JP6858372B2

JP6858372B2 - 製品のｘ線ｃｔ検査方法

Info

Publication number: JP6858372B2
Application number: JP2017121868A
Authority: JP
Inventors: 昌司西川; 祐作伊藤; 伊藤　孝; 孝伊藤
Original assignee: リョーエイ株式会社
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: JP2019007780A

Description

本発明は、アルミ粗形材や樹脂粗形材などのＸ線が透過し易い製品のＸ線ＣＴ検査方法に関するものである。

アルミニウムの鋳造品やダイカスト品などのアルミ粗形材、あるいは樹脂粗形材は、必要部分を機械加工されて使用される。しかしアルミ粗形材や樹脂粗形材の内部には、鋳巣や欠陥が存在することがあり、これらの鋳巣や欠陥が機械加工面に現れると、油漏れその他の原因となる。これに対して機械加工面から離れた位置にある鋳巣や欠陥は、トラブルの原因とはならない。

機械加工を行ったのちに鋳巣や欠陥が機械加工面に現れた粗形材は不良品として処分されるため、機械加工コストが無駄となる。このため機械加工前の粗形材の段階にある製品に対してＸ線ＣＴ検査を行い、内部に存在する鋳巣や欠陥の位置を特定することが望ましく、例えば特許文献１にはその一例が記載されている。

特許文献１に示されるように、このような検査はＸ線ＣＴの技術を用いて行われる。図１はその原理図であり、１はＸ線源、２はディテクタである。図２に示されるように、検査される製品Ｗはターンテーブル３上にセットされ、一定角度ずつ回転させながら、Ｘ線源１からＸ線を照射し、透過画像をディテクタ２によって画像データとして取得する。

なお図３に示すように、検査される製品Ｗを固定しておき、Ｘ線源１とディテクタ２とからなるＸ線ＣＴ検査装置を製品Ｗを通る軸の周囲に回転させる場合もある。しかし何れの場合にも、製品Ｗの３６０度全方向からの透過画像を取得することは変わりがない。以下の説明は、図１のように製品Ｗを回転させながら検査する場合を中心として行うが、図３のようにＸ線ＣＴ検査装置を回転させる場合も同様である。

一般的に、製品Ｗにはその形状から中心軸４が存在することが多く、従来のＸ線ＣＴ検査は図２に示すように、製品Ｗの中心軸４をターンテーブル３の中心軸と一致させ、回転させる方法で行われている。本明細書ではＸ線ＣＴ検査装置と検査される製品のいずれか一方を回転させる場合の中心軸を、単に軸５と呼ぶ。

Ｘ線源１は実質的に点光源であり、Ｘ線はその点から放射状に照射される。このため製品Ｗに例えば図２に示すような肉厚差があると、下部の肉厚部を透過するＸ線は減衰が大きく、上部の肉薄部を透過するＸ線は減衰が小さい。このため肉厚差が大きい場合には、肉厚部の画像は黒くなり、鋳巣や欠陥をデータとして捉えにくくなる。逆に肉薄部の画像は白くなり、輪郭などが白くボケてしまう。このため製品Ｗを３６０度回転させて検査を行っても、全体的に良好な画像を得ることは難しくなる。このため従来のＸ線ＣＴ検査方法では、肉厚差のある製品Ｗを精度よく検査することは容易ではなかった。

特開２００６−１２５９６０号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、製品に肉厚差がある場合にも良好な画像を得ることができ、従来よりも検査精度を高めることができる製品のＸ線ＣＴ検査方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、検査される製品を軸の周りに回転させながら、あるいは検査される製品を通る軸の周りにＸ線ＣＴ検査装置を回転させながらＸ線を照射し、製品の内部欠陥を検査する製品のＸ線ＣＴ検査方法において、製品の重点的に検査したい領域をグリップ領域として特定し、このグリップ領域を中心として製品を傾けたときに、Ｘ線が製品の肉部を透過する透過肉厚の差が小さくなる傾斜角を演算し、演算された傾斜角だけ製品を前記軸に対して傾けてセットして、製品の内部欠陥を検査することを特徴とするものである。

なお、グリップ領域を中心として製品を回転させながらＸ線が製品を透過する肉厚を演算し、最大肉厚と最小肉厚の差が最小となる回転角度を前記傾斜角とすることが好ましい。

また、製品をターンテーブル上に前記傾斜角だけ傾けてセットし、軸の周りに回転させながら検査する方法と、製品を前記傾斜角だけ傾けて固定し、Ｘ線ＣＴ検査装置を前記軸を中心として製品の周りに回転させながら検査する方法の何れの方法を採用してもよい。

本発明の製品のＸ線ＣＴ検査方法によれば、Ｘ線が製品を透過する肉厚差が最小となる角度に製品をセットしてＸ線ＣＴ検査を行うので、製品に肉厚差がある場合にも良好な画像を得ることができる。また、本発明の製品のＸ線ＣＴ検査方法によれば、製品の重点的に検査したいグリップ領域の検査精度を高めることができる。

Ｘ線ＣＴ検査方法の原理図である。ターンテーブルを用いたＸ線ＣＴ検査方法の原理図である。Ｘ線ＣＴ検査装置を回転させるＸ線ＣＴ検査方法の原理図である。実施形態における製品Ｗの説明図である。グリップ領域の説明図である。肉厚部が不鮮明な画像となることを示す説明図である。製品Ｗを立てたＸ線ＣＴ検査方法の説明図である。肉薄部が不鮮明な画像となることを示す説明図である。製品を水平にセットした場合の、グリップ領域とライン１，２，３との関係を示す図である。水平方向に回転させた場合の製品Ｗの断面形状の変化を示す図である。水平方向に回転させた場合の透過肉厚の変化を示すグラフである。製品を立ててセットした場合の、グリップ領域とライン１，２，３との関係を示す図である。製品を立てて回転させた場合の、製品Ｗの断面形状の変化を示す図である。製品を立てて回転させた場合の、透過肉厚の変化を示すグラフである。製品を傾けてセットした場合の、グリップ領域とライン１，２，３との関係を示す図である。製品を傾けてセットした場合の、製品Ｗの断面形状の変化を示す図である。製品を傾けてセットした場合の、透過肉厚の変化を示すグラフである。

以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
本明細書の冒頭に記載したように、アルミ粗形材などの内部には鋳巣や欠陥が存在し、これらの鋳巣や欠陥が機械加工面に現れると、油漏れその他の原因となる。これに対して機械加工面から離れた位置にある鋳巣や欠陥は、トラブルの原因とはならない。機械加工による切削厚は１〜４ｍｍ程度とごく薄いため、Ｘ線ＣＴ検査によって機械加工面の直下にある鋳巣や欠陥を確実に発見することが重要である。

例えば図４、図５に示すように、四角柱の中央に円形の大径孔１０と小径孔１１とが形成されたアルミ粗形材を製品Ｗとし、大径孔１０の底面１２及び小径孔１１の内周面１３が機械加工される領域であるとき、この機械加工される領域が重点的に検査したい領域である。この領域をグリップ領域という。

この製品Ｗを図３に示したようにその中心軸４をターンテーブル３の中心軸である軸５と一致させた状態でターンテーブル３にセットし、Ｘ線源１とディテクタ２とからなるＸ線ＣＴ検査装置を用いて撮影すると、図６に示すように大径孔１０の部分は肉厚が薄いのでＸ線が透過し易く、鮮明な画像を得ることができる。しかし小径孔１１の部分は肉厚が厚いため、Ｘ線が透過しにくく不鮮明な画像となる。

またこの製品Ｗを図７に示したようにその中心軸４をターンテーブル３の中心軸である軸５と直交させた状態でターンテーブル３にセットして撮影すると、図８に示すように中央部に肉が存在しないのでＸ線が強過ぎ、輪郭が白ボケする。このように、通常行われる検査方法では重点的に検査したい領域の鮮明な画像を得ることができない。

このような問題を回避するために、本発明ではまず製品Ｗを例えば図２に示した従来通りの方法で３６０度から撮影し、透過画像を得る（ステップ１）。これらの画像から製品Ｗの形状を示す３Ｄデータを得ることができる。このデータはボクセルデータである。

次に、製品Ｗの重点的に検査したい領域をグリップ領域として特定する（ステップ２）。グリップ領域も３ＤデータであるがこれはＣＡＤデータである。グリップ領域は、上記のような従来法により得られたＸ線画像データ上で定義することができるが、製品Ｗの３Ｄ−ＣＡＤデータ上で定義することもできる。

次に、ステップ１で構築した製品Ｗの形状を示す３Ｄデータと、ステップ２で構築したグリップ領域のデータとを、３次元状態でマッチングさせる（ステップ３）。マッチングとは異質のデータをコンピュータ上で重ね合せることを意味し、市販のソフトを用いて行うことができる公知の手法である。これによって、ボクセルデータである製品Ｗの形状データ上に、グリップ領域のＣＡＤデータを重ね合せることができる。

次に、ステップ２で構築したグリップ領域の中心を計算する（ステップ４）。このためには３次元のグリップ領域の全体を含む最小球（最小包含球）を求め、その中心位置をグリップ領域の中心とする。そしてこのグリップ領域の中心を通る全方向に、仮想線を引く。この仮想線の一端はＸ線源１の焦点中心を通り、他端はディテクタの中心を通るものと想定する。

Ｘ線のビームはＸ線源１の焦点からコーンビーム状に照射されている。図９に示すように、このコーンビームの中心線をグリップ領域の中心を通るラインＬ１と一致させ、この状態でさらに、Ｘ線源１の焦点から出てグリップ領域の最上部を通るラインＬ２と、グリップ領域の最下部を通るラインＬ３とを設定する。そしてラインＬ２とラインＬ３との間に適当な間隔で多数の透過ラインを設定し、それぞれの透過ラインについて、製品Ｗの肉部分だけのＸ線透過距離を演算する。製品Ｗの形状は３Ｄデータとして特定されているため、各透過ラインごとに製品Ｗの肉部分のＸ線透過距離を演算することができる。この演算を、製品Ｗを軸５の周りに一定角度ずつ回転させながら、３６０度分行う。

図９に示すように製品Ｗをターンテーブル３上に水平にセットして水平方向に回転させた場合、図１０に示すように回転中心を通る透過ラインに沿った製品Ｗの断面形状は変化する。すなわち、０度では透過肉厚は薄く、その中間部分では透過肉厚が増加し、９０度ではまた薄くなる。製品Ｗの平面形状が正方形であれば、４５度のときに透過肉厚が最大となる。

図１１は、製品Ｗを水平方向に回転させた場合の透過肉厚の変化を示すグラフである。グリップ中心を通る仮想線Ｌ１については、回転角度によって透過肉厚は大きく変化し、しかも全体的に肉厚が厚い状態である。グリップの最上部を通るラインＬ２については、回転角度によって透過肉厚は大きく変化し、最下部を通るラインＬ３についても、回転角度によって透過肉厚は大きく変化する。この最大肉厚と最小肉厚の差は、図１１では６０−２０となり４０となる。ここではラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３の３本のラインについて透過肉厚の変化を説明したが、実際にはより細かくＸ線源１の焦点から出てグリップ領域を通過するラインを設定し、最大肉厚と最小肉厚の差を求める。

なお、これらの透過ラインの方向はＸ線源１の焦点から軸５までの距離によっても変化するため、この距離を変化させて同様の演算を行う。

図１２は製品Ｗをターンテーブル３上に垂直方向（製品の中心軸４がターンテーブル３の中心軸である軸５と直交する方向）としてターンテーブル３にセットし、上記と同様に回転させた状態を示す図である。すなわち製品Ｗは垂直方向に回転されることとなる。この場合の回転角度による断面形状の変化は図１３の通りであり、透過肉厚の変化は図１４の通りである。この場合の最大肉厚と最小肉厚の差は、図１３では１２０−０となり１２０となる。

図１５は製品Ｗを斜めにしてターンテーブル３にセットし、上記と同様に回転させた状態を示す図である。すなわち製品Ｗは、その中心軸４がターンテーブル３の中心軸である軸５に対して斜めにセットされ、斜めに回転されることとなる。この場合の回転角度による断面形状の変化は図１６の通りであり、透過肉厚の変化は図１７の通りである。４５度に傾斜させた場合、最大肉厚と最小肉厚の差は、図１７では９０−０となり９０となる。

上記したように、製品Ｗの中心軸４がターンテーブル３の中心軸である軸５に対してなす角度を変化させると、最大肉厚と最小肉厚の差も変化する。その差が小さいほど透過画像が鮮明となるので、最大肉厚と最小肉厚の差が最小となる角度を最適の傾斜角とする。上記の説明は、製品Ｗの中心軸４がターンテーブル３の中心軸である軸５に対してなす角度を０度、４５度、９０度とした場合についてのみ行ったが、実際にはより細かく角度を変えて、最大肉厚と最小肉厚の差が最小となる最適の傾斜角を求める。

なお、これら全ての透過距離の演算には多くの時間がかかるため、演算時間の短縮のためには数理最適化の手法を用いることが好ましい。

このようにして最適の傾斜角を求めたら、製品Ｗをターンテーブル３上にその傾斜角で安定して保持できる治具を作成する（ステップ５）。この治具は手作りしてもよいが、ステップ１で構築した製品Ｗの形状を示す３Ｄデータから治具の形状を示す３Ｄデータを作成し、３Ｄプリンタによって直接製作することもできる。なお治具は製品Ｗの画像に影響を及ぼすことがないように、Ｘ線を透過し易い樹脂や発泡スチロール製とすることが好ましい。

上記した準備段階が終了したら、実際の製品Ｗをこの治具の上に載せてターンテーブル３上にセットし、製品Ｗのグリップ中心がＸ線源１の焦点とディテクタ２の中心を結ぶライン上になるように高さを調整し、Ｘ線ＣＴ検査を開始する（ステップ６）。なお、上記の準備段階は、実際のＸ線ＣＴ検査を開始する前に、全て行っておくことができ、実際のＸ線ＣＴ検査中に試行錯誤を繰り返す必要はない。

以上に説明した本発明のＸ線ＣＴ検査方法によれば、製品に肉厚差がある場合にも良好な画像を得ることができ、製品の重点的に検査したいグリップ領域の検査精度を高めることができる。

なお、上記の実施形態では製品Ｗをターンテーブル３上にセットして回転させながらＸ線ＣＴ検査を行ったが、製品をその傾斜角だけ傾けて固定し、その周囲でＸ線ＣＴ検査装置を回転させながら検査しても、同様の結果を得ることができる。

また上記の実施形態の説明は、図４に示した形状の製品について行ったが、本発明は肉厚に変化のある任意形状の製品に対して適用できることはいうまでもない。

１Ｘ線源
２ディテクタ
３ターンテーブル
４製品の中心軸
５軸（回転軸）
１０大径孔
１１小径孔
１２大径孔の底面

Claims

検査される製品を軸の周りに回転させながら、あるいは検査される製品を通る軸の周りにＸ線ＣＴ検査装置を回転させながらＸ線を照射し、製品の内部欠陥を検査する製品のＸ線ＣＴ検査方法において、
製品の重点的に検査したい領域をグリップ領域として特定し、
このグリップ領域を中心として製品を傾けたときに、Ｘ線が製品の肉部を透過する透過肉厚の差が小さくなる傾斜角を演算し、
演算された傾斜角だけ製品を前記軸に対して傾けてセットして、製品の内部欠陥を検査することを特徴とする製品のＸ線ＣＴ検査方法。
前記グリップ領域を中心として前記軸に対する製品の中心軸がなす角度を変化させながら、Ｘ線が製品の肉部を透過する透過肉厚を演算し、その最大肉厚と最小肉厚の差が最小となる傾斜角を演算することを特徴とする請求項１に記載の製品のＸ線ＣＴ検査方法。
製品をターンテーブル上に前記傾斜角だけ傾けてセットし、軸の周りに回転させながら検査することを特徴とする請求項１に記載の製品のＸ線ＣＴ検査方法。
製品を前記傾斜角だけ傾けて固定し、Ｘ線ＣＴ検査装置を前記軸を中心として製品の周りに回転させながら検査することを特徴とする請求項１に記載の製品のＸ線ＣＴ検査方法。