JP2005172566A

JP2005172566A - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: JP2005172566A
Application number: JP2003411769A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shirasu; 信一白須
Original assignee: Tohken Co Ltd
Current assignee: Tohken Co Ltd
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】Ｘ線発生用の直流高電圧電源に脈動があっても、その影響を受けずに高精度のＸ線画像のデータを得ることができるＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】被検査体を搬送する搬送手段４０と、直流高電圧を発生する直流高電圧電源１２の前記直流高電圧によって駆動されるＸ線発生手段１０と、Ｘ線にて照明された被検査体のＸ線画像を取得するＸ線画像取得手段２０と、前記Ｘ線画像を検査するためのデータ処理手段３０とを備えたＸ線検査装置であって、前記Ｘ線画像取得手段２０での画像取得の動作を前記直流高電圧電源１２の昇圧動作と同期させる制御手段５０を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線を用いた各種の産業用検査装置に関する。

Ｘ線を用いた非破壊検査装置としては、Ｘ線顕微装置，異物検査装置，物質の表面検査装置，蛍光Ｘ線分析装置などの各種の産業用Ｘ線検査装置、及び医療用Ｘ線診断装置がある。これらのＸ線を用いた非破壊検査装置（以下、Ｘ線検査装置と言う）は、Ｘ線を発生するＸ線発生手段、被検査体を透過したＸ線画像を取得するＸ線画像取得手段、及びＸ線画像を検査するデータ処理手段、及び被検査物を搬送する為の搬送手段などから構成される。

図６は、従来のＸ線異物検査装置の構成の一例を示すブロック図である。このＸ線異物検査装置において、Ｘ線発生手段１０は、Ｘ線発生器１１と直流高電圧電源１２から構成される。Ｘ線発生器１１はＸ線管を用いる。直流高電圧電源１２は商用電源から直流高電圧（例えば５０乃至１００kＶ）を発生してＸ線発生器１１に供給する。

Ｘ線画像取得手段２０として使用されるＸ線検出器２１は、被検査体を透過したＸ線を検出するラインセンサ等から構成され、搬送機４１によって搬送される被検査体を透過したＸ線量を検出する。

データ処理手段３０は、例えば画像処理機３１，表示器３２及び入力機器３３から構成され、Ｘ線画像取得手段２０から出力される被検査体のＸ線画像のデータＳＤａを入力し、被検査体の欠陥等を検査する。

搬送手段４０は、例えば搬送機４１，その搬送速度を検出する移動量検出器４２，及び被検査体を排出する排出機４３から構成される。

図７は、Ｘ線発生器１１とＸ線検出器２１の配置構成例を示した模式図である。直流高電圧電源１２によって高圧電圧が供給されるＸ線発生器１１と、Ｘ線検出器２１は、図７に示すように、搬送路４１ａの上下に対向して配置される。

上記構成例において、Ｘ線発生器１１から放射されたＸ線は、搬送路４１ａ上を搬送される被検査体４を透過してＸ線検出器２１に入射する。Ｘ線検出器２１によって検出された一次元Ｘ線画像データＬＳＤａは、Ｘ線画像取得手段２０に順次出力される。Ｘ線画像取得手段２０は、被検査体４の二次元画像データＳＤａを生成する。

画像処理機３１は二次元画像データＳＤａを処理して被検査体に付着した混合物・異物など欠陥の有無を検査する（例えば特許文献１参照）。

特開２０００−３５６６０５号公報

上述のようなＸ線透過画像と画像処理技術を用いたＸ線検査装置においては、より高い異物検出精度が要求される。そのために精密な画像データが必要であるが、画像データには様々な雑音が混入してＸ線検査装置の精度を低下させる。主な要因の一つは画像の雑音である。画像の雑音要因としては、第１にＸ線の出力変動である線源雑音、第２にＸ線の透過画像を検出する手段に発生する検出器雑音、第３に検出器出力を増幅する回路の発生する増幅雑音などがある。

上記第１の雑音要因である「線源雑音」の主な成分はＸ線発生器に直流高電圧を供給する直流高電圧電源の出力に含まれる脈動である。Ｘ線発生手段に使用される直流高電圧電源の回路は、例えばコッククラフト倍電圧整流回路が使用され、昇圧クロックの供給を受けて昇圧動作をして直流高電圧を発生する。そのとき、昇圧動作に従って脈動が発生する。このような直流高電圧電源の脈動に起因する線源雑音は、Ｘ線発生器とＸ線検出器とが非同期で動作するＸ線検査装置において影響が大きい。

Ｘ線透過画像のデータに混入する様々な雑音の要因を解析した結果、従来のＸ線検査装置においては、Ｘ線画像のデータに脈動に起因する雑音が多く含まれることが判明した。

本発明は上述のような問題に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、Ｘ線発生用の直流高電圧電源の脈動の影響を低減した高精度のＸ線画像のデータを得ることができるＸ線検査装置を提供する。

本発明は、搬送手段上の被検査体を検査するＸ線検査装置に関するものであり、本発明の上記目的は、被検査体を搬送する搬送手段と、直流高電圧電源の出力によって駆動されるＸ線発生手段と、Ｘ線にて照明された被検査体のＸ線画像を取得するＸ線画像取得手段と、前記Ｘ線画像を検査するためのデータ処理手段とを備えたＸ線検査装置であって、前記Ｘ線画像取得手段での画像取得の動作を前記直流高電圧電源の昇圧動作と同期させる制御手段を具備することによって達成される。

従来のＸ線検査装置においては、Ｘ線発生器とＸ線検出器とは自走・独立動作する。すなわち、Ｘ線検出器はＸ線発生器出力の線源雑音であり、周期的変動である脈動に対して任意の位相でＸ線画像データを取得する結果、該Ｘ線画像データは脈流の影響を受けて線源雑音を含む。
その結果、画像データの精度の低下を生ずると言う問題が判明した。

本発明によれば、画像取得の動作を直流高電圧電源の昇圧動作と同期させるようにしているので、直流高電圧電源出力の脈動に起因するＸ線出力の脈動があっても、その影響を除去することが可能となる。その結果、Ｘ線源の出力における雑音の影響を量子雑音・熱雑音の水準まで低減し、被検査体の検査精度を向上させることができる。また、従来、Ｘ線を供給する直流高電圧発生回路において脈動を低減するためのフィルタ回路に大容量のコンデンサを具備しているが、本発明によればフィルタ回路を簡素化可能で、Ｘ線源を小型化できるという副次的利点もある。

ここで、従来のＸ線検査装置が有する問題を具体的に示すために、上記Ｘ線発生器とＸ線検出器の動作が独立している為に発生するＸ線画像取得手段出力への影響について、図８を参照して説明する。但し説明を簡素化するため、被検査体によるＸ線の吸収は無視する。図８（Ａ）はＸ線発生器出力の脈動成分、すなわち線源雑音であるＸＲａを示す。同（Ｂ）はＸ線画像取得手段の一次元Ｘ線画像取得を制御する開口信号ＳＣａ（シャッタ開口時間Ｔ＝Ｘ線画像検出手段の信号積分時間）を示す。同（Ｃ）は一次元Ｘ線画像中の１画素の出力の積分出力例ＳＤａを示す。脈動（線源雑音ＸＲａ）を有するＸ線出力に対して、開口信号ＳＣａは長さは一定であるが位相は不定であるため、Ｘ線出力の積分値ＳＤａは変動する。

そのため、Ｘ線画像取得手段の積分出力ＳＤａは、図８（Ｃ）に示すように、脈動の影響を受けて変動し、検査精度が低下することになる。このような、直流高電圧電源の脈動の影響は、図６に例示した従来のＸ線検査装置では回避することができない。そのため、従来のＸ線検査装置では、Ｘ線画像取得手段で発生する検出器雑音、及び検出器の検出出力を増幅する回路で発生する増幅雑音を排除しても、直流高電圧電源の脈動が原因となる線源雑音が影響して、高精度の検出出力が得られないと言う問題があった。

これに対して、本発明では、Ｘ線発生器とＸ線検出器とが独立した個々の時系列信号の下で非同期に動作するＸ線検査装置において、線源雑音（Ｘ線発生器から発生するＸ線の出力変動）の主な成分である直流高電圧電源の脈動の影響を受けないようにするため、直流高電圧電源の昇圧動作と同期した開口信号を用いてＸ線画像を取得する信号処理方式としている。以下に説明する実施の形態では、直流高電圧電源とＸ線画像取得手段との動作の同期化を図るため、Ｘ線画像取得手段での画像取得動作を直流高電圧電源の昇圧動作と同期させる制御手段を設ける。上記の制御手段によって同期制御を行えば、電源の脈動に同期させてＸ線のデータを取得することができるので、その影響を排除することができる。すなわち、昇圧信号と同期した一定区間のＸ線出力の積分値は、常に一定の値となる。言い換えると脈動のあるＸ線出力で照射して得られる画像を線源の脈動と同期した一定の積分時間で検出するならばその影響を受けることは無い。この技術を用いれば、Ｘ線源の出力における雑音の影響を量子雑音・熱雑音の水準まで少なくすることができる。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係るＸ線検査装置の構成の一例を図６に対応させて示しており、従来のＸ線検査装置と同一構成箇所は同符号を付して説明を省略する。なお、本発明構成例であるＸ線検査装置では、Ｘ線発生器の直流高電圧電源の脈動の影響を除去すると共に、より高精度のＸ線画像のデータを得るようにするため、図１中のＸ線画像取得手段２０（２０Ｂ）の構成要素であるＸ線検出用のセンサは、後述する構造のものを採用する。

図１において、Ｘ線発生手段１０の直流高電圧電源１２となる直流高電圧発生回路（例えばコッククラフト倍電圧整流回路）は、昇圧クロック信号の下に動作し、他方、Ｘ線画像取得手段２０のＸ線検出器２１は、例えば搬送手段４０の移動量検出器４２の検出信号ＣＳの下に動作するというように、Ｘ線発生手段１０とＸ線画像取得手段２０は、従来のＸ線検査装置と同様に、独立した時系列の下に動作する構成となっている。このようなＸ線検査装置では、Ｘ線発生手段１０とＸ線画像取得手段２０とが非同期で動作するため、電源の脈動に起因する線源雑音がＸ線の出力に現れ、以下に説明する同期制御を行わない場合は、その線源雑音によってＸ線画像取得手段２０Ｂの出力が変動することになる。

そこで、本発明におけるＸ線検査装置では、Ｘ線発生手段１０の直流高電圧電源１２の動作とＸ線検出器２１の動作（Ｘ線画像取得手段２０Ｂでの画像取得の開口動作）とを同期させるための手段として、演算回路及びサンプルホールド回路等から成る制御手段５０を備えている。この制御手段５０は、例えば図７に示した配置構成において、被検査体４のＸ線透過画像の一次元画像データを取得するときに、１画素、複数画素、若しくは１ラインを単位とする画像取得動作が、直流高電圧電源１２の直流高電圧発生回路の昇圧動作と同期するように制御する。例えば、制御手段５０では、昇圧動作に同期させた開口信号を形成し、画像取込み信号ＳＣｂとしてＸ線画像取得手段２０Ｂに送出することによって、Ｘ線画像取得手段２０での画像取得動作をＸ線発生手段の直流高電圧電源１２の昇圧動作と同期させる。

図１の例では、Ｘ線発生手段１０は直流高電圧電源１２の昇圧動作の基準となる昇圧クロックとその出力信号ＶＳ（以下「第１のクロック信号」とする）出力端子を備えている。また、搬送手段４０は、ロータリエンコーダ等で構成される移動量検出器４２と、被検査体の搬送位置信号ＣＳ（以下、「第２のクロック信号」とする）を出力する端子を備えている。そして、制御手段５０は、Ｘ線発生手段１０のＶＳ出力端子、搬送手段４０のＣＳ出力端子及びＸ線画像取得手段２０ＢのＳＣｂ入力端子と接続されている。

このような構成において、制御手段５０は、Ｘ線発生手段１０より入力する第１のクロック信号ＶＳと、搬送手段４０より入力する搬送位置信号ＣＳとから、昇圧動作と同期した開口信号ＳＣｂを生成してＸ線画像取得手段２０Ｂに出力する。Ｘ線画像取得手段２０Ｂでは、制御手段５０から出力される開口信号（画像取込み信号）ＳＣｂを用いて、被検査体のＸ線透過画像のデータを取得し、取得した画像データＳＤｂをデータ処理手段３０に送出する。

図２は、制御手段５０に入力される第１のクロック信号（昇圧クロック）ＶＳ及び第２の信号（搬送クロック）ＣＳと、出力される開口信号ＳＣｂとの関係をタイミングチャートで示しており、このタイミングチャートを用いて具体的な同期制御の方法の一例を説明する。

制御手段５０では、例えば昇圧クロックＶＳと搬送クロックＣＳとの論理積が０から１の遷移点で立ち上がり一定の持続時間Ｔ_１を有するパルスを生成して開口信号ＳＣｂとして出力する。なお、搬送される被検査体のＸ線透過画像の取得は、一般的なＸ線検査装置と同様に、搬送路の所定の位置に配置された被検査体の進入検知センサ（遮光を検知する投受光センサ）等を用いることによって開始される。

ここで、脈動のあるＸ線出力で照射して得られる画像データＳＤｂが、リップルの影響を受けなくなる理由について、図３を参照して説明する。

図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、直流高電圧電源の脈動の影響によるＸ線の出力変動部分ＸＲｂ、直流高電圧電源のクロックに同期させた開口信号ＳＣｂ（シャッタ開口時間Ｔ＝Ｘ線画像検出手段の信号積分時間）、Ｘ線画像取得手段の検出出力（積分出力）ＳＤｂの関係を示す波形図である。従来のＸ線検査装置と同様に、Ｘ線発生手段のＸ線出力は、直流高電圧電源の昇圧動作に応じて脈動が現れるため、後述するラインセンサを用いたＸ線の出力変動部分ＸＲｂは、例えば図３（Ａ）のような波形となる。しかし、本発明では、制御手段５０によって開口信号ＳＣｂを構成する各パルスの立ち上がり時点（立ち上がりのタイミングＰＴ_ｎ、ＰＴ_ｎ＋１…）を、直流高電圧発生回路で発生する脈動（本例では昇圧動作）と同期させる制御を行っているので、図３（Ｂ）に示すように、直流高電圧電源の脈動に応じて生じるＸ線の出力変動の周期に同期した開口信号ＳＣｂが形成される。

例えば、シャッタの開口によってＸ線透過画像の画素データを取得するＸ線検査装置においては、図３（Ｂ）中のシャッタ開口時間Ｔ_ｎ，Ｔ_ｎ＋１、Ｔ_ｎ＋２においては、図３（Ａ）中の斜線部に示すＸ線のデータが出力される。すなわち、脈動と同期した一定区間のＸ線出力の積分値は、常に一定の値となり、Ｘ線画像取得手段の出力ＳＤｂは、図３（Ｃ）に示すように，変動が無い波形となる。
すなわち、Ｘ線発生手段に周期的出力変動が有っても、画像取得手段の画像データ取得動作が該周期的変動と同期するならば、その影響を受けずに高精度のＸ線画像のデータを得ることができる。

次に、図１に示したＸ線画像取得手段２０Ｂの構成例を説明する。図４は、Ｘ線画像取得手段２０Ｂのセンサ部の構成例を示す斜視図である。本発明に用いるＸ線画像取得手段は、図４に示すように、光電変換素子の受光軸がＸ線の入射方向と直交する方向となるように複数個の光電変換素子を直線状に配列して成る光電素子アレイ２を、Ｘ線を受けて可視光を発するシンチレータブロック１のＸ線入射面と垂直な両側面に対向して配置した構造のＸ線検出用センサを備えており、このライン型のＸ線検出用センサが、被検査体の搬送方向対して直交する方向に配置された構成となっている。シンチレータ１の材料としては、例えばカドミウム・タングステン・オキサイド（CdWO₄）等が使用でき、その厚さｔは約０．２mm程度である。

図５は、図４におけるＸ線画像取得手段の構成要素であるＸ線検出用センサを、直線ＡＡ’を含む平面で切断したときの断面図である。この図５に基づいてＸ線の検出動作について説明する。Ｘ線がシンチレータ１の上方から照射され、シンチレータ１に入射されると、シンチレータ１の内部では可視光が発生し、矢印のようにランダムな方向に進む。この可視光はシンチレータ１の側面を挟むように配置されている光電素子アレイ２の各光電素子に受光され、電気信号に変換されて、増幅器（アンプ）３にて信号増幅され、処理のために出力される。左右に設けられた光電素子アレイ２の出力を並列に接続することにより、片側の場合よりも感度を２倍にすることができる。また、シンチレータ１に入射した放射線により光電素子アレイ２が被爆することはなくなるので、光電素子アレイの劣化を防ぐことができ、放射線検出器の寿命が長くなる。なお、図４の例では光電素子アレイをシンチレータを挟むように両側に配置しているが、片側のみでも機能的には同じである。ただ、感度は両側にある場合の１／２となるが、光電素子アレイ２を縦に２段とし、シンチレータの高さを２倍にすれば理論的には同じ感度になる。

上述のようなＸ線検出用センサを用いることで、より高精度のＸ線画像のデータを得ることが可能となる。なお、上述した実施の形態では、昇圧クロックを用いた同期制御を行う方法を説明したが、制御手段に発振器を備え、Ｘ線画像取得手段の動作と同期するように、直流高電圧電源の昇圧クロックを制御手段で形成し、図１中の破線で示すように、その昇圧クロックＶＣを直流高電圧電源１２の直流高電圧発生回路で使用する形態としても良い。

本発明のＸ線検査装置の構成の一例を示すブロック図である。本発明のＸ線検査装置における同期制御の一例を示すタイミングチャートである。本発明のＸ線検査装置におけるＸ線出力と、開口信号、Ｘ線検出出力との関係を示す波形図である。本発明に係るＸ線検出用センサの一例を示す斜視図である。図４におけるＸ線検出用センサのＡ−Ａ’線断面図である。従来のＸ線検査装置の構成の一例を示すブロック図である。一般的なＸ線検査装置におけるＸ線発生手段とＸ線検出器の配置構成を示す模式図である。従来のＸ線検査装置におけるＸ線出力と開口信号とＸ線検出出力との関係を示す波形図である。

符号の説明

１シンチレータブロック
２光電素子アレイ
３増幅器
４被検査体
１０Ｘ線発生手段
１１Ｘ線発生器
１２直流高電圧電源
２０（２０Ａ、２０Ｂ）Ｘ線画像取得手段
２１Ｘ線検出器
３０データ処理手段
３１画像処理機
３２表示器
３３入力機器
４０搬送手段
４１搬送機
４２移動量検出器
４３排出機
５０制御手段

Claims

被検査体を搬送する搬送手段と、直流高電圧電源の出力によって駆動されるＸ線発生手段と、Ｘ線にて照明された被検査体のＸ線画像を取得するＸ線画像取得手段と、前記Ｘ線画像を検査するためのデータ処理手段とを備えたＸ線検査装置であって、
前記Ｘ線画像取得手段での画像取得の動作を前記直流高電圧電源の昇圧動作と同期させる制御手段を有することを特徴とするＸ線検査装置。