JP4621170B2 - 金属組織画像観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、光沢面を有する金属試料表面の金属組織画像を低倍率の投影画像として観察することができる金属組織画像観察装置に関するものである。

例えば連続鋳造された鋳片の内部には、凝固状態に応じて様々な金属マクロ組織が形成されているので、鋳片から採取した金属試料表面の金属組織を観察することは、鋳造条件を研究したり、最適に制御したりするうえで重要である。このような金属組織の観察手法としては、金属試料表面を研磨仕上げし、ピクリン酸系の腐食液に浸漬した後に水洗乾燥するなどの前処理を行ったうえで、光学顕微鏡で観察する方法が一般的であった。しかしこの方法は局部的な観察しか行うことができず、長さが数十mm〜数百mmの金属試料表面全体の金属組織を観察するには、多数の顕微鏡写真を手作業によってつなぎ合わせる必要があり、多くの手数を要するという問題があった。

そこで特許文献１に示すように、前処理された金属試料表面に黒色微粒子が混入された高粘性有機性液体を刷り込み、硬化させた後に透明な薄膜としてこれを剥ぎ取り、観察する手法が提案されている。しかしこの方法も多くの手数を要するため、短時間内に簡便に金属組織を観察することはできなかった。また実寸大であるため、微細な組織を観察するのは困難であった。
特開平９-１９６８３３号公報

本発明は上記した従来の問題を解決し、金属試料表面に形成された金属マクロ組織を簡便に低倍率の投影画像として観察することができ、しかも金属試料表面全体の金属組織を容易に観察することができる金属組織画像観察装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の金属組織画像観察装置は、金属試料を載せるテーブルと、このテーブルを囲む左右両側及び後側の三方に配置され、テーブル上の金属試料を斜め上方から照射する照明手段と、このテーブルの上方に配置され金属試料表面の金属組織を２〜２０倍の低倍率で撮像するカメラと、このカメラの周囲を覆う反射板と、撮像された画像の表示・記憶装置とを備え、前記照明手段が、テーブルの後側に垂直に配置された面状光源と、テーブルの左右両側に対向配置された線状光源とを含むものであることを特徴とするものである。

なお、カメラが２〜２０倍の低倍率ＣＣＤカメラであり、画像の表示・記憶装置が金属試料表面の異なる部分の金属組織の画像を合成する機能を有するコンピュータであることが好ましい。

また照明手段は、テーブルの背後に垂直に配置された面状光源と、テーブルの左右に対向配置された線状光源とを含むものであり、この場合、テーブルの背後に垂直に配置された面状光源が、金属試料表面の撮像部分に対してテーブル面から少なくとも５〜２０°の範囲を含む角度で光線を照射するものであることが好ましく、対向配置された線状光源が、金属試料表面の撮像部分に対して４５°以上の斜め上方から光線を照射するものであることが好ましい。

本発明の金属組織画像観察装置によれば、前処理された光沢面を有する金属試料をテーブル上に載せ、テーブルを囲む左右両側及び後側の三方に配置された照明手段により金属試料を斜め上方から照射することによって、金属マクロ組織を鮮明に浮き立たせ、テーブルの上方に配置されたカメラによって金属組織を低倍率で撮像することができる。しかもカメラの周囲は反射板により覆われているため、金属試料の光沢面にカメラが映りこむこともない。またカメラにより撮像された画像は画像の表示・記憶装置によりリアルタイムで観察できるうえ、試料を移動させて多数の撮影部分を撮影しながら各撮影部分の画像を表示・記憶装置により自動的に合成することができるので、金属試料全体の金属組織を観察することも容易に行うことができる。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の金属組織画像観察装置の正面図、図２はその側面図である。これらの図中、１はベース、２は金属試料Ｗを載せるテーブルである。平板状の金属試料Ｗはこのテーブル２の中央部分に載せられ、水平面内を移動することができる。このテーブル２の三方には照明手段が配置されている。この実施形態では、テーブル２の左右両側に線状光源３、３が対向配置され、またテーブル２の背後（後側）に面状光源４が垂直に配置されている。

線状光源３、３は蛍光灯のような管状発光体であり、ベース１上に立設されたアーム５に支持されている。これらは金属試料Ｗの表面を左右両側から照射し、金属組織を浮き上がらせる。その照射角度αは、金属試料表面の撮像部分に対して４５°以上とすることが好ましい。また線状光源３、３は、金属試料Ｗの端面から１００〜３００mm程度の水平距離Ｌ１を持たせておくことが好ましい。テーブル２の移動により水平距離Ｌが３００mmとなった場合にも４５°以上の照射角度αを維持するためには、高さＨを３００mm以上としておくこととなる。なお線状光源３、３の長さは、図２に示すようにテーブル２の奥行きとほぼ同一サイズとする。

面状光源４は、図２に示すように白色アクリル樹脂等からなる光拡散板６の背後に多数本の管状発光体７を配置したものであって、金属試料Ｗの表面を背後から拡散光によって照らすことにより、金属組織を浮き上がらせる。その照射角度βは、金属試料表面の撮像部分に対してテーブル面から少なくとも５〜２０°の範囲を含むものとすることが好ましい。また金属試料Ｗの後端面から１００〜４００mm程度の水平距離Ｌ２を持たせておくことが好ましい。このように線状光源３、３は４５°以上の角度で高い位置から光線を照射し、面状光源４は比較的低い位置から拡散光を照射している。これらの照明手段の組み合せによって、金属組織の微細なエッジ部分及び内部の結晶組織を鮮明に浮き立たせることが可能となる。

テーブル２の上方には、金属試料表面の金属組織を低倍率で撮像するためのカメラ８が下向きに設置されている。このカメラ８としては低倍率ＣＣＤカメラを用いることが好ましく、撮像された画像は表示・記憶装置９であるコンピュータに取り込まれ、モニタ１０にリアルタイムで表示し、またプリンタ１１でプリントすることができる。金属マクロ組織の観察のためには、カメラ８の倍率は２〜２０倍程度が適当である。

このカメラ８の周囲は、不透明樹脂からなる反射板１２により覆われている。これは光沢ある金属試料表面にカメラ８が映り込むことを防止するとともに、テーブル２の上面からも緩やかな拡散光を照射するためのものである。上記したようにこの実施形態ではテーブル２の前面を除く周囲三方と上面から金属試料表面を照射しているが、テーブル２の前面にも照明手段または反射板を配置することもできる。

このように構成された金属組織画像観察装置により金属組織を観察するには、先ず金属試料Ｗの表面を従来と同様に研磨仕上げし、ピクリン酸系の腐食液に浸漬した後に水洗乾燥するなどの前処理を施す。この前処理により金属組織表面の微細な凹凸を強調することができる。

次に金属試料Ｗをテーブル２の中央部分に載せ、観察したい部分がカメラ８の直下に来るように金属試料Ｗを移動させる。金属試料Ｗの表面はテーブル２の左右両側に対向配置された線状光源３、３、テーブル２の背後に垂直配置された面状光源４、テーブル２の上面に配置された反射板１２などからの光線によって照射され、金属組織表面の微細な凹凸が鮮明に見える状態となる。その画像をカメラ８により低倍率で撮像し、表示・記憶装置９であるコンピュータに取り込み、モニタ１０にリアルタイムで表示する。

図３は本発明の金属組織画像観察装置により得られた連続鋳造片のγ粒を示す画像であり、倍率は4.3倍である。また図４は連続鋳造片のデンドライト組織を示す画像であり、倍率は２.５倍である。何れの画像も従来法により得られた画像に比較して、きわめて鮮明である。

なお、金属試料Ｗが小型の場合には、１枚の画像中にその全体を撮影することが可能である。しかし金属試料Ｗが大型の場合には、テーブル２上で金属試料Ｗを移動させて複数部分の画像を撮像し、それらの画像を合成することによって全体観察が可能となる。従来の光学顕微鏡写真の場合には、人手によるつなぎ合わせが必要であったが、本発明の金属組織画像観察装置の場合には、各部分の画像を表示・記憶装置９であるコンピュータに取り込み、合成することができ、金属試料Ｗ全体の金属組織を観察することが容易となる。なお、テーブル２をＸＹ方向に移動可能にし、座標情報と対応させてコンピュータに取り込み自動的に合成することができるようにすれば、金属試料Ｗ全体の組織観察がより容易となる。

このように、本発明の金属組織画像観察装置は金属試料Ｗの表面に形成された金属マクロ組織を、複雑な処理を要さず簡便に、低倍率の投影画像として観察することができる。しかも金属試料Ｗが大型であっても、表面全体の金属組織を容易に観察することができるので、鋳片等から採取された金属試料Ｗの金属組織を観察するうえで極めて有効である。

本発明の金属組織画像観察装置の正面図である。 本発明の金属組織画像観察装置の側面図である。 本発明の金属組織画像観察装置による鋳片表層のγ粒を示す画像である。 本発明の金属組織画像観察装置による鋳片表層のデンドライト組織を示す画像である。

符号の説明

１ ベース
２ テーブル
３ 線状光源
４ 面状光源
５ アーム
６ 光拡散板
７ カメラ
９ 表示・記憶装置
１０ モニタ
１１ プリンタ
１２ 反射板

Claims (4)

1. 金属試料を載せるテーブルと、このテーブルを囲む左右両側及び後側の三方に配置され、テーブル上の金属試料を斜め上方から照射する照明手段と、このテーブルの上方に配置され金属試料表面の金属組織を２〜２０倍の低倍率で撮像するカメラと、このカメラの周囲を覆う反射板と、撮像された画像の表示・記憶装置とを備え、前記照明手段が、テーブルの後側に垂直に配置された面状光源と、テーブルの左右両側に対向配置された線状光源とを含むものであることを特徴とする金属組織画像観察装置。
2. カメラが２〜２０倍の低倍率ＣＣＤカメラであり、画像の表示・記憶装置が金属試料表面の異なる部分の金属組織の画像を合成する機能を有するコンピュータであることを特徴とする請求項１記載の金属組織画像観察装置。
3. テーブルの後側に垂直に配置された面状光源が、金属試料表面の撮像部分に対してテーブル面から少なくとも５〜２０°の範囲を含む角度で光線を照射するものであることを特徴とする請求項１記載の金属組織画像観察装置。
4. テーブルの左右両側に対向配置された線状光源が、金属試料表面の撮像部分に対して４５°以上の斜め上方から光線を照射するものであることを特徴とする請求項１記載の金属組織画像観察装置。