JP2013250072A

JP2013250072A - Ｘ線検査装置

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Publication number: JP2013250072A
Application number: JP2012122940A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Tatezawa; 嘉浩立澤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-12-12

Abstract

【課題】コストを上昇させたり、処理時間を長くすることなく、被検査物の高解像度画像を取得して、透視監察位置の表示用のマップとして用いる被検査物の外観像の一部を拡大表示する指令が与えられたときに、高解像度画像を用いて拡大表示を行うことのできるＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線検出器２に近接して光学カメラ６を配置し、透視検査中に、観察ステージ３の移動／停止状態とその位置を監視し、観察ステージ３が停止状態で、かつ、光学カメラ６により高倍率の外観像が撮影可能と判断した場合に、自動的に被検査物を撮影して記憶手段１３に記憶し、観察位置の表示用の外観像の指定領域の拡大表示指令が与えられたとき、その領域に記憶手段１３に記憶された外観像データがあれば、そのデータを優先的に用いて拡大像を構築することで、精査な拡大像を表示し、被検査物上の微細部品や微細構造を見やすくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業製品等の被検査物にＸ線を照射して得られるＸ線透過情報を用いてその被検査物の検査を行うＸ線検査装置に関する。

被検査物にＸ線を照射して得られるＸ線透視像を用いて、その被検査物の欠陥の有無等を検査するＸ線検査装置においては、一般に、図８に模式的に示すように、Ｘ線発生装置８１に対向してＸ線検出器８２を配置し、これらの間に被検査物Ｗを搭載して３次元方向に移動可能な観察ステージ８３を配置した構成を採る。Ｘ線発生装置８１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器８２は２次元検出器であり、これにより被検査物Ｗの２次元のＸ線透視像が得られる。

このような構成においては、Ｘ線発生装置８１から放射状に広がるＸ線を２次元のＸ線検出器８２で受光する関係上、原理的にＸ線検出器８２の大きさ以上の視野を持つことはできず、一般的には一度に観察できる領域は狭く、被検査物Ｗの一部領域のみが観察できることが多い。そのため、被検査物Ｗ上での観察位置を把握することが難しいという問題がある。

このような問題を解決するため、従来、図９に例示するように、実際の検査に先立って、被検査物Ｗの部分透視像Ｐ_１、Ｐ_２・・・を逐次撮影した後、これらを合成して被検査物Ｗの全景のＸ線透視像、つまり全景の透視像Ｐ_０を作成し、これをマップとして用いて、検査時における刻々の観察位置Ｖを重畳表示する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、同じ問題を解決するため、従来、図１０に例示するように、Ｘ線検出器８２に近接して広範囲を撮影可能な光学カメラ（可視光カメラ）８４を配置し、Ｘ線透視による検査に先立ち、その光学カメラ８４によって被検査物Ｗの全景の外観像を撮影し、これをマップとして用いて、検査時における刻々の観察位置を上記と同様に重畳表示する技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００４−０３７３８６号公報特開２０１１−１６３８７０号公報

ところで、以上のように被検査物の全景の外観像をマップとして、その像に重畳して透視観察位置を表示する構成を採用することにより、透視位置が被検査物全体のどの位置であるかを把握することができるが、以下に例示するような部位の透視を行う場合には、全景像をマップとして用いるだけでは十分ではない。

すなわち、例えば、被検査物に同一の微細部品が多数個並んでいる場合に、その特定番目の微細部品を高拡大率で透視するとき、あるいは、同一の微細構造が繰り返し形成されている場合に、その特定番目の微細構造を高拡大率のもとに透視するとき等には、一定の大きさの表示領域に表示されたマップ用の被検査物の全景像上の透視位置表示では、オペレータがその透視位置を確実に認識することは難しい。このような問題は、マップ用の全景像の指定領域を拡大表示する機能を持たせ、必要に応じて全景像の一部領域を拡大表示し、その拡大像上に透過位置を表示するようにすることで、解決できるように思われる。

しかしながら、上記した被検査物の全景画像をデジタルズーム等により単に拡大表示すると、解像度が低いために、オペレータが微細部品や微細構造を識別しにくいという問題が生じる。

すなわち、光学カメラにより被検査物の全景の外観像を撮影してマップとして使用する構成においては、高解像度の外観像を得るためには画素数の多い光学カメラを使用する必要があり、装置のコスト上昇を招く。

一方、被検査物の部分透視像を合成して全景の透視像を構築する構成においては、全景画像を得るまでの時間が上記の光学カメラを用いる構成に比して長くなるが、この処理時間をできるだけ短くしようとすると、低倍率での部分透視像を撮影していく必要がある。

以上のことから、光学カメラにより被検査物の全景の外観像を撮影する構成と、複数の部分透視像を撮影し、これらを合成して被検査物の全景の透視像を得る構成のいずれおいても、コストや処理時間を考慮すると、マップとして用いる被検査物の全景の画像の解像度は低いものとなってしまう。その結果、前記したようにマップとして用いる被検査物の全景の画像の一部を拡大表示しても、解像度が低いが故に被検査物上の微細部品や微細構造を識別することは困難となる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、コストを上昇させたり、処理時間を長くすることなく、被検査物の高解像度の画像を取得することができ、マップとして用いている被検査物の全景画像の一部を拡大する旨が指示されたときに、高解像度の画像を用いて拡大像を表示することのできるＸ線検査装置の提供をその課題としている。

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観察ステージが配置されているとともに、上記Ｘ線検出器の出力に基づいて被検査物のＸ線透視像を表示する透視像表示手段と、上記観察ステージをＸ線光軸方向を含む互いに直交する３軸方向に移動させる移動機構と、被検査物のＸ線透視による観察位置と倍率を変化させるべく上記移動機構に対して移動指令を与える操作部と、上記Ｘ線検出器に近接して配置された光学カメラと、その光学カメラにより撮影された被検査物の全景の外観像を記憶し、その外観像を用いて被検査物の刻々の観察位置を表示する観察位置表示手段を備えたＸ線検査装置において、上記観察位置表示手段に表示する外観像を、指定された領域の拡大像とする外観像拡大表示手段と、上記観察ステージの移動／停止状態と位置を監視し、当該観察ステージが停止状態で、かつ、上記光学カメラにより被検査物を上記全景の外観像よりも高い倍率で撮影可能であると判断した場合に、自動的に当該光学カメラにより被検査物を撮影する外観像自動撮影手段と、その自動撮影された外観像のデータを、上記全景の外観像上での位置情報とともに記憶する自動撮影画像記憶手段を備え、上記外観像拡大表示手段は、拡大表示を指定された領域に、上記自動撮影画像記憶手段に記憶された外観像のデータがある場合、その外観像のデータを優先的に用いて拡大外観像を構築することによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記外観像拡大表示手段は、拡大表示を指定された領域に、上記自動撮影画像記憶手段に記憶された複数の画像データが重複して存在している場合、撮影倍率の高いものを優先的に用いて拡大外観像を構築する構成（請求項２）を好適に採用することができる。

また、本発明においては、上記Ｘ線検出器に近接して複数の光学カメラが配置され、上記外観像自動撮影手段は、その各光学カメラにより被検査物を撮影し、上記自動撮影画像記憶手段は、それぞれの光学カメラにより撮影された外観像データを、それぞれ上記全景の外観像上での位置情報とともに記憶する構成（請求項３）を採用することもできる。

本発明は、Ｘ線検出器に近接配置された光学カメラによりマップ用の被検査物の外観像を取得するＸ線検査装置において、透視検査に先立って被検査物の全景の外観像を撮影した後、オペレータが操作部を操作して観察ステージを移動させつつ透視検査を行っている過程で、光学カメラにより自動的に被検査物の高解像度の外観像を取得しておき、外観像の拡大表示の指令があったときにその自動撮影した外観像データを用いることで、課題を解決しようとするものである。

すなわち、Ｘ線検出器に近接して配置された光学カメラは、被検査物を透視しているなかで観察ステージがＸ線検出器に近づいた場合には、光学カメラも被検査物に近づいた状態となり、被検査物を高拡大率、つまり高解像度のもとに撮影できる状態となっている。そこで、観察ステージの移動／停止状態と位置とを監視し、観察ステージが停止状態で、かつ、全景の外観像よりも高い倍率で被検査物を撮影可能な位置で観察ステージが位置しているときに、自動的に被検査物の外観像を撮影し、その位置情報とともに自動撮影画像記憶手段に記憶する。また、外観像をマップとして用いて観察位置を表示する観察位置表示手段に表示する外観像を、指定された領域の拡大像とする外観像拡大表示手段を設ける。そして、この外観像拡大表示手段は、拡大表示を指定された領域で自動撮影画像記憶手段に記憶された外観像のデータがあれば、そのデータを優先的に用いて拡大外観像を構築する。
これにより、オペレータが何ら指令や操作をすることなく、また、撮影のための処理や動作を伴うことなく、透視検査中に自動的に被検査物の高解像度の外観像が取得されていき、観察位置表示手段に表示されている外観像の拡大表示を指令したとき、高解像度の外観像データを用いた外観拡大像が表示される。

ここで、上記のように観察ステージが停止し、高解像度の外観像の撮影が可能となった状態で、被検査物の外観像が自動的に撮影されて自動撮影画像記憶手段に記憶されていくことから、この自動撮影画像記憶手段には、各種倍率の外観像が領域的に重畳したものとなることがある。このような場合、請求項２に係る発明のように、これらの画像データのうち、撮影倍率の高いものを優先的に用いて拡大外観像を構築することで、その時点における最も解像度の高い拡大外観像が表示されることになる。

また、請求項３に係る発明のように、Ｘ線検出器に近接して複数の光学カメラを設け、透視検査中にこれらの各光学カメラによって視野の異なる複数の被検査物の外観像を記憶するように構成すれば、被検査物の高解像度の外観像データを素早く収集して拡大外観像を構築することができる。

本発明によれば、画素数の多い高価な光学カメラを用いることなく、また、殆どそのための時間を要することなく、さらに、オペレータはそのための操作を何ら行うことなく、通常の透視検査中に被検査物の高解像度の外観像データを自動的に収集することができ、観察位置表示用の外観像の指定領域を拡大表示する際に、その高解像度の外観像データが用いられるので、被検査物上の微細部品や微細構造を容易に識別することが可能となる。

本発明の実施形態の機械的構成を表す模式図と機能的構成を表すブロック図とを併記した構成図。本発明の実施形態において、透視検査に先立って自動的に行われる被検査物の外観像の撮影状態を表す模式図。図２の状態で撮影された全景の外観像の例を示す図。本発明の実施の形態において、透視検査中での被検査物の高倍率の外観像の撮影状態を示す模式図。図４の状態で撮影された高倍率の外観像の例を示す図。本発明の実施の形態における観察位置表示領域に表示された全景の外観像上で拡大表示すべき領域を指定した状態の例を表す図（Ａ）と、その指定に基づいて表示される拡大像の例を示す図（Ｂ）。本発明の実施の形態における観察位置表示領域に表示された全景の外観像上で拡大表示すべき領域を指定した状態の他の例を表す図（Ａ）と、その指定に基づいて表示される拡大像の例を示す図（Ｂ）。Ｘ線を用いて被検査物の透視検査を行うＸ線検査装置の基本的構成例を示す模式図。複数の部分透視像を合成した被検査物の全景透視像をマップとして用いて観察位置を表示する従来の手法の説明図。光学カメラを用いて、観察位置を表示するためのマップとしての被検査物の全景の外観像を取得する従来装置の構成例を示す模式図。

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１はその機械的構成を表す模式図と機能的構成を表すブロック図とを併記して示す構成図である。

Ｘ線発生装置１はコーンビーム状のＸ線を鉛直上方に向けて発生し、このＸ線発生装置１の上方に対向するように２次元のＸ線検出器２が配置されている。そして、これらのＸ線発生装置１とＸ線検出器２の間に、被検査物を搭載するための観察ステージ３が配置されている。この観察ステージ３は、移動機構４の駆動により、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２とを結ぶＸ線光軸方向を含む互いに直交する３軸方向に移動する。

以上のＸ線発生装置１、Ｘ線検出器２および観察ステージ３は、Ｘ線防護箱５内に収容されており、Ｘ線が外部に漏洩することを防止している。このＸ線防護箱５には扉５ａが設けられており、被検査物の観察ステージ３上への搭載および取り出しは、この扉５ａを介して行われる。この扉５ａには、例えば近接スイッチやリミットスイッチ等からなる開閉検知センサ５ｂが設けられている。

Ｘ線検出器２に近接して、ＣＣＤカメラ６が配置されている。このＣＣＤカメラ６は、観察ステージ３が扉５ａの開口部に近接した特定の位置に到来した状態で、その直上に位置して観察ステージ３の上面がその全視野をほぼ覆う状態となり、これによって被検査物の全景の外観像を撮影することができる。このＣＣＤカメラ６は本発明の光学カメラに相当する。光学カメラとしては受光素子としてＣＣＤ素子を用いたものに限られず、ＣＭＯＳ素子など他の素子を用いたカメラでもよいことはもちろんである。

Ｘ線検出器２とＣＣＤカメラ６の出力はそれぞれの画像データ取込回路１１、１２に取り込まれる。画像データ取込回路１１により取り込まれたＸ線検出器２の出力は表示制御部１３を経て表示器１４に表示される。このＸ線検出器２からの出力に基づく被検査物のＸ線透視像はリアルタイムで表示される。表示器１４には、このＸ線検出器２の出力に基づく被検査物のＸ線透視像を表示する領域と、ＣＣＤカメラ６からの出力に基づく被検査物の外観像を表示し、それに重畳してその時点におけるＸ線検出器２の視野中心、つまり観察位置を表示するための観察位置表示領域が設定されている。

一方、画像データ取込回路１２により取り込まれたＣＣＤカメラ６からの出力、すなわち被検査物の外観像のデータは、画像メモリ１５に記憶される。そして、画像メモリ１５に記憶された画像のなかから、後述するように適宜のものが画像合成部１６に取り込まれ、必要に応じて合成されて表示制御部１３に送られ、観察位置表示のためのマップ用の画像として表示器１４に表示される。また、その画像に重畳して、刻々のＸ線検出器２の視野中心、つまり透視検査位置がカーソル等を用いて表示される。

以上の各画像データ取込回路１１、１２、表示制御部１３、表示器１４、画像メモリ１５および画像合成部１６は、制御部１７の制御下におかれている。なお、これら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、インストールされたプログラムに従って動作し、各種機能を実現するのであるが、説明の便宜上、機能ごとにブロック表示している。

また、制御部１７は、前記した扉５ａの開閉検知センサ５ｂの出力を取り込むとともに、移動機構４に対して駆動制御信号を供給する。さらに、この制御部１７には、マウスやキーボードおよびジョイスティック等からなる操作部１８が接続されている。この操作部１８の操作により、移動機構４を駆動して観察ステージ３を任意に移動させ、あるいは観察位置表示のためのマップとしての外観像の一部を拡大表示させるなど、各種指令を与えたり、設定等を行うことができる。

さて、ＣＣＤカメラ６による撮影は、制御部１７からの指令によって次のタイミングのもとに自動的に行われる。すなわち、その一つは、透視検査を行うべく、Ｘ線防護箱５の扉５ａを開け、規定位置に位置決めされている観察ステージ３上に被検査物を搭載し、扉５ａを閉じたときである。このときの状態を図２に模式的に示す。この撮影時における観察ステージ３のＣＣＤカメラ６に対する位置は、その上面に載置した被検査物Ｗの全景の外観像が得られる位置であり、この撮影によって取得した図３に例示する被検査物の全景の外観像Ｐａは、観察位置表示の通常時のマップとして用いられる。

もう一つの自動撮影タイミングは、上記の全景の外観像の撮影後に、オペレータが操作部１８を操作して観察ステージ３を随意に移動させて透視検査を行っている間、観察ステージ３が停止状態にあり、かつ、上記のように取得した全景の外観像よりも高拡大率のもとに被検査物の一部を撮影できると判断した時点である。この撮影時の状態の例を図４に示し、これによって得られる高倍率の外観像Ｐｐを図５に示す。この撮影が可能な状態か否かの制御部１７における判断は、移動機構４の動作を監視することによって行うことができる。このＣＣＤカメラ６による被検査物の自動撮影は、オペレータが操作部１８を操作して透視検査を行っている間を通じて行われる。したがって、画像メモリ１５には、各種倍率かつ種々の部位の被検査物の外観像が蓄積されていくことになる。

表示器１４の観察位置表示領域には、通常時（標準時）には最初に撮影した被検査物の全景の外観像Ｐａがマップとして用いられ、その像Ｐａに重畳して現時点での透視観察位置（Ｘ線検出器２の視野中心）が表示される。これによりオペレータは、被検査物上のどの位置を透視しているのかを認識することができる。

オペレータがより精細に観察位置を知りたいときには、図６（Ａ）に例示するように、観察位置表示領域にマップとして表示されている全景の外観像Ｐａ上で、マウス等を用いて領域ａを指定して拡大表示する旨の指令を与える。この指令により、画像メモリ１５の内容を参照し、その指定領域ａを含む高倍率の外観像があるか否かを判断し、ある場合にはその高倍率の外観像を用いて、同図（Ｂ）に例示するように拡大表示を行う。

なお指定領域ａを含む高倍率の外観像がなければ、当初に撮影した全景の外観像をデジタルズームにより拡大表示する。

また、図７（Ａ）に例示するように、指定領域ａの一部分だけ高倍率の外観像が存在している場合には、その部分だけ高倍率の外観像を用い、他は全景の外観像を用い、これらを合成して同図（Ｂ）に例示するような拡大表示を行う。さらに、指定領域ａに複数の高倍率の外観像が重複して存在している場合には、倍率の高いものから優先的に用いて拡大像を構築する。

なお、一つの被検査物の検査が終了した後、次の被検査物の全景の外観像を撮影した際には、それまでの画像メモリ１５の内容は廃棄される。

以上の本発明の実施の形態によると、観察位置表示におけるマップとして用いられている被検査物の外観像上で、任意の領域を指定して拡大指令を与えることにより、それまで自動的に撮影されて蓄積された高倍率の外観像のデータ、したがって高解像度の外観像データを用いた拡大表示が行われることになり、被検査物上の微細部品や微細構造を一目で認識することができる。しかも、ＣＣＤカメラ６による被検査物の各倍率での外観像の撮影は、オペレータが何ら関与することなく装置が自動的に行うので、この撮影のための操作や時間が全く不要であり、作業効率を妨げることがない。

ここで、以上の実施の形態においては、ＣＣＤカメラを１個だけ用いた例を示したが、例えばＸ線検出器２を挟んだその両側に１個ずつ、計２個のＣＣＤカメラを配置して、検査中の高倍率の外観像の撮影については、これら双方のＣＣＤカメラを用いて、上記したタイミングで撮影を行うように構成してもよい。このような構成によれば、被検査物の全域をカバーする高倍率の外観像データを素早く採取することが可能となる。さらにはＸ線検出器２の４辺に１個ずつ、合計４個のＣＣＤカメラを配置してもよい。

１Ｘ線発生装置
２Ｘ線検出器
３観察ステージ
４移動機構
５Ｘ線防護箱
５ａ扉
５ｂ開閉検知センサ
６ＣＣＤカメラ
１１、１２画像データ取込回路
１３表示制御部
１４表示器
１５画像メモリ
１６画像合成部
１７制御部
１８操作部

Claims

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観察ステージが配置されているとともに、上記Ｘ線検出器の出力に基づいて被検査物のＸ線透視像を表示する透視像表示手段と、上記観察ステージをＸ線光軸方向を含む互いに直交する３軸方向に移動させる移動機構と、被検査物のＸ線透視による観察位置と倍率を変化させるべく上記移動機構に対して移動指令を与える操作部と、上記Ｘ線検出器に近接して配置された光学カメラと、その光学カメラにより撮影された被検査物の全景の外観像を記憶し、その外観像を用いて被検査物の刻々の観察位置を表示する観察位置表示手段を備えたＸ線検査装置において、
上記観察位置表示手段に表示する外観像を、指定された領域の拡大像とする外観像拡大表示手段と、上記観察ステージの移動／停止状態と位置を監視し、当該観察ステージが停止状態で、かつ、上記光学カメラにより被検査物を上記全景の外観像よりも高い倍率で撮影可能であると判断した場合に、自動的に当該光学カメラにより被検査物を撮影する外観像自動撮影手段と、その自動撮影された外観像のデータを、上記全景の外観像上での位置情報とともに記憶する自動撮影画像記憶手段を備え、上記外観像拡大表示手段は、拡大表示を指定された領域に、上記自動撮影画像記憶手段に記憶された外観像のデータがある場合、その外観像のデータを優先的に用いて拡大外観像を構築することを特徴とするＸ線検査装置。
上記外観像拡大表示手段は、拡大表示を指定された領域に、上記自動撮影画像記憶手段に記憶された複数の画像データが重複して存在している場合、撮影倍率の高いものを優先的に用いて拡大外観像を構築することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
上記Ｘ線検出器に近接して複数の光学カメラが配置され、上記外観像自動撮影手段は、その各光学カメラにより被検査物を撮影し、上記自動撮影画像記憶手段は、それぞれの光学カメラにより撮影された外観像データを、それぞれ上記全景の外観像上での位置情報とともに記憶することを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線検査装置。