JP2009186270A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】迅速性に優れたＸ線透視による検査装置でありながら、簡単な動作によって検査対象物の欠陥等の特異点の深さを正確に求めて表示することのできるＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２を結ぶＸ線光軸に直交する軸を中心として、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対に対して検査対象物Ｗを回転させ、その回転前後のＸ線透視像上の特異点の像を抽出し、その回転前後の特異点像の位置から、特異点の透視方向への深さを実寸法で算出し、その算出結果を表示器２３に数値表示することにより、検査対象物ＷのＸ線透視像上に存在する欠陥等の特異点の像の深さを報せることを可能とする。
【選択図】図４

Description

本発明は物品の内部の欠陥や異物の有無、あるいは特徴的形態を有する部位など、物品内部の特異点を非破壊のもとに検査することのできるＸ線検査装置に関する。

例えばアルミダイカスト部品の鬆（す）などの内部欠陥の有無等を検査する方法として、Ｘ線透視法が多用されている。物品をＸ線透視する装置は、Ｘ線発生装置に対向してＸ線検出器を配置し、これらの間に物品を配置すべく試料ステージを設けた構成を採る。

Ｘ線透視法においては、透視対象物の内部構造を素早く可視化することができる点において優れているが、Ｘ線透視により得られる像には、Ｘ線が透過した全ての部位の情報が重なって表示されるため、例えば欠陥の有無を検査するに当たり、透視像上に現れた欠陥がどのような深さに存在しているのかを特定することはできない。

ここで、物品の３次元情報を得る手法としてＸ線ＣＴ装置が存在するが、撮影や再構成演算に時間が掛かるため、迅速性を要求される検査には使えない。

透視像から物品の内部欠陥の深さ情報を得る方法として、従来、電磁波を用いた平板内部の欠陥の有無の検査を行うに当たり、電磁波放射器に透過イメージセンサを対向配置し、これらの間で検査対象物である平板を連続移動させながら電磁波を照射し、これによって得られる複数の照射角度での透過像を取り込み、その複数の透過像の中から、内部欠陥像が写し出されている２以上の透過像を選択し、それぞれの透過像上での内部欠陥像の位置変化を解析することにより、内部欠陥の深さ（平板の厚さ方向への位置）情報を得る技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、Ｘ線透視を行う装置において、物品内部に存在する特定部位の実寸法や異物等の実寸法を知る方法として、従来、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を対向配置するとともに、これらの間に３次元方向に移動可能な試料テーブルを配置したＸ線透視装置において、透視対象物である試料を試料テーブル上に載せてＸ線を照射することによって得られたＸ線透視像上で特定部位や異物等の像の注目部位を含む画面上の領域を指定した後、試料テーブルをＸ線光軸（Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを結ぶ線）に直交する方向に移動させ、その移動前後における画面上の領域内の全画素を例えば相互相関関数等を利用して比較することにより、透視像上での注目部位の移動量を求め、その移動量と試料テーブルの移動量とから、注目部位の撮影倍率を算出する方法が知られている（例えば特許文献２参照）。この方法において、注目部位の撮影倍率は、その注目部位のＸ線発生装置（Ｘ線焦点）との距離と、Ｘ線発生装置（Ｘ線焦点）とＸ線検出器（有感面）との距離の比で表されるため、注目部位の撮影倍率の算出結果から直ちにその注目部位の深さ情報（注目部位とＸ線焦点との距離）を求めることができる。
特開平１１−３１６１９７号公報 特開２００２−２４３６６３号公報

ところで、検査対象物をＸ線光軸に直交する方向に直線的に移動させ、そのときの特異点の透視画像上での移動量を用いてその深さ情報を算出する前記した従来の手法においては、透視画像上の特異点の移動量が大きいほど、求められる深さ情報は正確なものとなる。

このような手法を、例えばアルミダイカストの欠陥の有無などの検査に適用する場合、透視画像上での特異点の移動量を大きくすると、画像上での欠陥像の位置によっては、移動後にその欠陥像が画面（視野）外にずれてしまう可能性がある。また、移動量を大きくしなくても、欠陥像が画面の端部近傍に位置している場合には、移動の向きによっては少しの移動によりその欠陥像が視野外にずれてしまうこともある。

以上のことと関連して、検査対象領域の透視像が画面のほぼ全域にわたって表示されており、複数の欠陥像がその画面のほぼ全域にわたって存在しているような場合に、全ての欠陥の深さ情報を得るためには、複数の方向に移動させる必要が生じ、深さ情報を求めるための動作が複雑なものとなってしまう。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、迅速性に優れたＸ線透視による検査装置でありながら、簡単な動作により特異点の深さ情報を自動的に正確に求めて表示することができ、また、複数の特異点が存在しても従来のように特異点が透視視野から外れにくく、１回の動作で全ての特異点の深さ情報を報知することのできるＸ線検査装置の提供を課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のＸ線検査装置は、互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器の間に、被検査物を搭載する試料ステージが設けられ、その試料ステージ上の被検査物を透過したＸ線の検出結果から、被検査物のＸ線透視像を構築して表示する表示手段を備えているとともに、上記試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対とを、当該Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを結ぶＸ線光軸に直交する軸を中心として相対的に回転させる回転機構を備えたＸ線検査装置において、上記回転機構により上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器との対と被検査物とを相対回転させる前後の被検査物のＸ線透視像のそれぞれから特異点の像を抽出する特異点像抽出手段と、その特異点像抽出手段により抽出された特異点像の上記相対回転前後における透視像上の移動量から、上記特異点の透視方向への深さを実寸法で算出する演算手段を備えていることによって特徴づけられ（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記演算手段により算出された上記特異点の深さを数値で表示する数値表示手段を備えている構成（請求項２）を好適に採用することができる。

また、本目爪胃においては、上記特異点像が複数個抽出されたとき、上記演算手段はこれらの各特異点像の透視方向への深さをそれぞれ算出するとともに、上記表示手段は、Ｘ線透視像上でそれぞれの特異点像に識別のための符号を付し、上記数値表示手段は、その各符号と該当の深さの数値を併せて表示する構成（請求項３）を採用することができる。

更に、本発明においては、上記特異点像の面積を画像処理により算出する面積算出手段を備え、上記数値表示手段は、特異点像の深さと併せて上記面積算出手段により算出された面積を表示する構成（請求項４）を採用することもできる。

本発明は、Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを結ぶＸ線光軸に直交する軸の回りに被検査物を回転させることにより、透視画像上で特異点を移動させ、その移動量と回転角度とから、特異点の深さ情報を算出することにより、課題を解決しようとするものである。

すなわち、被検査物をＸ線光軸に直交する軸の回りに回転させることにより、特異点のＸ線検出器上への投影位置は回転角度に応じて変化する。検査対象物の回転軸を透視像の中心近傍（視野中心近傍）に位置させておくことにより、当初の透視像上に現れている特異点は、回転によって視野外に移動してしまうことが殆どなく、被検査物を搭載する試料ステージを１回だけ所定の角度だけ回転させるという簡単な動作のもとに、欠陥等の特異点の深さ情報を求めることができ、これを実寸法に換算して数値表示することにより、迅速性に優れたＸ線透視による検査でありながら、オペレータは特異点の深さ情報を知ることができる。また、試料ステージの回転による特異点のＸ線検出器上での移動は、比較的高感度に現れ、正確な深さ情報を得ることが可能となる。

このように算出された特異点の深さを、請求項２に係る発明のように数値表示すれば、オペレータはその深さ情報を正確に把握することができる。

請求項３に係る発明のように、特異点が複数個存在する場合には、ラベリングを施すこと、つまり透視像上の各特異点に符号を付し、各特異点の深さ情報をその符号と併せて数値表示することで、各特異点の深さ情報を間違うことなくオペレータに報せることができる。

更に、請求項４に係る発明のように、特異点の面積を併せて表示する機能を持たせることにより、例えばアルミダイカスト部品における鬆（す）のように、深さに加えて大きさに許容限度を持つ欠陥の有無の検査等の作業において、有益な情報をオペレータに提供することができる。

本発明によれば、Ｘ線透視像上の欠陥等の特異点の像が抽出され、その特異点の像の深さ情報が表示されるので、迅速性に優れたＸ線透視による検査装置において、例えば被検査物内部の欠陥などの深さ情報が素早く表示されてオペレータに報知される結果、アルミダイカスト部品における鬆（す）の検査など、深さに許容限度が存在する検査で、オペレータがＸ線透視像を観察して合否判定を行う検査において、有益な情報をオペレータに有益な情報をもらたすことができる。

また、請求項３に係る発明によると、Ｘ線透視像中に複数の特異点が抽出されても、Ｘ線透視像上の各特異点に符号が付され、その符号に対応して各特異点の深さが数値表示されるので、迅速な検査を実現することができる。

更に、請求項４に係る発明によれば、特異点の面積が深さ情報と併せて数値表示されるので、特異点の深さに加えて大きさにも許容限度があるような欠陥の有無を検査する作業に適用して、検査の迅速性を更に高めることができる。

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は本発明の実施の形態の装置本体の斜視図であり、図２は全体のシステム構成を表すブロック図である。また、図３には、本発明の実施の形態における表示器２３の表示態様の例を示す。

図１に示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２は互いに対向した状態で共通の支持アーム３に支持されている。支持アーム３はコラム４に対して傾動機構５およびＺステージ６を介して支承されており、傾動機構５の駆動により、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２は対向状態を維持しつつ水平軸の回りに傾動（旋回）するとともに、Ｚステージ６の駆動によって、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対は同じく対向状態を維持しつつ、傾動機構５とともに鉛直方向（ｚ軸方向）に移動する。

Ｘ線発生装置１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は例えばＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）等の２次元Ｘ線検出器である。

コラム４に隣接して試料ステージ７が配置されている。試料ステージ７は検査対象物Ｗを搭載して鉛直の回転軸の回りに回転する回転テーブル８と、その回転テーブル８を水平面上で互いに直交する２軸方向（ｘ，ｙ軸方向）に移動させるＸＹテーブル９を主体として構成されている。検査対象物ＷのＸ線透視を行うに当たっては、回転テーブル８上に搭載されている被検査物ＷがＸ線発生装置１とＸ線検出器２の間に位置するように支持アーム３を位置決めし、また、その透視倍率はＸＹテーブル９をＸ線光軸方向（ｘ軸方向）に移動させることによって変化させることができる。

図２に示すように、Ｘ線検出器２の出力は画像データ取り込み回路２１を介して表示制御部２２に取り込まれ、この表示制御部２２では、取り込んだ画像データを用いて被検査物ＷのＸ線透視像を構築し、表示器２３に表示する。

表示器２３には、図３に示すように、Ｘ線透視像を表示する透視像表示エリアＡｘのほかに、後述する手法により求められた複数の特異点の深さをそれぞれ実寸法で数値表示するリストを表示する深さリスト表示エリアＡｎが設けられている。

画像データ取り込み回路２１を介して取り込んだＸ線検出器２の出力は、また、画像処理部２４に送られ、この画像処理部２４は、後述するように、被検査物ＷのＸ線透視像上で、あらかじめ設定されている特異点、例えば欠陥等、の像を抽出する。

表示制御部２２および画像処理部２４は、システム全体を制御するシステム制御部２５の制御下に置かれており、前記した深さリスト表示エリアＡｎに表示すべき特異点の各深さは、このシステム制御部２５から供給される。また、画像処理部２４は、システム制御部２５からの指令に従って画像処理の実行を開始する。

システム制御部２５は、前記したＸ線発生装置１の管電流や管電圧をコントロールするＸ線コントローラ２６も制御下に置いているとともに、Ｘ線検出器２も駆動制御する。更に、このシステム制御部２５には、ジョイスティックやマウス、キーボード等からなる操作部２７が接続されており、この操作部２７の操作により、軸制御部２８を介して前記した傾動機構５、Ｚステージ６、ＸＹテーブル９および回転テーブル８に対して駆動制御信号を供給し、これらを随意に駆動することができる。また、この操作部２７の操作により、検査対象物ＷのＸ線透視像上の特異点の抽出と、その特異点の深さを求めるプログラムを起動することができる。

システム制御部２５には、また、演算部２９が接続されており、この演算部２９では、画像処理部２４により抽出された特異点の画像上での座標データを用いて、その特異点の深さを実寸法で算出し、その算出結果はシステム制御部２５を介して表示制御部２２に送られ、表示器２３の深さリスト表示エリアＡｎに表示される。

次に、以上の実施の形態における深さ情報の表示動作について説明する。
被検査物Ｗを回転テーブル８上に載せ、Ｚステージ６、ＸＹステージ９等を操作して検査対象物Ｗの検査に所要の領域のＸ線透視像が表示器２３の透視像表示エリアＡｘに表示されるように位置決めした後、指令を与えることにより、透視画像上の特異点の抽出と深さを求めるプログラムが実行される。

このプログラムにおいては、まず、透視像表示エリアＡｘに表示されているＸ線透視像から、特異点を抽出する。例えばアルミダイカストの鬆（す）を検査するような場合、あらかじめ設定されているしきい値を用いるなどの公知の手法により、鬆（す）の像を抽出する。このようにして抽出された特異点の像について、像の画面上での重心の座標（図１に示した座標系ではｙ，ｚ座標）を求める。

次に、回転テーブル８を規定角度θだけ回転させ、回転後の特異点の像の画面上での重心の座標を求める。そして回転前後の特異点の重心座標から、その特異点の深さ（透視方向への位置情報、図１の座標系ではｘ座標）を算出する。その算出方法について図４を参照しつつ説明する。

図４は、Ｘ線発生装置１のＸ線発生点（焦点）とＸ線検出器２および検査対象物Ｗの位置関係を、図１の鉛直上方から見た平面図で示す幾何学的模式図である。この図４において、被検査物Ｗの当初の姿勢を図中実線で示し、回転テーブル８の角度θの回転後の被検査物Ｗの姿勢を図中破線で示す。また、回転テーブル８の回転中心をＯで表し、検査対象物Ｗ上の特異点をＰで表している。

回転テーブル８の回転前における特異点ＰのＸ線検出器２上への投影位置（重心の位置、以下同）のｙ軸座標をｙ１、角度θの回転後の特異点ＰのＸ線検出器２上への投影位置のｙ軸座標をｙ２とし、回転テーブル８の回転中心ＯとＸ線発生点とのｘ軸方向への距離をａ、Ｘ線検出器２とＸ線発生点との距離をｂとし、深さｄを回転テーブル８回転中心と特異点Ｐとのｘ軸方向への距離として表すと、

と算出することができる。

ここで、図３に示すように、Ｘ線透視像上に複数の特異点が存在する場合には、各特異点についての深さを上記の（１）式を用いて算出する。この場合、回転前後の各特異点の対応をとるために、各特異点をトレースする。そして、図３に示すように、透視像表示エリアＡｘの画面上で、各特異点の像に例えばｚ軸方向に上側にあるものから順に符号１，２，３，・・等の符号を重畳して表示するとともに、深さリスト表示エリアＡｎには、図５にその拡大図を例示するように、各特異点に付された符号Ｌに対応して各特異点の深さＤを数値で表示する。また、この実施の形態においては、前記したようにしきい値等を用いて抽出した各特異点について、その面積を算出し、その各面積の算出結果Ｓをリストに併せて表示している。

以上の実施の形態によると、迅速性に優れたＸ線透視による検査でありながら、特異点の透視方向への深さを知ることができ、特に、アルミダイカストなどの鬆（す）の検査等の作業で、鬆（す）の位置と大きさに許容限度がある場合などにおいて、抽出された鬆（す）の深さと面積の表示は、検査作業における極めて有益な表示となり得る。

また、被検査物Ｗ、あるいは被検査物Ｗの検査対象領域の中心を、回転テーブル８の回転中心Ｏと略一致させるとともに、その回転中心ＯをＸ線検出器２の略中央に位置させておけば、当初（回転前）のＸ線透視像上に存在する各特異点が、角度θの回転後に視野から外れる恐れが殆どなく、一度の回転により全ての特異点の深さを算出することができる。

なお、Ｘ線発生装置とＸ線検出器、および試料ステージの関係は、上記した実施の形態で示したものに限定されることはなく、要は、Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを結ぶＸ線光軸に直交する軸を中心として検査対象物を回転させる機能を有するＸ線検査装置であれば、本発明の適用が可能である。

本発明の実施の形態の装置本体の斜視図である。 本発明の実施の形態の全体のシステム構成を表すブロック図である。 本発明の実施の形態における表示器２３の表示態様の例を示す図である。 本発明の実施の形態における深さの算出方法の説明図で、Ｘ線発生装置１のＸ線発生点（焦点）とＸ線検出器２および検査対象物Ｗの位置関係を、図１の鉛直上方から見た平面図で示す幾何学的模式図である。 図３における深さ表示リストＡｎの拡大図である。

符号の説明

１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線検出器
３ 支持アーム
４ コラム
５ 傾動機構
６ Ｚステージ
７ 試料ステージ
８ 回転テーブル
９ ＸＹテーブル
２１ 画像データ取り込み回路
２２ 表示制御部
２３ 表示器
２４ 画像処理部
２５ システム制御部
２６ Ｘ線コントローラ
２７ 操作部
２８ 軸制御部
２９ 演算部
Ａｘ 透視像表示エリア
Ａｎ 深さリスト表示エリア
Ｐ 特異点
Ｗ 検査対象物

Claims (4)

1. 互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器の間に、被検査物を搭載する試料ステージが設けられ、その試料ステージ上の被検査物を透過したＸ線の検出結果から、被検査物のＸ線透視像を構築して表示する表示手段を備えているとともに、上記試料ステージと、上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器の対とを、当該Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを結ぶＸ線光軸に直交する軸を中心として相対的に回転させる回転機構を備えたＸ線検査装置において、
   上記回転機構により上記Ｘ線発生装置とＸ線検出器との対と被検査物とを相対回転させる前後の被検査物のＸ線透視像のそれぞれから特異点の像を抽出する特異点像抽出手段と、その特異点像抽出手段により抽出された特異点像の上記相対回転前後における透視像上の移動量から、上記特異点の透視方向への深さを実寸法で算出する演算手段を備えていることを特徴とするＸ線検査装置。
2. 上記演算手段により算出された上記特異点の深さを数値で表示する数値表示手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置
3. 上記特異点像が複数個抽出されたとき、上記演算手段はこれらの各特異点像の透視方向への深さを算出するとともに、上記表示手段は、Ｘ線透視像上でそれぞれの特異点像に識別のための符号を付し、上記数値表示手段は、その各符号と該当の深さの数値を併せて表示することを特徴とする請求項２に記載のＸ線検査装置。
4. 上記特異点像の面積を画像処理により算出する面積算出手段を備え、上記数値表示手段は、特異点像の深さと併せて上記面積算出手段により算出された面積を表示することを特徴とする請求項２または３に記載のＸ線検査装置。