(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エックス線断層撮影を用いた材料内部の密度を分析する方法であって、
ａ）エックス線発生装置とエックス線検出器との間に円柱形状の冶具を設けるステップと、
ｂ）前記円柱形状の冶具内部に、分析対象の材料、および密度が既知である複数の標準試料を挿入するステップと、
ｃ）前記円柱形状の冶具を３６０度回転させながらエックス線断層撮影を行なうステップと、
ｄ）前記エックス線断層撮影された映像に表われたエックス線強度を利用して、前記分析対象の材料内部の密度分析を計算するステップとを備え、
前記分析対象の材料内部の密度分布の計算は、前記標準試料の密度、および前記エックス線断層撮影された映像に存在する標準試料の領域におけるエックス線強度に基づいて、次式を用いて行なわれるものであり、
【数１】
0005508598.tif 000004
Ｘは分析対象材料内部の一領域におけるエックス線強度、Ｄ（Ｘ）は当該領域の密度、Ｄｉは各標準試料の密度、Ａｉは、エックス線断層撮影された映像において標準試料に対応する領域のエックス線強度平均、ＤＭは全てのＤｉの平均、ＡＭは全てのＡｉの平均、Ｎは標準試料の個数を表す方法。
【請求項２】
前記複数の標準試料の個数は、３〜２０個である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の標準試料は、一様な内部密度を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の標準試料は、全て互いに異なる密度を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の標準試料は、前記分析対象の材料よりも密度が高いものと、低いものとを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエックス線断層撮影を用いて材料内部の密度を分析する方法に関するものであって、特に材料内部の密度分布を定量的に分析できる、エックス線断層撮影を用いて材料内部の密度を分析する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エックス線発生装置とエックス線検出器との間に材料が配置された後、エックス線を照射すれば材料を透過したエックス線の強度を検出することができる。このとき材料を回転させながら撮影したエックス線強度等をコンピューターを利用して再構成することにより、材料内部断面のエックス線吸収度の分布を得ることができる。これをエックス線断層撮影という。
【０００３】
エックス線断層撮影は代表的な非破壊材料検査法であって、材料のエックス線吸収係数は、当該材料の密度の関数であることが知られている。エックス線吸収係数の差異を陰影に変化させて映像化した結果がエックス線断層撮影された映像であり、当該映像は訓練を受けた専門家によって判読される。しかしながら、肉眼を通じた定性的判断によるため、判読者の経験と主観による誤差が存在し、判読の再現性にも限界がある。
【０００４】
特許文献１は、単一ガンマ線を利用し、散乱を排除して鮮明な断層撮影された映像を獲得する方法を提示しているが、吸収係数の差異を密度の差異で区分して見せているだけで定量的な実際密度分布は提示をしかねている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５７７４５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は以上のような事項を鑑み創出されたものであって、材料内部の密度分布を定量的に分析することができる、エックス線断層撮影を用いて材料内部の密度を分析する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明によるエックス線断層撮影を用いて材料内部の密度を分析する方法は、
ａ）エックス線発生装置とエックス線検出器との間に円柱形状の冶具を設けるステップと、
ｂ）前記円柱形状の冶具内部に、分析対象の材料、および密度が既知である複数の標準試料を挿入するステップと、
ｃ）前記円柱形状の冶具を３６０度回転させながらエックス線断層撮影を行なうステップと、
ｄ）前記エックス線断層撮影された映像に表われたエックス線強度を利用して、前記分析対象の材料内部の密度分析を計算するステップとを備える。
【０００８】
前記ステップｂ）における標準試料の個数は、３〜２０個であることが好ましい。
【０００９】
また前記複数の標準試料は、一様な内部密度を有していることが好ましい。
【００１０】
また前記複数の標準試料は、全て互いに異なる密度を有していることが好ましい。
【００１１】
また前記複数の標準試料は、前記分析対象の材料よりも密度が高いものと、低いものとを含んでいることが好ましい。
【００１２】
前記ステップ ｄ）において、前記分析対象の材料内部の密度分布の計算は、前記標準試料の密度、および前記エックス線断層撮影された映像に存在する標準試料の領域におけるエックス線強度に基づいて、次式を用いて行なわれる。
【００１３】
【数１】
0005508598.tif 000002
【００１４】
ここで、Ｘは分析対象材料内部の一領域におけるエックス線強度、Ｄ（Ｘ）は当該領域の密度、Ｄｉは各標準試料の密度、Ａｉは、エックス線断層撮影された映像において標準試料に対応する領域のエックス線強度平均、ＤＭは全てのＤｉの平均、ＡＭは全てのＡｉの平均、Ｎは標準試料の個数を表す。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、エックス線断層撮影された映像を材料内部の密度分布映像に変換することができる。よって、エックス線断層撮影された映像に対する肉眼を通じた判読による定性的な判断方式を改善して、定量的な判断を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るエックス線断層撮影を用いて材料内部の密度を分析する方法の実行過程を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係るエックス線断層撮影を用いて材料内部の密度を分析する方法を実施するために採用される装置の構成を示す図である。
【図３】本発明に係るエックス線断層撮影を用いて材料内部の密度を分析する方法によってエックス線断層撮影した映像を示す図である。
【図４】本発明に係るエックス線断層撮影を用いて材料内部の密度を分析する方法によって、分析対象の材料内部の密度を定量的に分析した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について以下詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るエックス線断層撮影を用いて材料内部の密度を分析する方法の実行過程を示すフローチャートである。
【００１９】
図１に示す本発明に係るエックス線断層撮影を用いた材料内部の密度分析方法によれば、図２に示すように、エックス線発生装置１０とエックス線検出器１１との間に円柱形状の冶具３０が配置される（ステップＳ１０１）。冶具３０は、後述する分析対象の材料２０と標準試料（２１、２２、２３）の全てを挿入できる構造であり、冶具３０の外面は角がない円柱形状を有することが好ましい。角が存在すると、角によるエックス線の屈折と回折が発生しエックス線断層撮影された映像に不必要なノイズを発生させるからである。
【００２０】
上記冶具３０の設置後、上記円柱形状の冶具３０の内部に分析対象の材料２０と密度が既知である複数の標準試料２１、２２、２３を挿入する（ステップＳ１０２）。
【００２１】
次いで上記冶具３０を支えているターンテーブル１２を回転させ、上記円柱形状の冶具３０を３６０度回転させながらエックス線断層撮影を行なう（ステップＳ１０３）。
【００２２】
最後に、図３に示す上記エックス線断層撮影された映像に表れたエックス線強度を利用して、上記分析対象の材料２０の内部の密度分布を計算する（ステップＳ１０４）。
【００２３】
ここで、上記ステップＳ１０２における複数の標準試料２１、２２、２３の個数は、３〜２０個であることが好ましい。
【００２４】
また上記複数の標準試料２１、２２、２３は、一様な内部密度を有していることが好ましい。
【００２５】
また上記複数の標準試料２１、２２、２３は、全て互いに異なる密度を有することが好ましい。
【００２６】
また上記複数の標準試料２１、２２、２３は、上記分析対象の材料２０よりも密度が高いものと、低いものとを含んでいることが好ましい。
【００２７】
上記ステップＳ１０４において、上記分析対象の材料２０内部の密度分布の計算は、上記標準試料２１、２２、２３の密度、および図３の上記エックス線断層撮影された映像に存在する標準試料の領域のエックス線強度に基づいて、次式を用いて行なわれる。
【００２８】
【数２】
0005508598.tif 000003
【００２９】
ここで、Ｘは分析対象材料内部の一領域におけるエックス線強度、Ｄ（Ｘ）は当該領域の密度、Ｄｉは各標準試料の密度、Ａｉは、エックス線断層撮影された映像において標準試料に対応する領域のエックス線強度平均、ＤＭは全てのＤｉの平均、ＡＭは全てのＡｉの平均、Ｎは標準試料の個数を表す。
【００３０】
上記の一連の処理について、より詳細に説明する。
【００３１】
エックス線発生装置１０から発生されたエックス線４０は、分析対象材料２０と標準試料（２１、２２、２３）を収容している冶具３０を通過してエックス線検出器１１に到達する。このときエックス線４０が通過した部位の密度に従ってエックス線吸収係数が変わり、これによるエックス線透過強度の差異はエックス線検出器１１によって記録される。
【００３２】
冶具３０、分析対象の材料２０、および標準試料２１、２２、２３は、ターンテーブル１２の回転に従って３６０度回転される。ターンテーブル１２の一定角度の回転ごとに再びエックス線を照射して、エックス線吸収係数の差異によるエックス線強度の差異を記録する。
【００３３】
図３は、上記複数の映像におけるエックス線強度を再構成して得られた材料内部断面のエックス線断層撮影像を示している。冶具３０の中央には分析対象材料２０の映像が、そしてその周辺には標準試料２１、２２、２３の映像が表れている。標準試料２１、２２、２３は分析対象材料２０の密度を分析するための基準であって、特定の素材に限定されるものではない。換言すると、金属、セラミック、プラスチック等のいずれの素材によっても製作が可能であるが、内部の密度が均質な単一物質のものが好ましい。標準試料２１、２２、２３の密度に変化があれば、これを基準にした分析対象材料２０の密度分析結果にも変化が発生するからである。さらに、各標準試料２１、２２、２３の密度は互いに異なるべきであり、好ましくは、分析すべき材料２０の密度より高い密度を有する標準試料と、低い密度を有する標準試料とを含むようにする。分析すべき材料２０の密度が標準試料２１、２２、２３の密度の中間に位置する場合、エックス線強度と密度の相関関係の信頼性が高くなるからである。
【００３４】
標準試料２１、２２、２３の個数は変更が可能であるが、３個から２０個の範囲であることが好ましい。標準試料が２個以下の場合、正確な密度基準とするには個数が不足であり、標準試料が２１個以上の場合、密度分析の正確性の向上幅の割に、分析時間が長くなってしまうからある。
【００３５】
標準試料２１、２２、２３のそれぞれの密度をＤｉとし、エックス線断層撮影された映像における標準試料に対応する領域（図３において２１、２２、２３で示す領域）のエックス線強度の平均をＡｉとすれば、前述の数式を用いて材料内部の密度を定量的に計算することができる。
【００３６】
図４は上記の式を分析対象の材料２０内部の全ての領域に適用して得られた、内部密度Ｄ（Ｘ）の定量的分析結果を示している。図４において、分析対象の材料２０の内部の密度は、５．３〜１．８ｇ／ｃｍ２の範囲とされている。
【００３７】
赤色で示した高密度領域は、材料内部の正常部分５０であり、中央に青色で示した領域は、材料の亀裂や気泡の発生によりもたらされる、密度が低い欠陥部分５１である。
【００３８】
以上の説明におけるように、本発明によるエックス線断層撮影を用いた材料内部の密度分析方法は、エックス線断層撮影された映像を材料内部の密度分布映像に変換することができるため、エックス線断層撮影された映像に対する肉眼判読による定性的な判断方式を改善して、定量的な判断を提供することができる。
【００３９】
以上、好ましい実施形態を参照して本発明について詳しく説明したが、本発明は、これに限定されるものでなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で多様に変形、応用され得ることは当業者にとって明らかである。よって本発明の真正な保護範囲は、添付した請求の範囲に基づいて解釈されるべきであり、それと均等な範囲内にある全ての技術的思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００４０】
１０：エックス線発生装置、１１：エックス線検出器、１２：ターンテーブル、２０：分析対象の材料、２１、２２、２３：標準試料、３０：冶具、４０：エックス線、５０：分析対象の材料内部の正常部分、５１：分析対象の材料内部の欠陥部分
【図１】
0005508598.tif 000005
【図２】
0005508598.tif 000006
【図３】
0005508598.tif 000007
【図４】
0005508598.tif 000008