JP6491125B2

JP6491125B2 - 異物検出装置および異物検出方法

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Publication number: JP6491125B2
Application number: JP2016046977A
Authority: JP
Inventors: 格宮崎
Original assignee: Anritsu Infivis Co Ltd
Current assignee: Anritsu Infivis Co Ltd
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: JP2017161396A

Description

本発明は、Ｘ線を用いて被検査物内の異物検出を行なう技術に関する。

食品等の製造を行なう工場では、製品に金属やプラスチック等の異物が混入していないか否かを異物検出装置によって調べている。

この異物検出装置として、従来では、コンベア等によって所定方向に搬送される被検査物の通過路にＸ線を出射し、被検査物を透過したＸ線の強さをセンサ（複数のＸ線センサが通過方向と直交する方向に並んで一体化されたラインセンサ）で検出し、その検出信号が異物の存在によって局所的に変化することを利用して検出する方式のものが用いられている。

しかし、上記したように被検査物を透過したＸ線の強度をセンサで検出する方式では、Ｘ線が通過する方向の厚さや材質が変化する物品による透過率の違いにより、異物を正確に検出できない場合があった。

これを解決する技術として、例えば特許文献１には、被検査物を通過するＸ線のエネルギーを異ならせて得られる二つの透過Ｘ線データに対するサブトラクション（画像データの差分処理）等の処理を行なうことで、異物の検出精度を高めることが提案されている。

特開平１０−３１８９４３号公報

しかしながら、上記特許文献１では、単一のＸ線源から出力されて被検査物を透過したＸ線を、被検査物の搬送方向に並んで配置され、Ｘ線に対するエネルギー感度が異なる二つの検出器（ラインセンサ）で検出することで、二つの透過Ｘ線データを得るようにしている。

このため、必然的に一方の検出器に入射するＸ線が被検査物内を透過する経路と、他方の検出器に入射するＸ線が被検査物内を透過する経路が一致せず、その影響で、被検査物の異物を正しく認識できなくなることが考えられる。また、二つの検出器のセンサ素子の特性差により、正確な異物検出を行なえないことも考えられる。

なお、特許文献１には、Ｘ線エネルギーが異なる２つのＸ線源を用いることも記載されているが、その場合、二つのＸ線が互いに干渉しないようにＸ線源およびそれに対応する二つの検出器（ラインセンサ）の間隔を広くとらなければならず、装置全体が大きくなるとともに、その間で搬送中の被検査物の姿勢変化が起きやすくなり、しかも、前記同様に二つの検出器を用いるため、異物の検出精度が低下する恐れがある。

本発明は、上記課題を解決し、被検査物の通過方向に交差するように一列に並んだ複数のＸ線センサを用いながら、異物の検出をより高い精度で行なえ、小型に構成できる異物検出装置および異物検出方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１の異物検出装置は、
被検査物が通過する通過路にＸ線を出射するＸ線発生部（２２）と、
前記Ｘ線発生部から前記通過路に出射されて被検査物を透過したＸ線を受ける位置で、被検査物の通過方向と交差する方向に並ぶように配置され、それぞれがＸ線を受けて電気信号に変換する複数のＸ線センサ（３１１〜３１Ｎ）と、
前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間を被検査物が通過している間に前記複数のＸ線センサからそれぞれ出力される信号を所定期間ずつ区切って所定の信号処理を行い、被検査物の通過方向と前記Ｘ線センサの並び方向とで決まる２次元の位置の情報と、該位置毎の信号処理結果からなる被検査物の透過画像データを生成する透過画像データ生成手段（４０）と、
前記透過画像データ生成手段によって生成された透過画像データに基づいて、被検査物内の異物の有無を判定する判定手段（５０）とを有する異物検出装置において、
当該異物検出装置の動作モードを、異物を含まない良品サンプルを前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサの間に通過させて動作を確認する準備モードと、異物の有無の検出が必要な被検査物を前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間に通過させて異物検出処理を行なう検査モードのいずれかに切り替えるモード切替手段（６０）と、
前記準備モードの際に、前記良品サンプルを前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサの間に通過させたときに得られる前記透過画像データから、前記Ｘ線センサが前記所定期間に出力するパルス信号の数の最大値を求める最大パルス数算出手段（７０）と、
前記最大パルス数算出手段によって求めた最大値と、前記Ｘ線センサが前記所定期間に出力することができる規格上の最大パルス数に対して予め設定された適正範囲とを比較する比較手段（８０）と、
前記比較手段の比較結果に応じて、前記最大値が前記適正範囲に入るように、前記複数のＸ線センサに入力されるＸ線量を設定するＸ線量設定手段（９０）とをさらに有し、
前記Ｘ線センサは、Ｘ線の光子が入力される毎に該光子のエネルギーに対応した波高値のパルス信号を出力する光子検出型であって、
前記透過画像データ生成手段は、
前記各Ｘ線センサについて、該Ｘ線センサから前記所定期間内に出力されるパルス信号の波高値が、予め所定範囲内を複数に区分けした領域のいずれに入るかを判定し、前記所定期間内のパルス信号入力数を前記領域毎に累積し、該領域毎の累積結果を用いて、Ｘ線透過エネルギーが異なる複数の透過画像データを生成するように構成され、
前記判定手段は、前記透過画像データ生成手段で得られた複数の透過画像データに対してサブトラクション処理を含む所定の画像処理を行なうことで、被検査物の異物の有無を判定するように構成され、
前記準備モードで設定されたＸ線量を用いて、前記検査モードの検査を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項２の異物検出装置は、請求項１記載の異物検出装置において、
前記Ｘ線発生部には、加熱したフィラメントから放出される電子を加速して陽極のターゲットに衝突させてＸ線を放出させる熱陰極Ｘ線管が用いられ、
前記Ｘ線量設定手段は、前記熱陰極Ｘ線管の管電流または管電圧の少なくとも一方を可変して、前記Ｘ線センサに入射されるＸ線量を設定することを特徴とする。

また、本発明の請求項３の異物検出装置は、請求項１記載の異物検出装置において、
前記Ｘ線量設定手段は、前記複数のＸ線センサの受光面積を可変して、該複数のＸ線センサに入射されるＸ線量を設定することを特徴とする。

また、本発明の請求項４の異物検出方法は、
Ｘ線発生部（２２）から被検査物が通過する通過路にＸ線を出射する段階と、
前記通過路に出射されて被検査物を透過したＸ線を、被検査物の通過方向と交差する方向に並んだ複数のＸ線センサ（３１１〜３１Ｎ）で受けて電気信号に変換する段階と、
前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間を被検査物が通過している間に前記複数のＸ線センサからそれぞれ出力される信号を所定期間ずつ区切って所定の信号処理を行い、被検査物の通過方向と前記Ｘ線センサの並び方向とで決まる２次元の位置の情報と、該位置毎の信号処理結果からなる被検査物の透過画像データを生成する段階と、
前記生成された透過画像データに基づいて、被検査物内の異物の有無を判定する段階とを含む異物検出方法において、
当該異物検出装置の動作モードを、異物を含まない良品サンプルを前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサの間に通過させて動作を確認する準備モードと、異物の有無の検出が必要な被検査物を前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間に通過させて異物検出処理を行なう検査モードのいずれかに切り替える段階と、
前記準備モードの際に、前記良品サンプルを前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサの間に通過させたときに得られる前記透過画像データから、前記Ｘ線センサが前記所定期間に出力するパルス信号の数の最大値を求める段階と、
前記最大値を求める段階によって求めた最大値と、前記Ｘ線センサが前記所定期間に出力することができる規格上の最大パルス数に対して予め設定された適正範囲とを比較する段階と、
前記比較する段階での比較結果に応じて、前記最大値が前記適正範囲に入るように、前記複数のＸ線センサに入力されるＸ線量を設定する段階とをさらに含み、
前記Ｘ線センサとして、Ｘ線の光子が入力される毎に、該光子のエネルギーに対応した波高値のパルス信号を出力する光子検出型を用い、
前記透過画像データを生成する段階では、前記各Ｘ線センサについて、該Ｘ線センサから前記所定期間内に出力されるパルス信号の波高値が、予め所定範囲内を複数に区分けした領域のいずれに入るかを判定し、前記所定期間内のパルス信号入力数を前記領域毎に累積し、該領域毎の累積結果を用いて、Ｘ線透過エネルギーが異なる複数の透過画像データを生成し、
前記被検査物内の異物の有無を判定する段階では、前記生成された複数の透過画像データに対してサブトラクション処理を含む所定の画像処理を行なうことで、被検査物の異物の有無を判定し、
前記準備モードで設定されたＸ線量を用いて、前記検査モードの検査を行うことを特徴とする。

このように、本発明の請求項１、５では、Ｘ線センサとして、Ｘ線の光子が入力される毎に、その光子のエネルギーに対応した波高値のパルス信号を出力する光子検出型を用い、各Ｘ線センサについて、そのＸ線センサから所定期間内に出力されるパルス信号の波高値が、予め所定範囲内を複数に区分けした領域のいずれに入るかを判定し、所定期間内のパルス信号入力数を領域毎に累積し、その領域毎の累積結果を用いて、Ｘ線透過エネルギーが異なる複数の透過画像データを生成し、それら生成された複数の透過画像データに対してサブトラクション処理を含む所定の画像処理を行なうことで、被検査物の異物の有無を判定している。

このため、被検査物の通過方向と交差する方向に一列に並んだ複数のＸ線センサを用いながら、複数のＸ線透過エネルギーが異なる複数の透過画像データを生成することができ、従来のように複数のラインセンサを被検査物の通過方向に並べる方法や、複数のＸ線源を用いる方法に比べて、異物の検出精度を高くすることができ、装置全体を小型化できる。

また、本発明の請求項２の異物検出装置では、準備モードの際に、異物を含まない良品サンプルをＸ線発生部と複数のＸ線センサの間に通過させたときに得られる透過画像データから、Ｘ線センサが所定期間に出力するパルス信号の数の最大値を求め、その最大値が、Ｘ線センサが所定期間に出力することができる規格上の最大パルス数に対して予め設定された適正範囲に入るように、複数のＸ線センサに入力されるＸ線量を設定している。

このため、被検査物を透過したＸ線の光子数が多すぎて、光子毎に発生するパルス信号が重なりあう現象（パイルアップ現象）による透過画像データの誤差が生じにくくなり、種々の被検査物の異物検出を精度良く行なうことができる。

本発明の実施形態の構成図Ｘ線センサから出力されるパルス信号と領域との関係を示す図波高値の領域毎に得られる３種類の透過画像データの例を示す図Ｘ線センサから出力されるパルス信号が重なった場合の波形を示す図パイルアップを抑制するための構成例を示す図

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した異物検出装置２０の全体構成を示している。

この異物検出装置２０は、搬送装置２１、Ｘ線発生部２２、複数ＮのＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎ、透過画像データ生成手段４０および判定手段５０を有している。

搬送装置２１は、被検査物Ｗを所定方向（図では紙面に直交する方向）に搬送するためのものであり、一般的には、コンベアのように被検査物Ｗを一定速度で水平に搬送するものが使用されるが、必ずしも動力源をもつ搬送装置を用いる必要はなく、被検査物の重さを利用して傾斜路を滑走させる方式や、上方から落下させる方式であってもよい。

Ｘ線発生部２２は、搬送装置２１によって所定方向に搬送される被検査物Ｗが通過する通過路にＸ線を出射する。この実施形態では、搬送装置２１によって搬送される被検査物Ｗの上方からその搬送路の幅方向に拡がるＸ線を出射するものとするが、Ｘ線の出射方向はこれに限らず、被検査物Ｗの側方から側面方向へ出射してもよい。

Ｘ線発生部２２は、Ｘ線源として、加熱したフィラメントから放出される電子を加速して陽極のターゲットに衝突させてＸ線を放出させる熱陰極Ｘ線管や、格子制御型熱陰極Ｘ線管が用いられ、その他にＸ線管を駆動するために必要な電源が含まれている。

複数ＮのＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎは、それぞれがＸ線を受けて電気信号に変換するものであり、Ｘ線発生部２２から被検査物Ｗの通過路に出射されて被検査物Ｗを透過したＸ線を受ける位置で、被検査物Ｗの通過方向（紙面と直交する方向）と交差（この例では直交）する方向に隙間がほとんど無い状態で一列に並んでいる。

なお、実際の装置としては、複数ＮのＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎは、それぞれが一体的に連結された一本のラインセンサ３０で構成され、搬送装置２１の搬送路の下面側に配置されている。ここで、例えばＸ線センサの幅を１ｍｍ、Ｘ線センサ同士の隙間を幅に対して無視できる程小さいとし、被検査物Ｗを搬送する搬送路の幅を２００ｍｍとすれば、概略２００個のＸ線センサを有するラインセンサを用いればよい。

従来の異物検出装置で用いられるＸ線センサは、一般的に入射したＸ線により可視光を発生してこれをフォトセンサで受けて電気信号に変換するシンチレータ型フォトセンサであって可視光のエネルギーを積分した値が画像の濃淡を表すが、この異物検出装置２０が用いるＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎは、被検査物Ｗを透過したＸ線の光子が入力される毎に、その光子のエネルギーに対応した波高値のパルス信号を出力する光子検出型（ＣｄＴｅセンサ）であり、単位時間当りに出力するパルス数が透過画像の濃淡を表すことになる。

透過画像データ生成手段４０は、Ｘ線発生部２２とＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎの間を被検査物Ｗが通過している間にＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎからそれぞれ出力される信号を所定期間（以下スキャン時間という）ずつ区切って所定の信号処理を行い、被検査物Ｗの通過方向とＸ線センサの並び方向とで決まる２次元の位置の情報と、その位置毎の信号処理結果からなる被検査物の透過画像データを生成する。なお、このスキャン時間は、被検査物に対する搬送方向の検出単位を決定するものであり、被検査物の長さを搬送速度で除算して得られる物品通過時間に対して十分短いものとする。

前記したように、光子検出型のＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎは、一つの光子の入力に対して、その光子のエネルギーに対応した波高値のパルス信号を一つ出力するが、Ｘ線発生部２２から出射されるＸ線の光子のエネルギーは一定でなくばらつきがあるため、それに応じて、図２に示すように、各Ｘ線センサから出力されるパルス信号Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、…の波高値Ｈ_１、Ｈ_２、Ｈ_３、…にばらつきが生じる。

言い換えれば、エネルギーの異なるＸ線が混在していることになり、スキャン時間内に一つのＸ線センサから出力されるパルス信号の波高値Ｈ_１、Ｈ_２、Ｈ_３、…が、予め波高値の出力範囲全体を複数Ｍ（図２ではＭ＝４）に区分けした領域Ｒ_１〜Ｒ_Ｍのいずれに入るかを判定し、スキャン時間内のパルス信号入力数を領域毎に累積すれば、Ｘ線透過エネルギーの範囲が異なる複数の透過画像データを生成することができる。

これを実現するために、透過画像データ生成手段４０は、各Ｘ線センサ３１_１〜３１_Ｎの出力信号を、それぞれＡ／Ｄ変換器４１_１〜４１_Ｎによってデジタルのデータ列に変換し、波高値検出手段４２_１〜４２_Ｎに入力する。

各波高値検出手段４２_１〜４２_Ｎは、入力されるデータ列からパルス信号の波高値を検出するためのものであり、例えば入力されるデータ列に対して微分処理を行い、微分値（信号の傾き）が所定以上の正の値から所定以下の負の値に切り換わるときのゼロクロスタイミングを検出し、そのゼロクロスイミングにおけるデータ値をパルス信号の波高値として検出し、それぞれ領域判定手段４３_１〜４３_Ｎに出力する。

領域判定手段４３_１〜４３_Ｎは、前記した波高値の出力範囲を複数Ｍの領域領域Ｒ_１〜Ｒ_Ｍに区分けする境界値領域Ｌ_１〜Ｌ_Ｍ−１と、波高値検出手段４２_１〜４２_Ｎで検出された波高値とを比較し、その波高値がいずれの領域に入るかを判定し、波高値が入る領域を表す領域識別信号を領域別累積手段４４_１〜４４_Ｎに出力する。

各領域別累積手段４４_１〜４４_Ｎは、スキャン時間内に領域判定手段４３_１〜４３_Ｎからそれぞれ出力される領域識別信号を受け、同一領域を示す領域識別信号の入力数をそれぞれ累積して、スキャン時間内における領域毎の累積数を求めて順次出力する。

この領域識別信号の累積数は、スキャン時間内に１つのＸ線センサから出力されるパルス信号のうち、その波高値が入る領域が同じパルス信号同士の累計数であり、上記計数手段からスキャン時間毎に出力される領域識別信号の累積数を、透過画像データメモリ４５に、並列的に且つ時系列に記憶することで、領域ごとの被検査物に対するＸ線透過画像データが得られる。

簡単な例として、スキャン時間を３単位、Ｘ線センサ数Ｎを３、波高値の領域数Ｍを３とし、パルス信号の累計数をＡ（波高値の領域の順位、スキャン時間の順位，センサの並び順位）で表すと、最初のスキャン時間Ｔ１内で、１番目のＸ線センサ３１_１が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累計数をＡ(1,1,1)、領域Ｒ_２に入るものの累計数をＡ(2,1,1)、領域Ｒ_３に入るもの累計数をＡ(3,1,1)とする。

また、同じスキャン時間Ｔ１内で２番目のＸ線センサ３１_２が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累計数をＡ(1,1,2)、領域Ｒ_２に入るものの累計数をＡ(2,1,2)、領域Ｒ_３に入るものの累計数をＡ(3,1,2)とする。

また、同じスキャン時間Ｔ１内で３番目のＸ線センサ３１_３が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累計数をＡ(1,1,3)、領域Ｒ_２に入るものの累計数をＡ(2,1,3)、領域Ｒ_３に入るものの累計数をＡ(3,1,3)とする。

同様に、次のスキャン時間Ｔ２内で、１番目のＸ線センサ３１_１が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累計数をＡ(1,2,1)、領域Ｒ_２に入るものの累計数をＡ(2,2,1)、領域Ｒ_３に入るものの累計数をＡ(3,2,1)とし、２番目のＸ線センサ３１_２が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累計数をＡ(1,2,2)、領域Ｒ_２に入るものの累計数をＡ(2,2,2)、領域Ｒ_３に入るものの累計数をＡ(3,2,2)とし、３番目のＸ線センサ３１_３が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累計数をＡ(1,2,3)、領域Ｒ_２に入るものの累計数をＡ(2,2,3)、領域Ｒ_３に入るものの累計数をＡ(3,2,3)とする。

さらに、次のスキャン時間Ｔ３内で、１番目のＸ線センサ３１_１が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累計数をＡ(1,3,1)、領域Ｒ_２に入るものの累計数をＡ(2,3,1)、領域Ｒ_３に入るものの累計数をＡ(3,3,1)とし、２番目のＸ線センサ３１_２が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るもの累計数をＡ(1,3,2)、領域Ｒ_２に入るものの累計数をＡ(2,3,2)、領域Ｒ_３に入るものの累計数をＡ(3,3,2)とし、３番目のＸ線センサ３１_３が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累計数をＡ(1,3,3)、領域Ｒ_２に入るものの累計数をＡ(2,3,3)、領域Ｒ_３に入るものの累計数をＡ(3,3,3)とする。

このようにして得られたデータから、領域Ｒ_１について得られた９つの累計数を、図３の（ａ）のように、横方向をスキャン時間の順、縦方向をセンサの並び順となるように３行３列に配置すれば、領域Ｒ_１に対応したエネルギー範囲のＸ線による被検査物の９つの部位の透過画像データが得られる。

同様に、領域Ｒ_２について得られた９つの累計数を、図３の（ｂ）のように３行３列に配置すれば、領域Ｒ_２に対応したエネルギー範囲のＸ線による被検査物の透過画像データが得られ、領域Ｒ_３について得られた９つの累計数を、図３の（ｃ）のように３行３列に配置すれば、領域Ｒ_３に対応したエネルギー範囲のＸ線による被検査物の透過画像データが得られる。

実際には、異物検査に必要なスキャン数は、物品の搬送方向の長さを搬送速度で除して得られる搬送時間（例えば０．５秒）をスキャン時間（例えば１ミリ秒）で除算した値（例えば５００）となり、センサの並び方向の分割数はＸ線センサの数Ｎ（例えば２００）に対応している。

このようにして、波高値の領域にそれぞれ対応したエネルギー範囲毎の透過画像データが得られれば、判定手段５０により、それら複数の透過画像データに対して従来から行なわれているサブトラクション処理を含む所定の画像処理を行なうことで、被検査物の異物の有無を判定することができる。

なお、上記の波高値の領域の区分けの仕方は任意であり、一つの例としては、Ｘ線発生部２２から出射されるＸ線の光子のエネルギーの最大値（Ｘ線管の場合、電子の加速電圧に依存する理論値）に対してＸ線センサが出力するパルス信号の波高値と、所定の基準値（例えば０）との間を複数に等分すればよい。また、領域数も２つ以上で任意であり、最初に多くの領域で透過画像データを生成しておき、その被検査物について異物の検出に最適な透過画像データの組合せを見つけ、その最適な透過画像データによるサブトラクション処理を含む所定の画像処理を行なってもよい。

具体的には、例えば、初期の領域数を１０として、それぞれの領域で透過画像データを生成しておき、エネルギーの大きい方から数えて１番目の領域を前述の領域Ｒ_１に割当て、３番目の領域を前述の領域Ｒ_２に割当て、……というように、初期の領域から最終的な領域に選択的に割り当てて、この割り当てられた領域の透過画像データを複数用いて、所定の画像処理を行なってもよい。また、エネルギーの大きい方から数えて１番目と２番目の領域の透過画像データを合成して、これを前述の領域Ｒ_１の透過画像データとし、３番目と４番目の領域の透過画像データを合成して、これを前述の領域Ｒ_２の透過画像データとし、……というように初期の複数の領域の透過画像データを合成して最終的な１つの領域の透過画像データとし、その合成された透過画像データを複数用いる、あるいは合成された透過画像データと、それを含まない初期の領域の透過画像データとを用いて所定の画像処理を行なってもよい。

上記具体例では、初期の領域の数だけ透過画像データを生成しておき、異物の検出に最適な透過画像データの組合せに応じて、領域の割当てや透過画像データの合成を行なうようにしているが、被検査物に対して異物検出に最適な透過画像データの組合せが既知の場合には、割当てられる領域についての透過画像データのみを生成すればよく、また、複数の透過画像データを合成する代わりに、複数の領域の領域識別信号の累積数を加算して、一つの透過画像データを生成してもよい。これにより、透過画像データの記憶領域を節約することができる。

ここで、サブトラクション処理について簡単に説明すると、同一部位について異なるエネルギーによるＸ線透過データが得られた場合、その差分処理を行なうと、その部位の厚さの影響が除去され、材質（透過率）の影響だけが現れ、Ｘ線エネルギーの違いに対する被検査物自体の材質の透過率変化と、異物の材質の透過率変化の差が顕著化する。これにより、異物に対する検出感度が高くなる。判定手段５０では、この処理の他に、ノイズの除去等のために各種のフィルタ処理などを行い、異物の検出をより高い精度で行なっている。

上記方法で得られた複数の透過画像データは、物品の通過方向と直交する方向に一列に並んだ複数のＸ線センサの出力から求めているので、二つのラインセンサを用いる従来方式に比べて、格段に精度の高い透過画像データが得られ、それにより、異物検出を正確に行なうことができ、しかも小型に構成できる。

なお、判定手段５０の判定結果（異物の有無を示す信号）は、図示しない後続の選別装置に送られ、異物有りと判定された物品が、良品の経路から排除されることになる。

上記のように光子検出型のＸ線センサを用いた場合、Ｘ線発生部２２から出射されるＸ線の量（単位時間当りに出力される光子数）が多すぎると、図４のように、Ｘ線センサから出力されるパルス信号Ｐ_１、Ｐ_２同士やパルス信号Ｐ_４、Ｐ_５同士が重なってしまい、二つのパルス信号に対して一つのピーク値(波高値)しか得られない現象が発生する。この現象を一般的にパイルアップ現象と呼び、この現象が高い確率で発生すると、領域ごとの正しい計数結果が得られなくなり、その結果、異物の検出を正確に行なえなくなる。

これを防ぐためには、予め被検査物に応じてＸ線発生部２２から出射されるＸ線の量やＸ線センサに入力されるＸ線の量を適正な範囲に設定すればよい。

図５は、この機能を実現するための構成を示しており、前記実施形態に示した構成に加え、モード切替手段６０、最大パルス数算出手段７０、比較手段８０およびＸ線量設定手段９０を備えている。

モード切替手段６０は、異物検出装置２０の動作モードを、異物を含まない良品サンプルをＸ線発生部２２とＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎの間に通過させて動作を確認する準備モードと、異物の有無の検出が必要な被検査物をＸ線発生部２２とＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎの間に通過させて異物検出処理を行なう検査モードのいずれかに切り替えるためのもので、例えば図示しない操作部に対する所定操作を受けてモードの切替え処理を行なう。

最大パルス数算出手段７０は、準備モードの際に、透過画像データ生成手段４０で得られる透過画像データから、Ｘ線センサがスキャン時間に出力する全領域のパルス信号の数うちの最大値Ａmax を求める。

図３に示したパルス信号の累積数を用いて表せば、最大パルス数算出手段７０は、ΣＡ（i,1,1）〜ΣＡ（i,1,3）、ΣＡ（i,2,1）〜ΣＡ（i,2,3）、ΣＡ（i,3,1）〜ΣＡ（i,3,3）の９つの値のうちの最大のものを上記最大値Ａmax とする。ただし、記号Σは、ｉ＝１〜Ｎ（図３はＮ＝３の例）の総和を表す。

また、比較手段８０は、最大パルス数算出手段７０によって求めた最大値Ａmax と、一つのＸ線センサがスキャン時間内に出力することができる規格上の最大パルス数（例えば、スキャン時間１ミリ秒で１０００個）に対して予め設定された適正範囲（例えば、４００〜６００）とを比較する。

Ｘ線量設定手段９０は、比較手段８０の比較結果に応じて、最大値Ａmax が前記適正範囲に入るように、複数のＸ線センサに入力されるＸ線量を設定する。なお、この例では、Ｘ線発生部２２のＸ線源が、熱陰極Ｘ線管あるいは格子制御型熱陰極Ｘ線管であるとし、その管電流を可変し、Ｘ線管から出射されるＸ線量を制御することで、複数のＸ線センサに入力されるＸ線量を設定している。

Ｘ線管の管電流を制御する場合、そのフィラメント電流を減少させる方向に変化させると放出電子数が減少してＸ線量が減り、格子制御型のＸ線管の場合には、フィラメント電流の減少の他に、負の格子電圧の絶対値を大きくすると電子の流れが抑制されてＸ線量が減ることになる。

なお、Ｘ線管の管電圧の絶対値を大きくした場合、Ｘ線の平均的なエネルギーは高くなり、管電圧の絶対値を小さくした場合、Ｘ線の平均的なエネルギーは低くなる。このような特性があるので、被検査物の材質と厚みに応じた管電圧を選択するのが一般的である。このため、上記のＸ線量の設定にあたり、管電流の制御だけでなく、管電圧の制御、または管電流と管電圧の両方の制御を行なうようにしてもよい。

このＸ線量の設定は、最大値Ａmax と、これを適正範囲に設定するのに必要なフィラメント電流、格子電圧、管電圧等の制御量との関係を表すテーブルや数式を予め求めておき、得られた最大値Ａmax に応じた制御量で適正範囲内に自動制御する方式、良品サンプルを連続的に通過させている間に、最大値Ａmax が適正範囲に近づく方向に順次可変する方式、あるいは、比較手段８０の比較結果をランプ等で表示させておき、良品サンプルを連続的に通過させている間に、ランプの表示が適正範囲を表すまで作業者が手動で管電流等を可変する方式等が採用できる。

この構成の異物検出装置２０であれば、前記したパイルアップ現象が発生する確率を低く抑えることができ、被検査物の厚さや材質等に関わらず、異物の検出を高精度に行なうことができる。

なお、上記説明では、Ｘ線量設定手段９０が、Ｘ線発生部２２から出射されるＸ線量を制御する例を示したが、Ｘ線センサ３１_１〜３１_ＮのＸ線入射面の面積を可動式の遮蔽板で可変させることで、Ｘ線センサ３１_１〜３１_Ｎに入力されるＸ線量を設定してもよい。

また、複数の透過画像データの保存形式は任意であるが、波高値の領域ごとに異なる色を割当て、その領域に割り当てた色の輝度を、パルス信号の累積数に対応させることで、透過画像を観察する場合に観測者が分かりやすくなる。

例えば、波高値の領域を３つとし、各領域に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を割当て、それぞれの色の輝度値にパルス累積数を割当てる。ただし、各色の輝度に割り当てる値は例えば８ビットで表せる範囲（０〜２５５）とし、実際のパルス累積数の範囲が８ビットで表せる範囲内に収まるように正規化（圧縮処理または伸長処理）する。この場合、３つの透過画像データを１つのＲＧＢカラー画像データとして保存することができる。このため、透過画像データの記憶領域を節約することができる。また、データ形式が、一般的なＲＧＢカラー画像データであるため、画像処理や画像表示が容易に行なえる。

また、このように各領域に異なる色を割当て、その色の輝度をパルス信号の累積数で表すデータ保存形式を用いれば、各領域の透過画像をそれぞれ異なる色の画像で表すことができ、それらを図示しない表示装置に並列的に並べて表示する場合の識別性が非常に高くなる。

２０……異物検出装置、２１……搬送装置、２２……Ｘ線発生部、３０……ラインセンサ、３１_１〜３１_Ｎ……Ｘ線センサ、４０……透過画像データ生成手段、４１_１〜４１_Ｎ……Ａ／Ｄ変換器、４２_１〜４２_Ｎ……波高値検出手段、４３_１〜４３_Ｎ……領域判定手段、４４_１〜４４_Ｎ……領域別累積手段、４５……透過画像データメモリ、５０……判定手段、６０……モード切替手段、７０……最大パルス数算出手段、８０……比較手段、９０……Ｘ線量設定手段

Claims

被検査物が通過する通過路にＸ線を出射するＸ線発生部（２２）と、
前記Ｘ線発生部から前記通過路に出射されて被検査物を透過したＸ線を受ける位置で、被検査物の通過方向と交差する方向に並ぶように配置され、それぞれがＸ線を受けて電気信号に変換する複数のＸ線センサ（３１１〜３１Ｎ）と、
前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間を被検査物が通過している間に前記複数のＸ線センサからそれぞれ出力される信号を所定期間ずつ区切って所定の信号処理を行い、被検査物の通過方向と前記Ｘ線センサの並び方向とで決まる２次元の位置の情報と、該位置毎の信号処理結果からなる被検査物の透過画像データを生成する透過画像データ生成手段（４０）と、
前記透過画像データ生成手段によって生成された透過画像データに基づいて、被検査物内の異物の有無を判定する判定手段（５０）とを有する異物検出装置において、
当該異物検出装置の動作モードを、異物を含まない良品サンプルを前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサの間に通過させて動作を確認する準備モードと、異物の有無の検出が必要な被検査物を前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間に通過させて異物検出処理を行なう検査モードのいずれかに切り替えるモード切替手段（６０）と、
前記準備モードの際に、前記良品サンプルを前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサの間に通過させたときに得られる前記透過画像データから、前記Ｘ線センサが前記所定期間に出力するパルス信号の数の最大値を求める最大パルス数算出手段（７０）と、
前記最大パルス数算出手段によって求めた最大値と、前記Ｘ線センサが前記所定期間に出力することができる規格上の最大パルス数に対して予め設定された適正範囲とを比較する比較手段（８０）と、
前記比較手段の比較結果に応じて、前記最大値が前記適正範囲に入るように、前記複数のＸ線センサに入力されるＸ線量を設定するＸ線量設定手段（９０）とをさらに有し、
前記Ｘ線センサは、Ｘ線の光子が入力される毎に該光子のエネルギーに対応した波高値のパルス信号を出力する光子検出型であって、
前記透過画像データ生成手段は、
前記各Ｘ線センサについて、該Ｘ線センサから前記所定期間内に出力されるパルス信号の波高値が、予め所定範囲内を複数に区分けした領域のいずれに入るかを判定し、前記所定期間内のパルス信号入力数を前記領域毎に累積し、該領域毎の累積結果を用いて、Ｘ線透過エネルギーが異なる複数の透過画像データを生成するように構成され、
前記判定手段は、前記透過画像データ生成手段で得られた複数の透過画像データに対してサブトラクション処理を含む所定の画像処理を行なうことで、被検査物の異物の有無を判定するように構成され、
前記準備モードで設定されたＸ線量を用いて、前記検査モードの検査を行うことを特徴とする異物検出装置。
前記Ｘ線発生部には、加熱したフィラメントから放出される電子を加速して陽極のターゲットに衝突させてＸ線を放出させる熱陰極Ｘ線管が用いられ、
前記Ｘ線量設定手段は、前記熱陰極Ｘ線管の管電流または管電圧の少なくとも一方を可変して、前記Ｘ線センサに入射されるＸ線量を設定することを特徴とする請求項１記載の異物検出装置。
前記Ｘ線量設定手段は、前記複数のＸ線センサの受光面積を可変して、該複数のＸ線センサに入射されるＸ線量を設定することを特徴とする請求項１記載の異物検出装置。
Ｘ線発生部（２２）から被検査物が通過する通過路にＸ線を出射する段階と、
前記通過路に出射されて被検査物を透過したＸ線を、被検査物の通過方向と交差する方向に並んだ複数のＸ線センサ（３１１〜３１Ｎ）で受けて電気信号に変換する段階と、
前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間を被検査物が通過している間に前記複数のＸ線センサからそれぞれ出力される信号を所定期間ずつ区切って所定の信号処理を行い、被検査物の通過方向と前記Ｘ線センサの並び方向とで決まる２次元の位置の情報と、該位置毎の信号処理結果からなる被検査物の透過画像データを生成する段階と、
前記生成された透過画像データに基づいて、被検査物内の異物の有無を判定する段階とを含む異物検出方法において、
当該異物検出装置の動作モードを、異物を含まない良品サンプルを前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサの間に通過させて動作を確認する準備モードと、異物の有無の検出が必要な被検査物を前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間に通過させて異物検出処理を行なう検査モードのいずれかに切り替える段階と、
前記準備モードの際に、前記良品サンプルを前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサの間に通過させたときに得られる前記透過画像データから、前記Ｘ線センサが前記所定期間に出力するパルス信号の数の最大値を求める段階と、
前記最大値を求める段階によって求めた最大値と、前記Ｘ線センサが前記所定期間に出力することができる規格上の最大パルス数に対して予め設定された適正範囲とを比較する段階と、
前記比較する段階での比較結果に応じて、前記最大値が前記適正範囲に入るように、前記複数のＸ線センサに入力されるＸ線量を設定する段階とをさらに含み、
前記Ｘ線センサとして、Ｘ線の光子が入力される毎に、該光子のエネルギーに対応した波高値のパルス信号を出力する光子検出型を用い、
前記透過画像データを生成する段階では、前記各Ｘ線センサについて、該Ｘ線センサから前記所定期間内に出力されるパルス信号の波高値が、予め所定範囲内を複数に区分けした領域のいずれに入るかを判定し、前記所定期間内のパルス信号入力数を前記領域毎に累積し、該領域毎の累積結果を用いて、Ｘ線透過エネルギーが異なる複数の透過画像データを生成し、
前記被検査物内の異物の有無を判定する段階では、前記生成された複数の透過画像データに対してサブトラクション処理を含む所定の画像処理を行なうことで、被検査物の異物の有無を判定し、
前記準備モードで設定されたＸ線量を用いて、前記検査モードの検査を行うことを特徴とする異物検出方法。