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JP2019020580A - Microscope data processing unit, microscope system and microscope data processing program - Google Patents

Microscope data processing unit, microscope system and microscope data processing program Download PDF

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JP2019020580A
JP2019020580A JP2017138518A JP2017138518A JP2019020580A JP 2019020580 A JP2019020580 A JP 2019020580A JP 2017138518 A JP2017138518 A JP 2017138518A JP 2017138518 A JP2017138518 A JP 2017138518A JP 2019020580 A JP2019020580 A JP 2019020580A
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JP
Japan
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data
sample surface
surface height
height data
microscope
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Application number
JP2017138518A
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Japanese (ja)
Inventor
里砂 藤
Risa Fuji
里砂 藤
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】試料の空孔状態を容易に計測することができる顕微鏡データ処理装置の提供。
【解決手段】顕微鏡データ処理装置としての制御・処理装置は、レーザー顕微鏡から出力される試料表面画像データに基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得する試料表面高さデータ取得部300と、一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出する空孔データ抽出部302と、一群の試料表面高さデータのデータ数と空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出する空状態率演算部303と、を備える。
【選択図】図2
A microscope data processing apparatus capable of easily measuring the vacancy state of a sample is provided.
A control / processing device as a microscope data processing device includes a sample surface height data acquisition unit 300 that generates and acquires a group of sample surface height data based on sample surface image data output from a laser microscope. A hole data extraction unit 302 for extracting the sample surface height data of the hole region from the group of sample surface height data, and the number of data of the group of sample surface height data and the sample surface height data of the hole region A void ratio calculation unit 303 that calculates a void state in the sample based on the number of data.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、顕微鏡データ処理装置、顕微鏡システムおよび顕微鏡データ処理プログラムに関する。   The present invention relates to a microscope data processing apparatus, a microscope system, and a microscope data processing program.

CFRP(炭素繊維強化プラスチック)は種々の製品の構造体に利用されている。CFRPの成形方法の一つにプレス成形法があり、成形サイクルが比較的速く、大量生産ができるという特徴を有している。プレス成形法で作製した熱可塑性CFRP試料の品質評価における構造上の微視的パラメータとして、クラック(樹脂亀裂)、ボイド(空洞)、炭素繊維分布などがある。試料中におけるクラックやボイド(以下では、これらを総称して空孔と呼ぶことにする)の割合である空孔率の評価方法の一つとして、アルキメデス法が知られている(例えば、特許文献1参照)。   CFRP (carbon fiber reinforced plastic) is used in various product structures. One of the CFRP molding methods is a press molding method, which is characterized by a relatively fast molding cycle and mass production. Structural microscopic parameters in the quality evaluation of thermoplastic CFRP samples produced by the press molding method include cracks (resin cracks), voids (cavities), and carbon fiber distribution. The Archimedes method is known as one of the methods for evaluating the porosity, which is the ratio of cracks and voids in the sample (hereinafter collectively referred to as vacancies) (for example, patent literature). 1).

特開2015−187296号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-187296

アルキメデス法は、アルキメデスの原理を利用した手法であって、試料の水中重量と飽水重量と乾燥重量とから空孔率を測定する。そのため、測定に手間がかかると共に、試料を水中から取り出したときの水分の拭き取り方により飽水重量が変動しやすく、それによって測定誤差が生じるという問題があった。   The Archimedes method is a method that uses the Archimedes principle, and measures the porosity from the weight in water, saturated water, and dry weight of a sample. For this reason, there is a problem that the measurement takes time and the saturated water weight is likely to fluctuate depending on how the water is wiped off when the sample is taken out of the water, thereby causing a measurement error.

本発明の好ましい態様による顕微鏡データ処理装置は、レーザー顕微鏡から出力される試料表面画像データに基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得する取得部と、前記一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出する抽出部と、前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出する演算部と、を備える。
さらに好ましい態様では、前記一群の試料表面高さデータから試料表面のうねりの影響を除去するフィルタ処理部をさらに備え、前記抽出部は、前記フィルタ処理部でフィルタ処理された前記一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出する。
さらに好ましい態様では、前記フィルタ処理部は、前記一群の試料表面高さデータの内の任意断面における試料表面高さデータに対して、除去すべきうねりの波長の下限よりも低波長域を通過するフィルタによりフィルタリングする。
さらに好ましい態様では、前記演算部は、前記空孔状態として、前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて空孔率を算出する。
さらに好ましい態様では、前記演算部は、前記空孔状態として、前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数に基づいて試料内における空孔分布を算出する。
本発明の好ましい態様による顕微鏡システムは、試料表面画像データを出力するレーザー顕微鏡と、上述した態様のいずれか一に記載の顕微鏡データ処理装置と、を備える。
本発明の好ましい態様による顕微鏡データ処理プログラムは、コンピュータに、レーザー顕微鏡から出力される試料表面画像データに基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得することと、前記一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出することと、前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出することと、を実現させる。
A microscope data processing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention includes an acquisition unit that generates and acquires a group of sample surface height data based on sample surface image data output from a laser microscope, and the group of sample surface height data. An extraction unit for extracting the sample surface height data of the pore region, and the number of data of the group of sample surface height data and the number of data of the sample surface height data of the pore region A computing unit that calculates a state.
In a further preferred aspect, the apparatus further comprises a filter processing unit that removes the influence of the waviness of the sample surface from the group of sample surface height data, and the extraction unit is configured to filter the group of sample surface heights filtered by the filter processing unit. The sample surface height data of the pore region is extracted from the height data.
In a further preferred aspect, the filter processing unit passes a lower wavelength region than the lower limit of the undulation wavelength to be removed with respect to the sample surface height data in an arbitrary cross section of the group of sample surface height data. Filter by filter.
In a further preferred aspect, the calculation unit calculates the porosity based on the number of data of the group of sample surface height data and the number of data of the sample surface height data of the pore region as the vacancy state. To do.
In a further preferred aspect, the calculation unit calculates a hole distribution in the sample based on the number of sample surface height data in the hole region as the hole state.
The microscope system by the preferable aspect of this invention is equipped with the laser microscope which outputs sample surface image data, and the microscope data processing apparatus as described in any one of the aspect mentioned above.
A microscope data processing program according to a preferred embodiment of the present invention generates and acquires a group of sample surface height data on a computer based on sample surface image data output from a laser microscope, and the group of sample surface heights. The sample surface height data of the void region is extracted from the data, and the number of data of the group of sample surface height data and the number of data of the sample surface height data of the void region are determined. And calculating a hole state.

本発明によれば、試料の空孔状態を容易に計測することができる。   According to the present invention, the vacancy state of a sample can be easily measured.

図1は、レーザー顕微鏡装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the laser microscope apparatus. 図2は、CPUの機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of the CPU. 図3は、試料表面の高さと光検出器出力との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the height of the sample surface and the photodetector output. 図4は、プレス成形法で作製した熱可塑CFRP試料の断面(研磨面)の一部を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing a part of a cross section (polished surface) of a thermoplastic CFRP sample produced by a press molding method. 図5は、凹凸高さデータのヒストグラムである。FIG. 5 is a histogram of unevenness height data. 図6は、空孔率算出の処理手順を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure for calculating the porosity. 図7は、モニタ画像の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a monitor image. 図8は、変形例2を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the second modification. 図9は、閾値手動設定用の表示画面を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a display screen for manual threshold setting. 図10は、試料全体の空孔率を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the porosity of the entire sample. 図11は、断面曲線、うねり曲線および粗さ曲線を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional curve, a waviness curve, and a roughness curve. 図12は、フィルタ特性を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating filter characteristics. 図13は、第2の実施の形態における空孔率算出の処理手順を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart illustrating a processing procedure of porosity calculation in the second embodiment.

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第1の実施の形態−
図1は、走査型共焦点レーザー顕微鏡を備える顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。レーザー顕微鏡システム1は、走査型共焦点レーザー顕微鏡(以下では、レーザー顕微鏡と呼ぶ)2、制御・処理装置3、モニタ4、入力操作部5および記録媒体読み取り装置6を備えている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
-First embodiment-
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a microscope system including a scanning confocal laser microscope. The laser microscope system 1 includes a scanning confocal laser microscope (hereinafter referred to as a laser microscope) 2, a control / processing device 3, a monitor 4, an input operation unit 5, and a recording medium reading device 6.

レーザー顕微鏡2は、レーザー光源18、ミラー7、ダイクロイックミラー8、二次元走査部9、レボルバ10、対物レンズ11、試料Sが載置されるステージ12、レンズ13、ピンホール板14、増幅部15、z軸移動制御部16および光検出器17を備えている。   The laser microscope 2 includes a laser light source 18, a mirror 7, a dichroic mirror 8, a two-dimensional scanning unit 9, a revolver 10, an objective lens 11, a stage 12 on which a sample S is placed, a lens 13, a pinhole plate 14, and an amplification unit 15. The z-axis movement control unit 16 and the photodetector 17 are provided.

レーザー光源18は、試料Sの表面を走査するスポット光としてのレーザー光19を発生する。レーザー光源18からのレーザー光19はミラー7により反射され、ダイクロイックミラー8を介して二次元走査部9に導かれる。図1に示すように紙面右方向にx軸、紙面の裏面方向にy軸および紙面上方向にz軸を定めた場合、二次元走査部9は、制御・処理装置3からの制御信号に基づいて、ミラー7で反射されたレーザー光源18からのレーザー光19を試料S上に二次元走査する。例えば、二次元走査部9は、x軸方向走査用のガルバノミラーとy軸方向走査用のガルバノミラーとを備え、これらのガルバノミラーをx軸方向およびy軸方向に振ることで対物レンズ11に対するスポット光の光路をx方向およびy方向に走査する。   The laser light source 18 generates laser light 19 as spot light that scans the surface of the sample S. Laser light 19 from the laser light source 18 is reflected by the mirror 7 and guided to the two-dimensional scanning unit 9 through the dichroic mirror 8. As shown in FIG. 1, when the x-axis is defined in the right direction on the paper surface, the y-axis is defined in the back surface direction of the paper surface, and the z-axis is defined in the upward direction on the paper surface, the two-dimensional scanning unit 9 is based on a control signal from the control / processing device 3. Then, the laser beam 19 from the laser light source 18 reflected by the mirror 7 is two-dimensionally scanned on the sample S. For example, the two-dimensional scanning unit 9 includes a galvanometer mirror for scanning in the x-axis direction and a galvanometer mirror for scanning in the y-axis direction, and swings these galvanometer mirrors in the x-axis direction and the y-axis direction so as to The optical path of the spot light is scanned in the x direction and the y direction.

レボルバ10は、倍率の異なる複数の対物レンズ11を保持する。レボルバ10の切換えにより、複数の対物レンズ11のうち所望の倍率を持つ対物レンズ11を観察光路中に選択挿入することができる。二次元走査部9により二次元走査されたスポット光は、対物レンズ11を通してステージ12上の試料Sに照射される。ステージ12は、z軸移動制御部16によって光軸方向(z方向)に移動させることができる。   The revolver 10 holds a plurality of objective lenses 11 having different magnifications. By switching the revolver 10, the objective lens 11 having a desired magnification among the plurality of objective lenses 11 can be selectively inserted into the observation optical path. The spot light that is two-dimensionally scanned by the two-dimensional scanning unit 9 is applied to the sample S on the stage 12 through the objective lens 11. The stage 12 can be moved in the optical axis direction (z direction) by the z-axis movement control unit 16.

試料Sからの反射光は、対物レンズ11を通って二次元走査部9に戻り、二次元走査部9を介してダイクロイックミラー8に戻され、ダイクロイックミラー8によりレンズ13の方向に反射される。   The reflected light from the sample S returns to the two-dimensional scanning unit 9 through the objective lens 11, returns to the dichroic mirror 8 through the two-dimensional scanning unit 9, and is reflected by the dichroic mirror 8 toward the lens 13.

レーザー顕微鏡2の光学系は共焦点光学系であって、点光源であるレーザー光源18から出射した光を、対物レンズにより試料Sの一点に集光するように照射する。共焦点光学系においては、対物レンズ11の焦点位置と共役な位置(像位置)に円形の開口(ピンホール)を有するピンホール板14が配置されている。試料Sからの反射光20はピンホール上に集光される。共焦点光学系では、焦点以外からの反射光はほとんどがピンホール板14でカットされ、焦点位置からの光のみが光検出器17によって検出される。   The optical system of the laser microscope 2 is a confocal optical system, and irradiates light emitted from a laser light source 18 that is a point light source so as to be focused on one point of the sample S by an objective lens. In the confocal optical system, a pinhole plate 14 having a circular opening (pinhole) is disposed at a position (image position) conjugate with the focal position of the objective lens 11. The reflected light 20 from the sample S is collected on the pinhole. In the confocal optical system, most of the reflected light from other than the focal point is cut by the pinhole plate 14, and only the light from the focal position is detected by the photodetector 17.

光検出器17は、ピンホール板14のピンホールを介して得られる光を、その光量に応じた電気信号に変換する。光検出器17で得られた電気信号は増幅部15で増幅された後、画像情報として制御・処理装置3へ出力される。   The photodetector 17 converts the light obtained through the pinhole of the pinhole plate 14 into an electric signal corresponding to the amount of light. The electrical signal obtained by the photodetector 17 is amplified by the amplification unit 15 and then output to the control / processing device 3 as image information.

制御・処理装置3は、CPU30およびメモリ32等を備えている。CPU30は、レーザー顕微鏡2の制御を行うと共に、レーザー顕微鏡2から入力された画像情報に基づく種々の処理を行う。CPU30は、ROM31またはメモリ32に格納されている制御プログラムに従いレーザー顕微鏡2を制御する。例えば、光検出器17で光電変換された電気信号と、二次元走査部9からの走査タイミング信号とから二次元画像情報を生成しメモリ32に転送するとともに、その二次元画像情報に基づく画像を試料Sの表面画像としてモニタ4に表示する。   The control / processing device 3 includes a CPU 30 and a memory 32. The CPU 30 controls the laser microscope 2 and performs various processes based on image information input from the laser microscope 2. The CPU 30 controls the laser microscope 2 according to a control program stored in the ROM 31 or the memory 32. For example, the two-dimensional image information is generated from the electrical signal photoelectrically converted by the photodetector 17 and the scanning timing signal from the two-dimensional scanning unit 9 and transferred to the memory 32, and an image based on the two-dimensional image information is displayed. A surface image of the sample S is displayed on the monitor 4.

また、CPU30は、ROM31またはメモリ32に記憶された画像情報処理プログラムを実行することによって、レーザー顕微鏡2から得られた画像情報に基づいて種々の画像情報処理、例えば、後述する空孔率演算処理を行う。例えば、メモリ32に画像情報処理プログラムが記憶される構成の場合には、CD−ROMのような記録媒体を介して画像情報処理プログラムが提供され、CPU30は、記録媒体に記録されたプログラムを記録媒体読み取り装置6によって読み取り、メモリ32に記憶させる。   Further, the CPU 30 executes various image information processing based on image information obtained from the laser microscope 2 by executing an image information processing program stored in the ROM 31 or the memory 32, for example, porosity calculation processing described later. I do. For example, when the image information processing program is stored in the memory 32, the image information processing program is provided via a recording medium such as a CD-ROM, and the CPU 30 records the program recorded on the recording medium. It is read by the medium reader 6 and stored in the memory 32.

入力操作部5は、キーボードの他にマウスなどのポインティングデバイスを含んでおり、ユーザの操作により種々の指示やパラメータを制御・処理装置3に入力することができる。入力されたパラメータはメモリ32に記憶される。   The input operation unit 5 includes a pointing device such as a mouse in addition to the keyboard, and can input various instructions and parameters to the control / processing device 3 by a user operation. The input parameters are stored in the memory 32.

なお、図1に示す例では、ステージ12を光軸方向に(上下に)移動させることで、試料S上における集光位置を変化させる構成としたが、レボルバ10を光軸方向に移動させるような構成であっても良い。   In the example shown in FIG. 1, the converging position on the sample S is changed by moving the stage 12 in the optical axis direction (up and down), but the revolver 10 is moved in the optical axis direction. It may be a simple configuration.

図2は、CPU30により実行される空孔率演算処理を説明するための機能ブロック図である。ここでは、CFRP試料の空孔率を算出する場合を例に説明する。図4は、プレス成形法で作製した熱可塑CFRP試料の断面(研磨面)の一部を模式的に示したものである。図4に示す例において、a層、c層では炭素繊維100の方向がy方向であって、b層、d層では炭素繊維100の方向がz方向になっている。CFRP試料ではこのように0°層と90°層とが交互に積層されている。CFRPの機械的強度に影響する構造面での要素としては、炭素繊維100間に充填される樹脂101の部分における亀裂102や空孔103、炭素繊維100の分布などがある。   FIG. 2 is a functional block diagram for explaining the porosity calculation processing executed by the CPU 30. Here, a case where the porosity of a CFRP sample is calculated will be described as an example. FIG. 4 schematically shows a part of a cross section (polished surface) of a thermoplastic CFRP sample produced by a press molding method. In the example shown in FIG. 4, the direction of the carbon fiber 100 is the y direction in the a layer and the c layer, and the direction of the carbon fiber 100 is the z direction in the b layer and the d layer. In the CFRP sample, the 0 ° layer and the 90 ° layer are alternately laminated in this way. Structural elements that affect the mechanical strength of CFRP include cracks 102, pores 103, and distribution of carbon fibers 100 in the portion of resin 101 filled between carbon fibers 100.

本実施の形態では、レーザー顕微鏡2により取得された画像情報に基づいて、CFRP試料の繊維方向に対して垂直に断面した領域における、すなわち図4のb層、d層の断面における空孔103および亀裂102の割合である空孔率を算出する。   In the present embodiment, based on the image information acquired by the laser microscope 2, the holes 103 in the region of the CFRP sample that is perpendicular to the fiber direction, that is, in the cross section of the b layer and the d layer in FIG. The porosity, which is the ratio of the cracks 102, is calculated.

(試料表面高さデータ取得部300)
図2の試料表面高さデータ取得部300は、レーザー顕微鏡2を制御して試料Sの表面の高さデータである試料表面高さデータを取得する。以下では、試料表面高さデータを単に高さデータと呼ぶことにする。上述したように、対物レンズ11の集光位置はピンホール板14のピンホールと共役な位置にある。そのため、試料Sの表面が対物レンズ11の集光位置にある場合には、試料表面からの反射光はピンホール板14上で集光してピンホールを通過する。一方、試料表面が対物レンズ11の集光位置から上下に(光軸方向に)ずれていた場合、試料Sからの反射光はピンホール板14上では集光しておらず、ピンホールを通過する光の量が著しく低下する。図3は、試料表面の高さと光検出器17の出力との関係を示す図である。試料表面が対物レンズ11の集光位置にある場合には光検出器17の出力は最大となり、試料表面が対物レンズ11の集光位置から離れるに従い、光検出器17の出力は急激に低下する。
(Sample surface height data acquisition unit 300)
The sample surface height data acquisition unit 300 in FIG. 2 controls the laser microscope 2 to acquire sample surface height data that is the height data of the surface of the sample S. Hereinafter, the sample surface height data is simply referred to as height data. As described above, the focusing position of the objective lens 11 is at a position conjugate with the pinhole of the pinhole plate 14. Therefore, when the surface of the sample S is at the condensing position of the objective lens 11, the reflected light from the sample surface is condensed on the pinhole plate 14 and passes through the pinhole. On the other hand, when the sample surface is shifted up and down (in the optical axis direction) from the focusing position of the objective lens 11, the reflected light from the sample S is not condensed on the pinhole plate 14, but passes through the pinhole. The amount of light to be reduced is significantly reduced. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the height of the sample surface and the output of the photodetector 17. When the sample surface is at the condensing position of the objective lens 11, the output of the photodetector 17 becomes maximum, and as the sample surface moves away from the condensing position of the objective lens 11, the output of the photodetector 17 rapidly decreases. .

このような特性により、二次元走査部9によって集光点をx、y方向に二次元走査し、光検出器17の出力を二次元走査部9の走査に同期して画像化すれば、試料表面のある特定の高さのみが画像化され、試料Sを光学的にスライス(光軸に垂直な平面でスライス)した画像(共焦点画像)が得られる。さらに、ステージ12を光軸方向に離散的に移動させ、離散的な各位置において二次元走査部9を走査して共焦点画像を取得し、試料表面の各点で光検出器17の出力が最大になるステージ位置を計測することにより、試料表面の高さ情報が得られることになる。また、試料表面の各点における光検出器17の出力の最大値を重ねて表示することにより、全ての面にピントの合った画像(エクステンド画像)を得ることができる。   With such characteristics, if the two-dimensional scanning unit 9 two-dimensionally scans the focal point in the x and y directions and images the output of the photodetector 17 in synchronization with the scanning of the two-dimensional scanning unit 9, Only a certain height of the surface is imaged, and an image (confocal image) obtained by optically slicing the sample S (slicing in a plane perpendicular to the optical axis) is obtained. Further, the stage 12 is moved discretely in the optical axis direction, the two-dimensional scanning unit 9 is scanned at each discrete position to acquire a confocal image, and the output of the photodetector 17 is output at each point on the sample surface. By measuring the maximum stage position, the height information of the sample surface can be obtained. Further, by displaying the maximum value of the output of the photodetector 17 at each point on the sample surface in an overlapping manner, it is possible to obtain an image (extended image) in which all surfaces are in focus.

試料表面高さデータ取得部300は、レーザー顕微鏡2に対して上述のような制御を行うことにより、試料Sの予め定めた所定領域(以下では計測領域と呼ぶ)に関しての画像データをレーザー顕微鏡2から取得して、メモリ32(図1参照)に記憶させる。なお、計測領域は、入力操作部5をユーザが操作することにより予め設定され、メモリ32に記憶されている。そして、試料表面高さデータ取得部300は、取得した画像データから試料表面の高さに関する一群の高さデータを生成する。   The sample surface height data acquisition unit 300 performs the above-described control on the laser microscope 2 to obtain image data regarding a predetermined region (hereinafter referred to as a measurement region) of the sample S. And stored in the memory 32 (see FIG. 1). The measurement area is set in advance by the user operating the input operation unit 5 and stored in the memory 32. Then, the sample surface height data acquisition unit 300 generates a group of height data related to the height of the sample surface from the acquired image data.

(閾値設定部301)
閾値設定部301は、取得された高さデータが空孔領域(亀裂102や空孔103の部分の領域)の高さデータか否かを判定するための閾値を設定する。閾値の設定方法としては種々のものが考えられるが、ここでは取得した高さデータに基づいて自動的に設定する場合について説明する。図4のb層、d層の断面において亀裂102や空孔103が生じていない場合であっても、断面には微小な凹凸があり、凹凸の高さデータのヒストグラムは図5に示すような正規分布となる。図5において、縦軸はデータ数であり、横軸は平均値からの偏差を表している。一方、空孔領域の高さは試料表面よりも低いので、空孔領域の高さデータは、正規分布において標準偏差が少なくともマイナス方向に大きくずれた領域(ここでは、空孔データ領域と呼ぶ)のデータに含まれると考えられる。例えば、図5の符号Aで示す偏差−2σよりも図示左側の領域を、空孔データ領域と設定することができる。そのように−2σを閾値として設定することで、断面(研磨面)の凹凸部分の高さデータをほとんど含まない高さデータが、空孔の高さデータとして抽出されることになる。なお、ここでは、−2σを閾値に設定したが、閾値はこれに限定されない。
(Threshold setting unit 301)
The threshold setting unit 301 sets a threshold for determining whether or not the acquired height data is the height data of the hole region (the region of the crack 102 or the hole 103). Various threshold value setting methods are conceivable. Here, a case will be described in which the threshold value is automatically set based on the acquired height data. Even when the crack 102 and the void 103 are not formed in the cross sections of the b layer and the d layer in FIG. 4, the cross section has minute unevenness, and the histogram of the unevenness height data is as shown in FIG. Normal distribution. In FIG. 5, the vertical axis represents the number of data, and the horizontal axis represents the deviation from the average value. On the other hand, since the height of the hole area is lower than the surface of the sample, the height data of the hole area is an area where the standard deviation in the normal distribution is greatly deviated at least in the minus direction (herein referred to as the hole data area). Is considered to be included in the data. For example, the area on the left side of the deviation −2σ indicated by the symbol A in FIG. 5 can be set as the hole data area. By setting −2σ as a threshold value in this way, height data that hardly includes height data of the uneven portion of the cross section (polished surface) is extracted as hole height data. Here, −2σ is set as the threshold, but the threshold is not limited to this.

このように高さデータの分布に基づいて閾値を設定する方法の他に、例えば、複数のサンプルについて、アルキメデス法で計測した空孔率と一致するような閾値を求め、その値を空孔データ抽出用の閾値として予め設定しておいても良い。その場合、その閾値が閾値設定部301で自動的に選ばれる。   In addition to the method of setting the threshold value based on the distribution of height data in this way, for example, for a plurality of samples, a threshold value that matches the porosity measured by the Archimedes method is obtained, and the value is obtained as pore data. The threshold value for extraction may be set in advance. In that case, the threshold value is automatically selected by the threshold value setting unit 301.

(空孔データ抽出部302)
空孔データ抽出部302は、試料表面高さデータ取得部300で取得された高さデータのデータ群から、閾値設定部301で設定された閾値よりも高さの低い高さデータを空孔領域の高さデータ(以下では、空孔部データと呼ぶ)として抽出する。この空孔部データのデータ数は、計測領域全体の空孔率を求めるための計測領域全領域におけるデータ数として用いられる。また、空孔データ抽出部302は、計測領域全領域におけるデータ数とは別に、計測領域を複数の部分領域に分けたときの部分領域毎のデータ数も求める。部分領域毎のデータ数は、空孔の分布状況を表すために用いられる。
(Hole Data Extraction Unit 302)
The hole data extraction unit 302 obtains height data having a height lower than the threshold set by the threshold setting unit 301 from the data group of the height data acquired by the sample surface height data acquisition unit 300. Are extracted as height data (hereinafter referred to as hole data). The number of data of the hole portion data is used as the number of data in the entire measurement region for obtaining the porosity of the entire measurement region. The hole data extraction unit 302 also obtains the number of data for each partial area when the measurement area is divided into a plurality of partial areas, in addition to the number of data in the entire measurement area. The number of data for each partial region is used to represent the distribution of holes.

(空孔状態演算部303)
空孔状態演算部303は、試料表面高さデータ取得部300で取得された計測領域全領域における高さデータのデータ数(ここでは、データ総数と記す)と、空孔データ抽出部302で抽出された計測領域全領域における空孔部データのデータ数とから、次式(1)のように空孔率(%)を算出する。ここで、空孔部データのデータ数は空孔部の断面積に相当し、高さデータのデータ総数は計測領域の断面積に相当する。
(空孔率)={(空孔部データのデータ数)/(データ総数)}×100 …(1)
(Hole state calculator 303)
The hole state calculation unit 303 extracts the number of height data in the entire measurement region acquired by the sample surface height data acquisition unit 300 (herein referred to as the total number of data) and the hole data extraction unit 302. The porosity (%) is calculated as shown in the following equation (1) from the number of data of the hole portion data in the entire measurement region. Here, the number of data of the hole portion data corresponds to the cross-sectional area of the hole portion, and the total number of data of the height data corresponds to the cross-sectional area of the measurement region.
(Porosity) = {(Number of data of hole portion data) / (Total number of data)} × 100 (1)

また、空孔状態演算部303は、上述した部分領域毎のデータ数に基づいて空孔の分布状況を算出する。空孔の分布状況を表す方法としては、後述する図7の分布図に示すように、各部分領域の空孔部データのデータ数を示しても良いし、各部分領域の空孔率をそれぞれ示すようにしても良い。各部分領域の空孔率は、式(1)における(空孔部データのデータ数)および(データ総数)を、部分領域における(空孔部データのデータ数)および(データ総数)に置き換えることにより算出される。   In addition, the hole state calculation unit 303 calculates the distribution of holes based on the number of data for each partial region described above. As a method of expressing the distribution of vacancies, as shown in the distribution diagram of FIG. 7 to be described later, the number of vacancy data in each partial area may be indicated, or the porosity of each partial area may be indicated respectively. You may make it show. For the porosity of each partial area, replace (number of data of hole data) and (total number of data) in equation (1) with (number of data of hole data) and (total number of data) in the partial area. Is calculated by

(モニタ画像生成部304)
モニタ画像生成部304では、空孔率演算結果をモニタ4に表示するためのモニタ画像を生成する。オペレータは、モニタ4に表示されたモニタ画像を見ることで、空孔率演算結果を確認することができる。図7はモニタ画像の一例を示したものである。画面の上段右側に示す画像は、図4の観察領域Cの表面を表す濃淡画像を示したものである。
(Monitor image generation unit 304)
The monitor image generation unit 304 generates a monitor image for displaying the porosity calculation result on the monitor 4. The operator can confirm the porosity calculation result by looking at the monitor image displayed on the monitor 4. FIG. 7 shows an example of a monitor image. The image shown on the upper right side of the screen shows a grayscale image representing the surface of the observation region C in FIG.

例えば、図5に示すヒストグラムで、−2σ以下の高さデータを黒色、−2σ〜1σの高さデータを灰色、1σ以上の高さデータを白色で表した場合、黒色(B)、灰色(斜線領域G)、白色(W)で表される濃淡画像(反射輝度画像)の試料表面画像が得られる。図7の濃淡画像は、図4の観察領域Cにおいて、炭素繊維100の部分の高さデータが1σ以上の高さデータに含まれ、樹脂101の部分の高さデータが−2σ〜1σの高さデータに含まれ、亀裂102および空孔103の部分の高さデータが1σ以上の高さデータに含まれるとした場合を模式的に示したものである。   For example, in the histogram shown in FIG. 5, when the height data of −2σ or less is expressed in black, the height data of −2σ to 1σ is expressed in gray, and the height data of 1σ or more is expressed in white, black (B), gray ( A sample surface image of a grayscale image (reflection luminance image) represented by the hatched area G) and white (W) is obtained. In the observation area C of FIG. 4, the grayscale image of FIG. 7 includes the height data of the carbon fiber 100 portion included in the height data of 1σ or higher, and the height data of the resin 101 portion of −2σ to 1σ high. It is schematically shown that the height data of the crack 102 and the hole 103 is included in the height data of 1σ or more.

また、図7の画面の上段左側に示す画像は空孔分布を表したものであり、観察領域Cにおける空孔部データの分布を数字で表したものである。ここでは、観察領域Cを8×16=104個の部分領域に分割し、各分割領域における空孔部データのデータ数を表示した。これにより、試料断面における空孔の分布を、視覚的および数量的に認識することができる。なお、前述したように、空孔部データのデータ数を示す代わりに、各部分領域の空孔率を示すようにしても良い。   Further, the image shown on the upper left side of the screen in FIG. 7 represents the hole distribution, and represents the distribution of the hole data in the observation region C by numbers. Here, the observation area C is divided into 8 × 16 = 104 partial areas, and the number of holes in the divided areas is displayed. Thereby, it is possible to visually and quantitatively recognize the distribution of holes in the cross section of the sample. As described above, the porosity of each partial region may be indicated instead of indicating the number of data of the hole portion data.

さらに、画面の下段の表は、観察領域C全体のデータに基づく空孔率をパーセンテージで表示したものである。   Furthermore, the table at the bottom of the screen displays the porosity based on the data of the entire observation region C as a percentage.

図6は、CPU30で実行される空孔率算出に関する一連の処理の手順を示すフローチャートである。ステップS10では、レーザー顕微鏡2を制御して試料表面の高さデータを取得する。ステップS20では、閾値設定部301における閾値設定処理を行う。ステップS30で、ステップS20で設定された閾値を使用して、取得された高さデータから空孔領域の高さデータ(空孔部データ)を抽出する。ステップS40では、モニタ画像生成部304により図7に示すような処理結果を示すモニタ画像を生成し、ステップS50においてそのモニタ画像をモニタ4に表示させる。   FIG. 6 is a flowchart showing a series of processing procedures relating to porosity calculation executed by the CPU 30. In step S10, the laser microscope 2 is controlled to acquire sample surface height data. In step S20, a threshold setting process in the threshold setting unit 301 is performed. In step S30, using the threshold value set in step S20, the hole area height data (hole part data) is extracted from the acquired height data. In step S40, the monitor image generation unit 304 generates a monitor image indicating the processing result as shown in FIG. 7, and the monitor image is displayed on the monitor 4 in step S50.

(変形例1)
上述した実施の形態では、集光点の光軸方向位置を離散的に変更して試料Sを光学的にスライスした共焦点画像を得ることで、試料表面の各点の高さデータを取得した。一方、変形例1では、集光点の光軸方向位置を一定に維持したままxy方向の二次元走査を行って取得した画像(反射輝度画像)に基づいて高さデータを得るようにする。
(Modification 1)
In the above-described embodiment, the height data of each point on the sample surface is obtained by obtaining the confocal image obtained by optically slicing the sample S by discretely changing the position of the condensing point in the optical axis direction. . On the other hand, in the first modification, height data is obtained based on an image (reflection luminance image) obtained by performing two-dimensional scanning in the xy direction while maintaining the position of the condensing point in the optical axis direction constant.

図3に示したように集光点の光軸方向位置を一定に保つと、試料表面の高さによって光検出器17の出力が異なる。試料表面高さが集光位置と一致したときが最も出力値が大きく、試料表面と集光位置との相対位置が大きくなるほど出力値が小さくなる。そのため、試料表面の最も高い位置(例えば、図4のd層であれば、炭素繊維100の断面位置)に集光位置を合わせれば、そこから高さが低くなるほど出力値が小さくなる。そのため、出力値と高さとを対応付けることで、高さデータを得ることができる。   As shown in FIG. 3, when the position of the condensing point in the optical axis direction is kept constant, the output of the photodetector 17 varies depending on the height of the sample surface. The output value is the largest when the sample surface height matches the light collection position, and the output value decreases as the relative position between the sample surface and the light collection position increases. Therefore, if the light condensing position is matched with the highest position on the sample surface (for example, the cross-sectional position of the carbon fiber 100 in the case of the d layer in FIG. 4), the output value decreases as the height decreases. Therefore, height data can be obtained by associating the output value with the height.

すなわち、光検出器17の出力値の大きさに基づいて、上述した実施の形態の場合と同様の高さデータを得ることができる。図2に示した試料表面高さデータ取得部300では、光検出器17の出力値と図3に示す高さ−出力の相関関係とから、試料表面の高さデータを生成する。それ以後の処理は上述した実施の形態の場合と同様である。   That is, height data similar to that in the above-described embodiment can be obtained based on the magnitude of the output value of the photodetector 17. The sample surface height data acquisition unit 300 shown in FIG. 2 generates sample surface height data from the output value of the photodetector 17 and the height-output correlation shown in FIG. The subsequent processing is the same as in the above-described embodiment.

変形例1の場合も、図5に示すヒストグラムで、−2σ以下の高さデータを黒色、−2σ〜1σの高さデータを灰色、1σ以上の高さデータを白色で表した場合、黒色(B)、灰色(G)、白色(W)で表される濃淡画像(反射輝度画像)は、図7に示した濃淡画像と同様である。   Also in the case of the first modification, in the histogram illustrated in FIG. 5, when the height data of −2σ or less is expressed in black, the height data of −2σ to 1σ is expressed in gray, and the height data of 1σ or more is expressed in white, black ( The grayscale image (reflection luminance image) represented by B), gray (G), and white (W) is the same as the grayscale image shown in FIG.

(変形例2)
図8は、上述した実施の形態の変形例2を説明する図であり、CPU30で実行される空孔率算出の処理手順を示すフローチャートである。図6に示した空孔率算出処理では、閾値の設定を自動的に行うようにしたが、変形例2では、閾値設定に関して自動設定または手動設定をオペレータが選択できるようにした。図8において、ステップS100〜S120が図6に新たな追加された処理であり、その他のステップは図6に示したものと同一である。
(Modification 2)
FIG. 8 is a flowchart for explaining a second modification of the above-described embodiment, and is a flowchart showing a processing procedure of porosity calculation executed by the CPU 30. In the porosity calculation processing shown in FIG. 6, the threshold value is automatically set. In the second modification, the operator can select automatic setting or manual setting for the threshold setting. In FIG. 8, steps S100 to S120 are processes newly added to FIG. 6, and other steps are the same as those shown in FIG.

ステップS10でレーザー顕微鏡2を制御して試料表面の高さデータを取得したならば、次いで、ステップS100の処理を実行する。ステップS100では、自動設定か手動設定かを選択させる表示画面をモニタ4に表示し、オペレータの入力操作を待つ。オペレータが入力操作部5(図1参照)を操作して自動設定を選択すると、ステップS110の判定処理において自動設定が選択されたと判定されてステップS20へ進み、ステップS20からステップS60までの一連の処理が実行される。   If the laser microscope 2 is controlled in step S10 to obtain the sample surface height data, then the process of step S100 is executed. In step S100, a display screen for selecting automatic setting or manual setting is displayed on the monitor 4, and an input operation by the operator is awaited. When the operator operates the input operation unit 5 (see FIG. 1) and selects automatic setting, it is determined in step S110 that the automatic setting is selected, and the process proceeds to step S20, and a series of steps from step S20 to step S60 is performed. Processing is executed.

一方、手動設定がオペレータにより選択されると、ステップS110からステップS120へ進んで手動設定処理が行われる。手動設定処理の一例としては、例えば、図9に示すような手動設定用の表示画面をモニタ4に表示し、オペレータに入力を促す。画面左側には試料の種類を選択させる画面40を表示し、画面右側には閾値(孔深さに相当)を入力させる画面41を表示する。   On the other hand, when the manual setting is selected by the operator, the process proceeds from step S110 to step S120, and the manual setting process is performed. As an example of the manual setting process, for example, a display screen for manual setting as shown in FIG. 9 is displayed on the monitor 4 to prompt the operator to input. A screen 40 for selecting the type of sample is displayed on the left side of the screen, and a screen 41 for inputting a threshold value (corresponding to the hole depth) is displayed on the right side of the screen.

画面40の試料#1〜#8には代表的な試料名が表示され、それらが選択されると、試料名に応じた閾値が設定される。この閾値は、高さデータの平均値からマイナス方向への偏差を表す。図5に示す正規分布の標準偏差σの値は試料の種類によって異なり、標準偏差σが小さい試料ほど、すなわち空孔でない部分の凹凸が小さい試料ほど閾値は小さく設定される。一方、凹凸が比較的大きいものは、表面の凹凸が空孔と誤判定されないように閾値はより大きく設定される。   Representative sample names are displayed on the samples # 1 to # 8 on the screen 40, and when these are selected, a threshold corresponding to the sample name is set. This threshold value represents a deviation in the minus direction from the average value of the height data. The value of the standard deviation σ of the normal distribution shown in FIG. 5 varies depending on the type of sample, and the threshold value is set smaller for a sample with a smaller standard deviation σ, that is, for a sample with less unevenness in a non-hole portion. On the other hand, when the unevenness is relatively large, the threshold is set larger so that the unevenness on the surface is not erroneously determined as a hole.

また、オペレータが、試料の凹凸具合について知見がある場合には、それに基づく閾値を画面41に手動で入力するようにしても良い。   If the operator has knowledge about the unevenness of the sample, a threshold value based on the knowledge may be manually input on the screen 41.

ステップS120の手動設定処理が終了すると、ステップS30へ進む。ステップS30では、手動設定処理により設定された閾値に基づく空孔領域の高さデータが抽出される。その後の処理は自動設定の場合と同様であり、説明を省略する。   When the manual setting process in step S120 ends, the process proceeds to step S30. In step S30, the hole area height data based on the threshold value set by the manual setting process is extracted. Subsequent processing is the same as in the case of automatic setting, and description thereof is omitted.

ところで、上述した空孔率の算出では、試料Sの表面(研磨面)の顕微鏡画像に基づいて式(1)のように算出しており、この場合の空孔率は、空孔領域の断面積と計測領域の断面積との面積比を表している。ここでは、このように面積比として求めた空孔率と、試料全体に関する空孔率との関係について、図10に示すような直方体の試料を例に説明する。   By the way, in the above-described calculation of the porosity, the calculation is performed as shown in Expression (1) based on the microscopic image of the surface (polishing surface) of the sample S. In this case, the porosity is calculated by dividing the porosity region. It represents the area ratio between the area and the cross-sectional area of the measurement region. Here, the relationship between the porosity obtained as the area ratio and the porosity for the entire sample will be described by taking a rectangular parallelepiped sample as shown in FIG. 10 as an example.

(試料全体の空孔率について)
図10では、直方体の試料をz方向に第1領域から第4領域の4つの部分領域に分けて空孔率を考える。簡単のために、第1領域は直方体形状の材料部(ハッチングを施した部分)と空孔部(白抜きの部分)とを交互に配置した構成になっていると仮定する。この場合、第1領域におけるxy面に平行ないずれの断面においても、面積比で表される空孔率は50%となっている。また、第1領域全体の空孔率も、面積比で表される空孔率と同じく50%になっている。
(About the porosity of the entire sample)
In FIG. 10, a rectangular parallelepiped sample is divided into four partial regions from the first region to the fourth region in the z direction, and the porosity is considered. For the sake of simplicity, it is assumed that the first region has a structure in which rectangular parallelepiped material portions (hatched portions) and hole portions (outlined portions) are alternately arranged. In this case, in any cross section parallel to the xy plane in the first region, the porosity represented by the area ratio is 50%. Also, the porosity of the entire first region is 50%, which is the same as the porosity represented by the area ratio.

第2領域から第4領域のいずれの領域においても、第1領域と同じように直方体形状の材料部と空孔部とが配置されていて、第2〜第4領域の領域全体の空孔率が順に30%、20%、40%となるように材料部と空孔部とが設けられていると仮定する。そのため、第2〜第4領域のいずれの領域においても、xy平面に平行な断面における面積比で表される空孔率は、各領域の領域全体の空孔率と同じになる。すなわち、第2領域のxy断面における空孔率は30%であり、第3領域のxy断面における空孔率は20%であり、第4領域のxy断面における空孔率は40%である。   In any region from the second region to the fourth region, the rectangular parallelepiped material portion and the void portion are arranged in the same manner as the first region, and the porosity of the entire region of the second to fourth regions. It is assumed that the material part and the hole part are provided so that the order is 30%, 20%, and 40%. Therefore, in any of the second to fourth regions, the porosity expressed by the area ratio in the cross section parallel to the xy plane is the same as the porosity of the entire region of each region. That is, the porosity in the xy cross section of the second region is 30%, the porosity in the xy cross section of the third region is 20%, and the porosity in the xy cross section of the fourth region is 40%.

直方体試料の全体の空孔率は第1領域から第4領域までの平均値で表され、(50+30+20+40)/4=35%となる。一方、第1領域から第4領域までのxy断面における空孔率の平均も35%となる。すなわち、図10のような構造であった場合、第1領域から第4領域までのxy断面における空孔率の平均は、試料全体の空孔率と同じ値となる。   The total porosity of the rectangular parallelepiped sample is represented by an average value from the first region to the fourth region, and is (50 + 30 + 20 + 40) / 4 = 35%. On the other hand, the average porosity in the xy section from the first region to the fourth region is also 35%. That is, in the case of the structure as shown in FIG. 10, the average porosity in the xy cross section from the first region to the fourth region is the same value as the porosity of the entire sample.

実際の試料では、各領域におけるxy断面における空孔率は、領域のz方向位置よって異なる場合が多い。その場合、xy断面における空孔率の平均は試料全体の空孔率と完全には一致しないが、ほぼ一致すると考えることができる。すなわち、複数の断面について算出される空孔率の平均値を取ることによって、試料全体の空孔率が得られる。   In an actual sample, the porosity in the xy cross section in each region often differs depending on the position of the region in the z direction. In that case, the average of the porosity in the xy cross section does not completely match the porosity of the entire sample, but it can be considered to be almost the same. That is, the porosity of the entire sample can be obtained by taking the average value of the porosity calculated for a plurality of cross sections.

例えば、図4に示すようなCFRP試料の場合、z方向に関する複数の断面の空孔率の平均を取ることでb層、d層の全体の空孔率を算出でき、y方向に関する複数の断面の空孔率の平均を取ることでa層、c層の全体の空孔率を算出できる。さらに、a層、b層、c層、d層の空孔率の平均を取ることで、図4に示す試料全体の空孔率を算出することができる。   For example, in the case of a CFRP sample as shown in FIG. 4, the overall porosity of the b layer and the d layer can be calculated by taking the average of the porosity of a plurality of cross sections in the z direction. The average porosity of the a layer and the c layer can be calculated by taking the average of the porosity. Furthermore, the porosity of the whole sample shown in FIG. 4 can be calculated by taking the average of the porosity of the a layer, b layer, c layer, and d layer.

空孔分布に関しても、図7に示した分布図は一断面における空孔分布を示したものであるが、複数の断面に関してそれぞれの分布を示すことで、立体的な試料における空孔分布を認識することができる。   Regarding the distribution of holes, the distribution diagram shown in FIG. 7 shows the distribution of holes in one cross section, but the distribution of holes in a three-dimensional sample can be recognized by showing each distribution of a plurality of cross sections. can do.

−第2の実施の形態−
第2の実施の形態では、試料観察領域である試料表面(研磨面)のうねりを考慮した空孔率演算処理について説明する。図11、12はうねり除去の概念を説明する図である。図11(a)は、例えば、図4の観察領域Cのy方向の断面曲線L1を示す図である。断面曲線L1には、ツールやワークとの間の振動などによって生じる試料表面のうねりが含まれている。図11(b)は、断面曲線L1の含まれるうねり成分を表すうねり曲線L2を示す図である。なお、断面曲線L1も破線で示した。さらに、図11(c)は、粗さ曲線L3を示したものである。粗さ曲線L3は、断面曲線L1からうねり曲線L2で表されるうねり成分を除去した後の曲線である。粗さ曲線L3で示す表面形状は、ツールによる切削の跡や、研削・研磨の圧痕などによって生じる。
-Second Embodiment-
In the second embodiment, a porosity calculation process that takes into account the undulation of the sample surface (polishing surface) that is the sample observation region will be described. 11 and 12 are diagrams for explaining the concept of undulation removal. FIG. 11A is a diagram showing a cross-sectional curve L1 in the y direction of the observation region C in FIG. 4, for example. The cross-sectional curve L1 includes the undulation of the sample surface caused by vibration between the tool and the workpiece. FIG. 11B is a diagram showing a waviness curve L2 representing a waviness component included in the cross-sectional curve L1. The cross-sectional curve L1 is also indicated by a broken line. Further, FIG. 11C shows a roughness curve L3. The roughness curve L3 is a curve after removing the undulation component represented by the undulation curve L2 from the cross-sectional curve L1. The surface shape indicated by the roughness curve L3 is generated by a trace of cutting by a tool or an impression of grinding / polishing.

このように、レーザー顕微鏡2の検出情報によって取得された試料表面の高さデータには、空孔による深さだけでなく図11(b)のうねり成分および図11(c)の粗さ成分が含まれている。そのため、図11(b)の領域Dのように試料表面がうねりによって窪んでいる部分の高さデータは、窪んでいる分だけ検出される高さが低くなり、空孔と誤判定されるおそれがある。よって、空孔領域の高さデータを精度良く抽出するためには、高さデータから、うねり曲線L2のように緩やかに大きく変化するうねり成分を除去する必要がある。   As described above, the height data of the sample surface acquired by the detection information of the laser microscope 2 includes not only the depth due to the holes but also the swell component of FIG. 11B and the roughness component of FIG. 11C. include. Therefore, as for the height data of the portion where the sample surface is depressed by the undulation as in the region D of FIG. 11B, the detected height is lowered by the amount of depression, and may be erroneously determined as a hole. There is. Therefore, in order to accurately extract the height data of the hole region, it is necessary to remove the undulation component that gradually changes greatly like the undulation curve L2 from the height data.

断面曲線L1からうねり曲線L2を抽出するためには、高さデータを、図12の曲線L10で示すような特性を有するうねり抽出用フィルタでフィルタリングする。図12の横軸は波長を表し、縦軸は振幅伝達率である。うねり抽出用フィルタには、カットオフ値λcからカットオフ値λfまでを通過域とする帯域通過フィルタが用いられる。カットオフ値λcは例えば0.25mm〜2.5mm程度に設定され、カットオフ値λfは例えば8mm〜12.5mm程度に設定される。すなわち、試料表面の凹凸状態が、ほぼカットオフ値λcからカットオフ値λfまでの波長域で変化している場合をうねりと称する。   In order to extract the waviness curve L2 from the cross-sectional curve L1, the height data is filtered with a waviness extraction filter having the characteristics shown by the curve L10 in FIG. The horizontal axis in FIG. 12 represents the wavelength, and the vertical axis represents the amplitude transmission rate. As the waviness extraction filter, a band pass filter having a pass band from the cutoff value λc to the cutoff value λf is used. The cut-off value λc is set to about 0.25 mm to 2.5 mm, for example, and the cut-off value λf is set to about 8 mm to 12.5 mm, for example. That is, a case where the uneven state of the sample surface changes in a wavelength range from the cutoff value λc to the cutoff value λf is called undulation.

また、断面曲線L1から粗さ曲線L3を抽出するためには、高さデータを、図12の曲線L11で示すような特性を有する粗さ抽出用フィルタでフィルタリングする。粗さ抽出用フィルタには、カットオフ値λcの高域通過フィルタが用いられる。なお、図11(a)に示す断面曲線L1は、マイクロラフネスと呼ばれる数μm以下の凹凸形状を除去した後の形状を表している。マイクロラフネスを除去するためには、カットオフ値λs(例えばλs=2.5μm〜8μm程度)の低域通過フィルタが用いられる。そのため、図12では、曲線L11はカットオフ値λsからカットオフ値λcまでを通過域とする帯域通過フィルタとして記載されている。   Further, in order to extract the roughness curve L3 from the cross-sectional curve L1, the height data is filtered with a roughness extraction filter having characteristics as shown by the curve L11 in FIG. A high-pass filter having a cutoff value λc is used as the roughness extraction filter. In addition, the cross-sectional curve L1 shown to Fig.11 (a) represents the shape after removing the uneven | corrugated shape below several micrometers called microroughness. In order to remove the microroughness, a low-pass filter having a cutoff value λs (for example, about λs = 2.5 μm to 8 μm) is used. Therefore, in FIG. 12, the curve L11 is described as a band pass filter having a pass band from the cutoff value λs to the cutoff value λc.

図4の観察領域Cは、x方向およびy方向に関する二次元領域なので、x方向に並んだデータ列に関して粗さ抽出用フィルタでフィルタリングすると共に、y方向に並んだデータ列に関して粗さ抽出用フィルタでフィルタリングすることになる。なお、x方向に並んだデータ列はy方向に複数あり、y方向に並んだデータ列はx方向に複数あるので、複数のデータ列のそれぞれに対してフィルタリングを行う。高さデータに対するこのようなフィルタリングは、図2の試料表面高さデータ取得部300で行われる。   Since the observation region C in FIG. 4 is a two-dimensional region in the x direction and the y direction, the data string arranged in the x direction is filtered by the roughness extraction filter, and the roughness extraction filter is filtered in the data string arranged in the y direction. Will be filtered. Since there are a plurality of data strings arranged in the x direction in the y direction and a plurality of data strings arranged in the y direction in the x direction, filtering is performed on each of the plurality of data strings. Such filtering for the height data is performed by the sample surface height data acquisition unit 300 of FIG.

図13は、第2の実施の形態においてCPU30で実行される空孔率算出の処理手順を示すフローチャートである。図13のフローチャートは、図6のフローチャートにステップS200の処理を追加したものであり、その他のステップの処理は図6の場合と同様である。   FIG. 13 is a flowchart illustrating a processing procedure of porosity calculation executed by the CPU 30 in the second embodiment. The flowchart of FIG. 13 is obtained by adding the process of step S200 to the flowchart of FIG. 6, and the processes of other steps are the same as those in FIG.

ステップS10では、第1の実施の形態で説明したように、レーザー顕微鏡2を制御して試料表面の高さデータを取得する。ステップS200では、高さデータからうねり成分を除去して図11(c)に示すような粗さ成分の高さデータとするために、カットオフ値λcの高域通過フィルタでフィルタリングする。なお、図12の曲線L11のような特性を有する帯域通過フィルタを用いても良い。図2に示した試料表面高さデータ取得部300は、このようなフィルタリングを行うことによって、取得された高さデータからうねり成分が除去された高さデータを生成する。ステップS20からステップS60までの処理は、第1の実施の形態での説明と同様の処理が行われるので、ここでは説明を省略する。   In step S10, as described in the first embodiment, the laser microscope 2 is controlled to obtain the height data of the sample surface. In step S200, in order to remove the waviness component from the height data and obtain the roughness component height data as shown in FIG. Note that a band pass filter having characteristics as shown by a curve L11 in FIG. 12 may be used. The sample surface height data acquisition unit 300 shown in FIG. 2 performs such filtering to generate height data in which the swell component is removed from the acquired height data. Since the processing from step S20 to step S60 is the same as that described in the first embodiment, description thereof is omitted here.

上述した実施の形態および変形例によれば、次の作用効果が得られる。
(C1)顕微鏡データ処理装置としての制御・処理装置3は、レーザー顕微鏡2から出力される試料表面画像データ(例えば、複数の共焦点画像や一つの反射輝度画像)に基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得する試料表面高さデータ取得部300と、一群の試料表面高さデータから空孔領域(例えば、図4の亀裂102および空孔103の部分の領域)の試料表面高さデータを抽出する空孔データ抽出部302と、一群の試料表面高さデータのデータ数と空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出する空孔状態演算部303と、を備える。その結果、レーザー顕微鏡2から出力される試料表面画像データに基づいて、試料の空孔状態を容易に計測することができる。
According to the embodiment and the modification described above, the following operational effects can be obtained.
(C1) The control / processing device 3 as a microscope data processing device is a group of sample surface heights based on sample surface image data (for example, a plurality of confocal images or one reflection luminance image) output from the laser microscope 2. Sample surface height data acquisition unit 300 for generating and acquiring height data, and the sample surface height in the void region (for example, the region of the crack 102 and the hole 103 in FIG. 4) from the group of sample surface height data A hole data extraction unit 302 that extracts data, and a hole that calculates a hole state in a sample based on the number of data of a group of sample surface height data and the number of data of sample surface height data of a hole region A state calculation unit 303. As a result, the vacancy state of the sample can be easily measured based on the sample surface image data output from the laser microscope 2.

なお、算出される空孔状態としては、一群の試料表面高さデータのデータ数と空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて算出される空孔率や、一群の試料表面高さデータのデータ数と空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて算出される試料内における空孔分布がある。その結果、空孔率や空孔分布を容易に得ることができる。また、従来のアルキメデス法では評価することができない、空孔の分布を算出することができる。   Note that the calculated vacancy state includes a porosity calculated based on the number of data of the group surface height data and the number of data of the sample surface height data of the vacancy region, and the group of sample surfaces. There is a hole distribution in the sample calculated based on the number of data of the height data and the number of data of the sample surface height data of the hole region. As a result, the porosity and hole distribution can be easily obtained. Moreover, the distribution of vacancies, which cannot be evaluated by the conventional Archimedes method, can be calculated.

(C2)また、試料表面高さデータ取得部300は、一群の試料表面高さデータから試料表面のうねりの影響を除去するフィルタ処理を行うことで、フィルタ処理部としての空孔データ抽出部302で抽出された空孔領域の試料表面高さデータにはうねりの影響が含まれておらず、試料内における空孔状態をより精度良く算出することができる。例えば、空孔データ抽出部302は、一群の試料表面高さデータの内の任意断面における試料表面高さデータに対して、除去すべきうねりの波長の下限(図12のカットオフ値λc)よりも低波長域を通過するフィルタによりフィルタリングする。   (C2) In addition, the sample surface height data acquisition unit 300 performs a filtering process to remove the influence of the undulation of the sample surface from the group of sample surface height data, so that the hole data extraction unit 302 as a filter processing unit is performed. The sample surface height data of the hole area extracted in step (2) does not include the influence of waviness, and the hole state in the sample can be calculated with higher accuracy. For example, the hole data extraction unit 302 uses the lower limit of the undulation wavelength to be removed (cut-off value λc in FIG. 12) for the sample surface height data in an arbitrary cross section of the group of sample surface height data. Is also filtered by a filter that passes through a low wavelength region.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。なお、上述した実施の形態では、試料がCFRPである場合を例に説明したが、上述した空孔率や空孔分布の算出はCFRP以外の試料にも適用することができる。   Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention. In the above-described embodiment, the case where the sample is CFRP has been described as an example. However, the calculation of the porosity and the hole distribution described above can be applied to samples other than CFRP.

1…レーザー顕微鏡システム、2…レーザー顕微鏡、3…制御・処理装置、102…亀裂、103…空孔、300…試料表面高さデータ取得部、301…閾値設定部、302…空孔データ抽出部、303…空孔状態演算部、304…モニタ画像生成部、S…試料   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser microscope system, 2 ... Laser microscope, 3 ... Control and processing apparatus, 102 ... Crack, 103 ... Hole, 300 ... Sample surface height data acquisition part, 301 ... Threshold setting part, 302 ... Hole data extraction part , 303: Hole state calculation unit, 304: Monitor image generation unit, S: Sample

Claims (7)

レーザー顕微鏡から出力される試料表面画像データに基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得する取得部と、
前記一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出する抽出部と、
前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出する演算部と、を備える顕微鏡データ処理装置。
An acquisition unit that generates and acquires a group of sample surface height data based on the sample surface image data output from the laser microscope;
An extraction unit for extracting the sample surface height data of the pore region from the group of sample surface height data;
A microscope data processing apparatus comprising: an arithmetic unit that calculates a hole state in a sample based on the number of data of the group of sample surface height data and the number of data of the sample surface height data of the hole region.
請求項1に記載の顕微鏡データ処理装置において、
前記一群の試料表面高さデータから試料表面のうねりの影響を除去するフィルタ処理部をさらに備え、
前記抽出部は、前記フィルタ処理部でフィルタ処理された前記一群の試料表面高さデータから前記空孔領域の試料表面高さデータを抽出する、顕微鏡データ処理装置。
In the microscope data processing device according to claim 1,
A filter processing unit for removing the influence of the waviness of the sample surface from the group of sample surface height data;
The microscope data processing apparatus, wherein the extraction unit extracts sample surface height data of the pore region from the group of sample surface height data filtered by the filter processing unit.
請求項2に記載の顕微鏡データ処理装置において、
前記フィルタ処理部は、前記一群の試料表面高さデータの内の任意断面における試料表面高さデータに対して、除去すべきうねりの波長の下限よりも低波長域を通過するフィルタによりフィルタリングする、顕微鏡データ処理装置。
In the microscope data processing apparatus according to claim 2,
The filter processing unit filters the sample surface height data in an arbitrary cross-section of the group of sample surface height data with a filter that passes a lower wavelength region than the lower limit of the undulation wavelength to be removed. Microscope data processing device.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の顕微鏡データ処理装置において、
前記演算部は、前記空孔状態として、前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて空孔率を算出する、顕微鏡データ処理装置。
In the microscope data processing device according to any one of claims 1 to 3,
The calculation unit calculates the porosity as the vacancy state based on the number of data of the group of sample surface height data and the number of data of the sample surface height data of the vacancy region. apparatus.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の顕微鏡データ処理装置において、
前記演算部は、前記空孔状態として、前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数に基づいて試料内における空孔分布を算出する、顕微鏡データ処理装置。
In the microscope data processing device according to any one of claims 1 to 3,
The said calculation part is a microscope data processing apparatus which calculates the void | hole distribution in a sample based on the data number of the sample surface height data of the said void | hole area | region as the said void | hole state.
試料表面画像データを出力するレーザー顕微鏡と、
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の顕微鏡データ処理装置と、を備える顕微鏡システム。
A laser microscope that outputs sample surface image data;
A microscope system comprising: the microscope data processing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
コンピュータに、
レーザー顕微鏡から出力される試料表面画像データに基づいて一群の試料表面高さデータを生成し取得することと、
前記一群の試料表面高さデータから空孔領域の試料表面高さデータを抽出することと、
前記一群の試料表面高さデータのデータ数と前記空孔領域の試料表面高さデータのデータ数とに基づいて試料内における空孔状態を算出することと、を実現させるための顕微鏡データ処理プログラム。
On the computer,
Generating and acquiring a group of sample surface height data based on the sample surface image data output from the laser microscope;
Extracting the sample surface height data of the pore region from the group of sample surface height data;
A microscope data processing program for realizing the calculation of the vacancy state in the sample based on the number of data of the group of sample surface height data and the number of data of the sample surface height data of the vacancy region .
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