(57)【要約】【課題】本発明は非破壊で測定対象内部部品の寸法を透過画像から短時間で高精度に計測する透視撮像装置を提供する。【解決手段】本発明の透視撮像装置は、複数の回転位置にて測定対象内部部品を透過した放射線ビームの検出センサの検出信号に基いて測定対象内部部品の断面形状の画像を複数形成する画像再構成演算装置と、画像再構成演算装置で形成した測定対象内部部品の画像をピクセル値で表した複数の二次元画像を作成する二次元画像演算装置と、この二次元画像上での測定対象内部部品の形状計測結果を三次元仮座標系に変換して三次元画像を形成する三次元画像演算装置と、この三次元画像と測定対象内部部品の形状に関する既知の設計データとを照合してフィッティングさせる形状フィッティング装置と、フィッティングさせた測定対象内部部品の三次元仮座標系上での形状情報から測定対象内部部品の位相を演算する位相算出装置を備えて構成した。【選択図】図１
2008145182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象内部部品をその内部に備えた測定物に対して放射線を照射する放射線源と、放射線源から照射され測定物の内部に備えた測定対象部品を透過した放射線ビームを計測する放射線検出センサと、測定物を保持して所定の回転軸周りにこの測定物を回転させる回転冶具と、放射線源と放射線検出センサとの間に位置して測定物を保持した回転冶具を載置させるテーブルとを備え、回転冶具を回転させて所望の複数の回転位置にて回転冶具に保持された測定物に備えられた測定対象内部部品を透過した放射線ビームを夫々検出した放射線検出センサの検出信号に基いて測定対象内部部品の断面形状の画像を複数形成する画像再構成演算装置と、画像再構成演算装置で形成した測定対象内部部品の画像をピクセル値で表した複数の二次元画像を作成する二次元画像演算装置と、この二次元画像上での測定対象内部部品の形状計測結果を三次元仮座標系に変換して測定対象物の三次元画像を形成する三次元画像演算装置と、この三次元画像と測定対象内部部品の形状に関する既知の設計データとを照合してフィッティングさせる形状フィッティング装置と、フィッティングさせた測定対象内部部品の三次元仮座標系上での形状情報から測定対象内部部品の位相を演算する位相算出装置を備えたことを特徴とする透視撮像装置。
【請求項２】
測定対象内部部品をその内部に備えた測定物に対して放射線を照射する放射線源と、放射線源から照射され測定物の内部に備えた測定対象部品を透過した放射線ビームを計測する放射線検出センサと、放射線源と放射線検出センサとの間に位置して測定物を載置させ鉛直線方向に配設した回転軸の回りに回転するターンテーブルとを備え、ターンテーブルを回転させて所望の複数の回転位置にてターンテーブルに載置した測定物に備えられた測定対象内部部品を透過した放射線ビームを夫々検出した放射線検出センサの検出信号に基いて測定対象内部部品の二次元の断面形状の画像を複数形成する二次元画像作成装置と、これらの複数の回転位置にて複数形成した測定対象内部部品の二次元画像から同一位置での断面形状の画像のピクセル値の平均を算出して測定対象内部部品の二次元平均画像を作成する二次元平均画像作成装置と、この二次元平均画像作成装置により作成した複数の回転位置での測定対象内部部品の二次元平均画像の領域の面積を求める領域面積計測装置と、この領域面積計測装置で求めた複数の回転位置測定対象内部部品の各面積を比較する面積比較装置と、この面積比較装置による比較結果に基づいて測定対象内部部品を計測するターンテーブルの回転角度を設定するターンテーブル回転角度出力装置とを備えたことを特徴とする透視撮像装置。
【請求項３】
放射線源と放射線検出センサとの間に位置する回転冶具により測定対象内部部品をその内部に備えた測定物を保持して所定の回転軸周りにこの測定物を回転させ、この回転する測定物に対して放射線源から放射線ビームを照射して測定物の内部に備えた測定対象部品を透過した放射線ビームを放射線検出センサにより計測し、回転冶具を回転させて所望の複数の回転位置にて測定対象内部部品を透過した放射線ビームを夫々検出した放射線検出センサの検出信号に基いて測定対象内部部品の断面形状の画像を複数形成させ、この形成した測定対象内部部品の画像を二次元画像演算装置によりピクセル値で表して複数の二次元画像を作成し、この二次元画像上での測定対象内部部品の形状計測結果を三次元仮座標系に変換して測定対象物の三次元画像を形成し、この三次元画像と測定対象内部部品の形状に関する既知の設計データとを照合してフィッティングさせ、このフィッティングさせた測定対象内部部品の三次元仮座標系上での形状情報から測定対象内部部品の位相を演算するようにしたことを特徴とする透視撮像装置による位相計測方法。
【請求項４】
放射線源と放射線検出センサとの間に位置するターンテーブルにより測定対象内部部品をその内部に備えた測定物を載置して所定の回転軸周りにこの測定物を回転させ、この回転する測定物に対して放射線を照射して測定物の内部に備えた測定対象部品を透過した放射線ビームを放射線検出センサにより計測し、ターンテーブルを回転させて所望の複数の回転位置にて測定対象内部部品を透過した放射線ビームを夫々検出した放射線検出センサの検出信号に基いて測定対象内部部品の二次元の断面形状の画像を複数形成させ、これらの複数の回転位置にて複数形成した測定対象内部部品の二次元画像から同一位置での断面形状の画像のピクセル値の平均を算出して測定対象内部部品の二次元平均画像を作成し、この二次元平均画像作成装置により作成した複数の回転位置での測定対象内部部品の二次元平均画像の領域の面積を算出し、これら算出した複数の回転位置測定対象内部部品の各面積を比較し、この面積の比較結果に基づいて測定対象内部部品を計測するターンテーブルの回転角度を設定して測定対象内部部品の形状を計測するようにしたことを特徴とする透視撮像装置による位相計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非破壊で測定対象物の内部寸法を高精度に計測する透視撮像装置及び三次元位相計測方法に関し、特に加工精度が高い測定対象物の内部寸法を三次元空間上で計測する透視撮像装置及び透視撮像装置による計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非破壊で測定対象物の内部部品の寸法を高精度に計測する技術が求められている。このような非破壊で測定対象物の内部部品の寸法を高精度に計測したいというニーズに応えるために、測定対象物の周りをあらゆる方向からＸ線で投影し、測定対象物を透過したＸ線の減衰率を計測することで、非破壊で測定対象物の内部の二次元画像を再構成するＸ線ＣＴ技術が開発されてきた。
【０００３】
Ｘ線ＣＴ技術を利用して、例えば測定対象物の内部部品の組立寸法を計測するためには、一般に三次元の計測が必要になる。そこで、Ｘ線ＣＴ装置により得られた測定対象物の二次元画像を断面に垂直な方向に複数取得し、この複数の二次元画像を三次元化した画像上で測定対象物の組立寸法を計測するということが行われている。
【０００４】
上記の手法については、三宅智史“Ｘ線ＣＴスキャナの導入と活用事例の紹介”マツダ技報Ｎｏ．２２、Ｐ１６７−１７２（２００４）に説明されている。
【０００５】
【非特許文献１】三宅智史著  Ｘ線ＣＴスキャナの導入と活用事例の紹介「マツダ技報Ｎｏ．２２、Ｐ１６７−１７２（２００４）」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の非特許文献に記載のように、測定対象物の内部部品の組立寸法を高精度に計測するため複数の二次元画像から三次元画像を作成するに際しては、二次元画像間を補間する必要があり、特に内部部品が複雑な形状を有している場合にはこの補間によって測定の誤差が発生する。
【０００７】
また、測定対象物の複雑な形状を有する内部部品の寸法を高精度に計測のために三次元画像を作成する基となる複数の二次元画像を取得する間隔を狭くしようとすると、測定対象物にＸ線を照射する時間が長くなるために取得するデータ量が多くなるので、計測に長時間を要するだけでなくコストもかかるという問題がある。
【０００８】
よって上記の従来技術では、非破壊で測定対象物の複雑な形状を有する内部部品の寸法を短時間で三次元画像を作成して高精度に計測することは困難であった。
【０００９】
本発明の目的は非破壊で測定対象内部部品の寸法を透過画像から短時間で高精度に計測することを可能にした透視撮像装置及び透視撮像装置による位相計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の透視撮像装置は、測定対象内部部品をその内部に備えた測定物に対して放射線を照射する放射線源と、放射線源から照射され測定物の内部に備えた測定対象部品を透過した放射線ビームを計測する放射線検出センサと、測定物を保持して所定の回転軸周りにこの測定物を回転させる回転冶具と、放射線源と放射線検出センサとの間に位置して測定物を保持した回転冶具を載置させるテーブルとを備え、回転冶具を回転させて所望の複数の回転位置にて回転冶具に保持された測定物に備えられた測定対象内部部品を透過した放射線ビームを夫々検出した放射線検出センサの検出信号に基いて測定対象内部部品の断面形状の画像を複数形成する画像再構成演算装置と、画像再構成演算装置で形成した測定対象内部部品の画像をピクセル値で表した複数の二次元画像を作成する二次元画像演算装置と、この二次元画像上での測定対象内部部品の形状計測結果を三次元仮座標系に変換して測定対象物の三次元画像を形成する三次元画像演算装置と、この三次元画像と測定対象内部部品の形状に関する既知の設計データとを照合してフィッティングさせる形状フィッティング装置と、フィッティングさせた測定対象内部部品の三次元仮座標系上での形状情報から測定対象内部部品の位相を演算する位相算出装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明の透視撮像装置は、測定対象内部部品をその内部に備えた測定物に対して放射線を照射する放射線源と、放射線源から照射され測定物の内部に備えた測定対象部品を透過した放射線ビームを計測する放射線検出センサと、放射線源と放射線検出センサとの間に位置して測定物を載置させ鉛直線方向に配設した回転軸の回りに回転するターンテーブルとを備え、ターンテーブルを回転させて所望の複数の回転位置にてターンテーブルに載置した測定物に備えられた測定対象内部部品を透過した放射線ビームを夫々検出した放射線検出センサの検出信号に基いて測定対象内部部品の二次元の断面形状の画像を複数形成する二次元画像作成装置と、これらの複数の回転位置にて複数形成した測定対象内部部品の二次元画像から同一位置での断面形状の画像のピクセル値の平均を算出して測定対象内部部品の二次元平均画像を作成する二次元平均画像作成装置と、この二次元平均画像作成装置により作成した複数の回転位置での測定対象内部部品の二次元平均画像の領域の面積を求める領域面積計測装置と、この領域面積計測装置で求めた複数の回転位置測定対象内部部品の各面積を比較する面積比較装置と、この面積比較装置による比較結果に基づいて測定対象内部部品を計測するターンテーブルの回転角度を設定するターンテーブル回転角度出力装置とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の透視撮像装置による位相計測方法は、放射線源と放射線検出センサとの間に位置する回転冶具により測定対象内部部品をその内部に備えた測定物を保持して所定の回転軸周りにこの測定物を回転させ、この回転する測定物に対して放射線源から放射線ビームを照射して測定物の内部に備えた測定対象部品を透過した放射線ビームを放射線検出センサにより計測し、回転冶具を回転させて所望の複数の回転位置にて測定対象内部部品を透過した放射線ビームを夫々検出した放射線検出センサの検出信号に基いて測定対象内部部品の断面形状の画像を複数形成させ、この形成した測定対象内部部品の画像を二次元画像演算装置によりピクセル値で表して複数の二次元画像を作成し、この二次元画像上での測定対象内部部品の形状計測結果を三次元仮座標系に変換して測定対象物の三次元画像を形成し、この三次元画像と測定対象内部部品の形状に関する既知の設計データとを照合してフィッティングさせ、このフィッティングさせた測定対象内部部品の三次元仮座標系上での形状情報から測定対象内部部品の位相を演算するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また本発明の透視撮像装置による位相計測方法は、放射線源と放射線検出センサとの間に位置するターンテーブルにより測定対象内部部品をその内部に備えた測定物を載置して所定の回転軸周りにこの測定物を回転させ、この回転する測定物に対して放射線を照射して測定物の内部に備えた測定対象部品を透過した放射線ビームを放射線検出センサにより計測し、ターンテーブルを回転させて所望の複数の回転位置にて測定対象内部部品を透過した放射線ビームを夫々検出した放射線検出センサの検出信号に基いて測定対象内部部品の二次元の断面形状の画像を複数形成させ、これらの複数の回転位置にて複数形成した測定対象内部部品の二次元画像から同一位置での断面形状の画像のピクセル値の平均を算出して測定対象内部部品の二次元平均画像を作成し、この二次元平均画像作成装置により作成した複数の回転位置での測定対象内部部品の二次元平均画像の領域の面積を算出し、これら算出した複数の回転位置測定対象内部部品の各面積を比較し、この面積の比較結果に基づいて測定対象内部部品を計測するターンテーブルの回転角度を設定して測定対象内部部品の形状を計測するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、本発明の目的は非破壊で測定対象内部部品の寸法を透過画像から短時間で高精度に計測することを可能にした透視撮像装置及び透視撮像装置による位相計測方法が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施例である放射線を利用して非破壊で測定対象物の複雑な形状を有する内部寸法を三次元画像を作成して高精度に計測する透視撮像装置について図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の一実施例である放射線を利用して非破壊で測定対象物の複雑な形状を有する内部寸法を三次元画像を作成して高精度に計測する透視撮像装置１の構成を図１に示す。
【００１７】
図１において、透視撮像装置１は、計測対象となる測定対象内部部品２１乃至２３を内部に備えた測定対象物２０に対してＸ線の放射線ビーム２を照射する放射線源４と、測定対象物２０を保持する回転冶具７を載置して鉛直線方向に配設した回転軸の周りに回転するターンテーブル５と、回転冶具７に保持された測定対象物２０の内部に備えられた複雑な形状を有する測定対象内部部品２１乃至２３を透過して減衰した放射線ビーム２を計測する多数のセンサ素子を平面状に配列した放射線検出センサ３を備えている。
【００１８】
回転冶具７は、計測対象となる測定対象内部部品２１乃至２３を内部に備えた測定対象物２０を保持した状態で、鉛直線方向と直交する水平方向に伸びた回転軸７aの周りにこの測定対象物２０を回転するように構成している。
【００１９】
そして、回転冶具７の近傍には回転軸７aの周りに回転する回転冶具７の回転角度を計測する冶具回転角度センサ１２が設置されており、冶具回転角度センサ１２で検出した回転冶具７の回転角度の信号を後述する座標変換装置４２に入力するように構成している。
【００２０】
ターンテーブル５にはターンテーブル回転角度センサ１１が設置されており、ターンテーブル５の回転角度を検出するように構成されている。
【００２１】
ターンテーブル５に設置した回転冶具７に保持された測定対象物２０に向かって放射線源４から照射され照射範囲をファン状に絞り込まれたＸ線である放射線ビーム２は、回転冶具７で保持された測定対象物２０の内部に備えられた複雑な形状を有する測定対象内部部品２１乃至２３を夫々透過して減衰するが、これらの透過して減衰した放射線が放射線検出センサ３に進入する。
【００２２】
放射線検出センサ３では測定対象物２０の内部に備えられた複雑な形状を有する測定対象内部部品２１乃至２３を夫々透過した放射線ビーム２を放射線検出センサ３を構成する平面状に多数配列されたセンサ素子によって検出するようになっている。
【００２３】
測定対象物２０の内部には計測対象となっている加工精度の高い複雑な形状を有する測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３を夫々備えた構造となっている。
【００２４】
測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３をその内部に備えた構造の測定対象物２０は、回転治具７の回転軸７ａの周りに回転できるように回転治具７に保持されている。
【００２５】
測定対象物２０を保持した状態で回転軸７ａの周りに回転させる回転治具７の回転軸７ａは、放射線ビーム２の中心軸２aに直交する水平方向に沿って延びた回転軸である。
【００２６】
回転治具７はターンテーブル５の上に載置されるように取り付けられており、よって測定対象物２０は回転治具７の回転軸７ａの周りに回転されながら、回転冶具７と共にターンテーブル５によってターンテーブルの鉛直線方向に設置した別の回転軸の周りに回転されることになる。
【００２７】
また、回転治具７には測定対象物２０を保持した状態で回転軸７ａの周りを回転治具７が回転する回転角度を計測する治具回転角度センサ１２が設置されており、この治具回転角度センサ１２によって回転軸７ａの周りを回転する回転治具７の回転角度、即ち回転治具７に保持された測定対象物２０の測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３が回転軸７ａの周りを回転する回転角度θが検出される。
【００２８】
放射線源４から照射されてターンテーブル５に載置された測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３をその内部に備えた測定対象物２０を透過した放射線ビーム２は、平板状に配置された放射線検出センサ３を構成する多数のセンサ素子によって検出される。
【００２９】
放射線検出センサ３で検出された測定対象物２０の測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３を透過した放射線ビーム２の各計測信号は画像再構成演算装置３０に入力する。
【００３０】
画像再構成演算装置３０では、測定対象物２０の内部に備えられた複雑な形状を有する測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３を夫々透過して減衰した放射線ビーム２が入力した放射線検出センサ３から出力される放射線ビーム２の計測信号に基づいて、これらの測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の各断面形状の二次元画像を夫々再構築する各形状データを作成する。
【００３１】
この画像再構成演算装置３０で再構築されて測定対象物２０の内部に備えられた測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の二次元画像として作成された各形状データは、二次元画像として正確に形状を演算して構築するために二次元画像演算装置４１に入力される。
【００３２】
二次元画像演算装置４１では、二次元画像として作成された各形状データに基づいて測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の二次元画像の各形状データを正確に演算して各二次元画像を正確に構築する。
【００３３】
次に三次元仮座標系変換装置４２では、二次元画像演算装置４１によって演算して構築された二次元画像の測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の正確な各形状データを入力し、測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の各形状を共通の三次元仮座標系における各形状データに夫々変換する。
【００３４】
この三次元仮座標系変換装置４２には、測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の各形状を内部に備えた測定対象物２０を回転軸７aの周りに回転させる回転冶具１２の回転角度θを冶具回転角度センサ１２で検出した回転角度θの信号が入力されていて、測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の各形状を共通の三次元仮座標系の形状データに夫々変換する。
【００３５】
次に形状フィッティング装置４３では、三次元仮座標系変換装置４２で変換された共通の三次元仮座標系の対象物内部部品２１、２２、２３の各形状計測データを入力し、これらの三次元の仮座標系に変換された測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の各形状データを予め準備された測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の既知の各設計データによって特定される形状データと照合することによってフィッティングする。
【００３６】
そして位相算出装置４４では、形状フィッティング装置４３によってフィッティングした測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の各フィッティングデータを入力して、フィッティングしたこれらの測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２、測定対象内部部品２３の形状の三次元仮座標系上の位相を夫々算出してこれらの測定対象内部部品の各形状を高精度に計測する。
【００３７】
次に前述した本実施例の透視撮像装置１の動作について説明する。
【００３８】
まず、ターンテーブル５に対する回転治具７の取り付け位置を治具回転角度センサ１２で検出した回転角度θに基づいて回転治具７が所望の角度で保持されるようにターンテーブル５に固定する。
【００３９】
ターンテーブル５に載置した回転治具７は複雑な形状を有する測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３をその内部に有する測定対象物２０を保持して、この測定対象物２０を回転治具７の回転軸７ａの周りに等角度ずつ回転させる。
【００４０】
放射線源４からこの回転治具７によって回転軸７ａの周りに等角度ずつ回転する測定対象物２０に対してＸ線の放射線ビーム２を照射して、測定対象物２０の回転角度θが等角度の回転角度毎に測定対象物２０を透過して放射線検出センサ３を構成する多数のセンサ素子３aによって測定対象物２０に備えられた複雑な形状を有する測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３を透過した放射線ビーム２を夫々検出してそれらの画像データを計測する。
【００４１】
放射線検出センサ３のセンサ素子３aによって計測される測定対象物２０を透過した放射線ビーム２の検出信号は、画像再構成演算装置３０に入力して非破壊で測定対象物２０の断面形状である測定対象物２０の内部に備えられた測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の二次元画像を演算によって算出し、これらの測定対象内部部品の断面形状である二次元画像データを得る。
【００４２】
画像再構成演算装置３０での演算によって得られた測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の断面形状の二次元画像データは測定対象内部部品の各形状を詳細に演算する二次元画像演算装置４１に入力される。
【００４３】
二次元画像演算装置４１では、二次元画像として作成された各形状データに基づいて測定対象内部部品を示す断面形状の画像の境界の閾値となるピクセル値を定義して形状を計測するか、或いはピクセル値の二次微分を求めて変極点を境界とすることによって、測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の二次元画像の各形状データを正確に演算して各二次元画像を正確に構築する。
【００４４】
また、二次元画像演算装置４１には治具回転角度センサ１２で計測した回転治具７により回転軸７ａの周りに回転される測定対象物２０の回転角度θの検出信号も入力されている。
【００４５】
この二次元画像演算装置４１では、画像再構成演算装置３０から送られてくる測定対象物２０の内部に備えられた測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の断面の二次元画像のデータと、治具回転角度センサ１２で計測した回転軸７ａの周りに回転する測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の回転角度θとの関連付けを行う。
【００４６】
即ち、回転治具７の回転軸７a周りの回転角度θを所定の複数の回転角度、例えばθ1からθ2に変更するように回転治具７を操作して測定対象物２０を順次回転させ、複数の回転角度のθ1とθ2の位置に順次回転させられた測定対象物２０に対して放射線源４から放射線ビーム２を順次照射する。
【００４７】
そして、測定対象物２０の内部に備えられた測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３を透過した放射線ビーム２を放射線検出センサ３のセンサ素子３aによって計測して、異なる複数の回転角度θ1とθ2における測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の複数の各断面形状である複数個の二次元画像を夫々得る。
【００４８】
二次元画像演算装置４１では、二次元画像として作成された各形状データに基づいて測定対象内部部品を示す断面形状の画像の境界の閾値となるピクセル値を定義して形状を計測するか、或いはピクセル値の二次微分を求めて変極点を境界とすることによって、測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の二次元画像の各形状データを正確に演算して各二次元画像を正確に構築する。
【００４９】
このとき、二次元画像上で境界をしきい値となるピクセル値で与えて計測する場合には、異なる二次元画像による計測結果の間の整合性をとるために、全ての二次元画像で共通のしきい値を用いると良い。
【００５０】
次に三次元仮座標系変換装置４２では、これらの二次元画像上での計測結果を三次元仮座標系に変換する。このとき、二つの二次元画像に対する共通の三次元仮座標系を、たとえば回転治具７の回転軸７aをＸ軸、放射線ビーム２の中心軸２aをＹ軸、回転治具７の回転角度θが０°の時のターンテーブル５の鉛直方向に配設した別の回転軸をＺ軸として定義する。
【００５１】
この三次元仮座標系変換装置４２による三次元仮座標系において、二次元画像として計測した測定対象物２０の内部に備えられた測定対象内部部品２１、２２、２３の各形状の境界は、冶具回転角度センサ１２で計測した任意の回転角度θ1での二次元画像上の境界を与える。同様にこの境界を異なる回転角度θ2での二次元画像上で計測することで、三次元仮座標系における境界を求める。
【００５２】
そしてこの三次元仮座標系変換装置４２にて、二次元画像演算装置４１で演算して構築された二次元画像の測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の正確な各形状データを入力し、測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の各形状を共通の三次元仮座標系における各形状データに夫々変換する。
【００５３】
形状フィッティング装置４３では、三次元仮座標系変換装置４２で変換された共通の三次元仮座標系の対象物内部部品２１、２２、２３の各形状計測データを入力し、これらの三次元の仮座標系に変換された測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の各形状データを予め準備された測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の既知の各設計データによって特定される形状データと照合することによってフィッティングする。
【００５４】
次に位相算出装置４４では、形状フィッティング装置４３によってフィッティングした測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の各フィッティングデータを入力して、フィッティングしたこれらの測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２、測定対象内部部品２３の形状の三次元仮座標系上の位相を夫々算出することによって、測定対象物２０の内部に備えられた測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の各形状を高精度に計測するものである。
【００５５】
次に形状フィッティング装置４３および位相算出装置４４の機能について詳細を図２を用いて説明する。
【００５６】
測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２、測定対象内部部品２３の個々の形状は設計データ等によって既知である。そこで、二次元画像上での形状計測結果から三次元仮座標系変換装置４２にて三次元仮座標系に変換して得られた形状計測結果を、形状フィッティング装置４３によって既知の形状情報に基づいてフィッティングする。
【００５７】
フィッティングの方法としては例えば最小二乗法などを用いれば良い。フィッティングした三次元仮座標系上の形状情報から位相を算出する。フィッティングすることにより、二次元画像上での形状計測誤差による最終的な位相計測結果への影響を最小限にとどめることができる。
【００５８】
図２の（ａ）及び図２の（ｂ）では一例として円柱形状の測定対象物２１、２２、２３を用いた。三次元仮座標系の形状計測結果を既知の円柱形状でフィッティングする。
【００５９】
これを、図２の（ｂ）に示すように最小二乗法などを用いて三次元仮座標系上の形状情報として記述することにより、円柱軸の方向ベクトルと基準点という情報が算出できる。
【００６０】
測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２、測定対象内部部品２３の各々についてこの手法を用いることにより、図２の（ｂ）の如く個々の測定対象内部部品の三次元仮座標系上での位相関係を得る。
【００６１】
前述で求めた三次元仮座標系上での位相は、各々の測定対象内部部品の形状に基づいた座標系に変換し、評価しやすくすることができる。
【００６２】
たとえば、図２の（ｂ）で円柱形状の測定対象内部部品２１の中心軸をＺ軸、高さの中心を原点にするように、三次元仮座標系から測定対象内部部品２１の座標系に全ての測定対象内部部品の円柱軸の方向ベクトルと基準点を一次変換すると、測定対象内部部品２１を基準にした他の測定対象内部部品の円柱軸の芯ずれや傾きなどを評価することができる。
【００６３】
上述した本発明の実施例によれば、非破壊で測定対象内部部品の寸法を透過画像から短時間で高精度に計測することを可能にした透視撮像装置及び透視撮像装置による位相計測方法が実現できる。
【実施例２】
【００６４】
本発明の他の実施例である放射線を利用して非破壊で測定対象物の複雑な形状を有する内部寸法の二次元画像を作成して高精度に計測する透視撮像装置の構成を図３に示す。
【００６５】
本実施例の非破壊で内部寸法の画像を作成して高精度に計測する透視撮像装置は図１に示した先の実施例の透視撮像装置と一部の構成は共通しているので、図１の実施例と共通した構成の説明は省略し、相違する構成につき以下に説明する。
【００６６】
図３において、本実施例の透視撮像装置１では複雑な形状を有する測定対象内部部品２１乃至２３を内部に備えた測定対象物２０は縦方向に配置されてターンテーブル５上に直接設置され、このターンテーブル５を等角度間隔で回転させて測定対象物２０をターンテーブル５上に載置された状態で回転する。
【００６７】
ターンテーブル５にはターンテーブル５の回転角度を計測するターンテーブル回転角度センサ１１が設置されており、ターンテーブル５の回転角度の信号を後述する面積比較装置５４に入力するように構成している。
【００６８】
フラットパネル検出器である多数のセンサ素子を平面状に配列した放射線検出センサ３では放射線源４から照射され、ターンテーブル５の回転によって等角度間隔で回転された測定対象物２０の測定対象内部部品２１乃至２３を透過して減衰した放射線ビーム２を等角度間隔毎に計測し、この放射線ビーム２の計測信号から２次元画像作成装置３１にてこれらの測定対象内部部品２１乃至２３の各断面形状の二次元画像を等角度間隔毎に構築した各形状データを順次作成する。
【００６９】
次に二次元平均画像作成装置５１では、２次元画像作成装置３１にて等角度間隔毎に計測して作成した測定対象物２０の測定対象内部部品２１乃至２３の夫々について、同一位置における少なくとも二つの二次元画像からこれらの二次元画像のピクセル値の平均を算出して二次元平均画像を作成する。
【００７０】
次に領域面積計測装置５２では、二次元平均画像作成装置５１で作成した前記二次元平均画像から測定対象内部部品２１乃至２３の各領域をしきい値となるピクセル値以下の領域としてその面積を演算して求める。
【００７１】
領域面積計測装置５２で演算した測定対象内部部品２１乃至２３の二次元平均画像の各領域の面積の値はメモリ５３に入力されて保存される。そして、これらの測定対象内部部品２１乃至２３の二次元平均画像の面積はターンテーブル５を等角度間隔で回転させた複数の回転角度毎に計測した二次元画像に基づいて算出してメモリ５３に保存する。
【００７２】
次に面積比較装置５４では、ターンテーブル５を等角度間隔で回転させた複数の回転角度毎に求めた領域面積計測装置５２で演算した測定対象内部部品２１乃至２３の二次元平均画像の各領域の面積の値を比較して面積比較結果をもとに前記面積が最小になるターンテーブル５の回転角度を算出する。
【００７３】
そして面積比較装置５４の演算によるターンテーブル５の複数の回転角度位置での測定対象内部部品２１乃至２３の二次元平均画像の各領域の面積比較結果に基づいてターンテーブル５の回転角度を制御するターンテーブル制御装置５５と、面積比較結果によって最終的に前記面積が最小になるターンテーブル５の回転角度を算出するターンテーブル回転角度出力装置５６とを備えている。
【００７４】
次に前述した本実施例における透視撮像装置１の動作について説明する。
【００７５】
図３においてターンテーブル５を等角度間隔毎に回転させながらターンテーブル５に載置した複雑な形状を有する測定対象内部部品２１乃至２３を備えた測定対象物２０に対して放射線源４から放射線ビーム２を照射し、これらの測定対象内部部品２１乃至２３を透過した放射線ビーム２を放射線検出センサ３によってターンテーブル５の等角度間隔毎に計測する。
【００７６】
放射線検出センサ３で計測した前記放射線ビーム２の計測信号から２次元画像作成装置３１にて測定対象内部部品２１乃至２３の各断面形状の二次元画像をターンテーブル５の等角度間隔毎に構築した各形状データを順次作成する。
【００７７】
次に二次元平均画像作成装置５１では、ターンテーブル５を一回転する間に得られた複数の２次元画像作成装置３１で計測して作成した測定対象物２０の測定対象内部部品２１乃至２３の夫々について、同一位置における少なくとも二つの二次元画像からこれらの二次元画像のピクセル値の平均を算出し、それを新たに参照した位置のピクセル値とする二次元平均画像を作成する。
【００７８】
取得する計測データがターンテーブル５を等角度間隔毎に回転して取得したものでない場合には、取得する計測間隔に比例した重み付けの平均を用いることもあり得る。このとき、ターンテーブル５の回転角度ごとに二次元画像を作成しなくても、減衰量の積算値を二次元画像の位置ごとにピクセル値として算出し、その結果を二次元画像の数で除算することで、直接二次元平均画像を作成するようにしてもよい。
【００７９】
次に領域面積計測装置５２によって二次元平均画像作成装置５１で作成した二次元平均画像から領域面積を計測する機能について、図４を用いて説明する。
【００８０】
図４に示した例では、ターンテーブル５の回転角度を０°、９０°、１８０°、２７０°と等間隔毎に順次回転させた測定対象物２０の測定対象内部部品２１乃至２３の各円柱形状を投影した二次元画像を平均して二次元平均画像を作成した状況を示す。
【００８１】
図５の画像は、図４に示した二次元平均画像のうち円柱形状の測定対象内部部品２１の二次元平均画像の領域を拡大して示した模式図である。領域面積計測装置５２では、しきい値とするピクセル値で測定対象内部部品２１の二次元平均画像の領域を求めてその面積を算出する。このとき、たとえばリージョングローイング、二値化法などの手法を用いれば良い。
【００８２】
領域面積計測装置５２によって算出した二次元平均画像の領域の面積は、ターンテーブル回転角度センサ１１で検出したターンテーブル５の回転角度の計測結果だけでなく、例えばターンテーブル５の上下方向の位置、放射線ビーム２中心軸２aの方向、放射線ビーム２の中心軸２aと上下方向に垂直な方向、ターンテーブル５の中心軸の傾き角度方向などの機械座標系での位置と関連付けてメモリ５３に夫々保存される。
【００８３】
次にターンテーブル制御装置５５を操作し、ターンテーブル５の回転角度を変えて前述と同様の方法で領域面積計測装置５２の演算によって測定対象内部部品２１乃至２３の各二次元平均画像の領域面積を夫々算出し、この算出された二次元平均画像の領域面積の算出値に基づいて面積比較装置５４によって前記面積が最小になるターンテーブル５の回転角度を算出して、テーブル回転角度出力装置５６に送信する。
【００８４】
面積比較装置５４では、領域面積の比較を可能とするために二次元平均画像の領域を算出する際のしきい値は全ての二次元平均画像で共通にする。そして面積比較装置５４を用いて、前回計測したターンテーブル５の回転角度における測定対象内部部品２１乃至２３の二次元平均画像の領域面積の算出結果と、今回計測したターンテーブル５の異なる回転角度における測定対象内部部品２１乃至２３の二次元平均画像の領域面積の算出結果と比較する。
【００８５】
図５の（ｂ）と図５の（ａ）に示すように、一般に二次元平均画像上の領域面積が小さい方が測定対象内部部品２１の中心軸とターンテーブル５の回転軸の方向ベクトルの中心位置との差が小さいと判断できる。
【００８６】
そこで、面積比較装置５４の演算によって図５の（ｂ）に示したような前回計測した前記二次元平均画像の領域面積の算出結果よりも図５の（ａ）に示す如く今回計測した前記二次元平均画像の領域面積の算出結果の方が算出した領域面積が小さければ、面積比較装置５４に入力されたターンテーブル１１の回転角度の入力信号と領域面積の算出結果に基づいてターンテーブル制御装置５５に操作信号を出力して前記二次元平均画像の領域面積がさらに小さくなる方向にターンテーブル５を回転させるように制御する。
【００８７】
上記したように面積比較装置５４の演算にて上記の演算操作を繰り返し実行して二次元平均画像の領域面積が最小となるターンテーブル５の回転角度を算出してターンテーブル制御装置５５に操作信号を出力し、最小の二次元平均画像の領域面積が得られたターンテーブル５の回転角度のデータはターンテーブル制御装置５５を経由してテーブル回転角度出力装置５６に送信する。
【００８８】
面積比較装置５４の演算にて得られた二次元平均画像の領域面積が最小となるターンテーブル５の回転角度の値が測定対象内部部品２１の中心軸の方向ベクトルと基準位置の算出結果を表す。同様に、ターンテーブル１１の回転角度を変えて測定対象内部部品２２、２３に対しても二次元平均画像の領域面積の算出して、それらの二次元平均画像の領域面積が最小となるターンテーブル５の回転角度の値を求めて測定対象内部部品２２、２３の中心軸の方向ベクトルを算出する。
【００８９】
これにより、測定対象物２０の内部に備えられた複雑な形状を有する測定対象内部部品２１、測定対象内部部品２２及び測定対象内部部品２３の全てについて、各々の位相関係を得ることができる。
【００９０】
上述した本発明の実施例によれば、非破壊で測定対象内部部品の寸法を透過画像から短時間で高精度に計測することを可能にした透視撮像装置及び透視撮像装置による位相計測方法が実現できる。
【００９１】
また、評価手法に領域面積を用いることで、測定対象物の二次元画像の境界位置を計測するよりも計測点数を増やすことができ、画像上のノイズによる計測誤差の影響を極小化することができる。
【００９２】
また、計測対象とする測定対象内部部品の周辺に測定対象外としたい部品が一部にあっても、それによる影響を低減できる。
【００９３】
これ以外の手法としては、測定対象物の二次元画像の境界位置をしきい値から求めることもあり得る。この場合には測定対象内部部品の傾きや位置をターンテーブル５の回転軸に合わせる制御を行えばよい。
【００９４】
前述で求めた機械座標系上での位相は、各々の測定対象内部部品の形状に基づいた座標系に変換して評価しやすくすることができる。たとえば、測定対象内部部品２１の中心軸をＺ軸、高さの中心を原点にするように、機械座標系から測定対象内部部品２１の座標系に全ての測定対象内部部品の円柱軸の方向ベクトルと基準点を一次変換すると、測定対象内部部品２１を基準にした他の測定対象内部部品の円柱軸の芯ずれや傾きなどを評価することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、非破壊で測定対象物の複雑な形状を有する内部部品の寸法を短時間で三次元画像、又は二次元平均画像を作成して計測する透視撮像装置や、透視撮像装置による位相計測方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の一実施例である放射線を利用して非破壊で測定対象物の複雑な形状を有する内部寸法を三次元画像を作成して高精度に計測する透視撮像装置。
【図２】図１に示した実施例における形状フィッティング装置と位相算出装置の機能を示す説明図。
【図３】本発明の他の実施例である放射線を利用して非破壊で測定対象物の複雑な形状を有する内部寸法を二次元平均画像を作成して高精度に計測する透視撮像装置。
【図４】図３に示した他の実施例における二次元平均画像から領域面積を計測する機能を示す説明図。
【図５】図３に示した他の実施例における計測対象内部部品の二次元平均画像とターンテーブル回転軸と計測対象内部部品の中心軸が一致した状況を示す説明図。
【符号の説明】
【００９７】
１：透視撮像装置、２：放射線ビーム、３：放射線検出センサ、４：放射線源、５：ターンテーブル、７：回転治具、７a：回転軸、１１：ターンテーブル回転角度センサ、１２：治具回転角度センサ、２０：測定対象物、２１、２２、２３：測定対象内部部品、３０：画像再構成演算装置、３１：二次元平均画像作成装置、４１：二次元画像演算装置、４２：座標変換装置、４３：形状フィッティング装置、４４：位相算出装置、５２：領域面積計測装置、５３：メモリ、５４：面積比較装置、５５：ターンテーブル制御装置、５６：テーブル回転角度出力装置。
【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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