JP4662048B2

JP4662048B2 - Ｘ線透視装置

Info

Publication number: JP4662048B2
Application number: JP2005333987A
Authority: JP
Inventors: 正之亀川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP2007139590A

Description

本発明は、例えば非破壊検査等に用いられるＸ線透視装置に関する。

産業用のＸ線透視装置においては、一般に、Ｘ線発生装置に対向してＸ線検出器を配置し、これらの間に観察対象である試料を搭載して移動させることのできる試料ステージを配置した構成が採られる。そして、この構成において、Ｘ線発生装置は上向きにＸ線を出力するように配置され、その上方に試料ステージを介してＸ線検出器が配置された構成が採用されることが多い。

また、以上のような構成において、試料の任意の各部位を任意の倍率で透視したり、あるいは任意の方向から透視できるようにするため、従来、図５に模式的に示すように、上下に対向配置したＸ線発生装置５１とＸ線検出器５２の間に試料ステージ５３を配置し、この試料ステージ５３はＸ線光軸Ｌ（ｚ軸）を含む互いに直交する３軸（ｘ，ｙ，ｚ軸）方向に移動させるための移動機構５４を備えている。また、Ｘ線検出器５２をＸ線発生装置５１の焦点５１ａを中心としてＸ線光軸Ｌに対して傾動させる、いわゆる検出器傾動機構５６を備えたＸ線透視装置もある（例えば特許文献１参照）。更に、Ｘ線検出器５２をＸ線発生装置５１に対して接近／離隔できるようにした装置も知られている。

このように試料ステージ５３を任意の方向に移動させたり、Ｘ線検出器５２を傾動させることによって、上記のように試料Ｗの任意の部位を任意の倍率で任意の方向から透視できるのであるが、試料ステージ５３の上にＸ線検出器５２が設けられているために、試料ステージ５３の移動により、試料ＷとＸ線検出器５２とが干渉する可能性がある。

このような試料ＷとＸ線検出器５２の干渉を避けるために、従来、オペレータが観察窓を通して視認することで注意するか、Ｘ線検出器５２の前面（下面）に接触センサを設け、そのセンサ出力の発生により移動機構５４を強制停止させるか、あるいは、オペレータがあらかじめ試料Ｗの高さを数値入力し、試料ステージ５３とＸ線検出器５２の距離がその入力値以下になることをソフトにより制御するなどの方法が採用されている。
特開２００３−１１４２０１号公報

ところで、試料とＸ線検出機器の干渉を避けるための上記した従来の方法は、Ｘ線検出器と試料ステージとがｚ軸方向に相対的に接近・離隔する装置にあっては、充分に機能するものの、Ｘ線検出器が傾動や旋回動作を行う場合には、その動きも複雑となり、接触センサ単独で干渉を防止するのは容易ではなく、また、オペレータの視認による干渉防止も困難であって、更には、オペレータが試料高さを数値入力する対策では、その入力ミスにより干渉してしまうという可能性を免れることはできない。このことは、Ｘ線発生装置を上方に配置し、試料ステージを介してその下方にＸ線検出器を配置した構成のＸ線透視装置においても、Ｘ線発生装置と試料との干渉を防止しようとする際にも同じことが言える。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、接触センサを用いることなく、また、オペレータの入力ミスがあったとしても確実にＸ線検出器と試料、あるいはＸ線源と試料との干渉を防止することのできるＸ線透視装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のＸ線透視装置は、Ｘ線発生装置と、そのＸ線発生装置に上下方向に対向配置されたＸ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器の間に配置され、試料を搭載して移動機構により上下方向を含む互いに直交する３軸方向にその位置を変更できる試料ステージを備えたＸ線透視装置において、上記試料ステージの上面と平行に平行光を出力する光電スイッチと、その光電スイッチと試料ステージとを相対的に上下動させる上下動機構と、試料高さを入力する入力手段と、その入力内容に従い、上記上下動機構を自動的に駆動して上記光電スイッチと試料ステージ上面間の距離を入力された試料高さと略一致させた状態で、上記移動機構により試料ステージを当該ステージの上面に沿った方向に移動させるとともに、その移動時に上記光電スイッチの出力が発生した場合には、あらかじめ設定された量だけ上記光電スイッチと試料ステージ上面間の距離を増大させて再度試料ステージをその上面に沿った方向に移動させることを繰り返すとともに、上記光電スイッチの出力がなくなった状態での上記光電スイッチと試料ステージ上面間の距離を試料高さＨと判定する判定手段備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記Ｘ線発生装置がＸ線を上方に向けて発生し、その上方に上記Ｘ線検出器が配置された構成のＸ線透視装置にあっては、上記試料ステージの上面と上記Ｘ線検出器の下端部間の距離が、上記判定手段により判定された試料高さＨ以下とならないように上記移動機構による試料ステージの移動範囲を制限する制御手段を備えている構成（請求項２）を好適に採用することができる。

そして、請求項２に係る発明の構成を有する装置においては、上記Ｘ線検出器を上記Ｘ線発生装置の焦点に対して接近／離隔させる検出器移動機構を備え、上記制御手段は、上記試料ステージの上面と上記Ｘ線検出器の下端部間の距離が、判定された試料高さＨ以下とならないように上記検出器移動機構によるＸ線検出器の移動範囲をも制限するように構成すること（請求項３）ができる。

また、請求項２または３に係る発明においては、上記Ｘ線検出器を、Ｘ線光軸に対して傾動させる検出器傾動機構を備え、上記制御手段は、上記ステージの上面とＸ線検出器の下端部との距離が、判定された試料高さＨ以下とならないように上記検出器傾動機構によるＸ線検出器の傾動範囲をも制限するように構成すること（請求項４）ができる。

本発明は、試料ステージの上面の上方に当該上面に平行に平行光を出力する光電スイッチを設け、試料を搭載した試料ステージをその上面に沿って移動させたときに試料が光電スイッチからの出力光を遮って出力が発生すれば、その状態におけるＸ線検出器の下端部と試料ステージの上面との距離が試料高さよりも短いと判断することにより、試料高さの入力ミスによるＸ線検出器と試料との干渉を未然に防止しようとするものである。

すなわち、本発明においては、あらかじめオペレータが試料高さを入力するが、その入力により、試料ステージの上面と光電スイッチ間の距離がその入力された試料高さと略一致するようにこれらの間の距離が自動的に設定され、その状態で試料ステージをその上面に沿った方向に移動させる。入力された試料高さが、実際の試料高さよりも低い場合には、光電スイッチが試料を検出して出力が発生する。この出力が発生した場合には、試料ステージと光電スイッチの距離を自動的に規定量だけ増大させ、再度試料ステージをその上面に沿った方向に移動させる。この動作を繰り返し、光電スイッチの出力の発生がなくなる状態となれば、そのときの試料ステージ上面と光電スイッチ間の距離を試料高さＨと判定する。この判定結果は試料とＸ線検出器の干渉防止のための各部の動作制限に用いることができる。

すなわち、請求項２に係る発明のように、試料ステージの上方にＸ線検出器を配置したＸ線透視装置においては、実際の透視作業に際して、試料ステージの上面とＸ線検出器の下端部との距離が判定した試料高さＨ以下とならないように、試料ステージの移動を制限する。これにより、試料高さの入力ミスに起因する試料とＸ線検出器との干渉を確実に防止することができる。

また、Ｘ線検出器が試料ステージに対して接近／離隔する検出器移動機構を有する装置にあっては、請求項３に係る発明のように、その検出器移動機構の駆動によるＸ線検出器の移動時に際しても、試料ステージの上面とＸ線検出器の下端部間の距離が判定された試料高さ以下にならないようにＸ線検出器の移動を制限することで、試料とＸ線検出器の干渉を確実に防止することができる。

そして、請求項４に係る発明のように、Ｘ線検出器の傾動機構を有する装置に本発明を適用するを適用することにより、従来技術では特に困難であった試料とＸ線検出器の干渉の完全防止を実現することができる。

本発明によれば、入力された試料高さに光電スイッチを位置合わせした状態で試料ステージをその上面に沿う方向に移動させ、光電スイッチの出力の有無でその高さに試料が存在しないか否かを識別し、存在している場合には自動的に光電スイッチと試料ステージとの距離を増大させて試料ステージを上記方向に移動させ、光電スイッチの出力が無くなった状態での試料ステージ上面と光電スイッチ間の距離を試料高さと判定し、その判定結果に従って試料ステージの移動範囲、あるいは請求項２に係る発明のように加えてＸ線検出器の移動を制限するので、オペレータの入力ミスに起因する試料とＸ線検出器の干渉を確実に防止することができ、高速度で装置を動作させても安心である。しかも、ハードの追加は光電スイッチのみでよいため、殆どコストアップにはならないという利点がある。

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図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

Ｘ線発生装置１は鉛直上方に向けてＸ線を発生し、そのＸ線発生装置１の上方に対向するようにＸ線検出器２が配置されている。そして、こられの間に、試料Ｗを搭載するための水平の試料ステージ３が配置されている。

Ｘ線検出器２は、例えばＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）であって、このＸ線検出器２は、検出器移動機構５を介して検出器傾動機構６に支持されており、検出器移動機構５により、その受光面に直交する方向にＸ線発生装置１に対して接近／離隔させることができ、また、検出器傾動機構６によりＸ線発生装置１のＸ線焦点１ａを中心として、Ｘ線光軸Ｌに対する傾動角度θを任意に設定できるように構成されている。この傾動機構６によるＸ線検出器２の傾動は、鉛直のＸ線光軸Ｌの方向をｚ軸、そのｚ軸に直交する水平面上で互いに直交する方向をｘ，ｙ軸にとったとき、この例においてはｘ軸方向に傾動するように、つまりｘ−ｚ平面上において、Ｘ線焦点１ａを中心とした円弧状の動作によって行われる。

試料ステージ３は、ステージ移動機構４によって、ｘ，ｙおよびｚ軸方向に互いに独立的に移動できるようになっている。また、この試料ステージ３のｘ，ｙ，ｚ軸方向への位置、および、前記したＸ線検出器２の傾動角度θについては、それぞれの機構に内蔵されているエンコーダ（図示せず）により検出される。

検出器傾動機構６およびステージ移動機構４は、制御装置１０からそれぞれのドライバ（図示せず）を介して供給される駆動信号によって駆動制御され、また、上記の各エンコーダの出力も制御装置１０に取り込まれる。

制御装置１０はコンピュータとその周辺機器を主体とするものであって、ジョイスティックやマウス、キーボード等からなり、各種指令を与えるための操作部１１が接続されているとともに、後述する試料高さの判定およびその判定結果に基づくステージ移動機構４の移動範囲を制限するためのプログラムがインストールされている。

前記したＸ線検出器２の出力、つまり試料ＷのＸ線透過データは、キャプチャーボード等の画像データ取込回路１２を介して制御装置１０に取り込まれ、制御装置１０ではその取り込んだデータに基づいて、試料ＷのＸ線透視像を表示器１３に表示する。

さて、試料ステージ３の上方には、発光素子２０ａと受光素子２０ｂとからなる光電スイッチ２０が配置されている。この光電スイッチ２０は、図２に要部平面図を示すように、試料ステージ３の可動範囲Ａを挟んでその外側に配置され、試料ステージ３の上面と平行に平行光を出力し、発光素子２０ａと受光素子２０ｂの間に物体が存在してその光路を遮ったときに検知出力を発生する。その出力は制御装置１０に取り込まれ、後述するように試料Ｗの高さ検知に用いられる。そして、この例においては、光電スイッチ２０は装置フレーム等に固定されている。

以上の本発明の実施の形態において、試料Ｗの透視に際しては、試料Ｗを試料ステージ３上に搭載した状態で、操作部１１を操作することによって試料ステージ３をｘ，ｙ軸に移動させることにより試料Ｗの任意の部位を透視でき、ｚ軸方向に移動させることにより試料Ｗを任意の透視倍率で透視することができる。また、Ｘ線検出器２を移動させることによって、透視倍率を変化させることができると同時に透視像の明るさも変化させることができる。更に、Ｘ線検出器２を傾動させることにより、試料Ｗを任意の方向から透視することができる。

このような透視作業において、図３に示すように、実線で示している状態から、二点鎖線で示すように、試料Ｗを斜め方向から透視しようとしてＸ線検出器２を傾動させ、かつ、それに併せて試料ステージ３をｘ軸方向に移動させるとともに、Ｘ線検出器２をＸ線発生装置１に近づけた場合、Ｘ線検出器２は試料Ｗに干渉してしまう。

そこで、本発明の実施の形態においては、上記のような透視作業の前に、以下に示すような干渉防止のための設定動作が行われる。図４はその設定動作の手順を表すフローチャートである。

まず、Ｘ線検出器２および試料ステージ３を、例えば原点位置など、試料ＷとＸ線検出器２とが干渉しにくい位置に退避させるとともに、試料ステージ３上に試料Ｗを搭載し、その状態で操作部１１を操作して干渉防止のための設定プログラムを選択する。この設定プログラムでは、まず、試料高さｈを入力する。この入力により、試料テーブル３が自動的にｚ軸方向に移動して、試料ステージ３の上面と光電スイッチ２０との間のｚ軸方向距離がｈ＋α（αはあらかじめ設定されている微小距離）となるように位置決めする。同時に、そのｈ＋αをＨとして記憶する。次に、試料ステージ３をｘ−ｙ平面上で例えばｙ軸方向への可動範囲両端間を移動させる。試料Ｗの高さが、入力された高さｈと同じか低ければ、光電スイッチ２０は試料Ｗを検出せず、その場合には、その時点におけるＨを試料高さと判定して記憶する。

試料ステージ３のｘ−ｙ平面上での移動時に光電スイッチ２０から試料Ｗの検出出力が発生すると、試料Ｗの実際の高さはオペレータが入力した高さｈよりも高いことになり、その場合、試料ステージ２をあらかじめ設定されている量δだけ下降させ、同時にそれまで記憶していたＨをＨ＋δに更新する。その状態で再び試料ステージ３をｘ−ｙ平面上で移動させることを繰り返す。光電スイッチ２０が試料Ｗを検出しなければ、その時点におけるＨを試料高さと判定して記憶する。光電スイッチ２０から試料Ｗの検出出力が発生すると、再び試料ステージ３をδだけ下降させ、上記の動作を繰り返す。

以上の動作によると、オペレータによる試料高さｈの入力内容に誤りがあっても、その誤りは是正され、実際の試料高さに対して僅かに高い高さＨが記憶される。

この設定による記憶動作の後、オペレータが操作部１１を操作して試料ステージ３やＸ線検出器２を移動させるに際しては、試料ステージ３の上面とＸ線検出器２の下端部との距離がＨ以下とならないようにそれぞれの可動範囲を制限する。具体的には、Ｘ線検出器２が傾動していない状態においては、Ｘ線発生装置１（焦点１ａ）と試料ステージ２の上面との距離をＳＯＤ，同じくＸ線発生装置１（焦点１ａ）とＸ線検出器２（受光面、従って下端部）との距離をＳＩＤとすると、ＳＩＤ−ＳＯＤがＨ以下とならないようにＸ線検出器２および試料ステージ３のｚ軸方向への移動を制限する。

一方、Ｘ線検出器２を傾動させる場合には、傾動により斜めとなる辺の有効幅をΔとし、傾動角度をθとしたとき、｛ＳＩＤ×ｃｏｓθ−（Δ／２）×ｓｉｎθ｝−ＳＯＤがＨ以下とならないようにＸ線検出器２および試料ステージ３のｚ軸方向への移動を制限するか、あるいはＸ線検出器２の傾動角度θを制限する。具体的には、例えばＳＩＤとＳＯＤが設定されている状態でＸ線検出器２を傾動させる場合には傾動角度を制限し、傾動角度が設定されている状態でＳＩＤまたはＳＯＤを変化させる場合にはそのＳＩＤまたはＳＯＤの変化を制限する。

以上のように、本発明の実施の形態によれば、オペレータが試料高さの入力を例え誤ったとしても、その誤りに影響を受けることなく、試料ＷとＸ線検出器２の干渉を確実に防止することができる。

なお、試料高さの入力に際しては、上記したようにオペレータが数値で入力するほか、例えば製品（型番）と高さの関係を記憶しておき、製品（型番）を入力してもよい。この場合においても、製品（型番）の入力を誤ったり、あるいは試料ステージ３上に搭載すべき姿勢を間違ったとしても、試料ＷとＸ線検出器２との干渉を確実に防止することができる。

また、光電スイッチ２０として、上記した実施の形態のように発光素子２０ａと受光素子２０ｂを対向配置するタイプのものに代えて、発光素子と受光素子を一体化して、反射板を対向配置するタイプのものとしてもよいことは勿論である。

更にまた、以上の実施の形態においては、試料ステージ３の上面と光電スイッチ２０とのｚ軸方向への距離を変化させる際に、試料ステージ３の移動機構４を駆動したが、光電スイッチ２０をｚ軸方向に移動させる機構を設けてもよいことは言うまでもない。

そして、上記した実施の形態においては、試料ステージを挟んでその下方にＸ線発生装置を、上方にＸ線検出器を配置したタイプのＸ線透視装置に本発明を適用した例を示したが、試料ステージを挟んでその下方にＸ線検出器を、上方にＸ線発生装置を配置したタイプのＸ線透視装置にも適用することができ、その場合、判定された試料高さは、試料ステージのｚ方向への移動範囲を規制してＸ線発生装置に対する干渉を防止する際に用いられる。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。本発明の実施の形態の要部平面図である。本発明の実施の形態において、移動の制限をすることなくＸ線検出器を傾動させたり移動させ、あるいは試料ステージを移動させたときにＸ線検出器と試料とが干渉する例の説明図である。本発明の実施の形態の干渉防止のための設定動作を表すフローチャートである。検出器傾動機構を備えた従来のＸ線透視装置の構成例を示す模式図である。

符号の説明

１Ｘ線発生装置
２Ｘ線検出器
３試料ステージ
４ステージ移動機構
５検出器移動機構
６検出器傾動機構
１０制御装置
１１操作部
１２画像データ取込回路
１３表示器
２０光電スイッチ
２０ａ発光素子
２０ｂ受光素子
Ｗ試料

Claims

Ｘ線発生装置と、そのＸ線発生装置に上下方向に対向配置されたＸ線検出器と、これらのＸ線発生装置とＸ線検出器の間に配置され、試料を搭載して移動機構により上下方向を含む互いに直交する３軸方向にその位置を変更できる試料ステージを備えたＸ線透視装置において、
上記試料ステージの上面と平行に平行光を出力する光電スイッチと、その光電スイッチと試料ステージとを相対的に上下動させる上下動機構と、試料高さを入力する入力手段と、その入力内容に従い、上記上下動機構を自動的に駆動して上記光電スイッチと試料ステージ上面間の距離を入力された試料高さと略一致させた状態で、上記移動機構により試料ステージを当該ステージの上面に沿った方向に移動させるとともに、その移動時に上記光電スイッチの出力が発生した場合には、あらかじめ設定された量だけ上記光電スイッチと試料ステージ上面間の距離を増大させて再度試料ステージをその上面に沿った方向に移動させることを繰り返すとともに、上記光電スイッチの出力がなくなった状態での上記光電スイッチと試料ステージ上面間の距離を試料高さＨと判定する判定手段備えていることを特徴とするＸ線透視装置。
上記Ｘ線発生装置がＸ線を上方に向けて発生し、その上方に上記Ｘ線検出器が配置され、上記試料ステージの上面と上記Ｘ線検出器の下端部間の距離が、上記判定手段により判定された試料高さＨ以下とならないように上記移動機構による試料ステージの移動範囲を制限する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線透視装置。
上記Ｘ線検出器を上記Ｘ線発生装置の焦点に対して接近／離隔させる検出器移動機構を備え、上記制御手段は、上記試料ステージの上面と上記Ｘ線検出器の下端部間の距離が、判定された試料高さＨ以下とならないように上記検出器移動機構によるＸ線検出器の移動範囲をも制限することを特徴とする請求項２に記載のＸ線透視装置。
上記Ｘ線検出器を、Ｘ線光軸に対して傾動させる検出器傾動機構を備え、上記制御手段は、上記ステージの上面とＸ線検出器の下端部との距離が、判定された試料高さＨ以下とならないように上記検出器傾動機構によるＸ線検出器の傾動範囲をも制限することを特徴とする請求項２または３に記載のＸ線透視装置。