発光分析装置
【課題】 欠陥箇所がクラックであるか否かを自動的に判定することにより、分析部で固体試料を分析する際に、分析部の電極等に水が付着することを防止することができる発光分析装置を提供する。
【解決手段】 固体試料６の分析面６ａ中における分析箇所と、分析箇所に対向配置された電極２ａとの間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析する分析部２と、分析面６ａを撮影することにより、分析面画像を取得する撮影部１０と、固体試料６を保持しながら移送する搬送機構４と、分析部２で固体試料６を分析する前に、搬送機構４によって固体試料６を撮影部１０へ移送することにより、分析面画像を取得する制御部２０とを備える発光分析装置１であって、制御部２０は、分析面画像に基づいて、分析面６ａ中における欠陥箇所４２、４３を抽出して、欠陥箇所４２、４３がクラックであるか否かを判定する。
【解決手段】 固体試料６の分析面６ａ中における分析箇所と、分析箇所に対向配置された電極２ａとの間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析する分析部２と、分析面６ａを撮影することにより、分析面画像を取得する撮影部１０と、固体試料６を保持しながら移送する搬送機構４と、分析部２で固体試料６を分析する前に、搬送機構４によって固体試料６を撮影部１０へ移送することにより、分析面画像を取得する制御部２０とを備える発光分析装置１であって、制御部２０は、分析面画像に基づいて、分析面６ａ中における欠陥箇所４２、４３を抽出して、欠陥箇所４２、４３がクラックであるか否かを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパーク放電、アーク放電等の各種放電法やレーザ励起法等により、固体試料中の成分を定量する発光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼品種や非鉄品種の多様化や高品質化や製鋼加工技術の発展に伴い、鉄鋼（固体試料）や非鉄（固体試料）中に含まれる微量成分、特に窒素成分、酸素成分、硫黄成分、炭素成分等の量を厳密にコントロールすることが要求されてきており、鉄鋼材や非鉄金属材等の生産工場等での製鋼・精練工程において、鉄鋼や非鉄中に含まれる微量成分を定量することが重要になってきている。
このような製鋼・精練工程はオンライン操業であるため、定量結果が速やかに製鋼・精練工程にフィードバックされることが好ましい。
【０００３】
そこで、近年、鉄鋼や非鉄中に含まれる多種類の微量成分の定量を迅速に行うことができる発光分光分析方法が広く利用されるようになってきている。
このような発光分光分析方法を利用するための発光分析装置では、溶鋼炉から採取した鉄鋼等の固体試料に前処理を実行した後、この固体試料の前処理実行面を分析面としてアーク放電したりスパーク放電したりすることにより発光させ、その発光光を分光器に導入して各元素に特有な波長を有するスペクトルを取り出して検出する。そして、そのスペクトルの強度から成分濃度（窒素成分、酸素成分、硫黄成分、炭素成分等の量）を算出している。
【０００４】
ところで、溶鋼炉から採取した鉄鋼等の固体試料は、赤熱状態であり、その赤熱状態の固体試料において、ミリング、ベルダー、砥石等にて前処理を実行して、固体試料中における分析面を作製している。その後、冷却効率がよい水冷方式を用いて、赤熱状態の分析面の温度を、分析に適する常温まで冷却している。
このとき、固体試料には内部に空洞のような欠陥が存在することが多くあり、固体試料の分析面中における分析箇所に欠陥が存在すると、正常な発光が起こらず、その結果、正確な分析結果を得ることができない。よって、従来の発光分析装置では、分析部での分析前に撮影部でＣＣＤカメラによって固体試料の分析面を撮影し、その分析面画像の各画素の輝度に基づいて、分析面中における欠陥の位置（欠陥箇所）を抽出することで、欠陥箇所を避けるように固体試料の分析面中における分析箇所を決定している（例えば、特許文献１参照）。
さらに、固体試料を正確に分析するため、通常、１個の固体試料の分析面中において複数（例えば、３個）の分析箇所で分析して、３個の分析箇所から得られた３個の分析結果を得ている。例えば、半径ｒの円形の分析面中における３個の分析箇所は、分析面の中心を中心とした半径ｒ／２の円周上に、欠陥箇所を避けるように配列されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０６９８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、欠陥箇所がクラックであった場合には、水冷方式で使用した水がクラックの内部に付着したままとなり、分析部で固体試料を分析する際に、クラックの内部から分析部の電極に水が落下することがあり、その結果、分析部が故障することがあった。
なお、欠陥箇所が巣であった場合には、巣は通気性がよいため巣の内部から水が容易に蒸発するので、分析部で固体試料を分析する際まで、水冷方式で使用した水が巣の内部に付着したままとなることはほとんどない。
そこで、本発明は、欠陥箇所がクラックであるか否かを自動的に判定することにより、分析部で固体試料を分析する際に、分析部の電極等に水が付着することを防止することができる発光分析装置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】
上記課題を解決するためになされた本発明の発光分析装置は、固体試料の分析面中における分析箇所と、当該分析箇所に対向配置された電極との間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析する分析部と、前記分析面を撮影することにより、分析面画像を取得する撮影部と、前記固体試料を保持しながら移送する搬送機構と、前記分析部で固体試料を分析する前に、前記搬送機構によって固体試料を撮影部へ移送することにより、前記分析面画像を取得する制御部とを備える発光分析装置であって、前記制御部は、前記分析面画像の各画素の輝度に基づいて、前記分析面中における欠陥箇所を示す欠陥箇所画像を抽出して、前記分析面画像中の欠陥箇所画像の形状に基づいて、前記欠陥箇所がクラックであるか否かを判定するようにしている。
【０００８】
ここで、「クラック」とは、分析面中における分析箇所のことをいい、内部に付着した水が容易に蒸発することがないもののことをいう。なお、「巣」とは、分析面中における分析箇所のことをいい、内部に付着した水が容易に蒸発するもののことをいう。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の発光分析装置によれば、制御部は、欠陥箇所がクラックであるか否かを自動的に判定するので、分析部で固体試料を分析する際に、分析部の電極等に水が付着することを防止することができる。その結果、発光分析装置の故障を防止することができる。
【００１０】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記制御部は、前記欠陥箇所画像の形状を楕円形状又は長方形に近似して、楕円形状の長径と短径との比又は長方形の長辺と短辺との比を算出することで、前記欠陥箇所がクラックであるか否かを判定するようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記制御部は、前記欠陥箇所がクラックであると判定したときには、前記分析部で固体試料を分析しない制御信号を搬送機構に出力し、一方、前記欠陥箇所がクラックでないと判定したときには、前記欠陥箇所を避けるように固体試料の分析面中における分析箇所を決定して、その後、前記分析部で固体試料を分析する制御信号を搬送機構に出力するようにしてもよい。
本発明の発光分析装置によれば、制御部は、発光分析装置の故障を防止しつつ、分析結果を自動的に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る発光分析装置の一例の概略構成図である。
【図２】判定アルゴリズムの一例について説明するための図である。
【図３】抽出アルゴリズムの一例について説明するための図である。
【図４】判定アルゴリズムの他の一例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００１３】
図１は、実施形態に係る発光分析装置の一例の概略構成図である。
発光分析装置１は、スペクトルを分析する分析部２と、固体試料６’の分析面６ａ’を撮影するＣＣＤカメラ１２を備えた撮影部１０と、固体試料６を保持しながら移送するロボットアーム（搬送機構）４と、発光分析装置１全体の制御を行うコンピュータ２０とにより構成される。
なお、固体試料６（６’）は、鉄鋼材や非鉄金属材等の生産工場等での製鋼・精練工程において、オンライン操業で採取され、前処理が実行されたものであり、その形状は、半径ｒの円形の上面と底面とを有する円柱形状である。そして、発光分析装置１の分析部２では、底面を分析面６ａとして、スパーク放電することにより発光させ、その発光光を分光器２ｄに導入して各元素に特有な波長を有するスペクトルを取り出して検出する。
【００１４】
ロボットアーム４は、固体試料６を保持しながら移送するものである。ロボットアーム４には、座標系が設定されており、コンピュータ２０は、ロボットアーム４が固体試料６を保持したときには、ロボットアーム４に対する固体試料６の位置を正確に把握することができるようになっている。
また、ロボットアーム４は、固体試料６を保持したまま、コンピュータ２０からの制御信号により動作可能となっている。コンピュータ２０は、出力した制御信号に基づいて、発光分析装置１に対するロボットアーム４の位置を把握することができ、その結果、発光分析装置１に対する固体試料６の位置を把握することができるようになっている。
これにより、ロボットアーム４は、固体試料６を分析部２の設定位置へ移送することで、固体試料６の分析面６ａ中における各分析箇所で分析することができるようにしたり、さらに分析部２では、固体試料６の分析面６ａに対向配置される対向電極２ａの位置が変化するように固体試料６を移送することで、固体試料６の分析面６ａ中における第一の分析箇所から第二の分析箇所に変更したり、固体試料６を撮影部１０の設定位置へ移送することで、固体試料６の分析面６ａ全面を撮影することができるようにしたりする。
【００１５】
撮影部１０は、撮影の妨害となる外光を避ける遮蔽カバー８を備え、遮蔽カバー８の内部に、横向きに設置されたＣＣＤカメラ１２と、上向きに設置された照明ランプ１４と、撮影方向と同軸方向から分析面６ａを照明ランプ１４で照明するためのハーフミラー１６とを備える。そして、遮蔽カバー８の下面には、ロボットアーム４を挿入するための開口部８ａが形成されている。
これにより、遮蔽カバー８の開口部８ａからロボットアーム４’によって固体試料６’の分析面６ａ’が垂直に起立した状態となるように挿入されて、撮影部１０の設定位置に配置されると、固体試料６’の分析面６ａ’全面が、照明ランプ１４で照明されて、ＣＣＤカメラ１２で撮影されるようになっている。そして、ＣＣＤカメラ１２で撮影された画像データ（分析面画像）がコンピュータ２０に出力される。
【００１６】
分析部２は、分光スタンド２ｂを備え、分光スタンド２ｂの内部に、上向きに設置された対向電極２ａと、発光光が導入される分光器２ｄとを備える。そして、分光スタンド２ｂの上面には、対向電極２ａと対向する位置に円形状の開孔２ｃが形成されている。
これにより、ロボットアーム４によって固体試料６’の分析面６ａ’の分析箇所が、分光スタンド２ｂの開孔２ｃを塞ぐように当接されて、分析箇所と対向電極２ａとの間で放電を行うと、その発光光を分光器２ｄに導入して各元素に特有な波長を有するスペクトルを取り出して検出するようになっている。そして、分光器２ｄで得られた検出信号（分析結果）がコンピュータ２０に出力される。
また、ロボットアーム４によって、分光スタンド２ｂの開孔２ｃに当接される固体試料６の分析面６ａの位置を変化させることで、固体試料６の分析面６ａ中における分析箇所を順番に変更することができ、その結果、１個の固体試料６の分析面６ａ中において３個の分析箇所で分析すれば、３個の分析結果（第一の分析結果、第二の分析結果、第三の分析結果）がコンピュータ２０に順番に出力される。
【００１７】
コンピュータ２０においては、ＣＰＵ２１やメモリ２２を備え、さらにモニタ画面等を有する表示装置３１と、キーボードやマウス等を有する入力装置３０とが連結されている。
また、ＣＰＵ（制御部）２１が処理する機能をブロック化して説明すると、ロボットアーム４を制御する搬送制御部２３と、撮影部１０を制御する撮影制御部２４と、分析部２を制御する分析制御部２５と、分析面画像と判定アルゴリズム（後述する）とに基づいて固体試料６の分析面６ａ中における欠陥箇所を抽出して欠陥箇所がクラックであるか否かを判定する判定部７３と、分析面画像と抽出アルゴリズム（後述する）とに基づいて欠陥箇所を回避するように固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所を抽出する分析箇所抽出処理部２６とを有する。
さらに、メモリ２２は、分析面画像を記憶するための画像データ記憶領域５２と、判定アルゴリズムを記憶する判定情報記憶領域５５と、抽出アルゴリズムを記憶する抽出情報記憶領域５１と、固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所と分析順とを示す分析箇所データを記憶するための分析箇所データ記憶領域５３と、分析結果を記憶するための分析結果記憶領域５４とを有する。
【００１８】
撮影制御部２４は、ロボットアーム４’によって固体試料６’が撮影部１０の設定位置に配置されると、固体試料６’の分析面６ａ’を照明ランプ１４で照明して、ＣＣＤカメラ１２で撮影するように、撮影部１０を制御することにより、ＣＣＤカメラ１２で撮影された分析面画像を読み込み、分析面画像を画像データ記憶領域５２に記憶させる制御を行う。
【００１９】
判定部７３は、画像データ記憶領域５２に記憶された分析面画像と、判定情報記憶領域５５に記憶された判定アルゴリズムとに基づいて、固体試料６の分析面６ａ中における欠陥箇所を抽出して欠陥箇所がクラックであるか否かを判定する制御を行う。
ここで、固体試料６の分析面６ａ中における欠陥箇所を抽出して欠陥箇所がクラックであるか否かを判定するための判定アルゴリズムの一例について説明する。図２は、判定アルゴリズムの一例について説明するための図である。
判定部７３による分析面６ａ中に欠陥箇所が存在するか否かの判定方法は、分析面画像中において各画素の輝度Ｉｎと輝度閾値Ｉｔｈとを比較していき、さらに、輝度Ｉｎが輝度閾値Ｉｔｈ以下である画素が設定面積Ｄｔｈ以上で隣接したときには、欠陥箇所４２、４３であると判定するように実行される。
なお、輝度閾値Ｉｔｈと設定面積Ｄｔｈとは、予め判定アルゴリズムとして記憶されており、使用者が輝度閾値Ｉｔｈと設定面積Ｄｔｈとを記憶させる際には、任意の数値を設定することができるようになっている。
【００２０】
ところで、欠陥箇所４２、４３がクラックであると、水冷方式で使用した水がクラックの内部に付着したままとなり、分析部２で固体試料６を分析する際に、クラックから分析部２の対向電極２ａに水が落下することがあり、その結果、分析部２が故障することがあるので、判定部７３では欠陥箇所４２、４３がクラックであるか否かを判定することになる。
判定部７３による欠陥箇所がクラックであるか否かの判定方法は、図２に示すように分析面画像中の各欠陥箇所画像を楕円形Ａｎでそれぞれ近似し、そして、（楕円形Ａｎの長径／楕円形Ａｎの短径）の比Ｌｎと、閾値比Ｌｔｈとを比較することにより、比Ｌｎが閾値比Ｌｔｈ以上である欠陥箇所４２は、クラックであり、一方、比Ｌｎが閾値比Ｌｔｈ未満である欠陥箇所４３は、クラックでない（巣である）と判定するように実行される。
なお、閾値比Ｌｔｈは、予め判定アルゴリズムとして記憶されており、使用者が閾値比Ｌｔｈを記憶させる際には、任意の数値を設定することができるようになっている。
その結果、判定部７３は、少なくとも１個の欠陥箇所４２、４３がクラックであると判定したときには、分析部２で固体試料６を分析しない制御信号を搬送制御部２３に出力する。一方、欠陥箇所４２、４３が検出されなかったとき、若しくは、全ての欠陥箇所４２、４３がクラックでないと判定したときには、後述する分析箇所抽出処理部２６によって分析面６ａ中における分析箇所を抽出する制御信号を搬送制御部２３に出力する。
【００２１】
分析箇所抽出処理部２６は、画像データ記憶領域５２に記憶された分析面画像と、抽出情報記憶領域５１に記憶された抽出アルゴリズムとに基づいて、欠陥箇所４３を回避するように固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所を抽出して、固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所と分析順とを示す分析箇所データを分析箇所データ記憶領域５３に記憶させる制御を行う。
ここで、固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所を抽出するための抽出アルゴリズムの一例について説明する。図３は、抽出アルゴリズムの一例について説明するための図である。
分析面画像の中心を中心とした円周４１上で適宜に決めた基準位置（これを角度０°とする）に半径ｒ１の円形の第一の分析箇所候補４２ａを設定し、その位置から所定方向に所定角度（例えば、反時計回り方向に９０°）だけ離れた位置に、半径ｒ１の円形の第二の分析箇所候補４２ｂを設定し、さらに第二の分析箇所候補４２ｂから同様に所定角度だけ離れた位置に、半径ｒ１の円形の第三の分析箇所候補４２ｃを設定する。ところで、分析箇所に欠陥が存在すると、正常な発光が起こらず、その結果、正確な分析結果を得ることができないので、図２（ｂ）に示すように、第ｎの分析箇所候補の一部に欠陥箇所４３が存在すると判定した場合には、第ｎの分析箇所候補を飛ばして次に所定角度だけ離れた位置に、新たな第ｎの分析箇所候補を設定する。
このように欠陥箇所を回避するように分析面画像中における３個の分析箇所候補４２ａ、４２ｂ、４２ｃを抽出したときには、固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所と分析順とを示す分析箇所データを分析箇所データ記憶領域５３に記憶させる。
【００２２】
分析制御部２５は、ロボットアーム４によって固体試料６が分析部２の設定位置に配置されると、固体試料６の分析面６ａ中における第ｎの分析箇所と対向電極２ａとの間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析するように、分析部２を制御することにより、第ｎの分析結果を分析結果記憶領域５４に記憶させる制御を行う。
具体的には、発光分析装置１では、まず、ロボットアーム４によって分析箇所データに基づいて、固体試料６の分析面６ａ中における第一の分析箇所で分析するように、固体試料６が分析部２の設定位置に配置されると、固体試料６の分析面６ａ中における第一の分析箇所と対向電極２ａとの間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析するように、分析部２を制御する。そして、分光器２ｄで得られた第一の分析結果を分析結果記憶領域５４に記憶させる。
次に、ロボットアーム４によって分析箇所データに基づいて、固体試料６の分析面６ａ中における第二の分析箇所で分析するように、固体試料６が分析部２の設定位置に配置されると、固体試料６の分析面６ａ中における第二の分析箇所と対向電極２ａとの間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析するように、分析部２を制御する。そして、分光器２ｄで得られた第二の分析結果を分析結果記憶領域５４に記憶させる。
最後に、ロボットアーム４によって分析箇所データに基づいて、固体試料６の分析面６ａ中における第三の分析箇所で分析するように、固体試料６が分析部２の設定位置に配置されると、固体試料６の分析面６ａ中における第三の分析箇所と対向電極２ａとの間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析するように、分析部２を制御する。そして、分光器２ｄで得られた第三の分析結果を分析結果記憶領域５４に記憶させる。
【００２３】
以上のように、本発明の発光分析装置１によれば、コンピュータ２０は、欠陥箇所４２、４３がクラックであるか否かを自動的に判定するので、分析部２で固体試料６を分析する際に、分析部２の対向電極２ａ等に水が付着することを防止することができる。その結果、発光分析装置１の故障を防止することができる。そして、分析結果を自動的に取得することができる。
【００２４】
（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、ＣＣＤカメラ１２で撮影する構成としたが、ＣＭＯＳカメラで撮影するような構成としてもよい。
（２）上述した実施形態では、撮影部１０において照明ランプ１４とハーフミラー１６とを備える構成としたが、分析面を照明ランプで照明することができればよく、例えば、ＣＣＤカメラを中心としたドーナツ状の照明ランプを備えたり、ドーム状の照明ランプを備えたりするような構成としてもよい。
【００２５】
（３）上述した実施形態では、判定部７３による欠陥箇所４２、４３がクラックであるか否かの判定方法は、分析面画像中の各欠陥箇所画像を楕円形Ａｎでそれぞれ近似する構成としたが、図４に示すように分析面画像中の各欠陥箇所画像を長方形Ｂｎでそれぞれ近似し、そして、（長方形Ｂｎの長辺／長方形Ｂｎの短辺）の比Ｌｎと、閾値比Ｌｔｈとを比較することにより、比Ｌｎが閾値比Ｌｔｈ以上である欠陥箇所１４２は、クラックであり、一方、比Ｌｎが閾値比Ｌｔｈ未満である欠陥箇所１４３は、クラックでないと判定するような構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、スパーク放電、アーク放電等の各種放電法やレーザ励起法等により、固体試料中の成分を定量する発光分析装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１ 発光分析装置
２ 分析部
２ａ 対向電極
４ ロボットアーム（搬送機構）
６ 固体試料
６ａ 分析面
１０ 撮影部
２０ ＣＰＵ（制御部）
２２ メモリ
３１ 表示装置
４２、１４２ クラック
４３、１４３ 巣
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパーク放電、アーク放電等の各種放電法やレーザ励起法等により、固体試料中の成分を定量する発光分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼品種や非鉄品種の多様化や高品質化や製鋼加工技術の発展に伴い、鉄鋼（固体試料）や非鉄（固体試料）中に含まれる微量成分、特に窒素成分、酸素成分、硫黄成分、炭素成分等の量を厳密にコントロールすることが要求されてきており、鉄鋼材や非鉄金属材等の生産工場等での製鋼・精練工程において、鉄鋼や非鉄中に含まれる微量成分を定量することが重要になってきている。
このような製鋼・精練工程はオンライン操業であるため、定量結果が速やかに製鋼・精練工程にフィードバックされることが好ましい。
【０００３】
そこで、近年、鉄鋼や非鉄中に含まれる多種類の微量成分の定量を迅速に行うことができる発光分光分析方法が広く利用されるようになってきている。
このような発光分光分析方法を利用するための発光分析装置では、溶鋼炉から採取した鉄鋼等の固体試料に前処理を実行した後、この固体試料の前処理実行面を分析面としてアーク放電したりスパーク放電したりすることにより発光させ、その発光光を分光器に導入して各元素に特有な波長を有するスペクトルを取り出して検出する。そして、そのスペクトルの強度から成分濃度（窒素成分、酸素成分、硫黄成分、炭素成分等の量）を算出している。
【０００４】
ところで、溶鋼炉から採取した鉄鋼等の固体試料は、赤熱状態であり、その赤熱状態の固体試料において、ミリング、ベルダー、砥石等にて前処理を実行して、固体試料中における分析面を作製している。その後、冷却効率がよい水冷方式を用いて、赤熱状態の分析面の温度を、分析に適する常温まで冷却している。
このとき、固体試料には内部に空洞のような欠陥が存在することが多くあり、固体試料の分析面中における分析箇所に欠陥が存在すると、正常な発光が起こらず、その結果、正確な分析結果を得ることができない。よって、従来の発光分析装置では、分析部での分析前に撮影部でＣＣＤカメラによって固体試料の分析面を撮影し、その分析面画像の各画素の輝度に基づいて、分析面中における欠陥の位置（欠陥箇所）を抽出することで、欠陥箇所を避けるように固体試料の分析面中における分析箇所を決定している（例えば、特許文献１参照）。
さらに、固体試料を正確に分析するため、通常、１個の固体試料の分析面中において複数（例えば、３個）の分析箇所で分析して、３個の分析箇所から得られた３個の分析結果を得ている。例えば、半径ｒの円形の分析面中における３個の分析箇所は、分析面の中心を中心とした半径ｒ／２の円周上に、欠陥箇所を避けるように配列されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０６９８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、欠陥箇所がクラックであった場合には、水冷方式で使用した水がクラックの内部に付着したままとなり、分析部で固体試料を分析する際に、クラックの内部から分析部の電極に水が落下することがあり、その結果、分析部が故障することがあった。
なお、欠陥箇所が巣であった場合には、巣は通気性がよいため巣の内部から水が容易に蒸発するので、分析部で固体試料を分析する際まで、水冷方式で使用した水が巣の内部に付着したままとなることはほとんどない。
そこで、本発明は、欠陥箇所がクラックであるか否かを自動的に判定することにより、分析部で固体試料を分析する際に、分析部の電極等に水が付着することを防止することができる発光分析装置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】
上記課題を解決するためになされた本発明の発光分析装置は、固体試料の分析面中における分析箇所と、当該分析箇所に対向配置された電極との間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析する分析部と、前記分析面を撮影することにより、分析面画像を取得する撮影部と、前記固体試料を保持しながら移送する搬送機構と、前記分析部で固体試料を分析する前に、前記搬送機構によって固体試料を撮影部へ移送することにより、前記分析面画像を取得する制御部とを備える発光分析装置であって、前記制御部は、前記分析面画像の各画素の輝度に基づいて、前記分析面中における欠陥箇所を示す欠陥箇所画像を抽出して、前記分析面画像中の欠陥箇所画像の形状に基づいて、前記欠陥箇所がクラックであるか否かを判定するようにしている。
【０００８】
ここで、「クラック」とは、分析面中における分析箇所のことをいい、内部に付着した水が容易に蒸発することがないもののことをいう。なお、「巣」とは、分析面中における分析箇所のことをいい、内部に付着した水が容易に蒸発するもののことをいう。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明の発光分析装置によれば、制御部は、欠陥箇所がクラックであるか否かを自動的に判定するので、分析部で固体試料を分析する際に、分析部の電極等に水が付着することを防止することができる。その結果、発光分析装置の故障を防止することができる。
【００１０】
（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記制御部は、前記欠陥箇所画像の形状を楕円形状又は長方形に近似して、楕円形状の長径と短径との比又は長方形の長辺と短辺との比を算出することで、前記欠陥箇所がクラックであるか否かを判定するようにしてもよい。
さらに、上記の発明において、前記制御部は、前記欠陥箇所がクラックであると判定したときには、前記分析部で固体試料を分析しない制御信号を搬送機構に出力し、一方、前記欠陥箇所がクラックでないと判定したときには、前記欠陥箇所を避けるように固体試料の分析面中における分析箇所を決定して、その後、前記分析部で固体試料を分析する制御信号を搬送機構に出力するようにしてもよい。
本発明の発光分析装置によれば、制御部は、発光分析装置の故障を防止しつつ、分析結果を自動的に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る発光分析装置の一例の概略構成図である。
【図２】判定アルゴリズムの一例について説明するための図である。
【図３】抽出アルゴリズムの一例について説明するための図である。
【図４】判定アルゴリズムの他の一例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００１３】
図１は、実施形態に係る発光分析装置の一例の概略構成図である。
発光分析装置１は、スペクトルを分析する分析部２と、固体試料６’の分析面６ａ’を撮影するＣＣＤカメラ１２を備えた撮影部１０と、固体試料６を保持しながら移送するロボットアーム（搬送機構）４と、発光分析装置１全体の制御を行うコンピュータ２０とにより構成される。
なお、固体試料６（６’）は、鉄鋼材や非鉄金属材等の生産工場等での製鋼・精練工程において、オンライン操業で採取され、前処理が実行されたものであり、その形状は、半径ｒの円形の上面と底面とを有する円柱形状である。そして、発光分析装置１の分析部２では、底面を分析面６ａとして、スパーク放電することにより発光させ、その発光光を分光器２ｄに導入して各元素に特有な波長を有するスペクトルを取り出して検出する。
【００１４】
ロボットアーム４は、固体試料６を保持しながら移送するものである。ロボットアーム４には、座標系が設定されており、コンピュータ２０は、ロボットアーム４が固体試料６を保持したときには、ロボットアーム４に対する固体試料６の位置を正確に把握することができるようになっている。
また、ロボットアーム４は、固体試料６を保持したまま、コンピュータ２０からの制御信号により動作可能となっている。コンピュータ２０は、出力した制御信号に基づいて、発光分析装置１に対するロボットアーム４の位置を把握することができ、その結果、発光分析装置１に対する固体試料６の位置を把握することができるようになっている。
これにより、ロボットアーム４は、固体試料６を分析部２の設定位置へ移送することで、固体試料６の分析面６ａ中における各分析箇所で分析することができるようにしたり、さらに分析部２では、固体試料６の分析面６ａに対向配置される対向電極２ａの位置が変化するように固体試料６を移送することで、固体試料６の分析面６ａ中における第一の分析箇所から第二の分析箇所に変更したり、固体試料６を撮影部１０の設定位置へ移送することで、固体試料６の分析面６ａ全面を撮影することができるようにしたりする。
【００１５】
撮影部１０は、撮影の妨害となる外光を避ける遮蔽カバー８を備え、遮蔽カバー８の内部に、横向きに設置されたＣＣＤカメラ１２と、上向きに設置された照明ランプ１４と、撮影方向と同軸方向から分析面６ａを照明ランプ１４で照明するためのハーフミラー１６とを備える。そして、遮蔽カバー８の下面には、ロボットアーム４を挿入するための開口部８ａが形成されている。
これにより、遮蔽カバー８の開口部８ａからロボットアーム４’によって固体試料６’の分析面６ａ’が垂直に起立した状態となるように挿入されて、撮影部１０の設定位置に配置されると、固体試料６’の分析面６ａ’全面が、照明ランプ１４で照明されて、ＣＣＤカメラ１２で撮影されるようになっている。そして、ＣＣＤカメラ１２で撮影された画像データ（分析面画像）がコンピュータ２０に出力される。
【００１６】
分析部２は、分光スタンド２ｂを備え、分光スタンド２ｂの内部に、上向きに設置された対向電極２ａと、発光光が導入される分光器２ｄとを備える。そして、分光スタンド２ｂの上面には、対向電極２ａと対向する位置に円形状の開孔２ｃが形成されている。
これにより、ロボットアーム４によって固体試料６’の分析面６ａ’の分析箇所が、分光スタンド２ｂの開孔２ｃを塞ぐように当接されて、分析箇所と対向電極２ａとの間で放電を行うと、その発光光を分光器２ｄに導入して各元素に特有な波長を有するスペクトルを取り出して検出するようになっている。そして、分光器２ｄで得られた検出信号（分析結果）がコンピュータ２０に出力される。
また、ロボットアーム４によって、分光スタンド２ｂの開孔２ｃに当接される固体試料６の分析面６ａの位置を変化させることで、固体試料６の分析面６ａ中における分析箇所を順番に変更することができ、その結果、１個の固体試料６の分析面６ａ中において３個の分析箇所で分析すれば、３個の分析結果（第一の分析結果、第二の分析結果、第三の分析結果）がコンピュータ２０に順番に出力される。
【００１７】
コンピュータ２０においては、ＣＰＵ２１やメモリ２２を備え、さらにモニタ画面等を有する表示装置３１と、キーボードやマウス等を有する入力装置３０とが連結されている。
また、ＣＰＵ（制御部）２１が処理する機能をブロック化して説明すると、ロボットアーム４を制御する搬送制御部２３と、撮影部１０を制御する撮影制御部２４と、分析部２を制御する分析制御部２５と、分析面画像と判定アルゴリズム（後述する）とに基づいて固体試料６の分析面６ａ中における欠陥箇所を抽出して欠陥箇所がクラックであるか否かを判定する判定部７３と、分析面画像と抽出アルゴリズム（後述する）とに基づいて欠陥箇所を回避するように固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所を抽出する分析箇所抽出処理部２６とを有する。
さらに、メモリ２２は、分析面画像を記憶するための画像データ記憶領域５２と、判定アルゴリズムを記憶する判定情報記憶領域５５と、抽出アルゴリズムを記憶する抽出情報記憶領域５１と、固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所と分析順とを示す分析箇所データを記憶するための分析箇所データ記憶領域５３と、分析結果を記憶するための分析結果記憶領域５４とを有する。
【００１８】
撮影制御部２４は、ロボットアーム４’によって固体試料６’が撮影部１０の設定位置に配置されると、固体試料６’の分析面６ａ’を照明ランプ１４で照明して、ＣＣＤカメラ１２で撮影するように、撮影部１０を制御することにより、ＣＣＤカメラ１２で撮影された分析面画像を読み込み、分析面画像を画像データ記憶領域５２に記憶させる制御を行う。
【００１９】
判定部７３は、画像データ記憶領域５２に記憶された分析面画像と、判定情報記憶領域５５に記憶された判定アルゴリズムとに基づいて、固体試料６の分析面６ａ中における欠陥箇所を抽出して欠陥箇所がクラックであるか否かを判定する制御を行う。
ここで、固体試料６の分析面６ａ中における欠陥箇所を抽出して欠陥箇所がクラックであるか否かを判定するための判定アルゴリズムの一例について説明する。図２は、判定アルゴリズムの一例について説明するための図である。
判定部７３による分析面６ａ中に欠陥箇所が存在するか否かの判定方法は、分析面画像中において各画素の輝度Ｉｎと輝度閾値Ｉｔｈとを比較していき、さらに、輝度Ｉｎが輝度閾値Ｉｔｈ以下である画素が設定面積Ｄｔｈ以上で隣接したときには、欠陥箇所４２、４３であると判定するように実行される。
なお、輝度閾値Ｉｔｈと設定面積Ｄｔｈとは、予め判定アルゴリズムとして記憶されており、使用者が輝度閾値Ｉｔｈと設定面積Ｄｔｈとを記憶させる際には、任意の数値を設定することができるようになっている。
【００２０】
ところで、欠陥箇所４２、４３がクラックであると、水冷方式で使用した水がクラックの内部に付着したままとなり、分析部２で固体試料６を分析する際に、クラックから分析部２の対向電極２ａに水が落下することがあり、その結果、分析部２が故障することがあるので、判定部７３では欠陥箇所４２、４３がクラックであるか否かを判定することになる。
判定部７３による欠陥箇所がクラックであるか否かの判定方法は、図２に示すように分析面画像中の各欠陥箇所画像を楕円形Ａｎでそれぞれ近似し、そして、（楕円形Ａｎの長径／楕円形Ａｎの短径）の比Ｌｎと、閾値比Ｌｔｈとを比較することにより、比Ｌｎが閾値比Ｌｔｈ以上である欠陥箇所４２は、クラックであり、一方、比Ｌｎが閾値比Ｌｔｈ未満である欠陥箇所４３は、クラックでない（巣である）と判定するように実行される。
なお、閾値比Ｌｔｈは、予め判定アルゴリズムとして記憶されており、使用者が閾値比Ｌｔｈを記憶させる際には、任意の数値を設定することができるようになっている。
その結果、判定部７３は、少なくとも１個の欠陥箇所４２、４３がクラックであると判定したときには、分析部２で固体試料６を分析しない制御信号を搬送制御部２３に出力する。一方、欠陥箇所４２、４３が検出されなかったとき、若しくは、全ての欠陥箇所４２、４３がクラックでないと判定したときには、後述する分析箇所抽出処理部２６によって分析面６ａ中における分析箇所を抽出する制御信号を搬送制御部２３に出力する。
【００２１】
分析箇所抽出処理部２６は、画像データ記憶領域５２に記憶された分析面画像と、抽出情報記憶領域５１に記憶された抽出アルゴリズムとに基づいて、欠陥箇所４３を回避するように固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所を抽出して、固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所と分析順とを示す分析箇所データを分析箇所データ記憶領域５３に記憶させる制御を行う。
ここで、固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所を抽出するための抽出アルゴリズムの一例について説明する。図３は、抽出アルゴリズムの一例について説明するための図である。
分析面画像の中心を中心とした円周４１上で適宜に決めた基準位置（これを角度０°とする）に半径ｒ１の円形の第一の分析箇所候補４２ａを設定し、その位置から所定方向に所定角度（例えば、反時計回り方向に９０°）だけ離れた位置に、半径ｒ１の円形の第二の分析箇所候補４２ｂを設定し、さらに第二の分析箇所候補４２ｂから同様に所定角度だけ離れた位置に、半径ｒ１の円形の第三の分析箇所候補４２ｃを設定する。ところで、分析箇所に欠陥が存在すると、正常な発光が起こらず、その結果、正確な分析結果を得ることができないので、図２（ｂ）に示すように、第ｎの分析箇所候補の一部に欠陥箇所４３が存在すると判定した場合には、第ｎの分析箇所候補を飛ばして次に所定角度だけ離れた位置に、新たな第ｎの分析箇所候補を設定する。
このように欠陥箇所を回避するように分析面画像中における３個の分析箇所候補４２ａ、４２ｂ、４２ｃを抽出したときには、固体試料６の分析面６ａ中における３個の分析箇所と分析順とを示す分析箇所データを分析箇所データ記憶領域５３に記憶させる。
【００２２】
分析制御部２５は、ロボットアーム４によって固体試料６が分析部２の設定位置に配置されると、固体試料６の分析面６ａ中における第ｎの分析箇所と対向電極２ａとの間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析するように、分析部２を制御することにより、第ｎの分析結果を分析結果記憶領域５４に記憶させる制御を行う。
具体的には、発光分析装置１では、まず、ロボットアーム４によって分析箇所データに基づいて、固体試料６の分析面６ａ中における第一の分析箇所で分析するように、固体試料６が分析部２の設定位置に配置されると、固体試料６の分析面６ａ中における第一の分析箇所と対向電極２ａとの間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析するように、分析部２を制御する。そして、分光器２ｄで得られた第一の分析結果を分析結果記憶領域５４に記憶させる。
次に、ロボットアーム４によって分析箇所データに基づいて、固体試料６の分析面６ａ中における第二の分析箇所で分析するように、固体試料６が分析部２の設定位置に配置されると、固体試料６の分析面６ａ中における第二の分析箇所と対向電極２ａとの間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析するように、分析部２を制御する。そして、分光器２ｄで得られた第二の分析結果を分析結果記憶領域５４に記憶させる。
最後に、ロボットアーム４によって分析箇所データに基づいて、固体試料６の分析面６ａ中における第三の分析箇所で分析するように、固体試料６が分析部２の設定位置に配置されると、固体試料６の分析面６ａ中における第三の分析箇所と対向電極２ａとの間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析するように、分析部２を制御する。そして、分光器２ｄで得られた第三の分析結果を分析結果記憶領域５４に記憶させる。
【００２３】
以上のように、本発明の発光分析装置１によれば、コンピュータ２０は、欠陥箇所４２、４３がクラックであるか否かを自動的に判定するので、分析部２で固体試料６を分析する際に、分析部２の対向電極２ａ等に水が付着することを防止することができる。その結果、発光分析装置１の故障を防止することができる。そして、分析結果を自動的に取得することができる。
【００２４】
（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、ＣＣＤカメラ１２で撮影する構成としたが、ＣＭＯＳカメラで撮影するような構成としてもよい。
（２）上述した実施形態では、撮影部１０において照明ランプ１４とハーフミラー１６とを備える構成としたが、分析面を照明ランプで照明することができればよく、例えば、ＣＣＤカメラを中心としたドーナツ状の照明ランプを備えたり、ドーム状の照明ランプを備えたりするような構成としてもよい。
【００２５】
（３）上述した実施形態では、判定部７３による欠陥箇所４２、４３がクラックであるか否かの判定方法は、分析面画像中の各欠陥箇所画像を楕円形Ａｎでそれぞれ近似する構成としたが、図４に示すように分析面画像中の各欠陥箇所画像を長方形Ｂｎでそれぞれ近似し、そして、（長方形Ｂｎの長辺／長方形Ｂｎの短辺）の比Ｌｎと、閾値比Ｌｔｈとを比較することにより、比Ｌｎが閾値比Ｌｔｈ以上である欠陥箇所１４２は、クラックであり、一方、比Ｌｎが閾値比Ｌｔｈ未満である欠陥箇所１４３は、クラックでないと判定するような構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、スパーク放電、アーク放電等の各種放電法やレーザ励起法等により、固体試料中の成分を定量する発光分析装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１ 発光分析装置
２ 分析部
２ａ 対向電極
４ ロボットアーム（搬送機構）
６ 固体試料
６ａ 分析面
１０ 撮影部
２０ ＣＰＵ（制御部）
２２ メモリ
３１ 表示装置
４２、１４２ クラック
４３、１４３ 巣
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体試料の分析面中における分析箇所と、当該分析箇所に対向配置された電極との間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析する分析部と、
前記分析面を撮影することにより、分析面画像を取得する撮影部と、
前記固体試料を保持しながら移送する搬送機構と、
前記分析部で固体試料を分析する前に、前記搬送機構によって固体試料を撮影部へ移送することにより、前記分析面画像を取得する制御部とを備える発光分析装置であって、
前記制御部は、前記分析面画像の各画素の輝度に基づいて、前記分析面中における欠陥箇所を示す欠陥箇所画像を抽出して、
前記分析面画像中の欠陥箇所画像の形状に基づいて、前記欠陥箇所がクラックであるか否かを判定することを特徴とする発光分析装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記欠陥箇所画像の形状を楕円形状又は長方形に近似して、楕円形状の長径と短径との比又は長方形の長辺と短辺との比を算出することで、前記欠陥箇所がクラックであるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の発光分析装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記欠陥箇所がクラックであると判定したときには、前記分析部で固体試料を分析しない制御信号を搬送機構に出力し、
一方、前記欠陥箇所がクラックでないと判定したときには、前記欠陥箇所を避けるように固体試料の分析面中における分析箇所を決定して、その後、前記分析部で固体試料を分析する制御信号を搬送機構に出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光分析装置。
【請求項１】
固体試料の分析面中における分析箇所と、当該分析箇所に対向配置された電極との間で放電を行うことにより発生したスペクトルを分析する分析部と、
前記分析面を撮影することにより、分析面画像を取得する撮影部と、
前記固体試料を保持しながら移送する搬送機構と、
前記分析部で固体試料を分析する前に、前記搬送機構によって固体試料を撮影部へ移送することにより、前記分析面画像を取得する制御部とを備える発光分析装置であって、
前記制御部は、前記分析面画像の各画素の輝度に基づいて、前記分析面中における欠陥箇所を示す欠陥箇所画像を抽出して、
前記分析面画像中の欠陥箇所画像の形状に基づいて、前記欠陥箇所がクラックであるか否かを判定することを特徴とする発光分析装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記欠陥箇所画像の形状を楕円形状又は長方形に近似して、楕円形状の長径と短径との比又は長方形の長辺と短辺との比を算出することで、前記欠陥箇所がクラックであるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の発光分析装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記欠陥箇所がクラックであると判定したときには、前記分析部で固体試料を分析しない制御信号を搬送機構に出力し、
一方、前記欠陥箇所がクラックでないと判定したときには、前記欠陥箇所を避けるように固体試料の分析面中における分析箇所を決定して、その後、前記分析部で固体試料を分析する制御信号を搬送機構に出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１４５２４２（Ｐ２０１１−１４５２４２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７８５１（Ｐ２０１０−７８５１）
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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