JP2013205123A - 異種物質の検査装置及び異種物質の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも２つの検査ステージを備えた異種物質の検査装置において、各検査ステージ間で被測定物に位置ズレが生じたとしても、その位置ズレを簡単に解消して、信頼性の高い検査を行うことができるようにする。
【解決手段】被測定物Ｓを形成する主物質内に異種物質が存在するか否かを検査する異種物質の検査装置１である。被測定物内における異種物質の候補位置を求める候補位置測定手段と、候補位置測定手段によって求めた異種物質の候補位置におけるＸ線透過量Ａを求める手段と、複数の画素を平面的に並べて成るＸ線検出面を有しておりそれら複数の画素のうち候補位置測定手段によって求めた異種物質の候補位置の周囲に在る所定数の画素の少なくとも１つにおけるＸ線透過量Ｂを求める手段と、Ｘ線透過量ＡとＸ線透過量Ｂとに基づいて異種物質の存在を判定する判定手段とを有する異種物質の検査装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、主物質内に異種物質が存在するか否かを検査する検査装置及びその検査方法に関する。

従来、主物質に混入した異種物質を検出するための技術が種々提案されている。例えば、特許文献１によれば、２種以上の異なるエネルギの放射線によって透過画像を求め、求められた透過画像に基づいて異種物質を検出する技術が知られている。特許文献１では、異なるエネルギの放射線のそれぞれによって透過画像を求める際、１つのエネルギに関する物質の位置と、他のエネルギに関する物質の位置とが一致していることが前提であり、物質に位置ズレが生じることは考慮されていない。

また、特許文献２によれば、搬送ベルトの搬送方向に沿って２つの検出器を設け、被検査物を搬送ベルトによって搬送させながら、異なるエネルギのＸ線をその被検査物にタイミングを変えて照射し、それぞれのエネルギのＸ線に関する透過Ｘ線データを上記２つの検出器によって検出し、それらの透過Ｘ線データに基づいて被検査物中に含まれる異種物質を検出する技術が開示されている。

特許文献２では、２つのＸ線検出器によって画像データを取得する際、被検査物に位置ズレが生じていないことが前提条件であり、被検査物に位置ズレが生じることは考慮されていない。被検査物に位置ズレが生じた場合には、異種物質の検出が正確にできないおそれがある。

特許文献３によれば、ベルトコンベアによって搬送される試料に、試料のＸ線吸収端より低いエネルギのＸ線とＸ線吸収端より高いエネルギのＸ線とを順次に照射し、それぞれのエネルギのＸ線に関してＸ線透過強度を測定し、得られた測定結果に基づいて試料内に異物が存在するか否かを判定する技術が開示されている。

特許文献３では、２つのＸ線検出器によってＸ線透過強度を取得する際、試料に位置ズレが生じていないことが前提条件であり、被検査物に位置ズレが生じることは考慮されていない。試料に位置ズレが生じた場合には、異物の検出が正確にできないおそれがある。

特開昭６２−２１１５４９号公報 特開平１０−３１８９４３号公報 特開２０１０−２８６４０５号公報

以上のように、２つあるいはそれ以上の検査ステージにおいてＸ線のエネルギを変えて、すなわち測定条件を変えて試料のＸ線透過量、すなわち物質量を測定し、測定されたＸ線透過量に基づいて試料内に異物があるか否かを判定する技術は、従来から知られている。しかしながら、このような複数の検査ステージを備えた異種物質の検査技術において、各検査ステージ間での試料の位置ズレは考慮されていなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、少なくとも２つの検査ステージを備えた異種物質の検査装置及び異種物質の検査方法において、各検査ステージ間で被測定物に位置ズレが生じたとしても、その位置ズレを簡単に解消して、信頼性の高い検査を行うことができるようにすることを目的とする。

本発明に係る異種物質の検査装置は、被測定物を形成する主物質（鉄Ｆｅ）内に異種物質（タングステンＷ）が存在するか否かを検査する異種物質の検査装置において、前記被測定物内における前記異種物質の候補位置（例えば、図５のステップＳ４のａ〜ｅ位置）を求める候補位置測定手段と、前記候補位置測定手段によって求めた異種物質の候補位置における物質量（例えば、Ｘ線透過量）を第１物質量として求める第１の物質量測定手段と、複数の画素を平面的に並べて成るＸ線検出面を有しており、それら複数の画素のうち前記候補位置測定手段によって求めた異種物質の候補位置の周囲に在る所定数の画素の少なくとも１つにおける物質量を第２物質量として求める第２の物質量測定手段と、前記第１物質量と前記第２物質量とに基づいて前記異種物質の存在を判定する判定手段とを有することを特徴とする。

本発明は、Ｘ線を用いた検査装置や、Ｘ線以外の電磁波（例えば紫外線）を用いた検査装置に適用できる。上記構成において、「物質量」は例えばＸ線透過量、Ｘ線反射量、Ｘ線以外の電磁波の透過量、Ｘ線以外の電磁波の反射量等である。

本発明に係る異種物質の検査装置によれば、搬送ベルトのズレや被測定物の崩れ等に起因して、第１の物質量測定手段と第２の物質量測定手段とで異種物質の測定位置に位置ズレが生じた場合、その位置ずれを解消した状態で、第１の物質量測定手段で求めた物質量と第２の物質量測定手段で求めた物質量とを正確に評価の対象にすることができる。これにより、信頼性の高い検査結果を得ることができる。

本発明に係る異種物質の検査装置において、前記候補位置測定手段は、前記被測定物の被測定領域に関する物質量のデータ（例えば、図６（ａ）のＸ線透過量曲線）を測定し、当該物質量のデータに基づいて前記異種物質の候補位置を求めることができる。

本発明に係る異種物質の検査装置において、前記候補位置測定手段によって複数の候補位置が求められた場合、前記第２の物質量測定手段はそれらの複数の候補位置のそれぞれの周囲に在る所定数の画素の少なくとも１つにおける物質量を第２物質量として求めることができる。

２つの検査ステージ間で被測定物の位置ズレを補正しようとする場合、一般的な手法として、予め被測定物の適所にマークを付けておき、２つの検査ステージ間で被測定物の位置ズレが発生した場合には、２回目の検査ステージでの検査結果をマークのズレ量に基づいて補正するという補正手法が考えられる。

そのような補正手法を、第１検査手段によって異種物質の存在位置が複数求められたという本実施態様に係る異種物質の検査装置に適用したとすると、第２検査手段によって求めたデータをマークのズレ量に基づいて全体的に補正、すなわち一律に補正するということになる。しかしながら、このような手法では、複数の異種物質の個々の位置ズレ量を正確に検出したことにはならず、従って、検査精度が低下するおそれがある。

これに対し、上記の限定した態様の異種物質の検査装置によれば、複数の異種物質の位置ズレが異種物質の個々に関して個別に補正されることになり、従って、検査精度を高い状態に維持できる。

本発明に係る異種物質の検査装置において、前記候補位置測定手段は、前記被測定物に照射される電磁波（Ｘ線等）を放射する第１電磁波放射手段と、電磁波を受けた前記主物質及び前記異種物質から出る電磁波を受けて信号を出力する第１電磁波検出手段と、当該第１電磁波検出手段の出力信号に基づいて前記物質量のデータを生成するデータ生成手段とを有することができる。前記第１の物質量測定手段は、前記候補位置測定手段によって求められた物質量のデータに基づいて前記第１物質量を求めることができる。前記第２の物質量測定手段は、前記被測定物に照射される電磁波を放射する第２電磁波放射手段と、電磁波を受けた前記主物質及び前記異種物質から出る電磁波を複数の画素を平面的に並べて成るＸ線検出面によって受けて信号を出力する第２電磁波検出手段と、当該第２電磁波検出手段の出力信号に基づいて前記第２物質量を求める手段とを有することができる。

上記構成において、「電磁波」は例えばＸ線であり、「第１電磁波放射手段及び第２電磁波放射手段」は例えばＸ線管、電磁波発生器等であり、「第１電磁波検出手段及び第２電磁波検出手段」は例えばＸ線検出器、電磁波検出器等であり、「データ生成手段」は例えば適宜のプログラムに従って機能を実現するＣＰＵ等といった演算制御器である。

本発明に係る異種物質の検査装置において、前記候補位置測定手段は、前記異種物質の物質量のデータ（例えば、Ｘ線透過量曲線）を微分して得られる微分データに基づいて前記異種物質の候補位置を特定することができる。ここで、「物質量のデータ」は例えばＸ線透過量曲線等である。

本発明に係る異種物質の検査装置において、前記第１電磁波放射手段及び前記第２電磁波放射手段は、電磁波としてのＸ線を放射するＸ線管とすることができ、前記第１電磁波検出手段及び前記第２電磁波検出手段は、直線上でＸ線分解能を有する１次元Ｘ線検出器又は平面内でＸ線分解能を有する２次元Ｘ線検出器とすることができ、前記物質量はＸ線透過量とすることができる。

本発明に係る異種物質の検査装置において、前記第１電磁波放射手段と前記第２電磁波放射手段は互いに異なるエネルギのＸ線を発生し、前記判定手段は、互いにエネルギが異なるＸ線が異種物質を透過する透過量に基づいて異種物質を特定することができる。この構成により、いわゆるデュアル・エネルギ測定を行うことができる。

本発明に係る異種物質の検査装置において、前記候補位置測定手段と前記第２の物質量測定手段とは異なる位置に設けられており、前記候補位置測定手段と前記第２の物質量測定手段との間で前記被測定物を搬送する搬送手段を有しており、当該搬送手段による前記被測定物の搬送速度の変化に応じて、物質量を測定するための前記測定対象領域の広さを調節することができる。こうすれば、搬送手段による被測定物の搬送速度にムラが発生する場合でも、検査精度を高く維持できる。

次に、本発明に係る異種物質の検査方法は、被測定物を形成する主物質（鉄Ｆｅ）内に異種物質（タングステンＷ）が存在するか否かを検査する異種物質の検査方法において、前記被測定物内における前記異種物質の候補位置（例えば、図５のステップＳ４のａ〜ｅ位置）を求める候補位置測定工程（例えば、図５のステップＳ４）と、前記候補位置測定工程によって求めた異種物質の候補位置における物質量（例えば、Ｘ線透過量）を第１物質量として求める第１の物質量測定工程（例えば、図５のステップＳ５）と、複数の画素を平面的に並べて成るＸ線検出面を用いて、それら複数の画素のうち前記候補位置測定手段によって求めた異種物質の候補位置の周囲に在る所定数の画素の少なくとも１つにおける物質量を第２物質量として求める第２の物質量測定工程（例えば、図５のステップＳ６）と、前記第１物質量と前記第２物質量とに基づいて前記異種物質の存在を判定する判定工程（例えば、図５のステップＳ７）とを有することを特徴とする。

本発明に係る異種物質の検査装置によれば、搬送ベルトのズレや被測定物の崩れ等に起因して、第１の物質量測定手段と第２の物質量測定手段とで異種物質の測定位置に位置ズレが生じた場合、その位置ずれを解消した状態で、第１の物質量測定手段で求めた物質量と第２の物質量測定手段で求めた物質量とを正確に評価の対象にすることができる。これにより、信頼性の高い検査結果を得ることができる。

本発明に係る異種物質の検査方法によれば、搬送ベルトのズレや被測定物の崩れ等に起因して、第１の物質量測定工程と第２の物質量測定工程とで異種物質の測定位置に位置ズレが生じた場合、その位置ずれを解消した状態で、第１の物質量測定工程で求めた物質量と第２の物質量測定工程で求めた物質量とを正確に評価の対象にすることができる。これにより、信頼性の高い検査結果を得ることができる。

本発明に係る異種物質の検査装置の一実施形態を示す図である。 被測定物の一実施形態を示す平面図である。 主物質である鉄の中に異種物質であるタングステンが混在している状態を示す写真データである。 鉄（Ｆｅ）とタングステン（Ｗ）のデュアル・エネルギ特性を示すグラフである。 図１の検査装置によって実行される制御の流れを示すフローチャートである。 Ｘ線透過量の変化を示すデータ及びそのデータを微分したデータを示すグラフである。 本発明で用いられる測定対象領域の一例を示す図である。 測定対象領域の広さと被測定物の大きさとの関係の一例を示す平面図である。 本発明に係る異種物質の検査装置の他の実施形態を示す図である。 本発明に係る異種物質の検査装置のさらに他の実施形態を示す図である。 図１０の検査装置において被測定物を搬送するための搬送ベルトの平面図である。

（異種物質の検査装置及び検査方法の第１の実施形態）
以下、本発明に係る異種物質の検査装置及び異種物質の検査方法を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、本明細書に添付した図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。

図１は、本発明に係る異種物質の検査装置の一実施形態を示している。ここに示す異種物質の検査装置１は、機構部２と制御部３とを有している。

（機構部２）
機構部２は、被測定物Ｓを搬送するための搬送手段としての搬送ベルト６と、第１光学系７と、第２光学系８とを有している。第１光学系７による検査領域が第１検査ステージであり、第２光学系８による検査領域が第２検査ステージである。搬送ベルト６は駆動ローラ１１と従動ローラ１２とに掛け渡されている。駆動ローラ１１は駆動源、例えば電動モータ１３によって駆動されて回転する。駆動ローラ１１の回転により、搬送ベルト６の上側走行部が矢印Ａで示すように移動する。被測定物Ｓは、検査にあたって、搬送ベルト６の上流側の位置に載せられる。

被測定物Ｓは、主物質の中に異種物質が混在して成る物質である。本実施形態では、主物質が鉄（Ｆｅ）の切削片の集合物であり、異種物質がタングステン（Ｗ）の微小塊であるものとする。本実施形態では、図２に示すように、かさ密度が０．２ｇ／ｃｍ^３ である鉄（Ｆｅ）の集合物の中に微小なタングステンＷが複数、混在している。

被測定物Ｓの搬送方向Ａに沿った被測定物Ｓの長さＬ及びそれに直交する方向の幅Ｈは、搬送ベルト６の幅や、第１光学系７及び第２光学系８の測定可能領域の大きさ等を考慮して適宜に設定する。

タングステンＷは、通常は、複数個が鉄Ｆｅの中に混在する。タングステンＷは、図３に示すように微小球で存在する場合もあるし、微小片として存在する場合もある。本実施形態では直径０．３８ｍｍ以上のタングステン球を検出できるようになっている。このような検出能力は、後述のように、検出器の検出単位である画素をタングステン球よりも小さくすることによって達成でき、その意味から本実施形態では０．２ｍｍピッチの画素によって検出器を形成している。

図１において、第１光学系７は、第１電磁波放射手段としての第１Ｘ線管１５ａと、第１電磁波検出手段としての第１Ｘ線検出器１６ａとを有している。第２光学系８は、第２電磁波放射手段としての第２Ｘ線管１５ｂと、第２電磁波検出手段としての第２Ｘ線検出器１６ｂとを有している。

第１Ｘ線管１５ａは、通電によって電子を放出するフィラメントと、それに対向して配置されたＣｕターゲットとを有しており、電子が衝突したターゲットからＸ線を発生する。第１Ｘ線管１５ａは管電圧１６０ｋＶ、管電流０．８ｍＡで高エネルギのＸ線を発生する。第１Ｘ線管１５ａによる被測定物Ｓの露光時間は、本実施形態では２ｍｓである。

第２Ｘ線管１５ｂは、第１Ｘ線管１５ａと同様に、通電によって電子を放出するフィラメントと、それに対向して配置されたＣｕターゲットとを有しており、電子が衝突したターゲットからＸ線を発生する。第２Ｘ線管１５ｂは管電圧９０ｋＶ、管電流０．６ｍＡで低エネルギのＸ線を発生する。第２Ｘ線管１５ｂによる被測定物Ｓの露光時間は、本実施形態では２ｍｓである。

第１Ｘ線検出器１６ａ及び第２Ｘ線検出器１６ｂは、それぞれ、受光素子１７と出力部１８とを有している。受光素子１７は本実施形態では１次元半導体Ｘ線検出器によって形成されている。１次元半導体Ｘ線検出器は、Ｘ線を受光して電気信号を出力できる半導体素子を画素として、この画素を図１の紙面垂直方向（紙面を貫通する方向）へ複数個、直線状に並べて成る検出器である。すなわち、１次元半導体Ｘ線検出器は、直線上でＸ線分解能を有するＸ線検出器である。１次元半導体Ｘ線検出器を形成する１つの画素の大きさは、本実施形態では、０．２ｍｍピッチである。

１次元半導体Ｘ線検出器は、２次元半導体Ｘ線検出器に代えることができる。２次元半導体Ｘ線検出器は、Ｘ線を受光して電気信号を出力できる半導体素子を画素として、この画素を複数個、平面内に並べて成る検出器である。すなわち、２次元半導体Ｘ線検出器は、平面内でＸ線分解能を有するＸ線検出器である。２次元半導体検出器は、搬送ベルト６を用いた流れ作業で用いることもできるし、流れ作業ではないバッチ処理（一括処理）で用いることもできる。

半導体検出器は、フォトンカウンティング型（すなわちパルス計数型）ピクセルアレイ検出器、ＣＣＤ（Charge Coupled Device／電荷結合素子）検出器等を用いることができる。出力部１８は、受光素子１７から出力された信号を増幅し、Ｘ線強度信号を位置信号と関連付けて出力する。

（制御部３）
制御部３は、コンピュータを用いた制御装置２１を有している。制御装置２１は、演算制御器であるＣＰＵ（Central Processing Unit）２２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２４と、メモリ２５とを有している。メモリ２５は、ハードディスク等といった機械式記憶媒体や、半導体メモリ等によって形成することができる。

メモリ２５の内部には、機構部２を使って所定の機能を実現するための検査プログラム２８がインストールされている。また、メモリ２５の内部には、検査処理に関連して生成されたデータを保存するための結果ファイル２９の領域が確保されている。また、メモリ２５の内部には、図４に示す特性グラフがデータテーブル３０の形で保存されている。なお、図４の特性グラフは検査プログラム２８内に数式によって保存しても良い。

図４の特性グラフは、鉄（Ｆｅ）とタングステン（Ｗ）のデュアル・エネルギ特性を示すグラフである。図４において、横軸は１６０ｋＶの高エネルギのＸ線をＦｅ及びＷに照射したときのＦｅ及びＷのＸ線透過量を示している。縦軸は９０ｋＶの低エネルギのＸ線をＦｅ及びＷに照射したときのＦｅ及びＷのＸ線透過量を示している。横軸及び縦軸は単位の無い無名数である。横軸及び縦軸において、空気のＸ線透過量は、いずれも３８００である。

図４において、曲線Ｗはタングステンの特性を示し、曲線Ｆｅは鉄の特性を示している。図４の特性は、１６０ｋＶの高エネルギＸ線と９０ｋＶの低エネルギＸ線を用いて予め測定されたデータから求めたものである。図１の異種物質の検査装置１において、被測定物Ｓに関して、第１光学系７を用いて高エネルギＸ線によるＸ線透過量を測定し、さらに第２光学系８を用いて低エネルギＸ線によるＸ線透過量を測定し、それらの値を図４のグラフにあてはめれば、被測定物Ｓの主物質（Ｆｅ）内にタングステンが異種物質として存在することを判定できる。すなわち、図４のグラフに示された曲線は検量線として機能する。このような高エネルギＸ線と低エネルギＸ線の２種類のＸ線を用いて行われる処理は、デュアル・エネルギ処理と呼ばれることがある。

図１において、ＣＰＵ２２、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４及びメモリ２５は通信線であるバス３１によって接続されている。また、バス３１には、ディスプレイ等といった表示装置３２と、キーボード、マウス等といった入力装置３３とが接続されている。機構部２の検出器１６ａ，１６ｂ及び電動モータ１３の入出力端子は入出力インターフェース３４を介してＣＰＵ２２に接続されている。

（検査処理）
以下、図５に示すフローチャートを用いて、図１に示す異種物質の検査装置１を用いて行われる検査の流れを説明する。
電源が投入されると、ステップＳ１において装置全体の初期調整が行われて、検査に対する準備が整う。搬送ベルト６の上に被測定物Ｓが置かれ、検査の指示が成されると（ステップＳ２でＹＥＳ）、被測定物Ｓが搬送ベルト６によって図１の矢印Ａ方向へ搬送される（ステップＳ３）。

被測定物Ｓが第１光学系７による検査域に達すると、ステップＳ４において候補位置測定工程が実行される。すなわち、第１Ｘ線管１５ａから放射される高エネルギＸ線が被測定物Ｓに照射され、被測定物Ｓから出る透過Ｘ線が受光素子１７で受け取られ、そのときのＸ線透過量（すなわち、物質量）を反映した信号が出力部１８の出力端子から出力される。

第１光学系７の出力部１８から出力されるＸ線情報に基づいて、図６（ａ）に示すように、物質量のデータとしてのＸ線透過量のデータが得られる。図６（ｃ）は図３に示す被測定物Ｓの一部分を切り取って示した２次元写真データである。この２次元写真データにおける線Ｘ１に沿った部分のデータが図６（ａ）に示すデータである。線Ｘ１は搬送ベルト６による被測定物Ｓの搬送方向に沿った線である。線Ｘ１に沿った目盛り、すなわち図６の横軸の目盛り、は被測定物Ｓの搬送方向に沿った位置を示している。

線Ｘ１と直角の方向に関しても図６（ａ）と同様のＸ線透過量データが得られるが、図６ではそれらのデータの図示は省略している。候補位置測定工程Ｓ４で得られた図６（ａ）のＸ線透過量データ（すなわち物質量データ）は、必要に応じて、図１のＲＡＭ２４やメモリ２５の結果ファィル２９に保存される。

鉄Ｆｅ及びタングステンＷについてＸ線透過量を考えると、鉄はＸ線透過量が高く、タングステンはＸ線透過量が低い。従って、異種物質としてのタングステン球の存在位置に対応してＸ線透過量データ（図６（ａ））の測定値が下がっている。従って、この位置をもって異種物質の存在位置（ステップＳ４の場合は、まだ、存在位置として確定しないので、以下では存在候補位置ということにする）と判定することができる。しかしながら、Ｘ線透過量データ（図６（ａ））の振幅変動だけでは異種物質であるタングステンの特徴を必ずしも明確に表現できないので、本実施形態ではステップＳ４においてタングステンの特徴を明確に捕えることとしている。

すなわち、ステップＳ４において図１のＣＰＵ２２は、既に求められているＸ線透過量データ（図６（ａ））の微分データ（図６（ｂ））を演算によって求める。この微分データにより、異種物質であるタングステンの搬送方向に沿った存在位置Ｐ１が明確に判定できる。搬送方向と直角方向（図６（ｃ）の矢印Ｃで示す方向）の位置は、受光素子１７における副走査方向の位置であるので、ＣＰＵ２２によって正確に認識できる。こうして、ステップＳ４において、異種物質であるタングステンの存在位置（存在候補位置）が求められる。タングステンが主物質であるＦｅの中に複数存在する場合には、タングステンの存在候補位置として、例えば複数の位置ａ〜ｅが特定される。

そしてさらに、ＣＰＵ２２は、特定された異種物質の存在候補位置ａ〜ｅの各位置におけるＸ線透過量、すなわち物質量を図５の第１の物質量測定工程Ｓ５においてＸ線透過量データ（図６（ａ））に基づいて求める。

次に、図１において被測定物Ｓが第２光学系８による検査域に達すると、図５のステップＳ６において第２の物質量測定工程が実行される。すなわち、図１の第２Ｘ線管１５ｂから放射される低エネルギＸ線が被測定物Ｓに照射され、被測定物Ｓから出る透過Ｘ線が受光素子１７で受け取られ、そのときのＸ線透過量を反映した信号が出力部１８の出力端子から出力される。こうして、図６（ａ）と同様の、物質量のデータとしてのＸ線透過量のデータが得られる。

次に、ＣＰＵ２２は、ステップＳ４で求めたタングステンの存在候補位置ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの各位置に関して、図７に示すように、それらの周囲の所定領域Ｄを測定対象領域に設定する。測定対象領域Ｄは行列状に並べられた複数の単位領域によって形成されている。個々の単位領域は図１の第２光学系８の受光素子１７を形成している画素によって形成されている。つまり、測定対象領域Ｄは受光素子１７を形成している複数の画素のうちの一部の所定数のものによって規定されている。図７に示す本実施形態では、５×５＝２５個の画素によって測定対象領域Ｄが規定されている。

今、測定対象領域Ｄを構成している複数の画素を左上端から順に、ａ１、ａ２、ａ３、……、ａ２３、ａ２４、ａ２５と名付けることにする。ＣＰＵ２２は、まず、画素ａ１におけるＸ線透過量（すなわち物質量）を測定によって求める。そしてさらに、ステップＳＳ４で求めた位置ａのＸ線透過量と、上記画素ａ１でのＸ線透過量とを図４の検量線に当てはめて、上記画素ａ１でのＸ線透過量がタングステンのＸ線透過量に対応しているかどうか、すなわちタングステンの検量線に対して所定許容範囲内に入っているかどうか、すなわち画素ａ１がタングステンを検出したかどうかをチェックする（判定工程ステップＳ７）。このチェックがいわゆるデュアル・エネルギ測定に基づいたチェックである。このチェックにより、もしタングステンが存在することが検出されると、ＣＰＵ２２は被測定物Ｓ内に異種物質であるタングステンが含まれていると判断して処理を終了する。このとき、図５のステップＳ４で求めた異種物質の存在候補位置が実際の存在位置として確定する。

図４の検量線を用いた画素ａ１についての検査の結果、画素ａ１がタングステンを検出しなかった場合は、ＣＰＵ２２は次の順番の画素である画素ａ２におけるＸ線透過量を測定によって求め、そのＸ線透過量とステップＳＳ４で求めた候補位置ａのＸ線透過量とを図４の検量線に当てはめて、上記画素ａ２でのＸ線透過量がタングステンのＸ線透過量に対応しているかどうか、すなわち画素ａ２がタングステンを検出したかどうかをチェックする（ステップＳ６、Ｓ７）。もし、タングステンが存在することが検出されると、ＣＰＵ２２は被測定物Ｓ内に異種物質であるタングステンが含まれていると判断して処理を終了する。

以上のような処理を画素ａ１、ａ２、ａ３、……、ａ２３、ａ２４、ａ２５に関して順々に繰り返して行い、いずれか１つの画素がタングステンを検出すれば、その時点で、被測定物Ｓ内に異種物質であるタングステンが含まれていると判断して処理を終了する。

図７に示した実施形態では、画素ａ２４まで処理が繰り返して行われた時点で、その画素ａ２４がタングステンに対応したＸ線透過量を検出した状態を示している。本実施形態では、測定対象領域Ｄの中央の位置である位置ａ（画素で言うと画素ａ１３）の所で図５のステップＳ４において異種物質を検出したのであるから、図７において画素ａ２４がタングステンを検出したということは、タングステンが図１の第１光学系７を用いた第１検査ステージから第２光学系８を用いた第２検査ステージまで移動する間に、そのタングステンが中央の画素ａ１３に対応する位置Ｐ３から画素ａ２４に対応する位置Ｐ２まで位置ズレしたことを示している。

この位置ズレは、例えば、搬送ベルト６の走行が振れていたり、被測定物Ｓが搬送ベルト６上で位置ズレしていたり、異種物質であるタングステンＷが主物質である鉄Ｆｅの中で位置ずれしたりすることによって発生する。

従来の検査方法では、高エネルギのＸ線を用いた第１検査ステージと低エネルギを用いた第２検査ステージとにおいて同じ位置にある画素同士でＸ線透過量を評価していた。例えば、第１検査ステージにおける画素ａ１３と第２検査ステージにおける画素ａ１３とでＸ線透過量を評価していた。従って、上記のように異種物質であるタングステンが搬送中に位置ズレを生じると、実際には異種物質が混入しているにもかかわらず、異種物質の検出ミスが生じるおそれがあった。

これに対し、本実施形態では、第２検査ステージによって検査する測定対象領域Ｄを５×５＝２４個の画素によって形成される範囲に拡大しているので、異種物質の位置ズレがその拡大された測定対象領域Ｄの範囲内に収まっていさえすれば、異種物質の混入を確実に検出でき、異種物質の検出ミスの発生の程度を低く抑えることができる。

なお、測定対象領域Ｄを予め広く設定しておけば、すなわち測定対象領域Ｄを形成する画素の数を予め多く設定しておけば、異種物質の位置ズレが大きい場合でも異種物質の存在を検出できる。しかしながら、測定対象領域Ｄを構成する画素の数を多くすればする程、処理のための負荷が大きくなるので、できれば測定対象領域Ｄは小さい領域に抑えたい。実際上は、ＣＰＵ２２の処理能力を考慮した上で適宜の広さの測定対象領域Ｄが設定される。本実施形態では、既述の通り、５×５＝２４個に設定した。

以上により、図５の位置測定工程Ｓ５において求められた異種物質存在候補位置ａについて設定される所定範囲の測定対象領域Ｄに対する異種物質検査処理が終了する。この異種物質検査処理において異種物質、すなわちタングステンＷの存在が確認されなかった場合には、ステップＳ８へ進んで、位置測定工程Ｓ５で求められた異種物質存在候補位置ａ〜ｅのうち、まだ異種物質検査が終了していない位置が在るか否かが判定され、そのような未検査の位置があれば（ステップＳ８でＮＯ）、第２の物質量測定工程Ｓ６へ戻って次の順番の異種物質存在候補位置（ａ〜ｅのいずれか）に対して上記と同様の異種物質検査処理を実行する。そして、いずれかの異種物質存在候補位置で異種物質であるタングステンＷの存在が確認されると、主物質である鉄Ｆｅの中に異種物質であるタングステンＷが混入していると判定して処理を終了する。一方、全ての異種物質存在候補位置ａ〜ｅで異種物質の存在が確認されなかった場合には、主物質である鉄Ｆｅの中に異種物質であるタングステンＷが混入していないと判定して処理を終了する。

以上に説明したように、本実施形態では、図５のステップＳ６において、候補位置測定工程Ｓ４で検出された異種物質の存在候補位置と全く同じ位置に対してＸ線透過量を測定するのではなく、候補位置測定工程Ｓ４で検出された異種物質の存在候補位置の周囲に存在する測定対象領域Ｄ（図７）内の各画素でのＸ線透過量を検量線、すなわちデュアル・エネルギ特性線を用いた判定処理の判断材料値として用いることにした。

この結果、図１の搬送ベルト６のズレや、被測定物Ｓ内での主物質である鉄Ｆｅ又は異種物質であるタングステンＷの崩れ等に起因して、第１光学系７を用いた第１検査ステージと第２光学系８を用いた第２検査ステージとで異種物質であるタングステンに位置ズレが生じた場合でも、第１検査ステージにおけるタングステンでのＸ線透過量（すなわち物質量）のデータと、第２検査ステージにおけるタングステンでのＸ線透過量のデータとを、図４のデュアル・エネルギ特性線に正確に反映させることが可能となった。そしてこの結果、被測定物Ｓに位置ズレが生じる環境下でも、信頼性の高い異種物質の検査を行うことが可能となった。

また、本実施形態では、図５のステップＳ４で測定された異種物質の存在候補位置ａ〜ｅの各位置に対してステップＳ６で個別に測定対象領域Ｄを設定し、個々の測定対象領域Ｄ内で低エネルギのＸ線を用いた測定（すなわち第２の検査ステージでの測定）を行った。

２つの検査ステージで同じ測定位置を測定しようとする場合、一般的な手法として、予め被測定物の適所にマークを付けておき、第１検査ステージと第２検査ステージとでマークにズレが発生したときには、第２検査ステージで求めたデータをマークのズレ量に基づいて補正するという手法が考えられる。

しかしながら、この手法を用いた場合は、マークのズレ量を検出する処理と、測定データをマークのズレ量に基づいて修正する処理との両方が必要となり、処理手順が複雑になる。これに対し、本実施形態では、第１検査ステージと第２検査ステージとで異種物質の位置ズレ量を数値として求める必要はなく、単に、第２検査ステージにおいてそれ程広くない面積の測定対象領域Ｄを設定して、その領域内で存在が認識された異種物質を第１検査ステージで認識された異種物質であると判定することにしただけであるので、異種物質の位置ズレを補正するための処理が格段に簡単になった。

なお、本明細書に添付の請求項に記載した本発明と、以上に説明した実施形態との関係を説明すれば、「主物質」は鉄であり、「異種物質」はタングステンである。また、「候補位置測定手段」は、図１の第１光学系７とＣＰＵ２２と検査プログラム２８との組み合わせである。また、「第１の物質量測定手段」は図１のＣＰＵ２２と検査プログラム２８との組み合わせである。また、「第２の物質量測定手段」は図１の第２光学系８とＣＰＵ２２と検査プログラム２８との組み合わせである。また、「判定手段」はデュアル検量線を含んだ検査プログラム２８とＣＰＵ２２との組み合わせである。

（変形例１）
以上の実施形態では、図５のステップＳ６とステップＳ７とにおいて次の２つの処理を行った。すなわち、
（１）測定対象領域Ｄ内の１つの画素によって第２検査ステージ、すなわち低エネルギでのＸ線透過量を求め、
（２）そして直ぐその後に、その低エネルギでのＸ線透過量と、第１検査ステージにおける異種物質候補位置での高エネルギでのＸ線透過量とに基づいてデュアル・エネルギ測定を行った。

この構成に代えて次の処理を行うことができる。すなわち、
（ｉ）ステップＳ６において測定対象領域Ｄ内の５×５＝２４個の全ての画素について、予め、第２検査ステージ（すなわち低エネルギ）でのＸ線透過量を求めてしまい、
（ｉｉ）その後、ステップＳ７において、複数の画素の１つずつの低エネルギでのＸ線透過量と、第１検査ステージにおける異種物質候補位置での高エネルギでのＸ線透過量とに基づいてデュアル・エネルギ測定を行う。

（変形例２）
以上の実施形態では、図７に示したように、異種物質の大きさが測定対象領域Ｄを形成している個々の画素をほぼ同じ大きさであるものとした。具体的には、画素のピッチ（すなわち、１つの画素の大きさが０．２ｍｍで、異種物質の大きさが略それと同じ大きさである場合を考えた。

しかしながら、実際の検査においては、異種物質の大きさが０．２ｍｍよりも大きい場合もあるし、０．２ｍｍよりも小さい場合もある。異種物質の大きさが０．２ｍｍよりも小さい場合は、１つの画素で検出できるＸ線透過量が小さくなるので、異種物質の存在を検出できないことがある。

他方、異種物質の大きさが０．２ｍｍよりも大きい場合、例えば図８に示すように異種物質が複数の画素にわたって存在する場合には、デュアル・エネルギ演算の結果、複数の画素において異種物質の存在を確認することになる。なお、測定対象領域Ｄ内の複数の画素の１つが異種物質の存在を確認したときに検査処理を終了するようにプログラムを構成した場合には、１つの画素が異種物質の一部の存在を確認した時点で検査処理が終了することになる。

（変形例３）
図１に示した実施形態では、第１光学系７を用いた第１検査ステージで高エネルギＸ線によるＸ線透過測定を行い、第２光学系８を用いた第２検査ステージで低エネルギＸ線によるＸ線透過測定を行い、それらの測定結果を用いてデュアル・エネルギ演算を行った。この構成に代えて、第１検査ステージにおいて低エネルギＸ線を用いた測定を行い、第２検査ステージにおいて高エネルギＸ線を用いた測定を行うことができる。

（異種物質の検査装置及び検査方法の第２の実施形態）
以上の実施形態では、図５のステップＳ６又はステップＳ７の所に描いた又は図７に描いた測定対象領域Ｄを、当初の設定段階において広く設定するか又は狭く設定するか、という選択肢があることを述べた。しかし、検査処理が行われている最中は測定対象領域Ｄの広さは一定に維持されていた。

この構成に代えて、検査処理が行われている最中に測定対象領域Ｄの広さを変化させるように制御しても良い。具体的には、ステップＳ６において１つの測定対象領域Ｄを設定し、ステップＳ７においてその測定対象領域Ｄ内の全ての画素に対してデュアル・エネルギ演算に基づいた判定を行った際に、異種物質が検出できなかったときには、図９のステップＳ９、Ｓ１０に示すように、測定対象領域Ｄの広さを所定の割合で、例えば画素サイズごとに広くする、という制御を行うことができる。この制御により、異種物質の検出ミスが発生する確率を低減できる。

（異種物質の検査装置及び検査方法の第３の実施形態）
図１０及び図１１は本発明に係る異種物質の検査装置及び検査方法のさらに他の実施形態を示している。図１０に示す本実施形態に係る異種物質の検査装置４１が図１に示した先の実施形態に係る異種物質の検査装置１と異なる点は次の２つである。
（１）機構部４２において搬送ベルト６のための駆動ローラ１１の回転軸にエンコーダ９を付設したこと、
（２）制御部４３内のメモリ２５にインストールされた検査プログラム２８が、搬送ベルト６の速度変動に対する位置ズレ補償機能を有していること、
である。エンコーダ９は、駆動ローラ１１の回転角度に対応した信号、例えばパルス信号を出力する。エンコーダ９の入出力端子は入出力インターフェース３４を介してＣＰＵ２２に接続されている。

具体的には、第２検査ステージ（第２光学系８を用いるステージ）において設定する測定対象領域Ｄの広さをエンコーダ９で検出した搬送ベルト６の周動速度に応じて調節する。この調節手法は、搬送ベルト６の周動速度を観察すれば搬送ベルト６の振れ量を予測できるという事実に基づいている。本実施形態によれば、異種物質を探して見つける精度を高めることができる。

さらに具体的な構成を図１１を用いて説明する。図１１において、
（１）第１光学系７を設けた第１検査ステージと第２光学系８を設けた第２検査ステージとの間の距離、すなわちラインセンサ間距離をＬ１とする。
（２）時刻０から時刻Ｔの間の実際のベルト移動距離をＬ２とする。
（３）測定対象領域Ｄのベルト搬送方向Ａに沿った長さをＤ_Ｍ とする。
（４）測定対象領域Ｄのベルト搬送方向Ａと直角方向に沿った長さをＤ_Ｓ とする。
（５）搬送ベルト６の送り速度の設定値をＶ_０とする。
（６）搬送ベルト６の送り速度の時刻ｔにおける実測値をＶ１(t)とする。このＶ１(t)は、エンコーダ９による測定値である。
（７）搬送ベルト６の送り速度の時刻０〜時刻Ｔの間の実測平均値をＶ１(0:T)meanとする。

すると、時刻Ｔは、Ｔ＝Ｌ１/Ｖ_０である。時刻０〜時刻Ｔ間の実際のベルト移動距離Ｌ２は、Ｌ２＝Ｖ１(0:T)mean×Ｔである。搬送ベルトの送り速度ムラによる距離ズレΔＬ１はΔＬ１＝Ｌ２−Ｌ１である。

すると、測定対象領域Ｄの主走査方向の長さＤ_Ｍは、
｜ΔＬ｜＜０．２ｍｍの場合、Ｄ_Ｍ＝Ｄ_Ｃである。
｜ΔＬ｜≧０．２ｍｍの場合、Ｄ_Ｍ＝Ｄ_Ｃ＋｜ΔＬ｜である。
なお、ΔＬ＜０の場合にＤ_Ｍはベルト送りの逆方向に拡張される。ΔＬ＞０の場合はベルト送り方向に拡張される。
長さＤＣを固定値、例えば画素５個分の長さである１．０ｍｍとしたとき、測定対象領域Ｄの副走査方向の長さＤ_Ｓは、Ｄ_Ｓ＝ＤＣである。

（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、以上の説明ではＸ線を用いた異種物質の検査に対して本発明を適用したが、本発明はＸ線以外の電磁波、例えば紫外線その他を用いた検査に対しても適用できる。

また、以上の説明は、検査の判断材料となる物質量としてＸ線透過量を採用したが、物質量としては他の任意の物理量を選択できる。例えば、Ｘ線反射量、Ｘ線以外の電磁波の透過量、Ｘ線以外の電磁波の反射量等を検査の判断材料となる物質量として用いることができる。

また、本発明を適用して検査できるのは、主物質である鉄Ｆｅに混在する異種物質であるタングステンＷに限られるものではなく、その他の任意の物質の組み合わせであっても良い。なお、この場合には、異種物質の存在を判定するための検査は、図４に示したようなＦｅとＷのデュアル・エネルギ特性線を用いた判定手法ではなく、検査対象である物質の種類に応じた適切な判定手法が採用される。

１．異種物質の検査装置、 ２．機構部、 ３．制御部、 ６．搬送ベルト（搬送手段）、 ７．第１光学系、 ８．第２光学系、 ９．エンコーダ、 １１．駆動ローラ、 １２．従動ローラ、 １３．電動モータ、 １５ａ，第１Ｘ線管（第１電磁波放射手段）、 １５ｂ，第２Ｘ線管（第２電磁波放射手段）、 １６ａ，第１Ｘ線検出器（第１電磁波検出手段）、 １６ｂ，第２Ｘ線検出器（第２電磁波検出手段）、 １７．受光素子、 １８．出力部、 ２１．制御装置、 ２５．メモリ、 ３１．バス、 ３２．表示装置、 ３３．入力装置、 ３４．入出力インターフェース、 Ａ．搬送方向、 Ｃ．直角方向、 Ｄ．測定対象領域、 Ｐ１．位置、 Ｐ２．位置、 Ｓ．被測定物、 Ｘ１．測定軌跡線

Claims (10)

1. 被測定物を形成する主物質内に異種物質が存在するか否かを検査する異種物質の検査装置において、
   前記被測定物内における前記異種物質の候補位置を求める候補位置測定手段と、
   前記候補位置測定手段によって求めた異種物質の候補位置における物質量を第１物質量として求める第１の物質量測定手段と、
   複数の画素を平面的に並べて成るＸ線検出面を有しており、それら複数の画素のうち前記候補位置測定手段によって求めた異種物質の候補位置の周囲に在る所定数の画素の少なくとも１つにおける物質量を第２物質量として求める第２の物質量測定手段と、
   前記第１物質量と前記第２物質量とに基づいて前記異種物質の存在を判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする異種物質の検査装置。
2. 前記候補位置測定手段は、前記被測定物の被測定領域に関する物質量のデータを測定し、当該物質量のデータに基づいて前記異種物質の候補位置を求めることを特徴とする請求項１記載の異種物質の検査装置。
3. 前記候補位置測定手段によって複数の候補位置が求められた場合、前記第２の物質量測定手段はそれらの複数の候補位置のそれぞれの周囲に在る所定数の画素の少なくとも１つにおける物質量を第２物質量として求めることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の異種物質の検査装置。
4. 前記候補位置測定手段は、
   前記被測定物に照射される電磁波を放射する第１電磁波放射手段と、
   電磁波を受けた前記主物質及び前記異種物質から出る電磁波を受けて信号を出力する第１電磁波検出手段と、
   当該第１電磁波検出手段の出力信号に基づいて前記物質量のデータを生成するデータ生成手段と、を有し、
   前記第１の物質量測定手段は、前記候補位置測定手段によって求められた物質量のデータに基づいて前記第１物質量を求め、
   前記第２の物質量測定手段は、
   前記被測定物に照射される電磁波を放射する第２電磁波放射手段と、
   電磁波を受けた前記主物質及び前記異種物質から出る電磁波を複数の画素を平面的に並べて成るＸ線検出面によって受けて信号を出力する第２電磁波検出手段と、
   当該第２電磁波検出手段の出力信号に基づいて前記第２物質量を求める手段と、を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の異種物質の検査装置。
5. 前記候補位置測定手段は、前記異種物質の物質量のデータを微分して得られる微分データに基づいて前記異種物質の候補位置を特定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の異種物質の検査装置。
6. 前記第１電磁波放射手段及び前記第２電磁波放射手段は、電磁波としてのＸ線を放射するＸ線管であり、
   前記第１電磁波検出手段及び前記第２電磁波検出手段は、直線上でＸ線分解能を有する１次元Ｘ線検出器又は平面内でＸ線分解能を有する２次元Ｘ線検出器であり、
   前記物質量はＸ線透過量である
   ことを特徴とする請求項４記載の異種物質の検査装置。
   
7. 前記第１電磁波放射手段と前記第２電磁波放射手段は互いに異なるエネルギのＸ線を発生し、
   前記判定手段は、互いにエネルギが異なるＸ線が異種物質を透過する透過量に基づいて異種物質を特定する
   ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１つに記載の異種物質の検査装置。
8. 前記判定手段によって前記異種物質の存在が測定されない場合、前記第２の物質量測定手段は、物質量を測定するための前記測定対象領域を広げて物質量を再度、測定することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の異種物質の検査装置。
9. 前記候補位置測定手段と前記第２の物質量測定手段とは異なる位置に設けられており、前記候補位置測定手段と前記第２の物質量測定手段との間で前記被測定物を搬送する搬送手段を有しており、当該搬送手段による前記被測定物の搬送速度の変化に応じて、物質量を測定するための前記測定対象領域の広さを調節することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の異種物質の検査装置。
10. 被測定物を形成する主物質内に異種物質が存在するか否かを検査する異種物質の検査方法において、
    前記被測定物内における前記異種物質の候補位置を求める候補位置測定工程と、
    前記候補位置測定工程によって求めた異種物質の候補位置における物質量を第１物質量として求める第１の物質量測定工程と、
    複数の画素を平面的に並べて成るＸ線検出面を用いて、それら複数の画素のうち前記候補位置測定手段によって求めた異種物質の候補位置の周囲に在る所定数の画素の少なくとも１つにおける物質量を第２物質量として求める第２の物質量測定工程と、
    前記第１物質量と前記第２物質量とに基づいて前記異種物質の存在を判定する判定工程と、
    を有することを特徴とする異種物質の検査方法。

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