JP2004077486A - 多重焦点ｘ線検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】　利用可能なＸ線出力を効率良く利用する多重焦点Ｘ線検査システムを提供する。
【解決手段】　互いにほぼ平行なビームであり、且つ各々が１つの検査平面（１２７）を規定する２つ以上のビームを発生する手段を有するＸ線源（１１０）と、各々がビームのうちの１つと整列されている複数の検出器アレイを有するＸ線検出器（１１６）と、Ｘ線源（１１０）とＸ線検出器（１１６）との間に被検体を支持する手段とを具備するＸ線検査システム（１００）が提供される。２つ以上のビームを発生する手段は電子銃と、電子銃により発生された電子ビームをターゲット上の複数の焦点（１２１）へステアリングする手段とを含んでいても良い。
【選択図】　図２

Description

　本発明は一般にＸ線検査システムに関し、特に多重焦点Ｘ線源を使用するＸ線検査システムに関する。

　例えば、デジタルＸ線撮影（ＤＲ）又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）を使用して、Ｘ線によって工業用部品を検査することは知られている。それらの方法に使用されるＸ線源は、緻密な（一般にタングステン）ターゲットに向かって電子を加速することによりＸ線を発生する。発生されるＸ線の数は、主に、電子が入射するターゲット上の領域を冷却する能力により限定される。検査時間はＸ線出力に正比例する関係にあり、Ｘ線出力は焦点サイズに正比例する関係にある。しかし、焦点サイズは画像分解能とは反比例の関係にある。従って、検査速度と画質との間で何らかの妥協点を見出さなければならない。また、Ｘ線検出装置は、すぐれた散乱拒絶を示し、コンピュータ断層撮影に非常に適している線形Ｘ線検出器を含む。しかし、Ｘ線ビームは線形スライスにコリメートされるため、利用可能な円錐形Ｘ線源出力を最大限には利用していない。その結果、検査時間が長くなり、コストも増加する。

　従って、Ｘ線源の利用を改善する方法及び装置が必要とされている。

　以上述べた必要性は、互いにほぼ平行であり、各々が１つの検査平面を規定する２つ以上のビームを発生する手段を有するＸ線源と、各々が検査平面のうちの１つと整列されている２つ以上の検出器アレイを有するＸ線検出器と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に被検体を支持する手段とを具備するＸ線検査システムを提供する本発明により満たされる。２つ以上のビームを発生する手段は電子銃と、電子銃により発生された電子ビームをターゲット上の複数の焦点へステアリングする手段とを含んでいても良い。

　本発明及び従来の技術と比較した場合の本発明の利点は、添付の図面を参照しながら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り明白になるであろう。

　発明としてみなされる対象は本明細書の冒頭部分に特定して指摘され且つ明確に特許請求されている。しかし、本発明は添付の図面と関連させた以下の説明を参照することにより最も良く理解されるであろう。

　図面を参照すると、様々な図を通して同じ図中符号は同じ要素を指示する。図面中、図１は、従来の技術のＸ線検査システム１０の概略側面図を示す。システム１０は、被検体１４（例えば、検査されるべきガスタービンエンジンの１構成要素）の両側に配置されたＸ線源１２及び検出器アセンブリ１６を含む。Ｘ線源１２は、タングステンなどの緻密な材料から成るターゲット（図示せず）の焦点２１へ電子のビーム２０を導く電子銃１８を具備する。その結果、ターゲットからＸ線のビーム２２が放出される。Ｘ線ビーム２２は開口部２６を有するＸ線源コリメータ２４に入射する。Ｘ線ビーム２２の一部はＸ線出力ビーム２８として開口部２６から出射する。Ｘ線出力ビーム２８は被検体１４を通過し、その間に被検体１４の密度及び構造に応じて様々に異なる程度まで減衰される。その後、出力ビーム２８は、この例では３つの互いに隣接する線形検出器アレイ３０、３２及び３４から構成される検出器アセンブリ１６に入射する。

　この従来の装置のＸ線検出平面（図１に図中符号３１、３３及び３５により示される）は全て焦点２１を含んでいなければならないために、平行ではない。この問題を軽減するために使用できる周知の計算方法はいくつかあるが、要求される計算が複雑であるので、それらの方法には正確さ、時間及びコストに関して制限がある。更に、Ｘ線源コリメータ２４の開口部２６は１本のＸ線ビームにより全ての検出器アレイを照射できるように十分に大きな寸法でなければならないため、散乱拒絶が減少し、従って、画質の低下が起こる。本発明に従って構成されたＸ線検査システム１００の一例を図２に示す。図示されているシステムは３つの焦点を有するが、本発明はこの数には限定されず、４つ以上又は２つ以下の焦点も使用して差し支えない。システム１００は、被検体１１４（例えば、検査されるべきガスタービンエンジンの一構成要素）の両側に配置されたＸ線源１１０及び検出器アセンブリ１１６を含む。Ｘ線源１１０、検出器アセンブリ１１６及び被検体１１４は、図示されていない周知の手段により、図２に示す相対位置に支持されている。例えば、Ｘ線源１１０と検出器アセンブリ１１６はガントリーにより懸垂されていても良く、一方、被検体１１４はペデスタル、ターンテーブル又は部品マニピュレータ上でＸ線源１１０と検出器アセンブリ１１６との間に支持されていても良い。Ｘ線源１１０は、電子のビーム１２０を放出する電子銃１１８を含む。図示されている例では、電子ビーム１２０は、以下に更に詳細に説明するように、タングステンなどの緻密な材料から成るターゲット（図示せず）上の焦点１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ上へ順次偏向、すなわち、「ステアリング」される。その結果、ターゲットからＸ線ビーム１２２ａ、１２２ｂ及び１２２ｃが放出される。Ｘ線ビーム１２２は開口部１２６ａ、１２６ｂ及び１２６ｃを有するＸ線源コリメータ１２４に入射する。Ｘ線ビーム１２２の一部は扇形Ｘ線出力ビーム１２８ａ、１２８ｂ及び１２８ｃとして開口部１２６から出る。出力ビーム１２８は被検体１１４を通過し、その間に被検体１１４の密度及び構造に応じて様々に異なる程度に減衰される。その後、出力ビーム１２８は、この例では図中符号１３０、１３２及び１３４でそれぞれ示された３つの互いに隣接する線形検出器アレイから構成されるものとして示されている検出器アセンブリ１１６に入射する。図示されている例では、これらのアレイの各々は、図３に示すように、出力ビーム１２８に対して半径方向に整列された複数の検出器要素１１５からなる弓形アセンブリである。直線アレイなどの他の検出器形状も使用可能であろう。

　焦点１２１は、コリメートされた後のＸ線出力ビーム１２８ａ、１２８ｂ及び１２８ｃの境界によりそれぞれ規定される、図２の図中符号１２７ａ、１２７ｂ及び１２７ｃにより示されたＸ線検査平面の中に位置している。図２に示すように、出力ビーム１２８は互いにほぼ平行である。更に、各々の焦点１２１と、それに関連するコリメータ開口部１２６及び検出器アレイは全て対応する検出平面１２７とそれぞれ整列されている。すなわち、焦点の垂直方向間隔及び位置は、各検査平面１２７が焦点１２１、コリメータ開口部１２６及び対応する検出器アレイの中心を通るように選択されている。コリメータ１２４の厚さと、個々の開口部１２６の位置及び寸法は、検査平面１２７を適正に規定すると共に、余分なＸ線の寄与を排除するように選択されている。すなわち、個々の開口部１２６は、それぞれ、その開口部が整列されている焦点以外の全ての焦点からのＸ線寄与を拒絶する。特定の用途に合わせて必要な数の焦点、出力ビーム及び検出器アレイを使用すれば良い。

　以上説明したように平行で、離間した複数のＸ線ビームを発生するために複数の焦点を使用することにより、Ｘ線散乱を最小にし且つ利用可能なＸ線出力を効率良く利用しつつ、所定の期間の中で被検体１１４の相対的に広い面積の部分を走査することができる。図２に示すように、複数の平行ビームの使用により、Ｘ線の照射を受けず、従って、散乱に寄与しない被検体１１４の空隙領域１２９が形成される結果となる。更に、複数の焦点１２１の使用により、焦点が１つの場合と比較してターゲット上の有効領域が拡大する。従って、複数の焦点１２１の各々が単一の焦点と同じ大きさ、同じ特性を有することが可能であり、その一方で、ターゲットの機械的特性及び熱特性、並びにその冷却能力との両立は依然として残される。個別の焦点１２１は、それぞれを所望の焦点サイズに維持しつつ、冷却のために組み合わせ総面積を拡大できるように、他の焦点からは十分に間隔をおいた位置に配置されている。

　図２に概略的に示すように電子ビーム１２０を走査するための様々な手段が知られている。例えば、電子ビーム１２０の進行方向を変更するために使用される可変電界又は可変磁界を発生させるために偏向コイルを使用しても良い。ターゲット上に複数の焦点１２１を形成できる周知のどのような手段を使用しても良い。

　複数のＸ線ビームを形成するために使用できるであろうと考えられる装置の１つを図４に示す。可変電流電源４０は偏向コイル４１に接続されている。偏向コイル４１はＸ線源３９の、電子銃４４によりＸ線源３９で発生される電子ビーム４２の経路の付近の場所に装着されている。この電子ビーム４２はターゲット４５（例えば、タングステン陽極）の表面に入射し、Ｘ線のビーム４６が発生される。電子ビーム４２が入射するターゲット４５の表面上の場所が焦点４７である。

　偏向コイル４１は、破線５２により示す通り、周知のように閉鎖経路を描く磁束を発生する。コイル４１と電子ビーム４２との幾何学的位置関係は、電子ビーム４２の経路に対してほぼ垂直で、ほぼ均一な磁界を発生するように選択されている。電子ビームの速度と磁束ベクトルのクロス乗積に等しい力が電子ビーム４２に作用して、電子ビーム４２を偏向し、焦点４７を移動させる。図４において、移動の方向は紙面に対して垂直であり、偏向コイル４１は、発生されるＸ線がその中央開口部５３を通過するように位置決めされている。この移動の方向は偏向コイル４１を通って流れる電流の方向、従って、電源４０に対する入力信号の極性によって決まる。電源４０に対する入力信号は、制御信号を供給することが可能である周知のいずれかの装置、例えば、コンピュータ化コントローラなどであっても良いコントローラ４３により供給される。動作中、偏向コイル４１に対する電流の流れはターゲット４５における別個の焦点に順次入射するように変化される。このように、ビームは焦点の数に比例して時多重化される。例えば、３つの焦点が使用されている場合、電子ビームは、平均で電子銃が動作している時間の三分の一ずつの時間、各々の焦点へ誘導されるであろう。このビーム偏向方法は必要に応じた数の別個の焦点を形成するために使用できるであろう。

　本発明の複数の焦点は、多重電子銃システム（図示せず）を使用することによっても形成できるであろう。この場合、Ｘ線源の中に２つ以上の個別の電子銃が互いに隣接して配置され、各電子銃はターゲット上のそれぞれ異なる焦点に入射する電子ビームを発生する。

　以上、互いにほぼ平行であり、各々が１つの検査平面を規定する２つ以上のビームを発生する手段を有するＸ線源と、各々が前記ビームのうちの１つと整列されている２つ以上の検出器アレイを有するＸ線検出器と、Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に被検体を支持する手段とを具備するＸ線検査システムを説明した。２つ以上のビームを発生する手段は電子銃と、電子銃により発生された電子ビームをターゲット上の複数の焦点へステアリングする手段とを含んでいても良い。本発明の特定の実施例を説明したが、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の趣旨の範囲から逸脱せずにそれらの実施例に対して様々な変形を実施できることは当業者には明白であろう。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。

従来の技術のＸ線検査システムの概略側面図。 本発明に従って構成されたＸ線検査システムの概略側面図。 図１のＸ線検査システムの概略平面図。 ビームステアリング機構の一例を示す図。

符号の説明

　１００…Ｘ線検査システム、１１０…Ｘ線源、１１４…被検体、１１６…Ｘ線検出器アセンブリ、１１８…電子銃、１２１…焦点、１２４…コリメータ、１２６…開口部、１２７…Ｘ線検査平面、１２８…Ｘ線出力ビーム

Claims (4)

1. 互いにほぼ平行であり、各々が１つの検査平面（１２７）を規定する２つ以上のビームを発生する手段を有するＸ線源（１１０）と、
   　各々が前記検査平面のうちの１つと整列されている２つ以上の検出器アレイを具備するＸ線検出器（１１６）と、
   　前記Ｘ線源（１１０）と前記Ｘ線検出器（１１６）との間に被検体を支持する手段とを具備するＸ線検査システム（１００）。
2. 前記Ｘ線源（１１０）は、
   　各々が前記検査平面（１２７）のうちの１つに含まれている２つ以上の焦点（１２１）と、
   　前記焦点（１２１）の数と等しい数の開口部（１２６）を有し、前記開口部（１２６）の各々は前記検査平面（１２７）のうちの１つと整列されているコリメータ（１２４）とを更に含む請求項１記載のＸ線検査システム（１００）。
3. 被検体を検査する方法において、
   　各々が１つの検査平面（１２７）を規定し且つ互いにほぼ平行である２つ以上のビームをＸ線源から発生することと、
   　各々が前記検査平面（１２７）のうちの１つと整列されている２つ以上の検出器アレイを具備するＸ線検出器（１１６）を設けることと、
   　前記Ｘ線源（１１０）と前記Ｘ線検出器（１１６）との間に被検体を支持する手段を設けることから成る方法。
4. 前記Ｘ線源（１１０）は、
   　各々が前記検査平面（１２７）のうちの１つに含まれている２つ以上の焦点（１２１）と、
   　前記焦点（１２１）の数と等しい数の開口部（１２６）を有し、前記開口部（１２６）の各々は前記検査平面（１２７）のうちの１つと整列されているコリメータ（１２４）とを更に含む請求項３記載の被検体を検査する方法。

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