UT 데이터 표현 방식: A-Scan / B-Scan / C-Scan

초음파 탐상(UT) 장비가 수집한 데이터를 어떻게 시각화하는지, 세 가지 스캔 방식의 원리·구조·용도를 엔지니어 관점에서 정리합니다.

1. 스캔 방식 개요

UT 장비는 탐촉자(Transducer)가 수신한 에코(Echo) 신호를 축의 구성과 데이터 축적 방식에 따라 A·B·C 세 가지 형태로 시각화합니다 [cite: 259]. 세 방식은 상호 배타적이지 않으며, PAUT 시스템에서는 동일 데이터셋으로부터 A/B/C-Scan을 동시에 표시하는 것이 일반적입니다 [cite: 260].

• 핵심 관계: B-Scan과 C-Scan은 A-Scan 데이터를 공간적으로 축적·재구성한 결과물입니다 [cite: 261]. 따라서 A-Scan 데이터의 품질이 모든 상위 표현의 신뢰도를 결정합니다 [cite: 261].

2. A-Scan

2-1. 정의

수신된 에코 신호의 진폭(Amplitude)을 Y축, 초음파 펄스의 전파 시간(Time of Flight)을 X축으로 나타내는 1차원 파형 그래프입니다 [cite: 264]. 탐촉자의 단일 위치에서 획득한 가장 기본적인 UT 데이터 표현입니다 [cite: 265].

2-2. 축 구성 및 해석

• X축 (수평): 초음파 전파 시간 $ ightarrow$ 재료 내 음속을 적용하면 깊이(mm)로 환산 [cite: 267]
• Y축 (수직): 에코 신호 진폭 $ ightarrow$ 결함의 반사 강도 및 크기 추정에 활용 [cite: 268]
• 피크(Peak): 각 반사면(결함, 후면벽 등)에서 발생한 에코입니다 [cite: 269]. 피크 위치로 깊이를, 높이로 반사 강도를 판단합니다 [cite: 269].

2-3. 깊이 계산

$$ ext{결함 깊이} = rac{ ext{에코 도달 시간} imes ext{음속}}{2}$$

• 강재(Steel) 종파 기준 음속: 약 $5,900 ext{ m/s}$ / 횡파 기준: 약 $3,230 ext{ m/s}$ [cite: 272].
• 정확한 연산을 위해 재료별 음속 보정이 반드시 필요합니다 [cite: 272].

2-4. 주요 게이트(Gate) 설정

A-Scan에서는 특정 시간 범위에 게이트를 설정하여 해당 구간의 에코만 평가에 활용합니다 [cite: 274]. B/C-Scan의 이벤트 마크는 이 게이트 내 에코를 기반으로 생성됩니다 [cite: 274].

• 게이트 시작·끝: 검사 대상 깊이 범위를 한정 [cite: 275]
• 임계값(Threshold): 잡음(Noise)과 실제 결함 에코를 구분하는 기준 진폭 [cite: 276]
• 평가 방식: ① 임계값 초과 여부(0/1), ② 진폭 비례 컬러/그레이스케일 표시 [cite: 277]

2-5. 활용 맥락

• 현장 수동 탐상에서 실시간 파형 모니터링의 기본 화면으로 사용됩니다 [cite: 279].
• 감도 교정(DAC 커브, TCG 등) 설정 시 기준 파형으로 활용됩니다 [cite: 280].
• PAUT에서는 각 소자 조합(Focal Law)마다 독립적인 A-Scan이 생성됩니다 [cite: 281].

3. B-Scan

3-1. 정의

직교 좌표계(Rectangular Coordinates)의 2차원 그래픽 표현으로, 탐촉자 이동 방향(X축)과 초음파 전파 시간·깊이(Y축)를 조합하여 시험체의 단면(Cross-section) 이미지를 구성합니다 [cite: 284]. 탐촉자를 한 방향으로 이동시키면서 각 위치의 A-Scan 데이터를 순차적으로 쌓아 단면 이미지를 완성합니다 [cite: 285].

3-2. 축 구성

• X축: 탐촉자 이동 거리(스캔 방향) $ ightarrow$ 시험체의 길이 방향 위치 [cite: 287]
• Y축: 초음파 전파 시간 $ ightarrow$ 재료 내 결함 깊이 [cite: 288]
• 이벤트 마크: 각 X 위치에서 게이트 내 에코를 0/1 또는 진폭 비례 컬러로 표시 [cite: 289]

3-3. 이벤트 표시 방식

B-Scan의 각 픽셀(이벤트 마크)은 해당 탐촉자 위치의 A-Scan 게이트 내 에코를 두 가지 방식으로 표현합니다 [cite: 291].

• 0/1 방식: 게이트 내 에코가 임계값을 초과하면 마크 표시, 미달이면 공백으로 둡니다 [cite: 292]. 합격/불합격 이진 판정에 적합합니다 [cite: 292].
• 진폭 비례 방식: 에코 진폭 크기를 컬러 팔레트(또는 그레이스케일)로 표현하여 결함 반사 강도의 분포 파악에 유리합니다 [cite: 293].

3-4. 주요 용도

• 용접부의 루트·측면·상부 결함 단면 위치 파악 [cite: 295]
• 결함의 깊이 방향 높이(Through-wall Height) 추정 [cite: 296]
• PAUT S-Scan(Sectorial Scan)과 결합하여 다중 각도 단면 이미지 획득 [cite: 297]
• 배관 두께 분포 프로파일 확인 [cite: 298]

3-5. 한계

B-Scan은 탐촉자 이동 방향과 깊이 방향의 2차원 단면만 제공합니다 [cite: 300]. 스캔 방향에 수직인 폭(Width) 방향 정보는 포함되지 않으므로, 결함의 면적 평가에는 C-Scan을 병행해야 합니다 [cite: 300].

4. C-Scan

4-1. 정의

결함 에코를 시험체 표면의 탑뷰(Top View)로 표시하는 2차원 평면 이미지입니다 [cite: 303]. 탐촉자를 X·Y 2축으로 래스터(Raster) 스캔하여 각 위치의 게이트 내 에코 정보를 평면 좌표에 매핑합니다 [cite: 304]. 시험체를 위에서 내려다본 결함 분포 지도로 이해할 수 있습니다 [cite: 305].

4-2. 축 구성

• X축: 탐촉자 이동 방향 1 (스캔 방향, 인덱스 방향) [cite: 307]
• Y축: 탐촉자 이동 방향 2 (반대 축, 래스터 방향) [cite: 308]
• 픽셀 값: 게이트 내 에코 진폭 또는 비행 시간(ToF) $ ightarrow$ 컬러맵으로 표현 [cite: 309]

4-3. 이벤트 표시 방식

B-Scan과 동일한 두 가지 방식이 적용됩니다 [cite: 311].

• 0/1 방식: 임계값 초과 위치를 마킹하여 결함 존재 여부의 분포 파악 [cite: 312]
• 진폭 비례 방식: 진폭 크기를 컬러 팔레트로 표현하여 반사 강도 분포 시각화 [cite: 313]

4-4. 깊이 정보와 D-Scan

표준 C-Scan은 게이트 내 가장 강한 에코의 진폭만 표시하며, 결함의 깊이(Depth) 정보는 기본적으로 포함되지 않습니다 [cite: 315]. 깊이 정보까지 함께 표시하려면 비행 시간(Time of Flight)을 컬러값으로 매핑하는 D-Scan 방식을 적용합니다 [cite: 316].

현대 디지털 UT 시스템에서는 데이터 디지털화 및 저장 후 포스트 프로세싱을 통해 동일 데이터셋에서 C-Scan과 D-Scan을 전환하거나, 특정 깊이 구간(Gate)별로 다수의 C-Scan을 생성하는 것이 가능합니다 [cite: 317].

4-5. 적용 기법

• 펄스-에코(Pulse-Echo) 기법: 단면 접근으로 양면 검사가 불가한 경우 적용 [cite: 319]
• 투과(Through-Transmission) 기법: 송신·수신 탐촉자를 양면에 배치하여 복합재 내부 층간 분리(Delamination) 검출에 효과적입니다 [cite: 320].

4-6. 주요 용도

• 복합재(CFRP, GFRP) 층간 분리 분포 평가 [cite: 322]
• 대면적 자동 스캔 시스템(Immersion Tank, Squirter) 결과 출력 [cite: 323]
• 결함 면적 정량화 및 합격/불합격 맵 작성 [cite: 324]
• 부식 분포(잔여 두께 맵) 전체 시각화 [cite: 325]

5. A / B / C-Scan 비교

6. PAUT 시스템에서의 활용

PAUT(위상 배열 초음파 탐상) 시스템은 단일 스캔 데이터셋에서 A·B·C-Scan을 동시에 표시하며, 여기에 S-Scan(Sectorial Scan, 각도별 부채꼴 단면)이 추가됩니다 [cite: 329].

• A-Scan: 선택한 Focal Law(소자 조합)의 실시간 파형 표시를 통한 신호 품질 모니터링 [cite: 330]
• B-Scan: 스캔 방향 단면 이미지로 용접부 루트·측벽 융합 불량 위치 파악 [cite: 331]
• C-Scan: 전체 스캔 면적의 에코 진폭 분포를 나타내어 검사 커버리지 확인 및 결함 분포 보고 [cite: 332]
• S-Scan: 각도별 A-Scan을 부채꼴 좌표로 표시하여 복잡한 형상의 용접부 단면 이미지 획득에 유리 [cite: 333]

PAUT 데이터는 스캔 완료 후 오프라인 포스트 프로세싱을 통해 게이트 재설정, 뷰 전환, 결함 측정이 가능합니다 [cite: 334]. 이는 기존 단일 소자 UT 대비 PAUT의 핵심 이점 중 하나입니다 [cite: 335].