JP2009192268A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直接変換方式のＸ線センサの使用を前提として、製造ラインの稼働を停止させることなく、分極に起因する検出性能の低下の問題に適切に対処し得る、Ｘ線検査装置を得る。
【解決手段】制御部５０は、分極状態からの回復動作を実行すべく、Ｘ線ラインセンサ８への実効的なバイアス電圧の印加を、定期的に停止する。振分制御部５１は、フォトセンサ１５からの検出信号Ｓ６に基づき、分極状態からの回復動作が実行されていた期間内にベルトコンベア６上に存在していた物品１２を、振分機構２０に振り分けさせる。
【選択図】図５

Description

本発明は、Ｘ線検査装置に関する。

従来より、食品業界においては、食品への異物混入の有無を検査するためのＸ線検査装置に用いられるＸ線センサとして、間接変換方式のＸ線センサが広く使用されてきた。間接変換方式のＸ線センサでは、検査対象物を透過してきたＸ線はシンチレータによって可視光に変換され、シンチレータから発せられた可視光はフォトダイオードによって電気信号に変換される。

ところが、間接変換方式のＸ線センサでは、シンチレータ内部での光の散乱等に起因して空間分解能が低下するため、異物の検出性能が低いという欠点があった。その一方で、食品の安全に対する消費者の要求により、食品向けのＸ線検査装置においても高い検出性能が求められるようになってきた。間接変換方式のＸ線センサにおいても、照射するＸ線量を多くすることで、検出性能を高めることは可能である。しかしながら、照射Ｘ線量を多くすると、シンチレータを透過してフォトダイオードに照射されるＸ線量も増大する。その結果、フォトダイオードの耐久性が低下し、部品交換の頻度が高くなるため、ユーザの経済的負担が大きくなってしまう。

このような事情から、食品業界においても今後は、間接変換方式ではなく直接変換方式のＸ線センサの実用化が期待されている。直接変換方式のＸ線センサは、現在では主に医療分野でＣＴ装置等に使用されており、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）を用いた半導体センサ（ＣｄＴｅセンサ）が知られている。例えば下記特許文献１に、ＣｄＴｅセンサを用いたＣＴ装置の一例が開示されている。また、例えば下記特許文献２に、ＣｄＴｅセンサを用いた放射線検出方法の一例が開示されている。直接変換方式のＸ線センサは、シンチレータを備えておらず、検査対象物を透過してきたＸ線は、直接的に電気信号に変換される。直接変換方式のＸ線センサは、シンチレータによる光の散乱の影響がないために空間分解能が高く、しかもＸ線の変換効率も高いため、間接変換方式のＸ線センサと比べて、少ない照射Ｘ線量で高精細な画像を得ることができる。そのため、照射Ｘ線量を抑えることができるため、Ｘ線の照射に起因する半導体センサの耐久性の低下も抑制できる。

特開２００３−２９４８４４号公報 特許第３１５１４８７号公報

上記のように食品業界においても直接変換方式のＸ線センサの実用化が期待されているが、食品業界で直接変換方式のＸ線センサを使用する場合、特有の問題がある。つまり、食品業界では、医療分野のＣＴ装置等とは異なり、Ｘ線検査装置が長時間連続して使用されるという事情がある。食品工場によっては終日稼働される製造ラインもあり、そのような製造ラインに組み込まれたＸ線検査装置は、必然的に終日稼働されることになる。

直接変換方式のＸ線センサが連続して長時間使用されると、分極（ポラリゼーション）の影響が大きくなる。分極が生じると、Ｘ線センサの感度が低下し、その結果、Ｘ線検査装置の検出性能も低下する。従って、食品業界において直接変換方式のＸ線センサを使用する場合には、製造ラインの連続稼働を維持しつつも、分極に起因する検出性能の低下の問題に適切に対処する必要がある。

本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、直接変換方式のＸ線センサの使用を前提として、製造ラインの稼働を停止させることなく、分極に起因する検出性能の低下の問題に適切に対処し得る、Ｘ線検査装置を得ることを目的とする。

第１の発明に係るＸ線検査装置は、検査対象である物品にＸ線を照射し、前記物品を透過してきたＸ線を検出することにより、前記物品に対する検査を実行するＸ線検査装置であって、Ｘ線照射部と、Ｘ線を直接的に電気信号に変換するタイプのＸ線センサを有するＸ線検出部と、前記物品が前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線検出部との間のＸ線照射領域を通過するように、前記物品を搬送する搬送部と、前記搬送部上に存在している物品を検出する物品検出部と、前記Ｘ線センサへ印加するバイアス電圧を制御する第１の制御部と、前記Ｘ線検査装置の後段の振り分け装置における物品の振り分け動作を制御する振り分け制御部とを備え、前記第１の制御部は、前記Ｘ線センサへの実効的なバイアス電圧の印加を定期的に停止し、前記振り分け制御部は、前記物品検出部からの検出信号に基づき、前記バイアス電圧の印加が停止されていた期間内に前記搬送部上に存在していた物品を、前記振り分け装置に振り分けさせることを特徴とする。

第２の発明に係るＸ線検査装置は、第１の発明に係るＸ線検査装置において特に、前記Ｘ線照射部からのＸ線の照射を制御する第２の制御部をさらに備え、前記第２の制御部は、前記第１の制御部が前記Ｘ線センサへの前記バイアス電圧の印加を停止している期間内に、前記Ｘ線照射部からのＸ線の照射を停止することを特徴とする。

第１及び第２の発明に係るＸ線検査装置によれば、Ｘ線センサへの実効的なバイアス電圧の印加が定期的に停止される。従って、それまでの連続使用によってＸ線センサに分極が生じていたとしても、バイアス印加の停止によって、Ｘ線センサの特性を初期特性に回復させることができる。また、バイアス印加の停止動作は、製造ラインを停止させることなく実行可能であるため、Ｘ線検査装置がボトルネックとなって製造ライン全体の稼働が停止するという事態の発生を回避できる。しかも、バイアス印加が停止されていた期間内に搬送部上に存在していた物品は、後段の振り分け装置によって正常ラインから振り分けられるため、正常な検査動作が行われていない物品が正常ラインに混入することを回避できる。

特に第２の発明に係るＸ線検査装置によれば、Ｘ線照射部からのＸ線の照射を停止することにより、Ｘ線の照射に起因するＸ線源及びＸ線センサの劣化の進行を抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係るＸ線検査装置１の全体構成を模式的に示す正面図である。図１に示すように、Ｘ線検査装置１は、上部筐体２、シールドボックス３、及び下部筐体４を備えている。上部筐体２には、タッチパネル機能付きのモニタ、つまり表示・入力部５が設けられている。

シールドボックス３は、Ｘ線が外部に漏洩することを防止する機能を有する。シールドボックス３内には、Ｘ線照射部７とＸ線検出部８とが配設されている。Ｘ線照射部７は、検査対象物である食品等の物品１２に対してＸ線を照射する。Ｘ線検出部８は、Ｘ線照射部７から照射されて物品１２を透過してきたＸ線を検出する。物品１２内に異物が混入していると、その異物の混入箇所において、Ｘ線検出部８が検出するＸ線の強度が極端に低下する。これにより、異物の大きさや混入箇所を特定することができる。

また、シールドボックス３内には、ベルトコンベア６が配設されている。ベルトコンベア６は、物品１２がＸ線照射部７とＸ線検出部８との間のＸ線照射領域１００（図２参照）を通過するように、物品１２を搬送する。ベルトコンベア６の上流端部（即ち物品搬入口１７付近のシールドボックス３の外部）には、Ｘ線検査装置１の上流の処理装置からＸ線検査装置１に物品１２が供給されたことを検知するためのフォトセンサ１５が設けられている。つまり、フォトセンサ１５は、物品１２がベルトコンベア６の上流端に到達したことを検出することができる。シールドボックス３には、ベルトコンベア６の上流端近傍に物品搬入口１７が、下流端近傍に物品搬出口１８が、それぞれ設けられている。

下部筐体４内には、Ｘ線検査装置１の動作制御やデータ処理を行うためのコンピュータ９が配設されている。

ベルトコンベア６の上流側には、物品１２を上流の処理装置からＸ線検査装置１に搬入するためのベルトコンベア１０が設けられている。ベルトコンベア６の下流側には、検査後の物品１２をＸ線検査装置１から搬出するためのベルトコンベア１１が設けられている。ベルトコンベア１１には、Ｘ線検査装置１による検査結果に基づいて良品と不良品とを振り分けるための任意の振分機構２０が配設されている。

図２は、図１に示したシールドボックス３の内部構成を示す斜視図である。ベルトコンベア６の上方には、Ｘ線照射部７としてのＸ線照射器（以下「Ｘ線照射器７」とも称す）が配設されている。ベルトコンベア６の下方には、Ｘ線検出部８としてのＸ線ラインセンサ（以下「Ｘ線ラインセンサ８」とも称す）が配設されている。Ｘ線ラインセンサ８は、直線状に並設された複数のＸ線検出素子８ａを備えている。複数のＸ線検出素子８ａは、ベルトコンベア６の短辺方向、即ち、ベルトコンベア６による物品１２の搬送方向に直交する方向に沿って並設されている。図２においてＸ線照射領域１００として示すように、Ｘ線照射器７は、Ｘ線ラインセンサ８に向かって、扇形状にＸ線を照射する。

Ｘ線検出素子８ａは直接変換方式のＸ線センサであり、照射されたＸ線を、ＣｄＴｅ等から成るＸ線変換膜によって直接的に電気信号に変換する。直接変換方式のＸ線センサでは、バイアス電圧が印加されたＸ線変換膜にＸ線が照射されると、照射されたＸ線量に応じてＸ線変換膜内に電荷（電子−正孔対）が励起され、電流が流れる。その電流値が電流／電圧変換回路によって電圧値に変換されて、データとして出力される。

図３は、Ｘ線ラインセンサ８へのバイアス印加回路を示す回路図である。電源４０は、Ｘ線ラインセンサ８を動作させることが可能なバイアス電圧（以下「実効的なバイアス電圧」とも称する）を供給する。電源４０とＸ線ラインセンサ８との間には、トランジスタ又は半導体リレー等から成るスイッチ３１が接続されている。スイッチ３１がＯＮされている場合には、電源４０からＸ線ラインセンサ８にバイアス電圧が印加され、一方、スイッチ３１がＯＦＦされている場合には、電源４０からＸ線ラインセンサ８にバイアス電圧は印加されない。Ｘ線ラインセンサ８には、電流／電圧変換回路８Ａが接続されている。電流／電圧変換回路８Ａは、Ｘ線ラインセンサ８を流れた電流値を電圧値に変更して、データ（電圧信号）として出力する。電流／電圧変換回路８Ａから出力されたデータはコンピュータ９に入力され、コンピュータ９によって物品１２の画像が作成される。

図４は、Ｘ線検査装置１の機能構成を示すブロック図である。コンピュータ９は、ＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１によって参照可能な、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ２２とを備えている。コンピュータ９には、Ｘ線照射器７、電流／電圧変換回路８Ａ、表示・入力部５、フォトセンサ１５、スイッチ３１、及び振分機構２０が接続されている。

ところで、直接変換方式のＸ線センサでは、バイアス電圧を連続して印加し続けることにより、分極が生じてＸ線センサの感度が低下することが知られている。以下では、分極が感度に及ぼす影響が顕著となる臨界の連続印加時間を限界時間Ｔｍａｘと称する。つまり、限界時間Ｔｍａｘ以上の時間、連続してＸ線ラインセンサ８にバイアス電圧を印加し続けることにより、分極の影響が大きくなってＸ線センサの感度が低下する。但し、現実的には限界時間Ｔｍａｘとして明確な臨界値が存在するわけではなく、Ｘ線検査装置又はＸ線センサの開発段階での実験又はシミュレーション等によって、Ｘ線センサの感度が低下し始めた時点（又は低下し始める直前の時点）での連続印加時間の値が、限界時間Ｔｍａｘとして設定される。

製造ラインの稼働にあたって、物品１２がＸ線検査装置１に供給されない休止期間が頻繁に存在すれば、各休止期間内にＸ線ラインセンサ８へのバイアス電圧の印加を停止することにより、Ｘ線ラインセンサ８を分極状態から回復させることができる。しかし、食品工場によっては終日連続稼働される製造ラインもあり、そのような製造ラインに組み込まれたＸ線検査装置１では、休止期間が存在しないため、分極状態からの回復動作を行うことができない。そこで、本実施の形態に係るＸ線検査装置１では、製造ラインの稼働を停止させることなく、分極状態からの回復動作を定期的に実行し、回復動作が実行されていた期間内にベルトコンベア６上に存在していた物品１２を、振分機構２０によって正常ラインから振り分けさせる。以下、具体的に説明する。

図５は、分極状態からの回復動作に関連する構成を示すブロック図である。制御部５０及び振分制御部５１は、図１に示したコンピュータ９の機能として実現される。

制御部５０には、タイムカウンタ等の計時手段５２が接続されている。制御部５０には、時間のカウント値が信号Ｓ１として計時手段５２から入力される。また、限界時間Ｔｍａｘに関する情報が図４に示したメモリ２２に予め登録されており、制御部５０は、メモリ２２にアクセスすることで、限界時間Ｔｍａｘを参照することができる。

振分制御部５１には、分極状態からの回復動作の実行に関する情報が、信号Ｓ５として制御部５０から入力される。また、振分制御部５１には、フォトセンサ１５から検出信号Ｓ６が入力される。また、振分制御部５１には、設定されているベルトコンベア６の駆動速度に関する情報が、信号Ｓ２として入力されている。振分制御部５１は、検出信号Ｓ６と信号Ｓ２とに基づいて、物品１２がベルトコンベア６上に存在しているか否かを判定することができる。

制御部５０は、信号Ｓ１に基づき、分極状態からの回復動作が前回実行されてからの経過時間をカウントする。そして、その経過時間が限界時間Ｔｍａｘ（又はＴｍａｘよりも若干短い時間）に達すると、分極状態からの回復動作を再び実行する。具体的には、ローレベルの信号Ｓ３をスイッチ３１に入力することにより、スイッチ３１をＯＦＦする。これにより、Ｘ線ラインセンサ８へのバイアス電圧の印加が停止される。バイアス印加の停止により、Ｘ線ラインセンサ８の分極状態からの回復動作が行われる。また、これとともに制御部５０は、ローレベルの信号Ｓ４をＸ線照射器７に入力する。これにより、Ｘ線照射器７からのＸ線の照射が停止される。

また、制御部５０は、分極状態からの回復動作を実行している期間中、つまり、ローレベルの信号Ｓ３，Ｓ４を出力している期間中、ハイレベルの信号Ｓ５を振分制御部５１に入力する。

振分制御部５１は、信号Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６に基づいて、分極状態からの回復動作が実行されている期間内にベルトコンベア６上に存在していた物品１２を特定する。そして、振分制御部５１は、特定した物品１２（つまり未検査物品）が正常ラインから排除されるように、振分機構２０に対して振分命令Ｓ７を送出する。

図６は、未検査物品が排除される状況を示すタイミングチャートである。図６の（Ａ）に示すように、物品Ｍ１〜Ｍ１０が連続してＸ線検査装置１に供給されている。ここで、図６の（Ｂ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間中、分極状態からの回復動作が実行されていたものとする。この場合、図６の（Ｃ）に示すように、分極状態からの回復動作が実行されていた期間（時刻Ｔ１〜Ｔ２）内にベルトコンベア６上に存在していた物品Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４は、Ｘ線検査装置１による異物検査の結果に拘わらず、正常ラインから強制的に排除される。

分極状態からの回復動作が完了すると、制御部５０は、計時手段５２のカウント値をリセットし、改めて経過時間のカウント動作を開始する。また、これとともに制御部５０は、信号Ｓ３，Ｓ４をローレベルからハイレベルに遷移させる。これにより、Ｘ線ラインセンサ８へのバイアス電圧の印加が再開されるとともに、Ｘ線照射器７からのＸ線の照射も再開される。

このように本実施の形態に係るＸ線検査装置１によれば、Ｘ線ラインセンサ８へのバイアス電圧の印加の停止が、定期的に実行される。従って、それまでの連続使用によってＸ線ラインセンサ８に分極が生じていたとしても、バイアス印加の停止によって、Ｘ線ラインセンサ８の特性を初期特性に回復させることができる。また、バイアス印加の停止動作は、製造ラインを停止させることなく実行可能であるため、Ｘ線検査装置１がボトルネックとなって製造ライン全体の稼働が停止するという事態の発生を回避できる。しかも、バイアス印加が停止されていた期間内にベルトコンベア６上に存在していた物品（図６に示す物品Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４）は、後段の振分機構２０によって正常ラインから振り分けられるため、正常な検査動作が行われていない未検査物品が正常ラインに混入することを回避できる。

また、バイアス印加の停止とともにＸ線照射器７からのＸ線の照射を停止することにより、Ｘ線の照射に起因するＸ線源及びＸ線センサの劣化の進行を抑制することが可能となる。

＜変形例＞
図７は、Ｘ線ラインセンサ８へのバイアス印加の停止動作を具体的に説明するための図である。スイッチ３１は、端子７１Ａ〜７１Ｃを有している。スイッチ３１をＯＮする場合には端子７１Ａと端子７１Ｂとが接続され、スイッチ３１をＯＦＦする場合には端子７１Ａと端子７１Ｃとが接続される。Ｘ線ラインセンサ８への実効的なバイアス電圧の印加を停止するということは、図７の（Ａ）〜（Ｄ）においてスイッチ３１をＯＦＦ状態に切り換えることを意味する。

図７の（Ａ）において、電源７０Ａは、電源３０と同一極性の微小電圧（例えば０．１Ｖ）を供給しており、端子７１Ａと端子７１Ｃとが接続されても、Ｘ線ラインセンサ８には十分なバイアス電圧が供給されないため、Ｘ線ラインセンサ８は動作しない。図７の（Ｂ）において、端子７１Ｃは電気的にフローティングな状態であり、端子７１Ａと端子７１Ｃとが接続されても、Ｘ線ラインセンサ８には十分なバイアス電圧が供給されないため、Ｘ線ラインセンサ８は動作しない。図７の（Ｃ）において、端子７１ＣにはＧＮＤ電位が供給されており、端子７１Ａと端子７１Ｃとが接続されても、Ｘ線ラインセンサ８には十分なバイアス電圧が供給されないため、Ｘ線ラインセンサ８は動作しない。図７の（Ｄ）において、電源７０Ｃは、電源３０とは逆極性の微小電圧（例えば−０．１Ｖ）を供給しており、端子７１Ａと端子７１Ｃとが接続されても、Ｘ線ラインセンサ８には十分なバイアス電圧が供給されないため、Ｘ線ラインセンサ８は動作しない。

本発明の実施の形態に係るＸ線検査装置の全体構成を模式的に示す正面図である。 図１に示したシールドボックスの内部構成を示す斜視図である。 Ｘ線ラインセンサへのバイアス印加回路を示す回路図である。 Ｘ線検査装置の機能構成を示すブロック図である。 分極状態からの回復動作に関連する構成を示すブロック図である。 未検査物品が排除される状況を示すタイミングチャートである。 Ｘ線ラインセンサへのバイアス印加の停止動作を具体的に説明するための図である。

符号の説明

１ Ｘ線検査装置
６ ベルトコンベア
７ Ｘ線照射器
８ Ｘ線ラインセンサ
１２ 物品
１５ フォトセンサ
２０ 振分機構
３１ スイッチ
５０ 制御部
５１ 振分制御部
１００ Ｘ線照射領域

Claims (2)

1. 検査対象である物品にＸ線を照射し、前記物品を透過してきたＸ線を検出することにより、前記物品に対する検査を実行するＸ線検査装置であって、
   Ｘ線照射部と、
   Ｘ線を直接的に電気信号に変換するタイプのＸ線センサを有するＸ線検出部と、
   前記物品が前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線検出部との間のＸ線照射領域を通過するように、前記物品を搬送する搬送部と、
   前記搬送部上に存在している物品を検出する物品検出部と、
   前記Ｘ線センサへ印加するバイアス電圧を制御する第１の制御部と、
   前記Ｘ線検査装置の後段の振り分け装置における物品の振り分け動作を制御する振り分け制御部と
   を備え、
   前記第１の制御部は、前記Ｘ線センサへの実効的なバイアス電圧の印加を定期的に停止し、
   前記振り分け制御部は、前記物品検出部からの検出信号に基づき、前記バイアス電圧の印加が停止されていた期間内に前記搬送部上に存在していた物品を、前記振り分け装置に振り分けさせる、Ｘ線検査装置。
2. 前記Ｘ線照射部からのＸ線の照射を制御する第２の制御部をさらに備え、
   前記第２の制御部は、前記第１の制御部が前記Ｘ線センサへの前記バイアス電圧の印加を停止している期間内に、前記Ｘ線照射部からのＸ線の照射を停止する、請求項１に記載のＸ線検査装置。

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