JP2023085735A - Evaluation method, evaluation system and evaluation program of cross-linked state of cross-linked rubber - Google Patents
Evaluation method, evaluation system and evaluation program of cross-linked state of cross-linked rubber Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023085735A JP2023085735A JP2021199933A JP2021199933A JP2023085735A JP 2023085735 A JP2023085735 A JP 2023085735A JP 2021199933 A JP2021199933 A JP 2021199933A JP 2021199933 A JP2021199933 A JP 2021199933A JP 2023085735 A JP2023085735 A JP 2023085735A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image data
- branch
- crosslinked
- cross
- state
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
Description
本発明は、架橋ゴムの架橋状態の評価方法および評価システム並びに評価プログラムに関し、より詳しくは、透過型電子顕微鏡により取得した画像データに基づいて架橋ゴムの架橋状態を架橋ゴムの網目構造に対してより充実に評価できる架橋ゴムの架橋状態の評価方法および評価システム並びに評価プログラムに関する。 The present invention relates to an evaluation method, an evaluation system, and an evaluation program for the crosslinked state of a crosslinked rubber, and more specifically, based on image data acquired by a transmission electron microscope, the crosslinked state of the crosslinked rubber is evaluated with respect to the network structure of the crosslinked rubber. The present invention relates to an evaluation method, an evaluation system, and an evaluation program for the crosslinked state of crosslinked rubber that can be evaluated more fully.
架橋ゴムの網目構造を評価する方法として、透過型電子顕微鏡を用いた計算機トモグラフィー法により架橋ゴムの超薄切片の3次元画像を取得し、取得した3次元画像から網目構造に存在する空隙部を球体近似して得られた粒径のメジアン径を用いる方法が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1には比較例として、透過型電子顕微鏡により架橋ゴムの超薄切片の2次元画像を取得して、取得した2次元画像から網目構造の空隙部を円近似して得られたメジアン径を用いる方法も開示されている。
As a method for evaluating the network structure of the crosslinked rubber, a three-dimensional image of an ultra-thin section of the crosslinked rubber is obtained by computer tomography using a transmission electron microscope, and the voids present in the network structure are identified from the obtained three-dimensional image. A method using the median diameter of particle diameters obtained by approximating a sphere has been proposed (see Patent Document 1). As a comparative example in
特許文献1が開示している発明は、網目の大きさを、3次元画像では網目に対する内接球の外径を用いて近似し、2次元画像では網目に対する内接円の直径を用いて近似して把握している。しかしながら、同じ外径の内接球、同じ直径の内接円であっても、網目を構成している分子鎖の長さは異なり、その結果、網目の形状も異なっている。それ故、実際の網目構造に対してより忠実に架橋状態を把握するには改善の余地がある。
In the invention disclosed in
本発明の目的は、実際の網目構造に対してより忠実に架橋状態を把握する架橋ゴムの架橋状態の評価方法および評価システム並びに評価プログラムを提供することである。 An object of the present invention is to provide an evaluation method, an evaluation system, and an evaluation program for the crosslinked state of a crosslinked rubber that more faithfully comprehends the crosslinked state of an actual network structure.
上記の目的を達成する本発明の架橋ゴムの架橋状態の評価方法は、膨潤させた網目構造が固定化した架橋ゴムの超薄切片の画像データを透過型電子顕微鏡により取得し、取得した前記画像データを用いる架橋ゴムの架橋状態の評価方法において、前記画像データを演算装置によりデータ処理することにより、前記画像データにおける前記網目構造を構成する分子鎖が特定されて表示される線画像データを取得し、この線画像データの前記分子鎖での分岐点とこの分岐点から分岐終端までの分岐長さを算出し、算出した前記分岐点の数および前記分岐長さに基づいて架橋状態を評価することを特徴とする。 The method for evaluating the crosslinked state of the crosslinked rubber of the present invention for achieving the above object is obtained by obtaining image data of an ultra-thin section of the crosslinked rubber in which the swollen network structure is fixed by a transmission electron microscope, and obtaining the obtained image. In the method for evaluating the crosslinked state of a crosslinked rubber using data, the image data is processed by an arithmetic device to obtain line image data in which the molecular chains constituting the network structure in the image data are specified and displayed. Then, the branch point in the molecular chain of this line image data and the branch length from this branch point to the branch end are calculated, and the crosslinked state is evaluated based on the calculated number of branch points and the branch length. It is characterized by
上記の目的を達成する本発明の架橋ゴムの架橋状態の評価システムは、膨潤させた網目構造が固定化した架橋ゴムの超薄切片の画像データを取得する透過型電子顕微鏡と、この透過型電子顕微鏡が取得した前記画像データを用いて架橋ゴムの架橋状態を評価する演算装置とを備える架橋ゴムの架橋状態の評価システムにおいて、前記演算装置は、前記画像データにおける前記網目構造を構成する分子鎖が特定されて表示される線画像データを取得するデータ処理と、前記線画像データの前記分子鎖での分岐点とこの分岐点から分岐終端までの分岐長さを算出するデータ処理と、算出した前記分岐点の数および前記分岐長さに基づいて架橋状態を評価するデータ処理とを行う構成であることを特徴とする。 The system for evaluating the crosslinked state of a crosslinked rubber according to the present invention for achieving the above objects comprises a transmission electron microscope for acquiring image data of an ultra-thin section of a crosslinked rubber in which a swollen network structure is fixed, and the transmission electron microscope. A system for evaluating the crosslinked state of a crosslinked rubber comprising an arithmetic device that evaluates the crosslinked state of the crosslinked rubber using the image data obtained by a microscope, wherein the arithmetic device comprises a molecular chain that constitutes the network structure in the image data. data processing for acquiring line image data that is specified and displayed, data processing for calculating a branch point in the molecular chain of the line image data and a branch length from this branch point to the branch end, and It is characterized by performing data processing for evaluating the crosslinked state based on the number of branch points and the branch length.
上記の目的を達成する本発明の架橋ゴムの架橋状態の評価プログラムは、透過型電子顕微鏡により取得された、膨潤させた網目構造が固定化した架橋ゴムの超薄切片の画像データが入力された演算装置に架橋ゴムの架橋状態を評価させる架橋ゴムの架橋状態の評価プログラムにおいて、前記画像データにおける前記網目構造を構成する分子鎖が特定されて表示される線画像データを取得させる手順と、前記線画像データの前記分子鎖での分岐点とこの分岐点から分岐終端までの分岐長さを算出させる手順と、算出させた前記分岐点の数および前記分岐長さに基づいて架橋状態を評価する手順とを、前記演算装置に実行させることを特徴とする。 In the program for evaluating the crosslinked state of the crosslinked rubber of the present invention that achieves the above objects, image data of an ultra-thin section of the crosslinked rubber in which the swollen network structure is fixed, obtained by a transmission electron microscope, is input. In the evaluation program for the crosslinked state of the crosslinked rubber that causes the computing device to evaluate the crosslinked state of the crosslinked rubber, a procedure for obtaining line image data in which the molecular chains constituting the network structure in the image data are specified and displayed; A procedure for calculating a branch point in the molecular chain of the line image data and a branch length from the branch point to the branch end, and evaluating the crosslinked state based on the calculated number of the branch points and the branch length. A procedure is executed by the computing device.
本発明によれば、前記線画像データから得た分岐点の数および分岐長さは架橋ゴムの網目構造の状態をより具体的に示す指標になっている。そのため、この分岐点の数および分岐長さを用いることで、実際の網目構造に対してより忠実に架橋状態を把握するには有利になる。 According to the present invention, the number of branch points and the branch length obtained from the line image data serve as indicators that more specifically show the state of the network structure of the crosslinked rubber. Therefore, by using the number of branch points and the branch length, it is advantageous to grasp the cross-linking state more faithfully with respect to the actual network structure.
以下、本発明の架橋ゴムの架橋状態の評価方法および評価システム並びに評価プログラムを、図に示す実施形態に基づいて説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The evaluation method, evaluation system, and evaluation program for the crosslinked state of the crosslinked rubber of the present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings.
図1に例示する評価システム1は透過型電子顕微鏡2および演算装置3を備えている。演算装置3は公知の種々のコンピュータを用いることができる。演算装置3は、中央演算処理部(CPU)4、主記憶部(メモリ)5、補助記憶部(例えば、HDD)6、入力部(キーボード、マウス)7、および、出力部(ディスプレイ)8を有している。評価プログラム10は演算装置3の補助記憶部6にインストールされる。
An
透過型電子顕微鏡2は公知の種々の透過型電子顕微鏡を用いることができる。透過型電子顕微鏡2は膨潤させた網目構造が固定化した架橋ゴムの超薄切片20に電子線を照射し、透過した電子線の強弱から超薄切片20の内部の電子透過率の空間分布が観測可能な画像データ30を取得する。透過型電子顕微鏡2が取得した画像データ30は演算装置3に入力され、補助記憶部6に記憶される。透過型電子顕微鏡2は超薄切片20を撮影して画像データ30として二次元画像データを取得可能であればよいが、画像データ30として超薄切片20の三次元画像データを取得してもよい。
Various known transmission electron microscopes can be used as the
演算装置3は、入力部7により評価プログラム10が起動されて実行されると、評価プログラム10により指示された各データ処理を実行する。そして、各データ処理を実行して架橋ゴムの架橋状態の評価結果を算出して出力部8に出力する。
When the
評価プログラム10は、起動した後に、入力部7により各処理で用いるフィルタの選択や評価結果の選択を含む初期設定が行われる。評価プログラム10は、初期設定が完了した後に、演算装置3に初期設定に従った各処理を実行させる。
After the
図2に評価方法および評価プログラム10により実行される手順の一例を示す。まず、超薄切片20を準備し(S110)、透過型電子顕微鏡2により超薄切片20の画像データ30を取得する(S120)。ついで、評価プログラム10を起動して実行することで、評価プログラム10は演算装置3に各手順を実行させる(S130~S180)。最終的に、架橋ゴムの架橋状態の評価結果が出力部8出力されると終了となる。(S110)~(S180)の各ステップの内容を以下に詳述する。
FIG. 2 shows an example of the procedure executed by the evaluation method and
超薄切片20を準備するステップ(S110)では、架橋ゴムの試験片を作成し、超薄切片20をその試験片から切り出す。架橋ゴムの試験片は、重合性モノマーを用いて架橋ゴムを膨潤させた後に、重合開始剤の存在下で重合性モノマーを重合させることにより、飽和状態に膨潤させた網目構造が固定化した状態となっている。
In the step of preparing the ultra-thin section 20 (S110), a crosslinked rubber test piece is prepared, and the
架橋ゴムのゴム成分としては、加硫剤により架橋可能なゴム成分であればよく、天然ゴム(NR)、あるいは、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)などの合成ゴムが例示される。加硫剤(架橋剤)としては、ゴム成分の鎖状高分子を示す分子鎖どうしを架橋可能であればよく、有機過酸化物や硫黄が例示される。架橋ゴムには、加硫剤以外の、加硫促進剤、老化防止剤、難燃剤、補強材、および、着色剤などのゴム配合剤が配合されていてもよい。 The rubber component of the crosslinked rubber may be any rubber component that can be crosslinked with a vulcanizing agent, and examples thereof include natural rubber (NR) and synthetic rubbers such as styrene-butadiene rubber (SBR) and butadiene rubber (BR). be. Any vulcanizing agent (crosslinking agent) may be used as long as it can crosslink the molecular chains representing the chain polymer of the rubber component, and examples thereof include organic peroxides and sulfur. The crosslinked rubber may contain rubber compounding agents other than the vulcanizing agent, such as a vulcanization accelerator, anti-aging agent, flame retardant, reinforcing material, and coloring agent.
試験片の作成時に用いる重合性モノマーとしては、架橋ゴムを飽和状態まで膨潤させて架橋ゴムとの共存下で重合可能なものであればよく、メタクリル酸メチル、スチレンモノマー、および、シリコーンなどが例示される。重合開始剤としては、熱、光、または、酸化還元によりラジカルを発生させるものであればよく、過酸化ベンゾイル、ペルオキシド、および、トリエチルボランなどが例示される。 As the polymerizable monomer used for preparing the test piece, any monomer can be used as long as it can swell the crosslinked rubber to a saturated state and polymerize in the presence of the crosslinked rubber. Examples include methyl methacrylate, styrene monomer, and silicone. be done. The polymerization initiator may be one that generates radicals by heat, light, or oxidation-reduction, and examples thereof include benzoyl peroxide, peroxide, and triethylborane.
超薄切片20の厚さは例えば50nm~300nmである。透過型電子顕微鏡2により二次元画像を取得する場合の超薄切片20の厚さは50nm~100nmが望ましく、三次元画像を取得する場合の超薄切片20の厚さは100nm~300nmが望ましい。
The thickness of the
超薄切片20は染色剤で染色することもできる。染色剤としては、四酸化オスミウムおよびヨウ素などが例示される。染色剤は、架橋ゴムの分子鎖を染色するが重合性モノマーを染色しないものが望ましい。
The
画像データ30を取得するステップ(S120)では、透過型電子顕微鏡2により超薄切片20を撮影し、超薄切片20の内部の電子透過率の空間分布が観測可能な画像データ30を取得する。図3に例示する画像データ30は、一辺の長さがL〔nm〕(透過型電子顕微鏡2の倍率に応じた変数)の正方形の範囲内に暗部31と明部32とが存在する。暗部31は、網目構造を構成する分子鎖やその分子鎖どうしが結合した架橋点が存在することにより電子透過率が低い部分である。明部32は、画像データ30における暗部31以外の部分であり、主に重合性モノマーが重合して成る包埋樹脂が存在することにより電子透過率が高い部分である。
In the step of acquiring the image data 30 (S120), the
画像データ30の暗部31と明部32とを領域分離するステップ(S130)では、演算装置3により画像データ30に写る暗部31の領域と明部32の領域とを領域分離して二値化するデータ処理が実行される。図4に例示する分離画像データ33は、暗部31と明部32とを領域分離して二値化したものであり、白色部分が暗部31を示し、黒色部分が明部32を示す。
In the step of segmenting the
このステップでは、暗部31と明部32とを領域分離する前に、画像データ30のノイズを除去したり、画像データ30の輝度を補正したりするとよい。ただし、画像データ30のノイズ状況や輝度ムラの状況によっては、ノイズの除去や輝度ムラの補正を省略してもよく、ノイズの除去や輝度の補正のデータ処理は適宜、選択可能とするとよい。
In this step, it is preferable to remove noise from the
ノイズを除去する手法は公知の種々のノイズを除去する手法を用いることができる。その手法としては、ノイズ除去フィルタ(例えば、ガウシアンフィルタ)を用いる手法、膨張処理および収縮処理を用いる手法、および、機械学習により作成したノイズ除去モデルを用いる手法などが例示される。輝度を補正する手法は公知のシェーディング補正の手法を用いることができる。その手法としては、コサイン四乗則を用いた手法や白基準となるデータを用いた手法などが例示される。 Various known methods for removing noise can be used as the method for removing noise. Examples of such methods include a method using a noise removal filter (for example, a Gaussian filter), a method using expansion processing and contraction processing, and a method using a noise removal model created by machine learning. A known shading correction technique can be used as a technique for correcting luminance. Examples of the method include a method using the cosine fourth power law, a method using data that serves as a white reference, and the like.
領域分離して二値化する手法は公知の種々の二値化の手法を用いることができる。代表的な二値化の手法としては、閾値による二値化、領域抽出による二値化(例えば、動的輪郭モデル)、および、機械学習により作成した領域分離モデルを用いた二値化などが例示される。閾値による二値化は、その閾値として、予め把握した値を用いてもよく、大津の二値化の手法により自動的に判別された値を用いてもよい。また、明部32を複数の領域に分割して暗部31を含む三つ以上の領域に分離し、暗部31の領域とその他の像の領域とで二値化してもよい。
Various well-known binarization techniques can be used as the area separation and binarization technique. Typical binarization methods include threshold binarization, binarization by area extraction (e.g., active contour model), and binarization using an area separation model created by machine learning. exemplified. For binarization using a threshold value, a previously grasped value may be used as the threshold value, or a value automatically determined by Otsu's binarization method may be used. Alternatively, the
暗部31の輪郭を平準化するステップ(S140)では、演算装置3により分離画像データ33に写る全て暗部31を対象とし、その暗部31の輪郭を平準化するデータ処理が実行される。図5に例示する平準化画像データ34は図4に例示する分離画像データ33における暗部31の輪郭が平準化したものである。図5に例示する平準化画像データ34においてAで示す部分は、図4に例示する分離画像データ33においてAで示す部分に比して、暗部31の輪郭が平準化されて、複雑な形状からより単純な形状に変換されている。暗部31の輪郭の平準化とはその輪郭の形状が複雑な形状を成している場合に単純な形状に置き換えることである。この暗部31の輪郭の平準化の画像データ処理が省かれても、次の暗部31を細線化する画像データ処理は実行可能であるが、暗部31を細線化する画像データ処理に要する演算負荷の低減のために実行することが望ましい。
In the step of leveling the outline of the dark portion 31 (S140), data processing for leveling the outline of the
輪郭を平準化する手法としては、ノイズを除去する手法と同様の手法が例示される。一般的に画像処理においてノイズの除去と平準化とは同一視されるが、本実施形態ではそれぞれ異なるデータ処理として定義する。ノイズの除去は透過型電子顕微鏡2で取得した画像データ30を対象として画像データ30に写るノイズを除去することを目的としたものである。対して、輪郭の平準化は領域分離して二値化した分離画像データ33を対象として分離画像データ33に写る暗部31の輪郭を平準化することを目的としたものである。例えば、ノイズの除去と輪郭の平準化とで同じフィルタを用いる場合は、フィルタにおけるカーネル係数が異なる。ノイズの除去で用いるフィルタのカーネル数は画像データ30のノイズの除去に適した値に設定され、輪郭の平準化で用いるフィルタのカーネル数は分離画像データ33に写る暗部31の輪郭の平準化に適した値に設定される。
As a method for smoothing the contour, the same method as the method for removing noise is exemplified. Although noise removal and smoothing are generally regarded as the same in image processing, they are defined as different data processing in this embodiment. The purpose of the noise removal is to remove noise appearing in the
暗部31を細線化するステップ(S150)では、演算装置3により平準化画像データ34の全ての暗部31を細線化するデータ処理が実行される。図6に例示する線変換画像データ36は平準化画像データ34に写る全ての暗部31に細線化の画像データ処理を施したものである。暗部31を細線化して得られた線画像データ35はその暗部31を中心線で表したものであり、暗部31の骨格が特定されたデータである。暗部31が網目構造の分子鎖や架橋点が存在する部分であることから、線画像データ35は網目構造を構成する分子鎖やその分子鎖どうしが結合した架橋点が特定されて表示されたものである。
In the step of thinning the dark portions 31 ( S<b>150 ), data processing for thinning all the
細線化のアルゴリズムは公知の種々のアルゴリズムを用いることができる。代表的なアルゴリズムとして、Hilditchのアルゴリズム、田村の方法、Nagendraprasad-Wang-Guptaのアルゴリズム、Zhang-Suenのアルゴリズムなどが例示される。 Various known algorithms can be used for the thinning algorithm. Typical algorithms include Hilditch's algorithm, Tamura's method, Nagendraprasad-Wang-Gupta's algorithm, and Zhang-Suen's algorithm.
図7に例示す線画像データ35を拡大した説明図に示す分岐終端37と分岐点38とを抽出するステップ(S160)では、演算装置3により線画像データ35での分岐終端37および分岐点38を抽出するデータ処理が実行される。図7は見易くするために線画像データ35とその他の部位との階調を反転した。分岐終端37、および、分岐点38の抽出は、それらを同時に抽出してもよく、分岐終端37の抽出と分岐点38の抽出とを別々に行ってもよい。
In the step (S160) of extracting the branch end 37 and the branch point 38 shown in an enlarged explanatory view of the
同時に抽出する手法としては公知の種々の特徴点を抽出する手法を用いることができる。その手法として、機械学習した抽出モデルを用いる手法、所定の階調値の画素の近傍の八画素における連結関係で判定する手法、Hough変換などが例示される。分岐終端37のみを抽出する手法としは公知のエッジを抽出する手法を用いることが可能である。その手法として、ラプラシアンフィルタなどのエッジを抽出する微分フィルタを用いる手法が例示される。分岐点38を抽出する手法としては公知のテンプレートマッチングを用いることが可能である。複数のテンプレート画像としては、n×n画素の二階調の画像で線分を示す階調の連結数が三以上のものが例示される。 As a method for extracting simultaneously, various known methods for extracting feature points can be used. Examples of such methods include a method using a machine-learned extraction model, a method of determination based on the connectivity of eight pixels in the vicinity of a pixel with a predetermined gradation value, and a Hough transform. As a technique for extracting only the branch end 37, a known technique for extracting edges can be used. Examples of such methods include a method using a differential filter for extracting edges, such as a Laplacian filter. Known template matching can be used as a technique for extracting the branch point 38 . An example of the plurality of template images is a two-gradation image of n×n pixels in which the number of connected gradations representing line segments is three or more.
線画像データ35から分岐終端37および分岐点38を抽出する手法は、例示したとおり公知の種々の手法を用いることができるが、分岐終端37の抽出と分岐点38の抽出とを別々に行うことが望ましい。分岐終端37と分岐点38とは各々の特徴が異なる。それため、各々の特徴を抽出することに特化した別々の手法を用いて抽出することで、それらを同時に抽出する手法に比して演算負荷を少なくでき、演算に要する時間の短縮には有利になる。
Various known methods can be used for extracting the branch end 37 and the branch point 38 from the
分岐点38の数と分岐長さとを算出するステップ(S170)では、演算装置3により、線変換画像データ36に多数存在している線画像データ35での分岐点38の数と分岐長さとを算出するデータ処理が実行される。分岐点38の数は線変換画像データ36における分岐点38の総数である。分岐長さは分岐点38から分岐終端37までの線分長さ(延在長さ)である。
In the step of calculating the number of branch points 38 and the branch length (S170), the
分岐長さを算出する手法としては公知の種々の線分長さを算出する手法を用いることができる。代表的な手法として、分岐点38から分岐終端37までを構成する複数の画素の中心を連ねて得られる画素数から算出する手法や分岐点38から分岐終端37までの線分の近似関数から算出する手法などが例示される。分岐長さは、分岐点38から分岐終端37までの線分長さ(延在長さ)にすることが好ましいが、演算処理の簡略化のために、分岐点38と分岐終端37との間の直線距離にすることもできる。 As a technique for calculating the branch length, various known techniques for calculating the line segment length can be used. As a representative method, a method of calculating from the number of pixels obtained by connecting the centers of a plurality of pixels constituting from the branch point 38 to the branch end 37, or a method of calculating from an approximation function of the line segment from the branch point 38 to the branch end 37 and the like. The branch length is preferably the line segment length (extended length) from the branch point 38 to the branch end 37, but for the sake of simplification of arithmetic processing, the branch length between the branch point 38 and the branch end 37 is can also be the linear distance of .
架橋状態を評価するステップ(S180)では、演算装置3により分岐点38の数と分岐長さに基づいて架橋状態を評価するデータ処理が実行される。架橋状態を評価する指標として、例えば、架橋密度および架橋の均一性(架橋密度分布)がある。架橋密度は、架橋点の数が多いほど高くなり、網目が大きいほど低くなる。架橋の均一性は網目の大きさのばらつきが大きいほど低くなる。架橋ゴムの物性は架橋密度や架橋の均一性の程度に影響を受ける。分岐点38の数は架橋点の数に相当し、分岐長さは網目の大きさに相当すると見做すことができる。したがって、算出した分岐点38の数と分岐長さとに基づいて架橋ゴムの架橋状態(架橋密度や架橋の均一性)を評価することが可能である。
In the step of evaluating the cross-linking state (S180), data processing for evaluating the cross-linking state based on the number of branch points 38 and the branch length is executed by the
具体的に、架橋密度を評価するには、分岐点38の数と分岐長さに基づいて、線変換画像データ36に多数存在している線画像データ35での分岐長さの中央値を算出し、その中央値を評価指標として用いる。分岐長さの中央値の代わりに、評価指標として分岐長さの平均値を用いてもよい。ただし、中央値の方が精度よく架橋状態を把握できる。
Specifically, in order to evaluate the crosslink density, the median value of the branch lengths in the
また、架橋の均一性を評価するには、分岐点38の数と分岐長さに基づいて分岐長さの分散状態を表す分散指標を算出し、評価指標としてその分散指標を用いる。この分散指標は、いわゆる算術的な分散、標準偏差などを用いる。上述した架橋密度の評価指標と架橋の均一性の評価指標との両方を用いて、架橋状態を評価してもよい。 Further, in order to evaluate the uniformity of cross-linking, a dispersion index representing the dispersion state of branch lengths is calculated based on the number of branch points 38 and branch lengths, and the dispersion index is used as an evaluation index. This dispersion index uses so-called arithmetic dispersion, standard deviation, or the like. The crosslinked state may be evaluated using both the crosslink density evaluation index and the crosslink uniformity evaluation index described above.
架橋ゴムの架橋には化学架橋と物理架橋とが存在するが、物理架橋は共有結合以外の微弱な物理的な力による結合である。分岐点38どうしの間の部分はこの物理架橋による分子鎖の絡み合いが特定されて表示されるものであることが多い。したがって、隣り合う分岐点38どうしの長さを架橋状態の評価指標として積極的に使用しなくてもよいが、必要に応じて使用することもできる。 Cross-linking of cross-linked rubber includes chemical cross-linking and physical cross-linking. Physical cross-linking is bonding by weak physical force other than covalent bond. The portion between the branch points 38 is often indicated by specifying the entanglement of the molecular chains due to this physical cross-linking. Therefore, it is not necessary to positively use the length of the adjacent branch points 38 as an evaluation index of the crosslinked state, but it can be used as necessary.
分岐点38の数および分岐長さの算出は、統一された同条件下(使用する画像データ30を同じ倍率、大きさ、枚数にする)で行えばよい。このように同条件に設定することで様々な試験片に対して架橋状態を単純比較することができる。使用する画像データ30の倍率、大きさ、枚数が試験片によって異なる場合は、単位面積あたりの分岐点38の数および分岐長さを算出して架橋状態を評価する。
The number of branch points 38 and the branch length may be calculated under the same standardized conditions (the
また、上述した架橋密度の評価指標(分岐長さの中央値)と、公知の測定方法(平衡膨潤法や膨潤圧縮法)によって把握される架橋密度との関係を検討したところ、両者には高い相関関係があることが判明した。そのため、多種多数の試験片を用いて、この相関関係を予め取得しておくとよい。そして、評価対象の架橋ゴムの試験片を用いて、上述した手順で分岐点38の数および分岐長さを算出する。この分岐点38の数および分岐長さから算出した分岐長さの中央値と、予め把握している上述の相関関係を用いることで、評価対象の架橋ゴムの架橋密度を推定することができる。 In addition, when the relationship between the crosslink density evaluation index (median branch length) described above and the crosslink density ascertained by a known measurement method (equilibrium swelling method or swelling compression method) was examined, it was found that both were high. A correlation was found. Therefore, it is preferable to obtain this correlation in advance using a large number of test pieces. Then, using the crosslinked rubber test piece to be evaluated, the number of branch points 38 and the branch length are calculated according to the procedure described above. The crosslink density of the crosslinked rubber to be evaluated can be estimated by using the median value of the branch lengths calculated from the number of branch points 38 and the branch lengths, and the above-described previously grasped correlation.
以上のとおり、本実施形態によれば、透過型電子顕微鏡2を用いて得られる画像データ30に写る像の中から網目を構成する分子鎖や架橋点が存在する暗部31に着目したことで、網目を構成している分子鎖の長さの異なりや複雑な網目の形状も把握することが可能となる。具体的に、線画像データ35から得た分岐点の数および分岐長さが網目構造を構成する分子鎖どうしの結合や網目の大きさを表し、架橋ゴムの網目構造の状態をより具体的に示す指標になっている。そのため、実際の網目構造に対してより忠実に架橋状態を把握するには有利になり、画像データ30を用いた手法による架橋ゴムの架橋状態の評価精度を向上させることも可能になる。
As described above, according to the present embodiment, attention is focused on the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の架橋ゴムの架橋状態の評価方法および評価システム並びに評価プログラムは特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the evaluation method, evaluation system, and evaluation program for the crosslinked state of the crosslinked rubber of the present invention are not limited to specific embodiments, and are within the scope of the gist of the present invention. , various modifications and changes are possible.
画像データ30は二次元画像データに限定されずに、三次元画像データでもよい。画像データ30として三次元画像データを用いる場合に、上記例示した手法やフィルタは三次元データに対応可能なものあればよい。三次元画像データは二次元画像データに比してデータ量が多くなることから、架橋状態の評価精度が高くなる。一方で、三次元画像データを取得するには複雑な手法を用いる必要があり、二次元画像データを取得するよりは手間が掛かる。また、三次元画像データのデータ処理は二次元画像データのデータ処理に比して演算量が増す。つまり、画像データ30を二次元画像データとすることで、より簡易的な評価方法となる。
The
評価プログラム10は例示した手法やフィルタのうちの一つを有していればよいが、複数の手法やフィルタを有してもよい。複数の手法やフィルタを有する場合に、評価プログラム10の起動時の初期設定により複数の手法やフィルタから所望の手法やフィルタを選択可能に構成するとよい。同様に、評価プログラム10の起動時の初期設定により分岐点38の数および分岐長さに基づいて算出される評価指標およびその評価指標に合わせた架橋状態の評価内容を選択可能に構成するとよい。
The
分岐点38の数および分岐長さに基づいて算出される評価指標は、分岐長さの中央値(平均値)と、分岐長さの分散状態を表す分散指標の少なくとも一方を用いることができる。それらの両方を評価指標として用いると、架橋ゴムの架橋密度と架橋の均一性の両方を考慮した定量評価になる。 As the evaluation index calculated based on the number of branch points 38 and the branch lengths, at least one of the median value (average value) of the branch lengths and the dispersion index representing the distributed state of the branch lengths can be used. If both of them are used as evaluation indices, it becomes a quantitative evaluation considering both the crosslink density and crosslink uniformity of the crosslinked rubber.
上記の評価方法は、一枚の超薄切片20のみを用いて架橋状態を評価してもよいが、一つの試験片から複数枚の超薄切片20を作成し、それぞれの超薄切片20から得られた全ての画像データ30における分岐点38の数および分岐長さの各々の総計に基づいて架橋状態を評価することが望ましい。このように、複数枚の画像データ30を用いることで、超薄切片20の試験片での採取位置の違いに起因する分岐点38の数および分岐長さのデータのばらつきを小さくするには有利になる。超薄切片20を採取する際には、画像データ30を取得するときよりも透過型電子顕微鏡2の倍率を低倍率にしてその試験片の代表的な架橋状態(より均一な架橋状態)を呈している位置を特定して、その位置から採取するとよい。
In the above evaluation method, the crosslinked state may be evaluated using only one
評価対象の架橋ゴムとして、ブタジエンゴムを硫黄で加硫した架橋ゴムの試験片を用いた。メタクリル酸メチルで48時間膨潤させた。試験片に1wt/%の過酸化ベンゾイルを添加し、常温で3時間静置後に60℃で24時間加熱した。次いで、試験片からウルトラミクロトームにより70nmの超薄切片20を5枚、作成し、四酸化オスミウムで染色した。次いで、透過型電子顕微鏡2の設定を加速電圧200〔kV〕、倍率60,000倍とし、超薄切片20を撮影し、それぞれの超薄切片20の画像データ30を取得して、合計5枚の画像データ30を取得した。
As the crosslinked rubber to be evaluated, a test piece of crosslinked rubber obtained by vulcanizing butadiene rubber with sulfur was used. Swelled with methyl methacrylate for 48 hours. 1 wt/% benzoyl peroxide was added to the test piece, which was allowed to stand at room temperature for 3 hours and then heated at 60°C for 24 hours. Then, five
演算装置3により、それぞれの画像データ30に対してガウシアンフィルタ処理を施してノイズを除去するとともにシェーディング補正を施して輝度ムラを補正した。次いで、画像データ30を大津の二値化により領域分離して分離画像データ33に変換した。次いで、分離画像データ33に輪郭近似処理を施して平準化画像データ34に変換した。次いで、平準化画像データ34にZhang-Suenのアルゴリズムにより細線化処理を施して複数の線画像データ35を有する線変換画像データ36に変換した。次いで、線変換画像データ36にエッジ抽出フィルタを施して線画像データ35での分岐終端37を抽出した。次いで、線変換画像データ36にテンプレートマッチングにより線画像データ35での分岐点38を抽出した。次いで、線変換画像データ36から線画像データ35での分岐点38の数および分岐長さを算出した。
The
図8に例示する分岐長さとその頻度とを示すグラフ図は、5枚の画像データ30から得られた分岐点38の数および分岐長さに基づいて作成されたものである。図8のデータから分岐長さの中央値を算出すれば、架橋状態を評価する評価指標として用いることができる。 A graph showing branch lengths and their frequencies illustrated in FIG. If the median branch length is calculated from the data in FIG. 8, it can be used as an evaluation index for evaluating the crosslinked state.
図9は異なる架橋ゴムを複数用意して、実施例と同様の方法で得られた分岐長さの中央値と、公知の測定方法(平衡膨潤法)によって把握される架橋密度とに基づいて作成されたものである。図中の黒点は、用意したそれぞれの架橋ゴムの架橋密度と分岐長さの中央値の該当位置にプロットしたものである。このプロットした黒点群を直線に近似した直線が分岐長さの中央値と架橋密度との相関関係を示す。図9に示すように公知の測定方法によって把握される架橋密度と分岐長さの中央値とには高い相関があることが分かる。 FIG. 9 is prepared based on the median value of the branch length obtained by preparing a plurality of different crosslinked rubbers in the same manner as in the example, and the crosslink density determined by a known measurement method (equilibrium swelling method). It is what was done. The black dots in the figure are plotted at corresponding positions of the crosslink density and the median value of the branch length of each prepared crosslinked rubber. A straight line approximating the plotted group of black dots indicates the correlation between the median branch length and the crosslink density. As shown in FIG. 9, it can be seen that there is a high correlation between the crosslink density and the median value of the branch length as determined by a known measurement method.
1 評価システム
2 透過型電子顕微鏡
3 演算装置
10 評価プログラム
20 超薄切片
30 画像データ
31 暗部
32 明部
35 線画像データ
37 分岐終端
38 分岐点
1
Claims (6)
前記画像データを演算装置によりデータ処理することにより、前記画像データにおける前記網目構造を構成する分子鎖が特定されて表示される線画像データを取得し、この線画像データの前記分子鎖での分岐点とこの分岐点から分岐終端までの分岐長さを算出し、算出した前記分岐点の数および前記分岐長さに基づいて架橋状態を評価することを特徴とする架橋ゴムの架橋状態の評価方法。 Image data of an ultra-thin section of the crosslinked rubber in which the swollen network structure is fixed is acquired by a transmission electron microscope, and the method for evaluating the crosslinked state of the crosslinked rubber using the acquired image data includes:
Acquiring line image data in which the molecular chains forming the network structure in the image data are specified and displayed by processing the image data by an arithmetic device, and branching the line image data at the molecular chains A method for evaluating the crosslinked state of a crosslinked rubber, comprising calculating a point and a branch length from the branch point to the end of the branch, and evaluating the crosslinked state based on the calculated number of branch points and the branch length. .
前記演算装置は、前記画像データにおける前記網目構造を構成する分子鎖が特定されて表示される線画像データを取得するデータ処理と、前記線画像データの前記分子鎖での分岐点とこの分岐点から分岐終端までの分岐長さを算出するデータ処理と、算出した前記分岐点の数および前記分岐長さに基づいて架橋状態を評価するデータ処理とを行う構成であることを特徴とする架橋ゴムの架橋状態の評価システム。 A transmission electron microscope that acquires image data of an ultra-thin section of crosslinked rubber in which the swollen network structure is fixed, and an operation that evaluates the crosslinked state of the crosslinked rubber using the image data acquired by this transmission electron microscope. In a system for evaluating the crosslinked state of a crosslinked rubber comprising a device,
The arithmetic unit performs data processing for acquiring line image data in which the molecular chains forming the network structure in the image data are specified and displayed, branch points in the molecular chains of the line image data, and branch points at the branch points. A crosslinked rubber characterized by performing data processing for calculating the branch length from to the branch end and data processing for evaluating the crosslinked state based on the calculated number of branch points and the branch length. Evaluation system for cross-linking state.
前記演算装置に、前記画像データにおける前記網目構造を構成する分子鎖が特定されて表示される線画像データを取得させる手順と、前記線画像データの前記分子鎖での分岐点とこの分岐点から分岐終端までの分岐長さを算出させる手順と、算出させた前記分岐点の数および前記分岐長さに基づいて架橋状態を評価する手順とを、実行させることを特徴とする架橋ゴムの架橋状態の評価プログラム。 A program for evaluating the cross-linked state of cross-linked rubber, which evaluates the cross-linked state of cross-linked rubber in an arithmetic device to which image data of an ultra-thin section of cross-linked rubber with a swollen network structure fixed obtained by a transmission electron microscope is input. in
a procedure for causing the arithmetic unit to acquire line image data in which the molecular chains forming the network structure in the image data are identified and displayed; branching points in the molecular chains of the line image data; A crosslinked state of a crosslinked rubber characterized by executing a procedure of calculating a branch length to a branch end and a procedure of evaluating a crosslinked state based on the calculated number of branch points and the branch length. evaluation program.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021199933A JP2023085735A (en) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | Evaluation method, evaluation system and evaluation program of cross-linked state of cross-linked rubber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021199933A JP2023085735A (en) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | Evaluation method, evaluation system and evaluation program of cross-linked state of cross-linked rubber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023085735A true JP2023085735A (en) | 2023-06-21 |
Family
ID=86775911
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021199933A Pending JP2023085735A (en) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | Evaluation method, evaluation system and evaluation program of cross-linked state of cross-linked rubber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023085735A (en) |
-
2021
- 2021-12-09 JP JP2021199933A patent/JP2023085735A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ross et al. | Segmenting non-ideal irises using geodesic active contours | |
Morrill et al. | A validated software application to measure fiber organization in soft tissue | |
CN111681162B (en) | Defect sample generation method and device, electronic equipment and storage medium | |
Kanwal et al. | Region based adaptive contrast enhancement of medical X-ray images | |
Raffei et al. | A low lighting or contrast ratio visible iris recognition using iso-contrast limited adaptive histogram equalization | |
McLean et al. | High-speed collagen fiber modeling and orientation quantification for optical coherence tomography imaging | |
Wati et al. | First-order feature extraction methods for image texture and melanoma skin cancer detection | |
CN111754457A (en) | Hypha screening system based on corneal confocal image | |
Saman et al. | Automatic detection and severity classification of diabetic retinopathy | |
Lee et al. | 3D skin surface reconstruction from a single image by merging global curvature and local texture using the guided filtering for 3D haptic palpation | |
Pitoya et al. | Dermoscopy image segmentation in melanoma skin cancer using Otsu thresholding method | |
EP3038051B1 (en) | Diagnostic apparatus and image processing method in the same apparatus | |
JP2023085735A (en) | Evaluation method, evaluation system and evaluation program of cross-linked state of cross-linked rubber | |
Zhang et al. | Reconnection of interrupted curvilinear structures via cortically inspired completion for ophthalmologic images | |
Sallam et al. | Diabetic retinopathy grading using resnet convolutional neural network | |
Ma et al. | An algorithm for fabric defect detection based on adaptive canny operator | |
Datta et al. | Brightness-preserving fuzzy contrast enhancement scheme for the detection and classification of diabetic retinopathy disease | |
Rachapudi et al. | Diabetic retinopathy detection by optimized deep learning model | |
JP2024069840A (en) | Method and system for quantifying heterogeneity of network structure of crosslinked rubber | |
CN114387209A (en) | Method, apparatus, medium, and device for fundus structural feature determination | |
CN112614096A (en) | Ordinal number regression-based breast molybdenum target lesion benign and malignant analysis method | |
Jeena et al. | Analysis of stroke using texture features | |
Devaraj | Detection of red lesion in diabetic retinopathy using adaptive thresholding method | |
CN111861950A (en) | Method and device for detecting fabric surface ball area | |
Soares et al. | Curvature detection and segmentation of retinal exudates |