(57)【要約】【課題】試料が複雑な立体形状を有する場合にも非破壊かつ迅速に形状評価が可能な立体形状評価装置を提供する。【解決手段】立体形状評価装置はＸ線ＣＴスキャナ装置で取得した複数の断面画像から試料の立体形状を示すデータを作成し、このデータとＣＡＤ等で作成した試料の立体形状を示すデータとを比較することにより試料の評価を行う。このデータ比較では基準面Ｐの断面画像を用いて各断面の設計画像に対する実測画像の画像ずれが算出され、実測データはこの算出結果を用いて画像ずれが補正される。Ｘ線ＣＴスキャナ装置の回転テーブル２１１の内部に平面視形状が直角三角形の基準片Ｑを埋設し、この基準片Ｑの断面画像を基準面の断面画像とすることにより基準面Ｓを有しない複雑な立体形状の試料Ｐに対しても画像ずれの補正を可能にし、形状評価を好適に行えるようにした。【選択図】  図６
2004271221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の断面形状を有する基準部材が特定の位置関係で配置された試料の、上記基準部材の所定の断面を基準面とした当該基準面と平行な複数の面で切断した際の各面の断面形状のデータと、各面の断面形状に予め設定された複数の評価点に関するデータとからなる上記試料の三次元設計データが記憶された記憶手段と、
上記三次元設計データに含まれる複数の断面画像に対応する断面で、上記基準部材が上記特定の位置関係で配置された上記試料にＸ線を照射して断層像を取得し、その断層像から当該試料の各面における断面形状と当該基準部材の断面形状とからなる上記試料の三次元実測データを生成する三次元実測データ生成手段と、
上記三次元実測データ生成手段で生成された上記基準部材の上記基準面における断面形状と上記三次元設計データにおける上記基準部材の上記基準面における断面形状とに基づいて、上記三次元実測データの各断面形状の上記三次元設計データの対応する断面形状に対する画像のずれを補正する補正データを演算する演算手段と、
各断面毎に、上記演算手段で算出された補正データに基づいて上記三次元実測データの各断面形状の、上記三次元設計データの対応する断面形状に対する画像のずれを補正する補正手段と、
各断面毎に、画像のずれが補正された上記三次元実測データの断面形状について、上記三次元設計データの対応する断面形状に設定された評価点に対応する点を抽出する評価点抽出手段と、
各断面毎に、当該断面の設定された複数の評価点について、上記三次元設計データの断面形状と上記補正手段で補正された上記三次元実測データの断面形状とを比較し、その比較結果に基づいて上記試料の良否を評価する評価手段と、
を備えたことを特徴とする立体形状評価装置。
【請求項２】
請求項１記載の立体形状評価装置において、
上記評価手段による比較結果および評価結果を記録する記録手段をさらに備えたことを特徴とする立体形状評価装置。
【請求項３】
上記基準部材は、Ｘ線を照射する際に上記試料を固定する固定部材の当該試料に対して特定の位置関係となる位置に設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の立体形状評価装置。
【請求項４】
上記補正データには、少なくとも回転移動または平行移動により上記三次元実測データの断面画像の画像ずれを補正するデータが含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の立体形状評価装置。
【請求項５】
上記評価手段は、各評価点毎に、上記三次元設計データの断面形状に示す座標値と上記三次元実測データの断面形状の示す座標値の誤差を算出し、その算出結果に基づいて上記試料の良否を評価することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の立体形状評価装置。
【請求項６】
上記評価手段は、さらに各評価点毎に、上記三次元実測データの断面形状の評価点に対応する点が、上記三次元設計データの断面形状の当該評価点に対して外側に位置するか、内側に位置するかを判定し、その判定結果に基づいて上記試料の良否を評価することを特徴とする請求項５記載の立体形状評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミダイカストなどの鋳造品の外形形状を非破壊で評価する装置に係り、特に鋳造品のＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）による設計上の三次元形状データ（以下、設計データという。）とＸ線ＣＴスキャナ装置などによって取得した断面画像から再構築した鋳造品の実測による三次元形状データ（以下、実測データという。）とを比較し、実測による三次元形状データの設計上の三次元形状データに対する寸法誤差などに基づいて鋳造品の良否を評価する立体形状評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造品などの試料の外形形状の評価方法としては、従来、一般に三次元計測装置により試料の外形形状の寸法を測定し、その測定結果を設計データと比較することより試料の良否を判定する方法が知られている。
【０００３】
この評価方法は、試料の外形形状の寸法を直接、測定器で測定するため、実測寸法の精度が高く、評価の信頼性が高いという利点はある。しかし、測定に時間を要するため評価コストが高い、内部に空洞がある試料では試料を切断しなければ、内部形状の寸法が実測できないなどの欠点があるため、例えば自動車のマニールド、シリンダヘッド、エンジンケースなどの複雑な立体形状を有する鋳造品などの評価方法としては採用し難く、近年は、産業用Ｘ線ＣＴスキャナ装置を用いて試料の断面画像を取得し、その断面画像を用いて非破壊で試料の外形形状を評価する方法が開発されている。
【０００４】
そして、産業用Ｘ線ＣＴスキャナ装置による試料の断面画像を用いた外形形状の寸法測定技術としては、例えば特開平５−６０５３９号公報や特開平７−２４３８３３号公報に示されるように、ＣＴ値で描画された断面画像から予め設定された閾値（ＣＴ値）を用いて断面形状の輪郭を示す点群を抽出することにより試料の断面形状の輪郭画像を生成し、この輪郭画像から評価すべき位置の寸法を算出する方法が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−６０５３９号公報
【特許文献２】
特開平７−２４３８３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の産業用Ｘ線ＣＴスキャナ装置による試料の断面画像を用いた試料の外形形状の評価方法は、試料を非破壊で評価し得る点では三次元計測装置により試料の外形形状を実測する方法よりは優れるが、断面画像から試料の断面形状の輪郭画像を生成し、この輪郭画像に対して作業者が評価すべき位置を入力し、その評価位置の寸法を逐次算出させては作業者がその算出結果に基づいて試料の良否を評価するものであるため、評価作業に長時間を要し、試料の非破壊評価装置としては十分とは言えなかった。
【０００７】
特に、複雑な立体形状を有する試料では、断面画像の枚数が多く、しかも各断面画像における評価位置も多数設定されるため、全ての評価点についての形状評価をしようとすると、作業者は膨大な評価位置について評価作業を繰り返さなければならず、必ずしも実用的とは言えなかった。
【０００８】
そこで、評価作業の効率化を図る方法として、産業用Ｘ線ＣＴスキャナ装置によって得られた試料の断面画像から、ＣＡＤなどの設計支援装置によって作成された試料の三次元の形状データ（複数の断面形状を示す設計データ。以下、三次元設計データという。）と照合可能な当該試料の三次元の形状データ（複数の断面形状の輪郭を示すデータ。以下、三次元実測データという。）を作成し、三次元実測データを三次元設計データと比較することにより各断面の断面形状のずれに基づいて試料の良否を自動評価する方法が考えられる。
【０００９】
しかし、この方法は、複数の断面形状について三次元実測データを三次元計測データと比較するため、両データの断面位置と各断面における座標系とが一致していなれければ、両断面形状のずれを正確に算出することができず、信頼性の高い評価結果が得られないという問題がある。
【００１０】
三次元実測データは、産業用Ｘ線ＣＴスキャナ装置によって撮影された試料の断面画像から作成されるため、試料の撮影時には少なくとも断面位置を三次元設計データの断面位置に合わせる必要がある。また、各断面における断面形状の比較は、断面形状の輪郭を示す点群の座標値を用いて行われるため、三次元実測データの各断面のｘ’ｙ’座標系と三次元設計データの対応する断面のｘｙ座標系とを合わせる必要がある。
【００１１】
このため、通常、試料には所定の面やその面から設定した仮想的な面が基準面として設けられ、この基準面を基準にして三次元設計データが作成されるとともに、基準面を基準にして試料の各断面位置が決定されて断面画像が取得され、その断面画像から三次元実測データが作成されるようになっている。また、設計データには、少なくとも基準面に各断面の座標系を合わせるための座標変換用のデータを取得するための基準片の断面画像（例えば不等辺三角形）が設けられ、産業用Ｘ線ＣＴスキャナ装置により試料の断面画像を取得する際には、試料とともに基準片の断面画像も写し込まれるようになっている。
【００１２】
しかし、試料の形状が複雑なものでは基準面が全く設けられない場合や信頼性の低い基準面しか設けられない場合もあり、このような試料では対比すべき三次元実測データの断面画像と三次元設計データの断面画像との位置合わせが困難となるため、上述の自動評価方法を実現したとしてもこのような試料には適用できず、適用可能な試料が制限されることになる。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、試料の立体形状に関係なく非破壊で、しかも短時間に当該試料の立体形状を好適に評価をすることのできる立体形状評価装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定の断面形状を有する基準部材が特定の位置関係で配置された試料の、上記基準部材の所定の断面を基準面とした当該基準面と平行な複数の面で切断した際の各面の断面形状のデータと、各面の断面形状に予め設定された複数の評価点に関するデータとからなる上記試料の三次元設計データが記憶された記憶手段と、上記三次元設計データに含まれる複数の断面画像に対応する断面で、上記基準部材が上記特定の位置関係で配置された上記試料にＸ線を照射して断層像を取得し、その断層像から当該試料の各面における断面形状と当該基準部材の断面形状とからなる上記試料の三次元実測データを生成する三次元実測データ生成手段と、上記三次元実測データ生成手段で生成された上記基準部材の上記基準面における断面形状と上記三次元設計データにおける上記基準部材の上記基準面における断面形状とに基づいて、上記三次元実測データの各断面形状の上記三次元設計データの対応する断面形状に対する画像のずれを補正する補正データを演算する演算手段と、各断面毎に、上記演算手段で算出された補正データに基づいて上記三次元実測データの各断面形状の、上記三次元設計データの対応する断面形状に対する画像のずれを補正する補正手段と、各断面毎に、画像のずれが補正された上記三次元実測データの断面形状について、上記三次元設計データの対応する断面形状に設定された評価点に対応する点を抽出する評価点抽出手段と、各断面毎に、当該断面の設定された複数の評価点について、上記三次元設計データの断面形状と上記補正手段で補正された上記三次元実測データの断面形状とを比較し、その比較結果に基づいて上記試料の良否を評価する評価手段とを備えたものである（請求項１）。
【００１５】
なお、上記立体形状評価装置において、上記評価手段による比較結果および評価結果を記録する記録手段をさらに備えるとよい（請求項２）。また、上記立体形状評価装置において、上記基準部材は、放射線を照射する際に上記試料を固定する固定部材の当該試料に対して特定の位置関係となる位置に設けるとよい（請求項３）。また、上記立体形状評価装置において、上記補正データには、少なくとも回転移動または平行移動により上記三次元実測データの断面画像の画像ずれを補正するデータが含むものである（請求項４）。また、上記立体形状評価装置において、上記評価手段は、各評価点毎に、上記三次元設計データの断面形状示す座標値と上記三次元実測データの断面形状示す座標値の誤差を算出し、その算出結果基づいて上記試料の良否を評価するとよい（請求項５）。また、上記立体形状評価装置において、上記評価手段は、さらに各評価点毎に上記三次元設計データの断面形状の評価点に対応する点が、上記三次元設計データの断面形状の当該評価点に対して外側に位置するか、内側に位置するかを判定し、その判定結果に基づいて上記試料の良否を評価するとよい（請求項６）。
【００１６】
上記構成の立体形状評価システムによれば、試料の三次元設計データに含まれる複数の断面画像に対応する断面で、基準部材が特定の位置関係で配置された試料にＸ線などの放射線を照射して得られた投影像から当該試料の各断面における断面形状と当該基準部材の断面形状とからなる試料の三次元実測データが生成される。この後、三次元実測データの基準部材の断面形状と三次元設計データの基準部材の断面形状とに基づいて、三次元実測データの各断面形状の三次元設計データの対応する断面形状に対する画像のずれを補正する補正データが演算される。具体的には、回転移動又は平行移動により三次元実測データの断面画像の画像ずれを補正する補正データ（例えばヘルマート変換により補正する場合は、ヘルマート変換式の係数）が演算される。そして、各断面毎に、この補正データに基づいて三次元実測データの各断面形状の、三次元設計データの対応する断面形状に対する画像のずれが補正される。
【００１７】
また、各断面毎に、三次元実測データの断面画像の画像ずれが補正された後、その断面形状について、三次元設計データの対応する断面形状に設定された評価点に対応する点が抽出される。
【００１８】
そして、各断面毎に、当該断面の設定された複数の評価点について、三次元設計データの断面形状と画像ずれの補正された三次元実測データの断面形状とが比較され、その比較結果に基づいて試料の良否が評価される。具体的には、各評価点毎に、三次元設計データの断面形状を示す座標値と三次元実測データの断面形状を示す座標値との誤差が算出され、その誤差から試料の良否が評価される。あるいは各評価点毎に、三次元設計データの断面形状の評価点に対応する点が、三次元設計データの断面形状の当該評価点に対して外側に位置するか、内側に位置するかが判定され、その判定結果も加味して試料の良否が評価される。そして、その比較結果と評価結果はメモリに記録される。そして、その比較結果と評価結果はメモリに記録される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る立体形状評価装置の構成を示す図である。
【００２０】
同図に示す立体形状評価装置１は、パールナルコンピュータによって構成されている。パーソナルコンピュータは、演算処理および外部接続された周辺装置の動作制御を行う評価装置本体１０１、表示装置としてのＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）からなるディスプレイ１０２、入力装置としてのキーボード１０３およびマウス１０４で構成されている。ディスプレイ１０２、キーボード１０３およびマウス１０４は所定の接続ケーブルで評価装置本体１０１に接続されている。また、評価装置本体１０１内には主記憶装置としてハードディスク１０６が内蔵されるとともに、外部記憶装置としてのＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＭＯ（Ｍａｇｎｅｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｓｋ）などの記録媒体からプログラムやデータなどの情報を本体内に読み込むためのドライバ１０５が内蔵されている。
【００２１】
評価装置本位１０１のハードディスク１０６には、本発明に係る試料の立体形状評価処理、すなわち、Ｘ線ＣＴスキャナ装置によって得られた試料（例えばマニホールドやシリンダヘッドの鋳造品など）の複数枚の断面画像（以下、ＣＴ画像という。）から各断面の断面形状を示すデータからなる試料の三次元形状データ（三次元実測データ）を生成し、この三次元実測データとＣＡＤなどの設計支援装置によって作成された当該試料の三次元画像のデータ（複数枚の断面形状を示すデータ。三次元設計データ）との対応する断面形状同士を比較して形状寸法のずれなどから試料の良否を評価する処理のプログラムが予め格納されている。
【００２２】
また、この立体形状評価処理のプログラムを実行するために必要なＣＴ画像のデータは、ＭＯなどの記録媒体に記録され、ドライバ１０５により当該記録媒体から読み取ってハードディスク１０６に保存することで評価装置本体１０１に入力される。なお、後述するＸ線ＣＴスキャナ装置とパーソナルコンピュータ１とを通信線で接続し、Ｘ線ＣＴスキャナ装置で取得されたＣＴ画像のデータをオンラインでパーソナルコンピュータ１に伝送し、評価装置本体１０１内のハードディスク１０６に保存するようにしても良い。
【００２３】
ここで、ＣＴ画像を取得するためのＸ線ＣＴスキャナ装置の一例について、図２を用いて簡単に説明する。
【００２４】
Ｘ線ＣＴスキャナ装置２は、主としてスキャナ本体２１、高圧発生装置２２、Ｘ線制御装置２３およびＰＣワークステーション２４で構成されている。スキャナ本体２１は、試料ＰにＸ線を照射して断面画像のデータを取得する機能を果たす部分で、試料Ｐを載置する回転テーブル２１１、この回転テーブル２１１の回転動作を制御する回転制御装置２１２、回転テーブル２１１に載置された試料ＰにＸ線を照射するべく当該Ｘ線を発生するＸ線管２１３、Ｘ線管２１３から発生するＸ線をビームに絞るためのコリメータ２１４、回転テーブル２１１を挟んでＸ線管２１３と対向配置され、Ｘ線管２１３から発せられたＸ線を検出するＸ線検出器２１５、Ｘ線管２１３を上下動させるための昇降機２１６、昇降機２１６の昇降動作を制御する昇降制御装置２１７、Ｘ線検出器２１５で検出される検出値を試料ＰのＣＴ画像のデータとして収集するデータ収集装置２１８を含んでいる。
【００２５】
Ｘ線管２１３には、高圧発生装置２２から所定の高圧電源が供給され、これによりＸ線が放射されるようになっている。Ｘ線管２１３からのＸ線の放射量（出力）は高圧発生装置２２の出力を制御することにより制御される。また、Ｘ線管２１３からのＸ線放射のタイミング、水平面内（図２ではＸＹ平面）におけるキスャン範囲、スキャン速度などはＸ線制御装置２３により制御される。高圧発生装置２２およびＸ線制御装置２３は、ＰＣワークステーション２４からの制御信号に基づきＸ線管２１３の出力、スキャン範囲、スキャン速度、スキャンタイミング等を制御する。
【００２６】
Ｘ線管２１３から放射されるＸ線はコリメータ２１４により細く絞られてビームとなる。そして、Ｘ線管２１３から放射されるＸ線の方向を水平面内で回転テーブル２１１に搭載された試料Ｐをカバーし得る所定の角度で変化させることによりファンビーム（細いビームを所定の角度範囲でスキャンさせたビーム）が生成され、このファンビームが回転テーブル２１１に搭載された試料Ｐに照射される。
【００２７】
一方、回転テーブル２１１を挟んでＸ線管２１３に対向配置されたＸ線検出器２１５は、水平面内で所定ピッチで複数の検出器が扇状（Ｘ線管２１３と各検出器との距離が等距離となる線上）に配列されたもので、各検出器でＸ線管２１３からのファンビームを検出するようになっている。
【００２８】
Ｘ線管２１３およびＸ線検出器２１５は、昇降機２１６により上下方向（図２において、紙面に垂直な方向）に移動可能になっている。昇降機２１６の昇降動作は昇降制御装置２１７により制御される。昇降制御装置２１７は、断面画像取得時には昇降機２１６を測定初期位置から所定のピッチ（たとえば１ｍｍピッチ）で上昇させる。なお、昇降機２１６にはＸ線管２１３およびＸ線検出器２１５の上下方向の位置を検出するための位置検出装置（例えばエンコーダ。図示せず）が設けられ、この位置検出装置から出力される検出信号は昇降制御装置２１７に入力されるようになっている。昇降制御装置２１７はこの検出信号に基づき昇降機２１６の相対的な昇降位置を制御する。本実施形態では、昇降機２１６によりＸ線管２１３およびＸ線検出器２１５が回転テーブル２１１に対して上下動するようになっているが、Ｘ線管２１３およびＸ線検出器２１５を固定し、回転テーブル２１１を昇降させる構成であってもよい。
【００２９】
また、本実施形態に係る立体形状評価装置１は、図３に示すように、三次元実測データの断面画像Ｇｏと三次元設計データの対応する断面画像Ｇｄとを重ね合わせるように比較して各断面の形状を評価するため、Ｘ線ＣＴスキャナ装置２によって取得される複数枚の断面画像の各画像は、ＣＡＤなどで作成される試料の複数枚の断面画像の対応する画像と一致している必要がある。このため、通常、試料Ｐには、図４に例示するように基準面Ｓが設定されるとともに、この基準面Ｓを基準として当該基準面Ｓに垂直な方向に所定のピッチで複数の設計断面が設定され、ＣＡＤでは各断面について試料Ｐの断面形状の図面が作成されている。なお、図４の例では、基準面Ｓは試料Ｐに存在する最上面を含む面として設定されているが、試料Ｐに存在する面に基づいて仮想的に設定した面であってもよい。
【００３０】
なお、試料Ｐの断面画像を取得する際、基準面Ｓとこの基準面Ｓに対して所定のピッチで設定される断面位置を正確に調整すれば、三次元実測データと三次元設計データの各断面画像の対応関係は正確に一致させることができる。しかし、各断面画像においては、実測した断面画像Ｇｏのｘ’ｙ’座標と設計した断面画像Ｇｄのｘｙ座標は必ずしも一致しているわけではないので、実測した断面画像Ｇｏのｘ’ｙ’座標を設計した断面画像Ｇｄのｘｙ座標に一致させるように（図３の状態参照）、画像のずれを補正する必要がある。
【００３１】
実測した断面画像の設計した断面画像に対する画像ずれは幾何学的な歪に相当し、例えばヘルマート変換による幾何補正によって補正することができる。ヘルマート変換は、２つの画像間の縮尺、回転、平行移動の３種類の歪を補正するものである。幾何補正前の座標を（ｘ’，ｙ’）、幾何補正後の座標を（ｘ，ｙ）とし、原点の平行移動量を（Δｘ，Δｙ）、原点を中心とした回転角をθ、原点を中心とした縮尺率をｍとすると、ヘルマート変換式は、下記式▲１▼▲２▼で表される。
【００３２】
【数１】
2004271221.tif 000003
【００３３】
そして、この画像のずれを補正するための補正データ（ヘルマート変換式の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を取得するために、三次元設計データの基準面Ｓの断面画像には、補正データ取得用の不等辺三角形の基準画像Ｇｒ（図４参照）が設けられている。
【００３４】
しかし、試料Ｐの立体形状が複雑かつ曲線的で基準面Ｓが設けられない場合や、設けられたとしても信頼性が低い場合もあり、このような場合は、三次元設計データの各断面の画像に対応した三次元実測データを正確に取得することが困難となり、仮に所得し得たとしても十分な精度が得られないという問題が生じる。そこで、基準面Ｓを設けることが困難な試料Ｐに対しても測定可能にするため、本実施形態に係るＸ線ＣＴスキャナ装置２では、基準面Ｓに相当する面を試料Ｐの外部に設定可能にし、この基準面Ｓの断面画像を用いて画像ずれの補正データを取得できるようにしている。
【００３５】
具体的には、図５に示すように、回転テーブル２１１の内部に平面視形状が直角三角形の薄い角柱片からなる基準片Ｑを埋設している。基準片Ｑは、図６に示すように、上下面が回転テーブル２１１の上面２１１ａ（試料載置面２１１ａ）と平行になるように埋設されている。そして、基準面Ｓは、回転テーブル２１１の上面２１１ａから所定の寸法ｄだけ下側の位置に設定され、試料Ｐの断面画像を取得する際、基準面Ｓの断面画像も取得されるようになっている。
【００３６】
従って、基準面Ｓが設けられていない試料ＰのＣＴ画像を取得する際は、図６に示す基準面Ｓの位置とこの基準面Ｓに対して所定のピッチで設定される複数の断面位置の情報が昇降制御装置２１７にＰＣワークステーション２４から入力され、昇降制御装置２１７はこの情報に基づいて昇降機２１６の昇降動作を制御する。
【００３７】
基準片Ｑの平面視形状を直角三角形としているのは、上述したように、基準面Ｓの断面画像を基準画像として画像ずれの補正データを取得できるようにするためである。本実施形態に係る立体形状評価装置１では、基準面Ｓが試料Ｐの外部に設定され、補正データ取得用の基準画像が当該基準面Ｓで取得されるようになっているので、試料Ｐには、図７に示すように、図６に示した実測条件で取得される基準面Ｓの断面画像に相当する断面図（直角三角形の図）が試料Ｐの三次元設計データに１枚追加されている。
【００３８】
そして、図８に示すように、三次元実測データに含まれる基準面Ｓの断面画像Ｇｏｒ（基準片Ｑの直角三角形の断面画像。基準画像に相当）と三次元設計データに含まれる基準面Ｓの断面図Ｇｒ（直角三角形の図）とを比較して画像ずれの補正データ（ヘルマート変換式の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）が算出される。
【００３９】
画像ずれの補正データは、実測された基準面Ｓの断面画像Ｇｏｒの３個の頂点ｃ１’，ｃ２’，ｃ３’の座標（ｘ１’，ｙ１’），（ｘ２’，ｙ２’），（ｘ３’，ｙ３’）を算出し、これらの座標と設計された基準面Ｓの断面図Ｇｒの３個の頂点ｃ１，ｃ２，ｃ３の座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３）を上記▲１▼，▲２▼式に代入し、最小二乗法により最小の誤差となる係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを算出することにより求められる。
【００４０】
なお、画像ずれの補正データは、断面画像Ｇｏのｘ’ｙ’座標を断面画像Ｇｄのｘｙ座標に変換するデータとして算出されるが、これは試料Ｐの各断面のＣＴ画像がｘ’ｙ’座標に対して所定の位置に配置されていることを前提としている。すなわち、三次元設計データは、各断面のｘ’ｙ’座標上に試料Ｐの断面形状をプロットすることにより作成されているから、ＣＴ画像から作成される各断面の試料Ｐの輪郭形状のデータも、三次元設計データに対応するようにｘ’ｙ’座標上にプロットされたものとなっている必要がある。
【００４１】
そして、試料Ｐの各断面画像におけるｘ’ｙ’座標は、基準面Ｓにおける基準片ＱのＣＴ画像（直角三角形の画像）によって定義されるから、試料Ｐを回転テーブル２１１に載置する際、試料Ｐは、その断面形状が基準片Ｑの断面形状（直角三角形の形状）に対して特定の位置関係になるように位置決めが行われる必要がある。このため、本実施形態に係るＸ線ＣＴスキャナ装置２の回転テーブル２１１の上面２１１ａには、図６に示すように、試料Ｐを所定の位置に位置決めをして固定する固定部材２１１ｂが設けられている。なお、図６では、固定部材２１１ｂとして固定片が描かれているが、固定部材２１１ｂは、試料Ｐの形状に応じて適切な形状及び構造の部材が適宜、選択される。
【００４２】
上記のように、基準片Ｑは、基準面Ｓを試料Ｐの外部に設定可能にするとともに、その基準面Ｓにおけるｘ’ｙ’座標を定義して画像ずれの補正データを取得可能にするためのものであるから、これらの目的を達成するものであれば、その形状は平面視形状が直角三角形の薄い角柱片に限定されるものでない。例えば平面視形状は直角三角形が任意の寸法の三角形や正方形であってもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、基準片Ｑを回転テーブル２１１の内部に埋設しているが、基準面Ｓを試料Ｐの外部に設定することができれば、基準片Ｑは必ずしも回転テーブル２１１の内部に埋設する必要はない。例えば試料Ｐを固定する固定台を設け、この固定台の内部に基準片Ｑを埋設する構成であってもよい。多種多様な断面形状を有する試料ＰのＣＴ画像の取得の容易性を考慮すると、回転テーブル２１１に基準片Ｑを埋設する方法は、試料毎に基準面Ｓのｘ’ｙ’座標に対する位置決めをするための固定部材をテーブル上面２１１ａに設けなければならず、テーブル上の固定部材２１１ｂが煩雑になるという不利があるが、試料毎に固定台を設ける方法は、そのような問題を解消するという利点がある。
【００４４】
図２に戻り、回転テーブル２１１は、図略の駆動モータにより回転可能になっている。回転テーブル２１１の回転動作は回転制御装置２１２により制御される。回転制御装置２１２は、断面画像取得時にはＰＣワークステーション２４からの制御データに基づき回転テーブル２１１を回転初期位置から一定の角度（例えば３０度）単位で回転させ、例えば時計回りに半回転もしくは一回転させる。従って、試料ＰのＸ線吸収量は、回転テーブル２１１が各回転位置に停止される毎に測定される。
【００４５】
ある高さ位置の試料ＰのＣＴ画像は、昇降機２１６によりＸ線管２１３およびＸ線検出器２１５をその高さ位置に設定した後、Ｘ線管２１３からファンビームを試料に照射させながら、回転テーブル２１１を一回転または半回転させる（すなわち、試料Ｐを水平面内に一回転または半回転させる）ことにより取得される。
【００４６】
従って、試料Ｐを高さ方向に所望のピッチで複数回スライスし、各スライス面でＣＴ画像を取得することにより試料の一部又は全ての面の断面形状の画像が取得される。各高さ位置で試料Ｐにファンビームを照射し、当該試料Ｐを透過したＸ線はＸ線検出器２１５により検出され、その検出データはデータ収集装置２１８に入力される。データ収集装置２１８では、各高さ位置で取得されたＸ線の検出量から試料ＰでのＸ線吸収量（減弱計数＝ＣＴ値）を求め、ＣＴ画像のデータを作成する。このＣＴ画像は、（ｎ×ｎ）個の画素を有するエリアセンサで断面を撮影した画像に相当し、ＣＴ画像のデータは各画素の出力レベルがＣＴ値で表された濃淡データである。このＣＴ画像のデータは、試料ＰのＣＴ画像取得動作の終了後、ＰＣワークステーション２４に転送される。
【００４７】
ＰＣワークステーション２４は、試料ＰのＣＴ画像取得動作を統括制御するための装置である。ＰＣワークステーション２４は、パーソナルコンピュータ２４１、モニタ２４２およびキーボード／マウス２４３で構成されている。パーソナルコンピュータ２４１にはＸ線ＣＸスキャナ装置２により試料Ｐの断面画像を取得するための専用の処理プログラムが内蔵され、起動すると、その処理プログラムに従って試料の断面画像の取得動作を行う。なお、ユーザは、Ｘ線ＣＴスキャナ装置２の動作開始前にキーボード／マウス２４３によって所要の条件（例えばスキャン範囲、高さ方向のスライスピッチ、スキャン速度等の条件）を設定する。
【００４８】
このＸ線ＣＴスキャナ装置２では、図９に示すように、試料Ｐを高さ方向に所定のピッチでスライスした複数枚のＣＴ画像が取得され、これらのＣＴ画像のデータは、ＰＣワークステーション２４内のハードディスクなどの記憶装置に保存される。そして、ＰＣワークステーション２４がオンラインで立体形状評価装置１に接続されている場合は、取得されたＣＴ画像のデータは通信により立体形状評価装置１に転送され、立体形状評価装置１に接続されていない場合は、取得されたＣＴ画像のデータは、図略のドライバでＭＯなどの記録媒体に一旦記録され、このＭＯを介して立体形状評価装置１に入力される。
【００４９】
図１０は、立体形状評価装置１の評価装置本体１０１が本発明に係る形状評価処理を行う場合の処理動作を機能ブロックで示したものである。
【００５０】
本実施形態に係る立体形状評価装置１は、上述したように、Ｘ線ＣＴスキャナ装置２によって得られた複数枚の試料ＰのＣＴ画像から各断面における試料Ｐの断面形状の輪郭を構成する点群を抽出し、これらの各断面の輪郭形状（実測形状）とＣＡＤなどで作成された試料Ｐの各断面の輪郭形状（設計形状）とを比較して当該試料Ｐの立体的な形状の良否を評価する機能を有する。機能ブロックは、断面形状抽出部３、画像ずれ補正データ演算部４、実測断面形状補正部５、画像比較部６、形状評価部７からなる。なお、三次元設計データ記憶部８は、ＣＡＤなどで作成された複数枚の試料Ｐの断面形状データからなる三次元設計データを記憶するもので、評価装置本体１０１内のハードディスク１０６がその機能を果たしている。
【００５１】
図１１は、基準面Ｓを有する試料Ｐの基準面Ｓにおける三次元設計データの一例を示す図である。試料Ｐの三次元設計データは、複数枚の断面形状の設計データからなる。各面には、例えば画面中央にｘｙ座標の座標原点ｏが設定され、断面形状の輪郭Ｒを示すデータは、輪郭Ｒを構成する点群の各点ｐの座標原点ｏを基準にしたｘｙ座標ｐ（ｘ，ｙ）で構成されている。
【００５２】
また、各面の断面形状には複数の評価点Ｈｐが設定されている。評価点Ｈｐは、実際に製造された試料Ｐの断面形状の寸法などを適当な抽出点で自動的に評価するために当該断面形状に設定される評価用の抽出点である。三次元設計データには、評価点Ｈｐに関する所要のデータがテーブル化されて含まれている。
【００５３】
評価点Ｈｐに関するデータとは、評価点Ｎｏ．、評価点の座標値、評価点Ｈｐにおける法線ベクトルのデータである。評価点Ｎｏ．は、複数の評価点Ｈｐを識別するための各評価点Ｈｐに付される番号もしくは符合である。評価点の座標値とは、評価点Ｈｐの設定された断面形状の輪郭を構成する点のｘｙ座標である。例えば図１１の輪郭点ｐ（ｘ，ｙ）にＮｏ．Ｍの評価点Ｈｐが設定されると、そのｘｙ座標（ｘ，ｙ）がＮｏ．Ｍの評価点Ｈｐの評価点座標となる。
【００５４】
また、評価点Ｈｐにおける法線ベクトルのデータとは、図１２に示すように試料Ｐの評価点Ｈｐを含む外形側面Ｓの当該評価点Ｈｐにおける法線方向であって試料Ｐに対して外方の向きを示すベクトルのデータである。外形側面Ｓが試料Ｐの外側にある場合は（図１２の外形側面Ｓ１参照）、外形側面Ｓ上の評価点Ｈｐの法線ベクトルの向きは試料Ｐから外方に向かう向きとなり、外形側面Ｓが試料Ｐの内側にある場合は（図１２の外形側面Ｓ２参照）、外形側面Ｓ上の評価点Ｈｐの法線ベクトルの向きは試料Ｐから内方に向かう向きとなる。
【００５５】
図１３は、評価点Ｈｐに関するデータの一例を示す図である。同図に示す「Ｎｏ．」は、評価点Ｎｏ．であり、「座標」は、Ｎｏ．の評価点のｘｙ座標値であり、「法線ベクトル」は、Ｎｏ．の評価点の法線ベクトルのｕｖ座標値である。
【００５６】
図１０に戻り、断面形状抽出部３は、Ｘ線ＣＴスキャナ装置２により取得された試料Ｐの複数枚の断面画像から各断面毎に断面形状を抽出し、輪郭画像Ｇｏ（三次元実測データ）を生成する処理を行うものである。断面形状抽出部３は、予め設定された所定の閾値Ｔｈ（ＣＴ値）（例えば、Ｔｈ＝０）を用いて各断面画像について試料Ｐの断面形状の輪郭を構成する点群を抽出する。
【００５７】
ＣＴ画像が、（ｎ×ｎ）個の画素からなるエリアセンサで試料の断面形状を撮影した画像に相当するとすると、断面形状抽出部３は、ＣＴ画像を構成する画素Ｇ（ｉ，ｊ）（ｉ行ｊ列目の画素、ｉ＝１，２，…ｎ、ｊ＝１，２，…ｎ）をラスタ走査方向にスキャンしながら、各画素Ｇ（ｉ，ｊ）について、当該画素Ｇ（ｉ，ｊ）のＣＴ値ＣＴ（ｉ，ｊ）を予め設定された所定の閾値Ｔｈ（ＣＴ値）（例えば「０」）と比較する。そして、ＣＴ（ｉ，ｊ）＝Ｔｈであれば、そのＣＴ値を有する画素の画素位置を点Ｅの位置とする。例えばＴｈ＝ＣＴ（ｉ，ｊ）であれば、画素Ｇ（ｉ，ｊ）の位置Ｘ（ｉ，ｊ）が点Ｅの位置Ｘｅとなる。
【００５８】
一方、ＣＴ（ｉ，ｊ）＞Ｔｈであれば、当該画素Ｇ（ｉ，ｊ）は試料の断面部分を撮影した画素であるとして、隣接する４個のＧ（ｉ−１，ｊ），Ｇ（ｉ＋１，ｊ），Ｇ（ｉ−１，ｊ），Ｇ（ｉ，ｊ＋１）のＣＴ値Ｇ（ｉ−１，ｊ），Ｇ（ｉ＋１，ｊ），Ｇ（ｉ−１，ｊ），Ｇ（ｉ，ｊ＋１）を所定の閾値Ｔｈ（ＣＴ値）と比較し、所定の閾値Ｔｈより小さいＣＴ値を有する画素（すなわち、試料の空間部分を撮影した画像）があるかどうかを判別する。所定の閾値Ｔｈより小さいＣＴ値を有する画素がある場合は、当該画素Ｇ（ｉ，ｊ）とその画素との間に所定の閾値Ｔｈと同一のＣＴ値を有する位置が存在するから、補間演算によりその位置を算出し、その位置を試料の断面形状の輪郭を構成す点Ｅの位置Ｘｅとする。なお、補間方法としては、例えば画素間のＣＴ値の変化を直線と見なして比例計算によりＸｅの位置を算出する方法を適用することができる。
【００５９】
例えば図１４に示すように、画素Ｇ（ｉ，ｊ−１）のＣＴ値ＣＴ（ｉ，ｊ−１）がＣＴ（ｉ，ｊ−１）＜Ｔｈであれば、断面形状抽出部３は、Ｔｈ−ＣＴ（ｉ，ｊ−１）：ＣＴ（ｉ，ｊ）−ＣＴ（ｉ，ｊ−１）＝Ｘｅ−Ｘ（ｉ，ｊ−１）：Ｘ（ｉ，ｊ）−Ｘ（ｉ，ｊ−１）であるから、Ｘｅ＝［［Ｔｈ−ＣＴ（ｉ，ｊ−１）］・｛Ｘ（ｉ，ｊ）−Ｘ（ｉ，ｊ−１）｝］／｛ＣＴ（ｉ，ｊ）−ＣＴ（ｉ，ｊ−１）｝＋Ｘ（ｉ，ｊ−１）により点Ｅの位置を算出する。
【００６０】
また、ＣＴ（ｉ，ｊ）＜Ｔｈであれば、当該画素Ｇ（ｉ，ｊ）は試料の空間部分を撮影した画素であるとして、隣接する４個のＧ（ｉ−１，ｊ），Ｇ（ｉ＋１，ｊ），Ｇ（ｉ−１，ｊ），Ｇ（ｉ，ｊ＋１）のＣＴ値Ｇ（ｉ−１，ｊ），Ｇ（ｉ＋１，ｊ），Ｇ（ｉ−１，ｊ），Ｇ（ｉ，ｊ＋１）を所定の閾値Ｔｈ（ＣＴ値）と比較し、所定の閾値Ｔｈより大きいＣＴ値を有する画素（すなわち、試料の断面部分を撮影した画像）があるかどうかを判別する。所定の閾値Ｔｈより大きいＣＴ値を有する画素がある場合は、当該画素Ｇ（ｉ，ｊ）とその画素との間に所定の閾値Ｔｈと同一のＣＴ値を有する位置が存在するから、上述した補間演算によりその位置を算出し、その位置を試料の断面形状の輪郭を構成す点Ｅの位置Ｘｅとする。
【００６１】
例えば画素Ｇ（ｉ＋１，ｊ）のＣＴ値ＣＴ（ｉ＋１，ｊ）がＣＴ（ｉ＋１，ｊ）＞Ｔｈであれば、断面形状抽出部３は、Ｔｈ−ＣＴ（ｉ，ｊ）：ＣＴ（ｉ＋１，ｊ）−ＣＴ（ｉ，ｊ）＝Ｘｅ−Ｘ（ｉ，ｊ）：Ｘ（ｉ＋１，ｊ）−Ｘ（ｉ，ｊ）であるから、Ｘｅ＝［［Ｔｈ−ＣＴ（ｉ，ｊ）］・｛Ｘ（ｉ＋１，ｊ）−Ｘ（ｉ，ｊ）｝］／｛ＣＴ（ｉ＋１，ｊ）−ＣＴ（ｉ，ｊ）｝＋Ｘ（ｉ，ｊ）により点Ｅの位置を算出する。
【００６２】
図１０に戻り、画像ずれ補正データ演算部４は、断面形状抽出部３によって得られた各断面の輪郭画像Ｇｏの三次元設計データの対応する断面の断面画像に対する画像ずれを補正するための補正データ（ヘルマート変換式における係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を演算するものである。
【００６３】
画像ずれ補正データ演算部４は、基準面Ｓの輪郭画像Ｇｏから基準片Ｑの断面形状（三角形）を構成する点群を抽出し、その点群を三角形の各辺を構成する３つのグループに分類する。続いて、各辺を構成する点群の座標から各辺に最も近似する直線を最小二乗法により決定し、３本の直線の互いに交差する点ｃ１’，ｃ２’，ｃ３’（図８（ｂ）参照）の座標（ｘ１’，ｙ１’），（ｘ２’，ｙ２’），（ｘ３’，ｙ３’）を算出する。続いて、画像ずれ補正データ演算部４は、これらの座標ｃ１’（ｘ１’，ｙ１’），ｃ２’（ｘ２’，ｙ２’），ｃ３’（ｘ３’，ｙ３’）と三次元設計データに含まれる基準画像Ｇｒの三角形の頂点の座標ｃ１（ｘ１，ｙ１），ｃ２（ｘ２，ｙ２），ｃ３（ｘ３，ｙ３）（図８（ａ）参照）を上記▲１▼，▲２▼式に代入して、下記式▲３▼〜▲５▼の３個の等式を作成し、これらの等式を満たす係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを最小二乗法により決定する。決定された係数ａ〜ｄのデータはＲＡＭに一次保存される。
【００６４】
【数２】
2004271221.tif 000004
【００６５】
実測断面形状補正部５は、画像ずれ補正データ演算部４で演算された補正データ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と上記▲１▼，▲２▼のヘルマート変換式を用いて輪郭画像Ｇｏの画像ずれを補正する処理を行うものである。すなわち、実測断面形状補正部６は、輪郭画像Ｇｏを構成する各点の座標（ｘ’，ｙ’）を上記▲１▼，▲２▼のヘルマート変換式を用いてｘｙ座標系の座標（ｘ，ｙ）に変換する。これにより、変換後の輪郭画像Ｇｏ’は、ｘｙ座標系の画像となり、図３に示したように、三次元設計データの対応する断面の断面画像Ｇｄとを重ね合わせた状態で両画像のずれ具合をみるような比較が可能となる。
【００６６】
画像比較部６は、画像ずれが補正された輪郭画像Ｇｏ’と三次元設計データの対応する断面画像Ｇｄ（以下、比較対象となる断面画像Ｇｄを設計断面画像Ｇｄという。）とを全ての評価点Ｈｐについて比較し、各評価点Ｈｐにおける寸法の誤差、法線方向のずれなどを演算する処理を行うものである。
【００６７】
画像比較部６は、まず、輪郭画像Ｇｏ’の評価点Ｈｐに対応する点を算出する。この評価点Ｈｐの対応点Ｈｐ’の算出は、図１５に示すように、輪郭画像Ｇｏ’上に評価点Ｈｐの座標（ｘ，ｙ）を設定し、この点（ｘ，ｙ）に最も近い輪郭画像Ｇｏ’を構成する点（ｘ’，ｙ’）を抽出することにより行われる。すなわち、評価点Ｈｐの座標（ｘ，ｙ）を有する点が存在すれば、その点と評価点Ｈｐとの距離ｄはゼロとなるから、その点が評価点Ｈｐの対応点Ｈｐ’となる。また、評価点Ｈｐの座標（ｘ，ｙ）を有する点が存在しなければ、評価点Ｈｐの位置で輪郭画像Ｇｏ’と設計断面画像Ｇｄとはずれが生じていることになるが、そのずれは極めて小さいと推定されるから、評価点Ｈｐからの距離ｄが最も小さい点を評価点Ｈｐの対応点とするものである。そして、そのときの両点の距離ｄ（＝√（（ｘ−ｘ’）２＋（ｙ−ｙ’）２）は評価点Ｈｐにおける設計値と実測値との間の誤差となる。
【００６８】
輪郭画像Ｇｏ’の評価点Ｈｐに対応する点が算出されると、画像比較部６は、さらに評価点Ｈｐと対応点Ｈｐ’とを結ぶ方向と評価点Ｈｐの法線方向とを比較して対応点Ｈｐ’が設計上の輪郭線の外側に位置するのか、内側に位置するのかを判定する。評価点Ｈｐの法線方向は、評価点Ｈｐの法線ベクトルの座標（ｕ，ｖ）よりその傾きｖ／ｕで表される。一方、評価点Ｈｐと対応点Ｈｐ’とを結ぶ方向は、評価点Ｈｐの座標（ｘ，ｙ）、対応点Ｈｐ’の座標（ｘ’，ｙ’）から（ｙ−ｙ’）／ｘ−ｘ’）で表される。画像比較部６は、（ｖ／ｕ）−〔（ｙ−ｙ’）／ｘ−ｘ’）〕を演算し、その演算結果が予め設定された閾値以下であれば、対応点Ｈｐ’は外側に位置していると判断し、閾値よりも大きければ、対応点Ｈｐ’は内側に位置していると判断する。
【００６９】
次に、画像比較部６は、評価点Ｈｐを通る法線と輪郭画像Ｇｏ’の輪郭線との交点（図１５のｈ点参照）を算出し、この交点ｈと評価点Ｈｐとの距離ｄｈを法線方向のずれとして算出する。この場合、輪郭画像Ｇｏ’に交点ｈに相当する対応点ｐが存在する場合は、その点ｐの座標（ｘｐ’，ｙｐ’）と評価点Ｈｐの座標（ｘ，ｙ）との距離√（（ｘ−ｘｐ’）２＋（ｙ−ｙｐ’）２）が距離ｄｈとなる。一方、輪郭画像Ｇｏ’に交点ｈに相当する対応点ｐが存在しない場合、輪郭画像Ｇｏ’の評価点Ｈｐを通る法線を挟む２つの点ｐ１，ｐ２の座標から両点を結ぶ直線を算出し、この直線と評価点Ｈｐを通る法線とから交点ｈの座標（ｘｈ’，ｙｈ’）を算出して距離ｄｈ＝√（（ｘ−ｘｈ’）２＋（ｙ−ｙｈ’）２）が算出される。
【００７０】
形状評価部７は、画像比較部６により算出される各評価点Ｈｐの寸法の誤差（距離ｄ）、法線方向のずれ（距離ｄｈ）などから実測された試料の合否判定を行なうものである。形状評価部７は、各評価点毎に予め設定された寸法誤差や法線方向のずれの評価基準（閾値）と算出された寸法誤差や法線方向のずれとを比較し、誤差やずれが評価基準を超えている場合は「不良」と判定し、評価基準を満たしている場合は、「合格」の判定を行なう。そして、全ての評価点について合否判定を行なうと、この判定結果を画像比較部６で算出された寸法誤差や法線方向のずれとともにテーブル化して評価データを作成し、ハードディスク１０６に記憶する。この評価データは、例えば実測された試料（鋳物品）自体の検討や試料（鋳物品）を製造するための金型や鋳物製造装置の検討を行なうために利用される。
【００７１】
次に、立体形状評価装置１の試料の評価処理手順について、図１６のフローチャートを用いて説明する。Ｘ線ＣＴスキャナ装置２によって取得されたＭ枚のＣＴ画像のデータは画像処理装置１内のハードディスク内に記憶されているとする。
【００７２】
まず、基準面ＳにおけるＣＴ画像がハードディスクの記憶領域からワークエリアに読み出される（Ｓ１）。続いて、断面形状抽出部３によりＣＴ画像から試料Ｐの基準面Ｓにおける断面形状（基準片Ｑの断面形状で、直角三角形の形状）の輪郭を構成する点群が抽出され（Ｓ２、基準画像Ｇｏｒの作成）、基準画像Ｇｏｒが作成されると、画像ずれ補正データ演算部４によりこの基準画像Ｇｏｒと三次元設計データに含まれる基準面Ｓにおける基準片Ｑの断面形状の画像Ｇｒとから画像ずれの補正データ（ヘルマート変換式における係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）が演算される（Ｓ３，補正データの算出）。
【００７３】
続いて、ＣＴ画像の枚数をカウントするカウンタのカウント値ｉが「１」にセットされ（Ｓ４）、ｉ段目のＣＴ画像データがハードディスクの記憶領域からワークエリアに読み出される（Ｓ５）。続いて、断面形状抽出部３によりＣＴ画像から試料Ｐのｉ段目の断面形状の輪郭を構成する点群が抽出され（Ｓ６、輪郭画像Ｇｏの作成）、輪郭画像Ｇｏが作成されると、実測断面形状補正部５により、ステップＳ３で算出された画像ずれの補正データ（ヘルマート変換式における係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を用いて輪郭画像Ｇｏの画像ずれが補正される（Ｓ７、輪郭画像のずれ補正）。
【００７４】
続いて、画像比較部６により補正後の輪郭画像Ｇｏ’と設計断面画像Ｇｄとを比較し、当該設計断面画像Ｇｄに設定された複数の評価点Ｈｐについて、それぞれ寸法の誤差と法線方向のずれが演算される（Ｓ８、誤差の演算）。そして、形状評価部７により各評価点Ｈｐごとに寸法誤差と法線方向のずれの演算結果を用いて合否判定が行なわれ、全ての評価点Ｈｐについて判定処理が終了すると、図１７に示すような評価データを作成し、その評価データはハードディスク１０６に一次保存される（Ｓ９，評価データの作成）。
【００７５】
なお、図１７において、寸法誤差ｄ１，ｄ２，…ｄｉ，…は、Ｎｏ．ｉの評価点Ｈｐの寸法誤差で、その評価点Ｈｐ（ｘｉ，ｙｉ）とその評価点Ｈｐに最も近い輪郭画像Ｇｏ’上の対応点Ｈｐ（ｘｉ’，ｙｉ’）との距離√（（ｘｉ−ｘｉ’）２＋（ｙｉ−ｙｉ’）２）である。また、法線方向のずれｄｈ１，ｄｈ２，…ｄｈｉ，…は、Ｎｏ．ｉの評価点Ｈｐにおける法線方向のずれで、その評価点Ｈｐ（ｘｉ，ｙｉ）と、その評価点Ｈｐから延びる法線と輪郭画像Ｇｏ’上の輪郭線との交点ｈ（ｘｈｉ，ｙｈｉ）との距離√（（ｘｉ−ｘｈｉ’）２＋（ｙｉ−ｙｈｉ’）２）である。また、判定結果の「良」、「不良」は、例えば「良」＝「１」、「不良」＝「０」の２値データで表される。
【００７６】
続いて、カウント値ｉが１だけインクリメントされた後、そのカウント値ｉが総ＣＴ画像数Ｍを越えたか否かが判別される（Ｓ１０，Ｓ１１）。カウント値ｉがＭ以上であれば（Ｓ１１：ＮＯ）、次のＣＴ画像について、上述と同様の処理をするべくステップＳ２５に戻る。そして、全てのＣＴ画像について上述の評価データの作成処理が終了すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ハードディスク１０６に一次保存された各断面の評価データが一つのファイルに纏められてハードディスク１０６の所定の記憶領域に記憶され（Ｓ１２）、評価処理は終了する。
【００７７】
なお、立体形状評価装置１の画像処理プログラムをＸ線ＣＴスキャン装置２のＰＣワークステーション２４のパーソナルコンピュータ２４１に組み込んで当該パーソナルコンピュータ２４１を画像処理装置１として機能させても良い。
【００７８】
上記のように、本実施形態に係る立体形状評価装置１によれば、Ｘ線ＣＴスキャナ装置２により取得した試料の複数の断面画像から複数の輪郭画像を作成し、各輪郭画像と対応する設計断面画像とを比較し、予め設定された複数の評価点について寸法誤差などを算出し、その算出結果を用いて試料の良否を自動的に判定するようにしているので、非破壊で短時間に試料の立体形状の良否を判定することができる。
【００７９】
特に、試料が複雑な外形形状を有している場合でもＣＡＤにより設計する段階で所要の評価点と評価基準を設定しておけば、Ｘ線ＣＴスキャナ装置２で試料の断面画像のデータを取得した後は自動的に評価処理を行うことができるので、高い精度で良否評価をすることができるとともに、その評価作業の効率も大幅に向上させることができる。
【００８０】
また、Ｘ線ＣＴスキャナ装置２の回転テーブル２１１の内部に平面視形状が直角三角形の基準片Ｑを埋設し、基準面を設けることが困難な試料に対しては、この基準片Ｑの断面画像を基準面の断面画像とするようにしたので、基準片Ｑの断面画像を用いて三次元実測データの三次元設計データに対する画像ずれの補正を適切に行なうことができ、複雑な立体形状の場合でも試料の評価を好適に行うことができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数枚の断面形状の寸法データからなる試料の設計上の立体形状データ（三次元設計データ）と、放射線照射によって得られた断面画像から再構築された試料の実測による立体形状データ（三次元実測データ）とを画像処理により仮想空間上で重ね合わせ、予め設定された評価点について設計上の立体形状と実測による立体形状との寸法誤差などを演算処理により自動評価する立体形状評価装置において、試料と特定の位置関係に基準部材を配置した状態の三次元設計データを用意する一方、試料と特定の位置関係に基準部材を配置した状態でＸ線照射により断面画像を取得してその断面画像から試料の三次元実測データを生成し、この三次元実測データと三次元設計データとを比較するようにしたので、試料に適切な基準面がない場合や基準面があってもその基準面の信頼性が低い場合でも三次元実測データの断面形状と三次元設計データの断面形状との位置合わせを好適に行うことができ、試料の立体形状に関係なく非破壊で、しかも短時間に当該試料の立体形状を好適に評価可能な立体形状評価装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る立体形状評価装置の構成を示す図である。
【図２】Ｘ線ＣＴスキャナ装置の概略構成を示す図である。
【図３】試料の三次元形状の評価方法を説明するための図である。
【図４】試料に設定される基準面の一例を示す図である。
【図５】基準片が埋設された回転テーブルを示す要部斜視図である。
【図６】回転テーブル内の基準片の埋設位置を説明するための側面図である。
【図７】基準面が設けられていない試料の三次元設計データの一例を示す図である。
【図８】補正データの取得方法を説明するための図で、（ａ）は三次元設計データに含まれる基準画像を示す図、（ｂ）は三次元実測データに含まれる基準画像を示す図である。
【図９】Ｘ線ＣＴスキャナ装置で取得される、基準面を有しない試料の断面画像の一例を示す図である。
【図１０】本発明に係る立体形状評価処理機能を果たすために評価処理装置本体が行う処理動作を機能ブロックで表した図である。
【図１１】試料の三次元設計データの一例を示す図である。
【図１２】評価点の法線方向のデータの内容を説明するための図である。
【図１３】評価点に関するデータの一例を示す図である。
【図１４】断面画像において、空間部分の画素と試料の断面部分の画素との間に当該試料の断面形状の輪郭を構成する点が存在する場合のその点の位置の補間演算を説明するための図である。
【図１５】画像ずれを補正した輪郭画像（実測画像）と三次元設計データにおける断面画像（設計画像）との関係を示す図である。
【図１６】本発明に係る立体形状評価装置の試料の評価処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】評価データの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  立体形状評価装置（マイクロコンピュータ）
１０１  評価装置本体
１０２  ディスプレイ
１０３  キーボード
１０４  マウス
１０５  ドライバ
１０６  ハードディスク
２  Ｘ線ＣＴスキャナ装置
２１  スキャナ本体
２１１  回転テーブル
２１１ａ  上面
２１１ｂ  固定部材
２１２  回転制御装置
２１３  Ｘ線管
２１４  コリメータ
２１５  Ｘ線検出器
２１６  昇降機
２１７  昇降制御装置
２１８  データ収集装置
２２  高圧発生装置
２３  Ｘ線制御装置
２４  ＰＣワークステーション
３  断面形状抽出部
４  画像ずれ補正データ演算部
５  実測断面形状補正部
６  画像比較部部
７  形状評価部
８  三次元設計データ記憶部
Ｐ  試料
Ｑ  基準片（基準部材）
【図１】
2004271221.tif 000005
【図２】
2004271221.tif 000006
【図３】
2004271221.tif 000007
【図４】
2004271221.tif 000008
【図５】
2004271221.tif 000009
【図６】
2004271221.tif 000010
【図７】
2004271221.tif 000011
【図８】
2004271221.tif 000012
【図９】
2004271221.tif 000013
【図１０】
2004271221.tif 000014
【図１１】
2004271221.tif 000015
【図１２】
2004271221.tif 000016
【図１３】
2004271221.tif 000017
【図１４】
2004271221.tif 000018
【図１５】
2004271221.tif 000019
【図１６】
2004271221.tif 000020
【図１７】
2004271221.tif 000021