JP6210841B2 - X-ray three-dimensional measuring apparatus and X-ray three-dimensional measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、Ｘ線三次元測定装置及びＸ線三次元測定方法に関する。 The present invention relates to an X-ray three-dimensional measurement apparatus and an X-ray three-dimensional measurement method.
現在、製造業のデジタル化が進行している。三次元プリンタは、そのデジタル化の中心的存在であり、従来の製造法では作り出すことができなかった複雑な部品や製品を生み出すことができることから、少量多種の高付加価値部品を必要とする航空機産業等において部品生産の一角を担っている。このような三次元プリンタを用いて生み出される高付加価値製品にとって、品質保証・性能評価は生命線であるため、今後は精密測定技術を採用した寸法精度保証が不可欠になるものと予想される。但し、そのような高付加価値製品を従来の精密測定技術（三次元測定機、デジタイザ等）のみで対応することには限界があることから、複雑形状や内部構造を精密に測定する技術の開発が望まれてきた。 Currently, the digitization of the manufacturing industry is in progress. 3D printers are at the heart of their digitization, and can produce complex parts and products that could not be produced by conventional manufacturing methods. It plays a part in parts production in industries. For such high-value-added products produced using such a three-dimensional printer, quality assurance and performance evaluation are vital, so it is expected that dimensional accuracy assurance using precision measurement technology will be essential in the future. However, since there is a limit to supporting such high value-added products only with conventional precision measurement technology (three-dimensional measuring machine, digitizer, etc.), development of technology to precisely measure complex shapes and internal structures Has been desired.
そこで、近年においては、Ｘ線ＣＴ装置を用いた三次元測定技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなＸ線ＣＴ装置を三次元測定機として用いる場合には、Ｘ線発生装置やＸ線検出器等の機械系の歪みを補正する必要がある。このため、機械系の歪みの補正を可能にした三次元測定用のＸ線ＣＴ装置が提案されている（例えば、非特許文献１及び２参照）。このような補正を可能にしたＸ線ＣＴ装置においては、ルビー球を多数配置した校正治具を計測標準として採用し、ルビー球の中心間距離を測定することで一定の測定精度を維持している。 In recent years, various three-dimensional measurement techniques using an X-ray CT apparatus have been proposed (see, for example, Patent Document 1). When such an X-ray CT apparatus is used as a three-dimensional measuring machine, it is necessary to correct distortion of a mechanical system such as an X-ray generator or an X-ray detector. For this reason, an X-ray CT apparatus for three-dimensional measurement that enables correction of mechanical distortion has been proposed (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). In the X-ray CT apparatus that enables such correction, a calibration jig with a large number of ruby spheres is adopted as a measurement standard, and a certain measurement accuracy is maintained by measuring the distance between the centers of the ruby spheres. Yes.
ところで、従来の三次元測定用のＸ線ＣＴ装置は、非特許文献１及び２に開示されているような計測標準（校正治具）を用いた場合には一定の寸法精度を維持できるものの、実際の測定対象物を用いた測定においては寸法精度を維持できないことが知られている。この理由としては、Ｘ線検出器の解像度が実際の測定精度と比較して低いことや、実際の測定対象物の形状・材質が様々であること等が挙げられる。Ｘ線検出器としては、半導体を集積させたフラットパネルが最も高解像度であり、その画素サイズは１００μｍ程度に設定されている。しかし、測定対象物を透過したＸ線が様々な方向から混入すること等の理由により、現状ではこれ以上画素サイズを小さくすることが困難となっている。 By the way, the conventional X-ray CT apparatus for three-dimensional measurement can maintain a certain dimensional accuracy when using a measurement standard (calibration jig) as disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, It is known that dimensional accuracy cannot be maintained in measurement using an actual measurement object. The reason for this is that the resolution of the X-ray detector is lower than the actual measurement accuracy, and the shape and material of the actual measurement object are various. As an X-ray detector, a flat panel on which semiconductors are integrated has the highest resolution, and its pixel size is set to about 100 μm. However, at present, it is difficult to further reduce the pixel size because X-rays transmitted through the measurement object are mixed from various directions.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、Ｘ線ＣＴ画像を補正して測定対象物のエッジを精確に特定することができるＸ線三次元測定装置等を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an X-ray three-dimensional measurement apparatus and the like that can accurately specify an edge of a measurement object by correcting an X-ray CT image. To do.
前記目的を達成するため、本発明に係るＸ線三次元測定装置は、三次元座標軸上における測定対象物のＸ線ＣＴ画像を取得する画像取得手段と、三次元座標軸上における測定対象物の三次元形状の位置情報を取得する位置情報取得手段と、画像取得手段で取得した測定対象物のＸ線ＣＴ画像を位置情報取得手段で取得した測定対象物の三次元形状の位置情報で補正する画像補正手段と、を備え、画像補正手段は、Ｘ線ＣＴ画像の画素サイズよりも小さいメッシュを設定し、位置情報取得手段で取得した測定対象物の三次元形状の位置情報を点群としてメッシュ上に配置し、点群からなる実測エッジとＸ線ＣＴ画像のエッジとの差分を算出し、差分が所定の範囲内に収まるようにＸ線ＣＴ画像を補正する。 In order to achieve the above object, an X-ray three-dimensional measurement apparatus according to the present invention includes an image acquisition means for acquiring an X-ray CT image of a measurement object on a three-dimensional coordinate axis, and a tertiary of the measurement object on the three-dimensional coordinate axis. Position information acquisition means for acquiring position information of the original shape, and an image for correcting the X-ray CT image of the measurement object acquired by the image acquisition means with the position information of the three-dimensional shape of the measurement object acquired by the position information acquisition means Correction means, and the image correction means sets a mesh smaller than the pixel size of the X-ray CT image, and uses the position information of the three-dimensional shape of the measurement object acquired by the position information acquisition means as a point cloud on the mesh. The X-ray CT image is corrected so that the difference is within a predetermined range by calculating the difference between the measured edge consisting of the point cloud and the edge of the X-ray CT image.
本発明に係るＸ線三次元測定装置は、実測エッジの一部分とＸ線ＣＴ画像のエッジの一部分との間の相関関係情報を取得する相関情報取得手段と、相関関係情報とＸ線ＣＴ画像のエッジの他の部分とに基づいて実測エッジの他の部分を推定するエッジ推定手段と、をさらに備えることができる。かかる場合において、画像補正手段としては、エッジ推定手段で推定した実測エッジとＸ線ＣＴ画像のエッジとの差分を算出し、差分が所定の範囲内に収まるようにＸ線ＣＴ画像を補正する手段を採用することができる。 An X-ray three-dimensional measurement apparatus according to the present invention includes correlation information acquisition means for acquiring correlation information between a part of an actual measurement edge and a part of an edge of an X-ray CT image, and correlation information and X-ray CT image Edge estimation means for estimating the other part of the measured edge based on the other part of the edge can be further provided. In such a case, the image correcting means calculates the difference between the measured edge estimated by the edge estimating means and the edge of the X-ray CT image, and corrects the X-ray CT image so that the difference falls within a predetermined range. Can be adopted.
また、本発明は、三次元座標軸上における測定対象物のＸ線ＣＴ画像を取得する画像取得工程と、三次元座標軸上における測定対象物の三次元形状の位置情報を取得する位置情報取得工程と、画像取得工程で取得した測定対象物のＸ線ＣＴ画像を位置情報取得工程で取得した測定対象物の三次元形状の位置情報で補正する画像補正工程と、を含み、画像補正工程にて、Ｘ線ＣＴ画像の画素サイズよりも小さいメッシュを設定し、位置情報取得工程で取得した測定対象物の三次元形状の位置情報を点群としてメッシュ上に配置し、点群からなる実測エッジとＸ線ＣＴ画像のエッジとの差分を算出し、差分が所定の範囲内に収まるようにＸ線ＣＴ画像を補正する、Ｘ線三次元測定方法を提供する。 The present invention also provides an image acquisition step of acquiring an X-ray CT image of a measurement object on a three-dimensional coordinate axis, and a position information acquisition step of acquiring position information of a three-dimensional shape of the measurement object on the three-dimensional coordinate axis. An image correction step of correcting the X-ray CT image of the measurement target acquired in the image acquisition step with the position information of the three-dimensional shape of the measurement target acquired in the position information acquisition step. A mesh smaller than the pixel size of the X-ray CT image is set, the position information of the three-dimensional shape of the measurement object acquired in the position information acquisition step is arranged on the mesh as a point cloud, and the measured edge consisting of the point cloud and the X Provided is an X-ray three-dimensional measurement method for calculating a difference from an edge of a line CT image and correcting the X-ray CT image so that the difference falls within a predetermined range.
本発明に係るＸ線三次元測定方法は、実測エッジの一部分とＸ線ＣＴ画像のエッジの一部分との間の相関関係情報を取得する相関情報取得工程と、相関関係情報とＸ線ＣＴ画像のエッジの他の部分とに基づいて実測エッジの他の部分を推定するエッジ推定工程と、をさらに含むことができる。かかる場合において、画像補正工程として、エッジ推定手段で推定した実測エッジとＸ線ＣＴ画像のエッジとの差分を算出し、差分が所定の範囲内に収まるようにＸ線ＣＴ画像を補正する工程を採用することができる。 An X-ray three-dimensional measurement method according to the present invention includes a correlation information acquisition step of acquiring correlation information between a part of an actual measurement edge and a part of an edge of an X-ray CT image, and the correlation information and the X-ray CT image. An edge estimation step of estimating the other part of the measured edge based on the other part of the edge. In such a case, as the image correction step, a step of calculating the difference between the measured edge estimated by the edge estimation means and the edge of the X-ray CT image and correcting the X-ray CT image so that the difference falls within a predetermined range. Can be adopted.
また、本発明は、コンピュータに、三次元座標軸上において取得した測定対象物のＸ線ＣＴ画像を三次元座標軸上において取得した測定対象物の三次元形状の位置情報で補正する画像補正工程を実行させ、該画像補正工程にて、Ｘ線ＣＴ画像の画素サイズよりも小さいメッシュを設定し、測定対象物の三次元形状の位置情報を点群としてメッシュ上に配置し、点群からなる実測エッジとＸ線ＣＴ画像のエッジとの差分を算出し、差分が所定の範囲内に収まるようにＸ線ＣＴ画像を補正するＸ線三次元画像補正プログラムも提供する。 In addition, the present invention executes an image correction process for correcting the X-ray CT image of the measurement object acquired on the three-dimensional coordinate axis with the positional information of the three-dimensional shape of the measurement object acquired on the three-dimensional coordinate axis. In the image correction step, a mesh smaller than the pixel size of the X-ray CT image is set, the position information of the three-dimensional shape of the measurement object is arranged on the mesh as a point cloud, and the measured edge made up of the point cloud An X-ray three-dimensional image correction program for calculating the difference between the X-ray CT image and the edge of the X-ray CT image and correcting the X-ray CT image so that the difference falls within a predetermined range is also provided.
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図１〜図５を用いて、本実施形態に係るＸ線三次元測定装置１の構成について説明する。Ｘ線三次元測定装置１は、三次元座標軸上における測定対象物ＯのＸ線ＣＴ画像を取得する画像取得手段１０と、三次元座標軸上における測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報を取得する位置情報取得手段２０と、画像取得手段１０で取得した測定対象物ＯのＸ線ＣＴ画像を位置情報取得手段２０で取得した測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報で補正する画像補正手段３０と、を備えるものである。 First, the configuration of the X-ray three-dimensional measurement apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The X-ray three-dimensional measurement apparatus 1 acquires image acquisition means 10 for acquiring an X-ray CT image of the measurement object O on the three-dimensional coordinate axis, and acquires positional information of the three-dimensional shape of the measurement object O on the three-dimensional coordinate axis. Position information acquisition means 20 for performing correction, and an image correction means for correcting the X-ray CT image of the measurement object O acquired by the image acquisition means 10 with the position information of the three-dimensional shape of the measurement object O acquired by the position information acquisition means 20. 30.
画像取得手段１０は、測定対象物Ｏに対してＸ線を照射し測定対象物Ｏの回転角毎の投影データを検出することにより、所定の三次元座標軸上における測定対象物ＯのＸ線ＣＴ画像を取得する。このために、画像取得手段１０は、例えば、Ｘ線を照射するＸ線源２と、測定対象物Ｏを透過した特性Ｘ線を検出する検出器３と、Ｘ線源２と検出器３との間に配置され測定対象物Ｏを設置するための設置台４と、これらＸ線源２と検出器３と設置台４とを設置するための共通ステージ５と、検出器３で計測された特性Ｘ線量（特性Ｘ線ピーク）を数値化する信号処理手段１１と、信号処理手段による数値データに基づいて画像を再構成する画像再構成手段１２と、を有している。 The image acquisition means 10 irradiates the measurement object O with X-rays and detects projection data for each rotation angle of the measurement object O, whereby the X-ray CT of the measurement object O on a predetermined three-dimensional coordinate axis. Get an image. For this purpose, the image acquisition means 10 includes, for example, an X-ray source 2 that emits X-rays, a detector 3 that detects characteristic X-rays transmitted through the measurement object O, an X-ray source 2, and a detector 3. Measured by the detector 3, the common stage 5 for installing the X-ray source 2, the detector 3 and the installation table 4, and the detector 3. It has signal processing means 11 for digitizing the characteristic X-ray dose (characteristic X-ray peak), and image reconstruction means 12 for reconstructing an image based on numerical data obtained by the signal processing means.
検出器３としては、フラットパネルディテクタやＣｄＴｅ検出器等を採用することができる。設置台４は、図示されていない移動機構によって所定の回転軸を中心に回転運動を行うとともに、回転軸に直行する軸に沿って直線運動を行うように構成されている。設置台４は、高い剛性を有するグラナイトやダクタイル鋳鉄で構成することが好ましい。画像取得手段１０で使用される三次元座標軸（ＸＹＺ軸）の中心は、図２及び図３に示すように、平面視で共通ステージ５の中央の位置であって共通ステージ５の上面から所定の高さだけ上方の位置に配置されている。 As the detector 3, a flat panel detector, a CdTe detector, or the like can be employed. The installation base 4 is configured to perform a rotational motion around a predetermined rotational axis by a moving mechanism (not shown) and to perform a linear motion along an axis perpendicular to the rotational axis. The installation base 4 is preferably made of granite or ductile cast iron having high rigidity. As shown in FIGS. 2 and 3, the center of the three-dimensional coordinate axes (XYZ axes) used in the image acquisition unit 10 is a center position of the common stage 5 in a plan view and is a predetermined position from the upper surface of the common stage 5. It is arranged at a position above the height.
信号処理手段１１及び画像再構成手段１２は、コンピュータＣ等のハードウェアと、これに実装されるプログラム等のソフトウェアと、によって構成されている。具体的には、信号処理手段１１及び画像再構成手段１２のためのプログラムが、インターネット等の通信媒体やＵＳＢ等の記録媒体を介してコンピュータＣに読み込まれると、ＣＰＵ等の演算処理部やメモリ等の記憶部等により各種処理が実行される。かかる実行に必要な各種データや結果データは適宜、入力部や通信部を介して入力され、出力部や表示部（例えば表示画面Ｄ）を介して出力される。ここで、画像再構成手段１２は、フィルタ補正逆投影法、逐次近似法、総当り法（ブルートフォースサーチ）、欲張り法、山登り法、焼きなまし法、誤差逆伝播法、遺伝的アルゴリズム、遺伝的プログラミング、進化戦略、進化的プログラミング等の様々なアルゴリズムを用いて、検出Ｘ線量の数値データに基づき、測定対象物ＯのＣＴ画像を再構成することができる。 The signal processing means 11 and the image reconstruction means 12 are configured by hardware such as a computer C and software such as programs installed therein. Specifically, when a program for the signal processing unit 11 and the image reconstruction unit 12 is read into the computer C via a communication medium such as the Internet or a recording medium such as a USB, an arithmetic processing unit such as a CPU or a memory Various processes are executed by a storage unit or the like. Various data and result data necessary for such execution are appropriately input via an input unit or a communication unit, and output via an output unit or a display unit (for example, display screen D). Here, the image reconstruction means 12 is a filtered back projection method, a successive approximation method, a brute force method (brute force search), a greedy method, a hill climbing method, an annealing method, an error back propagation method, a genetic algorithm, genetic programming. The CT image of the measurement object O can be reconstructed based on the numerical data of the detected X-ray dose using various algorithms such as evolution strategy and evolutionary programming.
なお、Ｘ線源２と検出器３との間にリニアスケールを配置してもよい。このようにすると、設置台４の位置を正確に把握することができ、測定対象物ＯのＸ線ＣＴ画像を精確に取得することができる。 A linear scale may be disposed between the X-ray source 2 and the detector 3. If it does in this way, the position of the installation base 4 can be grasped | ascertained correctly and the X-ray CT image of the measuring object O can be acquired correctly.
位置情報取得手段２０は、図２及び図３に示すように、プローブＰを有するブリッジ型の装置であり、所定の三次元座標軸上における測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報を取得する。位置情報取得手段２０で使用される三次元座標軸は、画像取得手段１０で使用される三次元座標軸と共通とされている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the position information acquisition means 20 is a bridge-type device having a probe P, and acquires the position information of the three-dimensional shape of the measurement object O on a predetermined three-dimensional coordinate axis. The three-dimensional coordinate axes used in the position information acquisition unit 20 are the same as the three-dimensional coordinate axes used in the image acquisition unit 10.
ここで、測定対象物Ｏ、画像取得手段１０、及び実測手段４０のプローブＰの位置関係を一致させるように、三次元座標軸、より具体的には例えばプローブＰの原点、を自動的に又はオペレータの操作により設定する。かかる設定方法としては、例えば、特開２０１２−１３７３０１号公報に記載されたゲージを用いて、このゲージのＸ線ＣＴ画像上の球の中心座標と、実測手段４０のプローブＰで測定した当該ゲージの球の中心座標とを一致させる方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Here, the three-dimensional coordinate axes, more specifically, for example, the origin of the probe P, are automatically or the operator so that the positional relationship of the probe P of the measuring object O, the image acquisition unit 10, and the actual measurement unit 40 is matched. Set by the operation. As such a setting method, for example, by using a gauge described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-137301, the center coordinates of the sphere on the X-ray CT image of the gauge and the gauge measured by the probe P of the actual measurement means 40 are used. Although the method etc. which make it match | combine with the center coordinate of this sphere are mentioned, It is not limited to these.
位置情報取得手段２０は、設置台４上に設置された測定対象物Ｏに対してプローブＰを相対的に移動させる移動機構６を有している。移動機構６は、支持部材に上下方向へ昇降可能に支持され先端にプローブＰを有する筒状のスピンドル、スピンドルを上下方向へ昇降させるＺ方向駆動機構、設置台４とスピンドルとを上下方向に対して直交しかつ互いに直交する方向へ相対移動させるＸ方向駆動機構およびＹ方向駆動機構等によって構成することができる。また、プローブＰを含むスピンドルの重量に見合う押上力をスピンドルに発生させるエアバランス機構を移動機構６若しくは位置情報取得手段２０の一部として採用することもできる。これらプローブＰ及び移動機構６は、前述したＸ線源２及び検出器３並びに測定対象物Ｏの設置台４が配置される共通ステージ５上に設置される。すなわち、Ｘ線ＣＴ画像撮影のための要素と三次元形状測定のための要素が一つのステージ上にて組み合わされて一つの測定装置を構成している。この装置構成における三次元座標軸の設定については上述したとおりである。 The position information acquisition unit 20 includes a moving mechanism 6 that moves the probe P relative to the measurement object O installed on the installation table 4. The moving mechanism 6 is a cylindrical spindle that is supported by a support member so as to be vertically movable and has a probe P at its tip, a Z-direction drive mechanism that raises and lowers the spindle in the vertical direction, and the installation table 4 and the spindle in the vertical direction. And an X-direction drive mechanism and a Y-direction drive mechanism that move relative to each other in directions orthogonal to each other. Further, an air balance mechanism that generates a push-up force corresponding to the weight of the spindle including the probe P on the spindle can be adopted as a part of the moving mechanism 6 or the position information acquisition means 20. The probe P and the moving mechanism 6 are installed on the common stage 5 on which the above-described X-ray source 2 and detector 3 and the installation base 4 for the measurement object O are arranged. That is, elements for X-ray CT image capturing and elements for three-dimensional shape measurement are combined on one stage to constitute one measuring apparatus. The setting of the three-dimensional coordinate axis in this apparatus configuration is as described above.
また、位置情報取得手段２０は、オペレータが操作可能な入力部７を有するとともに、入力部７からの操作入力に応じてプローブＰを移動させるプローブ移動手段２１を有している。さらに、プローブＰの先端には感圧式センサＳが設けられている。オペレータの入力部７の操作によってプローブ移動手段２１を介して移動させられたプローブＰが測定対象物Ｏに接触すると、感圧式センサＳがその接触を検知して、接触した位置の三次元情報が検出されるようになっている。検出された測定対象物Ｏの三次元位置情報は、コンピュータＣ等に送られて処理されることとなる。プローブ移動手段２１もまた、コンピュータＣ等のハードウェアと、これに実装されるプログラム等のソフトウェアと、によって構成されており、プローブ移動手段２１のためのプログラムがコンピュータＣに読み込まれると、ＣＰＵ等の演算処理部やメモリ等の記憶部等により各種処理が実行される。 The position information acquisition unit 20 includes an input unit 7 that can be operated by an operator, and also includes a probe moving unit 21 that moves the probe P according to an operation input from the input unit 7. Further, a pressure-sensitive sensor S is provided at the tip of the probe P. When the probe P moved through the probe moving means 21 by the operation of the input unit 7 of the operator contacts the measurement object O, the pressure-sensitive sensor S detects the contact, and the three-dimensional information of the contacted position is obtained. It is to be detected. The detected three-dimensional position information of the measuring object O is sent to the computer C or the like for processing. The probe moving means 21 is also configured by hardware such as the computer C and software such as a program mounted on the computer C. When a program for the probe moving means 21 is read into the computer C, a CPU or the like is provided. Various processes are executed by the arithmetic processing unit and a storage unit such as a memory.
画像補正手段３０は、画像取得手段１０で取得した測定対象物ＯのＸ線ＣＴ画像を位置情報取得手段２０で取得した測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報で補正するものである。画像補正手段３０は、図１に示すように、画像取得手段１０で取得したＸ線ＣＴ画像を表示画面Ｄに表示する画像表示手段３１と、Ｘ線ＣＴ画像の画素サイズよりも小さいメッシュＭを設定して表示画面Ｄに表示するメッシュ設定手段３２と、位置情報取得手段２０で取得した測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報を点群ＰMとしてメッシュＭ上にプロット（配置）する位置情報配置手段３３と、を有している。 The image correction unit 30 corrects the X-ray CT image of the measurement object O acquired by the image acquisition unit 10 with the three-dimensional position information of the measurement object O acquired by the position information acquisition unit 20. As shown in FIG. 1, the image correction unit 30 includes an image display unit 31 that displays the X-ray CT image acquired by the image acquisition unit 10 on the display screen D, and a mesh M that is smaller than the pixel size of the X-ray CT image. The mesh setting means 32 that is set and displayed on the display screen D, and the position where the position information of the three-dimensional shape of the measurement object O acquired by the position information acquisition means 20 is plotted (arranged) on the mesh M as the point cloud P M. Information arrangement means 33.
図４は、画像表示手段３１によって表示画面Ｄに表示された測定対象物Ｏの三次元Ｘ線ＣＴ画像のエッジ、つまり画像エッジＥXを例示するものである。本実施形態においては、Ｘ線ＣＴ画像の画素サイズを１００μｍに設定している。図５は、メッシュ設定手段３２によって表示画面Ｄに表示されたメッシュＭと、位置情報配置手段３３によってメッシュＭ上にプロットされた測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報の点群ＰMと、点群ＰMを結んで形成した測定対象物Ｏのエッジ、つまり実測エッジＥMと、を例示するものである。メッシュＭのサイズは、例えば１〜２５μｍ程度に設定することができる。画像表示手段３１、メッシュ設定手段３２及び位置情報配置手段３３もまた、コンピュータＣ等のハードウェアと、これに実装されるプログラム等のソフトウェアと、によって構成されており、これら画像表示手段３１、メッシュ設定手段３２及び位置情報配置手段３３のためのプログラムがコンピュータＣに読み込まれると、ＣＰＵ等の演算処理部やメモリ等の記憶部等により各種処理が実行される。 Figure 4 is a three-dimensional X-ray CT images of the edges of the measurement object O displayed on the display screen D by the image display unit 31, that is intended to illustrate the image edge E X. In the present embodiment, the pixel size of the X-ray CT image is set to 100 μm. FIG. 5 shows the mesh M displayed on the display screen D by the mesh setting means 32, and the point information P M of the position information of the three-dimensional shape of the measuring object O plotted on the mesh M by the position information arrangement means 33. The edge of the measurement object O formed by connecting the point group P M , that is, the actual measurement edge E M is illustrated. The size of the mesh M can be set to about 1 to 25 μm, for example. The image display means 31, the mesh setting means 32, and the position information arrangement means 33 are also configured by hardware such as the computer C and software such as programs installed therein. When a program for the setting unit 32 and the position information arrangement unit 33 is read into the computer C, various processes are executed by an arithmetic processing unit such as a CPU and a storage unit such as a memory.
また、画像補正手段３０は、点群ＰMからなる実測エッジＥMと画像エッジＥXとの差分を算出する差分算出手段３４と、差分算出手段３４で算出した差分が所定の範囲内に収まるようにＸ線ＣＴ画像を補正する補正手段３５と、をさらに有している。差分算出手段３４で算出される差分としては、例えば、図５に示されるような実測エッジＥMと画像エッジＥXとの間の距離の特定抽出範囲内における平均二乗誤差を採用することができる。補正手段３５で行われる画像補正としては、Ｘ線ＣＴ画像を拡大又は縮小したり、Ｘ線ＣＴ画像を特定の方向に平行移動させたり、Ｘ線ＣＴ画像を所定の回転軸を中心に回転移動させたりすることを含み、差分の最小化あるいは少なくとも所定範囲内への減少を実現できる限り、拡大、縮小、平行移動及び回転移動の少なくとも何れか一つが補正として実行されれば良い。これら差分算出手段３４及び補正手段３５もまた、コンピュータＣ等のハードウェアと、これに実装されるプログラム等のソフトウェアと、によって構成されており、差分算出手段３４及び補正手段３５のためのプログラムがコンピュータＣに読み込まれると、ＣＰＵ等の演算処理部やメモリ等の記憶部等により各種処理が実行される。 Further, the image correction unit 30 includes a difference calculation unit 34 that calculates a difference between the measured edge E M including the point group P M and the image edge E X, and the difference calculated by the difference calculation unit 34 falls within a predetermined range. As described above, the image forming apparatus further includes correction means 35 for correcting the X-ray CT image. As the difference calculated by the difference calculation means 34, for example, a mean square error within a specific extraction range of the distance between the measured edge E M and the image edge E X as shown in FIG. 5 can be adopted. . Image correction performed by the correction means 35 includes enlarging or reducing the X-ray CT image, translating the X-ray CT image in a specific direction, or rotating the X-ray CT image around a predetermined rotation axis. As long as the difference can be minimized or at least reduced to a predetermined range, at least one of enlargement, reduction, parallel movement, and rotational movement may be executed as correction. The difference calculating unit 34 and the correcting unit 35 are also configured by hardware such as the computer C and software such as a program installed therein, and programs for the difference calculating unit 34 and the correcting unit 35 are provided. When read into the computer C, various processes are executed by an arithmetic processing unit such as a CPU and a storage unit such as a memory.
本実施形態に係るＸ線三次元測定装置１は、実測エッジＥMの一部分と画像エッジＥXの一部分との間の相関関係情報を取得する相関情報取得手段４０と、相関関係情報と画像エッジＥXの他の部分とに基づいて実測エッジＥMの他の部分を推定する（推定エッジＥEを取得する）エッジ推定手段５０と、をさらに備えていてもよい。これらの手段により、測定対象物Ｏの三次元形状のエッジを全て実測する手間を省くことができ、作業効率を向上させることができる。相関情報取得手段４０及びエッジ推定手段５０もまた、コンピュータＣ等のハードウェアと、これに実装されるプログラム等のソフトウェアと、によって構成されており、相関情報取得手段４０及びエッジ推定手段５０のためのプログラムがコンピュータＣに読み込まれると、ＣＰＵ等の演算処理部やメモリ等の記憶部等により各種処理が実行される。なお、画像補正手段３０の差分算出手段３３で推定エッジＥEと画像エッジＥXとの差分を算出し、差分が所定の範囲内に収まるように補正手段３５でＸ線ＣＴ画像を補正することもできる。 X-ray three-dimensional measuring device 1 according to this embodiment, the correlation information acquisition means 40 for acquiring the correlation information between the portion of the part and the image edge E X of the measured edge E M, correlation information and the image edge (to obtain an estimate edge E E) measured edge E to estimate the other parts of the M based on the rest of the E X edge estimator 50 may further include a. By these means, the trouble of actually measuring all the three-dimensional edges of the measuring object O can be saved, and the working efficiency can be improved. The correlation information acquisition unit 40 and the edge estimation unit 50 are also configured by hardware such as the computer C and software such as a program installed in the computer C. For the correlation information acquisition unit 40 and the edge estimation unit 50, Are read into the computer C, various processes are executed by an arithmetic processing unit such as a CPU and a storage unit such as a memory. Incidentally, calculates the difference between the estimated edge E E and the image edge E X by the difference calculating means 33 of the image correction unit 30, the difference to correct the X-ray CT image correcting unit 35 to fall within a predetermined range You can also.
Ｘ線三次元測定装置１は、外部からの振動対策として除振機能を有していることが好ましい。また、三次元測定装置１は、鉛やタングステン等からなる遮蔽体によって遮蔽されることが好ましく、空調手段によってその内部の温度及び湿度が一定に維持されることが好ましい。このようにすると、画像情報取得の際や三次元形状の位置情報取得の際に外部環境の影響を抑制することができ、より精確な三次元情報を得ることができる。 It is preferable that the X-ray three-dimensional measurement apparatus 1 has a vibration isolation function as a countermeasure against external vibration. Further, the three-dimensional measuring apparatus 1 is preferably shielded by a shield made of lead, tungsten, or the like, and the temperature and humidity inside thereof are preferably maintained constant by the air conditioning means. In this way, the influence of the external environment can be suppressed when acquiring image information or acquiring position information of a three-dimensional shape, and more accurate three-dimensional information can be obtained.
次に、本実施形態に係るＸ線三次元測定装置１を用いて測定対象物ＯのＸ線ＣＴ画像を補正する方法について、図４、図５及び図７を適宜参照しながら図６のフローチャートを用いて説明する。 Next, a method for correcting the X-ray CT image of the measurement object O using the X-ray three-dimensional measurement apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 7. Will be described.
まず、画像取得手段１０のＸ線源２から測定対象物Ｏに対してＸ線を照射し、測定対象物Ｏの回転角毎の投影データを検出器３で検出することにより、所定の三次元座標軸上における測定対象物ＯのＸ線ＣＴ画像を取得する（画像取得工程：Ｓ１）。 First, the X-ray source 2 of the image acquisition unit 10 irradiates the measurement object O with X-rays, and the projection data for each rotation angle of the measurement object O is detected by the detector 3 to obtain a predetermined three-dimensional An X-ray CT image of the measurement object O on the coordinate axis is acquired (image acquisition step: S1).
次いで、画像取得工程Ｓ１で取得した測定対象物ＯのＸ線ＣＴ画像を、例えば図４に示したように画像表示手段３１で表示画面Ｄに表示し、従来から採用されているエッジ抽出方法を採用してＸ線ＣＴ画像のエッジ（ここで画像エッジと呼ぶ）ＥXを抽出する（画像表示工程：Ｓ２）。画像表示工程Ｓ２においては、画像取得手段３１の検出器３の仕様等により決まるＸ線ＣＴ画像の画素サイズと同じサイズの初期メッシュを設定しており、当該初期メッシュを一例として図４に表示している。 Next, the X-ray CT image of the measurement object O acquired in the image acquisition step S1 is displayed on the display screen D by the image display means 31, for example, as shown in FIG. adopted by (referred to herein as the image edge) edges of the X-ray CT image to extract E X (image display step: S2). In the image display step S2, an initial mesh having the same size as the pixel size of the X-ray CT image determined by the specification of the detector 3 of the image acquisition means 31 is set, and the initial mesh is displayed in FIG. 4 as an example. ing.
次いで、位置情報取得手段２０により、三次元座標軸上における測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報を取得する（位置情報取得工程：Ｓ３）。勿論この位置情報取得工程Ｓ３は上記画像表示工程Ｓ２の前に予め行われていてもよい。 Next, the position information acquisition means 20 acquires the position information of the three-dimensional shape of the measurement object O on the three-dimensional coordinate axis (position information acquisition step: S3). Of course, this position information acquisition step S3 may be performed in advance before the image display step S2.
次いで、例えば図５に示したように、メッシュ設定手段３２により、Ｘ線ＣＴ画像の画素サイズよりも小さいメッシュ、つまり詳細メッシュＭをＸ線ＣＴ画像上に設定する（メッシュ設定工程：Ｓ４）。図５においては、一例として、当該詳細メッシュＭを表示している。詳細メッシュＭの設定は、例えば、最近傍補完法、線形補完法、バイキュービック補完法等の従来公知の手法により画像全体を拡大することにより、個々の初期メッシュの画素サイズを見かけ上縮小して詳細メッシュＭとする方法等が挙げられる。 Next, for example, as shown in FIG. 5, the mesh setting means 32 sets a mesh smaller than the pixel size of the X-ray CT image, that is, a detailed mesh M on the X-ray CT image (mesh setting step: S4). In FIG. 5, the detailed mesh M is displayed as an example. The detailed mesh M is set by, for example, reducing the apparent pixel size of each initial mesh by enlarging the entire image by a conventionally known method such as nearest neighbor interpolation, linear interpolation, or bicubic interpolation. For example, a method of making a detailed mesh M may be used.
続いて、位置情報取得工程Ｓ３で取得した測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報を点群ＰMとして、上記詳細メッシュＭ上にプロットし、これら点群ＰMを結んで形成した実測エッジＥMを抽出する（位置情報配置工程：Ｓ５）。 Subsequently, the position information of the three-dimensional shape of the measuring object O obtained by the position information acquisition process S3 as point cloud P M, plotted on the fine mesh M, the measured edge formed by connecting these points group P M E M is extracted (position information arrangement step: S5).
ここで、位置情報配置工程Ｓ５におけるプロットの具体的な方法を、図７を用いて説明する。まず、Ｘ線ＣＴ画像の外寸から詳細メッシュＭの画素サイズを算出する。例えば図７に示すＸ線ＣＴ画像においては、詳細メッシュＭ１８個の外寸が９０μｍであることから、詳細メッシュＭの画素サイズは５μｍと算出される。そして、測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報に基づいて、Ｘ線ＣＴ画像にプロットすべき詳細メッシュＭ上の画素の位置を決定する。例えば、位置情報取得工程Ｓ３で取得した測定対象物Ｏの測定点のＸ座標及びＹ座標がそれぞれ２０μｍ及び４０μｍである場合には、Ｘ線ＣＴ画像の原点からＸ軸方向に沿って４（２０÷５）画素分、Ｙ軸方向に沿って８（４０÷５）画素分、それぞれ移動した画素（図７における「ア」）が選択される。 Here, a specific method of plotting in the position information arrangement step S5 will be described with reference to FIG. First, the pixel size of the detailed mesh M is calculated from the outer size of the X-ray CT image. For example, in the X-ray CT image shown in FIG. 7, since the outer size of the 18 detailed meshes is 90 μm, the pixel size of the detailed mesh M is calculated to be 5 μm. Then, based on the position information of the three-dimensional shape of the measurement object O, the position of the pixel on the detailed mesh M to be plotted on the X-ray CT image is determined. For example, when the X coordinate and Y coordinate of the measurement point of the measurement object O acquired in the position information acquisition step S3 are 20 μm and 40 μm, respectively, 4 (20 ÷ 5) Pixels that have moved by 8 (40 ÷ 5) pixels along the Y-axis direction, respectively (“A” in FIG. 7) are selected.
次いで、画像表示工程Ｓ２で抽出した画像エッジＥXと、位置情報配置工程Ｓ５で抽出した実測エッジＥMと、の差分を算出し、差分が所定の範囲Ｒ内に収まるか否かを判定する（差分判定工程：Ｓ６）。 Then, it is judged the image edge E X extracted by the image display step S2, the measured edge E M extracted by the position information placement step S5, the difference is calculated, whether the difference is within a predetermined range R (Difference determination process: S6).
差分判定工程Ｓ６において差分が所定の範囲Ｒ内にないと判定した場合には、画像補正手段３０を用いてＸ線ＣＴ画像を補正し（補正工程：Ｓ７）、差分が所定の範囲Ｒ内に収まるまで位置情報取得工程Ｓ３以降の工程群を再度実施する。 When it is determined in the difference determination step S6 that the difference is not within the predetermined range R, the X-ray CT image is corrected using the image correction means 30 (correction step: S7), and the difference is within the predetermined range R. The process group after position information acquisition process S3 is implemented again until it settles.
一方、差分判定工程Ｓ６において差分が所定の範囲Ｒ内にあると判定した場合には、画像の補正を行わずに作業を終了する。メッシュ設定工程Ｓ４、位置情報配置工程Ｓ５、差分判定工程Ｓ６及び補正工程Ｓ７は、本発明における画像補正工程を構成する。 On the other hand, if it is determined in the difference determination step S6 that the difference is within the predetermined range R, the operation is terminated without correcting the image. The mesh setting step S4, the position information arrangement step S5, the difference determination step S6, and the correction step S7 constitute an image correction step in the present invention.
これらの工程を経て得られた画像エッジＥXは実測エッジＥMに近い比較的精確なものであり、それ以降の各種測定に有効利用され得る。例えば、図示していない仮想プローブにプローブＰを連動させるような機構を搭載しておき、Ｘ線ＣＴ画像を仮想プローブとともに表示画面Ｄに表示し、仮想プローブを自動的にＸ線ＣＴ画像のエッジＥXに沿って移動させ、仮想プローブに連動するプローブＰによって測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報を自動的に取得する、というような測定を実施することもできる。 These steps image edge obtained through the E X are those relatively accurate near the actual edge E M, it may be effectively utilized in the subsequent various measurements. For example, a mechanism that links the probe P to a virtual probe (not shown) is mounted, an X-ray CT image is displayed on the display screen D together with the virtual probe, and the virtual probe is automatically edged in the X-ray CT image. is moved along the E X, it is also possible to carry out measurement as that, automatically acquires the position information of the three-dimensional shape of the measurement object O by the probe P which is linked to the virtual probe.
以上説明した実施形態に係るＸ線三次元測定装置１においては、所定の三次元座標軸上における測定対象物ＯのＸ線ＣＴ画像を、同一座標軸上における測定対象物Ｏの三次元形状の位置情報で補正することができる。特に本実施形態においては、Ｘ線ＣＴ画像の画素サイズよりも小さい詳細メッシュＭを採用して形成した比較的精確な測定対象物Ｏの実測エッジＥMと、Ｘ線ＣＴ画像の画像エッジＥXとの差分が所定の範囲内に収まるようにＸ線ＣＴ画像を補正することができる。従って、Ｘ線ＣＴ画像の解像度の限界を効果的に補うことができ、解像度に限界があるＸ線ＣＴ画像を、従来のような寸法校正用治具を用いることなく補正することができるため、測定環境の相違に起因する測定誤差や、寸法校正用治具と測定対象物Ｏの形状及び／又は材質の相違に起因する測定誤差を排除することができる。この結果、測定対象物Ｏのエッジを精確に特定することが可能となる。 In the X-ray three-dimensional measuring apparatus 1 according to the embodiment described above, the X-ray CT image of the measuring object O on a predetermined three-dimensional coordinate axis is used as position information on the three-dimensional shape of the measuring object O on the same coordinate axis. Can be corrected. In particular, in the present embodiment, the measured edge E M of the relatively precise measurement object O formed by adopting the detailed mesh M smaller than the pixel size of the X-ray CT image, and the image edge E X of the X-ray CT image. The X-ray CT image can be corrected so that the difference between the two values falls within a predetermined range. Therefore, the resolution limit of the X-ray CT image can be effectively compensated, and the X-ray CT image with a limited resolution can be corrected without using a conventional dimensional calibration jig. A measurement error due to a difference in measurement environment and a measurement error due to a difference in shape and / or material between the dimension calibration jig and the measurement object O can be eliminated. As a result, the edge of the measurement object O can be accurately identified.
なお、以上の実施形態においては、プローブＰを用いた接触式の位置情報取得手段を採用した例を示したが、レーザやＣＣＤカメラ等を用いた非接触式の位置情報取得手段を採用することもできる。 In the above embodiment, the contact type position information acquisition unit using the probe P is used. However, the non-contact type position information acquisition unit using a laser or a CCD camera is used. You can also.
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、この実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、前記実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前記実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and those in which those skilled in the art appropriately modify the design are included in the scope of the present invention as long as they have the features of the present invention. . In other words, each element included in the embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed. Moreover, each element with which the said embodiment is provided can be combined as much as technically possible, and the combination of these is also included in the scope of the present invention as long as it includes the features of the present invention.
１…Ｘ線三次元測定装置
１０…画像取得手段、
２０…位置情報取得手段
３０…画像補正手段
４０…相関情報取得手段
５０…エッジ推定手段
ＥM…実測エッジ
ＥX…画像エッジ（Ｘ線ＣＴ画像のエッジ）
Ｍ…詳細メッシュ
Ｏ…測定対象物
Ｓ１…画像取得工程
Ｓ３…位置情報取得工程
Ｓ４…メッシュ設定工程（画像補正工程）
Ｓ５…位置情報配置工程（画像補正工程）
Ｓ６…差分判定工程（画像補正工程）
Ｓ７…補正工程（画像補正工程）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... X-ray three-dimensional measuring apparatus 10 ... Image acquisition means,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Position information acquisition means 30 ... Image correction means 40 ... Correlation information acquisition means 50 ... Edge estimation means E M ... Actual measurement edge E X ... Image edge (edge of X-ray CT image)
M ... Detailed mesh O ... Measurement object S1 ... Image acquisition step S3 ... Position information acquisition step S4 ... Mesh setting step (image correction step)
S5: Position information arrangement step (image correction step)
S6: Difference determination step (image correction step)
S7: Correction step (image correction step)
Claims (5)
前記三次元座標軸上における前記測定対象物の三次元形状の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記Ｘ線ＣＴ画像の画素サイズよりも小さいメッシュを設定し、前記位置情報取得手段で取得した前記測定対象物の三次元形状の位置情報を点群として前記メッシュ上に配置し、前記点群からなる実測エッジと前記Ｘ線ＣＴ画像のエッジとの差分を算出し、前記差分が所定の範囲内に収まるように前記Ｘ線ＣＴ画像を補正する画像補正手段と、
前記実測エッジの一部分と前記Ｘ線ＣＴ画像のエッジの一部分との間の相関関係情報を取得する相関情報取得手段と、
前記相関関係情報と前記Ｘ線ＣＴ画像のエッジの他の部分とに基づいて前記実測エッジの他の部分を推定するエッジ推定手段と、
を備え、
前記画像補正手段は、前記エッジ推定手段で推定した実測エッジと前記Ｘ線ＣＴ画像のエッジとの差分を算出し、前記差分が所定の範囲内に収まるように前記Ｘ線ＣＴ画像を補正する、
Ｘ線三次元測定装置。 Image acquisition means for acquiring an X-ray CT image of a measurement object on a three-dimensional coordinate axis;
Position information acquisition means for acquiring position information of the three-dimensional shape of the measurement object on the three-dimensional coordinate axis;
A mesh smaller than the pixel size of the X-ray CT image is set, and the position information of the three-dimensional shape of the measurement object acquired by the position information acquisition unit is arranged on the mesh as a point cloud, and from the point cloud Image correction means for calculating a difference between the measured edge and the edge of the X-ray CT image, and correcting the X-ray CT image so that the difference falls within a predetermined range ;
Correlation information acquisition means for acquiring correlation information between a part of the measured edge and a part of the edge of the X-ray CT image;
Edge estimation means for estimating the other part of the measured edge based on the correlation information and the other part of the edge of the X-ray CT image;
With
The image correction unit calculates a difference between the measured edge estimated by the edge estimation unit and the edge of the X-ray CT image, and corrects the X-ray CT image so that the difference falls within a predetermined range .
X-ray three-dimensional measuring device.
前記三次元座標軸上における前記測定対象物の三次元形状の位置情報を取得する位置情報取得工程と、
前記Ｘ線ＣＴ画像の画素サイズよりも小さいメッシュを設定し、前記位置情報取得工程で取得した前記測定対象物の三次元形状の位置情報を点群として前記メッシュ上に配置し、前記点群からなる実測エッジと前記Ｘ線ＣＴ画像のエッジとの差分を算出し、前記差分が所定の範囲内に収まるように前記Ｘ線ＣＴ画像を補正する画像補正工程と、
前記実測エッジの一部分と前記Ｘ線ＣＴ画像のエッジの一部分との間の相関関係情報を取得する相関情報取得工程と、
前記相関関係情報と前記Ｘ線ＣＴ画像のエッジの他の部分とに基づいて前記実測エッジの他の部分を推定するエッジ推定工程と、
を含み、
前記画像補正工程では、前記エッジ推定工程で推定した実測エッジと前記Ｘ線ＣＴ画像のエッジとの差分を算出し、前記差分が所定の範囲内に収まるように前記Ｘ線ＣＴ画像を補正する、
Ｘ線三次元測定方法。 An image acquisition step of acquiring an X-ray CT image of a measurement object on a three-dimensional coordinate axis;
A position information acquisition step of acquiring position information of a three-dimensional shape of the measurement object on the three-dimensional coordinate axis;
A mesh smaller than the pixel size of the X-ray CT image is set, the position information of the three-dimensional shape of the measurement object acquired in the position information acquisition step is arranged on the mesh as a point cloud, and from the point cloud An image correction step of calculating a difference between the measured edge and the edge of the X-ray CT image and correcting the X-ray CT image so that the difference falls within a predetermined range ;
A correlation information acquisition step of acquiring correlation information between a part of the measured edge and a part of the edge of the X-ray CT image;
An edge estimation step of estimating the other part of the measured edge based on the correlation information and the other part of the edge of the X-ray CT image;
Including
In the image correction step, a difference between the actually measured edge estimated in the edge estimation step and the edge of the X-ray CT image is calculated, and the X-ray CT image is corrected so that the difference falls within a predetermined range .
X-ray three-dimensional measurement method.
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