JP2014160040A

JP2014160040A - Ｘ線透過装置およびｘ線検査装置

Info

Publication number: JP2014160040A
Application number: JP2013031479A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Tomita; 有富田; Tetsuo Furuta; 哲夫古田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-09-04

Abstract

【課題】被測定物に対して放射するＸ線を透過させる窓部材の外部の環境に対する耐性を向上させることができるＸ線透過装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線透過装置は、Ｘ線透過部材５１と、補強部材５２と、を備える。Ｘ線透過部材５１は、炭素繊維強化樹脂により形成され、被測定物に放射されるＸ線を透過させる。補強部材５２は、Ｘ線が透過可能な態様で、Ｘ線透過部材５１の被測定物が位置する側とは反対側に設けられ、Ｘ線透過部材５１を補強する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線透過装置およびＸ線検査装置に関する。

鋼板などの被測定物にＸ線を放射し、当該被測定物を透過したＸ線の減衰量を検知し、検知した減衰量を被測定物の厚さに換算することにより、被測定物の厚さを測定する板厚測定装置が、鉄鋼や非鉄金属の圧延ラインに広く利用されている。この板厚測定装置おいては、Ｘ線発生器から放射されたＸ線を被測定物に向かって透過させる透過部材として、空気中で安定かつＸ線の透過率が高いベリリウムが用いられている。

特開２０１０−２８３９９７号公報

しかしながら、ベリリウムは、通常の環境下においては、その表面が酸化被膜で覆われており耐食性に優れているが、塩素を含む溶液による腐食により、穴が開いてしまうことがある。また、ベリリウムは、圧延ラインにおける熱、振動、衝撃などにより割れてしまうこともある。また、ベリリウムは、当該ベリリウムを含有する塵が飛散して人体に吸収されるのは好ましくない。さらに、ベリリウムは、近年のレアメタルの高騰により、その素材価格の上昇、部品調達の長期化等の問題があり、製品競争力の強化のためにベリリウムに代わる透過部材の製品化が求められている。

実施形態のＸ線透過装置は、Ｘ線透過部材と、補強部材と、を備える。Ｘ線透過部材は、炭素繊維強化樹脂により形成され、被測定物に放射されるＸ線を透過させる。補強部材は、Ｘ線が透過可能な態様で、Ｘ線透過部材の被測定物が位置する側とは反対側に設けられ、Ｘ線透過部材を補強する。

図１は、第１の実施形態にかかる測定装置の概略構成を示す図である。図２は、第１の実施形態にかかる測定装置の検出部が備える窓部材の斜視図である。図３は、第２の実施形態にかかる窓部材が備える補強部材の斜視図である。図４は、第３の実施形態にかかる窓部材が備えるＸ線透過部材の断面図である。図５は、第４の実施形態にかかる窓部材の断面図である。

以下、図面を参照して本実施の形態にかかる測定装置について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる測定装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかる測定装置１は、高速で圧延される冷延鋼板を被測定物１１とし、被測定物１１の両端部の厚さを測定する厚さ測定装置である。本実施形態では、測定装置１は、被測定物１１の厚さを測定する際の測定条件を設定する設定部８と、設定部８により設定された測定条件に従って被測定物１１にＸ線を照射し、被測定物１１を透過したＸ線を検出する検出部１０、検出部１０によるＸ線の検出結果に基づいて、被測定物１１の厚さを測定する測定部９と、を備えている。本実施形態では、Ｘ線の検出結果に基づいて被測定物１１の厚さを測定する測定装置について説明するが、被測定物１１にＸ線を放射し、被測定物１１を透過したＸ線を検出して当該被測定物１１の検査を行うＸ線検査装置として機能するものであれば、これに限定するものではく、例えば、被測定物１１を透過したＸ線の検出結果から、被測定物１１の形状やキズなどを検査するものであっても良い。

検出部１０は、被測定物１１を上下から挟むように設けられたＣフレーム５と、当該Ｃフレーム５内部において被測定物１１の下方に設けられ被測定物１１（本実施形態では、被測定物１１の一方の端部）にＸ線を放射するＸ線発生器１ａと、Ｘ線発生器１ａに対向してＣフレーム５内部において被測定物１１の上方に設けられ被測定物１１を透過したＸ線を検出するＸ線検出器２ａと、を有している。

また、検出部１０は、Ｃフレーム５内部において被測定物１１の下方に設けられ被測定物１１（本実施形態では、被測定物１１の他方の端部）にＸ線を放射するＸ線発生器１ｂと、Ｘ線発生器１ｂに対向してＣフレーム５内部において被測定物１１の上方に設けられ被測定物１１を透過したＸ線を検出するＸ線検出器２ｂと、を有している。

これにより、本実施形態では、測定装置１は、Ｘ線発生器１ａおよびＸ線検出器２ａによるＸ線の検出結果に基づいて被測定物１１の一方の端部の厚さを測定し、Ｘ線発生器１ｂおよびＸ線検出器２ｂによるＸ線の検出結果に基づいて被測定物１１の他方の端部の厚さを測定する。

また、検出部１０は、Ｃフレーム５内部において被測定物１１の下方に設けられ、Ｘ線発生器１ａ，１ｂそれぞれを被測定物１１の厚さを測定する位置（本実施形態では、被測定物１１の端部に対向する位置）に移動させる第１移動機構３ａを備えている。本実施形態では、第１移動機構３ａは、ボールネジ等の回転送り機構を備え、Ｘ線発生器１ａを被測定物１１の一方の端部に対向する位置に移動させ、Ｘ線発生器１ｂを被測定物１１の他方の端部に対向する位置に移動させる。

また、検出部１０は、Ｃフレーム５内部において被測定物１１の上方に設けられ、Ｘ線検出器２ａ，２ｂそれぞれを被測定物１１の厚さを測定する位置（本実施形態では、被測定物１１の端部に対向する位置）に移動させる第２移動機構３ｂを備えている。本実施形態では、第２移動機構３ｂは、ボールネジ等の回転送り機構を備え、Ｘ線検出器２ａを被測定物１１の一方の端部に対向する位置に移動させ、Ｘ線検出器２ｂを被測定物１１の他方の端部に対向する位置に移動させる。

また、検出部１０は、設定部８により設定された測定条件に従って、第１移動機構３ａおよび第２移動機構３ｂを制御する駆動部７を備えている。駆動部７は、第１移動機構３ａを制御して、被測定物１１（鋼板）の幅方向の中心を基準として左右に（被測定物１１の幅方向の両端に）Ｘ線発生器１ａおよびＸ線発生器１ｂが設けられるように、当該Ｘ線発生器１ａおよびＸ線発生器１ｂを移動させる。本実施形態では、駆動部７は、第１移動機構３ａを制御して、被測定物１１（鋼板）の幅方向の中心を基準として左右対称にＸ線発生器１ａおよびＸ線発生器１ｂが設けられるように、Ｘ線発生器１ａおよびＸ線発生器１ｂを同時に（または独立して）移動させる。

また、駆動部７は、第２移動機構３ｂを制御して、被測定物１１（鋼板）の幅方向の中心を基準として左右に（被測定物１１の幅方向の両端に）Ｘ線検出器２ａおよびＸ線検出器２ｂが設けられるように、当該Ｘ線検出器２ａおよびＸ線検出器２ｂを移動させる。本実施の形態では、駆動部７は、第２移動機構３ｂを制御して、被測定物１１（鋼板）の幅方向の中心を基準として左右対称にＸ線検出器２ａおよびＸ線検出器２ｂが設けられるように、Ｘ線検出器２ａおよびＸ線検出器２ｂを同時に（または独立して）移動させる。

さらに、検出部１０は、被測定物１１に向かって放射されるＸ線を透過させる窓部材５ａ（第１窓部材）と、被測定物１１を透過して入射されたＸ線を透過させる窓部材５ｂ（第２窓部材）とを有している。本実施形態では、検出部１０は、被測定物１１と当該被測定物１１を上下から挟むように設けられたＣフレーム５との間に、外部の測定環境（例えば、塩素を含む溶液、鋼板を圧延する圧延ラインにおける熱，振動，衝撃など）からＣフレーム５の内部（例えば、Ｘ線発生器１ａ，１ｂ、Ｘ線検出器２ａ，２ｂなど）を保護するための窓部材５ａ，５ｂ（Ｘ線透過装置の一例）が設けられている。

次に、図１および図２を参照して、本実施形態にかかる測定装置１の検出部１０が備える窓部材５ａ，５ｂの構成について説明する。図２は、第１の実施形態にかかる測定装置の検出部が備える窓部材の斜視図である。

本実施形態では、検出部１０は、被測定物１１の上方および下方それぞれに窓部材５ａ，５ｂを備えている。被測定物１１の下方に設けられた窓部材５ａは、炭素繊維強化樹脂により形成されかつ被測定物１１に向かって放射されるＸ線を透過させるＸ線透過部材５１と、Ｘ線が透過可能な態様で、Ｘ線透過部材５１の被測定物１１が位置する側とは反対側に設けられ、Ｘ線透過部材５１を補強する補強部材５２と、を備えている。

また、被測定物１１の上方に設けられた窓部材５ｂは、炭素繊維強化樹脂により形成されかつ被測定物１１を透過して入射されるＸ線（すなわち、被測定物１１に向かって放射されるＸ線）を透過させるＸ線透過部材５１と、Ｘ線が透過可能な態様で、Ｘ線透過部材５１の被測定物１１が位置する側とは反対側に設けられ、Ｘ線透過部材５１を補強する補強部材５２と、を備えている。本実施形態では、窓部材５ａおよび窓部材５ｂが両方とも、Ｘ線透過部材５１および補強部材５２を有しているが、窓部材５ａおよび窓部材５ｂの少なくともいずれか一方がＸ線透過部材５１および補強部材５２を有していれば良い。

本実施形態では、窓部材５ａが備えるＸ線透過部材５１は、Ｘ線発生器１ａ，１ｂが被測定物１１に向かってＸ線を放射する位置１０１（以下、放射位置という）に対向して設けられ、放射位置１０１から被測定物１１に向かって放射されたＸ線を透過させる。窓部材５ｂが備えるＸ線透過部材５１は、被測定物１１を透過して入射されたＸ線をＸ線検出器２ａ，２ｂが検出する位置１０２（以下、検出位置という）に対向して設けられ、被測定物１１を透過して入射されたＸ線を透過させる。

また、本実施形態では、Ｘ線透過部材５１は、ＰＡＮ（Polyacrylonitrile）系の炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）により形成されている。これにより、窓部材５ａ，５ｂとしてベリリウムを用いた従来の検出部と比較して、圧延ラインにおける振動や衝撃に対する耐性を向上させることができ、塩素を含む溶液による腐食に対する耐酸性を向上させることができる。また、Ｃフレーム５の内部（例えば、Ｘ線発生器１ａ，１ｂ、Ｘ線検出器２ａ，２ｂなど）を保護するための窓部材５ａ，５ｂを設けたことによるＸ線の減衰を小さくすることができる。

本実施形態では、Ｘ線透過部材５１は、ＰＡＮ系の炭素繊維強化樹脂により形成されているが、これに限定するものではなく、例えばピッチ系の炭素繊維強化樹脂により形成しても良い。ただし、外部の環境（特に、圧延ラインにおける振動や衝撃）に対する耐性の向上を重視する場合には、Ｘ線透過部材５１としてＰＡＮ系の炭素繊維強化樹脂を適用することが好ましい。

窓部材５ａが備える補強部材５２は、被測定物１１の厚さの測定に要する所定の線量のＸ線がＸ線透過部材５１を透過するように、放射位置１０１から被測定物１１へのＸ線の放射方向に向かって開口した透過孔を有している。これによりＸ線透過部材５１とＸ線発生器１ａ，１ｂとの間に補強部材５２を設けたことによるＸ線の減衰を小さくすることができるので、Ｘ線が透過可能な態様で補強部材５２を設けることができる。

また、窓部材５ｂが備える補強部材５２は、被測定物１１の厚さの測定に要する所定の線量のＸ線がＸ線検出器２ａ，２ｂ（検出位置１０２）に入射されるように、被測定物１１から検出位置１０２へのＸ線の入射方向に向かって開口した透過孔を有している。これにより、Ｘ線透過部材５１とＸ線発生器１ａ，１ｂとの間に補強部材５２を設けたことによるＸ線の減衰を小さくすることができるので、Ｘ線が透過可能な態様で補強部材５２を設けることができる。

本実施形態では、補強部材５２に透過孔５２ａを設けることにより、Ｘ線発生器１ａ，１ｂから被測定物１１に向かって放射されたＸ線（被測定物１１から検出位置に向かって入射されたＸ線）を透過可能な態様としているが、これに限定するものではない。例えば、少なくとも被測定物１１の厚さの測定に要する所定の線量のＸ線がＸ線透過部材５１を透過するように、Ｘ線の放射（または入射）方向への補強部材５２の厚さを薄くして、補強部材５２をＸ線が透過可能な態様としても良い。

また、本実施形態では、補強部材５２は、Ｘ線透過部材５１の被測定物１１が位置する側とは反対側において、当該Ｘ線透過部材５１に固定されている。本実施形態では、補強部材５２は、耐水性や耐薬品性に優れた接着剤（例えば、エポキシ系接着剤など）により、Ｘ線透過部材５１に固定されている。これにより、窓部材５ａ，５ｂとしてベリリウムの代わりにＸ線透過部材５１を用いたことによる当該窓部材５ａ，５ｂの強度の低下を小さくすることができる。

このように第１の実施形態にかかる測定装置１によれば、炭素繊維強化樹脂により形成され、被測定物１１に向かって放射されるＸ線を透過させるＸ線透過部材５１と、Ｘ線が透過可能な態様で、Ｘ線透過部材５１の被測定物１１が位置する側とは反対側に設けられ、Ｘ線透過部材５１を補強する補強部材５２と、を有する窓部材５ａ，５ｂを備えることにより、被測定物１１に向かって放射されるＸ線を透過させる窓部材５ａ，５ｂとしてベリリウムを用いる必要がなくなるので、窓部材５ａ，５ｂの外部の環境（例えば、圧延ラインにおける振動や衝撃、塩素を含む溶液による腐食など）に対する耐性を向上させることができる。

（変形例）
第１の実施形態では、窓部材５ａ，５ｂは、Ｘ線透過部材５１の被測定物１１が位置する側と反対側において、当該Ｘ線透過部材５１に直接固定された補強部材５２を備えているが、これに限定するものではない。例えば、窓部材５ａ，５ｂは、単独で用いる場合よりも厚さを薄くしたＸ線透過部材５１と補強部材５２との間に設けられるとともに、ベリリウムにより形成されて被測定物１１に放射されるＸ線を透過させる第２のＸ線透過部材を備えていても良い。

これにより、窓部材５ａ，５ｂの被測定物１１が位置する側はＸ線透過部材５１（炭素繊維強化樹脂）により覆っているので、第２のＸ線透過部材が外部の環境（圧延ラインにおける振動や衝撃、塩素を含む溶液による腐食）に直接さらされることなく、外部の環境に対する耐性を向上させつつ、ベリリウムを用いているので、Ｘ線透過部材５１を単独で用いる場合と比較してＸ線の透過率も向上させることができる。

Ｘ線透過部材５１と補強部材５２との間に、ベリリウムにより形成された第２のＸ線透過部材を設ける場合、第２のＸ線透過部材は、耐水性や耐薬品性に優れた接着剤（例えば、エポキシ系接着剤など）により、Ｘ線透過部材５１に固定する。これにより、従来のようにベリリウムを単独で用いる場合より、ベリリウムの実効的な強度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、窓部材が備える補強部材を、Ｘ線の透過方向をＸ線透過部材が設けられている方向とするコリメータとして用いる例である。以下の説明では、第１の実施形態と異なる箇所について説明する。

図３は、第２の実施形態にかかる窓部材が備える補強部材の斜視図である。本実施形態では、被測定物１１の下方に設けられた窓部材３０１（言い換えると、被測定物１１とＸ線発生器１ａ，１ｂとの間に設けられた窓部材３０１）が備える補強部材３０２は、Ｘ線の透過方向をＸ線透過部材５１が設けられている方向とするコリメータとして機能する。具体的には、窓部材３０１が備える補強部材３０２は、例えばステンレス、鉛、タングステンなど、Ｘ線の透過率が低い部材により形成される。さらに、窓部材３０１が備える補強部材３０２は、Ｘ線発生器１ａ，１ｂが放射するＸ線の放射位置１０１から被測定物１１へのＸ線の放射方向に向かって開口した透過孔３０２ａ（開口部）を有している。

本実施形態では、補強部材３０２は、図３に示すように、放射位置１０１から被測定物１１へのＸ線の放射方向（被測定物１１から検出位置へのＸ線の入射方向）に向かって開口した透過孔３０２ａを有している。透過孔３０２ａの断面は、被測定物１１の厚さの測定に要する所定の線量のＸ線がＸ線透過部材５１から透過するように設けられていれば、半円形状（図３（ａ）に示す）、円状（図３（ｂ）に示す）および扇形（図３（ｃ）に示す）のいずれの形状であっても良い。

第１の実施形態では、窓部材５ａが備える補強部材５２は、Ｘ線を透過可能な態様であれば、透過孔５２ａを設けずに補強部材５２の厚さを薄くしても良いとしたが、当該補強部材３０２をコリメータとして使用する場合には、Ｘ線の放射方向に向かって開口した透過孔３０２ａを設ける。

このように第２の本実施形態にかかる測定装置１によれば、窓部材３０１が備える補強部材３０２をＸ線のコリメータとして用いることにより、被測定物１１にＸ線が放射されるように調整できかつ被測定物１１に向かって放射するＸ線の線量の低下を防止できる。

（第３の実施形態）
本実施形態は、窓部材が備えるＸ線透過部材が、被測定物が位置する側に向かってドーム状に突出している例である。以下の説明では、第１の実施形態と異なる箇所について説明する。

図４は、第３の実施形態にかかる窓部材が備えるＸ線透過部材の概略図である。図４（ａ）は、第３の実施形態にかかる窓部材が備えるＸ線透過部材の斜視図である。図４（ｂ）は、第３の実施形態にかかる窓部材が備えるＸ線透過部材の断面図である。本実施形態では、Ｘ線透過部材４０１は、被測定物１１が位置する側に向かってドーム状に突出している。検出部１０が備えるＣフレーム５には、外部からの水蒸気などの物質が入り込むことによる、Ｃフレーム５内部のＸ線発生器１ａ，１ｂやＸ線検出器２ａ，２ｂの劣化を防止するために、窒素ガスが流入されてＣフレーム５内には当該Ｃフレーム５の外部に向かって圧力がかかる。この場合に、窓部材５ａ，５ｂが備えるＸ線透過部材を、被測定物１１に対して平坦な形状とすると、Ｘ線透過部材において、当該Ｘ線透過部材をＣフレーム５に固定する位置に大きな応力がかかって当該位置が破損する可能性がある。

そこで、第３の実施形態にかかる窓部材５ａ，５ｂにおいては、Ｘ線透過部材４０１を、被測定物１１に向かってドーム状に突出した形状として、Ｃフレーム５内の圧力によりＸ線透過部材４０１にかかる応力を均等化することにより、Ｘ線透過部材４０１の一部に応力が集中して当該Ｘ線透過部材４０１が破損することを防止する。また、装置寿命の長期化および信頼性の向上が図れる。

（第４の実施形態）
本実施形態は、窓部材が、補強部材を介してＸ線透過部材を冷却する冷却機構を備えた例である。以下の説明では、第１の実施形態と異なる箇所について説明する。

図５は、第４の実施形態にかかる窓部材の断面図である。窓部材５０１は、補強部材５２を介してＸ線透過部材５１を冷却する冷却機構５０２を備えている。本実施形態では、冷却機構５０２は、補強部材５２の周りに螺旋状に巻きつけられ、冷水または空気が流されて、補強部材５２を空冷または水冷する銅製の冷却用配管である。そして、冷却機構５０２により補強部材５２を空冷または水冷することにより、補強部材５２を介してＸ線透過部材５１を冷却する。本実施形態では、冷却機構５０２としての冷却用配管に補強部材５２を空冷する場合、当該冷却用配管に冷やされた空気を流すことにより、補強部材５２を冷却しているが、これに限定するものではなく、例えば、補強部材５２の外周面に空冷用のフィンを設けて、補強部材５２を空冷するように構成しても良い。

このように第４の実施形態にかかる窓部材５０１よれば、補強部材５２を介してＸ線透過部材５１を冷却する冷却機構５０２を備えることにより、Ｘ線が透過してＸ線透過部材５１の温度が上昇することを防止できるので、Ｘ線透過部材５１と外部との温度差によるＸ線透過部材５１の結露を防止することができる。

以上説明したとおり、第１から第４の実施形態によれば、被測定物に対して放射するＸ線を透過させる窓部材の外部の環境（例えば、圧延ラインにおける振動や衝撃、塩素を含む溶液による腐食など）に対する耐性を向上させることができる。

１ａ，１ｂＸ線発生器
２ａ，２ｂＸ線検出器
５検出部
５ａ，５ｂ，３０１，５０１窓部材
１１被測定物
５１Ｘ線透過部材
５２，３０２補強部材
３０２ａ透過孔
４０１Ｘ線透過部材
５０２冷却機構

Claims

炭素繊維強化樹脂により形成され、被測定物に放射されるＸ線を透過させるＸ線透過部材と、
前記Ｘ線が透過可能な態様で、前記Ｘ線透過部材の前記被測定物が位置する側とは反対側に設けられ、前記Ｘ線透過部材を補強する補強部材と、
を備えたＸ線透過装置。
前記補強部材は、前記Ｘ線の透過方向を前記Ｘ線透過部材が設けられている方向とするコリメータである請求項１に記載のＸ線透過装置。
前記コリメータは、前記Ｘ線を透過させる開口部を有する請求項２に記載のＸ線透過装置。
前記Ｘ線透過部材と前記補強部材との間に設けられるとともに、ベリリウムにより形成されて前記被測定物に放射されるＸ線を透過させる第２のＸ線透過部材を備えた請求項１から３のいずれか一に記載のＸ線透過装置。
前記Ｘ線透過部材は前記被測定物が位置する側に向かってドーム状に突出している請求項１から４のいずれか一に記載のＸ線透過装置。
前記補強部材を介して前記Ｘ線透過部材を冷却する冷却機構を備えた請求項１から５のいずれか一に記載のＸ線透過装置。
被測定物にＸ線を放射し、前記被測定物を透過したＸ線を検出して前記被測定物の検査を行うＸ線検査装置であって、
前記被測定物に向かって放射される前記Ｘ線を透過させる第１窓部材と、
前記被測定物を透過して入射された前記Ｘ線を透過させる第２窓部材と、を備え、
前記第１窓部材および前記第２窓部材の少なくともいずれか一方は、炭素繊維強化樹脂により形成され、前記被測定物に向かって放射される前記Ｘ線を透過させるＸ線透過部材と、前記Ｘ線が透過可能な態様で、前記Ｘ線透過部材の前記被測定物が位置する側とは反対側に設けられ、前記Ｘ線透過部材を補強する補強部材と、を有するＸ線検査装置。