JP2937925B2 - レーザー顕微鏡による観察装置、クリープ損傷自動診断装置およびレーザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ損傷自動診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザー顕微鏡
による観察装置、クリープ損傷自動診断装置およびレー
ザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ損傷自動診
断装置に関し、火力発電プラントなどの高温環境下や高
温高圧環境下で使用される材料の組織の観察やクリープ
損傷の自動診断を現場で簡単にできるようにしたもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】高温環境や高温高圧環境下で使用される
火力発電プラントのボイラ部材や原子力プラントの構造
材料などに用いられているクロム−モリブデン鋼やステ
ンレス鋼などは、長期間使用すると、クリープ損傷など
の経年劣化損傷が生じる。

【０００３】このためこれらのプラントを長期間安全に
使用するためには、これら部材がこれまでに受けたクリ
ープ損傷を知る必要があり、これによって寿命や余寿命
を予測する必要がある。

【０００４】従来からクリープ寿命の予測を行う方法に
ついては種々提案されているが、その一つにクリープ損
傷にともなう組織変化を観察してクリープ寿命を予測す
る方法があり、結晶粒に発生するボイドの数と面積とに
よるボイド面積率法がある。

【０００５】このボイド面積率法では、クリープ損傷を
知る必要がある部位を選び、その部位について現場でレ
プリカを採取してこれを持ち帰り、金属蒸着処理後、走
査型電子顕微鏡でクリープボイドを観察してボイド面積
率を求め、例えば図１２に示すように、予め求めてある
クリープ損傷度とボイド面積率の関係の検定曲線からク
リープ損傷を求めるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この方法で
は、レプリカの採取および損傷度の評価にかなり熟練を
要し、作業者の技術差によって診断結果にばらつきが生
じ易く、しかも短期間に診断結果を出すことができず、
定期検査中に損傷程度を把握できないなどの問題があ
る。

【０００７】この発明はかかる従来技術の課題に鑑みて
なされたもので、診断対象部位からレプリカを採取せず
に現場で簡単かつ短時間に組織を観察することができる
レーザー顕微鏡による観察装置を提供しようとするもの
である。

【０００８】また、この発明は、診断対象部位から得ら
れる画像を用いクリープ損傷を自動的に診断することが
できるクリープ損傷自動診断装置を提供しようとするも
のである。

【０００９】さらに、この発明は、診断対象部位からレ
プリカを採取せずに現場で簡単かつ短時間に組織の画像
を得てクリープ損傷を自動的に診断することができるレ
ーザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ損傷自動
診断装置を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明のレーザー顕微鏡による観察装置は、密閉
構造のカメラ本体内に設けられてレーザーを発信する半
導体レーザーと、この半導体レーザーから発信されたレ
ーザーを屈曲させて導く前記カメラ本体内に設けられる
光路と、この光路の先端部に傾斜して取付けられる長作
動距離の対物レンズを備え被観察物との接近側が切除さ
れた対物レンズ部と、前記光路に設けられ反射するレー
ザーを受信する画像センサと、前記密閉構造のカメラ本
体内を冷却する電子冷却装置と、前記カメラ本体が取付
けられて３軸方向に移動可能な移動台を備えるととも
に、この移動台を移動して連続した観察を可能とする移
動機構を備え被観察対象に固定される固定治具装置とか
らなることを特徴とするものである。

【００１１】このレーザー顕微鏡による観察装置によれ
ば、半導体レーザーと屈曲させた光路によりカメラ本体
の小型・軽量化を図り、対物レンズ部を傾斜させるとと
もに、被観察物への接近側を削り落として狭隘部への適
用を可能とし、さらに長作動距離の対物レンズを用いて
被観察物との距離をあけて観察できるようにし、これら
が収納されるカメラ本体を密閉構造とするとともに、電
子冷却装置を用い、防塵性を高めかつ冷却もできるよう
にしてレーザー顕微鏡を構成し、これを固定治具装置に
取付けて連続的に観察ができるようにしており、現場の
被観察部から簡単にレーザー顕微鏡による観察画像を連
続的に得ることができるようになる。

【００１２】また、この発明のクリープ損傷自動診断装
置は、入力される診断対象画像を正規化処理して入力画
像の濃度平均および標準偏差を一定値に変換する正規化
処理手段と、正規化画像を高しきい値で２値化した領域
の中で低しきい値で２値化した領域を含むものを抽出す
ることでノイズを除去したボイド候補を抽出するボイド
候補抽出処理手段と、前記正規化画像を低い濃度しきい
値で２値化して粒界の一部を抽出した後、そのしきい値
より少し高い濃度しきい値の部分を取り出してそれがこ
れまでに抽出した部分に隣接する場合のみに粒界を拡張
することを繰り返して粒界候補とする粒界候補抽出処理
手段と、全ての粒界候補の幅を１画素に細線化した後折
れ線ベクトルで近似し、一定長さ以上の線分の１つを起
点に近距離かつ方向の連続する線分を統合する処理を繰
り返し粒界とするとともに、さらに一定長さ以上の線分
ごとに他の線分と対をなして直線を形成できる場合には
最小二乗法で直線化してその直線上にのる線分があれば
統合して粒界とする粒界抽出処理手段と、これらボイド
候補と粒界とから粒界上のボイド候補をボイドとし、各
画像ごとにボイド面積を求めて指定枚数の画像分を累積
し、ボイド認識領域の総面積に対する比率であるボイド
面積率を求め、予め既知の同一材料のクリープ損傷度と
ボイド面積率との検定曲線からクリープ損傷度を求める
演算処理装置とからなることを特徴とするものである。

【００１３】このクリープ損傷自動診断装置によれば、
診断対象画像の濃度（明るさ）を正規化処理処理手段で
濃度平均および標準偏差が一定となるようにして画像ご
との濃淡やコントラストの差をなくし、この画像からボ
イド候補抽出処理手段でボイド候補を２段階しきい値処
理を用いることで極力ノイズを抑え、しかもボイド領域
全体を抽出できるようにし、さらに、同一画像から粒界
候補抽出処理手段で逐次領域拡張法による小さなしきい
値から少しずつ大きなしきい値に変えながら隣接する領
域を拡張することを繰り返し、さらに粒界抽出処理手段
で全ての線分の幅を１画素に細線化した後折れ線ベクト
ルで近似し、一定長さ以上の線分の１つを起点に近距離
かつ方向の連続する線分を統合する処理を繰り返して粒
界とするとともに、さらに複数の線分が一直線上にある
場合統合して粒界とし、これらから粒界上のボイド候補
をボイドとするようにしており、熟練者と同様に自動的
にボイドを認識することができるようになり、各画像ご
とにボイドの個数と面積を求めて指定枚数の画像分を累
積することでボイド面積率が求まり、予め求めた検定曲
線からクリープ損傷度を自動的に求められるようにして
いる。

【００１４】さらに、この発明のレーザー顕微鏡による
観察装置を用いたクリープ損傷自動診断装置は、前記請
求項２記載の入力される診断対象画像を前記請求項１記
載のレーザー顕微鏡による観察装置の画像センサからの
観察画像としたことを特徴とするものである。

【００１５】このレーザー顕微鏡による観察装置を用い
たクリープ損傷自動診断装置によれば、レーザー顕微鏡
による観察装置とクリープ損傷自動診断装置とを組み合
わせて構成するようにしており、現場での診断対象の画
像の採取から画像処理を行ってボイド面積率を求めてク
リープ損傷の診断を行うまでの全てを自動的に行うこと
ができるようになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき詳細に説明する。この発明のレーザー顕微鏡
による観察装置の一実施の形態について説明する前に、
観察対象の一例について図１３により説明する。

【００１７】このレーザー顕微鏡による観察装置の観察
対象は、例えばボイラの管寄１の胴周継手２と、この管
寄１に取付けられるスタブ３のスタブ溶接部４であり、
ここでは、胴周継手２の頂点Ａおよび左右Ｂ，Ｃの３か
所とスタブ溶接部４の左右Ｄ，Ｅの２か所を観察対象と
し、母材１，３と溶接金属５の境界部分（ＨＡＺ）６の
金属組織を一箇所につき約１mm平方程度を連続して観察
する。

【００１８】このような観察対象を直接観察するレーザ
ー顕微鏡としては、観察対象に接近して設置されるカメ
ラ本体に次の性能を備える必要がある。

【００１９】まず、観察対象の一つとしてスタブ溶接部
４があることから狭隘部への適用が可能であること、ま
た、現場の観察対象の管寄１に直接設置することから振
動対策が必要であること、現場の環境から防塵対策が必
要であるとともに冷却の必要があることなどがある。

【００２０】このような必要性能を確保すべくこの発明
のレーザー顕微鏡による観察装置のカメラ本体は、図１
に示すように、略直方体状の密閉構造とされるととも
に、狭隘なスタブ溶接部４での使用も可能となるように
小型化され、長さを抑えて比較的幅および高さを大きく
ずんぐりした形状に形成され、例えば外寸で長さが約３
６０mm、幅が約１４０mm、高さが約１３０mm程度となる
ように形成してあり、密閉構造とすることで防塵対策を
行い、小型化をはかることで狭隘部への適用を可能と
し、さらに、ずんぐりした形状にすることで管寄１に取
付けても共振が起こらないようにして振動対策を行って
いる。

【００２１】このカメラ本体１０内には、同図（ｂ）に
示すように、半導体レーザー１１が装備され、小形化さ
れたカメラ本体１０に対応して屈曲部を増やし、例えば
７か所の屈曲部を備えた光路１２によりカメラ本体１０
の先端底部の対物レンズ部１３にレーザーを導くととも
に、観察対象から反射するレーザーを受信する画像セン
サ１４としてＣＣＤイメージセンサが光路１２を分岐し
た光路１５に設けてある。

【００２２】このカメラ本体１０の先端底部に設けられ
る対物レンズ部１３は、同図（ｃ）に示すように、観察
対象に立てた垂線に対して角度θだけ傾けてあり、スタ
ブ溶接部４の観察の際に管寄１と干渉しないようにする
とともに、観察対象から反射するレーザーの受光量の減
少を考慮して角度θが定められ、例えばθ＝１５度とし
てある。

【００２３】この対物レンズ部１３に装着される対物レ
ンズ１６としては、長作動距離レンズが使用され、これ
までの観察対象との距離が０．５mm程度と小さかったも
のを８mm程度まで離して観察できるようにしてある。ま
た、この対物レンズ１６には、観察対象との距離を調整
する図示しないＺ軸駆動機構が装備され、外部コントロ
ーラ１７によって調整制御できるようになっている。

【００２４】さらに、対物レンズ部１３の先端外側部１
８が削り落としてあり、これによってもスタブ溶接部４
の観察の際に管寄１と干渉しないようにしてある。

【００２５】このようなカメラ本体１０では、半導体レ
ーザー１１によるレーザーの発振にともなって内部の温
度が上昇することから冷却の必要がある一方、防塵対策
としてカメラ本体１０を密閉構造とする必要があること
から、電子冷却装置１９がカメラ本体１０の側部に設け
てあり、フィン部２０が隙間のない構造としてある。

【００２６】さらに、カメラ本体１０は、顕微鏡コント
ロールユニット２１を介して顕微鏡モニタ２２に接続さ
れ、観察画像が顕微鏡モニタ２２上に写し出されるよう
になっている。

【００２７】このようなカメラ本体１０は、図２〜図４
に示すように、固定治具装置２５に取付けられて管寄に
固定して使用される。

【００２８】この固定治具装置２５は、管寄に巻き付け
て固定するベルトクランプ機構２６と、直交３軸並進機
構３２とを備えて構成されている。

【００２９】この固定治具装置２５では、ベルトクラン
プ機構２６として管寄１の表面に当てる当板２７ａが間
隔をあけて取付けられた左右の固定台２７が連結板２８
を介して一体に連結され、左右の固定台２７の端部にそ
れぞれクランプベルト２９の一端部が取付られ、クラン
プベルト２９の他端部が左右の固定台２７とほぼ対角位
置のベルトクランプ３０に取付られて管寄に巻き付けて
締め付けることができるようになっている。

【００３０】なお、クランプベルト２９の取付長さやベ
ルトクランプ３０を調整して締付力を適切に調整した
り、異なる長さのクランプベルトを用意して径の異なる
管寄への適用を可能とする。

【００３１】そして、一方の固定台２７の上方の連結板
２８に取手３１が取付けられ、他方の固定台２７に直交
３軸並進機構３２が搭載される。

【００３２】この直交３軸並進機構３２は、観察面に対
して水平２方向と垂直１方向の並進ができるようになっ
ており、固定台２７に取付けたスライドガイド３３に沿
ってスライド枠３４が往復移動可能に装着され、固定台
２７に支持されたボールネジ３５に、スライド枠３４に
固定したボールナット３６がねじ込まれ、固定台２７に
固定したステップモータ３７によってボールネジ３５を
駆動することでスライド枠３４を２０mm程度往復移動で
きるようになっている。

【００３３】このスライド枠３４のスライド移動方向と
直交する側面には、固定台２７のスライドガイド３３と
直交する方向にスライドガイド３８が取付けられ、この
スライドガイド３８に沿ってスライド台３９が往復移動
可能に装着され、スライド枠３４に支持されたボールネ
ジ４０に、スライド台３９に固定したボールナット４１
がねじ込まれ、スライド枠３４の外側に固定したステッ
プモータ４２によってボールネジ４０を駆動することで
スライド台３９を２０mm程度往復移動できるようになっ
ている。

【００３４】さらに、スライド台３９上には、上記２つ
の往復移動方向（スライド枠３４およびスライド台３９
のそれぞれの移動方向）と直交する方向にスライドガイ
ド４３が取付けられ、このスライドガイド４３に沿って
移動台４４が往復移動可能に装着され、スライド台３９
に支持された図示しないボールネジに、移動台４４に固
定した図示しないボールナットがねじ込まれ、スライド
台３９の外側に固定したステップモータ４５とベルト駆
動機構４６によってボールネジを駆動することで移動台
４４を２０mm程度往復移動できるようになっている。

【００３５】そして、この固定治具装置２５の直交３軸
並進機構３２は、それぞれの移動に支障がないように、
図示しないカバーで覆われ、防塵対策が成されている。

【００３６】したがって、この固定治具装置２５では、
直交３軸並進機構３２により固定台２７に対してスライ
ド枠３４、スライド台３９、移動台４４がそれぞれ往復
移動される結果、移動台４４を固定台２７に対して直交
する３軸方向に往復移動することが可能となる。

【００３７】そこで、この移動台４４にカメラ本体１０
を取付け、観察面に対して水平２方向と垂直１方向の並
進ができるようにするが、観察対象が管寄１の胴周継手
２とスタブ３のスタブ溶接部４であることから、それぞ
れの観察対象によりカメラ本体１０の取付姿勢を変える
ようにしている。

【００３８】管寄１の胴周継手２を観察対象とする場合
には、図３に示すように、カメラ本体１０の傾斜してい
る対物レンズ部１３が観察面である胴周継手２に垂直と
なるようにカメラ本体１０を傾けて固定する管寄周継手
用ブラケット４７を介して移動台４４に固定する。

【００３９】一方、スタブ溶接部を観察対象とする場合
には、図４に示すように、傾斜している対物レンズ部１
３の傾斜角度と同一角度傾いた状態で固定するスタブ溶
接部用ブラケット（図示せず）を介して移動台４４に固
定する。

【００４０】このようにして固定治具装置２５に取付け
たカメラ本体１０による管寄１の胴周継手２およびスタ
ブ３のスタブ溶接部４の観察では、観察点へのカメラ本
体１０の移動は、ベルトクランプ機構２６のベルトクラ
ンプ３０を緩めたのち、再クランプすることを繰り返し
て行い、一箇所の観察点での約１mm平方程度の連続観察
には、直交３軸並進機構３２により移動台４３などを移
動することで行う。

【００４１】このように構成したレーザー顕微鏡による
観察装置によれば、カメラ本体１０を略直方体状の密閉
構造とするとともに小型化し、しかもずんぐりした形状
に形成したので、塵等の浸入が極力防止されるととも
に、狭隘部への適用が可能となり、振動も防止すること
ができる。

【００４２】また、カメラ本体１０の冷却を電子冷却装
置１９で行うようにしたので、冷却フィン部２０に隙間
を無くし密閉構造のまま冷却することができる。

【００４３】さらに、カメラ本体１０のレーザーの光路
１２，１５を屈曲部を増やして形成するようにしたの
で、小形化を図ることができ、さらに対物レンズ部１３
を傾斜させるとともに、先端外側部１８を削り落とした
ので、狭隘部の観察が簡単にできる。また、観察領域を
固定治具装置２５によって連続して観察することができ
る。

【００４４】したがって、これらにより、これまでレプ
リカを採取して持ち帰って観察しなければならないクリ
ープ損傷の診断が現場で直接観察して行うことができ
る。

【００４５】なお、上記実施の形態では、管寄の胴周継
手およびスタブのスタブ溶接部を観察対象とする場合で
説明したが、これに限らず、観察倍率として１０００倍
程度が必要な現場での観察に広く適用することができ
る。

【００４６】次に、この発明のクリープ損傷自動診断装
置の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明す
る。

【００４７】このクリープ損傷自動診断装置５０では、
クリープ損傷が生じている画像情報、例えば既に説明し
たレーザー顕微鏡による観察装置で得られる画像を用い
てクリープ損傷度に応じて変化するボイド面積率（観察
視野全体に対するボイドの総面積）からクリープ損傷度
を自動診断する装置である。

【００４８】このクリープ損傷自動診断装置５０は、図
５に示すように、画像診断装置５１、診断モニタ５２、
光磁気ディスク５３、プリンタ５４を備えて構成され
る。

【００４９】このクリープ損傷自動診断装置５０の画像
診断装置５１は、画像処理ボードを実装したパーソナル
コンピュータで構成され、画像入力のための制御と自動
診断を実行するほか、処理選択、パラメータ設定などの
入力が行われる。また、診断モニタ５２は、画像診断装
置５１用のモニタで診断結果の一覧やパラメータ設定値
などの表示を行い、光磁気ディスク５３は、入力される
画像を保存する記憶装置で、プリンタ５４は診断結果の
一覧をプリントアウトする。

【００５０】このようなクリープ損傷自動診断装置５０
によって行われる画像処理によるクリープ損傷の自動診
断について、図６に示すフロー図にしたがって具体的に
説明する。

【００５１】この自動診断には、ボイド面積率法が用い
られるが、これによる検定曲線は既知であり、例えば図
１２に示すように、求められたものを用いる。

【００５２】まず、診断対象部位の研削、研磨、鏡面仕
上げ、エッチング、防錆対策等の前処理が行われた後、
レーザー顕微鏡等用いて観察された診断対象の画像が画
像診断装置５１に入力される。

【００５３】この入力画像は、対象が異なった場合やレ
ーザー顕微鏡の設定値の変更などで、明暗度合いやコン
トラストが変化し、これに伴ってボイドの濃度範囲が変
化してしまい、濃度しきい値や各種フィルタサイズとい
ったパラメータを固定することが難しい。

【００５４】そこで、入力画像に対して正規化処理を行
う。この正規化処理では、濃度平均ｍ、標準偏差σの入
力画像を次式にしたがって濃度平均値ｍN 、標準偏差σ
N の画像に変換し、暗すぎたり、明るすぎたり、あるい
はコントラストが低い画像が入力されても、ボイドや粒
界の濃度範囲がほぼ同一範囲となるようにする。

【００５５】 ＩN(x,y)＝（σN ／σ）（Ｉ (x,y)−ｍ）＋ｍN ここで、Ｉ (x,y)は、入力原画像の点(x,y) における濃
度値 ＩN(x,y)は、正規化画像の点(x,y) における濃度値であ
る。

【００５６】この入力画像の正規化により、例えば正規
化前の画像が図７（ａ）に示すように、画像全体が暗
く、コントラストの低い画像が、同図（ｂ）に示すよう
に、明るさのバランスがとれ、コントラストの良い画像
に変換される。

【００５７】次に、ボイド候補領域の抽出が行われる。
正規化した入力画像上ボイドは中央部が非常に暗く、周
辺部が比較的明るくなって現れるが、種々のノイズも含
まれているため、あるしきい値で単に２値化するだけで
は、ボイド候補領域を良好に抽出することができない。

【００５８】そこで、次のような２段階しきい値処理を
行う。この２段階しきい値処理は、例えば図８に示すよ
うに、まず、正規化した入力画像を高いしきい値で２値
化することによって、ノイズを含むもののボイド候補領
域の全てを抽出する。

【００５９】次に、同一画像を低いしきい値で２値化す
ることよって確実にボイドの中心部の非常に暗い部分の
みを抽出する。最後に、高いしきい値で２値化した領域
中で低いしきい値で２値化した領域を含むものをボイド
候補領域とし、共通部分を持たない連結領域をノイズと
して除去することで、ボイド候補領域を定める。

【００６０】次に、粒界領域の抽出を行う。

【００６１】一般に、粒界は比較的直線性の強い、細い
線分で構成されるが、画像上は、図９に示すように、局
所的な濃淡変化を繰り返している。

【００６２】このため、２値化法でしきい値を小さくす
れば確実に粒界を検出できるものの断続的になり、しき
い値を大きくすれば連続的になるものの粒界以外のノイ
ズの方が多くなってしまう。

【００６３】一方、粒界が細い線分であり、ボイドのよ
うな塊状でないことから２段階しきい値法も適用できな
い。

【００６４】そこで、逐次領域拡張法と称する次のよう
な方法を用いて粒界を抽出する。まず、非常に低い濃度
しきい値Ｔj で２値化することによって、断片的である
が確実に粒界の一部であると判定される部分を抽出す
る。

【００６５】次に、このしきい値より少し高い濃度しき
い値範囲Ｔj+(i-1) ・αの部分を取り出し、この部分が
既に抽出された部分と隣接するか否かを調べ、隣接して
いる場合には、粒界として拡張して登録する。この操作
をＮ回繰り返す。

【００６６】さらに、以上のことを低い濃度しきい値Ｔ
j からＭ回繰り返し、これらを逐次拡張した部分を粒界
候補とする。

【００６７】こうして得られた粒界候補の各線分はそれ
ぞれ幅を持っているので、以後の種々の探索処理の効率
化のため全ての幅を１画素となるように細線化する。

【００６８】さらに、画像診断装置５１内に記述するた
め、一連の線情報をすべて折れ線ベクトルで近似表現す
る処理を施し、ベクトルの端点位置、長さや傾きなどの
幾何学的形状をコンピュータ内に取り込み、記号として
の処理を可能とする。

【００６９】この後、粒界の探索を２つに分けて行う
が、その探索領域を極力減らし効率を向上するため、真
の粒界の一部であろうと推定される長い直線セグメント
をベースセグメントと称し、これから探索を開始するこ
ととした。

【００７０】粒界探索の１つは、局所的な粒界領域の探
索であり、ベースセグメントから、局所的に見て近距離
にあり、かつ方向の連続性が保たれているものを統合し
て行き、この操作による成長が止まるまで繰り返す。

【００７１】次に、もう一つの粒界探索として、大局的
な粒界領域の探索を行う。局所的な粒界領域の探索で
は、隣接する線分を成長させて結び付けることができた
が、例えば図１０に示すように、人間が判断する場合に
は、比較的長い距離離れた複数の線分が１つの粒界を形
成することを認識することは容易であるが、これをコン
ピュータ上で簡単に行うことができない。

【００７２】そこで、各粒界候補セグメントごとに、他
の候補セグメントとのペアで直線を形成できるか否かを
判定し、可能である場合には、最小二乗法によって直線
を生成し、この直線上にどの程度の候補セグメントが存
在するかを検証する。

【００７３】そして、検証に合格した場合には、この直
線にのっている部分は粒界であると判定する。

【００７４】次に粒界領域の合成を行う。ここでは、局
所的な粒界候補領域の探索結果と大局的な粒界候補領域
の探索結果とを合成して粒界領域が定まる。

【００７５】この後、粒界上のボイド候補領域を抽出す
る。すでに求めたボイド候補領域のうち、真のボイドは
粒界上にあることからこの条件を満たすボイド候補領域
を抽出することで真のボイドが定まる。

【００７６】こうして定めたボイド領域の面積を通常の
画像処理により行うとともに、観察視野全体の面積を求
め、ボイド面積率を１つの観察画像に対して求める。以
上が画像診断装置５１による１枚の入力画像に対する画
像処理である。

【００７７】クリープ損傷の自動診断には、１画像だけ
でなく、観察対象の１mm平方程度の画像が必要であり、
例えば連続した５０画像を取り込んで同様の画像処理を
行い、ボイド面積率を求める。

【００７８】こうしてボイド面積率を既に求めてある検
定曲線（図１２参照）と対照し、クリープ損傷を求め
る。

【００７９】得られたクリープ損傷の診断結果を診断モ
ニタ５２に表示するとともに、光磁気ディスク５３に保
存して自動診断が終了する。

【００８０】このように構成したクリープ損傷自動診断
装置５０によれば、診断対象の画像情報が入力される
と、画像処理によって自動的にボイド面積率を求めるこ
とができ、クリープ損傷に対する検定曲線からクリープ
損傷を簡単に求めることができる。

【００８１】これにより、ボイドの観察に熟練を要する
こと無く、損傷対象の画像情報を得ることができれば、
簡単にクリープ損傷度を知ることができ、現場で迅速に
診断することも可能となる。

【００８２】なお、このクリープ損傷自動診断装置５０
による自動診断結果と従来の熟練者による同一対象の診
断結果が良く一致していることを確認した。

【００８３】次に、レーザー顕微鏡による観察装置を用
いたクリープ損傷自動診断装置について説明する。

【００８４】このレーザー顕微鏡による観察装置を用い
たクリープ損傷自動診断装置６０は、図５に示すよう
に、既に説明したカメラ本体１０を備えたレーザー顕微
鏡による観察装置とクリープ損傷自動診断装置５０とを
組み合わせて構成されており、例えば炉内などの現場に
設置したカメラ本体１０を備えたレーザー顕微鏡による
観察装置で得られる画像を、例えば炉外などの現場に隣
接した場所に設置したクリープ損傷自動診断装置５０へ
の入力画像としてクリープ損傷を自動診断するととも
に、入力画像を得るためのレーザー顕微鏡のカメラ本体
１０の固定治具装置２５による移動などを画像診断装置
５１から制御できるようになっている。

【００８５】次に、このレーザー顕微鏡による観察装置
を用いたクリープ損傷自動診断装置６０によるカメラ本
体１０の現場での仮設からクリープ損傷度を求めるまで
の一連の工程について、図１１に示すフロー図にしたが
って説明する。

【００８６】なお、レーザー顕微鏡による観察装置のカ
メラ本体１０で説明した部分およびクリープ損傷自動診
断装置５０で説明した部分は簡単に説明する。

【００８７】まず、自動診断の前に必要な診断前処理が
開始される。

【００８８】診断前処理としてカメラ本体１０を取付け
るための固定治具装置２５の仮設置が行われ、固定治具
装置２５だけを管寄１に仮設して固定する。

【００８９】このため、取手３１を持って連結板２８で
連結された固定台２７の当板２７ａを管寄の表面に当
て、カメラ本体１０で診断対象を観察できる位置に対応
してベルトクランプ機構２６で固定する。

【００９０】この後、固定治具の原点復帰を行う。この
ため、固定治具装置２５の直交３軸並進機構３２のスラ
イド枠３４、スライド台３９および移動台４４をステッ
プモータ３７、４２、４５の自動運転により動作開始前
の原点に戻しておく。

【００９１】次に、レーザー顕微鏡の取付けを行う。こ
うして固定治具装置２５の仮設準備が完了したところで
固定治具装置２５へのカメラ本体１０の取付けを行う
が、診断対象が管寄１の胴周継手２の場合には、管寄胴
周継手用ブラケット４７を介して、診断対象がスタブ３
のスタブ溶接部４の場合には、スタブ溶接部用ブラケッ
ト４８を介してカメラ本体１０の移動台４４に取付け
る。

【００９２】この後、診断部位へのカメラ本体１０の位
置合わせを行う。このカメラ本体１０の位置合わせは、
大まかな位置合わせを固定治具装置２５のベルトクラン
プ機構２６の固定位置の移動で行った後、直交３軸並進
機構３２のスライド枠３４、スライド台３９および移動
台４４をステップモータ３７、４２、４５を運転して動
かすことで行う。

【００９３】次に画像の焦点合わせを行う。カメラ本体
１０が接続された顕微鏡モニタ２２に写し出される画像
を見ながら対物レンズ部１３を移動するＺ軸駆動機構を
外部コントローラ１８で制御することで行う。こうして
診断部位のレーザー顕微鏡の画像を得るための準備が完
了する。

【００９４】次に、診断箇所に関する情報の入力を行
う。この診断箇所に関する情報としては、診断日時、診
断部位、診断箇所などのデータを予め画像診断装置５１
に入力しておく。以上で診断前の処理が完了する。

【００９５】この後、自動診断を開始する。自動診断が
開始されると、レーザー顕微鏡による観察装置のカメラ
本体１０からの画像が直接画像診断装置５１に入力さ
れ、採取画像の画像処理が行われる。

【００９６】この画像処理は、既に説明したように、画
像の正規化処理、ボイド候補領域の抽出、主粒界領域の
抽出、粒界領域の合成の工程を経てボイドが抽出される
（図６参照）。

【００９７】このボイドからボイド面積率が求められ、
その値が表示される。こうして１つの画像に対するボイ
ド面積率が求められた後、クリープ損傷度の診断に必要
な、例えば５０枚の画像を採取するまで繰り返され、カ
メラ本体１０が取付けられた固定治具装置２５の直交３
軸並進機構３２のスライド枠３４、スライド台３９およ
び移動台４４をステップモータ３７、４２、４５の自動
運転により次の視野まで移動した後、画像処理が行われ
る。

【００９８】こうして、例えば５０枚の画像を採取し、
画像処理を行って全画像でのボイド面積率を求めた後、
検定曲線との対比からクリープ損傷度が求められ、診断
結果が表示されるとともに、保存して１箇所での自動診
断が完了する。

【００９９】この後、次の診断位置への固定治具装置２
５の移動を行うことから繰り返して自動診断を行う。

【０１００】また、診断部位を、例えば管寄１の胴周継
手２からスタブ３のスタブ溶接部４に変える場合には、
カメラ本体１０を移動台４４に取付けるブラケットの交
換を行って対処した後、上記と同様にして自動診断を行
う。

【０１０１】このレーザー顕微鏡による観察装置を用い
たクリープ損傷自動診断装置６０によれば、クリープ損
傷部位をレーザー顕微鏡で直接観察した画像からクリー
プ損傷度を自動的に求めることができ、熟練を要するこ
と無く、短時間に高精度にクリープ損傷の診断ができ
る。

【０１０２】なお、上記実施の形態では、管寄およびス
タブの溶接部を診断対象としたが、これに限らず、他の
クリープ損傷が生じる部分への適用も可能である。

【０１０３】

【発明の効果】以上、実施の形態とともに具体的に説明
したようにこの発明のレーザー顕微鏡による観察装置に
よれば、カメラ本体内に半導体レーザーと屈曲させた光
路を設けるようにしたので、カメラ本体の小型・軽量化
を図ることができる。

【０１０４】また、対物レンズ部を傾斜させるととも
に、対物レンズ部の被観察物への接近側を削り落とした
ので、狭隘部への適用が可能となった。

【０１０５】さらに、長作動距離の対物レンズを用いる
ようにしたので、被観察物との距離をあけて観察するこ
とができる。

【０１０６】また、カメラ本体を密閉構造とするととも
に、電子冷却装置を用いて冷却するようにしたので、防
塵性を高めかつ密閉状態での冷却もできる。

【０１０７】さらにカメラ本体を固定治具装置に取付け
て連続的に観察ができるようにしたので、現場の被観察
部から簡単にレーザー顕微鏡による観察画像を連続的に
得ることができる。

【０１０８】これにより、従来レプリカを採取して組織
の観察をする必要があったものが、現場で直接観察する
ことができるとともに、短時間に観察することができ
る。

【０１０９】このクリープ損傷自動診断装置によれば、
診断対象画像の濃度（明るさ）を正規化処理処理手段で
濃度平均および標準偏差が一定となるようにして画像ご
との濃度やコントラストの差をなくし、この画像からボ
イド候補抽出処理手段でボイド候補を２段階しきい値処
理を用いることで極力ノイズを抑え、しかもボイド領域
全体を抽出できるようにし、さらに、同一画像から粒界
候補抽出処理手段で逐次領域拡張法による小さなしきい
値から少しずつ大きなしきい値に変えながら隣接する領
域を拡張することを繰り返し、さらに粒界抽出処理手段
で全ての粒界候補の幅を１画素に細線化した後折れ線ベ
クトルで近似し、一定長さ以上の線分の１つを起点に近
距離かつ方向の連続する線分を統合する処理を繰り返し
て粒界とするとともに、さらに複数の線分が一直線上に
ある場合、統合して粒界とし、これらから粒界上のボイ
ド候補をボイドとするようにしたので、熟練者と同様に
自動的にボイドを認識することができ、各画像ごとに求
めたボイドの個数と面積を求めて指定枚数の画像分を累
積することでボイド面積率が求まり、予め求めた検定曲
線からクリープ損傷度を自動的に求めることができる。

【０１１０】さらに、このレーザー顕微鏡による観察装
置を用いたクリープ損傷自動診断装置によれば、レーザ
ー顕微鏡による観察装置とクリープ損傷自動診断装置と
を組み合わせて構成するようにしたので、現場での診断
対象の画像の採取から画像処理を行ってボイド面積率を
求めてクリープ損傷の診断を行うまでの全てを自動的に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のレーザー顕微鏡による観察装置の一
実施の形態にかかるカメラ本体の概略構成図、光路の概
略斜視図および対物レンズ部の拡大図である。

【図２】この発明のレーザー顕微鏡による観察装置の一
実施の形態にかかる固定治具装置の正面図である。

【図３】この発明のレーザー顕微鏡による観察装置の一
実施の形態にかかる管寄の周継手の観察状態の斜視図で
ある。

【図４】この発明のレーザー顕微鏡による観察装置の一
実施の形態にかかるスタブ溶接部の観察状態の斜視図で
ある。

【図５】この発明のクリープ損傷自動診断装置およびレ
ーザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ自動診断
装置のそれぞれの一実施の形態にかかる概略構成図であ
る。

【図６】この発明のクリープ損傷自動診断装置およびレ
ーザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ自動診断
装置のそれぞれの一実施の形態にかかるクリープボイド
検出の画像処理のフロー図である。

【図７】この発明のクリープ損傷自動診断装置およびレ
ーザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ自動診断
装置のそれぞれの一実施の形態にかかる画像処理におけ
る正規化処理の説明図である。

【図８】この発明のクリープ損傷自動診断装置およびレ
ーザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ自動診断
装置のそれぞれの一実施の形態にかかる画像処理におけ
るボイド候補抽出の説明図である。

【図９】この発明のクリープ損傷自動診断装置およびレ
ーザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ自動診断
装置のそれぞれの一実施の形態にかかる画像処理におけ
る粒界の局所的濃度分布の説明図である。

【図１０】この発明のクリープ損傷自動診断装置および
レーザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ自動診
断装置のそれぞれの一実施の形態にかかる画像処理にお
ける直線セグメントのリンクの説明図である。

【図１１】この発明のレーザー顕微鏡による観察装置を
用いたクリープ自動診断装置の一実施の形態にかかる自
動診断のフロー図である。

【図１２】この発明のクリープ損傷の自動診断に用いる
クリープ損傷とボイド面積率の関係を示す検定曲線であ
る。

【図１３】この発明のクリープ損傷の観察対象の一例に
かかる管寄の胴周継手およびスタブ溶接部の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 管寄 ２ 胴周継手 ３ スタブ ４ スタブ溶接部 １０ カメラ本体 １１ 半導体レーザー １２ 光路 １３ 対物レンズ部 １４ 画像センサ １５ 光路 １８ 先端外側部 １９ 電子冷却装置 ２１ 顕微鏡コントロールユニット ２２ 顕微鏡モニタ ２５ 固定治具装置 ２６ ベルトクランプ機構 ２７ 固定台 ３２ 直交３軸並進機構 ３４ スライド枠 ３９ スライド台 ４４ 移動台 ５０ クリープ損傷自動診断装置 ５１ 画像診断装置 ５２ 診断モニタ ５３ 光磁気ディスク ６０ レーザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ
損傷自動診断装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 垣内田 恵 広島県広島市中区小町４番33号 中国電 力株式会社内 (72)発明者 野中 勇 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 技術研究所内 (72)発明者 馬木 秀雄 東京都江東区豊洲三丁目２番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (72)発明者 御園 昇平 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (72)発明者 山本 忠幸 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東二テクニカル センター内 (56)参考文献 特開 平９−119900（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 21/00 G01N 21/84

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉構造のカメラ本体内に設けられてレー
   ザーを発信する半導体レーザーと、この半導体レーザー
   から発信されたレーザーを屈曲させて導く前記カメラ本
   体内に設けられる光路と、この光路の先端部に傾斜して
   取付けられる長作動距離の対物レンズを備え被観察物と
   の接近側が切除された対物レンズ部と、前記光路に設け
   られ反射するレーザーを受信する画像センサと、前記密
   閉構造のカメラ本体内を冷却する電子冷却装置と、前記
   カメラ本体が取付けられて３軸方向に移動可能な移動台
   を備えるとともに、この移動台を移動して連続した観察
   を可能とする移動機構を備え被観察対象に固定される固
   定治具装置とからなることを特徴とするレーザー顕微鏡
   による観察装置。
2. 【請求項２】入力される診断対象画像を正規化処理して
   入力画像の濃度平均および標準偏差を一定値に変換する
   正規化処理手段と、正規化画像を高しきい値で２値化し
   た領域の中で低しきい値で２値化した領域を含むものを
   抽出することでノイズを除去したボイド候補を抽出する
   ボイド候補抽出処理手段と、前記正規化画像を低い濃度
   しきい値で２値化して粒界の一部を抽出した後、そのし
   きい値より少し高い濃度しきい値の部分を取り出してそ
   れがこれまでに抽出した部分に隣接する場合のみに粒界
   を拡張することを繰り返して粒界候補とする粒界候補抽
   出処理手段と、全ての粒界候補の幅を１画素に細線化し
   た後折れ線ベクトルで近似し、一定長さ以上の線分の１
   つを起点に近距離かつ方向の連続する線分を統合する処
   理を繰り返し粒界とするとともに、さらに一定長さ以上
   の線分ごとに他の線分と対をなして直線を形成できる場
   合には最小二乗法で直線化してその直線上にのる線分が
   あれば統合して粒界とする粒界抽出処理手段と、これら
   ボイド候補と粒界とから粒界上のボイド候補をボイドと
   し、各画像ごとにボイド面積を求めて指定枚数の画像分
   を累積し、ボイド認識領域の総面積に対する比率である
   ボイド面積率を求め、予め既知の同一材料のクリープ損
   傷度とボイド面積率との検定曲線からクリープ損傷度を
   求める演算処理装置とからなることを特徴とするクリー
   プ損傷自動診断装置。
3. 【請求項３】前記請求項２記載の入力される診断対象画
   像を前記請求項１記載のレーザー顕微鏡による観察装置
   の画像センサからの観察画像としたことを特徴とするレ
   ーザー顕微鏡による観察装置を用いたクリープ損傷自動
   診断装置。