日承包装学会誌ＶＯＬ９ノＶＯ３⑫００の一般論文

スチール缶対応Ｘ線缶巻締測定装置の開発とそのＸ線波長について

高本雄治＊・中山博司＊・袖山敦史梓・河西勝興＊

ＴｈｅｄｅｖｅＩｏｐｍｅｎｔｏｆａｎａｕｔｏｍａｔｉｃｃａｎｓｅａｍｍｅａｓｕｒｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
ａｎｄａｓｐｅcuIationontheX-raywavelength

ＹｕｊｉＴＡＫＡＭＯＴＯ・ＨｉｒｏｓｈｉＮＡＫＡＹＡＭＡ、ＡｔｓｕｆｕｍｉＳＯＤＥＹＡＭＡ．、
ａｎｄＫａｔｓｕｏｋｉＫＡＷＡＮｌＳＨＩ。

Alunlinumcans（lid,body/alunlinum）havebeenmainlyusedbybeermakers､Recentlysteclcans(lid/aluminum,bodv/iron)havebeenpaidattentionfromthepointofrecyclingsystcmsinen・
vironmentalproblems・Ｉｎｆａｃｔ,beernlakershavetriedtousesteelcansinpackaging
Generallyinspectｉｏｎｔｅｒｍｓｉｎｃａｎｓｅａｍｈavebeenmeasuredbydestructivemethodwithper‐

sonsexperienced，Wedevelopedanewautomaticcanseammeasuringequipnlentw]]ichnleasured
non-destructivelyandeasilynlanagedthejnspectiontermsforsteelcans・Theequipmentischar‐acterizedbyamicro-bcusingX､raytubeandimageprocessing、Inadditionweestinlatedthcre‐
gionofX-raywavelengthfortheinspectionolsteelcanfromexperimentsandsimulation，andthc
regionwasfromO､１４ｔ00.40Ａ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：X-ray,CanseamSteelcan,Wave1ength

ビール缶としてアルミ缶（缶蓋・缶胴がアルミニウムの缶）が主に用いられているが、近年、環境問題という観点からスチール缶（缶蓋がアルミニウム、缶胴が鉄の缶）が見直され、スチール缶の使用がビール業界で進みつつある。一般に缶巻締部の検査では、缶巻締部を切断・解体する破壊検査が熟練者により行われている。我々は、非破壊検査および省力化を目的として、アルミ缶対応Ｘ線缶巻締測定装置の開発経験に基づき、スチール缶対応Ｘ線缶巻締測定装置をマイクロフォーカス型Ｘ線管および画像処理を用いて開発・実用化した。さらに、その装置を用いてスチール缶の巻締測定をするのに必要なＸ線波長域を0.14-ｑ40Ａと推定した。
キーワード：Ｘ線、缶巻締、スチール缶、波長

準サッポロビール(株）テクニカルセンター（〒332-0033崎玉県川口市並木元町1-1）：SapporoBreweriesLtd
TechnicalCenterl-1,Namikimotonlachi,KawaguchioSaitama332-OO33,Japan**日立エンジニアリング(株）画像システム部（〒319-122l茨城県日立市大みか町5-1-26昨HitachiEngineeringCo.，
Ｌｔ〔LImageProcessorDevelopmentDepL1-26,Ohmika-cho5-chomaHitachi､shi，Ibaraki319-1221Japan
－１７３－

スチールilrｵ沌Ｘ線/１７巻締測定装置のﾉﾘ粁発とそのＸ線波長仁ついて

1．緒言TablelAbsorptioncoefficientsofＡ１ａｎｄＦｅ

波長(Ａ） ｱﾙﾐﾆｳﾑ

日本では､ビール缶として主にアルミ缶(缶（l／ｃ、）

鉄

2.08

0.100.42

０ 2００ 7５

９ 1２0 3０

１ ４１2７ 1２おり、その缶詰製造における密閉性の保持は、

0 4０

２ ６１5９ 7４

缶胴に缶蓋を二重に巻締める、いわゆる二重０ 5０

４ 9０

1１０ 8３０ 6０

８ ６１1８７ 8５

０ 7０

1３ 3２290 0３

蓋・缶胴がアルミニウムの缶）が使用されて巻締め法により行われている。通常その検査に当たっては缶巻締め部を切断・解体する破二重巻締めしたスチール缶の場合、缶胴の壊検査が行われているが、缶巻締め部を切鉄材がアルミニウム部を覆い隠している

断・解体する破壊検査では、ビール缶内にガ(Fig.１)。その結果、アルミニウムと鉄のＸス圧のかかった本来の状態での測定はできず、線に対する吸収係数（Tableｌ）の差に起因

またその作業は熟練を要する。このことから、するＸ線透過率に大きな差異が生じ、鮮明なこれまでに我々は非破壊検査および省力化をＸ線透過画像が得られない。巻締め寸法値を目的として、アルミ缶対応のＸ線缶巻締測定

自動測定するためは、特に巻締め管理上の重装置を実用化し')、従来の破壊検査と同様な要値であるＵＣ（Fig.１）を知ることが課題

巻締め管理を行なってきた。

であり、装置開発のポイントとなる。

製鉄メーカーで組織する鋼材倶楽部の96年

我々はマイクロフォーカス型Ｘ線管の採用

現在の報告2)では、飲料全体のスチール缶および画像処理により、断面画像の分解能を(缶蓋がアルミニウム・缶胴が鉄の缶）使用高め、スチール缶対応Ｘ線缶巻締測定装置を率は約60％で、そのリサイクル率は７７％で実用化した。さらに今後の装置の改良を念頭あるのに対し、アルミ缶のリサイクル率はにおき、実用化された本装置を用いてスチー70％と報告されている。環境問題という観ル缶の巻締め測定に重要なＸ線波長域を推定点からスチール缶がビールの製造現場においした。ても見直され、さらに製鉄、製缶メーカーがビール用スチール缶の改良を行う等の努力もあり、スチール缶の使用がビール業界でも進みつつある。このような背景に基づき、我々はアルミ缶と同様な検査ができるスチール缶対応Ｘ線缶巻締測定装置の実用化の検討を行なった。

開発に当たって問題となるのは、アルミニ

ウムと鉄のＸ線に対する吸収係数の違いである（Tableｌ；アルミニウム、鉄の密度5）をそれぞれ２６９，７８６９．cm－３として文献３，911111111露FiglCrosssectiondiagramshowingtypicalseam４から計算した｡）－１７４－

日本包装学会誌Ｖｏｌ９ノVn3cOOOノ

2．実験

装置の保守、改良さらには巻締め測定を効率的に行うには適切な管電圧、管電流を知る

2.1スチール缶対応Ｘ線缶巻締測定装置ことが重要である。そこで我々は、スチール缶として市販されている種々の飲料缶を用い、の概要
開発実用化されたスチール缶対応Ｘ線缶巻その巻締め部を測定するのに適したＸ線管の締測定装置についてその概要を述べる。（本管電圧および管電流を探索した。探索に当た装置は、従来のアルミ缶および缶蓋・缶胴がっては、Ｘ線管の管電圧および管電流をそれ鉄の缶も測定可能である｡）

ぞれ70-130ｋＶ、30-300仏の範囲で種々

従来の破壊検査では巻締め断面像による巻に組み合わせ実験を行なった。管電圧、管電締め管理を行っている。そこで従来の破壊検流の組合せによる巻締め測定の適否は、断面査と対応させるために、ｘ線を缶巻締め部の画像の処理が最も困難なＵＣ（Fig.１）の測接線方向から照射して（Fig.２)、巻締め部定可能性を判断基準とした。

断面画像を得ることを試みた。

3．結果□(iZiIDJ)□

検出器

Ｘ線管の管電圧と管電流の種々の特定の組合せでＵＣの画像処理測定が可能であった。
その結果、管電圧が高いときには低い管電流、Ｘ線管管電圧が低いときには高い管電流という傾向

Fig.２Theoutlineofmeasurementがみられた。Ｔａｂｌｅｌで示したようにＸ線の当社で開発・実用化したこれまでのアルミ

透過はそれぞれの波長で異なっている。後述

缶用Ｘ線缶巻締測定装置ではＸ線の焦点が大のKramerの式6)によれば、Ｘ線管から発生きく、スチール缶では巻締め寸法値を算出すする波長域は管電圧に依存していることから、るのに適した断面画像は得られなかった。そ管電圧に着目し実験を整理した。その結果、

こで、焦点の大きさを１０似ｍまで小さくでＵＣが測定可能な画像が得られた最小管電圧きるマイクロフォーカス型Ｘ線管を採用し、は９０ｋＶで、そのときの管電流は３０叩Ａで像の拡大率を大きくした。撮像は、Ｘ線イメあった。なお、缶蓋・缶胴が鉄の缶と缶蓋がージインテンシファイアとＣＣＤカメラの組

アルミニウム・缶胴が鉄のスチール缶では、み合わせで行った。得られた画像は画像処理同程度の管電圧と管電流で同様な画像が得らにより、２０瓜、以下の精度で巻締め寸法値のれた。

自動算出が可能であった。以下の実験はこの装置により行なった。

4．考察

2.2スチール缶巻締め部測定に適したＸ線4.1測定結果の解析

管の管電圧および管電流の探索

タングステンから発生する連続Ｘ線スペク－１７５－

スチール蒜jfit応Ｘ線缶巻締jWM定装置の開発とそのＸ線波長仁ついてトルについてその波長と強度をKramerの用いて検討した。計算に当たって定数Ｋを式6)を用いて検討した。

１００とした。その結果、0.13Ａ以下のＸ線強度はＯである（Fig.３）にもかかわらず画像

Kramerの式

Ｉ＝KiZ(ｽ/ｽmin-1)/几２が得られたことから、0.13Ａ以下のＸ線は測(1)定には不要であることが分かった。

（』、ｉｎ＝124/V）
I：Ｘ線強度

4.2鉄のＸ線透過シミュレーション

Ｋ：定数(任意）

結果で述べたように、缶蓋・缶胴が鉄の缶

i：管電流（､A）と缶蓋がアルミニウム・缶胴が鉄のスチール

Ｚ：タングステンの原子番号（＝74）

缶では、同程度の管電圧と管電流で同様な画

ス：Ｘ線波長（A）像が得られたことから、缶蓋・缶胴が鉄の缶

ｽ、ｉｎ：連続Ｘの最短波長（A）を想定してＸ線透過のシミュレーションを行Ｖ：管電圧（ｗ）った。Ｔａｂｌｅｌの鉄の吸収係数に基づき、缶（１）式において定数Ｋを１００，管電流を３００

巻締め部に対して接線方向から各波長のｘ線/uA、管電圧を９０，１１０，１３０ｋＶとしたときを照射した場合（Fig.２）について、入射ＸのＸ線強度の例をＦｉｇ．３に示した（横軸は線強度をIC、透過Ｘ線強度をＩとして、巻締Ｘ線波長；単位A)。

め部透過率を結果で示したように、最小管電圧として90kＶ（管電流30ＭA）のときＵＣが測定可

透過率(％)＝I/IC×１００＝exp(－ｍ）

能な映像が得られたが、この場合を(1)式を×100（２）7０6０、5０

凶嗣醒×4０3０2０ID

００００５0.10.15０２０２５０３０．３５０．４
波長(Ａ）

Fig.３１ntensityofcontinuousX-ray－１７６－日本包装学会誌ＷＬ９ノV０．３個000ノ

Table2PercenttransmissionofFe（%）
透過距離に、）

波長(Ａ）

0.05

0.10

０１５0.20０．２５0.300.1090.1

８１２73.2659

59.40 2０53.56３ ４4０ ２２５ ５1６1０ ２０ 3０2５ ８６ ５６ ６７0 ４０ １０ 00 4０

５ ０0 ３0 00 ０0 00 000 ４0 00 00 00 00 ０として計算した34)。ここでｌＵ（Ｃｍ－ｌ）はb、缶蓋がアルミニウム・缶胴が鉄のスチー

Tablelの吸収係数で鉄の連続体を仮定した。

ル缶対応ｘ線缶巻締測定装置が実用化された。

。（c､）は透過距離で０５－３ｍｍの範囲で計

さらにスチール缶の測定に必要な波長域が、算した。透過距離は、２０６径缶蓋を基準とし014-0.40Ａと推定されたことによ}〕、今後てその接線方向の長さを実測して範囲を決めの装置の改良が容易になった。

た。その結果、波長が0.40Ａ以上では、ほとんどＸ線は透過しないことが示された

く引用文献＞(Table２)。

ｌ）中山博司、小山登、門奈哲也、高阪功、第33回全日本包装技術研究大会一研究事
4.3測定のための有効波長の検討

例発表資料、ｐｌ６５（1995）

４．１および４．２の結果を総合的にまとめる

２）スチール缶一環境にやさしい２１世紀の容と、巻締め部測定のＸ線有効波長は、014-器、鋼材倶楽部（スチール缶委員会）040Ａであることが推定された。なお、対陰（1997）

極に用いているタングステンのＫαの特性Ｘ

３）理科年表（東京天文台編)、丸善、Ｐ

線は、0211Ａが一番強く、以下0209,

５５１Ｕ９９２）0.213Ａの順である7)。このことから、0.2Ａ

４）化学便覧基礎編Ⅱ改訂３版（日本化学会

付近のＸ線が関与している可能性もあり、今編)、丸善、pm-634、pn-637（1987）

後の検討が必要だろう。

５）３）のｐ438

６）大野勝美、川瀬晃、中村利度、“Ｘ線分
5．結論

析法"、共立出版、ｐｌ－ｌ４（1987）

７）３）のｐ548

焦点の大きさが1Ｍｍまで小さくできる（原稿受付1999年１１月５日）

マイクロフォーカス型Ｘ線管と画像処理によ（審査受理2000年２月１７日）－１７７－