JP4590915B2

JP4590915B2 - 放射線異物検査装置

Info

Publication number: JP4590915B2
Application number: JP2004127586A
Authority: JP
Inventors: 良一澤田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-04-23
Also published as: JP2005308600A

Description

本発明は、医薬品や食料品、あるいはその他の製品の非破壊検査に用いられる放射線異物検査装置に関し、特に包装品など内部が可視光で観察できない対象物に対して、放射線を照射して得られる透視像を画像処理して異物の存在の有無を判定する放射線異物検査装置に関する。

近年、食品等の製造分野等においては、異物の混入の防止に対して関心が高まっている。このような異物混入の有無を検査する装置としては、一般的に金属検出機が知られているが、当然のことながら石やガラス等の検査には適さない。また、可視光によりＣＣＤカメラなどを用いた検査装置もあるが、このような装置では、じゃがいもやカボチャなどの内部に石を噛み込んで成長したものや、検査対象物の裏側に付着した異物等には無力である。

そこで、このような検査には、Ｘ線などの放射線を用いて検査対象物の透視像を得る、放射線異物検査装置が用いられる。従来の放射線異物検査装置の構成例を、Ｘ線異物検査装置を例にとって図４に示す。

Ｘ線源４１はファンビーム状のＸ線を鉛直下方に向けて出力し、このＸ線源４１に対向してその下方に１次元のＸ線アレイセンサ４２（以下、単に１次元Ｘ線センサ４２と称する）が配置されている。１次元Ｘ線センサ４２は、入射したＸ線を光に変換するシンチレータと、その光を電気信号に変換するフォトダイオードアレイとからなり、フォトダイオードアレイの各素子がＸ線源４１からのファンビーム状のＸ線の広がり方向に沿うように配置されている。

検査対象物Ｗは、Ｘ線源４１と１次元Ｘ線センサ４２の間を、ベルトコンベア４３によってファンビーム状のＸ線の広がり方向に直交する方向に搬送されつつＸ線源４１からのＸ線が照射され、刻々の１次元Ｘ線センサ４２の出力が画像処理装置４４に逐次取り込まれる。各回の１次元Ｘ線センサ４２の各素子出力は、検査対象物Ｗを透過したＸ線のファンビーム状のＸ線の広がり方向への強度分布を表すものとなり、検査対象物ＷがＸ線源４１と１次元Ｘ線センサ４２の間を通過した後には、画像処理装置４４には検査対象物Ｗの２次元Ｘ線透過データが収集されることになる。

画像処理装置４４では、そのＸ線透過データを各種フィルタ処理を施すなどのデータ処理を施し、最終的には２値化まで行って異物検出レベルとの比較により異物の有無を判定し、検査対象物Ｗに異物が存在している場合には、ベルトコンベア４３による搬送下流側に設けられている振り分け排除装置（図示せず）に制御信号を供給して不良品を排除するように構成されている（例えば特許文献１参照）。

ところで、このようなＸ線異物検査装置においては、食品工場などの生産ラインに組み込まれて用いられることが多く、このような用途にあっては、１日８時間程度連続して運転される場合が多い。そのため、Ｘ線センサには常にＸ線が照射されることになるが、長時間にわたってＸ線が照射されると、Ｘ線センサが次第にダメージを受け、やがてそのダメージの度合いが許容値を越え、交換が必要なレベルに達する。しかし、Ｘ線センサの交換は、当然のことながら装置を停止する必要があり、ラインに組み込まれている装置においてはラインを停止させる必要が生じる。そのため、Ｘ線センサが使用不能に至るまでにこれを予知し、未然に交換できるようにすることが望まれている。

このような要望に応えるべく、従来、１次元Ｘ線センサの各素子のうちの一部を、マスクで遮蔽する等によってＸ線が照射されないようにしてＸ線によるダメージを受けないようにし、そのＸ線が照射されない素子の暗電流と他の各素子の暗電流とを比較し、その差があらかじめ設定されている値を越えたときに１次元Ｘ線センサの寿命であると判定するようにしたＸ線異物検査装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００１−２８１１７３号公報特開２００２−１６８８０６号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている技術によると、まず、Ｘ線センサがＸ線により受けるダメージのうち、フォトダイオードのＸ線によるダメージ、つまり結晶欠陥の増加に起因する暗電流のＸ線ダメージに起因する結晶欠陥の増加のみを監視することはできるが、Ｘ線センサの光変換機能のＸ線によるダメージについては、これを全く監視することはできない。すなわち、Ｘ線センサのシンチレータは、Ｘ線の長期にわたる照射により次第に光変換出力が低下し、やがて交換を要するに至る場合もある。

また、この特許文献２に開示されている技術では、マスクによりＸ線照射を免れて暗電流の基準に供されるフォトダイオードについても、Ｘ線照射による劣化以外の劣化、例えば湿度や温度による経時的劣化は考慮されておらず、誤った寿命判断をしてしまう可能性を否定できない。すなわち、基準となるフォトダイオード自体の劣化が考慮されていない。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、その課題は、Ｘ線センサのフォトダイオードのＸ線照射による劣化に起因する寿命を従来に比してより正確に予測することができ、さらに、Ｘ線センサのフォトダイオードのＸ線照射による劣化に起因する寿命を従来に比してより正確に予測することのできるようにして総合的に寿命予測のできるＸ線異物検査装置を提供することにある。

上記した課題を解決するため、本発明の放射線異物検査装置は、フォトダイオードアレイとシンチレータとからなる放射線アレイセンサと、放射線発生手段とが対向配置されているとともに、これらの間を通過するように被検査物を搬送する搬送手段を備え、上記放射線アレイセンサの出力に基づく被検査物の放射線透過像から当該被検査物内の異物の有無を検査する放射線異物検査装置において、上記放射線発生手段からの放射線の非照射状態で、上記放射線アレイセンサからの各素子出力を入力し、その各素子出力のうちの最大値があらかじめ設定されているレベルを超えているか否かを判別し、超えている場合にはその素子のフォトダイオードのダメージに起因して当該放射線アレイセンサの劣化の度合いが大きいと判定するフォトダイオード劣化判定部と、上記放射線発生手段からの放射線の照射状態で、かつ、上記放射線発生手段と上記放射線アレイセンサの間に被検査物が存在していない状態で、上記放射線アレイセンサからの各素子出力を入力してその各素子出力の平均値を算出し、その平均値があらかじめ設定されているレベルを下回っているか否かを判別し、下回っている場合にはシンチレータのダメージに起因して当該放射線アレイセンサの劣化の度合いが大きいと判定するシンチレータ劣化判定部と、それらの判定結果を報知する報知手段を備えていることによって特徴づけられる。

本発明は、放射線アレイセンサの各フォトダイオードの放射線照射による劣化の度合いを監視するに当たり、放射線の非照射状態における放射線アレイセンサの各素子出力、つまり各フォトダイオードの暗電流を入力し、その最大値から劣化の度合いを判定することにより、フォトダイオードの劣化に起因する放射線アレイセンサの寿命を正確に予測する。すなわち、フォトダイオードのＸ線による劣化、つまり暗電流の増加は、各素子ごとに大きくばらつく。

そこで使用時には各素子ごとにその出力から暗電流相当分のオフセットを除去して信号
出力とするのであるが、暗電流が増加すると信号出力の出力範囲が０に近づき、その素子については透過放射線の大小の判定が不能もしくは困難となる。その結果、１次元の放射線アレイセンサを用いて検査対象物の２次元の放射線透過像を構築するこの種の装置においては、１つの素子の劣化によって異物が存在すると誤判定する可能性が生じる。従って、各素子出力の暗電流の最大値により放射線アレイセンサの寿命を予測することにより、正確に寿命予測が可能となる。
さらに、放射線アレイセンサのシンチレータは、放射線の照射により経時的に劣化して光変換出力が次第に低下していくことは前記した通りであるが、このシンチレータの劣化は、放射線照射状態における各素子ごとの出力にばらつきを与えるのではなく、各素子出力が全体的に低下してくる傾向にある。従って、放射線の照射状態で、かつ、放射線発生手段と放射線アレイセンサの間に検査対象物が存在しない状態で、放射線アレイセンサの各素子出力を入力してその平均値を算出し、その平均値の初期値、つまりシンチレータが劣化していない状態での平均値からの低下量を求めれば、その値からシンチレータの劣化の度合いを知ることができる。

本発明によれば、フォトダイオードの劣化に起因する放射線アレイセンサの寿命を正確に予知して、未然に交換することが可能となる。さらに、シンチレータの劣化に起因する放射線アレイセンサの寿命を予知して、放射線アレイセンサのシンチレータの劣化の度合いを判定することができ、未然に交換することが可能となる。これらの判定を両方使うことで、総合的に放射線アレイセンサの寿命を予知することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。

Ｘ線発生ユニット１は、Ｘ線源１ａからのＸ線をスリット１ｂを通過させることによってファンビーム状のＸ線として、鉛直下方を向けて出力する。このＸ線発生ユニット１の下方に対向して、１次元Ｘ線センサ２は、複数の素子からなるフォトダイオードアレイとシンチレータを主体として構成され、フォトダイオードアレイの各素子の配列方向がファンビーム状のＸ線の広がり方向に沿うように配置されている。

以上のＸ線発生ユニット１と１次元Ｘ線センサ２の間にはベルトコンベア３が設けられており、このベルトコンベア３は、検査対象物Ｗを搭載してファンビーム状のＸ線の広がり方向に直交する方向、つまり図１において紙面に直交する方向に搬送する。

１次元Ｘ線センサ２の各素子出力は画像処理装置４に取り込まれる。画像処理装置４では、検査対象物ＷがＸ線発生ユニット１と１次元Ｘ線センサ２の間を通過した時点で揃う当該検査対象物ＷのＸ線透過２次元情報から、この検査対象物ＷのＸ線透視像を構築して表示器５に表示するとともに、公知の手法によって当該検査対象物Ｗ内に異物が存在しているか否かを判別し、その判別結果を制御装置６に供給する。制御装置６では、その判別結果が異物有りである場合には、ベルトコンベア３の下流側に配置されている排除装置７を駆動し、その検査対象物Ｗをライン上から規定のボックス内等に排除する。

制御装置６は、Ｘ線発生ユニット１、１次元Ｘ線センサ２、ベルトコンベア３、画像処理装置４および排除装置７を制御下に置いているとともに、この制御装置６には、１次元Ｘ線センサ２のフォトダイオードの劣化の度合いを判定するフォトダイオード劣化判定部６１と、同じく１次元Ｘ線センサ２のシンチレータの劣化の度合いを判定するシンチレータ劣化判定部６２を備えている。なお、制御装置６はコンピュータとその周辺機器によって構成され、フォトダイオード劣化判定部６１およびシンチレータ劣化判定部６２は、それぞれこのコンピュータにインストールされているプログラムの実行によって動作するのであるが、ここでは、説明の簡素化のために機能を表すブロック図で示している。

フォトダイオード劣化判定部６１は、例えば装置の立ち上げ時など、Ｘ線発生ユニット１からのＸ線を照射しない状態で動作し、１次元Ｘ線センサ２の各素子からの出力、つまり各フォトダイオードの暗電流に基づく出力を取込み、その最大値があらかじめ設定されているレベルを越えているか否かを判別し、越えている場合には警告のメッセージを表示器５に表示し、あるいは警告灯８を点灯し、１次元Ｘ線センサ２の寿命が近いこと報知し、１次元Ｘ線センサ２の交換を促す。

１次元Ｘ線センサ２の各フォトダイオードの暗電流は、ダメージを受ける前においては、図２（Ａ）に横軸に素子Ｎｏ．、縦軸に出力の大きさを取ったグラフを例示するような出力分布を持っていたものが、Ｘ線によるダメージの進行により、同図（Ｂ）に例示するように、個々の素子に応じてダメージの大きさが相違するが故にランダムな出力分布となる。１次元Ｘ線センサ２は、そのうちの１つの素子でも暗電流が増加して、使用時においてオフセットを取った後の出力が０に近づくと、その素子の出力は正しくＸ線透過情報を表さなくなり、その素子に基づく画素情報を画像処理装置４において異物と誤判定する可能性がある。従って、１次元Ｘ線センサ２の各フォトダイオードの暗電流の最大値が、あらかじめ設定されている許容レベルＬａを越えている場合には、１次元Ｘ線センサ２の寿命が近いとして警告を発することにより、１次元Ｘ線センサ２がフォトダイオードのダメージに起因する寿命に達する前に、１次元Ｘ線センサ２を交換することができる。

シンチレータ劣化判定部６２は、例えば同じく装置の立ち上げ時などに動作し、Ｘ線発生ユニット１からのＸ線を照射した状態で、検査対象物Ｗを流さない状態、つまりＸ線発生ユニット１と１次元Ｘ線センサ２の間に検査対象物Ｗを置かない状態で、１次元Ｘ線センサ２の各素子出力を取り込み、その各出力の平均値を算出する。そして、その平均値があらかじめ設定されているレベルを下回っているか否かを判別し、下回っている場合には、上記と同様に警告のメッセージを表示器５に表示し、あるいは警告灯８を点灯し、１次元Ｘ線センサ２の寿命が近いこと報知し、１次元Ｘ線センサ２の交換を促す。

１次元Ｘ線センサ２のシンチレータは、Ｘ線の照射によりダメージを受け、経時的に光変換出力が低下していく。その結果、ダメージを受ける前の各素子出力が図３（Ａ）に例示する通りであったとすると、長期の使用により同図（Ｂ）に例示するように、各素子出力が全体的に低下し、各素子出力の平均値がＡｖ１からＡｖ２へと低下する。このように各素子出力が低下すると、やがて検査対象物ＷのＸ線透視像から異物の有無を判定できなくなってくる。従って、Ｘ線照射状態における各素子出力の平均値Ａｖ１，Ａｖ２をあらかじめ設定されている許容レベルＬｂと比較し、平均値Ａｖ２が許容レベルＬｂを下回っている場合には、１次元Ｘ線センサ２の寿命が近いとして警告を発することにより、１次元Ｘ線センサ２のシンチレータの劣化に起因する寿命に達する前に、１次元Ｘ線センサ２を交換することができる。ここで、許容レベルＬｂは、Ｘ線によるダメージを受けない、例えば１次元Ｘ線センサ２の出荷時における平均値Ａｖ１に対する率、あるいはその平均値Ａｖ１に対して所定値だけ小さい値に設定される。従って、ダメージを受けた後の平均値Ａｖ２の許容レベルＬｂに対する大小関係を判定することによって、ダメージを受けない初期の平均値Ａｖ１に対する平均値Ａｖ２の低下量もしくは低下率が、あらかじめ設定された量または率となったことを知ることができる。

以上の実施の形態によると、１次元Ｘ線センサ２のフォトダイオードの劣化による寿命を、従来に比してより正確に予測することができるとともに、シンチレータの劣化による寿命をも予測することができ、従って、生産ライン等に組み込んでも、ラインを停止させることなく、１次元Ｘ線センサ２を寿命に達するまでに未然に交換することができる。

なお、この実施の形態では、警告を発するレベルを１段階だけとした例を示したが、数段階の許容レベルＬａ１，Ｌａ２・・、Ｌｂ１，Ｌｂ２・・を設定して、より早期の警告を順次行い、よりライン停止を未然に防ぐように構成し得ることは勿論である。

また、以上の実施の形態においては、Ｘ線を用いた異物検査装置に対して本発明を適用した例を示したが、Ｘ線以外の放射線を用いた異物検査装置にも本発明を等しく適用し得ることは勿論である。

本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。１次元Ｘ線センサのフォトダイオードががＸ線によるダメージを受ける前の出力分布の例を示すグラフ（Ａ）と、同じくＸ線によるダメージを受けた後の出力分布の例を示すグラフである。１次元Ｘ線センサのシンチレータがＸ線によるダメージを受ける前の出力分布の例を示すグラフ（Ａ）と、同じくＸ線によるダメージを受けた後の出力分布の例を示すグラフである。従来のＸ線異物検査装置の構成例の説明図である。

１Ｘ線発生ユニット
２１次元Ｘ線センサ
３ベルトコンベア
４画像処理装置
５表示器
６制御装置
６１フォトダイオード劣化判定部
６２シンチレータ劣化判定部
７排除装置
８警告灯
Ｗ検査対象物

Claims

フォトダイオードアレイとシンチレータとからなる放射線アレイセンサと、放射線発生手段とが対向配置されているとともに、これらの間を通過するように被検査物を搬送する搬送手段を備え、上記放射線アレイセンサの出力に基づく被検査物の放射線透過像から当該被検査物内の異物の有無を検査する放射線異物検査装置において、
上記放射線発生手段からの放射線の非照射状態で、上記放射線アレイセンサからの各素子出力を入力し、その各素子出力のうちの最大値があらかじめ設定されているレベルを超えているか否かを判別し、超えている場合にはその素子のフォトダイオードのダメージに起因して当該放射線アレイセンサの劣化の度合いが大きいと判定するフォトダイオード劣化判定部と、
上記放射線発生手段からの放射線の照射状態で、かつ、上記放射線発生手段と上記放射線アレイセンサの間に被検査物が存在していない状態で、上記放射線アレイセンサからの各素子出力を入力してその各素子出力の平均値を算出し、その平均値があらかじめ設定されているレベルを下回っているか否かを判別し、下回っている場合にはシンチレータのダメージに起因して当該放射線アレイセンサの劣化の度合いが大きいと判定するシンチレータ劣化判定部と、
それらの判定結果を報知する報知手段を備えていることを特徴とする放射線異物検査装置。