JP2011027738A - Ｘ線照射を使用して複数の実質的に同一の部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）を自動的に検査しおよび／または測定するためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】部品(components)のインライン検査に適切なシステムを提供する。
【解決手段】Ｘ線照射によって複数の実質的に同一の部品(components)（１２）を自動的に検査しおよび／または測定するためのシステム（１０）は、Ｘ線装置（２４、２５）を備えた検査／測定装置（１１）と、検査／測定装置を取り囲む保護キャビン（１５）と、検査／測定装置へまたはそれから離れて部品(components)を連続して搬送するための搬送装置（１３）と、制御／評価ユニット（１４）であって、システムを自動的に制御するためにおよびＸ線信号を評価するために設定される制御／評価ユニット（１４）とを備える。検査／測定装置は、サポート（１７）と、連続して回転可能であるようにサポートに装着されたロータ（１８）とを備え、Ｘ線装置は、ロータに配置され、搬送装置は、ロータを通って部品を順次搬送するように設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線照射を使用して複数の実質的に同一の部品(components)を自動的に検査しおよび／または測定するためのシステムに関する。

そのようなシステムは、たとえば、鋳物（castings）の自動連続検査のために使用され、システムは、製造業者の生産ライン内に接続される（インライン検査）。このタイプの公知のシステムでは、Ｘ線源およびディテクタが多軸マニピュレータに配置され、簡単な放射線写真術によって、検査対象のＸ線画像が記録され評価される。しかし、検査された部品(components)の体積（vlume）をＸ線画像上に投射することは、部品(components)の内部構造物に関して限られた結論しか求められない。

部品(components)の三次元内部構造に関する精密な情報を得るために、高解像度マイクロ断層撮影システムによって個別部品(components)を実験室検査することは公知である。複数の並進運動軸を中心にして調整可能であるようにＸ線チューブおよびディテクタが固定サポートに装着され、部品(components)は回転テーブルによって垂直軸を中心にして回転する。そのようなシステムは、特に、取り扱いに必要な長時間および部品(components)の高解像度調査が、生産ラインのサイクルタイムとは両立しないため、部品(components)の自動連続インライン検査にはふさわしくない。

本発明の目的は、部品(components)のインライン検査に適切なシステムを提供することであり、それによって、部品(components)の内部構造物に関する情報が得られる。

本発明は、独立請求項に見られる手段でこの目的を達成する。Ｘ線信号のコンピュータ断層撮影評価が、それ自体公知のやり方で、部品(components)の三次元内部構造に関する情報、たとえば、鋳物（castings）の空気含有物の正確な場所および形状、を得ることを可能にする。連続的に回転可能なロータ上にＸ線装置を配置することによって、検査中に順次ロータを通って部品(components)を搬送することが可能であり、たとえば回転テーブル等の追加マニピュレータは不要である。このようにして、部品(components)の自動順次調査が短期間で行われてもよく、これは、生産ラインのサイクルタイムと両立する。

本発明は、いずれの所望の手荷物内容物をカバーする評価が極めて広く設定される手荷物検査システムとは異なる。その代わり、複数の実質的に同一の部品(components)を調査するための、本発明に係るシステムは、検査される部品(components)に、または、限定された数の部品(components)タイプの混合物に、適応させることができる。したがって、これらのシステムは、特にＸ線パラメータおよび評価アルゴリズムに関して、完全に異なって構成される。本発明に係る検査／測定システムは、便宜上、材料欠陥、たとえば、気体含有物、多孔、または、実質的に均質な材料におけるより高い密度の材料含有物を自動的に識別するように設定される。しかし、本発明に係るシステムは、追加して、または、代替的に、内部および外部の部品(components)構造物を測定するための材料検査用に使用されてもよい（計測学）。次いで、個別の座標測定機械をなしで済ますことが、任意に可能である。

好ましくは、システムは、Ｘ線画像における１ｍｍ以下の体積（vlume）解像度を達成するように設定される。このようにしても、本発明は、手荷物の品目を検査するためのシステムとは区別されてもよく、それは一般に、数ｍｍの解像度で作動する。

ミリメートル未満の解像度を達成するために、搬送装置は、好ましくは、環状ユニットの領域で、実質的に一定の伸び率（ｒａｔｅ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅ）を備えた搬送手段を備える。実質的に一定とは、好ましくは、伸び率の変動が、せいぜい１０％、好ましくはせいぜい５％であることを意味する。

製造環境たとえば鋳造工場で広く行われているおおよその状態に関して、保護キャビンは、埃および湿気が保護キャビンおよびその中に配置された検査／測定装置内に浸透するのを防止するために、周囲環境に対して実質的に気密式に封止されることが好ましい。部品(components)を中におよび外へ搬送するための開口を通して埃および汚れが浸透するのを防止するために、システムは、好ましくは、ロータを通って延出し閉鎖搬送ダクトを画成する、２つの開口を接続するパイプを備え、それは、さらに好ましくは、気密式に保護キャビンに接続される。さらに、好ましくは、保護キャビンの内部を冷却するために、冷却ユニットが設けられる。最後に、システムは、好ましくは、周囲環境に対して保護キャビンを加圧するための手段を備える。好ましくは、保護キャビンは、周囲環境をＸ線照射に対して、特にＸ線吸収層たとえば鉛含有層によって、防護するように設定される。

好ましくは、搬送装置は、検査／測定装置を通る中断なしでガイドされ放射線に対して大部分が透明であるコンベヤベルトを備え、それによって、簡単なやり方で搬送装置の測定ギャップに関連した問題を防止する。

好ましくは、搬送装置は、部品(components)が、実質的に高さの中心で検査／測定装置を通って進んでもよいように、異なる寸法を備えた部品(components)に適合するために検査／測定装置の領域で高さ調整可能であってもよい。

本発明は、添付の図面を参照して、有利な実施形態によって下記に例証される。

生産ラインで部品(components)を検査するためのシステムである。 部品(components)を検査するための装置の別の実施形態である。

システム１０は、検査／測定装置１１と、連続して検査される複数の実質的に同一の部品(components)１２を、検査／測定装置１１へおよびそれから離れて搬送するための搬送装置１３と、制御／評価ユニット１４と、検査／測定装置１１を取り囲む保護キャビン１５と、を備える。検査／測定装置は、ここでは、検査および／または測定装置を意味すると理解されなければならない。検査／測定装置システム１０は、たとえば、金属鋳物（castings）１２用の鋳造工場の生産ライン内に接続するのに適切である。

検査／測定装置１１は、検査中に固定されるサポート１７と、環状ロータ１８と、を備える。サポート１７は、基部プレート２３に固定された台１９と、上記台上にあり、ここでは八角形プレートの形態の環状支持要素２２と、を備える。環状支持要素２２は、ロータ１８用に環状回転軸受２０を形成する。回転軸受２０、ロータ１８および任意に支持要素２２は、環状ユニット１６を形成し、それは、環状ユニット１６を通って部品(components)１２を搬送するために中心環状開口２６を備える。水平配向を可能にするために、環状ユニット１６は、図面に示されるように、水平スイベル軸受２１によって、たとえば、台１９に対して±３０度の範囲で傾斜してもよい。図１および２にしたがった実施形態を参照のこと。部品(components)１２は、好ましくは、軸方向に平行なやり方で、すなわち、ロータ軸に平行に、ロータ１８を通って搬送される。

Ｘ線チューブ２４およびＸ線ディテクタ２５は、ロータ１８上で互いに反対に締められる。Ｘ線チューブ２４は、好ましくは、回転アノードチューブの形態を取り、好ましくは、扇ビームタイプまたは円錐ビームタイプである。Ｘ線チューブ２４は、ディテクタ２５全体を照明するために都合よく設定され、この目的のために、好ましくは、一方向に、少なくとも４０度、好ましくは少なくとも６０度のビーム角を有する。ミリメートル未満の画像解像度を達成するために、Ｘ線ビームの焦点サイズは、好ましくは１ｍｍ未満、より好ましくは０．７ｍｍ未満である。チューブ２４は、好ましくは、少なくとも８０ｋＶのエネルギで操作され、より好ましくは少なくとも１００ｋＶ、より好ましくは少なくとも１２０ｋＶ、たとえばおよそ１４０ｋＶである。高い浸透能力が好ましい場合には、４５０ｋＶまでのより高いＸ線エネルギが実現可能である。検査および／または測定の持続期間を減少するために、Ｘ線チューブ２４は、好ましくは、少なくとも１ｋＷの連続出力で操作される。過剰な熱生成による問題を避けるために、連続出力は、好ましくは、１０ｋＷ未満になる。

図示されていない実施形態では、チューブ２４のみがロータ１８に締めてもよく、一方、静止ディテクタ２５は３６０度リングを形成する。

Ｘ線ディテクタ２５は、好ましくはデジタルであり、衝突Ｘ線照射が電気計数に直接転換され、これは、複数の、好ましくは少なくとも１６の、平行線を備えたライン走査ディテクタであることが好ましい。ディテクタ２５は、好ましくは、チューブ２４によって発せられるＸ線照射の最大可能な角度範囲を検出するのに充分である長さを備える。これは、好ましくは、検知区域ができるだけどこの場所でもＸ線チューブ２４のソース点から実質的に一定の距離であるように、バナナ形状に折られる。ミリメートル未満の画像解像度を達成するために、ディテクタ２５のピクセルサイズは、せいぜい１ｍｍであり、好ましくは、せいぜい０．７ｍｍである。

ビームの硬化効果を補償するために制御／評価ユニット１４に都合よく行われた訂正は、典型的な材料、たとえば、金属、合金、複合材料、アルミニウム、鉄等の調査に調整される。

部品(components)１２のＸ線検査中に、ロータ１８は、支持要素２２に締結された回転ドライブ（図示せず）によって、環状ユニット１６の中心長手方向軸を中心にして連続して回転され、部品(components)１２ひとつ当たりロータ１８の多数の完全３６０度回転が行われる。電気がＸ線チューブ２４に加えられ、Ｘ線ディテクタ２５はロータ１８と支持要素２２との間に配置されたスリップリング配置２７によってロータ１８とともに回転する。ロータ１８の回転の軸または環状ユニット１６の長手方向軸は、部品(components)が検査／測定装置１１を通って搬送される方向に実質的に平行に配向され、好ましくは、実質的に水平である。

搬送装置１３は、好ましくは、図１にしたがった例示的な実施形態にあるように、コンベヤライン、すなわち、並進コンベヤの形態を取る。部品(components)１２用の生産ライン内に接続するために、コンベヤラインは、積み込みセクション２８および積み下ろしセクション２９を備える。コンベヤライン１３の積み込みは、図１にしたがった例示的な実施形態では、ロボット３０によって進行し、一方、積み下ろしは、手動で行われる。積み込みおよび積み下ろしはまた別のやり方で進行してもよいことは言うまでもない。

図１にしたがった例示的な実施形態において、搬送装置１３は、それぞれ、１つの部品(components)１２を収容するための搬送キャリッジ３１と、少なくとも１本のレール３２とを備え、それに沿って搬送キャリッジ３１が変位可能にガイドされる。しかし、搬送装置１３はまた、特にコンベヤベルトを使用して、異なって構造されてもよい。

搬送装置１３は、好ましくは、実質的に一定の伸び率で、すなわち、１０％未満の伸び率の変動で、好ましくは５％未満で、検査／測定装置１１を通って部品(components)１２を搬送するように設定される。この目的のために、搬送装置１３は、好ましくは、検査／測定装置１１の領域に、好ましくはサーボモータを備えた別個のドライブ３４を備え、要請された一定の伸び率を達成する。したがって、検査／測定装置１１を通って搬送するためのドライブ３４は、検査／測定装置１１へおよびそれから搬送するために他のドライブ（図示せず）よりも一定の割合を適切に表示する。

図２にしたがった好適な実施形態において、連続した途切れのない搬送手段３４、特にコンベヤベルトを備えた別個の搬送手段３３が、検査／測定装置１１を通って部品(components)１２を搬送するために、設けられる。搬送手段３４は、便宜上、Ｘ線照射に対して実質的に透過である。連続した途切れのない、大いに放射線透過な搬送手段３４は、搬送手段３３がＸ線照射を可能にするのに通るギャップを備える必要がないという利点を有する。

他方、図１にしたがった例示的な実施形態において、搬送装置１３は、Ｘ線照射が妨げられずに進むために最小可能なギャップ３５が残るように、両側から検査／測定装置１１内に進む。この場合、検査／測定装置１１の領域にレール３２および搬送キャリッジ３１を備えた搬送装置１３の実施形態が有利であるが、それは、搬送キャリッジ３１が、位置および伸び率に関して正確なやり方でギャップの橋渡しを可能にするからである。

上記にしたがって、搬送装置１３は、積み込みセクション２８と積み下ろしセクション２９との間で搬送距離全体にわたって並進運動構造である。したがって、部品(components)１２をコンベヤライン１３から検査／測定装置１１へおよび戻って搬送するために、複雑な回転台型の旋回コンベヤをなしで済ますことが可能である。部品(components)１２の他の操作、たとえば、Ｘ線調査中に部品(components)１２を垂直軸を中心にして回転するのをなしで済ませてもよい。

ロータ１８の回転の軸に平行な検査／測定装置１１を通って検査される部品(components)１２の、検査中に発生する、並進搬送、および、検査される部品(components)１２を中心にしたＸ線システム２４、２５の同時連続回転は、結果として、検査される部品(components)１２を中心にしたＸ線システム２４、２５の全体的ならせん運動になる。制御／評価ユニット１４は、記録されたＸ線データをらせん形状から体積（vlume）またはボクセル表示に転換するための急速ＣＴ再建アルゴリズムを備える。制御／評価ユニット１４は、意図された用途に依存して、体積（vlume）画像を分析するためのアルゴリズムをさらに備える。これは、原則として公知であり、したがってさらに詳細に説明する必要がない所定の検査パラメータを使用して、部品(components)１２の内部欠陥または異常、たとえば空気含有物を自動的に識別することを特に備える。各部品(components)は、「適合した」または「不適合な」として任意に分類されてもよく、それに応じて任意に光学的にマークされてもよく、または、自動的に拒否されてもよい。最後に、制御／評価ユニット１４は、外部ユニット、たとえば製造プラントの中央制御装置へ、データを送信するために通信ユニットを備えてもよい。

らせん走査モードに加えて、または、その代替として、制御／評価ユニット１４はまた、軸方向走査、および／または、部品(components)１２の１つの部分のみの、たとえば個別スライスのまたは特定の位置の走査を実行してもよい。

代替的にまたは加えて、部品(components)１２の内部欠陥または異常を識別するために、制御／評価ユニット１４はまた、Ｘ線データから、部品(components)１２、すなわち内部および外部の部品(components)構造物の三次元形状寸法を決定するように設定されてもよい。次いで、個別の座標測定装置をなしで済ますことは、任意に可能である。

Ｘ線チューブ２４によって生成されたＸ線照射に対して周囲環境を防護するために、システム１０は、検査／測定装置１１を取り囲む放射線保護キャビン１５を備える。放射線保護キャビン１５は、フレーム３６を備え、これは、たとえば、金属チューブまたはロッドから構成されてもよく、および、プレート形状の壁要素３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ等を備え、これらは、単に、図２に、頂壁３７ａ、観察者から離れた側壁３７ｂ、観察者に面し部品(components)１２が保護キャビン１５内に搬送されるのに通る前壁３７ｃ、および、観察者から離れ部品(components)１２が保護キャビン１５から搬送されるのに通る後壁３７ｄ用に、示されているだけである。壁要素３７は、充分な厚さの、Ｘ線吸収層、特に、鉛含有層を含む。

入口開口３９および対応する出口開口４０が、保護キャビン１５を通って部品(components)１２を搬送するために、壁要素３７ｃ、３７ｄに設けられる。各場合に各通路開口３９、４０は、それに連結した通路ロック４１、４２を有し、それぞれ、通路ロック４１、４２の入口開口を閉じるためのスライド４１ａ、４２ａ、および、それぞれ、通路ロック４１、４２の出口開口を閉じるためのスライド４１ｂ、４２ｂを備える。通路ロック４１、４２およびスライド４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂは、同様に、Ｘ線照射を実質的に完全に吸収するために設定される。操作において、それぞれ、通路ロック４１、４２の一方のスライド４１ａ、４１ｂまたは４２ａ、４２ｂは、常に閉じており、放射線保護が常に確実にされるようにする。

埃および湿気が保護キャビン１５内に浸透するのを防止するために、後者は、たとえば、壁要素３７とフレーム３６と基部プレート２３との間の封止要素３８の助けで、気密式に閉じられる。検査／測定装置１１用に実質的に完全に封止された内部を達成するために、すなわち、空調開口は別として、都合よく実質的に放射線透過のパイプ４３が設けられ、これは、保護キャビン１５を通って一方の通路開口３９から他方の通路開口４０へ伸び、環状ユニット１６の環状開口２６を通って進む。搬送装置１３は、検査／測定装置１１の領域でパイプ４３を通って進み、上記パイプは搬送ダクト４６または搬送トンネルを画成する。パイプ４３は、好ましくは、パイプ壁に開口がなく、搬送装置１３またはその上に配置された部品(components)１２とともに運ばれた埃粒子が、検査／測定装置１１に入ることができないようにする。その端で、パイプは、好ましくは、通路開口３９、４０を画成する縁で壁要素３７ｃ、３７ｄに、特に対応する封止要素４４、４５の助けで、気密式に接続される。パイプ４３の直径は、最大可能な部品(components)１２の検査を可能にするために、環状ユニット１６の内径に都合よく適合される。上記にしたがって、検査／測定装置１１は、保護キャビン１５内に実質的に完全に入れられる。

検査／測定装置１１が操作されおよび非常に暑い環境たとえば鋳造工場内であっても保護キャビン１５の内部を充分に低い操作温度に保つときに生成された熱を消散するために、少なくとも１つの温度制御された、特に電気操作された冷却ユニット４６たとえば空調システムが、保護キャビン１５に取り付けられる。

漏れがある場合に、および、たとえば空調システム４６用の排気開口等のいずれの機能的開口を通って、埃／湿気が保護キャビン１５に入ることができないように、キャビン１５を加圧するための手段が設けられることが好ましい。これは、たとえば、圧縮空気接続４７であってもよく、これは、圧縮空気ライン４８を経由して、外部圧縮空気源に接続されてもよい。加圧はまた、代替的に、冷却ユニット４６によって進行してもよい。

保護キャビン１５およびパイプ４３はまた位置不良の部品(components)１２による損傷から環状ユニット１６を保護するが、その保護キャビン１５およびパイプ４３の結果として、環状ユニット１６には別個のハウジングが必要ではない。環状ユニット１６用にそのようなハウジングをなしで済ますことは、今度は、環状ユニット１６からの熱除去を簡略化する。

搬送装置１３は、異なる寸法を備えた部品(components)１２が、実質的に中心で環状ユニット１６を通って進んでもよいように、異なる寸法を備えた部品(components)１２に適合するために検査／測定装置１１の領域で高さ調整可能であってもよい。

システム１０は、たとえば光学カメラおよび画像認識アルゴリズムの助けで、部品(components)のタイプを識別するために、検査／測定装置１１の上流に接続された装置５０を任意に備えてもよい。識別の結果に応じて、検査／測定装置１１のパラメータは、それぞれの部品(components)のタイプに調整されてもよく、および／または、Ｘ線調査の結果が、たとえば整理番号によって、個別部品(components)１２に関連づけられてもよい。あるいは、部品(components)のタイプの識別はまた、対応する認識アルゴリズムによって三次元Ｘ線画像から行われてもよい。

Claims (15)

1. Ｘ線照射によって複数の実質的に同一の部品(components)（１２）を自動的に検査し、更に／または測定するためのシステム（１０）であって、
   Ｘ線装置（２４、２５）を備えた検査／測定装置（１１）と；
   前記検査／測定装置（１１）を取り囲む保護キャビン（１５）と；
   部品(components)（１２）を前記検査／測定装置（１１）に対して、またはそこから連続して搬送するための搬送装置（１３）と；
   前記システム（１０）を自動的に制御し、Ｘ線信号を評価するために設けられた制御／評価ユニット（１４）と；を備え、
   前記検査／測定装置（１１）は、サポート（１７）と、連続して回転可能な状態で前記サポート（１７）に装着されたロータ（１８）と、を備え、
   前記Ｘ線装置（２４、２５）は前記ロータ（１８）に配置され、
   前記搬送装置（１３）は、前記ロータ（１１）を通って前記部品(components)（１２）を順次搬送するように設定され、
   前記制御／評価ユニット（１４）は、前記Ｘ線信号のコンピュータ断層撮影評価用に設定されるシステム。
2. 前記保護キャビン（１５）は、周囲環境に対して実質的に気密式に封止される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ロータ（１８）を通って延出し搬送トンネル（４６）を画成するパイプ（４３）を備える、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記パイプ（４３）は、前記保護キャビン（１５）に気密式に接続される、請求項３に記載のシステム。
5. 前記保護キャビン（１５）の内部を冷却するための冷却ユニット（４６）を備える、請求項１に記載のシステム。
6. 前記保護キャビン（１５）を加圧するための手段（４７、４８）を備える、請求項１に記載のシステム。
7. 前記保護キャビン（１５）は、Ｘ線照射に対して周囲環境を防護するように設定される、請求項１に記載のシステム。
8. 前記制御／評価ユニット（１４）は、検査または測定される部品(components)（１２）のタイプに依存して、前記システム（１０）の操作パラメータを個別調整するように設定される、請求項１に記載のシステム。
9. 前記制御／評価ユニット（１４）は、材料欠陥、たとえば、気体含有物、多孔、または、実質的に均質な材料におけるより高い密度の材料含有物を自動的に識別するように設定される、請求項１に記載のシステム。
10. 前記システムは、Ｘ線画像における１ｍｍ以下の解像度を達成するように設定される、請求項１に記載のシステム。
11. 前記搬送装置（１３）は、前記検査／測定装置（１１）の領域において実質的に一定の伸び率で前記部品(components)（１２）を搬送するように設定される、請求項１に記載のシステム。
12. 前記搬送装置（１３）は、前記検査／測定装置（１１）を通る中断なしでガイドされるコンベヤベルト（３４）を備える、請求項１に記載のシステム。
13. 前記搬送装置（１３）は、前記検査／測定装置（１１）の領域で高さ調整可能である、請求項１に記載のシステム。
14. 前記Ｘ線源（２４）は、少なくとも８０ｋＶの電圧で操作される、請求項１に記載のシステム。
15. 前記Ｘ線源（２４）は、少なくとも１ｋＷの連続電力で操作される、請求項１に記載のシステム。

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