JP2018128401A - Ｘ線透視検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線発生器とカメラの光軸を一致させ、検査対象物の外観と内部構造の対応関係を容易に把握することのできるＸ線透視検査装置を提供する。【解決手段】Ｘ線発生器１は検査対象物３に対してＸ線を照射する。Ｘ線検出器２はＸ線発生器１の光軸上に設置されて検査対象物３を透過したＸ線を受光する。カメラ５はＸ線発生器１とは異なる方向の光軸を有し、Ｘ線発生器１の照射範囲外の位置に設置される。反射鏡４はＸ線発生器１の光軸上に配置され、検査対象物３の外観像をカメラ５に対して反射させるもので、検査対象物３から反射鏡４に至るカメラ５の光軸とＸ線発生器１の光軸が一致するように配置される。画像表示部８はＸ線検出器２によって取得された検査対象物３のＸ線透視画像と、カメラ５によって取得された検査対象物の外観画像とを表示する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線発生器と動画撮影カメラ（以下、本明細書中ではカメラと言う）を使用して、検査対象物の微小時間内における挙動をＸ線透視画像と透視画像以外の外観画像とにより同時に表示するＸ線透視検査装置に関する。

例えば、モータのロータなどのように不透明なケースの内部の動きを観察するために高速度Ｘ線透視検査装置が使用されており、フレームレートが毎秒１００フレーム以上、最高毎秒２０，０００フレーム程度で観察することができる。そして、検査対象物の外部の状況も同時に観察することが求められている。

Ｘ線を可視光に変換する手段とカメラを使用した従来のＸ線透視検査装置では、微小な時間で発生する内部の動的な挙動を観察することができるが、その挙動が発生した時点の、例えば、検査対象物の外観といったＸ線透視画像からは確認できない情報と照らし合わせて挙動を解析することはできなかった。例えば、検査対象物の外部が樹脂やアルミニウムといったＸ線が透過しやすい材料から構成され、検査対象物の内部にステンレスなどのＸ線の吸収が大きい材料からなる部品が用いられた場合に、照射するＸ線のエネルギーを検査対象物の内部に合わせると、検査対象物の外部を透過するＸ線線量が多く、透視画像からは外形の変化や表面状態の変化の観察は困難であった。

動的な挙動を示す検査対象物において、内部と外観の挙動を関連付けて観察するべきだが、再現性のある挙動であれば、それぞれ別撮り後に合成すればよい。しかしながら、従来では、再現性が無い、もしくは、非検査物が１回しか使用出来ない場合、このような観察を行うことは不可能であった。

特開平１１−２９５２４２号公報 特開平０６−２１７９７３号公報

Ｘ線光軸上にミラーを配置してＸ線透視画像と同時にミラーを介して外観像を得るＸ線透視検査装置が、主に検査対象物の位置決めをする目的で一般に用いられている。しかし、この種の従来技術では、毎秒１００フレーム以上の高速度撮影で得られる動的な検査対象物の内部透視画像と、通常のカメラによる外観画像を同時に取得してはおらず、その２つを同期させた解析は出来なかった。特に、検査対象物の挙動が発生した時点の検査対象物の外観のようなＸ線透視画像からは確認できない情報と照らし合わせて、検査対象物の挙動を解析することはできなかった。

また、検査対象物の注目している動的な挙動が発生した時点で内部の挙動と外観の挙動とを照らし合わせて解析するためには、別々にカメラを用意する必要があるが、Ｘ線発生装置の光軸上にカメラを配置することができないため、透視画像と外観画像が同じ視点ではなく、斜めからパースを補正して同期させるなど、その画像の精度に課題があった。

このように従来のＸ線透視検査装置においては、高速度Ｘ線透視画像のＸ線光軸と検査対象物の外観を観察するカメラのそれぞれの光軸は不一致であるために、両画像には視差を生じ、検査対象物を構成する部分の対応関係を把握しにくかった。

本実施形態の目的は、Ｘ線発生器とカメラの光軸を一致させ、検査対象物の外観と内部構造の対応関係を容易に把握することのできるＸ線透視検査装置を提供することにある。

本実施形態のＸ線透視検査装置は、次のような構成を有することを特徴とする。
（１）検査対象物に対してＸ線を照射するＸ線発生器。
（２）前記Ｘ線発生器の光軸上に設置されて前記検査対象物を透過したＸ線を受光するＸ線検出器。
（３）前記Ｘ線発生器とは異なる方向の光軸を有し、前記Ｘ線発生器の照射範囲外の位置に設置されたカメラ。
（４）前記Ｘ線発生器の光軸上に配置され、検査対象物の外観像を前記カメラに対して反射させる反射鏡であって、検査対象物から反射鏡に至る前記カメラの光軸と前記Ｘ線発生器の光軸が一致するように配置された反射鏡。
（５）前記Ｘ線検出器によって取得された検査対象物のＸ線透視画像と、前記カメラによって取得された検査対象物の外観画像とを表示する画像表示部。

以下のような実施形態も、本発明の一態様である。
（１）前記Ｘ線透視画像と前記外観画像とを重ね合わせた合成画像を生成する画像処理部を備え、前記画像表示部が前記画像処理部からの合成画像を表示する。
（２）前記Ｘ線発生器と前記カメラが、それぞれ所定のフレームレートで検査対象物を撮影するものであって、前記Ｘ線発生器のフレームと、前記カメラのフレームを同期させる同期信号発生部を備える。
（３）前記反射鏡が、Ｘ線発生器の光軸と、前記カメラにおける前記カメラと前記反射鏡との間の光軸との角度が９０°より小さいか或いは９０°より大きくなるように設置される。
（４）前記検査対象物を挟んで複数の反射鏡が設けられ、各反射鏡に対応して複数のカメラが設けられている。
（５）前記反射鏡が複数設けられ、各反射鏡に対応してそれぞれ異なった波長の光線を撮影する複数のカメラが設けられ、前記複数の反射鏡は、その反射鏡に対応するカメラ以外のカメラが撮影する波長の光線を透過させる。
（６）前記カメラが、可視光カメラと赤外線カメラのいずれか一方もしくは双方である。

第１実施形態の全体構成を示すブロック図。 第２実施形態の全体構成を示すブロック図。 第３実施形態の全体構成を示すブロック図。 第４実施形態の全体構成を示すブロック図。 第５実施形態の全体構成を示すブロック図。

［１．第１実施形態］
［１−１．実施形態の構成］
図１に示すように、本実施形態のＸ線透視検査装置は、検査対象物３に対してＸ線を照射するＸ線発生器１と、検査対象物３を透過したＸ線を受光するＸ線検出器２と、検査対象物３の外観を撮影する可視光カメラ５と、検査対象物３の外観像を可視光カメラ５に対して反射させる可視光反射鏡４を備える。

Ｘ線検出器２は、例えば、高速に応答するＸ線イメージインテンシファイアでＸ線像を高感度で可視光に変換し、その像を内蔵するカメラで撮影する。Ｘ線検出器２は、毎秒３０フレーム（３０ＦＰＳ）を超える高速なフレームレートでＸ線透視画像を収集する。

可視光反射鏡４は、Ｘ線発生器１の光軸上に配置され、検査対象物３の外観像をカメラに対して反射させる。可視光反射鏡４は、検査対象物３から可視光反射鏡４に至るカメラの光軸とＸ線発生器１の光軸が一致するように、Ｘ線発生器１の光軸に対して４５°の角度で配置される。すなわち、本実施形態においては、 Ｘ線発生器１と可視光カメラ５の光軸合わせを容易にするため、可視光反射鏡４はＸ線発生器１の光軸に対し４５°の角度で配置される。検査対象物３からの可視光の光軸は可視光反射鏡４によって９０°曲げて可視光カメラ５に導かれる。可視光反射鏡４はＸ線の透過率と可視光の反射率が高いほど望ましく、アクリルなどの樹脂製の平面板の表面にアルミニウムなどの薄膜を蒸着したものを用いられる。

可視光カメラ５は、Ｘ線発生器１とは異なる方向の光軸を有し、透視画像の形成の邪魔にならぬように、Ｘ線発生器１の照射範囲外の位置に設置される。可視光カメラ５の画角はＸ線透視画像の形成に利用されるＸ線の広がり角度とほぼ同一とするのが良い。

可視光カメラ５は、所定のフレームレートで検査対象物３を撮影する。可視光カメラ５のフレームレートは、Ｘ線検出器２のフレームレートと同一でも良いが、本実施形態では異なる。そのため、本実施形態のＸ線透視検査装置は、Ｘ線発生器１のフレームと、カメラのフレームを同期させる同期信号発生部６を備える。

本実施形態のＸ線透視検査装置は、Ｘ線検出器２で得られたＸ線透視画像と可視光カメラ５で得られた外観画像を記憶及び処理する画像処理部７を備える。画像処理部７は、それぞれ単独で画像表示部８の所定の表示領域に出力する機能と、両者を重ね合わせた合成画像を生成し、画像表示部８の１つの画像表示領域に位置を合わせて重ねて（オーバレイして）表示する機能を有する。画像処理部７は、内部透視画像と外観画像を重ねて表示する際に前記２つの画像のうちどちらか、あるいは、両方の透明度を可変させる機能を備える。画像処理部７は、両画像それぞれの外形がほぼ一致するように位置と拡大率を調整して表示すると共に、その位置と拡大率を自由に設定する機能を有する。

画像表示部８は、画像処理部７からの出力データに基づき、Ｘ線検出器２によって取得された検査対象物３のＸ線透視画像と、可視光カメラ５によって取得された検査対象物３の外観画像とを表示する。Ｘ線透視画像と可視光画像はそれぞれ画像表示部８に単独、または並べて同時に、あるいは位置を合わせて重ねて、オーバレイして表示される。

［１−２．実施形態の作用］
本実施形態において、検査対象物３を検査する場合、Ｘ線発生器１から照射されたＸ線は、その光軸上にある可視光反射鏡４を透過して、検査対象物３に達する。検査対象物３を透過したＸ線は、Ｘ線検出器２において受光され、その内部に設けられたカメラによって透視画像が生成される。この透視画像は、Ｘ線検出器２から画像処理部７に出力される。

一方、可視光反射鏡４によって反射された検査対象物３の外観像は、可視光反射鏡４によって反射された後可視光カメラ５によって撮影され、撮影された外観画像は画像処理部７に出力される。この場合、同期信号発生部６によって、Ｘ線発生器１のフレームと、カメラのフレームを同期させる。

画像処理部７では、入力された透視画像と外観画像に基づいて、画像表示部８に出力する画像を生成する。例えば、透視画像と外観画像を画像表示部８に別々に表示する場合には、それぞれの表示用の画像を生成する。また、２つの画像を重ね合わせて表示する場合には、必要に応じて両画像の透明度や拡大率を調整し、重ね合わせ処理を行う。これらの作業は、Ｘ線発生器１のフレームとカメラのフレームが同期されていることから、透視画像と外観画像を同じタイミングで表示させることができ、２つの画像の比較が容易に行えたり、重ね合わせた画像にちらつきなどの不都合が生じることがない。

画像処理部７で生成された表示用の画像のデータは画像表示部８に出力され、その画像データに応じた態様で表示される。

［１−３．実施形態の効果］
本実施形態の装置は、次のような効果を有する。

（１）Ｘ線透視画像による検査対象物３の内部透視画像と、可視光画像による表面の外観画像が同一の光軸で視差がなく、Ｘ線透視画像による観察対象部に相当する検査対象物３の表面での可視光画像の位置的な対応関係をより良く把握することができる。特に、検査対象物３とＸ線検出器２の間にミラーを配置し、そのミラーから反射する可視光の情報を撮影することで、同じ方向から検査対象物３の内部と外観の挙動を同時に観察することができる。

（２）Ｘ線透視画像においては、検査対象物３のＸ線焦点に近い部分ほど大きく映る。検査対象物３のＸ線焦点側から可視光カメラ５で撮像することによってＸ線透視画像と可視光画像の遠近感を一致させることができる。

（３）Ｘ線透視画像による観察対象部に相当する検査対象物３の表面での可視光画像を時間同期して把握することができる。また、検査対象物３の内部と外観を同時に撮影することで撮影時間の短縮が可能となる。

（４）同期信号発生部６によってＸ線検出器２と可視光カメラ５のフレームレートを一致させるようにしたので、２つの画像が同時に表示されているときは同時刻に撮影されたフレームを同期して再生することができる。したがって、Ｘ線検出器２と可視光カメラ５が本来有するフレームレートが異なっている場合であっても、画像表示部８に同期した映像を表示することができ、内部透視画像と外観画像の不一致がなく、ちらつきなどの発生がない良好な画像を表示することができる。

（５）同時に観察した内部透視画像と外観画像を画像処理で重ね合わせることで、内部の挙動と外観の挙動との相関を解析することが可能となる。従来、同一の検査対象物３では、別々に撮影することしかできなかった非可逆的な変化や再現性の低い挙動に対しても適用できる。

（６）可視光反射鏡４を使用することにより、Ｘ線透視画像を観察している方向と同じ方向から見た外観像を、Ｘ線発生器１の光軸とは別の角度に配置した可視光を撮影する可視光カメラ５で観察することができる。その結果、可視光カメラ５をＸ線発生器１に対して自由な位置に配置することが可能となり、装置構成の自由度が向上する。

（７）可視光カメラ５を用いることで、検査対象物３を回転させて画像を取り込んだ場合、鳥瞰図のような立体的な画像の作成も可能となり、事象の観察精度がより向上する。

［２．第２実施形態］
第２実施形態を図２により説明する。第１実施形態と同一の部材については同一の符号を付して説明は省略する。第２実施形態は、第１実施形態のＸ線透視検査装置において、検査対象物３からの可視光の光軸を可視光反射鏡４によって９０°以外の角度に曲げて可視光カメラ５に導くものである。すなわち、可視光反射鏡４が、Ｘ線発生器１の光軸と、可視光カメラ５における可視光カメラ５と前記可視光反射鏡４との間の光軸との角度が９０°より小さくなるように設置される。

このような構成の本実施形態によれば、前記各実施形態と共通の構成が有する作用効果に加え、Ｘ線光軸から可視光カメラ５の最端部までの距離を短縮できる。一般に、可視光反射鏡４使用時の光軸合わせを容易にするためには、可視光反射鏡４はＸ線光軸に対し４５°の角度が望ましい。しかし、４５°の角度とすると、可視光カメラ５が長尺の場合、Ｘ線の光軸から可視光カメラ５の端部までの距離が長くなり、装置全体が大型化する。本実施形態では、可視光反射鏡４の角度を変えることにより、可視光カメラ５をＸ線光軸に沿った角度に寝かせることにより、Ｘ線光軸と直角方向の寸法を短縮することができる。その結果、可視光カメラ５の設置空間のためだけに例えば鉛製のＸ線の遮蔽箱を大型化する必要がなくなり、装置全体の小型化が可能となる。

検査対象物３とＸ線検出器２との間の距離を短くしたい場合は、可視光反射鏡４を浅い角度に設置することになるが、可視光カメラ５の位置と可視光反射鏡４の角度が関連づいて移動する機構を設けることで、可視光カメラ５の角度が変化してもその光軸とＸ線の光軸を常に一致させることが可能である。

［３．第３実施形態］
第３実施形態を図３により説明する。第１実施形態と同一の部材については同一の符号を付して説明は省略する。第３実施形態は、第１実施形態のＸ線透視検査装置において、赤外線に対する反射率が高い赤外線反射鏡１０を用い、また、可視光カメラ５を赤外線カメラ９に置き換える。

赤外線反射鏡１０はＸ線の透過率と赤外線の反射率が高いほど望ましいので、アクリルなどの樹脂またはシリコンなどの平面板の表面に銀または金などの薄膜を蒸着したものを用いる。Ｘ線検出器２のフレームレートは例えば数万ＦＰＳまで高くすることができるが、赤外線カメラ９のフレームレートは最高でも数十ＦＰＳ程度である。そのため、赤外線カメラ９のフレームレートはＸ線検出器２のフレームレートの整数分の１となるように設定することを基本とするが、これに限定するものではない。

第３実施形態によれば、前記各実施形態と共通の構成が有する作用効果に加え、Ｘ線透視画像による検査対象物３の内部と、赤外線画像による表面の温度分布画像が同一の光軸で視差がなく、同時に得られる。その結果、両画像の遠近感が一致する、両画像を時間同期して得られ、Ｘ線透視画像による観察対象部に相当する検査対象物３の表面温度分布画像を時間同期して把握することができる。

［４．第４実施形態］
第４実施形態を図４により説明する。前記各実施形態と同一の部材については同一の符号を付して説明は省略する。第４実施形態は、第１実施形態における検査対象物３と可視光反射鏡４の間に赤外線反射鏡１０を置き、その像を赤外線カメラ９で撮影する。可視光反射鏡４はＸ線の赤外線の透過率が高いほど望ましいので、アクリルなどの樹脂製または薄いガラス製のハーフミラーなどの透明な平面板を用いる。赤外線の透過率を高めるために表面にアルミニウムなどの薄膜が蒸着されていないものを用いる。

画像処理部７と画像表示部８は、Ｘ線透視画像、可視光画像、赤外線画像のうち少なくとも２つを画像表示領域に位置を合わせて重ねて（オーバレイして）表示する機能を有する。また、オーバレイ表示されているそれぞれの画像は、表示透明度を変えることができ、また、それぞれの外形がほぼ一致するように位置と拡大率を調整して表示することを基本とするが、その位置と拡大率を自由に設定することもできる。

本実施形態によれば、前記各実施形態と共通の構成が有する作用効果に加え、Ｘ線透視画像による検査対象物３の内部と、可視光画像による表面の画像、および赤外線画像による表面の温度分布画像（両画像）が同一の光軸で視差がなく、同時に得られる。その結果、Ｘ線透視画像による観察対象部に相当する検査対象物３の可視光画像による表面の画像、および表面温度分布画像を時間同期して把握することができる。

［５．第５実施形態］
第５実施形態を図５により説明する。前記各実施形態と同一の部材については同一の符号を付して説明は省略する。第５実施形態は、第２の可視光反射鏡４を検査対象物３とＸ線検出器２の間にも配置し、その像を可視光カメラ５で撮影する。

画像処理部７と画像表示部８は、Ｘ線透視画像、２つの可視光画像のうち少なくとも２つを画像表示領域に位置を合わせて重ねて（オーバレイして）表示する機能を有する。また、オーバレイ表示されているそれぞれの画像は、表示透明度を変えることができ、また、それぞれの外形がほぼ一致するように位置と拡大率を調整して表示する機能を有するが、その位置と拡大率を自由に設定する機能を有しても良い。第１の可視光画像と第２の可視光画像とは、検査対象物３の左右が反対にカメラに映るので、画像処理部７と画像表示部８は、それらの画像の向きがＸ線透視画像と同じ向きになるように合わせて表示する。

本実施形態によれば、前記各実施形態と共通の構成が有する作用効果に加え、検査対象物３の両表面の可視光画像を得られ、検査対象物３の片側ではわからない観察が可能になる。

［６．他の実施形態］
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。具体的には、次のような他の実施形態も包含する。

（１）第１実施形態から第４実施形態の変形例として、反射鏡４，１０の位置を、検査対象物３の後ろに配置する。すなわち、検査対象物３の後ろに反射鏡４，１０を置く場合は、検査対象物３のＸ線透視画像と、外観画像は遠近感が反対になる為、画像補正が必要となる。よって、前に反射鏡が置ける方が、撮影画像のパースが合うので良い。

Ｘ線透視画像においては、検査対象物３のＸ線焦点に近い部分ほど大きく映る。検査対象物３のＸ線焦点側から可視光カメラ５や赤外線カメラ９で撮像することによってＸ線透視画像と可視光画像または赤外線画像の遠近感を一致させることができる。しかし、Ｘ線光学系の拡大率を大きくするために検査対象物３をＸ線焦点に近づけて撮像し、Ｘ線発生器１と検査対象物３の間に反射鏡４，１０を置く空間が不足するときは、検査対象物３とＸ線検出器２の間に反射鏡４，１０と可視光カメラ５や赤外線カメラ９を置いても良い。このとき、Ｘ線透視画像と可視光画像の遠近感は反対になる。

（２）第５実施形態の変形例として、検査対象物３の前後に設ける可視光カメラ５のいずれか一方または双方を赤外線カメラ９とすることができる。例えば、１組の赤外線カメラ９とその反射鏡１０を、検査対象物３のＸ線発生器１側とＸ線検出器２側にそれぞれ配置することで、検査対象物３の内部異常が検査対象物３の表面と裏面にそれぞれどのような影響を与えるかなどの検査を行うことができる。

（３）第４実施形態の変形例として、Ｘ線発生器１と検査対象物３の間に配置した第１の可視光カメラ５と第１の赤外線カメラ９及びそれらの反射鏡４，１０に加えて、第２の可視光カメラ５と第２の赤外線カメラ９をそれぞれの反射鏡４，１０と共に、検査対象物３とＸ線検出器２の間にも配置する。このようにすると、検査対象物３の両表面の可視光画像と赤外線画像を得られ、検査対象物３の片側ではわからない観察が可能になる。

（４）カメラとして、可視光カメラ５や赤外線以外のカメラ、例えば、紫外線カメラに置き換え、また、紫外線に対する反射率が高い反射鏡を用いる。このようにすると、Ｘ線透視画像による検査対象物３の内部と、可視光または赤外線以外の画像、例えば紫外線によって検査対象物３表面の画像を可視光より鮮明に同一の光軸で視差がなく、同時に得られる。

１…Ｘ線発生器
２…Ｘ線検出器
３…検査対象物
４…可視光反射鏡
５…可視光カメラ
６…同期信号発生部
７…画像処理部
８…画像表示部
９…赤外線カメラ
１０…赤外線反射鏡

Claims (7)

1. 検査対象物に対してＸ線を照射するＸ線発生器と、
   前記Ｘ線発生器の光軸上に設置されて前記検査対象物を透過したＸ線を受光するＸ線検出器と、
   前記Ｘ線発生器とは異なる方向の光軸を有し、前記Ｘ線発生器の照射範囲外の位置に設置されたカメラと、
   前記Ｘ線発生器の光軸上に配置され、検査対象物の外観像を前記カメラに対して反射させる反射鏡であって、検査対象物から反射鏡に至る前記カメラの光軸と前記Ｘ線発生器の光軸が一致するように配置された反射鏡と、
   前記Ｘ線検出器によって取得された検査対象物のＸ線透視画像と、前記カメラによって取得された検査対象物の外観画像とを表示する画像表示部と、
   を備えることを特徴とするＸ線透視検査装置。
2. 前記Ｘ線透視画像と前記外観画像とを重ね合わせた合成画像を生成する画像処理部を備え、前記画像表示部が前記画像処理部からの合成画像を表示する請求項１に記載のＸ線透視検査装置。
3. 前記Ｘ線発生器と前記カメラが、それぞれ所定のフレームレートで検査対象物を撮影するものであって、前記Ｘ線発生器のフレームと、前記カメラのフレームを同期させる同期信号発生部を備える請求項１または請求項２に記載のＸ線透視検査装置。
4. 前記反射鏡が、Ｘ線発生器の光軸と、前記カメラにおける前記カメラと前記反射鏡との間の光軸との角度が９０°より小さいか或いは９０°より大きくなるように設置される請求項１から請求項３のいずれかに記載のＸ線透視検査装置。
5. 前記検査対象物を挟んで複数の反射鏡が設けられ、各反射鏡に対応して複数のカメラが設けられている請求項１から請求項４のいずれかに記載のＸ線透視検査装置。
6. 前記反射鏡が複数設けられ、各反射鏡に対応してそれぞれ異なった波長の光線を撮影する複数のカメラが設けられ、前記複数の反射鏡は、その反射鏡に対応するカメラ以外のカメラが撮影する波長の光線を透過させる請求項１から請求項５のいずれかに記載のＸ線透視検査装置。
7. 前記カメラが、可視光カメラと赤外線カメラのいずれか一方もしくは双方である請求項１から請求項６のいずれかに記載のＸ線透視検査装置。

Images