JP6886606B2 - 測定処理装置、x線検査装置、測定処理方法、測定処理プログラム、制御装置、および構造物の製造方法 - Google Patents

測定処理装置、x線検査装置、測定処理方法、測定処理プログラム、制御装置、および構造物の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、測定処理装置、X線検査装置、測定処理方法、測定処理プログラム、制御装置、および構造物の製造方法に関する。
従来から、非破壊用内部検査用途としてX線計測装置を使用して、被検物を設計三次元データとの比較や、被検物の肉厚、内部欠陥の評価を行う技術が知られている(たとえば特許文献1)。
米国公開特許2013−0083896号
同一条件で製造された複数の被検物について、被検物の全体でなく一部分をX線計測装置で測定する場合、複数の被検物のそれぞれについて同じ場所を測定する必要がある。しかし、たとえば被検物が鋳造品である場合、溶融金属が凝固するときの収縮や、金型の摩耗の影響によって、形状にばらつきが生じるおそれがある。また、加工前の鋳肌には凹凸がある。これらにより、被検物毎に高さや傾きが異なるおそれがあり、複数の被検物のそれぞれについて同じ領域を測定できなくなるという問題がある。特に、鋳肌の面が載置部に接触するように載置された場合、このような問題が顕在化する。
(1)本発明の第1の態様によると、測定処理装置は、被検物をX線を用いて測定する測定処理装置であって、前記被検物の一部の領域にX線を照射することで前記被検物の一部の領域の形状情報を取得する領域情報取得部と、前記形状情報、及び検査すべき被検査領域を含む前記被検物の原形状情報を比較する比較部と、を備え、前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含まないと判断する場合、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得し、前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含むと判断する場合、前記被検物の良品性の判定を行う
(2)本発明の第2の態様によると、第1の態様の測定処理装置において、前記比較部が、前記形状情報は前記原形状情報に対応しないと判断する場合、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得すると判断する。
(3)本発明の第3の態様によると、第1または第2の態様の測定処理装置において、前記比較部が、前記形状情報は前記原形状情報に対応しないと判断する場合、前記形状情報の位置と前記原形状情報の位置との差を算出する位置差算出部をさらに備える。
(4)本発明の第4の態様によると、第3の態様の測定処理装置において、前記領域情報取得部は、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得する場合、前記差に基づいて、前記被検物の姿勢を補正した後、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得する。
(5)本発明の第5の態様によると、第4の態様の測定処理装置において、前記差が、設定された所定の範囲よりも大きい場合に、前記被検物の姿勢を補正する。
(6)本発明の第6の態様によると、第1から第5の態様のいずれか一つの測定処理装置において、前記比較部が、前記形状情報は前記原形状情報に対応すると判断する場合、前記被検物の良品性の評価を行う評価部を更に備える。
(7)本発明の第7の態様によると、第1から第6の態様のいずれか一つに記載の測定処理装置において、前記領域情報取得部は、前記被検物にX線を照射することで、被検物の断面を含む、前記被検物の一部の領域の形状情報を取得する。
(8)本発明の第8の態様によると、第1から第7の態様のいずれか一つの測定処理装置において、前記被検物の原形状情報を格納する形状情報格納部を備える。
(9)本発明の第9の態様によると、第1から第8の態様のいずれか一つの測定処理装置において、前記被検物の原形状情報は、前記被検物の設計情報である。
(10)本発明の第10の態様によると、第1から第8の態様のいずれか一つの測定処理装置において、前記被検物の原形状情報は、前記被検物と同等の構造を有する第1被検物を、X線を用いて測定した測定情報である。
(11)本発明の第11の態様によると、第1から第8の態様のいずれか一つの測定処理装置において、前記被検物の原形状情報は、前記被検物と同等の構造を有する第1被検物を、X線を用いた測定とは異なる測定手法で測定した測定情報である。
(12)本発明の第12の態様によると、第1から第11の態様のいずれか一つの測定処理装置において、前記被検物の原形状情報は、前記被検物の一部分の情報である。
(13)本発明の第13の態様によると、第1から第12の態様のいずれか一つの測定処理装置において、前記形状情報の一部と前記原形状情報とを比較する。
(14)本発明の第14の態様によると、第1から第13の態様のいずれか一つの測定処理装置において、前記形状情報は、前記被検物に形成された穴情報を含む。
(15)本発明の第15の態様によると、第1から第14の態様のいずれか一つ測定処理装置において、前記被検物の良品性を評価するための評価領域が前記被検物には複数設定され、前記評価領域のうち少なくとも一つを前記被検査領域として選択する検査範囲設定部を備える。
(16)本発明の第16の態様によると、第1から第15の態様のいずれか一つの測定処理装置において、前記被検査領域の厚みよりも、前記領域情報取得部が取得した前記被検物の前記一部の領域の厚さが大きい。
(17)本発明の第17の態様によると、第16の態様の測定処理装置において、前記被検物の断面と直交する方向において、前記被検査領域の厚さよりも前記被検物の前記一部の領域の厚さが大きい。
(18)本発明の第18の態様によると、X線検査装置は、第1から第17の態様のいずれか一つの測定処理装置と、前記被検物を載置する載置台と、前記被検物にX線を照射するX線源と、前記被検物を透過したX線を検出する検出部と、を備える。
(19)本発明の第19の態様によると、第18の態様のX線検査装置において、前記比較の結果に基づいて、前記X線源から前記被検査領域を含む前記被検物の一部の領域にX線を照射し、前記被検物を透過したX線を前記検出部で検出する。
(20)本発明の第20の態様によると、第18または第19の態様のX線検査装置において、前記比較の結果に基づいて、前記被検物の姿勢を補正して、前記補正された姿勢の被検物をX線を用いて測定する。
(21)本発明の第21の態様によると、第20の態様のX線検査装置において、前記姿勢を補正するために、前記載置台を移動させる。
(22)本発明の第22の態様によると、測定処理方法は、被検物をX線を用いて測定する測定方法であって、前記被検物の一部の領域にX線を照射することで前記被検物の一部の領域の形状情報を取得することと、前記形状情報、及び検査すべき被検査領域を含む前記被検物の原形状情報を比較することと、前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含まないと判断する場合、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得することと、前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含むと判断する場合、前記被検物の良品性の評価を行うことと、を含む。
(23)本発明の第23の態様によると、測定処理プログラムは、被検物をX線を用いて測定する測定処理プログラムであって、前記被検物の一部の領域にX線を照射することで前記被検物の一部の領域の形状情報を取得する領域情報取得処理と、前記形状情報、及び検査すべき被検査領域を含む前記被検物の原形状情報を比較する比較処理と、前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含まないと判断する場合、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得する処理と、前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含むと判断する場合、前記被検物の良品性を評価する処理と、をコンピュータに実行させる。
(24)本発明の第24の態様によると、制御装置は、被検物の一部にX線を照射することにより取得された前記被検物の一部の領域の形状情報、及び前記被検物の原形状情報を比較し、前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含まないと判断する場合、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得し、前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含むと判断する場合、前記被検物の良品性の評価を行う制御部を備える。
(25)本発明の第25の態様によると、第24の態様の制御装置において、前記一部の領域の形状情報は前記一部の領域の断面形状画像であり、前記原形状情報は前記被検物の基準形状を表す原形状画像であり、前記断面形状画像と前記原形状画像とを用いて、前記被検物における前記一部の領域の位置を特定する位置特定部をさらに備える。
(26)本発明の第26の態様によると、第25の態様の制御装置において、前記断面形状画像から、特徴形状を抽出し前記原形状画像と対比して、前記被検物における前記一部の領域の位置を特定する。
(27)本発明の第27の態様によると、第24から第26の態様のいずれか一つの制御装置において、前記原形状情報は、前記被検物の設計情報である。
(28)本発明の第28の態様によると、構造物の製造方法は、被検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被検物を作成し、作成された前記被検物の形状を、第1から第17の態様のいずれか一つの測定処理装置を用いて処理し、前記処理の結果を用いて前記被検物の前記被検査領域の検査を行う。
(29)本発明の第29の態様によると、構造物の製造方法は、被検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被検物を作成し、作成された前記被検物の形状を、第18から第21の態様のいずれか一つのX線検査装置を用いて検査する。
本発明の態様は、検出不良を抑制できる、測定処理装置、X線検査装置、測定処理方法、測定処理プログラム、および構造物の製造方法を提供することを目的とする。
第1の実施の形態のX線検査装置の構成の一例を模式的に示す図 検査処理装置のブロック図 マスターデータの説明のための被検物について模式的に示す図 マスターデータの領域を示す図 マスターデータの領域を示す図 (a)は、スライス面と再構成画像との関係を示す概念図であり、(b)は、スライス面の再構成画像を示す概念図である。 (a)は、スライス面と再構成画像との関係を示す概念図であり、(b)は、スライス面の再構成画像を示す概念図である。 (a)は、スライス面と再構成画像との関係を示す概念図であり、(b)は、スライス面の再構成画像を示す概念図である。 (a)は、スライス面と再構成画像との関係を示す概念図であり、(b)は、スライス面の再構成画像を示す概念図である。 異なるスライス面に対応する再構成画像を示す概念図である。 (a)は、被検物としてエンジンのシリンダーブロックを検査する場合に設定される評価領域の一例を示す図であり、(b)は、面基準を説明する図である。 (a)〜(e)は、スライス位置を少しずつ変更しながら複数のスライス面についてX線検査を行うことにより得られる再構成画像を模式的に示す図である。 (a)は、評価領域の検査に用いるべきスライス面の再構成画像として選択された再構成画像を示し、(b)は、マスターデータの該当するデータに対して回転が算出された場合の再構成画像を示す。 初回被検物の測定情報からマスターデータを生成する処理を説明するフローチャート 第1の実施の形態の検査処理を説明するフローチャート 格子グリッドを説明する図 第2の実施の形態のX線検査装置の構成の一例を模式的に示す図 第2の実施の形態の検査処理を説明するフローチャート 実施の形態による構造物製造システムの構成の一例を示すブロック図 構造物製造システムの処理を説明するフローチャート (a)は、薄い領域について外形測定を行う概念図であり、(b)は厚い領域について外形測定を行う概念図である。 プログラム製品を提供するために用いる機器の全体構成を説明する図 実施の形態による測定条件の設定を説明するフローチャート
−−−第1の実施の形態−−−
図面を参照しながら、本発明の第1の実施の形態によるX線検査装置およびX線検査装置用の検査処理装置について説明する。X線検査装置は、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、被検物の内部情報(たとえば内部構造)等を非破壊で取得する。本実施の形態においては、X線検査装置が、エンジンブロック等の鋳造品の内部情報を取得して、その品質管理等を行うための内部検査装置として用いられる場合を例に挙げて説明を行う。
なお、X線検査装置100は、エンジンブロックのような鋳造品に限らず、樹脂成型品、部材同士を接着剤や溶接によって接合した場合の接合部の内部構造の形状情報を取得して、これらの検査を行うものであっても良い。
また、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線検査装置100の構成の一例を模式的に示す図である。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線検査装置100は、検査処理装置1、X線源2、載置部3、検出器4、制御装置5、表示モニタ6および入力操作部11を備えている。なお、検査処理装置1がX線検査装置100とは別体に構成されるものについても本発明の一態様に含まれる。X線源2、載置部3および検出器4は、工場等の床面上にXZ平面が実質的に水平となるように配置された筐体(不図示)の内部に収容される。筐体は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+方向へ向けて扇状のX線(いわゆるファンビーム)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。すなわち、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は扇状にX線を放射するものに代えて、円錐状のX線(いわゆるコーンビーム)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、さらに100keV以上のエネルギーを有するX線の少なくとも1つを放射することができる。
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、Z軸移動部35、および傾斜調整部37からなるマニピュレータ部36とを備え、X線発生部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、回転駆動部32による回転軸Yr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XZ平面に対する傾き、すなわち、載置台30の上面と回転軸Yrとの成す角度は、傾斜調整部37によって調整可能である。
回転駆動部32は、たとえば電動モータ等によって構成され、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。Y軸移動部33、X軸移動部34、Z軸移動部35、および傾斜調整部37は、制御装置5により制御されて、X線発生部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とともに、載置台30のXZ平面に対する傾きを変更する。さらに、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、撮影される画像における被検物Sが所望の拡大率となる距離に載置台30をZ軸方向に移動させる。
検出器4は、X線源2および載置台30よりもZ軸方向+側に設けられている。すなわち、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平面に平行な面上にX軸方向に延伸する入射面41を有する、いわゆるラインセンサであり、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、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。
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、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線の強度分布を取得できる。なお、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(光電変換部)の上に直接形成された構造であってもよい。
なお、検出器4はラインセンサに限られず、2次元平面の検出器でも構わない。すなわち、本実施形態において、検出器4のラインセンサは、XY平面に平行な面上にX軸方向に延伸する入射面41を有するが、入射面41はY軸方向には1つのみ配置されている。また、XY平面において、X軸方向に複数の入射面41が配置されている。また、複数の入射面41のそれぞれが、独立してX線の強度を検出することが可能である。本実施形態において、入射面41はY軸方向に複数配列されていても構わない。たとえば図1のXY平面において、X軸方向およびY軸方向に複数の入射面41が配置される2次元平面の検出器でも構わない。また、2次元平面の検出器を用いる場合に、Y軸方向に複数配列される入射面41のうち、Y軸方向の所定位置におけるX軸方向の入射面41のみを使用し、ラインセンサとして使用しても構わない。この場合には、Y軸方向の所定位置におけるX軸方向の入射面41のX線の強度分布を取得し、Y軸方向の所定位置で取得されるX線の強度分布から被検物Sの形状情報を解析しても構わない。また、この場合に、Y軸方向の複数の位置でのX軸方向の入射面41のX線の強度分布を取得する際には、Y軸方向に互いに離れた位置でのX軸方向の入射面41のX線の強度分布を取得しても構わない。
X線源2と載置部3と検出器4とはフレーム(不図示)によって支持される。このフレームは、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。また、フレームは除振機構(不図示)により支持されており、外部で発生した振動がフレームにそのまま伝達することを防いでいる。
入力操作部11は、キーボードや各種ボタン、マウス等によって構成され、オペレータによって、後述するように被検物Sを検査する際に被検査領域の位置を入力したり、被検査領域の更新をしたりする際に操作される。入力操作部11は、オペレータによって操作されると、操作に応じた操作信号を検査処理装置1へ出力する。
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、不図示の記憶媒体(たとえばフラッシュメモリ等)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線検査装置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、画像再構成部54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は検出器4から出力された電気信号に基づいて被検物SのX線投影画像データを生成し、画像再構成部54はマニピュレータ部36を制御しながらそれぞれの投影方向の異なる被検物Sの投影画像データに基づいて、公知の画像再構成処理を施して再構成画像を生成する。本実施形態では、Y軸方向において異なる位置で取得された再構成画像を基に、画像再構成部54内部に設けられたサーフェスモデル構築部により、被検物Sの内部構造である3次元の形状情報が生成される。この場合、画像再構成処理としては、逆投影法、フィルタ補正逆投影法、逐次近似法等がある。
X線検査装置100は、被検物Sの内部構造の検査を行う際に、載置台30をXYZの各方向に移動させるとともに、載置台30の傾斜角度を調整して被検物Sを検査位置に位置させる。そして、X線検査装置100は、X線源2からY軸方向に所定の幅を有するスリットビームを載置台30の回転駆動に伴って回転する被検物Sに向けて照射する。検出器4は被検物Sを透過したX線を含む透過X線を受光して、上記のスリットビームのY軸方向の幅(たとえば、およそ1mm)に応じた被検物Sの断面の被検物Sの形状情報を得る。X線検査装置100は、回転駆動中の被検物Sへのスリットビームの照射と、上記の載置台30のY軸方向への移動、すなわち被検物SのY軸方向への移動とを繰り返し行う。スリットビームが、載置台30に載置された被検物SのY軸方向の長さの全域に及ぶ範囲で行われると、被検物Sの全体の形状情報を生成することができる(以後、フルスキャンと呼ぶ)。スリットビームの照射が、載置台30に載置された被検物SのY軸方向の長さの一部の範囲で行われる場合には、該当部分の透過像を取得し、その透過像に基づいて被検物Sの一部分の形状情報を生成できる(以後、部分スキャンと呼ぶ)。
なお、本明細書では、以下の説明において、上記の被検物Sとスリットビームが重なる領域をスライス面と呼ぶ。本実施の形態において、出射点Qと検出器4の入射面41とで規定される領域に被検物Sが配置されると、被検物Sを透過したX線を検出することができる。この場合、被検物Sを透過したX線の検出可能範囲をスライス面と呼ぶ。スライス面は、所定の幅を持った領域である。なお、本実施の形態では、検出器4の入射面41と出射点Qとで規定される領域と被検物Sとが重複する領域がスライス面である。勿論、スライス面は、たとえば出射点Qと検出器4の中心とを結ぶ領域であっても構わない。載置台30のY軸方向への移動に伴って、載置台30上の被検物Sに対するスライス面の位置は相対的にY軸方向に移動する。以下の説明においては、このスライス面の被検物Sに対する相対的な移動を変位と呼び、そのときの移動量を変位量と呼ぶ。なお、本実施の形態において、所定位置での所定領域を検出した後に載置台30をY軸方向へ移動させる場合には、移動前に検出した所定領域と移動後に検出した所定領域とが重複しないようにする。勿論、一部重複しても構わない。本実施形態においては、X線源2の出射点Qと検出器4の中心とで囲まれた領域に対して、交差する方向に載置台30を移動させる。これにより、載置台30の移動により、移動前では検出できなかった領域を検出することができる。例えば、本実施形態においては、X線源2の出射点Qと検出器4の中心とで囲まれた領域がXZ平面と平行である。そのため、XZ平面に交差する方向として、90°に交差したY方向にそって載置台30を移動させる。勿論、交差する方向は90°に限られず、たとえば、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°でも構わない。
本実施の形態のX線検査装置100では、たとえば鋳造品のように同じ形状を有する多数の被検物Sに対して、フルスキャンまたは部分スキャンを行って検査を行う。フルスキャンは、被検物S全体の内部構造を取得するために、Y軸方向において所定の間隔で再構成画像を生成するための測定動作を意味する。被検物Sを製造するための金型のメンテナンス後等の量産製造が行われていない比較的検査時間に多くの時間が割り当てられる機会にて行われる。部分スキャンは、被検物Sのうち後述する評価領域を含む一部分のみの再構成画像を生成するための測定動作を意味する。部分スキャンは、上記のフルスキャンを行うタイミング以外で、多数の被検物Sについての内部欠陥発生可能性の高い部分(以後、評価領域と呼ぶ)を被検査領域として選択して検査する際に行われる。
図2のブロック図に示すように、検査処理装置1は、マイクロプロセッサやその周辺回路等を有しており、不図示の記憶媒体(たとえばフラッシュメモリ等)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、後述する被検物Sの一部を検査する際の各種処理を行う。検査処理装置1は、制御部110と、構成情報取得部111と、領域情報取得部112と、比較部113と、位置差算出部114と、検査範囲設定部115と、評価部116と、データ蓄積部117と、検査部118と、評価領域設定部119とを備える。
制御部110は、以下に説明する検査処理装置1の各部を制御するほか、制御装置5を介してX線検査装置100の各部も制御する。構成情報取得部111は、被検物Sに関するCAD等の設計情報により得られた被検物Sの形状情報を取得する。領域情報取得部112は、部分スキャンによって得られた所定領域の形状情報を取得する。領域情報取得部112で取得した所定領域の3次元の形状情報を、以下、領域情報と呼ぶ。比較部113は、領域情報取得部112で取得した領域情報と、マスターデータMとを比較する。マスターデータMについては後述する。位置差算出部114は、比較部113による比較結果に基づいて、取得された領域情報に相当する被検物Sにおける位置と、被検物Sにおける検査すべき領域の位置との差を算出する。検査範囲設定部115は、後述する評価領域設定部119で設定された評価領域を含む領域を、被検物Sを部分スキャンする領域(以後、部分スキャン領域と呼ぶ)として設定する。
評価部116は、被検物Sを部分スキャンして得られた領域情報に基づいて、被検物Sの良品性を評価する。データ蓄積部117は、検査処理装置1の上述した各部による処理による生成された各種のデータを記憶するための不揮発性の記憶媒体である。検査部118は、部分スキャンデータに基づいて内部情報を生成する。評価領域設定部119は、構成情報取得部111により取得された設計情報に基づく情報等を用いて、被検物Sに対して部分スキャン時に検査を行わせるための評価領域を設定する評価領域設定処理を行う。マスターデータ生成部120は、構成情報取得部111や領域情報取得部112で取得した情報に基づいて、マスターデータMを生成する。マスターデータMとは、被検物Sの少なくとも一部についての形状を表す情報であり、詳細については説明を後述する。
なお、検査処理装置1の上述した各部の詳細については説明を後述する。
−−−被検物Sの位置決めについて−−−
複数の被検物Sを順次検査する際には、いずれの被検物Sに対しても、被検物Sの同じ領域をスキャンすることが求められ、そのために、X線検査装置100の装置座標系に対して被検物Sを正確に位置決めする必要がある。
しかし、上記の通り、被検物Sの形状にはばらつきが生じるため、載置部30に載置された被検物毎に高さや傾きが異なるおそれがある。
そこで、本実施の形態では、評価領域をスキャンする際に、載置台30に載置した被検物Sを一旦部分スキャンし、その結果を後述するマスターデータMと比較することで、装置座標系に対して被検物Sが正確に位置決めされているか否かを判断する。以下、具体的に説明する。なお、以下の説明では、「位置」という文言は、「傾き」も含む概念とする。たとえば、被検物の位置とは、装置座標系における、被検物SのXZ平面上での位置やY軸方向の高さ、装置座標系に対する被検物Sの傾きが含まれるものとする。また、以下の説明では、装置座標系に対する被検物Sの傾きのことを、単に、傾きと呼んだり、被検物Sの姿勢と呼ぶことがある。
−−−マスターデータMについて−−−
図3〜図10を参照して、マスターデータMについて説明する。マスターデータMは、被検物Sの少なくとも一部の領域についての形状に関する情報であって、部分スキャンが被検物Sのどの部分に対して行われたのかを判断するために用いられる。マスターデータMには、評価領域の位置に関する情報が含まれる。マスターデータMは、Y軸方向の幅に冗長性を有するデータであるため、載置台30に載置したときの被検物Sが、Y軸方向へずれた場合、あるいは、傾いた場合であっても、部分スキャンした部分を被測定物Sにおいて特定できる。以下の説明では、マスターデータMや、部分スキャン領域等のY軸方向の幅を厚さとも呼ぶ。
説明の都合上、被検物Sが図3に示すような形状を有するものとする。図3に示す被検物SXは、6面体形状を呈するものと仮定する。また、説明の都合上、被検物SXに対して、U軸、V軸、W軸からなる座標系を図示の通りに設定する。被検物SXは、図示右側の面がUV平面に平行ではなく、図示右側の辺60a、60b、60c、および60dのうち、図示奥側の辺60aはV軸と平行であり、図示下側の辺60bはU軸と平行である。図示手前側の辺60cは軸V+方向に向かうにつれてW軸−方向に向かうように傾斜しており、図示上側の辺60dはU軸+方向に向かうにつれてW軸+方向に向かうように傾斜している。また、図示左側の面からW軸+方向に延在する円柱状の穴部61を有する。穴部61は、W軸+方向には貫通していない。なお、符号62を付した直方体は、評価領域を表す。また、符号63を付した円柱は、被検物Sに鋳ぐるみされた部材(以下、鋳ぐるみ部材と呼ぶ)を示す。鋳ぐるみ部材は通常、周囲の材料とは異なる材料なので、X線の吸収率が周囲の材料とは異なるのが普通である。ここでは、アルミニウム中に鋳鉄の部材が鋳ぐるみされているものとする。
被検物SXについてのマスターデータMは、たとえば図4で太線で示した、被検物SXの一部の領域SXaについての形状に関するデータである。なお、マスターデータMは被検物SXの全体の形状に関するデータであってもよい。マスターデータMには、たとえば、領域SXaの外形を表す情報や、穴部61の形状を表す情報、領域SXa内での穴部61の位置を表す情報、評価領域62の形状に関する情報、領域SXaにおける評価領域62の位置についての情報、被検物SXにおける領域SXaの位置についての情報、すなわち領域SXaの範囲を表す情報などが相当するが、これらの情報が全て含まれている必要はない。なお、領域SXaが評価領域62を含むことは必須ではなく、マスターデータMに領域SXaと評価領域62との位置関係についての情報が含まれていれば、図5に示すように、領域SXaから離れた場所に評価領域62が存在してもよい。この場合の検査の手順については後述する。説明の都合上、以下の説明では、図4に示すように、領域SXaが評価領域62を含むものとする。また、穴部61の中心軸CLはW軸に平行であり、その延長線上に評価領域62が存在するものとする。
次に、領域SXaにおけるスライス面の位置を、マスターデータMを参照して特定する方法の概要について説明する。
一般に、あるスライス面の形状は、被検物SXにおけるスライス面の位置によって変化する。たとえば、図6(a)に示すように、スライス面80が穴部61の中心軸CLを含み、UW平面と平行である場合、スライス面80の再構成画像81aは、図6(b)に示す形状となる。図6(b)で符号62aを付した破線は、再構成画像81aにおける評価領域62を示す。
次に、スライス面80が図6(a)の場合と比べてV軸+方向に離れている場合について図7(a)に示す。この場合、スライス面80の再構成画像81bは、図7(b)に示す形状となる。また、スライス面80が図6(a)の場合と比べてV軸−方向に離れている場合について図8(a)に示す。この場合、スライス面80の再構成画像81cは、図8(b)に示す形状となる。図8(a)に示したように、スライス面80は、鋳ぐるみ部材63の一部である図示上端部と重なっている。このため、図8(b)に示す再構成画像81cには、明るさの異なる部分63aが現れる。
さらに、スライス面80がUW平面と平行でない場合について図9(a)に示す。この場合、スライス面80の再構成画像81dは、図9(b)に示す形状となる。図10は、比較のために上述した再構成画像81a〜81dを並べて示した図である。
再構成画像81aでは、穴部61の内周面に相当する2本の線61aが平行となる。再構成画像81bでは、穴部61の内周面に相当する2本の線61aは平行であるが、両者の間の距離は、再構成画像81aにおける2本の線61aの間の距離よりも小さい。また、辺60cとスライス面80の交点60Cの位置は再構成画像81aの交点60Cに比べて、図示左側に移動する。
再構成画像81cでは、穴部61の内周面を表す2本の線61aは平行であるが、両者の間の距離は、再構成画像81aにおける2本の線61aの間の距離よりも小さくなる。また、辺60cとスライス面80の交点60Cの位置は再構成画像81aの交点60Cに比べて、図示右側に移動する。上記の通り、再構成画像81cには、鋳ぐるみ部材63の一部に相当する、明るさの異なる部分63aが現れる。
再構成画像81dでは、穴部61の内周面を表す2本の線61aは平行でない。なお、図9(b)および図10における再構成画像81dの2本の線61aを簡略化して直線で表しているが、実際には曲線となる。
このように、再構成画像の形状は、被検物SXにおけるスライス面80の位置によって変化する。したがって、スライス面80の形状とマスターデータMとを比較することにより、マスターデータMに対応する領域SXaにおけるスライス面80の位置を特定できる。
具体的に説明すると、再構成画像81aにおいて、2本の線61aが平行であり、両者間の距離から、スライス面80は穴部61の中心軸CLを含む面であることが分かる(図6参照)。また、外形の情報、たとえば、辺60aとスライス面80の交点60Aや交点60Cの位置等により、スライス面80の傾きを知ることができる。この場合には、スライス面80はW軸と平行となっている。
また、再構成画像81bおよび再構成画像81cにおいては、2本の線61aの間の距離から、Y軸方向におけるスライス面80と穴部61の中心軸CLとの距離が分かる(図7,8参照)。また、外形の情報、たとえば、交点60Aや交点60Cの位置等により、スライス面80の傾きと位置を知ることができる。
また、再構成画像81dにおいては、2本の線61aが平行ではなく、両者の間の距離は、W軸+方向に向かって大きくなる(図9参照)。このことから、スライス面80は傾斜していることがかかる。また、外形の情報、たとえば、交点60Aと交点60Cとの位置関係を併せて判断することにより、スライス面80の傾きと位置を知ることができる。
以上説明したように、スライス面80の情報から得た外形情報をマスターデータMの情報と比較することにより、被検物SXにおけるスライス面80の位置を知ることができる。また、63aとして示したような、X線の吸収率が周囲の材料とは異なるために、再構成画像において明るさが異なっている領域の存在やその形状を、マスターデータMの情報と比較することによっても、被検物SXにおけるスライス面80の位置を知ることができる。
説明の都合上、上述の説明では、被検物Sの構造を単純化している。しかし、実際の被検物Sは複雑な形状を有する場合が多い。たとえば、図11(a)に示すような複雑な形状を有するエンジンのシリンダーブロックを測定する場合について次に説明する。図11(a)は、シリンダーブロックの斜視図である。図11(a)には、このシリンダーブロックの評価領域600が図示されている。評価領域600には、様々な3次元状形状が含まれる。たとえば、クランクジャーナル部近傍の評価領域601、鋳抜きピン近傍の評価領域602、および、シリンダ部の評価領域603等がある。図11(a)において不図示であるが、シミュレーションで引け巣発生が予測される部分についても評価領域となる。
図11(a)に示すシリンダーブロックを、図11(a)における右端の面を載置面としてX線検査装置100の載置台30に載置し、スライス位置を少しずつ変更しながら複数のスライス面についてX線検査を行うことにより得られる再構成画像を、図12(a)〜(e)に模式的に示す。図12(a)〜(e)に示すそれぞれの再構成画像82a〜82eには、たとえば、鋳抜きピンに相当する凹部の断面83および84、冷却流路の断面85、クランクジャーナル部に鋳ぐるみされた鋳鉄部分の断面86、クランクケースの内側の断面87、シリンダーライナー部に鋳ぐるみされた鋳鉄ライナー部分88等が表れている。なお、図12においては、図12(c)にのみ評価領域62aが設定されている。
図12(a)から(e)に示す通り、シリンダーブロックにおける、スライス位置が変わると再構成画像が変化することがわかる。すなわち、図11(a)において、WU平面と平行な面を載置台30に載置し、図11(a)において、V軸+方向の端面を載置台30に載置する。例えば、シリンダーブロックでは、外形構造および内部構造が複雑であることから、シリンダーブロックにおいては、例えば、WU平面の外形構造および内部構造が、V軸方向での位置に応じて異なる。凹部の形状に起因する断面83は、図12(a)、図12(b)、図12(c)においては、確認されるものの、図12(d)、図12(e)においては確認することができない。さらに、図12(b)と図12(c)とを比較すると、その凹部の断面で囲まれる面積が異なる。これは、図12(b)でのWU面内における凹部の面積が、V軸に沿った移動に伴って図12(c)に向けて、小さくなることを表している。このように、V軸方向にそって、被検物の外形構造は、一様ではない。そのため、被検物の構造によっては、検出される位置によって、異なる。したがって、例えば、凹部83で囲まれる面積の大きさを用いることで、V軸方向の位置を特定することができる。例えば、図12(c)とは異なる被検物で測定し、再構成画像を作成した画像であっても、その凹部83で囲まれる面積を指標とすることで、その異なる被検物のV軸方向での測定位置を推測することができる。したがって、測定位置の周辺でその構造が変わる場合には、その断面構造を使いマスターデータMと比較しても構わない。この場合には、その構造のみを使用して比較できるので、より短時間で相関位置を求めることが可能である。さらに、例えば、被測定物において、場合によって、製造途中で被測定物の内部構造の一部が破損してしまう場合がある。これにより、被測定物の形状に基づいて、マスターデータMと比較しようとした場合に、その内部構造の破壊により形状データが一致せずに、測定データの位置をマスターデータMから探すことが困難になる。この場合に、断層像の一部形状を重み付けすることによって、マスターデータMとの相関不良を抑制することがある。また、さらに、製造途中で被測定物の内部構造の材料内に、空洞ができることがわかっている場合には、材料内よりもその材料の外形形状を重くして、その相関を求めることとしても構わない。これにより、マスターデータMとの相関不良を抑制することができる。勿論、重み付する場合には、一箇所ではなく、複数箇所を用いても構わない。
また、シリンダーブロックに用いられる材料は一種類とは限らない。例えば、図12においては、86においては、その他の部分と用いられる材料が異なる。例えば、本実施形態においては、86に用いられる材料はその周囲に用いられる材料と用いる元素が異なる。勿論、86に用いる材料として例えば、合金を用いる場合にはその合金を生成するための組成比が、その周囲と異なっていても構わない。そのため、その周囲と86とでX線を吸収率が異なるために、再構成して得られる画像においてその周囲と輝度が異なるように表示される。そのために、マスターデータMと比較する場合には、画像の輝度情報を用いて、測定時の位置を推定しても構わない。
また、例えば、シリンダーライナー部に鋳ぐるみされた鋳鉄ライナー部分88については、再構成画像82aから82dでは認められないのに対して、再構成画像82eでは輝度の高い部分として明瞭に表れている。さらに、上記以外のシリンダーブロックの外形についても、スライス位置の変化に応じて様々な変化が見られる。
以上説明したように、スライス位置が変化すると、再構成画像の外形や輝度に関して変化が現れるので、これらの情報をマスターデータMの情報と比較することによって、被検物SXにおけるスライス面80の位置を知ることができる。これにより評価領域の検査に用いるべきスライス面の再構成画像を選択する。
図13(a)は選択された再構成画像を示す。ここでは、図12(c)の再構成画像82cと同じものであるとする。次に、マスターデータMの情報と比較して、評価領域の検査に用いるべき再構成画像が、マスターデータMの該当するデータに対して回転または/および位置ずれしているかどうか算出する。例えば、図13(b)の場合には、マスターデータMを取得した場合に対して、被測定物が載置された状態が異なることから、得られる再構成画像82f中の構造物の位置がずれている。図13(b)においては、構造物が回転している。この場合に、マスターデータMとの相関を取得する場合に、相関不良が起こり、マスターデータM中に、対象とする構造物を推定することが困難となってしまう。そこで、この場合には、図13(a)と図13(b)との62aで囲まれた領域の形状を用いて、図13(a)に対して図13(b)の回転量および位置ずれ量を求めることが可能となる。この場合には、例えば、図12の通りV軸方向において位置を変更すると、その断面形状が異なる場所ではないことが望ましい。また、図13においては予め、62aが設定されているが、62aが設定されていない場合には、再構成して得られる断面画像において、取得される画像の中で所定の大きさの円形画像を抽出し、その円形画像から、85に相当する円の位置を抽出する。その場合に、その円の周囲の所定領域の画像を選択し、その選択領域同士での位置ずれ、および回転ズレを求めても構わない。なお、図13(a)と図13(b)は62aの面積は同じでも構わないし、違っていても構わない。なお、マスターデータとの比較は、得られる再構成画像のボクセルデータ同志で比較しても構わないし、そのボクセルデータを二次元画像に変換した後に、比較しても構わない。
マスターデータMは、たとえば3次元測定装置のように、X線検査装置100以外の他の検査装置によって得られた被検物Sの外形形状に基づく情報であってもよい。あるいは、被検物SのCADデータのように、被検物Sの設計情報であってもよい。また、マスターデータMは、X線検査装置100で被検物Sの一部または全部を検査することで得られた被検物Sの測定情報であってもよい。幾つかの場合について次に説明する。
(1)マスターデータMがX線検査装置100以外の検査装置によって得られた被検物Sの外形形状に基づく情報の場合
図2に示した構成情報取得部111は、被検物Sの少なくとも一部分の外形の情報を他の検査装置から取得する。マスターデータ生成部120は、たとえば、構成情報取得部111で取得した被検物Sの外形形状の情報と、その外形形状に相当する部分と被検物Sにおける位置との相関を表す情報と、評価領域の位置と被検物Sにおける位置との相関を表す情報とに基づいてマスターデータMを生成する。マスターデータ生成部120で生成されたマスターデータMは、データ蓄積部117に記憶される。
(2)マスターデータMが被検物Sの設計情報に基づく場合
図2に示した構成情報取得部111は、3次元CAD等の設計情報に基づいてオペレータが手動で入力した情報を取得する。マスターデータ生成部120は、たとえば、構成情報取得部111で取得した被検物Sの少なくとも一部分の設計情報、および、これらの設計情報に相当する位置と被検物Sにおける位置との相関を表す情報、評価領域の位置と被検物Sにおける位置との相関を表す情報とに基づいてマスターデータMを生成する。マスターデータ生成部120で生成されたマスターデータMは、データ蓄積部117に記憶される。なお、設計情報に基づいてマスターデータMを生成するにあたり、鋳造工程のシミュレーションや被検物Sの実測値などに基づいて、除去加工を行わない領域の中から凝固収縮の少ない領域をあらかじめ求めておき、この領域の設計情報に基づいてマスターデータMを生成することが望ましい。構成情報取得部111が、インターフェースを通じて3次元CAD等の設計情報を自動で取得するようにしてもよい。
(3)マスターデータMがX線検査装置100による測定情報に基づく場合
X線検査装置100は次のようにしてマスターデータMを生成する。
本実施の形態では、複数の被検物SをX線検査装置100で順次検査する場合、複数の被検物Sのうち、最初に検査する被検物Sの測定情報からマスターデータMを生成する。これら複数の被検物Sは、同一の設計情報を基に製造された製品である。したがって、例えば、それら複数の被検物Sがすべて設計情報どおりに製造されたか否かを検査する。
まず、最初に検査する被検物Sを載置台30に載置する。以後の説明では、最初に検査する被検物Sを初回被検物S1と呼ぶ。載置台30には不図示の位置出しピンが設けられており、この位置出しピンに初回被検物S1を当接させることで、載置台30上で初回被検物S1を位置決めできる。なお、載置台30に位置出しピンを設けることは必須ではない。
初回被検物S1を載置台30に載置させる際には、載置台30の上面をXZ平面と平行としておく。この状態で、載置台30を回転させながら部分スキャンを行う。後述するように、初回被検物S1の後に順次検査される各被検物Sは、初回被検物S1に対する部分スキャンと実質的に同じ位置が部分スキャンされるように、載置台30の高さや傾斜角度が調整される。
図2に示す検査範囲設定部115は、初回被検物S1で部分スキャン領域が、被検査領域を含み、かつ、上述したようにY軸方向に冗長性を持たせた厚さに設定する。なお、データ蓄積部117には、被検物Sの種類や被検物Sの外形寸法のばらつきを示したばらつき情報を記憶し、検査範囲設定部115は、このばらつき情報に基づいて初回被検物S1の部分スキャン領域の厚さを設定してもよい。このようにして設定された初回被検物S1の部分スキャン領域をマスターデータ領域と呼ぶ。マスターデータ領域は、たとえば図4に示した領域SXaに該当する領域である。
検査範囲設定部115で設定されたマスターデータ領域で再構成画像を生成するための透過像が取得可能となるように、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を回転駆動およびY軸方向へ移動させながら、マスタ−データ領域を部分スキャンさせる。検査部118は、部分スキャンデータに基づいて、マスターデータ領域の内部情報を生成する。
マスターデータ生成部120は、マスターデータ領域の内部情報に、評価領域に関する情報や、マスターデータ領域が初回被検物S1のどの部分に該当するのかを表す情報を付加してマスターデータMを生成する。
なお、評価領域に関する情報としては、評価領域設定部119で設定されてデータ蓄積部117に記憶されている評価領域に関する情報を利用できる。また、マスターデータ領域が初回被検物S1のどの部分に該当するのかを表す情報は、たとえば、次のようにして得られる。まず、マスターデータ領域の内部情報から任意のスライス面での再構成画像を生成し、初回被検物S1の設計情報と比較することによって、初回被検物S1における当該任意のスライス面の位置を特定する。当該任意のスライス面の位置が初回被検物S1のどの部分に該当するのかを特定できれば、マスターデータ領域が初回被検物S1のどの部分に該当するのかも特定できる。
このようにしてマスターデータ生成部120で生成されたマスターデータMは、データ蓄積部117に記憶される。
図14のフローチャートを参照して、初回被検物S1の測定情報からマスターデータMを生成する処理について説明する。図14のフローチャートに示す各処理を実行するためのプログラムはメモリ(不図示)に予め記憶され、検査処理装置1のマイクロプロセッサにより読み出されて実行される。なお、載置台30には初回被検物S1が載置されているものとする。
ステップS1において、制御部110は、移動制御部52に対して、マニピュレータ部36を制御して、マスターデータMを取得するための検査開始位置に載置台30を移動させることを指令してステップS2へ進む。ステップS2において、制御部110は、X線制御部51に対して、X線源2を制御するよう指令する。制御部110は、移動制御部52に対して、マニピュレータ部36を制御して、載置台30の回転およびY軸方向への移動を行うよう指令する。検査部118は、載置台30が検査範囲設定部115で設定された厚さに相当する距離を移動する間検査を行う。これにより、マスターデータ領域の内部情報が取得される。
ステップS2が実行されるとステップS3へ進む。ステップS3において、マスターデータ生成部120は、ステップS2で取得されたマスターデータ領域の内部情報に、評価領域に関する情報や、マスターデータ領域が初回被検物S1のどの部分に該当するのかを表す情報を付加してマスターデータMを生成する。ステップS3が実行されるとステップS4へ進む。ステップS4において、マスターデータ生成部120は、ステップS3で生成したマスターデータMをデータ蓄積部117に格納して、本プログラムを終了する。
−−−検査処理について−−−
上述した(1)〜(3)のいずれかのマスターデータMを用いて、以下のようにして、X線検査装置100は複数の被検物Sを順次検査する。
まず、被検物Sを載置台30に載置する。上述したように、載置台30の位置出しピンに被検物Sを当接させることで、載置台30上で被検物Sを位置決めできる。なお、被検物Sを載置させる際に、載置台30の上面をXZ平面と平行としておく。
検査範囲設定部115は、被検査領域を含む領域に被検物Sの部分スキャン領域を設定する。被検査領域は、検査処理に当たり、複数箇所の評価領域から検査対象の領域として選択された領域である。
なお、部分スキャン領域が厚いほど検査時間がかるため、部分スキャン領域の厚さはできるだけ薄いことが好ましい。したがって、この場合に設定される部分スキャン領域の厚さは、一般に初回被検物S1の部分スキャン領域であるマスターデータ領域の厚さよりも小さい。検査範囲設定部115が設定する部分スキャン領域を目標部分スキャン領域と呼ぶ。
次いで、被検物Sについての部分スキャンが行われる。被検物Sを順次検査する際に設定されるこのような厚さが小さい部分スキャン領域に対する部分スキャンを、ここでは薄切りスキャンと呼ぶ。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を回転駆動およびY軸方向へ移動させる。領域情報取得部112は、薄切りスキャンによって得られた領域情報を取得する。
比較部113は、薄切りスキャンに基づいて、領域情報取得部112で取得した領域情報と、データ蓄積部117に記憶されたマスターデータMとを比較し、その結果に基づいて、薄切りスキャン領域が検査範囲設定部115で設定された被検査領域と対応するか否か、すなわち、薄切りスキャン領域が検査範囲設定部115で設定された被検査領域を含むか否かを判断する。たとえば、比較部113は、マスターデータMから求めた被検査領域の断面形状と、薄切りスキャンに基づく領域情報との相関係数を算出し、この相関係数の値により判断する。なお、相関係数を算出する際には、被検物Sの内部欠陥である巣の発生や、金型の鋳抜きピンの折れ等により発生する偶発的な画像変化による影響を受けないように、これらが発生する可能性のある領域を除外したり、あるいは、重み付けを軽くしたりするようにしてもよい。
比較部113が、薄切りスキャン領域が検査範囲設定部115で設定された被検査領域を含むと判断した場合、評価部116は、この薄切りスキャンにより得られた領域情報に基づいて、被検物Sの良品性を評価する。その後、次の被検物Sの検査が開始される。
比較部113が、上記の薄切りスキャン領域が被検査領域を含まないと判断した場合、位置差算出部114は、比較部113による比較結果に基づいて、この薄切りスキャンにより取得された領域情報に相当する被検物Sにおける位置と、被検査領域の位置との差(ずれ)を算出する。これにより、薄切りスキャンによって得られた再構成画像の特徴に基づいて、薄切りスキャンを行った部分がマスターデータ領域のどの部分に相当するかを知ることができる。ここで、再構成画像の各部に表れた特徴的な形状とは、たとえば、図10に示した再構成画像81a〜81dにおける、交点60Aや交点60Cの位置や、線61aの方向、周囲に比べて明るさが異なる部分63aの現れ方等である。
移動制御部52は、マニピュレータ部36を制御して、位置差算出部114により算出された、薄切りスキャン領域と被検査領域の位置との差をゼロとするように、載置台30を移動する。
次いで、被検物Sについての再度薄切りスキャンを行う。被検物Sの位置は、再度行われる薄切りスキャン(以下、再スキャンと言う)の位置が被検査領域の位置を含むように補正されている。したがって、再度行われる薄切りスキャンの領域は被検査領域に対して行われる。領域情報取得部112は、再スキャンによって得られた領域情報を取得する。
比較部113は、再スキャンに基づく領域情報取得部112で取得した領域情報と、データ蓄積部117に記憶されたマスターデータMとを比較し、その結果に基づいて、再スキャンした際のスキャン領域が検査範囲設定部115で設定された被検査領域を含むか否かを判断する。比較部113が、再スキャン領域が検査範囲設定部115で設定された被検査領域を含むと判断した場合、評価部116は、この再スキャンにより得られた領域情報に基づいて、被検物Sの良品性を評価する。
比較部113が、上記の再スキャン領域が被検査領域を含まないと判断した場合には、位置差算出部114は、比較部113による比較結果に基づいて、この再スキャンにより取得された領域情報に相当する被検物Sにおける位置と、被検査領域の位置との差を算出し、以下、同様の工程を繰り返す。ただし、上記の通り、被検物Sの位置は、再スキャンの位置が被検査領域の位置を含むように補正されているので、被検物Sの位置を補正した後には、再スキャンの位置が被検査領域の位置が含まれるようになる可能性が高い。その後、次の被検物Sの検査が開始される。
なお、薄切りスキャンまたは再スキャンのスキャン領域が被検査領域を含むかどうかの判断は、被検査領域の全体が薄切りスキャンまたは再スキャンのスキャン領域に含まれているか否かによって判断してもよいし、あるいは、被検査領域の一部分が薄切りスキャンまたは再スキャンのスキャン領域に含まれているか否かによって判断してもよい。薄切りスキャンまたは再スキャンのスキャン領域に被検査領域がどの程度含まれていなければならないのかは、検査の目的により適宜設定すればよい。
また、薄切りスキャンまたは再スキャンのスキャン領域が被検査領域を含むかどうかの判断は、たとえば、薄切りスキャンまたは再スキャンのスキャン領域と目標部分スキャン領域との位置の差が厳密にゼロとなったかどうか判断してもよいし、あるいは、両者の差が所定の範囲内であるか否かを判断することにより行ってもよい。所定の差をどの程度とするかは、検査の目的により適宜設定すればよい。
図15のフローチャートを参照して、本実施の形態における被検物Sの測定処理について説明する。図15のフローチャートに示す各処理を実行するためのプログラムはメモリ(不図示)に予め記憶され、検査処理装置1のマイクロプロセッサにより読み出されて実行される。なお、載置台30には被検物Sが載置されているものとする。
ステップS11において、検査範囲設定部115は、目標部分スキャン領域を設定してステップS12へ進む。ステップS12において、制御部110は、移動制御部52に対して、マニピュレータ部36を制御して、薄切りスキャン移動開始位置に載置台30を移動させることを指令してステップS13へ進む。ステップS13において、制御部110は、X線制御部51に対して、X線源2を制御するよう指令する。制御部110は、移動制御部52に対して、マニピュレータ部36を制御して、各スライス面の設定と載置台30の回転およびY軸方向への移動するよう指令する。これにより薄切りスキャンが行われる。検査部118は、薄切りスキャンデータに基づいて内部情報を生成し、ステップ14に進む。
ステップS14において、比較部113は、薄切りスキャンに基づいて取得した領域情報と、データ蓄積部117に記憶されたマスターデータMとを比較して、薄切りスキャン領域が被検査領域を含むか否かを判断する。
ステップS14において肯定判断された場合、ステップS15へ進み、評価部116は、この薄切りスキャンにより得られた領域情報に基づいて、被検物Sの良品性を評価し、ステップ16に進む。ステップS16において、データ蓄積部117は、薄切りスキャンに基づく領域情報と、薄切りスキャン領域と被検査領域との位置関係に関する情報と、被検物Sの良品性の評価結果に関する情報を格納して、本プログラムを終了する。
ステップS14において否定判断された場合、ステップS17へ進み、位置差算出部114は、比較部113による比較結果に基づいて、薄切りスキャンの位置と被検査領域の位置との差を算出し、ステップS18へ進む。
ステップS18において、制御部110は、ステップS18で算出された位置の差を相殺するように、移動制御部52に対して、マニピュレータ部36を制御して、薄切りスキャン領域と被検査領域の位置との差をゼロとするように、載置台30を移動させることを指令して、ステップS19へ進む。
ステップS19において、制御部110は、X線制御部51に対して、X線源2を制御するよう指令する。制御部110は、移動制御部52に対して、マニピュレータ部36を制御して、各スライス面の測定と載置台30の回転およびY軸方向への移動するよう指令する。これにより再スキャンが行われる。検査部118は、再スキャンデータに基づいて内部情報を生成し、ステップ20に進む。
ステップS20において、比較部113は、再スキャン領域が被検査領域を含むか否かを判断する。ステップS20において肯定判断された場合、ステップS21へ進み、評価部116は、再スキャンにより得られた領域情報に基づいて被検物Sの良品性を評価し、ステップ22に進む。ステップS22において、データ蓄積部117は、薄切りスキャンに基づく領域情報と、薄切りスキャン領域と被検査領域との位置関係に関する情報と、被検物Sの良品性の評価結果に関する情報を格納して、本プログラムを終了する。ステップS20において否定判断された場合、ステップS17へ戻る。
−−−被検物Sの良品性の評価−−−
評価部116は、被検物Sの部分スキャンによって得られた領域情報に基づいて、被検物Sの良品性を評価する。評価の手順としては、たとえば、部分スキャン領域の一部であって被検査領域、すなわち、複数箇所の評価領域から検査対象の領域として選択された領域を含む領域を単位3次元格子に分割して格子グリッド化を行う。図16に格子グリッド650の一例を示す。格子グリッド650は、被検物Sに対して設定されるU軸、V軸、W軸からなる直交座標のUVW方向のそれぞれに沿って3次元状に設けられる。被検査領域は複数の格子グリッド650によって分割されることにより、被検物Sの検査結果を解析する際、検査結果を格子グリッド650で扱うことができる。たとえば、単位格子グリッドの体積あたりの巣の体積(体積率)を算出し、その結果により被検物Sの良品性を評価することができる。
本実施の形態では、上述したように、順次検査される複数の被検物Sの姿勢が補正されるので、複数の被検物Sのそれぞれについて、部分スキャン領域に対する被検査領域の位置が同じになる。したがって、複数の被検物Sのそれぞれの被検査領域を格子グリッド化する際に、格子グリッド650の分割位置および分割方向をそれぞれの被検査領域同士で一致させることができる。すなわち、順次検査された複数の被検物Sについて、同じ位置に個々の格子グリッド650を設定し、それに基づいて検査できる。
たとえば、被検物Sの内部に存在する巣を検査する場合について説明する。評価部116は、格子グリッド650毎に巣の有無を検出し、巣を検出した場合には格子グリッド650における巣の体積率を算出する。また、評価部116は、格子グリッド650ごとに肉厚を算出する。評価部116は、算出した巣の体積率および肉厚に基づいて、各格子グリッド650に設定された指標に基づいて、個々の被検物Sの良品性を評価する。
上述した第1の実施の形態では、次の作用効果を奏する。
(1)領域情報取得部112は、部分スキャンによって得られた領域情報を取得する。比較部113は、部分スキャンによって得られた領域情報と、データ蓄積部117に記憶されたマスターデータMとに基づいて、部分スキャン領域が検査範囲設定部115で設定された被検査領域と対応するか否かを判断する。これにより、部分スキャン、すなわち被検物Sの一部分だけのスキャンであっても、スキャンすべき領域をスキャンできているか否かが判断でき、部分スキャン領域が妥当であるかどうか判断できる。これにより、被検物Sの検査を正確に、かつ、短時間で行うことができ、生産性の向上に寄与する。
(2)マスターデータMには、被検物Sの少なくとも一部の領域についての形状に関する情報を含む。部分スキャン領域(薄切りスキャン領域や再スキャン領域)をマスターデータMに対して参照することで、部分スキャン領域がマスターデータ領域の中のどの位置に該当するのかを特定できる。これにより、スキャンすべき領域と実際に部分スキャンを行った領域とのずれが分かるので、再度部分スキャン(再スキャン)を行う際に、被検物Sの位置を補正できる。したがって、被検物Sが形状のばらつきに起因してY軸方向へずれたり、傾いたりしても、複数の被検物Sに対して実質的に同じ領域をスキャンできるので、再スキャンの回数を最小限に抑制できる。これにより、被検物Sの検査時間を短縮化でき、生産性の向上に寄与する。
(3)被検物Sの形状のばらつきを考慮して、マスターデータ領域の厚さを部分スキャン領域の厚さよりも大きくしている。これにより、被検物Sが外形のばらつきに起因してY軸方向へずれたり、傾いたりしても、部分スキャンを行った領域をマスターデータ領域に対して照合し易い。これにより、被検物Sの検査時間を短縮化でき、生産性の向上に寄与する。
(4)X線検査装置100以外の検査装置(たとえば三次元測定機)によって得られた被検物Sの外形の情報を用いてマスターデータMを生成することができる。この場合には、被検物Sの設計情報がなくても被検物の検査を正確に行うことができる。
(5)被検物Sの設計情報(たとえばCAD情報)を用いてマスターデータMを生成することができる。この場合には、被検物SをX線検査装置100やそれ以外の検査装置によりマスターデータMを生成する必要がない。
(6)X線検査装置100による初回被検物S1の検査を行う際に得られたスキャンデータを用いてマスターデータMを生成することができる。この場合には、検査と同時にマスターデータMを生成することができるので、効率的である。
(7)薄切りスキャン領域が被検査領域と対応すると判断されると、薄切りスキャン領域の領域情報に基づいて被検物Sの良品性を評価するように構成した。また、薄切りスキャン領域が被検査領域と対応しないと判断されると、薄切りスキャン領域と被検査領域との位置のずれを算出するように構成した。これにより、被検物の姿勢を容易に補正できるので、再スキャン領域が被検査領域を含む可能性が高くなり、それにより、生産性の向上に寄与する。
(8)薄切りスキャン領域と被検査領域との位置のずれが算出されると、この位置のずれをゼロにするように、検査部118が移動制御部52を介してマニピュレータ部36を制御して、載置台30を移動させるように構成した。これにより、被検物Sの位置が正しく補正されるので、再スキャンを迅速に開始でき、生産性の向上に寄与する。
−−−第2の実施の形態−−−
図面を参照しながら、本発明の第2の実施の形態によるX線検査装置およびX線検査装置用の検査処理装置について説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。
図17は、第2の実施の形態によるX線検査装置100Aの構成の一例を模式的に示す図である。上述したように、載置部3のマニピュレータ部36Aには傾斜調整部37が設けられていない。それ以外の構成については、図1に示した第1の実施の形態のX線検査装置100の構成と同じである。なお、マスターデータMについては、第1の実施の形態と同様に生成されている。
−−−検査処理について−−−
本実施の形態では、以下のようにして、X線検査装置100Aは複数の被検物Sを順次検査する。
まず、被検物Sを載置台30に載置する。上述したように、載置台30の位置出しピンに被検物Sを当接させることで、載置台30上で被検物Sを位置決めできる。なお、本実施の形態では、傾斜調整部37が設けられていない。このため、載置台30の上面は常にXZ平面と平行である。
検査範囲設定部115は、被検査領域を含む領域に被検物Sの部分スキャン領域を設定する。本実施の形態では、仮に被検物Sが傾いている状態であっても、一度の部分スキャンのスキャン領域に被検査領域が含まれるように、スキャン領域のY軸方向の長さ(厚さ)を大きめに(厚めに)設定する。すなわち、本実施の形態において設定される部分スキャン領域の厚さは、第1の実施の形態における薄切りスキャン領域の厚さよりも大きい。本実施の形態における部分スキャンを厚切りスキャンとも呼ぶ。
次いで、被検物Sについての厚切りスキャンが行われる。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を回転駆動およびY軸方向へ移動させる。領域情報取得部112は、厚切りスキャンによって得られた領域情報を取得する。
比較部113は、厚切りスキャンに基づいて領域情報取得部112で取得した領域情報と、データ蓄積部117に記憶されたマスターデータMとを比較し、その結果に基づいて、厚切りスキャン領域が、マスターデータ領域内のどの領域に相当するかを特定する。すなわち、マスターデータMの領域内のどの部分を厚切りスキャンしたことになったのかを特定する。
次に、位置差算出部114は、マスターデータMの領域における、被検査領域の位置と厚切りスキャン領域の位置関係から、厚切りスキャンにより取得した領域情報から被検査領域を含む抽出領域を抽出(選択)する。X線検査装置100Aは傾斜調整部37を備えていないので、複数の被検物Sに対する厚切りスキャン領域の傾きにはばらつきがあるが、位置差算出部114は、各被検物Sにおける実質的に同じ位置を選択する。
次に、評価部116は、抽出領域に基づいて、被検物Sの良品性を評価する。評価結果はデータ蓄積部117に格納される。
図18のフローチャートを参照して、本実施の形態における被検物Sの測定処理について説明する。図18のフローチャートに示す各処理を実行するためのプログラムはメモリ(不図示)に予め記憶され、検査処理装置1のマイクロプロセッサにより読み出されて実行される。なお、載置台30には被検物Sが載置されているものとする。
ステップS31において、検査範囲設定部115は、厚切りスキャン領域を設定してステップS32へ進む。ステップS32において、制御部110は、移動制御部52に対して、マニピュレータ部36を制御して、厚切りスキャンをするための移動開始位置に載置台30を移動させることを指令してステップS33へ進む。ステップS33において、制御部110は、X線制御部51に対して、X線源2を制御するよう指令する。制御部110は、移動制御部52に対して、マニピュレータ部36を制御して、各スライス面の設定と載置台30の回転およびY軸方向への移動するよう指令する。これにより厚切りスキャンが行われ、ステップ34へ進む。
ステップS34において、比較部113は、厚切りスキャンにより取得された領域情報と、データ蓄積部117に記憶されたマスターデータMとを比較して、厚切りスキャン領域が、マスターデータ領域内のどの位置に相当するかを特定し、ステップS35へ進む。ステップS35において、位置差算出部114は、マスターデータMの領域における、被検査領域の位置と厚切りスキャン領域の位置関係から、厚切りスキャンにより取得した領域情報から被検査領域を含む抽出領域を選択し、ステップS36へ進む。
ステップS36において、評価部116は、抽出領域における領域情報に基づいて被検物Sの良品性を評価し、ステップ37に進む。ステップS37において、データ蓄積部117は、厚切りスキャンに基づく領域情報と、厚切りスキャン領域と抽出領域との位置関係に関する情報と、被検物Sの良品性の評価結果に関する情報を格納して、本プログラムを終了する。
−−−被検物Sの良品性の評価−−−
評価部116は、被検物Sの厚切りスキャンによって得られた領域情報に基づいて、被検物Sの良品性を評価する。評価の手順としては、たとえば、抽出領域を単位3次元格子に分割して格子グリッド化を行う。本実施の形態において、X線検査装置100Aは傾斜調整部37を備えていないので、複数の被検物Sに対する厚切りスキャン領域の傾きにはばらつきがある。そこで、評価部116は抽出領域に対して格子グリッド化を行う。複数の被検物Sにおいて、抽出領域が同じになり、その結果、グリッドの分割位置および分割方向が同じになる。すなわち、順次検査される複数の被検物Sについて、実質的に同じ位置に格子グリッド650を設定でき、同じ位置について評価ができる。
上述した第2の実施の形態では、第1の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
(1)比較部113が厚切りスキャン領域から抽出領域を選択するように構成した。これにより、厚切りスキャン領域における評価領域の傾きに基づいて格子グリッド化を行うことが可能となるので、複数の被検物Sに対して、同じ条件で良品性を評価でき、評価の信頼性が向上する。
(2)厚切りスキャン領域の厚さを大きくした。これにより、スキャン領域に被検査領域が含まれるため、一度の厚切りスキャンによって被検査領域を確実に評価でき、生産性の向上に寄与する。
−−−構造物製造システムの実施の形態−−−
上述した第1の実施の形態によるX線検査装置100または第2の実施の形態によるX線検査装置100Aを含む構造物製造システムの実施の形態について説明する。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。以下の説明では、構造物製造システムが第1の実施の形態にて説明したX線検査装置100を備えるものとして説明するが、第2の実施の形態で説明したX線検査装置100Aを備えている場合も同様であるので、その説明は省略する。
図19は本実施の形態による構造物製造システム400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400は、第1の実施の形態にて説明したX線検査装置100と、設計装置410と、成形装置420と、制御システム430と、リペア装置440とを備える。
設計装置410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420および後述する制御システム430に出力される。成形装置420は設計装置410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420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線検査装置100は、成形装置420により成形された構造物の形状を検査する検査処理を行う。X線検査装置100は、構造物を検査した検査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430に出力する。制御システム430は、座標記憶部431と、検査部432とを備える。座標記憶部431は、上述した設計装置410により作成された設計情報を記憶する。
検査部432は、成形装置420により成形された構造物が設計装置410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432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432は、座標記憶部431に記憶された設計情報を読み出して、設計情報とX線検査装置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432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432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432は、不良部位と修復量とを示すリペア情報をリペア装置440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440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440は、リペア処理にて成形装置420が行う成形処理と同様の処理を再度行う。
図20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400が行う処理について説明する。
ステップS81では、設計装置410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S82へ進む。なお、設計装置410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S82では、成形装置420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S83へ進む。ステップS83においては、X線検査装置100は検査処理を行って、構造物の形状を計測し、形状情報を出力してステップS84へ進む。
ステップS84では、検査部432は、設計装置410により作成された設計情報とX線検査装置100により検査され、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S85へ進む。ステップS85では、検査処理の結果に基づいて、検査部432は成形装置420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S85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S85が否定判定されてステップS86へ進む。
ステップS86では、検査部432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S86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S86が肯定判定されてステップS87へ進む。この場合、検査部432はリペア装置440にリペア情報を出力する。ステップS87においては、リペア装置440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S83へ戻る。なお、上述したように、リペア装置440は、リペア処理にて成形装置420が行う成形処理と同様の処理を再度行う。
上述した構造物製造システムでは、次の作用効果を奏する。
(1)構造物製造システム400のX線検査装置100は、設計装置410の設計処理に基づいて成形装置420により作成された構造物の形状情報を取得する検査処理を行い、制御システム430の検査部432は、検査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。したがって、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440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。したがって、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。
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)上述の説明では、比較部113が、1回目の部分スキャンによって得られる再構成画像と、データ蓄積部117に記憶されたマスターデータMとに基づいて、薄切りスキャン領域が検査範囲設定部115で設定された被検査領域と対応するか否かを判断するように構成した。すなわち、上述の説明では、薄切りスキャン領域がマスターデータ領域に含まれていることを前提としている。しかし、被検物Sの形状の誤差が想定以上に大きかったり、マスターデータ領域の厚さが不適当であったりすると、薄切りスキャン領域がマスターデータ領域から外れてしまう恐れもある。そこで、薄切りスキャン領域が検査範囲設定部115で設定された被検査領域と対応するか否かを判断する前に、比較部113が、薄切りスキャン領域がマスターデータ領域に含まれているか否かを判定するようにしてもよい。これにより、被検物Sの形状の誤差が想定以上に大きかったり、マスターデータ領域の厚さが小さくて不適当であったりしても、たとえばスキャン領域の厚さを大きくして再度部分スキャンを行って、厚くなった部分スキャン領域とマスターデータ領域とが重なれば、厚くなった部分スキャン領域の位置を特定でき、評価領域との位置関係も把握できる。
(2)上述した第2の実施の形態では、被検物Sの良品性の評価に用いられる情報を1回の厚切りスキャンによって得るように構成しているが、次のようにしてもよい。すなわち、載置部3のマニピュレータ部36Aに傾斜調整部37が設けられていない場合であっても、第1の実施の形態と同様に、1回目の部分スキャンとして薄切りスキャンを行うようにしてもよい。
具体的には、1回目に第1の実施の形態と同様の薄切りスキャン(部分スキャン)を行い、1回目の部分スキャン領域と、検査範囲設定部115で設定された被検査領域との位置の差を算出する。そして、算出した位置の差に基づいて、評価領域を含むような領域を目標部分スキャン領域として再設定して、2回目の部分スキャンを行う。
傾斜調整部37が設けられていないために被検物Sの傾きを補正できないので、2回目に部分スキャンを行う際の目標部分スキャン領域の厚さは、被検物Sが傾いていても被検査領域を含むように設定される。
1回目の部分スキャンを行う際の目標部分スキャン領域の設定、被検物Sについての1回目の部分スキャン、1回目の部分スキャン領域が被検査領域と対応すると判断された場合の各部の動作については、上述した第1の実施の形態の薄切りスキャンの場合と同じである。1回目の部分スキャン領域が被検査領域と対応しないと判断した場合に、1回目の部分スキャンにより取得された領域情報に相当する被検物Sにおける位置と、被検査領域との位置の差を算出するまでの各部の動作についても、上述した第1の実施の形態と同じである。
1回目の部分スキャンにより取得された領域情報に相当する被検物Sにおける位置と、被検査領域との位置の差が算出されると、当該位置の差に基づいて、検査範囲設定部115は、被検査領域を含む領域に被検物Sの2回目の部分スキャン領域を設定する。2回目に部分スキャンを行う際の目標部分スキャン領域の厚さは、上述したように、被検物Sが傾いていても被検査領域を含むように設定される。
次いで、被検物Sについての2回目の部分スキャンが行われる。上述したように、被検査領域が2回目の部分スキャンにおける部分スキャン領域に含まれるように目標部分スキャン領域の厚さが設定されているので、2回目の部分スキャン領域には、被検査領域が含まれる。
2回目の部分スキャンが行われた後の各部の動作は、上述した第2の実施の形態における、厚切りスキャンを行った後の各部の動作と同じである。
このように構成した場合には、部分スキャンを2回行う場合が生じるが、たとえば、被検物Sの外形のばらつきに起因するY軸方向へのずれや傾きが大きい場合には、第2の実施の形態のように1回の厚切りスキャンを行う場合と比べて、1つの被検物Sの検査時間を短くすることができる。すなわち、被検物Sの外形のばらつきが大きく、Y軸方向へのずれや傾きが大きい場合、厚切りスキャン領域の厚さを大きくしなければならず、1回の部分スキャンであっても、上述したように部分スキャンを2回行う場合と比べて検査時間が長くなってしまうおそれがある。
したがって、被検物Sの外形のばらつきが大きい場合には、第2の実施の形態と比べて1つの被検物Sの検査時間を短くすることができるので、生産性の向上に有効に寄与する。
(3)上述の説明では、図4に示すように、マスターデータMについての領域SXaが評価領域62を含むものとして説明した。しかし、評価領域62の近傍で被検物SX構造が単純であると、評価領域62の近傍の再構成画像に上述したような特徴的な形状が表れ難いので、スライス面の位置の特定が困難となる。
このような場合には、図5に示すように、評価領域62から離れた場所にマスターデータMについての領域SXaを設定する。
図5に示すように、マスターデータ領域と検査すべき評価領域、すなわち被検査領域とが離れている場合には、次のようにして被検物Sの良品性の評価に用いる情報を取得する。
まず、検査範囲設定部115は、マスターデータ領域の一部の領域に目標部分スキャン領を設定する。次いで、制御部110は、被検物Sについての1回目の部分スキャンを行うように各部を制御する。比較部113は、1回目の部分スキャンに基づいて、領域情報取得部112で取得した領域情報と、データ蓄積部117に記憶されたマスターデータMとを比較し、その結果に基づいて、1回目の部分スキャン領域が、マスターデータ領域内のどの領域に相当するかを特定する。
1回目の部分スキャン領域の位置がマスターデータ領域のどの位置に該当するのかが分かれば、1回目の部分スキャン領域の位置と被検査領域の位置との差も分かる。そこで、位置差算出部114は、1回目の部分スキャン領域と、被検査領域との位置の差を算出する。
1回目の部分スキャン領域と、被検査領域との位置の差が算出されると、この位置の差をゼロとするように、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を移動させる。これにより、2回目の部分スキャンのスキャン領域は被検査領域を含むようになる。
(4)上述の説明では、載置台30の移動によって、X線源2および/または検出器4と被検物Sとの位置関係を変更しているが、載置台30の移動でなく、X線源2および/または検出器4を移動させることで、被検物Sとの位置関係を変更するようにしてもよい。
(5)X線検査装置100がコーンビームを放射するX線源と、ラインセンサではなく2次元状に画素が配列された構造を有する検出器4とを有するものであっても良い。この場合、検出器4からスライス面700に応じてライン状に並ぶ画素から信号を出力すれば良い。このような構成とすることで、スライス面700をY方向以外にも変位させることが可能となる。
(6)上述の説明では、X線検査装置100によって最初に検査する被検物SからマスターデータMを生成する場合に、載置台30の上面をXZ平面と平行としておき、被検物SをX線検査する姿勢で載置面上に載置し、この状態で、載置台30を回転させながら部分スキャンを行うことで初回被検物S1の形状情報を取得するように構成した。しかし、マスターデータMの生成に先立って、以下のような手順を取り入れてもよい。
図11(a)に示すように、鋳造品である被検物Sには、通常、面基準604が設けられている。面基準604とは、基準面を設定するための領域のことであり、たとえば、3か所の面基準により基準面が設定される。基準面とは、被検物の寸法を測定するための基準として設定される。エンジンのシリンダーブロックのような鋳造品においては、図11(b)に示すように、面基準604は周囲の鋳肌面605よりも奥まった位置に設定されることにより、鋳造品の表面は加工されても、面基準の表面は加工されずに残る。たとえば、図11(b)に示すように、鋳物の鋳肌である605が2点鎖線605aで示す面まで加工されても、面基準604の表面は加工されずに残るように高さが設定されている。
初回被検物S1の測定情報を取得する際に、まず、載置台30の上面をXZ平面と平行としておき、初回被検物S1を載置台30に載置して、不図示の位置出しピンに初回被検物S1を当接させて、載置台30上で初回被検物S1を位置決めする。この状態で、初回被検物S1の3か所の面基準604を3次元測定器で測定する。これにより、載置面に対する基準面の傾きが算出できる。
X線検査装置100が載置台30の傾斜調整機構を有している場合には、載置面30に対する基準面の傾きをゼロとするように、傾斜調整機構を動作させる。即ち、傾斜調整機構を動作させて、X線検査装置100の装置座標系と初回被検物Sの座標系を合わせる。その後、載置台30を回転させながら部分スキャンを行うことで初回被検物SからマスターデータMを生成する。
X線検査装置100が載置台30の傾斜調整機構を有していない場合には、算出された載置面に対する基準面の傾きに基づいて、マスターデータMを生成する際のスキャン厚さを設定した後、既に説明した手順により初回被検物SからマスターデータMを生成する。
3次元測定器は、接触式の3次元測定器であってもよく、非接触式の3次元測定器であってもよい。また、X線検査装置100の内部に設置された3次元測定器であってもよく、可搬式の3次元測定器であってもよい。
なお、本実施形態において、測定する場合に、面基準などの基準部位を含む測定対象とする場合には、面基準とそれ以外のスライス領域が連続していても、離間しても位置を算出することができる。しかしながら、本実施形態において、測定とする範囲に基準部分が含まれていない場合において、実際に測定する領域が目的とする領域がどうかがわからない。場合によっては、目的とする領域から外れた領域を測定してしまうという問題がある。そのため、複数の被検物のそれぞれについて、目的とする同一領域を測定できなくなるという問題がある。本実施形態においては、マスターデータMを生成するので、基準部位を含まない場合においても、測定領域が目的とする領域かどうかがわかる。さらに、測定領域の位置を、マスターデータMと比較することで、その位置を求めることが可能となる。
被検物Sは、鋳造後に面基準604を測定用治具に受けた状態で3次元測定器等により外形を測定する場合がある。このような場合には、マスターデータMの生成に先立って以下のような手順を取り入れてもよい。すなわち、測定用治具に鋳造品の面基準604を受けた状態で3次元測定器等により外形を測定する場合に、初回被検物S1をX線検査装置100の載置台30の載置する面についても測定を行う。これにより、面基準604に基づく基準面に対するX線検査の際の載置面の傾きを算出することができる。
基準面に対する載置面の傾きが算出された後に、マスターデータMを生成する手順は、上記説明の手順と同様である。
(7)上述した第1の実施の形態において、X線検査装置100以外の他の検査装置によって得られた被検物Sの外形形状に基づいてマスターデータMを生成してもよい旨記載した。具体的には次のようにしてマスターデータMを生成することができる。
載置台30の上面をXZ平面と平行としておき、可搬式の3次元測定器200等の非接触式の3次元測定器(以下、単に3次元測定器200と呼ぶ)によって、載置台30に載置された初回被検物S1のY軸方向の一部分について、載置台30回転させながら外周の複数個所を測定する。この様子を図21(a)に示す。Y軸方向における測定範囲S1aは小さくてよい。すなわち、Y軸方向において薄い領域の複数個所の位置について測定を行い、外形情報を得る。測定結果は、図2に示した構成情報取得部111により取得する。位置差算出部114は、1回目の測定結果と、たとえば初回被検物S1の設計情報とに基づいて、装置座標系における初回被検物S1の傾きに関する情報を得る。
載置台30に傾斜調整機構を有している場合には、載置面に対する基準面の傾きをゼロとするように、傾斜調整機構を動作させる。すなわち、傾斜調整機構を動作させて、載置台30の座標系と初回被検物Sの座標系を合わせる。その後、図21(b)に示すように、載置台30を回転させながら、3次元測定器200により、Y軸方向において所定の厚さの領域における複数個所の位置について測定を行う。得られた測定情報に基づいて初回被検物Sからマスターデータを生成する。
載置台30に傾斜調整機構を有していない場合には、得られた上記傾き情報に基づいて、3次元測定器200により測定を行う際のY軸方向における厚さを設定し、複数個所の位置について測定を行う。得られた測定情報に基づいて初回被検物SからマスターデータMを生成する。載置台30に傾斜調整機構を有していない場合には、一般的にY軸方向の厚さは大きくなる。なお、初回被検物S1を3次元測定器200により測定する際に、X線検査装置100の載置台30ではなく、他の載置台に初回被検物S1を載置してもよい。
このように、マスターデータMがX線検査装置100以外の他の検査装置によって得られた被検物Sの外形形状に基づく情報から生成されたデータである場合、上述した第1の実施の形態における薄切りスキャンに代えて、被検物SのY軸方向の一部分についての外形形状を3次元測定器200で測定してもよい。そして、3次元測定器200による測定結果を参照して、第1の実施の形態における再スキャンに相当する部分スキャンを行うようにしてもよい。
(8)上述した各実施形態における検査処理装置1または変形例における検査処理装置1の一部の機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。この場合、その制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録された、上述した制御に関するプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(Operating System)や周辺機器のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、光ディスク、メモリカード等の可搬型記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものを含んでもよい。また上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせにより実現するものであってもよい。
また、パーソナルコンピュータなどに適用する場合、上述した制御に関するプログラムは、CD−ROMなどの記録媒体やインターネットなどのデータ信号を通じて提供することができる。図22はその様子を示す図である。パーソナルコンピュータ950は、CD−ROM953を介してプログラムの提供を受ける。また、パーソナルコンピュータ950は通信回線951との接続機能を有する。コンピュータ952は上記プログラムを提供するサーバーコンピュータであり、ハードディスクなどの記録媒体にプログラムを格納する。通信回線951は、インターネット、パソコン通信などの通信回線、あるいは専用通信回線などである。コンピュータ952はハードディスクを使用してプログラムを読み出し、通信回線951を介してプログラムをパーソナルコンピュータ950に送信する。すなわち、プログラムをデータ信号として搬送波により搬送して、通信回線951を介して送信する。このように、プログラムは、記録媒体や搬送波などの種々の形態のコンピュータ読み込み可能なコンピュータプログラム製品として供給できる。
(9)上述した実施例における、X線検査装置100の測定条件の設定に関して、説明する。なお、上述の実施形態での被検査領域を選択し、検査する際の測定条件に関して説明する。例えば、X線検査装置100に関して説明する。被検査領域が選択され、部分スキャンする場合を例に挙げて、説明する。最初に、被検査領域を設定する(S41)。例えば、被検査領域が選択された場合に、X線検査装置100は、被検物に対して照射されるX線が通過する距離を算出する。距離を算出する場合には、例えば、PCT/JP2014/073096および又は、PCT/JP2014/073097に記載されているように、被検査領域としての評価領域が設定される場合に、検査時間が短縮されるように、被検物Sに対するスライス面数の総和と被検物Sの移動量の総和から、被検物の最適な載置方向を決定する。これによりX線が被検物を通過する距離を算出する。X線検査装置は、例えば、X線が通過する距離と被検物の材質とから、事前に必要とするX線の強度を見積もる。見積もられたX線の強度を達成するための、X線を照射するX線源の加速電圧および電流を見積もる。見積もられたX線源の加速電圧および電流量の他には、被検物を透過したX線を検出する検出器の露出時間を用いても構わない。さらに、対象とする検査において、欠陥の大きさに応じて、X線の測定条件を決めても構わない。
このように、見積もられた測定条件を用いて、薄切りスキャンを行う(S44)。薄切りスキャンを行う前に、載置台30を移動させることで被検物を所定の位置に移動させる。なお、X線の測定条件の設定は載置台30を移動する前でも後でも構わない。次に、薄切りスキャンを行った後の、投影像もしくは再構成画像を作成する。その作成された投影像もしくは再構成画像が、検査を行うのに最適かどうかを見積もる(S45)。例えば、内部構造の欠陥(微小空間)を検査する場合に、外形構造もしくは内部構造の外形部分のみは認識できる程度に明らかであるが、内部構造の欠陥の大きさを十分に認識できない場合には、再度、測定条件の再設定を行う(S46)。例えば、内部構造の欠陥の大きさを認識できるように、露出時間を長くすることを行う。また、例えば、投影画像および再構成画像のコントラストを調整することによって、内部構造の欠陥が認識できる場合には、画像のコントラスト調整を行い、再度X線を用いた計測を不要としても構わない。
なお、被測定物のフルスキャンもしくは設計情報に用いて、被測定物の載置方向に関わらず、被測定物を透過するのに十分な被測定条件を算出して、その算出された測定条件を用いて、被測定物を測定しても構わない。
また、PCT/JP2014/073096および又は、PCT/JP2014/073097の一部援用して用いても構わない。
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。
1…検査処理装置、2…X線源、3…載置部、4…検出器、5…制御装置、36,36A…マニピュレータ部、100,100A…X線検査装置

Claims (29)

  1. 被検物をX線を用いて測定する測定処理装置であって、
    前記被検物の一部の領域にX線を照射することで前記被検物の一部の領域の形状情報を取得する領域情報取得部と、
    前記形状情報、及び検査すべき被検査領域を含む前記被検物の原形状情報を比較する比較部と、を備え、
    前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含まないと判断する場合、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得し、
    前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含むと判断する場合、前記被検物の良品性の判定を行う測定処理装置。
  2. 請求項1に記載の測定処理装置において、
    前記比較部が、前記形状情報は前記原形状情報に対応しないと判断する場合、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得すると判断する測定処理装置。
  3. 請求項1または2に記載の測定処理装置において、
    前記比較部が、前記形状情報は前記原形状情報に対応しないと判断する場合、前記形状情報の位置と前記原形状情報の位置との差を算出する位置差算出部をさらに備える測定処理装置。
  4. 請求項3に記載の測定処理装置において、
    前記領域情報取得部は、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得する場合、前記差に基づいて、前記被検物の姿勢を補正した後、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得する測定処理装置。
  5. 請求項4に記載の測定処理装置において、
    前記差が、設定された所定の範囲よりも大きい場合に、前記被検物の姿勢を補正する測定処理装置。
  6. 請求項1から5までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記比較部が、前記形状情報は前記原形状情報に対応すると判断する場合、前記被検物の良品性の評価を行う評価部を更に備える測定処理装置。
  7. 請求項1から6までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記領域情報取得部は、前記被検物にX線を照射することで、被検物の断面を含む、前記被検物の一部の領域の形状情報を取得する測定処理装置。
  8. 請求項1から7までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記被検物の原形状情報を格納する形状情報格納部を備える測定処理装置。
  9. 請求項1から8までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記被検物の原形状情報は、前記被検物の設計情報である測定処理装置。
  10. 請求項1から8までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記被検物の原形状情報は、前記被検物と同等の構造を有する第1被検物を、X線を用いて測定した測定情報である測定処理装置。
  11. 請求項1から8までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記被検物の原形状情報は、前記被検物と同等の構造を有する第1被検物を、X線を用いた測定とは異なる測定手法で測定した測定情報である測定処理装置。
  12. 請求項1から11までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記被検物の原形状情報は、前記被検物の一部分の情報である測定処理装置。
  13. 請求項1から12までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記形状情報の一部と前記原形状情報とを比較する、測定処理装置。
  14. 請求項1から13までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記形状情報は、前記被検物に形成された穴情報を含む、測定処理装置。
  15. 請求項1から14までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記被検物の良品性を評価するための評価領域が前記被検物には複数設定され、前記評価領域のうち少なくとも一つを前記被検査領域として選択する検査範囲設定部を備える測定処理装置。
  16. 請求項1から15までのいずれか一項に記載の測定処理装置において、
    前記被検査領域の厚みよりも、前記領域情報取得部が取得した前記被検物の前記一部の領域の厚さが大きい測定処理装置。
  17. 請求項16に記載の測定処理装置において、
    前記被検物の断面と直交する方向において、前記被検査領域の厚さよりも前記被検物の前記一部の領域の厚さが大きい測定処理装置。
  18. 請求項1から17までのいずれか一項に記載の測定処理装置と、
    前記被検物を載置する載置台と、
    前記被検物にX線を照射するX線源と、
    前記被検物を透過したX線を検出する検出部と、を備えるX線検査装置。
  19. 請求項18に記載のX線検査装置において、
    前記比較の結果に基づいて、前記X線源から前記被検査領域を含む前記被検物の一部の領域にX線を照射し、前記被検物を透過したX線を前記検出部で検出するX線検査装置。
  20. 請求項18または19に記載のX線検査装置において、
    前記比較の結果に基づいて、前記被検物の姿勢を補正して、前記補正された姿勢の被検物をX線を用いて測定する、X線検査装置。
  21. 請求項20に記載のX線検査装置において、
    前記姿勢を補正するために、前記載置台を移動させる、X線検査装置。
  22. 被検物をX線を用いて測定する測定方法であって、
    前記被検物の一部の領域にX線を照射することで前記被検物の一部の領域の形状情報を取得することと、
    前記形状情報、及び検査すべき被検査領域を含む前記被検物の原形状情報を比較することと、
    前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含まないと判断する場合、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得することと、
    前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含むと判断する場合、前記被検物の良品性の評価を行うことと、を含む、測定処理方法。
  23. 被検物をX線を用いて測定する測定処理プログラムであって、
    前記被検物の一部の領域にX線を照射することで前記被検物の一部の領域の形状情報を取得する領域情報取得処理と、
    前記形状情報、及び検査すべき被検査領域を含む前記被検物の原形状情報を比較する比較処理と、
    前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含まないと判断する場合、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得する処理と、
    前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含むと判断する場合、前記被検物の良品性を評価する処理と、をコンピュータに実行させる測定処理プログラム。
  24. 被検物の一部にX線を照射することにより取得された前記被検物の一部の領域の形状情報、及び前記被検物の原形状情報を比較し、前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含まないと判断する場合、前記被検物の一部の領域の形状情報を再度取得し、前記比較の結果、前記形状情報が検査すべき被検査領域を含むと判断する場合、前記被検物の良品性の評価を行う制御部を備える、制御装置。
  25. 請求項24に記載の制御装置において、
    前記一部の領域の形状情報は前記一部の領域の断面形状画像であり、前記原形状情報は前記被検物の基準形状を表す原形状画像であり、
    前記断面形状画像と前記原形状画像とを用いて、前記被検物における前記一部の領域の位置を特定する位置特定部をさらに備える、制御装置。
  26. 請求項25に記載の制御装置において、
    前記断面形状画像から、特徴形状を抽出し前記原形状画像と対比して、前記被検物における前記一部の領域の位置を特定する制御装置。
  27. 請求項24から26までのいずれか一項に記載の制御装置において、
    前記原形状情報は、前記被検物の設計情報である制御装置。
  28. 被検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被検物を作成し、
    作成された前記被検物の形状を、請求項1から17までのいずれか一項に記載の測定処理装置を用いて処理し、
    前記処理の結果を用いて前記被検物の前記被検査領域の検査を行う構造物の製造方法。
  29. 被検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被検物を作成し、
    作成された前記被検物の形状を、請求項18から21までのいずれか一項に記載のX線検査装置を用いて検査する構造物の製造方法。
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