JP5813923B2 - Ｘ線透過検査装置及びｘ線透過検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料中の特定元素からなる異物を検出可能なＸ線透過検査装置及びＸ線透過検査方法に関する。

近年、自動車、ハイブリッド車又は電気自動車等のバッテリーとして、ニッケル水素系バッテリーよりもエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池が採用されつつある。このリチウムイオン二次電池は、非水電解質二次電池の一種で、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担い、かつ金属リチウムを電池内に含まない二次電池であり、ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話機では既に多く採用されている。

このリチウムイオン二次電池は、優れた電池特性を有しているが、製造工程中に電極にＦｅ（鉄）等の異物が入ると発熱性や寿命等の電池特性が劣化する等の信頼性に影響が生じるため、今まで車載用への搭載が遅れていた。例えば、リチウムイオン二次電池の電極（正極）は、通常厚さ２０μｍ程度のＡｌ膜の両面にＭｎ酸リチウム膜やＣｏ酸リチウム膜が１００μｍ程度形成されて構成されているが、図４の（ｂ）に示すように、この中にＦｅ（鉄）やＳＵＳ（ステンレス）の異物が混入する場合があり、その異物が数十μｍ以上であると、短絡が発生し、バッテリーの焼失や性能低下を引き起こす可能性がある。このため、リチウムイオン二次電池について、製造時に異物Ｘが混入したバッテリーを検査で迅速に検出し、予め除去することが求められている。

一般に、試料中の異物等を検出する方法として、透過Ｘ線像を用いた方法が知られている。この手法を利用して、従来、例えば特許文献１に記載されているように、異物混入の有無を透過Ｘ線像によって検出する異物検出方法が提案されている。

特開２００１−０９１４８０号公報

前記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来の異物検出方法では、異物存在箇所がＸ線検出器に近い場合と遠い場合で異物による像の鮮明さが異なってしまう。このため、従来の異物検出方法では、図２に示すように異物がＸ線検出器に近い場合と、図３に示すように異物がＸ線検出器に遠い場合とで、異物によるコントラストに大きな差が生じ、たとえ同じサイズで同じ材質の異物であったとしても取得される像が異なり、過検出や誤検出となってしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、同じサイズで同じ材質の異物による像のコントラストを忠実に再現して過検出及び誤検出を防ぐことができる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、本発明のＸ線透過検査装置は、検査対象試料にＸ線を照射するＸ線管球と、前記Ｘ線が前記検査対象試料を透過した際の透過Ｘ線を受けてその強度を検出するＸ線検出器と、検出された前記透過Ｘ線の強度の分布を示す透過像を作成し、検査対象試料と検査装置間の距離を測定する距離センサーと前記Ｘ線検出器に前記Ｘ線検出器と検査対象試料間の距離を調節する機構が配されていることを特徴とする。

また、本発明のＸ線透過検査方法は、Ｘ線を検査対象試料に照射するステップと、検査対象試料と検査装置間の距離を測定するステップと、距離測定結果を受けてＸ線検出器と検査対象試料間の距離を調節するステップと前記Ｘ線が前記試料を透過した際の透過Ｘ線を受けてその強度を検出するステップと、検出された前記透過Ｘ線の強度の分布を示す透過像を作成することを特徴とする。

これらのＸ線透過検査装置及びＸ線透過検査方法では、検査対象試料とＸ線検出器との距離を常に一定になるようにしながらＸ線透過像を取得するため、検査対象試料の位置に因らず検査対象内の異物によるコントラストを安定して取得する事ができる。

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、検査対象試料と検査装置の距離が変化したとしても距離測定結果をもとにＸ線検出器の位置を調整する事によって検査対象試料とＸ線検出器の距離を一定に保つ事ができ、検査対象試料中の異物により透過Ｘ線像を安定して撮像する事が可能となり、異物サイズの再現性が高まり、異物検出における過検出及び誤検出を防ぐ事が可能となる。

したがって、このＸ線透過検査装置及びＸ線透過検査方法を用いれば、リチウムイオン二次電池等における特定元素の異物検出を高精度にかつ迅速に行うことができる。

本発明に係るＸ線透過検査装置及びＸ線透過検査方法の一実施形態を示す概略的な全体構成図である。 従来のＸ線透過検査装置及びＸ線透過検査方法において、Ｘ線を照射した際のコントラストの該略図である。 従来のＸ線透過検査装置及びＸ線透過検査方法において、Ｘ線を照射した際の他のコントラストの該略図である。

以下、本発明に係るＸ線透過検査装置及びＸ線透過検査方法の一実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。

本実施形態のＸ線透過検査装置は、図１に示すように、ある大きさをもったＸ線発生ポイント１２を有するＸ線管球１１と、Ｘ線が検査対象試料Ｓ１及び異物Ｓ２を透過した際の透過Ｘ線を受けてその強度を検出するＸ線検出器１３と、検出された透過Ｘ線の強度の分布を示す透過像を表示する表示部１８を備えている。

また、このＸ線透過検査装置は、試料Ｓ１との距離を測定する距離測定センサー１５とその測定結果をもとにＸ線検出器１３の高さ方向の位置を調整するＸ線検出器位置調整機構１４とそのフィードバック制御を行うＸ線検出器位置フィードバック制御部１６を備えている。

さらに前記各構成に接続されてそれぞれを制御する制御部１７に接続されて前記コントラスト像などを表示するディスプレイ装置である表示部１８を備えている。

前記検査対象試料Ｓ１は、例えばリチウムイオン二次電池に使用される電極シートなどであり、それに混入する異物Ｓ２は、例えば電極に異物として混入が懸念されるＦｅやＳＵＳである。

Ｘ線管球１１は、管球内のフィラメント（陽極）から発生した熱電子がフィラメント（陽極）とターゲット（陰極）との間に印加された電圧により加速されターゲットに衝突して発生したＸ線を１次Ｘ線としてベリリウム箔などの窓から出射するものである。通常ターゲットに電子が照射される領域がＸ線発生ポイント１２となる。

前記Ｘ線検出器１３は、対応するＸ線管球１１にそれぞれ対向して試料Ｓ１下方に配置されたＸ線ラインセンサである。このＸ線ラインセンサとしては、蛍光板によりＸ線を蛍光に変換して一列に並べた受光素子で電流信号に変換するシンチレータ方式や複数の半導体検出素子を一列に並べダイレクトに検出する半導体方式等が採用される。またこれらのＸ線センサーは一列のライン以外に二次元に受光素子が並んだＸ線エリアセンサーでも構わない。

前記制御部１７は、ＣＰＵ等で構成されたコンピュータである。入力されるＸ線検出器１３からの信号に基づいて画像処理を行って透過像を作成し、さらにその画像を表示部１８に表示させる演算処理回路等を含む。また、表示部１８は、制御部１７からの制御に応じて種々の情報を表示可能である。

前記距離測定センサー１５は、主に三角法を利用した反射型のレーザーセンサーを利用して、試料Ｓ１に対向して設置される。同じ目的を達成できるその他の原理を利用した距離測定センサーでも構わない。前記距離測定センサーからの距離測定結果は前記Ｘ線検出器位置フィードバック制御部１６に送られる。前記Ｘ線検出器位置フィードバック制御部１６では距離測定センサー１５からの情報により距離測定結果に変化があった場合は前記試料Ｓ１と前記Ｘ線検出器間の距離が変化したと判断し、前記試料Ｓ１とＸ線検出器１３の距離が一定になるようにＸ線検出器位置調整機構１４を駆動させる。Ｘ線検出器位置調整機構１４はリニア駆動を行う駆動機構であれば、ねじ送り、リニアモーターなの種々の駆動機構が適用できる。

次に、本実施形態のＸ線透過検査装置を用いたＸ線透過検査方法について、図１から図３を参照して説明する。このＸ線透過検査方法では、例えば、リチウムイオン二次電池における正極シートを検査対象試料とし、その中の異物を検出することを目的とする。

まず、図示していない製造工程側の設備により、試料Ｓ１が対向するＸ線管球１１とＸ線検出器１３の間を流れている。この試料Ｓ１の厚みは試料Ｓ１とＸ線検出器１３との距離に比して非常に小さいものとなる。

そして、距離測定センサー１５の結果から試料Ｓ１とＸ線検出器１３の距離を計算する。距離の計算結果は、その初期値Ｄと比較して差を生じる場合は、Ｘ線検出器位置調整機構１４を作動させて、試料Ｓ１とＸ線検出器１３の距離が初期値Ｄとなるように計算した差分量をフィードバック制御部によりフィードバックし、その量に応じてＸ線検出器の位置を調整する。この場合、試料Ｓ１とＸ線検出器１３の距離の計算値と初期値Ｄとの差分は、Ｘ線検出器位置調整機構１４の作動判定基準となる閾値の設定も可能である。

次にＸ線管球１１からＸ線を試料Ｓ１に照射すると共に、Ｘ線検出器１３で試料Ｓ１及び異物Ｓ２を透過した透過Ｘ線を検出する。この際、図示していない製造工程側の設備により試料Ｓを移動させることで全体をスキャンし、透過Ｘ線について全体の強度分布を取得する。

このように得た透過Ｘ線の強度分布を、演算部１５が画像処理して透過像を作成する。
このとき、異物Ｓ２が存在する部位は存在していない部分と比べてＸ線の透過量が異なるため、図２に示すように異物存在部位のコントラストがそれ以外と異なる。この結果をもとに異物が存在していることを検出する。

一方、仮に製造設備側で保有する試料送り装置の都合により試料Ｓ１が上方に移動しＸ線検出器１３との間の距離が大きくなると、Ｘ線発生ポイントの大きさがあることを理由に、異物によるコントラスト及び強度分布が異なり、図３に示すように異物によるコントラストの強弱が判りにくく、検出できなくなる。

このため、本発明では距離測定センサー１５を利用し、常時、試料Ｓ１とＸ線検出器の距離を測定している。その距離測定結果が前記初期値Ｄに対してある一定値Ｓ以上の差が生じた場合は、その差に応じて適切にＸ線検出器位置調整機構１４を利用し、Ｘ線検出器の位置を調整し、試料Ｓ１とＸ線検出器１３の距離が初期値Ｄ±Ｓに入るように調整する。

このように本実施形態のＸ線透過検査装置及びＸ線検査方法では、検査対象試料とＸ線検出器間の距離を略一定に保ちながらＸ線透過像の撮像が可能になるため、異物によるＸ線透過像上のコントラストを安定して得られる事ができる。すなわち同じサイズ・材質の異物から得られるコントラストが安定しているため、異物の誤検出及び過検出を防ぐ事が可能になる。

したがって、このＸ線透過検査装置及びＸ線透過検査方法を用いれば、リチウムイオン二次電池等における特定元素の異物検出を高精度にかつ迅速に行うことができる。

また前記実施例では距離測定センサー１５をＸ線検出器側に配置したが、Ｘ線管球１１側に配置したとしても、結果として試料Ｓ１とＸ線検出器１３間の距離を計算する事は可能となる。 なお、本発明の技術範囲は前記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。

１１…Ｘ線管球
１２…Ｘ線発生ポイント
１３…Ｘ線検出器
１４…Ｘ線検出器位置調整機構
１５…距離測定センサー
１６…Ｘ線検出器位置フィードバック制御部
１７…制御部
１８…表示部
Ｓ１…検査対象試料
Ｓ２…異物

Claims (5)

1. 移動する検査対象試料にＸ線を照射するＸ線管球と、
   前記Ｘ線が前記試料を透過した際の透過Ｘ線を受けてその強度を検出するように前記検査対象試料を介して前記Ｘ線管球と対向するよう配置したＸ線検出器と、
   検出された前記透過Ｘ線の強度の分布を示す透過像とからコントラスト像を得る演算部と、
   前記検査対象試料とＸ線検出器との距離を測定する距離測定部と、
   該距離測定部の測定結果に基づいて前記検査対象試料と前記Ｘ線検出器との距離を常に一定になるように相対的に調整する距離調整機構と、を備えたことを特徴とするＸ線透過検査装置。
2. 更に、予め設定・記憶した前記試料と前記Ｘ線検出器間の基準距離と、実際の前記距離測定部の測定値との差分量をフィードバック量とし、該フィードバック量を調整量として前記距離調整機構にフィードバックするフィードバック制御部を備えた請求項１に記載のＸ線透過検査装置。
3. 前記基準距離が、測定開始前又は開始時の前記距離測定部による測定値である請求項２に記載のＸ線透過検査装置。
4. 移動する検査対象試料にＸ線管球からＸ線を照射するＸ線照射ステップと、
   前記Ｘ線が前記試料を透過した際の透過Ｘ線を前記検査対象試料を介して前記Ｘ線管球と対向するよう配置したＸ線検出器で受けてその強度を検出する透過Ｘ線検出ステップと、
   検出された前記透過Ｘ線の強度の分布を算定する演算ステップと、
   該演算ステップによる演算結果に基づいて透過のコントラスト像を表示する透過像表示ステップと、
   前記検査対象試料と前記Ｘ線検出器との距離を測定する距離測定ステップと、
   前記透過のコントラスト像が適正に表示されるように該距離測定ステップにおける測定距離に基づいて前記検査対象試料と前記Ｘ線検出器との距離を常に一定になるように調整する距離調整ステップと、
   を含んだことを特徴とするＸ線透過検査方法。
5. 予め設定・記憶した前記試料と前記Ｘ線検出器間の基準距離と、実際の前記距離測定部の測定値との差分量を調整量としてフィードバックするフィードバックステップを更に含み、
   該フィードバック量だけ前記距離調整ステップにて調整する請求項４に記載のＸ線透過検査方法。

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