3차원 영상을 이용한 신속한 재료 시험

초음파는 그 기능이 입증된 기술이지만 이로부터 얻은 데이터를 평가하는 것은 현재까지 시간이 많이 소요되는 공정이었다. 독일 하노버(Hannover)에서 2014년 4월 7일~11일까지 열렸던 하노버 박람회(Hannover Messe 2014)의 프라운호퍼 연구소는 3차원 영상을 도입해 초음파 검사 시간을 단축하는 새로운 해법을 선보였다.

박쥐는 완전한 암흑 속에 있더라도 자신이 어디에 있는지 알고 있다. 이런 능력은 박쥐가 좋은 시력을 가지고 있어서가 아니라 소리를 지속적으로 방출해 주변을 스캔할 수 있기 때문이다.

마찬가지로 초음파는 빛의 유무나 장애물에 상관없이 사물을 인식할 수 있게 만드는 열쇠가 된다. 장애물과 충돌할 때마다 반향으로 다시 돌아오고 반향이 복귀하는데 걸리는 시간이 길수록 장애물이 멀리에 있는 것으로 판단할 수 있다.

고해상도 3차원 이미지 생성기술 개발
인간은 박쥐에게서 배운 반향 위치 측정 원리(Echolocation Principle)를 초음파에 도입해 여러 곳에서 사용하고 있다. 예를 들어 산업체에서 초음파는 부품의 완성도를 시험하는 효과적인 방법이 된다.

프로브(Probe)가 초음파를 방출하고 반사된 신호는 디스플레이 상에 곡선으로 나타낼 수 있다. 신호를 가시적으로 바꿔 외부에서 잘 볼 수 없는 터진 틈이나 재료의 결함을 탐지할 때 사용된다.

이러한 과정을 통해 검사 대상에 대한 단면 영상이 생성되면 검사관은 이 영상으로부터 재료의 결함을 식별한다. 하지만 검사관은 간단한 단면 영상만 보고 자신의 머리에 공간적인 영상을 만들어야 했으며 이는 많은 시간과 경험을 필요로 했다.

독일 자르브뤼켄(Saarbrucken)에 위치한 프라운호퍼 비파괴 시험 연구소(IZFP : Fraunhofer Institute for Nondestruc- tive Testing)는 이러한 문제의 해법을 제시했다. 의학 초음파 컴퓨터 단층 촬영처럼 시험 신호로부터 고해상도 3차원 이미지를 만드는 기술을 개발해 한 차원 높은 초음파 영상을 제공하게 된 것이다.

위상 배열 기술로 공정 속도 향상
프라운호퍼 비파괴 시험 연구소의 해법은 행이나 시트 상에 나란히 배열된 다수의 단일 요소 프로브를 관찰하는 위상 배열 기술(Phased Array Technology)에 기반을 둔다. 이 기술은 초음파가 대상물을 선택적으로 침투하는 대신 한 번에 재료의 많은 면적을 지나도록 만든다.

각각 프로브를 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 검사관은 시험되고 있는 면적의 모든 부분에 동시에 집중할 수 있게 됐다.

제품의 전체 수명주기에 걸쳐 활용 가능
새로운 시스템을 도입한 로봇 지원 공정은 어려운 재료 시험도 특징화할 수 있다. 예를 들어 방향에 의존적인 섬유의 강화 고성능 폴리머를 검사하는 것은 이 새로운 검사 기술에 적합한 응용분야라 할 수 있다. 재료의 비정상을 분석하기 위해 3차원 영상을 사용해 여러 방향에서 사진을 볼 수 있고 이를 회전시켜 특정 영역을 선택할 수도 있다.

또한 영상의 가로와 세로 방향 단면을 보는 것이 가능하다. 따라서 인터페이스를 통해 검사 시스템에 연결된 산업용 로봇이 완전한 부품 스캔을 수행하도록 만들어 자동화된 부품 시험을 완성할 수 있다.

생성된 3차원뷰는 특수하게 개발된 적응 알고리즘을 이용해 자동으로 평가를 수행한다. 생성된 데이터의 수동 해석으로 많은 시간이 소요됐던 공정을 없애 시험 과정을 가속화하고 신뢰성을 높였다.

품질 보장은 이 방법이의 다양한 응용 분야 가운데 단지 하나의 예에 불과하다. 재료 특성화에서부터 부품 평가와 수리, 재활용에 이르기까지 제품 전체 수명주기에 걸쳐 활용할 수 있다. 현재 이 새로운 시스템은 산업용 프로젝트의 일환으로 연구됐고 제품으로 출시되기 직전에 있다.

출처 | PHYS.ORG(phys.org)=