JP5224023B2 - 高速材質識別検査装置および方法 - Google Patents
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Description
さらに、近年になって、被検査物の材質を識別する手段が種々提案されている(例えば特許文献1、2)。
そのため、この発明では、図7に模式的に示すように、BG放射線dを有する環境にて、X線源74からX線を照射することによって分析試料70から放出される蛍光X線bを検出するCdTe半導体検出器76と、このCdTe半導体検出器76から出力された出力パルス101を増幅・変換及びデジタル変換して取得する未処理パルス103の波形によってCdTe単結晶における反応深さを演算し未処理パルス103から誤パルスを除去する反応深さ演算手段80と、一次処理パルス104の波高によって一次処理パルスから誤パルスを除去する波高弁別器81とを備えた。この波高弁別器81から出力される二次処理パルス105を利用して分析試料70の元素分析及び解析を行なう。また、CdTe単結晶は、BG放射線dを検出できる厚さを有するものである。
該被検査物を透過した透過X線の強度と複数のX線透過画像から被検査物の厚さを検出するX線検出装置と、
前記複数の強度、透過X線の強度、および厚さから被検査物の原子番号と電子密度を算出し、これから被検査物の材質を識別する演算装置と、を備え、
前記演算装置は、入射X線の強度I10,I20、透過X線の強度I1,I2、および被検査物の前記互いに直交する方向の厚さx 1 ,x 2 から複数の減弱係数μ1,μ2を算出し、
該複数の減弱係数を、ρZ5A(ρは電子密度、Zは物質の原子番号、Aは光電比例定数)で表される光電効果と、ρZB(Bはコンプトン比例定数)で表されるコンプトン効果との和の近似式として近似し、
前記比例定数A,Bの少なくとも一方を、原子番号が4から30の物質においてX線の減弱係数の線形性を利用して近似的に解いて、前記比例定数A,Bと原子番号Zとの関係A=f1(Z),B=f2(Z)を予め求め、これと前記複数の近似式とを満たす原子番号Zと電子密度ρを求め、
求めた原子番号Zと電子密度ρから被検査物の材質を同定する、ことを特徴とする高速材質識別検査装置が提供される。
前記複数の減弱係数を、ρZ5A(ρは電子密度、Zは物質の原子番号、Aは光電比例定数)で表される光電効果と、ρZB(Bはコンプトン比例定数)で表されるコンプトン効果との和の近似式として近似する第2ステップと、
前記比例定数A,Bと原子番号Zとの関係A=f1(Z),B=f2(Z)を予め求め、これと前記複数の近似式とを満たす原子番号Zと電子密度ρを求める第3ステップと、
第3ステップで求めた原子番号Zと電子密度ρから被検査物の材質を同定する第4ステップと、を有し、
前記比例定数A,Bの少なくとも一方を、原子番号が4から30の物質においてX線の減弱係数の線形性を利用して近似的に解く、ことを特徴とする材質識別検査方法が提供される。
従って減衰特性が未知の物質であっても、短時間にその材質を識別することができ、かつ予めX線の検出出力と対象物の厚みとの特性データを求める必要がない。
なお、本発明において、搬送装置12は必須ではなく、これを用いずに一定位置で被検査物5を検査してもよい。
この例では、被検査物5に対し、搬送方向に直交する同一断面内で、2以上の異なる方向から、複数の強度I10,I20の入射X線7を、同時又は時間をずらして照射する。
またこの例において、X線照射装置14は、垂直方向と水平方向に固定配置された2台のX線管15a,15bであり、搬送方向に直交する同一断面内で被検査物5に対し強度I10,I20の入射X線7を線状かつ扇状に照射するようになっている。
X線検出装置16は、例えばエネルギー弁別機能付きX線検出器であり、入射X線7が被検査物5を透過した透過X線8のX線強度I1,I2を弁別して計測する。
またこの例において、X線検出装置16は、2台のX線管15a,15bに対向するように水平方向と垂直方向に固定配置された2台の線状検出器17a,17bであり、被検査物5を透過した線状のX線から透過X線8の強度分布I1,I2を弁別して計測するようになっている。
演算装置18は、コンピュータを用いて後述する第1ステップS1、第2ステップS2、第3ステップS3、および第4ステップS4のアルゴリズムを実行する。
本発明の材質識別検査方法は、上述した装置を用い、第1ステップS1、第2ステップS2、第3ステップS3、および第4ステップS4からなる。
I1=I10exp(−μ1 x 1 )・・・(1a)
I2=I20exp(−μ2 x 2 )・・・(1b)
μ1=In(I10/I1)/x 1 ・・・(2a)
μ2=In(I20/I2)/x 2 ・・・(2b)
例えば、複数の透過像において物体が確認されない位置に発生するノイズやアーティファクトを排除するのがよい。
μ1=ρZ4A1+ρB1・・・(3a)
μ2=ρZ4A2+ρB2・・・(3b)
この図から、比例定数Aの対数値(lnA)は、原子番号が4から30の範囲においてZの対数値(lnZ)に比例していることがわかる。従って、比例定数AをX線の減弱係数の線形性を利用して近似的に解くことができる。
例えば4番から30番までの間の光電効果およびコンプトン効果の近似式を 用いて、μの連立方程式を解析的に解くことができる。
なお、同様に比例定数Bを、原子番号が4から30の物質においてX線の減弱係数の線形性を利用して近似的に解いてもよい。
式(3a)(3b)から、以下の関係が得られる。
Z4=(μ1B2−μ2B1)/(μ2A1−μ1A2)・・・(4a)
ρ=(μ1A2−μ2A1)/(A2B1−A1B2)・・・(4b)
f(Z)=Z4−(μ1B2−μ2B1)/(μ2A1−μ1A2)・・・(5a)
ρ(Z)=ρ−(μ1A2−μ2A1)/(A2B1−A1B2)・・・(5b)
この図において、横軸は原子番号Z、縦軸は上述したf(Z)とρ(Z)を示している。この実施例において、2種の入射X線は、単色ではなく、強度分布の中心エネルギーを用いている。
この図から、炭素、マグネシウム、アルミニウム、鉄にそれぞれ対応する原子番号Zにおいて、f(Z)、ρ(Z)がそれぞれ0に近い最小極値を示しているのがわかる。
すなわち、比例定数A1,A2、比例定数B1,B2を原子番号Zに対応させてそれぞれ図3、図4又はその近似式から求めることにより、式(5a)(5b)を満たす物質の原子番号Zと物質の電子密度ρを正確に計算することができる。
例えば、収束条件の閾値を設定しておき、収束計算結果が指定範囲内に入った時点で収束計算を終了する
第4ステップS4では、原子番号と電子密度の二次元マップを作成しておくことにより、処理の高速化が図れる。
例えば識別された原子番号と電子密度に対応する材質を二次元マップから最短ルートで同定する。
従って減衰特性が未知の物質であっても、短時間にその材質を識別することができ、かつ予めX線の検出出力と対象物の厚みとの特性データを求める必要がない。
10 高速材質識別検査装置、12 搬送装置、
14 X線照射装置、15a,15b,15c X線管、
16 X線検出装置、17a,17b,17c 線状検出器、
18 演算装置、
Claims (2)
- 被検査物に互いに直交する方向から複数の強度の入射X線を照射するX線照射装置と、
該被検査物を透過した透過X線の強度と複数のX線透過画像から被検査物の厚さを検出するX線検出装置と、
前記複数の強度、透過X線の強度、および厚さから被検査物の原子番号と電子密度を算出し、これから被検査物の材質を識別する演算装置と、を備え、
前記演算装置は、入射X線の強度I10,I20、透過X線の強度I1,I2、および被検査物の前記互いに直交する方向の厚さx 1 ,x 2 から複数の減弱係数μ1,μ2を算出し、
該複数の減弱係数を、ρZ5A(ρは電子密度、Zは物質の原子番号、Aは光電比例定数)で表される光電効果と、ρZB(Bはコンプトン比例定数)で表されるコンプトン効果との和の近似式として近似し、
前記比例定数A,Bの少なくとも一方を、原子番号が4から30の物質においてX線の減弱係数の線形性を利用して近似的に解いて、前記比例定数A,Bと原子番号Zとの関係A=f1(Z),B=f2(Z)を予め求め、これと前記複数の近似式とを満たす原子番号Zと電子密度ρを求め、
求めた原子番号Zと電子密度ρから被検査物の材質を同定する、ことを特徴とする高速材質識別検査装置。 - 被検査物に互いに直交する方向から複数の強度I10,I20の入射X線を照射し、該被検査物を透過した透過X線の強度I1,I2と複数のX線透過画像から被検査物の前記互いに直交する方向の厚さx 1 ,x 2 を検出し、これらから複数の減弱係数μ1,μ2を算出する第1ステップと、
前記複数の減弱係数を、ρZ5A(ρは電子密度、Zは物質の原子番号、Aは光電比例定数)で表される光電効果と、ρZB(Bはコンプトン比例定数)で表されるコンプトン効果との和の近似式として近似する第2ステップと、
前記比例定数A,Bと原子番号Zとの関係A=f1(Z),B=f2(Z)を予め求め、これと前記複数の近似式とを満たす原子番号Zと電子密度ρを求める第3ステップと、
第3ステップで求めた原子番号Zと電子密度ρから被検査物の材質を同定する第4ステップと、を有し、
前記比例定数A,Bの少なくとも一方を、原子番号が4から30の物質においてX線の減弱係数の線形性を利用して近似的に解く、ことを特徴とする材質識別検査方法。
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