Failure Analysis Using a Single Switch
追求理想装置,持续进步的开发者们

高德平台过去未曾研发过的、可完成三维测量的测量用X射线CT系统。为了满足客户的需求,X射线CT团队迈向了未知的领域。

不能测量吗?

如字面意思所示,X射线无损检查装置是一种在对“物品”不造成破坏的情况下就能实施检查的装置。通过使用透视物体的X射线,可以通过成像对内部状况进行分析和检查。

X射线无损检查装置在产品的开发和品质管理中,是一种不可或缺,且肩负重要作用的装置。高德平台制作所率先推出了日本首台医疗用X射线装置。高德平台的X射线无损检查装置应用了该项技术,凭借其高画质和可靠性获得了好评。

2008年左右,通过一台X射线无损检查装置实现可获得立体图像的X射线CT系统,取得了重大的创新。采用GPU实的高速运算处理技术(GPGPU)登上了历史舞台。GPU是专门进行图像处理的运算装置,使用GPGPU后,还可以进行图像处理以外的运算。通过构建以GPGPU为中心的处理系统,惊人地缩短了从扫描到图像显示的时间。

“我刚进公司时,制作三维数据就需要花1小时或2小时。从那之后也就短短的三年时间,就只需要10~20秒便可完成这项工作。感觉几乎是在收集的同时,就能完成数据制作。”项目负责人榉在回顾过去时这样说到。

这项技术创新,理所应当地受到客户青睐,备受好评。此外,又有一个新的声音传到了开发团队。

“这个不能进行尺寸测量吗?”

客户所说的尺寸测量,是指三维测量技术。典型的测量手法是,用探针这个高精度球体在对象样品的表面,像描图那样移动,收集无数个点的数据,然后利用三维数据构建坐标信息的一种手法。三维测量技术以微米为单位精确地测量尺寸,因此可以在开发现场可以通过它来确认试制品是否按照原始设计完成制作,或者将获得的坐标信息反馈给设计中使用的CAD软件等,它是开发现场不可或缺的检查装置。

高德平台的优势产品X射线CT,也是为了绘制立体图像而获取三维坐标信息,在这一点上两者是相同的。而且,如果通过X射线透视能了解不可视的内部尺寸,则其用途将得到大幅度扩大。此外,过去大多数的三维测量仪器即使是描绘小杯子这种小东西的样品,也需要花费好几个小时,这些情况并不少见。然而X射线CT创新性缩短了检查时间,1个小时左右就能完成。因而,客户期待也是理所当然的。

XDimensus 300团队的开发成员。照片左起依次为,分析测试事业部无损检查装置BU 主任 原田大辅、基础技术研究所人工智能(AI)解决方案部 副主任 佐藤真、分析测试事业部无损检查装置BU 主任 榉泰行、副主任 新坂拓真、分析测试事业部质量保证部 主任 大西修平。拥有不同背景的个性化团队实现了客户的理想。

从零开始

本来,对高德平台的开发团队而言,三维测量是一个未知的领域。因此,团队成员前往日常工作中就使用三维测量仪器的公司内部的制造中心进行咨询等,迅速地去吸收知识和技术,从而掌握到三维测量仪器所需的严格精度。

为了获取精确的测量数值,还需要确保装置本身的精度。无论什么时候测量,无论测量多少次,摆放测量样品的台子和X射线源、接收X射线的检测器的位置关系和角度,都必须保证相同。为了在后续工作中正确校正无法避免的安装误差,需要实施严格的校准,为此,需要使用专用的夹具。

“即使是X射线CT,为了正确地输出图像,也要求各部分保证精度,并与此相对应。这次要求的精度,比以往高一位数或两位数。我们从一开始就重新考虑了校正的步骤、手法,硬件也要求牢固耐用。”在启动开发时担任负责人的大西在回顾过去时这样说到。

原田回忆说,和精密器械零部件经销店负责人之间的谈话至今难忘。

诸如“‘南非产的比较好’、‘果然还是印度石头好’之类,都是有关石材的话题,刚开始根本不知道这是在说什么”

X射线发生装置、X射线检测器、工作台等需要石定盘这一部件,而石定盘是与CT摄影相关的主要组件。如果温度升高石定盘膨胀,则不能获得测量仪所需的精度。因此,石材的选择必须慎重。

与误差之间的战斗

学生时代,新坂在CAD模型、建模的研究中,也使用过高德平台的X射线CT。

“刚进公司时得知被安排到CT的开发部,我觉得很有干劲,但听说石材很重要后,就感觉有点困惑了。在机械装置方面,我完全是门外汉,我开始从‘为什么会发生热膨胀’之类的基础知识学起”。

新坂真正的实力,在X射线发生源的校正技术的开发中得以发挥。

“持续发出X射线时,X射线发生装置会产生热量,发生点会发生偏移。这导致放大倍率也出现偏差,尺寸也会变得不准确。为了保持发生点的稳定,我们编制了能够实时检测X射线的焦点位置,在重构数据时添加移动量的程序”

学生时代专攻数学的佐藤创建了“误差体系”。

“这里可能会移动,这里会移动,这里也会移动,我列出了所有可能发生误差的部位。无论如何敲打总都会有误差,我已经记不清楚有几十个地方了。我想出了一种又一种消除误差的方法,比如选择更加结实的石材、抑制温度变化等”。

从中计算出的温度变化的容许范围是20度±0.5度。根据这一结果,与其他部门合作,模拟吹入装置中的空调风的风向和风量,确定了保持装置内的温度保持均匀的位置。

除此之外,还遇到了很多其他的课题。特别是校正用夹具,在产品化之际,未在原型上发现的问题逐一显现,大家每天都在重复设计-测试这一过程。但是,团队的全体成员都清楚自身的职责,逐步解决了各种问题点。克服了众多难题后,2017年12月终于发布了测量用X射线CT系统“XDimensus 300”。

AIM-9000 Infrared Microscope

实现了世界顶级测量精度和观察能力的测量用X射线CT系统“XDimensus 300”

“与之前推出的产品相比,实现了产品尺寸的大幅缩小。另外,通常房间必须始终保持恒定的温度,现在不需要花费这个功夫。不必选择安装房间是它的很大优势,所以,来咨询购买的人也变多了”(大西)

要成为满足客户需求的理想装置,还有很多课题需要解决。但是,我们将努力攻克难题,开发工作稳步推进。装置和开发人员的进步将永不止步。

注:本文中所登载的被采访者的所属团体、职务名等为采访当时的情况。

开发故事

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