KR101874133B1

KR101874133B1 - 투과 x선 분석 장치

Info

Publication number: KR101874133B1
Application number: KR1020130013755A
Authority: KR
Inventors: 요시키 마토바
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치 하이테크 사이언스
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2018-07-03
Also published as: US20130216024A1; CN103499592B; JP2013170924A; CN103499592A; JP5875403B2; KR20130096180A; US9001966B2

Abstract

[과제] 시료의 투과 X선상(像)을 TDI 센서로 검출하는 경우에, TDI 센서의 적산 단수를 용이하고 또한 넓은 범위로 조정할 수 있는 투과 X선 분석 장치를 제공한다.
[해결수단] 띠형상으로 연속하는 시료(100)의 투과 X선상을 검출하는 투과 X선 분석 장치(1)로서, 시간 지연 적분 방식의 TDI 센서(14)와, TDI 센서에 대향하여 배치되는 X선원(12)과, TDI 센서와 X 선원의 사이에, TDI 센서와 X선원을 연결하는 검출 방향 S를 따라 TDI센서로부터 떨어져 배치되고, TDI 센서와 시료의 간격을 일정하게 유지하면서 시료를 TDI 센서의 검출 위치까지 반송하는 1쌍의 서포트 롤(31, 32)과, 반송 방향 L을 따라 서포트 롤보다 외측에 각각 배치되어, 시료를 반송하는 1쌍의 외측 롤(51, 52)을 구비하며, 검출 방향을 따라, 이웃하는 서포트 롤과 외측 롤이 상이한 위치에 배치되고, 1쌍의 서포트 롤의 사이에서 시료에 장력을 부하하도록 되어 있다.

Description

투과 X선 분석 장치{TRANSMITTED X-RAY ANALYSING APPARATUS}

본 발명은, 시간 지연 적분(TDI) 방식의 센서를 이용하여 시료의 투과 X선을 측정 가능한 투과 X선 분석 장치에 관한 것이다.

종래, X선 투과 이메징에 의한 시료 중의 이물의 검출, 원소의 농도 편차의 검출이 행해져 왔다. 이러한 X선 투과 이메징의 방법으로서, 시료의 투과 X선을 형광판 등에 통과시켜 형광으로 변환하고, 그 형광을 촬상 소자(전하 결합 소자; CCD(Charge Coupled Devices))로 검출하는 방법이 알려져 있다. 그리고 CCD에 의한 검출 방법으로서, 복수의 촬상 소자를 한 방향으로 늘어놓은 라인 센서를 이용하여, 시료에 대해 주사하고 선형상의 화상을 차례로 취득해 시료의 2차원 화상을 얻는 방법이 있다.

그런데 반송 방향으로의 시료의 이동 속도가 빨라지면, 라인 센서로의 전하의 축적 시간이 짧아져, 라인 센서의 감도가 낮은 경우에는 S/N비가 저하한다. 이러한 점으로부터, 라인 센서를 반송 방향으로 복수 개(단) 평행하게 늘어놓아, 1개의 라인 센서에 축적된 전하를 이웃하는 다음의 라인 센서로 전송하는 TDI(Time Delay and Integration) 센서가 이용되고 있다. TDI 센서에서는, 1단째의 라인 센서에 축적된 전하가 2단째의 라인 센서로 전송되고, 2단째의 라인 센서에서는 1단째의 라인 센서로부터 전송된 전하 및 자신이 수광하여 축적한 전하를 가산해 3단째의 라인 센서로 전송한다. 이와 같이, 각 라인 센서에는, 전단의 라인 센서로부터 전송된 전하가 순차적으로 가산되어, 최종단의 라인 센서로 전송된 누적 전하가 출력된다.

이와 같이 하여 TDI 센서에서는, 단수가 T인 경우에 단일의 라인 센서에 비해 T배의 전하가 축적되어, 콘트라스트가 T배가 됨과 더불어 노이즈가 저감되고, 측정을 고속으로 행할 수 있음과 더불어 S/N비가 향상한다.

한편, 예를 들어, 리튬 이온 전지의 전극은, 롤형상의 집전체 금속박을 되감아 전극 재료를 도포함으로써 연속적으로 제조된다. 따라서, 이 스트립형상의 전극을 X선 투과 이메징으로 이물 검출하는 경우에는, 전극을 컨베이어로 연속적으로 X선원과 센서의 사이에 반송시켜 검출을 행하고 있다(특허 문헌 1). 또, 스트립형상의 시트를 X선 투과 이메징으로 이물 검출하는 경우에, 에어 베어링으로 반송하는 기술도 개발되고 있다(특허 문헌 2).

일본국 특허공개 2004-061479호 공보(도 4) 일본국 특허공개 2011-069641호 공보

그런데 상기 서술한 바와 같이 TDI 센서는 라인 센서에 비해 감도가 높으나, 시료가 다단의 TDI 센서를 통과할 때까지의 양자 간의 거리가 일정량 변화하면, 시료의 전송 속도와 TDI 센서 상의 투과상(像)의 전송 속도가 크게 상위하여 검출 위치의 차이가 발생해, 검출해야 할 점이 산재한다. 이 경우, 전하의 적산이 여의치 않게 되어, 적산된 상이 희미해지고, 검출할 수 있는 최소 사이즈가 커지며, 검출 정밀도의 저하가 현저해지는 문제가 있다.

특히, 리튬 이온 전지의 전극과 같이 띠형상으로 연속한 시료를 반송 롤로 반송하면서 TDI 센서로 투과 X선을 측정하는 경우, 시료가 펄럭이는 상태로 TDI 센서까지 반송되는 일이 있어, 상기한 문제가 현저해져 있었다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 띠형상으로 연속하여 반송 롤로 반송되는 시료와, TDI 센서 간의 거리를 일정하게 유지하고, 검출 정밀도를 향상시킨 투과 X선 분석 장치를 제공한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 투과 X선 분석 장치는, 띠형상으로 연속하여 소정의 주사 방향으로 이동하는 시료의 투과 X선상을 검출하는 투과 X선 분석 장치로서, 상기 투과 X선상에 유래하는 화상을 광전 변환하여 발생하는 전하를 읽어내는 촬상 소자를 2차원 형상으로 복수 개 구비한 시간 지연 적분 방식의 TDI 센서로서, 상기 주사 방향에 수직인 방향으로 상기 촬상 소자가 늘어선 라인 센서를 상기 주사 방향으로 복수단 늘어놓아, 1개의 라인 센서에 축적된 전하를 이웃하는 다음의 라인 센서로 전송하는 TDI 센서와, 상기 TDI 센서에 대향하여 배치되는 X선원과, 상기 TDI 센서와 상기 X선원의 사이에, 상기 TDI 센서와 상기 X선원을 연결하는 검출 방향을 따라 상기 TDI 센서로부터 떨어져 배치되며, 상기 TDI 센서와 상기 시료의 간격을 일정하게 유지하면서 상기 시료를 상기 TDI 센서의 검출 위치까지 반송하는 1쌍의 서포트 롤과, 상기 주사 방향을 따라 상기 서포트 롤보다 외측에 각각 배치되고, 상기 시료를 반송하는 1쌍의 외측 롤을 구비하며, 상기 검출 방향을 따라, 이웃하는 상기 서포트 롤과 상기 외측 롤이 상이한 위치에 배치되고, 상기 1쌍의 서포트 롤의 사이에서 상기 시료에 장력을 부하하도록 되어 있다.

이 투과 X선 분석 장치에 따르면, 서포트 롤에 의해 장력이 부하된 상태로 시료가 TDI 센서를 통과하므로, 시료가 펄럭이는 상태로 TDI 센서까지 반송되는 일이 없고, 시료와 TDI 센서의 검출 방향의 거리를 일정하게 유지하고, 검출할 수 있는 최소 사이즈를 미소로 하여 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기 1쌍의 서포트 롤은, 상기 TDI 센서를 수용하는 하우징에 부착되어 있어도 된다.

이와 같이 하면, 서포트 롤과 TDI 센서의 검출 방향을 따르는 거리를 정확하게 유지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 시료가 펄럭이는 상태로 TDI 센서까지 반송되는 일이 없고, 시료와 TDI 센서의 검출 방향의 거리를 일정하게 유지하며, 검출할 수 있는 최소 사이즈를 매우 작게 하여 투과 X선의 검출 정도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 투과 X선 분석 장치의 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 2는 TDI 센서에 의한 시간 지연 적분 처리의 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 각 롤을 통과하는 시료의 위치를 바꾼 변형예를 도시하는 도면이다.
도 4는 각 롤의 배치 상태, 및 각 롤을 통과하는 시료의 위치를 바꾼 변형예를 도시하는 도면이다.
도 5는 각 롤의 배치 상태, 및 각 롤을 통과하는 시료의 위치를 바꾼 다른 변형예를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 투과 X선 분석 장치(1)의 구성을 도시하는 블럭도이다.

투과 X선 분석 장치(1)는, X선원(12)과, TDI(Time Delay and Integration) 센서(14)와, TDI 센서(14)와 시료(100)의 사이에 배치되고, 시료(100)로부터의 투과 X선(12x)을 형광(가시광 화상)으로 변환하는 형광판(16)과, TDI 센서(14)와 형광판(16)을 수용하는 하우징(18)과, 하우징(18)의 양 측단으로부터 X선원(12)을 향해 각각 하방으로 늘어나는 1쌍의 지지부(18s)와, 각 지지부(18s)에 축지지되는 1쌍의 서포트 롤(31, 32)과, 시료(100)를 반송하는 1쌍의 외측 롤(51, 52)과, 제어 수단(60)을 구비하고 있다.

시료(100)는, 띠형상으로 연속한 시트형상 혹은 스트립형상이며, 서포트 롤(31, 32) 및 외측 롤(51, 52)에 의해, 반송 방향 L(도 1의 왼쪽에서 오른쪽)로 이동하도록 되어 있다. 또한, 시료(100)는 예를 들어 리튬 이온 전지의 양극에 이용되는 Co산 리튬 전극판이다.

여기서, X선원(12)은 시료(100)의 하방에 배치되며, X선원(12)으로부터 X선이 상방으로 방출되어 시료(100)를 투과한 후, 형광판(16)을 통과하여 가시광 화상으로 변환된다. 그리고 이 화상이 시료(100) 상방의 TDI 센서(14)에 의해 수광되도록 되어 있다. 그리고 X선원(12)으로부터 X선이 항상 방출되고, 이동하는 시료(100)를 연속적으로 X선 분석하도록 되어 있다.

제어 수단(60)은 컴퓨터로 이루어지며, CPU, ROM, RAM 등을 포함하고, 소정의 컴퓨터 프로그램을 실행 가능함과 더불어, X선원(12)으로부터의 X선의 조사, TDI 센서(14)에 의한 가시광 화상의 수광 및 출력 처리 등의 전체의 처리를 행하고 있다.

또, 투과 X선 분석 장치(1)는 시료(100) 중의 이물(101)(예를 들어 Fe)을 검출하도록 되어 있다.

X선원(12)은, 소정의 X선 관구로 이루어진다. X선 관구는 예를 들어, 관구 내의 필라멘트(양극)로부터 발생한 열전자가 필라멘트(양극)와 타겟(음극)의 사이에 인가된 전압에 의해 가속되고, 타겟(W(텅스텐), Mo(몰리브덴), Cr(크롬) 등)에 충돌하여 발생한 X선을 1차 X선으로서 베릴륨박 등의 창으로부터 출사하는 것이다.

TDI 센서(14)는, 복수 개의 촬상 소자(전하 결합 소자；CCD(Charge Coupled Devices)가 2차원 어레이 형상으로 늘어선 구성을 이루고 있다. 또, 도 2에 도시한 바와 같이, TDI 센서(14)는, 반송 방향 L에 수직인 방향으로 촬상 소자가 늘어선 라인 센서(14a~14h)를 반송 방향 L에 복수단(도 2의 예에서는 8단이지만, 실제로는 수 100~수 1000단) 늘어놓은 구성을 이루고 있다.

다음의, 본 발명의 특징 부분이다. 각 롤(31~52)에 대해 설명한다. 각 지지부(18s)에 축지지(軸支)되는 서포트 롤(31, 32)은, 각각 지면의 수직 방향으로 회전 가능하도록 되어 있다. 또, 서포트 롤(31, 32)은, TDI 센서(14)와 X선원(12)을 연결하는 검출 방향 S(도 1의 상하 방향)를 따라 TDI 센서(14)로부터 떨어져 배치되고, 시료(100)는 각 서포트 롤(31, 32)의 하면에 접하면서 TDI 센서(14)의 검출 위치까지 반송된다. 여기서, 검출 방향 S를 따라 TDI 센서(14)와 각 서포트 롤(31, 32)의 하면은 거리(h1)만큼 떨어져 있기 때문에, TDI 센서(14)와 시료(100)의 간격도 일정한 거리(h1)로 유지되게 된다.

한편, 외측 롤(51, 52)은, 반송 방향 L을 따라 서포트 롤(31, 32)보다 외측에 각각 배치되어 있다. 또한, 검출 방향 S를 따라, 이웃하는 서포트 롤(31)과 외측 롤(51)(및 이웃하는 서포트 롤(32)과 외측 롤(52))이 상이한 위치에 배치되어 있다. 예를 들어, 도 1의 예에서는, 외측 롤(51)은 서포트 롤(31)보다 상방에 위치하고, 외측 롤(52)도 서포트 롤(32)보다 상방에 위치하고 있다. 그리고 시료(100)는 각 외측 롤(51, 52)의 상면에 접하면서 반송된다. 따라서, 1쌍의 서포트 롤(31, 32)은, 각 외측 롤(51, 52)을 통과하는 시료(100)를 하방으로 눌러 내리듯이 유지하고, 1쌍의 서포트 롤(31, 32)의 사이에서 시료(100)에 장력을 부하할 수 있다.

이상과 같이, 서포트 롤(31, 32)에 의해 장력이 부하된 상태로 시료(100)가 다단의 TDI 센서(14)를 통과하므로, 시료(100)가 펄럭이는 상태로 TDI 센서(14)까지 반송되는 일이 없고, 시료(100)와 TDI 센서(14)의 검출 방향 S의 거리를 일정하게 유지하며, 검출할 수 있는 최소 사이즈를 매우 작게 하여 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 이 실시 형태에서는, 서포트 롤(31, 32)은 TDI 센서(14)(의 하우징(18))에 부착되어 있다. 그로 인해, 서포트 롤(31, 32)과 TDI 센서(14)의 검출 방향 S를 따르는 거리를 정확하게 유지할 수 있다.

또한, 시료(100)로서는, 상기 이외, 리튬 이온 전지의 음극에 이용되는 그래파이트 도포 전극판, 전지의 세퍼레이터, 연료 전지용 이온 교환막, 다층 회로 기판용 절연 필름 등을 들 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 또, 시료(100)의 길이는 500~1000m 정도, 반송 속도는 10~100m/min 정도로 할 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 서포트 롤(31, 32)로서는, 예를 들어 폭：60~1000mm 정도의 것을 이용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

서포트 롤(31, 32)의 사이에서 시료(100)에 부하하는 장력으로서는, 리튬 이온 전지용 전극판의 경우에서 5~10N/cm 정도로 할 수 있다.

다음에, 도 2를 참조하여 TDI 센서(14)에 의한 시간 지연 적분 처리 방법의 일례에 대해 설명한다. 여기서, TDI 센서(14)는, 복수 단(8단)의 라인 센서(14a~14h)로 구성되어 있다.

지금, 시료(100) 중의 이물(101)이 1단째의 라인 센서(14a)의 수광 영역에 들어갔다고 하면, 라인 센서(14a)에서 축적된 전하가 2단째의 라인 센서(14b)로 전송된다(도 2(a)). 다음에, 이물(101)이 L방향으로 이동하여 2단째의 라인 센서(14b)의 수광 영역에 들어갔다고 하면, 라인 센서(14b)에는 전하가 축적된다(도 2(b)).

2단째의 라인 센서(14b)에서는 1단째의 라인 센서(14a)로부터 전송된 전하와 자신이 수광한 전하를 가산하여 축적해 3단째의 라인 센서(14c)로 전송한다. 이와 같이, 각 라인 센서(14a~14h)에는, 전단의 라인 센서로부터 전송된 전하가 순차적으로 가산되어, 최종단의 라인 센서(14h)로 전송된 누적 전하가 출력된다. 그리고 L방향으로 이동하는 시료(100)를 연속적으로 라인 분석함으로써, 시료(100)의 2차원 화상 데이터가 연속적으로 취득된다.

이와 같이 TDI 센서(14)에서는, 단수가 T인 경우에 단일의 라인 센서에 비해 T배의 전하가 축적되어, 콘트라스트가 T배가 됨과 더불어 노이즈가 저감되고, 측정을 고속으로 행할 수 있음과 더불어 S/N비가 향상한다.

또한, TDI 센서(14)의 구성 및 동작은 공지의 것을 이용할 수 있다.

도 3은, 각 롤(31~52)을 통과하는 시료(100)의 위치를 바꾼 변형예이다. 도 3에 있어서는, 도 1과 마찬가지로 외측 롤(51)은 서포트 롤(31)보다 상방에 위치하고, 외측 롤(52)도 서포트 롤(32)보다 상방에 위치하고 있다. 한편, 시료(100)는 각 외측 롤(51, 52), 및 각 서포트 롤(31, 32)의 하면에 접하면서 반송된다. 따라서, 1쌍의 서포트 롤(31, 32)의 위치에서 시료(100)가 가장 하방에 위치하고, 1쌍의 서포트 롤(31, 32)의 사이에서 시료(100)에 장력을 부하할 수 있다.

도 4는, 각 롤(31~52)의 배치 상태, 및 각 롤(31~52)을 통과하는 시료(100)의 위치를 바꾼 변형예이다. 도 4에 있어서는, 우측의 지지부(18s2)의 길이를, 좌측의 지지부(18s)보다 길게 하고, 검출 방향 S를 따라, TDI 센서(14)와 서포트 롤(31)의 하면, 및 TDI 센서(14)와 서포트 롤(32)의 상면과의 거리를 동일하게(거리(h1)) 하고 있다. 그리고 시료(100)는, 서포트 롤(31)의 하면에 접하면서 TDI 센서(14)로 반송되고, 서포트 롤(32)의 상면에 접하면서 TDI 센서(14)로부터 밖으로 나간다. 이에 의해, TDI 센서(14)와 시료(100)의 간격도 일정한 거리(h1)로 유지되게 된다.

한편, 외측 롤(51)은 서포트 롤(31)보다 상방에 위치하고, 외측 롤(52)은 서포트 롤(32)보다 하방에 위치하고 있다. 그리고 시료(100)는 외측 롤(51)의 하면에 접하고, 외측 롤(52)의 상면에 접하면서 반송된다. 도 4의 예에 있어서도, 1쌍의 서포트 롤(31, 32)의 사이에서 시료(100)에 장력을 부하할 수 있다.

도 5는, 각 롤(31~52)의 배치 상태, 및 각 롤(31~52)을 통과하는 시료(100)의 위치를 바꾼 다른 변형예이다. 도 5에 있어서는, 양방의 지지부(18s2)의 길이를 도 1의 지지부(18s)보다 길게 하고, 검출 방향 S를 따라, TDI 센서(14)와 각 서포트 롤(31, 32)의 하면과의 거리를 동일하게(거리(h1)) 하고 있다. 그리고 시료(100)는, 각 서포트 롤(31, 32)의 상면에 접하면서 TDI 센서(14)로 반송된다. 이에 의해, TDI 센서(14)와 시료(100)의 간격도 일정한 거리(h1)로 유지되게 된다.

한편, 외측 롤(51)은 서포트 롤(31)보다 하방에 위치하고, 외측 롤(52)은 서포트 롤(32)보다 하방에 위치하고 있다. 그리고 시료(100)는 각 외측 롤(51, 52)의 상면에 접하면서 반송된다. 도 5의 예에 있어서도, 1쌍의 서포트 롤(31, 32)의 사이에서 시료(100)에 장력을 부하할 수 있다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 사상과 범위에 포함되는 다양한 변형 및 균등물에 이르는 것은 말할 필요도 없다.

예를 들어, 서포트 롤 및 외측 롤의 배치 상태, 및 각 롤을 통과하는 시료의 위치는, 상기한 도 1, 도 3~도 5의 예에 한정되지 않고, 검출 방향을 따라, 이웃하는 서포트 롤과 외측 롤이 상이한 위치에 배치되고, 1쌍의 서포트 롤의 사이에서 시료에 장력을 부하할 수 있는 배치이면 된다.

또, 서포트 롤 및 외측 롤은 구동 롤이어도 되고, 단순히 자전하는 롤이어도 된다.

또, 서포트 롤은 TDI 센서(의 하우징)에 부착되지 않아도 되고, TDI 센서와는 별체의 지지부에 축지지되어도 된다.

1: 투과 X선 분석 장치 12: X선원
14: TDI 센서 14a~14h: 라인 센서
31, 32: 1쌍의 서포트 롤 51, 52: 1쌍의 외측 롤
100: 시료 101: 이물
L: 반송 방향 S: 검출 방향

Claims

띠형상으로 연속하여 소정의 반송 방향으로 이동하는 시료의 투과 X선상(像)을 검출하는 투과 X선 분석 장치로서,
상기 투과 X선상에 유래하는 화상을 광전 변환하여 발생하는 전하를 읽어내는 촬상 소자를 2차원 형상으로 복수 개 구비한 시간 지연 적분 방식의 TDI 센서로서, 상기 반송 방향에 수직인 방향으로 상기 촬상 소자가 늘어선 라인 센서를 상기 반송 방향으로 복수단 늘어놓아, 1개의 라인 센서에 축적된 전하를 이웃하는 다음의 라인 센서로 전송하는 TDI 센서와,
상기 TDI 센서에 대향하여 배치되는 X선원과,
상기 TDI 센서와 상기 X선원의 사이에, 상기 TDI 센서와 상기 X선원을 연결하는 검출 방향을 따라 상기 TDI 센서로부터 떨어져 배치되고, 상기 TDI 센서와 상기 시료의 간격을 일정하게 유지하면서 상기 시료를 상기 TDI 센서의 검출 위치까지 반송하는 1쌍의 서포트 롤과,
상기 반송 방향을 따라 상기 서포트 롤보다 외측에 각각 배치되고, 상기 시료를 반송하는 1쌍의 외측 롤을 구비하며,
상기 검출 방향을 따라, 이웃하는 상기 서포트 롤과 상기 외측 롤이 상이한 위치에 배치되고, 상기 1쌍의 서포트 롤의 사이에서 상기 시료에 장력을 부하하도록 되어 있으며,
상기 1쌍의 서포트 롤은, 상기 TDI 센서를 수용하는 하우징에 부착되어 있는, 투과 X선 분석 장치.
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