JP2019168360A

JP2019168360A - 検査方法

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Publication number: JP2019168360A
Application number: JP2018057012A
Authority: JP
Inventors: 松本　清市; Seiichi Matsumoto; 清市松本; 道明有竹; Michiaki Aritake; 清水　裕彦; Hirohiko Shimizu; 裕彦清水; 克也広田; Katsuya Hirota
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-10-03
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: JP6969472B2

Abstract

【課題】検査対象物の姿勢が変化してもより正確に検査対象物を計測することができる検査方法を提供する。【解決手段】放射線を用いて試料１００を検査する検査方法であって、試料１００の三か所以上に球体形状を有する球体マーク５００を設置し、予め、初期状態の試料１００を撮像し、得られた放射線透過画像から、球体マーク５００の位置を算出し、検査時の試料１００を撮像し、得られた放射線透過画像から、球体マーク５００の位置を算出し、初期状態の球体マーク５００の位置と、検査時の球体マーク５００の位置とに基づいて、検査時の試料１００の姿勢の初期状態からの変化を算出し、検査時の試料１００の姿勢の変化に基づいて、補正係数を算出し、検査時の放射線透過画像を、補正係数を用いて補正する。【選択図】図３

Description

本発明は、放射線を用いた検査方法に関する。

特許文献１には、検査対象物を透過した放射線（Ｘ線）を計測し、検査対象物の静止像や動画像を得るＸ線計測装置が記載されている。また、特許文献１には、Ｘ線が検査対象物を通過する際に散乱Ｘ線が発生することが記載されている。そして、特許文献１には、計測データと補正値とを対応付けた補正関数を用いて、得られた計測データを画素毎に補正することにより、計測データに含まれる散乱Ｘ線成分を補正することが記載されている。

特開２００９−１０６４３３号公報

しかしながら、検査対象物の姿勢（傾き）が変化する場合、放射線が検査対象物を透過する距離が変化する。そのため、検査対象物の姿勢（傾き）が変化する場合、検査対象物の内部を正確に計測することができないという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、検査対象物の姿勢が変化してもより正確に検査対象物を計測することができる検査方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る検査方法は、放射線を用いて検査対象物を検査する検査方法である。また、当該検査方法では、前記検査対象物の三か所以上に球体形状を有する球体マークを設置する。また、当該検査方法では、予め、初期状態の前記検査対象物を撮像し、得られた放射線透過画像から、前記球体マークの位置を算出する。また、当該検査方法では、検査時の前記検査対象物を撮像し、得られた放射線透過画像から、前記球体マークの位置を算出する。また、当該検査方法では、前記初期状態の前記球体マークの位置と、前記検査時の前記球体マークの位置とに基づいて、前記検査時の前記検査対象物の姿勢の前記初期状態からの変化を算出する。そして、当該検査方法では、前記検査時の前記検査対象物の姿勢の変化に基づいて、補正係数を算出し、前記検査時の前記検査対象物を撮像して得られた前記放射線透過画像を、前記補正係数を用いて補正する。

本発明に係る検査方法によれば、検査対象物の三か所以上に球体マークを設置するため、検査対象物の姿勢（３軸方向の傾き）の変化を算出することができる。そして、当該検査対象物の姿勢の変化に基づいて算出される補正係数によって、検査時に得られた放射線透過画像を補正することができる。よって、検査対象物の姿勢が変化してもより正確に検査対象物を計測することができる検査方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る検査方法を説明する斜視図である。本発明の実施の形態１に係る検査方法における、試料の姿勢の変化と放射線の透過距離との関係を説明する側面図である。本発明の実施の形態１に係る検査方法を説明する斜視図である。本発明の実施の形態１に係る検査方法によって検査される試料の姿勢と透過距離との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係る検査方法によって検査される試料の姿勢と当該試料を透過する放射線の減衰係数との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態１に係る水量定量化治具を示す正面図である。本発明の実施の形態１に係る水量定量化治具を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る水量定量化治具の放射線透過画像である。本発明の実施の形態１に係る検査方法を説明するフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る検査方法を説明するフローチャートである。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る検査方法を説明する斜視図である。図２は、実施の形態１に係る検査方法における、試料の姿勢の変化と放射線の透過距離との関係を説明する側面図である。図３は、実施の形態１に係る検査方法を説明する斜視図である。図４は、実施の形態１に係る検査方法によって検査される試料の姿勢と透過距離との関係を示すグラフである。図５は、実施の形態１に係る検査方法によって検査される試料の姿勢と当該試料を透過する放射線の減衰係数との関係を示すグラフである。図６は、実施の形態１に係る水量定量化治具４００を示す正面図である。図７は、実施の形態１に係る水量定量化治具４００を示す断面図である。具体的には、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。図８は、実施の形態１に係る水量定量化治具４００の放射線透過画像である。図９及び図１０は、実施の形態１に係る検査方法を説明するフローチャートである。

図１に示すように、本実施の形態１に係る検査方法では、放射線源３００から検査対象物としての試料１００に放射線を照射し、イメージセンサ２００によって、試料１００を透過した放射線を放射線透過画像として検出する。これにより、本検査方法は、試料１００の内部を計測する。
また、本実施の形態１において、放射線とは、Ｘ線及び中性子線である。

また、本実施形態１に係る検査方法は、イメージセンサ２００、放射線源３００、制御部（図示省略）等を備える検査装置において実施される方法である。また、図示しない制御部は、ＣＰＵ（図示省略）及び記憶部（図示省略）等を備える。そして、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、制御部における全ての処理が実現する。具体的には、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、制御部は、本実施の形態１に係る検査方法を実施する。
また、制御部のそれぞれの記憶部に格納されるプログラムは、ＣＰＵに実行されることにより、制御部のそれぞれにおける処理を実現するためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、制御部における処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。

本実施の形態１では、試料１００は、例えば、車両に搭載される燃料電池等である。車両に搭載される燃料電池の内部を計測する場合、車両の姿勢（傾き）を模擬しながら、計測を行う必要がある。
しかし、例えば、図２に示すように、試料１００がＸ軸周りに傾くと、放射線が試料１００を透過する位置及び透過距離が異なってしまう。そのため、試料１００の姿勢（傾き）が変化する場合、試料１００の内部を正確に計測することができなくなってしまう。なお、試料１００の姿勢（傾き）がＹ軸周り、Ｚ軸周りに変化した場合にも、同様に、上述の問題が生じる。

そこで、本実施の形態１では、図３に示すように、試料１００の三か所以上に球体形状を有する球体マーク５００を設置する。図３に示す例では、試料１００の４か所に球体マーク５００が設置されている。なお、試料１００に球体マーク５００が設置される場所は３か所以上であればよく、図３に示す数に限定されるものではない。また、試料１００に設置される球体マーク５００の位置は、図３に示す位置に限定されるものではない。

そして、本実施の形態１に係る検査方法では、予め、初期状態の試料１００を撮像して得られた放射線透過画像から、球体マーク５００の位置（座標）を算出しておく。ここで、初期状態とは、試料１００の姿勢（傾き）を変化させない状態を意味する。次に、検査時の試料１００を撮像して得られた放射線透過画像から、球体マーク５００の位置を算出する。次に、初期状態の球体マーク５００の位置と、検査時の前記球体マークの位置とに基づいて、検査時の試料１００の姿勢（傾き）の初期状態からの変化を算出する。そして、検査時の試料１００の姿勢（傾き）の当該変化に基づいて、検査時の放射線透過画像を補正する。本実施の形態１に係る検査方法の詳細については、後述する。

計測に使用する放射線がＸ線である場合、球体マーク５００は、例えば、鉛等のＸ線の吸収が大きい材質を用いて形成される。また、計測に使用する放射線が中性子線である場合、球体マーク５００は、例えば、プラスチック等の中性子線の吸収が大きい材質を用いて形成される。これにより、球体マーク５００は、放射線透過画像において、円形形状の影として撮像される。そして、当該円形形状の影の中心を算出することにより、球体マーク５００の重心の位置（座標）を求めることができる。また、２つの球体マーク５００の重心間の距離を算出することにより、２つの球体マーク５００間の距離をより正確に求めることができる。

また、球体マーク５００が球体形状を有することにより、試料１００の姿勢（傾き）が変化しても、球体マーク５００を透過する放射線の透過距離は変化しないため、試料１００の姿勢（傾き）の変化によらず、球体マーク５００間の重心位置を正確に求めることができる。

また、図３に示すように、本実施の形態１では、試料１００内部に存在する水の状態を計測するため、水量定量化治具４００が試料１００上に載置されている。例えば、試料１００が車両に搭載される燃料電池である場合、試料１００である燃料電池を発電させながら検査することにより、当該燃料電池の内部に水が溜まる。そして、本実施の形態１に係る検査方法により、当該燃料電池の内部に溜まった水を撮像し、当該水量定量化治具４００を用いて、当該水の量を定量化することができる。なお、水量定量化治具４００が配置される位置は、試料１００の上に限定されるものではなく、本検査方法の撮像範囲内であれば、どこであってもよい。水量定量化治具４００の詳細については、後述する。

また、本実施の形態１に係る検査方法では、予め、試料１００の姿勢（傾き）と、放射線が試料１００を透過する透過率との関係を示す第１の検量線を求めておく。
具体的には、まず、試料１００の形状は既知であるため、平面三角法を用いて、試料１００の傾きと、放射線が試料１００を透過する透過距離との関係を表す検量線を求める。より具体的には、試料１００に球体マーク５００を設置する際、球体マーク５００間の位置関係（球体マーク５００の座標、球体マーク５００間の距離）を明確化することにより、試料１００の回転と傾きとを平面三角法によって求めることができる。図４に、試料１００の傾きと、放射線が試料１００を透過する透過距離との関係を表す検量線の一例を示す。図４では、試料１００のＸ軸周りの回転角度（°）と、放射線が試料１００を透過する透過距離（ｍｍ）との関係を示している。
次に、放射線の減衰は、放射線が試料１００を透過する透過距離の２乗に比例することに基づいて、試料１００の傾きと、試料１００を透過する放射線の減衰係数との関係を表す検量線を求める。図５に、試料１００の傾きと、試料１００を透過する放射線の減衰係数との関係を表す検量線の一例を示す。図５では、試料１００のＸ軸周りの回転角度（°）と、減衰係数との関係を示している。
次に、図５に示す減衰係数から、試料１００を透過する放射線の透過率を算出する。そして、試料１００の傾きと、試料１００を透過する放射線の透過率との関係を表す第１の検量線を求める。
そして、検査時の試料１００の傾きと、当該第１の検量線に基づいて、試料１００を透過する放射線の透過率を算出し、当該透過率の逆数を検査時の放射線透過画像の各画素の画素値に乗算することにより、検査時の放射線透過画像を補正する。

図６、図７に示すように、水量定量化治具４００は、奥行の長さ（Ｚ軸方向の長さ）が下側（Ｙ軸の−方向）に向かうにつれて小さくなる内部空間４０１を有する。換言すれば、当該内部空間４０１のＹ−Ｚ平面に平行な断面形状は、図７に示すように、Ｙ軸の−方向に向かうにつれて幅が狭くなるクサビ型形状である。水量定量化治具４００の当該内部空間４０１には水が注入可能となっている。図８に、当該内部空間４０１に水が注入された水量定量化治具４００の放射線透過画像を示す。図８に示すように、当該内部空間４０１の部分の放射線透過画像の影は、上側（Ｙ軸の＋方向）に向かうにつれて濃くなっている。すなわち、水量定量化治具４００に注入された水の厚さが増すほど、放射線透過画像の影が濃くなっている。これにより、放射線が透過する水の厚さと、放射線透過画像における影の濃さ（濃淡値）との関係を表す第２の検量線を求めることができる。

次に、図９、図１０を参照しながら、本実施の形態１に係る検査方法について、説明する。なお、上述の方法により、予め、試料１００の姿勢（傾き）と、放射線が試料１００を透過する透過率との関係を示す第１の検量線を求めておき、記憶部（図示省略）に格納しておく。

まず、図９に示すように、試料１００が無い状態で撮像を行い、ビームムラ画像を取得する（ステップＳ１）。ここで、ビームムラ画像とは、試料１００が無い状態で撮像を行って取得した画像である。放射線源３００によって照射される放射線の強度は、時間及び空間毎に異なり、また、イメージセンサ２００の感度も画素毎に異なる。そのため、本検査方法において取得する放射線透過画像を正規化するために、当該ビームムラ画像を取得する。

次に、球体マーク５００が設置された試料１００と、水量定量化治具４００とを設置し、初期状態の試料１００を撮像し、初期状態の放射線透過画像を取得する（ステップＳ２）。このとき、試料１００の姿勢（傾き）は変化していない。例えば、試料１００が車両に搭載される燃料電池である場合、車両の姿勢（傾き）を模擬するための傾きは、試料１００に加えられておらず、試料１００である燃料電池は発電していない。また、ステップＳ２において、水量定量化治具４００の内部空間４０１に水は注入されていない。

次に、ステップＳ２において取得した初期状態の放射線透過画像を、ステップＳ１において取得したビームムラ画像で除算することにより、初期状態の放射線透過画像のビームムラ補正を行う（ステップＳ３）。

次に、ステップＳ３においてビームムラ補正を行った、初期状態の放射線透過画像に基づいて、各球体マーク５００の重心位置を算出する（ステップＳ４）。具体的には、放射線透過画像における球体マーク５００の影と背景との境界を認識するための濃淡値（しきい値）を用いて、放射線透過画像を二値化する。そして、二値化された放射線透過画像内に存在する球体マーク５００の円形の影の中心を算出することにより、球体マーク５００の重心位置を算出する。

次に、ステップＳ４において算出した球体マーク５００の重心位置に基づいて、球体マーク５００間の距離を算出する（ステップＳ５）。

次に、水量定量化治具４００の内部空間４０１に水を注入し、放射線透過画像を取得し、当該放射線透過画像に対してステップＳ３と同様にビームムラ補正を行う（ステップＳ６）。このとき、試料１００の姿勢（傾き）は変化していない。すなわち、試料１００が車両に搭載される燃料電池である場合、車両の姿勢（傾き）を模擬するための傾きは、試料１００に加えられておらず、試料１００である燃料電池は発電していない。

次に、放射線が透過する水の厚さと、放射線透過画像における影の濃さ（濃淡値）との関係を表す第２の検量線を作成する（ステップＳ７）。具体的には、ステップＳ６においてビームムラ補正が行われた放射線透過画像から、ステップＳ３においてビームムラ補正が行われた放射線透過画像を減算することにより、水量定量化治具４００の内部空間４０１内に注入された水に由来する放射線透過画像の濃淡値を取得する。そして、水量定量化治具４００の内部空間４０１内に注入された水に由来する当該濃淡値と、水量定量化治具４００の水の厚みとに基づいて、第２の検量線を作成する。

次に、図１０に示すように、試料１００の姿勢（傾き）を変化させて、球体マーク５００が設置された試料１００の放射線透過画像を取得する（ステップＳ８）。具体的には、例えば、試料１００が車両に搭載される燃料電池である場合、車両の姿勢（傾き）を模擬するための傾きを、試料１００に加え始めるとともに、試料１００である燃料電池を発電させ始める。そして、車両の姿勢（傾き）の模擬及び燃料電池の発電を開始させてから所定時間経過後の試料１００の放射線透過画像を検査時の放射線透過画像として取得する。

次に、ステップＳ３と同様にして、ステップＳ８において取得した検査時の放射線透過画像を、ステップＳ１において取得したビームムラ画像で除算することにより、検査時の放射線透過画像のビームムラ補正を行う（ステップＳ９）。

次に、ステップＳ４と同様にして、ステップＳ９においてビームムラ補正を行った、検査時の放射線透過画像に基づいて、各球体マーク５００の重心位置を算出する（ステップＳ１０）。

次に、ステップＳ５と同様にして、ステップＳ１０において算出した球体マーク５００の重心位置に基づいて、球体マーク５００間の距離を算出する（ステップＳ１１）。

次に、ステップＳ５において算出した球体マーク５００間の距離と、ステップＳ１１において算出した球体マーク５００間の距離とを比較することにより、検査時の試料１００の姿勢（傾き）が初期状態の試料１００の姿勢（傾き）から変化しているか否かを判断する（ステップＳ１２）。具体的には、ステップＳ５において算出した球体マーク５００間の距離と、ステップＳ１１において算出した球体マーク５００間の距離との差異がある場合、検査時の試料１００の姿勢（傾き）が初期状態の試料１００の姿勢（傾き）から変化していると判断する。

ステップＳ１２において、検査時の試料１００の姿勢（傾き）が初期状態の試料１００の姿勢（傾き）から変化していない場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、ステップＳ１６の処理に進む。

ステップＳ１２において、検査時の試料１００の姿勢（傾き）が初期状態の試料１００の姿勢（傾き）から変化している場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、ステップＳ４において算出した球体マーク５００の重心位置と、ステップＳ１０において算出した球体マーク５００の重心位置とに基づいて、検査時の試料１００の姿勢（傾き）の初期状態からの変化を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、ステップＳ４において算出した初期状態の球体マーク５００の重心位置が、ステップＳ１０において算出した検査時の球体マーク５００の重心位置へとどのように変化したかを、モーションキャプチャアニメーションの技術を用いて算出することにより、検査時の試料１００の姿勢（傾き）の初期状態からの変化を算出する。

次に、ステップＳ１３に算出した検査時の試料１００の姿勢（傾き）の変化と、第１の検量線とに基づいて、放射線が試料１００を透過する透過率を算出し、当該透過率の逆数を補正係数として算出する（ステップＳ１４）。

次に、ステップＳ１４において算出した補正係数を検査時の放射線透過画像の各画素の画素値に乗算することにより、検査時の放射線透過画像を補正する（ステップＳ１５）。

次に、ステップＳ１５において補正した検査時の放射線透過画像に基づいて、試料１００内に存在する水の定量化を行う（ステップＳ１６）。具体的には、ステップＳ１５において補正した検査時の放射線透過画像から、ステップＳ３の処理を行った初期状態の放射線透過画像を減算することにより、試料１００内に存在する水に由来する放射線透過画像の濃淡値を取得する。そして、試料１００内に存在する水に由来する放射線透過画像の濃淡値と、第２の検量線とに基づいて、当該濃淡値に対応する水の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）を画素毎に算出する。そして、１画素のＸ軸方向の長さとＹ軸方向の長さとを乗算することにより１画素当たりの面積を算出し、当該１画素当たりの面積に、画素毎に算出した水の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）を乗算することにより、水の体積を画素毎に算出する。そして、試料１００内に存在する水に由来する放射線透過画像の全ての画素の水の体積を加算することにより、試料１００内に存在する水の体積を算出する。

次に、ステップＳ１６において算出した試料１００内に存在する水の量（体積）を記憶部（図示省略）に出力する（ステップＳ１７）。試料１００の検査が終了するまで、ステップＳ８〜ステップＳ１７の処理を繰り返し行う。

以上に説明した、実施の形態１に係る検査方法によれば、試料１００の三か所以上に球体マーク５００を設置するため、試料１００の姿勢（３軸方向の傾き）の変化を算出することができる。そして、当該試料１００の姿勢の変化に基づいて算出される補正係数によって、検査時に得られた放射線透過画像を補正することができる。よって、試料１００の姿勢が変化してもより正確に検査対象物を計測することができる検査方法を提供することができる。

また、球体マーク５００は、放射線の吸収が大きい材質を用いて形成される。これにより、球体マーク５００は、放射線透過画像において、円形形状の影として撮像される。そして、当該円形形状の影の中心を算出することにより、球体マーク５００の重心の位置を求めることができる。

また、２つの球体マーク５００の重心間の距離を算出することにより、２つの球体マーク５００間の距離をより正確に求めることができる。また、球体マーク５００間の距離を求めた後、予め、試料１００の姿勢（傾き）と、放射線が試料１００を透過する透過率との関係を示す第１の検量線を求めておくことができる。

さらに、予め、初期状態の球体マーク５００間の距離を算出しておくことにより、モーションキャプチャアニメーション等の比較的単純なプログラムによって、検査時の試料１００の姿勢（傾き）を算出することができる。また、予め、第１の検量線を算出しておくことにより、透過率を用いた放射線透過画像の補正をより簡便な演算で行うことができる。また、放射線透過画像を試料１００の姿勢（傾き）によって補正することにより、放射線透過画像の濃淡値の精度が向上するため、試料１００の内部をより詳細に解析することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明に係る検査方法は、水量定量化治具４００を用いずに、実施されてもよい。

１００試料（検査対象物）
２００イメージセンサ
３００放射線源
４００水量定量化治具
４０１内部空間
５００球体マーク

Claims

放射線を用いて検査対象物を検査する検査方法であって、
前記検査対象物の三か所以上に球体形状を有する球体マークを設置し、
予め、初期状態の前記検査対象物を撮像し、得られた放射線透過画像から、前記球体マークの位置を算出し、
検査時の前記検査対象物を撮像し、得られた放射線透過画像から、前記球体マークの位置を算出し、
前記初期状態の前記球体マークの位置と、前記検査時の前記球体マークの位置とに基づいて、前記検査時の前記検査対象物の姿勢の前記初期状態からの変化を算出し、
前記検査時の前記検査対象物の姿勢の変化に基づいて、補正係数を算出し、
前記検査時の前記検査対象物を撮像して得られた前記放射線透過画像を、前記補正係数を用いて補正する、検査方法。