JP2019100860A - X線撮影システム - Google Patents
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Abstract
Description
そして、近年では、このようなX線タルボ撮影装置を検査対象物(すなわち、被写体)の内部メカニズムを観察するために用いることが求められている。
しかしながら、X線タルボ撮影装置の主要部である複数の格子は、数μm周期の格子構造になっており、大きな環境変動が起きると、格子や、格子を保持する部品等が微小に変形し、生成される再構成画像に雑音等が生じることが考えられる。一方で、非破壊検査の件対象物である被写体の中には、例えば特殊な温湿度での状態の撮影、環境変動に伴う状態の撮影などを行いたい物も多い。そのため、X線タルボ撮影装置の設置環境を変えることなく、被写体のみの環境を変えることは、X線タルボ撮影装置にとっては大きな利点となる。
内部に前記被写体が収納され、当該内部を、外部環境から独立した環境条件に設定可能な被写体収納部と、
を備えたX線撮影システムであって、
前記被写体収納部は、前記被写体台に対して着脱自在に設けられていることを特徴とする。
なお、本実施形態における被写体Hは、金属、樹脂、複合材料や織物などの試料全般であり、内部特性の検証が望まれるもの全般が対象となっている。そして、X線タルボ撮影装置1による撮影によって、このような被写体Hにおける内部メカニズムの観察ができるようになっている。
図1は、X線タルボ撮影装置1及び被写体収納部30の全体像を表す概略図である。
本実施形態に係るX線タルボ撮影装置1は、X線発生装置11と、線源格子12と、被写体台13と、第1格子14と、第2格子15と、X線検出器16と、支柱17と、基台部18と、を備えている。
X線検出器16としては、FPD(Flat Panel Detector)を用いることができる。FPDには、検出されたX線を光電変換素子を介して電気信号に変換する間接変換型、検出されたX線を直接的に電気信号に変換する直接変換型があるが、何れを用いてもよい。
間接変換型は、CsIやGd2O2S等のシンチレータプレートの下に、光電変換素子がTFT(薄膜トランジスタ)とともに2次元状に配置されて各画素を構成する。X線検出器16に入射したX線がシンチレータプレートに吸収されると、シンチレータプレートが発光する。この発光した光により、各光電変換素子に電荷が蓄積され、蓄積された電荷は画像信号として読み出される。
直接変換型は、アモルファスセレンの熱蒸着により、100〜1000(μm)の膜圧のアモルファスセレン膜がガラス上に形成され、2次元状に配置されたTFTのアレイ上にアモルファスセレン膜と電極が蒸着される。アモルファスセレン膜がX線を吸収するとき、電子正孔対の形で物質内に電圧が遊離され、電極間の電圧信号がTFTにより読み取られる。
なお、CCD(Charge Coupled Device)、X線カメラ等の撮影手段をX線検出器16として用いてもよい。
出力手段には、X線タルボ撮影装置1の各種操作を行うために必要な情報や、生成された再構成画像を表示する表示部(図示省略)が含まれている。
つまり、本実施形態におけるコントローラー19は、被写体Hの再構成画像の生成に必要な複数のモアレ画像Mo(フーリエ変換法の場合は1枚のモアレ画像)を取得するための一連の撮影を行わせる制御部として機能している。
被写体収納部30は、図1に示すように、内部に被写体Hが収納される箱状体であり、その内部を、外部環境から独立した環境条件に設定可能とされている。
被写体収納部30は、図4に示すように、底部31aと周壁部31bとを有する箱状の本体部31と、本体部31における開口部を覆う蓋部32と、を備える。
蓋部32によって本体部31の開口部が覆われた状態において、被写体収納部30の内部は密閉空間とされている。
このような被写体収納部30を用いることで、被写体Hの周囲だけ、外部環境から独立した環境条件に設定することができる。
なお、蓋部32を、本体部31の上端部に取り付ける、又は取り外す構造は特に限定されるものではないが、例えばトグルラッチやパッチン錠等と呼称される連結金具(図示省略)や、蓋部32を本体部31の上端部に固定する固定用ネジ(図示省略)等を好適に採用することができる。
なお、蓋部32が本体部31の上端部に取り付けられた状態において、被写体収納部30は、耐圧(又は防爆)式の箱状体として機能する。
また、本体部31におけるX線透過部33は、底部31aに設けられている。X線発生装置11から照射されるX線は、上記したように、コーンビーム状に照射されるため、本体部31におけるX線透過部33は、蓋部32におけるX線透過部33よりも広い面積に設定されていてもよい。
なお、本実施形態における本体部31及び蓋部32のうち、X線透過部33を除く部位は、主に金属によって構成されているが、X線透過率の高い材料によって構成されるものとしてもよい。
被写体収納部30の内部における温度を調節するため、被写体収納部30は、図4に示すように、ヒーターユニット34を更に備えている。これによって、被写体収納部30の内部の温度を、任意の温度に設定可能となっている。
そして、ヒーターユニット34の温度調節は、X線タルボ撮影装置1のコントローラー19(制御部)によってX線タルボ撮影装置1と連動して自動制御可能とされている。
すなわち、X線タルボ撮影装置1によって複数のモアレ画像Moを取得するための一連の撮影を行う際には、コントローラー19によって制御されるが、この一連の撮影時に、被写体収納部30の内部の温度調節もコントローラー19で行うことができるようになっている。つまり、コントローラー19とヒーターユニット34とが通信可能に接続された状態となっている。
被写体収納部30の本体部31における周壁部31bには、ヒーターユニット34を出し入れするための出し入れ口31cが形成されている。
そして、本実施形態においては、ヒーターユニット34の出し入れ動作についても、X線タルボ撮影装置1のコントローラー19(制御部)によってX線タルボ撮影装置1と連動して自動制御可能とされている。
すなわち、X線タルボ撮影装置1による一連の撮影時に、ヒーターユニット34の出し入れ動作もコントローラー19で行うことができるようになっている。つまり、コントローラー19とヒーターユニット34を動作させる駆動部とが通信可能に接続された状態となっている。
本実施形態においては、図示はしないが、本体部31の下端部と被写体台13との間に係合手段が設けられている。このような係合手段としては、例えば上記のような連結金具や固定用ネジ等を始め、着脱しやすい単純な構造が採用されている。その他にも、被写体収納部30が被写体台13の縁部を保持する保持部を備える構造や、反対に、被写体台13が被写体収納部30を保持する保持部を備える構造等を採用してもよい。また、被写体収納部30を被写体台13に対して着脱する動作は、例えばx方向やy方向あるいは回転方向にスライドさせたり、持ち上げたりするような単純な動作であることが望ましい。
例えば被写体収納部30の内部を高温に設定すると、被写体収納部30自体が熱を帯びる場合があるが、このような場合であっても、被写体収納部30を被写体台13から取り外せば、X線タルボ撮影装置1に対する環境変動の影響を小さくすることができる。そして、必要に応じて、被写体収納部30を被写体台13に取り付けてX線タルボ撮影を行うようにすることで、従来の試験や検査では確認できなかった被写体の内部メカニズムを明らかにすることができる。
被写体収納部30は、必ずしも毎回の撮影で用いられるものではなく、内部を、外部環境から独立した環境条件に設定した状態でのX線タルボ撮影と、通常のX線タルボ撮影とを併せて行うことで、被写体Hに関する精度の高い情報を得ることができるようになっている。また、独立した環境条件に設定した状態でのX線タルボ撮影と、通常のX線タルボ撮影とを高い頻度で交互に行う場合がある。
そこで、被写体収納部30は、図5に示すように、X線タルボ撮影装置1の被写体台13に、X線照射範囲に対して進退可能に設けられている。換言すれば、被写体収納部30は、X線照射範囲に対して進退可能となるように、X線タルボ撮影装置1の被写体台13に設けられている。
被写体台13には、被写体収納部30を、X線照射範囲から遠ざけたり近づけたりするように移動させる移動機構40が設けられている。
移動機構40は、被写体台13に取り付けられた設置台41と、設置台41の長さ方向に沿って長尺なガイドレール42と、を備える。
設置台41は、矩形板状に形成され、被写体台13の上面よりも外方に突出する長さに設定されている。また、この設置台41のうち被写体台13の上面に載せられた部位には、X線照射範囲に対応する開口部41aが形成されており、X線の透過を妨げにくくなっている。
ガイドレール42は、設置台41に一対で設けられているとともに、設置台41の長さ方向に沿って長尺に設定されている。また、ガイドレール42は、このガイドレールに沿って移動可能な移動体(図示省略)と、移動体を動作させるための駆動部(図示省略)と、を有している。
被写体収納部30は、ガイドレール42の移動体に対して取り付けられており、被写体台13のX線照射範囲に対応する位置から、被写体台13の外方までの間を移動(進退)できるようになっている。
被写体収納部30を用いた撮影を行う場合は、図5(a)に示す状態で撮影が行われ、通常のX線タルボ撮影を行う場合は、図5(b)に示す状態で撮影が行われる。
なお、移動機構40における移動体の動作は、X線タルボ撮影装置1のコントローラー19(制御部)によってX線タルボ撮影装置1と連動して自動制御可能とされている。つまり、コントローラー19と移動体を動作させる駆動部とが通信可能に接続された状態となっている。
複数の格子12,14,15は、一次元格子とされている。そのため、X線タルボ撮影装置1によって取得されるモアレ画像Moには方向が出てくることになる。すなわち、被写体Hの撮影方向によっては、例えば繊維方向や傷の方向など、見える箇所と見えない箇所とが生じてしまう場合がある。
そこで、図6に示すように、X線タルボ撮影装置1の被写体台13と被写体収納部30のうち、いずれか一方は、被写体HをX線照射軸Caの軸周りに回転させる回転機構35を有している。被写体Hを収納した状態の被写体収納部30を、回転機構35によって任意の角度に回転させた場合、回転前に撮影された被写体Hの画像と、回転後に撮影された被写体Hの画像は見え方が異なり、回転前に見えていなかった被写体Hの所定部位が、回転後に撮影された画像では見えるようになる。
本実施形態における回転機構35としては、例えば中央に開口部(図示省略)が形成された円状又は枠状とされ、かつ回転中心がX線照射軸Caに対応する回転部材が用いられている。また、中央に形成された開口部は、X線透過部33に対応するものであり、X線を透過しやすくなっている。
また、X線透過部33と同様に、回転機構35を形成する材料を、X線透過率の高い材料によって構成してもよい。この場合、中央に開口部を形成しなくてもよい。
回転機構35は、被写体台13と被写体収納部30の本体部31における底部31aとの間に位置しており、下端面が被写体台13に取り付けられ、上端面が底部31aに取り付けられている。また、この回転機構35は、上端面側に、被写体収納部30の本体部31における底部31aが取り付けられて回転可能に構成された回転体(図示省略)を備えており、下端面側に、回転体を回転させるための駆動部を備えているものとする。
なお、本実施形態においては被写体収納部30が回転機構35を有しているものとするが、X線タルボ撮影装置1の被写体台13が回転機構35を有するものとしてもよい。また、被写体収納部30の本体部31が回転機構35を有するものとしてもよい。
さらに、回転機構35の回転動作は、X線タルボ撮影装置1のコントローラー19(制御部)によってX線タルボ撮影装置1と連動して自動制御可能とされている。つまり、コントローラー19と回転体を動作させる駆動部とが通信可能に接続された状態となっている。
被写体収納部30の内部における外部環境から独立した環境条件には、上記したように、被写体収納部30の内部における温度及び/又は湿度に係る条件が含まれているものとしたが、これに限られるものではなく、適宜変更可能である。
すなわち、被写体収納部30の内部を、例えば、真空状態にしてもよいし、加圧や減圧ができるようにしてもよいし、被写体Hを水に浸けた状態にしてもよいし、被写体Hを振動させる状態にしてもよく、さらに、温度及び/又は湿度に係る条件を含め、以上のような様々な環境条件を複合させてもよい。
また、被写体収納部30は、図示はしないが、以上のような様々な環境条件を作り出すための機器や装置等を適宜備えるものとする。
つまり、被写体収納部30の内部を真空状態にする場合や加圧・減圧状態にする場合は、被写体収納部30は、ポンプや弁機構等を備える。
被写体Hを水に浸けた状態にする場合は、被写体収納部30は、貯水槽や給排水機構を備える。
被写体Hを振動させる状態にする場合は、バイブレーターを備えるとともに、X線タルボ撮影装置1に対してその振動が伝わることを抑制する防振機構を備える。
そして、被写体収納部30の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定するための各種機器や装置等は、X線タルボ撮影装置1のコントローラー19(制御部)によってX線タルボ撮影装置1と連動して自動制御可能とされている。
さらに、X線タルボ撮影装置1の主要部材である複数の格子12,14,15は、上記したように、数μm周期の格子構造になっており、大きな環境変動が起きると、格子や、格子を保持する部品等が微小に変形し、生成される再構成画像に雑音等が生じることが考えられる。一方で、非破壊検査の件対象物である被写体の中には、例えば特殊な温湿度での状態の撮影、環境変動に伴う状態の撮影などを行いたい物も多い。被写体収納部30は、被写体台13に対して着脱自在に設けられているので、必要に応じて被写体台13に取り付ければよくなる。
したがって、X線タルボ撮影装置1の設置環境を変えることなく、外部環境とは独立した環境条件下でX線タルボ撮影装置1による被写体Hの撮影を行うことができ、X線タルボ撮影装置1における設置環境に起因する不具合の発生を抑制しつつ、従来の試験や検査では確認できなかった被写体Hの内部メカニズムを明らかにすることができる。
さらに、複数の格子12,14,15が一次元格子であることを踏まえ、X線タルボ撮影装置1の被写体台13と被写体収納部30のうち、いずれか一方は、被写体HをX線照射軸Caの軸周りに回転させる回転機構を有しているので、回転前に撮影された被写体Hの画像と、回転後に撮影された被写体Hの画像は見え方が異なり、回転前に見えていなかった被写体Hの部位(例えば傷、欠損等)が、回転後に撮影された画像では見えるようになり、被写体Hの検査を詳細に行うことができる。
上記の実施形態では、被写体収納部30の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定する構成について説明したが、以下の変形例では、被写体H自体の物性を変化させるための構成について説明する。以下に挙げる変形例は、可能な限り組み合わせてもよい。
なお、以下の変形例においても上記実施形態と同様に、X線タルボ撮影装置1は、いわゆる縞走査法を用いてモアレ画像Moを複数枚撮影するようになっているが、1枚のモアレ画像をフーリエ変換する等して微分位相画像等の画像を再構成して生成するフーリエ変換法を採用してもよい。
[変形例1]
本変形例における被写体収納部30は、図7に示すように、被写体Hに対してレーザー光を照射するレーザー照射部36を有する。
レーザー光は、指向性や収束性に優れ、出力を高めることで、被写体Hにおける微小な箇所を集中的に加熱することができるようになっている。
なお、レーザー照射部36の角度調整及びレーザー光の照射・停止の動作は、X線タルボ撮影装置1のコントローラー19(制御部)によってX線タルボ撮影装置1と連動して自動制御可能とされている。
すなわち、X線タルボ撮影装置1によって複数のモアレ画像Moを取得するための一連の撮影を行う際には、コントローラー19によって制御されるが、この一連の撮影時に、レーザー照射部36の各動作もコントローラー19で行うことができるようになっている。つまり、コントローラー19とレーザー照射部36とが通信可能に接続された状態となっている。
また、照射されるレーザー光の出力を格段に高めることにより、被写体Hを部分的に破壊し、破壊された被写体Hの物性の変化メカニズムを、X線タルボ撮影装置1によって撮影してもよい。
X線タルボ撮影の最中にレーザー光の照射を行う場合は、被写体Hに対するX線の照射を妨げない位置に向かってレーザー光の照射を行うものとする。
さらに、上記の実施形態で説明したように、被写体収納部30の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定した状態で、このようなX線タルボ撮影を行うことにより、様々な状態での被写体Hの撮影を行うことができるので好ましい。
本変形例における被写体収納部30は、図8に示すように、被写体Hに対して釘刺し試験を行うための釘刺し部37を有する。
釘刺し試験とは、例えばリチウムイオン電池等のような電極体の厚み方向に釘を突き刺して内部短絡を模擬的に発生させ、発熱の度合を調べて電池の安全性を確認する試験方法である。釘刺し試験において、釘が電池セルを貫通すると、電池セル内の正極集電体と負極集電体との間で釘を介して内部短絡が発生し、これらの集電体と釘とが接する部分及びその近傍部分が局所的に発熱する現象が発生する。
本変形例における被写体収納部30が、釘刺し部37を有することにより、被写体Hにおける釘刺し箇所の内部メカニズムを明らかにすることができる。
パッキン材は、弾性変形する材料によって構成されており、通し孔に釘本体37aが通されていない際の被写体収納部30の密閉性を確保することができる。
釘本体37aとしては、被写体Hの内部における温度を測定するための温度センサーが内蔵されたものを採用してもよい。
さらに、上記の実施形態で説明したように、被写体収納部30の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定した状態で、このようなX線タルボ撮影を行うことにより、様々な状態での被写体Hの撮影を行うことができるので好ましい。
本変形例における被写体収納部30は、図9に示すように、被写体Hに対して接触させられる温度制御可能な発熱体38を有する。
発熱体38は、自身が発熱して高温になるものであり、被写体Hの表面に接触することにより、被写体Hの表面を熱したり、被写体Hの材質によっては焦がしたりすることができる。
なお、アーム38aの角度や間隔の調整及び発熱体38の温度調節は、X線タルボ撮影装置1のコントローラー19(制御部)によってX線タルボ撮影装置1と連動して自動制御可能とされている。
すなわち、X線タルボ撮影装置1によって複数のモアレ画像Moを取得するための一連の撮影を行う際には、コントローラー19によって制御されるが、この一連の撮影時に、発熱体38及びアーム38aの各動作もコントローラー19で行うことができるようになっている。
さらに、上記の実施形態で説明したように、被写体収納部30の内部を、外部環境から独立した環境条件に設定した状態で、このようなX線タルボ撮影を行うことにより、様々な状態での被写体Hの撮影を行うことができるので好ましい。
11 X線発生装置
11a X線源
112 ろ過フィルター
113 照射野絞り
114 照射野ランプ
12 線源格子(G0格子)
120 第1のカバーユニット
12a 固定部材
13 被写体台
130 第2のカバーユニット
14 第1格子(G1格子)
15 第2格子(G2格子)
16 X線検出器(FPD)
17 支柱
17a 緩衝部材
18 基台部
19 コントローラー(制御部)
30 被写体収納部
31 本体部
31a 底部
31b 周壁部
31c 出し入れ口
32 蓋部
33 X線透過部
34 ヒーターユニット
35 回転機構
36 レーザー照射部
37 釘刺し部
37a 釘本体
38 発熱体
38a アーム
40 移動機構
41 設置台
41a 開口部
42 ガイドレール
H 被写体
S スリット
d 周期
Mo モアレ画像
Ca 照射軸
Claims (11)
- 被写体台と、X線源と、複数の格子と、X線検出器とがX線照射軸方向に並んで設けられ、前記X線源から被写体及び前記複数の格子を介して前記X線検出器にX線を照射して前記被写体の再構成画像の生成に必要なモアレ画像を取得するX線タルボ撮影装置と、
内部に前記被写体が収納され、当該内部に、外部環境から独立した環境条件を設定可能な被写体収納部と、
を備えたX線撮影システムであって、
前記被写体収納部は、前記被写体台に対して着脱自在に設けられていることを特徴とするX線撮影システム。 - 前記X線タルボ撮影装置は、前記被写体の再構成画像の生成に必要な前記モアレ画像を取得するための一連の撮影を行わせる制御部を有しており、
前記被写体収納部の内部における独立した環境条件の設定は、前記X線タルボ撮影装置の前記制御部によって前記X線タルボ撮影装置と連動して自動制御可能とされていることを特徴とする請求項1に記載のX線撮影システム。 - 前記独立した環境条件には、前記被写体収納部の内部における温度及び/又は湿度に係る条件が含まれていることを特徴とする請求項1又は2に記載のX線撮影システム。
- 前記被写体収納部は、前記X線照射軸上及びその周囲のX線照射範囲に、周囲よりもX線の透過を妨げにくいX線透過部を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のX線撮影システム。
- 前記複数の格子は、一次元格子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のX線撮影システム。
- 前記X線タルボ撮影装置の前記被写体台と前記被写体収納部のうち、いずれか一方は、前記被写体を前記X線照射軸の軸周りに回転させる回転機構を有していることを特徴とする請求項5に記載のX線撮影システム。
- 前記X線タルボ撮影装置と前記被写体収納部は機械的に独立して設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のX線撮影システム。
- 前記被写体収納部は、前記X線タルボ撮影装置の前記被写体台に、前記X線照射範囲に対して進退可能に設けられていることを特徴とする請求項7に記載のX線撮影システム。
- 前記被写体収納部は、前記被写体に対してレーザー光を照射するレーザー照射部を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のX線撮影システム。
- 前記被写体収納部は、前記被写体に対して釘刺し試験を行うための釘刺し部を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のX線撮影システム。
- 前記被写体収納部は、前記被写体に対して接触させられる温度制御可能な発熱体を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のX線撮影システム。
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