KR20010040897A - 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 제어 - Google Patents

결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 제어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피검체(105)의 방사선 촬영 제어에 관한 것으로, 상기 피검체는 결정격자를 갖는다. 본 발명은 수신 수단(114)에 피검체의 방사선 영상이 얻어지도록 전자기 방사선(103)에 피검체를 노출시키는 것으로 이루어지는데, 대응되는 플레이트에 얻어진 영상이, 피검체의 결정격자로 인한 전자기 방사선의 회절에 의해 생긴 기생적 요소를 감쇄시킴과 동시에 피검체를 충분하게 재생할 수 있는 피검체의 상대 변위로 인한 토너 영상이다.

Description

결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 제어{Radiographic control of an object having a crystal lattice}
비파괴 테스트(또한 일명 비파괴 테스팅)는 장차의 사용에 손상을 줄 수 있는 어떠한 변화도 없이 일부분 또는 구조물의 상태에 대한 정보를 제공하는 것을 가능하게 한다. 그리하여 표면 검사 중에 나타날 수 없는 내부적인 결함을 검출하는 것이 가능하다. 부품에 있는 내부 결함은 형상 결함, 치수 결함, 함유물의 존재, 균열 등과 같이 매우 다양할 수 있다.
비파괴 테스팅에 따라 결함을 검출하는 원리는, 결함을 자극하고 그것에 대한 반응을 수집하는 것으로 구성된다. 그리하여 검사될 부품은 이온화된 방사선 속(flux)에 노출될 수 있고, 투과된 선속을 조사함으로써 그것이 안내한 선속의 요동으로 인해 최종 결함을 검출할 수 있다.
검사할 부품을 극초단파 전자기 방사선(X 또는 γ)에 노출시킴으로써, 적절한 수신기(예컨대 필름)상에 영상의 형태로 투사되는 빔의 강도 변화를 수집하는 것이 가능하다. 방사선(X 또는 γ) 촬영법에서는 광자를 출력단(outlet)에서 아날로그 신호 또는 디지탈 데이타를 전달하는 전기신호로 변환하는 일요소 또는 요소들의 어셈블리로 된 실시간 검출기를 사용한다. 이러한 X 또는 γ선 촬영법 외에도, 중성자 빔을 사용하는 중성자 촬영법(neutrography)이 있다.
방사선(X 또는 γ) 투시법에 따르면, 방사선 촬영 영상은 예컨대 형광 스크린에 의해 포획되며, 실시간으로 직접 관찰 가능한 광영상을 만들어낸다.
간단한 방사선 촬영법에 반하여, 단층촬영법(tomography)은 다른 각도를 취하는 여러번의 노출로 인해 결함의 모폴로지(morphology)에 대한 정보를 제공하는 것을 가능하게 한다.
산업상의 방사선 촬영법에 대한 응용분야는 매우 방대하며 모든 종류의 부품에 관계된다.
그러나, 방사선 촬영법 또는 방사선 투시법의 고전적인 조건하에서 노출이 이루질 때, 검사될 부품이 결정격자를 가진다면, 이렇게 조사된 결정 격자는 그것을 통해 지나가는 전자기 방사선과 같은 파장의 방사선을 방출한다. 이러한 2차 방사는 브레그(Bragg) 방정식에 따라 회절을 일으킨다. 이러한 회절은 기생적 방사(parasitic radiation)를 초래하여 부품에 실재하는 결함과 기생적 표시(parasitic indication) 사이에 혼동을 초래한다. 이러한 기생적 방사는 찾아내고자 하는 결함에 대한 표시를 차단시킬 수 있다.
본 발명은 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영에 의한 검사에 관한 것이다.
비한정적인 예로 주어지는 다음의 설명 및 첨부 도면에 의해 본 발명은 더 잘 이해되며 다른 이점 및 특징이 나타날 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 적용된 원리를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명에 따라 결정격자를 갖는 피검체의 다섯 개의 방사선 영상을 도시한 것으로, 본 발명에 따른 합성 방사선 영상을 형성하도록 하고, 피검체의 상대 변위 후에 취하였으며, 이들 다섯개 각각의 영상을 수신된 방사선 신호의 휘도와 함께 도시한다.
도 8은 도 3 내지 도 7에 나타낸 방사선 영상으로부터 얻은 평균 방사선 영상을 나타낸 것이고, 이 평균 방사선 영상은 방사선 신호의 휘도와 함께 도시된다.
도 9는 본 발명에 따른 수상 가능한 방사선 투시 장치의 개략도이다.
본 발명은 상기한 회절의 영향을 감소시킴으로써 상술한 문제점을 치유하도록 안출되었다. 그리하여 본 발명의 목적은 결정격자를 갖는 피검체를 방사선 촬영법에 의해 검사하는 방법을 제공하는 것으로, 이 방법은 전자기 방사에 상기 피검체를 노출시켜 수신 수단에 상기 피검체의 방사선 영상을 얻는 것으로 이루어지는 방법에 있어서, 노출에 상응하여 얻어진 방사선 영상이, 상기 피검체의 상대 변위로부터 나온 합성된 영상으로 피검체의 결정격자에서의 전자기 방사의 회절로 인해 발생된 기생적 요소를 현저히 감쇄시키는 것을 특징으로 한다.
방사선 영상이 방사선 투시법에 의한 것이라면, 피검체의 상대 변위는 전자기 방사 방향에서의 변위 또는 상기 피검체의 변위로 인한 것일 수 있다. 이러한 경우에, 합성 영상은 상기 상대 변위를 구성하는 몇개의 이어지는 단위 변위들로부터 각각 얻어진 몇개의 영상에 대한 평균에 의해 생긴 평균 영상일 수 있다.
방사선 영상이 필름상에 한번 노출된다면, 피검체의 상대 변위는 전자기 방사 방향에서의 변화 또는 필름의 변위에 의해 발생될 수 있다.
방사선 영상이 행별 판독에 의해 수행된 단층 촬영법(tomography) 및 그것의 획득에 의해 얻어진다면, 합성 영상이 제1 단위 변위에 대응하는 홀수 행 및 제2 단위 변위에 대응하는 짝수 행으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 제1 단위 변위는 전자기 방사 방향에 대해 정의된 제1 각도로부터의 피검체의 변위에 대응되고, 상기 제1 각도와 같은 폭을 가지며 다만 부호가 반대이다.
본 발명의 또 다른 목적은 결정격자를 갖는 피검체를 방사선 촬영법에 의해 검사하는 장치를 제공하는 것으로, 방사선 영상을 형성할 수 있는 전자기 방사 수단과, 상기 전자기 방사에 상기 피검체가 노출되도록 하는 피검체의 지지 수단과, 상기 전자기 방사에 대한 피검체의 반응을 수신하고 상기 피검체의 방사선 촬영 영상을 제공하는 수신수단을 포함하는 검사 장치에 있어서, 상기 수단들은 노출에 대응하여 방사선 영상을 형성하는 동안, 상기 피검체의 상대 변위를 일으키도록 설계되어, 상기 피검체를 상당한 정도로 재생하는 합성 영상을 얻을 수 있도록 함과 동시에 피검체의 결정격자에서의 전자기 방사의 회절에 의해 생긴 기생적 요소를 현저히 감쇄시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 장치가 방사선 투시법으로 작동한다면, 피검체의 상대 변위를 일으키는 수단들은 전자기 방사 방향의 변위 수단이거나 피검체의 지지 수단에 의해 구성될 수 있다. 이때, 상기 수신 수단은 상기 상대 변위를 구성하는 몇개의 이어지는 단위들로부터 각각 얻어진 몇개의 영상에 대한 평균에 의해 생긴 평균 영상을 전달하는 것을 가능하게 하는 수단일 수 있다.
상기 장치가 필름 상에 단일의 노출 형태로 방사선 영상을 제공한다면, 피검체의 상대 변위를 일으키는 수단은 전자기 방사 방향을 변화시키는 수단 또는 필름을 변위시키는 수단일 수 있다.
상기 장치가 단층 촬영법으로 작동하고, 방사선 영상의 획득이 행별 판독에 의해 수행된다면, 수신 수단은 제1 단위 변위에 대응되는 홀수 행 및 제2 단위 변위에 대응되는 짝수 행으로부터 상기 합성 영상을 구성하는 수단을 포함할 수 있다. 피검체의 상대 변위를 일으키는 수단은 피검체의 지지 수단에 의해 구성될 수 있는데, 이 피검체의 지지수단은 전자기 방사 방향에 대해 정의된 제1 각도에 의한 피검체의 변위에 의해 제1 단위 변위를 보장하고, 전자기 방사 방향에 대해 정의된 제2 각도에 의한 피검체의 변위에 의해 제2 단위 변위를 보장하며, 상기 제1 및 제2 단위 변위는 동일 폭을 가지고 단지 부호가 반대이다.
상술한 바와 같이, 장애가 되는 방사선의 영향을 감소시키기 위해 전자기 방사 또는 수신 장치와 관련하여 검사될 피검체의 상대 변위를 일으키도록 한다. 상대 변위는 피검체 자체의 변위, 전자기 방사를 하는 광원의 변위 또는 수신 장치의 변위일 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 적용되는 원리를 도시한 것이다. 결정면이 참조 번호 31로 도시된 결정격자를 갖는 피검체(30)가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 결정면(31)의 방향은 피검체(30)의 세로축과 같은 Z축에 대해 수직한 방향으로 선택되었다. 피검체(30)는 적절한 광원(32)에 의해 공급되는 전자기 방사선에 노출된다. 전자기 방사선은 상기 피검체(30)를 통과한 후 그 평면이 참조 번호 33으로 도시된 검출기에 도달한다. 두 개의 전자기 방사선은, 뒤쪽에 결함(35)을 갖는 지점을 통해 피검체(30)를 가로지르는 방사선(34)과 브레그 각θ에 따라 결정면에 도달하는 방사선(36)으로 도시되었다. 상기 결정격자는 방사선(36)에 반응하여 다음의 브레그 방정식에 부합하는 조건하에 방사선(37)을 방출한다.
2 d sinθ= n λ
여기에서 d는 피검체의 결정면 사이의 거리이고, λ는 광원(32)의 방사 스펙트럼 내에서 방출되는 방사선의 파장이며, n은 1 과 같거나 큰 정수이다.
투과 방사선(34) 및 회절 방사선(37)이 결함의 영상과 회절 패턴을 결합한 영상을 검출기(33)의 평면에 형성시키도록 방사선(34 및 36)이 선택되었다.
도 2에서, 피검체(30)는 Z축에 대해 경사져 있다. 그 결과 검출기(33)의 일면에 수신된 영상들에 차이가 생긴다. 결함을 통과해 투과된 방사선(34)은 검출기의 평면에 이 결함(39)의 영상이 생기게 한다. 브레그 방정식에 부합하는 회절 조건하에서 피검체(30)에 도달하는 방사선(36)이 검출기의 평면에 회절 패턴을 생성하는 회절 방사선(37)으로 된다.
변위들은 작동 로봇 또는 다른 기계화된 시스템의 도움으로, 방사선 영상을 촬영하는 시간에 수행되는 단순 또는 결합 운동(선형 또는 회전)으로 구성될 수 있다.
변위들의 크기는 피검체를 구성하는 물질의 특성 예컨대, 방사선을 받는 피검체의 두께, 결정 형태, 피검체의 가공성을 나타내는 승인된 표준 등에 의존한다.
예컨대, X 선에 의한 투시법의 경우에 n개의 연속적인 주영상들의 평균을 냄으로써 합성 영상을 얻을 수 있다. 도 3 내지 도 7은 피검체의 연속적인 변위 후에 얻어진 주영상을 각각 나타낸다. 피검체의 변위는 최소이다. 이 결과는 획득된 그 영상이 매우 미소하게 수정될지라도 피검체에 있는 결함이 검출될 수 있는 합성 영상이다. 한편, 최소 변위는 결정 회절로 인한 기생적 영상 요소가 한 영상에서 다른 영상으로 충분히 분리되어, 이 요소들이 함께 부가되지 않는다는 것을 의미한다. 이런 경우에, 평균 영상이 얻어질 때, 실제로 기생적 영상 요소가 더이상 검출되지 않을 것이다.
도 3은 기생적 결함(21) 뿐만 아니라 결함이 참조 번호 11로 가시화될 수 있는 제1 수집영상(1)을 나타낸 것이다. 그 옆에 있는 그래프는 X축을 따라 수신된 신호의 휘도를 나타낸다.
도 4는 피검체의 미소한 변위 후에 제2 수집영상(2)을 나타낸다. 피검체에 있는 결함은 참조 번호 12 및 기생적 결함(22)으로 가시화할 수 있다. 피검체에 있는 결함은 영상(1)과 비교해 볼 때 매우 미소한 이동을 하였음을 볼 수 있는 반면, 기생적 결함(22)은 기생적 결함(21)과 겹쳐지지 않음을 주목해야 한다. 이러한 이동은 그 옆의 휘도 그래프에도 나타난다.
도 5는 선행 변위와 동일한 폭을 갖는 피검체의 다른 변위 후에 제3 수집영상(3)을 나타낸다. 피검체에 있는 결함은 참조 번호 13 및 기생적 결함(23)으로 가시화할 수 있다.
도 6은 선행 변위와 동일한 폭을 갖는 피검체의 다른 변위 후에 제4 수집영상(4)을 나타낸다. 피검체에 있는 결함은 참조 번호 14 및 기생적 결함(24)으로 가시화할 수 있다.
도 7은 선행 변위와 동일한 폭을 갖는 피검체의 최종 변위 후에 제5 수집영상(5)을 나타낸다. 피검체에 있는 결함은 참조 번호 15 및 기생적 결함(25)으로 가시화할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 방사선 투시법에 의해 제어부에 나타난 평균 영상(6)은 다섯개로 분할되어 얻어진 주영상들의 합이다. 결함의 뚜렷한 영상(16)은 미소하게 변함에 반해, 최종적인 기생적 결함(26)은 초기의 기생적 결함에 비해 현저하게 감소한다.
고전적인 산업 방사선 촬영법의 경우에, 얻어진 최종 영상이 단일의 노출에 의해 필름에 형성된다. 피검체의 상대 변위는 X선 방출관의 변위 또는 노출시 필름의 변위에 의해 획득될 수 있다.
단층 촬영법의 경우에, 일명 DR(Digital Radiography) 시스템은 수신 장치가 더이상 면이 아니고 선형인 수상 가능한 방사선 투시법에 비교될만 하며, 이는 영상 획득이 스캐닝 즉, 행단위로 판독함에 의해 달성됨을 의미한다.
이러한 경우에, 결정 회절로 인한 기생적 효과를 감소시키기 위해, 다음의 원리를 적용할 수 있다.
- 홀수번째 단계(1,3,5,7 등)에 대해 피검체를 소정 각도 +α만큼 회전시킨 상태에서 n번의 DR 합계의 첫번째 일소.
- 짝수번째 단계(2,4,6,8 등)에 대해 피검체를 소정 각도 -α만큼 회전시킨 상태에서 n번의 DR 합계의 두번째 일소.
짝수 및 홀수 행을 비월주사(interlacing)함으로써 재구성된 최종 영상은 기생적 방사를 현저히 감소시킨다.
도 9는 본 발명의 원리를 응용한 수상 가능한 방사선 투시 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 셔터(101)가 마련된 절연된 하우징(100)은 X선 광원(102)을 둘러싸고 있는데, 이 광원은 콜리메이터(104)를 통해 방사선(103)을 방출한다. 검사하고자 하는 피검체(105)는 처음에는 콘테이너(104)에 설치되었다가 X선(103)에 노출되도록 작동 로봇(107)에 의해 집어진다. 피검체(105)를 투과하는 X선은 네개의 플랩(108)으로 된 다이아프램과 후단 필터소자(109)를 통과하여 광도 증폭기(110)에 도달한다. 광도 증폭기(110)는 다이아프램(112)을 경유하여 카메라(111)에 수신된 신호를 전송한다. 카메라(111)는 한편으로 제어 스크린(114)에 합성 영상을 전달하는 영상 처리 유니트(113)에 출력신호를 전달하고 또한 보호 캐빈(116)에 둘러싸인 방사선 투시 장치의 각 요소들을 조종하는 유니트(115)와 통신한다. 검사가 완료되면, 검사된 부품들은 컨테이너(117)에 넣어진다.

Claims (14)

  1. 결정격자를 가지는 피검체의 방사선 촬영 검사 방법으로서, 상기 피검체(105)를 전자기 방사(103)에 노출시켜 수신 수단에 상기 피검체(105)의 방사선 영상을 얻는 것으로 이루어진 방법에 있어서,
    노출에 상응하여 얻어진 상기 방사선 영상이, 상기 피검체를 상당한 정도로 재생할 수 있도록 함과 동시에 상기 피검체의 결정격자에서의 전자기 방사의 회절로 인해 발생된 기생적 요소(26)를 현저히 감쇄시키는 상기 피검체의 상대 변위로부터 나온 합성된 영상(6)인 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 방사선 영상이,
    방사선 투시법에 의한 것이고, 상기 피검체의 상대 변위는 전자기 방사 방향에서의 변위 또는 상기 피검체의 변위로 인해 발생된 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 합성 영상은,
    상기 상대 변위를 구성하는 몇개의 이어지는 단위 변위들로부터 각각 얻어진 몇개의 영상에 대한 평균에 의해 생긴 평균 영상인 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 방사선 영상은,
    필름상에의 한번 노출에 의한 것이고, 상기 피검체의 상대 변위는 전자기 방사 방향에서의 변화 또는 필름의 변위에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 방사선 영상은 단층 촬영법에 의해 얻어지고, 그 획득은 행별 판독에 의해 수행되고, 상기 합성 영상은 제1 단위 변위에 대응하는 홀수 행 및 제2 단위 변위에 대응하는 짝수 행으로 구성되는 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제1 단위 변위는 전자기 방사 방향에 대해 정의된 제 1각도에 의한 피검체의 변위에 대응되고, 상기 제2 단위 변위는 상기 제1 각도와 같은 폭으로 다만 반대의 부호를 가지는 전자기 방사 방향에 대해 정의된 제 2각도에 의한 피검체의 변위에 대응되는 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 방법.
  7. 결정격자를 가지는 피검체(105)를 방사선 촬영에 의해 검사하는 장치로서, 방사선 영상을 형성할 수 있는 전자기 방사(103) 수단(102)과, 상기 전자기 방사에 상기 피검체가 노출되도록 하는 피검체의 지지 수단과, 상기 전자기 방사에 대한 피검체의 반응을 수신하고 상기 피검체의 방사선 촬영 영상을 제공하는 수신수단(111,113,114)을 포함하는 장치에 있어서, 상기 수단들은 노출에 대응하여 방사선 영상을 형성하는 동안 피검체의 상대 변위를 일으키도록 설계되어, 상기 피검체를 상당한 정도로 재생하는 합성 영상을 얻을 수 있도록 함과 동시에 피검체의 결정격자에서의 전자기 방사의 회절에 의해 생긴 기생적 요소를 현저히 감쇄시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 장치는 방사선 투시법으로 작동하고, 상기 피검체의 상대 변위를 일으키는 수단은 전자기 방사 방향의 변위 수단인 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 장치는 방사선 투시법으로 작동하고, 상기 피검체의 상대 변위를 일으키는 수단은 상기 피검체(105)의 지지 수단(107)에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 장치.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 수신 수단은,
    상기 상대 변위를 구성하는 몇개의 이어지는 단위 변위들로부터 각각 얻어진 몇개의 영상에 대한 평균에 의해 생긴 평균 영상을 전달하는 것을 가능하게 하는 수단인 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 장치는 필름 상에 단일의 노출 형태로 방사선 영상을 제공하고, 상기 피검체의 상대 변위를 일으키는 수단은 전자기 방사 방향을 변화시키는 수단인 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 장치는 필름 상에 단일의 노출 형태로 방사선 영상을 제공하고, 상기 피검체의 상대 변위를 일으키는 수단은 필름을 변위시키는 수단인 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 장치.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 장치는 단층 촬영법으로 작동하고, 방사선 영상의 획득이 행별 판독에 의해 수행되며, 상기 수신 수단은 제1 단위 변위에 대응되는 홀수 행 및 제2 단위 변위에 대응되는 짝수 행으로부터 상기 합성 영상을 구성하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 피검체의 상대 변위를 일으키는 수단은 피검체의 지지 수단에 의해 구성되고, 상기 피검체의 지지수단은 전자기 방사 방향에 대해 정의된 제1 각도에 의한 피검체의 변위에 의해 제1 단위 변위를 보장하고, 전자기 방사 방향에 대해 정의된 제2 각도에 의한 피검체에 의해 제2 단위 변위를 보장하며, 상기 제1 및 제2 단위 변위는 동일 폭을 가지고 단지 부호가 반대인 것을 특징으로 하는 결정격자를 갖는 피검체의 방사선 촬영 검사 장치.
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