JP5783373B2 - 放射線検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線（例えばベータ線、Ｘ線，ガンマ線等）を用いた検査装置に関し、特に放射線源と放射線測定器の間に介在する空気層の影響による被測定物（以下、試料という）の測定精度の改善を図った放射線検査装置に関するものである。

放射線が物質層を通過すると，電離作用や励起作用等によって次第にエネルギ―を失って減衰し，更にこの様な非弾性散乱を多数回受けて進行方向が変化する。従って試料の物理量（例えば厚さ）が増すに伴い透過する放射線の数は減少する。この様な原理を応用し，シ―ト状の種々の試料の物理量を測定する装置が知られている。

放射線を用いた検査では、放射線源と検出器の間に試料（製品、人体など）を置き、その透過率から例えば放射線の強度を検出して濃淡の画像を得るのが一般的である。このため、放射線源と検出器の間に存在する空気層の変化は検出画像（検出精度）に直接影響する。即ち、気温や気圧が変化して密度変化が起きるとそれがそのまま測定誤差につながることになる。

放射線源を安定駆動するフィードバック制御や温度制御による放射線量のモニタが行われている。温度や気圧などの変動を監視して測定系にフィードバックし測定対象物を精度良く測定する先行技術として、特開平４−１５８２０９号公報や特開２００１−２２７９１８号公報に開示されたものがある。

図４（ａ〜ｃ）はＸ線、放射線、γ線、赤外線などの放射線を用いた透過特性によりシート状の試料の厚さや塗工量測定を行うインライン型厚さ測定装置の一例を示す斜視図である。
５は厚さ測定装置であり、シート状の試料１が右から左方向へ一定速度で流れている。この試料を略直行するように放射線源ヘッド（下側・・・以下線源という）２と電離箱等の検出器ヘッド（上側）３が一対となって試料１を走査する形態で測定を行っている。

夫々のヘッドは門型と呼ばれるＯ型フレーム４に支持され、対向する上下ヘッドの位置関係を保持して夫々駆動される。夫々のヘッド２，３は、試料の端部付近で折り返しを繰り返してジグザグに測定を繰り返す。Ｏ型フレーム４の右側には夫々のヘッドを退避させるための待避位置Ａが設けられている。

これは、試料をセットする場合や放射線源ヘッド２や検出器ヘッド３のメンテナンス、校正などの際に試料の無い位置に移動する必要があるためである。厚さ測定においては、予め厚さと材質（坪量）が既知の複数の標準サンプルを測定しておき、その坪量に対する透過特性として検量線を求めている。
その検量線と試料の透過出力値から逆引きして厚さを換算する。

図４（ａ）に示すような方式では高速に流れる試料１に対してヘッド２、３が幅方向に走査するため、ジグザグのライン上を部分的にしか測定出来ない。このため近年では全面測定の要望もある。

図４（ｂ）は検出素子（図示省略）が狭ピッチで隙間無く並んだライン型放射線検出器（以下、ラインセンサという）を設置し、所定の距離はなれた放射線源から放射状に放射線を出射させて試料幅の全面を測定している状態を示す斜視図である。２ａは放射線源、３ａはラインセンサである。

ここで、図４（ａ）に示す走査型測定器であっても、図４（ｂ）に示す全面測定型測定器であっても校正の際には試料１を一旦取り除き、ラインセンサ３ａも測定位置から完全に退避させた状態で行わなければならない。
図４（ｂ）は校正に際して放射線源とラインセンサを試料から完全にずらすにはラインセンサの幅ｗの２．５倍程度が必要であることを示している。

図４（ｃ）は放射線源２ａとラインセンサ３ａが対向して取り付けられたＣ型フレーム６を移動させるための機構を示すもので、直線ガイド７が形成されたガイドユニット８上にＣ型フレームを載置して試料１から退避させる前の状態を示している。この直線ガイド７に沿って図４（ｂ）に示す位置にＣ型フレーム６を移動させる。

即ち、経時変化による線源の劣化、検出器の感度変化、空気層の温度・湿度変化（生産ライン内の空調が悪く季節的または朝晩などの周期的な変動）に対して校正を行う場合は、試料１が無い状態（＝空気層）を測定して校正を行う。

また、ある程度長期的には標準サンプルを測定して検量線を求め直すことも行われる。図４（ａ）に示す走査形測定器では、従来リアルタイムにセンサヘッド間の温度を測定して空気温度の補正を行なうと共に、数時間単位程度の間隔で空気層の測定を行ない、この値を用いて測定値の補正演算を行っている。

特開昭６１−１１３６３ 特開平４−１５８２０９ 特開２００１−２２７９１８

ところで、短期−中期に掛けての測定精度に一番影響を与える空気層の変化に対して、数時間おきに退避・校正動作を行うことで、通常測定では、大きな問題は無い。但し、工場のコールドスタート時や台風通過等による短時間での大気変動が生じる場合には、数時間単位での校正動作では精度維持が難しい場合がある。

校正動作の間隔を短くすることは解決策の一つであるが、退避位置での校正動作中は試
料の測定ができなくなるというデメリットが存在する。また図４（ｃ）に示すような全面
測定型の場合には、装置を試料の全幅から外れるまで装置を引き出す必要があるため、装
置自体の幅（Ｗ）に対して２．５倍程度の幅が必要となり、また、退避動作そのものが行
い難いと言う状況がある。

比較的測定値に影響を与え易い温度変化を小さくするために測定ギャップの空気層に恒温化した空気を吹き付ける等の対策も行なわれているが、空気消費が多い・恒温化のためのヒータ電力が必要となる等の問題がある。

したがって本発明は、主に大気変動を由来として生じる測定信号の変動を補正するに際し、放射線源と放射線センサの位置関係を測定状態に維持したまま試料の幅に直角方向に空気層を測定できる程度に最小限の範囲で移動させることにより、フットプリント（空きスペース）の削減を図った放射線検査装置を提供することを目的としている。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の放射線検査装置の発明は、
放射線源から放射され、シート状の試料を透過してくる放射線を前記試料の流れ方向に対して略直角に配置されたライン状放射線検出器により検出し、坪量の測定を行う放射線検査装置において、前記放射線源とライン状放射線検出器の位置関係を測定状態に維持したまま試料の幅に対して直角方向に空気層を測定できる程度に僅かに退避させ、退避させた状態で放射線源とライン状放射線検出器の間の空気層を測定して校正用データを作成し、記憶手段に保存するように構成したことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１記載の放射線検査装置において、
退避させた前記放射線源及びライン状放射線検出器を元の測定状態に戻し、試料を透過させて前記放射線検出器で検出した出力を前記記憶手段に保存した校正用データに基づいて補正することを特徴とする。

請求項３においては、請求項１または２記載の放射線検査装置において、前記退避位置が一定になるように放射線検査装置を構成するガイドユニットに位置検出器または着脱自在なストッパを設けたことを特徴とする。

請求項４においては、請求項１乃至３のいずれかに記載の放射線検査装置において、退避位置で作成した校正用データを元に、ライン状放射線検出器を構成する各素子の感度分布・個体差に基づき、夫々の素子毎に補正を行なうことを特徴とする。

請求項６においては、請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線検査装置において、
前記退避動作は数十分乃至数時間程度の間隔で行うことを特徴とする。

本発明によれば以下のような効果がある。
線源変動や大気変動、ダスト等にまつわる変動を補正する際にフレーム全体を試料上から退避する必要が無く、校正データ更新時のフットプリントを減じることができる。
また、移動に伴う、退避動作を最小限として、退避・校正処理に関わる時間を短縮できると共に退避時にも欠損データを最小限にすることができる。

また、通常測定に用いるラインセンサと線源をそのまま利用することにより、新たな測定機器を備える必要が無く、校正処理に関わるコストアップを回避することができる。
また、従来の校正動作に準ずる構造とすることで、信頼性を確保することができる。

本発明の実施形態の一例を示す斜視図である。 校正データ分布補正についての説明図である。 本発明による信号処理の流れを示すフローチャートである。 従来例を示す斜視図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態の一例を示す構
成図で（ａ）は測定状態の斜視図、（ｂ）はラインセンサと放射線源を試料の流れ方向に対して直角方向に僅かに移動させた（ずらした）状態を示す斜視図である。

なお、図３（ｂ，ｃ）に示す従来例とはＣ型フレームをガイドユニット８に沿って僅かに引き出してストッパ９に当接させ、試料から露出した部分の空気層を測定する点のみが異なっている。ストッパ９は図示しないねじなどで着脱自在に固定されており、メンテナンスなどを行う際にはストッパははずされてＣ型フレームが試料から完全に離れた状態とされる。図ではＣ型フレームを退避させるガイドユニットの長さは短く表示されているが実際には十分な退避ができる程度に形成されている。なお、Ｃ型フレームをガイドユニット８に沿って僅かに引き出すに際しては近接スイッチ、リミットスイッチを含む位置検出器を用いても良い。

図１（ａ）に示すように、線源２ａとラインセンサ３ａ間に試料１を置き、試料を透過したときの放射線減衰量から試料厚さを求める場合には、大気による減衰を含んで測定していることになる。試料の厚さを正確に求めたい場合には、大気による減衰分を補正することが重要である。

図４（ｂ）で説明したように大気による減衰分を補正する場合、従来はＣ型フレームを試料１から完全に引き出した状態で空気層を測定し、その測定結果に基づいて試料の厚さを補正していた。

本発明では、予め、線源２ａと検出器（ラインセンサ）３ａと位置関係を保った状態でラインセンサの一部が試料１の投影を受けない位置に退避させて、空気層での測定を行なう。そして、退避させて測定した空気層での測定結果を元に検量線を用いて坪量化を行う。退避動作は数十分乃至数時間程度の間隔で行う。

坪量化した値は、空気層測定に用いた検出器と他の検出器における信号強度分布や感度特性、個別の器差等を合わせた個別の特性に合わせて全ての検出器に対応する校正用坪量データとして記憶手段に記憶する。

試料全幅の測定を行なう際には、線源とラインセンサの位置関係を保って所定の測定位置に移動する。試料透過時の減衰を受けた線束をラインセンサで測定し、この結果を検量線に合わせて坪量を計算する。

その後、各ラインセンサに合わせて記憶しておいた校正用データを用い、試料透過時の減衰を受けた放射線をラインセンサで測定して得た坪量の補正を行なう。
坪量の補正は、各ラインセンサの特性を取得した際に得た校正データに対する差分値を記憶して、試料測定を行なう際に得た測定値からこの差分値を減算しても良いし、各校正データ取得処理の度に更新する校正値の絶対値を用いて減算しても良い。

以下に、校正データ分布補正について説明する。
各素子の校正データ分布を求めるには幾つかの方法があるが、例えば次のようなものがある。
１）検量線の差に基づく分布補正方法
例えば、一部退避を行なって、校正を行なうための素子における検量線と測定時における他の素子との間に図２（ａ）に見るような違いがあるとする。イで示す曲線は該当素子ａ１の検量線、ロで示す曲線は該当素子の検量線である。こうした違いは、各素子の器差や線源分布及び測定素子の位置等により生じる。

各々の素子において、信号強度に対する坪量の変化は予め個別の検量線として与えられている。また、校正用素子に対する該当素子の検出感度も予め採取されている。
校正用素子で受けた線量の変化は、各々の該当素子との感度比を用いて該当素子における変動量を求める。

この変動量に対する坪量の変化を該当素子における補正量として用いる。例えば、校正用素子と該当素子ａ１の感度比が５％あった場合に校正用素子の信号強度が１０％減じられて測定された場合には、該当素子ａ１における信号強度は１０．５％が減じられた物として検量線から坪量を算出する。この坪量を用いて測定時の補正を行なえば良い。

２）大気の厚さに基づく分布補正方法
校正用素子のある位置における大気の厚さと該当素子のある位置における大気の厚さには、差がある。例えば、図２（ｂ）では該当素子の位置における大気の厚さは、校正用素子の位置における大気の厚さのｃｏｓθ倍である。ハで示す素子は該当素子の位置、二で示す素子は校正用素子の位置である。
このように検出器の各位置における大気の厚さに相当する比率を校正用素子から求めた坪量に乗ずることにより各々の素子位置による校正用分布を算出し、測定時の補正を行なえば良い。

校正データ取得処理は、定時的に或いは、温度や気圧等大気変化が一定の閾を超えた場合、或いは銘柄変更等の適宜のタイミングで行なえば良く、次回校正データ取得まで校正用データを保持して測定演算に用い続ける。

校正用データに用いる検量線は、空気に合わせて作成した物でも良いし、試料種類に合わせて作成した検量線から得た結果に対して空気感度に合わせた補正を適宜行なったものでも良いし、検量線に代えて、例えば経験則や論理則による近似式や参照テーブルを用いてもよい。

図３（ａ，ｂ）は本発明の放射線測定装置を用いた信号処理の流れを示すフローチャートである。図において（ａ）は試料測定用センサで測定した信号処理の流れ、（ｂ）はＣ型フレームを僅かに退避させて、所定時間ごとにバッチで空気層を測定するフローである。

図３（ａ）において、
Ｓｔｅｐ１：放射線が試料全面を透過する測定状態でラインセンサにより試料を透過した後の放射線信号を測定する。
Ｓｔｅｐ２：検量線を用い、
Ｓｔｅｐ３：厚さ（坪量）を求める。

図３（ｂ）において、
Ｓｔｅｐ１’：退避位置における線源２ａとラインセンサの間の空気層を測定する。
Ｓｔｅｐ２’：その信号を用いて検量線を作成する。
Ｓｔｅｐ３’：作成した検量線を用いて校正用の坪量を計算する。
Ｓｔｅｐ４’：校正データの分布補正を行う。
Ｓｔｅｐ５’：校正データの補正分布データを記憶手段に記憶する。

図３（ａ）に戻り、
Ｓｔｅｐ４：Ｓｔｅｐ５’で記憶した補正分布データで校正用の坪量を減算する。
ステップ５：補正後の坪量を求め、
ステップ６：補正された坪量を測定値として出力する。
以上のステップにより厚さ測定の補正が行なうことができる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１ 試料
２、２ａ 放射線源
３ 検出器ヘッド（電離箱）
３ａ 放射線検出器（ラインセンサ）
４ Ｏ型フレーム
５ 厚さ測定装置
６ Ｃ型フレーム
７ 直線ガイド
８ ガイドユニット
９ ストッパ

Claims (5)

1. 放射線源から放射され、シート状の試料を透過してくる放射線を前記試料の流れ方向に
   対して直角に配置されたライン状放射線検出器により検出し、坪量の測定を行う放射線検
   査装置において、前記放射線源は前記試料の流れ方向に対して直角に配置されたガイドユニットの直線ガイドに沿って移動するＣ型フレームに固定されており、前記Ｃ型フレームとライン状放射線検出器の位置関係を測定状態に維持したまま前記Ｃ型フレームを前記試料の流れ方向に対して直角方向に空気層を測定できる程度に僅かに退避させ、退避させた状態で前記試料から露出した部分の放射線源とライン状放射線検出器の間の前記空気層を測定して校正用データを作成し、記憶手段に保存するように構成したことを特徴とする放射線検査装置。
2. 退避させた前記放射線源及びライン状放射線検出器を元の測定状態に戻し、試料を透過
   させて前記放射線検出器で検出した出力を前記記憶手段に保存した校正用データに基づい
   て補正することを特徴とする請求項１記載の放射線検査装置。
3. 前記退避位置が一定になるように位置検出器または着脱自在なストッパを設けたことを
   特徴とする請求項１又は２記載の放射線検査装置。
4. 前記退避位置での校正用データを元に、ライン状放射線検出器を構成する各素子の感度
   分布・個体差に基づき、夫々の素子毎に補正を行なうことを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれかに記載の放射線検査装置。
5. 前記退避動作は数十分乃至数時間程度の間隔で行うことを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれかに記載の放射線検査装置。

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