JP6994952B2 - X-ray CT device for measurement and its calibration method - Google Patents
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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。 The present invention relates to an X-ray CT apparatus for measurement and a calibration method thereof, and in particular, it is possible to easily perform calibration by comparing and collating the object to be measured and a reference body, and to improve the accuracy and efficiency of measurement. The present invention relates to an X-ray CT apparatus for measurement capable of being capable of, and a calibration method thereof.
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。 Medical X-ray CT equipment was put into practical use in the 1970s, and based on this technology, X-ray CT equipment for industrial products appeared from the early 1980s. Since then, industrial X-ray CT devices have been used for observing and inspecting nests of cast parts, welding defects of welded parts, and circuit pattern defects of electronic circuit parts, which are difficult to confirm from the outside. On the other hand, with the spread of 3D printers in recent years, there is an increasing demand not only for observing and inspecting the inside of processed products by 3D printers, but also for measuring 3D dimensions of internal structures and improving their accuracy.
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。 In response to the above-mentioned technological trends, X-ray CT devices for measurement have begun to spread mainly in Germany (see Patent Documents 1 and 2). In this X-ray CT apparatus for measurement, the measurement target is arranged at the center of the rotary table, and X-ray irradiation is performed while rotating the measurement target.
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。
FIG. 1 shows the configuration of a general X-ray CT apparatus 1 used for measurement. An
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。
In addition to controlling each device, the
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。
As shown in FIG. 2, the
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。 By controlling the XYZ axis of the XYZ moving mechanism unit 3 and the θ axis of the rotary table 32, the position of the measurement target W can be moved, and the shooting range (position, magnification) and shooting angle of the measurement target W can be adjusted. can do.
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。 Further, in recent years, in order to meet the demand for higher accuracy of dimensional measurement, a combined measurement system in which a coordinate measuring machine (CMM) is installed inside (Patent Document 3) or in the vicinity (Patent Document 4) of an X-ray CT device has been introduced. Proposed. In this composite type measurement system, high accuracy is achieved by calibrating the 3D dimensions obtained by the X-ray CT apparatus with reference to the external dimensions obtained by the measurement by CMM.
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。 However, in the combined measurement system in which the CMM and the X-ray CT device are installed side by side, it is necessary to continuously perform the measurement by the CMM and the X-ray CT device, and the other is stopped while one is in operation. Therefore, the CMM and the X-ray CT device, which are both expensive devices, cannot be used in parallel at the same time, and the work efficiency is hindered especially when continuous measurement of mass-produced workpieces is required.
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。 On the other hand, if the CMM and the X-ray CT device are installed separately, both can be effectively used independently, but in order to calibrate the measured value of the object to be measured with the measured value of the reference body such as the master work or gauge. Has the problem that it takes a long time to work because it is necessary to replace the object to be measured and the reference object one by one, and it is also necessary to shield and release the radiation each time.
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。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and not only realizes high accuracy of measurement of X-ray CT for measurement by three-dimensional dimensional measurement, but also has an X-ray CT device for measurement and three-dimensional. The challenge is to operate the dimension measuring device efficiently and improve the economic efficiency.
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。 The present invention is a tandem-shaped measurement X-ray CT apparatus in which an X-ray is irradiated while rotating a measurement target placed on a rotary table and the projected image is reconstructed to obtain a tomographic image of the measurement target. The rotary table is provided with a plurality of rotary tables, a carriage on which the rotary table is mounted, and a moving means for moving the carriage in a direction orthogonal to the central axis of X-ray radiation, and one of the rotary tables is provided. The above-mentioned problems are solved by mounting the object to be measured and mounting the other one on the reference body.
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。 Here, an X-ray shielding booth is provided to prevent the X-rays generated by the measurement X-ray CT apparatus from leaking to the outside, and the carriage in the non-measurement state can be accessed from outside the X-ray shielding booth. can do.
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。 Further, a plurality of carriages that can be moved independently of each other are provided, and one rotary table can be mounted on each carriage.
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。 Further, the reference body can be a master work or a gauge.
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。 In the present invention, when the X-ray CT apparatus for measurement is calibrated, the object to be measured is mounted on one of the rotary tables provided in a tandem shape, and the reference body is mounted on the other one. It provides a calibration method of an X-ray CT apparatus for measurement, which is characterized in that calibration is performed by comparison and collation with a reference body.
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。 According to the present invention, a plurality of rotary tables, which are one of the components of the X-ray CT apparatus for measurement, are provided in a tandem shape, one of which is used for mounting the object to be measured, and the other rotary table. A reference body whose shape and dimensions are valued with high accuracy (for example, a master work having the same shape as the object to be measured, or a hole plate having a large number of holes of a predetermined size as illustrated in FIG. 3A, FIG. A ball plate in which a large number of balls are planted, as illustrated in 3 (B), and a stepped step in which a plurality of cylinders having different diameters are stacked, as illustrated in FIGS. 3 (C) and 3 (D). Cylinder, forest gauge with a large number of pillars with tip balls as illustrated in FIG. 3 (E), gauge such as a washing plate-shaped step gauge as illustrated in FIG. 3 (F), etc.) By doing so, it is possible to compare and collate with the reference body at any time, and it is possible to improve the accuracy of dimensional measurement by the measurement X-ray CT device.
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。 Further, by providing a plurality of rotary tables in a tandem shape, while the measurement target on one rotary table is measured and inspected by X-ray CT, the X-ray CT measurement is performed first on the other rotary table. It is possible to remove the measurement target and set the next measurement target in parallel, and it is possible to improve the efficiency of measurement and inspection.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the contents described in the following embodiments and examples. Further, the constituent requirements in the embodiments and examples described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that are in a so-called equal range. Further, the components disclosed in the embodiments and examples described below may be appropriately combined or appropriately selected and used.
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。 FIG. 4 shows a first embodiment of the present invention. In FIG. 4, the left-right direction with respect to the paper surface is defined as the X-axis direction, the vertical direction with respect to the paper surface is defined as the Y-axis direction, and the direction perpendicular to the paper surface is described as the Z-axis direction. Further, FIG. 5 is a three-dimensional view of the X-ray CT main body 10, which supplements the information in the Z-axis direction in FIG.
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。
The X-ray CT apparatus 1 for measurement includes an X-ray CT main body 10 mainly composed of hardware, an
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。
First, regarding the X-ray CT main body 10, the main hardware components related to the X-ray CT measurement are arranged on the upper surface of the base 11. Two X-guide rails 12a and 12b extending in the X-axis direction apart from each other and extending in parallel on the upper surface of the base 11 are arranged, and the
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。
The
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。
The
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。 Two Y guide rails 34a and 34b extending in the Y-axis direction are arranged on the upper surface of the X-carriage 31 so as to be separated from each other and in parallel, and guide the first Y-carriage 33a and the second Y-carriage 33b in the Y-axis direction.
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。 The first Y-carriage 33a is driven by the Y-axis first drive unit 35a, and the second Y-carriage 33b is driven and controlled independently by the Y-axis second drive unit 35b in the Y-axis direction.
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。 A first rotary table 32a and a second rotary table 32b are arranged on the upper surfaces of the first Y carriage 33a and the second Y carriage 33b, respectively, and their respective rotation axes are adjusted and fixed in parallel with each other and in parallel with the Z axis. ..
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。 A measurement target to be used for X-ray CT measurement is mounted on the upper surfaces of the first rotary table 32a and the second rotary table 32b. Here, one of the first rotary table 32a and the second rotary table 32b is mounted with the work W 2 as the object to be measured, and the other is mounted with the master work W 1 as a comparison reference reference for the work W 2 . Will be done.
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。 The range of movement of the first Y carriage 33a and the second Y carriage 33b in the Y-axis direction is from the intersection C of the center line CL and the Y drive axis to point A in the Y-axis (-) direction and from point C to the Y-axis (+) direction, respectively. Up to point B of.
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。
The
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。
As a result, the
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。
The detection signal obtained by the
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。
Further, a
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。 According to the present embodiment, by configuring the two rotary tables 32a and 32b in a tandem system, calibration by comparison and collation can be performed at any time, and measurement accuracy can be improved.
図6に本発明の第2実施形態を示す。 FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
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。
In the second embodiment, external sliding
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。
In this second embodiment, for example, when the measurement of the measurement target on the first rotary table 32a is being carried out, the worker O is concerned about the radiation by opening the
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。 This makes it possible to improve the inspection efficiency by X-ray CT of the measurement target of mass-produced products.
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。 In the present embodiment, the measurement target or the reference body can be placed on the other rotary table without being exposed to X-rays while the measurement is being performed on one rotary table, so that the safety and work efficiency are high. ..
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。 In each of the above embodiments, a carriage is provided for each rotary table so that the rotary table can be moved to and from the measurement position where X-rays pass independently of each other. Therefore, for example, the rotary table is moved to both sides and the central X-ray is emitted. After arranging the measurement target or reference body in each with the passing portion open, for example, the measurement target and then the reference body can be moved to the X-ray passing portion to perform continuous measurement, and the degree of freedom is increased. high. Two rotary tables are placed on a common carriage, for example, the measurement target is placed on one of them while both rotary tables are empty, and the measurement target is moved to the X-ray passing portion on the other. It is also possible to place the reference body on the rotary table of the above, and then perform continuous measurement with the measurement target and then with the reference body. In this case, only one carriage is required, and the configuration is simple.
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。 The number of rotary tables mounted on the carriage is not limited to one or two, and may be three or more.
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)
1 ...
41 ... X-ray detector W 1 ... Masterwork (reference body)
W 2 … Work (measured object)
Claims (5)
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。 In a measurement X-ray CT device that irradiates X-rays while rotating a measurement target placed on a rotary table and reconstructs the projected image to obtain a tomographic image of the measurement target.
Multiple rotary tables provided in tandem, and
A carriage equipped with the rotary table and
A moving means for moving the carriage in a direction orthogonal to the central axis of X-ray radiation is provided.
An X-ray CT apparatus for measurement, characterized in that one of the rotary tables is for mounting an object to be measured and the other is for mounting a reference body.
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。 When calibrating the measurement X-ray CT apparatus according to any one of claims 1 to 4.
The object to be measured is mounted on one of the rotary tables provided in a tandem shape, and the reference body is mounted on the other one.
A method for calibrating an X-ray CT apparatus for measurement, which comprises performing calibration by comparison with the reference body.
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