JP2004184122A - Ｘ線ｃｔ装置における中心軸較正治具およびこの治具を用いた較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】細いワイヤを曲がりなく真直に、しかも基準面に対して正しく直交して装着することが容易な構造を持つ中心軸較正治具と、その治具を用いてＸ線ＣＴ装置のターンテーブルの回転中心軸の投影位置を正確に推定することのできる較正方法を提供する。
【解決手段】Ｘ線吸収率の低い材質からなる柱状体２の長手方向に沿って、互いに交差する２面２ａ，２ｂを有してなる切り欠き部２ｃを形成し、その二面の交線２ｄに沿ってＸ線吸収率の高い金属製のワイヤ３を固着することにより、両端部のみを孔に通してワイヤを支持している従来の治具に比して、ワイヤ３の真直度および基準面に対する直角度を容易に高精度化することを可能とする。較正に際しては、柱状体２を支持する微動機構１によりワイヤ３のセンタリングを行ってからデータを採取することで、回転中心軸投影位置座標の推定精度を高精度化する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用のＸ線ＣＴ装置にけおけるターンテーブルの回転中心軸の座標情報を得るための較正治具と、その較正治具を用いてＸ線ＣＴ装置のターンテーブルの回転中心軸の座標情報を得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業用のＸ線ＣＴ装置においては、一般に、図６にその構成例を模式的に示すように、Ｘ線管６１とＸ線検出器６２の間に、測定対象物Ｗを搭載して、Ｘ線光軸Ｌ（ｘ軸方向）に直交する方向（ｚ軸方向）に沿った回転中心軸Ｒの回りに回転させるためのターンテーブル６３が配置され、ターンテーブル６３を３６０°にわたって回転させながら収集したＸ線投影データをもとに、測定対象物Ｗの断層像を再構成する。
【０００３】
このようなＸ線ＣＴ装置においては、ターンテーブル６３の回転中心軸ＲのＸ線検出器６２上への投影位置の座標情報を得ることが必須となる。この回転中心軸投影位置情報を得るために、従来、図７に模式的な外観図を示すように、アクリル樹脂などのＸ線を透過させやすい材料からなる支持部材７１の内部に、タングステンなどのＸ線吸収率の高い材料からなるワイヤ（インサート）７２を配置した構造の中心軸較正治具（ファントム）が多用されている。この中心軸較正治具をターンテーブル６３上に載せて回転させながら、そのＸ線透過データを採取することによって、ターンテーブル６３の回転中心軸ＲのＸ線検出器６２の受光面上への投影座標を算出することができる（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
従来の中心軸較正治具の構造をより具体的に述べると、図７において、支持部材７１はパイプ７１ａの両端に蓋体７１ｂ，７１ｃを装着するとともに、これらの蓋体７１ｂ，７１ｃの中心にそれぞれ孔Ｈを開け、その孔Ｈにタングステン等からなるワイヤ７２を通す構造となっている。
【０００５】
また、較正方法については、通常、ターンテーブル６３を回転させつつ、各回転位置において図８（Ａ）に例示するように刻々とＸ線透過像を撮像し、その各回転位置におけるＸ線透過像の所定高さの位置において、同図（Ｂ）に示すようなラインプロファイルを形成して、１回転中におけるラインプロファイルの振れの中心を回転中心軸の投影位置座標として求める方法が一般的である。
【０００６】
ここで、中心軸較正治具に要求される機能は、以下に示す通りである。
（１）中心軸較正治具をターンテーブル６３の定位置に位置決めしたとき、真の回転軸にできるだけ近い場所にワイヤ７２が位置すること、つまりターンテーブル６３を回転させたときのインサート７２の像の振れが小さいこと。
（２）ワイヤ７２は真直かつ鉛直に立っていること。
（３）ワイヤ７２の外側には何もないかＸ線吸収率の非常に低い材料のみが存在していること。
（４）収集したＸ線透過像のプロファイルにおいてワイヤ７２の影が十分に細く、中心を特定しやすいこと。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２０１９１８号公報（第６−第７頁、図２））
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年における産業用Ｘ線ＣＴ装置の技術的進歩により、拡大率が大きくできるようになってきている。これにより、従来から用いられていた中心軸較正治具の構造では、その要求される精度を実現することが難しくなってきている。
【０００９】
すなわち、拡大率が高くなると、ワイヤ７２の径も細くする必要があり、なおかつ、ワイヤ７２の真の回転軸に対するずれ量（回転時における振れ量）もより小さくする必要が生じる。これは、拡大率が高くなることにより、Ｘ線投影像の１画素の大きさが相対的に小さくなることに起因する。つまり、同じ太さのワイヤ７２を用い、同じ振れ量であっても、拡大率が大きくなると投影像状では拡大率に比例してワイヤ径並びに振れ量が大きくなるためでる。
【００１０】
現時点において要求されるワイヤ７２の直径は１００μｍ程度程度になってきており、前記した図７に示した従来の構造の中心軸較正軸では、要求される機能を満たすことが困難となってきている。
【００１１】
すなわち、図９に誇張して示すように、蓋体７１ｂ，７１ｃの中心部に直径１００μｍの孔Ｈを開けることが困難であり、このため、各孔Ｈの径はそれよりも大きくなってしまう。このため、ワイヤ７２の両端部をこれらの孔Ｈに取り付ける際に孔Ｈの中心とワイヤ７２の中心とが一致せず、このことが中心軸較正治具をターンテーブル６３上の定位置に位置決めしても、ワイヤ７２が心振れする原因となる。また、上下の孔Ｈの中心に対するワイヤ７２の中心のずれる方向が相違することにより、ワイヤ７２の鉛直度が悪化する。加えて、ワイヤ７２として多用されているタングステンワイヤ等は硬く、しかも巻きぐせなどがついているため、その長手方向に引っ張って曲がりを直すことが困難である。
【００１２】
このようなことから、ワイヤ７２は図１０に座標で示すように、中心軸較正治具をターンテーブル６３上の定位置に位置決めしても、Ｘ線光軸方向であるｘ軸並びに水平面上でそのｘ軸に直交するｙ軸の座標はいずれも０ではなく、かつ、回転中心軸方向であるｚ軸に対して角度αを以て傾いた状態となり、正確に中心軸投影位置を求めることができなくなってきている。
【００１３】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、直径１００μｍ以下の細いタングステン等の金属製ワイヤを曲がりなく真直に、しかも基準面に対して正しく直交して装着することが容易な構造をもつ中心軸較正治具と、その治具を用いてＸ線ＣＴ装置のターンテーブルの回転中心軸の投影位置を正確に推定することのできる較正方法の提供を目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のＸ線ＣＴ装置における中心軸較正治具は、Ｘ線の吸収率の低い樹脂製の柱状体の長手方向に沿って、互いに交差する２面を有してなる切り欠き部が形成され、その２面の交線に沿ってＸ線吸収率の高い金属製のワイヤが固着されていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１５】
ここで、本発明の中心軸較正治具においては、上記柱状体が、当該柱状体を上記ターンテーブルの表面に沿って微動させる金属製の微動機構の上に配置された構成（請求項２）を好適に採用することができる。
【００１６】
一方、本発明の中心軸較正方法は、請求項２に記載の中心軸較正治具をＸ線ＣＴ装置のターンテーブル上に載せた状態で、そのワイヤのＸ線透過像のターンテーブルの回転による振れ量が小さくなるように上記微動機構を調整した後、回転中心軸投影位置の座標を求めるためのＸ線透過情報を収集することによって特徴づけられる（請求項３）。
【００１７】
本発明の中心軸較正治具は、タングステンなどの金属製のワイヤを交差する２面の交線に沿って配置することにより、ワイヤの真直度並びにターンテーブル表面（換言すれば治具のターンテーブルへの搭載面）に対する直角度を容易に高精度化することを可能とするものである。
【００１８】
すなわち、互いに交差する２面の交線に沿ってワイヤを固着することにより、ワイヤはその全長にわたってガイドされた状態となり、この交線の真直度およびターンテーブル表面に対する直角度さえ良好であれば、細いワイヤを用いてターンテーブルに対して直角に、かつ、ワイヤ自体の曲がりを容易に矯正して真直に位置させることができる。ここで、柱状体は、従来の較正治具と同様にＸ線透過率の低いアクリル樹脂などが用いられ、金属に比して加工精度を向上させることが容易ではないのであるが、本発明の構成によれば、切り欠き部を形成する互いに交差する２つの面それぞれの底面に対する直角度さえでていれば、ワイヤを底面に対して直角に、かつ、真直に支持することが可能となり、比較的容易に高精度化することができる。
【００１９】
また、請求項２に係る発明のように、柱状体を微動機構の上に配置してターンテーブルの表面に沿って微動させ得るように構成すれば、較正治具をターンテーブルに位置決めした状態で、更にワイヤの水平方向への位置を微調整することによって、ターンテーブルの回転中心軸により接近させることが可能となる。この微動機構を金属製とすることにより、比較的容易に高精度の加工を行うことができ、高い精度でワイヤの位置決めを行うことができる。
【００２０】
本発明の回転中心軸の較正方法によると、請求項２に係る発明の較正治具を用いることにより、細いワイヤをターンテーブルに対して直角に、かつ、真直に位置させることができることに加えて、ターンテーブルを回転させながらその回転中心軸にワイヤの位置を接近させるべく微動機構を調整した後、回転中心軸の投影位置を求めるためのＸ線透過情報を得るため、ワイヤをターンテーブルの回転中心軸に対して可及的に接近させた状態で較正のためのデータを得ることが可能となり、較正精度を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の中心軸較正治具の実施の形態の外観斜視図である。
【００２２】
金属製のｘｙステージ１のステージ板１ａの上面に、アクリル等のＸ線吸収率の低い樹脂からなる柱状体２が固定されている。ｘｙステージ１は、ステージ板１ａをｘ方向ガイド板１ｂによって支持し、そのｘ方向ガイド板１ｂをｙ方向ガイド板１ｃによって支持した公知のものであって、ｘ方向つまみ１ｘおよびｙ方向つまみ１ｙを回動させることによって、ステージ板１ａを水平面上で互いに直交するｘ方向およびｙ方向に独立的に微動させることができる。
【００２３】
この例における柱状体２は、角柱の一角部に互いに交差する２つの面２つの平面２ａ，２ｂからなる切り欠き部２ｃを形成したものであって、その２つの面２ａ，２ｂの交線２ｄに沿って、タングステン等のＸ線吸収率の高い金属からなるワイヤ３が固着されている。このワイヤ３の線径としては、１００μｍ程度のものが用いられる。
【００２４】
柱状体２の切り欠き部２ｃを形成する２つの平面２ａ，２ｂは、ｘｙステージ１のステージ板１ａに対していずれも直交しており、従って、これらの平面２ａ，２ｂの交線２ｄもステージ板面１ａに直交し、また、この交線２ｄは一直線状に伸びている。これにより、交線２ｄに沿って固着されたワイヤ３は、ｘｙステージ１のステージ板１ａに対して直交し、かつ、真直に伸びている。
【００２５】
以上の実施の形態を実際に製造し、そのワイヤ３の位置決め精度を検証すべく、Ｘ線ＣＴ装置のターンテーブル上に載せてＸ線を照射することによってその透過像を得ながら、ターンテーブルを回転させてワイヤ３の像の左右への振れを計測したところ、片側の振れ量が線径以下、つまり両側で±１００μｍ以下に抑え得ることが確認された。また、ワイヤ３の姿勢精度を検証すべく、同じくＸ線ＣＴ装置のターンテーブル上に載せ、ターンテーブルを上下方向に移動させ、Ｘ線透過像の一定の位置におけるワイヤ３の像の移動量を計測したところ、左右方向への移動量が片側で線径以下、つまり両側で±１００μｍ以下であることが確認された。
【００２６】
次に、以上の本発明の実施の形態の較正治具を用いたＸ線ＣＴ装置のターンテーブルの回転中心軸の投影位置を求めるための較正方法について述べる。
【００２７】
図２に示すように、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２の間に配置されてｚ軸に沿った回転中心軸Ｒを有するターンテーブル１３の上に、上記した実施の形態の較正治具Ｊを搭載する。その状態でターンテーブル１３を回転させながらＸ線を照射して、Ｘ線透過情報を採取し、ワイヤ３の振れの量と、回転中心軸Ｒに対するワイヤ３の位置ずれの方向を計測する。その計測結果に基づき、ターンテーブル１３を停止し、かつ、Ｘ線の照射を停止して、ｘｙステージ１のｘ方向つまみ１ｘないしはｙ方向つまみ１ｙを操作して、ワイヤ３のセンタリングを行う。１回もしくは数回にわたってこの作業を行うことにより、ワイヤ３は回転中心軸Ｒに対して極めて接近した状態となる。そのセンタリングの後、ターンテーブル１３を回転させながらＸ線を照射し、回転中心軸Ｒの投影位置を推定するための情報としてワイヤ３のＸ線透過情報を刻々と採取する。このＸ線透過情報を用いて、前記した従来の手法、つまり各回転位置におけるワイヤ３のＸ線透過像のラインプロファイルを求め、その振れの中央位置を算出し、回転中心軸Ｒの投影位置座標を求める。
【００２８】
以上の較正方法によると、ワイヤ３の線径が１００μｍ程度と細く、しかもそのワイヤ３がｘｙステージ１のステージ板１ａに対する直角度、従ってターンテーブル１３の回転中心軸Ｒに対する平行度が±１００μｍ以下と高く、更にワイヤ３の真直度が高く、加えて回転中心軸Ｒに対する位置ずれを極めて少なくすることができるため、回転中心治具Ｒの投影位置座標を高い精度のもとに推定することができる。
【００２９】
ここで、上記した実施の形態では、柱状体２として角柱を用い、これを一般的なｘｙステージ１の上に載せた例を示したが、柱状体２は円柱であってもよく、また、その柱状体２をｘｙ方向に微動させる機構は他の公知の構造を採用することもできる。
【００３０】
図３は本発明の較正治具の他の実施の形態の外観図であり、図４はその拡大平面図である。この例は、円柱からなる柱状体２０を用い、その柱状体２０に先の例と同様の互いに交差する２つの平面２０ａ，２０ｂからなる切り欠き部２０ｃを形成し、平面２０ａ，２０ｄの交線２０ｄに沿ってワイヤ３０を固着している。
【００３１】
そして、以上の柱状体２０を、金属製のパイプからなる基台１０内に挿入し、そのパイプ状の基台１０には、互いに９０°の間隔を開けて４つの調整ネジ（押しネジ）１０ａ〜１０ｄをねじ込み、これらによって柱状体２０をｘ，ｙ方向に微動させることができるようになっている。なお、柱状体２０の基台１０内への挿入部位は円筒形となっている。そして，この柱状体２０の底面がターンテーブル１３に密着した状態を保つことによって、調整ネジ１０ａ〜１０ｄを適宜に回動させても柱状体２０の姿勢、従ってワイヤ３０の姿勢を維持することができるようになっている。このような構成によっても、先の実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。
【００３２】
また、以上の各実施の形態は、Ｘ線ＣＴ装置のターンテーブルに設けた突起などにいずれかの面を当接させることによって位置決めしてもよいし、あるいは図５に正面図を示すように、基台１０の底面に位置決め用の円柱部１０ｅを突出させる一方、ターンテーブル１３に嵌合孔１３ａを形成してもよい。このような構成により、較正治具自体とターンテーブル１３との位置決め精度が向上し、微動機構ないしはｘｙステージによるワイヤの位置の微調整作業を軽減させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の較正治具によれば、Ｘ線吸収率の低いアクリル等の樹脂からなる柱状体に、互いに交差する２つの面からなる切り欠きを形成し、その２つの面の交線に沿って、Ｘ線吸収率の高いタングステンなどの金属製のワイヤを固着した構造を有しているため、従来の較正治具に比して、ワイヤの線径を従来よりも細くしても、ワイヤ自体の曲がりを矯正して容易に真直とすることができるとともに、柱状体の底面に対してワイヤを容易に直角にすることができる。その結果、Ｘ線ＣＴ装置のターンテーブルの回転中心軸の投影位置を推定するためのＸ線透過データを高い精度で採取することができ、ひいては回転中心軸の投影位置の推定結果を高精度化することができる。
【００３４】
また、本発明の回転中心軸の較正方法によると、上記した柱状体をターンテーブル上で水平面に沿って位置調整を行うことにより、ワイヤの位置を可及的に回転中心軸に接近させた後、回転中心軸の投影位置を推定するためのＸ線透過データを採取するので、拡大率を大きくしても推定演算に含まれる誤差を可及的に少なくして高精度の推定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の外観斜視図である。
【図２】図１の実施の形態を用いてＸ線ＣＴ装置のターンテーブルの回転中心軸の投影位置を推定すべく較正する方法の説明図である。
【図３】本発明の較正治具の他の実施の形態の外観図である。
【図４】図３の実施の形態の拡大平面図である。
【図５】本発明の較正治具の更に他の実施の形態の正面図である。
【図６】Ｘ線ＣＴ装置の一般的な構成例の模式的説明図である。
【図７】Ｘ線ＣＴ装置の中心回転軸の従来の較正治具の例を示す模式図である。
【図８】Ｘ線ＣＴ装置の中心回転軸の従来の較正方法の説明図で（Ａ）は較正治具のＸ線透過像を示す図であり、（Ｂ）はそのラインプロファイルの例を示す図である。
【図９】従来の較正治具のワイヤが傾斜や位置ずれを生じる原因の説明図である。
【図１０】従来の較正治具のワイヤの位置並びに姿勢を誇張して示すグラフである。
【符号の説明】
１ ｘｙステージ
１ａ ステージ板
１ｘ ｘ方向つまみ
１ｙ ｙ方向つまみ
１０ 基台
２，２０ 柱状体
２ａ，２ｂ，２０ａ，２０ｂ 平面
２ｃ，２０ｃ 切り欠き部
２ｄ，２０ｄ 交線
３，３０ ワイヤ
１１ Ｘ線管
１２ Ｘ線検出器
１３ ターンテーブル
Ｊ 較正治具
Ｒ 回転中心軸

Claims (3)

1. Ｘ線ＣＴ装置のターンテーブル上に搭載して回転させつつＸ線透過情報を収集することによって、当該ターンテーブルの回転中心軸投影位置の座標を求めるための治具であって、
   Ｘ線の吸収率の低い樹脂製の柱状体の長手方向に沿って、互いに交差する２面を有してなる切り欠き部が形成され、その２面の交線に沿ってＸ線吸収率の高い金属製のワイヤが固着されていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置における中心軸較正治具。
2. 上記柱状体が、当該柱状体を上記ターンテーブルの表面に沿って微動させる金属製の微動機構の上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴにおける中心軸較正治具。
3. 請求項２に記載の中心軸較正治具をＸ線ＣＴ装置のターンテーブル上に載せた状態で、そのターンテーブルを回転させながら刻々の金属製のワイヤのＸ線透過像を得て、そのワイヤのＸ線透過像のターンテーブルの回転による振れ量が小さくなるように上記微動機構を調整した後、回転中心軸投影位置の座標を求めるためのＸ線透過情報を収集することを特徴とするＸ線ＣＴ装置における中心軸較正方法。

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