自動X線検査

自動X 線検査( AXI ) は、自動光学検査(AOI)と同じ原理に基づく技術です。可視光の代わりにX 線を光源として使用し、通常は目に見えない特徴を自動的に検査します。

自動 X 線検査は、主に次の 2 つの目的のために、幅広い業界やアプリケーションで使用されています。

1. プロセスの最適化、つまり検査の結果はその後の処理ステップを最適化するために使用されます。
2. 異常検出、つまり検査の結果は、部品を拒否する（廃棄または再作業）基準として機能します。

AOIは主に電子機器製造に関連していますが（PCB製造で広く使用されているため）、AXIの用途ははるかに広範囲にわたります。その範囲は、合金ホイールの品質チェック^[1]から加工肉の骨片の検出^[2]まで多岐にわたります。定義された基準に従って非常に類似したアイテムが大量に生産される場合はどこでも、高度な画像処理とパターン認識ソフトウェア（コンピュータービジョン）を使用した自動検査が、加工と製造における品質を確保し、歩留まりを向上させるための便利なツールとなっています。^[3]

光学検査では物体の表面のフルカラー画像が生成されますが、X 線検査では物体に X 線を透過させて投影された影のグレースケール画像を記録します。その後、画像は画像処理ソフトウェアによって処理され、予想される特徴の位置とサイズ/形状 (プロセス最適化用) または予期しない/意図しない物体または特徴の有無 (異常検出用) が検出されます。

X 線は、通常、検査対象物の真上または真下に設置された X 線管によって生成されます。対象物の反対側に設置された検出器は、対象物を透過した X 線の画像を記録します。検出器は、まず X 線を可視光に変換し、それを光学カメラで画像化する、または X 線センサー アレイを使用して直接検出します。検査対象物は、対象物を X 線管に近づけて高倍率で画像化することも、検出器に近づけて低倍率で画像化することもできます。

この画像は、物体を通過する際のX線の吸収の違いによって生成されるため、外からは見えない物体内部の構造を明らかにすることができます。

画像処理ソフトウェアの進歩により、自動X線検査の用途は膨大で、常に成長しています。最初の用途は、部品の安全面から製造される各部品の慎重な検査が求められる産業（原子力発電所の金属部品の溶接継ぎ目など）で始まりました。これは、当初この技術が非常に高価になることが予想されたためです。しかし、この技術が広く採用されるにつれて、価格が大幅に下がり、自動X線検査がはるかに広い分野に広がりました。これは、安全面（加工食品内の金属、ガラス、その他の材料の検出など）や、歩留まりの向上と処理の最適化（スライスパターンを最適化するためにチーズの穴のサイズと位置を検出するなど）によって部分的に後押しされたものです。^[4]

複雑な品目の大量生産（電子機器製造など）では、欠陥を早期に検出することで、その後の製造工程で欠陥のある部品が使用されるのを防ぐことができるため、全体的なコストを大幅に削減できます。その結果、次の 3 つの大きなメリットが得られます。a) 材料に欠陥があるか、プロセス パラメータが制御不能になったというフィードバックをできるだけ早い段階で提供すること、b) すでに欠陥のあるコンポーネントに価値が追加されるのを防ぐことで、欠陥の全体的なコストを削減すること、c) テスト パターンのセットが限られているため、品質検査の後の段階や機能テスト中に欠陥が検出されない可能性があるため、最終製品の現場での欠陥の可能性が高まること。

異物検出、充填レベル制御、プロセス制御は、食品業界で AXI が使用される 3 つの主な分野です。特に、充填および包装ラインの最後にある包装済み商品では、X 線スキャナーの使用は例外ではなく標準になっています。他の QA 対策、特にインライン チェック計量器と組み合わせて使用​​されることがよくあります。

そのほとんどは良否チェックに限定されており、つまり AXI ステーションの後に不良品を生成しますが、一部のアプリケーションではプロセス制御に直接使用され、AXI からのデータがプロセスに送られ、他の変数を制御できます。よく引用される例は、AXI がチーズ ブロック内の「穴」の分布と位置を決定した後のチーズ スライスの厚さの制御です (パッケージの総重量の一貫性を確保するため)。

最近、ベルトコンベア上を通過する食品のX線検査を自動化する方法が開発されました。^{[5] [6] [7]}

BGA（ボールグリッドアレイ）などのパッケージを使用したIC（集積回路）の使用が増えており、接続部がチップの下にあり目に見えないため、通常の光学検査は不可能です。接続部がチップパッケージの下にあるため、製造プロセスがこれらのチップを正しく収容できることを保証する必要性が高まっています。さらに、BGAパッケージを使用するチップは、接続部が多い大型のチップになる傾向があります。したがって、すべての接続が正しく行われることが不可欠です。^[8]

X 線検査のプロセスは、検査対象物の内部構造を取得し、検査対象物を壊すことなく検査対象物の内部情報を観察することです。

AXI は、境界スキャンテスト、インサーキット テスト、機能テスト によって提供されるテストと組み合わせて使用​​されることがよくあります。

BGA 接続は目に見えないため、唯一の代替手段は低レベルのX 線検査を使用することです。AXI は、断線、ショート、はんだ不足、はんだ過剰、電気部品の欠落、コンポーネントの位置ずれなどの障害を見つけることができます。欠陥は短いデバッグ時間内に検出され、修復されます。

これらの検査システムは、通常の光学システムよりも高価ですが、チップ パッケージの下にある接続も含め、すべての接続をチェックできます。

最高のスループットを実現するために、AXI マシンは、可能な限り単一の 2D X 線画像を使用して判断を下します。ただし、PCB の両側のコンポーネントの密度が高くなると、他のコンポーネントに隠れない鮮明な 2D 画像を実現することが難しくなります。トモシンセシスなどの手法は、さまざまな角度から撮影した複数の X 線画像から 3D モデルを最初に作成することで、背景のコンポーネントを除外するのによく使用されます。

以下は関連技術であり、電子機器のプリント回路基板の正しい動作をテストするために電子機器製造でも使用されます。

• インサーキットテスト(ICT)
• 共同テストアクショングループ(JTAG)
• 自動光学検査（AOI）
• 機能テスト（受け入れテストを参照）

• X線検査とは