JP2020030191A - Ceramic inner structure observation device and inner structure analysis system, ceramic inner structure observation method and inner structure analysis method, and ceramic manufacturing method - Google Patents

Ceramic inner structure observation device and inner structure analysis system, ceramic inner structure observation method and inner structure analysis method, and ceramic manufacturing method Download PDF

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Abstract

To enable in-situ observation of a defatting step and a sintering step of ceramic, and elucidation of change in inner structure.SOLUTION: For a compact 1 which is produced by molding a raw material of ceramic and which is being subjected to heat treatment in a heat treatment furnace 11, light in an infrared region is applied from the outside of the heat treatment furnace 11 using an optical interference tomographic image generation device 20 to generate an optical interference tomographic image by optical interference tomography. Thus, an inner structure of the compact in a heat treatment process of ceramic in the heat treatment furnace can be observed as the optical interference tomographic image generated by the optical interference tomographic image generation device 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、セラミックスの内部構造観察装置及び内部構造観察解析システム、セラミックスの内部構造観察方法及び内部構造解析方法、並びにセラミックスの製造方法に関する。   The present invention relates to a ceramic internal structure observation device and an internal structure observation analysis system, a ceramic internal structure observation method and an internal structure analysis method, and a ceramic manufacturing method.

セラミックスの内部構造は、原料粉体からスラリー、成形体、焼結体に至るプロセス中に大きく変化することが知られている。従来、セラミックスの内部構造の観察には、 光学顕微鏡を用いる方法(例えば、非特許文献1参照)、X線CTを用いる方法(例えば、非特許文献2、3参照)等が用いられてきた。   It is known that the internal structure of ceramics greatly changes during the process from raw material powder to slurry, compact, and sintered compact. Conventionally, a method using an optical microscope (for example, see Non-Patent Document 1) and a method using X-ray CT (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3) have been used for observing the internal structure of ceramics.

セラミックスの特性は、セラミックスの内部構造に支配されることが知られている。したがって、原料から最終製品であるセラミックスまでのセラミックスプロセスチェーンにおける構造の形成過程を的確に把握し、その構造を制御することができれば、優れた機能と高い信頼性を有するセラミックスを製造することができる。また、このような構造形成過程の観察方法を活かして、製造プロセス中に刻々と変化するスラリー、成形体、焼結体等の構造をリアルタイムに評価することができれば、目視または職人芸に頼ることなく、比較的前段の工程にて不均一な構造が形成される要因を検知して、それを取り除くことが可能となる。   It is known that the characteristics of ceramics are governed by the internal structure of the ceramics. Therefore, if the process of forming the structure in the ceramics process chain from raw materials to the final product, ceramics, can be accurately grasped and the structure can be controlled, ceramics with excellent functions and high reliability can be manufactured. . In addition, if it is possible to evaluate the structure of a slurry, a molded body, a sintered body, etc. that changes every moment during the manufacturing process in real time by utilizing such an observation method of the structure forming process, it is necessary to rely on visual observation or craftsmanship. In addition, it is possible to detect the cause of the formation of the non-uniform structure in the relatively previous step and remove it.

さらに、最終製品の内部構造の全数検査を、高速、高分解能かつ広範囲で安価に行うことができれば、 製品の信頼性の向上と検査に要するコストの低減を図ることができる。   Furthermore, if 100% inspection of the internal structure of the final product can be performed at high speed, with high resolution and in a wide range at low cost, the reliability of the product can be improved and the cost required for the inspection can be reduced.

このように、セラミックスの製造プロセスにおける構造形成過程を動的かつ三次元的に観察して、科学的に理解することは、セラミックスの歩留りの向上や信頼性の向上のために極めて重要である。   Thus, it is extremely important to dynamically and three-dimensionally observe and scientifically understand the structure forming process in the ceramic manufacturing process in order to improve the yield and reliability of the ceramic.

一方、セラミックスの製造プロセスにおける各単位操作には、数多くの制御因子が存在する。例えば、セラミックス微粒子の分散では、分散剤の種類や添加量が制御因子に相当する。セラミックス微粒子の分散媒への分散は、分散剤のセラミックス微粒子への吸着、分散媒のセラミックス微粒子に対する濡れ性等が関与した複雑な現象である。そのため、スラリーを調製するための制御因子について、勘と経験による見かけの最適化が行われていた。   On the other hand, there are many control factors for each unit operation in the ceramics manufacturing process. For example, in the dispersion of ceramic fine particles, the type and amount of the dispersant correspond to control factors. Dispersion of the ceramic fine particles in the dispersion medium is a complicated phenomenon involving adsorption of the dispersant to the ceramic fine particles, wettability of the dispersion medium to the ceramic fine particles, and the like. For this reason, control factors for preparing the slurry have been apparently optimized based on intuition and experience.

また、セラミックス微粒子毎に、溶媒との親和性や分散剤の吸着挙動といった、粒子と液相の界面に関する現象が異なるはずである。したがって、後段の成形プロセスを勘案すると、スラリーの粘度、スラリーにおける固体含有量、スラリーに含まれる有機物(バインダー、可塑剤、滑剤等)等を考慮して、制御因子の最適化を図る必要がある。   Also, phenomena related to the interface between the particles and the liquid phase, such as the affinity for the solvent and the adsorption behavior of the dispersant, should be different for each ceramic fine particle. Therefore, considering the subsequent molding process, it is necessary to optimize the control factors in consideration of the viscosity of the slurry, the solid content in the slurry, the organic matter (binder, plasticizer, lubricant, etc.) contained in the slurry, and the like. .

また、シート状の成形体を乾燥させる際には、セラミックス微粒子が液中に分散していた構造から、固体同士が接触する構造に動的に変化するはずである。この変化は凝集に類似している。もし、成形体の乾燥と同時に、成形体の内部構造の変化を的確に把握し、構造形成の制御因子を科学的に解明できれば、割れや変形のない均質な成形体を得るための乾燥温度、時間および雰囲気を、より解析的に決定することができると考えられる。さらに、エネルギーを多く消費する、成形体の焼結プロセスにおいても、昇温プロファイルは職人芸的な設定によるところが大きい。もし、焼結プロセスにおける制御因子を科学的に解明して的確に最適化できれば、工ネルギ一消費量を削減することができ、ひいては、コストの低減を図ることができる。   When the sheet-shaped molded body is dried, the structure should be dynamically changed from a structure in which the ceramic fine particles are dispersed in the liquid to a structure in which the solids are in contact with each other. This change is similar to aggregation. If, at the same time as drying of the compact, the changes in the internal structure of the compact can be accurately grasped and the control factors for the formation of the structure can be elucidated scientifically, the drying temperature for obtaining a homogeneous compact without cracks and deformation, It is believed that time and atmosphere can be determined more analytically. Furthermore, even in the process of sintering a compact, which consumes a lot of energy, the temperature rise profile largely depends on an artistic setting. If the control factors in the sintering process can be scientifically elucidated and optimized appropriately, the amount of energy consumption can be reduced, and the cost can be reduced.

このように、セラミックスの製造プロセスにおける構造形成過程の理解と、その制御因子の化学的解明とを実現できれば、セラミックスの製造プロセス技術の体系化を図ることが可能となる。そして、セラミックスプロセスチエ一ン全体の最適化を通じて、セラミックスの普及に対する障害となっている多様な技術課題を解決することができる。その結果、セラミックスの製造において歩留りの向上、低コスト化、および、高信頼性化等を実現することができる。   As described above, if the understanding of the structure forming process in the ceramics manufacturing process and the chemical elucidation of the control factors can be realized, it is possible to systematize the ceramics manufacturing process technology. Then, through optimization of the entire ceramics process chain, it is possible to solve various technical problems which are obstacles to the spread of ceramics. As a result, in the production of ceramics, it is possible to realize an improvement in yield, a reduction in cost, an increase in reliability, and the like.

従来より、高温で材料表面を観察する装置として高温顕微鏡(例えば、特許文献1参照)はあったものの、内部を観察することはできなかった。   Conventionally, although there has been a high-temperature microscope (for example, see Patent Literature 1) as an apparatus for observing a material surface at a high temperature, the inside cannot be observed.

また、物質内部を観察する装置として、X線CTがあったが、測定するのに時間がかかることから焼成中に起こる焼結、脱脂、脱水などに伴う内部構造変化をリアルタイムで測定することはできなかった。   In addition, X-ray CT was used as a device for observing the inside of a substance. However, since it takes time to measure, it is not possible to measure in real time changes in internal structure due to sintering, degreasing, dehydration, etc. that occur during firing. could not.

さらに、光干渉断層計は高速・高分解能で物質の内部を観察する方法の一つであるが、室温での観察にしか利用されてこなかった(例えば、特許文献2参照)。   Further, the optical coherence tomography is one of the methods for observing the inside of a material at high speed and high resolution, but has been used only for observation at room temperature (for example, see Patent Document 2).

実開平5−36356号公報Japanese Utility Model Publication No. 5-36356 特開2002−310899号公報JP-A-2002-310899

K.Uematsu, J.-Y.Kim,Z.Kato,N.Uchida,K.Saito,”Di rect Observation Method for InternaL Structure of Ceramic Green Body -ALumina Green Body as an ExampLe”,The Ceramic Society of Japan,199 0年,98[5],p515-516K.Uematsu, J.-Y.Kim, Z.Kato, N.Uchida, K.Saito, ”Direct Observation Method for InternaL Structure of Ceramic Green Body -ALumina Green Body as an ExampLe”, The Ceramic Society of Japan, 199 0, 98 [5], p515-516 T.Hondo,Z.Kato,S.Tanaka,”Enhancing the contrast of Low-density packing regions in images of ceramic powder compacts usi ng a contrast agent for micro-X-ray computer tomography”, JorunaL of the Ceramic Society of Japan,2014年,122[7],p574-576T.Hondo, Z.Kato, S.Tanaka, ”Enhancing the contrast of Low-density packing regions in images of ceramic powder compacts using a contrast agent for micro-X-ray computer tomography”, JorunaL of the Ceramic Society of Japan , 2014,122 [7], p574-576 D. Bernard et al. ”First didect 3D visualisation of microstructrural evolutions during sintering through X-ray computed microtomgraphy”Acta Materialia. 53 (2005)121-128D. Bernard et al. "First didect 3D visualization of microstructrural evolutions during sintering through X-ray computed microtomgraphy" Acta Materialia. 53 (2005) 121-128

上述の如く、セラミックスの特性は内部構造に大きく依存するが、その構造は混合・成形・脱脂・焼成などの製造プロセスごとに変化する。特に、高温で加熱する脱脂過程と焼成過程では、添加した有機物の溶融、蒸発、熱分解、酸化、焼結収縮など大きな物質の変化が生じ、体積変化も生じることから成形体の割れや変形が起こる可能性もある。   As described above, the characteristics of ceramics greatly depend on the internal structure, but the structure changes for each manufacturing process such as mixing, molding, degreasing, and firing. In particular, in the degreasing process and the firing process, which are performed by heating at a high temperature, large changes in the substance such as melting, evaporation, thermal decomposition, oxidation, and sintering shrinkage of the added organic substance occur, and the volume change also occurs. It can happen.

セラミックスの内部構造には、例えば、密度、気孔率の不均一、粗大粒子、気孔、き裂、不純物、第二相などにより不均質が生じることがある。これらがセラミックス内部に存在した場合、破壊の起点となり得ることから、強度低下の要因となり、セラミックスの機械的信頼性を著しく低下することが知られている。このようなセラミックスの内部構造の不均質は光学的不均質を有している。   The internal structure of the ceramic may be non-uniform due to, for example, non-uniform density and porosity, coarse particles, pores, cracks, impurities, and second phases. It is known that when these are present inside the ceramics, they can be a starting point of destruction, which causes a reduction in strength and significantly lowers the mechanical reliability of the ceramics. Such heterogeneity of the internal structure of ceramics has optical heterogeneity.

したがって、脱脂および焼成に伴う成形体の構造変化、すなわち、光学的不均質状態を理解し、制御することは優れたセラミックスを作製する上で重要である。   Therefore, it is important to understand and control the structural change of the molded body due to degreasing and firing, that is, the optically inhomogeneous state, in producing an excellent ceramic.

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、従来観察できなかった高温での内部構造変化の高速・高分解能3次元観察、内部構造と密度の変化の同時測定、高温での内部構造の変化と重量変化をその場同時測定を可能にすることにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-speed and high-resolution three-dimensional observation of internal structure changes at high temperatures, which cannot be observed conventionally, simultaneous measurement of changes in internal structures and densities, The purpose of the present invention is to enable simultaneous measurement of changes in internal structure and changes in weight in situ.

すなわち、本発明の目的は、不透明な物質の内部構造を光干渉を利用して観察できる内部観察法(OCT(Optical Coherence Tomography:光干渉断層撮影)により、高温環境下での構造変化をリアルタイムで観察することにより、セラミックスの脱脂過程や焼成過程でのその場観察、および内部構造変化の解明を可能にしたセラミックスの内部構造観察装置及び内部構造解析システム、セラミックスの内部構造観察方法及び内部構造解析方法、並びにセラミックスの製造方法を提供することにある。   That is, an object of the present invention is to provide an internal observation method (OCT (Optical Coherence Tomography: Optical Coherence Tomography)) capable of observing the internal structure of an opaque substance using optical interference, thereby realizing structural changes in a high-temperature environment in real time. By observing, it is possible to observe in-situ during the degreasing process and firing process of ceramics, and to clarify the change in internal structure, the internal structure observation device and internal structure analysis system of ceramics, the internal structure observation method and internal structure analysis of ceramics It is an object of the present invention to provide a method and a method for producing ceramics.

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。   Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become more apparent from the description of the embodiments described below.

本発明は、セラミックスの内部構造観察装置であって、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に対し熱処理を施す熱処理炉と、上記熱処理炉内において熱処理中の上記成形体に熱処理炉の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成部とを備え、上記光干渉断層画像生成部により生成される光干渉断層画像として、上記熱処理炉によるセラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造を観察可能としたことを特徴とする。   The present invention relates to an apparatus for observing the internal structure of ceramics, which comprises a heat treatment furnace for performing a heat treatment on a molded body formed by molding a ceramic raw material, and An optical coherence tomographic image generating unit for performing optical coherence tomography by irradiating light in an infrared region from the optical coherence tomographic image, and as an optical coherence tomographic image generated by the optical coherence tomographic image generating unit, It is characterized in that the internal structure of the compact can be observed during the heat treatment process of the ceramics by the heat treatment furnace.

本発明に係るセラミックスの内部構造観察装置は、例えば、上記光干渉断層画像生成部により上記成形体に照射する赤外線領域の光の光軸を該成形体の観察面の法線方向に対して1〜10°の角度範囲内で所定角度傾斜させるようにしたものとすることができる。   The apparatus for observing the internal structure of a ceramic according to the present invention may be configured such that, for example, the optical axis of the light in the infrared region irradiated on the compact by the optical coherence tomographic image generation unit is set to be 1 to the normal direction of the observation surface of the compact. It may be configured to be inclined at a predetermined angle within an angle range of 10 to 10 °.

また、本発明に係るセラミックスの内部構造観察装置は、例えば、上記光干渉断層画像生成部の保持姿勢を可変する姿勢調整機構を備え、上記姿勢調整機構により、上記成形体に照射する赤外線領域の光の光軸を上記成形体の観察面の法線方向に対して上記1〜10°の範囲内の所定角度傾斜させた状態に上記光干渉断層画像生成部を保持するものとすることができる。   In addition, the ceramic internal structure observation device according to the present invention includes, for example, a posture adjustment mechanism that varies a holding posture of the optical coherence tomographic image generation unit, and the posture adjustment mechanism is configured to irradiate an infrared region that irradiates the molded body. The optical coherence tomographic image generation unit can be held in a state where the optical axis of light is inclined at a predetermined angle within the range of 1 to 10 ° with respect to the normal direction of the observation surface of the molded body. .

また、本発明に係るセラミックスの内部構造観察装置は、例えば、上記熱処理炉内における上記成形体の保持姿勢を可変する姿勢調整機構を備え、上記光干渉断層画像生成部により照射される赤外線領域の光の光軸に対して観察面の法線方向を上記1〜10°の角度範囲内で所定角度傾斜させた状態に上記姿勢調整機構により上記成形体を保持するものとすることができる。   Further, the apparatus for observing the internal structure of a ceramic according to the present invention includes, for example, a posture adjusting mechanism that changes a holding posture of the molded body in the heat treatment furnace, and an infrared region irradiated by the optical coherence tomographic image generation unit. The molded body can be held by the attitude adjustment mechanism in a state where the normal direction of the observation surface with respect to the optical axis of light is inclined at a predetermined angle within the above-described angle range of 1 to 10 °.

さらに、本発明に係るセラミックスの内部構造観察装置は、例えば、さらに、上記熱処理炉内において上記成形体が載置される秤量皿を備える秤量装置を備え、上記熱処理炉によるセラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造の観察とともに重量変化を測定可能にしたことものとすることができる。   Further, the apparatus for observing the internal structure of a ceramic according to the present invention further includes, for example, a weighing device including a weighing dish on which the compact is placed in the heat treatment furnace, and forming the ceramic in a heat treatment process of the ceramics by the heat treatment furnace. The weight change can be measured together with the observation of the structure inside the body.

また、本発明は、セラミックスの内部構造解析システムであって、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に熱処理を施す熱処理炉と、上記熱処理炉内において熱処理中の上記成形体に該熱処理炉の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成装置と、上記干渉断層画像生成装置により生成された光干渉断層画像について画像解析処理を行う画像解析処理装置とを備え、上記画像解析処理装置により、上記干渉断層画像生成装置により生成された光干渉断層画像を用いて、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの画像解析処理を行うことを特徴とする。   The present invention also provides a system for analyzing the internal structure of ceramics, which comprises a heat treatment furnace for performing a heat treatment on a compact formed by molding a ceramic raw material, and a heat treatment furnace for treating the compact during heat treatment in the heat treatment furnace. An optical coherence tomographic image generating apparatus for generating optical coherence tomographic images by irradiating light in the infrared region from outside of the apparatus and an image analysis process for the optical coherence tomographic images generated by the coherent tomographic image generating apparatus And an optical analysis heterogeneity in the internal structure of the formed body during the heat treatment process of the ceramics by using the optical coherence tomographic image generated by the coherence tomographic image generation device. It is characterized in that image analysis processing is performed to determine whether a state has occurred.

本発明に係るセラミックスの内部構造解析システムは、例えば、上記光干渉断層画像生成装置により上記成形体に照射する赤外線領域の光の光軸を該成形体の観察面の法線方向に対して1〜10°の角度範囲内で所定角度傾斜させるようにしたものとすることができる。。   The internal structure analysis system for ceramics according to the present invention is, for example, such that the optical axis of light in the infrared region irradiated on the molded body by the optical coherence tomographic image generating apparatus is 1 to the normal direction of the observation surface of the molded body. It may be configured to be inclined at a predetermined angle within an angle range of 10 to 10 °. .

また、本発明に係るセラミックスの内部構造解析システムは、例えば、上記光干渉断層画像生成装置の保持姿勢を可変する姿勢調整機構を備え、上記姿勢調整機構により、上記成形体に照射する赤外線領域の光の光軸を成形体の観察面の法線方向に対して上記1〜10°の角度範囲内で所定角度傾斜させた状態に上記光干渉断層画像生成装置を保持するものとすることができる。   Further, the ceramic internal structure analysis system according to the present invention includes, for example, a posture adjustment mechanism that varies the holding posture of the optical coherence tomographic image generation device, and the posture adjustment mechanism allows an infrared region of the molded body to be irradiated to the compact. The optical coherence tomographic image generating apparatus can be held in a state where the optical axis of light is inclined at a predetermined angle within the above-mentioned angle range of 1 to 10 ° with respect to the normal direction of the observation surface of the molded body. .

さらに、本発明に係るセラミックスの内部構造解析システムは、例えば、上記熱処理炉内における上記成形体の保持姿勢を可変する姿勢調整機構を備え、上記光干渉断層画像生成装置により照射される赤外線領域の光の光軸に対して観察面の法線方向を上記1〜10°の角度範囲内で所定角度傾斜させた状態に上記姿勢調整機構により上記成形体を保持するものとすることができる。   Furthermore, the internal structure analysis system for ceramics according to the present invention includes, for example, a posture adjustment mechanism that varies a holding posture of the compact in the heat treatment furnace, and an infrared region irradiated by the optical coherence tomographic image generation device. The molded body can be held by the attitude adjustment mechanism in a state where the normal direction of the observation surface with respect to the optical axis of light is inclined at a predetermined angle within the above-described angle range of 1 to 10 °.

さらに、本発明に係るセラミックスの内部構造解析システムは、さらに、上記熱処理炉内において上記成形体が載置される秤量皿を備える秤量装置を備え、上記熱処理炉によるセラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造の観察とともに重量変化を測定可能にしたものとすることができる。   Furthermore, the internal structure analysis system for ceramics according to the present invention further includes a weighing device including a weighing dish on which the compact is placed in the heat treatment furnace, and the inside of the compact during the heat treatment of the ceramics by the heat treatment furnace. It is possible to measure the weight change together with the observation of the structure.

また、本発明は、セラミックスの内部構造観察方法であって、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に熱処理炉により熱処理を施す熱処理工程と、上記熱処理工程において熱処理中の上記成形体に上記熱処理炉の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成工程とを有し、上記光干渉断層画像生成工程において生成される光干渉断層画像として、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造を観察可能としたことを特徴とする。   The present invention also relates to a method for observing the internal structure of ceramics, which comprises a heat treatment step of subjecting a molded body obtained by molding a raw material of ceramics to a heat treatment with a heat treatment furnace; An optical coherence tomographic image generating step of performing optical coherence tomography by irradiating light in an infrared region from outside of the heat treatment furnace to generate an optical coherence tomographic image, and optical interference generated in the optical coherence tomographic image generating step As a tomographic image, it is possible to observe the internal structure of the compact during the heat treatment process of the ceramics.

また、本発明は、セラミックスの内部構造解析方法であって、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に熱処理炉により熱処理を施す熱処理工程と、 上記熱処理工程において熱処理中の上記成形体に熱処理炉の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成工程と、上記光干渉断層画像生成工程において生成された光干渉断層画像について画像解析処理を行う画像解析処理工程とを有し、上記画像解析処理工程において、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの画像解析処理を行うことを特徴とする。   The present invention also relates to a method for analyzing the internal structure of ceramics, comprising: a heat treatment step of subjecting a molded body obtained by molding a raw material of ceramics to a heat treatment by a heat treatment furnace; An optical coherence tomographic image generating step of performing optical coherence tomography by irradiating light in an infrared region from outside the furnace and generating an optical coherence tomographic image, and an image of the optical coherence tomographic image generated in the optical coherence tomographic image generation step An image analysis processing step of performing an analysis processing, wherein in the image analysis processing step, an image analysis processing is performed to determine whether an optically inhomogeneous state occurs in a structure inside the molded body in a heat treatment process of the ceramics. I do.

さらに、本発明は、セラミックスの製造方法であって、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に熱処理炉により熱処理を施す熱処理工程と、 上記熱処理工程において熱処理中の上記成形体に上記熱処理炉の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成工程と、上記光干渉断層画像生成工程において生成された光干渉断層画像を用いて、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの画像解析処理を行う画像解析処理工程と、上記画像解析処理工程における画像解析結果に基づいて、上記熱処理工程における上記熱処理炉によるセラミックスの熱処理の条件を変化させる制御工程とを有することを特徴とする。   Further, the present invention relates to a method for producing ceramics, comprising: a heat treatment step of subjecting a molded body obtained by molding a raw material of ceramics to a heat treatment by a heat treatment furnace; An optical coherence tomographic image generating step of performing optical coherence tomography by irradiating light in an infrared region from outside of the optical coherence tomographic image and using the optical coherence tomographic image generated in the optical coherence tomographic image generating step An image analysis processing step of performing an image analysis processing to determine whether an optical inhomogeneous state has occurred in the structure inside the molded body in the heat treatment step of the ceramics, and based on the image analysis result in the image analysis processing step, And a control step of changing conditions for heat treatment of the ceramics by the heat treatment furnace.

本発明では、不透明な物質の内部構造を光干渉を利用して観察できる内部観察法(OCT(Optical Coherence Tomography:光干渉断層撮影)による光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成装置を熱処理装置に付設し、観察方法を工夫することで、高温環境下での構造変化をリアルタイムで観察することにより、セラミックスの脱脂過程や焼結過程でのその場観察、および内部構造変化の解明を可能にしたセラミックスの内部構造観察装置及び内部構造解析システム、セラミックスの内部構造観察方法及び内部構造解析方法、並びにセラミックスの製造方法を提供することができる。さらに、例えば、焼結過程のその場観察を行いながら焼成すると、セラミックスが緻密化した後、不均質構造が現れる前に焼成を止めることができるなど、セラミックス製造を勘と経験ではなく実験事実に基づいて最適化できる。   According to the present invention, an optical coherence tomographic image generating apparatus that generates an optical coherence tomographic image by an internal observation method (OCT (optical coherence tomography)) capable of observing the internal structure of an opaque substance using optical interference is heat-treated. By attaching it to the device and devising the observation method, it is possible to observe the structural changes in a high-temperature environment in real time, so that the in-situ observation and clarification of internal structural changes during the degreasing and sintering processes of ceramics are possible. It is possible to provide a ceramic internal structure observation apparatus and an internal structure analysis system, a ceramic internal structure observation method and an internal structure analysis method, and a ceramic manufacturing method. When firing while performing, after the ceramic is densified, firing can be stopped before the heterogeneous structure appears, such as ceramic It is possible to optimize based on experimental facts, not intuition and manufacturing experience.

本発明を適用したセラミックスの内部構造解析システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a ceramic internal structure analysis system to which the present invention has been applied. 上記内部構造解析システムにおける光干渉断層画像生成装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the optical coherence tomographic image generation apparatus in the said internal structure analysis system. 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて実施されるセラミックスの内部構造観察方法の手順を示す工程図である。It is a flowchart showing the procedure of the ceramics internal structure observation method performed in the ceramics internal structure analysis system. 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて、焼成中の成形体の観察面の法線方法と照射する赤外線領域の光の光軸のなす角度θを1.3°、5.2°、8.2°とした実験例1)〜3)について、光干渉断層画像生成装置により熱処理炉内の成形体をその場観察して得られた光干渉断層画像でであり、(A)は角度θ=1.3°の実験例1)の光干渉断層画像、(B)は角度θ=5.2°の実験例2)の光干渉断層画像、(C)は角度θ=8.2°の実験例3)の光干渉断層画像である。In the system for analyzing the internal structure of ceramics, the normal θ of the observation surface of the molded body during firing and the angle θ formed by the optical axis of the light in the infrared region to be irradiated are 1.3 °, 5.2 °, 8.2 °. 4A to 4C are optical coherence tomographic images obtained by in-situ observation of a molded body in a heat treatment furnace by an optical coherence tomographic image generating apparatus for the experimental examples 1) to 3), wherein (A) shows an angle θ = 1. Optical coherence tomographic image of experimental example 1) at 3 °, (B) Optical coherent tomographic image of experimental example 2) at angle θ = 5.2 °, and (C) Experimental example 3 at angle θ = 8.2 °. 6) is an optical coherence tomographic image. 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて、焼成中の成形体の観察面の法線方法と照射する赤外線領域の光の光軸のなす角度θを0°、0.4°、12.1°とした実験例4)〜6)について、光干渉断層画像生成装置により熱処理炉内の成形体をその場観察して得られた光干渉断層画像であり、(A)は角度θ=0°の実験例4)の光干渉断層画像、(B)は角度θ=0.4°の実験例5)の光干渉断層画像、(C)は角度θ=12.1°の実験例6)の光干渉断層画像である。In the internal structure analysis system for ceramics described above, the angle θ between the normal axis of the observation surface of the molded body during firing and the optical axis of light in the infrared region to be irradiated was set to 0 °, 0.4 °, 12.1 °. Regarding Experimental Examples 4) to 6), optical coherence tomographic images obtained by in-situ observation of a molded body in a heat treatment furnace by an optical coherence tomographic image generating apparatus, and (A) is an experimental example in which the angle θ = 0 ° 4B) Optical coherence tomographic image, (B) Optical coherence tomographic image of experimental example 5) with angle θ = 0.4 °, (C) Optical coherence tomographic image of experimental example 6) with angle θ = 12.1 ° It is an image. 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて、光干渉断層画像生成装置により、熱処理炉内のアルミナ成形体の内部構造をその場観察して得られた光干渉断層画像であり、(A)は焼成前の成形体の光干渉断層画像であり、(B)は1400℃、(C)は1500℃、(D)は1600℃、(E)は1600℃5分保持後の成形体の光干渉断層画像である。In the internal structure analysis system for ceramics, the optical coherence tomographic image is obtained by in-situ observation of the internal structure of the alumina molded body in the heat treatment furnace by the optical coherence tomographic image generation apparatus, and (A) shows the image before firing. It is an optical coherence tomographic image of a molded body, (B) is 1400 ° C., (C) is 1500 ° C., (D) is 1600 ° C., (E) is an optical coherence tomographic image of the molded body after holding at 1600 ° C. for 5 minutes. is there. 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて実施されるセラミックスの内部構造解析方法の手順を示す工程図である。It is a flowchart showing the procedure of the ceramics internal structure analysis method performed in the ceramics internal structure analysis system. 本発明を適用したセラミックスの内部構造解析システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a ceramic internal structure analysis system to which the present invention has been applied. 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて、上記光干渉断層画像生成装置により生成された光干渉断層画像について実行される解析処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the analysis processing performed with respect to the optical coherence tomographic image produced | generated by the said optical coherence tomographic image generation apparatus in the said ceramics internal structure analysis system. 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて、学習装置により実行されるスペックルノイズ除去方法の機械学習処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the machine learning process of the speckle noise elimination method performed by the learning device in the said ceramic internal structure analysis system. スペックルノイズ除去処理の実例を示す画像であり、(A)は出力画像、(B)は入力画像、(C)は入力画像がトリミングにより抽出される画像、(D)はOCT観察画像である。It is an image which shows the example of a speckle noise removal process, (A) is an output image, (B) is an input image, (C) is an image from which an input image is extracted by trimming, (D) is an OCT observation image. . 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて、成形体における気孔を検出する場合に実行される原画像を複数回用いるスペックルノイズ除去処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the speckle noise removal processing which uses the original image several times and is performed when detecting the pores in a molded object in the said ceramic internal structure analysis system. スペックルノイズ除去処理の実例を示す画像であり、(A)は出力画像、(B)は入力画像、(C)は入力画像がトリミングにより抽出される画像、(D)はOCT観察画像である。It is an image which shows the example of a speckle noise removal process, (A) is an output image, (B) is an input image, (C) is an image from which an input image is extracted by trimming, (D) is an OCT observation image. . 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて、成形体における不均質領域を検出する場合に実行される原画像を複数回用いるスペックルノイズ除去処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the speckle noise removal process which uses the original image several times and is performed when detecting the heterogeneous area | region in a molded object in the said ceramic internal structure analysis system. スペックルノイズ除去処理の実例を示す画像であり、(A)は出力画像、(B)は入力画像、(C)は入力画像がトリミングにより抽出される画像、(D)はOCT観察画像である。It is an image which shows the example of a speckle noise removal process, (A) is an output image, (B) is an input image, (C) is an image from which an input image is extracted by trimming, (D) is an OCT observation image. . 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて、成形体における不均質領域を検出する場合に実行される原画像を複数回用いるスペックルノイズ除去処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the speckle noise removal process which uses the original image several times and is performed when detecting the heterogeneous area | region in a molded object in the said ceramic internal structure analysis system. 本発明を適用したセラミックスの製造システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing composition of a manufacturing system of ceramics to which the present invention is applied. 上記セラミックスの製造システムにおいて実施されるセラミックスの製造方法の手順を示す工程図である。It is a flowchart showing the procedure of the manufacturing method of the ceramics performed in the above-mentioned ceramics manufacturing system. 本発明を適用したセラミックスの内部構造解析システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a ceramic internal structure analysis system to which the present invention has been applied. 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて実施される内部構造解析方法の手順を示す工程図であるFIG. 4 is a process chart showing a procedure of an internal structure analysis method performed in the ceramic internal structure analysis system. 上記セラミックスの内部構造解析システムにおいて、セラミックスの脱脂過程についてその場観察して得られた成形体の光干渉断層画像であって、(A)は30℃において得られた光干渉断層画像、(B)は50℃において得られた光干渉断層画像、(C)は158℃において得られた光干渉断層画像、(D)は304℃において得られた光干渉断層画像、(E)は600℃において得られた光干渉断層画像である。In the system for analyzing the internal structure of ceramics, an optical coherence tomographic image of a molded article obtained by in-situ observation of a degreasing process of ceramics, wherein (A) is an optical coherence tomographic image obtained at 30 ° C. ) Is an optical coherence tomographic image obtained at 50 ° C., (C) is an optical coherence tomographic image obtained at 158 ° C., (D) is an optical coherence tomographic image obtained at 304 ° C., and (E) is an image at 600 ° C. It is the obtained optical coherence tomographic image. 本発明を適用したセラミックスの製造システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing composition of a manufacturing system of ceramics to which the present invention is applied. 上記セラミックスの製造システムにおいて実施されるセラミックスの製造方法の手順を示す工程図である。It is a flowchart showing the procedure of the manufacturing method of the ceramics performed in the above-mentioned ceramics manufacturing system.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that common constituent elements will be described with common reference symbols attached in the figure. Further, it is needless to say that the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention.

本発明は、例えば、図1のブロック図に示すような構成のセラミックスの内部構造解析システム100に適用される。   The present invention is applied to, for example, a ceramic internal structure analysis system 100 having a configuration as shown in the block diagram of FIG.

このセラミックスの内部構造解析システム100は、熱処理装置10、光干渉断層画像生成装置20と画像解析処理装置30からなる。   The ceramic internal structure analysis system 100 includes a heat treatment apparatus 10, an optical coherence tomographic image generation apparatus 20, and an image analysis processing apparatus 30.

この内部構造解析システム100における熱処理装置10は、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に脱脂処理や焼結処理などの熱処理を施す高温電気炉からなる熱処理炉11を備え、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)を用いた計測・制御部15と情報処理部16を有する制御装置17により上記熱処理炉11の動作を制御できるようになっている。   The heat treatment apparatus 10 in the internal structure analysis system 100 includes a heat treatment furnace 11 composed of a high-temperature electric furnace for performing a heat treatment such as a degreasing treatment or a sintering treatment on a compact 1 formed by molding a ceramic raw material. The operation of the heat treatment furnace 11 can be controlled by a control unit 17 having a measurement / control unit 15 using a processing unit (central processing unit) and an information processing unit 16.

また、この内部構造解析システム100における光干渉断層画像生成装置20は、例えば、図2の模式図に示すように、光源21、ハーフミラー22、参照ミラー23と検出器24を備え、ハーフミラー22と参照ミラー23により構成される光干渉系を含むカメラヘッド部25と、光源21と検出器24と情報処理部26を含む光干渉断層画像生成部27からなる。   The optical coherence tomographic image generation device 20 in the internal structure analysis system 100 includes, for example, a light source 21, a half mirror 22, a reference mirror 23, and a detector 24 as shown in the schematic diagram of FIG. And a camera head unit 25 including an optical interference system constituted by a light source 21, a detector 24, and an information processing unit 26.

光源21は、試料1に赤外線領域の光を照射するためのものである。   The light source 21 irradiates the sample 1 with light in the infrared region.

この内部構造解析システム100において、試料1は上記熱処理炉11内において熱処理中の成形体1、すなわち、セラミックスである。   In the internal structure analysis system 100, the sample 1 is the compact 1 that is being heat-treated in the heat treatment furnace 11, that is, ceramics.

なお、一般的に成形プロセスで得られるもの、および、脱脂されたものを成形体、高温で焼成して焼結が生じたものを焼結体と呼ぶが、本明細書ではこれらを合わせて成形体と呼ぶ。   In general, what is obtained by a molding process, what is degreased is called a molded body, and what is sintered by firing at high temperature is called a sintered body. Call body.

また、光源21は、中心波長が700nm(ナノメートル)から2000nmまでの光であって、かつ本実施形態におけるセラミックスにて反射する光を発する。セラミックスにて反射する光は、例えばセラミックスに吸収されない光である。   The light source 21 emits light having a center wavelength from 700 nm (nanometers) to 2000 nm and reflected by the ceramics according to the present embodiment. The light reflected by the ceramics is, for example, light that is not absorbed by the ceramics.

ハーフミラー22は、光源21から発せられた光の光路上に設けられている。また、ハーフミラー22は、その光源21側の面22aが、上記光路に対して光源21側に45°の角度で傾斜するように配置されている。   The half mirror 22 is provided on the optical path of the light emitted from the light source 21. The half mirror 22 is arranged such that a surface 22a on the light source 21 side is inclined at an angle of 45 ° toward the light source 21 with respect to the optical path.

ハーフミラー22は、光源21から発せられた光を、試料(成形体)1に照射する照射光と、参照ミラー23に入射する参照光に分割する。そして、ハーフミラー22は、分割した照射光を反射させて試料(成形体)1に入射させる。またハーフミラー22は、分割した参照光を透過させて参照ミラー23に入射させる。   The half mirror 22 divides the light emitted from the light source 21 into irradiation light for irradiating the sample (molded body) 1 and reference light incident on the reference mirror 23. Then, the half mirror 22 reflects the divided irradiation light and makes it incident on the sample (molded body) 1. The half mirror 22 transmits the divided reference light and makes it enter the reference mirror 23.

参照ミラー23は、光源21から発せられた光の光路上に設けられている。   The reference mirror 23 is provided on an optical path of light emitted from the light source 21.

参照ミラー23は、ハーフミラー22を透過した参照光を反射して、その反射光をハーフミラー22へ戻す。そのために、参照ミラー23は、ハーフミラー22と対向するように設けられている。   The reference mirror 23 reflects the reference light transmitted through the half mirror 22 and returns the reflected light to the half mirror 22. Therefore, the reference mirror 23 is provided so as to face the half mirror 22.

また、参照ミラー23は、光源21から発せられた光の光路方向に沿って移動可能となっている。すなわち、参照ミラー23は、ハーフミラー22との距離を調節できるようになっている。参照ミラー23を移動可能とする代わりに、波長可変光源を用いて同様の機能を果たすようにしてもよい。   The reference mirror 23 is movable along the optical path of the light emitted from the light source 21. That is, the distance between the reference mirror 23 and the half mirror 22 can be adjusted. Instead of making the reference mirror 23 movable, a similar function may be performed by using a variable wavelength light source.

検出器24は、試料(成形体)1に照射光を照射して得られた戻り光の光路上と、参照光の光路上とに設けられている。参照光は、参照ミラー23で反射されてハーフミラー22に戻り、さらに、ハーフミラー22で反射される。   The detectors 24 are provided on the optical path of return light obtained by irradiating the sample (molded body) 1 with irradiation light and on the optical path of reference light. The reference light is reflected by the reference mirror 23, returns to the half mirror 22, and is further reflected by the half mirror 22.

上記光干渉断層画像生成装置20のハーフミラー22と参照ミラー23とで干渉光学系が構成されている。   The half mirror 22 and the reference mirror 23 of the optical coherence tomographic image generation device 20 constitute an interference optical system.

検出器24は、上記の戻り光と参照光との干渉光を観測するためのものである。   The detector 24 is for observing the interference light between the return light and the reference light.

ここで、この内部構造解析システム100は、基台41に支柱42を立設されてなる備えるスタンド40を備え、上記熱処理装置10の熱処理炉11が上記基台41上に設置され、また、上記光干渉断層画像生成装置20のハーフミラー22と参照ミラー23とで構成される干渉光学系を含むカメラヘッド部25が、上記支柱42の上端側から側方に延びたアーム43の前端部に設けられたヘッド保持部44により、上記基台41上の熱処理炉11の上方位置において保持姿勢を可変調整機自在に保持されている。   Here, the internal structure analysis system 100 includes a stand 40 having a support 41 erected on a base 41, and the heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 is installed on the base 41. A camera head unit 25 including an interference optical system composed of a half mirror 22 and a reference mirror 23 of the optical coherence tomographic image generation device 20 is provided at a front end of an arm 43 extending laterally from an upper end of the support column 42. The holding posture is variably adjusted at a position above the heat treatment furnace 11 on the base 41 by the head holding unit 44 thus obtained.

そして、上記熱処理装置10の熱処理炉11は、窓14Aを有する上蓋14を開くことに炉内の試料台12上に成形体1を載置することができ、上蓋14を閉じた状態で炉外から窓14Aを介して炉内の成形体1を観察できるようになっている。   The heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 can place the molded body 1 on the sample table 12 in the furnace by opening the upper lid 14 having the window 14A, and outside the furnace with the upper lid 14 closed. The molded article 1 in the furnace can be observed through the window 14A.

すなわち、上記スタンド40は、光干渉断層画像生成装置20のカメラヘッド部25を3次元(X,Y,Z)方向に移動調整自在、また、X軸廻り及びY軸廻りに回転角度位置調整自在に保持する姿勢調整機構を有し、ヘッド保持部44により、上記基台41上の熱処理炉11の上方位置において保持姿勢を可変調整機自在に保持している。   That is, the stand 40 is capable of moving and adjusting the camera head unit 25 of the optical coherence tomographic image generating apparatus 20 in three-dimensional (X, Y, Z) directions, and is capable of adjusting the rotation angle position around the X axis and the Y axis. The head holding unit 44 variably adjusts the holding posture at a position above the heat treatment furnace 11 on the base 41.

また、上記熱処理装置10の熱処理炉11は、上記試料台12が先端に設けられた試料台アーム13を熱処理炉11の外部から操作することにより、上記試料台12上の成形体1の保持姿勢を可変調整できる姿勢調整機構を備えている。   The heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 is configured to hold the molded body 1 on the sample stage 12 by operating a sample stage arm 13 provided with the sample stage 12 at the tip from outside the heat treatment furnace 11. Is provided.

そして、この内部構造解析システム100では、上記光干渉断層画像生成装置20のカメラヘッド部25から、上記成形体1に照射する赤外線領域の光の光軸を該成形体1の観察面1Aの法線方向に対して1〜10°の角度範囲内で所定角度θ傾斜させた状態で、上記光干渉断層画像生成装置20により光干渉断層画像を生成するようにしている。ここでは、カメラヘッド部25の保持姿勢と上記試料台12上の成形体1の保持姿勢の両方を可変調整自在にしてあるが、どちらか一方の姿勢調整機構を備えることにより、上記成形体1に照射する赤外線領域の光の光軸を該成形体1の観察面1Aの法線方向に対して傾斜さ
せることができる。
In the internal structure analysis system 100, the optical axis of light in the infrared region irradiated on the molded body 1 from the camera head unit 25 of the optical coherence tomographic image generation device 20 is measured by the method of the observation surface 1 </ b> A of the molded body 1. The optical coherence tomographic image generation device 20 generates an optical coherence tomographic image in a state where the optical coherence tomographic image generation device 20 is inclined at a predetermined angle θ within an angle range of 1 to 10 ° with respect to the line direction. Here, both the holding posture of the camera head unit 25 and the holding posture of the molded body 1 on the sample stage 12 are variably adjustable. However, by providing one of the posture adjusting mechanisms, the molded body 1 can be adjusted. Can be inclined with respect to the normal direction of the observation surface 1 </ b> A of the molded body 1.

上記光干渉断層画像生成装置20による試料(成形体)1の内部構造の観察または撮影は、以下のようにして行われる。   The observation or photographing of the internal structure of the sample (molded body) 1 by the optical coherence tomographic image generation device 20 is performed as follows.

すなわち、光源21が、赤外線領域の光を発する。ここで、赤外線領域の光は、中心波長が700nmから2000nmまでの光であって、かつセラミックスにて反射する光である。   That is, the light source 21 emits light in the infrared region. Here, the light in the infrared region is light having a center wavelength from 700 nm to 2000 nm, and is light reflected by ceramics.

光源21から発せられた光をハーフミラー22が、試料(成形体)1に照射する照射光と、参照ミラー23に入射する参照光に分割する。ハーフミラー22は、分割した照射光を反射させて試料(成形体)1に入射させる。また、ハーフミラー22は、分割した参照光を透過させて参照ミラー23に入射させる。 すなわち、ハーフミラー22により分割した照射光は、上記熱処理装置10の熱処理炉11の上蓋14に設けられた窓14Aを介して炉内の試料(成形体)1に照射される。   The half mirror 22 divides the light emitted from the light source 21 into irradiation light for irradiating the sample (molded body) 1 and reference light incident on the reference mirror 23. The half mirror 22 reflects the divided irradiation light and makes it incident on the sample (molded body) 1. Further, the half mirror 22 transmits the divided reference light and makes it enter the reference mirror 23. That is, the irradiation light split by the half mirror 22 is applied to the sample (molded body) 1 in the furnace through the window 14A provided in the upper lid 14 of the heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10.

試料(成形体)1に入射した照射光は、試料(成形体)1の表面や内部構造等、屈折率に差がある界面で反射されて、戻り光として試料(成形体)1の表面すなわち観察面1Aから出射される。そして、観察面1Aから出射された戻り光は、上記熱処理装置10の熱処理炉11の窓14Aを介して上記光干渉断層画像生成装置20のハーフミラー22に入射される。   Irradiation light that has entered the sample (molded body) 1 is reflected at an interface having a difference in refractive index, such as the surface and internal structure of the sample (molded body) 1, and returns as light to the surface of the sample (molded body) 1, The light is emitted from the observation surface 1A. The return light emitted from the observation surface 1A is incident on the half mirror 22 of the optical coherence tomographic image generation device 20 through the window 14A of the heat treatment furnace 11 of the heat treatment device 10.

試料(成形体)1に照射光を照射して得られた戻り光と、参照ミラー24で反射されて戻ってきた参照光とは、ハーフミラー22上で再び重ね合わされる。このとき、試料(成形体)1からの戻り光と、参照ミラー24からの参照光とが通ってきた距離が等しければ、2つの光は強め合う。一方、試料(成形体)1からの戻り光と、参照ミラー24からの参照光とが通ってきた距離にずれがあり光の位相が逆になると、2つの光は打ち消し合う。   The return light obtained by irradiating the sample (molded body) 1 with the irradiation light and the reference light reflected back by the reference mirror 24 are superimposed again on the half mirror 22. At this time, if the return light from the sample (molded body) 1 and the reference light from the reference mirror 24 pass at the same distance, the two lights strengthen each other. On the other hand, if the return light from the sample (molded body) 1 and the reference light from the reference mirror 24 have a different distance and the phases of the light are reversed, the two lights cancel each other out.

ここで、光干渉系を構成している参照ミラー24を動かして参照ミラー24とハーフミラー22の距離を調節し、検出器24上で2つの光が干渉し強め合う位置を観測する。この観測により、試料(成形体)1内のどの深さに反射面があるかを知ることができる。これにより、試料(成形体)1の内部構造を観察することができる。また、監察結果を画像化することで、試料(成形体)1の内部構造を撮影することができる。   Here, the distance between the reference mirror 24 and the half mirror 22 is adjusted by moving the reference mirror 24 constituting the optical interference system, and a position where the two lights interfere with each other and are strengthened on the detector 24 is observed. From this observation, it is possible to know at which depth in the sample (molded body) 1 the reflective surface is located. Thereby, the internal structure of the sample (molded body) 1 can be observed. Further, by imaging the inspection result, the internal structure of the sample (molded body) 1 can be photographed.

すなわち、光干渉断層画像生成装置20は、光干渉断層画像生成部27の光源21から出射される赤外線領域の光をカメラヘッド部25に含まれている光干渉系を介して上記熱処理炉11の窓14Aから該熱処理炉11内において熱処理中の試料(成形体)1に照射して、上記カメラヘッド部25に含まれている光干渉系により得られる試料(成形体)1からの戻り光と参照光との干渉光を光干渉断層画像生成部27の検出器24にて検出することにより、試料(成形体)1の光干渉断層撮影を行うもので、検出器24による検出出力として得られる上記干渉光による距離画像情報から例えばパーソナルコンピュータ(Personal Computer ; PC)を用いた情報処理部26より光干渉断層画像を生成する。光干渉断層画像生成装置20の光干渉断層画像生成部27が断層画像を生成する方法としては、光干渉断層撮影における公知の断層画像生成方法を用いることができる。   That is, the optical coherence tomographic image generation apparatus 20 transmits the light in the infrared region emitted from the light source 21 of the optical coherence tomographic image generation unit 27 to the heat treatment furnace 11 through the optical interference system included in the camera head unit 25. The sample (molded body) 1 being heat-treated in the heat treatment furnace 11 is irradiated from the window 14A to return light from the sample (molded body) 1 obtained by the optical interference system included in the camera head 25. Detecting the interference light with the reference light by the detector 24 of the optical coherence tomographic image generation unit 27 performs optical coherence tomography of the sample (molded body) 1, and is obtained as a detection output by the detector 24. An optical coherent tomographic image is generated from the information processing unit 26 using, for example, a personal computer (PC) from the distance image information based on the interference light. As a method of generating a tomographic image by the optical coherence tomographic image generation unit 27 of the optical coherence tomographic image generation device 20, a known tomographic image generation method in optical coherence tomography can be used.

光干渉断層画像生成部27が生成する断層画像の向きは特定の向きに限定されない。例えば、光干渉断層画像生成装置20が試料(成形体)1を3次元的にスキャンし、光干渉断層画像生成部27の情報処理部26が試料(成形体)1の3次元画像を生成するようにしてもよい。これにより、光干渉断層画像生成部27は、試料(成形体)1のスキャン範囲内における任意の位置および任意の向きの断層画像を生成することができる。   The direction of the tomographic image generated by the optical coherence tomographic image generation unit 27 is not limited to a specific direction. For example, the optical coherence tomographic image generation device 20 three-dimensionally scans the sample (molded body) 1, and the information processing unit 26 of the optical coherence tomographic image generation unit 27 generates a three-dimensional image of the sample (molded body) 1. You may do so. Thus, the optical coherence tomographic image generation unit 27 can generate a tomographic image at an arbitrary position and in an arbitrary direction within the scan range of the sample (molded body) 1.

上述の如き構成の光干渉断層画像生成装置20を用いることにより、従来観察できなかった高温での内部構造の変化を3次元で高速・高分解能で観察することができる。また、内部構造だけでなく、外形寸法の変化も測定することができ、内部構造とともに密度の変化も同時に測定できる。すなわち、試料(成形体)1の内部構造の観察または撮影をリアルタイムで行うことができる。さらには、試料(成形体)1の内部構造の観察を動画で記録することができる。   By using the optical coherence tomographic image generation apparatus 20 having the above-described configuration, a change in the internal structure at a high temperature, which cannot be observed conventionally, can be observed in three dimensions at high speed and high resolution. In addition, not only the internal structure but also a change in external dimensions can be measured, and a change in density can be measured simultaneously with the internal structure. That is, observation or imaging of the internal structure of the sample (molded body) 1 can be performed in real time. Further, the observation of the internal structure of the sample (molded body) 1 can be recorded in a moving image.

この光干渉断層画像生成装置20では、光源21から、赤外線領域の光として、中心波長が700nmから2000nmまでの光であって、かつ試料(成形体)1にて反射する光を試料(成形体)1に照射するとともに、参照ミラー24を動かすことにより、セラミックスである試料(成形体)1を観察する。これにより、従来は観察できなかったセラミックスの内部構造を三次元的に観察することができる。なお、参照ミラー24を移動可能とする代わりに波長可変光源を用いた場合には、波長可変光源から発する光の波長や強度を調整することにより、試料(成形体)1を観察するようにしてもよい。   In the optical coherence tomographic image generating apparatus 20, the light from the light source 21 is a light in the infrared region having a center wavelength of 700 nm to 2000 nm and reflected by the sample (molded body) 1 as a sample (molded body). The sample (molded body) 1 made of ceramics is observed by irradiating 1) and moving the reference mirror 24. This makes it possible to three-dimensionally observe the internal structure of ceramics that could not be observed conventionally. When a variable wavelength light source is used instead of making the reference mirror 24 movable, the sample (molded body) 1 is observed by adjusting the wavelength and intensity of light emitted from the variable wavelength light source. Is also good.

このセラミックスの内部構造解析システム100において、熱処理装置10と光干渉断層画像生成装置20は、図3の工程図に示す手順にしたがってセラミックスの内部構造を観察することができる。   In the ceramic internal structure analysis system 100, the heat treatment apparatus 10 and the optical coherence tomographic image generation apparatus 20 can observe the internal structure of the ceramic according to the procedure shown in the process diagram of FIG.

図3は、上記セラミックスの内部構造解析システム100において実施されるセラミックスの内部構造観察方法の手順を示す工程図である。   FIG. 3 is a process chart showing a procedure of a method for observing the internal structure of ceramics, which is performed in the internal structure analysis system 100 for ceramics.

熱処理工程S1では、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して脱脂処理や焼結処理などの熱処理を熱処理装置10の熱処理炉11により施す。   In the heat treatment step S <b> 1, a heat treatment such as a degreasing treatment or a sintering treatment is performed on a molded body 1 formed by molding a ceramic raw material by a heat treatment furnace 11 of a heat treatment apparatus 10.

光干渉断層画像生成工程S2では、光干渉断層画像生成装置20により、上記熱処理工程S1において熱処理中の成形体1に上記熱処理炉11の外部から窓14Aを介して炉内の成形体1に赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する。   In the optical coherence tomographic image generation step S2, the optical coherence tomographic image generation device 20 applies infrared rays to the molded body 1 being heat-treated in the heat treatment step S1 from the outside of the heat treatment furnace 11 through the window 14A. Optical coherence tomography is performed by irradiating the light of the area to generate an optical coherence tomographic image.

このセラミックスの内部構造解析システム100における熱処理装置10と光干渉断層画像生成装置20では、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して脱脂処理や焼結処理などの熱処理を熱処理炉11により施す熱処理工程S1と、上記焼結工程S1において熱処理中の成形体1に上記熱処理炉11の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成工程S2とを有し、上記光干渉断層画像生成工程S2において生成される光干渉断層画像として、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造を観察可能としたセラミックスの内部構造観察方法を実行することができる。   In the heat treatment apparatus 10 and the optical coherence tomographic image generation apparatus 20 in the ceramic internal structure analysis system 100, a heat treatment furnace 11 performs a heat treatment such as a degreasing treatment or a sintering treatment on the molded body 1 obtained by molding the ceramic raw material. And a light interference process for irradiating the compact 1 under heat treatment in the sintering process S1 with light in the infrared region from outside the heat treatment furnace 11 to perform optical coherence tomography and generate optical coherence tomographic images. A tomographic image generation step S2, wherein the optical coherence tomographic image generated in the optical coherence tomographic image generation step S2 is a method for observing the internal structure of a ceramic body in which the internal structure of the compact during the heat treatment process of the ceramic can be observed. Can be performed.

また、このセラミックスの内部構造解析システム100において、熱処理装置10は、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して熱処理炉11により脱脂処理や焼結処理などの熱処理を施し、また、光干渉断層画像生成装置20は、上記熱処理炉11内において焼結中の成形体1に該熱処理炉11の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成するもので、上記熱処理装置10と光干渉断層画像生成装置20は、上記光干渉断層画像生成部27により生成される光干渉断層画像として、上記熱処理炉11によるセラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造を観察可能としたセラミックスの内部構造観察装置として機能する。   In the internal structure analysis system 100 for ceramics, the heat treatment apparatus 10 performs a heat treatment such as a degreasing treatment or a sintering treatment on the molded body 1 formed by molding the ceramic raw material by a heat treatment furnace 11, and The optical coherence tomographic image generating apparatus 20 generates an optical coherence tomographic image by irradiating the compact 1 being sintered in the heat treatment furnace 11 with light in an infrared region from outside the heat treatment furnace 11 to perform optical coherence tomography. The heat treatment apparatus 10 and the optical coherence tomographic image generation apparatus 20 use the optical coherence tomographic image generated by the optical coherence tomography image generation unit 27 as the optical coherence tomographic image inside the compact during the heat treatment of the ceramics by the heat treatment furnace 11. Functions as an internal structure observation device for ceramics whose structure can be observed.

ここで、上記光干渉断層画像生成装置20により光干渉断層画像を生成する場合、カメラヘッド部25から成形体1に照射する赤外線領域の光の光軸が該成形体1の観察面1Aの法線方向と一致していると、観察面1Aの表面による強い反射で光干渉断層画像(OCT)像にノイズが現れるが、傾斜させることでこのノイズを大きく軽減させることができる。   Here, when an optical coherence tomographic image is generated by the optical coherence tomographic image generation apparatus 20, the optical axis of light in the infrared region irradiated from the camera head unit 25 to the molded body 1 is measured by the method of the observation surface 1A of the molded body 1. If the direction coincides with the line direction, noise appears in the optical coherence tomographic image (OCT) image due to strong reflection from the surface of the observation surface 1A, but this noise can be greatly reduced by inclining the image.

図4は、上記セラミックスの内部構造解析システム100において、焼成中の成形体1の観察面1Aの法線方法と照射する赤外線領域の光の光軸のなす角度θを1.3°、5.2°、8.2°とした実験例1)〜実験例3)について、光干渉断層画像生成装置20により熱処理炉11内の成形体1をその場観察して得られた光干渉断層画像である。この図4において、(A)は角度θ=1.3°の実験例1)の光干渉断層画像、(B)は角度θ=5.2°の実験例2)の光干渉断層画像、(C)は角度θ=8.2°の実験例3)の光干渉断層画像である。   FIG. 4 shows that in the ceramic internal structure analysis system 100, the angle θ between the normal direction of the observation surface 1A of the molded body 1 during firing and the optical axis of the light in the infrared region to be irradiated is 1.3 °, 5 °. Regarding Experimental Examples 1) to 3) at 2 ° and 8.2 °, the optical coherence tomographic image obtained by in-situ observation of the molded body 1 in the heat treatment furnace 11 by the optical coherence tomographic image generation device 20 was used. is there. In FIG. 4, (A) is an optical coherence tomographic image of Experimental Example 1) at an angle θ = 1.3 °, (B) is an optical coherent tomographic image of Experimental Example 2) at an angle θ = 5.2 °, (C) is an optical coherence tomographic image of Experimental Example 3) at an angle θ = 8.2 °.

また、図5は、上記セラミックスの内部構造解析システム100において、焼成中の成形体1の観察面1Aの法線方法と照射する赤外線領域の光の光軸のなす角度θを0°、0.4°、12.1°とした実験例4)〜実験例6)について、光干渉断層画像生成装置により熱処理炉内の成形体をその場観察して得られた光干渉断層画像である。この図5において、(A)は角度θ=0°の実験例4)の光干渉断層画像、(B)は角度θ=0.4°の実験例5)の光干渉断層画像、(C)は角度θ=12.1°の実験例6)の光干渉断層画像である。   FIG. 5 shows that in the ceramic internal structure analysis system 100, the angle θ between the normal line method of the observation surface 1A of the molded body 1 during firing and the optical axis of the light in the infrared region to be irradiated is 0 °, 0. It is the optical coherence tomographic image obtained by in-situ observation of the molded object in a heat treatment furnace with the optical coherence tomographic image generation apparatus about Experimental Examples 4) to 6) at 4 ° and 12.1 °. In FIG. 5, (A) is an optical coherence tomographic image of Experimental Example 4) at an angle θ = 0 °, (B) is an optical coherent tomographic image of Experimental Example 5) at an angle θ = 0.4 °, and (C). Is an optical coherence tomographic image of Experimental Example 6) at an angle θ = 12.1 °.

すなわち、上記熱処理装置10の熱処理炉11内において熱処理中の成形体1について、上記光干渉断層画像生成装置20により生成した光干渉断層画像は、図4の(A)〜(C)に示す実験例1)〜実験例3)の光干渉断層画像のように、成形体1の観察面1Aの法線方法と照射する赤外線領域の光の光軸のなす角度θが1.3°、5.2°、8.2°ではノイズが極めて少ないのに対して、図5の(A)〜(C)に示す実験例4)〜実験例6)の光干渉断層画像のように、成形体1の観察面1Aの法線方法と照射する赤外線領域の光の光軸のなす角度θが0°、0.4°、12.1°ではノイズが多量のノイズが現れる。   That is, the optical coherence tomographic image generated by the optical coherence tomographic image generation device 20 for the compact 1 being heat-treated in the heat treatment furnace 11 of the heat treatment device 10 is an experiment shown in FIGS. As in the optical coherence tomographic images of Examples 1) to 3), the angle θ between the normal direction of the observation surface 1A of the molded body 1 and the optical axis of the light in the infrared region to be irradiated is 1.3 °. At 2 ° and 8.2 °, the noise was extremely small. On the other hand, as in the optical coherence tomographic images of Experimental Examples 4) to 6) shown in FIGS. When the angle θ between the normal line method of the observation surface 1A and the optical axis of the light in the infrared region to be irradiated is 0 °, 0.4 °, 12.1 °, a large amount of noise appears.

このように、上記熱処理炉11内において熱処理中の成形体1に該熱処理炉11の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する上記光干渉断層画像生成装置20により上記熱処理炉11によるセラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造を観察可能にするあたり、上記光干渉断層画像生成装置20のカメラヘッド部25から、上記成形体1に照射する赤外線領域の光の光軸を該成形体1の観察面1Aの法線方向に対して1〜10°の角度範囲内で所定角度θ傾斜させた状態で、上記光干渉断層画像生成装置20によりノイズが少ない光干渉断層画像を生成することができる。   As described above, the optical coherence tomographic image for generating an optical coherence tomographic image by irradiating the compact 1 being heat-treated in the heat treatment furnace 11 with light in an infrared region from outside the heat treatment furnace 11 to generate an optical coherence tomography image In order to make it possible to observe the internal structure of the compact during the heat treatment process of the ceramics by the heat treatment furnace 11 by the generating device 20, an infrared region irradiated onto the compact 1 from the camera head 25 of the optical coherence tomographic image generating device 20. In the state where the optical axis of the light is inclined by a predetermined angle θ within an angle range of 1 to 10 ° with respect to the normal direction of the observation surface 1A of the molded body 1, noise is generated by the optical coherence tomographic image generation device 20. A small optical coherence tomographic image can be generated.

ここで、上記セラミックスの内部構造解析システム100において、光干渉断層画像生成装置20により、熱処理炉11内のアルミナ成形体の内部構造をその場観察して得られた光干渉断層画像を図6の(A)〜(E)に示す。   Here, in the ceramic internal structure analysis system 100, the optical coherence tomographic image obtained by in-situ observation of the internal structure of the alumina molded body in the heat treatment furnace 11 by the optical coherence tomographic image generation device 20 is shown in FIG. (A) to (E).

図6の(A)〜(E)は、平均粒径0.1μmのAl粉末(TMDAR、大明化学工業株式会社)に対して、0.2wt%のMgO粉体(500A、宇部マテリアルズ)を添加した原料粉体にバインダーとしてパラフィンを添加して篩造粒した後、一軸成形とCIP成形により成形体を得て、脱脂した成形体1を熱処理装置10の熱処理炉11内に設置し、毎分100℃で1600℃まで昇温、および、1600℃で5分保持しながら、上記光干渉断層画像生成装置20により連続的にOCT観察を行うことにより得られた光干渉断層画像である。図6において、(A)は焼成前の成形体の光干渉断層画像であり、(B)は1400℃、(C)は1500℃、(D)は1500℃、(E)は1600℃5分保持後の各段階での成形体1の光干渉断層画像である。 6 (A) to 6 (E) show 0.2 wt% MgO powder (500A, Ube Material) with respect to Al 2 O 3 powder (TMDAR, Daimei Chemical Co., Ltd.) having an average particle size of 0.1 μm. After the addition of paraffin as a binder to the raw material powder to which the raw material powder is added and granulation by sieve, a molded body is obtained by uniaxial molding and CIP molding, and the degreased molded body 1 is set in the heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10. The optical coherence tomographic image obtained by continuously performing OCT observation by the optical coherence tomographic image generation device 20 while raising the temperature to 1600 ° C. at 100 ° C. per minute and holding at 1600 ° C. for 5 minutes. is there. In FIG. 6, (A) is an optical coherence tomographic image of the compact before firing, (B) is 1400 ° C., (C) is 1500 ° C., (D) is 1500 ° C., (E) is 1600 ° C. for 5 minutes. It is an optical coherence tomographic image of the compact 1 in each stage after holding.

さらに、上記光干渉断層画像生成装置20により得られた得られた光干渉断層画像から成形体1の寸法を測定し、収縮率および相対密度を算出することができた。   Furthermore, the dimensions of the molded body 1 were measured from the obtained optical coherence tomographic image obtained by the optical coherence tomographic image generation device 20, and the shrinkage ratio and the relative density could be calculated.

上記セラミックスの内部構造解析システム100において、光干渉断層画像生成装置20により得られた図6の(A)〜(E)の光干渉断層画像は、各焼成過程における成形体1中央付近の側断面を示している。これらの光干渉断層画像では、例えば気孔とアルミナなど屈折率差が存在する不均質な領域で生じた光の反射が多い領域ほど明るく表示している。いずれの光干渉断層画像でも、高温での観察であるにもかかわらず輻射の影響を全く受けず、成形体1の内部構造が室温と同様に明瞭に観察されるとともに、昇温に伴って成形体全体が収縮していく様子が観察されている。焼成前の成形体1の観察では明るい島状の領域が分布していたことから成形段階で、不均質、すなわち、密度に分布が生じていると考えられる。一方、1400℃から1500℃(寸法から得た相対密度90%)までは明るく目立つ領域が観察されなかったことから、大きな密度分布は解消され、比較的均質な内部構造となっていると考えられる。しかし、1600℃(相対密度99%)では、100〜200μm程度の明暗の島状の領域が現れた。暗い領域は反射する領域が少ないことを意味しているので、より密度の高い領域となっている。時間の経過とともに全体に均質な内部構造となったが、その後、成形体の不均質に起因して局所的に成長した気孔によると考えられる明るい領域が新たに発生している。   In the internal structure analysis system 100 for ceramics, the optical coherence tomographic images of FIGS. 6A to 6E obtained by the optical coherence tomographic image generation device 20 are side cross sections near the center of the compact 1 in each firing process. Is shown. In these optical coherence tomographic images, for example, a region where the reflection of light generated in an inhomogeneous region having a difference in refractive index such as pores and alumina is more brightly displayed. In any of the optical coherence tomographic images, despite being observed at a high temperature, it is not affected by radiation at all, and the internal structure of the molded body 1 is clearly observed as in the case of room temperature. It is observed that the whole body contracts. Observation of the molded body 1 before firing revealed that bright island-shaped regions were distributed, and thus it is considered that in the molding stage, heterogeneity, that is, distribution in density occurred. On the other hand, since a bright and conspicuous region was not observed from 1400 ° C. to 1500 ° C. (relative density of 90% obtained from the dimensions), the large density distribution was resolved and the internal structure was considered to be relatively homogeneous. . However, at 1600 ° C. (99% relative density), a bright and dark island-like region of about 100 to 200 μm appeared. A dark area means that there are few areas to be reflected, and is a higher density area. Although the internal structure became uniform as a whole with the passage of time, a bright region was newly generated afterwards, which is considered to be due to locally grown pores due to the inhomogeneity of the molded body.

このように、上記光干渉断層画像生成装置20による光干渉断層画像生成は、セラミックスの焼結過程のその場観察に有効な手法であり、アルミナでは、内部構造の不均質が焼結の進行と共に発生・成長と消滅していくことを明らかにすることができる。   As described above, the generation of the optical coherence tomographic image by the optical coherence tomographic image generating apparatus 20 is an effective method for in-situ observation of the sintering process of ceramics. It can be clarified that they occur and grow and disappear.

そして、このセラミックスの内部構造解析システム100において、画像解析処理装置30は、上記光干渉断層画像生成装置20により生成された光干渉断層画像について画像解析処理を行うもので、画像処理部31とデータ統合部32からなる。   In the ceramic internal structure analysis system 100, the image analysis processing device 30 performs an image analysis process on the optical coherence tomographic image generated by the optical coherence tomographic image generation device 20. An integration unit 32 is provided.

この画像解析処理装置30は、上記光干渉断層画像生成装置20により生成された光干渉断層画像を用いて、セラミックスの脱脂過程や焼結過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの解析処理を画像処理部31により行う。   The image analysis processing device 30 uses the optical coherence tomographic image generated by the optical coherence tomographic image generation device 20 to generate an optically inhomogeneous state in the internal structure of the compact during the degreasing process and the sintering process of ceramics. The image processing unit 31 performs an analysis process as to whether or not the image data is present.

このセラミックスの内部構造解析システム100では、不透明な物質の内部構造を光干渉を利用して観察できる内部観察法(OCT(Optical Coherence Tomography:光干渉断層撮影)による光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成装置20を熱処理装置10に付設することで、高温環境下での内部構造変化のリアルタイムで解明することができる。さらに、例えば、焼結過程のその場観察を行いながら焼成することにより、セラミックスが緻密化した後、不均質構造が現れる前に焼成を止めることができるなど、セラミックス製造を勘と経験ではなく実験事実に基づいて最適化することが可能になる。   In the ceramic internal structure analysis system 100, optical interference for generating an optical coherence tomographic image by an internal observation method (OCT (Optical Coherence Tomography)) capable of observing the internal structure of an opaque substance using optical interference. By attaching the tomographic image generation device 20 to the heat treatment device 10, it is possible to clarify the internal structure change in a high-temperature environment in real time, and further, for example, by performing sintering while performing in-situ observation of the sintering process. After the ceramics are densified, firing can be stopped before the appearance of a heterogeneous structure. For example, it is possible to optimize the ceramics based on experimental facts rather than intuition and experience.

このセラミックスの内部構造解析システム100では、熱処理装置10、光干渉断層画像生成装置20と画像解析処理装置30により、図7の工程図に示す手順にしたがってセラミックスの内部構造を解析処理を行うことができる。   In the ceramic internal structure analysis system 100, the heat treatment apparatus 10, the optical coherence tomographic image generation apparatus 20, and the image analysis processing apparatus 30 can analyze the internal structure of the ceramic according to the procedure shown in the process diagram of FIG. it can.

図7は、上記セラミックスの内部構造解析システム100において実施されるセラミックスの内部構造解析方法の手順を示す工程図である。   FIG. 7 is a process chart showing the procedure of a method for analyzing the internal structure of ceramics, which is performed in the internal structure analysis system 100 for ceramics.

すなわち、熱処理工程S1では、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して熱処理装置10の熱処理炉11により熱処理を施す。   That is, in the heat treatment step S <b> 1, a heat treatment is performed by the heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 on the molded body 1 formed by molding the ceramic raw material.

光干渉断層画像生成工程S2では、光干渉断層画像生成装置20により、上記熱処理工程S1において熱処理中の成形体1に上記熱処理炉11の外部から窓14Aを介して炉内の成形体1に赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する。   In the optical coherence tomographic image generation step S2, the optical coherence tomographic image generation device 20 applies infrared rays to the molded body 1 being heat-treated in the heat treatment step S1 from the outside of the heat treatment furnace 11 through the window 14A. Optical coherence tomography is performed by irradiating the light of the area to generate an optical coherence tomographic image.

解析処理工程S3では、上記光干渉断層画像生成工程S2において生成された光干渉断層画像について、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの解析処理を行う。   In the analysis processing step S3, analysis processing is performed on the optical coherence tomographic image generated in the optical coherence tomographic image generation step S2 to determine whether an optically inhomogeneous state has occurred in the structure inside the compact during the heat treatment of the ceramics.

このセラミックスの内部構造解析システム100では、熱処理装置10の熱処理炉11により熱処理中の成形体1を光干渉断層画像生成装置20によりその場観察して得られる光干渉断層画像について、画像解析処理装置30にて光学的不均質状態が生じているかの解析処理を行うことにより、炉内の成形体1の焼結状態を良否を判別可能にすることができる。   In the ceramic internal structure analysis system 100, an optical coherence tomographic image obtained by in-situ observation of the molded body 1 being heat-treated by the heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 by the optical coherence tomography image generation apparatus 20 is performed by an image analysis processing apparatus. By performing an analysis process at 30 to determine whether an optically inhomogeneous state has occurred, it is possible to determine whether the sintered state of the compact 1 in the furnace is good or not.

例えば上述の図6の(A)〜(E)に示した各焼成過程における成形体1中央付近の光干渉断層画像について、画像解析処理装置30にて光学的不均質状態が生じているかの解析処理を行うことにより、昇温に伴って成形体1全体が収縮していく状況を解析して、最適な焼結条件を決定することができる。   For example, with respect to the optical coherence tomographic image near the center of the compact 1 in each of the firing steps shown in FIGS. 6A to 6E, the image analysis processing device 30 analyzes whether an optically inhomogeneous state has occurred. By performing the processing, it is possible to analyze a situation in which the entire compact 1 shrinks with a rise in temperature, and determine an optimum sintering condition.

ここで、上記画像解析処理装置30は、図8のブ口ツク図に示すセラミックスの内部構造解析システム100Aのように、学習装置35による学習機能を有するものとすることができる。   Here, the image analysis processing device 30 may have a learning function of a learning device 35, like the ceramic internal structure analysis system 100A shown in the block diagram of FIG.

図8は、本発明を適用したセラミックスの内部構造解析システム100Aの構成を示すブロック図である。   FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a ceramic internal structure analysis system 100A to which the present invention is applied.

このラミックスの内部構造解析システム100Aは、熱処理装置10、光干渉断層画像生成装置20、画像解析処理装置30と学習装置35を備える。   The Lamix internal structure analysis system 100A includes a heat treatment apparatus 10, an optical coherence tomographic image generation apparatus 20, an image analysis processing apparatus 30, and a learning apparatus 35.

画像解析処理装置30は、第1通信部310、第1記憶部320と第1制御部330を備える。第1制御部330は、解析処理部331、スペックルノイズ除去処理部332と不均一状態検出部333を備える。学習装置35は、第2通信部350、第2記憶部360と第2制御部370を備える。第2記憶部360は、学習用データ記憶部361を備える。第2制御部370は、学習用データ取得部371と機械学習部372を備える。   The image analysis processing device 30 includes a first communication unit 310, a first storage unit 320, and a first control unit 330. The first control unit 330 includes an analysis processing unit 331, a speckle noise removal processing unit 332, and a non-uniform state detection unit 333. The learning device 35 includes a second communication unit 350, a second storage unit 360, and a second control unit 370. The second storage unit 360 includes a learning data storage unit 361. The second control unit 370 includes a learning data acquisition unit 371 and a machine learning unit 372.

このセラミックスの内部構造解析システム100Aにおける熱処理装置10および光干渉断層画像生成装置20は、図1示したセラミックスの内部構造解析システム100における熱処理装置10および光干渉断層画像生成装置20と同様であり、図8に同一の符号を付して説明を省略する。   The heat treatment apparatus 10 and the optical coherence tomographic image generation apparatus 20 in the ceramic internal structure analysis system 100A are the same as the heat treatment apparatus 10 and the optical coherence tomographic image generation apparatus 20 in the ceramic internal structure analysis system 100 shown in FIG. 8 are given the same reference numerals and description thereof is omitted.

この内部構造解析システム100Aは、上記光干渉断層画像生成装置20により、上記熱処理装置10の熱処理炉11内においてに該熱処理炉11の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行うことによって、試料すなわち熱処理中の成形体1の断層画像を取得し、断層画像内における輝度に基づいて、成形体1の状態を解析する。   The internal structure analysis system 100A performs optical coherence tomography by irradiating light in the infrared region from outside the heat treatment furnace 11 into the heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 by the optical coherence tomographic image generation apparatus 20. As a result, a tomographic image of the sample, that is, the molded body 1 during the heat treatment is acquired, and the state of the molded body 1 is analyzed based on the luminance in the tomographic image.

画像解析処理装置30は、例えばパーソナルコンピュータ(Personal Computer ; PC)またはワークステーション(Workstation)等のコンピュータを用いて構成される。   The image analysis processing device 30 is configured using a computer such as a personal computer (PC) or a workstation (Workstation).

画像解析処理装置30の第1通信部310は、他の装置と通信を行う。特に、第1通信部310は、光干渉断層画像生成装置20と通信を行って、光干渉断層画像生成装置20による成形体1の測定結果として得られる断層画像データを受信する。また、第1通信部310は、学習装置35の第2通信部350と通信を行って成形体1の断層画像データを学習装置35へ送信する。さらに、第1信部310は、学習装置35の第2通信部350と通信を行って、学習装置35によるスペックルノイズ(Speckle Noise)除去処理の学習結果を学習装置35から受信する。   The first communication unit 310 of the image analysis processing device 30 communicates with another device. In particular, the first communication unit 310 communicates with the optical coherence tomographic image generation device 20 and receives tomographic image data obtained as a measurement result of the molded body 1 by the optical coherence tomography image generation device 20. Further, the first communication unit 310 communicates with the second communication unit 350 of the learning device 35 to transmit tomographic image data of the molded body 1 to the learning device 35. Further, the first communication unit 310 communicates with the second communication unit 350 of the learning device 35 and receives the learning result of the speckle noise (Speckle Noise) removal processing by the learning device 35 from the learning device 35.

第1記憶部320は、各種データを記憶する。第1記憶部320は、画像解析処理装置30が備える記憶デバイスを用いて構成される。   The first storage section 320 stores various data. The first storage unit 320 is configured using a storage device included in the image analysis processing device 30.

第1制御部330は、画像解析処理装置30の各部を制御して各種処理を行う。第1制御部330は、画像解析処理装置30が備えるCPU(Central Processing Unit、中央処理装置)が、第1記憶部320からプログラムを読み出して実行することで構成される。   The first control unit 330 controls various units of the image analysis processing device 30 to perform various processes. The first control unit 330 is configured by a CPU (Central Processing Unit, central processing unit) included in the image analysis processing device 30 reading a program from the first storage unit 320 and executing the program.

画像解析処理装置30と学習装置35は、同一のコンピュータを用いて構成されるなど、1つの装置として構成されていてもよい。
、この内部構造解析システム100Aの動作について説明する。
図9は、上記セラミックスの内部構造解析システム100Aにおいて実行される解析処理の手順を示すフローチャートである。
The image analysis processing device 30 and the learning device 35 may be configured as one device, for example, configured using the same computer.
The operation of the internal structure analysis system 100A will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of an analysis process performed in the ceramic internal structure analysis system 100A.

この内部構造解析システム100Aでは、上記光干渉断層画像生成装置20により生成された光干渉断層画像について、図9のフローチャートに示す手順に従って解析処理を行う。   The internal structure analysis system 100A performs an analysis process on the optical coherence tomographic image generated by the optical coherence tomographic image generation device 20 according to the procedure shown in the flowchart of FIG.

すなわち、画像解析処理装置30では、画像解析処理を開始すると、先ず、解析処理部331において、光学的不均質状態の種類毎に処理を行うループL1を開始する(ステップS21)。光学的不均質状態の種類の例として、気孔およびき裂が挙げられるが、これらに限定されない。   That is, when the image analysis processing is started in the image analysis processing device 30, first, the analysis processing unit 331 starts a loop L1 for performing processing for each type of optically inhomogeneous state (step S21). Examples of types of optical heterogeneity include, but are not limited to, pores and cracks.

次に、解析処理部331のスペックルノイズ除去処理部332は、上記光干渉断層画像生成装置20により生成された光干渉断層画像に対してスペックルノイズ除去処理を行う(ステップS22)。   Next, the speckle noise removal processing unit 332 of the analysis processing unit 331 performs speckle noise removal processing on the optical coherence tomographic image generated by the optical coherence tomographic image generation device 20 (Step S22).

学習装置35は、成形体の状態毎、かつ、光学的不均質状態の種類毎に機械学習を行ってスペックルノイズ除去方法を決定している。成形体の状態の種類の例として、相対密度および有機物の残存量が挙げられるが、これらに限定されない。   The learning device 35 determines the speckle noise removal method by performing machine learning for each state of the molded body and for each type of optically inhomogeneous state. Examples of the type of the state of the molded body include, but are not limited to, the relative density and the remaining amount of the organic substance.

スペックルノイズ除去処理部332は、学習装置35が決定したスペックルノイズ除去方法のうち、解析対象の断層画像における成形体内部の構造、および、ループL1で処置対象となっている光学的不均質状態の種類に応じたスペックルノイズ除去方法を用いる。   The speckle noise elimination processing unit 332 includes, among the speckle noise elimination methods determined by the learning device 35, the structure inside the molded body in the tomographic image to be analyzed and the optical heterogeneity to be treated in the loop L1. A speckle noise removal method according to the type of state is used.

あるいは、学習装置35が、成形体の状態毎、光学的不均質状態の種類毎、かつ、セラミックスを構成する物質の種類に応じたスペックルノイズ除去方法を選択するようにしてもよい。例えばユーザが、セラミックスを構成する物質の種類を学習装置35にユーザ入力し、学習装置35が、ユーザ入力に応じたスペックルノイズ除去方法を選択するようにしてもよい。   Alternatively, the learning device 35 may select a speckle noise removal method for each state of the molded body, for each type of optically inhomogeneous state, and according to the type of the material constituting the ceramic. For example, the user may input the type of the substance constituting the ceramics to the learning device 35, and the learning device 35 may select a speckle noise removal method according to the user input.

次に、解析処理部331の不均一状態検出部333は、ステップS22で得られたノイズ除去後の断層画像を用いて、試料(成形体)1における光学的不均質状態を検出する(ステップS23)。具体的には、不均一状態検出部333は、ノイズ除去後の断層画像における光学的不均質部分を検出する。   Next, the non-uniform state detection unit 333 of the analysis processing unit 331 detects an optically non-uniform state in the sample (molded body) 1 using the tomographic image after noise removal obtained in step S22 (step S23). ). Specifically, the non-uniform state detection unit 333 detects an optically non-uniform part in the tomographic image after noise removal.

光学的不均質部分を検出した場合、不均一状態検出部333は、光学的不均質部分の大きさおよび形状に基づいて、光学的不均質状態の種類を判定する。   When detecting an optically inhomogeneous portion, the inhomogeneous state detection unit 333 determines the type of the optically inhomogeneous state based on the size and shape of the optically inhomogeneous portion.

そして、解析処理部331は、ループL1の終端処理を行う(ステップS24)。   Then, the analysis processing unit 331 performs termination processing of the loop L1 (Step S24).

具体的には、解析処理部331は、光学的不均質状態の全種類についてループL1の処理を行ったか否かを判定する。   Specifically, the analysis processing unit 331 determines whether or not the processing of the loop L1 has been performed for all types of the optically inhomogeneous state.

未処理の光学的不均質状態の種類があると判定した場合、ステップS21に戻り、未処理の光学的不均質状態の種類について引き続きループL1の処理を行う。   If it is determined that there is a type of unprocessed optically inhomogeneous state, the process returns to step S21, and the processing of the loop L1 is continuously performed for the type of unprocessed optically inhomogeneous state.

一方、光学的不均質状態の全種類についてループL1の処理を行ったと判定した場合、解析処理部331は、ループL1を終了する。   On the other hand, when it is determined that the processing of the loop L1 has been performed for all types of the optically inhomogeneous state, the analysis processing unit 331 ends the loop L1.

ステップS24でループL1を終了した場合、解析処理部331は、図9のフローチャートに示す解析処理を終了する。   When the loop L1 ends in step S24, the analysis processing unit 331 ends the analysis processing illustrated in the flowchart of FIG.

また、図10は、上記セラミックスの内部構造解析システム100Aにおいて、学習装置35により実行されるスペックルノイズ除去方法の機械学習処理の手順を示すフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart showing a procedure of a machine learning process of the speckle noise removing method executed by the learning device 35 in the ceramic internal structure analysis system 100A.

この内部構造解析システム100Aにおいて、学習装置35の機械学習部372は、例えば、図10のフローチャートに示す処理の手順に従ってスペックルノイズ除去方法の機械学習処理を行う。   In the internal structure analysis system 100A, the machine learning unit 372 of the learning device 35 performs a machine learning process of a speckle noise removing method according to, for example, a procedure of a process illustrated in a flowchart of FIG.

この学習装置35の学習用データ記憶部361は、成形体の状態毎、かつ、光学的不均質状態の種類毎に学習用データを記憶している。   The learning data storage unit 361 of the learning device 35 stores learning data for each state of the compact and for each type of optically inhomogeneous state.

機械学習部372は、成形体の状態毎、かつ、光学的不均質状態の種類毎に図10のフローチャートに示す学習処理を行って、成形体の状態毎、かつ、光学的不均質状態の種類毎にスペックルノイズ除去方法を決定する。   The machine learning unit 372 performs the learning process shown in the flowchart of FIG. 10 for each state of the molded body and for each type of the optically inhomogeneous state, and for each state of the molded body and for the type of the optically inhomogeneous state. A speckle noise removal method is determined for each case.

すなわち、機械学習部372は、成形体の状態毎に処理を行うループL2を開始する(ステップS31)。   That is, the machine learning unit 372 starts a loop L2 that performs a process for each state of the compact (step S31).

さらに、機械学習部372は、光学的不均質状態の種類毎に処理を行うループL3を開始する(ステップS32)。   Further, the machine learning unit 372 starts a loop L3 that performs a process for each type of the optically inhomogeneous state (step S32).

次に、機械学習部372は、学習用データを取得する(ステップS33)。具体的には、機械学習部372は、ループL2で処理対象となっている成形体内部の構造、および、ループL3で処理対象となっている光学的不均質状態の種類の学習用データを学習用データ記憶部381から読み出す。   Next, the machine learning unit 372 acquires learning data (step S33). Specifically, the machine learning unit 372 learns the internal structure of the molded object to be processed in the loop L2 and the learning data of the type of the optically inhomogeneous state to be processed in the loop L3. Read from the data storage unit 381.

次に、機械学習部372は、ステップS33で得られた学習用データを用いてスペックルノイズ除去方法を機械学習する(ステップS34)。この機械学習により、機械学習部372は、ループL2で処理対象となっている成形体内部の構造、かつ、ループL3で処理対象となっている光学的不均質状態の種類の場合のスペックルノイズ除去方法を決定する。   Next, the machine learning unit 372 machine-learns the speckle noise removal method using the learning data obtained in step S33 (step S34). By this machine learning, the machine learning unit 372 generates the speckle noise in the case of the structure inside the molded body to be processed in the loop L2 and the type of the optically inhomogeneous state to be processed in the loop L3. Determine the removal method.

そして、機械学習部372は、ループL3の終端処理を行う(ステップS35)。具体的には、機械学習部372は、光学的不均質状態の全種類についてループL3の処理を行ったか否かを判定する。   Then, the machine learning unit 372 performs termination processing of the loop L3 (Step S35). Specifically, the machine learning unit 372 determines whether or not the processing of the loop L3 has been performed for all types of the optically inhomogeneous state.

未処理の光学的不均質状態の種類があると判定した場合、ステップS32に戻り、未処理の光学的不均質状態の種類について引き続きループL3の処理を行う。   If it is determined that there is a type of unprocessed optically inhomogeneous state, the process returns to step S32, and the processing of the loop L3 is continuously performed on the type of unprocessed optically inhomogeneous state.

一方、光学的不均質状態の全種類についてループL3の処理を行ったと判定した場合、機械学習部372は、ループL3を終了する。   On the other hand, when it is determined that the processing of the loop L3 has been performed for all types of the optically inhomogeneous state, the machine learning unit 372 ends the loop L3.

ステップS35でループL3を終了した場合、機械学習部372は、ループL2の終端処理を行う(ステップS36)。機械学習部372は、成形体内部のすべての構造についてループL2の処理を行ったか否かを判定する。未処理の成形体内部の構造があると判定した場合、ステップS31に戻り、未処理の成形体内部の構造について引き続きループL2の処理を行う。   When the loop L3 ends in step S35, the machine learning unit 372 performs termination processing of the loop L2 (step S36). The machine learning unit 372 determines whether or not the processing of the loop L2 has been performed for all the structures inside the compact. When it is determined that there is an unprocessed structure inside the formed body, the process returns to step S31, and the processing of the loop L2 is continuously performed on the unprocessed structure inside the formed body.

一方、成形体内部のすべての構造についてループL2の処理を行ったと判定した場合、機械学習部372は、ループL2を終了する。   On the other hand, when it is determined that the processing of the loop L2 has been performed for all the structures inside the molded body, the machine learning unit 372 ends the loop L2.

ステップS36でループL2を終了した場合、機械学習部372は、図10のフローチャートに示す学習処理を終了する。   When the loop L2 ends in step S36, the machine learning unit 372 ends the learning processing illustrated in the flowchart of FIG.

あるいは、機械学習部372が、成形体の状態毎、光学的不均質状態の種類毎、かつ、セラミックスを構成する物質の種類毎に機械学習を行うようにしてもよい。そのために、機械学習部372が、図10のフローチャートに示す学習処理で成形体の状態毎のループ、および、光学的不均質状態の種類毎のループに加えて、セラミックスを構成する物質の種類毎のループを含む3重ループの処理を行うようにしてもよい。   Alternatively, the machine learning unit 372 may perform machine learning for each state of the molded body, for each type of the optically inhomogeneous state, and for each type of the substance constituting the ceramic. For this purpose, the machine learning unit 372 performs, in the learning process shown in the flowchart of FIG. 10, a loop for each state of the molded body and a loop for each type of optically inhomogeneous state, The processing of a triple loop including this loop may be performed.

機械学習部372は、例えば、原画像、目標画像に加えて重み画像を含む学習用データを用いて、遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithm ; GA)と遺伝的プログラミング(Genetic Programming ; GP)とを併用した進化計算による機械学習を行ってスペックルノイズ除去処理の処理手順に決定する。   The machine learning unit 372 uses, for example, learning data including a weight image in addition to an original image and a target image, and uses both a genetic algorithm (Genetic Algorithm; GA) and genetic programming (Genetic Programming; GP). Machine learning by evolutionary calculation is performed to determine the processing procedure for speckle noise removal processing.

遺伝的プログラミングでは、演算を木構造で表した木を対象として遺伝的アルゴリズムの場合と同様の処理を行う。   In the genetic programming, the same processing as in the case of the genetic algorithm is performed on a tree whose operation is represented by a tree structure.

スペックルノイズ除去処理部332は、機械学習部372が決定した処理手順に従って、示すスペックルノイズ除去処理を行う。   The speckle noise removal processing unit 332 performs the speckle noise removal processing shown in accordance with the processing procedure determined by the machine learning unit 372.

但し、上述したように、機械学習部372が用いる機械学習アルゴリズムは、特定のものに限定されない。   However, as described above, the machine learning algorithm used by the machine learning unit 372 is not limited to a specific one.

上記セラミックスの内部構造解析システム100において、スペックルノイズ除去処理部332は、図9のフローチャートに示す解析処理におけるステップS22で、成形体の状態毎、かつ、光学的不均質状態の種類毎に行うスペックルノイズ除去処理の1つとして、例えば、図11の(D)に示すOCT観察画像にコントラストの平均化(水平化)処理を施した図11の(C)に示すような画像から、抽出領域をトリミングして得られる図11の(B)に示す原画像を入力画像として複数回用いて、図12のフローチャートに示す手順にしたがってスペックルノイズ除去処理を行うことにより、 図11の (A)に示すような目的画像を得ることができる。   In the internal structure analysis system 100 for ceramics, the speckle noise removal processing unit 332 performs each state of the molded body and each type of the optically inhomogeneous state in step S22 in the analysis processing shown in the flowchart of FIG. As one of the speckle noise removal processing, for example, extraction is performed from an image as shown in FIG. 11C in which an OCT observation image shown in FIG. 11D is subjected to contrast averaging (leveling) processing. By using the original image shown in FIG. 11B obtained by trimming the region as an input image a plurality of times and performing speckle noise removal processing according to the procedure shown in the flowchart of FIG. The target image as shown in (1) can be obtained.

機械学習部372のスペックルノイズ除去処理部332は、例えば、図12のフローチャートに示す手順に従ってスペックルノイズ除去処理を行う。   The speckle noise removal processing unit 332 of the machine learning unit 372 performs the speckle noise removal processing according to, for example, the procedure shown in the flowchart of FIG.

機械学習部392が、成形体における気孔を検出する場合について、機械学習にて図12の処理手順に決定する。   In the case where the machine learning unit 392 detects pores in the molded body, the processing procedure of FIG. 12 is determined by machine learning.

スペックルノイズ除去処理部293は、機械学習部392が決定した処理手順に従って、図11の(B)に示す入力画像[000]に対して 、図12のスペックルノイズ除去処理を施すことにより、 図11の (A)に示すような目的画像を得る   The speckle noise removal processing unit 293 performs the speckle noise removal processing of FIG. 12 on the input image [000] shown in FIG. 11B according to the processing procedure determined by the machine learning unit 392. Obtain the target image as shown in FIG.

図12のフローチャートに示すスペックルノイズ除去処理において、[Min]は、各画素ごとに、注目画素を中心とした3×3のウィンドウ内の画素の最小値を出力するMinimum処理である。   In the speckle noise removal processing shown in the flowchart of FIG. 12, [Min] is the minimum processing for outputting the minimum value of the pixels in a 3 × 3 window centered on the target pixel for each pixel.

[Exp]は、3×3のウィンドウの収縮(Expansion)処理である。   [Exp] is a 3 × 3 window expansion (Expansion) process.

[BDA]は、判別分析法を用いて計算したしきい値による2値化を行うBinarizationDiscriminantAnalysis処理である。   [BDA] is a BinarizationDiscriminantAnalysis process for performing binarization based on a threshold calculated using a discriminant analysis method.

[Gau]は、3×3のウィンドウのGaussianフィルタで,画像を平滑化するGaussian処理である。   [Gau] is a Gaussian filter for smoothing an image using a 3 × 3 window Gaussian filter.

[LEx]は、LinearExpand(255×(f-15)/(255-15×))処理である。   [LEX] is LinearExpand (255 × (f−15) / (255−15 ×)) processing.

[Ave]は、Average((f1+f2)/2)処理である。   [Ave] is Average ((f1 + f2) / 2) processing.

[LBW]は、外接矩形に対して充填率の低いもの(0.9未満)を残すLowAreaPerBoxW処理である。   [LBW] is a LowAreaPerBoxW process that leaves a low filling factor (less than 0.9) for the circumscribed rectangle.

[BoS]は、BoundedSum(f1+f2)処理である。   [BoS] is BoundedSum (f1 + f2) processing.

[BoP]は、BoundedProd(f1+f2-255)処理である。   [BoP] is BoundedProd (f1 + f2-255) processing.

[Ope」は、Opening(最小値フィルタ→最大値フィルタ)処理である。   [Open] is Opening (minimum value filter → maximum value filter) processing.

[Mea]は、各画素ごとに、注目画素を中心とした3×3のウィンドウ内の画素の平均値を出力する平均化(Mean)処理である。   [Mea] is an averaging (Mean) process of outputting, for each pixel, an average value of pixels in a 3 × 3 window centered on the pixel of interest.

[VIn]は、分散画像hmaxである。   [VIn] is the dispersion image hmax.

[Gam]は、画像を明るくするGamma((γ=2.0)pow(f/255, 1/γ)×255)処理である。   [Gam] is Gamma ((γ = 2.0) pow (f / 255, 1 / γ) × 255) processing for brightening an image.

[LCo]は、LinearContract((255-15×2)×f/255+15)処理である   [LCo] is LinearContract ((255−15 × 2) × f / 255 + 15) processing.

[ReC]は、ReduceColor(f/16×16+8)処理である。   [ReC] is ReduceColor (f / 16 × 16 + 8) processing.

[000]は、入力画像、すなわち、スペックルノイズ除去前の画像である。   [000] is an input image, that is, an image before speckle noise removal.

また、上記セラミックスの内部構造解析システム100において、スペックルノイズ除去処理部332は、図9のフローチャートに示す解析処理におけるステップS22で、成形体の状態毎、かつ、光学的不均質状態の種類毎に行うスペックルノイズ除去処理の1つとして、例えば、図13の(D)に示すOCT観察画像にコントラストの平均化(水平化)処理を施した図13の(C)に示すような画像から、抽出領域をトリミングして得られる図13の(B)に示す原画像を入力画像として複数回用いて、図14のフローチャートに示す手順にしたがってスペックルノイズ除去処理を行うことにより、 図13の (A)に示すような目的画像を得ることができる。   Further, in the internal structure analysis system 100 for ceramics, the speckle noise removal processing unit 332 performs, in step S22 in the analysis process shown in the flowchart of FIG. As an example of the speckle noise removal processing performed on the OCT observation image shown in FIG. 13 (D), for example, the OCT observation image shown in FIG. 13 (C) is subjected to contrast averaging (horizontalization) processing. By using the original image shown in FIG. 13B obtained by trimming the extraction region as an input image a plurality of times and performing speckle noise removal processing according to the procedure shown in the flowchart of FIG. The target image as shown in (A) can be obtained.

図14は、例えば成形体におけるき裂を検出する場合など、図11の場合とは異なる成形体内部の構造および光学的不均質状態の場合の処理手順の例を示している。   FIG. 14 shows an example of a structure inside the molded body different from the case of FIG. 11 and a processing procedure in the case of an optically inhomogeneous state, for example, when detecting a crack in the molded body.

機械学習部372が、成形体におけるき裂を検出する場合について、機械学習にて図14の処理手順に決定する。   In the case where the machine learning unit 372 detects a crack in the compact, the processing procedure of FIG. 14 is determined by machine learning.

スペックルノイズ除去処理部332は、機械学習部372が決定した処理手順に従って、図14の処理を行う。   The speckle noise removal processing unit 332 performs the processing in FIG. 14 according to the processing procedure determined by the machine learning unit 372.

図14のフローチャートに示すスペックルノイズ除去処理において、[LAW]は、面積が狭い領域(平均面積未満)を255にするLargeArea処理である。   In the speckle noise elimination process shown in the flowchart of FIG. 14, [LAW] is a LargeArea process that sets a small area (less than the average area) to 255.

[BDA]は、判別分析法を用いて計算したしきい値による2値化を行うBinarizationDiscriminantAnalysis 処理である。   [BDA] is a BinarizationDiscriminantAnalysis process for performing binarization based on a threshold calculated using a discriminant analysis method.

[Me9]は、各画素ごとに、注目画素を中心とした9×9のウィンドウ内の画素の平均値を出力するMean9処理である。   [Me9] is a Mean9 process of outputting, for each pixel, an average value of pixels in a 9 × 9 window centered on the pixel of interest.

[AlP]は、AlgebraicProd(f1×f2/255)処理である。   [AlP] is AlgebraicProd (f1 × f2 / 255) processing.

[LEx]は、LinearExpand(255×(f-15)/(255-15×)処理である。   [LEX] is LinearExpand (255 × (f−15) / (255−15 ×) processing).

[LTr]は、ヒストグラムの引き延ばすLinearTransformation 処理である。   [LTr] is LinearTransformation processing for extending the histogram.

[LiP]は、しきい値(平均階調値)未満の画素値を0にするLightPixel処理である。   [LiP] is LightPixel processing for setting a pixel value smaller than a threshold value (average gradation value) to 0.

[Max]は、各画素ごとに、注目画素を中心とした3×3のウィンドウ内の画素の最大値を出力するMaximum処理である。
[LoS]は、LogicalSum(max(f1,f2))処理である。
[Max] is a Maximum process of outputting, for each pixel, the maximum value of the pixels in a 3 × 3 window centered on the pixel of interest.
[LoS] is LogicalSum (max (f1, f2)) processing.

[Ave]は、Average((f1+f2)/2)処理である。   [Ave] is Average ((f1 + f2) / 2) processing.

[LT2]は、ヒストグラムの全画素数の0.1%未満の階調値を無視した引き延ばすLinearTransformation2処理である。   [LT2] is LinearTransformation2 processing for extending the histogram while ignoring gradation values of less than 0.1% of the total number of pixels in the histogram.

[Lap]は、3×3のウィンドウのLaplacianフィルタで,エッジを検出するLaplacian処理である。   [Lap] is a Laplacian process for detecting edges with a Laplacian filter of a 3 × 3 window.

[SqS]は、画像を少し暗くするSquareS((γ=0.5)pow(f/255, 1/γ)×255)である。   [SqS] is SquareS ((γ = 0.5) pow (f / 255, 1 / γ) × 255) that slightly darkens the image.

[Squ]は、画像を暗くするSquare((γ=0.9)pow(f/255, 1/γ)×255)処理である。   [Squ] is a Square ((γ = 0.9) pow (f / 255, 1 / γ) × 255) process for darkening an image.

[000]は、入力画像、すなわち、スペックルノイズ除去前の画像である。   [000] is an input image, that is, an image before speckle noise removal.

さらに、上記セラミックスの内部構造解析システム100において、スペックルノイズ除去処理部332は、図9のフローチャートに示す解析処理におけるステップS22で、成形体の状態毎、かつ、光学的不均質状態の種類毎に行うスペックルノイズ除去処理の1つとして、例えば、図15の(D)に示すOCT観察画像にコントラストの平均化(水平化)処理を施した図15の(C)に示すような画像から、抽出領域をトリミングして得られる図15の(B)に示す原画像を入力画像として複数回用いて、図16のフローチャートに示す手順にしたがってスペックルノイズ除去処理を行うことにより、 図15の (A)に示すような目的画像を得ることができる。   Further, in the internal structure analysis system 100 for ceramics, the speckle noise removal processing unit 332 performs, in step S22 in the analysis processing shown in the flowchart of FIG. As an example of the speckle noise removal processing performed on the OCT observation image shown in FIG. 15D, for example, the OCT observation image shown in FIG. 15C is subjected to contrast averaging (horizontalization) processing. By using the original image shown in FIG. 15B obtained by trimming the extraction region as an input image a plurality of times and performing speckle noise removal processing according to the procedure shown in the flowchart of FIG. The target image as shown in (A) can be obtained.

スペックルノイズ除去処理部332は、図9のフローチャートに示す学習処理のステップS22で、成形体の状態毎、かつ、光学的不均質状態の種類毎に行うスペックルノイズ除去処理の1つとして、図16の処理を行う。   In step S22 of the learning process shown in the flowchart of FIG. 9, the speckle noise removal processing unit 332 performs one of the speckle noise removal processes performed for each state of the molded body and for each type of the optically inhomogeneous state. The processing of FIG. 16 is performed.

図16は、スペックルノイズ除去処理部332がスペックルノイズ除去処理を行う処理の手順として、例えば成形体における不均質領域を検出する場合の処理手順の例を示している。   FIG. 16 illustrates an example of a processing procedure in which the speckle noise removal processing unit 332 detects an inhomogeneous region in a molded body, for example, as a processing procedure for performing the speckle noise removal processing.

機械学習部372が、成形体における不均質領域を検出する場合について、機械学習にて図16の処理手順に決定する。   In the case where the machine learning unit 372 detects an inhomogeneous region in the compact, the processing procedure of FIG. 16 is determined by machine learning.

スペックルノイズ除去処理部332は、機械学習部372が決定した処理手順に従って、図16の処理を行う。   The speckle noise removal processing unit 332 performs the processing in FIG. 16 according to the processing procedure determined by the machine learning unit 372.

図16のフローチャートに示すスペックルノイズ除去処理において、[BDA]は、判別分析法を用いて計算したしきい値による2値化を行うBinarizationDiscriminantAnalysis処理である。   In the speckle noise removal processing shown in the flowchart of FIG. 16, [BDA] is a BinarizationDiscriminantAnalysis processing for performing binarization based on a threshold calculated using a discriminant analysis method.

[Med]は、各画素ごとに、注目画素を中心とした9×9のウィンドウ内の画素の中央値を出力するMedian処理である。   [Med] is Median processing for outputting, for each pixel, the median value of the pixels in a 9 × 9 window centered on the pixel of interest.

[Gau]は、3×3のウィンドウのGaussianフィルタで,画像を平滑化するGaussian処理である。   [Gau] is a Gaussian filter for smoothing an image using a 3 × 3 window Gaussian filter.

[BoP]は:BoundedProd((f1+f2-255))処理である。   [BoP] is: BoundedProd ((f1 + f2-255)) processing.

[BiM]は、平均階調値をしきい値とした2値化を行う BinarizationMean処理である。   [BiM] is a BinarizationMean process for performing binarization using the average gradation value as a threshold value.

[Me9]は、各画素ごとに、注目画素を中心とした9×9のウィンドウ内の画素の平均値を出力するMean9処理である。   [Me9] is a Mean9 process of outputting, for each pixel, an average value of pixels in a 9 × 9 window centered on the pixel of interest.

[Clo]は、Closing(最大値フィルタ→最小値フィルタ)処理である。   [Clo] is Closing (maximum value filter → minimum value filter) processing.

[ReC]は、ReduceColor(f/16×16+8))処理である。   [ReC] is ReduceColor (f / 16 × 16 + 8) processing.

[LAW]は、面積が狭い領域(平均面積未満)を255にするLargeArea処理である。   [LAW] is a LargeArea process for setting a small area (less than the average area) to 255.

[BDA]は、判別分析法を用いて計算したしきい値による2値化するBinarizationDiscriminantAnalysis処理である。   [BDA] is a BinarizationDiscriminantAnalysis process for binarizing with a threshold calculated using a discriminant analysis method.

[DaP]は、しきい値(平均階調値)以上の画素値を255にするDarkPixel処理である。   [DaP] is DarkPixel processing for setting a pixel value equal to or larger than a threshold value (average gradation value) to 255.

[Mea]は、各画素ごとに、注目画素を中心とした3×3のウィンドウ内の画素の平均値を出力するMean処理である。   [Mea] is a Mean process for outputting, for each pixel, an average value of pixels in a 3 × 3 window centered on the pixel of interest.

[Thi]は、Thinning Hilditchの細線化法である。   [Th] is a thinning method of Thinning Hilditch.

[Max]は、各画素ごとに、注目画素を中心とした3×3のウィンドウ内の画素の最大値を出力する Maximum処理である。   [Max] is a Maximum process of outputting, for each pixel, the maximum value of a pixel in a 3 × 3 window centered on the pixel of interest.

[VIn]は、分散画像hmaxである。   [VIn] is the dispersion image hmax.

[Ope]は、Opening(最小値フィルタ→最大値フィルタ)処理である。   [Open] is an Opening (minimum value filter → maximum value filter) process.

[LEx]は、LinearExpand(255×(f-15)/(255-15×))処理である。   [LEX] is LinearExpand (255 × (f−15) / (255−15 ×)) processing.

[DrP]は、DrasticSun(f1=0→f2, f2=0→f1, f1, f2≠0→255)処理である。   [DrP] is DrasticSun (f1 = 0 → f2, f2 = 0 → f1, f1, f2 ≠ 0 → 255) processing.

[000]は、入力画像、すなわち、スペックルノイズ除去前の画像である。   [000] is an input image, that is, an image before speckle noise removal.

このセラミックスの内部構造解析システム100Aでは、スペックルノイズ除去処理部332により、断層画像において成形体内部の構造を構成する微粒子に起因したスペックルノイズの除去処理を行い、不均一状態検出部333により、スペックルノイズの除去処理後の断層画像で輝度が他と異なるエリアの形状および大きさに基づいて、いずれの成形体内部の構造において光学的不均質状態が生じているかを判定するので、光学的不均質状態の検出を高精度に行うことができる。 しかも、機械学習部372により、スペックルノイズの除去処理における処理方法を成形体の状態毎の機械学習に基づいて決定するので、スペックルノイズ除去処理部332は、成形体内部の構造に応じてスペックルノイズの除去処理の方法を選択することができ、スペックルノイズの除去処理を高精度に行うことができる。   In the ceramic internal structure analysis system 100A, the speckle noise removal processing unit 332 performs the removal processing of the speckle noise caused by the fine particles constituting the structure inside the molded body in the tomographic image, and the nonuniform state detection unit 333 performs the processing. In the tomographic image after the speckle noise removal processing, based on the shape and the size of the area where the luminance is different from the other, it is determined which of the structures inside the molded body has an optically inhomogeneous state. It is possible to detect a target heterogeneous state with high accuracy. Moreover, since the machine learning unit 372 determines the processing method in the speckle noise removal processing based on the machine learning for each state of the molded body, the speckle noise removal processing unit 332 performs processing according to the internal structure of the molded body. The method of the speckle noise removal processing can be selected, and the speckle noise removal processing can be performed with high accuracy.

機械学習部372は、スペックルノイズの除去処理における処理方法を光学的不均質状態の種類毎の機械学習に基づいて決定するので、スペックルノイズ除去処理部332は、光学的不均質状態の種類毎にスペックルノイズの除去処理を行うことができる。これにより、不均一状態検出部333による不均一状態の検出精度の向上が期待される。   Since the machine learning unit 372 determines the processing method in the speckle noise removal processing based on the machine learning for each type of the optically inhomogeneous state, the speckle noise removal processing unit 332 determines the type of the optically inhomogeneous state. Speckle noise removal processing can be performed every time. This is expected to improve the accuracy of detecting the non-uniform state by the non-uniform state detection unit 333.

また、機械学習部372は、光干渉断層撮影に基づく方法以外の方法で光学的不均質状態の種類を特定して得られた学習用データに基づいて機械学習を行う。これにより、学習用データの光学的不均質状態の種類毎の分類を高精度に行えると期待される。   The machine learning unit 372 performs machine learning based on learning data obtained by specifying the type of the optically inhomogeneous state by a method other than the method based on optical coherence tomography. Accordingly, it is expected that the classification of the learning data for each type of the optically inhomogeneous state can be performed with high accuracy.

学習用データを光学的不均質状態の種類毎に高精度に分類できることで、機械学習部372によるスペックルノイズの除去処理の方法の学習精度の向上が期待される。   Since the learning data can be classified with high accuracy for each type of optically inhomogeneous state, it is expected that the learning accuracy of the method of removing speckle noise by the machine learning unit 372 will be improved.

上述の如きセラミックスの内部構造解析システム100、100Aは、熱処理装置10の熱処理炉11により熱処理中の成形体1を光干渉断層画像生成装置20によりその場観察して得られる光干渉断層画像について、画像解析処理装置30にて光学的不均質状態が生じているかの解析処理を行うことにより、炉内の成形体1の焼結状態の良否を判別可能にすることができ、最適な焼結条件を決定することができるので、上記画像解析処理装置30による解析結果に基づいて、上記熱処理装置10の熱処理炉11におけるセラミックスの焼結の条件を変化させることで、熱処理炉11により最適な焼結条件で成形体1を焼結可能な例えば図17のブロック図に示すような構成のセラミックスの製造システム110を構築することができる。   The above-described ceramic internal structure analysis systems 100 and 100A are provided with an optical coherence tomographic image obtained by in-situ observation of the molded body 1 being heat-treated by the heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 by the optical coherence tomographic image generation apparatus 20, By performing an analysis process of whether or not an optically inhomogeneous state has occurred in the image analysis processing device 30, it is possible to determine whether the sintered state of the compact 1 in the furnace is good or not, and to determine the optimum sintering conditions. Therefore, by changing the sintering conditions of the ceramics in the heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 based on the analysis result by the image analysis processing apparatus 30, the optimum sintering can be performed by the heat treatment furnace 11. For example, a ceramic manufacturing system 110 having a configuration as shown in the block diagram of FIG. 17 capable of sintering the compact 1 under the conditions can be constructed.

図17は、本発明を適用したセラミックスの製造システム110の構成を示すブロック図である。   FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a ceramic manufacturing system 110 to which the present invention is applied.

図17に示すセラミックスの製造システム110は、図1に示したセラミックスの内部構造解析システム100における上記画像解析処理装置30による解析結果に基づいて、上記熱処理装置10の熱処理炉11におけるセラミックスの熱処理の条件を変化させるようにしたもので、上記画像解析処理装置30の画像処理部31による解析結果がデータ統合部32を介して熱処理装置10の制御装置17の情報処理部16に与えられるようになっている。   The ceramic manufacturing system 110 shown in FIG. 17 performs the heat treatment of the ceramics in the heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 based on the analysis result by the image analysis processing apparatus 30 in the ceramic internal structure analysis system 100 shown in FIG. The condition is changed, and the analysis result by the image processing unit 31 of the image analysis processing device 30 is given to the information processing unit 16 of the control device 17 of the heat treatment device 10 via the data integration unit 32. ing.

このセラミックスの製造システム110の構成要素は、図1に示したセラミックスの内部構造解析システム100の構成要素と同じなので、同一構成要素について、図17に同一の符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。   The components of the ceramic production system 110 are the same as those of the internal structure analysis system 100 for ceramics shown in FIG. 1, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals in FIG. Description is omitted.

このセラミックスの製造システム110において、熱処理装置10は、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して高温電気炉からなる熱処理炉11により熱処理を行う。   In the ceramic manufacturing system 110, the heat treatment apparatus 10 performs a heat treatment on the compact 1 formed by molding the ceramic raw material in a heat treatment furnace 11 composed of a high-temperature electric furnace.

セラミックスの原料物質である無機化合物は、赤外線領域の光を透過する物質であればよく、特定のものに限定されない。このような無機化合物の例として、酸化ケイ素(Si0)、窒化ケイ素(Si)、水酸化アパタイト(Calc(PO(OH))、酸化アルミニウム(Al)、窒化ホウ素(BN)、酸化イットリウム(Y)、酸化亜鉛(Zn0)、酸化チタン(Ti0)、炭酸力ルシウム(CaC0)やチタン酸バリウム(BaTi0)等が挙げられる。 The inorganic compound, which is a raw material of the ceramic, may be any substance that transmits light in the infrared region, and is not limited to a specific substance. Examples of such inorganic compounds, silicon oxide (Si0 2), silicon nitride (Si 3 N 4), hydroxyapatite (Calc (PO 4) 6 ( OH) 2), aluminum oxide (Al 2 0 3), boron nitride (BN), yttrium oxide (Y 2 0 3), zinc oxide (Zn0), titanium oxide (Ti0 2), carbonate force calcium (CAC0 3) and barium titanate (BaTi0 3), and the like.

熱処理装置10の熱処理炉11は、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)を用いた制御装置17の計測・制御部15により、成形体1に対する熱処理の温度および時間が制御できるようになっている。   The heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 can control the temperature and time of the heat treatment on the compact 1 by the measurement / control unit 15 of the control device 17 using a CPU (Central Processing Unit). .

このセラミックスの製造システム110では、上記画像解析処理装置30の画像処理部31による解析結果がデータ統合部32を介して熱処理装置10の制御装置17の情報処理部16に与えられ、計測・制御部15により、熱処理炉11において熱処理中の成形体1に対する熱処理の温度および時間が上記解析結果に応じて制御される。   In the ceramic manufacturing system 110, the analysis result by the image processing unit 31 of the image analysis processing device 30 is provided to the information processing unit 16 of the control device 17 of the heat treatment device 10 via the data integration unit 32, and the measurement / control unit Through the step 15, the temperature and time of the heat treatment on the compact 1 during the heat treatment in the heat treatment furnace 11 are controlled according to the above analysis results.

すなわち、このセラミックスの製造システム110は、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に対して熱処理炉11により熱処理を施す熱処理装置10と、上記熱処理炉11内において熱処理中の成形体1に該熱処理炉11の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成装置20と、上記干渉断層画像生成装置20により生成された光干渉断層画像を用いて、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの画像解析処理を行う画像解析処理装置30とからなり、上記熱処理装置10は、上記画像解析処理装置30による解析結果に基づいて、上記熱処理炉11におけるセラミックスの熱処理の条件を変化させる計測・制御部15を備える。   That is, the ceramic production system 110 includes a heat treatment apparatus 10 for performing heat treatment on a molded body obtained by molding a ceramic raw material by a heat treatment furnace 11 and a molded body 1 which is being heat-treated in the heat treatment furnace 11. An optical coherence tomographic image generating device 20 for irradiating light in the infrared region from outside the heat treatment furnace 11 to perform optical coherence tomography and generate an optical coherent tomographic image, and an optical coherence tomographic image generated by the coherent tomographic image generating device 20 An image analysis processing device 30 for performing an image analysis process for determining whether an optically inhomogeneous state occurs in the internal structure of the formed body during the heat treatment process of the ceramics by using the image; The measurement and control unit 15 that changes the condition of the heat treatment of the ceramics in the heat treatment furnace 11 based on the analysis result by the device 30 Provided.

そして、このセラミックスの製造システム110では、熱処理装置10、光干渉断層画像生成装置20と画像解析処理装置30により、図18の工程図に示す手順にしたがってセラミックスの製造処理が実行される。
図18は、上記セラミックスの製造システム110において実施されるセラミックスの製造方法の手順を示す工程図である。
In the ceramic manufacturing system 110, the ceramic manufacturing process is performed by the heat treatment apparatus 10, the optical coherence tomographic image generation apparatus 20, and the image analysis processing apparatus 30 according to the procedure shown in the process diagram of FIG.
FIG. 18 is a process diagram showing a procedure of a method of manufacturing ceramics performed in the ceramics manufacturing system 110.

すなわち、熱処理工程S1では、熱処理装置10において、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して熱処理炉11により熱処理を施す。   That is, in the heat treatment step S <b> 1, a heat treatment is performed by the heat treatment furnace 11 on the molded body 1 formed by molding the ceramic raw material in the heat treatment apparatus 10.

光干渉断層画像生成工程S2では、上記熱処理工程S1において熱処理中の成形体1に光干渉断層画像生成装置20により上記熱処理炉11の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する。   In the optical coherence tomographic image generation step S2, light in the infrared region is irradiated from the outside of the heat treatment furnace 11 by the optical coherence tomography image generation apparatus 20 to the molded body 1 being heat-treated in the heat treatment step S1 to perform optical coherence tomography. An optical coherence tomographic image is generated.

解析処理工程S3では、画像解析処理装置30により、上記光干渉断層画像生成工程S2において生成された光干渉断層画像を用いて、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの解析処理を行う。    In the analysis processing step S3, the image analysis processing apparatus 30 uses the optical coherence tomographic image generated in the optical coherence tomographic image generation step S2 to generate an optically inhomogeneous state in the internal structure of the compact during the heat treatment process of the ceramics. An analysis process is performed to determine whether any error has occurred.

そして、制御工程S4では、上記解析処理工程S3における解析結果に基づいて、上記熱処理工程S1における上記熱処理炉11によるセラミックスの熱処理の条件を変化させる。   In the control step S4, the condition of the heat treatment of the ceramics by the heat treatment furnace 11 in the heat treatment step S1 is changed based on the analysis result in the analysis processing step S3.

このように、セラミックスの製造システム110では、上記画像解析処理装置30による解析結果に基づいてセラミックスの製造を制御することで、例えば気孔およびき裂の発生頻度の低下など、セラミックス製造の精度の向上が期待される。   As described above, in the ceramics manufacturing system 110, by controlling the manufacture of the ceramics based on the analysis result by the image analysis processing device 30, it is possible to improve the accuracy of the ceramics manufacture, for example, to reduce the frequency of occurrence of pores and cracks. There is expected.

また、本発明は、例えば、図19のブロック図に示すような構成のセラミックスの内部構造解析システム200に適用される。   The present invention is applied to, for example, a ceramic internal structure analysis system 200 having a configuration as shown in the block diagram of FIG.

このセラミックスの内部構造解析システム200は、上述の図1に示したセラミックスの内部構造解析システム200において、上記熱処理炉11内において成形体1が載置される秤量皿51を備える秤量装置50を設けることにより、上記熱処理炉11によるセラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造の観察とともに重量変化を測定可能にしたものである。   The ceramic internal structure analysis system 200 is different from the ceramic internal structure analysis system 200 shown in FIG. 1 in that a weighing device 50 including a weighing dish 51 on which the compact 1 is placed in the heat treatment furnace 11 is provided. Thus, it is possible to observe the structure inside the compact during the heat treatment process of the ceramics by the heat treatment furnace 11 and measure the weight change.

このセラミックスの内部構造解析システム200における他の構成要素は、図1に示したセラミックスの内部構造解析システム100の構成要素と同じなので、同一構成要素について、図19に同一の符号を付して示し、その詳細な説明を省略する   Other components in the ceramic internal structure analysis system 200 are the same as the components of the ceramic internal structure analysis system 100 shown in FIG. 1, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals in FIG. , Its detailed description is omitted

すなわち、このセラミックスの内部構造解析システム200は、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して熱処理を施す熱処理炉11を備える熱処理装置10、上記熱処理炉11内において熱処理中の成形体1に該熱処理炉11の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成装置20、上記干渉断層画像生成装置20により生成された光干渉断層画像について画像解析処理を行う画像解析処理装置30と、上記熱処理炉11内において成形体1が載置される秤量皿51を備える秤量装置50を備える。   That is, the ceramic internal structure analysis system 200 includes a heat treatment apparatus 10 including a heat treatment furnace 11 for performing a heat treatment on a molded body 1 formed by molding a ceramic raw material, and a molded body being heat-treated in the heat treatment furnace 11. 1. An optical coherence tomographic image generating apparatus 20 for irradiating light in the infrared region from outside the heat treatment furnace 11 to generate optical coherent tomographic images by performing optical coherence tomographic imaging, and light generated by the coherent tomographic image generating apparatus 20 An image analysis processing device 30 that performs an image analysis process on an interference tomographic image, and a weighing device 50 that includes a weighing dish 51 on which the molded body 1 is placed in the heat treatment furnace 11 are provided.

秤量装置50は、上記熱処理炉11内において成形体1が載置される秤量皿51とともに変位可能な可動柱52を有する電子天秤53と秤量制御装置56を備える。   The weighing device 50 includes an electronic balance 53 having a movable column 52 displaceable together with a weighing dish 51 on which the molded body 1 is placed in the heat treatment furnace 11 and a weighing control device 56.

秤量制御装置56は、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)からなり、秤量・制御部54と秤量情報処理部55を備える。    The weighing control device 56 includes a CPU (Central Processing Unit) and includes a weighing / control unit 54 and a weighing information processing unit 55.

このセラミックスの内部構造解析システム200では、スタンド40の基台41上に秤量装置50の電子天秤53と熱処理装置10の熱処理炉11が積み重ねた状態で載置されており、熱処理炉11内に下方から挿入された電子天秤53の可動柱52の上端部に設けれた秤量皿51上に成形体1が載置されるようになっている。   In the internal structure analysis system 200 for ceramics, the electronic balance 53 of the weighing device 50 and the heat treatment furnace 11 of the heat treatment device 10 are placed on the base 41 of the stand 40 in a stacked state. The compact 1 is placed on a weighing dish 51 provided at the upper end of the movable column 52 of the electronic balance 53 inserted from the above.

電子天秤53は、載置された成形体1の重量変化を、秤量皿51とともに垂直(Z)軸方向に移動可能な可動柱52を介して測定するようになっている。   The electronic balance 53 measures the weight change of the mounted compact 1 via the movable column 52 movable in the vertical (Z) axis direction together with the weighing dish 51.

このセラミックスの内部構造解析システム200において、秤量装置50は、秤量制御装置56の秤量・制御部54により動作が制御される電子天秤53による重量測測定結果を秤量制御装置56の秤量情報処理部55を介して出力する。   In the ceramic internal structure analysis system 200, the weighing device 50 transmits the result of the weighing measurement by the electronic balance 53 whose operation is controlled by the weighing / control unit 54 of the weighing control device 56 to the weighing information processing unit 55 of the weighing control device 56. Output via.

したがって、このセラミックスの内部構造解析システム200では、上記熱処理炉11内において成形体1が載置される秤量皿51を備える秤量装置50により、上記熱処理炉11によるセラミックスの熱処理過程における重量変化を測定することができる。   Therefore, in the ceramic internal structure analysis system 200, the weight change in the heat treatment process of the ceramics by the heat treatment furnace 11 is measured by the weighing device 50 including the weighing dish 51 on which the compact 1 is placed in the heat treatment furnace 11. can do.

また、このセラミックスの内部構造解析システム200では、上記スタンド40の支柱42の上端側から側方に延びたアーム43の前端部に設けられたヘッド保持部44により、上記基台41上の熱処理炉11の上方位置において保持姿勢を可変調整機自在に保持された上記光干渉断層画像生成装置20のカメラヘッド部25から、上記成形体1に照射する赤外線領域の光の光軸を該成形体1の観察面1Aの法線方向に対して1〜10°の角度範囲内で所定角度θ傾斜させた状態で、上記光干渉断層画像生成装置20によりノイズが少ない光干渉断層画像を生成することができるようになっている。   Further, in the ceramic internal structure analysis system 200, the heat treatment furnace on the base 41 is provided by the head holding portion 44 provided at the front end of the arm 43 extending laterally from the upper end of the column 42 of the stand 40. The optical axis of light in the infrared region irradiated onto the molded body 1 from the camera head unit 25 of the optical coherence tomographic image generation apparatus 20 whose holding posture is variably adjusted at a position above the molded body 1 is adjusted. The optical coherence tomographic image generating apparatus 20 can generate an optical coherence tomographic image with less noise in a state where the optical coherence tomographic image generating device 20 is tilted at a predetermined angle θ within an angle range of 1 to 10 ° with respect to the normal direction of the observation surface 1A. I can do it.

そして、このセラミックスの内部構造解析システム200では、熱処理装置10、光干渉断層画像生成装置20と画像解析処理装置30により、図20の工程図に示す手順にしたがってセラミックスの内部構造解析が実行される。   In the ceramic internal structure analysis system 200, the internal structure of the ceramic is analyzed by the heat treatment apparatus 10, the optical coherence tomographic image generation apparatus 20, and the image analysis processing apparatus 30 according to the procedure shown in the process diagram of FIG. .

図20は、上記セラミックスの内部構造解析システム200において実施される内部構造解析方法の手順を示す工程図である。   FIG. 20 is a process chart showing a procedure of an internal structure analysis method performed in the ceramic internal structure analysis system 200.

すなわち、熱処理工程S1では、熱処理装置10において、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して熱処理炉11により熱処理を施す。   That is, in the heat treatment step S <b> 1, a heat treatment is performed by the heat treatment furnace 11 on the molded body 1 formed by molding the ceramic raw material in the heat treatment apparatus 10.

光干渉断層画像生成工程S2では、上記熱処理工程S1において熱処理中の成形体1に光干渉断層画像生成装置20により上記熱処理炉11の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する。   In the optical coherence tomographic image generation step S2, light in the infrared region is irradiated from the outside of the heat treatment furnace 11 by the optical coherence tomography image generation apparatus 20 to the molded body 1 being heat-treated in the heat treatment step S1 to perform optical coherence tomography. An optical coherence tomographic image is generated.

解析処理工程S3では、画像解析処理装置30により、上記光干渉断層画像生成工程S2において生成された光干渉断層画像を用いて、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの解析処理を行う。    In the analysis processing step S3, the image analysis processing apparatus 30 uses the optical coherence tomographic image generated in the optical coherence tomographic image generation step S2 to generate an optically inhomogeneous state in the internal structure of the compact during the heat treatment process of the ceramics. An analysis process is performed to determine whether any error has occurred.

さらに、重量変化測定工程S4では、上記熱処理炉11によるセラミックスの熱処理過程における重量変化を秤量装置50により測定する   Further, in the weight change measuring step S4, the weight change during the heat treatment of the ceramics by the heat treatment furnace 11 is measured by the weighing device 50.

すなわち、このセラミックスの内部構造解析システム200では、上記熱処理炉11内において焼成中の成形体1に対して、上記干渉断層画像生成装置20により生成された光干渉断層画像について画像解析処理装置30により画像解析処理を行うとともに、上記熱処理炉11によるセラミックスの熱処理過程における重量変化を秤量装置50により測定することができる。   That is, in the ceramic internal structure analysis system 200, the image analysis processing device 30 applies the optical coherence tomographic image generated by the coherence tomographic image generation device 20 to the compact 1 being fired in the heat treatment furnace 11. In addition to performing the image analysis processing, the weight change during the heat treatment of the ceramics by the heat treatment furnace 11 can be measured by the weighing device 50.

ここで、セラミックスの特性は内部構造に大きく依存するが、その構造は混合・成形・脱脂・焼成などの製造プロセスごとに変化する。特に、脱脂過程では、添加した有機物の溶融、蒸発、熱分解、酸化など大きな物質の変化が生じ、体積変化も生じることから成形体の割れや変形が起こる可能性もある。   Here, the characteristics of the ceramics greatly depend on the internal structure, and the structure changes for each manufacturing process such as mixing, molding, degreasing, and firing. In particular, in the degreasing process, a large substance change such as melting, evaporation, thermal decomposition, and oxidation of the added organic substance occurs, and a volume change occurs, so that the molded article may be cracked or deformed.

このセラミックスの内部構造解析システム200では、熱処理炉11内の成形体1について、干渉断層画像生成装置20により光干渉断層画像を生成するとともに、秤量装置50により重量変化を測定することができるので、セラミックスの脱脂過程のその場観察、および内部構造変化を解明することもできる。   In the ceramic internal structure analysis system 200, the coherence tomographic image generation device 20 generates an optical coherence tomographic image and the weight change can be measured by the weighing device 50 for the compact 1 in the heat treatment furnace 11. In-situ observation of the degreasing process of ceramics and change of internal structure can be clarified.

ここで、上記セラミックスの内部構造解析システム200において、セラミックスの脱脂過程についてその場観察して得られた成形体1の光干渉断層画像を図21の(A)〜(E)に示す。   21A to 21E show optical coherence tomographic images of the molded body 1 obtained by in-situ observation of the degreasing process of the ceramics in the ceramic internal structure analysis system 200. FIG.

図21の(A)〜(E)は、原料粉体であるAlN粉体(トクヤマ(株)、Hグレード)に0.5 wt%のY粉体(信越化学工業(株)、RU−P)を添加し、エタノール中で湿式混合した。得られた混合粉体にバインダーとしてパラフィンを10wt%(純正化学(株)、m.p.46−48℃)と滑剤としてフタル酸ビス(2−エチルヘキシル)を10wt%(富士フィルム和光純薬(株))を添加して造粒した後、一軸成形およびCIP成形により成形体1を作製し、上記熱処理炉11として赤外線集光加熱電気炉(IR−TP−1−2、(株)米倉製作所)を用いて最高温度600℃,空気中1.0mL/minの条件で成形体1の脱脂を行い、脱脂過程の様子を上記熱処理炉11の上方の石英ガラス窓14を通じてOCT(IVS−00−WE、santec(株),中心波長1300nm,軸分解能4.4μm(屈折率n=1),横方向分解能9μm,焦点深度0.3mm,スキャン速度20kHz)を画像解析処理装置30として用いてその場観察することにより得られた脱脂中の成形体1の光干渉断層画像である。 (A) to (E) of FIG. 21 show that 0.5 wt% of Y 2 O 3 powder (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added to AlN powder (Tokuyama Co., H grade) as a raw material powder. RU-P) and wet mixed in ethanol. 10 wt% of paraffin as a binder (Junsei Chemical Co., mp. 46-48 ° C.) and 10 wt% of bis (2-ethylhexyl) phthalate as a lubricant (Fuji Film Wako Pure Chemical Co., Ltd.) ) And granulation, and then a molded body 1 is produced by uniaxial molding and CIP molding, and an infrared condensing heating electric furnace (IR-TP-1-2, Yonekura Seisakusho Co., Ltd.) is used as the heat treatment furnace 11. ), The molded body 1 is degreased at a maximum temperature of 600 ° C. and 1.0 mL / min in the air, and the state of the degreasing process is observed through the quartz glass window 14 above the heat treatment furnace 11 through the OCT (IVS-00-). WE, santec Co., Ltd., image analysis processing device with center wavelength 1300 nm, axial resolution 4.4 μm (refractive index n = 1), lateral resolution 9 μm, focal depth 0.3 mm, scan speed 20 kHz) It is an optical coherence tomographic image of the molded article 1 during degreasing obtained by performing in-situ observation using No. 30.

また、脱脂中の成形体1の重量変化を電子天秤(AP225WD、(株)島津製作所)53を用いて測定した。   The change in weight of the molded body 1 during degreasing was measured using an electronic balance (AP225WD, Shimadzu Corporation) 53.

図21において、(A)は30℃において得られた光干渉断層画像であり、このときの成形体1の重量変化は0.0%であった。   In FIG. 21, (A) is an optical coherence tomographic image obtained at 30 ° C., and the change in weight of the molded body 1 at this time was 0.0%.

(B)は50℃において得られた光干渉断層画像であり、このときの成形体1の重量変化は0.0%であった。   (B) is an optical coherence tomographic image obtained at 50 ° C., and the weight change of the molded body 1 at this time was 0.0%.

(C)は158℃において得られた光干渉断層画像であり、このときの成形体1の重量変化は0.3%であった。   (C) is an optical coherence tomographic image obtained at 158 ° C., and the weight change of the molded body 1 at this time was 0.3%.

(D)は304℃において得られた光干渉断層画像であり、このときの成形体1の重量変化は5.8%であった。   (D) is an optical coherence tomographic image obtained at 304 ° C., and the weight change of the molded body 1 at this time was 5.8%.

(E)は600℃において得られた光干渉断層画像であり、このときの成形体1の重量変化は9.6%であった。   (E) is an optical coherence tomographic image obtained at 600 ° C., and the weight change of the molded body 1 at this time was 9.6%.

成形体1には白と黒の領域が存在するが、光干渉断層画像では屈折率の異なる領域が白く、光の反射が起こらない領域が黒く検出されている。   The molded body 1 has white and black regions, but in the optical coherence tomographic image, regions having different refractive indexes are detected as white, and regions where no light reflection occurs are detected as black.

脱脂中の光干渉断層画像の変化を追うと、50℃付近で内部構造が均一に大きく変化する様子が観察された。これは、バインダーとして添加したパラフィンの融点付近の温度が50℃であることから、パラフィンが融解してAlN粒子の再配列が生じたためであると考えられる。   When the change in the optical coherence tomographic image during the degreasing was followed, it was observed that the internal structure changed substantially uniformly at around 50 ° C. This is considered to be because the temperature around the melting point of paraffin added as a binder was 50 ° C., and the paraffin was melted and AlN particles were rearranged.

続いて158℃付近で白い塊が空気中を流動する様子が観察された。これはパラフィンが成形体表面から揮発し、それらが空気中でエアロゾルとなり、熱処理炉11内の空気に流されたためであると考えられる。また、昇温中に成形体が移動する様子や、明暗のコントラストが異なる領域が現れて内部構造が連続的に変化する様子が観察された。   Subsequently, at around 158 ° C., it was observed that the white mass flowed in the air. It is considered that this is because paraffin was volatilized from the surface of the molded body, turned into an aerosol in the air, and flowed into the air in the heat treatment furnace 11. In addition, it was observed that the molded body moved during the heating, and that the internal structure changed continuously due to the appearance of regions having different contrasts between light and dark.

このように、セラミックスの内部構造解析システム200では、干渉断層画像生成装置20を用いてセラミックス成形体1の脱脂過程の観察を行うことにより、脱脂の進行とともに内部構造が変化する様子が観察され、内部観察変化を解明することができる。   As described above, in the ceramic internal structure analysis system 200, by observing the degreasing process of the ceramic molded body 1 using the interference tomographic image generation device 20, it is observed that the internal structure changes as the degreasing progresses, Internal observation changes can be clarified.

上述の如きセラミックスの内部構造解析システム200は、熱処理装置10の熱処理炉11内で脱脂中の成形体1を光干渉断層画像生成装置20によりその場観察して得られる光干渉断層画像について、画像解析処理装置30にて光学的不均質状態が生じているかの解析処理を行うとともに、上記熱処理炉11によるセラミックスの脱脂過程における重量変化を秤量装置50により測定することができるので、熱処理炉11内の成形体1の脱脂状態を良否を判別可能にすることができ、最適な脱脂条件を決定することができるので、上記画像解析処理装置30による解析結果に基づいて、上記熱処理装置10の熱処理炉11におけるセラミックスの脱脂の条件を変化させることで、熱処理炉11により最適な脱脂条件で成形体1を脱脂可能な例えば図22のブロック図に示すような構成のセラミックスの製造システム210を構築することができる。   The internal structure analysis system 200 for ceramics as described above uses the optical coherence tomographic image generation apparatus 20 to observe the molded article 1 being degreased in the heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 in-situ. The analysis processing device 30 performs an analysis process to determine whether an optically inhomogeneous state has occurred, and the weight change during the degreasing process of the ceramics by the heat treatment furnace 11 can be measured by the weighing device 50. Since the quality of the degreasing state of the molded body 1 can be determined and the optimal degreasing condition can be determined, the heat treatment furnace of the heat treatment apparatus 10 can be determined based on the analysis result by the image analysis processing apparatus 30. By changing the conditions for degreasing the ceramics in 11, the heat treatment furnace 11 can degreasing the compact 1 under the optimal degreasing conditions Example, if it is possible to build a ceramics manufacturing system 210 configured as shown in the block diagram of FIG. 22.

図22は、本発明を適用したセラミックスの製造システム210の構成を示すブロック図である。   FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of a ceramic manufacturing system 210 to which the present invention is applied.

このセラミックスの製造システム210は、図19に示したセラミックスの内部構造解析システム200における上記画像解析処理装置30による解析結果と秤量装置50による観察結果に基づいて、上記熱処理装置10の熱処理炉11におけるセラミックスの脱脂条件や焼結条件を変化させるようにしたもので、上記画像解析処理装置30の画像処理部31による解析結果と秤量装置50による観察結果がデータ統合部32を介して熱処理装置10の制御装置17の情報処理部16に与えられるようになっている。   This ceramic manufacturing system 210 is based on the analysis result by the image analysis processing device 30 and the observation result by the weighing device 50 in the ceramic internal structure analysis system 200 shown in FIG. The degreasing condition and the sintering condition of the ceramics are changed. The analysis result by the image processing unit 31 of the image analysis processing device 30 and the observation result by the weighing device 50 are transmitted to the heat treatment device 10 through the data integration unit 32. The information is provided to the information processing unit 16 of the control device 17.

このセラミックスの製造システム210の構成要素は、図19に示したセラミックスの内部構造解析システム200の構成要素と同じなので、同一構成要素については、図22に同一の符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。   The components of the ceramic manufacturing system 210 are the same as the components of the ceramic internal structure analysis system 200 shown in FIG. 19, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals in FIG. Detailed description is omitted.

このセラミックスの製造システム210において、熱処理装置10は、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して高温電気炉からなる熱処理炉炉11により脱脂処理や焼結処理などの熱処理を施す。   In the ceramic manufacturing system 210, the heat treatment apparatus 10 performs a heat treatment such as a degreasing treatment or a sintering treatment on a molded body 1 formed by molding a ceramic raw material by a heat treatment furnace 11 composed of a high-temperature electric furnace.

熱処理装置10の熱処理炉11は、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)を用いた制御装置17の計測・制御部15により、成形体1に対する熱処理の温度および時間が制御できるようになっている。   The heat treatment furnace 11 of the heat treatment apparatus 10 can control the temperature and time of the heat treatment on the compact 1 by the measurement / control unit 15 of the control device 17 using a CPU (Central Processing Unit). .

このセラミックスの製造システム210では、上記画像解析処理装置30の画像処理部31による解析結果と秤量装置50による観察結果がデータ統合部32を介して熱処理装置10の制御装置17の情報処理部16に与えられ、計測・制御部15により、熱処理炉11において脱脂処理や焼結処理などの熱処理を実行中の成形体1に対する脱脂処理や焼結処理の温度および時間が上記画像処理部31による解析結果や秤量装置50による観察結果に応じて制御される。   In the ceramic manufacturing system 210, the analysis result by the image processing unit 31 of the image analysis processing device 30 and the observation result by the weighing device 50 are transmitted to the information processing unit 16 of the control device 17 of the heat treatment device 10 via the data integration unit 32. Given by the measurement / control unit 15, the temperature and time of the degreasing process and the sintering process on the compact 1 during the heat treatment such as the degreasing process and the sintering process in the heat treatment furnace 11 are analyzed by the image processing unit 31. And control according to the observation result by the weighing device 50.

すなわち、このセラミックスの製造システム210は、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して熱処理炉11により脱脂処理や焼結処理などの熱処理を施す熱処理装置10と、上記熱処理炉11内において脱脂処理や焼結処理焼などの熱処理を実行中の成形体1に該熱処理炉11の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成装置20と、上記干渉断層画像生成装置20により生成された光干渉断層画像を用いて、セラミックスの脱脂過程や焼結過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの画像解析処理を行う画像解析処理装置30と、上記熱処理炉11によるセラミックスの脱脂過程や焼結過程における重量変化を測定するための秤量装置50とからなり、上記熱処理装置10は、上記画像解析処理装置30による解析結果と秤量装置50による観察結果に基づいて、上記熱処理炉11におけるセラミックスの脱脂条件や焼結条件などを変化させる計測・制御部15を備える。   That is, the ceramics manufacturing system 210 includes a heat treatment apparatus 10 that performs heat treatment such as degreasing or sintering on a molded body 1 formed by molding a ceramic raw material by a heat treatment furnace 11, An optical coherence tomographic image is generated by irradiating light in the infrared region from outside the heat treatment furnace 11 to the compact 1 which is performing a heat treatment such as a degreasing process or a sintering process to generate an optical coherence tomographic image. Using the image generating device 20 and the optical coherence tomographic image generated by the coherent tomographic image generating device 20, whether an optically inhomogeneous state has occurred in the structure inside the compact during the degreasing process and the sintering process of the ceramics An image analysis processing device 30 for performing image analysis processing, and a weighing device for measuring a weight change in a degreasing process and a sintering process of the ceramics by the heat treatment furnace 11. 50, the heat treatment apparatus 10 measures and changes the degreasing condition and sintering condition of the ceramics in the heat treatment furnace 11 based on the analysis result by the image analysis processing device 30 and the observation result by the weighing device 50. The control unit 15 is provided.

そして、このセラミックスの製造システム210では、熱処理装置10、光干渉断層画像生成装置20、画像解析処理装置30と秤量装置50により、図23の工程図に示す手順にしたがってセラミックスの製造処理が実行される。   Then, in the ceramic manufacturing system 210, the ceramic manufacturing process is performed by the heat treatment apparatus 10, the optical coherence tomographic image generation apparatus 20, the image analysis processing apparatus 30, and the weighing apparatus 50 according to the procedure shown in the process diagram of FIG. You.

図23は、上記セラミックスの製造システム210において実施されるセラミックスの製造方法の手順を示す工程図である。    FIG. 23 is a process diagram showing a procedure of a method for manufacturing ceramics performed in the ceramics manufacturing system 210.

すなわち、熱処理工程S11では、熱処理装置10において、セラミックスの原料物質を成形してなる成形体1に対して熱処理炉11により脱脂処理や焼結処理などの熱処理を施す。   That is, in the heat treatment step S <b> 11, in the heat treatment apparatus 10, a heat treatment such as a degreasing treatment or a sintering treatment is performed by the heat treatment furnace 11 on the molded body 1 obtained by molding the ceramic raw material.

光干渉断層画像生成工程S12では、上記熱処理工程S11において脱脂処理や焼結処理などの熱処理を実行中の成形体1に光干渉断層画像生成装置20により上記熱処理炉11の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する。   In the optical coherence tomographic image generation step S12, the light in the infrared region from the outside of the heat treatment furnace 11 by the optical coherence tomography image generation apparatus 20 is applied to the molded body 1 that is performing the heat treatment such as the degreasing treatment and the sintering treatment in the heat treatment step S11. To perform optical coherence tomography to generate an optical coherence tomographic image.

解析処理工程S13では、画像解析処理装置30により、上記光干渉断層画像生成工程S12において生成された光干渉断層画像を用いて、セラミックスの脱脂過程や焼結過程などの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの解析処理を行う。
重量変化測定工程S14では、セラミックスの脱脂過程や焼結過程などの熱処理過程における成形体1の重量変化を秤量装置50により測定する。
In the analysis processing step S13, the image analysis processing apparatus 30 uses the optical coherence tomographic image generated in the optical coherence tomographic image generation step S12 to generate the inside of the molded body in a heat treatment process such as a degreasing process or a sintering process of ceramics. An analysis process is performed to determine whether the structure has an optically inhomogeneous state.
In the weight change measuring step S14, the weight change of the molded body 1 in the heat treatment process such as the degreasing process and the sintering process of the ceramic is measured by the weighing device 50.

そして、制御工程S15では、上記解析処理工程S13における解析結果と重量変化測定工程S14における観察結果に基づいて、上記熱処理工程S11における上記熱処理炉11によるセラミックスの脱脂条件や焼結条件などを変化させる。   In the control step S15, the degreasing conditions and sintering conditions of the ceramics by the heat treatment furnace 11 in the heat treatment step S11 are changed based on the analysis results in the analysis processing step S13 and the observation results in the weight change measurement step S14. .

このように、セラミックスの製造システム210では、上記画像解析処理装置30による解析結果と秤量装置50による観察結果に基づいてセラミックスの製造を制御することで、例えば気孔およびき裂の発生頻度の低下など確実に防止して、セラミックス製造の精度の向上を図ることができる。   As described above, in the ceramic manufacturing system 210, by controlling the manufacturing of the ceramic based on the analysis result by the image analysis processing device 30 and the observation result by the weighing device 50, for example, the frequency of occurrence of pores and cracks can be reduced. This can be reliably prevented, and the accuracy of ceramics production can be improved.

1 成形体、1A 観察面、10 熱処理装置、11 熱処理炉、13 試料台アーム、14 上蓋14A 窓、15 計測・制御部、16 情報処理部、17 制御装置、20 光干渉断層画像生成装置、21 光源、22 ハーフミラー、23 参照ミラー、24 検出器、25 カメラヘッド部、26 情報処理部、27 光干渉断層画像生成部、30 画像解析処理装置、31 画像処理部、32 データ統合部、35 学習装置、41 基台、42 支柱、40 スタンド、25 カメラヘッド部、43 アーム、44 ヘッド保持部、51 秤量皿、50 秤量装置、52 可動柱、53 電子天秤、54 秤量・制御部、55 秤量情報処理部、56 秤量制御装置、100 セラミックスの内部構造解析システム、100A ラミックスの内部構造解析システム、110 セラミックスの製造システム、200 セラミックスの内部構造解析システム、210 セラミックスの製造システム、310 第1通信部、320 第1記憶部、330 第1制御部、331 解析処理部、332 スペックルノイズ除去処理部、333 不均一状態検出部、350 第2通信部、360 第2記憶部、370 第2制御部、361 学習用データ記憶部、371 学習用データ取得部、372 機械学習部、S1 熱処理工程、S2 光干渉断層画像生成工程、S3 解析処理工程、S4 重量変化測定工程、S11 熱処理工程、S12 光干渉断層画像生成工程、S13 解析処理工程、S14 重量変化測定工程、S15 制御工程   Reference Signs List 1 molded body, 1A observation surface, 10 heat treatment apparatus, 11 heat treatment furnace, 13 sample table arm, 14 upper lid 14A window, 15 measurement / control unit, 16 information processing unit, 17 control device, 20 optical coherence tomographic image generation device, 21 Light source, 22 half mirror, 23 reference mirror, 24 detector, 25 camera head unit, 26 information processing unit, 27 optical coherence tomographic image generation unit, 30 image analysis processing device, 31 image processing unit, 32 data integration unit, 35 learning Apparatus, 41 base, 42 support, 40 stand, 25 camera head, 43 arm, 44 head holder, 51 weighing dish, 50 weighing device, 52 movable column, 53 electronic balance, 54 weighing / control unit, 55 weighing information Processing unit, 56 Weighing control device, 100 Internal structure analysis system for ceramics, 100A Internal structure solution for Lamix System, 110 ceramics manufacturing system, 200 ceramics internal structure analysis system, 210 ceramics manufacturing system, 310 first communication unit, 320 first storage unit, 330 first control unit, 331 analysis processing unit, 332 speckle noise removal Processing section, 333 non-uniform state detection section, 350 second communication section, 360 second storage section, 370 second control section, 361 learning data storage section, 371 learning data acquisition section, 372 machine learning section, S1 heat treatment step , S2 optical coherence tomographic image generation step, S3 analysis processing step, S4 weight change measurement step, S11 heat treatment step, S12 optical coherence tomographic image generation step, S13 analysis processing step, S14 weight change measurement step, S15 control step

Claims (13)

セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に対し熱処理を施す熱処理炉と、
上記熱処理炉内において熱処理中の上記成形体に熱処理炉の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成部と
を備え、
上記光干渉断層画像生成部により生成される光干渉断層画像として、上記熱処理炉によるセラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造を観察可能としたことを特徴とするセラミックスの内部構造観察装置。
A heat treatment furnace for performing heat treatment on a molded body formed by molding a ceramic raw material;
An optical coherence tomographic image generation unit that generates an optical coherence tomographic image by performing optical coherence tomography by irradiating light in the infrared region from outside the heat treatment furnace to the molded body that is being heat-treated in the heat treatment furnace,
An internal structure observation apparatus for ceramics, wherein an internal structure of a formed body during a heat treatment process of the ceramics by the heat treatment furnace can be observed as an optical coherence tomographic image generated by the optical coherence tomographic image generation unit.
上記光干渉断層画像生成部により上記成形体に照射する赤外線領域の光の光軸を該成形体の観察面の法線方向に対して1〜10°の角度範囲内で所定角度傾斜させるようにしたことを特徴とする請求項1記載のセラミックスの内部構造観察装置。   The optical coherence tomographic image generation unit inclines the optical axis of light in the infrared region irradiated on the molded body by a predetermined angle within a range of 1 to 10 ° with respect to a normal direction of an observation surface of the molded body. 2. The apparatus for observing the internal structure of ceramics according to claim 1, wherein: 上記光干渉断層画像生成部の保持姿勢を可変する姿勢調整機構を備え、
上記姿勢調整機構により、上記成形体に照射する赤外線領域の光の光軸を上記成形体の観察面の法線方向に対して上記1〜10°の範囲内の所定角度傾斜させた状態に上記光干渉断層画像生成部を保持することを特徴とする請求項2記載のセラミックスの内部構造観察装置。
An attitude adjustment mechanism that varies a holding attitude of the optical coherence tomographic image generation unit,
By the attitude adjusting mechanism, the optical axis of the light in the infrared region irradiated on the molded body is inclined at a predetermined angle within the range of 1 to 10 ° with respect to the normal direction of the observation surface of the molded body. 3. The apparatus for observing an internal structure of a ceramic according to claim 2, wherein the apparatus holds an optical coherence tomographic image generation unit.
上記熱処理炉内における上記成形体の保持姿勢を可変する姿勢調整機構を備え、
上記光干渉断層画像生成部により照射される赤外線領域の光の光軸に対して観察面の法線方向を上記1〜10°の角度範囲内で所定角度傾斜させた状態に上記姿勢調整機構により上記成形体を保持することを特徴とする請求項1に記載のセラミックスの内部構造観察装置。
An attitude adjusting mechanism that varies a holding attitude of the molded body in the heat treatment furnace,
The posture adjusting mechanism is in a state where the normal direction of the observation surface is inclined at a predetermined angle within the above-mentioned 1 to 10 ° angle range with respect to the optical axis of the light in the infrared region irradiated by the optical coherence tomographic image generation unit. The apparatus for observing the internal structure of a ceramic according to claim 1, wherein the apparatus holds the formed body.
さらに、上記熱処理炉内において上記成形体が載置される秤量皿を備える秤量装置を備え、
上記熱処理炉によるセラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造の観察とともに重量変化を測定可能にしたことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のセラミックスの内部構造観察装置。
Further, a weighing device including a weighing dish on which the molded body is placed in the heat treatment furnace,
5. The apparatus for observing the internal structure of ceramics according to claim 3, wherein the change in weight can be measured together with the observation of the internal structure of the compact during the heat treatment of the ceramics by the heat treatment furnace.
セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に熱処理を施す熱処理炉と、
上記熱処理炉内において熱処理中の上記成形体に該熱処理炉の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成装置と、
上記干渉断層画像生成装置により生成された光干渉断層画像について画像解析処理を行う画像解析処理装置と
を備え、
上記画像解析処理装置により、上記干渉断層画像生成装置により生成された光干渉断層画像を用いて、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの画像解析処理を行うことを特徴とするセラミックスの内部構造解析システム。
A heat treatment furnace for performing heat treatment on a molded body formed by molding a ceramic raw material;
An optical coherence tomographic image generating apparatus that generates an optical coherence tomographic image by performing light coherence tomography by irradiating light in an infrared region from outside the heat treatment furnace to the molded body that is being heat-treated in the heat treatment furnace,
An image analysis processing device that performs image analysis processing on the optical coherence tomographic image generated by the coherence tomographic image generation device,
Using the optical coherence tomographic image generated by the coherent tomographic image generation device, the image analysis processing device performs an image analysis process to determine whether an optically inhomogeneous state occurs in the structure inside the compact during the heat treatment process of the ceramics. An internal structure analysis system for ceramics.
上記光干渉断層画像生成装置により上記成形体に照射する赤外線領域の光の光軸を該成形体の観察面の法線方向に対して1〜10°の角度範囲内で所定角度傾斜させるようにしたことを特徴とする請求項6記載のセラミックスの内部構造解析システム。   The optical coherence tomographic image generating apparatus inclines the optical axis of light in the infrared region irradiated on the molded body by a predetermined angle within a range of 1 to 10 ° with respect to a normal direction of an observation surface of the molded body. The internal structure analysis system for ceramics according to claim 6, wherein: 上記光干渉断層画像生成装置の保持姿勢を可変する姿勢調整機構を備え、
上記姿勢調整機構により、上記成形体に照射する赤外線領域の光の光軸を成形体の観察面の法線方向に対して上記1〜10°の角度範囲内で所定角度傾斜させた状態に上記光干渉断層画像生成装置を保持することを特徴とする請求項7記載のセラミックスの内部構造解析システム。
An attitude adjustment mechanism that varies a holding attitude of the optical coherence tomographic image generation apparatus,
The posture adjusting mechanism causes the optical axis of light in the infrared region irradiated on the molded body to be inclined at a predetermined angle within the angle range of 1 to 10 ° with respect to the normal direction of the observation surface of the molded body. 8. The ceramic internal structure analysis system according to claim 7, wherein the system holds an optical coherence tomographic image generation device.
上記熱処理炉内における上記成形体の保持姿勢を可変する姿勢調整機構を備え、
上記光干渉断層画像生成装置により照射される赤外線領域の光の光軸に対して観察面の法線方向を上記1〜10°の角度範囲内で所定角度傾斜させた状態に上記姿勢調整機構により上記成形体を保持することを特徴とする請求項7に記載のセラミックスの内部構造解析システム。
An attitude adjusting mechanism that varies a holding attitude of the molded body in the heat treatment furnace,
The attitude adjusting mechanism is configured to tilt the normal direction of the observation surface with respect to the optical axis of the light in the infrared region irradiated by the optical coherence tomographic image generation device at a predetermined angle within the above angle range of 1 to 10 °. The internal structure analysis system for ceramics according to claim 7, wherein the molded body is held.
上記熱処理炉内において上記成形体が載置される秤量皿を備える秤量装置を備え、
上記熱処理炉によるセラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造の観察とともに重量変化を測定可能にしたことを特徴とする請求項6乃至請求項9の何れか1項に記載のセラミックスの内部構造解析システム。
A weighing device including a weighing dish on which the molded body is placed in the heat treatment furnace,
The ceramic internal structure analysis system according to any one of claims 6 to 9, wherein a change in weight can be measured together with observation of a structure inside the compact during a heat treatment process of the ceramics by the heat treatment furnace. .
セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に熱処理炉により熱処理を施す熱処理工程と、
上記熱処理工程において熱処理中の上記成形体に上記熱処理炉の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成工程と
を有し、
上記光干渉断層画像生成工程において生成される光干渉断層画像として、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造を観察可能としたことを特徴とするセラミックスの内部構造観察方法。
A heat treatment step of heat-treating a molded body obtained by molding a ceramic raw material by a heat treatment furnace;
An optical coherence tomographic image generation step of generating an optical coherence tomographic image by performing optical coherence tomography by irradiating light in the infrared region from outside the heat treatment furnace to the molded body during the heat treatment in the heat treatment step,
A method for observing the internal structure of ceramics, wherein an internal structure of a formed body during a heat treatment process of ceramics can be observed as an optical coherence tomographic image generated in the optical coherence tomographic image generating step.
セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に熱処理炉により熱処理を施す熱処理工程と、
上記熱処理工程において熱処理中の上記成形体に熱処理炉の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成工程と、
上記光干渉断層画像生成工程において生成された光干渉断層画像について画像解析処理を行う画像解析処理工程と
を有し、
上記画像解析処理工程において、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの画像解析処理を行うことを特徴とするセラミックスの内部構造解析方法。
A heat treatment step of heat-treating a molded body obtained by molding a ceramic raw material by a heat treatment furnace;
An optical coherence tomographic image generating step of generating an optical coherence tomographic image by irradiating light in an infrared region from outside the heat treatment furnace to the molded body during the heat treatment in the heat treatment step,
An image analysis processing step of performing image analysis processing on the optical coherence tomographic image generated in the optical coherence tomographic image generation step,
In the above-mentioned image analysis processing step, an internal structure analysis method for ceramics is performed, wherein an image analysis processing is performed to determine whether an optically inhomogeneous state occurs in a structure inside the molded body during the heat treatment process of the ceramics.
セラミックスの原料物質を成形してなる成形体に熱処理炉により熱処理を施す熱処理工程と、
上記熱処理工程において熱処理中の上記成形体に上記熱処理炉の外部から赤外線領域の光を照射して光干渉断層撮影を行い光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成工程と、
上記光干渉断層画像生成工程において生成された光干渉断層画像を用いて、セラミックスの熱処理過程における成形体内部の構造に光学的不均質状態が生じているかの画像解析処理を行う画像解析処理工程と、
上記画像解析処理工程における画像解析結果に基づいて、上記熱処理工程における上記熱処理炉によるセラミックスの熱処理の条件を変化させる制御工程と
を有することを特徴とするセラミックスの製造方法。
A heat treatment step of heat-treating a molded body obtained by molding a ceramic raw material by a heat treatment furnace;
An optical coherence tomographic image generation step of generating an optical coherence tomographic image by irradiating light in an infrared region from outside the heat treatment furnace to the molded body during the heat treatment in the heat treatment step,
Using the optical coherence tomographic image generated in the optical coherence tomographic image generation step, an image analysis processing step of performing an image analysis processing as to whether or not an optically inhomogeneous state occurs in the structure inside the molded body in the heat treatment process of the ceramics; ,
Controlling the condition of heat treatment of the ceramics by the heat treatment furnace in the heat treatment step based on an image analysis result in the image analysis processing step.
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