KR20110103855A - Ｘ선 투과 검사 장치 및 ｘ선 투과 검사 방법 - Google Patents

Abstract

(과제) 시료와 X선 검출기의 거리의 변화에 의한 이물질 검출에 대한 오검출을 방지하는 것.
(해결수단) 검사 대상 시료 원소에 X선을 시료에 조사하는 X선 관구 (11) 와, X선이 시료를 투과했을 때의 투과 X선을 검출하는 X선 검출기 (13) 와, 투과 X선의 투과 이미지로부터 콘트라스트 이미지를 얻는 연산부 (17) 와, 시료와 검출기 사이의 거리를 산출하는 센서와, X선 검출기의 위치를 조정하는 기구를 구비하고, 시료와 X선 검출기 사이의 거리를 일정하게 유지하면서 X선 투과 이미지를 촬상한다.

Description

Ｘ선 투과 검사 장치 및 Ｘ선 투과 검사 방법{X-RAY INSPECTION DEVICE AND X-RAY INSPECTION METHOD}

본 발명은, 시료 중의 특정 원소로 이루어지는 이물질을 검출할 수 있는 X선 투과 검사 장치 및 X선 투과 검사 방법에 관한 것이다.

최근, 자동차, 하이브리드차 또는 전기 자동차 등의 배터리로서 니켈 수소 계 배터리보다 에너지 밀도가 높은 리튬이온 2차 전지가 채용되고 있다. 이 리튬이온 2차 전지는, 비수 전해질 2차 전지의 일종으로, 전해질 중의 리튬이온이 전기 전도를 담당하고, 또한 금속 리튬을 전지 내에 포함하지 않는 2차 전지이며, 노트형 퍼스널 컴퓨터나 휴대 전화기에서는 이미 많이 채용되고 있다.

이 리튬이온 2차 전지는, 우수한 전지 특성을 가지고 있지만, 제조 공정 중에 전극에 Fe (철) 등의 이물질이 들어가면 발열성이나 수명 등의 전지 특성이 열화하는 등의 신뢰성에 영향이 발생하기 때문에, 지금까지 차재용 (車載用) 에 대한 탑재가 늦어졌다. 예를 들어, 리튬이온 2차 전지의 전극 (정극) 은, 통상 두께 20 ㎛ 정도의 Al 막의 양면에 Mn 산 리튬막이나 Co 산 리튬막이 100 ㎛ 정도 형성되어 구성되어 있으나, 이 중에 Fe (철) 이나 SUS (스테인리스) 의 이물질이 혼입되는 경우가 있고, 그 이물질이 수십 ㎛ 이상이면, 단락이 발생하여, 배터리의 소실이나 성능 저하를 일으킬 가능성이 있다. 이 때문에, 리튬이온 2차 전지에 대해, 제조시에 이물질 X 가 혼입된 배터리를 검사에 의해 신속하게 검출하여, 미리 제거하는 것이 요구되고 있다

일반적으로, 시료 중의 이물질 등을 검출하는 방법으로서 투과 X선 이미지를 사용한 방법이 알려져 있다. 이 수법을 이용하여, 종래, 예를 들어 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 이물질 혼입의 유무를 투과 X선 이미지에 의해 검출하는 이물질 검출 방법이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2001-91480호 (특허청구범위)

상기 종래의 기술에는, 이하의 과제가 남아 있다.

즉, 종래의 이물질 검출 방법에서는, 이물질 존재 지점이 X선 검출기에 가까운 경우와 먼 경우에, 이물질에 의한 이미지의 선명함이 달라진다. 이 때문에, 종래의 이물질 검출 방법에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 이물질이 X선 검출기에 가까운 경우와, 도 3 에 나타내는 바와 같이 이물질이 X선 검출기에 먼 경우에, 이물질에 의한 콘트라스트에 큰 차이가 생겨, 가령 동일한 사이즈이며 동일한 재질의 이물질이었다고 해도 취득되는 이미지가 상이하여, 과검출이나 오검출이 되는 문제가 있었다.

본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 동일한 사이즈이며 동일한 재질의 이물질에 의한 이미지의 콘트라스트를 충실히 재현하여 과검출 및 오검출을 방지할 수 있는 X선 투과 검사 장치 및 X선 투과 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이하의 구성을 채용하였다. 즉, 본 발명의 X선 투과 검사 장치는, 검사 대상 시료에 X선을 조사하는 X선 관구 (管球) 와, 상기 X선이 상기 검사 대상 시료를 투과했을 때의 투과 X선을 받아 그 강도를 검출하는 X선 검출기와, 검출된 상기 투과 X선의 강도 분포를 나타내는 투과 이미지를 작성하여, 검사 대상 시료와 검사 장치 사이의 거리를 측정하는 거리 센서와 상기 X선 검출기에 상기 X선 검출기와 검사 대상 시료 사이의 거리를 조절하는 기구가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 X선 투과 검사 방법은, X선을 검사 대상 시료에 조사하는 단계와, 검사 대상 시료와 검사 장치 사이의 거리를 측정하는 단계와, 거리 측정 결과를 받아 X선 검출기와 검사 대상 시료 사이의 거리를 조절하는 단계와 상기 X선이 상기 시료를 투과했을 때의 투과 X선을 받아 그 강도를 검출하는 단계와, 검출된 상기 투과 X선의 강도 분포를 나타내는 투과 이미지를 작성하는 것을 특징으로 한다.

이들의 X선 투과 검사 장치 및 X선 투과 검사 방법에서는, 검사 대상 시료와 X선 검출기의 거리를 항상 일정해지도록 하면서 X선 투과 이미지를 취득하기 때문에, 검사 대상 시료의 위치에 의하지 않고 검사 대상 내의 이물질에 의한 콘트라스트를 안정적으로 취득할 수 있다.

본 발명에 의하면, 이하의 효과를 발휘한다.

즉, 본 발명에 관련된 X선 투과 검사 장치 및 X선 투과 검사 방법에 의하면, 검사 대상 시료와 검사 장치의 거리가 변화되었다고 해도 거리 측정 결과를 기초로 X선 검출기의 위치를 조정함으로써 검사 대상 시료와 X선 검출기의 거리를 일정하게 유지할 수 있어, 검사 대상 시료 중의 이물질에 의해 투과 X선 이미지를 안정적으로 촬상하는 것이 가능해지고, 이물질 사이즈의 재현성이 높아져, 이물질 검출에 있어서의 과검출 및 오검출을 방지하는 것이 가능해진다.

따라서, 이 X선 투과 검사 장치 및 X선 투과 검사 방법을 이용하면, 리튬이온 2차 전지 등에 있어서의 특정 원소의 이물질 검출을 고정밀도로 또한 신속하게 실시할 수 있다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 X선 투과 검사 장치 및 X선 투과 검사 방법의 일 실시형태를 나타내는 개략적인 전체 구성도이다.
도 2 는, 종래의 X선 투과 검사 장치 및 X선 투과 검사 방법에 있어서, X선을 조사했을 때의 콘트라스트의 개략도이다.
도 3 은, 종래의 X선 투과 검사 장치 및 X선 투과 검사 방법에 있어서, X선을 조사했을 때의 다른 콘트라스트의 개략도이다.

이하, 본 발명에 관련된 X선 투과 검사 장치 및 X선 투과 검사 방법의 일 실시형태를, 도 1 내지 도 3 을 참조하면서 설명한다.

본 실시형태의 X선 투과 검사 장치는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 소정 크기를 가진 X선 발생 포인트 (12) 를 갖는 X선 관구 (11) 와, X선이 검사 대상 시료 (S1) 및 이물질 (S2) 을 투과했을 때의 투과 X선을 받아 그 강도를 검출하는 X선 검출기 (13) 와, 검출된 투과 X선의 강도 분포를 나타내는 투과 이미지를 표시하는 표시부 (18) 를 구비하고 있다.

또, 이 X선 투과 검사 장치는, 시료 (S1) 와의 거리를 측정하는 거리 측정 센서 (15) 와 그 측정 결과를 기초로 X선 검출기 (13) 의 높이 방향의 위치를 조정하는 X선 검출기 위치 조정 기구 (14) 와 그 피드백 제어를 실시하는 X선 검출기 위치 피드백 제어부 (16) 를 구비하고 있다.

또한, 상기 각 구성에 접속되어 각각을 제어하는 제어부 (17) 에 접속되어 상기 콘트라스트 이미지 등을 표시하는 디스플레이 장치인 표시부 (18) 를 구비하고 있다.

상기 검사 대상 시료 (S1) 는, 예를 들어 리튬이온 2차 전지에 사용되는 전극 시트 등이고, 그것에 혼입되는 이물질 (S2) 은, 예를 들어 전극에 이물질로서 혼입이 우려되는 Fe 나 SUS 이다.

X선 관구 (11) 는, 관구 내의 필라멘트 (양극) 로부터 발생한 열전자가 필라멘트 (양극) 와 타겟 (음극) 사이에 인가된 전압에 의해 가속되어 타겟에 충돌하여 발생한 X선을 1차 X선으로서 베릴륨박 등의 창으로부터 출사하는 것이다. 통상 타겟에 전자가 조사되는 영역이 X선 발생 포인트 (12) 가 된다.

상기 X선 검출기 (13) 는, 대응하는 X선 관구 (11) 에 각각 대향하여 시료 (S1) 하방에 배치된 X선 라인 센서이다. 이 X선 라인 센서로서는, 형광판에 의해 X선을 형광으로 변환하여 일렬로 나열한 수광 소자에서 전류 신호로 변환하는 신틸레이터 방식이나 복수의 반도체 검출 소자를 일렬로 나열하여 다이렉트로 검출하는 반도체 방식 등이 채용된다. 또 이들의 X선 센서는 일렬의 라인 이외에 이차원으로 수광 소자가 나열된 X선 에어리어 센서라도 상관없다.

상기 제어부 (17) 는 CPU 등으로 구성된 컴퓨터이다. 입력되는 X선 검출기 (13) 로부터의 신호에 기초하여 화상 처리를 실시하여 투과 이미지를 작성하고, 또한 그 화상을 표시부 (18) 에 표시하게 하는 연산 처리 회로 등을 포함한다. 또, 표시부 (18) 는, 제어부 (17) 로부터의 제어에 따라 여러 가지 정보를 표시할 수 있다.

상기 거리 측정 센서 (15) 는, 주로 삼각법을 이용한 반사형 레이저 센서를 이용하고, 시료 (S1) 에 대향하여 설치된다. 동일한 목적을 달성할 수 있는 그 밖의 원리를 이용한 거리 측정 센서라도 상관없다. 상기 거리 측정 센서로부터의 거리 측정 결과는 상기 X선 검출기 위치 피드백 제어부 (16) 에 보내진다. 상기 X선 검출기 위치 피드백 제어부 (16) 에서는 거리 측정 센서 (15) 로부터의 정보에 의해 거리 측정 결과에 변화가 있었던 경우에는 상기 시료 (S1) 와 상기 X선 검출기 사이의 거리가 변화된 것으로 판단하고, 상기 시료 (S1) 와 X선 검출기 (13) 의 거리가 일정해지도록 X선 검출기 위치 조정 기구 (14) 를 구동시킨다. X선 검출기 위치 조정 기구 (14) 는 리니어 구동을 실시하는 구동 기구이면, 나사 이송, 리니어 모터 등 여러 가지의 구동 기구를 적용할 수 있다.

다음으로, 본 실시 형태의 X선 투과 검사 장치를 사용한 X선 투과 검사 방법에 대해, 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명한다. 이 X선 투과 검사 방법에서는, 예를 들어, 리튬이온 2차 전지에 있어서의 정극 시트를 검사 대상 시료로 하고, 그 중의 이물질을 검출하는 것을 목적으로 한다.

먼저, 도시하지 않은 제조 공정측 설비에 의해, 시료 (S1) 가 대향하는 X선 관구 (11) 와 X선 검출기 (13) 사이를 흐르고 있다. 이 시료 (S1) 의 두께는 시료 (S1) 와 X선 검출기 (13) 의 거리에 비해 매우 작은 것이 된다.

그리고, 거리 측정 센서 (15) 의 결과로부터 시료 (S1) 와 X선 검출기 (13) 의 거리를 계산한다. 거리의 계산 결과는, 그 초기치 (D) 와 비교하여 차이가 발생하는 경우에는, X선 검출기 위치 조정 기구 (14) 를 작동시켜, 시료 (S1) 와 X선 검출기 (13) 의 거리가 초기치 (D) 가 되도록 계산한 차분량 (差分量) 을 피드백 제어부에 의해 피드백하고, 그 양에 따라 X선 검출기의 위치를 조정한다. 이 경우, 시료 (S1) 와 X선 검출기 (13) 의 거리의 계산치와 초기치 (D) 의 차분은, X선 검출기 위치 조정 기구 (14) 의 작동 판정 기준이 되는 임계치의 설정도 가능하다.

다음으로, X선 관구 (11) 로부터 X선을 시료 (S1) 에 조사함과 함께, X선 검출기 (13) 로 시료 (S1) 및 이물질 (S2) 을 투과한 투과 X선을 검출한다. 이 때, 도시하지 않은 제조 공정측 설비에 의해 시료 (S) 를 이동시킴으로써 전체를 스캔하여, 투과 X선에 대해 전체의 강도 분포를 취득한다.

이와 같이 얻은 투과 X선의 강도 분포를, 제어부 (17) 가 화상 처리하여 투과 이미지를 작성한다.

이 때, 이물질 (S2) 이 존재하는 부위는 존재하지 않은 부분과 비교하여 X선의 투과량이 상이하기 때문에, 도 2 에 나타내는 바와 같이 이물질 존재 부위의 콘트라스트가 그 이외와 상이하다. 이 결과를 기초로 이물질이 존재하고 있는 것을 검출한다.

한편, 가령 제조 설비측에서 보유하는 시료 이송 장치의 사정에 의해 시료 (S1) 가 상방으로 이동하여 X선 검출기 (13) 와의 사이의 거리가 커지면, X선 발생 포인트의 크기가 있는 것을 이유로, 이물질에 의한 콘트라스트 및 강도 분포가 상이하고, 도 3 에 나타내는 바와 같이 이물질에 의한 콘트라스트의 강약을 알기 어려워, 검출할 수 없게 된다.

이 때문에, 본 발명에서는 거리 측정 센서 (15) 를 이용하여, 항상, 시료 (S1) 와 X선 검출기의 거리를 측정하고 있다. 그 거리 측정 결과가 상기 초기치 (D) 에 대해 어느 일정치 (S) 이상의 차이가 발생한 경우에는, 그 차이에 따라 적절히 X선 검출기 위치 조정 기구 (14) 를 이용하여, X선 검출기의 위치를 조정하고, 시료 (S1) 와 X선 검출기 (13) 의 거리가 초기치 D±S 에 들어가도록 조정한다.

이와 같이 본 실시 형태의 X선 투과 검사 장치 및 X선 검사 방법에서는, 검사 대상 시료와 X선 검출기 사이의 거리를 대략 일정하게 유지하면서 X선 투과 이미지의 촬상이 가능하기 때문에, 이물질에 의한 X선 투과 이미지 상의 콘트라스트를 안정적으로 얻을 수 있다. 즉 동일한 사이즈·재질의 이물질로부터 얻어지는 콘트라스트가 안정적이기 때문에, 이물질의 오검출 및 과검출을 방지하는 것이 가능해진다.

따라서, 이 X선 투과 검사 장치 및 X선 투과 검사 방법을 이용하면, 리튬이온 2차 전지 등에 있어서의 특정 원소의 이물질 검출을 고정밀도로 또한 신속하게 실시할 수 있다.

또 상기 실시예에서는 거리 측정 센서 (15) 를 X선 검출기측에 배치했지만, X선 관구 (11) 측에 배치했다 해도, 결과적으로 시료 (S1) 와 X선 검출기 (13) 사이의 거리를 계산하는 것은 가능해진다. 또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 변경을 추가하는 것이 가능하다.

11 X선 관구
12 X선 발생 포인트
13 X선 검출기
14 X선 검출기 위치 조정 기구
15 거리 측정 센서
16 X선 검출기 위치 피드백 제어부
17 제어부
18 표시부
S1 검사 대상 시료
S2 이물질

Claims (5)

1. 이동하는 검사 대상 시료에 X선을 조사하는 X선 관구와,
   상기 X선이 상기 시료를 투과했을 때의 투과 X선을 받아 그 강도를 검출하는 X선 검출기와,
   검출된 상기 투과 X선의 강도 분포를 나타내는 투과 이미지로부터 콘트라스트 이미지를 얻는 연산부를 구비한 X선 투과 검사 장치에 있어서,
   상기 검사 대상 시료와 X선 검출기의 거리를 측정하는 거리 측정부와,
   그 거리 측정부의 측정 결과에 기초하여 상기 시료와 상기 X선 검출기의 거리를 상대적으로 조정하는 거리 조정 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 X선 투과 검사 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   또한, 미리 설정·기억한 상기 시료와 상기 X선 검출기 사이의 기준 거리와, 실제의 상기 거리 측정부의 측정치의 차분량을 피드백량으로 하고, 그 피드백량을 조정량으로 하여 상기 거리 조정 기구에 피드백하는 피드백 제어부를 구비한 X선 투과 검사 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 기준 거리가, 측정 개시 전 또는 개시시의 상기 거리 측정부에 의한 측정치인 X선 투과 검사 장치.
4. 이동하는 검사 대상 시료에 X선을 조사하는 X선 조사 단계와,
   상기 X선이 상기 시료를 투과했을 때의 투과 X선을 X선 검출기에서 받아 그 강도를 검출하는 투과 X선 검출 단계와,
   검출된 상기 투과 X선의 강도 분포를 산정하는 연산 단계와,
   그 연산 단계에 의한 연산 결과에 기초하여 투과의 콘트라스트 이미지를 표시하는 투과 이미지 표시 단계로 이루어지는 X선 투과 검사 방법에 있어서,
   상기 검사 대상 시료와 상기 X선 검출기의 거리를 측정하는 거리 측정 단계와,
   상기 투과의 콘트라스트 이미지가 적정하게 표시되도록 그 거리 측정 단계에 있어서의 측정 거리에 기초하여 상기 시료와 상기 X선 검출기의 거리를 조정하는 거리 조정 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 X선 투과 검사 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   미리 설정·기억한 상기 시료와 상기 X선 검출기 사이의 기준 거리와, 실제의 상기 거리 측정부의 측정치의 차분량을 조정량으로 하여 피드백하는 피드백 단계를 추가로 포함하고,
   그 피드백량만큼 상기 거리 조정 단계에서 조정하는 X선 투과 검사 방법.

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