JP2008164612A - 検査対象物体の事前情報なしに放射線検査するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型物体を放射線検査する方法。
【解決手段】物体の両側に配置される放射源２２及び放射線検出器２４を提供する過程と；物体を透過した放射源２２からの放射線を受取るために放射線検出器２４を位置決めする過程と；試験画像を生成するために、１組の初期撮影パラメータを使用して放射源２２及び放射線検出器２４によって物体の関心領域４６を放射線撮影する過程と；試験画像の少なくとも１つの画質測定値を獲得する過程と；画質測定値を所定の画質限界と比較する過程と；画質測定値が所定の画質限界を超えるのに応答して、新たな１組の画像パラメータを生成するために初期撮影パラメータのうち少なくとも１つを変更する過程とを含む。１組の最終撮影パラメータが獲得されるまで、方法は繰返し実行されてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に放射線検査に関し、特に、機体などの複雑な物体を放射線検査する方法に関する。

航空機は、その胴体及びナセル並びに他の大型構造を含む構造状態を判定するために定期検査を必要とする場合が多い。これは目視により実施されてもよいし、あるいは非破壊評価（ＮＤＥ）技術によって実施されてもよい。航空機の胴体及びナセルの物理的構造が複雑であるため、互いに重なり合う構成要素、断熱材、壁被覆材などを解体する必要をなくすためにＸ線検査などの放射線検査が使用される。多くのＸ線検査用途においては、Ｘ線フィルムの代わりに最新のデジタル電子検出器が使用されるようになっている。

従来の放射線検査は、構造及び材料に関する相当に詳しい事前知識を必要とする。通常、検査パラメータの開発は、情報を知るＸ線技師が初期処理パラメータを選択し、その後に順次改善を実行することにより反復方式で実行される。満足できる画像が得られた後、パラメータは記録され、将来におけるその製品の検査で使用される。この方式は、製品の材料及び構成が不変である場合には十分に機能するが、材料又は構成が非常に変わりやすい場合には十分な検査パラメータが得られなくなる。例えば、使用される内部パネル及び断熱材を含む航空機の機体及び内部材料の相違によりＸ線の吸収率は著しく変化するため、それぞれ異なる検査パラメータが使用されなければならない。それらの相違は事前にはわからないので、コストのかかる試行錯誤処理によってそれらのパラメータを見つけ出さなければならない。

放射線撮影においては、物体を通過するようにＸ線ビームが投射される。物体の密度及び寸法形状に応じて、それらのＸ線の一部は吸収される。Ｘ線フィルム又は電子検出器は物体を透過したＸ線を測定する。吸収されたＸ線と透過したＸ線との比の幾何学的パターンのマッピングにより、物体の材料及び寸法形状の重大な情報が明らかになる。亀裂、多孔構造などの材料中の欠陥、機械的組立て誤差及び広範囲にわたる他の欠陥は正確に観測される。しかし、多くの場合、検査には重要でない物体が関心特徴を隠蔽してしまう。機体の検査においては、そのような物体は断熱材及び内部パネル、並びに他の物体を含む。それらの物体の材料又は物理的構成に変化が起こると総吸収率が変化するので、透過Ｘ線信号は検査システム設定の有効ダイナミックレンジから外れ、その結果、物体の特性を必要な感度で表示することが困難になる。その場合、Ｘ線技師は、使用されるパラメータが適切であることを確認するために画像を再検討しなければならない。物体がそれらの限界を超えるほど変化してしまった場合には、新たな１組のパラメータを選択して繰返し試行しなければならないため、必要な検査時間は大幅に延長される。

従来の技術における上述の欠点は本発明により対処される。本発明は、従来の方法と比較して検査処理の効率を向上する放射線検査システム及び方法を提供する。システムは、Ｘ線画像の視野の内部における材料及び物体位置が大幅に変化する場合にも対応する。機体検査においては、従来の技術とのこの相違によって、より短い保守間隔でＸ線検査を使用できるようになるため、機体保守作業、並びに密度又は構成を変更できる他の物体の検査における融通性は大きく向上する。

上述の要求は本発明により満たされる。１つの面によれば、本発明は、物体を放射線検査する方法を提供する。方法は、物体の両側に配置される放射源及び放射線検出器を提供することと；物体を透過した放射源からの放射線を受取るために放射線検出器を位置決めすることと；試験画像を生成するために、１組の初期撮影パラメータを使用して放射源及び放射線検出器によって物体の関心領域を放射線撮影することと；試験画像の少なくとも１つの画質測定値を獲得することと；画質測定値を所定の画質限界と比較することと；画質測定値が所定の画質限界を超えるのに応答して、新たな１組の画像パラメータを生成するために初期撮影パラメータのうち少なくとも１つを変更することとを含む。

本発明の別の面によれば、物体を放射線検査するシステムは、放射源であって、物体の関心領域の一方の側に放射源を位置決めするように動作可能である第１のマニピュレータにより支持される放射源と；放射線検出器であって、１組の初期撮影パラメータを使用して試験画像を生成するために、放射線検出器が関心領域を透過した放射源からの放射線を受取ることができるように物体の関心領域の別の側に放射線検出器を位置決めするように動作可能である第２のマニピュレータにより支持される放射線検出器と；試験画像の少なくとも１つの画質測定値を獲得し且つ画質測定値を所定の画質限界と比較する手段と；画質測定値が所定の画質限界を超えるのに応答して、新たな１組の画像パラメータを生成するために初期撮影パラメータのうち少なくとも１つを変更する手段とを含む。

添付の図面と関連させて以下の説明を参照することにより、本発明を最もよく理解できるであろう。

図面を参照して説明する。図中、種々の図を通して同一の図中符号は一貫して同一の要素を示す。図１及び図２は、航空機の胴体１２を検査するための放射線検査システム１０を示す。胴体１２は、一般に、複数の周囲方向フレーム１６と軽量薄板金の外皮２０により被覆された複数の長手方向ストリンガ１８とから構成される円筒形の壁１４を具備する。検査システム１０は他の種類の構造と共に使用されてもよい。

検査システム１０は胴体壁１４の第１の側に配置される放射源２２と、胴体壁１４の第１の側とは反対の第２の側に配置される放射線検出器２４とを含む。放射源２２により放出された放射線が胴体壁１４を照射し、その後放射線検出器２４に入射するように、放射源２２及び放射線検出器２４は壁１４の両側に相対的に配置される。図１に示されるように、放射源２２は胴体１２の外側に配置され、放射線検出器２４は胴体１２の内側に配置される。しかし、放射源２２が胴体１２の内側に位置し放射線検出器２４が胴体１２の外側に位置するように、図１の配置を逆にすることも可能である。

図３に概略的に示されるように、放射源２２を胴体１２に関して移動するために第１のマニピュレータ２６が設けられ、放射線検出器２４を胴体１２に関して移動するために第２のマニピュレータ２８が設けられる。マニピュレータ２６、２８は所望の運動を実現できる任意の種類の装置であってよい。装置にはロボット装置及びガイドレールシステムなどが含まれる。図１に示されるように、第１のマニピュレータ２６は、輸送用車両３２に装着された多関節ブーム３０を具備する。ブーム３０は、油圧作動装置（図示せず）により種々の部材の多軸運動が実行される周知の種類のブームであってもよい。図示される例においては、第２のマニピュレータ２８は、胴体１２の長手方向軸と平行に延出するレール３６に装着されたベース３４を具備する。放射線検出器２４はマニピュレータアーム３８によってベース３４に装着される。ベース３４は電動機（図示せず）によりレール３６に沿って前後に駆動可能であり、マニピュレータアーム３８は放射線検出器２４を１つ以上の軸に沿って必要な位置まで移動できる。尚、本発明は他の任意の種類の放射線検査システムと共に使用する場合にも同様に適しており、上述のマニピュレータの特定の配置を必要としない。

放射源２２は高圧電源（図示せず）により電力を供給される標準型工業用Ｘ線管であってもよい。ガンマ線を発生する同位体放射源などの他の放射源も同様に使用できる。放射源２２は大きな円錐形放射線束又はパノラマボリューム放射線束を発生するが、放射線束を特定の関心領域に限定するためにコリメートされてもよい。

放射線検出器２４は、放射源２２により放出される放射線を可視画像に処理可能な任意の手段であってよい。Ｘ線フィルムを使用することもできるが、放射線検出器２４は入射放射線を電気出力信号に変換する種類の手段であるのが好ましい。数多くの適切なＸ線検出器が市販されている。当該技術において周知であるように、そのようなＸ線検出器は、一般に、Ｘ線感知領域と、感知領域に入射するＸ線を示す出力信号を発生する手段とを有する。

図４に示されるように、放射線検出器２４は個別の検出器要素４０から成る２次元アレイに分割される。尚、図示の便宜上、検出器要素４０の数及び大きさは誇張して示されている。各検出器要素４０の出力信号はある範囲内で供給される。アナログ信号が使用されてもよいが、より一般的には、出力信号は別個のステップ値を表すデジタルデータである。例えば、出力は０〜１６，０００（又は他の適切な最大値）の整数値であってもよい。その場合、０は検出器要素４０に線束が入射しないことを表し、１６，０００は最大検出可能線束（すなわち、検出器要素４０の飽和）を表す。好適な画質の画像を生成するために、検出器要素４０に入射する線束及びその後の出力は狭い範囲であることが望ましい。好適な範囲は特定の適用用途によって異なるが、好適な出力範囲の例は約５，０００〜約７，０００である。

図３に概略的に示されるように、放射線検出器２４により出力された画像データ信号はコントローラ４２に供給される。コントローラ４２は従来のコンピュータユニットであってもよい。コントローラ４２は、以下に更に詳細に説明されるようにそれらの信号を処理し、オプションで、対応する画像をディスプレイ４４に表示させてもよい。そこで、オペレータは表示された画像を観察し、胴体１２の欠陥の有無を検査できる。データ画像信号はコントローラ４２のメモリに格納されてもよい。コントローラ４２は放射源２２の動作を更に制御し、放射源２２の電源をオン／オフして印加電圧を調整すると共に、マニピュレータ２６及び２８を制御する。

動作中、コントローラ４２の指示で放射線検出器２４が放射源２２からの放射線にさらされるように、第１のマニピュレータ２６及び第２のマニピュレータ２８は、胴体１２の関心領域（ＲＯＩ）４６、例えば、図５に示されるように選択された大きさ及び形状の幾何学的領域及び放射線検出器２４と整列するまで放射源２２を移動するように制御される。

放射源２２及び放射線検出器２４が関心領域４６と整列されると、放射源２２は電源を入れられる。その結果、関心領域４６は初期線束レベルの放射線によって照射される。放射源２２により放出された放射線は胴体壁１４を通過し、放射線検出器２４に入射する。放射線は電気信号に変換され、電気信号はコントローラ４２に供給される。それらの信号は試験画像を表す。

試験画像を上記の所望の検出器出力範囲などの予め選択された画質標準と比較することにより少なくとも１つの画質測定値が所定の許容限界内にあるか否かを判定するために、試験画像は、例えばコントローラ４２において実行するソフトウェアを使用して評価される。試験画像を標準と比較するために、１つ以上の統計的方法が使用されてもよい。例えば、図５に示されるように、関心領域４６は、一般に一様な厚さである外皮２０の一部分と、共に外皮２０より相当に分厚い（半径方向に測定した場合）ストリンガ１８及びフレーム１６の一部分とを含む。任意の線束レベルにあるとき、ストリンガ１８及びフレーム１６は外皮２０より多くの線束を吸収するため、分厚い物体と整列されている検出器要素４０においては、検出器要素４０に当たる線束が少なくなり、その結果、画像密度が低くなる。これにより、関心領域４６内の平均画像密度は統計的に著しく大きく減少し、種々の構成要素の相対的寸法によっては、平均画像密度が所望の範囲を下回るほど減少する場合もある。

画質測定値が所定の限界を超えるのに応答して、コントローラ４２は、異なるパラメータ、例えば、異なる放射源線束強さ、露光時間、コリメーション又は放射源‐検出器間距離を使用して自動的に露光を繰返し、画像を再評価する。この繰返しは、試験画像が所定の標準に適合するまで続く。１組の最終撮影パラメータ並びに関心領域４６の空間におけるＸ‐Ｙ‐Ｚ位置は、それ以降の評価において使用するためにコントローラ４２又は他の記憶装置に格納されてもよい。その後、関心領域４６は撮影され、その画像は人間可読な表示又はコンピュータによる評価のために格納されてもよい。例えば、図５においては、最終画像において外皮２０の小さな亀裂４８のような欠陥が観測及び評価される。関心領域４６内の欠陥は、いずれもストリンガ１８などの大きな構造と比較して非常に小さいため、画像密度平均又は他の画質測定値には大きな影響を及ぼさないことが予測される。

上述の画像密度平均、範囲、標準偏差、画像セグメンテーション又はヒストグラムなどの数多くの統計的方法及び画像処理方法を試験画像に適用でき、露光が適切であるか否かを判定するために使用できる。

以上説明した方法は、物体の構造の事前情報なしに物体を評価するのに極めて有用である。しかし、そのような情報が利用可能であるならば、検査効率を向上するために、本明細書中で説明された方法と組合わせて情報が使用されてもよい。周知の内部構造を有する機体又は他の構造の特定のモデルにおいて、それらの構造に適応するように初期撮影パラメータを調整できる。例えば、ストリンガ、リブ又は他の分厚い構造要素の場所が周知である場合、関心領域４６がそれらの要素と整列されるときにより高い初期線束レベルが使用されてもよい。これにより、１組の最終撮影パラメータに到達するまでに必要とされる繰返しの回数が減少する。

更に、本明細書中で説明された方法は、後続する作業を改善するために特定の構造に関する情報のデータベースを構築する目的で使用されてもよい。各関心領域４６が上述の繰返し処理を使用して評価されるたびに、最終撮影パラメータは初期パラメータ又は基線パラメータとして後で参照できるように格納され、その後使用されてもよい。

本発明の特定の実施形態を説明したが、本発明の趣旨の範囲から逸脱せずに実施形態に対して種々の変形を実施できることは当業者には明らかであろう。従って、本発明の好適な実施形態及び本発明を実施するための最良の態様に関する以上の説明は単に例示を目的とし、限定を目的としておらず、本発明は特許請求の範囲により定義される。

本発明の１つの面に従って構成され、航空機の周囲に配置された検査システムを概略的に示した正面図である。 検査のために放射線検出器及び放射源が位置決めされた状態の航空機の胴体を概略的に示した横断面図である。 コントローラに動作自在に接続された放射源及び放射線検出器を概略的に示した図である。 放射線検出器を概略的に示した正面図である。 図２の線５‐５に沿った図である。

符号の説明

１０…放射線検査システム、１２…航空機の胴体、２２…放射源、２４…放射線検出器、２６…第１のマニピュレータ、２８…第２のマニピュレータ、４２…コントローラ、４６…関心領域（ＲＯＩ）

Claims (10)

1. 物体を放射線検査（１０）する方法において、
   （ａ）前記物体の両側に配置される、放射源（２２）及び放射線検出器（２４）を提供することと；
   （ｂ）前記物体を透過した前記放射源（２２）からの放射線を受取るために前記放射線検出器（２４）を位置決めすることと；
   （ｃ）試験画像を生成するために、１組の初期撮影パラメータを使用して前記放射源（２２）及び前記放射線検出器（２４）によって前記物体の関心領域（４６）を放射線撮影することと；
   （ｄ）前記試験画像の少なくとも１つの画質測定値を獲得することと；
   （ｅ）前記画質測定値を所定の画質限界と比較することと；
   （ｆ）前記画質測定値が前記所定の画質限界を超えるのに応答して、新たな１組の画像パラメータを生成するために前記初期撮影パラメータのうち少なくとも１つを変更することと
   から成る方法。
2. （ａ）新たな試験画像を生成するために、前記新たな１組の撮影パラメータを使用して前記放射源（２２）及び前記放射線検出器（２４）によって前記関心領域（４６）を撮影することと；
   （ｂ）前記試験画像の少なくとも１つの画質測定値を獲得することと；
   （ｃ）前記画質測定値を所定の画質限界と比較することと；
   （ｄ）前記画質測定値が前記所定の画質限界内に入るまで、過程（ａ）から（ｃ）を繰返すことと
   を更に含む請求項１記載の方法。
3. 前記画質測定値が前記所定の画質限界内に入った場合、評価のための最終画像を生成するために前記関心領域（４６）を撮影する過程を更に含む請求項２記載の方法。
4. 前記画質測定値は統計測定値である請求項１記載の方法。
5. （ａ）前記物体の構造に関する情報の少なくとも１つの要素を提供することと；
   （ｂ）前記情報の要素を参照して前記初期撮影パラメータを判定することと
   を更に含む請求項１記載の方法。
6. 物体を放射線検査するシステム（１０）において：
   （ａ）放射源（２２）であって、前記物体の関心領域（４６）の一方の側に放射源（２２）を位置決めするように動作可能である第１のマニピュレータ（２６）により支持される放射源（２２）と；
   （ｂ）放射線検出器（２４）であって、１組の初期撮影パラメータを使用して試験画像を生成するために、前記放射線検出器（２４）が前記関心領域（４６）を透過した前記放射源（２２）からの放射線を受取ることができるように前記物体の前記関心領域（４６）の別の側に前記放射線検出器（２４）を位置決めするように動作可能である第２のマニピュレータ（２８）により支持される放射線検出器（２４）と；
   （ｃ）前記試験画像の少なくとも１つの画質測定値を獲得し且つ前記画質測定値を所定の画質限界と比較する手段と；
   （ｄ）前記画質測定値が前記所定の画質限界を超えるのに応答して、新たな１組の画像パラメータを生成するために前記初期撮影パラメータのうち少なくとも１つを変更する手段と
   を具備するシステム。
7. （ａ）新たな試験画像を生成するために、前記新たな１組の撮影パラメータを使用して前記放射源（２２）及び前記放射線検出器（２４）によって前記関心領域（４６）を撮影する手段と；
   （ｂ）前記試験画像の少なくとも１つの画質測定値を獲得し且つ前記画質測定値を所定の画質限界と比較する手段と；
   （ｃ）前記画質測定値が前記所定の画質限界内に入るまで、前記撮影パラメータを繰返し変更し且つ前記関心領域（４６）を再撮影する手段と
   を更に具備する請求項６記載のシステム。
8. 前記画質測定値が前記所定の画質限界内に入るのに応答して、評価のために最終画像を生成するために前記関心領域（４６）を撮影する手段を更に具備する請求項７記載のシステム。
9. 前記所定の画質限界内に入る前記画質測定値を提供した１組の最終撮影パラメータを格納するデータ記憶装置を更に具備する請求項６記載のシステム。
10. 前記放射源（２２）及び前記放射線検出器（２４）に動作自在に接続されたコントローラ（４２）を更に具備し、前記コントローラ（４２）は、前記試験画像の少なくとも１つの画質測定値を獲得し且つ前記画質測定値を所定の画質限界と比較するように動作可能である請求項６記載のシステム。

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