クリープ損傷を受ける金属の余寿命診断方法及び診断装置
【課題】クリープ損傷を受ける金属の余寿命を診断するに際して作業効率を高める。
【解決手段】
金属のレプリカを、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで、複数の画像を取得する画像取得ステップ（Ｓ３）と、画像のそれぞれに参照線を描く参照線描画ステップ（Ｓ５）と、参照線と交差する粒界の数、及び、参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数を取得する粒界数取得ステップ（Ｓ６）と、参照線と交差する粒界の数、及び、参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数に基づき、Ａパラメータ法を用いて金属の余寿命を診断する余寿命診断ステップ（Ｓ７，Ｓ８）とを有する。
【解決手段】
金属のレプリカを、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで、複数の画像を取得する画像取得ステップ（Ｓ３）と、画像のそれぞれに参照線を描く参照線描画ステップ（Ｓ５）と、参照線と交差する粒界の数、及び、参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数を取得する粒界数取得ステップ（Ｓ６）と、参照線と交差する粒界の数、及び、参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数に基づき、Ａパラメータ法を用いて金属の余寿命を診断する余寿命診断ステップ（Ｓ７，Ｓ８）とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリープ損傷を受ける金属の余寿命診断方法及び診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電施設が有するボイラーやタービンといったプラント機器では、動力用蒸気などの高温高圧流体が扱われている。年単位の長時間に亘って使用されると、ボイラーやタービンを構成する金属（例えばクロムモリブデン鋼やステンレス鋼）には、クリープ損傷などの経年劣化損傷が生じる。過度な損傷は機器の破損につながるため、プラント機器を長期間に亘って安全に使用するには、金属の余寿命を診断して適切な時期にメンテナンスを行うことが求められる。
【０００３】
ここで、メンテナンスサイクルを短く設定すると安全率が高まるものの、メンテナンス回数が増えるのでコストが嵩んでしまう。反対に、メンテナンスサイクルを長く設定すると、メンテナンス回数が減ってコストを抑制できるものの、安全率が低くなってしまう。このため、余寿命の診断精度を向上させ、メンテナンスサイクルを適切に定めることが重要になっている。
【０００４】
診断精度を向上させるため、種々の余寿命診断方法が開発されている。その診断手法の一つにＡパラメータ法がある。Ａパラメータ法は非破壊診断方法の一種であり、クリープボイドが生じた粒界（クリープボイド発生粒界）の数と観察粒界の総数との比率を指標として余寿命を求める方法である。以下に示す特許文献には、Ａパラメータ法を用いた診断方法が開示されている。
【０００５】
例えば、特許文献１，２には、クリープ損傷の進行度合いをＡパラメータによって評価する技術が開示されている。また、特許文献３には、犠牲型センサのクリープ損傷の進行度合いをＡパラメータによって評価する技術が開示されている。
【０００６】
Ａパラメータ法では、クリープボイド発生粒界数と観察粒界総数との比率を指標にしているので、クリープボイド発生粒界を識別する必要がある。このクリープボイド発生粒界を識別するため、参照線が広く用いられている。ここで、参照線とは、診断対象となる金属に作用する応力方向に描かれた直線であり、顕微鏡で撮影された画像から観察粒界を抽出するために用いられる。すなわち、画像に参照線を描き、参照線と交差した粒界を観察粒界としている。
【０００７】
ここで、画像の撮影倍率は、粒界が識別できる程度まで拡大する必要がある。このため、１枚の画像に映し出される粒界の数は、Ａパラメータ法による評価で必要とされる粒界総数よりもかなり少ない。そこで、Ａパラメータ法を行うに際しては、顕微鏡で撮影された画像を敷き詰めてつなぎ合わせ（タイリング）、必要とされる観察範囲を１枚の画像にすることが行われている。なお、前述の特許文献１，３でも参照線が用いられているが、必要な観察粒界数が１枚の画像から得られていることからすれば、タイリングが行われた後の画像に参照線を描いていると解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１４６００号公報
【特許文献２】特開２００８−２０９３４４号公報
【特許文献３】特開２００３−１０６９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した画像のタイリングは、多くの画像を位置精度良くつなぎ合わせる必要があり、作業に手間と熟練を要する。このため、多大な時間を必要とし、作業効率が損なわれてしまうといった問題点がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、画像のタイリング作業をなくして作業効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明は、クリープ損傷を受ける金属の余寿命を診断する方法であって、前記金属のレプリカを、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで、複数の画像を取得する画像取得ステップと、前記画像のそれぞれに参照線を描く参照線描画ステップと、前記参照線と交差する粒界の数、及び、前記参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数を取得する粒界数取得ステップと、前記参照線と交差する粒界の数、及び、前記参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数に基づき、Ａパラメータ法を用いて前記金属の余寿命を診断する余寿命診断ステップとを有することを特徴とする。この発明によれば、参照線描画ステップにおいて画像のそれぞれに参照線を描いているので、タイリングを行わずに済み、作業効率を高めることができる。
【００１２】
前述の余寿命診断方法において、前記参照線描画ステップでは、応力方向と推定される方向に前記参照線を描くことが好ましい。これにより、余寿命の推定精度を高めることができる。
【００１３】
前述の余寿命診断方法において、前記画像取得ステップでは、隣接する画像と縁の部分を重複させた状態で、平面方向へマトリクス状に拡がった矩形状の画像を取得し、前記粒界数取得ステップでは、互いに重複した部分を有する複数の画像の１つについて、粒界の数を取得することが好ましい。これにより、重複した部分のそれぞれに属する同一粒界について、別の粒界と判定される不具合を抑制でき、余寿命の推定精度を高めることができる。
【００１４】
前述の余寿命診断方法において、前記画像取得ステップでは、隣接する画像と縁の部分を重複させない状態で、矩形状の画像を取得し、前記粒界数取得ステップでは、それぞれの画像について粒界の数を取得することが好ましい。これにより、各画像について診断対象とする範囲と診断対象としない範囲を切り分けずに粒界数の取得を行えば済むので、処理の一層の簡素化が図れる。
【００１５】
前述の余寿命診断方法において、前記余寿命診断ステップでは、Ａパラメータと金属の余寿命との相関関係を示すマスターカーブを予め取得しておき、前記粒界数取得ステップで得られた粒界数に基づくＡパラメータを前記マスターカーブにあてはめることで、前記金属の余寿命を診断することが好ましい。これにより、余寿命を容易に診断することができる。
【００１６】
また、本発明は、クリープ損傷を受ける金属の余寿命をコンピュータによって診断する余寿命診断装置であって、前記コンピュータに、前記金属のレプリカを、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで得られた、複数の画像データを取得させる画像取得ステップと、前記画像データのそれぞれに参照線データを描かせる参照線描画ステップと、前記参照線データと交差する粒界画像データの数、及び、前記参照線データと交差するとともにボイド画像データが形成されている粒界画像データの数を取得させる粒界数取得ステップと、前記参照線データと交差する前記粒界画像データの数、及び、前記参照線データと交差するとともに前記ボイド画像データが形成されている前記粒界画像データの数に基づき、Ａパラメータ法を用いて前記金属の余寿命を診断させる余寿命診断ステップとを行わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、クリープ損傷を受ける金属の余寿命を診断するに際し、顕微鏡で撮影された複数の画像についてタイリングを行わずに済み、作業効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】余寿命診断システムの構成を示す外観図である。
【図２】余寿命診断システムの構成を示すブロック図である。
【図３】余寿命診断手順を説明するフローチャートである。
【図４】マトリクス状に撮影された複数のＳＥＭ画像を説明する概念図である。
【図５】重ね合わせた一部のＳＥＭ画像を説明する概念図である。
【図６】各ＳＥＭ画像の重複部分を説明する図である。
【図７】各ＳＥＭ画像に対して粒界補間やゴミ除去を行った参照線を描いた状態を説明する概念図である。
【図８】参照線付ＳＥＭ画像を説明する概念図である。
【図９】参照線と粒界の位置関係を説明する概念図である。
【図１０】ボイド発生粒界と観察粒界を説明する概念図である。
【図１１】マスターカーブの一例を説明する図である。
【図１２】複数のＳＥＭ画像の他の例を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。まず、余寿命診断システムについて説明する。図１に示すように、本実施形態の余寿命診断システム１は、走査型電子顕微鏡２（以下単にＳＥＭ２という）と診断用コンピュータ３とを有する。
【００２０】
ＳＥＭ２は、電子線を絞って電子ビームとして測定対象（後述するレプリカ）に照射し、この測定対象から放出される二次電子を検出することで測定対象の画像データを得る装置である。ＳＥＭ２は、例えば図２に示すように、電子銃２１と、磁界レンズ２２と、試料ステージ２３と、二次電子検出器２４とを備えている。
【００２１】
電子銃２１は電子線を放出する部分であり、例えば熱電子を電位差によって加速させて放出する。磁界レンズ２２は電子線を集束させる部分であり、例えば磁界を発生させるコイルを備えている。このコイルに流す電流を調整することで発生される磁界の強さを変えることができ、電子銃２１から放出された電子線の集束度合いを調整できる。試料ステージ２３は測定対象となる試料（レプリカ）が載置される部分であり、測定対象の向きや高さを調整することができる。これにより、測定対象における所望の位置に電子線を照射することができる。二次電子検出器２４は、電子線の照射によって測定対象から放出された二次電子を検出する部分である。検出された二次電子の量に応じた画像信号が診断用コンピュータ３に送信される。
【００２２】
診断用コンピュータ３は、ＳＥＭ２と通信してＳＥＭ２の動作制御を行うとともに、ＳＥＭ２から受信した画像信号からＳＥＭ画像を得る装置である。そして、得られたＳＥＭ画像に基づいて余寿命診断を行う。診断用コンピュータ３は、例えば図２に示すように、コンピュータ本体３１と、表示部３２と、入力部３３とを有する。
【００２３】
コンピュータ本体３１は、診断用コンピュータ３による各種制御を行う部分であり、ＣＰＵ３４と、メモリ３５と、データ記憶部３６とを有している。ＣＰＵ３４は、制御の中心となる部分であり、メモリ３５に記憶された動作プログラムに従って動作する。メモリ３５は、ＳＲＡＭやハードディスクといった各種の記憶デバイスによって構成され、動作プログラムを記憶する他、ワークエリアを確保する。データ記憶部３６もまた、ＳＲＡＭやハードディスクといった各種の記憶デバイスによって構成され、各種の画像データや診断用のマスターカーブ（図１１を参照）の基となるデータなどが記憶される。表示部３２は、ＳＥＭ画像やＳＥＭ２に対する操作画像といった各種の画像を表示する部分であり、例えば液晶ディスプレイによって構成される。入力部３３は作業者の各種操作を受け付ける部分であり、例えばキーボード３３ａやマウス３３ｂによって構成される。
【００２４】
この余寿命診断システム１では、ＳＥＭ２の動作が診断用コンピュータ３を通じて制御される。そして、診断用コンピュータ３では、ＳＥＭ２から送信された画像信号に基づいてサンプルのＳＥＭ画像を取得し、余寿命を診断する。以下、余寿命の診断処理について説明する。
【００２５】
図３は、余寿命の診断処理を説明するフローチャートである。この診断処理では、レプリカ採取処理（Ｓ１）、ＳＥＭ観察処理（Ｓ２）、観察画像取得処理（Ｓ３）、画像調整処理（Ｓ４）、参照線描画処理（Ｓ５）、粒界・ボイド認識処理（Ｓ６）、Ａパラメータ算出処理（Ｓ７）、及び、余寿命診断評価（Ｓ８）を順に行う。以下、各処理について説明する。
【００２６】
なお、本実施形態では、ボイラー機器に広く使用されている２．２５％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼といった低合金鋼配管の溶接熱影響部（ＨＡＺ部）の余寿命を診断する場合について説明する。
【００２７】
レプリカ採取処理（Ｓ１）は、測定対象物（本実施形態では鋼管）における損傷が予測される対象部位について、組織をプラスチックフィルムに転写し、測定対象としてのレプリカを採取する処理である。このレプリカ採取処理では、鋼管の診断対象部位をグラインダー等で鏡面に研磨した後にエッチングを行う。次に、プラスチックフィルムを対象部位に張り付けて組織を転写することで、レプリカ（組織が転写されたプラスチックフィルム）を採取する。
【００２８】
ＳＥＭ観察処理（Ｓ２）では、採取されたレプリカをＳＥＭ２で観察する処理である。このＳＥＭ観察処理では、前処理として金などの蒸着処理を行い、レプリカの表面に金などの蒸着膜を形成する。蒸着膜を形成したならば、ＳＥＭ２による観察を行う。例えば、試料ステージ２３の上に蒸着膜が形成されたレプリカを載置し、診断用コンピュータ３を操作してレプリカの表面形状を観察する。
【００２９】
この場合において、診断用コンピュータ３は、ＳＥＭ２から送信された画像信号に基づいてレプリカのＳＥＭ画像データを生成し、表示部３２に表示させる。作業者は、入力部３３を操作することで、粒界が表示部３２で視認できるように表示倍率を定める。また、作業者は、入力部３３を操作することで試料ステージ２３を動作させ、レプリカの観察方向を定める。具体的には、測定対象物としての鋼管に作用する応力方向（具体的には応力方向と推定される方向）が所定方向になるように、レプリカの観察方向を定める。本実施形態では、応力推定方向が表示部３２の表示画面において横方向（矩形状画面の下縁と平行な方向）となるように観察方向を定める。
【００３０】
観察画像取得処理（Ｓ３）では、診断用コンピュータ３が、ＳＥＭ２で撮影された観察画像に対応する画像データを取得する。例えば、作業者からの入力部３３への操作によって撮影が指示されると、診断用コンピュータ３は、生成したＳＥＭ画像データをデータ処理部に記憶させる。このとき、診断用コンピュータ３は、ＳＥＭ２に対して平面方向に対してマトリクス状（行列状）に複数のＳＥＭ画像データを撮影させる。これにより、Ａパラメータの算出に必要な平面範囲に亘って、複数のＳＥＭ画像データが取得される。このＳＥＭ画像データは、表示部３２での表示画面に対応した横長矩形状範囲の画像データである。このため、表示画像と同様に、横方向が応力推定方向に相当する。
【００３１】
なお、本実施形態では、図４に示すように、Ａ列〜Ｇ列、及び、第１行〜第６行からなる４２枚の画像データＧＲを取得した場合を例に挙げて説明する。便宜上、以下の説明では、Ａ列第１行のＳＥＭ画像データを画像データＧＲ（Ａ１）と、Ｂ列第１行のＳＥＭ画像データを画像データＧＲ（Ｂ１）と表し、以下同様に、Ｇ列第６行のＳＥＭ画像データを画像データＧＲ（Ｇ６）と表す。
【００３２】
各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）には、粒界の画像データＬ、ボイドの画像データＶ、及び、ゴミの画像データＮが含まれている。これらの画像データのうち、粒界の画像データＬは、例えば、始点座標と終点座標とを有する直線の画像データとして取得される。また、ボイドの画像データＶやゴミの画像データＮは、例えば、ボイドやゴミの外周に添った多角形の画像データとして取得される。すなわち、多角形の頂点座標と短い直線の画像データとして取得される。また、図５に一部を示すように、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）は、隣接する他の画像データＧＲとの間で、ハッチングで示す縁部分ＥＤのデータを共有している。これにより、Ａパラメータの算出に必要とされる平面範囲を隈無く網羅している。
【００３３】
そして、この観察画像取得処理は、撮影対象位置を変えながら、レプリカを複数回顕微鏡撮影することで、複数の画像を取得する画像取得ステップに相当する。
【００３４】
画像調整処理（Ｓ４）では、診断用コンピュータ３が、取得した各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）に対して各種の調整を行う。例えば、図５に示すように、ＳＥＭ２から得られた画像データＧＲには、ゴミ画像Ｎ１や余分な粒界画像Ｌ１が存在する。また、粒界画像Ｌ２や粒界画像Ｌ３のように、粒界画像同士の間が欠けていたりする。このような画像データＧＲをそのまま用いて処理を進めると、求められたＡパラメータの精度が損なわれ、ひいては余寿命の診断結果にまで影響が及んでしまう。そこで、画像調整処理では、ゴミ画像Ｎの除去、余分な粒界画像Ｌの除去、欠けている粒界画像Ｌ同士の補間などが行われる。
【００３５】
図５の例では、ゴミ画像Ｎ１が存在している。このゴミ画像Ｎ１は、粒界画像Ｌの上に位置していないことから、ボイド画像Ｖ１，Ｖ２とは異なるものとして区別できる。なお、ゴミ画像Ｎ１については、形状が細長い場合やボイド画像Ｖ１，Ｖ２よりも有意に大きい場合にも、ボイド画像Ｖ１，Ｖ２とは異なるものとして区別できる。また、図５の例では、余分な粒界画像Ｌ１が存在する。この粒界画像Ｌ１は、その延長線上に対応する粒界画像が存在しない。このため、余分な粒界画像であると判断できる。一方、粒界画像Ｌ２については、その延長線上に粒界画像Ｌ３が存在するため、粒界画像Ｌ２と粒界画像Ｌ３とは同じ粒界であるとして、画像を補間することにより１つの粒界として扱うことができる。
【００３６】
これらのゴミ除去処理、余分な粒界画像Ｌの除去処理、及び、粒界画像Ｌの補間処理を、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）に対して行うと、図７に示すように、各画像データＧＲにおいてゴミ画像Ｎや余分な粒界画像Ｌが除去され、かつ、欠けた粒界画像Ｌ同士が補間される。これにより、診断に適したクリアな画像になる。
【００３７】
また、図５に示すように、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）は、隣接する画像データＧＲとの間で、ハッチングで示す縁部分ＥＤのデータを共有している。この縁部分ＥＤ（重複部分）のデータを複数の画像データＧＲに割り当ててしまうと、同一の粒界画像Ｌやボイド画像Ｖであるにも拘わらず、別の粒界画像Ｌやボイド画像Ｖとしてカウントされてしまう虞がある。そこで、画像調整処理では、各画像データＧＲの縁部分ＥＤについて１つの画像データＧＲに割り振るようにし、他の画像データＧＲについては対象外領域として設定している。
【００３８】
例えば、図６に示すように、各画像データＧＲにおける右端部から下端部に亘って倒Ｌ状の対象外領域ＥＸを設定する。これにより、画像データＧＲ（Ａ１）、画像データＧＲ（Ｂ１）、画像データＧＲ（Ａ２）及び画像データＧＲ（Ｂ２）の４つが重なっている重複部分ＥＤ１については画像データＧＲ（Ｂ２）に割り振られる。また、重複部分ＥＤ１から横方向（長辺方向）に延びる重複部分ＥＤ２については画像データＧＲ（Ａ２）に割り振られ、重複部分Ｘ５から縦方向（短辺方向）に延びる重複部分Ｘ７については画像データＧＲ（Ｂ１）に割り振られる。その結果、異なる画像データＧＲに存在する同一の粒界画像Ｌやボイド画像Ｖを、重複してカウントしてしまう不具合を防止できる。
【００３９】
以上の画像調整処理が終了したならば、参照線描画処理（Ｓ５）が行われる。この参照線描画処理において、診断用コンピュータ３は、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）の所定位置に参照線ＲＬを１本ずつ描画する。具体的には、図８に示すように、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）における縦方向の中央位置に、横方向の直線ＲＬを描画する。前述したように各画像データＧＲは横長矩形状であるため、参照線ＲＬ（Ａ１）〜ＲＬ（Ｇ６）は、短辺の中央の位置に長辺と平行に描かれる。そして、各画像データＧＲの長辺方向は、ＳＥＭ観察処理（Ｓ２）でも説明したように、応力推定方向に相当する。このため、参照線ＲＬは応力推定方向に描かれた直線といえる。
【００４０】
なお、各参照線ＲＬ（Ａ１）〜ＲＬ（Ｇ６）の太さは、撮影倍率に応じて定められる。そして、診断用コンピュータ３は、参照線ＲＬに関しても粒界画像Ｌ等と同様に、それぞれの画像データＧＲでの座標値を取得する。本実施形態の参照線ＲＬは粒界画像Ｌよりも太い直線であるため、四隅の座標と対応する隅同士を結ぶ直線として認識される。
【００４１】
各画像データＧＲに参照線ＲＬが描画されたならば、ボイド・粒界認識処理（Ｓ６）が行われる。このボイド・粒界認識処理において、診断用コンピュータ３は、粒界画像Ｌの情報（始点座標、終点座標、及びこれらの座標を結ぶ直線の情報）と、ボイド画像Ｖの情報（多角形の頂点座標群、及び隣り合う頂点同士を結ぶ短い直線の情報）と、参照線ＲＬの情報（四隅の座標、及び対応する隅同士を結ぶ直線の情報）とから、粒界画像Ｌと参照線ＲＬとが交差するか否かを判断する。また、粒界画像Ｌに関し、ボイド画像Ｖが重なっているか否かで、ボイド発生粒界の画像か、単なる粒界の画像かを判断する。さらに、参照線ＲＬと交差する粒界画像の数と、ボイド発生粒界画像の数とを、全ての画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）について個別に計測する。
【００４２】
そして、このボイド・粒界認識処理では、画像調整処理（Ｓ４）で設定された対象外領域ＥＸにより、重複部分を１つの画像データＧＲに担当させている。これにより、異なる画像データＧＲに存在する同一の粒界画像Ｌやボイド画像Ｖを、重複してカウントしてしまう不具合を防止できる。
【００４３】
このボイド・粒界認識処理を、図９及び図１０に示す４つの画像データＧＲ（Ａ１），ＧＲ（Ａ２），ＧＲ（Ｂ１），ＧＲ（Ｂ２）で説明する。
【００４４】
この場合、画像データＧＲ（Ａ１）については、参照線ＲＬ（Ａ１）と交差する粒界画像として粒界画像Ｌ１１と粒界画像Ｌ１２が選択され、交差粒界の数は２本と判断される。また、粒界画像Ｌ１２については、ボイドＶ１が発生しているボイド発生粒界の画像として認識される。このため、ボイド発生粒界の数は１本と判断される。同様に、画像データＧＲ（Ａ２）については、参照線ＲＬ（Ａ２）と交差する粒界画像として粒界画像Ｌ１３と粒界画像Ｌ１４と粒界画像Ｌ１５が選択され、交差粒界の数は３本と判断される。また、粒界画像Ｌ１４及び粒界画像Ｌ１５については、ボイドＶ２が発生しているボイド発生粒界の画像として認識される。このため、ボイド発生粒界の数は２本と判断される。
【００４５】
また、画像データＧＲ（Ｂ１）については、参照線ＲＬ（Ｂ１）と交差する粒界画像として粒界画像Ｌ１６と粒界画像Ｌ１７と粒界画像Ｌ１８が選択され、交差粒界の数は３本と判断される。これらの粒界においてボイドが発生しているものはないため、ボイド発生粒界の数は０本と判断される。同様に、画像データＧＲ（Ｂ２）については、参照線ＲＬ（Ｂ２）と交差する粒界画像として粒界画像Ｌ１９から粒界画像Ｌ２２が選択され、交差粒界の数は４本と判断される。そして、ボイド発生粒界の数は０本と判断される。
【００４６】
このように、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）について交差粒界の数とボイド発生粒界の数を取得したならば、診断用コンピュータ３は、これらの情報をデータ記憶部３６に記憶させる。
【００４７】
続くＡパラメータ算出処理（Ｓ７）において、診断用コンピュータ３は、交差粒界の数とボイド発生粒界の数に基づいてＡパラメータを算出する。ここで、Ａパラメータは、次式（１）に基づいて算出される。すなわち、ボイド発生粒界数を観察粒界数で除することにより、算出される。
【数１】
【００４８】
便宜上、図９及び図１０に示す４つの画像データＧＲで説明すると、画像データＧＲ（Ａ１）において交差粒界の数は２本、ボイド発生粒界の数は１本であり、画像データＧＲ（Ａ２）において交差粒界の数は３本、ボイド発生粒界の数は２本である。また、画像データＧＲ（Ｂ１）において交差粒界の数は３本、ボイド発生粒界の数は０本であり、画像データＧＲ（Ｂ２）において交差粒界の数は４本、ボイド発生粒界の数は０本である。そうすると、交差粒界の総数は１２本、ボイド発生粒界の総数は３本となり、Ａパラメータとして０．２５が得られる。診断用コンピュータ３は、算出したＡパラメータの値をデータ記憶部３６に記憶させ、Ａパラメータ算出処理を終了する。
【００４９】
余寿命診断評価（Ｓ８）において、診断用コンピュータ３は、マスターカーブをデータ記憶部３６から読み出し、算出したＡパラメータの値をあてはめることで、鋼管（金属）のクリープ損傷率（すなわち余寿命）を取得する。ここで、マスターカーブは、例えば図１１に示すように、横軸をクリープ損傷率とし、縦軸をＡパラメータとした場合の相関関係を示すグラフであり、鋼管のクリープ促進試験によって予め取得されたものである。そして、クリープ損傷率は、鋼管の余寿命を表す指標でもあるので、このマスターカーブは、Ａパラメータと鋼管の余寿命との相関関係を示しているといえる。
【００５０】
従って、診断用コンピュータ３は、算出したＡパラメータの値をマスターカーブにあてはめることで鋼管の余寿命を診断する。そして、余寿命に基づいて交換時期と判断された場合には、その旨を表示部３２で表示することで作業者に報知する。また、十分に余寿命がある場合にも、その余寿命を表示部３２で表示することで作業者に報知する。
【００５１】
この余寿命診断評価が終了すると一連の診断処理が終了し、次のレプリカに対する診断が前述した手順に則って繰り返し行われる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、参照線描画処理（Ｓ５）において画像データＧＲのそれぞれに参照線ＲＬを描画しているので、従来行われていたタイリング（複数画像の結合）を行わずに済む。これにより、短時間で診断結果を得ることができ、診断の作業効率を高めることができる。また、参照線ＲＬの描画や参照線ＲＬに交差する粒界のカウント等が自動化されているので、熟練した作業者でなくとも診断が可能になるし、作業者毎の診断ばらつきを少なくすることもできる。
【００５３】
また、観察画像取得処理（Ｓ３）では、隣接する画像データＧＲと縁の部分を重複させた状態で、矩形状の画像データＧＲを取得し、ボイド・粒界認識処理（Ｓ６）では、互いに重複した部分を有する複数の画像の１つについて、粒界の数やボイドの数を取得しているので、重複した部分のそれぞれに属する同一粒界について、別の粒界やボイドと判定される不具合を抑制でき、余寿命の推定精度を高めることができる。
【００５４】
また、余寿命診断評価（Ｓ８）では、Ａパラメータと鋼管のクリープ損傷率（余寿命）との相関関係を示すマスターカーブを予め取得しておき、ボイド・粒界認識処理（Ｓ６）で得られた粒界数に基づくＡパラメータをこのマスターカーブにあてはめることで、鋼管の余寿命を診断しているので、鋼管の余寿命を容易に診断することができる。
【００５５】
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。
【００５６】
前述の第１実施形態における観察画像取得処理（Ｓ３）では、隣接する画像データＧＲの縁部分同士を重複させていたが、この方法に限定されない。例えば、図１２に示すように、画像データＧＲの縁部分を重複させない状態で矩形状の画像を取得するようにしてもよい。このようにすることで、各画像データＧＲについて診断対象とする範囲と診断対象としない範囲を切り分けずに粒界数の取得を行えば済むので、処理の一層の簡素化が図れる。
【００５７】
また、画像データＧＲの縁部分を重複させずに、複数の画像を撮影する場合、各画像はマトリクス状に拡がっていなくてもよい。例えば、千鳥状に拡がっていてもよい。さらに、画像上で応力推定方向が判るならば、各画像は矩形状でなくてもよい。そして、各画像を矩形状に定めてマトリクス状に位置を異ならせて撮影すると、応力推定方向の揃った必要な範囲の画像を容易に得ることができる。
【００５８】
また、前述の第１実施形態では、ＳＥＭ２による観察画像を画像データＧＲとして取得する場合について説明したが、本発明は、観察画像をプリンタ用紙や印画紙等の紙媒体に印刷等した場合についても同様に適用できる。この場合、紙媒体に直接参照線ＲＬを引いて粒界数を数えればよい。
【００５９】
また、撮影に用いる顕微鏡に関し、前述の第１実施形態ではＳＥＭ２を例示したが、他の型式の電子顕微鏡（例えば透過型電子顕微鏡）であってもよいし、光学顕微鏡であってもよい。要するに、レプリカに転写された組織（粒界やボイド）を確認できる性能を有するものであれば用いることができる。
【００６０】
診断対象に関し、前述の第１実施形態では、動力用配管に用いられる鋼管を例示したが、これに限定されない。例えば、ボイラーやタービンの隔壁であってもよい。要するに、高温高圧環境下に曝され、その余寿命をＡパラメータによって診断できる金属であれば、本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１…余寿命診断システム
２…走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
２１…電子銃
２２…磁界レンズ
２３…試料ステージ
２４…二次電子検出器
３…診断用コンピュータ
３１…コンピュータ本体
３２…表示部
３３…入力部
３４…ＣＰＵ
３５…メモリ
３６…データ記憶部
ＧＲ…１枚の画像データ
Ｌ…粒界の画像データ（粒界画像）
Ｖ…ボイドの画像データ（ボイド画像）
Ｎ…ゴミの画像データ（ゴミ画像）
ＥＤ…画像データの縁部分
ＥＸ…画像データの対象外領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリープ損傷を受ける金属の余寿命診断方法及び診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電施設が有するボイラーやタービンといったプラント機器では、動力用蒸気などの高温高圧流体が扱われている。年単位の長時間に亘って使用されると、ボイラーやタービンを構成する金属（例えばクロムモリブデン鋼やステンレス鋼）には、クリープ損傷などの経年劣化損傷が生じる。過度な損傷は機器の破損につながるため、プラント機器を長期間に亘って安全に使用するには、金属の余寿命を診断して適切な時期にメンテナンスを行うことが求められる。
【０００３】
ここで、メンテナンスサイクルを短く設定すると安全率が高まるものの、メンテナンス回数が増えるのでコストが嵩んでしまう。反対に、メンテナンスサイクルを長く設定すると、メンテナンス回数が減ってコストを抑制できるものの、安全率が低くなってしまう。このため、余寿命の診断精度を向上させ、メンテナンスサイクルを適切に定めることが重要になっている。
【０００４】
診断精度を向上させるため、種々の余寿命診断方法が開発されている。その診断手法の一つにＡパラメータ法がある。Ａパラメータ法は非破壊診断方法の一種であり、クリープボイドが生じた粒界（クリープボイド発生粒界）の数と観察粒界の総数との比率を指標として余寿命を求める方法である。以下に示す特許文献には、Ａパラメータ法を用いた診断方法が開示されている。
【０００５】
例えば、特許文献１，２には、クリープ損傷の進行度合いをＡパラメータによって評価する技術が開示されている。また、特許文献３には、犠牲型センサのクリープ損傷の進行度合いをＡパラメータによって評価する技術が開示されている。
【０００６】
Ａパラメータ法では、クリープボイド発生粒界数と観察粒界総数との比率を指標にしているので、クリープボイド発生粒界を識別する必要がある。このクリープボイド発生粒界を識別するため、参照線が広く用いられている。ここで、参照線とは、診断対象となる金属に作用する応力方向に描かれた直線であり、顕微鏡で撮影された画像から観察粒界を抽出するために用いられる。すなわち、画像に参照線を描き、参照線と交差した粒界を観察粒界としている。
【０００７】
ここで、画像の撮影倍率は、粒界が識別できる程度まで拡大する必要がある。このため、１枚の画像に映し出される粒界の数は、Ａパラメータ法による評価で必要とされる粒界総数よりもかなり少ない。そこで、Ａパラメータ法を行うに際しては、顕微鏡で撮影された画像を敷き詰めてつなぎ合わせ（タイリング）、必要とされる観察範囲を１枚の画像にすることが行われている。なお、前述の特許文献１，３でも参照線が用いられているが、必要な観察粒界数が１枚の画像から得られていることからすれば、タイリングが行われた後の画像に参照線を描いていると解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−１４６００号公報
【特許文献２】特開２００８−２０９３４４号公報
【特許文献３】特開２００３−１０６９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した画像のタイリングは、多くの画像を位置精度良くつなぎ合わせる必要があり、作業に手間と熟練を要する。このため、多大な時間を必要とし、作業効率が損なわれてしまうといった問題点がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、画像のタイリング作業をなくして作業効率を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明は、クリープ損傷を受ける金属の余寿命を診断する方法であって、前記金属のレプリカを、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで、複数の画像を取得する画像取得ステップと、前記画像のそれぞれに参照線を描く参照線描画ステップと、前記参照線と交差する粒界の数、及び、前記参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数を取得する粒界数取得ステップと、前記参照線と交差する粒界の数、及び、前記参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数に基づき、Ａパラメータ法を用いて前記金属の余寿命を診断する余寿命診断ステップとを有することを特徴とする。この発明によれば、参照線描画ステップにおいて画像のそれぞれに参照線を描いているので、タイリングを行わずに済み、作業効率を高めることができる。
【００１２】
前述の余寿命診断方法において、前記参照線描画ステップでは、応力方向と推定される方向に前記参照線を描くことが好ましい。これにより、余寿命の推定精度を高めることができる。
【００１３】
前述の余寿命診断方法において、前記画像取得ステップでは、隣接する画像と縁の部分を重複させた状態で、平面方向へマトリクス状に拡がった矩形状の画像を取得し、前記粒界数取得ステップでは、互いに重複した部分を有する複数の画像の１つについて、粒界の数を取得することが好ましい。これにより、重複した部分のそれぞれに属する同一粒界について、別の粒界と判定される不具合を抑制でき、余寿命の推定精度を高めることができる。
【００１４】
前述の余寿命診断方法において、前記画像取得ステップでは、隣接する画像と縁の部分を重複させない状態で、矩形状の画像を取得し、前記粒界数取得ステップでは、それぞれの画像について粒界の数を取得することが好ましい。これにより、各画像について診断対象とする範囲と診断対象としない範囲を切り分けずに粒界数の取得を行えば済むので、処理の一層の簡素化が図れる。
【００１５】
前述の余寿命診断方法において、前記余寿命診断ステップでは、Ａパラメータと金属の余寿命との相関関係を示すマスターカーブを予め取得しておき、前記粒界数取得ステップで得られた粒界数に基づくＡパラメータを前記マスターカーブにあてはめることで、前記金属の余寿命を診断することが好ましい。これにより、余寿命を容易に診断することができる。
【００１６】
また、本発明は、クリープ損傷を受ける金属の余寿命をコンピュータによって診断する余寿命診断装置であって、前記コンピュータに、前記金属のレプリカを、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで得られた、複数の画像データを取得させる画像取得ステップと、前記画像データのそれぞれに参照線データを描かせる参照線描画ステップと、前記参照線データと交差する粒界画像データの数、及び、前記参照線データと交差するとともにボイド画像データが形成されている粒界画像データの数を取得させる粒界数取得ステップと、前記参照線データと交差する前記粒界画像データの数、及び、前記参照線データと交差するとともに前記ボイド画像データが形成されている前記粒界画像データの数に基づき、Ａパラメータ法を用いて前記金属の余寿命を診断させる余寿命診断ステップとを行わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、クリープ損傷を受ける金属の余寿命を診断するに際し、顕微鏡で撮影された複数の画像についてタイリングを行わずに済み、作業効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】余寿命診断システムの構成を示す外観図である。
【図２】余寿命診断システムの構成を示すブロック図である。
【図３】余寿命診断手順を説明するフローチャートである。
【図４】マトリクス状に撮影された複数のＳＥＭ画像を説明する概念図である。
【図５】重ね合わせた一部のＳＥＭ画像を説明する概念図である。
【図６】各ＳＥＭ画像の重複部分を説明する図である。
【図７】各ＳＥＭ画像に対して粒界補間やゴミ除去を行った参照線を描いた状態を説明する概念図である。
【図８】参照線付ＳＥＭ画像を説明する概念図である。
【図９】参照線と粒界の位置関係を説明する概念図である。
【図１０】ボイド発生粒界と観察粒界を説明する概念図である。
【図１１】マスターカーブの一例を説明する図である。
【図１２】複数のＳＥＭ画像の他の例を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。まず、余寿命診断システムについて説明する。図１に示すように、本実施形態の余寿命診断システム１は、走査型電子顕微鏡２（以下単にＳＥＭ２という）と診断用コンピュータ３とを有する。
【００２０】
ＳＥＭ２は、電子線を絞って電子ビームとして測定対象（後述するレプリカ）に照射し、この測定対象から放出される二次電子を検出することで測定対象の画像データを得る装置である。ＳＥＭ２は、例えば図２に示すように、電子銃２１と、磁界レンズ２２と、試料ステージ２３と、二次電子検出器２４とを備えている。
【００２１】
電子銃２１は電子線を放出する部分であり、例えば熱電子を電位差によって加速させて放出する。磁界レンズ２２は電子線を集束させる部分であり、例えば磁界を発生させるコイルを備えている。このコイルに流す電流を調整することで発生される磁界の強さを変えることができ、電子銃２１から放出された電子線の集束度合いを調整できる。試料ステージ２３は測定対象となる試料（レプリカ）が載置される部分であり、測定対象の向きや高さを調整することができる。これにより、測定対象における所望の位置に電子線を照射することができる。二次電子検出器２４は、電子線の照射によって測定対象から放出された二次電子を検出する部分である。検出された二次電子の量に応じた画像信号が診断用コンピュータ３に送信される。
【００２２】
診断用コンピュータ３は、ＳＥＭ２と通信してＳＥＭ２の動作制御を行うとともに、ＳＥＭ２から受信した画像信号からＳＥＭ画像を得る装置である。そして、得られたＳＥＭ画像に基づいて余寿命診断を行う。診断用コンピュータ３は、例えば図２に示すように、コンピュータ本体３１と、表示部３２と、入力部３３とを有する。
【００２３】
コンピュータ本体３１は、診断用コンピュータ３による各種制御を行う部分であり、ＣＰＵ３４と、メモリ３５と、データ記憶部３６とを有している。ＣＰＵ３４は、制御の中心となる部分であり、メモリ３５に記憶された動作プログラムに従って動作する。メモリ３５は、ＳＲＡＭやハードディスクといった各種の記憶デバイスによって構成され、動作プログラムを記憶する他、ワークエリアを確保する。データ記憶部３６もまた、ＳＲＡＭやハードディスクといった各種の記憶デバイスによって構成され、各種の画像データや診断用のマスターカーブ（図１１を参照）の基となるデータなどが記憶される。表示部３２は、ＳＥＭ画像やＳＥＭ２に対する操作画像といった各種の画像を表示する部分であり、例えば液晶ディスプレイによって構成される。入力部３３は作業者の各種操作を受け付ける部分であり、例えばキーボード３３ａやマウス３３ｂによって構成される。
【００２４】
この余寿命診断システム１では、ＳＥＭ２の動作が診断用コンピュータ３を通じて制御される。そして、診断用コンピュータ３では、ＳＥＭ２から送信された画像信号に基づいてサンプルのＳＥＭ画像を取得し、余寿命を診断する。以下、余寿命の診断処理について説明する。
【００２５】
図３は、余寿命の診断処理を説明するフローチャートである。この診断処理では、レプリカ採取処理（Ｓ１）、ＳＥＭ観察処理（Ｓ２）、観察画像取得処理（Ｓ３）、画像調整処理（Ｓ４）、参照線描画処理（Ｓ５）、粒界・ボイド認識処理（Ｓ６）、Ａパラメータ算出処理（Ｓ７）、及び、余寿命診断評価（Ｓ８）を順に行う。以下、各処理について説明する。
【００２６】
なお、本実施形態では、ボイラー機器に広く使用されている２．２５％Ｃｒ−１％Ｍｏ鋼といった低合金鋼配管の溶接熱影響部（ＨＡＺ部）の余寿命を診断する場合について説明する。
【００２７】
レプリカ採取処理（Ｓ１）は、測定対象物（本実施形態では鋼管）における損傷が予測される対象部位について、組織をプラスチックフィルムに転写し、測定対象としてのレプリカを採取する処理である。このレプリカ採取処理では、鋼管の診断対象部位をグラインダー等で鏡面に研磨した後にエッチングを行う。次に、プラスチックフィルムを対象部位に張り付けて組織を転写することで、レプリカ（組織が転写されたプラスチックフィルム）を採取する。
【００２８】
ＳＥＭ観察処理（Ｓ２）では、採取されたレプリカをＳＥＭ２で観察する処理である。このＳＥＭ観察処理では、前処理として金などの蒸着処理を行い、レプリカの表面に金などの蒸着膜を形成する。蒸着膜を形成したならば、ＳＥＭ２による観察を行う。例えば、試料ステージ２３の上に蒸着膜が形成されたレプリカを載置し、診断用コンピュータ３を操作してレプリカの表面形状を観察する。
【００２９】
この場合において、診断用コンピュータ３は、ＳＥＭ２から送信された画像信号に基づいてレプリカのＳＥＭ画像データを生成し、表示部３２に表示させる。作業者は、入力部３３を操作することで、粒界が表示部３２で視認できるように表示倍率を定める。また、作業者は、入力部３３を操作することで試料ステージ２３を動作させ、レプリカの観察方向を定める。具体的には、測定対象物としての鋼管に作用する応力方向（具体的には応力方向と推定される方向）が所定方向になるように、レプリカの観察方向を定める。本実施形態では、応力推定方向が表示部３２の表示画面において横方向（矩形状画面の下縁と平行な方向）となるように観察方向を定める。
【００３０】
観察画像取得処理（Ｓ３）では、診断用コンピュータ３が、ＳＥＭ２で撮影された観察画像に対応する画像データを取得する。例えば、作業者からの入力部３３への操作によって撮影が指示されると、診断用コンピュータ３は、生成したＳＥＭ画像データをデータ処理部に記憶させる。このとき、診断用コンピュータ３は、ＳＥＭ２に対して平面方向に対してマトリクス状（行列状）に複数のＳＥＭ画像データを撮影させる。これにより、Ａパラメータの算出に必要な平面範囲に亘って、複数のＳＥＭ画像データが取得される。このＳＥＭ画像データは、表示部３２での表示画面に対応した横長矩形状範囲の画像データである。このため、表示画像と同様に、横方向が応力推定方向に相当する。
【００３１】
なお、本実施形態では、図４に示すように、Ａ列〜Ｇ列、及び、第１行〜第６行からなる４２枚の画像データＧＲを取得した場合を例に挙げて説明する。便宜上、以下の説明では、Ａ列第１行のＳＥＭ画像データを画像データＧＲ（Ａ１）と、Ｂ列第１行のＳＥＭ画像データを画像データＧＲ（Ｂ１）と表し、以下同様に、Ｇ列第６行のＳＥＭ画像データを画像データＧＲ（Ｇ６）と表す。
【００３２】
各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）には、粒界の画像データＬ、ボイドの画像データＶ、及び、ゴミの画像データＮが含まれている。これらの画像データのうち、粒界の画像データＬは、例えば、始点座標と終点座標とを有する直線の画像データとして取得される。また、ボイドの画像データＶやゴミの画像データＮは、例えば、ボイドやゴミの外周に添った多角形の画像データとして取得される。すなわち、多角形の頂点座標と短い直線の画像データとして取得される。また、図５に一部を示すように、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）は、隣接する他の画像データＧＲとの間で、ハッチングで示す縁部分ＥＤのデータを共有している。これにより、Ａパラメータの算出に必要とされる平面範囲を隈無く網羅している。
【００３３】
そして、この観察画像取得処理は、撮影対象位置を変えながら、レプリカを複数回顕微鏡撮影することで、複数の画像を取得する画像取得ステップに相当する。
【００３４】
画像調整処理（Ｓ４）では、診断用コンピュータ３が、取得した各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）に対して各種の調整を行う。例えば、図５に示すように、ＳＥＭ２から得られた画像データＧＲには、ゴミ画像Ｎ１や余分な粒界画像Ｌ１が存在する。また、粒界画像Ｌ２や粒界画像Ｌ３のように、粒界画像同士の間が欠けていたりする。このような画像データＧＲをそのまま用いて処理を進めると、求められたＡパラメータの精度が損なわれ、ひいては余寿命の診断結果にまで影響が及んでしまう。そこで、画像調整処理では、ゴミ画像Ｎの除去、余分な粒界画像Ｌの除去、欠けている粒界画像Ｌ同士の補間などが行われる。
【００３５】
図５の例では、ゴミ画像Ｎ１が存在している。このゴミ画像Ｎ１は、粒界画像Ｌの上に位置していないことから、ボイド画像Ｖ１，Ｖ２とは異なるものとして区別できる。なお、ゴミ画像Ｎ１については、形状が細長い場合やボイド画像Ｖ１，Ｖ２よりも有意に大きい場合にも、ボイド画像Ｖ１，Ｖ２とは異なるものとして区別できる。また、図５の例では、余分な粒界画像Ｌ１が存在する。この粒界画像Ｌ１は、その延長線上に対応する粒界画像が存在しない。このため、余分な粒界画像であると判断できる。一方、粒界画像Ｌ２については、その延長線上に粒界画像Ｌ３が存在するため、粒界画像Ｌ２と粒界画像Ｌ３とは同じ粒界であるとして、画像を補間することにより１つの粒界として扱うことができる。
【００３６】
これらのゴミ除去処理、余分な粒界画像Ｌの除去処理、及び、粒界画像Ｌの補間処理を、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）に対して行うと、図７に示すように、各画像データＧＲにおいてゴミ画像Ｎや余分な粒界画像Ｌが除去され、かつ、欠けた粒界画像Ｌ同士が補間される。これにより、診断に適したクリアな画像になる。
【００３７】
また、図５に示すように、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）は、隣接する画像データＧＲとの間で、ハッチングで示す縁部分ＥＤのデータを共有している。この縁部分ＥＤ（重複部分）のデータを複数の画像データＧＲに割り当ててしまうと、同一の粒界画像Ｌやボイド画像Ｖであるにも拘わらず、別の粒界画像Ｌやボイド画像Ｖとしてカウントされてしまう虞がある。そこで、画像調整処理では、各画像データＧＲの縁部分ＥＤについて１つの画像データＧＲに割り振るようにし、他の画像データＧＲについては対象外領域として設定している。
【００３８】
例えば、図６に示すように、各画像データＧＲにおける右端部から下端部に亘って倒Ｌ状の対象外領域ＥＸを設定する。これにより、画像データＧＲ（Ａ１）、画像データＧＲ（Ｂ１）、画像データＧＲ（Ａ２）及び画像データＧＲ（Ｂ２）の４つが重なっている重複部分ＥＤ１については画像データＧＲ（Ｂ２）に割り振られる。また、重複部分ＥＤ１から横方向（長辺方向）に延びる重複部分ＥＤ２については画像データＧＲ（Ａ２）に割り振られ、重複部分Ｘ５から縦方向（短辺方向）に延びる重複部分Ｘ７については画像データＧＲ（Ｂ１）に割り振られる。その結果、異なる画像データＧＲに存在する同一の粒界画像Ｌやボイド画像Ｖを、重複してカウントしてしまう不具合を防止できる。
【００３９】
以上の画像調整処理が終了したならば、参照線描画処理（Ｓ５）が行われる。この参照線描画処理において、診断用コンピュータ３は、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）の所定位置に参照線ＲＬを１本ずつ描画する。具体的には、図８に示すように、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）における縦方向の中央位置に、横方向の直線ＲＬを描画する。前述したように各画像データＧＲは横長矩形状であるため、参照線ＲＬ（Ａ１）〜ＲＬ（Ｇ６）は、短辺の中央の位置に長辺と平行に描かれる。そして、各画像データＧＲの長辺方向は、ＳＥＭ観察処理（Ｓ２）でも説明したように、応力推定方向に相当する。このため、参照線ＲＬは応力推定方向に描かれた直線といえる。
【００４０】
なお、各参照線ＲＬ（Ａ１）〜ＲＬ（Ｇ６）の太さは、撮影倍率に応じて定められる。そして、診断用コンピュータ３は、参照線ＲＬに関しても粒界画像Ｌ等と同様に、それぞれの画像データＧＲでの座標値を取得する。本実施形態の参照線ＲＬは粒界画像Ｌよりも太い直線であるため、四隅の座標と対応する隅同士を結ぶ直線として認識される。
【００４１】
各画像データＧＲに参照線ＲＬが描画されたならば、ボイド・粒界認識処理（Ｓ６）が行われる。このボイド・粒界認識処理において、診断用コンピュータ３は、粒界画像Ｌの情報（始点座標、終点座標、及びこれらの座標を結ぶ直線の情報）と、ボイド画像Ｖの情報（多角形の頂点座標群、及び隣り合う頂点同士を結ぶ短い直線の情報）と、参照線ＲＬの情報（四隅の座標、及び対応する隅同士を結ぶ直線の情報）とから、粒界画像Ｌと参照線ＲＬとが交差するか否かを判断する。また、粒界画像Ｌに関し、ボイド画像Ｖが重なっているか否かで、ボイド発生粒界の画像か、単なる粒界の画像かを判断する。さらに、参照線ＲＬと交差する粒界画像の数と、ボイド発生粒界画像の数とを、全ての画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）について個別に計測する。
【００４２】
そして、このボイド・粒界認識処理では、画像調整処理（Ｓ４）で設定された対象外領域ＥＸにより、重複部分を１つの画像データＧＲに担当させている。これにより、異なる画像データＧＲに存在する同一の粒界画像Ｌやボイド画像Ｖを、重複してカウントしてしまう不具合を防止できる。
【００４３】
このボイド・粒界認識処理を、図９及び図１０に示す４つの画像データＧＲ（Ａ１），ＧＲ（Ａ２），ＧＲ（Ｂ１），ＧＲ（Ｂ２）で説明する。
【００４４】
この場合、画像データＧＲ（Ａ１）については、参照線ＲＬ（Ａ１）と交差する粒界画像として粒界画像Ｌ１１と粒界画像Ｌ１２が選択され、交差粒界の数は２本と判断される。また、粒界画像Ｌ１２については、ボイドＶ１が発生しているボイド発生粒界の画像として認識される。このため、ボイド発生粒界の数は１本と判断される。同様に、画像データＧＲ（Ａ２）については、参照線ＲＬ（Ａ２）と交差する粒界画像として粒界画像Ｌ１３と粒界画像Ｌ１４と粒界画像Ｌ１５が選択され、交差粒界の数は３本と判断される。また、粒界画像Ｌ１４及び粒界画像Ｌ１５については、ボイドＶ２が発生しているボイド発生粒界の画像として認識される。このため、ボイド発生粒界の数は２本と判断される。
【００４５】
また、画像データＧＲ（Ｂ１）については、参照線ＲＬ（Ｂ１）と交差する粒界画像として粒界画像Ｌ１６と粒界画像Ｌ１７と粒界画像Ｌ１８が選択され、交差粒界の数は３本と判断される。これらの粒界においてボイドが発生しているものはないため、ボイド発生粒界の数は０本と判断される。同様に、画像データＧＲ（Ｂ２）については、参照線ＲＬ（Ｂ２）と交差する粒界画像として粒界画像Ｌ１９から粒界画像Ｌ２２が選択され、交差粒界の数は４本と判断される。そして、ボイド発生粒界の数は０本と判断される。
【００４６】
このように、各画像データＧＲ（Ａ１）〜ＧＲ（Ｇ６）について交差粒界の数とボイド発生粒界の数を取得したならば、診断用コンピュータ３は、これらの情報をデータ記憶部３６に記憶させる。
【００４７】
続くＡパラメータ算出処理（Ｓ７）において、診断用コンピュータ３は、交差粒界の数とボイド発生粒界の数に基づいてＡパラメータを算出する。ここで、Ａパラメータは、次式（１）に基づいて算出される。すなわち、ボイド発生粒界数を観察粒界数で除することにより、算出される。
【数１】
【００４８】
便宜上、図９及び図１０に示す４つの画像データＧＲで説明すると、画像データＧＲ（Ａ１）において交差粒界の数は２本、ボイド発生粒界の数は１本であり、画像データＧＲ（Ａ２）において交差粒界の数は３本、ボイド発生粒界の数は２本である。また、画像データＧＲ（Ｂ１）において交差粒界の数は３本、ボイド発生粒界の数は０本であり、画像データＧＲ（Ｂ２）において交差粒界の数は４本、ボイド発生粒界の数は０本である。そうすると、交差粒界の総数は１２本、ボイド発生粒界の総数は３本となり、Ａパラメータとして０．２５が得られる。診断用コンピュータ３は、算出したＡパラメータの値をデータ記憶部３６に記憶させ、Ａパラメータ算出処理を終了する。
【００４９】
余寿命診断評価（Ｓ８）において、診断用コンピュータ３は、マスターカーブをデータ記憶部３６から読み出し、算出したＡパラメータの値をあてはめることで、鋼管（金属）のクリープ損傷率（すなわち余寿命）を取得する。ここで、マスターカーブは、例えば図１１に示すように、横軸をクリープ損傷率とし、縦軸をＡパラメータとした場合の相関関係を示すグラフであり、鋼管のクリープ促進試験によって予め取得されたものである。そして、クリープ損傷率は、鋼管の余寿命を表す指標でもあるので、このマスターカーブは、Ａパラメータと鋼管の余寿命との相関関係を示しているといえる。
【００５０】
従って、診断用コンピュータ３は、算出したＡパラメータの値をマスターカーブにあてはめることで鋼管の余寿命を診断する。そして、余寿命に基づいて交換時期と判断された場合には、その旨を表示部３２で表示することで作業者に報知する。また、十分に余寿命がある場合にも、その余寿命を表示部３２で表示することで作業者に報知する。
【００５１】
この余寿命診断評価が終了すると一連の診断処理が終了し、次のレプリカに対する診断が前述した手順に則って繰り返し行われる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によれば、参照線描画処理（Ｓ５）において画像データＧＲのそれぞれに参照線ＲＬを描画しているので、従来行われていたタイリング（複数画像の結合）を行わずに済む。これにより、短時間で診断結果を得ることができ、診断の作業効率を高めることができる。また、参照線ＲＬの描画や参照線ＲＬに交差する粒界のカウント等が自動化されているので、熟練した作業者でなくとも診断が可能になるし、作業者毎の診断ばらつきを少なくすることもできる。
【００５３】
また、観察画像取得処理（Ｓ３）では、隣接する画像データＧＲと縁の部分を重複させた状態で、矩形状の画像データＧＲを取得し、ボイド・粒界認識処理（Ｓ６）では、互いに重複した部分を有する複数の画像の１つについて、粒界の数やボイドの数を取得しているので、重複した部分のそれぞれに属する同一粒界について、別の粒界やボイドと判定される不具合を抑制でき、余寿命の推定精度を高めることができる。
【００５４】
また、余寿命診断評価（Ｓ８）では、Ａパラメータと鋼管のクリープ損傷率（余寿命）との相関関係を示すマスターカーブを予め取得しておき、ボイド・粒界認識処理（Ｓ６）で得られた粒界数に基づくＡパラメータをこのマスターカーブにあてはめることで、鋼管の余寿命を診断しているので、鋼管の余寿命を容易に診断することができる。
【００５５】
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。
【００５６】
前述の第１実施形態における観察画像取得処理（Ｓ３）では、隣接する画像データＧＲの縁部分同士を重複させていたが、この方法に限定されない。例えば、図１２に示すように、画像データＧＲの縁部分を重複させない状態で矩形状の画像を取得するようにしてもよい。このようにすることで、各画像データＧＲについて診断対象とする範囲と診断対象としない範囲を切り分けずに粒界数の取得を行えば済むので、処理の一層の簡素化が図れる。
【００５７】
また、画像データＧＲの縁部分を重複させずに、複数の画像を撮影する場合、各画像はマトリクス状に拡がっていなくてもよい。例えば、千鳥状に拡がっていてもよい。さらに、画像上で応力推定方向が判るならば、各画像は矩形状でなくてもよい。そして、各画像を矩形状に定めてマトリクス状に位置を異ならせて撮影すると、応力推定方向の揃った必要な範囲の画像を容易に得ることができる。
【００５８】
また、前述の第１実施形態では、ＳＥＭ２による観察画像を画像データＧＲとして取得する場合について説明したが、本発明は、観察画像をプリンタ用紙や印画紙等の紙媒体に印刷等した場合についても同様に適用できる。この場合、紙媒体に直接参照線ＲＬを引いて粒界数を数えればよい。
【００５９】
また、撮影に用いる顕微鏡に関し、前述の第１実施形態ではＳＥＭ２を例示したが、他の型式の電子顕微鏡（例えば透過型電子顕微鏡）であってもよいし、光学顕微鏡であってもよい。要するに、レプリカに転写された組織（粒界やボイド）を確認できる性能を有するものであれば用いることができる。
【００６０】
診断対象に関し、前述の第１実施形態では、動力用配管に用いられる鋼管を例示したが、これに限定されない。例えば、ボイラーやタービンの隔壁であってもよい。要するに、高温高圧環境下に曝され、その余寿命をＡパラメータによって診断できる金属であれば、本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１…余寿命診断システム
２…走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
２１…電子銃
２２…磁界レンズ
２３…試料ステージ
２４…二次電子検出器
３…診断用コンピュータ
３１…コンピュータ本体
３２…表示部
３３…入力部
３４…ＣＰＵ
３５…メモリ
３６…データ記憶部
ＧＲ…１枚の画像データ
Ｌ…粒界の画像データ（粒界画像）
Ｖ…ボイドの画像データ（ボイド画像）
Ｎ…ゴミの画像データ（ゴミ画像）
ＥＤ…画像データの縁部分
ＥＸ…画像データの対象外領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クリープ損傷を受ける金属の余寿命を診断する方法であって、
前記金属のレプリカを、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで、複数の画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像のそれぞれに参照線を描く参照線描画ステップと、
前記参照線と交差する粒界の数、及び、前記参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数を取得する粒界数取得ステップと、
前記参照線と交差する粒界の数、及び、前記参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数に基づき、Ａパラメータ法を用いて前記金属の余寿命を診断する余寿命診断ステップと
を有することを特徴とする余寿命診断方法。
【請求項２】
前記参照線描画ステップでは、応力方向と推定される方向に前記参照線を描くことを特徴とする請求項１に記載の余寿命診断方法。
【請求項３】
前記画像取得ステップでは、隣接する画像と縁の部分を重複させた状態で、平面方向へマトリクス状に拡がった矩形状の画像を取得し、
前記粒界数取得ステップでは、互いに重複した部分を有する複数の画像の１つについて、粒界の数を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の余寿命診断方法。
【請求項４】
前記画像取得ステップでは、隣接する画像と縁の部分を重複させない状態で、矩形状の画像を取得し、
前記粒界数取得ステップでは、それぞれの画像について粒界の数を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の余寿命診断方法。
【請求項５】
前記余寿命診断ステップでは、Ａパラメータと金属の余寿命との相関関係を示すマスターカーブを予め取得しておき、前記粒界数取得ステップで得られた粒界数に基づくＡパラメータを前記マスターカーブにあてはめることで、前記金属の余寿命を診断することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の余寿命診断方法。
【請求項６】
クリープ損傷を受ける金属の余寿命をコンピュータによって診断する余寿命診断装置であって、
前記コンピュータに、
前記金属のレプリカを、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで得られた、複数の画像データを取得させる画像取得ステップと、
前記画像データのそれぞれに参照線データを描かせる参照線描画ステップと、
前記参照線データと交差する粒界画像データの数、及び、前記参照線データと交差するとともにボイド画像データが形成されている粒界画像データの数を取得させる粒界数取得ステップと、
前記参照線データと交差する前記粒界画像データの数、及び、前記参照線データと交差するとともに前記ボイド画像データが形成されている前記粒界画像データの数に基づき、Ａパラメータ法を用いて前記金属の余寿命を診断させる余寿命診断ステップと
を行わせることを特徴とする余寿命診断装置。
【請求項１】
クリープ損傷を受ける金属の余寿命を診断する方法であって、
前記金属のレプリカを、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで、複数の画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像のそれぞれに参照線を描く参照線描画ステップと、
前記参照線と交差する粒界の数、及び、前記参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数を取得する粒界数取得ステップと、
前記参照線と交差する粒界の数、及び、前記参照線と交差するとともにボイドが形成されている粒界の数に基づき、Ａパラメータ法を用いて前記金属の余寿命を診断する余寿命診断ステップと
を有することを特徴とする余寿命診断方法。
【請求項２】
前記参照線描画ステップでは、応力方向と推定される方向に前記参照線を描くことを特徴とする請求項１に記載の余寿命診断方法。
【請求項３】
前記画像取得ステップでは、隣接する画像と縁の部分を重複させた状態で、平面方向へマトリクス状に拡がった矩形状の画像を取得し、
前記粒界数取得ステップでは、互いに重複した部分を有する複数の画像の１つについて、粒界の数を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の余寿命診断方法。
【請求項４】
前記画像取得ステップでは、隣接する画像と縁の部分を重複させない状態で、矩形状の画像を取得し、
前記粒界数取得ステップでは、それぞれの画像について粒界の数を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の余寿命診断方法。
【請求項５】
前記余寿命診断ステップでは、Ａパラメータと金属の余寿命との相関関係を示すマスターカーブを予め取得しておき、前記粒界数取得ステップで得られた粒界数に基づくＡパラメータを前記マスターカーブにあてはめることで、前記金属の余寿命を診断することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の余寿命診断方法。
【請求項６】
クリープ損傷を受ける金属の余寿命をコンピュータによって診断する余寿命診断装置であって、
前記コンピュータに、
前記金属のレプリカを、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで得られた、複数の画像データを取得させる画像取得ステップと、
前記画像データのそれぞれに参照線データを描かせる参照線描画ステップと、
前記参照線データと交差する粒界画像データの数、及び、前記参照線データと交差するとともにボイド画像データが形成されている粒界画像データの数を取得させる粒界数取得ステップと、
前記参照線データと交差する前記粒界画像データの数、及び、前記参照線データと交差するとともに前記ボイド画像データが形成されている前記粒界画像データの数に基づき、Ａパラメータ法を用いて前記金属の余寿命を診断させる余寿命診断ステップと
を行わせることを特徴とする余寿命診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−７９９１６（Ｐ２０１３−７９９１６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１２２７（Ｐ２０１１−２２１２２７）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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