CN111650223B - X射线检查装置以及x射线检查方法 - Google Patents

X射线检查装置以及x射线检查方法 Download PDF

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Abstract

提供X射线检查装置以及X射线检查方法，能够一边维持检测能力一边削减从TDI传感器传送的数据量，并且能够实时地传送数据。具有：X射线源；试样移动机构，其使试样沿特定的方向移动；TDI传感器；以及TDI运算部，其对沿着特定的方向的多个像素4g中的电荷的蓄积和传送进行控制，TDI运算部具有将进行了电荷的蓄积和传送的累积电荷的数据传送到外部的数据传送部，并且具有将能够检测试样的多列的线传感器4l预先设定为判断区域4A并在判断区域中检测试样的功能，数据传送部将在判断区域中检测到试样的像素的行及该行的周围的行设为检测行，仅对检测行的像素向外部传送累积电荷的数据。

Description

X射线检查装置以及X射线检查方法
技术领域
本发明涉及能够检测试样中的微小的异物等的X射线检查装置以及X射线检查方法。
背景技术
通常，为了检测试样中的微小的金属之类的异物等，使用了通过向试样照射X射线而取得的X射线透射像来进行检查的X射线透射检查。例如，近年来，在汽车、混合动力汽车、电动汽车等采用的锂离子二次电池中，作为正极的电极在Al膜的两个面上形成有Mn酸锂膜或Co酸锂膜。因此，若混入Fe、SUS等几十μm以上的异物，则有可能发生短路而出现电池的烧毁或性能降低，在制造时通过X射线透射检查来检测异物混入并将其除去。
作为检测这样的试样中的异物等的X射线检查装置，已经知晓当并行实施检查时，X射线源和线传感器等X射线检测器以夹着沿一个方向移动的试样的方式对置配置。
例如，在专利文献1和2中，提出了通过利用TDI传感器，即使是微小的异物也可高灵敏度地检测到的透射X射线分析装置或X射线检查装置。
在这些X射线检查装置中，使试样的移动速度与TDI传感器的电荷移动速度同步，通过将由TDI传感器的像素(摄像元件)产生的电荷传送并蓄积和累计在沿着试样的移动方向依次相邻的像素中，将S/N比高的累积电荷的数据设为X射线检测数据。
即，在通过连续地对宽幅片状的试样等进行X射线透射成像来检测试样中的异物时，使用了如下的TDI传感器作为检测器：将排列有多个像素的线传感器沿扫描方向平行地排列多列(多级)，将蓄积在1个线传感器的像素中的电荷传送到相邻的下一个线传感器。在该TDI传感器中，蓄积在第1列(1级面)的线传感器中的电荷被传送到第2列的线传感器，在第2列的线传感器中，将从第1列的线传感器传送的电荷与自身受光而蓄积的电荷相加而传送到第3列的线传感器。这样，在各线传感器中依次加上从前列(前级)的线传感器传送的电荷，传送到最终列的线传感器的累积电荷作为X射线检测数据而被输出。因此，在TDI传感器中，在列数(级数)为T的情况下，与单一的线传感器相比，蓄积了T倍的电荷，对比度为T倍，并且噪声降低，能够在堵塞下进行测定，同时提高了S/N比。
专利文献1：日本特开2013-36805号公报
专利文献2：日本特开2018-96796号公报
在所述现有技术中还存在以下的课题。
即，在现有的X射线检查装置中，检查速度越快，并且高性能的检测器(TDI传感器)所得到的信息越多，所输出的累积电荷的数据量就越多，传送到控制计算机等的数据量也越多。特别是由于试样的宽度变大，TDI传感器的线传感器的宽度也变大，并且试样的搬送速度提高，由此，需要增加TDI传感器的线传感器的列数(级数)，传送所需的数据量增大。另外，为了提高分辨率，也可以通过减小像素(元件)尺寸来增大像素数(元件数)，或者提高各像素(元件)的灵敏度来增大检测数据量，同样地，传送数据量增大。
当这样传送的数据量增大时，对于庞大的数据量，控制计算机中的信号处理会产生延迟或泄漏，存在难以实时地进行数据传送的不良情况。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供如下的X射线检查装置和X射线检查方法：能够在维持检测能力的同时削减从TDI传感器传送的数据量，并且能够实时地进行数据传送。
为了解决所述课题，本发明采用了以下的结构。即，本发明的X射线检查装置的特征在于，该X射线检查装置具有：X射线源，其对试样照射X射线；试样移动机构，其在照射来自所述X射线源的X射线的期间使所述试样沿特定的方向移动；TDI传感器，其相对于所述试样设置在与所述X射线源相反的一侧，并且沿着所述特定的方向具有多列沿着与所述特定的方向垂直的方向排列有多个像素的线传感器，从而使所述像素排列成矩阵状，该TDI传感器利用所述像素来检测透过了所述试样的所述X射线；以及TDI运算部，其对沿着所述特定的方向的多个所述像素中的电荷的蓄积和传送进行控制，所述TDI运算部具有将进行了所述电荷的蓄积和传送的累积电荷的数据传送到外部的数据传送部，并且具有如下的功能：将能够检测所述试样的多列的所述线传感器预先设定为判断区域，在所述判断区域中检测所述试样，所述数据传送部将在所述判断区域中检测到所述试样的所述像素的行及该行的周围的行设为检测行，仅对所述检测行的像素向外部传送所述累积电荷的数据。
在该X射线检查装置中，TDI运算部具有将能够检测试样的多列的线传感器预先设定为判断区域并在判断区域中检测试样的功能，数据传送部将在判断区域中检测到试样的像素的行及该行的周围的行设为检测行，仅对检测行的像素向外部传送累积电荷的数据，因此能够削减向控制计算机等的外部传送的累积电荷的数据量。即，仅将检测行的累积电荷的数据设为异物检测所需的信息，不将不需要的其他行(非检测行)的累积电荷的数据作为检查结果来传送，而是进行筛选，由此，能够削减数据量而向外部实时地传送数据。
第2发明的X射线检查装置在第1发明中的特征在于，所述TDI运算部将所述线传感器的全部列中的随着所述试样的移动而能够最先检测到所述试样的多列的所述线传感器预先设定为所述判断区域，在由比所述判断区域靠后列的所述线传感器构成的区域中，对仅与所述检测行的像素相邻的下一列的像素进行所述电荷的蓄积和传送。
即，在该X射线检查装置中，TDI运算部在由比判断区域靠后列的线传感器构成的区域中仅在检测行的像素进行针对相邻的下一列的像素的电荷的蓄积和传送，因此在由比判断区域靠后列的线传感器构成的区域中不对检测行以外的像素进行电荷的蓄积和传送，由此，能够削减TDI运算部对电荷的蓄积和传送的处理，能够降低TDI运算部的运算电路(FPGA(field-programmable gate array：场程序逻辑阵列))等的负荷。
第3发明的X射线检查装置在第1或第2发明中的特征在于，所述TDI运算部能够根据所述试样的材料来任意地设定所述判断区域的所述线传感器的列数。
即，在该X射线检查装置中，TDI运算部能够根据试样的材料来任意地设定判断区域的线传感器的列数，因此例如能够根据试样的基体材料等任意地设定判断区域的范围，由此，能够根据试样的材料来适当地提高判断区域中的异物的检测精度。
第4发明的X射线检查方法的特征在于，该X射线检查方法具有以下步骤：X射线照射步骤，由X射线源对试样照射X射线；试样移动步骤，在照射来自所述X射线源的X射线的期间使所述试样沿特定的方向连续地移动；X射线检测步骤，在TDI传感器中利用像素来检测透过了所述试样的所述X射线，其中，TDI传感器相对于所述试样设置在与所述X射线源相反的一侧，沿着所述特定的方向具有多列沿着与所述特定的方向垂直的方向排列有多个所述像素的线传感器，从而使所述像素排列成矩阵状；TDI运算步骤，进行沿着所述特定的方向的多个所述像素中的电荷的蓄积和传送；以及数据传送步骤，将在所述TDI运算步骤中进行了所述电荷的蓄积和传送的累积电荷的数据传送到外部，在所述TDI运算步骤中，将能够检测所述试样的多列的所述线传感器预先设定为判断区域，在所述判断区域中进行检测所述试样的判断，在所述数据传送步骤中，将在所述判断区域中检测到所述试样的所述像素的行及该行的周围的行设为检测行，仅对所述检测行的像素向外部传送所述累积电荷的数据。
第5发明的X射线检查方法在第4发明中的特征在于，在所述TDI运算步骤中，将所述线传感器的全部列中的随着所述试样的移动而能够最先检测到所述试样的多列的所述线传感器预先设定为所述判断区域，在由比所述判断区域靠后列的所述线传感器构成的区域中，仅在所述检测行的像素中进行所述电荷的蓄积和传送。
根据本发明，起到以下的效果。
即，根据本发明的X射线检查装置和X射线检查方法，将能够检测试样的多列的线传感器预先设定为判断区域，将在判断区域中检测到试样的像素的行及该行的周围的行设为检测行，仅对检测行的像素向外部传送累积电荷的数据，因此能够削减向控制计算机等的外部传送的累积电荷的数据量。
因此，在本发明的X射线检查装置和X射线检查方法中，即使在短时间或大量的X射线入射到TDI传感器的情况下，也能够实时地向控制计算机等的外部传送数据，消除信号处理的延迟或遗漏。
附图说明
图1是在本发明的X射线检查装置和X射线检查方法的本实施方式中示出TDI传感器的判断区域的说明图。
图2是在本实施方式中示出X射线检查装置的概略的整体结构图。
图3是在本实施方式中示出TDI传感器的立体图。
图4是在本实施方式中与判断区域中的异物的检测和检测行的设定相关的说明图。
标号说明
1：X射线检查装置；2：X射线源；3：试样移动机构；4：TDI传感器；4A：判断区域；4B：由比判断区域靠后列的线传感器构成的区域；4g：像素；4l：线传感器；5：TDI运算部；6：数据传送部；L1：检测行；L2：非检测行；S：试样；X1：X射线；Y1：特定的方向
具体实施方式
以下，参照图1至图4对本发明的X射线检查装置和X射线检查方法的一个实施方式进行说明。
如图1至图3所示，本实施方式的X射线检查装置具有：X射线源2，其对试样S照射X射线X1；试样移动机构3，其使试样S在照射来自X射线源2的X射线X1的期间沿特定的方向Y1移动；TDI传感器4，其相对于试样S设置在与X射线源2相反的一侧，并且沿着特定的方向Y1具有多列沿着与特定的方向Y1垂直的方向排列有多个像素4g的线传感器4l，从而使像素4g排列成矩阵状，该TDI传感器4利用像素4g来检测透过了试样S的X射线X1；以及TDI运算部5，其对沿着特定方向Y1的多个像素4g中的电荷的蓄积和传送进行控制。
TDI运算部5具有数据传送部6，该数据传送部6将进行了所述电荷的蓄积和传送的累积电荷的数据传送到外部。
TDI运算部5具有如下的功能：将能够检测试样S的多列线传感器4l预先设定为判断区域4A，在判断区域4A中检测试样S。
上述数据传送部6具有如下的功能：将在判断区域4A中检测到试样S的像素4g的行及该行周围的行设为检测行L1，仅针对检测行L1的像素4g向外部传送累积电荷的数据。
另外，TDI运算部5还具有如下的功能：将随着试样S的移动而能够最先检测到试样S的多列线传感器4l预先设定为判断区域4A，在由比判断区域4A靠后列的线传感器4l构成的区域4B中仅在检测行L1的像素4g中进行电荷的蓄积和传送。即，对于异物X的检测行L1以外的非检测行L2，可以不在沿行方向相邻的像素4g中进行电荷的累计。另外，TDI传感器4的像素4g的电荷的传送方向(扫描方向Y2)沿着试样S的移动方向(特定的方向Y1)。
另外，上述区域4B是由在扫描方向Y1上比处于前列(前级)的判断区域4A靠后列(后级)的多个线传感器4l构成的区域。
在本实施方式中，如图1所示，例如将判断区域4A的线传感器4l的列数设定为相对于全部列数为1成的列数，但TDI运算部5可以根据试样S的材料来任意地设定判断区域4A的线传感器4l的列数。
例如，在试样S的基体材料为金属的情况下，当设定为与为树脂的情况下应用的范围相同的判断区域4A时，如果是X射线X1难以透射的金属，则难以明确异物X的对比度。因此，与树脂的情况相比，在金属的情况下，通过扩大判断区域4A的范围(将判断区域4A的线传感器4l的列数设定得多)而设定为可得到充分的对比度，从而能够提高判断区域4A中的异物检测的精度。
此外，本实施方式的X射线检查装置1具有：外部的主控制部7，其与所述各结构连接而分别对各结构进行控制；以及显示部8，其根据所传送的数据来显示表示透射X射线的强度的分布的透射像。
上述主控制部7是由CPU等构成的控制计算机。包含如下的运算处理电路等：根据所输入的来自TDI传感器4的信号(上述数据)来进行图像处理而生成透射像，接着将该图像显示于显示部8。
上述显示部8是与主控制部7连接而显示对比度像等的显示装置。该显示部8能够根据来自主控制部7的控制来显示各种信息。
上述X射线源2是能够照射X射线X1的X射线管球，从管球内的灯丝(阴极)产生的热电子被施加在灯丝(阴极)与目标(阳极)之间的电压加速并与目标的W(钨)、Mo(钼)、Cr(铬)等发生冲突，从而产生X射线X1，将该X射线X1作为1次X射线从铍箔等的窗射出。
上述试样S例如是形成为带状的Li离子电池用的材料或医药品中使用的材料。例如，在试样S是在Li离子二次电池中使用的电极片等的情况下，混入其中的异物例如是担心作为异物混入电极中的Fe、SUS。
上述试样移动机构3是能够相对于TDI传感器4例如在试样S的延伸方向上相对移动的电机等。上述试样移动机构3具有例如使带状的试样S以卷对卷(roll to roll)的方式沿延伸方向移动的至少一对辊(省略图示)等。
上述TDI(Time Delay Integration：时间延迟积分)传感器4使用了CCD(Charge-Coupled Device：电荷耦合元件)传感器，CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)传感器、CdTe或Si等半导体传感器。例如，如图3所示，上述TDI(Time Delay Integration)传感器4是在与试样S的移动方向(特定的方向Y1)垂直的方向和平行的方向上分别配置有多个像素4g(单元、传感器元件)的X射线检测器，该TDI传感器4具有配置于检测面4a的荧光体4b、在荧光体4b下将多个光纤二维地纵横排列多列而配置的FOP(纤维光学板)4c、以及配置在FOP 4c之下的Si受光元件4d，该TDI传感器4具有将线传感器4l排成多列而成的结构。例如，在试样S的进给方向上排列200～1000列(级)的单位线传感器4l而构成TDI传感器4。
在该TDI传感器4中，使用了CsI(碘化铯)、GOS(氧硫化钆)或YAG(钇铝石榴石)等荧光体4b。
另外，TDI传感器4按照沿着特定的方向Y1排列的像素4g的间距(传感器间距)Lt进行电荷蓄积和电荷传送。
接着，对使用了本实施方式的X射线检查装置1的X射线检查方法进行说明。
本实施方式的X射线检查方法具有如下的步骤：X射线照射步骤，由X射线源2对试样S照射X射线X1；试样移动步骤，在照射来自X射线源2的X射线X1的期间使试样沿特定的方向Y1连续地移动；X射线检测步骤，在TDI传感器4中利用像素4g来检测透过了试样S的X射线X1，其中，该TDI传感器4相对于试样S设置在与X射线源2相反的一侧，并且沿着特定的方向Y1具有多列沿着与特定的方向Y1垂直的方向排列有多个像素4g的线传感器4l，从而使像素4g排列成矩阵状；TDI运算步骤，进行沿着特定的方向Y1的多个像素4g中的电荷的蓄积和传送；以及数据传送步骤，将在TDI运算步骤中进行了电荷的蓄积和传送的累积电荷的数据传送到外部。
在上述TDI运算步骤中，TDI运算部5将随着试样S的移动而能够最先检测到试样S的多列的线传感器4l预先设定为判断区域4A，仅在判断区域4A中进行检测试样S的判断。
另外，在数据传送步骤中，数据传送部6将在判断区域4A中检测到试样S的像素4g的行及该行的周围的行设为检测行L1，仅对检测行L1的像素4g向外部传送累积电荷的数据。
在上述本实施方式的X射线检查方法中，首先，通过试样移动机构3使试样S在对置的X射线源2与TDI传感器4之间沿特定的方向Y1按照一定速度移动。另外，该试样S具有与试样S和TDI传感器4的距离相比非常小的厚度。
接着，从X射线源2向试样S照射X射线X1，并且利用TDI传感器4来检测透过了试样S和异物的透射X射线。
此时，通过试样移动机构3使试样S沿特定的方向Y1移动，但在试样S中存在异物X的情况下，首先，TDI运算部5根据判断区域4A中的透射X射线的强度分布来检测异物X，并且确定检测到异物X的像素4g的行。
对所移动的同一异物X进行透射的X射线X1通过并照射在沿着特定的方向Y1的同一行的像素4g中。因此，异物检查所需的信息是由检测到异物X的像素4g的行以及其周围的一部分的行构成的检测行L1的像素4g的信息，检测行L1以外的行即非检测行L2的像素4g被判定为在判断区域4A中不存在异物X，不需要该信息。
因此，TDI运算部5在判断区域4A中进行有无异物X的辨别，对异物X的检测行L1进行沿着特定的方向Y1的多个像素4g中的电荷的蓄积和传送。与此相伴地，数据传送部6仅将异物X的检测行L1中的进行了电荷的蓄积和传送的累积电荷的数据传送到外部的主控制部7。
另外，在判断区域4A中存在异物X的部位与不存在异物X的部分相比，X射线X1的透射量不同，因此存在异物X的部位的对比度与除此以外的部位的对比度不同，因此TDI运算部5能够检测出存在异物X。
例如，如图4所示，在得到了基于判断区域4A中的累积电荷的数据的透射X射线X1的强度分布的情况下，TDI运算部5的数据传送部6将主要是噪声成分的基线B设为强度100％，并且将有无异物X的判定线H设定为强度95％。在强度比该判定线H低的情况下，判断为存在异物X，将其强度小于95％的像素4g的行及该行的周围的行(即，从检测到异物X的像素4g的行的中心到两侧的50pixel(像素)的行)设定为检测行L1。这样，包括检测到异物X的行在内的一部分的行(即检测到异物X的行及该行的周围(两侧)的多个行)被设定为检测行L1。
另外，判定线H只要是强度比基线B足够低的值即可，根据想要检测的异物X的尺寸等来决定。例如，越是目标大的异物X，数值被设定得越小。另外，基线B根据判断区域4A的最初几行、拍摄到的像素4g的亮度值来决定。
在TDI运算步骤中，也可以在由比判断区域4A靠后列的线传感器4l构成的区域4B中，仅在检测行L1的像素4g进行针对相邻的下一列的像素4g的电荷的蓄积和传送。即，关于不检测异物X的非检测行L2，由于不传送到主控制部7，所以也可以设定为不进行非检测行L2中的各像素4g的电荷的蓄积(累计)和传送。
在主控制部7中，输出并保存所传送的检测行L1的累积电荷的数据，并且根据需要来基于累积电荷的数据取得透射X射线的强度分布。
此外，利用主控制部7对如上述那样取得的检测行L1的透射X射线的强度分布进行图像处理而生成透射像，并且在显示部8中显示透射像。
这样，在本实施方式的X射线检查装置1中，TDI运算部5具有将能够检测试样S的多列的线传感器4l预先设定为判断区域4A并在判断区域4A中检测试样S的功能，数据传送部6将在判断区域4A中检测到试样S的像素4g的行及该行的周围的行设为检测行L1，仅对检测行L1的像素4g向外部传送累积电荷的数据，因此能够削减向主控制部7传送的累积电荷的数据量。
即，仅将检测行L1的累积电荷的数据作为异物检测所需的信息，不将不需要的其他行(非检测行L2)的累积电荷的数据作为检查结果来传送，而是进行筛选，由此，能够削减数据量而实时地向外部传送数据。
另外，TDI运算部5在由比判断区域4A靠后列的线传感器4l构成的区域4B中仅在检测行L1的像素4g进行针对相邻的下一列的像素4g的电荷的蓄积和传送，由此，在由比判断区域4A靠后列的线传感器4l构成的区域4B中不对检测行L1以外的像素4g进行电荷的蓄积和传送，能够削减TDI运算部5对电荷的蓄积和传送的处理，并且能够减小TDI运算部5的运算电路等的负荷。
另外，TDI运算部5能够根据试样S的材料来任意地设定判断区域4A的线传感器4l的列数，因此例如根据试样S的基体材料等任意地设定判断区域4A的范围，由此，能够根据试样S的材料来适当提高判断区域4A中的异物X的检测精度。
另外，本发明的技术范围并不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。
例如，在上述实施方式中，将线传感器的全部列中的随着试样的移动而能够最先检测到试样的多列的线传感器预先设定为判断区域，但TDI运算部也可以将TDI传感器的全部列设定为判断区域，在TDI传感器的全部列中实施电荷的蓄积，从而根据从线传感器的最初列到最终列进行了电荷的蓄积和传送的累积电荷的数据来判断异物的有无。
在该情况下，数据传送部仅将使用线传感器的全部列(判断区域)检测到的异物的检测行中的进行了电荷的蓄积和传送的累积电荷的数据传送到外部的主控制部。

Claims (5)

1.一种X射线检查装置，其特征在于，该X射线检查装置具有：
X射线源，其对试样照射X射线；
试样移动机构，其在照射来自所述X射线源的X射线的期间使所述试样沿特定的方向移动；
TDI传感器，其相对于所述试样设置在与所述X射线源相反的一侧，并且沿着所述特定的方向具有多列沿着与所述特定的方向垂直的方向排列有多个像素的线传感器，从而使所述像素排列成矩阵状，该TDI传感器利用所述像素来检测透过了所述试样的所述X射线；以及
TDI运算部，其对沿着所述特定的方向的多个所述像素中的电荷的蓄积和传送进行控制，
所述TDI运算部具有将进行了所述电荷的蓄积和传送的累积电荷的数据传送到外部的数据传送部，并且具有如下的功能：将能够检测所述试样中的异物的多列的所述线传感器预先设定为判断区域，在所述判断区域中检测所述异物，
所述数据传送部将在所述判断区域中检测到所述异物的所述像素的行及该行的周围的行设为检测行，仅针对所述检测行的像素向外部传送所述累积电荷的数据。
2.根据权利要求1所述的X射线检查装置，其特征在于，
所述TDI运算部将所述线传感器的全部列中的随着所述试样的移动而能够最先检测到所述异物的多列的所述线传感器预先设定为所述判断区域，在由比所述判断区域靠后列的所述线传感器构成的区域中，仅在所述检测行的像素中进行所述电荷的蓄积和传送。
3.根据权利要求1或2所述的X射线检查装置，其特征在于，
所述TDI运算部能够根据所述试样的材料来任意地设定所述判断区域的所述线传感器的列数。
4.一种X射线检查方法，其特征在于，该X射线检查方法具有以下步骤：
X射线照射步骤，由X射线源对试样照射X射线；
试样移动步骤，在照射来自所述X射线源的X射线的期间使所述试样沿特定的方向连续地移动；
X射线检测步骤，在TDI传感器中利用像素来检测透过了所述试样的所述X射线，其中，所述TDI传感器相对于所述试样设置在与所述X射线源相反的一侧，沿着所述特定的方向具有多列沿着与所述特定的方向垂直的方向排列有多个所述像素的线传感器，从而使所述像素排列成矩阵状；
TDI运算步骤，进行沿着所述特定的方向的多个所述像素中的电荷的蓄积和传送；以及
数据传送步骤，将在所述TDI运算步骤中进行了所述电荷的蓄积和传送的累积电荷的数据传送到外部，
在所述TDI运算步骤中，将能够检测所述试样中的异物的多列的所述线传感器预先设定为判断区域，在所述判断区域中进行检测所述异物的判断，
在所述数据传送步骤中，将在所述判断区域中检测到所述异物的所述像素的行及该行的周围的行设为检测行，仅针对所述检测行的像素向外部传送所述累积电荷的数据。
5.根据权利要求4所述的X射线检查方法，其特征在于，
在所述TDI运算步骤中，将所述线传感器的全部列中的随着所述试样的移动而能够最先检测到所述异物的多列的所述线传感器预先设定为所述判断区域，在由比所述判断区域靠后列的所述线传感器构成的区域中，仅在所述检测行的像素中进行针对相邻的下一列的像素的、所述电荷的蓄积和传送。
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