JP6631624B2 - X線検査装置、x線検査方法および構造物の製造方法 - Google Patents

X線検査装置、x線検査方法および構造物の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、X線検査装置、X線検査方法および構造物の製造方法に関する。
被検物の内部の情報を非破壊で取得する装置として、例えば下記特許文献に開示されているような、被検物にX線を照射して、その被検物を透過した透過X線を検出する装置が知られている。
米国特許出願公開2009/0268869号公報
被検物をX線で検出する場合に、X線源と被検物との距離によっては、例えば、X線源と被検物とが衝突してしまうために、検出不良が発生する可能性がある。また、被検物と検出器との距離によっては、例えば、被検物と検出器とが衝突してしまうため、検出不良が発生する可能性がある。また、X線源と被検物と検出器とのそれぞれの間の距離によっては、例えば、被検物と、X線源と検出器とが衝突してしまうため、検出不良が発生する可能性がある。また、検出器上での被検物の投影像を投影する場合に、検出器上のより広い領域で投影像を検出することが望ましい。
本発明の第1の態様によれば、X線検査装置は、被検物に対してX線を照射する線源と、線源から照射され被検物を透過したX線を検出して、被検物の複数方向から透過したX線の検出データを出力する検出器と、複数の検出データを合成して合成データを生成し、合成データを用いて被検物が検出器に投影される領域を抽出する領域抽出部と、領域抽出部により抽出される領域に基づいて、検査時における前記線源と前記被検物と前記検出器との相対的な位置関係を設定し、線源と被検物と検出器とのそれぞれの間の相対距離の変更量を算出する算出部と、算出部によって算出された変更量に従って、線源と被検物と検出器とのそれぞれの間の相対距離を変更する変更部と、を備え、領域抽出部は、合成データにおける被検物の外縁部を抽出される領域として抽出し、抽出される領域の外縁部のうち、第1方向において検出器の検出範囲との距離が最短となる第1方向の最外縁部と、第1方向に直交する第2方向において検出器の検出範囲との距離が最短となる第2方向の最外縁部とを抽出する
本発明の第2の態様によると、第1の態様のX線検査装置において、第2の方向は、被検物を載置し、回転させる回転載置部の回転軸に沿っている。
本発明の第3の態様によると、第2の態様のX線検査装置において、算出部は、第1方向の最外縁部と第2方向の最外縁部とのうち検出器の検出範囲までの距離が短い方の最外縁部に基づいて、相対距離の変更量を算出する
本発明の第4の態様によると、第3の態様のX線検査装置において、算出部は、合成データにおいて、抽出される領域の外縁部に接する第1方向に沿った第1線分と、抽出される領域の外縁部に接し、第1方向と交わる第2方向に沿った第2線分とに囲まれる矩形領域において、第1線分と検出器の検出領域における第1方向に沿った長さとの第1の比率と、第2線分と検出器の検出範囲における第2方向に沿った長さとの第2の比率と、の一方に基づいて、相対距離の変更量を算出する。
本発明の第5の態様によると、第4の態様のX線検査装置において、算出部は、第1の比率に基づく相対距離の第1変更量と、第2の比率に基づく相対距離の第2変更量とを比較して、第1および第2変更量のうち値の小さい方を相対距離の変更量として算出する。
本発明の第6の態様によると、第3から第5までのいずれかの態様のX線検査装置において、領域抽出部は、合成データに対して二値化処理を行うことにより抽出される領域を抽出する。
本発明の第7の態様によると、第4または第5の態様のX線検査装置において、変更部は、算出部によって算出された相対距離の変更量に基づいて、線源の光軸方向に沿って被検物または線源を移動させることにより、相対距離を変更する。
本発明の第8の態様によると、第7の態様のX線検査装置において、変更部は、回転載置部を線源の光軸方向に沿って移動させることにより、被検物と線源との相対距離を変更する。
本発明の第9の態様によると、第8の態様のX線検査装置において、変更部は、合成データにおける抽出される領域の第2方向における中心と、第2方向における検出器の検出範囲の中点とが一致するように、回転軸の方向に沿って回転載置部を移動させることにより、被検物と線源との相対的な位置関係を変更する。
本発明の第10の態様によると、第1から第9までのいずれかの態様のX線検査装置において、変更部によって線源と被検物との相対距離が変更された後、線源からのX線の照射に応じて検出器によって検出され出力された複数の検出データに基づいて、被検物の逆投影画像を生成する画像生成部を更に備える。
本発明の第11の態様によると、X線検査装置は、被検物に対してX線を照射する線源と、線源から照射され被検物を透過した透過X線を検出して、検出データを出力する検出器と、複数の検出データを合成して合成データを生成し、合成データを用いて被検物が検出器に投影される領域を抽出する領域抽出部と領域抽出部により抽出される領域に基づいて、検査時における前記線源と前記被検物と前記検出器との相対的な位置関係を設定し、線源と被検物と検出器とのそれぞれの間の相対距離の変更量を算出する算出部と、算出部によって算出された変更量に従って、線源と被検物と検出器とのそれぞれの間の相対距離を変更する変更部と、変更部により相対距離が変更された後、線源からの透過X線が前記検出器によって検出されて出力された検出データを用いて被検物の逆投影画像を生成する画像生成部と、を備え、領域抽出部は、合成データにおける被検物の外縁部を抽出される領域として抽出し、抽出される領域の外縁部のうち、第1方向において検出器の検出範囲との距離が最短となる第1方向の最外縁部と、第1方向に直交する第2方向において検出器の検出範囲との距離が最短となる第2方向の最外縁部とを抽出する
本発明の第12の態様によると、第11の態様によるX線検査装置において、線源は、回転される被検物に対してX線を照射し、検出器は、回転された角度ごとの複数の検出データを出力する。
本発明の第13の態様によると、X線検査方法は、被検物に対して線源からX線を照射することと、線源から照射され被検物を透過したX線を検出器で検出して、被検物の複数方向から透過したX線の検出データを出力することと、複数の検出データを合成して合成データを生成して、合成データを用いて被検物が検出器に投影される領域を抽出することと抽出される領域に基づいて、検査時における前記線源と前記被検物と前記検出器との相対的な位置関係を設定し、線源と被検物と検出器とのそれぞれの間の相対距離の変更量を算出することと、算出された変更量に従って、線源と被検物と検出器とのそれぞれの間の相対距離を変更することと、を備え、合成データにおける被検物の外縁部を抽出される領域として抽出し、抽出される領域の外縁部のうち、第1方向において検出器の検出範囲との距離が最短となる第1方向の最外縁部と、第1方向に直交する第2方向において検出器の検出範囲との距離が最短となる第2方向の最外縁部とを抽出する。
本発明の第14の態様によると、第13の態様のX線検査方法において、線源と被検物との相対距離が変更された後、照射されたX線の照射に応じて検出された出力された複数の検出データに基づいて、被検物の逆投影画像を生成する。
本発明の第15の態様によると、構造物の製造方法は、構造物の形状に関する設計情報を作成し、設計情報に基づいて前記構造物を作成し、作成された構造物の形状を、第1から12までの何れかの態様のX線検査装置を用いて計測して形状情報を取得し、取得された形状情報と設計情報とを比較する。
本発明の第16の態様によると、第15の態様の構造物の製造方法において、形状情報と設計情報との比較結果に基づいて実行され、構造物の再加工を行う。
本発明の第17の態様によると、第16の態様の構造物の製造方法において、構造物の再加工は、設計情報に基づいて構造物の作成を再度行う。
第1の実施の形態によるX線装置の構成の一例を示すブロック図である。 載置台に載置された被検物の外観を模式的に示す図である。 載置台に載置された被検物を上部から見た場合を模式的に示す図である。 被検物が回転することにより被検物が包含される包含領域を模式的に示す図である。 X線源と被検物との角度が0°、90°、180°、270°の時に取得されたそれぞれX線投影画像データ上で検出される被検物の輪郭を模式的に示す図である。 変更量の算出の考え方を説明ために、X線源と、被検物の包含領域と、検出器との位置関係を模式的に示す図である。 合成データ上で抽出された被検物領域を模式的に示す図である。 被検物領域の中心と合成データの中心とが一致していない場合の変更量の算出について説明するための図である。 X線装置の動作を説明するフローチャートである。 変形例におけるX線源と被検物との位置関係を模式的に示す図である。 第2の実施の形態による構造物製造システムの構成を示すブロック図である。 構造物製造システムの動作を説明するフローチャートである。
−第1の実施の形態−
図面を参照しながら、第1の実施の形態によるX線装置について説明する。X線装置は、被検物にX線を照射して、被検物を透過した透過X線を検出することにより、例えば被検物の内部構造等の内部情報を非破壊で取得する。被検物が、たとえば機械部品や電子部品等の産業用部品が対象である場合には、X線装置は産業用部品を検査する産業用X線CT(Computed Tomography)検査装置と呼ばれる。
本実施の形態は、発明の趣旨の理解のために具体的に説明するためのものであり、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
図1は本実施の形態によるX線装置100の構成の一例を示す図である。なお、説明の都合上、X軸、Y軸、Z軸からなる座標系を図示の通りに設定する。
X線装置100は、筐体1、X線源2、載置部3、検出器4、制御装置5、表示モニタ6およびフレーム8を備えている。筐体1は、底面が工場等の床面上にXZ平面と実質的に平行、即ち水平となるように配置され、内部にX線源2と、載置部3と、検出器4と、フレーム8とが収容される。筐体1はX線が外部に漏洩しないようにするために、材料として鉛を含む。
X線源2は、制御装置5による制御に応じて、図1に示す出射点Qを頂点としてZ軸に平行な光軸Zrに沿って、Z軸+方向へ向けて円錐状に広がるX線、いわゆるコーンビームを放射する。出射点QはX線源2のフォーカルスポットに相当する。光軸Zrは、X線源2のフォーカルスポットである出射点Qと、後述する検出器4の撮像領域の中心とを結ぶ。なお、X線源2は円錐状にX線を放射するものに代えて、扇状のX線、いわゆるファンビームを放射するものについても本発明の一態様に含まれる。X線源2は、たとえば約50eVの超軟X線、約0.1〜2keVの軟X線、約2〜20keVのX線および約20〜100keVの硬X線の少なくとも1つを放射することができる。また、更に、X線源2は、たとえば1〜10MevのX線を放射しても構わない。
載置部3は、被検物Sが載置される載置台30と、回転駆動部32、Y軸移動部33、X軸移動部34およびZ軸移動部35からなるマニピュレータ部36とを備え、X線源2よりもZ軸+側に設けられている。載置台30は、回転駆動部32により回転可能に設けられ、マニピュレータ部36がX軸、Y軸、Z軸方向に移動する際に、ともに移動する。また、載置台30の表面には、回転駆動部32により回転駆動される際の回転中心等の被検物Sを載置する際に位置合わせに用いる指標等が設けられる。
回転駆動部32は、たとえば電動モータ等を含んで構成され、後述する制御装置5により制御されて駆動した電動モータが発生する回転力によって、Y軸に平行であり、かつ、載置台30の中心を通過する軸を回転軸Yrとして載置台30を回転させる。即ち、回転駆動部32は、載置台30を回転させることにより、X線源2から放射されるX線に対して、載置台30および載置台30上の被検物Sの相対的な方向を変化させる。Y軸移動部33、X軸移動部34およびZ軸移動部35は、制御装置5により制御されて、X線源2から射出されたX線の照射範囲内に被検物Sが位置するように、載置台30をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向にそれぞれ移動させる。Z軸移動部35は、制御装置5により制御されて、X線源2から被検物Sまでの距離が、被検物Sの投影像が所望の拡大率となる距離に載置台30をZ軸方向に移動する。
Y位置検出器331、X位置検出器341およびZ位置検出器351は、Y軸移動部33、X軸移動部34およびZ軸移動部35によってX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に移動した載置台30の位置をそれぞれ検出して、検出した位置を示す信号を制御装置5に出力するエンコーダである。なお、以下の説明では、Y位置検出器331、X位置検出器341およびZ位置検出器351によって検出された載置台30の位置を検出移動位置と呼ぶ。
回転位置検出器321は、回転駆動部32によって回転軸Yrを中心に回転する載置台30の回転位置を検出し、検出した回転位置を示す信号を制御装置5に出力するエンコーダである。なお、以下の説明では、回転位置検出器321によって検出された載置台30の回転位置を検出回転位置と呼ぶ。検出回転位置は、X線源2から放射されるX線に対する載置台30上の被検物Sの相対的な方向を表す。
検出器4は、X線源2および載置台30よりもZ軸+側に設けられている。即ち、載置台30は、Z軸方向において、X線源2と検出器4との間に設けられる。検出器4は、XY平面に平行な入射面41を有し、X線源2から放射され、載置台30上に載置された被検物Sを透過した透過X線を含むX線が入射面41に入射する。検出器4は、公知のシンチレーション物質を含むシンチレータ部と、光電子増倍管と、受光部等とによって構成される。検出器4は、シンチレータ部の入射面41に入射したX線のエネルギーを可視光や紫外光等の光エネルギーに変換して光電子増倍管で増幅し、当該増幅された光エネルギーを上記の受光部で電気エネルギーに変換し、電気信号として制御装置5へ出力する。検出器4は、シンチレータ部と光電子増倍管と受光部とがそれぞれ複数の画素として分割された構造を有しており、それらの画素は2次元的に配列されている。これにより、X線源2から放射され、被検物Sを通過したX線の強度分布を一括で取得できる。なお、入射面41の全領域うちの所定の範囲、例えば入射面41の全領域の90〜95パーセント程度の範囲を検出範囲とし、この検出範囲内で検出された透過X線に基づいて、後述する被検物Sの逆投影画像等が生成される。検出範囲の大きさは、入射面41の全領域の90〜95パーセント程度に限定されるものではなく、最大倍率の被検物Sの像と逆投影画像とのバランスや、最大倍率の逆投影画像を生成する際に被検物SがX線装置100の各部構造物と衝突しない範囲等に基づいて決定されれば良い。また、検出範囲の大きさは、ユーザにより所望する大きさに設定されても良い。
なお、検出器4は、入射するX線のエネルギーを光エネルギーに変換することなく電気エネルギーに変換し、電気信号として出力してもよい。検出器4は、画素が2次元的に配列されるものに限られない。検出器4は、XY平面に平行な面上に、たとえばX軸方向に延伸する入射面41を有するが、入射面41はY軸方向に1つの画素が配置されたラインセンサによって構成されても良い。ラインセンサの画素の配置方向は、Y軸方向に限られず、X軸方向に配置されても構わない。また、検出器4として、光電子増倍管を設けずに、シンチレータ部が受光部もしくは光電変換部の上に直接形成された構造であってもよい。
フレーム8は、X線源2と載置部3と検出器4とを支持する。このフレーム8は、十分な剛性を有して製造される。したがって、被検物Sの投影像を取得中に、X線源2、載置部3および検出器4を安定に支持することが可能となる。フレーム8は除振機構81を介して筐体1により支持されており、外部で発生した振動がフレーム8にそのまま伝達することを防いでいる。
制御装置5は、マイクロプロセッサやその周辺回路等を有しており、例えばフラッシュメモリ等の不図示の記憶媒体に予め記憶されている制御プログラムを読み込んで実行することにより、X線装置100の各部を制御する。制御装置5は、X線制御部51と、移動制御部52と、画像生成部53と、予備検査部54と、ワークメモリ55と、領域抽出部56と、算出部57とを備える。X線制御部51はX線源2の動作を制御し、移動制御部52はマニピュレータ部36の移動動作を制御する。画像生成部53は、被検物Sを透過したX線の強度に応じて検出器4から出力された電気信号に基づく検出データである被検物SのX線投影画像データに基づいてX線投影画像を生成する。また、画像生成部53は、載置台30の回転に従って被検物Sが所定角度ごとに回転するごとに、被検物Sを透過したX線の強度に応じて検出器4から出力された電気信号に対して逆投影画像を生成する画像再構成処理を行い、被検物Sの3次元画像を生成する。逆投影画像を生成する処理として、逆投影法、フィルタ補正逆投影法、逐次近似法等がある。
予備検査部54は、X線制御部51と、移動制御部52と、領域抽出部56と、算出部57とを制御して予備検査を実行する。予備検査は、逆投影画像において高倍率の被検物Sが生成可能となるように、被検物SとX線源2との間の距離を算出し、算出した距離に被検物Sを位置させるために行われる。領域抽出部56は、検出回転位置の異なる被検物SのX線投影画像データから、載置台30の回転によって被検物Sが回転するごとの被検物Sの外縁部に対応する被検物領域を抽出する。算出部57は、領域抽出部56によって抽出された被検物領域に基づいて、予備検査時における被検物SのZ軸方向における位置の変更量、即ち、被検物SとX線源2との間のZ軸方向の距離の変更量を算出する。予備検査部54は、移動制御部52を制御して、算出部57によって算出された変更量に従って、載置台30をZ軸方向に移動させる。なお、制御装置5の移動制御部52と、画像生成部53と、予備検査部54と、領域抽出部56と、算出部57とについては、詳細を後述する。
ワークメモリ55は、たとえば揮発性記憶媒体によって構成され、画像生成部53により生成されたX線投影画像データが一時的に格納される。
X線装置100の動作について説明する。X線装置100は、予備検査の際にX線源2から照射され生成されたX線投影画像データから抽出された被検物領域に基づいて、X線源2と被検物SとのZ軸方向の距離を変更する。X線装置100は、予備検査によりX線源2と被検物Sとの距離を変更した後、本検査としてX線源2から照射され生成されたX線投影画像データから逆投影画像を生成する。以下、予備検査におけるX線装置100の動作を主に説明を行う。
<予備検査>
予備検査は本検査の前に行われる。予備検査は、被検物領域が、検出器4の検出面41において所定の大きさとするように、X線源2と載置台30とのZ軸方向の距離を設定するために行われる。本実施の形態の予備検査では、次の(1)〜(4)の処理が行われる。
(1)X線投影画像データの取得処理
(2)被検物領域の抽出処理
(3)変更量の算出処理
(4)変更量に基づいた被検物Sの移動処理
以下、(1)〜(4)に分けて説明を行う。なお、被検物領域および変更量についての詳細については、説明を後述する。
(1)X線投影画像データの取得処理
ユーザによって被検物Sが載置台30上に載置され、不図示の操作部を操作して予備検査の実行が指示されると、制御装置5の予備検査部54は、被検物Sに対する予備検査を開始する。なお、ユーザは、被検物Sを載置台30上に載置する際には、載置台30の表面に設けられた上述した指標等を目印にして、載置台30の回転中心、即ち、回転軸Yrと、被検物Sを載置台30の上面への投影した場合の投影像外接円の中心とがほぼ一致するように載置することができる。
図2に載置台30上に載置された被検物Sの一例の外観図を模式的に示す。図2においては、被検物Sとして平板状の部材が載置台30の回転軸Yrの方向に対して傾きを有して載置された場合を示す。なお、図2に示すような場合には、実際には被検物Sが倒れないように治具等が用いられるが、図2では治具等の図示は省略する。なお、本実施の形態における治具は、包含領域R1に含まれる。即ち、治具を回転軸Yr中心に回転させて場合に、治具が少なくとも一度は通過する領域は包含領域R1に含まれる。勿論、治具が回転軸Yrを中心に回転する場合に、包含領域R1からはみ出ても構わない。その場合には、画像から治具に関するデータを取り除いても構わない。また、治具が回転軸Yrを中心に回転する際に包含領域R1をはみ出す場合には、治具が回転軸Yrを中心に回転する場合の包含領域と被検物Sが回転軸Yrを中心に回転する場合の包含領域とを足し合わせた領域を包含領域とする。さらに、その治具の包含領域と被検物Sの包含領域とのそれぞれの円柱領域の円中心を結ぶ軸が一致しない場合には、それぞれの円柱領域を含むような円柱領域を設定し、包含領域としても構わない。図2に示す被検物Sは、互いに平行な平面S1およびS2と、互いに平行な平面S3およびS4と、互いに平行な平面S5およびS6とを有し、被検物Sは、平面S1を載置台30に接触させて載置台30上に載置される。
予備検査部54は、X線制御部51および移動制御部52を制御して、図2のように載置台30に載置された被検物Sを回転させながら、X線源2からX線を照射させる。検出器4は、X線源2から照射され被検物Sを透過した透過X線に基づいて、所定の回転角度ごとのX線投影画像データを出力する。なお、予備検査において取得するX線投影画像データは、本検査において回転角度ごとに取得するX線投影画像データよりも少なくて良い。即ち、本検査における逆投影画像を生成する場合に比べて、より大きな回転角度ごとに検出器4からX線投影画像データを出力されれば良い。勿論、予備検査において取得するX線投影画像データは、本検査において回転角度ごとに取得するX線投影画像データよりも多くても良いし、同じでも構わない。以下、回転角度として90°ごとにX線投影画像データを取得する場合を例に挙げて説明を行う。
図3は、図2のようにして載置台30に載置された被検物Sを上部、即ちY軸+側から見た場合を模式的に示す図である。図3(a)は、X線源2の光軸の方向、即ちZ軸に対して被検物Sが0°の場合、図3(b)は、図3(a)の状態から反時計周りに被検物Sが載置台30の回転に伴って90°回転した場合、図3(c)は、図3(a)の状態から反時計回りに被検物Sが載置台30の回転に伴って180°回転した場合、図3(d)は、図3(a)の状態から反時計回りに被検物Sが載置台30の回転に伴って270°回転した場合を示す。なお、以下の説明では、代表的に、図3(a)に示すように被検物Sの平面S3およびS4がZ軸と直交する場合を、X線源2と被検物Sとの角度が0°と呼ぶ。
(2)被検物領域の抽出処理
領域抽出部56は、X線投影画像データ取得処理により取得されたX線投影画像データを用いて、X線投影画像データ上で、載置台30の回転によって被検物Sの外縁部が回転する際の包含される領域に対応する被検物領域を抽出する。
図4に、図3(a)〜図3(d)に示したように載置台30で被検物Sが回転する場合に、被検物Sの回転中心から最も遠い部分が包含される包含領域を示す。図4(a)には、載置台30で被検物Sが回転軸Yrを中心に回転した場合に、Y軸方向のそれぞれの位置でのXZ平面における回転軸Yrから最も距離の離れた箇所が一回転する際に、その離れた箇所により囲まれる空間を表している。
図4(a)は、Y軸方向のそれぞれの位置でのXZ平面において囲まれる空間のうち、最も面積が大きいものを第1包含領域T1として、代表して表している。なお、被検物領域の抽出としては、Y軸方向に沿った各位置において最も面積が大きいものを代表としているが、これに限定されない。例えば、Y軸方向に沿った複数の位置でのXZ平面における面積の平均でも構わないし、勿論この場合には、Y軸方向に沿った複数の位置の全てでなくても構わない。また、Y軸方向に沿った各位置において最も面積が大きいものを代表とするが、その面積に対して例えば90%等の所定の割合を掛けたものでも構わない。所定の割合を90%とする場合には、例えば、回転軸Yrを中心として、面積に所定の割合を掛けても構わない。勿論、後述する第2包含領域T2にも適用可能である。従って、第1包含領域T1と第2包含領域T2とに基づいて、包含領域R1が定まる。従って、設定される第1包含領域T1と第2包含領域T2とに基づいて、包含領域R1が異なる。
図4(a)は、上部、即ちY軸+側から見た場合の第1包含領域T1を模式的に示す図である。包含領域T1は回転軸Yrを中心した円形となる。図4(b)は、図4(a)における二つの包含領域T1、即ち、Y軸+側の第1包含領域T1とY軸−側の第1包含領域T1とをそれぞれ上面と下面とする円筒形状を、X軸−側から見た場合の第2包含領域T2を模式的に示す図である。図4(b)に示すように、第2包含領域T2は、回転軸YrとX線の光軸Zrとの交点からの距離が最も離れた被検物Sの最外縁部を対角とする矩形となる。即ち、被検物Sが載置台30に従って回転する場合、被検物Sは、いずれの回転位置においても、図4(c)に示すような円柱状の領域の内部に含まれる。本実施の形態において、第1包含領域T1と第2包含領域T2とにより、図4に示すような被検物Sを載置台30に載置した場合に、回転軸Yrに対して被検物Sが360°回転する場合に、少なくとも一度は被検物Sが通過する領域を示している。なお、本実施の形態においては、被検物Sが360°回転する場合を例に挙げたが、回転する角度はこれに限られず、例えば300°回転する場合の領域を用いても良い。また、被検物Sを180°回転させた領域を算出し、その180°回転させた領域から360°回転させた場合の包含領域を算出しても構わない。
領域抽出部56は、次に説明する手順により、上記の包含領域R1をXY平面に平行な面である検出器4の入射面41に投影した場合の投影領域に対応する二次元の領域を被検物領域として抽出する。即ち、領域抽出部56は、X線源2と被検物Sとの角度が0°、90°、180°、270°の時に取得されたそれぞれX線投影画像データに対して、例えば水平方向、即ちX軸方向に沿ってソーベルフィルタ等を用いて微分処理を施す。この処理により、領域抽出部56は、各X線投影画像データにおいて、検出器4により検出されたX線の強度データの変化が急峻となる境界を特定する。この境界は各X線投影画像データにおける被検物Sの端部に対応する。微分処理の施された後の各X線投影画像データを合成して合成データを生成し、合成データに対して二値化処理を施すことにより被検物領域を抽出する。
なお、本実施の形態では、領域抽出部56は検出器4により検出されたX線の強度データの変化が急峻となる境界を被検物Sの端部としたがこの例に限定されない。例えば、被検物Sの表面に被覆された層が、被検物Sの内部に対して検出が困難な場合がある。その場合には、検出器4で検出されるX線の強度の変化が急峻となる境界と、被検物Sの端部の位置とが一致しない。そこで、検出器4で検出される境界とは異なる位置を被検物Sの端部としても構わない。即ち、領域抽出部56は、検出される領域よりも大きい領域を被検物領域として抽出しても構わない。また、被検物Sの表面の材質が軟らかく、被検物SとX線源2とが接触しても構わない場合には、領域抽出部56は、検出される被検物領域よりも小さい領域を被検物領域として抽出しても構わない。領域抽出部56は、合成データからその輪郭を抽出し被検物Sの端部に対応する境界を特定することにより被検物領域を抽出しているが、これに限られない。
図5に、X線源2と被検物Sとの角度が0°、90°、180°、270°の時に、検出器4によりそれぞれ検出されたX線投影画像データに対応するX線投影画像D1〜D4の輪郭Cを模式的に示す。なお、図5においては、X線投影画像D1、D2、D3、D4は、それぞれX線源2と被検物Sとの角度が0°、90°、180°、270°の時に対応する。図5(a)は、X線源2と被検物Sとの角度が0°の場合のX線投影画像の輪郭C1である。図5(b)は、X線源2と被検物Sとの角度が90°の場合のX線投影画像の輪郭C2である。図5(c)は、X線源2と被検物Sとの角度が180°の場合のX線投影画像の輪郭C3である。図5(d)は、X線源2と被検物Sとの角度が270°の場合のX線投影画像の輪郭C4である。
領域抽出部56は、輪郭C1〜C4が検出されたX線投影画像データのそれぞれを合成して合成データを生成し二値化処理を施す。合成データを生成する際に、領域抽出部56は、各X線投影画像データについて、検出器4における位置は変化させないようにして合成する。なお、本実施の形態では、図5(a)〜図5(d)でのX線投影画像を取得した場合の、回転軸Yrを基準に各X線投影画像データを合成する。各X線投影画像データを合成する場合の基準はこれに限られない。例えば、各輪郭のうち、載置台30に載置した領域の輪郭のY方向の位置が一致するように各X線投影画像データを合成しても構わない。図5(e)に、二値化処理後の合成データに対応する合成画像D5と輪郭C1〜C4とを模式的に示す。図5(e)は、各輪郭C1〜C4を重ね合わせた状態を示す。図5(e)において、XY平面において、各輪郭C1〜C4を重ね合わせた合成画像の輪郭をC5として表している。この輪郭C5に囲まれる領域が、領域抽出部56により被検物領域R2として抽出される。XY平面における被検物領域R2のうち、X軸方向と平行な方向に最も長い距離になる辺と、Y軸方向と平行な方向に最も長い距離となる辺とから、上述する包含領域R1が設定される。即ち、包含領域R1を検出器4の入射面41に投影した領域には、被検物領域R2が含まれる。
なお、領域抽出部56は、生成した合成データに対して二値化処理を施すものに限定されず、微分処理後のX線投影画像データのそれぞれに二値化処理を行った後、合成を行うことにより合成データを生成しても良い。または、領域抽出部56は、それぞれのX線投影画像データを合成して合成データを生成した後、合成データに対して微分処理および二値化処理を行っても良い。
(3)変更量の算出処理
算出部57は、予備検査時における被検物SのZ軸方向位置と検出器4上における包含領域R1の大きさとに基づいて、本検査時におけるX線源2と被検物SとのZ軸方向の距離に変更するための変更量を算出する。例えば、X線源2と被検物SとのZ軸方向の距離を短くし、被検物Sを拡大したい場合がある。この場合には、例えば、検出器4の解像度が倍率によって固定されている場合には、被検物Sの検出器4での投影像を拡大すると内部構造をより高い解像度で検査することができる。この場合には、X線源2と被検物SとのZ軸方向の距離を短くすると、X線源2と被検物Sとが衝突する場合がある。また、例えば、X線源2と被検物Sとの距離を長くして、被検物Sを検査したい場合がある。この場合には、例えば、被検物Sの大きさが大きく、少ない検査回数で被検物Sを検査する。このとき、被検物Sと検出器4とが衝突する場合がある。また、このときには、被検物Sと、X線源2と検出器4とが衝突する場合がある。上記のような被検物SとX線装置100の構造物との衝突による計測不良の発生を防ぐために、算出部57は、予備検査時における被検物Sの位置を、予備検査時における被検物SのZ軸方向位置と検出器4上における被検物領域R2の大きさとに基づいて、本検査時におけるX線源2と被検物SとのZ軸方向の距離に変更するための変更量を算出する。
なお、本実施の形態では、被検物領域R2の大きさに基づいて本検査時におけるX線源2と被検物SとのZ軸方向の距離を変更するが、包含領域R1の大きさに基づいて、本検査時におけるX線源2と検出器4とのZ軸方向の距離を変更しても構わない。勿論、被検物領域R2もしくは包含領域R1の大きさを変更し、その変更された大きさに基づいてX線源2と被検物SとのZ軸方向の距離を変更しても構わない。例えば、被検物領域R2の大きさを110%となるように拡大し、その拡大した領域に基づいて、X線源2と被検物SとのZ軸方向の距離を変更しても構わない。また、例えば、被検物領域S2の大きさを、例えば90%となるように縮小し、その縮小した領域に基づいて、X線源2と被検物SとのZ軸方向の距離を変更しても構わない。
以下、変更量を算出について詳細に説明する。
図6を参照しながら、変更量の算出の考え方を説明する。図6(a)は、X線源2と、被検物Sの第1包含領域T1と、検出器4とを上部、即ちY軸+側から見た場合の位置関係を模式的に示す図である。まず、被検物SがZ軸方向における位置P0にある場合について説明する。なお、被検物Sの回転位置は、図4(a)に示す状態に相当する。X線源2から放射されたX線の照射領域のうち、図6(a)において破線で示したL1およびL2に挟まれる範囲を通るX線が、被検物Sの包含領域R1を通過して検出器4に入射する。その結果、上述した包含領域R1を通過したX線は、検出器4の入射面41のうち図6(a)に示すX軸方向の入射範囲A1に入射する。
次に、被検物Sが、Z軸方向における位置P0よりもX線源2に近い位置P1にある場合について説明する。この場合、図6(a)において一点鎖線で示したL3およびL4に挟まれる範囲を通るX線が、被検物Sの包含領域R1を通過して検出器4に入射する。その結果、上述した包含領域R1を通過したX線は、検出器4の入射面41のうち図6(a)に示すX軸方向の入射範囲A2に入射する。従って、被検物SがP0にある場合に比べて、被検物SがP1にある場合では、被検物Sの検出器4への投影倍率は大きい。即ち、被検物SがP0にある場合に比べて、被検物SがP1にある場合の方が、本検査において高い解像度を実現できる。検出器4へのX軸方向における入射範囲A2が、検出器4のX軸方向における全領域Dwに一致する場合、即ち、X軸方向において最大投影倍率を実現する場合の被検物SのZ軸方向位置をP1xとする。P1xは図6(a)に示すP1よりもさらにZ軸−側、即ち、X線源2に近い位置となる。
図6(b)は、X線源2と、被検物Sの包含領域R1と、検出器4とをX軸−側から見た場合の位置関係を模式的に示す図である。まず、被検物SがZ軸における位置P0にある場合について説明する。なお、被検物Sの回転位置は、図4(b)に示す状態に相当する。X線源2から放射されたX線の照射領域のうち、図6(b)において破線で示したL5およびL6に挟まれる範囲を通るX線が、被検物Sの包含領域R1を通過して検出器4に入射する。その結果、上述した包含領域R1を通過したX線は、検出器4の入射面41のうちY軸方向の入射範囲A3に入射する。
次に、被検物Sが、Z軸方向における位置P0よりもX線源2に近い位置P2にある場合について説明する。この場合、図6(b)において一点鎖線で示したL7およびL8に挟まれる範囲を通るX線が、被検物Sの包含領域R1を通過して検出器4に入射する。その結果、上述した包含領域R1を通過したX線は、検出器4の入射面41のうち図6(b)に示すY軸方向の入射範囲A4に入射する。従って、被検物SがP0にある場合に比べて、被検物SがP3にある場合では、被検物Sの検出器への投影倍率は大きい。即ち、被検物SがP0にある場合に比べて、被検物SがP2にある場合の方が、本検査において高い解像度を実現できる。検出器4へのY軸方向における入射範囲A4が、検出器4のY軸方向における全領域Dhと一致する場合、即ち、Y軸方向において最大投影倍率を実現する場合の被検物SのZ軸方向の位置をP2yとする。P2yは図6(b)に示すP2よりもさらにZ軸−側、即ち、X線源2に近い位置となる。
次に、P1xに比べてP2yがX線源2から遠いものと仮定して、被検物SのX線投影画像が検出器4の入射面41の全領域からはみ出すことなく、検出器4への投影倍率を最大倍率とするために被検物Sの位置を変更する場合を例に挙げて説明する。X線源2からの距離がP2yより近い位置P1xに被検物Sを移動させた場合、被検物Sの包含領域R1を通過したX線のうち、一部のX線が検出器4のY軸方向の全領域Dhの外部に到達する。従って、この場合には、被検物S全体の逆投影像を得ることができない。
一方、被検物SがX線源2に対してP1xよりも遠いP2yに位置する場合には、被検物Sの包含領域R1を通過したX線を、Y軸方向においては、検出器4のY軸方向の全領域Dhに渡って入射させることができる。また、X軸方向においては、被検物Sの包含領域R1を通過したX線を、検出器4のX方向の全領域Dwよりも狭い領域内に入射させることができる。そこで、図6に示す例においては、位置P2yを最大投影倍率が得られる被検物Sの位置とする。
上述した考え方に基づいて、算出部57は、抽出された被検物領域R2を用いて、被検物Sの位置、即ち、Z軸方向の距離の変更量を算出する。
なお、本実施の形態においては、検出器4の入射面41の全領域のうち、上述した90〜95パーセントの範囲を検出範囲として利用する。即ち、本実施の形態では、包含領域R1が検出器4の検出範囲に投影されるように被検物Sの位置、即ちZ軸方向の距離の変更量が算出される。また、以下の説明では、包含領域R1が検出範囲内に投影される際の最大の投影倍率を、実効最大倍率と呼ぶ。
図7は、領域抽出部56によって抽出された、合成データに対応する合成画像D5上の被検物領域R2を模式的に示す。図7においては、被検物領域R2に外接する矩形領域R3を模式的に示す。この矩形領域R3は、包含領域R1を検出器4に投影した領域である。算出部57は、被検物領域R2の外縁部、即ち矩形領域R3から検出器4の検出範囲の限界までの距離のうち、X軸方向における最短距離Dxを算出する。同様に、算出部57は、被検物領域R2の外縁部、即ち矩形領域R3から検出器4の検出範囲の限界までの距離のうち、Y軸方向における最短距離Dyを算出する。図7では、X軸+方向の外縁部から検出範囲の限界までの距離がDxであり、Y軸−方向の外縁部から検出範囲の限界までの距離がDyである。
次に、図8を参照しながら、被検物Sの位置のZ軸方向における変更量ΔZの算出手順について具体的に説明する。まず、算出部57は、被検物領域R2のX軸方向に沿った線分Fwの長さと、検出器4の検出範囲のX軸方向に沿った長さとの比率に基づいて、第1の変更可能量ΔZwを算出する。なお、検出器4の検出範囲のX軸方向に沿った長さは、検出器4の入射面41のX軸方向における全領域Dwに係数αを乗じた値Dw×αである。また、算出部57は、被検物領域R2のY軸方向に沿った線分Fhの長さと、検出器4の検出範囲のY軸方向に沿った長さとの比率に基づいて、第2の変更可能量ΔZhを算出する。なお、検出器4の検出範囲のY軸方向に沿った長さは、検出器4の入射面41のY軸方向における全領域Dhに係数αを乗じた値Dh×αである。なお、上記のαは、検出器4の入射面41のうち検出範囲として利用する割合であり、上述したように、一例として90〜95パーセント、即ち0.9〜0.95の値である。
次に、算出部57は、被検物領域R2の中心を検出器4の入射面41の中心に一致させるための処理を行う。図8に示す通り、直交座標系を、検出器4の入射面41の左下端部において(0,0)となるように設定する。従って、入射面41の右上端部における座標は、(Dw、Dh)となる。被検物領域R2の左下部の座標を(x0、y0)、右上部の座標を(x0+Fw、y0+Fh)とする。ここで、算出部57は、被検物領域R2がX軸方向において入射面41の中心に対して左右に振り分けられているものとする。即ち、算出部57は、x0=(Dw−Fw)/2とする。算出部57は、被検物領域R2のY軸方向においても、入射面41の中心に対して上下に振り分けられているものとする。即ち、算出部57は、y0=(Dh−Fh)/2とする。次に、算出部57は、以下に説明するように第1の変更可能量ΔZwおよび第2の変更可能量ΔZhの算出を行う。なお、Y軸方向における、(Dh−Fh)/2の値は、後述するように載置台30をY軸方向に移動させる際に用いられる。
図6(a)と図8とを参照しながら第1の変更可能量ΔZwの算出について説明する。図6(a)に示すように、予備検査時における被検物Sの位置P0において、X線源2から被検物SまでのZ軸方向における距離をd0とする。また、X線源2と検出器4との間のZ軸方向における距離をd1とする。また、X軸方向において実効最大倍率を実現する際の、即ち、被検物Sが位置P2のときのX線源2から被検物Sまでの距離をd2とする。d0とd2との比は、FwとDw×αとの比に等しいので、d2/d0=Fw/(Dw×α)の関係が成り立つ。よって、d2は以下の式(1)のように表せる。
d2=Fw/(Dw×α)×d0 …(1)
次に、第1の変更可能量ΔZwは、以下の式(2)のように表せる。
ΔZw=d0−d2 …(2)
これにより、式(1)および(2)から、第1の変更可能量ΔZwは、以下の式(3)により算出される。
ΔZw=d0{1−Fw/(Dw×α)} …(3)
第1の変更可能量ΔZwの算出については、次のように考えることもできる。図6(a)に示すように、予備検査時におけるX線L1とZ軸とがなす角θw0は、X線源2と検出器4との間の距離d1と、被検物領域R2のX軸方向の長さFwとに基づいて、以下の式(4)により表される。
θw0=tan−1{(Fw/2)/d1} …(4)
図6(a)に示すように、X軸方向において実効最大倍率が得られる際のX線L3とZ軸とがなす角θwは、X線源2と検出器4との間の距離d1と、検出器4の検出範囲の長さDw×αとに基づいて、以下の式(5)により表される。
θw=tan−1{(Dw×α/2)/d1} …(5)
X軸方向において実効最大倍率が得られる際に、被検物領域R2はX線L3とL4とに接する。従って、その際のX線源2から被検物Sまでの距離d2と、包含領域R1の半径Rとの関係は、以下の式(6)により表すことができる。
d2=R/sinθw
R=d0×sinθw0 …(6)
従って、算出部57は、上記の式(4)〜(6)に基づく以下の式(7)を用いて、第1の変更可能量ΔZwを算出する。
ΔZw=d0−d2=d0−R/sinθw
=d0×{1−Fw/(Dw×α)} …(7)
即ち、算出部57は、被検物領域R2のX軸方向の長さFwと入射面41における検出範囲のX軸方向の長さDw×αとの比率に基づいて第1の変更可能量ΔZwを算出する。
次に、図6(b)と図8とを参照しながら第2の変更可能量ΔZhの算出について説明する。図6(b)に示すように、Y軸方向において実効最大倍率を実現する際の、即ち被検物SがP2に位置する際の、X線源2から被検物Sまでの距離をd3とする。本実施の形態では、コーンビームやファンビームのX線が放射されるため、包含領域R1のうちX線源2側の外端部Q1やQ2を通過したX線が入射面41に入射する位置に基づいて、第2の変更可能量ΔZhを算出する。包含領域R1は、上述したようにX軸方向に半径Rの円柱形状を有するので、X線源2から外端部Q1までのZ軸方向の距離はd0−R、X線源2から外端部Q2までのZ軸方向の距離はd3−Rである。d0−Rとd3−Rとの比は、FhとDh×αとの比に等しいので、(d3−R)/(d0−R)=Fh/(Dh×α)の関係が成り立つ。よって、d3は以下の式(8)のように表せる。
d3=Fh/(Dh×α)×(d0−R)+R …(8)
次に、第2の変更可能量ΔZhは、以下の式(9)のように表せる。
ΔZh=d0−d3 …(9)
これにより、式(8)および(9)から、第2の変更可能量ΔZhは、以下の式(10)により算出される。
ΔZh=(d0−R)×{1−Fh/(Dh×α)} …(10)
なお、第2の変更可能量ΔZhに関しても、第1の変更可能量ΔZwの算出において、式(4)〜(7)を用いて説明した考え方と同様な考え方を適用することが可能である。予備検査時におけるX線L5とZ軸とがなす角θh0は、X線源2と検出器4との間の距離d1と、矩形領域R10のY軸方向の長さFhとに基づいて、以下の式(11)により表される。
θh0=tan−1{(Fh/2)/d1} …(11)
図6(b)に示すように、Y軸方向において実効最大倍率が得られる場合のX線L7とZ軸とがなす角θhは、X線源2と検出器4との間の距離d1と、検出器4の検出範囲のY軸方向の長さDh×αとに基づいて、以下の式(12)により表される。
θh=tan−1{(Dw×α/2)/d1} …(12)
上述したように、Y軸方向に関しては、包含領域R1のうちX線源2側の外端部Q1やQ2を通過したX線が入射面41に入射する位置に基づいて、第2の変更可能量ΔZhを算出する必要がある。Y軸方向において、包含領域R1の中心から包含領域R1の外端部Q1までの長さHは、X線源2から包含領域R1のうち最もX線源2側までの距離d0−Rと、X線L5とZ軸とがなす角θh0とに基づいて、式(13)のように表現できる。
H=(d0−R)×tanθh0 …(13)
このHの値は、被検物SのY軸方向の大きさなので、被検物Sが位置P2に移動しても同一の値である。被検物Sが位置P2に移動した場合、X線源2から包含領域R1のうち最もX線源2側の外端部までのZ軸方向に沿った距離d3−Rは、次の式(14)のように表される。
d3−R=H/tanθh …(14)
これにより、X線源2から位置P2における被検物Sまでの距離d3は、式(15)のように表される。
d3=(H/tanθh)+R …(15)
従って、算出部57は、式(11)〜(15)に基づいて、以下の式(16)を用いて、第2の変更可能量ΔZhを算出する。
ΔZh=d0−d3=d0−{(H/tanθh)+R}
=(d0−R)×{1−Fh/(Dh×α)} …(16)
即ち、算出部57は、被検物領域R2のY軸方向の長さFhと入射面41の検出範囲のY軸方向の長さDh×αとの比率に基づいて第2の変更可能量ΔZhを算出する。
算出部57は、以上の式(3)または(7)と式(10)または(16)とにより算出された第1の変更可能量ΔZwと第2の変更可能量ΔZhとを比較する。算出部57は、比較の結果、値の小さい方をX線源2と被検物Sとの間の距離の変更量ΔZとして決定する。図6に示す例の場合には、算出部57は、第2の変更可能量ΔZhを変更量ΔZとする。換言すると、算出部57は、図7に示す距離DxとDyとのうち値の小さい方に沿った被検物領域R2の長さと、検出器4の検出範囲の長さとの比に基づいて、変更量ΔZを算出する。
(4)変更量に基づいた被検物Sの移動処理
算出部57により変更量ΔZが算出されると、移動制御部52はマニピュレータ部36を制御して、載置台30移動させる。載置台30の移動に際しては、まず、移動制御部52は、載置台30をY軸方向に移動させる。この場合、移動制御部52は、上述した、y0と(Dh−Fh)/2との差に基づいて、マニピュレータ部36の駆動量を決定する。載置台30をY軸方向に移動させることにより、本検査の際に取得される逆投影画像では、Y軸方向において矩形領域10を逆投影画像の中心に位置させることができる。
載置台30のY軸方向への移動が行われた後、移動制御部52は、載置台30をZ軸方向に移動させることにより、被検物SとX線源2との間の距離を変更する。この場合、移動制御部52は、変更量ΔZに基づいて、マニピュレータ部36の駆動量を決定する。従って、被検物Sは、生成する逆投影像上で被検物Sの全体の像が検出器4の検出範囲内で実効最大倍率となり、かつ本検査の際に被検物SがX線装置100の各部に衝突や接触することがない位置に移動される。
マニピュレータ部36により載置台30が本検査を行う位置まで移動された後、X線装置100は、被検物Sに対して本検査を行う。即ち、載置台30の回転に従って被検物Sが所定角度ごとに回転するごとに、被検物Sを透過したX線の強度に応じて検出器4から出力された電気信号に対して画像再構成処理が行われる。この場合、予備検査時よりも小さな角度ごとに回転するたびに検出器4から出力された電気信号から被検物SのX線投影画像データが生成され、検出回転位置の異なる被検物SのX線投影画像データから逆投影画像が生成され、被検物Sの内部構造や断面構造を表す3次元画像が生成される。生成された3次元画像は表示モニタ6に表示され、記憶媒体に記憶される。
図9に示すフローチャートを参照して、実施の形態によるX線装置100の動作について説明する。図9に示す処理は制御装置5でプログラムを実行して行われる。このプログラムは、制御装置5内のメモリ(不図示)に格納されており、制御装置5により起動され、実行される。
ステップS10では、制御装置5の予備検査部54は、X線制御部51と移動制御部52と画像生成部53とを制御して、X線投影画像データを取得してステップS11へ進む。ステップS11では、領域抽出部56は、取得したX線投影画像データ上から被検物Sが回転する際に包含される包含領域R1を検出器4の入射面41に投影させた領域に相当する被検物領域R2を抽出してステップS12へ進む。
ステップS12では、算出部57は、抽出された被検物領域R2の最外縁部と検出器4の検出範囲とに基づいて、Z軸方向における被検物Sの変更量ΔZを算出してステップS13へ進む。ステップS13では、移動制御部52は、算出された変更量ΔZに基づいて、載置台30をZ軸方向に沿って移動させてステップS14へ進む。なお、上記のステップS10〜S13までの処理が予備検査における処理である。
ステップS14では、X線制御部51と移動制御部52と画像生成部53とは、X線源2と載置台30の回転と検出器4とを制御して、X線投影画像データを取得してステップS15へ進む。ステップS15では、画像生成部53は、取得されたX線投影画像データを用いて逆投影画像を生成しステップS16へ進む。ステップS16では、生成された逆投影像に基づく3次元画像を表示モニタ6に表示させ、または、記憶媒体に記憶させて処理を終了する。なお、上記のステップS14〜S16までの処理が本検査における処理である。
以上で説明したように、検出器4から出力された複数のX線投影画像データから、被検物Sの回転に応じて被検物Sが検出器4に投影される領域に相当する被検物領域R2を抽出できる。
上述した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)領域抽出部56は、検出器4から出力される複数の検出データから合成されるデータの輪郭から被検物領域を抽出し、被検物Sが回転する際に被検物Sの少なくとも一部が通過する領域である包含領域R1を抽出することができる。従って、逆投影画像から被検物Sの被検物領域R2を抽出する場合と比較して、逆投影画像を生成する行程を省くことができるので、装置全体の処理負荷を低減し、処理に要する時間を削減できる。
(2)移動制御部52は、領域抽出部56により抽出された被検物領域R2に基づいて、被検物SとX線源2との間の距離を変更する。この場合、算出部57は、被検物領域R2に基づいて、被検物SとX線源2との間の距離の変更量を算出し、移動制御部52は、算出部57によって算出された変更量ΔZに従って距離を変更する。従って、逆投影画像から被検物領域R2を抽出する場合と比較して、逆投影画像を生成する行程を省くことができるため、計測時間の短縮を実現する。さらに、撮像装置等を用いて取得した撮像画像を用いて被検物Sの距離の変更量を算出する必要がないので、X線装置100を構成する構成装置数を減らし、製造コストの低減に寄与する。
(3)領域抽出部56は、複数のX線投影画像データを合成して合成データを生成し、合成データにおける被検物Sの外縁部を被検物領域R2として抽出する。従って、逆投影画像を用いることなく被検物領域R2の抽出を行うことができるので、予備検査における逆投影画像の生成処理を行う必要がないので、処理負荷を低減させることができる。
(4)算出部57は、被検物領域R2の外縁部のうち、回転軸Yrに直交するX軸方向において検出器4の検出範囲の距離が最短となるX軸方向における最外縁部と、回転軸Yrに沿ったY軸方向において検出器4の検出範囲との距離が最短となるY軸方向の最外縁部とのうち検出器4の検出範囲までの距離が短い方の最外縁部に基づいて、変更量ΔZを算出する。即ち、算出部57は、被検物領域R2のX軸方向に沿った線分Fwの長さと、検出器4の検出範囲のX軸方向の長さDw×αの比率とに基づいて算出した第1の変更可能量ΔZwと、被検物領域R2のY軸方向に沿った線分Fhの長さと検出器4の検出範囲のY軸方向の長さDh×αとの比率とに基づいて算出した距離の第2の変更可能量ΔZhとの一方に基づいて、変更量ΔZを算出する。従って、抽出した被検物領域R2を用いて、本検査の際に所望の実効最大投影倍率が得られる被検物Sの位置を算出することができる。
(5)算出部57は、第1の変更可能量ΔZwと、第2の変更可能量ΔZhとを比較して、値の小さい方を距離の変更量ΔZとして算出する。従って、本検査の際に、被検物領域R2の一部でも検出器4の検出範囲の外部に外れることを防ぐことができる。また、被検物SをX線装置100の各部に衝突や接触することがない位置に移動することができる。
(6)画像生成部53は、移動制御部52によってX線源2と被検物Sとの相対距離が変更された後、X線源2からのX線の照射に応じて検出器4から出力された複数のX線投影画像データに基づいて、被検物Sの逆投影画像を生成する。即ち、予備検査部54は、X線投影画像データを用いて被検物SとX線源2との間の距離の変更量ΔZを算出させ、算出された変更量ΔZに基づいて、被検物SとX線源2との距離を変更させた後、画像生成部53は、被検物Sの逆投影画像を生成する。従って、本検査においては、被検物SをX線装置100の各部に衝突や接触することがない位置で計測を行いつつ、ユーザが所望する投影倍率にて被検物Sの逆投影画像を生成することができる。
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(1)予備検査の際に、X線投影画像データの取得処理と、被検物領域R2の抽出処理と、変更量の算出処理と、変更量に基づいた被検物Sの移動処理とを自動で行うものとして説明したが、予備検査においては少なくともX線投影画像データの取得処理と、被検物領域R2の抽出処理とが行われれば良い。例えば、算出部57は、逆投影像において被検物Sが所定の投影倍率となる変更量を算出するものではなく、ユーザが指定した投影倍率になるような変更量を算出しても良い。この場合、合成データと被検物領域R2との大きさの関係が分かるように、合成データと被検物領域R2とに対応する画像が表示モニタ6に表示されると良い。
移動制御部52は、算出された変更量に基づいて載置台30をZ軸方向に移動させて被検物SとX線源2との間のZ軸方向における距離を自動的に変更させるものでなくても良い。例えば、制御装置5は、算出部57が算出した変更量に基づいた載置台30の移動量を、例えば表示モニタ6に表示することにより、ユーザに通知する。ユーザは、通知された移動量に従って載置台30を手動にて移動させることにより、被検物SとX線源2との間のZ軸方向の距離が変更されるようにすることもできる。
(2)予備検査の際に4個のX線投影画像データを取得する場合を例に挙げて説明したが、X線投影画像データの個数は4個に限定されるものではない。ただし、少なくとも2個のX線投影画像データが必要である。図10に2個のX線投影画像データを取得する場合のX線源2と被検物Sとの位置関係を模式的に示す。図10は、Y軸+側から見た図である。この場合、図10(a)に示すように、被検物SがX線源2に最も接近する位置と、図10(b)に示すように、X線の光軸ZrからX軸方向への距離が最大となることが見込まれる被検物Sの位置と、においてX線投影画像データが取得されると良い。即ち、2個のX線投影画像データを取得する場合には、載置台30の回転に従って被検物Sが回転軸Yrに対してX線源2に近い側を回転させた状態でX線投影画像データを取得する。X線源2からの距離が離れた位置で被検物SのX線投影画像データが取得された場合、被検物領域R2の大きさが、X線源2からの距離が近い場合のX線投影画像データが取得された場合の被検物領域R2と比べて小さくなり、算出部57により算出される変更量が大きくなり過ぎる虞がある。変更量が大きくなり過ぎると、逆投影像上に被検物Sの全体の像が収まらなくなったり、本検査の際に被検物SがX線源2等の構造物に衝突する可能性がある。従って、被検物SをX線源2からの距離が近い側で回転させた状態でX線投影画像データを取得することにより、上記の不具合の発生を抑えることができる。
(3)被検物SがX線源2に対してZ軸方向に移動するものに代えて、X線源2がZ軸方向に移動する構成を有しても良い。この場合、検出器4もX線源2の移動に従って移動する。
(4)予備検査の際に取得されたX線投影画像データにおいて、被検物Sの投影範囲の少なくとも一部が検出器4の検出範囲よりも外部に位置している場合は、被検物SがX線源2に接近し過ぎているためにX線源2等の構造物に衝突する虞がある。この場合、予備検査部54はその時点で予備検査を中断しても良い。この時、表示モニタ6に、被検物SがX線源2に接近し過ぎている旨の警告等を表示して、ユーザに載置台30の位置を変更させると良い。
(5)上述の実施の形態においては、領域抽出部56は、検出器4から出力される複数の検出データから合成されるデータの輪郭から被検物領域R2を抽出し、被検物SとX線源2とのZ軸方向とY軸方向との移動量を算出したが、算出する方向はこれに限られない。例えば、被検物SとX線源2とのX軸方向の移動量を算出しても構わない。勿論、X軸方向及び/又はY軸方向及び/又はZ軸方向としても構わない。適宜、移動量を算出する方向は、それぞれの方向を組み合わせたり、所定方向の移動量のみでも構わない。
なお、上述した実施の形態においては、X線源2と検出器4との間の載置部3が回転したが、それぞれの配置はこれに限られない。例えば、X線源2の発光点と検出器4の中心とを結ぶ線と、載置部3の回転軸Yrとが90°で交差したが、これに限られず、例えば、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°でも構わない。また、例えば、米国特許公開番号10/689604号のように、X線源2の発光点と検出器4の中心とを結ぶ線と、載置部3の回転する面とが交差するような配置にしても構わない。この場合に、被検物Sに対する包含領域R1を求め、検出器4で被検物Sの投影領域が広くなるように、X線源2と被検物Sと検出器4との位置の少なくとも一つを変えても構わない。
また、上述の実施の形態は、例えば、米国特許出願公開2005/0254621号、米国特許第7233644号等に開示されているような、複数のX線源を備えたX線装置にも適用できる。また、上述の実施の形態は、米国特許出願公開2010/0220834号に開示されているような、被検物の内部を進む際にX線に生じる僅かな位相のずれを評価する位相コントラスト方式のX線装置にも適用できる。また、上述の実施の形態は、例えば、米国特許出願公開第2007/685985号、米国特許出願公開2001/802468号等に開示されているような、被検物を回転させる回転軸に沿って、被検物を順次移動させるヘリカル式のX線装置にも適用できる。
−第2の実施の形態−
図面を参照して、本発明の実施の形態による構造物製造システムを説明する。本実施の形態の構造物製造システムは、たとえば自動車のドア部分、エンジン部分、ギア部分および回路基板を備える電子部品等の成型品を作成する。
図11は、本実施の形態による構造物製造システム600の構成の一例を示すブロック図である。構造物製造システム600は、第1の実施の形態または変形例にて説明したX線装置100と、設計装置610と、成形装置620と、制御システム630と、リペア装置640とを備える。
設計装置610は、構造物の形状に関する設計情報を作成する際にユーザが用いる装置であって、設計情報を作成して記憶する設計処理を行う。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報である。設計情報は成形装置620および後述する制御システム630に出力される。成形装置620は設計装置610により作成された設計情報を用いて構造物を作成、成形する成形処理を行う。この場合、成形装置620は、3Dプリンター技術で代表される積層加工、鋳造加工、鍛造加工および切削加工のうち少なくとも1つを行うものについても本発明の一態様に含まれる。
X線装置100は、成形装置620により成形された構造物の形状を測定する測定処理を行う。X線装置100は、構造物を測定した測定結果である構造物の座標を示す情報(以後、形状情報と呼ぶ)を制御システム630に出力する。制御システム630は、座標記憶部631と、検査部632とを備える。座標記憶部631は、上述した設計装置610により作成された設計情報を記憶する。
検査部632は、成形装置620により成形された構造物が設計装置610により作成された設計情報に従って成形されたか否かを判定する。換言すると、検査部632は、成形された構造物が良品か否かを判定する。この場合、検査部632は、座標記憶部631に記憶された設計情報を読み出して、設計情報とX線装置100から入力した形状情報とを比較する検査処理を行う。検査部632は、検査処理としてたとえば設計情報が示す座標と対応する形状情報が示す座標とを比較し、検査処理の結果、設計情報の座標と形状情報の座標とが一致している場合には設計情報に従って成形された良品であると判定する。設計情報の座標と対応する形状情報の座標とが一致していない場合には、検査部632は、座標の差分が所定範囲内であるか否かを判定し、所定範囲内であれば修復可能な不良品と判定する。
修復可能な不良品と判定した場合には、検査部632は、不良部位と修復量とを示すリペア情報をリペア装置640へ出力する。不良部位は設計情報の座標と一致していない形状情報の座標であり、修復量は不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分である。リペア装置640は、入力したリペア情報に基づいて、構造物の不良部位を再加工するリペア処理を行う。リペア装置640は、リペア処理にて成形装置620が行う成形処理と同様の処理を再度行う。
図12に示すフローチャートを参照しながら、構造物製造システム600が行う処理について説明する。
ステップS111では、設計装置610はユーザによって構造物の設計を行う際に用いられ、設計処理により構造物の形状に関する設計情報を作成し記憶してステップS112へ進む。なお、設計装置610で作成された設計情報のみに限定されず、既に設計情報がある場合には、その設計情報を入力することで、設計情報を取得するものについても本発明の一態様に含まれる。ステップS112では、成形装置620は成形処理により、設計情報に基づいて構造物を作成、成形してステップS113へ進む。ステップS113においては、X線装置100は測定処理を行って、構造物の形状を計測し、形状情報を出力してステップS114へ進む。
ステップS114では、検査部632は、設計装置610により作成された設計情報とX線装置100により測定され、出力された形状情報とを比較する検査処理を行って、ステップS115へ進む。ステップS115では、検査処理の結果に基づいて、検査部632は成形装置620により成形された構造物が良品か否かを判定する。構造物が良品である場合、すなわち設計情報の座標と形状情報の座標とが一致する場合には、ステップS115が肯定判定されて処理を終了する。構造物が良品ではない場合、すなわち設計情報の座標と形状情報の座標とが一致しない場合や設計情報には無い座標が検出された場合には、ステップS115が否定判定されてステップS116へ進む。
ステップS116では、検査部632は構造物の不良部位が修復可能か否かを判定する。不良部位が修復可能ではない場合、すなわち不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分が所定範囲を超えている場合には、ステップ116が否定判定されて処理を終了する。不良部位が修復可能な場合、すなわち不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分が所定範囲内の場合には、ステップS116が肯定判定されてステップS117へ進む。この場合、検査部632はリペア装置640にリペア情報を出力する。ステップS117においては、リペア装置640は、入力したリペア情報に基づいて、構造物に対してリペア処理を行ってステップS113へ戻る。なお、上述したように、リペア装置640は、リペア処理にて成形装置620が行う成形処理と同様の処理を再度行う。
上述した第2の実施の形態による構造物製造システムによれば、以下の作用効果が得られる。
(1)構造物製造システム600のX線装置100は、設計装置610の設計処理に基づいて成形装置620により作成された構造物の形状情報を取得する測定処理を行い、制御システム630の検査部632は、測定処理にて取得された形状情報と設計処理にて作成された設計情報とを比較する検査処理を行う。従って、構造物の欠陥の検査や構造物の内部の情報を非破壊検査によって取得し、構造物が設計情報の通りに作成された良品であるか否かを判定できるので、構造物の品質管理に寄与する。
(2)リペア装置640は、検査処理の比較結果に基づいて、構造物に対して成形処理を再度行うリペア処理を行うようにした。従って、構造物の不良部分が修復可能な場合には、再度成形処理と同様の処理を構造物に対して施すことができるので、設計情報に近い高品質の構造物の製造に寄与する。
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
2…X線源、3…載置部、4…検出器、5…制御装置、30…載置台、
51…X線制御部、52…移動制御部、53…画像生成部、
54…予備検査部、56…領域抽出部、57…算出部、100…X線装置、
600…構造物製造システム、610…設計装置、620…成形装置、
630…制御システム、640…リペア装置

Claims (17)

  1. 被検物に対してX線を照射する線源と、
    前記線源から照射され前記被検物を透過したX線を検出して、前記被検物の複数方向から透過したX線の検出データを出力する検出器と、
    複数の前記検出データを合成して合成データを生成し、前記合成データを用いて前記被検物が前記検出器に投影される領域を抽出する領域抽出部と、
    前記領域抽出部により抽出される領域に基づいて、検査時における前記線源と前記被検物と前記検出器との相対的な位置関係を設定し、前記線源と前記被検物と前記検出器とのそれぞれの間の相対距離の変更量を算出する算出部と、
    前記算出部によって算出された前記変更量に従って、前記線源と前記被検物と前記検出器とのそれぞれの間の相対距離を変更する変更部と、を備え、
    前記領域抽出部は、前記合成データにおける前記被検物の外縁部を前記抽出される領域として抽出し、前記抽出される領域の外縁部のうち、第1方向において前記検出器の検出範囲との距離が最短となる第1方向の最外縁部と、前記第1方向に直交する第2方向において前記検出器の検出範囲との距離が最短となる第2方向の最外縁部とを抽出するX線検査装置。
  2. 請求項1に記載のX線検査装置において、
    前記第2方向は、前記被検物を載置し、回転させる回転載置部の回転軸に沿っているX線検査装置。
  3. 請求項に記載のX線検査装置において、
    前記算出部は、前記第1方向の最外縁部と前記第2方向の最外縁部とのうち前記検出器の検出範囲までの距離が短い方の最外縁部に基づいて、前記相対距離の変更量を算出するX線検査装置。
  4. 請求項に記載のX線検査装置において、
    前記算出部は、前記合成データにおいて、前記抽出される領域の外縁部に接する第1方向に沿った第1線分と、前記抽出される領域の外縁部に接し、前記第1方向と交わる第2方向に沿った第2線分とに囲まれる矩形領域において、前記第1線分と前記検出器の検出領域における前記第1方向に沿った長さとの第1の比率と、前記第2線分と前記検出器の検出範囲における前記第2方向に沿った長さとの第2の比率と、の一方に基づいて、前記相対距離の変更量を算出するX線検査装置。
  5. 請求項に記載のX線検査装置において、
    前記算出部は、前記第1の比率に基づく前記相対距離の第1変更量と、前記第2の比率に基づく前記相対距離の第2変更量とを比較して、前記第1および第2変更量のうち値の小さい方を前記相対距離の変更量として算出するX線検査装置。
  6. 請求項からまでのいずれか一項に記載のX線検査装置において、
    前記領域抽出部は、前記合成データに対して二値化処理を行うことにより前記抽出される領域を抽出するX線検査装置。
  7. 請求項またはに記載のX線検査装置において、
    前記変更部は、前記算出部によって算出された前記相対距離の変更量に基づいて、前記線源の光軸方向に沿って前記被検物または前記線源を移動させることにより、前記相対距離を変更するX線検査装置。
  8. 請求項に記載のX線検査装置において、
    記変更部は、前記回転載置部を前記線源の光軸方向に沿って移動させることにより、
    前記被検物と前記線源との相対距離を変更するX線検査装置。
  9. 請求項に記載のX線検査装置において、
    前記変更部は、前記合成データにおける前記抽出される領域の前記第2方向における中心と、前記第2方向における前記検出器の検出範囲の中点とが一致するように、回転軸の方向に沿って前記回転載置部を移動させることにより、前記被検物と前記線源との相対的な位置関係を変更するX線検査装置。
  10. 請求項1から9までの何れか一項に記載のX線検査装置において、
    前記変更部によって前記線源と前記被検物との相対距離が変更された後、前記線源からの前記X線の照射に応じて前記検出器によって検出され出力された複数の検出データに基づいて、前記被検物の逆投影画像を生成する画像生成部を更に備えるX線検査装置。
  11. 被検物に対してX線を照射する線源と、
    前記線源から照射され前記被検物を透過した透過X線を検出して、検出データを出力する検出器と、
    複数の前記検出データを合成して合成データを生成し、前記合成データを用いて前記被検物が前記検出器に投影される領域を抽出する領域抽出部と
    前記領域抽出部により抽出される領域に基づいて、検査時における前記線源と前記被検物と前記検出器との相対的な位置関係を設定し、前記線源と前記被検物と前記検出器とのそれぞれの間の相対距離の変更量を算出する算出部と、
    前記算出部によって算出された前記変更量に従って、前記線源と前記被検物と前記検出器とのそれぞれの間の相対距離を変更する変更部と、
    前記変更部により前記相対距離が変更された後、前記線源からの前記透過X線が前記検出器によって検出されて出力された前記検出データを用いて前記被検物の逆投影画像を生成する画像生成部と、を備え
    前記領域抽出部は、前記合成データにおける前記被検物の外縁部を前記抽出される領域として抽出し、前記抽出される領域の外縁部のうち、第1方向において前記検出器の検出範囲との距離が最短となる第1方向の最外縁部と、前記第1方向の直交する第2方向において前記検出器の検出範囲との距離が最短となる第2方向の最外縁部とを抽出するX線検査装置。
  12. 請求項11に記載のX線検査装置において、
    前記線源は、回転される被検物に対してX線を照射し、
    前記検出器は、回転された角度ごとの複数の検出データを出力するX線検査装置。
  13. 被検物に対して線源からX線を照射することと
    前記線源から照射され前記被検物を透過したX線を検出器で検出して、前記被検物の複数方向から透過したX線の検出データを出力することと
    複数の前記検出データを合成して合成データを生成して、前記合成データを用いて前記被検物が前記検出器に投影される領域を抽出することと、
    前記抽出される領域に基づいて、検査時における前記線源と前記被検物と前記検出器との相対的な位置関係を設定し、前記線源と前記被検物と前記検出器とのそれぞれの間の相対距離の変更量を算出することと、
    算出された前記変更量に従って、前記線源と前記被検物と前記検出器とのそれぞれの間の相対距離を変更することと、を備え、
    前記合成データにおける前記被検物の外縁部を前記抽出される領域として抽出し、前記抽出される領域の外縁部のうち、第1方向において前記検出器の検出範囲との距離が最短となる第1方向の最外縁部と、前記第1方向に直交する第2方向において前記検出器の検出範囲との距離が最短となる第2方向の最外縁部とを抽出するX線検査方法。
  14. 請求項13に記載のX線検査方法において、
    前記線源と前記被検物との相対距離が変更された後、照射された前記X線の照射に応じて検出された出力された複数の検出データに基づいて、前記被検物の逆投影画像を生成するX線検査方法。
  15. 構造物の形状に関する設計情報を作成し、
    前記設計情報に基づいて前記構造物を作成し、
    作成された前記構造物の形状を、請求項1から12までの何れか一項に記載のX線検査装置を用いて計測して形状情報を取得し、
    前記取得された前記形状情報と前記設計情報とを比較する構造物の製造方法。
  16. 請求項15に記載の構造物の製造方法において、
    前記形状情報と前記設計情報との比較結果に基づいて実行され、前記構造物の再加工を行う構造物の製造方法。
  17. 請求項16に記載の構造物の製造方法において、
    前記構造物の再加工は、前記設計情報に基づいて前記構造物の作成を再度行う構造物の製造方法。
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