JP2023162622A - X線検査装置およびx線検査方法 - Google Patents

X線検査装置およびx線検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】厚みのある内容物であっても内容物の検査精度を落とさずにシール検査を可能にする。【解決手段】X線検査装置1は、内容物Wbが包装材Waに包まれた被検査物Wを搬送しながらX線を照射し、被検査物Wを透過したX線を検出して得たX線画像を用いて、被検査物Wの品質を検査するものであり、被検査物Wは内容物Wbの1辺側に包装材Waがシールされたシール部Wcを有し、シール部Wcの特定位置を検出する包装材検出センサ4と、X線画像から被検査物Wの内容物領域を抽出する内容物領域抽出手段22と、特定位置から内容物領域の1辺側の外縁までの距離を疑似シール幅Hとして算出する疑似シール幅算出手段23と、疑似シール幅Hが所定範囲外であるときシール不良と判定するシール部判定手段24bと、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、被検査物を搬送しながらX線を照射し、被検査物を透過したX線を検出して得たX線画像を用いて被検査物の品質を検査するX線検査装置およびX線検査方法に関する。
例えば包装材の開口部分から内容物が収容される製品は、包装材への内容物の収容後に開口部分にシールが施される。その際、包装材のシール部領域に内容物や異物などが噛み込んでシール不良を起こすことがあり、このシール不良の製品は不良品として排除する必要がある。
そして、この種の製品を被検査物としてシール不良の有無を検査する検査装置としては、例えば下記特許文献1に開示されるX線検査装置が知られている。特許文献1に開示されるX線検査装置では、X線透過画像から抽出した外形領域を基準として、予め設定されたシール部情報に基づいてシール部領域を算出し、シール部領域内の画像の濃淡レベルを用いてシール不良の有無判別を行っている。
特開2005-024549号公報
ところで、上述した特許文献1に開示されるX線検査装置によりシール部領域への内容物や異物の噛み込み検査を行う場合、被検査物の包装材をX線透過画像に映すため、低エネルギーのX線を使用する必要がある。しかし、低エネルギーのX線では透過力が低いため、厚みのある被検査物を検査することができない。その逆で、高エネルギーのX線で厚みのある被検査物を検査すると、包装材がX線透過画像に映らないため、噛み込み検査ができないという問題があった。
すなわち、上述した特許文献1に開示されるX線検査装置では、厚みのある内容物を精度良く検査する場合、ベルト面とシール部のコントラストが取れず、シール部領域を算出する上で基準となる外形領域が抽出できないという問題があった。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、厚みのある内容物であっても内容物の検査精度を落とさずにシール検査が可能なX線検査装置およびX線検査方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載されたX線検査装置は、内容物Wbが包装材Waに包まれた被検査物Wを搬送しながらX線を照射し、前記被検査物を透過したX線を検出して得たX線画像を用いて、前記被検査物の品質を検査するX線検査装置1において、
前記被検査物は前記内容物の1辺側に包装材がシールされたシール部Wcを有し、
前記シール部の特定位置を検出する包装材検出センサ4と、
前記X線画像から前記被検査物の内容物領域を抽出する内容物領域抽出手段22と、
前記特定位置から前記内容物領域の前記1辺側の外縁までの距離を疑似シール幅(H)として算出する疑似シール幅算出手段23と、
前記疑似シール幅が所定範囲外であるときシール不良と判定するシール部判定手段24bと、を備えたことを特徴とする。
本発明の請求項2に記載されたX線検査装置は、請求項1のX線検査装置において、
前記特定位置が前記シール部Wcの最外縁であることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載されたX線検査装置は、請求項1のX線検査装置において、
前記被検査物Wが前記シール部Wcを搬送方向Aの先端側にして搬送され、
前記包装材検出センサ4は、前記包装材Waの前記搬送方向の先端を前記特定位置として検出するように前記X線の検出位置の上流側近傍に設けられ、
前記疑似シール幅算出手段23は、前記搬送方向のX線検出位置、前記包装材検出センサの位置および搬送速度を含む設定情報に基づいて前記疑似シール幅を算出することを特徴とする。
本発明の請求項4に記載されたX線検査装置は、請求項1のX線検査装置において、
前記包装材検出センサ4がカラーセンサであることを特徴とする。
本発明の請求項5に記載されたX線検査方法は、内容物Wbが包装材Waに包まれた被検査物Wを搬送しながらX線を照射し、前記被検査物を透過したX線を検出して得たX線画像を用いて、前記被検査物の品質を検査するX線検査方法であって、
前記被検査物は前記内容物の1辺側に包装材がシールされたシール部(Wc)を有し、
前記シール部の特定位置を検知するステップと、
前記X線画像から前記被検査物の内容物領域を抽出するステップと、
前記特定位置から前記内容物領域の前記1辺側の外縁までの距離を疑似シール幅として算出するステップと、
前記疑似シール幅が所定範囲外であるときシール不良と判定するステップと、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、厚みのある内容物が包装材に包まれた被検査物であっても内容物の検査精度を落とさずにシール検査が可能となる。
本発明に係るX線検査装置のブロック構成図である。 本発明に係るX線検査装置により被検査物の内容物領域と被検査物の搬送方向の先端側の疑似シール幅を算出する場合の説明図である。 本発明に係るX線検査装置によりシール検査を行う場合のフローチャートである。 (a),(b)本発明に係るX線検査装置により被検査物の搬送幅方向の奥側や手前側の疑似シール幅を算出する場合の説明図である。
以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
図1に示すように、X線検査装置1は、搬送部2、駆動手段3、包装材検出センサ4、X線発生器5、X線検出器6、設定入力部7、信号処理部8、表示部9を備えて概略構成され、例えば搬送ラインの一部に組み込み、被検査物Wを搬送しながらX線を照射し、被検査物Wを透過したX線を検出して得たX線画像を用いて被検査物Wの品質(異物の有無、シール不良の有無など)を検査するものである。
検査対象となる被検査物Wは、包装材Waに容器(トレイ)を含む内容物Wbが包まれ、内容物Wbが少なくとも直線状の1辺を有し、内容物Wbの1辺側の包装材Waがシールされ、その1辺側にシール部Wcを有するものである。具体的には、例えば透明な包装材Waに容器(トレイ)を含む内容物Wbが包まれたお弁当が該当する。被検査物Wは、お弁当の中身が収容物として容器(トレイ)に収容される他、容器(トレイ)無しで厚みのある例えばチーズ等が内容物として包装材に包まれた食品でもよい。また、内容物Wbは、平面視したときに矩形であることが好ましい。
搬送部2は、被検査物Wを搬送方向Aに対して所定間隔おきに順次搬送するもので、例えばループ状の搬送ベルト11を複数の搬送ローラ12に巻回させ、搬送ベルト11の上走区間13により被検査物Wを図1中の搬送方向A(右方向)に順次搬送することができるコンベアを不図示の筐体に支持して構成される。搬送ローラ12は、駆動手段3としてのモータにより回転駆動され、所定の搬送速度となるように制御される。
包装材検出センサ4は、例えば距離センサ、カラーセンサなどで構成され、被検査物Wの包装材Waのシール部Wcの最外縁(外側端)を特定位置として検出する。距離センサを包装材検出センサ4として用いた場合は、光源(LEDやレーザダイオード)からの光が被検査物Wに照射され、被検査物Wの特定位置から反射する光を受光素子で受光し、受光した反射光を距離に換算して出力する。また、カラーセンサを包装材検出センサ4として用いた場合は、投光部からの光が被検査物Wに照射され、被検査物Wの特定位置から反射する光を受光部により赤、青、緑それぞれの受光量として検出する。
また、包装材検出センサ4は、被検査物Wの包装材Waのシール部Wcの搬送幅方向B(被検査物Wのサイド)の奥側や手前側を検出する場合、予め設定したエリア内で被検査物Wの特定位置を検出するエリアセンサや被検査物Wの特定位置を面で撮像するエリアカメラが用いられる。
なお、被検査物Wの特定位置は、上述したシール部Wcの最外縁(外側端)に限定されず、包装材Waのシール部Wcに付されたカラーマークや色付きのシール部Wcなどでもよい。
X線発生器5は、公知のX線管により、その管電流および管電圧に応じた波長および強度のX線を発生させるとともに、外囲器のX線窓部を通し、搬送部2の搬送方向Aに対し直交するファンビーム状のX線を搬送ベルト11上の被検査物Wに照射できるようになっている。
X線発生器5のX線管の管電流および管電圧は、検査対象の被検査物Wの材質やサイズ(特にX線が透過する方向の寸法)に応じて設定値を調整するとよく、新規の品種については被検査物Wやサンプルを用いたテスト撮像によって適切なコントラストが得られるように設定値が決定または選択される。
X線検出器6は、例えば蛍光体であるシンチレータとフォトダイオードもしくは電荷結合素子とからなる検出素子を、搬送部2の搬送幅方向Bにアレイ状に所定ピッチで配設し、所定解像度でのX線検出を行うようにしたX線ラインセンサセンサで構成され、X線発生器5からのX線照射位置に対応する搬送方向Aの所定位置に配置される。
X線検出器6は、X線発生器5から照射されて被検査物Wやサンプルを透過したX線を検出素子に対応する所定透過領域ごとに検出し、そのX線の透過量に応じた電気信号に変換して、透過領域ごとのX線検出信号を出力する。
そして、搬送方向Aに直交する主走査方向(y方向:搬送路の幅方向)に直線状に配置された複数の検出素子からなるX線検出器6(X線ラインセンサ)から1ライン分のX線画像データが走査ごとに蓄積され、X線画像として信号処理部8の後述する記憶手段21に記憶される。
ここで、X線検出器6の走査周期T(スキャン速度[繰り返し速度])は、搬送速度に対応して搬送方向A(x方向)の単位寸法と主走査方向(y方向)の単位寸法がほぼ一致するように設定される。これにより、X線検出器6(X線ラインセンサ)の隣接する素子間の距離がX線画像において画素当たりの長さとなる。
なお、X線検出器6としては、複数のエネルギー画像が同時に取得できる光子計数(フォトンカウンティング)型のX線検出器を使用してもよい。
設定入力部7は、被検査物Wの検査や表示に関する各種設定や指示を与えるためのユーザが操作する複数のキーやスイッチ等で構成される。さらに説明すると、設定入力部7は、X線発生器5のX線管の管電流および管電圧、X線検出器6のスキャン速度、搬送部2の搬送速度等のX線画像データを取得するための設定、被検査物Wの内容物Wbを抽出するための閾値や被検査物Wのシール部Wcにおけるシール不良を判定するための基準となるシール幅の許容範囲の設定を行う。また、設定入力部7では、被検査物Wの内容物Wbの複数の検査を行う際に、被検査物W中の異物の混入の有無や内容物Wbの欠品の有無を判定するための基準となる検出リミット値が設定可能となっている。これら検出リミット値は、被検査物Wの品種や検出対象となる異物の種類などに応じて適宜設定される。
信号処理部8は、記憶手段21、内容物領域抽出手段22、疑似シール幅算出手段23、品質判定部24を備えて構成される。
記憶手段21には、X線検出器6(X線ラインセンサ)からX線画像データを取得するタイミングの包装材検出センサ4の状態がX線画像データに紐づけて記憶される。これにより、搬送方向Aをx軸、搬送幅方向Bをy軸としたX線画像上のxy座標に包装材検出センサ4のレベルを対応させることができる。なお、このデータの紐づけは、設定入力部7にて設定される包装材検出センサ4の取付位置、X線検出位置および搬送速度に基づいてなされる。また、X線画像データは、透過量が大きいほど淡いとした濃淡値に対応する濃度レベルとなっている。
内容物領域抽出手段22は、設定入力部7にて設定された閾値を用い、記憶手段21に記憶されるX線画像データから閾値を超える濃度レベルのX線画像データを被検査物Wの内容物Wbに対応する内容物領域として抽出する。
疑似シール幅算出手段23は、図2に示すように、包装材検出センサ4が被検査物Wの包装材Waの先端を検出した座標から内容物領域抽出手段22が抽出した被検査物Wの内容物Wbに対応する内容物領域の搬送方向Aの先端までの座標のx座標の差分を求める。このx座標の差分は、包装材検出センサ4による検出タイミングからX線検出器6(X線ラインセンサ)によるX線画像データを取得するタイミングまでの時間に相当し、この時間を包装材検出センサ4の取り付け位置、X線検出位置および搬送速度から距離に変換した値が疑似シール幅Hとして算出される。
なお、上記説明では、疑似シール幅Hを求める被検査物Wのシール部Wcの特定位置を搬送方向Aの先端としているが、被検査物Wのシール部Wcの搬送方向Aの後端でもよい。また、追って説明するが、疑似シール幅Hを求める被検査物Wのシール部Wcの特定位置を搬送幅方向B(被測定物Wのサイド)の奥側または手前側としてもよい。
品質判定部24は、被検査物Wの品質を判定するもので、内容物判定手段24aとシール部判定手段24bを備える。
内容物判定手段24aは、内容物領域のX線画像を基に被検査物Wの内容物Wbの品質状態の判定処理(例えば異物の有無や欠品の有無の判定処理)を実行する。
シール部判定手段24bは、疑似シール幅算出手段23にて算出した疑似シール幅Hが設定入力部7にて設定された長さ(画素数)の許容範囲内であるか否かの判定を行うもので、疑似シール幅Hが許容範囲内であればOKと判定し、疑似シール幅Hが許容範囲外であればシール不良と判定する。
表示部9は、例えば液晶などの各種表示器で構成され、品質判定部24での判定結果を表示出力する。また、表示部9は、記憶手段21に記憶されたX線画像から検査・表示用に切り出される被検査物WのX線検査画像を表示する。
次に、上述した構成のX線検査装置1により被検査物Wの疑似シール幅Hを算出してシール検査を行う場合の動作について図3のフローチャートを参照しながら説明する。ここでは、被検査物Wのシール部Wcが搬送部2の搬送方向Aの前後に位置するように被検査物Wを搬送方向Aに搬送し、被検査物Wの搬送方向Aの先端側の疑似シール幅を算出してシール検査を行う場合を例にとって説明する。
搬送部2により搬送方向Aに被検査物Wが搬送されると、包装材検出センサ4により被検査物Wのシール部Wcの特定位置を検出する(ST1)。具体的に、包装材検出センサ4は、被検査物Wにおける包装材Waのシール部Wcの先端をシール部Wcの特定位置として検出する。
続いて、信号処理部8の内容物領域抽出手段22により被検査物Wの内容物領域を抽出する(ST2)。具体的に、内容物領域抽出手段22は、記憶手段21に記憶されるX線画像データから閾値を超える濃度レベルのX線画像データを被検査物Wの内容物Wbに対応する内容物領域として抽出する。
次に、信号処理部8の疑似シール幅算出手段23により被検査物Wの疑似シール幅を算出する(ST3)。具体的に、疑似シール幅算出手段23は、包装材検出センサ4が被検査物Wにおける包装材Waのシール部Wcの先端を検出した座標から内容物領域抽出手段22が抽出した被検査物Wの内容物Wbに対応する内容物領域の搬送方向Aの先端までの座標のx座標の差分を算出する。このx座標の差分は、包装材検出センサ4による検出タイミングからX線検出器6によるX線画像データを取得するタイミングまでの時間に相当するので、この時間を包装材検出センサ4の取り付け位置、X線検出位置および搬送速度から距離に変換して疑似シール幅Hを算出する。
次に、信号処理部8のシール部判定手段24bにより被検査物Wのシール部判定を行う(ST4)。具体的に、シール部判定手段24bは、被検査物Wのシール部WcのOK/NGの判定基準を上限値と下限値による任意の所定範囲で設定でき、疑似シール幅Hが所定範囲内か否かを判定する。すなわち、疑似シール幅Hが所定範囲内であればOKと判定し、疑似シール幅Hが所定範囲外であればNGと判定する。さらに説明すると、疑似シール幅Hが所定範囲外であって、疑似シール幅Hが上限値を上回れば容器(トレイ)が後方側にずれて被検査物Wの後方側にシール不良があり、疑似シール幅Hが下限値を下回れば容器(トレイ)が前方側にずれて被検査物Wの前方側にシール不良があり、NGと判断し選別する。
ところで、上述した実施の形態では、被検査物Wの搬送方向Aの先端側の疑似シール幅をX線検査装置1により算出する場合を例にとって説明したが、図4(a)に示すように、被検査物Wの搬送幅方向Bの奥側や手前側の疑似シール幅をX線検査装置1により算出してもよい。
この場合、包装材検出センサ4としてのエリアセンサは、図4(a)の点線で示すように、搬送部2の搬送方向Aの入口側に配置する。そして、搬送部2におけるコンベアの搬送ベルト11の搬送幅方向Bの手前側の縁を基準線Lとし、X線ラインセンサ(X線検出器6)のスキャン間隔でエリアセンサ(包装材検出センサ4)からのレベルを基準線Lからの距離に換算した値を保持する。
また、X線検査装置1の記憶手段21は、X線ラインセンサ(X線検出器6)からX線画像データを取得するタイミングにエリアセンサ(包装材検出センサ4)で取得した換算値をX線画像データに紐づけて記憶する。これにより、搬送方向Aをx軸、搬送幅方向Bをy軸としたX線画像上のxy座標にエリアセンサ(包装材検出センサ4)で取得した換算値を対応させることができる。
そして、X線検査装置1の疑似シール幅算出手段23は、内容物領域の手前側の縁から基準線Lまでの距離を換算し、エリアセンサ(包装材検出センサ4)で取得した換算値との差分を内容物領域の搬送方向Aの長さ分(D)だけ求め、図4(b)で示すようにその平均または最大値を疑似シール幅Hとして算出する。
ところで、図1のX線検査装置1において、搬送部2にて被検査物Wを搬送させた際、被検査物Wが搬送方向Aに沿って真っ直ぐ搬送されるとは限らず、被検査物の内容物やシール部の1辺が搬送方向Aまたは搬送幅方向Bに対して傾く場合がある。このため、以下に説明する傾き補正を行う。
検査対象となる被検査物Wの内容物やシール部の1辺が搬送方向Aに対して傾く場合は、被検査物Wの内容物Wb、シール部Wcの1辺の搬送方向A(X軸)に対する傾き角度をそれぞれ求め、それぞれ求めた傾き角度を相殺するように被検査物Wの内容物Wb、シール部Wcの1辺を個々に傾き補正する。
また、検査対象となる被検査物Wの内容物やシール部の1辺が搬送幅方向Bに対して傾く場合は、被検査物Wの内容物Wb、シール部Wcの1辺の搬送幅方向B(Y軸)に対する傾き角度をそれぞれ求め、それぞれ求めた傾き角度を相殺するように被検査物Wの内容物Wb、シール部Wcの1辺を個々に傾き補正する。
このように、上述した本実施の形態によれば、搬送方向Aに沿って搬送される被検査物Wのシール部Wcの特定位置を検出し、X線画像から被検査物Wの内容物領域を抽出し、特定位置から内容物領域の1辺側の外縁までの距離を疑似シール幅Hとして算出し、算出した疑似シール幅Hが所定範囲外であるときシール不良と判定する。これにより、厚みのある内容物が包装材に包まれた被検査物であっても内容物の検査精度を落とさずにシール検査が可能となる。
しかも、相反する検査として、厚みのある被検査物の内容物の検査と被検査物のシール不良検査とを両立させて検査することができる。同様にデュアルエナジー方式のX線に本実施の形態を採用することで硬質異物および軟質異物の検出とシール不良検査を両立することもできる。
また、X線特有のシビアな温度影響による補正などの処置が不要になるので、現地でのオペレーションの簡略化を図ることができる。
さらに、包装材検出センサ4が検出する被検査物Wのシール部Wcの特定位置がカラーの場合には、包装材検出センサ4としてカラーセンサを使用することにより、シール部が不安定でセンサとシール部の距離が変わっても安定して特定位置(例えば搬送方向Aの先端や後端、搬送幅方向Bの奥側や手前側)を検出することができる。
以上、本発明に係るX線検査装置およびX線検査方法の最良の形態について説明したが、この形態による記述および図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例および運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。
1 X線検査装置
2 搬送部
3 駆動手段
4 包装材検出センサ
5 X線発生器
6 X線検出器
7 設定入力部
8 信号処理部
9 表示部
11 搬送ベルト
12 搬送ローラ
13 上走区間
21 記憶手段
22 内容物領域抽出手段
23 疑似シール幅算出手段
24 品質判定部
24a 内容物判定手段
24b シール部判定手段
W 被検査物
Wa 包装材
Wb 内容物
Wc シール部
A 搬送方向
B 搬送幅方向
H 疑似シール幅
L 基準線

Claims (5)

  1. 内容物(Wb)が包装材(Wa)に包まれた被検査物(W)を搬送しながらX線を照射し、前記被検査物を透過したX線を検出して得たX線画像を用いて、前記被検査物の品質を検査するX線検査装置(1)において、
    前記被検査物は前記内容物の1辺側に包装材がシールされたシール部(Wc)を有し、
    前記シール部の特定位置を検出する包装材検出センサ(4)と、
    前記X線画像から前記被検査物の内容物領域を抽出する内容物領域抽出手段(22)と、
    前記特定位置から前記内容物領域の前記1辺側の外縁までの距離を疑似シール幅(H)として算出する疑似シール幅算出手段(23)と、
    前記疑似シール幅が所定範囲外であるときシール不良と判定するシール部判定手段(24b)と、を備えたことを特徴とするX線検査装置。
  2. 前記特定位置が前記シール部(Wc)の最外縁であることを特徴とする請求項1に記載の検査装置。
  3. 前記被検査物(W)が前記シール部(Wc)を搬送方向(A)の先端側にして搬送され、
    前記包装材検出センサ(4)は、前記包装材(Wa)の前記搬送方向の先端を前記特定位置として検出するように前記X線の検出位置の上流側近傍に設けられ、
    前記疑似シール幅算出手段(23)は、前記搬送方向のX線検出位置、前記包装材検出センサの位置および搬送速度を含む設定情報に基づいて前記疑似シール幅を算出することを特徴とする請求項1に記載のX線検査装置。
  4. 前記包装材検出センサ(4)がカラーセンサであることを特徴とする請求項1に記載のX線検査装置。
  5. 内容物(Wb)が包装材(Wa)に包まれた被検査物(W)を搬送しながらX線を照射し、前記被検査物を透過したX線を検出して得たX線画像を用いて、前記被検査物の品質を検査するX線検査方法であって、
    前記被検査物は前記内容物の1辺側に包装材がシールされたシール部(Wc)を有し、
    前記シール部の特定位置を検知するステップと、
    前記X線画像から前記被検査物の内容物領域を抽出するステップと、
    前記特定位置から前記内容物領域の前記1辺側の外縁までの距離を疑似シール幅として算出するステップと、
    前記疑似シール幅が所定範囲外であるときシール不良と判定するステップと、を含むことを特徴とするX線検査方法。
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