JP2014025709A

JP2014025709A - 放射線測定方法および放射線測定装置

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Publication number: JP2014025709A
Application number: JP2012163724A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Ohigata; 祐彦大日方; Yusaku Koga; 悠策古賀; Kazufumi Nishida; 和史西田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】予め被測定物に応じた大気感度を求めておき、この感度を合わせて大気変動を由来として生じる測定信号の変動を補償する事により、厚さ測定の精度安定性を向上させる。
【解決手段】放射線源から放射され、試料を透過してくる放射線を放射線測定器により検出し、大気変動による検出感度の補償を行って坪量の測定を行う放射線測定方法において、前記大気変動による検出感度の補償を行うに際しては、予め大気圧、温度、湿度の少なくとも一つを変化させて被測定物の大気変動に対する感度を求めておき、この感度を大気変動に対する被測定物の坪量補正値に反映させて坪量補正を行うことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は放射線（例えばＸ線、ベータ線、ガンマ線、赤外線等）を用いた放射線測定および放射線測定方法に関し、特に放射線源と放射線測定器の間に介在する大気の影響による被測定物（以下、試料という）の坪量の測定精度の改善を図った放射線測定方法に関するものである。

放射線が物質層を通過すると，電離作用や励起作用等によって次第にエネルギ―を失って減衰し，更にこの様な非弾性散乱を多数回受けて進行方向が変化する。従って試料の物理量（例えば坪量）が増すに伴い透過する放射線の数は減少する。この様な原理を応用し，シ―ト状の種々の試料の物理量を測定する装置が知られている。

放射線を用いた例えば坪量測定では、放射線源と検出器の間にシート状の試料を置き、その透過率から例えば放射線の強度を検出して信号分布を得るのが一般的である。このため、放射線源と検出器の間に存在する大気の変化は検出画像（検出精度）に直接影響する。即ち、気温や気圧が変化して密度変化が起きるとそれがそのまま測定誤差につながることになる。

放射線源を安定駆動するフィードバック制御や温度制御による放射線量のモニタが行われている。温度や気圧などの変動を監視して測定系にフィードバックし測定対象物を精度良く測定する先行技術として、特開平４−１５８２０９や特開２００１−２２７９１８に開示されたものがある。

図５はＸ線、β線、γ線、赤外線などの放射線を用いた透過特性によりシート状の試料の坪量（厚さ）や塗工量測定を行うインライン測定器の一例を示す斜視図である。
シート状の試料１は右から左方向へ一定速度で流れており、この試料を略直行するように放射線源ヘッド（下側・・・以下線源という）２と電離箱等の検出器ヘッド（上側・・・以下検出器という）３が一対となって試料１を走査する形態で測定を行っている。

夫々のヘッドは門型と呼ばれるＯ型フレーム４に支持され、対向する上下ヘッドの位置関係を保持して上下夫々駆動される。夫々のヘッド２，３は、試料の端部付近で折り返しを繰り返してジグザグに測定を繰り返す。更に夫々のヘッドはＯ型フレーム４の右側に待避位置Ａが設けられている。

これは、試料をセットする場合や放射線源ヘッド２や検出器ヘッド３のメンテナンス、校正などの際に試料の無い位置に移動する必要があるためである。厚さ測定においては、予め厚さ（坪量）と材質が既知の複数の標準サンプルを測定しておき、その坪量に対する透過特性として検量線を求めている。

その検量線と試料の透過出力値から逆引きして坪量（厚さ）を換算する。塗工量については図５に示す厚さ測定装置５を２本乃至３本生産ライン内に設置し、塗工工程前後にその透過特性を測定し、夫々の差分を求めることで塗工量を知ることが出来る。

図５に示すような方式では高速に流れる試料１に対してヘッド２、３が幅方向に走査するため、ジグザグのライン上を部分的にしか測定出来ない。このため近年では全面測定の要望もある。

図６は複数の検出素子（図示省略）が狭ピッチで列状に隙間無く並んだライン型検出器３ａを設置し、所定の距離はなれた放射線源から放射状に放射線を出射させて全面を測定している状態を示す斜視図である。２ａは放射線源、３ａは放射線測定器（ラインカメラ）である。
ここで、図５に示す走査型測定器であっても、図６に示す全面測定型測定器であっても校正の際には試料１を一旦取り除いて行う。

即ち、経時変化による線源の劣化、検出器の感度変化、大気の温度・湿度変化（生産ライン内の空調が悪く季節的または朝晩などの周期的な変動）に対して校正を行うもので、試料１が無い状態（＝大気）を測定して校正を行う。

また、ある程度長期的には標準サンプルを測定して検量線を求め直すことも行われる。図５に示す走査形測定器では、従来リアルタイムにセンサヘッド間の温度を測定して大気温度の補償を行なうと共に、数十分乃至数時間単位程度の間隔で大気の測定を行ない、この値を用いて測定値の補償演算を行っている。

特開平４−１５８２０９特開２００１−２２７９１８

ところで、短期−中期に掛けての測定精度に一番影響を与える大気層の変化に対しては、数時間おきに退避・校正動作を行う事で、測定値に大気変動に対する補償を行う。しかし、大気と試料とでＸ線を吸収するスペクトルが異なることにより大気層の坪量変動を坪量や試料種類の異なる被測定物に一様な補償値として与えると誤差を生む要因となる。

とりわけ、図６に示すような測定系では、被測定物の坪量に対する大気坪量の割合が大きく、大気変動による坪量変動を単純な係数で補償する方法では、測定値に与える誤差を大きくする。

また、図６に示すような全面測定型の装置で、大掛かりな退避動作を行ったとしても、この誤差は、変わらない。
比較的測定値に影響を与え易い温度変化を小さくするために測定経路の空気層に恒温化した空気を流す等の対策も考えられるが、空気消費が多いことや恒温化のためのヒータ電力が掛かるという問題があり、気圧変化からは免れられない等の問題がある。

被測定物の組成が明らかな場合には、シミュレーションにより大気変動に対する感度を求める事ができるが、秘密性の高い材料の場合には、組成が明かされないこともありシミュレーションに頼れないという問題がある。

従って本発明は、予め被測定物に応じた大気感度を求めておき、この感度を合わせて大気変動を由来として生じる測定信号の変動を補償する事により、厚さ測定の精度安定性を向上させることを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の放射線測定方法の発明は、
放射線源から放射され、試料を透過してくる放射線を放射線測定器により検出し、大気変動による検出感度の補償を行って坪量の測定を行う放射線測定方法において、前記大気変動による検出感度の補償を行うに際しては、予め大気圧、温度、湿度の少なくとも一つを変化させて被測定物の大気変動に対する感度を求めておき、この感度を大気変動に対する被測定物の坪量補正値に反映させて坪量補正を行うことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１に記載の放射線測定方法において、
前記大気圧、温度、湿度の少なくとも一つを変化させた状態における被測定物の大気変動に対する感度を記憶し、その記憶に基づいて大気変動に感度補正を加えた坪量化を行い、この感度補正を加えて坪量化した値を試料坪量演算結果から減算することを特徴とする。

請求項３においては、放射線測定装置において、
放射線源から放射され、試料を透過してくる放射線を放射線測定器により検出し、大気変動による検出感度の補償を行って坪量の測定を行う放射線測定装置において、前記放射線源と被検査物の間に、放射線の入射窓と出射窓と被検査物との間の空間に密閉構造の容器を設置し、この容器内の大気圧、温度、湿度の少なくともひとつを変化させるように構成したことを特徴とする。

請求項４においては、請求項３に記載の放射線測定装置において、
前記大気圧、温度、湿度の少なくとも一つを変化させた状態における被測定物の大気変動に対する感度を記憶する記憶手段と、該記憶手段記憶したデータに基づいて大気変動の坪量化を行う演算手段と、この坪量化した値を試料坪量演算結果から減算する大気坪量感度減算手段を備えたことを特徴とする。

請求項５においては、請求項３に記載の放射線測定装置において、
前記密閉容器に形成される入射窓及び出射窓の材質は、軽金属または樹脂を含むシート状の材質であることを特徴とする。

請求項６においては、請求項３に記載の放射線測定装置において、
放射線測定器は、複数の素子が列状に形成されていることを特徴とする。

請求項７においては、請求項３記載の放射線測定装置において、
前記放射線源は、Ｘ線、β線、γ線、赤外線、マイクロ波、可視光線、紫外線、超音波のいずれかを用いることを特徴とする。

本発明によれば以下のような効果がある。
未知な測定試料であっても、大気の坪量変化による感度補正を適切に行うことができるので、坪量測定値の測定精度を向上させることができる。
また、測定試料の坪量が変化した場合にも感度補正を行うことで適切な補正値を与えることができるので、坪量測定値の測定精度を向上させることができる。

本発明の実施形態の一例を示す放射線測定装置の斜視図である。本発明の放射線測定装置の線源、検出器、密閉容器及び試料の関係を示す側面図である。試料坪量に対する大気坪量の感度を示すイメージである。本発明の実施形態の一例を示す信号処理の流れを示すフローチャートである。従来例を示す斜視図である。他の従来例を示す斜視図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態の一例を示す放射線検出装置の概略斜視図、図２は放射線測定装置の線源、検出器、密閉容器及び試料の関係を示す側面図である。この装置は図６に示す従来例と同様放射線源（Ｘ線）２ａとＸ線ラインセンサ（放射線検出器）３ａが正対して設置されている。線源２ａと密閉容器６の上面は近接して配置され、試料（被検査物）１は線源２ａから離れた位置で且つ、Ｘ線ラインセンサの上方に接触若しくは僅か上方に配置されている。

この試料１をＸ線に対してほぼ直角方向（図では水平）に移動してＸ線ラインセンサ（放射線検出器）３ａで透過線量を検出すれば試料（被検査物）の測定、検査が可能である。

図６と異なるのは、Ｘ線源２ａと試料（被検査物）１の間に大気圧、温湿度を制御可能なＦｅ、ＳＵＳなどで構成された密閉容器６を介在させている点である。この密閉容器はＸ線漏洩防止の遮蔽材としても機能する。

本発明では、この密閉容器６の上面と下面に例えば軽金属または樹脂を含む薄膜６ａ．６ｂなどを張り、薄型の密閉容器６を構成する。入射窓及び出射窓の材質を、ポリイミド樹脂またはアルミ蒸着ポリイミド樹脂の薄膜で形成すればＸ線吸収が軽微となるほか、放射線耐性に優れたものとなる。
また、この密閉容器６は加圧または減圧を行うが、加圧／減圧は大気圧の変動に合わせる程度なので密閉容器６の上面の薄膜６ａ、下面の薄膜６ｂも高い剛性は不要である。

なお、この密閉容器６には図では省略するが、内部を加圧または減圧するための加減圧制御手段が配置され、内側面若しくは外側面には加熱及び冷却を施したり容器内部の湿度を制御するための温湿度制御手段等が配置され、更に被測定物の大気変動に対する感度を記憶する記憶手段や、この記憶手段に記憶したデータに基づいて大気変動の坪量化を行う演算手段や、坪量化した値を試料坪量演算結果から減算する大気坪量感度減算手段を備えている。

図１に示す例では放射線源１から扇状に放射された放射線ｈは、密閉容器６に入射し試料１を介して放射線検出器３ａを照射する。ここで、検出器３ａは試料１の幅より大きく形成されており、端部に位置して試料１で覆われていない部分の検出器３ａは大気における放射線の減衰量を測定している。

図１、図２に示すように放射線源２ａと放射線検出器３ａの間に被測定物となる試料サンプル１を配置し、露出した大気層を極力少なくし大気圧、温度、湿度が制御可能な密閉容器を用意する。

なお、温度と気圧による大気の坪量化は気体の状態方程式を用いて演算する。
ＰＶ＝ｎＲＴ＝（Ｗ／ｍ）ＲＴ・・・１
Ｗ＝ｍ（ＰＶ／ＲＴ）・・・・・・２
ここで、ｍ：平均分子量（大気はＯ₂とＮ₂窒素が１：４で構成されているとして、その平均分子量は、３２×１／５＋２８×４／５＝２８．８）
Ｗ：重量［ｇ］
ｎ：モル数
Ｒ：リュードベリ定数（１モルの気体定数＝
８．３１４４７２（７５）［Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１］）
Ｐ：気体の圧力［Ｐａ］
Ｖ：体積［ｍ³］

次に湿度の坪量化は、例えば飽和水蒸気圧の近似式および気体の状態方程式により演算する。水蒸気の重さは、飽和水蒸気量と湿度の積として計算されるため、ここでは近似的に飽和水蒸気圧Ｅ（Ｔ）を求める式を用いると便利である。
飽和水蒸気量は、上記近似式と１式の気体の状態方程式を用いて算出することができる。

湿度変化のモル数相当の乾燥大気の坪量減算について、
湿度がもたらす水蒸気の分圧に従って、乾燥大気のモル数が変化する。水蒸気１ｍｏｌの増加に対し、分子数比（約２８．８／１８）に応じた乾燥大気が減じられる事となる。

例えば、大気の厚さを８５０ｍｍ、温度２５℃、湿度５０％ＲＨ、圧力１０１３ｈＰａの条件では大気の坪量は、約９９５ｇ／ｍ²と算出される。この条件で密閉容器内の圧力を５％加圧若しくは減圧すると大気層の坪量は約５０ｇ／ｍ²変化する。

また、同様の条件で、温度を２５℃から１０℃加温、もしくは降温させた場合には、大気の坪量は約３７ｇ／ｍ²変化する。
このような系で、加減圧もしくは加温／降温を行うことで大気層の坪量を変化させる事ができる。

このようにして大気変動即ち大気坪量の変化に対する検出器の感度変化を信号変化もしくは坪量変化として求めておく。試料坪量に対する大気坪量の感度は、試料の組成や種類によって感度変化の様子は異なる。

図３は試料坪量に対する大気坪量の感度のイメージであり、点線で示す試料Ａの感度検量線は試料の坪量が増大するに従って感度係数が１より大きくなるのに対し、実線で示す試料Ｂの感度検量線は試料の坪量が増大するに従って感度係数が１より小さくなっている。
大気の坪量変化は、試料を外した状態での検出器の信号から求めても良いし、温湿度、圧力の一部もしくは全てを用いて計算しても良い。

本発明では上述の近似式と１式により、大気の変動量に対する試料感度の係数を求めておき、感度検量線やテーブル等の適宜用いやすいデータベースとして保持しておく。
この際、被測定物となる試料サンプルの坪量範囲内において坪量の異なる幾つかのサンプルについて同様の測定を行っておけば、適用範囲を随時拡大することができる。実際に被測定物の測定を行う際には、これらの係数を補償量に反映させて大気変動の補償を行なうことができる。

従って本発明によれば、大気の変動量に対する試料感度の係数を求めておき、感度検量線やテーブル等の適宜用いやすいデータベースとして保持しておくことにより試料の組成が分からない状態でもサンプル測定により感度係数を求めることができる。

図４（ａ〜ｃ）は本発明の放射線測定方法における信号処理の流れを説明するフローチャートである。図４（ａ）は通常の測定方法により坪量を測定した信号処理の流れ、図４（ｂ）は坪量の大気変動による感度補正を行うための信号処理の流れ、図４（ｃ）は試料のサンプルを設置した状態で密閉容器内の圧力／温度／湿度などを変化させた状態で坪量の大気変動による感度補正を行うための大気感度取得のフローを示している。
なお、図（ａ，ｂ）は坪量測定を開始した時点で同時に進行し、図４（ｃ）は測定に先立って大気感度を取得しデータベースを作成するためのフローを示している。

図４（ｃ）において、
ステップ１”：試料サンプルを設置する。
ステップ２”：密閉容器内の圧力、温度、湿度の少なくともひとつを操作し、
ステップ３”：試料サンプルの大気感度を取得する。

図４（ａ）において、
Ｓｔｅｐ１：試料を透過した放射線の信号を測定する。
Ｓｔｅｐ２：検量線を用い、
Ｓｔｅｐ３：厚さ（坪量）を求める。

図４（ｂ）において、
Ｓｔｅｐ１’：大気変動信号測定を行う。
Ｓｔｅｐ２’：予め図４（ｃ）のステップ３”で取得していた大気感度データベース（テーブルや検量線等）を用いて感度補正後の大気変動の坪量化した値を得る。感度補正は、試料坪量に対する大気の感度係数と大気坪量の変化を積算して行う。

図４（ａ）に戻り、
Ｓｔｅｐ４：ステップ３で計算していた坪量から図４（ｂ）のステップ３’で求めていた坪量を減算（大気坪量感度減算）し、
Ｓｔｅｐ５：補正後の坪量を求め、
Ｓｔｅｐ６：補正された坪量を測定値として出力する。
以上のステップにより試料の坪量と感度に応じた厚さ測定の補償を行なうことができる。

本発明によれば、未知な測定試料であっても、大気の坪量変化による感度補正を適切に行うことができるので、坪量測定値の測定精度を向上させることができる。
また、測定試料の坪量が変化した場合にも感度補正を行うことで適切な補正値を与えることができるので、坪量測定値の測定精度を向上する。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば大気感度を求めるための密閉容器は、測定装置に組み込まれていても良いし、オフラインでテストした結果を測定装置に反映できるようにしたものであってもよく、密閉容器は、加圧もしくは減圧のいずれかに特化した物であってもよい。また、密閉容器は大気圧／温度／湿度のうちのいずれか若しくはこれらを併用するものであってもよい。
また、図４（ｃ）のフローにおいて、「図４（ｃ）は測定に先立って大気感度を取得しデータベースを作成する」と説明したが、データベースを作成した後は、密閉容器を取り外してもよい。その場合、チャンバに用いたのと同様の窓材をチャンバの無い状態でも配置しておくか、または窓材の減衰分に相当する分を検量線にあらかじめ取り込んでおくか、あるいは窓材坪量に相当する量を演算によりデータベース若しくは測定値に対して補正する。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１試料
２、２ａ放射線源
３検出器ヘッド（電離箱）
３ａ放射線測定器（ラインカメラ）
４Ｏ型フレーム
５厚さ（坪量）測定装置
６密閉容器

Claims

放射線源から放射され、試料を透過してくる放射線を放射線測定器により検出し、大気変動による検出感度の補償を行って坪量の測定を行う放射線測定方法において、前記大気変動による検出感度の補償を行うに際しては、予め大気圧、温度、湿度の少なくとも一つを変化させて被測定物の大気変動に対する感度を求めておき、この感度を大気変動に対する被測定物の坪量補正値に反映させて坪量補正を行うことを特徴とする放射線検出方法。
前記大気圧、温度、湿度の少なくとも一つを変化させた状態における被測定物の大気変動に対する感度を記憶し、その記憶に基づいて大気変動に感度補正を加えた坪量化を行い、この感度補正を加えて坪量化した値を試料坪量演算結果から減算することを特徴とする請求項１に記載の放射線測定方法。
放射線源から放射され、試料を透過してくる放射線を放射線測定器により検出し、大気変動による検出感度の補償を行って坪量の測定を行う放射線測定装置において、前記放射線源と被検査物の間に、放射線の入射窓と出射窓と被検査物との間の空間に密閉構造の容器を設置し、この容器内の大気圧、温度、湿度の少なくともひとつを変化させるように構成したことを特徴とする放射線検出装置。
前記大気圧、温度、湿度の少なくとも一つを変化させた状態における被測定物の大気変動に対する感度を記憶する記憶手段と、該記憶手段記憶したデータに基づいて大気変動の坪量化を行う演算手段と、この坪量化した値を試料坪量演算結果から減算する大気坪量感度減算手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の放射線測定装置。
前記密閉容器に形成される入射窓及び出射窓の材質は、軽金属または樹脂を含むシート状の材質であることを特徴とする請求項３記載の放射線検出装置。
放射線測定器は、複数の素子が列状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の放射線測定装置。
前記放射線源は、Ｘ線、β線、γ線、赤外線、マイクロ波、可視光線、紫外線、超音波のいずれかを用いることを特徴とする請求項３に記載の放射線測定装置。