(57)【要約】【課題】トレーサの詰まりを回避可能な流体流れ可視化装置を提供する。【解決手段】流体流れ可視化装置１０は、トレーサ供給部１６を備えている。トレーサ供給部１６は、流路２１中にトレーサ２２を供給する。トレーサ２２は、流体１２とは分離し且つ流体１２に比べて密度が高い液体である。このようなトレーサ２２は、流れる過程で流体１２と混ざり合うことなく、流体１２とは区別して透過画像に表れる。そのため、トレーサ２２としての十分な機能が確保される。また、トレーサ２２は、液体であることから、製品流路３９の大きさおよび形状に応じて変形可能である。そのため、製品１１の内部に狭小部４７、または逆止弁４４が設けられた可動部４５が存在する場合であっても、トレーサ２２が局所に詰まることが回避可能である。【選択図】図１
2019095403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物の内部流路の流体の流れを可視化する流体流れ可視化装置であって、
前記被検出物に対して流れ方向の前後で流路を形成する流路形成部と、
前記流路中にトレーサを供給するトレーサ供給部と、
前記被検出物にＸ線を照射し、前記被検出物を透過したＸ線を検出するＸ線撮像部と、
前記Ｘ線撮像部が検出したＸ線に基づき透過画像を生成する画像生成部と、
前記透過画像に所定の処理を施す画像処理部と、
を備え、
前記トレーサは、前記流体とは分離し且つ前記流体に比べて密度が高い液体である流体流れ可視化装置。
【請求項２】
前記トレーサ供給部は、
前記トレーサを収容するシリンジと、
前記シリンジから前記トレーサを押し出すプランジャと、
前記プランジャを駆動するアクチュエータと、
を有し、
前記アクチュエータは、前記プランジャの押し出し量を制御することで前記トレーサの粒径を調節する請求項１に記載の流体流れ可視化装置。
【請求項３】
前記流路のうち前記トレーサが供給される部分は、その前後に比べて流路断面積が大きくなっている請求項１または２に記載の流路流れ可視化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体流れ可視化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検出物の内部流路の水や油等の流体の流れを可視化する装置として、特許文献１に開示されているように、流体内に固体の金属トレーサを混入させ、被検出物を外部からＸ線で撮像するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８０１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、被検出物の内部流路に狭小部、または、逆止弁等が設けられた可動部が存在する場合、固体のトレーサが局所に詰まり、流れ可視化が困難になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、トレーサの詰まりを回避可能な流体流れ可視化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の流体流れ可視化装置は、流路形成部、トレーサ供給部、Ｘ線撮像部、画像生成部、および画像処理部を備えている。流路形成部は、被検出物に対して流れ方向の前後で流路を形成する。トレーサ供給部は、流路中にトレーサを供給する。Ｘ線撮像部は、被検出物にＸ線を照射し、被検出物を透過したＸ線を検出する。画像生成部は、Ｘ線撮像部が検出したＸ線に基づき透過画像を生成する。画像処理部は、透過画像に所定の処理を施す。トレーサは、流体とは分離し且つ流体に比べて密度が高い液体である。
【０００７】
このようなトレーサは、流れる途中で流体と混ざり合うことなく、流体とは区別して透過画像に表れる。そのため、トレーサとしての十分な機能が確保される。また、トレーサは、液体であることから、被検出物の内部流路の大きさおよび形状に応じて変形可能である。そのため、被検出物の内部流路に狭小部、または逆止弁が設けられた可動部が存在する場合であっても、トレーサが局所に詰まることが回避可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の流体流れ可視化装置の概略構造図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】製品の内部流路を示す断面図である。
【図４】コンピュータが行う処理を説明するフローチャートである。
【図５】コンピュータが生成するトレーサ導入前の透過画像を示す図である。
【図６】コンピュータが生成するトレーサ導入後の透過画像を示す図である。
【図７】コンピュータが生成する第１のトレーサ抽出画像を示す図である。
【図８】コンピュータが生成する第２のトレーサ抽出画像を示す図である。
【図９】コンピュータが生成する第３のトレーサ抽出画像を示す図である。
【図１０】コンピュータが生成する第４のトレーサ抽出画像を示す図である。
【図１１】コンピュータが生成する第５のトレーサ抽出画像を示す図である。
【図１２】コンピュータが生成する第６のトレーサ抽出画像を示す図である。
【図１３】コンピュータが生成する第７のトレーサ抽出画像を示す図である。
【図１４】コンピュータが生成する第８のトレーサ抽出画像を示す図である。
【図１５】コンピュータが生成する第９のトレーサ抽出画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［一実施形態］
以下、一実施形態を図面に基づき説明する。図１に示すように、本実施形態の流体流れ可視化装置１０は、被検出物としての製品１１内部の流体１２の流れを可視化するものである。
【００１０】
（基本構成）
先ず、流体流れ可視化装置１０の基本構成について説明する。図１、図２に示すように、流体流れ可視化装置１０は、流路形成部１５、トレーサ供給部１６、Ｘ線撮像部１７、およびコンピュータ１８を備えている。
【００１１】
流路形成部１５は、製品１１に対して流れ方向の前後で流路２１を形成する。トレーサ供給部１６は、流路２１中にトレーサ２２を供給する。Ｘ線撮像部１７は、製品１１にＸ線を照射するＸ線源２３と、製品１１を透過したＸ線を検出するＸ線検出器２４とを有している。
【００１２】
コンピュータ１８は、Ｘ線撮像部１７が検出したＸ線に基づき透過画像を生成する。また、コンピュータ１８は、透過画像に所定の処理を施す。このような機能を有するコンピュータ１８は、画像生成部および画像処理部に相当する。
【００１３】
（特徴構成）
次に、流体流れ可視化装置１０の特徴構成について説明する。図１に示すように、トレーサ供給部１６は、シリンジ３１、プランジャ３２、およびアクチュエータ３３を有している。トレーサ２２は、流体１２とは分離し且つ流体１２に比べて密度が高い液体である。例えば、流体１２が油の場合、トレーサ２２は水である。また、流体１２が水の場合、トレーサ２２は油である。トレーサ２２は、流体１２に比べて高密度になるように密度が調整されている。
【００１４】
シリンジ３１は、液体のトレーサ２２を収容している。プランジャ３２は、シリンジ３１からトレーサ２２を押し出し可能である。アクチュエータ３３は、例えばリニアモータ等から構成されており、プランジャ３２を押し出し方向へ駆動する。トレーサ供給部１６は、支持台３４により支持されている。
【００１５】
流路形成部１５は、配管３５と、配管３５の一端に接続されたトレーサ導入部３６とを有している。製品１１は、一端が接続コネクタ３７によりトレーサ導入部３６に接続され、他端が接続コネクタ３８により配管３５に接続されている。流路２１は、製品１１の内部流路（以下、製品流路３９）の一端から他端まで繋がっている。流体１２は、ポンプ４１により流路２１および製品流路３９を循環するように構成されている。ポンプ４１は、必要に応じて流れ方向を逆転可能である。
【００１６】
トレーサ導入部３６の内部には拡張流路４２が形成されている。拡張流路４２には、トレーサ供給部１６の供給管４３が設置されている。拡張流路４２は、流路２１のうちトレーサ２２が供給される部分であって、その前後に比べて流路断面積が大きくなっている。拡張流路４２においては、流体１２の流通速度が比較的遅くなる。
【００１７】
トレーサ供給部１６は、上述のように流通速度が比較的遅い拡張流路４２にトレーサ２２を素早く供給することで、トレーサ２２を分離させることなく、まとまった形で供給可能である。アクチュエータ３３は、プランジャ３２の押し出し量（すなわち、アクチュエータ３３の動作量）を制御することで、トレーサ２２の粒径を調節する。また、アクチュエータ３３は、拡張流路４２での流体１２の流通速度に応じてプランジャ３２の押し出し速度を制御する。すなわち、流体１２の流通速度が速いほどプランジャ３２の押し出し速度が速くされる。
【００１８】
図３に示すように、製品流路３９は、逆止弁４４が設けられた可動部４５と、分岐部４６とを含む。図３は、流体１２の流れにより逆止弁４４が開弁している状態を示している。分岐部４６の一方は、流路断面積が比較的小さくなっている狭小部４７である。
【００１９】
図２のコンピュータ１８は、図４に示す一連の処理を行う。以降、「Ｓ」はステップを意味する。図４のＳ１では、トレーサ導入前に流体１２を流した状態の透過画像（以下、導入前画像）が複数生成される。生成された透過画像は、コンピュータ１８内部の記憶部に記憶される。Ｓ１の後、処理はＳ２に移行する。
【００２０】
図４のＳ２では、複数の導入前画像から、これらを平均化した透過画像（平均化画像）が生成される。図５に示す平均化画像では、Ｘ線吸収量が多い部位ほど暗く表示されている。Ｓ２の後、処理はＳ３に移行する。
【００２１】
図４のＳ３では、トレーサ２２の導入がアクチュエータ３３に指示される。Ｓ３の後、処理はＳ４に移行する。
【００２２】
図４のＳ４では、トレーサ２２が製品流路３９を流れる間、透過画像（以下、導入後画像）が所定時間間隔で生成される。図６は、導入後画像の一例である。流体１２と比べて高密度であるトレーサ２２は、Ｘ線吸収量が流体１２と比べて多く、比較的暗く表示されている。Ｓ４の後、処理はＳ５に移行する。
【００２３】
図４のＳ５では、導入後画像から平均化画像を差分する差分処理が行われ、トレーサ２２のみが写った画像（以下、トレーサ抽出画像）が生成される。これにより、露光時間の短い高速撮像において取得画像に多くのノイズが発生してしまい、トレーサ２２の認識が困難な場合であっても、画像処理にてトレーサ２２のみを抽出することで当該トレーサ２２の認識を容易にすることができる。
【００２４】
図６の導入後画像から図５の平均化画像を差分して得られたトレーサ抽出画像を図７に示す。導入後画像と平均化画像との差が大きい部位ほど明るく表示される。そのため、トレーサ２２が白く表示されている。図７には、便宜上、流路２１等を白い線で表示している。Ｓ５の後、処理はＳ６に移行する。
【００２５】
図４のＳ６では、生成された複数のトレーサ抽出画像が組み合わされて、トレーサ２２の移動する様子を示す動画が生成される。そして、トレーサ２２の移動量に基づき流体１２の速度、ベクトルを算出することで流体１２の流れが可視化される。動画を構成するトレーサ抽出画像の一部を抜き出して、時系列で図７〜図１５に順に示す。
【００２６】
（効果）
以上説明したように、本実施形態では、流体流れ可視化装置１０は、流路形成部１５、トレーサ供給部１６、Ｘ線撮像部１７、およびコンピュータ１８を備えている。流路形成部１５は、製品１１に対して流れ方向の前後で流路２１を形成する。トレーサ供給部１６は、流路２１中にトレーサ２２を供給する。Ｘ線撮像部１７は、製品１１にＸ線を照射し、製品１１を透過したＸ線を検出する。コンピュータ１８は、Ｘ線撮像部１７が検出したＸ線に基づき透過画像を生成し、この透過画像に所定の処理を施す。トレーサ２２は、流体１２とは分離し且つ流体１２に比べて密度が高い液体である。
【００２７】
このようなトレーサ２２は、流れる過程で流体１２と混ざり合うことなく、流体１２とは区別して透過画像に表れる。そのため、トレーサ２２としての十分な機能が確保される。また、トレーサ２２は、液体であることから、流路２１の大きさおよび形状に応じて変形可能である。そのため、製品１１の内部に狭小部４７、または逆止弁４４が設けられた可動部４５が存在する場合であっても、トレーサ２２が局所に詰まることが回避可能である。
【００２８】
ここで、従来のように固体トレーサを用いると当該固定トレーサが局所に詰まるという問題に対して、透明な樹脂で製品を模擬したものを製作し、可視光にて流れを捉える手法を用いることが考えられる。しかし、製品の実使用環境が高圧環境である場合、樹脂製の模擬品の強度不足から実使用環境では計測することができないという欠点がある。
【００２９】
これに対して、本実施形態では、模擬品ではなく、実際の製品１１を用いるため、実使用環境で計測することが可能である。
【００３０】
ここで、液体のトレーサ２２を用いる場合の課題として、トレーサ２２の粒径を調節する必要があることが挙げられる。トレーサ２２の粒径が大きすぎると流体１２の流れに乗らず、追従性が悪くなる。一方、トレーサ２２の粒径が小さすぎるとＸ線により撮像できなくなり、撮像性が悪くなる。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、トレーサ供給部１６は、トレーサ２２を収容するシリンジ３１と、シリンジ３１からトレーサ２２を押し出すプランジャ３２と、プランジャ３２を駆動するアクチュエータ３３とを有している。アクチュエータ３３は、プランジャ３２の押し出し量を制御することでトレーサ２２の粒径を調節する。これにより、トレーサ２２の追従性および撮像性の低下を抑制することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、拡張流路４２は、流路２１のうちトレーサ２２が供給される部分であり、その前後に比べて流路断面積が大きくなっている。そのため、拡張流路４２の流体１２の流通速度が比較的遅くなり、トレーサ２２を分離させることなく、まとまった形で供給し易くなっている。
【００３３】
［他の実施形態］
他の実施形態では、コンピュータとは別の機器が画像生成部を有していてもよい。例えば、Ｘ線用高速度カメラが用いられ、このＸ線用高速度カメラがＸ線検出器および画像生成部として機能してもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０・・・流体流れ可視化装置
１１・・・製品（被検出物）
１２・・・流体
１５・・・流路形成部
１６・・・トレーサ供給部
１７・・・Ｘ線撮像部
１８・・・コンピュータ（画像生成部、画像処理部）
２２・・・トレーサ
３９・・・製品流路（内部流路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2019095403.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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