JP2016090494A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線を利用し、検査品に小石や金属片等の異物が混合されているか否かを迅速にしかも高精度に検出するＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】搬送手段で検査室内に搬送されてくる検査品にＸ線を照射するＸ線発生源と、前記検査品を透過したＸ線量を検出し、Ｘ線透過像を取得するＸ線カメラと、前記Ｘ線カメラで得られるＸ線透過像より前記検査品に異物が混合されているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段での判定結果を表示する表示手段とを有するＸ線検査装置において、前記Ｘ線カメラでは、前記検査品のＸ線透過像を前記Ｘ線発生源から照射され、前記検査品を透過するＸ線をＸ線フィルターを介さずに取得する第１のＸ線透過像と、前記Ｘ線フィルターを介して取得する第２のＸ線透過像を得ており、前記判定手段では前記Ｘ線カメラで得られる第１のＸ線透過像と第２のＸ線透過像を用いて前記検査品に異物が混入されているか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線を利用しプラスチック材よりなる食品容器に混入する小石や小片の金属片（鉄）等の異物を高い精度で自動的に検出することができるＸ線検査装置に関する。

食品容器に混入された異物（小石、金属片等）をＸ線を利用して検出するＸ線検査装置が種々と提案されている（特許文献１）。特許文献１では、搬送コンベアで搬送される食品入り包装体にＸ線管からＸ線を投射し、食品入り包装体を通過したＸ線の透過量をフォトセンサで計測する。そしてＸ線投射による投影画像を処理し、食品入り包装体に混入する異物の有無を検出している。

特開２００４−１０１３６８号公報

Ｘ線を用いて検査品に異物が混入されているかを判断する方法は大変有効である。しかしながら検査品の中に異物が混入されているか否か及びその異物の存在位置を１度のＸ線照射で得た画像情報より、精度良く判定することは大変困難である。特に多くのプラスチック材よりなる多数の容器の中から微小な金属片を検出するのは難しい。

近年、段ボール箱等の大型の収納箱にプラスチック材や発泡スチロール材等からなる例えばカップラーメンや弁当用の食品容器を多数収納した検査品を一括して、高精度に検査できるＸ線検査装置が要望されている。

多くの食品容器を収納した大型の検査品を一括して迅速にしかも高精度に検出するにはＸ線発生源から発生するＸ線の照射条件や検査品を通過したＸ線透過量を検出するラインセンサ等の検出手段（Ｘ線カメラ）や検出手段で得られたＸ線透過量を処理し、異物を検出する画像処理方法等を適切に設定することが重要になってくる。

本発明は、Ｘ線を利用し、検査品に小石や金属片等の異物が混合されているか否かを迅速にしかも高精度に検出することができるＸ線検査装置の提供を目的とする。

本発明のＸ線検査装置は、搬送手段で検査室内に搬送されてくる検査品にＸ線を照射するＸ線発生源と、
前記検査品を透過したＸ線量を検出し、Ｘ線透過像を取得するＸ線カメラと、
前記Ｘ線カメラで得られるＸ線透過像より前記検査品に異物が混合されているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段での判定結果を表示する表示手段とを有するＸ線検査装置において、
前記Ｘ線カメラでは、前記検査品のＸ線透過像を前記Ｘ線発生源から照射され、前記検査品を透過するＸ線をＸ線フィルタを介さずに取得する第１のＸ線透過像と、
前記Ｘ線フィルタを介して取得する第２のＸ線透過像を得ており、
前記判定手段では前記Ｘ線カメラで得られる第１のＸ線透過像と第２のＸ線透過像を用いて前記検査品に異物が混入されているか否かを判定することを特徴としている。

本発明によれば、Ｘ線を利用し、検査品に小石や金属片等の異物が混合されているか否かを迅速にしかも高精度に検出することができるＸ線検査装置が得られる。

本発明の実施例１の要部断面図 図１のＡ−Ａ’断面図 図１の一部分の拡大説明図 本発明のＸ線検査装置における検査方法の説明図 プラスチック材と金属片（鉄）の吸収係数の説明図 本実施例におけるＸ線フィルタを用いたときと用いないときのＸ線エネルギー分布の説明図 本発明に係る異物検査のフローチャート 本発明に係る異物検査を自動で行うときのアイコンの説明図

以下、本発明のＸ線検査装置を図面に基づいて説明する。本発明のＸ線検査装置は、搬送手段で検査室内に搬送されてくる多数のプラスチックが収納された検査品にＸ線を照射するＸ線発生源と、検査品を透過したＸ線量を検出し、Ｘ線透過像を取得するＸ線カメラと、Ｘ線カメラで得られるＸ線透過像より検査品に異物が混合されているか否かを判定する判定手段と、判定手段での判定結果を表示する表示手段とを有する。

Ｘ線カメラでは、検査品のＸ線透過像をＸ線発生源から照射され、検査品を透過するＸ線をＸ線フィルタを介さずに取得する第１のＸ線透過像と、Ｘ線フィルタを介して取得する第２のＸ線透過像を得ており、判定手段ではＸ線カメラで得られる第１のＸ線透過像と第２のＸ線透過像を用いて検査品に異物が混入されているか否かを判定する。

図１は本発明のＸ線検査装置の実施例１の要部概略図である。図２は図１のＡ−Ａ’断面図である。図３は図１の一部分の拡大説明図である。図１において１は検査品であり、搬送手段としてのベルトコンベア２に載置され、駆動手段２ａによって矢印１ａの検査室４の方向へ移動される。検査品１の内部には例えば食品等を包装するプラスチックや発泡スチロール等の容器が複数収納されている。

検査室４はＸ線遮蔽手段としての厚さ４．５ｍｍ以上の鉄板で全面が覆われている。５は検査室４に設けられた開閉可能な入口窓であり、検査品１がベルトコンベア２に載置され、搬入される。６はＸ線透過性が良いカーボンプレートである。７は検査室４に収納されたＸ線発生源であり、ベルトコンベア２に載置された検査品１に対して図２に示すように搬入方向に対して斜方向からＸ線を照射する。

Ｘ線発生源７の最大出力は１５０ｋＶであり電流、電圧により出力を制御している。８はＬ型ラインセンサであり、複数の画素からなる２つのラインセンサ８ａ，８ｂがＬ型に配置されており、検査品１を通過したＸ線を検出し、Ｘ線透過像を形成する。ラインセンサ８ａ，８ｂは０．４ｍｍ画素ピッチよりなる複数のセンサが１次元方向に５００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲で多数配列されている。

Ｌ型ラインセンサ８はＸ線カメラ２０の一部を構成している。９は検査室４に設けた開閉可能な出口窓であり、検査が終了した検査品１がベルトコンベア２に載置され搬出される。２１は判定手段（判断手段）であり、Ｘ線カメラ２０で得られたＸ線透過像より検査品１に小石、微小な金属片が混合されているか否かから判定する。１０は警告手段であり、判定手段２１によって検査品１に異物（小石や金属片等）が混入されていたと判断されたときには警告ランプや警告音（アラーム等）を発する。

１１は表示手段であり、Ｘ線カメラ２０で得られた検査品１に関する。Ｘ線透過像及び判定手段２１で画像処理された画像情報を表示する。１２は制御手段であり、検査品１が検査室４に搬入されたときの位置情報を検査品１又はベルトコンベア２に設けたマークを検査室４に設けた位置情報センサ４ａで検出し、検査品１が所定の位置に搬入されたとき、Ｘ線発生源７より検査品１にＸ線を照射するのを制御している。

本実施例のＸ線検査装置では、図２に示すようにベルトコンベア２にカーボンプレート６を介して載置された検査品１に対してＸ線発生源７はベルトコンベア２の搬入方向に対して斜方向からＸ線を照射する。

検査品１を通過したＸ線はＬ型ラインセンサ８を構成する２つのラインセンサ８ａ，８ｂで各々検出される。

Ｌ型ラインセンサ８の２つのラインセンサ８ａ，８ｂで検出したＸ線量に基づいてＸ線カメラ２０に設けた画像処理手段で画像処理を行い、Ｘ線透過画像を形成する。そして判定手段２１でＸ線カメラ２０で得られたＸ線透過像より検査品１の内部に異物、例えば小さな金属片が混入されているか否かを検出する。

Ｘ線発生源７から照射されたＸ線は図３に示すように検査品１が通過し、Ｘ線シャッタ７ａでＸ線の通過を制御する。１回目のＸ線照射ではＸ線フィルタ７ｂを開き、Ｘ線フィルタ７ｂを介さないで検査品１を通過するＸ線をＬ型ラインセンサ８で検出する。７ｃはＸ線シャッタ７ａの駆動手段である。７ｄはＸ線フィルタ７ｂの駆動手段である。そしてＸ線カメラ２０によって第１のＸ線透過像を得る。

次に検査品１をベルトコンベア２で入口窓５の方向に戻して２回目の検査を行う。２回目のＸ線照射ではＸ線フィルタ７ｂを閉じてＸ線フィルタ７ｂを介して検査品１を通過するＸ線をＬ型ラインセンサ８で検出する。そしてＸ線カメラ２０によって第２のＸ線透過像を得る。１回目と２回目のＸ線照射で得られるＸ線透過像を判定手段２１で判定する。２回のＸ線照射を行った検査品１は出口窓９より検査室４より搬出される。

検査品１のＸ線透過像はベルトコンベア２により搬送中に順次、Ｘ線が搬送方向に対して斜方向から照射される。そして検査品１を通過した透過Ｘ線がＬ型ラインセンサ８を含むＸ線カメラ２０により順次検出され、検査品１の２次元のＸ線透過像を得ている。

判定手段２１はＸ線カメラ２０で検出したＸ線透過像より検査品１に予め設定した大きさ以上の異物が混入されているか否かを判断する。また、異物が混入されているときは、その位置も判断する。

異物が混入されていると判定手段２１で判断されたときは、警告手段１０で警告ランプや警告音が発せられるとともに表示手段１１に検査品１に混合されている異物の大きさやその位置等が表示される。

本実施例に係る検査品１は、幅４００ｍｍ×高さ６００ｍｍ×長さ７５０ｍｍ程度の大型の段ボール箱で、内部に複数の含有容器が収納されている。

本実施例のＸ線検査装置では、これら食品容器の一部に混入した異物、例えば、直径０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度の金属片（鉄球、ステンレス球）を一括して検査する。

カーボンプレート６には位置検出用のブロック３が装着されており、制御手段１２はベルトコンベア２に載置された検査品１が検査室４の内部の所定位置に来たときを検出する位置検出センサ４ａからの信号に基づいてＸ線発生源７からＸ線が検査品１に照射されるようにしている。

具体的には次のようにしている。

１回目と２回目の検査で撮像された鉄ブロック３の位置を手掛かりにして、ＰＣ上で位置補正をかけ、その２つのイメージを完全に一致することによって、より微細な異物にも対応し、かつ正確な判定をすることを旨としている。

本発明のＸ線検査装置では、検査品１を検査条件を変えて２回検査し、２回の検査結果より得られるＸ線透過像を用いて検査品１の内部に小片の金属片や小さな石材等が混入しているか否かを検査する。

１回目の検査ではＸ線フィルタ７ｂを開き、シャッタ７ａを開いて検査品１を通過したＸ線をＬ型ラインセンサ８で検出する。２回目の検査ではＸ線フィルタ７ｂをＬ型ラインセンサ８のＸ線入射口に装着し、シャッタ７ａを開いて検査品１を通過したＸ線をＬ型ラインセンサ８で検出する。

本実施例のＸ線フィルタ７ｂに含まれる成分は、スズ、アルミ、鉛、銀、クロム、コバルト、銅、亜鉛、チタン、ニッケル等の材料から複数の材料を選択して形成されている。

第１回目の検査で得られた第１のＸ線透過像Ｍ１はＸ線フィルタ７ｂを介していない。第２回目の検査で得られる第２のＸ線透過像Ｍ２はＸ線フィルタ７ｂを介している。このとき第１のＸ線透過像Ｍ１と第２のＸ線透過像の差分より、検査品１に異物が混入されているか否かを判定手段２で判別する。

第１回目の検査で得られる画像情報Ｍ１と第２回目の検査で得られる画像情報Ｍ２の差分をとるため、１回目の検査と２回目の検査では検査品１を移動方向の同じ位置で検査する位置合わせをすることが重要である。

このため本実施例では位置検出用のブロック３を用いて、このブロック３の位置を検出して位置合わせを行っている。

本実施例のＸ線検査装置によって異物を検出する際には、例えば、Dual Energy Imaging方式（DEI方式）を利用している。ここでDEI方式とは、物質がＸ線エネルギーによって線減弱係数を変化させる作用に着眼し、その差を応用して画像化する技術である。DEI方式では白黒画像の濃淡で表現する代わりに異なるＸ線エネルギー帯域に対する線減弱係数の違いを画像情報に加えている。画像処理は具体的に次のようにして行っている。

本実施例では検査品１に収納されている多数のプラスチック材からなるカップ１ｃの中部や周辺に含まれている金属片（例えば鉄）１ｂの検出をＸ線源の異なったエネルギー分布より得られる２つの画像４１を利用して行っている。

図４（Ａ）はＸ線発生源７からのＸ線をＸ線フィルタ７ｂを介さないときに得られるＸ線像４１ａとＳｎ、Ｃｕ、Ａｌを含むＸ線フィルタ７ｂを介したときにＸ線カメラ２０で得られるＸ線像４１ｂの説明図である。プラスチックのＸ線吸収エネルギーと金属のＸ線エネルギー吸収係数が異なる。

本実施例ではこのときのＸ線エネルギー吸収係数の違いを利用して金属片を判別し、検出する。

図４（Ｂ）ではＸ線カメラ２０で検出した画像データの各画素ごとにＸ線吸収量を計算してプラスチック材が金属片かの判定を行っている。

図４（Ｃ）はこのときの画像の解析によりプラスチック材の中に金属片が含まれているか否かの自動判定を行う。

図４（Ｄ）はＸ線発生源７から照射されるＸ線源のエネルギー分布である。横軸はエネルギー（波長）、縦軸は強度に相当している。

図４（Ｅ）はＸ線発生源７から照射される検査品１に入射するときのＸ線のエネルギー分布の説明図である。図４（Ｅ）において曲線W/O FilterはＸ線フィルタ７ｂを用いないとき、曲線With FilterはＸ線フィルタ７ｂを用いたときを示している。図４（Ｅ）ではＸ線フィルタ７ｂを用いないときと用いたときをエネルギー強度が同じ程度となるようにＸ線発生源７に対する電圧、電流を制御している。図４（Ｅ）に示すように、Ｘ線フィルタを用いないとき（W/O Filter）と用いたとき（With Filter）のエネルギー分布は明確に分離している。

図４（Ｆ）はプラスチック材と金属のＸ線エネルギー吸収係数の違いの説明図である。横軸がＸ線の強度、縦軸が吸収係数である。曲線μは金属、曲線Ｐはプラスチック材である。μ１はＸ線エネルギーＥ１のときの金属の吸収係数である。Ｐ１はＸ線エネルギーＥ１のときのプラスチックの吸収係数である。μ２はＸ線エネルギーＥ２のときの金属の吸収係数である。Ｐ２はＸ線エネルギーＥ２のときのプラスチックの吸収係数である。プラスチック材の中から金属を検出するには次のようにしている。

図４（Ｅ）に示すＸ線フィルタ７ｂのないときのＸ線エネルギーＥ１における金属片の吸収係数μ１とプラスチックの吸収係数Ｐ１との比を求める。同様にＸ線フィルタ７ｂを介したときのＸ線エネルギーＥ２における金属片の吸収係数μ２とプラスチック材の吸収係数Ｐ２との比を求める。これらはラインセンサ８で得られる信号を用いて行っている。

図５はプラスチック材と金属（鉄）のＸ線領域での吸収係数の説明図である。図５に示すようにプラスチック材の曲線５１は金属の曲線５２よりもＸ線エネルギーに対して吸収係数の変化が大きい。

本実施例ではこのときの吸収係数の変化の差異を利用してプラスチック材の中から金属片を当技術分野では公知のDual Energy法を用いて判別している。

本実施例ではＸ線フィルタ７ｂのないときと、Ｘ線フィルタ７ｂのあるときのＸ線エネルギー分布が各々分離した分布となるようにし、また双方のＸ線の強度がなるべく等しくなるようにしている。

図６はＸ線フィルタのないときのプラスチック材と、金属のＸ線エネルギー分布の説明図であり、図４（Ｅ）に対応している。

Ｘ線フィルタ（Ｓｎ＋Ｃｕ＋Ａｌを含む）のあるときとないときのＸ線エネルギー分布は明確に分離している。

本実施例ではＸ線フィルタの材料、厚さを適切に設定している。また、Ｘ線発生源７への印加電圧、電流も同様に適切に設定している。

Ｘ線フィルタ７ｂを用いることによって、プラスチック材と金属片とのＸ線エネルギー分布が良好に分離され、これにより双方の判別がようになる。

図７は本実施例におけるDual Energyを用いてＸ線画像より検査品の中からプラスチック材と金属片とを自動判別するときのフローチャートである。

図８は本実施例における各種設定を行うアイコンを示す。

図８はこれまで述べアルゴリズムを実行したソフトウェアの操作モードと制御コマンドである。

本ソフトウェアは、３つのモードで実行する。３つのモードは、
１．ミニモード
２．表示モード
３．アドバンストモード
である。最終的には、異物の検出、未検出を自動判定して、表示、後続のＰＣへ転送する。

１．ミニモード
このモードのソフトウェアで画像を表示せずに実行する。金属の検出は、レッド（検出）およびグリーン（未検出）で示す。

２．表示モード
このモードのソフトウェアで画像を表示して実行する。金属の検出は、赤（検出）またはグリーン（未検出）で処理された画像が画面に表示されるデュアルエネルギーＸ線によって示している。

３．アドバンストモード
このモードでは、調整のために必要な設定を手動でファイルをロードし、変更するために使用される。このウィンドウを閉じると、自動的にユーザーが行った設定を保存する。

次に図８の各ボタンについて説明する。

ボタン８１をクリックすると、Ｘ線スキャンの自動監視を開始し、金属検出を処理します。ボタン８２は、金属検出の自動監視を一時停止する。ボタン８３は、Ｘ線画像用のフォルダを選択するためのものである。ボタン８４は処理された画像用の出力フォルダを選択するには、このボタンを使用する。

ボタン８５をクリックすると、選択したフォルダ内の最後のスキャンされたＸ線画像を処理する。ボタン８６は、手動処理や設定変更を事前ウィンドウが開く。ボタン８７は画像上に表示する、または、オフのために、このチェックボックスをオンにする。ボタン８８は自動的にオンまたはオフ処理された画像を保存するためには、このチェックボックスをオンにする。

指標８９は、金属が検出されたときにＯＮする。指標９０は、金属が検出されなかった場合にＯＮする。

本実施例では自動判別を行い、その結果を表示手段に表示する。

以上のように本発明によれば、Ｘ線を利用し、検査品に小石や金属片等の異物が混合されているか否かを迅速にしかも高精度に検出するＸ線検査装置が得られる。

１ 検査品
２ 駆動手段
３ 鉄ブロック
４ 検査室
５ 入口窓
６ カーボンプレート
７ Ｘ線発生源
８ Ｌ型ラインセンサ
９ 出口窓
１０ 警告手段
１１ 表示手段
１２ 制御手段
２０ Ｘ線カメラ
２１ 判定手段
７ａ Ｘ線シャッタ
７ｂ Ｘ線フィルタ

Claims (3)

1. 搬送手段で検査室内に搬送されてくる検査品にＸ線を照射するＸ線発生源と、
   前記検査品を透過したＸ線量を検出し、Ｘ線透過像を取得するＸ線カメラと、
   前記Ｘ線カメラで得られるＸ線透過像より前記検査品に異物が混合されているか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段での判定結果を表示する表示手段とを有するＸ線検査装置において、
   前記Ｘ線カメラでは、前記検査品のＸ線透過像を前記Ｘ線発生源から照射され、前記検査品を透過するＸ線をＸ線フィルタを介さずに取得する第１のＸ線透過像と、
   前記Ｘ線フィルタを介して取得する第２のＸ線透過像を得ており、
   前記判定手段では前記Ｘ線カメラで得られる第１のＸ線透過像と第２のＸ線透過像を用いて前記検査品に異物が混入されているか否かを判定することを特徴とするＸ線検査装置。
2. 前記Ｘ線フィルタはスズ、アルミ、鉛、銀、クロム、コバルト、銅、亜鉛、チタン、ニッケルの材料のうち、複数の材料を有して構成されていることを特徴とする請求項１のＸ線検査装置。
3. 前記Ｘ線発生源からのＸ線は、前記検査品に前記搬送手段の搬送方向に対して斜方向から照射されており、
   前記Ｘ線カメラは、前記検査品を透過するＸ線を検出するためのラインセンサをＬ型に配列したＬ型ラインセンサを有することを特徴とする請求項１又は２のＸ線検査装置。