JP7198204B2 - コンベヤ上の異物を検出するためのマルチエネルギーx線吸収イメージング - Google Patents
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Description
(a)搬送面上の製品を搬送方向に搬送するステップと、(b)線源X線スペクトルにわたって分布する線源強度を有する線源X線を搬送面の幅方向のラインに沿って搬送面および製品を通過するようにX線経路に沿って案内するステップと、(c)1つまたは複数のピクセルを含むX線分光検出器を使用して、ラインに沿った複数のピクセル位置において搬送面を通過するときに減衰されたX線を検出するステップと、(d)各々のピクセル位置において隣接するエネルギービンで減衰X線の強度を測定して各々のピクセル位置における受光X線スペクトルを生成するステップと、(e)受光X線スペクトルを線源X線スペクトルに関連付けて、測定されたX線減衰を決定するステップと、(f)測定されたX線減衰を、事前選択の構成材料(製品を構成する材料、コンベヤベルトを構成する材料、および可能性のある汚染物質として疑われる異物を構成する材料を含む)のセットの減衰係数を含むX線減衰モデルに関連付けて、ライン内の各々のピクセルの視野内のこれらの材料の厚さを決定するステップとを含む。
としてモデル化したものである。ここで、IrおよびIsは、エネルギービン中央値Eの関数であり、
は、減衰モデル内に含まれるi番目の事前選択の構成材料による吸収に起因するX線経路に沿った減衰である。図4は、タングステンX線管の線源X線スペクトルおよび減衰した受光線スペクトルの一例を示している。
ここで、nは減衰モデルで使用されるエネルギービン数であり、Nは減衰モデルの事前選択された構成材料の数であり、μi(Ej)はエネルギービンjにおける事前選択の構成材料iの減衰係数であり、diは事前選択の構成材料iの厚さである。全てのμi(Ej)減衰係数が既知であり、処理システムのメモリに記憶される、または処理システムによってアルゴリズム的に計算される。同様に、線源強度Is(Ej)は、各々のエネルギービンEjに対して既知である。各々のエネルギービンに対する受光強度Ir(Ej)が、サンプル時間ごとにX線分光検出器によって測定される。受光強度の線源強度に対する比が、測定減衰である。処理システムは、回帰によって連立方程式を解き、事前選択の構成材料の各々の厚さdiを決定する。処理システムは、最小二乗回帰のような非線形回帰を使用する。レーベンバーグ・マーカート(Levenberg-Marquardt)アルゴリズムは、このような回帰の一例である。回帰は、材料厚さの項diの残差を最小化することによって、データの減衰モデルへの最良適合を見つける。得られた項diは、各々のピクセルに対する事前選択の構成材料の各々の厚さを規定し、他のサンプルに対して計算された厚さと共に、コンベヤベルトおよびコンベヤベルト上の製品ならびに任意の他の事前選択の構成材料の画像を表現する。
Claims (22)
- コンベヤベルト上の材料の厚さを計測及び決定するための装置であって、
製品を搬送方向に搬送するコンベヤベルトと、
線源スペクトルにわたって分布する線源強度を有するX線ビームをX線経路に沿って前記コンベヤベルトの厚さを通過するように案内するX線源と、
前記X線源から見て前記コンベヤベルトの反対側に、前記X線が前記コンベヤベルト、前記搬送製品、および前記コンベヤベルトの幅方向の別個のピクセル位置で前記コンベヤベルト上を前記搬送製品と共に進む任意の異物を通過したときに減衰されるX線を受光する1つまたは複数のピクセルを含むX線分光検出器であって、前記1つまたは複数のピクセルは、それぞれ、前記コンベヤベルトと前記1つまたは複数のピクセルとの間にコリメータを有しており、前記コリメータは、散乱を除去し各々のピクセル位置において対応する視野を画定し、前記対応する視野は、前記コンベヤベルトの搬送面と交差し、前記1つまたは複数のピクセルは、各々のピクセル位置における対応視野内の前記減衰X線の受光スペクトルにわたって分布する受光強度を決定する、X線分光検出器と、
各々のピクセル位置における前記受光スペクトルを前記線源スペクトルに関連付けて、前記X線の測定減衰を決定し、前記測定減衰を、前記製品を構成する材料、前記コンベヤベルトを構成する材料、および可能性のある汚染物質として疑われる異物を構成する材料を含む事前選択の構成材料のセットの減衰係数を含むX線減衰モデルに関連付けて、各々のピクセル位置における前記視野内のこれらの材料の厚さを決定する、処理システムと
を備える、前記装置。 - 前記X線減衰モデルは、ランベルト・ベールの法則に従う、請求項1に記載の装置。
- 各々のピクセル位置における前記受光スペクトルは、連続エネルギービンでビニングされ、前記処理システムは、事前選択エネルギービンにおける前記受光強度の前記線源強度に対する比を前記選択エネルギービンの前記X線減衰モデルに関連付けて前記事前選択の構成材料の各々の前記X線経路に沿った厚さを決定する連立減衰方程式を規定する、請求項1に記載の装置。
- 前記事前選択のエネルギービンは、エネルギービンの一部または全てを含む、請求項3に記載の装置。
- 前記事前選択のエネルギービン数は、前記事前選択の構成材料の数以上である、請求項3に記載の装置。
- 全ての前記エネルギービンは、同じ幅である、請求項3に記載の装置。
- 前記事前選択のエネルギービンは、高エネルギーレベルにおけるエネルギービンよりも低エネルギーレベルにおけるエネルギービンの方が広い、請求項3に記載の装置。
- 前記処理システムは、前記連立方程式において非線形回帰を行って、前記事前選択の構成材料の各々の前記X線経路に沿った厚さの残差を最小化することによって、前記選択エネルギービンの各々における前記受光強度の前記線源強度に対する比への前記X線減衰モデルの最良適合を決定する、請求項3に記載の装置。
- 前記X線分光検出器は、単一ピクセルまたは複数の離間ピクセルと、各々のピクセル位置において前記X線を受光するために前記コンベヤベルトの幅方向に前記単一ピクセルまたは前記複数の離間ピクセルを駆動するドライバとを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記処理システムは、各々の前記ピクセル位置に対する前記X線経路に沿った前記コンベヤベルトの構成材料の厚さを決定し、その厚さを前記X線経路に沿った前記コンベヤアベルトの所定の厚さと比較して、前記コンベヤベルトの前記構成材料の決定された厚さが前記コンベヤベルトの前記所定の厚さより厚い場合に、汚染コンベヤベルト材料片の存在を示す、請求項1に記載の装置。
- 前記処理システムは、前記コンベヤベルト上の汚染物質の存在を決定したときに、アラームを鳴らし、アラーム状態を表示し、アラームメッセージを送信し、またはダイバータに迂回信号を出して前記コンベヤベルトから製品の一部を迂回させる、請求項1に記載の装置。
- 前記処理システムは、前記X線源にパルスを発生させ、前記X線分光検出器は、サンプル間の前記X線分光検出器を通過する前記コンベヤベルトの長さが前記汚染物質の所定の検出閾値以下になるように十分に高いレートで同時にサンプリングする、請求項1に記載の装置。
- 連続ピクセル位置における前記対応視野は、前記汚染物質の所定の検出閾値以下の距離だけ離間される、請求項1に記載の装置。
- 前記1つまたは複数のピクセルの少なくとも1つの前記対応視野は、製品がない状態で維持された前記コンベヤベルトの長手レーン内の位置に配置される、請求項1に記載の装置。
- コンベヤベルト上の材料の厚さを計測及び決定する方法であって、
搬送面上の製品を搬送方向に搬送するステップと、
X線源スペクトルにわたって分布する線源強度を有する線源X線を前記搬送面の幅方向のラインに沿って前記搬送面および前記製品を通過するようにX線経路に沿って案内するステップと、
1つまたは複数のピクセルを含むX線分光検出器を使用して、前記ラインに沿った複数のピクセル位置において、前記搬送面を通過するときに減衰された前記X線を検出するステップと、
前記搬送面と前記ピクセルのうち関連するピクセルとの間に配置された個々のコリメータを使用して、各ピクセル位置でX線をコリメートし、散乱を排除し前記搬送面と交差する視野を画定するステップと、
各々のピクセル位置において隣接するエネルギービンで前記減衰X線の強度を測定して、各々のピクセル位置における受光X線スペクトルを生成するステップと、
前記受光X線スペクトルを前記線源X線スペクトルに関連付けて、測定されたX線減衰を決定するステップと、
前記測定減衰を、前記製品を構成する材料、前記コンベヤベルトを構成する材料、および可能性のある汚染物質として疑われる異物を構成する材料を含む事前選択の構成材料のセットの減衰係数を含むX線減衰モデルに関連付けて、前記ライン内の各々のピクセルの視野内のこれらの材料の厚さを決定するステップと
を含む、前記方法。 - 個々の事前選択エネルギービンにおける前記受光強度の前記線源強度に対する比を前記事前選択エネルギービンの各々の前記X線減衰モデルに関連付けて前記構成材料の各々の前記X線経路に沿った厚さを決定する減衰モデルの連立減衰方程式を規定するステップを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記連立方程式において非線形回帰を行って、前記事前選択の構成材料の各々の前記X線経路に沿った厚さの残差を最小化することによって、各々の事前選択の選択エネルギービンにおける前記受光強度の前記線源強度に対する比への前記X線減衰モデルの最良適合を決定するステップを含む、請求項17に記載の方法。
- 汚染物質の存在を決定したときに、アラームを鳴らすステップ、アラーム状態を表示するステップ、アラームメッセージを送信するステップ、またはダイバータに迂回信号を出して前記搬送面から製品の一部を迂回させるステップを含む、請求項16に記載の方法。
- 様々な材料の減衰係数のライブラリから前記事前選択の構成材料のセットの前記減衰係数を選択するステップを含む、請求項16に記載の方法。
- 連続ラインの各々のピクセル位置における前記受光スペクトルから製品を載せている前記コンベヤベルトの2次元画像を作成するステップを含む、請求項16に記載の方法。
- 製品が載せられていない前記コンベヤベルトを最初に走行させるステップ、連続ラインの各々のピクセル位置における前記受光スペクトルから製品が載せられていない前記コンベヤベルトの2次元画像として空のベルトパターンを作成するステップ、および製品を載せている前記コンベヤベルトの前記2次元画像から前記空のベルトパターンを減算して前記コンベヤベルトの一部を形成しない事前選択の材料の存在を決定するステップを含む、請求項21に記載の方法。
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