(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源と、該Ｘ線源に対向配置され被検物のＸ線透過像を採取する検出器と、前記Ｘ線源が前記検出器に向けてＸ線を放射するＸ線放射方向に対し被検物を相対回転させるテーブルと、前記テーブル上の被検物を当該テーブルの回転半径方向に移動させるスライド手段と、これらを動作制御して被検物の断層像を再構築演算する制御手段と、を備えるＸ線ＣＴ装置におけるＣＴ撮像方法であって、
被検物が前記テーブル上に設置される初期位置は、当該被検物の長手方向における中心が前記テーブルの回転軸中心から当該長手方向第１側に所定距離変位しており、
前記Ｘ線放射方向に対し被検物の厚み方向が直交するときの前記テーブルの回転角を０°とした場合、
前記制御手段が実行する処理は、
前記テーブルを回転角Ａ（Ａ＞−９０°）〜Ｂ（Ｂ＜９０°）の範囲で回転させながら前記被検物のＸ線透過像をスキャンするステップと、
前記テーブルの回転角がＢに至ると、前記スライド手段を駆動して、前記被検物を前記長手方向第１側とは反対の第２側に所定距離移動させるステップと、
前記テーブルを回転角Ｂ〜Ａ＋１８０°回転させるステップと、
前記テーブルの回転角がＡ＋１８０°に至ると、前記スライド手段を駆動して、前記被検物を前記長手方向第１側に所定距離移動させるステップと、
前記テーブルを回転角Ａ＋１８０°〜Ｂ＋１８０°の範囲で回転させながら前記被検物のＸ線透過像をスキャンするステップと、を含むＣＴ撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイキャスト鋳造品等の内部構造を非破壊検査するＸ線ＣＴ装置を用いたＣＴ撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線源と、それに対向配置される検出器とを備え、被検物（ワーク）を３６０°回転方向からスキャンしたＸ線透過像に基づいて当該被検物の三次元断層像を再構築演算する検査装置である。例えば医療用のＣＴ装置は、被検体の周りを一定の半径でＸ線源と検出器とが回転するガントリー型が一般的である。一方、産業用では、ガントリー型ではなく、Ｘ線源を固定し、被検物を回転させて透過像をスキャンするＸ線ＣＴ装置が一般的である。この種のＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線源と検出器との距離を可変にすることができ、これにより撮像倍率を調整可能とすることができる。また、例えば特許文献１には、被検物の主要部位における三次元情報を高い分解能で得るために、スキャン中に被検物を保持する回転テーブルで当該被検物をＸＹ方向に移動させるＸＹステージを備えたＣＴ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、Ｘ線ＣＴ装置により、例えば長尺状の鋳造品の内部欠陥の有無を検査する際には、Ｘ線の透過量が比較的多い厚さ方向の透過像データと、Ｘ線の透過量が比較的少ない長手方向の透過像データとを用いて断層像が演算される。しかし、従来の３６０°全周のワーク透過像をスキャンする方法では、情報量が乏しい長手方向の透過像データも三次元断層像の再構築演算に用いられており、測定時間に無駄が生じる等、非合理的でもあった。
【０００５】
そこで、本発明は、撮像時間を短縮でき、しかも実用的な分解能を有する三次元断層像を得ることができる等のＣＴ撮像方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、Ｘ線源と、該Ｘ線源に対向配置され被検物のＸ線透過像を採取する検出器と、前記Ｘ線源が前記検出器に向けてＸ線を放射するＸ線放射方向に対し被検物を相対回転させるテーブルと、前記テーブル上の被検物を当該テーブルの回転半径方向に移動させるスライド手段と、これらを動作制御して被検物の断層像を再構築演算する制御手段と、を備えるＸ線ＣＴ装置におけるＣＴ撮像方法であって、被検物が前記テーブル上に設置される初期位置は、当該被検物の長手方向における中心が前記テーブルの回転軸中心から当該長手方向第１側に所定距離変位しており、前記Ｘ線放射方向に対し被検物の厚み方向が直交するときの前記テーブルの回転角を０°とした場合、前記制御手段が実行する処理は、前記テーブルを回転角Ａ（Ａ＞−９０°）〜Ｂ（Ｂ＜９０°）の範囲で回転させながら前記被検物のＸ線透過像をスキャンするステップと、前記テーブルの回転角がＢに至ると、前記スライド手段を駆動して、前記被検物を前記長手方向第１側とは反対の第２側に所定距離移動させるステップと、前記テーブルを回転角Ｂ〜Ａ＋１８０°回転させるステップと、前記テーブルの回転角がＡ＋１８０°に至ると、前記スライド手段を駆動して、前記被検物を前記長手方向第１側に所定距離移動させるステップと、前記テーブルを回転角Ａ＋１８０°〜Ｂ＋１８０°の範囲で回転させながら前記被検物のＸ線透過像をスキャンするステップと、を含むＣＴ撮像方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来の３６０°全周の透過像をスキャンする従来のＸ線ＣＴ装置に比較して、撮像時間を短縮することができる。また、内部構造の検査判断に支障がない十分実用的な分解能の三次元断層像を短時間で得ることができる。さらに、ワークを回転するときの干渉範囲を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】Ｘ線ＣＴ装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】回転テーブルの回転角位置の基準を説明するための図である。
【図３】第一実施形態によるＣＴ撮像動作を説明するための図である。
【図４】第二実施形態によるＣＴ撮像動作を説明するための図である。
【図５】第三実施形態によるＣＴ撮像動作を説明するための図である。
【図６】線源室および検査室の構成を例示する斜視図である。
【図７】ＣＴ撮像工程フローの説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態による、Ｘ線ＣＴ装置１０の概略構成を示す側面図である。Ｘ線ＣＴ装置１０は、Ｘ線源であるＸ線管１１が線源室１２に配置され、Ｘ線管１１に対向してＸ線検出器２１が検査室２２に配置されている。線源室１２および検査室２２は、Ｘ線管１１が放射するＸ線による作業員等の被ばくを防止するために、鉛等のＸ線遮蔽壁１３、２３によって全体が遮蔽されている。また、線源室１２および検査室２２は、同じくＸ線遮蔽壁４３により仕切られる。Ｘ線遮蔽壁４３には、Ｘ線管１１が放射するＸ線を透過および遮断する、開閉式のシャッタ４４が設けられている。シャッタ４４は、後述するように例えば互いに反対の向きに移動する２枚のシャッタ片により構成することができる。
【００１５】
Ｘ線管１１は、Ｘ線検出器２１に向けて水平にコーンビーム状のＸ線を放射することにより、被検物（以下、「ワーク」という。）ＷのＸ線透過像が撮像される。なお、本明細書で「Ｘ線放射方向」とは、Ｘ線管１１がＸ線検出器２１に向けてコーンビーム状に放射されるＸ線の水平中心軸方向をいうものとする。
【００１６】
検査室２２内において、ワークＷは、Ｘ線管１１とＸ線検出器２１との間に配設される回転テーブル３１上の所定の検査位置にセッティングされる。回転テーブル３１は、Ｘ線放射方向に対して直交する垂直軸周りに回転可能に設けられる。すなわち、ワークＷを設置した回転テーブル３１が一定の速度で回転することにより、Ｘ線放射方向に対してワークＷを相対回転させることができる。これにより、ワークＷの各方面における複数枚のＸ線透過像データのスキャンが可能とされている。
【００１７】
外部に設けられる制御装置（図示せず）は、Ｘ線管１１、Ｘ線検出器２１および回転テーブル３１等を動作制御するとともに、ワークＷの各方面からスキャンしたＸ線透過像データに基づいて、ワークＷの三次元断層像を再構築演算する。
【００１８】
また、本実施形態では、回転テーブル３１の水平面上でワークＷをスライド移動させるスライド手段を備えている。スライド手段としては、ワークＷを搭載可能な例えば直動ステージ３２を採用することができる。直動ステージ３２は、例えば、回転テーブル３１の回転中心軸を通る径方向と、直動ステージ３２の移動方向とが一致するように、回転テーブル３１上に設けることができる。後述するように、例えばワークＷが長尺状である場合に、特に内部構造欠陥の存在がクリティカルとなる特定部位にオフセットして撮像を行うこともできる。
【００１９】
ところで、この種の産業用のＸ線ＣＴ装置では、ワークの形状に拘わらず、様々な形状や寸法のワークを検査できることが要請される。従来は、例えば、長尺状のダイキャスト鋳造品の内部欠陥の有無を検査する際に、Ｘ線の透過量が比較的多い厚み方向の透過像データと、Ｘ線の透過量が比較的少ない長手方向の透過像データとを共に用いて三次元の断層像を再構築していた。しかし、Ｘ線の透過情報量が比較的少ない長手方向の透過像データは、再構築される三次元断層像の分解能にあまり寄与しないことが発明者らにより見出された。発明者らは、そこから着想を得て、３６０°よりも狭い回転角範囲内でワークＷをスキャンし、そのＸ線透過像に基づいて、非破壊検査の実用に耐え得る十分な分解能を有するワーク断層像が得られるＣＴ撮像方法およびＣＴ装置等の発明に想到したのである。
【００２０】
（ＣＴ撮像方法の説明）
Ｘ線ＣＴ装置１０は、例えば自動車用エンジンケース部品を微細加工する前のダイキャスト鋳造品等の内部欠陥検査に用いられる。本実施形態のＸ線ＣＴ装置１０は、様々な形状のワークの検査に対応できるが、ここでは対象となるワークＷの形状を、長尺状の円柱として説明を一般化する。なお、図２〜５においては、ワークＷの表面側と裏面側を区別するために、裏面側に凹凸のマークを付している。
【００２１】
長尺状のワークＷは、回転テーブル３１の回転中心軸を通る径方向と、当該ワークＷの長手方向とが一致するように、回転テーブル３１上に倒されてセッティングされる。ここで、図２に示すように、Ｘ線放射方向Ａに対しワークＷの厚み方向（ワークが円柱の場合には直径方向）が直交するときの回転テーブル３１の回転角位置を０°（基準）に設定する。
【００２２】
第一の実施形態では、図３に示すように、制御装置は、所定の回転角Ａ（Ａ＞−９０°）〜Ｂ（Ｂ＜９０°）の範囲でスキャンした透過像データに基づいて、ワークＷの断層像を再構築演算する。この場合、所定の回転角の範囲は−６０°〜＋６０°以上であることが好ましい。図３右側にスキャン回転角が−６０°〜＋６０°のときの断層像が例示される。図３の断層像でも内部欠陥構造を判別できる程度の分解能が得られているが、スキャン回転角の範囲が更に−６０°〜＋６０°以上であれば、少なくとも図３よりも高い分解能の断層像を得ることができる。
【００２３】
第二の実施形態では、まず、制御装置は、回転テーブル３１を初期位置の−３０°から＋３０°の回転角位置まで回転させながらワークＷの表面側をスキャンする（図４（I））。回転テーブル３１の回転角位置が＋３０°に至ると、制御装置は、回転テーブル３１を１２０°回転させて、１５０°から２１０°の回転角位置まで回転させながらワークＷの裏面側をスキャンする（図４（II））。このように、ワークＷの両面を所定の回転角範囲でスキャンした透過像データに基づいてワークＷの断層像を再構築演算することで、図４（III）に示すような、内部欠陥構造をより明確に判別できる分解能を短時間で得ることができる。
【００２４】
特に長尺状ワークＷの特定部位を撮像するために、第三の実施形態のＸ線ＣＴ装置１０は、回転テーブル３１上のワークＷを当該回転テーブル３１の回転半径方向に移動させるスライド手段である直動ステージ３２を備えている。
【００２５】
図５に示される第三の実施形態では、まず、長尺状ワークＷが、回転テーブル３１上で、当該ワークＷの長手方向が−３０°の方向を向く初期位置にセッティングされる。また、この初期位置では、ワークＷの特定部位を集中して撮像するために、ワークＷが、その長手方向における中心が回転テーブル３１の回転軸中心から当該長手方向第１側に所定距離オフセットして直動ステージ３２上に保持されている。
【００２６】
制御装置は、回転テーブル３１を初期位置である−３０°から＋３０°の回転角位置まで回転させながらワークＷの特定部位の表面側をスキャンする（図５(I)）。回転テーブル３１の回転角位置が＋３０°に至ると、制御装置は、直動ステージ３２を駆動して、ワークＷを長手方向第１側とは反対の第２側に中心を移動させる（図５(II)）。これにより、長尺状ワークＷの先端が他と干渉する回転軌跡が小さくなる。
【００２７】
この状態で、制御装置は、回転テーブル３１を１２０°回転させる（図５(III)）。回転テーブル３１の回転角位置が＋１５０°に至ると、制御装置は、直動ステージ３２を駆動して、ワークＷを長手方向第１側に所定距離移動させる（図５(IV)）。つまり、ワークＷは、その長手方向における中心が回転テーブル３１の回転軸中心から第１側に再びオフセットされる。制御装置は、回転テーブル３１を１５０°から２１０°の回転角位置まで回転させながらワークＷの特定部位の裏面側をスキャンする（図５(V)）。
【００２８】
このように、長尺状ワークＷをオフセットし、所定の回転角範囲でスキャンした透過像データに基づいてワークＷの断層像を再構築演算することができる。これにより、ワークＷの特定部位の内部欠陥構造を判別できる程度の十分な分解能を有する三次元断層像を短時間で得ることができる。
【００２９】
以上説明したＣＴ撮像方法によれば、３６０°よりも狭い例えば１２０°の回転角範囲内でワークをスキャンするようにしたので、透過像の撮像時間を従来よりも短縮することができる。また、スキャン角度を狭くした少ない情報量の透過像データを用いることにより、断層像を再構築演算するまでの時間やコンピュータの処理負荷を低減することができる。また、Ｘ線の被ばく量が制限されるワークにおいては、その被ばく量も抑制することができる。
【００３０】
また、本実施形態のオフセットスキャン法により、長尺状のワークの特定部位を集中して撮像できる。これとともに、直動ステージ３２によってワークの中心を回転テーブルの中心に移動させることで、ワークを回転するときの干渉範囲を小さくすることができる。これにより検査室をコンパクトに設計でき、鉛等を用いるＸ線遮蔽壁の材料費の節約や装置全体の設備コストの低減にもつながる。
【００３１】
（ＣＴ撮像工程フローの説明）
次に、１台のＸ線ＣＴ装置で複数のワークを連続的に検査する場合の時間効率の向上を図ることを目的としたＣＴ撮像工程フローについて説明する。
【００３２】
上述した実施形態と同様に、例えば図６に示すように、Ｘ線管１１は、Ｘ線遮蔽壁１３で閉塞された線源室１２に配置されている。また、Ｘ線検出器２１および回転テーブル３１は、Ｘ線遮蔽壁２３で閉塞された検査室２２に配置されている。線源室１２および検査室２２を内部で仕切るＸ線遮蔽壁４３には、Ｘ線を透過および遮断する開閉式のシャッタ４４が設けられている。シャッタ４４は、互いに反対に左右に開閉する２枚のシャッタ片４４ａ、４４ｂで構成される。
【００３３】
検査室２２のＸ線遮蔽壁２３には、ワークＷを、回転テーブル３１の所定の検査位置に搬入および／または検査位置から搬出させる開閉扉２４ａ、２４ｂが設けられている。図７に示すように、Ｘ線放射方向に対し直交する方向において、検査室２２のＸ線遮蔽壁の両側２箇所に開閉扉２４ａ、２４ｂがそれぞれ対向して設けられることが好ましい。シャッタ４４ａ、４４ｂおよび開閉扉２４ａは、一方が閉じなければ他方が開放しないようにインターロック動作する関係にある。同様に、シャッタ４４ａ、４４ｂおよび開閉扉２４ｂもインターロック動作する関係にある。
【００３４】
Ｘ線ＣＴ装置１０は、一方の壁面側で開放している開閉扉２４ａを通して、検査室２２内の検査位置にワークを搬入するワーク搬入装置２５を備えている。また、Ｘ線ＣＴ装置１０は、他方の壁面側で開放している開閉扉２４ｂを通して、検査位置にあるワークを検査室２２外に搬出するワーク搬出装置２６を備えている。
【００３５】
かかるＸ線ＣＴ装置１０による具体的なワーク搬出入動作の一例を図７に従って説明する。
【００３６】
まず、ワークＷが所定の検査位置にセッティングされた後、制御装置は、シャッタ４４ａ、４４ｂを開放する。これにより、Ｘ線放射動作中のＸ線管１１（図６参照）からのＸ線でワークＷの透過像が撮像される（図７(I)）。
【００３７】
撮像が終了すると、制御装置は、シャッタ４４ａ、４４ｂを閉じＸ線を遮断する。このときＸ線管１１（図６参照）のＸ線放射動作（電源オン状態）は継続しているが、線源室１２は密閉されるため、Ｘ線が外部に漏れることもないし、シャッタ４４ａ、４４ｂが閉じることにより、検査室２２にもＸ線が漏れることはない。
【００３８】
そして制御装置は、インターロックを解除して開閉扉２４ａ、２４ｂを開放し、ワーク搬出装置２６を作動して、検査位置から検査済みのワークＷを、開閉扉２４ｂを通して外部に搬出する（図７(II)）。その直後に、制御装置は、開閉扉２４ｂを閉じ、新しいワークＷを開閉扉２４ａを通して所定の検査位置に搬入する（図７(III)）。
【００３９】
制御装置は、ワークＷ搬入後に開閉扉２４ａを閉じる。２箇所の開閉扉２４ａ、２４ｂが完全に閉じた状態でインターロックが解除され、制御装置は、シャッタ４４ａ、４４ｂが開放する。上述したように、Ｘ線管１１の電源オン状態は継続しており、Ｘ線放射線動作が安定しているため、シャッタ４４ａ、４４ｂが開放すると直ちに新しいワークＷの撮像が開始されることとなる（図７(IV)）。
【００４０】
このようなＣＴ撮像工程によれば、ワークを検査位置に搬入および検査位置から搬出する工程においても、Ｘ線管１１によるＸ線の放射動作が継続している。そのため、従来、Ｘ線放射出力が安定するまでに要していた、いわゆる立ち上がり時間をなくすことができる。また、ワーク搬入装置２５およびワーク搬出装置２６を対向配置させ互いに連携動作させることで、ワークの搬出入時間を短縮することができる。更に撮像のためのスキャン角度を３６０°よりも狭くすることで撮像時間も短縮することができる。これらの各工程の時間短縮を積み上げることで、ワーク１個あたり検査時間を従来よりも大幅に短くし、検査工程の時間効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  Ｘ線ＣＴ装置
１１  Ｘ線管
１２  線源室
１３  Ｘ線遮蔽壁
２１  Ｘ線検出器
２２  検査室
２３  Ｘ線遮蔽壁
２４ａ、２４ｂ  開閉扉
２５  ワーク搬入装置
２６  ワーク搬出装置
３１  回転テーブル
３２  直動ステージ
４３  Ｘ線遮蔽壁
４４  シャッタ
【図１】
0006590603.tif 000002
【図２】
0006590603.tif 000003
【図３】
0006590603.tif 000004
【図４】
0006590603.tif 000005
【図５】
0006590603.tif 000006
【図６】
0006590603.tif 000007
【図７】
0006590603.tif 000008