JP2009294047A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透視Ｘ線画像の視野や観察位置を変化させるためのステージやＸ線測定光学系の移動操作の操作性を向上する。
【解決手段】３Ｄデータ作成部２５はステージ４上に載置された被測定物Ｓを光学撮影した画像に基づいて３Ｄオブジェクトのデータを作成し、３Ｄ画像作成部２６は被測定物Ｓ、ステージ４、Ｘ線測定光学系１をそれぞれ３Ｄオブジェクトとする３Ｄ画像を作成する。この３Ｄ画像は表示部１３の画面上に表示される操作画面内に透視Ｘ線画像と並べて表示される。３Ｄ画像上でマウス操作を行うことで３Ｄオブジェクトを選択して移動させると、この操作に連動して駆動制御部２８がステージ４やＸ線測定光学系１を移動させるべく制御を行う。これにより、オペレータは操作画面のみを見ながら移動操作を行うことができる。しかも被測定物ＳとＸ線測定光学系１との位置関係を直感的に把握できるので、衝突回避の移動を行う際の操作性も向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線を利用して、立体形状を有する被測定物を破壊することなく、その内部構造を観察・検査するＸ線検査装置に関する。

例えばアルミニウム鋳物等の工業製品の内部欠陥や半導体基板の部品摂動状態などを検査する目的で、工業用のＸ線検査装置が広く利用されている。また、最近は、２次元的な透視画像でなく立体的な透視画像を再現するＸ線ＣＴ装置も開発されており、Ｘ線を用いた非破壊検査は製造現場等において非常に重要なものとなっている（非特許文献１、２など参照）。

一般的な工業用Ｘ線検査装置では、Ｘ線を発生するＸ線源と、イメージインテンシファイアやフラットパネルＸ線検出器などのＸ線検出器と、が対向して配置され、その間に被測定物を載置するためのステージが設けられる。このステージ上に被測定物が載置され、Ｘ線源で発生したＸ線が被測定物に照射され、これを透過した透過Ｘ線がＸ線検出器に入射して検出される。この検出信号に基づいて２次元的な透過Ｘ線画像が作成され、モニタの画面上に表示される。ステージはステージ駆動機構により移動可能であり、Ｘ線源及びＸ線検出器を含むＸ線測定光学系はステージとは別に移動（傾動）可能である。オペレータはマウス、ジョイスティック、キーボードなどの入力装置を用いた操作により、ステージやＸ線測定光学系を適宜に移動させる。これにより、所定の範囲で、被測定物の任意の位置、任意の方向（角度）の透過Ｘ線画像が得られる。

上記のような透視Ｘ線測定では、被測定物が十分に小さいものでない限り、被測定物の一部分を透過した局所的な透視画像が表示画面上に描出される。そのため、表示された透視画像を見ただけでは、Ｘ線測定光学系と被測定物との位置関係をオペレータが把握することはできない。被測定物が或る程度の大きさを持つ場合、Ｘ線測定光学系と被測定物とは衝突するおそれがある。そこで、Ｘ線測定光学系と被測定物との衝突を避けるために、オペレータはＸ線照射領域を被覆している防護カバーに形成された小窓から内部を覗き込み、被測定物とＸ線測定光学系との位置関係を目視で確認しながら、ステージやＸ線測定光学系を移動するための操作を行う必要がある。

このようにモニタの画面上の透視Ｘ線画像と小窓を通した装置状態との両方を確認しながら操作を行う場合、操作が難しく作業効率も悪い。特に最近は、検査のスループットの向上等を目的として、ステージやＸ線測定光学系の移動速度の高速化が図られており、オペレータの僅かな誤操作や不注意によって、被測定物とＸ線測定光学系とが衝突する危険性が増している。

これに対し、特許文献１、非特許文献３には、被測定物とＸ線測定光学系との衝突を防止するための技術を採用したＸ線検査装置が開示されている。このＸ線検査装置では、透視撮影実行前に、被測定物が載置されたステージを回転させつつ該被測定物を光学カメラで撮影し、その撮影画像から被測定物の軌跡データを抽出する。そして、その軌跡データに基づき、ステージを移動させる際の被測定物とＸ線測定光学系との衝突危険性を示す衝突危険領域を被測定物の周りに設定する。実際にオペレータがステージの移動操作を行う際には、その衝突危険領域にＸ線測定光学系が重なるか否かを判定することによって、衝突の危険性を判定し、その判定結果をブザーの鳴動等によりオペレータに報知する。これにより、オペレータは衝突の危険性を確実に且つ速やかに認識することができ、被測定物とＸ線測定光学系との衝突の防止に大きな効果を奏する。

ところが、上記従来のＸ線検査装置において、被測定物とＸ線測定光学系との衝突の危険がある場合には、このおそれがなくなるようにステージを移動させなければならず、そのためにはオペレータは小窓を通して被測定物とＸ線測定光学系との位置関係を目視で確認しながら試行錯誤的にステージを移動させる必要がある。即ち、衝突を確実に回避するという点で上記Ｘ線検査装置は大きな効果を奏するものの、それを回避するための操作性という点では未だ改善の余地があった。

一方、特許文献２に記載のＸ線検査装置では、オペレータによるステージやＸ線測定光学系の移動制御の操作性を向上させるために、光学カメラで撮影した被測定物の外観画像をモニタの画面上に表示するとともに、ステージの回転角やＸ線光軸の傾動角の指定が可能な観察方位図を同時に表示し、その観察方位図上でマウス操作を行うことにより、測定位置や測定角度を容易に設定できるようにしている。

しかしながら、上記従来のＸ線検査装置では、２次元平面上に投影された座標系での位置決めであるため、いずれの方向にどの程度ステージを移動させれば、どの程度の倍率でどのような視野の画像が得られるのかをオペレータが直感的に理解するのは困難である。したがって、上述したように、被測定物とＸ線測定光学系とが衝突の危険にある状態から、これを回避するためにステージやＸ線測定光学系を移動させようとする際の操作のためには、上記の操作方法はあまり有益でない。

特開２００７−７８５５７号公報 特開２００７−１０１３９２号公報 國嘉夫ほか２名、「ＦＰＤ搭載マイクロフォーカスＸ線透視装置ＳＭＸ−１０００」、島津評論、第６２巻、第１・２号、２００５年９月２０日発行 塩田忠弘ほか７名、「マイクロフォーカスＣＴ装置の技術進展と応用」、島津評論、第６２巻、第１・２号、２００５年９月２０日発行 「マイクロフォーカスＸ線透視装置ＳＭＸ−２０００micro」、[online]、株式会社島津製作所、[平成２０年５月２２日検索]、インターネット＜URL: http://www.shimadzu.co.jp/ndi/products/x_rylk/x_rylk09.html＞

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被測定物とＸ線測定光学系との衝突の回避動作などを目的としてステージやＸ線測定光学系を移動させる際の操作性を改善し、作業効率の向上や検査のスループットの向上を図ることができるＸ線検査装置を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、被測定物を載置するためのステージと、該ステージ上の被測定物にＸ線を照射するＸ線源及びその被測定物を透過したＸ線を受けて被測定物の透視Ｘ線像を撮影するＸ線検出器を含むＸ線測定光学系と、被測定物の異なる部位の透視Ｘ線像を撮影するために前記ステージ又は前記Ｘ線測定光学系の少なくともいずれか一方を移動させる移動機構と、前記ステージ又は前記Ｘ線測定光学系の少なくともいずれか一方を移動させる指示をユーザが与えるための入力手段と、該入力手段による指示に応じて前記移動機構の動作を制御する移動制御手段と、を具備するＸ線検査装置において、
a)前記ステージ上に載置された被測定物と前記Ｘ線測定光学系との実際の相対的位置関係を視認可能な画像を作成する画像作成手段と、
b)前記画像作成手段により作成された画像を表示手段の画面の少なくとも一部に表示する表示制御手段と、
を備えることを特徴としている。

従来のＸ線検査装置においても、ステージ上の被測定物の光学撮影画像を表示手段の画面上に表示することは行われている。しかしながら、これは専ら被測定物上の透視撮影部位をユーザ（オペレータ）が目視で確認したり設定したりすることを目的としており、これから被測定物とＸ線測定光学系との相対位置関係を把握することは不可能である。これに対し、本発明に係るＸ線検査装置では、被測定物とＸ線測定光学系との実際の相対的位置関係を視認可能な画像が表示手段の画面上に表示される。

この画像は、最低限、被測定物とＸ線測定光学系とが模擬的な再現像として又は光学撮影による実写像として描出されていればよいが、被測定物はステージ上に載置され、このステージと被測定物とは一体に移動するから、ステージの再現像や実写像も描出するようにするとよい。また、被測定物（及びステージ）とＸ線測定光学系とは共に立体形状であるから、それぞれ複数の面が現れる斜視画像とするのがよい。さらに、或る一方向（１つの視点）から被測定物とＸ線測定光学系とを見た状態の画像だけでは、両者の位置関係、特に離間距離を把握しにくいから、少なくとも２以上の異なる方向から被測定物とＸ線測定光学系とを見た状態の画像を描出できるようにすることが好ましい。

光学カメラで撮影した実写像の場合、着目している被測定物及びＸ線測定光学系のほかの背景に存在する物体の像も画像中に現れる。また、当然のことながら、光学カメラから見て陰になる部分は画像上に現れないし、照射Ｘ線や透過Ｘ線などの非可視物も画像上に現れない。オペレータがその画像のみを見て被測定物とＸ線測定光学系との位置関係を把握し、移動指示を与えるための判断を的確に行うには、そうした把握や判断の妨げとなり得る余計な物体は画像上に見えないほうが好ましい。逆に、被測定物やＸ線測定光学系にあって実際には隠れて見えない部分や非可視のＸ線なども、仮想的に見えるほうが都合がよい。

そうしたことから、本発明に係るＸ線検査装置の好ましい一態様として、前記画像作成手段により作成される画像は、少なくとも前記ステージ上に載置された被測定物と前記Ｘ線測定光学系とをそれぞれ３次元オブジェクトとして描画したコンピュータグラフィックス（ＣＧ）による３次元画像である、ものとするとよい。

ＣＧによる３次元画像では、ここで着目する被測定物とＸ線測定光学系、さらにはステージのみを選択的に描出することができるとともに、他の物体の陰になっていて実際には見えない部分や非可視であるＸ線なども仮想的に表示することができる。また、各３次元オブジェクトを実際のサイズ（寸法）に対応したものではなく、必要に応じて適宜にサイズを変えて（部分的に拡大・縮小して）描出することも容易に行える。また、各構成要素の色についても、実際の物体の色と同じ（又はきわめて近い）色とすることができるほか、例えば着目している箇所のみを別の色に変えることも容易である。したがって、オペレータの操作ミスや見間違いなどを軽減して高い操作性を実現できるように、適宜に加工した画像を描出することができる。

この場合、前記画像作成手段は、被測定物とＸ線測定光学系とにそれぞれ対応した３次元データと、前記移動制御手段による移動制御情報、又は、前記ステージ及び前記Ｘ線測定光学系の現在位置を検出する位置検出手段による位置検出情報とを利用して、現時点での各３次元オブジェクトの位置を反映した３次元画像を作成する構成とすることができる。

Ｘ線測定光学系やステージに対応した３次元データとしては、例えば装置設計時のＣＡＤデータを用いることができる。これは、当該Ｘ線検査装置をユーザに納入する時点で、メーカ側で入力しておくことが可能である。一方、被測定物に対応する３次元データは被測定物によって相違するから、被測定物がステージ上に載置される毎に収集する必要がある。そこで、本発明に係るＸ線検査装置では、前記ステージ上に載置された被測定物の光学撮影を行う光学撮影手段と、該光学撮影手段により撮影された光学画像の中から被測定物による像を抽出する抽出手段と、該抽出手段により抽出された被測定物の像に基づいて被測定物に対応した前記３次元データを求める３次元データ取得手段と、をさらに備える構成とするとよい。

例えば、ステージ上に新たに被測定物が載置されると、ステージを移動（回転、直進など）させながら、光学撮影手段により被測定物の光学画像を複数の方向から撮影する。事前に被測定物が載置されない状態での同方向からの光学画像を撮影しておき、抽出手段は、同方向からの２枚の光学画像を比較する（差分をとる）ことにより、被測定物による像を抽出する。３次元データ取得手段は、複数の方向から見た被測定物による像に基づいて、被測定物に対応した３次元データを求める。なお、３次元オブジェクトを描出するための３次元データは、例えば、形状、色、透明度、座標変換行列などのデータを含むものとすることができる。こうした３次元データの抽出は、一般に知られている既存のソフトウエアを利用して行うことが可能である。

また本発明に係るＸ線検査装置の一態様として前記入力手段は、前記表示手段の画面上に表示された３次元画像上においていずれかの３次元オブジェクトを移動するようにユーザが指示を与えるための移動指示手段を含み、前記画像作成手段は前記移動指示手段による指示に応じて前記３次元画像内の３次元オブジェクトを移動させ、前記移動制御手段は前記移動指示手段による指示に応じて前記ステージ又は前記Ｘ線測定光学系の少なくともいずれか一方を移動させるように前記移動手段を制御する構成とすることができる。

ここで、移動指示手段は、３次元画像上で特定のオブジェクトを選択したり直線的な移動、回転などの各種操作を行ったりすることが可能な、ポインティングデバイス、つまりマウス、トラックボール、タッチパッド、ジョイスティックなどとすることができる。

この構成によれば、オペレータは、３次元画像上でモデル化されている被測定物、ステージ、Ｘ線測定光学系などの３次元オブジェクトの動きを確認しながら、それらを移動させるための操作を行うことができる。したがって、表示手段の画面のみを確認しながら、しかも直感的な操作が可能である。それにより、良好な操作性を達成でき、オペレータの操作ミスや判断ミスも軽減できる。

また本発明に係るＸ線検査装置の一態様として、前記被測定物又は前記Ｘ線測定光学系の周囲に設定した移動限界領域と前記移動制御情報又は前記位置検出情報とに基づいて、前記ステージ又は前記Ｘ線測定光学系のいずれか一方を移動する際の被測定物とＸ線測定光学系との衝突の危険性を判定する移動限界判定手段を備え、前記表示制御手段は、前記表示手段の画面上の３次元画像において前記移動限界判定手段による判定結果に応じた報知を行う構成としてもよい。

移動限界領域は、例えば上述したようにステージを移動させつつ撮影した光学画像に基づいて設定することが可能である。移動限界判定手段は、ステージ又はＸ線測定光学系のいずれか一方が移動される際に、例えば被測定物の移動限界領域にＸ線測定光学系が重なるか否かを判定することにより、被測定物とＸ線測定光学系との衝突の危険性を判定する。表示制御手段は、衝突の危険性の度合に応じて、例えば３次元画像の背景色を変化させることにより、オペレータに衝突の危険性を報知する。なお、移動限界判定の手法としては、特許文献１や特開２００７−１２１０８５号公報に開示された衝突判定の手法を用いることができる。

この構成によれば、オペレータは、ステージやＸ線測定光学系を移動させるための操作を行いながら、被測定物、ステージ、Ｘ線測定光学系の動きを確認するための３次元画像上で衝突の危険性についての情報も同時に得ることができる。したがって、オペレータは移動操作に伴う衝突の危険性を確実に且つ迅速に認識し、それを回避するための操作を行うことができる。

また本発明に係るＸ線検査装置の一態様として、前記入力手段は、前記表示手段の画面上の３次元画像内の３次元オブジェクトに対する見る方向である視点を指示する視点指示手段を含み、前記画像作成手段は、前記視点指示手段による視点の変更に応じて前記３次元画像の描画を更新する構成とすることもできる。

この視点指示手段は、上記移動指示手段と同様に、３次元画像上で各種操作を行うポインティングデバイス、つまりマウス、トラックボール、タッチパッド、ジョイスティックなどとすることができる。

この構成によれば、オペレータが３次元画像上で適宜の操作を行うことで、任意の方向から見た状態の被測定物及びＸ線測定光学系の３次元オブジェクトを描画することができる。したがって、被測定物とＸ線測定光学系との位置関係をオペレータ正確に把握することができるとともに、高い操作性を達成することができる。

また本発明に係るＸ線検査装置の一態様として、前記入力手段は、前記ステージ及び前記Ｘ線測定光学系の実体的な移動を伴うことなく、前記表示手段の画面上の３次元画像内で３次元オブジェクトを移動するようにユーザが指示を与えるための仮想移動指示手段を含み、前記画像作成手段は、前記仮想移動指示手段による指示に応じて、現時点の位置に３次元オブジェクトが描出された３次元画像に、移動中又は移動後の位置における３次元オブジェクトの仮想的な像を重畳した３次元画像を作成する構成とすることもできる。

この構成によれば、実際にステージやＸ線測定光学系を移動させる前に、模擬的な移動操作のみを行って、被測定物とＸ線測定光学系との位置関係がどのようになるのかを確認したり、衝突の危険性の有無を確認したりすることができる。したがって、形状が複雑な被測定物の検査を行う場合や、比較的経験が浅いオペレータが操作を行う場合などにおいて、予め操作の訓練（シミュレーション）を行い、実際の移動操作を円滑に進めることができる。

本発明に係るＸ線検査装置によれば、オペレータは、表示手段の画面上で、被測定物とＸ線測定光学系との位置関係を確認することができ、それを見ながらステージやＸ線測定光学系の移動操作を行うことができる。したがって、例えば、被測定物とＸ線測定光学系とが衝突の危険にある状態からそれを回避するためにステージ又はＸ線測定光学系を移動させようとしたときに、オペレータはＸ線防護カバーに設けられた小窓を通して実際の被測定物とＸ線測定光学系との位置関係を目視で確認することなく、画面のみを見ながら適切な操作を行うことができる。それによって、従来のこの種の装置と比較して操作性が大きく向上し、特に複雑な形状の３次元物体の内部検査のスループットを改善することができる。また、オペレータの誤操作や不注意による被測定物とＸ線測定光学系との衝突も、より確実に回避できる。また、操作の経験が浅いオペレータでも的確な操作が行えるようになる。

以下、本発明の一実施例によるＸ線検査装置について、添付図面を参照して説明する。図１は本実施例のＸ線検査装置の要部のブロック構成図である。以下の説明では、３次元オブジェクト、３次元画像、３次元データは、３Ｄオブジェクト、３Ｄ画像、３Ｄデータと略す。

このＸ線検査装置は、Ｘ線源２及びＸ線検出器３を含むＸ線測定光学系１と、上部に被測定物Ｓを載置するステージ４と、ステージ４を互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向にそれぞれ直進移動させるとともに、Ｚ軸に平行なステージ４の中心軸Ｃの周りに該ステージ４を回動させるためのステージ駆動機構（本発明における移動機構に相当）５と、ステージ４上に載置された被測定物Ｓを可視光により撮影するための光学カメラ（本発明における光学撮影手段に相当）６と、被測定物Ｓに対してＸ線測定光学系１を傾動可能であるようにＸ線源２及びＸ線検出器３を一体に支持するアーム７と、アーム７を所定角度範囲で傾動させるアーム駆動機構（本発明における移動機構に相当）８と、ステージ駆動機構５及びアーム駆動機構８に対する制御信号に基づいてステージ４及びアーム７の位置を検出する位置検出部（本発明における位置検出手段に相当）９と、装置全体の制御を行いつつ透視Ｘ線画像や光学画像を取得する制御・処理部１０と、を備える。

制御・処理部１０の大部分は汎用のコンピュータをハードウエアとし、このコンピュータに搭載されたソフトウエアをＣＰＵ上で動作させることにより、後述する各種の機能が達成される。ハードウエアとして、制御・処理部１０は、ＣＰＵ２０、記憶装置４０などを含むコンピュータ本体１１のほかに、マウス、トラックボール、ジョイスティックなどのポインティングデバイスとキーボードとを含む入力部（本発明における入力手段に相当）１２と、液晶パネルなどの表示部（本発明における表示手段に相当）１３と、Ｘ線検出器３及び光学カメラ６で得られた信号をデジタル化するＡＤ変換器（ＡＤＣ）１４、１５と、を含む。

ＣＰＵ２０により具現化される機能ブロックとしては、Ｘ線画像作成部２１、光学撮影制御部２２、光学画像作成部２３、被測定物外観抽出部２４（本発明における抽出手段に相当）、被測定物３Ｄデータ作成部（本発明における３次元データ取得手段に相当）２５、３Ｄ画像作成部（本発明における画像作成手段に相当）２６、移動限界判定部（本発明における移動限界判定手段に相当）２７、駆動制御部（本発明における移動制御手段に相当）２８、表示制御部（本発明における表示制御手段に相当）３０、などがある。表示制御部３０は表示部１３の画面上の表示を制御するものであり、Ｘ線画像描画部３１、３Ｄ画像描画部３２を含む。ハードディスドライブなどである記憶装置４０は、記憶領域として、光学画像データ記憶部４１、装置３Ｄデータ記憶部４２、被測定物３Ｄデータ記憶部４３、などを有する。入力部１２は入力指示のための機能ブロックとして、３Ｄ移動指示部（本発明における移動指示手段に相当）５１、３Ｄ視点指示部（本発明における視点指示手段に相当）５２、３Ｄ仮想移動指示部（本発明における仮想移動指示手段に相当）５３、などを含む。

Ｘ線源２とＸ線検出器３とは、間にステージ４を挟んで対向して配置され、被測定物Ｓが存在しない場合、Ｘ線源２から放出されたＸ線ＲはＸ線検出器３の２次元状の検出面に入射する。Ｘ線検出器３は、イメージインテンシファイアと、その後方に一体的に装着されたＣＣＤカメラとの組み合わせ、又は、フラットパネル検出器を用いることができる。前者の場合、イメージインテンシファイアが透視Ｘ線を検出することにより形成した蛍光像をＣＣＤカメラで撮影することによって、透視Ｘ線像の映像信号が出力される。後者の場合、シンチレータとフォトダイオードアレイ検出器との組み合わせにより、透視Ｘ線の強度を電気信号に変換する。Ｘ線検出器３で得られた信号はＡＤ変換器１４でデジタル化されてコンピュータ本体１１に入力される。

本実施例のＸ線検査装置では、基本的に、検査実行中は連続的にＸ線源２から被測定物ＳにＸ線Ｒが照射され、被測定物Ｓを透過したＸ線がＸ線検出器３に入射して検出される。Ｘ線検出器３がフラットパネル検出器である場合、２次元状に配置された画素毎に所定時間だけ入射したＸ線強度に対応した電気信号を蓄積し、その後に蓄積された電気信号を順番に読み出してＡＤ変換器１４を介してコンピュータ本体１１へ送る。したがって、電気信号の蓄積時間や信号の読み出し時間などで制約を受ける所定のフレームレートで、１枚の画像を構成するデータがコンピュータ本体１１に送り込まれる。

Ｘ線画像作成部２１は上記画像データを受け、所定のフレームレートで透視Ｘ線画像を作成する。作成された透視Ｘ線画像を構成するデータはＸ線画像描画部３１を介して表示部１３に順次送信され、表示部１３の画面上の所定の枠内に被測定物Ｓの透視Ｘ線動画像が描出される。この描画はフレームレート毎に更新される。

ステージ４は、ステージ面の延展方向であるＸ軸−Ｙ軸方向とステージ面に直交するＺ軸方向との３次元方向にスライド可能な下部ステージと、下部ステージに対しＺ軸方向に延伸する軸によって回転可能に支持される上部ステージと、から成り、被測定物Ｓは上部ステージの上に載置される。ステージ駆動機構５は複数のモータを備え、入力部１２による操作に応じて駆動制御部２８において生成された制御信号に基づいて、ステージ４を回転駆動したり直進（往復）駆動したりする。

アーム駆動機構８も同様にモータを備え、入力部１２による操作に応じて駆動制御部２８において生成された制御信号に基づいて、アーム７を回動させる。アーム７の回動により、Ｘ線源２とＸ線検出器３とは対向状態を保持したまま一体に傾動する。ステージ４のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の直進移動、中心軸Ｃ周りの回動、及びアーム７の傾動により、ステージ４上に載置された被測定物Ｓの周囲（中心軸Ｃの周りの３６０°）や斜め上、下、真上、真下などの様々な方向から、被測定物Ｓに対してＸ線Ｒを照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器３により検出することができる。

位置検出部９は、ステージ４やアーム７を移動させるべく駆動制御部２８からステージ駆動機構５及びアーム駆動機構８に送られる制御信号に基づいて、ステージ４やアーム７の現在位置を検出する。また、サーボモータなどを用いた閉ループ制御の場合には、光学式、磁気式又は機械式の位置検出機構がモータに付設されているから、この位置検出機構からフィードバックされる検出信号に基づいてステージ４やアーム７の現在位置を検出するようにしてもよい。後者のほうが、モータの脱調などが発生した場合でも、より正確な位置検出が可能である。

光学カメラ６は、Ｘ線測定光学系１による透視Ｘ線像測定に支障をきたさないようＸ線の視野から離れた位置で、且つ、規定の初期位置にあるステージ４上の被測定物Ｓの外観形状を撮影できる位置に取り付けられている。光学カメラ６は被測定物Ｓを撮影し、それにより得られた映像信号はＡＤ変換器１５でデジタル化されてコンピュータ本体１１に入力される。光学画像作成部２３は光学カメラ６から送られてきた光学撮影画像に基づくデジタル画像信号を受け、光学画像を再現するととともに得られたコマ画像データを光学画像データ記憶部４１に格納する。

光学撮影制御部２２は、ステージ駆動機構５及びアーム駆動機構８と、光学カメラ６による撮影とを連動して制御する。即ち、被測定物Ｓについて様々な方向からの外観画像を取得するために、例えば中心軸Ｃの周りにステージ４を一定角度ずつ回転させる毎、及びアーム７を所定角度傾動させる毎に、被測定物Ｓの光学画像を撮影する。なお、本実施例のＸ線検査装置では、ステージ上４に何らの被測定物も存在しない状態の背景画像を取得するために、予め、被測定物Ｓがステージ４上に載置されない状態で上記撮影時と同方向からの光学画像を予め光学カメラ６で撮影し、その画像データも光学画像データ記憶部４１に保存しておくものとする。背景は原則的に変化しないので、背景画像は光学画像データ記憶部４１に一度保存しておけば、異なる被測定物の外観を抽出する際に何度でも使用することができる。

被測定物外観抽出部２４は、光学撮影制御部２２による制御の下に光学画像作成部２３で作成され光学画像データ記憶部４１に保存された、同じ方向からの被測定物Ｓ無しの背景画像と被測定物Ｓ有りの画像との差分を採ることにより、各画像毎に被測定物Ｓの外観を抽出する。このような処理を実行するためには、周知の画像認識技術を利用することができる。被測定物３Ｄデータ作成部２５は、被測定物外観抽出部２４により得られた、それぞれ異なる方向から撮影された画像データに基づく被測定物Ｓの外観形状から、被測定物Ｓの３Ｄデータを求める。そして、得られた被測定物の３Ｄデータは被測定物３Ｄデータ記憶部４３に保存される。

一般的に、３Ｄオブジェクトを作成するための３Ｄデータは、形状、色、透明度、座標変換行列などのデータを含む。形状データは、例えばローカル座標系における３次元オブジェクトの各頂点の座標データ、色データはＲＧＢ値、透明度データは透明から不透明までの間の複数の段階を示す指標値、座標変換行列は、ローカル座標系で表現された形状データをワールド座標系の座標データに変換するための行列式のデータ、である。ローカル座標系とは、３次元オブジェクトをそれ単独で表現する座標系であり、一方、ワールド座標系とは、３次元オブジェクトを配置する３次元空間を定義する座標系である。ワールド座標系で定義された３次元空間に配置された３次元オブジェクトは、所定方向への投影によって２次元図形に変換されて画面上に表示されることになる。

装置３Ｄデータ記憶部４２には、予めこのＸ線検査装置のＸ線測定光学系１及びステージ４の３Ｄデータが予め保存される。この３Ｄデータは、例えば本装置を設計する際の３次元ＣＡＤデータを用いて容易に作成することができる。この装置３ＤデータはＸ線測定光学系１やステージ４が別の形状のものに交換されない限り変更する必要はない。したがって、通常、本装置の製造メーカが予め設定しておけばよく、ユーザが設定する必要はない。

３Ｄ画像作成部２６は、上述したように装置３Ｄデータ記憶部４２に保存されている、Ｘ線測定光学系１に対応した３Ｄオブジェクト及びステージ４に対応した３Ｄオブジェクトの３Ｄデータと、被測定物３Ｄデータ記憶部４３に保存されている被測定物Ｓに対応した３Ｄオブジェクトの３Ｄデータ、及び、位置検出部９から送られてくる、その時点におけるステージ４及びアーム７の位置情報に基づいて、ステージ４、被測定物Ｓ、Ｘ線測定光学系１（アーム７、Ｘ線源２、Ｘ線検出器３）がそれぞれ３Ｄオブジェクトとして配置された３Ｄ画像を作成する。これは、その時点でのステージ４上の被測定物ＳとＸ線測定光学系１との相対位置関係を示すものであり、上述のように、ワールド座標系で定義された３次元空間に上記ステージ４、被測定物Ｓ、Ｘ線測定光学系１に対応した３次元オブジェクトが配置された状態の３次元像を、所定方向への投影によって２次元図形に変換した２次元投影像である。この３Ｄ画像は３Ｄ画像描画部３２を介して表示部１３に送られ、表示部１３の画面上の所定の枠内に表示される。

移動限界判定部２７は、上述のようにステージ４を回転しつつ被測定物Ｓを撮影したときの光学画像に含まれる被測定物Ｓの外観から得られる軌跡データに基づいて、被測定物ＳとＸ線測定光学系１とが衝突する危険性のある領域を示す移動限界領域を被測定物Ｓの周りに設定する。この移動限界領域はＸ線測定光学系１の周りに設定してもよい。被測定物Ｓが異なる形状のものに交換されると移動限界領域も変わるから、被測定物Ｓが新たにステージ４上に載置される毎に移動限界領域を設定し直すことが好ましい。また移動限界判定部２７は、ステージ４やアーム７が実際に移動される際、或いはそれらが仮想的に移動される際に、被測定物Ｓの周りに設定されている移動限界領域とＸ線測定光学系１との重なりの有無や程度を判定する。例えば、両者が重なっている、つまりＸ線測定光学系１が移動限界領域内に突入している場合には、衝突の危険性が高いと判断する。また、Ｘ線測定光学系１が移動限界領域内に突入していなくても両者の間の最短距離が所定値以下である場合には、衝突に注意すべきレベルであると判断する。なお、抽出した軌跡データに基づいて移動限界領域を設定する手法は、例えば特許文献１に記載の方法を用いることができる。

上記構成を有する本実施例のＸ線検査装置の特徴的な動作を説明する。オペレータは被測定物Ｓをステージ４上に載置し、入力部１２から測定の開始を指示する。すると、光学撮影制御部２２、光学画像作成部２３、被測定物外観抽出部２４、被測定物３Ｄデータ作成部２５は上述したような動作により、被測定物Ｓの３Ｄオブジェクトの３Ｄデータを作成する。そして、３Ｄ画像作成部２６は３Ｄ画像を作成する。表示制御部３０は表示部１３の画面上に例えば図２に示すような操作画面１００を表示する。

この操作画面１００には、その時点における被測定物Ｓの透視Ｘ線画像枠１０１と、３Ｄ画像枠１０２と、が含まれる。透視Ｘ線画像枠１０１には、Ｘ線画像作成部２１で作成された透視Ｘ線画像が描出される。３Ｄ画像枠１０２には、３Ｄ画像作成部２６で作成された３Ｄ画像が描出される。図３は３Ｄ画像のイメージ図である。この図にあるように、３Ｄ画像には、実際の装置のアーム７、Ｘ線源２、Ｘ線検出器３、ステージ４、被測定物Ｓにそれぞれ対応する３Ｄオブジェクト７ａ、２ａ、３ａ、４ａ、Ｓａが表示されるとともに、非可視であって実際には見えないＸ線の３ＤオブジェクトＲａもイメージとして表示されている。これにより、オペレータはその時点で被測定物Ｓのどの部分の透視Ｘ線画像を見ているのかを容易に確認することができる。また、被測定物ＳとＸ線測定光学系１との相対的な位置関係とを容易に把握することができる。

現時点で観察している透視Ｘ線画像とは別の箇所を観察したい場合、ステージ４とアーム７（Ｘ線測定光学系１）の一方又は両方を移動させることで、Ｘ線Ｒの照射位置や範囲を変更する必要がある。ステージ４を直進移動又は中心軸Ｃの周りに回転させたり、Ｘ線測定光学系１を傾動させたりする際に、３Ｄ画像上の各３Ｄオブジェクトをマウス等のポインティングデバイスで選択指示した後に、それを３Ｄ画像上でドラッグすることで移動の種類（直進、回転）や移動方向、移動量などを指示することができる。即ち、例えばマウスで移動指示を選択すると、３Ｄ移動指示部５１が機能し、その後の３Ｄオブジェクトの選択、移動量や移動方向の指示などを受けて、この情報を駆動制御部２８と３Ｄ画像作成部２６に送る。図４はＸ線源２に対応した３Ｄオブジェクト２ａを選択して、これを矢印Ｍに示すようにドラッグ操作することで、回動させるべく指示した場合の概念図である。

駆動制御部２８は上記指示に応じて、ステージ４とアーム７のいずれか一方又は両方を所定の方向に所定量だけ移動させるべく制御信号をステージ駆動機構５、アーム駆動機構８に送る。これによって、ステージ４、アーム７は実際に移動し、被測定物ＳでＸ線Ｒの当たる部位や範囲が変化する。これに伴い、操作画面１００の透視Ｘ線画像枠１０１に表示される透視Ｘ線画像も変化する。また、３Ｄ画像作成部２６は指示された３Ｄオブジェクトを移動させるように３Ｄ画像を変更する。したがって、３Ｄ画像枠１０２内の画像も変化する。従来であれば、Ｘ線測定光学系１と被測定物Ｓとの位置関係を目視で確認するためにＸ線防護カバーの小窓を通して内部を除き込みながら、オペレータはキーボードなどで移動操作を行う必要があったが、本実施例のＸ線検査装置では、操作画面１００上の３Ｄ画像や透視Ｘ線画像を見ながら、移動操作を行うことができる。その操作も、３Ｄオブジェクトを選択指示してドラッグ等を行えばよいので、直感的に行うことができ、操作ミスや間違いも起こりにくい。

なお、マウスでなくそのほかのポインティングデバイスを用いて３Ｄ画像上の３Ｄオブジェクトの操作を行うこともできるし、キーボードを用いて同様の操作を行うこともできる。また、ステージ４とＸ線測定光学系１とはそれぞれ別の３Ｄオブジェクトであるが、両者を一緒に選択指示して連動して移動することも可能である。

さらにまた、実際のＸ線検査装置ではステージ４は中心軸Ｃの周りに、つまり垂直軸の周りに回転可能ではあって、水平軸の周りに回転はしないが、３Ｄ画像上のステージ４に対応した３Ｄオブジェクト４ａは水平軸の周りの回転操作を可能としてもよい。もちろん、それは操作上の便宜のためだけであって、ステージ４に対応した３Ｄオブジェクト４ａが水平軸の周りに回転するように操作指示がなされると、３Ｄ移動指示部５１はこれをＸ線測定光学系１の回転移動に置き換えて駆動制御部２８に指示を与えるようにするとよい。同様に、Ｘ線測定光学系１の直進移動も実際には行えないが、Ｘ線測定光学系１に対応した３Ｄオブジェクト（７ａ、２ａ、３ａ）の直進移動も操作上で可能とし、３Ｄ移動指示部５１はこれをステージ４の直進移動に置き換えて駆動制御部２８に指示を与えるようにするとよい。このように実際の装置では行い得ない移動操作も仮想的に受け付けて、対応する実際の移動制御に置き換えることで、オペレータの直感的な操作性が一層向上する。

上述したステージ４やＸ線測定光学系１の移動操作に際し、移動限界判定部２７は常に被測定物Ｓの周りの移動限界範囲とＸ線測定光学系１との干渉を判定することで衝突の危険性を判断する。そして、前述のように、Ｘ線測定光学系１が移動限界領域内に突入している場合には、衝突の危険性が高いと判断し、Ｘ線測定光学系１と移動限界領域との間の最短距離が所定値以下である場合には、衝突に注意すべきレベルであると判断する。これらの判断の結果を分かり易く示すため、３Ｄ画像描画部３２は、３Ｄ画像上の３Ｄオブジェクト以外の背景色を、衝突危険性の判断結果に応じた色に設定する。

例えば図５（ａ）に示すように、被測定物ＳとＸ線測定光学系１との距離が十分に確保されていて衝突のおそれが全くない場合には、背景色１０２ａを青色とする。図５（ｂ）に示すように、被測定物ＳとＸ線測定光学系１とが近づいていて衝突に注意する必要がある場合には、背景色１０２ｂを黄色とする。図５（ｃ）に示すように、被測定物ＳとＸ線測定光学系１とが非常に近く衝突の危険性が高い場合には、背景色１０２ｂを赤色としてオペレータの注意を喚起する。このように移動操作を行うための３Ｄ画像の背景色を変えることで、オペレータの注意を喚起し易く、またいずれの方向にいずれの３Ｄオブジェクトを移動させれば衝突を回避できるのかを直感的に且つ容易に理解することができる。それによって、衝突の危険性を迅速に認識し、衝突を回避するための操作も簡単で操作ミスを軽減できる。

なお、３Ｄ画像の背景色でなく、ステージ４やＸ線測定光学系１に対応する３Ｄオブジェクトの全体やその一部の色を衝突危険性に応じて変化させるようにしてもよい。或いは、衝突しそうな箇所を指し示す矢印などの別の３Ｄオブジェクトを重畳して表示することにより、オペレータの注意を喚起するようにしてもよい。もちろん、こうした表示と音などの別の報知手段とを併用してもよい。

図３は或る一方向から被測定物ＳやＸ線測定光学系１を見た場合の斜視画像に相当する３Ｄ画像であるが、被測定物Ｓの形状などによっては一方向から見ただけでは被測定物とＸ線測定光学系１との距離感を把握しにくい場合がある。そこで、本実施例のＸ線検査装置では、３Ｄ画像の視点を任意の位置に移動させることができるようになっている。現時点で観察している３Ｄ画像の視点を変更したい場合、例えばマウスで視点指示を選択すると、３Ｄ視点指示部５２が機能する。その後、３Ｄ画像上で３Ｄオブジェクト以外の背景の適宜の箇所をマウス等で指示した上で、ドラッグ操作により回転や移動を指示する。この指示に応じて３Ｄ視点指示部５２は、視点の移動情報を３Ｄ画像作成部２６に送る。

上述のように、３Ｄ画像は、ワールド座標系で定義された３次元空間に配置された３次元オブジェクトが、所定方向への投影によって２次元図形に変換されて画面上に表示されたものである。つまり、投影する方向によって視点が変わる。そこで、３Ｄ画像作成部２６は視点の移動情報に応じて３次元空間の投影方向を移動させることにより、異なる方向から見た３Ｄ画像を新たに作成する。図６（ｂ）は図６（ａ）に示した３Ｄ画像の視点を図中のＰで示すように真上になるように指示を与えた後の３Ｄ画像である。このように任意の位置に視点を移動させて、Ｘ線測定光学系１と被測定物Ｓとの間の距離を容易に且つ的確に把握することができる。

なお、視点を移動させる方法としては３Ｄ画像上のマウス操作のみならず、例えば特許文献２に開示されている観察方位図上のマウス操作で行うようにしてもよいし、キーボードで入力できるようにしてもよい。

また、３Ｄ画像上で３Ｄオブジェクトを移動させることにより、実際にステージ４又はＸ線測定光学系１を移動させる以外に、仮想的に、３Ｄオブジェクトのみを移動させて衝突の危険があるか否かを判断するような操作も可能である。例えば、マウスで仮想的移動指示を選択すると、３Ｄ仮想移動指示部５３が機能する。この場合、その後の３Ｄオブジェクトの選択、移動量や移動方向の指示などを受けて、この情報を移動限界判定部２７と３Ｄ画像作成部２６に送る。これにより、３Ｄオブジェクトの移動操作を行ってもステージ４やＸ線測定光学系１は移動せず、３Ｄ画像上の３Ｄオブジェクトが移動するだけである。

但し、実際にステージ４やＸ線測定光学系１が移動しているわけではないので、上述のように実際にステージ４やＸ線測定光学系１が移動している場合と区別するために、図７に示すように、仮想的に移動された３ＤオブジェクトＳｂ、４ｂを半透明で表示し、実際の被測定物Ｓ及びステージ４に相当する３ＤオブジェクトＳａ、４ａを実線で残すようにしてもよい。図７に示した３Ｄ画像上で、今度は実際にステージ４を移動させるように３Ｄオブジェクト４ａを移動させる操作を行うこともできる。この場合、半透明で表示された３Ｄオブジェクト４ｂを目標として、３Ｄオブジェクト４ａを移動させることができるので、移動のための操作が一層容易になり、特に操作に未熟練のオペレータには便利である。

また、予め記憶させておいた（プリセットしておいた）位置に仮想的な３ＤオブジェクトＳｂ、４ｂを表示させることもできる。例えば、同じ形状の多数の被測定物を同じ位置で検査したい場合に、その検査位置を予めプリセットしておき、上記のように仮想的な３Ｄオブジェクトとして表示することにより、その表示位置を目標としてステージ４の移動操作を行うことができる。それによって、移動操作の作業性を高めることができる。

なお、３Ｄ画像上で現時点でのＸ線照射有効領域とその透視画像とを確認できるように、実際に観察されている透視Ｘ線画像を縮小して３Ｄ画像上のＸ線照射有効領域の上に重畳して描出するようにしてもよい。この場合、透視Ｘ線画像は半透明としてもよい。さらに、このＸ線照射有効領域を示す枠を被測定物に対応する３Ｄオブジェクト上で移動させることで、それに応じてステージ４やＸ線測定光学系が自動的に移動するようにしてもよい。

また、上記実施例はいずれも本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

本発明の一実施例であるＸ線検査装置の要部のブロック構成図。 本実施例のＸ線検査装置において表示部の画面上の操作画面の一例を示す図。 図２中の３Ｄ画像のイメージ図。 ３Ｄ画像上でのマウス操作によるステージやＸ線測定光学系の移動操作の一例を示す図。 ３Ｄ画像上での衝突危険性の報知の一例を示す図。 ３Ｄ画像上でのマウス操作による視点の移動操作の一例を示す図。 ３Ｄ画像上でのマウス操作による仮想的移動操作の一例を示す図。

符号の説明

１…Ｘ線測定光学系
２…Ｘ線源
３…Ｘ線検出器
４…ステージ
５…ステージ駆動機構
６…光学カメラ
７…アーム
８…アーム駆動機構
９…位置検出部
１０…制御・処理部
１００…操作画面
１０１…透視Ｘ線画像枠
１０２…３Ｄ画像枠
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ…背景色
１１…コンピュータ本体
１２…入力部
１３…表示部
１４、１５…ＡＤ変換器
２０…ＣＰＵ
２１…Ｘ線画像作成部
２２…光学撮影制御部
２３…光学画像作成部
２４…被測定物外観抽出部
２５…被測定物３Ｄデータ作成部
２６…３Ｄ画像作成部
２７…移動限界判定部
２８…駆動制御部
３０…表示制御部
３１…Ｘ線画像描画部
３２…３Ｄ画像描画部
４０…記憶装置
４１…光学画像データ記憶部
４２…装置３Ｄデータ記憶部
４３…被測定物３Ｄデータ記憶部
５１…３Ｄ移動指示部
５２…３Ｄ視点指示部
５３…３Ｄ仮想移動指示部
Ｓ…被測定物

Claims (9)

1. 被測定物を載置するためのステージと、該ステージ上の被測定物にＸ線を照射するＸ線源及びその被測定物を透過したＸ線を受けて被測定物の透視Ｘ線像を撮影するＸ線検出器を含むＸ線測定光学系と、被測定物の異なる部位の透視Ｘ線像を撮影するために前記ステージ又は前記Ｘ線測定光学系の少なくともいずれか一方を移動させる移動機構と、前記ステージ又は前記Ｘ線測定光学系の少なくともいずれか一方を移動させる指示をユーザが与えるための入力手段と、該入力手段による指示に応じて前記移動機構の動作を制御する移動制御手段と、を具備するＸ線検査装置において、
   a)前記ステージ上に載置された被測定物と前記Ｘ線測定光学系との実際の相対的位置関係を視認可能な画像を作成する画像作成手段と、
   b)前記画像作成手段により作成された画像を表示手段の画面の少なくとも一部に表示する表示制御手段と、
   を備えることを特徴とするＸ線検査装置。
2. 請求項１に記載のＸ線検査装置であって、
   前記画像作成手段により作成される画像は、少なくとも前記ステージ上に載置された被測定物と前記Ｘ線測定光学系とをそれぞれ模擬的な３次元構造物体（以下「３次元オブジェクト」と称す）として描画したコンピュータグラフィックスによる３次元画像である、ことを特徴とするＸ線検査装置。
3. 請求項２に記載のＸ線検査装置であって、
   前記画像作成手段は、被測定物とＸ線測定光学系とにそれぞれ対応した３次元データと、前記移動制御手段による移動制御情報、又は、前記ステージ及び前記Ｘ線測定光学系の現在位置を検出する位置検出手段による位置検出情報とを利用して、現時点での各３次元オブジェクトの位置を反映した３次元画像を作成する、ことを特徴とするＸ線検査装置。
4. 請求項３に記載のＸ線検査装置であって、
   前記ステージ上に載置された被測定物の光学撮影を行う光学撮影手段と、
   該光学撮影手段により撮影された光学画像の中から被測定物による像を抽出する抽出手段と、該抽出手段により抽出された被測定物の像に基づいて被測定物に対応した前記３次元データを求める３次元データ取得手段と、
   を備えることを特徴とするＸ線検査装置。
5. 請求項３に記載のＸ線検査装置であって、
   前記入力手段は、前記表示手段の画面上に表示された３次元画像上においていずれかの３次元オブジェクトを移動するようにユーザが指示を与えるための移動指示手段を含み、
   前記画像作成手段は前記移動指示手段による指示に応じて前記３次元画像内の３次元オブジェクトを移動させ、
   前記移動制御手段は前記移動指示手段による指示に応じて前記ステージ又は前記Ｘ線測定光学系の少なくともいずれか一方を移動させるように前記移動手段を制御する、
   ことを特徴とするＸ線検査装置。
6. 請求項３〜５のいずれかに記載のＸ線検査装置であって、
   前記被測定物又は前記Ｘ線測定光学系の周囲に設定した移動限界領域と前記移動制御情報又は前記位置検出情報とに基づいて、前記ステージ又は前記Ｘ線測定光学系のいずれか一方を移動する際の被測定物とＸ線測定光学系との衝突の危険性を判定する移動限界判定手段を備え、
   前記表示制御手段は、前記表示手段の画面上の３次元画像において前記移動限界判定手段による判定結果に応じた報知を行う、ことを特徴とするＸ線検査装置。
7. 請求項３〜６のいずれかに記載のＸ線検査装置であって、
   前記入力手段は、前記表示手段の画面上の３次元画像内の３次元オブジェクトに対する見る方向である視点を指示する視点指示手段を含み、
   前記画像作成手段は、前記視点指示手段による視点の変更に応じて前記３次元画像の描画を更新する、ことを特徴とするＸ線検査装置。
8. 請求項３〜７のいずれかに記載のＸ線検査装置であって、
   前記入力手段は、前記ステージ及び前記Ｘ線測定光学系の実体的な移動を伴うことなく、前記表示手段の画面上の３次元画像内で３次元オブジェクトを移動するようにユーザが指示を与えるための仮想移動指示手段を含み、
   前記画像作成手段は、前記仮想移動指示手段による指示に応じて、現時点の位置に３次元オブジェクトが描出された３次元画像に、移動中又は移動後の位置における３次元オブジェクトの仮想的な像を重畳した３次元画像を作成することを特徴とするＸ線検査装置。
9. 請求項３〜８のいずれかに記載のＸ線検査装置であって、
   前記画像作成手段は、非可視であるＸ線照射領域を前記表示手段の画面上の３次元画像に重ねて描出した画像を作成することを特徴とするＸ線検査装置。