JP5532539B2 - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Description

本発明は物品の内部の欠陥や異物の有無、あるいは特徴的形態を有する部位など、物品内部の特異点を非破壊のもとに検査することのできるＸ線検査装置に関する。

例えばアルミダイカスト部品の鬆（す）などの内部欠陥の有無等を検査する方法として、Ｘ線透視法が多用されている。物品をＸ線透視する装置は、Ｘ線発生装置に対向してＸ線検出器を配置し、これらの間に物品を配置すべく試料ステージを設けた構造を採る。

Ｘ線透視法においては、透視対象物の内部構造を素早く可視化することができる点において優れているが、Ｘ線透視により得られる像には、Ｘ線が透過した全ての部位の情報が重なって表示されるため、例えば欠陥の有無を検査するに当たり、透視像上に現れた欠陥がどのような深さに存在しているのかを特定することはできない。

ここで、物品の３次元情報を得る手法としてＸ線ＣＴ装置が存在するが、撮影や再構成演算に時間が掛かるため、迅速性を要求される検査には使えない。

透視像から物品の内部欠陥の情報を得る方法として、従来、平板をコンベアなどで搬送するとともに、その上下に電磁波照射器と透過イメージセンサを配置し、平板の異なる搬送位置で採取した複数の透視像の中から、内部欠陥像が写し出されている複数の透視像を選択し、それぞれの透視像上での内部欠陥像の位置変化を解析することにより、内部欠陥の深さ（平板の厚さ方向への位置）情報を得る自動検査装置に関する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを対向配置し、これらの間に試料ステージを設けたＸ線透視装置において、物品内部に存在する特定部位の実寸法や異物等の実寸法を知る方法として、従来、透視対象物を試料ステージ上に載せてＸ線を照射することによって得られたＸ線透視像上で特定部位や異物等の像の注目部位を含む画面上の領域を指定した後、試料ステージをＸ線光軸（Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを結ぶ線）に直交する方向に移動させ、その移動前後における画面上の上記の領域内の全画素を例えば相互相関関数等を利用して比較することにより、透視像上での注目部位の移動量を求め、その移動量と試料ステージの移動量とから、注目部位の撮影倍率を算出する方法が知られている（例えば特許文献２参照）。この方法において、注目部位の撮影倍率はその部位のＸ線発生装置（Ｘ線焦点）との距離と、Ｘ線発生装置（Ｘ線焦点）とＸ線検出器（有感面）との距離の比で表されるため、注目部位の撮影倍率の算出結果から直ちにその注目部位の深さ情報（注目部位とＸ線焦点との距離）を求めることができる。
特開平１１−３１６１９７号公報 特開２００２−２４３６６３号公報

ところで、上記したように、透視像上の指定点や特異点の深さ情報を得る方法は既に知られているが、例えばアルミダイカストの鬆（す）の検査に当たり、被検査物であるアルミダイカスト部品を試料ステージ上に配置して、Ｘ線を照射して得られるＸ線透視像をオペレータが目視検査することによって合否判定等を行うＸ線検査装置では、Ｘ線透視像からオペレータが素早く判定を行うことが要求される。このような装置において、欠陥等の深さ情報を有効に報知する機能を備えたものは実用化されていない。

本発明の課題は、Ｘ線透視像上に現れた欠陥等の特異点の深さ情報（透視方向への位置情報）を、Ｘ線透視像を目視検査するオペレータに対して有効に報知することのできるＸ線検査装置を提供することにある。

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試料ステージが設けられ、その試料ステージ上の被検査物を透過したＸ線の検出結果に基づくＸ線透視像を表示器に表示するＸ線検査装置において、被検査物のＸ線透視像上で、あらかじめ設定されさている特異点を抽出する特異点像抽出手段と、被検査物の透視視野の移動もしくは透視方向の変更の前後で抽出された特異点像の位置情報から、ｄ＝（ｃ１・ｃｏｓθ＋ｃ１・ｃ２ｓｉｎθ−ｃ２）・ａ／｛（ｃ２−ｃ１）・ｃｏｓθ−（１＋ｃ１・ｃ２）・ｓｉｎθ｝の式に基づいて当該特異点像の透視方向への深さを算出する演算手段と、その演算手段により算出された特異点の深さに応じて、特異点像の表示態様を相違させる表示制御手段を備え、上記表示制御手段による特異点像の表示態様の相違が色分けにより実現され、算出された特異点の深さに応じて深い特異点ほど特定の色系の色で特異点像を塗りつぶすことによって特徴づけられる（請求項１）。
ただし、ｃ１＝ｙ１／ｂ，ｃ２＝ｙ２／ｂである。また、ｙ１は、試料ステージの回転前における特異点のＸ線検出器上への投影位置のｙ軸座標であり、ｙ２は、試料ステージがθだけ回転した後の特異点のＸ線検出器上への投影位置のｙ軸座標であり、ａは、試料ステージの回転中心とＸ線発生点とのｘ軸方向への距離であり、ｂは、Ｘ線検出器とＸ線発生点とのｘ軸方向への距離であり、深さｄは、試料ステージの回転中心と特異点とのｘ軸方向への距離である。

（削除）

また、本発明においては、特異点の深さに関する１個もしくは複数のしきい値を設定する設定手段を備え、上記表示制御手段は、算出された特異点の深さと設定されているしきい値との大小関係に基づいて特異点の表示態様を相違させる構成（請求項２）を採用することができる。

更に、本発明においては、上記演算手段により算出された特異点の深さを、上記表示器に実寸法で数値表示する数値表示手段を備えた構成（請求項３）を採用することもできる。
また、本発明のＸ線検査装置は、上記表示制御手段が特異点の深さに関するしきい値と特異点の面積に関するしきい値に基づいて、一定の深さ以上で、かつ、一定の面積以上の特異点像のみを塗りつぶして表示することにより特徴づけられる（請求項４）。

本発明は、被検査物のＸ線透視像上で欠陥等のあらかじめ設定されている特異点を抽出し、透視視野の移動または透視方向の変更前後の特異点の位置情報から求めた特異点の深さ情報を、Ｘ線透視像上の特異点像の表示形態を相違させることによって、オペレータに報せることで、課題を解決しようとするものである。

すなわち、Ｘ線透視像上に現れて抽出された特異点像が、例えば請求項１に係る発明のように、深さに応じて色分け表示される。このような表示によれば、オペレータはＸ線透視像上の特異点の深さを感覚的に素早く認識することができ、目視検査等の作業において有効な手段となり得る。

また、特異点像の色分け等、特異点像の表示態様を相違させる深さの境界は、請求項２に係る発明のように、設定手段により任意に設定されるしきい値との大小関係で行うことで、欠陥等の深さの許容限度が、製品によって変わるような検査作業に有益となる。

更に、請求項３に係る発明のように、演算手段により算出された特異点の深さを、実寸法で数値表示する機能を併せ持たせることにより、オペレータは必要に応じてその数値表示を参照することで、特異点の深さを正確に把握することができる。

なお、本発明において、特異点像の表示態様を相違させる手法は、色分けに限られることなく、例えば合否判定において不合格となる深さ範囲の特異点像についてのみ、点滅表示する等の手法も採用することができる。

本発明によれば、被検査物のＸ線透視像から、欠陥等のあらかじめ設定されている特異点が抽出され、透視視野の移動もしくは透視方向の変更によって特異点の透視方向への深さが自動的に算出され、その深さの算出結果に応じて、特異点の表示態様を相違させるので、例えばアルミダイカストの鬆（す）の検査等、鬆（す）の有無のみならず、その深さに許容限度があるような検査に適用して、その深さの情報をＸ線透視像上に表すことができ、オペレータは検査対象物に存在する鬆（す）等の深さを感覚的に素早く把握することができる。

特に、請求項１に係る発明のように、Ｘ線透視像上の特異点像を、深さに応じて色分けして塗りつぶすことにより、特異点の深さを一目で把握することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の装置本体の斜視図であり、図２は全体のシステム構成を表すブロック図である。また、図３には、本発明の実施の形態における表示器２３の表示態様の例を示す。

図１に示すように、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２は互いに対向した状態で共通の支持アーム３に支持されている。支持アーム３はコラム４に対して傾動機構５およびＺステージ６を介して支承されており、傾動機構５の駆動により、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２は対向状態を維持しつつ水平軸の回りに傾動（旋回）するとともに、Ｚステージ６の駆動によって、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対は同じく対向状態を維持しつつ、傾動機構５とともに鉛直方向（ｚ軸方向）に移動する。

Ｘ線発生装置１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は例えばＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）等の２次元Ｘ線検出器である。

コラム４に隣接して試料ステージ７が配置されている。試料ステージ７は被検査物Ｗを搭載して鉛直の回転軸の回りに回転する回転テーブル８と、その回転テーブル８を水平面上で互いに直交する２軸方向（ｘ，ｙ軸方向）に移動させるＸＹテーブル９を主体として構成されている。被検査物ＷのＸ線透視を行うに当たっては、回転テーブル８上に搭載されている検査対象物ＷがＸ線発生装置１とＸ線検出器２の間に位置するように支持アーム３を位置決めするとともに、ＸＹテーブル９をＸ線光軸に直交するｙ軸方向に位置決めして透視領域を定める。また、その透視倍率はＸＹテーブル９をＸ線光軸方向（ｘ軸方向）に移動させることによって変化させることができる。

図２に示すように、Ｘ線検出器２の出力は画像データ取り込み回路２１を介して表示制御部２２に取り込まれ、この表示制御部２２では、取り込んだ画像データを用いて検査対象物ＷのＸ線透視像を構築し、表示器２３に表示する。

表示器２３には、図３に示すように、Ｘ線透視像を表示する透視像表示エリアＡｘのほかに、後述する手法により求められた複数の特異点の深さをそれぞれ実寸法で数値で表すリストを表示するリスト表示エリアＡｎが設けられている。

画像データ取り込み回路２１を介して取り込んだＸ線検出器２の出力は、また、画像処理部２４に送られ、この画像処理部２４は、後述するように検査対象物ＷのＸ線透視像上で、あらかじめ設定されている特異点、例えば欠陥等、の像を抽出する。

表示制御部２２および画像処理部２４は、システム全体を制御するシステム制御部２５の制御下に置かれており、前記した深さリスト表示エリアＡｎに表示すべき特異点の各深さは、このシステム制御部２５を通じて供給される。また、画像処理部２４は、システム制御部２５からの指令に従って画像処理の実行を開始する。

システム制御部２５は、前記したＸ線発生装置１の管電流や管電圧をコントロールするＸ線コントローラ２６も制御下に置いているとともに、Ｘ線検出器２も駆動制御する。更に、このシステム制御部２５には、ジョイスティックやマウス、キーボード等からなる操作部２７が接続されており、この操作部２７の操作により、軸制御部２８を介して前記した傾動機構５、Ｚステージ６、ＸＹテーブル９および回転テーブル８に対して駆動制御信号を供給し、これらを随意に駆動することができる。また、この操作部２７の操作により、上記した画像処理部２４による特異点の抽出のための画素濃度のしきい値等を設定することができ、更に、後述する特異点像を色分け表示のための深さに関するしきい値等も設定することができる。また、この操作部２７の操作により、被検査物ＷのＸ線透視像上の特異点の抽出と、その特異点の深さを求めるプログラムを起動することができる。

システム制御部２５には、また、演算部２９が接続されており、この演算部２９では、画像処理部２４により抽出された特異点の画像上での座標データを用いて、その特異点の深さを実寸法で算出し、システム制御部２５を通じて表示制御部２２に送る。この算出結果は表示器２３の深さリスト表示エリアＡｎの該当の欄に表示される。また、この演算部２９により算出された特異点の深さは、上記した操作部２７により設定された深さに関するしきい値との比較に供され、その比較結果が表示制御部２２に送られ、後述するように特異点像が色分けされる。

次に、以上の実施の形態における表示動作について説明する。
被検査物Ｗを回転テーブル８上に載せ、Ｚステージ６、ＸＹステージ９等を操作して被検査物Ｗ上の所要領域がＸ線透視像として表示器２３の透視像表示エリアＡｘに表示されるように位置決めした後、指令を与えることにより、透視画像上の特異点の抽出と深さを求めるプログラムが実行される。

このプログラムにおいては、まず、透視像表示エリアＡｘに表示されているＸ線透視像から、特異点を抽出する。例えばアルミダイカストの鬆（す）を検査するような場合、あらかじめ操作部２７の操作により設定されている画素濃度のしきい値を用いるなどの公知の手法により、鬆（す）の像を抽出する。次に、抽出された特異点の像について、その重心の座標（図１の座標系ではｙ，ｚ座標）を透視像の画面上で求める。

次に、回転テーブル８を規定角度θだけ回転させ、回転後の特異点の像の画面上での重心座標を求める。そして回転前後の特異点の重心座標から、その特異点の深さ（透視方向への位置情報、図１の座標系ではｘ座標）を算出する。その算出方法について図４を参照しつつ以下に説明する。

図４は、Ｘ線発生装置１のＸ線発生点（焦点）とＸ線検出器２および被検査物Ｗの位置関係を、図１の鉛直上方から見た平面図で示す幾何学的模式図である。この図４において、被検査物Ｗの当初の姿勢を図中実線で示し、回転テーブル８の角度θの回転後の被検査物Ｗの姿勢を図中破線で示す。また、回転テーブル８の回転中心をＯで表し、被検査物Ｗ上の特異点をＰで表している。

回転テーブル８の回転前における特異点ＰのＸ線検出器２上への投影位置（重心の位置、以下同）のｙ軸座標をｙ１、角度θの回転後の特異点ＰのＸ線検出器２上への投影位置のｙ軸座標をｙ２とし、回転テーブル８の回転中心ＯとＸ線発生点とのｘ軸方向への距離をａ、Ｘ線検出器２とＸ線発生点とのｘ軸方向への距離をｂとし、深さｄを回転テーブル８の回転中心Ｏと特異点Ｐとのｘ軸方向への距離として表すと、

と算出することができる。

Ｘ線透視像上に複数の特異点が存在する場合には、各特異点についての深さを上記の（１）式を用いて算出する。この場合、回転前後の各特異点の対応をとるために、回転中の各特異点の像をトレースする等の機能を併せ持たせてもよい。

さて、以上のようにして算出された各特異点の深さは、表示器２３の透視像表示エリアＡｘに表示されている被検査物ＷのＸ線透視像上の特異点像の色分けのための情報として供されるとともに、深さリスト表示エリアＡｎの深さの欄に数値表示される。

演算部２９では、抽出された各特異点についての深さを算出するとともに、その算出結果を、操作部２７の操作によりあらかじめ設定されている深さに関するしきい値と比較し、その大小関係に係るデータを表示制御部２２に供給する。表示制御部２２では、そのしきい値との大小関係に応じた色により各特異点像を塗りつぶして透視像表示エリアＡｘに表示する。

図５は特異点像の色分け表示の例を示す図であり、この例では、しきい値が複数個設定されており、深い特異点ほど、その特異点像Ｑを暖色系の色が塗られている。このような深さに応じた色分けにより視覚的な効果がもたらされ、オペレータは感覚的に素早く欠陥等の深さを把握することができる。

図６は特異点像の色分け表示の他の例を示す図であり、この例では、１つのしきい値が設定されており、深さ３ｍｍ以上の特異点の像Ｑｄのみを赤色で塗りつぶした例を示している。このような表示により、直感的に合否の判定を行うことが可能となる。すなわち、例えばアルミダイカスト部品において、表面の切削仕上げ等により、ある一定の深さよりも浅い鬆（す）は問題とならないが、それよりも深い鬆（す）が存在していればその部品は不合格となるような検査に極めて有効である。

また、特異点像の色分け表示として、特異点が欠陥等であってその深さと大きさが合否判定の基準となる場合には、各特異点像の深さと面積の双方に関するしきい値を設定できるように構成しておき、これらの総合的な判定によって色分け表示を行うこともできる。すなわち、例えば一定の深さ以上で、かつ、一定の面積以上の特異点像のみを赤色で塗りつぶして表示するように構成すると、Ｘ線透視像の目視検査による合否判定において非常に合理的な作業を実現することができる。

一方、深さリスト表示エリアＡｎの表示の例を図７に示す。この例では、特異点が複数個存在している場合の例であり、リストには、各特異点を表す符号の欄Ｌと、深さを数値表示する欄Ｄ、および、各特異点像の面積を数値表示する欄Ｓが設定されている。すなわち、各特異点はラベリングされ、それぞれについて深さと面積を数値表示している。各特異点に付された符号は、図３に示すように、透視像表示エリアＡｘに表示されている被検査物ＷのＸ線透視像上の各特異点像にも同じものが付され、これによってオペレータは、どの特異点がどのような深さと面積を持つのかを数値により正確に知ることができる。

ここで、以上の実施の形態においては、特異点の深さを算出するために、回転テーブル８を回転させることによってＸ線透視方向を変化させ、その変化の前後における特異点像の透視像上での位置変化を用いた例を示したが、ＸＹテーブル９をｙ軸方向に移動させることによってＸ線透視視野を移動させ、その移動前後における特異点像の透視像上での位置変化から特異点の深さを算出することもできる。

図８を参照しつつその算出方法について説明する。この図８は、先の図４と同様に、Ｘ線発生装置１のＸ線発生点（焦点）とＸ線検出器２および被検査物Ｗの位置関係を、図１の鉛直上方から見た平面図で示す幾何学的模式図である。また、この図８において、被検査物Ｗの当初の位置を図中実線で示し、ＸＹテーブル９をｙ軸方向に距離ｙだけ移動させたの後の被検査物Ｗの位置を図中破線で示している。被検査物Ｗ上の特異点をＰで表している。

ＸＹテーブル９の移動前における特異点ＰのＸ線検出器２上への投影位置（重心の位置、以下同）のｙ軸座標をｙ１、距離ｙの移動後の特異点ＰのＸ線検出器２上への投影位置のｙ軸座標をｙ２とし、テーブル８の回転中心ＯとＸ線発生点とのｘ軸方向への距離をａ、Ｘ線検出器２とＸ線発生点とのｘ軸方向への距離をｂとし、深さｄを回転テーブル８の回転中心Ｏと特異点Ｐとのｘ軸方向への距離として表すと、

と算出することができる。

また、Ｘ線発生装置とＸ線検出器、および試料ステージの関係は、上記した実施の形態で示したものに限定されることはなく、要は、Ｘ線発生装置とＸ線検出器との間に試料ステージが配置され、そのＸ線発生装置とＸ線検出器の対と試料ステージとを相対的に回転（傾動）させて透視方向を変化させることができるか、あるいはＸ線検出器と試料ステージとをＸ線光軸に直交する方向に移動させて透視視野を移動させる機能を有しているＸ線検査装置に対して、本発明を等しく適用し得ることは勿論である。

本発明の実施の形態の装置本体の斜視図である。 本発明の実施の形態の全体のシステム構成を表すブロック図である。 本発明の実施の形態における表示器２３の表示態様の例を示す図である。 本発明の実施の形態における深さの算出方法の説明図で、Ｘ線発生装置１のＸ線発生点（焦点）とＸ線検出器２および検査対象物Ｗの位置関係を、図１の鉛直上方から見た平面図で示す幾何学的模式図である。 本発明の実施の形態における特異点像の色分け表示の例を示す図である。 本発明の実施の形態における特異点像の色分け表示の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態における特異点の深さを数値表示する深さリスト表示エリアの表示態様の例を示す図である。 本発明の実施の形態における深さの算出する他の方法の説明図で、Ｘ線発生装置１のＸ線発生点（焦点）とＸ線検出器２および検査対象物Ｗの位置関係を、図１の鉛直上方から見た平面図で示す幾何学的模式図である。

符号の説明

１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線検出器
３ 支持アーム
４ コラム
５ 傾動機構
６ Ｚステージ
７ 試料ステージ
８ 回転テーブル
９ ＸＹテーブル
２１ 画像データ取り込み回路
２２ 表示制御部
２３ 表示器
２４ 画像処理部
２５ システム制御部
２６ Ｘ線コントローラ
２７ 操作部
２８ 軸制御部
２９ 演算部
Ａｘ 透視像表示エリア
Ａｎ 深さリスト表示エリア
Ｐ 特異点
Ｑ，Ｑｄ 特異点像
Ｗ 被検査物

Claims (4)

1. 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試料ステージが設けられ、その試料ステージ上の被検査物を透過したＸ線の検出結果に基づくＸ線透視像を表示器に表示するＸ線検査装置において、
   被検査物のＸ線透視像上で、あらかじめ設定されさている特異点を抽出する特異点像抽出手段と、被検査物の透視視野の移動もしくは透視方向の変更の前後で抽出された特異点像の位置情報から、ｄ＝（ｃ１・ｃｏｓθ＋ｃ１・ｃ２ｓｉｎθ−ｃ２）・ａ／｛（ｃ２−ｃ１）・ｃｏｓθ−（１＋ｃ１・ｃ２）・ｓｉｎθ｝の式に基づいて当該特異点像の透視方向への深さを算出する演算手段と、その演算手段により算出された特異点の深さに応じて、特異点像の表示態様を相違させる表示制御手段を備え、上記表示制御手段による特異点像の表示態様の相違が色分けにより実現され、算出された特異点の深さに応じて深い特異点ほど特定の色系の色で特異点像を塗りつぶすことを特徴とするＸ線検査装置。
   ただし、ｃ１＝ｙ１／ｂ，ｃ２＝ｙ２／ｂである。
   また、ｙ１は、試料ステージの回転前における特異点のＸ線検出器上への投影位置のｙ軸座標であり、ｙ２は、試料ステージがθだけ回転した後の特異点のＸ線検出器上への投影位置のｙ軸座標であり、ａは、試料ステージの回転中心とＸ線発生点とのｘ軸方向への距離であり、ｂは、Ｘ線検出器とＸ線発生点とのｘ軸方向への距離であり、深さｄは、試料ステージの回転中心と特異点とのｘ軸方向への距離である。
2. 特異点の深さに関する１個もしくは複数のしきい値を設定する設定手段を備え、上記表示制御手段は、算出された特異点の深さと設定されているしきい値との大小関係に基づいて特異点の表示態様を相違させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 上記演算手段により算出された特異点の深さを、上記表示器に実寸法で数値表示する数値表示手段を備えてい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。
4. 上記表示制御手段が特異点の深さに関するしきい値と特異点の面積に関するしきい値に基づいて、一定の深さ以上で、かつ、一定の面積以上の特異点像のみを塗りつぶして表示することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。