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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bruchflächenanalyse, um die Bruchflächenanalyse einer Struktur durchzuführen.
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Stand der Technik
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Die Bruchflächenanalyse durch makroskopische Beobachtung der Bruchfläche mittels Sichtprüfung oder dergleichen und durch mikroskopische Beobachtung mit einem Elektronenmikroskop ist ein gängiges Mittel zur Bestimmung der Bruchursache einer Struktur. In der Bruchflächenanalyse werden charakteristische Formen oder Muster erfasst, die je nach Bruchmodus auf der Bruchfläche erscheinen. Bei der makroskopischen Beobachtung werden die Form der Bruchfläche und das makroskopische charakteristische Muster erfasst, ein Bruchmodus für jeden Teil der Bruchfläche geschätzt und ein Rissinitiierungspunkt bestimmt. Bei der mikroskopischen Beobachtung wird auf der Basis der Suche nach einem charakteristischen Muster eines Bruchmodus in jedem Teil der Bruchfläche und der Änderung des charakteristischen Musters der Bruchfläche abhängig von der Entfernung vom Rissinitiierungspunkt ein Bruchmodus bestimmt und ein Bruchprozess im Detail geschätzt. Auch wenn das Bruchflächenbild, das für die Bruchflächenanalyse erfasst wird, der Aufklärung des Bruchvorgangs dient, dient es auch als objektiver Nachweis, um anderen Personen die Bruchursache zu aufzuzeigen.
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PTL 1 offenbart ein Verfahren zur Klassifizierung des Bruchflächentyps durch Analyse der Schattierung beobachteter Bruchflächen und ein Beobachtungsgerät.
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Liste der Bezugsliteratur
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Patentliteratur
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Kurzfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die Bruchflächenanalyse stützt sich in hohem Maße auf den Sachverstand und das Urteil von Experten, doch in den letzten Jahren ist mit der Überalterung des Fachpersonals die Nachfrage nach einer Unterstützung und Automatisierung der Bruchflächenanalyse gestiegen. Um einen Ablauf der Prozesse zur Bruchflächenbeobachtung, die von einem Experten durchgeführt werden, zu reproduzieren, ist es nicht nur erforderlich, den Bruchmodus anhand eines mikroskopischen Beobachtungsbilds zu klassifizieren, sondern auch, auf der Basis eines Schätzungsergebnisses des Bruchmodus und Rissinitiierungspunkts, das in jedem Teil der Bruchfläche durch die Makrobeobachtung erhalten wird, eine Beobachtungsposition für die mikroskopische Beobachtung zu bestimmen. Es wird davon ausgegangen, dass ein Experte für die mikroskopische Beobachtung nach einer Position sucht, an der ein dem Bruchmodus entsprechendes charakteristisches Muster am deutlichsten zu erkennen ist, eine Aufnahmebedingung wie z. B. eine Beobachtungsvergrößerung einstellt und dann ein Bild aufnimmt, das als Nachweis für den Bruchmodus geeignet ist. Daher wird davon ausgegangen, dass eine Technik erforderlich ist, die die Optimierung einer Aufnahmeposition und einer Aufnahmebedingung unterstützt.
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Ein spezifisches Verfahren zur Optimierung einer Aufnahmebedingung eines mikroskopischen Beobachtungsbilds ist jedoch bisher kaum erforscht worden.
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Die vorliegende Erfindung wurde ersonnen, um diese Probleme zu lösen. Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bruchflächenanalyse bereit, die die Bruchflächenanalyse unterstützen und es einem Nichtexperten ermöglichen, eine Bruchflächenanalyse wie ein Experte durchzuführen.
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Lösung des Problems
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse zum Erreichen der obigen Aufgabe umfasst: erste Mittel, die den Sicherheitsgrad eines Bruchmodus in Bezug auf ein erstes Beobachtungsbild berechnen, das durch Bildgebungsmittel für einen Mikrobereich eines analysierten Objekts erfasst wurde; zweite Mittel, die eine Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus berechnen; und dritte Mittel, die eine Aufnahmebedingung der Mikrobereich-Bildgebungsmittel einstellen, wobei die Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse außerdem eine Mikrobereich-Beobachtungseinheit umfasst, die den Sicherheitsgrad des Bruchmodus und die Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus an ein Visualisierungsmittel ausgibt.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bruchflächenanalyse umfasst: Berechnen eines Sicherheitsgrads eines Bruchmodus in Bezug auf ein erstes Beobachtungsbild, das von Bildgebungsmitteln für einen Mikrobereich eines analysierten Objekts erhalten wurde; Berechnen einer Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus; und Einstellen einer Aufnahmebedingung der Mikrobereich-Bildgebungsmittel, um den Sicherheitsgrad des Bruchmodus und die Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus anzuzeigen, wobei der Sicherheitsgrad des Bruchmodus für eine Vielzahl von ersten Beobachtungsbildern mit unterschiedlichen Aufnahmepositionen ermittelt wird und eine Aufnahmeposition, deren Sicherheitsgrad höher ist, als Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus angezeigt wird.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bruchflächenanalyse umfasst: Berechnen eines Sicherheitsgrads eines Bruchmodus in Bezug auf ein erstes Beobachtungsbild, das von Bildgebungsmitteln für einen Mikrobereich eines analysierten Objekts erhalten wurde; Berechnen einer Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus; und Einstellen einer Aufnahmebedingung der Mikrobereich-Bildgebungsmittel, um den Sicherheitsgrad des Bruchmodus und die Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus anzuzeigen, wobei das erste Beobachtungsbild in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt wird, der Sicherheitsgrad des Bruchmodus für jeden der Teilbereiche ermittelt wird und eine Aufnahmeposition in einem Teilbereich, dessen Sicherheitsgrad höher ist, als Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus angezeigt wird.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung gemäß ist es möglich, ein charakteristisches Muster, das einem Bruchmodus entspricht, bei der mikroskopischen Beobachtung deutlicher abzubilden, und es ist möglich, ein qualitativ hochwertiges Bild als objektive Grundlage zum Nachweis eines Bruchmechanismus zu erfassen. Daher ermöglicht die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse auch einem Nichtexperten die schnelle Durchführung einer Bruchdiagnose mit hoher Genauigkeit und Plausibilität.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- [2] 2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Bildschirms in einem Visualisierungsmittel 1 zeigt.
- [3] 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Verarbeitung durch ein Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus eines Beobachtungsbilds 6 zeigt.
- [4] 4 ist ein Diagramm, das auf schematische Weise einen Verarbeitungsablauf in einer Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 darstellt.
- [5] 5 ist ein Diagramm, das auf schematische Weise einen weiteren Verarbeitungsablauf in der Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. Das Folgende ist lediglich beispielhaft, und der Inhalt der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden spezifischen Ausführungsformen in keiner Weise eingeschränkt. Die Erfindung selbst kann im Rahmen der Patentansprüche in verschiedenen Aspekten modifiziert werden.
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Ausführungsformen
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Im Folgenden werden spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf 1 bis 5 im Detail beschrieben.
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1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse 100 ist mit einem Computer konfiguriert und umfasst als Verarbeitungsfunktionen grob gesagt eine Makrobereich-Beobachtungseinheit 102 zur Beobachtung eines Makrobereichs und eine Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 zur Beobachtung eines Mikrobereichs.
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Die Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse 100 Mikrobereich-Bildgebungsmittel 2 und Makrobereich-Bildgebungsmittel 12 umfasst als Eingabeeinheiten sowie eine Tastatur oder dergleichen als geeignete Eingabemittel (nicht dargestellt). Die Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse 100 kann über eine Kommunikationsverbindung mit der Außenwelt verbunden sein. Die Bildgebungsmittel 2 und die Bildgebungsmittel 12 erfassen ein Gesamtbild und ein Oberflächenbild eines analysierten Objekts 3, das auf einem Tisch 4 platziert ist.
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Die Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse 100 umfasst außerdem ein Visualisierungsmittel 1 wie z. B. einen Bildschirm als Ausgabeeinheit. Der Anzeigeinhalt im Visualisierungsmittel 1 wird Bezug nehmend auf 2 im Detail beschrieben, doch ein Beobachtungsbild eines Makrobereichs, ein Beobachtungsbild einer Mikrobereichs, Beobachtungsbedingungen der Beobachtung in diesen Bereichen, ein Bestimmungsergebnis der Verarbeitung und dergleichen werden angezeigt. Die Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse 100 kann die obige Eingabeeinheit und Ausgabeeinheit umfassen.
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In der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird zuerst auf den Bildschirminhalt im Visualisierungsmittel 1 eingegangen, der die Endausgabe darstellt, dann wird die Beobachtung im Mikrobereich beschrieben.
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2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Bildschirms im Visualisierungsmittel 1 zeigt. Ein Anzeigebildschirm 20 des Visualisierungsmittels 1 umfasst zum Beispiel vier kleine Anzeigebereiche R. Der kleine Bereich R1 ist ein Gesamtbild des gesamten analysierten Objekts 3, das durch die Makrobereich-Bildgebungsmittel 12 erhalten wurde, und ist ein Bildschirmbereich zur Anzeige eines makroskopischen Beobachtungsbilds.
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Im Anzeigeinhalt des kleinen Bereichs R1, der das gesamte Objekt darstellt, wird der Bereich einer mikroskopischen Beobachtungsposition 502 in einem quadratischen Rahmen angezeigt. Dadurch wird eine Erfassungsposition des mikroskopischen Beobachtungsbilds auf einer makroskopischen Bruchfläche veranschaulicht. Ein mikroskopisches Beobachtungsbild wird dabei in einem kleinen Bereich R2 angezeigt.
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Ein kleiner Bereich R3 zeigt als Verarbeitungsergebnis der Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse 100 empfohlene Beobachtungsbedingungen der mikroskopischen Beobachtung an und gibt Operationen an, die von einem Beobachter durchzuführen sind. Der kleine Bereich R3 empfiehlt zum Beispiel, dass die Beobachtungsvergrößerung erhöht werden sollte.
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Ein kleiner Bereich R4 zeigt ein Berechnungsergebnis des Sicherheitsgrads eines Bruchmodus des Beobachtungsbilds an, das in der Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse 100 als Verarbeitungsergebnis erhalten wurde. Im dargestellten Beispiel wird als Ergebnis der Bruchdiagnose angezeigt, dass der Sicherheitsgrad eines Ermüdungsbruchs an der betreffenden Position 0,98 ist, und der Sicherheitsgrad eines Verformungsbruchs 0,01 ist. Dieser Zahlenwert des Sicherheitsgrads kann einen Wert an der betreffenden Position angeben, oder er kann eine Differenz zu einem Zahlenwert des Sicherheitsgrads an einer Position sein, deren Beobachtung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus empfohlen wird.
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Als nächstes wird in 1 die Verarbeitung der Makrobereich-Beobachtungseinheit 102 beschrieben, und als Voraussetzung dafür sind die Makrobereich-Bildgebungsmittel 12, die eine Eingabeeinheit der Makrobereich-Beobachtungseinheit 102 sind, hauptsächlich Mittel zur Abbildung der gesamten Bruchfläche des analysierten Objekts 3. Im Gegensatz zu den Mikrobereich-Bildgebungsmitteln 2 sind die Makrobereich-Bildgebungsmittel 12 nicht unbedingt Mittel, die bevorzugt einen Elektronenstrahl verwenden, sondern können auch eine optische Kamera oder dergleichen sein.
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Der Tisch 4 dient der Platzierung des analysierten Objekts 3. Das analysierte Objekt 3 weist eine Bruchfläche auf und ist mit einem Klebeband oder einem Klebstoff auf dem Tisch 4 befestigt. Der Tisch 4 ist vertikal nach oben, unten, links und rechts beweglich, und die Einstellung einer Beobachtungsposition und die Fokussierung eines Beobachtungsbilds durch die Mikrobereich-Bildgebungsmittel 2 erfolgt durch Bewegen des Tischs 4.
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Die Makrobereich-Beobachtungseinheit 102 verarbeitet das Gesamtbild, das von den Makrobereich-Bildgebungsmitteln 12 erfasst wurde, und bildet im kleinen Bereich R1 von 1 ein von den Makrobereich-Bildgebungsmitteln 12 erhaltenes Gesamtbild des analysierten Objekts 3 ab. In der Gesamtbildanzeige wird auch der Bereich der mikroskopischen Beobachtungsposition 502 angezeigt.
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Als Nächstes wird in 1 die Verarbeitung der Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 beschrieben, und als Voraussetzung dafür beobachten die Mikrobereich-Bildgebungsmittel 2, die eine Eingabeeinheit der Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 sind, hauptsächlich eine Mikrostruktur einer Bruchfläche mit einer 100-fachen Vergrößerung oder mehr. Bevorzugt werden insbesondere Bildgebungsmittel, die einen Elektronenstrahl verwenden, wie z. B. ein Elektronenmikroskop verwendet. Dies deshalb, weil der Elektronenstrahl eine größere Schärfentiefe aufweist und sich zur Beobachtung von Objekten eignet, die starke Unregelmäßigkeiten aufweisen, wie z. B. Bruchflächen, und deren Beobachtungsfläche geneigt ist.
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Die Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 umfasst die Mikrobereich-Bildgebungsmittel 2, Speichermittel 5 für mikroskopische Beobachtungsbilder, Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus eines Beobachtungsbilds 6, Mittel zur Berechnung der Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads 7 und Mittel zum Einstellen der Aufnahmeposition/-bedingung 8.
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Die Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 bildet die Oberfläche des auf dem Tisch 4 platzierten analysierten Objekts 3 durch die Mikrobereich-Bildgebungsmittel 2 ab und speichert das Bild in den Speichermitteln 5 für mikroskopische Beobachtungsbilder. Das in den Speichermitteln 5 für mikroskopische Beobachtungsbilder gespeicherte Beobachtungsbild wird dann durch die Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus eines Beobachtungsbilds 6 und durch die Mittel zur Berechnung der Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads 7 verarbeitet und auf dem Visualisierungsmittel 1 für die empfohlene Beobachtungsbedingung, wie z. B. einem Bildschirm, als Mikrobereichsinformation angezeigt. Um den beobachteten Teil der Oberfläche des analysierten Objekts 3 auf geeignete Weise zu ändern, werden die relative Position, der Winkel und dergleichen in den Mikrobereich-Bildgebungsmitteln 2 durch die Mittel zum Einstellen der Aufnahmeposition/-bedingung 8 auf geeignete Weise angepasst, und die Beobachtung wird kontinuierlich durchgeführt.
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Diese Geräte und Verarbeitungsfunktionen, die die Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 von 1 ausmachen, werden im Folgenden näher beschrieben.
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Zunächst sind die Speichermittel 5 für mikroskopische Beobachtungsbilder zum Speichern eines durch die Mikrobereich-Bildgebungsmittel 2 erhaltenen Beobachtungsbilds einer Bruchfläche vorgesehen, und ein Speichermedium wie z. B. eine Festplatte oder ein Festkörperlaufwerk wird verwendet. Das Beobachtungsbild kann auch in einer Cloud gespeichert werden.
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Als Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus des Beobachtungsbilds 6 wird ein gefaltetes neuronales Netz (Convolutional Neural Network (CNN)), das die Beziehung zwischen dem Bruchflächenbild und dem Bruchmodus gelernt hat, oder dergleichen verwendet.
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Die Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus 6 geben nach Eingabe eines Bruchflächenbilds den Sicherheitsgrad jedes zu klassifizierenden Bruchmodus aus. Das (im kleinen Bereich R3 von 2 angezeigte) Aufnahmebild des Mikrobereichs, das in den Speichermitteln 5 für mikroskopische Beobachtungsbilder gespeichert ist, wird in die Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus eines Beobachtungsbilds 6 eingegeben, der Sicherheitsgrad in Bezug auf verschiedene Bruchmodi wie z. B. Verformungsbruch und Ermüdungsbruch wird ausgegeben, und das eingegebene Bild und der Sicherheitsgrad für jeden Bruchmodus werden aufgezeichnet. Um den Rechenaufwand zu verringern, kann die Bildgröße reduziert werden, wenn das mikroskopische Beobachtungsbild in die Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus eines Beobachtungsbilds 6 eingegeben wird.
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3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Verarbeitung durch die Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus eines Beobachtungsbilds 6 zeigt. In 3 wird ein Beobachtungsbild 201 einer Bruchfläche, auf welcher ein ermüdungsbedingter Riss entstanden ist und sich ausgebreitet hat, bis schließlich ein Verformungsbruch aufgetreten ist, als Verarbeitungsgegenstand behandelt. Das in 3 dargestellte Beobachtungsbild 201 bezieht sich auf das Gesamtbild, das im kleinen Bereich R1 von 2 angezeigt wird. Wie im Beispiel, das im kleinen Bereich R1 von 2 angezeigt wird, ist dieses Beobachtungsbild 201 ein Gesamtbild, das einen Ermüdungsbruchbereich 202, einen Verformungsbruchbereich 203 und einen Rissinitiierungspunkt 204 umfasst, und ein Teilbereich 502 davon wird im kleinen Bereich R2 von 2 dargestellt. Die Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 führt die Beobachtung für das Bild 207 des Teilbereichs 502 durch.
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Nun wird der Ermüdungsbruchbereich 202 mit den Mikrobereich-Bildgebungsmitteln 2 beobachtet, und im Beobachtungsbild 207 des Mikrobereichs ist ein als Streifung 208 bezeichnetes wellenförmiges Muster zu beobachten, das im Vergleich zu einer Strandmarke 205 mikroskopisch ist. Wenn das Mikrobereich-Bruchflächenbild 207 in die Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus eines Beobachtungsbilds 6 eingegeben wird, die ein trainiertes neuronales Netz verwenden, wird im Anzeigebereich R4 von 2 als Ausgabe der Sicherheitsgrad in Bezug auf verschiedene Bruchmechanismen im Mikrobereichs-Bruchflächenbild 207 wie z. B. Ermüdungsbruch und Verformungsbruch ausgegeben.
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Die Mittel zur Berechnung der Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads 7 suchen auf der Basis der Änderung im Wert des Modus, der unter den Sicherheitsgraden jedes Modus den Maximalwert aufweist, nach der Beobachtungsbedingung mit dem höchsten Sicherheitsgrad, indem die Beobachtungsposition und -bedingung durch Anwendung der Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus eines Beobachtungsbilds 6 auf das durch die Mikrobereich-Bildgebungsmittel 2 erhaltene Beobachtungsbild geringfügig verändert werden. Es ist auch möglich, ein System zu verwenden, in welchem ein Beobachtungsbild, das bei einer geringen Vergrößerung von etwa 1/10 der normalen Vergrößerung durch die Mikrobereich-Bildgebungsmittel 2 beobachtet wird, zum Beispiel in 16 Bereiche zu unterteilen, den Sicherheitsgrad in jedem Teilbereich zu vergleichen und dann den Teilbereich mit dem höchsten Sicherheitsgrad mit starker Vergrößerung zu beobachten. Es wird davon ausgegangen, dass das dem Bruchmodus entsprechende charakteristische Muster der Bruchfläche umso deutlicher erscheint, je höher der Sicherheitsgrad ist, und die Bruchdiagnose mit hoher Genauigkeit und Plausibilität durchgeführt werden kann.
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Die Mittel zur Berechnung der Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads 7 zeigen das Verarbeitungsergebnis im Anzeigebereich R3 von 2 an. Im Anzeigebereich R3 von 2 werden als Bedingungen zur Erhöhung des Sicherheitsgrads eine Bewegungsrichtung, eine Vergrößerung und dergleichen angezeigt.
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Die Mittel zum Einstellen der Aufnahmeposition/-bedingung 8 stellen die Position des Tischs 4, die Beschleunigungsspannung der Mikrobereich-Bildgebungsmittel 2, die Beobachtungsvergrößerung, die Helligkeit und den Kontrast der Bildaufnahme sowie die Beobachtungsvergrößerung der Makrobereich-Bildgebungsmittel 102 ein. Die Aufnahmeposition und -bedingung werden auf der Basis des Werts jedes Einstellparameters eingestellt, der über die Steuersoftware vom Beobachter vorgegeben wird, die Aufnahmeposition und -bedingung können jedoch auch auf der Basis der von den Mitteln zur Berechnung der Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads 7 erhaltenen Ergebnisse automatisch eingestellt werden.
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Zusätzlich zum Beobachtungsbild der Mikrobereich-Bildgebungsmittel 2 zeigt das Visualisierungsmittel 1 die Bewegungsrichtung der Beobachtungsposition an, die zur Erhöhung des Sicherheitsgrads der Diagnose empfohlen wird und von den Mitteln zur Berechnung der Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads 7 berechnet wurde, und eine Anleitung zum Ändern der Parameter, die die Aufnahmebedingung definieren. Das Ergebnis ist eine schnelle und hochpräzise Bruchdiagnose, die auch von einem Nichtexperten durchgeführt werden kann. Als Visualisierungsmittel 1 wird in der Regel eine Flüssigkristallanzeige verwendet, es kann jedoch jedes Mittel verwendet werden, solange die empfohlene Beobachtungsbedingung visualisiert werden kann.
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Im Folgenden wird der Inhalt eines Verarbeitungsablaufs in der in 1 gezeigten Vorrichtung zur Bruchflächenanalyse Bezug nehmend auf 4 und 5 beschrieben.
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4 ist ein Diagramm, das auf schematische Weise einen Verarbeitungsablauf in der Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 darstellt. Der Verarbeitung in 4 gemäß wird in Verarbeitungsschritt S1 der Anzeigeinhalt des kleinen Bereichs R1, der das Aussehen der gesamten Bruchfläche des analysierten Objekts 3 zeigt, als Beobachtungsgegenstand festgelegt. In den Verarbeitungsschritten S2 und S3 werden im Anzeigebereich des kleinen Bereichs R2 als Mikro-Bruchflächenbilder (mit starker Vergrößerung) mit einem Elektronenmikroskop Bilder angezeigt, die unter Beobachtungsbedingungen A und B erhalten wurden. An diesen Bildern wird jeweils in Verarbeitungsschritten S4 und S5 die Verarbeitung des neuronalen Netzes zur Bruchdiagnose durchgeführt.
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In dieser Diagnose ist bei Beobachtungsbedingung B ein Bereich enthalten, in welchem das charakteristische Muster aufgrund von Schmutz, Kratzern oder dergleichen nicht zu beobachten ist, und daher wird in den Verarbeitungsschritten S6 und S7 als Ergebnis berechnet, dass der Sicherheitsgrad, dass das Bild eine Ermüdungsbruchfläche ist, bei der Beobachtungsbedingung A gleich 0,95 und bei der Beobachtungsbedingung B gleich 0,70 ist, und diese Berechnungsergebnisse werden im kleinen Bereich R4 angezeigt.
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Als nächstes wird in Verarbeitungsschritt S8 bestimmt, dass eine Änderung der Beobachtungsbedingung von der Beobachtungsbedingung B zur Beobachtungsbedingung A empfohlen wird, und diese Empfehlung wird in Verarbeitungsschritt S9 im kleinen Bereich R3 angezeigt.
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Der Verarbeitungsablauf in 4 wird zur Unterstützung der Beobachtung so durchgeführt, dass die Aufnahme eines Bruchflächenbilds ermöglicht wird, in welchem ein charakteristisches Muster, das für jeden Bruchmodus kennzeichnend ist, so deutlich wie möglich zu erkennen ist. In diesem Fall ist es wahrscheinlicher, dass das Bild, in welchem das charakteristische Muster erscheint, auf einen Zerstörungsmechanismus hinweist.
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In der Implementierung von 4 wird ein neuronales Netz zur Bruchdiagnose (in welchem ein Beobachtungsbild eingegeben wird und der Sicherheitsgrad jedes Bruchmodus ausgegeben wird), das mit einem Bruchmodus entsprechenden charakteristischen Mustern trainiert wurde, vorbereitet und wie folgt angewandt.
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Zuerst werden Beobachtungsbilder durch mikroskopische Beobachtung (starke Vergrößerung) mit dem Elektronenmikroskop vor und nach Änderung der Beobachtungsbedingung (Vergrößerung, Beobachtungsposition oder dergleichen) in das neuronale Netz zur Bruchdiagnose eingegeben. Je eindeutiger das charakteristische Muster im Beobachtungsbild ist, umso höher ist der Sicherheitsgrad, der vom neuronalen Netz ausgegeben wird, und umso geeigneter ist es als Beobachtungsbedingung. Daher ist es auf der Basis des Vergleichsergebnisses des Sicherheitsgrads möglich, durch Ändern der Beobachtungsbedingung in eine Richtung, in welcher der Sicherheitsgrad erhöht wird, ein Bruchflächenbild zu erhalten, in dem das charakteristische Muster deutlicher zu erkennen ist.
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Darüber hinaus ist es möglich, die Erfassung eines Bilds, in welchem das charakteristische Muster zu erkennen ist, zu unterstützen, indem dem Beobachter die Beobachtungsbedingung in der Richtung, in welcher der Sicherheitsgrad erhöht wird, als empfohlene Beobachtungsbedingung mitgeteilt wird.
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5 ist ein Diagramm, das auf schematische Weise einen weiteren Verarbeitungsablauf in der Mikrobereich-Beobachtungseinheit 101 darstellt. Der Verarbeitung in 5 gemäß wird in Verarbeitungsschritt S11 der Anzeigeinhalt des kleinen Bereichs R1, der das Aussehen der gesamten Bruchfläche des analysierten Objekts 3 zeigt, als Beobachtungsgegenstand festgelegt. In Verarbeitungsschritt S12 wird im Anzeigebereich des kleinen Bereichs R2 als Mikrobruchflächenbild durch ein Elektronenmikroskop ein Bild angezeigt, dessen Vergrößerung im Vergleich zu der einer normalen Bruchflächenbeobachtung durch ein Elektronenmikroskop niedrig ist. Dadurch wird als Mikrobruchflächenbild ein Bild eines breiten Bereichs erhalten, und in diesem Fall wird eine relativ große Anzahl von Bereichen beobachtet, in denen aufgrund von Schmutz, Kratzern oder dergleichen kein charakteristisches Muster zu beobachten ist. In 5 wird anfangs ein Bild eines Bereichs erhalten, in welchem kein charakteristisches Muster zu erkennen ist.
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In Verarbeitungsschritt S13 wird der bei geringer Vergrö-ßerung erhaltene Bildbereich dann in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt. Hier wird angenommen, dass das Beobachtungsbild in Bereiche A, B, C und D unterteilt wird. In Verarbeitungsschritt S14 wird die Verarbeitung des neuronalen Netzes zur Bruchdiagnose für jedes dieser Teilbilder durchgeführt.
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Der Diagnose des mehrfach unterteilten Bildschirms in Verarbeitungsschritt S15 gemäß wurde beurteilt, dass bei Beobachtungsbild A keine Verschmutzungen, Kratzer oder dergleichen vorhanden sind und der Sicherheitsgrad eines Ermüdungsbruchs 0,99 ist, bei Beobachtungsbild B Verschmutzungen, Kratzer oder dergleichen vorhanden sind und der Sicherheitsgrad eines Ermüdungsbruchs 0,6 ist, bei Beobachtungsbild C Verschmutzungen, Kratzer oder dergleichen vorhanden sind und der Sicherheitsgrad eines Ermüdungsbruchs 0,7 ist, und bei Beobachtungsbild D Verschmutzungen, Kratzer oder dergleichen vorhanden sind und der Sicherheitsgrad der Wahrscheinlichkeit eines Ermüdungsbruchs 0,8 ist. Auf der Basis dieses Bewertungsergebnisses des Sicherheitsgrads in Verarbeitungsschritt S15 weist der Sicherheitsgrad, dass das Bild eine Ermüdungsbruchfläche ist, bei dem Beobachtungsbild A einen Maximalwert auf, und es wird bestimmt, dass das Bild als empfohlene Beobachtungsposition optimal ist. In Verarbeitungsschritt S16 wird dies im kleinen Bereich R4 angezeigt.
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Der Verarbeitungsablauf in 5 wird zur Unterstützung der Beobachtung so durchgeführt, dass die Aufnahme eines Bruchflächenbilds ermöglicht wird, in welchem ein charakteristisches Muster, das für jeden Bruchmodus kennzeichnend ist, so deutlich wie möglich zu erkennen ist. In diesem Fall ist es wahrscheinlicher, dass das Bild, in welchem das charakteristische Muster erscheint, auf einen Zerstörungsmechanismus hinweist.
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Im Verarbeitungsablauf von 5 wird ein Beobachtungsbild der Bruchfläche mit einer geringeren Vergrößerung als bei der normalen Bruchflächenbeobachtung mit einem Elektronenmikroskop erfasst, das Beobachtungsbild wird in gleiche Teile unterteilt, die Teilbilder werden in das neuronale Netz eingegeben, und der Sicherheitsgrad wird berechnet.
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Es wird davon ausgegangen, dass ein dem Bruchmodus entsprechendes charakteristisches Muster in dem Bereich unter den Teilbereichen, der den höchsten Sicherheitsgrad aufweist, am deutlichsten zu erkennen ist, und es sehr wahrscheinlich ist, ein Bild zu erhalten, in welchem das charakteristische Muster erkennbar ist. Daher wird die Aufnahme eines Bilds, in welchem das charakteristische Muster erkennbar ist, unterstützt, indem dem Beobachter die Position des Bilds unter den Teilbildern, das den höchsten Sicherheitsgrad aufweist, als empfohlene Beobachtungsposition mitgeteilt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Visualisierungsmittel
- 2
- Mikrobereich-Bildgebungsmittel
- 3
- analysiertes Objekt
- 4
- Tisch
- 5
- Speichermittel für mikroskopische Beobachtungsbilder
- 6
- Mittel zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus eines Beobachtungsbilds
- 7
- Mittel zur Berechnung der Beobachtungsbedingung zur Erhöhung des Sicherheitsgrads
- 8
- Mittel zum Einstellen der Aufnahmeposition/-bedingung
- 12
- Makrobereich-Bildgebungsmittel
- 20
- Bildschirm der Visualisierungsmittel
- 202
- Ermüdungsbruchbereich
- 203
- Verformungsbruchbereich
- 204
- Rissinitiierungspunkt
- 205
- Strandmarke
- 206
- Aufnahmeposition des mikroskopischen Beobachtungsbilds
- 207
- mikroskopisches Beobachtungsbild
- 208
- Streifung
- 209
- Von den Mitteln zur Berechnung des Sicherheitsgrads des Bruchmodus eines Beobachtungsbilds erhaltenes Berechnungsergebnis des Sicherheitsgrads jedes Bruchmodus
- 502
- Aufnahmeposition des mikroskopischen Beobachtungsbilds auf der makroskopischen Bruchfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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