JP6954232B2 - X線検査装置およびx線検査装置におけるx線管のターゲットの消耗度判定方法 - Google Patents

X線検査装置およびx線検査装置におけるx線管のターゲットの消耗度判定方法 Download PDF

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Description

この発明は、X線検査装置およびX線検査装置におけるX線管のターゲットの消耗度判定方法に関する。
X線検査装置の一種として、X線を利用して立体形状を有する検査対象物を破壊することなくその内部構造を検査するX線検査装置がある。このようなX線検査装置は、検査対象物にX線を出射するためのX線管と、このX線管から出射され検査対象物と透過したX線を検出するフラットパネルディテクタやイメージインテンシファイア(I.I.)等のX線検出器とを有するX線撮影系と、X線管とX線検出器との間に配置され、その上面に検査対象物が載置されるステージと、ステージとX線撮影系とを相対的に移動させる移動機構とを備えている。
このようなX線検査装置に使用されるX線管は、高電圧が印加されるフィラメント(陰極)とターゲット(陽極)とを備えており、高電圧が印加された状態でフィラメントから放出された熱電子からなる電子ビームをターゲットに衝突させることによってX線を発生させる構成を有する。
このようなX線管においては、ターゲットは電子ビームとの衝突を繰り返すことにより消耗する。すなわち、ターゲットは、X線の発生時間とともに徐々に消耗する。そして、ターゲットの消耗にともなって、一定の管電圧および管電流の下で発生するX線の強さ(X線量)が小さくなることが知られている(特許文献1参照)。このため、一定の管電圧および管電流の下で発生するX線の強さを測定することにより、ターゲットの消耗度を推定することができる。
国際公開WO2003/092336号
しかし実際は、X線管から出射されるX線量の変動はそれほど単純ではない。図6は、X線管から出射されるX線のX線量の経時変化を示すグラフである。
図6に示すグラフは、ターゲットが消耗したX線管で、X線管から出射されるX線をX線検出器により検出し、30分間の間、サンプリング周期を1秒として測定することにより得たX線量の測定結果を示している。なお、このグラフの横軸は時間(分)を示し、縦軸は一分当たりのX線量(R/min)を示している。
この図に示すように、X線管から出射されるX線量は、経時的に増減する。例えば、このグラフに示す測定結果においては、X線管の駆動直後にX線量は最大値Imaxとなり、約10分経過後に最小値Iminとなる。そして、X線量はその前後においてわずかな増減を繰り返す。これは、電子ビームの衝突にともなうターゲットやターゲットを支持する部材の熱膨張により、ターゲットにおける電子ビームの衝突位置(焦点位置)が線量測定中に変化することによるものと推定される。すなわち、ターゲットにおける劣化領域に電子ビームが衝突したときにはX線量が低下し、ターゲットにおける劣化していない領域に電子ビームが衝突したときにはX線量が増加する。このため、X線量が増加し、あるいは減少したタイミングでX線量を測定してターゲットの消耗度を判定したときには、正確な消耗度が反映されないという問題が生ずる。
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、X線量に経時的な変化が生じたときにも、ターゲットの消耗度を正確に推定することが可能なX線検査装置およびX線検査装置におけるX線管のターゲットの消耗度判定方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、電子ビームをターゲットに衝突させることによりX線を発生させるX線管と、前記X線管から出射され検査対象物を透過したX線を検出するX線検出器と、を備えたX線検査装置において、前記X線管から出射されたX線を所定の期間前記X線検出器により検出することによりその期間のX線量を検出し、その期間におけるX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを測定する測定部と、前記測定部により測定した前記X線量の最大値Imaxと前記X線量の最小値Iminとを利用してX線量の変動率を演算する演算部と、前記演算部により演算した前記X線量の変動率を表示する変動率表示部と、を備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、電子ビームをターゲットに衝突させることによりX線を発生させるX線管と、前記X線管から出射され検査対象物を透過したX線を検出するX線検出器と、を備えたX線検査装置において、前記X線管から出射されたX線を所定の期間前記X線検出器により検出することによりその期間のX線量を検出し、その期間におけるX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを測定する測定部と、前記測定部により測定した前記X線量の最大値Imaxと前記X線量の最小値Iminとを利用してX線量の変動率を演算する演算部と、前記演算部により演算した前記X線量の変動率が予め設定した閾値を越えたときに、前記ターゲットが消耗していると判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、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、前記演算部は、前記X線の変動率を、[(Imax−Imin)/Imax]に基づいて演算する。
請求項4に記載の発明は、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、前記演算部は、前記X線の変動率を、[Imin/Imax]に基づいて演算する。
請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載のX線検査装置において、前記測定部は、前記X線量の最大値Imaxと前記X線量の最小値Iminとを、前記X線検出器における一定エリアにおいて検出した検出値の平均値として測定する。
請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載のX線検査装置において、前記測定部は、前記X線量の最大値Imaxと前記X線量の最小値Iminとを、前記X線検出器における一定のエリアにおいて検出した検出値の分布のピーク値として測定する。
請求項7に記載の発明は、電子ビームをターゲットに衝突させることによりX線を発生するX線管と、前記X線管から出射され検査対象物を透過したX線を検出するX線検出器と、を備えたX線検査装置において、前記ターゲットの消耗度を判定するX線検査装置におけるX線管のターゲットの消耗度判定方法であって、前記X線管から出射されたX線を所定の期間前記X線検出器により検出することによりその期間のX線量を検出し、その期間におけるX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを測定し、前記X線量の最大値Imaxと前記X線量の最小値Iminとを利用してX線量の変動率を演算し、前記X線量の変動率から、前記ターゲットの消耗度を判定する、ことを特徴とする。
請求項1から請求項7に記載の発明によれば、一定の期間におけるX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを利用してX線量の変動率を演算し、この演算値に基づいてターゲットの消耗を判定することから、X線量の経時的な変化が生じたときにも、ターゲットの消耗度を正確に推定することが可能となる。
請求項5および請求項6に記載の発明によれば、X線検出器における画素欠陥によって異常値があった場合においても、一定エリアにおいて検出した検出値の平均値や輝度の分布のピーク値を使用することにより、ターゲットの消耗度を正確に推定することが可能となる。
この発明に係るX線検査装置をその主要な制御系とともに示す概要図である。 X線管1を備えたX線発生部41の概要図である。 X線管1から出射されるX線のX線量と、そのX線をX線検出器42により検出したときの各画素の輝度値との関係を示すグラフである。 X線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとに基づいて演算した[(Imax−Imin)/Imax]の値とX線管1の駆動時間との関係を示すグラフである。 X線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとに基づいて演算した[Imin/Imax]の値とX線管1の駆動時間との関係を示すグラフである。 X線管から出射されるX線のX線量の経時変化を示すグラフである。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明に係るX線検査装置をその主要な制御系とともに示す概要図である。
この発明に係るX線検査装置は、被検査物であるワークWにX線を出射するための後述するX線管1を備えたX線発生部41と、このX線発生部41から出射された後、ワークWを透過したX線を検出するフラットパネルディテクタやイメージインテンシファイア(I.I.)等のX線検出器42と、これらのX線発生部41およびX線検出器42の間に配設されたワークWを載置するためのステージ40とを備える。ステージ40は、図示しないモータを備えたステージ移動機構43の作用により、水平面内において互いに直交する2方向に移動可能となっている。これらのX線発生部41、X線検出器42、ステージ40およびステージ移動機構43は、X線遮蔽部材より構成されるケーシング100の内部に配設されている。
図2は、X線管1を備えたX線発生部41の概要図である。
このX線発生部41は、筐体3と蓋体4とから構成されるチャンバー内に、X線管1と高電圧発生部2とを収納した構成を有する。筐体3と蓋体4とから構成されるチャンバー内には、絶縁油が充填されている。なお、絶縁方法は絶縁油を使用するものに限らず、絶縁性の個体や気体を使用してもよい。
X線管1は、ガラス管体15と、ガラス管体15の内外に亘って配設された複数の端子23とを備える。また、ガラス管体15内には、フィラメント11と、ヒータ12と、ターゲット13とが配設されている。ここで、フィラメント11は、ターゲット13に向かって電子ビームを放射するためのものである。フィラメント11から放射された電子ビームはターゲット13と衝突することによりX線を発生する。このX線はX線管1の外部に向かって出射される。また、ヒータ12は、ゲッターとも呼称されるものであり、ガラス管体15内のガス分子を吸着するために使用される。
ターゲット13は、高電圧発生部2における端子21と、ケーブル25を介して接続されており、高電圧発生部2から電子ビームを加速するための高電圧を付与される。ケーブル25は、筐体3の天井部に配設された支持部材26により支持されている。また、上述したフィラメント11およびヒータ12に接続されたX線管1における端子23は、高電圧発生部2における端子22と、ケーブル24を介して接続されている。フィラメント11は、これらの端子22、ケーブル24および端子23を介して、高電圧発生部2よりフィラメント電流を付与される。また、ヒータ12は、これらの端子22、ケーブル24および端子23を介して、高電圧発生部2よりヒータ電流を付与される。
なお、図2においては、フィラメント11やターゲット13等を密封容器であるガラス管体15内に配置した密閉型の構成を有するX線管1を採用している。しかしながら、この発明を、フィラメント11やターゲット13等を単体として交換可能な開放型のX線管を備えたX線検査装置に適用することもできる。
再度図1を参照して、この発明に係るX線検査装置は、プロセッサーとしての論理演算を実行するCPU、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたROM、制御時にデータ等が一時的にストアされるRAM等を備え、装置全体を制御する制御部30を備える。この制御部30は、ソフトウエアがインストールされたコンピュータから構成される。この制御部30に含まれる各部の機能は、コンピュータにインストールされているソフトウエアを実行することで実現される。
この制御部30は、X線検出器42により検出したX線画像や後述するX線量の変動率等を表示する液晶表示パネル等の表示部44と、各種の操作を実行するためのマウスやキーボード等を備えた操作部45とに接続されている。また、この制御部30は、機能的構成として、X線検出器42により検出されたX線画像を画像処理して表示部44に表示するための画像処理部31と、ステージ移動機構43を制御するための移動制御部32と、X線管1を点灯制御するためのX線管制御部33と、X線管1におけるターゲット13の消耗度を判定するための消耗度判定部34とを備える。
また、この消耗度判定部34は、ワークWがステージ40上に載置されていない状態において、X線管1から出射されたX線を所定の期間、X線検出器42により検出することによりその期間のX線量を検出し、その期間におけるX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを測定する測定部35と、この測定部35により測定したX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを利用してX線量の変動率を演算する演算部36と、この演算部36により演算したX線量の変動率が予め設定した閾値を越えたときに、X線管1のターゲット13が消耗していると判定する判定部37と、この判定部37がX線管1のターゲット13が消耗していると判定したときに警告表示を行う警告表示部38と、演算部36により演算したX線量の変動率を表示部44に表示するための変動率表示部39とを備える。
このようなX線検査装置に使用されるX線管1においては、その使用時間が長くなると、ターゲット13は電子ビームとの衝突を繰り返すことにより消耗する。そして、ターゲット13が消耗すると、X線管1から出射されるX線のX線量の変動が大きくなることがこの発明の発明者等により認識された。すなわち、X線管1から連続してX線を出射し、連続出射時間が1000時間毎に、そのX線量を30分間継続して測定するとともに、その30分間のX線量の変動を測定したところ、X線管1の連続出射時間が長くなり、ターゲット13が消耗するにつれて、X線管1から出射されるX線のX線量の変動が大きくなることが確認されている。
このため、このX線検査装置においては、例えば30分程度の一定期間におけるX線量の最大値と最小値に基づいてX線量の変動を測定してX線量の変動率を演算することにより、ターゲット13の消耗度を判定するとともに、その変動率が予め設定した閾値を越えたときにターゲット13が交換を要する程度まで消耗していると判定し、X線管1もしくはターゲット13の交換を促す警告表示を行うようにしている。
なお、このX線検査装置においては、エージング時にターゲット13の消耗度が判定される。すなわち、一日の作業の開始時や、一定の期間使用しない状態が続いた後に使用を再開するときには、X線管1に低い管電圧を印加させたのち、管電圧を徐々に高くしていくことにより、電界集中の原因となるターゲット13と同電位の高電圧印加部の突起等の異物を融解して、なだらかな等電位面を形成し、耐高電圧特性を向上させる所謂エージングと呼称される作業が実施される。この時に、所定の管電圧と管電流においてX線検出器42により検出したX線画像の画素値を利用してターゲット13の消耗度が判定される。ただし、ターゲット13の消耗度の判定は、その他のタイミングで実施してもよい。
ターゲット13の消耗度を判定するときには、最初に、消耗度判定部34における測定部35が、ワークWがステージ40上に載置されていない状態、すなわちX線発生部41からX線検出器42に対して均一なX線を出射しうる状態において、X線管1から出射されたX線を所定の期間、X線検出器42により検出することにより、その期間のX線量を検出する。このX線量は、X線検出器42により検出したX線強度を表す各画素の輝度値に基づいて、測定部35により演算される。
図3は、X線管1から出射されるX線のX線量と、そのX線をX線検出器42により検出したときの各画素の輝度値との関係を示すグラフである。
このグラフにおいては、X線管1に付与する管電圧を、例として、80kV、60kV、40kVとし、管電流を徐々に増加されたときのX線量と輝度値との関係を示している。なお、このグラフにおける縦軸はX線量(R/min)を示し、横軸は輝度値(任意単位)を示している。このグラフに示すように、X線管1から出射されるX線量とX線検出器42によりX線を検出したときの各画素の輝度値とは比例関係にある。このため、X線管1から出射されたX線をX線検出器42により検出することで、X線検出器42により測定した輝度値に基づいて、X線量を演算することが可能となる。
なお、このX線量の測定時においては、X線検出器42における一定エリアの輝度の検出値の平均値に基づいて決定する。これにより、X線検出器42の欠陥画素によって画素値に異常値があった場合においても、その平均値を利用することにより、その測定値の正確性を担保することが可能となる。なお、この一定のエリアは、X線検出器42のX線検出エリアにおける中央付近の領域から選択することが好ましい。ただし、X線検出器42におけるその他のエリアの平均値に基づいてX線量を演算してもよい。あるいは、X線検出器42における全てのX線検出エリアの測定値の平均に基づいてX線量を演算するようにしてもよい。
このX線量の測定時において、X線検出器42における一定エリアの輝度の検出値の平均値を利用するかわりに、X線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを、X線検出器42における一定のエリアにおいて検出した検出値の分布のピーク値として測定してもよい。すなわち、X線検出器42における一定のエリアにおいて検出した検出値の最も大きいものをX線量の最大値Imaxとし、最も小さいものをX線量の最小値Iminとしてもよい。
X線管1から出射されたX線を、例えば30分間の間、X線検出器42により検出することにより測定されるX線量は、例えば、図6に示すグラフのような値をとる。このように経時的に測定されたX線量から、測定部35は、この期間におけるX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを測定する。そして、演算部36は、測定部35により測定したX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを利用してX線量の変動率を演算する。
この変動率の演算結果は、変動率表示部39により、表示部44に表示される。これにより、オペレータは、X線の変動率を認識することができ、このX線の変動率に基づいてX線管1のターゲット13の消耗を予測することが可能となる。
図4は、X線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとに基づいて演算した[(Imax−Imin)/Imax]の値とX線管1の運転時間との関係を示すグラフである。
この図において、縦軸は[(Imax−Imin)/Imax]の値を示し、横軸は運転時間(h)を示している。この図において、ターゲット13が消耗するとX線管1から出射されるX線のX線量の変動が大きくなることを基礎とし、演算部36により演算された[(Imax−Imin)/Imax]の値が一定以上となったときに、ターゲット13が、X線管1の交換が必要となる消耗度となったものと判定する構成を採用することができる。
すなわち、判定部37が、[(Imax−Imin)/Imax]に基づいて演算されたX線量の変動率が予め設定した閾値を上方に越えたときに、X線管1のターゲット13が消耗していると判定する。例えば、図4に示すグラフにおいて、[(Imax−Imin)/Imax]の値が0.12より大きくなったときに、判定部37は、X線管1のターゲット13が消耗していると判定する。この時には、X線管1の駆動時間が8000時間を経過したときに、判定部37がX線管1のターゲット13が消耗していると判定することになる。
そして、判定部37がX線管1のターゲット13が消耗していると判定したときには、警告表示部38が、表示部44に対して警告表示を行う。なお、この警告表示を、音または光により行ってもよい。
これにより、ターゲット13の消耗が予め告知され、ターゲット13あるいはX線管1の交換を促すことが可能となる。このため、ターゲット13の消耗によりX線検査を実行し得なくなることを未然に防止することが可能となる。
X線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを利用してX線量の変動率を演算する他の実施形態について説明する。図5は、X線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとに基づいて演算した[Imin/Imax]の値とX線管1の運転時間との関係を示すグラフである。
この図において、縦軸は[Imin/Imax]の値を示し、横軸は運転時間(h)を示している。この図において、ターゲット13が消耗するとX線管1から出射されるX線のX線量の変動が大きくなることを基礎とし、演算部36により演算された[Imin/Imax]の値が一定以下となったときに、ターゲット13が、X線管1の交換が必要となる消耗度となったものと判定する構成を採用することができる。
すなわち、判定部37が、[Imin/Imax]に基づいて演算されたX線量の変動率が予め設定した閾値を下方に越えたときに、X線管1のターゲット13が消耗していると判定する。例えば、図5に示すグラフにおいて、[Imin/Imax]の値が0.85より小さくなったとき、判定部37は、X線管1のターゲット13が消耗していると判定する。この時には、X線管1の駆動時間が8000時間を経過したときに、判定部37がX線管1のターゲット13が消耗していると判定することになる。
そして、判定部37がX線管1のターゲット13が消耗していると判定したときには、警告表示部38が、表示部44に対して警告表示を行う。この実施形態においても、ターゲット13の消耗が予め告知され、ターゲット13あるいはX線管1の交換を促すことが可能となる。
なお、上述した実施形態においては、X線を利用して立体形状を有する検査対象物を破壊することなくその内部構造を検査するX線検査装置にこの発明を適用した場合について説明したが、例えば、被検者のX線画像を取得する医療用のX線検査装置等の、その他のX線検査装置にこの発明を適用してもよい。
1 X線管
2 高電圧発生部
11 フィラメント
13 ターゲット
30 制御部
31 画像処理部
32 移動制御部
33 X線管制御部
34 消耗度判定部
35 測定部
36 演算部
37 判定部
38 警告表示部
39 変動率表示部
40 ステージ
41 X線発生部
42 X線検出器
43 ステージ移動機構
44 表示部
45 操作部
38 警告表示部
39 変動率表示部
100 ケーシング
W ワーク

Claims (7)

  1. 電子ビームをターゲットに衝突させることによりX線を発生させるX線管と、前記X線管から出射され検査対象物を透過したX線を検出するX線検出器と、を備えたX線検査装置において、
    前記X線管から出射されたX線を所定の期間前記X線検出器により検出することによりその期間のX線量を検出し、その期間におけるX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを測定する測定部と、
    前記測定部により測定した前記X線量の最大値Imaxと前記X線量の最小値Iminとを利用してX線量の変動率を演算する演算部と、
    前記演算部により演算した前記X線量の変動率を表示する変動率表示部と、
    を備えたことを特徴とするX線検査装置。
  2. 電子ビームをターゲットに衝突させることによりX線を発生させるX線管と、前記X線管から出射され検査対象物を透過したX線を検出するX線検出器と、を備えたX線検査装置において、
    前記X線管から出射されたX線を所定の期間前記X線検出器により検出することによりその期間のX線量を検出し、その期間におけるX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを測定する測定部と、
    前記測定部により測定した前記X線量の最大値Imaxと前記X線量の最小値Iminとを利用してX線量の変動率を演算する演算部と、
    前記演算部により演算した前記X線量の変動率が予め設定した閾値を越えたときに、前記ターゲットが消耗していると判定する判定部と、
    を備えたことを特徴とするX線検査装置。
  3. 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、
    前記演算部は、前記X線の変動率を、[(Imax−Imin)/Imax]に基づいて演算するX線検査装置。
  4. 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、
    前記演算部は、前記X線の変動率を、[Imin/Imax]に基づいて演算するX線検査装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれかに記載のX線検査装置において、
    前記測定部は、前記X線量の最大値Imaxと前記X線量の最小値Iminとを、前記X線検出器における一定エリアにおいて検出した検出値の平均値として測定するX線検査装置。
  6. 請求項1から請求項4のいずれかに記載のX線検査装置において、
    前記測定部は、前記X線量の最大値Imaxと前記X線量の最小値Iminとを、前記X線検出器における一定のエリアにおいて検出した検出値の分布のピーク値として測定するX線検査装置。
  7. 電子ビームをターゲットに衝突させることによりX線を発生するX線管と、前記X線管から出射され検査対象物を透過したX線を検出するX線検出器と、を備えたX線検査装置において、前記ターゲットの消耗度を判定するX線検査装置におけるX線管のターゲットの消耗度判定方法であって、
    前記X線管から出射されたX線を所定の期間前記X線検出器により検出することによりその期間のX線量を検出し、その期間におけるX線量の最大値ImaxとX線量の最小値Iminとを測定し、
    前記X線量の最大値Imaxと前記X線量の最小値Iminとを利用してX線量の変動率を演算し、
    前記X線量の変動率から、前記ターゲットの消耗度を判定する、
    ことを特徴とするX線検査装置におけるX線管のターゲットの消耗度判定方法。
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