JP5950100B2

JP5950100B2 - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: JP5950100B2
Application number: JP2012131676A
Authority: JP
Inventors: 快彦岩尾
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-06-11
Also published as: CN103487448A; CN103487448B; JP2013257155A

Description

本発明は、Ｘ線検査装置に関し、特に各種工業製品等の被検査物にＸ線を照射して得られるＸ線透視画像を用いて、被検査物内部の欠陥の有無等を非破壊のもとに検査するＸ線検査装置に関する。

各種工業製品の内部欠陥の有無等を非破壊のもとに検査するＸ線検査装置においては、一般に、Ｘ線発生装置とＸ線検出器との間に被検査物が載置されるステージが配置された構造を有する。通常、ステージはＸ線光軸方向（Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを結ぶ方向、Ｚ方向）を含む３次元方向（ＸＹＺ方向）に移動可能となっている。このステージをＸ線光軸方向（Ｚ方向）に移動させることによって透視倍率が変化し、それに直交する平面（ＸＹ平面）上で移動させることによって視野中心を変化させることができる。ステージに代えて、ステージとともにＸ線発生装置とＸ線検出器とを移動させる装置もある。

回路基板（被検査物）上に実装されている部品や半田ボール等の検査に用いられるＸ線検査装置においては、通常、回路基板上の細部を拡大透視して観察することが行われる。そのため、現在透視している部位が回路基板上のどの位置であるのかが判別しにくくなる。そこで、比較的低倍率（広い視野）で被検査物のＸ線透視画像を撮影して記憶しておき、そのＸ線透視画像を表示器に表示し、そのＸ線透視画像上に拡大透視すべき位置と大きさ（所望の領域）を指定することにより、ステージを自動的に移動させてＸ線透視画像を表示する技術（中心移動機能）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、この種の用途に用いられるＸ線検査装置においては、高拡大率のＸ線透視画像を得るための装置構成を採用しているため、被検査物の全領域（低倍率）のＸ線透視画像を得ることはできず、そのために、ステージ上の被検査物の全領域を撮影するための光学カメラを設けているものがある（例えば、特許文献２参照）。
図４は、光学カメラを設けているＸ線検査装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、Ｘ線検査装置によって表示される画像の一例である。なお、Ｘ線発生装置とＸ線検出器とを結ぶ方向をＺ方向とし、Ｚ方向と垂直な一方向をＸ方向とし、Ｚ方向とＸ方向とに垂直な方向をＹ方向とする。

Ｘ線検査装置１１０は、被検査物Ｗが載置されるステージ３と、ステージ３をＸＹＺ方向に移動させる移動機構４と、Ｘ線発生装置１と、Ｘ線検出器２と、被検査物Ｗの全領域の外観像を撮影するための光学カメラ５と、Ｘ線検査装置１全体の制御を行う制御系１２０とを備える。制御系１２０は、汎用のコンピュータ装置により構成され、そのハードウェアをブロック化して説明すると、ＣＰＵ１２１と、キーボードやマウス等の入力装置２２と、液晶パネル等の表示器２３と、メモリ１２４とにより構成される。

また、ＣＰＵ１２１が処理する機能をブロック化して説明すると、Ｘ線検出器２からＸ線透視画像を取得して表示器２３に表示するＸ線透視画像取得部２１ａと、光学カメラ５から外観像を取得して表示器２３に表示する外観像表示制御部１２１ｂと、移動機構４を駆動させる移動機構制御部１２１ｃとを有する。

このようなＸ線検査装置１１０によれば、表示器２３には、図２に示すように、右側領域に、現在透視しているＸ線透視画像Ｔが表示されるとともに、左側領域に外観像Ｃが表示されることになる。
そして、操作者は、光学カメラ５によりＸ線の透視方向と略同方向（−Ｚ方向）から被検査物Ｗを撮影した外観像Ｃをマップのように用い、その外観像Ｃ上に刻々の透視位置を重畳表示させ、あるいは外観像Ｃ上に拡大表示すべき位置を入力装置２２で指定することにより、ステージ３を自動的に移動させてＸ線透視画像Ｔを表示させている（外観ナビゲーション機能）。

特開２００１−２５５２８６号公報特開２００６−３４３１９３号公報

しかしながら、上述したようなＸ線検査装置１１０で、高さｈが高い被検査物Ｗ_１を検査した場合には、外観ナビゲーション機能がうまく機能しないことがあった。また、被検査物Ｗ_１の全領域の外観像Ｃを取得することができないことがあった。

そこで、出願人は、外観ナビゲーション機能がうまく機能しない原因について検討した。Ｘ線検査装置１１０では、被検査物Ｗをステージ３に載置した後、ステージ３が所定の位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）に移動し、光学カメラ５が外観像Ｃを撮影することになる。一般的にＸ線検査装置１１０では、回路基板等の比較的高さｈが低い被検査物Ｗ_２を検査することが多い。そのため、光学カメラ５が外観像Ｃを撮影するための所定の位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）は、高さｈが低い被検査物Ｗ_２を基準に設定されている。

ここで、図５（ａ）は、高さｈ_２が低い被検査物Ｗ_２が所定の位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）に配置された際に外観像Ｃを撮影するときの図であり、図５（ｂ）は、高さｈ_１が高い被検査物Ｗ_１が所定の位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）に配置された際に外観像Ｃを撮影するときの図である。
高さｈ_１が高い被検査物Ｗ_１の外観像Ｃを撮影する場合には、被検査物Ｗ_１の全領域が映らなくなってしまう。
なお、高さｈ_１が高い被検査物Ｗ_１の全領域が映るように所定の位置（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）を設定すると、高さｈ_２が低い被検査物Ｗ_２の外観像Ｃを撮影する場合には、被検査物Ｗ_２の全領域のサイズが小さくなってしまい、外観像Ｃ上の位置を指定することが困難となる。

また、図６（ａ）は、高さｈ_２が低い被検査物Ｗ_２がある位置（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）に配置された際にＸ線透視画像Ｔを取得するときの図であり、図６（ｂ）は、高さｈ_１が高い被検査物Ｗ_１がある位置（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）に配置された際にＸ線透視画像Ｔを取得するときの図である。
Ｘ線透視画像Ｔにおいて、被検査物Ｗ中の所望の観察位置をＸ線透視画像Ｔの中心に移動させるための距離ｘ_１，ｘ_２を計算するには、観察したい位置（星印）のステージ３面からの高さｈ_１，ｈ_２を知る必要がある。そこで、Ｘ線透視画像Ｔを取得する際には、観察したい位置（星印）のステージ３面からの高さｈ_１，ｈ_２を入力することが行われているものがある。

しかし、外観像Ｃによる外観ナビゲーション機能を用いる場合には、被検査物Ｗ中の所望の観察位置をＸ線透視画像Ｔの中心に移動させる際に、ステージ３の上面からの高さｈ_１，ｈ_２が全く考慮されていなかった。
そこで、光学カメラ５が外観像Ｃを撮影するためのステージ３の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、被検査物Ｗの高さｈ_１，ｈ_２によって調整することを見出した。

すなわち、本発明のＸ線検査装置は、互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器との間に設けられ、被検査物が載置されるステージと、前記ステージをＸ線光軸方向を含む少なくとも３軸方向に移動させる移動機構と、前記被検査物の一部領域のＸ線透視画像を取得するＸ線透視画像取得部と、前記被検査物の全領域の外観像をＸ線光軸方向から撮影するための光学カメラと、前記外観像を表示器に表示する外観像表示制御部と、前記外観像上の所望の位置が指定されることにより、当該所望の位置を含むＸ線透視画像が取得されるように、前記移動機構をＸ線光軸方向以外の２軸方向に駆動させる移動機構制御部とを備えるＸ線検査装置であって、前記被検査物の高さが入力されることにより、前記外観像表示制御部は、前記ステージを所定の位置からＸ線光軸方向であって前記Ｘ線検出器から遠ざかる方向に前記高さの分だけ移動させた位置にした後、前記光学カメラに前記被検査物の全領域の外観像を撮影させることを特徴とする。

本発明のＸ線検査装置によれば、まず被検査物Ｗの高さｈを設定する。その結果、高さｈ_１が高い被検査物Ｗ_１の外観像Ｃを撮影する場合には、外観像表示制御部は、ステージを所定の位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）からＸ線光軸方向に高さの分ｈ_１だけ移動させた位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０−ｈ_１）にした後、光学カメラに外観像Ｃを撮影させる。これにより、被検査物Ｗ_１の全領域が映るようになる。逆に、高さｈ_２が低い被検査物Ｗ_２の外観像Ｃを撮影する場合には、外観像表示制御部は、ステージを所定の位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）からＸ線光軸方向に高さの分ｈ_２だけ移動させた位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０−ｈ_２）にした後、光学カメラに外観像Ｃを撮影させる。これにより、被検査物Ｗ_２の全領域のサイズが小さくなってしまうことがなくなる。つまり、被検査物Ｗの高さｈによって外観像Ｃを撮影させるステージの位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を適切な位置としている。
さらに、外観像Ｃに映っている被検査物Ｗの表面のステージからの高さｈがわかっているので、外観像（被検査物Ｗの表面）Ｃ上に拡大表示すべき透視位置を指定することにより、ステージを移動させる際にも、移動させるための距離ｘ，ｙを正確に計算することができる。つまり、外観ナビゲーション機能がうまく機能することになる。

以上のように、本発明のＸ線検査装置によれば、様々な高さｈの被検査物Ｗでも、被検査物Ｗの全領域の外観像Ｃを撮影することができる。さらに、外観ナビゲーション機能がうまく機能するようになる。

本発明の一実施形態であるＸ線検査装置の構成を示すブロック図。Ｘ線検査装置によって表示される画像の一例。外観像を撮影するときの図。光学カメラを設けているＸ線検査装置の構成を示すブロック図。外観像を撮影するときの図。Ｘ線透視画像を取得するときの図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。

図１は、本発明の一実施形態であるＸ線検査装置の構成を示すブロック図である。なお、Ｘ線検査装置１１０と同様のものについては、同じ符号を付している。
Ｘ線検査装置１０は、被検査物Ｗが載置されるステージ３と、ステージ３をＸＹＺ方向に移動させる移動機構４と、Ｘ線発生装置１と、Ｘ線検出器２と、被検査物Ｗの全領域の外観像を撮影するための光学カメラ５と、Ｘ線検査装置１全体の制御を行う制御系２０とを備える。

Ｘ線発生装置１は、コーンビーム状の広がりを持つＸ線を鉛直上方（Ｚ方向）に向けて発生し、Ｘ線発生装置１の上方に２次元（ＸＹ平面）のＸ線検出器２が対向配置されている。
ステージ３は、Ｘ線発生装置１とＸ線検出器２との間に配置されており、上面に被検査物Ｗが載置されるようになっている。これにより、Ｘ線発生装置１から発生したＸ線は、ステージ３上の被検査物Ｗを透過してＸ線検出器２に入射して検出され、その検出出力（Ｘ線透視画像Ｔ）は、制御系２０にリアルタイム（所定の時間間隔）で送られて表示器２３に表示されるようになっている。

また、ステージ３は、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向との合計３軸方向に移動可能となっている。これにより、ステージ３をＸＹ方向に移動することにより視野中心の調整が行われるとともに、ステージ３をＺ方向に移動することにより測定倍率の調整が行われるようになっている。またこのステージ３には試料をＺ軸を中心に回転させる回転機構やその他の駆動軸などが組み込まれていてもよい。

光学カメラ５は、ステージ３上の被検査物Ｗの全領域を−Ｚ方向から撮影するためのものであり、ステージ３の上方（Ｚ方向）に、Ｘ線検出器２に隣接して配置されている。光学カメラ５からの撮影出力（外観像Ｃ）は、制御系２０に所定の撮影タイミングで送られてメモリ２４に記憶されて表示器２３に表示されるようになっている。

制御系２０は、汎用のコンピュータ装置により構成され、そのハードウェアをブロック化して説明すると、ＣＰＵ２１と、キーボードやマウス等の入力装置２２と、液晶パネル等の表示器２３と、メモリ２４とにより構成される。
表示器２３には、図２に示すように、右側領域に、現在透視しているＸ線透視画像Ｔが表示されるとともに、左側領域に外観像Ｃが表示される。

入力装置２２は、操作者が、被検査物Ｗの高さｈを入力したり、光学カメラ５に外観像Ｃを撮影させたり、Ｘ線透視画像Ｔを観察しながらステージ３をＸＹＺ方向に移動させたり、表示器２３に表示されたＸ線透視画像Ｔ上に拡大透視すべき位置と大きさ（所望の領域）を指定したり、表示器２３に表示された外観像Ｃ上に拡大透視すべき位置（所望の位置）を指定したりするための操作が行われるものである。

ここで、ＣＰＵ２１が処理する機能をブロック化して説明すると、Ｘ線検出器２からＸ線透視画像Ｔを取得して表示器２３に表示するＸ線透視画像取得部２１ａと、光学カメラ５から外観像Ｃを取得して表示器２３に表示する外観像表示制御部２１ｂと、移動機構４を駆動させる移動機構制御部２１ｃとを有する。また、メモリ２４には、ステージ３の所定の位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）が予め記憶される所定位置記憶領域２４ａと、被検査物Ｗの高さｈが記憶されるための高さ記憶領域２４ｂとが形成されている。

Ｘ線透視画像取得部２１ａは、Ｘ線検出器２から被検査物Ｗの一部領域のＸ線透視画像Ｔを取得して、Ｘ線透視画像Ｔを表示器２３の右側領域にリアルタイムで表示する制御を行う。これにより、操作者はＸ線透視画像Ｔを観察して、被検査物Ｗ内部の欠陥の有無等を検査していく。

外観像表示制御部２１ｂは、入力装置２２からの入力信号「外観像撮影」を受信した際には、高さ記憶領域２４ｂに設定された被検査物Ｗの高さｈに基づいて、ステージ３を移動させた後、光学カメラ５から外観像Ｃを取得して、外観像Ｃを表示器２３の左側領域に表示する制御を行う。図３（ａ）は、高さｈ_２が低い被検査物Ｗ_２が位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０−ｈ_２）に配置された際に外観像Ｃを撮影するときの図であり、図３（ｂ）は、高さｈ_１が高い被検査物Ｗ_１が位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０−ｈ_１）に配置された際に外観像Ｃを撮影するときの図である。

操作者は、高さｈ_１が高い被検査物Ｗ_１の外観像を撮影する場合には、被検査物Ｗの高さｈ_１を高さ記憶領域２４ｂに予め設定しておく。そして、操作者は、入力装置２２で入力信号「外観像撮影」を入力する。すると、外観像表示制御部２１ｂは、ステージ３を所定の位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）から下方向に高さの分ｈ_１だけ移動させた位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０−ｈ_１）にした後、光学カメラ５に外観像Ｃを撮影させる（図３（ｂ）参照）。これにより、被検査物Ｗ_１の全領域が映る。

また、操作者は、高さｈ_２が低い被検査物Ｗ_２の外観像を撮影する場合には、被検査物Ｗの高さｈ_２を高さ記憶領域２４ｂに予め設定しておく。そして、操作者は、入力装置２２で入力信号「外観像撮影」を入力する。すると、外観像表示制御部２１ｂは、ステージ３を所定の位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０）から下方向に高さの分ｈ_２だけ移動させた位置（Ｘ_０，Ｙ_０，Ｚ_０−ｈ_２）にした後、光学カメラ５に外観像を撮影させる（図３（ａ）参照）。これにより、被検査物Ｗ_２の全領域のサイズが小さくなってしまうことがなくなる。

移動機構制御部２１ｃは、表示器２３に表示されたＸ線透視画像Ｔ上の所望の領域が入力装置２２を用いて指定されることにより、所望の領域のＸ線透視画像Ｔが取得されるように、ステージ３をＸＹＺ方向に移動させる制御を行う（中心移動機能）。
また、移動機構制御部２１ｃは、表示器２３に表示された外観像Ｃ上の所望の位置が入力装置２２を用いて指定されることにより、所望の位置が中心となるＸ線透視画像Ｔが取得されるように、ステージ３をＸＹ方向に移動させる制御を行う（外観ナビゲーション機能）。このとき、外観像Ｃに映っている被検査物Ｗの表面のステージ３からの高さｈが高さ記憶領域２４ｂに設定されているので、移動機構制御部２１ｃは、外観像Ｃ上で指定された所望の位置が中心となるＸ線透視画像Ｔを取得するための距離ｘ，ｙを、高さｈを用いて計算して、ステージ３を移動させる。これにより、外観ナビゲーション機能がうまく機能する。

以上のように、本発明のＸ線検査装置１０によれば、様々な高さｈの被検査物Ｗでも、被検査物Ｗの全領域の外観像Ｃを撮影することができる。さらに、外観像Ｃ上で指定された所望の位置が中心となるＸ線透視画像Ｔを取得するための距離ｘ，ｙを、高さｈを用いて計算するので、外観ナビゲーション機能がうまく機能するようになる。

＜他の実施形態＞
（１）上述したＸ線検査装置１において、被検査物Ｗの外観像Ｃを撮影する前には、被検査物Ｗの高さｈ_１を高さ記憶領域２４ｂに設定しておく構成としたが、同じ高さｈ_１の被検査物Ｗを次々と検査する場合には、被検査物Ｗの高さｈ_１を高さ記憶領域２４ｂに設定する工程を省略する構成としてもよい。

（２）上述したＸ線検査装置１において、かさ上げ治具を用いた場合には、被検査物Ｗの高さｈ_１とかさ上げ治具の高さｈ’とを高さ記憶領域２４ｂに設定しておく構成としてもよい。

本発明は、各種工業製品等の被検査物にＸ線を照射して得られるＸ線透視画像を用いて、被検査物内部の欠陥の有無等を非破壊のもとに検査するＸ線検査装置等に利用することができる。

１：Ｘ線発生装置
２：Ｘ線検出器
３：ステージ
４：移動機構
５：光学カメラ
１０：Ｘ線検査装置
２１ａ：Ｘ線透視画像取得部
２１ｂ：外観像表示制御部
２１ｃ：移動機構制御部
２２：入力装置
２３：表示器
２４：メモリ

Claims

互いに対向配置されたＸ線発生装置とＸ線検出器との間に設けられ、被検査物が載置されるステージと、
前記ステージをＸ線光軸方向を含む少なくとも３軸方向に移動させる移動機構と、
前記被検査物の一部領域のＸ線透視画像を取得するＸ線透視画像取得部と、
前記被検査物の全領域の外観像をＸ線光軸方向から撮影するための光学カメラと、
前記外観像を表示器に表示する外観像表示制御部と、
前記外観像上の所望の位置が指定されることにより、当該所望の位置を含むＸ線透視画像が取得されるように、前記移動機構をＸ線光軸方向以外の２軸方向に駆動させる移動機構制御部とを備えるＸ線検査装置であって、
前記被検査物の高さが入力されることにより、前記外観像表示制御部は、前記ステージを所定の位置からＸ線光軸方向であって前記Ｘ線検出器から遠ざかる方向に前記高さの分だけ移動させた位置にした後、前記光学カメラに前記被検査物の全領域の外観像を撮影させることを特徴とするＸ線検査装置。