KR20220123531A - 복합재료의 3d 단층합성 이미지 생성 방법 - Google Patents

복합재료의 3d 단층합성 이미지 생성 방법 Download PDF

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Abstract

재료의 다른 부분보다 크게 x-선을 감쇠시키는 기준마커(410)를 포함하는 복합재료(400)의 구조건전성을 식별 및/또는 평가하기 위해, 본 발명은 수지와 혼합된 섬유와 다수의 기준마커들을 갖는 복합재료의 제1 3D 단층합성 이미지 세트를 생성하고, 기준마커는 섬유나 수지재료보다 크게 X선을 감쇠시키는 요소를 가져 복합재료의 일부에서의 기준마커의 위치를 x-선 촬영으로 결정할 수 있는 방법을 제공하고, 이 방법은 복합재료를 제공하는 단계; x-선 이미터 어레이 및 디지털 x-선 디텍터를 제공하되, x-선 이미터 어레이와 디지털 x-선 디텍터가 서로에 대해서는 물론 복합재료에 대해 고정관계로 유지하고, x-선으로 복합재료를 촬영해 기준마커들의 적어도 일부의 서로에 대한 상대위치들을 결정하는 단계; 데이터베이스를 제공하는 단계; 및 기준마커들의 상기 상대위치들을 데이터베이스에 저장하는 단계를 포함한다.

Description

복합재료의 3D 단층합성 이미지 생성 방법
본 발명은 복합재료의 3D 단층합성 이미지를 생성하는 방법에 관한 것으로, 복합재료의 구조적결함 및/또는 위조재료를 식별하기 위한 비파괴검사와 테스트에 특히 유용하다.
복합재료는 2가지 이상의 재료로 이루어진 것으로 그 특성이 각 재료와 다르도록 결합된 것이며, 섬유강화 플라스틱, 탄소섬유, 플라스틱-금속 라미네이트, 기타 라미네이트 또는 매트릭스 재료 등이 있다.
복합재료를 함유한 구성요소의 비파괴검사와 테스트는 어려운 일이다. 예를 들어, 박리는 재료가 층별로 균열되는 고장 모드이고, 라미네이트 복합재료를 함유한 여러 재료가 박리로 인해 고장날 수 있다.
구조안전 모니터링(SHM)은"수명관리 결정을 용이하게 하기 위한 기술적 데이터의 획득, 검증 및 분석"이라 할 수 있다. 보다 일반적으로 SHM은 손상이나 정상 작동으로 인한 구조의 불리한"변경"을 감지하고 해석할 수 있는 기능을 갖춘 신뢰성 있는 시스템이다.
손상이 비용이 많이 드는 치명적 고장으로 이어지고 관련 차량의 정기검사에 비용이 많이 들기 때문에 SHM은 항공우주 산업과 같은 산업에 더 유리하다. 레이더 단면적과"부품수"를 줄이는 기능은 물론 우수한 비강도와 강성 특성을 이용하기 위해 항공기에 복합재료를 점점 더 많이 사용되고 있다. 그러나, 복합재료는 분산형 상호작용 손상 모드로 인해 고장나기 쉬워 금속부품에 비해 설계, 유지관리 및 수리가 어려운 것이 단점이다. 또, 복합재료의 이방성, 섬유의 전도도, 매트릭스의 절연성 및 많은 손상이 라미네이트의 윗면 아래에서 자주 발생한다는 사실로 인해 손상감지가 훨씬 더 어렵다.
방사선검사(침투 강화 X선) 및 수중초음파(C-스캔)와 같은 소규모 실험실 시료에 대한 현재의 성공적인 복합 비파괴검사 기술은 대형 부품과 통합 차량에는 비실용적이다.
또, 현재의 시각화 기술의 한계는 박리된 층이 물리적 간격 없이 접촉해 있는 소위 폐쇄 박리를 촬영할 가능성이 매우 제한적이라는 데 있다.
모달 응답에 중점을 둔 복합재료 손상을 감지하기 위한 여러 기술이 연구되었다. 이런 방법은 주로 모든 크기의 구조에서 구현하기 쉬워 가장 일반적이다. 구조체는 주변에너지, 외부 셰이커 또는 내장 액추에이터에 의해 여기될 수 있으며 내장형 스트레인 게이지, 압전계 또는 가속도계를 사용해 구조적 동적 응답을 모니터링할 수 있다. 일반 진동 모드의 변화는 구조의 강성 손실과 관계있고 일반적으로 분석모델이나 실험실에서 결정된 응답기록 테이블을 사용해 해당 손상 위치를 예측한다. 그러나 이런 유형의 시스템에서 수집한 데이터는 해석에 어려움이 있다. 또한 선택한 개별 센서의 해상도와 범위, 구조 전체에 분포하는 밀도에 따라 감지 제한이 있다.
또다른 관심 분야는 3D 프린팅이나 적층제조로, 흔히 한가지 재료를 층층이 쌓아 물체를 만든다. 기존의 3D 프린팅은 전통적인 의미로 복합재로 간주되지 않을 수 있지만, 적층 구조는 X선 콘트라스트가 낮고 숨겨진 공극과 결함이 있다는 점에서 라미네이트와 유사한 문제를 갖는다.
이런 제품의 문제점은 열이력, 진공백의 이동, 수지불균일 등 다양한 원인에 의한"플라이 주름"이다. 이런 주름은 부품이 맞지 않게 하면서도 제조공정 후반까지 감지되지 않거나(캐스트오프 부품에 상당한 비용 추가) 완전히 감지되지 않을 수 있다(현장에 부적합한 부품이 배치됨). 따라서 제조중에 이런 주름과 관련 결함을 감지하는 것이 중요하다.
초음파는 여러 유형의 부품의 구조건전성에 대해 제한된 정보를 제공하며 복잡한 조립품은 정보제공에 실패하기 쉽다. 2차원 x-선은 복잡한 상하부 층들이 있는 구조의 결함은 밝히지 못한다. 기존의 3D x-선 촬영(즉, CT)은 3상 전원과 방사선 차폐실이 필요해 느리고 비싸고 무겁고 복잡하다. CT는 일반적으로 일부 민감한 구성요소를 손상시킬 수 있는 고용량의 방사선을 사용하기도 한다. 기존의 기계적 테스트(스트레인 게이지, 마그나플럭스 등)는 적층제조와 어울리지 않으며 고장이 생길 때까지 숨겨진 결함을 밝히지 못하는 경우가 많다.
동시에 위조품은 심각한 문제를 일으킨다. 위조품은 이제 안전문제를 일으킬 수도 있어, 위조품을 식별할 필요가 분명히 있다.
따라서, 비파괴 방식으로 구조건전성 및/또는 실체성을 검사할 수 있는 복합재료와, 구조건전성 및/또는 실체성을 검사하는 방법이 필요하다.
본 발명은 수지와 혼합된 섬유와 다수의 기준마커(fiduciary marker)를 갖는 복합재료의 제1 3D 단층합성 이미지 세트를 생성하고, 기준마커는 섬유나 수지재료보다 크게 X선을 감쇠시키는 요소를 가져 복합재료의 일부에서의 기준마커의 위치를 x-선 촬영으로 결정할 수 있는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 복합재료를 제공하는 단계; x-선 이미터 어레이 및 디지털 x-선 디텍터를 제공하되, x-선 이미터 어레이와 디지털 x-선 디텍터가 서로에 대해서는 물론 복합재료에 대해 고정관계로 유지하고, x-선으로 복합재료를 촬영해 기준마커들의 적어도 일부의 서로에 대한 상대위치들을 결정하는 단계; 데이터베이스를 제공하는 단계; 및 기준마커들의 상기 상대위치들을 데이터베이스에 저장하는 단계를 포함한다.
이런 식으로, 데이터베이스에 전자적으로 저장되고 기준마커들 중 적어도 일부의 위치를 제공하기 위해 향후 조사/처리될 수 있는 3D 단층합성 모델이 생성될 수 있다. 마커의 위치는 복합재료 내부나 표면의 특정 식별 지점과 같은 다른 마커나 데이텀과 관련될 수 있다. 이 정보는 지도로 간주될 수 있다.
이 방법이 상기 상대위치들을 소정의 위치 세트와 비교해 복합재료의 품질을 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 소정의 위치 세트는 데이터베이스에 저장될 수 있다.
예를 들어, 복합재료가 특정 방식으로 구성되고 기준마커가 소정 위치에서 수지에 추가될 경우 마커의 상대위치들이 저장된 표준 데이터 세트와 일치해야 한다. 그러나 비교결과 위치가 다르거나 적어도 그 차이가 소정의 임계값을 넘는 것으로 나타나면 제조공정의 오류 때문일 수 있다. 이는 품질관리 표준을 충족하지 않는 제품을 식별하는데 도움이 될 수 있다.
이 방법이 상기 상대위치들을 결정하기 위해 제2 3D 단층합성 이미지 세트를 제공하도록 초기 촬영 후 특정 시점에서 복합재료의 일부를 x-선 촬영하는 단계와, 제1 및 제2 3D 단층합성 이미지 세트들에서의 기준마커들의 상대위치들을 비교해 복합재료의 일부의 구조건전성의 변화 발생을 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제2 이미지 세트는 제1 이미지 세트의 마커들 전체나 일부만 가질 수 있다. 비교할 때 데이터베이스를 조사할 수 있다.
이런 식으로 복합재료의 구조건전성을 시간에 따라 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 비교한 상대위치들이 서로 다르거나 임계값을 넘었으면 박리와 같은 방법으로 재료의 고장을 나타낼 수 있다. 이는 고장 뒤 문제가 커지기 전에 교체나 수리가 필요한 제품을 식별하는데 도움이 될 수 있다.
이 방법이 다른 복합재료를 x-선 촬영해 다른 3D 단층합성 이미지 세트를 제공해 기준마커들의 서로간의 상대위치를 결정하는 단계와, 제1 및 다른 3D 단층합성 이미지 세트들의 기준마커들의 상대위치를 비교해 상기 다른 복합재료의 실체를 평가하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
이런 식으로, 한 재료내 마커의 상대위치들을 제1 세트내 마커의 상대위치들과 비교할 수 있다. 제1 세트는 다른 제품을 비교할 표준으로 볼 수 있다. 상대위치가 일치하거나 적어도 허용오차 이내인 경우, 제2의 다른 복합재료가 제1 복합재료와 같은 방식으로 제조된 것으로 볼 수 있다. 이를 통해 제조방법 및/또는 제조위치의 식별을 하여, 다른 복합재료의 식체를 평가할 때 위조품인지 판단할 수 있다.
다른 복합재료의 실체를 평가할 때 데이터베이스를 조사할 수 있다. 데이터베이스 가입자들이 이를 이용해 제품이 위조인지 확인할 수 있다.
이 방법이 2D x-선 이미지를 제공해 기준마커들의 서로간의 상대위치들을 결정하기 위해 2D x-선 촬영장치를 제공하고 복합재료를 2D x-선 촬영하는 단계와, 2D 이미지내 기준마커의 상대위치들으리 제1 이미지 세트와 비교해 다른 복합재료의 실체를 평가하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
이와 관련해, 기준마커들의 위치를 보여주는 2D 이미지도 재료의 실체를 확인하거나 검증하기에 충분한 정보를 제공할 수 있다. 이런 식으로, 2D 이미지가 비교되는 표준 재료의 풀 3D 이미지를 예컨대 데이터베이스 가입자에게 기밀로 유지할 수 있다. 이때문에 다른 복합재료의 실체를 평가할 때 위조여부를 판단할 수 있다.
다른 복합재료의 실체를 평가하는 단계에서 데이터베이스를 조사할 수 있다.
이 방법이 프로세서를 제공하는 단계와, 이 프로세서를 이용해 기준마커들 중의 적어도 일부의 서로간의 상대위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 관련해, 프로세서가 디텍터에서 받은 원시 정보를 처리해 필요한 데이터를 만들 수 있다. 프로세서를 이용해 단층합성 이미지를 만들 수도 있다. 프로세서를 이용해 이미지 세트들 사이의 마커들의 상대위치들을 비교해 다른 재료들을 평가하고 데이터베이스의 다른 재료와 데이터 세트와 비교해 재료의 구조건전성 및/또는 실체를 평가할 수도 있다.
이 방법이 x-선 이미터 어레이와 디지털 x-선 디텍터 중의 하나나 둘다를 x-선 촬영용 복합재료의 다른 부분까지 반복적으로 이동시켜 복합재료의 여러 부분들을 x-선 촬영하는 단계를 더 포함하고, x-선 이미터 어레이와 디지털 x-선 디텍터가 x-선 촬영시 서로는 물론 복합재료에 대해 고정된 관계로 유지되도록 할 수도 있다.
이런 식으로 항공기 날개처럼 복합재료를 갖는 대형 물체를 시간에 따라 어레이와 디텍터를 매번 다른 위치로 움직이면서 조금씩 촬영해 물체 전체를 촬영할 수 있다.
이 방법이 복합재료의 단일 세트의 연속 이미지들을 만들기 위해 복합재료의 각 부분에 대해 구한 다양한 세트의 x-선 이미지들을 처리하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
어떤 이미지들도 패턴 분석을 통해 비교하여, 비교되는 다양한 (예컨대, 제1, 제2 세트들의) 이미지들내의 마커들의 패턴의 적어도 일부가 되도록 할 수 있다.
"복합재료"란 하나 이상의 복합재료, 라미네이트 재료, 매트릭스 재료 및 물성이 다른 여러 원소들을 갖는 다른 유사한 재료를 모두 포함할 수 있다. 복합재료의 특성이 각 재료의 특성과 구별되도록 2이상의 재료들이 결합된 것으로 정의할 수 있다. 섬유강화 플라스틱이 그 일례지만, 플라스틱 금속 라미네이트 및 기타 라미네이트 또는 매트릭스 재료는 물론, 3D 인쇄/적층 제품도 있을 수 있다.
"섬유"는 탄소섬유, 섬유, 섬유강화 재료, 직조 섬유, 부직포 섬유는 물론, 케블라(RTM), 비스코스, 텐셀(RTM), 레이온(RTM) 및 기타 폴리머를 포함할 수 있다.
"수지"는 용어는 충전제, 수지, 에폭시, 결합제 및 폴리머 보강재를 포함할 수 있다.
복합재료내 기준마커들의 위치는 재료의 표면이나 내부의 점이나 평면과 같은 데이터에 상대적이거나 마커들 서로간에 상대적일 수도 있다.
섬유와 수지보다 크게 x-선을 감쇠시키는 요소를 포함해 다수의 기준마커들을 가진 것이 "염"으로 알려지고 구조의 주요 물성(강도, 무게 등)에 영향을 미치기에 불충분한 제한된 양의 재료를 갖는 것이라 할 수 있다.
"기준마커"는 기준점이나 척도로 사용하기 위해 생성 이미지에 보이는 촬영장치의 시야에 배치된 대상을 포함할 수 있다. 이런 맥락에서, 아래 목적으로 촬영 대상에 영구적으로 배치될 수 있다: z 치수로 구분할 수 있는 기능 강화; 직조가 종종 광선 경로에 수직이기 때문에 박리에 대한 감도 향상; 하위 요소들을 촬영하고 이미지들을 '스티칭'하여 시간이 지남에 따라 동일한 장치를 비교하고 이 장치를 촬영할 수 있는 영구 지도 제공; 이 장치를 고유하고 영구적으로 식별.
복합재료는 고유 서명 "키"를 제공하도록 x-선으로 촬영될 수 있다. 이런 키는 복합재내에서, 특히 x-선으로 측정하기 어려운 깊이 축의 결함을 찾는 데 사용될 수 있다. 구성요소 확인을 위한 물리적 복제 방지 기능(PUF; physical unclonable function)으로 작용할 수 있다. 비행기 날개와 같은 대형 구조물의 경우 구조물 전체나 넓은 면적에 키가 하나만 있는게 바람직하지 않을 수 있다. 오히려 다양한 관심영역들에서 키 세트가 생길 수 있다. 이런 배열은 부품이 손상되고 부서진 경우에도 부품을 식별할 수 있다는 추가 이점을 가질 수 있다. 이런 식으로 스캔된 영역의 패치 작업에서 생긴 서명 키와 함께 단위 면적당 PUF의 개념이 유용할 수 있다. 커버리지의 완전성을 확인하는데에도 사용할 수 있다.
복합재의 박리 확인과 관련해, x-선 기반 감지 사용의 문제는 복합재가 잘 감쇠되지 않고 감쇠시 물질변화가 없어 촬영이 어렵고, 이때문에 콘트라스트가 낮은 이미지를 만드는데 있다.
기준마커는 구리, 철, 몰리브덴, 텅스텐 및 금 중 하나 이상을 포함할 수 있다. X-선을 사용해 촬영했을 때 수지와 섬유에 콘트라스트를 부여하기 때문에 다른 요소나 화합물을 이용할 수도 있다.
기준마커가 금속성 코어를 갖는 탄소 나노튜브를 포함할 수도 있다. 강도 및 무게와 관련하여 장치의 기능적 특성에 부정적인 영향을 미치지 않는 수준에서 합성물이 형성될 때 다른 금속 분자(또는 기타 감쇠 마커)가 수지 재료에 도입될 수 있다. 탄소 나노튜브가 감쇠 마커로 '태그'되는 것도 가능하다. 이는 표준 탄소 나노튜브 제조 공정을 완료하지 않아 탄소 나노튜브 내부에 철 분자를 남김으로써 발생할 수 있다. 탄소 나노튜브에 하나 이상의 금속덮개나 금속입자 "장식"을 갖는 것도 가능하다. 이는 코팅과 같은 추가 처리 단계로 인해 발생할 수 있다.
기준마커는 1 내지 40㎛의 크기를 갖는 입자를 포함할 수 있다. 50-5000nm와 같은 다른 크기도 가능하다.
수지는 0.1 중량% 미만의 기준마커를 포함할 수 있다.
기준마커가 재료 외부에서 육안으로 보이지 않을 수도 있다.
수지에 대한 기준마커의 부피 비율은 위치를 표시하기 위해 재료에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, (재료가 적층제조 방식으로 형성되었으면) 이 비율이 층마다 증감할 수 있다. (x선 촬영으로) 재료의 특정 지점에서 이 비율을 결정하면 재료내 위치를 알 수 있다.
수지내의 기준마커들의 양은 재료를 통해 통제된 방식으로 변할 수 있다. "통제된 방식"이란 위치에 따른 양의 규칙적인 증감을 포함하지만, 대수 증감, 공지의 통제된 증감과 같은 다른 변화도 가능하다. 재료의 특정 지점에서 양을 결정하면 재료내 위치를 표시할 수 있다.
마찬가지로, 수지내 기준마커들의 크기 및/또는 조성도 재료를 통해 통제된 방식으로 변할 수 있다. 재료의 임의의 주어진 지점에서 크기 및/또는 구성을 결정하면 재료내 위치의 표시를 제공할 수 있다.
기준마커들이 수지 전체에 규칙적으로 배열되거나 합성물내 섬유에 소정 간격으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 전체 3D 패턴을 생성하기 위해 각 층에서 일반 2D 패턴을 생성할 수 있다. 이것은 적층 재료의 박리나 플라이 주름을 결정하는데 도움이 될 수 있다.
복합재료의 제조 방법은 수지와 다수의 기준마커들을 섬유에 도포하는 단계를 포함할 수 있고, 섬유와 수지보다 크게 x선을 감쇠시키는 원소들을 포함한 기준마커들의 복합재료내에서의 위치는 X선 촬영으로 확인할 수 있다.
사용된 X선 시스템은 물체를 자른 별개의 "슬라이스" 형태로 깊이 정보를 제공하는 제한각도 단층촬영이라고도 하는 디지털 단층합성을 할 수 있다. x-선 시스템은 초해상도의 개선된 사용을 위해 2차원 '스윕'을 이용할 수 있다. '스윕'은 X선 이미터들의 분산 소스가 1D 라인이 아닌 2D 평면에 배열됨을 의미한다.
데이터베이스를 통해 가입자가 액세스할 수 있는 데이터의 양은 사용자의 신분, 데이터의 필요성, 제품의 구조건전성이나 그 실체를 확인하기 위한 것인지 여부와 같은 인자에 따라 좌우될 수 있다. 데이터베이스 접근권한이 판매되거나 라이센스될 수 있다. 키 생성을 위해 클라우드 등록 플랫폼(즉, x-선 촬영장치에서 멀리 떨어진 플랫폼)을 사용할 수 있다.
복합재료는 제조시 촬영되고 기준마커들의 고유 상대위치가 기록될 수 있다. 기준마커들의 절대 위치들는 테스트 지점에서 비교되어 구조의 변화를 확실하게 식별할 수 있다. 기준마커의 상대위치는 고유할 수 있으며, 촬영되는 장치보다 작은 디텍터가 달린 시스템을 사용해 전체 항공기 상부구조와 같은 대형 품목을 검사하는 '이미지 스티칭' 방식을 할 수 있지만, 그와 동시에 구조 전체가 촬영되었다는 확신을 주게 된다.
키의 존재는 (예를 들어) 특히 'z' 차원으로 2개의 마커들이 더 벌어진 것이 박리와 같은 손상을 나타내기 때문에 종단 분석(시간에 따른 분석)을 수행하는 능력을 개선할 수 있다.
품목마다 고유 키가 있어, 위조를 시기별할 수 있다. 상대적으로 큰 품목에는 키가 여럿 있어, 예를 들어 항공기 충돌 후 파편을 복구할 경우 대형 구조물의 특정 요소의 식별을 할 수 있다.
구조물, 품목, 제품내 키의 존재를 이용해, 판매시 키가 기록되었으면 소유자를 식별할 수 있다.
x-선 촬영으로 키를 결정할 수 있다. 키 생성은 해밍 공간에서 x-선 이미지를 스트링으로 변환시키고, "퍼지 이산화"를 사용하면 "noise robust vector"가 생길 수 있다. 3차원 좌표 집합 T⊂Z3인 이런 벡터는 고유 " 키"로 변환될 수 있다. 키를 결정하려면 여러번의 스캔이 필요할 수 있으며 보안 데이터베이스에서 이런 키의 확인이나 일치는 잡음이 많은 환경에서 작동하는 통계적 방법을 요할 수 있다. 실제, x-선 스캔을 벡터 코드로 변환하는 것은 필터링(예: Gabor 필터), 임계값 및 출력 샘플링을 포함한 전처리를 포함할 수 있으며, 이 출력은 여러 알고리즘 중 하나를 사용해 인코딩될 수 있다.
품목이 2D x-선 촬영의 대상이 되는 경우 서로에 대한 기준마커들의 위치가 한 평면에서 결정될 수 있다. 품목이 3D 촬영의 대상인 경우 서로에 대한 기준마커들의 위치가 둘 이상의 평면에서 결정될 수 있다. 2D 이미징의 이런 제한은 3D 키를 공개하거나 3D 키 데이터베이스에 대한 액세스를 허용하지 않고도 품목이 위조인지 여부를 확인하는 간단한 수단을 제공하기 위해 악용될 수 있다. 이런 식으로 3D 스캔을 사용해 부품을 검증하는 제조업체의 능력의 보안을 손상시키지 않으면서 부품 진위 여부에 대한 현장 검사를 수행할 수 있다. 구조건전성을 확인하려면 3D 스캔이 필요할 수 있다.
기준마커들이 X선 이미지에서 수지의 색과 다른 색의 점으로 나타날 수도 있다.
도 1은 복합재료를 생산하고 키를 생성확인하는 일련의 단계들를 보여주는 순서도;
도 2는 복합재료의 x-선 이미지;
도 3은 x-선 촬영장치의 개략도; 및
도 4는 다른 복합재료의 x-선 이미지.
본 발명은 특정 도면과 관련하여 설명될 것이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고 특허청구범위에의해서만 제한된다. 설명된 도면은 개략도일 뿐이며 제한적이지 않다. 각 도면은 본 발명의 모든 특징을 포함하지 않을 수 있으므로 반드시 본 발명의 실시예로 간주되어서는 안된다. 도면에서, 일부 구성요소의 크기는 예시를 위해 과장되어 도시되어 있지 않을 수 있다. 치수 및 상대적 치수는 본 발명의 실시에 대한 실제 축소와 일치하지 않다.
또, 설명 및 청구범위에서 용어 첫번째, 두번째, 세번째 등은 유사한 요소를 구별하기 위해 사용되며 반드시 시간적으로, 공간적으로, 순위에서 또는 다른 방식으로 시퀀스를 설명하는데 사용되는 것은 아니다. 그렇게 사용된 용어는 적절한 상황에서 상호교환 가능하며, 본 명세서에 기술되거나 예시된 것과 다른 순서로 동작이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 마찬가지로, 특정 순서로 설명되거나 청구된 방법 단계는 다른 순서로도 작동하는 것으로 이해될 수 있다.
또, 설명 및 청구범위에서 상단, 하단, 위, 아래 등의 용어는 설명의 목적으로 사용되며 반드시 상대적인 위치를 설명하는 것은 아니다. 그렇게 사용된 용어는 적절한 상황에서 상호교환 가능하며 작동은 여기에 설명되거나 예시된 것과 다른 방향으로 수행될 수 있음을 이해해야 한다.
청구범위에 사용된"포함"이란 용어는 이후에 나열된 수단으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 다른 요소나 단계를 제외하지 않는다. 따라서 이것은 언급된 특징, 정수, 단계 또는 구성요소의 존재를 명시하는 것으로 해석되어야 하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계 또는 구성요소, 또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않다. 따라서,"수단 A 및 B를 포함하는 장치"라는 표현의 범위는 구성요소 A 및 B로만 구성된 장치로 제한되어서는 안된다. 이는 본 발명과 관련하여 장치의 유일한 관련 구성요소가 A 및 B임을의미한다.
마찬가지로,"연결"이란 용어는 직접 연결로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다. 따라서"기기 A가 기기 B에 연결되어 있다"라는 표현의 범위는 기기 A의 출력이 기기 B의 입력에 직접 연결된 기기나 시스템에 국한되어서는 안된다. A의 출력과 B의 입력은 다른 장치나 수단을 포함하는 경로일 수 있다."연결"은 두 개 이상의 요소가 물리적 또는 전기적으로 직접 접촉하거나 둘 이상의 요소가 서로 직접 접촉하지 않지만 여전히 서로 협력하거나 상호 작용한다는 것을의미할 수 있다. 예를 들어, 무선 연결이 있다.
본 명세서 전체에서"일 실시예" 또는"일 양태"에 대한 참조는 실시예 또는 양태와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 또는 양태에 포함된다는 것을의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에서"일 실시예에서","일 실시예에서" 또는"측면에서"라는 문구의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예 또는 측면을 지칭하는 것은 아니며, 상이한 실시예 또는 측면을 지칭할 수 있다. 또, 본 발명의 임의의 한 실시양태 또는 측면의 특정 특징, 구조 또는 특성은 본 발명의 다른 실시양태 또는 측면의 임의의 다른 특정 특징, 구조 또는 특성과 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있으며, 이는 하나 이상의 실시형태 또는 측면에서 본 개시내용으로부터 당업자에게 명백할 것이다.
마찬가지로, 설명에서 본 발명의 다양한 특징은 본 개시를 간소화하고 다양한 발명의 측면 중의 적어도 하나의 이해를 돕기 위한 목적으로 단일 실시예, 도면 또는 설명으로 함께 그룹화되는 경우가 있음을 이해해야 한다. 그러나 이런 개시 방법은 청구된 발명이 각 청구범위에 명시적으로 인용된 것보다 더 많은 특징을 필요로 한다는의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또, 임의의 개별 도면 또는 측면의 설명이 반드시 본 발명의 실시예로 간주되어서는 안 된다. 오히려, 다음 청구범위가 반영하는 바와 같이, 독창적인 측면은 단일의 전술한 개시된 실시예의 모든 특징보다 적은 수에 있다. 따라서, 상세한 설명에 뒤따르는 청구항은 이에의해 이 상세한 설명에 명시적으로 통합되며, 각 청구항은 그 자체로 본 발명의 별도의 실시예이다.
또, 본 명세서에 기술된 일부 실시예는 다른 실시예에 포함된 일부 특징을 포함하지만, 다른 실시예의 특징의 조합은 본 발명의 범위 내에 있는 것을의미하고, 당업자에의해 이해되는 바와 같이 또 다른 실시예를 형성한다. 예를 들어, 다음 청구범위에서 청구된 실시예 중 어느 하나가 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
본 명세서에 제공된 설명에서, 다수의 특정 세부사항이 설명된다. 그러나, 본 발명의 실시예는 이런 특정 세부사항 없이 실시될 수도 있다. 다른 경우에, 이 설명의 이해를 모호하게 하지 않기 위해 잘 알려진 방법, 구조 및 기술은 자세히 설명하지 않았다.
본 발명의 논의에서, 반대로 언급되지 않는 한, 매개변수의 허용 범위의 상한 또는 하한에 대한 대안 값의 공개는 상기 값 중 하나가 다른 값보다 더 선호된다는 표시와 함께, 매개변수의 각각의 중간 값은, 상기 대안들 중 더 선호되는 값과 덜 선호되는 값 사이에 위치하며, 그 자체가 상기 덜 선호하는 값과 또한 상기 덜 선호하는 값과 상기 중간 값 사이에 있는 각 값보다 선호된다는 묵시적 진술로 해석되어야 한다.
"적어도 하나"라는 용어의 사용은 특정 상황에서 하나만을의미할 수 있다."모든"이란 용어의 사용은 특정 상황에서"모두" 및/또는"각각"을 의미할 수 있다.
이제 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 1은 복합재료의 실체 및/또는 구조건전성 점검을 포함해 일반적인 제조공정에서의 기본 방법(100)의 순서도이다.
1단계(10)에서 수지를 기준마커와 혼합한다. 2단계(20)에서 혼합된 수지와 기준마커를 섬유에 도포한다. 몰드를 사용해 특정 형상을 성형한 다음, 생성된 복합재료가 3단계(30)에서 경화된다. 성형경화 단계에서 진공성형과 가열을 이용한다.
이런 복합재료를 4단계(40)에서 x-선 이미지로 만든 다음, 5단계(50)에서 처리해 기준마커들의 서로간의 위치에 기초한 고유 키를 생성한다.
이어서, 이 키를 6단계(60)에서 데이터베이스(65)에 기록한다.
이때 이 키를 데이터베이스에 저장된"표준" 키와 비교해 재료의 건전성을 확인한다. 즉, 이 구조가 소정의 품질관리 조건들을 준수하는지 점검한다.
이어서, 7단계(70)에서 복합재료도 x-선 이미지로 만든 다음, 8단계(80)에서 x-선 이미지를 처리해 기준마커들의 서로간의 위치에 기초한 키를 생성한다.
이제 9단계(90)에서 이 키를 6단계(60)에서 데이터베이스(65)에 저장된 다양한 키와 비교한다. 이런 비교로 복합재료의 실체를 확인하거나 이 키가 위조여서 존재하지 않음을 확인한다. 또는, 같은 복합재료에 대한 이전 키와 이후 키의 비교를 이용해 마커들이 같은 위치에 있거나 움직여 재료내의 고장을 나타냈다는 점에서 구조건전성을 평가할 수도 있다.
7단계(70)에서 촬영한 재료가 4단계(40)에서 촬영한 재료와 다를 수도 있는데, 이를 통해 새로운 재료의 실체 및/또는 위조여부를 판별할 수 있다.
이 키는 이미지에서 식별된 기준마커들 전체나 일부의 위치의 좌표 집합일 수 있다.
도 2는 복합재료(200)의 x-선 이미지의 일례로, 다양한 점들이 보인다. 일부 점(210)은 기준마커와 관련되고, 다른 일부 점(220)은 이온화 방사선에 민감한 물질과 관련되며, 또다른 일부 점(230)은 코어가 금속성인 탄소 나노튜브와 관련될 수 있다. 마커들의 서로간의 위치가 결정될 수 있다. 또는, 마커들의 적어도 일부의 위치가 복합재료(200)의 베이스(240)와 같은 재료에 대해 결정될 수도 있다.
도 3은 X선 촬영장치(300)의 일례로, 하나 이상의 평판 어레이일 수 있는 x-선 이미터(305)와 디텍터(310)를 포함한다. 이미터와 디텍터 사이에 복합재료(200)가 배치되어 x-선(320)을 받는다. 촬영된 이미지들을 프로세서(330)로 처리해 키를 생성한다. 프로세서는 데이터베이스(65)에 연결되어 이미지 및/또는 생성된 키를 저장할 수 있다. 프로세서(330) 및/또는 데이터베이스(65)는 x-선 이미터(305)와 디텍터(310)에서 멀리 위치할 수도 있다.
이 시스템(300)은 모니터(340)로 제어한다.
도 4는 기준마커들(410)이 규칙적 패턴으로 배열된 복합재료(400)의 일례를 보여준다. 이 패턴은 마커들이 복합재료의 섬유에 소정 간격으로 배열되어 생긴 것일 수 있다. 이는 복합재료를 자른 2D 슬라이스의 일례다. 규칙적 패턴이 재료를 자른 하나 이상의 평면에 배열될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 수지와 혼합된 섬유와 다수의 기준마커(fiduciary marker)를 갖는 복합재료의 제1 3D 단층합성 이미지 세트를 생성하고, 기준마커는 섬유나 수지재료보다 크게 X선을 감쇠시키는 요소를 가져 복합재료의 일부에서의 기준마커의 위치를 x-선 촬영으로 결정할 수 있는 방법에 있어서:
    복합재료를 제공하는 단계;
    x-선 이미터 어레이 및 디지털 x-선 디텍터를 제공하되, x-선 이미터 어레이와 디지털 x-선 디텍터가 서로에 대해서는 물론 복합재료에 대해 고정관계로 유지하고, x-선으로 복합재료를 촬영해 기준마커들의 적어도 일부의 서로에 대한 상대위치들을 결정하는 단계;
    데이터베이스를 제공하는 단계; 및
    기준마커들의 상기 상대위치들을 데이터베이스에 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상대위치들을 소정의 위치 세트와 비교해 복합재료의 품질을 평가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상대위치들을 결정하기 위해 제2 3D 단층합성 이미지 세트를 제공하도록 초기 촬영 후 특정 시점에서 복합재료의 일부를 x-선 촬영하는 단계; 및 제1 및 제2 3D 단층합성 이미지 세트들에서의 기준마커들의 상대위치들을 비교해 복합재료의 일부의 구조건전성의 변화 발생을 평가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 다른 복합재료를 x-선 촬영해 다른 3D 단층합성 이미지 세트를 제공해 기준마커들의 서로간의 상대위치를 결정하는 단계; 및 제1 및 다른 3D 단층합성 이미지 세트들의 기준마커들의 상대위치를 비교해 상기 다른 복합재료의 실체를 평가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 다른 복합재료의 실체를 평가하는 단계에서 이 복합재료가 위조품인지를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 다른 복합재료의 실체를 평가하는 단계에서 데이터베이스를 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 2D x-선 이미지를 제공해 기준마커들의 서로간의 상대위치들을 결정하기 위해 2D x-선 촬영장치를 제공하고 복합재료를 2D x-선 촬영하는 단계; 및 2D 이미지내 기준마커의 상대위치들으리 제1 이미지 세트와 비교해 다른 복합재료의 실체를 평가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 다른 복합재료의 실체를 평가하는 단계에서 다른 복합재료가 위조품인지 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 다른 복합재료의 실체를 평가하는 단계에서 데이터베이스를 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 하나에 있어서, 프로세서를 제공하는 단계, 및 프로세서를 이용해 기준마커들 중의 적어도 일부의 서로간의 상대위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 하나에 있어서, x-선 이미터 어레이와 디지털 x-선 디텍터 중의 하나나 둘다를 x-선 촬영용 복합재료의 다른 부분까지 반복적으로 이동시켜 복합재료의 여러 부분들을 x-선 촬영하는 단계를 더 포함하고, x-선 이미터 어레이와 디지털 x-선 디텍터가 x-선 촬영시 서로는 물론 복합재료에 대해 고정된 관계로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 복합재료의 단일 세트의 연속 이미지들을 만들기 위해 복합재료의 각 부분에 대해 구한 다양한 세트의 x-선 이미지들을 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020227026119A 2020-01-07 2020-12-16 복합재료의 3d 단층합성 이미지 생성 방법 KR20220123531A (ko)

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