JP5651007B2

JP5651007B2 - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: JP5651007B2
Application number: JP2010292684A
Authority: JP
Inventors: 藤本　秀也; 秀也藤本; 高田　良光; 良光高田
Original assignee: アンリツ産機システム株式会社
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP2012141176A

Description

本発明は、被検査物にＸ線を照射して成分比率、例えば、生肉、魚、等の脂肪率を検査するＸ線検査装置に関し、特に、複数の異なるエネルギー帯のＸ線の透過データに基づいて成分比率の判定を行う技術に関するものである。

食品などの製造ラインで製品重量を測定するために、近年では、Ｘ線照射型の重量測定装置が提案されている。

このＸ線照射型の重量測定装置は、測定対象の物品にＸ線を照射し、その透過Ｘ線の強度を検出し、物品によるＸ線の総吸収量を求め、Ｘ線吸収量と物品の質量とを関係付ける換算係数を用いて総吸収量を重量換算するというものである。

このＸ線照射型の重量測定装置は、被検査物の成分が均一である場合に安定して重量が測定でき、従来の重量センサ（荷重センサ）を用いた重量測定装置に比べ、ケースに複数の物品収容部が設けられた被検査物において物品収容部毎の重量を測定する場合、被検査物が短い間隔で高速に搬送される場合、被検査物が連続的に搬送される場合等に有効である。（特許文献１）

一方、生肉、魚、等を取り扱う業界では、その食材の品質の均一性が求められ、その食材の脂肪率を測定する脂肪率測定装置が提案されている。

この脂肪率測定装置は、撮像装置と重量測定装置を有し、撮像装置から得られる測定対象物の外形容積と重量測定装置から得られる測定対象物の重量に基づいて測定対象物の脂肪率を測定している。（特許文献２）

具体的には、測定対象物の外形容積と測定対象物の重量から測定対象物の比重（重量／外形容積）を求め、この比重から脂肪率演算式により脂肪率を演算している。

特開２００９−８５８７６号公報特開２００５−２２７１２２号公報

しかしながら、重量センサを用いた重量測定装置で重量を測定しているため、被検査物が短い間隔で高速に搬送される場合は重量を測定することができず、脂肪率を測定することができない。また、外観容量と重量に基づいて測定対象物の脂肪率を測定しているため、被検査物が連続的に搬送される場合には、外観容量と重量の両方が測定できず、脂肪率を測定することができない。

請求項１に記載されたＸ線検査装置は、搬送される被検査物にＸ線を照射し、前記被検査物を透過した複数の異なるエネルギー帯のＸ線の透過量を検出する検出手段１０と、前記検出手段が出力する前記エネルギー帯毎の透過量に応じた検出信号から前記複数の異なるエネルギー帯の数と同数分の前記被検査物を形成する成分についての質量を求めるための質量換算係数を記憶する換算係数記憶手２３と、前記検出手段が出力する前記複数の異なるエネルギー帯毎の検出信号と前記換算係数記憶手段に記憶された成分毎の質量換算係数に基づいて前記被検査物中に含まれる成分の比率を算出する成分比率算出手段２８と備えている。

請求項１に記載されたＸ線検査装置は、搬送される被検査物にＸ線を照射し、前記被検査物を透過した複数の異なるエネルギー帯のＸ線の透過量を検出する検出手段１０と、前記検出手段が出力する前記エネルギー帯毎の透過量に応じた検出信号から前記複数の異なるエネルギー帯の数と同数分の前記被検査物の成分についての質量を求めるための質量換算係数を記憶する換算係数記憶手２３と、前記検出手段が出力する前記複数の異なるエネルギー帯毎の検出信号と前記換算係数記憶手段に記憶された成分毎の質量換算係数に基づいて前記被検査物中に含まれる成分の比率を算出する成分比率算出手段２８と備えている。

請求項２に記載されたＸ線検査装置は請求項１に記載のＸ線検査装置において、質量及び前記成分の比率が既知であるサンプルにＸ線を照射して得られる前記エネルギー帯の前記サンプルのＸ線透過量に基づいて前記エネルギー帯毎の質量換算係数を算出する換算係数算出手段２９を有し、前記換算係数記憶手段に質量換算係数を設定する制御部２０を備えたこと特徴としている。

請求項３に記載されたＸ線検査装置は、請求項１または請求項２に記載のＸ線検査装置において、前記成分比率算出手段で算出した成分の比率から、指定された成分の比率が所定の範囲内にあるか否かを判定する成分比率判定手段３２を備えたことを特徴としている。

請求項４に記載されたＸ線検査装置は、請求項１から３のいずれかに記載のＸ線検査装置において、前記複数の異なるエネルギー帯のＸ線の透過量に基づいて前記被検査物に異物が含まれているか否かを判定する異物判定手段を備え、前記成分比率算出手段は、前記異物判定手段で異物が存在すると判定した前記被検査物の部位について成分比率算出から除くことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、重量センサを用いた重量測定装置を用いずに、異なるエネルギー帯毎のＸ線の透過量に応じた検出信号と成分毎の質量換算係数に基づいて被検査物中に含まれ成分の比率を算出しているため、被検査物が短い間隔で高速に搬送される場合または被検査物が連続的の搬送される場合であっても確実に成分比率を求めることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１記載の計量装置による効果に加え、質量及び前記成分の比率が既知であるサンプルのエネルギー帯毎のＸ線透過量に基づいてエネルギー帯毎の質量換算係数を算出し、換算係数記憶手段に質量換算係数を設定する制御部を備えているので、より正確に成分比率を求めることができる。

請求項３の発明によれば、請求項１記載のＸ線検査装置による効果に加え、成分比率算出手段で算出した成分の比率から、指定された成分の比率が所定の範囲内にあるか否かを判定する成分比率判定手段を備えているため、成分比率が許容範囲内あるか否かの検査を行うことができる。

請求項４の発明によれば、請求項１記載のＸ線検査装置による効果に加え、被検査物に異物が含まれているか否かを判定する異物判定手段を備え、成分比率算出手段は、前記異物判定手段で異物が存在すると判定した前記被検査物の部位については成分比率算出を行わないので、異物があったとしても、より正確に成分比率を求めることができる。

本発明の第１実施形態に係るＸ線検査装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態に係るＸ線検査装置の設定表示例を示す平面図である。本発明の第１実施形態に係るＸ線検査装置の設定処理手順を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係るＸ線検査装置の検出手段の構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係るＸ線検査装置の設定表示例を示す平面図である。本発明の第２実施形態に係るＸ線検査装置の設定処理手順を示すフローチャートである。本発明の第３実施形態に係るＸ線検査装置の構成を示すブロック図である。本発明の第３実施形態に係るＸ線検査装置の被検査物を分割した集計単位ブロックを説明する説明図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

１．第１実施形態（図１）図１は、本発明の第１実施形態を示す図である。まず、その構成について説明する。

本実施形態のＸ線検査装置は、例えばブロック肉などの食材である被検査物Ｗの質量を測定し成分比率を検査する装置であり、図１に示すように、被検査物ＷにＸ線を照射し、透過したＸ線を検出する検出手段１０（Ｘ線検出手段）と、被検査物Ｗを所定方向に搬送する搬送手段１１を備えている。

検出手段１０は、被検査物Ｗに向けてＸ線を照射するＸ線源１３と、照射されたＸ線のうち被検査物Ｗを透過したＸ線を検出するＸ線検出部１４とを含んで構成されている。Ｘ線源１３は、例えば陰極フィラメントからの熱電子をその陰極と陽極の間の高電圧により陽極ターゲットに衝突させてＸ線を発生させるＸ線管を有しており、発生したＸ線を下方のＸ線検出部１４に向けて搬送手段１１の搬送方向と直交する方向（以下、幅方向という）に広がる略円錐状に照射するようになっている。

Ｘ線検出部１４は、複数（本実施形態では２つ）のＸ線センサ１４ａ，１４ｂを備えている。各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂは、ライン状に形成され、Ｘ線検査装置の本体をなす筐体の下部にて、上記Ｘ線発生部１３から略円錐状に照射されたＸ線を受ける範囲内で併設されている。

各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂは、図示しないが、ライン状に配列された複数のフォトダイオードと、フォトダイオード上に設けられたシンチレータとを備えたアレイ状のラインセンサが用いられる。この種の構成では、搬送された被検査物Ｗに対してＸ線が照射された時、被検査物Ｗを透過してくるＸ線をシンチレータで受けて光に変換する。シンチレータで変換された光は、フォトダイオードによって受光される。各フォトダイオードは、受光した光を電気信号に変換して透過Ｘ線データを出力する。このＸ線センサ１４ａ，１４ｂによるそれぞれの電気信号は、制御部２０に入力される。

図１に示すように、Ｘ線センサ１４ａ側には、Ｘ線のＸ線エネルギー（線質）を異ならせる線質可変体１５が設けられている。この線質可変体１５は、例えば、アルミニウムなどの金属や、カーボンや樹脂材が薄板状に形成されたフィルタをなしている。そして、線質可変体１５は、Ｘ線センサ１４ａのＸ線を受けるべき部位であって、例えば上記シンチレータ上面、あるいは不図示のスリットを覆うように配される。線質可変体１５は、Ｘ線センサ１４ａで受けるＸ線の透過量を減衰させる。これにより、Ｘ線センサ１４ａで受けるＸ線と、Ｘ線センサ１４ｂで受けるＸ線のＸ線エネルギー（線質）を異ならせることとなる。なお、本実施の形態では、線質可変体１５は、Ｘ線センサ１４ａ側にのみ設けられているが、各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂにて受けるＸ線の線質が異なる別の種類の線質可変体１５を各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂそれぞれに設けてもよい。

搬送手段１１は、Ｘ線源１３からＸ線検出部１４（Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂ）に向けて照射されたＸ線に被検査物Ｗを通過させるものである。図１に示すように、搬送方向の前後に配置されたローラに巻回された無端状の搬送ベルトで被検査物Ｗを搬送するようになっており、詳細を図示しない搬送駆動機構により同期してローラが回転駆動し、予め設定された一定の搬送速度で被検査物Ｗが搬送されるようになっている。

制御部２０は、詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＩ／Ｏインターフェースを有するマイクロコンピュータと、フラッシュメモリ等の補助記憶装置、各機能部のドライバ回路等を含んで構成されており、ＲＯＭ等のメモリに予め格納された制御プログラムに従って、ＣＰＵがＲＡＭとの間でデータを授受しながら所定の演算処理を実行することで、Ｘ線検出部１４からの検出信号を基にＸ線画像を作成して被検査物Ｗ中の成分比率を検査するようになっており、記憶手段２１と画像処理理手段２５と判定手段３０とを有している。

記憶手段２１は、Ｘ線検出部１４が出力する検出信号から得られる被検査物Ｗの異なるエネルギー帯毎のＸ線画像をデジタル画像化して記憶するＸ線画像記憶手段２２を有している。このＸ線画像は、Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂによる１ライン上のサンプリングピッチと略等しいサンプリングピッチで搬送方向にサンプリングされ、Ｘ線画像として画像化される。このＸ線画像は、Ｘ線透過画像とＸ線吸収画像のどちらでもよいが、濃度値が物質による吸収量をストレートに示すＸ線吸収画像の方が質量に換算しやすいのでＸ線吸収画像であるほうが好ましい。

Ｘ線吸収画像は、例えば、Ｘ線の照射量Ｉ_０、Ｘ線センサによって検出する領域におけるＸ線の透過量をＩとすると
Ｄ＝ｌｏｇＩ_０‐ ｌｏｇＩ (1)
として求められる検出する領域における単位Ｘ線吸収量Ｄが所定数集まった画像であり、Ｘ線の照射量Ｉ０は被検査物Ｗの単位Ｘ線吸収量ＤがゼロであるときのＸ線の透過量、すなわち搬送ベルト上に被検査物Ｗが無い状態で検出したＸ線の透過量から求めることができる。

また、単位Ｘ線吸収量Ｄは、Ｘ線波長で定まる物質の質量減弱係数μに物質の密度ρと物質の厚さｔ
を乗じたものであり、Ｘ線照射条件および被検査物Ｗの物性が同じならば被検査物Ｗの質量ｍは、質量換算数Ａに単位Ｘ線吸収量Ｄの総和Ｘ（＝ΣＤ）を乗じた次式で求めることができる。
ｍ＝ＡΣＤ

ここで、被検査物Ｗの成分が複数ある場合の質量ｍは、成分毎の質量の合計となるから、成分毎の質量換算係数Ａ_n、成分毎のＸ線吸収量の総和Ｘ_n 、各成分の比率Ｐ_n (但しｎは１，２，・・・)とすると
ｍ＝Ａ_１Ｘ_１＋Ａ_２Ｘ_２＋・・・ (2)
Ｘ＝Ｘ_１＋Ｘ_２＋・・・ (3)
Ｐ_n×ｍ＝Ａ_nＸ_n (4)
となる

記憶手段２１は、さらにＸ線画像から質量を算出するための成分毎の質量換算係数をエネルギー帯毎に記憶する換算係数記憶手段２３を有している。このとき質量換算係数はＸ線画像記憶手段に記憶されるエネルギー帯毎のＸ線画像に対応させて記憶するようになっている。また、この換算係数記憶手段２３は、比率を求める成分数に対応した数の質量換算係数を同じ数のエネルギー帯ついて記憶する。ここで、被検査物Ｗとしては、被検査物を形成する主成分と主成分とは密度が異なる副成分からなるものが対象となり、例えばタンパク質等を主成分とした肉に副成分として脂肪があるブロック肉や副成分としてカルシウム（骨）がある魚などがある。そして、この副成分の比率（例えば脂肪率）を求めるために、２つの成分の質量換算係数を２つエネルギー帯についてそれぞれ記憶する。

画像処理手段２５は、換算係数算出手段２９と成分比率算出手段２８を含み、Ｘ線検出部１４が出力する検出信号から得られるＸ線透過画像からＸ線画像記憶手段２２に記憶するＸ線画像としてのＸ線吸収画像を生成するＸ線画像生成手段２６と、Ｘ線画像をフィルタ処理するフィルタ処理手段２７とを有し、Ｘ線画像を画像処理するようになっている。

フィルタ処理手段２７は、予め設定されたパラメータに基づいて、被検査物Ｗ中に異物が混入している場合、その異物情報を強調して異物抽出画像として抽出するためのフィルタ等の画像処理を実行し、物品Ｗに混入した異物の有無検出を行うことができるようになっている。異物情報を強調するためのフィルタとしては、例えば例えば微分フィルタ（Ｒｏｂｅｒｔｓフィルタ、Ｐｒｅｗｉｔｔフィルタ、Ｓｏｂｅｌフィルタ）やラプラシアンフィルタなどの特徴抽出フィルタが用いられる。

換算係数算出手段２９は、設定モードのときに、質量及び成分比率が既知である複数サンプルに対し、各サンプルが搬送手段１１上を搬送して得られる各サンプルのエネルギー帯毎のＸ線画像からエネルギー帯毎の質量換算係数を前述した式（２）〜式（４）を用いて算出し、換算係数記憶手段２３に記憶する。

成分比率算出手段２８は、運転モードのときに、換算係数記憶手段２３に記憶された換算係数、成分数、Ｘ線画像による被検査物ＷのＸ線吸収量から、前述した式（２）〜式（４）を用いて被検査物Ｗ中の質量と各成分の成分比率算出し、算出結果が表示・操作部４０に表示される。

なお、画像処理手段２５で生成される異物抽出画像に異物が存在するときは、異物が存在する位置のＸ線吸収量を除いて被検査物ＷのＸ線吸収量の総和Ｘを求め、被検査物Ｗ中の質量と各成分の成分比率算出するようにしてもよい。この場合、設定モードに含まれない異物によるＸ線吸収量の増加を除くごとができるのでより正確な成分比率を算出することができる。

判定手段３０は、異物判定手段３１と成分比率判定手段３２を含んで構成され、運転モードのときに判定が行なわれる。異物判定手段３１は、画像処理手段２５のフィルタ処理によって得られる異物抽出画像に異物があるか否かを判定し、判定結果が表示・操作部４０に表示される。

成分比率判定手段３２は、測定された判定対象成分（副成分）の成分比率が、表示・操作部４０から設定された比率の上下限リミットで指定された比率範囲内にあるか否かを判定する。指定された比率範囲内のときはＯＫ、上限リミットを越える比率のときは過量ＮＧ，下限リミット未満の比率のときは軽量ＮＧと判定し、判定結果が表示・操作部４０に表示される。

次に、本実施形態の動作について説明する。

動作モードは、換算係数算出して記憶する設定モードと、記憶された換算係数を用いて成分比率を算出する運転モードがあり、表示・操作部４０からの指示によってモードが切り替わるようになっている。

設定モードの場合、表示・操作部４０から重量と成分の重量比率が既知であるサンプルについて、その重量と成分の重量比率を設定する図２に示すような成分比率設定画面４０aが表示され、オペレータよって重量と成分の重量比率の設定が行なわれる。図２の例では成分２が主成分、成分１が副成分となり、設定においては主成分が１００％のサンプルを用意するのが好ましい。また、副成分の成分１が成分比率判定手段３２での判定対象成分となる。

オペレータよって重量と成分の重量比率の設定が終了した後、設定したサンプルを搬送手段１１で流し、それによって得られるＸ線吸収画像から換算係数算出して記憶する。この動作の流れを図３のフローチャートで説明する。

まず、オペレータが、成分比率設定画面４０ａで重量と成分の重量比率を設定した後、スタートボタンを押すことにより、図３のフローがスタートし、搬送手段１１の搬送駆動機構及びＸ線源１３がＯＮになり、搬送が開始するとともにＸ線源１３からのＸ線照射が始まる（Ｓ１０）。続いて、比率設定画面４０ａにサンプル１を流すメッセージが表示され、オペレータに対し比率設定画面４０ａで重量と成分の重量比率を設定したサンプル１の搬送を要求する（Ｓ１１）。

次いで、オペレータが搬送ベルトに載せたサンプル１がサンプル検知されるまで待機し（Ｓ１２）、サンプルが検知されたらサンプル１のＸ線吸収量を計数する（Ｓ１３）。この計数は、サンプルが各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂを通過し終わるまで行なわれ、サンプルの検知はサンプルが各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂを通過したときの透過量に基づいて行う。例えば、Ｘ線吸収画像に対し所定の閾値以上であれば搬送ベルトにサンプル１が存在すると判断してＸ線吸収量を計数するようにし、各エネルギー帯のＸ線吸収画像毎にそれぞれ所定の閾値で実施する。なお、このとき計数された２つエネルギー帯のＸ線吸収量をそれぞれＸ_H1(高エネルギー帯), Ｘ_L1(低エネルギー帯)とする。

次いで、成分比率設定画面４０aにサンプル２を流すメッセージが表示され、オペレータに対し成分比率設定画面４０aで重量と成分の重量比率を設定したサンプル２の搬送を要求し（Ｓ１４）、オペレータが搬送ベルトに載せたサンプル２がサンプル検知されるまで待機し（Ｓ１５）、サンプルが検知されたらサンプル２のＸ線吸収量を計数する（Ｓ１６）。なお、このとき計数された２つエネルギー帯のＸ線吸収量をそれぞれＸ_H2(高エネルギー帯), Ｘ_L2(低エネルギー帯)とする。

次いで、成分比率設定画面４０aで設定されたサンプル１の重量と成分とサンプル２の重量と成分および計数したサンプル１とサンプル２のＸ線吸収量から式(2)〜式(4)に基づいて２つのエネルギー帯における２つの成分の換算係数が算出され（Ｓ１７）、換算係数記憶手段２３に記憶される（Ｓ１８）。

ここで、サンプル１の成分１が０％で質量が１００ｇ、サンプル２の成分１が３０％で質量が９７gとすると、２つのエネルギー帯における成分２の換算計数（Ａ_H2、Ａ_L2）は、サンプル１のＸ線吸収量（Ｘ_H1、Ｘ_L1）から式(2)を用いて求め、
100＝Ａ_H2Ｘ_H1(高エネルギー帯)
100＝Ａ_L2Ｘ_L1 (低エネルギー帯)
成分１の換算計数（Ａ_H1、Ａ_L1）はサンプル２のＸ線吸収量（Ｘ_H1、Ｘ_L1）とＡ_H3、Ａ_L3 とから式(2)〜式(4)を用いて求めることができる。
97＝Ａ_H1Ｘ_H21 ＋Ａ_H2Ｘ_H22、Ｘ_H2＝Ｘ_H21＋Ｘ_H22、97×0.7=Ａ_H2Ｘ_H22 (5)
97＝Ａ_L1Ｘ_L21 ＋Ａ_L2Ｘ_L22、Ｘ_L2＝Ｘ_L21＋Ｘ_L22、97×0.7=Ａ_L2Ｘ_L22 (6)

次いで、搬送手段１１の送駆動機構及びＸ線源１３がＯＦＦになり、搬送及びＸ線源１３からのＸ線照射が停止（Ｓ１９）して図３のフローは終了し、オペレータによって成分比率設定画面４０aから運転モードに切り替えられるのを待つ。

動作モードが運転モードの場合は、例えばオペレータによって表示・操作部４０の運転開始ボタン（不図示）が押されると運転状態となり、搬送が開始するとともにＸ線源１３からのＸ線照射が始まる。そして、被検査物Ｗが検知されたら被検査物ＷのＸ線吸収量を計数し、記憶された換算係数を用いて成分比率を算出する。そして、例えばオペレータによって表示・操作部４０の停止ボタン（不図示）が押さて搬送及びＸ線源１３からのＸ線照射が停止する停止状態になるまで被検査物Ｗが検知から成分比率の算出を繰り返す。なお、被検査物Ｗの検知は設定モード時の検知と同様にＸ線吸収画像に基づいて行なわれる。

計数された２つエネルギー帯のＸ線吸収量をそれぞれＸ_H(高エネルギー帯), Ｘ_L(低エネルギー帯)とし、成分１の成分比率ｐ、全体の質量ｍ、換算係数記憶手段に記憶された換算係数をそれぞれ、Ａ_H1（高エネルギー帯の成分１）、Ａ_H2（高エネルギー帯の成分２）、Ａ_L1（低エネルギー帯の成分１）、Ａ_L2（低エネルギー帯の成分２）とし、式(2)〜式(4)から
ｍ＝Ａ_H1Ｘ_H1＋Ａ_H2Ｘ_H2 、Ｘ_H2＝Ｘ_H1＋Ｘ_H2 、ｐｍ＝Ａ_H1Ｘ_H1 、(1-ｐ)ｍ＝Ａ_H2Ｘ_H2 (7)
ｍ＝Ａ_L1Ｘ_L1＋Ａ_L2Ｘ_L2 、Ｘ_L2＝Ｘ_L1＋Ｘ_L2 、ｐｍ＝Ａ_L1Ｘ_L1 、(1-ｐ)ｍ＝Ａ_L2Ｘ_L2 (8)
となり、この方程式を解くことにより副成分である成分１の成分比率、全体の質量を算出する。

以上説明したように、本発明の第１実施形態に係るＸ線検査装置は、搬送される被検査物にＸ線を照射し、前記被検査物を透過した複数の異なるエネルギー帯のＸ線の透過量を検出する検出手段と、前記検出手段が出力する前記エネルギー帯毎の透過量に応じた検出信号から前記複数の異なるエネルギー帯の数と同数分の前記被検査物の成分についての質量を求めるための質量換算係数を記憶する換算係数記憶手段と、前記検出手段が出力する前記エネルギー帯毎の検出信号と前記換算係数記憶手段に記憶された成分毎の質量換算係数に基づいて前記被検査物中に含まれる成分の比率を算出する成分比率算出手段とを備えたことを特徴としている。

したがって、重量センサを用いた重量測定装置を用いずに、異なるエネルギー帯毎のＸ線の透過量に応じた検出信号と成分毎の質量換算係数に基づいて被検査物中に含まれ成分の比率を算出しているため、被検査物が短い間隔で高速に搬送される場合であっても確実に成分比率を求めることができる。

２．第２実施形態（図４）
本例のＸ線検査装置は、第１実施形態の構成のなかでＸ線検出部１４が異なっているものであり、その他の構成は第１実施形態と同様なので、Ｘ線検出部１４とＸ線検査装置の動作について説明し、その他の構成に関しては、第１実施形態の構成と対応する部分には図中に第１実施形態と同様の符号を付し、第１実施形態の説明を援用して再度の説明を省略するものとする。

Ｘ線検出部１４は、Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを備えている。各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、搬送手段１１の搬送方向に直交するようにライン状に形成され、Ｘ線検査装置の本体をなす筐体の下部にて、上記Ｘ線発生部１３から略円錐状に照射されたＸ線を受ける範囲内で併設されている。

各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、第１実施形態と同様にラインセンサであり、被検査物Ｗを透過してくるＸ線に対応した電気信号を透過Ｘ線データとして出力する。このＸ線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃによるそれぞれの電気信号は、制御部２０に入力される。

図４に示すように、Ｘ線センサ１４ａには、Ｘ線のＸ線エネルギー（線質）を異ならせる第１の線質可変体１５aが設けられ、さらにＸ線センサ１４ｂには、第１の線質可変体１５aによって可変したＸ線のＸ線エネルギー（線質）とは異なるＸ線エネルギー（線質）に異ならせる第２の線質可変体１５ｂが設けられている。この線質可変体１５ａ，１５ｂは、第１実施形態と同様なフィルタをなしており、Ｘ線センサ１４ａのＸ線を受けるべき部位であって、例えば前述のシンチレータ上面に配され、Ｘ線センサ１４ａ、Ｘ線センサ１４ｂで受けるＸ線の透過量を減衰させる。

これにより、Ｘ線センサ１４ａで受けるＸ線、Ｘ線センサ１４ｂで受けるＸ線及びＸ線センサ１４ｃで受けるＸ線のＸ線エネルギー（線質）を異ならせることとなる。なお、本実施の形態では、Ｘ線センサ１４ｃには線質可変体１５が設けられていないが、各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃにて受けるＸ線の線質が異なる別の種類の線質可変体１５ｃをＸ線センサ１４ｃに設けるようにしてもよい。

次に、本実施形態の動作について説明する。

設定モードの場合、表示・操作部４０から重量と成分の重量比率が既知であるサンプルについて、その重量と成分の重量比率を設定する図５に示すような成分比率設定画面４０ｂが表示され、オペレータよって重量と成分の重量比率の設定が行なわれる。図５の例では成分３が主成分、成分２と成分１が副成分となり、設定においては主成分が１００％のサンプルを用意するのが好ましい。また、副成分の成分２と成分１が成分比率判定手段３２での判定対象成分となる。

オペレータよって重量と成分の重量比率の設定が終了した後、設定したサンプルを搬送手段１１で流し、それによって得られるＸ線吸収量から換算係数算出して記憶する。この動作の流れを図６のフローチャートで説明する。

まず、オペレータが、成分比率設定画面４０ｂで重量と成分の重量比率を設定した後、スタートボタンを押すことにより、図６のフローがスタートし、搬送手段１１の搬送駆動機構及びＸ線源１３がＯＮになり、搬送が開始するとともにＸ線源１３からのＸ線照射が始まる（Ｓ１１０）。続いて、比率設定画面４０ｂにサンプル１を流すメッセージが表示され、オペレータに対し比率設定画面４０ｂで重量と成分の重量比率を設定したサンプル１の搬送を要求する（Ｓ１１１）。

次いで、オペレータが搬送ベルトに載せたサンプル１がサンプル検知されるまで待機し（Ｓ１１２）、サンプルが検知されたらサンプル１のＸ線吸収量を計数する（Ｓ１１３）。この計数は、サンプルが各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを通過し終わるまで行なわれ、サンプルの検知はサンプルが各Ｘ線センサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを通過したときの透過量に基づいて行う。例えば、Ｘ線吸収画像に対し所定の閾値以上であれば搬送ベルトにサンプル１が存在すると判断してＸ線吸収量を計数するようにし、各エネルギー帯のＸ線吸収画像毎にそれぞれ所定の閾値で実施する。なお、このとき計数された３つエネルギー帯のＸ線吸収量をそれぞれＸ_H1(高エネルギー帯), Ｘ_M1(中エネルギー帯),Ｘ_L1(低エネルギー帯)とする。

次いで、成分比率設定画面４０ｂにサンプル２を流すメッセージが表示され、オペレータに対し成分比率設定画面４０ｂで重量と成分の重量比率を設定したサンプル２の搬送を要求し（Ｓ１１４）、オペレータが搬送ベルトに載せたサンプル２がサンプル検知されるまで待機し（Ｓ１１５）、サンプルが検知されたらサンプル２のＸ線吸収量を計数する（Ｓ１１６）。なお、このとき計数された３つエネルギー帯のＸ線吸収量をそれぞれＸ_H2(高エネルギー帯), Ｘ_M2(中エネルギー帯), Ｘ_L2(低エネルギー帯)とする。

次いで、成分比率設定画面４０ｂにサンプル３を流すメッセージが表示され、オペレータに対し成分比率設定画面４０ｂで重量と成分の重量比率を設定したサンプル３の搬送を要求し（Ｓ１１７）、オペレータが搬送ベルトに載せたサンプル３がサンプル検知されるまで待機し（Ｓ１１８）、サンプルが検知されたらサンプル３のＸ線吸収量を計数する（Ｓ１１９）。そして、このとき計数された３つエネルギー帯のＸ線吸収量をそれぞれＸ_H3(高エネルギー帯), Ｘ_M3(中エネルギー帯), Ｘ_L3(低エネルギー帯)とする。

次いで、成分比率設定画面４０ｂで設定されたサンプル１〜サンプル３の重量と成分および計数したサンプル１、サンプル２及びサンプル３のＸ線吸収量から式(2)〜式(4)に基づいて３つのエネルギー帯における３つの成分の換算係数が算出され（Ｓ１２０）、換算係数記憶手段２３に記憶される（Ｓ１２１）。

ここで、サンプル１の成分１が０％、成分２が０％で質量が１００ｇ、サンプル２の成分１が１０％、成分２が２０％で質量が９６g、サンプル３の成分１が２０％、成分２が1０％で質量が９５gとすると、３つのエネルギー帯における成分３の換算計数（Ａ_H3、Ａ_M3、Ａ_L3）は、サンプル１のＸ線吸収量（Ｘ_H1、Ｘ_M1、Ｘ_L1）から式(2)を用いて求めることができ、
100＝Ａ_H3Ｘ_H1、100＝Ａ_M3Ｘ_M1、100＝Ａ_L3Ｘ_L1 (9)
成分２の換算計数（Ａ_H2、Ａ_M2、Ａ_L2）と成分１の換算計数（Ａ_H1、Ａ_M1、Ａ_L1）は、サンプル２のＸ線吸収量（Ｘ_H2、Ｘ_M2、Ｘ_L2）とサンプル３のＸ線吸収量（Ｘ_H3、Ｘ_M3、Ｘ_L3）と式(10)で求めたＡ_H3、Ａ_M3、Ａ_L3 とから式(2)〜式(4)を用いて求めることができる。
[サンプル２のＸ線吸収量]
96 ＝Ａ_H1Ｘ_H21 ＋Ａ_H2Ｘ_H22 ＋Ａ_H3Ｘ_H23 、Ｘ_H2＝Ｘ_H21＋Ｘ_H22＋Ｘ_H23、96×0.7=Ａ_H3Ｘ_H23 （10）
96 ＝Ａ_M1Ｘ_M21 ＋Ａ_M2Ｘ_M22 ＋Ａ_M3Ｘ_M23 、Ｘ_M2＝Ｘ_M21＋Ｘ_M22＋Ｘ_M23、96×0.7=Ａ_M3Ｘ_M23 （11）
96 ＝Ａ_L1Ｘ_M21 ＋Ａ_L2Ｘ_L22 ＋Ａ_L3Ｘ_L23 、Ｘ_M2＝Ｘ_H21＋Ｘ_H22＋Ｘ_H23、96×0.7=Ａ_L3Ｘ_L23 （12）
[サンプル３のＸ線吸収量]
95 ＝Ａ_H1Ｘ_H31 ＋Ａ_H2Ｘ_H32 ＋Ａ_H3Ｘ_H33 、Ｘ₃₂＝Ｘ_H31＋Ｘ_H32＋Ｘ_H33、95×0.7=Ａ_H3Ｘ_H33 （13）
95 ＝Ａ_M1Ｘ_M31 ＋Ａ_M2Ｘ_M32 ＋Ａ_M3Ｘ_M33 、Ｘ₃₂＝Ｘ_M31＋Ｘ_M32＋Ｘ_M33、95×0.7=Ａ_M3Ｘ_M33 （14）
95 ＝Ａ_L1Ｘ_M31 ＋Ａ_L2Ｘ_L32 ＋Ａ_L3Ｘ_L33 、Ｘ₃₂＝Ｘ_H31＋Ｘ_H32＋Ｘ_H33、95×0.7=Ａ_L3Ｘ_L33 （15）

次いで、搬送手段１１の搬送駆動機構及びＸ線源１３がＯＦＦになり、搬送及びＸ線源１３からのＸ線照射が停止（Ｓ１２２）して図６のフローは終了し、オペレータによって成分比率設定画面４０ｂから運転モードに切り替えられるのを待つ。

動作モードが運転モードの場合は、例えばオペレータによって表示・操作部の運転開始ボタンが押されると運転状態となり、搬送が開始するとともにＸ線源１３からのＸ線照射が始まる。そして、被検査物Ｗが検知されたら被検査物ＷのＸ線吸収量を計数し、記憶された換算係数を用いて成分比率を算出する。そして、例えばオペレータによって表示・操作部の停止ボタンが押さて搬送及びＸ線源１３からのＸ線照射が停止する停止状態になるまで被検査物Ｗが検知から成分比率の算出を繰り返す。なお、被検査物Ｗの検知は設定モード時の検知と同様にＸ線吸収画像に基づいて行なわれる。

このとき計数された３つエネルギー帯のＸ線吸収量をそれぞれＸ_H(高エネルギー帯), Ｘ_M(中エネルギー帯) 、Ｘ_L(低エネルギー帯)とし、成分１の成分比率Ｐ₁、成分２の成分比率Ｐ₂、全体の質量ｍ、換算係数記憶手段に記憶された換算係数をそれぞれ、Ａ_H1（高エネルギー帯の成分１）、Ａ_H2（高エネルギー帯の成分２）、Ａ_H3（高エネルギー帯の成分３）、Ａ_M1（中エネルギー帯の成分１）、Ａ_M2（中エネルギー帯の成分２）、Ａ_M3（中エネルギー帯の成分３）、Ａ_L1（低エネルギー帯の成分１）、Ａ_L2（低エネルギー帯の成分２）、Ａ_L3（低エネルギー帯の成分３）とし、式(2)〜式(4)から

ｍ＝Ａ_H1Ｘ_H1 ＋Ａ_H2Ｘ_H2 ＋Ａ_H3Ｘ_H3 、Ｘ_H2＝Ｘ_H1＋Ｘ_H2＋Ｘ_H3、
Ｐ₁ｍ=Ａ_H1Ｘ_H1 、Ｐ₂ｍ=Ａ_H2Ｘ_H2 、(1-Ｐ₁-Ｐ₂)ｍ=Ａ_H3Ｘ_H3 （16）
ｍ＝Ａ_M1Ｘ_M1 ＋Ａ_M2Ｘ_M2 ＋Ａ_M3Ｘ_M3 、Ｘ_M＝Ｘ_M1＋Ｘ_M2＋Ｘ_M3、
Ｐ₁ｍ=Ａ_M1Ｘ_M1 、Ｐ₂ｍ=Ａ_M2Ｘ_M2 、(1-Ｐ₁-Ｐ₂)ｍ=Ａ_M3Ｘ_M3 （17）
ｍ＝Ａ_L1Ｘ_L1 ＋Ａ_L2Ｘ_L2 ＋Ａ_L3Ｘ_L3 、Ｘ_L＝Ｘ_L1＋Ｘ_L2＋Ｘ_L3、
Ｐ₁ｍ=Ａ_L1Ｘ_L1 、Ｐ₂ｍ=Ａ_L2Ｘ_L2 、(1-Ｐ₁-Ｐ₂)ｍ=Ａ_L3Ｘ_L3 （18）
となり、この方程式を解くことにより副成分である成分１と成分２の成分比率、全体の質量を算出する。

以上説明したように、本発明の第２実施形態に係るＸ線検査装置は、３つの異なるエネルギー帯のＸ線の透過量を検出する検出手段１４を備え、検出手段１４が出力する３つのエネルギー帯毎の透過量に応じた検出信号と換算係数記憶手段２３に３つのエネルギー帯について記憶された３つの成分の質量換算係数に基づいて前記被検査物中に含まれる成分の比率を算出することを特徴としている。

したがって、３つの成分の比率を算出することができるので、主成分を除いた複数の副成分について成分比率の要否判定を行うことができる。なお、ここまでエネルギー帯が２つおよび３つの例を説明したが、同様にエネルギー帯の数を増やすことが可能である。

３．第３実施形態（図７）
本例のＸ線検査装置は、被検査物Ｗが連続的に搬送される連続体の被検査物Ｗに対応するために、第１実施形態の構成に分割領域設定手段３３を追加したものであり、その他の構成は第１実施形態と同様なので、分割領域設定手段３３とＸ線検査装置の動作について説明し、その他の構成に関しては、第１実施形態の構成と対応する部分には図中に第１実施形態と同様の符号を付し、第１実施形態の説明を援用して再度の説明を省略するものとする。

分割領域設定手段３３は、連続体の被検査物Ｗの一部をＸ線吸収量の集計単位ブロックとして設定するよう構成されている。具体的には、図８に示すように集計単位ブロックは、連続体の被検査物Ｗの搬送方向においては長さまたは時間により設定され、幅方向においては、割数が指定され、等分に分割するか、または分割幅が指定され、中心から両端に向けて分割幅間隔で領域が設定される。設定された集計単位ブロックの設定情報は、記憶手段２１に記憶されるとともに、成分比率算出手段２８で利用される。

また、集計単位ブロックの設定操作は、例１または例２
に示すように、表示・操作部４０に表示された設定画面の空欄に、表示・操作部４０の別ウィンドウで表示されるテンキー（不図示）から入力するようになる。

例１は、集計単位ブロックの長さは、搬送方向の寸法であるブロック長（ｍｍ）の入力により設定し、集計単位ブロックの幅方向について、集計単位ブロックの幅方向の寸法であるブロック幅（ｍｍ）の入力と検査幅（ｍｍ）の入力とにより幅方向の分割数を設定する例である。幅方向の両端に端数が出る場合は、幅が狭い集計単位ブロックとして領域を設定するようになる。

例２は、集計単位ブロックの長さは、集計時間（ｍｓ）の入力により設定し、集計単位ブロックの幅方向について、分割後の列数の入力と検査幅（ｍｍ）の入力とにより幅方向の分割数を設定する例である。この場合、表示・操作部４０により集計時間が入力されると、集計時間と搬送速度とを乗算して集計単位ブロックの搬送方向の寸法を設定し、幅方向の列数が入力されると、検査幅を等分に分割して集計単位ブロックの幅方向の寸法を設定するようになる。

次に、本実施形態の動作について説明する。

設定モードの場合、重量と成分の重量比率が既知であるサンプルとして、連続体の被検査物Ｗの一部分（ブロック片）を用意し、第１実施形態または第２実施形態と同様の動作手順で換算係数算出して記憶する。一方、動作モードが運転モードの場合は、被検査物Ｗの検知方法以外の動作は第１実施形態または第２実施形態と同様の動作になるので被検査物Ｗの検知方法について説明する。

連続体の被検査物Ｗの検知方法は、運転開始時に最上流側のＸ線センサ１４ａに連続体の被検査物Ｗが検出されているか否かで異なり、検出されている場合は、最上流側のＸ線センサに対応するエネルギー帯のＸ線吸収画像に対し、運転開始時を起点として、記憶手段２１に記憶されている集計単位ブロックの設定情報を基に連続体の被検査物Ｗにおける集計単位ブロックの領域を割り出す。そして、最上流側のＸ線センサ１４ａと他のＸ線センサのＸ線検出位置に隔たりがなければ他のＸ線センサにおける集計単位ブロックの起点は最上流側のＸ線センサ１４ａと同様に運転開始時となる。

しかし、隔たりがある場合は、その距離によって集計単位ブロックの起点にずれが生じるため、そのずれを補正（位置ずれ補正）する必要がある。例えば、上流側のＸ線センサと下流側のＸ線センサの配置による搬送方向の位置ずれ（長さ）を搬送速度で除算して上流側のＸ線センサからの到達遅れ時間を求める。そして、下流側のＸ線センサに対応するエネルギー帯のＸ線吸収画像に対しては、運転開始時から到達遅れ時間経過後を集計単位ブロックの起点とするようにする。

そして、上述したようにして得られた起点（各エネルギー帯のＸ線吸収画像に対する時間的なスキャン開始点）と記憶手段２１に記憶されている集計単位ブロックの設定情報を基に連続体の被検査物Ｗにおける集計単位ブロックの領域を割り出し、集計単位ブロックの領域内における質量と各成分の成分比率を算出し、停止状態になるまでこの集計単位ブロックの領域を割り出してから成分比率の算出を繰り返す。

一方、否（被検査物が検出されていない）の場合は、各エネルギー帯のＸ線吸収画像毎にそれぞれ所定の閾値を超えるタイミングを上流側のＸ線センサから順に被検査物Ｗの立ち上がりを検出するので、各エネルギー帯のＸ線吸収画像に対し、被検査物Ｗの立ち上がりを起点として記憶手段に記憶されている集計単位ブロックの設定情報を基に連続体の被検査物Ｗにおける集計単位ブロックの領域を割り出し、集計単位ブロックの領域内における質量と各成分の成分比率を算出し、停止状態になるまでこの集計単位ブロックの領域を割り出から成分比率の算出を繰り返す。

以上説明したように、本発明の第３実施形態に係るＸ線検査装置は、分割領域設定手段３３を備え、さらに各Ｘ線センサの位置ずれを補正して成分比率を算出しているため、被検査物が連続的の搬送される場合であっても確実に成分比率を求めることができる。

なお、幅方向の分割設定を行うように説明したが、幅方向の分割を行わず搬送方向に所定の時間周期または長さ周期で成分比率を算出する場合は、表示・操作部から入力された周期を記憶手段２１に記憶し、その記憶された周期に基づいた領域内における質量と各成分の成分比率を算出するようにしてもよい。この場合は分割領域設定手段３３を不要とすることができる

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、線質可変体を設けず、Ｘ線検出器と対となるようにＸ線のＸ線エネルギーを異ならせた複数のＸ線源を設ける構成としてもよい。この場合にはＸ線センサ間に隔たりが生じるようになるが、上述した位置ずれ補正を行うことで安定して成分比率を求めることができる。

以上説明したように本発明は、重量センサを用いた重量測定装置を用いずに、異なるエネルギー帯毎のＸ線の透過量に応じた検出信号と成分毎の質量換算係数に基づいて被検査物中に含まれ成分の比率を算出しているため、被検査物が短い間隔で高速に搬送される場合または被検査物が連続的の搬送される場合であっても確実に成分比率を求めることができ、搬送される被検査物の成分比率を検査する装置、例えば、Ｘ線検査装置、質量測定装置に有用である。

１０Ｘ線検出手段（検出手段）
１１搬送手段
１３Ｘ線源
１４Ｘ線検出部
１４a、１４b Ｘ線センサ
１５線質可変体
２０制御部
２１記憶手段
２２Ｘ線画像記憶手段
２３換算係数記憶手段
２５画像処理手段
２６Ｘ線画像生成手段
２７フィルタ処理手段
２８成分比率算出手段
２９換算係数算出手段
３０判定手段
３１異物判定手段
３２成分比率判定手段
３３分割領域設定手段
４０表示・操作部

Claims

搬送される被検査物にＸ線を照射し、前記被検査物を透過した複数の異なるエネルギー帯のＸ線の透過量を検出する検出手段(10)と、前記検出手段が出力する前記エネルギー帯毎の透過量に応じた検出信号から前記複数の異なるエネルギー帯の数と同数分の前記被検査物を形成する成分についての質量を求めるための質量換算係数を記憶する換算係数記憶手段(23)と、前記検出手段が出力する前記複数の異なるエネルギー帯毎の検出信号と前記換算係数記憶手段に記憶された成分毎の質量換算係数に基づいて前記被検査物中に含まれる成分の比率を算出する成分比率算出手段(28)と、を備えたＸ線検査装置。
質量及び前記成分の比率が既知であるサンプルにＸ線を照射して得られる前記エネルギー帯毎の前記サンプルのＸ線透過量に基づいて前記エネルギー帯毎の質量換算係数を算出する換算係数算出手段(29)を有し、前記換算係数記憶手段に質量換算係数を設定する制御部(20)を備えたこと特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
前記成分比率算出手段で算出した成分の比率から、指定された成分の比率が所定の範囲内にあるか否かを判定する成分比率判定手段(32)を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線検査装置。
前記複数の異なるエネルギー帯のＸ線の透過量に基づいて前記被検査物に異物が含まれているか否かを判定する異物判定手段(31)を備え、前記成分比率算出手段は、前記異物判定手段が異物が存在すると判定した前記被検査物の部位について成分比率算出から除く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。