監修:株式会社TANIDA
X線検査とは
図1. X線発生の原理
X線検査とは、物体を非破壊で観察し、その内部の状態の把握や異常を検知する検査のことです。
1895年にドイツ人のレントゲンにより発見されたのち、産業界にもX線イメージングの有用性が認められ、現在では様々な分野でX線イメージング (以下、X線検査) が用いられています。X線は、波長が非常に短く大きなエネルギーを持っているため、様々な物体を透過することができます。
X線が物体を透過した際には、物体の材質や密度・厚さに応じて減衰するため、透過したX線の強弱を白と黒のコントラストで表現することが基本原理です。
X線検査の使用用途
X線検査の使用用途としては、下記の通りです。現在は幅広い分野で行われています。
- 医療分野 (レントゲン検査、X線CT検査)
- 工業分野 (非破壊検査、異物検査、製品内部の幾何計測、リバースエンジニアリング)
- 保安分野 (空港における手荷物検査、ガスプラントでの非破壊検査)
- 食品、医療分野 (異物混入検査、箱内の製品検査)
- 学術分野 (生物や骨格標本の透過検査、仏像内部の検査)
X線検査の原理
図2. X線検査の原理
X線検査には、電離放射線とも呼ばれる電磁波であるX線を使用します。
X線は波長が非常に短く大きなエネルギーを持つため、物体を透過することができますが、物体を透過する際に原子の周りを回る電子などにぶつかり、減衰していきます。金属のような密度の高い物質では減衰率は高くなる一方で、空気や紙など密度の低い物質では低くなります。
フィルムX線を例にとると、X線の減衰が大きい (一般的に密度が大きい) 材質では、フィルムで受光するX線量が少ないため、フィルム像は明るくなります。逆にX線の減衰の小さい材質 (一般的に密度が小さい) では、フィルムで受光するX線量が多いため、フィルム像は暗くなります。
このように透過する被写体の材質や密度・厚さに応じて減衰したX線を、受光面となるフィルムや検出器が受光することで、被写体内部の状態を白と黒のコントラストで表現することがX線検査の基本原理となります。
X線の性質
X線の性質は、主に管電圧、管電流、照射時間によって決まります。
管電圧の大きさは、X線が物体を透過する際の透過力の大きさに相当し、管電圧を大きくすることで、X線の透過力がより大きくなります。また、管電流と照射時間の積の大きさは、X線の線量 (エネルギー) の大きさに関係し、線量を大きくすることで、コントラストの良いX線画像を得ることができます。
一般的にX線は「白色X線」と呼ばれる種々の波長成分が混在した状態で照射されます。画質の低下やノイズの原因となるエネルギーの低い (長波長の) 成分を抑制するために、X線源に金属製のフィルターを設けたり、逆に被写体の不要な部分を金属などで覆うマスキングを行うことがあります。
X線検査の種類
図3. デジタルX線検査装置およびデジタルX線画像
X線検査には、その目的や用途に応じて様々な種類があります。以下に一般的なX線検査の種類を挙げます。
1. X線透過検査 (英: Radiography)
物体の内部構造を2次元画像として表示する検査です。X線管に対して被写体の後方に配置したフィルムを使用して、透
過2次元画像を得ます。医療分野で一般的に使用されているレントゲン検査と同じ原理で行う検査です。
2. デジタルラジオグラフィ (英: Digital Radiography)
X線透過検査のデジタル化された検査手法で、フィルムの代わりにイメージングプレートや、フラットパネルディテクターなどのデジタルイメージングセンサーを使用してX線画像を得ます。デジタルデータとして処理できるため、画像の表示や解析、データ保管が容易です。
3. X線CT検査 (英: Computed Tomography, CT)
X線を使用して被写体の断層画像を生成する検査です。360°すべての方向からの透過画像を撮影し、コンピュータで再構成と呼ばれる計算を経ることで、被写体の連続した断層画像や内部の詳細な構造を3次元的に表示することができます。医療分野だけでなく、産業分野でも使用されています。
4. インラインX線検査 (英: Inline X-ray Inspection)
工場の製造ライン上で製品の品質検査を行うための検査手法です。製品がコンベア上を通過する際にX線を照射し、モニターに映し出された画像で欠陥や異物の検出を行います。食品、電子機器、自動車部品などの製造業界で利用されています。
5. フルオロスコピー (英: Fluoroscopy)
動画としてX線の透過像をリアルタイムで表示する検査です。リアルタイムでの観察が可能なため、病院内での手術や診断中の透視や血管造影などに使用されています。
X線検査のその他情報
1. X検査のメリット
図4. X線CTスキャン装置およびCT解析画像
Ｘ線検査の最大のメリットは、対象物をそのままの状態で内部を可視化できる点です。
製品検査において、製品内部を観察するために切断・分解をすると、再使用することができなくなります。その点、Ｘ線検査では検査対象物を破壊しないため、検査後も使用できるため、同じ製品の長期的な使用が継続できたり、X線検査した物を製品として出荷することが可能です。
そのため、自動車分野、航空機産業などの製造業では品質の保証や品質改善のほか、長時間運用が必要な大型プラント設備の保全などにも用いられています。
製品や部品の故障は生産が止まるなど損害が発生し、自動車や航空機の重大な事故は人的被害が発生するなど、多大なコストがかかるリスクがあります。製品の故障や事故を未然に検知、防止することで、リスクの軽減やコストの削減が期待できる検査です。
2. X線検査のデメリット
Ｘ線検査は欠陥やきずをフィルムや検出器で撮影することで、可視化する検査方法です。
そのため、検査対象物を切断・分解して検査する場合と比較すると、直接目視による観察ができないため、不確実性が残ります。また、フィルムや検出器に写したりする技術が必要な場合は、検査する人や装置の仕様によっては、欠陥やきずがうまく検出できない場合があります。
その他、材質や対象物の形状によっては、X線検査自体が難しい場合があるため、X線検査の目的や検査物の材質・形状を考慮しておく必要があります。
以上より、X線検査を行う場合は、あらかじめ発生する可能性のある欠陥やきずの性質などを予測できる知識やその他の非破壊検査についての知識や経験が必要です。そのため、X線検査を行う企業では、検査員資格を受験したり、検査機器のトレーニングを積むなどの人材教育も行われています。
3. X線検査の流れ
X線検査は、一般的に撮影、評価、解析の順で行われます。
本記事はX線検査を行う株式会社TANIDA様に監修を頂きました。
株式会社TANIDAの会社概要はこちら