JP2022083881A - Layer thickness measurement method - Google Patents

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優一 永松
Yuichi Nagamatsu
雄三 三浦
Yuzo Miura
将史 影山
Masashi Kageyama
健一 岡島
Kenichi Okajima
勝 栗林
Masaru Kuribayashi
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Rigaku Denki Co Ltd
Rigaku Corp
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Rigaku Corp
Toyota Motor Corp
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Abstract

To measure the layer thickness of each layer of a laminate with good accuracy.SOLUTION: A layer thickness measurement device captures a transmission image of a laminate of a high-pressure tank, using an X-ray, acquires a scattering intensity distribution image of the laminate, sets the regression equation of scattering intensity of a helical layer in the scattering intensity distribution image, finds a difference in the scattering intensity of the regression equation from the scattering intensity distribution image, and generates the distribution of scattering intensity for layer thickness analysis (steps 100-104). Thereafter, a threshold is set from the difference between the scattering intensity of a hoop layer and the scattering intensity of a helical layer in the distribution of scattering intensity, a boundary surface between the helical and the hoop layers is extracted from the distribution of scattering intensity based on the threshold, and the layer thickness of each layer is calculated from the position of the extracted boundary surface (steps 106-110). Thus, it is possible to measure the layer thickness of each layer of the laminate with good accuracy.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、積層体の層厚計測方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring the layer thickness of a laminated body.

特許文献1には、異方性繊維シートの繊維配向方向及び輪郭の評価方法が開示されている。特許文献1の開示では、異方性繊維シートの表面に照射した光の反射光を撮像し、撮影画像上の明部の移動の軌跡から異方性繊維シートの繊維配向方向を判別し、明部の不連続部分を検出して異方性繊維シートの輪郭を検知している。 Patent Document 1 discloses a method for evaluating the fiber orientation direction and contour of an anisotropic fiber sheet. In the disclosure of Patent Document 1, the reflected light of the light applied to the surface of the anisotropic fiber sheet is imaged, and the fiber orientation direction of the anisotropic fiber sheet is determined from the locus of movement of the bright portion on the photographed image. The contour of the anisotropic fiber sheet is detected by detecting the discontinuous portion of the portion.

一方、計測対象に対する非破壊検査には、X線を用いた位相コントラストイメージング法がある。位相コントラストイメージング法では、計測対象に照射した光が物質を透過中に屈折して発生した位相差、又は微小な散乱を計測し、コントラストをつける。 On the other hand, as a non-destructive inspection for a measurement target, there is a phase contrast imaging method using X-rays. In the phase contrast imaging method, the phase difference or minute scattering generated by refraction of the light applied to the measurement target while transmitting the substance is measured and contrast is added.

特開2007-187545号公報JP-A-2007-187545

ところで、燃料電池車両には、高圧の水素ガスが充填される高圧タンクが用いられており、高圧タンクは、繊維強化樹脂が用いられ、繊維束がタンク軸にほぼ平行に、タンク軸方向端部のタンクドーム部まで巻き付けられる層(ヘリカル層)と、タンク胴部において繊維束がタンク胴部のほぼ周方向に沿うように巻き付けられた層(フープ層)とが交互に積層されて積層体が形成されている。このような高圧タンクの積層体では、X線が積層体を形成する繊維強化樹脂を透過することから、X線を用いた位相コントラストイメージング法を用いた非接触検査(非破壊検査)が可能となっている。 By the way, a high-pressure tank filled with high-pressure hydrogen gas is used for a fuel cell vehicle, a fiber-reinforced resin is used for the high-pressure tank, and the fiber bundle is substantially parallel to the tank shaft, and the end portion in the tank axial direction. The layer (helical layer) wound up to the tank dome part and the layer (hoop layer) in which the fiber bundle is wound around the tank body in the substantially circumferential direction of the tank body are alternately laminated to form a laminated body. It is formed. In such a laminated body of a high-pressure tank, since X-rays pass through the fiber reinforced resin forming the laminated body, non-contact inspection (non-destructive inspection) using a phase contrast imaging method using X-rays is possible. It has become.

一方、高圧タンクにおいて積層されるフープ層の繊維(繊維束)は、高圧タンクの中心に対して同心円状に湾曲して配向されている。しかし、位相コントラストイメージング法では、例えば、X線に生じる微小な散乱を計測する際、繊維(繊維束)の配向方向とX線の入射方向とが一致したときに生じる散乱に対して特に高い感度を持つ。そのために高圧タンクに対して径方向の外側からX線が入射されると、配向方向がX線の入射方向と一致した繊維束からの散乱を特徴的に捉えることになり、結果として得られるX線の散乱強度分布画像では、ヘリカル層よりもフープ層が強調される。この際、X線の散乱強度分布画像では、配向方向がX線の入射方向に対してずれるように湾曲された繊維束による散乱なども捉えられるので、フープ層とヘリカル層との境界がぼけて計測される。このため、位相コントラストイメージング法を適用して各層の層厚を精度よく計測するためには改善の余地がある。 On the other hand, the fibers (fiber bundles) of the hoop layer laminated in the high-pressure tank are concentrically curved and oriented with respect to the center of the high-pressure tank. However, in the phase contrast imaging method, for example, when measuring minute scattering generated in X-rays, the sensitivity to scattering generated when the orientation direction of fibers (fiber bundles) and the incident direction of X-rays coincide with each other is particularly high. have. Therefore, when X-rays are incident on the high-pressure tank from the outside in the radial direction, the scattering from the fiber bundle whose orientation direction coincides with the incident direction of the X-rays is characteristically captured, and the resulting X is captured. In the line scattering intensity distribution image, the hoop layer is emphasized more than the helical layer. At this time, in the X-ray scattering intensity distribution image, scattering due to a fiber bundle curved so that the orientation direction deviates from the incident direction of the X-ray is also captured, so that the boundary between the hoop layer and the helical layer is blurred. It is measured. Therefore, there is room for improvement in order to accurately measure the layer thickness of each layer by applying the phase contrast imaging method.

本発明は、上記事実を鑑みて成されたものであり、繊維強化樹脂が積層された積層体において各層の層厚を精度よく計測できる層厚計測方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above facts, and an object of the present invention is to provide a layer thickness measuring method capable of accurately measuring the layer thickness of each layer in a laminated body in which a fiber reinforced resin is laminated.

上記目的を達成するための本発明の層厚計測方法は、繊維強化樹脂が用いられ、X線に対する特徴量が異なるように第1層と第2層とが交互に積層された積層体を備える高圧タンクを解析対象とし、前記第1層と前記第2層との間で前記特徴量が異なるように前記積層体に照射されて該積層体を透過したX線を撮像手段により受光することで、前記積層体について前記特徴量の分布を含むX線の透過像を撮像し、前記透過像から前記積層体について層厚方向に沿うX線の前記特徴量の分布を取得して、前記第1層及び前記第2層のうちの何れか一方についての前記特徴量の回帰式を求め、前記透過像から前記回帰式の特徴量を差分し、差分後の前記第1層の特徴量と前記第2層の特徴量との差に応じて設定した基準値に基づいて前記透過像から前記回帰式の特徴量を差分した特徴量の分布から前記第1層と前記第2層との境界位置を抽出し、抽出した前記境界位置の各々から前記第1層及び前記第2層の各々の層厚を算出する、ことを含む。 The layer thickness measuring method of the present invention for achieving the above object comprises a laminated body in which a fiber-reinforced resin is used and the first layer and the second layer are alternately laminated so that the feature amount with respect to X-rays is different. By targeting a high-pressure tank as an analysis target and receiving X-rays transmitted through the laminate by irradiating the laminate so that the feature amount differs between the first layer and the second layer by an imaging means. , An X-ray transmission image including the distribution of the feature amount is imaged for the laminate, and the distribution of the feature amount of X-ray along the layer thickness direction for the laminate is obtained from the transmission image, and the first. The regression equation of the feature amount for either the layer or the second layer is obtained, the feature amount of the regression equation is different from the transmission image, and the feature amount of the first layer and the first layer after the difference are obtained. The boundary position between the first layer and the second layer is determined from the distribution of the feature amount obtained by subtracting the feature amount of the regression equation from the transmission image based on the reference value set according to the difference from the feature amount of the two layers. It includes extracting and calculating the layer thickness of each of the first layer and the second layer from each of the extracted boundary positions.

本発明の層厚計測方法では、X線を用いた位相コントラストイメージング法が適用される。本発明の層厚計測方法では、繊維強化樹脂が用いられ、X線に対する特徴量が異なるように第1層と第2層とが交互に積層された積層体を備える高圧タンクを計測対象とし、撮像手段により第1層と第2層との間で特徴量が異なるように積層体に照射されて積層体を透過したX線を撮像する。これにより、積層体についてX線の散乱情報を含む透過像が撮像され、撮像された透過像には、散乱情報としての特徴量の分布が含まれる。 In the layer thickness measuring method of the present invention, a phase contrast imaging method using X-rays is applied. In the layer thickness measuring method of the present invention, a fiber-reinforced resin is used, and a high-pressure tank having a laminated body in which the first layer and the second layer are alternately laminated so that the feature amount with respect to X-rays is different is targeted for measurement. The X-rays transmitted through the laminated body are imaged by irradiating the laminated body so that the feature amount differs between the first layer and the second layer by the imaging means. As a result, a transmission image including X-ray scattering information is imaged for the laminated body, and the captured transmission image includes the distribution of the feature amount as the scattering information.

次に、撮像した透過像から積層体について層厚方向に沿うX線の特徴量の分布を取得し、第1層及び第2層のうちの何れか一方についての特徴量の回帰式を求め、透過像の特徴量から回帰式の特徴量を差分し、差分後の第1層の特徴量と第2層の特徴量との差に応じて基準値を設定する。この後、基準値に基づいて透過像における特徴量の分布から第1層と第2層との境界位置を抽出する。これにより、第1層と第2層との間の境界位置を精度よく抽出できる。また、抽出した境界位置の各々から第1層及び第2層の各々の層厚を算出することで各層の層厚を精度よく算出できる。 Next, the distribution of the X-ray feature amount along the layer thickness direction of the laminated body was obtained from the captured transmission image, and the regression equation of the feature amount for either the first layer or the second layer was obtained. The feature amount of the regression equation is differentiated from the feature amount of the transmission image, and the reference value is set according to the difference between the feature amount of the first layer and the feature amount of the second layer after the difference. After that, the boundary position between the first layer and the second layer is extracted from the distribution of the feature amount in the transmission image based on the reference value. As a result, the boundary position between the first layer and the second layer can be accurately extracted. Further, the layer thickness of each layer can be calculated accurately by calculating the layer thickness of each of the first layer and the second layer from each of the extracted boundary positions.

以上説明したように本発明によれば、位相コントラストイメージング法により第1層と第2層との間の境界位置を精度よく抽出でき、第1層及び第2層の各々の層厚を精度よく計測できる、という効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the boundary position between the first layer and the second layer can be accurately extracted by the phase contrast imaging method, and the thickness of each of the first layer and the second layer can be accurately extracted. The effect of being able to measure is obtained.

本実施形態に係る層厚計測装置の主要部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the main part of the layer thickness measuring apparatus which concerns on this embodiment. (A)は、計測対象の主要部を示す径方向視の断面図、(B)は、(A)の主要部の拡大断面図である。(A) is a cross-sectional view in a radial direction showing a main part of a measurement target, and (B) is an enlarged cross-sectional view of the main part of (A). 本実施形態に係る層厚計測処理の概略を示す流れ図である。It is a flow chart which shows the outline of the layer thickness measurement process which concerns on this embodiment. (A)は、積層体の主要部におけるX線の散乱強度の分布画像を示す概略図、(B)は(A)におけるX線の散乱強度の分布の概略を示す線図、(C)は、閾値が用いられて変換されたX線の散乱強度の分布画像を示す概略図、(D)は、(C)における散乱強度の分布の概略を示す線図である。(A) is a schematic diagram showing a distribution image of the X-ray scattering intensity in the main part of the laminated body, (B) is a schematic diagram showing an outline of the distribution of the X-ray scattering intensity in (A), and (C) is a diagram. , A schematic diagram showing a distribution image of the scattering intensity of X-rays converted using a threshold, (D) is a diagram showing an outline of the distribution of the scattering intensity in (C). (A)は、境界抽出部において生成されるX線の散乱強度の分布画像を示す概略図、(B)は、境界面を示す線図、(C)は、計測されたフープ層の層厚を示す線図である。(A) is a schematic diagram showing a distribution image of the scattering intensity of X-rays generated in the boundary extraction unit, (B) is a diagram showing a boundary surface, and (C) is a measured layer thickness of the hoop layer. It is a diagram which shows.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態は、以下の態様を含む。
<1> 繊維強化樹脂が用いられ、X線に対する特徴量が異なるように第1層と第2層とが交互に積層された積層体を備える高圧タンクを解析対象とし、前記第1層と前記第2層との間で前記特徴量が異なるように前記積層体に照射されて該積層体を透過したX線を撮像手段により受光することで、前記積層体について前記特徴量の分布を含むX線の透過像を撮像し、前記透過像から前記積層体について層厚方向に沿うX線の前記特徴量の分布を取得して、前記第1層及び前記第2層のうちの何れか一方についての前記特徴量の回帰式を求め、前記透過像から前記回帰式の特徴量を差分し、差分後の前記第1層の特徴量と前記第2層の特徴量との差に応じて設定した基準値に基づいて前記透過像から前記回帰式の特徴量を差分した特徴量の分布から前記第1層と前記第2層との境界位置を抽出し、抽出した前記境界位置の各々から前記第1層及び前記第2層の各々の層厚を算出する、ことを含む積層体の層厚計測方法。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The present embodiment includes the following aspects.
<1> A high-pressure tank in which a fiber-reinforced resin is used and a laminated body in which the first layer and the second layer are alternately laminated so that the feature amount with respect to X-rays is different is targeted for analysis, and the first layer and the above are described. By irradiating the laminate so that the feature amount differs from that of the second layer and receiving X-rays transmitted through the laminate by the imaging means, X including the distribution of the feature amount for the laminate. A transmission image of the line is imaged, and the distribution of the feature amount of the X-ray along the layer thickness direction is acquired from the transmission image for the laminated body, and the distribution of the first layer and the second layer is obtained. The feature amount of the feature amount was obtained, the feature amount of the regression equation was differentiated from the transmission image, and the feature amount was set according to the difference between the feature amount of the first layer and the feature amount of the second layer after the difference. The boundary position between the first layer and the second layer is extracted from the distribution of the feature amount obtained by subtracting the feature amount of the regression equation from the transmission image based on the reference value, and the first layer is extracted from each of the extracted boundary positions. A method for measuring the layer thickness of a laminated body, which comprises calculating the layer thickness of each of the first layer and the second layer.

<2> 前記回帰式は、前記第1層及び前記第2層のうちで前記透過像における前記特徴量の変化が緩やかな層における前記特徴量に基づいて設定される<1>の層厚計測方法。
<3> 前記特徴量は、前記第1層と前記第2層との間でX線に対する前記繊維強化樹脂における繊維の配向方向が異なることで前記透過像に現れる輝度の分布である<1>又は<2>の層厚計測方法。
<2> The regression equation is a layer thickness measurement of <1>, which is set based on the feature amount in the layer in which the change in the feature amount in the transmission image is gradual among the first layer and the second layer. Method.
<3> The feature amount is a distribution of luminance appearing in the transmission image due to the difference in the orientation direction of the fibers in the fiber reinforced resin with respect to X-rays between the first layer and the second layer. <1> Or the layer thickness measuring method of <2>.

<4> 繊維強化樹脂が用いられ、X線に対する特徴量が異なるように第1層と第2層とが交互に積層された積層体を備える高圧タンクを解析対象とし、前記第1層と前記第2層との間で前記特徴量が異なるように前記積層体に照射されて該積層体を透過したX線を受光して、前記積層体について前記特徴量の分布を含むX線の透過像を撮像する撮像手段と、前記透過像から前記積層体について層厚方向に沿うX線の前記特徴量の分布を取得する取得手段と、前記第1層及び前記第2層のうちの何れか一方についての前記特徴量の回帰式を求めて、前記透過像から前記回帰式の特徴量を差分し、差分後の前記第1層の特徴量と前記第2層の特徴量との差に応じて設定した基準値に基づいて前記透過像から前記回帰式の特徴量を差分した特徴量の分布から前記第1層と前記第2層との境界位置を抽出する抽出手段と、抽出した前記境界位置の各々から前記第1層及び前記第2層の各々の層厚を算出する算出手段と、を含む層厚計測装置。 <4> A high-pressure tank in which a fiber-reinforced resin is used and a laminated body in which the first layer and the second layer are alternately laminated so that the feature amount with respect to X-rays is different is targeted for analysis, and the first layer and the above are analyzed. An image of X-ray transmission including the distribution of the feature amount for the laminate by receiving X-rays transmitted through the laminate by irradiating the laminate so that the feature amount differs from that of the second layer. One of the first layer and the second layer, an image pickup means for imaging the image, an acquisition means for acquiring the distribution of the feature amount of X-rays along the layer thickness direction for the laminate from the transmission image, and the acquisition means. The feature amount of the regression equation is obtained from the transmission image, the feature amount of the regression equation is differentiated from the transmission image, and the difference between the feature amount of the first layer and the feature amount of the second layer after the difference is obtained. An extraction means for extracting the boundary position between the first layer and the second layer from the distribution of the feature amount obtained by subtracting the feature amount of the regression equation from the transmission image based on the set reference value, and the extracted boundary position. A layer thickness measuring device including a calculation means for calculating the layer thickness of each of the first layer and the second layer from each of the above.

<5> 前記回帰式は、前記第1層及び前記第2層のうちで前記透過像における前記特徴量の変化が緩やかな層における前記特徴量に基づいて設定される<4>の層厚計測装置。
<6> 前記特徴量は、前記第1層と前記第2層との間でX線に対する前記繊維強化樹脂における繊維の配向方向が異なることで前記透過像に現れる輝度の分布が適用された<4>又は<5>の層厚計測装置。
また、本実施形態における態様は、コンピュータによって実行される層厚計測プログラムを含む。
<5> The regression equation is a layer thickness measurement of <4>, which is set based on the feature amount in the layer in which the change in the feature amount in the transmission image is gradual among the first layer and the second layer. Device.
<6> The luminance distribution that appears in the transmission image is applied to the feature amount because the orientation direction of the fibers in the fiber reinforced resin with respect to X-rays differs between the first layer and the second layer. 4> or <5> layer thickness measuring device.
Further, the embodiment of the present embodiment includes a layer thickness measurement program executed by a computer.

本実施形態に係る層厚計測装置10では、X線の位相コントラストイメージング法により取得されるX線の透過像を用いる。図1には、本実施形態に係る層厚計測装置10の主要部の概略構成がブロック図にて示されており、図2(A)及び図2(B)には、層厚計測装置10を用いた層厚の計測対象の主要部が径方向視の断面図にて示されている。なお、図2(B)には、図2(A)の主要部の概略が拡大されて示されている。 In the layer thickness measuring apparatus 10 according to the present embodiment, an X-ray transmission image acquired by the X-ray phase contrast imaging method is used. FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of the layer thickness measuring device 10 according to the present embodiment in a block diagram, and FIGS. 2 (A) and 2 (B) show the layer thickness measuring device 10 The main part of the layer thickness to be measured using the above is shown in the cross-sectional view in the radial direction. Note that FIG. 2B shows an enlarged outline of the main part of FIG. 2A.

図1、図2(A)及び図2(B)に示すように、本実施形態では、層厚計測装置10の計測対象として高圧タンク12を適用している。高圧タンク12は、例えば、燃料電池自動車等において燃料としての水素ガスが充填される水素タンク(高圧水素タンク)として用いられる。 As shown in FIGS. 1, 2 (A) and 2 (B), in the present embodiment, the high pressure tank 12 is applied as the measurement target of the layer thickness measuring device 10. The high-pressure tank 12 is used, for example, as a hydrogen tank (high-pressure hydrogen tank) filled with hydrogen gas as a fuel in a fuel cell vehicle or the like.

高圧タンク12は、タンク体を形成する外形略円筒状(径方向断面が略円筒状)の積層体14を備えている。積層体14は、第1層及び第2層の一方としてのフープ層16と、第1層及び第2層の他方としてのヘリカル層18とが交互に形成されている。積層体14は、一例として径方向内側からヘリカル層18A、フープ層16A、ヘリカル層18B、フープ層16B、及びヘリカル層18Cが順に積層されている。積層体14の各層の径方向に沿う厚さである層厚は、一例として内側のヘリカル層18Aが、ヘリカル層18B、18C及びフープ層16A、16Bに比して層厚が厚く形成されている。また、高圧タンク12には、ヘリカル層18Aの径方向内側に水素ガスの透過を防止するための樹脂製とされたライナ層20が形成されている。 The high-pressure tank 12 includes a laminated body 14 having a substantially cylindrical outer shape (with a substantially cylindrical cross section in the radial direction) forming the tank body. In the laminated body 14, the hoop layer 16 as one of the first layer and the second layer and the helical layer 18 as the other of the first layer and the second layer are alternately formed. As an example, the laminated body 14 has a helical layer 18A, a hoop layer 16A, a helical layer 18B, a hoop layer 16B, and a helical layer 18C laminated in this order from the inside in the radial direction. As for the layer thickness which is the thickness along the radial direction of each layer of the laminated body 14, as an example, the inner helical layer 18A is formed to be thicker than the helical layers 18B and 18C and the hoop layers 16A and 16B. .. Further, in the high pressure tank 12, a liner layer 20 made of resin for preventing the permeation of hydrogen gas is formed inside the helical layer 18A in the radial direction.

層厚計測装置10は、例えば、高圧タンク12の軸方向の中間部において積層体14を形成するフープ層16(16A、16B)及びヘリカル層18(18A~18C)の各々の層厚を計測する。この際、層厚計測装置10では、隣接する二つの層の間の境界面(界面)Bを抽出することで、各層の層厚を算出する。すなわち、層厚計測装置10では、ヘリカル層18Aとフープ層16Aとの境界面Ba、フープ層16Aとヘリカル層18Bとの境界面Bb、ヘリカル層18Bとフープ層16Bとの境界面Bc、及びフープ層16Bとヘリカル層18Cとの境界面Bdの各々を抽出する。 The layer thickness measuring device 10 measures, for example, the layer thicknesses of the hoop layers 16 (16A, 16B) and the helical layers 18 (18A to 18C) forming the laminated body 14 in the axial middle portion of the high pressure tank 12. .. At this time, the layer thickness measuring device 10 calculates the layer thickness of each layer by extracting the boundary surface (interface) B between two adjacent layers. That is, in the layer thickness measuring device 10, the boundary surface Ba between the helical layer 18A and the hoop layer 16A, the boundary surface Bb between the hoop layer 16A and the helical layer 18B, the boundary surface Bc between the helical layer 18B and the hoop layer 16B, and the hoop. Each of the boundary surface Bd between the layer 16B and the helical layer 18C is extracted.

なお、高圧タンク12の径方向は、積層体14の各層の層厚方向とされる。また、計測対象は、燃料電池用の水素ガスに限らず、高圧ガスの充填に用いられる各種の高圧タンクなど、第1層と第2層とが交互に積層されて所要の断面形状とされた高圧タンクを適用できる。また、計測対象は、高圧タンクに限らず、第1層と第2層とが交互に積層された各種の積層体を適用できる。 The radial direction of the high-pressure tank 12 is the layer thickness direction of each layer of the laminated body 14. Further, the measurement target is not limited to hydrogen gas for fuel cells, but the first layer and the second layer are alternately laminated to obtain the required cross-sectional shape, such as various high-pressure tanks used for filling high-pressure gas. High pressure tank can be applied. Further, the measurement target is not limited to the high-pressure tank, and various laminated bodies in which the first layer and the second layer are alternately laminated can be applied.

積層体14(フープ層16及びヘリカル層18)には、各々繊維強化樹脂(FRP:Fiber Reinforced Plastic)としての炭素繊維強化樹脂(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)が用いられている。炭素繊維強化樹脂(繊維強化樹脂も同様)には、複数の繊維(炭素繊維、図示省略)が一方向(繊維束の配向方向)に配列されている。 A carbon fiber reinforced resin (CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) as a fiber reinforced resin (FRP: Fiber Reinforced Plastic) is used for each of the laminate 14 (hoop layer 16 and helical layer 18). In the carbon fiber reinforced resin (similar to the fiber reinforced resin), a plurality of fibers (carbon fibers, not shown) are arranged in one direction (orientation direction of fiber bundles).

一般に、炭素繊維強化樹脂(繊維強化樹脂も同様)では、X線が照射されることで、照射されたX線が透過する。炭素繊維強化樹脂では、透過するX線が繊維束により散乱される。炭素繊維強化樹脂におけるX線の散乱は、X線の光軸(入射方向)に対する繊維(炭素繊維)束の配向方向の角度に応じて強さが異なっている。 Generally, in a carbon fiber reinforced resin (the same applies to a fiber reinforced resin), when X-rays are irradiated, the irradiated X-rays are transmitted. In carbon fiber reinforced resin, transmitted X-rays are scattered by the fiber bundles. The intensity of X-ray scattering in the carbon fiber reinforced resin differs depending on the angle of the orientation direction of the fiber (carbon fiber) bundle with respect to the optical axis (incident direction) of the X-ray.

積層体14は、繊維束の配向方向が第1方向としての高圧タンク12の軸線方向とほぼ平行とされて高圧タンク12の軸線方向端部のタンクドーム部まで炭素繊維強化樹脂が巻き付けられて形成されたヘリカル層18、及び繊維束の配向方向が第1の方向と異なり、タンク胴部において繊維束がほぼタンク周方向に沿うように略円環状に炭素繊維強化樹脂が巻き付けられて形成されたフープ層16を含んでいる。このため、積層体14では、径方向視で繊維束の配向方向が異なるようにフープ層16とヘリカル層18とが配置されている。 The laminate 14 is formed by winding a carbon fiber reinforced resin around the tank dome portion at the axial end of the high pressure tank 12 so that the orientation direction of the fiber bundle is substantially parallel to the axial direction of the high pressure tank 12 as the first direction. The orientation direction of the helical layer 18 and the fiber bundle was different from that of the first direction, and the carbon fiber reinforced resin was wound around the tank body in a substantially annular shape so that the fiber bundle was substantially along the circumference of the tank. It contains a hoop layer 16. Therefore, in the laminated body 14, the hoop layer 16 and the helical layer 18 are arranged so that the orientation directions of the fiber bundles are different in the radial direction.

これにより、積層体14では、高圧タンク12の径方向外側から所定部位の接線方向に沿って照射されたX線に対し、フープ層16におけるX線の散乱がヘリカル層18におけるX線の散乱よりも強くなっている。このような積層体14は、例えば、シート状の炭素繊維強化樹脂により繊維束の配向方向がほぼ軸方向とされて円筒状に形成されたヘリカル層18と、シート状の繊維強化樹脂により繊維束の配向方向がほぼ周方向とされて円筒状に形成されたフープ層16とを交互に積層して形成できる。 As a result, in the laminated body 14, the X-rays scattered in the hoop layer 16 are more scattered than the X-rays scattered in the helical layer 18 with respect to the X-rays irradiated from the radial outside of the high-pressure tank 12 along the tangential direction of the predetermined portion. Is getting stronger. In such a laminate 14, for example, a helical layer 18 formed in a cylindrical shape with the orientation direction of the fiber bundles substantially axially oriented by a sheet-shaped carbon fiber reinforced resin, and a fiber bundle made of a sheet-shaped fiber reinforced resin. Can be formed by alternately laminating hoop layers 16 formed in a cylindrical shape with the orientation direction of the hoops being substantially circumferential.

層厚計測装置10では、X線に対するフープ層16及びヘリカル層18の特徴量として、X線に対する散乱の強さに応じて変化する光学特性値を適用しており、層厚計測装置10では、特徴量の一例として散乱に応じて変化するX線の強さ(X線の輝度、以下、散乱強度という)を適用している。 In the layer thickness measuring device 10, optical characteristic values that change according to the intensity of scattering with respect to X-rays are applied as feature quantities of the hoop layer 16 and the helical layer 18 with respect to X-rays. As an example of the feature amount, the intensity of X-rays (X-ray brightness, hereinafter referred to as scattering intensity) that changes according to scattering is applied.

図1に示すように、層厚計測装置10を用いた層厚計測処理では、X線による位相コントラストイメージング法を適用した位相コントラストイメージング装置22を用いている。位相コントラストイメージング装置22は、繊維(繊維束)からの微小な散乱を捉える機構を備えており、位相コントラストイメージング装置22は、例えば、位相コントラストイメージングを実現するタルボ・ロー干渉計、X線源(何れも図示省略)、及び撮像手段としての検出器(検出体)24を備える。 As shown in FIG. 1, in the layer thickness measurement process using the layer thickness measuring device 10, the phase contrast imaging device 22 to which the phase contrast imaging method using X-rays is applied is used. The phase contrast imaging device 22 is provided with a mechanism for capturing minute scattering from fibers (fiber bundles), and the phase contrast imaging device 22 is, for example, a Talbot low interferometer for realizing phase contrast imaging, an X-ray source (X-ray source). Both are provided with a detector (not shown) and a detector (detector) 24 as an image pickup means.

位相コントラストイメージング装置22は、例えば、高圧タンク12の中心軸を軸に高圧タンク12を回転(相対回転でもよい)させながら高圧タンク12の積層体14にX線を照射し、複数の周方向位置におけるX線の透過像を検出器24によって撮像することで、積層体14におけるX線の散乱情報を含む透過像を取得する。また、位相コントラストイメージング装置22では、検出器24により撮像した透過像に対して図示しない演算処理部において所定の画像処理及び演算処理を行い、高圧タンク12の積層体14について、周方向の複数位置Pの各々における透過像を生成して出力する。 The phase contrast imaging device 22 irradiates the laminated body 14 of the high-pressure tank 12 with X-rays while rotating the high-pressure tank 12 around the central axis of the high-pressure tank 12 (may be relative rotation), and a plurality of circumferential positions. By imaging the transmitted image of the X-rays in the above by the detector 24, the transmitted image including the scattering information of the X-rays in the laminated body 14 is acquired. Further, in the phase contrast imaging device 22, predetermined image processing and arithmetic processing are performed on the transmission image captured by the detector 24 in an arithmetic processing unit (not shown), and a plurality of positions in the circumferential direction of the laminated body 14 of the high pressure tank 12 are performed. A transmission image for each of P is generated and output.

位相コントラストイメージング装置22の検出器24は、層厚計測装置10に電気的に接続されている。層厚計測装置10は、撮像手段を構成する撮像部26、特徴量取得手段としての特徴量取得部28、境界抽出手段としての境界抽出部30、層厚算出手段としての層厚算出部32、及び出力部34を備えている。 The detector 24 of the phase contrast imaging device 22 is electrically connected to the layer thickness measuring device 10. The layer thickness measuring device 10 includes an image pickup unit 26 constituting an image pickup means, a feature amount acquisition unit 28 as a feature amount acquisition means, a boundary extraction unit 30 as a boundary extraction means, and a layer thickness calculation unit 32 as a layer thickness calculation means. And an output unit 34 is provided.

層厚計測装置10は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、ストレージ、通信インタフェース、表示部及び操作部の構成を有し、各構成がバスを介して相互に通信可能に接続されたマイクロコンピュータ(図示省略)を備えている。 The layer thickness measuring device 10 has a configuration of a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a storage, a communication interface, a display unit, and an operation unit, and each configuration is via a bus. It is equipped with microcomputers (not shown) that are connected to each other so that they can communicate with each other.

ROMは、各種プログラムおよび各種データを格納する。RAMは、作業領域として一時的にプログラムやデータを記憶する。ストレージは、HDD(Hard Disk Drive)又はSSD(Solid State Drive)などにより構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データが格納される。通信インタフェースは、サーバ、印刷機等の他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット(登録商標)、FDDI、Wi-Fi(登録商標)等の規格が用いられる。操作部は、マウス等のポインティングデバイス及びキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。また、表示部は、例えば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示部は、タッチパネル方式を採用して、操作部として機能しても良い。 The ROM stores various programs and various data. RAM temporarily stores programs and data as a work area. The storage is composed of an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), or the like, and stores various programs including an operating system and various data. The communication interface is an interface for communicating with other devices such as a server and a printing machine, and for example, standards such as Ethernet (registered trademark), FDDI, and Wi-Fi (registered trademark) are used. The operation unit includes a pointing device such as a mouse and a keyboard, and is used for performing various inputs. Further, the display unit is, for example, a liquid crystal display, and displays various information. The display unit may adopt a touch panel method and function as an operation unit.

層厚計測装置10では、ROM又はストレージに層厚計測のための層厚計測プログラムが格納されており、CPUがROM又はストレージから層厚計測プログラムを読み出し、RAMを作業領域として実行することで、層厚計測プログラムに応じた機能が実現される。これにより、層厚計測装置10では、撮像部26、特徴量取得部28、境界抽出部30、及び層厚算出部32の各機能が実現されている。また、層厚計測装置10では、表示部などにより出力部34の機能が実現される。なお、出力部34の機能は、通信インタフェースなどが用いられた出力機能によって実現されてもよい。 In the layer thickness measuring device 10, a layer thickness measuring program for measuring the layer thickness is stored in the ROM or the storage, and the CPU reads the layer thickness measuring program from the ROM or the storage and executes the RAM as a work area. Functions according to the layer thickness measurement program are realized. As a result, in the layer thickness measuring device 10, each function of the image pickup unit 26, the feature amount acquisition unit 28, the boundary extraction unit 30, and the layer thickness calculation unit 32 is realized. Further, in the layer thickness measuring device 10, the function of the output unit 34 is realized by the display unit or the like. The function of the output unit 34 may be realized by an output function using a communication interface or the like.

層厚計測装置10の撮像部26は、位相コントラストイメージング装置22を用いて高圧タンク12の積層体14を撮像し、位相コントラストイメージング装置22から高圧タンク12についての周方向の複数の位置Pの各々における積層体14のX線の散乱情報を含む透過像を取得する。また、撮像部26は、高圧タンク12の積層体14におけるX線の散乱情報を含む透過像に対して所定の(公知の)画像処理を行うことで、X線の散乱強度の分布画像(画像データ)に変換して出力する。 The image pickup unit 26 of the layer thickness measuring device 10 uses the phase contrast imaging device 22 to image the laminated body 14 of the high pressure tank 12, and each of the plurality of positions P in the circumferential direction from the phase contrast imaging device 22 to the high pressure tank 12. Acquires a transmission image including X-ray scattering information of the laminated body 14 in the above. Further, the image pickup unit 26 performs a predetermined (known) image processing on the transmission image including the X-ray scattering information in the laminated body 14 of the high-pressure tank 12, so that the distribution image (image) of the X-ray scattering intensity is performed. Convert to data) and output.

特徴量取得部28は、撮像部26から出力されるX線の散乱強度の分布画像から積層体14の層厚方向に沿う画素ごとのX線の散乱強度の分布(散乱に起因するX線の強度の部分)を示すデータ(プロファイル)を生成する。透過像から得られるX線の散乱強度分布画像には、フープ層16におけるX線の散乱強度の分布、及びフープ層16におけるX線の散乱強度の分布より低いヘリカル層18におけるX線の散乱強度の分布が含まれる。ここから、特徴量取得部28では、フープ層16又はヘリカル層18におけるX線の散乱強度に近似する回帰式を求め、X線の散乱強度分布画像から回帰式の散乱強度を差分した散乱強度の分布(分布画像)を取得する。また、特徴量取得部28では、差分した散乱強度の分布におけるフープ層16の散乱強度とヘリカル層18の散乱強度に応じて基準値としての閾値を設定し、差分して得られた散乱強度の分布において閾値を基準にした(例えば閾値を越えた)散乱強度の分布を示すデータ(散乱強度プロファイル)を生成する。 The feature amount acquisition unit 28 distributes the scattering intensity of X-rays for each pixel along the layer thickness direction of the laminated body 14 from the distribution image of the scattering intensity of X-rays output from the imaging unit 26 (X-rays caused by scattering). Generate data (profile) indicating the intensity part). The X-ray scattering intensity distribution image obtained from the transmitted image includes the X-ray scattering intensity distribution in the hoop layer 16 and the X-ray scattering intensity in the helical layer 18 which is lower than the X-ray scattering intensity distribution in the hoop layer 16. Distribution is included. From here, the feature amount acquisition unit 28 obtains a regression equation that approximates the scattering intensity of X-rays in the hoop layer 16 or the helical layer 18, and the scattering intensity obtained by subtracting the scattering intensity of the regression equation from the X-ray scattering intensity distribution image. Acquire the distribution (distribution image). Further, the feature amount acquisition unit 28 sets a threshold value as a reference value according to the scattering intensity of the hoop layer 16 and the scattering intensity of the helical layer 18 in the distributed scattering intensity distribution, and the scattering intensity obtained by the difference is set. Generates data (scattering intensity profile) showing the distribution of scattering intensity based on the threshold (for example, exceeding the threshold) in the distribution.

また、境界抽出部30は、閾値を基準にした散乱強度プロファイルから各層の境界位置を抽出し、境界位置の位置座標を特定する。各境界についての位置座標は、積層体14(高圧タンク12)の半径方向の所定位置を基準(例えば、高圧タンク12の中心位置となる原点O)とする座標などを適用できる。境界抽出部30は、ヘリカル層18Aとフープ層16Aとの境界面、フープ層16Aとヘリカル層18Bとの境界面、ヘリカル層18Bとフープ層16Bとの境界面、及びフープ層16Bとヘリカル層18Cとの境界面の各々の位置座標を抽出する。 Further, the boundary extraction unit 30 extracts the boundary position of each layer from the scattering intensity profile based on the threshold value, and specifies the position coordinates of the boundary position. As the position coordinates for each boundary, coordinates or the like with reference to a predetermined position in the radial direction of the laminated body 14 (high pressure tank 12) (for example, the origin O which is the center position of the high pressure tank 12) can be applied. The boundary extraction unit 30 includes a boundary surface between the helical layer 18A and the hoop layer 16A, a boundary surface between the hoop layer 16A and the helical layer 18B, a boundary surface between the helical layer 18B and the hoop layer 16B, and a hoop layer 16B and the helical layer 18C. The position coordinates of each of the boundary surfaces with and are extracted.

層厚算出部32では、これらの各境界面の位置座標からフープ層16A、16B、及びヘリカル層18Bの層厚を算出する。また、層厚算出部32では、ヘリカル層18Aのライナ層20との境界面の位置座標が特定されていることで、ヘリカル層18Aの層厚を算出でき、ヘリカル層18Cの外周面の位置座標が特定されることで、ヘリカル層18Cの層厚を算出できる。出力部34は、算出された各層の層厚を出力する。 The layer thickness calculation unit 32 calculates the layer thicknesses of the hoop layers 16A and 16B and the helical layer 18B from the position coordinates of each of these boundary surfaces. Further, in the layer thickness calculation unit 32, since the position coordinates of the boundary surface of the helical layer 18A with the liner layer 20 are specified, the layer thickness of the helical layer 18A can be calculated, and the position coordinates of the outer peripheral surface of the helical layer 18C can be calculated. Is specified, the layer thickness of the helical layer 18C can be calculated. The output unit 34 outputs the calculated layer thickness of each layer.

以下に、本実施形態の作用として、図面を参照しながら層厚計測装置10を用いた計測対象の高圧タンク12における積層体14の層厚計測処理を説明する。図3には、層厚計測装置10における層厚計測処理の概略が流れ図にて示されている。 Hereinafter, as the operation of the present embodiment, the layer thickness measurement process of the laminated body 14 in the high pressure tank 12 to be measured using the layer thickness measuring device 10 will be described with reference to the drawings. FIG. 3 shows an outline of the layer thickness measurement process in the layer thickness measuring device 10 in a flow chart.

図3の最初のステップ100において、層厚計測装置10では、撮像部26が積層体14の撮像処理を行う。撮像処理では、位相コントラストイメージング装置22において高圧タンク12の積層体14の計測部位を透過したX線が検出器24により受光され、計測部位における散乱情報を含む透過像として取得されて所定の画像処理が行われたX線の散乱強度分布画像が出力される。撮像部26は、このX線の散乱強度画像を取得する。 In the first step 100 of FIG. 3, in the layer thickness measuring device 10, the image pickup unit 26 performs the image pickup process of the laminated body 14. In the imaging process, the X-rays transmitted through the measurement site of the laminated body 14 of the high-pressure tank 12 are received by the detector 24 in the phase contrast imaging device 22, and are acquired as a transmission image including the scattering information at the measurement site to perform predetermined image processing. The scattering intensity distribution image of the X-ray in which the above is performed is output. The image pickup unit 26 acquires the scattering intensity image of this X-ray.

次のステップ102において、層厚計測装置10では、特徴量取得部28が、X線の散乱強度分布画像における回帰式f(y)を設定する。特徴量取得部28では、ヘリカル層18におけるX線の散乱強度を近似する回帰式f(y)を設定する。また、特徴量取得部28は、ステップ104においてX線の散乱強度分布画像から回帰式f(y)の散乱強度を差分した散乱強度の分布(特徴量の分布)を生成し、ステップ106において散乱強度の分布から閾値Ithを設定する。 In the next step 102, in the layer thickness measuring device 10, the feature amount acquisition unit 28 sets the regression equation f (y) in the X-ray scattering intensity distribution image. The feature amount acquisition unit 28 sets a regression equation f (y) that approximates the scattering intensity of X-rays in the helical layer 18. Further, the feature amount acquisition unit 28 generates a scattering intensity distribution (feature amount distribution) obtained by subtracting the scattering intensity of the regression equation f (y) from the X-ray scattering intensity distribution image in step 104, and scatters in step 106. The threshold Is is set from the intensity distribution.

図4(A)には、X線の強度の分布画像(散乱強度分布画像)の一例が概略図にて示され、図4(B)には、図4(A)の散乱強度分布画像についての高圧タンク12の軸方向(タンク軸方向)の位置PaにおけるX線の散乱強度分布の概略が線図にて示されている。また、図4(C)には、閾値Ithが基準とされて変換された散乱強度Iの分布画像(透過像)の一例が概略図にて示され、図4(D)には、図4(B)の散乱強度分布画像の位置PaにおけるX線の散乱強度Iの分布の概略が線図にて示されている。なお、図面では、高圧タンク12の径方向をY軸方向とし、高圧タンク12の軸方向をX軸方向としている。また、図4(B)及び図4(D)では、X軸方向の位置(位置座標)を画素数で示している。 FIG. 4 (A) shows an example of an X-ray intensity distribution image (scattering intensity distribution image) in a schematic diagram, and FIG. 4 (B) shows the scattering intensity distribution image of FIG. 4 (A). The outline of the X-ray scattering intensity distribution at the position Pa in the axial direction (tank axial direction) of the high-pressure tank 12 is shown in the diagram. Further, FIG. 4C shows a schematic diagram of an example of a distribution image (transmission image) of the scattering intensity I converted with reference to the threshold Isth, and FIG. 4D shows FIG. 4 (B) Scattering intensity distribution The outline of the distribution of the scattering intensity I of X-rays at the position Pa of the image is shown in the diagram. In the drawings, the radial direction of the high-pressure tank 12 is the Y-axis direction, and the axial direction of the high-pressure tank 12 is the X-axis direction. Further, in FIGS. 4 (B) and 4 (D), the position (position coordinates) in the X-axis direction is shown by the number of pixels.

図4(A)に示すように、位相コントラストイメージング装置22により得られるX線の透過像(散乱強度分布画像)では、X線の散乱強度が大きい(散乱が強い)フープ層16における輝度(散乱強度)が高くなる。また、X線の散乱強度分布画像では、ヘリカル層18を透過したX線が含まれることで、全体的に輝度が高くなる。このため、図4(B)に示すように、X線の散乱強度は、全体的には高圧タンク12の径方向外側に向かうにしたがって低くなる。 As shown in FIG. 4A, in the X-ray transmission image (scattering intensity distribution image) obtained by the phase contrast imaging apparatus 22, the brightness (scattering) in the hoop layer 16 having a large X-ray scattering intensity (strong scattering). Strength) increases. Further, in the X-ray scattering intensity distribution image, the luminance is increased as a whole because the X-rays transmitted through the helical layer 18 are included. Therefore, as shown in FIG. 4B, the scattering intensity of X-rays becomes lower as a whole toward the outside in the radial direction of the high-pressure tank 12.

散乱強度の分布において山形の部分はフープ層16に対応し、谷形の部分がヘリカル層18に対応している。ここから、特徴量取得部28では、ヘリカル層18の対応する散乱強度を抽出し、ヘリカル層18における径方向の位置座標に対する散乱強度の変化(分布)に近似できる回帰式を設定する。設定する回帰式は、炭素繊維強化樹脂におけるX線の透過像の情報が反映されてもよい。例えば、回帰式は、積層体14におけるX線の透過率をlog変換して得られる物質の線吸収係数と、その物質の厚みとを乗じた値で散乱強度を規格化することで、物質の散乱係数と線吸収係数との比で表現することもできる。 In the distribution of the scattering intensity, the chevron portion corresponds to the hoop layer 16 and the valley-shaped portion corresponds to the helical layer 18. From here, the feature amount acquisition unit 28 extracts the corresponding scattering intensity of the helical layer 18, and sets a regression equation that can approximate the change (distribution) of the scattering intensity with respect to the radial position coordinates in the helical layer 18. The regression equation to be set may reflect the information of the transmission image of X-rays in the carbon fiber reinforced resin. For example, the regression equation standardizes the scattering intensity by multiplying the ray absorption coefficient of a substance obtained by log-converting the transmittance of X-rays in the laminated body 14 by the thickness of the substance, thereby standardizing the scattering intensity of the substance. It can also be expressed by the ratio of the scattering coefficient and the line absorption coefficient.

積層体14では、例えば、径方向内側のヘリカル層18の層厚が最も厚くされている。また、散乱強度は、フープ層16に対応する部分に比してヘリカル層18に対応する部分の変化が緩やかとなっている。ここから、図4(B)において、原点O側において散乱強度が緩やかに変化している領域36がヘリカル層18Aを透過したX線の散乱強度とみなせる。 In the laminated body 14, for example, the helical layer 18 on the inner side in the radial direction has the thickest layer thickness. Further, the scattering intensity changes more slowly in the portion corresponding to the helical layer 18 than in the portion corresponding to the hoop layer 16. From this, in FIG. 4B, the region 36 in which the scattering intensity gradually changes on the origin O side can be regarded as the scattering intensity of X-rays transmitted through the helical layer 18A.

特徴量取得部28では、回帰式の設定(ステップ102)において、散乱強度分布画像での径方向の散乱強度の変化が緩やかな範囲となっている領域36を抽出する。この領域36は、ヘリカル層18Aに対応しており、特徴量取得部28では、抽出した領域36における画素位置(Y座標)と当該画素位置における散乱強度との関係散乱との関係を近似できる回帰式f(y)(例えば、yの一次関数)を設定する。設定した回帰式f(y)は、ヘリカル層18B、18Cの各々に対応すると予測される領域の散乱強度を用いることで検証できる。なお、回帰式f(y)を設定する領域は、ヘリカル層18Aに対応する領域36に限らず、ヘリカル層18B、18Cに対応していると予測できる領域を適用してもよく、ヘリカル層18A~18Cに対応すると予測できる領域の各々を適用してもよい。また、回帰式f(y)の設定には、フープ層16の散乱強度が適用されてもよい。回帰式f(y)の設定に用いる領域は、散乱強度の変化が緩やかな領域36を適用することで、回帰式f(y)を安定にでき、回帰式f(y)における散乱強度と散乱強度分布画像における散乱強度との間で生じる差を抑制できる。 In the feature amount acquisition unit 28, in the setting of the regression equation (step 102), the region 36 in which the change in the scattering intensity in the radial direction in the scattering intensity distribution image is in a gradual range is extracted. This region 36 corresponds to the helical layer 18A, and the feature amount acquisition unit 28 can approximate the relationship between the pixel position (Y coordinate) in the extracted region 36 and the scattering intensity at the pixel position. The expression f (y) (for example, a linear function of y) is set. The set regression equation f (y) can be verified by using the scattering intensity of the region predicted to correspond to each of the helical layers 18B and 18C. The region for setting the regression equation f (y) is not limited to the region 36 corresponding to the helical layer 18A, and a region that can be predicted to correspond to the helical layers 18B and 18C may be applied, and the helical layer 18A may be applied. Each of the regions that can be predicted to correspond to ~ 18C may be applied. Further, the scattering intensity of the hoop layer 16 may be applied to the setting of the regression equation f (y). As the region used for setting the regression equation f (y), the regression equation f (y) can be stabilized by applying the region 36 in which the change in the scattering intensity is gradual, and the scattering intensity and the scattering in the regression equation f (y) can be stabilized. It is possible to suppress the difference that occurs with the scattering intensity in the intensity distribution image.

また、特徴量取得部28では、散乱強度分布画像から回帰式f(y)(の散乱極度)を差分し、散乱強度Iの分布を生成しており(ステップ104)、特徴量取得部28は、回帰式f(y)を基準とした散乱強度Iの分布を生成する。これにより、回帰式f(y)(ヘリカル層18の散乱強度)を基準とした散乱強度の分布(主としてフープ層16における散乱強度の分布)が得られる。 Further, the feature amount acquisition unit 28 generates a distribution of the scattering intensity I by differentiating the regression equation f (y) (scattering extreme) from the scattering intensity distribution image (step 104), and the feature amount acquisition unit 28 , Generate a distribution of scattering intensity I with respect to the regression equation f (y). As a result, the distribution of the scattering intensity (mainly the distribution of the scattering intensity in the hoop layer 16) based on the regression equation f (y) (the scattering intensity of the helical layer 18) can be obtained.

さらに、特徴量取得部28では、散乱強度Iの分布に対する散乱強度の閾値Ithを設定する(ステップ106)。閾値Ithは、回帰式f(y)を基準とした散乱強度Iの変化における高い値(フープ層16に対応する散乱強度)と低い値(ヘリカル層18に対応する散乱強度)とに基づいて設定され、例えば、閾値Ithには、散乱強度Iにおいて高い値と低い値との差が適用される。なお、散乱強度の高い値及び低い値は、ピーク値(最大値と最小値)が適用されてもよく、各々のピーク値の平均値が適用されてもよい。 Further, the feature amount acquisition unit 28 sets the threshold value Is of the scattering intensity with respect to the distribution of the scattering intensity I (step 106). The threshold Is is set based on a high value (scattering intensity corresponding to the hoop layer 16) and a low value (scattering intensity corresponding to the helical layer 18) in the change of the scattering intensity I based on the regression equation f (y). For example, the difference between the high value and the low value in the scattering intensity I is applied to the threshold Is. The peak value (maximum value and minimum value) may be applied to the high value and the low value of the scattering intensity, and the average value of each peak value may be applied.

図3のステップ108において、境界抽出部30は、閾値Ithに基づいた境界位置の抽出を行う。境界位置の抽出では、X線の散乱強度分布画像から回帰式f(y)の散乱強度を差分したX線の散乱強度Iの分布(プロファイル)に対し、閾値Ithを用いて境界位置を抽出する。境界位置の抽出は、例えば、X線の散乱強度Iの分布(プロファイル)に対し、閾値Ithを用いて境界位置を抽出するための散乱強度の分布を示すプロファイルに変換する。具体的には、図4(D)に示すように、X線の散乱強度分布画像から得られたX線の散乱強度を、閾値Ithを一定とみなした際のX線の散乱強度Iに変換する。これにより、フープ層16に対応する領域は、散乱強度Iが閾値Ithよりも大きい領域として定まる。なお、ヘリカル層18に対応する領域は、積層体14のX線の散乱強度分布画像上において散乱強度Iが閾値Ithよりも小さい(低い)領域となる。 In step 108 of FIG. 3, the boundary extraction unit 30 extracts the boundary position based on the threshold value Is. In the extraction of the boundary position, the boundary position is extracted using the threshold Is for the distribution (profile) of the scattering intensity I of the X-ray obtained by subtracting the scattering intensity of the regression equation f (y) from the scattering intensity distribution image of the X-ray. .. The extraction of the boundary position is converted into, for example, a profile showing the distribution of the scattering intensity for extracting the boundary position by using the threshold value Is with respect to the distribution (profile) of the scattering intensity I of X-rays. Specifically, as shown in FIG. 4 (D), the X-ray scattering intensity obtained from the X-ray scattering intensity distribution image is converted into the X-ray scattering intensity I when the threshold Is is regarded as constant. do. As a result, the region corresponding to the hoop layer 16 is determined as a region where the scattering intensity I is larger than the threshold value Is. The region corresponding to the helical layer 18 is a region where the scattering intensity I is smaller (lower) than the threshold value Is on the X-ray scattering intensity distribution image of the laminated body 14.

積層体14の位置Pにおける高圧タンク12の軸方向に沿う全域に対して、位置Paを設定し、設定した位置Paの各々についてX線の散乱強度Iの分布を求めることで、図4(C)に示す散乱強度の分布画像が得られる。図4(C)の散乱強度の分布画像は、図4(A)の散乱強度の分布画像に対してコントラストが高くなっており、フープ層16とヘリカル層18との境界面Bを明瞭に識別でき、ヘリカル層18におけるX線の散乱強度を用いて閾値Ithを設定することで、積層体14におけるX線の散乱強度分布画像をコントラストの高い良好な散乱強度Iの分布画像に変換できる。 FIG. 4 (C) is obtained by setting the position Pa for the entire area along the axial direction of the high-pressure tank 12 at the position P of the laminated body 14 and obtaining the distribution of the X-ray scattering intensity I for each of the set positions Pa. ), The distribution image of the scattering intensity is obtained. The distribution image of the scattering intensity in FIG. 4C has a higher contrast than the distribution image of the scattering intensity in FIG. 4A, and the boundary surface B between the hoop layer 16 and the helical layer 18 is clearly distinguished. By setting the threshold Isth using the scattering intensity of X-rays in the helical layer 18, the scattering intensity distribution image of X-rays in the laminated body 14 can be converted into a distribution image of good scattering intensity I with high contrast.

また、境界抽出部30は、散乱強度Iの分布(プロファイル)から層間の境界位置としての境界面B(Ba、Bb、Bc、Bd)の各々の座標位置を抽出する。図5(A)には、境界抽出部30において生成可能な積層体14におけるX線の散乱強度の分布画像が概略図にて示され、図5(B)には、境界面Bの位置が線図にて示されている。また、図5(C)には、計測されたフープ層16(16A、16B)の層厚が線図にて示されている。 Further, the boundary extraction unit 30 extracts each coordinate position of the boundary surface B (Ba, Bb, Bc, Bd) as the boundary position between layers from the distribution (profile) of the scattering intensity I. FIG. 5A shows a schematic diagram of the distribution image of the X-ray scattering intensity in the laminated body 14 that can be generated by the boundary extraction unit 30, and FIG. 5B shows the position of the boundary surface B. It is shown in the diagram. Further, FIG. 5C shows the measured layer thickness of the hoop layer 16 (16A, 16B) in a schematic diagram.

境界抽出部30において抽出されたき境界面Bの各々の位置座標を、図4(C)の散乱強度の分布画像上にプロットした場合、図5(A)に示す散乱強度の分布画像が得られる。すなわち、図5(B)に示すように、タンク軸方向をX軸、タンク径方向をY軸としたX-Y座標上に、境界面Bの各々の座標位置(x座標とy座標)をプロットすることで、境界面Bの各々のプロファイルが形成される。 When the position coordinates of each boundary surface B extracted by the boundary extraction unit 30 are plotted on the scattering intensity distribution image of FIG. 4 (C), the scattering intensity distribution image shown in FIG. 5 (A) is obtained. .. That is, as shown in FIG. 5B, the respective coordinate positions (x-coordinate and y-coordinate) of the boundary surface B are set on the XY coordinates with the tank axis direction as the X axis and the tank radial direction as the Y axis. By plotting, each profile of the boundary surface B is formed.

図3のステップ110において、層厚算出部32は、境界抽出部30において抽出された境界面Bの各々の位置座標に基づいて各層の層厚を算出する。また、ステップ112において、出力部34は算出された層厚を出力する。 In step 110 of FIG. 3, the layer thickness calculation unit 32 calculates the layer thickness of each layer based on the position coordinates of each boundary surface B extracted by the boundary extraction unit 30. Further, in step 112, the output unit 34 outputs the calculated layer thickness.

ここで、積層体14の厚さ方向(層厚方向)に隣接する境界面Bの位置座標の差分を算出することで、2つの境界面Bによって形成される層の層厚を検出する。すなわち、境界面Baと境界面Bbとの間には、フープ層16Aがあり、境界面Bbと境界面Bcとの間にはヘリカル層18Bがあり、境界面Bcと境界面Bdとの間にはフープ層16Bがある。ここから、境界面Ba、Bb、Bc、Bdの各々位置座標からフープ層16A、16B及びヘリカル層18Bの層厚を算出できる。 Here, the layer thickness of the layer formed by the two boundary surfaces B is detected by calculating the difference in the position coordinates of the boundary surfaces B adjacent to each other in the thickness direction (layer thickness direction) of the laminated body 14. That is, there is a hoop layer 16A between the boundary surface Ba and the boundary surface Bb, a helical layer 18B between the boundary surface Bb and the boundary surface Bc, and between the boundary surface Bc and the boundary surface Bd. Has a hoop layer 16B. From this, the layer thicknesses of the hoop layers 16A and 16B and the helical layer 18B can be calculated from the position coordinates of the boundary surfaces Ba, Bb, Bc and Bd.

これにより、図5(C)に示すように、層厚解析装置10では、層厚を検出することで、フープ層16A、16Bについて高圧タンク12の軸方向に沿う層厚の変化を示すプロファイルが得られる。なお、ヘリカル層18Aの層厚は、ヘリカル層18Aの内周面の位置を計測することで算出でき、ヘリカル層18Cの層厚は、ヘリカル層18Cの外周面の位置を計測することで算出できる。 As a result, as shown in FIG. 5C, the layer thickness analysis device 10 detects the layer thickness to obtain a profile showing changes in the layer thickness of the hoop layers 16A and 16B along the axial direction of the high pressure tank 12. can get. The layer thickness of the helical layer 18A can be calculated by measuring the position of the inner peripheral surface of the helical layer 18A, and the layer thickness of the helical layer 18C can be calculated by measuring the position of the outer peripheral surface of the helical layer 18C. ..

このように、層厚計測装置10では、炭素繊維強化樹脂のX線に対する特徴量としてX線の散乱強度を用い、ヘリカル層18におけるX線の散乱強度に基づいて回帰式f(y)を設定する。また、層厚計測装置10では、散乱強度分布画像から回帰式f(y)を差分した散乱強度分布から閾値を設定し、設定した閾値に基づいてX線の散乱強度の分布からフープ層16における散乱強度の分布を抽出する。これにより、フープ層とヘリカル層との境界面の位置を精度よく抽出できて、抽出した境界面の間隔からフープ層16及びフープ層16の間のヘリカル層18の各々の層厚を容易に算出できる。 As described above, in the layer thickness measuring apparatus 10, the scattering intensity of X-rays is used as the feature amount of the carbon fiber reinforced resin with respect to X-rays, and the regression equation f (y) is set based on the scattering intensity of X-rays in the helical layer 18. do. Further, in the layer thickness measuring device 10, a threshold value is set from the scattering intensity distribution obtained by subtracting the regression equation f (y) from the scattering intensity distribution image, and the hoop layer 16 is based on the distribution of the X-ray scattering intensity based on the set threshold value. Extract the distribution of scattering intensity. As a result, the position of the boundary surface between the hoop layer and the helical layer can be accurately extracted, and the layer thickness of each of the helical layer 18 between the hoop layer 16 and the hoop layer 16 can be easily calculated from the distance between the extracted boundary surfaces. can.

なお、以上説明した本実施形態では、繊維強化樹脂のX線に対する特徴量としてX線の散乱強度(輝度)を適用した。しかしながら、繊維強化樹脂のX線に対する特徴量としては、位相コントラストイメージング法において、第1層を透過したX線と第2層を透過したX線との間で異なる計測値となる情報であればよい。 In the present embodiment described above, the scattering intensity (luminance) of X-rays is applied as a feature amount of the fiber-reinforced resin with respect to X-rays. However, as the feature amount of the fiber-reinforced resin with respect to X-rays, if the information has different measurement values between the X-rays transmitted through the first layer and the X-rays transmitted through the second layer in the phase contrast imaging method. good.

また、上記実施形態でCPUがソフトウェア(プログラム)を読み込んで実行した計測処理を、CPU以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の製造後に回路構成を変更可能なPLD(Programmable Logic Device)、及びASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、分布導出処理及び確率導出処理を、これらの各種のプロセッサのうちの1つで実行してもよいし、同種又は異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGA、及びCPUとFPGAとの組み合わせ等)で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。 Further, various processors other than the CPU may execute the measurement process executed by the CPU reading the software (program) in the above embodiment. As a processor in this case, in order to execute specific processing such as PLD (Programmable Logic Device) whose circuit configuration can be changed after manufacturing FPGA (Field-Programmable Gate Array) and ASIC (Application Specific Integrated Circuit). An example is a dedicated electric circuit or the like, which is a processor having a circuit configuration designed exclusively for it. Further, the distribution derivation process and the probability derivation process may be executed by one of these various processors, or with a combination of two or more processors of the same type or different types (for example, a plurality of FPGAs and a CPU). It may be executed in combination with FPGA, etc.). Further, the hardware-like structure of these various processors is, more specifically, an electric circuit in which circuit elements such as semiconductor elements are combined.

さらに、上記実施形態では、計測処理のプログラムがROM又はストレージに予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory)、及びUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。 Further, in the above embodiment, the embodiment in which the measurement processing program is stored (installed) in the ROM or the storage in advance has been described, but the present invention is not limited to this. The program may be provided in a form recorded on a recording medium such as a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), a DVD-ROM (Digital Versatile Disk Read Only Memory), and a USB (Universal Serial Bus) memory. Further, the program may be downloaded from an external device via a network.

10 層厚計測装置
12 高圧タンク
14 積層体
16(16A、16B) フープ層(第1層及び第2層の一方)
18(18A、18B、18C) ヘリカル層(第1層及び第2層の他方)
22 位相コントラストイメージング装置(撮像手段)
26 撮像部(撮像手段)
28 特徴量取得部
30 境界抽出部
32 層厚算出部
B(Ba、Bb、Bc、Bd) 境界面
10 Layer thickness measuring device 12 High-pressure tank 14 Laminated body 16 (16A, 16B) Hoop layer (one of the first layer and the second layer)
18 (18A, 18B, 18C) Helical layer (the other of the first and second layers)
22 Phase contrast imaging device (imaging means)
26 Imaging unit (imaging means)
28 Feature acquisition unit 30 Boundary extraction unit 32 Layer thickness calculation unit B (Ba, Bb, Bc, Bd) Boundary surface

Claims (1)

繊維強化樹脂が用いられ、X線に対する特徴量が異なるように第1層と第2層とが交互に積層された積層体を備える高圧タンクを解析対象とし、前記第1層と前記第2層との間で前記特徴量が異なるように前記積層体に照射されて該積層体を透過したX線を撮像手段により受光することで、前記積層体について前記特徴量の分布を含むX線の透過像を撮像し、
前記透過像から前記積層体について層厚方向に沿うX線の前記特徴量の分布を取得して、前記第1層及び前記第2層のうちの何れか一方についての前記特徴量の回帰式を求め、
前記透過像から前記回帰式の特徴量を差分し、差分後の前記第1層の特徴量と前記第2層の特徴量との差に応じて設定した基準値に基づいて前記透過像から前記回帰式の特徴量を差分した特徴量の分布から前記第1層と前記第2層との境界位置を抽出し、
抽出した前記境界位置の各々から前記第1層及び前記第2層の各々の層厚を算出する、
ことを含む積層体の層厚計測方法。
A high-pressure tank in which a fiber-reinforced resin is used and a laminated body in which the first layer and the second layer are alternately laminated so that the feature amount with respect to X-rays is different is targeted for analysis, and the first layer and the second layer are analyzed. By irradiating the laminated body with the X-rays transmitted through the laminated body and receiving the X-rays transmitted through the laminated body by the imaging means, the X-rays including the distribution of the feature amounts are transmitted to the laminated body. Image the image,
The distribution of the feature amount of X-rays along the layer thickness direction of the laminated body is acquired from the transmission image, and the regression equation of the feature amount for any one of the first layer and the second layer is obtained. Ask,
The feature amount of the regression equation is differentiated from the transmission image, and the transmission image is used based on a reference value set according to the difference between the feature amount of the first layer and the feature amount of the second layer after the difference. The boundary position between the first layer and the second layer is extracted from the distribution of the features obtained by subtracting the features of the regression equation.
The layer thickness of each of the first layer and the second layer is calculated from each of the extracted boundary positions.
A method for measuring the layer thickness of a laminated body including that.
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