JP2004340606A

JP2004340606A - Ｘ線異物位置検出装置及び方法

Info

Publication number: JP2004340606A
Application number: JP2003134518A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Kubo; 泰康久保
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】物品のインライン検査などのように産業用途への適用に好適であって、製造コストの削減、歩留まりの向上をもたらすことができるＸ線異物位置検出装置及び方法を提供する。
【解決手段】Ｘ線を被検査物５に照射するＸ線源２と、Ｘ線の被検査物５内部での透過状態を撮像する撮像器３と、被検査物５を特定方向に搬送させる搬送手段６と、被検査物５での異物の３次元的な位置を特定する位置特定手段とを備えた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、生産ラインなどでの製品の生産に伴う様々な計測・検査を行うような分野などに用いるのに好適なＸ線異物位置検出装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種の物品、例えば、生肉、加工食品などの分野から、医薬、工業、電気などの各分野の物品・製品に至るまで、各種物品・製品の被検査物についてその表面を含む内部などに異物（例えば、金属、骨、ガラス、石、合成樹脂など）が含まれているか否かを検出するため、Ｘ線異物検出装置が提案され開発されている。
【０００３】
このＸ線異物検出装置には、例えば、この装置本体の上部側にＸ線発生器を取付けるとともに、この装置本体においてＸ線発生器の下部側位置にＸ線センサを取付け、被検査物の送り出される搬送路を突き抜けて透過するような状態でＸ線を上から照射するとともに、Ｘ線発生器から照射されたＸ線を下部側のＸ線センサにて受けるように構成したものが知られている。
【０００４】
また、このようなＸ線異物検出装置には、被検査物中の異物の検出の際に、例えば複数方向から被検査物を撮像して異物の検査漏れ（見落とし）がないようにするために、Ｘ線源と、Ｘ線センサとを、それぞれ、複数備えた構成のものも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ところで、このようなＸ線による異物検出方法にあっては、被検査物に対して、単に異物の有無を検出するのみならず、同時に、その被検査物の深さ方向での位置を検出するようなことが求められる場合もある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１６８８０２号公報（第３頁、右欄中段、段落［００１２］−［００１３］など）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常、前述したＸ線異物検出装置にあっては、被検査物での異物の存在を確認できるような構成であっても、その異物の３次元的な位置までを検出するような構成とはなっていない。即ち、前述したようなＸ線の撮像を行うＸ線異物検出装置では、その異物が存在する深さの程度に関わらず、全て同様に平面的（２次元的）な状態で透視結果が表示されるので、異物の存在する深さについての具体的な情報を得ることが困難である。
【０００８】
このように、従来のＸ線異物検出装置では、被検査物内部での異物の有無を検出することができるものであっても、その内部位置を特定することは困難であった。従って、このようなＸ線異物検出装置にあっては、例えば最終的な製品完成よりも前の段階で異物（例えば、不良部分）有無の検査を行うことにより、異物が含まれている不良部分を早めに発見して、その異物を取除いて製造ラインに再び戻す、というような修復作業を行うことができなかった。
【０００９】
即ち、その被検査物が、例えば工業製品や電気製品などの場合には、製造すべき製品が、例えば中心部から外部に向けて部品を取付けたり、形成していくような製造方法の場合、いくつかの工程を経たのち完成工程に至るまでの間の製造の工程では、その異物が、製造途中の製品の内部（奥部）ではなく、外表面またはその近傍に存在している場合が多い。
従って、Ｘ線異物検出装置により異物が被検査物（例えば、製造途中の製品）の表面（外面）またはその近傍にあるか内部（奥部）にあるかの判定ができるとすれば、製造途中で被検査物の異物検査を行うことにより、被検査物の表面（外面）に異物が存在することを発見可能である。
そして、表面（外面）付近に異物が存在している段階で、その不良品を早期に取り除ければ、不良品が良品と一緒に最終工程まで製造ライン上を流れてしまい、完成工程まで引き続き組み立てられていく、といった事態が回避できる。つまり、異物を含んだ不良品の状態のまま、その後も引き続き部品の取付け（供給）などが行われる、といった無駄を避けることができ、延いては歩留まりの低下を回避することができるわけである。
【００１０】
本発明は、上記した事情に鑑み、物品のインライン検査などのように産業用途への適用に好適であって、製造コストの削減、歩留まりの向上をもたらすことができるＸ線異物位置検出装置及び方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線異物位置検出装置は、Ｘ線を被検査物に照射するＸ線源と、
前記被検査物を透過したＸ線画像を前記被検査物の同一方向から複数の角度で撮像する撮像器と、
前記被検査物を前記Ｘ線の照射主軸と直交する方向に搬送させる搬送手段と、
複数の画像から異物の移動距離又は移動時間を算出して前記被検査物での異物の３次元的な位置を特定する位置特定手段と
を備えたことを特徴としている。
【００１２】
これにより、物品のインライン検査などのように各種の産業用途への適用に好適であって、不良品を早期に発見することができるので、製造コストの削減、歩留まりの向上が可能となる。
特に、被検査物における３次元的な位置、例えば異物の深さ方向の位置を検出することが可能になるので、表面に異物が存在すると判明した場合には、その段階で、直ちにその異物を取除くことができる。その結果、発見した不良品を簡単に修復させて、良品として再生することができるようになる。
【００１３】
また、本発明のＸ線異物位置検出装置は、前記撮像器を複数台のもので構成したことを特徴としている。
【００１４】
これにより、各被検査物に対して検査作業を一度行うだけで、異物の存在する深さ方向の位置を自動的に検出することが可能となる。
【００１５】
また、本発明のＸ線異物位置検出方法は、被検査物をＸ線の照射主軸と直交する特定方向に搬送させながらＸ線を照射して前記被検査物の同一方向から複数の角度で撮像し、複数の画像から異物の移動距離又は移動時間を算出し、異物の３次元的な位置を特定することを特徴としている。
【００１６】
これにより、物品のインライン検査などのように各種の産業用途への適用に好適であって、不良品を早期に発見することができるので、製造コストの削減、歩留まりの向上が可能となる。
特に、３次元的な位置、特に異物の深さ方向の位置を検出することができるようになるので、表面に異物が存在すると判明した場合には、その段階で、直ちにその異物を取除くことができる。その結果、発見した不良品を簡単に修復させて、良品として再生することができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るＸ線異物位置検出装置１を示すものであり、このＸ線異物検出装置１は、工業製品、例えば電子部品を被検査物（検査対象物）５としており、１個のＸ線源２と、２台のＸ線撮像器３と、画像処理装置４と、搬送装置６と、被検査物（検査対象物）５における異物５１（図２（Ａ）参照）の深さ（Ｚ）方向の位置を検出する位置特定手段となる制御部（図略）とを備えている。
【００１８】
Ｘ線源２は、Ｘ線を検査対象である被検査物５に向けて照射するものであり、そのＸ線は、その被検査物５の原子量や透過する部位の厚さが大きいものほどより多く吸収される特性を有している。したがって、被検査物５の内部（検査対象面内）に例えば金属性の物質などの異物５１（図２（Ａ）参照）が存在すると、Ｘ線が吸収（または衝突部位が鮮明に撮像できるようであれば、衝突後に散乱してもよい）されるので、そのＸ線が吸収（散乱）される金属などの存在する部分が、後述するＸ線撮像器３により例えば黒い領域などとなって撮像される。
【００１９】
また、このＸ線源２は、その焦点から放射状にＸ線を照射するように構成されているので、１台のＸ線源２から後述する２台のＸ線撮像器３に向けて同時にＸ線を照射することができるように構成されている。
なお、このＸ線源２は、後述するように、異物５１の深さ位置を簡単に算出させるため、被検査物５の搬送（Ｘ）方向について２台のＸ線撮像器３のちょうど中間位置に設置されているものとする。
【００２０】
Ｘ線撮像器３は、被検査物５を透過する照射Ｘ線を感受して被検査物５の透過画像を撮像するものであり、２台のＸ線撮像器（第１Ｘ線撮像器３Ａ及び第２Ｘ線撮像器３Ｂ）を特定方向、即ち被検査物５の搬送される（Ｘ）方向と平行なＸ方向に並列載置した構成となっている。
即ち、本実施の形態のＸ線撮像器３は、それぞれ、図示外の１次元のラインセンサで構成されており、このラインセンサは、検査すべき対象物である被検査物５の搬送（Ｘ）方向とは直交する（Ｙ）方向に配設されている。
【００２１】
従って、被検査物５をＸ方向に搬送させることで、各Ｘ線撮像器３はＸＹ面に平行な２次元での画像情報を得ることができるように構成されているが、このＸ線撮像器３を２台配置させることで、実質的には３次元的な画像情報、つまり被検査物５における異物５１の深さ位置についての情報が得られるように構成されている。
【００２２】
画像処理装置４は、本実施の形態の場合、２台のＸ線撮像器３からそれぞれ出力される各画像データに基づいて、これらの画像データを合成させた画像イメージを形成するようになっており、これにより被検査物５内部の異物の３次元的な位置、特にその深さ方向の位置を特定できるように構成されている。なお、本実施形態の画像処理装置４では、２台のＸ線撮像器３Ａ及び３Ｂからの画像を合成させる構成としたが、特にこのように画像を合成する構成のものに限定されるものではない。
【００２３】
搬送装置６は、Ｘ線を照射させながら被検査物５を所定の方向に搬送させるものであり、被検査物５にＸ線源２からのＸ線を照射させたときに透過するＸ線を２台のＸ線撮像器３で撮影させて被検査物５に存在する異物５１の３次元的な位置、特に深さ位置についての情報を検出するようになっている。
このため、本実施の形態の搬送装置６には、図１に示すように、所定の角速度で回転する図示外の駆動モータと、この駆動モータにより強制的に回転するプーリ６１と、このプーリ６１により等速度で移動する一対の搬送ベルト６２などとを備えており、被検査物５はこの搬送ベルト６２上に載置された状態で一定の等速度（Ｖ）で搬送されながらＸ線源２から出射するＸ線を受けるようになっている。
【００２４】
次に、本実施の形態に係るＸ線異物位置検出装置１により、被検査物５内の異物５１の深さ位置を算出する際に、制御部で用いる演算式の導出方法について、図２を参照しながら説明する。
【００２５】
例えば、被検査物５の厚さＤ（深さ（Ｚ））方向について、具体的にはＸ線源２から距離がＬ_１のところに、異物５１（図２では、説明の都合上、異物をＰで示す）が存在するものとする。但し、ここで、異物Ｐの位置に対応する被検査物５の表面位置を便宜的に設定するものとし、その位置を基準点Ｑとする。
そして、この位置に異物Ｐが存在するときに、被検査物５がＸ方向に等速度（Ｖ）で搬送されていくものとする。一方、この搬送動作中、Ｘ線源２からは飛翔ルートα_Ａ及びα_ＢでＸ線が放射され続けているものとする。
【００２６】
（ｉ）すると、図２（Ｂ）に示すように、被検査物５の移動開始時刻から時間ｔ_１経過したところで、最初に、飛翔ルートα_ＡのＸ線が基準点Ｑ_１に到達する。
（ｉｉ）次に、同図（Ｂ）において、被検査物５の移動開始時刻から時間ｔ_２経過したところで、飛翔ルートα_ＡのＸ線が異物Ｐ_１に到達する。
（ｉｉｉ）さらに、同図（Ｂ）において、被検査物５の移動開始時刻から時間ｔ_３経過したところで、飛翔ルートα_ＢのＸ線が異物Ｐ_２に到達する。
（ｉｖ）同様に、同図（Ｂ）において、被検査物５の移動開始時刻から時間ｔ_４経過したところで、飛翔ルートα_ＢのＸ線が基準点Ｑ_２に到達する。
【００２７】
このように、異物Ｐ及び基準点Ｑには、それぞれ４度にわけて、飛翔ルートα_Ａ、α_Ｂを飛翔するＸ線が到達するので、これらの到達位置および到達時刻から、以下のような演算式に基づき、それぞれＸ線源２（図２（Ｂ）では、点Ｏで示す）からの距離Ｌ_１、Ｌ_２、延いては異物Ｐの深さを算出することができる。
【００２８】
即ち、図２（Ｂ）において、△ＯＰ_１Ｐ_２と△ＯＱ_１Ｑ_２とは、互いに相似の関係にあるので、初等幾何学により、
Ｐ_１Ｐ_２：Ｑ_１Ｑ_２＝Ｌ_１：Ｌ_２・・・（１）
但し、Ｌ_１；Ｘ線源２から異物Ｐ_１（Ｐ_２）までの距離
Ｌ_２；Ｘ線源２から基準点Ｑ_１（Ｑ_２）までの距離（定数）
が成立している。
【００２９】
一方、各三角形△ＯＰ_１Ｐ_２と△ＯＱ_１Ｑ_２との各底辺、Ｐ_１Ｐ_２、Ｑ_１Ｑ_２には、前述した各時刻ｔ_１〜ｔ_４と搬送速度Ｖとの間に、以下のような関係
Ｐ_１Ｐ_２＝Ｖ・（ｔ_３−ｔ_２）・・・（２）
Ｑ_１Ｑ_２＝Ｖ・（ｔ_４−ｔ_１）・・・（３）
が成立する。
【００３０】
従って、（１）〜（３）式により、次式

が成立する。
【００３１】
ここで、基準点Ｑは、被検査物５の表面に存在するので、距離Ｌ_２はＸ線源２から被検査物５の表面までの距離であり、被検査物５により一義的に決定された定数である。一方、搬送速度Ｖも予め設定された等速度であるので、既知の定数となる。
また、△ＯＱ_１Ｑ_２は二等辺三角形であって、頂点Ｏから下ろした垂線が底辺Ｑ_１Ｑ_２と直交する点Ｍは、底辺Ｑ_１Ｑ_２の中点であるから、簡単な初等幾何学及び三角関数により、次式
Ｑ_１Ｑ_２＝２・Ｌ_２・ｔａｎθ ・・・（５）
但し、θ；Ｘ線源２と各Ｘ線撮像器３とのなす角度（既知の定数）
が成立する。
【００３２】
従って、（４），（５）式より、異物Ｐの深さ位置を算出するための演算式、

が得られる。
【００３３】
これにより、異物Ｐが被検査物５の表面又は内部に存在する場合、Ｘ線源２から異物Ｐまでの距離Ｌ_１、延いては被検査物５内部での深さ位置については、（６）式により、２台のＸ線撮像器３で検出するときの時間間隔Δｔ（＝ｔ_３−ｔ_２）を計測するだけで、容易に算出することができる。
【００３４】
次に、本実施形態に係るＸ線異物位置検出装置の動作について、図３〜図５を参照しながら説明する。なお、ここで、検査対象である被検査物５には、表面（上面）及び内部に、表面異物５１（以下、表面異物Ｓとよぶ）及び内部異物５１（以下、内部異物Ｒとよぶ）が存在しているものとし、このうちどれが表面異物Ｓでどれが内部異物Ｒであるかの特定方法についても併せて説明する。
【００３５】
（１）初めに、時刻ｔ_０のところで、搬送装置６の駆動モータが作動して、図３，図４において紙面右方向から左方向へ向けて搬送ベルト６２が移動を開始するので、この搬送ベルト６２に搭載された被検査物５も、搬送ベルト６２と同方向、つまりＸ方向に搬送されていく。
【００３６】
（２）そして、図３（Ａ）に示すように、時刻ｔ_１のところで、Ｘ線源２から放射状に出射されるＸ線のうち、第１のＸ線撮像器３Ａに入射する第１の飛翔ルートをたどるＸ線α_Ａが、被検査物５中の表面異物Ｓに吸収（散乱）される。そのため、図５（Ａ）において、その表面異物Ｓが存在するポイント（Ｓ_１）が黒い状態となって撮影される。
【００３７】
（３）次に、図３（Ｂ）に示すように、僅かな時間間隔が経過した時刻ｔ_２のところで、第１のＸ線撮像器３Ａに入射する第１の飛翔ルートをたどるＸ線α_Ａが、被検査物５の内部異物Ｒに吸収（散乱）される。そのため、図５（Ａ）において、その内部異物Ｒが存在するポイント（Ｒ_１）が黒い状態となって撮影される。
【００３８】
（４）さらに、図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ_３のところで、第２のＸ線撮像器３Ｂに入射する第２の飛翔ルートをたどるＸ線α_Ｂが、被検査物５の内部異物Ｒに吸収（散乱）される。そのため、図５（Ｂ）において、その内部異物Ｒが存在するポイント（Ｒ_２）が黒い状態となって撮影される。
【００３９】
（５）そして、図４（Ｂ）に示すように、僅かな時間間隔が経過した時刻ｔ_４のところで、Ｘ線源２から放射状に出射されるＸ線のうち、第２のＸ線撮像器３Ｂに入射する第２の飛翔ルートをたどるＸ線α_Ｂが、被検査物５中の表面異物Ｓに吸収（散乱）される。そのため、図５（Ｂ）において、その表面異物Ｓが存在するポイント（Ｓ_２）が黒い状態となって撮影される。
【００４０】
このようにして、Ｘ線異物位置検出装置によるＸ線検査を受けた被検査物５は、所定の場所まで搬送ベルト６２で搬送されたのち、搬送装置６が停止するが、これまでの検査により、図５（Ａ），（Ｂ）のような検査データが画像として得られる。
【００４１】
従って、これらの画像を処理することにより、所定の画像処理方法から、これらの異物の被検査物５内での深さ位置が特定できる。
即ち、本実施の形態では、画像処理装置４において、例えば図５（Ａ），（Ｂ）のような検査データの画像を合成して図６に示すような画像データを形成するとともに、制御部が前述した異物５１の深さ位置を算出するための演算式（６）を用いて、これらの異物５１の深さ位置を一義的に決定する。
【００４２】
（ｉ）内部異物Ｒについて：
図６に示す合成画像データによれば、第１、２のＸ線撮像器３Ａ、３Ｂ（これについては、図１参照）で撮像された２箇所のポイントＲ_１，Ｒ_２の間の検出時間差は、Δｔ_Ｒ（＝ｔ_３−ｔ_２）であるので、Ｘ線源２から内部異物Ｒまでの距離Ｌ_１は、（６）式から、
Ｌ_１＝Δｔ_Ｒ・Ｖ／（２・ｔａｎθ）・・・（７）
である。
【００４３】
ここで、図２（Ａ）に示すように、被検査物５の厚さをＤ、Ｘ線源２から被検査物５の下面までの距離をＬ_０、Ｘ線源２から被検査物５の表面までの距離をＬ_２とすると、これらの距離Ｌ_０や厚さＤはＸ線異物位置検出装置や被検査物５により予め決定された定数であるから、
Ｌ_２＝Ｌ_０＋Ｄ（＝定数）・・・（８）
も予め決定された定数である。
【００４４】
従って、被検査物５の表面から内部異物Ｒ（図２（Ａ）では、点Ｐに相当する）までの深さ（距離）Ｄ_１は、（７）、（８）から、

により、正確に算出される。
これにより、前述した深さＤ_１を具体的に算出させた値がゼロでなければ、内部に異物が存在するということが判断される。また、その深さＤ_１の値が、被検査物５の厚さをＤと一致すれば、被検査物５の下面に異物が存在するということが、直ちに、数学的に判断できる。
【００４５】
（ｉｉ）表面異物Ｓについて：
同様にして、図６において、第１、２のＸ線撮像器３Ａ、３Ｂ（これについては、図１参照）で撮像された２箇所のポイントＳ_１，Ｓ_２の間の検出時間差は、Δｔ_Ｓ（＝ｔ_４−ｔ_１）であるので、被検査物５の表面から表面異物Ｓまでの深さ（距離）Ｄ_２は、（９）式を導出したときと同様に演繹すれば、

が得られる。
【００４６】
ただし、この場合、（１０）式については、Ｄ_２の値を具体的に算出すると、

であるから、被検査物５の表面から表面異物Ｓまでの深さ（距離）はゼロであり、異物が被検査物５の表面に存在するということが、直ちに、数学的に判断される。
【００４７】
なお、本発明のＸ線異物位置検出装置を、本実施の形態では、工業製品、例えば電子部品などの製品の検査分野に適用したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、医療用のＸ線異物位置検出装置として、病理学的、或いは臨床学的な検査に用いたり、各種工業製品の非破壊検査用などとしても用いることも可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明は、Ｘ線を被検査物に照射するＸ線源と、被検査物を透過したＸ線画像を被検査物の同一方向から複数の角度で撮像する撮像器と、被検査物をＸ線の照射主軸と直交する方向に搬送させる搬送手段と、複数の画像から異物の移動距離又は移動時間を算出して被検査物での異物の３次元的な位置を特定する位置特定手段とを備えている。
【００４９】
従って、本発明によれば、物品のインライン検査などのように産業用途への適用に好適であって、製造コストの削減、歩留まりの向上をもたらすことができるＸ線異物位置検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＸ線異物位置検出装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るＸ線異物位置検出方法の原理を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るＸ線異物位置検出方法の第１の飛翔ルートをたどるＸ線の状態を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るＸ線異物位置検出方法の第２の飛翔ルートをたどるＸ線の状態を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係るＸ線異物位置検出装置を用いて撮像された画像データを示す説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るＸ線異物位置検出方法の具体的な説明を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ｘ線異物検出装置
２Ｘ線源
３Ｘ線撮像器
３Ａ第１Ｘ線撮像器（撮像器）
３Ｂ第２Ｘ線撮像器（撮像器）
４画像処理装置
５被検査物
５１異物
６搬送装置（搬送手段）
６１プーリ
６２搬送ベルト
Ｄ被検査物の厚さ
Ｌ_０Ｘ線源から被検査物の下面までの距離
Ｌ_２Ｘ線源から被検査物の表面までの距離
Ｐ異物
Ｑ基準点
Ｒ内部異物
Ｓ表面異物
α_Ａ（第１Ｘ線撮像器へ入射する）Ｘ線の第１の飛翔ルート
α_Ｂ（第２Ｘ線撮像器へ入射する）Ｘ線の第２の飛翔ルート
Ｖ搬送速度
ｔ_１〜ｔ_４吸収（衝突）時刻

Claims

Ｘ線を被検査物に照射するＸ線源と、
前記被検査物を透過したＸ線画像を前記被検査物の同一方向から複数の角度で撮像する撮像器と、
前記被検査物を前記Ｘ線の照射主軸と直交する方向に搬送させる搬送手段と、
複数の画像から異物の移動距離又は移動時間を算出して前記被検査物での異物の３次元的な位置を特定する位置特定手段と
を備えたことを特徴とするＸ線異物位置検出装置。
前記撮像器を複数台のもので構成したことを特徴とする請求項１に記載のＸ線異物位置検出装置。
被検査物をＸ線の照射主軸と直交する特定方向に搬送させながらＸ線を照射して前記被検査物の同一方向から複数の角度で撮像し、複数の画像から異物の移動距離又は移動時間を算出し、異物の３次元的な位置を特定することを特徴とするＸ線異物位置検出方法。