(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、X線CT装置のように、透過X線量を測定像(X線投影像)に変換し、この測定像から寸法測定を行う場合には、対象物の材質,材厚や測定条件,測定環境など多くの誤差要因が存在し、これらが相互に影響しあうため、X線投影像から精密な寸法を決定することが非常に困難であった。
【0006】
例えば、装置側の誤差要因としては、装置と被測定物の相対位置に関する誤差要因,線源や検出器の性質・制御条件に関する誤差要因,X線の特性に関する誤差要因、性能における機差、経時的安定度,等が挙げられる。また、被測定物側の誤差要因としては、被測定物の材質(材料)に関する誤差要因,被測定物の形状に関する誤差要因,等が挙げられる。
【0007】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、X線を用いた測定における誤差要因の影響を低減可能な寸法測定装置及び寸法測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するため、本発明に係る寸法測定装置は、X線を照射するX線源と、被測定対象が配置され移動可能なステージと、前記被測定対象を透過した前記X線を検出する検出器と、前記ステージの移動量を算出する移動量算出部と、を備えることを特徴とする。
【0009】
このように、ステージの移動量を算出する移動量算出部を備えることにより、ステージの移動量を被測定対象の寸法として採用することができ、X線の誤差要因の影響を低減することができる。
【0010】
本発明の好ましい形態では、前記被測定対象の材料に対応した基準ゲージをさらに備え、前記基準ゲージは、前記ステージに配置されることを特徴とする。
このように、ステージ上に被測定対象と基準ゲージを配置することにより、被測定対象の材料に適したX線条件を容易に設定することができる。
【0011】
本発明の好ましい形態では、前記X線の線質を調整する線質調整手段をさらに備え、前記線質調整手段は、前記X線源と前記ステージの間に配置されていることを特徴とする。
【0012】
また、本発明は、寸法測定方法にも関する。すなわち、本発明の一態様の寸法測定方法は、被測定対象にX線を照射して寸法測定の始点を設定する始点設定工程と、前記被測定対象を移動させて寸法測定の終点を設定する終点設定工程と、前記始点から前記終点への移動量に基づいて寸法を算出する寸法算出工程と、を含み、前記移動量は、前記被測定対象を移動させるステージの移動量に基づいて決定されることを特徴とする。
【0013】
このように、被測定対象を移動させるステージの移動量に基づいて寸法を算出することにより、X線の誤差要因の影響を低減することができる。具体的には、X線の誤差要因の影響を受けてしまうX線投影像から寸法を測定するのではなく、ステージの移動量から寸法を算出することにより、X線の誤差要因の影響を低減することができる。
【0014】
本発明の好ましい形態では、前記被測定対象の輪郭部を鮮明化させる輪郭調整工程をさらに含み、前記輪郭調整工程は、前記X線の照射方向と平行なY軸方向に移動させるY軸移動工程と、X線源の条件を最適化する線源最適化工程と、検出器の条件を最適化する検出器最適化工程と、を行うことを特徴とする。
【0015】
本発明の好ましい形態では、前記始点設定工程及び前記終点設定工程は、前記X線の軸線上に設定された測定領域内に前記被測定対象の輪郭部を移動させる移動工程と、前記輪郭部に前記始点又は前記終点を登録する登録工程と、を行うことを特徴とする。
【0016】
本発明の好ましい形態では、前記移動量は、前記X線の照射方向と直交するX軸方向及び/又はZ軸方向に前記ステージを移動させて得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
開示した技術によれば、X線測定における誤差要因の影響を低減可能な寸法測定方法及び寸法測定装置を提供することができる。
【0018】
他の課題、特徴及び利点は、図面及び特許請求の範囲とともに取り上げられる際に、以下に記載される発明を実施するための形態を読むことにより明らかになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明を図面に示した好ましい一実施の形態について、
図1〜
図5を用いて詳細に説明する。本発明の技術的範囲は、添付図面に示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、適宜変更が可能である。
【0021】
[寸法測定装置]
一実施の形態における寸法測定装置は、X線Xを照射するX線源10と、被測定対象Oが配置され移動可能なステージ20と、被測定対象Oを透過したX線Xを検出する検出器30と、X線Xの線質を調整する線質調整手段40と、制御処理部50と、検出器30の検出信号を表示可能な表示部60と、を備えている。また、被測定対象Oの材料に対応した基準ゲージO2をさらに備えても良い。
【0022】
この寸法測定装置は、ステージ20の移動量を算出する移動量算出部22を有している。この被測定対象Oを移動させるステージ20の移動量に基づいて寸法を算出することにより、X線Xの誤差要因の影響を低減することができる。
【0023】
具体的には、X線Xの誤差要因の影響を受けてしまうX線投影像から寸法を測定するのではなく、ステージ20の移動量から寸法を算出することにより、X線Xの誤差要因の影響を低減することができる。
【0024】
<X線源>
X線源10は、X線Xを照射可能な構成であればよく、X線Xの条件を制御するX線源制御部11を有している。このX線源制御部11は、制御処理部50に接続されており、制御処理部50からの信号を受け付けてX線源10の条件を制御することができる。
【0025】
このX線源制御部11で制御する条件としては、X線源10に供給される管電圧や管電流,照射時間,焦点サイズ等を例示することができ、被測定対象Oの材質や形状によって適宜条件を変更することができる。
【0026】
<ステージ>
ステージ20は、被測定対象Oの座標位置(XYZ方向)及び角度(回転角度θ及び/又は傾斜角度φ)を調節可能な構成であればよく、ステージ20の移動を制御するステージ制御部21と、ステージ20が移動した移動量を算出する移動量算出部22と、を有している。
【0027】
ステージ制御部21は、制御処理部50に接続されており、制御処理部50からの信号を受け付けてステージ20の座標位置や回転角度、傾斜角度を制御することができる。
また、移動量算出部22は、制御処理部50に接続されており、ステージ20が移動した移動量を算出して、制御処理部50に信号を送信することができる。
【0028】
なお、この移動量算出部22は、ステージ20の移動量を検出器等で検出した検出情報に基づいて算出しても良い。また、制御処理部50からステージ制御部21に送信される制御情報に基づいて算出しても良い。具体的には、寸法測定を開始位置である始点SPの座標情報と、寸法測定の終了位置である終点EPの座標情報とを比較することで、ステージ20の移動量を算出することができる。また、この移動量算出部22は、制御処理部50内に組み込まれていても良い。
なお、この移動量算出部22が算出する移動量は、X軸及びZ軸の2軸情報である。
【0029】
このステージ20は、被測定対象OをX線Xの進行方向に対して垂直方向(X軸方向)に移動させるXステージ201と、被測定対象OをX線Xの進行方向に対して平行方向(Y軸方向)に移動させるYステージ202と、被測定対象Oの高さ方向(Z軸方向)に移動させるZステージ203と、被測定対象Oの回転角度(θ)を調整するθステージ204と、調芯用XYステージ205と、を有している。また、この他に被測定対象Oの傾斜角度(φ)を調整するφステージをさらに有していても良い。
【0030】
Yステージ202や調芯用XYステージ205のY軸方向への移動は、被測定対象Oの輪郭部O1のボケ改善のため画像の縮小拡大を行うものである。また、調芯用XYステージ205は、被測定対象Oの測定位置や、ステージ20への取り付け姿勢などを調整するためのものである。
【0031】
<検出器>
検出器30は、被測定対象Oを透過したX線Xを検出可能な構成であればよく、フラットパネル(FPD),イメージインテンシファイア(I.I),CCDイメージセンサ等の方式を採用することができる。また、この他にも慣用のX線検出器を採用することができる。
【0032】
この検出器30は、検出条件を制御する検出器制御部31と、検出された信号を処理する検出信号処理部32と、を有している。
検出器制御部31は、制御処理部50に接続されており、制御処理部50からの信号を受け付けて検出器30の読み出し速度や枚数、階調等を制御することができる。
検出信号処理部32は、制御処理部50に接続されており、検出器30が検出したデータに基づいて被測定対象OのX線投影像(画像等)を構成することができる。
【0033】
<線質調整手段>
線質調整手段40は、X線Xの線質を調整する複数のフィルタ401と、これらのフィルタ401を適宜交換可能なフィルタ交換器402と、このフィルタ交換器402を制御するフィルタ制御部41と、を有している。
【0034】
フィルタ401は、X線Xの線質を調整可能な材質であれば採用することができ、例えば、Au,Ni,Sn,Al等の薄板を例示することができる。
また、厚さを変えた同じ材質のフィルタ401を複数用意することが望ましく、例えば、0.005mm、0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.5mm、1mmといったように、数μm〜数mm程度の厚さの異なるフィルタ401を用意することが望ましい。
【0035】
このフィルタ401の材質・厚さは、X線源10の線源ターゲットの材質と管電圧・管電流、被測定対象Oの材質・厚さにより決定されるものであり、フィルタ401の材質と厚さはX線源10の管電流・管電圧、測定時間と密接に関係し最適測定条件の重要な要素となる。
【0036】
フィルタ交換器402は、被測定対象Oの材質がもつ質量吸収係数と形状によるX線Xの透過距離の変化の状況等により、適切なフィルタ401を選択可能なよう構成されている。例えば、
図2に示すように、円盤状のフィルタ交換器402に円状にフィルタ401を配置することで、フィルタ制御部41により回転角度を制御し、フィルタ401の厚さや材質の選択を自動で行う事ができる。この他にも複数のフィルタ401を交換可能な機構であれば、当然に採用することができる。このフィルタ401の選択によってX線物理特有のビームハードニングや各種アンティファクトの削減を行える。
すなわち、フィルタ交換器402を採用することにより、被測定対象Oに適したフィルタ401を適宜選択することができ、被測定対象Oをより好ましい条件で測定することができる。
【0037】
また、測定条件により焦点サイズや集光状態を調整するコリメーターをさらに備えていても良い。
【0038】
<基準ゲージ>
基準ゲージO2は、測定したい被測定対象Oの材質に対応した基準ゲージO2を選択して、ステージ20上に配置される。この基準ゲージO2を、被測定対象Oの近傍に配置することで、ステージ20を移動させるだけで、被測定対象Oに適切なX線源10の条件や検出器30の条件の条件出しを行うことができる。
【0039】
図3は基準ゲージO2の一例を示している。この基準ゲージO2は、大径の円柱状に形成された大径外形O21と、小径の円柱状に形成された小径外形O22と、略楕円中状に形成された内形O23と、を有している。
【0040】
この基準ゲージO2は、大径外形O21と小径外形O22の径が異なる外形を有することにより、ステージ20を移動させるだけで、X線透過距離の異なる条件を測定することができる。1回の測定で異なる透過距離のX線投影像を同時に得ることができる。
なお、
図3においては、上下に貫通する孔を有した筒状の基準ゲージO2を示したが、天面を有する有天筒状や底面を有する有底筒状等、適宜変更してもよい。
【0041】
この基準ゲージO2は、外形を円柱状に、内径を楕円状に形成することにより、回転角度θを変化させることで、X線Xの透過距離や測定位置の曲率を変化させることができる。これにより、測定したい被測定対象Oに近い条件で、X線源10や検出器30の条件出しを行うことができる。
【0042】
本発明に係る寸法測定装置によれば、ステージ20の移動量を算出する移動量算出部22を備えることにより、ステージ20の移動量を被測定対象Oの寸法として採用することができ、X線の誤差要因の影響を低減することができる。
すなわち、X線投影像より被測定対象O辺の始点SPを検出器30の中央一定点に位置決めし記憶し、被測定対象Oの他辺終点EPを同様に検出器30中央の同一位置に移動させて、その移動量を測定寸法とするものである。内部寸法であっても単純な形状では容易に始点SP、終点EPの確定が行え、X線CT装置より早く誤差の少ない寸法測定が行えることが本機の最大の特徴である。なお、X線Xをプローブとして用いる寸法測定装置であるため、XPMM(X−ray Probe Measuring
Microscope)と称することができる。
【0043】
また、本発明に係る寸法測定装置によれば、被測定対象Oの材料に対応した基準ゲージO2をさらに備え、基準ゲージO2はステージ20に配置されている。このように、ステージ20上に被測定対象Oと基準ゲージO2を配置することにより、被測定対象Oの材料に適したX線X条件を容易に設定することができる。
すなわち、質量吸収係数差の少ない2部品の組み合わせや、輪郭形状が複雑なものなどの被測定対象Oにおいては、条件によって輪郭部O1のボケ量が大きくなる。そのため、被測定対象Oと類似の材料を採用した基準ゲージO2との相対比較により始点SP、終点EPの決定作業を行い、被測定対象Oの材質や形状に関する誤差要因を少なくすることができる。
【0044】
[寸法測定方法]
一実施の形態に係る寸法測定方法は、
図4に示すように、被測定対象Oをステージ20上に設置する設置工程S10と、被測定対象OにX線Xを照射して測定したX線投影像の輪郭部O1を鮮明化させる輪郭調整工程S20と、被測定対象Oの寸法測定の始点SPを設定する始点設定工程S30と、被測定対象Oを移動させて寸法測定の終点EPを設定する終点設定工程S40と、始点SPから終点EPへの移動量に基づいて寸法を算出する寸法算出工程S50と、を含む。
【0045】
<設置工程>
設置工程S10は、被測定対象Oをステージ20上に設置する工程である。被測定対象Oをステージ20に固定し、ステージ20を操作して被測定対象Oの寸法測定に好ましい位置・角度に調整する。この時、被測定対象Oの材質に対応した基準ゲージO2を選択して、ステージ20上に配置しても良い。
【0046】
<輪郭調整工程>
輪郭調整工程S20は、被測定対象Oの測定したい箇所の輪郭部O1を鮮明化させる工程であり、X線Xの照射方向と平行なY軸方向に被測定対象Oを移動させるY軸移動工程S21と、X線源10の条件を最適化する線源最適化工程S22と、検出器30の条件を最適化する検出器最適化工程S23と、を含む。
【0047】
Y軸移動工程S21は、ステージ制御部21を介して、Yステージ202を動作させることにより、X線源10-被測定対象O-検出器30間の距離を変化させる工程である。被測定対象Oの測定したい箇所の輪郭部O1が鮮明となる位置にYステージ202を位置決めする。
線源最適化工程S22は、X線源制御部11を介して、X線源10の条件を最適化する工程である。X線源10に供給される管電圧や管電流,照射時間,焦点サイズ等を適宜変更することにより、輪郭部O1が鮮明となる条件に決定する。
検出器最適化工程S23は、検出器制御部31を介して、検出器30の条件を最適化する工程である。検出器30の読み出し速度や枚数、階調等を適宜変更することにより、輪郭部O1が鮮明となる条件に決定する。
【0048】
被測定対象Oでの条件最適化が難しい場合には、被測定対象Oの材質に対応した基準ゲージO2を用いて、好ましい条件を調べることができる。
【0049】
また、この工程では、線質調整手段40を用いて、適切なフィルタ401やコリメーターを採用することが望ましい。
【0050】
<始点設定工程>
始点設定工程S30は、
図5(a)に示すように、被測定対象Oの寸法測定の始点SPとなる座標位置を設定する工程であり、X線Xの軸線上に設定された測定領域MA内に被測定対象Oの輪郭部O1を移動させる移動工程S31と、輪郭部O1に始点SPを登録する始点登録工程S32と、を含む。
【0051】
移動工程S31は、X線Xの軸線上に設定された測定領域MAに、寸法測定の始点SPを移動させる工程であり、測定領域MA内に寸法測定の始点SPとなる輪郭部O1が入るようステージ20を移動させる。
【0052】
測定領域MAは、
図5に示すように、表示部60上に二重カーソルを用いて示されている。この二重カーソルは、X軸方向の基準となる左カーソルLC及び右カーソルRCと、Z軸方向の基準となる上カーソルUP及び下カーソルBCと、を有している。このX軸方向とZ軸方向の二重カーソルが重なる領域が測定領域MAとなる。
【0053】
この二重カーソルは、被測定対象Oと検出器30の間にスリット(メカニカルスリット等)を配置して、X線投影像上に表示されるようにしてもよいし、検出信号処理部32や制御処理部50で表示されるようにしても良い。そして、この測定領域MAは、X線Xの軸線上に配置されている。
【0054】
始点登録工程S32は、始点SPの座標情報を登録する工程であり、二重カーソルの中央位置に被測定対象Oの輪郭部O1を配置して、ステージ20の座標情報を移動量算出部22に送信・登録する。
図5(a)のX座標のようにゼロリセットしてもよいし、Z座標のように既存の座標情報を登録しても良い。
【0055】
<終点設定工程>
終点設定工程S40は、
図5(b)に示すように、被測定対象Oの寸法測定の終点EPとなる座標位置を登録する工程であり、X線Xの軸線上に設定された測定領域MA内に被測定対象Oの輪郭部O1を移動させる移動工程S41と、輪郭部O1に終点EPを登録する終点登録工程S42と、を含む。
【0056】
移動工程S41は、X線Xの軸線上に設定された測定領域MAに、寸法測定の終点EPを移動させる工程であり、始点位置決め工程S30の移動工程S31と同様に、測定領域MA内に寸法測定の終点EPとなる輪郭部O1が入るようステージ20を移動させる。
【0057】
終点登録工程S42は、終点EPの座標情報を登録する工程であり、始点設定工程S30の始点登録工程S32と同様に、二重カーソルの中央位置に被測定対象Oの輪郭部O1を配置して、ステージ20の座標情報を移動量算出部22に送信・登録する。
【0058】
<寸法算出工程>
寸法算出工程S50は、ステージ20の移動量に基づいて寸法を算出する工程である。具体的には、移動量算出部22(若しくは制御処理部50)に登録された始点SPと終点EPの座標情報から、ステージ20の移動量を算出する。
【0059】
本発明に係る寸法測定方法によれば、ステージ20の移動量を被測定対象Oの寸法として採用することができ、X線の誤差要因の影響を低減することができる。すなわち、被測定対象Oの材質,材厚や測定条件,測定環境など多くの誤差要因が相互に影響しあって得られるX線投影像から寸法を得るのではなく、実際にステージ20を移動させた移動量を寸法として採用することにより、X線Xの誤差要因の影響を低減することができる。
【0060】
また、本発明に係る寸法測定方法によれば、測定領域MAをX線Xの軸線上に配置することより、X線Xの誤差要因の影響を低減することができる。すなわち、コーンビームやファンビームといった広がり角を有するビームを用いる場合においては、X線Xの軸線から離れた位置ほど、回折・散乱等のX線の特性に関する誤差要因の影響が大きくなる。そのため、X線の特性に関する誤差要因が最小となるX線Xの軸線上に測定領域MAを配置することにより、X線Xの誤差要因の影響を低減することができる。