JP2007064727A - X-ray inspection device and method therefor - Google Patents

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Toshiaki Suzuki
利昭 鈴木
Norio Kamagami
則夫 鎌上
Mitsuru Uno
充 宇野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray inspection device and a method capable of identifying a material of an inspected object, using a small number of inexpensive X-ray generators and X-ray detectors, and capable of reducing thereby a size and a cost of the device. <P>SOLUTION: The device includes the X-ray generators 12 for generating an X-ray 3 with an output fluctuated at a fixed time period T between the prescribed maximum output I<SB>max</SB>and the minimum output I<SB>min</SB>, X-ray irradiation devices 14 for irradiating the inspected object 1 with the X-ray, the X-ray detectors 16 for detecting the intensity of the X-ray transmitted through the inspected object, and controllers 18 for the X-ray generators and the X-ray detectors. The controller 18 detects an X-ray intensity I<SB>1</SB>at a high output time and an X-ray intensity I<SB>2</SB>at a low output time detected by the X-ray detector 16, at the high output time and the low output time in the X-ray outputs generated by the X-ray generator 12, and identifies the material of the inspected object. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被検査物の材質識別機能を有するX線検査装置とX線検査方法に関する。   The present invention relates to an X-ray inspection apparatus and an X-ray inspection method having a material identification function of an inspection object.

税関や空港における手荷物検査等において、X線を被検査物に照射し、透過したX線の強度分布を画像化して内部の危険物(銃器等)を検出するX線検査装置が従来から広く用いられている。
また、近年、銃器等の金属類だけでなく、爆発物や毒物等の危険物も識別できるX線検査装置も知られている(例えば非特許文献1)。
Conventionally, X-ray inspection equipment that detects X-ray intensity distribution of transmitted X-rays and detects internal dangerous objects (firearms, etc.) in inspection of baggage at customs and airports has been widely used. It has been.
In recent years, X-ray inspection apparatuses that can identify not only metals such as firearms but also dangerous materials such as explosives and poisons are known (for example, Non-Patent Document 1).

非特許文献1のX線検査装置は、例えば75kVpと150kVpの2種のパルスX線を用い、各X線エネルギーの減弱係数の相違から、被検査物中の有機物、非有機物、及び金属類を識別するものである。   The X-ray inspection apparatus of Non-Patent Document 1 uses, for example, two types of pulse X-rays of 75 kVp and 150 kVp. To identify.

X線は波長が約0.01〜100Å(10-12〜10-m)程度の電磁波であり、このうち波長の短いX線(λ=0.01〜1Å)を硬X線、波長の長いX線(λ=1〜100Å)を軟X線という。 X-ray is an electromagnetic wave having a wavelength of about of about 0.01~100Å (10- 12 ~10- 8 m) , these X-rays shorter in wavelength (λ = 0.01~1Å) hard X-rays, the wavelength Long X-rays (λ = 1 to 100Å) are called soft X-rays.

またX線の発生源としては、X線管が広く知られている。X線管は、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高電圧で加速して金属陽極(ターゲット)に衝突させて、X線を発生させる装置である。   An X-ray tube is widely known as an X-ray generation source. An X-ray tube is an apparatus that generates X-rays by accelerating thermoelectrons obtained by heating a filament in a vacuum at a high voltage to collide with a metal anode (target).

一方、X線の強度や画像を検出するX線検出器は、気体の電離作用を利用した比例計数管、固体の蛍光作用を利用したシンチレーション計数管、固体半導体のイオン化作用を利用した半導体検出器、等が従来から知られている。   On the other hand, X-ray detectors for detecting X-ray intensity and images are proportional counters using gas ionization, scintillation counters using solid fluorescence, and semiconductor detectors using solid semiconductor ionization. , Etc. are conventionally known.

また、関連する先行技術として、例えば特許文献1〜3が既に開示されている。   As related prior art, for example, Patent Documents 1 to 3 have already been disclosed.

L−3 Communications Security and Detection Systems, Automated Screening Systems、インターネット<URL:http://www.dsxray.com/ProductCategoryDetails.asp?CatID=7>L-3 Communications Security and Detection Systems, Automated Screening Systems, Internet <URL: http: // www. dsxray. com / ProductCategoryDetails. asp? CatID = 7>

特開平10−104175号公報、「材質特定X線検査装置」Japanese Patent Laid-Open No. 10-104175, “Material Specific X-ray Inspection Device” 特開2003−279503号公報、「X線検査装置」JP 2003-279503 A, "X-ray inspection apparatus" 特開平8−201316号公報、「X線元素分析装置」JP-A-8-201316, "X-ray elemental analyzer"

有機物、非有機物、及び金属類を識別する場合、従来は、非特許文献1に開示されているように、例えば2種のパルスX線を用いる必要がある。また、手荷物等の全面を高精度に検査するためには、2種のパルスX線を交互に短時間に切り替える必要がある。そのため、このようなパルスX線の発生装置は、大型かつ高価となる問題点があった。   In order to identify organic substances, non-organic substances, and metals, conventionally, for example, two types of pulse X-rays need to be used as disclosed in Non-Patent Document 1. In addition, in order to inspect the entire surface of baggage or the like with high accuracy, it is necessary to alternately switch two kinds of pulse X-rays in a short time. Therefore, such a pulse X-ray generator has a problem of being large and expensive.

また、この問題を解決するために、特許文献1のように、X線発生装置とX線検出器を2組用い、一方のX線管で高出力のX線を照射し、次いで他方のX線管で低出力のX線を照射し、それぞれのX線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することもできる。
しかし、この手段の場合、2枚のX線画像の撮像は、時間と場所が異なるため、その位置を正確に一致させるのが困難である問題点がある。また、この手段では、2組のX線発生装置とX線検出器を必要とするため、依然として高価となる。
In order to solve this problem, as in Patent Document 1, two sets of X-ray generators and X-ray detectors are used, one X-ray tube is irradiated with high-power X-rays, and then the other X-ray is irradiated. It is also possible to irradiate low-power X-rays with a ray tube and identify the material of the inspection object from the intensity distribution of each X-ray image.
However, in the case of this means, there is a problem that it is difficult to accurately match the positions of two X-ray images because the time and place are different. In addition, this means requires two sets of X-ray generators and X-ray detectors, and is still expensive.

また、特許文献2のように、単一のX線発生装置で波長領域の広いX線を照射し、被検査物を透過したX線を、間にフィルタを挟持した2枚のX線検出器で検出し、それぞれのX線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することもできる。
この手段の場合、2枚のX線画像の撮像は、時間と場所が同一であるため、その位置は一致している。しかし、この手段では、X線発生装置は1台ですむが、X線検出器は2台必要であり、さらに間にX線の特定の波長をカットする特殊なフィルタを必要とする問題点がある。
Further, as in Patent Document 2, two X-ray detectors that irradiate X-rays having a wide wavelength region with a single X-ray generator and pass X-rays that pass through the object to be inspected with a filter interposed therebetween. And the material of the object to be inspected can be identified from the intensity distribution of each X-ray image.
In the case of this means, the two X-ray images are taken at the same time and place since the time and place are the same. However, this method requires only one X-ray generator, but two X-ray detectors are required, and a special filter that cuts a specific wavelength of X-rays is required between them. is there.

さらに、特許文献3では、単一のX線発生装置と単一のX線検出器を用い、X線画像処理装置で被検査対象物の元素分析を行うものであるが、画像処理による元素分析が複雑である問題点がある。   Further, in Patent Document 3, a single X-ray generator and a single X-ray detector are used to perform elemental analysis of an object to be inspected by an X-ray image processing apparatus. There is a problem that is complicated.

税関や空港における手荷物検査等において、手荷物等の全面を高精度に検査するためには、被検査物を透過したX線を検出するX線検出器は、非常に小さいピッチ(例えば1〜2mm程度)で直線状に並んだ多数の検出セル(または検出チャンネル)を有する必要がある。そのため、このような多チャンネルのX線検出器は高価であり、その必要数をできるだけ少なく(好ましくは1台のみに)できることが望まれていた。   In order to inspect the entire surface of baggage etc. with high accuracy in baggage inspection at customs and airports, an X-ray detector that detects X-rays that have passed through the inspection object has a very small pitch (for example, about 1 to 2 mm). ) Need to have a large number of detection cells (or detection channels) arranged in a straight line. Therefore, such a multi-channel X-ray detector is expensive, and it has been desired that the required number can be reduced as much as possible (preferably only one).

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、安価かつ少数のX線発生装置とX線検出器を用いて、簡易に被検査物の材質を識別することができ、これにより装置を小型かつ安価にできるX線検査装置とX線検査方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to easily identify the material of an object to be inspected by using an inexpensive and a small number of X-ray generators and X-ray detectors, thereby making the apparatus compact and inexpensive. An object is to provide an inspection apparatus and an X-ray inspection method.

本発明によれば、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Tで出力が変動するX線を連続して発生するX線発生装置と、
前記X線を被検査物に照射するX線照射装置と、
前記被検査物を透過したX線の強度を検出するX線検出器と、
前記X線発生装置とX線検出器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、X線発生装置で発生するX線出力の高出力時と低出力時に、前記X線検出器で検出する高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iとから前記被検査物の材質を識別する、ことを特徴とするX線検査装置が提供される。
According to the present invention, an X-ray generator that continuously generates X-rays whose output fluctuates at a constant time period T between a predetermined maximum output and a minimum output;
An X-ray irradiation apparatus for irradiating the inspection object with the X-ray;
An X-ray detector for detecting the intensity of X-rays transmitted through the inspection object;
A control device for controlling the X-ray generator and the X-ray detector;
The control device is configured to detect the X-ray intensity I 1 at the high output and the X-ray intensity I at the low output detected by the X-ray detector when the X-ray output generated by the X-ray generator is high and low. The X-ray inspection apparatus is characterized in that the material of the inspection object is identified from 2 .

本発明の好ましい実施形態によれば、前記X線発生装置は、熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させてX線を発生するX線管と、
一定の時間周期Tで変動する前記印加電圧を発生する変動電圧装置とを有する。
According to a preferred embodiment of the present invention, the X-ray generator includes an X-ray tube that generates X-rays by accelerating the thermal electrons with an applied voltage and colliding with the anode;
And a variable voltage device that generates the applied voltage that fluctuates at a constant time period T.

前記X線発生装置の出力変動は、正弦波状又は矩形波状である。   The output fluctuation of the X-ray generator is sinusoidal or rectangular.

前記X線照射装置は、被検査物にX線を線状に照射する線状照射装置であり、
前記X線検出器は、被検査物を透過した線状X線の強度を検出する線状検出器である、ことが好ましい。
The X-ray irradiation device is a linear irradiation device that linearly irradiates an inspection object with X-rays,
The X-ray detector is preferably a linear detector that detects the intensity of linear X-rays that have passed through the inspection object.

また、前記線状検出器は、隣接して線状に配置された複数のシンチレータと、各シンチレータのX線による発光をそれぞれ検出する複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードの電流出力をそれぞれ電圧信号に変換しかつ増幅する複数の電流電圧変換アンプと、変換した電圧信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のA/D変換器とを有する、ことが好ましい。   The linear detector includes a plurality of scintillators arranged linearly adjacent to each other, a plurality of photodiodes for detecting light emission by X-rays of each scintillator, and current outputs of the photodiodes as voltage signals, respectively. It is preferable to have a plurality of current-voltage conversion amplifiers that convert and amplify the signals and a plurality of A / D converters that respectively convert the converted voltage signals into digital signals.

前記制御装置は、検出した高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iとから前記被検査物の材質を、等価原子番号で区分し、その結果を出力する。 The control device classifies the material of the inspection object by the equivalent atomic number from the detected X-ray intensity I 1 at the time of high output and X-ray intensity I 2 at the time of low output, and outputs the result.

前記制御装置は、被検査物を透過したX線強度を画像表示する表示装置を備え、前記等価原子番号の区分を色付けして画像上に表示する、ことが好ましい。   It is preferable that the control device includes a display device that displays an image of the X-ray intensity transmitted through the object to be examined, and that the equivalent atomic number classification is colored and displayed on the image.

また本発明によれば、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Tで出力が変動するX線を連続して発生するX線発生工程と、
前記X線を被検査物に照射するX線照射工程と、
前記X線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iを検出するX線検出工程と、
前記高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iとから被検査物の材質を識別する材質識別工程とを有し、前記各工程をリアルタイム処理する、、ことを特徴とするX線検査方法が提供される。
According to the present invention, an X-ray generation step of continuously generating X-rays whose output fluctuates at a constant time period T between a predetermined maximum output and a minimum output;
An X-ray irradiation step of irradiating the inspection object with the X-ray;
An X-ray detection step of detecting an X-ray intensity I 1 at the time of high output and an X-ray intensity I 2 at the time of low output at the time of high output and low output of the X-ray output;
A material identification step of identifying the material of the object to be inspected from the X-ray intensity I 1 at the time of high output and the X-ray intensity I 2 at the time of low output, and the respective steps are processed in real time. An X-ray inspection method is provided.

本発明の好ましい実施形態によれば、X線発生工程において、正弦波状にX線管電圧を変化させ、
X線検出工程において、正弦波の1周期中に高エネルギー2点、低エネルギー2点のデータ採取を行う
According to a preferred embodiment of the present invention, in the X-ray generation step, the X-ray tube voltage is changed in a sinusoidal shape,
In the X-ray detection process, data is collected at two high energy points and two low energy points during one cycle of the sine wave.

上記本発明の装置および方法によれば、X線発生装置で、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Tで出力が変動するX線を連続して発生し、このX線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iを検出するので、単一のX線発生装置と単一のX線検出器を用いて、高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iから被検査物の材質を識別することができる。 According to the apparatus and method of the present invention, the X-ray generator continuously generates X-rays whose output fluctuates at a constant time period T between a predetermined maximum output and a minimum output. Since the X-ray intensity I 1 at the time of high output and the X-ray intensity I 2 at the time of low output at the time of high output and low output of the line output are detected, a single X-ray generator and single unit Using one X-ray detector, the material of the inspection object can be identified from the X-ray intensity I 1 at the time of high output and the X-ray intensity I 2 at the time of low output.

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

はじめに本発明の原理について説明する。
図1は、X線発生装置の一種であるX線管の模式図である。この図に示すように、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高い電圧で加速して陽極(target)に衝突させるとX線が発生する。
X線管から発生するX線は、電子の制動放射による連続X線と、輝線スペクトルである特性X線とからなる。特性X線は、特定の波長のX線を必要とする用途に用いられる。
連続X線用の陽極材料としては、原子番号が大きく融点の高いタングステンが適している。
First, the principle of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram of an X-ray tube which is a kind of X-ray generator. As shown in this figure, X-rays are generated when thermoelectrons obtained by heating a filament in vacuum are accelerated at a high voltage and collide with an anode (target).
X-rays generated from the X-ray tube are composed of continuous X-rays due to bremsstrahlung of electrons and characteristic X-rays that are emission line spectra. Characteristic X-rays are used for applications that require X-rays of a specific wavelength.
As an anode material for continuous X-rays, tungsten having a high atomic number and a high melting point is suitable.

図2は、陽極がタングステンである連続X線の強度分布である。この図において、横軸は波長、縦軸はX線強度、図中の数字はX線管の印加電圧である。この図からわかるように、X線管の印加電圧が高いほど波長の短いX線が発生し、X線管の印加電圧が低いほど波長の長いX線が発生する。   FIG. 2 is an intensity distribution of continuous X-rays whose anode is tungsten. In this figure, the horizontal axis represents the wavelength, the vertical axis represents the X-ray intensity, and the numbers in the figure represent the applied voltage of the X-ray tube. As can be seen from this figure, X-rays with shorter wavelengths are generated as the applied voltage of the X-ray tube is higher, and X-rays with longer wavelengths are generated as the applied voltage of the X-ray tube is lower.

X線の波長は、約0.01〜100Å(10-12〜10-8m)程度であり、波長λ[Å]と光量子エネルギーE[keV]との間には、式(1)の関係がある。
E=12.4/λ・・・(1)
従って、波長λ[Å]と光量子エネルギーE[keV]は1対1で対応している。また、この光量子エネルギーE[keV]は、X線管の印加電圧にほぼ比例する。
The wavelength of the X-ray is about 0.01 to 100Å (10 −12 to 10 −8 m), and the relationship of the formula (1) is established between the wavelength λ [Å] and the photon energy E [keV]. There is.
E = 12.4 / λ (1)
Therefore, there is a one-to-one correspondence between the wavelength λ [V] and the photon energy E [keV]. The photon energy E [keV] is substantially proportional to the voltage applied to the X-ray tube.

またX線がある物質中をxの距離透過する際の、X線強度Iは、式(2)で表される。
I=Iexp(−μx)・・・(2)
ここで、Iは物質に入射する前のX線強度、μは減弱係数(又は線吸収係数)である。
減弱係数は、一般的に物質と波長により異なることが知られている。例えば、同一の物質の場合、波長が長くなるほど減弱係数は増大するため透過しにくくなり、逆に波長が短くなるほど減弱係数は減少し透過しやすくなる。
Further, the X-ray intensity I when X-rays pass through a substance with a distance x is expressed by the formula (2).
I = I 0 exp (−μx) (2)
Here, I 0 is the X-ray intensity before entering the material, and μ is an attenuation coefficient (or linear absorption coefficient).
It is known that the attenuation coefficient generally varies depending on the substance and the wavelength. For example, in the case of the same substance, as the wavelength becomes longer, the attenuation coefficient increases, so that the transmission becomes difficult. Conversely, as the wavelength becomes shorter, the attenuation coefficient decreases and the light easily transmits.

密度をρとすると、式(2)は式(3)のように書き換えることができる。
I=Iexp(−μ/ρ)(ρx)・・・(3)
このμ/ρは、物質固有の値をもち、X線の波長が短いと小さく、X線の波長が長いと大きい値となるが、連続した変化ではなく途中で不連続な吸収端を一般に有する。
If the density is ρ, equation (2) can be rewritten as equation (3).
I = I 0 exp (−μ / ρ) (ρx) (3)
This μ / ρ has a value peculiar to a substance and is small when the wavelength of X-rays is short and becomes large when the wavelength of X-rays is long, but generally has a discontinuous absorption edge in the middle rather than a continuous change. .

しかし、各吸収端の中間では近似的に式(4)が成り立つ。
μ/ρ=k×λ×Z・・・(4)
ここでkは定数、Zは実効原子番号である。この式から一定の波長に対しては吸収端を無視すれば一般に重元素になるほど減弱係数は増加し、X線は通りにくくなることがわかる。
However, equation (4) is approximately established between the absorption edges.
μ / ρ = k × λ 3 × Z 3 (4)
Here, k is a constant and Z is an effective atomic number. From this equation, it can be seen that if the absorption edge is ignored for a fixed wavelength, the attenuation coefficient generally increases as the element becomes heavier, and X-rays are difficult to pass.

図3は、本発明のX線検査装置の原理図である。この図において、ある被写体に異なる波長λ,λの2種のX線を透過させ、通過後の各X線強度I,Iを計測する場合を想定する。
この場合、入射X線強度I10,I20が既知であれば、式(2)からμ、μが決まり、上記(4)を満たす次式(4a)(4b)が得られる。
μ/ρ=k×λ ×Z・・・(4a)
μ/ρ=k×λ ×Z・・・(4b)
式(4a)(4b)における未知数は物質のρとZのみであり、この2式を解くことにより物質のρとZを求めることができる。
FIG. 3 is a principle view of the X-ray inspection apparatus of the present invention. In this figure, it is assumed that two types of X-rays having different wavelengths λ 1 and λ 2 are transmitted through a certain subject and the X-ray intensities I 1 and I 2 after passing are measured.
In this case, if the incident X-ray intensities I 10 and I 20 are known, μ 1 and μ 2 are determined from the equation (2), and the following equations (4a) and (4b) satisfying the above (4) are obtained.
μ 1 / ρ = k × λ 1 3 × Z 3 (4a)
μ 2 / ρ = k × λ 2 3 × Z 3 (4b)
The unknowns in the equations (4a) and (4b) are only ρ and Z of the substance, and ρ and Z of the substance can be obtained by solving these two equations.

言い換えれば、X線による透過X線の検出出力レベルは、対象物の厚みに対して、X線のエネルギー別および対象物の元素別に所定の特性を有しており、同一元素で同一厚みの対象物に対する検出出力レベルは照射したX線のエネルギーによって異なり、高エネルギーX線を照射した場合の検出出力レベルはLhとなり、低エネルギーX線を照射した場合の検出出力レベルはLl(<Lh)となる。
そして、この特性は元素毎に異なり、検出出力レベルに対応する厚みを求めると、同一の元素のときのみ、異なるエネルギーX線について同一の厚みが得られる。
従って、対象物を透過した検出出力レベル(Lh,Ll)に対応する厚みが等しくなる元素を求めることによって、対象物の元素を求めることができ、被測定物中に含まれる対象物の材質を求めることができる。
In other words, the detected output level of transmitted X-rays by X-rays has a predetermined characteristic for each X-ray energy and for each element of the object with respect to the thickness of the object. The detection output level for an object varies depending on the energy of the irradiated X-rays. The detection output level when irradiated with high energy X-rays is Lh, and the detection output level when irradiated with low energy X-rays is L1 (<Lh). Become.
This characteristic differs for each element, and when the thickness corresponding to the detected output level is obtained, the same thickness can be obtained for different energy X-rays only when the same element is used.
Therefore, the element of the object can be obtained by obtaining an element having the same thickness corresponding to the detection output level (Lh, Ll) transmitted through the object, and the material of the object contained in the object to be measured can be obtained. Can be sought.

図4は、本発明のX線検査装置の実施形態を示す全体構成図である。この図において、本発明のX線検査装置10は、X線発生装置12、X線照射装置14、X線検出器16、及び制御装置18を備える。なお、この図において、1は被検査物、2は被検査物を水平に搬送する搬送コンベアである。   FIG. 4 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the X-ray inspection apparatus of the present invention. In this figure, an X-ray inspection apparatus 10 of the present invention includes an X-ray generation apparatus 12, an X-ray irradiation apparatus 14, an X-ray detector 16, and a control apparatus 18. In this figure, 1 is an object to be inspected, and 2 is a conveyor for conveying the object to be inspected horizontally.

X線発生装置12は、所定の最大出力Imaxと最小出力Iminとの間で、一定の時間周期Tで出力が変動するX線3を連続して発生する。X線3の出力変動は、正弦波状又は矩形波状であることが好ましい。
X線発生装置12は、この例では、X線管12aと変動電圧装置12bからなる。X線管12aは、熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させてX線を発生する。変動電圧装置12bは、一定の時間周期Tで変動する印加電圧を発生する。印加電圧は、例えば22〜160kVの範囲であるのがよい。
この構成により、変動電圧装置12bで印加電圧を任意に変動させ、この変動電圧によりX線管12aで発生するX線の強度を正弦波状又は矩形波状に変動させることができる。
なお、本発明はこの構成に限定されず、一定の時間周期Tで出力が変動するX線を連続して発生できる限りで、他の周知のX線発生装置を用いることができる。
X-ray generator 12, with the predetermined maximum output I max and the minimum output I min, continuously generates X-rays 3 that varies the output at a constant time period T. The output fluctuation of the X-ray 3 is preferably sinusoidal or rectangular.
In this example, the X-ray generator 12 includes an X-ray tube 12a and a variable voltage device 12b. The X-ray tube 12a generates X-rays by accelerating thermoelectrons with an applied voltage and colliding with the anode. The variable voltage device 12b generates an applied voltage that fluctuates at a constant time period T. The applied voltage is preferably in the range of 22 to 160 kV, for example.
With this configuration, the applied voltage can be arbitrarily changed by the variable voltage device 12b, and the intensity of the X-ray generated in the X-ray tube 12a can be changed in a sine wave shape or a rectangular wave shape by the variable voltage.
Note that the present invention is not limited to this configuration, and other known X-ray generators can be used as long as X-rays whose output fluctuates at a constant time period T can be continuously generated.

X線照射装置14は、X線発生装置12で発生したX線3を被検査物1に照射する。
この例において、X線照射装置14は、被検査物1にX線3を線状に照射する線状照射装置である。
この構成により、搬送コンベア2で被検査物1を水平に搬送し、同時に搬送方向に交叉(例えば直交)する方向に、X線3を線状に照射することにより、面積の大きい被検査物1であっても容易に全面を検査することができる。
なお、本発明はこの構成に限定されず、被検査物1の一部のみ又は全体にX線を照射してもよい。
The X-ray irradiation device 14 irradiates the inspection object 1 with X-rays 3 generated by the X-ray generation device 12.
In this example, the X-ray irradiation apparatus 14 is a linear irradiation apparatus that linearly irradiates the inspection object 1 with X-rays 3.
With this configuration, the inspection object 1 having a large area is conveyed by horizontally conveying the inspection object 1 on the conveyance conveyor 2 and simultaneously irradiating the X-ray 3 linearly in a direction crossing (for example, orthogonal) in the conveyance direction. Even so, the entire surface can be easily inspected.
In addition, this invention is not limited to this structure, You may irradiate only a part or whole of the to-be-inspected object 1 with an X-ray.

X線検出器16は、被検査物1を透過したX線の強度を検出する。
この例において、X線検出器16は、被検査物1を透過した線状X線の強度を検出する線状検出器である。
またこの線状検出器は、隣接して線状に配置された複数のシンチレータと、各シンチレータのX線による発光をそれぞれ検出する複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードの電流出力をそれぞれ電圧信号に変換しかつ増幅する複数の電流電圧変換アンプと、変換した電圧信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のA/D変換器とを有する。
この構成により、被検査物1を透過した線状X線の強度分布を、複数のシンチレータと複数の電流電圧変換アンプと複数のフォトダイオードと複数のA/D変換器で、同時にデジタル信号に変換することができる。
The X-ray detector 16 detects the intensity of X-rays that have passed through the inspection object 1.
In this example, the X-ray detector 16 is a linear detector that detects the intensity of linear X-rays that have passed through the inspection object 1.
In addition, the linear detector includes a plurality of scintillators arranged linearly adjacent to each other, a plurality of photodiodes for detecting light emission by X-rays of each scintillator, and a current output of each photodiode as a voltage signal. A plurality of current-voltage conversion amplifiers that convert and amplify, and a plurality of A / D converters that convert the converted voltage signals into digital signals, respectively.
With this configuration, the intensity distribution of the linear X-rays that have passed through the object to be inspected 1 is converted into a digital signal simultaneously by a plurality of scintillators, a plurality of current-voltage conversion amplifiers, a plurality of photodiodes, and a plurality of A / D converters. can do.

なお、本発明はこの構成に限定されず、多数の検出器が2次元的に配列され2次元画像が一時に撮像できる平面型X線検出器であってもよい。
かかる平面型X線検出器を用いることにより、被検査物1を透過したX線画像を一時に撮像することができる。
The present invention is not limited to this configuration, and may be a planar X-ray detector in which a large number of detectors are two-dimensionally arranged and a two-dimensional image can be captured at a time.
By using such a planar X-ray detector, an X-ray image transmitted through the inspection object 1 can be captured at a time.

また、X線検出器16は、固体半導体のイオン化作用を利用した半導体検出器、或いは薄いCsI膜とCCDの組み合わせ、あるいはそれ以外であってもよい。   Further, the X-ray detector 16 may be a semiconductor detector using an ionization action of a solid semiconductor, a combination of a thin CsI film and a CCD, or the other.

制御装置18は、X線発生装置12で発生するX線出力の高出力時と低出力時に、X線検出器16で検出する高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iとから被検査物1の材質を識別する。
この例において、制御装置18は、検出した高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iとから被検査物1の材質を、等価原子番号で区分し、その結果を出力する。
また制御装置18は、被検査物1を透過したX線強度を画像表示する表示装置19を備え、等価原子番号の区分を色付けして画像上に表示するようになっている。
The control device 18 controls the X-ray intensity I 1 at the time of high output detected by the X-ray detector 16 and the X-ray intensity at the time of low output when the X-ray output generated by the X-ray generator 12 is high and low. identifying the material of the specimen 1 from the I 2 Metropolitan.
In this example, the control device 18 classifies the material of the inspection object 1 by the equivalent atomic number from the detected X-ray intensity I 1 at high output and X-ray intensity I 2 at low output. Output.
Further, the control device 18 includes a display device 19 for displaying an image of the X-ray intensity transmitted through the object 1 to be displayed on the image by coloring the classification of equivalent atomic numbers.

図5は、本発明のX線検査装置の作動説明図である。この図は、印加電圧の時間変化を示している。また図中の円形(●)は、X線検出器で検出するデータ採取点を示している。   FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the X-ray inspection apparatus of the present invention. This figure shows the time change of the applied voltage. A circle (●) in the figure indicates a data collection point detected by the X-ray detector.

正弦波状にX線管電圧を変化させる場合、その周波数はできるだけ低い方が技術的に容易に実現できるうえに、X線管の耐久性を改善することができる。
また、データ採取系の採取周波数に制限があるため、この条件と前述の条件を両立させるには、図5に示す方法が有効である。
図中のfはデータ採取系の最大採取周波数を示す。また、高エネルギー:140kV、低エネルギー:70kVの例である。
正弦波の1周期中に高エネルギー2点、低エネルギー2点のデータ採取を行うようにすると、管電圧の高低ピークでデータ採取する場合に比較して、X線管電圧を正弦波状に変化させる周波数は1/2に下げることができる。
データ採取は、位相45°+(135°×n)、n=0.1,2,…で行い、また、データ採取周波数f=1kHzとすると、正弦波の周波数F=f/4=250Hzとなる。
When the X-ray tube voltage is changed in a sine wave shape, it is possible to technically easily realize that the frequency is as low as possible, and the durability of the X-ray tube can be improved.
In addition, since the sampling frequency of the data sampling system is limited, the method shown in FIG. 5 is effective to make both this condition and the above-described condition compatible.
F in the figure indicates the maximum collection frequency of the data collection system. Moreover, it is an example of high energy: 140 kV and low energy: 70 kV.
If two points of high energy and two points of low energy are collected during one cycle of the sine wave, the X-ray tube voltage is changed to a sine wave shape as compared with the case of collecting data at the high and low peaks of the tube voltage. The frequency can be reduced to ½.
Data collection is performed at a phase of 45 ° + (135 ° × n), n = 0.1, 2,..., And when the data collection frequency is f = 1 kHz, the frequency of the sine wave is F = f / 4 = 250 Hz. Become.

X線検出器16で検出した高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iとから被検査物1の材質を識別する手段は、上述した式(4a)(4b)を解くことにより物質のρとZを求め、これから材質を識別することができる。 The means for identifying the material of the inspection object 1 from the X-ray intensity I 1 at the time of high output and the X-ray intensity I 2 at the time of low output detected by the X-ray detector 16 is the above-described formulas (4a) and (4b). Ρ and Z of the substance can be obtained by solving and the material can be identified from this.

なお、図2に示したように、連続X線の波長はある分布で広がっているが、高出力時のX線は最大出力時の波長が短く、低出力時のX線は最大出力時の波長が長い。
従って、最大出力時のX線波長をそれぞれμ、μとして、式(4a)(4b)を解くことにより物質のρとZの近似値を求め、これから材質を等価原子番号で識別することができる。なお、μ、μとして最大出力時のX線波長の代わりに、それぞれの平均値、或いは任意に設定した値を用いてもよい。
As shown in FIG. 2, although the wavelength of continuous X-rays spreads in a certain distribution, the X-ray at the time of high output has a short wavelength at the maximum output, and the X-ray at the time of low output has a wavelength at the maximum output. Long wavelength.
Therefore, the approximate values of ρ and Z of the substance are obtained by solving the equations (4a) and (4b) with the X-ray wavelengths at the maximum output as μ 1 and μ 2 , respectively, and the material is identified by the equivalent atomic number from this. Can do. As μ 1 and μ 2 , instead of the X-ray wavelength at the maximum output, respective average values or arbitrarily set values may be used.

また、本発明は、式(4a)(4b)に限定されず、その他の近似式を用いてもよい。
さらに、一定の波長に対しては一般に重元素になるほど減弱係数は増加し、X線は通りにくくなり、同一の物質に対しては、波長が長くなるほど減弱係数は増大するため透過しにくくなり、逆に波長が短くなるほど減弱係数は減少し透過しやすくなる特性が知られている。
従ってこの特性から、検出したX線強度I,Iの比I/I(またはI/I)と、等価原子番号との関係を予め検定して校正曲線等を作成し、これを用いて、等価原子番号またはその区分に識別してもよい。
また、X線発生装置12で発生する高出力時のX線強度I10と低出力時のX線強度I20を用いて、同様の校正曲線等を作成し、これらを用いて識別を行ってもよい。
Moreover, this invention is not limited to Formula (4a) (4b), You may use another approximate formula.
Furthermore, for a certain wavelength, the attenuation coefficient generally increases as the element becomes heavier, and X-rays are less likely to pass through. For the same substance, the attenuation coefficient increases as the wavelength increases, making transmission difficult. On the other hand, it is known that the shorter the wavelength, the lower the attenuation coefficient and the easier the transmission.
Therefore, based on this characteristic, the relationship between the ratio I 1 / I 2 (or I 1 / I 2 ) of the detected X-ray intensities I 1 and I 2 and the equivalent atomic number is preliminarily tested to create a calibration curve or the like, This may be used to identify the equivalent atomic number or its classification.
Also, using the X-ray intensity I 10 at the time of high output generated by the X-ray generator 12 and the X-ray intensity I 20 at the time of low output, a similar calibration curve or the like is created and identified using these. Also good.

図6は、本発明のX線検査方法を示すフロー図である。この図に示すように、本発明の方法は、X線発生工程S1、X線照射工程S2、X線検出工程S3、および材質識別工程S4からなる。
X線発生工程S1では、X線発生装置12を用いて、所定の最大出力Imaxと最小出力Iminとの間で、一定の時間周期Tで出力が変動するX線3を連続して発生する。X線3の出力変動は、正弦波状又は矩形波状であることが好ましい。
X線照射工程S2では、発生したX線3を被検査物1に照射する。
X線検出工程S3では、照射したX線の高出力時と低出力時に、被検査物1を透過した高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iを検出する。
材質識別工程S4では、高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iとから被検査物1の材質を識別する。
なお、上記S1〜S4の各工程は、一定の時間周期T内でリアルタイム処理し、かつこれを繰り返すことが好ましい。
FIG. 6 is a flowchart showing the X-ray inspection method of the present invention. As shown in this figure, the method of the present invention comprises an X-ray generation step S1, an X-ray irradiation step S2, an X-ray detection step S3, and a material identification step S4.
In the X-ray generation step S1, the X-ray generation device 12 is used to continuously generate X-rays 3 whose output fluctuates at a constant time period T between a predetermined maximum output I max and a minimum output I min. To do. The output fluctuation of the X-ray 3 is preferably sinusoidal or rectangular.
In the X-ray irradiation step S2, the generated X-ray 3 is irradiated to the inspection object 1.
In the X-ray detecting step S3, the high output power and low output power of the irradiated X-rays, detects X-ray intensity I 2 at the time of low output and the X-ray intensity I 1 at the time of high output which has passed through the object to be inspected 1.
In the material identifying step S4, it identifies the material of the specimen 1 from the high output power of the X-ray intensity I 1 and the low output of the X-ray intensity I 2 Prefecture.
In addition, it is preferable that each process of said S1-S4 processes in real time within the fixed time period T, and repeats this.

以下、本発明の実施例を説明する。
図7は、本発明の実施例を示すX線画像である。この画像は、図4に示した装置を用い、旅行用カバンを検査した際のX線画像である。この例では、検出したX線強度I,Iを用いて、基本的に等価原子番号で色分け(図示せず)し、さらに危険物の可能性があるものを、太い矩形で囲んで強調表示している。
具体的には、等価原子番号10以下を有機物としてオレンジ色を基本とした色相で表し、等価原子番号20以上を無機物として青色を基本とした色相で表し、その中間の等価原子番号を中間物として緑色を基本とした色相で表し、それぞれの等価原子番号の違いを示している。例えば、爆発物の等価原子番号は、7〜8であり、有機物に含まれる。
Examples of the present invention will be described below.
FIG. 7 is an X-ray image showing an embodiment of the present invention. This image is an X-ray image when the travel bag is inspected using the apparatus shown in FIG. In this example, the detected X-ray intensities I 1 and I 2 are used to color-code (not shown) basically by equivalent atomic numbers, and those that may be dangerous materials are highlighted with a thick rectangle. it's shown.
Specifically, an equivalent atomic number of 10 or less is represented by an orange based hue as an organic substance, an equivalent atomic number of 20 or more is represented by an inorganic substance and a blue based hue, and an intermediate equivalent atomic number as an intermediate. It is represented by a hue based on green, and shows the difference between the equivalent atomic numbers. For example, the equivalent atomic number of explosives is 7-8 and is included in organic matter.

図8は、本発明の実施例を示す別のX線画像である。この画像は、同様に工具箱を検査した際のX線画像である。この例でも、同様に内部の収容物を等価原子番号に識別して色分けし、さらに危険物の可能性があるものを、太い矩形で囲んで強調表示している。   FIG. 8 is another X-ray image showing an embodiment of the present invention. This image is an X-ray image when the tool box is similarly inspected. In this example as well, the internal contents are similarly identified and color-coded, and those that are potentially dangerous goods are highlighted in a thick rectangle.

上述したように、本発明の装置および方法によれば、X線発生装置12で、所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Tで出力が変動するX線3を連続して発生し、このX線出力の高出力時と低出力時に、被検査物1を透過した高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iを検出するので、単一のX線発生装置と単一のX線検出器16を用いて、高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iから被検査物1の材質を識別することができる。
また、最も普及している安価なX線管を用いて、目的とするX線発生装置を構成できるので、X線発生装置を小型かつ安価にできる。
As described above, according to the apparatus and method of the present invention, the X-ray generator 12 continuously applies the X-ray 3 whose output fluctuates between the predetermined maximum output and the minimum output at the constant time period T. The X-ray intensity I 1 at the time of high output and the X-ray intensity I 2 at the time of low output that are transmitted through the inspection object 1 are detected at the time of high output and low output of the X-ray output. The X-ray generator and the single X-ray detector 16 can be used to identify the material of the inspection object 1 from the X-ray intensity I 1 at the time of high output and the X-ray intensity I 2 at the time of low output. .
In addition, since the target X-ray generator can be configured using the most popular inexpensive X-ray tube, the X-ray generator can be made small and inexpensive.

また、X線出力が正弦波状(サインカーブ)で変動する場合、サインカーブ上の高出力、低出力の測定位置を自由に変更することにより、X線の測定の波長をコントロールすることができるため、危険物(爆発物、毒物等)や特定物質が最も有効に検出できる、波長を選択して測定することができる。
さらに、X線出力が矩形波状である場合、X線波長はそれぞれ一定値(μ、μ)をもつので、上述した式(4a)(4b)を解くことにより物質のρとZを正確に求めることができ、これから材質をより正確に識別することができる。
In addition, when the X-ray output fluctuates sinusoidally (sine curve), the wavelength of the X-ray measurement can be controlled by freely changing the high and low output measurement positions on the sine curve. It is possible to select and measure the wavelength at which dangerous substances (explosives, poisons, etc.) and specific substances can be detected most effectively.
Further, when the X-ray output is a rectangular wave, the X-ray wavelength has a constant value (μ 1 , μ 2 ), so that the ρ and Z of the substance can be accurately determined by solving the above-described equations (4a) and (4b). From this, the material can be identified more accurately.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

X線管の模式図である。It is a schematic diagram of an X-ray tube. 陽極がタングステンである連続X線の強度分布である。It is an intensity distribution of continuous X-rays whose anode is tungsten. 本発明のX線検査装置の原理図である。It is a principle figure of the X-ray inspection apparatus of this invention. 本発明のX線検査装置の実施形態を示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of an X-ray inspection apparatus of the present invention. 本発明のX線検査装置の作動説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the X-ray inspection apparatus of this invention. 本発明のX線検査方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the X-ray inspection method of this invention. 本発明の実施例を示すX線画像である。It is an X-ray image which shows the Example of this invention. 本発明の実施例を示す別のX線画像である。It is another X-ray image which shows the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 被検査物、2 搬送コンベア、3 X線、
10 X線検査装置、12 X線発生装置、
12a X線管、12b 変動電圧装置、
14 X線照射装置、16 X線検出器、
18 制御装置、19 表示装置
1 Inspected object, 2 Conveyor, 3 X-ray,
10 X-ray inspection equipment, 12 X-ray generation equipment,
12a X-ray tube, 12b Fluctuating voltage device,
14 X-ray irradiation device, 16 X-ray detector,
18 control device, 19 display device

Claims (9)

所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Tで出力が変動するX線を連続して発生するX線発生装置と、
前記X線を被検査物に照射するX線照射装置と、
前記被検査物を透過したX線の強度を検出するX線検出器と、
前記X線発生装置とX線検出器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、X線発生装置で発生するX線出力の高出力時と低出力時に、前記X線検出器で検出する高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iとから前記被検査物の材質を識別する、ことを特徴とするX線検査装置。
An X-ray generator that continuously generates X-rays whose output fluctuates at a constant time period T between a predetermined maximum output and a minimum output;
An X-ray irradiation apparatus for irradiating the inspection object with the X-ray;
An X-ray detector for detecting the intensity of X-rays transmitted through the inspection object;
A control device for controlling the X-ray generator and the X-ray detector;
The control device is configured to detect the X-ray intensity I 1 at the high output and the X-ray intensity I at the low output detected by the X-ray detector when the X-ray output generated by the X-ray generator is high and low. 2. An X-ray inspection apparatus characterized in that the material of the inspection object is identified from 2 .
前記X線発生装置は、熱電子を印加電圧で加速して陽極に衝突させてX線を発生するX線管と、
一定の時間周期Tで変動する前記印加電圧を発生する変動電圧装置とを有する、ことを特徴とする請求項1に記載のX線検査装置。
The X-ray generator includes an X-ray tube that accelerates thermal electrons with an applied voltage and collides with an anode to generate X-rays;
The X-ray inspection apparatus according to claim 1, further comprising: a variable voltage device that generates the applied voltage that fluctuates at a constant time period T.
前記X線発生装置の出力変動は、正弦波状又は矩形波状である、ことを特徴とする請求項1に記載のX線検査装置。   The X-ray inspection apparatus according to claim 1, wherein the output fluctuation of the X-ray generation apparatus is a sine wave shape or a rectangular wave shape. 前記X線照射装置は、被検査物にX線を線状に照射する線状照射装置であり、
前記X線検出器は、被検査物を透過した線状X線の強度を検出する線状検出器である、ことを特徴とする請求項1に記載のX線検査装置。
The X-ray irradiation device is a linear irradiation device that linearly irradiates an inspection object with X-rays,
The X-ray inspection apparatus according to claim 1, wherein the X-ray detector is a linear detector that detects the intensity of linear X-rays that have passed through the inspection object.
前記線状検出器は、隣接して線状に配置された複数のシンチレータと、各シンチレータのX線による発光をそれぞれ検出する複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードの電流出力をそれぞれ電圧信号に変換しかつ増幅する複数の電流電圧変換アンプと、変換した電圧信号をそれぞれデジタル信号に変換する複数のA/D変換器とを有する、ことを特徴とする請求項4に記載のX線検査装置。   The linear detector includes a plurality of scintillators arranged linearly adjacent to each other, a plurality of photodiodes for detecting light emission by X-rays of each scintillator, and a current output of each photodiode converted into a voltage signal, respectively. The X-ray inspection apparatus according to claim 4, further comprising: a plurality of current-voltage conversion amplifiers that amplify and a plurality of A / D converters that respectively convert the converted voltage signals into digital signals. 前記制御装置は、検出した高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iとから前記被検査物の材質を、等価原子番号で区分し、その結果を出力する、ことを特徴とする請求項1に記載のX線検査装置。 The control device classifies the material of the inspection object by an equivalent atomic number based on the detected high-power X-ray intensity I 1 and low-power X-ray intensity I 2, and outputs the result. The X-ray inspection apparatus according to claim 1. 前記制御装置は、被検査物を透過したX線強度を画像表示する表示装置を備え、前記等価原子番号の区分を色付けして画像上に表示する、ことを特徴とする請求項6に記載のX線検査装置。   The said control apparatus is equipped with the display apparatus which displays the image of the X-ray intensity which permeate | transmitted the to-be-inspected object, and colors the division of the said equivalent atomic number, and displays it on an image. X-ray inspection equipment. 所定の最大出力と最小出力との間で、一定の時間周期Tで出力が変動するX線を連続して発生するX線発生工程と、
前記X線を被検査物に照射するX線照射工程と、
前記X線出力の高出力時と低出力時に、被検査物を透過した高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iを検出するX線検出工程と、
前記高出力時のX線強度Iと低出力時のX線強度Iとから被検査物の材質を識別する材質識別工程とを有し、前記各工程をリアルタイム処理する、ことを特徴とするX線検査方法。
An X-ray generation step of continuously generating X-rays whose output fluctuates at a constant time period T between a predetermined maximum output and a minimum output;
An X-ray irradiation step of irradiating the inspection object with the X-ray;
An X-ray detection step of detecting an X-ray intensity I 1 at the time of high output and an X-ray intensity I 2 at the time of low output at the time of high output and low output of the X-ray output;
A material identification step of identifying the material of the object to be inspected from the X-ray intensity I 1 at the time of high output and the X-ray intensity I 2 at the time of low output, and each of the steps is processed in real time. X-ray inspection method.
X線発生工程において、正弦波状にX線管電圧を変化させ、
X線検出工程において、正弦波の1周期中に高エネルギー2点、低エネルギー2点のデータ採取を行う、ことを特徴とする請求項8に記載のX線検査方法。
In the X-ray generation process, the X-ray tube voltage is changed in a sine wave shape,
9. The X-ray inspection method according to claim 8, wherein, in the X-ray detection step, data is collected at two points of high energy and two points of low energy during one cycle of the sine wave.
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