JP2018105773A

JP2018105773A - Ｘ線撮影システム

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Publication number: JP2018105773A
Application number: JP2016253683A
Authority: JP
Inventors: 尚裕奥村; Hisahiro Okumura
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2036-12-27
Also published as: JP6776890B2

Abstract

【課題】Ｘ線タルボ撮影装置によって撮影された立体的な形状の検査対象物における各部の画像データを容易かつ正確に定量化できるようにする。【解決手段】Ｘ線撮影システムが、Ｘ線源１１（１１ａ）と、複数の格子１２，１４，１５と、Ｘ線検出器１６とがＸ線照射軸方向に並んで設けられており、基準面１３に対して所定位置にある立体的な形状の検査対象物Ｈの吸収画像、微分位相画像及び小角散乱画像を生成するためのモアレ画像を撮影するＸ線タルボ撮影手段１と、Ｘ線タルボ撮影手段１により撮影されたモアレ画像に基づいて再構成された吸収画像、微分位相画像及び小角散乱画像のうちの少なくとも一つの再構成画像を、基準面１に対する検査対象物Ｈの形状情報に基づいて補正する補正手段２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線撮影システムに関する。

従来、立体的な形状の検査対象物を分解あるいは破壊することなく、欠陥の有無とその状態、検査対象物の性質とその状態、または内部構造等を検査する非破壊検査の手法が知られている。そのような手法の一つとして、例えば特許文献１には、検査対象物にＸ線を照射し、得られた透過Ｘ線分布をデジタル値に変換してデジタル画像データを求め、そのデジタル画像データを画像処理して検査対象物の内部を非破壊で検査する、Ｘ線撮影装置を用いた非破壊検査について開示されている。

一方、Ｘ線撮影装置として、タルボ干渉計又はタルボ・ロー干渉計を用いたＸ線撮影装置（以下、Ｘ線タルボ撮影装置という）が知られている。そして、Ｘ線タルボ撮影装置で撮影されたモアレ画像を再構成することで、少なくとも吸収画像、微分位相画像、小角散乱画像の３種類の高精細の撮影画像を得ることができる。Ｘ線タルボ撮影装置によって高精細の再構成画像を得るには、複数の格子のうちのひとつを格子のスリット周期の１／Ｍ（Ｍは正の整数、吸収画像はＭ＞２、微分位相画像と小角散乱画像はＭ＞３）ずつスリット周期方向に移動させてＭ回撮影したモアレ画像を用いて再構成を行う縞走査法が用いられている（例えば、特許文献２参照）。

モアレ画像から再構成画像を作成する手法としては、上述のようにＸ線タルボ撮影装置により得られた一定周期間隔の複数のモアレ画像から縞走査法により再構成画像を作成するものの他、一枚のモアレ画像からフーリエ変換法を用いて再構成画像を作成する手法も知られている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００４−２５１９１７号公報特許第４４４５３９７号公報

M. Takeda, H．Ina, and S．Kobayashi,「Fourier-Transform Methode of Fringe-Pattern Analysis for Computer-Based Topography and Interferometry」J.Opt.Soc.Am.72,156（1982）

ところで、Ｘ線タルボ撮影装置によって立体的な形状の検査対象物を撮影する場合に、検査対象物のうち、例えば被写体台等の基準面に近接していない部分は、被写体台等の基準面に近接している部分に対して、吸収画像、微分位相画像、小角散乱画像のそれぞれの信号が変化してしまうことがあった。

すなわち、立体的な形状の検査対象物には、基準面に近接して配置できる部分と、基準面に対して傾斜する部分と、基準面から離間する部分とがある。そのため、基準面に対して傾斜する部分及び基準面から離間する部分は、基準面に近接する部分とは撮影条件（Ｇ１格子との間隔）が異なるものとなり、同じサイズの領域を撮影しても、得られた画像のサイズや形状が異なるものとなってしまうという問題があった。

そのため、立体的な形状の検査対象物の撮影画像を定量化して評価したい場合には、部分ごとに向きや被写体台への載せ方を変更して撮影しなければならない。また、検査対象物の形態によっては、検査対象物を破壊しなければならないこともあり、手間であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｘ線タルボ撮影装置によって撮影された立体的な形状の検査対象物における各部の画像データを容易かつ正確に定量化することができるＸ線撮影システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、Ｘ線源と、複数の格子と、Ｘ線検出器とがＸ線照射軸方向に並んで設けられており、基準面に対して所定位置にある立体的な形状の検査対象物の吸収画像、微分位相画像及び小角散乱画像を生成するためのモアレ画像を撮影するＸ線タルボ撮影手段と、
前記Ｘ線タルボ撮影手段により撮影された前記モアレ画像に基づいて再構成された前記吸収画像、前記微分位相画像及び前記小角散乱画像のうちの少なくとも一つの再構成画像を、前記基準面に対する前記検査対象物の形状情報に基づいて補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＸ線撮影システムにおいて、
前記Ｘ線タルボ撮影手段は、前記検査対象物が撮影位置に配置されて保持される被写体台を有しており、
前記被写体台に保持された前記検査対象物の形状情報は、前記検査対象物のサンプルにおける表面形状の実測データや前記検査対象物の表面形状を特定する設計データに基づいて演算されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のＸ線撮影システムにおいて、
前記補正手段は、
前記検査対象物の検査対象部位における前記基準面からの高さに応じて、前記少なくとも一つの再構成画像の画像データを補正することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線撮影システムにおいて、
前記補正手段は、
前記検査対象物の検査対象部位における前記基準面に対する角度に応じて、前記少なくとも一つの再構成画像の画像データを補正することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線撮影システムにおいて、
前記補正手段は、
前記検査対象物の検査対象部位における前記基準面からの高さに応じて、前記少なくとも一つの再構成画像における二次元方向のサイズを補正することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線撮影システムにおいて、
前記補正手段は、
前記検査対象物の検査対象部位における前記基準面に対する角度に応じて、前記少なくとも一つの再構成画像における二次元方向のサイズを補正することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載のＸ線撮影システムにおいて、
前記補正手段によって補正された前記少なくとも一つの再構成画像を表示可能な表示手段と、
前記補正手段によって補正された前記少なくとも一つの再構成画像における二次元方向のサイズに基づいて、同縮尺でハードコピーする出力手段と、を備えることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線撮影システムにおいて、
前記Ｘ線タルボ撮影手段は、
前記検査対象物の前記モアレ画像を撮影する場合に、前記Ｘ線照射軸の軸周りに角度を変更して複数回撮影することを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ線タルボ撮影装置によって撮影された立体的な形状の検査対象物における各部の画像データを容易かつ正確に定量化することができる。

Ｘ線タルボ撮影装置１の全体像を表す概略図である。タルボ干渉計の原理を説明する図である。線源格子や第１格子、第２格子の概略平面図である。検査対象物が被写体台に載せられた状態を示す概略図である。高さ補正値を導き出すためのグラフである。角度補正値を導き出すためのグラフである。二次元方向のサイズ補正処理を説明するための図である。二次元方向のサイズ補正処理を説明するための図である。非破壊検査のステップを説明するためのフローチャートである。Ｘ線撮影システムの構成例を示す斜視図である。Ｘ線撮影システムの他の構成例を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の技術的範囲を以下の実施形態および図示例に限定するものではない。

本実施形態では、Ｘ線タルボ撮影手段１と補正手段２とを用いて、被写体である立体的な形状の検査対象物Ｈを分解あるいは破壊することなく検査するＸ線撮影システム（非破壊検査システム）について説明する。本実施形態のＸ線タルボ撮影手段として、線源格子（マルチ格子やマルチスリット、Ｇ０格子等ともいう。）１２を備えるタルボ・ロー干渉計を用いたＸ線タルボ撮影装置１が採用されている。なお、線源格子１２を備えず、第１格子（Ｇ１格子ともいう。）１４と第２格子（Ｇ２格子ともいう。）１５のみを備えるタルボ干渉計を用いたＸ線タルボ撮影装置１を採用することもできる。

また、本実施形態では、検査対象物Ｈが、例えばガラス繊維や炭素繊維等の繊維を強化材として使用した繊維強化プラスチックからなり、表面に立体的な凹凸があるように成形された成形品である場合について説明する。ただし、これに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、例えば樹脂成形品や非鉄金属部品等を検査対象物Ｈとしてもよい。

［Ｘ線タルボ撮影装置について］
図１は、本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１の全体像を表す概略図である。本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１は、図１に示すように、Ｘ線発生装置１１と、線源格子１２と、被写体台１３と、第１格子１４と、第２格子１５と、Ｘ線検出器１６と、支柱１７と、基台部１８と、コントローラー１９とを備えている。

このようなＸ線タルボ撮影装置１によれば、基準面（本実施形態では被写体台１３）に対して所定位置にある立体的な形状の検査対象物Ｈのモアレ画像を縞走査法の原理に基づく方法で撮影したり、モアレ画像をフーリエ変換法を用いて解析したりすることで、少なくとも３種類の画像を再構成することができる（再構成画像という）。すなわち、モアレ画像におけるモアレ縞の平均成分を画像化した吸収画像（通常のＸ線の吸収画像と同じ）と、モアレ縞の位相情報を画像化した微分位相画像と、モアレ縞のVisibility（鮮明度）を画像化した小角散乱画像の３種類の画像である。なお、これらの３種類の再構成画像を再合成する等してさらに多くの種類の画像を生成することもできる。

また、本実施形態のＸ線撮影システムは、上述のように補正手段２を備えており、この補正手段２は、Ｘ線タルボ撮影装置１によって出力された吸収画像、微分位相画像及び小角散乱画像の再構成画像を、基準面である被写体台１３に対する検査対象物Ｈの形状情報に基づいて補正する。

ここで、まず、タルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計に共通する原理について、図２を用いて説明する。

なお、図２では、タルボ干渉計の場合が示されているが、タルボ・ロー干渉計の場合も基本的に同様に説明される。また、図２におけるｚ方向が図１のＸ線タルボ撮影装置１における鉛直方向に対応し、図２におけるｘ、ｙ方向が図１のＸ線タルボ撮影装置１における水平方向（前後、左右方向）に対応する。

また、図３に示すように、第１格子１４や第２格子１５には（タルボ・ロー干渉計の場合は線源格子１２にも）、Ｘ線の照射方向であるｚ方向と直交するｙ方向に、所定の周期ｄで複数のスリットＳが配列されて形成されている。

図３に示すように、Ｘ線源２から照射されたＸ線（タルボ・ロー干渉計の場合はＸ線源２から照射されたＸ線が線源格子１２（図３では図示省略）で多光源化されたＸ線）が第１格子１４を透過すると、透過したＸ線がｚ方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像（格子像等ともいう。）といい、このように自己像がｚ方向に一定の間隔をおいて形成される現象をタルボ効果という。

すなわち、タルボ効果とは、図３に示すように一定の周期ｄでスリットＳが設けられた第１格子１４を可干渉性（コヒーレント）の光が透過すると、上記のように光の進行方向に一定の間隔でその自己像を結ぶ現象をいう。

そして、図２に示すように、第１格子１４の自己像が像を結ぶ位置に、第１格子１４と同様にスリットＳが設けられた第２格子１５を配置する。その際、第２格子１５のスリットＳの延在方向（すなわち図２ではｘ軸方向）が、第１格子１４のスリットＳの延在方向に対して略平行になるように配置すると、第２格子１５上でモアレ画像Ｍｏが得られる。

なお、図２では、モアレ画像Ｍｏを第２格子１５上に記載するとモアレ縞とスリットＳとが混在する状態になって分かりにくくなるため、モアレ画像Ｍｏを第２格子１５から離して記載している。しかし、実際には第２格子１５上およびその下流側でモアレ画像Ｍｏが形成される。そして、このモアレ画像Ｍｏが、第２格子１５の直下に配置されるＸ線検出器１６で撮影される。

また、図２に示すように、Ｘ線源２と第１格子１４との間に（すなわち図１の被写体台１３上に）被写体Ｈが存在すると、被写体ＨによってＸ線の位相がずれるため、モアレ画像Ｍｏのモアレ縞が被写体の辺縁を境界に乱れる。一方、図示を省略するが、Ｘ線源２と第１格子１４との間に被写体Ｈが存在しなければ、モアレ縞のみのモアレ画像Ｍｏが現れる。以上がタルボ干渉計やタルボ・ロー干渉計の原理である。

この原理に基づいて、本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１においても、例えば図１に示すように、第２のカバーユニット１３０内で、第１格子１４の自己像が像を結ぶ位置に第２格子１５が配置されるようになっている。また、前述したように、第２格子１５とＸ線検出器１６とを離すとモアレ画像Ｍｏ（図２参照）がぼやけるため、本実施形態では、Ｘ線検出器１６は第２格子１５の直下に配置されるようになっている。

なお、第２のカバーユニット１３０は、人や物が第１格子１４や第２格子１５、Ｘ線検出器１６等にぶつかったり触れたりしないようにして、Ｘ線検出器１６等を防護するために設けられている。

図示を省略するが、Ｘ線検出器１６は、照射されたＸ線に応じて電気信号を生成する変換素子が二次元状（マトリクス状）に配置され、変換素子により生成された電気信号を画像信号として読み取るように構成されている。そして、本実施形態では、Ｘ線検出器１６は、第２格子１５上に形成されるＸ線の像である上記のモアレ画像Ｍｏを変換素子ごとの画像信号として撮影するようになっている。

そして、本実施形態では、Ｘ線タルボ撮影装置１は、いわゆる縞走査法を用いてモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影するようになっている。すなわち、本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１では、第１格子１４と第２格子１５との相対位置を図１〜図３におけるｙ軸方向（すなわちスリットＳの延在方向（ｘ軸方向）に直交する方向）にずらしながらモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影する。

そして、Ｘ線タルボ撮影装置１から複数枚分のモアレ画像Ｍｏの画像信号を受信した図示しない画像処理装置における画像処理で、複数枚のモアレ画像Ｍｏに基づいて、吸収画像や、微分位相画像や、小角散乱画像等を再構成するようになっている。

そのため、本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１で、縞走査法によりモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影するために、第１格子１４をｙ軸方向に所定量ずつ移動させるための図示しない移動装置等が設けられている。なお、第１格子１４を移動させる代わりに第２格子１５を移動させたり、或いは両方とも移動させたりするように構成することも可能である。

また、Ｘ線タルボ撮影装置１で、第１格子１４と第２格子１５との相対位置を固定したままモアレ画像Ｍｏを１枚だけ撮影し、画像処理装置における画像処理で、このモアレ画像Ｍｏをフーリエ変換法等を用いて解析する等して吸収画像や微分位相画像等を再構成するように構成することも可能である。

そして、この方法を用いる場合には、Ｘ線タルボ撮影装置１に必ずしも上記の移動装置等を設ける必要はない。なお、本発明は、このような移動装置が設けられていないＸ線タルボ撮影装置にも適用される。

本実施形態に係るＸ線タルボ撮影装置１における他の部分の構成について説明する。本実施形態では、いわゆる縦型であり、Ｘ線発生装置１１、線源格子１２、被写体台１３、第１格子１４、第２格子１５、Ｘ線検出器１６が、この順序に重力方向であるｚ方向に配置されている。すなわち、本実施形態では、ｚ方向が、Ｘ線発生装置１１からのＸ線の照射方向ということになる。

Ｘ線発生装置１１は、Ｘ線源１１ａとして、例えば医療現場で広く一般に用いられているクーリッジＸ線源や回転陽極Ｘ線源等を備えている。また、それ以外のＸ線源を用いることも可能である。本実施形態のＸ線発生装置１１は、焦点からＸ線をコーンビーム状に照射するようになっている。すなわち、Ｘ線発生装置１１から離れるほどＸ線が広がるように照射される。

そして、本実施形態では、Ｘ線発生装置１１の下方に線源格子１２が設けられている。その際、Ｘ線源１１ａの陽極の回転等により生じるＸ線発生装置１１の振動が線源格子１２に伝わらないようにするために、本実施形態では、線源格子１２は、Ｘ線発生装置１１には取り付けられず、支柱１７に設けられた基台部１８に取り付けられた固定部材１２ａに取り付けられている。

なお、本実施形態では、Ｘ線発生装置１１の振動が支柱１７等のＸ線タルボ撮影装置１の他の部分に伝播しないようにするために（或いは伝播する振動をより小さくするために）、Ｘ線発生装置１１と支柱１７との間に緩衝部材１７ａが設けられている。

本実施形態では、上記の固定部材１２ａには、線源格子１２のほか、線源格子１２を透過したＸ線の線質を変えるためのろ過フィルター（付加フィルターともいう。）１１２や、照射されるＸ線の照射野を絞るための照射野絞り１１３、Ｘ線を照射する前にＸ線の代わりに可視光を被写体に照射して位置合わせを行うための照射野ランプ１１４等が取り付けられている。

なお、線源格子１２とろ過フィルター１１２と照射野絞り１１３とは、必ずしもこの順番に設けられる必要はない。また、本実施形態では、線源格子１２等の周囲には、それらを保護するための第１のカバーユニット１２０が配置されている。

また、コントローラー１９（図１参照）は、本実施形態では、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インターフェース等がバスに接続されたコンピューターで構成されている。なお、コントローラー１９を、本実施形態のような汎用のコンピューターではなく、専用の制御装置として構成することも可能である。また、コントローラー１９には、操作部を含む入力手段や出力手段、記憶手段、通信手段等の適宜の手段や装置が設けられている。

コントローラー１９は、Ｘ線タルボ撮影装置１に対する全般的な制御を行うようになっている。すなわち、例えば、コントローラー１９は、Ｘ線発生装置１１に接続されており、Ｘ線源１１Ａに管電圧や管電流、照射時間等を設定することができるようになっている。また、例えば、コントローラー１９が、Ｘ線検出器１６と外部の図示しない画像処理装置等との信号やデータの送受信を中継するように構成することも可能である。

また、Ｘ線タルボ撮影装置１が、本実施形態のように縞走査法によりモアレ画像Ｍｏを複数枚撮影するように構成されている場合には、コントローラー１９が、上記の移動装置を制御して、第１格子１４（或いは第２格子１５或いはその両方）を移動させる所定量を調整したり、格子の移動とＸ線発生装置１１からのＸ線の照射とのタイミングを調整する等の処理を行うように構成される。

なお、Ｘ線発生装置１１を制御するコントローラーとして、Ｘ線発生装置１１専用のジェネレーターを用い、格子を移動させる移動装置を制御する等するためのコントローラー１９を、Ｘ線発生装置１１のジェネレーターとは別体の装置として構成することも可能であり、コントローラー１９の構成は適宜決められる。

また、上述の記憶手段やＲＯＭには、検査対象物Ｈの形状情報を演算するために必要な各種データや、Ｘ線タルボ撮影装置１によって出力された各種画像の画像データを補正するために必要な処理プログラムが記憶されている。すなわち、補正手段２の実行に必要な各種データやプログラムが記憶されている。

検査対象物Ｈの形状情報とは、検査対象物Ｈにおける表面の形状やサイズに係る情報であり、検査対象物Ｈと同様に形成されたサンプル（図示せず）における表面形状の実測データや検査対象物Ｈの表面形状を特定する設計データに基づいて予め演算される。より具体的には、実測データとは、例えば検査対象物ＨのサンプルにおけるＣＴ画像データや三次元測定機によって実際に測定されたデータであり、設計データとしては、例えば機械設計図面データやメカニカルＣＡＤデータ等が挙げられる。

なお、検査対象物Ｈの形状情報は、例えば厚み・材質等の材料特性や、プレス等の製造方法でも変わり得るものであるため、非破壊検査を行う場合は、その都度検査対象物Ｈのサンプルを利用して形状情報を取得することが望ましい。

検査対象物Ｈは、図４に示すように、基準面である被写体台１３に近接して配置できる第１部分Ｈ１と、被写体台１３に対して傾斜する第２部分Ｈ２と、被写体台１３から平行離間する第３部分Ｈ３と、を備える。これら各部分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は一体形成されて、検査対象物Ｈを構成している。また、これら各部分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、Ｘ線タルボ撮影装置１によって所定の撮影視野範囲Ａ２，Ａ３で撮影される。この撮影視野範囲Ａ２，Ａ３内に位置する部位が検査対象部位となる。なお、第１部分Ｈ１の撮影視野範囲は、第２部分Ｈ２の撮影視野範囲Ａ２及び第３部分Ｈ３の撮影視野範囲Ａ３と同程度の範囲であれば、第１部分Ｈ１におけるいずれの箇所でもよい。

なお、図４に示す検査対象物Ｈは、その構造をわかりやすく説明するために簡略化されたものであり、実際の検査対象物Ｈの構造は、より複雑であることが想定される。

検査対象物Ｈは、このように部分によって基準面である被写体台１３との位置関係が異なるため、同じサイズの領域を撮影しても、得られた画像のサイズや形状が異なるものとなってしまう。このような立体的な形状の検査対象物Ｈの撮影画像を定量化して評価するためには、上述の補正手段２によって、基準面である被写体台１３からの高さや、基準面である被写体台１３に対する角度に応じて、再構成画像の画像データを補正したり、再構成画像における二次元方向のサイズを補正したりする必要がある。換言すれば、第１部分Ｈ１、第２部分Ｈ２及び第３部分Ｈ３は、基準面である被写体台１３に対する位置や角度がそれぞれ異なるが、同等の条件下で撮影した画像であるように評価するために、画像のデータを補正したり、サイズを補正したりすることで定量化する必要がある。

なお、図１に示すように、基準面である被写体台１３の直下に第１格子１４が設けられた状態となっている。検査対象物Ｈが第１格子１４に近ければ近いほど撮影される画像のピントは合うが、遠ければ遠いほどピントが合わずに暈けた状態となる。したがって、本実施形態では、基準面を被写体台１３としているが、これに限られるものではなく、第１格子１４を基準面としてもよいし、その他の位置を基準面としてもよい。

補正手段２は、コントローラー１９のＣＰＵ等と記憶手段やＲＯＭに記憶された処理プログラムとの協働により処理が行われる。具体的には、ＣＰＵは、図示しない操作部から入力される操作信号又は通信手段により受信される指示信号に応じて、ＲＯＭに記憶されている処理プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、当該プログラムとの協働により、検査対象物Ｈの形状情報に基づいて画像データの補正処理を行う。

コントローラー１９には、補正手段２によって補正された再構成画像を表示可能な表示手段３が設けられている。この表示手段３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等のモニターにより構成され、ＣＰＵから入力される表示信号の指示に従って、操作部からの入力指示やデータ等を表示する。

コントローラー１９には、補正手段２によって補正された再構成画像における二次元方向のサイズに基づいて、同縮尺でハードコピーする出力手段４が設けられている。この出力手段４は、例えばプリンターにより構成され、ＣＰＵから入力される出力信号の指示に従って、画像のハードコピーを出力する。

［画像データの高さ補正について］
図５は、検査対象物Ｈの検査対象部位における被写体台１３からの高さに応じて、再構成画像の画像データの高さ補正を行うために必要な補正値を表すグラフである。

このような補正値を導き出すために、Ｘ線タルボ撮影装置１によって、検査対象物Ｈの複数のサンプルの撮影を予め行い、当該複数のサンプルの再構成画像の各画素における信号値（Ｘ線検出器１６によって得られる画素信号の値）を取得する。なお、図５のグラフにおける複数のサンプルは、被写体台１３に接する位置（すなわち、０ｍｍ）から１００ｍｍまでの高さの間に等間隔に並べられて撮影される。

複数のサンプルの再構成画像の各画素における信号値が取得できたら各信号値から高さ補正値を計算し、それを縦軸にし、高さを横軸としたグラフ（近似直線）を作成する。作成されるグラフとしては、図５（ａ）から（ｃ）に示すように、吸収画像の高さ補正値を求めるためのグラフと、微分位相画像の高さ補正値を求めるためのグラフと、小角散乱画像の高さ補正値を求めるためのグラフの３つがある。

実際に非破壊検査される立体的な形状の検査対象物Ｈの信号値を求める場合は、図５に示すグラフの数式に求めようとする高さを代入し、高さ補正値を計算する。そして、Ｘ線タルボ撮影装置１によって撮影された検査対象物Ｈの再構成画像の画像データに当該高さ補正値をプラスする。このようにすることで、検査対象物Ｈの信号値を求めることができ、検査対象物Ｈの高さ補正を行うことができる。

［画像データの角度補正について］
図６は、検査対象物Ｈの検査対象部位における被写体台１３に対する角度に応じて、再構成画像の画像データの角度補正を行うために必要な補正値を表すグラフである。

このような補正値を導き出すために、Ｘ線タルボ撮影装置１によって、検査対象物Ｈのサンプルの撮影を予め行い、当該サンプルの再構成画像の各画素における信号値（Ｘ線検出器１６によって得られる画素信号の値）を取得する。なお、図６のグラフにおけるサンプルは、被写体台１３に対し、回転中心高さ（図４の符号「Ｃ」）を一定にした状態で角度を０°〜８０°まで１０°ごとに傾けながら撮影を実施する。

サンプルの再構成画像の各画素における信号値が取得できたら各信号値から角度補正値を計算し、それを縦軸にし、角度を横軸としたグラフ（近似曲線）を作成する。作成されるグラフとしては、図６（ａ）から（ｃ）に示すように、吸収画像の角度補正値を求めるためのグラフと、微分位相画像の角度補正値を求めるためのグラフと、小角散乱画像の角度補正値を求めるためのグラフの３つがある。

実際に非破壊検査される立体的な形状の検査対象物Ｈの信号値を求める場合は、図６に示すグラフの数式に求めようとする角度を代入し、角度補正値を計算する。そして、Ｘ線タルボ撮影装置１によって撮影された検査対象物Ｈの再構成画像に、回転中心高さ補正値と当該角度補正値をプラスする。なお、回転中心高さ補正値は、図５に示すグラフの数式に求めようとする回転中心高さを代入し、回転中心高さ補正値を計算する。このようにすることで、検査対象物Ｈの信号値を求めることができ、検査対象物Ｈの高さ補正を行うことができる。

［高さに応じた二次元方向のサイズ補正について］
図７（ａ）は、検査対象物Ｈの検査対象部位における被写体台１３からの高さに応じて、再構成画像における二次元方向のサイズを補正する際の、Ｘ線タルボ撮影装置１の撮影形態を示している。

図７（ｂ），（ｃ）は、補正前の画像と補正後の画像を対比して示している。すなわち、被写体台１３から検査対象物Ｈの検査対象部位（第３部分Ｈ３の検査対象部位）までが離間している場合、Ｘ線検出器１６で検出して得られた画像は、図７（ｂ）に示すように、被写体台１３に近接する第１部分Ｈ１の撮影画像よりも大きく撮影されることとなる。検査対象物Ｈにおける撮影画像の定量評価を行うためには、このように大きく撮影された補正前の画像を、図７（ｃ）に示すように、第１部分Ｈ１の撮影画像と同程度のサイズにする必要がある。

図７（ａ）中の矢印「ｈ」は、被写体台１３から検査対象物Ｈの検査対象部位までの離間距離を表し、矢印「Ｒ」は、線源格子１２から第２格子１５までの距離を表し、矢印「ＲＳ」は、線源格子１２から被写体台１３までの距離を表している。そして、補正前の画像における二次元方向のサイズを「ＩＳ０」とし、補正後の画像における二次元方向のサイズを「ＩＳｈ」とすると、この補正後の画像における二次元方向のサイズを、以下の計算式１から求めることができる。
（計算式１）ＩＳ_ｈ＝ＩＳ_０×（ＲＳ−ｈ）／Ｒ

以上の計算式１に実際の数値を代入して計算することにより、Ｘ線検出器１６で検出して得られた第３部分Ｈ３の検査対象部位の画像における二次元方向のサイズを、第１部分Ｈ１における検査対象部位の撮影画像と同程度まで縮尺することができる。これによって、検査対象物Ｈにおける撮影画像の定量評価しやすくなる。

［角度に応じた二次元方向のサイズ補正について］
図８（ａ）は、検査対象物Ｈの検査対象部位（第２部分Ｈ２の検査対象部位）における被写体台１３に対する角度に応じて、再構成画像における二次元方向のサイズを補正する際の、Ｘ線タルボ撮影装置１の撮影形態を示している。このように撮影した場合、Ｘ線検出器１６で検出して得られる画像は、図８（ｃ）に示すような状態となる。すなわち、撮影範囲が四角形であった場合、傾斜方向の上方は寸法が長く、傾斜方向の下方は寸法が短い台形状に撮影される。

そして、図８（ｂ）は、検査対象物Ｈの検査対象部位を、撮影時において被写体台１３と平行にするイメージを示しており、図８（ｄ）は角度補正された後の画像を示している。補正前の画像における二次元方向のサイズを「ＩＳｈ」とすると、補正後の画像における二次元方向のサイズを「ＩＳｒ」とすると、このような補正後の画像は、以下の計算式２から求めることができる。
（計算式２）ＩＳ_ｒ＝ＩＳ_ｈ／ｃｏｓθ

なお、計算式２における、補正前の画像における二次元方向のサイズ「ＩＳｈ」は、上述の［高さに応じた二次元方向のサイズ補正について］で説明した「ＩＳｈ」と同様である。すなわち、傾斜した検査対象部位の画像の角度補正を行う場合は、高さ補正を行ったうえで行われる。

以上の計算式２に実際の数値を代入して計算することにより、Ｘ線検出器１６で検出して得られた第２部分Ｈ２の検査対象部位の画像における二次元方向のサイズを、第１部分Ｈ１における検査対象部位の撮影画像と同程度まで変形して縮尺することができる。これによって、検査対象物Ｈにおける撮影画像の定量評価しやすくなる。

［非破壊検査の流れについて］
図９は、Ｘ線撮影システムによって検査対象物Ｈの検査を行う際のフローチャートである。

なお、検査対象物Ｈは、基準面である被写体台１３に接して配置できる第１部分Ｈ１と、被写体台１３に対して傾斜する第２部分Ｈ２と、被写体台１３から平行離間する第３部分Ｈ３と、を備える。また、この検査対象物Ｈのサンプルも、検査対象物Ｈと同形状となっている。

まずは、検査対象物Ｈと同形状に形成されたサンプルにおける表面形状の実測データ（ＣＴ画像データや三次元測定機等による実測データ）や検査対象物Ｈの表面形状を特定する設計データ（機械設計図面データやメカニカルＣＡＤデータ等）に基づいて、検査対象物Ｈの形状情報を演算して取得する（ステップＳ１）。

続いて、Ｘ線タルボ撮影装置１によって、被写体台１３に対する高さ位置がそれぞれ異なる検査対象物Ｈの複数のサンプルの撮影を行い、複数のサンプルの再構成画像の各画素における信号値（Ｘ線検出器１６によって得られる画素信号の値）を取得する（ステップＳ２）。このステップＳ２で、図５に示すような各再構成画像のグラフを作成することができる。

続いて、検査対象物Ｈのサンプルを、被写体台１３に対して回転中心高さ（図４参照）を一定にした状態で角度を０°〜８０°まで１０°ごとに傾けながら、Ｘ線タルボ撮影装置１によって撮影を行い、当該サンプルの再構成画像の各画素における信号値（Ｘ線検出器１６によって得られる画素信号の値）を取得する（ステップＳ３）。

続いて、Ｘ線タルボ撮影装置１によって、検査対象物Ｈにおける各部分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の検査対象部位を撮影する（ステップＳ４）。

このとき、検査対象物Ｈのモアレ画像を縞走査法の原理に基づく方法で撮影したり、モアレ画像をフーリエ変換法を用いて解析したりすることで、少なくとも３種類の画像を再構成して取得する（ステップＳ５）。すなわち、少なくとも吸収画像、微分位相画像、小角散乱画像を取得する。

続いて、補正手段２によって、Ｘ線タルボ撮影装置１によって撮影して得られた再構成画像の画像データに対して、ステップＳ２でサンプルを撮影して取得していた高さ補正値をプラスして、検査対象物Ｈの高さ補正を行う。さらに、ステップＳ３でサンプルを撮影して取得していた角度補正値をプラスして、検査対象物Ｈの角度補正を行う（ステップＳ６）。

続いて、補正手段２によって、検査対象物Ｈの第３部分Ｈ３における検査対象部位の画像を、上述の計算式１を用いて二次元方向のサイズ補正を行う。さらに、検査対象物Ｈの第２部分Ｈ２における検査対象部位の画像を、上述の計算式２を用いて二次元方向のサイズ補正を行う（ステップＳ７）。

続いて、表示手段３によって、補正された再構成画像を表示したり、出力手段４によって、補正された再構成画像における二次元方向のサイズに基づいて、同縮尺でハードコピーしたりして、検査対象物Ｈを検査する検査員が、画像を実際に見て定量評価を行うことができる状態にする（ステップＳ８）。

以上のようにして検査対象物Ｈにおける各部分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の画像データを容易かつ正確に定量化し、その上で検査対象物Ｈの評価を行うことができるので、検査対象物Ｈを分解あるいは破壊することなく検査することができる。
なお、Ｘ線タルボ撮影装置１で撮影されたモアレ画像を再構成することで、少なくとも吸収画像、微分位相画像、小角散乱画像の３種類の高精細の撮影画像を得ることができるが、これらの画像はそれぞれ画像の写り方が異なるため、例えば吸収画像では見えない検査対象物Ｈの欠陥が、微分位相画像や小角散乱画像では見える場合等がある。したがって、検査対象物Ｈの非破壊検査を行う場合は、写り方の異なる複数種類の再構成画像を見て検査を行うことが望ましい。

［構成例］
次に、図１０，図１１を参照して、Ｘ線撮影システムの構成例について説明する。
検査対象物Ｈが、例えば繊維強化プラスチックのように繊維を含むものである場合、微細な繊維同士が絡まり合った状態となるため、Ｘ線タルボ撮影装置１によって撮影しても見えにくい箇所が生じる場合があった。本構成例では、このような問題を解決するための手法について説明する。

［構成例１］
本構成例１においては、図１０に示すよぅに、２台のＸ線タルボ撮影装置１，１Ａが用いられている。これら２台のＸ線タルボ撮影装置１，１Ａは、互いに間隔を空けて並べられており、各々の第１格子１４の上方にベルトコンベヤー２０が通過するように構成されている。検査対象物Ｈは、このベルトコンベヤー２０に乗せられた状態で、下流に向かって移動する。

なお、本構成例１においては、基準面がベルトコンベヤー２０となっており、高さ補正処理や角度補正処理、二次元方向のサイズ補正処理も当該ベルトコンベヤー２０を基準面として行われる。

２台のＸ線タルボ撮影装置１，１Ａのうち、一方のＸ線タルボ撮影装置１と他方のＸ線タルボ撮影装置１Ａは、各々の複数の格子１２，１４，１５におけるスリットＳの向きが９０度異なるように配置されている。すなわち、一方のＸ線タルボ撮影装置１における複数の格子１２，１４，１５のスリットＳの向きが、例えばベルトコンベヤー２０の流れ方向に沿っていた場合、他方のＸ線タルボ撮影装置１における複数の格子１２，１４，１５のスリットＳの向きは、ベルトコンベヤー２０の流れ方向と直交する方向となる。

以上のような本構成例１によれば、２台のＸ線タルボ撮影装置１，１Ａの、各々の複数の格子１２，１４，１５におけるスリットＳの向きが９０度異なるように配置されていることによって、検査対象物Ｈを、Ｘ線照射軸の軸周りに角度を変更して複数回撮影できることとなる。これによって、例えば検査対象物Ｈが、例えば繊維強化プラスチックのように微細な繊維を含むものであったとしても、スリットＳが異なる向きで撮影を行うことができるので、撮影された複数の画像に基づいて、異方性の影響なく検査を行うことができる。

［構成例２］
本構成例２においては、図１１に示すように、１台のＸ線タルボ撮影装置１の両側にテーブル２１，２２が設置されている。これら両側のテーブル２１，２２の上面の高さ位置と、Ｘ線タルボ撮影装置１における被写体台１３の上面の高さ位置は略等しく、面一の状態となっている。

また、Ｘ線タルボ撮影装置１の前方には、左右方向に移動可能な搬送ユニット２３が設置されている。搬送ユニット２３は、左右方向に移動する本体部の両側端部から被写体台１３側に突出する２本の搬送アーム２３ａ，２３ａを備えており、当該搬送アーム２３ａ，２３ａは、その下面が、被写体台１３の上面及びテーブル２１，２２の上面よりも上方に位置するようにして配置されている。

さらに、他方のテーブル２２には、検査対象物Ｈを載せた状態で水平回転可能な回転ステージ２２ａが設けられている。この回転ステージ２２ａの上面は、他方のテーブル２２の上面と面一な状態となっている。また、この回転ステージ２２ａは、図示しない回転駆動装置によって回転できるように構成されている。

以上のような本構成例２では、図１１（ａ）に示すように、一方のテーブル２１上にあるトレー２３ｂに検査対象物Ｈを載せ、搬送ユニット２３における右側の搬送アーム２３ａによって、検査対象物Ｈをトレー２３ｂごと被写体台１３の上面に搬送し、検査対象物Ｈの撮影を行うことができる。

撮影が終わると、検査対象物Ｈは一旦、他方のテーブル２２における回転ステージ２２ａまで搬送され、回転ステージ２２ａの回転に伴って回転移動する。本構成例２において検査対象物Ｈは９０度回転する。そして、搬送ユニット２３における左側の搬送アーム２３ａによって、検査対象物Ｈをトレー２３ｂごと被写体台１３の上面に搬送し、検査対象物Ｈの撮影を、角度を変えた状態で行うことができる。すなわち、検査対象物Ｈを、Ｘ線照射軸の軸周りに角度を変更して複数回撮影できることとなる。これによって、上述の構成例１と同様の効果を発揮することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、Ｘ線タルボ撮影手段１により撮影されたモアレ画像に基づいて再構成された吸収画像、微分位相画像及び小角散乱画像のうちの少なくとも一つの再構成画像を、被写体台１３等の基準面に対する検査対象物Ｈの形状情報に基づいて、補正手段２によって補正することができるので、立体的な形状の検査対象物Ｈにおける各部分Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の画像データを容易かつ正確に定量化することができる。そして、その上で検査対象物Ｈの評価を行うことができるので、検査対象物Ｈを分解あるいは破壊することなく検査することができる。

また、被写体台１３に保持された検査対象物Ｈの形状情報は、検査対象物Ｈのサンプルにおける表面形状の実測データや検査対象物Ｈの表面形状を特定する設計データに基づいて演算されるので、検査対象物Ｈやそのサンプルを分解あるいは破壊することなく、検査対象物Ｈの形状情報を得ることができる。

また、補正手段２は、検査対象物Ｈの検査対象部位における被写体台１３からの高さや、被写体台１３に対する角度に応じて、少なくとも一つの再構成画像の画像データを補正するので、実際に非破壊検査される検査対象物Ｈの撮影に係る工程数を少なくすることができる。さらに、検査対象物Ｈの製造部門に対して補正値等のデータを短時間でフィードバックできるので、以降に製造される製品に反映させやすい。

また、補正手段２は、検査対象物Ｈの検査対象部位における被写体台１３からの高さや、被写体台１３に対する角度に応じて、少なくとも一つの再構成画像における二次元方向のサイズを補正するので、直感的な良否判断を行うことができる。特に検査対象物Ｈに繊維が含まれる場合には、繊維分布や繊維配向等の画像比較により、同一かどうかの判定等、直感的な良否判断を行うことができる。

また、表示手段３によって、補正された再構成画像を表示したり、出力手段４によって、補正された再構成画像における二次元方向のサイズに基づいて、同縮尺でハードコピーしたりすることができるので、検査対象物Ｈを検査する際に、画像を実際に見て定量評価を行うことができる。

また、検査対象物Ｈのモアレ画像を撮影する場合に、Ｘ線照射軸の軸周りに角度を変更して複数回撮影することで、一つの検査対象物Ｈを異なる向きで撮影を行うことができるので、撮影された複数の画像に基づいて、異方性の影響なく検査を行うことができる。

１Ｘ線タルボ撮影装置
２補正手段
３表示手段
４出力手段
１１Ｘ線発生装置
１１ａＸ線源
１２線源格子
１３被写体台
１４第１格子
１５第２格子
１６Ｘ線検出器
１７支柱
１８基台部
１９コントローラー
２０ベルトコンベヤー
２１テーブル
２２テーブル
２２ａ回転ステージ
２３搬送ユニット
２３ａ搬送アーム
２３ｂトレー
Ｈ検査対象物
Ｈ１第１部分
Ｈ２第２部分
Ｈ３第３部分

Claims

Ｘ線源と、複数の格子と、Ｘ線検出器とがＸ線照射軸方向に並んで設けられており、基準面に対して所定位置にある立体的な形状の検査対象物の吸収画像、微分位相画像及び小角散乱画像を生成するためのモアレ画像を撮影するＸ線タルボ撮影手段と、
前記Ｘ線タルボ撮影手段により撮影された前記モアレ画像に基づいて再構成された前記吸収画像、前記微分位相画像及び前記小角散乱画像のうちの少なくとも一つの再構成画像を、前記基準面に対する前記検査対象物の形状情報に基づいて補正する補正手段と、を備えることを特徴とするＸ線撮影システム。
前記Ｘ線タルボ撮影手段は、前記検査対象物が撮影位置に配置されて保持される被写体台を有しており、
前記被写体台に保持された前記検査対象物の形状情報は、前記検査対象物のサンプルにおける表面形状の実測データや前記検査対象物の表面形状を特定する設計データに基づいて演算されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影システム。
前記補正手段は、
前記検査対象物の検査対象部位における前記基準面からの高さに応じて、前記少なくとも一つの再構成画像の画像データを補正することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線撮影システム。
前記補正手段は、
前記検査対象物の検査対象部位における前記基準面に対する角度に応じて、前記少なくとも一つの再構成画像の画像データを補正することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
前記補正手段は、
前記検査対象物の検査対象部位における前記基準面からの高さに応じて、前記少なくとも一つの再構成画像における二次元方向のサイズを補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
前記補正手段は、
前記検査対象物の検査対象部位における前記基準面に対する角度に応じて、前記少なくとも一つの再構成画像における二次元方向のサイズを補正することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。
前記補正手段によって補正された前記少なくとも一つの再構成画像を表示可能な表示手段と、
前記補正手段によって補正された前記少なくとも一つの再構成画像における二次元方向のサイズに基づいて、同縮尺でハードコピーする出力手段と、を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載のＸ線撮影システム。
前記Ｘ線タルボ撮影手段は、
前記検査対象物の前記モアレ画像を撮影する場合に、前記Ｘ線照射軸の軸周りに角度を変更して複数回撮影することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線撮影システム。