K-방산 무기체계 품질 고도화를 위한 초고해상도 3D CT 도입의 필요성

초고해상도 3D CT(RX Solutions) 소개

프랑스 산업용 엑스레이 검사장비 전문기업인 RX Solutions는 산업용 마이크로·나노 엑스레이 분석장비를 전문적으로 제작해온 업체로, 최근에는 팹(Factory Lab) 현장에 직접 투입할 수 있는 CT 장비를 공급하여 측정 분석부터 영상 분석 서비스까지 통합 지원하는 것이 특징이다[1,2]. 그림 1에 회사의 대표 제품군인 ‘FAB 시리즈’로 산업현장 맞춤형 CT 시스템을 제시하였다. 특징적으로 견고하고 자동화된 시스템으로 품질 향상과 생산성 증대를 동시에 노렸다.

그림 1. RX Solutions 고해상도 산업용 마이크로 포커스 및 나노 포커스 CT 시스템(전기신문 제공)

그림 1에서 보는 바와 같이 EASYTOM B는 대형부품용 고해상도 마이크로 포커스 및 나노 포커스 CT 시스템이다. 매우 넓은 스캔 영역을 갖추고 있을 뿐만 아니라 이동 및 설치의 편의성 가지 갖춘 Enlarged EASYTOM B450의 경우 높이가 최대 2.2 m인 대형 부품이나 조립품까지도 고해상도로 시각화, 측정 및 분석할 수 있도록 해주며 9축 모션 기능을 통해 최대 250kg에 달하는 부품의 위치를 ​​손쉽게 조정할 수 있다. EASYTOM L은 중형부품검사를 위한 고해상도 산업용 마이크로 포커스 및 나노 포커스 CT 시스템이다. EASYTOM L의 특징적인 것은 제품 수명 주기의 모든 단계에서 제조업체를 지원하도록 설계되어있다는 것이다. 흔히 생산라인에서 "시간은 돈이다"라는 점을 고려하여 RX-Solutions의 단층 촬영 시스템은 고객의 요구에 맞는 신속검사를 위한 매우 빠르고 고품질의 스캔을 위한 14가지 스캔 모드를 제공하고 있다. 또한 회사가 독자적으로 개발한 X-Act 소프트웨어를 통한 조작 인터페이스는 직관적이며, 당사 장비의 고급 기능을 쉽게 탐색할 수 있도록 설계되었으며, 스캔 및 프로세스를 손쉽게 제어하고 자동화하여 프로토타입 제작 및 검사 단계 모두에서 시간을 절약하고 검사 품질을 향상시킬 수 있다. EASYTOM L은 샘플 로더와 자동 필터 교환기를 사용하여 스캔 워크플로우를 간소화한다. 또한 EASYTOM L의 대형 전동 도어는 로봇 로딩을 원활하고 효율적으로 지원하여 자동화 활용도를 더욱 높여준다. 소형부품 검사를 위한 EASYTOM S는 탁월한 이미지 품질, 사용 편의성, 그리고 궁극적으로 단 한 번의 스캔으로 정밀한 측정 및 검사 작업을 가능하게 한다. 혁신적인 자체 개발 X선 소프트웨어는 안전하고 표준화된 고성능 워크플로우를 지원하여 모든 종류의 부품을 스캔할 수 있도록 해준다. EASYTOM S를 사용하면 간단한 스캔 한 번으로 부품의 내부/외부 구조, 결함, 다공성 등을 확인할 수 있고, 샘플의 모든 것을 시각화하고 측정하고 분석할 수 있다.

RX Solutions의 독자적인 "X-Act" 소프트웨어는 RX Solutions의 모든 제품군을 통합하여 영상 획득을 간소화하고, 고급 보정 알고리즘으로 재구성 품질을 향상시키며, 스캔, 재구성 및 검사 단계에 이르기까지 모든 워크플로우를 완전 자동화할 수 있다. 상기 언급한 내용을 토대로 기존 타사 산업용 CT와 RX-Solutions CT와의 차이점을 비교 정리하여 표 1에 제시하였다.

국방분야 3D CT(RX Solutions) 적용 사례

최근 2022년부터 2026년에 걸쳐서 RX Solutions CT가 공급되어 활용하고 있는 북대서양조약기구(NATO) 국가 및 인접국가의 글로벌 방산업체들을 소개하자면 다음과 같다. 프랑스의 대표적인 전투기 제조사인 다쏘(Dassault), 세계적인 무인 공격기(드론) 전문 기업인 바이카르(Baykar), 세계적인 항공기 엔진 및 방산 장비 기계 부품 제조사인 사프란(Safran), 프랑스 전략 핵미사일을 만드는 우주·방산 대기업인 아리안그룹 (ArianeGroup), 아이언 돔을 만든 이스라엘의 첨단 방산 대기업인 라파엘 (Rafael Advanced Defense Systems), 유럽 최고의 통합 미사일 정밀 유도무기 대기업인 MBDA, 한국군도 보유한 장거리 벙커버스터 미사일 제조사인 타우루스 시스템즈(Taurus), 유럽 최대의 군용 화약 및 에너제틱 소재(Energetic Materials) 전문 기업인 유렌코(Eurenco) 등이 있다.

이와 같은 방산업체에서 RX Solutions CT의 적용(Application) 사례를 요약하여 그림 2에 제시하였다. 그림 2에서 보는바와 같이 소구경 탄약의 경우에는 폭발물을 점화하지 않은 상태에서 폭약 과립의 밀도와 정렬 상태가 적절한지 확인하기 위해 포탄 케이스, 뇌관, 신관 조립체의 비파괴 검사, 포탄, 미사일의 경우 기공, 포함물, 박리, 포함물, 균열 검사, 항공기 엔진 부품의 경우 날(공극), 세라믹 주형 검사, 폭발성 장약의 경우 재료의 기공, 포함물, 불연속성 검사, 전자제품, 배터리의 경우 육안 검사로는 확인할 수 없는 미세 납땜 결함과 내부 와이어 본딩 불량 검사, 방탄 조끼, 헬멧의 경우 복합재료 및 적층 제조(AM)의 균열, 박리, 기공, 두께 검사, 소형화기 경우에는 조립 제어 및 치수 계량(계측) 등에 RX Solutions CT가 활용되고 있다.

이와같이 RX Solutions사는 100개 이상 기업을 대상으로 5200건 이상의 측정영상 분석을 수행하며 노하우를 쌓아왔다[2]. 특히 본사 차원에서 24시간 2인 상시 대기체제를 운영해 2시간 이내 온라인 지원도 가능하며, 국내에서는 LST가 RX Solutions의 대리점을 맡아 판매와 서비스 분석 지원을 담당하고 있다[3].

국방 품질보증 측면에서 도입 필요성

아래 5개항목별 국방 품질보증 측면에서 기존의 한계와 RX-Solutions CT의 도입에 따른 기대(개선)효과를 제시하여 그 필요성을 설명하고자 한다.

국방규격을 충족하는 초정밀 비파괴 결함 검출(Zero-Defect 구현)

기존 한계

투과형 2D 엑스레이나 초음파 검사는 내부 적층 구조나 복잡한 형상의 음영에 가려진 미세 기공(Porosity), 균열(Crack), 이물질 유입을 정량적으로 판독하는 데 한계가 있다.

도입 효과

RX Solutions의 자체 개발 나노포커스 튜브(최대 0.4µm 해상도)는 탄약 신관 내부의 초미세 균열이나 화약 충전부의 미세 기공까지 완벽히 시각화·수치화 한다.

이는 국방 규격이 요구하는 엄격한 구조적 결함 허용 기준을 완벽하게 충족하며, 전장 환경에서의 신뢰성을 100% 보증한다.

다중·복합 재질 가공품 보정을 통한 유도무기·전자제어부 오판단 방지

기존 한계

미사일 탐색기(Seeker), 군용 통신 장비 등의 고집적 PCB와 센서는 금속, 플라스틱, 세라믹 등이 복잡하게 얽혀 있어, 이를 일반 CT로 촬영할 경우 금속 산란(Metal Artifact)과 빔 하드닝(Beam Hardening) 잡음 현상이 발생하여 내부 흑화나 오판을 유발한다.

도입 효과

RX Solutions의 자체 개발 나노포커스 튜브(최대 0.4µm 해상도)는 탄약 신관 내부의 초미세 균열이나 화약 충전부의 미세 기공까지 완벽히 시각화·수치화 한다.

RX Solutions의 독자적인 화상 재구성 알고리즘인 'X-Act' 소프트웨어는 이종 재질 경계면에서 발생하는 왜곡을 실시간으로 보정한다. 고밀도 방산 부품 내부의 조립 공차, 납땜(Soldering) 불량, 내부 하우징 변형 등을 왜곡 없이 깨끗한 단면 데이터로 산출하여 검사의 신뢰도를 극대화할 수 있다.

최대 9축 모션 제어를 통한 대형·비정형 방산 부품의 사각지대(Dead Zone) 제거

기존 한계

표준 3~4축 구동 방식을 사용하는 타사 장비는 장갑재, 항공 부품 등 비정형이거나 대형인 샘플 촬영 시 최적 배율 확보가 어렵고 사각지대가 발생한다.

도입 효과

RX Solutions는 최고급 화강암(Granite) 정반 베이스 위에서 최대 7~9축에 달하는 독립적 모션 제어 메커니즘을 지원한다. 부품을 물리적으로 손상시키지 않으면서도 디텍터와 소스의 위치를 기하학적으로 최적화하여 근접 촬영하므로, 구조가 복잡한 방산 구동부품도 음영 구역 없이 정밀 스캔할 수 있다.

K-방산 대량 양산 대응을 위한 초고속 인라인(In-line) 전수 검사 기반 마련

기존 한계

과거 R&D 중심의 CT 장비는 1회 스캔 및 데이터 재구성에 수십 분에서 수 시간이 소요되어, 대량 생산되는 양산 라인의 전수 검사(In-line) 적용이 불가능하다.

도입 효과

본 장비는 최소 6초 만에 전체 CT 스캔을 완료하는 초고속 촬영 모드(Superfast CT)를 지원한다. 특히 급증하는 무인 체계 및 미래 전술 차량용 군용 배터리 셀 검사 시, 개당 2분 이내의 속도로 전수 조사가 가능해져 전력화 이후 발생할 수 있는 초기 불량률을 원천 차단할 수 있다.

무기체계 부품 국산화(역설계) 및 CAD 대조 분석(CAD-to-Part) 시간 단축

기존 한계

단종이 되거나 기술 이전이 제한된 해외 무기체계 부품의 국산화 과정에서 내외부 치수 측정의 오차는 성능 저하의 주원인이다.

도입 효과

RX Solutions의 고정밀 메트로롤로지(Metrology) 데이터는 획득된 3D 복셀(Voxel) 데이터를 표준 CAD 도면과 직접 비교를 한다. 설계도면 대비 수 마이크로미터 단위의 미세 공차 불량을 즉각 표출함으로써, 시제품 제작 단계의 시행착오를 줄이고 국방기술진흥연구소 및 기품원의 부품 국산화 인증 평가 프로세스를 비약적으로 단축시킬 수 있을 것으로 사료된다.

RX Solutions CT 도입에 따른 기대효과

K-방산 품질보증에 RX Solutions CT가 도입되어 활용될 경우, 먼저 정량화된 3D 비파괴 데이터 표준화를 통해, 방산 업체와의 품질 분쟁을 예방하고 군수품 정부 보증의 대외 공신력 제고를 통해 품질 검증의 객관성 확보 효과가 기대된다. 다음으로 결함 부품의 야전 유입을 생산 단계에서 차단하여 정비소요 감소, 군수 가동률 최적화 및 국방 예산 절감을 통해 군수 지원 총수명주기비용(LCC) 절감에 기여할 것으로 기대되고, 끝으로 해외 유수의 항공우주·방산 제조사(Safran, Renault 등)가 채택한 글로벌 표준 장비를 활용함으로써, 해외 바이어 요구 조건(Quality Gate) 만족 및 수출 검증 프로세스 유연화를 통해 K-방산 수출 신뢰도 강화 효과가 기대된다.

결론

최근 해외바이어의 무기체계 구매 요청에 있어서 부품 고장은 치명적인 손실을 의미하므로 제조업체의 현장 검사에만 의존하지 않고, 그림 3에서 보는바와 같이 해당 부품의 100% 내부 시각화(internal visualization)를 위한 최고급, 고에너지, 고해상도 CT 시스템(첨단 기능을 갖춘)의 구비 요구가 있어, 이에 대한 대응차원으로 RX Solutions 산업용 CT는 하드웨어(자체 튜브, 9축 제어, 화강암 베이스)와 소프트웨어(X-Act)가 완벽히 내재화된 차세대 비파괴 검사 솔루션으로 사료된다. 기품원에서의 RX Solutions의 산업용 CT 시스템 도입은 단순히 검사 장비 하나를 추가하는 것을 넘어, 대한민국 방위산업의 품질 보증 패러다임을 '사후 결함 발견'에서 '사전 결함 예측 및 원천 차단'으로 진화시키는 전략적 투자이며, 해외 유수의 항공우주 및 방산 제조사들로부터 이미 검증받은 압도적인 정밀도와 속도를 바탕으로, 군과 해외바이어가 신뢰할 수 있는 무결점(Zero-Defect) 무기체계를 완성하는 강력한 기반이 될 것으로 사료된다.