CN115078425A - 用于膜电极组件的检测方法和检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于膜电极组件的检测方法和检查装置。膜电极组件的检查方法包括：第一过程，该第一过程获取膜电极组件的X射线透射图像；第二过程，该第二过程在第一过程中所获取的X射线透射图像中识别具有比周围区域的亮度低的亮度的亮度降低区域；第三过程，该第三过程基于膜电极组件中的异物的平面尺寸与由于X射线的衍射而引起的亮度变化之间的相关性，根据亮度降低区域的平面尺寸，校正在第二过程中识别的亮度降低区域的亮度；以及第四过程，该第四过程基于在第三过程中校正的亮度，求出膜电极组件中异物的厚度。

Description

用于膜电极组件的检测方法和检查装置
技术领域
本公开涉及用于膜电极组件的检查方法和检查装置。
背景技术
关于用于燃料电池的膜电极组件的检查方法，例如，日本未审查专利申请公报No.2017-162745(JP2017-162745A)中公开的技术注意到如下的事实：X射线由包含在电解质膜中的催化剂颗粒吸收，并且基于由X射线发射强度和检测强度之间的差计算的X射线透射率计算电解质膜中催化剂颗粒的负载量。
发明内容
在制造时，具有X射线吸收能力的异物、诸如Fe颗粒可能混入膜电极组件中。本公开提供一种用于膜电极组件的检查方法和检查装置，该检查方法和检查装置能够使用X射线以高精度检测这种异物的大小。
本公开可以在以下方面中实现。
根据本公开的第一方面，提供了一种膜电极组件的检查方法。该检查方法包括：第一过程，该第一过程获取膜电极组件的X射线透射图像；第二过程，该第二过程在第一过程中所获取的X射线透射图像中识别具有比周围区域的亮度低的亮度的亮度降低区域；第三过程，该第三过程基于膜电极组件中异物的平面尺寸与由于X射线的衍射而引起的亮度变化之间的相关性，根据亮度降低区域的平面尺寸，校正在第二过程中识别出的亮度降低区域的亮度；以及第四过程，该第四过程基于在第三过程中校正过的亮度，求出膜电极组件中异物的厚度。根据该方面，通过校正X射线的衍射对X-射线透射图像的亮度的影响，可以高精度地求出异物的厚度作为膜电极组件中的异物的大小。
上述方面还可以包括第五过程，该第五过程基于在第四过程中求出的厚度和亮度降低区域的平面尺寸求出异物的三维尺寸。根据该方面，能够以高精度求出异物的三维尺寸作为膜电极组件中异物的大小。
上述方面还可以包括第六过程，该第六过程通过将在第五过程中求出的异物的三维尺寸与预先设定的缺陷判定阈值进行比较来执行用于判定膜电极组件是有缺陷还是无缺陷的质量判定处理。
除了作为膜电极组件的检查方法的上述方面之外，本公开还可以以各种方面实现，诸如例如用于膜电极组件的检查装置和检查系统。
本发明的另一方面提供了一种膜电极组件的检查装置。膜电极组件的检查装置包括：获取单元，该获取单元被配置成获取膜电极组件的X射线透射图像；以及处理单元，该处理单元被配置成：在X射线透射图像中识别具有比周围区域的亮度低的亮度的亮度降低区域，基于膜电极组件中异物的平面尺寸和由于X射线的衍射而引起的亮度变化之间的相关性根据亮度降低区域的平面尺寸校正亮度降低区域的亮度，以及基于校正过的亮度求出膜电极组件中异物的厚度。
在上述方面中，处理单元可以被配置成基于由处理单元求出的厚度和亮度降低区域的平面尺寸来求出异物的三维尺寸。
在上述方面中，处理单元可以被配置成通过将异物的三维尺寸与预先设定的缺陷判定阈值进行比较来执行用于判定膜电极组件是有缺陷还是无缺陷的质量判定处理。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是用于检查膜电极组件的检查系统的说明图；
图2是示出用于检查膜电极组件的方法的过程图；
图3是X射线透射图像的一部分的放大示意图；
图4是示出异物的平面尺寸与亮度降低量之间的关系的说明图；
图5是示出异物的厚度与亮度降低量之间的关系的说明图；以及
图6是用于描述实施例的效果的图。
具体实施方式
A.第一实施例
图1是用于检查膜电极组件的检查系统100的说明图。在本实施例中，检查系统100包括X射线源10、检测相机20、载物台30和检查装置40。膜电极组件50放置在载物台30上。图1示出了彼此正交的X、Y和Z方向。Z方向是膜电极组件50的厚度方向。Y方向是载物台30的输送方向。X方向是与Y方向和Z方向正交的方向。X方向和Y方向是膜电极组件50的平面方向，并且在本实施例中是水平方向。
X射线源10向放置在载物台30上的膜电极组件50发射X射线。在本实施例中，载物台30设有开口60。X射线源10通过开口60从下方用X射线照射膜电极组件50。对于X射线源10，可以使用水冷或空冷的X射线管，例如，管电压可以为15kV至50kV，并且管电流可以是0.1mA到35mA。
检测相机20被设置为面向X射线源10，且载物台30介于检测相机20与X射线源10之间。在本实施例中，检测相机20设置在载物台30上方，向下面向。检测相机20具有预定的像素分辨率和亮度分辨率，并且对被X射线照射的膜电极组件50进行成像以生成X射线透射图像。由检测相机20检测到的异物是具有X射线吸收能力的异物，并且在本实施例中例如是诸如铁或不锈钢的铁基异物。作为检测相机20，可以使用电荷耦合装置(CCD)型或互补金属氧化物半导体(CMOS)型线性图像传感器或面型图像传感器。图像传感器可以是时间延迟积分(TDI)型传感器。检测相机20和X射线源10之间的位置关系可以在上下方向上颠倒。
在本申请中，X射线透射图像中的“亮度”具有与“信号强度”相同的含义。具体地，每个像素的亮度表示透过膜电极组件50的X射线的信号强度，表示亮度越高透过膜电极组件50的X射线的信号强度越高。任何存在于膜电极组件50中的具有X射线吸收能力的异物都会吸收X射线，因此透过膜电极组件50的X射线的信号强度将会变弱，并且亮度将会降低。结果，X射线透射图像中存在异物的区域显示为暗区。
载物台30被构造成可在X射线源10和检测相机20之间沿水平方向移动。载物台30包括从图示中省略掉的固定夹具，该固定夹具用于将膜电极组件50固定在载物台30上。载物台30通过从图示中省略掉的诸如线性致动器、带式输送机等的移动装置在水平方向上输送和移动。可以准备多个载物台30，并且可以通过在X射线源10和检测相机20之间依次移动载物台30来连续检查多个膜电极组件50。
检查装置40由包括中央处理单元(CPU)和存储装置的计算机构成，并且检查装置40控制X射线源10、检测相机20和载物台30。检查装置40包括：获取单元41，该获取单元41获取由检测相机20拍摄的X射线透射图像；处理单元42，该处理单元42基于由获取单元41获取的X射线透射图像来求出膜电极组件50中的异物的大小。获取单元41和处理单元42是通过设置在检查装置40中的CPU执行存储装置中存储的程序来实现的功能单元。注意，获取单元41和处理单元42可以被配置为电路。
膜电极组件50是在电解质膜的两个面上形成有催化剂电极层的构件。电解质膜是例如由氟化磺酸聚合物形成的固体聚合物膜。例如，催化剂电极层由负载诸如铂的催化剂颗粒的催化剂负载碳和电解质树脂构成。在本实施例中，由碳纸、碳无纺布等构成的气体扩散层设置在膜电极组件50的一个或两个面上，并且在树脂框架构件通过粘合剂在膜电极组件50周围固定的状态下进行检查。在检查之后，通过设置一对气体分隔器以便夹住未检测出异物的膜电极组件50和框架构件，从而完成燃料电池。注意，对膜电极组件50的检查可以在框架构件和气体扩散层未设置在膜电极组件50上的状态下进行。
图2是示出在检查装置40中执行的膜电极组件的检查方法的过程图。首先，在步骤S10中，检查装置40控制X射线源10、检测相机20和载物台30以用X射线照射膜电极组件50，并且获取单元41获取X射线透射图像。步骤S10的过程也称为第一过程。
在步骤S20中，检查装置40的处理单元42从在步骤S10中获取的X射线透射图像中识别亮度降低区域。步骤S20的过程也称为第二过程。
图3是X射线透射图像的一部分的放大示意图。处理单元42将X射线透射图像中亮度低于周围区域的区域识别为亮度降低区域BA。具体而言，在本实施例中，将亮度值比周围像素的亮度值暗10倍以上的像素的集合识别为亮度降低区域BA。在图3中，亮度降低区域BA被粗线包围。处理单元42将亮度降低区域BA的中心处的像素CP的亮度降低量识别为亮度降低区域BA的亮度降低量。亮度降低量是指从X射线透射图像的最大亮度开始的亮度降低量，并且表示X射线衰减量。亮度降低量越大，亮度值越小，并且亮度降低量越小，亮度值越大。
在图2的步骤S30中，处理单元42根据在步骤S20中识别的亮度降低区域的平面尺寸来校正亮度降低区域的亮度降低量。在本实施例中，平面尺寸是亮度降低区域BA的面积。
图4是示出异物的平面尺寸与亮度降低量之间的关系的说明图。图4所示的曲线图的横轴是异物的平面尺寸，而纵轴是亮度降低量。众所周知，X射线与光一样，具有弯曲绕到障碍物后方的特性。因此，当膜电极组件50中存在异物时，X射线衍射到异物的后方(图4中的上侧)并且影响亮度降低区域中的亮度降低量。影响的大小根据异物的平面尺寸而变化。具体地，如图4所示，当异物的平面尺寸很小时，弯曲绕到异物后方的X射线的量很大，并且因此亮度降低量很小。另一方面，当异物的平面尺寸很大时，弯曲绕到异物后方的X射线的量相对于异物的平面尺寸较小，因此亮度降低量变得很大。然而，X射线的衍射发生在异物的边缘处，因此当异物的平面尺寸增加到超过一定程度时，X射线的衍射不会影响异物的中心处的亮度降低量。由于这种现象，在异物的平面尺寸小于预定值(阈值)的范围内，随着异物的平面尺寸变得越小，相对于异物的平面尺寸而言，亮度降低量变得越小，而在平面尺寸不小于阈值的范围内，亮度降低量变得恒定，而与异物的平面尺寸无关，如图4所示。注意，当异物的平面尺寸在本实施例中假定的大小范围内时(直径不大于约1毫米(mm))，即使当异物的厚度不同时，异物的平面尺寸与亮度降低量之间的相关性也不变。
在步骤S30中，处理单元42基于图4所示的在异物的平面尺寸与亮度变化之间的相关性进行校正，直到亮度降低区域BA中的亮度降低量为消除了X射线衍射影响的原始的亮度降低量。具体而言，当亮度降低区域BA的平面尺寸小于阈值时，平面尺寸越小，用于增加亮度降低量的校正量越大。此外，当亮度降低区域BA的平面尺寸不小于阈值时，处理单元42不执行校正。异物的平面尺寸和亮度变化之间的关系可以通过执行模拟和实验预先设定为函数或映射。处理单元42可以通过使用这样的函数或映射来执行上述校正。步骤S30的过程也称为第三过程。
在图2的步骤S40中，处理单元42基于校正的亮度降低量求出亮度降低区域BA中存在的异物的厚度。
图5是示出异物的厚度与亮度降低量之间的关系的说明图。图5中所示的曲线图的横轴表示异物的厚度，而纵轴表示亮度降低量。具有X射线吸收能力的异物吸收的X射线越多，该异物的厚度越大。因此，异物的厚度越大，亮度降低量越大，如图5所示。处理单元42使用其中异物的厚度与亮度降低量之间的关系通过模拟或实验预先确定的函数或映射，并且根据在步骤S30中校正的亮度降低量，求出该异物的与亮度降低量相对应的厚度。步骤S40的过程也称为第四过程。
在图2的步骤S50中，处理单元42基于在步骤S40中求出的厚度和亮度降低区域BA的平面尺寸来求出异物的三维尺寸。在本实施例中，在该步骤S50中求出异物的表面积。具体而言，在步骤S20中识别上面和下面上的亮度降低区域BA，并且将在步骤S40中求出的厚度作为高度，求出柱状的表面积。步骤S50的过程也称为第五过程。
在步骤S60中，处理单元42通过将在步骤S50中求出的异物的三维尺寸与预先设定的缺陷判定阈值进行比较来进行用于判定膜电极组件50是有缺陷还是无缺陷的质量判定处理。当在步骤S50中求出的异物的三维尺寸不小于缺陷判定阈值时，处理单元42判定膜电极组件50有缺陷，并且当发现在步骤S50中异物的三维尺寸小于缺陷判定阈值时，判定膜电极组件50无缺陷。注意，当在步骤S20中识别出多个亮度降低区域BA时，对所有亮度降低区域BA执行来自上述步骤S30至S60的处理，并且当甚至其中一个亮度降低区域被判定为有缺陷时，膜电极组件50被判定为有缺陷。此外，当在步骤S20中未在膜电极组件50中识别出亮度降低区域时，跳过从步骤S30到步骤S50的处理，并且在步骤S60中，判定膜电极组件50是无缺陷的。检查装置40可以通过连接到检查装置40的诸如显示装置的输出装置输出质量判定处理的判定结果。
当如上所述在检查系统100中进行膜电极组件50是有缺陷还是无缺陷的质量判定时，判定为无缺陷的膜电极组件50用于制造燃料电池。图2所示的过程图示出了一个膜电极组件50的检查过程。因此，通过重复执行上述步骤S10至S60的过程，可以连续检查膜电极组件50。
根据上述本实施例中的膜电极组件50的检查方法，通过校正X射线的衍射对X射线透射图像的亮度的影响，能够高精度地求出膜电极组件50中的异物的大小，特别是异物的厚度。此外，在本实施例中，基于校正的亮度降低量求出异物的厚度，基于该厚度和亮度降低区域的平面尺寸求出异物的三维尺寸，因此，可以高精度地求出膜电极组件50中的异物的三维尺寸。
另外，在本实施例中，由于可以单独使用X射线透射图像来检测异物，因此可以不使用诸如像荧光X射线分析的成分分析等的其它方法而容易地进行检查。因此，膜电极组件50的检查所需的周期时间缩短，并且能够高效地制造燃料电池。
图6是用于描述实施例的效果的图。在图6所示的曲线图中，横轴表示异物的三维尺寸的测量值，而纵轴表示通过上述检查求出的异物的三维尺寸的值。在下文中将通过上述检查方法求出的值称为“估计值”。测量值是通过分析异物的三维计算机断层扫描(CT)图像求出的。在图6中，表示在上述检查方法的步骤S30中已经校正亮度降低量的异物数据落入的3σ范围的区域用“R1”表示，而表示未校正的异物数据落入的3σ范围用“R2”表示。这些区域是通过对具有各种形状的三十个异物样本求出测量值和估计值而统计地获得的区域。
如图6所示，在本实施例中，当通过检查方法的步骤S30根据异物的平面尺寸校正亮度降低量时，异物尺寸的测量值和其估计值则具有比不校正亮度降低量时更强的相关性。即，通过校正亮度降低量，可以以高精度估计异物的三维尺寸。结果是，对于膜电极组件50是有缺陷还是无缺陷的质量判定的缺陷判定阈值无需设定大的裕度，因此能够将缺陷判定阈值设定为大的值。因此，可以判定未经校正而被判定为有缺陷的膜电极组件50(其异物的估计尺寸对应于图6中的阴影部分的膜电极组件50)的一部分是无缺陷的，并且可以提高膜电极组件50的产出。
B.其它实施例
B-1
在上述实施例中，基于异物的三维尺寸，执行膜电极组件50是有缺陷还是无缺陷的质量判定。相反，可以基于异物的厚度来执行膜电极组件50是有缺陷还是无缺陷的质量判定。在这种情况下，省略了图2所示的检查方法的步骤S50，并且在步骤S60中，通过将异物的厚度与预定的质量判定阈值进行比较来执行膜电极组件50是有缺陷还是无缺陷的质量判定。
B-2
在上述实施例中，处理单元42将亮度降低区域BA的中心处的像素的亮度降低量识别为亮度降低区域BA中的亮度降低量。相反地，处理单元42可以将亮度降低区域BA中的最大亮度降低量识别为亮度降低区域BA中的亮度降低量。
B-3
在上述实施例中，处理单元42求出亮度降低区域BA的面积作为亮度降低区域BA的平面尺寸。反之，处理单元42可以求出亮度降低区域BA在平面方向上的最大尺寸或在X和Y方向上的尺寸中的较大尺寸作为亮度降低区域BA的平面尺寸。
B-4
在上述实施例中，处理单元42求出异物的表面积作为异物的三维尺寸。相反地，处理单元42可以通过计算图2的步骤S40中求出的厚度与亮度降低区域BA的平面尺寸的乘积来求出异物的体积作为异物的三维尺寸。
B-5
在上述实施例中，处理单元42校正亮度降低区域BA的亮度降低量。相反地，处理单元42可以校正亮度降低区域BA的亮度值。亮度降低量和亮度值两者都是亮度的指标，因此可以说对亮度降低量的校正和对亮度值的校正两者都校正了亮度。但是，注意，当亮度值大时，亮度降低量小，而当亮度值小时，亮度降低量大。因此，当在图2的步骤S30中校正亮度值时，当亮度降低区域BA的平面尺寸小于阈值时，平面尺寸越小，处理单元42设定的用于降低亮度值的校正量越大。
本公开不限于上述实施例，并且可以在不脱离其范围的情况下以各种配置来实现。例如，为了解决上述问题中的一部分或全部问题，或者为了实现上述效果中的一部分或全部效果，可以适当替换或组合与发明内容部分中所述各方式中的技术特征相对应的实施例中的技术特征。当本说明书中没有将技术特征描述为必不可少的时候，可以适当地省略这种技术特征。

Claims (6)

1.一种膜电极组件的检查方法，所述检查方法的特征在于包括：
第一过程，所述第一过程获取所述膜电极组件的X射线透射图像；
第二过程，所述第二过程在所述第一过程中获取的所述X射线透射图像中识别具有比周围区域的亮度低的亮度的亮度降低区域；
第三过程，所述第三过程基于所述膜电极组件中的异物的平面尺寸与由于X射线的衍射而引起的亮度变化之间的相关性，根据所述亮度降低区域的平面尺寸，对在所述第二过程中识别出的所述亮度降低区域的亮度进行校正；以及
第四过程，所述第四过程基于在所述第三过程中校正过的亮度求出所述膜电极组件中的异物的厚度。
2.根据权利要求1所述的检查方法，其特征在于还包括第五过程，所述第五过程基于在所述第四过程中求出的厚度和所述亮度降低区域的平面尺寸来求出所述异物的三维尺寸。
3.根据权利要求2所述的检查方法，其特征在于还包括第六过程，所述第六过程通过将在所述第五过程中求出的所述异物的三维尺寸与预先设定的缺陷判定阈值进行比较来执行用于判定所述膜电极组件是有缺陷还是无缺陷的质量判定处理。
4.一种膜电极组件的检查装置，所述检查装置的特征在于包括：
获取单元，所述获取单元被配置成获取所述膜电极组件的X射线透射图像；和
处理单元，所述处理单元被配置成
在所述X射线透射图像中识别具有比周围区域的亮度低的亮度的亮度降低区域，
基于所述膜电极组件中的异物的平面尺寸和由于X射线的衍射而引起的亮度变化之间的相关性，根据所述亮度降低区域的平面尺寸来校正所述亮度降低区域的亮度，以及
基于校正过的亮度求出所述膜电极组件中的异物的厚度。
5.根据权利要求4所述的检查装置，其特征在于，所述处理单元被配置成基于由所述处理单元求出的厚度和所述亮度降低区域的平面尺寸来求出所述异物的三维尺寸。
6.根据权利要求5所述的检查装置，其特征在于，所述处理单元被配置成通过将所述异物的三维尺寸与预先设定的缺陷判定阈值进行比较来执行用于判定所述膜电极组件是有缺陷还是无缺陷的质量判定处理。
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