Ｘ線透視による３次元観測方法およびＸ線透視装置
【課題】Ｘ線ＣＴ装置を用いることなく、Ｘ線透視を行うことにより、アルミダイキャスト部品のボイド等の欠陥をはじめとして、透視対象物内部の特異部位の３次元位置情報を正確に知ることができ、加えて３次元の概略形状を知ることのできるＸ線透視を用いた３次元観測方法と、その方法を用いたＸ線透視装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線源１とＸ線検出器２の対と透視対象物Ｗとの相対位置を変化させ張ることにより、透視方向を少なくとも３方向に相違させた透視対象物Ｗの透視像を取得し、その各透視像上で特異部位の像を抽出し、各透視方向の透視像上で抽出された特異部位の像対応付けした後、各透視方向の透視像上の特異部位の像と、これらの各透視像を得たときのＸ線源１とＸ線検出器２の透視対象物Ｗに対する相対的な３次元位置情報を用いて、特異部位の３次元位置および／または３次元形状を算出し、表示する。
【解決手段】Ｘ線源１とＸ線検出器２の対と透視対象物Ｗとの相対位置を変化させ張ることにより、透視方向を少なくとも３方向に相違させた透視対象物Ｗの透視像を取得し、その各透視像上で特異部位の像を抽出し、各透視方向の透視像上で抽出された特異部位の像対応付けした後、各透視方向の透視像上の特異部位の像と、これらの各透視像を得たときのＸ線源１とＸ線検出器２の透視対象物Ｗに対する相対的な３次元位置情報を用いて、特異部位の３次元位置および／または３次元形状を算出し、表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品にＸ線を照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器で検出することによって物品のＸ線透視を行う手法を用いて、物品を３次元観察する方法と、その３次元観察方法を用いたＸ線透視装置に関し、特に、例えばアルミダイキャスト部品の内部に存在するボイド等の欠陥検査等に適した方法並びに装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばアルミダイキャスト部品のボイド等の検査や観測には、Ｘ線透視装置が多用されている。Ｘ線透視装置は、一般に、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に、対象物を搭載する試料ステージが設けられた構造をもち、Ｘ線源からのＸ線を対象物に照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器で検出し、その出力を用いて対象物のＸ線透視像を表示器に表示する。
【０００３】
ここで、Ｘ線透視においては、対象物の内部構造を素早く可視化することができる点において優れているが、Ｘ線透視により得られる像には、Ｘ線が透過した全ての部位の情報が重なって表示されるため、例えばアルミダイキャスト部品のボイドの検査ないしは観測をするに当たり、透視像上に現れたボイドがＸ線透視方向にどのような深さで存在しているのかを特定することはできない。
【０００４】
このようなＸ線透視装置を用いて、ボイド等の３次元位置を把握するには、例えば透視方向を複数に変更し、観察者が各方向からの透視像上でボイドの像を見て、大まかな３次元位置を想像するしかない。
【０００５】
ここで、物品内部の構造等を３次元表示する手法としては、Ｘ線ＣＴ装置が存在するが、撮影や再構成演算に時間が掛かるため、迅速性を要求される検査等には使えないし、装置が高価なものとなる。
【０００６】
また，Ｘ線透視を用いて物品内部を３次元表示する方法として、従来、Ｘ線ステレオ表示と称される手法が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１におけるＸ線ステレオ表示は、Ｘ線源とＸ線検出器の間に、透視対象物を搭載してＸ線光軸に対して傾斜可能なする傾斜テーブルを配置し、その傾斜テーブルを互いに異なる２つの傾斜角度に設定した状態でそれぞれ透視対象物のＸ線透視像を取得し、各傾斜角度におけるＸ線透視像を、観察者の視差に擬して重畳表示して赤青メガネで観察するアナグリフ立体表示や、裸眼立体視による交差法立体表示等を行う方法である。
【特許文献１】特開２００６−２２０６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、通常のＸ線透視装置を用いた透視においては、対象物内部のボイド等の欠陥が１個であれば、複数方向から透視した各Ｘ線透視像から、ボイドの３次元位置を観測者がある程度想像することができるが、ボイドが複数個存在すると、透視方向によってボイドの投影位置や形状が変わるので、例えば一つの透視方向からのＸ線透視像上で注目したボイドが他の透視方向からのＸ線透視像上でどのボイド像になるのか対応付けることが困難であり、その結果、ボイドの３次元位置を想像することは実質的に不可能である。
【０００８】
また、Ｘ線透視によるステレオ表示においては、複数個のボイドが存在していても、ある程度の３次元的な位置の推定が可能であるが、各ボイド相互の前後関係は把握できるものの、正確な３次元位置情報や、ボイドの立体的な概略形状は把握することができないという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、Ｘ線ＣＴ装置を用いることなく、Ｘ線透視を行うことにより、アルミダイキャスト部品のボイド等の欠陥をはじとめして、透視対象物の内部に存在する特異部位の３次元位置情報を正確に知ることができ、また、その３次元形状の概略を知ることが可能なＸ線透視による３次元観測方法と、その方法を用いたＸ線透視装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明のＸ線透視による３次元観測方法は、Ｘ線源とＸ線検出器の間に透視対象物を配置し、その透視対象物に対するＸ線源とＸ線検出器の相対位置を変化させることにより、透視方向を少なくとも３方向に相違させた透視対象物のＸ線透視像を取得し、その各Ｘ線透視像上で、あらかじめ設定されている特異部位の像を抽出するとともに、各透視方向のＸ線透視像上で抽出された特異部位の像を対応付けした後、各透視方向のＸ線透視像上の特異部位の像と、これらの各Ｘ線透視像を得たときのＸ線源とＸ線検出器の透視対象物に対する相対的な３次元位置情報とを用い、特異部位の３次元位置および／または３次元形状を算出することによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１１】
ここで、本発明においては、上記透視方向を相違させた少なくとも３方向からのＸ線透視像を取得する方法として、Ｘ線源とＸ線検出器を透視対象物に対して移動させ、その各移動位置においてＸ線透視像を取得する方法（請求項２）、あるいは、Ｘ線源とＸ線検出器に対して透視対象物を移動させ，その各移動位置においてＸ線透視像を取得する方法（請求項３）、もしくは、Ｘ線源とＸ線検出器の対を互いに異なる位置に３対以上設けることによって、透視方向を少なくとも３方向に相違させた透視対象物のＸ線透視像を取得する方法（請求項４）、のいずれかを採用することができる。
【００１２】
一方、本発明のＸ線透視装置は、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器と、これらの間に配置され、透視対象物を搭載する試料ステージと、上記Ｘ線検出器の出力に基づく試料ステージ上の透視対象物のＸ線透過データを用いて、当該透視対象物のＸ線透視像を構築して表示器に表示する表示手段と、上記Ｘ線源、Ｘ線検出器、および試料ステージの相対位置を変化させることにより、試料ステージ上の透視対象物の透視方向を変化させる移動機構を備えたＸ線透視装置において、上記移動機構を駆動して上記試料ステージに対するＸ線源およびＸ線検出器の相対位置をあらかじめ設定されている位置に変化させることにより、透視方向を少なくとも３方向に相違させてＸ線透視像を取得し、記憶手段に記憶させる制御手段と、各透視方向のＸ線透視像から、あらかじめ設定されている特異部位の像を抽出する画像処理手段と、その各Ｘ線透視像上で抽出された特異部位の像を対応づけし、各透視方向のＸ線透視像上の特異部位の像と、これらの各Ｘ線透視像を取得したときのＸ線源とＸ線検出器の試料ステージに対する相対的な３次元位置情報とを用い、特異部位の３次元位置および／または３次元形状を算出する演算手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項５）。
【００１３】
また、本発明のＸ線透視装置においては、上記各透視方向からのＸ線透視像を同時に、もしくは選択的に個別に表示するとともに、その各Ｘ線透視像のうち、任意の一つのＸ線透視像上で特異部位の像を指定することにより、他の透視方向からのＸ線透視像上に、指定された特異部位の像を指し示すマークを表示器に表示する表示制御手段を備えている構成（請求項６）を採用することができる。
【００１４】
また、本発明のＸ線透視装置においては、上記に代えて、透視対象物のサーフェースモデルを表示するとともに、そのサーフェースモデルに重ね合わせて、上記演算手段により演算された特異部位の３次元位置および／または３次元形状を表示する表示制御手段を備えている構成（請求項７）を採用することもできる。
【００１５】
本発明は、透視対象物を互いに異なる少なくとも３方向から透視することにより、透視対象物内部に存在するボイド等の特異部位の像を３方向から撮影し、各透視時における透視対象物に対するＸ線源とＸ線検出器の位置３次元位置情報から、特異部位の３次元位置情報および／または３次元形状を求めることで、課題を解決しようとするものである。
【００１６】
すなわち、各透視方向からのＸ線透視像から特異部位の像を抽出し、各Ｘ線透視像上での特異部位の像を対応づけする。特異部位が複数個あっても、後述する図８に示す手法等を用いることによって各特異部位ごとの対応づけが可能である。対応づけされた特異部位の像の透視方向が互いに異なる３方向からのＸ線透視像上での位置情報と、各Ｘ線透視像を取得したときの透視対象物に対するＸ線源とＸ線検出器の３次元位置情報を用いることで、後述する図９に例示する手法等を用いることで、特異部位の３次元位置情報を求めることができ、また、特異部位の概略の３次元形状を求めることができる。
【００１７】
本発明のＸ線透視装置において、演算手段により求められた特異部位の３次元位置情報を表示する手法としては、特に限定されることなく、例えは請求項６に係る発明のように、互いに異なる透視方向からのＸ線透視像を同時もしくは選択的に表示し、一つのＸ線透視像上で特異部位の像を指示することにより、他の透視方向からのＸ線透視像上で対応する特異部位の像を指し示すマークを表示する方法を採用することができ、この方法によれば、透視対象物内に複数のボイド等の特異部位が存在していても、オペレータは３つのＸ線透視像上で特定の特異部位の位置を知ることができ、透視対象物上の特異部位の実空間上での位置を感覚的に把握しやすい。なお、本発明においては、算出された特異部位の３次元座標の数値表示を併用することを妨げない。
【００１８】
また、演算手段により求められた特異部位の２次元位置情報を表示する他の手法としては、請求項７に係る発明のように、例えば３ＤＣＡＤデータ等のサーフェースモデルに、特異部位の像を重ね合わせて表示する方法を採用することができ、この場合、多数の特異部位が存在していても、オペレータは一目で各特異部位の透視対象物上での位置を把握することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、透視方向を少なくとも３方向に相違させて透視対象物を透視してＸ線透視像を取得することにより、透視対象物の内部に存在する欠陥等の特異部位の３次元位置情報、あるいは概略の３次元形状を知ることができ、Ｘ線ＣＴ装置を用いる場合に比して、その所要時間を大幅に短縮化することができる。特に、生産ラインにおける欠陥検査等においては、Ｘ線ＣＴ装置を用いる場合には抜き取り検査しかできなかったが、本発明方法ないしは装置の採用により、全数の検査が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の外観図であり、図２はその全体のシステム構成を表すブロック図である。
【００２１】
図１に示すように、Ｘ線源１とＸ線検出器２は互いに対向した状態で共通の支持アーム３に支持されている。支持アーム３はコラム４に対して傾動機構５およびＺステージ６を介して支承されており、傾動機構５の駆動により、Ｘ線源１とＸ線検出器２は対向状態を維持しつつ水平軸の回りに傾動（旋回）するとともに、Ｚステージ６の駆動によって、Ｘ線源１とＸ線検出器２の対は同じく対向状態を維持しつつ、傾動機構５とともに鉛直方向（ｚ軸方向）に移動する。
【００２２】
Ｘ線源１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は例えばＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）等の２次元Ｘ線検出器である。
【００２３】
コラム４に隣接して試料ステージ７が配置されている。試料ステージ７は透視対象物Ｗを搭載して鉛直の回転軸の回りに回転する回転テーブル８と、その回転テーブル８を水平面上で互いに直交する２軸方向に移動させるＸＹテーブル９を主体として構成されている。透視対象物ＷのＸ線透視を行うに当たっては、回転テーブル８上に搭載されている透視対象物ＷがＸ線源１とＸ線検出器２の間に位置するように支持アーム３をｚ軸方向移動させるとともに、ＸＹテーブル９をＸ線光軸に直交するｙ軸方向に位置決めして透視領域を定める。また、その透視倍率はＸＹテーブル９をＸ線光軸方向に移動させることによって変化させることができる。
【００２４】
図２に示すように、Ｘ線検出器の出力は画像データ取り込み回路２１を介して表示制御部２２に取り込まれ、透視対象物ＷのＸ線透視像が構築されて実質的にリアルタイムで表示器２３に表示される。表示制御部２２により構築されて表示器２３に表示されるＸ線透視像は、後述するタイミングで供給される制御部２４からの指令の発生時に画像メモリ２５にも転送されて記憶される。
【００２５】
画像メモリ２５に記憶されたＸ線透視像は、制御部２４からの指令により画像処理部２６に送られ、この画像処理部２６では、後述するように透視対象物ＷののＸ線透視像上で、あらかじめ設定されている特異部位、例えばボイドをはじめとする欠陥等、の像を抽出する。
【００２６】
制御部２４は、上記した表示制御部２２、画像メモリ２５、画像処理部２６のほか、Ｘ線源１の管電流や管電圧をコントロールするＸ線コントローラ２７や、前記した傾動機構５、Ｚステージ６、回転テーブル８およびＸＹテーブル９をのアクチュエータに対して駆動制御信号を供給する軸制御部２８をも制御下に置いている。
【００２７】
また、制御部２４には、ジョイスティックやマウス、キーボード等からなる操作部２９が接続されており、この操作部２９の操作により、軸制御部２８を介して上記した傾動機構５、Ｚステージ６、回転テーブル８およびＸＹテーブル９に駆動制御信号を供給してこれらを随意に駆動することができる。また、この操作部２９の操作により、後述する動作に必要な各種設定値等を設定することができる。そして、制御部２４には演算部３０が接続されており、この演算部３０は、画像処理部２６により処理された画像データを用いて以下に示す演算を行い、特異部位の３次元位置情報や概略の３次元形状を算出する。なお、この演算部３０や制御部２４、画像処理部２６、表示制御部２２等は実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、コンピュータにインストールされているプログラムの実行により動作するのであるが、図２では、説明の便宜上、インストールされているプログラムが有する主要な機能ごとのブロック図で表している。
【００２８】
次に、以上の構成からなる本発明の実施の形態の動作を、アルミダイキャスト部品内部のボイドの検査を行う場合を例にとって述べる。
【００２９】
まず、透視対象物Ｗを回転テーブル８の上に載せ、操作部２９を操作してＺステージ６、回転テーブル８、ＸＹテーブル９等を駆動し、透視対象物Ｗの全体もしくは所要領域のＸ線透視像が得られるように位置決めし、その状態を含めて合計３方向の透視方向を設定する。透視方向を３方向に変化させる手法としては、この実施の形態においては、傾動機構５ないしはＺステージ６を駆動してＸ線源１とＸ線検出器２の対を移動させるか、あるいは、試料ステージ７の回転テーブル８を駆動して透視対象物Ｗを回転させることによって行うことができる。図３（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）に３方向の透視方向の概念を、透視対象物Ｗを中心として表した図で示す。
【００３０】
また、透視対象物Ｗを中心とした座標系を想定して空間座標を設定する。図４にその例を示す。なお、透視対象物Ｗを回転させて透視方向を変化させる場合には、観測される透視対象物Ｗが回転するに連れて実空間座標系が回転することになるので、実空間座標系の原点は回転テーブル９の回転中心軸上に設定しておくと便利である。
【００３１】
図４の実空間座標系を説明すると、Ｘ線検出器２のキャリブレーションデータ、つまりＸ線検出器２の中心位置の実空間座標は［表１］に示す通りであり、Ｘ線検出器２の横方向１画素分の実空間変位量（寸法）および同じく縦方向１画素分の実空間変位量（寸法）はそれぞれ［表２］および［表３］に示す通りである。ここで、記号の末尾に付されている数字１，２，３は、透視方向を表している。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
また、Ｘ線源１（焦点）の位置は下記の［表４］に示す通りであり、この位置から円錐形状にＸ線が放射される。
【００３５】
【表４】
また、以下の演算においては、ｉ＝１，２，３を透視方向とし、ｘｄｉ，ｙｄｉをＸ線検出器２上の２次元座標とする（Ｘ線検出器２の中心がｘｄｉ＝０，ｙｄｉ＝０とする）。
【００３６】
実際の検査作業に先立ち、透視対象物Ｗのボイドを抽出しやすいように、図５に例示するようにボイドの存在しない良品の透視画像をあらかじめ設定されている各透視方向１〜３ごとに透視撮影し、その各透視像を画像メモリ２５に記憶しておく。
【００３７】
実際の検査作業においては、透視対象物Ｗを良品の撮影時と同じ位置・同じ姿勢で回転テーブル８上に載せて操作部２９から指令を与えることにより、制御部２４から軸制御部２８を経由してＸ線源１とＸ線検出器２の対、もしくは試料ステージ７に駆動制御信号を供給し、良品の撮影時と同様にあらかじめ設定されている透視方向１〜３から透視撮影する。各透視方向から透視撮影するごとに、その透視像は画像メモリ２５に記憶される。透視対象物Ｗにボイドが存在する場合には、図６に例示するような透視像が得られる。
【００３８】
次に、各透視方向１〜３からの対象物Ｗの透視像と、先に記憶している良品の該当方向からの透視像とが画像処理部２６において比較され、ボイドの像が抽出される。この抽出処理の方法は特に限定されるものではないが、例えば同じ方向からの良品の透視像と対象物の透視像を減算し、その絶対値をとり、あらかじめ設定したしきい値との大小関係によって２値化することにより、図７に示すようなボイド抽出画像が各透視方向ごとに得られる。この図７において黒い部分がボイドと認識される。
【００３９】
画像処理部２６においては、次に、以下に示すように各ボイド抽出画像Ｂ１〜Ｂ３から、黒い部分（ボイドに対応する像）の重心を求める。すなわち、図７の透視方向１からのボイド抽出画像（Ｂ１）中における黒い部分、例えばｂ１−１に着目し、その重心の実空間位置を求める。ここで、黒い塊の抽出は画像処理で一般的なラベリング手法などで行うものとするが、特に限定されるものではない。画像Ｂ１におけるｂ１−１の重心の空間座標は簡単に求めることができる。例えば、透視方向１のＸ線検出器２上の２次元座標で、その重心位置がＸ線検出器２の中心からｘ方向にＮｘ画素目、ｙ方向にＮｙ画素目に位置していたとすると、ｂ１−１の実空間座標は以下の式（１）で表される。
【００４０】
【数１】
【００４１】
次に、以上の重心の実空間位置と透視方向１におけるＸ線源１の位置とを結ぶ直線を求める。この直線上にあるものは、透視方向１において、ｂ１−１の重心に結像することになる。ちなみに、この直線の方程式は２点を通る直線方程式により簡単に求まる。
【００４２】
【数２】
【００４３】
次に、以上の直線を、透視方向２におけるＸ線検出器２で観測したと仮定した線を、透視方向２におけるＸ線検出器２上の２次元座標系（透視方向２からのボイド抽出画像上）に引く。これが図８の透視方向２のボイド抽出画像（Ｂ２）に示される視軸線Ｂ２−ｂ１−１である。なお、Ｂ２−ｂ１−１は、透視方向２のＸ線検出器２の有感面と、前記式（２）で表される直線と透視方向２のＸ線源１の位置により決まる面との交線であるので、一意に決めることができる。
【００４４】
図８の透視方向２のボイド抽出画像（Ｂ２）によれば、視軸線Ｂ２−ｂ１−１のライン上に２つの黒い塊がある。ｂ２−１，ｂ２−２のどちらかがｂ１−１に対応するボイド像であるわけである。どちから不明であるので、透視方向２のＸ線検出器２上のｂ２−１，ｂ２−２の重心を求め、前記したｂ１−１の視軸線Ｂ１−ｂ１−１を引いた要領と同様に、透視方向３におけるＸ線検出器２上の２次元座標系に視軸線Ｂ３−ｂ２−１，Ｂ３−ｂ２−２を引く。また、式（２）の直線を透視方向３のＸ線検出器２上の２次元座標系に引く。図８の透視方向３のボイド抽出画像（Ｂ３）にこれらの視軸線が表されている。
【００４５】
この図８の透視方向３のボイド抽出画像（Ｂ３）によれば、視軸線Ｂ３−ｂ１−１と視軸線Ｂ３−ｂ２−１の交点には、黒い塊が存在し、視軸線Ｂ３−ｂ１−１と視軸線Ｂ３−ｂ２−２の交点には黒い塊が存在しないことがわかる。視軸線の交点に黒い塊が存在することにより、ボイド抽出画像Ｂ１のボイド像ｂ１−１に対応するボイド像は、ボイド抽出画像Ｂ２のボイド像ｂ２−１、ボイド抽出画像Ｂ３のボイド像ｂ３−１であることが判明する。
【００４６】
以上の処理を、ボイド抽出画像Ｂ１上の各黒い塊について実施することにより、各透視方向におけるボイド抽出画像において、各ボイド像どうしの対応付けを行うことができる。
【００４７】
次に、上記のように対応付けられたボイド像ｂ１−１，ｂ２−１，ｂ３−１を用いて、実空間上でのボイド位置を特定するとともに、そのボイドのおおよその３次元形状を求める。
【００４８】
図９にその手法の説明図を示す。図８の各透視方向からのボイド抽出画像Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３をラベリングしたデータよりｂ１−１，ｂ２−１，ｂ３−１の縦横のサイズを算出する。そのサイズをそれぞれｂ１−１Ｘ，ｂ１−１Ｙ、ｂ２−１Ｘ，ｂ２−１Ｙ、ｂ３−１Ｘ，ｂ３−１Ｙとする。このサイズと重心位置をもとに、ｂ１−１，ｂ２−１，ｂ３−１の近似楕円を底面とし、それぞれのＸ線源１を頂点とする楕円錐を実空間座標系において算出する。そして、これらの３つの楕円錐が重なった部分を実空間上のボイドと近似し、ｂ１とする。これによって透視方向１〜３においてｂ１−１，ｂ２−１，ｂ３−１として現れたボイドｂ１の実空間座標と、３次元近似形状が求められたことになる。
【００４９】
同様のことを各黒塊について対応付けを行ったうえで実行し、それぞれのボイドの実空間の位置と近似外形を求める。
【００５０】
以上の手順により、複数のボイドの実空間上の位置と近似外形を求めることができ、その求めた結果の表示については、以下のものを採用することができる。
【００５１】
その一つは、例えば３ＤＣＡＤシステムと類似のシステムを装置に持たせるか、あるいは３ＤＣＡＤシステムとリンクさせ、図１０に例示するように、検査物のサーフェースモデルＭと重ね合わせて、ボイドの近似外形図Ｐを表示器２３に表示する。ここで言うサーフェースモデルとは、立体的な物品の輪郭を表す線画（ワイヤフレームモデル）に、面のデータを付け加えた立体表現方法に基づく３次元モデルである。
【００５２】
また、他の一つは、図１１に例示するように、各透視方向１〜３からの対象物Ｗの透視像を個々に表示し、そのうちの一つの透視像上、例えば透視方向１の対象物透視像上でｂ１−１のボイド像をクリックすることにより、他の各対象物透視像上における対応するボイド像も含めて、矢印Ａ等を透視像上に重畳表示する方法も採用することができる。この各透視方向からの対象物透視像は、表示器２３に同時に表示してもよいし、操作部２９の操作により表示器２３に選択的に呼び出して表示してもよい。また、いずれの表示方法を採用するにしても、各ボイドの３次元位置情報を数値で表示することを併用することが好ましい。
【００５３】
ここで、以上の実施の形態において、例えばボイド像の抽出方法やその重心位置を求める方法としては、前記した方法のほか、他の公知の方法、例えばラインプロファイルを２次微分してそのピーク位置を求める等、を適宜に採用し得ることは勿論である。
【００５４】
また、以上の実施の形態においては、透視方向を３方向に変化させる方法として、Ｘ線源１とＸ線検出器２の対と、透視対象物Ｗとの相対位置を変化させる方法を採用したが、３対のＸ線源とＸ線検出器を設け、一つの透視対象物Ｗに対してこれらの各対のＸ線源とＸ線検出器の対で透視する方法も採用することができる。
【００５５】
更に、以上の説明においては、透視方向を３方向としたが、それよりも多い方向から透視を行い、その各透視方向からの透視像のうち、よりボイドが明確に現れている任意の３つの透視像を用いて、上記した説明と同等の方法によってボイドの位置や近似外形を求めてもよく、この方法の採用により、精度をより向上させることができる。
【００５６】
また、以上はアルミダイキャスト部品内に存在するボイドを特異部位として、その検査を行う場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されることなく、透視対象物は任意の物品とすることができ、その内部の特異部位としては、他の欠陥や特定の構造部位等とし得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態の外観図である。
【図２】本発明の実施の形態の全体のシステム構成を表すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における３方向の透視方向を、透視対象物Ｗを中心として示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態で用いる空間座標の例の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態であらかじめ撮影される、良品の３つの透視方向からのＸ線透視像の例の説明図である。
【図６】ボイドが存在する透視対象物Ｗの３つの透視方向からのＸ線透視像の例の説明図である。
【図７】図６の各方向からのＸ線透視像から、ボイドを抽出した画像の例の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態において、図６の各画像上のボイド像を対応づけする手法の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態において、対応付けられたボイド像ｂ１−１，ｂ２−１，ｂ３−１を用いて、実空間上でのボイド位置を特定するとともに、そのボイドのおおよその３次元形状を求める手法の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態において透視対象物Ｗ内に存在するボイドの３次元位置と概略の３次元形状をサーフェースモデルを用いて表示する例の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態におけるボイドの位置の他の表示方法の説明図で、３方向からの対象物透視像上で、対応するボイド像を指示する表示方法の例の説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ Ｘ線源
２ Ｘ線検出器
３ 支持アーム
４ コラム
５ 傾動機構
６ Ｚステージ￥
７ 試料ステージ
８ 回転テーブル
９ ＸＹテーブル
２１ 画像データ取り込み回路
２２ 表示制御部
２３ 表示器
２４ 制御部
２５ 画像メモリ
２６ 画像処理部
２７ Ｘ線コントローラ
２８ 軸制御部
２９ 操作部
３０ 演算部
Ｗ 透視対象物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物品にＸ線を照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器で検出することによって物品のＸ線透視を行う手法を用いて、物品を３次元観察する方法と、その３次元観察方法を用いたＸ線透視装置に関し、特に、例えばアルミダイキャスト部品の内部に存在するボイド等の欠陥検査等に適した方法並びに装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばアルミダイキャスト部品のボイド等の検査や観測には、Ｘ線透視装置が多用されている。Ｘ線透視装置は、一般に、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に、対象物を搭載する試料ステージが設けられた構造をもち、Ｘ線源からのＸ線を対象物に照射し、その透過Ｘ線をＸ線検出器で検出し、その出力を用いて対象物のＸ線透視像を表示器に表示する。
【０００３】
ここで、Ｘ線透視においては、対象物の内部構造を素早く可視化することができる点において優れているが、Ｘ線透視により得られる像には、Ｘ線が透過した全ての部位の情報が重なって表示されるため、例えばアルミダイキャスト部品のボイドの検査ないしは観測をするに当たり、透視像上に現れたボイドがＸ線透視方向にどのような深さで存在しているのかを特定することはできない。
【０００４】
このようなＸ線透視装置を用いて、ボイド等の３次元位置を把握するには、例えば透視方向を複数に変更し、観察者が各方向からの透視像上でボイドの像を見て、大まかな３次元位置を想像するしかない。
【０００５】
ここで、物品内部の構造等を３次元表示する手法としては、Ｘ線ＣＴ装置が存在するが、撮影や再構成演算に時間が掛かるため、迅速性を要求される検査等には使えないし、装置が高価なものとなる。
【０００６】
また，Ｘ線透視を用いて物品内部を３次元表示する方法として、従来、Ｘ線ステレオ表示と称される手法が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１におけるＸ線ステレオ表示は、Ｘ線源とＸ線検出器の間に、透視対象物を搭載してＸ線光軸に対して傾斜可能なする傾斜テーブルを配置し、その傾斜テーブルを互いに異なる２つの傾斜角度に設定した状態でそれぞれ透視対象物のＸ線透視像を取得し、各傾斜角度におけるＸ線透視像を、観察者の視差に擬して重畳表示して赤青メガネで観察するアナグリフ立体表示や、裸眼立体視による交差法立体表示等を行う方法である。
【特許文献１】特開２００６−２２０６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、通常のＸ線透視装置を用いた透視においては、対象物内部のボイド等の欠陥が１個であれば、複数方向から透視した各Ｘ線透視像から、ボイドの３次元位置を観測者がある程度想像することができるが、ボイドが複数個存在すると、透視方向によってボイドの投影位置や形状が変わるので、例えば一つの透視方向からのＸ線透視像上で注目したボイドが他の透視方向からのＸ線透視像上でどのボイド像になるのか対応付けることが困難であり、その結果、ボイドの３次元位置を想像することは実質的に不可能である。
【０００８】
また、Ｘ線透視によるステレオ表示においては、複数個のボイドが存在していても、ある程度の３次元的な位置の推定が可能であるが、各ボイド相互の前後関係は把握できるものの、正確な３次元位置情報や、ボイドの立体的な概略形状は把握することができないという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、Ｘ線ＣＴ装置を用いることなく、Ｘ線透視を行うことにより、アルミダイキャスト部品のボイド等の欠陥をはじとめして、透視対象物の内部に存在する特異部位の３次元位置情報を正確に知ることができ、また、その３次元形状の概略を知ることが可能なＸ線透視による３次元観測方法と、その方法を用いたＸ線透視装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明のＸ線透視による３次元観測方法は、Ｘ線源とＸ線検出器の間に透視対象物を配置し、その透視対象物に対するＸ線源とＸ線検出器の相対位置を変化させることにより、透視方向を少なくとも３方向に相違させた透視対象物のＸ線透視像を取得し、その各Ｘ線透視像上で、あらかじめ設定されている特異部位の像を抽出するとともに、各透視方向のＸ線透視像上で抽出された特異部位の像を対応付けした後、各透視方向のＸ線透視像上の特異部位の像と、これらの各Ｘ線透視像を得たときのＸ線源とＸ線検出器の透視対象物に対する相対的な３次元位置情報とを用い、特異部位の３次元位置および／または３次元形状を算出することによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１１】
ここで、本発明においては、上記透視方向を相違させた少なくとも３方向からのＸ線透視像を取得する方法として、Ｘ線源とＸ線検出器を透視対象物に対して移動させ、その各移動位置においてＸ線透視像を取得する方法（請求項２）、あるいは、Ｘ線源とＸ線検出器に対して透視対象物を移動させ，その各移動位置においてＸ線透視像を取得する方法（請求項３）、もしくは、Ｘ線源とＸ線検出器の対を互いに異なる位置に３対以上設けることによって、透視方向を少なくとも３方向に相違させた透視対象物のＸ線透視像を取得する方法（請求項４）、のいずれかを採用することができる。
【００１２】
一方、本発明のＸ線透視装置は、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器と、これらの間に配置され、透視対象物を搭載する試料ステージと、上記Ｘ線検出器の出力に基づく試料ステージ上の透視対象物のＸ線透過データを用いて、当該透視対象物のＸ線透視像を構築して表示器に表示する表示手段と、上記Ｘ線源、Ｘ線検出器、および試料ステージの相対位置を変化させることにより、試料ステージ上の透視対象物の透視方向を変化させる移動機構を備えたＸ線透視装置において、上記移動機構を駆動して上記試料ステージに対するＸ線源およびＸ線検出器の相対位置をあらかじめ設定されている位置に変化させることにより、透視方向を少なくとも３方向に相違させてＸ線透視像を取得し、記憶手段に記憶させる制御手段と、各透視方向のＸ線透視像から、あらかじめ設定されている特異部位の像を抽出する画像処理手段と、その各Ｘ線透視像上で抽出された特異部位の像を対応づけし、各透視方向のＸ線透視像上の特異部位の像と、これらの各Ｘ線透視像を取得したときのＸ線源とＸ線検出器の試料ステージに対する相対的な３次元位置情報とを用い、特異部位の３次元位置および／または３次元形状を算出する演算手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項５）。
【００１３】
また、本発明のＸ線透視装置においては、上記各透視方向からのＸ線透視像を同時に、もしくは選択的に個別に表示するとともに、その各Ｘ線透視像のうち、任意の一つのＸ線透視像上で特異部位の像を指定することにより、他の透視方向からのＸ線透視像上に、指定された特異部位の像を指し示すマークを表示器に表示する表示制御手段を備えている構成（請求項６）を採用することができる。
【００１４】
また、本発明のＸ線透視装置においては、上記に代えて、透視対象物のサーフェースモデルを表示するとともに、そのサーフェースモデルに重ね合わせて、上記演算手段により演算された特異部位の３次元位置および／または３次元形状を表示する表示制御手段を備えている構成（請求項７）を採用することもできる。
【００１５】
本発明は、透視対象物を互いに異なる少なくとも３方向から透視することにより、透視対象物内部に存在するボイド等の特異部位の像を３方向から撮影し、各透視時における透視対象物に対するＸ線源とＸ線検出器の位置３次元位置情報から、特異部位の３次元位置情報および／または３次元形状を求めることで、課題を解決しようとするものである。
【００１６】
すなわち、各透視方向からのＸ線透視像から特異部位の像を抽出し、各Ｘ線透視像上での特異部位の像を対応づけする。特異部位が複数個あっても、後述する図８に示す手法等を用いることによって各特異部位ごとの対応づけが可能である。対応づけされた特異部位の像の透視方向が互いに異なる３方向からのＸ線透視像上での位置情報と、各Ｘ線透視像を取得したときの透視対象物に対するＸ線源とＸ線検出器の３次元位置情報を用いることで、後述する図９に例示する手法等を用いることで、特異部位の３次元位置情報を求めることができ、また、特異部位の概略の３次元形状を求めることができる。
【００１７】
本発明のＸ線透視装置において、演算手段により求められた特異部位の３次元位置情報を表示する手法としては、特に限定されることなく、例えは請求項６に係る発明のように、互いに異なる透視方向からのＸ線透視像を同時もしくは選択的に表示し、一つのＸ線透視像上で特異部位の像を指示することにより、他の透視方向からのＸ線透視像上で対応する特異部位の像を指し示すマークを表示する方法を採用することができ、この方法によれば、透視対象物内に複数のボイド等の特異部位が存在していても、オペレータは３つのＸ線透視像上で特定の特異部位の位置を知ることができ、透視対象物上の特異部位の実空間上での位置を感覚的に把握しやすい。なお、本発明においては、算出された特異部位の３次元座標の数値表示を併用することを妨げない。
【００１８】
また、演算手段により求められた特異部位の２次元位置情報を表示する他の手法としては、請求項７に係る発明のように、例えば３ＤＣＡＤデータ等のサーフェースモデルに、特異部位の像を重ね合わせて表示する方法を採用することができ、この場合、多数の特異部位が存在していても、オペレータは一目で各特異部位の透視対象物上での位置を把握することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、透視方向を少なくとも３方向に相違させて透視対象物を透視してＸ線透視像を取得することにより、透視対象物の内部に存在する欠陥等の特異部位の３次元位置情報、あるいは概略の３次元形状を知ることができ、Ｘ線ＣＴ装置を用いる場合に比して、その所要時間を大幅に短縮化することができる。特に、生産ラインにおける欠陥検査等においては、Ｘ線ＣＴ装置を用いる場合には抜き取り検査しかできなかったが、本発明方法ないしは装置の採用により、全数の検査が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の外観図であり、図２はその全体のシステム構成を表すブロック図である。
【００２１】
図１に示すように、Ｘ線源１とＸ線検出器２は互いに対向した状態で共通の支持アーム３に支持されている。支持アーム３はコラム４に対して傾動機構５およびＺステージ６を介して支承されており、傾動機構５の駆動により、Ｘ線源１とＸ線検出器２は対向状態を維持しつつ水平軸の回りに傾動（旋回）するとともに、Ｚステージ６の駆動によって、Ｘ線源１とＸ線検出器２の対は同じく対向状態を維持しつつ、傾動機構５とともに鉛直方向（ｚ軸方向）に移動する。
【００２２】
Ｘ線源１はコーンビーム状のＸ線を発生し、Ｘ線検出器２は例えばＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）等の２次元Ｘ線検出器である。
【００２３】
コラム４に隣接して試料ステージ７が配置されている。試料ステージ７は透視対象物Ｗを搭載して鉛直の回転軸の回りに回転する回転テーブル８と、その回転テーブル８を水平面上で互いに直交する２軸方向に移動させるＸＹテーブル９を主体として構成されている。透視対象物ＷのＸ線透視を行うに当たっては、回転テーブル８上に搭載されている透視対象物ＷがＸ線源１とＸ線検出器２の間に位置するように支持アーム３をｚ軸方向移動させるとともに、ＸＹテーブル９をＸ線光軸に直交するｙ軸方向に位置決めして透視領域を定める。また、その透視倍率はＸＹテーブル９をＸ線光軸方向に移動させることによって変化させることができる。
【００２４】
図２に示すように、Ｘ線検出器の出力は画像データ取り込み回路２１を介して表示制御部２２に取り込まれ、透視対象物ＷのＸ線透視像が構築されて実質的にリアルタイムで表示器２３に表示される。表示制御部２２により構築されて表示器２３に表示されるＸ線透視像は、後述するタイミングで供給される制御部２４からの指令の発生時に画像メモリ２５にも転送されて記憶される。
【００２５】
画像メモリ２５に記憶されたＸ線透視像は、制御部２４からの指令により画像処理部２６に送られ、この画像処理部２６では、後述するように透視対象物ＷののＸ線透視像上で、あらかじめ設定されている特異部位、例えばボイドをはじめとする欠陥等、の像を抽出する。
【００２６】
制御部２４は、上記した表示制御部２２、画像メモリ２５、画像処理部２６のほか、Ｘ線源１の管電流や管電圧をコントロールするＸ線コントローラ２７や、前記した傾動機構５、Ｚステージ６、回転テーブル８およびＸＹテーブル９をのアクチュエータに対して駆動制御信号を供給する軸制御部２８をも制御下に置いている。
【００２７】
また、制御部２４には、ジョイスティックやマウス、キーボード等からなる操作部２９が接続されており、この操作部２９の操作により、軸制御部２８を介して上記した傾動機構５、Ｚステージ６、回転テーブル８およびＸＹテーブル９に駆動制御信号を供給してこれらを随意に駆動することができる。また、この操作部２９の操作により、後述する動作に必要な各種設定値等を設定することができる。そして、制御部２４には演算部３０が接続されており、この演算部３０は、画像処理部２６により処理された画像データを用いて以下に示す演算を行い、特異部位の３次元位置情報や概略の３次元形状を算出する。なお、この演算部３０や制御部２４、画像処理部２６、表示制御部２２等は実際にはコンピュータとその周辺機器によって構成され、コンピュータにインストールされているプログラムの実行により動作するのであるが、図２では、説明の便宜上、インストールされているプログラムが有する主要な機能ごとのブロック図で表している。
【００２８】
次に、以上の構成からなる本発明の実施の形態の動作を、アルミダイキャスト部品内部のボイドの検査を行う場合を例にとって述べる。
【００２９】
まず、透視対象物Ｗを回転テーブル８の上に載せ、操作部２９を操作してＺステージ６、回転テーブル８、ＸＹテーブル９等を駆動し、透視対象物Ｗの全体もしくは所要領域のＸ線透視像が得られるように位置決めし、その状態を含めて合計３方向の透視方向を設定する。透視方向を３方向に変化させる手法としては、この実施の形態においては、傾動機構５ないしはＺステージ６を駆動してＸ線源１とＸ線検出器２の対を移動させるか、あるいは、試料ステージ７の回転テーブル８を駆動して透視対象物Ｗを回転させることによって行うことができる。図３（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）に３方向の透視方向の概念を、透視対象物Ｗを中心として表した図で示す。
【００３０】
また、透視対象物Ｗを中心とした座標系を想定して空間座標を設定する。図４にその例を示す。なお、透視対象物Ｗを回転させて透視方向を変化させる場合には、観測される透視対象物Ｗが回転するに連れて実空間座標系が回転することになるので、実空間座標系の原点は回転テーブル９の回転中心軸上に設定しておくと便利である。
【００３１】
図４の実空間座標系を説明すると、Ｘ線検出器２のキャリブレーションデータ、つまりＸ線検出器２の中心位置の実空間座標は［表１］に示す通りであり、Ｘ線検出器２の横方向１画素分の実空間変位量（寸法）および同じく縦方向１画素分の実空間変位量（寸法）はそれぞれ［表２］および［表３］に示す通りである。ここで、記号の末尾に付されている数字１，２，３は、透視方向を表している。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
【表３】
また、Ｘ線源１（焦点）の位置は下記の［表４］に示す通りであり、この位置から円錐形状にＸ線が放射される。
【００３５】
【表４】
また、以下の演算においては、ｉ＝１，２，３を透視方向とし、ｘｄｉ，ｙｄｉをＸ線検出器２上の２次元座標とする（Ｘ線検出器２の中心がｘｄｉ＝０，ｙｄｉ＝０とする）。
【００３６】
実際の検査作業に先立ち、透視対象物Ｗのボイドを抽出しやすいように、図５に例示するようにボイドの存在しない良品の透視画像をあらかじめ設定されている各透視方向１〜３ごとに透視撮影し、その各透視像を画像メモリ２５に記憶しておく。
【００３７】
実際の検査作業においては、透視対象物Ｗを良品の撮影時と同じ位置・同じ姿勢で回転テーブル８上に載せて操作部２９から指令を与えることにより、制御部２４から軸制御部２８を経由してＸ線源１とＸ線検出器２の対、もしくは試料ステージ７に駆動制御信号を供給し、良品の撮影時と同様にあらかじめ設定されている透視方向１〜３から透視撮影する。各透視方向から透視撮影するごとに、その透視像は画像メモリ２５に記憶される。透視対象物Ｗにボイドが存在する場合には、図６に例示するような透視像が得られる。
【００３８】
次に、各透視方向１〜３からの対象物Ｗの透視像と、先に記憶している良品の該当方向からの透視像とが画像処理部２６において比較され、ボイドの像が抽出される。この抽出処理の方法は特に限定されるものではないが、例えば同じ方向からの良品の透視像と対象物の透視像を減算し、その絶対値をとり、あらかじめ設定したしきい値との大小関係によって２値化することにより、図７に示すようなボイド抽出画像が各透視方向ごとに得られる。この図７において黒い部分がボイドと認識される。
【００３９】
画像処理部２６においては、次に、以下に示すように各ボイド抽出画像Ｂ１〜Ｂ３から、黒い部分（ボイドに対応する像）の重心を求める。すなわち、図７の透視方向１からのボイド抽出画像（Ｂ１）中における黒い部分、例えばｂ１−１に着目し、その重心の実空間位置を求める。ここで、黒い塊の抽出は画像処理で一般的なラベリング手法などで行うものとするが、特に限定されるものではない。画像Ｂ１におけるｂ１−１の重心の空間座標は簡単に求めることができる。例えば、透視方向１のＸ線検出器２上の２次元座標で、その重心位置がＸ線検出器２の中心からｘ方向にＮｘ画素目、ｙ方向にＮｙ画素目に位置していたとすると、ｂ１−１の実空間座標は以下の式（１）で表される。
【００４０】
【数１】
【００４１】
次に、以上の重心の実空間位置と透視方向１におけるＸ線源１の位置とを結ぶ直線を求める。この直線上にあるものは、透視方向１において、ｂ１−１の重心に結像することになる。ちなみに、この直線の方程式は２点を通る直線方程式により簡単に求まる。
【００４２】
【数２】
【００４３】
次に、以上の直線を、透視方向２におけるＸ線検出器２で観測したと仮定した線を、透視方向２におけるＸ線検出器２上の２次元座標系（透視方向２からのボイド抽出画像上）に引く。これが図８の透視方向２のボイド抽出画像（Ｂ２）に示される視軸線Ｂ２−ｂ１−１である。なお、Ｂ２−ｂ１−１は、透視方向２のＸ線検出器２の有感面と、前記式（２）で表される直線と透視方向２のＸ線源１の位置により決まる面との交線であるので、一意に決めることができる。
【００４４】
図８の透視方向２のボイド抽出画像（Ｂ２）によれば、視軸線Ｂ２−ｂ１−１のライン上に２つの黒い塊がある。ｂ２−１，ｂ２−２のどちらかがｂ１−１に対応するボイド像であるわけである。どちから不明であるので、透視方向２のＸ線検出器２上のｂ２−１，ｂ２−２の重心を求め、前記したｂ１−１の視軸線Ｂ１−ｂ１−１を引いた要領と同様に、透視方向３におけるＸ線検出器２上の２次元座標系に視軸線Ｂ３−ｂ２−１，Ｂ３−ｂ２−２を引く。また、式（２）の直線を透視方向３のＸ線検出器２上の２次元座標系に引く。図８の透視方向３のボイド抽出画像（Ｂ３）にこれらの視軸線が表されている。
【００４５】
この図８の透視方向３のボイド抽出画像（Ｂ３）によれば、視軸線Ｂ３−ｂ１−１と視軸線Ｂ３−ｂ２−１の交点には、黒い塊が存在し、視軸線Ｂ３−ｂ１−１と視軸線Ｂ３−ｂ２−２の交点には黒い塊が存在しないことがわかる。視軸線の交点に黒い塊が存在することにより、ボイド抽出画像Ｂ１のボイド像ｂ１−１に対応するボイド像は、ボイド抽出画像Ｂ２のボイド像ｂ２−１、ボイド抽出画像Ｂ３のボイド像ｂ３−１であることが判明する。
【００４６】
以上の処理を、ボイド抽出画像Ｂ１上の各黒い塊について実施することにより、各透視方向におけるボイド抽出画像において、各ボイド像どうしの対応付けを行うことができる。
【００４７】
次に、上記のように対応付けられたボイド像ｂ１−１，ｂ２−１，ｂ３−１を用いて、実空間上でのボイド位置を特定するとともに、そのボイドのおおよその３次元形状を求める。
【００４８】
図９にその手法の説明図を示す。図８の各透視方向からのボイド抽出画像Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３をラベリングしたデータよりｂ１−１，ｂ２−１，ｂ３−１の縦横のサイズを算出する。そのサイズをそれぞれｂ１−１Ｘ，ｂ１−１Ｙ、ｂ２−１Ｘ，ｂ２−１Ｙ、ｂ３−１Ｘ，ｂ３−１Ｙとする。このサイズと重心位置をもとに、ｂ１−１，ｂ２−１，ｂ３−１の近似楕円を底面とし、それぞれのＸ線源１を頂点とする楕円錐を実空間座標系において算出する。そして、これらの３つの楕円錐が重なった部分を実空間上のボイドと近似し、ｂ１とする。これによって透視方向１〜３においてｂ１−１，ｂ２−１，ｂ３−１として現れたボイドｂ１の実空間座標と、３次元近似形状が求められたことになる。
【００４９】
同様のことを各黒塊について対応付けを行ったうえで実行し、それぞれのボイドの実空間の位置と近似外形を求める。
【００５０】
以上の手順により、複数のボイドの実空間上の位置と近似外形を求めることができ、その求めた結果の表示については、以下のものを採用することができる。
【００５１】
その一つは、例えば３ＤＣＡＤシステムと類似のシステムを装置に持たせるか、あるいは３ＤＣＡＤシステムとリンクさせ、図１０に例示するように、検査物のサーフェースモデルＭと重ね合わせて、ボイドの近似外形図Ｐを表示器２３に表示する。ここで言うサーフェースモデルとは、立体的な物品の輪郭を表す線画（ワイヤフレームモデル）に、面のデータを付け加えた立体表現方法に基づく３次元モデルである。
【００５２】
また、他の一つは、図１１に例示するように、各透視方向１〜３からの対象物Ｗの透視像を個々に表示し、そのうちの一つの透視像上、例えば透視方向１の対象物透視像上でｂ１−１のボイド像をクリックすることにより、他の各対象物透視像上における対応するボイド像も含めて、矢印Ａ等を透視像上に重畳表示する方法も採用することができる。この各透視方向からの対象物透視像は、表示器２３に同時に表示してもよいし、操作部２９の操作により表示器２３に選択的に呼び出して表示してもよい。また、いずれの表示方法を採用するにしても、各ボイドの３次元位置情報を数値で表示することを併用することが好ましい。
【００５３】
ここで、以上の実施の形態において、例えばボイド像の抽出方法やその重心位置を求める方法としては、前記した方法のほか、他の公知の方法、例えばラインプロファイルを２次微分してそのピーク位置を求める等、を適宜に採用し得ることは勿論である。
【００５４】
また、以上の実施の形態においては、透視方向を３方向に変化させる方法として、Ｘ線源１とＸ線検出器２の対と、透視対象物Ｗとの相対位置を変化させる方法を採用したが、３対のＸ線源とＸ線検出器を設け、一つの透視対象物Ｗに対してこれらの各対のＸ線源とＸ線検出器の対で透視する方法も採用することができる。
【００５５】
更に、以上の説明においては、透視方向を３方向としたが、それよりも多い方向から透視を行い、その各透視方向からの透視像のうち、よりボイドが明確に現れている任意の３つの透視像を用いて、上記した説明と同等の方法によってボイドの位置や近似外形を求めてもよく、この方法の採用により、精度をより向上させることができる。
【００５６】
また、以上はアルミダイキャスト部品内に存在するボイドを特異部位として、その検査を行う場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されることなく、透視対象物は任意の物品とすることができ、その内部の特異部位としては、他の欠陥や特定の構造部位等とし得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態の外観図である。
【図２】本発明の実施の形態の全体のシステム構成を表すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における３方向の透視方向を、透視対象物Ｗを中心として示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態で用いる空間座標の例の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態であらかじめ撮影される、良品の３つの透視方向からのＸ線透視像の例の説明図である。
【図６】ボイドが存在する透視対象物Ｗの３つの透視方向からのＸ線透視像の例の説明図である。
【図７】図６の各方向からのＸ線透視像から、ボイドを抽出した画像の例の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態において、図６の各画像上のボイド像を対応づけする手法の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態において、対応付けられたボイド像ｂ１−１，ｂ２−１，ｂ３−１を用いて、実空間上でのボイド位置を特定するとともに、そのボイドのおおよその３次元形状を求める手法の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態において透視対象物Ｗ内に存在するボイドの３次元位置と概略の３次元形状をサーフェースモデルを用いて表示する例の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態におけるボイドの位置の他の表示方法の説明図で、３方向からの対象物透視像上で、対応するボイド像を指示する表示方法の例の説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ Ｘ線源
２ Ｘ線検出器
３ 支持アーム
４ コラム
５ 傾動機構
６ Ｚステージ￥
７ 試料ステージ
８ 回転テーブル
９ ＸＹテーブル
２１ 画像データ取り込み回路
２２ 表示制御部
２３ 表示器
２４ 制御部
２５ 画像メモリ
２６ 画像処理部
２７ Ｘ線コントローラ
２８ 軸制御部
２９ 操作部
３０ 演算部
Ｗ 透視対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源とＸ線検出器の間に透視対象物を配置し、その透視対象物に対するＸ線源とＸ線検出器の相対位置を変化させることにより、透視方向を少なくとも３方向に相違させた透視対象物のＸ線透視像を取得し、その各Ｘ線透視像上で、あらかじめ設定されている特異部位の像を抽出するとともに、各透視方向のＸ線透視像上で抽出された特異部位の像を対応付けした後、各透視方向のＸ線透視像上の特異部位の像と、これらの各Ｘ線透視像を得たときのＸ線源とＸ線検出器の透視対象物に対する相対的な３次元位置情報とを用い、特異部位の３次元位置および／または３次元形状を算出することを特徴とするＸ線透視による３次元観測方法。
【請求項２】
上記透視方向を、Ｘ線源とＸ線検出器を透視対象物に対して移動させることによって相違させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視による３次元観測方法。
【請求項３】
上記透視方向を、Ｘ線源とＸ線検出器に対して透視対象物を移動させることによって相違させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視による３次元観測方法。
【請求項４】
Ｘ線源とＸ線検出器の対を互いに異なる位置に３対以上設けることによって、透視方向を少なくとも３方向に相違させた透視対象物のＸ線透視像を取得することを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視による３次元観測方法
【請求項５】
互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器と、これらの間に配置され、透視対象物を搭載する試料ステージと、上記Ｘ線検出器の出力に基づく試料ステージ上の透視対象物のＸ線透過データを用いて、当該透視対象物のＸ線透視像を構築して表示器に表示する表示手段と、上記Ｘ線源、Ｘ線検出器、および試料ステージの相対位置を変化させることにより、試料ステージ上の透視対象物の透視方向を変化させる移動機構を備えたＸ線透視装置において、
上記移動機構を駆動して上記試料ステージに対するＸ線源およびＸ線検出器の相対位置をあらかじめ設定されている位置に変化させることにより、透視方向を少なくとも３方向に相違させてＸ線透視像を取得し、記憶手段に記憶させる制御手段と、各透視方向のＸ線透視像から、あらかじめ設定されている特異部位の像を抽出する画像処理手段と、その各Ｘ線透視像上で抽出された特異部位の像を対応づけし、各透視方向のＸ線透視像上の特異部位の像と、これらの各Ｘ線透視像を取得したときのＸ線源とＸ線検出器の試料ステージに対する相対的な３次元位置情報とを用い、特異部位の３次元位置および／または３次元形状を算出する演算手段を備えていることを特徴とするＸ線透視装置。
【請求項６】
上記各透視方向からのＸ線透視像を同時に、もしくは選択的に個別に表示するとともに、その各Ｘ線透視像のうち、任意の一つのＸ線透視像上で特異部位の像を指定することにより、他の透視方向からのＸ線透視像上に、指定された特異部位の像を指し示すマークを表示器に表示する表示制御手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線透視装置。
【請求項７】
透視対象物のサーフェースモデルを表示するとともに、そのサーフェースモデルに重ね合わせて、上記演算手段により演算された特異部位の３次元位置および／または３次元形状を表示する表示制御手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載のＸ線透視装置。
【請求項１】
Ｘ線源とＸ線検出器の間に透視対象物を配置し、その透視対象物に対するＸ線源とＸ線検出器の相対位置を変化させることにより、透視方向を少なくとも３方向に相違させた透視対象物のＸ線透視像を取得し、その各Ｘ線透視像上で、あらかじめ設定されている特異部位の像を抽出するとともに、各透視方向のＸ線透視像上で抽出された特異部位の像を対応付けした後、各透視方向のＸ線透視像上の特異部位の像と、これらの各Ｘ線透視像を得たときのＸ線源とＸ線検出器の透視対象物に対する相対的な３次元位置情報とを用い、特異部位の３次元位置および／または３次元形状を算出することを特徴とするＸ線透視による３次元観測方法。
【請求項２】
上記透視方向を、Ｘ線源とＸ線検出器を透視対象物に対して移動させることによって相違させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視による３次元観測方法。
【請求項３】
上記透視方向を、Ｘ線源とＸ線検出器に対して透視対象物を移動させることによって相違させることを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視による３次元観測方法。
【請求項４】
Ｘ線源とＸ線検出器の対を互いに異なる位置に３対以上設けることによって、透視方向を少なくとも３方向に相違させた透視対象物のＸ線透視像を取得することを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視による３次元観測方法
【請求項５】
互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器と、これらの間に配置され、透視対象物を搭載する試料ステージと、上記Ｘ線検出器の出力に基づく試料ステージ上の透視対象物のＸ線透過データを用いて、当該透視対象物のＸ線透視像を構築して表示器に表示する表示手段と、上記Ｘ線源、Ｘ線検出器、および試料ステージの相対位置を変化させることにより、試料ステージ上の透視対象物の透視方向を変化させる移動機構を備えたＸ線透視装置において、
上記移動機構を駆動して上記試料ステージに対するＸ線源およびＸ線検出器の相対位置をあらかじめ設定されている位置に変化させることにより、透視方向を少なくとも３方向に相違させてＸ線透視像を取得し、記憶手段に記憶させる制御手段と、各透視方向のＸ線透視像から、あらかじめ設定されている特異部位の像を抽出する画像処理手段と、その各Ｘ線透視像上で抽出された特異部位の像を対応づけし、各透視方向のＸ線透視像上の特異部位の像と、これらの各Ｘ線透視像を取得したときのＸ線源とＸ線検出器の試料ステージに対する相対的な３次元位置情報とを用い、特異部位の３次元位置および／または３次元形状を算出する演算手段を備えていることを特徴とするＸ線透視装置。
【請求項６】
上記各透視方向からのＸ線透視像を同時に、もしくは選択的に個別に表示するとともに、その各Ｘ線透視像のうち、任意の一つのＸ線透視像上で特異部位の像を指定することにより、他の透視方向からのＸ線透視像上に、指定された特異部位の像を指し示すマークを表示器に表示する表示制御手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線透視装置。
【請求項７】
透視対象物のサーフェースモデルを表示するとともに、そのサーフェースモデルに重ね合わせて、上記演算手段により演算された特異部位の３次元位置および／または３次元形状を表示する表示制御手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載のＸ線透視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１７４９７２（Ｐ２００９−１７４９７２Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３２９６（Ｐ２００８−１３２９６）
【出願日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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