JPWO2018193800A1 - 三次元形状測定用ｘ線ｃｔ装置の長さ測定誤差評価用器物 - Google Patents

Abstract

Ｘ線ＣＴ装置固有の空間歪みを不足なく捉え、Ｘ線ＣＴ装置の三次元形状測定精度を評価するために、器物３０では、先端に球３５を固定した長さの異なる支持棒３６、３７、３８を基台３１に取り付けることで、基台３１上のＸＹＺ空間に１５個の球３５を配置している。基台３１の上部の平坦面３２に、球３５を支持する長さの異なる支持棒３６、３７、３８が所定の間隔で配置される。これにより、球３５は、それぞれ適当な球間距離でＸＹＺ空間に配置される。

Description

この発明は、被検査物の寸法測定用として設計された三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物に関する。

近年、被検査物の内部構造の観察装置として開発されたＸ線ＣＴ装置を利用して、被検査物の内部形状を含む寸法測定が行われるようになっている。三次元形状測定用として設計されたＸ線ＣＴ装置の測定精度評価法について、国際的標準の整備のための議論が行われているが、現状の装置では、例えば、ドイツの国内ガイドラインＶＤＩ／ＶＤＥ２６３０−１．３（Ｘ線ＣＴによる寸法計測についてのガイドライン）に従って算出された測定精度により、装置の精度保証を行っている。そして、ＶＤＩ／ＶＤＥ２６３０−１．３に対応する三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物（以下、器物と称する）として、カールツァイス社製の器物が知られている（非特許文献１参照）。

非特許文献１に記載された器物は、フォレストゲージと呼称されるタイプのものである。フォレストゲージと呼称される器物では、ステップ状の基台に球を支持した支持棒を立設することで、球を空間に配置している。球の数としては、２７球のものや２２球のものが知られている。

また、特許文献１では、Ｘ線ＣＴ装置から得られる投影イメージから、被検査物の内部形状を含む形状寸法を精度よく校正することを目的とした、Ｘ線ＣＴ装置の校正器が提案されている。特許文献１に記載された器物は、円筒体の外円周に球を固着することで、球を空間に配置している。

このような器物をＸ線ＣＴ撮影する前には、ＣＭＭ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ：接触式三次元座標測定器）等で各球の座標測定が行われる。そして、座標測定結果から求めた現実の球間距離の値と、Ｘ線ＣＴ撮影時に測定した撮影空間での球間距離の値との差から、Ｘ線ＣＴによる長さ測定誤差を評価している。

特開２０１４−１９０９３３号公報

Ｄ．Ｗｅｉｓｓ、Ｒ．Ｌｏｎａｒｄｏｎｉ、Ａ．Ｄｅｆｆｎｅｒ、Ｃ．Ｋｕｈｎ、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｉｍａｇｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｉｎ ｆｌａｔ−ｐａｎｅｌ Ｘ−ｒａｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ＣＴ−ｂａｓｅｄ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ、 ４ｔｈ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ （ｉＣＴ）、１９−２１ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１２、 Ｗｅｌｓ， Ａｕｓｔｒｉａ （ｉＣＴ ２０１２）

特許文献１に記載の校正器は、円筒体内部の空洞には、球を配置することができないため、撮影空間上の円筒形状の領域しか評価できないという問題がある。一方で、フォレストゲージと呼称される器物では、中心軸上に球を配置することは可能であるが、次のような問題がある。

図１５は、従来のフォレストゲージに対してＸ線ＣＴ撮影を行ったときの撮影視野空間における評価範囲を示す模式図である。なお、図１５においては、カールツァイス社製の２７球フォレストゲージをＸ線ＣＴ撮影の対象とした場合を示す。図１５（ａ）は、円筒状の撮影視野空間を仮想線で示し、図１５（ｂ）は、１回のＸ線ＣＴ撮影での評価範囲を示している。また、図１５（ｃ）は、Ｚ位置を切替えて３回のＸ線ＣＴ撮影を行った際の撮影視野空間における評価範囲と評価できない範囲を模式的に示し、図１５（ｄ）は、Ｚ位置を切替えて３回のＸ線ＣＴ撮影を行った際の撮影視野空間における３つの円錐空間の相互位置関係を説明する図である。

Ｘ線ＣＴ装置固有の測定空間（Ｘ，Ｙ，Ｚ）では、次のような歪みが発生する。第１に、Ｘ軸方向の長さ基準とＹ軸方向の長さ基準が異なり、例えば、Ｚ軸と直交する断面画像上で真円が楕円に変形する。第２に、Ｚ軸の位置により、Ｘ軸方向の長さ基準とＹ軸方向の長さ基準が徐々に変化することで、例えば、円筒形状が円錐台形状に変形する。第３に、特定の点の周辺に局所的な変形が生じる。第４に、Ｘ−Ｙ平面のＺ軸との交差位置により、Ｘ−Ｙ平面が少しずつ回転し、空間にねじれ様の変形が生じる。

フォレストゲージのような器物では、中央の球を頂点として円錐表面上に球が配置されることから、図１５（ｂ）に示すような円錐空間が、ＣＭＭの座標測定結果から求めた球間距離の値と比較できる評価範囲となる。このため、上述した第１〜第４のＸ線ＣＴ装置固有の空間歪みのうち、第２〜第４の空間歪みを捉えることは、困難である。

また、カールツァイス社製の２７球フォレストゲージでは、ステップが設けられた基台上に、球を支持する支持棒を立設しており、Ｘ線ＣＴ撮影時に基台部分の影が映りこむ範囲が広くなる。そして、最上段のステップより上の空間のみが評価範囲となる（図１５（ｂ）参照）。このため、Ｘ−Ｙ平面上の評価範囲と比べて、１回のＸ線ＣＴ撮影による測定でのＺ軸方向の評価範囲が狭くなる。例えば、３回のＸ線ＣＴ撮影では、図１５（ｃ）にハッチングで示すように、円錐空間同士の間に評価できない範囲が残ることになる。このような評価できない範囲をなくすには、Ｘ線検出器の受光域の縦方向に対応する高さ範囲で、器物のＺ軸方向の位置を細かく何度も変更しながら、繰り返しＸ線ＣＴ撮影を行い、球間距離を測定する必要がある。すなわち、Ｘ線ＣＴ装置の測定精度評価に時間がかかることになる。

また、カールツァイス社製の２７球フォレストゲージでは、円錐表面上に球が配置されるため、円錐空間の頂点球のみでＺ軸を合わせることになり、複数回のＸ線ＣＴ撮影を繰り返したときの１回のＸ線ＣＴ撮影ごとの評価対象となる円錐空間同士の相互位置関係については、評価ができない。従って、図１５（ｄ）に示すように、円錐空間の変形については捉えられるが、Ｘ線ＣＴ撮影ごとの円錐空間の相互的な位置関係を捉えることができない。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、Ｘ線ＣＴ装置固有の空間歪みを不足なく捉えることができ、Ｘ線ＣＴ装置の三次元形状測定精度を評価することができる三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物を提供することを第１の目的とする。

図１６は、球を支持する支持棒の基台への従来の固定手法を説明する概要図である。従来のフォレストゲージでは、基台に球を支持した支持棒を立設することで、球を空間に配置するに際し、支持棒を固定する手法としては、所謂、割り締めと呼称される手法を採用していた。図１６（ａ）では、支持棒１３６を挿入可能な孔が形成された固定部材１４０を、ネジ止めにより基台１３１に取り付け、割り部分の隙間１４４を、締付ネジ１４５を操作して狭くしていくことにより支持棒１３６に締付力を与え、支持棒１３６を基台１３１に固定している。また、図１６（ｂ）では、支持棒１３６を挿入する穴と、雄ネジ部１５３を備えた固定部材１５０を用い、穴に支持棒１３６を接着固定した状態で、雄ネジ部１５３を基台２３１に形成したネジ穴（雌ネジ）に螺合させることにより、支持棒１３６を基台１３１に固定している。

図１６に示す従来の固定手法により球３５が配置された器物では、固定部材１４０、１５０の剛性や強度の不足により、座標測定のためにＣＭＭのプローブを球に接触させたときに、球３５の位置が微小量変化することがあった。また、器物を移動させるときに傾けた場合や天地逆にした場合に、図１６（ａ）では、割り締めによる締付力の不足により、図１６（ｂ）ではネジの噛み合わせの遊びなどにより、球３５の位置が微小量変化することがあった。三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物は、座標測定結果から求めた現実の球間距離の値と、Ｘ線ＣＴ撮影時に測定した撮影空間での球間距離の値との差から、Ｘ線ＣＴによる長さ測定誤差を評価するものであることから、ＣＭＭにより器物の各球の位置を測定した後に、球位置が変化することは、微小量であっても許容できない。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、プローブの接触などの相当量の外力が球や支持棒にかかった場合や、移動時に傾け、あるいは、天地逆とした場合でも、球位置が変化しない三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物を提供することを第２の目的とする。

図１７は、従来の支持棒先端における球の接着構造を説明する断面概要図である。

従来のフォレストゲージでは、球を空間に配置するに際し、ＣＭＭ用のプローブとして市販されているルビー球やサファイヤ球を支持棒の先端に接着することで、支持棒による球の支持を実現している。支持棒への球の接着構造としては、図１７（ａ）に示すように、支持棒１３６側の上面を球形状に合わせて凹状加工し、その凹部に球３５を載せるようにして接着するものがある。また、図１７（ｂ）に示すように、穴加工を施した穴あき球２３５を用意し、支持棒先端に穴に対応する細軸２３９を設け、穴あき球２３５の穴に支持棒２３６側の細軸２３９を圧入して接着固定するものがある。図１７（ａ）に示す凹部の加工面と球３５の下面、図１７（ｂ）に示す細軸２３９の側面と穴あき球２３５の穴の内壁面、との間の隙間が一定で、その隙間を、接着剤で埋めて固定するのが理想とされる。

図１７（ａ）の接着構造では、支持棒１３６側の凹部の加工面を球３５の曲面に合わせて滑らかに、かつ、正確に加工することが困難であり、凹部の加工面の凹凸により、球３５と支持棒１３６との接触面で互いの位置関係が不安定になるという問題がある。また、支持棒１３６側の凹部の加工面の曲率半径が球の半径より大きい場合は、球３５が支持棒１３６の凹部内で転がり、逆に凹部の加工面の曲率半径が球３５の半径より小さい場合は、凹部内の一部および凹部の縁への接触など、支持棒１３６に対して球３５が部分的な複数の点で接触することになる。このため、同じ長さの支持棒１３６に球を支持させていても、球の高さ位置が微妙に異なることになる。

さらに、図１７（ｂ）の接着構造では、球内部に穴あき球２３５とは異なる材料からなる細軸２３９が存在することになる。このため、Ｘ線を照射して得られる透過像が乱されるという問題がある。すなわち、本来検出すべき、球単体のＸ線ＣＴ画像の中心位置および球の形状と、実際にＸ線を照射して得られた、球単体のＸ線ＣＴ画像の中心位置および球の形状と、に無視できない偏差が生じる。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の支持棒の各々と、そこに支持される球との位置関係を一定とすることが可能な三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物を提供することを第３の目的とする

請求項１に記載の発明は、基台と、前記基台上のＸＹＺ空間に配置される複数の球体と、前記複数の球体の各々を支持して前記基台に立設される複数の支持棒と、を備え、前記基台上のＸＹＺ空間には、Ｚ位置の異なる複数の球体が配置され、前記複数の球体のうち、Ｚ軸近傍に１つ以上の球体が配置され、Ｚ位置の異なる複数のＸ−Ｙ平面ごとに、１つの外周に沿って、複数の外周側球体が配置されている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記複数のＸ−Ｙ平面ごとに配置された外周側の球体が、円筒状に配置されている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記Ｚ軸近傍に配置された球体が、複数の内周側球体である。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記複数のＸ−Ｙ平面ごとに、複数の外周側の球体と、１つ以上の内周側球体が配置されている。

請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記内周側の球体と前記Ｚ軸との距離が、前記外周側の球体と前記Ｚ軸との距離の２０％以下に設定されている。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記複数の球体の配置範囲は、前記複数のＸ−Ｙ平面のうちＺ位置が最も低いＸ−Ｙ平面とＺ位置が最も高いＸ−Ｙ平面との間のＺ方向の距離が、Ｚ軸からのＸＹ方向の距離よりも大きくなる範囲である。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、Ｘ−Ｙ平面ごとの各外周側の球体とＺ軸との距離の平均値が前記複数のＸ−Ｙ平面間で等しくなるように、前記外周側の球体が配置されている。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記複数のＸ−Ｙ平面は、互いのＺ方向の距離が均等に離隔した少なくとも３つのＸ−Ｙ平面である。

請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記外周側の球体の配置として、所定の距離だけＺ軸から離間させた２個の球体をＺ軸に対して対向配置した組をＺ位置の異なる複数のＸ−Ｙ平面ごとに複数配置することで少なくとも４個がＸ−Ｙ平面ごとに配置されている。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記複数のＸ−Ｙ平面は、互いのＺ方向の距離が均等に離隔した少なくとも３つのＸ−Ｙ平面であり、前記複数の球体のうち、２個の球体をＺ軸に対して対向配置した組を複数配置することにより前記３つのＸ−Ｙ平面の各々に配置された球体は、前記３つのＸ−Ｙ平面が重なる平面視においては、Ｚ軸を中心とした円上に略３０度間隔で均等に配置される。

請求項１１に記載の発明は、請求項９または１０に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記複数のＸ−Ｙ平面ごとに１つ以上の内周側の球体も配置されており、前記内周側の球体が、対向配置した前記外周側の球体を結ぶ線上に配置されている。

請求項１２に記載の発明は、請求項１から１１のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記外周側の球体は、１つのＸ−Ｙ平面の平面視においてＺ軸を中心とした円上に等間隔に配置されている。

請求項１３に記載の発明は、請求項１から１２のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記基台が上部に平坦面を有し、前記複数の支持棒の長さの違いにより、Ｚ位置の異なる複数の球体が配置される。

請求項１４に記載の発明は、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記複数の支持棒は、前記複数の支持棒の数に応じて前記基台に形成した穴に挿入される支持棒保持機構を備え、前記支持棒保持機構は、前記基台の前記穴に収容され、側面に複数の抜き孔が設けられるとともに、前記支持棒を挿入する空間が設けられた有底の円筒部材と、中央部に前記支持棒を貫通させる孔が設けられ、外周部に前記円筒部材の開口の内壁に形成された雌ネジと螺合する雄ネジ部が設けられた荷重用ボルトと、前記円筒部材の前記抜き孔に挿入され、前記円筒部材の底に前記球体を支持する側とは逆の端部が当接した状態の前記支持棒の側面に当接する凸部を有する固定用コマと、前記円筒部材の前記抜き孔に挿入され、雌ネジと雄ネジの螺合により前記荷重用ボルトを前記円筒部材に対して締結したときに生じる力を、前記支持棒のＸ−Ｙ平面上の並進方向の自由度を拘束する方向と、前記支持棒をＺ軸上の並進方向の自由度を拘束する方向の２方向に伝達する荷重伝達用コマと、を備える。

請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記円筒部材の前記抜き孔は、前記円筒部材の側面に円筒軸を中心に等間隔に３か所設けられ、前記抜き孔の２か所には、前記固定用コマが配置され、１か所には前記荷重伝達用コマが配置される。

請求項１６に記載の発明は、請求項１４または１５に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記荷重伝達用コマは、互いに傾斜面で接合する３つの楔様部材からなる。

請求項１７に記載の発明は、請求項１から１６のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記支持棒の一端には、円錐凹部が設けられ、前記円錐凹部の円錐形斜面に球体を接触させて支持する。

請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、前記支持棒の前記円錐凹部の底には、抜け穴が設けられる。

請求項１から請求項１８に記載の発明によれば、基台上のＸＹＺ空間に、Ｚ軸近傍に１つ以上の球体が配置され、Ｚ位置の異なる複数のＸ−Ｙ平面ごとに、１つの外周に沿って、複数の外周側球体が配置されることから、空間上の複数の外周側球体が配置された領域だけでなく、Ｚ軸近傍の１つ以上の球体によって外周側球体が配置された領域の内側の領域まで、撮影空間の評価が可能となる。また、Ｚ位置の異なる複数のＸ−Ｙ平面ごとに、１つの外周に沿って、複数の外周側球体が配置されることから、円錐表面上に球が配置された従来のフォレストゲージのように、円錐空間同士の間に評価できない範囲が残るという問題を解消できる。

請求項４に記載の発明によれば、複数のＸ−Ｙ平面ごとに１つ以上の内周側の球体が配置されることで、Ｚ軸近傍にＺ位置の異なる複数の球体が配置されることになり、評価範囲の中心のＺ方向に複数の測定点を持たせることができる。これにより、複数回のＸ線ＣＴ撮影を繰り返したときの１回のＸ線ＣＴ撮影ごとの評価対象となる円筒状空間同士の相互位置関係について、評価を行うことが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、複数の球体の配置範囲を、複数のＸ−Ｙ平面のうちＺ位置が最も低いＸ−Ｙ平面とＺ位置が最も高いＸ−Ｙ平面とのＺ方向の距離が、Ｚ軸からのＸＹ方向の距離よりも大きくなる範囲としたことで、従来よりも少ない回数のＸ線ＣＴ撮影で円筒状の撮影視野空間を等方的に評価することが可能となる。Ｚ軸位置を変えて繰り返し測定を行う回数を従来よりも減らすことができることから、Ｘ線ＣＴ装置の測定精度評価のための撮影時間を短縮することが可能となる。

請求項９に記載の発明によれば、外周側の球体の配置として、所定の距離だけＺ軸から離間させて、Ｚ位置の異なる複数のＸ−Ｙ平面の各々に少なくとも４個の球を配置することから、従来のような円錐表面上に球体を配置した構造とはならならず、Ｘ線ＣＴ装置固有の空間歪みを不足なく捉えることが可能となる。従って、Ｘ線ＣＴ装置の三次元形状測定精度を評価することができる。

請求項１３に記載の発明によれば、基台の上部と平坦面とし、複数の支持棒の長さの違いにより、Ｚ位置の異なる球体配置を実現したことにより、従来の基台をステップ状としたときのようなステップの影の写り込みがなく、１回の撮影で評価できる範囲が広くなり、Ｚ軸位置を変えて繰り返し測定を行う回数を従来よりも減らすことができる。

請求項１４から請求項１８に記載の発明によれば、支持棒保持機構による３次元空間での各支持棒の拘束を実現することから、球や支持棒に相当量の応力がかかった場合、あるいは、輸送時や設置時に天地逆にした場合においても球位置が変化することがない器物を製作することが可能となる。

請求項１７および請求項１８に記載の発明によれば、支持棒における球体を支持する先端の形状を円錐凹部としたことから、球体は支持棒の円錐凹部の円錐傾斜面に線接触することになり、球体の個体差の影響を受けにくく、球体と支持棒との位置関係を一定とすることが可能となる。

請求項１８に記載の発明によれば、支持棒の円錐凹部の底に抜け穴を設けたことで、接着剤を逃がすことができ、接着剤が硬化する際に球体をより支持棒側に引っ張る力が生じ、球体の保持力を高めることが可能となる。

三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の概要図である。 この発明に係る三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物３０の斜視図である。 球３５の配置を説明する概要図である。 球３５の配置を説明する概要図である。 球３５の配置の変形例を説明する概要図である。 球３５の配置の変形例を説明する概要図である。 球３５の配置の変形例を説明する概要図である。 球３５の配置の変形例を説明する概要図である。 円柱状の支持棒３６、３７、３８を基台３１に固定するときの、３次元空間における拘束条件を説明する図である。 楔様コマによる力の伝達を説明する図である。 支持棒保持機構４０を説明する分解斜視図である。 支持棒保持機構４０を基台３１に挿入した状態を示す概要図である。 支持棒先端における球３５の接着構造を説明する断面概要図である。 支持棒先端における球３５の接着構造を説明する断面概要図である。 従来のフォレストゲージに対してＸ線ＣＴ撮影を行ったときの撮影視野空間における評価範囲を示す模式図である。 球を支持する支持棒の基台への従来の固定手法を説明する概要図である。 従来の支持棒先端における球の接着構造を説明する断面概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の概要図である。

この三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置と称する）は、Ｘ線照射部１１と、Ｘ線検出器１２と、回転ステージ１３とを備える。このＸ線ＣＴ装置は、対向配置されたＸ線照射部１１とＸ線検出器１２との間に配設された回転ステージ１３上に被検査物を設置して、非破壊による内部の観察や三次元形状測定を行うものである。

Ｘ線照射部１１は、内部にＸ線源としてのＸ線管を備え、高電圧発生装置１５から供給される管電圧、管電流に応じたＸ線をＸ線管から発生させる。この高電圧発生装置１５はＸ線制御部１６によって制御され、Ｘ線制御部１６はＸ線ＣＴ装置全体の制御を行う制御用ソフトウェアがインストールされたパーソナルコンピュータＰＣに接続されている。Ｘ線検出器１２は、イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）にＣＣＤカメラを組み合わせたもの、もしくは、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）であり、ＣＴ画像再構成演算装置１８を介してパーソナルコンピュータＰＣに接続される。なお、Ｘ線検出器１２は、透視撮影領域の拡大縮小のために回転ステージ１３に対して離接可能に構成される。また、回転ステージ１３もＸ線照射部１１に対して離接可能である。

回転ステージ１３は、Ｘ線照射部１１からＸ線検出器１２を結ぶＸ線光軸Ｌに沿ったＸ軸に直交するＺ軸を回転軸Ｒとして回転するとともに、ステージ駆動機構１４により、ＸＹ方向の水平方向とＺ方向の上下方向への移動が可能となっている。そして、ステージ駆動機構１４は、ステージ制御部１７を介してパーソナルコンピュータＰＣに接続されている。

Ｘ線ＣＴ撮影に際しては、回転ステージ１３に設置した被検査物に、Ｘ線照射部１１からＸ線を照射しつつ回転ステージ１３に回転軸Ｒを中心として回転を与える。そして、被検査物の周囲の３６０度にわたる全方向から透過したＸ線をＸ線検出器１２により検出し、そのＸ線透過データをＣＴ画像再構成演算装置１８に取り込む。

ＣＴ画像再構成演算装置１８は、プログラムやＸ線検出器１２の検出データ等を記憶する記憶装置としてのＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等と、演算装置としてのＣＰＵと、を備えるコンピュータにより構成されている。ＣＴ画像再構成演算装置１８では、取り込んだ３６０度分のＸ線透過データを用いて、Ｘ−Ｙ平面に沿った面でスライスした被検査物の断層像（ＣＴ画像）が構築される。ＣＴ画像は、ＣＴ画像再構成演算装置１８からパーソナルコンピュータＰＣに送信され、パーソナルコンピュータＰＣにインストールされた三次元画像構築プログラムによる三次元画像化に利用される。

パーソナルコンピュータＰＣには、液晶ディスプレイ等の表示装置２３、および、キーボード２２ａとマウス２２ｂから成る入力装置２２が接続されている。なお、キーボード２２ａやマウス２２ｂは、種々の操作において、オペレータによる入力を行うものである。表示装置２３は、ＣＴ画像再構成演算装置１８からパーソナルコンピュータＰＣに送信されたＣＴ画像を表示するとともに、ＣＴ画像を利用して構築された三次元画像を表示する。なお、ＣＴ画像再構成演算装置１８の機能は、パーソナルコンピュータＰＣと一体化されて、コンピュータの周辺装置やソフトウェアとして一つのコンピュータで実現してもよい。

次に、このＸ線ＣＴ装置を三次元形状測定用として評価するに際して用いられる長さ測定誤差評価用器物３０について説明する。Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線検出器１２により検出された複数の投影像から再構成像と呼称されるボリュームデータを求めることから、三次元形状測定用としての評価に際しては、Ｘ線検出器１２のＸ線検出領域に対して広い範囲の測長精度確認を実施できることが求められる。また、Ｘ線ＣＴ装置は、投影像の拡大率の変更のために、Ｘ線源、回転ステージ１３、Ｘ線検出器１２の位置関係を変更することから、各構成が理想的に組み上げられた状態からずれる幾何誤差の評価ができることが求められる。さらに、Ｘ線ＣＴ装置は、回転ステージ１３を回転させてＸ線撮影を行うことから、回転ステージ１３の運動誤差の評価ができることも求められる。

図２は、この発明に係る三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物３０の斜視図である。

この三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物３０（以下、器物３０と称する）は、先端に球３５を固定した長さの異なる支持棒３６、３７、３８を基台３１に取り付けることで、基台３１上のＸＹＺ空間に１５個の球３５を配置している。基台３１の上部の平坦面３２に、球３５を支持する長さの異なる支持棒３６、３７、３８が所定の間隔で立設されている。基台３１は、熱変形が極めて小さい低熱膨張金属素材により作成される。また、球３５には、形状誤差が小さい（真球度が高い）ルビー球などの球体を採用し、支持棒３６、３７、３８にはセラミックなどの素材を採用している。

基台３１の上部における球３５の配置空間は、ＣＭＭによる座標測定を行った後の各球３５の空間的配置に狂いが生じないように、保管時および使用時には、円筒状のカバー３３によって覆うようにしている。このカバー３３は、アクリル樹脂などの比較的Ｘ線透過率の高い材料により作成されている。なお、このカバー３３は可視光に対して透明である必要はないが、可視光に対して透明であることが望ましい。透明であればオペレータが直接内部を見ることができるので構造の理解がしやすくなる。

支持棒３７は支持棒３６よりも３０ｍｍ長く、支持棒３８は支持棒３７より３０ｍｍ長い寸法を有する。３０ｍｍずつ長さが異なる支持棒３６、３７、３８を使用することで、３つのＺ位置に複数個（例えば１つのＺ位置あたり５個）の球３５を配置することができる。すなわち、球３５の支持に用いる支持棒３６、３７、３８の長さの違いを三段階とすることで、Ｚ位置の異なる３つのＸ−Ｙ平面に球３５を配置することになる。そして、この実施形態では、最も短い支持棒３６と中間の長さの支持棒３７との長さの差と、中間の長さの支持棒３７と最も長い支持棒３８との長さの差とを同じ長さとすることで、３つのＺ位置の間隔を均等にしている。

図３および図４は、球３５の配置を説明する概要図である。図３は、二点鎖線で示す円筒形の撮影空間での各球３５の配置を示す三次元イメージであり、図４は平面概要図である。図４では、最も短い支持棒３６に支持された球３５のＺ位置のＸ―Ｙ平面に向かって、Ｚ軸と平行に各球３５の位置を投影した投影座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を示している。ここで、図中の三角（△）は、最も短い支持棒３６に支持された５個の球３５の位置を示し、四角（□）は、中間の長さの支持棒３７に支持された５個の球３５の位置を示し、丸（〇）は、最も長い支持棒３８に支持された５個の球３５の位置を示している。

図３および図４に示すように、この器物３０では、投影座標での原点（０，０）を中心とする半径約１０ｍｍの円（内円）上に、３つのＺ位置につき１個ずつの球３５を配置するとともに、半径約５０ｍｍの円（外円）上に、３つのＺ位置につき４個ずつの球３５を約９０度ずらして略十字型に配置することで、計１２個の球３５を配置している。投影座標での原点（０，０）はＺ軸でもあることから、Ｚ位置の異なる３つのＸ−Ｙ平面上の各々に、５個、全体では合計１５個の球体が配置されていることになる。各支持棒３６、３７、３８の長さの差は、３０ｍｍなどの同じ長さであることから、３つのＸ−Ｙ平面は、Ｚ方向の距離が互いに均等に離隔していることになる。なお、１つのＸ−Ｙ平面上において、Ｚ軸近傍の内円に配置される球体よりも遠い位置であって、所定の距離だけＺ軸から離間させた外円上に配置される球体の配置は、２個の球体をＺ軸に対して対向配置した組を複数配置、すなわち、この実施形態では、２個の球体をＺ軸に対して対向配置した組を２組配置することで、４個の球３５を配置している。そして、このＺ軸を通る同一線上にある２個の球３５を結ぶ２つの線分が直交する関係となるように２組の位置を調整することで、４個の球３５の配置を互いに約９０度ずれた略十字型としている。

異なる３つのＸ−Ｙ平面において、外円上に配置された各球３５の位置関係は、図４に示すような平面視においては、Ｚ軸を中心として同一円上に等間隔に配置される。すなわち、図４の原点（０，０）を中心とする円上の位置では、互いに略３０度離間した位置となる。この実施形態では、三角（△）で示すＺ位置が最も低いＸ−Ｙ平面での４個の球３５の配置を基準として、Ｚ位置を上にずらしたＸ−Ｙ平面を、Ｚ軸を中心として略３０度反時計回りに回転させた位置に四角（□）で示す４個の球３５が配置され、さらにそこからＺ位置を上にずらしたＸ−Ｙ平面を、Ｚ軸を中心として略３０度反時計回りに回転させた位置に丸（〇）で示す４個の球３５が配置されている。すなわち、半径５０ｍｍ、高さ６０ｍｍの円筒の９０度角ごとの外周面に、三角（△）、四角（□）、丸（〇）の順に球３５が、Ｚ軸を回転軸とする３０度の回転とＺ軸に平行な３０ｍｍの並進の組み合わせにより、らせん状に配置される。このように、３つのＸ−Ｙ平面ごとに配置された外周側の複数の球体は、撮影空間の円筒形状の領域（図３に二点鎖線で示す）の評価点として円筒状に配置される。そして、外周側の複数の球体は、３つのＸ−Ｙ平面上の各々に配置する４個の球体の配置位置を、隣接するＸ−Ｙ平面の球体の配置位置に対してＺ軸を中心として略３０度回転配置することで、平面視においてＺ軸を中心とした円上に略３０度間隔で均等に配置される。

最も短い支持棒３６に支持された５個の球３５のうちの４個、中間の長さの支持棒３７に支持された５個の球３５のうちの４個、最も長い支持棒３８に支持された５個の球３５のうちの４個は、上述したように、投影座標の原点（０，０）を中心とする半径５０ｍｍの円上に均等に配置される。このように、この実施形態では、各Ｘ−Ｙ平面につき４個ずつ球３５を同一円上に配置したことで、各球３５とＺ軸との距離が等しくなっている。なお、図４に示すＺ軸近傍の３個の球３５を除く各球３５において、原点（０，０）と各三角（△）との距離の平均値、原点（０，０）と各四角（□）との距離の平均値、原点（０，０）と各丸（〇）との距離の平均値、が同じとなっていれば、必ずしも球３５が同一円上に配置される必要はない。すなわち、各Ｘ−Ｙ平面に配置されたＺ軸近傍の３個以外の球３５は、各球３５とＺ軸との距離のＸ−Ｙ平面ごとの平均値がおおよそ等しくなっていればよい。

最も短い支持棒３６に支持された５個の球３５のうちの１個、中間の長さの支持棒３７に支持された５個の球３５のうちの１個、最も長い支持棒３８に支持された５個の球３５のうちのうちの１個は、この発明の内周側球体であり、Ｚ軸近傍の半径約１０ｍｍ以内の円上に均等間隔で配置される。すなわち、Ｚ軸方向の略直線上に、３種類のＺ位置につき１個ずつの球３５を配置している。なお、この器物３０では、球３５を支持棒３６、３７、３８でそれぞれ支持する構成としていることから、厳密に投影座標の原点（０，０）上にＺ位置だけが異なる３個の球３５を配置することはできない。このため、この実施形態では、Ｚ軸近傍の半径約１０ｍｍ以内の円上に均等間隔で配置することにより、Ｚ軸方向における複数の球体の均等配置（縦方向の球体の均等配置）を実現している。なお、Ｚ軸近傍の目安としては、Ｚ軸からの距離が各Ｘ−Ｙ平面上で４個の球３５の配置位置を規定する円の直径の２０％以下程度の距離となる範囲である。この実施形態では、長さが異なる支持棒３６、３７、３８にそれぞれ支持された３個の球３５をＺ軸近傍の内周円上に均等間隔で配置しているが、Ｚ軸に沿って高さの違う３点の球位置を取得することができれば、同一円上に配置していなくてもよい。この発明のＺ軸近傍の「近傍」には、中央位置とみなせる程度の距離だけ中心から離れているものが含まれ、中心であるＺ軸上も含まれる。また、Ｚ軸近傍に配置される球３５は、それぞれのＺ位置の各Ｘ―Ｙ平面上の半径５０ｍｍの円上に配置された４個の球３５のうちの原点（０，０）を挟んで対角関係にある２個を結ぶ線上に配置することで、Ｚ軸からのずれ量の把握と平面視におけるＺ軸を中心とした均等配置を容易にしている。

図５から図８は、球３５の配置の変形例を説明する概要図である。図５および図７は、撮影空間での各球３５の配置を示す三次元イメージであり、図６および図８は平面概要図である。この変形例では、Ｚ位置が低いＸ−Ｙ平面での球３５の位置を黒丸で、Ｚ位置が高いＸ−Ｙ平面での球３５の位置を白丸で示している。

図５および図６に示す球３５の配置では、Ｚ軸に１つの球体を配置することで、Ｚ方向の評価点が１点ある。そして、異なる２つのＸ−Ｙ平面においてＺ軸を中心として１つの外周に沿って球３５が２個ずつ配置されている。図６に示す平面視においては、各球３５が同一円上に等間隔に配置される。

図５および図６に示す球３５の配置では、Ｚ軸の１つの球３５によって外周側球体が配置された領域の内側の領域での撮影空間の評価が可能である。そして、少なくともＸ線検出器１２の横方向の最大のＸ線検出領域に近い位置に球３５を投影できるように、外周円に沿って２個の球体を対向配置したことで、円筒形状の撮影空間で複数の評価点を得ることができる。また、２つのＺ位置の異なるＸ−Ｙ平面ごとに外周側の球３５を２個配置したことで、Ｘ線検出器１２の縦方向の最大のＸ線検出領域に近い位置であって違う高さ位置に球３５を投影することができる。このため、Ｚ位置を変えて複数回撮影を行う場合、１回の撮影空間の同士の間に評価できない範囲を生じさせることなく、円筒状の撮影視野空間内を少ない撮影回数で評価することができる。さらに、Ｚ位置が異なるＸ−Ｙ平面ごとに２個の球３５を配置したことで、回転ステージ１３の運動誤差の評価、幾何誤差の評価を行うことが可能である。

なお、この変形例では、異なる２つのＸ−Ｙ平面において、Ｘ−Ｙ平面ごとに２個の球３５を対向配置しているが、２つのＸ−Ｙ平面の各球３５が１つの外周円に沿って配置していれば、それらの配置が厳密に等間隔でなく、また、Ｘ−Ｙ平面ごとに対向配置されていなくてもよい。この発明における外周側の球体の「外周」とは、Ｘ線検出器１２の横方向の最大のＸ線検出領域に近い位置に球３５を投影できる直径を持つ円、もしくは、長径を持つ楕円などの円周である。２つ以上のＺ位置の異なるＸ−Ｙ平面の各々に２つ以上の球体を配置することで、図１５（ｃ）を参照して説明した従来のフォレストゲージのように球体が円錐表面状に配置されることによって、円筒状の撮影空間で評価できない範囲を生じさせる、という問題が解消される。

この発明における外周側の球体とは、Ｘ線検出器１２の横方向の最大のＸ線検出領域に近い位置に球３５を投影できる外周に沿って、複数のＸ−Ｙ平面に配置される球体であって、円周に沿っていれば、全ての球体がＺ軸からの距離が等しい関係になくてもよい。また、この発明における外周側の球体が円筒状に配置されるとは、異なるＸ−Ｙ平面間でそれぞれのＸ−Ｙ平面の複数の球体を他のＸ−Ｙ平面に向けてＺ軸と平行に並進させると、２つのＸ−Ｙ平面のＺ位置の差が高さとなる円筒形状が形成できる状態の球体の配置を指す。

図７および図８に示す球３５の配置では、Ｚ方向の評価点が２点ある。すなわち、２つのＸ−Ｙ平面ごとにＺ軸近傍に１個の球３５を配置し、その異なるＸ−Ｙ平面間のＺ軸近傍の球３５が、図８に示す平面視において、Ｚ軸近傍の内周円に沿った位置関係となる。この発明における内周側の球体の「内周」とは、外周に対する内側の円周であって、異なるＸ−Ｙ平面間のＺ軸近傍の球体の位置関係に設計上の一定の規則性を持たせることで、器物製作上の均一性が担保できる。図５および図６の変形例と比較して、Ｚ方向の評価点が増えることで、複数回のＸ線ＣＴ撮影を繰り返したときの１回のＸ線ＣＴ撮影ごとの評価対象となる円筒状空間同士の相互位置関係について、評価を行うことができる。

球３５の配置は、図１〜図８を参照して説明した以外にも、変形が可能である。すなわち、Ｘ線検出器１２のサイズや、Ｚ軸の位置を変えた複数回のＸ線ＣＴ撮影の必要性に応じて、複数の外周側球体を配置するＸ−Ｙ平面の数や、そこに配置する球体の数は変更できる。

球３５を支持した支持棒３６、３７、３８を基台３１に固定する構造について説明する。図９は、円柱状の支持棒３６を基台３１に固定するときの、３次元空間における拘束条件を説明する図である。図１０は、楔様コマによる力の伝達を説明する図である。

基台３１に円柱状の支持棒３６、３７、３８を固定するには、図９に白抜き矢印に丸を付けた１〜５の符号を付して示す５つの自由度を考える。すなわち、Ｘ−Ｙ平面上については、図９の１と２の点で、その反対方向からの力（１と２の中間方向の１８０度逆方向の力）で拘束するとともに、３と４の点で、その反対方向からの力（３と４の中間方向の１８０度逆方向の力）で拘束する。Ｚ軸方向の並進については、図９の５の点で、その反対方向からの力で拘束する。そして、Ｚ軸方向の回転については、図９の１〜５の点での拘束に加え、面接触による摩擦力での拘束が可能である。

支持棒３６、３７、３８のＸ−Ｙ平面上の並進方向の自由度とＺ軸上の並進方向（上下方向）の自由度を拘束するには、図９に破線矢印で示すように９０度向きの異なる２方向の力を支持棒３６に同時に加える必要がある。このような力の伝達を可能とする機構として、支持棒３６を拘束するコマの形状に４５度の鋭角を持つ楔様の形状を組み合わせた楔様コマを採用することができる。図１０に示すように、互いに傾斜面で接触する楔様の形状の３つの部材を組み合わせた楔様コマでは、白抜き矢印で示す荷重に対し、傾斜面の作用により、図１０中に破線矢印で示すような９０度向きの異なる２方向の力を生じさせることができる。

図１１は、支持棒保持機構４０を説明する分解斜視図である。図１２は、支持棒保持機構４０を基台３１に挿入した状態を示す概要図である。図１２（ａ）は、支持棒保持機構４０の平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）におけるＡ−Ａ´断面図である。

この支持棒保持機構４０は、支持棒３６、３７、３８を挿入可能な空間が設けられた有底の円筒部材４１と、支持棒３６、３７、３８を拘束するための固定用コマ４５と荷重伝達用コマ４６、固定用コマ４５と荷重伝達用コマ４６に荷重を加えるための荷重用ボルト４２から成る。なお、支持棒３６、３７、３８は、長さが互いに異なる同一径の棒材であることから、以下の説明では、支持棒３６として説明する。

円筒部材４１の開口の内壁には、後述する荷重用ボルト４２の外周に形成された雄ネジ部４３と螺合する雌ネジが形成されている。また、円筒部材４１の側面には、円筒軸から３方向に、おおよそ１２０度の等間隔で、固定用コマ４５および荷重伝達用コマ４６を配置するための抜き孔４４が形成されている。この円筒部材４１の側面に３か所設けられた抜き孔４４には、２個の固定用コマ４５と、１個の荷重伝達用コマ４６とがそれぞれ配置される。固定用コマ４５には、図９に示す１と３の点、２と４の点に相当する位置で支持棒３６と当接する凸部４７が設けられている。なお、この実施形態の固定用コマ４５では、支持棒３６と当接する側とは逆側の面の対応する位置に、同様に凸部４７を設けている。

荷重伝達用コマ４６は、図１０を参照して説明した楔様コマであり、互いに傾斜面で接合する３つの楔様部材４６ａ、４６ｂ、４６ｃからなり、この３つの楔様部材４６ａ、４６ｂ、４６ｃを各々の傾斜面を合わせるように組み合わせると、１つの角柱となる。荷重伝達用コマ４６に対して角柱の軸に沿った圧縮方向の力が加わると、３つの楔様部材４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、傾斜面での滑りにより互いに移動することになる。

基台３１には、円筒部材４１の外径よりやや大きめの円筒部材４１を収容するための穴が、ＸＹＺ空間に配置したい球３５の数だけ設けられている。そして、この基台３１の各穴に、抜き孔４４に荷重伝達用コマ４６と２個の固定用コマ４５を配置した状態で円筒部材４１が挿入される。

荷重用ボルト４２は、中央部に支持棒３６を貫通させる孔が設けられ、外周部に円筒部材４１の開口の内壁に形成された雌ネジと螺合する雄ネジ部４３が設けられた、ボルト様の部材である。荷重用ボルト４２は、中央部に孔が形成されている点において一般的なボルトとは異なるが、雄ネジが形成されていない部分に平行な平面を形成することなどによって一般的な工具であるレンチにより回転することができ、円筒部材４１への取り付け、取り外しができるようになっている。

円筒部材４１に荷重用ボルト４２を締結すると、荷重伝達用コマ４６にコマの長軸方向に沿って力が加わる。この実施形態では、３つの楔様部材４６ａ、４６ｂ、４６ｃを組み合わせた荷重伝達用コマ４６の長軸方向の長さを、固定用コマ４５の長軸方向の長さより十分大きくしている。これにより、荷重用ボルト４２締結時に固定用コマ４５の上端部に荷重用ボルト４２が当接することなく、そのときの荷重が荷重伝達用コマ４６のみに伝達される。なお、この実施形態の固定用コマ４５では、長軸方向の長さを荷重伝達用コマ４６の長さより小さくすることで、荷重用ボルト４２締結時に、固定用コマ４５の上端部が荷重用ボルト４２に当接しないようにしているが、長軸方向の長さは荷重伝達用コマ４６と同じにして、固定用コマ４５の上端部が荷重用ボルト４２の径の外側となるように、支持棒３６と当接する側の上側の凸部の形状を変形してもよい。

この荷重用ボルト４２の締結により荷重伝達用コマ４６に加えられた力は、図１０を参照して説明したように、楔様部材４６ａと楔様部材４６ｂの傾斜面同士の接合部分で、荷重方向に対して水平方向の力と垂直方向の力とに分散される。さらに、垂直方向の力は、楔様部材４６ｂと楔様部材４６ｃの傾斜面同士の接合部分で、荷重方向に対して水平方向の力と垂直方向の力とに分散される。このような９０度向きの異なる２方向の力により、支持棒３６には、支持棒３６の中心軸に向かう力と、下方向に向かう力がかかる。支持棒３６の中心軸に向かう力は、荷重伝達用コマ４６の配置された位置から±１２０度方向（図１２（ａ）参照）に設置した固定用コマ４５に伝達される。そして、固定用コマ４５の凸部４７と支持棒３６との当接点に対して反対側の力により、支持棒３６がＸ−Ｙ平面上に拘束される。また、支持棒３６の下方向に向かう力は、円筒部材４１に伝達される。支持棒３６の下端が円筒部材４１の底から浮き上がるようなＺ軸方向の動きは、その反対方向からの力である荷重用ボルト４２の締結時に荷重伝達用コマ４６に加わった荷重方向と同じ方向の力により拘束される。このとき、荷重用ボルト４２と直接接触する楔様部材４６ａは、楔様部材４６ａと楔様部材４６ｂが接触している傾斜面の傾斜によりスライドし支持棒３６側に微小移動することで、支持棒３６の外周面に押し付けられる。このため、支持棒３６の回転方向の動きは、支持棒３６の外周面と楔様部材４６ａの面との間の摩擦力により拘束される。

また、円筒部材４１に荷重用ボルト４２を締結した状態では、荷重伝達用コマ４６の楔様部材４６ａ、４６ｂ、４６ｃのうち、円筒部材４１の底に接触した状態で配置される楔様部材４６ｃは、楔様部材４６ｂと楔様部材４６ｃが接触している傾斜面の傾斜でスライドし、円筒部材４１の外側に向けて微小移動する。これにより、楔様部材４６ｃは、円筒部材４１の外周より外側の基台３１の内壁面に押し付けられる。このとき楔様部材４６ｂは、楔様部材４６ａと楔様部材４６ｃが互いに逆方向に微小移動することに伴って傾斜し、上部先端が円筒部材４１の外周より外側の基台３１の内壁面に押し付けられる。また、固定用コマ４５および荷重伝達用コマ４６の材料として、鉄に比べてやわらかいアルミニウムなどの金属を採用していることから、荷重伝達用コマ４６を介して荷重用ボルト４２の締結による荷重を受けると、支持棒３６に押されることで固定用コマ４５も微小変形するとともに、固定用コマ４５の支持棒側を向く凸部４７とは逆側の凸部４７が基台３１の内壁面に押し付けられる。このような基台３１の内壁面に押し付けられる力の作用により、円筒部材４１を含む支持棒保持機構４０が基台３１に固定され、支持棒３６が基台３１に固定されることになる。

なお、この実施形態では、荷重伝達用コマ４６の形状として、楔様の形状のものを採用したが、１方向からの荷重を２方向に分散して支持棒３６に横方向と下方向の力を与えることができる機構であれば、他の形状のものを採用してもよい。

次に、支持棒３６、３７、３８の先端に球３５を固定する構造について説明する。図１３は、支持棒先端における球３５の接着構造を説明する断面概要図である。以下の説明は支持棒３６に関するだけでなく、支持棒３７と３８も同様である。

この実施形態の支持棒３６の一端（先端）には、球３５を固着するために円錐形の凹加工が施され、球３５を固着する側とは逆側の端部は円筒部材４１の底面に接触する平坦な形状としている。図１３に示すように、円錐凹部５１に球３５を載せると、球３５は円錐凹部５１の円錐傾斜面に符号ｔで示す円形の線上で接触することになる。円錐凹部５１の深さおよび円錐面の傾斜は、円錐凹部５１の縁である支持棒３６の上端５２が、球３５の赤道ｅよりも円錐凹部５１における円錐の頂点側となるように、球３５の径により決められる。球３５は、円錐凹部５１の円錐形斜面に、接着剤で固定される。

球３５には、先に図１７（ａ）を参照して説明したような、細軸２３９を挿入するための穴加工を施す必要がなく、球３５の赤道ｅ上には、Ｘ線透過像が乱されるような構造体がない。このため、本来検出すべき、球単体のＸ線ＣＴ画像の中心位置および球の形状と、実際にＸ線を照射して得られた、球単体のＸ線ＣＴ画像の中心位置および球の形状と、に無視できない偏差が生じることはない。

支持棒３６と球３５の接触が、円錐傾斜面の円の線上に制限されることになるため、各球３５の加工精度の差の影響を受けにくく、支持棒３６への球３５の取り付けを従来よりも安定的に行うことができる。また、直接的には接触していない支持棒３６の円錐面と球３５の外側部分との間の一定の隙間も、接着剤によって埋めることができるため、球３５の保持力を安定化することもできる。

各支持棒３６、３７、３８の先端に球３５を固定する他の構造について説明する。図１４は、支持棒先端における球３５の接着構造を説明する断面概要図である。以下の説明は支持棒３６に関するだけでなく、支持棒３７と３８も同様である。

図１４に示す支持棒３６の先端には、図１３に示した構造と同様に、球３５を載せるための円錐凹部５１が形成されている。そして、この図１４に示す支持棒３６の先端には、円錐凹部５１の底から支持棒３６の外側面に抜ける、抜け穴５４が設けられている。この抜け穴５４は、球３５を固定するときの接着剤を円錐凹部５１の外に逃がすためのものである。このような抜け穴５４を設けることで、円錐傾斜面と球３５との間の接着材を薄くすることができる。また、接着剤が硬化するときに縮む作用により、球３５を円錐凹部５１の底に向けて引っ張る力が生じ、球３５の保持力が向上する。なお、図１４に示す実施例では、抜け穴５４が支持棒３６の外側面まで連通することで、接着剤をより逃がしやすくしているが、この抜け穴５４は必ずしも支持棒３６の外側面まで貫通させなくてもよい。円錐凹部５１の底に細い円柱凹部を設けるだけでも、同程度の効果を得ることができる。

この器物３０に対してＸ線ＣＴ撮影を行う前には、１５個の球３５の座標測定がＣＭＭにより行われ、各球３５の座標情報や、座標測定結果から求めた球間距離の値がパーソナルコンピュータＰＣに記憶される。

また、この器物３０では、支持棒保持機構４０による３次元空間での各支持棒３６、３７、３８の拘束が実現できており、かつ、球３５は円錐凹部５１が形成されたに各支持棒３６、３７、３８に安定的に固定されている。このため、器物３０を回転ステージ１３上に載置するまでの輸送時、設置時に器物３０を傾けた場合、あるいは、天地逆にした場合であっても、球位置の変化を従来よりも低減することができる。また、ＣＭＭによる座標測定の際に、プローブの球３５への接触により相当量の外力が各支持棒３６、３７、３８にかかった場合でも、従来のように球位置が変化することを防ぐことができる。

ＣＭＭによる座標測定が終わると、カバー３３により各球３５が配置されたＸＹＺ空間が覆われる。この器物３０では、球３５の数を１５個に抑えているため、ＣＭＭでの座標測定を速やかに行うことができる。また、従来よりも部品点数を削減できることから、器物３０の製作コストを抑えることも可能となる。

この器物３０に対してＸ線ＣＴ撮影を行うときには、回転ステージ１３上にカバー３３を装着した状態で器物３０を位置決めし、Ｘ線ＣＴ撮影を実行する。

この実施形態の器物３０では、各球３５の投影座標（Ｘｉ，Ｙｉ）が、図４に示すようにほぼ均等で、Ｚ位置が異なる３つのＸ−Ｙ平面のＺ方向の位置もほぼ均等であることから、ＸＹＺ空間に配置されている１５個の球３５は、従来のような円錐表面上に球体を配置した構造とはならず、それぞれ適度な距離間隔を有している。このような球体配置により、Ｘ線ＣＴ装置固有の空間歪みを不足なく捉えることが可能となる。

この実施形態の器物３０では、基台３１の上面を平坦面３２とし、球３５を支持する支持棒３６、３７、３８の長さを変えたことで、１回のＸ線ＣＴ撮影での撮影視野空間におけるＺ軸方向の評価範囲を、従来のステップ状の基台を有する器物よりも広くとることが可能となっている。

また、この実施形態の器物３０では、長さが最も短い支持棒３６と最も長い支持棒３８との長さの差（例えば６０ｍｍ）を、図４に示す投影座標の原点（０，０）を中心とする円の半径（５０ｍｍ）よりも長くしている。このため、複数の球体の配置範囲が、複数のＸ−Ｙ平面のうちＺ位置が最も低いＸ−Ｙ平面とＺ位置が最も高いＸ−Ｙ平面とのＺ方向の距離が、Ｚ軸からのＸＹ方向の距離よりも大きくなる。このように、この実施形態では、Ｘ−Ｙ平面上の球３５の配置範囲とＺ軸方向の配置範囲との差を従来よりも小さくしていることから、例えば、Ｘ線検出器１２の縦横のサイズ比が等しい場合は、２回のＸ線ＣＴ撮影で円筒状の撮影視野空間を等方的に評価することが可能であり、Ｘ線検出器１２の縦横のサイズ比が縦：横＝１：２の場合は、１回のＸ線ＣＴ撮影で円筒状の撮影視野空間を等方的に評価することが可能となる。このように、Ｚ軸位置を変えて繰り返し測定を行う回数を従来よりも減らすことができることから、Ｘ線ＣＴ装置の測定精度評価のための撮影時間を短縮することが可能となる。

なお、１回のＸ線ＣＴ撮影で円筒状の撮影視野空間を等方的に評価することができるためには、Ｘ線検出器１２の縦横のサイズ比が等しい場合は、複数のＸ−Ｙ平面のうちＺ位置が最も低いＸ−Ｙ平面とＺ位置が最も高いＸ−Ｙ平面とのＺ方向の距離と、Ｚ軸からのＸＹ方向の距離に２倍の距離とがほぼ等しいほうが好ましい。球３５の配置範囲は、Ｘ線検出器１２のサイズと、支持棒３６、３７、３８の材料の撓みが生じる長さ等に応じて、複数のＸ−Ｙ平面のうちＺ位置が最も低いＸ−Ｙ平面とＺ位置が最も高いＸ−Ｙ平面とのＺ方向の距離を、Ｚ軸からのＸＹ方向の距離（図４に示す投影座標の原点（０，０）を中心とする円の半径）よりも大きく、Ｚ軸からのＸＹ方向の距離の２倍（図４に示す投影座標の原点（０，０）を中心とする円の直径）より小さい、もしくは、ほぼ等しい範囲の間で変更すればよい。

１１ Ｘ線照射部
１２ Ｘ線検出器
１３ 回転ステージ
１４ ステージ駆動機構
１５ 高電圧発生装置
１６ Ｘ線制御部
１７ ステージ制御部
１８ ＣＴ画像再構成演算装置
２２ 入力装置
２３ 表示装置
３０ 器物
３１ 基台
３２ 平坦面
３３ カバー
３５ 球体
３６ 支持棒
３７ 支持棒
３８ 支持棒
４０ 支持棒保持機構
４１ 筒状部材
４２ 荷重用ボルト
４３ 雄ネジ部
４４ 抜き孔
４５ 固定用コマ
４６ 荷重伝達用コマ
４７ 凸部
５１ 円錐凹部
５２ 上端
５４ 抜け穴
１３１ 基台
１３６ 支持棒
１４０ 固定部材
１４４ 割り部分の隙間
１４５ 締付ネジ
１５３ 雄ネジ部
１５０ 固定部材
２３１ 基台
２３５ 穴あき球
２３６ 支持棒
２３９ 細軸

Claims (18)

1. 基台と、
   前記基台上のＸＹＺ空間に配置される複数の球体と、
   前記複数の球体の各々を支持して前記基台に立設される複数の支持棒と、
   を備え、
   前記基台上のＸＹＺ空間には、Ｚ位置の異なる複数の球体が配置され、
   前記複数の球体のうち、
   Ｚ軸近傍に１つ以上の球体が配置され、
   Ｚ位置の異なる複数のＸ−Ｙ平面ごとに、１つの外周に沿って、複数の外周側球体が配置されている、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
2. 請求項１に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
   前記複数のＸ−Ｙ平面ごとに配置された外周側の球体が、円筒状に配置されている、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
3. 請求項１または２に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
   前記Ｚ軸近傍に配置された球体が、複数の内周側球体である、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
   前記複数のＸ−Ｙ平面ごとに、複数の外周側の球体と、１つ以上の内周側の球体が配置されている、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
5. 請求項３または４に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
   前記内周側の球体と前記Ｚ軸との距離が、前記外周側の球体と前記Ｚ軸との距離の２０％以下に設定されている、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
   前記複数の球体の配置範囲は、前記複数のＸ−Ｙ平面のうちＺ位置が最も低いＸ−Ｙ平面とＺ位置が最も高いＸ−Ｙ平面との間のＺ方向の距離が、Ｚ軸からのＸＹ方向の距離よりも大きくなる範囲である、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
   Ｘ−Ｙ平面ごとの各外周側の球体とＺ軸との距離の平均値が前記複数のＸ−Ｙ平面間で等しくなるように、前記外周側の球体が配置されている、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
   前記複数のＸ−Ｙ平面は、互いのＺ方向の距離が均等に離隔した少なくとも３つのＸ−Ｙ平面である、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
   前記外周側の球体の配置として、
   所定の距離だけＺ軸から離間させた２個の球体をＺ軸に対して対向配置した組をＺ位置の異なる複数のＸ−Ｙ平面ごとに複数配置することで少なくとも４個がＸ−Ｙ平面ごとに配置されている、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
10. 請求項９に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
    前記複数のＸ−Ｙ平面は、互いのＺ方向の距離が均等に離隔した少なくとも３つのＸ−Ｙ平面であり、
    前記複数の球体のうち、２個の球体をＺ軸に対して対向配置した組を複数配置することにより前記３つのＸ−Ｙ平面の各々に配置された球体は、前記３つのＸ−Ｙ平面が重なる平面視においては、Ｚ軸を中心とした円上に略３０度間隔で均等に配置される、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
11. 請求項９または１０に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
    前記複数のＸ−Ｙ平面ごとに１つ以上の内周側の球体も配置されており、
    前記内周側の球体が、対向配置した前記外周側の球体を結ぶ線上に配置されている、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
    前記外周側の球体は、１つのＸ−Ｙ平面の平面視においてＺ軸を中心とした円上に等間隔に配置されている、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
    前記基台が上部に平坦面を有し、前記複数の支持棒の長さの違いにより、Ｚ位置の異なる複数の球体が配置される、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
    前記複数の支持棒は、前記複数の支持棒の数に応じて前記基台に形成した穴に挿入される支持棒保持機構を備え、
    前記支持棒保持機構は、
    前記基台の前記穴に収容され、側面に複数の抜き孔が設けられるとともに、前記支持棒を挿入する空間が設けられた有底の円筒部材と、
    中央部に前記支持棒を貫通させる孔が設けられ、外周部に前記円筒部材の開口の内壁に形成された雌ネジと螺合する雄ネジ部が設けられた荷重用ボルトと、
    前記円筒部材の前記抜き孔に挿入され、前記円筒部材の底に前記球体を支持する側とは逆の端部が当接した状態の前記支持棒の側面に当接する凸部を有する固定用コマと、
    前記円筒部材の前記抜き孔に挿入され、雌ネジと雄ネジの螺合により前記荷重用ボルトを前記円筒部材に対して締結したときに生じる力を、前記支持棒のＸ−Ｙ平面上の並進方向の自由度を拘束する方向と、前記支持棒をＺ軸上の並進方向の自由度を拘束する方向の２方向に伝達する荷重伝達用コマと、
    を備える、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
15. 請求項１４に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
    前記円筒部材の前記抜き孔は、前記円筒部材の側面に円筒軸を中心に等間隔に３か所設けられ、
    前記抜き孔の２か所には、前記固定用コマが配置され、１か所には前記荷重伝達用コマが配置される、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
16. 請求項１４または１５に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
    前記荷重伝達用コマは、互いに傾斜面で接合する３つの楔様部材からなる、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
17. 請求項１から１６のいずれかに記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
    前記支持棒の一端には、円錐凹部が設けられ、前記円錐凹部の円錐形斜面に球体を接触させて支持する、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。
18. 請求項１７に記載の三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物において、
    前記支持棒の前記円錐凹部の底には、抜け穴が設けられる、三次元形状測定用Ｘ線ＣＴ装置の長さ測定誤差評価用器物。

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