CN112461871A - 测量用x射线ct装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测量用X射线CT装置。测量用X射线CT装置在X射线源与X射线检测器之间具备用于搭载测定对象的旋转台以及扫描机构，该测量用X射线CT装置在预先校正X射线源的焦点、X射线检测器和旋转台的旋转中心的几何位置关系的基础上向测定对象照射X射线来进行CT扫描，由此获取投影图像，并通过对该投影图像进行CT重建来生成测定对象的三维像，所述测量用X射线CT装置具备：基准框架，其具有不易受环境变动所影响的材质和构造；以及传感器，其配置于该基准框架，用于在CT扫描中逐次获取X射线源的焦点与X射线检测器的几何位置关系的校正值，其中，所述测量用X射线CT装置将该校正值用作CT重建的参数。

Description

测量用X射线CT装置
相关申请的交叉引用
关于在2019年9月6日提交的包括说明书、附图、权利要求的日本申请No.2019-163422的公开内容，通过引用其全部而合并于此。
技术领域
本发明涉及一种用于工业产品的测量用X射线CT装置，尤其涉及一种即使X射线源的焦点、X射线检测器等的几何位置关系从校正时起发生变化也能够高精度地实施对包括测定对象的内部构造的整体的尺寸测量的测量用X射线CT装置。
背景技术
以往，测量用X射线CT装置使用于对从外观上难以确认的铸件的气孔、焊接部件的焊接不良以及电子部件的缺陷等的观察、检查。另一方面，随着近年来的3D打印机的普及，对加工品内部的3D尺寸测量及其高精度化的需求不断增加。针对这样的需求，开发出一种考虑到长度的可追溯性的测量用X射线CT装置。并且，由此引起后续一直进行苦心钻研以满足尺寸测量的高精度化的要求。
在图1(俯视图)和图2(侧视图)中示出以往的测量用X射线CT装置的结构例。该测量用X射线CT装置1将以下构成要素作为主要的构成要素：例如作为X射线管的X射线源12，其照射X射线；例如作为平板显示器的X射线检测器14，其检测从X射线源12照射后透过作为测定对象的工件10的周围和内部的X射线束13，将工件10的投影像进行图像化来得到投影图像；旋转台16，其处于X射线源12与X射线检测器14之间，用于搭载工件10；扫描机构18，其使旋转台16移动至测定空间区域的任意位置；以及运算控制部20(参照图2)。
此外，在图1中，将从X射线源12水平地朝向X射线检测器14的方向设为X轴，将与X轴垂直的方向设为Y轴，将与XY平面垂直的方向设为Z轴。
旋转台16能够载置工件10并且通过扫描机构18沿XYZ轴方向移动，并且能够使工件10沿θ轴旋转。通过这些调整，能够调整通过X射线检测器14得到的工件10的投影像的位置、倍率。
为了得到作为测量用X射线CT装置1的最终目标的工件10的三维像即体数据(CT像)，进行工件10的CT扫描。
如图3所示，CT扫描包括工件10的投影图像获取和CT重建这两个处理，在投影图像获取处理中，在X射线照射期间使载置有工件10的旋转台16以固定速度连续地旋转或以固定步长间歇地旋转，获取整周方向(固定间隔)的工件10的投影图像。使用反投影法、逐次逼近法等CT重建算法对得到的整周方向(固定间隔)的投影图像进行CT重建，由此得到工件10的体数据。
使用得到的体数据能够进行尺寸测定、缺陷分析等各种测定。
此外，为了使上述的测量用X射线CT装置更高精度地实施尺寸测量，在开始测定前进行装置固有的各种校正很重要。例如，在日本特开2012-189517号公报中记载有一种利用了校正和评价用的标准检具的X射线CT装置的校正方法和评价方法。
测量用X射线CT装置1在预先校正X射线源12的焦点、X射线检测器14和旋转台16的旋转中心的几何位置关系的基础上，通过向工件10照射X射线束13进行CT扫描来获取投影图像，通过对该投影图像进行CT重建来生成工件10的体数据。
发明内容
发明要解决的问题
另外，已知X射线源12的焦点、X射线检测器14等的几何位置关系受各种器件的发热、周边环境变动的影响等，当进行校正时几何位置关系发生微小的变化，该变化对体数据的质量(图像质量、几何精度)产生不良影响。
此外，在日本特开2012-112790号公报中记载了通过光学摄像机拍摄附在旋转台的标记并校正由于旋转精度引起的投影数据的位置和角度的偏离，但只能校正由于旋转精度引起的偏离，并且未使用基准框架，因此具有无法充分提高效果这个问题。
本发明是鉴于上述的问题而完成的，其课题在于即使X射线源的焦点、X射线检测器等的几何位置关系从校正时起发生变化也能够对包括测定对象的内部构造的整体进行尺寸测量精度高的X射线CT测定。
用于解决问题的方案
本发明是一种测量用X射线CT装置，其在X射线源与X射线检测器之间具备用于搭载测定对象的旋转台和能够使该旋转台移动至测定空间区域的任意位置的扫描机构，并且，该测量用X射线CT装置在预先校正X射线源的焦点、X射线检测器和旋转台的旋转中心的几何位置关系的基础上向测定对象照射X射线来进行CT扫描，由此获取投影图像，并通过对该投影图像进行CT重建来生成测定对象的三维像，所述测量用X射线CT装置具备：基准框架，其具有不易受环境变动所影响的材质和构造；以及传感器，其配置于该基准框架，用于在CT扫描中逐次获取X射线源的焦点与X射线检测器的几何位置关系的校正值，其中，所述测量用X射线CT装置将该校正值用作CT重建的参数，由此，该测量用X射线CT装置解决上述课题。
在此，能够将所述基准框架配设于隔着旋转台的X射线源和X射线检测器的位置。
另外，能够将所述基准框架设为长方体状的计量框架。
另外，能够将所述基准框架配设于旋转台与X射线源的位置，通过配设于该基准框架的摄像机对配设于X射线检测器的标记进行检测。
另外，能够将所述基准框架设为立方体状的计量框架。
另外，能够将所述标记设为发光二极管。
另外，能够将所述基准框架配设于X射线源的位置，通过配设于该基准框架的激光干涉仪对配设于X射线检测器的角锥棱镜(日语：コーナーキューブ)进行检测。
另外，能够在所述旋转台配设偏心测定器，并且在所述基准框架配设用于检测所述偏心测定器的位置的传感器。
另外，能够在所述旋转台的外周形成偏心测定用的基准面。
另外，能够在所述基准框架设置用于检测旋转台的位置的传感器。
另外，能够将所述传感器设为检测在旋转台上的测定对象固定治具所配设的猫眼石的激光追踪器。
发明的效果
根据本发明，即使X射线源的焦点、X射线检测器等的几何位置关系从校正时起发生变化，也能够对包括测定对象的内部构造的整体进行尺寸测量精度高的X射线CT测定。因而，能够通过体数据的高质量化进行高清晰度分析，并且能够通过X射线CT应用实现测量的高精度化。
根据以下对优选的实施例的详细描述，本发明的这些特征、优点及其它特征、优点将变得明确。
附图说明
参照附图来描述优选的实施例，在所有附图中，对相同的要素标注相同的附图标记，其中，
图1是表示现有技术的测量用X射线CT装置的主要部分结构的俯视图。
图2是表示现有技术的测量用X射线CT装置的主要部分结构的侧视图。
图3是表示现有技术的测量用X射线CT装置的CT重建的概要的图。
图4是表示本发明的基本概念的图。
图5是表示本发明的第一实施方式的立体图。
图6是表示本发明的处理过程的例子的流程图。
图7是表示本发明的第二实施方式的立体图。
图8是表示本发明的第三实施方式的立体图。
图9是表示本发明的第四实施方式的立体图。
图10是表示第四实施方式中使用的偏心测定器的俯视图。
图11是表示第四实施方式中使用的偏心测定器的侧视图。
图12是表示本发明的第五实施方式的立体图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于以下的实施方式和实施例中记载的内容。另外，以下所记载的实施方式和实施例中的构成要件包括本领域人员能够容易地想到的构成要件、实质上相同的构成要件、所谓同等范围的构成要件。并且，可以将以下记载的实施方式和实施例中公开的构成要素适当进行组合来使用，也可以适当地进行选择来使用。
在图4中表示测量用X射线CT装置的几何模型。
作为在CT扫描中变化的参数，关于旋转台16的姿势具有旋转(3)、平移(3)，关于X射线检测器(摄像机模型)14具有焦距f(2)、偏斜(1)、中心位置(2)(括号内的数字表示与自由度对应的参数的数量)。因此，在本发明中，始终检查CT扫描期间的参数变化，实现了高精度的X射线CT测定。
在图5中表示本发明的第一实施方式。
本实施方式将不易受环境影响的例如长方体状的基准框架(称作计量框架)20的两个面(图中为右侧面和左侧面)以隔着旋转台16的方式配设于X射线源12和X射线检测器14的位置，在该计量框架20上固定检测X射线源12的靶12A的在X轴方向上的位移的位移计22、以及检测所述X射线检测器14的各部(上部和左右两端)的位移的三个位移计24A、24B、24C，由此检测以所述计量框架20为基准的X射线源12和X射线检测器14的位置和姿势。此外，还能够追加位移计来检测靶12A的在Y轴方向和Z轴方向上的位移。
在进行CT重建处理时利用由所述位移计22、24A、24B、24C检测出的在CT扫描期间发生变动的位置数据和姿势数据，由此能够抑制变动的影响。
具体地说，如图6所示，首先在步骤100中，在校正表示测量用X射线CT装置1的X射线源12的焦点、X射线检测器14、旋转台16的几何位置关系的参数的值之后，将该值保存为初始校正值。
同时，在步骤110中，获取计量框架20的传感器即位移计22、24A、24B、24C的位移值并保存为初始位移值。
接着，在步骤120中，将工件10配置于旋转台16上，之后照射X射线束13来进行CT扫描，获取多张(例如800张)投影像。
此时，在步骤130中，获取进行各投影像获取时的计量框架20的传感器的位移值(例如800数据)。
接着，进入步骤140，向运算控制部输入初始校正值、初始位移值、进行投影像获取时的传感器的位移值来作为CT重建处理的参数，对获取到的投影像进行CT重建处理来生成体数据。
在该CT重建处理中，利用进行投影像获取时的传感器的位移值，由此能够生成抑制了CT扫描期间的几何位置变化的影响的高质量的体数据。
在图7中表示本发明的第二实施方式。
在本实施方式中，将例如立方体状的基准框架即计量框架30的两个面(在图中为右侧面和左侧面)配设于X射线源12和旋转台16的位置，通过配设于该计量框架30的左侧面上方两端的摄像机32A、32B对配设于X射线源12的靶12A的位置的标记34进行检测，并且通过配设于该计量框架30的右侧面上方两端的摄像机32C、32D对配设于X射线检测器14的例如三个标记36A、36B、36C进行检测。
所述标记34、36A、36B、36C例如能够设为发光二极管LED。
其它点与第一实施方式相同，因此省略说明。
此外，摄像机32A、32B、32C、32D的在计量框架30上的配设位置不限定于此。
另外，还能够使用与第一实施方式相同的位移计22，以取代摄像机32A、32B与标记34的组合。
接着，参照图8来说明本发明的第三实施方式。
在本实施方式中，将例如正方形状的基准框架即计量框架40配设于X射线源12的位置，通过配设于该计量框架40的例如三个激光干涉仪出射部48A、48B、48C对配设于X射线检测器14的同样的三个角锥棱镜50A、50B、50C进行检测。
激光干涉仪42由光源单元44、导光光纤46A、46B、46C、装设于所述计量框架40的所述激光干涉仪射出部48A、48B、48C构成。
此外，X射线源12的靶12A的位置例如通过与第一实施方式相同的位移计22来检测。
其它点与所述实施方式相同，因此省略说明。
接着，参照图9来说明本发明的第四实施方式。
本实施方式是对第三实施方式追加了用于测定旋转台16的位置和偏心的偏心测定器60所得到的方式。
如图10(俯视图)和图11(侧视图)所示，所述偏心测定器60包括偏心测定框架62以及设置于其上的位移计64A、64B、64C、64D、64E、64F(未图示)，在旋转台16的外周设置基准面16A(期望圆度小)，在设置于该外周的偏心测定框架62沿径向(图10)和轴向(图11)在各方向上设置一个以上的具有灵敏度的位移计64A、64B、64C、64D、64E、64F(未图示)，来测定旋转台16的径向和轴向的位移。
另外，通过从设置于计量框架40的激光干涉仪射出部48D射出的激光对设置于该偏心测定器60的角锥棱镜50D进行检测，由此确定偏心测定器60距计量框架40的距离。
本实施方式通过对非测量用的X射线CT装置进行后期改装，能够转化为测量用X射线CT。
接着，参照图12来说明本发明的第五实施方式。
本实施方式是将第四实施方式中的旋转台16的位置和偏心的测定部件变更为设置于计量框架40的激光追踪器70所得到的方式。
激光追踪器70例如通过在圆筒状的测定对象固定治具72所配设的猫眼石74来测定旋转台16的位置和偏心。
其它点与所述实施方式相同，因此省略说明。
此外，在所述实施方式中示出计量框架与传感器的组合的例子，但计量框架与传感器的组合不限定于此，能够根据需要进行任意的组合。标记的种类也不限定于LED。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，以上描述的实施例只是例示，表示本发明在原理上的应用。本领域技术人员能够在不脱离本发明的主旨和范围的情况下容易地设计出各种其它方式。

Claims (10)

1.一种测量用X射线CT装置，在X射线源与X射线检测器之间具备用于搭载测定对象的旋转台和能够使该旋转台移动至测定空间区域的任意位置的扫描机构，
并且，所述测量用X射线CT装置在预先校正X射线源的焦点、X射线检测器和旋转台的旋转中心的几何位置关系的基础上向测定对象照射X射线来进行CT扫描，由此获取投影图像，并通过对该投影图像进行CT重建来生成测定对象的三维像，
所述测量用X射线CT装置的特征在于，具备：
基准框架，其具有不易受环境变动所影响的材质和构造；以及
传感器，其配置于该基准框架，用于在CT扫描中逐次获取X射线源的焦点与X射线检测器的几何位置关系的校正值，
其中，所述测量用X射线CT装置将所述校正值用作CT重建的参数。
2.根据权利要求1所述的测量用X射线CT装置，其特征在于，
将所述基准框架配设于隔着旋转台的X射线源和X射线检测器的位置。
3.根据权利要求2所述的测量用X射线CT装置，其特征在于，
所述基准框架为长方体状的计量框架。
4.根据权利要求1所述的测量用X射线CT装置，其特征在于，
所述基准框架配设于旋转台和X射线源的位置，通过配设于该基准框架的摄像机对配设于X射线检测器的标记进行检测。
5.根据权利要求4所述的测量用X射线CT装置，其特征在于，
所述基准框架为立方体状的计量框架。
6.根据权利要求1所述的测量用X射线CT装置，其特征在于，
所述基准框架配设于X射线源的位置，通过配设于该基准框架的激光干涉仪对配设于X射线检测器的角锥棱镜进行检测。
7.根据权利要求1所述的测量用X射线CT装置，其特征在于，
在所述旋转台配设有偏心测定器，并且在所述基准框架配设有用于检测所述偏心测定器的位置的传感器。
8.根据权利要求7所述的测量用X射线CT装置，其特征在于，
在所述旋转台的外周形成有偏心测定用的基准面。
9.根据权利要求1所述的测量用X射线CT装置，其特征在于，
在所述基准框架设置有用于检测旋转台的位置的传感器。
10.根据权利要求9所述的测量用X射线CT装置，其特征在于，
所述传感器为检测在旋转台上的测定对象固定治具所配设的猫眼石的激光追踪器。
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