(57)【要約】【課題】例えば積層構造をもつリチウムイオン電池の釘刺し試験を行うとき、釘が侵入している位置と電極の各層の状態および電池の短絡電圧・電流・温度などを照合しながら観察することができるようにしたい。【解決手段】Ｘ線検出器３は、Ｘ線発生器１から照射され被検査物Ｗを透過したＸ線を検出し、その出力を画像化する画像構成装置５によってＸ線透視画像を得る。事象発生装置８は、被検査物Ｗに対して刺激などを加える。計測装置９は、その刺激などによって変化した被検査物Ｗの状態を測定する。制御装置６は、計測装置９の計測結果に基づいて、Ｘ線発生器１の位置、事象発生装置８の状態などを制御する。【選択図】図１
2019090802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物に対してＸ線を放射するＸ線発生器と、
前記Ｘ線の進路に設置され前記被検査物を載置する試料テーブルと、
前記被検査物を透過したＸ線を検出して可視光データとして出力するＸ線検出器と、
前記被検査物に対して物理的エネルギーを加える事象発生装置と、
前記事象発生装置からの物理的エネルギーによって変化した被検査物の状態を測定する計測装置と、
前記計測装置の計測結果に基づいて、前記Ｘ線発生器、前記試料テーブル及び前記事象発生装置の少なくとも一つについて、その動作を制御する制御装置と、
を備える非破壊解析装置。
【請求項２】
被検査物に対してＸ線を放射するＸ線発生器と、
前記Ｘ線の進路に設置され前記被検査物を載置する試料テーブルと、
前記被検査物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記放射線と交差する回転軸に対し前記テーブルと前記放射線とを相対的に回転させる回転装置と、
前記回転の多数の方向で検出された透過像から前記被検体の断層像を再構成する画像構成装置と、
前記被検査物に対して物理的エネルギーを加える事象発生装置と、
前記事象発生装置からの物理的エネルギーによって変化した被検査物の状態を測定する計測装置と、
前記計測装置の計測結果に基づいて、前記Ｘ線発生器、前記試料テーブル、前記回転装置及び前記事象発生装置の少なくとも一つについて、その動作を制御する制御装置と、
を備える非破壊解析装置。
【請求項３】
前記Ｘ線発生器はそのＦＯＤ、視野、撮影方向の少なくとも１つについて、前記制御装置により可変に構成されている請求項１または請求項２に記載の非破壊解析装置。
【請求項４】
前記試料テーブルは前後、左右、上下及び回転方向の少なくとも一つについて移動可能であり、その移動量は前記制御装置により制御される請求項１または請求項２に記載の非破壊解析装置。
【請求項５】
前記事象発生装置は前記被検査物に対して電流、電圧、温度、衝撃力、曲げ圧力、剪断力、貫通力の少なくとも１つを加えるものであり、
前記計測装置は前記被検査物に加えられた電流、電圧、温度、変形度の少なくとも１つをＸ線透視画像の収集と同時に、または同期間内に測定する請求項１または請求項２に記載の非破壊解析装置。
【請求項６】
前記事象発生装置は前記被検査物を貫通する釘と、前記釘を被検査物に対して出没させる操作装置と、前記操作装置の駆動機構を備え、
前記制御装置は前記操作装置による釘の移動速度、移動方向及び移動の開始並びに停止を制御する請求項１または請求項２に記載の非破壊解析装置。
【請求項７】
前記事象発生装置は前記被検査物を貫通する釘と、前記釘を被検査物に対して出没させる操作装置と、前記操作装置の駆動機構を備え、
前記制御装置は前記Ｘ線発生器のＦＯＤ、視野、撮影方向の少なくとも１つを制御する請求項１または請求項２に記載の非破壊解析装置。
【請求項８】
前記事象発生装置は前記被検査物を貫通する釘と、前記釘を被検査物に対して出没させる操作装置と、前記操作装置の駆動機構を備え、
前記制御装置は前記試料テーブルの前後、左右、上下及び回転方向の少なくとも一つについてその移動量を制御する請求項１または請求項２に記載の非破壊解析装置。
【請求項９】
前記Ｘ線検出器はＸ線の照射量の変化に対して高速に応答することができるＸ線イメージインテンシファイアと、前記Ｘ線イメージインテンシファイアの出力可視像を高速度に収集することができる高速度カメラを備える請求項１から請求項８に記載の非破壊解析装置。
【請求項１０】
前記試料テーブルと前記事象発生装置の少なくとも一方は、前後、左右、上下及びローリング、ピッチング、ヨーイングにかかる回転方向のうち、少なくとも一つの方向について移動可能な回転装置を備え、前記制御装置は、前記試料テーブル、前記事象発生装置の少なくとも一方の、前後、左右、上下及びローリング、ピッチング、ヨーイングにかかる回転方向のうち、少なくとも一つの方向についてその移動量を制御する、請求項１から請求項９に記載の非破壊解析装置。
【請求項１１】
前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線に基づき、前記被検査物の透過画像データを表示する表示装置と、
前記試料テーブルの移動を作業者から指示される入力装置を備え、
表示装置に表示された前記透過画像データに基づき操作された前記入力装置により、前記試料テーブルの位置が、前後、左右、上下及びローリング、ピッチング、ヨーイングにかかる回転方向のうち、少なくとも一つの方向について移動され、前記被検査物のＸ線検出器による撮像開始時の位置が決定される、請求項１０に記載の非破壊解析装置。
【請求項１２】
前記Ｘ線検出器により検出されたＸ線に基づき、前記被検査物の透過画像データを表示する表示装置を備え、
前記制御装置は、前記透視画像データの解析装置を備え、前記画像解析装置により得られたデータに基づき、前記試料テーブル及び前記事象発生装置の位置が前後、左右、上下及びローリング、ピッチング、ヨーイングにかかる回転方向のうち、少なくとも一つの方向について移動され、前記被検査物のＸ線検出器による撮像開始時の位置が決定される、請求項１から請求項１０に記載の非破壊解析装置。
【請求項１３】
前記事象発生装置の動作に基づく前記被検査物の移動位置を検出する力センサーを備え、
前記制御装置は、前記力センサーにより検出された前記被検査物の位置に基づき、前記試料テーブル及び前記事象発生装置の少なくとも一方を移動させて、前記事象発生装置により物理的エネルギーが加えられ移動した前記被検査物を移動前の位置に再配置する、請求項１から請求項１２に記載の非破壊解析装置。
【請求項１４】
前記事象発生装置の動作に基づく前記被検査物の外形変化を検出するセンサーを備え、
前記制御装置は、前記センサーにより検出された前記外形変化に基づき、前記試料テーブル及び前記事象発生装置の少なくとも一方を移動させて、前記事象発生装置により物理的エネルギーが加えられ移動した前記被検査物を移動前の位置に再配置する、
請求項１から請求項１３に記載の非破壊解析装置。
【請求項１５】
前記Ｘ線発生器がＸ線の出力強度を制御する機能を備え、
前記被検査物の解析対象箇所の材料に応じて、前記Ｘ線強度を制御して前記被検査物の解析画像を撮像する、
請求項１から請求項１４に記載の非破壊解析装置。
【請求項１６】
前記被検査物の異常を検出するセンサーと、
前記被検査物の消火を行う消火装置と、を備え、
前記制御装置は、前記センサーにより検出された異常に基づき、前記消火装置を制御し前記被検査物の消火を行う、
請求項１から請求項１５に記載の非破壊解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、解析対象の物品（以下、被検査物という）に外部から物理的エネルギーを与えた場合に発生する被検査物の内部変化を、Ｘ線検出器を使用して解析する非破壊解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
衝撃その他の物理的エネルギーを加えた場合における被検査物の内部変化を解析する非破壊解析装置としては、特許文献１に記載のものが従来から知られている。この従来技術は、被検査物に衝撃を与える衝撃付与手段と、衝撃を与えられた被検査物にＸ線を照射するＸ線発生器と、被検査物を透過したＸ線を受光するＸ線検出器と、Ｘ線検出器からの出力を毎秒１００フレーム以上の速度で連続撮影する高速度カメラを備えている。
【０００３】
この従来技術によれば、衝撃によって変形する被検査物の内部の形状変化をＸ線透過像として撮影し、それをスローモーション再生することにより、与えられた衝撃とそれに対応する被検査物の経時的な変化を視覚的に捕えることができる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７６１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近では、この種の非破壊解析装置の被検査物として、リチウムイオン電池のような比較的小型で、しかも外部からの物理的エネルギーに対する変形の度合いが大きいものが採用されている。リチウムイオン電池は、異物の混入、衝撃などによって発火・発煙・爆発という危険な現象を生じることがある。これを解明するために、例えば、電池に対して釘刺しのようなピンポイントで圧力を加え、釘刺しの度合いと電池内部の膨張、発熱、発煙、発火などの関係を解析することが行われている。しかし、従来の釘刺し試験では釘を刺すだけで、電池の電極の何層目に刺すとどのような状態になるかといった現象を解明することができなかった。
【０００６】
このような小型の被検査物にあっては、非常に狭い範囲にＸ線を当てて撮影を行うことにより、釘刺しによって加えられた外力とそれに伴う電池の変形を詳細に解析する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載の装置では、非常に狭い範囲を視野としてそのＸ線透視像を撮影すると、釘刺しによって被検査物が変形した際に意図する観察範囲から被検査物が外れてしまい、電池の電極１層ごとに判別できる画像が得られなくなったり、甚だしい場合には変形部分が意図する観察範囲から外れてしまうなどの不都合が発生する。
【０００７】
特に、薄いセルを何層にも重ねて構成されたリチウムイオン電池のような被検査物にあっては、釘刺しの当初においては電池を構成するセルの凹みや破断などの物理的な変形が生ずるが、釘刺しが更に進むと電気的な短絡に伴う膨張や発火が発生する。すなわち、釘刺しの初期の段階による変形とその後の膨張や発火とでは、その変形量は大幅に異なることから、Ｘ線による視野や角度を釘刺しを開始した状態のままにしておくと、ピンボケや全体像が欠けた画像となり、適切な解析が望めなくなる。
【０００８】
また、被検査物を試料テーブルに配置するときに、被検査物をＸ線の照射角度に対し適切な位置に調整することが難しいとの問題点があった。リチウムイオン電池のような被検査物は、ミクロンオーダーで微細に構成されたセパレータや電極等の部材を有する。このため、Ｘ線の照射角度に対し、被検査物が微細にずれて配置された場合であっても、被検査物における観察すべき部分を、精密に識別することができなくなってしまうとの問題点があった。
【０００９】
このような問題点は被検査物が電池の場合に限るものではなく、他の物品においても同様に発生する。被検査物に加える物理的エネルギーの種類も、釘刺しのような機械的エネルギーに限らず、過熱や過電流を被検査物に加えた場合においても同様に発生する。更に、このような被検査物の変化に対してＸ線による視野や角度の調整が求められるだけでなく、加える物理的エネルギーの量を調整することも望まれる。
【００１０】
本実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本実施形態の目的は、事象発生装置によって物理的エネルギーを与えた場合における被検査物の状態変化を計測装置によって検出し、その結果に応じてＸ線発生器や事象発生装置などを制御することにより、適切な解析結果を得ることができる非破壊解析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１実施形態の非破壊解析装置は、次のような構成を有する。
（１）被検査物に対してＸ線を放射するＸ線発生器。
（２）前記Ｘ線の進路に設置され前記被検査物を載置する試料テーブル。
（３）前記被検査物を透過したＸ線を検出して可視光データとして出力するＸ線検出器。
（４）前記被検査物に対して物理的エネルギーを加える事象発生装置。
（５）前記事象発生装置からの物理的エネルギーによって変化した被検査物の状態を測定する計測装置。
（６）前記計測装置の計測結果に基づいて、前記Ｘ線発生器、前記試料テーブル及び前記事象発生装置の少なくとも一つについて、その動作を制御する制御装置。
【００１２】
第２実施形態の非破壊解析装置は、次のような構成を有する。
（１）被検査物に対してＸ線を放射するＸ線発生器。
（２）前記Ｘ線の進路に設置され前記被検査物を載置する試料テーブル。
（３）前記被検査物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器。
（４）前記放射線と交差する回転軸に対し前記テーブルと前記放射線とを相対的に回転させる回転装置。
（５）前記回転の多数の方向で検出された透過像から前記被検体の断層像を再構成する画像構成装置。
（６）前記被検査物に対して物理的エネルギーを加える事象発生装置。
（７）前記事象発生装置からの物理的エネルギーによって変化した被検査物の状態を測定する計測装置。
（８）前記計測装置の計測結果に基づいて、前記Ｘ線発生器、前記試料テーブル、前記回転装置及び前記事象発生装置の少なくとも一つについて、その動作を制御する制御装置。
【００１３】
第１実施形態または第２実施形態において、次のような構成を採用すると良い。ここで、Ｘ線発生器のＸ線焦点とＸ線検出器のＸ線入力面との距離をＦＤＤとする。Ｘ線発生器のＸ線焦点と電池の電極におけるＸ線光軸上に置かれた被検査物の中心位置との距離をＦＯＤとする。
（１）前記Ｘ線発生器はそのＦＯＤ、電池を撮影する視野・撮影方向の少なくとも１つについて、前記制御装置により可変に構成されている。
（２）前記試料テーブルは前後、左右、上下及び回転方向の少なくとも一つについて移動可能であり、その移動量は前記制御装置により制御される。
（３）前記事象発生装置は前記被検査物に対して電流、電圧、温度、衝撃力、曲げ圧力、剪断力、貫通力の少なくとも１つを加えるものであり、前記計測装置は前記被検査物に加えられた電流、電圧、温度、変形度の少なくとも１つをＸ線透視画像の収集と同時に、または同期間内に測定する。
（４）前記事象発生装置は前記被検査物を貫通する釘と、前記釘を被検査物に対して出没させる操作装置と、前記操作装置の駆動機構を備え、前記制御装置は前記操作装置による釘の移動速度、移動方向及び移動の開始並びに停止を制御する。
（５）前記事象発生装置は前記被検査物を貫通する釘と、前記釘を被検査物に対して出没させる操作装置と、前記操作装置の駆動機構を備え、前記制御装置は前記Ｘ線発生器のＦＯＤ、視野、撮影方向の少なくとも１つを制御する。
（６）前記事象発生装置は前記被検査物を貫通する釘と、前記釘を被検査物に対して出没させる操作装置と、前記操作装置の駆動機構を備え、前記制御装置は前記試料テーブルの前後、左右、上下及び回転方向の少なくとも一つについてその移動量を制御する。
（７）前記Ｘ線検出器はＸ線の照射量の変化に対して高速に応答することができるＸ線イメージインテンシファイアと、前記Ｘ線イメージインテンシファイアの出力可視像を高速度に収集することができる高速度カメラを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の非破壊解析装置のブロック図。
【図２】第２実施形態の非破壊解析装置のブロック図。
【図３】第３実施形態の非破壊解析装置のブロック図。
【図４】第３実施形態の非破壊解析装置の試料テーブル部分の外観斜視図。
【図５】第４実施形態の非破壊解析装置のブロック図。
【図６】第５実施形態の非破壊解析装置のブロック図。
【図７】第６実施形態の非破壊解析装置のブロック図。
【図８】他の実施形態にかかるＸ線ＣＴ装置を有する非破壊解析装置のブロック図。
【図９】他の実施形態にかかる事象発生装置部分が回動する非破壊解析装置の外観斜視図。
【図１０】図９の実施形態にかかる非破壊解析装置のブロック図。
【図１１】他の実施形態にかかる消火装置を有する非破壊解析装置のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［１．第１実施形態］
［１−１．実施形態の構成］
第１実施形態の非破壊解析装置では、図１のブロック図に示すように、放射線源であるＸ線発生器１と、被検査物Ｗを載せる試料テーブル２と、Ｘ線発生器１から放射されたＸ線ビームを受光するＸ線検出器３が、Ｘ線の光軸に沿って所定の間隔を保って配置される。
【００１６】
Ｘ線発生器１は、水平方向に円錐状のＸ線ビームを発するもので、Ｘ線ビームはテーブル２上に載置された被検査物Ｗを透過して、Ｘ線検出器３に達する。Ｘ線発生器１には、そのＦＯＤ、視野、撮影方向の少なくとも１つを変更するためのＸ線発生器駆動機構１１が設けられる。
【００１７】
試料テーブル２は、垂直方向の軸を中心として試料テーブル２を回転させる回転駆動機構２１と、Ｘ線の光軸方向Ｘ及び光軸と直交する水平方向Ｙと垂直方向Ｚに試料テーブル２を移動させるＸＹＺ駆動機構２２を備える。ＸＹＺ駆動機構２２は、回転駆動機構２１の上に載置される。回転駆動機構２１とＸＹＺ駆動機構２２は、起動及び停止と駆動量を制御する制御装置６に接続される。
【００１８】
Ｘ線検出器３は、被検査物Ｗを透過したＸ線を検出して可視光データとして出力するものであり、その出力側にはＸ線検出器３から出力された画像データを作業者が希望する形態で図示しないディスプレイに出力する画像構成装置５が接続される。
【００１９】
Ｘ線検出器３には、Ｘ線検出器３を光軸方向に移動させるＸ線検出器駆動機構７が設けられ、このＸ線検出器駆動機構７が制御装置６に接続される。
【００２０】
試料テーブル２に載置された被検査物Ｗの近傍には事象発生装置が設けられる。ここでは被検査物Ｗとして積層構造をなすリチウムイオン電池（電池と称する）とする。この事象発生装置として、本実施形態においては釘刺し装置８が使用される。釘刺し装置８は、電池に刺さる釘８１と、釘を電池に対して出没させる操作装置８２と、操作装置８２の駆動機構８３を備える。駆動機構８３は制御装置６に接続され、制御装置６は駆動機構８３による釘の移動速度、移動方向及び距離（例えば、電池表面からの角度、侵入距離）、侵入圧力及び移動の開始並びに停止を制御する。
【００２１】
電池の近傍には計測装置９が設けられる。本実施形態において、計測装置９としては、電池の電圧および電流を計測する電圧計９１と電流計９２、電池の周辺及び釘の温度を計測する温度センサー９３、電解液の沸騰状態を判定するガス検出器９４、電池の変形量を測定する歪み計９５及び光電管９６が設けられる。また、釘刺し装置８には、計測装置９として、釘８１が電池に刺さる過程で加わる反力を計測する圧力計９７及び加速度センサー９８が設けられる。
【００２２】
制御装置６には、Ｘ線発生器１の照射角度、試料テーブル２及びＸ線検出器３の移動位置や移動方向、釘刺し装置８の釘８１の移動速度、移動方向及び距離などを作業者が予め設定するための入力装置６１が設けられる。入力装置６１は、図示しないキーボード、マウスなどの入力装置、ネットワークなどの外部装置などから構成される。制御装置６には、計測装置９で得られたデータ値と、そのデータ値に対応する被制御装置の制御データを保存するメモリやハードディスクなどの記憶装置６２が設けられる。
【００２３】
［１−２．実施形態の作用］
（１）基本的な動作
本実施形態においては、試料テーブル２の上に被検査物である電池を置いた状態で釘刺し装置８を駆動し、釘８１を電池に突き刺していく。この場合、釘８１の突き刺す速度や方向、突き刺す深さについては、入力装置６１を用いて制御装置６に予め設定しておく。一例として、釘８１の起動から釘８１の先端が電池の所定の深さに達するまでの時間は十秒程度である。釘の起動と同時にあるいは釘の起動から一定の時間経過後に、Ｘ線発生器１からＸ線を放射し、釘の移動状態とそれに伴う電池の変形状態をＸ線で透視し、Ｘ線検出器３によって受光することによって釘の移動状態とそれに伴う電池の変形状態のＸ線透視画像を得る。釘の進行方向は、電池内の平行に並んだ電極の各層に垂直な方向とする。
【００２４】
画像構成装置５によって生成されるＸ線透視画像は、画像構成装置５においてスローモーション映像に変換され、図示しないディスプレイに表示されても良い。
【００２５】
（２）Ｘ線発生器１の制御
積層構造を成している電池の電極を一層ずつ分離したＸ線透視画像を得るためにはそれぞれの電極に平行または平行に近い角度でＸ線が透過することを要する。例えば、釘の先端が電池の外装の表面に接触した状態で、第一層目の電極がそれに隣り合う第二層目の電極と分離して識別できるように設定されている場合を考える。
【００２６】
釘刺しに伴って、電池の外装及び電極は変形する。釘は電池内部に押し込まれることになるので、そのＸ線透視画像において第一層目と第二層目の各電極を分離して識別できる状態であったものが分離して識別できない状態になることがある。そこで、本実施形態では、電池の変形量を歪み計９５や光電管９６によって計測し、その計測値を制御装置６に送信する。
【００２７】
制御装置６においては、予め記憶されている計測値とそれに対応する駆動量に応じて、Ｘ線透視画像において第一層目と第二層目の各電極を分離して識別できるようにＸ線発生器駆動機構１１を駆動する。
【００２８】
同様に、釘刺しの進行に伴い電池が膨張あるいは爆発し、変形量が撮影当初に意図していた観察状態から外れた場合には、計測装置９によってその変形量を検出し、制御装置６はその変形量に対応した観察状態が得られるようにＸ線発生器駆動機構１１を制御する。
【００２９】
Ｘ線発生器１の位置、電池の視野及び撮影方向の制御は必ずしも計測装置９による変形量の計測値に基づいて行う必要はない。例えば、電池に釘を刺すことによる短絡電流とそれによる発熱量や、電圧変動、外形変化量との間には密接な関係があるので、あらかじめ決めた閾値以上に発熱量などが上昇した場合には、その計測値を受信した制御装置６により、計測値に応じて視野やＸ線透視角度などを調整することができる。
【００３０】
（３）試料テーブル２の制御
釘刺しに伴って電池が変形した場合、計測装置９の計測値に応じてＸ線発生器１の位置を制御する代わりに、試料テーブル２を移動させることも可能である。試料テーブル２には回転駆動機構２１およびＸＹＺ駆動機構２２が設けられているので、計測装置９からの計測値に基づいて制御装置６がこれらの駆動機構２１，２２を制御することで、試料テーブル２を回転あるいはＸＹＺ方向に移動させる。これにより、Ｘ線発生器１は固定のままで、電池を異なる方向や異なる視野で撮影することができる。
【００３１】
（４）釘刺し装置８の制御
釘刺し装置８には、計測装置９として圧力計９７や加速度センサー９８が設けられているため、釘刺しの進行に伴う電池からの反力や釘刺し時の衝撃を計測することができる。そこで、この計測値が予め決めた閾値を超えた場合には、釘刺しの停止や進入速度の減速を行うように、制御装置６によって釘刺し装置８の駆動機構８３を制御する。
【００３２】
これにより、電池からの反力が大きくなることを検出して、破断あるいは貫通などの直前で変形状態を撮影することが可能となる。また、計測装置９として、電圧計９１、電流計９２、温度センサー９３あるいはガス検出器９４などを使用し、釘刺しによる電池の急激な電圧・電流変化や発熱、さらにはガス漏れ・発煙・発火などの予兆を早い時点で検出し、その検出結果に基づいて制御装置６によって釘刺しの停止や釘の引き抜きを行うことができる。
【００３３】
（５）Ｘ線検出器３
制御装置６は、計測装置９からの計測値に従って、Ｘ線検出器３がＸ線像を収集するタイミングを制御する。すなわち、電池に対する釘刺しが一定の深さに達したり、電池の発熱が予め設定した閾値を超えたりした状態からＸ線像の収集を開始或いは停止させる。また、制御装置６によるＸ線発生器１の撮影方向と連動するように、Ｘ線検出器３の受光角度を変化させる。
【００３４】
Ｘ線検出器３から得られるＸ線像のデータは、一般に毎秒３０コマ程度であるが、例えば、高速に応答するＸ線イメージインテンシファイアとその出力可視像を撮像する高速度カメラを用いることによって、毎秒３０コマを越えて例えば毎秒１０００〜１００００コマ程度の高い時間分解能を得ることができる。
【００３５】
［１−３．実施形態の効果］
本実施形態は、次のような効果を有する。
（１）計測装置９の計測結果を制御装置６によってＸ線発生器１や試料テーブル２、さらには釘刺し装置８の駆動機構２１，２２，７，８３などにフィードバックすることにより、リアルタイムの透視画像をもとに、釘刺し装置８の釘８１の先端および電池の計測部位を任意に変更することができる。すなわち、釘８１の先端または電池の表面など、任意の箇所が視野の中心に位置するように画像情報をもとに装置の各部を調整することにより、観察すべき電池内の各層のそれぞれの電極が分離して識別できる状態で、しかも解析に適した適正なタイミングで撮影されたＸ線透視画像を得ることが可能となる。
【００３６】
（２）計測装置９による計測結果と予め設定された安全な状態を確保できる閾値を基に制御装置６が試料テーブル２や釘刺し装置８の釘８１の位置を制御することが可能であるため、計測結果に応じて電池の位置を変更したり釘刺し装置の起動・停止を制御することにより、釘刺し試験を安全に実施することが可能となる。
【００３７】
（３）釘刺し試験によって電池の変形や損耗が釘刺し開始時からある程度の時間が経過して発生するような場合、解析対象の現象が発生する予兆を計測装置が検出した時点からＸ線発生器１およびＸ線検出器３の起動を開始させることができる。その結果、ごく短時間に発生する被検査物の最も重要な変化を高い時間分解能で集中的に観察することが可能となる。
【００３８】
（４）特に、前記したように被検査物Ｗがリチウムイオン電池のような薄い電極を積層した物品の検査においては、釘刺し試験中に電池の外装及びその内部の電極が変形し、そのＸ線透視画像において分離して識別することができる電極の状態が変化することが多いが、本実施形態では電極の変形にＸ線発生器１が追従するので、釘刺しによる変形の様子を電極一層ごとに確実に捉えることができる。また、計測装置９からの計測値にもとづいてX線が適切に照射されるように試料テーブル２を調整することで、電池内の電極の各層が識別しやすい角度にX線が照射されることになり、観察すべき電極の各層を分離して識別することができるＸ線透視画像を得ることができる。
【００３９】
［２．第２実施形態］
第２実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置に本発明を適用したものであって、被検査物Ｗに対してＸ線発生器１及びＸ線検出器３が相対的に回転する部分において第１実施形態とは異なるもので、他の構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と同様な構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
第２実施形態においては、試料テーブル２の周囲に被検査物Ｗを中心としてＸ線発生器１及びＸ線検出器３を回転させるための回転装置１０が設けられている。この回転装置１０としては、従来のＸ線ＣＴ装置に使用されているものを適宜使用することができる。例えば、リング状をした大型のターンテーブルの中心開口部にＸＹＺ駆動機構２２を有する試料テーブル２を固定すると共に、ターンテーブル上に試料テーブル２を挟むようにＸ線発生器１とＸ線検出器３を固定し、試料テーブル２をＸＹＺ駆動機構２２によって一定の間隔で移動させながらターンテーブルを回転させる装置を使用することができる。
【００４１】
第２実施形態においては、予め定めた１つあるいは複数のタイミングに従い、電池のＣＴ撮像を行う。このタイミングは、例えば計測装置９によって検出した電池の変形度や温度上昇、あるいは釘刺し装置８の移動ストロークに応じて決定することができる。複数のタイミングにおいてＣＴ撮像を行う場合に電池の同一個所の異なるタイミングのＣＴ撮像を行ってもよいが、ＸＹＺ駆動機構２２を制御することで、各タイミングにおける被検査物Ｗの撮像位置を異ならせることも可能である。
【００４２】
このように第２実施形態では、Ｘ線発生器１とＸ線検出器３を被検査物の周囲で回転させ、回転の多数の方向で検出された透過像から電池の断層像を得ることができる。この場合、Ｘ線検出器３で受光した透視撮像データを画像構成装置５によって再構成することで、作業者が希望する適切な３Ｄ画像を得ることが可能となる。
【００４３】
第２実施形態においては、第１実施形態と共通する効果に加え、次のような効果が発揮される。
（１）ＣＴ撮像によって被検査物が事象発生装置による変化中の任意の時点での３Ｄ画像を求めることができる。すなわち、釘刺し装置８における釘刺し中の任意の時点での３Ｄ画像の取得が可能となる。
【００４４】
（２）複数のタイミングにおいてＣＴ撮像を行った場合には、ＣＴ撮像によって電池が、釘刺し装置８による変化中の任意の２点におけるＣＴ値を求めて、それらを比較することによって、電池の内容の変化を求めることができる。例えば、被検査物が電池の場合には、ＣＴ撮像によるＣＴ値の取得を行い、電池の挙動変化に対する成分の変化や、温度の類推を行うことができる。
【００４５】
［３．第３実施形態］
第３実施形態は、被検査物の初期位置を手動で位置補正するものであって、図３及び図４に示すように、試料テーブル２をローリング及びピッチングの２方向に回転させる回転機構２３と、被検査物の透過画像データを表示する表示装置６３を有する点が第１実施形態と異なる。他の構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と同様な構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４６】
第３実施形態においては、試料テーブル２を前後、左右、上下に移動させるＸＹＺ駆動機構２２、試料テーブル２をヨーイング（Ｙ軸周囲の回転）方向にて回転する回転駆動機構２１に加え、試料テーブル２をローリング（Ｚ軸周囲の回転）方向、ピッチング（Ｘ軸周囲の回転）方向に回転させる回転機構２３を有する。ＸＹＺ駆動機構２２、回転駆動機構２１及び回転機構２３は、制御装置６によって駆動される。入力装置６１は、作業者が、ＸＹＺ駆動機構２２、回転駆動機構２１、回転機構２３を移動させるコマンドを制御装置６に対して入力する機能を有する。
【００４７】
表示装置６３は、液晶ディスプレイ等により構成され、Ｘ線検出器３により検出されたＸ線に基づき、被検査物Ｗの透過画像データをリアルタイムにて表示する。作業者は、表示装置６３に表示された透過画像データに基づき入力装置６１を操作し、制御装置６０を介して、ＸＹＺ駆動機構２２、回転駆動機構２１及び回転機構２３を移動量させて、被検査物Ｗの撮像開始時におけるＸ線光軸との位置関係を決定する。
【００４８】
本実施形態によれば、作業者は、表示装置６３にリアルタイムで表示された被検査物Ｗの透過画像データを確認しつつ、入力装置６１を操作し、試料テーブル２の位置を前後、左右、上下及びローリング（Ｚ軸周囲の回転）方向、ピッチング（Ｘ軸周囲の回転）方向、ヨーイング（Ｙ軸周囲の回転）方向の少なくとも一つの方向について移動させ、被検査物ＷのＸ線検出器３による撮像開始時の位置を決定することができる。これにより、被検査物に対するＸ線の照射角度が適切に調整され、被検査物Ｗにおける観察すべき部分が、より精密に識別される。特に、単に試料テーブル２上に検査物Ｗのセットしただけでは、ミクロンオーダーの微小な厚みを有する電極とセパレータをＸ線光軸と平行な位置にセットすることは困難であるが、本実施形態によれば、被検査物Ｗのセット後にさらに透視画像を見ながら試料テーブル２をローリング或いはピッチングさせることにより、Ｘ線光軸と被検査物Ｗの電極などを平行にセットすることが可能になる。
【００４９】
［４．第４実施形態］
図５に示す第４実施形態は、第３実施形態において作業者が手動で行っていた被検査物の初期位置の補正を自動的に行うものである。すなわち、制御装置６には画像解析装置６４が設けられ、この画像解析装置６４により、表示装置６３に表示された透過画像データの明度、彩度等の鮮明度を算出し、この鮮明度に基づき、試料テーブル２の位置を移動させる。すなわち、リチウムイオン電池のような被検査物において、Ｘ線は樹脂部材から構成されたセパレータ部分において透過し易く、金属箔から構成された電極部分において透過し難い。そのため、Ｘ線光軸と電極部分が平行でなく、隣接する電極部分が重なり合っていると、撮像された映像中の明度が低くなり、コントラストも低下する。一方、Ｘ線光軸と電極部分が平行であると、画像中には明暗のはっきりとした縞模様が表示されるので、そのような画像が画像解析装置６４によって得られるまで、ＸＹＺ駆動機構２２、回転駆動機構２１、回転機構２３を制御して、被検査物の位置決めを行う。
【００５０】
このように第４実施形態によれば、Ｘ線検出器３によって得られた透過画像データの明度、彩度等の鮮明度を画像解析装置６４により算出し、この鮮明度に基づき、制御装置６により試料テーブル２の位置を移動させ被検査物Ｗの撮像開始時の位置を決定する。これにより、作業者の負担がなく、被検査物Ｗに対するＸ線の照射角度が自動的に調整され、被検査物Ｗにおける観察すべき部分が、より精密に識別される。
【００５１】
なお、第４実施形態において、被検査物の初期位置の補正の必要性を検出する手段としては、Ｘ線の透視画像を解析する以外に、通常のカメラなどで被検査物の外観を撮影して、その外形、例えばＸ線光軸と平行となるべき被検査物の壁面の角度を検出することで、被検査物の初期位置を決定するものも使用できる。
【００５２】
［５．第５実施形態］
図６に示す第５実施形態は、被検査物に対する釘刺し後の位置補正を行う機能を有する。すなわち、試料テーブル２上の被検査装置は、釘刺しのように外部からの物理エネルギーが与えられると、セットした初期位置からずれることがある。被検査物Ｗの位置が移動してしまうと、被検査物Ｗにおける観察すべき部分を、精密に識別することができなくなってしまう。
【００５３】
本実施形態では、計測装置９は、被検査物Ｗの位置を検出する力センサー１１１を備える。力センサー１１１としては、産業用ロボットなどで使用される６軸タイプのひずみゲージ式或いは圧電タイプのセンサーが使用できる。制御装置６は、力センサー１１１を被検査物Ｗに接触させた状態で針刺し動作を行い、被検査物Ｗに加わる力を力センサー１１１により検出し、検出した力に基づいて被検査物Ｗの移動方向及び移動量を算定する。また、釘刺し装置８側に力センサー１１１を設けて、被検査物Ｗからの反力を測定することにより、被検査物Ｗの移動量を検出することもできる。制御装置６は、この移動方向や移動量に基づいて試料テーブル２を移動させて、事象発生装置である釘刺し装置８により物理的エネルギーが加えられて移動した被検査物Ｗを、移動前の位置に再配置する。
【００５４】
本実施形態によれば、たとえ釘刺し装置８により被検査物Ｗが移動しても、撮像範囲が観察対象の箇所から外れることがなく、被検査物Ｗにおける観察すべき部分を、より精密に識別することができる。特に、最近の力センサー１１１は、微小な圧力を検出することが可能であることから、釘刺しの圧力による被検査物Ｗの微小な移動量を検出することができ、金属薄膜から構成された電極がごくわずかに移動した場合でも正確に初期設置位置に復帰させることが可能となり、釘刺しによって変形した電極やセパレータの状態を正確に把握することができる。
【００５５】
［６．第６実施形態］
図７に示す第６実施形態は、被検査物Ｗの外形変化を検出する外形センサー１１２を備える。すなわち、釘刺し装置８により物理的エネルギーが加えられたとき、被検査物Ｗの外形が変形してしまう場合がある。被検査物Ｗの外形が変化してしまうと、Ｘ線発生器１及び／またはＸ線検出器３に対する被検査物Ｗにおける観察すべき部分の相対的な位置が変化してしまい、観察すべき部分を精密に識別することができなくなってしまう。本実施形態は、このような問題に対処するものである。
【００５６】
本実施形態において、外形センサー１１２は、ライブカメラやレーザセンサー等の外形計測装置、電池表面の歪を計測する歪ゲージ等により構成される。制御装置６は、針刺し動作に伴う被検査物Ｗの外形変化を外形センサー１１２により検出し、その検出データに基づき被検査物Ｗの移動方向や移動量を検出し、これをＸＹＺ駆動機構２２、回転駆動機構２１、回転機構２３に送信することにより、試料テーブル２を移動させて、被検査物Ｗを予め定められた位置に再配置する。これにより、被検査物Ｗにおける観察すべき部分を、より精密に識別することができる。
【００５７】
［３．他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。具体的には、次のような他の実施形態も包含する。
【００５８】
（１）事象発生装置としては、第１実施形態に示した釘刺し装置に限定されるものではなく、被検査物に対して電流、電圧、温度、衝撃力、曲げ圧力、剪断力、貫通力の少なくとも１つを加えるものが使用できる。その場合、計測装置は被検査物に加えられた電流、電圧、温度、変形度の少なくとも１つを測定する。例えば、電池に対して過電流や過電圧を印加する電源を接続し、温度計により電池の発熱状態を計測したり、光電管などによって電池の膨張や変形度合いを計測し、その計測値に応じて電池と電源の接続を遮断する。
【００５９】
（２）計測装置の計測結果によって制御する対象は、Ｘ線発生器１、試料テーブル２、事象発生装置のいずれか１つあるいは複数の組み合わせであって、第１実施形態に示したすべての計測装置とそれによって制御される各装置が本発明において必須の構成ではない。
【００６０】
（３）被検査物Ｗとしては、電池に限らず、事象発生装置からの物理的エネルギーによって経時的変化を行うもので、Ｘ線透視が可能なものであれば、どのような物品でも使用可能である。
【００６１】
（４）第２実施形態において被検査物とＸ線発生器１およびＸ線検出器３を相対的に移動させる回転装置としては、試料テーブル２が回転し、Ｘ線発生器１及びＸ線検出器３が直線的に移動するものであっても良い。第２実施形態における計測装置９の計測値による制御は、ＣＴ撮像のタイミングの制御のみに用いられるものではなく、第１実施形態に示したように、視野および撮影方向の調整、事象発生装置の制御などにも使用できる。
【００６２】
（５）図８に示すように、第２実施形態のＸ線ＣＴ装置が、試料テーブル２を２方向に回転させる回転機構２３、被検査物の透過画像データを表示する表示装置６３、力センサー１１１、外形センサー１１２を備えるようにしてもよい。
【００６３】
（６）図９及び図１０に示すように、事象発生装置側に回転機構８４を設けて、この回転機構８４により事象発生装置が、ローリング方向、ピッチング方向に回転するようにしてもよい。この他の実施形態においても、試料テーブル２上に被検査物Ｗをセットした後に、被検査物ＷとＸ線光軸との正確な位置合わせを実施することができる。回転機構８４を事象装置側に設けた場合も、第３実施形態から第７実施形態に記載の構成を適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００６４】
（７）上記の各実施形態における、非破壊解析装置は、図１１に示すように被検査物Ｗの消火を行う消火装置１２０を備えていてもよい。計測装置９は、被検査物Ｗの温度を検出する温度センサー９３、発煙を検出する煙センサー１１３、内圧を検出する圧力計９７を有し、被検査物Ｗにおける発火、発煙、爆発等の異常を検出する。制御装置６は、計測装置９により検出された異常に基づき、消火装置１２０を制御し、被検査物Ｗの消火を行う。消火装置１２０は、砂、真空、不活性ガス、Ｎｉパージのうち少なくとも一つにより被検査物Ｗの消火を行う。電池等の被検査物Ｗは発火しやすいが、これにより、より安全に、被検査物Ｗの観察を行うことができる非破壊解析装置を提供することができる。
【００６５】
前記各実施形態において、Ｘ線発生器１として、Ｘ線の出力を制御することのできるものを使用することかできる。例えば、金属箔から成る電極、樹脂製のセパレータ、或いは金属或いは樹脂製の電池ケースなどはそれぞれ材質が異なり、Ｘ線の透過率も異なる。そのため、事象発生を観察する対象ごとに適切なＸ線強度を選定する。事象発生装置による形状の変化を、観察対象の材料に応じた強度のＸ線を用いて解析することが可能となり、被検査物Ｗの金属部分や樹脂部分などの変形量を正確に把握することができる。
【符号の説明】
【００６６】
Ｗ…被検査物
１…Ｘ線発生器
１１…Ｘ線発生器駆動機構
２…試料テーブル
２１…回転駆動機構
２２…ＸＹＺ駆動機構
２３…回転機構
３…Ｘ線検出器
５…画像構成装置
６…制御装置
６１…入力装置
６２…記憶装置
６３…表示装置
６４…画像解析装置
７…Ｘ線検出器駆動機構
８…釘刺し装置
８１…釘
８２…操作装置
８３…駆動機構
８４…回転機構
９…計測装置
９１…電圧計
９２…電流計
９３…温度センサー
９４…ガス検出器
９５…歪み計
９６…光電管
９７…圧力計
９８…加速度センサー
１１１…位置センサー
１１２…外形センサー
１１３…煙センサー
１２０…消火装置
【図１】
2019090802.tif 000003
【図２】
2019090802.tif 000004
【図３】
2019090802.tif 000005
【図４】
2019090802.tif 000006
【図５】
2019090802.tif 000007
【図６】
2019090802.tif 000008
【図７】
2019090802.tif 000009
【図８】
2019090802.tif 000010
【図９】
2019090802.tif 000011
【図１０】
2019090802.tif 000012
【図１１】
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