JP2007322344A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物品の質量検査と形状検査とを同一装置内で実現可能なＸ線検査装置を得る。
【解決手段】質量推定部４０は、Ｘ線検出部８によって検出された透過Ｘ線のＸ線量に基づいて検査対象物１２の質量を推定する。質量判定部４１は、質量推定部４０から入力されたデータＳ１に基づいて検査対象物１２の質量の正常／異常を判定する。画像作成部４２は、Ｘ線検出部８によって検出された透過Ｘ線のＸ線量に基づいてＸ線透過画像を作成する。形状判定部４３は、検査対象物１２の形状の正常／異常を判定する。不良判定部４４は、質量判定部４１及び形状判定部４３による各判定結果の少なくとも一方が異常である場合に、検査対象物１２が不良品であると判定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、Ｘ線検査装置に関し、特に、検査対象物にＸ線を照射し、検査対象物を透過したＸ線を検出することにより、検査対象物の質量を推定可能なＸ線検査装置に関する。

Ｘ線を用いて被測定物の質量を測定する従来の技術として、下記特許文献１には、被測定物にＸ線を照射し、被測定物を透過した透過Ｘ線を検出し、検出された透過Ｘ線量に基づいて、所定の単位透過領域毎に被測定物の質量を所定の式から算出し、算出された単位透過領域毎の質量を、透過Ｘ線の全透過領域に亘って積分することにより被測定物の全体質量を算出するＸ線質量測定装置が開示されている。

特開２００２−２９６０２２号公報

しかしながら、上記した従来のＸ線質量測定装置によると、物品の質量は測定できるが、物品の形状を検査する手段が講じられていない。そのため、物品の質量が目標範囲内でありさえすれば、割れや欠け等の形状不良が生じている物品が良品として扱われてしまう、という問題がある。ここで、形状検査のための検査装置をＸ線質量測定装置とは別個に設けたのでは、システムの大型化やコストの上昇を招く。

本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、物品の質量検査と形状検査とを同一装置内で実現可能なＸ線検査装置を得ることを目的とする。

第１の発明に係るＸ線検査装置は、検査対象物に対してＸ線を照射するＸ線照射部と、前記Ｘ線照射部から照射されて前記検査対象物を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、前記Ｘ線検出部によって検出されたＸ線量に基づいて前記検査対象物の質量を推定する質量推定部と、前記質量推定部によって推定された前記検査対象物の質量の正常／異常を判定する質量判定部と、前記Ｘ線検出部によって検出されたＸ線量に基づいてＸ線透過画像を作成する画像作成部と、前記Ｘ線透過画像に基づいて前記検査対象物の形状の正常／異常を判定する形状判定部と、前記質量判定部及び前記形状判定部による各判定結果の少なくとも一方が異常である場合に、前記検査対象物が不良品であると判定する不良判定部とを備える。

第２の発明に係るＸ線検査装置は、第１の発明に係るＸ線検査装置において特に、前記質量推定部は、前記Ｘ線透過画像に基づいて複数の前記検査対象物の重なりの有無を判定し、当該重なりの有無に応じて、前記検査対象物の質量を推定するための推定条件を変更することを特徴とする。

第３の発明に係るＸ線検査装置は、第２の発明に係るＸ線検査装置において特に、前記質量推定部は、複数の前記検査対象物が重なっていると判定された場合に、前記Ｘ線検出部によって検出されたＸ線量の検出階調数を増加させることを特徴とする。

第１の発明に係るＸ線検査装置によれば、不良判定部は、質量判定部及び形状判定部による各判定結果の少なくとも一方が異常である場合に、検査対象物が不良品であると判定する。従って、質量又は形状が異常である検査対象物が良品として扱われるという事態を回避できる。しかも、同一装置に質量検査機能と形状検査機能とを持たせたため、これらの検査を別個の検査装置によって実行する場合と比較すると、システムの小型化及びコストの低減を図ることができる。

第２の発明に係るＸ線検査装置によれば、質量推定部は、Ｘ線透過画像に基づいて複数の検査対象物の重なりの有無を判定し、当該重なりの有無に応じて、検査対象物の質量を推定するための推定条件を変更する。特に、検査対象物が厚みの薄い物品である場合、物品の膜厚を検出するという手法によっては、複数の物品の重なりを正確に判定できない場合がある。これに対し、第２の発明に係るＸ線検査装置では、平面画像であるＸ線透過画像に基づいて物品の重なりを判定するため、複数物品の重なりの有無を高精度に判定することができる。

第３の発明に係るＸ線検査装置によれば、質量推定部は、複数の検査対象物が重なっていると判定された場合に、Ｘ線検出部によって検出されたＸ線量の検出階調数を増加させる。検出階調数を増加させて解像度を上げることにより、複数物品の重なりをより正確に把握することができる。従って、検査対象物が厚みの薄い物品である場合であっても、解像度を上げることによって複数物品の重なりを把握することができ、質量推定を正確に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係るＸ線検査装置１の全体構成を模式的に示す正面図である。図１に示すように、Ｘ線検査装置１は、上部筐体２、シールドボックス３、及び下部筐体４を備えている。上部筐体２には、タッチパネル機能付きのモニタ、つまり表示・入力部５が設けられている。シールドボックス３内には、ベルトコンベア６が配設されている。また、シールドボックス３内には、ベルトコンベア６を挟んでＸ線照射部７とＸ線検出部８とが設けられている。Ｘ線照射部７は、ベルトコンベア６上の食品等の検査対象物１２に対してＸ線を照射する。Ｘ線検出部８は、Ｘ線照射部７から照射されて検査対象物１２を透過したＸ線を検出する。シールドボックス３は、Ｘ線が外部に漏洩することを防止する機能を有する。下部筐体４内には、Ｘ線検査装置１の動作制御やデータ処理を行うためのコンピュータ９が配設されている。

ベルトコンベア６の上流側には、検査対象物１２をＸ線検査装置１内に搬入するためのベルトコンベア１０が設けられている。ベルトコンベア６の下流側には、検査後の検査対象物１２をＸ線検査装置１から搬出するためのベルトコンベア１１が設けられている。図１では図示を省略しているが、ベルトコンベア１１には、Ｘ線検査装置１による検査結果に基づいて良品と不良品とを振り分けるための任意の振分機構２０（図３参照）が配設されている。

図２は、図１に示したシールドボックス３の内部構成を示す斜視図である。ベルトコンベア６の上方には、Ｘ線照射部７としてのＸ線照射器（以下「Ｘ線照射器７」と称す）が配設されている。ベルトコンベア６の下方には、Ｘ線検出部８としてのＸ線ラインセンサ（以下「Ｘ線ラインセンサ８」と称す）が配設されている。Ｘ線ラインセンサ８は、直線状に並設された複数のＸ線検出素子８ａを備えている。複数のＸ線検出素子８ａは、ベルトコンベア６の短辺方向、即ち、ベルトコンベア６による検査対象物１２の搬送方向とは垂直な方向に沿って並設されている。図２において斜線のハッチングを付して示すように、Ｘ線照射器７は、Ｘ線ラインセンサ８に向かって、扇形状にＸ線を照射する。

図３は、Ｘ線検査装置１の機能構成を示すブロック図である。コンピュータ９は、ＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１によって参照可能な、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ２２とを備えている。コンピュータ９には、Ｘ線照射部７、Ｘ線検出部８、表示・入力部５、及び振分機構２０が接続されている。

図４は、コンピュータ９による検査機能を示すブロック図である。図４に示すように、コンピュータ９は、異物検査部３０、質量検査部３１、及び形状検査部３２を備えている。図３に示したメモリ２２内に格納されている検査プログラムをＣＰＵ２１が実行することによって、図４に示した各検査機能が実現される。

異物検査部３０は、検査対象物１２内に異物が混入しているか否かを検査する。質量検査部３１は、検査対象物１２の質量が目標範囲内（許容範囲内）であるか否かを検査する。形状検査部３２は、検査対象物１２に割れや欠けが生じていないか等を検査する。

まず、異物検査部３０について説明する。図２を参照して、上記の通り、Ｘ線照射部７から照射されて検査対象物１２を透過したＸ線（透過Ｘ線）は、複数のＸ線検出素子８ａを有するＸ線検出部８によって検出される。ここで、検査対象物１２内に異物が混入していない場合は、複数のＸ線検出素子８ａによって検出される透過Ｘ線の強度分布は、ほぼ一定である。一方、検査対象物１２内に異物が混入している場合は、異物の混入箇所においてＸ線の透過量が減少するため、異物の混入箇所に対応して、透過Ｘ線の強度分布に負のピークが発生する。従って、透過Ｘ線の強度分布にピークが発生しているか否かによって、検査対象物１２への異物の混入の有無を検査することができる。異物が混入していると判定された検査対象物１２は、後述の質量検査部３１及び形状検査部３２による各検査が行われることなく、図３に示した振分機構２０によって不良品として振り分けられる。

図５は、図４に示した質量検査部３１及び形状検査部３２の機能構成を示すブロック図である。質量検査部３１は質量推定部４０と質量判定部４１とを備えており、形状検査部３２は画像作成部４２と形状判定部４３とを備えている。また、質量判定部４１及び形状判定部４３は、不良判定部４４に接続されている。

質量推定部４０は、図１に示したＸ線検出部８によって検出された透過Ｘ線のＸ線量に基づいて検査対象物１２の質量を推定し、推定質量Ｍに関するデータＳ１を出力する。詳細には以下の通りである。図２を参照して、Ｘ線照射部７から照射されて検査対象物１２を透過した透過Ｘ線のＸ線量が、Ｘ線検出部８によって検出される。具体的には、Ｘ線検出部８が備える各Ｘ線検出素子８ａが、透過Ｘ線の明るさＩ_０をそれぞれ検出する。ここで、各Ｘ線検出素子８ａは、例えば、最高輝度の白を「２５５」、最低輝度の黒を「０」とする２５６階調の検出階調数で、明るさＩ_０をそれぞれ検出する。図５に示した質量推定部４０は、明るさＩ_０に関する検出値を各Ｘ線検出素子８ａから入力し、質量を推定するための以下の式（１）に基づいて、明るさＩ_０から推定質量ｍを算出する。

ｍ＝ｃｔ＝−ｃ／μ×ｌｎ（Ｉ／Ｉ_０）＝−αｌｎ（Ｉ／Ｉ_０） ・・・（１）
ここで、ｃは物質の厚さを質量に変換するための係数、ｔは物質の厚さ、Ｉは物質がないときの明るさ、Ｉ_０は物質を透過したときの明るさ、μは線吸収係数である。また、αはｃ／μで与えられるパラメータであり、質量が判明している複数のサンプルを用いた事前の検査によって、検査対象物１２の種類毎に適切な値が予め求められて、その値が図３に示したメモリ２２に記憶されている。

質量推定部４０は、上記の式（１）に基づいて、各画素（つまり各Ｘ線検出素子８ａ）毎に、明るさＩ_０を推定質量ｍに換算する。そして、ベルトコンベア６によって検査対象物１２が搬送されつつ、Ｘ線検出素子８ａによる明るさＩ_０の検出と、明るさＩ_０から推定質量ｍへの換算とが繰り返し実行される。これにより、検査対象物１２の全画素に対応する推定質量ｍがそれぞれ求められ、これら全ての推定質量ｍを合計することにより、検査対象物１２の全体の推定質量Ｍが求められる。

質量判定部４１は、質量推定部４０から入力されたデータＳ１に基づいて検査対象物１２の質量の正常／異常を判定し、その判定結果に関するデータＳ２を出力する。具体的に、質量の目標範囲（許容範囲）の上限値及び下限値が検査対象物１２の種類毎に予め設定されて、図３に示したメモリ２２に記憶されている。質量判定部４１は、データＳ１で表される推定質量Ｍと、上記の上限値及び下限値とを比較し、推定質量Ｍが上限値以下かつ下限値以上である場合は、その検査対象物１２の質量は正常であると判定する。一方、推定質量Ｍが上限値より大きい又は下限値より小さい場合は、その検査対象物１２の質量は異常であると判定する。

画像作成部４２は、図１に示したＸ線検出部８によって検出された透過Ｘ線のＸ線量に基づいてＸ線透過画像を作成し、そのＸ線透過画像に関する画像データＳ３を出力する。具体的には、上記の通り、Ｘ線検出部８が備える各Ｘ線検出素子８ａは、例えば、最高輝度の白を「２５５」、最低輝度の黒を「０」とする２５６階調の検出階調数で、明るさＩ_０をそれぞれ検出する。これにより、１ライン分に相当する検査対象物１２の画像データが作成される。そして、ベルトコンベア６によって検査対象物１２が搬送されつつ、各Ｘ線検出素子８ａによる明るさＩ_０の検出が、各ライン毎に繰り返し実行される。これにより、検査対象物１２の全画素の明るさＩ_０がそれぞれ求められ、検査対象物１２全体のＸ線透過画像（画像データＳ３）が作成される。

形状判定部４３は、画像作成部４２から入力された画像データＳ３に基づいて検査対象物１２の形状の正常／異常を判定し、その判定結果に関するデータＳ４を出力する。一例として、良品の周囲長の上限値及び下限値に関するデータが、図３に示したメモリ２２に予め記憶されている。そして、形状判定部４３は、画像データＳ３で表される検査対象物１２のＸ線透過画像からエッジを抽出し、抽出したエッジの合計長と、上記の上限値及び下限値とを比較する。形状判定部４３は、エッジの合計長が上限値以下かつ下限値以上である場合は、その検査対象物１２の形状は正常であると判定し、一方、エッジの合計長が上限値より大きい又は下限値より小さい場合は、その検査対象物１２の形状は異常であると判定する。例えば検査対象物１２に割れが生じている場合、エッジの合計長は長くなるため、エッジの合計長が上記の上限値より大きくなることにより、割れが生じている検査対象物１２を発見することができる。

他の例として、良品の上面積の上限値及び下限値に関するデータが、図３に示したメモリ２２に予め記憶されている。そして、形状判定部４３は、画像データＳ３で表されるＸ線透過画像から検査対象物１２の上面積を求め、求めた上面積の値と、上記の上限値及び下限値とを比較する。形状判定部４３は、上面積の値が上限値以下かつ下限値以上である場合は、その検査対象物１２の形状は正常であると判定し、一方、上面積の値が上限値より大きい又は下限値より小さい場合は、その検査対象物１２の形状は異常であると判定する。例えば検査対象物１２に欠けが生じている場合、上面積が小さくなるため、上面積の値が上記の下限値より小さくなることにより、欠けが生じている検査対象物１２を発見することができる。

さらに他の例として、良品の輪郭形状に関するテンプレート画像の画像データが、図３に示したメモリ２２に予め記憶されている。そして、形状判定部４３は、画像データＳ３で表される検査対象物１２のＸ線透過画像内において、上記のテンプレート画像を用いたテンプレートマッチング処理を行う。形状判定部４３は、検査対象物１２とテンプレート画像との類似度が所定レベル以上である場合は、その検査対象物１２の形状は正常であると判定し、一方、類似度が所定レベルより低い場合は、その検査対象物１２の形状は異常であると判定する。例えば検査対象物１２に割れや欠けが生じている場合、良品の輪郭形状との差異が大きくなるため、類似度が上記の所定レベルより低くなることにより、割れや欠けが生じている検査対象物１２を発見することができる。

不良判定部４４は、質量判定部４１からデータＳ２（質量の正常／異常）を入力し、形状判定部４３からデータＳ４（形状の正常／異常）を入力する。そして、データＳ２，Ｓ４に基づき、質量判定部４１及び形状判定部４３による各判定結果の少なくとも一方が異常である場合に、検査対象物１２が不良品であると判定する。換言すれば、不良判定部４４は、質量判定部４１及び形状判定部４３による各判定結果の双方が正常である場合に、検査対象物１２が良品であると判定する。不良判定部４４による判定結果は、図１に示した表示・入力部５に表示される。また、良品と判定された検査対象物１２は、図３に示した振分機構２０によって良品として振り分けられる。一方、不良品と判定された検査対象物１２は、振分機構２０によって不良品として振り分けられる。

このように、本実施の形態に係るＸ線検査装置１によれば、不良判定部４４は、質量判定部４１及び形状判定部４３による各判定結果の少なくとも一方が異常である場合に、検査対象物１２が不良品であると判定する。従って、質量は正常であっても形状が異常である検査対象物１２や、形状は正常であっても質量が異常である検査対象物１２が、良品として扱われるという事態を回避できる。しかも、同一装置に質量検査機能と形状検査機能とを持たせたため、これらの検査を別個の検査装置によって実行する場合と比較すると、システムの小型化及びコストの低減を図ることができる。

以下、検査対象物が厚みの薄い物品や食品である場合の対策について説明する。図６，７は、検査対象物の一例を示す側面図である。図６，７には、検査対象物として、厚みの薄い２枚の物品５１ａ，５１ｂがトレイ５０上に載置された例が示されている。図６では、物品５１ａ，５１ｂがトレイ５０上の所望の箇所に並んで載置されており、図７では、物品５１ａと物品５１ｂとが一部において互いに重なり合っている。

図８は、図７に対応して、物品５１ａ，５１ｂを上方から眺めた上面図である。また、図９は、図８に対応するＸ線透過画像６０を示す図である。上記の例では、Ｘ線検出部８が備えるＸ線検出素子８ａは、２５６階調の検出階調数で透過Ｘ線の明るさＩ_０を検出する。ここで、物品５１ａ，５１ｂの厚みが薄い場合には、Ｘ線照射部７から照射されたＸ線の大部分は物品５１ａ，５１ｂを透過する。そのため、２５６階調程度の検出階調数では、図６に示すように物品５１ａ，５１ｂが並んでいようが、図７，８に示すように物品５１ａ，５１ｂが重なっていようが、Ｘ線検出素子８ａによって検出される透過Ｘ線の明るさＩ_０に大差はない。その結果、物品５１ａ，５１ｂの重なりの有無を透過Ｘ線の明るさＩ_０で区別することは困難であり、図９に示したＸ線透過画像６０においても、物品５１ａ，５１ｂの重なりは明確には現れていない。上記の通り、図５に示した質量推定部４０は透過Ｘ線の明るさＩ_０をパラメータとする式（１）を用いて推定質量ｍを算出するが、物品５１ａ，５１ｂの重なりを明るさＩ_０では検出できないため、結果として推定質量ｍの算出誤差が大きくなる。

そこで、本実施の形態に係るＸ線検査装置１では、図５に示した形状判定部４３によって、物品５１ａ，５１ｂの重なりの有無を検出する。具体的には以下の通りである。

図５を参照して、まず、Ｘ線検出素子８ａの検出階調数が２５６階調に設定された状態で、画像作成部４２が図９に示したＸ線透過画像６０を作成する。Ｘ線透過画像６０の画像データＳ３は、形状判定部４３に入力される。形状判定部４３は、Ｘ線透過画像６０のエッジを抽出し、抽出したエッジの合計長が所定のしきい値よりも大きい場合に、物品５１ａ，５１ｂが重なっていると判定する。この所定のしきい値は、良品の周囲長の上限値よりも大きな値に設定され、図３に示したメモリ２２に予め記憶されている。他の例として、形状判定部４３は、Ｘ線透過画像６０の上面積を求め、求めた上面積の値が所定のしきい値よりも大きい場合に、物品５１ａ，５１ｂが重なっていると判定する。この所定のしきい値は、良品の上面積の上限値よりも大きな値に設定され、図３に示したメモリ２２に予め記憶されている。

物品５１ａ，５１ｂが重なっていないと判定された場合には、上述した質量検査及び形状検査が続行される。図５を参照して、一方、物品５１ａ，５１ｂが重なっていると判定された場合には、形状判定部４３からの命令によってＸ線検出素子８ａの検出階調数が例えば５１２階調に変更されるとともに、その旨の信号Ｓ５が形状判定部４３から質量推定部４０に入力される。そして、検出階調数が５１２階調に変更された後に、その検査対象物に対して再検査が行われる。

この再検査において、Ｘ線検出素子８ａは、最高輝度の白を「５１１」、最低輝度の黒を「０」とする５１２階調の検出階調数で、透過Ｘ線の明るさＩ_０を検出する。また、図５に示した質量推定部４０は、５１２階調の明るさＩ_０に関する検出値をＸ線検出素子８ａから入力し、上記の式（１）に基づいて、５１２階調の明るさＩ_０から推定質量ｍを算出する。その後、全画素の推定質量ｍを合計することにより、検査対象物の全体の推定質量Ｍを算出する。

このように、本実施の形態に係るＸ線検査装置１によれば、質量推定部４０は、物品５１ａ，５１ｂが重なっていると判定された場合に、Ｘ線検出素子８ａの検出階調数を増加させる。検出階調数を増加させて解像度を上げることにより、物品５１ａ，５１ｂの重なりをより正確に把握することができる。従って、検査対象物が厚みの薄い物品５１ａ，５１ｂである場合であっても、解像度を上げることによって物品５１ａ，５１ｂの重なりを把握することができ、質量推定を正確に行うことができる。

また、画像作成部４２は、検出階調数が５１２階調に設定されたＸ線検出素子８ａを有するＸ線検出部８によって検出された透過Ｘ線のＸ線量に基づいてＸ線透過画像を作成する。図１０は、図８に対応して、再検査において画像作成部４２によって作成されたＸ線透過画像６１を示す図である。Ｘ線透過画像６１では、物品５１ａ，５１ｂが重なっている部分と重なっていない部分とを明確に区別することが可能である。

本発明の実施の形態に係るＸ線検査装置の全体構成を模式的に示す正面図である。 図１に示したシールドボックスの内部構成を示す斜視図である。 Ｘ線検査装置の機能構成を示すブロック図である。 コンピュータによる検査機能を示すブロック図である。 図４に示した質量検査部及び形状検査部の機能構成を示すブロック図である。 検査対象物の一例を示す側面図である。 検査対象物の一例を示す側面図である。 図７に対応して、物品を上方から眺めた上面図である。 図８に対応するＸ線透過画像を示す図である。 図８に対応して、再検査において画像作成部によって作成されたＸ線透過画像を示す図である。

符号の説明

１ Ｘ線検査装置
７ Ｘ線照射部
８ Ｘ線検出部
９ コンピュータ
１２ 検査対象物
３１ 質量検査部
３２ 形状検査部
４０ 質量推定部
４１ 質量判定部
４２ 画像作成部
４３ 形状判定部
４４ 不良判定部
５１ａ，５１ｂ 物品

Claims (3)

1. 検査対象物に対してＸ線を照射するＸ線照射部と、
   前記Ｘ線照射部から照射されて前記検査対象物を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、
   前記Ｘ線検出部によって検出されたＸ線量に基づいて前記検査対象物の質量を推定する質量推定部と、
   前記質量推定部によって推定された前記検査対象物の質量の正常／異常を判定する質量判定部と、
   前記Ｘ線検出部によって検出されたＸ線量に基づいてＸ線透過画像を作成する画像作成部と、
   前記Ｘ線透過画像に基づいて前記検査対象物の形状の正常／異常を判定する形状判定部と、
   前記質量判定部及び前記形状判定部による各判定結果の少なくとも一方が異常である場合に、前記検査対象物が不良品であると判定する不良判定部と
   を備える、Ｘ線検査装置。
2. 前記質量推定部は、前記Ｘ線透過画像に基づいて複数の前記検査対象物の重なりの有無を判定し、当該重なりの有無に応じて、前記検査対象物の質量を推定するための推定条件を変更する、請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 前記質量推定部は、複数の前記検査対象物が重なっていると判定された場合に、前記Ｘ線検出部によって検出されたＸ線量の検出階調数を増加させる、請求項２に記載のＸ線検査装置。

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