JPH0288951A - 計算機式断層写真像を再生する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は工業用計算機式断層写真法（ＩＣＴ）、特に
物体に関する先験的な情報の助けを借りて、物体の２次
元断面の計算機式断層写真法（ＣＴ）による像を構成す
ることに関する。

発明の背景 工業製品のＩＣＴ検査は、製造された製品の内部特性が
設計仕様書に従っているかどうかを判定すると共に、内
部のきすがあるかどうかを検出する為の有力な品質保証
の道具である。例えば、ガスタービン機関を′ＩＡ造す
る時、機関の安全な長期の性能を達成しようとすれば、
その内部の特性が何よりも重要である様な内部構造を持
つ様に複雑に鋳造されるタービン羽根の様なある重要な
部品がある。その部品が機関を運転する環境の苛酷さに
耐えなければならないとすれば、通路の壁が設計通りの
厚さでなければならないと共に、ひＶ割れ、空所、細か
いずれ、孔度、湯境、通路の閉塞等の様な内部のきずの
存在は、設計による許容公差の範囲内でなければならな
い。

ＩＣＴ検査を実施するには、部品をＸ線源と検出器との
間に位置ぎめする。この検出器は典型的には、源によ４
て、部品のある横方向スライスの所に投影される高度に
コリメートされた扇形のＸ線ビームと整合した検出素子
の配列で構成される。

部品は、少なくとも１８０’と、可能であれば扇形ビー
ムの内角を加えた角度にわたって段階的に回転させ、多
数の相異なる投影角度で部品のスライスを照射する。各
々の投影角度で、Ｘ線束の減衰を検出器によって検出し
、各々の投影角度で検出素子によって発生されたＸ線減
衰信号から、計算機がスライス断面の像を再生する。部
品のある形状では、そのあるスライスを通るＸ線の通路
長がある投影角度で非常に長くなって、有意の減衰デー
タを発生するにはＸ線の透過が不十分であることがある
。他の場合には、関連する物体が存在する為に、ある投
影角度をとることが出来ないことがある。勿論、完全な
走査範囲全体にわたって宵意のＸ線減衰データを求める
ことが出来ないことは、再生スライス断面像の品質を下
げる。像が人為効果によって汚され、部品の内部特性が
不明確になったり、ぼやけて、内部のきずを検出するの
が困難になることがある。

ＣＴ像の品質を改善する為、検査される物体に関する先
験的な又は既知の情報に頼ることが提案されている。１
９８７年４月１日に出願された係属中の米国特許出願通
し番号第０３２．８０４号では、試験物体の外側の境界
を推定している。この為、各々のＣＴ投影角度又は走査
角度で、試験物体を低エネルギのＸ線に露出して、毎回
物体の縁を決定する。検出素子によって発生された低エ
ネルギのＸ線データを計算機で処理して、物体の縁に於
ける−続きの曲線のはめ合せとし、物体の凸の外皮を近
似する多角形領域を構成する。物体が円柱の様に基本的
に凸の形であれば、凸の外皮は物体の境界と非常に密接
に対応する。この後、この凸の外皮の情報を使って、物
体の境界より先にあることが判っている画素をゼロにセ
ットすることにより、ＣＴ像再生過程を補正し、こうし
てスライス断面の品質の高い像を達成する。

都合の悪いことに、全ての試験物体が凸の形ではない。

多くの物体はかなり凹の境界の特徴を持っている。従っ
て、この場合凸の外皮は物体の境界の単なる近似に過ぎ
ず、凹の境界の特徴の程度及び数が増加するにつれて、
その価値を減する。

従って、この発明の目的は、ＣＴ像の再生の品質を改善
する方法を提供することである。

別の目的は、上に述べた性格の方法として、試験物体に
関する更に精密な先験的な情報をＣＴ像の再生に利用す
る方法を提供することである。

別の目的は、上に述べた性格の方法として、試験物体の
境界の物理的な測定値を、ＣＴ像を再生する時の先験的
な情報として利用する。

この発明のその他の目的は一部分は明らかであろうし、
一部分は以下の説明から明らかになろう。

発明の要約 この発明では、試験物体の境界の形状に関する予定の先
験的な又は既知の情報を使って、計算機式断層写真法（
ＣＴ）の像を再生する改良された方法を提供する。この
目的の為、多数のＸ線投影角度に於けるＣＴ走査を実施
する前に、試験位置に固定した物体の外側の境界を、予
定の作図計画に従って多数の表面又は境界の点で物理的
にプローブで調査して、物体の輪郭を測定し、こうして
Ｘ−Ｙ座標系上で調査された境界の点を突止める。

この様にして調査された境界の点の測定データを計算機
で処理して、試験物体の断面の包絡線を定める境界デー
タを発生する。その後、試験物体を多数のＸ線投影角度
に於ける普通のＣＴ走査にかけて、フィルタつき逆投影
の様な普通の方法で、投影されたスライス断面の像を再
生する。その後再生されたＸ線像は、物体空間と投影空
間の間での反復的な変換と、発生された境界データから
、物体の断面の包絡線より先にあると判っている画素を
ゼロにリセットすることにより、物体空間に於ける再生
像の補正とを用いた反復的な形で処理される。補正済み
の再生ＣＴ像の表示は優れた品質であり、試験物体の内
部特性の検査及び測定と内部のきずの検出及び測定とが
容易になる。

試験物体の境界を調査する工程を促進する為、更にこの
発明は、試験物体の凸の外皮を構成し、この凸の外皮に
よって正確に定められた試験物体の凸面の形成部上の幾
つかの境界基準点をプローブで調査し、構成された凸の
外皮をこの様に調査された凸面の境界の点にはめ合せる
。その後、凸面の形成部に対して構成された凸の外皮の
データと、凹面の形成部に対して調査された境界点のデ
ータとを用いて、試験物体に対する包絡線を定める境界
データを発生する。

従って、この発明は以下詳しく説明する所によって例示
される様な一連の方法の工程で構成されており、この発
明の範囲は特許請求の範囲に記載しである。この発明が
更によく理解される様に、次に図面について説明する。

詳しい説明 第１図に全体を１０で示した工業用計算機式断層写真法
（ＩＣＴ）検査部が、検査しようとする物体１４を固定
して取付けるマニピュレータ支持体１２を有する。普通
の様にマニピュレータ支持体は、水平のＸ及びＹ直交軸
と垂直のＺ軸に沿った直線運動が出来ると共に、２輪並
びにＸ軸及びＹ軸の少なくとも一方、典型的にはＹ軸の
周りの回転が出来る。この様に制御されたマニピュレー
タ支持体の移動により、試験物体がＸ線源１６と典型的
には水平の検出素子の配列１８との間で種々の位置に位
置ぎめされ、且つ種々の向きに定められる。源がコリメ
ートされた扇形のＸ線ビーム２０を試験物体の断面の薄
いスライＸに投射し、差別的に減衰したＸ線束が配列１
８の個々の検出器によって感知される。

この発明の注目すべき特徴として、検査部は全体を２２
で示す測定値検査装置をも含む。この装置は垂下する支
持体２４を持ち、これにモータ式プローブ赤ヘッド２６
が取付けられていて、これから接触プローブ針２８が突
出している。支持体は直交するＸ、Ｙ及びＺ軸に沿って
制御された直線運動が出来る様に取付けられているが、
プローブ・ヘッドは、試験物体に対して針を正しい向き
にする為に、直交軸の周りに回転し得る。この発明に使
うのに適切な測定値検査装置が、イリノイ州のレニショ
ー・インフーポレーテット社によって販売されるＰＨ９
自動化検査装置である。接触プローブの代りに、測定値
検査装置が、やはりレニショー・インコーボレーテット
社から入手し得るレーザ走査プローブの様な非接触形プ
ローブを利用してもよいことを承知されたい。

＃１定値検査装置は、固定ＪＡｌ′Ｆ１点３Ｇを調べる
ことによって較正した後、プログラムされた作図計画に
従って、試験物体の外面又は境界面の多数の点を調査す
る様に針２８を操作し、こうして試験物体１４がマニピ
ュレータ支持体１２によって位置ぎめされるのと同じ３
軸座標系を基準として、調査された表面の点の空間的な
位置を定める。従って、プローブ及びマニピュレータ支
持体の移動と位置ぎめは、図面に示してない共通の計算
機数値制御装置（ＣＮＣ）によって制御することが出来
る。

検査を実施する為、典型的には試験物体１４を最初にデ
ィジタル放射線写真（ＤＲ）モードで走査する。この時
、試験物体はＺ軸に沿って垂直方向に、マニピュレータ
支持体１２によって扇形Ｘ線ビーム２０の中で割出して
、物体断面の一連の放射線写真を発生する。こう云う放
射線写真から、オペレータが試験物体の疑いのある区域
を認めれば、ＩＣＴ検査の為に、この疑いのある区域を
含む１つ又は更に多くの計算機式断層写真法（ＣＴ）の
為のスライスが選ばれる。周知の様に、ＩＣＴ検査はＺ
軸に沿って試験物体を垂直方向に位置ぎめして、疑いの
ある区域の選ばれたスライス平面を扇形Ｘ線ビームと整
合させ、その後生なくとも１８０”に扇形Ｘ！Ｉビーム
の内角を加えた角度にわたって、一連の相等しい歩道に
分けて試験物体を回転させる。ＣＴ定走査各々の歩道又
は投影角度で、ＣＴスライス内にある試験物体の密度に
よるＸ線束の減衰を配列１８の個々の検出器で感知して
、Ｘ線減衰データを発生する。このデータをフィルタつ
き逆投影の様な普通の方法で、完全なＣＴ走査角度にわ
たって処理し、ＣＴスライス内に含まれている試験物体
の断面のＣＴ像を再生する。

第３図は、Ｘ線減衰データだけから再生されたスライス
断面像を表示した典型的な表示装置３２を示す。この表
示は画素３４のマトリクスで構成されている。ＣＴ像を
再生する時、ＣＴ定走査各々の投影角度に於ける、表示
装置の視野に於ける試験物体の位置は判っていない。従
って、特定の投影角度で各々の検出素子が感知したＸ線
束の減衰の程度を、それとＸ線源との間に有効に整合し
ている表示装置の内の画素にわたって平均しなければな
らない。第３図から判る様に、こう云う画素の大多数は
、試験物体の断面の包絡線を越えているが、それでも試
験物体の断面の包絡線の中に含まれているかの様に、Ｘ
線減衰データから比例的に活性化される。試験物体のス
ライスの断面の・ＣＴ像を境界のかなりよい明確度をも
って再生することが出来るのは、ＣＴ走査角度全体にわ
たる全ての投影角度で全ての検出器からのＸ線データを
一緒に処理した後のことである。

この発明では、測定値検査装置２２によって発生された
試験物体の測定データが、第２図の機能的なブロック図
に示す様に、ＣＴ　　Ｘ線減衰データと共に処理されて
、品質が改良された試験物体のスライスの断面像を再生
する。即ち、ＤＲ検査の間に確認された試験物体の疑い
のある区域を通る１つ又は更に多くのスライス平面のＣ
Ｔ検査を実施する前に、測定値検査装置２２を作動して
、プログラムされた作図計画に従って、そのスライスの
境界となる試験物体の表面の一連のプローブ調査を行な
う。こう云うプローブ調査を第５図の２８ａに示しであ
るが、こ、れによって再生ＣＴ像（第３図）の処理及び
表示に用いられるのと同じＸ−Ｙ座標系に対し、試験物
体のプローブ調査された境界の点の、空間に於ける精密
な位置が定まる。プローブ調査の回数並びに調査される
境界の点の間の隔たりは、ＣＴ検査をしようとする試験
物体のスライスの外側の境界又は包結線を忠実に再現す
る（ブロック３８）のに十分な先験的な測定データを発
生する（ブロック３６）為に、試験物体の問題の表面の
輪郭の特定の形状に基づいて予め決定される。

一旦スライスの包絡線が決定され、適当なＸ−Ｙ座標系
に対する関係を定めたら、試験物体の疑いのあるスライ
ス（１つ又は複数）のＣＴ検査を実施して、Ｘ線減衰デ
ータを発生しくブロック４０）、それから第２図のブロ
ック４２で示すフィルタつき逆投影の柱な適当な手段に
より、物体のスライスの断面のＣＴ像を再生する。再生
ＣＴ像を物体空間と投影空間の間で反復的な過程（ブロ
ック４４）として前後に変換し、物体空間への毎回の変
換は、ＣＴスライスの先験的な包絡線のデータによって
補正する。これは基本的には、断面像の表示に関係する
画素３４（第３図）だけに、Ｘ線減衰データの適用又は
割当てを制限する。これは、包結線を定める境界データ
によって、試験物体の境界を越えた所にあると証明され
ている画素をゼロにセットする効果を持つ。

前に引用した係属中の米国特許出願通し番号第０３２．
８０４号及び米国特許第４，５０６．３２７号に記載さ
れている様に、試験物体に関するこの他に利用し得る先
験的な情報は、第２図のブロック４６で示した材料の密
度の上限及び下限である。即ち、反復的な過程４４を用
いて、上限を越える物体の密度を表わす様な画素３４を
上限にリセットすると共に、下限よりも小さい物体の密
度を表わす画素をゼロにリセットすることにより、更に
補正を加えることが出来る。

ある投影角度で完全な、ＣＴ走査角度が妨げられるか或
いはＸ線束が重大な程の減衰のし過ぎをする場合、Ｊ、
Ｏｐｔ、Ｓｏｃ、Ａｓ、誌７１．（１９８１年）第５８
２Ｗｍ５９２頁所載のタム及びベレー・メンデスの論文
［角度が制限された人力を用いた断層写真法による作像
」に述べられた角度が制限された像再生アルゴリズムを
反復的な過程４４で利用することが出来る。その結果は
、物体のスライス断面の補正済みの再生ＣＴ像であり、
これは表示装置３２に明確度を著しく改善して表示され
る。

この為、小さなきずでも容易に目で見ることが出来、内
部の特徴が、その寸法特性を正確に計測することが出来
る程の明瞭度で表示される。

この発明の別の特徴として、測定値検査装置２２による
測定データ３６の発生を促進する為、ＣＴスライス十面
に於ける試験物体の凸の外皮がＸ線投影データから発生
される（ブロック４８）。

前に引用した係属中の米国特許出願に記載されている様
に、ＣＴ走査角度全体に及ぶ多数の投影角度で、普通の
ＣＴ走査レベルよりも低いエネルギ・レベルの扇形Ｘ線
ビーム２０により、試験物体を走査する。各々の投影角
度に対して検出されたＸ線データを投影し、その投影値
を逆投影して、何れも物体の境界が明確に記された逆投
影ストリップを作る。全ての逆投影ストリップを交差又
は重畳によって重ね合せて、第４図の５０に示す様に、
試験物体の凸の外皮に対応する多角形領域を構成する。

この凸の外皮の構成は、物体の断面の包絡線の凸面の形
成部５２とぴったり合うが、その凹面の形成部５４がら
はかなりずれていることが判る。これは、ＣＴスライス
の包絡線の境界データ３８は、凸の外皮の構成を使って
発生して、その凸面部分を限定すると共に、測定値検査
装置の調査を使ってその凹面部分を限定することが出来
ることを示す。このことが第２図に示されており、凸の
外皮のデータ４８及びプローブ調査による測定データ３
６が組合せて処理されて、ＣＴスライス包絡線３８を発
生する。凸の外皮のデータは物体の凸面の形成部を精密
に限定し且つその位置を定めることが出来るから、凸の
外皮のデータに対して、凹面の形成部の更に集中した多
数の調査によって発生される境界点データを関係づける
為には、測定値検査装置による代表的な少数のプローブ
調査しか必要としない。凸の外皮のデータは調査された
境界点の測定データよりもずっと敏速に発生することが
出来るから、ＣＴスライスの包絡線を発生し、こうして
表示装置３２によって表示される、先験的な情報によっ
て補正した品質の高いＣＴ像を最終的に再生するのに、
かなり時間が節約される。

以上の説明から、この発明が必要により、多数の業界で
次第にその数が増えている重要な部品の工業的な非破壊
検査を著しく容易にする為に、０１作像で重要な利点を
提供したことが理解されよう。即ち、これまでの説明か
ら明らかになるものも含めて、最初に述べた目的が効率
よく達成されたこと、並びにニーに説明した方法及びそ
の種々の工程にはこの発明の範囲内である変化を加える
ことが出来るから、ニーで説明したことはこの発明を例
示するものであって制約するものではないことを承知さ
れたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法に用いる工業用計算機式断層写
真法（ＣＴ）検査部の簡略斜視図、第２図は第１図の検
査部で得られたデータを処理する種々の工程を示す機能
的なブロック図、第３図はＸ線減衰データだけから再生
された試験物体の断面スライスのＣＴ像を示す図、第４
図は試験物体のスライス断面に対する凸の外皮の構成を
示す図、 第５図は一部分は凸の外皮の構成から、そして一部分は
調査による測定データから発生された試験物体のスライ
ス断面の包絡線を示す図である。 主な符号の説明 １４：物体 １６：Ｘ線源 １８：検出器配列 ２２　：　７１１１１定検査装置 ２８ニブローブ針

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試験物体の断面の計算機式断層写真（ＣＴ）像を再
   生する方法に於て、 試験物体を試験位置に支持し、 予定の写像計画に従って、試験物体の多数の外面の点を
   プローブによって調査し、 調査された外面の点の空間に於ける位置を定める測定デ
   ータを発生し、 該測定データから、作像しようとする試験物体の断面の
   包絡線を定める包絡線境界データを発生し、 試験物体を多数の投影角度でＸ線に露出して、各々の投
   影角度に於けるＸ線減衰データを発生し、前記Ｘ線減衰
   データを処理して試験物体の断面のＣＴ像を再生し、 前記Ｘ線減衰データの適用を試験物体の断面に制限する
   ことにより、前記境界データを用いて再生像を補正し、 試験物体の断面の補正済み再生像を表示する工程を含む
   方法。 ２、前記補正済み再生像が画素マトリクス形表示装置に
   表示され、前記補正する工程は、前記境界データによっ
   て、試験物体の作像する断面の包絡線を越えた所にある
   と表示された表示画素に割当てられたＸ線減衰データを
   ゼロに設定することを含む請求項１記載の方法。 ３、更に補正する工程が、断面像を表示する画素を試験
   物体の既知の密度限界にリセットすることを含む請求項
   ２記載の方法。 ４、試験物体の断面の凸の外皮を定めるＸ線投影データ
   を発生し、該Ｘ線投影データ及び前記測定データを選択
   的に組合せて包絡線を定める境界データを発生する工程
   を含む請求項２記載の方法。 ５、補正する工程が、ＣＴ再生像を物体空間及び投影空
   間の間で繰返して交互に変換し、前記境界データを用い
   て、物体空間に対する像の毎回の変換を補正する工程を
   含む請求項２記載の方法。 ６、画素マトリクス形表示装置に表示する為に、試験物
   体の断面の計算機式断層写真（ＣＴ）像を再生する方法
   に於て、 試験物体を試験位置に支持し、 多数の点に於ける試験物体の凹の外面の形成部をプロー
   ブで調査して、該調査した凹面の点の空間に於ける位置
   を定める測定データを発生し、試験物体を多数の投影角
   度で走査して、試験物体の凸の外皮を定める、各々の投
   影角度に於けるＸ線投影データを発生すると共に、試験
   物体の凸面の形成部の空間に於ける位置を定め、 前記測定データ及びＸ線投影データを一緒にはめ合せて
   、試験物体の断面の完全な包絡線を限定すると共に該包
   絡線の空間に於ける位置を定める境界データを発生し、 試験物体を多数の投影角度でＸ線に露出して、各々の投
   影角度に於ける試験物体の断面の密度を示すＸ線減衰デ
   ータを発生し、 該Ｘ線減衰データを処理して試験物体の断面のＣＴ像を
   再生し、 試験物体の断面の包絡線を越えた位置にある表示画素を
   ゼロにリセットすることにより、前記境界データを用い
   てＣＴ像を補正し、 試験物体の断面の補正済みの再生ＣＴ像を前記画素マト
   リクス形表示装置に表示する工程を含む方法。 ７、プローブで調査する工程が、基準測定データを発生
   するのに十分な数の点で、試験物体の凸面の形成部をプ
   ローブで調査することを含み、はめ合せる工程が前記基
   準測定データを用いて、試験物体の断面の包絡線を定め
   る境界データを発生する際に、前記Ｘ線投影データを凹
   面の形成部の測定データと空間的に関係づける請求項６
   記載の方法。 ８、補正する工程が、断面像を表示する画素を、試験物
   体の既知の密度限界にリセットすることを含む請求項７
   記載の方法。 ９、補正する工程が、ＣＴ再生像を物体空間及び投影空
   間の間で繰返して変換し、物体空間への毎回の変換を、
   前記境界データ及び試験物体の密度限界を用いて補正す
   ることを含む請求項８記載の方法。