JP2021139735A - 円筒形容器のｘ線検査方法及びｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒形容器の壁面の内部欠陥を、大型のディテクタを用いることなく、正確に検出することができる円筒形容器のＸ線検査方法及びＸ線検査装置を提。【解決手段】円筒形容器Ｗをその中心軸線Ｏの回りに回転させながらＸ線を照射し、透過画像をディテクタ１３で検出して壁面の欠陥を検査する円筒形容器のＸ線検査方法である。本発明では、Ｘ線源１２とディテクタ１３とを、これらの中心を結ぶ直線Ｌが円筒形容器の中心軸線Ｏから円筒形容器Ｗの半径を超えない距離だけオフセットさせた位置に配置し、円筒形容器のオフセット方向の部分をＸ線のコーンビーム１４の内側を通過させながら壁面の透過画像を取得し、取得された画像群から３次元画像を再構成して壁面の欠陥を検査する。【選択図】図９

Description

本発明は、タンクのような円筒形容器のＸ線検査方法及びＸ線検査装置に関するものである。

検査対象物をターンテーブル上に搭載して回転させながら、その一方に配置されたＸ線源からＸ線を照射し、反対側に配置されたディテクタによって透過画像を取得し、得られた画像群から３次元画像を再構成して検査対象物の内部欠陥などを検査するＸ線ＣＴ法は、例えば特許文献１に示されるように従来から広く知られている。

その原理は図１に示す通りであり、Ｘ線源１から照射されるコーンビーム（円錐状ビーム）２の内側に検査対象物３を配置し、反対側に平面状のディテクタ４を配置すれば、検査対象物３を３６０度方向から透過した画像を得ることができるので、得られた画像群から３次元画像を再構成することにより、内部欠陥を正確に検出することができる。

しかし、直径が数１０ｃｍの大きな円筒形容器Ｗをこの方法でＸ線検査する場合には、投影面の全体が収まるような非常に大型のディテクタが必要となる。しかも容器壁面中のボイドなどの微小欠陥を検出するためには、その欠陥よりも小さなサイズのピクセルが得られる高分解能のディテクタが必要となる。この様な高分解能かつ大型のディテクタは非常に高額であり、工業的用途に用いることができない。しかもピクセル数が多くなるとそれを処理する演算装置にも高い機能が要求されるうえ、処理時間も長くなるので実用性が低下する。

この問題の解決策として、図２に示すように小型のディテクタ４を複数個並べて配置することも考えられる。しかし図２の場合には高額のディテクタ４が３枚必要になるうえ、それぞれのディテクタ４の３つの画面を合成して画像処理を行わねばならず、演算装置にも高い機能が要求され、処理時間も更に長くなるため実用性がない。

この問題の別の解決策として、図３に示すように円筒形容器Ｗの中央部のみを対象としてＸ線ＣＴを行い、円筒形容器Ｗを回転させることにより全周の検査を行う方法も考えられる。しかしこの方法では壁面の内部欠陥を正確に検出することは困難である。その理由を以下に説明する。

図４に円筒形容器Ｗの特定部分のワーク片に対するＸ線ビームの透過方向を示し、図５にディテクタ面との関係を示した。円筒形容器Ｗを回転させるため、ワーク片は手前側の位置と、反対側に回った奥の位置とで撮影される。手前側のＡ、Ｂの位置と、奥側のＣ、Ｄの各位置にあるときＸ線ビームはそれぞれ図５に示す方向に透過するが、内部に黒丸で示すボイド等が存在したとしても、図６に示したようにボイドの影の角度はどの位置においても大きくは変わらない。このように透過角度の範囲を十分に取れないため、図７に示すような彗星状態の画像となり、透過方向に対して垂直方向のシルエットは鮮明であるが、透過方向のシルエットは不明となる。これでは奥行方向の情報が不足し、ボイドのサイズを正しく判定できない結果となる。従って図３の方法は円筒形容器Ｗの壁面の内部欠陥の検査方法としては不適当である。

さらに、図１に示した面状のディテクタをスリットタイプのディテクタに置き換えることも考えられる。このような幅の狭いディテクタはサイズが大きくても安価であり、しかもワーク片に対する透過の角度を大きく取ることができる。しかしこの場合にはディテクタに対する円筒形容器Ｗのスライドピッチを発見しようとする欠陥のサイズよりも小さくし、例えば５０μｍの欠陥を検出するためにはスライドピッチをミクロン単位としなければならない。このため円筒形容器Ｗの全体を検査するには非常に長時間を要することとなり、現実性がない。

特開２００４−３２５２４７号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、円筒形容器の壁面の内部欠陥を、大型のディテクタを用いることなく、正確に検出することができる円筒形容器のＸ線検査方法及びＸ線検査装置を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の円筒形容器のＸ線検査方法は、円筒形容器をその中心軸線の回りに回転させながらＸ線を照射し、透過画像をディテクタで検出して壁面の欠陥を検査する円筒形容器のＸ線検査方法であって、Ｘ線源とディテクタとを、円筒形容器の中心軸線から円筒形容器の半径を超えない距離だけオフセットさせた位置に配置し、円筒形容器のオフセット方向の部分をＸ線のコーンビームの内側を通過させながら壁面の透過画像を取得し、取得された画像群から３次元画像を再構成して壁面の欠陥を検査することを特徴とするものである。

なお、円筒形容器の直径よりも小型のディテクタを用いることができ、Ｘ線源とディテクタに対する円筒形容器の位置を、その軸線方向に相対的に移動させながら壁面の欠陥を検査することができる。

また、上記の課題を解決するためになされた本発明の円筒形容器のＸ線検査装置は、円筒形容器の頭部と底部をチャックして軸線の回りに回転させる容器回転機構と、容器回転機構の両側に配置された軸線方法のスライド機構と、一方のスライド機構に搭載され、Ｘ線源を、円筒形容器の中心軸線から円筒形容器の半径を超えない距離だけオフセットさせた位置に保持する第１の昇降機構と、他方のスライド機構に搭載され、ディテクタを円筒形容器の中心軸線から円筒形容器の半径を超えない距離だけオフセットさせた位置に保持する第２の昇降機構とを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、円筒形容器の直径以下のサイズのディテクタを用い、円筒形容器の壁面の内部欠陥を正確に検出することができる。

Ｘ線ＣＴ法の原理を示す説明図である。 小型のディテクタを用いたＸ線ＣＴ法の説明図である。 円筒形容器の中央部のみを対象としてＸ線ＣＴを行う場合の説明図である。 円筒形容器Ｗの特定部分のワーク片に対するＸ線ビームの透過方向を示した断面図である。 ディテクタ面に対するＸ線ビームの透過方向を示した断面図である。 ボイドの影の角度を示す説明図である。 従来法によって得られる彗星状態の画像のイメージ図である。 実施形態の円筒形容器の壁面の断面図である。 本発明のＸ線源とディテクタの配置を示す説明図である。 本発明の撮像領域を示す斜視図である。 本発明の撮像領域を示す平面図と断面図である。 ワーク片のＡ、Ｂ、Ｃの各ポジションにおけるＸ線の透過方向を示す説明図である。 ワーク片のＡ、Ｂ、Ｃの各ポジションにおけるＸ線の透過方向を示す説明図である。 ワーク片のＡ、Ｂ、Ｃの各ポジションにおけるＸ線の透過方向を示す説明図である。 ワーク片中のボイドの影の方向を示す説明図である。 本発明の配置を決定するパラメータである。 本発明の方法によって得られる彗星状態の画像のイメージ図である。 実施形態の円筒形容器のＸ線検査装置を示す斜視図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
本実施形態では、自動車に高圧タンクとして搭載される円筒形容器ＷをＸ線ＣＴ法により検査する。この円筒形容器Ｗは図８に示すように樹脂タンク１０の外周にカーボンファイバの糸１１を巻き付けたもので、その壁面の厚みや、樹脂中にボイドがないかどうかをＸ線ＣＴ法により検査する。なお、検出したい欠陥としてはボイドのほか、均一な樹脂中に存在する欠陥、ワレ、異物などの変化箇所や、カーボンファイバの糸１１と樹脂タンク１０の隙間、糸の中の隙間など均一であるべき部分の不均一な箇所である。この円筒形容器Ｗはその内部にディテクタを挿入することはできないので、図９に示すように円筒形容器Ｗをその中心軸線Ｏの回りに回転させながら、Ｘ線源１２からＸ線を照射し、円筒形容器Ｗを挟んだ反対側に設けた平面状のディテクタ１３により透過画像を検出する方法を採る。Ｘ線源１２からは円錐状のコーンビーム１４が放射される。

図９に示すように、本発明においてはＸ線源１２とディテクタ１３とを、それらの中心を結ぶ直線Ｌが円筒形容器Ｗの中心軸線Ｏから円筒形容器Ｗの半径を超えない距離だけオフセットさせた位置に配置する。すなわち、直線Ｌが円筒形容器Ｗの中心軸線Ｏと円筒形容器Ｗの表層との間を通るようにする。そして円筒形容器Ｗのオフセット方向の表層部分が、Ｘ線のコーンビーム１４の内側を通過するようにし、円筒形容器Ｗの反オフセット方向の表層はＸ線のコーンビーム１４の外側を通過させる。図１に示した従来法ではディテクタ４のサイズを円筒形容器Ｗの直径の２倍程度としなければならなかったが、このような配置とすることにより、本発明ではディテクタ１３のサイズを円筒形容器Ｗの直径以下に小型化することができる。

図１０は図９の配置を斜視図で示したもので、実線で示した円弧状の壁面の透視画像がディテクタ１３で検出されることとなる。また図１１に透視画像がディテクタ１３で検出される範囲を示した。この検出範囲は一定であるが、円筒形容器Ｗを回転させることにより全周がこの範囲に入り、また、Ｘ線源１２とディテクタ１３に対する円筒形容器Ｗの位置を、その軸線方向に相対的に移動させることにより、円筒形容器Ｗのほぼ全体を検査することができる。

次に、本発明によればディテクタ１３を大型化することなく、円筒形容器Ｗの壁面の内部欠陥を正確に検出することができる理由を説明する。
図１２に示すように、円筒形容器Ｗの壁面に黒丸で示すボイド１５を含む一つのワーク片１６を設定し、そのワーク片１６のＡ、Ｂ、Ｃの各ポジションにおけるＸ線の透過方向を検討すると、図１３のようになる。すなわち、手前側のＡのポジションではワーク片１６の接線に対してＸ線の透過方向は約−６０°であり、頂部のＢのポジションではワーク片１６の接線に対してＸ線の透過方向は約０°であり、奥側のＣのポジションではワーク片１６の接線に対してＸ線の透過方向は約６０°である。これをまとめると図１４のようになり、ワーク片１６に対するＸ線ビームの透過方向を大きく変化させることができる。このため、ボイド１５の影も図１５に示すようになり、これらの透過画像群から３次元画像を再構成すれば、壁面の欠陥を正確に検査することが可能となる。なお、奥側のＣのポジションでは手前側の壁面を透過したＸ線をさらに透過させることとなるが、円筒形容器Ｗの壁面は薄く内部は空洞であるためＸ線の減衰はなく、鮮明な画像を取得することができる。

Ｘ線ＣＴの画像群から３次元画像を再構成する技術は公知であり、市販のプログラムを用いることができる。プログラムには図１６に示される位置のパラメータを入力することとなる。ＡはＸ線源１２のフォーカス中心点から円筒形容器Ｗの中心軸線Ｏまでの直線Ｌ方向の距離、Ｂは中心軸線Ｏからディテクタ１３までの直線Ｌ方向の距離であり、ＡとＢの寸法比率により画像の倍率が決定される。Ｄはオフセット量、ＰはＸ線源１２のフォーカス中心点と中心軸線Ｏとを結ぶ直線がディテクタ１３の表面の延長線との交点、Ｃはディテクタ１３の中心から点Ｐまでの距離、θ１はディテクタ１３の受光角度、θ２はディテクタ１３の傾きである。これらのパラメータを事前に入力しておけば、３次元画像を再構成させることができる。

なお、一般的なＸ線ＣＴ法ではワークに対して３６０°の全周方向から撮影するため、球状のボイドがあれば再構成によりきれいな球のシルエットを撮影することができる。これに対して本発明の方法では、せいぜい１２０°程度の方向からの透視画像しか得られないため、球状のボイドがあっても図１７に示されるような彗星状のシルエットしか得られない。しかしボイドの有無とボイドの位置を検出するためには、これで十分である。良否の判断はモニターに画像を表示させて人間の目で行うほか、画像解析ソフトを用いて判断させることもできる。

次に、本発明の円筒形容器のＸ線検査方法を実施するためのＸ線検査装置の実施形態を示す。図１８はその全体斜視図であり、２０は円筒形容器Ｗの頭部と底部をチャックして軸線の回りに回転させる容器回転機構である。容器回転機構２０は、チャック用クランプ２１と、回転手段２２と、これらを円筒形容器Ｗの軸線方向にスライドさせるスライド機構２３とを含む。スライド機構２３は、円筒形容器Ｗをチャック用クランプ２１にチャックしたり、取外す際に使用される。この実施形態では円筒形容器Ｗの頭部側と底部側の両方にスライド機構２３を設けたが、片側は固定とすることも可能である。またこの実施形態では回転手段２２の一方をモータを備えた駆動側とし、他方を従動側とした。この容器回転機構２０により、円筒形容器Ｗをチャックしてその軸線の回りに回転させることができる。

この容器回転機構２０の両側には、それぞれ軸線方法のスライド機構２４、２５が配置されている。一方のスライド機構２４にはＸ線源１２が搭載されている。Ｘ線源１２は第１の昇降機構２６によって、円筒形容器Ｗの中心軸線Ｏから円筒形容器Ｗの半径を超えない距離だけオフセットさせた位置に保持されている。なお円筒形容器Ｗのサイズに応じてこの距離は変化するため、第１の昇降機構２６によってＸ線源１２の高さは調整される。他方のスライド機構２５にはディテクタ１３が搭載されている。ディテクタ１３は第２の昇降機構２７によって、円筒形容器Ｗの中心軸線から円筒形容器Ｗの半径を超えない距離だけオフセットさせた位置に、同様に保持されている。

この円筒形容器のＸ線検査装置は、容器回転機構２０により円筒形容器Ｗをチャックしてその軸線の回りに回転させながら、本発明の検査方法による容器壁面の検査を行う、検査はスライド機構２４、２５によりＸ線源１２とディテクタ１３を軸線方向に移動させながら行う。しかしＸ線源１２とディテクタ１３を固定し、円筒形容器Ｗを軸線方向に移動させることも可能である。

以上に説明したように、本発明によれば、大型のディテクタを必要とせず、円筒形容器Ｗの壁面の内部欠陥を正確に検出することができる。

１ Ｘ線源（先行技術）
２ コーンビーム
３ 検査対象物
４ 小型のディテクタ
１０ 樹脂タンク
１１ カーボンファイバの糸
１２ Ｘ線源（本発明）
１３ ディテクタ
１４ コーンビーム
１５ ボイド
１６ ワーク片
２０ 容器回転機構
２１ チャック用クランプ
２２ 回転手段
２３ スライド機構
２４ スライド機構
２５ スライド機構
２６ 第１の昇降機構
２７ 第２の昇降機構

Claims (4)

1. 円筒形容器をその中心軸線の回りに回転させながらＸ線を照射し、透過画像をディテクタで検出して壁面の欠陥を検査する円筒形容器のＸ線検査方法であって、
   Ｘ線源とディテクタとを、円筒形容器の中心軸線から円筒形容器の半径を超えない距離だけオフセットさせた位置に配置し、円筒形容器のオフセット方向の部分をＸ線のコーンビームの内側を通過させながら壁面の透過画像を取得し、取得された画像群から３次元画像を再構成して壁面の欠陥を検査することを特徴とする円筒形容器のＸ線検査方法。
2. 円筒形容器の直径よりも小型のディテクタを用いることを特徴とする請求項１に記載の円筒形容器のＸ線検査方法。
3. Ｘ線源とディテクタに対する円筒形容器の位置を、その軸線方向に相対的に移動させながら壁面の欠陥を検査することを特徴とする請求項１または２に記載の円筒形容器のＸ線検査方法。
4. 円筒形容器の頭部と底部をチャックして軸線の回りに回転させる容器回転機構と、
   容器回転機構の両側に配置された軸線方法のスライド機構と、
   一方のスライド機構に搭載され、Ｘ線源を、円筒形容器の中心軸線から円筒形容器の半径を超えない距離だけオフセットさせた位置に保持する第１の昇降機構と、
   他方のスライド機構に搭載され、ディテクタを円筒形容器の中心軸線から円筒形容器の半径を超えない距離だけオフセットさせた位置に保持する第２の昇降機構とを備えたことを特徴とする円筒形容器のＸ線検査装置。

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