(57)【要約】【課題】本発明の目的は、大型構造物の板厚検査に関する上記問題点に対して、ラミノグラフィ断層撮影方法を用いてX線照射方向に対する多重の板材のそれぞれの厚さを高速・高精度に測定が可能な画像データを生成し、板厚を測定するX線板厚測定方法およびX線板厚測定装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、前記並進走査の往路および復路において前記X線透過データの撮影を実施する際に、並進復路における撮影位置と、並進往路における撮影位置を互い違いに配置する機能を有することを特徴とする。【効果】本発明によれば、大型構造物の板厚検査に関する上記問題点に対して、ラミノグラフィ断層撮影方法を用いてX線照射方向に対する多重の板材のそれぞれの厚さを高速・高精度に測定が可能な画像データを生成し、板厚を測定することが可能となる。【選択図】図１
2014025813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体をはさむようにX線源とX線検出器を対向配置し、前記X線源と前記X線検出器を前記被検体に沿って並進走査させ、前記並進走査時において前記被検体の各種方向から前記被検体のX線透過データを計測し、前記X線透過データから画像再構成演算により断層像を作成し、該断層像から前記被検体の板厚を測定するX線板厚測定方法において、
前記並進走査の往路および復路において前記X線透過データの撮影を実施する際に、並進復路における撮影位置と、並進往路における撮影位置を互い違いに配置する機能を有することを特徴とするX線板厚測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のX線板厚測定方法において、
前記並進復路における各X線撮影位置は、前記並進往路における各X線撮影位置の中央に配置することを特徴とするX線板厚測定方法。
【請求項３】
請求項１ないし２に記載のX線板厚測定方法において、
前記並進往路における前記X線源のX線焦点の相対的な位置を、前記X線検出器の並進方向の幅の中央とし、前記並進復路における前記X線源のX線焦点の相対的な位置を、前記X線検出器の並進方向の幅の中央とすることを特徴とするX線板厚測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし２に記載のX線板厚測定方法において、
前記並進往路における前記X線源のX線焦点の相対的な位置を、前記X線検出器の並進方向の幅の中央から一定量オフセットさせた位置とし、前記並進復路における前記X線源のX線焦点の相対的な位置を、前記X線検出器の並進方向の幅の中央から一定量オフセットさせた位置とし、または並進往路および並進復路のオフセット位置が前記オフセット位置と入れ替わったものとして記被検体に対するX線透過データの計測を実施する機能を有することを特徴とするX線板厚測定方法。
【請求項５】
X線源と、該X線源に対して被検体を挟むように対向配置されたX線検出器と、前記X線源と前記X線検出器を並進動作させるリニアアクチュエータと、該リニアアクチュエータでの走査および前記X線検出器による前記被検体を透過したX線透過データの計測タイミングを制御する制御・画像取込装置と、前記被検体に対して複数の異なる方向からX線を照射し、前記X線検出器により取得した複数の前記X線透過データを記憶する記憶装置と、該記憶装置から複数の前記X線透過データを読み出し、画像再構成演算を実施する演算装置と、該演算装置により前記被検体の断層画像または前記被検体の内部情報を有する立体像を生成し、生成された該断層像または立体像を記憶する画像記憶装置と、該画像記憶装置に保存された前記断層像または立体像から前記被検体の板厚を測定する板厚測定装置とを有するX線板厚計測装置において、
前記制御・画像取込装置は、前記並進走査の往路および復路において前記X線透過データの撮影を実施する際に、並進復路における撮影位置と、並進往路における撮影位置を互い違いに配置する機能を有することを特徴とするX線板厚測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載のX線板厚測定装置において、
前記並進復路における各X線撮影位置は、前記並進往路における各X線撮影位置の中央に配置することを特徴とするX線板厚測定装置。
【請求項７】
請求項５ないし６に記載のX線板厚測定装置において、
前記並進往路における前記X線源のX線焦点の相対的な位置を、前記X線検出器の並進方向の幅の中央とし、前記並進復路における前記X線源のX線焦点の相対的な位置を、前記X線検出器の並進方向の幅の中央とすることを特徴とするX線板厚測定装置。
【請求項８】
請求項５ないし６に記載のX線板厚測定装置において、
前記並進往路における前記X線源のX線焦点の相対的な位置を、前記X線検出器の並進方向の幅の中央から一定量オフセットさせた位置とし、前記並進復路における前記X線源のX線焦点の相対的な位置を、前記X線検出器の並進方向の幅の中央から一定量オフセットさせた位置とし、または並進往路および並進復路のオフセット位置が前記オフセット位置と入れ替わったものとして記被検体に対するX線透過データの計測を実施する機能を有することを特徴とするX線板厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、X線板厚測定方法およびX線板厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械部品等の内部欠陥を非破壊で検査する方法として、X線を用いて内部を透過し画像化するX線撮影による検査方法が使用されている。特に、産業用X線CTに代表されるX線断層撮影装置では、放射線透過試験(以下、「ＲＴ」と呼ぶ)でのレントゲン撮影画像とは異なり、物体の内部に関する詳細な画像が出力されるため、高精度な検査が可能である。
【０００３】
一方で、原子力や火力等の発電プラントや、化学プラント、石油プラント、製鉄所等において、タンクや排気塔、コークス生産炉等の大型構造物の非破壊検査、特に構造物の板厚(壁厚)に対する現地での非破壊検査を実施するニーズが増加している。上記の大型構造物は数mオーダのサイズのものが多く、産業用に用いられている回転走査が必要なX線CT装置では、検査対象物が視野内に納まらないため、撮影が不可能である。また、従来のRTによる板厚測定では、フィルムやデジタルX線検出器を用いたレントゲン撮影写真(画像)を用いて、板厚に応じて変化するX線の減衰量を画像コントラストとして捉え、あらかじめ板厚とコントラストの対応付けをした校正データに基づいて評価する。しかし、タンクや排気塔等を対象とした検査では、X線照射側の板の厚さと、X線検出器側の板の厚さのそれぞれを評価する必要があるが、RTでは2つの板が重畳した計測データとなるため、計測部位における2つの板の総合的な厚さの変化は評価できる可能性はあるものの、それぞれの板の厚さとして評価することは不可能である。
【０００４】
このような状況に適応可能な方法として、特許文献1に示す方法が考えられる。従来のX線CT装置が被検査対象物(以下、被検体)の周囲を１８０度＋放射線広がり角度乃至は一般的には３６０度の角度方向から撮影した複数のＸ線透過データに基づいて画像再構成演算処理を実施し、断層画像または立体像を構築する方法である。これに対して特許文献１の方法は、ラミノグラフィと呼ばれる断層撮影方法の一方式であり、X線CT装置で必要とする角度よりも小さい角度でのみ撮影された複数のＸ線透過データから、被検体の形状情報などの既知情報を事前情報として、小さい角度でも対応可能な画像再構成演算処理を実施することで、断層像または立体像を構築することが可能である。ラミノグラフィであれば、視野に収まらないような被検体の検査であっても、撮影することは可能となる。また、コークス生産炉のように、機器のアクセスが可能な場所がごく一部の狭隘な領域に限られる場合にも、撮影が可能となる。
【０００５】
ただし、ラミノグラフィを上記の大型構造物に適用する場合、以下のような課題がある。大型構造物の検査では、計測対象となる部位や領域が広範にわたるため、計測時間が膨大になるという課題がある。特に高温流体が存在する環境、例えば排気塔やコークス生産炉等では、熱に対する計測機器の健全性を維持するために、短時間で計測することが求められる。コークス生産炉におけるX線を用いた検査方法としては特許文献２に記載の方法があるが、X線源およびX線検出器を固定しての撮影であり、広範な領域の検査には使用していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2008-275352号公報
【特許文献２】特開2010-242031号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ラミノグラフィでは、検査対象となる大型構造物をはさむようにX線源とX線検出器を配置する必要があるため、必然的にX線源とX線検出器の距離が離れてしまうという課題がある。X線源とX線検出器の距離が離れてしまうと、ラミノグラフィ断層撮影における実効的な投影角度が非常に小さくなり、十分な精度での計測結果が得られない可能性が発生する。
【０００８】
本発明の目的は、大型構造物の板厚検査に関する上記問題点に対して、ラミノグラフィ断層撮影方法を用いてX線照射方向に対する多重の板材のそれぞれの厚さを高速・高精度に測定が可能な画像データを生成し、板厚を測定するX線板厚測定方法およびX線板厚測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記並進走査の往路および復路において前記X線透過データの撮影を実施する際に、並進復路における撮影位置と、並進往路における撮影位置を互い違いに配置する機能を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大型構造物の板厚検査に関する上記問題点に対して、ラミノグラフィ断層撮影方法を用いてX線照射方向に対する多重の板材のそれぞれの厚さを高速・高精度に測定が可能な画像データを生成し、板厚を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例であるX線板厚測定装置およびシステムの一例を表した図である。
【図２】本発明の一実施例であるX線板厚測定方法においてラミノグラフィ並進走査により撮影を実施する際のＸ線透過データ取得位置の関係を模式的に表した図である。
【図３】本発明の一実施例であるX線板厚測定方法においてラミノグラフィ並進走査により撮影を実施する際のＸ線透過データ取得位置の関係について、別の方法を模式的に表した図である。
【図４】本発明の実施例２であるX線板厚測定装置において、X線源とX線検出器を複数セット使用した場合の装置の一例を表した図である。
【図５】本発明の実施例３であるX線板厚測定装置において課題となる、X線源とX線検出器の距離により実効的な投影角度が変化することを示した図である。
【図６】本発明の実施例３であるX線板厚測定装置において使用するX線源とX線検出器の相対的な位置関係を模式的に表した図である。
【図７】本発明の実施例３であるX線板厚測定方法において、図６に示すX線源とX線検出器の相対位置関係を用いて撮影を実施した場合における投影角度の考え方について示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、X線板厚測定方法およびX線板厚測定装置に係り、特に、大型構造物の板厚を現場にて可視化・計測するのに好適なX線非破壊検査システムに関する。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明の実施例１について、図面を用いて説明する。本実施例で使用するX線板厚測定装置の一例について、その概要を図１に示す。図１は、本実施例の装置を適用して容器状の大型構造物の一部分における板厚を、容器の外側から計測する様子を例として示している。X線源１およびX線検出器２を、大型構造物の壁１０（被検体）をはさむように対向配置してある。X線源１は電源６と昇圧器５から高電圧ケーブル９を介して必要な電源・電圧が供給される。X線源１、X線検出器２はそれぞれ支持冶具７を介して取り付けられたリニアアクチュエータ３により壁１０に沿って並進動作する。ラミノグラフィでは、X線源１とX線検出器２は同期して並進走査させる必要がある。そのため、並進走査におけるリニアアクチュエータ３の同期制御は、制御・画像取込装置２１により実施する。並進走査時のＸ線透過データ取得タイミングは、リニアアクチュエータ３のエンコーダ情報を制御・画像取込装置２１により取り込み、ある一定間隔ごとにX線検出器２に対して画像取り込みコマンドを発行して制御・画像取込装置２１により取り込む。取り込まれたＸ線透過データは記憶装置３１に保存され、その後断層像または立体像を構築するための画像再構成演算装置２２から呼び出される。構築された断層像または立体像は、記憶装置３２に保存され、板厚計測処理を実行するための板厚計測装置２３から呼び出される。ここで、図１に示す制御・画像取り込み装置２１、記憶装置３１、画像再構成演算装置２２、記憶装置３２、画像計測装置２３の構成は一例であり、例えば記憶装置３１と３２は同一の装置を使用することも可能である。なお、X線源１については、計測対象の想定板厚や材質に応じて選択することが可能である。すなわち、比較的低密度の材質や薄板の構造物を対象とする場合には、X線管を選択、比較的高密度の材質や厚板の構造物を対象とする場合には、線形加速器を選択することができる。また、X線検出器２については、平面型２次元検出器(Flat Panel Detector、以下FPD)を想定して図示してあるが、イメージインテンシファイア等の面型検出器を使用することもできる。また、１次元のアレイ型検出器を使用することもできる。アレイ型検出器の場合には、アレイの並び方向と進行方向を一致させる必要がある。
【００１４】
また図１に示す装置には、X線源１およびX線検出器２を図の上下方向に昇降させる昇降装置８(X線源１に対する昇降装置は図示せず)を設けてある。この昇降装置８により、上下方向に広い壁１０に対しても板厚計測が可能となる。
【００１５】
図２は、本発明の一実施例におけるラミノグラフィ並進走査時におけるＸ線透過データ取得位置の関係を模式的に示したものである。大型構造物の撮影においては、X線源１およびX線検出器２を往復走査させる必要がある。すなわち、往路において所望の撮影間隔で撮影したあと、X線源１およびX線検出器２を所定の位置、あるいは初期位置にもどす復路走査が必要となる。これは、排気塔やタンクなど、高さ方向に走査する必要がある場合、X線源１およびX線検出器２を下から上に向かって走査した後、元の位置まで下降させる必要があるためである。また、コークス生産炉等においては、X線源１およびX線検出器２の挿抜が一箇所に限られる場合があるためである。このように、必ず往復走査が必要な場合において、往路のみで撮影を実施するとなると、所望の撮影間隔、走査速度との兼ね合いで往路走査に時間がかかり、全体のスループットに影響する。例えば、撮影間隔をΔxとしたときの往路走査にかかる時間が2t、復路では撮影をしないので往路の2分の1の時間で走査できるとしたときの復路走査にかかる時間がtとすると、全体で3tの走査時間が必要となる。
【００１６】
図２に示した例は、往路の撮影位置と復路の撮影位置を互い違いになるように設定して撮影する様子を模式的にあらわらしている。図の実線は往路走査における撮影位置を、点線は復路走査における撮影位置を示している。この図では、板厚計測精度と照らし合わせて必要な撮影間隔をΔxとするとき、往路走査における撮影間隔は2Δx、往路走査も同様に2Δxとし、往路走査の隣り合う撮影位置の間に、撮影間隔がΔxとなるように復路走査の撮影位置を設定している。これにより、Δxでの撮影間隔を維持しつつ、走査時間は往路走査、復路走査ともにt、合計2tの走査時間で撮影が可能となり、スループットをあげることができる。
【００１７】
図３は、本発明の一実施例におけるラミノグラフィ並進走査時におけるＸ線透過データ取得位置の関係について、図２と別の方法を模式的に示したものである。この図では、往路走査の隣り合う撮影位置の間に、復路走査の撮影位置を設定しているが、往路走査の隣り合う撮影位置との間隔が必ずしもΔxでない場合の例を示している。このような場合であっても、往路走査および復路走査それぞれの撮影間隔は2Δxとなるため、走査時間の合計は2tとなる。このように、往路走査と復路走査における撮影間隔が厳密にΔxとならない場合であっても、計測精度を維持しつつ、高スループットでの計測が問題なく実施できる。
【００１８】
以上の説明は、水平方向にX線源１とX線検出器２を並進走査させる場合を例としているが、鉛直方向走査の場合であっても同様の考えで実現可能である。
【実施例２】
【００１９】
図４は、本発明の実施例２として、図１に示した装置を複数セット使用して板厚計測する場合の一例を示したものである。ここでは、図面の関係でX線源１(一部図示せず)とX線検出器２を３セット使用した場合を示している。セット数は３セットに限定されたものではなく、可能な範囲で拡張することが可能である。このように、それぞれのセットで実施例１に記載した方法による走査を実施することで、より広範囲の検査領域をより高いスループットで計測可能となる。
【実施例３】
【００２０】
図５は、ラミノグラフィ撮影における投影角度が、X線源１とX線検出器２の距離によって変化することを模式的に示したものである。図は、X線検出器２の幅(図面横方向のサイズ)を固定とし、図面上X線検出器２がX線源１に最も近いときのX線の広がりがその幅と一致する場合を基準として、そこからX線検出器２の距離をX線源１から離していった場合の実効的な投影角度の大きさを示している。ラミノグラフィにおいては、図面上X線源１に最も近い場合の投影角度は、X線の広がり角度（実線ａ）と等しくなる。図面上X線源１に次に近い場合の投影角度は、粗い点線（ｂ）に示す広がり角度となり、X線源１に最も近い場合の投影角度と比較して角度が小さくなる。同様に、図面上X線源１から最も離れた場合の投影角度は、細かい点線（ｃ）に示す広がり角度となり、さらに小さくなる。ラミノグラフィでは、投影角度が制限された状況に対応した画像再構成アルゴリズムを使用することが必須であるが、それでも投影角度は可能な限り広い方が最終的な画質や板厚測定精度が向上する。
【００２１】
図６および図７は、X線源１とX線検出器２の距離の増加に伴う、投影角度の減少に対応する一実施例を示している。図６は、本実施例における、X線源１とX線検出器２の相対的な位置関係を模式的に示したものである。図中、実線（ｄ）が往路走査の場合の、粗い点線（ｅ）が復路走査の場合のX線源１とX線検出器２の相対的な位置関係に基づく、実効的なX線ビームの広がりを表している。また細かい点線（ｆ）が、実施例１および実施例２において使用する実効的なX線ビームの広がりを表している。細かい点線（ｆ）で示す実効的なX線ビームの頂点は、X線検出器２の幅方向中央の上部にある。またこの図では、往路または復路走査におけるX線検出器２に対するX線源１の位置を、実効的なX線ビームの形状が直角三角形を構成するように図示している。このときの細かい点線（ｆ）に対する、往路走査時のX線源１のオフセット量を＋DW、復路走査時のX線源１のオフセット量を−DWとしている。ここでは、X線検出器２に対するX線源１の位置を、実効的なX線ビームの形状が直角三角形を構成するようにしてあるが、オフセット量の絶対値がDWよりも小さい場合でも問題ない。
【００２２】
図７は、図６に示したX線源１とX線検出器２の相対的な位置関係を用いて走査した場合の様子を模式的に示したものである。走査は実施例１の方法に準じて実施する。すなわち、往路走査における撮影間隔を2Δx、復路走査における撮影間隔を2Δxとし、復路走査における撮影位置を互い違いになるように設定して撮影を実施する。このときの、往路走査および復路走査における実効的なX線ビームの広がり、すなわち投影角度をθとする。壁１０上の点Pに着目すると、この点Pには往路走査時に角度θ、復路走査時にも角度θ、合計2θの角度からのX線入射がある。すなわち2θの投影角度が確保される。このような方法で撮影することで、投影角度を最大２倍とすることができ、最終的な画質や板厚測定精度が向上する。もちろん本実施例においても、実施例２に記載した複数のX線源１および放射線検出器２のセットを用いることが可能である。
【００２３】
以上の方法により、大型構造物の板厚検査に関する上記問題点に対して、ラミノグラフィ断層撮影方法を用いてX線照射方向に対する多重の板材のそれぞれの厚さを高速・高精度に測定が可能な画像データを生成し、板厚を測定することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の方法および装置を用いることで、大型構造物の板厚検査に関する上記問題点に対して、ラミノグラフィ断層撮影方法を用いてX線照射方向に対する多重の板材のそれぞれの厚さを高速・高精度に測定が可能な画像データを生成し、板厚を測定することが可能となる。
【符号の説明】
【００２５】
１  X線源
２  X線検出器
３  リニアアクチュエータ
５  昇圧器
６  電源
７  支持冶具
８  昇降装置
９  高電圧ケーブル
１０  壁
２１  制御・画像取込装置
２２  画像再構成演算装置
２３  板厚計測装置
３１、３２  記憶装置
【図１】
2014025813.tif 000003
【図２】
2014025813.tif 000004
【図３】
2014025813.tif 000005
【図４】
2014025813.tif 000006
【図５】
2014025813.tif 000007
【図６】
2014025813.tif 000008
【図７】
2014025813.tif 000009