高効率最適設計に向けたX線CTスキャナーの形状抽出高精度化技術開発
MEMSに代表される「小型」「高性能」「省エネルギー性に優れた」部品を製造するに当たり、トップダウンプロセスである微細加工により、高精度・複雑な形状加工が必要となります。そのために、設計・試作検証の能力をより強化することが求められますが、この技術は、画像処理による試作・検証能力の向上だけでなく、製造時の歩留まり向上・省エネルギーに寄与できるものです。
研究機関・所属 | 東京大学大学院 工学系研究科 精密工学専攻 |
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氏名・職名 | 大竹 豊 准教授 |
研究テーマ名 | 高効率最適設計に向けたX線CTスキャナーの形状抽出高精度化技術開発 |
応用想定分野 | X線CTスキャナー、MEMSデバイスの試作・製造 |
技術紹介
複雑な内部構造を持つ部品の製造工程では、X線CT装置による3次元形状の計測・評価が有効な手法の一つです。そのためには、寸法評価が可能なレベルの高精度な表面抽出が課題となっています。従来技術では、断面再構成と表面形状抽出が別々に行われていましたが、それを統合し、従来技術では達成できなかった高精度な形状抽出を可能にするものです。
断面再構成の時に、従来は直交格子である画像を用いてきましたが、これを「表面形状に適合した格子」を利用することにしました。
既に2次元画像に対するアルゴリズムの開発には成功し、特許も出願済みです。アルゴリズムの3次元への拡張を実現することで、高精度化と、形状の角の再現をはかり、より精緻な形状を画像で表現できるようになります。検証はMEMSのX線透過像を利用し、寸法精度評価とともに、物理的な解析の予測精度向上の実証も行います。
(a)従来技術(直交格子によるCT再構成結果)
(b)提案技術(格子パターンを表面形状に合わせたCT再構成結果)※2次元版
技術の特徴
画像処理と形状処理を融合させ、高精度な形状抽出に最適化したCTスキャン画像の再構成
- (1)
- 画像解析において、部品の表面形状に沿った格子を用い、表面付近の「ボケ」をなくします。
- (2)
- 工業製品形状で重要なピン角の再現が可能です。
- (3)
- 製造しながら計測が可能となります。無駄な製造コストの削減が可能です。
従来技術との比較
3次元コーンビーム型CTスキャナーを想定し、シミュレーションによって得られたX線投影像を入力とし、三角形メッシュとして形状を復元した結果を以下に示します。従来手法と比較して、少ない要素数で高精度に形状が再現できていることが分かります。
2次元画像についてのアルゴリズム開発は既に成功。3次元画像については、特にMEMSデバイスを中心に、高精度検査技術を追求します。
特許出願状況
特願2011-150024、出願日2011年7月6日
研究者からのメッセージ
X線CT計測による寸法検査技術を、新しいデータ処理技術により高精度化し、応用の幅を広げることを目指します。非破壊検査による高精度な3次元計測が必要な分野の方とのコラボレーションさせていただきたく存じます。
参考:
- 東京大学 先端科学技術研究センター 鈴木・大竹研究室 (Fine Digital Engineering Lab.)
- http://www.den.rcast.u-tokyo.ac.jp/