초전도 자석은 왜 미세한 두께 차이에 흔들릴까…KERI 3D 검사 기술의 핵심

KERI 공식 보도자료에서 기술의 측정 대상과 공개 조건을 확인할 수 있습니다.

한국전기연구원(KERI)이 공개한 3D 비접촉 검사 기술은 고온초전도 선재의 두께와 폭을 생산 중 연속 측정해, 미세한 형상 오차가 초전도 자석에 누적되기 전에 찾아내기 위한 기술입니다.

이번 공개가 눈에 띄는 이유는 초전도 자석에 들어가는 선재가 길고 얇은 테이프 형태이기 때문입니다. KERI는 이 선재가 핵융합 장치, 의료용 MRI, 고효율 전력기기 등에 쓰이는 초전도 자석의 핵심 부품이라고 설명했습니다.

KERI 보도자료 기준으로 선재는 수십 마이크로미터 두께와 4~12mm 폭을 가질 수 있습니다. 한 가닥의 미세한 두께 차이도 여러 겹 감기는 과정에서는 자석의 크기와 형상 오차로 이어질 수 있다는 것이 이번 기술이 겨냥한 지점입니다.

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초전도 자석에는 왜 선재 두께 검사가 필요할까

초전도 자석은 얇은 선재를 수백 번 이상 감아 만듭니다. KERI는 두께 차이가 누적되면 특정 부위에 힘이 집중되거나 자기장이 불안정해져 장비 성능과 신뢰성에 영향을 줄 수 있다고 설명합니다.

그래서 검사 대상은 단순한 표면 흠집만이 아닙니다. 어느 구간이 상대적으로 얇거나 두꺼운지, 선재 가운데가 볼록하거나 오목한지처럼 연속 생산 과정에서 생길 수 있는 형상 변화를 함께 파악하는 것이 핵심입니다.

KERI는 선재를 한쪽 릴에서 다른 릴로 넘기는 릴투릴 이송 장치에 상하 대향형 색채 공초점 레이저 센서를 결합했다고 밝혔습니다. 위아래 센서가 선재 양쪽 표면까지의 거리를 동시에 측정해 두께와 폭의 상태를 확인하는 방식입니다.

기존 접촉식 센서는 표면 손상이나 오염 우려가 있었고, 비접촉 방식도 이송 중 흔들림이 크면 측정이 어려웠습니다. KERI는 실시간 장력 제어, 속도 자동 보정, 노이즈를 거르는 데이터 분석을 함께 적용했다고 설명했습니다.

KERI가 공개한 조건은 선재가 시간당 100m로 이동하고 진동하는 환경에서 측정 오차를 ±1.5μm 이하로 억제한 것입니다. 센서 이동 속도를 초당 4mm 이하로 제어하는 조건에서는 반복 측정 오차를 0.2μm 이하로 제시했습니다.

다만 이 수치는 KERI가 제시한 장비 조건과 측정 결과입니다. 모든 종류의 선재, 모든 생산 라인에서 같은 성능이 보장된다는 뜻으로 넓혀 해석할 수는 없습니다.

KERI는 이 방식이 고온초전도 선재뿐 아니라 구리박·알루미늄박, 금속 압연재, 박막 태양전지, 전자소재용 정밀 필름처럼 얇고 긴 소재의 품질 검사에도 적용될 수 있다고 설명했습니다.

핵심은 생산 후 일부를 잘라 확인하는 방식에서 벗어나, 이송 중인 소재의 미세 변화를 계속 읽어 공정 관리로 연결할 가능성입니다. KERI는 향후 측정 데이터를 생산 장비와 연동하는 스마트 품질관리 기술로 발전시키겠다는 계획을 밝혔습니다.

정리하면, 이번 기술은 초전도 자석을 구성하는 선재의 미세 오차를 생산 단계에서 확인하려는 3D 비접촉 검사 방식입니다. ‘세계 최초’라는 표현은 KERI의 공개 주장으로 보되, 기술의 측정 대상·방식·조건은 KERI 공식 원문에서 직접 확인하는 것이 좋습니다.