JP2020003322A

JP2020003322A - 検査装置

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Publication number: JP2020003322A
Application number: JP2018122579A
Authority: JP
Inventors: 倫秋池田; Noriaki Ikeda; 淳児森山; Junji Moriyama
Original assignee: System Square Inc
Current assignee: System Square Inc
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2038-06-28
Also published as: JP7209329B2

Abstract

【課題】電磁波を用いた非破壊検査の際の検査対象物の搬送速度の上限を従来の検査装置より高めることが可能な検査装置を提供する。【解決手段】検査対象物に電磁波を照射する電磁波照射手段と、検査対象物を所定の搬送方向に搬送する搬送手段と、当該所定の搬送方向に略直交する方向に並べられた複数の検出素子からなる検出素子列が所定の搬送方向に２列以上配列され、検出素子列の１列分を時間ｔで搬送される検査対象物を透過した電磁波を、それぞれの検出素子が時間ｔより長い検出周期で同時に検出して検出データを出力する検出手段と、検出周期ごとに、検出手段から出力された全ての検出素子の検出データを分担して読み出す２以上の読み出し手段と、当該２以上の読み出し手段により読み出された検出データに基づき検査対象物の検査を実行する検査手段と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、検査対象物にＸ線などの電磁波を照射して非破壊で異物等の検査を行う検査装置に関する。

一般に、製品の製造から梱包、出荷に至るまでの各工程では、検査対象となる製品や混入しうる異物の種類（材料、大きさなど）に適した検査方法によって、製品や梱包内に異物等が混入していないか検査が行われる。

このうち非破壊検査では、例えば、検査対象物にＸ線などの電磁波を照射して透過した電磁波を検出する。このとき、検査対象物内の異物の有無や異物の材質等により電磁波の透過の程度に相違が生じる。そのため、検出された電磁波の強度の分布が濃淡などにより表現された二次元画像を生成することで、外観からは知りえない検査対象物内部の状況を検査することができる。

具体的には例えば、搬送手段により所定の方向に搬送される検査対象物を透過した電磁波を、検査対象物の搬送方向に略直交して配置された検出素子列が検出し、検査対象物の搬送速度に応じた周期ごとに検出データを出力して、当該検出データに基づき生成した線状の電磁波透過画像を順次配列していくことで、検査対象物の二次元画像を生成する（特許文献１参照）。

各周期において、検出素子列を構成する複数の検出素子は、同時に電磁波を検出する。現周期において同時に電磁波が検出された各検出素子による検出データは、一時記憶領域に記憶された上で読み出し手段により順次読み出されるが、この読み出し処理と並行して次周期の電磁波検出が行われる。

特開２０１５−６４３３６号公報

検査対象物の搬送速度を上げたい場合、電磁波の検出に関しては、検出素子列が検出データを出力する周期を短くすることで、露光時間の短縮により画像が暗くなるなどの課題が生じうるものの、一応は対応することができる。

しかし、検出データの読み出し処理については、読み出し手段の機構上、高速化に限界があり、これにより搬送速度が制約を受ける。すなわち、検出素子列を構成する検出素子の個数が多いほど読み出しに時間を要するため、搬送速度の上限が低下する。また、ラインセンサ（検出素子列が１列）においては、検査対象物がその１列を通過する非常に限られた時間で読み出しを行う必要があるため、搬送速度を高める余地が非常に小さい。

本発明の目的は、電磁波を用いた非破壊検査に際しての検査対象物の搬送速度の上限を従来の検査装置より高めることが可能な検査装置を提供することにある。

本発明の検査装置は、検査対象物に電磁波を照射する電磁波照射手段と、検査対象物を所定の搬送方向に搬送する搬送手段と、当該所定の搬送方向に略直交する方向に並べられた複数の検出素子からなる検出素子列が所定の搬送方向に２列以上配列され、検出素子列の１列分を時間ｔで搬送される検査対象物を透過した電磁波を、それぞれの検出素子が時間ｔより長い検出周期で同時に検出して検出データを出力する検出手段と、検出周期ごとに、検出手段から出力された全ての検出素子の検出データを分担して読み出す２以上の読み出し手段と、当該２以上の読み出し手段により読み出された検出データに基づき検査対象物の検査を実行する検査手段と、を備える。

検査装置をこのように構成し、読み出し手段の読み出し能力を超えないように複数読み出し手段を設けることで、検出素子列が１列の場合より読み出し時間を多く確保し、よって搬送速度の上限を高めることができる。

検出周期は、例えば検出素子列の列数×時間ｔとしてもよい。

各検出素子による電磁波の検出は、検出周期の一部期間において行われるようにしてもよい。

２以上の読み出し手段は、検出素子列１列あたりの検出素子の個数に、検出周期で前記検査対象物が進む検出素子列の列数を掛けた総個数を、検出周期で１の読み出し手段が検出データを読み出すことが可能な検出素子の最大個数で割った個数設けてもよい。これにより、読み出し手段の個数を無駄なく設定することができる。

各検出素子において同時に検出され出力された各検出データの順次読み出しは、例えば、検出データを検出素子ごとに設けられた一時記憶手段に記憶させた上で行ってもよい。

本発明の検査装置１００の機能ブロック図である。検出手段１３０により検査対象物Ｗを透過した電磁波を検出し検出データを周期的に出力する様子を説明する図（１／３）である。検出手段１３０により検査対象物Ｗを透過した電磁波を検出し検出データを周期的に出力する様子を説明する図（２／３）である。検出手段１３０により検査対象物Ｗを透過した電磁波を検出し検出データを周期的に出力する様子を説明する図（３／３）である。検出手段１３０から読み出し手段１４０にかけての構成例を示す図である。

＜第１実施形態＞
図１に検査装置１００の機能ブロック図を示す。検査装置１００は、電磁波照射手段１１０、搬送手段１２０、検出手段１３０、読み出し手段１４０及び検査手段１５０を備える。

電磁波照射手段１１０は、搬送手段１２０により搬送される検査対象物ＷにＸ線、紫外線、可視光線、赤外線などの電磁波を照射する。

搬送手段１２０は、３次元直交座標系においてＸＹ平面をなす搬送面に載置された検査対象物Ｗを、Ｙ軸方向に所定の速度で搬送する。搬送手段１２０は、検査対象物Ｗを透過した電磁波が極力減衰せずに検出手段１３０に届くよう、電磁波の透過性が高いものであることが望ましい。

検出手段１３０は、略Ｘ軸方向に並べられた複数の検出素子からなる検出素子列が、Ｙ軸方向に２列以上配列されて構成される。全ての検出素子列の各検出素子は、検出素子列の１列分を時間ｔで搬送される検査対象物Ｗを透過した電磁波を、時間ｔより長い任意の検出周期で同時に検出して検出データを出力する。

図２から図４を参照して、略Ｘ軸方向に配列された８つの検出素子からなる検出素子列がＹ軸方向に４列配列されて構成された検出手段１３０により、検出素子列の１列分を時間ｔでＹ軸方向に搬送される検査対象物Ｗを透過した電磁波を検出し、検出データを周期的に出力する様子を説明する。なお、検出素子列の列数及び検出素子列を構成する検出素子の個数は任意であり、異なる数量とした場合にも当該数量に応じた出力周期とするなどにより、同様の効果を得ることができる。

図２から図４では、検査対象物Ｗが検出素子列８列分の幅を持つ場合を例示している。以下、４列の検出素子列を搬送方向に１列目の検出素子列、２列目の検出素子列、・・・と称し、検査対象物Ｗを検出素子列１列分の幅で区切った８つの領域を、搬送方向の先頭から第１の領域、第２の領域、・・・と称する。

検査対象物Ｗが１列目の検出素子列に差し掛かる直前の時刻を０とすると、時刻ｔで第１の領域が１列目の検出素子列（の４、５個目の検出素子）上に到達し、時刻２ｔで第１の領域が２列目の検出素子列（の４、５個目の検出素子）上に、第２の領域が１列目の検出素子列（の４、５個目の検出素子）上に到達する。検査対象物Ｗは、時刻３ｔ以降も各領域が各列の検出素子列上を順次通過し、時刻１２ｔで全ての領域が全ての検出素子列上を通過する。

検査対象物Ｗを透過した電磁波は、４列の検出素子列の３２個の検出素子により同時に検出され、それぞれの検出素子に対応する検出データが４ｔの周期で出力される。４ｔは、検査対象物Ｗのそれぞれの領域が４列の検出素子列を通過する所要時間に相当する。このように、検査対象物Ｗが検出手段１３０の搬送方向の幅を進む所要時間を、検出データを出力する所定の周期とすることで、例えば、各周期で得られた検出データに基づく線状の画像を単純に配列して検査対象物Ｗの二次元画像を得ることができる。

各検出周期において、各検出素子が電磁波を検出する期間（露光期間）は任意に設定してよい。すなわち、検出周期の全期間にわたり検出するようにしてもよいし、一部期間のみ検出するようにしてもよい。

図２から図４の例では、各検出素子は各周期における時刻０から時刻ｔまで電磁波を検出し、時刻ｔから時刻４ｔまでの間は検出を停止する。検出停止中は、検出中に生じた電荷などを保持し、時刻４ｔに、保持された電荷などに基づく検出データを出力する。具体的には、１周期目においては、時刻０から時刻ｔまでの間に各検出素子により検出された電磁波に対応する検出データが時刻４ｔに出力される。このとき、検査対象物Ｗの第１の領域を透過してきた電磁波の検出データが、１列目の検出素子列の４、５個目の検出素子により検出された検出データとして得られる。２周期目においては、時刻４ｔから時刻５ｔまでの間に各検出素子により検出された電磁波に対応する検出データが時刻８ｔに出力される。このとき、検査対象物Ｗの第２の領域から第５の領域のそれぞれを透過してきた電磁波の検出データが、４列目から１列目のそれぞれの検出素子列の４、５個目の検出素子により検出された検出データとして得られる。３周期目においては、時刻８ｔから時刻９ｔまでの間に各検出素子により検出された電磁波に対応する検出データが時刻１２ｔに出力される。このとき、検査対象物Ｗの第６の領域から第８の領域のそれぞれを透過してきた電磁波の検出データが、４列目から２列目のそれぞれの検出素子列の４、５個目の検出素子により検出された検出データとして得られる。

電磁波を検出する期間は、図２から図４の例に限定されず、例えば、各周期における時刻３ｔから時刻４ｔなど別のｔの期間としたり、時刻ｔから時刻３ｔなどｔより長い期間としたりしても構わない。

検出手段１３０を構成する各検出素子は、照射される電磁波を検出し、検出強度に応じた出力を発生する素子であれば種類は任意である。検査対象物Ｗに照射される電磁波がＸ線の場合を例にとると、Ｘ線をシンチレータで一旦可視光線に変換した上で、フォトダイオードで受光して出力を発生する間接変換タイプの検出素子や、Ｘ線を直接電気信号に変換して出力を発生するＣｄＴｅなどの半導体を利用した直接変換タイプの検出素子などを適用することができる。

検出データを単純に電圧強度として出力する場合、各検出素子として例えばフォトダイオードを採用したとすると、検出周期が例えば４ｔであれば、当該検出周期において電磁波を検出している間（例えば時刻０から時刻ｔ）に光電効果により生じた電荷をチャージアンプに蓄積し、蓄積された電荷量を電圧値に変換して、時刻４ｔにおいて検出データとして出力する。

また、検出データをエネルギー帯ごとのフォトンカウントデータとして出力する場合、各検出素子として例えばＣｄＴｅ素子を採用したとすると、検出周期が例えば４ｔであれば、当該検出周期において電磁波を検出している間（例えば時刻０から時刻ｔ）に検出素子に入射した複数のフォトンのそれぞれについて、光電効果により生じた電荷量をエネルギー値に変換し、該当するエネルギー帯のフォトン数にカウントする。このようにして得られたエネルギー帯ごとのフォトン数を、時刻４ｔにおいて検出データとして出力する。

検出手段１３０から出力された検出素子ごとの検出データはそれぞれ、例えば、任意の記憶手段である一時記憶手段１６０に記憶させてもよい。このように検出データを一時記憶手段１６０に記憶させることで、読み出し手段１４０による読み出し処理と並行して、検出手段１３０における次周期の検出処理を速やかに開始することができる。

２以上の読み出し手段１４０は、検出周期ごとに、検出手段１３０を構成する全ての検出素子の検出データを分担して読み出す。読み出し手段１４０の個数は任意であるが、例えば、検出素子列１列あたりの検出素子の個数に、検出周期で検査対象物が進む検出素子列の列数を掛けた総個数を、検出周期で１の読み出し手段１４０が検出データを読み出すことが可能な検出素子の最大個数で割った個数設けると、読み出し手段の個数を無駄なく設定することができる。

図２から図４に示す例では、検査対象物Ｗは４ｔの周期の間に、検出素子列の４列分を進み、それぞれの検出素子列は８個の検出素子からなるため、当該周期において検出データの読み出し対象となる検出素子は３２個となる。

このとき、採用する読み出し手段１４０が４ｔの間に検出データを読み出し可能な検出素子の最大個数が３１個以下である場合、１個の読み出し手段１４０では全ての検出データを読み出しきれない。そこで、読み出し手段１４０が４ｔの間に検出データを読み出せる個数が例えば、１６個以上３１個以下である場合には読み出し手段１４０を２個設け、１１個以上１５個以下である場合には読み出し手段１４０を３個設けるというように、読み出し手段の読み出し能力が低いほど読み出し手段を設ける個数を増やせばよい。

図５は、読み出し手段１４０が４ｔの間に検出データを読み出し可能な検出素子の最大個数が１６個以上３１個以下である場合における、検出手段１３０から読み出し手段１４０にかけての構成例を示す図である。

検出手段１３０は、検出素子列Ｓ１から検出素子列Ｓ４の４列の検出素子列からなり、各検出素子列はそれぞれ、検出素子Ｅ１から検出素子Ｅ８の８個の検出素子を備える。それぞれの検出素子は、一時記憶手段１６０が割り入れられた配線Ｌを介して個別に読み出し手段１４０に接続される。

読み出し手段１４０は２個設けられ、一方の読み出し手段１４０ａには、検出素子列Ｓ１及びＳ２の合計１６個の検出素子が接続され、他方の読み出し手段１４０ｂには、検出素子列Ｓ３及びＳ４の合計１６個の検出素子が接続される。

図５の構成例における具体的な処理を説明する。まず、図２に示すように検出手段１３０で時刻０からｔの間に電磁波の検出が行われ、その検出データが時刻４ｔに出力されて一時記憶手段１６０に記憶される。続いて、図３に示すように、一時記憶手段１６０に記憶された１周期目の検出データのうち検出素子列Ｓ１及びＳ２からの検出データについては読み出し手段１４０ａにより、また検出素子列Ｓ３及びＳ４からの検出データについては１４０ｂにより、ともに時刻４ｔから８ｔの間に読み出される。また、読み出し手段１４０により読み出し処理が行われている間に、検出手段１３０において時刻４ｔから５ｔの間に２周期目の電磁波の検出が行われ、その検出データが時刻８ｔに出力されて一時記憶手段１６０に記憶される。続いて、図４に示すように、一時記憶手段１６０に記憶された２周期目の検出データのうち検出素子列Ｓ１及びＳ２からの検出データについては読み出し手段１４０ａにより、また、検出素子列Ｓ３及びＳ４からの検出データについては１４０ｂにより、ともに時刻８ｔから１２ｔの間に読み出される。また、読み出し手段１４０により読み出し処理が行われている間に、検出手段１３０において時刻８ｔから９ｔの間に３周期目の電磁波の検出が行われ、その検出データが時刻１２ｔに出力されて一時記憶手段１６０に記憶される。そして、一時記憶手段１６０に記憶された３周期目の検出データのうち検出素子列Ｓ１及びＳ２からの検出データについては読み出し手段１４０ａにより、また、検出素子列Ｓ３及びＳ４からの検出データについては１４０ｂにより、ともに時刻１２ｔから１６ｔの間に読み出される。

図５では、読み出し手段１４０ａと読み出し手段１４０ｂが同じ個数の検出データを読み出すように分担する場合の構成を例示したが、読み出し手段１４０の読み出し能力の範囲内で不均等な個数で分担しても構わない。また、読み出し手段１４０を３個以上設けて分担しても構わない。また、それぞれの読み出し手段１４０にいずれの検出素子を分担させるかも任意である。

なお、ｔは検査対象物Ｗが検出素子列１列分の幅を進む所要時間であることから、検査対象物Ｗの搬送速度に応じて所要時間の絶対値が変化する。すなわち、ｔは搬送速度が速い場合には短い所要時間となり、遅い場合には長い所要時間となる。

そのため例えば、或る搬送速度において、読み出し手段１４０が４ｔの間に検出データを読み出せる個数が１６個であったとしても、搬送速度が倍になると４ｔが示す時間の絶対値が半分になるため、検出データを読み出せる個数も半分の８個になる。

もっとも、このような事情を鑑みて読み出し手段を適切な個数設けることで、搬送速度が速くなっても、読み出し対象である全ての検出データを読み出すことができる。

各周期において読み出し手段１４０により以上のように読み出されたそれぞれの検出素子に対応する検出データに基づき、検査手段１５０が検査対象物Ｗの検査を実行する。実行する検査としては、異物検査、検査物通過検査、目視検査などが挙げられる。例えば、異物検査の場合、検出データを使用して検査対象物内の異物の存否などを自動的に判定する。また、目視検査の場合、検査対象物を目視で検査できるように、検出データに基づき二次元画像を生成して各種ディスプレイなどの表示手段１５１に表示させる。

以上のように、検出素子列を２列以上設けるとともに読み出し手段の読み出し能力を超えないように複数読み出し手段を設ける本発明の検査装置１００によれば、検出素子列が１列の場合より読み出し時間を多く確保することができ、よって、搬送速度の上限を高めることができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。各実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。すなわち、本発明において表現されている技術的思想の範囲内で適宜変更が可能であり、その様な変更や改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含む。

１００…検査装置
１１０…電磁波照射手段
１２０…搬送手段
１３０…検出手段
１４０、１４０ａ、１４０ｂ…読み出し手段
１５０…検査手段
１５１…表示手段
１６０…一時記憶手段
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８…検出素子
Ｌ…配線
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４…検出素子列
ｔ…時間（時刻）
Ｗ…検査対象物

Claims

検査対象物に電磁波を照射する電磁波照射手段と、
前記検査対象物を所定の搬送方向に搬送する搬送手段と、
前記所定の搬送方向に略直交する方向に並べられた複数の検出素子からなる検出素子列が前記所定の搬送方向に２列以上配列され、前記検出素子列の１列分を時間ｔで搬送される前記検査対象物を透過した前記電磁波を、それぞれの前記検出素子が時間ｔより長い検出周期で同時に検出して検出データを出力する検出手段と、
前記検出周期ごとに、前記検出手段から出力された全ての検出素子の検出データを分担して読み出す２以上の読み出し手段と、
前記２以上の読み出し手段により読み出された検出データに基づき、前記検査対象物の検査を実行する検査手段と、
を備える検査装置。
前記検出周期は、前記検出素子列の列数×時間ｔであることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
前記検出素子による電磁波の検出は、前記検出周期の一部期間において行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
前記２以上の読み出し手段は、前記検出素子列１列あたりの検出素子の個数に、前記検出周期で前記検査対象物が進む前記検出素子列の列数を掛けた総個数を、前記検出周期で１の前記読み出し手段が検出データを読み出すことが可能な検出素子の最大個数で割った個数設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の検査装置。
前記検出素子から出力された検出データを記憶する一時記憶手段を、前記検出素子ごとに備え、
前記読み出し手段は、前記一時記憶手段から検出データを読み出す
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の検査装置。