JP6884625B2 - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線検出器を移動（以下、シフトという）することにより、Ｘ線検出器の受光範囲には収まらない照射対象物（以下、ワークという）を一枚の画像として得ることができるＸ線検査装置に関する。

Ｘ線検査装置は、Ｘ線の照射源と、ワークを載せるテーブルと、ワークを透過したＸ線を受光するＸ線検出器とから構成される。照射源から発したＸ線は、円錐状に広がってワークに達し、ワークを通過した後もさらに広がってＸ線検出器に達する。そのため、テーブルやその上に載せたワークを透過するＸ線の照射面積に比較して、Ｘ線検出器の受光面積は大きくなる。しかし、受光面積の大きなＸ線検出器は使用する受光素子数も多く、検出器自体も大型化することから、より小型のＸ線検出器を使用することが望まれていた。

このような要望に従い、従来から特許文献１〜３に示すように、小型のＸ線検出器を水平方向にシフトすることで、複数枚の透視画像を撮影し、その後、画像を繋ぎ合わせることで、ワーク全体が映し出された一枚の画像を得るＸ線検査装置が知られている。すなわち、この従来技術では、Ｘ線検出器を平行移動、または、Ｘ線焦点を軸に旋回移動し、複数個所で収集したＸ線透視画像を合成することにより、Ｘ線検出器の入力面を疑似的に広げてＣＴ画像を撮影することができる。

特許第４５６９７６３号公報 特許第４７８８２７２号公報 特許第５１３８２７９号公報

このような従来技術では、別々に撮影された二枚の画像について、ワークの重複部分をパターンマッチングにより比較することで一致点を探し、その一致点を重ね合わせるように二枚の画像を繋ぎ合わせて、ワーク全体が表示された一枚の画像を得ていた。

しかし、一般に、ワークの形状は、凹凸や曲線部分、さらにはＸ線の透過率の相違による濃淡の違いなどがある複雑なものであることから、パターンマッチングの処理を行うに当たって、高性能のコンピュータが要求されるとともに、長い処理時間が必要となる問題があった。また、テーブル上のワークを交換して新たな照射を行う度に、そのワークのためのパターンマッチングが必要となることから、大量かつ多品種のワークについて迅速に全体画像を得ることが困難であった。

このように、従来技術では、複数個所で収集したＸ線透視画像の合成にパターンマッチングを使用する場合、パターンマッチングの計算時間分、ＣＴ画像撮影時間が伸びてしまう、また、合成に使用する画像の再サンプリングが必要となる場合、撮影時間が伸びるだけでなく、補間誤差が入ってしまうという問題があった。

本実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本実施形態の目的は、Ｘ線検出器をシフトして複数枚の画像を撮影した場合であっても、ワークの全体画像を簡単かつ迅速に得ることのできるＸ線検査装置を提供することにある。

本実施形態のＸ線検査装置は、次のような構成を有することを特徴とする。
（１）Ｘ線の照射源と、被照射物を載せるテーブルと、前記被照射物を透過したＸ線を受光してその透過画像を検出するＸ線検出器と、を備える。
（２）前記Ｘ線検出器を第１のシフト位置と第２のシフト位置との間で移動させるシフト機構。
（３）前記シフト機構による前記Ｘ線検出器の移動を制御する制御部。
（４）前記第１のシフト位置において撮影した前記テーブル上に載せた移動位置検出用治具の第１の画像と、前記第２のシフト位置において撮影した前記治具の第２の画像とのパターンマッチングを行うマッチング処理部。
（５）前記マッチング処理部において検出した前記第１の画像における前記治具の位置と第２の画像における前記治具の位置に基づいて、前記Ｘ線検出器の前記第１のシフト位置と前記第２のシフト位置間の移動量を補正する移動量演算部。
（６）前記移動量演算部により補正された移動量を記憶する記憶部。
（７）前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記補正された移動量に基づいて、前記Ｘ線検出器を第１のシフト位置から補正された第２のシフト位置に移動させ、前記被照射物を前記第１のシフト位置と前記補正された第２のシフト位置でそれぞれ撮影し、それぞれのシフト位置で撮影した画像を合成することにより、前記被照射物のパターンマッチングを行うことなく前記被照射物の全体画像を作成する。

以下のような実施形態も、本発明の一態様である。
（１）Ｘ線検出器がＸ線管の光軸と直交する方向を基準として、水平方向及び垂直方向に移動する。
（２）移動量演算部が、Ｘ線検出器によって撮影された画像の画素を基準として移動量を補正する。

第１実施形態の全体構成を示す平面図。 第１実施形態で使用する治具の一例を示す斜視図。 第１実施形態で使用する治具の他の例を示す斜視図。 第１実施形態において、第１のシフト位置と第２のシフト位置で撮影した画像からＸ線検出器の移動量を求める方法を示す模式図。

［１．第１実施形態］
［１−１．実施形態の構成］
以下、第１実施形態を、図面に従って具体的に説明する。本実施形態のＸ線検査装置は、図１の平面図に示すように、放射線源であるＸ線管１と、ワークを載せるテーブル２と、Ｘ線管１から放射されたＸ線ビームを受光するＸ線検出器３を、所定の間隔を保って配置したものである。

Ｘ線管１は、その焦点から水平方向に円錐状のＸ線ビームを発するもので、Ｘ線ビームはテーブル２上に載置されたワークを透過して、Ｘ線検出器３に達する。Ｘ線検出器３は、Ｘ線ビームを２次元の空間分解能をもって検出し、透過像をディスプレイやフィルム上に表示するデータを出力する。テーブル２は、図示しない回転テーブルやＸＹ駆動機構によって、垂直方向の軸を中心として回転し、あるいはＸ線管１の接離する方向及びＸ線検出器３の移動方向と平行な方向に移動する。

Ｘ線検査装置は、Ｘ線検出器３を第１と第２のシフト位置に停止させて、各位置においてワークを撮影する。そのため、Ｘ線検出器３は、移動のための駆動源としてシフト機構４と、シフト機構４によるＸ線検出器３の移動方向及び移動量を制御する制御部５が接続される。

制御部５は、Ｘ線検出器３をＸ線管１の光軸と直交する方向、すなわちＸ線検査装置の据え付け面を基準として、水平方向及び垂直方向に移動させる。水平方向の移動を横移動、垂直方向の移動を縦移動という。具体的には、移動量の検出時において、制御部５は、第１と第２のシフト位置において、Ｘ線検出器３の受光面の一部分が少なくともシフト位置検出用の治具９（以下、治具９という）の投影面積に相当する分だけ重なり合うように、Ｘ線検出器３を横移動させる。ワークの撮影時において、制御部５は、第１のシフト位置を起点として、後述するシフト位置演算部７が演算した移動量に基づいて決定された第２のシフト位置に向かって、Ｘ線検出器３を横移動及び縦移動させる。

Ｘ線検出器３は、第１と第２のシフト位置で撮影した２つの画像中から、治具９の画像を注出し、両画像の一致点を特定するマッチング処理部６を備えている。マッチング処理部６には、シフト位置演算部７が接続されている。シフト位置演算部７は、マッチング処理により２つの画像が一致した場合に、第１と第２の画像内における治具９の位置に基づいて、Ｘ線検出器３の第１と第２のシフト位置間の横移動量及び縦移動量を演算する。本実施形態では、縦横の移動量はＸ線検出器３の解像度に基づく画素単位で決定され、縦移動量が０画素、横移動量が整数画素、すなわち、所望の移動量（ｍｍ）／検出器の移動ピッチ（ｍｍ）となるように、移動量が演算される。

シフト位置演算部７には、演算結果を格納する記憶部８が接続されている。この記憶部８はメモリやハードディスクなどの記憶装置によって構成される。記憶部８に記録された縦移動量及び横移動量は、制御部５が読み出すことができる。また、記憶部８には、移動量検出時において制御部５に出力する第１及び第２のシフト位置の座標が記録される。

治具９は、直線あるいは円弧などのように単純な形状で且つ比較的画素数が少なく、パターンマッチング処理が容易且つ迅速に行える形状である。図２は治具９の一例であって、この治具９は、平板状の底板９１と、その表面に固定された円柱９２と、円柱９２に設けられた複数個の円形穴９３を有する。図３は治具９の他の例であって、平板状の底板９１の上に、支柱９４によって支持された三角板９５を固定したものである。治具９は、Ｘ線が半透過して、治具９の各部の輪郭が明瞭に撮影されるようにアルミ製のものが好ましい。

［１−２．実施形態の作用］
本実施形態において、受光面積が小さいＸ線検出器３を第１のシフト位置と第２のシフト位置の２カ所で撮影を行い、その画像を合成して１枚の全体画像を得るには次のようにする。

（１）移動量の検出
移動量の検出にあたっては、予めテーブル上に治具９をセットする。治具９をセットする位置は、第１と第２のシフト位置におけるＸ線検出器３の受光面が重なった部分であって、Ｘ線検出器３がどちらのシフト位置に停止した場合であっても、治具９の投影画像が受光面に映し出される位置とする。

治具９をセットした後は、Ｘ線検出器３を第１のシフト位置に停止させた状態においてＸ線管１からＸ線を放射して、治具９の第１の画像の撮影を行う。Ｘ線検出器３のシフト位置への移動は、制御部５が記憶部８から第１のシフト位置の座標を取り出し、それに基づいてシフト機構４を横方向及び縦方向に移動させることにより行う。移動量の検出時におけるＸ線検出器３の第２のシフト位置への移動も同様である。

撮影された第１の画像は、Ｘ線検出器３からマッチング処理部６に出力され、マッチング処理のために保存される。次いで、Ｘ線検出器３を第２のシフト位置に移動させ、治具９の第２の画像の撮影を行い、撮影された第２の画像をマッチング処理部６に出力する。この第１のシフト位置から第２のシフト位置に対する移動は、制御部５がシフト機構４に対して移動量を出力することにより行う。

第１と第２の画像が入力されたマッチング処理部６においては、各画像内に投影されている治具９の画像を抽出して、２つの治具９の画像を重ね合わせることにより、各位置のＸ線透視画像に映っている治具９の位置から、Ｘ線検出器３の移動量を求める。

図４は、第１と第２の画像に基づいてＸ線検出器３の移動量を求める方法を示すものである。（ａ）は第１のシフト位置で撮影した第１の画像、（ｂ）は第２のシフト位置で撮影した第２の画像である。これらの画像中の異なる位置には、治具９の画像が表示されている。シフト位置演算部７は、各画像内における治具９の縦方向及び横方向の移動量に基づいて、Ｘ線検出器３の移動量を求める。すなわち、撮影された画像の画素単位を基準として、Ｘ線検出器３の移動量が、縦は０、横は整数画素（所望の検出器移動量ｍｍ／検出器の移動ピッチｍｍ）となるように、Ｘ線検出器３の移動量を演算する。シフト位置演算部７によって求められたＸ線検出器３の移動量は、記憶部８に格納される。

（２）ワークの撮影
検査対象物であるワークを撮影するには、シフト機構４によりＸ線検出器３を第１のシフト位置に停止させて、第１の画像を撮影する。次に、制御部５が、シフト位置演算部７によって求められた移動量を記憶部８から読み出して、その移動量に基づいてシフト機構４を制御し、Ｘ線検出器３を第２のシフト位置に移動させる。

この第２のシフト位置は、移動量の検出時にＸ線検出器３を停止させた第２のシフト位置とは異なり、治具のパターンマッチングによって補正されたシフト位置である。そのため、第１のシフト位置において撮影されたワークの第１の画像と、補正後の第２のシフト位置において撮影されたワークの第２の画像とは、パターンマッチングをすることなく、記憶部８に記憶されているＸ線検出器３の移動量を考慮してつなぎ合わせることにより、ワークの全体形状を表示した１枚の合成画像を得ることができる。

［１−３．実施形態の効果］
本実施形態は、次のような効果を有する。
（１）Ｘ線検出器の移動量を、撮影した画像全体のパターンマッチングを使用せずに、また、再サンプリングを行わずにＸ線透視画像の合成が可能となる。その結果、ＣＴ画像の撮影時間を短縮でき、補間誤差のないＸ線透視画像でＣＴ画像撮影を行うことができる。
（２）第１のシフト位置と第２のシフト位置の移動量を検出するにあたり、単純な形状でパターンマッチング処理が正確かつ短時間に実施可能な治具を使用することにより、パターンマッチングに要するリソースが少なくて済む。
（３）パターンマッチングはＸ線検出器３の移動量の検出時にのみ行えばよいので、ワークを撮影するごとにパターンマッチングを行っていた従来技術に比較して、画像の合成に必要とする時間が大幅に短縮される。
［２．他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。具体的には、次のような他の実施形態も包含する。

（１）Ｘ線検出器３は、図示の実施形態のように平行移動するものに限定されるものではなく、Ｘ線の焦点を軸に旋回移動して複数個所でワークを撮影するものであっても良い。
（２）Ｘ線検出器３がＸ線管の光軸と直交する方向を基準として、水平方向又は垂直方向のいずれか一方にのみ移動するものでも良い。
（３）Ｘ線検出器３がＸ線焦点を軸に旋回移動するものでも良い。
（４）図３に示すような三角形の治具９を使った場合は、2か所で撮影した3角形の画像のつなぎ目が縦・横共に無いように移動量を調整することで、パターンマッチング処理を容易に行うことが可能となる。特に、マッチング処理をコンピュータで行う代わりに、作業員の目視によって行うことも可能であり、そのような場合には三角形の治具の使用は有利である。
（５）第１、第２のシフト位置の２か所に限らず、第３、第４…とシフト位置を増やして
もよい。
（６）図示のようなＸ線の光軸が検査装置の据え付け面と平行になる装置に限らず、Ｘ線管１、テーブル２及びＸ線検出器３を垂直方向に感覚を保って配置した検査装置にも本発明を適用できる。

１…Ｘ線管
２…テーブル
３…Ｘ線検出器
４…シフト機構
５…制御部
６…マッチング処理部
７…シフト位置演算部
８…記憶部
９…治具

Claims (3)

1. Ｘ線の照射源と、被照射物を載せるテーブルと、前記被照射物を透過したＸ線を受光してその透過画像を検出するＸ線検出器と、を備えたＸ線検査装置であって、
   前記Ｘ線検出器を第１のシフト位置と第２のシフト位置との間で移動させるシフト機構と、
   前記シフト機構による前記Ｘ線検出器の移動を制御する制御部と、
   前記第１のシフト位置において撮影した前記テーブル上に載せた移動位置検出用治具の第１の画像と、前記第２のシフト位置において撮影した前記治具の第２の画像とのパターンマッチングを行うマッチング処理部と、
   前記マッチング処理部において検出した前記第１の画像における前記治具の位置と第２の画像における前記治具の位置に基づいて、前記Ｘ線検出器の前記第１のシフト位置と前記第２のシフト位置間の移動量を補正する移動量演算部と、
   前記移動量演算部により補正された移動量を記憶する記憶部と、を備え、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記補正された移動量に基づいて、前記Ｘ線検出器を第１のシフト位置から補正された第２のシフト位置に移動させ、前記被照射物を前記第１のシフト位置と前記補正された第２のシフト位置でそれぞれ撮影し、それぞれのシフト位置で撮影した画像を合成することにより、前記被照射物のパターンマッチングを行うことなく前記被照射物の全体画像を作成することを特徴とするＸ線検査装置。
2. 前記Ｘ線検出器が、Ｘ線の光軸と直角な方向を基準として、縦移動及び横移動することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 前記移動量演算部が、前記Ｘ線検出器によって撮影された画像の画素を基準として移動量を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線検査装置。
   

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