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

ダイカスト部品の自動欠陥検査装置 Download PDF

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考伸 木村
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一成 山崎
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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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