CN107490586A - X射线检查装置及x射线检查方法 - Google Patents

X射线检查装置及x射线检查方法 Download PDF

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Abstract

不造成成本的增加和装置结构的限定地减轻X射线检查装置中因重复性误差而引起的三维数据的画质降低。一种X射线检查装置，包括：工作台，其通过电机的驱动使检查对象物、X射线源以及X射线照相机中的至少一者移动；位置检测单元，其定期获取所述电机的位置检测值，并将该位置检测值与时间相关联地存储；拍摄时刻获取单元，其将来自所述X射线照相机的拍摄时刻与时间相关联地存储；拍摄位置计算单元，其根据在拍摄时刻的所述电机的位置检测值，求得在拍摄时刻的所述检查对象物、所述X射线源以及所述X射线照相机之间的位置关系；以及重建单元，其使用由所述X射线照相机所拍摄的拍摄数据以及在该拍摄数据的拍摄时刻的所述位置关系进行重建处理。

Description

X射线检查装置及X射线检查方法
技术领域
本发明涉及一种使用X射线获取被检查物的多个图像并创建三维数据的X射线检查技术。
背景技术
由多个X射线图像创建三维数据时，使用到层析X射线照相组合和CT等技术。无论在任何技术中，使用正确的拍摄位置进行重建尤为重要。当图像的拍摄位置不正确时(即，应当拍摄的位置与实际拍摄的位置间存在偏移量时)，三维数据的画质则会降低。
拍摄位置变得不正确是由于移动X射线源、照相机、检查对象物的工作台的定位精度不足而引起的。
随着拍摄图像的高分辨率化的推进，要求更高的定位精度。例如，在推进电子部件等的小型化的领域，要求以几微米的高分辨率进行拍摄。在这种情况下，由于下述原因会产生因定位精度不足而引起的画质降低。
第一、即便定位精度相同，但图像越为高分辨率，则对画质的影响越大。这是因为即便位置误差相同，但越为高分辨率，其图像上的偏移量越大。第二、图像越为高分辨率，其视野越窄(拍摄面积小)，从而拍摄张数增加。为了尽快结束检查，需要使工作台高速移动，而如果使工作台高速移动则定位精度会进一步恶化。
针对上述问题，可以通过工作台的改良来提高定位精度，但这会导致成本的增高。因此，能够想到在通过校正将拍摄位置设置成正确的位置的基础上进行重建处理的方法。
但事先对目标位置与实际位置间的偏移量进行学习，再基于学习结果对摄像时的位置进行校正并没有效果。这是因为并不是每次都产生相同的偏移量，而是每次拍摄都会产生变动的偏移量(重复性误差)。
专利文献1中公开了在工作台上设置传感器，根据拍摄时传感器的读取值来计算位置偏移量的方法。更具体地，在专利文献1中，在使载有被检查物的工作台转动，从而进行检查(拍摄)的CT装置中，通过传感器来检测工作台的倾斜度，从而求得拍摄时的位置偏移量。在专利文献1中，通过这种软校正来防止因工作台的晃动而引起的画质劣化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-115216号公报
发明内容
然而，专利文献1的方法中存在下述问题点。第一、会受到由传感器的精度产生的限制。若传感器的精度不够高，则得不到校正的效果。第二、若向检查装置增加可动部，则随之必须增加传感器。第三、对于使用非旋转式工作台，即，使用了XY工作台和XYZ工作台等由多个轴构成的工作台的装置并不适用。因为在由多个轴构成的工作台中，所产生的位置偏移量并不是由整个工作台的晃动引起的，而是因各轴的定位误差引起的。
本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种技术，能够减轻在X射线检查装置中因重复性误差而引起的三维数据的画质降低，并廉价且能够广泛使用。
为了解决上述课题，根据本发明的一个方面的X射线检查装置，根据改变检查对象物、X射线源以及X射线照相机的相对位置而获取的多个拍摄数据,重建所述检查对象物的三维数据，其特征在于，包括：
工作台，其通过电机的驱动使检查对象物、X射线源、以及X射线照相机中的至少一者移动；
位置检测单元，其定期获取所述电机的位置检测值，并将该位置检测值与时间相关联地存储；
拍摄时刻获取单元，其将来自所述X射线照相机的拍摄时刻与时间相关联地存储；
拍摄位置计算单元，其根据在拍摄时刻的所述电机的位置检测值，求得在拍摄时刻的所述检查对象物、所述X射线源以及所述X射线照相机之间的位置关系；以及
重建单元，其使用由所述X射线照相机拍摄的拍摄数据以及在该拍摄数据的拍摄时刻的所述位置关系进行重建处理。
工作台通过电机的驱动使检查对象物、X射线源、X射线照相机中的至少一者移动。典型地，固定检查对象物，使X射线源和X射线照相机移动，或者，固定X射线源和X射线照相机，使检查对象物移动。电机的位置检测值，例如可以从电机所包括的编码器获取。位置检测单元将电机的位置检测值与其检测时间相关联地存储(积存)。
所述拍摄位置计算单元可根据电机的位置检测值并使用设计信息求得检查对象物、X射线源、X射线照相机的实际坐标，并求得检查对象物、X射线源、X射线照相机之间的位置关系。并且，优选地，所述拍摄位置计算单元也可以基于预先获取的校准信息对基于所述设计信息和所述电机的位置检测值所求得的所述位置关系进行校正。实际的装置因制造误差而无法按照设计信息形成，因此，优选基于校准信息进行校正。
本发明的X射线检查装置可以是固定检查对象物的、所述工作台使所述X射线源和所述X射线照相机移动的结构。工作台可以是XY工作台，也可以是XYZ工作台。或者，本发明的X射线检查装置可以是固定X射线源和X射线照相机的、所述工作台使检查对象物移动的结构。在这种情况下，工作台优选为旋转工作台。
需要说明的是，本发明可以被认为是包含上述单元的至少一部分的X射线检查装置。并且，本发明还可以被认为是包含上述单元所进行的处理的至少一部分的X射线检查方法。并且，还可以被认为是用于在计算机上执行这些方法的各步骤的计算机程序以及非临时性地存储该程序的计算机可读存储介质。上述结构及处理的每一项可以在不产生技术矛盾的范围内相互组合而构成本发明。
根据本发明，能够在不造成成本的增加和对装置结构的限定的前提下，减轻X射线检查装置中因重复性误差而引起的三维数据的画质降低。
附图说明
图1是表示第一实施方式的X射线检查装置的概要图。
图2是表示第一实施方式的X射线检查装置的结构的图。
图3是表示第一实施方式中的X射线检查处理的流程的流程图。
图4是表示存储电机实际坐标和照相机拍摄标志的列表的示例图。
图5A～图5C是说明拍摄标志的种类与拍摄位置的计算方法之间的关系的图。
图6是表示第二实施方式的X射线检查装置的结构的图。
图7是表示第二实施方式中的X射线检查处理的流程的流程图。
图8A和图8B是说明电机坐标系和空间坐标系的差分(坐标系信息)的求得方法的图。
其中，附图标记说明如下：
S：检查对象物
10：X射线源
20：X射线照相机
40：列表生成部
50：拍摄实际坐标计算部
60：重建部
70：检查部
具体实施方式
下面将参照附图并基于实施例示意性地详细说明用于实施本发明的方式。其中，该实施例中所记载的结构部件的尺寸、材质、形状以及对应配置等，在无特殊说明的情况下，本发明的范围并不仅局限于此。
(第一实施方式)
[概要]
将本发明第一实施方式的X射线检查装置的外观示于图1。X射线检查装置将被传送辊传送的检查对象物S从多个拍摄位置进行拍摄并获取三维数据。具体地，由X射线源10向检查对象物S照射X射线，用X射线照相机20拍摄透过的X射线。X射线源10能够通过X工作台11和Y工作台12而移动，且X射线照相机20能够通过X工作台21和Y工作台22而移动。X射线源10和X射线照相机20通过这些工作台分别在圆轨道101、102上移动，并在轨道上的多个位置进行拍摄。
[结构、处理]
图2是表示X射线检查装置的结构的图。X射线检查装置包括：X射线源10、X射线照相机20(以下，简称为照相机)、X射线源X轴电机31、X射线源Y轴电机32、照相机X轴电机33、照相机Y轴电机34、拍摄条件存储部C、X射线源控制部15、照相机控制部25、工作台控制部35、列表生成部40、拍摄实际坐标计算部50、重建部60以及检查部70。对这些各功能部的说明，与利用图3来说明的处理内容同时进行。
需要说明的是，X射线源控制部15、照相机控制部25、工作台控制部35、列表生成部40、拍摄实际坐标计算部50、重建部60以及检查部70的各功能部可以由ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：特定用途集成电路)和FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)等逻辑电路构成，也可以由包含通用微处理器和存储有程序的存储器的计算机构成。
图3是表示本实施方式的X射线检查装置的检查处理的流程的流程图。
在步骤S102中，X射线检查装置从拍摄条件存储部C读入拍摄条件。拍摄条件包含一次检查中的拍摄张数、照相机曝光时间、每次拍摄时的X射线源10和照相机20的位置。
拍摄条件的一例如下。
拍摄张数：32张；
照相机曝光时间：50毫秒；
第1张拍摄时：X射线源位置(200，300)、照相机位置(50，50)；
第2张拍摄时：X射线源位置(300，300)、照相机位置(30，30)；
…
接着，对各拍摄图像反复执行循环L1的处理。
在执行该循环处理的期间，列表生成部40从各工作台的电机定期获取位置检测值，并与检测时间相关联地存储(步骤S116)。列表生成部40获取X射线源X轴电机31、X射线源Y轴电机32、照相机X轴电机33、以及照相机Y轴电机34的编码器所检测出的位置检测值(读取值)。根据各电机的位置检测值能够求得X射线源10和照相机20的位置。
列表生成部40存储由各电机(编码器)的读取值所求得的X射线源10和照相机20的位置。其中，电机的读取值与X射线源10和照相机20的位置可使用设计信息(工作台的配置信息等)互换，因此，可以存储电机的读取值本身。由编码器的位置检测值所求得的X射线源10和照相机20的位置表示X射线源10和照相机20的实际位置。以下，由于该位置意为基于来自电机的位置检测值的X射线源10和照相机20的实际位置坐标，从而将该位置称作X射线源10和照相机20的“电机实际坐标”。列表生成部40可以被看作是定期获取电机实际坐标的电机实际坐标获取部。
列表生成部40获取电机实际坐标的时间间隔，可以鉴于所需要的时间分辨率和允许的通信量等适当确定。该时间间隔例如可以设为1毫秒间隔、10毫秒间隔。
需要说明的是，无需全部存储列表生成部40所获取的电机实际坐标，可存储接近拍摄时刻中的值即可。
接着，对循环L1中的步骤S104～S114的处理进行说明。在步骤S104中，X射线检查装置通过工作台控制部35发出使X射线源10和照相机20向拍摄条件所定义的位置(以下，称作拍摄位置)移动的移动指令。具体地，工作台控制部35向X射线源X轴电机31和X射线源Y轴电机32发出移动指令，以使X射线源10向拍摄位置移动，并向照相机X轴电机33和照相机Y轴电机34发出移动指令，以使照相机20向拍摄位置移动。
在步骤S106中，X射线检查装置待机直至移动完成。移动完成的判断方法无特殊限定。例如，可以将从电机接收到完成信号的时刻设为移动完成。或者，可以将监控电机实际坐标且电机实际坐标进入规定范围内(例如，目标位置±N微米)的时间点设为移动完成。或者，也可以将发出移动指令之后经过了移动距离所对应的规定时间的时间点设为移动完成。
工作台的移动完成之后，在步骤S108中，X射线检查装置发出拍摄指令。根据拍摄指令，X射线源控制部15控制X射线源10对检查对象物S照射X射线，照相机控制部25控制照相机20进行曝光以及获取拍摄数据。拍摄数据被存储在存储器中。
在步骤S110中，X射线检查装置待机直至拍摄完成。拍摄完成的判断方法无特殊限定。例如，可以将从照相机20接收到拍摄完成信号的时刻设为拍摄完成。或者，也可以将从发出拍摄指令的时间点，经过拍摄条件所规定的曝光时间的时刻设为拍摄完成。
需要说明的是，在工作台(X射线源10和照相机20)以一定的速度描绘出一定的轨迹并以一定的间隔进行拍摄的情况下，也可以省略每次拍摄的移动指令、移动完成等待、拍摄指令、拍摄完成等待。在这种情况下，可以一边控制工作台沿上述轨道移动，一边使其在每次经过从移动距离求得的规定时间时进行拍摄。例如，可以想到一边使工作台以一定速度在直线轨道和圆轨道上移动，一边以100毫秒的间隔定期地进行拍摄的控制方法。
在步骤S114中，列表生成部40从照相机20获取表示进行了拍摄的拍摄标志(拍摄完成信号)，并将其与获取时间相关联地存储。列表生成部40也可以被看作拍摄标志获取部。在流程图中，记载的是在拍摄完成后(步骤S110之后)获取拍摄标志，但拍摄标志的获取也可以在拍摄指令发出至完成为止的待机期间同时进行。
列表生成部40通过定期获取X射线源10和照相机20的电机实际坐标，可以获取在获取到拍摄标志的时刻时的X射线源10和照相机20的电机实际坐标。图4表示将X射线源10和照相机20的电机实际坐标和拍摄标志与时间相关联地存储的列表。在图4所示的列表中，时间401存储有从系统时钟(未图示)得到的时间，X射线源X轴402、X射线源Y轴403、照相机X轴404、照相机Y轴405存储有从各电机得到的电机实际坐标，照相机拍摄标志405存储有从照相机20得到的拍摄标志的开启/关闭。
拍摄实际坐标计算部50从图4的列表中获取进行拍摄时的X射线源10和照相机20的实际位置。以下，由于该位置意为进行拍摄时的X射线源10或照相机20的实际位置坐标，将该位置称作X射线源10和照相机20的“拍摄实际坐标”。
从图4的列表可以看出，命令在X射线源10和照相机20的位置分别处在(200，200)和(50，50)的状态下拍摄第1张，但实际上在X射线源10和照相机20的位置分别处在(210，205)和(45，52)的状态下进行了拍摄。
需要说明的是，照相机的拍摄标志根据照相机和照相机控制板的规格，有时在拍摄开始时输出，有时在拍摄完成时输出，有时在拍摄(曝光)期间持续输出。拍摄实际坐标计算部50可以还考虑到这些规格而求得X射线源10和照相机20的拍摄实际坐标。尤其，当电机实际坐标的获取间隔比曝光时间短时，可以将曝光过程中的平均位置作为拍摄实际坐标。
图5A表示拍摄开始时当拍摄标志开启时的列表的例子。在这种情况下，可以将拍摄标志从开启直至经过曝光时间为止的期间的坐标的平均值作为拍摄实际坐标。图5B表示在拍摄完成时当拍摄标志开启时的列表的例子。在这种情况下，可以将拍摄标志变成开启为止的曝光期间的坐标的平均值作为拍摄实际坐标。图5C表示在拍摄过程中拍摄标志持续开启时的列表的例子。在这种情况下，可以将拍摄标志开启的期间的坐标的平均值作为拍摄实际坐标。
需要说明的是，在图3的流程图中，在每次拍摄时都求得X射线源10和照相机20的拍摄实际坐标，但是也可以先进行所有拍摄之后再求得关于各图像的拍摄实际坐标。并且，列表生成部40无需全部存储从各电机获取的位置检测值。在本方法中，仅拍摄时刻的位置检测值就足够，因此，可以放弃远离拍摄时刻的时间点的位置检测值，仅保持接近拍摄时刻的位置检测值。
当拍摄全部完成后，在步骤S118中，重建部60使用拍摄数据以及每次拍摄时的拍摄实际坐标进行重建处理。由此，能够得到检查对象物S的三维数据。由于重建处理本身是公知的，因此此处省略其说明。
得到检查对象物S的三维数据之后，检查部70基于该数据对检查对象物S的正常/异常进行判断。检查部70判断检查对象物是否按照设计制造。由于是使用了X射线的三维数据，因此不仅能检测到表面缺陷，还能够检测到内在缺陷。
[本实施方式的有益效果]
即便是通过工作台控制部35使工作台移动至指定的位置(指令位置)，但是由于定位误差，与被指定的位置之间会产生偏移量。根据本实施方式，定期获取使X射线源10和照相机20移动的工作台(电机)的位置检测值，并根据拍摄时刻的工作台的位置检测值求得拍摄时的X射线源10和照相机20的位置。来自电机的位置检测值为高精度，例如，能够以0.1微米的单位获取。由于基于如此高精度的信息，因此，也能够高精度地求得X射线源10和照相机20的实际位置。在重建处理时，由于不使用指令位置而使用从工作台的电机所得到的实际位置，因此，即便在产生了工作台的位置偏移量(重复性误差)的情况下，也能够得到高品质的三维数据。
并且，本实施方式的方法并不局限于使用XY工作台的X射线检查装置，还能够适用于使用XYZ工作台的结构和使用旋转工作台(旋转桌)的X射线检查装置，具有适用范围广的优点。
并且，由于从电机获取检测位置，即便可动部件增加也不需要附加的传感器。因此，本实施方式的方法能够以低成本实现。
[变形例]
在上述说明中，采用了固定检查对象物S，使X射线源10和照相机20移动的结构，还可以采用固定X射线源10和照相机20，使检查对象物S移动的结构。更一般地，可以采用使检查对象物S、X射线源10以及照相机20相对移动的任意结构。通过定期获取移动单元(工作台)的位置检测值，能够确定拍摄时刻的检查对象物S、X射线源10以及照相机20的相对的位置关系。因此，与上述说明同样地，即便指示的拍摄位置与实际的拍摄位置之间产生位置偏移量，也能够重建高品质的三维数据。
上述说明中，以从电机直接获取电机的实际坐标为例进行了说明，但也可以通过电机驱动器、PLC间接地获取。拍摄标志也同样地，除从照相机直接获取之外，还可以通过照相机控制板、PLC间接地获取。
(第二实施方式)
图6是表示本发明的第二实施方式的X射线检查装置的结构的图。图7是表示本实施方式中的检查处理的流程的流程图。本实施方式的X射线检查装置包括拍摄实际坐标校正部80以及坐标系信息存储部81，在重建处理S118之前增加了对拍摄实际坐标的校正处理S120，在这点上与第一实施方式不同。以下，主要说明与第一实施方式不同的点。
由工作台的电机的位置检测值得到的X射线源10和照相机20的位置不一定与X射线源10和照相机20的实际位置完全一致。例如，可以想到在XY工作台中，X工作台的位置检测值表示X射线源10和照相机20的X坐标，但实际上X工作台与X轴不一定完全一致，从工作台的电机所得到的位置检测值与实际位置之间会产生偏移量。或者，在设计上X轴与Y轴正交，但实物在规定的范围(例如89.9～90.1度)内不规则分布。由于提高制造精度需要花费成本，因此若将所有轴制造成高精度则会导致X射线检查装置的成本增高。
因此，在本实施方式中，增加了校正拍摄实际坐标的处理，以生成相比第一实施方式更高品质的三维数据。
为了该校正处理，事先测量从电机得到的检测坐标与现实的空间坐标之间的差分，并存储于坐标系信息存储部81。差分的测量可以使用用于坐标系校准的现有的任意的方法。下述举出一例。
如图8A所示，首先，调整X射线源10和照相机20的位置，以使测量夹具B映射在照相机20的中心。根据此时的坐标能够计算出轴间的相对位置偏移量。
接着，如图8B所示，对于各轴，固定另一轴而仅使该轴移动，并拍摄测量夹具B。例如，若X射线源10的X轴角度遵循设计，则夹具映射的位置应仅向X方向移动。若映射的位置向Y方向移动，则可知X射线源的X轴相对照相机存在角度偏移量。如此，根据移动前后的测量夹具B映射的位置改变了多少，能够计算出轴间的相对角度偏移量。
拍摄实际坐标校正部80对于各个拍摄图像，根据存储于坐标系信息存储部81的差分对通过拍摄实际坐标计算部50求得的坐标进行校正。由此，能够更加高精度地求得拍摄时的X射线源10和照相机20的实际位置。重建部60使用高精度的位置信息进行重建，因此，得到的三维数据为更高品质。

Claims (6)

1.一种X射线检查装置，根据改变检查对象物、X射线源以及X射线照相机的相对位置而获取的多个拍摄数据，重建所述检查对象物的三维数据，其特征在于，包括：
工作台，其通过电机的驱动使检查对象物、X射线源以及X射线照相机中的至少一者移动；
位置检测单元，其定期获取所述电机的位置检测值，并将该位置检测值与时间相关联地存储；
拍摄时刻获取单元，其将来自所述X射线照相机的拍摄时刻与时间相关联地存储；
拍摄位置计算单元，其根据在拍摄时刻的所述电机的位置检测值，求得在拍摄时刻的所述检查对象物、所述X射线源以及所述X射线照相机之间的位置关系；以及
重建单元，其使用由所述X射线照相机拍摄的拍摄数据以及在该拍摄数据的拍摄时刻的所述位置关系进行重建处理。
2.如权利要求1所述的X射线检查装置，其特征在于，
所述拍摄位置计算单元基于设计信息和由所述位置检测单元获取的所述电机的位置检测值求得所述位置关系。
3.如权利要求2所述的X射线检查装置，其特征在于，
所述拍摄位置计算单元基于预先获取的校准信息对基于所述设计信息和所述电机的位置检测值所求得的所述位置关系进行校正。
4.如权利要求1至3中任一项所述的X射线检查装置，其特征在于，
所述检查对象物被固定；
所述工作台使所述X射线源和所述X射线照相机移动。
5.一种X射线检查装置中的X射线检查方法，根据改变检查对象物、X射线源以及X射线照相机的相对位置而获取的多个拍摄数据，重建所述检查对象物的三维数据，其特征在于，包含：
从通过电机的驱动使检查对象物、X射线源以及X射线照相机中的至少一者移动的工作台，定期获取所述电机的位置检测值，并将该位置检测值与时间相关联地存储的位置获取步骤；
一边驱动所述工作台以改变检查对象物、X射线源以及X射线照相机的相对位置，一边通过所述X射线照相机拍摄多个图像的拍摄步骤；
将来自所述X射线照相机的拍摄时刻与时间相关联地存储的拍摄时刻获取步骤；
根据在拍摄时刻的所述电机的位置检测值，求得在拍摄时刻的所述检查对象物、所述X射线源以及所述X射线照相机之间的位置关系的拍摄位置计算步骤；以及
使用由所述X射线摄像机拍摄的拍摄数据以及在该拍摄数据的拍摄时刻的所述位置关系进行重建处理的重建步骤。
6.用于在计算机上执行权利要求5所述的方法的各步骤的程序。
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