WO2021014696A1 - Ｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

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test
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中山　貴司
篤宏 林
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株式会社島津テクノリサーチ
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    • G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/20—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady bending forces

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray CT apparatus.
  • X-ray CT is applied to the test piece to which the test force is applied in order to observe the state of internal fracture of the test piece. May be taken.
  • the industrial X-ray CT apparatus rotates with a test piece placed between the X-ray irradiation unit and the X-ray detector arranged opposite to the X-ray irradiation unit and the X-ray irradiation unit and the X-ray detector.
  • a stage is provided, and the three-dimensional structure inside the test piece is observed by performing X-ray fluoroscopy while rotating the stage.
  • a CT imaging device that executes X-ray CT imaging with a test force applied to the test piece is also used (see Patent Document 1).
  • FIG. 10 is a schematic view showing a state in which a bending test on a printed circuit board as a test piece is executed in a CT imaging apparatus that executes X-ray CT imaging with a test force applied to the test piece.
  • This printed circuit board has a configuration in which the substrate 102 and the electronic component 101 are joined by a solder joint portion 103.
  • the printed circuit board rotates about a rotation axis 100 facing in the vertical direction, and as shown by an arrow 107, a test force is applied downward to apply bending stress to the printed circuit board as a test piece.
  • X-ray CT imaging of the printed circuit board is performed by detecting the X-rays emitted from the X-ray irradiation unit 104 and transmitted through the printed circuit board with the X-ray detector 105.
  • Such a phenomenon is not limited to the case where a printed circuit board is used as a test piece, but also when X-ray CT imaging is performed using CFRP (carbon fiber reinforced plastic) or GFRP (glass fiber reinforced plastic) as a test piece. This is a problem that also occurs when the distance of X-rays passing through the test piece is increased.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • GFRP glass fiber reinforced plastic
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an X-ray CT apparatus capable of obtaining a high-quality X-ray CT image by suppressing the occurrence of artifacts.
  • a first aspect of the present invention includes an X-ray imaging system including an X-ray irradiation unit and an X-ray detector, a stage arranged between the X-ray irradiation unit and the X-ray detector, and a stage.
  • a rotation mechanism for rotating the X-ray imaging system and the stage relative to a rotation axis orthogonal to the X-ray optical axis from the X-ray irradiation unit to the X-ray detector, and a test piece.
  • the load mechanism is tilted to load the test force on the test piece by the load mechanism. Is provided with an angle changing mechanism that displaces the X-ray from a direction orthogonal to the optical axis of the X-ray.
  • the occurrence of artifacts is suppressed by inclining the load mechanism and displacing the load direction of the test force on the test piece by the load mechanism from the direction orthogonal to the optical axis of the X-ray. This makes it possible to obtain a high-quality X-ray CT image.
  • FIG. 1 is a schematic view of an X-ray CT apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a main control system of the X-ray CT apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • This X-ray CT apparatus includes an X-ray irradiation unit 11, an X-ray detector 12, and a rotation stage 13.
  • a bending tester 50 as a load mechanism according to the present invention is installed on a rotating stage 13 arranged between an X-ray irradiation unit 11 and an X-ray detector 12 arranged so as to face each other. Then, the test piece TP, which is rotated together with the bending tester 50 and is loaded by the bending tester 50, is photographed by X-ray CT to perform non-destructive internal observation.
  • the bending tester 50 is arranged on the rotary stage 13 via an angle changing mechanism 30 described later.
  • the X-ray irradiation unit 11 has an X-ray tube as an X-ray source inside, and generates X-rays from the X-ray tube according to the tube voltage and tube current supplied from the high voltage generator 15.
  • the high voltage generator 15 is controlled by an X-ray control unit 16, and the X-ray control unit 16 is connected to a personal computer 20 in which control software for controlling the entire X-ray CT device is installed.
  • the X-ray detector 12 is a combination of an image intensifier (I.I.) and a CCD camera, or an FPD (Flat Panel Detector), and is connected to a personal computer 20 via a CT image reconstruction calculation unit 18. Be connected.
  • the X-ray detector 12 is configured to be detachable from the rotating stage 13 in order to enlarge or reduce the fluoroscopic imaging area, and the rotating stage 13 is also configured to be detachable from the X-ray irradiation unit 11. Has been done.
  • the rotating stage 13 can move from the X-ray irradiation unit 11 to the X-ray detector 12 in the horizontal direction parallel to the X-ray optical axis and in the vertical direction orthogonal to the X-ray optical axis.
  • the stage drive mechanism 14 is connected to the personal computer 20 via the stage control unit 17.
  • a test piece is attached to a bending tester 50 installed on the rotating stage 13 to give a bending load. Further, X-rays are irradiated from the X-ray irradiation unit 11 toward the test piece. Then, the rotation stage 13 is rotated about a rotation axis 100 orthogonal to the optical axis of X-rays from the X-ray irradiation unit 11 to the X-ray detector 12. In this state, X-rays transmitted from all directions over 360 degrees around the test piece are detected by the X-ray detector 12, and the X-ray transmission data is taken into the CT image reconstruction calculation unit 18.
  • the CT image reconstruction calculation unit 18 is composed of a computer including a ROM, RAM, hard disk, etc. as a storage device for storing a program, detection data of the X-ray detector 12, and a CPU as a calculation device. ..
  • the CT image reconstruction calculation unit 18 constructs a tomographic image (CT image) of the test piece sliced on a plurality of planes by using the X-ray transmission data of the test piece for 360 degrees taken in.
  • the CT image is transmitted from the CT image reconstruction calculation unit 18 to the personal computer 20, and is used for three-dimensional imaging by the three-dimensional image construction program installed in the personal computer 20.
  • the personal computer 20 is connected to a display unit 23 such as a liquid crystal display and an operation unit 22 including a keyboard and a mouse.
  • the display unit 23 displays the CT image transmitted from the CT image reconstruction calculation unit 18 to the personal computer 20, and also displays a three-dimensional image constructed by using the CT image.
  • the function of the CT image reconstruction calculation unit 18 may be integrated with the personal computer 20 and realized by one computer as a peripheral device or software of the computer.
  • FIG. 3 is a front view of the bending tester 50
  • FIG. 4 is a perspective view of the bending tester 50. Note that in FIG. 4, the camera 81 and the connecting members 82 and 83 are not shown.
  • This bending tester 50 executes a three-point bending test using an indenter 52 and a pair of fulcrums 51 on the test piece TP.
  • the test piece TP is a printed circuit board, and has a configuration in which the substrate 1 and the electronic component 2 are joined by a solder joint portion 3.
  • the bending tester 50 includes a base plate 57, three columns 58 erected on the base plate 57 at equal intervals, a head plate 53 fixed to the columns 58 at predetermined intervals, and a pair of fixing plates 55. , 56, and a moving plate 54 in which a through hole penetrating the support column 58 is formed and can be moved along the support column 58.
  • the base plate 57, the head plate 53, and the pair of fixing plates 55, 56 are connected to a pair of support members 31, which will be described later.
  • a gear 63 that can rotate between the spacers arranged on the fixed plates 55 and 56 is arranged. Inside the gear 63, a nut that is screwed with the screw rod 64 is arranged. The screw rod 64 is connected to the moving plate 54, and an indenter 52 is arranged at the tip of the screw rod 64.
  • a motor 61 is arranged on the lower surface of the fixing plate 55.
  • a spur gear 62 that meshes with the gear 63 is arranged on the rotating shaft of the motor 61. When the spur gear 62 and the gear 63 are rotated by the drive of the motor 61, the screw rod 64 screwed with the nut in the gear 63 moves up and down.
  • the moving plate 54 and the indenter 52 move up and down.
  • a pair of fulcrums 51 are arranged on the lower surface of the head plate 53.
  • the test piece TP is sandwiched between the pair of fulcrums 51 and the indenter 52, and a test force is applied from the indenter 52 as the indenter 52 moves up and down.
  • a connecting member 83 is attached to the side of the base plate 57, and a connecting member 82 that supports the camera 81 is fixed to the connecting member 83.
  • the camera 81 is for photographing a test piece TP in which a bending test and an X-ray CT image are performed.
  • the support column 58 is required to use a highly rigid material in order to prevent the bending tester 50 from being deformed even when a test force is applied to the test piece TP.
  • it is required to use a material having high X-ray transmittance as the support column 58.
  • aluminum or CFRP can be used as the support column 58.
  • the pair of fulcrums 51 and the indenter 52 are also made of CFRP or the like in order to prevent artifacts.
  • a drive mechanism such as a motor 61 and a gear 63 having a relatively large weight is arranged below to lower the center of gravity of the entire device, so that the device is stably installed on the rotary stage 13. I am trying to do it.
  • FIG. 5 is a front view of the angle changing mechanism 30.
  • FIG. 6 is a side view of the angle changing mechanism 30.
  • FIG. 7 is a perspective view of the angle changing mechanism 30.
  • the bending tester 50 is schematically shown by a virtual line. Further, in FIG. 7, the support shaft 34, the bolt 35, the nut 36, and the hole 39 are not shown.
  • the pair of support members 31 that are connected to the base plate 57, the head plate 53, and the pair of fixing plates 55, 56 and support the bending tester 50 include a pair of stand members 33 and a support shaft 34 erected on the base 32.
  • the bending tester 50 swings around a support shaft 34 together with a pair of support members 31.
  • An arcuate hole 39 is formed in each stand member 33.
  • each support member 31 is provided with a bolt 35 penetrating the hole 39, and nuts 36 and 37 are arranged at both ends of the bolt 35. When the nut 36 is loosened, the bending tester 50 can swing around the support shaft 34, and when the nut 36 is tightened, the bending tester 50 is restricted from swinging.
  • the inclination angle of the bending tester 50 can be changed, thereby forming the load direction of the test force on the test piece TP by the bending tester 50 and the optical axis of the X-ray. It is possible to change the angle.
  • 8 and 9 are schematic views showing how X-ray CT imaging is performed with a test force applied to the test piece TP.
  • the test piece TP When performing X-ray CT imaging while applying a test force to the test piece TP by the bending tester 50, the test piece TP is sandwiched between a pair of fulcrums 51 and an indenter 52 as shown in FIGS. 8 and 9. Then, the indenter 52 is moved in the direction of the pair of fulcrums 51 by driving the motor 61 shown in FIGS. 3 and 4, so that the test piece TP is loaded with the bending test force. Then, in this state, by rotating the rotation stage 13, the bending tester 50 is rotated together with the test piece about the rotation axis 100 facing in the vertical direction.
  • X-ray CT imaging is performed by irradiating X-rays from the X-ray irradiation unit 11 and detecting the X-rays transmitted through the test piece TP with the X-ray detector 12. Then, in parallel with the X-ray CT imaging, the bending region in the test piece TP is photographed by the camera 81.
  • the test piece TP is a printed circuit board, and has a configuration in which the substrate 1 and the electronic component 2 are joined by a solder joint portion 3.
  • the solder joints 3 are arranged on the same plane on the substrate 1. Therefore, as shown in FIG. 8, when X-ray CT imaging is performed with the substrate 1 in the test piece TP arranged in the horizontal direction, the plurality of solder joints 3 in the test piece TP are in the same plane. It will rotate, and the metal artifacts derived from the solder joint 3 will be noticeably generated in the image taken by the X-ray detector 12. When such an artifact occurs remarkably, it becomes difficult to accurately observe the observation target area of the test piece TP including the solder joint portion 3.
  • the angle of inclination of the bending tester 50 is changed by the action of the angle changing mechanism 30, and the test piece TP is transferred to the bending tester 50.
  • the angle between the load direction of the test force and the optical axis of the X-ray is changed.
  • the inclination angle of the bending tester 50 at this time is such that a plurality of solder joints 3 are arranged as much as possible in the X-ray path that is irradiated from the X-ray irradiation unit 11 and passes through the test piece TP to the X-ray detector 12.
  • the angle should not be set. As a result, it is possible to suppress the occurrence of metal artifacts derived from the solder joint portion 3 in the image captured by the X-ray detector 12.
  • the camera 81 is connected to the base plate 57 in the bending tester 50 via the connecting members 82 and 83. Therefore, even when the inclination angle of the bending tester 50 is changed, the camera 81 can continuously photograph the bending region of the test piece TP.
  • FIGS. 8 and 9 a configuration in which the substrate 1 and the electronic component 2 in the test piece TP are joined by two solder joints 3 is schematically shown, but in an actual printed circuit board, , There are many solder joints, and these solder joints are generally arranged on substantially the same plane. Therefore, as in the above-described embodiment, by arranging the test piece TP at an angle together with the bending tester 50, it is possible to suppress volume reduction in which the solder joints are arranged in the same plane and suppress the occurrence of artifacts. Can be done. This makes it possible to obtain a high-quality X-ray CT image.
  • a printed circuit board having a configuration in which the substrate 1 and the electronic component 2 are joined by the solder joint portion 3 is used as the test piece TP, but CFRP or GFRP is used as the test piece. May be good. Even in such a case, by inclining the test piece and reducing the distance of the X-rays passing through the test piece, it is possible to suppress the occurrence of artifacts and obtain a high-quality X-ray CT image. ..
  • the three-point bending test using the indenter 52 and the pair of fulcrums 51 is performed, but the present invention is applied when performing the four-point bending test using the pair of indenters. May be good. Further, the bending test is not limited to the other material test such as a tensile test in which a test force is applied to the test piece TP.
  • the bending tester 50 is rotated by the rotating stage 13 arranged between the X-ray irradiation unit 11 and the X-ray detector 12, but the bending tester 50 is fixed.
  • the X-ray irradiation unit 11 and the X-ray detector 12 may be arranged above and rotated synchronously on the outer peripheral portion of the bending tester 50.
  • (Section 1) An X-ray imaging system equipped with an X-ray irradiation unit and an X-ray detector, A stage arranged between the X-ray irradiation unit and the X-ray detector, A rotation mechanism that rotates the X-ray imaging system and the stage relative to a rotation axis orthogonal to the X-ray optical axis from the X-ray irradiation unit to the X-ray detector.
  • a load mechanism installed on the stage that loads the test force on the test piece,
  • An X-ray CT apparatus including an angle changing mechanism for tilting the load mechanism to displace the load direction of the test force on the test piece by the load mechanism from a direction orthogonal to the optical axis of the X-ray.
  • the load mechanism is tilted to displace the load direction of the test force on the test piece by the load mechanism from the direction orthogonal to the X-ray optical axis, thereby causing the artifact. It is possible to suppress the occurrence and obtain a high-quality X-ray CT image.
  • the angle changing mechanism is an X-ray CT apparatus that changes the angle formed by the load direction of a test force on the test piece and the optical axis of the X-ray by changing the inclination angle of the load mechanism.
  • the load mechanism includes a pair of fulcrums that abut the test piece, an indenter that abuts the test piece from the direction opposite to the contact direction of the pair of fulcrums of the test piece, and the pair of fulcrums and the indenter.
  • An X-ray CT apparatus comprising a test force applying mechanism for changing a distance from and a bending test piece.

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Abstract

本発明は、アーチファクトの発生を抑制して高画質のＸ線ＣＴ画像を得ることが可能なＸ線ＣＴ装置を提供する。 Ｘ線照射部１１とＸ線検出器１２とを備えたＸ線撮影系と、Ｘ線照射部１１とＸ線検出器１２との間に配設された回転ステージ１３と、Ｘ線撮影系と回転ステージ１３とを、Ｘ線照射部１１からＸ線検出器１２に至るＸ線の光軸と直交する回転軸を中心に相対的に回転させる回転機構と、試験片に対して試験力を負荷する、ステージ１４上に設置される負荷機構５０と、を備えたＸ線ＣＴ装置において、曲げ試験機５０を傾斜させることにより、曲げ試験機５０による試験片への試験力の負荷方向を、Ｘ線の光軸と直交する方向から変位させる角度変更機構３０を備える。

Description

Ｘ線ＣＴ装置
　この発明は、Ｘ線ＣＴ装置に関する。
　試験片に試験力を与えて材料の強度などの特性を明らかにする材料試験においては、試験片の内部破壊の状態を観察するために、試験力が付与された試験片に対してＸ線ＣＴ撮影を行う場合がある。工業用のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線照射部とそれに対向して配置されたＸ線検出器と、Ｘ線照射部とＸ線検出器との間に試験片を載置した状態で回転するステージを備え、ステージを回転させながらＸ線透視を実行することにより、試験片の内部の３次元構造を観察する構成となっている。また、試験片に対して試験力を付与した状態で、Ｘ線ＣＴ撮影を実行するＣＴ撮影装置も使用されている（特許文献１参照）。
特許第４０５９１９７号公報
　図１０は、試験片に対して試験力を付与した状態でＸ線ＣＴ撮影を実行するＣＴ撮影装置において、試験片としてのプリント基板に対する曲げ試験を実行する様子を示す模式図である。
　このプリント基板は、基板１０２と電子部品１０１とをはんだ接合部１０３により接合した構成を有する。プリント基板は、鉛直方向を向く回転軸１００を中心に回転するとともに、矢印１０７で示すように、下方向に試験力が負荷されて試験片としてのプリント基板に曲げ応力が付与される。この状態において、Ｘ線照射部１０４から照射されプリント基板を透過したＸ線をＸ線検出器１０５で検出することによりプリント基板に対するＸ線ＣＴ撮影が行われる。
　このような構成によりＸ線ＣＴ撮影を実行した場合においては、観察対象領域における複数のはんだ接合部１０３が同一平面内で回転することになり、Ｘ線検出器１０５により撮影した画像にはんだ接合部１０３に由来する金属によるアーチファクト（ｍｅｔａｌ　ａｒｔｉｆａｃｔ）が発生する。このようなアーチファクトが顕著に発生した場合には、はんだ接合部１０３を含む観察対象領域を正確に観察することが困難となる。
　このような現象は、試験片としてプリント基板を使用する場合に限らず、試験片としてＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）やＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）を使用してＸ線ＣＴ撮影を実行する場合に、試験片内を通過するＸ線の距離が大きくなった場合にも生ずる問題である。
　この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、アーチファクトの発生を抑制して高画質のＸ線ＣＴ画像を得ることが可能なＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。
　この発明の第１の態様は、Ｘ線照射部とＸ線検出器とを備えたＸ線撮影系と、前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線検出器との間に配設されたステージと、前記Ｘ線撮影系と前記ステージとを、前記Ｘ線照射部から前記Ｘ線検出器に至るＸ線の光軸と直交する回転軸を中心に相対的に回転させる回転機構と、試験片に対して試験力を負荷する、前記ステージ上に設置される負荷機構と、を備えたＸ線ＣＴ装置において、前記負荷機構を傾斜させることにより、前記負荷機構による前記試験片への試験力の負荷方向を、前記Ｘ線の光軸と直交する方向から変位させる角度変更機構を備える。
　この発明の第１の態様によれば、負荷機構を傾斜させて負荷機構による試験片への試験力の負荷方向をＸ線の光軸と直交する方向から変位させることにより、アーチファクトの発生を抑制して高画質のＸ線ＣＴ画像を得ることが可能となる。
この発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の概要図である。 この発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の主要な制御系を示すブロック図である。 曲げ試験機５０の正面図である。 曲げ試験機５０の斜視図である。 角度変更機構３０の正面図である。 角度変更機構３０の側面図である。 角度変更機構３０の斜視図である。 試験片ＴＰに試験力を負荷した状態でＸ線ＣＴ撮影を実行する様子を示す模式図である。 試験片ＴＰに試験力を負荷した状態でＸ線ＣＴ撮影を実行する様子を示す模式図である。 試験片としてのプリント基板に対する曲げ試験を実行する様子を示す模式図である。
　以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の概要図である。また、図２は、この発明の実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の主要な制御系を示すブロック図である。
　このＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線照射部１１と、Ｘ線検出器１２と、回転ステージ１３とを備える。このＸ線ＣＴ装置は、対向配置されたＸ線照射部１１とＸ線検出器１２との間に配設された回転ステージ１３上に、この発明に係る負荷機構としての曲げ試験機５０を設置し、曲げ試験機５０とともに回転し、曲げ試験機５０により負荷が付与された試験片ＴＰをＸ線ＣＴ撮影することにより、非破壊内部観察を行うものである。なお、曲げ試験機５０は、後述する角度変更機構３０を介して回転ステージ１３上に配置される。
　Ｘ線照射部１１は、内部にＸ線源としてのＸ線管を備え、高電圧発生装置１５から供給される管電圧、管電流に応じたＸ線をＸ線管から発生させる。この高電圧発生装置１５はＸ線制御部１６によって制御され、Ｘ線制御部１６はＸ線ＣＴ装置全体の制御を行う制御用ソフトウェアがインストールされたパーソナルコンピュータ２０に接続されている。Ｘ線検出器１２は、イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）にＣＣＤカメラを組み合わせたもの、もしくは、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ　Ｐａｎｅｌ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）であり、ＣＴ画像再構成演算部１８を介してパーソナルコンピュータ２０に接続される。なお、透視撮影領域の拡大縮小のために、Ｘ線検出器１２は回転ステージ１３に対して離接可能に構成されており、回転ステージ１３もＸ線照射部１１に対して離接可能に構成されている。
　回転ステージ１３は、Ｘ線照射部１１からＸ線検出器１２に至るＸ線の光軸に平行な水平方向とＸ線の光軸と直交する上下方向への移動が可能となっている。そして、ステージ駆動機構１４は、ステージ制御部１７を介してパーソナルコンピュータ２０に接続されている。
　曲げ試験下でＸ線ＣＴ撮影を行う場合には、回転ステージ１３上に設置した曲げ試験機５０に試験片を装着し曲げ負荷を与える。また、Ｘ線照射部１１から試験片に向けてＸ線を照射する。そして、回転ステージ１３を、Ｘ線照射部１１からＸ線検出器１２に至るＸ線の光軸と直交する回転軸１００を中心として回転させる。この状態において、試験片の周囲の３６０度にわたる全方向から透過したＸ線をＸ線検出器１２により検出し、そのＸ線透過データをＣＴ画像再構成演算部１８に取り込む。
　ＣＴ画像再構成演算部１８は、プログラムやＸ線検出器１２の検出データ等を記憶する記憶装置としてのＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等と、演算装置としてのＣＰＵと、を備えるコンピュータにより構成されている。ＣＴ画像再構成演算部１８では、取り込んだ３６０度分の試験片のＸ線透過データを用いて、複数の平面でスライスした試験片の断層像（ＣＴ画像）が構築される。ＣＴ画像は、ＣＴ画像再構成演算部１８からパーソナルコンピュータ２０に送信され、パーソナルコンピュータ２０にインストールされた三次元画像構築プログラムによる三次元画像化に利用される。
　パーソナルコンピュータ２０には、液晶ディスプレイ等の表示部２３、および、キーボードやマウスを備える操作部２２が接続されている。表示部２３は、ＣＴ画像再構成演算部１８からパーソナルコンピュータ２０に送信されたＣＴ画像を表示するとともに、ＣＴ画像を利用して構築された三次元画像を表示する。なお、ＣＴ画像再構成演算部１８の機能は、パーソナルコンピュータ２０と一体化されて、コンピュータの周辺装置やソフトウェアとして一つのコンピュータで実現してもよい。
　次に、この発明に係る負荷機構としての曲げ試験機５０の構成について説明する。図３は、曲げ試験機５０の正面図であり、図４は、曲げ試験機５０の斜視図である。なお、図４においては、カメラ８１および接続部材８２、８３の図示を省略している。
　この曲げ試験機５０は、試験片ＴＰに対して圧子５２および一対の支点５１を使用した三点曲げ試験を実行するものである。この実施形態においては、試験片ＴＰはプリント基板であり、基板１と電子部品２とをはんだ接合部３により接合した構成を有する。
　この曲げ試験機５０は、ベースプレート５７と、このベースプレート５７上に等間隔で立設された３本の支柱５８と、この支柱５８に所定の間隔で固定されたヘッドプレート５３および一対の固定プレート５５、５６と、支柱５８を貫通する貫通孔が形成され支柱５８に沿って移動可能な移動プレート５４とを備える。なお、ベースプレート５７、ヘッドプレート５３および一対の固定プレート５５、５６は、後述する一対の支持部材３１と連結されている。
　一対の固定プレート５５、５６の間には、各固定プレート５５、５６に配設されたスペーサ間で回転可能な歯車６３が配設されている。この歯車６３の内部には、ネジ棒６４と螺合するナットが配設されている。ネジ棒６４は、移動プレート５４と連結されており、ネジ棒６４の先端には、圧子５２が配設されている。また、固定プレート５５の下面には、モータ６１が配設されている。このモータ６１の回転軸には、歯車６３と噛合する平歯車６２が配設されている。モータ６１の駆動により平歯車６２および歯車６３が回転すれば、歯車６３内のナットと螺合するネジ棒６４が昇降することになる。このネジ棒６４の昇降に伴って、移動プレート５４と圧子５２とが昇降する。ヘッドプレート５３の下面には、一対の支点５１が配設されている。試験片ＴＰは、これらの一対の支点５１と圧子５２とにより挟持され、圧子５２の昇降動作に伴って、圧子５２から試験力を付与される。
　ベースプレート５７の側方には、接続部材８３が付設されており、この接続部材８３に対してカメラ８１を支持する接続部材８２が固定されている。このカメラ８１は、曲げ試験とＸ線ＣＴ撮影とがなされる試験片ＴＰを撮影するためのものである。
　なお、支柱５８は、試験片ＴＰに対して試験力を付与したときにも、曲げ試験機５０が変形することを防止するため、剛性の高い材料を使用することが要請される。一方、アーチファクトを防止するためには、支柱５８としてＸ線透過率が高い材質を使用することが要請される。これらの条件を満足するためには、支柱５８として、アルミニウムやＣＦＲＰを使用することができる。また、一対の支点５１および圧子５２も、アーチファクトを防止するため、ＣＦＲＰ等から構成される。
　この曲げ試験機５０においては、比較的大きな重量を有するモータ６１や歯車６３等の駆動機構を下方に配置して装置全体の重心を低くすることにより、装置を安定して回転ステージ１３上に設置できるようにしている。
　次に、負荷機構としての曲げ試験機５０の傾斜角度を変更することにより、試験片ＴＰへの試験力の負荷方向とＸ線照射部１１からＸ線検出器１２に至るＸ線の光軸とのなす角度を変更する角度変更機構３０の構成について説明する。図５は、角度変更機構３０の正面図である。図６は、角度変更機構３０の側面図である。図７は、角度変更機構３０の斜視図である。なお、これらの図においては、曲げ試験機５０を、仮想線で模式的に示している。また、図７においては、支軸３４、ボルト３５、ナット３６および孔部３９の図示を省略している。
　ベースプレート５７、ヘッドプレート５３および一対の固定プレート５５、５６と連結され曲げ試験機５０を支持する一対の支持部材３１は、基台３２上に立設された一対のスタンド部材３３と支軸３４を介して連結されており、曲げ試験機５０は、一対の支持部材３１とともに、支軸３４を中心として揺動する。各スタンド部材３３には、円弧状の孔部３９が形成されている。また、各支持部材３１には、孔部３９を貫通するボルト３５が配設されており、このボルト３５の両端にはナット３６およびナット３７が配設されている。ナット３６を緩めた状態では、曲げ試験機５０は支軸３４を中心として揺動可能となり、ナット３６を締めた状態では、曲げ試験機５０は揺動動作が規制される。この角度変更機構３０の作用により、曲げ試験機５０の傾斜角度を変更することができ、これにより、曲げ試験機５０による試験片ＴＰへの試験力の負荷方向とＸ線の光軸とのなす角度を変更することが可能となる。
　次に、以上のような構成を有するＸ線ＣＴ撮影装置において、曲げ試験機５０により試験片ＴＰに試験力を負荷しながらＸ線ＣＴ撮影を実行するときの動作について説明する。図８および図９は、試験片ＴＰに試験力を負荷した状態でＸ線ＣＴ撮影を実行する様子を示す模式図である。
　曲げ試験機５０により試験片ＴＰに試験力を負荷しながらＸ線ＣＴ撮影を実行するときには、図８および図９に示すように、試験片ＴＰを一対の支点５１と圧子５２により挟持する。そして、図３および図４に示すモータ６１の駆動により圧子５２を一対の支点５１方向に移動させることにより、試験片ＴＰに曲げ試験力を負荷する。そして、この状態において、回転ステージ１３を回転させることにより、曲げ試験機５０を試験片とともに、鉛直方向を向く回転軸１００を中心として回転させる。この状態において、Ｘ線照射部１１からＸ線を照射し、試験片ＴＰを透過したＸ線をＸ線検出器１２で検出することにより、Ｘ線ＣＴ撮影を実行する。そして、Ｘ線ＣＴ撮影と平行して、カメラ８１により試験片ＴＰにおける曲げ領域を撮影する。
　ここで、試験片ＴＰは、プリント基板であり、基板１と電子部品２とをはんだ接合部３により接合した構成を有する。一般的には、はんだ接合部３は、基板１上の同一平面上に配置されている。このため、図８に示すように、試験片ＴＰにおける基板１を水平方向に配置した状態でＸ線ＣＴ撮影を実行した場合においては、試験片ＴＰにおける複数のはんだ接合部３が同一平面内で回転することになり、Ｘ線検出器１２により撮影した画像にはんだ接合部３に由来する金属によるアーチファクトが顕著に発生する。このようなアーチファクトが顕著に発生した場合には、はんだ接合部３を含む試験片ＴＰの観察対象領域を正確に観察することが困難となる。
　このため、この実施形態に係るＸ線ＣＴ装置においては、図９に示すように、角度変更機構３０の作用により、曲げ試験機５０の斜角度を変更して曲げ試験機５０による試験片ＴＰへの試験力の負荷方向とＸ線の光軸とのなす角度を変更する。この時の曲げ試験機５０の傾斜角度は、Ｘ線照射部１１から照射され試験片ＴＰを通過してＸ線検出器１２に至るＸ線の進路に複数のはんだ接合部３が可能な限り配置されないような角度とする。これにより、Ｘ線検出器１２により撮影した画像にはんだ接合部３に由来する金属によるアーチファクトが発生することを抑制することが可能となる。
　ここで、カメラ８１は、接続部材８２、８３を介して曲げ試験機５０におけるベースプレート５７に接続されている。このため、曲げ試験機５０の傾斜角度を変更した場合においても、カメラ８１により継続して試験片ＴＰにおける曲げ領域を撮影することが可能となる。
　図８および図９に示す実施形態においては、試験片ＴＰにおける基板１と電子部品２とを二箇所のはんだ接合部３により接合した構成を模式的に示しているが、実際のプリント基板においては、多数のはんだ接合部が存在しており、それらのはんだ接合部は、一般的に、略同一平面上に配置されている。このため、上述した実施形態のように、曲げ試験機５０とともに試験片ＴＰを傾斜配置することにより、はんだ接合部が同一平面内に配置される減容を抑制し、アーチファクトの発生を抑制することができる。これにより、高画質のＸ線ＣＴ画像を得ることが可能となる。
　なお、上述した実施形態においては、試験片ＴＰとして基板１と電子部品２とをはんだ接合部３により接合した構成を有するプリント基板を使用しているが、試験片としてＣＦＲＰやＧＦＲＰを使用してもよい。このような場合においても、試験片を傾斜させて試験片内を通過するＸ線の距離を小さくすることにより、アーチファクトの発生を抑制して高画質のＸ線ＣＴ画像を得ることが可能となる。
　また、上述した実施形態においては、圧子５２および一対の支点５１を使用した三点曲げ試験を実行しているが、一対の圧子を使用した四点曲げ試験を行う場合にこの発明を適用してもよい。さらに、曲げ試験に限らず、引張試験等の試験片ＴＰに対して試験力を負荷する他の材料試験でもよい。
　さらに、上述した実施形態においては、Ｘ線照射部１１とＸ線検出器１２との間に配設された回転ステージ１３により曲げ試験機５０を回転させているが、曲げ試験機５０を固定ステージ上に配置し、Ｘ線照射部１１とＸ線検出器１２とを曲げ試験機５０の外周部において同期して回転させてもよい。
　上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（第１項）
　Ｘ線照射部とＸ線検出器とを備えたＸ線撮影系と、
　前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線検出器との間に配設されたステージと、
　前記Ｘ線撮影系と前記ステージとを、前記Ｘ線照射部から前記Ｘ線検出器に至るＸ線の光軸と直交する回転軸を中心に相対的に回転させる回転機構と、
　試験片に対して試験力を負荷する、前記ステージ上に設置される負荷機構と、
　を備えたＸ線ＣＴ装置において、
　前記負荷機構を傾斜させることにより、前記負荷機構による前記試験片への試験力の負荷方向を、前記Ｘ線の光軸と直交する方向から変位させる角度変更機構を備えるＸ線ＣＴ装置。
　第１項に記載のＸ線ＣＴ装置によれば、負荷機構を傾斜させて負荷機構による試験片への試験力の負荷方向をＸ線の光軸と直交する方向から変位させることにより、アーチファクトの発生を抑制して高画質のＸ線ＣＴ画像を得ることが可能となる。
（第２項）
　第１項に記載のＸ線ＣＴ装置において、
　前記角度変更機構は、前記負荷機構の傾斜角度を変更することにより、前記試験片への試験力の負荷方向と前記Ｘ線の光軸とのなす角度を変更するＸ線ＣＴ装置。
　第２項に記載のＸ線ＣＴ装置によれば、試験片への試験力の負荷方向とＸ線の光軸とのなす角度をアーチファクトが最も少ない角度に調整することにより、より高画質のＸ線ＣＴ画像を得ることが可能となる。
（第３項）
　第１項または第２項に記載のＸ線ＣＴ装置において、
　前記負荷機構は、前記試験片と当接する一対の支点と、前記試験片に対し前記試験片における前記一対の支点との当接方向と逆方向から当接する圧子と、前記一対の支点と前記圧子との距離を変更する試験力付与機構と、を備え、前記試験片に対して曲げ試験を実行するＸ線ＣＴ装置。
　第３項に記載のＸ線ＣＴ装置によれば、三点曲げ試験を行った状態でＸ線ＣＴ撮影を実行することが可能となる。
（第４項）
　第１項から第３項のいずれかに記載のＸ線ＣＴ装置において、
　前記試験片を撮影するカメラと、
　前記負荷機構と前記カメラとを接続することにより前記カメラを前記負荷機構とともに傾斜させる接続部材と、
　をさらに備えるＸ線ＣＴ装置。
　第４項に記載のＸ線ＣＴ装置によれば、負荷機構の傾斜角度にかかわらず、カメラにより試験片を撮影することが可能となる。
　なお、上述した記載はこの発明の実施形態の説明のためのものであり、この発明を限定するものではない。
　１　　　基板
　２　　　電子部品
　３　　　はんだ接合部
　１１　　Ｘ線照射部
　１２　　Ｘ線検出器
　１３　　回転ステージ
　３０　　角度変更機構
　３１　　支持部材
　３４　　支軸
　３５　　ボルト
　３６　　ナット
　３９　　孔部
　５０　　曲げ試験機
　５１　　支点
　５２　　圧子
　６２　　平歯車
　６３　　歯車
　６４　　ネジ棒
　８１　　カメラ
　８２　　接続部材
　８３　　接続部材
　ＴＰ　　試験片

Claims (4)

  1. 　Ｘ線照射部とＸ線検出器とを備えたＸ線撮影系と、
    　前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線検出器との間に配設されたステージと、
    　前記Ｘ線撮影系と前記ステージとを、前記Ｘ線照射部から前記Ｘ線検出器に至るＸ線の光軸と直交する回転軸を中心に相対的に回転させる回転機構と、
    　試験片に対して試験力を負荷する、前記ステージ上に設置される負荷機構と、
    　を備えたＸ線ＣＴ装置において、
    　前記負荷機構を傾斜させることにより、前記負荷機構による前記試験片への試験力の負荷方向を、前記Ｘ線の光軸と直交する方向から変位させる角度変更機構を備えるＸ線ＣＴ装置。
  2. 　請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置において、
    　前記角度変更機構は、前記負荷機構の傾斜角度を変更することにより、前記試験片への試験力の負荷方向と前記Ｘ線の光軸とのなす角度を変更するＸ線ＣＴ装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置において、
    　前記負荷機構は、前記試験片と当接する一対の支点と、前記試験片に対し前記試験片における前記一対の支点との当接方向と逆方向から当接する圧子と、前記一対の支点と前記圧子との距離を変更する試験力付与機構と、を備え、前記試験片に対して曲げ試験を実行するＸ線ＣＴ装置。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれかに記載のＸ線ＣＴ装置において、
    　前記試験片を撮影するカメラと、
    　前記負荷機構と前記カメラとを接続することにより前記カメラを前記負荷機構とともに傾斜させる接続部材と、
    　をさらに備えるＸ線ＣＴ装置。
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