(57)【要約】【課題】製造タクトタイム内に対象被検体の内部欠陥の有無および内部欠陥が存在する場合に、その３次元形状、体積、位置等の詳細情報の計測評価を実現させるインライン内部欠陥検査方法を提供する。【解決手段】対象被検体の部分領域を計測するステージとＸ線源と放射線出器を用いて対象被検体の全体領域を計測するステージおよび対象検体の搬送機構からなるインライン検査システムにおいて、前段に超音波検出器またはレーザ距離計等の光学計測機器を使用して部分領域を計測するステージを設け、その後段にＸ線源と放射線出器とからなる撮像ユニットを連続的に配置し、前段の計測ステージにおける超音波検出器またはレーザ距離計等の光学計測機器での計測データと後段で得られるＸ線投影像の両者を用いて対象被検体の３次元画像再構成を実施する事により、インラインの製造宅とタイム内で内部欠陥の有無の判定および欠陥サイズ、位置を特定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を照射する放射線源と、
撮像対象被検体を透過した放射線を検出する検出器と、
放射線源と検出器の間に被検体を移動させる駆動機構と、
検出器で計測された放射線透過量を数値化する信号処理回路とこれらの信号を元に画像を構成する演算装置と、
対象被検体形状の一部分のみを計測する計測装置と、
からなるインライン検査システムによる撮像方法において、
前段に対象被検体形状の一部分のみを計測する計測装置から構成する計測ステージを設け、その後段にＸ線源と放射線出器とからなる撮像ユニットを連続的に配置し、前段の計測ステージにおける対象被検体形状の一部分のみを計測する計測装置の計測データと後段で得られるＸ線投影像の両者を用いて対象被検体の３次元画像再構成を実施し、内部欠陥形状を算出し内部欠陥の有無を判定することを特徴とするインライン内部欠陥検査方法。
【請求項２】
請求項１におけるインライン内部欠陥検査方法において、
前記前段の対象被検体形状の一部分のみを計測する計測装置として、超音波アレイセンサを用いることを特徴とするインライン内部欠陥検査方法。
【請求項３】
請求項１におけるインライン内部欠陥検査方法において、
前記前段の対象被検体形状の一部分のみを計測する計測装置として、光学計測機器を用いることを特徴とするインライン内部欠陥検査方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項におけるインライン内部欠陥検査方法において、
前記後段の放射線による撮像ユニットとして、放射線源として小型中性子源、検出器として中性子検出用の半導体検出器またはシンチレータ型検出器を用いることを特徴とするインライン内部欠陥検査方法。
【請求項５】
放射線を照射する放射線源と、
撮像対象被検体を透過した放射線を検出する検出器と、
放射線源と検出器の間に被検体を移動させる駆動機構と、
検出器で計測された放射線透過量を数値化する信号処理回路とこれらの信号を元に画像を構成する演算装置と対象被検体形状の一部分のみを計測する計測装置からなるインライン検査装置システムにおいて、
前段に対象被検体形状の一部分のみを計測する計測装置から構成する計測ステージを設け、その後段にＸ線源と放射線出器とからなる撮像ユニットを連続的に配置し、前段の計測ステージにおける対象被検体形状の一部分のみを計測する計測装置の計測データと後段で得られるＸ線投影像の両者を用いて対象被検体の３次元画像再構成を実施し、内部欠陥形状を算出し内部欠陥の有無を判定することを特徴とするインライン内部欠陥検査システム。
【請求項６】
請求項５におけるインライン内部欠陥検査システムにおいて、
前記前段の対象被検体形状の一部分のみを計測する計測装置として、超音波アレイセンサを用いることを特徴とするインライン内部欠陥検査システム。
【請求項７】
請求項５におけるインライン内部欠陥検査システムにおいて、
前記前段の対象被検体形状の一部分のみを計測する計測装置として、光学計測機器を用いる事を特徴とするインライン内部欠陥検査システム。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか一項におけるインライン内部欠陥検査システムにおいて、
前記後段の放射線による撮像ユニットとして、放射線源として小型中性子源、検出器として中性子検出用の半導体検出器またはシンチレータ型検出器を用いることを特徴とするインライン内部欠陥検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑形状の量産機械部品の製造ラインにおける内部状態を非破壊で連続的に撮像するインライン内部欠陥検査方法およびシステムに関する
【背景技術】
【０００２】
自動車用鋳物部品に代表される量産機械部品の製造ラインにおける健全性、品質検査では、信頼性を高めるために全数検査が求められている。量産機械部品の検査では、寸法形状計測が主な評価項目になるが、量産鋳造品では、寸法検査の他に、鋳造プロセス時に発生する事がある内部欠陥の検出が重要になる。製品外側の寸法形状計測では、レーザ距離計やカメラに代表される光学系撮像画像からの計測が可能であるが、量産鋳造品における内部欠陥の評価では、製品内部を非破壊で計測する必要がある。製品内部の非破壊検査で最も有効である計測手段はＸ線による透過像およびＣＴ像計測である。超音波でも内部欠陥の有無はある程度計測可能であるが、探触子を製品自体に接触させる必要があるため、鋳物部品のような３次元複雑形状品に対しては取り扱いが難しい。
【０００３】
近年では、直接、被検体に探触子を接触させる必要の無い、レーザを用いた非接触超音波技術や空中超音波技術が進展し、被検体の全領域計測は難しいが、特定の部分領域の計測は実現しつつある。
【０００４】
Ｘ線による透過像およびＣＴ像計測では、Ｘ線源と検出器の間に対象被検体を設置すればよく、対象とする被検体には非接触での内部状態計測評価が可能である。また、Ｘ線による透過像およびＣＴ像計測では、内部欠陥計測だけでなく、外部からは計測できない内部の複雑な３次元形状および寸法計測が、撮像画像から評価可能である。一方、Ｘ線によるＣＴ撮像では、要求計測欠陥サイズの１／１０程度の細かな投影像分解能、すなわち細かな撮像ピッチによる多数枚の投影像が必要となり、被検体一体当たりの撮像時間が長くなる。
【０００５】
量産鋳造品以外でも、アセンブリ製品では、外側のケーシングを外すことなく内部状態の健全性を評価する事が必要となる場合が出てくる。この場合も、Ｘ線による透過像およびＣＴ像計測が有効な計測手段となる。
【０００６】
これらの製造ラインにおける全数検査では、製品が短時間で連続的に製造されるため、短い時間間隔で継続的に健全性評価に必要な物理量を計測し、健全性の有無を判定する必要がある。Ｘ線による透過像撮像により内部欠陥の有無を連続的に短時間で評価するためには、対象被検体を３６０°回転させ、大きな角度ピッチで最小限の透過像枚数で判定する必要がある。例えば５°ピッチとすると、７２枚の投影像から内部を含めた被検体全体の３次元形状を再構成し、内部の欠陥有無を判定する。この場合、５°ピッチで７２枚の投影像からの再構成では。内部欠陥の精度の良い３次元形状を生成することは難しく、内部欠陥の有無を判定するまでには至らず、内部欠陥の３次元形状や体積、位置を定量評価するには情報が少なく難しい。一方、量産鋳造品の製造ラインでは、発生内部欠陥の形状、体積、位置等の特性を定量的にインラインで評価できれば、鋳造条件の調整最適化がインラインで可能となり信頼性の向上及びロスコストの大幅削減に結び付けられる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−９１２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、量産鋳造品での内部欠陥検査は、抜き取りによる破壊検査や打音による音響評価などにより実施されており、製造ラインにおける全数検査を実施する場合は、限定された角度での透過像撮像により内部欠陥の有無を画像の目視から判定している。例えば、アルミ製の小型自動車部品では、対象被検体をＸ線源と２次元検出器の間のターンテーブルに設置し、３６０°全周回転させる間に３０°毎に１２枚の透過像を撮像し、これらの透過画像から内部欠陥の有無を目視で判定する。限定された少ない角度ピッチでの透過像撮像のため、撮像時間が短縮され大量製造ラインで活用可能となっている。
【０００９】
この場合、内部欠陥の有無は判定可能であるが、発生欠陥の３次元形状、体積および３次元位置等の内部欠陥の詳細特性は、限定された透過画像のみからでは、定量的な評価までは難しい。一方、製造時のインライン検査において、対象被検体の内部欠陥の有無に加えて発生欠陥の詳細特性が評価できれば、インラインで鋳造プロセス条件の調整最適化が可能となる。この場合、内部欠陥の発生を発生開始初期に検出し、鋳造プロセス条件を調整最適化する事により、製造ラインでの連続的な内部欠陥発生を防止する事が可能となる。
【００１０】
３次元ＣＴ撮像を実施すれば、内部欠陥の３次元形状、体積等の特性が評価可能となるが、３次元ＣＴ画像再構成を実施するための詳細な角度ピッチでの投影像が必要となる。例えば、０．１°ピッチで３６００枚の投影像を撮像すると１２枚の透過像撮像の場合に比較して３００倍の時間が必要となり製造ラインでは実現できない。
【００１１】
また、特許文献１には、超音波探傷法によって鋳造品の鋳巣と破断チル層とが混在する欠陥データを取得し、さらに、同一鋳造品をＸ線ＣＴ測定して鋳造品の鋳巣データを取得し、鋳巣と破断チル層とが混在する欠陥データから鋳巣データを減算する事により破断チル層の分布データを得る鋳造欠陥の識別方法が記載されている。
【００１２】
上記文献１の鋳造欠陥の識別方法では、超音波探傷法によって鋳造品内部の状態を詳細に計測し、再度、同一鋳造品の全領域をＸ線ＣＴ撮像する。また、超音波探傷法による計測データとＸ線ＣＴ撮像データは個別に信号処理され画像データが得られ、最後に両者を減算する。そのため、計測データからの画像生成では、超音波探傷法とＸ線ＣＴ撮像データ画像生成は独立しており、両者間でのデータ活用は実施されていない。Ｘ線ＣＴ撮像では、Ｘ線ＣＴでの投影像のみから対象の３次元像を再構成する。その後、対象鋳造品の全３次元領域の超音波探傷によるデータとＸ線ＣＴ撮像データを減算処理する。そのため、個々の計測では、対象鋳造品の全３次元領域の計測が必要であり長い計測時間を必要とし、製造時のインライン検査には不適合である。
【００１３】
そのため、本発明の目的は、上記のような事情を背景になされたものであり、量産鋳造品のインラインでの内部欠陥検査において、製造タクトタイム内に対象被検体の内部欠陥の有無および内部欠陥が存在する場合に、その３次元形状、体積、位置等の詳細情報の計測評価を実現させるインライン内部欠陥検査方法およびシステムを提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的のために本発明では、対象被検体の部分領域を計測するステージとＸ線源と放射線出器を用いて対象被検体の全体領域を計測するステージおよび対象検体の搬送機構からなるインライン検査システムにおいて、前段に超音波検出器またはレーザ距離計等の光学計測機器を使用して部分領域を計測するステージを設け、その後段にＸ線源と放射線出器とからなる撮像ユニットを連続的に配置し、前段の計測ステージにおける超音波検出器またはレーザ距離計等の光学計測機器での計測データと後段で得られるＸ線投影像の両者を用いて対象被検体の３次元画像再構成を実施する事により、インラインの製造タクトタイム内で内部欠陥の有無の判定および欠陥サイズ、位置を特定する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、量産鋳造品のインラインでの内部欠陥検査において、短い製造タクトタイム内に対象被検体の内部欠陥の有無および内部欠陥が存在する場合に、その３次元形状、体積、位置等の詳細情報の計測評価を実現させるインライン内部欠陥検査方法およびシステムを提供する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１によるＸ線インライン検査装置の撮像フロー図である。
【図２】実施例１によるＸ線インライン検査装置の全体構成図の鳥瞰図である。
【図３】実施例２によるＸ線インライン検査装置の全体構成図の鳥瞰図である
【図４】実施例３によるＸ線インライン検査装置の全体構成図である。
【図５】実施例３によるＸ線インライン検査装置による撮像フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１のインライン内部欠陥検査の処理フローを示している。図２は、本実施例１のインライン内部欠陥検査方法および装置で製造ラインにおいて対象製品を撮像し、内部欠陥を評価する装置全体の鳥瞰図である。
【００１９】
図１には、実施例１のインライン内部欠陥検査の処理フローを示し、図２は、図１の処理方法を実現する装置構成例を示した。本実施例では、まず、Ｓ１００においてロボットにより検査対象の被検体を本装置上の搬送用台座６の回転テーブル５上に投入する。次にＳ１０１において，検査対象の製品の被検体４を、搬送用台座６の回転テーブル５上に設置した状態で、搬送用台座６全体をベルトコンベア７上で移動させ、始めの撮像ユニット位置に設置する。次にＳ１０２において，超音波アレイセンサ１による被検体内部特定領域計測を実施する。本実施例では、検査対象とするピストン上部の内部領域が特に欠陥有無の判定の必要性が高いため、同部分のみを選択して計測する超音波アレイセンサ構造を有している。これにより、１０１で示す部分内部領域形状データ（１）が得られる。さらに、対象被検体は、Ｓ１０３において、ベルトコンベア７の駆動により、Ｘ線による投影像撮像位置へ移動する。Ｓ１０４の処理により、同位置において搬送用台座６上の回転テーブル５を回転させ、対象被検体の各角度ピッチ毎の投影像を撮像する。
【００２０】
Ｓ１０４の撮像処理により、１０２に示すＸ線撮像ユニットによる投影像データ（２）が得られる。次に、前段の超音波アレイセンサ１で得られた１０１に示す部分内部領域形状データ（１）とＸ線撮像により得られた１０２に示すＸ線撮像ユニットによる投影像データ（２）の両データを用いて、Ｓ１０５部分内部領域形状データ（１）を事前情報として投影像（２）を用いた画像再構成を実施する。
【００２１】
Ｓ１０５部分内部領域形状データ（１）を事前情報とした画像再構成では、画像再構成の初期画像として、超音波アレイセンサ１で得られた１０１に示す部分内部領域形状データ（１）の形状が変化せず一定とし、同部分のＸ線減弱係数も一定とする。最終的な再構成画像を逐次緩和計算により計算するが、この逐次緩和計算時において、部分内部領域形状データ（１）を拘束条件として反復計算を進める。それにより、全方向からの詳細ピッチでの完全な投影データでない粗めの投影データおよび制限各度の投影データでも３次元画像再構成が可能となる。
【００２２】
ここで、従来のＣＴ撮像では、再構成画像を生成するため、各角度ピッチ毎の投影像として、０．１°ピッチ、３６００枚／１回転が必要になるが、本実施例では前段で計測した超音波アレイセンサによる形状情報を再構成時に使用するため、投影像は従来のＣＴ撮像に比較して粗い角度ピッチの投影像で最終的な３次元画像再構成が可能である。そのため、インライン検査で必要とされる短い計測タクトタイムでの判定処理が実現できる。
【００２３】
Ｓ１０５での画像再構成により、１０３に示す対象被検体の３次元画像再構成データ（３）が得られる。次にＳ１０６において、得られた１０３に示す対象被検体の３次元画像再構成データ（３）と健全品データ（４）との比較を実施する。この比較処理により、内部欠陥の有無が判定できる。
【００２４】
Ｓ１０７において健全性を判定し、Ｓ１０８欠陥なしの場合は、次のＳ１１０に示すＯＫ製品の払い出しに進み、Ｓ１１１で投入製品数をカウントし所望の全数に達するまで、Ｓ１１２対象製品の投入を繰り返す。
【００２５】
Ｓ１０７における健全性判定の結果、Ｓ１０８欠陥ありの場合は、次のＳ１１３において内部欠陥特性量計算後、Ｓ１１４でＮＧ製品の払い出しに進み、Ｓ１１５で投入製品数をカウントし所望の全数に達するまで、Ｓ１１６対象製品の投入を繰り返す。
【実施例２】
【００２６】
図３は実施例２のインライン内部欠陥検査システム装置の全体構成図の鳥瞰図を示している。本実施例では、後段のＸ線投影像撮像ステージでの投影像撮像方法を、ベルトコンベア７上を直進方向に往復移動可能なラミノ撮像用移動台座１０によるラミノグラフィ撮像方法により投影像を取得する。実施例１において、回転テーブルの一定角度ピッチで投影像を取得する事と同様に、図３の実施例２では、直進方向に往復移動可能なラミノ撮像用移動台座１０の直進方向の一定移動ピッチ毎に投影像を取得する。得られた投影像をラミノグラフィ対応の画像再構成処理を実施する事により３次元像が得られる。また、第１の実施例と同様に、前段の超音波アレイセンサ１で得られた１０１に示す部分内部領域形状データ（１）とＸ線撮像により得られた１０２に示すＸ線撮像ユニットによる投影像データ（２）の両データを用いて、実施例２におけるラミノグラフィ対応の画像再構成処理を実施する。
【００２７】
実施例２においても、実施例１と同様に、従来のラミノグラフィＣＴ撮像に比較して粗い移動ピッチの投影像で最終的な３次元画像再構成が可能である。そのため、インライン検査で必要とされる短い計測タクトタイムでの判定処理が実現できる。
【実施例３】
【００２８】
図４、レーザー距離計を用いた実施例３を示しており、図５は、図４に示した実施例３の処理フローを示している。実施例３では、実施例１における超音波アレイセンサによる計測ステージで、レーザ距離計により対象被検体の表面形状のみを計測する。図５に示した実施例３の処理フローでは、処理プロセスとしてＳ１０２’で光学計測機器による被検体外部特定領域計測となり、同プロセスで得られるデータが１０１’として部分外部領域形状データ（１）となる。次に、実施例１や実施例２と同様に、Ｓ１０４に示すＸ線撮像ユニットによる投影像撮像を実施し、１０２に示すＸ線撮像ユニットによる投影像データ（２）を得る。次に、Ｓ１０５’において、１０２に示すＸ線撮像ユニットによる投影像データ（２）と１０１’に示す部分外部領域形状データ（１）の両者を用いて３次元画像再構成し、１０３対象被検体の３次元画像再構成データ（３）を得る。それ以降の処理プロセスは実施例１や実施例２と同じである。
【００２９】
実施例３では、実施例１や実施例２に比較して前段ステージでの計測領域が外部のみに限定されるが、後段での１０２に示すＸ線撮像ユニットによる投影像データ（２）と１０１’に示す部分外部領域形状データ（１）の両者を用いて３次元画像再構成することにより、ＣＴ撮像のみで必要な投影像数より少ない投影像数で３次元画像再構成を実現できる。また、図４の実施例３では、前段ステージの外部領域計測に、レーザ距離計を用いたが、カメラ等の光学計測機器での外部領域計測でも同様の構成で効果が可能である。
【００３０】
本発明によれば、量産鋳造品のインラインでの内部欠陥検査において、量産鋳造品のインラインでの内部欠陥検査において、製造タクトタイム内に対象被検体の内部欠陥の有無および内部欠陥が存在する場合に、その３次元形状、体積、位置等の詳細情報の計測評価を実現させるＸ線インライン検査方法および装置を提供する事ができる。また、鋳造品に限らず一般の機械部品でも内部構造の非破壊による可視化が製造ライン上で可能となるため、これらの機械部品の品質向上に繋げる事ができる。
【００３１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・超音波アレイセンサ
２・・・Ｘ線源
３・・・２次元素子配列検出器ユニット
４・・・被検体
５・・・回転テーブル
６・・・搬送用台座
７・・・ベルトコンベア
８・・・信号処理回路
９・・・画像再構成演算装置
１０・・・ラミノ撮像用移動台座
１１・・・レーザ距離計
Ｓ１００・・・対象被検体の初期投入ステップ
Ｓ１０１・・・前段の超音波計測位置への移動ステップ
Ｓ１０１’・・・前段の光学計測位置への移動ステップ
Ｓ１０２・・・超音波アレイセンサによる被検体内部特定領域計測ステップ
Ｓ１０２’・・・光学計測機器による被検体外部特定領域計測ステップ
１０１・・・超音波アレイセンサ計測による部分内部領域形状データ（１）
１０１’・・・部分外部領域形状データ（１）
１０２・・・Ｘ線撮像ユニットによる投影像データ（２）
１０３・・・対象被検体の３次元画像再構成データ（３）
Ｓ１０３・・・後段のＸ線による投影像撮像位置への移動ステップ
Ｓ１０４・・・後段のＸ線による投影像撮像ステップ
Ｓ１０５・・・部分内部領域形状データ（１）を事前情報として投影像（２）を用いた画像再構成ステップ
Ｓ１０５’・・・部分外部領域形状データ（１）を事前情報として投影像（２）を用いた画像再構成ステップ
Ｓ１０６・・・対象被検体の３次元画像再構成データ（３）と健全品データ（４）との比較ステップ
Ｓ１０７・・・健全性判定ステップ
Ｓ１０８・・・欠陥なしの判定結果ステップ
Ｓ１０９・・・欠陥ありの判定結果ステップ
Ｓ１１０・・・ＯＫ製品の払い出しステップ
Ｓ１１１・・・投入製品数のカウント判定ステップ
Ｓ１１２・・・対象製品の連続投入ステップ
Ｓ１１３・・・欠陥判定品の内部欠陥特性量計算ステップ
Ｓ１１４・・・欠陥判定品の払い出しステップ
Ｓ１１５・・・投入製品数のカウント判定ステップ
Ｓ１１６・・・対象製品の連続投入ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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