JP2010281654A - Ｘ線検査装置およびｘ線検査装置用検査プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象物に割れや欠けがなく、良品と相似形で面積が相違する物品や、周囲長が良品と同程度でも欠けが存在する物品について、従来に比してより正確に割れや欠けの有無を判定することのできるＸ線検査装置とその検査プログラムを提供する。
【解決手段】Ｘ線発生装置１からのＸ線を検査対象物Ｗに照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器２で検出して得られる検査対象物のＸ線透視像を、画像処理して良否判定を行う装置において、検査対象物のＸ線透視像の外形の複雑さを数値化し、その数値をあらかじめ設定されている許容範囲と比較することによって良否判定を行うことで、割れや欠けが存在しないものの面積の大きな対象物を欠陥品と判定せず、また、周囲長が良品と同程度でも欠け等が存在する対象物を確実に欠陥品と判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物のＸ線透視像を画像処理して、割れや欠けの発生等の有無を判定するＸ線検査装置と、このようなＸ線検査装置に用いられる検査プログラムに関する。

Ｘ線検査装置においては、一般に、検査対象物にＸ線を照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器で検出することによって得られるＸ線透視像を画像処理し、検査対象物像の外形に現れる特徴量を求め、あらかじめ設定されている許容範囲と比較することによって、その検査対象物の良否を判定する。

この種のＸ線検査装置において、検査対象物の割れを検出する場合には、検査対象物像の周囲長を特徴量として用いられる技術が知られている（例えば特許文献１参照）。すなわち、図４に例示するようなＸ線透視像が得られた場合、このＸ線透視像の２値化像を作成した後、ラベリング処理等を施して各対象物像の抽出、つまり検査物領域を検出する。そして、各対象物像について、それぞれの周囲長を求め、あらかじめ設定されている許容範囲と比較し、周囲長がその許容範囲内である場合に良品、許容範囲から逸脱していれば欠陥品と判定する。図４の例で述べると、良品である検査対象物像Ａの周囲長に比して、割れの存在する検査対象物像Ｂはその周囲長が長くなり、欠陥品と判定される。

特開２００５−３１０６９号公報

ところで、以上のような検査対象物のＸ線透視像の周囲長を用いた良否判定によると、面積に変動がある物品では、図４の例において、検査対象物像Ｃは面積が大きいために、割れが存在していないにも関わらずその周囲長が長くなり、欠陥品であると判定される場合がある。また、同じく図４の例において、検査対象物像Ｄは欠け（一部欠落）が存在しているが、周囲長は良品Ａと同等であるために、良品と判定されてしまう。

すなわち、周囲長を特徴量とする前記した従来の技術によると、良品の物品に対して相似形の物品については、面積の相違によって割れや欠けがなくても欠陥品であると判定される場合があり，また、周囲長が良品と同程度で、欠け（一部欠落）や変形などによって窪み等が生じている検査対象物であっても、周囲長が良品と同程度であれば欠陥品と判定されないという問題がある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、割れや欠けがなく、良品と相似形で面積が相違する物品や、周囲長が良品と同程度でも欠けが存在する物品について、従来に比してより正確に割れや欠けの有無を判定することのできるＸ線検査装置と、そのＸ線検査装置用検査プログラム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、Ｘ線発生装置からのＸ線を検査対象物に照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器で検出して得られる検査対象物のＸ線透視像を、画像処理して当該検査対象物の良否判定を行う判定手段を備えたＸ線検査装置において、上記判定手段は、検査対象物のＸ線透視像の外形の複雑さを数値化し、その数値をあらかじめ設定されている許容範囲と比較することにより良否判定を行うことによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明において外形の複雑さとは、互いに相似の像に対しては一定の値をとり、像の外形が複雑であればあるほど単調増加もしくは単調減少する量を言う。

そして、本発明のＸ線検査装置においては、上記判定手段で用いる検査対象物のＸ線透視像の複雑さが、検査対象物のＸ線透視像の面積をＳ、周囲長をＰ、αを定数としたとき、下記の（１）式で表される割れ欠け度とすること（請求項２）ができる。
割れ欠け度＝α×Ｐ² ／Ｓ ・・（１）

ここで、請求項２に係る発明を、検査対象物が搬送装置で搬送されて上記Ｘ線検出器の配設位置を通過した際に透過Ｘ線が検出され、その検出出力を用いて検査対象物のＸ線透視像が構築される装置に適用する場合、構築されたＸ線透視像から上記割れ欠け度を算出するために検査対象物像の面積Ｓおよび周囲長Ｐを求めるに当たり、Ｘ線透視像の縦横の伸縮率の相違分を補正する構成（請求項３）採用することができる。

また、本発明のＸ線検査装置では、上記判定手段による判定に加えて、検査対象物のＸ線透視像の面積があらかじめ設定されている許容範囲内にあるか否かを判定し、いずれの判定をも満足する場合に良と判定する構成（請求項４）、および、上記判定手段による判定に加えて、検査対象物のＸ線透視像からその体積に係る情報を求め、その体積に係る情報があらかじめ設定されている許容範囲にあるか否かを判定し、いずれの判定をも満足する場合に良と判定する構成（請求項５）を採用することもできる。

一方、本発明のＸ線検査装置用検査プログラムは、Ｘ線発生装置からのＸ線を検査対象物に照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器で検出して得られる検査対象物のＸ線透視像を処理することにより、検査対象物の良否判定を行うＸ線検査装置における上記処理を実行するコンピュータに用いられる検査プログラムであって、上記コンピュータを、上記Ｘ線検出器の出力に基づくＸ線透視像から検査対象物の像を抽出する対象物像抽出手段と、その抽出した検査対象物像について、その外形の複雑さを数値化する複雑さ算出手段と、その算出された外形の複雑さとあらかじめ設定されている許容範囲とを比較して良否判定とする比較判定手段として機能させることによって特徴づけられる（請求項６）。

そして、このＸ線検査装置用検査プログラムにおいては、上記複雑さ算出手段が、上記検査対象物像の面積Ｓおよび周囲長Ｐをそれぞれ求める面積算出手段および周囲長算出手段と、その算出された面積Ｓおよび周囲長Ｐを用いて、前記（１）式の演算により割れ欠け度を算出する割れ欠け度算出手段とからなる構成（請求項７）を好適に採用することができ、更に、Ｘ線検査装置が、検査対象物が搬送装置で搬送されて上記Ｘ線検出器の配設位置を通過した際に透過Ｘ線が検出され、その検出出力を用いて検査対象物のＸ線透視像が構築される装置である場合には、上記面積算出手段および周囲長算出手段は、面積Ｓおよび周囲長Ｐの算出に際してＸ線透視像の縦横の伸縮率の相違分を補正する構成（請求項８）を採用することができる。

本発明は、対象物の割れや欠け等の欠陥の有無を判定するための特徴量として、外形の複雑さを数値化したものを用いる。外形の複雑さは、前記した通り、相似形の像に対しては一定の値で、像の外形が複雑であればあるほど単調増加ないしは単調減少する量であるため、図４の例では良品である検査対象物像Ａと面積の大きな検査対象物像Ｃは互いにほぼ等しい値となり、割れや欠けの存在する検査対象物像ＢやＤはこれとは異なる値となって、課題を解決することができる。

外形の複雑さとして、前記（１）式で表される割れ欠け度を採用する場合を例にとって説明すると、この割れ欠け度は無次元数であって、半径ｒの円（真円）に適用した場合、周囲長Ｐは２πｒ、面積Ｓはπｒ² であるから、割れ欠け度は２π・αとなって、ｒの大きさに関わらず真円である限り一定の値をとなり、また、一辺がＬの正方向に適用した場合、周囲長Ｐは４Ｌ、面積ＳはＬ² であるから、割れ欠け度は１６・αとなって、Ｌの大きさに関わらず正方形である限り一定の値となる。つまり、相似形である場合には一定の値となる。

一方、図４におけ検査対象物像Ｂのように割れがあると、検査対象物像Ａに比して周囲長Ｐが大となるため、割れ欠け度は大きくなり、また、同図における検査対象物像Ｄのように欠けがある場合には、周囲長Ｐは検査対象物像Ａに比して同等であるものの、面積Ｓが小さくなるため、この場合にも割れ欠け度は大きくなる。すなわち、図４の例では、Ａのほかに、面積の大きなＣは良品、割れのあるＢおよび欠けのあるＣはいずれも欠陥品と判定され、このような割れ欠け度の採用によって比較的簡単な計算のもとに正確な判定が可能となる。

請求項４に係る発明は、以上のような外形の複雑さを特徴量とした判定に加えて、検査対象物像の面積を特徴量とした判定を行うものであり、これによって良品と相似形であるものの、極端に面積の大きい、あるいは面積の小さい物品については、欠陥品として排除することができる。

請求項５に係る発明は、同じく外形の複雑さを特徴量とした判定に加えて、検査対象物像の体積に係る情報（例えば検査対象物のＸ線透視像の画素濃度を積算する等により得られる情報）を特徴量とした判定を行うものであり、これによってＸ線による透視方向への割れ等を考慮した判定が可能となる。

本発明によれば、形状が一定でも面積に変動がある検査対象物に対して、従来に比してより正確に割れの検出を行うことができる。また、欠け（一部欠落）や変形による窪みが発生しているような検査対象物については、従来の周囲長を特徴量とした判定では検出できなかったが、本発明によりこのような欠けや変形の存在する検査対象物も確実に検出することができる。

また、検査対象物を搬送装置で搬送し、Ｘ線検出器の配設位置を通過したときにＸ線透過データを採取する装置に本発明を適用し、検査対象物像の割れ欠け度を求める場合、検査対象物像の面積並びに周囲長の算出するに当たって、Ｘ線透視像の縦横の伸縮率の相違分を補正することにより、Ｘ線透視像の縦横比が１：１でない場合でも割れや欠け等の欠陥の有無を正確に判定することができる。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 本発明の実施の形態における対象物像抽出部による抽出過程で形成される２値化像を表す図である。 本発明の他の実施の形態における像の外形の複雑さの計算方法の説明図である。 複数の検査対象物の像を含むＸ線透視像の例を表す図である。

１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線ラインセンサ
３ コンベア
４ 画像形成部
５ 光電センサ
６ 画像メモリ
７ モニタ兼操作部
８ 対象物像抽出部
９ 割れ欠け度算出部
１０ 判定部
１１ 制御部
１２ 搬送駆動回路
Ｗ 検査対象物

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に構成図を示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線ラインセンサ２とが対向配置され、これらの間に、検査対象物Ｗを搬送するためのコンベア３が配置されている。Ｘ線発生装置１は、スリット等を介することよりファンビーム状のＸ線を出力し、Ｘ線ラインセンサ２はそのファンビーム状のＸ線の広がり方向に複数の素子が並ぶように配置されている。図１ではＸ線ラインセンサ２の各素子は紙面に垂直なる方向に並んでいる。検査対象物Ｗはコンベア３によってファンビーム状のＸ線の広がり方向に対して直交する方向に一定の速度で搬送される。

Ｘ線ラインセンサ２の出力、つまり入射したＸ線の１次元の線量分布は画像形成部４に常時取り込まれる。Ｘ線発生装置１とＸ線ラインセンサ２の対に対し、コンベア３の検査対象物Ｗの搬送方向上流側には光電センサ５が配置されており、画像形成部４はこの光電センサ５の出力によって検査対象物Ｗの到来を検知し、これを起点にＸ線ラインセンサ２から出力されている１次元の線量分布を時間順に並べることによって検査対象物Ｗの像を含む２次元のＸ線透過像を構築する。

その構築されたＸ線透過像は画像メモリ６に取り込まれモニタ兼操作部７に表示されるとともに、画像抽出部８による検査対象物像の抽出、つまり検査対象領域の検出に供される。この抽出の仕方は公知の手法を採用することができ、その例を挙げると、例えば図４に示したＸ線透視像が得られている場合、その画像に対してしきい値処理を行い、図２に示すような２値化画像とする。このしきい値処理で用いるしきい値は、判別分析法などの既知の自動決定法を用いてもよいし、あらかじめ与えられた値を用いてもよい。この２値化画像にラベリング処理を施し、検査対象物像の抽出を行う。

次に、抽出した各検査対象物像について、割れ欠け度演算部９によって以下の（１）式で示す割れ欠け度を算出する。
割れ欠け度＝α×Ｐ² ／Ｓ ・・（１）

この（１）式においてＰは検査対象物像の周囲長で、Ｓは面積であり、αは適宜に設定できる定数である。この割れ欠け度は無次元数であり、相似形の図形については一定の値をとり、図形の外形が複雑になればなるほど大きな値となる。

以上のように算出された各検査対象物についての割れ欠け度は、判定部１０による判定に供される。判定部１０では、各検査対象物について算出された割れ欠け度を、あらかじめ設定されている許容範囲と比較し、割れ欠け度が許容範囲内であれば良品、許容範囲から逸脱していれば欠陥品と判定し、その結果を判定信号として出力する。この判定信号は、例えばコンベア３の下流側に設けられる振り分け機構（図示略）等に送られ、良品と欠陥品とを振り分ける。

上記した画像形成部４、画像メモリ６、対象物像抽出部８、割れ欠け度算出部９、判定部１０は制御部１１の制御下に置かれており、割れ欠け度算出部９における定数αの設定や判定部１０における判定条件等は、モニタ兼操作部７の操作により随意に設定することができる。また、コンベア３を駆動する搬送駆動回路１２についても、制御部１１の制御下に置かれている。ここで、画像形成部４、画像メモリ６、対象物像抽出部８、割れ欠け度算出部９、判定部１０および制御部１１は、実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、インストールされているプログラムに従った機能を実現するのであるが、図１ではその主要な機能ごとにブロックで表している。

さて、以上の実施の形態において算出される割れ欠け度は、前記したように検査対象物像の外形の複雑さを表す無次元数であり、検査対象物像に割れや欠けが存在していればその値は大きくなって標準的な良品と明らかな差異が生じる一方、割れや欠けが存在せずに面積が大きい像、つまり標準的な良品の像と相似形の像については一定の値を採り、従って、この割れ欠け度を用いた判定により、割れや欠けの存在する検査対象物は確実に排除され、割れや欠けが存在せず、かつ、標準的な大きさの良品に対して面積が大きいか小さい相似形の検査対象物は良品として流される。

すなわち、図４，図２の例では、検査対象物像Ａを標準的な良品であるとすると、割れの存在する検査対象物像Ｂは面積Ｓは標準的な良品の像Ａと同等であるものの周囲長Ｐが大きくなり、欠けのある検査対象物像Ｄは周囲長Ｐは標準的な良品の像Ａと同等であるものの面積Ｓが小さくなるため、いずれも割れ欠け度はＡに比して大きくなり，確実に欠陥品と判定され、一方、検査対象物像Ｃについては、その面積Ｓは標準的な良品の像Ａに比して大きくなるが、周囲長Ｐも長くなり、その割れ欠け度は良品Ａと同等となり、良品と判定される。

ここで、この実施の形態においては、検査対象物Ｗがコンベア３で搬送されながらＸ線撮影が行われることから、画像の縦横比が１：１ではない場合、つまりＸ線透視像中の検査対象物像がその縦または横に引き伸ばされたように形成されるように設定される場合がある。このような場合には、画像の縦横比を考慮して、つまり画像の縦横の伸縮比率の相違分に基づく補正を行いつつ検査対象物像の面積Ｓと周囲長Ｐを算出すればよい。具体例としては、画像の縦方向を１としたときの横方向の伸縮率をＲとすると、面積Ｓおよび周囲長Ｐを以下の（２）および（３）式により計算すればよい。

ただし、面積Ｓや周囲長の計算の仕方は特に限定されることはなく、任意の公知の手法を採用することができ、例えば周囲長Ｐについては、検査対象物像の周囲のピクセル数の和としてもよいことは勿論である。

また、以上の実施の形態では、（１）式で定義される割れ欠け度を検査対象物像の外形の複雑さを表す指標とした例を示したが、検査対象物像の外形の複雑さとして他の指標を用いることもできる。以下にその一例を示す。

図３に示すように、抽出された検査対象物像Ｑについて、その重心Ｇを求め、その重心から像Ｑの外形（輪郭）上の複数の点までの長さｒ_i （ｉ＝１，２，・・ｎ）を求め、その平均値ｒ_a を算出する。そして、これらを用いて以下の式（４）を計算して外形の複雑さを表す数値とする。

この（４）式で表される外形の複雑さは、重心Ｇから外形上の各点までの距離ｒの標準偏差を距離ｒの平均値ｒ_a で除した値に相当し、重心Ｇから外形上の各点までの距離ｒにばらつきがあればあるほど大きな値となり、検査対象物像の外形の複雑さを正しく表す指標となる。

また、本発明においては、以上のような割れ欠け度をはじめとする像の外形の複雑さを表す指標を用いた判定に加えて、検査対象物像の面積による判定を加えることにより、割れや欠けがなく、標準的な良品と相似形であるものの、極端に大きい物品や極端に小さい物品を排除することができる。すなわち、割れ欠け度による判定と面積による判定の双方で良品と判定されたもののみを良品と判定すればよい。

更に、本発明においては、同様に割れ欠け度等の像の外形の複雑さを表す指標を用いた判定に加えて、検査対象物像から検査対象物の体積に係る情報を得て、その体積に係る情報による判定を加えることにより、Ｘ線透視方向への物品の欠け等の存在についても判定に供することができる。体積に係る情報は、検査対象物像を抽出した後、個々の検査対象物のＸ線透視像上の各画素濃度を積算することによって得ることができる。割れ欠け度による判定で良品と判定されても、体積に係る情報が許容範囲外であれば、Ｘ線透視方向のいずれかの部位において欠け等が生じていると考えることができ、球形の物品等の検査に有効となる。

Claims (8)

1. Ｘ線発生装置からのＸ線を検査対象物に照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器で検出して得られる検査対象物のＸ線透視像を、画像処理して当該検査対象物の良否判定を行う判定手段を備えたＸ線検査装置において、
   上記判定手段は、検査対象物のＸ線透視像の外形の複雑さを数値化し、その数値をあらかじめ設定されている許容範囲と比較することにより良否判定を行うことを特徴とするＸ線検査装置。
2. 上記判定手段で用いる検査対象物のＸ線透視像の複雑さが、検査対象物のＸ線透視像の面積をＳ、周囲長をＰ、αを定数としたとき、下記の式で表される割れ欠け度であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
   割れ欠け度＝α×Ｐ² ／Ｓ
3. 検査対象物が搬送装置で搬送されて上記Ｘ線検出器の配設位置を通過した際に透過Ｘ線が検出され、その検出出力を用いて検査対象物のＸ線透視像が構築されるとともに、そのＸ線透視像から上記割れ欠け度を算出するために検査対象物像の面積Ｓおよび周囲長Ｐを求めるに当たり、Ｘ線透視像の縦横の伸縮率の相違分を補正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. 上記判定手段による判定に加えて、検査対象物のＸ線透視像の面積があらかじめ設定されている許容範囲内にあるか否かを判定し、いずれの判定をも満足する場合に良と判定することを特徴とする請求項１、２または３のいずれか１項に記載のＸ線検査装置。
5. 上記判定手段による判定に加えて、検査対象物のＸ線透視像からその体積に係る情報を求め、その体積に係る情報があらかじめ設定されている許容範囲にあるか否かを判定し、いずれの判定をも満足する場合に良と判定することを特徴とする請求項１、２または３のいずれか１項に記載のＸ線検査装置。
6. Ｘ線発生装置からのＸ線を検査対象物に照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器で検出して得られる検査対象物のＸ線透視像を処理することにより、検査対象物の良否判定を行うＸ線検査装置における上記処理を実行するコンピュータに用いられる検査プログラムであって、
   上記コンピュータを、上記Ｘ線検出器の出力に基づくＸ線透視像から検査対象物の像を抽出する対象物像抽出手段と、その抽出した検査対象物像について、その外形の複雑さを数値化する複雑さ算出手段と、その算出された外形の複雑さとあらかじめ設定されている許容範囲とを比較して良否判定とする比較判定手段として機能させることを特徴とするＸ線検査装置用検査プログラム。
7. 上記複雑さ算出手段が、上記検査対象物像の面積Ｓおよび周囲長Ｐをそれぞれ求める面積算出手段および周囲長算出手段と、その算出された面積Ｓおよび周囲長Ｐを用いて、下記の式の演算により割れ欠け度を算出する割れ欠け度算出手段とからなることを特徴とする請求項６に記載のＸ線検査装置用検査プログラム。
   割れ欠け度＝α×Ｐ² ／Ｓ
8. 上記面積算出手段および周囲長算出手段は、面積Ｓおよび周囲長Ｐの算出に際してＸ線透視像の縦横の伸縮率の相違分を補正することを特徴とする請求項７に記載のＸ線検査装置用検査プログラム。