JP6205569B2 - Ｘ線ｃｔ装置の校正器 - Google Patents

Description

本発明は、産業用Ｘ線ＣＴ装置の断面画像を計測可能なデータへ変換する校正器に関する。

従来、産業用Ｘ線ＣＴ装置を計測に利用する取り組みは、欧州、主にドイツにおいて、３次元計測機メーカによる三次元計測を目的としたＸ線ＣＴ装置が開発されている。一方、日本において、分析機器メーカや電機機器メーカ製の産業用Ｘ線ＣＴ装置は、工業製品のクラックや内部欠陥の有無の判定を行う検査機用としてのものが主流であり、寸法精度にかかわる３次元計測を目的としたものは、まれであった。

その中で、Ｘ線ＣＴ装置から得られる投影イメージのデータの校正および評価用の標準ゲージにおいて、ベリリウム成形体を内装し、該ベリリウム成形体と異なるコントラストで示される外装体からなる標準ゲージの提案が、特許文献１に示されている。また、上下にＸ線透過性の良い材料に埋設されたタングステン線を具えた、中心位置校正治具付き試料台となして、中心位置校正治具と資料を回転台に装着して、回転台を昇降させ、タングステン線をＸ線ビーム高さに位置し、そして回転走査し、回転位置ずれを検出器で検出し記憶させる。次に、試料をＸ線ビーム高さに位置し、回転走査して検出器でデータ収集し、得られたデータから断層像を再構成する時に、前記回転中心位置ずれのデータ値だけ空間座標をずらせて、回転中心の校正をソフトウエアにより自動で行い、断層像を得るものとして、特許文献２が提案されている。

特開２０１２−１８９５１７号公報 特開２００２−５５０６２号公報

しかしながら、上述の発明では、試料の形状等に対応して成形された標準ゲージの寸法の確認が、三次元計測機では適切に出来ない場合もあり得る。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、必要に応じていつでも各部の寸法の実測が可能である校正器を提供することを目的とする。

所定の寸法の円筒体または円柱体の円周の外部に、異なる外径の球を複数個配置することにおいて、各球の中心位置が、前記円筒体または円柱体の外側表面から離間寸法２mmの位置であり、前記円筒体または円柱体の軸に直角な平面の同一円周上に、前記異なる外径の球を４個、９０°間隔で固着配置する構造を、前記円筒体または円柱体の一方端より間隔をあけて、２段設置することを特徴とするＸ線ＣＴ装置の校正器である。

本発明の校正器を用いれば、接触式三次元計測機により必要に応じて、いつでも本校正器の各部の寸法の実測が可能であり、Ｘ線ＣＴ装置による精度のよい試料の計測が可能となる。すなわち、スケーリングとともにオフセットをも同時に行える校正器である。

本発明の校正器の全体図である。 本発明の校正器の上面図である。 本発明の校正器の正面図である。 本発明の校正器の右側面図である。 本発明の校正器の投影イメージである。 本発明の校正器のＸ線ＣＴ装置の再構築図である。

図１は、本発明に係る、Ｘ線ＣＴ装置の校正器１の全体図であり、図２は、Ｘ線ＣＴ装置の校正器１の上面図であり、図３は、Ｘ線ＣＴ装置の校正器１の正面図であり、図４は、Ｘ線ＣＴ装置の校正器１の右側面図である。

前記の図１〜４の円筒体２は、Ｘ線の透過性の良好な材料、例えば、アクリル樹脂やベリリウム等がよく、大球３、中球４、小球５は、前記の円筒体２よりもＸ線透過性が低く、真球加工が容易な、例えば、ルビーやジルコニア等がよい。

本校正器は、例えば、校正器の仕様書等が手元になくても、接触式三次元計測機により、必要に応じていつでも、各々の球の直径の実測が可能であり、そして、各々の球の中心間の距離の実測が可能である。

Ｘ線ＣＴ装置において、回転台上に載置される測定対象物（試料）を挟んで、Ｘ線管（Ｘ線源）とＸ線検出器が配置されている。測定対象物（試料）を回転台上に載置して、回転台を回転させ、測定対象物（試料）はＸ線を全方位から受け、照射されたＸ線は測定対象物（試料）を通過し、測定対象物（試料）に一部吸収されて減衰した後、Ｘ線管（Ｘ線源）の反対側に位置するＸ線検出器に到達する。これらは、それぞれの方向でどの程度吸収されたかを記録したのち、コンピュータで画像をフーリエ変換で再構成される。内蔵するソフトウエア等を有するコンピュータシステムにより、データ処理され、記録され、表示される。そして、測定対象物（試料）を載置した回転台を３６０度回転させながら、測定情報をＸ線検出器から取得し、この測定情報を３次元像として再構成することにより、投影イメージを得るようにしている。Ｘ線ＣＴ装置では、測定対象物（試料）を固定して、Ｘ線管（Ｘ線源）とＸ線検出器を同時に回転させる方式もあるが、原理は同じである。ここでは、回転台上に載置される測定対象物（試料）を回転させる方式でのべる。
そして、Ｘ線検出器から取得される測定情報から３次元像を再構成して得られる投影イメージのイメージ自体のピクセルサイズ（投影イメージ寸法）に対し、拡大率〔Ｘ線管（Ｘ線源）とＸ線検出器との距離／Ｘ線管（Ｘ線源）と測定対象物（試料）との間の距離〕の逆数をかけることにより、形状寸法を算出できる。前記したように、これらは、内蔵するソフトウエア等を有するコンピュータシステムにより、データ処理され、記録され、表示される。

次に、測定対象物（試料）の代わりに、校正器１を回転台に載置して、回転台を３６０度回転させながら、測定情報をＸ線検出器から取得し、この測定情報を３次元像として再構成することにより、投影イメージとして図６に示される。すなわち、各球の直径の値や、球中心の距離の値や、球のなす球列の中心の位置と、球のなす球列の中心の位置の距離の値が得られ、内蔵するソフトウエア等を有するコンピュータシステムにより、データ処理され、補正された値で再構成される。これらの値と、予め接触式三次元計測機により計測された値を基に、Ｘ線ＣＴ装置により再構成された図５に示される各値とを、対比させて、各球の直径の値によりオフセット補正を、距離よりスケーリング補正を行い、Ｘ線ＣＴ装置を校正し、寸法規格の設定が可能となる。

今回の実施例１は図１〜４において、校正器１の円筒体２の外径を５８mmとし、厚さ５mmのアクリル樹脂製とした。球は直径の異なる大中小の３種を採用し、大球３の直径を１３mmのルビー球とし、中球４の直径を１０mmのルビー球とし、小球５の直径を５mmのルビー球とした。円筒の軸に直角で、円筒体２の外周より２mm大きい半径の水平な円周上に球の中心位置を定め、計４個の球を９０度の間隔で配置した。

接触式三次元計測機のプローブで本校正器を計測する際、校正器の球の直径を計測するには、プローブの先端の形状の影響で、円筒の外壁から所定の寸法（実施は２ｍｍ）だけ外側に球の中心位置を設置する必要がある。

そのうえ、前記の４個の球の配列状態を１セット、円筒体の例えば下方より所定の高さに設置し、その位置より上方の位置にもう１セットを設置した構造の校正器を使用した。各段の球の配置は同一とは限らない。２段にセットした理由は、上下の対角線上の計測データも参照したいためである。

円筒に球を固着する方法を述べる。切削工具は、球の直径と同じ直径のボールエンドミルを使用し、円筒の中心軸に直角方向でかつ半径の中心方向に、所定の円筒の外壁面から所定の寸法位置まで移動しながら加工する。次の球の直径と同じ径のボールエンドミルを使用し、円筒の円周上に、９０度位置を変更して同加工を繰り返し、４つの球に適合する４つのくぼみを加工する。そのくぼみは球の着座形状になり、それぞれの球を接着剤で、所定の位置に固着する。先端が円錐のエンドミルも使用可能である。円柱形の通常のエンドミルの貫通穴の場合は、球の着座としての形にならず、楕円を形成し位置決めに注意が必要である。しかし、球と球の着座の間の接着剤がはみ出すことがあるので、球の着座の底に小さめの案内穴を空けて、または円筒体壁の貫通穴にて接着剤を逃がすことも可能である。

Ｘ線ＣＴ装置においては、輝度が変化してもＣＴ画像の球の中心位置は変化がないため、球を用いて、スケーリング（球の中心距離の調整）を行う。また物質の厚さと密度に対して、強度が指数関数的に変化するＸ線の特徴から、同一素材で大きさを変えた球を用いることにより、輝度の閾値を設定し、オフセット（球の直径の調整）を行う。すなわち、本校正器１はスケーリングとオフセットを同時に行える校正器である。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の範囲は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明はＸ線ＣＴ装置を製造、販売する産業分野または、Ｘ線ＣＴ装置を使用する産業分野や医療分野で利用することが出来る。

１ Ｘ線ＣＴ装置の校正器
２ 校正器１の円筒体
３ 大球
４ 中球
５ 小球

Claims (1)

1. 所定の寸法の円筒体または円柱体の円周の外部に、異なる外径の球を複数個配置することにおいて、各球の中心位置が、前記円筒体または円柱体の外側表面から離間寸法２mmの位置であり、前記円筒体または円柱体の軸に直角な平面の同一円周上に、前記異なる外径の球を４個、９０°間隔で固着配置する構造を、前記円筒体または円柱体の一方端より間隔をあけて、２段設置することを特徴とするＸ線ＣＴ装置の校正器。