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複合品の測定条件について
 
発行：エスオーエル株式会社
https://www.sol-j.co.jp/
 
連載「測定の新常識！？SOLがお伝えするノウハウ！」
2020年3月25日号　VOL.090
 
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皆さん、こんにちは。
営業技術の張です。

今回は複合品の測定条件について話します。

X線CTでスキャンする原理は、ある強度のX線が物体を透過し、
透過後のX線強度をイメージセンサーで受け取って、
内部構造も含めた3次元形状をコンピュータ上で再構成しています。

　　式で表すと、　I = I0 exp(-μL)   です。

空気の吸収係数がほぼ 0 の為、透過後のX線強度は I0 のままです。
単一材を透過する場合、この式に従い、透過後のX線強度が I になります。
イメージセンサーで I0 と それぞれの位置における I を受光すると、
サンプルの形状に対応した透過画像が撮れます。

樹脂と金属、或いは樹脂とゴムの場合など、
吸収係数が違う材質を照射するときには、
吸収係数が違うため、若干複雑になります。

例えば、金属と樹脂の複合品を透過する場合：
　　金属： I1 = I0 exp(-μ1 × L1)
　　樹脂： I2 = I1 exp(-μ2 × L2) = I0 exp(-μ1 × L1 - μ2 × L2)


従って、それぞれ透過後のX線の強さの差は、

　　I0 - I1 = I0(1-exp(-μ1 × L1))                  [1]
　　I0 - I2 = I0(1-exp(-μ1 × L1 - μ2 × L2))        [2]
　　I1 - I2 = I1(1-exp(-μ2 × L2))                  [3]

になります。　　　


この式より、測定条件の最適化を検討してみます。
測定においては、イメージセンサーで受光した I と I0 の差が大きくなれば、
鮮明な画像を得られます。

複合品の場合、差 (I0 - I1), (I0 - I2), (I1 - I2) の
それぞれが大きくなったが良いです。

式 [1] と [2] の右辺を見ると、差を大きくするには、I0 が大きくなればよいです。
或いは、exp(-μ1 × L1) と exp(-μ2 × L2) を小さくするために、
(μ1 × L1) と (μ2 × L2) が大きくなればよいです。


これにより、照射線量 I0 を大きくすれば差が大きくなり、
より良い金属・樹脂データが撮れます。
但し、大き過ぎると、検出器が飽和し、正しく検出できなくなる為、注意が必要です。
I0 を大きくするには、電圧を上げ、電流を上げ、露光時間を上げる方法があります。


また、吸収係数 μ と透過距離 L の積を大きくする場合についても考えます。

管電圧を下げると、吸収係数が大きくなります。
実際のところ、X線は連続エネルギーである為、
吸収係数もエネルギーに応じて連続的に変化します。
ただ、ここでは原理を説明する為に、最大管電圧に対応する吸収係数で説明していきます。

透過距離はサンプルの厚みであり、位置調整により透過距離を大きくすることができます。
但し、吸収係数と透過距離の積が大きすぎると、透過が出来なくなります。
そのため、I1 と I2 は、一定以上の明るさが必要です。

つまり、コントラストを大きくする方法として、電圧下げ、透過距離を増やす方法があります。
しかし、電圧の調整について考えれば、I0 の調整とはトレードオフの関係になります。

以上は一般的に、単一素材をスキャンする場合に考えることです。


式 [3] から見ると、複合品のコントラストを大きくする方法は：
まずは、I1 が大きれば良いです。
それには、金属部分の I0 を大きくする、または (μ1 × L1) を小さくするのが良いです。
金属の透過距離を薄くするのが一番効果的です。

次は、樹脂の吸収係数 μ2 と透過距離 L2 を増やすことを考えます。
樹脂は金属より吸収係数が小さい為、複合品の場合、
樹脂が透けて映らなくなってしまうことも多々あります。


複合品を実際にスキャンしてみると、
金属により生じたビームハードニングやメタルアーチファクトがあり、
それを低減する為に、MSP-CT というオプション機能もございます。


今回は、複合品の測定条件についてお話しました。
実際にスキャンする場合には、原理を考えながら条件を調整した方が、
より綺麗にデータを取得できるようになります。

それでは、今日はこの辺で。
最後までお付き合い頂き、有難う御座いました。


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E.C