JP2007285973A - ダイカスト部品の自動欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイカスト部品の内部欠陥を迅速に、かつ、高い信頼性のもとに検出することのできるダイカスト部品の欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線断層像撮影装置による検査対象物Ｗの断層像情報を用いた画像処理により、検査対象物Ｗの鋳造欠陥の有無を判別する検査に先立ち、検査対象物Ｗの３次元情報と、あらかじめ設定されている欠陥の判定基準とを用いたＸ線透過シミュレーションにより、欠陥のある場合の透過率の計算結果と、欠陥のない場合の透過率の計算結果が、ノイズよりも大きく、かつ、スライス厚ｔが最大となるスライス厚ｔを自動的に決定して、断層像撮影装置による撮影時におけるスライス厚を自動的に変更することで、断層像の撮影回数を少なくしながら、確実に欠陥の有無の判定を可能とする。
【選択図】図３

Description

本発明はダイカスト部品の検査装置に関し、更に詳しくは、Ｘ線断層像撮影装置を用いて、ダイカスト部品の欠陥の有無を検査するダイカスト部品の検査装置に関する。

例えばアルミなどのダイカスト部品は、引け巣などの鋳造欠陥の有無を検査するに当たっては、従来、光学的手段を用いた目視による検査が行われ、外壁面に現れる欠陥の有無が検査されていたが、仕上げ加工などの２次加工後に表面に現れる欠陥の有無、つまり内部に存在する欠陥の有無を、その加工前に知りたいという要望があった。

そこで、従来、検査対象であるダイカスト部品にＸ線を照射して得られる透視像や、Ｘ線ＣＴ装置により撮影した断層像を用いて、検査者が目視で検査ないしは評価する方法がとられている（例えば特許文献１参照）。
特開平７−１２７５９号公報

ところで、ダイカスト部品の内部欠陥の有無を検査する従来の手法のうち、Ｘ線透過像を用いた方法では、欠陥の位置情報を得ることが困難な場合が多い。

一方、Ｘ線ＣＴ装置による断層像を用いる方法によると、検査者は、通常、大量の断層像を目視で検査する必要があり、このことが検査者の多大な負担となっていた。同時に、検査者が大量の断層像を目視で検査し続けることにより、時間とコストが増大するばかりでなく、欠陥検出の再現性の低下、ひいては信頼性の低下といった問題が発生している。

本発明のこのような実情に鑑みてなされたものでダイカスト部品内部の欠陥を迅速に、かつ、高い信頼性のもとに検出することのできるダイカスト部品の欠陥検査装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のダイカスト部品の欠陥検査装置は、ダイカスト部品を検査対象とし、Ｘ線断層像撮影装置による検査対象物の断層像情報を用いた画像処理により、その検査対象物の鋳造欠陥の有無を判別するための検査装置であって、検査に先立ち、検査対象物の３次元情報と、あらかじめ設定されている欠陥の判定基準とを用いたＸ線透過シミュレーションにより、欠陥のある場合の透過率の計算結果と、欠陥のない場合の透過率の計算結果との差が、ノイズよりも大きく、かつ、厚さが最大となるスライス厚を求め、その求められたスライス厚のもとに上記Ｘ線断層像撮影装置の撮影時におけるスライス厚を自動的に設定するスライス厚決定手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。

また、同じ課題を解決するため、請求項２に係る発明のダイカスト部品の欠陥検査装置は、同じくダイカスト部品を検査対象とし、Ｘ線断層像撮影装置による検査対象物の断層像情報を用いた画像処理により、その検査対象物の欠陥の有無を判別するための検査装置であって、上記Ｘ線断層撮影装置により得られた被検査物の断層像から、画像処理によりあらかじめ設定されている特定部位の外壁面を抽出する外壁面抽出手段と、その抽出された外壁面からあらかじめ設定されている深さまでの領域を自動的に関心領域に設定する関心領域設定手段を有していることによって特徴づけられる。

ここで、本発明においては、請求項１に記載のダイカスト部品の欠陥検査装置において、請求項２に記載の外壁面検出手段および関心領域設定手段を備えた構成（請求項３）を好適に採用することができる。

請求項１に係る発明は、欠陥を確実に捕らえることができる条件下で、最もスライス厚を厚くして、一つのダイカスト部品の検査に必要なＣＴ撮影回数とそれぞれの再構成演算回数を可及的に少なくすることにより、検査の迅速化を図ろうとするものである。

すなわち、請求項１に係る発明においては、検査に先立ち、検査対象物のＣＡＤデータなどの３次元情報と、欠陥の判定基準を用いたＸ線透過シミュレーションを行い、欠陥のある場合とない場合におけるＸ線透過率の差が、ノイズよりも大きい条件下で、従って欠陥を識別できる条件下で、最も厚いスライス厚を求め、その求められたスライス厚のもとに実際のＣＴ撮影を行う。これにより、一つのダイカスト部品の検査に要するＣＴ撮影回数と再構成演算回数を可及的に少なくしながら、確実に欠陥の有無の判定を行うことが可能となる。

一方、請求項２に係る発明は、ダイカスト部品においては、その２次加工後の表面となる面に欠陥が現れ、もしくは接近して存在する場合について不良品と判定する場合が多いことに鑑み、検査対象領域を可及的に狭くすることにより、検査の迅速化を図ろうとするものである。

すなわち、請求項２に係る発明においては、検査対象物の断層像から、画像処理によりあらかじめ設定されている特定部位の外壁面を抽出し、その抽出された外壁面から規定の深さ、つまり２次加工後の表面の近傍領域を自動的に関心領域に設定することで、検査のための画像処理に要する時間を可及的に短縮化することが可能となる。

請求項１に係る発明によれば、実際の検査に先立ち、欠陥の判定基準に基づくシミュレーションにより、欠陥の有無の識別が可能で、かつ、最も厚いスライス厚を自動的に求め、実際の検査のためのＣＴ撮影時におけるスライス厚を自動的に設定するので、可及的に少ないＣＴ撮影回数並びに再構成演算回数のもとに、ダイカスト部品の欠陥の有無を確実に判定することができ、検査に要する時間の短縮化を達成することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、ダイカスト部品の断層像から特定部位の外壁面を抽出し、その外壁面からあらかじめ設定されている深さまでの領域を関心領域として自動的に設定するので、断層像から欠陥の有無の判定をするための画像処理に要する時間の短縮化を達成することができる。

そして、請求項３に係る発明によると、以上の請求項１および２に係る発明の双方の機能を有することにより、ＣＴ撮影〜再構成演算に要する時間、並びに断層像から欠陥の有無を判定する時間の双方を短縮化することができ、全体としての所要時間を大幅に短縮化することができ、かつ実に欠陥の有無を判定することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ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の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

Ｘ線発生装置１は、水平のＸ線光軸Ｌを中心としてファンビーム状のＸ線を発生する。このＸ線発生装置１に対向してＸ線検出器２が配置されており、これらの間に、検査対象物Ｗを搭載して鉛直方向の回転軸Ｒを中心として回転する回転テーブル３が配置されている。

回転テーブル３は、テーブルｘ軸方向移動機構４によりＸ線光軸Ｌに沿う方向に移動させることができ、また、テーブルｙ軸方向移動機構５によって回転軸Ｒに沿う方向に移動させることができる。テーブルｘ軸方向移動機構４により回転テーブル３をＸ線光軸Ｌに沿う方向に移動させることにより、撮影倍率を変化させることができ、また、テーブルｚ軸方向移動機構５により回転テーブル３を回転軸Ｒに沿う方向に移動させることによって、検査対象物Ｗに対するＸ線の照射位置、従ってＣＴ撮影位置を回転軸Ｒ方向に変化させることができる。

ＣＴ撮影に際しては、Ｘ線発生装置１からのＸ線を検査対象物Ｗに照射しつつ、回転テーブル３を回転させ、所定の微小回転角度ごとにＸ線検出器２の画素出力、つまり検査対象物ＷのＸ線投影データをデータ収集装置６を介してコンピュータ７に取り込む。コンピュータ７には、Ｘ線投影データを用いて検査対象物Ｗの回転軸Ｒに直交する平面に沿う断層像を構築する公知の再構成演算プログラムがインストールされている。

また、このコンピュータ７には、後述する関心領域自動設定プログラムと、設定された関心領域内の欠陥の有無を判別する検査プログラム、更には、検査に先立ってＣＴ撮影時における最適スライス厚をシミュレーションにより求めるスライス厚決定プログラムもインストールされている。なお、欠陥の有無の判別のみを目視により行うように構成することもできる。

更に、コンピュータ７には、断層像などを表示するための表示器８と、キーボードやマウス、ジョイスティックなどからなる操作部９が接続されているとともに、前記した回転テーブル３を随意に回転させ、テーブルｘ軸方向移動機構４およびテーブルｚ軸方向移動機構５を制御下に置いており、オペレータが操作部９を操作することによって、コンピュータ７を介した制御のもとに上記の各機構を随意に駆動することができる。

また、コンピュータ７は、図示しないＸ線コントローラを通じてＸ線発生装置１の管電圧、管電流を制御するとともに、当該Ｘ線発生装置１に内蔵しているビーム成形系を制御して、スライス厚に相当するビーム厚を変更することができる。

次に、以上の実施の形態の動作を、図２（Ａ）に斜視図を示すようなアルミダイカスト製のエンジンブロックを検査対象物Ｗとした場合を例にとって、その使用方法とともに述べる。

まず、検査対象物Ｗの種類や型番が変わる等、検査対象物Ｗの形状・寸法などが変わる場合には、検査に先立ってスライス厚決定プログラムを選択して実行する。このスライス厚決定プログラムの動作手順を図３にフローチャートで示す。このスライス厚決定ププログラムにおいては、検査対象物ＷのＣＡＤデータなど、当該検査対象物Ｗの３次元データと、基準となるサイズ、つまり合格限度の欠陥のサイズを入力する。コンピュータ７では、この入力データに従って検査対象物Ｗの３次元像を作成し、その３次元像から、Ｘ線の透過距離が最大となるパス上に基準サイズの欠陥を埋め込む。

次に、スライス厚ｔを初期値ｔ₀ に設定し、そのスライス厚ｔのもとに、検査対象物Ｗの素材のＸ線吸収係数をμ（ｓ）として、欠陥を埋め込んだ場合の上記のパスのＸ線透過量Ｉ′と、欠陥を埋め込まない場合のＸ線の透過量Ｉを計算により求める。
ただし、Ｘ線発生装置１からのＸ線の強度をＩ₀ としたとき、
Ｉ＝Ｉ₀ ｅｘｐ｛−∫μ（ｓ）ｄｓ｝
である。

また、Ｘ線透過量が平均値Ｉのガウス分布であると考えてその標準偏差σを計算し、Ｙ＝３σを求める。ここでのσは、実際の検査対象物に対するＸ線の透過量データの標準偏差である。

次に、このＹの値と｜Ｉ′−Ｉ｜の値を比較し、Ｙ＜｜Ｉ′−Ｉ｜であればスライス厚ｔを規定量だけ厚くし、Ｙ＞｜Ｉ′−Ｉ｜である場合にはスライス厚ｔを規定量だけ薄くして、変更後のスライス厚のもとに同様の動作を繰り返し、Ｙ＝｜Ｉ′−Ｉ｜に最も近づいくスライス厚ｔを求め、その求めたスライス厚ｔにＸ線発生装置１から出力されるＸ線のビーム厚さを自動的に設定し、このプログラムを終了する。

以上のシュミレーションは、Ｘ線投影データのノイズの最大値よりも欠陥の有無におけるＸ線透過量の差が小さくなって検出できなくなる限界のスライス厚を求めることに相当する。

その後、以上のようにして設定されたスライス厚のもとに実際のＣＴ撮影を行い、検査対象物ＷのＸ線投影データの再構成演算によって回転軸Ｒに直交する方向の断層像を構築し、断層像から欠陥の有無を自動的に判定するのであるが、その際、図４にフローチャートを示すように、関心領域自動設定プログラムを実行した上で、欠陥の検査プログラムを実行する。

すなわち、検査対象物Ｗの断層像から、エッジ検出フィルタの畳み込みやＳｎａｋｅ法を用いた領域抽出等の手法で断層像上の部品の特定の外壁面を検出する。図２のエンジンブロックでは、同図（Ｂ）に平面図を示すように、例えばシリンダの内周面Ｃ等である。このシリンダ内周面は、後工程によりダイカスト部品を削って２次加工（仕上げ加工）を行う部位である。

外壁面を検出した後、その外壁面からユークリッド相関関数等の評価関数を用い、外壁面から一定の深さを持つ領域を抽出する。この領域は、図５に図２（Ｂ）の要部拡大図を示すように、特定の外壁面Ｃから後工程での取り代分だけ内側に位置する仮想仕上げ表面Ｄを中心とする帯状の領域Ａとなる。

以上のように関心領域を自動抽出した後、その領域について、平均輝度を求め、輝度が平均輝度と大きく異なる部分を欠陥として検出する。なお、輝度値が平均輝度とどの程度の差で欠陥とみなすかの判定基準は、部品内部の輝度分布などにより自動的に決定するものとする。欠陥の検出結果は欠陥箇所を強調表示するなどして検出した欠陥を検査者にとって発見しやすいようにする。

以上のＣＴ撮影と関心領域自動設定プログラム並びに検査プログラムは、スライス厚分だけ回転テーブル３をｚ軸方向に移動させながら、ｚ軸方向に必要な領域をカバーするまで繰り返し行われる。

以上の実施の形態によると、検査対象物Ｗの欠陥の有無を判別でき、しかも可及的に厚いスライス厚でＣＴ撮影を行うので、ＣＴ撮影回数を可及的に少なくして確実に欠陥の有無を判別することができる。また、各ＣＴ撮影データにより構築される断層像上で、その外壁面を抽出し、後工程で削られる部分を考慮して関心領域を設定するので、各断層像上での検査領域も少なくすることができ、検査の効率化に寄与するところ大である。

なお、検査対象物Ｗに、製造工程に由来する特質等から欠陥がある部位に局在化することが事前にわかっている場合には、本手法をＸ線透過データを用いた検査に適用することができる。

また、欠陥の検査プログラムにおいては、輝度による欠陥の判定だけでなく、欠陥の特徴量を用いた欠陥の検出を行うことで、誤検出を減らして欠陥の件出率を高めることが期待できる。

更に、以上の実施の形態においては、回転テーブル３を回転軸Ｒを中心として回転させてＣＴ撮影を行う装置について述べたが、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２の対を回転軸Ｒを中心として回転させてＣＴ撮影を行う装置であってもよいことは勿論である。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。 本発明の実施の形態における検査対象物Ｗの例の説明図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。 本発明の実施の形態におけるスライス厚決定プログラムの内容を表すフローチャートである 本発明の実施の形態におけるスライス厚決定プログラムにより抽出される関心領域の例の説明図である。 本発明の実施の形態における関心領域自動設定プログラムと検査プログラムの内容を表すフローチャートである。

符号の説明

１ Ｘ線発生装置
２ Ｘ線検出器
３ 回転テーブル
４ テーブルｘ軸方向移動機構
５ テーブルｚ軸方向移動機構
６ データ収集装置
７ コンピュータ
８ 表示器
９ 操作部
Ｗ 検査対象物
Ｃ 外壁面
Ｄ 仮想仕上げ表面
Ａ 関心領域

Claims (3)

1. ダイカスト部品を検査対象とし、Ｘ線断層像撮影装置による検査対象物の断層像情報を用いた画像処理により、その検査対象物の鋳造欠陥の有無を判別するための検査装置であって、
   検査に先立ち、検査対象物の３次元情報と、あらかじめ設定されている欠陥の判定基準とを用いたＸ線透過シミュレーションにより、欠陥のある場合の透過率の計算結果と、欠陥のない場合の透過率の計算結果との差が、ノイズよりも大きく、かつ、厚さが最大となるスライス厚を求め、その求められたスライス厚のもとに上記Ｘ線断層像撮影装置の撮影時のスライス厚を自動的に設定するスライス厚決定手段を備えていることを特徴とするダイカスト部品の欠陥検査装置。
2. ダイカスト部品を検査対象とし、Ｘ線断層像撮影装置による検査対象物の断層像情報を用いた画像処理により、その検査対象物の鋳造欠陥の有無を判別するための検査装置であって、
   上記Ｘ線断層撮影装置により得られた被検査物の断層像から、画像処理によりあらかじめ設定されている特定部位の外壁面を抽出する外壁面抽出手段と、その抽出された外壁面からあらかじめ設定されている深さまでの領域を自動的に関心領域に設定する関心領域設定手段を有していることを特徴とするダイカスト部品の欠陥検査装置。
3. 請求項１に記載のダイカスト部品の欠陥検査装置において、請求項２に記載の外壁面検出手段および関心領域設定手段を備えていることを特徴とするダイカスト部品の欠陥検査装置。

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