JP6625470B2 - 異物検出装置および異物検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線を用いて被検査物内の異物検出を行なう技術に関する。

食品等の製造を行なう工場では、製品に金属やプラスチック等の異物が混入していないか否かを異物検出装置によって調べている。

この異物検出装置として、従来では、コンベア等によって所定方向に搬送される被検査物の通過路にＸ線を出射し、被検査物を透過したＸ線の強さをセンサ（複数のＸ線センサが通過方向と直交する方向に並んで一体化されたラインセンサ）で検出し、その検出信号が異物の存在によって局所的に変化することを利用して検出する方式のものが用いられている。

しかし、上記したように被検査物を透過したＸ線の強度をセンサで検出する方式では、Ｘ線が透過する方向の厚さや材質が変化する物品による透過率の違いにより、異物を正確に検出できない場合があった。

これを解決する技術として、例えば特許文献１には、被検査物を透過するＸ線のエネルギーを異ならせて得られる二つの透過Ｘ線データに対するサブトラクション（画像データの差分処理）等の処理を行なうことで、異物の検出精度を高めることが提案されている。

特開平１０−３１８９４３号公報

しかしながら、上記特許文献１では、単一のＸ線源から出力されて被検査物を透過したＸ線を、被検査物の搬送方向に並んで配置され、Ｘ線に対するエネルギー感度が異なる二つの検出器（ラインセンサ）で検出することで、二つの透過Ｘ線データを得るようにしている。

このため、必然的に一方の検出器に入射するＸ線が被検査物内を透過する経路と、他方の検出器に入射するＸ線が被検査物内を透過する経路が一致せず、その影響で、被検査物内の異物を正しく認識できなくなることが考えられる。また、二つの検出器のセンサ素子の特性差により、正確な異物検出を行なえないことも考えられる。

なお、特許文献１には、Ｘ線エネルギーが異なる二つのＸ線源を用いることも記載されているが、その場合、二つのＸ線が互いに干渉しないようにＸ線源およびそれに対応する二つの検出器（ラインセンサ）の間隔を広くとらなければならず、装置全体が大きくなるとともに、その間で搬送中の被検査物の姿勢変化が起きやすくなり、しかも、前記同様に二つの検出器を用いるため、異物の検出精度が低下する恐れがある。

これを解決する方法として、Ｘ線管等から発生されるＸ線の光子のエネルギーにばらつきがあることに着目し、Ｘ線の光子が入射される毎にそ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のＸ線センサを用い、一定時間内にＸ線センサから出力されたパルス信号をその波高値の違いにより複数の領域に分類し、その領域毎のパルス信
号の数を累積することで、Ｘ線エネルギーが異なる場合の透過画像データを得ることが考えられる。この方式であれば、複数のＸ線センサを被検査物の通過方向と交差する方向に１列に並べておけばよく、上記問題を解消できる。

ここで、被検査物を透過するＸ線のエネルギーは、被検査物の材質とＸ線透過方向の厚さによって大きく変化する。被検査物の材質をほぼ均一とし、Ｘ線透過方向の厚さがほぼ一定であれば、その厚さに合わせてＸ線の平均的な出射エネルギーを一定に調整しておけば、Ｘ線センサに入射するＸ線の線量を適正範囲に維持できる。

しかし、被検査物の厚さが部位によって大きく変化する場合、Ｘ線センサに入射するＸ線の線量を適正範囲に維持できなくなる。例えば、厚さが大の部位に合わせてＸ線の出射エネルギーを決めると、厚さが小の部位を透過するＸ線の線量が過大となり、逆に、厚さが小の部位に合わせてＸ線の出射エネルギーを決めると、厚さが大の部位を透過するＸ線の線量が過小となる。

このように被検査物を透過したＸ線の線量が過大になると、上記した光子検出型のＸ線センサでは、光子の入力頻度が過大となって、例えば図５のように、Ｘ線センサから出力されるパルス信号Ｐ_１、Ｐ_２同士やパルス信号Ｐ_４、Ｐ_５同士が重なってしまい、二つのパルス信号に対してそれぞれ一つのピーク値（波高値Ｈ_１、Ｈ_３）しか得られない現象が発生する。この現象を一般的にパイルアップ現象と呼び、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り、その結果、異物の検出を正確に行なえなくなる。

また、被検査物を透過したＸ線の線量が過小になると、パルス信号の累積数が極端に少なくなってノイズ成分との区別がつかなくなり、透過画像データのＳ／Ｎが低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決し、光子検出型のＸ線センサを用いながら、厚さが通過方向に沿って変化するような形状の被検査物に対し、厚さの違いによって生じるパイルアップ現象やＳ／Ｎ低下の影響を抑制して、高精度に異物検出が行なえる異物検出装置および異物検出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、本発明の請求項１の異物検出装置は、
被検査物が通過する通過路にＸ線を出射するＸ線発生部（２２）と、
前記Ｘ線発生部から前記通過路に出射されて被検査物を透過したＸ線を受ける位置で、被検査物の通過方向と交差する方向に並ぶように配置され、それぞれがＸ線を受けて電気信号に変換する複数のＸ線センサ（３１１〜３１Ｎ）と、
前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間を被検査物が通過している間に前記複数のＸ線センサからそれぞれ出力される信号を所定期間ずつ区切って所定の信号処理を行い、被検査物の通過方向と前記Ｘ線センサの並び方向とで決まる２次元の位置の情報と、該位置毎の信号処理結果からなる被検査物の透過画像データを生成する透過画像データ生成手段（４０）と、
前記透過画像データ生成手段によって生成された透過画像データに基づいて、被検査物内の異物の有無を判定する判定手段（５０）とを有する異物検出装置において、
前記Ｘ線センサは、Ｘ線の光子が入力される毎に該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であって、
前記透過画像データ生成手段は、
前記各Ｘ線センサについて、該Ｘ線センサから前記所定期間内に出力されるパルス信号の波高値が、予め所定範囲内を複数に区分けした領域のいずれに入るかを判定し、前記所
定期間内のパルス信号入力数を前記領域毎に累積し、該領域毎の累積結果を用いて、Ｘ線透過エネルギーが異なる複数の透過画像データを生成するように構成され、
前記判定手段は、
前記透過画像データ生成手段で得られた複数の透過画像データに対して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、被検査物内の異物の有無を判定するように構成されており、
さらに、
前記Ｘ線発生部が出射するＸ線に照射される位置に進入する前の被検査物のＸ線透過方向の厚さを逐次検出する厚さ検出手段（６０）と、
前記厚さ検出手段によって検出された被検査物の厚さに基づいて、前記Ｘ線発生部が出射するＸ線の線量を前記所定期間毎に変更するＸ線線量可変手段（７０）とを設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２の異物検出装置は、請求項１に記載の異物検出装置において、
前記Ｘ線発生部には、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線管が用いられ、
前記Ｘ線線量可変手段は、前記熱陰極Ｘ線管の管電流または管電圧の少なくとも一方を、前記厚さ検出手段によって検出された被検査物の厚さに応じて変更することを特徴とする。

また、本発明の請求項３の異物検出装置は、請求項１または２に記載の異物検出装置において、
前記Ｘ線線量可変手段は、前記厚さ検出手段が被検査物のある部位の厚さを検出してから前記Ｘ線に照射される位置に被検査物の前記部位が到達するまでの時間差を遅延時間として予め設定可能となっているとともに、前記厚さ検出手段が前記検出を行ってから前記遅延時間経過後に前記Ｘ線の線量を当該検出した厚さに対応した量に変更することを特徴とする。

また、本発明の請求項４の異物検出方法は、
Ｘ線発生部（２２）から被検査物が通過する通過路にＸ線を出射する段階と、
前記通過路に出射されて被検査物を透過したＸ線を、被検査物の通過方向と交差する方向に並んだ複数のＸ線センサ（３１１〜３１Ｎ）で受けて電気信号に変換する段階と、
前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間を被検査物が通過している間に前記複数のＸ線センサからそれぞれ出力される信号を所定期間ずつ区切って所定の信号処理を行い、被検査物の通過方向と前記Ｘ線センサの並び方向とで決まる２次元の位置の情報と、該位置毎の信号処理結果からなる被検査物の透過画像データを生成する段階と、
前記生成された透過画像データに基づいて、被検査物内の異物の有無を判定する段階とを含む異物検出方法において、
前記Ｘ線センサとして、Ｘ線の光子が入力される毎に、該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を用い、
前記透過画像データを生成する段階では、
前記各Ｘ線センサについて、該Ｘ線センサから前記所定期間内に出力されるパルス信号の波高値が、予め所定範囲内を複数に区分けした領域のいずれに入るかを判定し、前記所定期間内のパルス信号入力数を前記領域毎に累積し、該領域毎の累積結果を用いて、Ｘ線透過エネルギーが異なる複数の透過画像データを生成し、
前記被検査物内の異物の有無を判定する段階では、
前記生成された複数の透過画像データに対して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、被検査物内の異物の有無を判定し、
さらに、前記Ｘ線の照射位置に被検査物が進入する前に、その被検査物のＸ線透過方向の厚さを逐次検出し、該検出した厚さに応じて、前記Ｘ線発生部から出射されるＸ線の線
量を前記所定期間毎に変更することを特徴とする。

本発明は、Ｘ線センサとして、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を用い、Ｘ線が照射される位置に進入する前に検出された被検査物の厚さの変化に応じて、Ｘ線発生部から出射されるＸ線の線量を可変させているので、Ｘ線センサに入射するＸ線の線量を適正範囲に維持でき、パイルアップ現象やＳ／Ｎ低下による精度低下が抑圧された透過画像データを得ることができ、厚さが通過方向に沿って変化するような形状である被検査物に対する異物検出を精度よく行うことができる。

本発明の実施形態の構成図である。 Ｘ線センサから出力されるパルス信号と領域との関係を示す図である。 波高値の領域毎に得られる３種類の透過画像データの例を示す図である。 管電流（Ｘ線の線量）と被検査物の厚さとの関係を示す図である。 Ｘ線センサから出力されるパルス信号が重なった場合の波形を示す図である。

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、本発明を適用した異物検出装置２０の全体構成を示している。

この異物検出装置２０は、搬送装置２１、Ｘ線発生部２２、複数ＮのＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎ、透過画像データ生成手段４０、判定手段５０、厚さ検出手段６０およびＸ線線量可変手段７０を有している。

搬送装置２１は、被検査物Ｗを所定方向（図では紙面に直交する方向、以下では通過方向または搬送方向という）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線発生部２２は、搬送装置２１によって所定方向に搬送される被検査物Ｗが通過する通過路にＸ線を出射する。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線発生部２２のＸ線源には、過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。

Ｘ線発生部２２が出射するＸ線の線量（単位時間当りのエネルギーの総和）は、単位時間当りにＸ線管のフィラメントから陽極のターゲットに到達する電子の数（管電流）や管電圧に対応しており、管電流は、電子の放出量を決めるフィラメント電流や、電子の流れを制御する格子電圧等に依存する。このＸ線発生部２２が出射するＸ線の線量は、Ｘ線線量可変手段７０によって可変されるが、それについては後述する。

複数ＮのＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎは、それぞれがＸ線を受けて電気信号に変換するものであり、Ｘ線発生部２２から被検査物Ｗの通過路に出射されて被検査物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）する方向に隙間がほとんど無い状態で一列に並んでいる。

実際の装置としては、複数ＮのＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎは、それぞれが一体的に連結された一本のラインセンサ３０で構成され、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Ｘ線センサの幅を１ｍｍ、Ｘ線センサ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Ｘ線センサを有するラインセンサを用いればよい。

従来の異物検出装置で用いられるＸ線センサは、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、この異物検出装置２０が用いるＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎ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透過画像の濃淡を表すことになる。

透過画像データ生成手段４０は、Ｘ線発生部２２とＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎの間を被検査物Ｗが通過している間にＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎからそれぞれ出力される信号をスキャン時間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Ｘ線センサ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透過画像データを生成する。

前記したように、光子検出型のＸ線センサ３１_１〜３１_Ｎ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、Ｘ線発生部２２から出射されるＸ線の光子のエネルギーは、その管電流が一定であってもばらつきがあるため、それに応じて、図２に示すように、各Ｘ線センサから出力されるパルス信号Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、…の波高値Ｈ_１、Ｈ_２、Ｈ_３、…にばらつきが生じる。

言い換えれば、エネルギーの異なる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Ｈ_１、Ｈ_２、Ｈ_３、…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Ｒ_１〜Ｒ_Ｍのいずれに入るかを判定し、その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、そのスキャン時間に対応する部位についてＸ線透過エネルギーの範囲が異なる複数の透過画像データを生成することができる。

上記Ｘ線透過エネルギーの範囲が異なる複数の透過画像データを生成するために、透過画像データ生成手段４０は、各Ｘ線センサ３１_１〜３１_Ｎの出力信号を、それぞれＡ／Ｄ変換器４１_１〜４１_Ｎによってデジタルのデータ列に変換し、波高値検出手段４２_１〜４２_Ｎに入力する。

各波高値検出手段４２_１〜４２_Ｎ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４３_１〜４３_Ｎに出力する。

領域判定手段４３_１〜４３_Ｎは、前記した波高値の出力範囲を複数Ｍの領域Ｒ_１〜Ｒ_Ｍに区分けする境界値領域Ｌ_１〜Ｌ_Ｍ−１と、波高値検出手段４２_１〜４２_Ｎ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４４_１〜４４_Ｎに出力する。

各領域別累積手段４４_１〜４４_Ｎは、スキャン時間内に領域判定手段４３_１〜４３_Ｎ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Ｘ線センサ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積数であり、各領域別累積手段４４_１〜４４_Ｎ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、透過画像データメモリ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、パルス信号の累積数をＡ（波高値の領域の順位、スキャン時間の順位、センサの並び順位）で表すと、最初のスキャン時間Ｔ１内で、１番目のＸ線センサ３１_１が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累積数をA(1,1,1)、領域Ｒ_２に入るものの累積数をA(2,1,1)、領域Ｒ_３に入るものの累積数をA(3,1,1)とする。

また、同じスキャン時間Ｔ１内で、２番目のＸ線センサ３１_２が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累積数をA(1,1,2)、領域Ｒ_２に入るものの累積数をA(2,1,2)、領域Ｒ_３に入るものの累積数をA(3,1,2)とする。

また、同じスキャン時間Ｔ１内で、３番目のＸ線センサ３１_３が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累積数をA(1,1,3)、領域Ｒ_２に入るものの累積数をA(2,1,3)、領域Ｒ_３に入るものの累積数を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Ｘ線センサ３１_１が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累積数をA(1,2,1)、領域Ｒ_２に入るものの累積数をA(2,2,1)、領域Ｒ_３に入るものの累積数をA(3,2,1)とし、２番目のＸ線センサ３１_２が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累積数をA(1,2,2)、領域Ｒ_２に入るものの累積数をA(2,2,2)、領域Ｒ_３に入るものの累積数をA(3,2,2)とし、３番目のＸ線センサ３１_３が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累積数をA(1,2,3)、領域Ｒ_２に入るものの累積数をA(2,2,3)、領域Ｒ_３に入るものの累積数を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Ｘ線センサ３１_１が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累積数をA(1,3,1)、領域Ｒ_２に入るものの累積数をA(2,3,1)、領域Ｒ_３に入るものの累積数をA(3,3,1)とし、２番目のＸ線センサ３１_２が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累積数をA(1,3,2)、領域Ｒ_２に入るものの累積数をA(2,3,2)、領域Ｒ_３に入るものの累積数をA(3,3,2)とし、３番目のＸ線センサ３１_３が出力したパルス信号のうち、その波高値が領域Ｒ_１に入るものの累積数をA(1,3,3)、領域Ｒ_２に入るものの累積数をA(2,3,3)、領域Ｒ_３に入るものの累積数を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Ｒ_１について得られた９つの累積数を、図３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Ｒ_１に対応したエネルギー範囲のＸ線による被検査物の９つの部位の透過画像データが得られる。

同様に、領域Ｒ_２について得られた９つの累積数を、図３の（ｂ）のように３行３列に配置すれば、領域Ｒ_２に対応したエネルギー範囲のＸ線による被検査物の透過画像データ
が得られ、領域Ｒ_３について得られた９つの累積数を、図３の（ｃ）のように３行３列に配置すれば、領域Ｒ_３に対応したエネルギー範囲のＸ線による被検査物の透過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、センサの並び方向の分割数はＸ線センサの数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毎の透過画像データが得られれば、判定手段５０により、それら複数の透過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、被検査物内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線発生部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Ｘ線センサ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）との間の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透過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透過画像データの組合せを見つけ、その最適な透過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、それぞれの領域で透過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Ｒ_１に割当て、３番目の領域を前述の領域Ｒ_２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透過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番目の領域の透過画像データを合成して、これを前述の領域Ｒ_１の透過画像データとし、３番目と４番目の領域の透過画像データを合成して、これを前述の領域Ｒ_２の透過画像データとし、…というように初期の複数の領域の透過画像データを合成して最終的な１つの領域の透過画像データとし、その合成された透過画像データを複数用いる、あるいは合成された透過画像データと、それを含まない初期の領域の透過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透過画像データを生成しておき、異物の検出に最適な透過画像データの組合せに応じて、領域の割当てや透過画像データの合成を行なうようにしているが、被検査物に対して異物検出に最適な透過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透過画像データのみを生成すればよく、また、複数の透過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、一つの透過画像データを生成してもよい。これにより、透過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透過画像データは、物品の通過方向と直交する方向に一列に並んだ複数のＸ線センサ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、格段に精度の高い透過画像データが得られ、それにより、異物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（異物の有無を示す信号）は、図示しない後続の選別装置に送られ、異物有り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。

上記のように光子検出型のＸ線センサを用いた場合、前記したように、Ｘ線センサに入射されるＸ線の線量（単位時間当りに出力される光子数）が多すぎるとパイルアップ現象が高い確率で発生して、領域ごとの正しい計数結果が得られなくなり、Ｘ線の線量が少なすぎるとノイズとの区別がつかなくなり、やはり正しい透過画像データが得られない。

被検査物を透過するＸ線の線量は、被検査物の材質が同じであれば、その透過方向の厚さが大きい程少なくなるので、一般的には、被検査物の厚さに応じてＸ線発生部２２から出射されるＸ線の線量を設定しているが、材質は同じでも厚さ通過方向に沿って変化するような形状の被検査物には対応できない。

これを解決するために、実施形態の異物検出装置２０では、厚さ検出手段６０とＸ線線量可変手段７０が設けられている。

厚さ検出手段６０は、搬送装置２１上のＸ線照射位置の手前で、被検査物ＷのＸ線透過方向の厚さを検出する。この厚さ検出の方法は任意であるが、例えば光学的な構成例で言えば、厚さ検出領域に進入した被検査物の側面の一方側から光を照射し、その光を反対側に縦方向に並んだ複数の受光器で受け、被検査物によって光の入射が遮られた受光器の高さにより検出する。または、光学式反射型センサを通過路の上方に配置してレーザ光を出射し、被検査物の上面で反射した反射光を受光して変位を測定し、センサから通過路までの距離とセンサから被検査物の上面までの距離との差を被検査物の厚さとして検出するようなものであってもよい。

なお、厚さ検出手段６０は、被検査物の厚さを検出し、検出結果である厚さＨをＸ線線量可変手段７０に出力する動作を逐次行うことによって、被検査物の通過方向の厚さの変化を検出しているが、この動作の周期は、スキャン時間と同じ、またはスキャン時間よりも短いことが望ましい。

厚さ検出手段６０によって検出された厚さＨを受けたＸ線線量可変手段７０は、その厚さＨの被検査物を透過してＸ線センサに入射するＸ線の線量が、前記パイルアップ現象の発生確率が低く、またパルス信号累積数がノイズレベルより十分大きい適正範囲内に入るように、Ｘ線発生部２２から出射されるＸ線の線量（具体的には、Ｘ線発生部２２のＸ線管の管電流や管電圧を制御する制御値）をスキャン時間毎に変更する。

この可変処理の方法は種々あるが、例えば、被検査物の種類（材質）および厚さの区分毎に予めサンプル品によって最適なＸ線の線量を与える制御値を記憶しておき、厚さ検出手段６０で検出された厚さＨが含まれる区分に対応した制御値を読み出してＸ線発生部２２に設定する方法や、厚さと最適制御値との関係を示す式に、厚さ検出手段６０で検出された厚さＨを代入して制御値を算出し、これをＸ線発生部２２に設定する方法等が採用できる。

図４は、厚さ検出手段６０によって検出される被検査物の厚さの変化と、Ｘ線発生部２２が出射するＸ線の線量の変化の関係を示すものである。厚さ検出手段６０は、被検査物
の厚さを、スキャン時間と同じ、または、スキャン時間よりも短い周期で検出して検出結果を出力する。Ｘ線線量可変手段７０は、この検出結果を受けて、出射すべきＸ線の線量に対応した管電流や管電圧の値を決定し、その値となるようにスキャン時間毎に制御する。その結果、Ｘ線発生部２２は、被検査物の通過方向に対する厚さの変化に応じた線量のＸ線を出射する。

ところで、厚さ検出手段６０は、Ｘ線照射位置の直前に配置するのが望ましい。しかし、異物検出装置２０の構造や、厚さ検出手段６０をＸ線から防護するため等の理由により、厚さ検出手段６０を、Ｘ線照射位置から、通過路沿いに離れた位置に配置しなければならない場合がある。厚さ検出手段６０が検出を行ってから、Ｘ線発生部２２がこの検出結果に対応した線量のＸ線を出射するまでの処理時間が無視できる程に短いとすると、被検査物が、厚さ検出手段６０の検出位置を通過してからＸ線照射位置へ到達するまでの移動時間の分だけ、タイミングにズレが生じる。この問題を解決するため、Ｘ線線量可変手段７０は、上記の移動時間を遅延時間として予め設定可能となっている。そして、Ｘ線線量可変手段７０は、厚さ検出手段６０から検出結果を受けると、この遅延時間経過後に、Ｘ線の線量を検出結果に対応した量に変化させるようにしている。

なお、Ｘ線センサに入射されるＸ線の線量の適正範囲としては、例えば、１つのＸ線センサがスキャン時間内に出力することができる規格上の最大パルス数（例えば、スキャン時間１ミリ秒で１０００個）に対して設定された範囲（例えば、４００〜６００）とすることができる。

このように、この実施形態の異物検出装置２０は、被検査物の厚さの変化を検出し、その厚さに応じてＸ線センサに入射されるＸ線の線量が適正範囲に入るように、Ｘ線発生部２２が出射するＸ線の線量を所定時間（スキャン時間）毎に可変することで、厚さが通過方向に沿って変化するような形状である被検査物であっても、異物検出を精度よく行うことができる。

また、複数の透過画像データの保存形式は任意であるが、波高値の領域ごとに異なる色を割当て、その領域に割り当てた色の輝度を、パルス信号の累積数に対応させることで、透過画像を観察する場合に観測者が分かりやすくなる。

例えば、波高値の領域を３つとし、各領域に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色を割当て、それぞれの色の輝度値にパルス累積数を割当てる。ただし、各色の輝度に割り当てる値は例えば８ビットで表せる範囲（０〜２５５）とし、実際のパルス累積数の範囲が８ビットで表せる範囲内に収まるように正規化（圧縮処理または伸張処理）する。この場合、３つの透過画像データを一つのＲＧＢカラー画像データとして保存することができる。このため、透過画像データの記憶領域を節約することができる。また、データ形式が、一般的なＲＧＢカラー画像データであるため、画像処理や画像表示が容易に行なえる。

また、このように各領域に異なる色を割当て、その色の輝度をパルス信号の累積数で表すデータ保存形式を用いれば、各領域の透過画像をそれぞれ異なる色の画像で表すことができ、それらを図示しない表示装置に並列的に並べて表示する場合の識別性が非常に高くなる。

２０……異物検出装置、２１……搬送装置、２２……Ｘ線発生部、３０……ラインセンサ、３１_１〜３１_Ｎ……Ｘ線センサ、４０……透過画像データ生成手段、４１_１〜４１_Ｎ……Ａ／Ｄ変換器、４２_１〜４２_Ｎ……波高値検出手段、４３_１〜４３_Ｎ……領域判定手段、４４_１〜４４_Ｎ……領域別累積手段、４５……透過画像データメモリ、５０……判定
手段、６０……厚さ検出手段、７０……Ｘ線線量可変手段

Claims (4)

1. 被検査物が通過する通過路にＸ線を出射するＸ線発生部（２２）と、
   前記Ｘ線発生部から前記通過路に出射されて被検査物を透過したＸ線を受ける位置で、被検査物の通過方向と交差する方向に並ぶように配置され、それぞれがＸ線を受けて電気信号に変換する複数のＸ線センサ（３１_１〜３１_Ｎ）と、
   前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間を被検査物が通過している間に前記複数のＸ線センサからそれぞれ出力される信号を所定期間ずつ区切って所定の信号処理を行い、被検査物の通過方向と前記Ｘ線センサの並び方向とで決まる２次元の位置の情報と、該位置毎の信号処理結果からなる被検査物の透過画像データを生成する透過画像データ生成手段（４０）と、
   前記透過画像データ生成手段によって生成された透過画像データに基づいて、被検査物内の異物の有無を判定する判定手段（５０）とを有する異物検出装置において、
   前記Ｘ線センサは、Ｘ線の光子が入力される毎に該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であって、
   前記透過画像データ生成手段は、
   前記各Ｘ線センサについて、該Ｘ線センサから前記所定期間内に出力されるパルス信号の波高値が、予め所定範囲内を複数に区分けした領域のいずれに入るかを判定し、前記所定期間内のパルス信号入力数を前記領域毎に累積し、該領域毎の累積結果を用いて、Ｘ線透過エネルギーが異なる複数の透過画像データを生成するように構成され、
   前記判定手段は、
   前記透過画像データ生成手段で得られた複数の透過画像データに対して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、被検査物内の異物の有無を判定するように構成されており、
   さらに、
   前記Ｘ線発生部が出射するＸ線に照射される位置に進入する前の被検査物のＸ線透過方向の厚さを逐次検出する厚さ検出手段（６０）と、
   前記厚さ検出手段によって検出された被検査物の厚さに基づいて、前記Ｘ線発生部が出射するＸ線の線量を前記所定期間毎に変更するＸ線線量可変手段（７０）とを設けたことを特徴とする異物検出装置。
2. 前記Ｘ線発生部には、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線管が用いられ、
   前記Ｘ線線量可変手段は、前記熱陰極Ｘ線管の管電流または管電圧の少なくとも一方を、前記厚さ検出手段によって検出された被検査物の厚さに応じて変更することを特徴とする請求項１に記載の異物検出装置。
3. 前記Ｘ線線量可変手段は、前記厚さ検出手段が被検査物のある部位の厚さを検出してから前記Ｘ線に照射される位置に被検査物の前記部位が到達するまでの時間差を遅延時間として予め設定可能となっているとともに、前記厚さ検出手段が前記検出を行ってから前記遅延時間経過後に前記Ｘ線の線量を当該検出した厚さに対応した量に変更することを特徴とする請求項１または２に記載の異物検出装置。
4. Ｘ線発生部（２２）から被検査物が通過する通過路にＸ線を出射する段階と、
   前記通過路に出射されて被検査物を透過したＸ線を、被検査物の通過方向と交差する方向に並んだ複数のＸ線センサ（３１_１〜３１_Ｎ）で受けて電気信号に変換する段階と、
   前記Ｘ線発生部と前記複数のＸ線センサとの間を被検査物が通過している間に前記複数のＸ線センサからそれぞれ出力される信号を所定期間ずつ区切って所定の信号処理を行い、被検査物の通過方向と前記Ｘ線センサの並び方向とで決まる２次元の位置の情報と、該位置毎の信号処理結果からなる被検査物の透過画像データを生成する段階と、
   前記生成された透過画像データに基づいて、被検査物内の異物の有無を判定する段階とを含む異物検出方法において、
   前記Ｘ線センサとして、Ｘ線の光子が入力される毎に、該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を用い、
   前記透過画像データを生成する段階では、
   前記各Ｘ線センサについて、該Ｘ線センサから前記所定期間内に出力されるパルス信号の波高値が、予め所定範囲内を複数に区分けした領域のいずれに入るかを判定し、前記所定期間内のパルス信号入力数を前記領域毎に累積し、該領域毎の累積結果を用いて、Ｘ線透過エネルギーが異なる複数の透過画像データを生成し、
   前記被検査物内の異物の有無を判定する段階では、
   前記生成された複数の透過画像データに対して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、被検査物内の異物の有無を判定し、
   さらに、前記Ｘ線の照射位置に被検査物が進入する前に、その被検査物のＸ線透過方向の厚さを逐次検出し、該検出した厚さに応じて、前記Ｘ線発生部から出射されるＸ線の線量を前記所定期間毎に変更することを特徴とする異物検出方法。