JP3678730B2 - Ｘ線異物検査方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、食品や工業原料粉体あるいはその他の製品に含まれている固体からなる異物や欠陥を高精度で検知可能なＸ線異物検査方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品や工業原料粉体内部の異物に対する最も有力な検査手段は、例えば、特許文献１に記載のようなＸ線透視による自動異物検査装置である。ところが、特許文献１に記載されているようなラインセンサー型の自動異物検査装置の分解能は、Ｘ線強度と検査速度の限界から、０．４ｍｍ程度、検出限界は、０．２５〜０．３ｍｍφ程度の金属片となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−７４８５６号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＬ法施行以来、食品異物検査装置の導入が積極的に行われ、食品内に異物が混入していると、社会的な信用を無くすことになって企業が致命的打撃を受けるので、微小物の異物発見にも真剣な取り組みがなされるようになっている。
更には、今後期待されているナノテクや新エネルギーを推進する上で、原材料製造工程で混入する異物は、製品にとって致命的な場合があり、製造技術確立のために微細な異物の検出除去が求められている。このため、より微細な異物を検査する要望は強いが、これまでのところこの要望に対応できる手段は技術及びコスト両面の制約から提案されていない。
【０００５】
特に、Ｘ線透視により移動中のより微細な異物を検出するためには、幾つかの課題があるが、小さな異物を顕在化させるためのマイクロフォーカスＸ線源による拡大撮影が、有力な手段である。ところが、このマイクロフォーカスＸ線源の出力は小さいために、従来のＸ線ラインセンサーでは感度不足であり、Ｘ線イメージインテンシファイヤー型カメラで撮影し積算処理すれば、静的には検査可能となるが、移動中の検査はできず、工業的に実用性が低いという問題がある。
【０００６】
また、異物の大きさが小さくなるにつれ、検査対象物の偏在や混合物のバラツキによるノイズ成分とのＳＮが問題になってくる。検査対象物の層厚を薄くすれば解決可能であるが、検査能率が落ち、パッケージや瓶詰めでは、適用不可能である。
【０００７】
そして、異物の大きさが小さくなるにつれ、検査対象物が粉体混合物の場合、混合物の偏在やバラツキによるノイズ成分とのＳＮが低下し、正常物体の過検出が多くなる。人間では簡単に判別できるのに、従来型の固定二値化や、ハイパスフィルター法では、異物のみを抽出できない。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来法の限界を打破し、製品や原料（以下、「被検査材」ともいう）中の微小な異物をＳＮ比よく検査でき、しかも、被検査材を連続的に検査を行うことができるＸ線異物検査方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係るＸ線異物検査方法は、被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査するＸ線異物検査方法において、
前記Ｘ線検出手段として、Ｘ線イメージインテンシファイヤーと、該Ｘ線イメージインテンシファイヤーの画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラとを用い、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの結像面上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御し、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ている。
【００１０】
ここで、Ｘ線イメージインテンシファイヤーとは、映像増幅を行う電子管の一種で、管内の一方の面に被検査材を透過したＸ線が当たると、Ｘ線強度に比例した電子を放出する。放出した電子は高電界で加速され、更にエネルギー増幅を行って、電子レンズで管内の他方の面に結像すると同時に蛍光画像に変換される。これによって、単なる蛍光面にＸ線を当てた場合の約１０００倍程度の光増幅が可能である。
【００１１】
また、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラ（「ＴＤＩカメラ」ともいう）は、時間遅延積分機能を持つエリアカメラである。一定速度で動く物体を撮像したときにレンズによって結像された画像は、反対方向に撮像倍率で決まる一定速度で移動する。この速度に同期して、ＣＣＤの電荷転送と電荷蓄積を行えば、分解能は１画素のままで、感度はＣＣＤシフト蓄積段数と同じ（例えば９６）倍になる。微小物を検知するため、Ｘ線発生器が、マイクロフォーカスＸ線源（又はナノクロフォーカスＸ線源、以下同じ）となってＸ線量子数が減少して、量子的なバラツキノイズが問題となるが、この時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用することによって、蓄積段数分積分したことになって、量子ノイズが減少し、きれいな画像信号を得ることができる。なお、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子は、例えば、特開平７−１１１６２１号公報や特表２００２−５４０３９５号公報においても知られており、例えば、ダルサ(DALSA) 社のエクリプス(Eclipse) カメラ等が具体的商品として知られている。
【００１２】
第２の発明に係るＸ線異物検査方法は、第１の発明に係るＸ線異物検査方法において、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度は、前記搬送装置の移動速度Ｖと、前記Ｘ線のＸ線発生器、前記被検査材、及び前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの入力画面の位置関係で定まる光学的拡大率と、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの画像拡縮率αと、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの出力画面の画像を撮像する前記カメラの撮像倍率βとから決定される。
【００１３】
第３の発明に係るＸ線異物検査方法は、被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査するＸ線異物検査方法において、
前記Ｘ線検出手段として、Ｘ線蛍光板と、このＸ線蛍光板の画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラとを用い、前記Ｘ線蛍光板上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御して、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ている。
【００１４】
第４の発明に係るＸ線異物検査方法は、第３の発明に係るＸ線異物検査方法において、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度は、前記搬送装置の移動速度Ｖと、前記Ｘ線のＸ線発生器、前記被検査材、及び前記Ｘ線蛍光板の位置関係で定まる光学的拡大率と、前記Ｘ線蛍光板を撮像する前記カメラの撮像倍率βとから決定される。
第２の発明に係るＸ線異物検査方法と同様、第４の発明に係るＸ線異物検査方法においては、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子で、微小なＸ線の画像信号を増幅して、明確な画像の電気信号を得ることができる。
【００１５】
第５の発明に係るＸ線異物検査方法は、第１〜第４の発明に係るＸ線異物検査方法において、前記時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラを複数設置し、Ｘ線透過方向に厚みのある被検査物を検査するに際し、該被検査物を厚み方向にカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御することにより、等価的に断層像再構成を行い、前記被検査材が厚い場合でも、厚み方向に精度の良い検査を可能にしている。
【００１６】
第６の発明に係るＸ線異物検査装置は、被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査するＸ線異物検査装置において、
前記Ｘ線を発生するＸ線発生器と、
搬送中の前記被検査材の前記Ｘ線投射による画像を可視画像に変えるＸ線蛍光板と、
前記Ｘ線蛍光板の画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラとを有し、
前記Ｘ線蛍光板上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を調整し、前記被検査材の鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ている。
【００１７】
第７の発明に係るＸ線異物検査装置は、被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査するＸ線異物検査装置において、
前記Ｘ線を発生するＸ線発生器と、
搬送中の前記被検査材の前記Ｘ線投射による画像を可視画像に変えて微弱なＸ線透過画像を明るい可視光の画像に変換する機能を有するＸ線イメージインテンシファイヤーと、
前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いたカメラとを有し、
前記Ｘ線イメージインテンシファイヤー上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を調整し、前記被検査材の鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ている。
【００１８】
そして、第８の発明に係るＸ線異物検査装置は、第６及び第７の発明に係るＸ線異物検査装置において、前記時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラを複数設置し、Ｘ線透過方向に厚みのある被検査物を検査するに際し、該被検査物を厚み方向にカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御することにより、等価的に断層像再構成を行い、前記被検査物が厚い場合でも、精度の良い検査を可能にしている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置の概略説明図、図２（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置（及びその方法）の説明図、（Ｂ）はその変形例に係るＸ線異物検査装置の説明図、図３は時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子の動作説明図、図４は本発明の第２の実施の形態に係るＸ線異物検査装置の概略説明図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置１０は、ベルトコンベア１１で搬送される粉体原料（例えば、食品、薬品、その他工業用原料）Ａ中の微小金属分（例えば、鉄、銅）やその他の固形異物等を検知するもので、被検査材を構成する原料を搬送するベルトコンベア（搬送装置の一例）１１と、ベルトコンベア１１上に徐々に原料を切り出すホッパー１２と、ベルトコンベア１１の直上に配置されているマイクロフォーカスＸ線源（Ｘ線発生器の一例）１３と、ベルトコンベア１１の直下に配置されているＸ線イメージインテンシファイヤー１４と、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５（図２参照）を用いたカメラ１５とを有している。なお、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４とカメラ１５でＸ線検出手段を構成する。
【００２１】
ベルトコンベア１１は、複数のガイドローラ１６〜１９と駆動ローラ２０とを有し、所定幅のゴム又はプラスチック製の無端ベルトを所定の速度（Ｖ）で移動させている。
ホッパー１２の底部には、定量切り出し装置２１が設けられ、ホッパー１２内の原料は一定の厚みでベルトコンベア１１上に供給され搬送されて、駆動ローラ２０の端部側から、回収容器２２に投入され、この過程で、マイクロフォーカスＸ線源１３からのＸ線を照射されている。
【００２２】
マイクロフォーカスＸ線源１３は、Ｘ線の発生源であるが、その焦点半径が１０μｍ以下（例えば、５μｍ以下）のＸ線源であって、照射される被検査材中の微小な異物であっても、鮮明な影を発生させることができるようになっている。従って、Ｘ線は、電子ビームを高電界（−数十ＫＶ〜数百ＫＶ）で加速して、ターゲット金属（タングステン、モリブデン等の高融点金属）に衝突させて発生させるが、Ｘ線の発生効率は３％以下と言われ、ほとんどは熱になる。マイクロフォーカスＸ線源では、電子レンズで電子ビームを絞って、直径１０μｍ以下の領域に集中（フォーカス）させるため、ターゲットの金属が熱的に劣化（ターゲットの熱疲労、溶融、蒸発、肌荒れ）を引き起こす危険性が高くなる。このため投入できる電流が制限され、発生できるＸ線量も比例的に少なくなる。また、マイクロフォーカスＸ線源で拡大撮影する場合には、Ｘ線の密度は距離の二乗で低下するため、同じ大きさの被検査材を検査しようとすると、拡大撮影の方が極端にＸ線量が低下するので、Ｘ線イメージインテンシファイヤーのような、より高感度なセンサーが必要になる。
【００２３】
Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４は、Ｘ線を可視光に変換するだけでなく、微弱な光を明るくする機能を有する大型の電子管であって、１９５２年にオランダのフィリップ社によって最初に商品化されたものであり、例えば、特開２００３−００４８５６号公報、特開２００２−１６２４７１号公報、特開平５−１７４７４６号公報、特開平０９−０１７３６１号公報等において、その構造は周知のものとなっているので、詳しい説明を省略するが、マイクロフォーカスＸ線源１３から被検査材に対して照射されるＸ線によるＸ線透過画像を、更に光増幅して可視光の画像として出力するものである。なお、この画像は、ベルトコンベア１１の移動速度（Ｖ）に応じて像が移動する。また、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４を通すと画像の大きさが変わる（通常、小さくなる）ので、その画像拡縮率をαとする。
【００２４】
時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を用いたカメラ１５は、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４によって光増幅された画像を撮像するものである。図２に示すように、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の出力画面（即ち、結像面）２３の画像をレンズ系２４を介して時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５上に結像させている。ＣＣＤ撮像素子２５においては、仮に、被検査材である粉体原料Ａ中に、異物Ｂが存在すると、ＣＣＤ撮像素子２５上の画像もベルトコンベア１１の移動に応じて移動するので、その移動速度に対応して、ＣＣＤ撮像素子２５の電荷蓄積と電荷転送を行っている。
【００２５】
即ち、ベルトコンベア１１の移動速度Ｖに対して、Ｘ線イメージインテンシファイヤーの入力画面２６に結像される画像は、マイクロフォーカスＸ線源１３と異物Ｂ（実際には、ベルトコンベア１１の上側面）までの距離をｂとし、マイクロフォーカスＸ線源１３と入力画面２６までの距離をａとした場合、ｂ／ａ（光学的拡大率）に拡大される。そして、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の画像拡縮率αによってその大きさが変わり、更に、カメラ１５のレンズ系２４によってβ倍（撮像倍率）に拡大されて、ＣＣＤ撮像素子２５に結像される。従って、ＣＣＤ撮像素子２５に結像される異物Ｂの画像Ｂ′は、（Ｖ・ｂ／ａ・α・β）＝Ｖ3 の速度で、しかも、ベルトコンベア１１の移動方向と同一方向に移動する。なお、この速度Ｖ3 は、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の出力画面２３の移動する画像（Ｘ線透過画像）に同期している。
【００２６】
そこで、図３に示すように、例えば、縦が２０４８で横が９６のセル２７を有するＣＣＤ撮像素子２５の横列の各セル２７の電荷を、速度Ｖ3 でベルトコンベア１１の移動方向と同一方向に移動させると、異物の画像Ｂ′の電荷は、１画素の単位で蓄積されるので、この実施の形態の場合には、９６倍に画素信号が増幅される。そして、最終工程にある縦方向に並んだ縦セル列２８にチャージされるので、今度は縦方向に各セルの電荷の取り出し信号を送って信号を取り出し、この信号を、横方向に並んだセルの電荷転送毎に取り出して、画像信号（電気信号）とする。
【００２７】
従って、本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置１０を用いて、異物の検査を行う場合は、図１、図２（Ａ）に示すように、ホッパー１２から粉体原料Ａを徐々にベルトコンベア１１上に切り出し、ベルトコンベア１１上に設けられたマイクロフォーカスＸ線源１３から、Ｘ線を照射して、その投射画像をＸ線イメージインテンシファイヤー１４の入力画面２６に入力させ、その信号を増幅して、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の出力画面（画像表示面）２３に表示し、これを時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を備えたカメラ１５によって撮像する。そして、ＣＣＤ撮像素子２５の電荷転送速度を、（Ｖ・ｂ／ａ・α・β）＝Ｖ3 の速度として、しかも、ベルトコンベア１１の移動方向と同一方向とする。
【００２８】
これによって、ＣＣＤ撮像素子２５によって、その出力信号が増幅（９６倍）されて出力される。即ち、細かい異物を検知するためには、マイクロフォーカスＸ線源１３の発生源の焦点を極端に絞る必要があるが、これによって、マイクロフォーカスＸ線源１３から発生するＸ線の線量は著しく減少する。そこで、この実施の形態においては、画像出力をＸ線イメージインテンシファイヤー１４で光信号を増幅し、更に、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を用いて増幅しているので、弱いＸ線画像から、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ることができる。
【００２９】
この実施の形態では、Ｘ線による投射画像をＸ線イメージインテンシファイヤー１４に入力したが、例えば、図２（Ｂ）に示すように、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の代わりにＸ線蛍光板２９を使用し、このＸ線蛍光板２９にマイクロフォーカスＸ線発生源１３からの投射画像を光信号に変換し、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を有するカメラ１５で撮像することもできる。この場合、Ｘ線蛍光板２９の画像は、Ｖ・ｂ／ａに拡大され、更にカメラ１５によってβ倍になって、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５に結像し、しかも、その移動方向がベルトコンベア１１の移動方向と逆方向になるので、ＣＣＤ撮像素子２５の電荷転送速度を、ベルトコンベア１１の移動方向と逆方向にβ・Ｖ・ｂ／ａとすると、ＣＣＤ撮像素子２５で９６倍に増幅されて、鮮明でＳＮ比の高い異物Ｂ″の画像信号（電気信号）を得ることができる。ここで、Ｘ線蛍光板２９とカメラ１５がＸ線検出手段を構成する。この場合、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５の画像の移動速度は、Ｘ線蛍光板２９を移動する画像（Ｘ線透過画像）に同期していることになる。
【００３０】
続いて、図４に示す本発明の第２の実施の形態に係るＸ線異物検査装置３０について説明するが、図１〜図３と同一の構成要素については、同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
図４に示すように、このＸ線異物検査装置３０は、マイクロフォーカスＸ線発生源１３と、被検査材（例えば、豆腐や蒟蒻等の厚みを有する食品）３１を搬送するベルトコンベア３２と、マイクロフォーカスＸ線発生源１３の直下でかつベルトコンベア３２の直下に配置されたＸ線イメージインテンシファイヤー１４と、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の出力画像を３分割するプリズム３３と、３分割された出力画像をそれぞれ撮像する３つの時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を備えたカメラ３４〜３６と、これらの制御装置３７〜３９と、制御装置３７〜３９に接続される画像処理装置（記憶部を有する）４０及びこれに接続されるコンピュータ４１とを有している。そして、ベルトコンベア３２の下部にはベルトの速度を検知する速度センサー（例えば、ロータリエンコーダ）４２が設けられ、その出力は、制御装置３７〜３９に入力されている。なお、ここで、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４とカメラ３４〜３６とでＸ線検出手段を構成する。
【００３１】
この実施の形態に係るＸ線異物検査装置３０においては、マイクロフォーカスＸ線発生源１３から発するＸ線に照射されて、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の入力画面２６に結像した異物Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の画像は、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４によって光増幅されて、その出力画面２３に表示される。そして、プリズム３３を介してベルトコンベア３２の流れ方向に３分割されて、カメラ３４〜３６によって撮像される。ここで、カメラ３４〜３６の時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５の電荷転送速度Ｖａ〜Ｖｃは以下のように調整しておく。
【００３２】
即ち、ベルトコンベア３２上を移動する被検査材３１は一定の速度Ｖで移動するが、仮に、被検査材３１中に厚み方向に異なる位置（ｃ、ｄ、ｅ）に、３つの異物Ｂ１〜Ｂ３が存在したとすると、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の入力画面２６に入力される各異物Ｂ１〜Ｂ３の画像の移動速度は、（Ｖ・ｃ／ａ）、（Ｖ・ｄ／ａ）、（Ｖ・ｅ／ａ）になり、異物Ｂ１〜Ｂ３の存在位置によって異なることになる。この結果、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５に結像する画像の移動速度も、（α・β・Ｖ・ｃ／ａ）、（α・β・Ｖ・ｄ／ａ）、（α・β・Ｖ・ｅ／ａ）となり、この画像を、第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置１０のように、一つのカメラを使用し、その時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を一つの電荷転送速度に設定したのでは、他の層にある異物の画像がぼけることになる。
【００３３】
そこで、この実施の形態に係るＸ線異物検査装置３０においては、３つ（即ち、複数）のカメラ３４〜３６を用意し、各時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５の電荷の転送速度Ｖａ〜Ｖｃを、前述のように、複数分割した各層の中心位置毎に、例えば、（α・β・Ｖ・ｃ／ａ）、（α・β・Ｖ・ｄ／ａ）、（α・β・Ｖ・ｅ／ａ）に合わせることによって、等価的に断層像再構成を行い、被検査材３１の各層に応じて鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得るようにしている。制御装置３７〜３９は、速度センサー４２によって検出されたベルトコンベア３２の速度を入力して、被検査材３１の高さや厚みに応じて、各カメラ３４〜３６のＣＣＤ撮像素子２５の電荷転送速度を決定して、鮮明な画像信号を得る装置である。そして、この制御装置３７〜３９によって得られた画像信号は、一旦画像処理装置４０に入力された後、コンピュータ４１に入力されて、実際の被検査材３１の画像と組み合わせて、異物を画面上に表示し、更にそのデータを記録している。なお、この実施の形態において、カメラの数は３つに限定されず、２個又は４個以上であっても本発明は適用される。
【００３４】
第１の発明に係るＸ線異物検査装置を用いて、食品、薬品、粉体原材料等の被検査材を検査したところ、検査速度を６０ｍｐｍとして、直径が０．１μｍの鉄製ワイヤ屑の検知が可能となった。従来技術では、２０ｍｐｍで約２００〜３００μｍ以上の大きさの異物しか検知できなかったので、本技術によって格段の検査精度を確保できた。
【００３５】
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変形や改良であっても、本発明の権利範囲に含まれる。具体的には、第２の実施の形態に係るＸ線異物検査装置３０において、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の代わりに、Ｘ線投射による画像を可視画像に変える前述したＸ線蛍光板２９を使用することもでき、これによって安価に装置を構成できる。
また、第２の実施の形態に係るＸ線異物検査装置３０において、プリズム３３の代わりにハーフミラーを使用することもできる。この場合は、信号光が減少するが、検出する異物の大きさによっては十分使用できる。
前記実施の形態においては、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５のセル数を具体的に限定して説明したが、本発明はこの数に限定されず、用途に応じて適切な時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を選定することができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１、２記載のＸ線異物検査方法においては、Ｘ線による投射画像をＸ線イメージインテンシファイヤーによって可視光の画像に変え、この画像を時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラを用いて撮像し、更にＸ線イメージインテンシファイヤーの結像面上を移動するＸ線透過画像に同期させて、ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を調整したので、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ることができる。
これによって、Ｘ線源の焦点をより小さくすることが可能となり、更には、検査速度も向上させることが可能となったので、被検査材中に混入している微小異物の高速検査が可能となった。
【００３７】
そして、請求項３、４記載のＸ線異物検査方法においては、請求項１、２記載のＸ線イメージインテンシファイヤーの変わりにＸ線蛍光板を用いているので、Ｘ線イメージインテンシファイヤーを用いたものより感度は多少落ちるが、全体として制作費が安い。
そして、従来のラインセンサー型の異物検査装置に比較すると、格段の信号出力を得られ、よりＳＮ比の高い画像信号を得ることができ、結果として、より小さな焦点のＸ線源でより高速に被検査材を移動できるので、より高速に被検査材の検査を行えることになった。
【００３８】
また、請求項１〜４記載のＸ線異物検査方法においては、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラを複数設置し、厚みのある被検査物を検査するに際し、被検査物を厚み方向に焦点が合うようにカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御することにより、等価的に断層像再構成を行い、被検査物が厚い場合でも、精度の良い検査を可能にした。
これによって、被検査材の厚みが厚い場合であっても、画像のピンぼけを生じることなく、鮮明な画像信号を得ることができる。
【００３９】
請求項５記載のＸ線異物検査装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生器と、搬送中の被検査材のＸ線投射による画像を可視画像に変えるＸ線蛍光板と、Ｘ線蛍光板の画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラとを有し、Ｘ線蛍光板上を移動するＸ線透過画像に同期させて、ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を調整しているので、被検査材の鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ることができる。
これによって、Ｘ線発生器により焦点の小さいＸ線源を使用することができ、より高速度で被検査材の検査が可能となった。
【００４０】
請求項６記載のＸ線異物検査装置においては、請求項５記載のＸ線蛍光板の代わりに、Ｘ線イメージインテンシファイヤーを用いているので、更に、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ることができ、結果としてより小さい異物の検知が高速で行えることになった。
【００４１】
そして、請求項５及び６記載のＸ線異物検査装置においては、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラを複数設置し、厚みのある被検査物を検査するに際し、被検査物を厚み方向にカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御しているので、等価的に断層像再構成を行い、被検査物が厚い場合でも、精度の良い検査を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置の概略説明図である。
【図２】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置（及びその方法）の説明図、（Ｂ）はその変形例に係るＸ線異物検査装置の説明図である。
【図３】時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子の動作説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るＸ線異物検査装置の概略説明図である。
【符号の説明】
１０：Ｘ線異物検査装置、１１：ベルトコンベア、１２：ホッパー、１３：マイクロフォーカスＸ線源、１４：Ｘ線イメージインテンシファイヤー、１５：カメラ、１６〜１９：ガイドローラ、２０：駆動ローラ、２１：定量切り出し装置、２２：回収容器、２３：出力画面、２４：レンズ系、２５：ＣＣＤ撮像素子、２６：入力画面、２７：セル、２８：縦セル列、２９：Ｘ線蛍光板、３０：Ｘ線異物検査装置、３１：被検査材、３２：ベルトコンベア、３３：プリズム、３４〜３６：カメラ、３７〜３９：制御装置、４０：画像処理装置、４１：コンピュータ、４２：速度センサー、Ａ：粉体原料、Ｂ：異物、Ｂ１〜Ｂ３：異物
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、食品や工業原料粉体あるいはその他の製品に含まれている固体からなる異物や欠陥を高精度で検知可能なＸ線異物検査方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品や工業原料粉体内部の異物に対する最も有力な検査手段は、例えば、特許文献１に記載のようなＸ線透視による自動異物検査装置である。ところが、特許文献１に記載されているようなラインセンサー型の自動異物検査装置の分解能は、Ｘ線強度と検査速度の限界から、０．４ｍｍ程度、検出限界は、０．２５〜０．３ｍｍφ程度の金属片となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−７４８５６号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＬ法施行以来、食品異物検査装置の導入が積極的に行われ、食品内に異物が混入していると、社会的な信用を無くすことになって企業が致命的打撃を受けるので、微小物の異物発見にも真剣な取り組みがなされるようになっている。
更には、今後期待されているナノテクや新エネルギーを推進する上で、原材料製造工程で混入する異物は、製品にとって致命的な場合があり、製造技術確立のために微細な異物の検出除去が求められている。このため、より微細な異物を検査する要望は強いが、これまでのところこの要望に対応できる手段は技術及びコスト両面の制約から提案されていない。
【０００５】
特に、Ｘ線透視により移動中のより微細な異物を検出するためには、幾つかの課題があるが、小さな異物を顕在化させるためのマイクロフォーカスＸ線源による拡大撮影が、有力な手段である。ところが、このマイクロフォーカスＸ線源の出力は小さいために、従来のＸ線ラインセンサーでは感度不足であり、Ｘ線イメージインテンシファイヤー型カメラで撮影し積算処理すれば、静的には検査可能となるが、移動中の検査はできず、工業的に実用性が低いという問題がある。
【０００６】
また、異物の大きさが小さくなるにつれ、検査対象物の偏在や混合物のバラツキによるノイズ成分とのＳＮが問題になってくる。検査対象物の層厚を薄くすれば解決可能であるが、検査能率が落ち、パッケージや瓶詰めでは、適用不可能である。
【０００７】
そして、異物の大きさが小さくなるにつれ、検査対象物が粉体混合物の場合、混合物の偏在やバラツキによるノイズ成分とのＳＮが低下し、正常物体の過検出が多くなる。人間では簡単に判別できるのに、従来型の固定二値化や、ハイパスフィルター法では、異物のみを抽出できない。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来法の限界を打破し、製品や原料（以下、「被検査材」ともいう）中の微小な異物をＳＮ比よく検査でき、しかも、被検査材を連続的に検査を行うことができるＸ線異物検査方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係るＸ線異物検査方法は、被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査するＸ線異物検査方法において、
前記Ｘ線検出手段として、Ｘ線イメージインテンシファイヤーと、該Ｘ線イメージインテンシファイヤーの画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラとを用い、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの結像面上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御し、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ている。
【００１０】
ここで、Ｘ線イメージインテンシファイヤーとは、映像増幅を行う電子管の一種で、管内の一方の面に被検査材を透過したＸ線が当たると、Ｘ線強度に比例した電子を放出する。放出した電子は高電界で加速され、更にエネルギー増幅を行って、電子レンズで管内の他方の面に結像すると同時に蛍光画像に変換される。これによって、単なる蛍光面にＸ線を当てた場合の約１０００倍程度の光増幅が可能である。
【００１１】
また、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラ（「ＴＤＩカメラ」ともいう）は、時間遅延積分機能を持つエリアカメラである。一定速度で動く物体を撮像したときにレンズによって結像された画像は、反対方向に撮像倍率で決まる一定速度で移動する。この速度に同期して、ＣＣＤの電荷転送と電荷蓄積を行えば、分解能は１画素のままで、感度はＣＣＤシフト蓄積段数と同じ（例えば９６）倍になる。微小物を検知するため、Ｘ線発生器が、マイクロフォーカスＸ線源（又はナノクロフォーカスＸ線源、以下同じ）となってＸ線量子数が減少して、量子的なバラツキノイズが問題となるが、この時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用することによって、蓄積段数分積分したことになって、量子ノイズが減少し、きれいな画像信号を得ることができる。なお、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子は、例えば、特開平７−１１１６２１号公報や特表２００２−５４０３９５号公報においても知られており、例えば、ダルサ(DALSA) 社のエクリプス(Eclipse) カメラ等が具体的商品として知られている。
【００１２】
第２の発明に係るＸ線異物検査方法は、第１の発明に係るＸ線異物検査方法において、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度は、前記搬送装置の移動速度Ｖと、前記Ｘ線のＸ線発生器、前記被検査材、及び前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの入力画面の位置関係で定まる光学的拡大率と、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの画像拡縮率αと、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの出力画面の画像を撮像する前記カメラの撮像倍率βとから決定される。
【００１３】
第３の発明に係るＸ線異物検査方法は、被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査するＸ線異物検査方法において、
前記Ｘ線検出手段として、Ｘ線蛍光板と、このＸ線蛍光板の画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラとを用い、前記Ｘ線蛍光板上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御して、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ている。
【００１４】
第４の発明に係るＸ線異物検査方法は、第３の発明に係るＸ線異物検査方法において、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度は、前記搬送装置の移動速度Ｖと、前記Ｘ線のＸ線発生器、前記被検査材、及び前記Ｘ線蛍光板の位置関係で定まる光学的拡大率と、前記Ｘ線蛍光板を撮像する前記カメラの撮像倍率βとから決定される。
第２の発明に係るＸ線異物検査方法と同様、第４の発明に係るＸ線異物検査方法においては、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子で、微小なＸ線の画像信号を増幅して、明確な画像の電気信号を得ることができる。
【００１５】
第５の発明に係るＸ線異物検査方法は、第１〜第４の発明に係るＸ線異物検査方法において、前記時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラを複数設置し、Ｘ線透過方向に厚みのある被検査物を検査するに際し、該被検査物を厚み方向にカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御することにより、等価的に断層像再構成を行い、前記被検査材が厚い場合でも、厚み方向に精度の良い検査を可能にしている。
【００１６】
第６の発明に係るＸ線異物検査装置は、被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査するＸ線異物検査装置において、
前記Ｘ線を発生するＸ線発生器と、
搬送中の前記被検査材の前記Ｘ線投射による画像を可視画像に変えるＸ線蛍光板と、
前記Ｘ線蛍光板の画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラとを有し、
前記Ｘ線蛍光板上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を調整し、前記被検査材の鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ている。
【００１７】
第７の発明に係るＸ線異物検査装置は、被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査するＸ線異物検査装置において、
前記Ｘ線を発生するＸ線発生器と、
搬送中の前記被検査材の前記Ｘ線投射による画像を可視画像に変えて微弱なＸ線透過画像を明るい可視光の画像に変換する機能を有するＸ線イメージインテンシファイヤーと、
前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いたカメラとを有し、
前記Ｘ線イメージインテンシファイヤー上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を調整し、前記被検査材の鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ている。
【００１８】
そして、第８の発明に係るＸ線異物検査装置は、第６及び第７の発明に係るＸ線異物検査装置において、前記時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラを複数設置し、Ｘ線透過方向に厚みのある被検査物を検査するに際し、該被検査物を厚み方向にカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御することにより、等価的に断層像再構成を行い、前記被検査物が厚い場合でも、精度の良い検査を可能にしている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置の概略説明図、図２（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置（及びその方法）の説明図、（Ｂ）はその変形例に係るＸ線異物検査装置の説明図、図３は時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子の動作説明図、図４は本発明の第２の実施の形態に係るＸ線異物検査装置の概略説明図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置１０は、ベルトコンベア１１で搬送される粉体原料（例えば、食品、薬品、その他工業用原料）Ａ中の微小金属分（例えば、鉄、銅）やその他の固形異物等を検知するもので、被検査材を構成する原料を搬送するベルトコンベア（搬送装置の一例）１１と、ベルトコンベア１１上に徐々に原料を切り出すホッパー１２と、ベルトコンベア１１の直上に配置されているマイクロフォーカスＸ線源（Ｘ線発生器の一例）１３と、ベルトコンベア１１の直下に配置されているＸ線イメージインテンシファイヤー１４と、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５（図２参照）を用いたカメラ１５とを有している。なお、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４とカメラ１５でＸ線検出手段を構成する。
【００２１】
ベルトコンベア１１は、複数のガイドローラ１６〜１９と駆動ローラ２０とを有し、所定幅のゴム又はプラスチック製の無端ベルトを所定の速度（Ｖ）で移動させている。
ホッパー１２の底部には、定量切り出し装置２１が設けられ、ホッパー１２内の原料は一定の厚みでベルトコンベア１１上に供給され搬送されて、駆動ローラ２０の端部側から、回収容器２２に投入され、この過程で、マイクロフォーカスＸ線源１３からのＸ線を照射されている。
【００２２】
マイクロフォーカスＸ線源１３は、Ｘ線の発生源であるが、その焦点半径が１０μｍ以下（例えば、５μｍ以下）のＸ線源であって、照射される被検査材中の微小な異物であっても、鮮明な影を発生させることができるようになっている。従って、Ｘ線は、電子ビームを高電界（−数十ＫＶ〜数百ＫＶ）で加速して、ターゲット金属（タングステン、モリブデン等の高融点金属）に衝突させて発生させるが、Ｘ線の発生効率は３％以下と言われ、ほとんどは熱になる。マイクロフォーカスＸ線源では、電子レンズで電子ビームを絞って、直径１０μｍ以下の領域に集中（フォーカス）させるため、ターゲットの金属が熱的に劣化（ターゲットの熱疲労、溶融、蒸発、肌荒れ）を引き起こす危険性が高くなる。このため投入できる電流が制限され、発生できるＸ線量も比例的に少なくなる。また、マイクロフォーカスＸ線源で拡大撮影する場合には、Ｘ線の密度は距離の二乗で低下するため、同じ大きさの被検査材を検査しようとすると、拡大撮影の方が極端にＸ線量が低下するので、Ｘ線イメージインテンシファイヤーのような、より高感度なセンサーが必要になる。
【００２３】
Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４は、Ｘ線を可視光に変換するだけでなく、微弱な光を明るくする機能を有する大型の電子管であって、１９５２年にオランダのフィリップ社によって最初に商品化されたものであり、例えば、特開２００３−００４８５６号公報、特開２００２−１６２４７１号公報、特開平５−１７４７４６号公報、特開平０９−０１７３６１号公報等において、その構造は周知のものとなっているので、詳しい説明を省略するが、マイクロフォーカスＸ線源１３から被検査材に対して照射されるＸ線によるＸ線透過画像を、更に光増幅して可視光の画像として出力するものである。なお、この画像は、ベルトコンベア１１の移動速度（Ｖ）に応じて像が移動する。また、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４を通すと画像の大きさが変わる（通常、小さくなる）ので、その画像拡縮率をαとする。
【００２４】
時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を用いたカメラ１５は、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４によって光増幅された画像を撮像するものである。図２に示すように、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の出力画面（即ち、結像面）２３の画像をレンズ系２４を介して時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５上に結像させている。ＣＣＤ撮像素子２５においては、仮に、被検査材である粉体原料Ａ中に、異物Ｂが存在すると、ＣＣＤ撮像素子２５上の画像もベルトコンベア１１の移動に応じて移動するので、その移動速度に対応して、ＣＣＤ撮像素子２５の電荷蓄積と電荷転送を行っている。
【００２５】
即ち、ベルトコンベア１１の移動速度Ｖに対して、Ｘ線イメージインテンシファイヤーの入力画面２６に結像される画像は、マイクロフォーカスＸ線源１３と異物Ｂ（実際には、ベルトコンベア１１の上側面）までの距離をｂとし、マイクロフォーカスＸ線源１３と入力画面２６までの距離をａとした場合、ｂ／ａ（光学的拡大率）に拡大される。そして、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の画像拡縮率αによってその大きさが変わり、更に、カメラ１５のレンズ系２４によってβ倍（撮像倍率）に拡大されて、ＣＣＤ撮像素子２５に結像される。従って、ＣＣＤ撮像素子２５に結像される異物Ｂの画像Ｂ′は、（Ｖ・ｂ／ａ・α・β）＝Ｖ3 の速度で、しかも、ベルトコンベア１１の移動方向と同一方向に移動する。なお、この速度Ｖ3 は、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の出力画面２３の移動する画像（Ｘ線透過画像）に同期している。
【００２６】
そこで、図３に示すように、例えば、縦が２０４８で横が９６のセル２７を有するＣＣＤ撮像素子２５の横列の各セル２７の電荷を、速度Ｖ3 でベルトコンベア１１の移動方向と同一方向に移動させると、異物の画像Ｂ′の電荷は、１画素の単位で蓄積されるので、この実施の形態の場合には、９６倍に画素信号が増幅される。そして、最終工程にある縦方向に並んだ縦セル列２８にチャージされるので、今度は縦方向に各セルの電荷の取り出し信号を送って信号を取り出し、この信号を、横方向に並んだセルの電荷転送毎に取り出して、画像信号（電気信号）とする。
【００２７】
従って、本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置１０を用いて、異物の検査を行う場合は、図１、図２（Ａ）に示すように、ホッパー１２から粉体原料Ａを徐々にベルトコンベア１１上に切り出し、ベルトコンベア１１上に設けられたマイクロフォーカスＸ線源１３から、Ｘ線を照射して、その投射画像をＸ線イメージインテンシファイヤー１４の入力画面２６に入力させ、その信号を増幅して、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の出力画面（画像表示面）２３に表示し、これを時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を備えたカメラ１５によって撮像する。そして、ＣＣＤ撮像素子２５の電荷転送速度を、（Ｖ・ｂ／ａ・α・β）＝Ｖ3 の速度として、しかも、ベルトコンベア１１の移動方向と同一方向とする。
【００２８】
これによって、ＣＣＤ撮像素子２５によって、その出力信号が増幅（９６倍）されて出力される。即ち、細かい異物を検知するためには、マイクロフォーカスＸ線源１３の発生源の焦点を極端に絞る必要があるが、これによって、マイクロフォーカスＸ線源１３から発生するＸ線の線量は著しく減少する。そこで、この実施の形態においては、画像出力をＸ線イメージインテンシファイヤー１４で光信号を増幅し、更に、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を用いて増幅しているので、弱いＸ線画像から、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ることができる。
【００２９】
この実施の形態では、Ｘ線による投射画像をＸ線イメージインテンシファイヤー１４に入力したが、例えば、図２（Ｂ）に示すように、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の代わりにＸ線蛍光板２９を使用し、このＸ線蛍光板２９にマイクロフォーカスＸ線発生源１３からの投射画像を光信号に変換し、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を有するカメラ１５で撮像することもできる。この場合、Ｘ線蛍光板２９の画像は、Ｖ・ｂ／ａに拡大され、更にカメラ１５によってβ倍になって、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５に結像し、しかも、その移動方向がベルトコンベア１１の移動方向と逆方向になるので、ＣＣＤ撮像素子２５の電荷転送速度を、ベルトコンベア１１の移動方向と逆方向にβ・Ｖ・ｂ／ａとすると、ＣＣＤ撮像素子２５で９６倍に増幅されて、鮮明でＳＮ比の高い異物Ｂ″の画像信号（電気信号）を得ることができる。ここで、Ｘ線蛍光板２９とカメラ１５がＸ線検出手段を構成する。この場合、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５の画像の移動速度は、Ｘ線蛍光板２９を移動する画像（Ｘ線透過画像）に同期していることになる。
【００３０】
続いて、図４に示す本発明の第２の実施の形態に係るＸ線異物検査装置３０について説明するが、図１〜図３と同一の構成要素については、同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
図４に示すように、このＸ線異物検査装置３０は、マイクロフォーカスＸ線発生源１３と、被検査材（例えば、豆腐や蒟蒻等の厚みを有する食品）３１を搬送するベルトコンベア３２と、マイクロフォーカスＸ線発生源１３の直下でかつベルトコンベア３２の直下に配置されたＸ線イメージインテンシファイヤー１４と、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の出力画像を３分割するプリズム３３と、３分割された出力画像をそれぞれ撮像する３つの時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を備えたカメラ３４〜３６と、これらの制御装置３７〜３９と、制御装置３７〜３９に接続される画像処理装置（記憶部を有する）４０及びこれに接続されるコンピュータ４１とを有している。そして、ベルトコンベア３２の下部にはベルトの速度を検知する速度センサー（例えば、ロータリエンコーダ）４２が設けられ、その出力は、制御装置３７〜３９に入力されている。なお、ここで、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４とカメラ３４〜３６とでＸ線検出手段を構成する。
【００３１】
この実施の形態に係るＸ線異物検査装置３０においては、マイクロフォーカスＸ線発生源１３から発するＸ線に照射されて、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の入力画面２６に結像した異物Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の画像は、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４によって光増幅されて、その出力画面２３に表示される。そして、プリズム３３を介してベルトコンベア３２の流れ方向に３分割されて、カメラ３４〜３６によって撮像される。ここで、カメラ３４〜３６の時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５の電荷転送速度Ｖａ〜Ｖｃは以下のように調整しておく。
【００３２】
即ち、ベルトコンベア３２上を移動する被検査材３１は一定の速度Ｖで移動するが、仮に、被検査材３１中に厚み方向に異なる位置（ｃ、ｄ、ｅ）に、３つの異物Ｂ１〜Ｂ３が存在したとすると、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の入力画面２６に入力される各異物Ｂ１〜Ｂ３の画像の移動速度は、（Ｖ・ｃ／ａ）、（Ｖ・ｄ／ａ）、（Ｖ・ｅ／ａ）になり、異物Ｂ１〜Ｂ３の存在位置によって異なることになる。この結果、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５に結像する画像の移動速度も、（α・β・Ｖ・ｃ／ａ）、（α・β・Ｖ・ｄ／ａ）、（α・β・Ｖ・ｅ／ａ）となり、この画像を、第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置１０のように、一つのカメラを使用し、その時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５を一つの電荷転送速度に設定したのでは、他の層にある異物の画像がぼけることになる。
【００３３】
そこで、この実施の形態に係るＸ線異物検査装置３０においては、３つ（即ち、複数）のカメラ３４〜３６を用意し、各時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５の電荷の転送速度Ｖａ〜Ｖｃを、前述のように、複数分割した各層の中心位置毎に、例えば、（α・β・Ｖ・ｃ／ａ）、（α・β・Ｖ・ｄ／ａ）、（α・β・Ｖ・ｅ／ａ）に合わせることによって、等価的に断層像再構成を行い、被検査材３１の各層に応じて鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得るようにしている。制御装置３７〜３９は、速度センサー４２によって検出されたベルトコンベア３２の速度を入力して、被検査材３１の高さや厚みに応じて、各カメラ３４〜３６のＣＣＤ撮像素子２５の電荷転送速度を決定して、鮮明な画像信号を得る装置である。そして、この制御装置３７〜３９によって得られた画像信号は、一旦画像処理装置４０に入力された後、コンピュータ４１に入力されて、実際の被検査材３１の画像と組み合わせて、異物を画面上に表示し、更にそのデータを記録している。なお、この実施の形態において、カメラの数は３つに限定されず、２個又は４個以上であっても本発明は適用される。
【００３４】
第１の発明に係るＸ線異物検査装置を用いて、食品、薬品、粉体原材料等の被検査材を検査したところ、検査速度を６０ｍｐｍとして、直径が０．１μｍの鉄製ワイヤ屑の検知が可能となった。従来技術では、２０ｍｐｍで約２００〜３００μｍ以上の大きさの異物しか検知できなかったので、本技術によって格段の検査精度を確保できた。
【００３５】
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変形や改良であっても、本発明の権利範囲に含まれる。具体的には、第２の実施の形態に係るＸ線異物検査装置３０において、Ｘ線イメージインテンシファイヤー１４の代わりに、Ｘ線投射による画像を可視画像に変える前述したＸ線蛍光板２９を使用することもでき、これによって安価に装置を構成できる。
また、第２の実施の形態に係るＸ線異物検査装置３０において、プリズム３３の代わりにハーフミラーを使用することもできる。この場合は、信号光が減少するが、検出する異物の大きさによっては十分使用できる。
前記実施の形態においては、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子２５のセル数を具体的に限定して説明したが、本発明はこの数に限定されず、用途に応じて適切な時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を選定することができる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１、２記載のＸ線異物検査方法においては、Ｘ線による投射画像をＸ線イメージインテンシファイヤーによって可視光の画像に変え、この画像を時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラを用いて撮像し、更にＸ線イメージインテンシファイヤーの結像面上を移動するＸ線透過画像に同期させて、ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を調整したので、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ることができる。
これによって、Ｘ線源の焦点をより小さくすることが可能となり、更には、検査速度も向上させることが可能となったので、被検査材中に混入している微小異物の高速検査が可能となった。
【００３７】
そして、請求項３、４記載のＸ線異物検査方法においては、請求項１、２記載のＸ線イメージインテンシファイヤーの変わりにＸ線蛍光板を用いているので、Ｘ線イメージインテンシファイヤーを用いたものより感度は多少落ちるが、全体として制作費が安い。
そして、従来のラインセンサー型の異物検査装置に比較すると、格段の信号出力を得られ、よりＳＮ比の高い画像信号を得ることができ、結果として、より小さな焦点のＸ線源でより高速に被検査材を移動できるので、より高速に被検査材の検査を行えることになった。
【００３８】
また、請求項１〜４記載のＸ線異物検査方法においては、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラを複数設置し、厚みのある被検査物を検査するに際し、被検査物を厚み方向に焦点が合うようにカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御することにより、等価的に断層像再構成を行い、被検査物が厚い場合でも、精度の良い検査を可能にした。
これによって、被検査材の厚みが厚い場合であっても、画像のピンぼけを生じることなく、鮮明な画像信号を得ることができる。
【００３９】
請求項５記載のＸ線異物検査装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生器と、搬送中の被検査材のＸ線投射による画像を可視画像に変えるＸ線蛍光板と、Ｘ線蛍光板の画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラとを有し、Ｘ線蛍光板上を移動するＸ線透過画像に同期させて、ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を調整しているので、被検査材の鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ることができる。
これによって、Ｘ線発生器により焦点の小さいＸ線源を使用することができ、より高速度で被検査材の検査が可能となった。
【００４０】
請求項６記載のＸ線異物検査装置においては、請求項５記載のＸ線蛍光板の代わりに、Ｘ線イメージインテンシファイヤーを用いているので、更に、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得ることができ、結果としてより小さい異物の検知が高速で行えることになった。
【００４１】
そして、請求項５及び６記載のＸ線異物検査装置においては、時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラを複数設置し、厚みのある被検査物を検査するに際し、被検査物を厚み方向にカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御しているので、等価的に断層像再構成を行い、被検査物が厚い場合でも、精度の良い検査を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置の概略説明図である。
【図２】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るＸ線異物検査装置（及びその方法）の説明図、（Ｂ）はその変形例に係るＸ線異物検査装置の説明図である。
【図３】時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子の動作説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るＸ線異物検査装置の概略説明図である。
【符号の説明】
１０：Ｘ線異物検査装置、１１：ベルトコンベア、１２：ホッパー、１３：マイクロフォーカスＸ線源、１４：Ｘ線イメージインテンシファイヤー、１５：カメラ、１６〜１９：ガイドローラ、２０：駆動ローラ、２１：定量切り出し装置、２２：回収容器、２３：出力画面、２４：レンズ系、２５：ＣＣＤ撮像素子、２６：入力画面、２７：セル、２８：縦セル列、２９：Ｘ線蛍光板、３０：Ｘ線異物検査装置、３１：被検査材、３２：ベルトコンベア、３３：プリズム、３４〜３６：カメラ、３７〜３９：制御装置、４０：画像処理装置、４１：コンピュータ、４２：速度センサー、Ａ：粉体原料、Ｂ：異物、Ｂ１〜Ｂ３：異物
Claims (6)
- 被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査し、しかも、前記Ｘ線検出手段として、Ｘ線イメージインテンシファイヤーと、該Ｘ線イメージインテンシファイヤーの画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラとを用い、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの結像面上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御し、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得るＸ線異物検査方法において、
前記時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラを複数設置し、Ｘ線透過方向に厚みのある被検査物を検査するに際し、該被検査物を厚み方向にカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御することにより、等価的に断層像再構成を行い、前記被検査材が厚い場合でも、厚み方向に精度の良い検査を可能にしたことを特徴とするＸ線異物検査方法。 - 請求項１記載のＸ線異物検査方法において、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度は、前記搬送装置の移動速度Ｖと、前記Ｘ線のＸ線発生器、前記被検査材、及び前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの入力画面の位置関係で定まる光学的拡大率と、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの画像拡縮率αと、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの出力画面の画像を撮像する前記カメラの撮像倍率βとから決定されることを特徴とするＸ線異物検査方法。
- 被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査し、しかも、前記Ｘ線検出手段として、Ｘ線蛍光板と、このＸ線蛍光板の画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラとを用い、前記Ｘ線蛍光板上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御して、鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得るＸ線異物検査方法において、
前記時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を使用するカメラを複数設置し、Ｘ線透過方向に厚みのある被検査物を検査するに際し、該被検査物を厚み方向にカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御することにより、等価的に断層像再構成を行い、前記被検査材が厚い場合でも、厚み方向に精度の良い検査を可能にしたことを特徴とするＸ線異物検査方法。 - 請求項３記載のＸ線異物検査方法において、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度は、前記搬送装置の移動速度Ｖと、前記Ｘ線のＸ線発生器、前記被検査材、及び前記Ｘ線蛍光板の位置関係で定まる光学的拡大率と、前記Ｘ線蛍光板を撮像する前記カメラの撮像倍率βとから決定されることを特徴とするＸ線異物検査方法。
- 被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査する装置であって、前記Ｘ線を発生するＸ線発生器と、搬送中の前記被検査材の前記Ｘ線投射による画像を可視画像に変えるＸ線蛍光板と、前記Ｘ線蛍光板の画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラとを有し、前記Ｘ線蛍光板上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を調整し、前記被検査材の鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得るＸ線異物検査装置において、
前記時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラを複数設置し、Ｘ線透過方向に厚みのある被検査物を検査するに際し、該被検査物を厚み方向にカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御することにより、等価的に断層像再構成を行い、前記被検査物が厚い場合でも、精度の良い検査を可能にしたことを特徴とするＸ線異物検査装置。 - 被検査材を搬送装置にて搬送中にＸ線を照射し、透過したＸ線をＸ線検出手段にて電気信号として検出し、この信号を処理して前記被検査材中の異物を検査する装置であって、前記Ｘ線を発生するＸ線発生器と、搬送中の前記被検査材の前記Ｘ線投射による画像を可視画像に変えて微弱なＸ線透過画像を明るい可視光の画像に変換する機能を有するＸ線イメージインテンシファイヤーと、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤーの画像を撮像する時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いたカメラとを有し、前記Ｘ線イメージインテンシファイヤー上を移動するＸ線透過画像に同期させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を調整し、前記被検査材の鮮明でＳＮ比の高い画像信号を得るＸ線異物検査装置において、
前記時間遅延積分型のＣＣＤ撮像素子を用いるカメラを複数設置し、Ｘ線透過方向に厚みのある被検査物を検査するに際し、該被検査物を厚み方向にカメラ台数で分割した複数の厚み領域を設定し、個々の厚み領域の光学的拡大率に対応させて、前記ＣＣＤ撮像素子の電荷転送速度を制御することにより、等価的に断層像再構成を行い、前記被検査物が厚い場合でも、精度の良い検査を可能にしたことを特徴とするＸ線異物検査装置。
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