KR102634313B1 - 엑스선 발생부와 디텍터 사이의 거리 및 고도 그리고 피사체의 두께에 따른 엑스선 관전압 및 관전류의 자동 제어 방법 - Google Patents

엑스선 발생부와 디텍터 사이의 거리 및 고도 그리고 피사체의 두께에 따른 엑스선 관전압 및 관전류의 자동 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 피사체 결함 판별 시스템의 제어 방법은, 제1 이동체에 의해 이동 가능한 X선 발생부와, 제2 이동체에 의해 이동 가능한 X선 디텍터와, 제어부를 포함하는 피사체 결함 판별 시스템에 의해서 실행되며, 상기 방법은, 제1 이동체 및 제2 이동체를 결함 판별 지점으로 이동시키는 제1 단계와; 피사체의 좌표와, X선 발생부의 고도인 제1 고도와, X선 디텍터의 고도인 제2 고도와, 피사체의 두께를 판독하는 제2 단계와; X선 발생부로부터 피사체까지의 기준 거리인 제1 거리와, X선 디텍터로부터 피사체까지의 기준 거리인 제2 거리를 산출하는 제3 단계와; 피사체의 두께 및 제3 단계에서 산출된 거리에 기초하여 X선의 관전압 값을 결정하는 제4 단계와; 제1 고도 및 제2 고도의 차이를 산출하여 그 차이에 기초하여 관전류 값을 결정하는 제5 단계와; 제4 단계에서 결정된 관전압 값과 제5 단계에서 결정된 관전류 값에 따라 X선 발생부가 X선을 발생시키도록 제어하는 제6 단계를 포함한다.

Description

엑스선 발생부와 디텍터 사이의 거리 및 고도 그리고 피사체의 두께에 따른 엑스선 관전압 및 관전류의 자동 제어 방법{Method for Automatic Control of Tube Voltager and Current of X-Ray}
본 발명은 X선 발생부와 디텍터 사이의 거리 및 고도 그리고 피사체의 두께에 따른 X선 관전압 및 관전류를 자동으로 제어하는 방법에 관한 것이다.
풍력 발전용 블레이드는 회전축의 높이가 해상 또는 지면에서 100미터 정도이며 블레이드 길이 역시 그에 버금가는 거대 구조물이다. 블레이드는 고속으로 회전하기 때문에 그로 인한 피로 누적 등으로 인해 설치 후 작동 과정에서 결함이 발생할 가능성이 상존한다. 그러나 거대한 크기로 인해 결함 검사에 많은 제약이 있었다.
한국공개특허공보 제10-2016-0067688호에는 풍력 발전기용 블레이드의 결함 검사 기술이 개시되어 있는데, 이 방법은 블레이드 제작 후 설치 전에 결함을 검사하기 위한 기술에 불과하며, 설치 후 작동 과정에서 블레이드에 발생하는 결함을 검사할 수는 없다.
한편, 비행체를 이용한 X선 촬영을 통해 거대 구조물의 결함을 탐지할 때에, 종래에는 고정된 선량(관전압 및 관전류)을 X선 발생부로 전송해서 X선 촬영을 하고 있다. 그러한 종래 기술에 의하면 구조물의 X선 촬영 영상을 선명하게 얻기 위하여 필요 이상의 높은 선량으로 X선 촬영을 하는 것이 일반적이다.
그리고 비행체를 이용하여 X선 촬영을 할 때에는 지상에서 고정된 위치에서 X선 촬영을 하는 것에 비해 바람 등의 자연 현상 및 비행체 위치 제어의 한계로 인해 원하는 정확한 위치에서 X선 촬영하기가 쉽지 않다.
한국공개특허공보 제10-2016-0067688호 (2016년 6월 14일 공개)
본 발명은 풍력 발전용 블레이드와 같이 거대 구조물의 내부결함을 판별하기 위해 이동체에 탑재되어 공중에서 이동하면서 X선 촬영을 하는 결함 탐지 시스템에서 고도 및 피사체간의 거리에 따라 X선 발생을 위한 관전압 및 관전류를 자동으로 제어하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 피사체 결함 판별 시스템의 제어 방법은, 제1 이동체에 의해 이동 가능한 X선 발생부와, 제2 이동체에 의해 이동 가능한 X선 디텍터와, 제어부를 포함하는 피사체 결함 판별 시스템에 의해서 실행되며, 상기 방법은, 제1 이동체 및 제2 이동체를 결함 판별 지점으로 이동시키는 제1 단계와; 피사체의 좌표와, X선 발생부의 고도인 제1 고도와, X선 디텍터의 고도인 제2 고도와, 피사체의 두께를 판독하는 제2 단계와; X선 발생부로부터 피사체까지의 기준 거리인 제1 거리와, X선 디텍터로부터 피사체까지의 기준 거리인 제2 거리를 산출하는 제3 단계와; 피사체의 두께 및 제3 단계에서 산출된 거리에 기초하여 X선의 관전압 값을 결정하는 제4 단계와; 제1 고도 및 제2 고도의 차이를 산출하여 그 차이에 기초하여 관전류 값을 결정하는 제5 단계와; 제4 단계에서 결정된 관전압 값과 제5 단계에서 결정된 관전류 값에 따라 X선 발생부가 X선을 발생시키도록 제어하는 제6 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 제어 방법은, 제1 이동체 및 제2 이동체의 동기화 여부를 판단하는 제7 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 제어 방법은, 제5 단계에서 제1 고도 및 제2 고도의 차이가 소정의 비율 이상인 경우에는 제1 이동체 및 제2 이동체의 위치 보정을 수행하는 제8 단계를 더 포함할 수 있다.
제4 단계는 제1 거리 및 제2 거리의 비율에 따라 X선의 관전압 값을 결정하는 단계일 수 있다.
제1 거리는, X선 발생부와 피사체 표면까지의 거리에 피사체 두께의 1/2을 합산한 거리가 될 수 있으며, 제2 거리는, X선 디텍터와 피사체 표면까지의 거리에 피사체 두께의 1/2을 합산한 거리가 될 수 있다.
본 발명에 의한 제어 방법은, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 의하면, 거대 구조물의 결함을 탐지하기 위해 비행하는 X선 발생부와 X선 디텍터의 고도 및 거리에 따라서 X선 발생을 위한 관전압 및 관전류를 자동으로 제어함으로써 에너지를 효율적으로 사용하고 방사선 방출량 역시 종래 기술의 장치에 비해 현저하게 저감시키며 피사체 결함 탐지를 빠르고 신속하게 수행할 수 있는 효과가 제공된다.
도 1은 본 발명이 실시되는 환경의 모식도.
도 2는 본 발명에 의한 제어 방법의 흐름도.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 자세하게 설명한다.
본 명세서에서는 본 발명의 설명에 필요한 최소한의 구성요소만을 설명하며, 본 발명의 본질과 관계가 없는 구성요소는 언급하지 아니한다. 그리고 언급되는 구성요소만을 포함하는 배타적인 의미로 해석되어서는 아니되며 언급되지 않은 다른 구성요소도 포함할 수 있는 비배타적인 의미로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 "모듈" 또는 “유니트” 또는 “~부”는 범용적인 하드웨어와 그 기능을 수행하는 소프트웨어의 논리적 결합을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 “제1”, “제2” 또는 그와 유사한 표현들은 같거나 유사한 구성요소를 구분적으로 표현하기 위해서 또는 본 발명을 구성하는 구성요소 또는 단계들의 명칭을 구분하기 위해 사용되며, 순서를 의미하거나 복수임을 의미하는 것이 아니다.
본 발명에 의한 방법은 컴퓨터, 태블릿 PC, 모바일폰, 휴대용 연산 장치, 고정식 연산 장치 등의 전자적 연산 장치에 의해서 실행될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 또는 그 이상의 방법 또는 형태가 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 프로세서는, 컴퓨터, 태블릿PC, 모바일 장치, 휴대용 연산 장치 등에 설치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령을 저장하도록 되어 있는 메모리가 그러한 장치에 설치되어서 프로그램이 저장된 프로그램 명령을 프로세서가 실행하도록 특별히 프로그램되어 하나 또는 그 이상의, 본 명세서에 기재된 바와 같은 프로세스를 실행할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 정보 및 방법 등은, 하나 또는 그 이상의 추가적인 구성요소와 프로세서를 포함하는 컴퓨터, 태블릿PC, 모바일 장치, 휴대용 연산 장치 등에 의해서 실행될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 제어 로직은, 프로세서, 제어부/제어 유니트 등에 의해 실행가능한 프로그램 명령을 포함하는 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 매체로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 플래시 드라이브, 스마트 카드, 광학 데이터 저장 장치 등이 있지만 그에 제한되는 것은 아니다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어, 컴퓨터 판독 가능 매체가 분산된 방식 예를 들어 원격 서버 또는 CAN(Controller Area Network)에 의해 분산된 방식으로 저장되고 실행될 수도 있다.
본 명세서에서 설명하는 예시적인 실시예는 본 명세서에 개시(開示)되는 장치의 구조, 기능, 제작 및 용도와 방법의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공한다. 이러한 하나 이상의 실시예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 당업자라면 여기에 구체적으로 기재되고 첨부 도면에 도시되어 있는 장치 및 방법이 비제한적이고 예시적인 실시예이며 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 의해서 정의된다는 점을 이해할 것이다. 하나의 예시적인 실시예와 관련되어 도시되고 설명되는 특징은 다른 실시예의 특징과도 결합될 수 있다. 그러한 수정(modification) 또는 변경(variation)은 본 발명의 권리범위에 포함되도록 의도된다.
도 1에는 본 발명에 의한 제어 방법이 실행되는 환경의 모식도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 제어 방법이 실행되는 환경은, X선 발생 시스템(1)와, X선 디텍터 시스템(2)과, 제어부(30)와, 피사체(40)를 포함한다. X선 발생 시스템(1)은 X선 발생부(100)와, X선 발생부(100)를 붙잡고 이동하는 제1 이동체(10)를 포함한다. X선 디텍터 시스템(20)은 X선 디텍터(200)와, X선 디텍터(200)를 붙잡고 이동하는 제2 이동체(20)를 포함한다.
제1 이동체(10)에는 제1 거리 측정부(15)가, 제2 이동체(20)에는 제2 거리 측정부(25)가 제공된다. 거리 측정부(15, 25)으로, LiDAR 센서를 사용할 수 있지만, 그 이외에도 거리를 측정할 수 있는 센서인, 초음파 센서, 적외선 센서, 레이더(RADAR) 센서, 카메라 센서 등을 사용할 수도 있으며 그 종류에 제한되는 것은 아니다. 이동체(10, 20)는 무인 비행체인 드론이 될 수 있으며, 소형 유인 비행체일 수도 있다.
제어부(30)는, 제1 이동체(10) 및 제2 이동체(20)의 이동, X선 발생부(100) 및 X선 디텍터(200)를 제어한다. 제어부(30)와, 피제어대상은 서로 무선 통신이 가능하도록 구성할 수 있지만, 유선 통신으로 구성할 수도 있다. 도 1의 제어부(30)는 X선 발생 시스템(1)과 X선 디텍터 시스템(2)을 통합 제어하는 것으로 도시되어 있지만, 각각의 시스템에 별개의 제어부에 의해서 제어되는 것으로 구성할 수도 있다.
피사체(40)는 예를 들어, 풍력 발전용 블레이드가 될 수도 있고, 건물이 될 수도 있지만, 공중에서 X선을 조사해서 결함을 탐지할 수 있는 거대 구조물이라면 그 종류에 제한이 없다.
xyz 좌표계 상의 좌표에 따라 피사체(40)의 두께 데이터는 미리 제어부(30) 또는 제어부(30)가 접근가능한 전자적 기록 매체에 저장되어 있을 수 있다. 풍력 발전용 블레이드의 경우 각 지점에서의 두께는 변하기 때문에 좌표에 따른 두께 데이터를 미리 저장하는 편이 바람직하지만, 두께가 일정한 피사체 구조물이라면 좌표에 따른 두께 데이터를 미리 저장할 필요없이 단일 두께 정보만 저장할 수도 있다.
도 2를 참조하여 본 발명에 의한 제어 방법에 대해서 자세하게 설명한다.
단계(300) 및 단계(305)에서, X선 발생부(100)가 탑재된 제1 이동체(10)를 비행시키고, X선 디텍터(200)가 탑재된 제2 이동체(20)를 비행시킨다.
단계(310)에서 제1 이동체(10)와 제2 이동체(20)의 동기화 여부를 확인한다.
동기화 여부 판단을 위해서, X선 발생부(100)가 탑재된 제1 이동체(10)와 X선 디텍터(200)가 탑재된 제2 이동체(20)의 RTK-GPS 신호를 x,y,z 좌표를 기준으로 확인한다. X선 촬영 위치의 기준이 되는 장치는 제1 이동체(10)이며, 제1 이동체(10)와 제2 이동체(20)의 x,y,z 좌표의 차이를 확인하여 제1 이동체(10)의 RTK-GPS 신호를 기반으로 제1 이동체(10)와 제2 이동체(20)의 동기화 여부를 확인하고 유지한다. 이러한 동기화 여부 확인은, 예를 들어, 제1 이동체(10)의 RTK-GPS 신호를 기반으로 제1 이동체(10), 피사체(40)와 평행한 거리의 좌표를 제어부(30)에서 계산한 뒤 제2 이동체(20)에 좌표 데이터를 전달하여 제2 이동체(20)가 해당 좌표를 유지하는지 여부를 확인하는 방식으로 수행될 수 있다.
만약, 허용 범위(예를 들어, 5cm 이내)를 지속적으로 넘어가게 되면, 동기화가 정상적으로 되지 않은 것으로 판단하고 비행을 종료하여 원인을 파악한다.
동기화가 되지 않은 것으로 판단되면 단계(320)로 이행하여 이동체를 착륙시키고 원인을 분석한 후에, 관련 문제를 해결한 다음 단계(300)로 이행하여 이동체 비행을 재개한다.
제1 이동체(10) 및 제2 이동체(20)의 동기화가 확인되면, 단계(315)에서 결함을 탐지하고자 하는 목표 지점으로 제1 이동체(10) 및 제2 이동체(20)를 이동시킨다.
단계(325)에서 제1 이동체(10) 및 제2 이동체(20), 그리고 피사체의 두께 데이터가 정상적으로 수신되는지를 판단한다. 이동체(10, 20)의 좌표는 이동체에 내장되어 있는 GPS 센서 등을 통해 확인될 수 있다.
피사체(40)에 대해서는 3차원 매핑(mapping) 및 모델링 과정을 통해서 3차원 모델링 데이터에 피사체의 두께 정보를 매핑해 놓을 수 있으며, 이동체(10, 20)에 내장되어 있는 LiDAR 센서 등을 통해서 확인한 피사체(40)의 촬영 좌표에 대응하는 피사체(40)의 두께 데이터를 불러 올 수 있다. 두께 데이터는 제어부(30)의 전자적 기록 매체에 저장되어 있을 수도 있고, 데이터 통신망을 통해 데이터를 전송받을 수 있는 원격의 전자적 기록 매체에 저장되어 있을 수도 있다.
상기 데이터 중 적어도 어느 하나라도 정상적으로 수신되지 않으면 단계(320)로 이행하여 이동체를 착륙시키고 원인 분석 후 문제를 해결한 다음에 이동체 비행을 재개한다.
단계(330)에서 각 대상체(이동체, 피사체)의 좌표와, X선 발생부(100)의 고도인 제1 고도(H1)와 X선 디텍터(200)의 고도인 제2 고도(H2), 그리고 해당 위치에서의 피사체(40)의 두께(T1)을 확인한다.
단계(335)에서, X선 발생부(100)와 피사체(40) 표면 사이의 제1-1 거리(d1)와, X선 디텍터(200)와 피사체(40) 표면 사이의 제2-1 거리(d2)를 산출한다. 실제로는, 제1 거리 센서(15)가 피사체(40) 표면까지의 거리를 측정하고, 제2 거리 센서(25)가 피사체(40) 표면까지의 거리를 측정한 다음에, 미리 결정되어 있는 보정식을 통해서 제1-1 거리(d1)와 제2-1 거리(d2)를 산출할 수 있다.
단계(345)에서, 제1 고도(H1)와 제2 고도(H2)의 오차 비율을 산출한다. 오차 비율 계산식은 다음과 같다.
이 오차 비율에 기초하여 관전류를 결정한다. 예를 들어, 다음의 표와 같이 오차비율에 대응하는 관전류(mAs)를 설정할 수 있다.
오차비율 mAs
1% 5.0
2% 6.0
3% 7.0
4% 이상 단계(315)로 복귀
관전류는 X선의 조사 시간에 대응하는 값으로서 제1 고도(H1)와 제2 고도(H2)의 차이가 적으면 작은 관전류 값을 설정해 X선의 조사 시간을 짧게 하고, 제1 고도(H1)와 제2 고도(H2)의 차이가 크면 큰 관전류 값을 설정함으로써 X선의 조사 시간을 길게 해서 X선 촬영 영상의 선명도를 확보할 수 있도록 하며, 오차 비율이 소정의 값을 벗어나면 예를 들어, [표 1]에서 4% 이상의 값이 되면 단계(315)로 복귀하여 재촬영을 시도할 수 있다. [표 1]에서는 재촬영 임계 오차비율 값을 4%로 설정했지만 이 값은 상황과 필요에 따라 다른 값이 될 수도 있다.
단계(350)에서는 두께 및 거리에 기초하여 관전압(KV) 값을 결정한다.
X선 발생부(100)로부터 피사체까지의 기준 거리인 제1 거리(D1)는 제1-1 거리(d1)에 피사체 두께(T1)의 중간 지점(P)까지의 거리이며, X선 디텍터(200)로부터 피사체까지의 기준 거리인 제2 거리(D2)는 제2-1 거리(d2)에 피사체 두께(T1)의 중간 지점(P)까지의 거리가 될 수 있다.
전술한 기준 거리는 다른 형태로 정의될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같은 기준 거리를 설정하지 않고 피사체 표면까지의 거리를 기준 거리로 설정할 수도 있고, 피사체 두께(T1)의 중간 지점(P)이 아니라 다른 지점을 기준점으로 설정해서 해당 지점까지의 기준 거리를 설정할 수도 있다.
제1 거리(D1)과 제2 거리(D2)의 비율에 따라 다음의 [표 2]와 같이 관전압을 설정할 수 있다.
거리(m) 확대 비율(%) KV
엑스선 발생장치 디텍터
1 1 200% 50
1 2 300% 60
1 3 400% 70
1 4 500% 80
1 5 600% 90
1 1 200% 50
2 1 150% 60
3 1 133% 70
4 1 125% 80
5 1 120% 90
관전압(KV)는 X선 촬영의 강도를 나타낸다. 거리가 가까울 수록 낮은 강도로 촬영해도 선명한 영상을 얻을 수 있으며, 거리가 멀수록 높은 강도로 촬영해야 선명한 영상을 얻을 수 있다. 본 발명은 X선 발생부(100) 및 X선 디텍터(200)와 피사체(40) 사이의 거리 비율에 따라서 관전압 값을 다르게 설정함으로써 효율적인 X선 촬영을 가능하게 한다.
관전류 값과 관전압 값이 결정되면 제어부(30)는 그 값에 상응하는 X선을 발생시키도록 X선 발생부(100)에 제어 명령을 전달해서 X선 발생부(100)가 X선을 발생시키게 하고 피사체(40)를 향해 X선을 조사한다. 단계(370)에서 피사체(40)를 통과한 X선 영상을 X선 디텍터(200)가 받아서 X선 이미지가 촬영된다.
단계(375)에서 X선 촬영물을 확인하고 정상적으로 촬영된 것을 확인하면 X선 촬영을 종료한다. 피사체(40)의 여러 부분에 대해서 결함을 탐지하고자 하면, 상기 과정을 반복할 수 있다.
이상 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며 전술한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및 수정도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.
10: 제1 이동체 20: 제2 이동체
30: 제어부 40: 피사체
100: X선 발생부 200: X선 디텍터

Claims (7)

  1. 제1 이동체에 의해 이동 가능한 X선 발생부와, 제2 이동체에 의해 이동 가능한 X선 디텍터와, 제어부를 포함하는 피사체 결함 판별 시스템의 제어 방법에 있어서,
    제1 이동체 및 제2 이동체를 결함 판별 지점으로 이동시키는 제1 단계와,
    피사체의 좌표와, X선 발생부의 고도인 제1 고도와, X선 디텍터의 고도인 제2 고도와, 피사체의 두께를 판독하는 제2 단계와,
    X선 발생부로부터 피사체까지의 기준 거리인 제1 거리와, X선 디텍터로부터 피사체까지의 기준 거리인 제2 거리를 산출하는 제3 단계와,
    피사체의 두께 및 제3 단계에서 산출된 거리에 기초하여 X선의 관전압 값을 결정하는 제4 단계와,
    제1 고도 및 제2 고도의 차이를 산출하여 그 차이에 기초하여 관전류 값을 결정하는 제5 단계와,
    제4 단계에서 결정된 관전압 값과 제5 단계에서 결정된 관전류 값에 따라 X선 발생부가 X선을 발생시키도록 제어하는 제6 단계를 포함하는,
    피사체 결함 판별 시스템의 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 이동체 및 제2 이동체의 동기화 여부를 판단하는 제7 단계를 더 포함하는,
    피사체 결함 판별 시스템의 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제5 단계에서 제1 고도 및 제2 고도의 차이가 소정의 비율 이상인 경우에는 제1 이동체 및 제2 이동체의 위치 보정을 수행하는 제8 단계를 더 포함하는,
    피사체 결함 판별 시스템의 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제4 단계는 제1 거리 및 제2 거리의 비율에 따라 X선의 관전압 값을 결정하는 단계인,
    피사체 결함 판별 시스템의 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제1 거리는, X선 발생부와 피사체 표면까지의 거리에 피사체 두께의 1/2을 합산한 거리이며,
    제2 거리는, X선 디텍터와 피사체 표면까지의 거리에 피사체 두께의 1/2을 합산한 거리인,
    피사체 결함 판별 시스템의 제어 방법.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 청구항의 방법을 실행하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  7. 청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 청구항의 방법을 컴퓨터에 실행하기 위해 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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