JPH02176870A - 金属材料の診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属材料の余寿命を診断する装置に係り、特に
金属材料の結晶粒界に発生する欠陥を識別する画像処理
装置を備えた金属材料の診断装置に関する。

〔従来の技術〕

高温高圧下で使用さ九る構造用金属材料の損傷度合（損
傷率）やその余寿命を推定する場合、使用中に金属材料
の結晶粒界に発生するキャビティやボイド等の欠陥を面
積率やその個数で定量化して推定を行っている。（Ｍａ
ｔｅｒ、Ｓｃｉ、Ｅｎｇｎｇ、、Ｖｏ１４６第２３１頁
参照）金属材料中の上記キャビティやボイドの欠陥を定
量化する際には、走査電子顕微鏡で観察した金属組織の
画像を直接又は写真を介してカメラから画像処理装置に
入力し処理を行う場合が多いが、従来の画像処理方法及
び装置では、結晶粒界に発生する欠陥と結晶粒内の炭化
物や凹凸とを識別できないため、人間の判断により画像
の修正を行う必要があった。すなわち、従来の画像処理
方法では、入力された対象物の画像の輝度を基に欠陥と
それ以外の部分とを識別して２値化を行っていた。

しかし、輝度による識別では結晶粒界に発生した欠陥と
結晶粒内の炭化物や凹凸との識別が自動的にできないた
め、人間の判断のもとにデジタイザやライトベンを使用
して炭化物や凹凸の画像を消去する必要があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、人間が結晶粒界に発生した欠陥と結
晶粒内の炭化物や凹凸とを識別し、マニュアル操作で画
像の修正をする必要があった。このような識別には、金
属Ｍ織に関する専門的な知識が必要である、また、専門
家であっても、判断に個人差がでる。更に、このマニュ
アル操作による画像の修正に要する時間は１画像処理の
全時間の８０％以上を占めており、多くの画像を処理す
るのは多大な時間を必要とした。

本発明の目的は、金属材料の結晶粒界に発生したキャビ
ティやボイド等の欠陥の画像と、結晶粒内の欠陥でない
炭化物や凹凸等の画像とを自動的に識別することにより
、マニュアル操作による画像修正における専門家知識を
不必要とし、画像修正の判断に関する個人差の解消と画
像修正の操作時間の短縮を図ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、金ｙｔｍ織のアナログ画像をディジタル画
像の原画像として変換するＡ／Ｄ画像変換手段と、該原
画像を格納する記憶手段と、前記原画像を２値化するた
めのしきい値を設定するしきい値設定手段と、該しきい
値で前記原画像を２値化する２値化手段と、前記しきい
（ｆｉ設定手段及び２値化手段により第１しきい値で前
記原画像を２値化して前記金属組織の結晶粒界の像を抽
出して作成した結晶粒界画像と第２しきい値で前記原画
像を２値化して前記金属組織の欠陥及び析出物の像を抽
出して作成した欠陥／析出物画像とを重ね合わせて合成
画像を作る画像合成手段と、該合成画像から前記結晶粒
界の像と干渉する前記欠陥／析出物の像の部分を欠陥と
して抽出して欠陥識別画像を作る欠陥識別手段と、該欠
陥識別画像中の欠陥像の数又は合計面積を求めて該欠陥
像の数又は合計面積を基に欠陥率を計算する計算手段と
、該欠陥率を出力する出力手段とから構成された金属材
料の診断装置により、達成される。

そして、この診断装置に前記原画像、結晶粒界画像、欠
陥／析出物画像、合成画像及び欠陥識別画像を表示する
表示手段を設けるのが診断作業上好都合である。

〔作用〕

作用を第１図のクレーム対応図を用いて説明する。上記
のように構成された金属材料の診断装置においては、Ａ
／Ｄ画像変換手段は金属組織のアナログ画像をディジタ
ル画像の原画像として変換し、記憶手段はその原画像を
格納しておき、しきい値設定手段は原画像を２値化する
ための第１しきい値及び第２しきい値を設定し、２Ｍ化
手段は第１しきい値で原画像を２（ｉ！化して金属組織
の結晶粒界の像を識別して結晶粒界画像を作成するとと
もに、第２しきい値で原画像を２値化して金属組織の欠
陥及び析出物の像を識別して欠陥／析出物画像を作成し
１画像合成手段は結晶粒界画像と欠陥／析出物画像とを
重ね合わせて合成画像を作成し、欠陥識別手段はその合
成画像から結晶粒界の像と干渉する欠陥／析出物の像の
部分を抽出してその抽出した部分を欠陥像として欠陥識
別画像を作成し、計算手段はその欠陥識別画像から欠陥
像の数又は合計面積を求めてその欠陥像の数又は合計面
積を基に金属組織の欠陥率を計算し、出力手段はその欠
陥率を出力する。

そして上記の金属材料の診断装置が表示手段を備えた場
合は、その表示手段は前記原画像、結晶粒界画像、欠陥
／析出物画像５金成画像及び欠陥識別画像を表示する。

〔実施例〕

本発明の実施例を第２図〜第１１図を用いて説明する。

第２図は本発明の実施例である金属材料の診断装置の構
成図である。第２図において、金属材料の診断装置１を
構成する画像処理装置４は走査電子顕微ｔＩＡ２でａ察
された金属組織の画像をカメラ３を通して入力してその
画像のアナログ信号をデジタル信号に変換してデジタル
画像の原画像を作成し、その原画像の２値化を行うこと
によって。

最終的には金属組織の欠陥を検出するための欠陥識別画
像を作成する。制御・演算用コンピュータ５はしきい値
設定手段及び計算手段として機能し、原画像の２値化を
行うためのしきい値を設定したり、２値化して作成した
欠陥識別画像から金属組織中の欠陥の面積、その欠陥に
よる金属材料の損傷率やそれらを基に金属材料の余寿命
等を計算する。プリンタ６、カラーデイスプレィＡ７は
出力手段として制御・演算用コンピュータ５の計算式や
計算結果を表示する。また表示手段としてのカラーデイ
スプレィＢ８は画像処理装置４が作成したデジタル画像
を画面」二に表示する。画像記録装置９はデジタル画像
を保管するために用いられる。

第３図は画像処理装置４の回路構成図であり、第４図は
この画像処理袋Ｗ４を用いて行う金属材料の診断ステッ
プを示す図である。ここで画像処理装置４の各回路の動
作を診断のステップに従って記述する。Ａ／Ｄ変換手段
なるＡ／Ｄコンバータ１１はカメラ３から入力された金
属組織の画像のアナログ信号をデジタル信号に変換し、
変換されたデジタル信号はデジタル画像の原画像として
イメージメモリコントローラ１２によってイメージメモ
リ１３に格納される。（ステップ３０１）。

２値化手段、合成手段及び欠陥識別手段として機能する
イメージプロセッサ１４はイメージメモリ１３から原画
像を読み出し、その原画像を制御・演算用コンピュータ
５により規定された第１しきい値（ステップ３０２）で
２値化して金属組織の結晶粒界を示す結晶粒界画像を作
成しくステップ３０３）、また制御・演算用コンピュー
タ５により規定された第２しきい値（ステップ３０４）
で２値化して金属組織の結晶粒界に発生したキャビティ
やボイドなる欠陥、及び結晶粒内の析出物なる炭化物や
凹凸の画像を示す欠陥／析出物画像を作成する（ステッ
プ３０５）。

それからイメージプロセッサ１４は結晶粒界画像と欠陥
／析出物画像とを比較するために重ね合わせて合成画像
を作成して、さらに結晶粒界の像と干渉した欠陥／析出
物の像即ち結晶粒界のキャビティやボイドなる欠陥の像
を抽出して、欠陥識別画像を作成する（ステップ３０６
）。この欠陥識別画像を用いて、制御・演算用コンピュ
ータ５は欠陥像の合計面積を求め（ステップ３０７）。

この欠陥像の合計面積が欠陥識別画像の全面積に対する
割合即ち金属材料の損傷率を計算しくステップ３０８）
、そして最終的にその損傷率から金属材料の余寿命を計
算する（ステップ３０９）。

上記の原画像の読みだしから欠陥識別画像の作成までの
イメージプロセッサ１４による処理は画像比較用ＲＯＭ
１５に記憶されたプログラムに従ってコントロールプロ
セッサ７及びイメージコントローラ１２を介して行われ
、その間に作成された各画像はイメージコントローラ１
２のコントロールのもとにイメージメモリ１３ａ〜１３
ｅからの読みだし又は格納が行われる。

制御・演算用コンピュータ５は画像処理装置４に内蔵の
イメージメモリ１３から欠陥識別画像を読みだし、同内
蔵の計算用ＲＯＭ１６に記憶された計算プログラムによ
り欠陥の面積、その欠陥による金属材料の損傷率や金属
材料の余寿命を計算する。なおＧＰ−Ｉ　Ｂ　１７は画
像処理装置４と制御・演算用コンピュータ５を接続する
ためのインターフェース・バスである。

第５図に走査電子顕＊＊で観察したアナログ画像として
の金属組織写真の一例を示す、第５図では、金属の結晶
粒界は白く見え、欠陥と思われる部分は黒く見える。

第６図は金属組織のアナログ画像をＡ／Ｄ変換して作成
したディジタル画像を原画像として示した模式図である
。第６図では結晶粒界５１は線状に示され、そして欠陥
５２．炭化物及び凹凸の部分５３は黒く塗りつぶされて
示されている。

本実施例の金属材料の診断装置１の画像処理装置４では
、入力された画像を５１２Ｘ４８０の画素に分け、各画
素の輝度を２５６階調に分けた情報を持つようにデジタ
ル化する。

次に、入力画像の輝度を基に２５６階調の内の１２８以
上の高い輝度のある範囲をしきい値として結晶粒界とそ
れ以外の部分との２値化を行う。

結晶粒界の２値化を行った画像の模式図を第７図に示す
、第７図では、亀甲状の模称を作る曲線が結晶粒界５１
に該当し、この２値化によって結晶粒界のみの像が結晶
粒界画像として作成される。

次に、結晶粒界の２値化と同様、入力画像の輝度を基に
１２８階調以下の低い輝度のある範囲をしきい値として
欠陥や析出物である炭化物とそれ以外の画像との２値化
を行う、第８図に欠陥や炭化物の２値化を行った模式図
を欠陥／析出物画像として示す、この第８図において黒
く塗りつぶされた部分が欠陥５２や炭化物５３に該当す
る。

上記の結晶粒界の２値化を行った画像と欠陥や炭化物の
２値化を行った画像を同一の画面に異なる色で表示し、
欠陥５２や炭化物５３の像の内、結晶粒界の像と干渉し
た部分を欠陥５２の像として識別する。第９図に両２値
画像を重ねて合成画像として同一画面に表示した例を示
す。第１０図には、欠陥画像の識別を行い欠陥識別画像
として欠陥像５２のみを表示した画像の例を示す６上記
の方法で識別された欠陥の２値画像を基に欠陥の像を表
わしている画素数と＊祭した画像全体の画素数との比か
ら欠陥面積率を計算し、第１１図の欠陥面積率（キャビ
テイ面積率）と損傷率との関係を利用して観察した金属
材料の余寿命を計算する。さらに１診断までにその金属
材料が使用された時間Ｔと損傷率φから次式で余寿命を
計算し、結果を出力する。

ｔ＝−−Ｔ　　　　　　　　　　（１）φ ここで、ｔは金属材料余寿命、Ｔは金属材料を使用した
時間（プラント等の運転時間）、φは損傷率を示す。

以上述べた本発明の実施例では、金属材料中の欠陥面積
率を求める方法と、それを利用した損傷率計算をあげて
いるが、Ａパラメータ（全結晶粒界中の欠陥が発生した
結晶粒界の割合）を求めて損傷率を計算する場合にも本
発明の基本原理を変えることな〈実施できることは明ら
かである。

また１本実施例の中の欠陥を識別する画像処理方法は、
異種金属の接合界面の欠陥や金属とセラミックスとの接
合界面の欠陥の識別にも適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、金属材料の診断装置を金属組織のアナ
ログ画像をディジタル画像に変換するＡ／Ｄ画像変換手
段とそのディジタル画像を２値化する２値化手段と２値
化して求めた画像を基に欠陥像を抽出して欠陥識別画像
を作成する欠陥識別手段とその欠陥識別画像から金属材
料の欠陥を計算する計算手段等により構成したことによ
り、金属組織の欠陥率を自動的に求めることができるの
で、従来金属組織に関する専門家が行っていた欠陥と炭
化物や凹凸の識別とマニュアル操作による画像の修正の
必要がなくなる。

従って、本画像処理における金属組織に関する専門的が
不要となり、かつ欠陥の識別に個人差がなくなる。さら
に、画像処理時間の短縮が図られ。

信頼性の高い診断結果が迅速に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の実
施例の金属材料の診断装置の構成図、第３図は同装置中
の画像処理装置の回路構成図、第４図は金属材料の診断
の流れを示す図、第５図は走査顕Ｗｉ、鏡で観察した金
属組織の写真、第６図は金属組織の画像模式図、第７図
は結晶粒界の２値画像の模式図、第８図は欠陥や炭化物
の２値画像の模式図、第９図は結晶粒界の２（Ｉ！両画
像欠陥や１図は金属材料の損傷率計算に用いる欠陥面積
率と損傷率との関係を示す図である。 １・・・金属材料の診断装置、４・・・画像処理装置、
５・・・制御・演算用コンピュータ（しきい値設定手段
、計算手段）、６・・・プリンタ（出力手段）、７・・
・カラーデイスプレィＡ（出力手段）、１１・・・Ａ／
Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換手段）、１３・・・イメージ
メモリ（記憶手段）、１４・・・イメージプロセッサ（
２値化手段１合成手段、欠陥識別手段）、１５・・・画
像比較用ＲＯＭ、１６・・・計算用ＲＯＭ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属組織のアナログ画像をディジタル画像の原画像
   として変換するＡ／Ｄ画像変換手段と、該原画像を格納
   する記憶手段と、前記原画像を２値化するためのしきい
   値を設定するしきい値設定手段と、該しきい値で前記原
   画像を２値化する２値化手段と、前記しきい値設定手段
   及び２値化手段により第１しきい値で前記原画像を２値
   化して前記金属組織の結晶粒界の像を抽出して作成した
   結晶粒界画像と第２しきい値で前記原画像を２値化して
   前記金属組織の欠陥及び析出物の像を抽出して作成した
   欠陥／析出物画像とを重ね合わせて合成画像を作る画像
   合成手段と、該合成画像から前記結晶粒界の像と干渉す
   る前記欠陥／析出物の像の部分を欠陥として抽出して欠
   陥識別画像を作る欠陥識別手段と、該欠陥識別画像中の
   欠陥像の数又は合計面積を求めて該欠陥像の数又は合計
   面積を基に欠陥率を計算する計算手段と、該欠陥率を出
   力する出力手段とから構成された金属材料の診断装置。 ２、前記金属組織は異種金属の接合界面を含んでいるこ
   とを特徴とする請求項１記載の金属材料の診断装置。 ３、前記金属組織は金属とセラミックスとの接合界面を
   含んでいることを特徴とする請求項１記載の金属材料の
   診断装置。 ４、前記原画像、結晶粒界画像、欠陥／析出物画像、合
   成画像及び欠陥識別画像を表示する表示手段を設けたこ
   とを特徴とする請求項１、２又は３記載の金属材料の診
   断装置。