CN101424524B - 组装品的检查方法以及检查系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检查系统，在短时间内求出构成组装品的各部件间的三维位置关系，对作为被检查体的组装品的内部状态进行检查。其特征在于，具备：数据编辑处理部(2)，存储设计数据，制成、编辑计算投影图；亮度计算部(3)，根据上述计算投影图计算出应选取的部件的边界附近的亮度；灵敏度设定部(4)，根据上述计算出的亮度设定摄影装置(5)的灵敏度以使该边界附近的投影像变得清晰；摄影装置(5)，针对所搬送的上述组装品取得多个方向的投影像；图像处理部(6)，将上述投影像变换成电信号以作为实际投影图进行图像处理；以及判断部(8)，根据上述实际投影图中的部件是否存在于由上述数据编辑处理部取得的上述计算投影图的部件的容许范围内，来判断上述组装品是否合格。

Description

组装品的检查方法以及检查系统

技术领域

本发明涉及由多个部件构成的组装品的检查方法，更详细而言，涉及利用通过设计数据得到的计算投影图和通过摄影得到的组装品的内部状态的投影像，对组装状态进行检查的检查方法。进而，还涉及使用了该检查方法的检查系统。

背景技术

工业产品通常是由多个部件组成的组装品。作为产品的检查，除了各个部件的尺寸检查以外还需要对组装状态(例如部件间的平行度和同轴度等)进行检查。

以往，为了调查内部的组装状态，多使用X射线投影装置。X射线投影装置向组装品照射X射线并通过照相机检测所透射来的X射线而得到投影像。X射线在透过物体时，其强度与该物体材质固有的衰减率和透射长度(X射线进入物体中的距离)对应地衰减。因此，可以通过投影像得知组装品内部中的各个部件的位置。

另外，作为其他方法还考虑使用X射线CT(ComputedTomography，计算机断层扫描)装置。X射线CT装置从包围组装品的多个方向照射X射线以取得投影像，通过根据这些多个投影像的集合计算求出重构图像(剖面图)。实际上，对各方向的投影像进行一维傅立叶变换，并将它们合成以制成二维傅立叶变换像后，对其进行逆傅立叶变换，从而得到重构图像。

例如，在专利文献1中，公开出如下的方法：从进行检查的印刷布线板的一面照射X射线，并在其相反的一面对所透射的X射线进行检测、图像化，对预先提供的布线图案的尺寸数据、通孔位置以及孔径的数据与所得到的图像进行比较，检查布线图案的缺陷和通孔的缺陷。

另外，在专利文献2中，公开出如下的检查方法：针对多层基板，在垂直方向上采用使用了X射线CT装置的摄像结果，在水平方向上使用设计值，从而制成基板内部的三维结构的图像，对多层基板进行检查。

专利文献1：日本特开平07-235773号公报

专利文献2：日本特开昭60-161551号公报

发明内容

但是，在专利文献1公开的技术中，存在如下问题：虽然可以确定与所照射的X射线的行进方向垂直的方向上的位置，但无法确定X射线的行进方向上的位置。

另外，在专利文献2记载的技术中，由于针对1个组装品取得多张(例如1200张)投影像，所以摄影花费较多时间，并且由于在图像重构的计算中反复进行傅立叶变换，所以也需要时间，从而对于每个组装品总计需要1个小时左右的时间。另外有时会出现X射线CT装置特有的被称为伪影的虚像，有时会妨碍检查。在该方法中，由于清晰地显示出组装品的三维结构，所以可以回避上述那样的无法确定X射线的行进方向上的位置这样的状态。但是，由于花费过长的时间，所以难以适用于量产产品的检查。

鉴于上述问题点，本发明要解决的问题在于提供一种在短时间内求出构成组装品的各部件间的三维位置关系，以对作为被检查体的组装品的内部状态进行检查的检查方法。进而另一问题在于提供一种使用了上述检查方法的组装品的检查系统。

为了解决上述问题，本发明的组装品的检查方法根据通过依据由多个部件构成的组装品的设计数据计算取得的表示该组装品的部件的内部状态的计算投影图、和在组装该组装品之后通过摄影装置取得的表示该组装品的部件的内部状态的投影像，对该组装品进行检查，该方法的特征在于，具备如下步骤：根据上述设计数据，针对多个方向的每个方向计算出从该多个方向对应选取的部件进行拍摄时的边界附近的亮度的步骤；根据上述亮度设定上述摄影装置的灵敏度以使该边界附近的投影像变得清晰的步骤；通过上述摄影装置对上述组装品取得多个方向的投影像的步骤；将上述投影像变换成电信号以作为实际投影图进行图像处理的步骤；以及根据由上述实际投影图表示的上述部件是否存在于由上述计算投影图表示的该部件的容许范围内，来判断上述组装品是否合格的步骤。

如上所述，由于针对进行摄影的每个方向计算出应选取的部件的边界附近的亮度，设定摄影装置的灵敏度，可以从多个方向进行摄影，所以可以提供在短时间内对作为被检查体的组装品中的内部状态进行检查的组装品的检查方法。

另外，可以提供使用了上述组装品的检查方法的组装品的检查系统。

根据本发明，可以在短时间内知道构成组装品的各部件间的三维位置关系，因此，可以提供能够在制造的量产工序中高效地进行组装品是否合格的判断的组装品的检查方法。

而且，可以提供使用了上述组装品的检查方法的组装品的检查系统。

附图说明

图1是说明本发明的一个实施方式的组装品的检查方法的概念的图。

图2是上述组装品的X、Y、Z方向的剖面图。

图3是说明上述组装品的是否合格的判断的概念的图。

图4是示出上述组装品的投影像中的物体的亮度与位置关系的图。

图5是本发明的一个实施方式的组装品的检查系统的概略结构图。

图6是示出实施例1的图。

图7是示出实施例1中的组装品的检查步骤的图。

图8是示出实施1组的实施例1中的摄影装置时的例子的图。

图9是示出实施例2的图。

符号说明

1   检查系统

2   数据编辑处理部

3   亮度计算部

4   灵敏度设定部

5   摄影装置

6   图像处理部

7   偏差计算部

8   判断部

101 组装品

102X 射线照射方向(Y轴方向)

103、105 照相机

104X 射线照射方向(X轴方向)

201 外部品

202 内部品

203X 方向实际投影图

204Y 方向实际投影图

205、206 计算投影图

601、608 组装品

603 搬送台

604、606X 射线发生装置

605、607 照相机

801 框架

802X 射线发生装置

803 照相机

901  旋转轴

902  部件

903  刀具

904、906X  射线发生装置

905、907  照相机

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是说明本发明的一个实施方式的组装品的检查方法的概念的图。在上述的检查方法中，为了在短时间内求出三维位置关系，对来自多个方向的实际投影图(不仅仅是来自1个方向的实际投影图)与通过根据设计数据计算取得的表示该组装品的部件的内部状态的计算投影图进行组合。此处，实际投影图如后所述，是指对通过X射线照射并使用照相机来拍摄组装品所得到的模拟的投影像进行了数字化以便能够容易地进行图像处理的图。在图1中，使用从使X射线直行的2个方向对组装品进行照射，并从各个方向拍摄的2张实际投影图。对组装品101设定(可以是任意的)坐标，沿着X方向、Y方向分别照射X射线104、102，并使用照相机105、103分别取得其投影像。

另外，在上述设计数据中包括例如表示组装品中的各个部件的位置的三维坐标、以及用于确定各个部件的形状的尺寸和角度等。

图2示出组装品的X、Y、Z方向的剖面图，图2(a)示出任意的Z轴方向的位置处的剖面图，图2(b)示出通过上述照相机105取得的X轴方向的实际投影图，图2(c)示出通过上述照相机103取得的Y轴方向的实际投影图。组装品构成为在外部品201的内侧设置有内部品202。在X轴方向的实际投影图203中，用虚线表示通过根据设计数据计算求出的内部品202的计算投影图205。其中，为了表示此时的内部品202的准确的偏差，必须使外部品201的计算投影图与实际得到的实际投影图完全重叠。同样地，在Y轴方向的实际投影图204中用虚线表示通过计算求出的内部品202的计算投影图206。

利用两个方向的实际投影图203、204，可以求出计算投影图与实际投影图的偏差ΔX、ΔY，由此判明内部品202相对于外部品201的位置关系。以上为根据在Z轴方向的任意位置处求出的设计数据得到的实际投影图的偏差，通过针对Z轴方向的所有位置进行上述过程，可以求出内部品202相对于外部品201的三维位置关系，例如内部品202的中心轴的斜率等。由此，可以直接与设计中假设的各部件间的三维位置关系进行比较，可以检查组装品状态。

具体而言，为了判断组装品是否合格，可以考虑下述两个方法。在第一个方法中，如图3(a)所示，预先追记在计算投影图中用虚线表示的容许范围内(例如如果检查的目的为部件间的同轴度，则是指与轴的偏移的容许值对应的部件的实际投影图的范围)，仅通过将利用X射线摄影得到的实线的实际投影图与其重叠而瞬时地判断是否合格。

在另一个方法中，如图3(b)所示，如上所述，在任意的Z_n处，根据通过X射线摄影得到的实线的实际投影图与通过应检查的部件的位置、角度的设计数据得到的虚线的计算投影图求出偏差(ΔX₁、ΔX₂、、、ΔX_n)，将该偏差与预先设定的偏差的容许值进行比较，从而判断是否合格。在该情况下，不仅仅可以掌握是否合格，还可以得到偏差的数值，所以可以掌握偏差的趋势(例如，随机地变动、处于增加趋势等)。

为了检查组装品的内部状态，需要通过所得到的实际投影图正确地得知构成组装品的各个部件的配置状况。但是，根据组装品的内部中的部件的配置状况，有时在通过X射线照射得到的实际投影图中，部件与部件的边界线具有宽度而产生少许模糊。

因此，在本检查方法中，将计算投影图以及实际投影图的亮度表示成16位(0～65535)的点的集合，并根据设计数据预先计算出多个方向上的希望选取的边界附近的亮度范围，从而可以与所计算出的亮度对应地设定照相机的灵敏度来进行摄影。

具体而言，通过图4进行说明。图4是示出应选取部件的边界附近的亮度和位置关系的图。实线表示通过X射线摄影的在某个方向的实际投影图，虚线表示通过计算而算出的该方向的计算投影图。纵轴表示亮度，横轴表示物体的位置。按照配置部件的位置，根据设计数据计算出该方向的亮度的范围，从而可以确定其范围，并设定与其范围对应的照相机的灵敏度。可以针对每个应选取的部件的摄影设定其灵敏度。与如X射线CT装置那样在同一灵敏度下要求规定次数的摄影不同。这样，可以根据部件的配置状况，在每次摄影时设定照相机的灵敏度，所以可以在短时间内取得实际投影图来判断组装品是否合格。

接下来，对用于实现上述检查的组装品的检查系统进行说明。图5是示出本发明的一个实施方式的组装品的检查系统的概略结构图。检查系统1具备：数据编辑处理部2，存储设计数据，并制成、编辑计算投影图；亮度计算部3，根据上述计算投影图计算出应选取的部件的边界附近的亮度；灵敏度设定部4，根据上述计算出的亮度设定上述摄影装置的灵敏度以使该边界附近的投影像变得清晰；摄影装置5，针对所搬送的上述组装品取得多个方向的投影像；图像处理部6，将上述投影像变换成电信号以生成由数字数据构成的实际投影图；偏差计算部7，计算出由通过上述图像处理部6取得的实际投影图表示的部件的位置、与由上述计算投影图表示的该部件的位置之间的偏差；以及判断部8，判断上述组装品是否合格。

数据编辑处理部2存储表示组装品中的部件的位置的坐标、以及部件的尺寸和角度等设计数据，进而使用该设计数据制成计算投影图。

由于如上所述那样亮度根据部件的配置状况而不同，所以亮度计算部3根据计算投影图计算出应选取的部件的边界附近的亮度。灵敏度设定部4根据由亮度计算部3计算出的亮度，变换并设定成与所使用的摄影装置5的照相机对应的灵敏度。此处，灵敏度的设定与X摄像CT装置不同，可以在每次摄影时进行设定。摄影装置5例如有由X射线发生装置和照相机构成的X射线摄影装置。

图像处理部6将由上述摄影装置5拍摄的实际摄影像变换成易于进行图像处理的数字数据等电信号，进行图像处理而生成实际投影图。

判断部8具备：根据实际投影图中的组装品的部件的位置是否存在于由数据编辑处理部2取得的计算投影图的部件的位置的容许范围内，来判断组装品是否合格的功能；以及根据由上述偏差计算部计算出的偏差是否存在于由数据编辑处理部2取得的偏差的容许值的范围内，来判断组装品是否合格的功能。

(实施例1)

图6是示出实施例1中的对量产组装品的组装精度进行检查的检查方法的图。被检查的组装品601以规定的间隔载置于搬送台603上。从X射线发生装置604发射的X射线沿着水平方向透过组装品601而到达照相机605，从而可以得到水平方向的投影像。另外，从X射线发生装置606发射的X射线沿着铅直方向透过组装品601而到达照相机607，从而可以得到铅直方向的投影像。其中，在搬送台603妨碍X射线投影的取得的情况下，还可以变更搬送台的材质、或者设置孔。将这样得到的投影像通过图像处理部6变换成电信号，作为实际投影图送出到判断部。在判断部8中，使用由数据编辑处理部2制成的计算投影图，判断实际投影图中的部件的位置是否位于计算投影图的部件的位置的容许范围内，以判断是否合格。

图7是示出本实施例1的检查步骤的图。组装品601被载置于搬送台603上以进行移动。在组装品601通过摄影位置时，使2台X射线发生装置604、606同时动作并通过照相机605、607分别取得水平方向、铅直方向的投影图。另外，还可以使组装品601临时停止于摄影位置处，以花费一定时间(为了降低噪声)来进行摄影。此时，如上所述，还可以与应选取的部件的边界附近的亮度对应地重新设定照相机605、607的灵敏度。在摄影结束之后，搬送台603移动以使下一个组装品608来到摄影位置。另一方面，所取得的水平方向、铅直方向的投影像被送到上述图像处理部6并被变换成电信号而作为实际投影图送到判断部8，在此与预先由数据编辑处理部2制成的计算投影图进行比较而判断是否合格。

这样，可以在短时间内求出构成组装品的各部件间的三维位置关系，以对作为被检体的组装品的内部状态进行检查。

以上，对使用2组由X射线发生装置和照相机构成的一组摄影装置的情况进行了说明，但在图8中示出实施1组摄影装置时的例子。搬送台以及组装品与图6相同，但固定于框架801上的X射线发生装置802与照相机803可以一体地沿着箭头方向旋转。在该情况下，无法如图6所示那样在多个方向上同时进行摄影，检查的处理能力降低，但可以得到针对组装品的种类的最佳的(精度良好)方向的实际投影图，并且，所得到的实际投影图也不限于2个方向，可以得到任意数量的方向的投影图。因此，还可以根据需要而用作以往的X射线CT装置。

(实施例2)

图9是示出本发明的实施例2的图，是一边通过车床切削圆筒型的孔的内部，一边利用X射线进行摄影的状态的图。在车床的旋转轴901上安装有部件902，对其通过刀具903切削部件902的内部。在加工中的孔以及刀具903可以投影的位置，设置有X射线发生装置904和照相机905的组合、以及X射线发生装置906和照相机907的组合。

将旋转轴901的规定的转数下的部件902的切削深度以及刀具903的位置追加为设计数据，通过根据该设计数据预先计算求出计算投影图，将其与通过摄影得到的实际投影图进行比较，从而可以求出刀具903的前端的计算上的位置与实际位置之间的偏差。通过利用该偏差对刀具903的保持位置进行校正，从而可以高精度地加工从外部无法观察到的圆筒型孔的内部。

这样，可以大致实时地得到所观察的部件的被观察部分的三维位置。因此，可以将该方法用作通过车床或铣床进行的机械加工、特别是在对部件内部进行切削的过程中无法从外部观察到刀具前端时的刀具前端位置的监视。

(实施例3)

对本发明的实施例3进行说明。在实施例3中，被检查体是由N个部件构成的组装品，将各部件的尺寸以及相互的位置关系用作设计数据。通过该设计数据，可以预先求出2个方向的计算投影图。将通过与其相同的2个方向的X射线得到的实际投影图分别与计算投影图进行比较，从而如上所述，可以针对N个部件中的每个部件分别求出实际的位置和方向与设计数据的偏差。

如果通过该偏差对设计数据进行校正，并使用该数据制成用于计算流体、热、结构的计算网，则可以得到忠实地再现了各部件间的实际的相对位置关系的计算模型。虽然还可以使用X射线CT装置来实现同样的功能，但与X射线CT装置相比具有以下优点。即，不会发生在X射线CT装置中观察到的特有的伪影，可以在与X射线CT装置相比远远更短的时间内生成计算网，进而可以通过比X射线CT装置更廉价的X射线摄影装置来实现。

另外，在本实施方式中，在组装品的内部形状的透视中使用了X射线，但除了X射线以外还可以使用MRI(Magnetic ResonanceImaging：磁共振成像装置)等。

Claims (6)

1.一种组装品的检查方法，根据通过依据由多个部件构成的组装品的设计数据计算取得的表示该组装品的部件的内部状态的计算投影图、和在组装该组装品之后通过摄影装置取得的表示该组装品的部件的内部状态的投影像，对该组装品进行检查，其特征在于，具备如下步骤：

根据上述设计数据，针对多个方向的每个方向计算出从该多个方向对应选取的部件进行拍摄时得到的边界附近的亮度的步骤；

根据上述亮度设定上述摄影装置的灵敏度以使该边界附近的投影像变得清晰的步骤；

通过上述摄影装置对上述组装品取得多个方向的投影像的步骤；

将上述投影像变换成电信号以作为实际投影图进行图像处理的步骤；以及

根据由上述实际投影图表示的上述部件是否存在于由上述计算投影图表示的该部件的容许范围内，来判断上述组装品是否合格的步骤。

2.根据权利要求1所述的组装品的检查方法，其特征在于，判断上述组装品是否合格的步骤具备计算出由上述实际投影图表示的上述部件的位置与由上述计算投影图表示的该部件的位置之间的偏差的步骤。

3.根据权利要求2所述的组装品的检查方法，其特征在于，判断上述组装品是否合格的步骤具备根据上述偏差是否存在于利用上述设计数据预先设定的偏差的容许值的范围内，来判断上述组装品是否合格的步骤。

4.一种组装品的检查系统，根据通过依据由多个部件构成的组装品的设计数据计算取得的表示该组装品的部件的内部状态的计算投影图、和在组装了该组装品之后通过摄影装置取得的表示该组装品的部件的内部状态的投影像，对该组装品进行检查，其特征在于，具备：

数据编辑处理部，存储上述设计数据，制成、编辑计算投影图；

亮度计算部，根据上述设计数据针对多个方向的每个方向计算出从该多个方向对应选取的部件进行拍摄时得到的边界附近的亮度；

灵敏度设定部，根据上述亮度设定上述摄影装置的灵敏度以使该边界附近的投影像变得清晰；

摄影装置，针对所搬送的上述组装品取得多个方向的投影像；

图像处理部，将上述投影像变换成电信号以作为实际投影图进行图像处理；以及

判断部，根据由上述实际投影图表示的上述部件是否存在于由上述计算投影图表示的该部件的容许范围内，来判断上述组装品是否合格。

5.根据权利要求4所述的组装品的检查系统，其特征在于，还具备计算出由上述实际投影图表示的上述部件的位置与由上述计算投影图表示的该部件的位置之间的偏差的偏差计算部。

6.根据权利要求5所述的组装品的检查系统，其特征在于，上述判断部根据上述偏差是否存在于利用上述设计数据预先设定的偏差的容许值的范围内，来判断上述组装品是否合格。

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