JP3684745B2 - 結晶粒三次元表示方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は結晶粒の結晶方位データを三次元的に画像表示する結晶粒三次元表示方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
微小領域の結晶方位を測定する手法として、走査電子顕微鏡像(以下、SEM像とも記す)を利用したコッセル線解析手法が従来のマイクロラウエ法やエッチピット法に代わって使用されつつある。そして、X線コッセル回折像観察装置の一例として、発明者らは、従来のX線コッセル回折像観察装置にマルチメモリーチャンネルシステムを導入した画像処理/解析専用のイメージプロセッサー、オートフォーカス/ステージコントローラおよびカラーディスプレイ装置(CRT、プリンター等)を接続することにより、電子線の逐次自動照射、極点図の自動作成およびカラーマッピング可能なX線コッセル回折像自動解析装置を、特公平6−75044号公報において提案した。
【0003】
このX線コッセル回折像自動解析装置によれば、微小領域に存在する結晶粒の光顕像またはSEM像から結晶粒界のみを抽出した2値化画像を作成したのち、領域全体の個々の結晶粒の結晶方位を逐次自動的に測定し、画像処理/解析専用のイメージプロセッサーにより結晶方位解析を行い、結果を、(hkl)正極点図でプリントアウトするとともに、逆極点(N.D.とR.D.)による結晶粒個々の結晶方位カラーイメージを結晶粒界2値化画像に重ね合わせることにより、微小領域の結晶方位カラーマップを作成することができるようになった。このカラーマップは個々の結晶粒の方位を視覚的にわかりやすく表示するものであるから、再結晶集合組織の優先方位形成状況を記述するうえで有力な手法であるといえる。
【0004】
さらに、発明者らは、結晶粒界を表示するにあたり、例えばX線コッセル回折像自動解析装置を用いて作成した結晶方位カラーマップに、隣接結晶粒界の特性値の差をその差に応じた結晶粒界の線幅をもって結晶粒界に画像表示することにより、隣接する結晶粒界の特性値の差を直感的にわかりやすく表示することができる結晶粒界表示方法を、特公平7−60139号公報において提案した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の結晶粒界表示法では、各結晶粒について1種の結晶方位データしか表示することができず、複数の結晶方位データを同時に表示できない問題があった。例えば、各結晶粒について圧延方向(RD)と圧延面法線方向(ND)の二つの結晶方位データが存在する場合、これらの結晶方位データを同時に表示できないため、二次元の結晶方位をカラーマッピングして表示した写真を2枚見較べることにより、各結晶粒の結晶方位を理解する必要があり、手間がかかる問題があった。特に、各結晶粒の結晶方位が一方向に偏っている場合の二次元のカラーマッピングでは、全体が同系色になって各結晶粒の判別がつきにくくなり、理解しにくいものとなる問題があった。
【0006】
本発明の目的は上述した課題を解消して、各結晶粒の結晶方位や隣接粒界を画像表示するにあたり、二次元の結晶方位表示を三次元の結晶方位表示に拡張したコンピュータ・カラーマッピングで視覚化することにより、結晶粒の生成状況、優先成長機構および隣接する結晶粒界の特性値の差を直感的にわかりやすく理解することができる結晶粒三次元表示方法を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶粒三次元表示方法は、走査電子顕微鏡像または光顕像を画像処理して得られた各結晶粒界を表示するデータと、測定された各結晶粒ごとの結晶方位データとに基づき、各結晶粒の複数の結晶方位データを各結晶粒において三次元画像表示し、その際、前記三次元画像表示を、二次元表示している各結晶粒を傾斜させて、このときの各結晶粒の形を底面とした柱を作成し、この柱の上面および側面に各別の結晶方位データを色情報として画像表示することを特徴とするものである。
【0008】
上述した構成において、結晶粒を三次元表示するにあたり、好ましくは二次元表示している各結晶粒を傾斜させて、このときの結晶粒の形を底面とした柱を作成し、立体化状態にしたコンピュータ・カラーマッピングで視覚化することにより、結晶粒の生成状況、優先成長機構を直感的にわかりやすく理解することができる。また、好ましい例として、結晶粒界を、隣接する結晶粒の方位差に応じた線幅をもって画像表示することで、隣接する結晶粒界の特性値の差を直感的にわかりやすく理解することができる。さらに、結晶方位データを、X線または電子線回折法で作成した金属結晶の結晶方位を表した曲線群と、所定の基準曲線を回転および平行移動した曲線とを比較することにより行うことにより、短時間で誤差も少なく方位データを測定することができ好ましい。さらにまた、印画紙として、ポリエステル製で表面粗度Ra:0.5μm以下の印画紙を用いることで、より鮮明な表示が可能になるため好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の結晶粒三次元表示方法の詳細を結晶方位カラーマップを例として説明する。図1は本発明の結晶粒三次元表示方法を実施するのに好適な特公平6−75044号公報で提案したX線コッセル回折像自動解析装置のブロック図である。図1に示す例において主要な構成を説明すると以下の通りである。まず、X線コッセル回折像観察装置本体1にセットされた測定試料1−4は、SEM像検出装置4または光学顕微鏡像検出装置3で検出され、入力インターフェース5を中継することにより、イメージプロセッサ6にディジタル画像として入力される。
【0010】
このディジタル画像に、画像処理/解析専用CPU6−2を用いて必要な2値化処理を行ったのち、結晶粒界だけの2値化画像として画像メモリー6−1に記憶させるとともに、制御/編集専用CPU6−3により、ステージ駆動/電子銃起動停止装置9に制御信号が送られ、反射または透過法によるX線コッセル回折測定が逐次自動的に行われる。試料1−4により回折されたX線コッセル回折像は、X線イメージインテンシファイヤ1−5の受像面に設けられた高感度X線センサー1−5−1で検知され、これも組織の画像と同様に入力インターフェース5を中継することによりA/D変換され、画像メモリー6−1に記憶される。
【0011】
このX線コッセル回折像から結晶方位解析に必要な2本または3本の{hkl}回折線が抽出され、個々の回折線の原点からの最短距離にある点の座標を読み出し、画像処理/解析専用CPU6−2を用いてこれらのデータから{hkl}正極点図に必要な残りのすべての{hkl}極点を計算したのち、ディスプレイ群8のプロッター8−1から{hkl}正極点図が出力される。一方、結晶方位カラーマップは、測定値から{100}極点の座標を球面座標系にて読み出し、座標変換を行うことにより、N.D.およびR.D.ともに基本ステレオ三角形内に存在するようなそれぞれ2種類の逆極点図が作成される。ここで基本ステレオ三角形の3つの頂点(001)、(011)および(111)に光の3原色、青、赤および緑をおき、各頂点からの角度差を重みとして混合することにより、個々の結晶粒のN.D.とR.D.の方位を表す色情報が得られる。
【0012】
ここで、図2に示すように画像メモリー6−1に記憶された結晶粒の2値化画像は、各結晶粒を傾斜させ、このときの結晶粒の形を底面とした柱を作成することにより、図3に示すように立体化した画像に変換される。これらの柱は基本的に手前から奥へ高くなるようにして、奥にある柱の側面が見えるように構成される。これらの各結晶粒の柱の上面にN.D.の結晶方位を表す色情報を表示するとともに、各結晶粒の柱の側面にR.D.の結晶方位を表す色情報を表示することにより、2種類の色情報を同時に表示した結晶方位カラーマップが作成される。
【0013】
さらに、好ましい例として、特公平7−60139号公報で提案した結晶粒界表示法を適応してN.D.とR.D.それぞれの隣接結晶特性値の差を算出し、結晶粒界を画像表示することができる。すなわち、図1のイメージプロセッサー6により結晶方位差角を自動的に計算し、以下のようにしてN.D.とR.D.の方位を示す結晶方位カラーマップの結晶粒界の情報として出力させる。まず、N.D.に関しては、図4に示すように、N.D.の結晶方位差角は結晶粒の柱の上面の結晶粒の周囲に、隣接結晶粒の方位差角により結晶粒界の線幅をもって表示される。ただし、隣接結晶粒の柱の高さが異なる場合は、高い方の結晶粒の周囲に結晶粒界の線幅をもって表示される。
【0014】
また、R.D.に関しては、簡単のために柱の側面のみの説明図であるが、図5に示すように、R.D.の結晶方位差角は、結晶粒の柱の側面の左右および下側に、隣接結晶粒の方位差角により結晶粒界の線幅をもって表示される。ただし、結晶粒の柱の側面の左側または右側の結晶粒界は、隣接結晶粒の柱の側面が隣接していない場合、その結晶粒の左端または右端の画素の下側に存在する結晶粒を隣接結晶粒として表示される。
【0015】
以上のように三次元表示した結晶粒にN.D.およびR.D.の結晶方位を表す色情報を表示することにより、2種類の色情報を同時に表示した結晶方位カラーマップであって、これに結晶方位差角を結晶粒界の線幅をもって表示した結晶方位カラーマップを、カラーディスプレイ8−5から出力することができる。実際の例として、図6に本発明の結晶粒三次元表示方法で作成した一方向性珪素鋼の熱延板透過コッセル回折像の三次元結晶方位カラーマップの例を表示するとともに、図7に図6に示す例における色の混合の例を示す。
【0016】
なお、上述した例では、図1に示す特公平7−60139号公報で開示されたX線コッセル回折像自動解析装置を使用して結晶方位データを測定した。この結晶方位データの測定を短時間かつ低誤差でより効率的に実施するためには、X線または電子線回折法で作成した結晶粒の結晶方位を表した曲線群と、所定の基準曲線を回転および平行移動した曲線とを比較することにより、結晶方位データを算出することが好ましい。
【0017】
この結晶方位データの測定方法を、以下に図8に示すフローチャートに従って説明する。まず、X線または電子線回折法等で作成した金属結晶の結晶方位を表した曲線群が映されているディジタル画像Aを、各種インターフェースを介して画像解析装置内の画像メモリー1に入力し、所定に基準曲線が映しだされたディジタル画像Bを上記画像解析装置内の画像メモリー2に入力する。画像メモリー2内の基準曲線を所定の基準点を中心に所定の角度分回転させ、一回の回転につき所定方向に所定距離平行移動を繰り返す。この操作は、画像メモリー2内の基準曲線を平行移動後に回転移動させて行っても良い。一回の回転平行移動後の画像を画像メモリー3に入力し、画像メモリー1と画像メモリー3との2つの曲線の一致度を順次算出する。一致度は画像メモリー2の曲線の画素数に対し画像メモリー1と画像メモリー3の曲線が重なった画素数の割合である。一致度を順次算出していき所定値を超えたとき、もしくは最大のときの回転平行移動量より結晶方位データが算出できる。
【0018】
実際に、仕上げ焼鈍を施したGoss方位2次再結晶粒の表面を研磨後、反射コッセル法を用いてコッセル像を撮影した。このときのパターン像を図9に示す。この図の(110)および(200)回折像から、画像解析装置を使用して(γ、φ)を求めたところ、(100)回折像の値は(58.25°、326.0°)であり、(200)回折像の値は(48.37°、90.0°)であった。これらの値を用いて、図8のフローチャートにより、カラーマッピング画像を得ることができた。
【0019】
また、本発明において、カラーマッピング画像を表示する印画紙の種類は特に限定しないが、ポリエステル製で表面粗度Ra:0.5μm以下の印画紙であるCBプリントを用いることが好ましい。このCBプリントはポリエステルベース上に乳剤を塗ったものであり、印画紙ではないため、表面の平滑性が極めて良く、表面粗度Ra:0.001〜0.5μm程度である。そのため、極めて彩度が高く、シャープな画質が得られる、優れた平滑性が得られる、耐光性に優れ画質の保存性が優れている等の特徴を有している。そのため、本発明においてCBプリントを用いると、鮮明なカラーマップを得ることができる。
【0020】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、結晶粒を三次元表示するにあたり、好ましくは二次元表示している各結晶粒を傾斜させて、このときの結晶粒の形を底面とした柱を作成し、立体化状態にしたコンピュータ・カラーマッピングで視覚化しているため、結晶粒の生成状況、優先成長機構を直感的にわかりやすく理解することができる。
【0021】
また、好ましい例として、結晶粒界を、隣接する結晶粒の方位差に応じた線幅をもって画像表示することで、隣接する結晶粒界の特性値の差を直感的にわかりやすく理解することができる。さらに、結晶方位データを、X線または電子線回折法で作成した金属結晶の結晶方位を表した曲線群と、所定の基準曲線を回転および平行移動した曲線とを比較することにより行うことにより、短時間で誤差も少なく方位データを測定することができ好ましい。さらにまた、印画紙として、ポリエステル製で表面粗度Ra:0.5μm以下の印画紙を用いることで、より鮮明な表示が可能になるため好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の結晶粒三次元表示方法を実施するのに好適なX線コッセル回折像自動解析装置を示すブロック図である。
【図2】結晶粒の2値化画像の一例を示す図である。
【図3】図2に示す例を立体化した画像の一例を示す図である。
【図4】三次元表示で立体化した結晶粒において隣接結晶粒の方位差角を結晶粒界の線幅をもって表示した例を示す図である。
【図5】三次元表示で立体化した結晶粒の側面における隣接結晶粒の方位差角を結晶粒界の線幅をもって表示した例を示す図である。
【図6】本発明の結晶粒三次元表示方法で作成したカラーマップの一例を示す図である。
【図7】図6に示す例における色の混合の例を示す図である。
【図8】結晶方位データの測定方法の一例を示すフローチャートである。
【図9】 Goss方位のコッセルパターンの一例を示す図である
【符号の説明】
1 X線コッセル回折像観察装置
3 光学顕微鏡像検出装置
4 SEM像検出装置
5 入力インターフェース
6 イメージプロセッサー
8 ディスプレイ
9 ステージ駆動/電子銃起動停止装置
Claims (5)
- 走査電子顕微鏡像または光顕像を画像処理して得られた各結晶粒界を表示するデータと、測定された各結晶粒ごとの結晶方位データとに基づき、各結晶粒の複数の結晶方位データを各結晶粒において三次元画像表示し、その際、前記三次元画像表示を、二次元表示している各結晶粒を傾斜させて、このときの各結晶粒の形を底面とした柱を作成し、この柱の上面および側面に各別の結晶方位データを色情報として画像表示することを特徴とする結晶粒三次元表示方法。
- 前記柱の上面に圧延面法線方向の結晶方位データを色情報として画像表示するとともに、前記柱の側面に圧延方向の結晶方位データの画像表示を行う請求項1に記載の結晶粒三次元表示方法。
- 前記各結晶粒界の隣接結晶方位の差に応じた結晶粒界の幅をもって結晶粒界を画像表示する請求項1または2に記載の結晶粒三次元表示方法。
- 各結晶方位データの測定を、X線または電子線回折法で作成した金属結晶の結晶方位を表した曲線群と、所定の基準曲線を回転および平行移動した曲線とを比較することにより行う請求項1〜3のいずれか1項に記載の結晶粒三次元表示方法。
- 前記三次元表示を行うプリント印画紙として、ポリエステル製で表面粗度Ra:0.5μm以下の印画紙を用いる請求項1〜4のいずれか1項に記載の結晶粒三次元表示方法。
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