JP7448139B2 - 自動車ボディーのｘ線ｃｔ撮影方法及びｘ線ｃｔ撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車ボディーのＸ線ＣＴ撮影方法及びＸ線ＣＴ撮影装置に関するものである。

自動車ボディーには多くの溶接部や接合部が存在し、その内部における板同士の密着具合、リベットのかしめ状況、接着剤の広がり状況、スポット溶接の溶接状況などを三次元画像として確認できる技術が求められている。溶接部や接合部の内部状況は、外観検査では把握することができない。そこでＸ線ＣＴ技術を利用して内部の三次元画像を取得することが考えられる。

通常のＸ線ＣＴ撮影は、特許文献１、２に示すように、Ｘ線源とディテクターを対向させて固定し、その間に置いたワークを３６０度回転させる方法で行われる。しかしワークが自動車ボディーのように大きくなると、３６０度回転させることが不可能である。そこでワークを固定したまま、各部位をＸ線ＣＴ撮影する技術が求められる。

なお特許文献３には、ワークを固定したまま、Ｘ線源とディテクターのセットを回転させる装置が記載されている。しかしこの方法で自動車ボディーの溶接部や接合部などの局部的な検査を行うためには、Ｘ線源またはディテクターをボディ内部の狭い空間内で回転させる必要が生じる。このため、このような撮影方法も採用することはできない。

特開２００７－１６３２５４号公報 特開２００８－２２４６９２号公報 特開２００６－０２３１８７号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、自動車ボディーの溶接部や接合部などの局部的部分の内部の状況を、三次元画像として確認することができる自動車ボディーのＸ線ＣＴ撮影方法及びＸ線ＣＴ撮影装置を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の自動車ボディーのＸ線ＣＴ撮影方法は、自動車ボディーの撮影部位の内側にディテクターを差し込んで自動車ボディーに対して動かないように支持し、自動車ボディーの撮影部位の外側に配置されたＸ線源を回転させながら撮影部位に向けてＸ線を照射し、得られた撮影部位の画像を再構成して撮影部位の三次元画像を取得することを特徴とするものである。

なお、前記Ｘ線源を、ディテクターの画面と平行な面内で回転させることが好ましく、前記Ｘ線源を回転させる角度を１８０度以上とすることが好ましい。

また上記の課題を解決するためになされた本発明の自動車ボディーのＸ線ＣＴ撮影装置は、自動車ボディーの撮影部位の内側にディテクターを差し込んで自動車ボディーに対して動かないように支持するディテクター支持手段と、このディテクター支持手段に支持されたディテクターと、自動車ボディーの撮影部位の外側においてＸ線源を支持して回転させるＸ線源支持手段と、このＸ線源支持手段に支持され回転しながら撮影部位に向けてＸ線を照射するＸ線源とを備えたことを特徴とするものである。

なお、前記ディテクター支持手段と前記Ｘ線源支持手段が何れもロボットアームであることが好ましい。また、前記Ｘ線源支持手段がロボットの第６軸の回転を利用して回転されるものであることが好ましい。

本発明によれば、自動車ボディーの撮影部位の内側にディテクターを差し込み固定し、自動車ボディーの撮影部位の外側でＸ線源を回転させるため、ディテクターを差し込める空間さえあれば、自動車ボディーの溶接部や接合部などの局部的部分の内部の状況を、三次元画像として確認することができる。

また、ロボットアームを用いてディテクターを支持するとともに、ロボットアームを用いてＸ線源を回転させる構成とすれば、精度と実用性を高めることができる。

Ｘ線ＣＴ撮影方法の原理説明図である。 ディテクターで撮影された画像の説明図である。 Ｘ線ＣＴ撮影方法の実施形態の説明図である。 Ｘ線源の回転角度が制限される状態の説明図である。 ディテクターで撮影された画像と再構成された画像の説明図である。 Ｘ線ＣＴ撮影装置の実施形態を示す説明図である。 Ｘ線源とディテクターの位置関係の説明図である。 他の実施形態の説明図である。 マスター画像と撮影画像の画面合わせの説明図である。 良否判定の基準を示す図である。 リベット結合部の図面である。

図１は本発明のＸ線ＣＴ撮影方法の原理説明図である。１０は自動車ボディーであり、この図では鋼板１１と樹脂部材１２とが接着剤で接着された接合部１３が、撮影部位として示されている。１４は撮影部位の内側に差し込まれたディテクターであり、後述するように例えばロボットアームにより支持され、自動車ボディー１０に対して動かないように固定される。

１５は自動車ボディー１０の撮影部位の外側に配置されたＸ線源である。Ｘ線源１５は図示のように回転しながら撮影部位である接合部１３に向けてＸ線を照射し、Ｘ線ＣＴ撮影を行う。Ｘ線源１５の回転中心軸１６はディテクター１４の画面１７に対して垂直とすることが好ましく、換言すれば、Ｘ線源１５をディテクター１４の画面１７と平行な面内で回転させることが好ましい。回転中心軸１６は撮影部位である接合部１３と一致させることが好ましい。

このようにしてＸ線ＣＴ撮影を行うと、図２に示すように鋼板１１と樹脂部材１２に挟まれた接合部１３の３６０度からの画像が、ディテクター１４の撮影中心Ｏを中心として形状に撮影される。このように同一対象物を様々な角度から撮影したＸ線ＣＴ画像からその対象物の三次元画像を再構成する技術は公知であり、市販のプログラムを用いて実施可能である。

接合部１３を撮影した場合、ターゲットとする接合中心を中心に円形状の撮影範囲の画像を入手することができる。この接合部１３の接合部内容は、後述するように、接着剤の場合や、スポット溶接、またはリベット接合などの接合方法である。この部分を検査することができる。この接合部１３を中心にした撮像画像から、ＯＫかＮＧかを判断することになる。判断方法は、正常な撮像画像と今回検査しよういとしている製品部位の撮像画像を比較検査する方法が多くとられる。接着剤のケースは、後述する図９を事例として示す。

図３に示すように、ディテクター１４は自動車ボディー１０の内部の狭い空間に差し込まざるを得ないが、Ｘ線源１５は自動車ボディー１０の外側の空間内で回転させればよいので、３６０度回転させることができる場合が多い。しかし図４に示すように撮影部位が自動車ボディー１０の屈曲部などに接近しており、自動車ボディー１０との干渉によってＸ線源１５を３６０度回転させることができない場合がある。このような場合の撮影画像は図５に示されるようになるが、Ｘ線源１５を回転させる角度を１８０度以上とすることができれば、対象物の三次元画像を再構成することは可能である。しかし１８０度未満の場合には再構成された三次元画像が不鮮明になるため、少なくとも１８０度は回転させることが好ましい。

図６は本発明のＸ線ＣＴ撮影装置の実施形態を示す説明図である。Ｘ線ＣＴ撮影装置は上記したディテクター１４とＸ線源１５の他に、自動車ボディー１０の撮影部位の内側にディテクター１４を差し込んで支持するディテクター支持手段２０と、自動車ボディー１０の撮影部位の外側においてＸ線源１５を支持して回転させるＸ線源支持手段２１とを備えている。これらはそれぞれ個別に設計製作することもできるが、実用上は図示のようにロボットアームを用いることが好ましい。

ディテクター支持手段２０として用いられる第１のロボットのロボットアームはディテクター１４を撮影部位の内側で支持し、Ｘ線源支持手段２１として用いられる第２のロボットのロボットアームは撮影部位の外側でＸ線源１５を回転させる。このとき図６、図７に示すようにディテクター１４の中心と撮影部位の中心とＸ線源１５の回転中心軸を一致させることが好ましい。

第１のロボットと第２のロボットはそれぞれティーチング座標を備えており、図６に示す位置関係を取るようにティーチングしておく。ティーチング座標はロボットのコントローラから取り出すことができ、Ｘ線源１５の回転半径ｒはＸ線源１５の取り付けオフセット量から求められる。ティーチング座標からＡ寸法（ディテクター１４の中心から撮影部位の中心までの距離）と、Ｂ寸法（撮影部位の中心からＸ線源１５の回転中心までの距離）も分かるので、図７に示すようにディテクター１４の中心から投影画像までのズレ量Ｒを求めることができる。これらの値はＸ線ＣＴ画像からその対象物の三次元画像を再構成する際に必要なパラメータとして、再構成プログラムに入力される。

現在産業界において用いられているロボットの多くは６軸ロボットであり、その第６軸がディテクター支持手段２０とＸ線源支持手段２１として用いられる。各ロボットは図６に示す位置関係を取るようにティーチングされているが、その停止精度は高くない。ディテクター支持手段２０として用いられる第１のロボットのロボットアームはディテクター１４を支持するだけであるから高度の位置精度は不要であるが、Ｘ線源支持手段２１として用いられる第２のロボットのロボットアームの位置精度は重要である。

しかし第６軸の回転は１軸のみの回転であるから、その回転精度は十分に高い。このため仮に第６軸の位置精度が十分でなくても、第６軸によるＸ線源１５の回転自体は高精度で行わせることができ、本発明を実施するうえで大きな支障となることはない。

なお図８のようにＸ線源１５の中心軸をＸ線源１５の回転中心軸に対して傾斜させることも可能である。この場合には傾斜角度を三次元画像を再構成するプログラムに入力することとなる。

次に図９、図１０により画像の位置合わせと良否判断について説明する。ここではある接合部における接着剤の形状をＸ線ＣＴ撮影により検査する例を示している。図９の左側に描かれたマスター画像がその接着部における正規の接着剤の形状を示している。これに対して図９の右側に描かれた撮影画像は、接着剤の形状と角度がマスター画像からずれている。図９の下段に示すようにこれらの画像を重ね合わせたうえ、座標の回転と拡大縮小を行い、図１０の画像とする。

図１０に破線で示すようにマスター画像の輪郭線の両側に接着剤のＭＡＸ範囲とＭＩＮ範囲を設定し、撮影された実際の画像がこれらの範囲の中に納まっておれば良品である。しかし図示のように接着剤の一部が接着剤のＭＡＸ範囲よりもはみ出していたり、逆にＭＩＮ範囲に達していない場合には不良品として自動判定させることができる。

このようにロボットを用いてＸ線ＣＴ撮影を行えば、多くの自動車ボディ１０の溶接部や接合部などの自動検査を行うことが可能となる。これらは従来は検査を行うことが困難であった部位であるから、本発明の実用的価値は高いものである。

上記した実施形態では撮影部位は接合部であったが、図１１に示すようにリベット接合の部位や溶接部位にも適用できることはいうまでもない。リベット接合部にも図１１の右側に示すように内部クラックが発生することがあり、本発明によればこのような内部欠陥も三次元画像として確認することができる。

以上に説明したように、本発明によれば従来は検査が困難であった自動車ボディーの溶接部や接合部などの局部的部分の内部の状況を、三次元画像として正確に確認することができ、自動車ボディーの品質向上に寄与することができる。

１０ 自動車ボディー
１１ 鋼板
１２ 樹脂部材
１３ 接合部
１４ ディテクター
１５ Ｘ線源
１６ 回転中心軸
１７ ディテクターの画面
２０ ディテクター支持手段
２１ Ｘ線源支持手段

Claims (6)

1. 自動車ボディーの撮影部位の内側にディテクターを差し込んで自動車ボディーに対して動かないように支持し、自動車ボディーの撮影部位の外側に配置されたＸ線源を回転させながら撮影部位に向けてＸ線を照射し、得られた撮影部位の画像を再構成して撮影部位の三次元画像を取得することを特徴とする自動車ボディーのＸ線ＣＴ撮影方法。
2. 前記Ｘ線源を、ディテクターの画面と平行な面内で回転させることを特徴とする請求項１に記載の自動車ボディーのＸ線ＣＴ撮影方法。
3. 前記Ｘ線源を回転させる角度を１８０度以上とすることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車ボディーのＸ線ＣＴ撮影方法。
4. 自動車ボディーの撮影部位の内側にディテクターを差し込んで自動車ボディーに対して動かないように支持するディテクター支持手段と、このディテクター支持手段に支持されたディテクターと、自動車ボディーの撮影部位の外側においてＸ線源を支持して回転させるＸ線源支持手段と、このＸ線源支持手段に支持され回転しながら撮影部位に向けてＸ線を照射するＸ線源とを備えたことを特徴とする自動車ボディーのＸ線ＣＴ撮影装置。
5. 前記ディテクター支持手段と前記Ｘ線源支持手段が何れもロボットアームであることを特徴とする請求項４に記載の自動車ボディーのＸ線ＣＴ撮影装置。
6. 前記Ｘ線源支持手段が６軸ロボットの第６軸の回転を利用して回転されるものであることを特徴とする請求項５に記載の自動車ボディーのＸ線ＣＴ撮影装置。

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