JP3664714B2

JP3664714B2 - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: JP3664714B2
Application number: JP2003030706A
Authority: JP
Inventors: 努川合; 横山　　稔
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: JP2004239815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線吸収像を取得する検出装置に関し、特に１次元検出器を用いて２次元画像を生成するようにしたＸ線検出装置の試料ステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロニクス部品や自動車部品などについて、細かい欠陥を非破壊で正確に検査するためのＸ線検出装置では、イメージングインテンシファイアなどの精密で高価な２次元ディテクタを用いて取得した平面画像を表示してきた。
特に、マイクロフォーカスＸ線源と小型の２次元検出器を用いて半導体ボードなどを検査する検査装置は、対象物の像を拡大して検査することができる。この装置では、対象物の検査位置や検査角度を変えるときには、Ｘ線源の照射軸を変化させるのに追従して２次元検出器の位置と姿勢を調整するように構成したものを利用する。
【０００３】
線量はＸ線源からの距離の２乗に反比例するので、マイクロフォーカスＸ線源に大面積の２次元ディテクタを用いると、ディテクタがきわめて高価になるばかりでなく、画面の中央と端部でＸ線源からの距離が異なるため受入線量に差が生じて、撮影像はＸ線吸収像を正確に反映しない。また、検査角度を変えるときには固定した被検査物に対してＸ線源のＸ線放射方向を変化させる必要があるが、Ｘ線源から検出器までの距離が異なると受入線量が変わり像倍率も変わるため、検出器を直線上で移動させては正しい観察をすることができない。
そこで、通常は小型の２次元検出器を使って、検査角度を変えるときにはＸ線照射軸に追従して２次元検出器の位置と姿勢を調整するようにしたものが利用される。この装置は、２次元検出器がＸ線源からの距離を変えないようにＸ線の焦点位置付近を中心とする球面上で位置調整できるようになっている。
【０００４】
なお、電子部品などの微小な部品をＸ線検査するため拡大画像を得ようとするときは、Ｘ線では光学拡大が困難であるため幾何学拡大により拡大をする。幾何学拡大とは、Ｘ線管と撮像装置との間に置いた被検体を光軸方向に移動して撮像装置に投影されるＸ線画像拡大するもので、被検体がＸ線源に近づくほど拡大率の大きい画像が得られる。
しかし、幾何学的拡大された画像にはＸ線を放射する焦点の大きさに比例した半影と呼ばれるボケが生じるため、数百μｍの焦点寸法を持つ通常のＸ線管を使用すると拡大率が大きいときに画像がぼやけて良好な画像を得ることができない。マイクロフォーカスのＸ線管はボケを減少させるため焦点寸法を絞って10μｍ以下にしたもので、100倍以上の拡大率でも鮮明な画像が得られる。
【０００５】
また、マイクロフォーカスＸ線源利用検査装置は被検査物の位置を調整することにより自在にＸ線像の拡大縮小ができるので、小型２次元検出器を使ったマイクロフォーカスＸ線源利用検査装置では、試料台にセットした被検査物をＸ線源側に近づけ小型２次元検出器で小縮尺の映像を生成し、この映像を観察しながら試料台を操作して詳細に観察する位置を確認し、観察位置が決まったら被検査物を検出器側に近づけて精査するという使用方法が可能である。
しかし、マイクロフォーカスＸ線源の照射軸に従って小型２次元検出器の位置と姿勢を調整するようにした検査装置は、Ｘ線源とＸ線検出器を結合する複雑な機構を必要とするばかりでなく、たとえばＸ線照射軸を６０度傾けるために数１０秒もかかるというように、取り扱いがかなり難しい。
【０００６】
これに対して、Ｘ線検出素子を線状に並べたラインディテクタは、検出素子が並んだ線上におけるＸ線吸収状態を一挙に観察することができる上比較的安価であるので、要求精度が多少緩い検査などにはよく用いられる。
特許文献１には、ラインディテクタを用いて平面画像を得るようにしたＸ線撮像装置であって、被検体のＸ線透過率の大小にかかわらず検出されるＸ線強度をほぼ一定として、どの撮影部位に対しても同質の撮像データが得られるようにしたものが開示されている。
Ｘ線ラインディテクタには、細長い真空管の内側に電極を並べたものにキセノンガスなどを封入して電極間を通過するＸ線がガスを電離して流す電流からＸ線量を知るようにしたイオンチャンバ式ラインディテクタがある。なお、イオンチャンバ式でないものとして、表面にＸ線に感応して電気信号を発生する半導体を組み込んだ半導体ラインディテクタなどがある。
【０００７】
イオンチャンバ式Ｘ線ラインディテクタは、Ｘ線の入射角が大きくなるとＸ線が電極間を通過しにくくなるので感度が低下し、素子が並ぶラインに垂直な方向に数度以下で入射するＸ線に対してしか安定した感度を有しない。このため、ラインディテクタは検出素子列への入射面が常にＸ線源に対向する方向に向くようにする必要があり、Ｘ線源とラインディテクタは相対的に固定して利用される。
ラインディテクタを用いて２次元画像観察するためには、ラインディテクタの軸に垂直な方向に走査する機構を設ければよい。したがって、たとえば図５に示すように、Ｘ線源とディテクタの間に設けたベルトコンベヤ上を移動してくる物のＸ線透過像を連続的に撮影して平面像に変換して内容検査をしたり、医療用Ｘ線検出器のように、Ｘ線源とディテクタを一体に組み付けてディテクタへの入射角が常に垂直になるようにした構造体やＸ線源とディテクタがそれぞれ別に同期して駆動するようにした機構を対象物を挟んで移動させながらＸ線写真撮影して合成し２次元画像として観察する。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１０１９１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、Ｘ線源とラインディテクタを固定し簡単な機構を用いて２次元Ｘ線透過像を生成するＸ線検査装置を提供することであり、特にマイクロフォーカスＸ線源などの放射状Ｘ線照射によるＸ線像において被検体を任意の姿勢や位置を設定して動画として観察することができる低廉なＸ線検査装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線検出装置は、Ｘ線放射源とラインディテクタを対峙させて、Ｘ線放射が確実にラインディテクタに入射するようにして固定した間に、ステージがラインディテクタの軸に垂直の方向に往復動するようにした試料台を介設して、固定されたラインディテクタを横切る方向に被検体を往復動させることにより、被検体の隣接する位置ごとに１次元のＸ線透過プロフィールを取得し、この１次元Ｘ線測定結果を集積複合して２次元Ｘ線透過像を生成するものにおいて、ラインディテクタを走査して得られるＸ線透過画像を走査ごとに更新して動画化することを特徴とする。さらに、ラインディテクタのスキャンスピードを上げれば、大型の２次元検出器を用いた装置と同様のスムーズな動画を擬似的に得ることができる。
【００１１】
本発明の装置では、Ｘ線放射源とラインディテクタを一体であるいは同期して移動させる代わりに、これらを最適の位置状態で固定して間に往復動するステージを介設したものであるから、Ｘ線放射源などを駆動する高価で扱いにくい駆動機構を必要とせず、装置が安価に作製できると共に、被検体の観察位置や姿勢も簡単に変化させることができる。なお、被検体の姿勢は、実際に傾きを変化させなくても、Ｘ線源の下で水平方向に被検体の位置を変化させてＸ線の入射方向を変化させることにより調整することができる。
【００１２】
また、コンベヤに載せて一過的に通過する部品を固定したＸ線ラインディテクタで検査する従来のＸ線検査装置とは異なり、通常の顕微鏡のように被検体がステージ上に固定され通過していくわけではない。また、ステージは適当な速度で往復動するので、必要であれば何度でも繰り返して計測をすることもでき、たとえば１回走査するごとに画面を更新すれば、形状変化する被検体あるいは観察位置や姿勢を変化させる途中の被検体などであっても擬似的にリアルタイムの計測が可能となる。
【００１３】
試料台は、被検体を搭載するステージをラインディテクタに入射するＸ線放射の範囲内で移動させることができる機構を備えることが好ましい。移動機構は３次元駆動機構であることが好ましい。
試料台をＸ線放射源とラインディテクタを結ぶ線に沿って移動させることによりＸ線源からの距離を変えて拡大倍率を調整することができ、またＸ線の入射角度を変えることにより被検体の観察方向を変更することができる。さらに、大きな被検体では、移動機構を使って観察部分を選択することができる。
【００１４】
長いラインディテクタを用いるときは、Ｘ線放射源までほぼ同じ距離になるように円弧状に形成したものを用いることが好ましい。
Ｘ線放射源は全方向へ放射状にほぼ同じ強度のＸ線を放射するので、直線的なラインディテクタをＸ線放射中に挿入すれば、ラインディテクタの位置によって線源までの距離が変化する。Ｘ線量は、線源からの距離の二乗に反比例するので、線源からラインディテクタに下ろした垂線の足の位置から遠ざかるに従って急激に減少し、垂線に対する角度が２０度以上になると検出能力が著しく低下する。
したがって、ラインディテクタがそれぞれＸ線放射源から下ろした垂線がほぼラインディテクタの中心に来るように配置することにより、検出能力の偏差を小さくすることができる。
また、円弧状に形成したラインディテクタを曲率の中心がほぼ線源位置にくるように配置することにより、ラインディテクタの各検出素子におけるＸ線量がほぼ等しくなり、被検体のＸ線透過状態を正確に検出するようになる。
【００１５】
ステージ駆動機構は、ステージに接続したボールネジとボールネジを駆動するモータで構成され、モータを正逆転駆動するようにしたものであってもよい。
また、ステージの胴にラインディテクタに垂直の方向に穴を鑽孔し、この穴に案内ポールを通して、ステージをラインディテクタに垂直の方向にだけ動くようにし、さらにステージの一方からボールネジの先端を押し付け、他方にバネ部材を作用させて付勢し、ボールネジを正逆回転するモータに接続して、ステージをラインディテクタに垂直の方向に往復動させるようにしてもよい。
【００１６】
Ｘ線放射源は、マイクロフォーカスＸ線源であることが好ましい。マイクロフォーカスＸ線源を使用すればＸ線がきわめて小さい領域から放射されるので、ボケの少ない鮮明なＸ線像を得ることができる。また、従来のマイクロフォーカスＸ線検出器では固定された半導体ボードなどに対して二次元検出器をたとえば６０度移動するために数１０秒以上かける必要があったが、本発明のＸ線検査器では検出器を固定したままで観測することができるので、操作が簡単である。
また、取得したＸ線透過像の全体をモニタに表示すると共に、選択した一部を拡大してモニタに表示することができるように構成することが好ましい。全画面と一部拡大画面を同時に認識することができれば、確認したい部分の探索やその部分の姿勢が容易にわかり、観察に便利である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を用いて本発明のＸ線検査装置を詳細に説明する。
図１は本実施例のＸ線検査装置の概念図、図２はその概念を説明する側面図、図３はステージの駆動機構を説明する斜視図、図４はステージ駆動機構の別態様を示す斜視図である。
【００１８】
本実施例のＸ線検査装置は、図１および図２に示すように、Ｘ線源１と、試料を載せるステージ２と、ステージを載せて３次元的位置を調整する試料台３と、Ｘ線透過量を測定するＸ線ラインディテクタ４と、測定信号を処理して結果を表示する画像処理端末５から構成される。
画像処理装置５はディスプレー６とキーボード７を備えたパソコン８であってもよい。
【００１９】
Ｘ線源１はマイクロフォーカス線源で極めて小さい焦点からＸ線が放射するように構成されていて、図示しない装置本体に固定されている。
Ｘ線ラインディテクタ４は、内側にＸ線検出素子列１１を設けた円弧の形状に形成され、Ｘ線源１の放射点を中心とする円周に沿って配置され、いずれの検出素子も線源からの距離がほぼ同じになっている。
また、Ｘ線検出素子列１１は正確にＸ線源の放射点に向くようにして同じく装置本体に固定されている。したがって、Ｘ線検出素子列１１の素子はＸ線源１からどれもほぼ均等のＸ線量を入射するようになっている。
なお、比較的短い多数の直線状のラインディテクタを、Ｘ線源から等距離に垂線の足がそれぞれレインディテクタのほぼ中心位置に来るように配置して、近似的に円弧状ディテクタと同じ性能を与えることも可能である。
【００２０】
ステージ２を組み込んだ試料台３は、基盤１２とＸ軸移動盤１３とＹ軸移動盤１４からなり、Ｘ線源１とラインディテクタ４の間の空間に配置されている。基盤１２はリニアガイド１５で垂直方向に運動可能に支持されかつボールネジ１６を介して駆動モータ１７で上下動することができる。Ｘ軸移動盤１３は、基盤１２の上にＸ軸方向に設けられたリニアガイド１８により移動可能に支持され、かつＸ軸方向に押し引きする駆動モータ１９により水平１軸方向に移動することができる。Ｙ軸移動盤１４は、Ｘ軸移動盤１３の上にその移動方向に直交するＹ軸方向に設けられたリニアガイド２０により支持され駆動モータ２１により水平１軸方向に移動することができる。Ｙ軸移動盤１４には、ステージ２が搭載されている。
したがって、ステージ２は、基盤１２、Ｘ軸移動盤１３、Ｙ軸移動盤１４の移動にしたがって、Ｘ線源１とラインディテクタ４の間を３次元的に移動して適当な位置に固定することが可能である。
【００２１】
ステージ２は、たとえば図３に示すように、枠体２２に対して可動盤２３が図１のラインディテクタに垂直の方向に往復動する構造になっている。可動盤２３には水平方向に案内孔が鑽孔されていて、ここに案内ポール２４が通されている。案内ポールは枠体に固定されている。可動盤２３には、さらに、ボールネジ２５が貫通して内部の回転雌ネジと嵌合しており、ボールネジ２５とベルト接続する駆動モータ２６によりボールネジ２５が回転すると、可動盤２３がその回転の向きによって前進あるいは後退するようになっている。
可動盤２３の上にはＸ線照射して観察する目的の被検体２７が載置され、可動盤２３が前進後退するのにつれて被検体２７がＸ線放射中を往復動する。
【００２２】
図４は、図３とは別の方式のステージを示す斜視図である。
図４のステージ２は、図３のステージでボールネジにより往復動させたのに代えて、雄ネジを切った押し棒３０とバネ２８を使用したものである。
ステージ２の可動盤２３に設けた２個の案内孔にはそれぞれ案内ポール２４が通されていて、案内ポール２４の一方の端部には可動盤２３と枠体２２の間に間隙を広げる方向に付勢するバネ２８が嵌め込まれて、可動盤２３を一方に押し付けている。可動盤２３の側面に鍔２９が設けられていて、鍔のバネ２８と反対側の面に押し棒３０の先端が当たっている。
【００２３】
押し棒３０には雄ネジが切られていて、駆動モータ３１の駆動軸とラックとピニオンで正逆回転駆動が可能なように結合されている。可動盤２３の上には被検体２７が載置される。
押し棒３０が図中上側に前進するとバネ２８に抗して可動盤２３が前進し、押し棒３０が後退するとバネ２８の付勢力により可動盤２３が後退するので、被検体２７はＸ線放射中を往復動する。
【００２４】
本実施例のＸ線検査装置は、試料２７をステージ２の可動盤２３上の定位置に載置して固定し、基盤１２をＸ線源１とラインディテクタ４の間の適当な位置に据え、Ｘ軸移動盤１３とＹ軸移動盤１４の位置を調整して、試料２７を透過したＸ線がラインディテクタ４のＸ線検出素子に入射するようにする。
位置調整が済んだら、可動盤２３を駆動して試料２７がＸ線放射点とＸ線検出素子列１１を含む面を横切るように往復動させる。ラインディテクタ４は１次元Ｘ線透過プロフィールを検出するので、試料２７を切断する多数の線についてプロフィールを取得し、画像処理端末５においてこれらを重ねて合成することにより試料全体のＸ線透過像を形成する。
【００２５】
Ｘ線透過像は、可動盤２３を１方向に駆動する間のみ形成してもよいが、往路と復路の両方共に形成してもよい。
また、Ｘ線透過像はモニタ６に表示して観察することができるが、全体像のみならず、適当に指定する一部分についてソフトウエア的に拡大して表示することができる。このように、全体像と目的とする部分の像を一緒に見ることができれば、見たい部分の姿勢や全体における位置などの状態を明瞭に確認することができるので、Ｘ線透過状態を的確に判断することができる。
【００２６】
画像の拡大率を変更するときは、試料２７とＸ線源１の距離を調整すればよいので、基盤用の駆動モータ１７を駆動して基盤１２の高さを変える。
また、Ｘ軸移動盤１３とＹ軸移動盤１４の位置を調整してＸ線源１の下で試料２７の水平位置を変更すると、試料２７に対するＸ線の入射方向が変わる。Ｘ線入射方向が変わるということは、Ｘ線透過の観察をする視線方向を変更するのと同じことであるので、任意の方向からの観察が可能となる。
【００２７】
ラインディテクタのスキャンスピードが十分に速ければ、取得した画像を順次更新することにより擬似的にリアルタイムでモニタすることが可能になる。したがって、２次元検出器を使わないと難しいとされていたリアルタイム観察が、２次元検出器では実現されていないような大面積でかつ広い角度範囲について可能となる。リアルタイムでモニタすることによって、被検体が変化する状態を直に観察することができる。また、装置内で試料を移動させる間のＸ線透過像の変化を観察することができる。
このように、半導体ボードなどの角度を変えて観察するときにも、簡単に試料の姿勢やＸ線入射方向を変えることができ、Ｘ線源やラインディテクタの移動を行う必要がなく、扱いが著しく容易になる。
【００２８】
なお、ステージ等の駆動装置は上記の手段以外にも普通に使用されている各種の方法が利用できることはいうまでもない。
また、実施例では、弓形のラインディテクタを使用しているが、より狭い範囲で測定する場合やそれ程の精度を要求しない場合などには、直線的なラインディテクタを用いてもよいことはいうまでもない。なお、実用的な水準においては、Ｘ線放射角が６０度を超えるようであれば円弧状のラインディテクタを用いるべきである。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によって、被検体を往復動するステージを３次元的に位置調整が可能な試料台に据えてＸ線源とラインディテクタの間に配置するようにしたので、Ｘ線源とラインディテクタを固定した状態で被検体の姿勢や倍率を任意に設定してマイクロフォーカスＸ線源などの放射状Ｘ線照射によるＸ線透過像を観察することができる安価なＸ線検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線検査装置の１実施例の構成を説明する概念図である。
【図２】本実施例の概念を説明する側面図である。
【図３】本実施例に使用するステージを示す斜視図である。
【図４】本実施例に使用するさらに別のステージを示す斜視図である。
【図５】従来のＸ線検出装置の例を示す概念図である。
【符号の説明】
１Ｘ線源
２ステージ
３試料台
４Ｘ線ラインディテクタ
５画像処理端末
６ディスプレー
７キーボード
８パソコン
１１Ｘ線検出素子列
１２基盤
１３Ｘ軸移動盤
１４Ｙ軸移動盤
１５リニアガイド
１６ボールネジ
１７基盤用の駆動モータ
１８Ｘ軸用のリニアガイド
１９Ｘ軸用の駆動モータ
２０Ｙ軸用のリニアガイド
２１Ｙ軸用の駆動モータ
２２枠体
２３可動盤
２４案内ポール
２５ステージ用のボールネジ
２６ステージ用の駆動モータ
２７被検体
２８バネ
２９鍔
３０押し棒
３１押し棒用の駆動モータ

Claims

軸に沿って検出素子列を備えたラインディテクタと固定のＸ線放射源を備え、該ラインディテクタと該Ｘ線放射源の間に設けたステージに搭載した対象物をＸ線透過像に基づいて検査するＸ線検査装置であって、前記Ｘ線放射源と前記ラインディテクタをＸ線放射が確実にラインディテクタに入射するように対峙させて固定し、前記ステージが前記ラインディテクタの軸に垂直の方向に往復動するようにした駆動機構を備えた試料台を前記Ｘ線放射源と前記ラインディテクタの間に介設して、該ラインディテクタに対して被検体を往復動させる間に該被検体の隣接する位置ごとに１次元のＸ線透過プロフィールを取得し、この１次元Ｘ線測定結果を集積複合して２次元Ｘ線透過像を生成するものにおいて、前記ラインディテクタを走査して得られるＸ線透過画像を走査ごとに更新して動画化することを特徴とするＸ線検査装置。
前記試料台は、前記ラインディテクタに入射するＸ線放射の範囲内で前記ステージの位置を選択することができる移動機構を備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線検査装置。
前記試料台を前記Ｘ線放射源と前記ラインディテクタを結ぶ線に沿って移動させることにより画像の倍率を調整することを特徴とする請求項１または２記載のＸ線検査装置。
前記ラインディテクタは１個以上備えられていて、該ラインディテクタがそれぞれ中心と前記Ｘ線放射源を結ぶ直線に対して垂直に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＸ線検査装置。
前記ラインディテクタが前記Ｘ線放射源から等距離になるような円弧状に形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＸ線検査装置。
前記駆動機構は、前記ステージに接続したボールネジと該ボールネジを駆動するモータで構成され、該ステージを前記ラインディテクタに垂直の方向に往復動させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＸ線検査装置。
前記駆動機構は、前記ステージの胴に前記ラインディテクタに垂直の方向に鑽孔した穴に通して該ステージを該ラインディテクタに垂直の方向に動くようにした案内ポールと、該ステージの一方から押し付けたボールネジと、前記ステージの他方から付勢するバネ部材と、前記ボールネジを往復動駆動するモータとで構成され、該ステージを前記ラインディテクタに垂直の方向に往復動させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＸ線検査装置。
前記Ｘ線放射源がマイクロフォーカスＸ線源であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のＸ線検査装置。
前記取得したＸ線透過像の全体に加えて選択した一部を拡大してモニタに表示することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のＸ線検査装置。