JP6717784B2 - 物品検査装置およびその校正方法 - Google Patents

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Description

本発明は、食品等の製品に対する異物混入や内容物欠品等の不良の有無を調べる物品検査装置において、検査精度を高めるための技術に関する。
食品等を製造している工場では、製品に対する異物混入や内容物欠品等の不良の有無を調べるための物品検査装置を用い、その物品がコンベア等によって搬送される最中に自動的に検査を行い、良品と不良品を分けている。
特に、食品等の製品では、金属やプラスチック等の混入異物の有無を厳しく検査する必要があり、これに対処するために、近年ではＸ線を用いた物品検査装置が実現されている。
Ｘ線を用いた物品検査装置は、一般的に、被検査物の通過路に対しその通過方向と直交する方向に幅をもつＸ線を出射し、被検査物を透過したＸ線を被検査物通過方向と直交する方向に並んだ複数のセンサ素子で受け、Ｘ線に対する被検査物の各部位毎の透過率の違いを濃淡で表す画像情報を求め、この画像情報に対する各種処理を行なうことで、異物混入の有無や、内容物の欠損、欠品等の有無を判定している。
ところが、このようなＸ線を用いた物品検査装置では、被検査物自体の異物混入の有無や、内容物の欠損、欠品等の有無等に起因して生じる透過率の変化だけでなく、Ｘ線が検査領域に向かって拡がるように出射されることにより、Ｘ線源からＸ線のセンサ素子まで距離の違いにより、各センサ素子に入射するＸ線の強さが一様でなくなる。
また、各センサ素子毎の感度の違いや、センサ素子複数個単位で構成されるアレイやモジュールを複数並べたものでは、アレイ毎、モジュール毎の感度の違いも発生する。
例えば、図１３に示しているように、被検査物が無い状態で、Ｘ線発生源１で発生させたＸ線を搬送ベルト２の幅方向の中央上方からベルト幅方向に扇型に拡がるように照射し、搬送ベルト２を透過したＸ線を搬送ベルト２の幅方向に並んだセンサ素子３ａ、３ａ、…、３ａで検出する場合、Ｘ線発生器１から各センサ素子３ａ、３ａ、…、３ａまでの距離Ｌは、図１４に示すように、中央で最短で両端に向かうほど長くなる。したがって、各センサ素子３ａ、３ａ、…、３ａの出力（あるいは出力から得られる画像濃度）は、理論上、点線で示しているように、距離Ｌの変化とは逆に中央部が最大となり両端に向かうほど小さくなる傾向を示し、その変化に加えて、アレイ毎の感度差、アレイ内のセンサ素子の感度差等によって、各センサ素子の出力値にバラツキが生じ、その出力から得られる画像にもこれらの影響が現れることになる。
したがって、検査物品が搬入した時にＸ線に対する被検査物の各部位の透過率を正しく求めるためには、センサ素子毎の出力を校正しておく必要がある。
この校正方法として、従来では、被検査物が無い状態を透過率１００％とし、この透過率１００％において、センサ素子の出力あるいはその出力から得られる画像の濃度が等しくなるように補正を行なう校正手段を設けている。
なお、このように、透過率１００％の状態で校正を行なう方法は、例えば、特許文献１に開示されている。
特開２００５−９１０１６号公報
しかしながら、上記したように、被検査物がない状態、即ち、透過率１００％の状態で得られた各センサ素子の出力が等しくなるように補正を行っても、透過率が低い領域でセンサ素子間の感度差等にバラツキが生じ、被検査物があって透過率が低いときに、正しい画像データが得られない場合があった。
本発明は、この課題を解決して、広い透過率の範囲でセンサ素子の位置や感度の違いによって生じる画像の濃度差をなくして、被検査物の画像データを正しく取得できる物品検査装置およびその校正方法を提供することを目的としている。
前記目的を達成するために、本発明の物品検査装置は、
被検査物が所定の検査領域を通過するように搬送する搬送手段（２１）と、
前記検査領域にＸ線を照射するＸ線発生源（２２）と、
前記検査領域を通過したＸ線を、被検査物の搬送方向と直交する方向に並んだ複数のセンサ素子で受けるＸ線検出手段（３０）と、
前記Ｘ線検出手段の出力から、被検査物の画像データを生成する画像データ生成手段（４０）と、
前記画像データ生成手段により生成された画像データから、被検査物に対する良否判定を行なう判定手段（５０）とを有する物品検査装置において、
検査対象の被検査物が前記検査領域に無い状態で、前記Ｘ線発生源から前記Ｘ線検出手段の間にあって、Ｘ線に対する透過率を変化させる校正用部材（６１）により前記Ｘ線検出手段の全センサ素子に対して共通するＸ線の入射条件を２種類以上変更する入射条件変更手段（６０）と、
前記入射条件変更手段で変更される入射条件毎に前記画像データ生成手段で得られる画像の濃さが均一となるために必要な校正データを求める校正データ生成手段（７０）と、
検査対象の被検査物が前記検査領域を通過したときに得られる画像データを前記校正データに基づいて補正する補正手段（８０）とを備えたことを特徴としている。
本発明の物品検査装置において、
前記入射条件変更手段は、
前記Ｘ線発生源における管電圧または管電流の少なくとも一方を変更するものとすることが可能である。
また、本発明の物品検査装置においては、
前記校正データを記憶する校正データメモリ（７５）を有し、
前記補正手段は、検査対象の被検査物について得られた画像データから、前記被検査物に適した校正データを前記校正データメモリから選択して画像を補正する構成とすることができる。
また、本発明の物品検査装置において、
Ｘ線検出手段は、前記センサ素子が複数個所定間隔で並んで一体化されたアレイ型センサを複数個用いて構成されており、
前記校正データ生成手段は、前記画像データ生成手段で得られる画像の濃さが均一となるために必要な校正データの一部として、前記アレイ型センサ毎に固有の校正データを用いている構成とすることができる。
また、本発明の物品検査装置において、前記Ｘ線検出手段のセンサ素子は、エネルギー弁別機能を有するものとすることができる。
さらに、前記校正データ生成手段は、前記校正データの一部として、前記アレイ型センサの境界で発生するノイズを補償する要素を含む構成とすることができる。
本発明の物品検査装置の校正方法は、
被検査物が通過する所定の検査領域にＸ線を照射し、該検査領域を通過したＸ線を被検査物の搬送方向と直交する方向に並んだ複数のセンサ素子で受け、該複数のセンサ素子の出力から生成した被検査物の画像データから、被検査物に対する良否判定を行なう物品検査装置の校正方法において、
検査対象の被検査物が前記検査領域に無い状態で、該検査領域を通過するＸ線に対する透過率を変化させる校正用部材（６１）により前記複数のセンサ素子全てに対して共通するＸ線の入射条件を２種類以上変更する段階と、
前記変更される入射条件毎に得られる画像データから、前記入射条件毎に得られる画像の濃さが均一となるために必要な校正データを求める段階と、
前記検査対象の被検査物が前記検査領域を通過したときに得られる画像データを前記校正データに基づいて補正する段階とを含むことを特徴としている。
このように、本発明の物品検査装置およびその校正方法は、検査対象の被検査物が検査領域に無い状態で、Ｘ線検出用の複数のセンサ素子に対する共通のＸ線の入射条件を２種類以上変更し、その入射条件毎に得られる画像データの濃さが均一となるために必要な校正データを取得し、検査対象の被検査物が検査領域を通過したときに得られる画像データをこの校正データで補正している。
このため、従来のように、被検査物が無い状態（透過率１００％）だけの画像データを用いた校正に比べて、格段に高い精度で画像の濃度補正が行なえ、被検査物の通過による広い範囲の透過率範囲で画像データを正確に求めることができ、その異物等の判定を正しく行なうことができる。
また、入射条件変更手段は、校正用部材とＸ線発生源の管電圧または管電流を変化させることの組合せで２種類以上の入射条件を変更することが可能である。
また、検査対象の被検査物について得られた画像データから、その被検査物に適した校正データを校正データメモリから読み出して補正に用いるものでは、品種変更や、近似品種の物品を混在した状態で検査する場合であっても、最適な校正データによる画像補正を自動的に行なうことができる。
本発明の実施形態の全体構成図 センサ素子から出力されるパルス信号と領域との関係を示す図 本発明の実施形態の要部の構成例 波高値の領域ごとに得られる３種類の画像データの例を示す図 校正用部材の例を示す図 校正用部材の別の例を示す図 校正用部材の別の例を示す図 校正用部材の別の例を示す図 校正用部材の別の例を示す図 入射条件と画像濃度との関係を示す図 従来の校正処理による画像の補正結果を示す図 本発明の校正処理による画像の補正結果を示す図 Ｘ線発生源とセンサ素子の位置関係を示す図 Ｘ線発生源から各センサ素子までの距離と、出力の関係を示す図
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した物品検査装置２０の構成を示している。
この物品検査装置２０は、基本的な構成要件として、搬送装置２１、Ｘ線発生源２２、Ｘ線検出手段３０、画像データ生成手段４０、画像データメモリ４５、判定手段５０を有しており、始めにこれらの基本的な構成要件について説明する。
搬送装置２１は、所定の検査領域内を通過させるために被検査物Ｗを所定方向（図では紙面に直交する方向）に搬送するためのものであり、一般的には、コンベアのように被検査物Ｗを一定速度で水平に搬送するものが使用されるが、必ずしも動力源をもつ搬送装置を用いる必要はなく、被検査物の重さを利用して傾斜路を滑走させる方式や、上方から落下させる方式であってもよい。
Ｘ線発生源２２は、被検査物Ｗが通過する検査領域にＸ線を出力する。この実施形態では、搬送装置２１によって搬送される被検査物Ｗの上方からその搬送路の幅方向に拡がるＸ線を出射するものとするが、Ｘ線の出射方向はこれに限らず、被検査物Ｗの側方から側面方向へ出射してもよい。
Ｘ線発生源２２には、Ｘ線源として、加熱したフィラメントから放出される電子を加速して陽極のターゲットに衝突させてＸ線を放出させる熱陰極Ｘ線管や、格子制御型熱陰極Ｘ線管が用いられ、その他にＸ線管を駆動するために必要な電源が含まれている。
上記構造のＸ線発生源２２が出力するＸ線の光子のエネルギーは一定でなく、ばらつきがあり、Ｘ線の光子のエネルギーはＸ線の波長に依存している。つまり、Ｘ線発生源２２が出力するＸ線は、複数の異なる波長領域を含んでいる。Ｘ線発生源２２が出力するＸ線のエネルギーは、被検査物の検査に適した範囲に設定する必要がある。この設定は、一般的には、Ｘ線管に印加する管電圧や管電流の制御によって行なう。
Ｘ線検出手段３０は、それぞれがＸ線を受けて電気信号に変換する機能をもつ複数Ｎのセンサ素子３１１〜３１Ｎからなり、これら複数Ｎのセンサ素子３１１〜３１Ｎが被検査物Ｗを透過したＸ線を受ける位置で、被検査物Ｗの通過方向（紙面と直交する方向）と交差（この例では直交）する方向に一列に並んでいる。
なお、実際の装置としては、複数Ｎのセンサ素子３１１〜３１Ｎは、それぞれが一体的に連結された一本のラインセンサ構造（アレイ型センサ）になっており、搬送装置２１の搬送路の下面側に配置されている。ここで、例えばセンサ素子の幅を１ｍｍ、センサ素子同士の隙間を幅に対して無視できる程小さいとし、被検査物Ｗを搬送する搬送路の幅を２００ｍｍとすれば、概略２００個のセンサ素子を有するラインセンサを用いればよい。ただし、Ｘ線検出手段３０全体として、例えば素子数が２０のラインセンサを用いる場合には１０本を、素子数が４０のラインセンサを用いる場合には５本を、一列に並べて使用することになる。
物品検査装置等で従来から用いられるセンサ素子は、一般的に、入射したＸ線により可視光を発生してこれをフォトセンサで受けて電気信号に変換するシンチレータ型フォトセンサであって可視光のエネルギーを積分した値が画像の濃淡を表すが、この物品検査装置２０のＸ線検出手段３０で使用されているセンサ素子３１１〜３１Ｎは、被検査物Ｗを透過したＸ線の光子が入力される毎に、その光子のエネルギーに対応した波高値のパルス信号を出力する光子検出型（ＣｄＴｅセンサ）であり、単位時間当りに出力するパルス数が画像の濃淡を表すことになる。
上記のように光子検出型のセンサ素子を用いた場合、センサ素子に入力するＸ線の量（単位時間当りに出力される光子数）が多すぎると、センサ素子から出力されるパルス信号同士の重なりにより、複数のパルス信号に対して一つのピーク値(波高値)しか得られない所謂パイルアップ現象が発生し、この現象が高い確率で発生すると、領域ごとの正しい計数結果が得られなくなる。
これを防ぐためには、前記したように、被検査物に応じてＸ線発生源２２から出射されるＸ線の量を適正範囲に設定する。
画像データ生成手段４０は、Ｘ線発生源２２とＸ線検出手段３０の間を被検査物Ｗが通過している間にセンサ素子３１１〜３１Ｎからそれぞれ出力される信号を所定期間（以下スキャン時間という）ずつ区切って所定の信号処理を行い、被検査物Ｗの通過方向とセンサ素子の並び方向とで決まる２次元の位置の情報と、その位置毎の信号処理結果からなる被検査物の画像データを異なる波長領域ごとに生成する。なお、このスキャン時間は、被検査物に対する搬送方向の検出単位を決定するものであり、被検査物の長さを搬送速度で除算して得られる物品通過時間に対して十分短いものとする。
前記したように、光子検出型のセンサ素子３１１〜３１Ｎは、一つの光子の入力に対して、その光子のエネルギーに対応した波高値のパルス信号を一つ出力するが、前記したように、Ｘ線発生源２２から出力されるＸ線の光子のエネルギーは一定でなくばらつきがあるため、それに応じて、図２に示すように、各センサ素子から出力されるパルス信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…の波高値Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、…にばらつきが生じる。これらバラツキをもつ波高値は、それぞれＸ線波長に対応している。
言い換えれば、エネルギー（波長に対応）の異なるＸ線が混在していることになり、スキャン時間内に一つのＸ線センサから出力されるパルス信号の波高値Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、…が、予め波高値の出力範囲全体を複数Ｍ（図２ではＭ＝４）に区分けした領域Ｒ１〜ＲＭのいずれに入るかを判定し、スキャン時間内のパルス信号入力数を領域毎に累積すれば、Ｘ線透過エネルギーの範囲（即ち波長領域）が異なる複数の画像データを生成することができる。
これを実現するために、画像データ生成手段４０は、図３に示すように、各センサ素子３１１〜３１Ｎの出力信号を、それぞれＡ／Ｄ変換器４１１〜４１Ｎによってデジタルのデータ列に変換し、波高値検出手段４２１〜４２Ｎに入力する。
各波高値検出手段４２１〜４２Ｎは、入力されるデータ列からパルス信号の波高値を検出するためのものであり、例えば入力されるデータ列に対して微分処理を行い、微分値（信号の傾き）が所定以上の正の値から所定以下の負の値に切り換わるときのゼロクロスタイミングを検出し、そのゼロクロスタイミングにおけるデータ値をパルス信号の波高値として検出し、それぞれ領域判定手段４３１〜４３Ｎに出力する。
領域判定手段４３１〜４３Ｎは、前記した波高値の出力範囲を複数Ｍの領域Ｒ１〜ＲＭに区分けする境界値領域Ｌ１〜ＬＭ−１と、波高値検出手段４２１〜４２Ｎで検出された波高値とを比較し、その波高値がいずれの領域に入るかを判定し、波高値が入る領域を表す領域識別信号を領域別累積手段４４１〜４４Ｎに出力する。
各領域別累積手段４４１〜４４Ｎは、スキャン時間内に領域判定手段４３１〜４３Ｎからそれぞれ出力される領域識別信号を受け、同一領域を示す領域識別信号の入力数をそれぞれ累積して、スキャン時間内における領域毎の累積数を求めて順次出力する。
この領域識別信号の累積数は、スキャン時間内に１つのセンサ素子から出力されるパルス信号のうち、その波高値が入る領域が同じパルス信号同士の累計数であり、各領域別累積手段４４１〜４４Ｎからスキャン時間毎に出力される領域識別信号の累積数を、画像データメモリ４５に、並列的に且つ時系列に記憶することで、領域ごとの被検査物に対するＸ線透過画像データが得られる。
簡単な例として、スキャン時間を３単位、Ｘ線センサ数Ｎを３、波高値の領域数Ｍを３とし、パルス信号の累計数をＡ（波高値の領域の順位、スキャン時間の順位，センサ素子の並び順位）で表すと、最初のスキャン時間Ｔ１内で、１番目のセンサ素子３１１が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ１に入るものの累計数をＡ(1,1,1)、領域Ｒ２に入るものの累計数をＡ(2,1,1)、領域Ｒ３に入るもの累計数をＡ(3,1,1)とする。
また、同じスキャン時間Ｔ１内で２番目のセンサ素子３１２が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ１に入るものの累計数をＡ(1,1,2)、領域Ｒ２に入るものの累計数をＡ(2,1,2)、領域Ｒ３に入るものの累計数をＡ(3,1,2)とする。
また、同じスキャン時間Ｔ１内で３番目のセンサ素子３１３が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ１に入るものの累計数をＡ(1,1,3)、領域Ｒ２に入るものの累計数をＡ(2,1,3)、領域Ｒ３に入るものの累計数をＡ(3,1,3)とする。
同様に、次のスキャン時間Ｔ２内で、１番目のセンサ素子３１１が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ１に入るものの累計数をＡ(1,2,1)、領域Ｒ２に入るものの累計数をＡ(2,2,1)、領域Ｒ３に入るものの累計数をＡ(3,2,1)とし、２番目のセンサ素子３１２が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ１に入るものの累計数をＡ(1,2,2)、領域Ｒ２に入るものの累計数をＡ(2,2,2)、領域Ｒ３に入るものの累計数をＡ(3,2,2)とし、３番目のセンサ素子３１３が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ１に入るものの累計数をＡ(1,2,3)、領域Ｒ２に入るものの累計数をＡ(2,2,3)、領域Ｒ３に入るものの累計数をＡ(3,2,3)とする。
さらに、次のスキャン時間Ｔ３内で、１番目のセンサ素子３１１が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ１に入るものの累計数をＡ(1,3,1)、領域Ｒ２に入るものの累計数をＡ(2,3,1)、領域Ｒ３に入るものの累計数をＡ(3,3,1)とし、２番目のセンサ素子３１２が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ１に入るもの累計数をＡ(1,3,2)、領域Ｒ２に入るものの累計数をＡ(2,3,2)、領域Ｒ３に入るものの累計数をＡ(3,3,2)とし、３番目のセンサ素子３１３が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ１に入るものの累計数をＡ(1,3,3)、領域Ｒ２に入るものの累計数をＡ(2,3,3)、領域Ｒ３に入るものの累計数をＡ(3,3,3)とする。
このようにして得られたデータから、領域Ｒ１について得られた９つの累計数を、図４の（ａ）のように、横方向をスキャン時間の順、縦方向をセンサの並び順となるように３行３列に配置すれば、領域Ｒ１に対応したエネルギー範囲（波長範囲）のＸ線による被検査物の９つの部位の画像データが得られる。
同様に、領域Ｒ２について得られた９つの累計数を、図４の（ｂ）のように３行３列に配置すれば、領域Ｒ２に対応したエネルギー範囲のＸ線による被検査物の画像データが得られ、領域Ｒ３について得られた９つの累計数を、図４の（ｃ）のように３行３列に配置すれば、領域Ｒ３に対応したエネルギー範囲のＸ線による被検査物の画像データが得られる。
実際には、異物検査に必要なスキャン数は、物品の搬送方向の長さを搬送速度で除して得られる搬送時間（例えば０．５秒）をスキャン時間（例えば１ミリ秒）で除算した値（例えば５００）となり、センサ素子の並び方向の分割数はセンサ素子の数Ｎ（例えば２００）に対応している。
このようにして、波高値の領域にそれぞれ対応したエネルギー範囲（波長範囲）毎に得られた画像データは、画像データメモリ４５に記憶され、判定手段５０により、それら複数の画像データに対して従来から行なわれているサブトラクション処理を含む所定の画像処理を行なうことで、被検査物の異物の有無を判定することができる。
なお、上記の波高値の領域の区分けの仕方は任意であり、一つの例としては、Ｘ線発生源２２から出射されるＸ線の光子のエネルギーの最大値（Ｘ線管の場合、電子の加速電圧に依存する理論値）に対してセンサ素子が出力するパルス信号の波高値と、所定の基準値（例えば０）との間を複数に等分すればよい。また、領域数も２つ以上で任意であり、最初に多くの領域で画像データを生成しておき、その被検査物について異物の検出に最適な画像データの組合せを見つけ、その最適な画像データによるサブトラクション処理を含む所定の画像処理を行なってもよい。
具体的には、例えば、初期の領域数を１０として、それぞれの領域で画像データを生成しておき、エネルギーの大きい方から数えて１番目の領域を前述の領域Ｒ１に割当て、３番目の領域を前述の領域Ｒ２に割当て、……というように、初期の領域から最終的な領域に選択的に割り当てて、この割り当てられた領域の画像データを複数用いて、所定の画像処理を行なってもよい。また、エネルギーの大きい方から数えて１番目と２番目の領域の画像データを合成して、これを前述の領域Ｒ１の画像データとし、３番目と４番目の領域の画像データを合成して、これを前述の領域Ｒ２の画像データとし、……というように初期の複数の領域の画像データを合成して最終的な１つの領域の画像データとし、その合成された画像データを複数用いる、あるいは合成された画像データと、それを含まない初期の領域の画像データとを用いて所定の画像処理を行なってもよい。
上記具体例では、初期の領域の数だけ画像データを生成しておき、異物検出を含む検査に最適な画像データの組合せに応じて、領域の割当てや画像データの合成を行なうようにしているが、被検査物の検査に最適な画像データの組合せが既知の場合には、割当てられる領域についての画像データのみを生成すればよく、また、複数の画像データを合成する代わりに、複数の領域の領域識別信号の累積数を加算して、一つの画像データを生成してもよい。これにより、画像データの記憶領域を節約することができる。
ここで、サブトラクション処理について簡単に説明すると、同一部位について異なるエネルギー（波長）によるＸ線透過データが得られた場合、その差分処理を行なうと、その部位の厚さの影響が除去され、材質（透過率）の影響だけが現れ、Ｘ線エネルギーの違いに対する被検査物自体の材質の透過率変化と、異物の材質の透過率変化の差が顕著化する。これにより、異物に対する検出感度が高くなる。判定手段５０では、この処理の他に、ノイズの除去等のために各種のフィルタ処理などを行い、異物の検出をより高い精度で行なっている。
上記方法で得られた複数の画像データは、物品の通過方向と直交する方向に一列に並んだ複数のセンサ素子の出力から求めているので、二つのラインセンサを用いる従来方式に比べて、格段に精度の高い画像データが得られ、それにより、異物等の検出を正確に行なうことができ、しかも小型に構成できる。
なお、判定手段５０の判定結果（異物の有無や内容物欠品等を示す良否の判定信号）は、図示しない後続の選別装置に送られ、不良品と判定された物品が、良品の経路から排除されることになる。
以上の説明は、物品検査装置２０の基本的な構成、動作について、被検査物が無い状態でＸ線発生源２２から出射されてＸ線検出手段３０の各センサ素子に入射されるＸ線の強さがほぼ等しいと仮定した場合のものである。
しかし実際には、前記したように、Ｘ線発生源２２から出射されるＸ線の量が平均的に適正に設定されていたとしても、物品検査装置２０の構造により必然的に生じる問題、即ち、Ｘ線発生源２２から各センサ素子までの距離の違い、被検査物のＸ線の通過距離の違い、センサ素子毎あるいはアレイ毎の特性の違いがあり、仮に、Ｘ線に対する透過率が全ての部位において等しいような被検査物を検査した場合でも、各センサ素子の出力から得られる画像データの濃さに差が生じる。
また、上記のように複数のアレイを一列に並べてＸ線検出手段３０を構成した場合、２つのアレイの境界部におけるセンサ出力が大きく減少して、ヒゲ状の画像ノイズが発生することがある。
これらを解決するための手段として、本実施形態の物品検査装置２０には、入射条件変更手段６０、校正データ生成手段７０、校正データメモリ７５および補正手段８０が設けられている。
なお、入射条件変更手段６０および校正データ生成手段７０は、物品検査装置２０の動作モードが、被検査物に対して通常の検査を行なう検査モードではなく、図示しない操作部などにより校正データ取得モードが指定されたときに動作するものとする。
入射条件変更手段６０は、校正データ取得モードが指定されると、検査対象の被検査物が検査領域に無い状態で、Ｘ線検出手段３０の全センサ素子に対して共通するＸ線の入射条件を２種類以上変更する。
入射条件変更手段６０としては、例えばＸ線の入射位置や入射角に応じて、Ｘ線の透過率が一様に変化する校正用部材を、Ｘ線発生源２２からＸ線検出手段３０の間のＸ線通過経路と交わる位置に進退させたり、回転などの姿勢変化させたりすることで、Ｘ線検出手段３０のセンサ素子に対するＸ線の入射条件を変更する方式と、Ｘ線発生源２２のＸ線管に供給する管電圧または管電流を変更することでＸ線検出手段３０のセンサ素子に対するＸ線の入射条件を変更する方式の少なくとも一方を用いることができる。
図１の入射条件変更手段６０は、前記した校正用部材６１を駆動装置６２によりＸ線発生源２２とＸ線検出手段３０の間のＸ線通過経路と交わる位置に対して、進退させる方式の例を示している（なお、図１では、校正用部材６１をＸ線の拡がり方向に沿って移動させているが、後述するように、Ｘ線の拡がり方向と直交する方向に移動させる方が移動距離が短くて済む）。
この校正用部材６１としては、例えば図５に示すように、上面から下面に透過するＸ線の透過率が１００％未満（例えば５０％）でほぼ等しい均一な材質の平板状のもの、図６に示すように、図５のような厚さ一定の均一な材質の板６１ａ、６１ｂを複数段（例では２段）重ねたものや、図７のように、材質一定で前端と後端で厚さが変化して、それにつれてＸ線透過率が例えば５０〜２０％まで変化するもの、図８のように、図７の形状で互いに材質が異なる板材６１ｃ、６１ｄ同士（例えば一方のＸ線透過率を５０〜２０％、他方を７０〜９０％）を重ね合わせて厚さ一定の板状にしたもの等が採用できる。
図５の校正用部材６１であれば、Ｘ線が上面から下面に透過する位置（Ｘ線透過率５０％）と、Ｘ線が交わらずに素通り（Ｘ線透過率１００％）する位置の２つの入射条件を与えることができ、また、図６の校正用部材６１であれば、Ｘ線が最上段（板６１ｂの上面）から下面に透過する位置（Ｘ線透過率２５％）と、中段（板６１ａの上面）から下面に透過する位置（Ｘ線透過率５０％）と、Ｘ線が交わらずに素通りする位置（Ｘ線透過率１００％）の３つの入射条件を与えることができる。また、図７の校正用部材６１であれば、最も厚い位置から最も薄い位置（Ｘ線透過率５０〜２０％）までの間の任意の位置（いくつでも可）と、Ｘ線が素通りする位置（Ｘ線透過率１００％）の入射条件を与えることができ、図８の校正用部材６１の場合も、一方の板材６１ｃについて最も厚い位置から最も薄い位置までの間（透過率３５〜１８％）までの任意の位置（いくつでも可）と、Ｘ線が素通りする位置（透過率１００％）の入射条件を与えることができる。
また、上記のようなスライド移動方式だけでなく、図９のように、Ｘ線の通過経路の側方の位置に支持された校正用部材６１を駆動装置６２によりＸ線の通過経路と交わる位置まで回動させる方式等も採用できる。
校正データ生成手段７０は、入射条件変更手段６０で変更される入射条件毎に画像データ生成手段４０で得られる画像データが、入射条件毎に均一濃度となるために必要な校正データを求めて、校正データメモリ７５に記憶させる。なお、校正データを求める際には、搬送装置２１を駆動しておき、ベルトの厚みや継ぎ目による画像データの変動が平均化された画像データを用いることで、精度の低下を防ぐ。
この校正データには、主として、Ｘ線発生源２２から各センサ素子までの距離に依存してＸ線の入射強度が変化することを補償するための要素Ｈａと、被検査物のＸ線の通過距離の違いを補償するための要素Ｈｂ、Ｘ線に対するアレイ毎の感度差を補償する要素Ｈｃ、アレイ内のセンサ素子毎の感度差を補償する要素Ｈｄ、アレイの境界で発生するノイズを補償する要素Ｈｅ、その他のＸ線透過部材（例えば搬送手段２１のベルト支持部材やＸ線発生源２２の出射口カバー材等）による要素Ｈｆが含まれることになる。
なお、これらの補償要素のうち、Ｈｂは被検査物の材質、厚さなど依存するため、校正用部品６１としては、検査対象の被検査物に近い透過率と厚さを持つ部材を用いることで、校正誤差を小さくできる。理想的には、校正用部材６１として、検査対象の被検査物の内容物で材質が均一の部分を一定厚さにまとめたものを用いることも考えられる。
仮に、ｉ番目のアレイのｊ番目のセンサ素子３１(i,j)の第１の入射条件（例えば透過率１００％）時の出力から得られた画像の濃度をＡ１(i,j)とし、画像の理想濃度をＲ１(i,j)とすると、
Ａ１(i,j)＝Ｒ１(i,j)＋Ｈ(i,j)
Ｈ(i,j)＝Ｈａ(i,j)＋Ｈｂ(i,j)＋Ｈｃ(i,j)＋Ｈｄ(i,j)＋Ｈｅ(i,j)＋Ｈｆ(i,j)
となる。
また、第２の入射条件（例えば透過率３０％）時の出力から得られた画像の濃度をＡ２(i,j)とし、画像の理想濃度をＲ２(i,j)とすると、
Ａ２(i,j)＝Ｒ２(i,j)＋Ｈ(i,j)
となる。なお上式では、画像処理で得られた濃度を、理想濃度と補償項の和で表しているが、理想濃度と補償項の積で表す場合もある。
このように、二つの異なる透過率とその透過率毎に得られた画像濃度とから、各センサ素子について、例えば、図１０のような透過率対画像濃度の特性Ｆ１、Ｆ２、…が得られる。これらの特性Ｆ１、Ｆ２、…は、透過率１００％、３０％という二つの異なる入射条件に対する画像濃度の特性であるから、透過率が低い領域でのセンサ素子の出力特性を十分正確に表している。これらの特性Ｆ１、Ｆ２、…は、例えば２次関数、指数関数等で近似することができる。
ここで、特性Ｆ１がセンサ素子３１(i,j)についてのものであって、Ｈ(i,j)＝０、つまり、センサ素子３１(i,j)の出力から得られた画像の濃度を理想濃度と仮定すれば、透過率１００％、３０％のそれぞれ濃度Ａ１(i,j)、Ａ２(i,j)から、透過率対画像濃度の理想特性Ｆｒ＝Ｆ１が決まる。なお、透過率は理論的に濃度へ置換できるので、この理想特性Ｆｒは、画像データ生成手段４０で得られる画像の濃度と、理論的な濃度の関係を一義的に決定していることになる。
したがって、例えば、センサ素子３１(i',j')の出力から得られた画像の濃度から得られる透過率対画像濃度の特性Ｆ２を、理想特性Ｆｒに一致させるための透過率対画像濃度の差分データΔ(i',j')を校正データとして求めて、校正データメモリ８０に記憶しておき、被検査物の検査時にセンサ素子３１(i',j')の出力から得られた画像データをこの校正データにより補正することで、被検査物の画像データを正確に取得できる。
なお、上記説明では、一つのセンサ素子の出力から得られた画像についての透過率対画像濃度の特性を理想特性としていたが、理想特性は理論上の特性でもよく、また、複数のセンサ素子について得られる透過率対画像濃度の特性の平均で求めてもよい。
また、上記例では、透過率を１００％と３０％の２段階に変更していたが、１００％、６０％、３０％のように３段階に変化させてもよく、また、１００％を含まずに２種類以上変更してもよい。
また、前記したように、校正用部材６１による入射条件の変更だけでなく、Ｘ線発生源２２のＸ線管の管電流あるいは管電圧を変更して、入射条件を変更することも可能である。この場合、管電流あるいは管電圧の変更により、各センサ素子に対するＸ線の入射条件が変化することになるが、計算上はこの変化を、校正用部材６１による透過率変化と見なして、前記同様の校正データを取得することが可能である。また、前記した校正用部材６１による透過率の変更（例えば１００％と３０％）、管電流（例えば半分）あるいは管電圧の変更を組合せてもよい。
なお、上記のように、光子検出型のセンサ素子を用いた場合、校正データは、エネルギー毎（上記の領域Ｒ毎）に求められる。
補正手段８０は、実際の検査モードの際に、被検査物が検査領域を通過したときに画像データ生成手段４０で得られる画像データを、校正データメモリ７５から読み出した校正データに基づいて補正する。この補正は、例えば画像データメモリ４５に記憶された元の画像データに対して校正データによる補正を行い、その補正で得られた画像データを画像データメモリ４５に記憶させる（元の画像データを残すか、補正された画像データで書き換えるかは任意である）。したがって、判定手段５０が判定に用いる画像データは、補正された画像データに対して行なうことになる。
図１１は、複数のアレイ型センサを一列に並べたＸ線検出手段３０のうち、全体の半分（左半分の１０００個）のセンサ素子の出力から得られる低エネルギー側の画像に対して従来の透過率１００％の校正方法を用いた場合の補正結果Ｇ１、Ｇ２と、残り半分（右半分の１０００個）のセンサ素子の出力から得られる高エネルギー側の画像に対して従来の透過率１００％の校正方法を用いた場合の補正結果Ｇ３、Ｇ４を示している。
この図１１において、補正結果Ｇ１、Ｇ２には、アレイの境界での下方に延びたヒゲ状のノイズがあり、また、距離の差に起因して両端側が若干大きくなる傾向があり、さらにアレイ間の誤差が発生している。また、補正結果Ｇ３、Ｇ４には、アレイの境界でのヒゲ状のノイズが上側に延びていて、アレイ間の誤差も発生している。
一方、図１２は、複数のアレイ型センサを一列に並べたＸ線検出手段３０のうち、全体の半分（左半分の１０００個）のセンサ素子の出力から得られる低エネルギー側の画像に対して前記実施形態で説明したように透過率を２段階（１００％と３０％）に変化させて得られた校正データによる補正結果Ｇ１′、Ｇ２′と、残り半分（右半分の１０００個）のセンサ素子の出力から得られる高エネルギー側の画像に対して透過率を２段階（１００％と３０％）に変化させて得られた校正データによる補正結果Ｇ３′、Ｇ４′を示している。また、Ｇ１″〜Ｇ４″は、透過率を３段階（１００％、６０％、３０％）に変化させて得られた校正データによる補正結果である。
これらの補正結果Ｇ１′〜Ｇ４′、Ｇ１″〜Ｇ４″は、ほぼ横軸に平行な直線で表されており、アレイの境界でのヒゲ状のノイズも抑圧され、アレイ間、アレイ内の誤差もほとんど発生しておらず、センサ素子の位置によらずほぼ均一な画像の濃度が得られていることがわかる。
前記実施形態では、Ｘ線検出手段３０のセンサ素子が、Ｘ線の光子をエネルギー毎に分けて検出することで、複数の透過画像を同時に取得できるエネルギー弁別機能を有するものであったが、センサ素子として、Ｘ線を一度光に変換し、フォトダイオードで電気信号に変換するシンチレーション型のものを用いてもよい。この場合、各センサ素子の出力が画像濃度に対応しているので、センサ素子の出力を画像データとして、校正データを生成することができる。
また、前記入射条件変更手段６０では、Ｘ線に対する透過率を変更できる校正用部材６１を駆動装置６２で動かすことで、入力条件を変更していたが、校正用部材６１を手動でＸ線の通過経路に対して進退させてもよく、あるいは、校正用部材６１を搬送装置２１で搬送するようにしてもよい。また、校正用部材６１として、前記したように、透過率が一様と見なせる被検査物を代用することもできる。
また、前記したように、校正データを生成する際に、被検査物に依存した要素Ｈｂについて、被検査物に近似する材質の校正用部材を用いることで誤差をより小さくできるので、検査対象の候補となる被検査物に対応した校正用部材を用いて、被検査物の品種ごとの校正データを予め生成して校正データメモり７５に登録しておき、実際の検査の際には、被検査物の品種の指定操作に対して、補正手段８０が、校正データメモリ７５からその指定された品種に対応する校正データを読み出して補正に用いる構成とすることができる。
また、被検査物に対して取得された画像データの濃度分布等の特徴から、被検査物の品種を特定する機能を有している場合には、補正手段８０が、その特定された品種に対応する校正データを校正データメモリ７５から読み出して補正に用いる構成とすることができる。この場合、品種切替え時や近似品種が混在した状態で検査する場合であっても、その被検査物に、適した校正データが自動的に選択されて画像補正されるので、異物検査の判定を正しく行なうことができる。
また、入射条件変更手段６０および校正データ生成手段７０による校正データの取得タイミングについては任意であるが、物品検査装置２０自体の製造時、Ｘ線に影響を与える保守部品の交換時やオプション部品の追加時等に行なう必要がある。
２０……物品検査装置、２１……搬送装置、２２……Ｘ線発生源、３０……Ｘ線検出手段、３１１〜３１Ｎ……センサ素子、４０……画像データ生成手段、４５……画像データメモリ、５０……判定手段、６０……入射条件変更手段、６１……校正用部材、７０……校正データ生成手段、７５……校正データメモリ、８０……補正手段

Claims (7)

  1. 被検査物が所定の検査領域を通過するように搬送する搬送手段（２１）と、
    前記検査領域にＸ 線を照射するＸ線発生源（２２）と、
    前記検査領域を通過したＸ線を、被検査物の搬送方向と直交する方向に並んだ複数のセンサ素子で受けるＸ線検出手段（３０）と、
    前記Ｘ線検出手段の出力から、被検査物の画像データを生成する画像データ生成手段（４０）と、
    前記画像データ生成手段により生成された画像データから、被検査物に対する良否判定を行なう判定手段（５０）とを有する物品検査装置において、
    検査対象の被検査物が前記検査領域に無い状態で、前記Ｘ線発生源から前記Ｘ線検出手段の間にあって、Ｘ線に対する透過率を変化させる校正用部材（６１）により前記Ｘ線検出手段の全センサ素子に対して共通するＸ線の入射条件を２種類以上変更する入射条件変更手段（６０）と、
    前記入射条件変更手段で変更される入射条件毎に前記画像データ生成手段で得られる画像の濃さが均一となるために必要な校正データを求める校正データ生成手段（７０） と、
    前記検査対象の被検査物が前記検査領域を通過したときに得られる画像データを前記校正データに基づいて補正する補正手段（８０）とを備えたことを特徴とする物品検査装置。
  2. 前記入射条件変更手段は、前記Ｘ線発生源における管電圧または管電流の少なくとも一方を変更する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の物品検査装置。
  3. 前記校正データを記憶する校正データメモリ（７５）を有し、
    前記補正手段は、検査対象の被検査物について得られた画像データから、前記被検査物に適した校正データを前記校正データメモリから選択して画像を補正することを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載の物品検査装置。
  4. Ｘ線検出手段は、前記センサ素子が複数個所定間隔で並んで一体化されたアレイ型センサを複数個用いて構成されており、
    前記校正データ生成手段は、前記画像データ生成手段で得られる画像の濃さが均一となるために必要な校正データの一部として、前記アレイ型センサ毎に固有の校正データを用いてい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物品検査装置。
  5. 前記Ｘ線検出手段のセンサ素子は、エネルギー弁別機能を有す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物品検査装置。
  6. 前記校正データ生成手段は、前記校正データの一部として、前記アレイ型センサの境界で発生するノイズを補償する要素を含むことを特徴とする請求項４に記載の物品検査装置。
  7. 被検査物が通過する所定の検査領域にＸ線を照射し、該検査領域を通過したＸ線を被検査物の搬送方向と直交する方向に並んだ複数のセンサ素子で受け、該複数のセンサ素子の出力から生成した被検査物の画像データから、被検査物に対する良否判定を行なう物品検査装置の校正方法において、
    検査対象の被検査物が前記検査領域に無い状態で、該検査領域を通過するＸ線に対する透過率を変化させる校正用部材（６１）により前記複数のセンサ素子全てに対して共通するＸ線の入射条件を２種類以上変更する段階と、
    前記変更される入射条件毎に得られる画像データから、前記入射条件毎に得られる画像の濃さが均一となるために必要な校正データを求める段階と、
    前記検査対象の被検査物が前記検査領域を通過したときに得られる画像データを前記校正データに基づいて補正する段階とを含むことを特徴とする物品検査装置の校正方法。
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