제조업을 위한 컴퓨터 단층 촬영

지금까지 컴퓨터 단층 촬영은 많은 기업들에게 크게 이익이 되지 않았다. 한 기관의 개발로 이제 중소기업도 산업용 X선 기술을 쉽게 이용할 수 있게 되었다.

토마스 콘디지올카(Thomas Kondziolka): 프라운호퍼 통합 회로 연구소, X선 기술 개발 센터 EZRT 소속

뮌헨에서 열린 2016 비파괴 검사 세계 대회에서 프라운호퍼 방사선 기술 개발 센터가 세계 최초 기술 시연을 선보였다. 프로젝트 파트너와 연구원들이 함께 원클릭 CT 시스템 Valu-CT를 소개하였는데, 이 시스템은 사용자가 사전 지식이 없어도 버튼 한 번으로 2차원 내지 3차원 X선 이미지를 작성할 수 있다. 이 시스템의 프로토타입은 이미 엄청난 센세이션을 일으키고 있다. 이 시스템은 시장 성숙도에 도달하여 생산 과정에 있다.

기능적이며 조작이 간단하다

이 컴퓨터 단층 촬영을 이용하여 사용자가 사전 지식이 없어도 2차원 또는 3차원 방사선 이미지를 촬영할 수 있다.

최신 미러 반사 카메라는 수 많은 설정이 가능하고, 초보자도 사전 지식 없어도 기술적으로 훌륭한 사진을 찍을 수 있는 촬영 모드가 있다. 프라운호퍼 EZRT도 VJ Technologies 및 Erhardt + Abt와 공동 개발한 원 클릭 컴퓨터 단층 촬영 시스템으로 이와 유사한 목적을 추구한다. 프라운호퍼 EZRT 제품 관리 그룹 리더인 토마스 슈토커에 따르면, 새로운 이 Valu-CT 가격은 일반적인 산업용 컴퓨터 단층 촬영 장치보다 훨씬 낮다고 한다. 따라서 중소기업들도 산업용 X선 기술을 보편적으로 이용할 수 있게 되었다.

X선 영상에서 최상의 결과를 얻는 것은 과학 그 자체이다. 유의해야 할 사항이 많고 설정해야 할 것은 더 많다. 원 클릭 CT 시스템은 이 모든 것을 완전히 덜어주고 있다. 사용자 친화적인 유저 인터페이스를 사용하여 관련이 없는 옵션은 건드리지 않고, 사전 설정된 프로그램 형태에 영향력을 행사할 수 있다. 이 시스템은 수 백장의 개별 이미지에서 하나의 3D 모델을 재구성할 수 있다. Valu-CT 콤포넌트들은 서로 가장 적합하게 조율되어 있다. 뢴트겐 튜브는 200kV 전압일 때 500W의 출력으로 해상도 200 μm의 검출기와 함께 작동한다.

3D-CT는 모든 의심을 제거한다

산업용 방사선 기술의 가장 중요한 과제는 오류와 결함을 찾아내는 것이다. 재료 안쪽 깊은 곳에 있어서 눈에 잘 보이지 않는 이러한 결함을 볼 수 있게 하기 위해서는 대부분 2차원 방사선 기술을 사용하는 것만으로 충분하다. 이 같은 경우 방사선원이 대상을 통과할 수 있는 방사선을 방사하게 된다. 방사선은 시험 대상의 재료(밀도, 흡수도)와 벽 두께에 따라 약화되고, 소스 맞은 편에서 검출기가 떨어지는 방사선을 모아 그림자를 형성한다. 따라서 화소의 그림자 회색 값은 방사선이 방사선원에서 이 픽셀로 가는 중에 통과한 벽 두께에 대한 크기이다. 공기 혼입과 같은 결함은 바로 인접한 주변에 비해 더 낮은 흡수도를 나타낸다. 이러한 방사선 투시의 장점은 분명하다. 단 한 장의 방사선 사진만 촬영되기 때문에 시험 절차에 필요한 시간이 수 초에 불과하다. 구성품에 특이 사항이 없다면, 바로 이어서 계속 가공할 수 있다.

프라운호퍼 얼라이언스 비전의 안내서 시리즈 가운데 15권은 방사선 기술을 다루었다.
이 안내서의 새로운 버전은 방사선 기반 검사 방법의 중요성이 비파괴 시험을 위한 우수한 도구로서 점차 커지고 있다는 현상을 감안하였다. 책에는 시스템 구조, 프로세스, 방법, 소프트웨어, 방사선 기술 평가 기술 외에 특별히 전형적인 응용 분야를 설명하였다. 방사선 보호와 표준에 대한 개요도 포함되어 있다. 독자들은 강의를 통해 산업 환경에서 실무와 관련된 측정 및 시험 과제를 마스터하는 차원에서 현재 이용 가능한 기술의 가능성과 한계에 대해 실질적인 안내를 받을 수 있다.

물론 2D 방사선 사진으로 대상 내 결함의 형태와 크기 그리고 정확한 위치를 확인할 수 없다. 오류가 발견되면 이 오류가 대상에서 안전과 관련된 위치에서 치명적인 크기이거나 형태일 수 있으므로 구성품을 가려내야 한다. 예를 들어 결함이 후속 가공에서 제거되는 범위에 있는 결함은 위치 정보가 부족하여 해당 구성품은 별도로 분류되게 된다.

3차원 X선 컴퓨터 단층 촬영(3D-CT)은 내부에 있는 구조까지 모두 포함하여 대상을 파악할 수 있다. 3D-CT를 이용하면 구성품 내 결함의 형태 및 크기와 위치까지 매우 정확하게 확인할 수 있다. 3D-CT의 경우 각기 다른 방향으로 다수의 방사선 이미지, 이른바 프로젝션이 생성된다. 의료 분야의 CT기와 달리 산업용 Valu-CT와 같은 CT 시스템에서는 대상이 회전판 위에 고정되어 뢴트겐 튜브와 검출기 사이에 배치된다. 대상이 자체 축을 회전하는 동안 프로젝션이 촬영된다.

수많은 응용이 가능하다

이 시스템은 지금까지 설명한 정밀하게 결함 위치를 찾는 용도 외에 리버스 엔지니어링이나 완전성 분석과 같은 최신 방사선 기술의 일반적인 용도에도 적합하다. 제조 산업의 중소기업들이 Valu-CT의 이 같은 이점을 누릴 수 있다. 프라운호퍼 방사선 기술 개발 센터 개발자인 마르쿠스 에버호른에 따르면, 이 시스템은 연구실에서 광범위한 테스트를 거쳤다고 한다. 자동차 엔지니어링에서 사용하는 탄소섬유 강화플라스틱이나 알루미늄으로 이루어진, 방사선이 잘 통과하는 구성품을 시험편으로 사용하였다고 한다. 시험 결과와 데이터 품질은 항상 최고 수준을 보였다.