JP2019124491A - 計測用ｘ線ｃｔ装置、及び、その校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の測定対象及び／又は参照体の入れ替えを容易として、測定の迅速化を図る。【解決手段】回転テーブル上に配置した測定対象を回転させながらＸ線を照射し、その投影画像を再構成して測定対象の断層画像を得るようにした計測用Ｘ線ＣＴ装置１において、タンデム状に設けられた複数の回転テーブル３２ａ、３２ｂと、該回転テーブル３２ａ、３２ｂを搭載したキャリッジ３３ａ、３３ｂと、該キャリッジ３３ａ、３３ｂをＸ線放射の中心軸と直交する方向に移動するための移動手段３５ａ、３５ｂとを備え、前記回転テーブル３２ａ、３２ｂの１つを被測定物搭載用、他の１つを参照体搭載用とする。【選択図】図４

Description

本発明は、計測用Ｘ線ＣＴ装置、及び、その校正方法に係り、特に、被測定物と参照体の比較照合による校正を容易に行うことができ、測定の高精度化と効率向上を図ることが可能な計測用Ｘ線ＣＴ装置、及び、その校正方法に関する。

１９７０年代に医療用Ｘ線ＣＴ装置が実用に供され、この技術をベースに１９８０年代初期頃より工業用製品のためのＸ線ＣＴ装置が登場した。以来、工業用Ｘ線ＣＴ装置は、外観からでは確認困難な鋳物部品の巣、溶接部品の溶接不良、および電子回路部品の回路パターンの欠陥などの観察・検査に用いられてきた。一方、近年３Ｄプリンタの普及に伴い、３Ｄプリンタによる加工品内部の観察・検査のみならず、内部構造の３Ｄ寸法計測とその高精度化の需要が増大しつつある。

上述の技術の動向に対して、計測用Ｘ線ＣＴ装置がドイツを中心に普及し始めている（特許文献１、２参照）。この計測用Ｘ線ＣＴ装置では、測定対象を回転テーブル中心に配置して測定対象を回転させながらＸ線照射を行う。

計測で使用する一般的なＸ線ＣＴ装置１の構成を図１に示す。Ｘ線を遮蔽するブース５の中にコーンビーム状のＸ線２５を照射するＸ線源２１、Ｘ線２５を検出するＸ線検出器４１、測定対象Ｗを置いてＣＴ撮像の為に測定対象Ｗを回転させる回転テーブル３２、Ｘ線検出器４１に映る測定対象Ｗの位置や倍率を調整するためのＸＹＺ移動機構部３があり、それらのデバイスを制御するモーションコントローラ７、及び、ユーザ操作によりモーションコントローラ７に指示を与えるホストコンピュータ６などで構成される。

ホストコンピュータ６は、各デバイス制御の他に、Ｘ線検出器４１に映る測定対象Ｗの投影画像を表示する機能や、測定対象Ｗの複数の投影画像から断層画像を再構成する機能を有する。

Ｘ線源２１から照射されたＸ線２５は、図２に示す如く、回転テーブル３２上の測定対象Ｗを透過してＸ線検出器４１に届く。測定対象Ｗを回転させながらあらゆる方向の測定対象Ｗの透過画像（投影画像）をＸ線検出器４１で得て、逆投影法や逐次近似法などの再構成アルゴリズムを使って再構成することにより、測定対象Ｗの断層画像を生成する。

前記ＸＹＺ移動機構部３のＸＹＺ軸と回転テーブル３２のθ軸を制御することにより、測定対象Ｗの位置を移動することができ、測定対象Ｗの撮影範囲（位置、倍率）や撮影角度を調整することができる。

又、近年、寸法計測の高精度化の要求に応えるため、Ｘ線ＣＴ装置の内部（特許文献３）や近傍（特許文献４）に三次元測定機（ＣＭＭ）を併設した複合型測定システムが提案されている。この複合型測定システムでは、ＣＭＭによる測定で得られた外形寸法を基準にしてＸ線ＣＴ装置で得られた３Ｄ寸法を校正することによって高精度化が図られている。

特開２００２−７１３４５号公報 特開２００４−１２４０７号公報 特許第５４０８８７３号公報 特許第３４２７０４６号公報

しかしながら、ＣＭＭとＸ線ＣＴ装置を併設した複合型測定システムにおいては、ＣＭＭとＸ線ＣＴ装置による測定を連続的に行う必要があり、一方の稼働中には他方が停止状態となる。従って、共に高価な装置であるＣＭＭとＸ線ＣＴ装置を同時に並行して使用することができず、特に量産ワークの連続測定が必要な場合には、作業効率に支障が出る。

一方、ＣＭＭとＸ線ＣＴ装置が別置とされていれば、両者を独立して有効活用できるが、被測定物の測定値をマスタワークやゲージ等の参照体の測定値で校正するためには、被測定物と参照体をいちいち置き換える必要があり、その都度、放射線の遮蔽と解除を行う必要もあるため、やはり作業に時間がかかるという問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、三次元寸法計測により計測用Ｘ線ＣＴの測定の高精度化を実現するだけでなく、計測用Ｘ線ＣＴ装置と三次元寸法計測装置を効率良く稼働させ、経済性を向上することを課題とする。

本発明は、回転テーブル上に配置した測定対象を回転させながらＸ線を照射し、その投影画像を再構成して測定対象の断層画像を得るようにした計測用Ｘ線ＣＴ装置において、タンデム状に設けられた複数の回転テーブルと、該回転テーブルを搭載したキャリッジと、該キャリッジをＸ線放射の中心軸と直交する方向に移動するための移動手段とを備え、前記回転テーブルの１つを被測定物搭載用、他の１つを参照体搭載用とすることにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記計測用Ｘ線ＣＴ装置で発生するＸ線が外部に漏れないようにするためのＸ線遮蔽ブースを設け、非測定状態のキャリッジを、該Ｘ線遮蔽ブースの外からアクセス可能とすることができる。

又、複数の互いに独立して移動可能なキャリッジを設け、各キャリッジ毎に前記回転テーブルを１台搭載することができる。

又、前記参照体をマスタワーク又はゲージとすることができる。

本発明は、又、前記の計測用Ｘ線ＣＴ装置の校正に際して、タンデム状に設けられた回転テーブルの１つに被測定物を搭載し、他の１つに参照体を搭載して、該参照体との比較照合により校正を行うことを特徴とする計測用Ｘ線ＣＴ装置の校正方法を提供するものである。

本発明によれば、計測用Ｘ線ＣＴ装置の構成要素の一つである回転テーブルをタンデム状に複数設け、その内の一つの回転テーブルを被測定物搭載用とし、他の一つの回転テーブルを形状寸法が高精度に値付けされる参照体（例えば被測定物と同一形状のマスタワークもしくは、図３（Ａ）に例示するような、所定サイズの孔が多数空けられたホールプレート、図３（Ｂ）に例示するような、多数のボールが植設されたボールプレート、図３（Ｃ）、（Ｄ）に例示するような、直径が異なる複数の円柱が重ねられた段付きのステップシリンダ、図３（Ｅ）に例示するような、多数の先端球付柱が林立されたフォレストゲージ、図３（Ｆ）に例示するような、洗濯板状のステップゲージ等のゲージ等）搭載用とすることで、随時参照体との比較照合が可能となり、計測用Ｘ線ＣＴ装置による寸法測定の高精度化を図ることが可能となる。

又、回転テーブルをタンデム状に複数設けることで、一つの回転テーブル上の測定対象をＸ線ＣＴにより測定・検査している間に、他の一つの回転テーブル上では、先にＸ線ＣＴ測定に供された測定対象の取り外しや次の測定対象の設定を並行して行うことができ、測定・検査の効率を向上することが可能となる。

計測用Ｘ線ＣＴ装置の基本的な構成を示す図 同じく測定方法を説明するための概略図 計測用Ｘ線ＣＴ装置で使用されるゲージ類を示す図 本発明の第１実施形態の全体構成を示す水平断面図 同じく要部構成を示す斜視図 本発明の第２実施形態の構成を示す水平断面図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

図４に本発明の第１実施形態を示す。なお、図４では、紙面に対して左右方向をＸ軸方向、紙面に対して上下方向をＹ軸方向とし、紙面に垂直な方向をＺ軸方向として説明する。また、図５はＸ線ＣＴ本体部１０の立体図であり、図４におけるＺ軸方向の情報を補うものである。

計測用のＸ線ＣＴ装置１は、主にハードウェアからなるＸ線ＣＴ本体部１０、Ｘ線ＣＴ本体部１０を囲みＸ線の漏れを防ぐＸ線遮蔽ブース５、ホストコンピュータ６およびモーションコントローラ７から構成されている。図において、５１は遮蔽外壁である。

まず、Ｘ線ＣＴ本体部１０に関して、Ｘ線ＣＴ計測に関わる主要なハードウェアの構成要素はベース１１の上面に配置される。ベース１１の上面には、互いに離間しかつ平行にＸ軸方向に延びる２本のＸガイドレール１２ａと１２ｂが配置され、Ｘ線源２１を搭載するＸ線源キャリッジ２２とＸキャリッジ３１をＸ軸方向に案内する。

Ｘ線源キャリッジ２２はＸ軸第１駆動部２３ａで、Ｘキャリッジ３１はＸ軸第２駆動部２３ｂでＸ軸方向にそれぞれ独立して駆動制御される。Ｘ軸第１駆動部２３ａおよびＸ軸第２駆動部２３ｂのＸ軸方向に延びる駆動軸は、Ｚ軸上方から見て２本のＸガイドレール１２ａと１２ｂの中央線ＣＬに一致して一直線上に配置される。

Ｘ線源キャリッジ２２に搭載されるＸ線源２１は、Ｘ線源駆動部２６によってＺ軸方向に駆動制御される。Ｘ線放射の発生ポイントであるＸ線焦点２４はＺ軸上方から見て前記中央線ＣＬ上にほぼ一致して配置され、Ｘ線の放射ビームはＸ軸方向に円錐状に広がり（コーンビームＸ線２５）、その中心線は中央線ＣＬに一致するように調整される。

Ｘキャリッジ３１の上面には互いに離間しかつ平行にＹ軸方向に延びる２本のＹガイドレール３４ａと３４ｂが配置され、第１Ｙキャリッジ３３ａと第２Ｙキャリッジ３３ｂをＹ軸方向に案内する。

第１Ｙキャリッジ３３ａはＹ軸第１駆動部３５ａで、第２Ｙキャリッジ３３ｂはＹ軸第２駆動部３５ｂでＹ軸方向にそれぞれ独立して駆動制御される。

第１Ｙキャリッジ３３ａおよび第２Ｙキャリッジ３３ｂのそれぞれ上面には、第１回転テーブル３２ａおよび第２回転テーブル３２ｂが配置され、それぞれの回転軸は互いに平行に、且つＺ軸と平行に調整され固定される。

第１回転テーブル３２ａおよび第２回転テーブル３２ｂの上面にはＸ線ＣＴ測定に供される測定対象が搭載される。ここで、第１回転テーブル３２ａおよび第２回転テーブル３２ｂのどちらか一方には被測定物となるワークＷ₂が搭載され、他方にはワークＷ₂の比較参照基準となるマスタワークＷ₁が搭載されることとなる。

第１Ｙキャリッジ３３ａおよび第２Ｙキャリッジ３３ｂのＹ軸方向の移動範囲は、それぞれ中央線ＣＬとＹ駆動軸の交点ＣからＹ軸（−）方向のＡ点までとＣ点からＹ軸（＋）方向のＢ点までである。

Ｘ線源２１からＸ軸方向にＸキャリッジ３１を挟んでＸ線源２１に対向するように、検出器支持コラム４２に支持されてＸ線検出器４１が設けられている。また、Ｘ線検出器４１は、Ｘ線源２１のＺ軸方向の移動に同調してＺ軸方向に検出器駆動部４３によって駆動される。

これによりＸ線源２１から放射され、Ｘ軸方向に円錐状に広がるコーンビームＸ線２５は、Ｃ点に位置する第１回転テーブル３２ａまたはＢ点に位置する第２回転テーブル３２ｂの上面に搭載される測定対象を透過し、Ｘ線検出器４１に到達し検出されるようになっている。

Ｘ線検出器４１で得られた検出信号はホストコンピュータ６のデータ収集部６３で収集され、測定演算処理部６２で測定対象の投影画像が再構成処理されて三次元像が得られる。

また、ホストコンピュータ６には、駆動制御部７１、カウンタ部７２、パワーアンプ部７３、電源部７４を含むモーションコントローラ７が接続され、移動指令部６１からの移動指令が駆動制御部７１に送信され、Ｘ線源キャリッジ２２、Ｘキャリッジ３１、第１Ｙキャリッジ３３ａ、第２Ｙキャリッジ３３ｂ、Ｘ線源２１、Ｘ線検出器４１の直線駆動および第１回転テーブル３２ａと第２回転テーブル３２ｂの回転駆動の制御を行う。

本実施形態によれば、２台の回転テーブル３２ａ、３２ｂをタンデム方式に構成することで、比較照合による校正を随時可能とし測定精度を向上することができる。

図６に本発明の第２実施形態を示す。

この第２実施形態では、Ｘ線遮蔽ブース５の両側面に、外側位置にある回転テーブル３２ａ、３２ｂに作業者Ｏがアクセスするための外部スライドドア５２を設けると共に、Ｘ線遮蔽ブース５内に、Ｘ線２５の通過部分から、その外側位置にある回転テーブル３２ａ、３２ｂをそれぞれ遮蔽するための、Ｙ軸方向に延びる作業者Ｏから見て左右一対の遮蔽内壁５３と、Ｘ線２５に沿ってＸ軸方向にスライド可能な内部スライドドア５４を設けている。

この第２実施形態では、例えば第１回転テーブル３２ａ上の測定対象の測定が実施されている時に、外部スライドドア５２を開きかつ内部スライドドア５４を閉めることにより、作業者Ｏが放射線を気にすることなく第２回転テーブル３２ｂ上に次の測定対象のセッティングを行い、次の測定の準備を行うことが可能になる。

これによって量産品の測定対象のＸ線ＣＴによる検査効率を向上させることが可能になる。

本実施形態においては、１台の回転テーブルで測定中に、もう一方の回転テーブル上にＸ線を浴びることなく測定対象又は参照体を載せることができるので、安全性が高く且つ作業効率が高い。

なお、前記実施形態においては、いずれも、回転テーブル毎にキャリッジを設け、互いに独立してＸ線が通過する測定位置へ出し入れ可能としているので、例えば回転テーブルを両側に移動し、中央のＸ線通過部分を空けた状態でそれぞれに測定対象又は参照体を配設した後、例えば測定対象、続いて参照体をＸ線通過部分に移動して連続的に測定を行うことができ、自由度が高い。なお、共通のキャリッジの上に２台の回転テーブルを載置して、例えば両方の回転テーブルが空いている状態で一方に測定対象を載せ、測定対象をＸ線通過部分に移動した状態で他方の回転テーブルに参照体を載せ、その後で測定対象、次いで参照体と連続的に測定を行うこともできる。この場合には、キャリッジは１台でよく、構成が簡略である。

なお、キャリッジに載せる回転テーブルの数は１台又は２台に限定されず、３台以上とすることも可能である。

１…Ｘ線ＣＴ装置
５…Ｘ線遮蔽ブース
２１…Ｘ線源
２２…Ｘ線源キャリッジ
２３ａ、２３ｂ…Ｘ軸駆動部
２５…Ｘ線
３１…Ｘキャリッジ
３２ａ、３２ｂ…回転テーブル
３３ａ、３３ｂ…Ｙキャリッジ
３５ａ、３５ｂ…Ｙ軸駆動部（移動手段）
４１…Ｘ線検出器
Ｗ₁…マスタワーク（参照体）
Ｗ₂…ワーク（被測定物）

Claims (5)

1. 回転テーブル上に配置した測定対象を回転させながらＸ線を照射し、その投影画像を再構成して測定対象の断層画像を得るようにした計測用Ｘ線ＣＴ装置において、
   タンデム状に設けられた複数の回転テーブルと、
   該回転テーブルを搭載したキャリッジと、
   該キャリッジをＸ線放射の中心軸と直交する方向に移動するための移動手段とを備え、
   前記回転テーブルの１つが被測定物搭載用、他の１つが参照体搭載用とされている
   ことを特徴とする計測用Ｘ線ＣＴ装置。
2. 前記計測用Ｘ線ＣＴ装置で発生するＸ線が外部に漏れないようにするためのＸ線遮蔽ブースが設けられ、非測定状態のキャリッジが、該Ｘ線遮蔽ブースの外からアクセス可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の計測用Ｘ線ＣＴ装置。
3. 複数の互いに独立して移動可能なキャリッジが設けられ、各キャリッジ毎に前記回転テーブルが１台搭載されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の計測用Ｘ線ＣＴ装置。
4. 前記参照体がマスタワーク又はゲージとされていることを特徴とする請求項１に記載の計測用Ｘ線ＣＴ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の計測用Ｘ線ＣＴ装置の校正に際して、
   タンデム状に設けられた回転テーブルの１つに被測定物を搭載し、他の１つに参照体を搭載して、
   該参照体との比較照合により校正を行うことを特徴とする計測用Ｘ線ＣＴ装置の校正方法。