特開 2024-103906 厚さ測定装置、厚さ測定方法、及び構造体厚さ測定プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024103906

(43)【公開日】2024-08-02

(54)【発明の名称】厚さ測定装置、厚さ測定方法、及び構造体厚さ測定プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 15/00 20060101AFI20240726BHJP

【ＦＩ】

G01B15/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023007859

(22)【出願日】2023-01-23

(71)【出願人】

【識別番号】515086908

【氏名又は名称】株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】弁理士法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 知将

(72)【発明者】

【氏名】相浦 弘樹

【テーマコード（参考）】

2F067

【Ｆターム（参考）】

2F067AA28

2F067BB16

2F067DD01

2F067HH04

2F067JJ03

2F067KK06

2F067LL16

(57)【要約】

【課題】被測定物を構成する複雑な形状の部位における厚さの変化、製造条件を考慮しつつ、測定対象の誤差を少なくして厚さの計測の精度を確保することのできる厚さ測定装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線源部とＸ線検出部と演算する処理部とを備え、処理部は、第１部材の厚さと輝度吸収係数の第１部材関係性、第２部材の厚さと輝度吸収係数の第２部材関係性、第３部材の厚さと輝度吸収係数の第３部材関係性を設定して取得する関係性設定部と、積層物における形状情報と姿勢情報を取得する形状姿勢情報取得部と、照射Ｘ線強度と透過Ｘ線強度とを取得しＸ線透過撮影画像を生成する透過画像生成部と、Ｘ線透過撮影画像を構成する画素から組合せ画素情報を生成する組合せ画素情報生成部と、組合せ画素情報、第１部材関係性、第３部材関係性から、第１部材の及び第３部材の厚さを特定し第２部材の厚さを算出する演算部とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材と、第３部材と、前記第１部材及び前記第３部材に挟まれる第２部材とからなる積層物の厚さ測定装置であって、
前記厚さ測定装置は、
前記積層物へＸ線を照射するＸ線源部と、
前記積層物を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、
前記第２部材の厚さを演算する処理部と、を備え、
前記処理部は、
前記第１部材の厚さ毎に変化する第１部材の厚さと前記第１部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第１部材関係性、前記第２部材の厚さ毎に変化する第２部材の厚さと前記第２部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第２部材関係性、及び、前記第３部材の厚さ毎に変化する第３部材の厚さと前記第３部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第３部材関係性を設定して取得する関係性設定部と、
前記積層物における前記第１部材及び前記第３部材の形状情報と、前記積層物における前記第１部材及び前記第３部材の姿勢情報を取得する形状姿勢情報取得部と、
前記Ｘ線源部から照射される照射Ｘ線強度と、前記積層物を透過して前記Ｘ線検出部により検出される前記積層物の透過Ｘ線強度とを取得し、Ｘ線透過撮影画像を生成する透過画像生成部と、
前記Ｘ線透過撮影画像を構成する画素に、前記形状情報及び前記姿勢情報を組み合わせて組合せ画素情報を生成する組合せ画素情報生成部と、
前記組合せ画素情報と、前記第１部材関係性と、前記第３部材関係性から、前記第１部材及び前記第３部材の各部位の輝度吸収係数を算出して前記第１部材及び前記第３部材の各部位の厚さを特定し、前記第２部材の厚さを算出する演算部と、を備える
ことを特徴とする厚さ測定装置。

【請求項2】

前記第２部材関係性は、前記第２部材の厚さ毎に変化する第２部材の厚さと前記第２部材の輝度吸収係数との間に成立する相関性に基づく所定の第２部材相関式として規定され、
前記第２部材相関式は、次の直線回帰の一次相関の式（ｉ）として規定される請求項１に記載の厚さ測定装置。

【数1】

式中において、
μ_Ａ２は第２部材の輝度吸収係数、
ｔ_２は第２部材の厚さ、
ａは一次相関の式の係数、
ｂは一次相関の式の定数である。

【請求項3】

前記演算部は、次の式（ｉｉ）を用いて前記第２部材の厚さを算出する請求項２に記載の厚さ測定装置。

【数2】

式中において、
Ｃは輝度、
Ｃ_０は背景の輝度、
μ_Ａ１は第１部材の輝度吸収係数、
μ_Ａ３は第３部材の輝度吸収係数、
ｔ_１は第１部材の厚さ、
ｔ_３は第３部材の厚さ、
ａは第２部材の一次相関の式の係数、
ｂは第２部材の一次相関の式の定数である。

【請求項4】

前記関係性設定部は、
前記第１部材の厚さ毎及び前記Ｘ線源部からの距離毎に変化する第１部材の厚さと前記第１部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第１部材関係性、
前記第２部材の厚さ毎及び前記Ｘ線源部からの距離毎に変化する第２部材の厚さと前記第２部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第２部材関係性、
及び、前記第３部材の厚さ毎及び前記Ｘ線源部からの距離毎に変化する第３部材の厚さと前記第３部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第３部材関係性、を設定して取得する請求項１に記載の厚さ測定装置。

【請求項5】

前記形状情報には、前記積層物における前記第１部材及び前記第３部材の辺の長さの情報と辺同士の接合により生じる角度の情報が含まれる請求項１に記載の厚さ測定装置。

【請求項6】

前記形状情報には、前記積層物の製造時における前記第１部材及び前記第３部材の変形量の情報が含まれる請求項１に記載の厚さ測定装置。

【請求項7】

前記姿勢情報には、前記積層物を含む製品中における前記積層物の姿勢の情報が含まれる請求項１に記載の厚さ測定装置。

【請求項8】

前記積層物において、前記第２部材は前記第１部材及び前記第３部材を接着する接着剤である請求項１に記載の厚さ測定装置。

【請求項9】

前記第２部材の厚さの算出結果を出力する出力部が備えられる請求項１に記載の厚さ測定装置。

【請求項10】

第１部材と、第３部材と、前記第１部材及び前記第３部材に挟まれる第２部材とからなる積層物の厚さ測定装置における厚さ測定方法であって、
前記厚さ測定装置は、
前記積層物へＸ線を照射するＸ線源部と、
前記積層物を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、
前記第２部材の厚さを演算する処理部と、を備え、
前記処理部は、
前記第１部材の厚さ毎に変化する第１部材の厚さと前記第１部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第１部材関係性、前記第２部材の厚さ毎に変化する第２部材の厚さと前記第２部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第２部材関係性、及び、前記第３部材の厚さ毎に変化する第３部材の厚さと前記第３部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第３部材関係性を設定して取得する関係性設定ステップと、
前記積層物における前記第１部材及び前記第３部材の形状情報と、前記積層物における前記第１部材及び前記第３部材の姿勢情報を取得する形状姿勢情報取得ステップと、
前記Ｘ線源部から照射される照射Ｘ線強度と、前記積層物を透過して前記Ｘ線検出部により検出される前記積層物の透過Ｘ線強度とを取得し、Ｘ線透過撮影画像を生成する透過画像生成ステップと、
前記Ｘ線透過撮影画像を構成する画素に、前記形状情報及び前記姿勢情報を組み合わせて組合せ画素情報を生成する組合せ画素情報生成ステップと、
前記組合せ画素情報と、前記第１部材関係性と、前記第３部材関係性から、前記第１部材及び前記第３部材の各部位の輝度吸収係数を算出して前記第１部材及び前記第３部材の各部位の厚さを特定し、前記第２部材の厚さを算出する演算ステップと、を実行する
ことを特徴とする厚さ測定方法。

【請求項11】

第１部材と、第３部材と、前記第１部材及び前記第３部材に挟まれる第２部材とからなる積層物の厚さ測定装置における厚さ測定プログラムであって、
前記厚さ測定装置は、
前記積層物へＸ線を照射するＸ線源部と、
前記積層物を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、
前記第２部材の厚さを演算する処理部と、を備え、
前記処理部に、
前記第１部材の厚さ毎に変化する第１部材の厚さと前記第１部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第１部材関係性、前記第２部材の厚さ毎に変化する第２部材の厚さと前記第２部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第２部材関係性、及び、前記第３部材の厚さ毎に変化する第３部材の厚さと前記第３部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第３部材関係性を設定して取得する関係性設定機能と、
前記積層物における前記第１部材及び前記第３部材の形状情報と、前記積層物における前記第１部材及び前記第３部材の姿勢情報を取得する形状姿勢情報取得機能と、
前記Ｘ線源部から照射される照射Ｘ線強度と、前記積層物を透過して前記Ｘ線検出部により検出される前記積層物の透過Ｘ線強度とを取得し、Ｘ線透過撮影画像を生成する透過画像生成機能と、
前記Ｘ線透過撮影画像を構成する画素に、前記形状情報及び前記姿勢情報を組み合わせて組合せ画素情報を生成する組合せ画素情報生成機能と、
前記組合せ画素情報と、前記第１部材関係性と、前記第３部材関係性から、前記第１部材及び前記第３部材の各部位の輝度吸収係数を算出して前記第１部材及び前記第３部材の各部位の厚さを特定し、前記第２部材の厚さを算出する演算機能と、を実現させる
ことを特徴とする厚さ測定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、厚さ測定装置、厚さ測定方法、及び構造体厚さ測定プログラムに関し、特にＸ線透過を利用して間に挟まれる部材の厚さについて構成する部材の厚さの変化も考慮して測定する厚さ測定装置、厚さ測定方法、及び厚さ測定プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、金属等を材料とする複数の部品を接着剤により接合する際、塗布厚さが不均一となったり、接着剤が部品の接合部からはみ出したりする場合がある。接着剤が部品の接合部からはみ出すと、外観不良となり、塗布圧が不均一であると、接着強度不足が懸念される。

【0003】

従来、非破壊で接着厚さの検査を行う際、接着剤の部品の接合部からのはみ出しは目視、接着剤の範囲はＸ線二次元検査撮影、接着厚さはＸ線ＣＴによってそれぞれ検査を行っていた。しかしながら、Ｘ線ＣＴによる接着厚さの測定は時間と手間を要する。そこで、積層体に対するＸ線透過撮影の検査方法が提案されている（特許文献１等参照）。

【0004】

特許文献１によると、複層構造体の各部材の厚みの組み合わせとＸ線の透過濃度との関係を参照情報として有し、Ｘ線を照射して得られた複層構造体の透過濃度画像から前記参照情報に基づき各部材厚みの計測を行う各部材厚みのＸ線計測方法と装置である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２－２０７０１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、Ｘ線の吸収係数は部品、部材の厚さに左右されず一定である。つまり、Ｘ線吸収係数は材質により一定である。しかしながら、透過撮影画像の輝度をもとに厚み算出に用いる輝度吸収係数は、連続したスペクトルが対象物を透過する際の線質硬化の影響を内包するため、部材の厚さにより変化することが分かっている。そのため、ある任意の厚さの標準試験片により被測定物の厚さを算出すると、輝度吸収係数を算出した厚さ付近の厚さでは精度よく算出できる。これに対し、被測定物の厚さが標準試験片の厚さから乖離するほど計測（算出）の精度が低下する問題点がある。ここで、Ｘ線吸収係数によって吸収されるＸ線の強度と、輝度吸収係数によって減弱される輝度は等価である。前出のＸ線吸収係数と輝度吸収係数との関係については後述する。

【0007】

さらに、現実の製品の場合、同一の部材においても厚さが変化する複雑な形状であったり、プレス加工等を通じて部材に変形、歪み等が生じたりすることがある。このことから、現実の製造に用いられる部材形状、製造条件による変形等を考慮した厚さ測定が課題となっていた。

【0008】

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、被測定物を構成する複雑な形状の部位における厚さの変化、製造条件を考慮しつつ、測定対象の誤差を少なくして厚さの計測の精度を確保することのできる厚さ測定装置、厚さ測定方法、及び構造体厚さ測定プログラムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

すなわち、実施形態は、第１部材と、第３部材と、第１部材及び第３部材に挟まれる第２部材とからなる積層物の厚さ測定装置であって、厚さ測定装置は、積層物へＸ線を照射するＸ線源部と、積層物を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、第２部材の厚さを演算する処理部とを備え、処理部は、第１部材の厚さ毎に変化する第１部材の厚さと第１部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第１部材関係性、第２部材の厚さ毎に変化する第２部材の厚さと第２部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第２部材関係性、及び、第３部材の厚さ毎に変化する第３部材の厚さと第３部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第３部材関係性を設定して取得する関係性設定部と、積層物における第１部材及び第３部材の形状情報と、積層物における第１部材及び第３部材の姿勢情報を取得する形状姿勢情報取得部と、Ｘ線源部から照射される照射Ｘ線強度と、積層物を透過してＸ線検出部により検出される積層物の透過Ｘ線強度とを取得し、Ｘ線透過撮影画像を生成する透過画像生成部と、Ｘ線透過撮影画像を構成する画素に、形状情報及び姿勢情報を組み合わせて組合せ画素情報を生成する組合せ画素情報生成部と、組合せ画素情報と、第１部材関係性と、第３部材関係性とから、第１部材の及び第３部材の各部位の輝度吸収係数を算出して第１部材及び第３部材の各部位の厚さを特定し、第２部材の厚さを算出する演算部とを備えることを特徴とする。

【0010】

さらに、厚さ測定装置において、第２部材関係性は、第２部材の厚さ毎及びＸ線源部からの距離毎に変化する第２部材の厚さと第２部材の輝度吸収係数との間に成立する相関性に基づく所定の第２部材相関式として規定され、第２部材相関式は、次の直線回帰の一次相関の式（ｉ）として規定されていてもよい。

【0011】

【数1】

【0012】

式中において、
μ_Ａ２は第２部材の輝度吸収係数、
ｔ_２は第２部材の厚さ、
ａは一次相関の式の係数、
ｂは一次相関の式の定数である。

【0013】

さらに、厚さ測定装置において、演算部は、次の式（ｉｉ）を用いて第２部材の厚さを算出することとしてもよい。

【0014】

【数2】

【0015】

式中において、
Ｃは輝度、
Ｃ_０は背景の輝度、
μ_Ａ１は第１部材の輝度吸収係数、
μ_Ａ３は第３部材の輝度吸収係数、
ｔ_１は第１部材の厚さ、
ｔ_３は第３部材の厚さ、
ａは一次相関の式の係数、
ｂは一次相関の式の定数である。

【0016】

さらに、厚さ測定装置の処理部において、関係性設定部は、第１部材の厚さ毎及びＸ線源部からの距離毎に変化する第１部材の厚さと第１部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第１部材関係性、第２部材の厚さ毎及びＸ線源部からの距離毎に変化する第２部材の厚さと第２部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第２部材関係性、及び、第３部材の厚さ毎及びＸ線源部からの距離毎に変化する第３部材の厚さと第３部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第３部材関係性を設定して取得することとしてもよい。

【0017】

さらに、厚さ測定装置において、形状情報には、積層物における第１部材及び第３部材の辺の長さの情報と辺同士の接合により生じる角度の情報が含まれていてもよい。またさらに、厚さ測定装置において、形状情報には、積層物の製造時における第１部材及び第３部材の変形量の情報が含まれていてもよい。

【0018】

さらに、厚さ測定装置において、姿勢情報には、積層物を含む製品中における積層物の姿勢の情報が含まれていてもよい。

【0019】

さらに、積層物において、第２部材は第１部材及び第３部材を接着する接着剤であることとしてもよい。

【0020】

さらに、厚さ測定装置において、第２部材の厚さの算出結果を出力する出力部が備えられていてもよい。

【発明の効果】

【0021】

本発明は、第１部材と、第３部材と、第１部材及び第３部材に挟まれる第２部材とからなる積層物の厚さ測定装置であって、厚さ測定装置は、積層物へＸ線を照射するＸ線源部と、積層物を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、第２部材の厚さを演算する処理部とを備え、処理部は、第１部材の厚さ毎に変化する第１部材の厚さと第１部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第１部材関係性、第２部材の厚さ毎に変化する第２部材の厚さと第２部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第２部材関係性、及び、第３部材の厚さ毎に変化する第３部材の厚さと第３部材の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第３部材関係性を設定して取得する関係性設定部と、積層物における第１部材及び第３部材の形状情報と、積層物における第１部材及び第３部材の姿勢情報を取得する形状姿勢情報取得部と、Ｘ線源部から照射される照射Ｘ線強度と、積層物を透過してＸ線検出部により検出される積層物の透過Ｘ線強度とを取得し、Ｘ線透過撮影画像を生成する透過画像生成部と、Ｘ線透過撮影画像を構成する画素に、形状情報及び姿勢情報を組み合わせて組合せ画素情報を生成する組合せ画素情報生成部と、組合せ画素情報と、第１部材関係性と、第３部材関係性とから、第１部材の及び第３部材の各部位の輝度吸収係数を算出して第１部材及び第３部材の各部位の厚さを特定し、第２部材の厚さを算出する演算部とを備えるため、被測定物を構成する複雑な形状の部位における厚さの変化、製造条件を考慮しつつ、測定対象の誤差を少なくして厚さの計測の精度を確保することができる。また、厚さ測定方法及び構造体厚さ測定プログラムにおいても同様の効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施形態の厚さ測定装置を示す概略構成図である。

【図2】積層物の断面模式図である。

【図3】厚さ測定装置の構成と機能部を示すブロック図である。

【図4】厚さ算出の誤差を説明する模式図である。

【図5】（Ａ）Ｘ線強度と部材までの距離を示す第１模式図、（Ｂ）Ｘ線強度と部材までの距離を示す第２模式図である。

【図6】（Ａ）第１部材のＸ線強度と輝度吸収係数との関係を示す模式図、（Ｂ）第３部材のＸ線強度と輝度吸収係数との関係を示す模式図、（Ｃ）第２部材のＸ線強度と輝度吸収係数との関係を示す模式図である。

【図7】（Ａ）Ｘ線強度と輝度吸収係数との関係を示す第１模式図、（Ｂ）Ｘ線強度と輝度吸収係数との関係を示す第２模式図である。

【図8】形状情報及び姿勢情報を説明するための模式図である。

【図9】組合せ画素情報の模式図である。

【図10】厚さ測定装置内の処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１の概略構成図を用い、実施形態の厚さ測定装置１を説明する。厚さ測定装置１は、複数の部材が重なり合った積層物２０に対し、Ｘ線を用いて内部の層の厚さを非破壊的に算出する装置である。図示の積層物２０は、上から順に第１部材２１、第２部材２２、第３部材２３より構成される。具体的には、厚さ測定装置１は、内部の層として、第１部材２１と第３部材２３の間に挟まれた第２部材２２の厚さについて、切断等の破壊手段を用いることなく第２部材２２の厚さを算出することができる。図示は模式的に層構造としており、実際には、複雑な形状のため、事実上の外観観察は不可能である。図示は装置の一例の開示である。各部材、装置の配置、向き等は適宜である。

【0024】

積層物２０としては、所定の部材同士を接着剤等の樹脂素材により接合した形態が想定される。従って、第２部材２２は第１部材２１と第３部材２３を接着する接着剤からなる層である。また、第１部材２１と第３部材２３は板金、ボルト、ナット、リベット、各種金属部品、または樹脂製部品等である。これらは接着剤である第２部材２２を介して互いに接着される。そこで、第２部材２２の接着剤からなる層について、その厚さの把握が構造強度、品質維持の観点から重要である。なお、第２部材２２は、接着剤以外に、パッキン、ガスケット、樹脂製ワッシャ等であっても良い。特に実施形態の厚さ測定装置１は、部材内において厚さの異なる部位の存在する複雑な形状の第１部材２１と第３部材２３の場合、さらには、第１部材２１または第３部材２３に変形が生じる場合おいても、第２部材２２の厚さの算出を可能とする。

【0025】

厚さ測定装置１の使用に際し、第１部材２１、第２部材２２、第３部材２３より構成される積層物２０は所定位置に配置される。積層物２０の一方側（第１側）には当該積層物２０へＸ線を照射するＸ線源部２が配置される。積層物２０を挟んでＸ線源部２と対向する側（第２側）に積層物２０を透過したＸ線を検出するＸ線検出部３が配置される。Ｘ線源部２とＸ線検出部３は、積層物２０の中の第２部材２２の厚さの算出を演算する処理部１０（コンピュータ）に有線または無線により接続される。

【0026】

図２は積層物２０の部分断面の模式図である。積層物２０は上から順に第１部材２１、第２部材２２、第３部材２３より構成される。図示の例では、第１部材２１と第３部材２３は、金属部材である。第１部材２１と第３部材２３は、例えば、鉄板、アルミニウム板、ステンレス鋼板材（ＳＵＳ３０４等）、さらには樹脂の板材である。そして、第２部材２２は、第１部材２１と第３部材２３を接着する接着剤の層である。第２部材２２を構成する接着剤には、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、ＳＢＲ樹脂系、シリコーン樹脂系等の公知の接着剤が使用される。図中、第１部材２１の厚さはｔ_１、第２部材２２の厚さはｔ_２、第３部材２３の厚さはｔ_３である。ただし、図示から理解されるとおり、厚さｔ_１、ｔ_２、ｔ_３のいずれも一様な厚さではない。

【0027】

第２部材２２は、第１部材２１と第３部材２３の圧着を受けるため、接着前に正確に接着後の第２部材２２の層の厚さを予測することは容易ではない。そのため、一般には、複数製造された積層物２０の中から所定数を抜き取り、裁断して断面から測定していた。そのため、必ずしも全数を測定することはできない。また、測定作業が煩雑であり作業負担が大きい。加えて、プレス加工等により積層物２０を形成する際、部材への加圧から変形が生じ、加工の前後の変形も考慮する必要がある。そこで、実施形態の厚さ測定装置１は、第１部材２１、第２部材２２、及び第３部材２３に関する既知の情報を加味しながら、測定により取得するＸ線強度により、第２部材２２の厚さｔ_２は場所毎に算出される。なお、第１部材２１の厚さｔ_１と第３部材２３の厚さｔ_３については、設計上、各部材の場所毎に寸法は既知である。

【0028】

図１に示されるＸ線源部２は、積層物２０に対して照射するＸ線を発生させるＸ線発生装置であり、主に固定陽極Ｘ線管が用いられる。当該Ｘ線管の陽極にはターゲットとして、タングステン、モリブデン等の金属が使用される。発生させるＸ線量（エネルギー量）は、Ｘ線を透過させる金属板部材の厚さ、材質等により設定される。Ｘ線検出部３は、Ｘ線源部２から照射され、積層物２０を透過したＸ線量、及びＸ線源部２からの照射線量を検出する。Ｘ線検出部３には、公知のＸ線用の検出装置が使用される。

【0029】

処理部１０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、メインフレーム、ワークステーション、クラウドコンピューティングシステム等、種々の電子計算機（計算リソース）である。図示の処理部１０はパーソナルコンピュータであり、演算結果の表示のためのディスプレイ１６、その他、入力用のキーボード１７、マウス１８等が接続されている。

【0030】

図３は処理部１０の構成と機能部を示すブロック図である。処理部１０には、各種の演算実行のためのＣＰＵ１１、処理用のプログラムを記憶するＲＯＭ１２、データ等の記憶のためのＲＡＭ１３、各種のデータ及び演算結果等の記憶のための記憶部１４、さらに、Ｉ／Ｏ（インプット・アウトプットインターフェース）１５等が備えられる。Ｉ／Ｏ１５は通信（送受信）用のインターフェース、バッファ等である。Ｉ／Ｏ１５は、Ｘ線源部２への照射の制御信号の送信、Ｘ線検出部３等からの入力信号の受信等に用いられＣＰＵ１１と連携する。

【0031】

さらに図３のブロック図はＣＰＵ１１内の機能部を示す。ＣＰＵ１１の各機能部をソフトウェアにより実現する場合、ＣＰＵ１１は各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行することで実現する。詳細には、関係性設定部１１０、形状姿勢情報取得部１２０、透過画像生成部１３０、組合せ画素情報生成部１４０、演算部１５０、出力部１６０等を備える。

【0032】

関係性設定部１１０は、第１部材２１の厚さ毎及びＸ線源部２からの距離毎に変化する第１部材２１の厚さと第１部材２１の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第１部材関係性、第２部材２２の厚さ毎及びＸ線源部２からの距離毎に変化する第２部材２２の厚さと第２部材２２の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第２部材関係性、及び、第３部材２３の厚さ毎及びＸ線源部２からの距離毎に変化する第３部材２３の厚さと第３部材２３の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第３部材関係性を設定して取得する。なお、第１部材関係性は第１部材２１の厚さ毎の関係性、第２部材関係性は第２部材２２の厚さ毎の関係性、第３部材関係性は第３部材２３の厚さ毎の関係性として設定することができる。これは、Ｘ線源部と部材が極めて近い配置の場合、もしくは部材自体が極めて小型である場合、Ｘ線源部と部材との距離は一定とみなすことが可能である。従って、部材の厚さのみを関係性を求めるための条件とすることができる。

【0033】

輝度吸収係数については、物質の厚さによって変化する。しかし、この輝度吸収係数は、ある物質についての特定の厚さにおける測定から導き出された数値である。従前のＸ線を用いた非破壊の厚さ測定装置においては、単純に物質毎に所定の輝度吸収係数を用い、被検査物に含まれる層の厚さを算出していた。

【0034】

ところが、図４の模式図のように、厳密には、物質の厚さ（板厚）（横軸）が増減すると、物質の種類によっては、輝度吸収係数は右下がりの曲線のように変化してしまうことが判明した。なお図示とは異なり、物質の種類により、輝度吸収係数の曲線の傾き、右上がり等の変化は見られる。一般に、物質の厚さが増加（厚くなる）すると、算出される数値は実測よりも減少し、逆にある物質の厚さが減少（薄くなる）すると、算出される数値は実測よりも増加する。そのため、所定の厚さ（ｔ_ｓ：例えば厚さ２ｍｍ）の１点のみに基づく輝度吸収係数を利用すると、現実の非破壊検査の際の算出では、当然に所定の厚さ（ｔ_ｓ）以外の厚さであることから、算出と実測（正寸）との間の誤差が不可避であった。

【0035】

そこで、予め、計測対象について、厚さの異なる複数の試料が作成され、同時に各試料の輝度吸収係数が求められる。そこで、試料における厚さと輝度吸収係数の相関性に基づいて所定の関係性が設定される。

【0036】

また、Ｘ線源、計測対象、及びＸ線検出部の位置関係により、実際に検出される輝度吸収係数は変化する。位置関係の差異は図５の模式図として示される。図５では、Ｘ線源部２とＸ線検出部３の間に厚さの異なる計測対象ｗ１またはｗ２が設置される。

【0037】

図５（Ａ）のとおり、Ｘ線源部２から照射されるＸ線は放射状に拡散する。設置された計測対象ｗ１を透過してＸ線検出部３により輝度吸収係数が計測、算出される場合、計測対象ｗ１をＸ線が透過する部位によりＸ線の透過強度が変化する。照射線Ｒ１は最短距離で計測対象ｗ１を透過してＸ線検出部３により検出される。これに対し、照射線Ｒ２、Ｒ３の順にＸ線検出部３に到達する距離が長くなる。そうすると、Ｘ線がＸ線源部２から照射されてＸ線検出部３に到達（検出）される距離により輝度吸収係数にも変化が生じる。

【0038】

さらに、図５（Ｂ）は、同一材質としつつ、計測対象ｗ１よりも厚さを厚くした計測対象ｗ２を表している。この場合、計測対象ｗ１と比較して、計測、算出される輝度吸収係数は変化する。

【0039】

従って、算出の前提として、図４の模式図の曲線を考慮しつつ、図５の線源から検出に至るまでの距離、同一部材のおける厚さの影響、さらには、積層物２０を構成する部材のそれぞれに応じた輝度吸収係数の取得が必要である。

【0040】

そこで、実施形態の厚さ測定装置１では、積層物２０を構成する第１部材２１、第２部材２２、及び第３部材２３の全てについて、それぞれの厚さ毎の輝度吸収係数が予め取得される。さらに、厚さ測定の精度向上の観点から、積層物２０を構成する第１部材２１、第２部材２２、及び第３部材２３の全てについて、それぞれの厚さ毎の輝度吸収係数とＸ線源部からの距離毎の輝度吸収係数の両方が予め取得される。Ｘ線源部２とＸ線検出部３の配置は原則直線上に固定されており、個々の測定では、Ｘ線源部２から測定対象までは最短距離（直線上）に配置される。測定対象となる第１部材２１等では、図５のように、測定対象の中心部分、中心からずれた位置、部材の縁等の各部分の距離に応じての距離が求められる。図６（Ａ）では、縦軸に第１部材２１の輝度吸収係数μ_Ａ１（縦軸）と第１部材２１の厚さｔ_１（横軸）が示され、距離毎の照射線Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に応じた厚さと輝度吸収係数の関係性が表される。図６（Ｂ）でも、縦軸に第３部材２３の輝度吸収係数μ_Ａ３（縦軸）と第３部材２３の厚さｔ_３（横軸）が示され、距離毎の照射線Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に応じた厚さと輝度吸収係数の関係性が表される。

【0041】

図６（Ｃ）でも、縦軸に第２部材２２の輝度吸収係数μ_Ａ２（縦軸）と第２部材２２の厚さｔ_２（横軸）が示され、距離毎の照射線Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に応じた厚さと輝度吸収係数の関係性が表される。なお、第２部材２２（接着剤等の樹脂素材）は、積層物２０において加工後に厚さが変化するため、予め第１部材２１及び第３部材２３のように厚さを特定することができない。そこで、第２部材２２（接着剤等の樹脂素材）については、距離毎の照射線Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に応じた各厚さの第２部材２２の輝度吸収係数との間に成立する相関式が設定される。

【0042】

相関式については、一次関数、二次関数、べき関数、指数関数、対数関数等の相関性が認められる関数式が採用される。関数式の選択に際しては、第２部材２２（接着剤等の樹脂素材）の材質、素材が考慮される。

【0043】

実施形態では、相関式は、直線回帰の一次相関の式（ｉ）として規定される。式（ｉ）は、図６（Ｃ）の模式図のとおり、第２部材の複数の厚さの試料と、第２部材の複数の厚さの試料の輝度吸収係数から最小二乗法により算出され、設定される。一次相関の式とする場合、式中に含まれる係数、定数の個数が少なく、後述の関係式の設定は容易となる。

【0044】

式（ｉ）において、μ_Ａ２は第２部材の輝度吸収係数、ｔ_２は第２部材の厚さ、ａは一次相関の式の係数、ｂは一次相関の式の定数である。なお、係数ａと定数ｂについては、照射線の距離毎に応じて設定される。

【0045】

【数3】

【0046】

ここで、図７の模式図を用い、Ｘ線強度とＸ線吸収係数との関係について説明する。図７（Ａ）の第１模式図では、所定の部材（金属、樹脂等）について、厚さ（Ｘ透過距離）：ｔ、材質に基づくＸ線吸収係数：μ、そして、照射Ｘ線強度：Ｉ_０、及び透過Ｘ線強度：Ｉが求められたとする。すると、式（ｆ１）の関係式が成立する。これより、厚さ：ｔについて導くと、式（ｆ２）が成立する。式中の「ｌｎ」は自然対数である。
なお、Ｘ線吸収係数は輝度吸収係数に変換可能である（式（ｆｃ）参照）。式（ｆｃ）中、照射Ｘ線強度Ｉ_０は背景の輝度Ｃ_０、透過Ｘ線強度Ｉは輝度Ｃとして置換して、μ_Ａは輝度吸収係数、ｔは厚さである。より詳しく説明すると、Ｘ線吸収係数によって吸収されるＸ線の強度と、輝度吸収係数によって減弱される輝度は等価である。そこで、Ｘ線強度のＩ及びＩ_０を、Ｃ及びＣ_０に置き換えることによりＸ線吸収係数を輝度吸収係数に読み替えることが可能である。また、撮影環境では連続したエネルギのスペクトルが生じる。このため、輝度吸収係数には板厚依存性がある。これに対し、エネルギ毎に固有の値を有するＸ線吸収係数は板厚依存性との関連を有さない。

【0047】

【数4】

【0048】

【数5】

【0049】

【数6】

【0050】

次に、図７（Ｂ）の第２模式図では、複数の部材が重なった状態が示される。模式図は、実施形態の第１部材２１、第２部材２２、及び第３部材２３からなる積層物２０に対応する３層構造を想定している。図中、Ｉは透過Ｘ線強度（最終透過Ｘ線強度）、Ｉ_０は透過前のＸ線強度（照射Ｘ線強度）、Ｉ_１は第１部材透過後のＸ線強度、Ｉ_２は第２部材透過後のＸ線強度、μ_Ａ１は第１部材の輝度吸収係数、μ_Ａ２は第２部材の輝度吸収係数、μ_Ａ３は第３部材の輝度吸収係数、ｔ_１は第１部材の厚さ、ｔ_２は第２部材の厚さ、ｔ_３は第３部材の厚さである。なお、これらの記号は、後出の数式においても共通としている。

【0051】

前出の式（ｆ１）に倣って第２模式図の３層構造の関係式を構築すると、式（ｆ３）が成立する。そして、式（ｆ４）のとおり変形することができる。式（ｆ４）の上３段の式では、式（ｆ１）から式（ｆ３）まで拡張する様子の式が示され、続いて両辺はＣ_０で除され、最終的に自然対数をとった式に変形される。こうして、（ｆ５）のｔ_２の式として中間に存在する部材（層）の厚さを求めることができる。

【0052】

【数7】

【0053】

【数8】

【0054】

【数9】

【0055】

式（ｆ５）より第１部材２１と第３部材２３に挟まれた第２部材２２の厚さｔ_２は算出可能である。しかしながら、前掲の図４の説明のとおり、式（ｆ５）の中の第２部材の輝度吸収係数のμ_Ａ２をそのまま使用すると、測定対象の厚さいかんによって誤差が増大して非破壊検査の精度が低下する。

【0056】

そこで、厚さと輝度吸収係数の相関式、具体的には、前出の一次相関の式（ｉ）が取り入れられる。結果、第２部材の輝度吸収係数のμ_Ａ２は、一次相関の式（ｉ）を通じて補正される。こうして、式（ｆ６）を得ることができる。さらに、式（ｆ６）において、ｔ_２（第２部材の厚さ）を解くことができ、式（ｉｉ）を得ることができる。

【0057】

【数10】

【0058】

【数11】

【0059】

図３に戻り、形状姿勢情報取得部１２０は、積層物２０における第１部材２１及び第３部材２３の形状情報と、積層物２０における第１部材２１及び第３部材２３の姿勢情報を取得する。

【0060】

第１部材２１と第３部材２３については、製品設計のＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）のデータから、部材の形状、寸法について形状情報として取得することができる。そこで、各部材に存在する厚さの異なる部位が判明する。さらに、同一の部材であっても向きにより、Ｘ線が透過、吸収される距離が変化し輝度吸収係数に影響するため、計測時の積層物２０を含む製品中における積層物の姿勢の情報、第１部材２１と第３部材２３のＸ線の透過撮影時の向き、傾き等の姿勢についても姿勢情報として取得される。各部材の形状情報と姿勢情報の取得に際しては、ＣＡＤ等の設計データから処理部１０へ取り込まれる。

【0061】

図８は第１部材２１及び第３部材２３の形状情報と姿勢情報を説明するための模式図であり、第１部材２１はＸ線源部２からのＸ線照射を検出するＸ線検出部３により撮影される撮影画像範囲４０に設置されるイメージ像として表される。図中の矢印４１はＸ線の透過撮影方向である。

【0062】

第１部材２１及び第３部材２３の形状情報（ＣＡＤ等の設計データ）が投影されている。ここで、形状情報には、積層物２０における第１部材２１及び第３部材２３の辺の長さの情報と辺同士の接合により生じる角度の情報が含まれる。第１部材２１では、当該第１部材２１を構成する辺の中から特徴となる辺が２つ抽出されている。図示では太線により表示される紙面横方向の稜線３１と紙面奥行き方向の稜線３２である。そして、稜線３１と３２により構成される角度も抽出される。

【0063】

製品となる積層物２０における第１部材２１辺の長さの情報（稜線）とその形成される角度から、形状情報を通じて第２部材２２を介して接合される第３部材２３の向き、姿勢も判明する。こうして、第３部材２３もＸ線検出部３により撮影される撮影画像範囲４０に設置されるイメージ像として表される。

【0064】

このように、第１部材２１及び第３部材２３について、両方ともＸ線検出部３により撮影される撮影画像範囲４０が揃えられる。そこで、積層物２０を含む製品中における積層物の姿勢の情報として姿勢情報が生成されて取得される。

【0065】

図８に開示の実施形態のように、第１部材２１及び第３部材２３はＸ線検出部３により撮影される撮影画像範囲４０に設置されるイメージ像として表される。そこで、製品設計のＣＡＤの情報をさらに発展させてＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｒｉｎｇ）の情報が含められる。

【0066】

例えば、各部材に生じる応力変形、プレス加工等の製造時の押圧により、各部材の部位では厚さが変化することがある。そのため、予めＣＡＥのシミュレーションの結果が変形量の情報に加えられて補正される。そうすると、部材の正確な厚さの把握が可能となり、輝度吸収係数の検出精度が高まる。

【0067】

透過画像生成部１３０は、Ｘ線源部２から照射される照射Ｘ線強度と、積層物２０を透過してＸ線検出部３により検出される積層物２０の透過Ｘ線強度とを取得し、Ｘ線透過撮影画像を生成する。

【0068】

Ｘ線透過撮影画像は、実際にＸ線源部２からＸ線を照射して積層物２０を透過してＸ線検出部３により検出された際の画像である。

【0069】

組合せ画素情報生成部１４０は、Ｘ線透過撮影画像を構成する画素に、形状情報及び姿勢情報を組み合わせて組合せ画素情報を生成する。

【0070】

演算部１５０は、組合せ画素情報と、第１部材関係性と、第３部材関係性から、第１部材及び第３部材の各部位の輝度吸収係数を算出して、第１部材及び第３部材の各部位の厚さを特定し、第２部材の厚さを算出する。

【0071】

図９の模式図は組合せ画素情報４５を表している。実際の撮影のより得られたＸ線透過撮影画像に形状情報及び姿勢情報が組み合わせられる。図示の例では、第１部材２１の投影画像イメージ２１ｇ、第３部材２３の投影画像イメージ２３ｇが組合せ画素情報４５に含まれている。投影画像イメージ２１ｇと２３ｇより、部材の厚さが灰色の濃淡として表される。濃い灰色部分は部材の厚い部分であり、薄い灰色部分は部材の薄い部分である。また、基準となる稜線３１と３２も表示されている。

【0072】

さらに、組合せ画素情報４５では、投影画像イメージ２１ｇと２３ｇにより形成される重なり部分を細分化して表示されるため、組合せ画素情報４５は複数の画素４６毎に分割される。前述のとおり、組合せ画素情報４５は形状情報と姿勢情報を含むため、個々の画素４６についてどの程度の部材の厚さであるか、部材の重なり量はどの程度であるか、個別に特定可能である。また、Ｘ線源部２と画素４６との照射線の距離も特定される。

【0073】

個々の画素４６について、それぞれＸ線源部２からの距離が考慮され、第１部材の厚さｔ_１及び輝度吸収係数μ_Ａ１と、第３部材２３の厚さｔ_３及び輝度吸収係数μ_Ａ３が特定される。そして、個々の画素４６のそれぞれにおける第２部材２２の厚さの算出に際し、前出の直線回帰の一次相関の式（ｉ）が適用される。

【0074】

そこで、式（ｆ６）の第２部材２２の輝度吸収係数μ_Ａ２に、直線回帰の一次相関の式（ｉ）のμ_Ａ２が代入されて、第２部材２２の輝度吸収係数μ_Ａ２の補正が行われる。そして、第２部材２２の厚さｔ_２を算出するための式（ｉｉ）が得られ、算出に必要な各数値が入力される。こうして、個々の画素４６のそれぞれにおける第２部材２２の厚さｔ_２は算出される。結果、組合せ画素情報４５の第２部材２２の存在する領域について、部分毎に細分化して厚さが算出される。

【0075】

出力部１６０は、積層物２０における第２部材２２の厚さｔ_２の算出結果（推定厚さ）を出力する。出力に当たっては、図１のディスプレイ１６への表示である。出力部１６０により第２部材２２の厚さｔ_２の算出結果（推定厚さ）が出力されるため、逐次の推定の結果の把握が容易となる。表示としては、厚さ毎に色を変える等高線等の表示態様とすることができる。

【0076】

図１０のフローチャートは処理部１０（ＣＰＵ１１）における厚さ測定装置における厚さ測定方法の全体の流れであり、関係性設定ステップ（Ｓ１１０）、形状姿勢情報取得ステップ（Ｓ１２０）、透過画像生成ステップ（Ｓ１３０）、組合せ画素情報生成ステップ（Ｓ１４０）、演算ステップ（Ｓ１５０）、出力ステップ（Ｓ１６０）の各種ステップを備える。むろん、処理部１０自体の可動に必要な各種ステップは当然に含まれる。

【0077】

図１０のフローチャートは出力ステップ（Ｓ１６０）を含む構成としている。図１０の構成に代えて出力ステップ（Ｓ１６０）が省略される構成としてもよい。また、関係性設定ステップ（Ｓ１１０）と形状姿勢情報取得ステップ（Ｓ１２０）は、毎回の測定時に必ず実行する処理ではなく、いったん所定の設定が行われた後は、材質、設計変更等がない限り省略は可能である。

【0078】

関係性設定機能は、第１部材２１の厚さ毎に変化する第１部材２１の厚さと第１部材２１の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第１部材関係性、第２部材２２の厚さ毎に変化する第２部材２２の厚さと第２部材２２の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第２部材関係性、及び、第３部材２３の厚さ毎に変化する第３部材２３の厚さと第３部材２３の輝度吸収係数との間に成立する関係性に基づく所定の第３部材関係性を設定して取得する（Ｓ１１０；関係性設定ステップ）。

【0079】

形状姿勢情報取得機能は、積層物２０における第１部材２１及び第３部材２３の形状情報と、積層物２０における第１部材２１及び第３部材２３の姿勢情報を取得する（Ｓ１２０；形状姿勢情報取得ステップ）。透過画像生成機能は、Ｘ線源部２から照射される照射Ｘ線強度と、積層物２０を透過してＸ線検出部３により検出される積層物２０の透過Ｘ線強度とを取得し、Ｘ線透過撮影画像を生成する（Ｓ１３０；透過画像生成ステップ）。組合せ画素情報生成機能は、Ｘ線透過撮影画像を構成する画素に、形状情報及び姿勢情報を組み合わせて組合せ画素情報を生成する（Ｓ１４０；組合せ画素情報生成ステップ）。

【0080】

演算機能は、組合せ画素情報と、第１部材関係性と、第３部材関係性から、第１部材２１及び第３部材２３の各部位の輝度吸収係数を算出して第１部材２１及び第３部材２３の各部位の厚さを特定し、第２部材２２の厚さを算出する（Ｓ１５０；演算ステップ）。出力機能は、第２部材の厚さの算出結果を出力する（Ｓ１５０；出力ステップ）。

【0081】

上述した本発明のコンピュータプログラムは、プロセッサが読み取り可能な記録媒体に記録されていてよく、記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。

【0082】

なお、上記コンピュータプログラムは、例えば、ActionScript、JavaScript（登録商標）などのスクリプト言語、Objective-C、Java（登録商標）などのオブジェクト指向プログラミング言語、HTML5などのマークアップ言語などを用いて実装できる。

【符号の説明】

【0083】

１ 厚さ測定装置
２ Ｘ線源部
３ Ｘ線検出部
１０ 処理部（コンピュータ）
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 記憶部
１５ インプット・アウトプットインターフェース
１６ ディスプレイ
１７ キーボード
１８ マウス
２０ 積層物
２１ 第１部材
２２ 第２部材
２３ 第３部材
３１，３２ 稜線
４０ 撮影画像範囲
４５ 組合せ画素情報
４６ 画素
１１０ 関係性設定部
１２０ 形状姿勢情報取得部
１３０ 透過画像生成部
１４０ 組合せ画素情報生成部
１５０ 演算部
１６０ 出力部
μ Ｘ線吸収係数
μ_Ａ１ 第１部材の輝度吸収係数
μ_Ａ２ 第２部材の輝度吸収係数
μ_Ａ３ 第３部材の輝度吸収係数
ｔ_１ 第１部材の厚さ
ｔ_２ 第２部材の厚さ
ｔ_３ 第３部材の厚さ
Ｉ 透過Ｘ線強度
Ｉ_０ 照射Ｘ線強度
Ｃ 輝度
Ｃ_０ 背景の輝度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】