JP2013205338A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率良い検査で生産性が低下せず、且つ複数の透過画像を合成してもずれのない合成画像を得て確実な高精度検査が行えるＸ線検査装置を提供すること。
【解決手段】被検査物Ｗを搬送する搬送手段２と、搬送路２ａ上の検査エリアで同一被検査物Ｗに対して異なるエネルギーのＸ線を照射するＸ線発生器３と、Ｘ線のエネルギーを前の設定値から次の設定値に切り換える切換手段１１と、検査エリアを形成するように面状に配置されたＸ線検出素子４ａからなり、被検査物Ｗを透過したＸ線で透過画像を撮像するＸ線検出器４と、同一被検査物Ｗに対する複数の透過画像を記憶する記憶手段１２と、被検査物Ｗが検査エリアに収まると搬送手段２を停止させ、撮像が完了すると搬送手段２を動作させるように制御する搬送制御手段１３と、Ｘ線発生器３から照射されるＸ線のエネルギーが切り換わったか否かを確認する確認手段１４と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、搬送路上を搬送される被検査物に異なるエネルギーのＸ線で撮像した複数の透過画像を合成して、合成画像を用いて被検査物における異物混入や形状などを検査するＸ線検査装置に関する。

従来、食品などの被検査物の各種検査（金属、石、ガラス、樹脂、骨などの異物混入の有無や割れ欠けの有無などの検査）に、被検査物にＸ線を照射して得られた透過画像を用いることがある。また、Ｘ線による透過画像を用いた検査では、同一の被検査物に異なるエネルギーのＸ線を照射して得られた複数の透過画像を合成することで、１つの合成画像において特長を強調させて精度の高い検査を行うことができる。例えば異物混入の有無の検査において異物検出を行う場合、同一の被検査物にＸ線発生器（Ｘ線管）の管電圧及び管電流を制御して異なるエネルギーのＸ線（異なる波長分布のＸ線）で撮像した複数の透過画像を合成することで、１つの合成画像から金属などの高密度の異物があればこれを検出し、樹脂などの低密度の異物があればこれも検出するという検査が可能となる。

複数の透過画像を用いて高精度検査を行うものとして、特許文献１に開示される異物検出装置がある。この異物検出装置は、異なるＸ線エネルギーによる同一被検査物に対する２つの透過データを検出する検出器と、透過データを基準物質の厚さに変換する変換器と、基準物質の厚さに変換した２つの変換データを用いて被検査物と異物を識別する判定器とを備えた構成である。

この異物検出装置によれば、搬送される被検査物に対してＸ線を照射し、検出器は同一被検査物に対する異なるエネルギーのＸ線による２つの透過データを検出する。検出器が検出した２つの透過データは、透過した物質の組成と厚さに依存している。変換器は、被検査物と同等の元素を持つ基準物質についてその厚さと透過データの値との関係を求めておき、検出器で得られた２つの透過データを基準物質の厚さに変換する。２つの変換データは、同一被検査物について基準物質の厚さに変換した値であるため、同様の元素を持つ場合には同一の値となる。これに対して、異物は基準物質と異なる元素を持つため、異物の２つの変換データは異なる値となる。したがって、２つの変換データを比較することにより、被検査物と異物の識別を行うことができる。なお、２つの変換データの比較はサブトラクションにより行うことができる。

特開平１０−３１８９４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示される異物検出装置では、搬送される被検査物が搬送方向に並んで配置された２つの検出器を通過するときにそれぞれの検出器で透過データが得られる構成であるため、被検査物が移動することから、２つの透過データを合成したときに、１つ目の検出器で得られた透過データと２つ目の検出器で得られた透過データにずれが生じる可能性があった。ずれが生じた合成データは正確性を欠いたものとなる。

また、本願の発明者等は、透過データ（透過画像）のずれの問題を受けて、搬送される被検査物を所定の検査位置で停止させ、共通の検査位置で透過画像を撮像することで複数の透過画像のずれを防止することを考え出した。ところが、これには、前の撮像が終了してから次の撮像のためにＸ線のエネルギーが切り換わるまでに時間がかかってしまい検査効率が悪化して生産性が低下するという別の問題があった。このような効率悪化の問題は、エネルギーサブトラクション処理において管電圧を急激に上昇させることが難しいということもあるが、それよりも、エネルギーが切り換わったか否かを人が経験などから判断するため、前の撮像が終了してから管電圧が確実に上昇したであろう時間をあけて、すなわち、エネルギーが実際に切り換わった時間よりも長い時間をあけて次の撮像を開始することが原因であった。

そこで本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、効率良い検査が行えて生産性が低下せず、且つ複数の透過画像を用いた検査でずれのない正確な合成画像を得て確実な高精度検査が行えるＸ線検査装置を提供することを目的としている。

次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明に係る請求項１記載のＸ線検査装置は、搬送路２ａ上を搬送される被検査物Ｗに異なるエネルギーのＸ線で撮像した複数の透過画像を合成して、合成画像を用いて前記被検査物Ｗを検査するＸ線検査装置１において、
前記搬送路２ａを形成して該搬送路２ａ上の前記被検査物Ｗを所定の搬送方向に搬送する搬送手段２と、
前記搬送路２ａ上の所定の検査エリアで同一の被検査物Ｗに対して異なるエネルギーのＸ線を照射するＸ線発生器３と、
前記Ｘ線発生器３から照射されるＸ線のエネルギーを（前の設定値から次の設定値に）切り換える切換手段１１と、
前記搬送路２ａ上に前記検査エリアを形成するように面状に配置された複数のＸ線検出素子４ａからなり、前記被検査物Ｗを透過したＸ線を検出して透過画像を撮像するＸ線検出器４と、
前記Ｘ線検出器４で撮像された同一の被検査物Ｗに対する複数の透過画像を記憶する記憶手段１２と、
前記搬送手段２に搬送される前記被検査物Ｗが前記検査エリアに収まると該搬送手段２を停止させ、前記Ｘ線検出器４による撮像が完了すると該搬送手段２を動作させるように制御する搬送制御手段１３と、
前記Ｘ線発生器３から照射されるＸ線のエネルギーが切り換わったか否かを確認する確認手段１４と、
を備えることを特徴としている。

前記確認手段１４による確認事項としては、管電圧や管電流が所望の設定値に設定して前記Ｘ線発生器から出力されるＸ線が安定するまでにかかる時間や、透過画像の濃度チェックなどがある。

請求項２記載のＸ線検査装置は、前記確認手段１４は、前記Ｘ線発生器３から照射されるＸ線のエネルギーが切り換わったか否かを所有する確認テーブルに基づいて確認することを特徴としている。

前記確認テーブルとしては、管電圧や管電流がある設定値からある設定値へと変更して前記Ｘ線発生器から出力されるＸ線が安定するまでにかかった時間を各々実測して作成したものなどがある。

請求項３記載のＸ線検査装置は、前記Ｘ線発生器３から照射されるＸ線のエネルギーは、前記切換手段１１が管電圧及び管電流の出力をそれぞれ制御することにより切り換わることを特徴としている。

本発明に係る請求項１記載のＸ線検査装置によれば、搬送制御手段によって搬送手段の動作を制御して搬送される被検査物を静止状態で撮像することにより、同一の被検査物に対する異なるエネルギーのＸ線による複数の透過画像の間にずれが生じなくなる。このようなずれが生じていない合成画像を検査に用いることにより、高精度検査を行うことができる。

また、確認手段を備えることにより、Ｘ線のエネルギーが切り換わったか否かを正確に把握することができる。これにより、エネルギーの切り換えにかかる時間のロスを抑えて効率良い検査が可能となり、生産性が低下しないようになる。

請求項２記載のＸ線検査装置によれば、確認テーブルを有することで、Ｘ線のエネルギーが切り換わったか否かを画一的に確認することができる。

請求項３記載のＸ線検査装置によれば、Ｘ線発生器における管電圧及び管電流の出力を制御することにより、Ｘ線の波長分布が変わり、異なるエネルギーのＸ線が生成されるようになる。

本発明のＸ線検査装置を示した構成図（模式的な正面図）である。 同一の被検査物と照射Ｘ線（管電圧及び管電流の値）の関係及び品種ごとの被検査物と照射Ｘ線（管電圧及び管電流の値）の関係を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）確認手段が有する確認テーブルを例示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
この実施の形態は、搬送路上を搬送される被検査物に異なるエネルギーのＸ線で撮像した複数の透過画像を合成して、１つの合成画像を用いて被検査物における異物混入や形状などを検査するＸ線検査装置である。この実施の形態では、合成画像を用いて食品などの被検査物に、金属、石、ガラス、樹脂、骨などの異物が混入しているか否かを検出する（異物混入の有無の検査）。

図１に示すように、Ｘ線検査装置１は、搬送手段２、Ｘ線発生器３及びＸ線検出器４を備えている。搬送手段２は、ベルトコンベアなどの搬送コンベアであり、放射線防護材料からなる遮蔽構造の図示しない筐体を貫通するように設けられている。搬送コンベア２は被検査物Ｗを所定の搬送方向（図１中の矢線方向）に搬送する。このとき、搬送コンベア２の上側循環面は被検査物Ｗの搬送路２ａとなる。

筐体内にはＸ線発生器３及びＸ線検出器４が設けられている。Ｘ線発生器３は、筐体内における上部に設けられている。Ｘ線検出器４は、搬送コンベア２の上側循環面と下側循環面の間に設けられている。Ｘ線発生器３とＸ線検出器４は搬送路２ａを挟んで対向配置されている。

Ｘ線発生器３は、金属製の箱内にＸ線を発生させる図示しないＸ線管が絶縁油に浸漬されてなり、搬送コンベア２により搬送される被検査物ＷにＸ線を照射する。このときＸ線は、図１中に一点鎖線で示すような範囲が撮像されるように、Ｘ線発生器３から放射状に照射される。ここで、Ｘ線管が発生するＸ線の強度は、Ｘ線管の陽極と陰極との間に流す電流（管電流）に比例して変化するとともに、発生するＸ線の波長がＸ線管の陽極と陰極との間に印加する電圧（管電圧）に応じて短くなり透過力が強くなる。すなわち、Ｘ線管から発生されるＸ線の線質（Ｘ線エネルギー）は、Ｘ線管の管電流及び管電圧に応じて変化する。

Ｘ線検出器４は、図示しないフォトダイオードと、フォトダイオード上に設けられたシンチレータからなる複数のＸ線検出素子４ａとを備えている。Ｘ線検出器４は、Ｘ線検出素子４ａが搬送方向とこの搬送方向と直交する方向に並んで面状に配置されたエリアセンサである。なお、搬送路２ａ上におけるＸ線検出器４の直上に位置するエリアは、被検査物Ｗの撮像が行われる検査エリアとなる。

Ｘ線検出器４は、Ｘ線発生器３から搬送路２ａ上の検査エリアで被検査物ＷにＸ線が照射されて被検査物Ｗを透過したＸ線の透過画像を撮像する。具体的には、Ｘ線検出素子４ａのシンチレータによって光信号に変換され、その光信号がフォトダイオードによって電気信号に変換される。そして更にノイズ除去などの処理を施し、Ｘ線透過量に基づいて濃淡分布の透過画像を生成する。なお、他のＸ線検出例として、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）のような半導体を用いて、Ｘ線を直接的に効率良く電気信号に変換するように構成されてもよい。

また、Ｘ線検査装置１では、同一の被検査物Ｗに対して異なるエネルギーのＸ線で複数回の撮像を行い、それぞれの透過画像を生成し、複数の透過画像を合成して１つの合成画像を生成する。Ｘ線検査装置１は、このような合成画像を確実に得るための制御手段１０を備えている。

制御手段１０は、Ｘ線発生器３から照射されるＸ線のエネルギーを被検査物Ｗの組成や形状、その他の各検査条件に応じた設定値に切り換える切換手段１１を備えている。切換手段１１では、Ｘ線発生器３のＸ線管の管電圧及び管電流を制御することでＸ線の波長分布が変わり、Ｘ線発生器３から照射されるＸ線のエネルギーを変更することができる。

制御手段１０は、検査条件などを定める品種ごとの検査パラメータや、Ｘ線検出器４で撮像された同一の被検査物Ｗに対する複数の透過画像を順次記憶する記憶手段１２を備えている。

制御手段１０は、搬送コンベア２に搬送される被検査物Ｗが検査エリアに収まると搬送コンベア２を停止させ、Ｘ線検出器４による撮像が完了するとこの搬送コンベア２を動作させるように制御する搬送制御手段１３を備えている。したがって、被検査物Ｗは静止状態で撮像される。これにより、透過画像を合成したときにずれが生じることがなくなり、正確な合成画像が得られるようになる。なお、搬送制御手段１３による搬送制御は、搬送コンベア２のモータなどの駆動部を制御することで可能となる。また、被検査物Ｗが検査エリアに収まったか否かは、搬送路２ａ上に設けられたセンサで被検査物Ｗの通過を検知するなどして検出可能となる。

Ｘ線検査装置１では、同一の被検査物Ｗに対して照射するＸ線のエネルギーを変更して、透過画像ごとに特長を変えており、これらの透過画像を合成することで１つの合成画像において特長を強調させた高精度検査が可能となる。Ｘ線検査装置１では、例えば、エネルギーを変更したＸ線で３回の撮像を行い、図２に示すように、同一の被検査物Ｗにおいて、管電圧及び管電流の値を、１回目は透過画像に金属などの高密度の異物が鮮明にあらわれる値、２回目は樹脂などの低密度の異物が鮮明にあらわれる値、３回目はガラスなどのＸ線不透過の異物が鮮明にあらわれる値などに切り換える。これにより、３つの透過画像を合成した画像からは、これらの異物があればそれがすべてあらわれるようになる。なお、この実施の形態では、管電圧は１０〜１００ｋＶの範囲、管電流は０．１〜１０ｍＡの範囲で検査条件に応じた値に設定する。また、図２に示すように、このような管電圧及び管電流の値の組合せを複数パターン（この実施の形態では３パターン）を品種ごとに作成することで、組成や形状（特に厚さ）の異なる被検査物Ｗを品種Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃ 別にそれぞれ特長を変えた３つの透過画像を撮像する構成となる。具体的には、品種Ｐ₁ については、１回目に管電圧Ｘ₁ ｋＶ、管電流ｘ₁ ｍＡに設定されたＸ線を用いて撮像し、２回目に管電圧Ｙ₁ ｋＶ、管電流ｙ₁ ｍＡに設定されたＸ線、３回目に管電圧Ｚ₁ ｋＶ、管電流ｚ₁ ｍＡのＸ線を用いて撮像する。品種Ｐ₂ 及び品種Ｐ₃ についても同様に、１〜３回の撮像をそれぞれ図中に示すように、管電圧Ｘ₂ ，Ｙ₂ ，Ｚ₂ ｋＶ、管電流ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ ｍＡの組合せからなるＸ線及び管電圧Ｘ₃ ，Ｙ₃ ，Ｚ₃ ｋＶ、管電流ｘ₃ ，ｙ₃ ，ｚ₃ ｍＡの組合せからなるＸ線を用いて撮像する。

さらに、制御手段１０は、Ｘ線発生器３から照射されるＸ線のエネルギーが前の設定値から次の設定値へと切り換わったか否かを確認する確認手段１４を備えている。確認手段１４による確認事項としては、管電圧及び管電流の値が所望の設定値に変更されてＸ線発生器３から出力されるＸ線が安定（上昇又は下降）するまでにかかる時間や、透過画像の濃度チェックなどがある。

確認手段１４による確認事項を透過画像の濃度チェックとした場合は、例えば、図１中に斜線で示すような搬送方向と直交した検査エリアの端縁部、又は搬送方向に沿った検査エリアの端縁部、すなわち、Ｘ線を受けるが検査に関与しない位置にあるＸ線検出素子４ａを濃度チェックに利用することで実現可能となる。確認手段１４では、このＸ線を受けるが検査に関与しない位置にある複数のＸ線検出素子４ａの濃度の平均が所定の濃度に達したときに、Ｘ線のエネルギーが所望の設定値に切り換わったと判断する。

また、確認手段１４による確認事項を管電圧及び管電流の値が次の設定値に変更されてＸ線発生器３から出力されるＸ線が安定するまでにかかる時間とした場合は、確認手段１４が基準となる確認テーブルを有することで実現可能となる。この場合、確認手段１４は、Ｘ線発生器３から照射されるＸ線のエネルギーが所望の設定値に切り換わったことを確認テーブルに基づいて確認する。確認テーブルとして、図３（ａ）〜（ｃ）に示すような管電圧及び管電流がある設定値からある設定値へと変更されてＸ線発生器３から出力されるＸ線が安定するまでにかかった時間を各々実測して作成したものがある。

図３（ａ）には、Ｘ線の波長分布を変化させる管電圧を切り換えたときの安定時間のテーブルを示している。図３（ａ）では、例えば、管電圧Ｖ₁ からＶ₂ に切り換えた場合の安定時間はＳ₁₂、Ｖ₂ からＶ₃ に切り換えた場合の安定時間はＳ₂₃である。また、管電圧Ｖ₂ からＶ₁ に切り換えた場合の安定時間はＳ₂₁、Ｖ₃ からＶ₂ に切り換えた場合の安定時間はＳ₃₂である。確認手段１４は、このテーブルを用いて、切換手段１１で設定値に切り換えられたときからの対応する安定時間が経過したときに、Ｘ線のエネルギーが所望の設定値に切り換わったと判断する。

また、管電圧の変化が大きい場合には、図３（ｂ）に示すように、１つの管電圧切換えに対し、管電流変化分を考慮するようなテーブル構成とするとなおよい。図３（ｂ）には、（ａ）に示した管電圧Ｖ₅ からＶ₂ に切り換えたときの管電流の変化量ごとの安定時間を示している。図３（ｂ）では、例えば、管電流Ｉ₁ からＩ₂ に切り換えた場合の安定時間はＳ₅₂₁ 、Ｉ₁ からＩ₃ に切り換えた場合の安定時間はＳ₅₂₂ である。また、管電流Ｉ₂ からＩ₁ に切り換えた場合の安定時間はＳ₅₂₁ 、Ｉ₃ からＩ₂ に切り換えた場合の安定時間はＳ₅₂₂ である。さらに、管電流に変化がない場合はＳ₅₂となる。なお、図３（ｂ）中の横線は、Ｘ線発生器３から管電圧Ｖ₅ で管電流Ｉ₄ のＸ線が出力できないことを示している。

図３（ｃ）には、（ｂ）に示すような管電流を考慮したテーブルを一部含む場合の確認テーブルの構成例を示している。図３（ｃ）に示すように、このテーブルは、網掛け部分の管電圧の変化では管電流変化分を考慮するようなテーブル構成をとり、空白部分の管電圧の変化では管電流変化がない管電圧の変化分のみに対応する安定時間のテーブル構成としている。このような構成にすることで、必要な情報だけを持つ最適化したテーブルとすることができる。

なお、ここまで確認手段１４として透過画像の濃度チェックや実測して得られた確認テーブルについて説明したが、被検査物Ｗの検査条件を設定する検査パラメータの設定の際に、検査エリアに被検査物がない状態で、管電圧及び管電流を変化させて切換え安定時間を計測し、管電圧及び管電流と共に切換え安定時間を検査パラメータとして記憶手段１２に記憶して、そして、この検査パラメータの切換え安定時間を用いて確認手段１４で確認するようにしてもよい。なお、この場合の計測は、管電圧及び管電流を変化させた時から複数のＸ線検出素子４ａの濃度の平均が所定の濃度に達するまでの時間であり、検査位置に関係なく行うことができる。

上述した実施の形態によれば、搬送制御手段１３によって搬送コンベア２の動作を制御して搬送される被検査物Ｗを静止状態で撮像することにより、同一の被検査物Ｗに対する異なるエネルギーのＸ線による３つの透過画像の間にずれが生じなくなる。このようなずれが生じていない１つの合成画像を検査に用いることにより、高精度検査を行うことができる。

また、確認手段１４を備えることにより、Ｘ線のエネルギーが切り換わったか否かを正確に把握することができる。これにより、エネルギーの切り換えにかかる時間のロスを抑えて効率良い検査が可能となり、生産性が低下しないようになる。

さらに、確認テーブルに有することで、Ｘ線のエネルギーが切り換わったか否かを画一的に確認することができる。

１…Ｘ線検査装置
２…搬送手段（搬送コンベア）
２ａ…搬送路
３…Ｘ線発生器
４…Ｘ線検出器
４ａ…Ｘ線検出素子
１１…切換手段
１２…記憶手段
１３…搬送制御手段
１４…確認手段
Ｗ…被検査物

Claims (3)

1. 搬送路（２ａ）上を搬送される被検査物Ｗに異なるエネルギーのＸ線で撮像した複数の透過画像を合成して、合成画像を用いて前記被検査物（Ｗ）を検査するＸ線検査装置（１）において、
   前記搬送路を形成して該搬送路上の前記被検査物を所定の搬送方向に搬送する搬送手段（２）と、
   前記搬送路上の所定の検査エリアで同一の被検査物Ｗに対して異なるエネルギーのＸ線を照射するＸ線発生器（３）と、
   前記Ｘ線発生器から照射されるＸ線のエネルギーを切り換える切換手段（１１）と、
   前記搬送路上に前記検査エリアを形成するように面状に配置された複数のＸ線検出素子（４ａ）からなり、前記被検査物を透過したＸ線を検出して透過画像を撮像するＸ線検出器（４）と、
   前記Ｘ線検出器で撮像された同一の被検査物に対する複数の透過画像を記憶する記憶手段（１２）と、
   前記搬送手段に搬送される前記被検査物が前記検査エリアに収まると該搬送手段を停止させ、前記Ｘ線検出器による撮像が完了すると該搬送手段を動作させるように制御する搬送制御手段（１３）と、
   前記Ｘ線発生器から照射されるＸ線のエネルギーが切り換わったか否かを確認する確認手段（１４）と、
   を備えることを特徴とするＸ線検査装置。
2. 前記確認手段（１４）は、前記Ｘ線発生器（３）から照射されるＸ線のエネルギーが切り換わったか否かを所有する確認テーブルに基づいて確認することを特徴とする請求項１記載のＸ線検査装置。
3. 前記Ｘ線発生器（３）から照射されるＸ線のエネルギーは、前記切換手段（１１）が管電圧及び管電流の出力をそれぞれ制御することにより切り換わることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線検査装置。

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