KR101026313B1 - 짧은 ｘ―레이 펄스를 생성하는 ｘ―레이 장치, 및 이러한ｘ―레이 장치에 의하여 동작하는 검사 장치 - Google Patents

Abstract

짧은 X-레이 펄스를 발생시키는 X-레이 유닛은, 열이온 캐소드(12)와 애노드(16)를 가지는 X-레이 튜브(10)와, X-레이 펄스를 발생시키기 위하여 상기 애노드(16)에 인가되는 고-전압 펄스를 발생시키는 제1 회로(22, 20, 18)를 갖는 X-레이 발생기를 포함한다. X-레이 발생기는 제2 회로(26)를 포함하며, 이 제2 회로에 의하여 상기 애노드(16)에 저 전압이 연속적으로 인가되고, 이 저 전압은 X-방사(30)의 발생에는 불충분하고, X-레이 튜브(10)를 예열시킨다. 제1 회로는 고-전압 커패시터(20)를 충전시키는 고-전압 전력 공급 유닛(22)을 가질 수 있으며, 이 고-전압은 고-전압 스위치(18)을 통하여 상기 애노드(16)로 인가될 수 있다. 제2 회로는 막스 발생기일 수 있다. 연속적으로 저 전압을 발생시키고, 또한 고 전압을 발생시키는 막스 발생기를 구동시키는 하나의 전력 공급 장치만이 있을 수도 있다. 이 X-레이 유닛은 X-레이(30)에 의하여 물체의 화상을 생성시키기 위한 화상 장치(44, 46)를 가지는 물체 검사용 장치의 일부일 수 있다.

Description

짧은 Ｘ―레이 펄스를 생성하는 Ｘ―레이 장치, 및 이러한 Ｘ―레이 장치에 의하여 동작하는 검사 장치{X-RAY APPARATUS FOR GENERATING SHORT X-RAY PULSES, AND INSPECTING DEVICE OPERATING BY MEANS OF SUCH AN X-RAY APPARATUS}

본 발명은 짧은 X-레이 펄스를 생성하는 X-레이 유닛에 관한 것이다. X-레이 유닛은, 열이온(thermionic) 캐소드와 애노드를 갖는 X-레이 튜브와, 상기 애노드에 인가되어 X-레이 펄스를 생성할 수 있는 고-전압 펄스를 생성하는 제1 회로를 갖는 X-레이 발생기를 포함한다.

본 발명은 또한, 수송 장치로 전달되는 용기, 예컨대 음료수병 또는 수트케이트 또는 여행 가방을 검사하는 장치에 관한 것이다. 이 검사 장치는 처음에 명명된 형태의 X-레이 유닛을 가진 화상 장치를 가진다.

짧은 X-레이 펄스를 생성하는 X-레이 유닛은 DE-C-32 16 733, US-A 4 947 415 및 WO 94/23552로부터 알려져 있다. 이들 유닛은 수 나노초 동안 지속하는 초단(extremely brief) X-레이 펄스를 생성한다. 고-전압 펄스를 발생시키기 위하여 특별히 개발된 커패시터가 사용되어, 초단 펄스 기간 내에 고-전압 에너지를 애노드에 전달할 수 있도록 한다.

상이한 애노드 재료들에 전자 빔을 포커싱함으로써 상이한 에너지의 X-레이 펄스를 발생할 수 있는, 전계 방출 캐소드를 가지는 X-레이 유닛이 WO 02/31857로부터 알려져 있다.

X-레이 펄스를 발생시키는 X-레이 빔 발생기는 EP-A-1 158 842로부터 알려져 있으며, 고 전압이 애노드에 연속적으로(permanently) 인가되고, 그리드 전압은 캐소드 전류에 따라 제어되어, X-레이 빔이 발생되지 않는 기간 동안, 전극은 애노드에 도달하지 않는다. 펄스 기간은 또한 그리드 전압에 의하여 제어된다. 이로써, 안정한 X-레이 펄스를 발생시킬 수 있게 된다.

이송 장치 위에서 화상 장치를 지나 이동되는 음료수병과 수하물을 검사하기 위하여 X-레이를 사용하는 것이 알려져 있다. 하류에 CCD 카메라를 가진 X-레이 화상 증폭기 또는 변환기가 화상 시스템으로서 사용되며, 기록된 화상은 평가 시스템으로 전달된다. X-레이 화상 증폭기에서 표면 센서를 사용함으로써, X-레이 펄스의 방사 에너지와 전력 입력 모두를 대폭 감소시킬 수 있다. 그러나, X-레이가 비춰진 물체가 이동하면, 화상의 윤곽은 뚜렷함(sharpness)이 저하된다.

다른 센서, 예컨대 라인 센서가 사용되면, 전체 에너지가 연속적으로, 즉 테스트 물체가 빔 경로에 없는 경우에도 사용가능하게 되어야 한다. 우선, 고 방사 에너지가 방출되고, 두 번째로, 그 결과로서 고 전기 출력이 요구된다. 따라서, 장치의 방사 보호와, 연결된 높은 부하로 인해 고가의 스크리닝 및 안전 대책이 요구된다.

본 발명의 기본을 형성하는 목적은, 밀리초 범위의 X-레이 펄스를 발생시킬 수 있으며, 비교적 낮은 방사 에너지로 윤곽이 뚜렷한 화상을 가능하게 하는 X-레이 유닛을 형성하는 것이다.

본 발명에 따르면, 본 목적은, 처음에 명명된 형태의 X-레이 유닛에 있어서, X-레이 발생기가 제2 회로를 가지며, 이 제2 회로에 의하여 연속적으로 저 전압이 애노드에 인가되는 것으로 달성된다.

여기서, "저 전압(low voltage)"은, X-레이 튜브의 유리 벽에 의하여 이미 흡수된, 기껏해야 저-에너지 X-방사가 발생되는 고 전압을 의미한다. 이 저 전압은 연속적으로 애노드에 인가되며, 실제적으로 X-방사는 발생되지 않으나, X-레이 튜브가 예열되어, X-레이 튜브가 언제라도 신속하게 전력이 증강(powered-up)될 수 있어, 짧은 X-레이 펄스가 발생되게 된다.

X-레이 튜브는 시머(simmer) 모드로 동작한다. 제2 회로는 시머 전력 공급 유닛이다. 보호 다이오드는, 고 전압이 온으로 스위칭될 때, 시머 전력 공급 유닛을 보호한다. 고-전압 펄스를 발생시키는 또다른 가능성은 막스 발생기(Marx generator)를 사용하는 것이다.

캐소드는 가열 제어에 의하여 일정 가열 전류로 항상 가열된다.

이러한 X-레이 유닛은, X-레이 튜브에 전력을 공급하기 위한 개시 페이즈(phase)가 상당히 짧고, 본질적으로 커패시터의 방전 커브에 의하여만 정의되므로, 물체, 특히 불규칙한 간격으로 검사 장치를 통과하여 이송되는 용기들의 검사를 위한 장치에 특히 적합하다. X-레이 화상 증폭기 또는 변환기와 같은 표면 센서가 사용되는 화상 처리시, 움직임 번짐(movement blur)이 방지된다는 것은 특히 이점이 있다.

라인 센서, 예컨대 신틸레이터(scintillator) 크리스탈을 가지며, 행으로 정렬된 복수의 광전 배증관(photomultiplier tube)으로 동작하는 화상 처리시, 하이 빔 전력을 항상, 즉 검사될 물체가 빔 경로에 있지 않더라도, 사용가능해야할 필요가 없다는 것에 이점이 있다.

본 발명에 따른 X-레이 유닛은 실용 출원 DE-U-202 17 559.6(출원일 : 2002년 11월 12일, 명칭 : "채워진 용기를 X-레이를 이용하여 테스트하는 장치(Device for testing filled containers using X-rays)")의 경우에서 X-레이 빔 소스로서 특히 적합하다.

본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 이하에 설명한다.

도 1은 X-레이 유닛의 회로도이다.

도 2는 막스 발생기의 회로도이다.

도 3은 도 1에 도시된 X-레이 유닛이 사용되는 음료수병의 검사를 위한 장치이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : X-레이 튜브 12 : 캐소드

14 : 가열 제어 16 : 애노드

18 : 고-전압 스위치 20 : 고-전압 커패시터

22 : 고-전압 전력 공급 유닛 24 : 보호 다이오드

26 : 시머 전력 공급 유닛 30 : X-방사

40 : 음료수 병 32 : 전압원

33 : 커패시터 34 : 저항기

36 : 스위치 38 : 출력

42 : 이송 장치 44 : X-레이 화상 변환기

46 : CCD 카메라

도 1의 회로도에 따르면, X-레이 튜브(10)의 캐소드(12)는 가열 제어(14)에 접속된다. 이 가열 제어는 캐소드(12)에 일정 가열 전류를 제공한다. 애노드(16)는, 고-전압 스위치(18)를 통하여 고-전압 전력 공급 유닛(22)에 의하여 충전되는 고-전압 커패시터(20)에 접속된다. 애노드(16)는 또한 보호 다이오드(24)를 통하여 시머 전력 공급 유닛(26)에 접속된다.

고-전압 전력 공급 유닛(22)은 고-전압 커패시터(20)를 60 kV까지 충전시킨다. 고-전압 스위치(18)를 닫음으로써, 이 전압은 X-레이 튜브(10)의 애노드(16)에 인가되어, X-레이(30)가 발생된다.

X-레이 튜브(10)는 시머 전력 공급 유닛(26)에 의하여 시머 모드로 동작하며, 시머 전력 공급 유닛(26)은 약 5kV의 전압을 생성하여, 약 1mA 내지 10mA의 직류가 X-레이 튜브(10)를 통하여 연속적으로 흐르도록 한다. 이로써, X-레이 튜브(10)는, 고-전압 스위치(18)가 닫히자마자 이 X-레이 튜브에 즉시 전력 증강(powered-up)되어, X-레이(30)가 발생되도록 하는 지점까지 예열된다. 시머 전력 공급 유닛(26)은 보호 다이오드(24)에 의하여 커패시터(20)의 고 전압으로부터 보호된다.

고-전압 전력 공급 유닛(22)과 고-전압 커패시터(20)와 고-전압 스위치(18) 대신에, 막스 발생기가 도 2에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 막스 발생기는, 펄스 고 전압이 발생될 수 있도록 하는 전압 배율기(multiplier)이다. 저항기(34)를 통하여 병렬 접속된 다수 n개의 커패시터(33)가 전압원(32)에 의하여 충전된다. 고-전압 펄스를 트리거하기 위하여, 커패시터(33)는 전자 스위치(36)를 통하여 직렬 접속된다. 다음, n-폴드 커패시터 전압이 출력(38)에 인가된다.

예컨대, 5 kV의 전압원(32)과 12개의 병렬-접속된 커패시터(33)가 사용되면, 발생된 고-전압 펄스는 60 kV이다. 그러므로, 본 경우에서, 시머 전력 공급 유닛(26)을 전압원(32)으로서 사용할 수 있다.

도 3은 이송 장치(42), 예컨대 링크 체인 컨베이어로 전달되는 음료수병(40)의 검사를 위한 장치를 도시한다. 수송 장치(42)의 일측에는 X-레이 튜브(10)가 있고, 이송 장치(42)의 타측에는 X-레이 화상 변환기(44)가 있고, 그 뒤에는 CCD 카메라(46)가 배치되어 있다. 검사될 음료수병(40)이 X-레이 튜브(10)와 X-레이 화상 변환기(44) 사이에 위치되면, 광 배리어 또는 용량성 센서와 같은 장치에 의하여 트리거 신호가 생성된다. 고-전압 스위치(18)는 트리거 신호에 의하여 닫혀, X-레이 튜브(10)가 펄스형 X-레이(30)를 발생시킨다. X-레이(30)는, 병(40)을 통과한 후, X-레이 화상 변환기(44)를 때려, 여기에 음료수병(40)의 화상을 생성한다. 화상은 CCD 카메라(46)에 의하여 기록되어, 채워진 음료수병(40)에서, 이물 질, 예컨대 유리 조각을 인식하기 위해, 화상-인식 처리에 의하여 공지된 방식으로 처리된다. 음료수병(40)의 바닥의 올라온 부분이 어떠한 유리 조각도 가리지 않도록 하기 위하여, X-레이 튜브(10)는 이송 장치(42)의 면 위에 배열되어, X-레이(30)를 위로부터 용기 바닥으로 각을 이루도록, 예컨대 30°로 방향지우며, 이것은 상기에 명명된 실용 특허 DE-U-202 17 559.6(명칭 : 채워진 용기를 X-레이를 사용하여 테스트하는 장치")에 상세히 설명되어 있다.

Claims (5)

1. 열이온(thermionic) 캐소드(12)와 애노드(16)를 가지는 X-레이 튜브(10)와, X-레이 펄스를 발생시키기 위하여 상기 애노드(16)에 인가되는 고-전압 펄스를 발생시키는 제1 회로(22, 20, 18), 및 상기 X-레이 튜브의 유리 벽에 의하여 이미 흡수된, 저-에너지 X-방사(30)를 발생시킬 수 있는 정도이고, 상기 X-레이 튜브(10)를 예열시키는 저 전압을 연속적으로 상기 애노드(16)에 인가시키는 제2 회로(26)를 가지는 X-레이 발생기를 구비하는, 짧은 X-레이 빔 펄스를 발생시키는 X-레이 유닛으로서,

   상기 제1 회로는 막스(Marx) 발생기이고, 상기 제2 회로는 시머(simmer) 전력 공급 유닛(26)이며, 상기 제2 회로는 또한, 상기 막스 발생기의 전압원(32)으로서도 사용되는 것을 특징으로 하는 짧은 X-레이 빔 펄스를 발생시키는 X-레이 유닛.
2. X-레이(30)에 의하여 물체의 화상을 생성하기 위하여, X-레이 유닛(10)과 화상 장치(44, 46)를 갖는 물체 검사용 장치로서,

   상기 X-레이 유닛(10)은 제 1 항에 기재된 X-레이 유닛인 것을 특징으로 하는 물체 검사용 장치.
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