JP2004004092A - Ｘ線検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線源（１２）と第１及び第２のコリメータとを有するＸ線検査システム（１０）が提供される。
【解決手段】第１及び第２のコリメータは、Ｘ線ビームによって実際に照射されたターゲット（１８）の部分が選定された検査区域の寸法に実質的に等しくなるように、線源（１２）及びターゲット（１８）に対して配置される。そして、ターゲット（１８）に隣接し、第２のコリメータ（１４）に対向してＸ線検出器を配置してもよく、ターゲット（１８）と検出器との間に第３のコリメータを更に配置してもよい。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にＸ線検査装置に関し、より具体的には、Ｘ線検査装置用のコリメータに関する。
【０００２】
【従来技術】
工業用部品のＸ線検査システムにリニア検出器を使用することは公知である。リニア検出器は改良されたコントラスト解像度を提供でき、従ってデジタルＸ線撮影法（ＤＲ）及びコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）に適している。改良されたコントラスト解像度は、得られる画像への散乱Ｘ線の分散を減少させるＸ線コリメーションの使用により得られる。理想的には、Ｘ線源は、検査される部品上の検査領域を定めるフラットなＸ線ビーム平面を形成するように垂直方向にコリメートされる。不都合なことに、Ｘ線の焦点からのＸ線ビームには垂直方向の開きが存在する。この開きは、部品を望ましい検査区域の外側のＸ線に曝し、そのことがＸ線散乱を生じさせる。開きを最小にするためには、線源コリメータのアパーチャの寸法を縮小させることができるが、このことはＸ線焦点の垂直方向の遮蔽を招き、Ｘ線源の有効出力を減少させ、そのため部品検査時間を増大させる。垂直方向のコリメーションはまた、ターゲットとＸ線検出器との間で行われることができるが、この手法は、部品と検出器との距離を増加させ、コリメーションの効果を低下させる。そのことはまた、検査の有効視野（及び、従って検査可能な部品寸法）を縮小させ、焦点ぶれの影響を増大させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、Ｘ線源の出力を有効に利用しながら、有効なコリメーションを組み入れたＸ線検査システムへの要求がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の要求は、Ｘ線源と第１及び第２のコリメータとを有するＸ線検査システムを提供する本発明によって満たされる。第１及び第２のコリメータは、Ｘ線ビームによって実際に照射されたターゲットの部分が、選定された検査区域の寸法に実質的に等しくなるように、照射源及びターゲットに対して配置される。
【０００５】
本発明及び従来技術に優るその利点は、付随する図面を参照して、以下の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲を読むことによって明らかになるであろう。
【０００６】
本発明とみなされる主題は、本明細書の冒頭において具体的に指摘され、明確に請求されている。しかしながら、本発明は、付随する図面の図に関連してなされる以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図面において種々の図を通して同じ参照数字は同一の要素を示しているが、その図面を参照すると、図１は、本発明により製作された例示的なＸ線検査装置１０を示す。装置１０は、Ａで表されている中心ビーム軸線（これは装置全体のｘ軸に平行である）に沿って順次配置された幾つかの構成要素を備え、それらには高エネルギーＸ線源１２、プレターゲットコリメータ１４、ターゲット１８を支持するターゲット支持構造体１６、及び検出器組立体２０が含まれる。
【０００８】
線源１２、プレターゲットコリメータ１４、及び検出器組立体２０は、図１に示すガントリー１３のような支持構造体から吊り下げられており、該ガントリー１３は公知の方法で上昇及び下降されてターゲット１８に対してＸ線構成要素を垂直方向すなわちｚ方向に移動させることができる水平部材１５を含む。これら３つの構成要素の全てはまた、図１の矢印で示されるように、公知の手段によって装置１０のｘ軸に沿って個々に移動させることができる。
【０００９】
Ｘ線源１２は、特定の用途に必要なレベルのエネルギーを有するＸ線を発生できる、いずれの公知のＸ線源であってもよい。Ｘ線源１２は、ビームの垂直方向の分散を制限する、例えばアパーチャ２４を有する鉛製のスリット型コリメータ（図６を参照）である第１のコリメータ２２を含む。図示した実施例において、アパーチャ２４は、約３ｍｍ（０．１２インチ）の垂直方向寸法（高さ）及び約１００ｍｍ（３．９インチ）の水平方向寸法（幅）を有する。好適なＸ線源の１つは、米国８４１０４　　カリフォルニア州パロアルト，３１００　Ｈａｎｓｅｎ　ＷａｙのＶａｒｉａｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓから入手できる６ＭｅＶの出力のＬｉｎａｔｒｏｎ　Ｍ６リニア加速器である。例示的な実施形態においては、線源１２の焦点は、検出器（後述する）から約２．４ｍ（９６インチ）離れて配置されている。
【００１０】
図２、図３及び図４を参照すると、プレターゲットコリメータが詳細に示されている。プレターゲットコリメータ１４は、それを貫通して形成された開口部３０を有する平板状の本体２８を含む。１対のエンドピース３２（図３を参照）が、例えば締結具３４を用いて本体２８の各端部に取付けられる。エンドピースは、例えば植込みボルト３８によるような、プレターゲットコリメータ１４を支持構造体３６に取付けるための手段を含む。一対のコリメータ・ジョー４０が、本体２８の前面４２に取付けられる。コリメータ・ジョー４０は、平行に間隔をおいて配置された１対の横棒４４を含み、該横棒の各々はジョーピース４６を支持する。各ジョーピース４６の間のほぼ直方形の空間が、プレターゲットコリメータ１４のアパーチャ４８を形成する。ジョーピース４６は、タングステンのような放射線不透過性材料で製作され、ｘ方向のビームを阻止するのに十分な、例えば約７．６２ｃｍ（３インチ）の長さを有する。各横棒４４は、１対のピボットリンク５０によって、互いに対して移動可能な関係で平行に保持され、該ピボットリンク５０は、ピボットピン５２によってコリメータ本体２８と横棒４４の端部とに取付けられる。リンク５０のうちの１つは延長アーム５４を有し、該延長アーム５４は、ピボットピン５２及びねじ付きロッド５８によって可制御モータ５６に接続される。この配置は、モータ５６を作動させてリンク５０をピボット動させ、それによってジョーピースを互いに向かって又は互いから離れるように移動させることにより、アパーチャ４８の垂直方向の寸法（高さ）を特定の用途に適合するように調整することを可能にする。プレターゲットコリメータの作動機構は、モータ５６の制御に使用される手段（図示せず）にフィードバックを与えるための適当な公知の手段を含む。例えば、ＬＶＤＴのような位置センサ５７を上側横棒４４に取付けることができ、該位置センサの可動プローブ又はロッド５９が上側ジョーピース４６の孔を貫通して突出し下側ジョーピース４６に接触している。位置センサの出力は、ジョーピース４６間の隙間の直接的な測定値を提供し、モータ５６とジョーピース４６との間の可動部品のあらゆる過剰な動きと無関係にアパーチャ４８を制御することを可能にする。
【００１１】
図示した実施例においては、アパーチャ４８は、ほぼ０ｍｍ（０インチ）すなわち完全な閉鎖からほぼ６ｍｍ（０．２４インチ）まで調節されることができる。ジョー４６は、プレターゲットコリメータ１４の位置におけるビームの開きを包含するのに十分な距離だけｙ方向（ｘ軸及びｚ軸の両方に垂直な）に延びる幅を有する。図示した実施例においては、ジョー３６は、幅がほぼ６６ｃｍ（２６インチ）である。
【００１２】
ターゲット支持構造体１６は、ターゲット１８を支持しかつ操作するための手段を形成する。図１に示した例示的な支持構造体１６は、ターゲット１８を回転させることができるように動力が与えられたターンテーブル６０を備える。ターゲット１８は、図示した実施例に示されるように、台座のような適当な治具６４によりターンテーブルに取付けられる。治具６４には、クランプ又は締結具（図示せず）のような、ターゲット１８を固定するための公知の手段が組み込まれる。必要に応じて、支持構造体１６は更に、他の方法、例えばターゲット１８をターンテーブル６０の軸とは異なる他の軸の周りに回転させること、又はｘ、ｙあるいはｚ軸内でターゲット１８を移動させることなどによる方法で、ターゲット１８を操作するための公知の手段を含むことができる。
【００１３】
検出器組立体２０は、例えばリニア配列検出器１９のようなＸ線検出器１９とポストターゲットコリメータ２１とを含む。ポストターゲットコリメータは、公知の形式のものであり、一般的に、ビームを面内で（すなわち、第１のコリメータ２２及びプレターゲットコリメータ１４の方向に対して水平方向に又は垂直方向に）コリメートするように配置された放射線不透過性のプレートの配列を含む。
【００１４】
図５及び図６は、従来技術のシステムの作動と比較して、Ｘ線検査装置１０の作動を示す。図５を参照すると、従来技術のＸ線検査システム２１０は、垂直方向コリメータ２１４を有する線源２１２を含む。作動において、線源２１２は扇形のＸ線ビーム３００を発生し、このビーム３００は、図５にその中心線がＢで表されているターゲット１８に向かって進むにつれて発散する。この発散により、ターゲット１８は、図５にＨ１で表されているｚ方向での寸法を有する区域にわたってＸ線によって照射されるようになる。不都合なことに、Ｈ２で表されている望ましい検査区域のｚ方向寸法（高さ）は、非常に小さく、例えば約０．５ｍｍ（０．０２インチ）ほどに小さいものである。望ましい検査区域の外側の迷放射線は、Ｘ線の散乱を生じ、この散乱が、検査システムのコントラスト解像度及び測定精度の両方を低下させる。
【００１５】
図６は、本発明のＸ線検査装置１０の作動を示す。Ｘ線ビーム１００は、Ｘ線源１２内で発生される。Ｘ線ビーム１００は、焦点１１０から伝播し、第１のコリメータ２２の水平スリット状のアパーチャ２４を通過する。次にビーム１００は、中心ビーム軸線Ａに沿ってターゲット１８に向かって進むにつれて発散する。ビーム１００は、続いて、ターゲット１８に物理的に可能な限り近接して置かれたプレターゲットコリメータ１４のアパーチャ４８を通過する。プレターゲットコリメータ１４からターゲット１８までの距離が最小にされているので、ｚ方向に測定された図６にＨ３で表されているＸ線ビームに曝されたターゲット１８の部分は、望ましい検査区域の高さＨ２に実質的に等しくなり、従って迷放射線及び散乱が排除される。
【００１６】
図示した実施例においては、プレターゲットコリメータ１４は、ターゲット１８から約２．５ｃｍ（１インチ）離れて配置されている。これに対し、プレターゲットコリメータ１４を有していない類似の従来技術を使用する場合には、ターゲット１８は、線源コリメータから約１２５ｃｍ（４９インチ）離れて配置される。言うまでもなく、これらの寸法は単に代表的なものであり、特定の用途に適合するように変更することができる。考慮すべき重要な点は、ターゲット１８の操作に物理的に干渉することなく、プレターゲットコリメータ１４がターゲット１８に可能な限り近接するように該コリメータ１４を配置することである。
【００１７】
本発明の構成要素の配置は、Ｘ線源１２において必要とされるコリメーションを最小にし、ターゲット１８と検出器組立体２０との間の垂直方向のコリメーションに対する必要性を完全に排除する。加えて、本発明のＸ線検査装置１０の改良された画像形成性能により、複合材料及び部品の検査、複雑な部品及び組立体のリバースエンジニアリング、高解像度Ｘ線測定技術、並びに先行品検査及び妥当性確認のような用途にこの検査装置１０が有効に適用されることを可能にする。本発明により製作された装置は、検査速度の低下なしに、従来技術のシステムよりもコントラスト解像度において７０％もの、また測定精度において４０％もの改善を示した。
【００１８】
上記に、Ｘ線ビームによって実際に照射されたターゲットの部分が選定された検査区域の寸法に実質的に等しくなるように、第１及び第２のコリメータが線源及びターゲットに対して配置された、Ｘ線源と第１及び第２のコリメータとを有するＸ線検査システムを説明した。本発明の特定の実施形態を説明してきたが、これらの実施形態に対する多くの変更を、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく行うことができることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製作されたＸ線検査システムの側面図。
【図２】本発明のＸ線検査システムに使用するのに好適なプレターゲットコリメータの正面図。
【図３】図２のプレターゲットコリメータの側面図。
【図４】図２のプレターゲットコリメータの背面図。
【図５】従来技術のＸ線検査システムの概略側面図。
【図６】本発明のＸ線検査システムの概略側面図。
【符号の説明】
１０　Ｘ線検査装置
１２　Ｘ線源
１３　ガントリー
１４　プレターゲットコリメータ
１５　水平部材
１６　ターゲット支持構造体
１８　ターゲット
１９　Ｘ線検出器
２０　検出器組立体
２１　ポストターゲットコリメータ
２２　線源コリメータ
２４　アパーチャ
６０　ターンテーブル
６４　治具
Ａ　中心ビーム軸線

Claims (9)

1. 中心軸線に沿って順次配置された以下の要素、すなわち、
   前記中心軸線に沿って放射線のビームを投射できるＸ線源（１２）と、
   前記中心軸線に沿った第１の位置において該中心軸線と同軸に配置され、該中心軸線に垂直な第１の方向において第１の寸法を持つ第１のアパーチャを有する第１のコリメータ（２２）と、
   前記中心軸線に沿った第２の位置において該中心軸線と同軸に配置され、前記第１の方向において第２の寸法を持つ第２のアパーチャを有する第２のコリメータ（１４）と、
   前記中心軸線がターゲット（１８）の選定された検査区域を通過するようにするための手段と、
   を含み、
   前記第２のコリメータ（１４）の前記第２の位置及び前記第２のアパーチャの前記第２の寸法は、前記第１の方向で測定された前記ビームによって実際に照射された前記ターゲット（１８）の部分が該第１の方向で測定された前記選定された検査区域の寸法に実質的に等しくなるように選定される、
   ことを特徴とするＸ線検査システム（１０）。
2. 前記ターゲット（１８）に隣接し、前記第２のコリメータ（１４）に対向して配置されたＸ線検出器と、
   前記ターゲット（１８）と前記検出器との間に配置された第３のコリメータと、を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のＸ線検査システム（１０）。
3. 前記第３のコリメータが第３のアパーチャを有し、該第３のアパーチャが、前記中心軸線及び前記第１の方向に対して垂直方向に配向されていることを特徴とする、請求項２に記載のＸ線検査システム（１０）。
4. 中心軸線に沿って放射線のビームを投射できるＸ線源（１２）を設ける段階と、
   前記中心軸線に沿った第１の位置において該中心軸線と同軸に配置され、該中心軸線に垂直な第１の方向において第１の寸法を持つ第１のアパーチャを有する第１のコリメータ（２２）を設ける段階と、
   前記中心軸線に沿った第２の位置において該中心軸線と同軸に配置され、前記第１の方向において第２の寸法を持つ第２のアパーチャを有する第２のコリメータ（１４）を設ける段階と、
   前記中心軸線がターゲット（１８）の選定された検査区域を通過するようにするための手段を設ける段階と、
   を含み、
   第２のコリメータ（１４）を設ける前記段階が、前記第１の方向で測定された前記ビームによって実際に照射され前記ターゲット（１８）の部分が該第１の方向で測定された前記選定された検査区域の寸法に実質的に等しくなるように、前記第２の位置及び前記第２のアパーチャの前記第２の寸法を選定する段階を含む、
   ことを特徴とするＸ線検査法。
5. 前記ターゲット（１８）に隣接し、前記第２のコリメータ（１４）に対向して配置されたＸ線検出器を設ける段階と、
   前記ターゲット（１８）と前記検出器との間に配置された第３のコリメータを儲かる段階と、
   を更に含むことを特徴とする、請求項４に記載のＸ線検査法。
6. 前記第３のコリメータが第３のアパーチャを有し、該第３のアパーチャが、前記中心軸線及び前記第１の方向に対して垂直方向に配向されていることを特徴とする、請求項５に記載のＸ線検査法。
7. 中心軸線に沿って順次配置された以下の要素、
   前記中心軸線に沿って放射線のビームを投射できるＸ線源（１２）と、
   前記中心軸線に沿った第１の位置において該中心軸線と同軸に配置され、第１の方向に配向された第１のアパーチャを有する第１のコリメータ（２２）と、
   前記中心軸線に沿った第２の位置において該中心軸線と同軸に配置され、前記第１の方向に配向された第２のアパーチャを有する第２のコリメータ（１４）と、
   ターゲット（１８）を支持するための手段と、
   を含み、
   前記第２のコリメータ（１４）が、前記ターゲット（１８）に干渉することなく該ターゲット（１８）を支持するための前記手段に可能な限り接近して配置されている、
   ことを特徴とするＸ線検査システム（１０）。
8. 前記ターゲット（１８）に隣接し、前記第２のコリメータ（１４）に対向して配置されたＸ線検出器と、
   前記ターゲット（１８）と前記検出器との間に配置された第３のコリメータと、を更に含むことを特徴とする、請求項７に記載のＸ線検査システム（１０）。
9. 前記第３のコリメータが、前記第１の方向に対して垂直方向に配向されていることを特徴とする、請求項８に記載のＸ線検査システム（１０）。

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