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JP2020020730A - X線透過検査装置及びx線透過検査方法 - Google Patents

X線透過検査装置及びx線透過検査方法 Download PDF

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JP2020020730A JP2018146481A JP2018146481A JP2020020730A JP 2020020730 A JP2020020730 A JP 2020020730A JP 2018146481 A JP2018146481 A JP 2018146481A JP 2018146481 A JP2018146481 A JP 2018146481A JP 2020020730 A JP2020020730 A JP 2020020730A
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Abstract

【課題】 迅速に試料の各高さの断面像を取得することが可能なX線透過検査装置及びX線透過検査方法を提供すること。
【解決手段】 X線源2と、試料Sを透過したX線を検出する二次元センサ3と、試料を移動可能な試料移動機構と、二次元センサで検出したX線の画像を処理する演算部と、断面像を表示可能な表示部とを備え、二次元センサが、全ての画素で検出した画像を一度に読み出し可能であり、演算部が、移動速度をV1とし、二次元センサのフレームレートをFとし、二次元センサの画素ピッチをAとし、X線源から二次元センサまでの距離をLSとしたとき、X線源から距離Lの位置における試料の断面像を、移動方向に沿って(LS×V1)/(L×F×A)毎の画素の画像を加算し続ける加算処理を行って作成する。
【選択図】図2

Description

本発明は、試料中の金属異物等を検出可能なX線透過検査装置及びX線透過検査方法に関する。
一般に、試料中の金属異物等を検出するために、試料にX線を照射して取得したX線透過像により検査を行うX線透過検査が用いられている。
例えば、特許文献1では、時間遅延積分(TDI)方式のセンサを用いて試料の透過X線を測定可能な透過X線分析装置及び方法が記載されている。
この透過X線分析装置は、所定の走査方向に相対移動する試料の透過X線像を検出するものであって、透過X線像に由来する画像を光電変換して生じる電荷を読み出す撮像素子を2次元状に複数個備えた時間遅延積分方式のTDIセンサであって、走査方向に垂直な方向に撮像素子が並ぶラインセンサを走査方向に複数段並べ、1つのラインセンサに蓄積された電荷を隣接する次のラインセンサへ転送するTDIセンサと、TDIセンサと試料との間に配置され、走査方向に進退してTDIセンサの一部をなす所定の段数のラインセンサに対応して入射される画像の一部を遮蔽する遮蔽手段と、所定の段数のラインセンサに対応した一部の画像を遮蔽するように遮蔽手段の位置を調整可能に制御する遮蔽手段位置制御手段とを備えている。
特開2013−36805号公報
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、透過X線分析にTDIセンサを用いた場合、TDIセンサの積算段数が多くなるほど被写界深度が小さくなり、厚みがある試料の場合には深さ方向の一部にだけピントが合って像として構成されてしまい、それ以外の部分は像として構成されずに全体の把握が出来ないという不都合があった。試料全体を把握しようとすると、TDIセンサ内の転送速度を変更しながら何度もスキャンする必要があり、各高さでの断面像(断層像)を取得するのに時間がかかってしまう。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、迅速に試料の各高さの断面像を取得することが可能なX線透過検査装置及びX線透過検査方法を提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第1の発明に係るX線透過検査装置は、試料に対してX線を照射するX線源と、前記試料に対して前記X線源と反対側に設置され前記試料を透過した前記X線を検出する二次元センサと、前記試料を前記二次元センサの検出面に対して平行な一定の移動方向に一定の移動速度で移動可能な試料移動機構と、前記二次元センサで検出した前記X線の画像を処理する演算部と、前記演算部により処理した前記画像による断面像を表示可能な表示部とを備え、前記二次元センサが、格子状に並んだ撮像素子である複数の画素を有し、全ての前記画素で検出した前記画像を一定のフレームレートで一度に読み出し可能であり、前記演算部が、前記移動速度をV1とし、前記フレームレートをFとし、前記二次元センサの画素ピッチをAとし、前記X線源から前記二次元センサまでの距離をLSとしたとき、前記X線源から距離Lの位置における前記試料の断面像を、前記移動方向に沿って(LS×V1)/(L×F×A)毎の前記画素の前記画像を加算し続ける加算処理を行って作成することを特徴とする。
このX線透過検査装置では、演算部が、移動速度をV1とし、二次元センサのフレームレートをFとし、二次元センサの画素ピッチをAとし、X線源から二次元センサまでの距離をLSとしたとき、X線源から距離Lの位置における試料の断面像を、前記移動方向に沿って(LS×V1)/(L×F×A)毎の画素の画像を加算し続ける加算処理を行って作成するので、移動速度及びフレームレートに対応した上記ルール((LS×V1)/(L×F×A)毎)で移動方向の画素の画像を積算することで、任意の距離Lにおける断面像が得られる。また、複数の画素の画像を加算するので、高感度の画像を得ることが可能になる。したがって、演算部により、距離Lを変えて位置の異なる複数の断面も上記ルールで画像の加算処理を行うことで、試料全体のX線三次元画像を一度に取得することが可能になる。
第2の発明に係るX線透過検査装置は、第1の発明において、前記演算部が、前記X線源から距離L1の位置における前記試料の断面像と、前記X線源から距離L2の位置における前記試料の断面像とを作成し、前記表示部に表示させる際、前記X線源から距離L1の位置における前記試料の断面像の表示サイズを、L1/L2倍にする補正処理を行って表示させることを特徴とする。
すなわち、このX線透過検査装置では、演算部が、X線源から距離L1の位置における試料の断面像と、X線源から距離L2の位置における試料の断面像とを作成し、表示部に表示させる際、X線源から距離L1の位置における試料の断面像の表示サイズを、L1/L2倍にする補正処理を行って表示させるので、互いに断面位置の異なる断面像を、一方の表示サイズに合わせて補正処理することで、互いに同様のサイズで表示することができる。したがって、試料中の異物の大きさを断面位置が異なっても比較することが可能になる。
第3の発明に係るX線透過検査装置は、第1又は第2の発明において、前記X線源に対する前記試料の向きを変更可能な試料回転機構を備え、前記演算部が、前記試料回転機構によって前記試料の向きを変えて前記試料に対して異なる方向から前記X線を透過させた複数の前記試料の断面像を作成することを特徴とする。
すなわち、このX線透過検査装置では、演算部が、試料回転機構によって試料の向きを変えて試料に対して異なる方向からX線を透過させた複数の試料の断面像を作成するので、試料中の一部の領域にX線を遮蔽する物質があって異物が写らない場合でも、異なる方向から複数の断面像を得ることで、遮蔽物質を避けて異物が写った断面像を得ることができる。
第4の発明に係るX線透過検査方法は、X線源から試料に対してX線を照射するステップと、前記試料に対して前記X線源と反対側に設置され前記試料を透過した前記X線を二次元センサで検出するステップと、前記試料を前記二次元センサの検出面に対して平行な一定の移動方向に一定の移動速度で移動させるステップと、前記二次元センサで検出した前記X線の画像を演算処理するステップと、前記演算処理した前記画像による断面像を表示部に表示するステップとを有し、前記二次元センサが、格子状に並んだ撮像素子である複数の画素を有し、全ての前記画素で検出した前記画像を一定のフレームレートで一度に読み出し可能であり、前記演算処理のステップで、前記移動速度をV1とし、前記フレームレートをFとし、前記二次元センサの画素ピッチをAとし、前記X線源から前記二次元センサまでの距離をLSとしたとき、前記X線源から距離Lの位置における前記試料の断面像を、前記移動方向に沿って(LS×V1)/(L×F×A)毎の前記画素の前記画像を加算し続ける加算処理を行って作成することを特徴とする。
第5の発明に係るX線透過検査方法は、第4の発明において、前記演算処理のステップで、前記X線源から距離L1の位置における前記試料の断面像と、前記X線源から距離L2の位置における前記試料の断面像とを作成し、前記表示部に表示させる際、前記X線源から距離L1の位置における前記試料の断面像の表示サイズを、L1/L2倍にする補正処理を行って表示させることを特徴とする。
第6の発明に係るX線透過検査方法は、第4又は第5の発明において、前記演算処理のステップで、前記X線源に対する前記試料の向きを変えて前記試料に対して異なる方向から前記X線を透過させた複数の前記試料の断面像を作成することを特徴とする。
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るX線透過検査装置及びX線透過検査方法によれば、移動速度をV1とし、二次元センサのフレームレートをFとし、二次元センサの画素ピッチをAとし、X線源から二次元センサまでの距離をLSとしたとき、X線源から距離Lの位置における試料の断面像を、前記移動方向に沿って(LS×V1)/(L×F×A)毎の画素の画像を加算し続ける加算処理を行って作成するので、試料全体のX線三次元画像を一度に取得することが可能になる。
したがって、本発明に係るX線透過検査装置及びX線透過検査方法では、迅速に試料の各高さの断面像を取得することが可能なX線CTとして用いることができる。
本発明に係るX線透過検査装置及びX線透過検査方法の第1実施形態を示す概略的な全体構成図である。 第1実施形態において、X線透過検査方法を示す説明図である。 第1実施形態において、試料の補正前と補正後との断面像を示す図である。 本発明に係るX線透過検査装置及びX線透過検査方法の第2実施形態を示す概略的な全体構成図である。
以下、本発明に係るX線透過検査装置及びX線透過検査方法の第1実施形態を、図1から図3を参照しながら説明する。
本実施形態のX線透過検査装置1は、図1に示すように、試料Sに対してX線X1を照射するX線源2と、試料Sに対してX線源2と反対側に設置され試料Sを透過したX線X1を検出する二次元センサ3と、試料Sを二次元センサ3の検出面に対して平行な一定の移動方向に一定の移動速度で移動可能な試料移動機構4と、二次元センサ3で検出したX線X1の画像を処理する演算部5と、演算部5により処理した画像による断面像を表示可能な表示部6とを備えている。
上記二次元センサ3は、図2に示すように、格子状に並んだ撮像素子である複数の画素3a,3b・・・を有し、全ての画素3a,3b・・・で検出した画像を一定のフレームレートで一度に読み出し可能である。本実施形態では、例えば二次元センサ3として、全ての画素3a,3b・・・を高速のフレームレートで一度に読み出し可能なCMOSセンサが採用されている。
上記演算部5は、前記移動速度をV1とし、二次元センサ3のフレームレートをF(fps)とし、二次元センサ3の画素ピッチをAとし、X線源2から二次元センサ3までの距離をLSとしたとき、X線源2から距離Lの位置における試料Sの断面像を、前記移動方向に沿って(LS×V1)/(L×F×A)毎の画素3a,3b,3c・・・の画像(出力電圧、信号出力)を加算し続ける加算処理を行って作成する機能を有している。
なお、前記画素ピッチAは、正方画素の場合は一辺の長さであり、正方画素以外では、上記移動方向に沿った方向の画素ピッチである。
また、上記演算部5は、X線源2から距離L1の位置における試料Sの断面像と、X線源2から距離L2の位置における試料Sの断面像とを作成し、表示部6に表示させる際、X線源2から距離L1の位置における試料Sの断面像の表示サイズを、L1/L2倍にする補正処理を行って表示させる機能を有している。
上記X線源2は、X線を照射可能なX線管球であって、管球内のフィラメント(陰極)から発生した熱電子がフィラメント(陰極)とターゲット(陽極)との間に印加された電圧により加速されターゲットのW(タングステン)、Mo(モリブデン)、Cr(クロム)などに衝突して発生したX線Xをベリリウム箔などの窓から出射するものである。
上記試料移動機構4は、二次元センサ3に対して試料Sを二次元センサ3の検出面に平行に一定速度で相対的に移動可能なモータ等で構成されている。
上記演算部5は、X線源2、試料移動機構4、二次元センサ3及び表示部6等の各機構に接続され、これらを制御すると共に上記演算を行うCPU等で構成されたコンピュータである。
上記表示部6は、例えば液晶ディスプレイなどのディスプレイ装置であり、演算部5から出力される試料Sの各高さ毎の断面像(断層像)を表示可能である。
次に、本実施形態のX線透過検査装置1を用いたX線透過検査方法について、説明する。
本実施形態のX線透過検査方法は、X線源2から試料Sに対してX線X1を照射するステップと、試料Sに対してX線源2と反対側に設置され試料Sを透過したX線X1を二次元センサ3で検出するステップと、試料Sを二次元センサ3の検出面に対して平行な一定の移動方向に一定の移動速度で移動させるステップと、二次元センサ3で検出したX線X1の画像を演算処理するステップと、演算処理した画像による断面像を表示部6に表示するステップとを有している。
上記二次元センサ3で検出するステップ及び上記演算処理のステップは、試料Sを上記移動方向かつ上記移動速度で移動させながら行う。例えば図2に示すように、試料Sの距離L1の位置に異物M1がある場合、移動開始初期に異物M1を透過したX線X1は、画素3aに入射されて画像が読み出されるが、フレームレートFで次に二次元センサ3の画像が読み出される際には、試料Sが移動速度V1で移動するため、画素3aから上記ルールの(LS×V1)/(L1×F×A)だけ移動方向の先にある画素3bに、異物M1を透過したX線X1が入射されて画像が読み出される。
上記演算処理するステップでは、移動する試料Sの異物M1を透過したX線X1がフレームレートFに対応して入射された複数の画素3a,3b,3c・・・の画像を演算部5が加算し続けることで、異物M1の積算画像が得られる。X線源2から距離L1の位置における他の部分についても同様に加算処理を行うことで、異物M1を含む試料Sの断面像を作成する。そして、演算部5は、この断面像を表示部6に表示させる。これにより、X線源2から距離L1の位置における試料Sの断面像には、異物M1が表示される。
また、試料Sの距離L2の位置に異物M2がある場合、最初に異物M2を透過したX線X1は、画素3cに入射されて画像が読み出されるが、フレームレートFで次に二次元センサ3の画像が読み出される際には、試料Sが移動速度V1で移動するため、画素3cから上記ルールの(LS×V1)/(L2×F×A)だけ移動方向の先にある画素3dに、異物M2を透過したX線X1が入射されて画像が読み出される。
上記演算処理するステップでは、移動する異物M2を透過したX線X1がフレームレートFに対応して入射された複数の画素3a,3b,3c・・・の画像を演算部5が加算し続けることで、異物M1の積算画像が得られる。X線源2から距離L2の位置における他の部分についても同様に加算処理を行うことで、異物M2を含む試料Sの断面像を作成する。そして、演算部5は、この断面像を表示部6に表示させる。このように、X線源2から距離L2の位置における試料Sの断面像には、異物M2が表示される。
このように距離を変えて上記と同様の加算処理を試料S全体の厚さ範囲で実施することで、1回のスキャンで試料S全体の断面像を取得可能である。
なお、上記加算処理において加算画素数については小数桁も有効とするが、実際に足し込む画素は整数第1位の値を採用する。
例えば、上記ルールに基づく次のフレームの画素位置の計算結果が0.3であった場合、3フレーム目までは、加算した値が1に満たないため(すなわち、0.3×3=0.9となる)、同じ画素を3回足し込む(加算する)。そして、4フレーム目(すなわち0.3×4=1.2となる)では、隣の画素を足し込む加算処理を行う。
また、上記表示部6で断面像を表示させる際、X線源2から距離L1の位置における試料Sの断面像と、X線源2から距離L2の位置における試料Sの断面像とは、それぞれ二次元センサ3までの距離が異なるため、そのまま表示すると、X線X1で投影される異物M1と異物M2との画像の大きさに違いが生じる。
そのため、演算部5は、図3の(a)(b)に示すように、距離L1の位置における試料Sの断面像(a)と距離L2の位置における試料Sの断面像(b)との互いの表示サイズを合わせるため、例えばX線源2から距離L1の位置における試料Sの断面像の表示サイズを、図3の(c)(d)に示すように、L1/L2倍にする補正処理を行って表示部6に表示させる。すなわち、距離L1の位置における試料Sの断面像(c)と距離L2の位置における試料Sの断面像(d)との互いの表示サイズが合うことで、例えば異物M1と異物M2との大きさが同じ場合、同じ大きさに表示可能となる。
なお、演算部5は、このように取得した全体の断面像を三次元的に合成して表示部6に表示可能である。
このように本実施形態のX線透過検査装置1及びX線透過検査方法では、移動速度をV1とし、フレームレートをFとし、二次元センサ3の画素ピッチをAとし、X線源2から二次元センサ3までの距離をLSとしたとき、X線源2から距離Lの位置における試料Sの断面像を、前記移動方向に沿って(LS×V1)/(L×F×A)毎の画素3a,3b・・・の画像を加算し続ける加算処理を行って作成するので、移動速度及びフレームレートに対応した上記ルール((LS×V1)/(L×F×A)毎)で移動方向の画素3a,3b・・・の画像を積算することで、任意の距離Lにおける断面像が得られる。
また、複数の画素の画像を加算するので、高感度の画像を得ることが可能になる。
したがって、演算部5により、距離Lを変えて位置の異なる複数の断面も上記ルールで画像の加算処理を行うことで、試料S全体のX線三次元画像を一度に取得することが可能になる。
また、演算部5が、X線源2から距離L1の位置における試料Sの断面像と、X線源2から距離L2の位置における試料Sの断面像とを作成し、表示部6に表示させる際、X線源2から距離L1の位置における試料Sの断面像の表示サイズを、L1/L2倍にする補正処理を行って表示させるので、互いに断面位置の異なる断面像を、一方の表示サイズに合わせて補正処理することで、互いに同様のサイズで表示することができる。したがって、試料S中の異物M1,M2の大きさを断面位置が異なっても比較することが可能になる。
次に、本発明に係るX線透過検査装置及びX線透過検査方法の第2実施形態について、図4を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、試料Sが試料移動機構4により一定方向に移動されるだけであったのに対し、第2実施形態のX線透過検査装置21では、図4に示すように、X線源2に対する試料Sの向きを変更可能な試料回転機構24を備えている点である。
また、第2実施形態では、演算部5が、試料回転機構24によって試料Sの向きを変えて試料Sに対して異なる方向からX線X1を透過させた複数の試料Sの断面像を作成する機能を有している。
上記試料回転機構24は、例えばステッピングモータ等で構成され、試料Sを移動方向に対して垂直で、かつ二次元センサ3の検出面に平行な方向の軸を中心に任意の角度位置に回転させて保持可能である。
例えば、図4に示すように、試料S中に比較的大きなX線X1の遮蔽物質Bがあり、その直下に異物M1がある場合、一度の検査では、遮蔽物質Bによって異物M1が隠れてしまって正確な検出が困難となる。
そのため、第2実施形態では、最初に試料Sを一度スキャン(検査)して全体の断面像を取得した後、試料回転機構24により試料Sを移動方向に対して垂直で、かつ二次元センサ3の検出面に平行な方向の軸を中心に例えば90°回転させた状態で再びスキャンして全体の断面像を再び取得する。
また、演算部5は、このように取得した複数の断面像を三次元的に合成して表示部6に表示可能である。
これにより、一度目の検査で遮蔽物質Bに隠れてしまった異物M1が、試料Sを回転させた二度目の検査では遮蔽物質Bに隠れずに、正確に表示されることになる。
なお、試料Sの回転角度は任意であり、何度も角度を変えて検査を行っても構わない。
このように第2実施形態のX線透過検査装置21及びX線透過検査方法では、試料Sの向きを変えて試料Sに対して異なる方向からX線X1を透過させた複数の試料Sの断面像を作成するので、試料S中の一部の領域にX線X1を遮蔽する物質Bがあって異物M1が写らない場合でも、異なる方向から複数の断面像を得ることで、遮蔽物質Bを避けて異物M1が写った断面像を得ることができる。
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
1,21…X線透過検査装置、2…X線源、3…二次元センサ、3a,3b,3c…画素、4…試料移動機構、5…演算部、6…表示部、24…試料回転機構、S…試料、X1…X線

Claims (6)

  1. 試料に対してX線を照射するX線源と、
    前記試料に対して前記X線源と反対側に設置され前記試料を透過した前記X線を検出する二次元センサと、
    前記試料を前記二次元センサの検出面に対して平行な一定の移動方向に一定の移動速度で移動可能な試料移動機構と、
    前記二次元センサで検出した前記X線の画像を処理する演算部と、
    前記演算部により処理した前記画像による断面像を表示可能な表示部とを備え、
    前記二次元センサが、格子状に並んだ撮像素子である複数の画素を有し、全ての前記画素で検出した前記画像を一定のフレームレートで一度に読み出し可能であり、
    前記演算部が、前記移動速度をV1とし、前記フレームレートをFとし、前記二次元センサの画素ピッチをAとし、前記X線源から前記二次元センサまでの距離をLSとしたとき、
    前記X線源から距離Lの位置における前記試料の断面像を、前記移動方向に沿って(LS×V1)/(L×F×A)毎の前記画素の前記画像を加算し続ける加算処理を行って作成することを特徴とするX線透過検査装置。
  2. 請求項1に記載のX線透過検査装置において、
    前記演算部が、前記X線源から距離L1の位置における前記試料の断面像と、前記X線源から距離L2の位置における前記試料の断面像とを作成し、前記表示部に表示させる際、前記X線源から距離L1の位置における前記試料の断面像の表示サイズを、L1/L2倍にする補正処理を行って表示させることを特徴とするX線透過検査装置。
  3. 請求項1又は2に記載のX線透過検査装置において、
    前記X線源に対する前記試料の向きを変更可能な試料回転機構を備え、
    前記演算部が、前記試料回転機構によって前記試料の向きを変えて前記試料に対して異なる方向から前記X線を透過させた複数の前記試料の断面像を作成することを特徴とするX線透過検査装置。
  4. X線源から試料に対してX線を照射するステップと、
    前記試料に対して前記X線源と反対側に設置され前記試料を透過した前記X線を二次元センサで検出するステップと、
    前記試料を前記二次元センサの検出面に対して平行な一定の移動方向に一定の移動速度で移動させるステップと、
    前記二次元センサで検出した前記X線の画像を演算処理するステップと、
    前記演算処理した前記画像による断面像を表示部に表示するステップとを有し、
    前記二次元センサが、格子状に並んだ撮像素子である複数の画素を有し、全ての前記画素で検出した前記画像を一定のフレームレートで一度に読み出し可能であり、
    前記演算処理のステップで、前記移動速度をV1とし、前記フレームレートをFとし、前記二次元センサの画素ピッチをAとし、前記X線源から前記二次元センサまでの距離をLSとしたとき、
    前記X線源から距離Lの位置における前記試料の断面像を、前記移動方向に沿って(LS×V1)/(L×F×A)毎の前記画素の前記画像を加算し続ける加算処理を行って作成することを特徴とするX線透過検査方法。
  5. 請求項4に記載のX線透過検査方法において、
    前記演算処理のステップで、前記X線源から距離L1の位置における前記試料の断面像と、前記X線源から距離L2の位置における前記試料の断面像とを作成し、前記表示部に表示させる際、前記X線源から距離L1の位置における前記試料の断面像の表示サイズを、L1/L2倍にする補正処理を行って表示させることを特徴とするX線透過検査方法。
  6. 請求項4又は5に記載のX線透過検査方法において、
    前記演算処理のステップで、前記X線源に対する前記試料の向きを変えて前記試料に対して異なる方向から前記X線を透過させた複数の前記試料の断面像を作成することを特徴とするX線透過検査方法。
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