非破壊観察事例：卓上型X線CTのSKYSCAN 1272/1275の活用

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非破壊観察事例：卓上型 X 線 CT の SKYSCAN 1272/1275 の活用

BRUKER JAPAN WEBINAR

X

線事業部アプリケーション部中山悠

2021

年

6

月

10

日

(2)

|

BRUKER JAPAN WEBINAR

プレゼンター自己紹介

10 June 2021 2

Innovation with Integrity

▪ 2018

ブルカージャパン株式会社入社

µCT

アプリケーション業務に従事

▪ 2013

旭鉱末株式会社入社研究開発業務に従事

▪ 2013

信州大学大学院卒業

ブルカージャパン株式会社 X 線事業部アプリケーション部

µCT アプリケーション中山悠

(3)

|

BRUKER JAPAN WEBINAR

01 ^X

^線

^{CT(3D X}

^線顕微鏡

⁾

^{の原理と装置構成}

02

^卓上型

^X

^線

CT SKYSCAN 1272/1275

のご紹介

03

^{活用事例のご紹介}

本日の内容

10 June 2021 3

(4)

|

X

線CT(3 D X線顕微鏡）の原理と装置構成

X線CT(3D X線顕微鏡）とは

▪

Ｘ線

CT(3D X

線顕微鏡）とは、

X

線の物質透過力を利用した非破壊内部構造観察のための装置です

▪

可視光よりエネルギーの大きな電磁波である

X

線は、物体の透過力が高く、例えば手のひらに

X

線を照射すると右図のように透過像

（いわゆるレントゲン写真）を得ることが可能です

▪

物体の組成、密度により

X

線吸収量が異なること（示差吸収）を利用することにより、右図のような透過像を得ることができます

▪ X

線の吸収量

τ

は物体の密度

ρ

、光子エネルギー

E

、物体の原子番号

Z

を用いて以下の式により表されます

𝜏 ∝ 𝜌 𝑍 ⁴ 𝐸 ³

10 June 2021 4

手のひらの透過像（レントゲン写真）

薬指に見えるものは指輪。

(5)

|

X

X線CT(3D X線顕微鏡）とは

10 June 2021 5

X-ray source

▪

透過像（レントゲン写真）は

2D

投影画像であり、厚みの情報はもちません

(6)

|

X

X線CT(3D X線顕微鏡）とは

January 2020 6

3D XRM Introduction

サンプル

検出器に届く信号

X

線源

▪ X

線はサンプルが一部吸収し、一部が検出器に届きます

(7)

|

X

X線CT(3D X線顕微鏡）とは

January 2020 7

3D XRM Introduction

▪

いろいろな方向から複数枚の投影画像を取得します

(8)

|

X

X線CT(3D X線顕微鏡）とは

January 2020 8

3D XRM Introduction

4

投影画像

▪

逆投影を行います

(9)

|

X

X線CT(3D X線顕微鏡）とは

January 2020 9

3D XRM Introduction

無限投影画像

▪

無限枚数の投影画像を用いて逆投影を行います

(10)

|

X

X線CT(3D X線顕微鏡）の装置構成

▪

装置は、

X

線源、サンプルステージ、検出器で構成されています

▪ X

線

CT(3D X

線顕微鏡）は、サンプルをその場で回転させあらゆる角度からの透過像を取得します

10 June 2021 10

装置構成

X線源

サンプル検出器

(11)

|

X

3Dデータ化

▪

取得した透過像を元にサンプルの三次元構造データをコンピュータグラフィックス化します

▪

この処理を再構成と呼びます

▪

透過像とは反対に、

3D

データは

X

線吸収量の小さな物質は濃く、大きな物質は薄く表現しています

10 June 2021 11

(12)

観察結果の例(2D)

10 June 2021 12

2D断面像の観察

(13)

観察結果の例(3D)

10 June 2021 13

3Dボリュームレンダリング

の観察

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数値解析結果の例(3Dモデル表示）

10 June 2021 14

数値解析3Dモデル幅厚分布

数値解析3Dモデル空間径分布

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卓上型X線CT SKYSC AN 1 2 7 2 / 1 2 7 5のご紹介

マテリアルサイエンス向け装置のラインナップ

10 June 2021 15

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卓上型 X 線 CT SKYSCAN 1275/1272 の特長

10 June 2021 16

104 cm 40 cm

170 kg

66 cm

118 cm

33 cm

52 cm

150 kg

▪

一般的な実験台に載せることができます

▪ 100V

電源にて使用可能です

▪

メンテナンスフリー

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卓上型 X 線 CT SKYSCAN 1275/1272 の特長

10 June 2021 17

SKYSCAN 1272 SKYSCAN 1275

卓上型ハイスループット 卓上型高分解能

※

Mpx:

メガピクセル＝

100

万画素、

FP:

フラットパネル、

CCD:

電荷結合素子

ピクセル分解能

<4 µm <0.35µm

検出器

3 Mpx FP 11 or 16 Mpx CCD

X

線加速電圧

40-100 kV 40-100 kV

最大試料サイズ直径

96 mm

高さ

120 mm

直径

75 mm

高さ

70 mm

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|

卓上型ハイスループット X 線 CT SKYSCAN 1275 の特長

▪

大きな立体角を有するX線源

▪

薄いシンチレーターで高効率な大型フラットパネル検出器

▪

サンプルチェンジャー搭載可

⇩

▪

大きな視野で最大スキャンサイズφ96mm×高さ120mm

▪

露光時間と読み出し時間を短くできるので、最短80秒の短時間スキャンを可能に！

▪

大きな信号ノイズ比(S/N比)

▪

直感的なユーザーインターフェースと便利な機能で、装置操作に不慣れな方でも簡単に測定可能！

10 June 2021 18

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卓上型ハイスループット X 線 CT SKYSCAN 1275 の特長

▪ SKYSCAN 1275だけの特別な機能：

プッシュボタン

▪

サンプルを置いたら、あとはボタンを押すだけでスキャン～再構成～ボリュームレンダリングが行われます

▪

サンプルチェンジャーの使用でさらにハイスループット

10 June 2021 19

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|

卓上型高分解能 X 線 CT SKYSCAN 1272 の特長

▪

焦点寸法<5 µmのマイクロフォーカスX線源を搭載

▪

精密なマイクロポジショニングステージ

▪

ピクセルピッチ9 µmで11 or 16 Mpxの高精細

CCD検出器を搭載

⇩

▪

ピクセル分解能<350 nmの高分解能を測定を可能に！

10 June 2021 20

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|

活用事例のご紹介

多岐にわたる応用分野

10 June 2021 21

(22)

SKYSCAN 1275 を用いた玄米の測定例

10 June 2021 22

SKYSCAN 1275

玄米の構造胚芽

胚乳ぬか

(

白米

)

•

測定時間：

4

分

•

ピクセル分解能：

5µm

20µm

(23)

SKYSCAN 1275 を用いた白米の測定例

10 June 2021 23

SKYSCAN 1275

胚乳ぬか

(

白米

)

30µm

(24)

SKYSCAN 1272 を用いた玄米の測定例

10 June 2021 24

•

測定時間：

1

時間

47

分

• 1µm

胚乳ぬか

(

白米

) SKYSCAN 1272

5µm

4µm

(25)

SKYSCAN 1272 を用いた白米の測定例

10 June 2021 25

•

測定時間：

1

時間

47

分

• 1µm

SKYSCAN 1272

胚乳ぬか

(

白米

)

6µm

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SKYSCAN 1275 を用いた 3D プリンタ造形物の測定例

10 June 2021 26

SKYSCAN 1275

3D

プリンタ造形物

•

測定時間：

22

分

/

スキャン

• 5µm

• 4

オーバーサイズスキャン

(27)

SKYSCAN 1275 を用いた 3D プリンタ造形物の測定例

10 June 2021 27

(28)

SKYSCAN 1275 を用いた 3D プリンタ造形物の測定例

10 June 2021 28

CAD

データとの比較

(29)

SKYSCAN 1275 を用いた 3D プリンタ造形物の測定例

10 June 2021 29

(30)

SKYSCAN 1275 を用いた IC チップの測定例

10 June 2021 30

IC

チップの内部構造

SKYSCAN 1275

• 15µm

(31)

SKYSCAN 1275 を用いた電子基板の測定例

10 June 2021 31

SKYSCAN 1275

電子基板

• 10µm

•

測定時間：

11

分

(32)

SKYSCAN 1275 を用いた紙おむつの測定例

10 June 2021 32

SKYSCAN 1275

紙おむつ

• 45µm

(33)

SKYSCAN 1275 を用いた紙おむつの測定例

10 June 2021 33

Innovation with Integrity 0

5000 10000 15000 20000 25000 30000

45 -< 135 135 -< 225 225 -< 315 315 -< 405 405 -< 495 495 -< 585 585 -< 675 675 -< 765 765 <

個数[個]

粒径[um]

(34)

SKYSCAN 1275 を用いた錠剤の測定例

10 June 2021 34

SKYSCAN 1275

錠剤

• 10µm

•

測定時間：

6

分

/

スキャン

• 5

オーバーサイズスキャン

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SKYSCAN 1275 を用いた錠剤の測定例

10 June 2021 35

80µm

•

断面像観察

(36)

SKYSCAN 1272 を用いたカプセル剤の測定例

10 June 2021 36

18mm

8.0μm 12μm

カプセル

薬成分空隙

SKYSCAN 1272

(37)

SKYSCAN 1272 を用いたカプセル剤の測定例

10 June 2021 37

•

粒子中の薬成分の分布を可視化しました

•

粒子中の薬成分割合は

2.5%

でした

0 5 10 15 20 25

4 -<12 12 -<20 20 -<28 28 -<36 36 -<44 44 -<52 52 -<60 60 -<68 68 -<76 76 -<84 84 -<92

体積パーセント

[% ]

球相当径

[um]

粒子薬成分解析範囲体積

160 mm ³ 98.3 mm ³

物質体積

98.3 mm ³ 2.44 mm ³

充填率

- 2.5%

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SKYSCAN 1272 を用いた CFRP の測定例

10 June 2021 38

CFRP

(炭素繊維強化プラスチック)

• 2.0µm

SKYSCAN 1272

(39)

SKYSCAN 1272 を用いた CFRP の測定例

10 June 2021 39

Innovation with Integrity 0

2 4 6 8 10 12 14 16 18

0-< 15 15 -< 30 30 -< 45 45 -< 60 60 -< 75 75 -< 90 90 -< 105 105 -< 120 120 -< 135 135 -< 150 150 -< 165 165 -< 180

存在比

[% ]

角度

[

°

]

• 2D

配向性を算出し、角度ごとに色付けしました

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SKYSCAN 1272 を用いた CFRP の測定例

10 June 2021 40

180 °

0 °

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SKYSCAN 1272 を用いたフリーズドライ食品の測定例

10 June 2021 41

透過像上端部(6mm位置) 断面像

中間部(27mm位置)

3D表示

SKYSCAN 1272

•

ピクセル分解能

: 1.5µm

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SKYSCAN 1272 を用いたフリーズドライ食品の測定例

10 June 2021 42

厚さ分布

0 5 10 15 20 25 30 35

-<9.0 9.0 -<15 15 -<21 21 -<27 27 -<33 33 -<39 39 -<45 45 -<51 51 -<57 57 -<63 63 -<69 69 -<75

体積パーセント

[% ]

構造厚

[μm]

上端部中間部

•

厚さ分布は、二値化された関心対象内に球

(

ボクセル

)

を拡張していき、ニ点が接触した時点の球径を算出するアルゴリズムにて、

厚さを評価する方法です構造厚分布

9 μm 75 μm

透過像

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SKYSCAN 1272 を用いた USB レシーバーの測定例

10 June 2021 43

故障前

故障後

USBレシーバー

SKYSCAN 1272

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SKYSCAN 1272 を用いた USB レシーバーの測定例

10 June 2021 44

(45)

SKYSCAN 1272 を用いた USB レシーバーの測定例

10 June 2021 45

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SKYSCAN 1272 を用いた USB レシーバーの測定例

10 June 2021 46

(47)

Thank you!

ご清聴ありがとうございました

非破壊観察事例：卓上型X線CTのSKYSCAN 1272/1275の活用