알루미늄캔 내부 음료수에 포함된 이물질 검출을 위한 X-Ray 비파괴검사 장비 개발 = Development of X-ray non-destructive testing (NDT) equipment for detection of aliem substances contained in beverage inside aluminum cans

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to develop and manufacture a device for inspecting impurities in a sealed aluminum container using X-ray technique. In the study, the aluminum container sample dimensions are (diameter: 59 mm), (height: 195 mm), (metal alien substances size: 2 mm or more) and (non-ferrous metal alien substances size: 5 mm or more). Two X-ray oscillators and detectors are used for detecting to the whole of the sample.

In this study, the shielding was fabricated based on NCRP 49 p91 like as (the bottom: 4mm steel plate) and (on the other parts: 2mm steel plate). The stage for sample movement was fabricated using two high voltage generators and X-ray detectors arranged in a diagonal direction. In addition, the high-voltage generator is composed of a vacuum tube, a high-voltage generator, and circulating oil for cooling. It also includes a control unit for controlling other equipment, a power supply unit, and a video output unit. The most important part of the X-ray is the X-ray generation part. This part is fabricated using high voltage box, tube voltage and tube current which are considered to be the important management points. In this study, tube voltage was set to 60kV ± 8% and tube current was controlled to 0.5mA ± 18%. For this purpose, it is important to design the frequency multiplier. The frequency multiplier consists of a combination of a capacitor, a diode and two trans. The frequency multiplier directs to increase the voltage regulator to generate high voltage and decompress the voltage to apply the current. Especially, in this high-voltage box part, an enormous heat is generated by using high voltage. Generally, X-ray generator generates 99% heat and 1% X-ray, but at 60kV, 99.5% heat and 0.5% X-ray is generated.

In this study, the flat panel was used along with the aim to develop detector part. In particular, the development of the Scintillator introduced in this study is mainly focused. The developed Scintillator can be combined with a lens and then can be assembled with CCD( charge coupled device) sensor.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 X-ray를 이용하여 밀폐된 알루미늄 용기 내에 있는 불순물을 검사하는 장치를 개발하여 제작하고자 한다. 본 연구에서 사용될 알루미늄 용기 샘플은 바닥 59mm, 높이 195mm인 용기 내 2mm이상의 금속 이물질과 5mm 이상의 비철 금속 이물질을 이용하며, 한 번에 샘플 내 전체를 촬영하기 위해 2개의 X-ray 발진기와 2개의 검출기(detector)를 이용하고, 각 이물질을 검출할 수 있는 장비로 개발할 예정이다.

본 연구를 위한 시설로는 차폐는 NCRP 49 p91에 근거하여 바닥은 4mm의 철판, 그 외 부분은 2mm의 철판으로 구성하여 제작 하였으며, 샘플 이동을 위한 스테이지(Stage), 2개의 고전압발생장치와 2개의 X-ray 검출기를 대각선 방향으로 정렬하여 구성하였다. 이 외에 고전압발생장치 내부에는 진공튜브, 고전압을 발생시키기 위한 채배단, 냉각을 위한 오일로 구성되어 있으며, 기타 장비를 컨트롤 할 수 있는 제어부, 전원 공급부, 영상 출력부 등으로 구성되어 있다.
X-ray에서 가장 중요한 부분은 X-ray가 실제적으로 발생하는 부분으로 고전압Box로 제작되고, 관전압과 관전류는 가장 중요한 관리 포인트가 된다. 본 연구에서는 관전압은 60kV±8%로 하였으며, 관전류는 0.5mA±18%로 관리하였다. 이를 위해 채배단 설계가 중요하며, 이러한 채배단은 고전압을 발생시키기 위한 승압과 전류를 인가시키기 위한 감압을 하기 때문에 콘덴서와 다이오드의 조합과 두 개의 Trans로 구성되어 있다. 그리고 특히 이 고압박스 부분에서는 고전압 이용으로 많은 열이 발생하는 데 일반적으로 X-ray 발생기는 99%열과 1%의 X-ray가 발생한다고 하나, 60kV에서는 99.5%의 열과 0.5%의 X-ray가 발생한다.
X-ray에서 고전압발생장치만큼 중요한 것이 Detector라 할 수 있는데 본 연구에서는 Flat Panel을 사용하였으나, Detector부분 개발을 위한 연구도 진행하였다. 특히 본 연구에서 소개되는 Scintillator 개발의 경우 섬광체에 대한 부분에 집중하였으며, 이를 렌즈와 접목하여 일반 CCD 센서와 결합할 수 있는 Scintillator를 개발하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 ·································1
• 제2장 실험 및 실험장치 ·····················7
• 제1절 차폐장치 ·····························9
• 제2절 고전압방전관 ··························13
• 제3절 냉각장치 ·····························15
• 제4절 고전압박스 제작 및 발열 시험 ············17
• 제5절 디지털 제어모듈 제작 ···················24
• 제6절 섬광체(scintillator) 제작 ··············29
• 제7절 X-ray 검사 system 제작 ·················33
• 제8절 개발부품 조립 ·························35
• 제3장 결과 및 고찰 ·························37
• 제1절 출력별 영상 해상도 고찰 ················41
• 제2절 X-ray 발진기와 피검사체 거리 변화에 따른 해상도··· 44
• 제3절 X-ray 발진기 파장 특성과 섬광체 특성 ·····48
• 제4장 결론 ·································49
• 참고문헌 ···································51