JPWO2018066364A1 - Ｘ線検査装置 - Google Patents

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Abstract

被測定物等の物性によらず、被測定物を精度よく検査することが可能なＸ線検査装置を提供する。被測定物（Ｗ）にＸ線を照射するＸ線照射手段（１１０）と、被測定物を透過したＸ線の各光子について、光子が持つエネルギーを所定の閾値に照らして、１以上のエネルギー領域に弁別して検出するＸ線検出手段（１５０）と、被測定物とその閾値とが直接的又は間接的に対応付けられて記憶された記憶手段（１４１）と、記憶手段を参照し、入力された情報により特定された被測定物に対応する閾値を、所定の閾値としてＸ線検出手段が参照できるように保持する閾値設定手段（１４０）と、Ｘ線検出手段が１以上のエネルギー領域のそれぞれについて検出した光子の数又は光子の数に応じた量に基づいて被測定物を検査する検査手段（１７０）と、を備える。

Description

本発明は、対象製品等にＸ線を照射して異物の検査を行うＸ線検査装置に関する。
一般に、製品の製造から梱包、出荷に至るまでの各工程では、検査対象となる被測定物や、被測定物に含まれ得る異物の種類（材料、大きさなど）に適した検査方法によって、製品や梱包内に異物が混入していないか等の検査が行われる。このうち製品等を非破壊で検査できるＸ線検査装置では、対象製品等にＸ線を照射し、透過したＸ線を検出することで、外側からは見えない内部の異物の存否を検査することができる。
Ｘ線検査装置において画像情報を電気信号として検出する方式には、一旦Ｘ線をシンチレータにより可視光に変換した上でフォトダイオードにより電気信号に変換する間接変換方式と、Ｘ線をＣｄＴｅなどの半導体素子により電気信号に直接変換する直接変換方式とがある。間接変換方式では原理上、シンチレータの発光効率やフォトダイオードの電荷変換効率による損失が生じる。一方、直接変換方式ではＸ線が直接電荷に変換されるため変換効率が良い。
特許文献１には直接変換方式のラインセンサを利用したＸ線検査装置が開示されており、エネルギー別フォトンカウンティングを実現している。この装置では、被測定物に向けて照射されたＸ線が被測定物と当該被測定物を搬送するベルトコンベアを透過した後のＸ線強度を、光子エネルギーを弁別可能な直接変換型Ｘ線ラインセンサを用いて低エネルギーのＸ線透過画像と高エネルギーのＸ線透過画像とに変換し、両画像の差分をとることにより得られた画像における被測定物と異物とのコントラストから、被測定物内の異物の有無を可視化する。
特開２０１０−０９１４８３号公報
低エネルギーのＸ線で得られる透過画像と高エネルギーのＸ線で得られる透過画像は、低エネルギーの光子と高エネルギーの光子とを弁別するエネルギーの閾値をどこに設定するかにより変化する。被測定物である製品やそれに含まれる異物は、その物性によってＸ線の透過率が異なるため、ある閾値を設定した場合、ある被測定物に対しては低エネルギーと高エネルギーのＸ線画像ペアから異物が明瞭に可視化された画像が得られたとしても、別の物性の被測定物に対しては必ずしもコントラストの高い明瞭な画像が得られるとは限らない。しかし、従来のＸ線検査装置では被測定物ごとに閾値を変更することができなかった。
本発明の目的は、被測定物等の物性によらず、被測定物を精度よく検査することが可能なＸ線検査装置を提供することにある。
本発明のＸ線検査装置は、被測定物にＸ線を照射するＸ線照射手段と、被測定物を透過したＸ線の各光子について、光子が持つエネルギーを所定の閾値に照らして、１以上のエネルギー領域に弁別して検出するＸ線検出手段と、被測定物とその閾値とが直接的又は間接的に対応付けられて記憶された記憶手段と、記憶手段を参照し、入力された情報により特定された被測定物に対応する閾値を、所定の閾値としてＸ線検出手段が参照できるように保持する閾値設定手段と、Ｘ線検出手段が１以上のエネルギー領域のそれぞれについて検出した光子の数又は光子の数に応じた量に基づいて被測定物を検査する検査手段と、を備える。光子の数に応じた量は例えば電荷量である。検査手段は、Ｘ線検出手段が１以上のエネルギー領域のそれぞれについて検出した光子の数又は光子の数に応じた量に基づいて、１以上のエネルギー領域のそれぞれについて生成したＸ線透過画像を被測定物の検査結果として出力するようにしてもよい。また、記憶手段は、被測定物に対応付けて、検査手段における被測定物の検査方法を示す情報を更に格納し、検査手段は、記憶手段を参照し、閾値設定手段に入力された情報により特定された被測定物に対応する検査方法で被測定物を検査するようにしてもよい。
本発明のＸ線検査装置によれば、被測定物等の物性に最適な閾値を設定できるため、被測定物等の物性によらず被測定物を精度よく検査することが可能となる。
本発明のＸ線検査装置１００の機能ブロック図である。 閾値の設定方法を例示する図である。 被測定物Ｗごとの閾値を示したテーブルの一例を示す図である。 被測定物Ｗごとの閾値を示したテーブルの別の一例を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に本発明のＸ線検査装置１００の機能ブロック図を示す。Ｘ線検査装置１００は、Ｘ線照射手段１１０、搬送手段１２０、Ｘ線検出手段１３０、閾値設定手段１４０、記憶手段１４１、表示手段１５０、入力手段１６０、及び検査手段１７０を備える。
Ｘ線照射手段１１０は、搬送手段１２０に載置された被測定物Ｗに向けてＸ線を照射する。搬送手段１２０は、例えばＸ線の透過性が高いベルトコンベアであり、対向配置されたＸ線照射手段１１０とＸ線検出手段１３０との間に配置されて、載置された被測定物Ｗを搬送する。Ｘ線照射手段１１０から被測定物Ｗに向けて照射されたＸ線は、被測定物Ｗと搬送手段１２０による吸収を受けつつこれらを透過した後、Ｘ線検出手段１３０に到達する。
Ｘ線検出手段１３０には、例えば、複数のＸ線検出素子が搬送手段１２０による搬送方向に直交する方向に並べられた、いわゆるＸ線ラインセンサが採用される。Ｘ線検査装置１００では、搬送手段１２０により被測定物Ｗを移動させつつ、当該被測定物Ｗから透過したＸ線の光子がＸ線ラインセンサにより逐次スキャンされる。
本実施形態では、Ｘ線の光子の到達ごとに当該光子のエネルギーを所定の閾値に照らして１以上のエネルギー領域に弁別して光子を検出することが可能な直接変換方式のＸ線ラインセンサが採用される。Ｘ線を電気信号に直接変換可能なＸ線検出素子としては、例えばＣｄＴｅなどの半導体素子が挙げられる。Ｘ線検出手段１３０では、Ｘ線ラインセンサを構成する個々のＸ線検出素子において、到達したＸ線の光子によって電子正孔対が生成され、その電荷を増幅して得られる検出信号のエネルギーを所定の閾値と比較し、所定時間内に閾値を超えた又は超えなかった回数を、当該閾値で画されるエネルギー領域での当該Ｘ線検出素子のフォトンカウンティング数（検出した光子の数）として出力する。なお、検出信号のエネルギーが所定の閾値を超えた回数の代わりに、エネルギーが所定の閾値を超えた又は超えなかった検出信号の電荷量を所定時間で積分した積分電荷量を、当該閾値で画されるエネルギー領域での当該Ｘ線検出素子の積分電荷量として出力してもよい。以下では、出力がフォトンカウンティング数の場合を例にとって説明する。
Ｘ線検出手段１３０は、光子のエネルギーを弁別してフォトンカウンティングするエネルギー領域の個数に応じた個数の所定の閾値を設定できるように構成される。エネルギー領域が２個の場合、例えば、図２(a)に示すように２つの閾値（低エネルギー側の閾値Ｖｔｈ１と高エネルギー側の閾値Ｖｔｈ２）を設定でき、それぞれの閾値を超えたフォトンカウンティング数が逐次メモリに取り込まれるように構成される。そして、各Ｘ線検出素子における高エネルギー側の閾値Ｖｔｈ２を超えたフォトンカウンティング数に基づき高エネルギーのＸ線透過画像を生成することができ、各検出素子における低エネルギー側の閾値Ｖｔｈ１を超えたフォトンカウンティング数から高エネルギー側の閾値Ｖｔｈ２を超えたフォトンカウンティング数を差し引いた数に基づき低エネルギーのＸ線透過画像を生成することができる。なお、例えば、高エネルギーのＸ線透過画像については上記と同様に生成し、低エネルギーのＸ線透過画像の代わりに、低エネルギー側の閾値Ｖｔｈ１を超えたフォトンカウンティング数に基づき低エネルギー＋高エネルギーのＸ線透過画像を生成するというように、２つ以上のＸ線透過画像を生成するに際し、フォトンカウンティングするエネルギー領域を部分的に重ねて設定しても構わない。
フォトンカウンティングするエネルギー領域が２個の場合、閾値の設定方法は図２(a)に示す方法に限定されるものではなく、例えば図２(b)に示すようにフォトンカウンティングする低エネルギー領域を閾値Ｖｔｈ１より低エネルギーの領域として設定する方法など、任意の方法を採用してよい。また、フォトンカウンティングをするエネルギー領域を図２(c),(d)に示すように、ある閾値Ｖｔｈを超える領域又は超えない領域というように１個だけ設定してもよい。また、フォトンカウンティングをするエネルギー領域を３個以上設定してもよく、設定方法も任意である。例えば４個設定する場合、図２(e)に示すようにＶｔｈ１からＶｔｈ３の３つの閾値を境に連続して４個設定してもよいし、図２(f)に示すようにＶｔｈ１からＶｔｈ６の６つの閾値を設けて断続的に４個設定してもよい。フォトンカウンティングするエネルギー領域を増やすことで多段階でのＸ線透過画像を得ることができ、よりきめ細かな画像処理が可能となる。
閾値設定手段１４０は、被測定物Ｗとその閾値とが直接的又は間接的に対応付けられて記憶された記憶手段１４１を参照して、入力された情報により特定された被測定物Ｗに対応する閾値を、所定の閾値としてＸ線検出手段１３０が参照して設定できるように保持する。被測定物Ｗとその閾値との対応付けは、例えば、被測定物Ｗをインデックスとして閾値との対応付けが記録されたテーブルとして記憶手段１４１に記憶する。記憶手段１４１は、装置にハードディスクやＲＡＭとして固定的に設けてもよいし、メモリーカードなど着脱可能に設けてもよい。また、閾値設定手段１４０は、被測定物Ｗを特定する情報を装置の利用者が入力できるよう、例えば被測定物Ｗを選択する入力インタフェースをディスプレイ等の表示手段１５０に表示する。
図３に、被測定物Ｗごとに１つ又は２つの閾値を設定する場合のテーブルの一例を示す。テーブルには、被測定物Ｗごとに、被測定物Ｗの物性を踏まえて適切な１つ又は２つの閾値が記録される。ここでいう被測定物Ｗは被測定物自体に限定されるものではなく、商品名や検出したい異物名、又は被測定物・異物の種別・材質など、適宜カテゴライズして設定してよい。また、被測定物と検出したい異物名との組としても設定してもよい。そして、利用者にはテーブルのインデックスである被測定物Ｗを選択するメニューを提示し、利用者がマウス、キーボード、タッチパネル、バーコードリーダーなどの入力手段１６０を用いて被測定物Ｗを選択入力すると、閾値設定手段１４０は、選択された被測定物Ｗに対応する閾値１、２をテーブルから読み取ってＸ線検出手段１３０が所定の閾値として参照できるように保持する。このとき、利用者に提示する選択メニューには閾値は表示しなくてよい。
テーブルにおいて被測定物Ｗと閾値とを対応付ける構成は、図３に示す構成に限定されず、被測定物Ｗを特定する情報の入力方法に応じて任意に決定してよい。例えば、図３の場合と同様に被測定物Ｗを利用者に提示して選択入力をする場合に、図３に示すような１つのテーブルで構成する方法のほか、図４(a),(b)に示すような２つのテーブルにより構成する方法を採ってもよい。具体的には、一方のテーブルを図４(a)に示すように被測定物Ｗと閾値番号との組で構成し、他方のテーブルを図４(b)に示すように閾値番号と閾値との組で構成して、閾値番号により両テーブルのリレーションをとることで被測定物Ｗと閾値とを間接的に対応付ける。また、被測定物Ｗを特定する情報をバーコードリーダーからのバーコード若しくはＱＲコード（登録商標）の読み取り、又はキーボードからの商品番号の直接入力により入力する場合には、図３に示すテーブルにおいてインデックスを、被測定物Ｗの代わりに被測定物Ｗを示すコードに対応する番号又は商品番号とすることで、コードや商品番号に対応する被測定物Ｗと閾値とを対応付けることができる。
検査手段１７０は、Ｘ線検出手段１３０が１以上のエネルギー領域のそれぞれについて検出した光子の数に基づいて被測定物を検査する。例えば、Ｘ線検出手段１３０が図２(a)に示す２つのエネルギー領域のそれぞれについて検出した光子の数に基づいてＸ線透過画像を生成し、これらの差分を取るなど、所定の処理を行うことで被測定物Ｗやその中に含まれる異物がコントラスト高く可視化された画像を生成することができる。生成した画像は、例えば表示手段１５０に表示する。なお、検査の結果は必ずしもそれ自体を出力の対象とする必要はなく、例えば、検査の結果に基づいて選別機の制御信号を出力するようにしてもよい。
なお、検査手段１７０は、Ｘ線検出手段１３０が１以上のエネルギー領域のそれぞれについて検出した光子の数に応じた量に基づいて被測定物を検査してもよい。例えば、Ｘ線検出手段１３０において、Ｘ線ラインセンサを構成する個々のＸ線検出素子に到達したＸ線の光子によって生成された電子正孔対の電荷を増幅して得られる検出信号のエネルギーを所定の閾値と比較し、閾値を超えた又は超えなかった検出信号の電荷量を所定時間で積分して得られた電荷量を当該閾値で画されるエネルギー領域の当該Ｘ線検出素子の積分電荷量として出力する。図２(a)に示すように２つの閾値を設定した場合、それぞれの閾値を超えた積分電荷量が逐次メモリに取り込まれるように構成される。そして、各Ｘ線検出素子における高エネルギー側の閾値Ｖｔｈ２を超えた積分電荷量に基づき高エネルギーのＸ線透過画像を生成することができる。また、各検出素子における低エネルギー側の閾値Ｖｔｈ１を超えた積分電荷量から高エネルギー側の閾値Ｖｔｈ２を超えた積分電荷量を差し引いた電荷量に基づき低エネルギーのＸ線透過画像を生成することができる。
なお、検査手段１７０で行う検査の方法を被測定物Ｗごとに相違させてもよい。例えば、記憶手段１４１に記憶されたテーブルに更に、被測定物Ｗに対応付けて画像処理の条件（例えば、各フォトンカウンティング数に対する係数や和、差などの計算式）を予め記録しておき、検査手段１７０による処理実行の際にテーブルを参照して閾値設定手段１４０に選択入力された被測定物Ｗに対応する検査方法を実行するようにしてもよい。このように被測定物Ｗごとに異なる検査方法を採用することにより、例えば、コントラストの高い画像を生成するために特別な画像処理を要する被測定物Ｗがある場合にも簡単な設定で高コントラストな画像を得ることができる。
また、被測定物の検査は、必ずしも画像の生成によって行う必要はない。例えばエネルギー領域別の出力データ（各検出素子ごとの光子数など）を内部的にそのまま差分をとったり比較したりすることで行ってもよい。
以上説明した本発明のＸ線検査装置１００によれば、被測定物自体やそれに含まれ得る異物の物性に最適な閾値を設定できるため、被測定物等の物性によらず、被測定物と異物とのコントラストが高い明瞭な画像を生成することができ、被測定物を精度よく検査することが可能となる。また、閾値を設定するために被測定物Ｗを選択するだけでよいので、Ｘ線検査の原理等に習熟していない利用者であっても、素早く、正確に設定を行うことが可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。例えば、Ｘ線センサはラインセンサの場合を例示したが、エリアセンサでもよいし、また、コントラストやＳ／Ｎ比の向上のためにＴＤＩ(Time Delay Integration)センサやＴＤＳ(Time-Delayed Summation)センサを採用してもよい。
１００…Ｘ線検査装置
１１０…Ｘ線照射手段
１２０…搬送手段
１３０…Ｘ線検出手段
１４０…閾値設定手段
１４１…記憶手段
１５０…表示手段
１６０…入力手段
１７０…検査手段
Ｗ…被測定物

Claims (4)

  1. 被測定物にＸ線を照射するＸ線照射手段と、
    前記被測定物を透過したＸ線の各光子について、光子が持つエネルギーを所定の閾値に照らして、１以上のエネルギー領域に弁別して検出するＸ線検出手段と、
    前記被測定物と前記閾値とが直接的又は間接的に対応付けられて記憶された記憶手段と、
    前記記憶手段を参照し、入力された情報により特定された前記被測定物に対応する閾値を、前記所定の閾値として前記Ｘ線検出手段が参照できるように保持する閾値設定手段と、
    前記Ｘ線検出手段が前記１以上のエネルギー領域のそれぞれについて検出した光子の数又は光子の数に応じた量に基づいて、前記被測定物を検査する検査手段と、
    を備えるＸ線検査装置。
  2. 前記検査手段は、Ｘ線検出手段が前記１以上のエネルギー領域のそれぞれについて検出した光子の数又は光子の数に応じた量に基づいて、前記１以上のエネルギー領域のそれぞれについてＸ線透過画像を生成し、各Ｘ線透過画像に対し所定の処理を行うことで得られた画像を前記被測定物の検査結果として出力することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
  3. 前記記憶手段は、前記被測定物に対応付けて、前記検査手段における前記被測定物の検査方法を示す情報を更に記憶し、
    前記検査手段は、前記記憶手段を参照し、前記閾値設定手段に入力された情報により特定された前記被測定物に対応する検査方法で前記被測定物を検査する
    ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
  4. 前記光子の数に応じた量は電荷量であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＸ線検査装置。
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