JP6951705B2

JP6951705B2 - 破壊型検査装置及び検査方法

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Publication number: JP6951705B2
Application number: JP2018049964A
Authority: JP
Inventors: 靖弘伊庭; 毅志石井; 佐野　高志; 高志佐野; 鎌田　弘幸; 弘幸鎌田
Original assignee: Hokkaido University NUC
Current assignee: Hokkaido University NUC
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2021-10-20
Anticipated expiration: 2038-03-16
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Description

本発明は、破壊型検査装置及び検査方法の技術分野に属し、より詳細には、検査対象たる被検査物を砥石による回転研削により破壊してその内部等を検査する破壊型検査装置及び当該破壊型検査装置を用いた検査方法の技術分野に属する。

近年、物品の内部構造を非破壊で検査する方法、又は開腹等の手術をすることなく人体の内部状態を検査する方法として、いわゆるＣＴ（Computed Tomography）による検査（以下、単に「ＣＴ検査」と称する）が一般化している。一般にＣＴ検査とは、検査対象たる物品等にエックス線を照射し、当該物品等を透過したエックス線の量をデータ化して集積し、その集積結果をコンピュータで処理することによって、物品等の断面像を得る検査である。そして、上記物品等としての岩石の内部構造をＣＴ検査する技術を開示した先行技術文献としては、例えば下記非特許文献１が挙げられる。下記非特許文献１に開示されている技術では、岩石の内部構造の一例として石器をＣＴ検査する構成とされている。

"Digital preservation and dissemination of ancient lithic technology with modern micro-CT", R.L. Abel, S. Parfitt, N. Ashton, Simon G. Lewis, Beccy Scott, and C. Stringer, Computers & Graphics, Volume 35, Issue 4, Pages 878-884 (August 2011)

しかしながら、上記非特許文献１に記載の技術を含む従来技術による物品等の内部構造等の検査では、一般には以下の問題点１乃至問題点８がある。
（問題点１）エックス線を用いたＣＴ検査では、被検査物品内部の各構造間の密度差に解像力が大きく影響されるため、被検査物品内部に十分な密度差が無ければ、内部構造の詳細を可視化することができない。また、被検査物品の内部で密度の近い物質が隣合っている場合、それらの判別が不可能である。一方、被検査物品内部の密度差が大きすぎても、逆に内部構造の詳細を可視化できない。
（問題点２）取得できる断面像の解像度が低い。
（問題点３）被検査物品の大きさ（サイズ）によって解像度が決まるため、当該大きさが大きくなると解像度が落ちてしまうという、いわゆるトレードオフとなる不利な点がある。
（問題点４）エックス線には、その透過限界があるため、高密度且つ大型の被検査物品の内部構造を得ることが難しい。
（問題点５）エックス線を用いたＣＴ検査で得られる断面像は、いわゆるグレースケール（白黒）で表現されるため、内部構造としての精密で微細な差の表現や、被検査物品が本来有する色を示す情報が全て失われてしまう（例えば、従来のシンクロトロン放射光エックス線ＣＴでは、２５６階調のグレースケール画像しか得られない）。
（問題点６）得られた断面像にアーチファクト（本来は存在しない虚像をいう）が頻繁に発生し、画像としてノイズ（雑音）が激しい。
（問題点７）断面像としての間隔が粗いため、精細な三次元モデルが得られない。
（問題点８）エックス線を用いているため、例えば人体への安全性を考慮しなければならない。

そこで本発明は、上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、従来の内部構造検査装置よりも大きな被検査物について、被検査物の大きさに起因する解像度の制限をなくしつつ、且つ内部構造間の密度差に影響されることなく、被検査物品の内部構造及びその色まで反映させた正確な二次元撮像情報及び三次元モデルを得ることが可能な破壊型検査装置及び当該破壊型検査装置を用いた検査方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸の方向に対して垂直な研削用面を有し且つ当該回転軸を中心として回転しながら被検査物を研削するカップホイール型の砥石を備え、当該砥石による当該被検査物の研削面が鉛直と略平行な平面となるように、当該被検査物を前記回転軸の方向に研削する研削手段と、研削後の前記研削面を当該研削面に略垂直な方向から撮像して二次元撮像情報を出力する撮像手段であって固定設置された撮像手段による撮像位置まで、前記回転軸に垂直な方向に当該研削後の前記被検査物を移動させる移動手段と、前記研削手段による研削と、前記移動手段による移動後の被検査物の前記研削面の前記撮像手段による撮像と、が一の前記被検査物について繰り返されるように、前記研削手段、前記移動手段及び前記撮像手段を制御する制御手段と、を備え、前記研削及び前記撮像の繰り返しの結果得られた複数の前記二次元撮像情報が、前記被検査物の三次元モデルに相当する三次元モデルの生成に用いられるように構成される。

上記の課題を解決するために、請求項１３に記載の発明は、回転軸の方向に対して垂直な研削用面を有し且つ当該回転軸を中心として回転しながら被検査物を研削するカップホイール型の砥石を備える破壊型検査装置において実行される検査方法において、前記砥石による前記被検査物の研削面が鉛直と略平行な平面となるように、当該被検査物を前記回転軸の方向に研削する研削工程と、研削後の前記研削面を当該研削面に略垂直な方向から撮像して二次元撮像情報を出力する撮像手段であって固定設置された撮像手段による撮像位置まで、前記回転軸に垂直な方向に当該研削後の前記被検査物を移動させる移動工程と、前記研削工程における研削と、前記移動工程における移動後の被検査物の前記研削面の前記撮像手段による撮像と、が一の前記被検査物について繰り返されるように、前記研削工程、前記移動工程及び前記撮像手段を制御する制御工程と、を含み、前記研削及び前記撮像の繰り返しの結果得られた複数の前記二次元撮像情報が、前記被検査物の三次元モデルに相当する三次元モデルの生成に用いられるように構成される。

請求項１又は請求項１３に記載の発明によれば、回転軸の方向に対して垂直な研削用面を有し且つ当該回転軸を中心として回転しながら被検査物を研削するカップホイール型の砥石による当該被検査物の研削面が鉛直と略平行な平面となるような被検査物の当該回転軸の方向の研削と、研削後の研削面を略垂直な方向から撮像する撮像手段による撮像位置までの当該研削後の被検査物の回転軸に垂直な方向の移動と、が、一の被検査物について繰り返され、当該繰り返しの結果得られた複数の二次元撮像情報が三次元モデルの生成に用いられる。よって、鉛直と略平行な研削面を当該研削面に略垂直な方向から撮像することを繰り返して得られた二次元撮像情報を用いて被検査物の三次元モデルを得る構成とすることで、従来の内部構造検査装置よりも大きな被検査物について、被検査物の大きさに起因する解像度の制限をなくしつつ、且つ内部構造間の密度差に影響されることなく、当該被検査物の内部構造及びその色まで反映させた正確な三次元モデルを得ることができる。

また、固定設置された撮像手段による撮像位置まで、カップホイール型の砥石の回転軸に垂直な方向に被検査物を移動させるので、撮像手段を動かすことなく研削面を撮像することができ、ブレやピントずれのない正確な二次元撮像情報及びそれに対応した三次元モデルを得ることができる。
更に、被検査物の研削面の位置制御に関し、砥石の回転軸の方向と当該回転軸に垂直な方向の二軸方向のみの制御で二次元画像情報得られるので、簡易な制御で必要な二次元画像情報を取得して三次元モデルを得ることができる。

上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の破壊型検査装置において、前記制御手段は、前記研削と前記撮像との繰り返しにおいて、前記撮像手段について予め設定された一定の撮像条件を満たす前記撮像位置に前記研削後の前記被検査物を移動することを繰り返すように前記移動手段を制御するように構成される。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、研削と撮像の繰り返しにおいて、既定の一定撮像条件を満たす撮像位置に被検査物を移動することが繰り返されるので、研削ごとに一定の撮像条件下で撮像された二次元撮像情報が得られることで、より正確な三次元モデルを得ることができる。

上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の破壊型検査装置において、前記撮像手段を複数備え、前記撮像条件が、複数の前記撮像手段ごとに予めそれぞれ設定されており、前記移動手段は、一回の前記研削後の前記被検査物を各前記撮像条件に対応する各前記撮像位置に連続して移動させ、前記研削及び前記撮像の繰り返しにより前記撮像手段ごとに得られた複数の前記二次元撮像情報が前記三次元モデルの生成に用いられるように構成される。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、研削面の撮像条件が複数の撮像手段ごとに既定されており、一回の研削後の被検査物が各撮像条件に対応する各撮像位置に連続して移動され、研削及び撮像の繰り返しにより撮像手段ごとに得られた複数の二次元撮像情報が三次元モデルの生成に用いられるので、撮像手段ごとの撮像条件による撮像により得られた二次元撮像情報を用いることで、撮像条件ごとの正確な且つ多様な二次元撮像情報及びそれを用いた三次元モデルを得ることができる。

上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の破壊型検査装置において、前記撮像手段ごとの前記撮像条件が相互に異なっている。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の作用に加えて、研削面の撮像条件が複数の撮像手段ごとに相互に異なっているので、撮像手段ごとに異なる撮像条件による撮像により得られた二次元撮像情報を用いることで、異なる撮像条件ごとの正確且つ多様な二次元撮像情報及びそれを用いた三次元モデルを得ることができる。

上記の課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の破壊型検査装置において、前記研削により前記研削面上に生じる研削痕を前記撮像の際に光学的に除去する特性を備えた無色の液体を、前記研削以後の前記研削面に塗布する塗布手段を更に備える。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、研削痕を光学的に除去する特性を備えた無色の液体を研削以後の研削面に塗布するので、撮像時において、研削痕の影響を排除しつつ二次元撮像情報としてのコントラストを向上させて、研削面を鮮明に撮像することができる。

上記の課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の破壊型検査装置において、前記液体が前記研削時における前記研削面及び前記研削手段の冷却に兼用されるように構成される。

請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の作用に加えて、研削面に塗布される液体が研削時における研削面及び研削手段の冷却に兼用されるので、破壊型検査装置としての構成を簡素化することができる。

上記の課題を解決するために、請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の破壊型検査装置において、前記被検査物は固体の包埋材により包埋されており、前記研削手段は、前記包埋材ごと前記被検査物を研削するように構成される。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、被検査物が固体の包埋材により包埋されており、当該包埋材ごと被検査物が研削されるので、研削による被検査物の破損を防止することができる。

また、請求項５又は請求項６に記載の発明に作用に加えては、包埋材ごと研削されることで、被検査物の鉛直方向下辺部に生じる液溜まりによる二次元撮像情報及び対応する三次元モデルそれぞれにおける鮮明度の低下を防止できる。

上記の課題を解決するために、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の破壊型検査装置において、前記包埋材における外部上面が前記包埋材の正面から見て屋根型形状とされており、前記包埋材の外部下面に前記被検査物の研削方向に沿った溝が形成されており、前記外部下面が前記正面から前記包埋材の背面に向けて鉛直方向に傾斜している。

請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明の作用に加えて、包埋材における外部上面が包埋材の正面から見て屋根型形状とされており、包埋材の外部下面に被検査物の研削方向に沿った溝が形成されており、更に当該外部下面が包埋材の正面から背面に向けて鉛直方向に傾斜している。よって、被検査物に薄く且つ均一に液体を塗布することができることで当該液体のいわゆるレンズ効果による二次元撮像情報における歪みを抑制でき、更に当該液体の少なくとも一部の除去も短時間化することができる。

上記の課題を解決するために、請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の破壊型検査装置において、前記包埋材が白色であるように構成される。

請求項９に記載の発明によれば、請求項７又は請求項８に記載の発明の作用に加えて、包埋材が白色であり、当該包埋材ごと被検査物が研削されるので、二次元撮像情報から三次元モデルを生成する際の被検査物部分の抽出（いわゆるトリミングやセグメンテーション）を容易化することができる。

また、白色の包埋材ごと研削面が研削されるので、研削面の撮像時における明るさの調整等を容易化することができる。

上記の課題を解決するために、請求項１０に記載の発明は、請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の破壊型検査装置において、前記包埋材に、当該包埋材の色と異なる色の粉末が混入されている。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、包埋材の色と異なる粉末が包埋材に混入されており、当該包埋材ごと被検査物が研削されるので、撮像前における、特にピント調整を容易化することができる。

上記の課題を解決するために、請求項１１に記載の発明は、請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の破壊型検査装置において、前記包埋材に、研削時に前記砥石の目詰まりを除去する研磨剤が混入されているように構成される。

請求項１１に記載の発明によれば、請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、砥石用の研磨剤が包埋材に混入されており、当該包埋材ごと被検査物が当該砥石により回転研削されるので、砥石の目詰まりを解消すると共に、研削時間を短縮化することができる。

上記の課題を解決するために、請求項１２に記載の発明は、請求項５又は請求項６を引用する請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の破壊型検査装置において、前記包埋材が石膏であるように構成される。

請求項１２に記載の発明によれば、請求項５又は請求項６を引用する請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、包埋材が石膏であるので、研削面に塗布される液体の再利用のための研削屑等の除去を容易化することができる。

本発明によれば、回転軸の方向に対して垂直な研削用面を有し且つ当該回転軸を中心として回転しながら被検査物を研削するカップホイール型の砥石による当該被検査物の研削面が鉛直と略平行な平面となるような被検査物の当該回転軸の方向の研削と、研削後の研削面を略垂直な方向から撮像する撮像手段による撮像位置までの当該研削後の被検査物の回転軸に垂直な方向の移動と、が、一の被検査物について繰り返され、当該繰り返しの結果得られた複数の二次元撮像情報が三次元モデルの生成に用いられる。

従って、鉛直と略平行な研削面を当該研削面に略垂直な方向から撮像することを繰り返して得られた二次元撮像情報を用いて被検査物の三次元モデルを得る構成とすることで、従来の内部構造検査装置よりも大きな被検査物について、被検査物の大きさに起因する解像度の制限をなくしつつ、且つ内部構造間の密度差に影響されることなく、当該被検査物の内部構造及びその色まで反映させた正確な三次元モデルを得ることができる。

実施形態に係る検査装置の正面図である。実施形態に係る検査装置の平面図である。実施形態に係る検査装置の左側面図である。実施形態に係る検査装置の右側面図である。実施形態に係るワークを示す図であり、（ａ）は当該ワークの外観概念図であり、（ｂ）は当該ワークの研削面を示す概念図である。実施形態に係る検査装置による検査方法を示すフローチャートである。実施形態に係るワークの他の例を示す図であり、（ａ）は当該他の例の研削面を示す正面概念図であり、（ｂ）は当該ワークの他の例の左側面概念図であり、（ｃ）は当該ワークの他の例の右側面概念図であり、（ｄ）は当該ワークの他の例の背面概念図であり、（ｅ）は当該ワークの他の例の下面概念図である。

次に、本発明に係る実施形態について、図面に基づいてそれぞれ説明する。なお以下に説明する実施形態は、岩石の表面を研削して（即ち、いわゆる脆性破壊により削って）当該岩石の内部構造の一例として当該岩石に含まれる例えば化石の状態等を検査する場合に対して本発明を適用した場合の実施形態である。

また、図１は実施形態に係る検査装置の正面図であり、図２は当該検査装置の平面図であり、図３は当該検査装置の左側面図であり、図４は当該検査装置の右側面図である。更に、図５は実施形態に係るワークを示す図であり、図６は当該検査装置による検査方法を示すフローチャートである。なお、図１乃至図４では、説明の明確化のため、必要に応じて、主たる説明の対象となる部材を実線で、その他の部材を二点鎖線で示している。

図１及び図２に示すように、実施形態に係る検査装置Ｓでは、架台１上に防振パッドを介してベース２が設置されている。そしてベース２上の手前側には、図３に示すように研削用のカップホイール型の砥石５を回転させる砥石軸３と、駆動モータ４と、からなる横軸型の砥石軸駆動装置が固定されている。

一方、ベース２上の後部には、図１及び図３に示すようにテーブルベース６が直線ガイド１４を介してボールネジ７と螺合されている。この構造によりテーブルベース６は、サーボモータ８の数値制御により、図１の左右方向（Ｘ軸方向）に位置決めが可能とされている。

また図３に示すように、テーブルベース６上には、当該テーブルベース６と同様に、テーブル９が直線ガイド１５を介してボールネジ１１と螺合されており、サーボモータ１０の数値制御により、図１の前後方向（Ｙ軸方向）に位置決めが可能とされている。更に図１乃至図３に示すように、テーブル９上には、水平方向及び垂直方向に旋回する機能を持ったワーク取付冶具１２が取り付けられている。

ここで、実施形態に係るワーク１３は、例えばアルミナである砥粒が混入された白色の石膏で包埋した岩石（化石を含む岩石）を、鉄板に接着ワックスで接着し、これをボルト締め又はマグネットチャックへの吸着によりワーク取付冶具１２の垂直面（鉛直面）に固定する。ここで、上記砥粒は、石膏に対して例えば１０パーセント混入されている。このワーク１３については、後ほど図５を用いて詳説する。

一方、図１及び図２に実線で示すテーブル９の位置は、左右方向ストロークの左端位置であり、上記Ｘ軸の原点位置である。この位置で、ワーク１３の着脱作業及びワーク１３の加工状況の観察等を行う。他方、図１及び図２に二点鎖線で示すテーブル９の位置は、左右方向ストロークの右端位置であり、上記Ｘ軸の終端位置である。この終端位置は、後述する第３カメラ１８による撮影位置とすることができる。

そして、後述するワーク１３の研削工程では、研削対象たるワーク１３の表面と、砥石５の研削面と、が接する位置にＹ軸に沿って位置決めがされ、ワーク１３が砥石５の位置を図１中左右方向に通過する位置まで、Ｘ軸方向の位置決めとＹ軸方向の切り込み（削り込み）を繰り返すことで、ワーク１３に対する所定量の研削が実行される。

次に、研削後の断層画像の取得は、Ｘ軸の原点から第１カメラ１６乃至第３カメラ１８の撮影位置（撮像位置）を予め設定しておき、所望される撮影位置まで、研削後のワーク１３を移動して撮影が行われる。ここで図４には、撮影時のワーク１３の位置と各カメラ台２５の位置との相対的な関係が示されている。実施形態に係る検査装置Ｓでは、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８の三台が取り付けられる。これらに加えて、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８にそれぞれ対応する照明灯１９が、撮像条件（より具体的には、撮像時の、倍率、視野、光源としての照明灯１９の種類、ワーク１３及び第１カメラ１６乃至第３カメラ１８それぞれの撮影時における三次元的な位置（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸上の位置）を含む）や撮像後の画像の用途等に基づいて選択可能とされている。また、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８それぞれの撮影条件も、相互に異なるものとすることができる。例えば、第１カメラ１６は通常の可視光でのフルカラー撮影を行い、第２カメラ１７は例えば顕微鏡レンズやＣＣＤ（Charge Coupled Device）マイクロスコープを装着して撮影を行うように構成することができる。また、第３カメラ１８については、紫外線を含む各種波長の照明灯１９を用いて撮影対象たる岩石の蛍光像を撮影することで人の目では捉えられない内部構造を可視化するように構成することができる。なお実施形態に係る検査装置Ｓは、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８として各種画像センサを用いることができ、更に第１カメラ１６乃至第３カメラ１８に装着されるレンズ等として、マクロレンズや顕微鏡レンズ等の各種レンズを用いることができる。

また、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８の撮影結果としての画像データは、図２にブロック図として概念的に示す画像処理部３０に出力される。これらの画像データは、ワーク１３内の上記岩石に含まれる化石を連続した研削する度に当該研削面を撮影した結果に相当する。そして画像処理部３０は、これらの画像データを用いて、当該化石に相当する三次元モデルを生成（合成）し、例えば図示しないディスプレイに表示すると共に、例えばインターネット上の図示しないサーバ装置を用いた画像処理に供させる。当該画像処理としては、例えば、上記画像データから化石の部分を切り出すトリミング処理や、切り出した画像を用いて三次元モデルを合成して表示する処理が含まれる。

そして、実際の撮影時には、防水カバー２０（図１乃至図４において二点鎖線で示す）に取り付けられたシャッター開閉装置２１によりシャッター２２を開き、ワーク１３の研削面を直接観察して撮影可能とされている。なお、各撮影位置に対する第１カメラ１６乃至第３カメラ１８それぞれの位置合わせは、Ｘ軸方向にテーブル９及び高さ調整ボルト２３により行われる。また、各撮影位置における第１カメラ１６乃至第３カメラ１８それぞれの焦点合わせは、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８それぞれごとに設けられたマイクロメータヘッド２４により行われる。

更に、ワーク１３の研削時には、検査装置Ｓの本体後部に設置した冷却液装置２６（図３及び図４において二点鎖線で示す）より冷却液を加工点（即ち、ワーク１３を砥石５により研削する位置）に供給することから、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８の保護のため、シャッター２２は閉じられている。

ここで上記冷却液は、図２及び図３に示すノズル２６Ａから吐出されることにより、研削中のワーク１３及び砥石５の研削面に供給される。これに加えて冷却液は、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８における撮影時において、ワーク１３の研削面にできた研削痕を光学的且つ擬似的に除去すべく、研削直後のワーク１３に対して、上記ノズル２６Ａとは別のノズル２６Ｂから吐出されて当該研削面に塗布される。このとき、上記「光学的且つ擬似的な研削痕の除去」とは、冷却液の塗布により研削面を濡らして撮影時の乱反射を抑えることで、上記研削痕を擬似的に除去すると共に、岩石ＳＰの内部（研削面）のコントラストを上げることをいう。このため、冷却液を供給する冷却液装置２６は、当該冷却液を高精度で濾過して再利用する構成となっている。また、上記の光学的な研削痕の除去を含む冷却液としての機能を発揮するために当該冷却液として備えるべき特性は、例えば以下のｉ）乃至iv）の特性が挙げられる。
ｉ）第１カメラ１６乃至第３カメラ１８による連続した撮影の一サイクル中に、ワーク１３の研削面に塗布された冷却液が乾燥しないこと。
ii）上記画像データとしてのノイズを軽減すべく、冷却液自体としては無色透明であり、且つ自家蛍光反応を生じないこと。
iii）高い濡れ性を具備すべく、油溶性の冷却液であること。なお、実施形態に係る検査装置Ｓに用いる冷却液としては、水溶性であることがより望ましい。
iv）研削面上の研削屑や泡を除去して洗い流せると共に、研削面の下部（下辺部）に液溜まりが生じないように、粘性が低いこと。

そして、上記ｉ）乃至iv）の特性を有する冷却液として、本発明の発明者らは、植物由来エステルを主成分とする混合物（より具体的には、植物油脂と高引火点エステルの混合物）である冷却液を用い、その物理的・化学的特性は以下の通りである。
・色：室温で透明
・粘度：１１ｍｍ^２／ｓ〜１２ｍｍ^２／ｓ
・凝固点：−１０℃
・引火点：２５０℃（ＣＯＣ）
・比重：０．９５４ｇ／ｃｍ^３（２０℃）
・溶解度：水に不溶
次に、実施形態に係るワーク１３について、図５を用いて説明する。図５（ａ）にその外観概念図を示し、図５（ｂ）にその研削面の概念図を示すように、実施形態のワーク１３では、被検査物品たる化石を含む岩石ＳＰが、例えばアルミナの砥粒１００が例えば１０パーセント混入された石膏ＥＤにより包埋されている。なお図５では、説明の明確化のために砥粒１００を誇張して記載している。そして実施形態に係る検査装置Ｓでは、このワーク１３が石膏ＥＤごと砥石５により研削される。よって、その研削面としては、図５（ｂ）に例示するように、岩石ＳＰの研削面と共に石膏ＥＤの研削面も露出することになり、これらの研削面は面一になる。

なお、上述してきた実施形態に係る検査装置Ｓの構成において、砥石５及びワーク１３が本発明に係る「研削手段」の一例に相当し、ワーク１３が本発明に係る「被検査物」の一例に相当し、サーボモータ８が本発明の「移動手段」の一例及び「制御手段」の一例に相当する。また、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８のいずれか又は全てが本発明の「撮像手段」の一例にそれぞれ相当し、ノズル２６Ａ及びノズルＢ並びに冷却液装置２６が本発明に係る「塗布手段」の一例に相当する。

次に、上述してきた実施形態に係る検査装置Ｓによる、実施形態に係る岩石ＳＰの検査方法について、纏めて図６を用いて説明する。

図６に示すように、実施形態に係る検査方法が開始されると、初めに、岩石ＳＰを石膏ＥＤで包埋したワーク１３がワーク取付治具１２に装着される（ステップＳ１）。次に、ワーク取付治具１２に取り付けられたワーク１３を載せたテーブル９が第１カメラ１６乃至第３カメラ１８それぞれの撮影位置に移動され、当該第１カメラ１６乃至第３カメラ１８それぞれについての初期ピント合わせ及び明るさの調整が実行される（ステップＳ２）。このとき第１カメラ１６乃至第３カメラ１８は、ワーク１３の石膏ＥＤ（石膏ＥＤ自体は白色である）の表面にある例えばアルミナ色（略黒色）の砥粒１００を用いて上記初期ピント合わせ及び明るさの調整をそれぞれ行う。

そして、検査開始の操作が実行されると（ステップＳ３）、砥石５による研削位置までワーク１３が移動され、研削が開始される（ステップＳ４）。ステップＳ４の研削中は、冷却液装置２６からの上記冷却液が、上記ノズル２６Ａから研削面及び砥石５に吐出される。その後、予め設定された予定量（予定深さ）の研削が終了したか否かを、例えば図示しない各種センサ、又はサーボモータ８及びサーボモータ１０の図示しないコントローラ等により判断・監視する（ステップＳ５）。この予定量は、例えば、岩石ＳＰの大きさが２００ミリメートル×１００ミリメートル×１００ミリメートルの場合で０．５マイクロメートルとすることができる。ステップＳ５の判断・監視において、予定量の研削が終了していない場合は（ステップＳ５：ＮＯ）、更に研削が継続される。一方予定量の研削が終了した場合は（ステップＳ５：ＹＥＳ）、次に冷却液装置２６からの上記冷却液がノズル２６Ｂからワーク１３の研削面に再度吐出される（ステップＳ６）。

次に、サーボモータ８により、ワーク１３をテーブル９ごと第１カメラ１６の既定の撮影位置まで移動させ（ステップＳ７）、当該第１カメラ１６としての撮像条件により、必要に応じて対応する照明灯１９を点灯させながら、研削面の撮影を行う（ステップＳ８）。これにより第１カメラ１６は、その撮影結果としての画像データを画像処理部３０に出力する。そして画像処理部３０は、第１カメラ１６の撮影結果としての上記画像データに相当する二次元画像を、上記図示しないディスプレイに表示させて観察可能とする（ステップＳ９）。次に、サーボモータ８により、ワーク１３をテーブル９ごと第２カメラ１７の既定の撮影位置まで移動させ（ステップＳ１０）、当該第２カメラ１７としての撮像条件により、必要に応じて対応する照明灯１９を点灯させながら、研削面の撮影を行う（ステップＳ１１）。これにより第２カメラ１７は、その撮影結果としての画像データを画像処理部３０に出力する。そして画像処理部３０は、第２カメラ１７の撮影結果としての上記画像データに相当する二次元画像を、上記図示しないディスプレイに表示させて観察可能とする（ステップＳ１２）。更に、サーボモータ８により、ワーク１３をテーブル９ごと第３カメラ１８の既定の撮影位置まで移動させ（ステップＳ１３）、当該第３カメラ１８としての撮像条件により、必要に応じて対応する照明灯１９を点灯させながら、研削面の撮影を行う（ステップＳ１４）。これにより第３カメラ１８は、その撮影結果としての画像データを画像処理部３０に出力する。そして画像処理部３０は、第３カメラ１８の撮影結果としての上記画像データに相当する二次元画像を、上記図示しないディスプレイに表示させて観察可能とする（ステップＳ１５）。

その後、岩石ＳＰについての撮影が全て完了したか否かが確認され（ステップＳ１６）、引き続き研削を行って撮影を継続する場合は（ステップＳ１６：ＮＯ）、サーボモータ８により、ワーク１３がテーブル９ごと元の砥石５の正面の研削位置まで移動される（戻される。ステップＳ１７）。その後は、上記ステップＳ４に戻って新たな研削が開始される。一方ステップＳ１６の確認において岩石ＳＰについての撮影が全て終了されたら（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、画像処理部３０は、上記ステップＳ７乃至ステップＳ１５により得られた各画像データを用いて、岩石ＳＰ内の化石を三次元化する画像処理を行う（ステップＳ１８）。この画像処理には、例えば上記トリミング処理や合成／表示処理が含まれる。

以上説明したように、実施形態に係る検査装置Ｓの構成及び動作によれば、研削面が鉛直と略平行な平面となるような岩石ＳＰの研削と、研削後の研削面を略垂直な方向から撮像する第１カメラ１６乃至第３カメラ１８による撮像位置までの当該研削後の岩石ＳＰの移動と、が、一の岩石ＳＰについて繰り返され、当該繰り返しの結果得られた複数の画像データが三次元モデルの生成に用いられる。よって、鉛直と略平行な研削面を当該研削面に略垂直な方向から撮像する（即ち、横型の検査装置Ｓとする）ことを繰り返して得られた画像データを用いて岩石ＳＰの三次元モデルを得る構成とすることで、従来よりも大きな岩石ＳＰ（例えば、最大で縦２００ミリメートル×横１００ミリメートル×奥行き１５０ミリメートルの岩石ＳＰ）について、その大きさに起因する解像度（一ボクセル（三次元空間での正規格子単位）の解像度）の制限をなくし（即ち、岩石ＳＰの大きさから独立して一ボクセル当たりの解像度を設定でき）、且つ、岩石ＳＰの内部構造間の密度差に影響されることなく、当該岩石ＳＰの内部構造及びその色まで反映させた正確な三次元モデルを得ることができる。なお、この効果は、上記先行技術文献に記載されている技術に対してはもちろんのこと、磁場を用いた内部構造検査装置、収束イオンビーム又はナイフを用いた切削（即ち、延性破壊による切削）機構を用いた内部構造検査装置、又は研磨機構を用いた内部構造検査装置等の従来の各種内部構造検査装置に対しても顕著な効果である。なお、これら従来の各種内部構造検査装置に対する有用性については、後ほど詳述する。

また、固定設置された第１カメラ１６乃至第３カメラ１８による撮像位置まで岩石ＳＰを移動させるので、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８を動かすことなく研削面を撮像することができ、ブレやピントずれのない正確な三次元モデルを得ることができる。

更に、研削と撮像の繰り返しにおいて、既定の一定撮像条件を満たす撮像位置に岩石ＳＰを移動することが繰り返されるので、研削ごとに一定の撮像条件下で撮像された画像データが得られることで、より正確な三次元モデルを得ることができる。

更にまた、研削面の撮像条件が複数の第１カメラ１６乃至第３カメラ１８ごとに既定されており、一回の研削後の岩石ＳＰが各撮像条件に対応する各撮像位置に連続して移動され、研削及び撮像の繰り返しにより第１カメラ１６乃至第３カメラ１８ごとに得られた複数の画像データが三次元モデルの生成に用いられるので、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８ごとの撮像条件による撮像により得られた画像データを用いることで、撮像条件ごとの正確な三次元モデルを得ることができる。

また、研削面の撮像条件が複数の第１カメラ１６乃至第３カメラ１８ごとに相互に異なっている場合は、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８ごとに異なる撮像条件による撮像により得られた画像データを用いることで、異なる撮像条件ごとの正確な三次元モデルを得ることができる。

更に、研削痕を光学的に除去する特性を備えた無色の冷却液を研削以後の研削面に吐出して塗布するので、撮像時において、研削痕の影響を排除して研削面を鮮明に撮像することができる。

更にまた、研削面に吐出される冷却液が研削時における研削面の冷却に兼用されるので、破壊型の検査装置Ｓとしての構成を簡素化して検査費用を低減させることができる。

また、岩石ＳＰが固体の包埋材としての石膏ＥＤにより包埋されており、当該石膏ＥＤごと岩石ＳＰが研削されるので、研削による岩石ＳＰの破損を防止することができる。

更に、石膏ＥＤごと研削されることで、ワーク１３の鉛直方向下辺部（即ち岩石ＳＰの領域外の位置）に冷却液の液溜まりが生じるようになるので、当該液溜まりによる三次元モデルにおける鮮明度の低下の影響が岩石ＳＰ自体の撮影に影響を与えることを防止できる。

更にまた、包埋材としての石膏ＥＤが白色であり、当該石膏ＥＤごと岩石ＳＰが研削されるので、画像データから三次元モデルを生成する際の岩石ＳＰ部分の抽出（上記トリミング処理）を容易化することができる。

また、白色の石膏ＥＤごと研削面が研削されるので、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８による研削面の撮像時における明るさの調整等を容易化することができる。

更に、石膏ＥＤの色と異なる砥粉１００が石膏ＥＤに混入されており、当該石膏ＥＤごと岩石ＳＰが研削されるので、撮像時における、特にピント調整を容易化することができる。

更にまた、砥石５用の研磨剤としての上記砥粉１００が石膏ＥＤに混入されており、当該石膏ＥＤごと岩石ＳＰが砥石５により回転研削されるので、砥石５の目詰まりを解消すると共に、研削時間を短縮化することができる。

また、包埋材として石膏ＥＤを用いるので、研削面に塗布される冷却液の再利用のための研削屑等の除去（濾過）を容易化することができる。

更に、鉄板にワーク１３を接着し，マグネットチャックに設置する機構とする場合は、検査装置Ｓへのワーク１３の設置を簡便化することができる。

更にまた、実施形態に係る検査装置Ｓは、岩石ＳＰに含まれた化石の検査だけでなく、砥石５による研削が可能な固さに固化された人体の一部や他の物体の内部検査に用いることもできる。

なお上述した実施形態では、岩石ＳＰの包埋材として石膏ＥＤを用いたが、包埋材としては、石膏ＥＤ以外に、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、プラスチック又はポリエステル樹脂等を用いることも可能である。また、樹脂包埋した岩石ＳＰを更に石膏包埋する構成としてもよい。

また、上述した実施形態に係るワーク１３に代えて、図７に示す形状のワーク１３−１を用いてもよい。このときワーク１３−１では、図７に示すように、岩石ＳＰを包埋する石膏ＥＤＤの上面が、図７の正面から見て屋根形状（中心からＸ軸の両方向に傾斜した形状）とされており、更に、当該屋根構造及びワーク１３−１の下面が、研削方向（図７において奥行き方向）に向けて低くなるように、同じ角度で傾斜（Ｙ軸のマイナス方向に傾斜）されている。更にワーク１３−１の下面には、上記研削方向に沿って複数の溝３５が設けられている。なお、砥粉１００が石膏ＥＤＤに混入されている点は実施形態に係るワーク１３と同様である。このようなワーク１３−１の形状とすることで、例えばワイパやエアブロウ装置等を用いることなく、包埋する石膏ＥＤＤの形状のみにより、重力を用いて短時間で冷却液を均一且つ薄く塗布することができる（換言すれば、不要な冷却液を短時間で除去できる）。そして、より薄く均一に冷却液が塗布（コーティング）できることで、岩石ＳＰ表面における冷却液の凹凸によるレンズ効果を排除し、より高精細に二次元画像を撮影できる。また、石膏ＥＤＤの下面に傾斜をつけると共に溝３５をつけることによって、石膏ＥＤＤの下面に溜まった冷却液の表面張力を解除して当該冷却液を排出し、これにより岩石ＳＰの表面の冷却液を短時間で薄くすることで、特に顕微鏡レンズを用いた場合に、より高精細にピントを合わせることができると共に、撮影前の待ち時間の短縮により、岩石ＳＰとしての分析時間を全体的に短縮することができる。

更に、上述した実施形態では、岩石ＳＰ内の化石を検査対象としたが、これ以外に、セラミック、コンクリート、（樹脂包埋された）生体、鉄、ガラス、又は電子基板等、様々なものを検査対象とすることができ、いずれの検査対象であっても、従来よりも高い解像度でその内部構造を観察でき、正確な三次元モデルを構築できる。

更にまた、実施形態に係る検査装置Ｓで得られた画像データを用いて、検査対象たる岩石ＳＰ内の化石を三次元ホログラム化することも可能である。

また、上述した実施形態では、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８のそれぞれに対して一の照明灯１９を対応付けていたが、これに以外に、第１カメラ１６乃至第３カメラ１８のそれぞれにおいて、照明の種類を切り換えながら撮影するように構成してもよい。より具体的には、例えば第１カメラ１６において、先ず照明として白色光を用いて撮影し、その後に、同じ第１カメラ１６で今度は照明として紫外線を用いて撮影することで、当該紫外線による蛍光像を先の白色光の場合と全く同じ視野で撮影するように構成してもよい。そして更に、その後にＸ軸方向（図２参照）の撮像位置を切り換えることで、白色光を用いた撮影と紫外線を用いた蛍光撮影とを第１カメラ１６で繰り返すように構成してもよい。即ち、実施形態に係る検査装置Ｓに備えられた第１カメラ１６乃至第３カメラ１８のいずれか一つにより、複数種類の異なる撮影条件下で撮影を行うように構成してもよい。

最後に、上記従来の各種内部構造検査装置に対する実施形態に係る検査装置Ｓの有用性について、纏めて説明する。

先ず、従来の集積イオンビーム電子顕微鏡を用いて岩石ＳＰを観察する場合には、以下の（１）乃至（７）のような問題点がある。
（１）得られる断面像はグレースケール（白黒）で表現されるため、試料（岩石ＳＰを含む。以下、同様。）が本来有する色に関する情報が失われてしまう。
（２）電子顕微鏡を用いるため、分析対象の大きさが、検査装置のチャンバ内に入り得る試料サイズ（例えば、最大で１センチメートル角程度）に限られてしまう。
（３）電子顕微鏡を用いるため、取得できる一画像の視野が狭い（数ミリメートル）。
（４）一度の切削での取り代が数マイクロメートルのため、微小な領域にしか適用できない。
（５）電子顕微鏡を用いるため、いわゆる試料のドリフトが発生し、この結果、取得した断層像群に位置ずれが含まれてしまうので、三次元モデル化する場合、そのための位置補正（画像のアライメント）が必要となる。
（６）試料の事前処理に時間と手間がかかる。
（７）有人運転のみであり、無人化できない。

次に従来のミクロトームやクリオスタットを用いた切削機構を含む検査装置を用いて試料としての岩石を観察する場合には、以下の（８）乃至（１４）のような問題点がある。
（８）ナイフで切削できる柔らかい試料のみが検査対象となり、硬い試料には適用できない。
（９）ナイフで切削するので，大型の試料（例えば３乃至４センチメートル四方の試料）の内部構造を観察できない。
（１０）一度の切削での取り代（断層像間隔の調整レンジ）が約１マイクロメートル乃至２０マイクロメートル程度であり、限定的で、自由な断層像間隔を設定することができない。
（１１）複数の視野（倍率）による像が同時に得られない。
（１２）取得画像に位置ずれが生じる。
（１３）試料に施す事前処理に時間と手間がかかる。また、試料を凍結し、低温下で作業をする必要がある。
（１４）多くが手動又は有人運転となり、作業効率が悪い。

次に従来のダイヤモンドバイト等による切削機構を用いた検査装置を用いて試料を観察する場合には、以下の（１５）乃至（２１）のような問題点がある。
（１５）得られる断層像が白黒であり、試料が本来有する色に関する情報が失われてしまう。
（１６）白色光で得られる構造しか捉えられない。
（１７）硬度差の大きい試料や割れ易い試料を扱うのに難がある。
（１８）複数の視野による断層像を同時に得られない。
（１９）試料の表面に切削痕がつき、これが撮影時の雑音（ノイズ）となる。
（２０）カメラに対して左右方向（Ｘ軸）及び前後（奥行き）方向（Ｙ軸）に沿って画像を取得するためのカメラ等を移動させて撮影する構成なので、一の断層像の取得に時間を要する。
（２１）大きさが大きい試料には適用できない（最大で約２センチメートル立方程度）。

最後に、研磨機構を用いた検査装置を用いて試料を観察する場合には、以下の（２２）乃至（２７）のような問題点がある。
（２２）研磨面と画像取得センサとの距離を一定に保つことが難しい。
（２３）縦型の装置（即ち、試料が検査装置の下方に設置される装置）であるため、研磨後、毎回、画像取得の際のピント調整を行う必要があり、時間と手間がかかる。
（２４）オートフォーカスでピント調整を行っているので、ピンぼけが生じることがあり、高精細な断層像の連続的取得が困難である。
（２５）顕微鏡で扱える視野（数ミリメートル）しか扱えられないため、大きな試料（例えば数センチメートル立法）は検査対象とできない。
（２６）研磨機構を用いるので、断層像間隔を一定に保つのが困難である。
（２７）微細な砥粒を使用しての研磨のため、必要な場所の断面を得るのに非常に時間を要する。

以上のような問題点がある従来の各種内部構造検査装置に対して、実施形態に係る検査装置Ｓは、上記のような問題点は一切生じず、これらの問題点の解決に加えて、上述したような種々の効果を奏することができる。

以上それぞれ説明したように、本発明は破壊型検査装置の分野に利用することが可能であり、ライフサイエンス分野、材料科学分野、地球科学分野、基礎医学分野、基礎歯学分野又は材料検査及び品質検査分野等において、内部構造を三次元化して検査する検査装置の分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。

１架台
２ベース
３砥石軸
４駆動モータ
５砥石
６テーブルベース
７ボールネジ
８、１０サーボモータ
９テーブル
１１ボールネジ
１２ワーク取付冶具
１３、１３−１ワーク
１４、１５直線ガイド
１６第１カメラ
１７第２カメラ
１８第３カメラ
１９照明灯
２０防水カバー
２１シャッター開閉装置
２２シャッター
２３高さ調整ボルト
２４マイクロメータヘッド
２５カメラ台
２６冷却液装置
２６Ａ、２６Ｂノズル
３０画像処理部
３５溝
１００砥粉
Ｓ検査装置
ＳＰ岩石
ＥＤ、ＥＤＤ石膏

Claims

回転軸の方向に対して垂直な研削用面を有し且つ当該回転軸を中心として回転しながら被検査物を研削するカップホイール型の砥石を備え、当該砥石による当該被検査物の研削面が鉛直と略平行な平面となるように、当該被検査物を前記回転軸の方向に研削する研削手段と、
研削後の前記研削面を当該研削面に略垂直な方向から撮像して二次元撮像情報を出力する撮像手段であって固定設置された撮像手段による撮像位置まで、前記回転軸に垂直な方向に当該研削後の前記被検査物を移動させる移動手段と、
前記研削手段による研削と、前記移動手段による移動後の被検査物の前記研削面の前記撮像手段による撮像と、が一の前記被検査物について繰り返されるように、前記研削手段、前記移動手段及び前記撮像手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記研削及び前記撮像の繰り返しの結果得られた複数の前記二次元撮像情報が、前記被検査物の三次元モデルに相当する三次元モデルの生成に用いられることを特徴とする破壊型検査装置。
請求項１に記載の破壊型検査装置において、
前記制御手段は、前記研削と前記撮像との繰り返しにおいて、前記撮像手段について予め設定された一定の撮像条件を満たす前記撮像位置に前記研削後の前記被検査物を移動することを繰り返すように前記移動手段を制御することを特徴とする破壊型検査装置。
請求項２に記載の破壊型検査装置において、
前記撮像手段を複数備え、
前記撮像条件が、複数の前記撮像手段ごとに予めそれぞれ設定されており、
前記移動手段は、一回の前記研削後の前記被検査物を各前記撮像条件に対応する各前記撮像位置に連続して移動させ、
前記研削及び前記撮像の繰り返しにより前記撮像手段ごとに得られた複数の前記二次元撮像情報が前記三次元モデルの生成に用いられることを特徴とする破壊型検査装置。
請求項３に記載の破壊型検査装置において、
前記撮像手段ごとの前記撮像条件が相互に異なっていることを特徴とする破壊型検査装置。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の破壊型検査装置において、
前記研削により前記研削面上に生じる研削痕を前記撮像の際に光学的に除去する特性を備えた無色の液体を、前記研削以後の前記研削面に塗布する塗布手段を更に備えることを特徴とする破壊型検査装置。
請求項５に記載の破壊型検査装置において、
前記液体が前記研削時における前記研削面及び前記研削手段の冷却に兼用されることを特徴とする破壊型検査装置。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の破壊型検査装置において、
前記被検査物は固体の包埋材により包埋されており、
前記研削手段は、前記包埋材ごと前記被検査物を研削することを特徴とする破壊型検査装置。
請求項７に記載の破壊型検査装置において、
前記包埋材における外部上面が前記包埋材の正面から見て屋根型形状とされており、
前記包埋材の外部下面に前記被検査物の研削方向に沿った溝が形成されており、
前記外部下面が前記正面から前記包埋材の背面に向けて鉛直方向に傾斜していることを特徴とする破壊型検査装置。
請求項７又は請求項８に記載の破壊型検査装置において、
前記包埋材が白色であることを特徴とする破壊型検査装置。
請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の破壊型検査装置において、
前記包埋材に、当該包埋材の色と異なる色の粉末が混入されていることを特徴とする破壊型検査装置。
請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の破壊型検査装置において、
前記包埋材に、研削時に前記砥石の目詰まりを除去する研磨剤が混入されていることを特徴とする破壊型検査装置。
請求項５又は請求項６を引用する請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の破壊型検査装置において、
前記包埋材が石膏であることを特徴とする破壊型検査装置。
回転軸の方向に対して垂直な研削用面を有し且つ当該回転軸を中心として回転しながら被検査物を研削するカップホイール型の砥石を備える破壊型検査装置において実行される検査方法において、
前記砥石による前記被検査物の研削面が鉛直と略平行な平面となるように、当該被検査物を前記回転軸の方向に研削する研削工程と、
研削後の前記研削面を当該研削面に略垂直な方向から撮像して二次元撮像情報を出力する撮像手段であって固定設置された撮像手段による撮像位置まで、前記回転軸に垂直な方向に当該研削後の前記被検査物を移動させる移動工程と、
前記研削工程における研削と、前記移動工程における移動後の被検査物の前記研削面の前記撮像手段による撮像と、が一の前記被検査物について繰り返されるように、前記研削工程、前記移動工程及び前記撮像手段を制御する制御工程と、
を含み、
前記研削及び前記撮像の繰り返しの結果得られた複数の前記二次元撮像情報が、前記被検査物の三次元モデルに相当する三次元モデルの生成に用いられることを特徴とする検査方法。