JP7452722B2 - Inspection device and image generation method - Google Patents
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Description
本発明は、検査装置及び画像生成方法に関する。 The present invention relates to an inspection device and an image generation method.
材料の強度や耐久性を評価するために、試験片に荷重をかけてどの程度の荷重で破壊されるのかを評価する引張試験・曲げ試験などが広く行われている。また、実際の使用条件に即した荷重を繰り返し試験片に付与して、どのぐらいの繰り返し回数で破壊されるかを評価する疲労試験や耐久試験なども広く行われている。
また、実際の製品では一定の荷重を繰り返し加える耐久試験を長期間繰り返すことで、最終的な寿命が要求仕様を満足しているかどうかを評価しているが、評価に長い時間を要するため、耐久試験時の変化をもとにFEM(有限要素法)などの解析と組み合わせて、短時間の試験で製品寿命を予測する方法も考案されている(例えば、特許文献1参照)。
In order to evaluate the strength and durability of materials, tensile tests, bending tests, etc., are widely used to evaluate the load applied to a test piece and the amount of load required to break it. Fatigue tests and durability tests are also widely conducted in which a load corresponding to actual usage conditions is repeatedly applied to a test piece to evaluate the number of repetitions required for the test piece to break.
In addition, in actual products, durability tests are repeated over a long period of time to repeatedly apply a constant load to evaluate whether the final lifespan satisfies the required specifications. A method has also been devised to predict product life through a short test based on changes during the test in combination with analysis such as FEM (finite element method) (for example, see Patent Document 1).
荷重をかけた時に試験片が破壊に至るメカニズムとしては、応力によって微小なボイド・クラックが内部に発生し、それが拡大・つながることによって、最終的に破壊に至ると考えられている。そこで、耐久試験時の試験片内部の変化を可視化することが求められるが、従来の光学顕微鏡では試験片の内部を観察できず、X線透視装置を用いた検査方法では分解能が不足しており、破断の起点、根本原因である微小なボイド・クラックを可視化することができない。 The mechanism by which a test piece breaks down when a load is applied is thought to be that micro voids and cracks are generated inside due to stress, which expand and connect, eventually leading to breakage. Therefore, it is necessary to visualize changes inside the test piece during durability testing, but conventional optical microscopes cannot observe the inside of the test piece, and inspection methods using X-ray fluoroscopy equipment lack resolution. , it is not possible to visualize the minute voids and cracks that are the starting point and root cause of fracture.
高分解能のマイクロCTであれば、微小なボイド・クラックを可視化できるが以下のような課題がある。
・1回の測定に数十分~数時間という長い時間がかかる。
・測定できる領域の大きさが分解能を高くしたときには非常に狭くなる(例えばボクセルサイズ1ミクロンの場合、測定領域はおおよそ1mm3程度)。
・試験片を複数の方向から撮影する必要があるため、X線源と検出器を固定して試験片を回転させる、もしくは試験片を固定してX線源と検出器をセットにして回転させる必要があり、試験片のサイズが限定される。あまり大きな試験片だと回転させたときにX線源や検出器にぶつかってしまう。また、測定に大がかりな機構が必要である。
そのため、マイクロCTで引張試験などを行いながらin situ評価することは非常に難しい。しかし、今後製品をより軽量化・小型化するためには、部材を薄型・軽量にしつつ強度はより高めた新規材料を開発していく必要があり、そのためには破壊のメカニズムをより詳細に解明することが求められる。具体的には、破壊の起点やその時のその場所におけるボイド、クラックが進展していく様子などをより詳細に、かつ簡便に評価できる方法が求められている。
High-resolution micro-CT can visualize minute voids and cracks, but it has the following problems.
・One measurement takes a long time, ranging from several tens of minutes to several hours.
- The size of the measurable area becomes extremely narrow when the resolution is increased (for example, in the case of a voxel size of 1 micron, the measurement area is approximately 1 mm3 ).
・Since it is necessary to photograph the test piece from multiple directions, the X-ray source and detector are fixed and the test piece is rotated, or the test piece is fixed and the X-ray source and detector are set and rotated. required, which limits the size of the test piece. If the specimen is too large, it will collide with the X-ray source and detector when rotated. Moreover, a large-scale mechanism is required for measurement.
Therefore, it is extremely difficult to perform in situ evaluation while performing a tensile test using micro-CT. However, in order to make products lighter and more compact in the future, it will be necessary to develop new materials that are thinner and lighter, while increasing strength. are required to do so. Specifically, there is a need for a method that can easily and in detail evaluate the starting point of fracture and the progress of voids and cracks at that time and location.
例えば、非特許文献1に記載のように、シンクロトロンを利用したX線源(X線量が非常に強く分解能が高い)を利用すれば、試験片に荷重を付与した時に亀裂が進展する様子を撮影することができる。
For example, as described in Non-Patent
しかし、シンクロトロンは、非常に大掛かりで高価なものであり、大学などの研究用途ならともかく、一般の製品開発で頻繁に使用することはできない。 However, synchrotrons are very large-scale and expensive, and cannot be used frequently for general product development, except for research purposes at universities and the like.
本発明の課題は、大掛かりな装置を使用することなく、被写体に負荷を与えたときの、従来の吸収X線画像では見えないような被写体内部の変化を、より短い撮影時間でより広い視野で取得して観察できるようにすることである。 The objective of the present invention is to capture changes inside the subject that cannot be seen with conventional absorption X-ray images when a load is applied to the subject, without using large-scale equipment, in a shorter imaging time and with a wider field of view. The purpose is to obtain and make it possible to observe.
上記課題を解決するため、本発明の検査装置は、
放射線源と、複数の格子と、放射線検出器と、が放射線照射軸方向に並んで設けられ、前記放射線照射軸方向に配置された、樹脂から作製されたプラスティック被検体に前記放射線源により放射線を照射して撮影を行うことにより得られるモアレ縞画像に基づいて、少なくとも前記被検体の微分位相画像を生成するタルボ撮影手段と、
前記被検体に負荷を与える付与手段と、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影させて微分位相画像を生成させる制御を繰り返し実行する制御手段と、
前記タルボ撮影手段により生成された前記被検体の複数の微分位相画像に基づいて、前記微分位相画像の変化を検知する検知手段と、
を備え、
前記タルボ撮影手段は、前記制御手段の制御に基づいて前記微分位相画像を生成する際に、さらに小角散乱画像又は吸収画像を生成し、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与える前及び前記付与手段により前記被検体に負荷を与えることにより前記被検体が破断した後に前記タルボ撮影手段により撮影された複数の前記小角散乱画像、微分位相画像、又は吸収画像を解析して複数の特徴点の位置を抽出し、抽出した前記複数の特徴点間の前記被検体に負荷を与える前と前記被検体に負荷を与えることにより前記被検体が破断した後の距離の比較に基づいて、前記被検体の内部において弾性変形した部分と塑性変形した部分を識別する識別手段を備える。
また、本発明の検査装置は、
放射線源と、複数の格子と、放射線検出器と、が放射線照射軸方向に並んで設けられ、前記放射線照射軸方向に配置された、樹脂から作製されたプラスティック被検体に前記放射線源により放射線を照射して撮影を行うことにより得られるモアレ縞画像に基づいて、少なくとも前記被検体の微分位相画像を生成するタルボ撮影手段と、
前記被検体に負荷を与える付与手段と、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影させて微分位相画像を生成させる制御を繰り返し実行する制御手段と、
前記タルボ撮影手段により生成された前記被検体の複数の微分位相画像に基づいて、前記微分位相画像の変化を検知する検知手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影して微分位相画像を生成させる制御を前記被検体が劣化するまで繰り返し実行し、
前記生成された複数の微分位相画像のそれぞれから信号値が予め定められた閾値以上の領域を抽出し、抽出した領域の信号強度、大きさ、面内分布を、その微分位相画像を撮影したときに前記付与手段により前記被検体に与えられた負荷を表す値と対応付けてデータベースに記憶させ、新たな被検体を前記タルボ撮影手段により撮影することにより得られた微分位相画像と、前記データベースに蓄積されている情報に基づいて、前記新たな被検体の劣化度合いを推定する推定手段を備える。
In order to solve the above problems, the inspection device of the present invention includes:
A radiation source, a plurality of gratings, and a radiation detector are provided side by side in the direction of the radiation irradiation axis, and the radiation source irradiates a plastic subject made of resin arranged in the direction of the radiation irradiation axis. Talbot imaging means for generating at least a differential phase image of the subject based on a moiré fringe image obtained by irradiating and imaging;
applying means for applying a load to the subject;
a control means that repeatedly performs control to generate a differential phase image by causing the Talbot photographing means to photograph the subject while applying a load to the subject by the applying means;
a detection means for detecting a change in the differential phase image based on the plurality of differential phase images of the subject generated by the Talbot imaging means;
Equipped with
The Talbot imaging means further generates a small-angle scattering image or an absorption image when generating the differential phase image based on the control of the control means,
A plurality of small-angle scattering images taken by the Talbot photographing means before applying a load to the test object by the applying means and after the test object is fractured by applying a load to the test object by the applying means, differential phase The positions of a plurality of feature points are extracted by analyzing an image or an absorption image, and the position of the subject is determined between the extracted plurality of feature points before applying a load to the subject and by applying a load to the subject. An identification means is provided for identifying an elastically deformed portion and a plastically deformed portion inside the subject based on a comparison of distances after the fracture occurs.
Furthermore, the inspection device of the present invention includes:
A radiation source, a plurality of gratings, and a radiation detector are provided side by side in the direction of the radiation irradiation axis, and the radiation source irradiates a plastic subject made of resin arranged in the direction of the radiation irradiation axis. Talbot imaging means for generating at least a differential phase image of the subject based on a moiré fringe image obtained by irradiating and imaging;
applying means for applying a load to the subject;
a control means that repeatedly performs control to generate a differential phase image by causing the Talbot photographing means to photograph the subject while applying a load to the subject by the applying means;
a detection means for detecting a change in the differential phase image based on the plurality of differential phase images of the subject generated by the Talbot imaging means;
Equipped with
The control means repeatedly performs control to generate a differential phase image by photographing the subject with the Talbot imaging means while applying a load to the subject with the applying means until the subject deteriorates,
From each of the plurality of differential phase images generated, a region where the signal value is equal to or higher than a predetermined threshold is extracted, and the signal intensity, size, and in-plane distribution of the extracted region are determined when the differential phase image is photographed. is stored in a database in association with a value representing the load applied to the subject by the imparting means, and a differential phase image obtained by photographing a new subject by the Talbot photographing means is stored in the database. Estimating means is provided for estimating the degree of deterioration of the new object based on the accumulated information.
また、本発明の画像生成方法は、
放射線源と、複数の格子と、放射線検出器と、が放射線照射軸方向に並んで設けられ、前記放射線照射軸方向に配置された、樹脂から作製されたプラスティック被検体に前記放射線源により放射線を照射して撮影を行うことにより得られるモアレ縞画像に基づいて、少なくとも前記被検体の微分位相画像を生成するタルボ撮影手段と、
前記被検体に負荷を与える付与手段と、
を備える検査装置における画像生成方法であって、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影させて微分位相画像と、さらに小角散乱画像又は吸収画像とを生成させる処理を繰り返し実行し、
前記タルボ撮影手段により生成された前記被検体の複数の微分位相画像に基づいて、前記微分位相画像の変化を検知し、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与える前及び前記付与手段により前記被検体に負荷を与えることにより前記被検体が破断した後に前記タルボ撮影手段により撮影された複数の前記小角散乱画像、微分位相画像、又は吸収画像を解析して複数の特徴点の位置を抽出し、抽出した前記複数の特徴点間の前記被検体に負荷を与える前と前記被検体に負荷を与えることにより前記被検体が破断した後の距離の比較に基づいて、前記被検体の内部において弾性変形した部分と塑性変形した部分を識別する。
また、本発明の画像生成方法は、
放射線源と、複数の格子と、放射線検出器と、が放射線照射軸方向に並んで設けられ、前記放射線照射軸方向に配置された、樹脂から作製されたプラスティック被検体に前記放射線源により放射線を照射して撮影を行うことにより得られるモアレ縞画像に基づいて、少なくとも前記被検体の微分位相画像を生成するタルボ撮影手段と、
前記被検体に負荷を与える付与手段と、
を備える検査装置における画像生成方法であって、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影させて微分位相画像を生成させる処理を繰り返し実行し、
前記タルボ撮影手段により生成された前記被検体の複数の微分位相画像に基づいて、前記微分位相画像の変化を検知し、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影して微分位相画像を生成させる処理を前記被検体が劣化するまで繰り返し実行することにより生成された複数の微分位相画像のそれぞれから信号値が予め定められた閾値以上の領域を抽出し、抽出した領域の信号強度、大きさ、面内分布を、その微分位相画像を撮影したときに前記付与手段により前記被検体に与えられた負荷を表す値と対応付けてデータベースに記憶させ、新たな被検体を前記タルボ撮影手段により撮影することにより得られた微分位相画像と、前記データベースに蓄積されている情報に基づいて、前記新たな被検体の劣化度合いを推定する。
Furthermore, the image generation method of the present invention includes:
A radiation source, a plurality of gratings, and a radiation detector are provided side by side in the direction of the radiation irradiation axis, and the radiation source irradiates a plastic subject made of resin arranged in the direction of the radiation irradiation axis. Talbot imaging means for generating at least a differential phase image of the subject based on a moiré fringe image obtained by irradiating and imaging;
applying means for applying a load to the subject;
An image generation method in an inspection device comprising:
Repeatedly performing a process of generating a differential phase image and a small-angle scattering image or an absorption image by causing the Talbot imaging unit to image the subject while applying a load to the subject by the applying unit,
Detecting a change in the differential phase image based on the plurality of differential phase images of the subject generated by the Talbot imaging means,
A plurality of small-angle scattering images taken by the Talbot photographing means before applying a load to the test object by the applying means and after the test object is fractured by applying a load to the test object by the applying means, differential phase The positions of a plurality of feature points are extracted by analyzing an image or an absorption image, and the position of the subject is determined between the extracted plurality of feature points before applying a load to the subject and by applying a load to the subject. Based on a comparison of the distances after the fracture, an elastically deformed portion and a plastically deformed portion within the subject are identified.
Furthermore, the image generation method of the present invention includes:
A radiation source, a plurality of gratings, and a radiation detector are provided side by side in the direction of the radiation irradiation axis, and the radiation source irradiates a plastic subject made of resin arranged in the direction of the radiation irradiation axis. Talbot imaging means for generating at least a differential phase image of the subject based on a moiré fringe image obtained by irradiating and imaging;
applying means for applying a load to the subject;
An image generation method in an inspection device comprising:
Repeatedly performing a process of generating a differential phase image by causing the Talbot imaging unit to image the subject while applying a load to the subject by the applying unit;
Detecting a change in the differential phase image based on the plurality of differential phase images of the subject generated by the Talbot imaging means,
A plurality of differentials generated by repeatedly performing a process of photographing the subject with the Talbot imaging means and generating a differential phase image while applying a load to the subject with the applying means until the subject deteriorates. A region in which the signal value is equal to or greater than a predetermined threshold is extracted from each phase image, and the signal intensity, size, and in-plane distribution of the extracted region are determined by the imparting means when the differential phase image is photographed. Based on the differential phase image obtained by storing the data in a database in association with a value representing the load applied to the specimen and photographing a new specimen with the Talbot imaging means, and the information stored in the database. Then, the degree of deterioration of the new object is estimated.
本発明によれば、大掛かりな装置を使用することなく、被写体に負荷を与えたときの、従来の吸収X線画像では見えないような被写体内部の変化を、より短い撮影時間でより広い視野で取得して観察できるようにすることが可能となる。 According to the present invention, changes inside the subject that cannot be seen with conventional absorption X-ray images when a load is applied to the subject can be captured in a wider field of view in a shorter imaging time without using large-scale equipment. It becomes possible to obtain and observe the data.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
第1の実施形態では、被写体に与える負荷を荷重とした例について、第2の実施形態では、被写体に与える負荷を熱とした例について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the first embodiment, an example will be described in which the load applied to the subject is a load, and in the second embodiment, an example will be explained in which the load applied to the subject is heat.
[第1の実施形態]
(放射線撮影システムの構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る検査装置100を模式的に示した図である。
検査装置100は、試験片等の被検体(被写体H)に引張試験を行いながら被写体Hの撮影を行う装置である。
[First embodiment]
(Configuration of radiography system)
FIG. 1 is a diagram schematically showing an
The
図1に示すように、検査装置100は、本体部1とコントローラー5を備える。
本体部1は、図1に示すように、放射線源11と、マルチスリット12及び付加フィルター・コリメーター112を含む第1のカバーユニット120と、被写体台13、第1格子14、第2格子15、及び放射線検出器16を含む第2のカバーユニット130と、支柱17と、基台部19と、を有するタルボ・ロー干渉計を備える。本体部1のタルボ・ロー干渉計は縦型であり、放射線源11、マルチスリット12、被写体台13、第1格子14、第2格子15、放射線検出器16は、この順序に重力方向であるz方向に配置されている。本体部1の第1のカバーユニット120と第2のカバーユニット130の間には、カメラ21、ミラー22が設けられている。また、被写体台13には、引張試験機23が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 1, the
マルチスリット12、被写体台13、第1格子14、第2格子15、放射線検出器16は、同一の基台部19に保持されて支柱17に取り付けられている。基台部19は、支柱17に対してz方向に移動可能に構成されていてもよい。
また、支柱17には、基台部19のほか、放射線源11が取り付けられている。放射線源11は、緩衝部材17aを介して支柱17に保持されている。緩衝部材17aは、衝撃や振動を吸収できる材料であれば何れの材料を用いてもよいが、例えばエラストマー等が挙げられる。放射線源11は放射線の照射によって発熱するため、放射線源11側の緩衝部材17aは加えて断熱素材であることが好ましい。
The multi-slit 12, the subject table 13, the
Further, in addition to the
放射線源11は、X線管を備え、当該X線管によりX線を発生させてz方向(重力方向)にX線を照射する。X線管としては、例えばクーリッジX線管や回転陽極X線管を用いることができる。陽極としては、タングステンやモリブデンを用いることができる。
放射線源11の焦点径は、0.03~3(mm)が好ましく、さらに好ましくは0.1~1(mm)である。
なお、本実施形態では、X線を用いて撮影を行う場合を例にとり説明するが、他の放射線、例えば、中性子線、ガンマ線等を用いてもよい。
The
The focal diameter of the
In this embodiment, a case will be described in which imaging is performed using X-rays, but other radiations such as neutron beams, gamma rays, etc. may also be used.
第1のカバーユニット120は、放射線源11の直下に設けられたユニットである。第1のカバーユニット120は、図1に示すように、マルチスリット12、取付用アーム12b、付加フィルター・コリメーター112等を備えて構成されている。第1のカバーユニット120の各構成要素は、カバー部材に覆われて保護されている。
The
マルチスリット12(G0格子)は回折格子であり、図2に示すように、放射線照射軸方向(ここではz方向)と直交するx方向に複数のスリットが所定間隔で配列されて設けられている。マルチスリット12はシリコンやガラスといった放射線の吸収率が低い材質の基板上に、タングステン、鉛、金といった放射線の遮蔽力が大きい、つまり放射線の吸収率が高い材質により形成される。例えば、フォトリソグラフィーによりレジスト層がスリット状にマスクされ、UVが照射されてスリットのパターンがレジスト層に転写される。露光によって当該パターンと同じ形状のスリット構造が得られ、電鋳法によりスリット構造間に金属が埋め込まれて、マルチスリット12が形成される。 The multi-slit 12 (G0 grating) is a diffraction grating, and as shown in FIG. 2, a plurality of slits are arranged at predetermined intervals in the x direction orthogonal to the radiation irradiation axis direction (here, the z direction). . The multi-slit 12 is formed of a material such as tungsten, lead, or gold that has a large radiation shielding power, that is, a material that has a high radiation absorption rate, on a substrate made of a material that has a low radiation absorption rate, such as silicon or glass. For example, a resist layer is masked in the form of slits by photolithography, and UV is irradiated to transfer the slit pattern onto the resist layer. A slit structure having the same shape as the pattern is obtained by exposure, and metal is embedded between the slit structures by electroforming to form the multi-slit 12.
マルチスリット12のスリット周期(格子周期)は1~60(μm)である。スリット周期は、図2に示すように隣接するスリット間の距離を1周期とする。スリットの幅(各スリットのスリット周期方向(x方向)の長さ)はスリット周期の1~60(%)の長さであり、さらに好ましくは10~40(%)である。スリットの高さ(z方向の高さ)は1~1500(μm)であり、好ましくは30~1000(μm)である。マルチスリット12は、取付用アーム12bに支持されて基台部19に取り付けられている。
The slit period (grating period) of the multi-slit 12 is 1 to 60 (μm). As shown in FIG. 2, the slit period is defined as the distance between adjacent slits. The width of the slit (the length of each slit in the slit period direction (x direction)) is 1 to 60 (%) of the slit period, more preferably 10 to 40 (%). The height of the slit (height in the z direction) is 1 to 1500 (μm), preferably 30 to 1000 (μm). The multi-slit 12 is supported by an
付加フィルター・コリメーター112は、放射線源11から照射されるX線の照射領域を制限するとともに、放射線源11から照射されるX線の中から撮影に寄与しない低エネルギー成分を除去するものである。
The additional filter/
第2のカバーユニット130は、図1に示すように、被写体台13、第1格子14及び第2格子15、移動機構15a、放射線検出器16等を備えて構成されている。第2のカバーユニット130は、上面が被写体台13となっており、被写体台13の周囲をカバー部材で覆うことにより、被写体Hや技師の接触によるダメージや塵埃の侵入から内部の構成要素を保護している。また、ユニット内の温度が外気の影響を受けにくくなるため、第1格子14及び第2格子15の熱膨張等による格子位置の変動を低減することができる。
As shown in FIG. 1, the
被写体台13は、被写体Hを載置するための台である。
被写体台13上には、引張試験機23が設けられており、引張試験機23に被写体Hが保持されるようになっている。
The
A
第1格子14(G1格子)は、マルチスリット12と同様に、放射線照射軸方向であるz方向と直交するx方向に複数のスリットが配列されて設けられた回折格子である。第1格子14は、マルチスリット12と同様にUVを用いたフォトリソグラフィーによって形成することもできるし、いわゆるICP法によりシリコン基板に微細細線で深掘加工を行い、シリコンのみで格子構造を形成することとしてもよい。第1格子14のスリット周期は1~20(μm)である。スリットの幅はスリット周期の20~70(%)であり、好ましくは35~60(%)である。スリットの高さは1~100(μm)である。
The first grating 14 (G1 grating), like the multi-slit 12, is a diffraction grating in which a plurality of slits are arranged in the x direction orthogonal to the z direction, which is the radiation irradiation axis direction. The
第2格子15(G2格子)は、マルチスリット12と同様に、放射線照射軸方向であるz方向と直交するx方向に複数のスリットが配列されて設けられた回折格子である。第2格子15もフォトリソグラフィーにより形成することができる。第2格子15のスリット周期は1~20(μm)である。スリットの幅はスリット周期の30~70(%)であり、好ましくは35~60(%)である。スリットの高さは1~100(μm)である。第2格子15に隣接して、第2格子15をx方向に移動させる移動機構15aが設けられている。移動機構15aは、モーター等の駆動により第2格子15をx方向に直線送り可能であればどのような構成のものを用いてもよい。
The second grating 15 (G2 grating), like the multi-slit 12, is a diffraction grating in which a plurality of slits are arranged in the x direction orthogonal to the z direction, which is the radiation irradiation axis direction. The
放射線検出器16は、照射された放射線に応じて電気信号を生成する変換素子が2次元状に配置され、当該変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取る。放射線検出器16の画素サイズは10~300(μm)であり、さらに好ましくは50~200(μm)である。放射線検出器16は第2格子15に当接するように基台部19に位置を固定することが好ましい。第2格子15と放射線検出器16間の距離が大きくなるほど、放射線検出器16により得られるモアレ縞画像がボケるからである。
The
放射線検出器16としては、FPD(Flat Panel Detector)を用いることができる。
FPDには、放射線をシンチレーターを介して光電変換素子により電気信号に変換する間接変換型、放射線を直接的に電気信号に変換する直接変換型があるが、何れを用いてもよい。
また、放射線検出器16としては、第2格子15の強度変調効果を与えた放射線検出器を使用しても良い。例えば、シンチレーターに第2格子15のスリットと同等の周期および幅で不感領域を与えるために、シンチレーターに溝を掘り、格子状のシンチレーターとしたスリットシンチレーター検出器を放射線検出器16として用いても良い(参照文献1:Simon Rutishauser et al.,「Structured scintillator for hard x-ray grating interferometry」,APPLIED PHYSICS LETTERS 98, 171107 (2011))。この構成の放射線検出器16は、第2格子15と放射線検出器16とを兼ね備えたものであるため、第2格子15を別途設ける必要はない。即ち、スリットシンチレーター検出器を備えることは、第2格子15と放射線検出器16を備えていることと同じである。
As the
There are two types of FPDs; an indirect conversion type in which radiation is converted into an electrical signal by a photoelectric conversion element via a scintillator, and a direct conversion type in which radiation is directly converted into an electrical signal; either of these may be used.
Further, as the
なお、本体部1のタルボ・ロー干渉計は、上側に設けられた放射線源11から下方の被写体Hに向けてX線を照射するように構成されている場合(いわゆる縦型の場合)として説明したが、これに限らず、下側に設けられた放射線源11から上方の被写体Hに向けてX線を照射するように構成してもよい。また、X線を水平方向(いわゆる横型の場合)に照射するなど任意の方向に照射するように構成することも可能である。
The Talbot-Lau interferometer of the
カメラ21は、撮像レンズ、CCD(Charge Coupled Device)等のイメージセンサからなる撮像素子、A/D変換回路等を備えて構成され、撮像レンズを通過した被写体Hの光学像を撮像素子により2次元の画像信号に変換し、被写体Hの外観を表す撮影画像を取得する撮影手段である。カメラ21は、静止画撮影を行うものであってもよいし、動画撮影を行うビデオカメラであってもよい。
カメラ21の位置は、被写体Hが撮影できる位置であればどこでもよいが、タルボ・ロー干渉計と同一光軸上であれば、カメラ21により得られた撮影画像をタルボ・ロー干渉計による撮影により得られた小角散乱画像又は微分位相画像と比較するときに画像の歪み等がなくそのまま比較できるので好ましい。本実施形態では、放射線源11による放射線の照射軸上にミラー22を配置し、ミラー22により被写体Hの光学像をカメラ21の撮像レンズに導くようにしている。ミラー22は、アルミニウム、ガラス等、放射線を遮蔽しないものとする。
The
The
引張試験機23は、被写体Hを保持する治具を移動させることにより被写体Hに引張荷重を与えるものである。引張試験機23は、被写体Hを両側から引っ張るように構成されており、引張試験時に被写体Hの中央が撮影視野から逃げないようになっている。引張試験機23は、負荷を与える付与手段として機能する。
The
コントローラー5は、図3に示すように、制御部51、操作部52、表示部53、通信部54、記憶部55を備えて構成されている。
制御部51は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory
)等から構成されている。制御部51は、本体部1の各部(例えば、放射線源11、放射線検出器16、移動機構15a、カメラ21、引張試験機23等)に接続されており、各部の動作を制御する。また、制御部51は、記憶部55に記憶されているプログラムとの協働により、後述する撮影処理Aを始めとする各種処理を実行する。
制御部51は、制御手段、歪分布算出手段、強調表示手段、識別手段、表示制御手段、記憶制御手段、調整手段、推定手段として機能する。また、放射線源、格子(マルチスリット12、第1格子14、第2格子15)、放射線検出器16等との協働によりタルボ撮影手段として機能する。
As shown in FIG. 3, the
The
) etc. The
The
操作部52は、曝射スイッチや撮影条件等の入力操作に用いるキー群の他、表示部53のディスプレイと一体に構成されたタッチパネルを備え、これらの操作に応じた操作信号を生成して制御部51に出力する。
表示部53は制御部51の表示制御に従って、ディスプレイに操作画面、本体部1の動作状況等を表示する。
The
The
通信部54は、通信インターフェイスを備え、ネットワーク上の外部機器と通信を行う。
記憶部55は、不揮発性の半導体メモリーやハードディスク等により構成され、制御部51により実行されるプログラム、プログラムの実行に必要なデータを記憶している。
The
The
(タルボ干渉計、タルボ・ロー干渉計による撮影)
ここで、タルボ干渉計、タルボ・ロー干渉計による撮影方法を説明する。
図4に示すように、放射線源11から照射されたX線が第1格子14を透過すると、透過したX線がz方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像といい、自己像が形成される現象をタルボ効果という。自己像を結ぶ位置に第2格子15が自己像と概ね平行に配置され、第2格子15を透過したX線によりモアレ縞画像(図4においてMoで示す)が得られる。即ち、第1格子14は、周期パターンを形成し、第2格子15は周期パターンをモアレ縞に変換する。放射線源11と第1格子14間に被写体Hが存在すると、被写体HによってX線の位相がずれるため、図4に示すようにモアレ縞画像上のモアレ縞は被写体Hの辺縁を境界に乱れる。このモアレ縞の乱れを、モアレ縞画像を処理することによって検出し、被写体像を画像化することができる。これがタルボ干渉計の原理である。
(Photographed by Talbot interferometer and Talbot-Lau interferometer)
Here, an imaging method using a Talbot interferometer and a Talbot-Lau interferometer will be explained.
As shown in FIG. 4, when the X-rays emitted from the
本体部1では、放射線源11と第1格子14との間の放射線源11に近い位置に、マルチスリット12が配置され、タルボ・ロー干渉計によるX線撮影が行われる。タルボ干渉計は放射線源11が理想的な点線源であることを前提としているが、実際の撮影にはある程度焦点径が大きい焦点が用いられるため、マルチスリット12によってあたかも点線源が複数連なってX線が照射されているかのような効果が得られる。これがタルボ・ロー干渉計によるX線撮影法であり、焦点径がある程度大きい場合にも、タルボ干渉計と同様のタルボ効果を得ることができる。
In the
本実施形態の本体部1においては、被写体Hの再構成画像を生成するために必要なモアレ縞画像を、縞走査法により撮影する。縞走査とは、一般的には、格子(マルチスリット12、第1格子14、第2格子15)のうちの何れか1枚(本実施形態では、第2格子15とする)または2枚をスリット周期方向(x方向)に相対的に動かしてM回(Mは正の整数、吸収画像はM>2、微分位相画像と小角散乱画像はM>3)の撮影(Mステップの撮影)を行い、再構成画像を生成するのに必要なM枚のモアレ縞画像を取得することをいう。具体的には、移動させる格子のスリット周期をd(μm)とすると、d/M(μm)ずつ格子をスリット周期方向に動かして撮影を行うことを繰り返し、M枚のモアレ縞画像を取得する。
In the
モアレ縞画像に基づいて生成される再構成画像には、小角散乱画像、微分位相画像、吸収画像がある。
小角散乱画像は、微小構造でのX線の散乱を画像化したもので、X線の散乱が大きいほど信号値が大きくなる。小角散乱画像では、画素サイズよりも小さい数um~数十umの微小
構造集合体を捉えることができる。
微分位相画像は、被写体によるX線の屈折を画像化したもので、X線の屈折が大きいほど信号値が大きくなる。吸収画像では軽元素ほど感度が低くなるが、微分位相画像では軽元素でも感度を高く保てるため、吸収画像で捉えにくい物質の変化も捉えることができる。
吸収画像は、被写体によるX線の吸収を画像化したもので、従来からの単純X線画像と同等の画像である。
Reconstructed images generated based on moire fringe images include small-angle scattering images, differential phase images, and absorption images.
A small-angle scattering image is an image of X-ray scattering in a microstructure, and the larger the X-ray scattering, the larger the signal value. Small-angle scattering images can capture microstructure aggregates of several micrometers to several tens of micrometers, which is smaller than the pixel size.
The differential phase image is an image of the refraction of X-rays by the subject, and the greater the refraction of the X-rays, the greater the signal value. In absorption images, the sensitivity decreases for lighter elements, but differential phase images maintain high sensitivity even for light elements, making it possible to capture changes in substances that are difficult to detect with absorption images.
An absorption image is an image of absorption of X-rays by a subject, and is an image equivalent to a conventional simple X-ray image.
(検査装置100の動作)
次に、検査装置100の動作について説明する。
図5は、検査装置100の制御部51と記憶部55に記憶されているプログラムとの協働により実行される撮影処理Aを示すフローチャートである。撮影処理Aは、引張試験機23により被写体Hに与える荷重(引張荷重)又は引張長さを段階的に変化させていき、各段階ごと(引張ステップと呼ぶ)に被写体Hの撮影等を行う処理である。撮影処理Aは、被写体Hが引張試験機23にセットされ、操作部52により検査条件(例えば、撮影ごとに被写体Hに付与する荷重又は引張長さ(引張試験機23における被写体Hを保持する治具であるクランプの移動距離の設定値等)が入力され撮影実行が指示されることにより実行される。本実施形態では、撮影処理Aの開始前に、被写体Hを引張試験機23にセットしない状態、もしくは被写体Hを引張試験機23ごと被写体台13から除いた状態で、第2格子15を移動させて被写体なしのモアレ縞画像(BG(Back Ground)モアレ縞画像と呼ぶ)をM枚(例えば、4枚)取得して記憶部55に記憶していることとする。
(Operation of inspection device 100)
Next, the operation of the
FIG. 5 is a flowchart showing the photographing process A executed in collaboration with the
撮影処理Aが開始されると、制御部51は、引張試験機23により荷重を付与する前の被写体Hの撮影を行う。
すなわち、制御部51は、カメラ21により被写体Hを撮影させ、撮影画像を取得する(ステップS1)。撮影画像には、画像を識別するための画像番号、撮影条件、撮影日時等が付帯される。
次いで、制御部51は、放射線源11、移動機構15a、放射線検出器16等を制御して、上述のタルボ効果を利用してモアレ縞画像を取得する撮影(タルボ撮影と呼ぶ)を行う。本実施形態においては、縞走査法により、格子(本実施形態では第2格子15)をスリット周期方向に移動させながらM枚の被写体有りのモアレ縞画像(被写体モアレ縞画像と呼ぶ)を取得する。そして、予め取得されたBG縞モアレ画像と、被写体モアレ縞画像に基づいて、再構成画像(小角散乱画像、微分位相画像、吸収画像)を生成する(ステップS2)。
When the photographing process A is started, the
That is, the
Next, the
再構成画像の生成は、例えば、まず、被写体モアレ縞画像に、オフセット補正処理、ゲイン補正処理、欠陥画素補正処理、X線強度変動補正等を施す。次いで、補正後の被写体モアレ縞画像及び構成画像生成用のBGモアレ縞画像に基づいて、再構成画像を生成する。吸収画像は、M枚の被写体モアレ縞画像の加算画像をM枚のBGモアレ縞画像の加算画像で割り算することにより生成される透過率画像を対数変換することにより生成される。微分位相画像は、被写体モアレ縞画像とBGモアレ縞画像のそれぞれについて縞走査法の原理を用いてモアレ縞の位相を計算することにより被写体有りの微分位相画像と被写体無しの微分位相画像をそれぞれ生成し、生成した被写体有りの微分位相画像から被写体無しの微分位相画像を減算することにより生成される。小角散乱画像は、被写体モアレ縞画像とBGモアレ縞画像のそれぞれについて縞走査法の原理を用いてモアレ縞のVisibilityを計算することにより(Visibility=振幅÷平均値)、被写体有りの小角散乱画像と被写体無しの小角散乱画像をそれぞれ生成し、生成した被写体有りの小角散乱画像を被写体無しの小角散乱画像で割り算することにより生成される(参照文献2;Timm Weitkamp,Ana Diazand,Christian David, franz Pfeiffer and Marco Stampanoni, Peter Cloetens and Eric Ziegler,X-ray Phase Imaging with a grating interferometer,OPTICSEXPRESS,Vol.13, No.16,6296-6004(2005)、参照文献3;Atsushi Momose, Wataru Yashiro, Yoshihiro Takeda, Yoshio Suzuki and Tadashi Hattori, Phase Tomography by X-ray Talbot Interferometry for Biological Imaging, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.45, No.6A, 2006, pp.5254-5262(2006)、参照文献4;F.Pfeiffer, M.Bech,O.Bunk, P.Kraft, E.F.Eikenberry, CH.Broennimann,C.Grunzweig, and C.David,Hard-X-ray dark-field imaging using a grating interferometer, nature materials Vol.7,134-137(2008)参照)。
再構成画像には、画像を識別するための画像番号、検査条件、タルボ撮影における撮影条件、撮影日時等が付帯される。
To generate a reconstructed image, for example, first, offset correction processing, gain correction processing, defective pixel correction processing, X-ray intensity fluctuation correction, etc. are performed on the subject moire fringe image. Next, a reconstructed image is generated based on the corrected subject moire fringe image and the BG moire fringe image for generating the constituent images. The absorption image is generated by logarithmically converting the transmittance image, which is generated by dividing the summation image of M subject moiré fringe images by the summation image of M BG moiré fringe images. The differential phase image is created by calculating the phase of the moire fringe using the principle of the fringe scanning method for each of the subject moire fringe image and the BG moire fringe image, thereby generating a differential phase image with the subject and a differential phase image without the subject, respectively. However, it is generated by subtracting the differential phase image without the subject from the generated differential phase image with the subject. The small-angle scattering image is created by calculating the visibility of the moire fringe using the principle of the fringe scanning method for each of the subject moire fringe image and the BG moire fringe image (Visibility = amplitude ÷ average value). It is generated by generating each small-angle scattering image without a subject and dividing the generated small-angle scattering image with a subject by the small-angle scattering image without a subject (
The reconstructed image is accompanied by an image number for identifying the image, inspection conditions, photography conditions for Talbot photography, photography date and time, and the like.
なお、ステップS1とS2の順序は逆であってもよいし、同時であってもよい。カメラ21で撮影画像を取得する目的は、被写体Hを目視で観察したのと同様の画像、すなわち、被写体Hの外観を可視化した画像を取得することによって、タルボ撮影により取得される小角散乱画像や微分位相画像と比較検討するためのものであり、タルボ撮影とできるだけ同じタイミングで撮影することが好ましい。
また、カメラ21は、静止画を撮影してもよいし、動画を撮影しても良い。動画を撮影する場合、動画のどのタイミングでタルボ撮影を行ったかが分かるような信号が同時に記録されていることが好ましい。例えば、タルボ撮影時に発光するインジケーターをカメラ21の視野内に配置し、被写体Hと同時に撮影しても良いし、動画に付帯される動画記録時のタイムスタンプと再構成画像に付帯されるタルボ撮影の時間を比較するなど、色々な方法が考えられる。また、カメラ21で撮影を行うのではなく、ステップS2でタルボ撮影に基づいて生成された吸収画像を小角散乱画像や微分位相画像との比較用の画像としてもよい。この場合は、ステップS1は省略できる。また、複数手段を用いて比較用の画像を取得しても良い。例えば、サーモグラフィー装置(温度分布画像取得手段)を別途備え、被写体Hの温度を変えるような場合は、サーモグラフィー装置で被写体Hの温度分布画像を同時に取得しても良い。
Note that the order of steps S1 and S2 may be reversed or may be performed simultaneously. The purpose of acquiring a photographed image with the
Further, the
次いで、制御部51は、ステップS1で取得した撮影画像(温度分布画像を取得した場合は温度分布画像も含む)、ステップS2で取得した再構成画像をステップS1、S2の撮影時に引張試験機23により被写体Hに与えた負荷の値に対応付けて記憶部55に記憶させる(ステップS3)。なお、負荷の値としては、荷重そのものの値であってもよいし、引張試験機23における被写体Hを保持する冶具であるクランプの移動距離(引張長さ、引張伸び量に対応)であってもよいし、その両方でもよい。また、応力の値であってもよい。
Next, the
次いで、制御部51は、処理の終了条件を満たしたか否かを判断する(ステップS4)。処理の終了条件としては、例えば、
・引張試験機23の荷重が目標値に達した
・引張試験機23の引張長さが目標値に達した
・被写体Hが破断した
・異常発生(例えば、固定が不十分で被写体Hが引張試験機23から外れてしまった等)・所定の繰り返し回数の試験が終了した
などが挙げられる。
Next, the
・The load of the
被写体Hが破断したか否かは、例えば、ユーザーにより、破断を検知したことを示す操作部52の所定の操作が行われたか否か(例えば、破断を検知した場合に押下するためのボタンを設けておき、そのボタンが押下されたか否か等)により判断してもよいし、タルボ撮影に基づいて生成された再構成画像を解析することにより判断してもよい。あるいは、引張試験機23において一定距離引っ張ったのに荷重が増えない、逆に減少してしまう等から破断が起こったことを判断しても良い。
また、異常が発生したか否かは、例えば、ユーザーにより、異常を検知したことを示す操作部52の所定の操作が行われたか否か(例えば、異常を検知した場合に押下するためのボタンを設けておき、そのボタンが押下されたか否か等)により判断してもよいし、タルボ撮影に基づいて生成された再構成画像を解析することにより判断してもよい。あるいは、引張試験機23の荷重が減少し、設定値以下になった等から異常が発生したことを判定してもよい。
Whether or not the subject H has been broken can be determined by, for example, whether or not the user has performed a predetermined operation on the
Further, whether or not an abnormality has occurred can be determined by, for example, whether or not the user has performed a predetermined operation on the
処理の終了条件を満たしていないと判断した場合(ステップS4;NO)、制御部51は、検査条件に基づいて、引張試験機23の荷重もしくは引張長さの設定変更を行い、引張試験機23により被写体Hに与える荷重を変化させる(ステップS5)。
If it is determined that the processing termination conditions are not satisfied (step S4; NO), the
次いで、制御部51は、引張試験機23の荷重もしくは引張長さが設定値になったか否かを判断する(ステップS6)。
ここで、引張試験機23は、ロードセル等の力を検出する力センサーを備え、この力センサーにより被写体Hに与えた荷重を測定して制御部51に出力している。また、引張試験機23は、被写体Hを保持する冶具であるクランプの移動距離を測定するセンサーを備え、このセンサーにより測定された移動距離を制御部51に出力している。制御部51は、これらのセンサーにより測定された荷重や移動距離に基づいて、ステップS6の判断を行う。
Next, the
Here, the
引張試験機23が被写体Hに与えた荷重もしくは引張長さが設定値になっていないと判断した場合(ステップS6;NO)、制御部51は、荷重もしくは引張長さが設定値になるまで待機する。
引張試験機23が被写体Hに与えた荷重もしくは引張長さが設定値になったと判断した場合(ステップS6;YES)、制御部51は、ステップS7に移行する。
なお、引張試験機23の設定値を荷重で設定する場合、設定値に到達したらその後停止する設定と、設定値に到達した後も設定値の荷重を常に保持し続けるように、引張長さを微調整し続ける設定の2種類がある。後者の場合、クリープ現象(物体に持続応力が作用すると、時間の経過とともに歪みが増大する現象)が大きな被写体Hの場合、引張長さが徐々に長くなってしまう。その場合、被写体Hの変形がどんどん大きくなる、つまり伸び続けることとなり、タルボ撮影時に画像がぼけてしまう、ひどい場合には画像が再構成できなくなり撮影に失敗する恐れがある。そのため、タルボ撮影と組み合わせる場合は、荷重が設定値に到達したら引張試験機23のクランプの移動を停止する設定を用いることが好ましい。
If the
If it is determined that the load or tensile length applied to the subject H by the
In addition, when setting the set value of the
ステップS7において、制御部51は、放射線源11の管球の温度が予め定められた基準より低いか否かを判断する(ステップS7)。
放射線源11の管球の温度が予め定められた基準より低くないと判断した場合(ステップS7;NO)、制御部51は、放射線源11の管球の温度が予め定められた基準より低くなるまで待機する。
放射線源11によりX線を照射した結果、放射線源11の管球内部の陽極の温度が高くなった場合は、冷却されて温度が基準の値より下がるまで、次のX線照射を待つ必要がある。放射線源11の管球の温度が予め定められた基準より低いか否かは、例えば、放射線源11に設けられた温度計の値により判断してもよいし、放射線源11に設定した電力と時間に基づいて管球の温度を予測して判断してもよい。また、冷却能力が高い、あるいは連続でX線を照射できる放射線源11など、X線を長時間照射しても内部の温度が高くならず、冷却のための待ち時間が不要な場合は、このプロセスは不要である。
In step S7, the
If it is determined that the temperature of the tube of the
If the temperature of the anode inside the tube of the
放射線源11の管球の温度が予め定められた基準より低いと判断した場合(ステップS7;YES)、制御部51は、被写体Hの変形が安定したか否かを判断する(ステップS8)。
ここで、設定どおりに引張試験機23による荷重の付与(クランプの移動)が完了しても、実際には、応力緩和により被写体Hの応力は徐々に減少していく。図6に、応力緩和の様子を示す。図6において、横軸は時間、縦軸は応力を示す。矢印のタイミングで引張試験機23の設定値が変更され、被写体Hの応力が大きくなっている。局所ピークの時点で引張試験機23の荷重の付与(クランプの移動)は終了しているが、その後徐々に応力が減少している様子が分かる。これは、引張試験機23は動いていないが、被写体Hが徐々に伸びた結果、応力が減少していることを示している。この時、被写体Hは徐々に変形しており、この応力緩和による変形が大きく生じているタイミング(≒応力が大きく減少しているタイミング。図6のグラフの傾きが大きいタイミング。)でタルボ撮影を行っても、画像がぼけるあるいは撮影に失敗してしまう。そこで被写体Hの変形が安定している(≒応力の変化が小さい、飽和している。例えば、図6のグラフの傾きの絶対値が所定の閾値以下である。)ことを応力値の変化やカメラ21の画像などで確認してから、次のステップであるカメラ撮影、タルボ撮影に進むことが望ましい。
なお、応力(N/m2=Pa)は、引張試験機23から出力される荷重(N)と被写体Hの断面積から算出することができる。
When determining that the temperature of the tube of the
Here, even if the application of load (movement of the clamp) by the
Note that the stress (N/m 2 =Pa) can be calculated from the load (N) output from the
被写体Hの変形が安定していないと判断した場合(ステップS8;NO)、制御部51は、被写体Hの変形が安定するのを待機する。
被写体Hの変形が安定したと判断した場合(ステップS8;YES)、制御部51は、ステップS1に戻り、撮影を行う。
制御部51は、終了条件を満たすまで上述のステップを繰り返し実行し、終了条件を満たしたと判断したと判断した場合(ステップS4;YES)、撮影処理Aを終了する。
If it is determined that the deformation of the subject H is not stable (step S8; NO), the
If it is determined that the deformation of the subject H has stabilized (step S8; YES), the
The
上記第1の実施形態の有効性を検証するため、(実施例1)~(実施例3)の撮影を行った。
(実施例1)~(実施例3)においては、検査装置100において、試験片を被写体Hとして引張試験をしながらタルボ撮影を行い、得られた再構成画像から引張試験の最中に被写体Hの内部でどのようにマイクロクラックなどが成長していくのかを評価した。具体的には、被写体Hを引張試験機23にセットして図5の撮影処理Aを実行し、被写体Hに引張荷重を付与し、変形が安定したらタルボ撮影を行って再構成画像を生成する、という工程を複数回繰り返した。なお、図5のステップS1は省略し、比較用として吸収画像を用いた。
引張試験機23としては、英国DEBEN社製小型引張試験機を用いた。使用した引張試験
機は、被写体Hを両側から引っ張るようになっている。被写体Hとしては、3Dプリンターでダンベル形状に作製したABS樹脂などを用いた。(実施例1)~(実施例3)は、使用した試験片及び検査条件(荷重等)が異なっている。以下、各実施例について説明する。
In order to verify the effectiveness of the first embodiment, (Example 1) to (Example 3) were photographed.
In (Example 1) to (Example 3), Talbot photography is performed in the
As the
(実施例1)
3DプリンターでABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂を用いて試験片を
作製し、これを被写体Hとして撮影処理Aの手順で引張試験をしながらタルボ撮影を実施した。
図7に、試験片の形状(寸法)を示す。厚さは3mmである。また、図8に、実施例1における引張試験による被写体Hの引張伸び量と応力のグラフを示す。図9に、実施例1におけるタルボ撮影により得られた吸収画像、小角散乱画像、微分位相画像を時系列に並べて示す。
(Example 1)
A test piece was produced using ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) resin using a 3D printer, and Talbot photography was performed while performing a tensile test using this as a subject H in the procedure of photography process A.
FIG. 7 shows the shape (dimensions) of the test piece. The thickness is 3 mm. Further, FIG. 8 shows a graph of the amount of tensile elongation and stress of the subject H in the tensile test in Example 1. FIG. 9 shows an absorption image, a small-angle scattering image, and a differential phase image obtained by Talbot imaging in Example 1, arranged in chronological order.
図9に示すように、一般的なX線画像と同等の吸収画像では、(5)の亀裂が発生する段階、あるいは(6)の破断に至るまでほとんど変化が見られないのに対して、小角散乱画像では、破断に至る前の(2)の段階で、矢印で示すように、被写体Hの左右の端部分に白い筋が複数見られていることが分かる。また、(3)、(4)と引張長さを増やすことで、さらに、白い筋が端から内部に伸びていくとともに、新たに白い筋が表れている様子が分かる。小角散乱画像で白く映っている領域(高信号の領域)は、周囲に比べて散乱が大きいことを意味しており、これは被写体H内部に微小なクラック・ボイドなどが発生し、それによる散乱をとらえていると考えられる。(3)→(4)→(5)と引張伸び量を増やすに伴って、小角散乱画像で白く映っている領域の白さが増している(信号の強度が増加している)。これは、同じ場所でもよりクラック・ボイドが大きくなって散乱が強くなっていることを表しており、小角散乱画像を観察することで劣化の程度も判断できることが分かる。(4)の段階では、吸収画像でも被写体H左下のクラックは見えつつあるが、小角散乱画像では、それ以外の部分の劣化も捉えており、小角散乱画像の有効性を示している。最終的には、(5)に示すように、小角散乱画像では被写体Hの上下の端部から伸びてきた白い筋がつながって、(6)に示すように破断に至っている様子が分かる。微分位相画像でも、矢印で示すように、わずかにクラックの様子は捉えられているが、小角散乱画像ほど顕著ではない。
実施例1においては、タルボ撮影特有の小角散乱画像によって、破断に至る前の段階から被写体Hが劣化していく様子が捉えられており、引張試験を行いつつタルボ撮影を行って小角散乱画像を取得することにより、材料の劣化のメカニズムの検討や、より強い材料・構造の検討に有用な情報を得ることが可能となるということが確認された。
また、(6)の破断後の小角散乱画像を見ても破断個所以外に信号が強い場所が複数あり、これらの場所では破断には至っていないが内部では劣化が進行していると考えられる。すなわち、破断後の小角散乱画像を観察することにより、破断部以外に被写体Hのどの部分が劣化しているかについてもユーザーが認識することが可能となることが確認された。
As shown in Figure 9, in the absorption image equivalent to a general X-ray image, almost no change is seen up to the stage of crack generation (5) or rupture (6). In the small-angle scattering image, it can be seen that at the stage (2) before the fracture occurs, a plurality of white streaks are seen at the left and right end portions of the subject H, as shown by the arrows. Moreover, by increasing the tensile length as in (3) and (4), it can be seen that the white streaks further extend from the ends to the inside, and that new white streaks appear. The white area (high signal area) in the small-angle scattering image means that the scattering is large compared to the surrounding area. It is thought that it captures the (3)→(4)→(5) As the amount of tensile elongation increases, the whiteness of the white region in the small-angle scattering image increases (signal intensity increases). This indicates that the cracks and voids have become larger and the scattering has become stronger even at the same location, and it can be seen that the degree of deterioration can be determined by observing the small-angle scattering image. At stage (4), the crack at the lower left of the subject H is becoming visible in the absorption image, but the small-angle scattering image also captures deterioration in other parts, demonstrating the effectiveness of the small-angle scattering image. Finally, as shown in (5), in the small-angle scattering image, it can be seen that the white streaks extending from the upper and lower ends of the subject H are connected, and as shown in (6), it appears that the white streaks are broken. The differential phase image also shows a slight crack, as shown by the arrow, but it is not as noticeable as the small-angle scattering image.
In Example 1, the deterioration of the subject H is captured from the stage before fracture using small-angle scattering images unique to Talbot imaging, and the small-angle scattering images were obtained by performing Talbot imaging while performing a tensile test. It was confirmed that by acquiring this information, it is possible to obtain useful information for studying the mechanism of material deterioration and for considering stronger materials and structures.
Furthermore, looking at the small-angle scattering image after the fracture (6), there are multiple locations where the signal is strong other than the fracture location, and although fracture has not yet occurred in these locations, it is thought that deterioration is progressing inside. That is, it has been confirmed that by observing the small-angle scattering image after the fracture, the user can also recognize which part of the subject H has deteriorated in addition to the fracture.
(実施例2)
3DプリンターでPLA(ポリ乳酸)樹脂を使って試験片を作製し、これを被写体Hとして撮影処理Aの手順で引張試験をしながらタルボ撮影を実施した。被写体Hの形状(寸法)は、図7に示すものと同様である。図10に、実施例2における引張試験による被写体Hの引張伸び量と応力のグラフを示す。図11に、実施例2におけるタルボ撮影により得られた吸収画像、小角散乱画像、微分位相画像を時系列に並べて示す。
(Example 2)
A test piece was produced using a 3D printer using PLA (polylactic acid) resin, and Talbot photography was performed using this as a subject H while performing a tensile test in the procedure of photography process A. The shape (dimensions) of the subject H is similar to that shown in FIG. FIG. 10 shows a graph of the amount of tensile elongation and stress of the subject H in the tensile test in Example 2. FIG. 11 shows an absorption image, a small-angle scattering image, and a differential phase image obtained by Talbot imaging in Example 2, arranged in chronological order.
図11に示すように、実施例1と同様に、一般的なX線画像である吸収画像では亀裂・破断が発生する(5)の段階まで画像に変化が見られないのに対して、小角散乱画像ではその前の(3)や(4)の段階から、被写体Hの上下端部に白い筋が複数見えている(図3の矢印参照)。この白い筋の部分にマイクロクラックが発生していると考えられ、小角散乱画像では、劣化が始まる様子を吸収画像より早い段階でとらえていることが分かる。また、小角散乱画像では、(4)→(5)→(6)→(7)と引張伸び量を増やすにしたがって白い筋が進展して破断に至っている様子が見られる。さらに、破断後の(8)の小角散乱画像においては、破断場所以外にも白く映っている領域が見られ、破断した場所以外においても劣化が進展していると考えられる。
すなわち、実施例1と材料の異なる実施例2の被写体Hについても、タルボ撮影特有の小角散乱画像によって、破断に至る前の段階から被写体Hが劣化していく様子が捉えられており、引張試験を行いつつタルボ撮影を行って小角散乱画像を取得することにより、材料の劣化のメカニズムの検討や、より強い材料・構造の検討に有用な情報を得ることが可能となることが確認された。また、破断後の小角散乱画像を観察することにより、破断部以外に被写体Hのどの部分が劣化しているかについてもユーザーが認識することが可能となることが確認された。
As shown in FIG. 11, similar to Example 1, in the absorption image, which is a general In the scattering image, a plurality of white streaks are visible at the upper and lower ends of the subject H from the previous stages (3) and (4) (see the arrows in FIG. 3). Microcracks are thought to have occurred in these white streaks, and it can be seen that the small-angle scattering image captures the onset of deterioration at an earlier stage than the absorption image. Furthermore, in the small-angle scattering image, it can be seen that as the amount of tensile elongation increases (4) → (5) → (6) → (7), white streaks develop and breakage occurs. Furthermore, in the small-angle scattering image (8) after the fracture, white regions can be seen in areas other than the fracture location, and it is thought that deterioration has progressed in areas other than the fracture location.
In other words, even for the object H of Example 2, which is made of a different material from Example 1, the small-angle scattering image unique to Talbot photography captures the deterioration of the object H even before it breaks, and the tensile test It was confirmed that by performing Talbot imaging and acquiring small-angle scattering images while performing this, it is possible to obtain useful information for studying the mechanism of material deterioration and for studying stronger materials and structures. Furthermore, it has been confirmed that by observing the small-angle scattering image after the fracture, the user can also recognize which part of the subject H has deteriorated in addition to the fracture.
(実施例3)
CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)板(厚さ1mm)で試験片を作製し、これを被写体Hとして引張試験をしながらタルボ撮影を実施した。
図12に、試験片の形状(寸法)を示す。厚さは1mmである。また、図13に、実施例3における引張試験による試験片の引張伸びと応力のグラフを示す。図14に、実施例3におけるタルボ撮影により得られた吸収画像、小角散乱画像、微分位相画像を時系列に並べて示す。
(Example 3)
A test piece was prepared from a CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) plate (thickness: 1 mm), and Talbot photography was performed while performing a tensile test using this as a subject H.
FIG. 12 shows the shape (dimensions) of the test piece. The thickness is 1 mm. Further, FIG. 13 shows a graph of the tensile elongation and stress of the test piece in the tensile test in Example 3. FIG. 14 shows an absorption image, a small-angle scattering image, and a differential phase image obtained by Talbot imaging in Example 3, arranged in chronological order.
図14に示すように、実施例1、2と同様に、吸収画像では破断が発生する(8)の段階まで画像に変化が見られないのに対して、小角散乱画像では、破断する前の段階から亀裂が入っている様子が見られる。例えば、(2)の小角散乱画像を見ると、矢印で示した部分に白い縦筋が発生しており、マイクロクラックが発生していると考えられる。また、(3)→(4)と引張伸び量を増やすにしたがって試験片の白い縦筋が増加し、さらには、(5)において矢印で示すように試験片の細く削った部分だけでなく、幅が広い部分にも白い縦筋が発生し、(6)においてその数が増加し、最終的に破断に至っている。(8)の破断した後の小角散乱画像においても、白い筋が残存しており、このような場所は破断はしていないが劣化しており強度的に弱いと考えられる。
すなわち、実施例1、2と材料の異なる実施例3の試験片についても、タルボ撮影特有の小角散乱画像によって、破断に至る前の段階から被写体Hの内部が劣化していく様子が捉えられており、引張試験を行いつつタルボ撮影を行って小角散乱画像を取得することにより、材料の劣化のメカニズムの検討や、より強い材料・構造の検討に有用な情報を得ることが可能となることが確認された。また、破断後の小角散乱画像を観察することにより、破断部以外に試験片のどの部分が劣化しているかについてもユーザーが認識することが可能となることが確認された。
As shown in FIG. 14, similar to Examples 1 and 2, the absorption image shows no change in the image up to the stage (8) when rupture occurs, whereas the small-angle scattering image shows the state before rupture. You can see that there are cracks starting from the stage. For example, looking at the small-angle scattering image (2), white vertical streaks appear in the area indicated by the arrow, which is thought to indicate microcracks. In addition, as the tensile elongation amount increases from (3) to (4), the number of white vertical streaks on the test piece increases, and furthermore, as shown by the arrow in (5), not only the thinly shaved part of the test piece but also White vertical stripes also occur in the wide portions, and their number increases in (6), eventually leading to breakage. Even in the small-angle scattering image after the fracture (8), white streaks remain, and although such a location has not fractured, it is considered to be deteriorated and weak in strength.
In other words, even for the test piece of Example 3, which is made of a different material from Examples 1 and 2, the small-angle scattering image unique to Talbot photography captures the deterioration of the inside of the object H even before it breaks. Therefore, by performing Talbot imaging and acquiring small-angle scattering images while performing a tensile test, it is possible to obtain useful information for studying the mechanism of material deterioration and for studying stronger materials and structures. confirmed. Furthermore, it was confirmed that by observing the small-angle scattering image after the fracture, the user can also recognize which parts of the test piece are degraded in addition to the fracture part.
このように、第1の実施形態の検査装置100の構成及び動作によれば、大掛かりな装置を使用することなく、被写体Hに負荷を与えたときの、従来の吸収X線画像では見えないような被写体内部の変化を、より短い撮影時間でより広い視野で取得して観察することが可能となる。
As described above, according to the configuration and operation of the
以下、第1の実施形態の変形例について説明する。 Modifications of the first embodiment will be described below.
(画像解析による内部応力推定)
検査装置100の制御部51は、上記第1の実施形態の撮影処理Aで得られる一連の撮影画像又は再構成画像(吸収画像、小角散乱画像、微分位相画像)を解析して、特徴的な点を複数抽出し、被写体Hに荷重を与えたときの特徴点間の距離の変化から、被写体内部に生じた応力の強さやその分布を演算して数値化したり、さらには、それらを画像化したりして、表示部53に表示させても良い。
(Internal stress estimation by image analysis)
The
例えば、実施例2の場合なら、制御部51は、図11に示す複数の吸収画像、小角散乱画像、又は微分位相画像のそれぞれで見られる網目模様の交点1つ1つの位置や、小角散乱画像で捉えられたマイクロクラックを反映したと考えられる白い筋の位置を特徴点として抽出して各画像で数値化し(例えば、位置の座標情報を取得し)、各特徴点間の距離を演算する。次に、各引張ステップと引張前、もしくは前のステップ(1つ前でも、もっと
前でも良い)の各特徴点間の相対距離の変化を演算することで、各引張ステップにおける
被写体H内部の伸び量の大小を数値化する。この伸び量は、被写体H内部の歪量に対応する。歪量の大きさは、その部分に加わっている応力に対応するので、被写体H内部の歪量を内部応力として推定することができる。または、別途計測した、あるいは材料メーカーから入手した被写体Hの材料の伸び量と応力の関係を予め記憶部55に記憶しておき、画像から演算した伸び量と、記憶部55に記憶されている伸び量と応力の関係に基づいて、被写体Hの各点間の内部応力を推定してもよい。このようにして推定された被写体Hの各特徴点間の内部応力の分布から、制御部51は、内部応力がどの部分で強く発生しているかを特定することができる。また、被写体Hの内部応力の分布をCADモデルのシミュレーション結果などと比較することで、設計の確からしさ、どのぐらいの応力が生じたときにマイクロクラックが発生するのか、あるいは破断時の応力などを解析することができる。
For example, in the case of Example 2, the
引張試験で得られた一連の再構成画像のうち、いくつかの引張ステップの画像だけを使って上記計算を行っても良い。例えば、図11に示す画像であれば、引張前の(1)と、(3)、(5)、(7)だけを使って内部応力の分布を演算しても良い。
また、被写体H、もしくは検査装置100のどちらかを回転させて複数角度からタルボ撮影(タルボCT撮影)を行うことで3D画像を取得し、その3D画像をもとに上記演算を行っても良い。その場合、歪量(応力)の2次元面内分布ではなく、3次元分布を取得することができ、破壊メカニズムの解析やシミュレーション結果との比較をより詳細に行うことが可能となる。
上記演算結果の表示方法として、数値データで表示する以外に、歪量や応力の大小を色や矢印で示した歪分布画像や応力分布画像を作成しても良い。そして、歪分布画像や応力分布画像をカメラ21により取得された撮影画像や再構成画像に重ねて表示しても良い。歪分布画像や応力分布画像において、歪量の数値データの大きい箇所をアノテーション等により強調表示することとしてもよい。
The above calculation may be performed using only images of some tensile steps out of a series of reconstructed images obtained in the tensile test. For example, in the case of the image shown in FIG. 11, the internal stress distribution may be calculated using only (1), (3), (5), and (7) before tension.
Alternatively, a 3D image may be obtained by rotating either the subject H or the
As a method of displaying the above calculation results, in addition to displaying numerical data, a strain distribution image or a stress distribution image may be created in which the magnitude of strain and stress is indicated by color or arrow. Then, the strain distribution image and the stress distribution image may be displayed superimposed on the photographed image and the reconstructed image acquired by the
上述の解析の対象となる再構成画像としては、例えば、図15に示すように、繊維を含む被写体Hをタルボ撮影することにより得られた再構成画像を用いても良い。図15は、CFRTP(Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics:熱可塑性炭素繊維強化プラスティック)をタルボ撮影することにより得られた再構成画像を示す図である。図15の(a)は吸収画像、(b)は微分位相画像、(c)は小角散乱画像である。図15(a)~(c)に示すように、吸収画像では見えない内部の繊維が、微分位相画像や小角散乱画像では可視化できていることが分かる。このような、内部の繊維が可視化された、微分位相画像や小角散乱画像から繊維の特徴点を複数抽出して、上述のように、各引張ステップと引張前あるいは前のステップの各特徴点間の相対距離の変化を演算して演算結果を表示することで、各引張ステップにおける被写体Hの内部の歪量を可視化することができる。図15に示す画像は2Dで撮影した結果であるが、被写体Hを複数の方向からタルボ撮影する(タルボCT撮影する)ことにより3D画像を取得して、被写体Hの内部の歪量を3次元で求めても良い。取得した各特徴点の歪量≒応力の値は、カメラ撮影やタルボ撮影などの一連の撮影によって得られた2D画像や3D画像上に、歪量や応力に応じた矢印の向き、長さ、色、それらの組み合わせを重畳して歪分布画像や応力分布画像を作成して表示しても良い。歪分布画像や応力分布画像において、歪量の数値データの大きい箇所をアノテーション等により強調表示することとしてもよい。 As the reconstructed image to be analyzed above, for example, as shown in FIG. 15, a reconstructed image obtained by Talbot photography of a subject H including fibers may be used. FIG. 15 is a diagram showing a reconstructed image obtained by Talbot imaging of CFRTP (Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics). In FIG. 15, (a) is an absorption image, (b) is a differential phase image, and (c) is a small-angle scattering image. As shown in FIGS. 15(a) to (c), it can be seen that internal fibers that cannot be seen in the absorption image can be visualized in the differential phase image and the small-angle scattering image. Multiple characteristic points of the fiber are extracted from such differential phase images and small-angle scattering images in which the internal fibers are visualized, and as described above, between each characteristic point of each tension step and the step before or before tension. By calculating the change in the relative distance of and displaying the calculation result, it is possible to visualize the amount of strain inside the subject H at each pulling step. Although the image shown in FIG. 15 is the result of 2D imaging, a 3D image is obtained by performing Talbot imaging of the object H from multiple directions (Talbot CT imaging), and the amount of distortion inside the object H is measured in 3D. You can also ask for it. The value of the amount of strain ≒ stress of each acquired feature point is determined by the direction and length of the arrow corresponding to the amount of strain and stress, on the 2D image or 3D image obtained by a series of shots such as camera shooting or Talbot shooting. A strain distribution image or a stress distribution image may be created and displayed by superimposing colors or combinations thereof. In the strain distribution image or the stress distribution image, locations with large numerical data of the amount of strain may be highlighted by annotation or the like.
また、内部にマイクロボイドが発生している被写体Hをタルボ撮影すると、吸収画像では見えない内部の微小なボイドを反映したと考えられる信号が小角散乱画像や微分位相画像で可視化される。図16は、2つのアルミダイキャスト部品を並べてタルボ撮影した画像であり、(a)は吸収画像、(b)は微分位相画像、(c)は小角散乱画像である。図16(b)、(c)では、(a)の吸収画像では写っていない、微小なマイクロボイドを反映したと考えられる信号が捉えられている。そこで、微分位相画像や小角散乱画像のマイクロボイドを反映したと考えられる信号の箇所を特徴点として複数の特徴点を抽出し、各特徴点間の相対距離の変化を演算して、演算結果を表示してもよい。これにより、被写体内部の歪量を可視化できる。この場合も同様に、被写体Hを複数の方向からタルボ撮影する(タルボCT撮影する)ことにより3D画像を取得して、被写体Hの内部の歪量を3次元で求めても良い。また、取得した各特徴点の歪量≒応力の値は、カメラ撮影やタルボ撮影などの一連の撮影によって得られた2D画像や3D画像上に、歪量や応力に応じた矢印の向き、長さ、色、それらの組み合わせを重畳して歪分布画像や応力分布画像を作成して表示しても良い。歪分布画像や応力分布画像において、歪量の数値データの大きい箇所をアノテーション等により強調表示することとしてもよい。 Furthermore, when a subject H with internal microvoids is subjected to Talbot imaging, signals that are thought to reflect internal microvoids that cannot be seen in absorption images are visualized in small-angle scattering images and differential phase images. FIG. 16 shows images taken by Talbot imaging of two aluminum die-cast parts side by side, in which (a) is an absorption image, (b) is a differential phase image, and (c) is a small-angle scattering image. In FIGS. 16(b) and 16(c), signals thought to reflect minute microvoids, which are not captured in the absorption image in FIG. 16(a), are captured. Therefore, we extracted multiple feature points using signal points that are thought to reflect microvoids in differential phase images and small-angle scattering images, calculated changes in the relative distance between each feature point, and calculated the calculation results. May be displayed. This makes it possible to visualize the amount of distortion inside the subject. In this case, similarly, a 3D image may be acquired by performing Talbot imaging of the subject H from a plurality of directions (Talbo CT imaging), and the amount of distortion inside the subject H may be determined in three dimensions. In addition, the value of the amount of strain ≒ stress for each feature point obtained can be determined by the direction and length of the arrow corresponding to the amount of strain and stress on the 2D image or 3D image obtained by a series of shootings such as camera shooting or Talbot shooting. A strain distribution image or a stress distribution image may be created and displayed by superimposing color, color, or a combination thereof. In a strain distribution image or a stress distribution image, a portion where the numerical data of the amount of strain is large may be highlighted by annotation or the like.
(画像解析による内部応力推定の実施例)
ここで、実施例2で得られた図11に示す(1)~(4)の小角散乱画像を用いて、上述の画像解析による内部応力推定を行った。具体的な処理は、以下の通りである。
・まず、図11の(1)~(4)の各小角散乱画像を画像処理ソフト(Media Cybernetics社製 Image-Pro Plus)で画像処理して、各画像ごとに、特徴点(ここでは、網目で囲まれた黒い領域の重心)の座標を抽出した。その際、特徴点が正しく抽出できるように、画像のコントラスト、ブライトネス、抽出時の画素値の閾値、抽出する特徴点の形状などを指定した。
・次いで、(1)~(4)の小角散乱画像において、特徴点間の距離を算出し、(2)~(4)の各特徴点間の距離が引張前の(1)のそれと比べてどのくらい変化したか(相対距離の変化)を(式1)により算出した。
(引張後の特徴点間の距離-引張前の特徴点間の距離)/引張前の特徴点間の距離
・・・(式1)
ここで、特徴点間の距離が変化するのは、被写体Hを引っ張ったことにより特徴点が移動したためである。すなわち、(式1)の値は、引張による被写体内部の各特徴点間の歪量に対応する。
・次いで、被写体H内の各場所ごとに歪量を対応するグレースケールで表示した画像(歪分布画像)を作成した。
(Example of internal stress estimation using image analysis)
Here, using the small-angle scattering images (1) to (4) shown in FIG. 11 obtained in Example 2, the internal stress was estimated by the image analysis described above. The specific processing is as follows.
・First, each of the small-angle scattering images (1) to (4) in Figure 11 is processed using image processing software (Image-Pro Plus, manufactured by Media Cybernetics), and feature points (here, mesh The coordinates of the center of gravity of the black area surrounded by are extracted. At that time, we specified the contrast and brightness of the image, the pixel value threshold at the time of extraction, the shape of the feature points to be extracted, etc. so that the feature points could be extracted correctly.
・Next, calculate the distance between the feature points in the small-angle scattering images (1) to (4), and compare the distance between each feature point in (2) to (4) with that in (1) before tensioning. The amount of change (change in relative distance) was calculated using (Equation 1).
(Distance between feature points after tension - Distance between feature points before tension)/Distance between feature points before tension... (Formula 1)
Here, the distance between the feature points changes because the feature points are moved by pulling the subject H. That is, the value of (Equation 1) corresponds to the amount of distortion between each feature point inside the subject due to tension.
- Next, an image (strain distribution image) was created in which the amount of distortion was displayed in the corresponding gray scale for each location within the subject H.
図17は、図11の(1)~(4)の各小角散乱画像と、上記画像解析により生成された(2)~(4)に対応する歪分布画像を並べて示した図である。なお、歪分布画像には、歪量とグレースケールとの対応関係を示すスケールバーが表示されている。
図17に示す歪分布画像には濃淡が見られ、場所ごとに歪量が異なっていることが分かる。歪の大きさは、その部分に加わっている応力に対応するので、歪分布画像は、応力分布を可視化している応力分布画像であると考えることもできる。(2)→(3)→(4)と引張伸び量が大きくなるにしたがって、歪の絶対値が増加していることが、下のスケールバーの最大値が大きくなっていることから分かる。歪が強い部分(歪分布画像で白くなっている場所付近)と、小角散乱画像で白い筋が現れている場所(マイクロクラックが発生していると考えられる場所)がおおよそ対応していることが確認できる。
FIG. 17 is a diagram showing each of the small-angle scattering images (1) to (4) in FIG. 11 side by side with the strain distribution images corresponding to (2) to (4) generated by the above image analysis. Note that a scale bar indicating the correspondence between the amount of distortion and the gray scale is displayed on the distortion distribution image.
The strain distribution image shown in FIG. 17 shows shading, and it can be seen that the amount of strain differs from place to place. Since the magnitude of strain corresponds to the stress applied to that part, the strain distribution image can also be considered to be a stress distribution image that visualizes the stress distribution. As the tensile elongation amount increases (2) → (3) → (4), it can be seen that the absolute value of strain increases as the maximum value of the lower scale bar increases. It can be seen that the areas with strong distortion (near the white areas in the strain distribution image) and the areas where white streaks appear in the small-angle scattering image (locations where microcracks are thought to have occurred) roughly correspond. You can check it.
以上より、上述の画像解析によって、マイクロクラックが発生するときに被写体H内部でどのような歪分布(応力分布)が生じているのかを可視化することができ、破壊メカニズムを考察する上で有用な情報を得ることができることが確認できた。
なお、上記実施例では、小角散乱画像と歪分布を別々に表示したが、重ねて表示しても良いし、濃淡表示以外にカラー表示や矢印で表示しても良い。
From the above, the image analysis described above makes it possible to visualize what kind of strain distribution (stress distribution) occurs inside the object H when microcracks occur, which is useful when considering the fracture mechanism. It was confirmed that the information could be obtained.
In the above embodiment, the small-angle scattering image and the strain distribution are displayed separately, but they may be displayed in an overlapping manner, or may be displayed in color or with arrows in addition to gradation.
(配向状態の可視化)
内部に繊維状のものが含まれている被写体Hと格子(マルチスリット12、第1格子14及び第2格子15)の相対角度を変えながらタルボ撮影した複数の画像を解析することで、被写体Hの内部の繊維配向を可視化できることが知られている。
そこで、例えば、検査装置100において、放射線照射軸を中心として引張試験機23を回転させる(すなわち、引張試験機23にセットされた被写体Hを回転させる)回転機構(例えば、回転ステージ等)を備える。あるいは、引張試験機23を固定して、引張試験機23を除く検査装置100装置全体を放射線照射軸を中心として回転させる機構を備える。そして、制御部51は、上述の撮影処理Aにおける引張試験機23の各引張ステップにおいて、回転機構を制御して被写体Hもしくは検査装置100(格子)を回転させながら、複数回、例えば格子と被写体の相対角度が0度、60度、120度の3回撮影し、その画像を解析する。例えば、微分位相画像及び小角散乱画像において、格子のスリット延在方向(y方向)と平行な方向に配向した物質は強い信号で表されるが、格子のスリット延在方向と直交する方向に配向した物質は弱い信号で表されるという特徴がある。そのため、撮影時の格子に対する被写体Hの向きによって、被写体の同じ個所を表す画素の信号値が変化する。そこで、格子に対する被写体Hの相対角度を変えて複数回撮影することにより得られた微分位相画像又は小角散乱画像を解析し、被写体Hの同じ個所が写っている対応する画素において信号値がピーク(最大)となる相対角度を求めることで、被写体Hに含まれる繊維等の配向方向を可視化することができる。
このように、引張試験を行いながら各引張ステップで被写体Hと格子の相対角度を変えて複数のタルボ撮影を行って得られた画像を解析することで、引張を行っているときに内部の繊維の状態がどのように変化しているか、その変化とマイクロクラックの発生や進展の様子、さらには繊維の様子等も可視化することができ、材料・デバイス開発に有効なデータを取得することができる。
(Visualization of orientation state)
By analyzing multiple images taken with Talbot while changing the relative angle between the object H, which contains fibrous materials, and the gratings (
Therefore, for example, the
In this way, by analyzing the images obtained by performing multiple Talbot shots while changing the relative angle between the subject H and the grid at each tension step while performing a tension test, we were able to detect the internal fibers during tension. It is possible to visualize how the state of the fibers is changing, the occurrence and progress of microcracks, and even the state of the fibers, making it possible to obtain data that is useful for material and device development. .
(弾性変形と塑性変形の識別)
制御部51は、上記撮影処理Aにより取得された画像を解析して、被写体内部で弾性変形が起こった部分及び塑性変形が起こった部分を識別してもよい。
この場合、引張試験前の画像(例えば、実施例2の(1)の再構成画像のいずれか)と破断後の画像(例えば、実施例2の(8)の再構成画像のいずれか)を比較する。上述の(画像解析による内部応力推定)において説明したような特徴点間の距離が(1)と(8)でほぼ同じであれば、破断して応力がゼロになったことによって、元の長さに戻ったことを意味し、その部分(その特徴点間)は内部で弾性変形をしている、つまり、すべりや破壊などの現象が生じていないと判断することができる。
一方、引張試験前の画像と破断後の画像で特徴点間の距離が異なっている場合は、破断して応力がゼロになっても、もとの長さに戻っていない、つまり塑性変形していることを意味し、その部分は内部ですべりや破壊などの現象が生じていると判断することができる。
被写体H内の各特徴点ごとに上記比較を行うことで、弾性変形した部分と塑性変形した部分の分布を得ることができる。そして、例えば、タルボ撮影された(または、カメラ撮影された)画像上において、弾性変形した部分と塑性変形した部分を色分けして表示することで、弾性変形した部分と塑性変形した部分を可視化することができる。これにより、一連の試験によって被写体Hの面内がどのような態様で変形したのか(弾性変形したのか塑性変形したのか)を、より詳細に知ることができる。
上記の弾性変形と塑性変形の識別についても、2次元の画像に限らず、被写体Hを複数の方向からタルボ撮影する(タルボCT撮影する)ことにより3D画像を取得して、三次元画像に基づいて行うこととしてもよい。これにより、厚さ方向も空間分解することが可能となり、弾性変形した領域と塑性変形した領域の3次元的な空間分布を知ることが可能となる。
(Identification of elastic deformation and plastic deformation)
The
In this case, the image before the tensile test (for example, any of the reconstructed images in Example 2 (1)) and the image after the fracture (for example, any of the reconstructed images in Example 2 (8)) compare. If the distance between the feature points is almost the same in (1) and (8) as explained in the above (internal stress estimation by image analysis), the original length is This means that the part (between the feature points) is undergoing elastic deformation internally, which means that phenomena such as slipping and destruction have not occurred.
On the other hand, if the distance between the feature points is different between the image before the tensile test and the image after the fracture, even if the stress becomes zero after the tensile test, the length has not returned to its original length, that is, it is plastically deformed. This means that a phenomenon such as slipping or destruction is occurring inside that part.
By performing the above comparison for each feature point within the subject H, it is possible to obtain the distribution of elastically deformed portions and plastically deformed portions. Then, for example, the elastically deformed portions and plastically deformed portions are displayed in different colors on the Talbot-photographed (or camera-photographed) image to visualize the elastically deformed portions and plastically deformed portions. be able to. As a result, it is possible to know in more detail how the subject H is deformed in the plane (whether it is elastically deformed or plastically deformed) through a series of tests.
Regarding the above-mentioned identification of elastic deformation and plastic deformation, it is not limited to 2-dimensional images, but 3D images are acquired by Talbot imaging the subject H from multiple directions (Talbot CT imaging), and based on the 3D images. It is also possible to do so. This makes it possible to spatially resolve the thickness direction as well, making it possible to know the three-dimensional spatial distribution of elastically deformed regions and plastically deformed regions.
(弾性変形と塑性変形の識別の実施例)
ここで、実施例2で得られた図11に示す(1)、(8)の小角散乱画像を用いて、上述の解析により、被写体H内部の弾性変形と塑性変形の識別を行った。具体的な処理は、以下の通りである。
・まず、図11の(1)、(8)の各小角散乱画像を画像処理ソフト(Media Cybernetics社製 Image-Pro Plus)で画像処理して、各画像ごとに、特徴点(ここでは、網目で囲まれた黒い領域の重心)の座標を抽出した。その際、特徴点が正しく抽出できるように、画像のコントラスト、ブライトネス、抽出時の画素値の閾値、抽出する特徴点の形状などを指定した。
・次いで、(1)、(8)の各小角散乱画像において、特徴点間の距離を算出し、破断後の(8)の各特徴点間の距離が引張前の(1)のそれと比べてどのくらい変化したか(相対距離の変化)を上述の(式1)により算出した。ここで、特徴点間の距離が変化するのは、被写体Hを引っ張ったことにより特徴点が移動したためである。すなわち、(式1)の値は、引張による被写体Hの歪量に対応する。
・次いで、被写体H内の各場所ごとに歪量を対応するグレースケールで表示した画像(歪分布画像)を作成した。
(Example of identification of elastic deformation and plastic deformation)
Here, using the small-angle scattering images (1) and (8) shown in FIG. 11 obtained in Example 2, elastic deformation and plastic deformation inside the subject H were distinguished by the above analysis. The specific processing is as follows.
- First, the small-angle scattering images in (1) and (8) in Figure 11 are processed using image processing software (Image-Pro Plus, manufactured by Media Cybernetics), and feature points (here, mesh The coordinates of the center of gravity of the black area surrounded by are extracted. At that time, we specified the contrast and brightness of the image, the pixel value threshold at the time of extraction, the shape of the feature points to be extracted, etc. so that the feature points could be extracted correctly.
・Next, calculate the distance between the feature points in each small-angle scattering image of (1) and (8), and compare the distance between each feature point of (8) after rupture with that of (1) before tension. The amount of change (change in relative distance) was calculated using the above (Equation 1). Here, the distance between the feature points changes because the feature points are moved by pulling the subject H. That is, the value of (Equation 1) corresponds to the amount of distortion of the subject H due to tension.
- Next, an image (strain distribution image) was created in which the amount of distortion was displayed in the corresponding gray scale for each location within the subject H.
図18は、図11の(1)、(8)の各小角散乱画像と、上記識別処理により生成された歪分布画像を並べて示した図である。なお、歪分布画像には、歪量とグレースケールの濃淡との対応関係を示すスケールバーが表示されている。また、破断して被写体Hが2つに分かれているので歪量の解析結果である歪分布画像も大きく2つに分かれている。
弾性変形している箇所は、破断して応力がゼロになったときにはもとの状態に戻っており(引っ張ったゴムが手を離すと元に戻るのと同じ)、歪量としてはゼロに近い値になる。一方、塑性変形している箇所は、応力がゼロになっても元の状態には戻らないので、破断後も歪量がゼロに戻らない。
FIG. 18 is a diagram illustrating the small-angle scattering images (1) and (8) of FIG. 11 side by side with the strain distribution image generated by the above-described identification process. Note that a scale bar indicating the correspondence between the amount of distortion and the shade of the gray scale is displayed on the distortion distribution image. Further, since the subject H is divided into two by the fracture, the strain distribution image, which is the analysis result of the amount of strain, is also divided into two.
When an elastically deformed part breaks and the stress becomes zero, it returns to its original state (just like a piece of rubber that is stretched returns to its original state when you release your hand), and the amount of strain is close to zero. Becomes a value. On the other hand, a plastically deformed portion does not return to its original state even if the stress becomes zero, so the amount of strain does not return to zero even after rupture.
図18に示す歪分布画像には濃淡が見られ、場所ごとに歪量が異なっていることが分かる。図18においてAの部分の歪量が大きいのは亀裂が入っているためであり、当然この部分は塑性変形している。それ以外に、B、C、Dの部分も歪量が相対的に大きくなっており、塑性変形していると考えられる。一方E~Gの部分は、歪量が小さく、弾性変形している可能性が高いと考えられる。
歪が強い部分(画像で白くなっている場所付近)と、小角散乱で白い筋が現れる場所(マイクロクラックが発生していると考えられる場所)がおおよそ対応しているように見て取ることができる。
The strain distribution image shown in FIG. 18 shows shading, and it can be seen that the amount of strain differs from place to place. In FIG. 18, the amount of strain in the portion A is large because of cracks, and naturally this portion is plastically deformed. In addition, portions B, C, and D also have relatively large amounts of strain, and are considered to be plastically deformed. On the other hand, the portions E to G have a small amount of strain and are considered to be likely to be elastically deformed.
It can be seen that the areas with strong distortion (near the white areas in the image) and the areas where white streaks appear due to small-angle scattering (locations where microcracks are thought to have occurred) roughly correspond.
以上より、上述の引張前と破断後の小角散乱画像を解析することにより、被写体H内部でどのような種類の変形が生じているのかを可視化することができ、破壊メカニズムやその部分がどの程度劣化しているのかを考察する上で有用な情報を得ることができることが確認できた。
なお、上記実施例では、小角散乱画像と歪分布を別々に表示したが、重ねて表示しても良いし、濃淡表示以外にカラー表示や矢印で表示しても良い。
From the above, by analyzing the small-angle scattering images before tension and after fracture, it is possible to visualize what kind of deformation is occurring inside the object H, and to determine the fracture mechanism and the extent of that part. It was confirmed that useful information can be obtained in considering whether or not the product is deteriorating.
In the above embodiment, the small-angle scattering image and the strain distribution are displayed separately, but they may be displayed in an overlapping manner, or may be displayed in color or with arrows in addition to gradation.
(取得画像の表示方法)
上述の撮影処理Aにおいては、タルボ撮影の3つの再構成画像と、撮影画像(写真(静止画)・動画)、温度分布画像などが各引張ステップごとに取得される。制御部51は、撮影処理Aにおいてタルボ撮影により得られた被写体Hの小角散乱画像や微分位相画像を、その画像の撮影時に被写体Hに与えられた負荷を表す値(荷重の値、応力値、引張伸び量等)、当該画像と併せて撮影又は取得された他の画像(例えば、カメラ21の撮影画像、温度分布画像、吸収画像等)、及び/又は当該画像の解析結果(例えば、歪分布の数値データや歪分布画像、弾性変形か塑性変形かの識別結果等)等に対応付けて表示部53に表示する。これにより、撮影処理Aにより取得された画像を見やすく表示することができる。
(How to display acquired images)
In the above-mentioned photographing process A, three reconstructed images of Talbot photography, photographed images (photos (still images) and moving images), temperature distribution images, etc. are acquired for each tension step. The
図19に、撮影処理Aにおいて取得された画像の表示例を示す。図19に示すように、例えば、各引張ステップごとに、小角散乱画像や微分位相画像を始めとする、取得された画像の全部もしくは一部を画面に配置し、かつ、測定日、測定時刻、試料名(被写体名)等の検査に関する基本情報や各引張ステップで被写体Hに与えられた負荷の値を同時に表示することが好ましい。
表示部53に表示する画像の種類及び項目は、ユーザーによる操作部52の操作等に応じて設定可能としてもよい。例えば、カメラ21による撮影画像は表示せずにタルボ撮影により得られた3つの再構成画像だけを表示する設定としてもよいし、吸収画像と小角散乱画像だけを並べて表示する設定としてもよい。
撮影した画像を表示する際には、画像の一部分だけを拡大表示しても良い。その場合、制御部51が3つの再構成画像で同一視野になるように自動で拡大表示範囲を設定することが好ましい。例えば、ユーザーが操作部52により小角散乱画像で視野・倍率を決めたときに、制御部51が吸収画像及び微分位相画像でも同じ視野・倍率になるように拡大表示範囲を自動設定することが好ましい。なお、カメラ画像・温度分布画像・歪解析結果も同時に表示し、その際同一視野が表示されるように自動で拡大表示範囲を設定しても良い。また設定した視野は、前後の別のステップの画像を表示する際にも反映することが好ましい。
さらに、画面上の矢印ボタンをクリックする、マウスをクリックする、ホイールを動かす等の操作に応じて、前のステップの表示に戻ったり、次のステップの表示に進んだりするよう制御することが好ましい。また、撮影処理Aにより取得された一連の画像を動画・アニメーションとして連続表示しても良い。
FIG. 19 shows a display example of an image acquired in the photographing process A. As shown in FIG. 19, for example, for each tensile step, all or part of the acquired images, including small-angle scattering images and differential phase images, are arranged on the screen, and the measurement date, measurement time, It is preferable to simultaneously display basic information regarding the test such as the sample name (subject name) and the value of the load applied to the subject H at each tension step.
The types and items of images displayed on the
When displaying a captured image, only a portion of the image may be enlarged and displayed. In that case, it is preferable that the
Furthermore, it is preferable to control the display to return to the previous step or advance to the next step in response to operations such as clicking an arrow button on the screen, clicking the mouse, or moving a wheel. . Further, a series of images acquired by the photographing process A may be continuously displayed as a moving image/animation.
(コントラスト・ブライトネス調整)
各引張ステップごとに画像のコントラストやブライトネス(明るさ)を個別に調整すると、表示したときに引張ステップごとに画像の明暗が変動し、比較しにくい。そこで、制御部51は、自動的に、またはユーザーによる操作部52の操作に応じて、画像の種類ごと(例えば吸収画像ごと、小角散乱画像ごと、微分位相画像ごと)に、一連の画像を一括して同じコントラスト・ブライトネスに調整することが好ましい。これにより、撮影により取得された一連の画像をアニメーション・動画表示した時に違和感がなくなる。なお、一連の画像において一括してコントラスト及びブライトネスを調整することが好ましいが、いずれか一方のみを調整してもよい。
(contrast/brightness adjustment)
If the contrast and brightness of the image are adjusted individually for each pulling step, the brightness of the image will fluctuate for each pulling step when displayed, making it difficult to compare. Therefore, the
(トレンド補正)
タルボ撮影により得られた再構成画像では、例えば、格子が歪んでいる、格子が水平でない、X線強度が変動する等の装置由来のトレンド(データに本来備わっていない全体的なパターン、画像ムラ)が重畳することがあり、それを画像処理で補正するような処理を行う場合がある。特に引張試験を行いながらのタルボ撮影は長時間を要するため、途中で温度などの微妙な環境変化によって、トレンドが変化する可能性が考えられる。一連の撮影の途中でトレンドが変化すると、撮影により得られた一連の画像を表示・比較しようとしたときに、途中で画像の見た目が変わり違和感が生じる、比較した場合に誤った結果がでてしまう可能性があり、好ましくない。
これを解消するために、制御部51は、タルボ撮影に基づいて生成された再構成画像に対し、トレンド補正を行っても良い。トレンド補正は、例えば、特許第5831614号公報に記載の手法等を用いて行うことができる。トレンドは、タルボ撮影中に生じるものであるため、全引張ステップを一括して行うよりも、各引張ステップの画像ごとに個別にトレンド補正を行っても良い。全ステップ一括で行った場合は、装置自体が持つ信号値の面内分布を補正できるため、それも有効である。
(trend correction)
In the reconstructed images obtained by Talbot imaging, trends due to the equipment (overall patterns that are not inherent in the data, image unevenness, etc.) may occur, such as distorted grids, uneven grids, and fluctuations in ) may be superimposed, and image processing may be used to correct it. In particular, Talbot photography while performing a tensile test takes a long time, so it is possible that the trend may change due to subtle environmental changes such as temperature during the test. If the trend changes during a series of shootings, when you try to display and compare the series of images obtained from the shooting, the appearance of the images will change midway through, causing an unnatural feeling, or incorrect results may appear when comparing. There is a possibility that it will be stored away, which is not desirable.
In order to solve this problem, the
(保存・読み出し)
制御部51は、撮影処理Aにおいてタルボ撮影により得られた一連の小角散乱画像や微分位相画像を、それぞれ検査日(測定日)、検査時刻(測定時刻)、被写体名などの検査情報や、その画像の撮影時に被写体Hに与えられた負荷を表す値(荷重の値、応力値、引張伸び量等)、当該画像と併せて撮影又は取得された他の画像(例えば、カメラ21の撮影画像、温度分布画像、吸収画像等)、及び/又は当該画像の解析結果(例えば、歪分布の数値データや歪分布画像、弾性変形か塑性変形かの識別結果等)等に対応付けて(例えば、同じ検査ID及びステップIDを付与して)記憶部55に記憶させる。これにより、撮影処理Aにおいて同じタイミングでより取得された画像群を容易に読み出すことが可能となる。
また、上記コントラスト・ブライトネスを調整した一連の画像や動画、アニメーションを記憶部55に保存することが好ましい。また、過去に保存した画像を再度読み出して、上記コントラスト・ブライトネス、表示視野、表示倍率などの設定を変更できることが好ましい。
(save/read)
The
Further, it is preferable that a series of images, moving images, and animations whose contrast and brightness have been adjusted are stored in the
(データベースの構築による劣化度合い推定)
タルボ撮影と引張試験を組み合わせることで、上述のように吸収画像ではわからない微小なマイクロボイド、マイクロクラックの発生やその進展を可視化することができる。そこで、上記撮影処理Aにより得られた小角散乱画像や微分位相画像を解析してマイクロボイドやマイクロクラックの情報を取得し、解析結果をデータベースに登録しておくことで、新たな被写体Hを撮影した際に、その劣化度合いを推定することができる。
例えば、制御部51は、被写体Hが破断するまで、上記の撮影処理Aを行ってタルボ撮影を行い、各引張ステップで生成された小角散乱画像又は微分位相画像においてマイクロクラックが発生している領域(例えば、信号値が所定の閾値以上の領域)を抽出し、抽出した領域の信号強度、大きさ(面積、長さ)、位置(面内分布)等を各引張ステップ毎の荷重や応力の値に対応付けて基準としてデータベースに(記憶部55に構築したデータベース)に記憶しておく。データベースには、1回の試験結果(検査結果)だけでなく、複数回の試験結果を蓄積してもよく、複数回の試験結果を統合した(例えば、平均した)ものを基準としてデータベースに記憶してもよい。
そして、制御部51は、新たな被写体H(同じ材料の試験片でもよいし、材料や作成条件を変えて特性改善を狙って作成した試験片でもよい)に荷重をかけてタルボ撮影し、得られた小角散乱画像や微分位相画像でマイクロクラックが発生している領域(信号値が所定の閾値以上の領域)を抽出し、抽出した領域の信号強度、大きさ(面積、長さ)、面内分布、撮影時の荷重や応力値など取得してデータベースの値と比較することで、新たな試験片のその時点での劣化度合いや基準と比べた強弱等を、破断まで荷重をかけなくても推定することができる。劣化度合いは、例えば、新たな被写体Hに荷重をかけてタルボ撮影することにより生成された小角散乱画像又は微分位相画像におけるマイクロクラックが発生している領域(信号値が所定の閾値以上の領域)の信号強度、大きさ(面積、長さ)、位置(面内分布)等をデータベースの基準と比較し、基準においてどのくらいの荷重をかけたときの状態に近いかを求め、求めた荷重が破断したときの荷重の何パーセント(何割)に相当するか等を算出することにより求めることができる。
また使用中の部品をタルボ撮影し、その時の小角散乱画像又は微分位相画像においてマイクロクラックが発生している領域(信号値が所定の閾値以上の領域)の信号強度、大きさ、面内分布等をデータベースと比較することで、その部品の劣化度合いを推定したり、部品を交換すべきかどうか等の判断を行ったりしてもよい。
(Estimating the degree of deterioration by constructing a database)
By combining Talbot imaging and tensile testing, it is possible to visualize the occurrence and development of minute microvoids and microcracks that cannot be seen with absorption images, as described above. Therefore, by analyzing the small-angle scattering image and differential phase image obtained by the above photographing process A to obtain information on microvoids and microcracks, and registering the analysis results in the database, a new subject H can be photographed. When this occurs, the degree of deterioration can be estimated.
For example, the
Then, the
In addition, Talbot photography of the parts in use is performed, and the signal intensity, size, in-plane distribution, etc. of areas where microcracks occur (areas where the signal value is greater than a predetermined threshold) in the small-angle scattering image or differential phase image, etc. By comparing the information with a database, the degree of deterioration of the part may be estimated, and a judgment may be made as to whether the part should be replaced or not.
(被写体の変動の検出)
上記実施形態では、引張試験機23に荷重を設定後、クリープ現象による応力変化が安定するまで待ってから撮影するという作業フローについて説明したが、別の方法として以下の(1)~(3)のいずれかの撮影の流れとしてもよい。
(1)応力値が安定しているかどうかに関係なく、一定時間間隔あるいは任意のタイミングでタルボ撮影を実施する。撮影により取得された画像を解析し、ぼけの度合い、一つ前に撮影された画像との特徴点の位置の移動量、一つ前に撮影された画像との一致度合い(類似度、相関係数)等を算出する。そして、ぼけや移動量が予め定められた閾値以下あるいは一致の度合いが予め定められた閾値以上のものだけを抽出して、記憶部55に記憶したり、解析に使用したりする。一方、それ以外の、移動量が大きく誤差が含まれている画像は破棄する、もしくは残しても良いが誤差を含んでいることを示すフラグ等を付加して記憶部55に記憶し、後から誤差が含まれていることが識別できるようにする。
(2)被写体Hの変形が安定しているかどうかに関係なく、一定時間間隔あるいは任意のタイミングで格子を移動させながら2回撮影を行う簡易撮影を行い、得られた画像を再構成した画像を解析し、ぼけの度合い、一つ前のタイミングに撮影された画像との特徴点の位置の移動量、一つ前に撮影された画像との一致度合い(類似度、相関係数)等を算出する。そして、ぼけや移動量が予め定められた閾値以下あるいは一致の度合いが予め定められた閾値以上である場合に、タルボ撮影を実施する。なお、この場合、予め2回の簡易撮影でのBG画像を取得しておく必要がある。または、簡易撮影の代わりに、参照文献5(特開2017-176399号公報)に記載の簡易吸収画像撮影を行うこととしてもよい。簡易吸収画像撮影は、タルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計において、以下のいずれかの手法で1回の放射線撮影により得られたモアレ縞画像に基づいて吸収画像を生成する手法である。
・放射線源と放射線検出器との間の照射野内に散乱体を挿入することによりモアレ縞の鮮明度を低下させて放射線撮影を行う。
・複数の格子の少なくとも一つをタルボ撮影時の当該格子の位置に対して放射線照射軸周りに回転させた状態で撮影を行う。
・複数の格子の少なくとも一つをタルボ撮影時の当該格子の位置に対して放射線照射軸方向に移動させた状態で撮影を行う。
・複数の格子の少なくとも一つを格子のスリット周期方向にスリット1/4周期以上移動させながら撮影を行う。
(3)格子を動かさずに一定の間隔で2枚の画像を撮影する。変動がなければ、全く同じ画像が得られる。そこで2枚の画像を比較し、特徴点の移動量、一致度合い等を算出し、算出した移動量が予め定められた閾値以下、または一致度合いが予め定められた閾値以上である場合に、タルボ撮影を実施する。
(Detection of changes in subject)
In the above embodiment, the work flow is explained in which the load is set on the
(1) Talbot imaging is performed at regular time intervals or at arbitrary timing, regardless of whether the stress value is stable. The images obtained by shooting are analyzed and the degree of blur, the amount of movement of the feature point position with respect to the previous image, and the degree of coincidence with the previous image (similarity, correlation) are determined. number) etc. Then, only those whose blur or amount of movement is less than a predetermined threshold or whose degree of coincidence is more than a predetermined threshold are extracted and stored in the
(2) Regardless of whether the deformation of the subject H is stable or not, perform simple photography in which images are taken twice while moving the grid at fixed time intervals or at arbitrary timing, and reconstruct the resulting image. Analyze and calculate the degree of blur, the amount of movement of the feature point position from the previous image, the degree of coincidence with the previous image (similarity, correlation coefficient), etc. do. Then, when the blur or amount of movement is below a predetermined threshold or the degree of coincidence is above a predetermined threshold, Talbot imaging is performed. Note that in this case, it is necessary to obtain BG images in advance through two simple shootings. Alternatively, instead of simple imaging, simple absorption image imaging described in Reference Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2017-176399) may be performed. Simple absorption imaging is a method of generating an absorption image based on a moiré fringe image obtained by one radiography using one of the following methods using a Talbot interferometer or a Talbot-Lau interferometer.
- Radiography is performed by lowering the clarity of moiré fringes by inserting a scatterer into the irradiation field between the radiation source and the radiation detector.
- Imaging is performed with at least one of the plurality of gratings rotated around the radiation irradiation axis with respect to the position of the grating at the time of Talbot imaging.
- Imaging is performed with at least one of the plurality of gratings moved in the radiation irradiation axis direction with respect to the position of the grating at the time of Talbot imaging.
- Photographing is performed while moving at least one of the plurality of gratings in the slit period direction of the grating by 1/4 slit period or more.
(3) Take two images at a constant interval without moving the grid. If there is no variation, exactly the same image will be obtained. Therefore, the two images are compared, the amount of movement of the feature points, the degree of coincidence, etc. are calculated, and if the calculated amount of movement is less than a predetermined threshold or the degree of coincidence is greater than or equal to a predetermined threshold, Talbot Take pictures.
なお、(2)、(3)の簡易的な撮影の場合は、タルボ撮影に比べてX線の線量を下げても良い。それによって放射線源11の管球への熱負荷を低減でき、温度上昇による待ち時間が削減できる、管球寿命が長くなる、被写体HへのX線照射量を低減でき、被写体Hの劣化・温度上昇などを低減できる、などのメリットがある。
Note that in the case of simple imaging (2) and (3), the dose of X-rays may be lower than that in Talbot imaging. As a result, the heat load on the tube of the
(DIC法との組み合わせ)
被写体H上にランダムなマーカーを配置して、引張試験などを行ったときのマーカーの移動から面内の変位分布を可視化する技術であるDIC(デジタル画像相関法(Digital Image Correlation))という方法が知られている(例えば、特開2006-32962
8号公報参照)。
そこで、被写体Hに対し、予めタルボ撮影で撮影可能な材料を用いてインクジェットプリンター等により複数のマーカーを配置(印刷)し、マーカーが配置された被写体Hを上記撮影処理Aにより撮影してもよい。そして、制御部51は、DIC法により、タルボ撮影により得られた再構成画像のマーカーの位置を特徴点として抽出し、特徴点に基づいて、被写体Hの面内(xy平面)の歪分布を算出して可視化(算出値に応じて色を付けて表示部53に表示)してもよい。このようにすれば、タルボ撮影しても何も特徴点が見い出せないような場合・場所、あるいはマイクロクラックなどが面内で発生して小角散乱画像などで検出できる前の段階でも、面内の歪分布を可視化することが可能となる。また、算出した歪分布に基づいて、面内の応力分布を算出したり可視化したりすることが可能となる。
なお、マーカーの印刷に用いるインクとしては、タルボ撮影できるものであればよい。例えば、重金属を含むインクであれば吸収画像で撮影できる。また直径0.1um~数百umの散乱微粒子、繊維を含むインクであれば小角散乱画像で撮影できる。あるいは被写体Hの表面にインクで水滴形状を形成すれば、微分位相画像で輪郭を撮影できる。これらの組み合わせでも良い。
(Combination with DIC method)
A method called DIC (Digital Image Correlation) is a technology that visualizes the in-plane displacement distribution from the movement of markers when random markers are placed on the subject H and a tensile test is performed. known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-32962
(See Publication No. 8).
Therefore, a plurality of markers may be placed (printed) on the subject H in advance using an inkjet printer or the like using materials that can be photographed using Talbot photography, and the subject H on which the markers are placed may be photographed using the photographing process A described above. . Then, the
Note that the ink used for printing the marker may be any ink that can be used for Talbot photography. For example, if the ink contains heavy metals, an absorption image can be taken. Furthermore, if the ink contains scattering fine particles or fibers with a diameter of 0.1 um to several hundred um, small-angle scattering images can be taken. Alternatively, by forming a water droplet shape with ink on the surface of the subject H, the contour can be photographed using a differential phase image. A combination of these may also be used.
(定期的なBG(バックグラウンド)撮影)
物理的な変化を加えながらのタルボ撮影は、ある程度の時間を要するため、その間に温度変動などで装置の状態が変化し、それが再構成画像のトレンド変化などを引き起こして画像を劣化させる可能性がある。
先に述べた通り、再構成画像上にあるトレンドは、トレンド補正などの画像処理である程度除去することも可能であるが、理想的には一連の測定の途中で、変動の影響を除去するために被写体Hがない状態でのタルボ撮影(BG撮影)を行うことが好ましい。
例えば、検査装置100が引張試験機23を移動させる移動ステージやロボットアームなどの移動機構を備える構成とし、制御部51は、移動機構により任意のタイミングで被写体H及び引張試験機23を撮影位置から退避させて、BG撮影を行う。任意のタイミングは、例えば、各引張ステップで荷重や引張長さを設定する直前や、被写体モアレ縞画像を撮影する直前又は直後でもよい。また、複数の引張ステップごとにBGを撮影することとしてもよい。そして、制御部51は、各引張ステップごとに撮影した被写体モアレ縞画像及び最新のBGモアレ縞画像を用いて再構成画像を生成する。
なお、BG撮影は、視野全域で撮影できる必要はなく、撮影時に被写体Hが位置する部分だけ撮影できれば良い。よって、被写体H及び引張試験機23を移動させる際は、視野から完全に取り除く必要はなく、撮影時に被写体Hが位置する領域が、被写体Hのない領域になる程度移動させれば良い。例えば、検査装置100の場合、図20の吸収画像に示すように、引張試験機23に装着される被写体Hの周囲には、何もない開口部24が存在している。よって視野から引張試験機23全体が見えなくなるように長い距離移動させる必要はなく、被写体Hの幅+α程度、引張試験機23の引張方向と直交する方向に移動させてBG撮影を行い、その後最初の位置に被写体Hを戻してタルボ撮影をすればよい。こうすることで移動量が小さくできるため、移動機構を小型化でき、移動による位置ずれを低減でき、好ましい。
(Regular BG (background) shooting)
Talbot imaging while making physical changes takes a certain amount of time, so during that time the condition of the equipment changes due to temperature fluctuations, which may cause a trend change in the reconstructed image and deteriorate the image. There is.
As mentioned earlier, trends on reconstructed images can be removed to some extent through image processing such as trend correction, but ideally it is possible to remove the effects of fluctuations during a series of measurements. It is preferable to perform Talbot photography (BG photography) with no subject H present.
For example, the
Note that BG photography does not need to be able to photograph the entire field of view; it is sufficient to be able to photograph only the portion where the subject H is located at the time of photography. Therefore, when moving the subject H and the
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図21は、第2の実施形態における検査装置200を模式的に示した図である。
検査装置200は、被検体(被写体H)に熱を与えて変化を見る熱負荷試験を行いながら被写体Hを撮影する装置である。
図21に示すように、検査装置200の本体部2は、被写体Hに熱を与える付与手段としての加熱装置25、被写体Hの温度を計測する温度計26を備えて構成されている。引張試験機23は備えていなくてもかまわない。コントローラー5の制御部51は、加熱装置25に接続されており、加熱装置25の制御が可能である。また、制御部51は、温度計26に接続されており、被写体Hの温度の取得が可能である。また、記憶部55には、制御部51が後述する撮影処理Bを実行するためのプログラムが記憶されている。その他の検査装置200の構成は、第1の実施形態で説明した検査装置100と同様であるので説明を援用し、以下、検査装置200の動作について説明する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 21 is a diagram schematically showing an
The
As shown in FIG. 21, the
図22は、検査装置200の制御部51と記憶部55に記憶されているプログラムとのにより実行される撮影処理Bを示すフローチャートである。この撮影処理Bは、加熱装置25により被写体Hに与える加熱温度を段階的に変化させていき、各段階ごと(加熱ステップと呼ぶ)に被写体Hの撮影等を行う処理である。撮影処理Bは、被写体Hが被写体台13にセットされ、操作部52により検査条件(例えば、各撮影ごとの加熱装置25の設定温度や昇温速度等)が入力され撮影実行が指示されることにより実行される。なお、以下の説明においては、検査条件として加熱装置25の設定温度(被写体Hを加熱する温度)を設定して被写体Hを加熱する例について説明する。また、本実施形態では、撮影処理Bの開始前に、被写体Hを被写体台13にセットしない状態で、第2格子15を移動させて被写体なしのモアレ縞画像(BG(Back Ground)モアレ縞画像と呼ぶ)をM枚(例えば、4枚)取得して記憶部55に記憶していることとする。
FIG. 22 is a flowchart showing the imaging process B executed by the
撮影処理Bが開始されると、制御部51は、加熱装置25による加熱前の被写体Hの温度の測定を温度計26により行うとともに、加熱前の被写体Hの撮影を行う。
すなわち、制御部51は、温度計26により被写体Hの温度を取得するとともに、カメラ21により被写体Hを撮影させ、撮影画像を取得する。撮影画像には、画像を識別するための画像番号、撮影条件、撮影日時等が付帯される(ステップS21)。
次いで、制御部51は、放射線源11、移動機構15a、放射線検出器16等を制御してタルボ撮影を行い、M枚の被写体モアレ縞画像を取得する。タルボ撮影では、格子をスリット周期方向に移動させながら、例えば、4回撮影を行う。そして、予め取得されたBGモアレ縞画像と、被写体モアレ縞画像に基づいて、再構成画像(小角散乱画像、微分位相画像、吸収画像)を生成する(ステップS22)。
When the photographing process B is started, the
That is, the
Next, the
再構成画像の生成は、第1の実施形態のステップS2で説明したものと同様であるので説明を援用する。再構成画像には、画像を識別するための画像番号、検査条件、タルボ撮影における撮影条件、撮影日時等が付帯される。 The generation of the reconstructed image is similar to that explained in step S2 of the first embodiment, so the explanation will be used here. The reconstructed image is accompanied by an image number for identifying the image, inspection conditions, photography conditions for Talbot photography, photography date and time, and the like.
なお、ステップS21とS22の順序は逆であってもよいし、同時であってもよい。また、カメラ21の撮影画像は、タルボ撮影とできるだけ同じタイミングで撮影することが好ましい。
また、カメラ21は、静止画を撮影してもよいし、動画を撮影しても良い。動画を撮影する場合、動画のどのタイミングでタルボ撮影を行ったかが分かるような信号が同時に記録されていることが好ましい。この手法については、第1の実施形態で説明したものと同様である。また、カメラ21で撮影を行うのではなく、ステップS22でタルボ撮影に基づいて生成された吸収画像を小角散乱画像や微分位相画像との比較用の画像としてもよい。この場合は、ステップS21のカメラ撮影は省略できる。また、本実施形態において、カメラ21は、一般的なデジタルカメラだけでなく、サーモグラフィー装置を備えることが好ましく、カメラ撮影と同時にサーモグラフィー装置で被写体Hの温度分布画像を撮影することが好ましい。
Note that the order of steps S21 and S22 may be reversed or may be performed simultaneously. Further, it is preferable that the image taken by the
Further, the
次いで、制御部51は、ステップS21で取得した撮影画像(温度分布画像を取得した場合は温度分布画像も含む)、ステップS22で取得した再構成画像を撮影時の被写体Hの温度を表す値に対応付けて記憶部55に記憶させる(ステップS23)。
Next, the
次いで、制御部51は、処理の終了条件を満たしたか否かを判断する(ステップS24)。処理の終了条件としては、例えば、
・加熱装置25の検査条件として設定された全ての温度での撮影が終了した
・被写体Hが十分変化・変質した(変形、融解、分解など)
・異常発生(想定していない事態の発生。例えば発煙、発火など)
・所定の繰り返し回数の撮影が終了した
などが考えられる。
異常が発生したか否かの判断は、例えば、ユーザーにより、異常を検知したことを示す操作部52の所定の操作が行われたか否か(例えば、異常を検知した場合に押下するためのボタンを設けておき、そのボタンが押下されたか否か等)により判断してもよいし、カメラ21により撮影された画像を解析することにより判断してもよい。あるいは、発煙や発火等の異常を検出するセンサーを設け、センサーの検知信号に基づいて判断してもよい。
Next, the
・Photography has been completed at all temperatures set as the inspection conditions of the
- Abnormal occurrence (occurrence of an unexpected situation. For example, smoke, fire, etc.)
- Possible causes include a predetermined number of repetitions of imaging being completed.
The determination as to whether an abnormality has occurred can be made, for example, by checking whether the user has performed a predetermined operation on the
処理の終了条件を満たしていないと判断した場合(ステップS24;NO)、制御部51は、検査条件に基づいて、加熱装置25の設定温度の変更を行い、加熱装置25により被写体Hの加熱を行わせる(ステップS25)。
If it is determined that the processing termination conditions are not met (step S24; NO), the
次いで、制御部51は、温度計26から得られる被写体Hの温度が設定温度の値になったか否かを判断する(ステップS26)。
温度計26により取得される被写体Hの温度が設定温度の値になっていないと判断した場合(ステップS26;NO)、制御部51は、被写体Hの温度が設定温度になるまで待機する。
温度計26により取得される被写体Hの温度が設定温度の値になったと判断した場合(ステップS26;YES)、制御部51は、放射線源11の管球の温度が予め定められた基準より低いか否かを判断する(ステップS27)。
放射線源11の管球の温度が予め定められた基準より低くないと判断した場合(ステップS27;NO)、制御部51は、放射線源11の管球の温度が予め定められた基準より低くなるまで待機する。
Next, the
If it is determined that the temperature of the subject H obtained by the
If it is determined that the temperature of the subject H obtained by the
If it is determined that the temperature of the tube of the
放射線源11の管球の温度が予め定められた基準より低いと判断した場合(ステップS27;YES)、制御部51は、被写体Hの変形が安定したか否かを判断する(ステップS28)。
ここで、被写体Hが軟化・溶解などにより物理的な形状が変化している間にタルボ撮影を行うと、第1の実施形態と同様に、画像がぼけて撮影が失敗してしまう。そこで、被写体Hの変形が安定してからカメラ撮影やタルボ撮影に進むことが望ましい。
被写体Hの形状が安定したか否かは、例えば、ユーザーにより、形状が安定したことを検知したことを示す操作部52の所定の操作が行われたか否か(例えば、形状が安定した場合に押下するためのボタンを設けておき、そのボタンが押下されたか否か等)により判断してもよいし、カメラ21により所定時間間隔で撮影を行い、直前に撮影された画像との比較に基づいて被写体Hの形状が安定したか否かを判断することとしてもよい。例えば、直前に撮影された画像との類似度、相関係数が所定の閾値を超えた場合に、被写体Hの形状が安定したと判断することとしてもよい。
When determining that the temperature of the tube of the
Here, if Talbot photography is performed while the physical shape of the subject H is changing due to softening, dissolution, etc., the image will be blurred and the photography will fail, as in the first embodiment. Therefore, it is desirable to proceed with camera photography or Talbot photography after the deformation of the subject H has stabilized.
Whether or not the shape of the subject H has been stabilized can be determined by, for example, whether the user has performed a predetermined operation on the
被写体Hの変形が安定していないと判断した場合(ステップS28;NO)、制御部51は、被写体Hの変形が安定するのを待機する。
被写体Hの変形が安定したと判断した場合(ステップS28;YES)、制御部51は、ステップS21に戻り、撮影を行う。
制御部51は、終了条件を満たすまで上述のステップを繰り返し実行し、終了条件を満たしたと判断したと判断した場合(ステップS24;YES)、撮影処理Bを終了する。
If it is determined that the deformation of the subject H is not stable (step S28; NO), the
If it is determined that the deformation of the subject H has stabilized (step S28; YES), the
The
(実施例4)
上記第2の実施形態の有効性を検証するため、実施例4の実験を行った。
実施例4においては、検査装置200において、被写体Hを加熱しながらタルボ撮影を行い、得られた再構成画像から被写体H内部が加熱によりどのように変化していくのかを評価した。具体的には、被写体Hを被写体台13にセットして図22の撮影処理Bを実行した。なお、図22のステップS21のカメラ撮影は省略し、比較用として吸収画像を用いた。
被写体Hとしては、2種類のワックス(ワックスW1:アクアワックス、軟化点50℃、ワックスW2:アピエゾンワックス、軟化点80~90℃)を用いた。被写体台13上で加熱を行い、その時の様子をタルボで撮影した。温度は被写体H近くに配置した温度計26で読み取った。
(Example 4)
In order to verify the effectiveness of the second embodiment, an experiment of Example 4 was conducted.
In Example 4, in the
As the subject H, two types of waxes (wax W1: aqua wax, softening
図23に、実施例4におけるタルボ撮影により得られた吸収画像、小角散乱画像、微分位相画像を示す。
図23に示すように、ワックスW1は、軟化点である50℃を超えた(3)において、溶けて輪郭が不明瞭になっていると同時に、小角散乱画像と微分位相画像では、吸収画像では見えないワックス内部の気泡が観察できる。特に、微分位相画像では明瞭に見えている。さらに、(3)→(4)→(5)→(6)と温度を上げていくと、気泡が一か所に集まって消えていく様子が観察できる。また、温度が110℃以上となった(5)になると、ワックスW2も溶け始めて輪郭が不明瞭になる様子が、小角散乱画像と微分位相画像で観察できる。その後、加熱を止めて温度が低下した時には((9)、(10))、特に顕著な変化は見られないことも分かった。
FIG. 23 shows an absorption image, a small-angle scattering image, and a differential phase image obtained by Talbot imaging in Example 4.
As shown in Fig. 23, wax W1 melts and its outline becomes unclear at (3) above the softening point of 50°C, and at the same time, in the small-angle scattering image and differential phase image, in the absorption image Air bubbles inside the invisible wax can be observed. In particular, it is clearly visible in the differential phase image. Furthermore, as the temperature is increased from (3) to (4) to (5) to (6), it can be observed that the bubbles gather in one place and disappear. Furthermore, when the temperature reaches 110° C. or higher (5), the wax W2 also begins to melt and the outline becomes unclear, which can be observed in the small-angle scattering image and the differential phase image. It was also found that no particularly significant change was observed when the heating was subsequently stopped and the temperature was lowered ((9), (10)).
以上のように、被写体Hを加熱をしながらタルボ撮影をすることによって、被写体H内部の気泡の様子やその変化、被写体Hが溶ける様子などを従来の吸収画像よりも明瞭に観察することができることが確認できた。このような情報は、電子部品のはんだ付けの条件検討など、様々な検討に活用できる。なお、温度の測定に被写体H近傍に配置した温度計26を用いたが、サーモグラフィー装置で温度分布を撮影・測定すると、被写体H内部の温度分布が分かり、好ましい。
このように、第2の実施形態の検査装置200の構成及び動作によれば、大掛かりな装置を使用することなく、被写体Hに負荷を与えたときの、従来の吸収X線画像では見えないような被写体内部の変化を、より短い撮影時間でより広い視野で取得して観察することが可能となる。
As described above, by performing Talbot imaging while heating the object H, it is possible to observe the appearance of bubbles inside the object H, changes in the bubbles, and melting of the object H more clearly than with conventional absorption images. was confirmed. Such information can be utilized for various studies, such as considering soldering conditions for electronic components. Although the
As described above, according to the configuration and operation of the
なお、第2の実施形態においても、第1の実施形態の変形例、例えば、(画像取得の表示方法)、(被写体の変動の検出)、(コントラスト・ブライトネス調整)、(トレンド補正)、(保存・読み出し)、(定期的なBG撮影)等を適用することができる。 Note that the second embodiment also includes modifications of the first embodiment, such as (image acquisition display method), (detection of subject variation), (contrast/brightness adjustment), (trend correction), ( (save/read), (periodic BG photography), etc.
以上、本発明の第1~第2の実施形態及びその変形例について説明したが、上述した本実施形態における記述は、本発明に係る好適な一例であり、これに限定されるものではない。 The first and second embodiments of the present invention and their modifications have been described above, but the description of the present embodiment described above is a preferred example of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
例えば、上記実施形態では、縞走査法による撮影時に第2格子15をマルチスリット12及び第1格子14に対して移動させる方式のタルボ・ロー干渉計を用いた検査装置を例にとり説明したが、本発明は、縞走査法による撮影時にマルチスリット12又は第1格子14又は第2格子15の何れか又はそのうちの二つの格子を移動させる方式のタルボ・ロー干渉計を用いた検査装置に適用してもよい。また、本発明は、第1格子14又は第2格子15の何れかを他の格子に対して移動させる方式のタルボ干渉計を用いた検査装置に適用してもよい。また、本発明は、マルチスリット12又は第1格子14の何れかを他の格子に対して移動させる方式のロー干渉計を用いた検査装置に適用してもよい。また、本発明は、縞走査を必要としないフーリエ変換法を用いたタルボ・ロー干渉計、タルボ干渉計、ロー干渉計に適用してもよい。
For example, in the above embodiment, an inspection apparatus using a Talbot-Low interferometer of a type in which the
また、上記実施形態では、タルボ撮影により得られたモアレ縞画像に基づいて、小角散乱画像、微分位相画像、及び吸収画像を生成する場合を例にとり説明したが、小角散乱画像及び/又は微分位相画像を生成するものであれば、本発明を実現することができる。 Furthermore, in the above embodiment, the case where a small angle scattering image, a differential phase image, and an absorption image are generated based on a moiré fringe image obtained by Talbot imaging has been described as an example. The present invention can be implemented in any device that generates images.
また、上記実施形態においては、被写体Hに引張試験や熱負荷試験を行いながらタルボ撮影する場合を例にとり説明したが、圧縮試験や曲げ試験を行いながら被写体Hの変化の様子をタルボ撮影してもよい。また、被写体Hに一定の負荷を繰り返し与える疲労試験、耐久試験を行いながら、被写体Hに負荷を所定回数与える毎に被写体Hの変化の様子をタルボ撮影してもよい。また、試験片に与える負荷が複数の組み合わせ、例えば引張と加熱を同時に与えても良い。 In addition, in the above embodiment, the case where Talbot photography is performed while subject H is subjected to a tensile test or a thermal load test is explained as an example, but changes in subject H may be observed by Talbot photography while subject H is subjected to a compression test or a bending test. Good too. Further, while performing a fatigue test or an endurance test in which a constant load is repeatedly applied to the subject H, Talbot photography may be performed to capture changes in the subject H every time the load is applied to the subject H a predetermined number of times. Further, a plurality of loads may be applied to the test piece in combination, for example, tension and heating may be applied simultaneously.
また、例えば、上記の説明では、本発明に係るプログラムのコンピューター読み取り可能な媒体としてハードディスクや半導体の不揮発性メモリー等を使用した例を開示したが、この例に限定されない。その他のコンピューター読み取り可能な媒体として、CD-ROM等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ(搬送波)も適用される。 Further, for example, in the above description, an example is disclosed in which a hard disk, a semiconductor non-volatile memory, etc. are used as a computer-readable medium for the program according to the present invention, but the present invention is not limited to this example. As other computer-readable media, it is possible to apply a portable recording medium such as a CD-ROM. Further, a carrier wave (carrier wave) is also applied as a medium for providing data of the program according to the present invention via a communication line.
その他、検査装置を構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the detailed configuration and detailed operation of each device constituting the inspection device can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
100、200 検査装置
1、2 本体部
11 放射線源
12 マルチスリット
13 被写体台
14 第1格子
15 第2格子
15a 移動機構
16 放射線検出器
17 支柱
17a 緩衝部材
111 焦点
112 付加フィルター・コリメーター
120 第1のカバーユニット
130 第2のカバーユニット
19 基台部
21 カメラ
22 ミラー
23 引張試験機
24 開口部
25 加熱装置
26 温度計
5 コントローラー
51 制御部
52 操作部
53 表示部
54 通信部
55 記憶部
100, 200
Claims (16)
前記被検体に負荷を与える付与手段と、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影させて微分位相画像を生成させる制御を繰り返し実行する制御手段と、
前記タルボ撮影手段により生成された前記被検体の複数の微分位相画像に基づいて、前記微分位相画像の変化を検知する検知手段と、
を備え、
前記タルボ撮影手段は、前記制御手段の制御に基づいて前記微分位相画像を生成する際に、さらに小角散乱画像又は吸収画像を生成し、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与える前及び前記付与手段により前記被検体に負荷を与えることにより前記被検体が破断した後に前記タルボ撮影手段により撮影された複数の前記小角散乱画像、微分位相画像、又は吸収画像を解析して複数の特徴点の位置を抽出し、抽出した前記複数の特徴点間の前記被検体に負荷を与える前と前記被検体に負荷を与えることにより前記被検体が破断した後の距離の比較に基づいて、前記被検体の内部において弾性変形した部分と塑性変形した部分を識別する識別手段を備える検査装置。 A radiation source, a plurality of gratings, and a radiation detector are provided side by side in the direction of the radiation irradiation axis, and the radiation source irradiates a plastic subject made of resin arranged in the direction of the radiation irradiation axis. Talbot imaging means for generating at least a differential phase image of the subject based on a moiré fringe image obtained by irradiating and imaging;
applying means for applying a load to the subject;
a control means that repeatedly performs control to generate a differential phase image by causing the Talbot photographing means to photograph the subject while applying a load to the subject by the applying means;
a detection means for detecting a change in the differential phase image based on the plurality of differential phase images of the subject generated by the Talbot imaging means;
Equipped with
The Talbot imaging means further generates a small-angle scattering image or an absorption image when generating the differential phase image based on the control of the control means,
A plurality of small-angle scattering images taken by the Talbot photographing means before applying a load to the test object by the applying means and after the test object is fractured by applying a load to the test object by the applying means, differential phase The positions of a plurality of feature points are extracted by analyzing an image or an absorption image, and the position of the subject is determined between the extracted plurality of feature points before applying a load to the subject and by applying a load to the subject. An inspection device comprising an identification means for identifying an elastically deformed portion and a plastically deformed portion inside the subject based on a comparison of distances after the specimen breaks.
前記被検体に負荷を与える付与手段と、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影させて微分位相画像を生成させる制御を繰り返し実行する制御手段と、
前記タルボ撮影手段により生成された前記被検体の複数の微分位相画像に基づいて、前記微分位相画像の変化を検知する検知手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影して微分位相画像を生成させる制御を前記被検体が劣化するまで繰り返し実行し、
前記生成された複数の微分位相画像のそれぞれから信号値が予め定められた閾値以上の領域を抽出し、抽出した領域の信号強度、大きさ、面内分布を、その微分位相画像を撮影したときに前記付与手段により前記被検体に与えられた負荷を表す値と対応付けてデータベースに記憶させ、新たな被検体を前記タルボ撮影手段により撮影することにより得られた微分位相画像と、前記データベースに蓄積されている情報に基づいて、前記新たな被検体の劣化度合いを推定する推定手段を備える検査装置。 A radiation source, a plurality of gratings, and a radiation detector are provided side by side in the direction of the radiation irradiation axis, and the radiation source irradiates a plastic subject made of resin arranged in the direction of the radiation irradiation axis. Talbot imaging means for generating at least a differential phase image of the subject based on a moiré fringe image obtained by irradiating and imaging;
applying means for applying a load to the subject;
a control means that repeatedly performs control to generate a differential phase image by causing the Talbot photographing means to photograph the subject while applying a load to the subject by the applying means;
a detection means for detecting a change in the differential phase image based on the plurality of differential phase images of the subject generated by the Talbot imaging means;
Equipped with
The control means repeatedly performs control to generate a differential phase image by photographing the subject with the Talbot imaging means while applying a load to the subject with the applying means until the subject deteriorates,
From each of the plurality of differential phase images generated, a region where the signal value is equal to or higher than a predetermined threshold is extracted, and the signal intensity, size, and in-plane distribution of the extracted region are determined when the differential phase image is photographed. is stored in a database in association with a value representing the load applied to the subject by the imparting means, and a differential phase image obtained by photographing a new subject by the Talbot photographing means is stored in the database. An inspection apparatus comprising an estimating means for estimating the degree of deterioration of the new object based on accumulated information.
前記制御手段は、前記タルボ撮影手段による撮影時に、さらに前記撮影手段により前記被検体の外観を撮影させる請求項1~5のいずれか一項に記載の検査装置。 further comprising a photographing means for photographing the external appearance of the subject to obtain a photographed image of the subject;
The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the control means further causes the photographing means to photograph the external appearance of the subject when the Talbot photographing means takes a photograph.
前記制御手段は、前記タルボ撮影手段による撮影時に、さらに前記温度分布画像取得手段により前記被検体の温度分布画像を取得させる請求項1~6のいずれか一項に記載の検査装置。 further comprising temperature distribution image acquisition means for acquiring a temperature distribution image of the subject,
7. The inspection apparatus according to claim 1, wherein the control means further causes the temperature distribution image acquisition means to acquire a temperature distribution image of the subject when the Talbot photographing means takes an image.
前記タルボ撮影手段により生成された前記被検体の複数の小角散乱画像、微分位相画像又は吸収画像を解析して複数の特徴点の位置を抽出し、抽出した前記複数の特徴点間の距離の変化量を算出することにより、前記被検体の内部の歪分布を算出する歪分布算出手段を備える請求項1~7のいずれか一項に記載の検査装置。 The Talbot imaging means further generates a small-angle scattering image or an absorption image when generating the differential phase image based on the control of the control means,
Analyzing a plurality of small-angle scattering images, differential phase images, or absorption images of the subject generated by the Talbot imaging means to extract the positions of a plurality of feature points, and changing the distance between the extracted plurality of feature points. The inspection apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising strain distribution calculation means for calculating the strain distribution inside the subject by calculating the amount.
前記歪分布算出手段は、前記複数の小角散乱画像、微分位相画像、又は吸収画像を解析して前記複数のマーカーの位置を抽出し、抽出した前記複数のマーカー間の距離の変化量を算出することにより、前記被検体の内部の歪み分布を算出する請求項8に記載の検査装置。 A plurality of markers are arranged on the subject,
The strain distribution calculation means analyzes the plurality of small-angle scattering images, differential phase images, or absorption images, extracts the positions of the plurality of markers, and calculates the amount of change in distance between the plurality of extracted markers. The inspection device according to claim 8, wherein the strain distribution inside the subject is calculated by:
前記付与手段により前記被検体に負荷を与える前及び前記付与手段により前記被検体に負荷を与えることにより前記被検体が破断した後に前記タルボ撮影手段により撮影された複数の前記小角散乱画像、微分位相画像、又は吸収画像を解析し、前記被検体の内部の変化が弾性変形によるものか塑性変形によるものかを識別する識別手段を備える請求項2に記載の検査装置。 The Talbot imaging means further generates a small-angle scattering image or an absorption image when generating the differential phase image based on the control of the control means,
A plurality of small-angle scattering images taken by the Talbot photographing means before applying a load to the test object by the applying means and after the test object is fractured by applying a load to the test object by the applying means, differential phase 3. The inspection apparatus according to claim 2, further comprising identification means for analyzing an image or an absorption image and identifying whether the change inside the subject is due to elastic deformation or plastic deformation.
前記被検体に負荷を与える付与手段と、
を備える検査装置における画像生成方法であって、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影させて微分位相画像と、さらに小角散乱画像又は吸収画像とを生成させる処理を繰り返し実行し、
前記タルボ撮影手段により生成された前記被検体の複数の微分位相画像に基づいて、前記微分位相画像の変化を検知し、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与える前及び前記付与手段により前記被検体に負荷を与えることにより前記被検体が破断した後に前記タルボ撮影手段により撮影された複数の前記小角散乱画像、微分位相画像、又は吸収画像を解析して複数の特徴点の位置を抽出し、抽出した前記複数の特徴点間の前記被検体に負荷を与える前と前記被検体に負荷を与えることにより前記被検体が破断した後の距離の比較に基づいて、前記被検体の内部において弾性変形した部分と塑性変形した部分を識別する、画像生成方法。 A radiation source, a plurality of gratings, and a radiation detector are provided side by side in the direction of the radiation irradiation axis, and the radiation source irradiates a plastic subject made of resin arranged in the direction of the radiation irradiation axis. Talbot imaging means for generating at least a differential phase image of the subject based on a moiré fringe image obtained by irradiating and imaging;
applying means for applying a load to the subject;
An image generation method in an inspection device comprising:
Repeatedly performing a process of generating a differential phase image and a small-angle scattering image or an absorption image by causing the Talbot imaging unit to image the subject while applying a load to the subject by the applying unit,
Detecting a change in the differential phase image based on the plurality of differential phase images of the subject generated by the Talbot imaging means,
A plurality of small-angle scattering images taken by the Talbot photographing means before applying a load to the test object by the applying means and after the test object is fractured by applying a load to the test object by the applying means, differential phase The positions of a plurality of feature points are extracted by analyzing an image or an absorption image, and the position of the subject is determined between the extracted plurality of feature points before applying a load to the subject and by applying a load to the subject. An image generation method that identifies an elastically deformed portion and a plastically deformed portion inside the subject based on a comparison of distances after fracture.
前記被検体に負荷を与える付与手段と、
を備える検査装置における画像生成方法であって、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影させて微分位相画像を生成させる処理を繰り返し実行し、
前記タルボ撮影手段により生成された前記被検体の複数の微分位相画像に基づいて、前記微分位相画像の変化を検知し、
前記付与手段により前記被検体に負荷を与えながら前記タルボ撮影手段により前記被検体を撮影して微分位相画像を生成させる処理を前記被検体が劣化するまで繰り返し実行することにより生成された複数の微分位相画像のそれぞれから信号値が予め定められた閾値以上の領域を抽出し、抽出した領域の信号強度、大きさ、面内分布を、その微分位相画像を撮影したときに前記付与手段により前記被検体に与えられた負荷を表す値と対応付けてデータベースに記憶させ、新たな被検体を前記タルボ撮影手段により撮影することにより得られた微分位相画像と、前記データベースに蓄積されている情報に基づいて、前記新たな被検体の劣化度合いを推定する、画像生成方法。 A radiation source, a plurality of gratings, and a radiation detector are provided side by side in the direction of the radiation irradiation axis, and the radiation source irradiates a plastic subject made of resin arranged in the direction of the radiation irradiation axis. Talbot imaging means for generating at least a differential phase image of the subject based on a moiré fringe image obtained by irradiating and imaging;
applying means for applying a load to the subject;
An image generation method in an inspection device comprising:
Repeatedly performing a process of generating a differential phase image by causing the Talbot imaging unit to image the subject while applying a load to the subject by the applying unit;
Detecting a change in the differential phase image based on the plurality of differential phase images of the subject generated by the Talbot imaging means,
A plurality of differentials generated by repeatedly performing a process of photographing the subject with the Talbot imaging means and generating a differential phase image while applying a load to the subject with the applying means until the subject deteriorates. A region in which the signal value is equal to or greater than a predetermined threshold is extracted from each phase image, and the signal intensity, size, and in-plane distribution of the extracted region are determined by the imparting means when the differential phase image is photographed. Based on the differential phase image obtained by storing the data in a database in association with a value representing the load applied to the specimen and photographing a new specimen with the Talbot imaging means, and the information stored in the database. and estimating the degree of deterioration of the new object.
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