特許 7433433 ベル形液体噴霧の形状を評価する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-08

(45)【発行日】2024-02-19

(54)【発明の名称】ベル形液体噴霧の形状を評価する方法

(51)【国際特許分類】

   B05B 12/08 20060101AFI20240209BHJP

   B05B 3/10 20060101ALI20240209BHJP

   G01P 13/00 20060101ALN20240209BHJP

【ＦＩ】

B05B12/08

B05B3/10 B

G01P13/00 D

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022531449

(86)(22)【出願日】2020-11-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-01-30

(86)【国際出願番号】 EP2020082997

(87)【国際公開番号】W WO2021105026

(87)【国際公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-08-01

(31)【優先権主張番号】19211889.1

(32)【優先日】2019-11-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】390008981

【氏名又は名称】ビーエーエスエフ コーティングス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＢＡＳＦ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｇｌａｓｕｒｉｔｓｔｒａｓｓｅ １， Ｄ－４８１６５ Ｍｕｅｎｓｔｅｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100100354

【弁理士】

【氏名又は名称】江藤 聡明

(74)【代理人】

【識別番号】100167106

【弁理士】

【氏名又は名称】倉脇 明子

(74)【代理人】

【識別番号】100194135

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 修

(74)【代理人】

【識別番号】100206069

【弁理士】

【氏名又は名称】稲垣 謙司

(74)【代理人】

【識別番号】100185915

【弁理士】

【氏名又は名称】長山 弘典

(72)【発明者】

【氏名】ジマイェフ，イェフゲン

(72)【発明者】

【氏名】ラカ，ファトミール

(72)【発明者】

【氏名】ミルバイアー，イゴール

(72)【発明者】

【氏名】ヴィッガー，ゲオルク

(72)【発明者】

【氏名】ブリーゼニック，ダニエル

【審査官】大塚 美咲

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０５４４３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－０１００２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３３２１７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２２６７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０３６３８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０５Ｂ １２／０８

Ｂ０５Ｂ ３／１０

Ｇ０１Ｐ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベル形液体噴霧（３０）の形状を評価するための方法であって、以下のステップ：
・ベル形液体噴霧（３０）を噴出するためにスプレーノズル（１０）を操作するステップと；
・前記スプレーノズル（１０）の操作中に、前記噴出されたベル形液体噴霧（３０）を形成する複数の液体ジェット（３１）の画像をキャプチャするステップと；
・キャプチャされた画像（４０）を処理するステップであって、前記キャプチャされた画像（４０）を二値画像（５０、５１）に変換することを含み、前記二値画像（５０、５１）は、複数のフィラメント（６０）を含み、各フィラメント（６０）は、液体ジェット（３１）と複数のアーク（７０）に対応し、各アーク（７０）は、互いに隣接して配置された２つのフィラメント（６０）を連結している、ステップと；
・前記処理された画像から前記液体ジェット（３１）の少なくとも１つの形状パラメータを導出するステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記スプレーノズル（１０）及び前記複数の液体ジェット（３１）の側面視画像及び／又は部分画像がキャプチャされる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記少なくとも１つの形状パラメータの導出は、第１アーク（７０）の決定された第１点（７１）と第２アーク（７０）の決定された第２点（７２）との間の距離（７３）を計算し、前記第１アーク（７０）及び前記第２アーク（７０）は、フィラメント（６０）の反対側に位置し、前記フィラメント（６０）に連結されていること、及び、前記計算された距離（７３）を少なくとも１つの形状パラメータとして使用し、前記少なくとも１つの形状パラメータは対応する液体ジェット（３１）の直径を示していること、を含む請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１点（７１）及び前記第２点（７２）の決定は、前記第１点（７１）と前記第２点（７２）の間の前記計算された距離（７３）を最小化することと、同時に、前記フィラメント（６０）からの前記第１点（７１）と前記第２点（７２）の距離をそれぞれ最大化することの両方を含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記少なくとも１つの形状パラメータの導出は、フィラメント（６０）を分離し、前記分離されたフィラメント（６０）の長さ（６３）を計算し、前記計算された長さ（６３）を少なくとも１つの形状パラメータとして使用し、前記少なくとも１つの形状パラメータは対応する液体ジェット（３１）の長さを示すこと、及び／又は、前記分離されたフィラメント（６０）の縦の延長に沿って前記分離されたフィラメント（６０）の複数の幅を計算し、前記複数の計算された幅を少なくとも１つの形状パラメータとして使用し、前記少なくとも１つの形状パラメータは対応する液体ジェット（３１）の幅の縦の展開を示すことを含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記フィラメント（６０）の分離は、前記二値画像（５１）から前記複数のアーク（７０）を除去することを含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記少なくとも１つの形状パラメータの導出は、前記二値画像（５１）からフィラメント（６０）を抽出し、前記フィラメント（６０）の形状を少なくとも１つの形状パラメータとして使用し、前記少なくとも１つの形状パラメータは、対応する液体ジェット（３１）の軌跡を示すことを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

画像（４０）のシーケンスが一定期間にわたってキャプチャされ、前記少なくとも１つの形状パラメータの導出は、整列したフィラメント（６０）に高速フーリエ変換を適用することによって、対応する二値画像（５１）の前記整列したフィラメント（６０）のホイップ周波数を計算し、前記計算されたホイップ周波数を少なくとも１つの形状パラメータとして使用し、前記少なくとも１つの形状パラメータは対応する液体ジェット（３１）のホイップ周波数を示すことを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記フィラメント（６０）の整列は、デカルト座標系（８０）に抽出されたフィラメント（６０）を配置すること、及び／又は、抽出されたフィラメント（６０）の角度を前記スプレーノズル（１０）の形状に関して修正することを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記少なくとも１つの形状パラメータの導出は、前記二値画像（５０）から交差するフィラメントを除去することを含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

前記少なくとも１つの形状パラメータは、ベル形液体噴霧（９０）を数値的にシミュレーションするための入力として、及び／又は、数値的にシミュレーションされたベル形液体噴霧（９０）の検証手段として使用される、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。

【請求項12】

前記導出された少なくとも１つの形状パラメータは、前記スプレーノズル（１０）の回転速度への、又は液体の供給速度への、又は気流からの、前記少なくとも１つの形状パラメータの依存性を評価するために使用される、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

前記方法を実装するプログラムコードを実行するプロセッサによって実行される、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

ベル形液体噴霧（３０）の形状を評価するためのコンピュータプログラム製品であって、プロセッサによって実行されるプログラムコードを格納するデータキャリアを備え、前記プログラムコードが請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法を実装する、コンピュータプログラム製品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ベル形液体噴霧の形状を評価する方法に関する。本方法は、ベル形液体噴霧を噴出するためにスプレーノズルを操作するステップと、スプレーノズルの操作中に、噴出されたベル形液体噴霧を形成する複数の液体ジェットの画像をキャプチャするステップとを含む。本発明はさらに、ベル形液体噴霧の形状を評価するためのコンピュータプログラム製品に関する。

【背景技術】

【0002】

ベル形液体噴霧は、液体コーティングを表面に塗布するために幅広く使用されている。ベル形液体噴霧は、液体コーティングがスプレーノズルに連続的に供給される間、回転軸を中心に速い角速度で回転する円板状又は円錐状のスプレーノズルによって噴出されることができる。スプレーノズルの高速回転は、液体コーティングに、回転軸に関して半径方向に液体コーティングを加速する強い遠心力を受けさせる。遠心力とは別に、液体コーティングは、粘弾性力、表面張力、重力、空気抵抗力及び静電力のような複数のさらなる力を受ける。

【0003】

スプレーノズルの周囲に沿って互いに隣接して配置された複数の放射状の溝により、加速された液体コーティングは、スプレーノズルから分離する際に複数の異なる液体ジェットを形成する。液体ジェットは、スプレーノズルの周囲に沿って、互いに実質的に等しい距離で配置される。上記の力の相互作用は、液体コーティング噴霧のベル形状をもたらす。

【0004】

ベル形の液体コーティング噴霧は、多種多様な異なる製作品をコーティングするために使用されることができ、好ましくは、自動車製造業者によって車体部品の表面にコーティングを塗布するために使用される。車体部品は、主に自動車の美観と、車体部品の材料を劣化、すなわち損傷、摩耗、腐食から保護するためにコーティングされる。最適な効果を得るためには、コーティングは、車体部品の表面にできるだけ均一に塗布されなければならない。

【0005】

そのため、自動車製造業者は、塗布されたコーティングのより高い品質を達成させるために、スプレーノズルの形状、液体コーティングの粘度、及びスプレーノズルの角速度と液体コーティングの供給量、などの複数のベル噴霧パラメータを最適化することによって、ベル形液体コーティングの改良を続けている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、本発明の目的は、ベル形液体噴霧の形状を評価する方法を提案することであり、該評価によりベル形液体噴霧を最適化することができる。本発明の他の目的は、ベル形液体噴霧の形状を評価するためのコンピュータプログラム製品を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、ベル形液体噴霧の形状を評価する方法である。本方法は、ベル形液体噴霧を噴出するためにスプレーノズルを操作するステップと、スプレーノズルの操作中に、噴出されたベル形液体噴霧を形成する複数の液体ジェットの画像をキャプチャするステップと、を含む。本方法は、スプレーノズルの通常の操作に基づくものである。

【0008】

通常の操作では、スプレーノズルは回転軸を中心に毎分１０，０００回転（ｒｐｍ）から７０，０００回転の範囲内の角速度で回転する。スプレーノズルが回転している間、液体好ましくはコーティングが約５０ｍｌ／分～４００ｍｌ／分の範囲の供給速度でスプレーノズルに連続的に供給される。スプレーノズルの回転による遠心力と、粘弾性力、表面張力、重力、空気抵抗力、静電気力のうちの１つ以上との相互作用により、液体噴霧は、スプレーノズルによって噴出される間、ベルの形状を有する。

【0009】

スプレーノズルの角速度と液体の供給速度は、ベル形液体噴霧の形状に影響を与える２つの重要なパラメータである。しかし、ベル形液体噴霧の形状に影響を与える第３重要なパラメータは、液体の粘度及び液体に加えられる外力からの粘度依存性である。外力からの粘度依存性については、ニュートン液体と非ニュートン液体が区別され得る。前者の液体はいかなる外力にも依存しない、すなわち外力に対して一定の粘度有し、一方、後者の液体は、外力に応じて変化する粘度を有する。

【0010】

スプレーノズルの操作中、高速度カメラは、スプレーノズルによって噴出されるベル形液体噴霧の１つ以上の後続の画像をキャプチャする。各キャプチャされた画像は、ベル形液体噴霧の静止状態を表し、スプレーノズルの周囲に沿って互いに隣接して配置されたベル形液体噴霧を形成する複数の液体ジェットを含む。

【0011】

本発明によれば、本方法は、キャプチャされた画像を処理するステップと、処理された画像から液体ジェットの少なくとも１つの形状パラメータを導出するステップとをさらに含む。スプレーノズルの通常の操作中にキャプチャされた画像に基づいて、本発明の方法は、供給された実際の液体で実際のスプレーノズルによって噴出された実際のベル形液体噴霧に関連する１つ以上の形状パラメータを得ることを目的とする経験的な方法である。

【0012】

少なくとも１つの形状パラメータは、画像処理によって導出される。画像処理は、前処理、セグメント化、抽出、及び後処理の１つ以上のステップを含むことができ、これらは以下でより詳細に説明される。

【0013】

有利には、スプレーノズル及び複数の液体ジェットの側面視画像及び／又は部分画像がキャプチャされる。側面視画像は、高速度カメラがカメラの光軸がベル形液体噴霧の外側横表面に対して横方向又は特に垂直に延びるように配置されている場合に、キャプチャされる。部分画像をキャプチャするだけで十分であり、スプレーノズルに関して高速度カメラを配置すること及びキャプチャされた画像を処理することの両方を容易にする。

【0014】

好ましい実施形態では、キャプチャされた画像の処理は、キャプチャされた画像を二値画像に変換することを含み、該二値画像は複数のフィラメントを含み、各フィラメントは液体ジェットと複数のアークに対応し、各アークは、互いに隣接して配置されている２つのフィラメントを連結している。二値画像は、例えば、黒色又は白色であるモノクロ（すなわち単色）の背景と、順に、例えば、１つ以上の色を有し得る前景を含む（前景の各色は背景の単色とは異なる）。

【0015】

したがって、二値画像は前景と背景を区別することを容易にし、特に、二値画像の背景を完全に無視することができる。前景は、スプレーノズルの外周に沿って交互に並ぶフィラメントとアークを含み得る。フィラメントは、細い線であると理解されるべきである。

【0016】

多くの実施形態において、少なくとも１つの形状パラメータの導出は、第１アークの決定された第１点と第２アーク（該第１アーク及び該第２アークは、フィラメントの反対側に位置し、フィラメントに連結されている）の決定された第２点との間の距離を計算すること、及び、該計算された距離を少なくとも１つの形状パラメータ（該少なくとも１つの形状パラメータは対応する液体ジェットの直径を示す）として使用することを含む。距離は、第１点と第２点との間のピクセル数をカウントし、二値画像の解像度を使用することによって、カウントされたピクセル数を距離に変換することによって計算されることができる。第１点と第２点の間の距離は、フィラメントに対応する液体ジェットの直径又は厚さとして解釈され得る。第１点と第２点の間の距離が大きいほど、より多くの液体が液体ジェットを有し、すなわち、液体ジェットがより厚い。

【0017】

これらの実施形態において、第１点及び第２点の決定は、第１点と第２点の間の計算された距離を最小化することと、同時に、フィラメントからの第１点と第２点の距離をそれぞれ最大化することの両方を含む。言い換えれば、第１点、第２点、及びフィラメントの最も近い点は、三角形を形成する。第１点及び第２点は、パターン認識によって容易に決定されることができる。

【0018】

さらにこれらの実施形態において、少なくとも１つの形状パラメータの決定は、二値画像のセグメントを選択することを含んでよく、選択されたセグメントは、本質的にアークのみを含む。選択されたセグメント内のアークを自動的に、すなわち、パターン認識によって認識することが容易になる。

【0019】

追加的に又は代替的に、少なくとも１つの形状パラメータの導出は、フィラメントを分離し、分離されたフィラメントの長さを計算し、計算された長さを少なくとも１つの形状パラメータとして使用し、該少なくとも１つの形状パラメータは液体ジェットの長さを示すこと、及び／又は、分離されたフィラメントの縦の延長に沿って分離されたフィラメントの複数の幅を計算し、複数の計算された幅を少なくとも１つの形状パラメータとして使用し、該少なくとも１つの形状パラメータは対応する液体ジェットの幅の縦の展開を示すことを含む。分離されたフィラメントの長さは、フィラメントの第１端点とフィラメントの第２端点との間のピクセル数をカウントし、次いで二値画像の解像度を使用することによってカウントされたピクセル数を長さに変換することによって計算され得る。分離されたフィラメントの縦位置における分離されたフィラメントの幅は、分離されたフィラメントの縦方向に対して交差するフィラメントのピクセル数をカウントし、次いで二値画像の解像度を使用することによってカウントされたピクセル数を幅に変換することによって計算され得る。

【0020】

これらの実施形態では、フィラメントの分離は、二値画像から複数のアークを除去することを含み得る。アークの除去は、フィラメントを互いに分離するフィラメント間の連結を除去する、すなわち、フィラメントを分離された物体にすることである。分離されたフィラメントによって、フィラメントを自動的に、すなわちパターン認識によって認識することが容易になる。

【0021】

追加的に又は代替的に、キャプチャされた画像の処理は、二値画像からフィラメントを抽出し、該フィラメントの形状を少なくとも１つの形状パラメータとして使用し、該少なくとも１つの形状パラメータは、対応する液体ジェットの軌跡を示すことを含むことができる。フィラメントは、パターン認識によって抽出され得る。フィラメントは、全体として、対応する液体ジェットの軌跡を表すために使用される。軌跡は、長さと、おそらく変化する曲率を含む。

【0022】

追加的に又は代替的に、画像のシーケンスが一定期間にわたってキャプチャされ、少なくとも１つの形状パラメータの導出は、整列したフィラメントに高速フーリエ変換を適用することによって、対応する二値画像の整列したフィラメントのホイップ周波数を計算し、計算されたホイップ周波数を少なくとも１つの形状パラメータとして使用し、該少なくとも１つの形状パラメータは対応する液体ジェットのホイップ周波数を示すことを含む。ホイップ周波数は、それがスプレーノズルの操作中に対応する液体ジェットのホイップ運動、すなわち液体ジェットの軌道の周期的変動を反映するため、動的な形状パラメータである。

【0023】

これらの実施形態では、フィラメントの整列は、デカルト座標系に抽出されたフィラメントを配置すること、及び／又は、抽出されたフィラメントの角度をスプレーノズルの形状に関して修正することを含む。

【0024】

抽出されたフィラメントを含むデカルト座標系は、形状パラメータの高度な計算を可能にする。フィラメントがスプレーノズルの外周に沿って分布するため、フィラメントは回転軸に対してそれぞれ関連する極角度によって互いに対して回転される。関連する極角度によって整列したフィラメントの角度を修正することは、スプレーノズルが円形の外周の代わりに、直線状の外周を有するようにしようとする。角度を修正することにより、フィラメントの整列が改善され、導出される形状パラメータの精度が向上する。

【0025】

好ましくは、少なくとも１つの形状パラメータの導出は、二値画像から交差するフィラメントを除去することを含む。交差するフィラメントは、互いに結合し、又は交差する。二値画像から交差するフィラメント、好ましくは全ての交差するフィラメントを除去することは、フィラメントを自動的に、すなわちパターン認識によって、認識することを容易し、導出される形状パラメータの精度を向上させる。

【0026】

提案された方法による形状パラメータの導出は、それぞれの導出される形状パラメータの精度を高めるために、多数の液体ジェット、すなわち液体ジェット対応するフィラメント及び連結アークにわたって平均化することを含み得ることに留意されたい。

【0027】

導出された少なくとも１つの形状パラメータは、ベル形液体噴霧を数値的にシミュレーションするための入力として、及び／又は、数値的にシミュレーションされたベル形液体噴霧の検証手段として使用されることができる。導出された形状パラメータは、ベル形液体噴霧の数値シミュレーションの精度を高めるために、又は、ベル形液体噴霧の数値シミュレーションの精度を検証するために使用され得る。数値シミュレーションの精度が高いほど、すなわち、数値シミュレーションが、液体ジェットの不安定性の開始又は霧化の開始を含む現実をより良く予測するほど、ベル形液体噴霧構成をより効率的に最適化することができ、該ベル形液体噴霧構成は、スプレーノズルと、液体と、ベル形液体噴霧に影響を与えるパラメータと、を含む。

【0028】

追加的に又は代替的に、少なくとも１つの形状パラメータは、スプレーノズルの回転速度からの、又は、液体の供給速度からの、又は、気流からの該導出された少なくとも１つの形状パラメータの依存性を評価するために使用されてよい。ベル形液体噴霧構成のパラメータに対する形状パラメータの依存性を考慮することにより、数値シミュレーションの精度及びその予測能力がさらに改善する。

【0029】

多くの実施形態では、本方法は、本方法を実装するプログラムコードを実行するプロセッサによって行われてよい。このようにして、ベル形液体噴霧の評価を少なくとも部分的に自動化させることができ、それは評価プロセスの効率及び精度が向上させる。

【0030】

本発明の別の態様は、ベル形液体噴霧を評価するためのコンピュータプログラム製品である。本コンピュータプログラム製品は、プロセッサによって実行されるプログラムコードを格納するデータキャリアを備える。データキャリアは、格納されたプログラムコードをインストールするため、及び／又は、インストールされたプログラムコードを格納されたプログラムコードによってアップグレードするために使用されることができる。

【0031】

本発明によれば、プログラムコードは、本発明の方法を実装する。格納されたプログラムコードは、既存のベル形液体噴霧評価構成の向上された効率と精度を可能にする。ベル形液体噴霧評価構成は、ベル形液体噴霧構成と、高速度カメラと、コンピュータであって、カメラに接続され、プロセッサと、高速度カメラによってキャプチャされた画像を処理するためにプロセッサによって実行される画像処理ソフトウェアとを有するコンピュータと、を備えている。

【0032】

ベル形液体噴霧に影響を与える形状パラメータと、ベル形液体噴霧構成のパラメータに対する形状パラメータの依存性が、高効率かつ高精度に経験的に導出され得ることは、本発明方法の本質的な利点である。導出された経験的形状パラメータは、ベル形液体噴霧の数値シミュレーションを改善又は検証するために使用されることができる。改善された数値シミュレーションは、ベル形液体噴霧によって表面に塗布されるコーティングのより高い品質を達成するために、典型的には、ベル形液体噴霧構成のパラメータを最適化することを可能にする。本発明の方法の他の利点は、本発明方法が、既存のベル形液体噴霧評価構成に容易に基づくことができることである。

【0033】

本発明のさらなる利点及び構成は、以下の説明及び添付の図面から明らかになる。

【0034】

先に説明した特徴及びその後に説明する特徴は、示された組み合わせだけでなく、本発明の範囲を離れることなく、異なる組み合わせ又はそれ自体で使用され得ることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本発明によるベル形液体噴霧評価構成の側面図を概略的に示す図である。

【図2】図１に示されたベル形液体噴霧評価構成を高速度カメラでキャプチャされた画像を示す図である。

【図3】図２に示されたキャプチャされた画像が変換された第１の二値画像を示す図である。

【図4】図２に示されたキャプチャされた画像が変換された第２の二値画像を示す図である。

【図5】複数の整列したフィラメントを含む座標系を示す図である。

【図6】本発明による数値的にシミュレートされたベル形液体噴霧の上面図を概略的に示す図である。

【発明を実施する形態】

【0036】

図面の詳細な説明
図１は、本発明によるベル形液体噴霧評価構成の側面図を概略的に示す図である。ベル形液体噴霧評価構成は、ベル形液体噴霧３０を噴出するための円錐形スプレーノズル１０を備えた液体噴霧構成を有する。ベル形液体噴霧構成は、例えば、自動車製造業者によって、車体部分（図示せず）の表面に液体コーティングを塗布するために使用されることができる。

【0037】

さらに、ベル形液体噴霧評価構成は、高速度カメラ２０を備える。高速度カメラ２０は、高速度カメラの光軸２１がベル形液体噴霧３０の外側横表面に対して横方向に延びるように、配置されている。ベル形液体噴霧評価構成は、ベル形液体噴霧３０の形状を評価するために使用されることができる。

【0038】

ベル形液体噴霧評価構成は、コンピュータ（図示せず）をさらに備える。コンピュータは、プロセッサと、プログラムコードを含むメモリとを有し、該プログラムコードは、ベル形液体噴霧３０の形状を評価するための方法を実装し、プロセッサによって実行可能である。プログラムコードは、本発明によるベル形液体噴霧３０の形状を評価するためにコンピュータプログラム製品からコンピュータのメモリにインストールされることができ、該コンピュータプログラム製品は、プログラムコードを格納するＤＶＤやＵＳＢメモリのようなデータキャリアを備える。コンピュータは、高速度カメラ２０から１つ以上のキャプチャされた画像４０（図２参照）を受信するために、高速度カメラ２０に接続されている。

【0039】

ベル形液体噴霧評価構成は、本発明によるベル形液体噴霧３０の形状を評価する方法を行うように構成されている。この方法は、以下のステップを含む。

【0040】

ベル形液体噴霧３０は、ベル形液体噴霧構成の通常操作中に、スプレーノズル１０によって噴出される。通常操作中に、スプレーノズル１０は、回転軸を中心に毎分約１０，０００回転（ｒｐｍ）から約３０，０００ｒｐｍの範囲の角速度で回転する。スプレーノズル１０が回転している間、液体、好ましくは、コーティング、５０ｍｌ／分～２００ｍｌ／分の範囲の供給速度で、スプレーノズル１０に連続的に供給される。

【0041】

スプレーノズル１０の操作中、高速度カメラ２０は、噴出されたベル形液体噴霧３０の画像４０（図２参照）をキャプチャする。

【0042】

図２は、図１に示されたベル形液体噴霧評価構成の高速度カメラ２０によってキャプチャされた例示的な画像４０を示している。キャプチャされた画像４０は、スプレーノズル１０とベル形液体噴霧３０の部分的な側面図である。キャプチャされた画像４０は、噴出されたベル形液体噴霧３０を形成する複数の液体ジェット３１を有している。

【0043】

本方法のさらなるステップでは、キャプチャされた画像４０がコンピュータによって処理され、液体ジェット３１の少なくとも１つの形状パラメータが処理された画像から導出される。

【0044】

キャプチャされた画像４０の処理は、キャプチャされた画像４０を二値画像５０（図３参照）、５１（図４参照）に変換することを含む。処理は、キャプチャされた画像４０のコントラストを上げるために、又はキャプチャされた画像４０を鮮明にするために、１つ以上のグラフィックフィルタアルゴリズムをキャプチャされた画像４０に適用するようなキャプチャされた画像４０の前処理を含んでいてよい。処理はまた、自動パターン認識を容易にするために、フィラメント６０及び／又はアーク７０を厚くすること及び／又は着色することのような二値画像５０の後処理を含んでいてもよい。

【0045】

図３は、図２に示されたキャプチャされた画像４０が変換された第１の二値画像５０を示している。二値画像５０は、複数のフィラメント６０を含む。各フィラメント６０は液体ジェット３１に対応する。二値画像５０は、複数のアーク７０をさらに含む。各アーク７０は、互いに隣接して位置する２つのフィラメント６０を連結する。第１形状パラメータとして、液体ジェット３１の直径が第１の二値画像５０から導出され得る。

【0046】

第１形状パラメータの導出は、第１アーク７０の決定された第１点７１と第２アーク７０の決定された第２点７２の間の距離７３を算出することを含み、第１アーク７０と第２アーク７０は、フィラメント６０に連結された液体ジェット３１に対応するフィラメント６０の反対側に配置されている。第１点７１及び第２点７２の決定は、第１点７１と第２点７２の間の計算された距離７３を最小化することと、同時に、フィラメント６０からの第１点７１及び第２点７２の距離をそれぞれ最大化することの両方を含む。

【0047】

距離７３は、第１点７１と第２点７２の間のピクセル数をカウントし、二値画像の解像度を使用することによって、カウントされたピクセル数を距離７３に変換することによって計算されることができる。計算された距離７３は、対応する液体ジェット３１の直径を示す第１形状パラメータとして使用されることができる。

【0048】

第１形状パラメータの導出は、第１形状パラメータの精度を高めるために、多数のフィラメント６０及び連結アーク７０にわたって計算された距離７３を平均化することをさらに含み得る。

【0049】

図４は、図２に示されたキャプチャされた画像４０が変換された第２の二値画像５１を示している。第２の二値画像５１は、複数のフィラメント６０を含む。各フィラメント６０は、液体ジェット３１に対応する。第２パラメータとして、液体ジェット３１の長さが第２の二値画像５１から導出され得る。

【0050】

第２パラメータの導出は、二値画像５０から交差するフィラメントを除去することと、液体ジェット３１に対応するフィラメント６０を分離することと、分離されたフィラメント６０の長さ６３を計算することと、を含む。フィラメント６０の分離は、二値画像５１から複数のアーク７０を除去することを含む。

【0051】

分離されたフィラメント６０の長さは、フィラメント６０の第１端点６１とフィラメント６０の第２端点６２との間のピクセル数をカウントし、次いで、二値画像５１の解像度を使用することによって、カウントされたピクセル数を長さに変換することによって計算され得る。計算された長さ６３は、対応する液体ジェット３１の長さを示す第２形状パラメータとして使用される。

【0052】

第２形状パラメータの導出は、第２形状パラメータの精度を高めるために、多数のフィラメント６０にわたって計算された長さ６３を平均化することをさらに含み得る。

【0053】

第３形状パラメータとして、対応する液体ジェット３１の幅の縦の展開が、第２の二値画像５１から導出されることができる。第３形状パラメータの導出は、分離されたフィラメント６０の縦の延長に沿った複数の縦位置における分離されたフィラメント６０の複数の幅を計算することを含む。

【0054】

分離されたフィラメント６０の縦位置における分離されたフィラメント６０の幅は、分離されたフィラメント６０の縦方向に対して交差する分離されたフィラメント６０のピクセル数をカウントし、次いで第２の二値画像５１の解像度を使用することによってカウントされたピクセル数を幅に変換することによって計算され得る。複数の幅は、第３形状パラメータとして使用される。

【0055】

第３形状パラメータの導出は、第３形状パラメータの精度を高めるために、多数のフィラメント６０にわたって計算された幅の縦の展開を平均化することをさらに含み得る。

【0056】

第４パラメータとして、液体ジェット３１の軌跡が、第２の二値画像５１から導出され得る。第４形状パラメータの導出は、二値画像５０から交差するフィラメントを除去し、二値画像５０から液体ジェット３１に対応するフィラメント６０を抽出することを含み、及び、スプレーノズル１０の形状に関して抽出されたフィラメント６０の角度を修正することを含み得る。フィラメント６０の形状は、対応する液体ジェット３１の軌跡を示す第４形状パラメータとして使用される。

【0057】

第４形状パラメータの導出は、第４形状パラメータの精度を高めるために、多数のフィラメント６０にわたって形状を平均化することをさらに含み得る。

【0058】

図５は、複数の整列したフィラメント６０を含む座標系を示している。第５パラメータとして、液体ジェット３１のホイップ周波数が、デカルト座標系８０から導出される。

【0059】

第５パラメータの導出は、一定期間にわたってキャプチャされた画像４０のシーケンスに基づいており、高速フーリエ変換を整列したフィラメント６０に適用することによって、対応する二値画像５０の液体ジェット３１に対応する整列したフィラメント６０のホイップ周波数を計算することを含む。フィラメント６０の整列は、二値画像５０から交差するフィラメントを除去し、二値画像５０から液体ジェット３１に対応するフィラメント６０を抽出し、デカルト座標系８０に抽出されたフィラメント６０を配置することを含み、及び、スプレーノズル１０の形状に関して抽出されたフィラメント６０の角度を修正することを含み得る。計算されたホイップ周波数は、対応する液体ジェット３１のホイップ周波数を示す第５形状パラメータとして使用される。

【0060】

第５形状パラメータの導出は、第５形状パラメータの精度を高めるために、画像４０あたり多数のフィラメント６０にわたって計算されたホイップ周波数を平均化することをさらに含み得る。

【0061】

図６は、本発明による数値的にシミュレートされたベル形液体噴霧９０の上面図を概略的に示している。さらに別のステップでは、導出された形状パラメータは、ベル形液体噴霧９０を数値的にシミュレートするための入力として、又は、数値的にシミュレートされたベル形液体噴霧９０の検証手段とし使用され、ベル形液体噴霧９０は、複数の数値的にシミュレートされた液体ジェット９１を有している。さらに、導出された少なくとも１つの形状パラメータは、スプレーノズル１０の回転速度への、又は液体の供給速度への、又は気流からの、少なくとも１つの形状パラメータの依存性を評価するために使用され得る。

【符号の説明】

【0062】

１０ スプレーノズル
２０ 高速度カメラ
２１ 光軸
３０ ベル形液体噴霧
３１ 液体ジェット
４０ キャプチャされた画像
５０ 二値画像
５１ 二値画像
６０ フィラメント
６１ 第１端点
６２ 第２端点
６３ 長さ
７０ アーク
７１ 第１点
７２ 第２点
７３ 距離
８０ デカルト座標系
９０ 数値的にシミュレートされたベル形噴霧
９１ 数値的にシミュレートされた液体ジェット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】