JP2020085812A - Ｘ線・中性子ハイブリッド撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低密度の素材と高密度の素材を備える被検体に対し、短い時間間隔で連続的に、低密度の素材の部分と高密度の素材の部分の両方の内部を非破壊で検査できる、Ｘ線・中性子ハイブリッド撮像装置を提供する。【解決手段】本発明によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、電子発生源１が接続され、第１の加速管４と第２の加速管６とに分岐した電子加速管２と、第１の加速管４に接続され、電子線が照射されるとＸ線を発生するＸ線発生ターゲット部５と、第２の加速管６に接続され、電子線が照射されると中性子を発生する中性子発生ターゲット部７と、Ｘ線発生ターゲット部５に対向する位置に設置されたＸ線検出器１２と、中性子発生ターゲット部７に対向する位置に設置された中性子検出器１５と、電子加速管２の分岐部に設置され、磁場の強度分布が変化することにより、第１の加速管４へと第２の加速管６への電子線の分配を切り替える電磁石３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線と中性子で被検体を撮像するＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置に関する。

自動車用部品に代表される量産機械部品の製造ラインにおける健全性と品質の検査では、信頼性を高めるために、製造した部品の全数検査が求められている。量産機械部品の検査では、寸法と形状が主な評価項目であるが、これらの他に、製造プロセス時に発生することがある内部欠陥の検出が重要である。製品の内部欠陥の検出には、製品内部を非破壊で計測する必要がある。製品内部の非破壊検査で最も有効な計測手段は、Ｘ線と中性子による透過像とＣＴ像の撮像である。

近年、車体骨格部品や電力機器部品では、軽量化と高強度化を実現するために、低密度で高強度の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の新素材と従来のＳＵＳ・アルミ系の高密度の金属材とを接合・混在させて構成された部品が増加している。このため、このような低密度の新素材と高密度の従来の金属材とが一体となった部品に対する内部欠陥検査が重要である。

Ｘ線は、透過減衰率が高密度の金属材に対して高く低密度の部材に対して低いので、金属材の内部欠陥の計測に感度が高く、低密度部材の内部欠陥の計測に感度が低い。このため、高密度の素材の内部欠陥計測には、Ｘ線による透過像及びＣＴ像の撮像が、感度が高くて好ましいといえる。

中性子は、Ｘ線とは逆に、透過減衰率が水素等の軽元素に対して高く高密度の金属材に対して低いので、低密度部材の内部欠陥の計測に感度が高く、金属材の内部欠陥の計測に感度が低い。このため、低密度の素材の内部欠陥計測には、中性子による透過像及びＣＴ像の撮像が、感度が高くて好ましいといえる。

したがって、低密度の新素材と高密度の従来の金属材とが一体となったアセンブリ製品では、低密度の素材で構成された部分と高密度の素材で構成された部分の両方の内部を検査して、製品の健全性を評価する必要がある。このためには、Ｘ線による透過像・ＣＴ像の撮像と中性子による透過像・ＣＴ像の撮像の両者の活用が必要である。

さらに、製造ラインにおける全数検査では、製品が短時間で連続的に製造されるため、短い時間間隔で継続的に内部欠陥の有無や健全性を判定する必要がある。このため、低密度の素材と高密度の金属材とが一体となったアセンブリ製品に対して、短い時間間隔で継続的に健全性評価に必要な物理量を計測することが望まれている。

特許文献１には、複数の放射線源と複数の放射線を測定する放射線検出装置を備える複合型廃棄体確認システムが記載されている。

特開２００８−８２７７９号公報

上述したように、低密度で高強度の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の新素材と従来のＳＵＳ・アルミ系の高密度の金属材とが接合または混在して一体となったアセンブリ製品に対しては、内部欠陥の検査にＸ線と中性子の両者を活用する必要がある。

従来、Ｘ線を用いた撮像と中性子を用いた撮像は、それぞれ独立した装置システムで実行されている。このようなシステムでは、撮像される被検体の設置、撮像、及び取り出しという処理を異なる２つの装置において繰り返す必要があり、計測に要する時間が膨大となる。このため、自動車用部品等の量産機械部品の全数検査には適用できない。

特許文献１に記載の複合型廃棄体確認システムは、複数の放射線を被検体に照射し複数の放射線を測定できるが、多数の被検体を複数の放射線源で連続的に計測することは難しく、量産機械部品の全数検査には適用できない。

研究施設での例として、１つの電子線加速器に対してＸ線発生のためのＸ線ターゲットと中性子発生のための中性子ターゲットが高さ方向に並んで配置され、これらのターゲットが高さ方向に移動することにより入れ替わって電子線加速器に連結することにより、Ｘ線と中性子の両者により撮像する方法が提案されている。この方法では、ターゲットの交換及び交換後の位置決め調整等に、１日オーダーの時間を必要とする。このため、この方法でも、同一被検体に対してＸ線と中性子の両方で計測するのに要する時間が膨大となり、量産機械部品の全数検査には適用できない。

本発明は、上記のような事情を背景になされたものであり、低密度の素材と高密度の素材を備える被検体に対し、短い時間間隔で連続的に、低密度の素材の部分と高密度の素材の部分の両方の内部を非破壊で検査できる、Ｘ線・中性子ハイブリッド撮像装置を提供することを目的とする。

一端に電子発生源が接続され、他端で第１の加速管と第２の加速管とに分岐し、前記電子発生源で発生した電子を加速して電子線を形成する電子加速管と、前記第１の加速管の一端に接続され、前記電子線が照射されるとＸ線を発生するＸ線発生ターゲット部と、前記第２の加速管の一端に接続され、前記電子線が照射されると中性子を発生する中性子発生ターゲット部と、前記Ｘ線発生ターゲット部に対向する位置に設置されたＸ線検出器と、前記中性子発生ターゲット部に対向する位置に設置された中性子検出器と、前記電子加速管の分岐部に設置され、磁場の強度分布が変化することにより、前記第１の加速管への前記電子線の分配と前記第２の加速管への前記電子線の分配とを切り替える電磁石とを備える。

本発明によると、低密度の素材と高密度の素材を備える被検体に対し、短い時間間隔で連続的に、低密度の素材の部分と高密度の素材の部分の両方の内部を非破壊で検査できる、Ｘ線・中性子ハイブリッド撮像装置を提供することができる。

本発明の実施例１によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置の構成を示す上面図である。 本発明の実施例１によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置の構成を示す縦断面図であり、Ｘ線での撮像に関連する部分を示す図である。 本発明の実施例１によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置の構成を示す縦断面図であり、中性子での撮像に関連する部分を示す図である。 本発明の実施例１によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置が、Ｘ線及び中性子で被検体のＣＴ像を撮像し、ＣＴ像で被検体の健全性を判定する処理フローの例を示す図である。 本発明の実施例２によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置の構成を示す上面図である。 本発明の実施例３によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置が、Ｘ線及び中性子で被検体の透過像を撮像し、透過像で被検体の健全性を判定する処理フローの例を示す図である。

本発明によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、電子加速管がＸ線を発生させるための加速管と中性子を発生させるための加速管とに分岐し、電子発生源からの電子を分岐部でこれら２つの加速管に逐次分配し、電子をＸ線発生用ターゲットと中性子発生用ターゲットに衝突させることによりＸ線と中性子を連続的に発生させる。本発明によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、それぞれのターゲットに対向した位置に、被検体を設置した回転テーブルを挟んで、Ｘ線検出器と中性子検出器を備え、Ｘ線による透過像及びＣＴ像の撮像と中性子による透過像及びＣＴ像の撮像が可能である。

本発明によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、被検体の内部状態を非破壊で連続的に短い時間間隔で撮像することができ、被検体の内部欠陥の有無を判定することができる。本発明では、密度の異なる複数の素材（例えば、低密度の新素材と高密度の従来の金属材）で構成された被検体の各素材の部分に対して、内部欠陥を非破壊で計測し、健全性を判定できる。このため、本発明によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、自動車用部品等の量産機械部品の製造ラインにおける部品の全数検査（インライン検査）に適用でき、密度の異なる複数の素材から構成された被検体の内部欠陥の検出と健全性の評価に用いることができる。

Ｘ線による透過像及びＣＴ像の撮像と中性子による透過像及びＣＴ像の撮像では、被検体を３６０°回転させ、放射線検出器（Ｘ線検出器と中性子検出器）が被検体を透過した放射線を一定の角度ピッチで計測する。放射線の投影像を取得すると、被検体の透過像が得られ、画像（投影像）の再構成を実施すると、被検体の３次元ＣＴ像が得られる。Ｘ線及び中性子による透過像及びＣＴ像の撮像では、内部欠陥だけでなく、外部からは計測できない内部の複雑な３次元の形状及び寸法も、撮像画像から計測できる。

本発明によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置では、被検体を搬送コンベアにより移動させてＸ線と中性子で撮像するので、短い時間間隔で連続的に、被検体の健全性（内部欠陥の有無）を高精度で判定できる。

以下、本発明の実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置を、図面を用いて説明する。

実施例１では、Ｘ線及び中性子で生成する被検体の撮像画像としてＣＴ像（被検体の３次元構造を再現した画像）を生成し、ＣＴ像を用いて被検体の健全性（内部欠陥の有無）を判定する例を示す。

図１は、本発明の実施例１によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置の構成を示す上面図である。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、Ｘ線と中性子を逐次発生させる放射線源として、電子加速器とターゲット部とを備える。電子加速器は、電子発生源１、電子加速管共通部２、電子線軌道制御用電磁石３、電子線加速管Ｘ線源部４、及び電子線加速管中性子源部６を備える。ターゲット部は、Ｘ線発生ターゲット部５、及び中性子発生ターゲット部７を備える。

電子発生源１は、電子加速管共通部２に接続し、電子を発生する。

電子加速管共通部２は、電子発生源１で発生した電子を加速して電子線を形成する加速管である。電子加速管共通部２は、一端で電子発生源１に接続し、他端（終端）で２つの加速管、すなわち電子線加速管Ｘ線源部４と電子線加速管中性子源部６とに分岐する。

電子線加速管Ｘ線源部４と電子線加速管中性子源部６は、電子加速管共通部２の他端（終端）にある分岐部で電子加速管共通部２に接続する。

電子線軌道制御用電磁石３は、電子加速管共通部２の分岐部に設置され、電子制御により磁場を生成する。電子線軌道制御用電磁石３は、電子制御により磁場の強度分布が変化して電子線の軌道を変えることで、電子加速管共通部２から分岐した電子線加速管Ｘ線源部４と電子線加速管中性子源部６とに電子線を分配する。

電子線加速管Ｘ線源部４は、一端（終端）にＸ線発生ターゲット部５が接続され、電子加速管共通部２から分配された電子線を加速してＸ線発生ターゲット部５に照射する。

電子線加速管中性子源部６は、一端（終端）に中性子発生ターゲット部７が接続され、電子加速管共通部２から分配された電子線を加速して中性子発生ターゲット部７に照射する。

Ｘ線発生ターゲット部５は、例えばタングステンで構成され、電子線が照射されるとＸ線を発生し、撮像対象である被検体１０（１０ａ）に対してＸ線を照射する。

中性子発生ターゲット部７は、例えばベリリウムで構成され、電子線が照射されると中性子を発生し、撮像対象である被検体１０（１０ｂ）に対して中性子を照射する。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、さらに、搬送コンベア８と回転テーブル９（９ａ、９ｂ）を備える。

回転テーブル９ａは、撮像対象である被検体１０ａを載置する。回転テーブル９ｂは、撮像対象である被検体１０ｂを載置する。図１に示した例では、被検体１０ａは、Ｘ線により撮像され、被検体１０ｂは、中性子により撮像される。

搬送コンベア８は、被検体１０ａが載置された回転テーブル９ａを、Ｘ線発生ターゲット部５で発生したＸ線が被検体１０ａを照射する位置に搬送し、被検体１０ｂが載置された回転テーブル９ｂを、中性子発生ターゲット部７で発生した中性子が被検体１０ｂを照射する位置に搬送する。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、さらに、Ｘ線検出部と中性子検出部を備える。Ｘ線検出部は、Ｘ線検出器１２、Ｘ線検出用コリメータ１１、及びＸ線検出データ処理回路１３を備える。中性子検出部は、中性子検出器１５、中性子検出用コリメータ１４、及び中性子検出データ処理回路１６を備える。

Ｘ線検出器１２は、Ｘ線発生ターゲット部５に対向する位置に設置され、被検体１０ａにＸ線を照射して得られた撮像画像（Ｘ線による撮像画像）を取得する。

Ｘ線検出用コリメータ１１は、撮像画像（投影像）の空間分解能を高めるために、Ｘ線発生ターゲット部５に対向する位置で、Ｘ線検出器１２の前面とＸ線発生ターゲット部５との間に設置される。

Ｘ線検出データ処理回路１３は、Ｘ線検出器１２が取得した撮像画像をデジタル化し、撮像データ（Ｘ線投影データ）を取得する。

中性子検出器１５は、中性子発生ターゲット部７に対向する位置に設置され、被検体１０ｂに中性子を照射して得られた撮像画像（中性子による撮像画像）を取得する。

中性子検出用コリメータ１４は、撮像画像（投影像）の空間分解能を高めるために、中性子発生ターゲット部７に対向する位置で、中性子検出器１５の前面と中性子発生ターゲット部７との間に設置される。

中性子検出データ処理回路１６は、中性子検出器１５が取得した撮像画像をデジタル化し、撮像データ（中性子投影データ）を取得する。

被検体１０ａは、Ｘ線発生ターゲット部５とＸ線検出用コリメータ１１との間に搬送される。被検体１０ｂは、中性子発生ターゲット部７と中性子検出用コリメータ１４との間に搬送される。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、さらに、画像処理用計算機１７、及び装置全体制御計算機１８を備える。

画像処理用計算機１７は、Ｘ線検出器１２が取得したＸ線による撮像画像から被検体１０ａのＸ線による３次元ＣＴ像を生成し、中性子検出器１５が取得した中性子による撮像画像から被検体１０ｂの中性子による３次元ＣＴ像を生成する。画像処理用計算機１７は、Ｘ線検出データ処理回路１３が取得したＸ線投影データと中性子検出データ処理回路１６が取得した中性子投影データを用いて画像の再構成処理を実施し、被検体１０ａのＸ線による３次元ＣＴ像と被検体１０ｂの中性子による３次元ＣＴ像を生成する。

装置全体制御計算機１８は、電子加速器、搬送コンベア８、回転テーブル９ａ、９ｂ、及び画像処理用計算機１７を制御する。

電子線軌道制御用電磁石３は、装置全体制御計算機１８に電子制御され、磁場の強度分布が変化することにより、電子線の電子線加速管Ｘ線源部４への分配と電子線加速管中性子源部６への分配とをミリ秒オーダーで切り替えることができる。これにより、本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、被検体１０ａへのＸ線の照射と被検体１０ｂへの中性子の照射とを、ミリ秒オーダーで切り替えることができる。

図２Ａと図２Ｂは、本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置の構成を示す縦断面図である。図２Ａには、本実施例による撮像装置のうち、Ｘ線による被検体１０ａの撮像に関連する部分を示す。図２Ｂには、本実施例による撮像装置のうち、中性子による被検体１０ｂの撮像に関連する部分を示す。

被検体１０ａを載置する回転テーブル９ａと、被検体１０ｂを載置する回転テーブル９ｂは、上下方向駆動機構１９を備える。上下方向駆動機構１９は、回転テーブル９ａ、９ｂを高さ方向（上下方向）に移動させる。本実施例による撮像装置は、被検体１０ａ、１０ｂを高さ方向に予め定めた一定の距離ずつ移動させて高さ方向の位置を変え、被検体１０ａ、１０ｂを全高さ方向について撮像する。

放射線源、Ｘ線検出部、及び中性子検出部は、高さ方向の位置が一定である。

Ｘ線検出器１２と中性子検出器１５には、例えば、ラインセンサ、２次元平面型のフラットパネルディテクター、及びイメージインテンシファイアを用いることができる。Ｘ線検出器１２の検出素子としては、例えば、Ｘ線に感度の高いＳｉ半導体素子、ＣｄＴｅ半導体素子、及びシンチレータ素子を用いることができる。中性子検出器１５の検出素子としては、中性子に感度の高いシンチレータ素子、例えばＬｉＦ／ＺｎＳ系シンチレータを用いることができる。

図３は、本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置が、Ｘ線及び中性子で被検体のＣＴ像を撮像し、ＣＴ像で被検体の健全性（内部欠陥の有無）を判定する処理フローの例を示す図である。図３には、１つの被検体１０が回転テーブル９に載置され、初めにＸ線により撮像され、次に中性子により撮像される処理のフローを示している。

Ｓ１００では、撮像対象の被検体１０がＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置に搬入される。撮像対象の被検体１０は、ロボットによって搬送コンベア８上の回転テーブル９に載置されて、Ｘ線・中性子ハイブリッド撮像装置に搬入される。

Ｓ１０１では、搬送コンベア８が、被検体１０をＸ線照射位置（Ｘ線が被検体１０を照射する位置）に搬送する。Ｓ１０１の処理により、回転テーブル９は、図１の回転テーブル９ａの位置に移動し、被検体１０は、図１の被検体１０ａの位置に移動する。

Ｓ１０２では、被検体１０を回転させて被検体１０にＸ線を照射し、Ｘ線で被検体１０を撮像する。被検体１０が図１の被検体１０ａの位置に停止した後、電子加速管共通部２で形成された電子線は、電子線軌道制御用電磁石３によって電子線加速管Ｘ線源部４に向かう軌道を取り、電子線加速管Ｘ線源部４で加速された後、Ｘ線発生ターゲット部５に入射する。電子線が入射するとＸ線発生ターゲット部５は、被検体１０に対してＸ線を照射する。Ｘ線の照射が始まると、回転テーブル９は、一定速度で回転を開始する。Ｘ線検出器１２は、回転テーブル９が３６０°回転する間に、一定の回転角度ごとにＸ線による撮像画像を取得する。Ｘ線検出器１２がＸ線による撮像画像を取得する回転角度は、Ｘ線発生ターゲット部５でのＸ線の発生周期と回転テーブル９の回転速度により定めることができる。Ｘ線検出器１２が取得した撮像画像は、Ｘ線検出データ処理回路１３によりデジタル化され、Ｘ線投影データになる。

Ｓ１０２を実行することにより、回転角度ごとのＸ線投影データＤ１０１が得られる。

Ｓ１０３では、画像処理用計算機１７が、回転角度ごとのＸ線投影データＤ１０１を用いて画像の再構成処理を実施し、被検体１０のＸ線による３次元ＣＴ像を生成する。

Ｓ１０３を実行することにより、被検体１０のＸ線による３次元ＣＴ像と、この３次元ＣＴ像のデータである３次元画像再構成データＤ１０２が得られる。被検体１０に内部欠陥がある場合には、３次元ＣＴ像において被検体１０の空洞部として表される。前述したように、Ｘ線は、金属などの比較的高密度の部材に対して透過減衰率が高いので、高密度の部材の内部欠陥の計測に感度が高い。したがって、被検体１０の、高密度の素材で構成された部分での内部欠陥は、Ｘ線による３次元ＣＴ像や３次元画像再構成データＤ１０２から高い精度で検出できる。

Ｘ線の照射による撮像が終了すると、中性子の照射による撮像を開始する。

Ｓ１０４では、搬送コンベア８が、被検体１０を中性子照射位置（中性子が被検体１０を照射する位置）に搬送する。Ｓ１０１の処理により、回転テーブル９は、図１の回転テーブル９ｂの位置に移動し、被検体１０は、図１の被検体１０ｂの位置に移動する。

Ｓ１０５では、被検体１０を回転させて被検体１０に中性子を照射し、中性子で被検体１０を撮像する。被検体１０が図１の被検体１０ｂの位置に停止した後、電子加速管共通部２で形成された電子線は、電子線軌道制御用電磁石３によって電子線加速管中性子源部６に向かう軌道を取り、電子線加速管中性子源部６で加速された後、中性子発生ターゲット部７に入射する。電子線が入射すると中性子発生ターゲット部７は、被検体１０に対して中性子を照射する。中性子の照射が始まると、回転テーブル９は、一定速度で回転を開始する。中性子検出器１５は、回転テーブル９が３６０°回転する間に、一定の回転角度ごとに中性子による撮像画像を取得する。中性子検出器１５が中性子による撮像画像を取得する回転角度は、中性子発生ターゲット部７での中性子の発生周期と回転テーブル９の回転速度により定めることができる。中性子検出器１５が取得した撮像画像は、中性子検出データ処理回路１６によりデジタル化され、中性子投影データになる。

Ｓ１０５を実行することにより、回転角度ごとの中性子投影データＤ１０３が得られる。

Ｓ１０６では、画像処理用計算機１７が、回転角度ごとの中性子投影データＤ１０３を用いて画像の再構成処理を実施し、被検体１０の中性子による３次元ＣＴ像を生成する。

Ｓ１０６を実行することにより、被検体１０の中性子による３次元ＣＴ像と、この３次元ＣＴ像のデータである３次元画像再構成データＤ１０４が得られる。被検体１０に内部欠陥がある場合には、３次元ＣＴ像において被検体１０の空洞部として表される。前述したように、中性子は、樹脂や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の新素材などの比較的低密度の部材に対して透過減衰率が高いので、低密度の部材の内部欠陥の計測に感度が高い。したがって、被検体１０の、低密度の素材で構成された部分での内部欠陥は、中性子による３次元ＣＴ像や３次元画像再構成データＤ１０４から高い精度で検出できる。

以上の処理により、被検体１０のＸ線による３次元画像再構成データＤ１０２と中性子による３次元画像再構成データＤ１０４が得られたら、Ｓ１０７を実行する。

Ｓ１０７では、画像処理用計算機１７が、被検体１０のＸ線による３次元画像再構成データＤ１０２と中性子による３次元画像再構成データＤ１０４とを用いて、被検体１０のＸ線による３次元ＣＴ像と中性子による３次元ＣＴ像とを重ね合わせる。画像処理用計算機１７は、Ｘ線による３次元ＣＴ像と中性子による３次元ＣＴ像との位置が互いに一致するように、これらのＣＴ像に付けられたマーカーを位置の基準にして、これらのＣＴ像を互いに重ね合わせる。ＣＴ像の重ね合わせは、既存の方法で実施することができる。

Ｓ１０７を実行することにより、被検体１０のＸ線による３次元ＣＴ像と中性子による３次元ＣＴ像とを重ね合わせた３次元ＣＴ像と、この３次元ＣＴ像のデータである３次元画像重ね合わせデータＤ１０５が得られる。

Ｓ１０８では、画像処理用計算機１７が、３次元画像重ね合わせデータＤ１０５を被検体１０の健全品のデータと比較する。健全品のデータは、被検体１０の健全品での３次元ＣＴ像に相当するデータであり、被検体１０のＣＡＤデータや、健全だとわかっている被検体１０（または、健全だとわかっている複数の被検体１０の平均値）から予め得ることができる。これらのデータの比較は、画像（ＣＴ像）の輝度を利用する方法など、既存の方法を用いて実施することができる。

Ｓ１０９では、画像処理用計算機１７が、Ｓ１０８での比較結果を基に、被検体１０の健全性を判定する。画像処理用計算機１７は、被検体１０と健全品との差が予め定めた閾値以下であれば、被検体１０には内部欠陥がなく、被検体１０が設計基準を満たしており健全であると判定する。Ｓ１０９で画像処理用計算機１７が被検体１０に内部欠陥がないと判定した場合は、Ｓ１１０に進み、被検体１０に内部欠陥があると判定した場合は、Ｓ１１３に進む。

Ｓ１１０では、被検体１０に内部欠陥がないと判定されたので、搬送コンベア８が、被検体１０をＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置から搬出する。

Ｓ１１１では、装置全体制御計算機１８が、Ｘ線・中性子ハイブリッド撮像装置から搬出された被検体１０の数と検査すべき被検体１０の数が一致するか否かを調べて、検査すべき全ての被検体１０を検査したか否かを判定する。全ての被検体１０を検査していないと判定した場合は、Ｓ１１２に進む。

Ｓ１１２では、Ｓ１００と同様にして、次に検査する被検体１０がＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置に搬入される。次に検査する被検体１０は、検査が終了した被検体１０の搬出に続いて連続的に搬入される。Ｘ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、Ｓ１１１または後述するＳ１１５で検査すべき全ての被検体１０を検査したと判定するまで、被検体１０の搬入を繰り返す。

Ｓ１１３は、Ｓ１０９で画像処理用計算機１７が被検体１０に内部欠陥があると判定した場合の処理である。Ｓ１１３では、画像処理用計算機１７が、被検体１０の内部欠陥の特性量を計算して求める。内部欠陥の特性量とは、内部欠陥の３次元形状、体積、及び位置などの、内部欠陥に関する物理量である。被検体１０の内部欠陥の特性量を求めることで、被検体１０の製造条件と発生した内部欠陥との関係を調べることができる。

Ｓ１１４では、搬送コンベア８が、被検体１０をＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置から搬出する。Ｓ１１４で搬出される被検体１０は、内部欠陥がある被検体１０である。

Ｓ１１５では、Ｓ１１１と同様に、装置全体制御計算機１８が、Ｘ線・中性子ハイブリッド撮像装置から搬出された被検体１０の数と検査すべき被検体１０の数が一致するか否かを調べて、検査すべき全ての被検体１０を検査したか否かを判定する。全ての被検体１０を検査していないと判定した場合は、Ｓ１１６に進む。

Ｓ１１６では、Ｓ１１２と同様に、次に検査する被検体１０がＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置に搬入される。次に検査する被検体１０は、検査が終了した被検体１０の搬出に続いて連続的に搬入される。Ｘ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、Ｓ１１１またはＳ１１５で検査すべき全ての被検体１０を検査したと判定するまで、被検体１０の搬入を繰り返す。

Ｓ１０１にて被検体１０（１０ａ）をＸ線照射位置（図１の被検体１０ａの位置）に搬送するときに、搬送コンベア８が、被検体１０と異なる被検体１０ｂを中性子照射位置（図１の被検体１０ｂの位置）に搬送し、Ｓ１０２にて被検体１０ａをＸ線で撮像するときに、中性子照射位置に搬送した被検体１０ｂを中性子で撮像してもよい。Ｓ１０４にて被検体１０（１０ｂ）を中性子照射位置（図１の被検体１０ｂの位置）に搬送するときに、搬送コンベア８が、被検体１０と異なる被検体（１０ａ）をＸ線照射位置（図１の被検体１０ａの位置）に搬送し、Ｓ１０５にて被検体１０ｂを中性子で撮像するときに、Ｘ線照射位置に搬送した被検体１０ａをＸ線で撮像してもよい。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置では、電子加速管共通部２が、Ｘ線を発生させるための電子線加速管Ｘ線源部４と、中性子を発生させるための電子線加速管中性子源部６とに分岐し、電子線軌道制御用電磁石３が、ミリ秒オーダーで電子線の軌道を変えて電子線加速管Ｘ線源部４と電子線加速管中性子源部６とに電子線を分配する。このため、本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、被検体１０ａへのＸ線の照射と、この被検体と異なる被検体１０ｂへの中性子の照射とを、ミリ秒オーダーで切り替えることができ、任意の被検体１０ａに対するＸ線での撮像とこれとは別の被検体１０ｂに対する中性子での撮像とを同一の検査時間内で実施することができる。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置では、１つの被検体へのＸ線の照射と中性子の照射は、搬送コンベア８で被検体を移動させることで切り替えることができるので、１つの被検体に対して短時間でＸ線での撮像と中性子での撮像を実施できる。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置では、Ｘ線での撮像で得られた３次元ＣＴ像と中性子での撮像で得られた３次元ＣＴ像とを互いに重ね合わされるので（Ｓ１０７）、被検体１０のＸ線で検出した内部欠陥と中性子で検出した内部欠陥とを１つの３次元ＣＴ像に表示できる。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、上記のような構成を備え、低密度の素材と高密度の素材を備える被検体１０に対し、短い時間間隔で連続的に、低密度の素材の部分と高密度の素材の部分の両方の内部を非破壊で検査できる。

なお、以上の実施例では、Ｘ線での撮像の後に中性子での撮像を実施したが、本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、中性子での撮像の後にＸ線での撮像を実施してもよい。

図４は、本発明の実施例２によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置の構成を示す上面図である。以下では、本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置について、実施例１による装置と異なる構成を主に説明する。

実施例１によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、電子加速管共通部２が他端（終端）で２つの加速管（電子線加速管Ｘ線源部４と電子線加速管中性子源部６）に分岐するが、本実施例による装置は、電子加速管共通部２が他端（終端）で３つの加速管（２つの電子線加速管Ｘ線源部４、４ｃと電子線加速管中性子源部６）に分岐する。本実施例による装置は、さらに回転テーブル９ｃを備え、Ｘ線検出部として、さらにＸ線検出用コリメータ１１ｃ、Ｘ線検出器１２ｃ、及びＸ線検出データ処理回路１３ｃを備える。

電子線加速管Ｘ線源部４ｃは、電子加速管共通部２の他端（終端）にある分岐部で電子加速管共通部２に接続する。

電子線軌道制御用電磁石３は、電子制御により磁場の強度分布が変化して電子線の軌道を変えることで、電子加速管共通部２から分岐した電子線加速管Ｘ線源部４と電子線加速管Ｘ線源部４ｃと電子線加速管中性子源部６とに電子線を分配する。

電子線加速管Ｘ線源部４ｃは、他端（終端）にＸ線発生ターゲット部５ｃが接続され、電子加速管共通部２から分配された電子線を加速してＸ線発生ターゲット部５ｃに照射する。

Ｘ線発生ターゲット部５ｃは、例えばタングステンで構成され、電子線が照射されるとＸ線を発生する。

回転テーブル９ｃは、撮像対象である被検体１０ｃを載置する。図４に示した例では、被検体１０ｃは、Ｘ線により撮像される。

搬送コンベア８は、被検体１０ｃが載置された回転テーブル９ｃを、Ｘ線発生ターゲット部５ｃで発生したＸ線が被検体１０ｃを照射する位置に搬送する。

Ｘ線検出器１２ｃは、Ｘ線発生ターゲット部５ｃに対向する位置に設置され、被検体１０ｃにＸ線を照射して得られた撮像画像を取得する。

Ｘ線検出用コリメータ１１ｃは、Ｘ線発生ターゲット部５ｃに対向する位置で、Ｘ線検出器１２ｃの前面とＸ線発生ターゲット部５ｃとの間に設置される。

Ｘ線検出データ処理回路１３ｃは、Ｘ線検出器１２ｃが取得した撮像画像をデジタル化し、撮像データ（Ｘ線投影データ）を取得する。

被検体１０ｃは、Ｘ線発生ターゲット部５ｃとＸ線検出用コリメータ１１ｃとの間に搬送される。

画像処理用計算機１７は、Ｘ線検出データ処理回路１３ｃが取得したＸ線投影データに対して画像の再構成処理を実施し、被検体１０ｃのＸ線による３次元ＣＴ像を生成する。

被検体１０は、搬送コンベア８に搬送され、初めに被検体１０ａの位置でＸ線により撮像され、次に被検体１０ｂの位置でＸ線により撮像され、最後に被検体１０ｃの位置で中性子により撮像される。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置では、被検体１０に対して２つのエネルギーレベルのＸ線を照射することで、２つのエネルギーレベルのＸ線で被検体１０を撮像する。本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置では、Ｘ線発生ターゲット部５とＸ線発生ターゲット部５ｃに入射する電子線のエネルギーレベルが互いに異なるようにし、Ｘ線発生ターゲット部５とＸ線発生ターゲット部５ｃで発生するＸ線のエネルギーレベルが互いに異なるようにすることで、被検体１０に対して２つのエネルギーレベルのＸ線を照射する。被検体１０は、図４の被検体１０ａの位置に置かれているときと被検体１０ｃの位置に置かれているときとで、照射されるＸ線のエネルギーレベルが異なる。

Ｘ線発生ターゲット部５とＸ線発生ターゲット部５ｃに入射する電子線のエネルギーレベルが互いに異なるようにするには、例えば、次のような方法がある。Ｘ線発生ターゲット部５ｃの電子線が入射する部分の前に遮蔽板を設置し、Ｘ線発生ターゲット部５ｃに入射する電子線のエネルギー分布を変えることで、Ｘ線発生ターゲット部５に入射する電子線のエネルギーレベルとＸ線発生ターゲット部５ｃに入射する電子線のエネルギーレベルとが互いに異なるようにすることができる。

図４に示した例では電子加速管共通部２が３つの加速管（２つの電子線加速管Ｘ線源部４、４ｃと電子線加速管中性子源部６）に分岐したが、電子加速管共通部２は、他端（終端）で、３つ以上の加速管に分岐してもよい。但し、分岐した３つ以上の加速管のうち、少なくとも１つは、電子線加速管Ｘ線源部であり、少なくとも１つは、電子線加速管中性子源部である。電子線軌道制御用電磁石３は、電子加速管共通部２から分岐した３つ以上の加速管のそれぞれに電子線を分配する。

電子線加速管Ｘ線源部は、他端（終端）にＸ線発生ターゲット部が接続される。電子線加速管中性子源部は、他端（終端）に中性子発生ターゲット部が接続される。複数のＸ線発生ターゲット部で発生するＸ線のエネルギーレベルは、互いに異なる。複数の中性子発生ターゲット部で発生する中性子のエネルギーレベルは、互いに異なる。

このような構成により、本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、１つの被検体１０に対して複数のエネルギーレベルのＸ線を照射して撮像することと、１つの被検体１０に対して複数のエネルギーレベルの中性子を照射して撮像することのうち、一方または両方を実施できる。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置では、１つの被検体１０に対して複数のエネルギーレベルの放射線（Ｘ線と中性子）で撮像することができる。複数のエネルギーレベルの放射線で被検体１０を撮像すると、放射線のエネルギーレベルに応じて分解能が互いに異なる撮像画像を得ることができ、密度の異なる複数の素材で構成された被検体１０に対して、内部欠陥を高精度で検出できる。

実施例１では、Ｘ線及び中性子で被検体１０のＣＴ像を生成し、被検体１０の健全性（内部欠陥の有無）を判定する例（図３）を示した。本実施例では、Ｘ線及び中性子で生成する被検体１０の撮像画像として透過像（被検体１０を平面に投影した画像）を生成し、透過像を用いて被検体１０の健全性を判定する例を示す。被検体１０の構造によっては、透過像のみで被検体１０の内部欠陥の有無を判定できる。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、実施例１によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置（図１）と同様の構成を備える。

図５は、本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置が、Ｘ線及び中性子で被検体の透過像を撮像し、透過像で被検体の健全性を判定する処理フローの例を示す図である。図５には、図３と同様に、１つの被検体１０が回転テーブル９に載置され、初めにＸ線により撮像され、次に中性子により撮像される処理のフローを示している。以下では、図５の処理フローについて、図３と異なる処理を主に説明する。

Ｓ１０２で、被検体１０を回転させて被検体１０にＸ線を照射し、Ｘ線で被検体１０を撮像することにより、予め指定した回転角度での被検体１０のＸ線による透過像と、この透過像を表すＸ線透過像データＤ３０１を取得する。

Ｓ１０５で、被検体１０を回転させて被検体１０に中性子を照射し、中性子で被検体１０を撮像することにより、予め指定した回転角度での被検体１０の中性子による透過像と、この透過像を表す中性子透過像データＤ３０２を取得する。

実施例１でのＳ１０３とＳ１０６（３次元ＣＴ像の生成）は、本実施例では実施しない。

Ｓ３０１は、実施例１でのＳ１０７に対応する。Ｓ３０１では、画像処理用計算機１７が、Ｓ１０２で取得した被検体１０のＸ線透過像データＤ３０１と、Ｓ１０５で取得した被検体１０の中性子透過像データＤ３０２とを用いて、同一の回転角度における被検体１０のＸ線による透過像と中性子による透過像とを重ね合わせる。画像処理用計算機１７は、Ｘ線による透過像と中性子による透過像との位置が互いに一致するように、これらの透過像に付けられたマーカーを位置の基準にして、これらの透過像を互いに重ね合わせる。透過像の重ね合わせは、既存の方法で実施することができる。

Ｓ３０１を実行することにより、同一の回転角度における被検体１０のＸ線による透過像と中性子による透過像とを重ね合わせた透過像と、この透過像のデータである透過像重ね合わせデータＤ３０３が得られる。

Ｓ３０２は、実施例１でのＳ１０８に対応する。Ｓ３０２では、画像処理用計算機１７が、透過像重ね合わせデータＤ３０３を被検体１０の健全品のデータと比較する。健全品のデータは、透過像重ね合わせデータＤ３０３と同じ回転角度における、被検体１０の健全品での透過像に相当するデータであり、被検体１０のＣＡＤデータや、健全だとわかっている被検体１０（または、健全だとわかっている複数の被検体１０の平均値）から予め得ることができる。これらのデータの比較は、画像（透過像）の輝度を利用する方法など、既存の方法を用いて実施することができる。

Ｓ１０９では、実施例１と同様に、画像処理用計算機１７が、Ｓ３０２での比較結果を基に、被検体１０の健全性を判定する。

Ｓ１０９以後の処理は、実施例１での処理と同様である。但し、Ｓ１１３で画像処理用計算機１７が計算して求める被検体１０の内部欠陥の特性量は、内部欠陥の透過像での２次元形状、透過像での面積、及び位置などである。

なお、Ｓ１０２とＳ１０５では、回転テーブル９は、３６０°回転しなくてもよく、予め指定した回転角度での被検体１０の透過像が撮像できる角度だけ回転してもよい。

本実施例では、被検体１０のＸ線及び中性子による透過像を用いて被検体１０の健全性を判定するので、画像の再構成処理を実施して被検体１０の３次元ＣＴ像を生成する時間を省くことができ、より高速に被検体１０の内部を検査できる。さらに、回転テーブル９を３６０°回転させなければ、回転テーブル９の回転に要する時間を短縮でき、さらに高速に被検体１０の内部を検査できる。

本実施例によるＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置は、低密度の素材と高密度の素材を備える被検体に対して、上記のようにして、さらに短い時間間隔で連続的に、低密度の素材の部分と高密度の素材の部分の両方の内部を非破壊で検査できる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１…電子発生源、２…電子加速管共通部、３…電子線軌道制御用電磁石、４、４ｃ…電子線加速管Ｘ線源部、５、５ｃ…Ｘ線発生ターゲット部、６…電子線加速管中性子源部、７…中性子発生ターゲット部、８…搬送コンベア、９、９ａ、９ｂ、９ｃ…回転テーブル、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…被検体、１１、１１ｃ…Ｘ線検出用コリメータ、１２、１２ｃ…Ｘ線検出器、１３、１３ｃ…Ｘ線検出データ処理回路、１４…中性子検出用コリメータ、１５…中性子検出器、１６…中性子検出データ処理回路、１７…画像処理用計算機、１８…装置全体制御計算機、１９…上下方向駆動機構。

Claims (6)

1. 一端に電子発生源が接続され、他端で第１の加速管と第２の加速管とに分岐し、前記電子発生源で発生した電子を加速して電子線を形成する電子加速管と、
   前記第１の加速管の一端に接続され、前記電子線が照射されるとＸ線を発生するＸ線発生ターゲット部と、
   前記第２の加速管の一端に接続され、前記電子線が照射されると中性子を発生する中性子発生ターゲット部と、
   前記Ｘ線発生ターゲット部に対向する位置に設置されたＸ線検出器と、
   前記中性子発生ターゲット部に対向する位置に設置された中性子検出器と、
   前記電子加速管の分岐部に設置され、磁場の強度分布が変化することにより、前記第１の加速管への前記電子線の分配と前記第２の加速管への前記電子線の分配とを切り替える電磁石と、
   を備えることを特徴とするＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置。
2. 被検体を搬送する搬送コンベアを備え、
   前記Ｘ線発生ターゲット部は、前記搬送コンベアで搬送された前記被検体にＸ線を照射し、
   前記中性子発生ターゲット部は、前記搬送コンベアで搬送された前記被検体に中性子を照射し、
   前記Ｘ線検出器は、前記被検体にＸ線を照射して得られたＸ線による撮像画像を取得し、
   前記中性子検出器は、前記被検体に中性子を照射して得られた中性子による撮像画像を取得する、
   請求項１に記載のＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置。
3. 前記被検体の前記Ｘ線による撮像画像と前記中性子による撮像画像とを重ね合わせて重ね合わせデータを得て、前記重ね合わせデータを前記被検体の予め得られた健全品のデータと比較することで前記被検体の健全性を判定するように構成された計算機を備える、
   請求項２に記載のＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置。
4. 前記計算機は、
   前記被検体の前記Ｘ線による撮像画像から、前記被検体のＸ線による３次元ＣＴ像を生成し、
   前記被検体の前記中性子による撮像画像から、前記被検体の中性子による３次元ＣＴ像を生成し、
   前記被検体の前記Ｘ線による３次元ＣＴ像と前記被検体の前記中性子による３次元ＣＴ像とを重ね合わせて前記重ね合わせデータを得る、
   請求項３に記載のＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置。
5. 前記計算機は、
   前記被検体の前記Ｘ線による撮像画像として、予め指定した回転角度での前記被検体のＸ線による透過像を得て、
   前記被検体の前記中性子による撮像画像として、前記回転角度での前記被検体の中性子による透過像を得て、
   前記被検体の前記Ｘ線による透過像と前記被検体の前記中性子による透過像とを重ね合わせて前記重ね合わせデータを得る、
   請求項３に記載のＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置。
6. 前記電子加速管は、前記他端で３つ以上の加速管に分岐し、
   前記他端で分岐した前記加速管のうち、１つは、前記第１の加速管であり、他の１つは、前記第２の加速管であり、残りは、一端に前記Ｘ線発生ターゲット部または前記中性子発生ターゲット部が接続され、
   前記電磁石は、前記他端で分岐した前記加速管のそれぞれへの前記電子線の分配を切り替える、
   請求項１に記載のＸ線・中性子ハイブリッド撮像装置。

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