KR102234196B1 - 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법 - Google Patents

상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 목조 문화재 비파괴 검사방법에 관한 것으로, 목재의 내부 결함을 발견하기 위해 목재에 방사선을 조사하여 취득할 수 있는 투과사진의 상질을 평가할 수 있는 목조 문화재 비파괴 검사방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법은, 방사선을 조사하는 방사선원 및 상기 방사선이 목재를 투과하여 감광된 투과사진을 취득할 수 있는 이미지플레이트(IP)를 포함하는, 상기 목재의 내부 결함을 알아내는 비파괴 검사방법에 있어서, 상기 검사방법은, 두께가 순차적으로 증감하는 농도판단수단이, 상기 방사선원 및 상기 이미지플레이트 사이에 배치되는 단계, 상기 방사선원에서 상기 농도판단수단을 향해 방사선이 조사되고, 상기 방사선이 상기 농도판단수단을 투과하여, 상기 이미지플레이트로부터 상기 농도판단수단의 두께 증가에 따라 농도가 짙어지는 표준사진을 취득하는 단계, 상기 목재가, 상기 방사선원 및 상기 이미지플레이트 사이에 배치되는 단계, 상기 방사선원에서 상기 목재를 향해 방사선이 조사되고, 상기 방사선이 상기 목재를 투과하여 상기 이미지플레이트로부터 촬영사진을 취득하는 단계 및 상기 목재가 감광된 촬영사진의 농도 및 상기 목재의 두께와 동일한 두께의 상기 농도판단수단의 위치가 감광된 상기 표준사진의 농도를 비교하여 상기 촬영사진의 상질을 평가하는 단계를 포함한다.

Description

상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법{METHODS FOR NON-DESTRUCTIVE TESTING OF WOODEN CULTURAL ASSETS THAT CAN BE EVALUATED ON IMAGE QUALITY}
본 발명은 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 목재의 내부 결함을 발견하기 위해 목재에 방사선을 조사하여 취득할 수 있는 투과사진의 상질을 평가할 수 있는 목조 문화재 비파괴 검사방법에 관한 것이다.
종래의 문화재 방사선 투과조사는 엑스선의 투과를 통한 내부 구조의 형태 파악에만 치중되었다. 현재는 디지털 엑스레이 영상 촬영(CR, Computed Radiographic) 방식의 디지털 이미지 획득 방식이 사용되면서 과거 필름방식보다 더 선명하고 더 많은 결과를 획득하게 되었다.
CR 방식은, 기존의 증감지/필름 대신에 휘진성 형광체인 영상판(Image Plate, IP)을 사용하여 검사한다.
CR 방식은, 기존의 아날로그 방식에서 사용되는 필름 대신 x-ray 자극을 받을 때 에너지를 흡수하고 가시광선이나 적외선을 조사하면 흡수한 에너지를 발산하는 휘진성 발광체(Photo Stimulated Luminescence, PSL)를 도포한 이미지플레이트(IP)를 사용한다. CR 방식은 이미지플레이트에 축적된 x-ray 선량에 비례한 광신호를 영상 판독기(imaging Reader)에서 직접 아날로그 영상 신호를 디지털로 변화하여 고해상 이미지 데이터로 획득한다.
CR 방식은, 영상판에 축적된 검사 정보에 레이져 빔을 주사하면 영상정보를 획득하게 되고 여기서 얻어진 아날로그 신호를 광전자 증배관(P-M tube)에서 증폭시킨 후 디지털 신호로 변환하여 영상처리한 후 레이져 프린터를 이용하여 프린트하거나, 광디스크에 보관 또는 의료영상저장전송시스템(PACS)으로 전송할 수 있는 영상 처리 시스템이다.
CR 방식은, 기존의 x-ray 촬영시스템에서 필름을 사용하여 영상정보를 수집, 기록해 오던 것을 필름 대신에 디지털화한 신호를 받아 이를 컴퓨터를 이용한 영상 처리 및 재구성의 과정을 거쳐 최종 영상을 얻는 새로운 형태의 촬영방법을 의미한다.
이 방식의 장점은 재촬영의 실패율이 없어서 방사선 노출을 줄일 수 있고, 촬영을 통한 병변의 관찰 가능역이 넓어져서 촬영 횟수를 줄이고도 정확한 진단을 얻을 수 있다. 종래의 디지털 x-ray 촬영에 비해 훌륭한 해상력을 보이고 있어 진보된 방식으로 평가되고 있다.
특히, CR 방식은 감광된 필름을 디지털카메라로 촬영하는 아날로그 방식에서 비해 발생하는 데이터의 변형이나 유실 등의 문제점을 보완하고 고감도와 고해상의 이미지를 손실과 변형 없이 디지털 데이터로 변화시킬 수 있다. 또한 CR 방식은 현상 방법이 디지털 스캐닝 방식으로 30초 ~ 1분 이내이며, 또한 필름을 이용할 때보다 5~20%의 더 낮은 방사선 선량에서 촬영이 가능하기 때문에 유물에 대한 방사선 노출을 최소화 할 수 있다. 이러한 CR 방식은 필름 방식을 대체할 주요한 문화재 비파괴 조사이나 현재까지 디지털 투과촬영에 대한 문화재 적용 연구가 미미한 실정이다.
한편, 방사선투과검사 기술의 타당성을 점검할 때에 표준시험편을 사용하는데 이것을 투과도계 또는 IQI(Image Quality Indicator)라고 한다. 투과도계는 x-ray를 이용하여 촬영한 사진이 우리가 요구하는 명암도와 선명도를 표시하는 기준으로 사진이 촬영 되었는지 또는 요구하는 품질 수준의 사진을 취득하였는지 판단할 수 있는 도구이다. 투과도계는 시험체와 동일 재질로 제작된다. 투과도계는 지름이 서로 다른 복수개의 바늘형상의 선을 구비할 수 있으며, 복수개의 바늘의 지름은 등비급수 또는 등차급수로 증가하도록 형성될 수 있다. 복수개의 바늘 중 최소의 지름을 가진 바늘의 지름은, 시험체 두께의 2%에 해당하는 두께의 지름을 갖는 선 형태일 수 있다. 또한, 방사선투과사진의 상질을 평가하기 위한 게이지로서, 두께를 순차적으로 증가시켜 투과사진의 명암 농도를 구하기 위해 사용하는 스텝?지(Step Wedge) 등 계조계를 사용한다.
그러나 방사선을 이용하여 목재의 내부결합을 알고자 수행되는 목재 문화재의 방사선 투과조사가 적절한 조건하에서 수행되었는지 판단할 수 있는 투과도계 또는 계조계와 대응되는 구성은 현재 개발되지 않은 실정이며 따라서 그 필요성이 대두되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0033754호 (2010. 03. 31. 공개)
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 시험체와 동일한 재질로 이루어지고 두께가 순차적으로 증가하도록 형성된 농도판단수단을 방사선원 및 이미지플레이트 사이에 배치한 후, 농도판단수단에 대해 비파괴 검사를 수행하여 적절한 조건에서 비파괴 검사가 수행되었을 시 취득할 수 있는 표준사진을 취득하고, 시험체에 대해 동일한 비파괴 검사를 수행하여 촬영사진을 취득하며, 해당 시험체를 대상으로 하여 취득한 촬영사진의 농도와, 해당 시험체의 수종과 동일한 재료로 형성된 농도판단수단에 대해 수행되어 취득한 표준사진에서 해당 시험체의 두께에 해당하는 지점의 농도를 비교하여 해당 비파괴 검사가 적절한 조건하에서 수행되었는지 판단할 수 있는 상질의 평가가 가능한 목조 문화재의 비파괴 검사방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 시험체에 대해 비파괴 검사를 수행하여 촬영사진을 취득할 때, 시험체의 일면에 시험체와 동일한 재질로 이루어지며 순차적으로 선경이 증가되는 복수개의 바늘형상을 포함하는 상질판단수단을 배치하여, 시험체에 방사선이 조사될 때 시험체와 함께 상질판단수단이 방사선에 조사되며, 시험체 및 상질판단수단이 함께 감광되어 취득한 촬영사진에서 식별 가능한 상질판단수단의 최소선경을 기준으로 해당 촬영사진의 상질을 판단할 수 있는 상질의 평가가 가능한 목조 문화재의 비파괴 검사방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법은, 방사선을 조사하는 방사선원 및 상기 방사선이 목재를 투과하여 감광된 투과사진을 취득할 수 있는 이미지플레이트(IP)를 포함하는, 상기 목재의 내부 결함을 알아내는 비파괴 검사방법에 있어서, 상기 검사방법은, 두께가 순차적으로 증감하는 농도판단수단이, 상기 방사선원 및 상기 이미지플레이트 사이에 배치되는 단계, 상기 방사선원에서 상기 농도판단수단을 향해 방사선이 조사되고, 상기 방사선이 상기 농도판단수단을 투과하여, 상기 이미지플레이트로부터 상기 농도판단수단의 두께 증가에 따라 농도가 짙어지는 표준사진을 취득하는 단계, 상기 목재가, 상기 방사선원 및 상기 이미지플레이트 사이에 배치되는 단계, 상기 방사선원에서 상기 목재를 향해 방사선이 조사되고, 상기 방사선이 상기 목재를 투과하여 상기 이미지플레이트로부터 촬영사진을 취득하는 단계 및 상기 목재가 감광된 촬영사진의 농도 및 상기 목재의 두께와 동일한 두께의 상기 농도판단수단의 위치가 감광된 상기 표준사진의 농도를 비교하여 상기 촬영사진의 상질을 평가하는 단계를 포함한다.
상기 목재는 소나무, 밤나무, 참나무 또는 은행나무이고, 상기 농도판단수단은, 상기 목재와 같은 수종으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 농도판단수단은 접선단면 또는 방사단면으로 절단된 목재를 재료로 하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 목재가, 상기 방사선원 및 상기 이미지플레이트 사이에 배치되는 단계 이후, 상기 목재의 일면에, 상기 목재와 동일한 재료로 이루어진 선형의 바늘이 복수개 포함되며, 상기 복수개의 바늘은 각각 선경(線徑)이 등비급수 또는 등차급수로 증가되고 상기 복수개의 바늘이 일정한 틀에 고정되도록 이루어진 상질판단수단이 배치되는 단계를 더 포함한다.
상기 촬영사진의 상질을 평가하는 단계에서, 상기 상질판단수단이 감광된 상기 촬영사진에서, 상기 상질판단수단의 인식할 수 있는 최소선경을 상기 목재의 두께로 나눈 후 100을 곱하여 나온 값을 식별도로 하고, 상기 식별도가 2 이하인 경우 상기 촬영사진이 상질(像質)인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법에 따르면, 적절한 조건하에서 수행된 비파괴 검사에서 얻을 수 있는 농도판단수단이 촬영된 표준사진 및 시험체가 촬영된 촬영사진의 농도를 비교하여 해당 촬영사진이 적절한 조건하에서 수행되었음을 판단할 수 있다는 효과가 있다.
본 발명인 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법에 따르면, 시험체와 동일한 재질로 이루어지며 순차적으로 선경이 증가되는 복수개의 바늘형상을 포함하는 상질판단수단을 시험체의 일면에 배치하여, 시험체에 방사선을 조사하여 촬영사진을 취득할 때, 상질판단수단이 시험체와 함께 촬영된 촬영사진을 취득하고, 촬영사진에서 식별 가능한 상질판단수단의 최소선경을 기준으로 해당 촬영사진의 상질을 판단할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법을 간략히 나타낸 순서도이다.
도 2는 목재의 수종별 x-ray를 투과하여 수치화한 그레이 스케일을 보여주는 표이다.
도 3은 본 발명에 따른 농도판단수단이 방사선원 및 이미지플레이트 사이에 배치된 모습을 간략히 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 농도판단수단의 가공을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 시험체 및 상질판단수단이 방사선원 및 이미지플레이트 사이에 배치된 모습을 간략히 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 상질판단수단의 일부 실시 예를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
그리고 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다” 및/또는 “포함하는” 은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법을 간략히 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법은, 방사선을 조사하는 방사선원(100, 도 3) 및 방사선이 목재를 투과하여 감광된 투과사진을 취득할 수 있는 이미지플레이트(IP, 200, 도 3)를 포함하는, 목재의 내부 결함을 알아내는 비파괴 검사방법에 있어서, 검사방법은, 두께가 순차적으로 증감하는 농도판단수단(10, 도 3)이, 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200) 사이에 배치되는 단계, 방사선원(100)에서 농도판단수단(10)을 향해 방사선이 조사되고, 방사선이 농도판단수단(10)을 투과하여, 이미지플레이트(200)로부터 농도판단수단(10)의 두께 증가에 따라 농도가 짙어지는 표준사진을 취득하는 단계, 목재 등 시험체(A, 도 5)가, 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200) 사이에 배치되는 단계, 방사선원(100)에서 목재 등 시험체(A)를 향해 방사선이 조사되고, 방사선이 목재 등 시험체(A)를 투과하여 이미지플레이트(200)로부터 촬영사진을 취득하는 단계 및 목재 등 시험체(A)가 감광된 촬영사진의 농도 및 목재 등 시험체(A)의 두께와 동일한 두께의 농도판단수단(10)의 위치가 감광된 표준사진의 농도를 비교하여 촬영사진의 상질을 평가하는 단계를 포함한다.
도 2는 목재의 수종별 x-ray를 투과시켜 측정한 그레이 스케일을 보여주는 표이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실험을 통해 관전압(kVp), 관전류(mA), 노출시간(s) 및 수종의 두께(mm)에 따라 변화되는 목재의 수종별 그레이 스케일을 수치화한 후 표로 정리하였다. 그레이 스케일은 x-ray 투과 특성을 나타낼 수 있는 이미지 흑색도이다.
본 발명에 따른 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법은, 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200)를 포함하는 CR(Computed Radiographic) 시스템을 통하여 목재 등 시험체(A) 내부로 방사선이 투과된 최종 디지털 이미지를 획득할 수 있다. CR 시스템은 공지된 기술 및 방법이 이용될 수 있다. 획득된 최종 디지털 이미지는 16비트 단계의 그레이 스케일(Gray Scale)의 명암 차이를 수치화하여 표현 및 측정될 수 있다. 그레이 스케일은 목재의 x-ray 투과 특성을 보여줄 수 있는 이미지 흑색도이다. 획득된 최종 디지털 이미지에서 수치화된 그레이 스케일의 예시는 도 2와 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 관전압은 15, 20, 25 및 30 Kv이며, 관전류는 1 및 2 mA이고, 노출시간은 30 및 60초이며, 수종은 소나무, 밤나무, 은행나무 및 상수리나무이고, 수종의 두께는, 15mm, 30mm 및 45mm로 변화시킨 실험을 통해 그레이 스케일의 변화를 측정하였다.
그레이 스케일은 이미지플레이트에 수집된 16비트의 음영값으로 투과력이 높을수록 그레이 스케일의 값이 높다. 실험결과 모든 수종에서 시료의 두께가 두꺼울수록 그레이 스케일이 낮아짐을 확인하였다. 그레이 스케일을 기준으로 할 때, 두께에 따른 그레이 스케일의 변화는 소나무, 은행나무, 밤나무 순서로 그 변화 편차가 작고, 상수리나무는 두께에 따라 그레이 스케일이 큰 폭으로 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 이는 상수리나무가 다른 수종에 비해 비중이 높고 조직이 치밀하기 때문으로 판단된다.
본 발명에 따른 방사선원(100)은 이미지플레이트(200)를 향해 방사선을 조사한다. 방사선은, x-ray 또는
Figure 112020096131770-pat00001
-ray일 수 있다. 방사선원(100)은 x-ray를 조사함에 있어서 필수적인 구성, 즉 예를 들면 공지된 엑스선 튜브(미도시) 또는 공지된 엑스선 발생장치(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 방사선원(100)이 조사하는 x-ray는 시험체(A)의 밀도와 두께에 따라 에너지 및 투과량이 달라질 수 있다. 방사선원(100)이
Figure 112020096131770-pat00002
-ray를 조사하는 경우 co-60 또는 ir-192가 사용될 수 있다. 방사선원(100)이
Figure 112020096131770-pat00003
-ray를 조사하는 경우,
Figure 112020096131770-pat00004
-ray 조사기는 소형 및 경량으로 야외촬영에 편리하며, 전원이 없는 곳에서도 촬영이 가능하고 좁은 곳에서도 방사선원(100)을 밀어 넣어 촬영할 수 있는 장점이 있으나, 방사선 에너지를 조절할 수 없어 x-ray를 사용하여 취득한 투과이미지보다 상질이 떨어지며, 방사선 노출을 중지시킬 수 없어 방사선 안전관리에 주의해야 한다는 문제가 있을 수 있다. 이하에서는 본 발명에 따른 방사선원(100)이 조사하는 방사선은 x-ray인 것으로 가정하여 설명하도록 한다.
후술하게 될 최종 투과 이미지는, 방사선의 에너지에 따라 최종 이미지의 감도가 달라진다. 일반적으로 시험체(A)의 두께 및 밀도가 클수록 방사선이 흡수되는 양이 증가하여 최종 이미지의 감도가 달라질 수 있다. x-ray의 경우 에너지의 조절이 가능하여 일반적으로 시험체(A) 투과사진의 상질이 우수한 장점이 있다.
본 발명에 따른 이미지플레이트(200)는, 일정 두께를 갖는 유연한 판으로 휘진성 형광체가 코팅되어 있을 수 있다. 휘진성 형광체는, 엑스선, 전자, 자외선 등에 의해 여기(勵起)될 때, 준에너지 상태에서 흡수된 에너지를 저장한다. 휘진성 형광체는, 가시광선 또는 자외선에 의해 자극을 받게 되면 흡수된 에너지에 대응하는 에너지를 발광하는 특성을 가진다. 이미지플레이트(200)는 x-ray에 의해 감광되어 잠상이 형성된다. 이미지플레이트(200)에 감광되어 형성된 잠상은 이미지변환부(미도시)에 의해 육안으로 볼 수 있도록 현상처리 될 수 있다. 시험체(A)의 내부에 이물질이 존재하는 경우, 이물질의 밀도가 대부분 시험체(A)의 밀도보다 작아서 이물질 부분을 투과한 방사선 양이 시험체(A)를 투과한 선량에 비해 많기 때문에, 잠상 또는 변환된 최종 이미지에서 검게 나타날 수 있다.
이미지플레이트(200)에 감광되어 형성된 잠상은 CR 시스템의 공지된 기술이 이용될 수 있다. 이미지변환부는, 예를 들면, 이미지플레이트(200)에 감광되어 형성된 잠상을 현상처리하는 데 필요한 구성들을 더 포함할 수 있다. 이미지변환부는, 광학스캐너(미도시), 광전자증배관(미도시), A/D 컨버터(미도시) 또는 이미지프로세서(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 광학스캐너는 이미지플레이트(200)의 표면을 스캔할 수 있고, 광전자증배관은, 이미지플레이트(200)에 형성된 잠상을 광학적 신호에서 전기적 신호로 변환할 수 있고, A/D 컨버터는 광전자증배관에 의해 변환된 전기적 신호를 디지털 이미지 신호로 전환할 수 있다. A/D 컨버터로부터 변환된 디지털 이미지 신호는 이미지프로세서의 이미지 프로세싱 과정을 통해 최종적인 프로세싱 이미지로 변환되고, 최종적인 프로세싱 이미지는 육안으로 확인 가능하도록 컴퓨터와 같은 영상처리장치로 전달될 수 있다.
본 발명에 따른 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200) 사이에는, 더욱 상세하게는 이미지플레이트(200) 상에는, 촬영 대상체(10, A)가 배치될 수 있다. 촬영 대상체는 후술하게 될 농도판단수단(10) 및 목재 시험체(A)를 포함한다. 대상체(10, A)에 방사선이 조사되고, 조사된 방사선이 대상체(10, A)를 통과하여 이미지플레이트(200)를 감광시켜 이미지플레이트(200) 상에서 잠상을 형성한다. 이미지플레이트(200) 상에서 형성된 잠상을 통해 대상체(10, A)의 내부구조 또는 내부결함을 알 수 있다. 본 명세서에서 시험체(A)는, 나무로 이루어진 목조 건축물 또는 목재 문화재의 일부분일 수 있다.
한편, 방사선 투과 검사의 목적은 시험체(A) 내에 존재하는 불연속 또는 결함을 검출하기 위한 것으로서 검사 방법이 적절해야 신뢰도 또는 품질이 높은 투과 이미지를 얻을 수 있다. 방사선 투과 검사에 있어서, 신뢰도 또는 품질이 높은 투과 이미지를 취득하기 위해서는, 시험체(A)에 따라 적절한 방사선원(100)의 종류, 방사선원(100)과 시험체(A) 간 거리, 노출 조건 등이 고려되어야 한다. 또한 시험체(A)의 두께에 따라 방사선원(100)의 에너지가 결정되어야 한다. 투과력이 적절한 방사선원(100)을 선택하여야 투과 이미지의 감도가 양호하게 나타날 수 있다.
본 발명에 따른 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법은, 시험체(A)의 수종별로 제작되고, 다양한 두께를 가진 농도판단수단(10)을 적절한 조건에서 미리 촬영하여 기준이 되는 표준사진을 취득하고, 이후, 시험의 대상이 되는 시험체(A)를 촬영하여 촬영사진을 취득한 후, 취득된 촬영사진과 표준사진의 농도를 비교하여, 해당 촬영사진이 적절한 조건에서 촬영되었음을 판단할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 농도판단수단(10)이 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200) 사이에 배치된 모습을 간략히 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 검사방법은, 두께가 순차적으로 증감하는 농도판단수단(10)이 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200) 사이에 배치되는 단계(S101)를 포함하며, S101단계에서, 농도판단수단(10), 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200)의 배치모습은 도 3과 같을 수 있다. 도 3의 화살표는 방사선원(100)이 농도판단수단(10) 및 이미지플레이트(200)를 향해 조사하는 방사선을 의미한다.
본 발명에 따른 농도판단수단(10)은, 다양한 수종의 목재 중 하나로 이루어질 수 있다. 농도판단수단(10)은 상세하게는 방사선 투과 대상인 시험체(A)와 동일한 수종의 목재로 제작된 것이 선택된다. 시험체(A)는, 일반적으로 소나무, 밤나무, 참나무 또는 은행나무를 재료로 하여 이루어진 목재 건축물의 일부일 수 있다. 따라서 농도판단수단(10)도 소나무, 밤나무, 참나무 또는 은행나무 중 어느 하나를 재료로 하여 제작될 수 있고, 시험체(A)의 수종에 따라 동일한 수종으로 제작된 농도판단수단(10)이 선택되어 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200) 사이에 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 농도판단수단(10)의 가공을 보여주는 도면이다.
농도판단수단(10)은, 전술한 바와 같이, 다양한 수종의 목재 중 하나로 제작될 수 있으며, 목재 건축물에 주로 사용되는 목재인 소나무, 밤나무, 참나무 또는 은행나무 중 어느 하나를 재료로 하여 제작될 수 있다. 농도판단수단(10)은, 전술한 목재 중 어느 하나가 선택되어 제작될 때, 선택된 목재를 접선단면 또는 방사단면으로 절단하여 취득된 목재판(B)을 이용하여 제작할 수 있다. 접선단면이란 목재를 절단할 때 나이테에 접선이 되도록 절단한 단면을 의미하고, 방사단면이란 목재를 절단할 때 목재의 중심인 수(pith)를 통과하도록 나이테에 직각이 되는 단면을 의미한다. 목재는 절단 단면에 따라 모습과 성질이 달라진다. 이는 후에 투과 검사를 진행할 목재 건축물의 절단 단면과 동일한 밀도 및 내부 구성을 가진 농도판단수단(10)을 제작하기 위함이다. 도 4에서 좌측에는 목재판(B)이 도시되었고, 우측에는 목재판(B)이 농도판단수단(10)이 되기 위해 서로 다른 두께를 가진 복수개의 목재도막으로 가공된 모습이 도시되었다. 도 4의 우측에 도시된 가공된 복수개의 목재도막의 내부에 도시된 길이는, 각 목재도막의 두께를 의미한다.
농도판단수단(10)은, 목재의 수종별 및 절단된 단면별로 다양하게 제작될 수 있고, 각 농도판단수단(10)은 다양한 두께를 가지는 목재도막이 순차적으로 두께가 증가되도록 연결한, 두께가 상이한 복수개의 목재도막을 포함하여 구성될 수 있다.
농도판단수단(10)은, 일 실시예로서, 두께가 1 내지 20mm로 순차적으로 증가하고 각각 1mm씩 증가하는 복수개의 목재도막이 서로 연결되도록 구성될 수 있다.
농도판단수단(10)이 포함하는 복수개의 목재도막은, 아래와 같은 방법으로 가공될 수 있다. 복수개의 목재도막은, 전술한 수종별 목재 중 어느 하나가 접선단면 또는 방사단면 중 어느 한 방향으로 절단되며, 가로 100mm, 세로 150mm, 두께 20mm으로 절단된 하나의 목재판이 준비되고, 해당 목재판을 세로로 각각 20mm로 등분하여 5개열을 이루도록 전기톱 등 가공수단에 의해 가공된다.
목재판의 세로 5개열 중 가장 좌측을 1열이라 하고, 가장 우측을 5열이라 하였을 때, 1열 및 2열은 상단에서 하단을 향해 두께 1mm부터 두께 14mm까지 순차적으로 두께가 증가하도록 가공하여 목재도막을 취득하고, 3열 및 4열은 두께 15mm부터 두께 20mm 까지 순차적으로 두께가 증가하도록 가공하여 목재도막을 취득할 수 있다.
목재도막의 평면은 각각 가로길이는 15mm로 동일하고, 세로길이는 각각의 두께와 같은 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 두께가 1mm 인 목재도막은, 가로 15mm, 높이 1mm로 가공되고, 두께가 2mm인 목재도막은, 가로 15mm, 높이 2mm로 가공될 수 있다. 농도판단수단(10)이 포함하는 복수개의 목재도막 평면의 가로길이는, 가공 전 목재판의 가로길이 100mm가 가공수단에 의해 5개열로 등분될 때 소모되는 길이를 고려한 것이다. 그리고 순차적으로 최대 두께인, 두께가 20mm인 목재도막은, 가로 15mm, 높이 20mm 로 가공된 목재도막일 수 있다. 각각 가공된 목재도막은 순차적으로 두께가 증가하도록 배치된 후 연결 또는 접착되어 농도판단수단(10)을 형성할 수 있다.
S101 단계에서 농도판단수단(10)이 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200) 사이에 배치될 때, 후에 실질적으로 시험을 목적으로 하는 시험체(A)의 수종과 동일한 수종으로 제작된 농도판단수단(10)이 선택되어 배치된다.
본 발명에 따른 검사방법은, 다시 도 1을 참조하면, S101 단계 후, 방사선원(100)에서 농도판단수단(10)을 향해 방사선이 조사되고, 방사선이 농도판단수단(10)을 투과하여, 이미지플레이트(200)로부터 농도판단수단(10)의 두께 증가에 따라 농도가 짙어지는 표준사진을 취득하는 단계(S103)를 포함한다.
단계(S103)는, 배치된 농도판단수단(10)을 방사선을 이용하여 촬영하여 상질의 기준이 되는 표준사진을 취득하는 단계이다. 방사선원(100)에서 조사된 방사선은 농도판단수단(10)을 투과하여 이미지플레이트(200) 상에서 투과 이미지를 생성한다. S103에서는 신뢰도 및 고품질의 투과 이미지를 생성 및 취득하기 위해 최적의 조건에서 방사선을 이용한 촬영을 실시한다. 농도판단수단(10)은 다양한 두께의 목재도막을 포함하며, 각 목재도막의 두께에 따라 방사선 투과 이미지인 표준사진에서의 명암의 농도가 점진적으로 변경된다. 얇은 두께에서의 목재도막은 투과되는 방사선의 양이 많기 때문에 표준사진에서 더욱 밝은 부분으로 나타나고, 두꺼운 두께에서의 목재도막은 투과되는 방사선의 양이 적기 때문에 표준사진에서 더욱 어두운 부분으로 나타난다.
본 발명에 따른 검사방법은, S103 단계 후, 시험의 대상이 되는, 즉 시험체(A)인 목재가, 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200) 사이에 배치되는 단계(S105)를 더 포함한다. S105 단계에서 배치되는 목재는 목조 문화재의 어느 한 구성일 수 있다. 목재가 배치될 때, 해당 목재의 두께가 측정될 수 있다.
본 발명에 따른 검사방법은, S105 단계 이후, 방사선원(100)에서 목재를 향해 방사선이 조사되고, 방사선이 목재를 투과하여 이미지플레이트(200)로부터 촬영사진을 취득하는 단계(S107)를 더 포함한다.
촬영사진은, 실제적으로 내부구조 또는 내부결함을 알기 원하는 시험체(A)인 목재 문화재의 한 구성인 목재를 방사선이 투과되어 취득된 이미지이다. 방사선이 투과되어 취득된 이미지는, 전술한 바와 같이, 상질의 이미지를 얻기 위해 고려되어야 할 많은 사항이 존재한다. 예를 들어, 상질의 이미지를 얻기 위해 고려되어야할 사항은, 방사선원(100)의 종류, 방사선의 에너지, 방사선원(100)과 시험체(A) 간 거리, 노출조건 등이 있다.
S107 단계에서 취득한 촬영사진은, 시험체(A)의 수종별, 두께별로 서로 다른 명암의 농도를 갖는다.
S107 단계는, 배치된 목재를 시험체(A)로 하고, 시험체(A)에 방사선을 조사 및 촬영하여 시험체(A)가 촬영된 촬영사진을 취득하는 단계이다. 방사선원(100)에서 조사된 방사선은 시험체(A)를 투과하여 이미지플레이트(200) 상에서 투과 이미지를 생성한다. S107 단계에서 생성하는 투과 이미지 즉, 촬영사진은 품질에 대한 신뢰도가 항상 높을 수가 없다. 전술한 바와 같이, 고품질의 이미지를 얻기 위해 고려되어야 할 조건들이 많기 때문이다. S107 단계에서 취득된 촬영사진의 감도는 선명도(Definition) 및 명암도(Contrast)의 조화에 의해 판단될 수 있다.
한편, 방사선 투과 이미지에서의 감도란, 투과 이미지 상에서 구별할 수 있는 불연속의 크기가 어느 정도인가를 나타내는 용어로서 투과 이미지 상에서 구별할 수 있는 불연속의 크기가 작을수록 투과 이미지의 감도가 높다고 표현한다.
S107 단계에서 취득한 촬영사진의 신뢰도 및 품질의 고저를 판단하기 위해서, 본 발명에 따른 검사방법은, 목재가 감광된 촬영사진의 농도 및 목재의 두께와 동일한 두께의 농도판단수단(10)의 위치가 감광된 표준사진의 농도를 비교하여 촬영사진의 상질을 평가하는 단계(S109)를 더 포함한다.
즉, S109 단계에서는, 촬영사진과 표준사진의 농도를 비교하여 촬영사진의 신뢰도 및 품질의 고저를 판단한다.
촬영사진의 촬영대상인 시험체(A)는 목재 문화재 중 어느 한 구성으로서 목재로 이루어지며, 통상 그 두께가 일정하다. 시험체(A)를 촬영할 때, 시험체(A)의 두께를 측정한다.
시험체(A)의 두께가 예를 들어 3mm인 경우, 시험체(A)와 동일한 수종으로 제작된 농도판단수단(10)이 촬영된 표준사진에서 두께가 3mm인 부분의 농도값을 측정한다. 이후, 촬영사진에서 시험체(A)가 촬영된 부분의 농도값을 측정한다. 표준사진에서 두께가 3mm인 부분의 농도값과, 촬영사진에서 시험체(A)의 농도값을 비교하여 해당 농도값이 유사한 경우 촬영사진의 상질이 높다고 평가할 수 있다.
본 발명에 따른 검사방법은, 디지털로 이미지가 저장되는 CR 시스템을 채택하고 있으며, 표준사진 및 촬영사진에서의 농도값은 CR 시스템에서 구할 수 있다. 예를 들어, 농도값은, 디지털 이미지의 화소값으로 구할 수도 있다. 또는 농도계(Densitometer)가 사용될 수도 있다. 표준사진 및 촬영사진에서의 농도값은 공지된 다른 방법으로 구할 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 시험체(A) 및 상질판단수단(20)이 방사선원(100) 및 이미지플레이트(200) 사이에 배치된 모습을 간략히 보여주는 도면이다.
전술한 S105 단계 이후, 시험체(A)인 목재가 배치될 때, 목재의 일면에, 목재와 동일한 재료로 이루어진 선형의 바늘이 복수개 포함되며, 복수개의 바늘은 각각 선경(線徑)이 등비급수 또는 등차급수로 증가되고 복수개의 바늘이 일정한 틀에 고정되도록 이루어진 상질판단수단(20)이 배치되는 단계(S106)가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 상질판단수단(20)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 방사선원(100)을 향한 목재의 일면과, 이미지플레이트(200)를 향한 목재의 타면에 각각 배치될 수 있다. 즉, 상질판단수단(20)은 시험체(A)인 목재의 양면에 각각 배치될 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 바람직하게는, 상질판단수단(20)은 방사선원(100)을 향한 목재의 일면에 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 상질판단수단(20)의 일실시예를 보여주는 도면이다.
상질판단수단(20)은, 도 6을 참조하면, 목재와 동일한 재질로 이루어진 선형의 바늘(21)을 복수개 포함할 수 있다. 선형의 바늘(21)은 선경이 서로 다르도록 구비될 수 있다. 선경은 선지름, 선의 직경 또는 선의 두께라는 단어로 표현할 수도 있다. 상질판단수단(20)은 시험체(A)의 일면에 배치되어 시험체(A)와 함께 방사선이 조사된다. 따라서 시험체(A)와 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상질판단수단(20)이 포함하는 복수개의 바늘(21)은 각각 선경이 등비급수 또는 등차급수로 증가될 수 있다. 복수개의 바늘(21)의 선경은 시험체(A)의 두께 2%에 해당하는 치수를 사용하고 최소 선경이 결정될 수 있다.
예를 들어, 바늘(21)의 선경이 등비급수형으로 증가될 때에는, 시험체(A)의 두께가 5mm 이하일 경우, 각 바늘(21)의 선경은 0.10mm, 0.125mm, 0.16mm, 0.20mm, 0.25mm, 0.32mm, 0.40mm로 증가할 수 있고, 바늘(21) 간 거리는 3mm일 수 있다. 시험체(A)의 두께가 5 내지 10mm 이하일 경우, 각 바늘(21)의 선경은 0.20mm, 0.25mm, 0.32mm, 0.40mm, 0.50mm, 0.64mm, 0.80mm로 증가할 수 있고, 바늘(21) 간 거리는 4mm일 수 있다. 시험체(A)의 두께가 10 내지 15mm 이하일 경우, 각 바늘(21)의 선경은 0.40mm, 0.50mm, 0.64mm, 0.80mm, 1.00mm, 1.25mm, 1.60mm로 증가할 수 있고, 바늘(21) 간 거리는 6mm일 수 있다. 시험체(A)의 두께가 10 내지 20mm 이하일 경우, 각 바늘(21)의 선경은 0.80mm, 1.00mm, 1.25mm, 1.60mm, 2.00mm, 2.50mm, 3.20mm로 증가할 수 있고, 바늘(21) 간 거리는 10mm일 수 있다.
예를 들어 바늘(21)의 선경이 등차급수형으로 증가될 때에는, 시험체(A)의 두께가 5mm 이하일 경우, 각 바늘(21)의 선경은 0.1mm, 0.15mm, 0.2mm, 0.25mm, 0.3mm, 0.35mm, 0.4mm로 증가할 수 있고, 바늘(21) 간 거리는 3mm일 수 있다. 시험체(A)의 두께가 5 내지 10mm 이하일 경우, 각 바늘(21)의 선경은 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm로 증가할 수 있고, 바늘(21) 간 거리는 4mm일 수 있다. 시험체(A)의 두께가 10 내지 15mm 이하일 경우, 각 바늘(21)의 선경은 0.8mm, 1.0mm, 1.2mm, 1.4mm, 1.6mm, 1.8mm, 2.0mm로 증가할 수 있고, 바늘(21) 간 거리는 6mm일 수 있다. 시험체(A)의 두께가 10 내지 20mm 이하일 경우, 각 바늘(21)의 선경은 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm, 2.5mm, 3.0mm, 3.5mm, 4.0mm로 증가할 수 있고, 바늘(21) 간 거리는 10mm일 수 있다.
상질판단수단(20)의 상단부에는 해당 바늘이 이루어진 재질을 의미하는 알파벳과 바늘(21)의 최소선경이 표시될 수 있다. 예를 들어, 소나무(Pine)는 P, 밤나무(Chestnut)는 C, 참나무(Oak)는 O, 은행나무(Ginkgo)는 G로 표시될 수 있다. 바늘(21)의 선경이 등비급수형으로 증가될 때에는, 알파벳 이후 최소선경이 표시되고, 바늘(21)의 선경이 등차급수형으로 증가될 때에는 최소선경 이후 알파벳이 표시될 수 있다. 즉, 등비급수형으로 바늘(21)의 선경이 증가하고, 바늘(21)이 소나무로 이루어지며, 최소 선경이 0.10mm인 경우, 상질판단수단(20)의 상단부에는, 도 6에 도시된 바와 같이, P01로 표시될 수 있다.
상질판단수단(20)이 포함하는 복수개의 바늘(21)은 일정한 틀에 고정되도록 이루어질 수 있으며, 예를 들어 복수개의 바늘(21)은 플라스틱의 틀에 접착되어 고정될 수 있다.
S106 단계에서 상질판단수단(20)이 시험체(A)의 일면에 배치되어 시험체(A)와 함께 방사선이 조사되어 상질판단수단(20)의 이미지가 촬영사진에 포함되는 경우, S109 단계에서, 촬영사진의 상질(像質)을 평가할 때, 상질판단수단(20)이 감광된 촬영사진에서, 상질판단수단(20)의 인식할 수 있는 최소선경을 목재의 두께로 나눈 후 100을 곱하여 나온 값을 식별도로 하고, 식별도가 일정 기준 이하인 경우 해당 촬영사진이 상질(像質)인 것으로 판단하는 것이 가능하다.
즉,
Figure 112020096131770-pat00005
일 수 있다.
상질(像質)인 것으로 판단하기 위한 일정 식별도는, 예를 들어, 2 일 수 있으며, 따라서, 식별도가 2 이하인 경우 촬영사진이 상질(像質)인 것으로 판단하는 것이 가능하다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1개의 유닛이 2개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2개 이상의 유닛이 1개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.
10 : 농도판단수단
20 : 상질판단수단
21 : 바늘
100 :　방사선원
200 : 이미지플레이트
A : 시험체

Claims (5)

  1. 방사선을 조사하는 방사선원 및 상기 방사선이 목재를 투과하여 감광된 투과사진을 취득할 수 있는 이미지플레이트(IP)를 포함하는, 상기 목재의 내부 결함을 알아내는 비파괴 검사방법에 있어서,
    상기 검사방법은,
    두께가 순차적으로 증감하는 농도판단수단이, 상기 방사선원 및 상기 이미지플레이트 사이에 배치되는 단계;
    상기 방사선원에서 상기 농도판단수단을 향해 방사선이 조사되고, 상기 방사선이 상기 농도판단수단을 투과하여, 상기 이미지플레이트로부터 상기 농도판단수단의 두께 증가에 따라 농도가 짙어지는 표준사진을 취득하는 단계;
    상기 목재가, 상기 방사선원 및 상기 이미지플레이트 사이에 배치되는 단계;
    상기 방사선원에서 상기 목재를 향해 방사선이 조사되고, 상기 방사선이 상기 목재를 투과하여 상기 이미지플레이트로부터 촬영사진을 취득하는 단계; 및
    상기 목재가 감광된 촬영사진의 농도 및 상기 목재의 두께와 동일한 두께의 상기 농도판단수단의 위치가 감광된 상기 표준사진의 농도를 비교하여 상기 촬영사진의 상질을 평가하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 농도판단수단은, 가로 100mm, 세로 150mm, 두께 20mm로 절단된 목재판이 5개열을 이루도록 세로로 등분되며,
    상기 등분된 목재판의 1열 및 2열은 각각,
    상단에서 하단을 향해 두께가 1mm에서 14mm까지 두께가 각각 1mm씩 순차적으로 증가되도록 가공된 복수개의 목재도막을 포함하고,
    상기 등분된 목재판의 3열 및 4열은 각각,
    상단에서 하단을 향해 두께가 15mm에서 20mm까지 각각 1mm씩 순차적으로 증가되도록 가공된 복수개의 목재도막을 포함하며,
    상기 복수개의 목재도막 각각은,
    가로길이는 15mm이고, 세로길이는 상기 두께와 동일한 길이로 형성되어,
    상기 농도판단수단은,
    두께가 1mm 내지 20mm로 순차적으로 각각 1mm씩 증가하는 복수개의 목재도막이 서로 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 목재는,
    소나무, 밤나무, 참나무 또는 은행나무이고,
    상기 농도판단수단은,
    상기 목재와 같은 수종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 농도판단수단은,
    접선단면 또는 방사단면으로 절단된 목재를 재료로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 목재가, 상기 방사선원 및 상기 이미지플레이트 사이에 배치되는 단계 이후,
    상기 목재의 일면에, 상기 목재와 동일한 재료로 이루어진 선형의 바늘이 복수개 포함되며, 상기 복수개의 바늘은 각각 선경(線徑)이 등비급수 또는 등차급수로 증가되고 상기 복수개의 바늘이 일정한 틀에 고정되도록 이루어진 상질판단수단이 배치되는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 상질판단수단은, 상단부에 상기 바늘이 이루어진 재료를 의미하는 알파벳과 상기 바늘의 최소선경이 표시되며,
    상기 알파벳은, 상기 목재에 따라 달리 표시되되, 상기 목재가 소나무인 경우 P, 상기 목재가 밤나무인 경우 C, 상기 목재가 참나무인 경우 O, 상기 목재가 은행나무인 경우 G로 표시되며,
    상기 선경이 등비급수로 증가되는 경우, 상기 알파벳 이후 상기 최소선경이 표시되고,
    상기 선경이 등차급수로 증가되는 경우, 상기 최소선경 이후 상기 알파벳이 표시되는 것을 특징으로 하는, 상질의 평가가 가능한 목조 문화재 비파괴 검사방법.
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송정일 등, 문화재 방사선 조사에서 발생하는 산란 방사선의 특성과 영향, 보존과학회지, Vol.34, No.6, pp539-548, 2018.11.22.* *

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