JP6767045B2 - 計測用ｘ線ｃｔ装置と座標測定機の座標合せ治具 - Google Patents

Description

本発明は、計測用Ｘ線ＣＴ装置と座標測定機の座標合せ治具に係り、特に、三次元座標測定機（以下、三次元測定機と称する）による測定データと計測用Ｘ線ＣＴ装置による測定データの座標合せを容易に行うことができ、高精度な外形寸法と内部寸法の測定を効率的に行うことが可能な、計測用Ｘ線ＣＴ装置と座標測定機の座標合せ治具に関する。

１９７０年代に医療用Ｘ線ＣＴ装置が実用に供され、この技術をベースに１９８０年代初期頃より工業用製品のためのＸ線ＣＴ装置が登場した。以来、工業用Ｘ線ＣＴ装置は、外観からでは確認困難な鋳物部品の巣、溶接部品の溶接不良、および電子回路部品の回路パターンの欠陥などの観察・検査に用いられてきた。一方、近年３Ｄプリンタの普及に伴い、３Ｄプリンタによる加工品内部の観察・検査のみならず、内部構造の３Ｄ寸法計測とその高精度化の需要が増大しつつある。

上述の技術の動向に対して、計測用Ｘ線ＣＴ装置がドイツを中心に普及し始めている（特許文献１、２参照）。この計測用Ｘ線ＣＴ装置では、測定対象を回転テーブル中心に配置して測定対象を回転させながらＸ線照射を行う。

計測で使用する一般的なＸ線ＣＴ装置１の構成を図１に示す。Ｘ線を遮蔽するエンクロージャ１０の中にコーンビーム状のＸ線１３を照射するＸ線源１２、Ｘ線１３を検出するＸ線検出器１４、測定対象Ｗを置いてＣＴ撮像の為に測定対象Ｗを回転させる回転テーブル１６、Ｘ線検出器１４に映る測定対象Ｗの位置や倍率を調整するためのＸＹＺ移動機構部１８があり、それらのデバイスを制御するコントローラ２０、及び、ユーザ操作によりコントローラ２０に指示を与える制御ＰＣ２２などで構成される。

制御ＰＣ２２は、各デバイス制御の他に、Ｘ線検出器１４に映る測定対象Ｗの投影画像を表示する機能や、測定対象Ｗの複数の投影画像から断層画像を再構成する機能を有する。

Ｘ線源１２から照射されたＸ線１３は、図２に示す如く、回転テーブル１６上の測定対象Ｗを透過してＸ線検出器１４に届く。測定対象Ｗを回転させながらあらゆる方向の測定対象Ｗの透過画像（投影画像）をＸ線検出器１４で得て、逆投影法や逐次近似法などの再構成アルゴリズムを使って再構成することにより、測定対象Ｗの断層画像を生成する。

前記ＸＹＺ移動機構部１８のＸＹＺ軸と回転テーブル１６のθ軸を制御することにより、測定対象Ｗの位置を移動することができ、測定対象Ｗの撮影範囲（位置、倍率）や撮影角度を調整することができる。

非破壊で測定対象の断層画像を得る計測用Ｘ線ＣＴ装置は内部構造が測定可能であるメリットがある一方、測定対象の外形寸法測定に関しては三次元（座標）測定機の精度には及ばない。

そこで、寸法計測の高精度化の要求に応えるため、Ｘ線ＣＴ装置の内部（特許文献３）や近傍（特許文献４）に三次元測定機を併設した複合型測定システムが提案されている。この複合型測定システムでは、三次元測定機による測定で得られた外形寸法を基準にしてＸ線ＣＴ装置で得られた３Ｄ寸法を校正することによって高精度化が図られている。

なお、特許文献３には、回転テーブル６０上に基準５０を配置して校正することが記載され、特許文献５には、回転テーブル３ａに校正治具付き試料台１０を装着して、試料１１を中央にセットすることが記載されている。

特開２００２−７１３４５号公報 特開２００４−１２４０７号公報 特許第５４０８８７３号公報（段落００８４、図８） 特許第３４２７０４６号公報 特開２００２−５５０６２号公報（請求項１、段落００１２、図１、図２）

しかしながら、特許文献３のように、計測用Ｘ線ＣＴ装置内部に三次元測定機を搭載した場合、三次元測定機の機能を十分に持たせようとすると、装置全体が大型化し、Ｘ線を遮蔽する鉛製のエンクロージャの質量が増加する。更に、三次元測定機やプローブへＸ線を遮蔽するための対策が必要になるなどの問題を有する。

一方、三次元測定機の機能を制限して搭載すると、上記問題の対策は可能であるが、高精度に測定できる測定対象が減ってしまう。

又、三次元測定機とＸ線ＣＴ装置による測定を連続的に行う必要があり、一方の稼働中には他方が停止状態となる。従って、共に高価な装置である三次元測定機とＸ線ＣＴ装置を同時に並行して使用することができず、特に量産ワークの連続測定が必要な場合には、作業効率に支障が出る。

一方、三次元測定機とＸ線ＣＴ装置が別置とされていれば、両者を独立して有効活用できるが、両者の測定データの座標を合わせて一致させる必要がある。

なお、特許文献３、５は、いずれも回転テーブルの回転中心位置のずれを校正するためのものであり、計測用Ｘ線ＣＴ装置による測定データと座標測定機による測定データの座標を合わせるためのものではなかった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、計測用Ｘ線ＣＴ装置による測定データと座標測定機による測定データの座標を容易に合わせることができ、高精度な外形寸法と内部寸法の測定を効率的に行えるようにすることを課題とする。

本発明は、座標測定機による測定に適した姿勢と計測用Ｘ線ＣＴ装置による測定に適した姿勢とを保てる、少なくとも２つの接地面を有するベースと、該ベースに測定対象を固定するための固定手段と、を備えることにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記座標測定機による測定に適した姿勢を、座標測定機の基準面と測定対象の基準面を一致させる姿勢とすることができる。

又、前記計測用Ｘ線ＣＴ装置による測定に適した姿勢を、Ｘ線透過像を得やすい斜め姿勢とすることができる。

又、前記ベースに配設された、少なくとも３つのマスターボールを更に備えることができる。

又、前記固定手段を、チャック、接着剤、又は両面接着テープとすることができる。

本発明による座標合せ治具により、測定対象の座標が決まるため、計測用Ｘ線ＣＴ装置と座標測定機で同一座標での測定が可能となる。従って、計測用Ｘ線ＣＴ装置とは別に設置された座標測定機の機能及び性能を十分に発揮した高精度な測定データを、計測用Ｘ線ＣＴ装置の測定データに合わせて使用することで、高精度な外形寸法と内部寸法の測定が可能となる。特に、マスターボールを設けた場合には、その球間寸法を値付けすることで、計測用Ｘ線ＣＴ装置の倍率も同時に校正することが可能となる。

計測用で使用する一般的なＸ線ＣＴ装置の全体構成を示す断面図 同じく要部配置を示す斜視図 本発明に係る座標合せ治具の第１実施形態の（Ａ）治具単体の構成を示す斜視図、（Ｂ）ワーク搭載状態を示す斜視図、（Ｃ）三次元測定機での計測姿勢を示す側面図、（Ｄ）計測用Ｘ線ＣＴ装置での計測姿勢を示す側面図 本発明で使用可能な三次元測定機の例を示す斜視図 計測用Ｘ線ＣＴ装置で測定しやすい姿勢を示す側面図 前記実施形態を用いて測定する手順を示す流れ図 中心座標よりマスターボール基準の座標系を求める方法を示す斜視図 本発明に係る座標合せ治具の第２実施形態を示す側面図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

本発明に係る第１実施形態の座標合せ治具５０は、図３に示す如く、三次元測定機による測定に適した姿勢（Ｃ）と計測用Ｘ線ＣＴ装置による測定に適した姿勢（Ｄ）とを保てる、４つの接地面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを有する三又状のベース５２と、該ベース５２に測定対象Ｗを固定するためのチャック５４と、前記ベース５２の３方向に延びる腕部のポール５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ上にそれぞれ配設された、互いに配設高さが異なる３つのマスターボール５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃとを備えている。

前記ベース５２の中央底部には、三次元測定機による測定に適した水平姿勢をとるための、例えばワークＷの底面と平行な、水平の接地面５２Ａが形成されている。

前記ベース５２は、更に、３方向に延びる腕部を有し、そのそれぞれの底面に計測用Ｘ線ＣＴ装置による測定に適した姿勢をとるための斜面でなる接地面５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄが形成されると共に、各腕部に、それぞれポール５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃが植立され、その頂点にマスターボール５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃがそれぞれ配置されている。

前記接地面５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄの傾斜角度は、３つとも同じとしたり、あるいは、腕部ごとに異なるものとして、測定対象Ｗに合わせて傾斜角度を変えるようにすることができる。あるいは、接地面５２Ａを延長して接地面５２Ｃ、５２Ｄを省略することもできる。

前記マスターボール５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃの配設高さを全て変えることで、座標系を高精度に決めることができる。なお、２つ又は３つの高さを同一とすることもできる。

前記ベース５２及びチャック５４はＸ線を透過する材料で構成することが望ましい。

この座標合せ治具５０は、図３（Ｂ）に示す如く、測定対象であるワークＷを搭載した状態で、図１及び図２に示した計測用Ｘ線ＣＴ装置の回転テーブル１６上や、図４に例示するような、三次元測定機６０の定盤６２上に配設されて使用される。

前記三次元測定機６０は、基準面となる定盤６２と、該定盤６２上を前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能な一対の支柱６４ａ、６４ｂ及び、その上に架け渡されたビーム６４ｃを有する門型フレーム６４と、該門型フレーム６４のビーム６４ｃ上を左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能なコラム６６と、該コラム６６上を上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能なスライダ６８と、該スライダ６８の下端に固定されたプローブ７０と、該プローブ７０の先端（図では下端）に固定されたスタイラス７２ａ及び例えば球状の測定子７２ｂを備えている。

この実施形態においては、３つのマスターボール５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃにより、座標合せ治具５０に固定したワークＷの座標合せ治具５０に対する座標が決まる。このようにして、ワークＷの座標が決まるため、異なる装置上で同一の座標での測定が可能となる。

三次元測定機で測定する場合には、高精度に測定するため、測定機の座標軸に合う姿勢（例えば水平姿勢）で測定できるように、図３（Ｃ）に例示するように水平に設置することができる。一方、計測用Ｘ線ＣＴ装置で測定する場合には、Ｘ線透過像を得やすい姿勢（斜め姿勢）で測定できるように、図３（Ｄ）に例示するように斜めに設置することができる。ここで、計測用Ｘ線ＣＴ装置で測定しやすい姿勢とは、図５に例示する如く、回転テーブル１６の回転軸Ｃに対して垂直な面を作らない状態である。これにより、測定機ごとに適した姿勢で測定できる。

以下、図６を参照して、具体的な測定手順を説明する。

先ずステップ１０１で、座標合せ治具５０にワークＷを搭載してチャック５４により固定する。

次いでステップ１０２で、三次元測定機６０で測定しやすい姿勢、例えば図３（Ｃ）に示した水平姿勢で、三次元測定機６０の定盤６２上に座標合せ治具５０を設置する。

次いでステップ１０３で、三次元測定機６０により３つのマスターボール５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃを測定し、中心座標を求める。

次いでステップ１０４に進み、中心座標よりマスターボール基準の座標系を求める。具体的には、図７に示すように、（１）３点から面を生成し、（２）面と１点から面に対する垂線を生成し、（３）２点より面に水平な線を求めることができる。

次いでステップ１０５に進み、求めた座標系でワークＷを測定する。

次いでステップ１０６に進み、計測用Ｘ線ＣＴ装置で測定しやすい姿勢、例えば図３（Ｄ）に例示したような斜め姿勢で、計測用Ｘ線ＣＴ装置の回転テーブル１６上に座標合せ治具５０を設置する。

次いでステップ１０７に進み、計測用Ｘ線ＣＴ装置で３つのマスターボール５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃを測定し、中心座標を求める。

次いでステップ１０８に進み、ステップ１０４と同様に中心座標よりマスターボール基準の座標系を求める。

次いでステップ１０９で、求めた座標系でワークＷを測定する。

次いでステップ１１０に進み、ステップ１０５で得た三次元測定機の外形測定データにより、ステップ１０９で得たＸ線ＣＴ装置の測定データを校正して、最終的な測定データとする。

このようにして、三次元測定機により得られた外形測定データを用いて、Ｘ線ＣＴ装置で得た測定データを校正することで、高精度の測定を行うことができる。

本実施形態によれば、チャック５４によりワークＷを容易に固定できる。なお、座標合せ治具５０にワークＷを固定する方法はこれに限定されず、図８に示す第２実施形態のように、座標合せ治具５０にチャック５４に代わる台座５５を設け、該台座５５のワーク搭載面５５Ａに接着剤又は両面接着テープ等でワークＷを固定するようにしてもよい。

又、べース５２の形状も三又に分かれる腕部を有する形状に限定されない。

なお、ワークＷ自体により座標系を合わせることができる場合は、三次元測定機と計測用Ｘ線ＣＴ装置に適した姿勢に設置可能であればよく、マスターボールは省略することが可能である。

５０…座標合せ治具
５２…ベース
５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ…接地面
５４…チャック
５５…台座
５５Ａ…ワーク搭載面
５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ…ポール
５８Ａ、５８Ｂ、５８Ｃ…マスターボール
６０…三次元（座標）測定機
Ｗ…ワーク（測定対象）

Claims (5)

1. 座標測定機による測定に適した姿勢と計測用Ｘ線ＣＴ装置による測定に適した姿勢とを保てる、少なくとも２つの接地面を有するベースと、
   該ベースに測定対象を固定するための固定手段と、
   を備えたことを特徴とする計測用Ｘ線ＣＴ装置と座標測定機の座標合せ治具。
2. 前記座標測定機による測定に適した姿勢が、座標測定機の基準面と測定対象の基準面を一致させる姿勢であることを特徴とする請求項１に記載の計測用Ｘ線ＣＴ装置と座標測定機の座標合せ治具。
3. 前記計測用Ｘ線ＣＴ装置による測定に適した姿勢が、Ｘ線透過像を得やすい斜め姿勢であることを特徴とする請求項１に記載の計測用Ｘ線ＣＴ装置と座標測定機の座標合せ治具。
4. 前記ベースに配設された、少なくとも３つのマスターボールを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の計測用Ｘ線ＣＴ装置と座標測定機の座標合せ治具。
5. 前記固定手段が、チャック、接着剤、又は両面接着テープであることを特徴とする請求項１に記載の計測用Ｘ線ＣＴ装置と座標測定機の座標合せ治具。