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JP6946935B2 - Porosity estimation method and porosity estimation device - Google Patents
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JP6946935B2 - Porosity estimation method and porosity estimation device - Google Patents

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Description

本発明は、多孔質の測定対象物において、微細気孔が占める割合である微細気孔率を推定する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for estimating the fine pore ratio, which is the ratio of fine pores in a porous measurement object.

特許文献1や非特許文献1,2では、X線CT装置を用いて試料のCT断面画像を撮像している。このCT断面画像では、CT値が高い(言い換えれば、密度が高い)画素領域が白くなり、CT値が低い(言い換えれば、密度が低い)画素領域が黒くなる。ここで、CT断面画像のCT値に基づいて、試料の内部に存在する気孔を把握することができる。 In Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 and 2, a CT cross-sectional image of a sample is imaged using an X-ray CT apparatus. In this CT cross-sectional image, the pixel region having a high CT value (in other words, the density is high) becomes white, and the pixel region having a low CT value (in other words, the density is low) becomes black. Here, the pores existing inside the sample can be grasped based on the CT value of the CT cross-sectional image.

特許第4885311号Patent No. 4885311

「焼結鉱製造における塊状化、緻密化過程の解析」、鉄と鋼、第78年(1992)第7号、第1060〜1068頁"Analysis of agglomeration and densification processes in sinter production", Iron and Steel, 1982, No. 7, pp. 1060-1068 「X線CTによる鉄鉱石焼結鉱の通気構造解析」、地質調査所月報、第46巻、第11号、第573〜594頁"Aeration Structure Analysis of Iron Ore Sintered Ore by X-ray CT", Geological Survey of Japan Monthly Report, Vol. 46, No. 11, pp. 573-594

試料に含まれる気孔のサイズがX線CT装置の分解能よりも大きければ、試料のX線CT画像に基づいて、気孔を把握することができる。しかし、気孔のサイズがX線CT装置の分解能以下である場合、試料のX線CT画像からは気孔を把握しにくくなる。 If the size of the pores contained in the sample is larger than the resolution of the X-ray CT apparatus, the pores can be grasped based on the X-ray CT image of the sample. However, when the size of the pores is smaller than the resolution of the X-ray CT apparatus, it becomes difficult to grasp the pores from the X-ray CT image of the sample.

また、X線CT画像の1つの画素領域内に固体及び気体が存在するとき、この画素領域のCT値は、固体及び気体の存在比によって決定されるが、従来では、この画素領域は固体に内包されるものとみなしていることが多く、1つの画素領域内で気体がどの程度存在するかは把握していない。 Further, when a solid and a gas are present in one pixel region of the X-ray CT image, the CT value of this pixel region is determined by the abundance ratio of the solid and the gas, but conventionally, this pixel region is a solid. It is often considered to be included, and it is not known how much gas is present in one pixel region.

本願第1の発明は、多孔質の測定対象物において、微細気孔が占める割合である微細気孔率を推定する方法である。微細気孔とは、測定対象物のX線CT画像を構成する1つの画素領域内において、測定対象物の固体部分とともに存在する気孔である。まず、測定対象物及び気体を含むX線CT画像におけるCT値のヒストグラムに基づいて、極小値を示すCT値である基準CT値を特定する。 The first invention of the present application is a method for estimating the fine pore ratio, which is the ratio of fine pores in a porous measurement object. The fine pores are pores that exist together with the solid portion of the measurement object in one pixel region constituting the X-ray CT image of the measurement object. First, a reference CT value, which is a CT value indicating a minimum value, is specified based on a histogram of CT values in an X-ray CT image including an object to be measured and a gas.

そして、測定対象物のX線CT画像を構成する複数の画素領域のうち、基準CT値よりも大きいCT値を示す対象画素領域について、固体CT値に対応する気孔率を0%とし、気体CT値に対応する気孔率を100%としたときのCT値及び気孔率の対応関係を示す一次関数に基づいて、各対象画素領域のCT値に対応する気孔率を算出する。固体CT値とは、固体のX線CT画像におけるCT値のヒストグラムにおいてピークを示すCT値である。気体CT値とは、気体のX線CT画像におけるCT値のヒストグラムにおいてピークを示すCT値である。そして、複数の対象画素領域における気孔率の代表値を上記微細気孔率として推定する。 Then, among the plurality of pixel regions constituting the X-ray CT image of the measurement target, the pore ratio corresponding to the solid CT value is set to 0% for the target pixel region showing a CT value larger than the reference CT value, and the gas CT is performed. The pore ratio corresponding to the CT value of each target pixel region is calculated based on a linear function showing the correspondence between the CT value and the pore ratio when the pore ratio corresponding to the value is 100%. The solid CT value is a CT value showing a peak in the histogram of the CT value in the solid X-ray CT image. The gas CT value is a CT value showing a peak in the histogram of the CT value in the X-ray CT image of the gas. Then, a representative value of the porosity in the plurality of target pixel regions is estimated as the fine porosity.

固体としては、測定対象物とは異なる固体参照試料を用いることができる。このとき、固体参照試料のX線CT画像におけるCT値のヒストグラムに基づいて、固体CT値を特定し、気体のX線CT画像におけるCT値のヒストグラムに基づいて、気体CT値を特定する。そして、上記一次関数は、下記式(I)によって表すことができる。 As the solid, a solid reference sample different from the object to be measured can be used. At this time, the solid CT value is specified based on the CT value histogram in the X-ray CT image of the solid reference sample, and the gas CT value is specified based on the CT value histogram in the gas X-ray CT image. Then, the above linear function can be expressed by the following equation (I).

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(I)において、εXFは対象画素領域の気孔率、CTは対象画素領域のCT値、CTは固体CT値、CTは気体CT値である。 In the above formula (I), ε XF is the porosity of the target pixel region, CT X is the CT value of the target pixel region, CT 1 is the solid CT value, and CT 0 is the gas CT value.

ここで、測定対象物として、焼結用原料、シンターケーキ又は焼結鉱を用いるとともに、真密度が4.74〜5.74g/cmである固体参照試料を用いることができる。また、そして、固体参照試料としては、ヘマタイト粒又は合金を用いることができる。 Here, as a measurement target, a raw material for sintering, a sinter cake or a sinter ore can be used, and a solid reference sample having a true density of 4.74 to 5.74 g / cm 3 can be used. Further, as the solid reference sample, hematite granules or alloys can be used.

気体としては、測定対象物の内部に存在する気体を用いることができる。そして、測定対象物が複数の化学成分によって構成されているとき、上記一次関数は、下記式(II)によって表すことができる。 As the gas, a gas existing inside the object to be measured can be used. When the object to be measured is composed of a plurality of chemical components, the linear function can be expressed by the following formula (II).

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(II)において、εXFは対象画素領域の気孔率、CTは対象画素領域のCT値、α及びβは予め決められた係数である。dは、各化学成分の質量割合に基づいて、複数の化学成分の真密度を加重平均した平均真密度であって、密度及びCT値の相関関係において固体CT値を特定する密度である。ここで、測定対象物としては、焼結用原料、シンターケーキ又は焼結鉱を用いることができる。 In the above formula (II), ε XF is the porosity of the target pixel region, CT X is the CT value of the target pixel region, and α and β are predetermined coefficients. d a, based on the mass ratio of each chemical component, an average true density of the weighted average true density of the plurality of chemical components, the density of identifying the solid CT values in the correlation of the density and CT values. Here, as the object to be measured, a raw material for sintering, a sinter cake or a sinter can be used.

一方、測定対象物において、粗大気孔が占める割合である粗大気孔率を推定することができる。粗大気孔とは、測定対象物のX線CT画像を構成する1つの画素領域内の全体に存在する気孔である。ここで、測定対象物のX線CT画像において、測定対象物の輪郭で囲まれた領域内に存在するすべての画素の総数に対する、基準CT値以下であるCT値を示す画素の総数の割合を、測定対象物の粗大気孔率として算出することができる。粗大気孔率及び微細気孔率の合計値を、測定対象物の全体の気孔率として推定することができる。 On the other hand, it is possible to estimate the crude air porosity, which is the ratio of the crude air pores in the object to be measured. The coarse air pores are pores existing in the entire area of one pixel constituting the X-ray CT image of the object to be measured. Here, in the X-ray CT image of the measurement object, the ratio of the total number of pixels showing the CT value equal to or less than the reference CT value to the total number of all the pixels existing in the area surrounded by the outline of the measurement object is calculated. , Can be calculated as the crude air porosity of the object to be measured. The total value of the crude air porosity and the fine porosity can be estimated as the total porosity of the object to be measured.

本願第2の発明は、多孔質の測定対象物において、微細気孔が占める割合である微細気孔率を推定する装置である。微細気孔率を推定する演算部は、測定対象物及び気体を含むX線CT画像におけるCT値のヒストグラムに基づいて、極小値を示すCT値である基準CT値を特定する。 The second invention of the present application is an apparatus for estimating the fine pore ratio, which is the ratio of fine pores in a porous measurement object. The calculation unit for estimating the fine porosity identifies a reference CT value, which is a CT value indicating a minimum value, based on a histogram of CT values in an X-ray CT image including a measurement object and a gas.

また、演算部は、測定対象物のX線CT画像を構成する複数の画素領域のうち、基準CT値よりも大きいCT値を示す対象画素領域について、固体CT値に対応する気孔率を0%とし、気体CT値に対応する気孔率を100%としたときのCT値及び気孔率の対応関係を示す一次関数に基づいて、各対象画素領域のCT値に対応する気孔率を算出する。固体CT値とは、固体のX線CT画像におけるCT値のヒストグラムにおいてピークを示すCT値である。気体CT値とは、気体のX線CT画像におけるCT値のヒストグラムにおいてピークを示すCT値である。そして、演算部は、複数の対象画素領域における気孔率の代表値を微細気孔率として推定する。 Further, the calculation unit sets the pore ratio corresponding to the solid CT value to 0% in the target pixel region showing a CT value larger than the reference CT value among the plurality of pixel regions constituting the X-ray CT image of the measurement target. Then, the pore ratio corresponding to the CT value of each target pixel region is calculated based on the linear function showing the correspondence between the CT value and the pore ratio when the pore ratio corresponding to the gas CT value is 100%. The solid CT value is a CT value showing a peak in the histogram of the CT value in the solid X-ray CT image. The gas CT value is a CT value showing a peak in the histogram of the CT value in the X-ray CT image of the gas. Then, the calculation unit estimates the representative value of the porosity in the plurality of target pixel regions as the fine porosity.

本発明によれば、基準CT値を特定することにより、基準CT値よりも大きいCT値を示す対象画素領域において、微細気孔が存在することを把握することができる。この対象画素領域については、CT値及び気孔率の対応関係(一次関数)に着目することにより、対象画素領域のCT値に基づいて気孔率(すなわち、対象画素領域毎の微細気孔率)を算出することができる。そして、すべての対象画素領域の微細気孔率の代表値を算出することにより、測定対象物の微細気孔率を推定することができる。 According to the present invention, by specifying the reference CT value, it is possible to grasp that the fine pores are present in the target pixel region showing the CT value larger than the reference CT value. For this target pixel region, by paying attention to the correspondence between the CT value and the porosity (linear function), the porosity (that is, the fine porosity for each target pixel region) is calculated based on the CT value of the target pixel region. can do. Then, by calculating the representative value of the fine porosity of all the target pixel regions, the fine porosity of the measurement target can be estimated.

X線CT装置、演算装置及びディスプレイを示す図である。It is a figure which shows the X-ray CT apparatus, arithmetic apparatus and display. 複数のCT画像を示す図である。It is a figure which shows a plurality of CT images. 密度及びCT値(ピーク)の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between density and CT value (peak). 1つの画素領域及び気孔のサイズを示す図である。It is a figure which shows the size of one pixel area and a pore. 4つの画素領域及び気孔のサイズを示す図である。It is a figure which shows the size of four pixel regions and pores. 実施形態1において、CT値のヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of the CT value in Embodiment 1. FIG. 気孔率及びCT値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a porosity and a CT value. 実施形態1において、微細気孔率(代表値)を算出する処理を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a process of calculating a fine porosity (representative value) in the first embodiment. 実施形態2において、微細気孔率(代表値)を算出する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of calculating the fine porosity (representative value) in Embodiment 2. 実施形態2において、CT値のヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of the CT value in Embodiment 2.

(実施形態1)
本実施形態は、X線CT(Computed Tomography)装置を用いて測定対象物のCT画像を取得し、このCT画像のCT値に基づいて、測定対象物の気孔率(特に、後述する微細気孔率)を推定するものである。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a CT image of a measurement object is acquired using an X-ray CT (Computed Tomography) device, and the pore ratio of the measurement object (particularly, the fine pore ratio described later) is based on the CT value of the CT image. ) Is estimated.

(X線CT装置)
図1は、X線CT装置の概略図を示す。X線CT装置10は、X線源11及び検出器12を有しており、X線源11及び検出器12の間に測定対象物Oが配置される。X線源11から射出されたX線は、測定対象物Oの内部を透過して検出器12に到達する。
(X-ray CT device)
FIG. 1 shows a schematic view of an X-ray CT apparatus. The X-ray CT apparatus 10 has an X-ray source 11 and a detector 12, and an object O to be measured is arranged between the X-ray source 11 and the detector 12. The X-rays emitted from the X-ray source 11 pass through the inside of the measurement object O and reach the detector 12.

検出器12は、測定対象物Oを透過したX線を検出し、X線の強度に応じたCT画像(デジタル画像)を生成する。具体的には、検出器12は、X線を可視光に変換するシンチレータ12aと、シンチレータ12aから射出した可視光を光電変換する光電変換素子12bとを有する。光電変換素子12bは、複数の画素を有しており、各画素は、X線の強度に応じた信号(CT値)を出力する。 The detector 12 detects the X-rays that have passed through the object O to be measured, and generates a CT image (digital image) according to the intensity of the X-rays. Specifically, the detector 12 includes a scintillator 12a that converts X-rays into visible light, and a photoelectric conversion element 12b that photoelectrically converts visible light emitted from the scintillator 12a. The photoelectric conversion element 12b has a plurality of pixels, and each pixel outputs a signal (CT value) according to the intensity of X-rays.

X線源11から射出されたX線が測定対象物Oの内部を透過するとき、X線は測定対象物Oによって減衰され、検出器12に到達するX線の強度が低下する。ここで、測定対象物Oの密度が高いほど、また、測定対象物Oのサイズ(X線が透過する方向のサイズ)が大きいほど、測定対象物OによってX線が減衰されやすくなり、検出器12に到達するX線の強度が低下しやすくなる。 When the X-rays emitted from the X-ray source 11 pass through the inside of the measurement object O, the X-rays are attenuated by the measurement object O, and the intensity of the X-rays reaching the detector 12 decreases. Here, the higher the density of the measurement target O and the larger the size of the measurement target O (the size in the direction in which the X-rays pass), the more easily the X-rays are attenuated by the measurement target O, and the detector. The intensity of X-rays reaching 12 tends to decrease.

X線源11に対する測定対象物Oの向きを固定したままでは、X線の減衰が、測定対象物Oのサイズによるものか、測定対象物Oの密度によるものかを区別できない。そこで、図1の矢印D1に示すように、測定対象物Oを回転させてX線源11に対する測定対象物Oの向きを変更しながらX線撮影を行い、これらのX線撮影によって得られた複数の画像を重ね合わせて再構成処理を行うことにより、測定対象物Oの所定平面内(水平面内)における形状及び密度を含むCT画像Is(図2参照)が得られる。CT画像Isを生成する処理は、検出器12に接続された演算装置20によって行われる。 If the orientation of the measurement object O with respect to the X-ray source 11 is fixed, it is not possible to distinguish whether the X-ray attenuation is due to the size of the measurement object O or the density of the measurement object O. Therefore, as shown by the arrow D1 in FIG. 1, X-ray imaging was performed while rotating the measurement object O to change the direction of the measurement object O with respect to the X-ray source 11, and these X-ray photographs were obtained. By superimposing a plurality of images and performing the reconstruction process, CT images Is (see FIG. 2) including the shape and density of the object O to be measured in a predetermined plane (in the horizontal plane) can be obtained. The process of generating the CT image Is is performed by the arithmetic unit 20 connected to the detector 12.

X線源11に対して、図1に示す矢印D2の方向(垂直方向)における測定対象物Oの位置を変更しながらX線撮影を行うことにより、測定対象物Oにおいて、垂直方向の位置が異なる複数のCT画像Isが得られる(図2参照)。CT画像Isは、X線撮影の視野領域内の画像を示しており、CT画像Isには、測定対象物Oが存在する固体領域Sと、固体領域Sの周囲に存在する気体領域Vと、固体領域Sの内部に存在する空洞Uとが含まれる。演算装置20は、複数のCT画像Isを垂直方向で積層することにより、測定対象物Oの三次元情報を生成する。三次元情報としては、測定対象物Oの外面の三次元形状と、測定対象物Oの内部における三次元方向の位置に応じた密度とがある。測定対象物Oの三次元情報を生成した後では、図1に示すように、演算装置20に接続されたディスプレイ30に測定対象物Oの外観を表示させたり、任意の面で切断した測定対象物Oの断面図を表示させたりすることができる。 By performing X-ray photography while changing the position of the measurement object O in the direction (vertical direction) of the arrow D2 shown in FIG. 1 with respect to the X-ray source 11, the position in the vertical direction of the measurement object O can be changed. Multiple different CT images Is are obtained (see FIG. 2). The CT image Is shows an image in the field region of X-ray photography, and the CT image Is includes a solid region S in which the measurement object O exists, a gas region V existing around the solid region S, and the like. A cavity U existing inside the solid region S is included. The arithmetic unit 20 generates three-dimensional information of the measurement object O by stacking a plurality of CT images Is in the vertical direction. The three-dimensional information includes a three-dimensional shape of the outer surface of the measurement object O and a density according to the position in the three-dimensional direction inside the measurement object O. After generating the three-dimensional information of the measurement object O, as shown in FIG. 1, the appearance of the measurement object O is displayed on the display 30 connected to the arithmetic unit 20, or the measurement object is cut at an arbitrary surface. A cross-sectional view of the object O can be displayed.

CT画像IsのCT値としては、測定対象物Oの密度が低いほどCT値が低くなり、測定対象物Oの密度が高いほどCT値が高くなる。図3は、4つの試料(空気、パラフィン、アルミニウム、カルシウムフェライト及びヘマタイト)のCT画像について、密度及びCT値の関係(測定結果)を示す。各試料のCT画像では、CT画像を構成する画素領域毎にCT値が得られるため、CT値毎の頻度を示すヒストグラムとして表すことができる。ここで、図3に示す各試料のCT値は、頻度がピークを示すCT値である。図3から分かるように、試料の密度が低いほど、CT値が小さくなる。言い換えれば、試料の密度が高いほど、CT値が大きくなる。このため、密度及びCT値の関係は、図3に示す直線L1に相当する一次関数として表すことができる。 As for the CT value of the CT image Is, the lower the density of the measurement object O, the lower the CT value, and the higher the density of the measurement object O, the higher the CT value. FIG. 3 shows the relationship (measurement result) between the density and the CT value for CT images of four samples (air, paraffin, aluminum, calcium ferrite and hematite). In the CT image of each sample, since the CT value is obtained for each pixel region constituting the CT image, it can be represented as a histogram showing the frequency for each CT value. Here, the CT value of each sample shown in FIG. 3 is a CT value showing a peak frequency. As can be seen from FIG. 3, the lower the sample density, the smaller the CT value. In other words, the higher the sample density, the higher the CT value. Therefore, the relationship between the density and the CT value can be expressed as a linear function corresponding to the straight line L1 shown in FIG.

測定対象物Oは、多孔質体であればよく、例えば、焼結用原料、シンターケーキ又は焼結鉱を用いることができる。測定対象物Oとしてシンターケーキや焼結鉱を用いる場合、シンターケーキや焼結鉱の主成分が鉄酸化物(Fe)であることを考慮すると、X線CT装置10としては、例えば、「計測技術2007(35)3巻、第1〜4頁」に記載された高電圧型のX線CT装置を用いることができる。 The object O to be measured may be a porous material, and for example, a raw material for sintering, a sinter cake or a sintered ore can be used. When a sinter cake or sinter is used as the object O to be measured, the X-ray CT apparatus 10 may include, for example, considering that the main component of the sinter cake or sinter is iron oxide (Fe 2 O 3). , "Measurement Technology 2007 (35) Vol. 3, pp. 1-4", high-voltage type X-ray CT apparatus can be used.

CT画像Isの1つの画素領域内に気体(例えば、空気)だけが存在するとき、この画素領域からは、気体の密度に応じたCT値が得られる。また、CT画像Isの1つの画素領域内に固体だけが存在するとき、この画素領域からは、固体の密度に応じたCT値が得られる。一方、CT画像Isの1つの画素領域内に気体及び固体が存在する場合、この画素領域のCT値は、気体及び固体の存在比によって決定されるが、このCT値を確認しただけでは、1つの画素領域内において気体がどの程度存在しているかを把握することができない。 When only gas (for example, air) is present in one pixel region of the CT image Is, a CT value corresponding to the density of the gas can be obtained from this pixel region. Further, when only a solid is present in one pixel region of the CT image Is, a CT value corresponding to the density of the solid can be obtained from this pixel region. On the other hand, when gas and solid are present in one pixel region of CT image Is, the CT value of this pixel region is determined by the abundance ratio of gas and solid. It is not possible to ascertain how much gas is present in one pixel region.

本実施形態では、1つの画素領域内の一部だけに存在する気孔、言い換えれば、1つの画素領域内で測定対象物Oの固体とともに存在する気体(以下、微細気孔という)について、測定対象物Oの固体領域S(図2参照)において微細気孔が占める割合(微細気孔率という)を算出(推定)する。ここで、微細気孔としては、図4Aに示すように、1つの画素領域R内に収まるサイズの気孔がある。また、1つの画素領域R内に収まらないサイズの気孔であっても、図4Bに示すように、複数の画素領域R(図4Bでは4つの画素領域R)にまたがって気孔が存在するときにおいて、1つの画素領域Rに着目したときには、画素領域Rの一部だけに気孔が存在することがある。このような気孔についても、本実施形態では微細気孔という。以下、1つの画素領域Rにおける微細気孔率を算出する方法について説明する。 In the present embodiment, the pores existing only in a part of one pixel region, in other words, the gas existing together with the solid of the measurement object O in one pixel region (hereinafter referred to as fine pores) is the measurement object. The ratio (referred to as fine porosity) occupied by fine pores in the solid region S (see FIG. 2) of O is calculated (estimated). Here, as the fine pores, as shown in FIG. 4A, there are pores having a size that fits within one pixel region R. Further, even if the pores have a size that does not fit in one pixel region R, as shown in FIG. 4B, when the pores are present over a plurality of pixel regions R (four pixel regions R in FIG. 4B). When focusing on one pixel region R, pores may exist only in a part of the pixel region R. Such pores are also referred to as fine pores in the present embodiment. Hereinafter, a method of calculating the fine porosity in one pixel region R will be described.

(1つの画素領域Rにおける微細気孔率の算出方法)
測定対象物Oの微細気孔率εXFは、固体参照試料のCT画像から得られるCT値(後述する固体CT値CT)と、参照気体のCT画像から得られるCT値(後述する気体CT値CT)とに基づいて算出される。以下、具体的に説明する。
(Calculation method of fine porosity in one pixel region R)
The fine pore ratio ε XF of the object to be measured is a CT value obtained from a CT image of a solid reference sample (solid CT value CT 1 described later) and a CT value obtained from a CT image of a reference gas (gas CT value described later). It is calculated based on CT 0). Hereinafter, a specific description will be given.

固体参照試料としては、測定対象物OのCT値よりも大きいCT値を示す試料が用いられる。例えば、固体参照試料として、ヘマタイト粒を用いることができる。ヘマタイト粒としては、真密度が4.74〜5.74[g/cm](5.24±0.5[g/cm])であり、Feの純度が90%以上であり、サイズが検出器12の解像度の下限値以上であるものを用いることが好ましい。ここで、ヘマタイト粒のサイズが大きすぎても、取り扱いが不便となるため、ヘマタイト粒のサイズは、50[mm]以下であることが好ましい。より好ましくは、真密度が5.14〜5.34[g/cm](5.24±0.1[g/cm])であり、Feの純度が95%以上であり、サイズが10〜30[mm]であるヘマタイト粒を用いることができる。具体的には、入手した天然鉱石のうち、密度、純度及びサイズが上記条件をみたすものを、固体参照試料(ヘマタイト粒)として用いることができる。 As the solid reference sample, a sample showing a CT value larger than the CT value of the measurement object O is used. For example, hematite granules can be used as the solid reference sample. As hematite grains, the true density is 4.74 to 5.74 [g / cm 3 ] (5.24 ± 0.5 [g / cm 3 ]), and the purity of Fe 2 O 3 is 90% or more. It is preferable to use one having a size equal to or larger than the lower limit of the resolution of the detector 12. Here, even if the size of the hematite granules is too large, it is inconvenient to handle. Therefore, the size of the hematite granules is preferably 50 [mm] or less. More preferably, the true density is 5.14 to 5.34 [g / cm 3 ] (5.24 ± 0.1 [g / cm 3 ]), and the purity of Fe 2 O 3 is 95% or more. , Hematite grains having a size of 10 to 30 [mm] can be used. Specifically, among the obtained natural ores, those whose density, purity and size satisfy the above conditions can be used as a solid reference sample (hematite granules).

一方、ヘマタイト粒と同等の密度を有する合金を固体参照試料として用いることもできる。例えば、真密度が5.24[g/cm]よりも大きい金属と、真密度が5.24[g/cm]よりも小さい金属とを溶融及び混合して冷却することによって得られた合金を固体参照試料として用いることができる。合金を用いるときには、溶融金属を冷却したときに、検出器12の解像度以上の成分偏析が発生しなければよい。例えば、銅(真密度が8.9[g/cm])及びアルミニウム(真密度が2.7[g/cm])を、重量比で約41:59(銅:アルミニウム)の割合で溶融及び混合して急冷することによって得られた合金を固体参照試料として用いることができる。 On the other hand, an alloy having a density equivalent to that of hematite grains can also be used as a solid reference sample. For example, it was obtained by melting and mixing a metal having a true density of more than 5.24 [g / cm 3 ] and a metal having a true density of less than 5.24 [g / cm 3] and cooling. The alloy can be used as a solid reference sample. When an alloy is used, it is sufficient that component segregation at a resolution equal to or higher than that of the detector 12 does not occur when the molten metal is cooled. For example, copper (true density 8.9 [g / cm 3 ]) and aluminum (true density 2.7 [g / cm 3 ]) at a weight ratio of about 41:59 (copper: aluminum). The alloy obtained by melting, mixing and quenching can be used as a solid reference sample.

X線CT装置10を用いて固体参照試料を撮影すると、CT画像Isのうち、固体参照試料が存在する領域において、CT値毎の頻度を示すヒストグラムが得られる。このヒストグラムにおいて、頻度がピークを示すCT値を固体参照試料に固有のCT値(固体CT値という)CTとする。 When the solid-state reference sample is photographed using the X-ray CT apparatus 10, a histogram showing the frequency for each CT value is obtained in the region where the solid-state reference sample exists in the CT image Is. In this histogram, the CT value showing the peak frequency is defined as the CT value (referred to as solid CT value) CT 1 peculiar to the solid-state reference sample.

X線CT装置10を用いて固体参照試料を撮影するときには、測定対象物Oとともに固体参照試料を撮影したり、測定対象物O及び固体参照試料を個別に撮影したりすることができる。測定対象物Oとともに固体参照試料を撮影するときには、例えば、測定対象物Oの内部に固体参照試料を埋め込んだり、測定対象物Oの外面に固体参照試料を取り付けたりすることができる。 When the solid-state reference sample is photographed by using the X-ray CT apparatus 10, the solid-state reference sample can be photographed together with the measurement object O, or the measurement object O and the solid-state reference sample can be photographed individually. When the solid reference sample is photographed together with the measurement object O, for example, the solid reference sample can be embedded inside the measurement object O, or the solid reference sample can be attached to the outer surface of the measurement object O.

一方、測定対象物O及び固体参照試料を個別に撮影するときには、測定対象物Oを撮影するタイミングと、固体参照試料を撮影するタイミングとの間の時間間隔をできるだけ短くすることが好ましい。この理由は、測定対象物OのCT値及び固体参照試料のCT値を取得するときに、同一の撮影条件とする必要があるからである。上記時間間隔が長くなるほど、X線CT装置10の撮影条件が変化しやすくなり、撮影条件の変化がX線CT装置10の撮影結果(CT値)に影響を与えてしまうおそれがある。 On the other hand, when the measurement object O and the solid reference sample are photographed individually, it is preferable to make the time interval between the timing of photographing the measurement object O and the timing of photographing the solid reference sample as short as possible. The reason for this is that it is necessary to set the same imaging conditions when acquiring the CT value of the measurement object O and the CT value of the solid-state reference sample. The longer the time interval, the easier it is for the imaging conditions of the X-ray CT apparatus 10 to change, and the change in the imaging conditions may affect the imaging result (CT value) of the X-ray CT apparatus 10.

X線CT装置10を用いて気体を撮影すると、CT画像Isのうち、気体が存在する領域(図2に示す気体領域V)において、CT値毎の頻度を示すヒストグラムが得られる。このヒストグラムにおいて、頻度がピークを示すCT値を参照気体に固有のCT値(気体CT値という)CTとする。なお、通常、X線CT装置10の撮影は空気の存在下で行われるため、気体としては空気が挙げられる。 When a gas is photographed using the X-ray CT apparatus 10, a histogram showing the frequency of each CT value is obtained in the region where the gas exists (gas region V shown in FIG. 2) in the CT image Is. In this histogram, the CT value showing the peak frequency is defined as the CT value (referred to as gas CT value) CT 0 peculiar to the reference gas. Since the imaging of the X-ray CT apparatus 10 is usually performed in the presence of air, air can be mentioned as the gas.

X線CT装置10を用いて気体を撮影するときには、測定対象物Oとともに気体を撮影したり、測定対象物O及び気体を個別に撮影したりすることができる。測定対象物Oとともに気体を撮影するときには、撮影範囲内に測定対象物O及び気体が存在すればよい。また、測定対象物Oは多孔質体であり、測定対象物Oの内部には空洞Uが存在しているため、この空洞Uに存在する気体を参照気体とすることができる。一方、測定対象物O及び気体を個別に撮影するときには、測定対象物Oを撮影するタイミングと、気体を撮影するタイミングとの間の時間間隔をできるだけ短くすることが好ましい。この理由は、上述した通りである。 When the gas is photographed by using the X-ray CT apparatus 10, the gas can be photographed together with the measurement object O, or the measurement object O and the gas can be photographed individually. When the gas is photographed together with the measurement object O, the measurement object O and the gas may be present within the imaging range. Further, since the object O to be measured is a porous body and the cavity U exists inside the object O to be measured, the gas existing in the cavity U can be used as a reference gas. On the other hand, when the measurement target O and the gas are photographed individually, it is preferable to make the time interval between the timing of photographing the measurement object O and the timing of photographing the gas as short as possible. The reason for this is as described above.

図5は、X線CT装置10を用いて、測定対象物O、固体参照試料及び参照気体を同時に撮影したときにおいて、CT値毎の頻度を示すヒストグラムである。測定対象物O、固体参照試料及び参照気体を同時に撮影しているため、図5に示すヒストグラムでは、測定対象物Oに対応したピークと、固体参照試料に対応したピークと、参照気体に対応したピークが現れている。 FIG. 5 is a histogram showing the frequency of each CT value when the measurement object O, the solid reference sample, and the reference gas are simultaneously photographed using the X-ray CT apparatus 10. Since the measurement object O, the solid reference sample, and the reference gas are simultaneously photographed, in the histogram shown in FIG. 5, the peak corresponding to the measurement object O, the peak corresponding to the solid reference sample, and the reference gas correspond to each other. A peak is appearing.

測定対象物O、固体参照試料及び参照気体のそれぞれについて、頻度がピークを示すCT値を比較すると、図3で説明した密度の違いにより、参照気体のCT値が最も小さくなる。このため、図5に示す3つのピークに対応するCT値のうち、最も小さいCT値が、気体CT値CTとなる。また、図3で説明した密度の違いにより、固体参照試料のCT値が最も大きくなるため、図5に示す3つのピークに対応するCT値のうち、最も大きいCT値が、固体CT値CTとなる。 Comparing the CT values showing peak frequencies for each of the measurement object O, the solid reference sample, and the reference gas, the CT value of the reference gas becomes the smallest due to the difference in density described in FIG. Therefore, among the CT values corresponding to the three peaks shown in FIG. 5, the smallest CT value is the gas CT value CT 0 . Further, since the CT value of the solid-state reference sample becomes the largest due to the difference in density described in FIG. 3, the largest CT value among the CT values corresponding to the three peaks shown in FIG. 5 is the solid-state CT value CT 1. It becomes.

一方、CT画像には、微細気孔以外の気孔も含まれる。この気孔は、1つの画素領域のすべてを占める気孔(粗大気孔という)である。微細気孔率を算出するときには、微細気孔及び粗大気孔を区別する必要がある。本実施形態では、微細気孔及び粗大気孔を区別するために、粗大気孔及び微細気孔の境界となる基準を示すCT値(基準CT値という)CTを、図5に示すヒストグラムに基づいて特定している。 On the other hand, the CT image also includes pores other than the fine pores. These pores are pores (referred to as coarse air pores) that occupy all of one pixel region. When calculating the fine porosity, it is necessary to distinguish between fine pores and coarse air pores. In the present embodiment, in order to distinguish between the micropores and the coarse air pores, a CT value (referred to as a reference CT value) CT b indicating a reference indicating a boundary between the coarse air pores and the coarse air pores is specified based on the histogram shown in FIG. ing.

基準CT値CTは、図5に示すヒストグラムにおいて、参照気体のピーク及び測定対象物Oのピークの間に存在する極小値に対応したCT値である。CT値が基準CT値CT以下である画素領域Rは、粗大気孔が存在する領域とみなすことができる。一方、CT値が基準CT値CTよりも大きい画素領域Rは、微細気孔が存在する領域とみなすことができる。このように、基準CT値CTに基づいて、CT画像Is内の各画素領域Rを、微細気孔が存在する領域と粗大気孔が存在する領域とに分類すれば、以下に説明するように、微細気孔率及び粗大気孔率を個別に算出することができる。 The reference CT value CT b is a CT value corresponding to the minimum value existing between the peak of the reference gas and the peak of the measurement object O in the histogram shown in FIG. The pixel region R whose CT value is equal to or less than the reference CT value CT b can be regarded as a region where the coarse air pores exist. On the other hand, the pixel region R whose CT value is larger than the reference CT value CT b can be regarded as a region where fine pores exist. In this way, if each pixel region R in the CT image Is is classified into a region where fine pores exist and a region where coarse air pores exist based on the reference CT value CT b, as described below, The fine porosity and the crude air porosity can be calculated individually.

測定対象物Oの微細気孔率εXFは、下記式(1)に基づいて算出される。下記式(1)は、図6に示す直線L2を示す。図6は、各画素領域Rにおける、気孔率及びCT値の関係を示し、気孔率及びCT値の関係は、一次関数として表すことができる。 The fine porosity ε XF of the object to be measured O is calculated based on the following equation (1). The following equation (1) shows a straight line L2 shown in FIG. FIG. 6 shows the relationship between the porosity and the CT value in each pixel region R, and the relationship between the porosity and the CT value can be expressed as a linear function.

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(1)において、CTは固体CT値、CTは気体CT値、CTは画素領域R毎のCT値である。固体CT値CTを示す画素領域Rでは、気孔率が0%であるとみなすことができる。また、気体CT値CTを示す画素領域Rでは、気孔率が100%であるとみなすことができる。気孔率及びCT値のそれぞれを座標軸とした座標系において、固体CT値CT及び気孔率0%の関係と、気体CT値CT及び気孔率100%の関係をプロットし、これらのプロットを結んだ直線が図6に示す直線L2となる。 In the above equation (1), CT 1 is a solid CT value, CT 0 is a gas CT value, and CT X is a CT value for each pixel region R. In the pixel region R showing the solid CT value CT 1 , the porosity can be considered to be 0%. Further, in the pixel region R showing the gas CT value CT 0 , the porosity can be considered to be 100%. In a coordinate system with each of the porosity and CT value as the coordinate axis, the relationship between the solid CT value CT 1 and the porosity 0% and the relationship between the gas CT value CT 0 and the porosity 100% are plotted, and these plots are connected. The straight line becomes the straight line L2 shown in FIG.

固体CT値CT及び気体CT値CTは、CT画像を白黒256階調で表示することを考慮して予め設定される。したがって、画素領域R毎のCT値CTを上記式(1)に代入することにより、画素領域R毎の微細気孔率εXFを算出することができる。上述したように、CT値が基準CT値CTよりも大きい画素領域R内で微細気孔が存在するため、微細気孔率εXFを算出するときには、上記式(1)に示すCT値CTとしては、基準CT値CTよりも大きいCT値が対象となる。 The solid CT value CT 1 and the gas CT value CT 0 are preset in consideration of displaying the CT image in black and white 256 gradations. Therefore, by substituting the CT value CT X for each pixel region R into the above equation (1), the fine porosity ε XF for each pixel region R can be calculated. As described above, since fine pores exist in the pixel region R whose CT value is larger than the reference CT value CT b, when calculating the fine porosity ε XF , the CT value CT X shown in the above formula (1) is used. Targets a CT value larger than the reference CT value CT b.

(測定対象物Oの固体領域Sの微細気孔率)
画素領域R毎に微細気孔率εXFを算出すれば、固体領域Sのすべての画素領域Rの微細気孔率εXFの平均値εXF_aveを算出できる。この平均値εXF_aveは、測定対象物Oの固体領域S(図2参照)の微細気孔率(固体基準の微細気孔率)とみなすことができる。平均値εXF_aveは、例えば、下記式(2)に基づいて算出することができる。
(Fine porosity of the solid region S of the object O to be measured)
If the fine porosity ε XF is calculated for each pixel region R, the average value ε XF _ave of the fine porosity ε XF of all the pixel regions R of the solid region S can be calculated. The average value epsilon XF _ave can be regarded as a fine porosity of the measurement object O solid region S (see FIG. 2) (fine porosity of solids). Mean value epsilon XF _ave, for example, can be calculated based on the following equation (2).

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(2)において、Pは、固体領域Sの画素の総数である。総数Pを算出するときには、CT値が基準CT値CTよりも大きい画素領域Rの数をカウントすればよい。上記式(2)の右辺の分子は、微細気孔が含まれるすべての画素領域の微細気孔率εXFの総和である。 In the above formula (2), PF is the total number of pixels in the solid region S. When calculating the total number P F may be counting the number of CT values of the reference CT value CT b larger pixel area R than. The molecule on the right side of the above formula (2) is the sum of the fine porosity ε XF of all the pixel regions including the fine pores.

本実施形態では、上述した平均値εXF_aveを測定対象物Oの固体領域Sの微細気孔率とみなしているが、これに限るものではなく、測定対象物Oの固体領域Sの微細気孔率を特定できる値(代表値)であればよい。例えば、代表値としては、固体領域Sに含まれるすべての画素領域Rについて、各画素領域Rの微細気孔率εXFが取り得る範囲の中央値とすることができる。 In the present embodiment, is regarded an average value epsilon XF _ave described above with fine porosity of the solid region S of the measuring object O, is not limited to this, the fine porosity of the solid region S of the measuring object O Any value (representative value) that can specify is sufficient. For example, as a representative value, for all the pixel regions R included in the solid region S, the median value of the range in which the fine porosity ε XF of each pixel region R can be taken can be set.

図7に示すフローチャートは、測定対象物Oの固体領域Sの微細気孔率(上述した代表値)を算出する処理を示す。以下、具体的に説明する。 The flowchart shown in FIG. 7 shows a process of calculating the fine porosity (representative value described above) of the solid region S of the object O to be measured. Hereinafter, a specific description will be given.

ステップS101では、測定対象物O、固体参照試料及び参照気体に対して、X線CT装置10を用いた撮影を行う。これにより、測定対象物O、固体参照試料及び参照気体のそれぞれについて、CT値毎の頻度を示すヒストグラムが得られる。ステップS102では、ステップS101の処理で得られたヒストグラムに基づいて、固体CT値CT、気体CT値CT及び基準CT値CTをそれぞれ特定する。固体CT値CT、気体CT値CT及び基準CT値CTを特定する方法は、上述した通りである。 In step S101, the measurement object O, the solid reference sample, and the reference gas are photographed using the X-ray CT apparatus 10. As a result, a histogram showing the frequency for each CT value can be obtained for each of the measurement object O, the solid reference sample, and the reference gas. In step S102, the solid CT value CT 1 , the gas CT value CT 0, and the reference CT value CT b are specified based on the histogram obtained in the process of step S101. The method for specifying the solid CT value CT 1 , the gas CT value CT 0, and the reference CT value CT b is as described above.

ステップS103では、CT値がCT値CTよりも大きい画素領域Rについて、各画素領域Rから得られたCT値CTを上記式(1)に代入することにより、画素領域R毎の微細気孔率εXFを算出する。ここで、上記式(1)に示す固体CT値CT及び気体CT値CTとしては、ステップS102の処理で特定されたCT値CT,CTが用いられる。ステップS104では、ステップS103の処理で算出された各画素領域Rの微細気孔率εXFに基づいて、測定対象物Oの固体領域Sの微細気孔率である代表値を算出する。例えば、上記式(2)に基づいて平均値εXF_aveを算出することができる。 In step S103, for the pixel region R whose CT value is larger than the CT value CT b, the CT value CT X obtained from each pixel region R is substituted into the above equation (1) to obtain fine pores in each pixel region R. Calculate the rate ε XF. Here, as the solid CT value CT 1 and the gas CT value CT 0 represented by the above formula (1), the CT values CT 0 and CT 1 specified in the process of step S102 are used. In step S104, a representative value which is a fine porosity of the solid region S of the measurement object O is calculated based on the fine porosity ε XF of each pixel region R calculated in the process of step S103. For example, it is possible to calculate the average value epsilon XF _ave based on the equation (2).

(粗大気孔率)
一方、測定対象物Oの粗大気孔率εXLについては、下記式(3)に基づいて算出することができる。
(Coarse air porosity)
On the other hand, the crude air porosity ε XL of the object O to be measured can be calculated based on the following equation (3).

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(3)において、εXLは粗大気孔率、PはCT画像Isのうち、測定対象物Oの輪郭内に存在するCT値が基準CT値CT以下である画素領域Rの総数(画素数)である。PはCT画像Isのうち、測定対象物Oの輪郭内に存在するすべての画素領域Rの数(画素数)である。ここで、CT画像Isに対して公知のエッジ検出を行うことにより、CT画像Isに含まれる測定対象物Oの輪郭(外縁)を特定することができる。測定対象物Oの輪郭で囲まれた領域(輪郭を含む)に含まれる画素の総数が画素数Pである。なお、図2に示すように、測定対象物Oの内部に空洞(気体領域U)が存在する場合には、エッジ検出によって、測定対象物Oの輪郭だけでなく空洞の輪郭も特定されるが、この空洞の輪郭は、測定対象物Oの輪郭(外縁)で囲まれた領域に含まれるため、空洞に相当する画素の数は、画素数Pに含まれる。 In the above formula (3), epsilon XL is coarse porosity, the total number of P L is a CT image of Is, CT values present in the contour of the measuring object O is less than the reference CT value CT b pixel region R ( Number of pixels). PT is the number (number of pixels) of all the pixel regions R existing in the contour of the measurement object O in the CT image Is. Here, by performing known edge detection on the CT image Is, the contour (outer edge) of the measurement object O included in the CT image Is can be specified. The total number of pixels included in the area (including the contour) surrounded by the contour of the measurement object O is the number of pixels PT . As shown in FIG. 2, when a cavity (gas region U) exists inside the measurement object O, not only the contour of the measurement object O but also the contour of the cavity is specified by edge detection. Since the contour of this cavity is included in the region surrounded by the contour (outer edge) of the object O to be measured, the number of pixels corresponding to the cavity is included in the number of pixels PT .

粗大気孔については、1つの画素領域のすべてを気体が占めるため、上記式(3)に示すように、画素数P,Pの比率を算出することにより、測定対象物Oの粗大気孔率εXLを算出することができる。なお、測定対象物O内に粗大気孔が存在しない場合、すなわち、測定対象物Oの輪郭で囲まれた領域内に、CT値が基準CT値CT以下である画素領域Rが存在しない場合、粗大気孔率εXLは0となる。 For coarse pores, because all of the one pixel region occupied by the gas, as shown in the equation (3), the number of pixels P L, by calculating the ratio of P T, coarse porosity of the measurement object O ε XL can be calculated. When there are no coarse air holes in the measurement target O, that is, when there is no pixel region R whose CT value is equal to or less than the reference CT value CT b in the region surrounded by the contour of the measurement target O. The crude air porosity ε XL is 0.

画素数Pは、エッジ検出によって測定対象物Oの輪郭を特定すれば、求めることができるため、画素数Pをカウントすることにより、上記式(3)に基づいて粗大気孔率εXLを算出することができる。測定対象物Oの微細気孔率(代表値)εXF及び粗大気孔率εXLを算出すれば、微細気孔率εXF及び粗大気孔率εXLの合計値が、測定対象物Oの全気孔率(すなわち、測定対象物Oの輪郭で囲まれた領域全体の気孔率)となる。ここで、測定対象物Oの任意の断面画像に着目すれば、測定対象物Oの断面画像内における気孔率を算出することができる。また、三次元形状の測定対象物Oに着目すれば、測定対象物Oの三次元空間における気孔率を算出することができる。 Since the number of pixels P T can be obtained by specifying the contour of the object O to be measured by edge detection, the coarse air porosity ε XL can be obtained by counting the number of pixels P L based on the above equation (3). Can be calculated. Be calculated measurement target fine porosity of O (typical) epsilon XF and coarse porosity epsilon XL, the total value of the fine porosity epsilon XF and coarse porosity epsilon XL is the total porosity of the measurement object O ( That is, the porosity of the entire region surrounded by the contour of the object O to be measured). Here, if attention is paid to an arbitrary cross-sectional image of the object O to be measured, the porosity in the cross-sectional image of the object O to be measured can be calculated. Further, if attention is paid to the measurement object O having a three-dimensional shape, the porosity of the measurement object O in the three-dimensional space can be calculated.

(実施形態2)
本発明の実施形態2について説明する。本実施形態では、測定対象物Oを構成する複数の化学成分の真密度を考慮して、微細気孔率εXFを算出している。以下、本実施形態について、実施形態1と異なる点を主に説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the fine porosity ε XF is calculated in consideration of the true densities of a plurality of chemical components constituting the measurement object O. Hereinafter, the differences between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described.

まず、測定対象物Oに含まれる各化学成分の配合割合を測定し、この配合割合に基づいて、すべての化学成分の真密度を加重平均することにより、平均真密度dを算出する。ここで、測定対象物Oの各化学成分の配合割合は、公知の化学分析によって測定することができる。また、各化学成分の真密度は、予め調べておけばよい。 First, the proportion of each chemical component contained in the measurement object O is measured and based on this proportion, by weighted average of the true densities of all chemical components, an average true density d a. Here, the blending ratio of each chemical component of the object to be measured O can be measured by a known chemical analysis. Moreover, the true density of each chemical component may be investigated in advance.

次に、X線CT装置10を用いて、化学成分が異なる複数の物質を撮影する。各物質は、単一の化学成分で構成されており、真密度が既知であるとともに、気孔率が0%である。ここでいう化学成分は、測定対象物Oに含まれる化学成分が好ましい。複数の物質を撮影することにより、各物質のCT画像について、CT値毎の頻度を示すヒストグラムが得られ、このヒストグラムに基づいて、頻度がピークを示すCT値を特定できる。これにより、各物質について、頻度がピークを示すCT値と真密度(既知)の関係が得られる。 Next, using the X-ray CT apparatus 10, a plurality of substances having different chemical components are photographed. Each substance is composed of a single chemical component, has a known true density, and has a porosity of 0%. The chemical component referred to here is preferably the chemical component contained in the object O to be measured. By photographing a plurality of substances, a histogram showing the frequency for each CT value can be obtained for the CT image of each substance, and the CT value showing the peak frequency can be specified based on this histogram. As a result, for each substance, the relationship between the CT value showing the peak frequency and the true density (known) can be obtained.

複数の物質のCT値及び真密度の関係を、CT値及び真密度のそれぞれを座標軸とした座標系にプロットすると、これらのプロットの近似直線を求めることができる。この近似直線は、下記式(4)で表される。下記式(4)は、図3に示す直線L1に相当する。 By plotting the relationship between the CT values and the true densities of a plurality of substances in a coordinate system with each of the CT values and the true densities as the coordinate axes, an approximate straight line of these plots can be obtained. This approximate straight line is represented by the following equation (4). The following equation (4) corresponds to the straight line L1 shown in FIG.

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(4)において、dは真密度であり、CTは頻度がピークを示すCT値である。α及びβは、使用するX線CT装置10に固有の係数であり、αは近似直線の傾きに相当し、βは近似直線の切片に相当する。気孔のない密度が既知の複数種類の物質について、X線CT装置10を用いて予め撮影してそのCT値を求め、密度及びCT値の相関を直線回帰することで係数α,βを決定できる。たとえば、X線CT装置10として東芝製:TOSCANER-24500twinを使用し、上述した物質として、空気及びヘマタイト粒を用いたとき、αは0.0258であり、βは−0.697であった。 In the above equation (4), d X is the true density, and CT X is the CT value indicating the peak frequency. α and β are coefficients peculiar to the X-ray CT apparatus 10 to be used, α corresponds to the slope of the approximate straight line, and β corresponds to the intercept of the approximate straight line. Coefficients α and β can be determined by photographing a plurality of types of substances having a known density without pores in advance using an X-ray CT apparatus 10 to obtain the CT value, and linearly reverting the correlation between the density and the CT value. .. For example, when Toshiba: TOSCANER-24500twin was used as the X-ray CT apparatus 10 and air and hematite grains were used as the above-mentioned substances, α was 0.0258 and β was −0.697.

一方、気孔率εは、相対密度ρを規定することにより、下記式(5)で表すことができる。 On the other hand, the porosity ε can be expressed by the following equation (5) by defining the relative density ρ r.

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(5)に示す相対密度ρは、任意の物質について、真密度を基準として、どの程度の密度を有するかを示す無次元数である。測定対象物Oの対象領域の密度が密度dであるとしたとき、相対密度ρは、下記式(6)で表される。下記式(6)において、dは真密度であり、dは平均真密度である。 The relative density ρ r shown in the above formula (5) is a dimensionless number indicating how much the density of any substance is based on the true density. Assuming that the density of the target region of the object O to be measured is the density d X , the relative density ρ r is represented by the following equation (6). In the following formula (6), d X is the true density, d a is the average true density.

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(4)〜(6)を考慮すると、測定対象物OのCT画像における各画素領域Rの微細気孔率εXFは、下記式(7)で表される。下記式(7)は、図6に示す直線L2を表す。 Considering the above equations (4) to (6), the fine porosity ε XF of each pixel region R in the CT image of the measurement object O is represented by the following equation (7). The following equation (7) represents the straight line L2 shown in FIG.

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(7)によれば、各画素領域RのCT値CT及び平均真密度dに基づいて、各画素領域の微細気孔率εXFを算出することができる。ここで、図3に示す密度及びCT値の関係において平均真密度dに対応するCT値は、気孔率が0%であるときのCT値(すなわち、固体CT値CT)となる。また、各画素領域RのCT値CTとしては、実施形態1で説明したように、基準CT値CTよりも大きいCT値が対象となる。 According to the equation (7), it can be based on a CT value CT X and an average true density d a of each pixel region R, to calculate the fine porosity epsilon XF in each pixel region. Here, the CT value corresponding to the average true density d a in relation density and CT values shown in Figure 3, CT value when the porosity is 0% (i.e., solid CT value CT 1) become. Further, as the CT value CT X of each pixel region R, as described in the first embodiment, a CT value larger than the reference CT value CT b is targeted.

各画素領域Rの微細気孔率εXFを算出すれば、実施形態1で説明したように、CT値CTが基準CT値CTよりも大きいすべての画素領域Rの微細気孔率εXFに基づいて代表値を算出することができる。この代表値が、測定対象物Oの固体領域Sの微細気孔率となる。また、実施形態1と同様に、測定対象物Oの粗大気孔率εXLを算出すれば、微細気孔率εXF及び粗大気孔率εXLに基づいて、測定対象物Oの全気孔率を算出することができる。 If the fine porosity ε XF of each pixel region R is calculated, as described in the first embodiment, the CT value CT X is larger than the reference CT value CT b based on the fine porosity ε XF of all the pixel regions R. The representative value can be calculated. This representative value is the fine porosity of the solid region S of the object O to be measured. Further, similarly to Embodiment 1, by calculating a coarse porosity epsilon XL of the measurement object O, based on the fine porosity epsilon XF and coarse porosity epsilon XL, calculates the total porosity of the measurement object O be able to.

図8に示すフローチャートは、測定対象物Oの全体の微細気孔率(上述した代表値)を算出する処理を示す。以下、具体的に説明する。 The flowchart shown in FIG. 8 shows a process of calculating the total fine porosity (representative value described above) of the object O to be measured. Hereinafter, a specific description will be given.

ステップ200では、使用するX線CT装置10において、密度とCT値の関係を表す上記式(4)の係数α、βを決定する。係数α,βを決定する方法は、上述した通りである。ステップS201では、測定対象物Oに含まれる複数の化学成分について、配合割合[重量%]を測定する。そして、各化学成分の真密度を調べることにより、平均真密度dを算出する。 In step 200, in the X-ray CT apparatus 10 to be used, the coefficients α and β of the above formula (4) representing the relationship between the density and the CT value are determined. The method for determining the coefficients α and β is as described above. In step S201, the blending ratio [% by weight] is measured for the plurality of chemical components contained in the object O to be measured. By examining the true density of each chemical component, it calculates the average true density d a.

ステップS202では、測定対象物Oに対して、X線CT装置10を用いた撮影を行うとともに、基準CT値CTを特定する。測定対象物Oは多孔質体であり、通常、測定対象物OのCT画像には粗大気孔が含まれるため、測定対象物Oを撮影したときのCT値毎の頻度を示すヒストグラムでは、図9に示すように、測定対象物Oの内部に存在する気体に対応したピーク(図9中の左側のピーク)と、測定対象物Oの固体部分(微細気孔を含む)に対応したピーク(図9中の右側のピーク)とが現れる。そして、これらのピークの間には極小値が存在するため、この極小値に対応したCT値を基準CT値CTとして特定する。なお、測定対象物Oの内部に存在する気体に対応したピークを示すCT値は、気孔率が100%であるときのCT値(すなわち、気体CT値CT)となる。 In step S202, the object O to be measured is photographed using the X-ray CT apparatus 10, and the reference CT value CT b is specified. Since the measurement object O is a porous body and the CT image of the measurement object O usually contains coarse air holes, FIG. 9 is a histogram showing the frequency of each CT value when the measurement object O is photographed. As shown in FIG. 9, a peak corresponding to the gas existing inside the measurement object O (the peak on the left side in FIG. 9) and a peak corresponding to the solid portion (including fine pores) of the measurement object O (FIG. 9). The peak on the right side of the inside) appears. Since there is a minimum value between these peaks, the CT value corresponding to this minimum value is specified as the reference CT value CT b. The CT value indicating the peak corresponding to the gas existing inside the measurement object O is the CT value when the porosity is 100% (that is, the gas CT value CT 0 ).

ステップS203では、CT値が基準CT値CTよりも大きい画素領域Rについて、各画素領域Rから得られたCT値CTを上記式(7)に代入することにより、画素領域R毎の微細気孔率εXFを算出する。ここで、上記式(7)に示す平均真密度dとしては、ステップS201の処理で算出された平均真密度dが用いられる。本実施形態では、画素領域R毎の微細気孔率εXFを算出するために、実施形態1(上記式(1))における固体CT値CT及び気体CT値CTに代えて、密度とCT値の関係(上記式(4))及び平均真密度dを用いている点に特徴がある。 In step S203, for the pixel region R whose CT value is larger than the reference CT value CT b, the CT value CT X obtained from each pixel region R is substituted into the above equation (7), so that each pixel region R is fine. The pore ratio ε XF is calculated. Here, the average true density d a shown in the equation (7), the average true density d a calculated in the processing in step S201 is used. In this embodiment, in order to calculate the fine porosity ε XF for each pixel region R, the density and CT are replaced with the solid CT value CT 1 and the gas CT value CT 0 in the first embodiment (the above formula (1)). it is characterized between the values (the above formula (4)) and in that the average is used true density d a.

ステップS204では、図7に示すステップS104と同様に、ステップS203の処理で算出された各画素領域Rの微細気孔率εXFに基づいて、測定対象物Oの全体の微細気孔率である代表値を算出する。例えば、上記式(2)に基づいて平均値εXF_aveを算出することができる。 In step S204, similarly to step S104 shown in FIG. 7, a representative value which is the total fine porosity of the object O to be measured based on the fine porosity ε XF of each pixel region R calculated in the process of step S203. Is calculated. For example, it is possible to calculate the average value epsilon XF _ave based on the equation (2).

本実施形態によれば、測定対象物Oを構成する複数の化学成分における平均真密度dを考慮して微細気孔率εXFを算出することにより、この微細気孔率εXFに各化学成分の影響を反映させることができる。例えば、焼結鉱には、Feに加えて、CaOやSiOなどの他の化学成分が含まれ、他の化学成分の配合割合は原料毎で異なる。このため、微細気孔率εXFの算出において、他の化学成分を考慮することにより、微細気孔率εXFの推定精度を向上させることができる。 According to the present embodiment, by calculating the fine porosity ε XF in consideration of the average true density da in a plurality of chemical components constituting the object O to be measured, the fine porosity ε XF of each chemical component is added to the fine porosity ε XF. The impact can be reflected. For example, the sinter contains other chemical components such as CaO and SiO 2 in addition to Fe 2 O 3 , and the mixing ratio of the other chemical components differs depending on the raw material. Therefore, in the calculation of the fine porosity epsilon XF, by considering other chemical components, it is possible to improve the estimation accuracy of the fine porosity epsilon XF.

なお、後述する実施例2で説明するように、他の化学成分がCT値に与える影響は、気孔がCT値に与える影響よりもはるかに小さくなるため、他の化学成分がCT値に与える影響を無視することもできるが、他の化学成分がCT値に与える影響も考慮すれば、気孔率εXFの推定精度をさらに向上させることができる。 As will be described later in Example 2, the effect of other chemical components on the CT value is much smaller than the effect of pores on the CT value, and therefore the effect of other chemical components on the CT value. Can be ignored, but the estimation accuracy of the pore ratio ε XF can be further improved by considering the influence of other chemical components on the CT value.

上述した本実施形態1,2に対応した実施例1,2について説明する。ここで、実施例1は実施形態1に対応し、実施例2は実施形態2に対応する。 Examples 1 and 2 corresponding to the above-described first and second embodiments will be described. Here, the first embodiment corresponds to the first embodiment, and the second embodiment corresponds to the second embodiment.

(実施例1)
本実施例では、上述した実施形態1で説明した方法に基づいて、微細気孔率(代表値)εXF及び粗大気孔率εXLを算出した。以下、実験方法について説明する。
(Example 1)
In this example, the fine porosity (representative value) ε XF and the crude air porosity ε XL were calculated based on the method described in the first embodiment described above. The experimental method will be described below.

下記表1に示す鉄鉱石A〜F、石灰石、生石灰、返鉱及びコークスを用意し、下記表1に示す配合率で混合した。具体的には、ドラムミキサーによって1分間混合した。混合後、水分を6.8質量%だけ添加して4分間造粒し、造粒物(原料)を鍋に装入した。鍋としては、直径が200[mm]であり、高さが550[mm]である石英ガラス製の鍋を用いた。ここで、鍋の内壁面には、ウール製の断熱材を配置した。 Iron ores A to F, limestone, quicklime, return ore and coke shown in Table 1 below were prepared and mixed at the blending ratios shown in Table 1 below. Specifically, it was mixed with a drum mixer for 1 minute. After mixing, 6.8% by mass of water was added to granulate for 4 minutes, and the granulated product (raw material) was charged into a pan. As the pot, a pot made of quartz glass having a diameter of 200 [mm] and a height of 550 [mm] was used. Here, a wool insulating material was placed on the inner wall surface of the pot.

Figure 0006946935
Figure 0006946935

鍋への原料の装入は、手作業により行った。具体的には、鍋の上面から上方に約10cmだけ離れた位置から、スコップを用いて一定量ずつ原料を鍋に向かって落下させた。このとき、鍋に装入された原料層の上面ができる限り平坦となるように、原料の落下位置を水平面内でランダムに変えながら原料を鍋に装入した。また、直径が20[mm]であり、扁平形状のヘマタイトを、原料層における高さが300[mm]の位置において、鍋の中央に配置した。 The raw materials were charged into the pot manually. Specifically, a fixed amount of the raw material was dropped toward the pot using a shovel from a position about 10 cm above the top surface of the pot. At this time, the raw material was charged into the pot while randomly changing the drop position of the raw material in the horizontal plane so that the upper surface of the raw material layer charged in the pot was as flat as possible. Further, a flat hematite having a diameter of 20 [mm] was placed in the center of the pan at a position of a height of 300 [mm] in the raw material layer.

次に、X線CT装置10(東芝製:TOSCANER-24500twin)を用いて、原料が装入された鍋を撮影し、原料層のCT画像Is1を得た。撮影には15時間を要したため、鍋の開口部に予めビニールシートをかぶせることにより、原料の乾燥を抑制するようにした。 Next, using an X-ray CT apparatus 10 (manufactured by Toshiba: TOSCANER-24500twin), a pot in which the raw material was charged was photographed to obtain a CT image Is1 of the raw material layer. Since it took 15 hours to shoot, the opening of the pot was covered with a vinyl sheet in advance to prevent the raw materials from drying out.

次に、撮影が完了した鍋をX線CT装置10から取り外して焼成用の風箱に設置し、以下の条件で原料を加熱して焼成した。
・加熱時のLPGの流量:75[NL/min]
・加熱時の空気の流量:2300[NL/min]
・加熱時間:60[sec]
・加熱から焼成終了までの風箱内の負圧(一定):10.8[kPa]
Next, the pot for which the imaging was completed was removed from the X-ray CT apparatus 10 and placed in a baking air box, and the raw material was heated and fired under the following conditions.
・ LPG flow rate during heating: 75 [NL / min]
-Flow rate of air during heating: 2300 [NL / min]
-Heating time: 60 [sec]
・ Negative pressure in the air box from heating to the end of firing (constant): 10.8 [kPa]

焼成後のシンターケーキを鍋に入れたまま、X線CT装置10によって撮影を行い、てCT画像Is2を得た。 With the baked sinter cake in the pan, an image was taken with the X-ray CT apparatus 10, and a CT image Is2 was obtained.

焼成前の原料層のCT画像Is1と、焼成後のシンターケーキのCT画像Is2のそれぞれを3次元画像処理ソフトで再構成し、原料層及びシンターケーキの三次元画像を縦方向で切断した断面画像を得た。断面画像は白黒256階調(0−255)とした。また、ヘマタイトのCT画像におけるCT値のヒストグラムのうち、頻度のピークを示すCT値が232、空気のCT画像におけるCT値のヒストグラムのうち、頻度のピークを示すCT値が30となるように、CT画像の輝度を調整した。このとき、ヒストグラムに基づいて基準CT値CTを特定したところ、基準CT値CTは90であった。このため、CT値が90以下の画素領域Rは、粗大気孔が存在する領域となり、CT値が90よりも大きい画素領域Rは、微細気孔が存在する領域となる。 A cross-sectional image obtained by reconstructing the CT image Is1 of the raw material layer before firing and the CT image Is2 of the sinter cake after firing with three-dimensional image processing software, and cutting the three-dimensional images of the raw material layer and the sinter cake in the vertical direction. Got The cross-sectional image was black and white 256 gradations (0-255). Further, in the histogram of CT values in the CT image of hematite, the CT value indicating the peak frequency is 232, and in the histogram of the CT values in the CT image of air, the CT value indicating the peak frequency is 30. The brightness of the CT image was adjusted. At this time, when the reference CT value CT b was specified based on the histogram, the reference CT value CT b was 90. Therefore, the pixel region R having a CT value of 90 or less is a region where coarse air pores are present, and the pixel region R having a CT value larger than 90 is a region where fine pores are present.

原料層及びシンターケーキのそれぞれについて、上記式(1)に基づいて画素領域R毎の微細気孔率εXFを算出するとともに、上記式(3)に基づいて粗大気孔率εXLを算出した。ここで、微細気孔率εXFについては、上記式(2)に基づいて、平均値εXF_aveを算出した。また、粗大気孔率εXL及び微細気孔率εXFの平均値εXF_aveを合計した気孔率εTEを算出した。粗大気孔率εXL、微細気孔率εXFの平均値εXF_ave及び気孔率εTEの算出結果を下記表2に示す。 For each of the raw material layer and the sinter cake, the fine porosity ε XF for each pixel region R was calculated based on the above formula (1), and the crude air porosity ε XL was calculated based on the above formula (3). Here, for the fine porosity ε XF , the average value ε XF _ave was calculated based on the above equation (2). In addition, the porosity ε TE was calculated by summing the average values ε XF _ave of the crude air porosity ε XL and the fine porosity ε XF. Table 2 below shows the calculation results of the crude air porosity ε XL , the average value of the fine porosity ε XF ε XF _ave, and the porosity ε TE.

一方、原料層及びシンターケーキのそれぞれについて、見掛体積[g/cm]及び重量[g]を測定し、見掛体積及び重量から気孔率εTMを算出した。見掛体積は、焼成に利用した鍋の半径と、原料層及びシンターケーキの各高さとから算出される円柱の体積とした。この気孔率εTMの算出結果を下記表2に示す。 On the other hand, the apparent volume [g / cm 3 ] and the weight [g] were measured for each of the raw material layer and the sinter cake, and the porosity ε TM was calculated from the apparent volume and the weight. The apparent volume was the volume of the cylinder calculated from the radius of the pot used for baking and the heights of the raw material layer and the sinter cake. The calculation results of this porosity ε TM are shown in Table 2 below.

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記表2から分かるように、原料層については、気孔率εTE及び気孔率εTMの差が4[体積%]であり、シンターケーキについては、気孔率εTE及び気孔率εTMの差が3[体積%]であった。このように、気孔率εTE及び気孔率εTMの差は僅かであり、本実施例によれば、CT値に基づいて気孔率を精度良く推定することができた。 As can be seen from Table 2, for the raw material layer, the difference in porosity epsilon TE and porosity epsilon TM is 4 [vol%], for the sinter cake, the difference in porosity epsilon TE and porosity epsilon TM It was 3 [volume%]. As described above, the difference between the porosity ε TE and the porosity ε TM was small, and according to this example, the porosity could be estimated accurately based on the CT value.

(実施例2)
実施例1で用いられた原料に含まれる5つの主要な化学成分(Fe,FeO,CaO,SiO,Al)について、各化学成分の配合割合[重量%]を測定した。この測定結果を下記表3に示す。下記表3には、各化学成分の真密度[g/cm]も示している。また、下記表3には、各化学成分の配合割合に基づいて、化学成分の真密度を加重平均した値(上述した平均真密度d)も示している。
(Example 2)
For the five main chemical components (Fe 2 O 3 , FeO, CaO, SiO 2 , Al 2 O 3 ) contained in the raw materials used in Example 1, the blending ratio [% by weight] of each chemical component was measured. .. The measurement results are shown in Table 3 below. Table 3 below also shows the true density [g / cm 3] of each chemical component. In addition, Table 3 below also shows a weighted average value of the true densities of the chemical components (the above-mentioned average true density da) based on the blending ratio of each chemical component.

Figure 0006946935
Figure 0006946935

使用したX線CT装置10における密度とCT値の関係(上記式(4))を表す係数α,βについては、αが0.0258、βが−0.697であった。 Regarding the coefficients α and β representing the relationship between the density and the CT value in the X-ray CT apparatus 10 used (the above equation (4)), α was 0.0258 and β was −0.697.

原料層及びシンターケーキのそれぞれについて、上記表3に示す平均真密度d及び画素領域R毎のCT値CTを上記式(7)に代入することにより、画素領域R毎の微細気孔率εXFを算出した。ここで、基準CT値CTは、実施例1で説明したように90である。画素領域R毎の微細気孔率εXFを算出した後、上記式(2)に基づいて、平均値εXF_aveを算出した。 For each material layer and sinter cake, the average true density d a and CT value CT X for each pixel region R shown in Table 3 by substituting the above equation (7), fine porosity of each pixel region R epsilon XF was calculated. Here, the reference CT value CT b is 90 as described in Example 1. After calculating the fine porosity epsilon XF for each pixel region R, based on the equation (2) to calculate the average value epsilon XF _ave.

原料層及びシンターケーキのそれぞれについて、微細気孔率εXFを算出するときの平均真密度dとしては、同一の値(4.8[g/cm])を用いた。ここで、原料層中には結晶水が含まれ、この結晶水は、原料層の焼成時に分解して蒸発する。このため、原料層中の結晶水は、気孔とみなすことができる。このため、平均真密度dの算出においては、上記表3に示すように、結晶水を除外し、主要な化学成分だけを考慮している。一方、原料層の焼成によってシンターケーキを製造したときには、FeOの配合割合が数質量%だけ上昇するが、平均真密度dに及ぼす影響は0.5%程度であるため、FeOの配合割合の上昇は無視した。これらの点を考慮すると、原料層及びシンターケーキのそれぞれについて、微細気孔率εXFを算出するときの平均真密度dとしては、同一の値(4.8[g/cm])を用いることができる。 For each material layer and sinter cake, the average true density d a when calculating the fine porosity epsilon XF, using the same value (4.8 [g / cm 3] ). Here, the water of crystallization is contained in the raw material layer, and the water of crystallization decomposes and evaporates when the raw material layer is fired. Therefore, the water of crystallization in the raw material layer can be regarded as pores. Therefore, in the calculation of the average true density d a, as shown in Table 3, excluding the water of crystallization, which considers only the major chemical components. On the other hand, when the production of sinter cake by firing the raw material layer is proportion of FeO is increased by a few percent by weight, because the impact on the average true density d a is approximately 0.5%, the proportion of FeO I ignored the rise. In consideration of these points, for each of the raw material layer and sinter cake, the average true density d a when calculating the fine porosity epsilon XF, using the same value (4.8 [g / cm 3] ) be able to.

上記式(3)に基づいて粗大気孔率εXLを算出し、粗大気孔率εXL及び微細気孔率εXFの平均値εXF_aveを合計した気孔率εTEを算出した。粗大気孔率εXL、微細気孔率εXFの平均値εXF_ave及び気孔率εTEの算出結果を下記表4に示す。 The crude air porosity ε XL was calculated based on the above formula (3), and the pore ratio ε TE was calculated by summing the average values ε XF _ave of the crude air porosity ε XL and the fine pore ratio ε XF. Table 4 below shows the calculation results of the crude air porosity ε XL , the average value of the fine porosity ε XF ε XF _ave, and the porosity ε TE.

一方、原料層及びシンターケーキのそれぞれについて、見掛体積[g/cm]及び重量[g]を測定し、見掛体積及び重量から気孔率εTMを算出した。見掛体積は、焼成に利用した鍋の半径と、原料層及びシンターケーキの各高さとから算出される円柱の体積とした。この気孔率εTMの算出結果を下記表4に示す。 On the other hand, the apparent volume [g / cm 3 ] and the weight [g] were measured for each of the raw material layer and the sinter cake, and the porosity ε TM was calculated from the apparent volume and the weight. The apparent volume was the volume of the cylinder calculated from the radius of the pot used for baking and the heights of the raw material layer and the sinter cake. The calculation results of this porosity ε TM are shown in Table 4 below.

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記表4から分かるように、原料層については、気孔率εTE及び気孔率εTMの差が2[体積%]であり、シンターケーキについては、気孔率εTE及び気孔率εTMの差が1[体積%]であった。すなわち、本実施例では、実施例1に比べて、気孔率εTE及び気孔率εTMの差が更に小さくなり、CT値に基づく気孔率の推定精度を向上させることができた。 As can be seen from Table 4, the raw material layer, the difference in porosity epsilon TE and porosity epsilon TM is 2 [vol%], for the sinter cake, the difference in porosity epsilon TE and porosity epsilon TM It was 1 [volume%]. That is, in this example, the difference between the porosity ε TE and the porosity ε TM was smaller than that in Example 1, and the estimation accuracy of the porosity based on the CT value could be improved.

(焼結鉱の化学成分がCT値に与える影響)
固体参照試料を用いず、焼結鉱(測定対象物O)の化学成分から密度を推定し、密度とCT値との対応関係に基づいて焼結鉱の微細気孔率を推定するとき、化学成分がCT値に与える影響について、以下に考察する。
(Effect of chemical composition of sinter on CT value)
When estimating the density from the chemical composition of the sinter (measurement object O) without using a solid reference sample and estimating the fine porosity of the sinter based on the correspondence between the density and the CT value, the chemical composition The effect of is on the CT value will be considered below.

焼結鉱では、Fe以外の他の成分として、主にCaOが挙げられる。CT値に与えるCaOの影響は、下記式(8)で表される。 In the sinter, CaO is mainly mentioned as a component other than Fe 2 O 3. The effect of CaO on the CT value is expressed by the following formula (8).

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(8)において、I_CT1は、CT値に与えるCaOの影響度、ρ_FeはFeの真密度[g/cm]、ρ_CaOはCaOの真密度[g/cm]、C_CaOはCaOの含有率[%]である。ρ_Feは5.2[g/cm]であり、ρ_CaOは3.4[g/cm]であり、C_CaOは通常10[%]程度であるため、影響度I_CT1は約3%となる。 In the above formula (8), I_CT1 is the degree of influence of CaO on the CT value, ρ_Fe 2 O 3 is the true density of Fe 2 O 3 [g / cm 3 ], and ρ_CaO is the true density of CaO [g / cm 3 ]. , C_CaO is the CaO content [%]. Since ρ_Fe 2 O 3 is 5.2 [g / cm 3 ], ρ_CaO is 3.4 [g / cm 3 ], and C_CaO is usually about 10 [%], the degree of influence I_CT1 is about 3%. It becomes.

一方、CT値に与える気孔の影響は、下記式(9)で表される。 On the other hand, the effect of pores on the CT value is expressed by the following formula (9).

Figure 0006946935
Figure 0006946935

上記式(9)において、I_CT2は、CT値に与える気孔の影響度、ρ_FeはFeの真密度[g/cm]、ρ_gasは空孔(気体)の密度[g/cm]、C_airは気孔の存在率[%]である。ρ_Feは5.2[g/cm]であり、気体を空気としたときのρ_gasは1.3×10−3[g/cm]であり、C_gasは通常60[%]程度であるため、影響度I_CT2は約60[%]となる。 In the above formula (9), I_CT2 is the degree of influence of pores on the CT value, ρ_Fe 2 O 3 is the true density of Fe 2 O 3 [g / cm 3 ], and ρ_gas is the density of pores (gas) [g / cm 3 ], C_air is the abundance rate [%] of pores. ρ_Fe 2 O 3 is 5.2 [g / cm 3 ], ρ_gas when the gas is air is 1.3 × 10 -3 [g / cm 3 ], and C_gas is usually about 60 [%]. Therefore, the degree of influence I_CT2 is about 60 [%].

このように、焼結鉱におけるFe以外の他の化学成分(CaO)がCT値に与える影響度I_CT1は、焼結鉱の気孔がCT値に与える影響度I_CT2よりもはるかに小さくなる。このため、他の化学成分がCT値に与える影響を無視しても、CT値CTから算出される微細気孔率εXFに与える影響は少なく、微細気孔率εXFの推定精度を確保することができる。 As described above, the degree of influence I_CT1 of the chemical component (CaO) other than Fe 2 O 3 on the CT value in the sinter is much smaller than the degree of influence I_CT2 of the pores of the sinter on the CT value. .. Therefore, even if the influence of other chemical components on the CT value is ignored, the influence on the fine porosity ε XF calculated from the CT value CT X is small, and the estimation accuracy of the fine porosity ε XF should be ensured. Can be done.

10:X線CT装置、11:X線源、12:検出器、12a:シンチレータ、
12b:光電変換素子、20:演算装置、30:ディスプレイ、O:測定対象物、
R:一画素、S:固体領域(微細気孔を含む)、U:固体領域の内部に存在する空洞、
V:固体領域を取り囲む気体領域、Is:CT画像
10: X-ray CT device, 11: X-ray source, 12: detector, 12a: scintillator,
12b: photoelectric conversion element, 20: arithmetic unit, 30: display, O: object to be measured,
R: 1 pixel, S: solid region (including fine pores), U: cavity existing inside the solid region,
V: Gas region surrounding the solid region, Is: CT image

Claims (6)

多孔質の測定対象物において、前記測定対象物のX線CT画像を構成する1つの画素領域内で前記測定対象物の固体部分とともに存在する気体部分が占める割合である微細気孔率を推定する方法であって、
前記測定対象物、固体参照試料及び気体を含むX線CT画像におけるCT値のヒストグラムに基づいて、
前記固体参照試料の頻度ピークを示すCT値である固体CT値と、前記気体の頻度ピークを示すCT値である気体CT値を特定するとともに、
前記測定対象物の頻度ピークと前記気体の頻度ピークとの間で極小値を示すCT値である基準CT値を特定し、
前記測定対象物のX線CT画像を構成する複数の画素領域のうち、前記基準CT値よりも大きいCT値を示す対象画素領域について、前記固体CT値に対応する気孔率を0%とし、前記気体CT値に対応する気孔率を100%としたときのCT値及び気孔率の対応関係を示す下記式(I)の一次関数に基づいて、前記各対象画素領域のCT値に対応する気孔率を算出し、
複数の前記対象画素領域における気孔率の代表値を前記微細気孔率として推定する、
ことを特徴とする気孔率推定方法。
Figure 0006946935
ここで、ε XF は前記対象画素領域の気孔率、CT は前記対象画素領域のCT値、CT は前記固体CT値、CT は前記気体CT値である。
A method for estimating the fine porosity, which is the ratio of the gas portion existing together with the solid portion of the measurement object in one pixel region constituting the X-ray CT image of the measurement object in the porous measurement object. And
Based on the histogram of CT values in the X-ray CT image including the object to be measured , the solid reference sample and the gas.
The solid CT value, which is a CT value indicating the frequency peak of the solid reference sample, and the gas CT value, which is a CT value indicating the frequency peak of the gas, are specified, and at the same time.
A reference CT value, which is a CT value indicating a minimum value between the frequency peak of the measurement object and the frequency peak of the gas, is specified.
Among the plurality of pixel regions constituting the X-ray CT images of the measurement object, the target pixel region showing a large CT value than the reference CT value, the porosity corresponding to the solid CT value 0%, the Based on the linear function of the following equation (I) showing the correspondence between the CT value and the pore ratio when the pore ratio corresponding to the gas CT value is 100%, the pore ratio corresponding to the CT value of each target pixel region. Is calculated and
A representative value of the porosity in the plurality of target pixel regions is estimated as the fine porosity.
A method for estimating porosity.
Figure 0006946935
Here, ε XF is the porosity of the target pixel region, CT X is the CT value of the target pixel region, CT 1 is the solid CT value, and CT 0 is the gas CT value.
前記固体参照試料は、真密度が4.74〜5.74g/cm であり、ヘマタイト粒又は合金であることを特徴とする請求項に記載の気孔率推定方法。 The porosity estimation method according to claim 1 , wherein the solid reference sample has a true density of 4.74 to 5.74 g / cm 3 and is a hematite grain or an alloy. 複数の化学成分によって構成された多孔質の測定対象物において、前記測定対象物のX線CT画像を構成する1つの画素領域内で前記測定対象物の固体部分とともに存在する気体部分が占める割合である微細気孔率を推定する方法であって、
前記測定対象物のX線CT画像におけるCT値のヒストグラムに基づいて、前記測定対象物の固体部分の頻度ピークと前記測定対象物の内部に存在する気体の頻度ピークとの間で極小値を示すCT値である基準CT値を特定し、
前記測定対象物のX線CT画像を構成する複数の画素領域のうち、前記基準CT値よりも大きいCT値を示す対象画素領域について、下記式(II)に基づいて、前記各対象画素領域のCT値に対応する気孔率を算出し、
複数の前記対象画素領域における気孔率の代表値を前記微細気孔率として推定する、
ことを特徴とする気孔率推定方法。
Figure 0006946935
ここで、εXFは前記対象画素領域の気孔率、CTは前記対象画素領域のCT値、α及びβは予め決められた係数、daは、前記各化学成分の質量割合に基づいて、前記複数の化学成分の真密度を加重平均した平均真密度である。
In a porous measurement object composed of a plurality of chemical components, the ratio of the gas portion existing together with the solid portion of the measurement object in one pixel region constituting the X-ray CT image of the measurement object. A method of estimating a certain fine porosity,
Based on the CT value histogram in the X-ray CT image of the measurement object, a minimum value is shown between the frequency peak of the solid portion of the measurement object and the frequency peak of the gas existing inside the measurement object. Identify the reference CT value, which is the CT value,
Of the plurality of pixel regions constituting the X-ray CT image of the measurement target, the target pixel region showing a CT value larger than the reference CT value is the target pixel region based on the following formula (II). Calculate the pore ratio corresponding to the CT value,
A representative value of the porosity in the plurality of target pixel regions is estimated as the fine porosity.
A method for estimating porosity.
Figure 0006946935
Here, ε XF is the pore ratio of the target pixel region, CT X is the CT value of the target pixel region, α and β are predetermined coefficients, and da is the mass ratio of each chemical component. Ru average true density der that the weighted average true density of the plurality of chemical components.
前記測定対象物は、焼結用原料、シンターケーキ又は焼結鉱であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の気孔率推定方法。 The porosity estimation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the object to be measured is a raw material for sintering, a sinter cake or a sinter. 前記測定対象物のX線CT画像において、前記測定対象物の輪郭で囲まれた領域内に存在するすべての画素の総数に対する、前記基準CT値以下であるCT値を示す画素の総数の割合を、前記測定対象物において、前記1つの画素領域内の全体に存在する粗大気孔が占める割合である粗大気孔率として推定することを特徴とする請求項1からのいずれか1つに記載の気孔率推定方法。 In the X-ray CT image of the measurement object, the ratio of the total number of pixels showing a CT value equal to or less than the reference CT value to the total number of all pixels existing in the area surrounded by the contour of the measurement object. The pores according to any one of claims 1 to 4 , wherein the measurement object is estimated as a crude air porosity, which is a ratio of crude air pores existing in the entire pixel region. Rate estimation method. 前記粗大気孔率及び前記微細気孔率の合計値を、前記測定対象物の全体の気孔率として推定することを特徴とする請求項に記載の気孔率推定方法。 The porosity estimation method according to claim 5 , wherein the total value of the crude air porosity and the fine porosity is estimated as the total porosity of the object to be measured.
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