JP4715409B2 - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、工業製品などの透視検査またはＣＴ検査などを行うためのＸ線検査装置に関する。

工業製品などの透視検査を行うＸ線検査装置では、Ｘ線発生装置のＸ線源に対向するようにして、イメージインテンシファイア（以下、ＩＩと略す）とＣＣＤカメラとを組み合わせたＸ線検出器が配置してある。最近はＩＩ、ＣＣＤカメラからなるＸ線検出器に代えて、フラットパネルＸ線検出器を使用したＸ線検査装置も利用されている。
これらのＸ線検査装置は、Ｘ線源とＸ線検出器との間に、ステージを配置し、この上に被測定物を載置して透視Ｘ線像を撮影する。

Ｘ線検査装置による検査では、通常、位置合わせや測定倍率調整、測定角度調整のために視野移動を行う。視野移動は、マウスやジョイスティックやキーボードなどの入力装置を用いた操作によりステージ駆動機構を制御してステージを移動しつつ、被測定物の透視Ｘ線動画像を撮影するようにし、これにより被測定物の検査位置を探す。そして、検査位置が見つかると視野移動を停止し、その状態で動画像を観察する。

ところで、透視Ｘ線測定では、透視Ｘ線画像は被測定物が十分に小さいものでない限り、被測定物の一部分を透過した局所的な透視Ｘ線画像となる。したがって、表示装置に表示された透視Ｘ線画像を見ただけでは、Ｘ線測定光学系（Ｘ線源およびＸ線検出器）と被測定物との位置関係を把握することはできない。そのため、操作者はＸ線測定光学系と被測定物との衝突を避けるために、Ｘ線照射領域を覆っている防護カバーに形成された小窓から内部を覗き、被測定物とＸ線測定光学系との位置関係を目視で確認しながら、ステージ駆動機構の制御を行う必要がある。

最近はステージの移動制御の動作速度が高速化しており、操作者の僅かな誤操作により被測定物とＸ線測定光学系との衝突を招く危険が増大している。そのため、衝突防止のための安全対策が必要とされている。
そのひとつの方法として、ステージ上に載置した被測定物と装置とが衝突する領域を、操作者が予め適宜入力設定しておくことにより、衝突を回避することが開示されている（特許文献１参照）。
特開２００１−１５３８１８号公報

しかしながら、衝突領域を操作者が自ら求めて入力する作業は、手間がかかる。ステージ上の載置場所によっても設定値が変化するので、毎回適切な設定値を求める必要があり、煩雑である。
他の方法として、複数台の光学カメラ（ビデオカメラ、デジタルカメラ等の可視光を用いて撮影するカメラ）を用いて多方向から被測定物の光学画像を撮影し、得られた光学画像データから実物に近い外観形状を算出することも考えられる。しかし、Ｘ線検査装置では、防護カバーで囲まれたＸ線照射領域内を確認するために１台の光学カメラで観察することはあっても、複数台のカメラを搭載することはなされておらず、安全対策のために追加のカメラを搭載することになり、コスト上昇につながる。複数のカメラを搭載するとなると、カメラ本体の数の増加とともに、各カメラの制御回路等を含む部品点数が倍増することとなり、装置が複雑になる。また、複数方向の光学画像から被測定物の外観形状を抽出するためのアルゴリズムも必要になる。

そこで、本発明は、複数のカメラを搭載することなく、ステージ移動の際の被測定物とＸ線測定光学系との衝突危険性を判定し、衝突防止を図ることを目的とする。
また、本発明は、簡単な演算処理により高速に衝突判定を行うことができるＸ線検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のＸ線検査装置は、透視用Ｘ線を照射するＸ線源と被測定物の透視Ｘ線像を撮影するＸ線検出器とからなるＸ線測定光学系と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に被測定物が位置するように被測定物を載置するためのステージと、ステージを並進および回転するステージ駆動機構とを備え、ステージ上に載置された被測定物の位置を調整してＸ線検査を行うＸ線検査装置において、ステージ上に載置された被測定物を撮影する光学カメラと、ステージが一回転する間の各方角で前記光学カメラにより被測定物のコマ画像データを撮影し、各方角のコマ画像データに映し出されている被測定物を抽出した外観データを作成し、各方角の外観データを合成してステージが一回転する間に被測定物が通過した軌跡である軌跡データを作成し、作成した軌跡データに基づいて被測定物とＸ線測定光学系との衝突危険領域を設定する衝突危険領域設定部と、設定した衝突危険領域に基づいてステージを移動する際の衝突危険性を判定する衝突判定部とを備えるようにしている。

本発明によれば、被測定物がＸ線源とＸ線検出器との間に位置するようにして、これをステージ上に載置する。そして、ステージ駆動機構によりステージを並進したり、回転したりして被測定物を移動することにより、被測定物に対する測定箇所を調整するのであるが、この調整作業を行う前に、予め衝突危険領域設定部により衝突危険領域を設定する。すなわち、１つの光学カメラにより、ステージを回転させつつ一方向から被測定物全体を撮影する。そして、ステージが１回転する間の被測定物の動画像（複数コマのコマ画像データの集合）あるいは連写画像から被測定物が通過した軌跡である軌跡データを抽出する。軌跡データの抽出は、パターン認識ソフトを用いて行うことができる。また、確実に被測定物の外観が通過した軌跡を捉えるために、被測定物を載置した状態の画像データと載置していない状態との画像データ（背景画像データ）の差分データを作成し、差分データがゼロでない部分が被測定物の外観であると判定する２値化処理を実行してもよい。このとき、被測定物が通過した軌跡の範囲内はステージを回転させたときに衝突する範囲である。そこで、被測定物が通過した軌跡である軌跡データに基づいて、この範囲を包含する領域、より好ましくは被測定物が通過した軌跡の範囲より多少大きめの領域を衝突危険領域として設定し、記憶する。その後、ステージを並進移動するときに、衝突判定部が衝突危険領域も同時に並進移動させ、移動後の衝突危険領域にＸ線測定光学系が重なるか否かを算出することにより、衝突の危険性を判定する。

本発明によれば、被測定物をステージ上に載置した後、自動的に衝突危険領域を設定することができるので、手間をかけることなく、衝突危険範囲を設定することができる。操作者は被測定物とＸ線測定光学系との衝突危険性を判定することができるので、ステージ移動操作時に衝突を回避することができる。

（その他の課題を解決するための手段および効果）
上記発明において、衝突危険領域設定部は、前記軌跡データを包含する回転体図形で衝突危険領域を近似するようにしてもよい。
これにより、被測定物が複雑な外形形状を有していても、被測定物が通過した軌跡である軌跡データを包含する回転体図形で単純なモデルとして近似することで、衝突判定の計算を簡略化かつ高速化することができる。

さらに、衝突危険領域設定部は、円柱体、球体、回転楕円体、円錐体のいずれかまたはこれらを組み合わせた図形により衝突危険領域を近似するようにしてもよい。
これにより、衝突危険範囲設定の計算を単純化することができ、衝突範囲設定を簡単化することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施形態であるＸ線検査装置の構成を示すブロック図である。このＸ線検査装置１は、Ｘ線発生装置１１とＸ線検出器１２とで構成されるＸ線測定光学系１３と、被測定物Ｓを載置するステージ１４と、ステージ１４をＸＹＺ方向（ステージ面をＸＹ面とする）に並進駆動およびＺ軸に沿って回転駆動するためのステージ駆動機構１５と、ステージに載置した被測定物Ｓを可視光により撮影するための光学カメラ１６と、装置全体の制御を行う制御系２０とにより構成される。

制御系２０は汎用のコンピュータ装置により構成されるが、そのハードウェアをさらにブロック化して説明すると、ＣＰＵ２１と、キーボード、マウス、ジョイスティックなどの入力装置２２と、液晶パネルなどの表示装置２３と、画像データ等を蓄積する画像メモリ２４とにより構成される。
また、ＣＰＵ２１が処理する機能をブロック化して説明すると、Ｘ線画像作成部３１、衝突危険領域設定部３２、衝突判定部３３とに分けられ、このうち衝突危険設定部３２を細分すると、光学カメラ撮影制御部３５、被測定部外観形状抽出部３６、軌跡データ抽出部３７、衝突危険領域算出部３８に分けられる。
また、画像メモリ２４について、記憶内容ごとにブロック化して説明すると、背景画像データ蓄積部４１と、軌跡画像データ蓄積部４２と、衝突危険領域データ記憶部４３に分けられる。

Ｘ線測定光学系１３を構成するＸ線発生装置１１は、透視Ｘ線照射用のＸ線管を備えている。Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管に対向するように配置されるＩＩと、このＩＩの後側に一体的に取り付けられたＣＣＤカメラとからなり、ＩＩが透視Ｘ線を検出することにより形成した蛍光像をＣＣＤカメラで撮影することにより、透視Ｘ線像の映像信号が出力されるようにしてある。

ステージ１４は、ステージ面方向であるＸＹ方向とステージ面に垂直なＺ方向との３次元方向にスライドすることが可能な下部ステージと、下部ステージに対しＺ軸方向の回転軸により回転可能に支持される上部ステージとにより構成され、被測定物Ｓは上部ステージに載置されるようにしてある。
ステージ駆動機構１５は、モータが搭載され、入力装置２２による操作に応じて発生したＣＰＵ２１からの制御信号に基づいて、ステージ１４を回転駆動したり並進駆動したりする。

光学カメラ１６は、Ｘ線測定光学系１３による透視Ｘ線像測定に支障をきたさないようＸ線の視野から離れた位置で、被測定物Ｓの外観形状を撮影できる位置に取り付けてあり、ステージ１４に載置された被測定物Ｓを撮影する。なお、光学カメラ１６は、ステージ面の高さを調整することにより相対位置が調整できるので、被測定物Ｓの大きさに応じて、撮影の高さを調整することができる。撮影した映像信号は、デジタル化処理されてＣＰＵ２１に送信される。

次に、ＣＰＵ２１の各機能ブロックについて説明する。
Ｘ線画像作成部３１は、Ｘ線検出器１２から送られてきた透視Ｘ線像の映像信号を、次々とデジタル画像に変換し、Ｘ線コマ画像データを作成する制御を行う。作成されたＸ線コマ画像データは表示装置２３に順次送信されて表示されることにより、被測定物Ｓの画面に透視Ｘ線動画像が表示される。

衝突危険領域設定部３２の各部について説明する。光学カメラ撮影制御部３５は、ステージ駆動機構１５と光学カメラ１６とを制御して、ステージ１４を一定速度で回転しつつ被測定物Ｓの光学像（可視光像）を撮影することにより、一定角度ずつ回転したときのコマ画像データを撮影する制御を行う。
本実施形態では、予め被測定物Ｓを載置していない状態で背景画像となるコマ画像を撮影し、続いて、被測定物Ｓを載置した状態でコマ画像データを撮影し、同じ方角どうしのコマ画像データの差分から被測定物Ｓの外観データを求める。そのため、背景画像となるコマ画像データを背景画像データ蓄積部４１に蓄積し、続いて、被測定物Ｓを載置した状態で撮影したコマ画像データを軌跡データ蓄積部４２に蓄積する制御を行う。なお、背景画像データは、一度蓄積しておけば足りるので、既に蓄積してある場合は、以前に蓄積したデータを利用することもできる。

被測定物外観形状抽出部３６は、背景画像データ蓄積部４１と軌跡画像データ蓄積部４２とに、それぞれ蓄積された同じ方角どうしのコマ画像データを比較し、その差分データを算出し、２値化処理することにより、各コマ画像中に映し出されている被測定物Ｓを抽出した２値化外観データを作成する。なお、被測定物外観形状抽出部３６は、２値化処理の前に、装置内部の照明の影響や反射、影の影響を低減、除去するための周知の画像処理（ラプラスフィルタ等）を行うようにしてもよい。また、２値化処理における閾値は、予め定めた閾値を基準にしてもよいし、統計処理により判別分析を行い、動的に決定してもよい。

軌跡データ抽出部３７は、各方角の２値化外観データに基づいて、被測定物Ｓが通過した軌跡である軌跡データを抽出する。
衝突危険領域算出部３８は、抽出した軌跡データに基づいて、被測定物Ｓが通過した軌跡を完全に包含するように衝突危険領域を設定する。ここでは、円柱形状の衝突危険領域を設定するものとする。すなわち、軌跡データの最外周点、最高点を通る仮想円柱を想定し、さらに、回転中心を通り、光学カメラ１６に直面する仮想スクリーンを仮定して、仮想円柱を仮想スクリーンに投影したときの投影像（長方形）を形成し、この投影像を１回転したときに通過する領域が衝突危険領域Ａであると近似する。

例えば、図４に示すように、直径２００ｍｍ、高さ４００ｍｍの円柱型の被測定物Ｓを測定する場合を例に説明すると、被測定物Ｓをステージ１４の回転中心におき、図に示すように、光学カメラ１６を高さ２００ｍｍ、中心から４５０ｍｍ離れた位置に設置したとき、中心を通過する仮想スクリーンＳｃに投影される像は高さ４６０ｍｍとなる。この投影像の高さを円柱近似の衝突危険領域Ａの高さＨと設定する。このように、投影像の高さを衝突危険領域Ａの高さＨとすることで、被測定物Ｓがステージ１４の回転中心から外れた位置に置かれた場合でも、必ず被測定物Ｓを包含する高さの衝突危険領域Ａを設定することになる。
また、被測定物Ｓをステージ１４の回転中心から離れた位置に載置した場合は、ステージ１４を上から見た図５に示されるように、被測定物Ｓの通過した軌跡Ｂはリング状あるいは円柱状（図中破線でハッチングした部分）になる。このときは回転中心から最外周の点までの距離Ｒ_ｍａｘを半径とする円柱側面が被測定物Ｓの通過した軌跡の最外周面となる。そして、この円柱を、回転中心を通る仮想スクリーンＳｃに投影したときの投影像の幅を、円柱近似の衝突危険領域Ａ（図中実線でハッチングした部分）の幅Ｗと設定する。このように投影像の幅を衝突危険領域Ａの幅Ｗとすることで、被測定物Ｓがステージ上のどこに置かれても、必ず被測定物Ｓを包含することとなる。

なお、被測定物Ｓの外観形状によっては、円柱近似に代えて被測定物Ｓを包含する球、円錐で近似することにより、さらに適切な衝突危険領域Ａを設定することもできる。
いずれにせよ、ステージ１４の回転軸を回転中心とする回転体図形で近似することにより、被測定物Ｓを完全に包含するように衝突危険領域Ａを設定することができる。
設定した衝突危険範囲Ａは、衝突危険領域データ記憶部４３に記憶される。衝突危険領域Ａを簡単な回転体図形で近似した場合は、数式（円柱方程式、球の方程式等）で記憶させることができ、その場合は衝突判定の演算処理を容易にすることができる。

衝突判定部３３は、衝突危険領域設定部３２により設定された衝突危険領域Ａに基づいて、その後にステージの並進、回転動作を行ったときに、衝突危険領域Ａも移動させ、被測定物ＳがＸ線測定光学系１３と衝突するかどうかを判定する。すなわち、以後の駆動信号により、Ｘ線測定光学系１３のＸ線源１１やＸ線検出器１２の一部が衝突危険領域Ａに重なった場合は、衝突危険性があると判定され、ステージ移動を停止するとともに、表示装置２３に警告を表示したり、図示しない警報装置によりシグナル音を発生したりして操作者に知らせる。

次に、このＸ線検査装置１による衝突危険領域Ａの設定動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。
先ず、被測定物Ｓが載置されていない状態でステージを回転しながら撮影した背景画像データが背景画像データ蓄積部４１に蓄積されているかがチェックされ（Ｓ１０１）、既に背景画像が蓄積されているときはＳ１０３に進み、蓄積されていないときはＳ１０２に進む。

背景画像データが蓄積されていないときは、被測定物Ｓを載置していない状態でステージ１４を回転させつつ光学カメラ１６により撮影し、背景のコマ画像データを背景画像データ蓄積部４１に蓄積する（Ｓ１０２）。
続いて、被測定物Ｓをステージ１４に載置した状態で、ステージ１４を回転させつつ光学カメラ１６により撮影し、被測定物Ｓのコマ画像データを軌跡画像データ蓄積部４２に蓄積する（Ｓ１０３）。

続いて、蓄積された各方角における被測定物Ｓのコマ画像データと背景のコマ画像データとの差分データを抽出する（Ｓ１０４）。
差分データから装置内部の照明の影響や反射、影の影響等の不要成分を除去するラプラスフィルタ等の画像処理を行う（Ｓ１０５）。
続いて、予め設定した閾値との比較により、２値化処理を行い、各方角の２値化外観データを作成する。（Ｓ１０６）。
続いて、各方角の２値化外観データを合成して、ステージ１４が１回転したときの被測定物Ｓの通過軌跡である軌跡データを作成する（Ｓ１０７）。この軌跡データは回転体図形となる。
続いて、被測定物Ｓの軌跡データを包含するように、円柱近似により衝突危険領域Ａを設定し（Ｓ１０８）、設定した衝突危険領域Ａを記憶する（Ｓ１０９）。
以上で、衝突危険領域Ａの設定処理が完了する。

次に、衝突危険領域設定後に行われる衝突判定動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。
ＣＰＵ２１からステージ駆動機構１５へのステージ駆動信号の有無により、ステージ移動がなされたかをチェックし（Ｓ２０１）、ステージ移動がなされていないときは、Ｓ２０１に戻って動作を繰り返す。
ステージ移動がなされたときは、衝突危険領域Ａに基づいて衝突判定を行い（Ｓ２０２）、衝突の危険性があるときはステージ移動を停止して警告を発し、そうでないときは、Ｓ２０１に戻ってふたたび同じ動作を繰り返す。
以上により、自動的に設定した衝突危険領域Ａに基づいて、Ｘ線測定光学系１３と被測定物Ｓとの衝突の危険性を判断することができるので、衝突による破損事故を回避することができる。

上記実施形態では、衝突危険範囲を円柱で近似したが、これに限らず、被測定物Ｓの形状に応じて適切な回転体図形で近似すればよい。
また、衝突危険領域を数式で表現することにより、さらに演算処理を高速化することができる。

本発明は、回転駆動機構を備えたステージを有するＸ線検査装置に利用することができる。

本発明の一実施形態であるＸ線検査装置の構成を示すブロック図。 図１のＸ線検査装置による衝突危険領域設定動作を説明するフローチャート。 図１のＸ線検査装置による衝突判定動作を説明するフローチャート。 衝突危険領域の高さ設定を説明する図。 衝突危険領域の幅設定を説明する図。

１： Ｘ線検査装置
１１： Ｘ線源
１２： Ｘ線検出器
１３： Ｘ線測定光学系
１４： ステージ
１５： ステージ駆動機構
１６： 光学カメラ
１７： 三次元駆動機構
２０： 制御系
２１： ＣＰＵ
２２： 入力装置
２３： 表示装置
２４： 画像メモリ
３１： Ｘ線画像作成部
３２： 衝突危険領域設定部
３３： 衝突判定部
３５： 光学カメラ撮影制御部
３６： 被測定物外観形状抽出部
３７： 軌跡データ抽出部
３８： 衝突危険領域算出部
４１： 背景画像データ蓄積部
４２： 軌跡画像データ蓄積部
４３： 衝突危険領域データ記憶部

Claims (3)

1. 透視用Ｘ線を照射するＸ線源と被測定物の透視Ｘ線像を撮影するＸ線検出器とからなるＸ線測定光学系と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に被測定物が位置するように被測定物を載置するためのステージと、ステージを並進および回転するステージ駆動機構とを備え、ステージ上に載置された被測定物の位置を調整してＸ線検査を行うＸ線検査装置において、
   ステージ上に載置された被測定物を撮影する光学カメラと、
   ステージが一回転する間の各方角で前記光学カメラにより被測定物のコマ画像データを撮影し、各方角のコマ画像データに映し出されている被測定物を抽出した外観データを作成し、各方角の外観データを合成してステージが一回転する間に被測定物が通過した軌跡である軌跡データを作成し、作成した軌跡データに基づいて被測定物とＸ線測定光学系との衝突危険領域を設定する衝突危険領域設定部と、
   設定した衝突危険領域に基づいてステージを移動する際の衝突危険性を判定する衝突判定部とを備えたことを特徴とするＸ線検査装置。
2. 衝突危険領域設定部は、前記軌跡データを包含する回転体図形で衝突危険領域を近似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. 衝突危険領域設定部は、円柱体、球体、回転楕円体、円錐体のいずれかまたはこれらを組み合わせた図形により衝突危険領域を近似することを特徴とする請求項２に記載のＸ線検査装置。
   

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