that indicates how closely the predicted value of the dependent variable (estimated value of carbon concentration) matches the actual value of the dependent variable (actual measured value of carbon concentration), and the closer the value is to 1, the closer the predicted value and the value of the dependent variable match.
As shown in FIG. 23(a), it can be seen that the coefficients of determination in Examples 1 to 3 are all larger than the coefficient of determination in the comparative example.

図23(b)は、実施例1~3及び比較例の学習モデルを用いて得た炭素濃度の推定値についてRMSE(Root Mean Square Error:二乗平均平方根誤差)を求めた結果の一例を示すグラフである。
図23(b)では、実施例1~3、及び比較例それぞれのRMSEを示している。
RMSEは、目的変数の予測値(炭素濃度の推定値)と、実際の目的変数の値(炭素濃度の実測値)とのずれを示す指標であり、小さければ小さいほどずれが小さいことを示している。
図23(b)に示すように、実施例1~3のRMSEは、いずれも比較例のRMSEよりも小さくなっていることが判る。
FIG. 23(b) is a graph showing an example of the results of calculating RMSE (Root Mean Square Error) for the estimated values of carbon concentrations obtained using the learning models of Examples 1 to 3 and the Comparative Example.
FIG. 23(b) shows the RMSE of each of Examples 1 to 3 and the comparative example.
RMSE is an index showing the deviation between the predicted value of the dependent variable (estimated value of carbon concentration) and the actual value of the dependent variable (actual measured value of carbon concentration), and the smaller the RMSE, the smaller the deviation.
As shown in FIG. 23(b), it can be seen that the RMSE of each of Examples 1 to 3 is smaller than the RMSE of the comparative example.

上記検証試験の結果より、実施例1~3の炭素濃度の推定精度が、比較例よりも高いことが明らかであることが判る。 The results of the above verification tests clearly show that the estimation accuracy of carbon concentration in Examples 1 to 3 is higher than that of the comparative example.

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。
例えば、上述の学習モデルの製造方法では、物性値推定用(炭素濃度、残留オーステナイト量、及び硬さ)の学習モデル、及び品質レベル値推定用の学習モデルを得る場合を例示したが、前記の方法では、少なくとも、炭素濃度推定用の学習モデルを得るような構成とすることができる。
The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and are not restrictive.
For example, the above-mentioned method for manufacturing a learning model has been exemplified as obtaining a learning model for estimating physical property values (carbon concentration, amount of retained austenite, and hardness) and a learning model for estimating quality level values, but the above method can be configured to obtain at least a learning model for estimating carbon concentration.

本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。 The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes all modifications within the scope of the claims.

16:画像処理部 17:特徴量算出部 18:学習部
19:評価演算部 S1:事前工程 S2:画像取得工程
S3:画像処理工程S S4:特徴量算出工程S S5:モデル生成工程
S11:画像取得工程 S12:画像処理工程 S13:特徴量算出工程
S14:評価演算工程 TP1~TP5:対象部材
16: Image processing unit 17: Feature amount calculation unit 18: Learning unit 19: Evaluation calculation unit S1: Preliminary process S2: Image acquisition process S3: Image processing process S4: Feature amount calculation process S5: Model generation process S11: Image acquisition process S12: Image processing process S13: Feature amount calculation process S14: Evaluation calculation process TP1 to TP5: Target member

Claims (5)

熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなる部材の品質評価に用いられる学習モデルの製造方法であって、
熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなり炭素濃度が実測されている対象部材の表面から所定深さの対象領域の顕微鏡画像を取得する画像取得工程と、
前記顕微鏡画像に基づくグレースケール画像から、前記対象部材の組織の粒が明るいオブジェクトとして示されその他が暗い領域として示される明側画像と、前記対象部材の組織の粒が暗いオブジェクトとして示されその他が明るい領域として示される暗側画像と、を生成する画像処理工程と、
前記明側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの明側特徴量と、前記暗側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの暗側特徴量とを求める特徴量算出工程と、
前記明側特徴量及び前記暗側特徴量と、前記対象部材の前記炭素濃度の実測値とを教師データとして用いて、評価対象となる部材の前記明側特徴量及び前記暗側特徴量から、前記炭素濃度の推定値を出力する学習モデルを生成するモデル生成工程と、
を含み、
前記特徴量算出工程において求められる前記明側特徴量及び前記暗側特徴量には、前記明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、前記暗側画像に含まれるオブジェクトを構成する画素の明度に関する度数分布から得られる前記明度の代表値のうちの少なくともいずれか一方が含まれる
品質評価に用いられる学習モデルの製造方法。
A manufacturing method of a learning model used for quality evaluation of a component made of heat-treated carbon steel or alloy steel, comprising:
an image acquisition step of acquiring a microscopic image of a target region at a predetermined depth from a surface of a target component made of heat-treated carbon steel or alloy steel and having a carbon concentration actually measured;
an image processing step of generating a bright side image in which the grains of the tissue of the target material are shown as bright objects and other areas are shown as dark areas from a grayscale image based on the microscope image, and a dark side image in which the grains of the tissue of the target material are shown as dark objects and other areas are shown as bright areas;
a feature amount calculation step of calculating bright side feature amounts of the plurality of objects included in the bright side image and dark side feature amounts of the plurality of objects included in the dark side image;
a model generating step of generating a learning model that outputs an estimated value of the carbon concentration from the bright side feature amount and the dark side feature amount of the component to be evaluated, by using the bright side feature amount and the dark side feature amount and an actual measured value of the carbon concentration of the target component as teacher data;
Including,
The bright side feature amount and the dark side feature amount calculated in the feature amount calculation step include at least one of a circularity of an object included in the bright side image and a representative value of the brightness obtained from a frequency distribution of the brightness of pixels constituting the object included in the dark side image.
前記代表値は、中央値である
請求項1に記載の品質評価に用いられる学習モデルの製造方法。
The method for manufacturing a learning model used for quality evaluation according to claim 1 , wherein the representative value is a median value.
熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなる部材の品質評価に用いられる学習モデルを機械学習により製造するための学習システムであって、
熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなり炭素濃度が実測されている対象部材の表面から所定深さの対象領域の顕微鏡画像を取得する画像取得装置と、
前記顕微鏡画像に基づくグレースケール画像から、前記対象部材の組織の粒が明るいオブジェクトとして示されその他が暗い領域として示される明側画像と、前記対象部材の組織の粒が暗いオブジェクトとして示されその他が明るい領域として示される暗側画像と、を生成する画像処理部と、
前記明側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの明側特徴量と、前記暗側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの暗側特徴量とを求める特徴量算出部と、
前記明側特徴量及び前記暗側特徴量と、前記対象部材の前記炭素濃度の実測値とを教師データとして用いて、評価対象となる部材の前記明側特徴量及び前記暗側特徴量から、前記炭素濃度の推定値を出力するように学習モデルを学習させる学習部と、
を含み、
前記特徴量算出部が求める前記明側特徴量及び前記暗側特徴量には、前記明側画像に含まれるオブジェクトの円形度、及び、前記暗側画像に含まれるオブジェクトを構成する複数の画素の明度に関する度数分布から得られる前記明度の代表値のうちの少なくともいずれか一方が含まれる
学習システム。
A learning system for producing a learning model by machine learning to be used for quality evaluation of a component made of heat-treated carbon steel or alloy steel,
an image acquisition device for acquiring a microscopic image of a target region at a predetermined depth from a surface of a target component made of heat-treated carbon steel or alloy steel and having a carbon concentration actually measured;
an image processing unit that generates, from a grayscale image based on the microscope image, a bright side image in which the grains of the tissue of the target material are shown as bright objects and other areas are shown as dark regions, and a dark side image in which the grains of the tissue of the target material are shown as dark objects and other areas are shown as bright regions;
a feature amount calculation unit that calculates bright side feature amounts of the plurality of objects included in the bright side image and dark side feature amounts of the plurality of objects included in the dark side image;
a learning unit that uses the bright side feature amount and the dark side feature amount and an actual measured value of the carbon concentration of the target component as teacher data to train a learning model so as to output an estimated value of the carbon concentration from the bright side feature amount and the dark side feature amount of the component to be evaluated;
Including,
a learning system in which the bright side feature and the dark side feature calculated by the feature calculation unit include at least one of a circularity of an object included in the bright side image and a representative value of the brightness obtained from a frequency distribution of the brightness of a plurality of pixels constituting the object included in the dark side image.
熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなる評価対象部材の品質評価を行う品質評価システムであって、
前記評価対象部材の表面から所定深さの対象領域の顕微鏡画像を取得する画像取得装置と、
前記顕微鏡画像に基づくグレースケール画像から、前記評価対象部材の組織の粒が明るいオブジェクトとして示されその他が暗い領域として示される明側画像と、前記評価対象部材の組織の粒が暗いオブジェクトとして示されその他が明るい領域として示される暗側画像と、を生成する画像処理部と、
前記明側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの明側特徴量と、前記暗側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの暗側特徴量とを求める特徴量算出部と、
前記明側特徴量及び前記暗側特徴量をデータセットとして用いて、請求項3に記載の学習システムで学習させて得られた学習モデルにより、前記評価対象部材の前記炭素濃度の推定値を出力する評価演算部と、
を備える品質評価システム。
A quality evaluation system for evaluating the quality of an evaluation target component made of heat-treated carbon steel or alloy steel, comprising:
an image acquisition device for acquiring a microscopic image of a target region at a predetermined depth from a surface of the evaluation target component;
an image processing unit that generates, from a grayscale image based on the microscope image, a bright side image in which grains of the texture of the evaluation target component are shown as bright objects and other areas are shown as dark regions, and a dark side image in which grains of the texture of the evaluation target component are shown as dark objects and other areas are shown as bright regions;
a feature amount calculation unit that calculates bright side feature amounts of the plurality of objects included in the bright side image and dark side feature amounts of the plurality of objects included in the dark side image;
an evaluation calculation unit that uses the bright side feature amount and the dark side feature amount as a data set, and outputs an estimated value of the carbon concentration of the evaluation target component according to a learning model obtained by learning with the learning system according to claim 3;
A quality evaluation system comprising:
熱処理した炭素鋼又は合金鋼からなる評価対象部材の品質評価を行う品質評価方法であって、
前記評価対象部材の表面から所定深さの対象領域の顕微鏡画像を取得する画像取得工程と、
前記顕微鏡画像に基づくグレースケール画像から、前記評価対象部材の組織の粒が明るいオブジェクトとして示されその他が暗い領域として示される明側画像と、前記評価対象部材の組織の粒が暗いオブジェクトとして示されその他が明るい領域として示される暗側画像と、を生成する画像処理工程と、
前記明側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの明側特徴量と、前記暗側画像に含まれる複数の前記オブジェクトの暗側特徴量とを求める特徴量算出工程と、
前記明側特徴量及び前記暗側特徴量をデータセットとして用いて、請求項1又は請求項2に記載の製造方法で生成された学習モデルにより、前記評価対象部材の前記炭素濃度の推定値を出力する評価演算工程と、
を含む
品質評価方法。
A quality evaluation method for evaluating the quality of an evaluation target component made of heat-treated carbon steel or alloy steel, comprising:
an image acquisition step of acquiring a microscope image of a target region at a predetermined depth from a surface of the evaluation target component;
an image processing step of generating, from a grayscale image based on the microscope image, a bright side image in which the grains of the texture of the evaluation target component are shown as bright objects and other areas are shown as dark areas, and a dark side image in which the grains of the texture of the evaluation target component are shown as dark objects and other areas are shown as bright areas;
a feature amount calculation step of calculating bright side feature amounts of the plurality of objects included in the bright side image and dark side feature amounts of the plurality of objects included in the dark side image;
an evaluation calculation step of outputting an estimated value of the carbon concentration of the evaluation target component by a learning model generated by the manufacturing method according to claim 1 or 2 using the bright side feature amount and the dark side feature amount as a data set;
Quality assessment methods including:
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