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대형 강관 엑스선 검사를 위한 대조도 향상 알고리즘의 영상 특성에 관한 연구
김준우(Junwoo Kim),김균엽(Gyun Youp Kim),김창수(Changsoo Kim),김호경(Ho Kyung Kim) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회 춘계학술대회 초록집 Vol.2021 No.6
다양한 산업분야에 사용되는 대형 강관은 탄소 또는 저 합금 강판을 원형으로 성형하고, 이음매를 submerged arc welding (SAW) 방식으로 용접하여 제조된다. 대형 강관의 품질을 위해 용접부의 엑스선 투과 검사가 일반적으로 수행되며 엑스선 영상은 인정된 비파괴 검사 판독자의 판독 하에 결함 유무가 마킹된다. 하지만 강관용접 시 날씨, 온도, 습도 등과 같은 환경적인 요인과 용접조건 등에 의해 용접부의 밀도가 증가하게 되면 콘트라스트가 저하되어 정상 혹은 결함 식별이 어려워진다. 뿐만 아니라 엑스선 투과 검사 설비의 운영과 관련된 부분은 자동화가 가능하나 판독자에 의해 엑스선 영상이 식별되기 때문에 판독자의 피로도에 따라 생산성 저하 및 인적 오류는 더욱 커지게 되며 결국 사업 손실로 이어진다. 현재, 컴퓨터 기계학습 등으로 자동 판독에 관한 여러 연구가 진행되고 있지만 필수적으로 판독자의 재판독이 이루어져야 하는 것은 사실이다. 따라서, 판독자가 바라보는 엑스선영상의 콘트라스트를 향상시키기 위해 multi-scale contrast enhancing (MCE) 방법을 제시하고자 한다. 이 방법은 엑스선 영상을 다양한 스케일로 분해한 후 각 스케일 영상에서의 특징을 고려해서 콘트라스트를 향상시키는 방법으로 모든 스케일에서의 콘트라스트를 향상시킬 수 있으며 원본 영상에서 식별할 수 없는 다양한 특징들을 분석할 수 있어 결함 식별에 도움이 될 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 MSCI 방법을 대형 강관 엑스선 영상에 적용하고자 하며 적용 전후의 영상을 분석하고, 대형 강관 엑스선 검사에 적합한 최적 파라미터에 대해 연구하고자 한다. Steel pipes used in various industries are manufactured by forming carbon or low-alloy steel plates in a circular and welding the joints in submerged arc welding (SAW). For the quality of steel pipes, x-ray penetration testing of welds is generally performed, and x-ray images are read by recognized non-destructive test (NDT) readers and marked for defects. However, if the density of the welding part increases due to environmental factors such as weather, temperature, humidity, etc. during steel-pipe welding, the contrast decreases, making it difficult to identify normal or defects. Furthermore, the part related to the operation of the x-ray penetration inspection facility can be automated, but because x-ray images are identified by the reader, productivity degradation and human error become greater with reader fatigue, which eventually leads to business loss. Currently, several studies are being conducted on automatic reading, such as machine learning, but it is true that re-reads of the NDT reader must be carried out. Therefore, we present a multi-scale contrast enhancing (MCE) method to improve the contrast of x-ray images viewed by NDT readers. This method can improve the contrast at all scales by decomposing the x-ray images into various scales and then considering the features in each scale image to improve the contrast, and can analyze various features that cannot be identified in the original image, which may help to identify defects. In this study, we apply the MSCI method to steel-pipe x-ray images, analyze x-ray image with or without MSCI, and investigate optimal parameters suitable for steel-pipe x-ray inspection.
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김준우(Junwoo Kim),김균엽(Gyun Youp Kim),김호경(Ho Kyung Kim),김창수(Changsoo Kim) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회지 Vol.41 No.6
배수로 및 원자력에 사용되는 대형 강관은 submerged arc welding (SAW) 용접 강관으로 용접부의 건전성이 강관의 품질수준을 결정하며 엑스선 투과 검사가 필수적인 사항으로 요구된다. 최근 명례 산업단지에 설치된 대형 강관 고에너지 엑스선 검사 시스템은 생산성의 효율을 위해 엑스선 튜브와 디텍터를 대형 강관 끝단부와 몸체부에 각각 하나씩 설치되어 있는 듀얼 시스템을 사용하고 있으며 생산성을 약 1.5배 가량 개선하였다. 고에너지 엑스선을 사용한 비파괴 검사의 경우 콘트라스트 및 공간 해상도 등에서 높은 영상 성능을 요구하지만 고에너지 영역에서는 콤프턴 산란 반응이 지배적이다. 따라서, 새로 설치된 엑스선 검사장치에 대해 국제표준인 미국재료시험학회(American Society for Testing and Materials, ASTM) 및 미국기계학회(American Society of Mechanical Engineers, ASME)에서 제시하고 있는 팬텀을 기반으로 다양한 파라미터에 대한 실험을 수행하여 초기 영상을 획득하고, 그 영상의 신호 및 노이즈를 분석하였다. 더불어 디지털 래디오그라피에서 사용되고 있는 변조전달함수(modulation-transfer function, MTF), 노이즈파워스펙트럼(noise-power spectrum, NPS)를 측정하였다. MTF는 철 에지-나이프 팬텀 영상으로부터 계산되었고, NPS는 강관 영상의 uniform한 영역에서 계산되었다. MTF 성능은 차단 주파수에서 약 5%였으며 kV 증가에 의존하였고, NPS는 kV와 mA 모두에 영향을 받았다. 보다 정량적인 해석을 위해 다양한 대형 강관 두께에 대한 실험 및 분석이 필요할 것이다. Steel pipes used for drainage and nuclear power are welded using submerged arc welding (SAW) method. The soundness of the welds determines the quality of the steel pipes, and X-ray inspection is essential for healing the welding quality. Recently, a high-energy X-ray penetration inspection system for steel pipes was installed in the Myeong-rye industrial complex that utilizes dual X-rays with one X-ray tube at the end of the steel pipe and the other at the body for production efficiency, resulting in improved productivity by 1.5 times. Non-destructive testing with high-energy X-rays requires high image performance, for instance, contrast and spatial resolution. However, the Compton scattering interaction is dominant in the high-energy field. Accordingly, the newly installed X-ray inspection system has been tested on various parameters based on the phantom suggested in the international standards presented by the American Society for Testing and Materials (ASTM) and the American Society of Mechanical Engineers (ASME) to obtain the initial images and to analyze the signal and noise in the images. In addition, methods of measuring the modulation-transfer function (MTF) and the noise-power spectrum (NPS) used in digital radiography were investigated for a more accurate quantitative analysis. The MTF was calculated from steel edge-knife phantom images, and the NPS was calculated from the uniform area of the steel-pipe image. The MTF performance was approximately 5% of the cutoff frequency and relied on an increase in the kV. The NPS was affected by both the kV and the mA. For a more reliable quantitative analysis, additional experiments and evaluations on various steel-pipe thicknesses are required.
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