JPWO2018198242A1 - 検査装置、検査方法および検査対象物の製造方法 - Google Patents

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Abstract

検査装置は、検査対象物へエネルギー線を照射する線源と、検査対象物を通過したエネルギー線を検出する検出部と、検査対象物および前記線源の少なくとも一方を他方に対して相対的に変位させ、検査対象物と線源との相対位置を設定する変位機構と、検出部により検出されたエネルギー線の検出量分布に基づいて、検査対象物の内部画像を生成する内部画像生成部と、検出部で検出されたエネルギー線の検出量分布に基づき、変位機構を制御する制御部と、を有する。

Description

本発明は、検査装置、検査方法および検査対象物の製造方法に関する。
X線を用いて検査対象に照射し、その検査対象を通過したX線を検出する検査装置が知られている(たとえば特許文献1)。検査精度の低下を抑制できる検査装置が望まれている。
米国特許出願公開第2013/0083896号明細書
第1の態様による検査装置は、検査対象物へエネルギー線を照射する線源と、前記検査対象物を通過したエネルギー線を検出する検出部と、前記検査対象物および前記線源の少なくとも一方を他方に対して相対的に変位させ、前記検査対象物と前記線源との相対位置を設定する変位機構と、前記検出部により検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づいて、前記検査対象物の内部画像を生成する内部画像生成部と、前記検出部で検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づき、前記変位機構を制御する制御部と、を有する。
第2の態様による検査方法は、線源から検査対象物へエネルギー線を照射することと、前記検査対象物を通過したエネルギー線を検出部により検出することと、前記検出部により検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づく前記検査対象物の内部画像を生成することと、変位機構により、前記検出部により検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づき、前記検査対象物および前記線源の少なくとも一方を他方に対して相対的に変位させ、前記検査対象物と前記線源とを設定することと、からなる。
第3の態様による検査方法は、線源から検査対象物へエネルギー線を照射することと、前記検査対象物を通過したエネルギー線を検出部により検出することと、変位機構により、前記検査対象物および前記線源の少なくとも一方を他方に対して相対的に変位させ、前記検査対象物と前記線源との相対位置を設定することと、前記検出部により検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づいて、前記検査対象物の内部画像を生成することと、前記検出部で検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づき、前記変位機構を制御することと、を有する。
第4の態様による検査対象の製造方法は、第1の態様の検査装置を用いて内部画像を取得し、前記内部画像と参照画像とを比較する。
第1の実施の形態のX線装置の構成を模式的に示す図である。 被測定物の構造を模式的に示す図である。 第1の実施の形態におけるX線発生部と被測定物と検出器との位置関係を説明するための図である。 X線発生部と被測定物とを所定の位置関係となるように変更するための考え方を説明する図である。 X線発生部と被測定物とを所定の位置関係となるように変更するための考え方を説明する図である。 第1の実施の形態のX線装置の動作を説明するためのフローチャートである。 変形例1における被測定物とX線発生部との位置関係を模式的に例示する図である。 変形例2におけるX線発生部と被測定物との検出器との位置関係を模式的に示す図である。 第2の実施の形態における製造システムの要部構成を模式的に示すブロック図である。 第2の実施の形態における製造システムの動作を説明するフローチャートである。
−第1の実施の形態−
図面を参照しながら、第1の実施の形態による検査装置としてのX線装置について説明する。X線装置は、被測定物にX線を照射して、被測定物を透過した透過X線を検出することにより、被測定物の内部情報(たとえば内部構造)等を非破壊で取得する。被測定物が、たとえば機械部品や電子部品等の産業用部品が対象である場合には、X線装置は産業用部品を検査する産業用X線CT検査装置と呼ばれる。
図1は本実施の形態によるX線装置100の構成の一例を示す図である。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線装置100は、筐体1、X線源2、載置部3、検出器4、制御装置5およびフレーム6を備えている。筐体1は、工場等の床面にXZ平面と実質的に平行(水平)となるように配置され、内部にX線源2と、載置部3と、検出器4と、フレーム6とが収容される。筐体1は、X線が筐体1の外部に漏洩しないようにするため、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Pを頂点としてZ軸+方向へ向けて円錐状に拡散する拡散エネルギー線であるX線(いわゆるコーンビーム)を放射する。この出射点Pは後述するX線源2内を伝搬する電子線の焦点位置と一致する。なお、以下の説明においては、X線の光軸Zaは、X線源2の電子線の焦点位置である出射点Pから検出器4の入射面に直交して延びる軸であるものとする。また、X線源2は円錐状のX線を放射するものに代えて、扇状のX線(いわゆるファンビーム)や線状のX線(いわゆるペンシルビーム)を放射するものであってもよい。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線の少なくとも1種のX線を出射する。
載置部3は、被測定物500が固定(載置)される載置台31と、回転駆動部32、X軸移動部33、Y軸移動部34およびZ軸移動部35からなるマニピュレータ部36とを備え、X線源2よりもZ軸+側に設けられている。載置台31は、回転駆動部32により回転軸Zrを中心として回転可能に設けられる。回転駆動部32は、X軸移動部33、Y軸移動部34およびZ軸移動部35のぞれぞれの移動に伴って移動する。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、Z軸に平行な回転軸Zrを中心として載置台31を回転させる。また、載置台31は、後述するチャッキング機構により被測定物500を保持することができる。X軸移動部33、Y軸移動部34およびZ軸移動部35は、制御装置5により制御されて、X線源2から射出されたX線の照射範囲内の適当な位置に被測定物500が位置するように、載置台31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。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から被測定物500までの距離が所望の大きさで検出器4に投影されるように載置台31をZ軸方向に移動させる。
図1に示す検出器4は、載置台31よりもZ軸+側に設けられる。すなわち、載置台31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平面に平行な入射面41を有し、X線源2から放射され、載置台31上に載置された被測定物500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、シンチレータ部により放出された光を受光する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線を光エネルギーに変換して、その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線を光エネルギーに変換することなく、電気信号に直接変換して出力してもよい。また、検出器4は、シンチレータ部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おり、それらの画素は2次元的に配列されている。これにより、X線源2から放射され、被測定物500を通過したX線の検出量分布を一括で取得できる。そして、この検出量分布を基に被検査物500の内部画像を生成することができる。
フレーム6は、X線源2と載置部3のマニピュレータ部36と検出器4とを支持する。このフレーム6は、十分な剛性を有して構成される。したがって、被測定物500の投影像を取得中に、X線源2、マニピュレータ部36および検出器4の相対位置が変化することなく支持することが可能となる。また、フレーム6は除振機構61により支持されており、外部で発生した振動がフレーム6にそのまま伝達することを防ぐ。
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線装置100の各部を制御する。制御装置5は、X線源2の動作を制御するX線制御部51、マニピュレータ部36の駆動動作を制御するマニピュレータ制御部52、検出器4から出力された電気信号に基づいて被測定物500の内部情報を有する内部画像であるX線投影画像データを生成する画像生成部53と、マニピュレータ部36を制御しながら、それぞれ投影方向の異なる被測定物500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被測定物500の再構成画像を生成する画像再構成部54とを機能として備える。画像再構成処理により、被測定物500の内部構造(断面構造)である3次元データや断層画像データが生成される。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。
図2は、本実施の形態のX線装置100により異物等の有無などを検査する検査対象物としての被測定物500の一例を模式的に示す図である。被測定物500は、たとえばフィルム状や繊維状のものであり、セルロース、プラスチックフィルムなどがある。被測定物500は、巻枠501と巻取対象502とからなる。巻枠501は、たとえば円柱形状や円筒形状に形成され、円柱や円筒の側面に巻取対象502が巻き取られる。本実施の形態では、たとえばシート状に形成された巻取対象502が巻枠501に巻回された場合を例に挙げて説明を行う。巻枠501と巻取対象502とは、互いに異なる材料が異なる。このため、巻枠501と巻取対象502とでは、それぞれのX線吸収係数が異なる。一般に、巻枠501は巻取対象502よりも剛性が高い材料で構成されている。そのため、巻枠501のX線吸収係数の方が巻取対象502よりも高い。従って、巻取対象502のX線透過率は巻枠501のX線透過率よりも高い。
なお、被測定物500は、巻枠501に巻取対象502が巻回された構造であるものに限定されない。被測定物500は、第1部材と、第1部材とはX線吸収係数が異なる第2部材とを有し、第1部材と第2部材とが境界面を有して接する構造を有する。たとえば、被測定物500は、第2部材よりもX線吸収係数が高い第1部材がたとえば平板状に形成され、その平板状の第1部材の上に第2部材が積層された構成を有することができる。
被測定物500の製造時、たとえば巻取対象502を巻枠501に巻き取る工程のときに、異物等が巻取対象502と巻枠501との間や、巻回されて層状となった巻取対象502の間に付着したり、巻取対象502に傷が付いたりする等の欠陥が発生する可能性がある。本実施の形態のX線装置100は、載置台31に設けられたチャッキング機構により巻枠501を保持した上で、この巻枠501と巻取対象502との境界面503、すなわち巻枠501を形成する円柱や円筒の側面や、巻取対象502の間における異物等や、巻取対象502に生じた傷等の欠陥の有無を検査する。X線装置100は、被測定物500の検査を行う際に、検出器4に入射したX線の強度分布に応じて検出器4から出力された電気信号に基づいて、被測定物500とX線源2との間の相対位置を設定する。以下、詳細に説明する。
まず、図3を参照しながら、本実施の形態における、被測定物500とX線源2と検出器4との間の位置関係と、巻枠501の境界面503とその近傍を伝搬するX線との関係について説明する。
図3(a)は、X線源2からのX線の光軸Zaが巻枠501の領域を通る場合を模式的に例示する。この場合、X線源2から伝搬するX線のうち、エネルギー線L11は、巻枠501と巻取対象502との境界面503のZ方向−側の端部の領域503fを通り、巻取対象502を透過して検出器4の位置Y11に入射する。また、エネルギー線L12は、巻枠501を透過し、境界面503のZ方向+側端部の領域503rを通り検出器4の位置Y12に入射する。
エネルギー線L11よりY方向−側を通過するエネルギー線は、巻取対象502のみを透過し、エネルギー線L12よりY方向+側であって光軸Zaの間を通過するエネルギー線は、巻枠501のみを透過する。ここで、エネルギー線L11よりY方向−側を通過するエネルギー線が入射する検出器4の領域から出力される電気信号の値S1と、エネルギー線L12よりY方向+側を通過するエネルギー線が入射する検出器4の領域から出力される電気信号の値S3とを比較する。上述したように、巻枠501のX線吸収係数は巻取対象502のX線吸収係数よりも高い。従って、S1はS3よりも大きい値となる。
エネルギー線L11とエネルギー線L12との間のエネルギー線については、エネルギー線L11からエネルギー線L12に向かって近づくに従って、巻枠501を透過する距離が増加する。これに伴って、X線透過率は低下するので、検出器4から出力される電気信号は、位置Y11におけるS1から位置Y12におけるS3に向けて低下する。すなわち、S2に示したように変化する。この状態を図3(b)に示す。
しかし、境界面503またはその近傍に異物Paが存在する場合、異物PaによるX線透過率の変化が、巻枠501を透過する距離の変化による透過率の変化と重なるために、異物Paを検出することが困難になる虞がある。
図3(c)は、X線源2からのX線の光軸Zaが巻枠501を通らずにそのY方向+側を通る場合を模式的に例示する。この場合、X線源2から伝搬するX線のうち、エネルギー線L21は、巻取対象502を透過し、巻枠501と巻取対象502との境界面503のZ方向+側の端部の領域503rを通った後、検出器4の位置Y21に入射する。また、エネルギー線L22は、巻枠501と巻取対象502との境界面503のZ方向−側の端部の領域503fを通り、巻枠501を透過して検出器4の位置Y22に入射する。
エネルギー線L21よりY方向−側を通過するエネルギー線は、巻取対象502のみを透過し、エネルギー線L22よりY方向+側を通過するエネルギー線は、巻枠501のみを透過する。このため、図3(a)についての説明と同様の理由により、エネルギー線L21よりY方向−側を通過するエネルギー線が入射する検出器4の領域から出力される電気信号の値S1は、エネルギー線L22よりY方向+側を通過するエネルギー線が入射する検出器4の領域から出力される電気信号の値S3より大きい。また、エネルギー線L21とエネルギー線L22との間のエネルギー線については、エネルギー線L21からエネルギー線L22に向かって近づくに従って、巻枠501を透過する距離が増加する。これに伴って、X線透過率は低下するので、検出器4から出力される電気信号は、位置Y11におけるS1から位置Y12におけるS3に向けて低下する。すなわち、S2のように変化する。この状態を図3(d)に示す。この場合にも、境界面503またはその近傍に異物Paが存在する場合、異物PaによるX線透過率の変化が、巻枠501を透過する距離の変化によるX線透過率の変化と重なるために、異物Paを検出することが困難になる虞がある。
図3(e)は、X線源2からのX線の光軸Zaが巻枠501と巻取対象502との境界面503に沿って伝搬する場合を模式的に例示する。この場合、X線源2からのX線のうち、光軸Zaを通るエネルギー線L3は、巻枠501と巻取対象502の境界面503に沿って透過する。エネルギー線L3よりY方向−側を通過するエネルギー線は、巻取対象502のみを透過し、エネルギー線L3よりY方向+側を通過するエネルギー線は、巻枠501のみを透過する。すなわち、検出器4から出力される電気信号の値は、エネルギー線L3の入射位置を境に、Y方向−側では巻取対象502のみを透過したエネルギー線が入射し、Y方向+側では巻枠501のみを透過したエネルギー線が入射する。そのため、検出器4から出力される電気信号の値は、S1とS3との間で急激に変化する。この状態を図3(f)に示す。この場合には、境界面503またはその近傍に異物Paが存在する場合であって、異物によるX線透過率の変化が、巻枠501を透過する距離の変化に伴うX線透過率の変化と重なることなく、異物PaによるX線透過率の変化は、巻取対象502の透過率に対してのみ検出されるので、異物Paを正確に検出することができる。
本実施の形態のX線装置100は、X線源2と被測定物500とが任意の位置関係にある状態でX線源2から被測定物500に向けてX線を照射し、検出器4に入射したX線の検出量分布に基づいて、X線源2と被測定物500との相対位置を設定する。具体的には、X線装置100は、検出器4が被測定物500の巻取対象502を透過したX線のみを検出する位置関係となるように変位機構であるマニピュレータ36を制御する。本実施の形態においては、X線装置100は、光軸Zaを巻枠501と巻取対象502の境界面503に沿った方向となるように、マニピュレータ36を制御する。即ち、被測定物500とX線源2とを図3(e)に示す位置関係となるように設定する。
本実施の形態では、X線制御部51は、X線源2と被測定物500との間のY方向の相対的な位置関係が異なる状態ごとに、X線源2にX線を被測定物500に照射させる。マニピュレータ制御部52は、位置関係が異なる状態ごとに、X線源2から照射されてX線が検出器4に入射したときの、検出器4におけるX線の入射位置と検出量分布(すなわち被測定物500の投影画像の輝度値)とに基づいて、上述した図3(e)に示す位置関係(以後、目標位置関係と呼ぶ)を得るための処理を行う。
この目標位置関係を得るための処理を行うための考え方を以下に説明する。
マニピュレータ制御部52は、検出器4から出力された電気信号に基づく投影画像の輝度値の分布情報と、X線が入射した検出器4上のY方向の位置とに基づいて、輝度値が位置に応じて変化する領域におけるY方向の距離ΔYを算出する。同時に、検出器4にエネルギー線が垂直入射する位置からY12までの距離を算出し、距離ΔYとYについてプロットする。距離ΔYを算出するためには、検出された輝度値とY方向の位置とをプロットすることにより、図3(b)、(d)、(f)に示すようなグラフが作成される。プロットの結果を3本の直線にて近似することにより、たとえば図3(b)に示すグラフが作成されたとする。この場合、3本の直線(図3(b)の符号S1、S2、S3参照)のうちの2本の直線の交点、すなわち図3(b)の直線S1とS2との交点および直線S2とS3との交点の位置から距離ΔYを算出することができる。すなわち、直線S1とS2との交点Y11と直線S2とS3との交点Y12との差が、X線源2と被測定物500とが図3(a)に示す位置関係の場合における、距離ΔY(図3(b)に示す距離ΔY1)として算出できる。
次に、X線源2と被測定物500との位置関係を変更した状態においても同様にして、距離ΔYを算出する。X線源2と被測定物500との位置関係が図3(c)に示す関係に変更されたとすると、距離ΔYとして、図3(d)に示す距離ΔY2が算出される。算出された複数の距離ΔYと、距離ΔYを算出する際に使用した検出器4上のY方向の位置とをプロットする。
図4(a)に、複数のプロットの一例を模式的に示す。図4(a)に示すように、複数のプロットは2本の直線S4、S5によって近似され、距離ΔYは極小値を有する。図4(a)に示すグラフ上で距離ΔYが極小値を有する理由について説明する。 図4(b)は、図3(a)の場合と同様に、X線源2からのX線の光軸Zaが巻枠501を通る場合における、X線源2と被測定物500と検出器4とを模式的に示した図である。図4(b)においては、被測定物500の巻枠501のZ方向の長さ(厚さ)をΔzとし、X線源2から被測定物500までのZ方向の距離をzとし、X線源2から検出器4の入射面41までの距離をFIDとする。X線源2からのX線の光軸Zaから巻枠501の境界面503のうち、Y方向+側への距離が最も大きい境界面503のY方向の位置をyとする。
この場合、巻枠501のZ軸+側の端部501rを透過したX線が入射した検出器4上の位置Yと、距離ΔYとの関係式は、三角形の相似により、以下の式(1)、(2)のように表すことができる。
y/z=(Y+ΔY)/FID …(1)
y/(z+Δz)=Y/FID …(2)
この2つの式(1)、(2)から、以下の式(3)を求めることができる。
ΔY=Δz/z・Y …(3)
Δzは被測定物500の巻枠501のZ方向の長さ(厚さ)であり、zはX線源2から被測定物500までのZ方向の距離なので、式(3)において、Δz/zは定数である。したがって、式(3)において、距離ΔYと位置Yとの関係は一次式となる。
図3(b)、(d)に示したように、距離ΔYは輝度値の変化量のみによって算出されるので、距離ΔYは常に正の値として扱われる。このため、X線の光軸Zaと、被測定物500の境界面503とが一致する位置yを境界として、一次式で表される式(3)の傾きの符号が反転する、すなわち距離ΔYは極小値を有する。このため、図4(a)に示すように、複数のプロットは2本の直線S4、S5によって近似される。したがって、図4(a)において、距離ΔYが極小値となるときの位置yに巻枠501の境界面503を一致させることにより、X線源2と被測定物500との位置関係は、図3(e)に示す位置関係となる。すなわち、距離ΔYが極小値となるときの位置yがX線源2と被測定物500との目標位置関係である。
マニピュレータ制御部52は、上述した考え方に従って、X線源2と被測定物500とのY方向の位置関係を異ならせた状態に設定するごとに、巻枠501の境界面503とその近傍を伝搬したX線が入射する検出器4上における位置Yと式(3)とにより距離ΔYを算出する。すなわち、マニピュレータ制御部52は、載置台31と検出器4との間でY方向の複数の異なる位置関係ごとに、取得されたX線の検出量分布に基づいて距離ΔYを算出しY軸移動部34を制御する。このとき、マニピュレータ制御部52は、画像生成部53によって生成された内部画像である投影画像を用いて、輝度値に基づいて検出器4での位置Yを検出する。なお、マニピュレータ制御部52は、画像再構成部54により生成された3次元データ(断層画像データ)を内部画像として用いて、検出器4での位置Yを検出してもよい。マニピュレータ制御部52は、算出した複数の距離ΔYを用いて図4(a)に示す近似直線に基づいて、目標位置関係yを算出する。マニピュレータ制御部52は、この位置yとなるための載置台31の移動量を算出する。この場合、上記の式(1)、(2)を用いて、以下の式(4)により、目標位置関係yを移動量yとして算出する。
移動量y=Δt/(FID/z−FID/(z+Δz)) …(4)
マニピュレータ制御部52は、上記の移動量yによる移動を指示する信号をY軸移動部34へ出力して、載置台31をY方向に移動量yにて移動させる。
なお、上述の説明では、X線源2と被測定物500とのY方向の位置関係を異ならせた状態に設定するごとに取得した複数の検出器4上での位置Yを用いて目標位置関係yを算出するものとした。複数の位置Yとして、2つの異なる位置Yにより目標位置関係yを算出することが可能である。この場合も、2つの異なる位置Yと距離ΔYとをプロットした近似線を作成することにより距離ΔYが極小値となるときの目標位置関係yが算出される。
図5(a)に、図3(a)に示す状態で取得された検出器4での位置Yと、図3(c)に示す状態で取得された検出器4での位置Yとを用いる場合に作成される近似線の例を模式的に示す。この場合、図5(a)に示すようにプロットされた2点Q1(Y1、ΔY1)、Q2(Y2、ΔY2)の間には、距離ΔYの極小値が存在する。この場合、2点Q1、Q2の一方の距離ΔYの符号を負にすることでΔY=0の軸に対して対称となる位置に移動させる。図5(a)においては、たとえば点Q2(Y2、ΔY2)を点Q2’(Y2、−ΔY2)に移動させた場合を示す。点Q1と点Q2’とを結ぶ近似線S6において、点Q3(Y3、0)におけるY3の値が、距離ΔYが極小値となる目標位置関係yとなる。
図5(b)に、図3(a)に示す状態において異なる2つの検出器4での位置Yが取得された場合に作成される近似線の例を模式的に示す。なお、図3(c)に示す状態において異なる2つの位置Yが取得された場合に作成される近似線の場合であっても以下の説明を適用することができる。図5(b)に示すようにプロットされた2点Q4(Y4、ΔY4)、Q5(Y5、ΔY5)の間には極小値が存在しない。この場合、点Q4と点Q5とを結ぶ近似線S7がΔY=0となるときの点Q6(Y6、0)におけるY6の値が、距離ΔYが極小値となる目標位置関係yとなる。
また、以上の説明では、X線源2と被測定物500とのY方向の位置関係を異ならせた複数の状態で取得された検出器4での複数の位置Yに基づいて、距離ΔYが極小値となる目標位置関係yを算出する場合を例に挙げたが、これに限定されない。たとえば、X線源2と被測定物500までのZ方向の距離zおよび巻枠の厚みΔzが既知の場合には、X線源2と被測定物500とのY方向の位置関係を異ならせることなく取得された1つの検出器4での位置Yに基づいて、距離ΔYの極小値となる目標位置関係yを算出してもよい。この場合、マニピュレータ制御部52は、上述した式(3)の傾きΔz/zを算出し、取得された距離ΔYと、位置Yとを通過する傾きΔz/zの近似直線を作成する。この近似直線において距離ΔYが0となるときの位置Yの値を、距離ΔYが極小値となる目標位置関係yとして算出する。
次に、図6に示すフローチャートを参照しながら、X線装置100によるX線源2と被測定物500とのY方向の位置関係を設定するための動作を説明する。図6のフローチャートに示す各処理は、制御装置5でプログラムを実行して行われる。このプログラムは、メモリ(不図示)に格納されており、制御装置5により起動され、実行される。
ステップS1では、X線制御部51は、載置台31のチャッキング機構により保持された被測定物500に向けてX線を照射してステップS2へ進む。なお、載置台31のチャッキング機構としては、巻枠501が中空の環状の構造体であれば、中空領域に挿入可能な三つ爪チャッキング機構311が好ましい。この三つ爪チャッキング機構311が巻枠501の中空領域に挿入されたら、三つ爪チャッキング機構311が外側に開き、中空領域の内周面を外側に押圧するようにして、巻枠501を載置台31により保持するようにしてもよい。なお、被測定物500のチャッキング方法はこの例に限定されるものではない。また、載置台31に載置された被測定物500は、X線源2との間のX軸、Y軸、Z軸の位置関係は、任意の位置に設定されている。この場合、X線源2と被測定物500との間のX軸およびZ軸(すなわち倍率方向)の位置関係についてはユーザの所望する位置に設定して、X線源2はX線を照射してもよい。
ステップS2では、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内部画像を生成してステップS3へ進む。ステップS3では、マニピュレータ制御部52は、生成された内部画像の輝度値分布情報と位置Yとの関係に基づいて輝度値が変化する領域の検出器4上での距離ΔYを算出してステップS4へ進む。ステップS4では、所定の個数の位置Yと距離ΔYとを取得することができたか否かを判定する。所定の個数の位置Yと距離ΔYとが取得された場合には、ステップS4が肯定判定されてステップS5へ進み、所定の個数の位置Yと距離ΔYとが取得されていない場合には、ステップS4が否定判定されてステップS6へ進む。ステップS6では、マニピュレータ制御部52は、Y軸移動部34を制御して、載置台31をY方向に沿って所定の移動量だけ移動させる。
ステップS5では、マニピュレータ制御部52は、取得した複数の位置Yと距離ΔYとを用いて載置台31の目標位置関係yを算出してステップS7へ進む。なお、マニピュレータ制御部52が1つの位置Yと距離ΔYとに基づいて、目標位置関係yを算出する場合には、ステップS4の処理を行わなくてよい。ステップS7においては、マニピュレータ制御部52は、算出した目標位置関係yに基づいて載置台31のY方向への移動量を算出し、Y軸移動部34を制御して載置台31をY方向に沿って移動させて処理を終了する。
上述した処理を行ってX線源2と被測定物500とのY方向の位置関係が設定されると、X線装置100は、被測定物500の計測処理を行う。本実施の形態においては、制御装置5はZ軸移動部35を制御して、載置台31をX線源2および検出器4に対して相対移動させて、所望の倍率にて被測定物500を位置させる。そして、マニピュレータ制御部52は、回転駆動部32を制御して、被測定物500を支持した載置台31を回転中心軸Zrを中心として回転させる。載置台31を回転させながら、X線制御部51はX線源2を制御して、被測定物500にX線を照射させる。
検出器4は、載置台31が所定の回転角度ごとに被測定物500を透過した透過X線を検出し、電気信号として制御装置5へ出力する。制御装置5の画像生成部53は、載置台31の各回転角度ごとに取得された電気信号に基づいて、それぞれの投影方向毎の被測定物500の全体の投影画像データを生成する。すなわち、画像生成部53は、被測定物500の全体の投影画像データを生成する。
上述したようにX線源2と被測定物500とが目標位置関係となるように設定されて計測が行われている。このため、生成された内部画像である投影画像は、被測定物500の巻取対象502と巻枠501との境界面503と、層状の巻取対象502の間と、巻取対象502そのものの内部との少なくとも何れかの画像が含まれる。この結果、巻取対象502における異物・欠陥検出を行う際には、検査時におけるX線源2のX線放出量に応じて、定められた輝度値を基に閾値や同じX線放出量の時の参照画像を設定し、その閾値または参照画像と生成された内部画像とを比較するだけで、巻枠501と巻取対象502との境界面503や、巻取対象502の間における異物等や、巻取対象502に生じた傷等の欠陥の有無を検査することも可能になる。
以上で説明した第1の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)マニピュレータ制御部52は、検出器4にて検出されたX線の検出量分布に基づいて、Y軸移動部34を制御する。これにより、例えば、検査対象物500のうちの吸収係数の異なる部材の境界付近における異物の有無等を検査する場合に、被測定物500とX線源2とを検査に適した相対位置に設定して、検査不良を抑制できる。
(2)マニピュレータ制御部52は、検出器4が被測定物500の巻取対象502のみを検出する位置関係となるように、Y軸移動部34を制御する。具体的には、マニピュレータ制御部52は、X線源2と被測定物500との位置関係が、巻枠501と巻取対象502との境界面503に沿って、X線源2からのX線の一部のエネルギー線が伝搬するような位置関係となるようにY軸移動部34を制御する。これにより、生成される内部画像がX線の吸収係数が大きい巻枠501からの影響を受けた輝度値の低い暗い部分と巻枠501の影響の少ない明るい部分とを有する画像となることを抑制できる。したがって、背景の明るさが全体的に一様となった内部画像を使用して、巻取対象502に生じる欠陥の有無を検査することができるので、微小な欠陥も検出しやすくなり、検査精度を向上させることができる。
(3)マニピュレータ制御部52は、巻取対象502と巻枠501との境界面503またはその近傍を伝搬するエネルギー線の検出量分布に基づいて、Y軸移動部34を制御する。これにより、X線を巻枠501の境界面503に沿って伝搬させるためのX線源2と被測定物500との間の位置関係を算出することができる。
(4)Y軸移動部34は、検査対象物を載置する載置台31の載置面を検出器4に対して、エネルギー線の伝搬方向と交差するY方向に変位させる。これにより、X線を巻枠501の境界面503に沿って伝搬させるためのX線源2と被測定物500との間の位置関係を設定することが可能になる。
(5)マニピュレータ制御部52は、載置台31と検出器4との間で異なる複数の位置関係ごとに、エネルギー線の検出量分布を取得し、異なる複数の位置関係ごとに取得された複数のエネルギー線の検出量分布に基づいて、Y軸移動部34への制御を行う。これにより、X線を巻枠501の境界面503に沿って伝搬させるためのX線源2と被測定物500との間の位置関係の算出精度を向上させることができる。
上述した第1の実施の形態を、次のように変形することができる。
(変形例1)
上述した実施の形態においては、載置台31はY軸方向に沿って移動可能である場合を例に挙げて説明したが、この例に限定されない。たとえば、載置台31は、たとえばゴニオステージ等により構成され、X線の伝搬方向であるZ軸に対して交差する傾斜軸Xr(たとえばX軸に平行な軸)を中心としてYZ平面上において回転可能に構成することができる。この場合においても、X線装置100のマニピュレータ制御部52は、検出器4が被測定物500の巻取対象502のみを検出するように、X線源2と被測定物500との相対的位置を設定する。
図7に、被測定物500とX線源2との位置関係を模式的に例示する。図7(a)は、図3(a)の場合と同様に、X線源2からのX線の光軸Zaが巻枠501を通過する場合を模式的に示し、図7(b)は、図7(a)の状態から載置台31を変位させ、被測定物500を回転させた状態を模式的に示す。この場合、マニピュレータ制御部52は、X線源2から検出器4までの距離FIDと、X線が入射した検出器4上の位置Yとに基づいて、エネルギー線とX線の光軸Zaとがなす角度θを算出する。マニピュレータ制御部52は、載置台31を傾斜軸Xrを中心にして角度θだけ回転駆動させる。すなわち、載置台31が角度θで回転駆動した位置において、X線源2と被測定物500とが目標位置関係を有する。これにより、エネルギー線の伝搬方向に対して交差する方向の傾斜軸Xrを中心として載置台31を変位させて、被測定物500の巻枠501の境界面503がエネルギー線の伝搬方向に沿うように位置関係を変更することができる。
(変形例2)
X線源2から伝搬する拡散エネルギー線であるX線のうちの、周縁部のエネルギー線が被測定物500の巻枠501と巻取対象502との境界面503に沿って伝搬し、検出器4の入射面41のうちの検出領域の縁部に到達するように、X線源2と被測定物500との検出器4との位置関係が設定されるとよい。
図8(a)は、検出器4の入射面41と、X線源2からのX線を検出するための検出領域42とを模式的に示す。図8(a)に示す例においては、検出器4の入射面41には、たとえば矩形の領域で検出領域42が設けられ、この検出領域42に入射したX線の強度に基づいて、検出器4から電子信号が出力され内部画像が生成される。
図8(b)は変形例2におけるX線源2と被測定物500との検出器4との位置関係を模式的に示す図である。図8(b)においては、X線源2からのX線の周縁部のエネルギー線Leが検出器4の検出領域42のY方向+側の縁部に到達するように、X線源2と検出器4との位置関係が設定されている。この状態で、エネルギー線Leが被測定物500の巻枠501の境界面503に沿って伝搬するように、上述した第1の実施の形態の方法を用いて、X線源2と被測定物500との位置関係が設定される。これにより、検出器4の検出領域42には、被測定物500のうち巻取対象502を透過したX線を到達させることができるので、検出器4の検出領域42を有効利用して、巻取対象502の内部画像を生成できる。
なお、X線の周縁部のエネルギー線Leを検出器4の検出領域42の縁部に到達させるものに限定されない。周縁部のエネルギー線ではないが被測定物500の巻枠501の境界面503に沿って伝搬するエネルギー線が検出器4の検出領域42の縁部に到達するように位置関係が設定されてもよい。この場合には、巻枠501を透過するエネルギー線は、検出器4の検出領域42に到達しないので、内部画像には巻枠501の投影像は含まれなくなる。したがって、検出器4の検出領域42を有効利用して、巻取対象502の内部画像を生成できる。
なお、上述の実施の形態においては、X線源2と、載置部3と、検出器4とが工場などの床面と平行に配置されるX線装置100を例に挙げたが、これに限られない。例えば、工場などの床面と垂直方向にX線源2と、載置部3と、検出器4とが載置されても構わない。この場合に、X線源2と検出器4との間に載置部3が配置されていても構わない。この場合にX線源2を床面側に配置しても良いし、検出器4が床面側に配置されても構わない。日本国特開2015−083932号公報には、このようなX線源2と載置部3と検出器4との配置の例が開示されている
−第2の実施の形態−
図面を参照して、本発明の実施の形態による巻取対象の製造システムを説明する。本実施の形態の巻取対象の製造システムは、たとえば第1の実施の形態にて説明した、巻枠と巻取対象とからなる成型品を製造する。
図9は本実施の形態による製造システム400の構成の一例を示すブロック図である。製造システム400は、第1の実施の形態や各変形例にて説明したX線装置100と、作成装置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。
作成装置410は、巻枠に巻き取られる巻取対象を設計情報等に基づいて作成する作成処理を行う。成形装置420は作成装置410により作成された巻取対象を巻枠に巻回することにより成形品を作成する成形処理を行う。
X線装置100は、成形装置420により成形された成形品の形状を測定する測定処理を行う。X線装置100は、成形品を測定した測定結果である成形品の内部情報を表す内部画像を生成し制御システム430に出力する。制御システム430は、記憶部431と、検査部432とを備える。記憶部431には、良品とされた成形品の内部画像が参照画像として予め記憶されている。
検査部432は、成形装置420により成形された成形品が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、成形された成形品が良品か否かを判定する。この場合、検査部432は、記憶部431に記憶された参照画像を読み出して、参照画像とX線装置100により生成された内部画像とを比較する検査処理を行う。検査部432は、参照画像における成形品の座標と対応する内部画像における成形品の座標とを比較し、参照画像上での成形品の座標と内部画像上での成形品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。参照画像上での成形品の座標と対応する内部画像における成形品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。
なお、参照画像と内部画像とは、投影画像や3次元データや断層画像データに限定されず、たとえば被測定物500の外観を俯瞰して表す俯瞰画像や、画素値分布のプロファイル情報であってもよい。画素値分布のプロファイル情報とは、たとえば横軸を被測定物500の位置情報、縦軸をたとえば輝度値等の画素値情報として設定したグラフである。検査部432は、画素値分布のプロファイル情報であるグラフ上に、複数の極値が現れた場合には不良品と判定し、極値が1つ以下の場合に良品と判定すればよい。また、参照画像ではなく、良品範囲を示す上限値または下限値を示す閾値情報を基に、良否判定を行ってもよい。
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。不良部位は参照画像上での成形品の座標と一致していない内部画像上での成形品の座標であり、修復量は不良部位における参照画像上での成形品の座標と内部画像上での成形品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、成形品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品における不良部位である欠陥を除去する処理を行う。
図10に示すフローチャートを参照しながら、製造システム400が行う処理について説明する。
ステップS11では、作成装置410は巻取対象を作成する作成処理を行ってステップS12へ進む。ステップS12では、成形装置420は巻回処理により、作成された巻取対象を巻枠に巻回して成形品を作成する成形処理を行ってステップS13へ進む。ステップS13においては、X線装置100は測定処理を行って、成形品の形状を計測し、内部画像を出力してステップS14へ進む。
ステップS14では、検査部432は、記憶部431に記憶された参照画像と、X線装置100により測定され出力された内部画像とを比較する検査処理を行って、ステップS15へ進む。ステップS15では、検査処理の結果に基づいて、検査部432は成形装置420により巻回されて成形された成形品が良品か否かを判定する。成形品が良品である場合、すなわち参照画像での成形品の座標と内部画像での成形品の座標とが一致する場合には、ステップS15が肯定判定されて処理を終了する。成形品が良品ではない場合、すなわち参照画像での成形品の座標と内部画像での成形品の座標とが一致しない場合には、ステップS15が否定判定されてステップS16へ進む。
ステップS16では、検査部432は成形品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参照画像での成形品の座標と内部画像での成形品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S16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参照画像での成形品の座標と内部画像での成形品の座標との差分が所定範囲内の場合には、ステップS16が肯定判定されてステップS17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S17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、成形品に対してリペア処理を行ってステップS13へ戻る。
以上で説明した第2の実施の形態による製造システム400においては、以下の作用効果が得られる。
(1)X線装置100は、作成装置410および成形装置420により作成された成形品の内部画像を取得する測定処理を行い、制御システム430の検査部432は、測定処理にて取得された内部画像と、記憶部431に記憶された参照画像とを比較する検査処理を行う。したがって、成形品の欠陥の検査や成形品の内部の情報を非破壊検査によって取得し、成形品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、成形品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、内部画像に基づく巻取対象の欠陥部位を除去するリペア処理を行うようにした。したがって、成形品の不良部分が修復可能な場合には、欠陥部位を除去することができるので、設計情報に近い高品質の成型品の製造に寄与する。
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。
上述した第1および第2の実施の形態のX線装置100では、被測定物500が載置される載置台31がY軸移動部34と、X軸移動部33と、Z軸移動部35とによってX軸、Y軸およびZ軸方向に移動され場合を例に説明を行ったが、これに限定されない。載置台31はX軸、Y軸およびZ軸方向に移動せず、X線源2および検出器4をX軸、Y軸およびZ軸方向に移動させることにより、被測定物Sに対してX線源2および検出器4を相対移動させてよい。
また、上述した第1および第2の実施の形態のX線装置100が、エネルギー線としてX線を照射するX線源2に代えて、たとえばγ線や中性子線等をエネルギー線として照射する線源を備える構成でもよい。
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。
2…X線源、3…載置部、4…検出器、
5…制御装置、31…載置台、32…回転駆動部、
33…X軸移動部、34…Y軸移動部、35…Z軸移動部、
36…マニピュレータ部、51…X線制御部、52…マニピュレータ制御部、
53…画像生成部、54…画像再構成部、100…X線装置、
400…製造システム、410…作成装置、420…成形装置、
430…制御システム、431…記憶部、432…検査部、
440…リペア装置、500…被測定物、501…巻枠、
502…巻取対象、503…境界面

Claims (22)

  1. 検査対象物へエネルギー線を照射する線源と、
    前記検査対象物を通過したエネルギー線を検出する検出部と、
    前記検査対象物および前記線源の少なくとも一方を他方に対して相対的に変位させ、前記検査対象物と前記線源との相対位置を設定する変位機構と、
    前記検出部により検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づいて、前記検査対象物の内部画像を生成する内部画像生成部と、
    前記検出部で検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づき、前記変位機構を制御する制御部と、を有する検査装置。
  2. 請求項1に記載の検査装置において、
    前記制御部は、第1部材と、前記エネルギー線に対して吸収係数の異なる第2部材とからなる前記検査対象物の前記第1部材のみを検出する位置関係となるように、前記変位機構を制御する検査装置。
  3. 請求項1に記載の検査装置において、
    前記制御部は、第1部材と、前記エネルギー線に対して吸収係数の異なる第2部材とからなる前記検査対象物の前記第1部材と前記第2部材との境界に沿って、前記線源からのエネルギー線の一部が伝搬するような位置関係となるように前記変位機構を制御する検査装置。
  4. 請求項3に記載の検査装置において、
    前記制御部は、前記第1部材と前記第2部材との境界部分またはその近傍を伝搬する前記エネルギー線の検出量分布に基づいて、前記変位機構を制御する検査装置。
  5. 請求項3または4に記載の検査装置において、
    前記エネルギー線は、前記線源から放射状に伝播する放射エネルギー線であり、
    前記放射エネルギー線の周縁部におけるエネルギー線は、前記検出部の縁部に到達するエネルギー線とし、
    前記制御部は、前記放射エネルギー線の周縁部におけるエネルギー線が前記第1部材と前記第2部材との境界面に沿って伝搬するように、前記変位機構を制御する検査装置。
  6. 請求項2乃至5の何れか一項に記載の検査装置において、
    前記変位機構は、前記線源および前記検査対象物を載置する載置台の載置面の少なくとも一方を前記検出部に対して、前記エネルギー線の伝搬方向と交差する方向に変位させる検査装置。
  7. 請求項6に記載の検査装置において、
    前記変位機構は、前記エネルギー線の伝搬方向に対して交差する方向に傾斜軸を有し、前記傾斜軸を中心に前記載置台を変位させて、前記載置台の前記載置面と前記エネルギー線の伝搬方向とがなす角度を変更する検査装置。
  8. 請求項6または7に記載の検査装置において、
    前記制御部は、前記載置台と前記検出部との間で異なる複数の位置関係ごとに、前記エネルギー線の前記検出量分布を取得し、前記異なる複数の位置関係ごとに取得された複数の前記検出量分布に基づいて、前記変位機構への制御を行う検査装置。
  9. 請求項2乃至8の何れか一項に記載の検査装置において、
    前記第1部材は巻枠であり、前記第2部材は前記巻枠に巻き取られた巻き取り対象である検査装置。
  10. 線源から検査対象物へエネルギー線を照射することと、
    前記検査対象物を通過したエネルギー線を検出部により検出することと、
    前記検出部により検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づく前記検査対象物の内部画像を生成することと、
    変位機構により、前記検出部により検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づき、前記検査対象物および前記線源の少なくとも一方を他方に対して相対的に変位させ、前記検査対象物と前記線源とを設定することと、からなる検査方法。
  11. 線源から検査対象物へエネルギー線を照射することと、
    前記検査対象物を通過したエネルギー線を検出部により検出することと、
    変位機構により、前記検査対象物および前記線源の少なくとも一方を他方に対して相対的に変位させ、前記検査対象物と前記線源との相対位置を設定することと、
    前記検出部により検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づいて、前記検査対象物の内部画像を生成することと、
    前記検出部で検出された前記エネルギー線の検出量分布に基づき、前記変位機構を制御することと、を有する検査方法。
  12. 請求項11に記載の検査方法において、
    第1部材と、前記エネルギー線に対して吸収係数の異なる第2部材とからなる前記検査対象物の前記第1部材のみを検出する位置関係となるように、前記変位機構を制御する検査方法。
  13. 請求項11に記載の検査方法において、
    第1部材と、前記エネルギー線に対して吸収係数の異なる第2部材とからなる前記検査対象物の前記第1部材と前記第2部材との境界に沿って、前記線源からのエネルギー線の一部が伝搬するような位置関係となるように前記変位機構を制御する検査方法。
  14. 請求項13に記載の検査方法において、
    前記第1部材と前記第2部材との境界部分またはその近傍を伝搬する前記エネルギー線の検出量分布に基づいて、前記変位機構を制御する検査方法。
  15. 請求項13または14に記載の検査方法において、
    前記エネルギー線は、前記線源から放射状に伝播する放射エネルギー線であり、
    前記放射エネルギー線の周縁部におけるエネルギー線は、前記検出部の縁部に到達するエネルギー線とし、
    前記放射エネルギー線の周縁部におけるエネルギー線が前記第1部材と前記第2部材との境界面に沿って伝搬するように、前記変位機構を制御する検査方法。
  16. 請求項12乃至15の何れか一項に記載の検査方法において、
    前記変位機構は、前記線源および前記検査対象物を載置する載置台の載置面の少なくとも一方を前記検出部に対して、前記エネルギー線の伝搬方向と交差する方向に変位させる検査方法。
  17. 請求項16に記載の検査方法において、
    前記変位機構は、前記エネルギー線の伝搬方向に対して交差する方向に傾斜軸を有し、前記傾斜軸を中心に前記載置台を変位させて、前記載置台の前記載置面と前記エネルギー線の伝搬方向とがなす角度を変更する検査方法。
  18. 請求項16または17に記載の検査方法において、
    前記載置台と前記検出部との間で異なる複数の位置関係ごとに、前記エネルギー線の前記検出量分布を取得し、前記異なる複数の位置関係ごとに取得された複数の前記検出量分布に基づいて、前記変位機構への制御を行う検査方法。
  19. 請求項12乃至18の何れか一項に記載の検査方法において、
    前記第1部材は巻枠であり、前記第2部材は前記巻枠に巻き取られた巻き取り対象である検査方法。
  20. 請求項1乃至9の何れか一項に記載の検査装置を用いて内部画像を取得し、
    前記内部画像と参照画像とを比較する検査対象物の製造方法。
  21. 請求項20に記載の検査対象物の製造方法において、
    前記内部画像と前記参照画像との比較結果に基づいて、前記検査対象物を再加工する検査対象物の製造方法。
  22. 請求項21に記載の検査対象物の製造方法において、
    前記検査対象物の再加工は、前記内部画像に基づいて前記検査対象物の欠陥部位の除去を行う検査対象物の製造方法。
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