JP4704735B2

JP4704735B2 - Ｘ線透視装置

Info

Publication number: JP4704735B2
Application number: JP2004320320A
Authority: JP
Inventors: 正之亀川; 嘉夫國
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: JP2006133008A

Description

本発明は、産業用のＸ線透視装置に関し、特にアルミ鋳物などの内部欠陥等を非破壊のもとに観察するのに適したＸ線透視装置に関する。

アルミ鋳物などの物品の内部欠陥等を非破壊のもとに検査する装置として、従来、Ｘ線源とＸ線検出器の間に、被検査物（透視対象物）を固定して、Ｘ線源およびＸ線検出器に対して移動並びに回動、更には傾動させる機能を持った試料ステージを配置したＸ線透視装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−２７９５０２号公報

以上のようなＸ線透視装置においては、オペレータの操作により、Ｘ線源とＸ線検出器の間で透視対象物を種々の方向に移動させたり、回転させたり、あるいは傾動させながらＸ線透視像を観察し、内部欠陥の有無などを検査するのであるが、透視対象物の位置決めは、オペレータが透視対象物のＸ線透視像を見ながら行うか、あるいはＸ線源、Ｘ線検出器および試料ステージを覆うＸ線防護箱に形成されている観察窓から実際の透視対象物の位置、姿勢を確認しながら行っている。そして、透視対象物とＸ線源やＸ線検出器との距離を目視により注意しながら操作することによって、透視対象物の移動・回転・傾動に伴うＸ線源やＸ線検出器等の装置構成部材との衝突を防止している。

そのため、オペレータは透視対象物のＸ線透視像から欠陥の有無などを観察する以外に、透視対象物とＸ線源やＸ線検出器との干渉ないしは衝突に気を配る必要があり、このことがオペレータの負担になり、作業能率の低下の一因となっている。
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、透視対象物の移動や回転、あるいは傾動時に、透視対象物がＸ線源やＸ線検出器等に干渉（衝突）することを未然に防止することができ、もってオペレータの負担を軽減することのできるＸ線透視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線透視装置は、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器と、これらの間に設けられ、透視対象物を固定するための対象物固定機構と、その対象物固定機構に固定されている透視対象物を上記Ｘ線源およびＸ線検出器の対に対して相対的に移動および回転させる駆動機構を備えたＸ線透視装置において、上記対象物固定機構に固定されている透視対象物を上記駆動機構による回転軸に直交する方向から撮影する光学カメラと、上記駆動機構の駆動による相対回転により複数の方向から上記光学カメラで撮影した透視対象物の画像情報から、透視対象物を内包する円筒体もしくは直方体を求める画像処理手段と、その画像処理手段により得られた情報を用いて、上記駆動機構の駆動時に、前記円筒体もしくは直方体と他の装置部材との干渉を監視する干渉監視手段を備え、該干渉監視手段は前記円筒体もしくは直方体と前記装置部材に対してあらかじめ設定されている距離だけ接近した時点で音もしくは表示による警報を発するとともに、オペレータの意思のもとに該警報を解除し透視対象物を前記装置部材にさらに接近できるようにした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、上記干渉監視手段が、前記円筒体もしくは直方体と前記装置部材とが干渉する前に上記駆動機構を停止させる機能を持つ構成（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、上記干渉監視手段が、前記円筒体もしくは直方体と前記装置部材に対してあらかじめ設定されている距離だけ接近した時点で、上記駆動機構の駆動速度を所定速度以下に自動的に低下させる機能を持つ構成（請求項３）を採用してもよい。

本発明は、Ｘ線透視装置に、駆動機構による回転軸に交差する方向から透視対象物を撮影する光学カメラを設け、その光学カメラによる透視対象物の複数方向からの外観像からなる画像情報から、透視対象物を内包する円筒体もしくは直方体を求め、その円筒体もしくは直方体を透視対象物の形状・大きさに係る情報として用い、その情報をもとに透視対象物とＸ線源やＸ線検出器、あるいは装置内の防護箱等の他部材（以下、これらを総称して装置部材と称する）との干渉を監視することにより、課題を解決しようとするものである。

すなわち、透視対象物の外観を駆動機構による回転軸に交差する方向から撮影する光学カメラを設けるとともに、Ｘ線源とＸ線検出器に対して透視対象物を相対的に回転させる駆動機構を駆動し、複数の方向から撮影した透視対象物の外観像を用いた画像処理により、透視対象物を内包する円筒体もしくは直方体を求めることができる。その情報を用いることにより、透視対象物が装置部材に対して干渉する限界の位置・角度等を決定することができ、干渉を監視することができる。そして、透視対象物が装置部材に対してあらかじめ設定されている距離だけ接近した時点で音や表示で警報を発することができ、その際に、オペレータの意思によってはその警報を解除して透視対象物をさらに接近させることができる。

干渉監視手段による具体的な動作としては、請求項２に係る発明のように、透視対象物が装置部材に干渉する前に駆動機構を自動的に停止させたり、あるいは請求項３に係る発明のように、同じく装置部材に対してあらかじめ設定されている距離だけ接近した時点で駆動装置の駆動速度を所定速度以下に自動的に低下させるなどを採用することができ、これらのいずれかの動作、あるいは任意の複数の動作を実行することにより、透視対象物が装置部材に干渉ないしは衝突することを未然に防止することができる。

そして、透視対象物を内包するサイズの円筒体、あるいは透視対象物を内包するサイズの直方体は、透視対象物の回転軸に直交する複数の方向から撮影した外観像を用いることによって、簡単な画像処理で求めることができ、容易に干渉監視のための情報を得ることができる。

本発明によれば、あらかじめ光学カメラにより回転軸に直交する複数の方向から撮影した透視対象物の外観像から、その透視対象物を内包する円筒体もしくは直方体を求め、その円筒体もしくは直方体を干渉監視のための情報として、透視対象物とＸ線源やＸ線検出器、あるいは防護箱等の装置内の他部材との干渉を監視して警報を発するので、オペレータは従来のようにＸ線源やＸ線検出器等に対する衝突に気を配る必要がなくなり、オペレータの負担を軽減し、Ｘ線透視像の観察に専念することができる結果、その作業効率を向上させることができる。また、警報はオペレータの意思により解除できるので透視対象物をぎりぎりまでＸ線源などに近づけることができる。

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は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。

Ｘ線源１に水平方向に対向してＸ線検出器２が配置されており、これらの間に透視対象物Ｗを搭載するための試料ステージ３が配置されている。試料ステージ３は、Ｘ線源１からのＸ線光軸方向（ｘ軸方向）、水平面上でそのｘ軸方向に直交するｙ軸方向、および鉛直のｚ軸方向に移動するための移動機構を内蔵しているとともに、ｚ軸に平行な回転中心軸Ｒの回りに回転するための回転機構と、ｙ軸に平行な傾動中心軸Ｔの回りに傾動するための傾動機構をも内蔵している。これらの各機構は、演算制御装置１０の駆動制御部１０ａの制御下に置かれている５軸駆動装置４からの駆動信号によって駆動制御される。

演算制御装置１０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ており、インストールされているプログラムに基づく機能を実現するように動作するのであるが、図１では説明の便宜上、主たる機能ごとのブロック図で表している。演算制御装置１０には、他に、透視画像形成部１０ｂ，画像処理部１０ｃおよび干渉監視部１０ｄを有しているとともに、透視対象物ＷのＸ線透視像や警報等を表示するための表示器２２と、試料ステージ３を移動、回転、傾動させるべくオペレータが操作するための操作部２３が接続されている。

Ｘ線検出器２はイメージインテンシファイアとＣＣＤとを組み合わせたもの、もしくはパネル型検出器であって、その出力はキャプチャーボード等の画像データ取込回路２１ａを介して演算制御装置１０の透視画像形成部１０ｂに取り込まれ、表示器２２に透視対象物ＷのＸ線透視像として表示される。

Ｘ線源１に隣接してＣＣＤカメラ５が配置されている。このＣＣＤカメラ５は、試料ステージ３上の透視対象物Ｗをほぼ水平方向から撮影することができ、このＣＣＤカメラ５の出力は、画像データ取込回路２１ｂを介して演算装置１０の画像処理部１０ｃに取り込まれる。この画像処理部１０ｃでは、以下に示すように複数の方向からＣＣＤカメラ５により撮影した透視対象物Ｗの外観像から、当該透視対象物Ｗの形状・大きさに係る情報を得て、干渉監視部１０ｄに供給する。干渉監視部１０ｄでは、その情報を基に、透視対象物ＷがＸ線源１、Ｘ線検出器２、あるいはその他のＸ線防護箱（図示略）などの装置部材に対して干渉する限界の試料ステージ３の位置や角度を決定し、駆動制御部１０ａから５軸駆動装置４に供給される制御信号に制限を加え、あるいは表示器２２に警報表示を行わせる。

次に、以上の本発明の実施の形態の動作について述べる。
まず、透視対象物Ｗを試料ステージ３上に固定した後、試料ステージ３が規定位置において傾動角度０の状態で、５軸駆動装置４に制御信号を供給して試料ステージ３を回転軸Ｒの回りに所定の微小角度ずつ回転させ、各回転角度においてＣＣＤカメラ５により透視対象物Ｗを撮影する。これにより、図２に示すように、複数の方向からの透視対象物Ｗを撮影した外観像Ｐ₁，Ｐ₂・・Ｐ_nが求められることになり、これらの外観像を用いて、画像処理装置１０ｃでは、透視対象物Ｗを内包する円筒体を求める。この円筒体のサイズは、図３に示すように、各方向から撮影した透視対象物Ｗの外観像を重畳させ、その重畳画像の最大幅を直径２ｒ、最大高さを高さｈとする円筒体Ｃｐであり、簡単な画像処理によって求めることができる。この情報は、試料ステージ３上での円筒体Ｃｐの位置情報を含めたものとされる。この試料ステージ３上での円筒体Ｃｐの位置情報は、ＣＣＤカメラ５による透視対象物Ｗの撮影視野を、試料ステージ３の試料搭載面を含めたものとすることによって容易に得ることができる。

なお、ＣＣＤカメラ５による透視対象物Ｗの撮影に際しては、あらかじめ試料ステージ３上に透視対象物Ｗを搭載していない状態で撮影して、背景画像として登録しておき、透視対象物Ｗの撮影結果からその背景画像を差し引くことにより、エッジ検出を行いやすくなって好ましい。

このようにして求められた円筒体Ｃｐは、干渉監視部１０ｄに送られ、この干渉監視部１０ｄでは、操作部２３の操作によりオペレータが試料ステージ３を駆動する際に、透視対象物ＷがＸ線源１やＸ線検出器２、あるいは防護箱等（以下、装置部材と総称）に対する干渉を防止すべくその動作を制限等するための情報として用いる。

すなわち、干渉監視部１０ｄでは、各装置部材の位置と試料ステージ３の形状・寸法を記憶しており、これらが相互に干渉するような動作を制限することに加えて、オペレータが操作部２３を操作して、画像処理部１０ｃで求められた透視対象物Ｗの形状・寸法に係る情報である円筒体Ｃｐが装置部材に干渉するような操作を行っても、駆動制御部１０ａに指令を発して、円筒体Ｃｐが装置部材に干渉する手前で自動的に試料テーブル３の駆動を停止する。また、円筒体Ｃｐが装置部材に対してあらかじめ設定されている距離に達した時点で、Ｂｅｅｐ音を発生したり、あるいは表示器２２に警報を表示して、オペレータにその旨を報知すると同時に、試料ステージ３の駆動速度を低速度に切り換える。

ここで、試料ステージ３を傾動させたときの干渉の監視については、図４に示すように、装置部材、例えばＸ線検出器２から試料ステージ３の中心との距離がｘの状態で、試料ステージ３を傾動中心軸Ｔの回りにθだけ傾動させたとき、円筒体ＣｐとＸ線検出器２との最接近距離ｄは、傾動中心軸Ｔと試料ステージ３の試料搭載面までの距離をｚ₀、円筒体Ｃｐの高さおよび半径を前記したようにｈおよびｒとしたとき、
ｄ＝ｘ−（ｈ＋ｚ₀）ｓｉｎθ−ｒｃｏｓθ ・・（１）
で求めることができる。

以上の制限動作により、オペレータは、警報が発生するまでの間、衝突を考慮することなく、操作部２３の操作により試料ステージ３を随意に移動・回転・傾動させることができる。ここで、円筒体Ｃｐは透視対象物Ｗの内包するものであって、透視対象物Ｗの姿勢によってはより装置部材に対して大きな間隙が生じている場合もある。そこで、警報が発生しても、装置部材により接近させる必要がある場合には、警報を解除して、オペレータの意志のもとに接近させることができるようにしておくことが望ましい。

ここで、以上の実施の形態においては、透視対象物Ｗの形状・寸法に係る情報として、透視対象物Ｗを内包する円筒体Ｃｐを採用したが、これに代えて、図５に例示するように、透視対象物Ｗを内包する直方体とすることもできる。この直方体Ｒｐの高さｈｒは、図２に示した各透視対象物外観像の最大高さ、他の２辺のうちの１辺ｗｒは最大幅、もう１辺ｄｒは最小幅である。

このような直方体Ｒｐを透視対象物Ｗの形状・寸法に係る情報として用いる場合、試料ステージ３の回転中心軸Ｒの回りの回転角度によっては、直方体Ｒｐの各面のほか、稜線が、また、傾動角度によっては頂点が、装置部材との干渉監視に用いられ、透視対象物の形状によっては円筒体を用いる場合に比して、より装置部材に対して接近させるまで警報を発生しないようにすることができる。

更に、透視対象物の形状によっては、図６例示するように、上下２つの円筒体Ｃｐ１，Ｃｐ２を組み合わせたもの、あるいは２つの直方体を組み合わせたもの等を、透視対象物の形状・寸法に係る情報として用いることもできる。特に、透視対象物の概略の形状的特徴があらかじめ判明している場合には、このような２つの円筒体ないしは直方体を組み合わせたものを比較的簡単に透視対象物の形状・寸法に係る情報として用いることができる。

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いてＣＣＤカメラ５により複数の方向から透視対象物Ｗを撮影した画像の例の説明図である。本発明の実施の形態の画像処理部１０ｃにより透視対象物Ｗの形状・寸法に係る情報として求められる円筒体の例の説明図である。本発明の実施の形態において試料ステージ３を傾動させたときの円筒体Ｃｐと装置部材との距離の計算例の説明図である。本発明の他の実施の形態により透視対象物の形状・寸法に係る情報として求められる直方体の例の説明図である。本発明の更に他の実施の形態により透視対象物の形状・寸法に係る情報として求められる円筒体を２つ用いた形状の例の説明図である。

１Ｘ線源
２Ｘ線検出器
３試料ステージ
４５軸駆動装置
１０演算制御装置
１０ａ駆動制御部
１０ｂ透視画像形成部
１０ｃ画像処理部
１０ｄ干渉監視部
２１ａ，２１ｂ画像データ取込回路
２２表示器
２３操作部￥
Ｗ透視対象物

Claims

互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器と、これらの間に設けられ、透視対象物を固定するための対象物固定機構と、その対象物固定機構に固定されている透視対象物を上記Ｘ線源およびＸ線検出器の対に対して相対的に移動および回転させる駆動機構を備えたＸ線透視装置において、
上記対象物固定機構に固定されている透視対象物を上記駆動機構による回転軸に直交する方向から撮影する光学カメラと、上記駆動機構の駆動による相対回転により複数の方向から上記光学カメラで撮影した透視対象物の画像情報から、透視対象物を内包する円筒体もしくは直方体を求める画像処理手段と、その画像処理手段により得られた情報を用いて、上記駆動機構の駆動時に、前記円筒体もしくは直方体と他の装置部材との干渉を監視する干渉監視手段を備え、
該干渉監視手段は前記円筒体もしくは直方体と前記装置部材に対してあらかじめ設定されている距離だけ接近した時点で音もしくは表示による警報を発するとともに、オペレータの意思のもとに該警報を解除し透視対象物を前記装置部材にさらに接近できるようにしたことを特徴とするＸ線透視装置。
上記干渉監視手段が、前記円筒体もしくは直方体と前記装置部材とが干渉する前に上記駆動機構を停止させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視装置。
上記干渉監視手段が、前記円筒体もしくは直方体と前記装置部材に対してあらかじめ設定されている距離だけ接近した時点で、上記駆動機構の駆動速度を所定速度以下に自動的に低下させることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線透視装置。