JP2012068143A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度に検査を行うことができるＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】
本実施の形態に係るＸ線検査装置１００においては、被検査物９００を透過した透過Ｘ線２１０がラインセンサ２２０により検出される。検出された透過Ｘ線２１０から透過画像が作成されて被検査物９００の検査が行われる。本発明のラインセンサ２２０は、シンチレータおよびフォトダイオードからなる間接型ラインセンサのシンチレータがないセンサである。
【選択図】図４

Description

本発明は、物品の検査を行うＸ線検査装置に関する。

従来、物品の形状を認識したり、物品の異物の有無を検出したりするためにＸ線検査装置等が使用されている。これらのＸ線検査装置に関して日々研究開発が行われている。

例えば、特許文献１には、Ｘ線検査を行うＸ線検査装置が開示されている。当該Ｘ線検査装置は、第１方向に重なり合った複数の内容物を含む被検査物に向けて第１方向からＸ線を照射するＸ線源と、Ｘ線源からのＸ線が各内容物の端部を第１方向に対して斜めに透過するように、被検査物とＸ線源との相対位置を調整する位置調整部と、Ｘ線源からのＸ線を受光するＸ線受光部と、端部を第１方向に対して斜めに透過し、Ｘ線受光部で受光されたＸ線の濃度値に基づいて、被検査物に含まれる内容物の数量を検査する数量検査部と、を備える。

上記のＸ線検査装置は、重なり合った複数の内容物の数量を検査する装置である。一般に、重なり合った複数の内容物から成る集合体（被検査物）に、Ｘ線を内容物の重なり方向に対して斜めに入射させた場合、これらの内容物の像は完全に重なり合うことはなく、少しずつ一定の方向にずれて現われる。当該Ｘ線検査装置は、このような現象を利用するものであり、各内容物の端部（Ｘ線の照射方向から見たときの端部）にＸ線が斜めに入射するよう、内容物の集合体とＸ線源との相対位置を調整する。そして、各内容物の端部を斜めに透過したＸ線の濃度値に基づいて、内容物の数量を判断する。これにより、重なり合った複数の内容物の数量検査を正確に行うことができる。

特開２０１０−３８６２９号公報

しかしながら、上記従来のＸ線検査装置では、物品の厚さによっては高精度に検査を行うことができない。すなわち、特に厚みの薄い物品に対する検品は、ずれの表れが少なく、検出が困難である。

本発明の目的は、高精度に検査を行うことができるＸ線検査装置を提供することである。

（１）
一の局面に従うＸ線検査装置は、Ｘ線源から物品に対してＸ線を照射して、該物品を透過した透過Ｘ線をラインセンサにて検出し、検出した当該透過Ｘ線から透過画像を作成して当該物品の検査を行うＸ線検査装置であって、Ｘ線源から照射するＸ線源の管電圧が１５キロボルトから５０キロボルトの範囲内であり、かつラインセンサは、シンチレータおよびフォトダイオードからなる間接型ラインセンサのシンチレータを除去したセンサである。

一の局面に従うＸ線検査装置においては、物品を透過した透過Ｘ線がラインセンサにより検出される。検出された透過Ｘ線から透過画像が作成されて物品の検査が行われる。本発明のラインセンサは、シンチレータおよびフォトダイオードからなる間接型ラインセンサのシンチレータがないセンサである。

従来、Ｘ線を光に変換するシンチレータと可視光を電荷に変換するフォトダイオードとを備える間接型ラインセンサを用いていた。当該間接型ラインセンサにおいては、間接的にＸ線を電荷に変換するので、Ｘ線画像はコントラスト特性および解像度が優れない。そのため、物品を微小単位（例えば０．１ｍｍ単位）で検品する場合には、検査精度が上がらない。

これに対して、本発明に係るＸ線検査装置によれば、フォトダイオードのみからなるラインセンサによりＸ線が直接電荷に変換されるので、当該ラインセンサの出力に基づく画像は、コントラスト特性および解像度が優れている。これにより、物品のＸ線検査を高精度で行うことができる。例えば物品が書籍であり、当該書籍の落丁またはページの折れ目等を検出するように厚みに対する微小単位で検査を行う場合であっても、これらを高精度で検出することができる。また、該ラインセンサはシンチレータが不要なので、低コスト化を実現できる。

（２）
第２の発明は、Ｘ線検査装置において、Ｘ線源の管電圧は、４０キロボルト以下である。

この場合、Ｘ線源の管電圧が４０キロボルト以下であるので、優れた分解能で安定した高精度検査を行うことができる。

（３）
第３の発明は、Ｘ線検査装置において、Ｘ線源の管電圧は、２０キロボルト以下である。

この場合、Ｘ線源の管電圧が２０キロボルト以下であるので、優れた分解能でより安定した高精度検査を行うことができる。

（４）
第４の発明は、Ｘ線検査装置において、Ｘ線源の管電圧は、３０キロボルト以下であり、かつ物品の材質は、紙または樹脂であり、厚み１２ｍｍ以下である。

この場合、Ｘ線源の管電圧は、３０キロボルト以下であり、物品の材質は、紙または樹脂であり、厚みが１２ｍｍ以下である。具体的には、当該物品の密度は１．５ｇ／ｃｍ^３ 以下である。この場合、紙一枚の厚みである０．０８ｍｍの分解能を有するので、検査対象が紙等の薄いものであっても、本発明のＸ線検査装置によって安定して高精度検査を行うことができる。したがって、書籍を構成する最小単位である頁（紙）の異常の有無が判定可能であるので、書籍の落丁または頁の折れ目等を確実に検出できる。

（５）
Ｘ線検査装置において、Ｘ線源から物品に対してＸ線を照射して、該物品を透過した透過Ｘ線をラインセンサにて検出し、当該物品の検査を行うＸ線検査装置であって、前記Ｘ線源から照射するＸ線源のＸ線源の管電圧が２５キロボルト以下であり、かつ、前記ラインセンサは、シンチレータおよびフォトダイオードからなる間接型ラインセンサのシンチレータを除去したセンサであることを特徴とするものである。
Ｘ線検査装置において、Ｘ線源から物品に対してＸ線を照射して、該物品を透過した透過Ｘ線をラインセンサにて検出し、当該物品の検査を行うＸ線検査装置であって、前記Ｘ線源から照射するＸ線源のＸ線源の管電圧が２０キロボルト以下であり、かつ、前記ラインセンサは、シンチレータおよびフォトダイオードからなる間接型ラインセンサのシンチレータを除去したセンサであることを特徴とするものである。

本発明に係るＸ線検査装置によれば、低コストでかつ高精度に検査を行うことができる。

本実施形態に係るＸ線検査装置の一例を示す模式的外観図である。 本実施形態に係るＸ線検査装置の内部構造の一例を示す模式図である。 本実施形態に係るＸ線検査装置のハードウェア構成の例および機能的構成の例を示すブロック図である。 本実施の形態に係るラインセンサを用いて、物品が紙である場合の分解能を示す模式図である。 本実施の形態に係るラインセンサを用いて、物品がポリアセタール（ＰＯＭ）である場合の分解能を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態に係るＸ線検査装置について図面を参照しながら説明する。

図１は本実施形態に係るＸ線検査装置１００の一例を示す模式的外観図であり、図２は本実施形態に係るＸ線検査装置１００の内部構造の一例を示す模式図である。

図１に示すように、Ｘ線検査装置１００には、その内部にＸ線検査室３００が形成されている。このＸ線検査室３００内にはＸ線照射装置２００が内蔵されている。Ｘ線検査室３００を貫通するように、ベルトコンベア８００が設けられている。

Ｘ線検査室３００の開口部からのＸ線の漏洩を防止するＸ線漏洩防止カーテン５００が設けられている。また、Ｘ線検査装置１００には、作業者が操作するためのタッチパネル形式の入力表示部ＭＴが設けられている。作業者が入力表示部ＭＴを操作することによりＸ線検査装置１００が駆動する。

作業者は、ベルトコンベア８００上に被検査物９００（図２）を載置する。本実施形態では、被検査物９００の材質は、紙または樹脂（例えばポリアセタール）である。具体的に密度が１．５ｇ／ｃｍ^３ 以下の被検査物９００を検査対象としている。また、本実施形態における被検査物９００として、本（書籍）を例示して説明する。

ベルトコンベア８００上に載置された被検査物９００について、Ｘ線検査室３００内において異物検査等が行われる。以下、Ｘ線検査室３００の内部構造について説明する。

図２に示すように、Ｘ線検査室３００は、Ｘ線照射装置２００、ラインセンサ２２０、Ｘ線漏洩防止カーテン５００およびベルトコンベア８００を主として備える。ラインセンサ２２０の詳細については後述する。Ｘ線漏洩防止カーテン５００は、Ｘ線検査室３００の入口側のＸ線漏洩防止カーテン装置５１０および出口側のＸ線漏洩防止カーテン装置５２０により構成される。

本実施形態では、上記のラインセンサ２２０は、ＣｄＴｅ（カドミウムテルリド）を含んで構成されたフォトダイオードおよびシンチレータからなる間接型ラインセンサのシンチレータだけを除去したセンサである。ラインセンサ２２０は、主に可視光を検出するとともにＸ線２１０を検出する。ラインセンサ２２０は、検出したＸ線２１０を直接電荷に変換する。

ベルトコンベア８００は、無端状のベルトが一対のローラに巻回されて構成されている。また、Ｘ線を検出するラインセンサ２２０は、上記ベルトコンベア８００の内側に設けられる。

図２において、ベルトコンベア８００上に被検査物９００が載置される。そして、ベルトコンベア８００が駆動されると、被検査物９００は矢印ｄ１の方向（搬送方向）に沿って搬送される。搬送中の被検査物９００は、まず、Ｘ線漏洩防止カーテン５１０を通過して、Ｘ線検査室３００内に移動する。

次いで、搬送中の被検査物９００に対して、Ｘ線照射装置２００からＸ線２１０が照射される。そして、被検査物９００を透過したＸ線２１０がラインセンサ２２０に入射される。

ラインセンサ２２０は、入射されたＸ線２１０に基づいて検出データを生成する。ラインセンサ２２０により生成された検出データに基づいて被検査物９００の異物検査等の検査が行われる。

そして、Ｘ線検査が行われた被検査物９００はベルトコンベア８００により継続的に搬送されることにより、Ｘ線漏洩防止カーテン５２０を通過した後、Ｘ線検査室３００外に移動する。その後、被検査物９００は次工程へと搬送される。

図３は本実施形態に係るＸ線検査装置１００のハードウェア構成の例および機能的構成の例を示すブロック図である。

図３に示すように、Ｘ線検査装置１００は、ハードウェア構成として、上述のラインセンサ２２０、Ａ／Ｄコンバータ２３０、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２６０、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）またはＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等のメモリ２７０、ハードディスク２８０および上述の入力表示部ＭＴを含む。

ＣＰＵ２６０がメモリ２７０またはハードディスク２８０に格納されている各種プログラムを実行することによって、図３の輝度毎データ取得部２４０、合算部２４１、出力変化量算出部２４２、Ｓ／Ｎ比算出部２４３、判定部２４４および表示データ作成部２４５が機能的に実現される。各種プログラムは、当該プログラムが記録されたＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記録媒体からインストールすることが可能である。

また、Ｘ線検査装置１００は、入力表示部ＭＴでのデータ表示を制御する表示制御回路（図示せず）、入力表示部ＭＴを介して作業者により入力されたデータを取り込むキー入力回路（図示せず）およびプリンタ等の外部機器またはＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等のネットワークとの接続を可能にする通信ポート（図示せず）等を備えている。

また、ＣＰＵ２６０、メモリ２７０およびハードディスク２８０は、アドレスバスまたはデータバス等のバスラインを介して相互に接続されている。

図３において、最初に、被検査物９００を透過したＸ線２１０がラインセンサ２２０に入射され、当該ラインセンサ２２０によりＸ線２１０に基づいてアナログデータである検出データＫＤａが生成される。検出データＫＤａは、Ａ／Ｄコンバータ２３０によりデジタルデータである検出データＫＤｄに変換される。

検出データＫＤｄの検出値に基づき輝度毎データ取得部２４０により輝度毎データＬＤ１が取得される。輝度毎データＬＤ１は画像の１ライン分に相当するものである。そして、合算部２４１により複数の輝度毎データＬＤ１が合算されることにより、画像の全ライン分に相当する輝度毎データＬＤ２が生成される。

生成された輝度毎データＬＤ２に基づいて出力変化量算出部２４２により後述の出力変化量が算出される。また、輝度毎データＬＤ２に基づいてＳ／Ｎ比算出部２４３により後述のＳ／Ｎ比（signal-to-noise ratio）が算出される。そして、輝度毎データＬＤ２の値または出力変化量に基づいて判定部２４４により被検査物９００の検品が行われる。当該検品とは、被検査物９００に異常があるか否かが判定部２４４により判定される。判定部２４４の判定結果によって、警告装置（図示せず）により警告音が発せられる等の処理が行われる。なお、被検査物９００の異常とは、例えば書籍の落丁または当該書籍のページの折れ目等が存在することをいう。また、表示データ作成部２４５は、入力表示部ＭＴに表示するための表示データを作成する。

図４は、本実施の形態に係るラインセンサ２２０を用いて、被検査物９００が紙である場合の分解能を示す模式図であり、図５は本実施の形態に係るラインセンサ２２０を用いて、被検査物９００がポリアセタール（ＰＯＭ）である場合の分解能を示す模式図である。図４および図５の縦軸は、分解能（ｍｍ）を示し、横軸は管電圧（ＫＶ）を示す。

図４および図５に示すように、紙または樹脂（ポリアセタール）の厚みを１ｍｍから２０ｍｍまで１ｍｍ刻みで変化させて、一枚分の紙の厚み（０．０８ｍｍ）の分解能を基準として分解能の変化を測定した。

図４に示すＰ１は、被検査物９００が紙１ｍｍ厚みの場合を示し、Ｐ３は、被検査物９００が紙３ｍｍ厚みの場合を示し、Ｐ５は、被検査物９００が紙５ｍｍ厚みの場合を示し、Ｐ７は、被検査物９００が紙７ｍｍ厚みの場合を示し、Ｐ９は、被検査物９００が紙９ｍｍ厚みの場合を示し、Ｐ１１は、被検査物９００が紙１１ｍｍ厚みの場合を示し、Ｐ１２は、被検査物９００が紙１２ｍｍ厚みの場合を示し、Ｐ１３は、被検査物９００が紙１３ｍｍ厚みの場合を示し、Ｐ１５は、被検査物９００が紙１５ｍｍ厚みの場合を示し、Ｐ１７は、被検査物９００が紙１７ｍｍ厚みの場合を示し、Ｐ１９は、被検査物９００が紙１９ｍｍ厚みの場合を示す。

同様に、図５に示すＲ１は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）１ｍｍ厚みの場合を示し、Ｒ３は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）３ｍｍ厚みの場合を示し、Ｒ５は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）５ｍｍ厚みの場合を示し、Ｒ７は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）７ｍｍ厚みの場合を示し、Ｒ９は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）９ｍｍ厚みの場合を示し、Ｒ１１は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）１１ｍｍ厚みの場合を示し、Ｒ１２は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）１２ｍｍ厚みの場合を示し、Ｒ１３は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）１３ｍｍ厚みの場合を示し、Ｒ１５は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）１５ｍｍ厚みの場合を示し、Ｒ１７は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）１７ｍｍ厚みの場合を示し、Ｒ１９は、被検査物９００が樹脂（ＰＯＭ）１９ｍｍ厚みの場合を示す。

図４および図５に示すように、Ｘ線照射装置２００の管電圧が４０ｋＶで変曲点があることがわかる。具体的に管電圧が４０ｋＶ以下であれば、分解能がほぼ直線状態にあり、４０ｋＶを超えると傾きが大きくなる。したがって、Ｘ線照射装置２００の管電圧を４０ｋＶ以下で使用することが、分解能の面から見て好ましいことが分かった。

また、図４および図５に示すように、Ｘ線照射装置２００の管電圧が２０ｋＶで変曲点があることがわかる。具体的に管電圧が２０ｋＶ以下であれば、分解能がさらに向上する方向に変化する。したがって、本発明に係るラインセンサを用いた場合、Ｘ線照射装置２００の管電圧を２０ｋＶ以下で使用することが、分解能の面から見て好ましいことが分かった。

さらに、図４および図５に示すように、例えば、分解能が０．０８ｍｍ以下であることを基準とした場合、Ｘ線照射装置２００の管電圧が３０ｋＶ以下で、かつ被検査物９００の厚みが１２ｍｍ以下である場合に当該基準を満たす。

したがって、Ｘ線照射装置２００の管電圧が３０ｋＶ以下で、かつ被検査物９００の厚みが１２ｍｍ以下である場合に、分解能が０．０８ｍｍ以下であるので、紙のページの落丁、折れ等を検出することができ、また樹脂の変形等を検出することができる。

（本実施形態における効果）
本実施形態に係るＸ線検査装置１００によれば、間接型のラインセンサのシンチレータを除去しているため、Ｘ線２１０が直接電荷に変換されるので、当該ラインセンサ２２０に入力された微小なＸ線の変化を抽出し、出力として変換することができる。

従来の間接型のラインセンサにおいては、シンチレータにおいて光変換を行っているため、Ｘ線の微小な変化を抽出することが困難であったと推定される。また、Ｘ線照射装置２００からのＸ線強度と比例する管電圧についても、常用帯域は、４０ｋＶから６０ｋＶ程度であるため、検出対象である金属等の場合と比較して、紙または樹脂の場合には、Ｘ線の変化が微細なものとなるので、検出がほぼ不可能であった。

本実施の形態に係るＸ線検査装置１００によれば、被検査物９００が書籍であり、当該書籍の落丁またはページの折れ目等を検出する場合のように微小単位で検査を行う場合であっても、これらを高精度で検出することができる。また、ラインセンサ２２０はシンチレータが不要なので、低コスト化も実現できる。

また、本発明に係るＸ線検査装置１００によれば、フォトダイオードのみからなるラインセンサ２２０によりＸ線が直接電荷に変換されるので、当該ラインセンサ２２０の出力に基づく画像は、コントラスト特性および解像度が優れている。これにより、被検査物９００のＸ線検査を高精度で行うことができる。

（請求項の各構成要素と上記実施形態の各構成部との対応関係）
上記実施形態においては、Ｘ線検査装置１００がＸ線検査装置に相当し、Ｘ線照射装置２００がＸ線源に相当し、Ｘ線２１０が透過Ｘ線に相当し、被検査物９００が物品に相当し、ラインセンサ２２０がラインセンサに相当する。

（変形例）
なお、上記実施形態では、フォトダイオードをＣｄＴｅ（カドミウムテルリド）で構成したが、これに限定されるものではなく、例えばＳｉ（珪素）等の他の材料を用いてもよい。

また、上記実施形態では、ラインセンサからシンチレータのみを除去することとしたが、これに限定されず、シンチレータの代わりに樹脂カバーを設けてもよい。樹脂カバーにより、保護上の観点または強度上の観点等で有利な効果を得られる。

さらに、本発明の好ましい一実施の形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これらの作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

１００ Ｘ線検査装置
２００ Ｘ線照射装置
２１０ Ｘ線
２２０ ラインセンサ
９００ 被検査物

Claims (4)

1. Ｘ線源から物品に対してＸ線を照射して、該物品を透過した透過Ｘ線をラインセンサにて検出し、検出した当該透過Ｘ線から透過画像を作成して当該物品の検査を行うＸ線検査装置であって、
   前記Ｘ線源から照射するＸ線源の管電圧が１５キロボルトから５０キロボルトの範囲内であり、かつ前記ラインセンサは、シンチレータおよびフォトダイオードからなる間接型ラインセンサのシンチレータを除去したセンサであることを特徴とするＸ線検査装置。
2. 前記Ｘ線源の管電圧は、４０キロボルト以下であ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Ｘ線源の管電圧は、２０キロボルト以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線検査装置。
4. 前記Ｘ線源の管電圧は、３０キロボルト以下であり、かつ前記物品の材質は、紙または樹脂であり、厚み１２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線検査装置。