JP7001252B2 - X線検査装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態であるX線検査装置10の外観を示す斜視図である。図2は、X線検査装置10が組み込まれる検査ライン100の概略図である。検査ライン100は、被検査物Aの検査を行う。被検査物Aは、例えば、包装された食品である。検査ライン100において、被検査物Aは、前段コンベア60によってX線検査装置10まで搬送される。図2において、被検査物Aの搬送方向は、矢印で示されている。
X線検査装置10は、主として、シールドボックス11と、搬送ユニット12と、X線照射器(X線源)20と、センサユニット30と、モニタ40と、制御装置50とから構成される。
図3は、X線検査装置10のシールドボックス11の内部の概略図である。シールドボックス11は、X線検査装置10のケーシングである。図1に示されるように、シールドボックス11の両側面には、被検査物Aを搬出入するための開口11aが形成されている。開口11aは、シールドボックス11の外部から内部に被検査物Aを搬入するため、または、シールドボックス11の内部から外部に被検査物Aを搬出するために用いられる。開口11aは、遮蔽のれん19により塞がれている。遮蔽のれん19は、シールドボックス11の内部から外部へのX線の漏洩を抑える。遮蔽のれん19は、鉛を含むゴムから成形される。遮蔽のれん19は、被検査物Aが搬出入される時に被検査物Aによって押しのけられる。
搬送ユニット12は、シールドボックス11の内部を通過するように被検査物Aを搬送するためのベルトコンベアである。図1に示されるように、搬送ユニット12は、シールドボックス11の両側面に形成された開口11aを貫通するように配置されている。
X線照射器20は、シールドボックス11内部の所定の位置まで搬送ユニット12によって搬送された被検査物AにX線を照射する。X線照射器20から照射されるX線には、様々なエネルギーのX線が含まれている。
センサユニット30は、X線照射器20から照射されたX線を検出するセンサである。具体的には、センサユニット30は、搬送ユニット12によって搬送された被検査物Aを透過したX線である透過X線を検出する。
モニタ40は、タッチパネル機能付きの液晶ディスプレイである。モニタ40は、X線検査装置10の表示部および入力部として機能する。モニタ40には、被検査物Aの検査結果等が表示される。また、モニタ40には、初期設定、および、被検査物Aの良否判断に関するパラメータを入力するための画面等が表示される。
制御装置50は、主として、CPU、ROM、RAMおよびHDD(ハードディスクドライブ)等によって構成されている。なお、HDDの代わりにSSD(ソリッドステートドライブ)が用いられてもよい。制御装置50は、図示されない表示制御回路、入力回路および通信ポート等も備えている。表示制御回路は、モニタ40の表示を制御する回路である。入力回路は、モニタ40のタッチパネルおよび入力キーを介して操作者によって入力された入力データを取り込む回路である。通信ポートは、プリンタ等の外部機器、および、LAN等のネットワークとの接続を可能にするポートである。
制御部51は、記憶部52に記憶されている各種プログラムを実行することにより、様々な機能を実現する。制御部51は、画像処理部61と、センサ劣化検出部62と、良否判定部63とを有する。
画像処理部61は、センサユニット30が出力したX線透過信号に基づいて、被検査物Aの透過画像を生成し、その透過画像に対して各種の画像処理を施し、最終画像を生成する。生成された最終画像は、被検査物Aに含まれる異物の有無の判定に用いられる。
画像生成部61aは、センサユニット30が出力したX線透過信号に基づいて、被検査物Aの透過画像を生成する。具体的には、画像生成部61aは、X線の扇状の照射範囲X(図3参照)を被検査物Aが通過する度に、センサユニット30の各X線検出素子から所定の短い時間間隔ごとに出力されるX線透過信号のデータを時間順にマトリックス状につなぎ合わせて、被検査物Aの透過画像を生成する。照射範囲Xにおける被検査物Aの有無は、センサユニット30が出力する信号の有無により判定される。画像生成部61aが生成した透過画像は、画像記憶部52aに記憶される。
画像拡縮部61bは、被検査物Aの低エネルギー透過画像P1の大きさと、被検査物Aの高エネルギー透過画像P2の大きさとを合わせる処理を行う。X線照射器20は、センサユニット30に向かってX線を扇状に照射する(図3参照)。X線照射器20から高エネルギー用ラインセンサ32までの距離は、X線照射器20から低エネルギー用ラインセンサ31までの距離より長い。そのため、図5に示されるように、高エネルギー用ラインセンサ32の被検査物Aの検出領域は、低エネルギー用ラインセンサ31の被検査物Aの検出領域よりわずかに広くなる。その結果、被検査物Aの高エネルギー透過画像P2の大きさは、被検査物Aの低エネルギー透過画像P1の大きさよりわずかに大きくなる。
画像位置合わせ部61cは、被検査物Aの低エネルギー透過画像P1の位置と、被検査物Aの高エネルギー透過画像P2の位置とを合わせる処理を行う。画像位置合わせ部61cは、低エネルギー透過画像P1および高エネルギー透過画像P2の一方を移動させて、低エネルギー透過画像P1と高エネルギー透過画像P2との差異が最小になるようにする。
ヒストグラム作成部61dは、低エネルギー透過画像P1の輝度分布を示す低エネルギーヒストグラムH1と、高エネルギー透過画像P2の輝度分布を示す高エネルギーヒストグラムH2とを作成する。図8は、低エネルギーヒストグラムH1および高エネルギーヒストグラムH2の一例である。図8において、横軸は、画素の輝度値を表し、左側に行くほど輝度値が小さくなるので、画素が暗くなる。縦軸は、透過画像に含まれる画素数を表す。
ヒストグラム積算部61eは、低エネルギーヒストグラムH1を積分して低エネルギーヒストグラム積算曲線C1を算出すると共に、高エネルギーヒストグラムH2を積分して高エネルギーヒストグラム積算曲線C2を算出する。図9は、低エネルギーヒストグラム積算曲線C1および高エネルギーヒストグラム積算曲線C2の一例である。図9において、横軸は、画素の輝度値を表し、縦軸は、透過画像に含まれる画素数の積分値を表す。
輝度変換テーブル作成部61fは、低エネルギーヒストグラム積算曲線C1と高エネルギーヒストグラム積算曲線C2とを比較して、低エネルギーヒストグラム積算曲線C1を高エネルギーヒストグラム積算曲線C2に一致または近似させる輝度変換テーブルを作成する。輝度変換テーブルは、各輝度値における輝度変換比Iからなる。輝度変換比Iは、低エネルギーヒストグラム積算曲線C1の積算値I1と、高エネルギーヒストグラム積算曲線C2の積算値I2との比である(図9参照)。
画像変換部61gは、輝度変換テーブルに基づいて、低エネルギー透過画像P1の各画素の輝度変換を行い、輝度変換後低エネルギー透過画像P1aを取得する。図7(c)は、図7(a)の低エネルギー透過画像P1の輝度変換処理によって取得された輝度変換後低エネルギー透過画像P1aを表す。
除算部61hは、輝度変換後低エネルギー透過画像P1aの各画素の輝度値と、高エネルギー透過画像P2の各画素の輝度値との間で除算を行うことで、被検査物Aを消す処理を行う。除算部61hは、2つの透過画像P1a,P2の各画素の輝度値を除算した結果を有する結果画像を出力する。なお、除算部61hは、2つの透過画像P1a,P2の輝度値が異なる画素と、2つの透過画像P1a,P2の輝度値が同じ画素との区別を容易にするため、例えば除算結果を100倍してもよい。
低エネルギー透過画像P1および高エネルギー透過画像P2には、ランダムノイズが含まれているので、除算部61hが出力した結果画像にも、当該ランダムノイズが含まれている。フィルタ部61iは、ガウシアンフィルタ等を用いて、除算部61hが出力した結果画像に含まれるランダムノイズを除去する。
二値化部61jは、ランダムノイズが除去された結果画像を、所定の値を閾値として二値化する。これにより、二値化部61jは、被検査物Aに異物Mが含まれている場合に、異物Mのみが抽出された二値化画像を取得することができる。
センサ劣化検出部62は、低エネルギー用ラインセンサ31および高エネルギー用ラインセンサ32の劣化を検出する。X線検査装置10の累積使用時間が長くなるほど、ラインセンサ31,32のX線検出素子がX線に照射される積算時間が長くなる。X線は、可視光線と比較してエネルギーが高い電磁波であるので、X線検出素子は、X線に照射され続けることで徐々に劣化する。具体的には、X線検出素子が検出できる透過X線の強度が徐々に低下することで、X線検出素子が劣化する。その結果、ラインセンサ31,32が出力するX線透過信号のレベルが徐々に低下して、ラインセンサ31,32が劣化する。なお、ラインセンサ31,32が出力するX線透過信号は、X線検出素子が検出した透過X線の強度に応じた電圧を示す。そのため、ラインセンサ31,32の劣化とは、この電圧の低下を意味する。
良否判定部63は、画像処理部61が出力した最終画像を解析して、被検査物Aに関する良品/不良品の判定を行う。良否判定部63は、被検査物Aに異物Mが含まれていないと判断した場合に、被検査物Aを良品と判定する。一方、良否判定部63は、被検査物Aに異物Mが含まれていると判断した場合に、被検査物Aを不良品と判定する。良否判定部63は、輝度値が所定の値以上である画素領域(異物Mを表す画素領域)が、画像処理部61が出力した最終画像に含まれている場合に、被検査物Aに異物Mが含まれていると判断する。
記憶部52は、検査パラメータ、動作設定情報、および、制御部51が実行する各種プログラムを記憶する。検査パラメータおよび動作設定情報は、モニタ40のタッチパネル機能を使って操作者によって入力される。
次に、画像処理部61による画像処理について説明する。この画像処理は、良否判定部63が被検査物Aに含まれる異物Mの有無を判定するために用いる最終画像を出力するための一連の処理である。図10は、画像処理部61による画像処理のフローチャートである。
最初に、シールドボックス11内部の所定の位置まで搬送された被検査物Aに対して、X線照射器20からX線が照射される。X線照射器20から照射され被検査物Aを透過したX線(透過X線)は、センサユニット30の低エネルギー用ラインセンサ31および高エネルギー用ラインセンサ32によって検出される。画像生成部61aは、低エネルギー用ラインセンサ31が出力したX線透過信号に基づいて低エネルギー透過画像P1を生成し、高エネルギー用ラインセンサ32が出力したX線透過信号に基づいて高エネルギー透過画像P2を生成する。
次に、画像拡縮部61bおよび画像位置合わせ部61cは、ステップS11で生成された低エネルギー透過画像P1および高エネルギー透過画像P2の位置および大きさを合わせる処理を行う。この処理は、例えば、低エネルギー透過画像P1のアフィン変換によって一度に実行されてもよい。
次に、低エネルギー透過画像P1の各画素の輝度と、高エネルギー透過画像P2の各画素の輝度とが完全に、または、実質的に一致するように、低エネルギー透過画像P1の輝度変換処理を行う。具体的には、画像変換部61gは、輝度変換テーブル作成部61fが作成した輝度変換テーブルに基づいて、低エネルギー透過画像P1の各画素の輝度変換を行い、輝度変換後低エネルギー透過画像P1aを取得する。
次に、除算部61hは、輝度変換後低エネルギー透過画像P1aと高エネルギー透過画像P2との間で除算を行い、これらの透過画像P1a,P2の間の差異が抽出された結果画像を取得する。具体的には、除算部61hは、2つの透過画像P1a,P2の各画素の輝度値を除算することで差異を抽出する。
次に、フィルタ部61iは、ステップS14で取得された結果画像のランダムノイズを除去して、異物Mが占める画素領域以外の画素領域の輝度値が実質的にゼロとなるように輝度変換処理を行う。
次に、二値化部61jは、ステップS15でランダムノイズが除去された結果画像を、所定の値を閾値として二値化して、異物Mのみが抽出された二値化画像を取得する。
(4-1)
本実施形態のX線検査装置10は、低エネルギー用ラインセンサ31および高エネルギー用ラインセンサ32を用いて被検査物Aを検査する。これらのラインセンサ31,32は、X線照射器20から照射されて被検査物Aを透過した、エネルギー帯が互いに異なる2種類の透過X線をそれぞれ検出する。低エネルギー用ラインセンサ31は、低エネルギー帯の透過X線を検出し、高エネルギー用ラインセンサ32は、高エネルギー帯の透過X線を検出する。
X線検査装置10のセンサ劣化検出部62は、ラインセンサ31,32の出力値の低下を検知して、ラインセンサ31,32の劣化を検出する。図11は、ラインセンサ31,32の出力値の時間変化の一例を表すグラフである。図11において、横軸は、X線検査装置10の初回使用時からの経過時間を表し、縦軸は、ラインセンサ31,32の出力値を表す。図11において、符号L1は、低エネルギー用ラインセンサ31の出力値の経過時間を表し、符号L2は、高エネルギー用ラインセンサ32の出力値の経過時間を表す。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
実施形態では、X線検査装置10は、ラインセンサ31,32の出力値の低下を検知して、ラインセンサ31,32の劣化を検出する。具体的には、センサ劣化検出部62は、ラインセンサ31,32の出力値が所定の値以上低下した場合に、ラインセンサ31,32が劣化したと判断する。
実施形態では、センサ劣化検出部62は、ラインセンサ31,32の出力値が所定の値以上低下した場合に、ラインセンサ31,32が劣化したと判断する。しかし、センサ劣化検出部62は、低エネルギー用ラインセンサ31の出力値と、高エネルギー用ラインセンサ32の出力値との差が所定の値以上になった場合に、ラインセンサ31,32の劣化を検出してもよい。
実施形態では、制御装置50の一機能である画像変換部61gは、低エネルギー透過画像P1の各画素の輝度と、高エネルギー透過画像P2の各画素の輝度とが完全に、または、実質的に一致するように、低エネルギー透過画像P1の輝度変換を行う。画像変換部61gは、輝度変換テーブル作成部61fが作成した輝度変換テーブルに基づいて、低エネルギー透過画像P1の輝度変換を行い、輝度変換後低エネルギー透過画像P1aを取得する。低エネルギー透過画像P1は、低エネルギー用ラインセンサ31の出力値から得られる画像であり、高エネルギー透過画像P2は、高エネルギー用ラインセンサ32の出力値から得られる画像である。
変形例Cでは、センサ劣化検出部62は、輝度変換テーブルに基づいて、低エネルギー用ラインセンサ31の出力値を変換する処理をさらに行う。しかし、センサ劣化検出部62は、この変換処理に用いられる輝度変換テーブルを自動で更新してもよく、また、輝度変換テーブルの更新作業をX線検査装置10の操作者に提案してもよい。
変形例Cでは、センサ劣化検出部62は、低エネルギー用ラインセンサ31の出力値を変換する処理に用いられる輝度変換テーブルを定期的に自動で更新してもよい。この場合、センサ劣化検出部62は、良否判定部63が被検査物Aに関する良品/不良品の判定を行う際に得られた両ラインセンサ31,32の出力値に基づいて、輝度変換テーブルを自動で更新してもよい。
X線検査装置10の制御部51は、センサ劣化検出部62がラインセンサ31,32の劣化を検出した場合に、ラインセンサ31,32の劣化に関する情報を報知する報知部の機能をさらに備えてもよい。例えば、報知部は、ラインセンサ31,32が劣化したことをX線検査装置10の操作者に報知するための警告をモニタ40に表示する。これにより、X線検査装置10は、適切な時期に、ラインセンサ31,32の交換を操作者に促すことができる。
実施形態では、センサ劣化検出部62は、ラインセンサ31,32の出力値が所定の値以上低下した場合に、ラインセンサ31,32の劣化を検出する。しかし、センサ劣化検出部62は、ラインセンサ31,32の出力値が所定の割合だけ低下した場合に、ラインセンサ31,32の劣化を検出してもよい。例えば、センサ劣化検出部62は、X線検査装置10の使用開始時におけるラインセンサ31,32の出力値と比較して、現在の出力値が20%以上低下した場合に、ラインセンサ31,32の劣化を検出してもよい。
実施形態では、センサ劣化検出部62は、ラインセンサ31,32の出力値に基づいて、ラインセンサ31,32の劣化を検出する。しかし、センサ劣化検出部62は、ラインセンサ31,32の出力値の代わりに、これらの出力値に基づいて生成されたデータを用いてラインセンサ31,32の劣化を検出してもよい。例えば、センサ劣化検出部62は、低エネルギー用ラインセンサ31の出力値の代わりに低エネルギー透過画像P1の輝度値を用いてもよく、高エネルギー用ラインセンサ32の出力値の代わりに高エネルギー透過画像P2の輝度値を用いてもよい。この場合、センサ劣化検出部62は、例えば、低エネルギー透過画像P1および高エネルギー透過画像P2の輝度値の最大値が所定の値以上低下した場合に、ラインセンサ31,32の劣化を検出してもよい。
実施形態では、X線検査装置10の制御部51はセンサ劣化検出部62を有し、センサ劣化検出部62はラインセンサ31,32の劣化を検出する。しかし、X線検査装置10は、ラインセンサ31,32の劣化に関する情報をサーバーに送信するための通信部をさらに有してもよい。これにより、大規模な工場等において複数台のX線検査装置10を管理する担当者は、各X線検査装置10のラインセンサ31,32の劣化情報を端末から確認することができる。また、X線検査装置10のメーカーのサポート部門と劣化情報を共有することで、ラインセンサ31,32が劣化により故障する前に部品交換等を行うことが可能になり、故障による設備のダウンタイムを短縮することができる。
20 X線照射器(X線源)
31 低エネルギー用ラインセンサ(第1センサ)
32 高エネルギー用ラインセンサ(第2センサ)
52 記憶部
61g 画像変換部(変換部)
62 センサ劣化検出部(検出部)
63 良否判定部(検査部)
A 被検査物
Claims (7)
- 被検査物にX線を照射するX線源と、
前記X線源から照射される第1エネルギー帯のX線を検出し、検出されたX線に関する第1出力値を出力する第1センサと、前記X線源から照射される第2エネルギー帯のX線を検出し、検出されたX線に関する第2出力値を出力する第2センサとを含むセンサユニットと、
前記第1出力値と前記第2出力値との双方に基づき、前記センサユニット全体の劣化を判定する制御部と、
を備える、X線検査装置。 - 前記第1センサが出力した前記第1出力値、および、前記第2センサが出力した前記第2出力値を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記第1出力値および前記第2出力値に基づいて、前記第1出力値が所定の値以上低下したことを検知したか否か、および、前記第2出力値が所定の値以上低下したことを検知したか否かに基づき、前記劣化を判定する、
請求項1に記載のX線検査装置。 - 前記制御部は、前記第1出力値と前記第2出力値との差が所定の値以上であることを検知した場合に、前記劣化を判定する、
請求項1または2に記載のX線検査装置。 - 前記制御部は、前記第1出力値が前記第2出力値に一致または近似するように、前記第1出力値および前記第2出力値の少なくとも一方を変換する変換処理を実行し、変換された前記第1出力値と前記第2出力値との差が所定の値以上であることを検知した場合に、前記劣化を判定する、
請求項1から3のいずれか1項に記載のX線検査装置。 - 前記制御部は、前記変換処理に用いられるデータを自動的に更新するか、または、前記データの更新を求める、
請求項4に記載のX線検査装置。 - 前記制御部は、前記第1出力値および前記第2出力値を用いて前記被検査物を検査し、前記被検査物を検査する際に得られた前記第1出力値および前記第2出力値に基づいて、前記データを自動的に更新する、
請求項5に記載のX線検査装置。 - 前記制御部は、前記劣化を判定した場合に、前記劣化に関する情報を報知する、
請求項1から6のいずれか1項に記載のX線検査装置。
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