เวลาอยากรู้ว่าข้างในชิ้นงานเป็นอย่างไร วิธีที่ใช้กันมาตลอดคือตัด ฝังเรซิน ขัดผิว แล้วส่องกล้อง ได้ภาพหน้าตัดสวยงามหนึ่งภาพ แลกกับตัวอย่างที่หายไปตลอดกาล และถ้าบังเอิญตัดผิดตำแหน่งไปสองสามมิลลิเมตร สิ่งที่อยากเห็นก็อาจไม่อยู่ในหน้าตัดนั้นเลย ต้องหาตัวอย่างใหม่มาตัดอีกรอบ
ปัญหาจะหนักขึ้นทันทีเมื่อตัวอย่างนั้นตัดไม่ได้ ชิ้นงานที่เสียหายจากหน้างานและต้องส่งคืนลูกค้า ฟอสซิลหรือวัตถุโบราณ ตัวอย่างชีวภาพที่มีอยู่ชิ้นเดียว หรือแผงวงจรราคาแพงที่ต้องรู้ว่าจุดบัดกรีข้างในเป็นอย่างไรแต่ยังต้องใช้งานต่อ กรณีเหล่านี้การตัดคือทางตัน
CT ทำงานอย่างไร
เริ่มจากยิงเอกซเรย์ผ่านวัตถุแล้ววัดว่าแต่ละจุดของลำรังสีถูกดูดกลืนไปเท่าไร สิ่งที่ได้คือภาพเงาสองมิติหนึ่งภาพ ซึ่งยังบอกไม่ได้ว่าความหนาแน่นที่เห็นอยู่ลึกเข้าไปตรงไหน เพราะทุกชั้นซ้อนทับกันอยู่ในภาพเดียว
ขั้นต่อไปคือหมุนตัวอย่างทีละองศาแล้วถ่ายซ้ำ จนได้ภาพเงาหลายร้อยถึงหลายพันภาพจากรอบทิศ จากนั้นซอฟต์แวร์จะคำนวณย้อนกลับว่าความหนาแน่นในแต่ละจุดของปริมาตรต้องเป็นเท่าไร จึงจะทำให้เกิดชุดเงาแบบนั้นได้พอดี ขั้นตอนนี้เรียกว่า Reconstruction ผลลัพธ์คือโมเดลสามมิติที่เก็บค่าความหนาแน่นไว้ทุกจุด
พอมีโมเดลนั้นแล้ว การผ่าดูก็เกิดขึ้นบนหน้าจอแทน จะเลื่อนดูหน้าตัดทีละชั้น ตัดตามระนาบเอียง หรือหมุนดูรูปทรงภายในแบบสามมิติก็ได้ทั้งหมด และทำซ้ำได้ไม่จำกัดเพราะตัวอย่างจริงยังอยู่ครบ
Voxel กับ Resolution ไม่ใช่ตัวเลขเดียวกัน
ตรงนี้คือจุดที่คนเทียบสเปก CT พลาดกันมากที่สุด สเปกชีตมักโชว์ขนาด Voxel ที่เล็กที่สุดเป็นตัวเลขเด่น แต่ Voxel คือขนาดของลูกบาศก์หนึ่งหน่วยในข้อมูลที่สร้างขึ้นมา ไม่ใช่ขนาดของรายละเอียดที่เครื่องแยกออกได้จริง สองอย่างนี้ต่างกันได้หลายเท่า
ตัวอย่างที่ชัดที่สุดอยู่ในเครื่องรุ่นบนสุดของ NEOSCAN เอง N90 ทำ Voxel ได้เล็กถึง 40 นาโนเมตร แต่ค่าความละเอียดเชิงพื้นที่ที่วัดบนแพตเทิร์นมาตรฐาน JIMA อยู่ที่ 300 นาโนเมตร ต่างกันเกือบแปดเท่า ทั้งสองตัวเลขถูกต้องทั้งคู่และไม่ได้ขัดกัน เพียงแต่วัดกันคนละอย่าง
สิ่งที่กำหนดความละเอียดจริงคือปัจจัยทางกายภาพหลายอย่างรวมกัน ขนาดจุดโฟกัสของแหล่งกำเนิดเอกซเรย์ซึ่งยิ่งเล็กยิ่งได้ขอบคม กำลังขยายเชิงเรขาคณิตจากระยะระหว่างแหล่งกำเนิด ตัวอย่าง และดีเทกเตอร์ คุณภาพของดีเทกเตอร์เอง และความนิ่งของระบบตลอดเวลาที่สแกน ถ้าตัวอย่างขยับหรือระบบเกิด Drift ระหว่างเก็บภาพหลายพันภาพ ความคมก็หายไปโดยที่ตัวเลข Voxel ยังเท่าเดิม
คำถามที่ควรถามตอนเทียบเครื่อง
อย่าถามแค่ว่า Voxel เล็กสุดเท่าไร ให้ถามต่อว่าความละเอียดเชิงพื้นที่วัดได้เท่าไร วัดด้วยวิธีไหน และวัดบนแพตเทิร์นมาตรฐานอะไร ผู้ผลิตที่ระบุค่าบน JIMA มาให้คือผู้ผลิตที่กล้าให้เทียบด้วยเกณฑ์เดียวกัน ส่วนสเปกที่มีแต่ตัวเลข Voxel อย่างเดียวคือสเปกที่ยังตอบไม่ครบ
เลือกรุ่นตามขนาดตัวอย่างและรายละเอียดที่ต้องเห็น
| รุ่น | ความละเอียด / Voxel | ขนาดตัวอย่างสูงสุด | จุดเด่น |
|---|---|---|---|
| N60 | 8 µm / Voxel 3.8 µm | ตัวอย่างเล็ก | กะทัดรัดที่สุด ต่อผ่าน USB3 แหล่งกำเนิดถึง 65 kV |
| N70 | ต่ำกว่า 4 µm / Voxel 2.5 µm | 100 × 220 มม. | ดีเทกเตอร์แบบ Flat panel 7MP สำหรับงาน 3 มิติประจำวัน |
| N80 | 2 µm / Voxel ต่ำกว่าไมครอน | 100 × 200 มม. | แหล่งกำเนิดถึง 110 kV และทำ Phase contrast ได้ |
| N90 | 300 nm บน JIMA / Voxel 40 nm | ตัวอย่างเล็กมาก | Nano-CT ตั้งโต๊ะเครื่องแรกของโลก ดีเทกเตอร์คู่ และมี Micro-XRF ในตัว |
| NXL | สำหรับงานชิ้นใหญ่ | 320 × 540 มม. | แหล่งกำเนิดถึง 150 kV / 75 W พร้อมดีเทกเตอร์อายุยาว |
เหตุผลของข้อแลกเปลี่ยนนี้อยู่ที่กำลังขยาย การจะเห็นรายละเอียดเล็กลงต้องวางตัวอย่างเข้าใกล้แหล่งกำเนิดมากขึ้นเพื่อให้เงาขยายใหญ่บนดีเทกเตอร์ แต่พอเข้าใกล้แล้วลำรังสีก็ครอบคลุมพื้นที่ได้แคบลงตามไปด้วย เลือกเครื่องจึงต้องเริ่มจากคำถามว่าตัวอย่างจริงใหญ่แค่ไหน ก่อนจะไปดูว่าอยากเห็นละเอียดเท่าไร
Micro-XRF ในตัว: รู้ด้วยว่าเป็นธาตุอะไร
CT บอกได้ว่าตรงไหนหนาแน่นกว่าตรงไหนและรูปทรงเป็นอย่างไร แต่บอกไม่ได้ว่าสิ่งที่หนาแน่นนั้นเป็นธาตุอะไร จุดสว่างจุดหนึ่งอาจเป็นเหล็ก อาจเป็นตะกั่ว หรืออาจเป็นแร่คนละชนิดที่บังเอิญหนาแน่นใกล้กัน N90 จึงมีโมดูล Micro-XRF อยู่ในเครื่องเดียวกัน ยิงเอกซเรย์กระตุ้นให้ธาตุเปล่งรังสีเฉพาะตัวออกมาแล้วอ่านว่าเป็นธาตุใด ทำเป็นแผนที่การกระจายตัวของธาตุทับกับข้อมูลรูปทรงได้ โดยไม่ต้องถอดตัวอย่างไปเข้าเครื่องอื่นและไม่ต้องจัดตำแหน่งใหม่
ใช้กับงานแบบไหนได้บ้าง
- ธรณีวิทยาและปิโตรเลียม — ดูรูพรุนและการเชื่อมต่อของช่องว่างในหินเพื่อประเมินการไหลของของเหลว งานที่ตัดหินดูหน้าตัดเดียวไม่มีทางตอบได้
- วัสดุศาสตร์และงานพิมพ์ 3 มิติ — หาโพรงอากาศ รอยไม่หลอมติด และการกระจายตัวของเส้นใยในวัสดุผสม ซึ่งเป็นตัวกำหนดว่าชิ้นงานจะแตกตรงไหน
- กระดูกและทันตกรรม — วัดความหนาแน่นและโครงสร้างตาข่ายของกระดูกในสามมิติ ใช้ทั้งงานวิจัยและการประเมินวัสดุปลูกถ่าย
- อิเล็กทรอนิกส์ — ส่องจุดบัดกรีใต้ชิป BGA รอยแตกในเวีย และการเรียงชั้นของแพ็กเกจ โดยที่บอร์ดยังใช้งานได้ต่อ
- ฟอสซิล โบราณคดี และตัวอย่างชีวภาพ — กลุ่มงานที่ตัวอย่างมีชิ้นเดียวและตัดไม่ได้เด็ดขาด
ข้อจำกัดที่ควรรู้ก่อนตัดสินใจ
- วัสดุหนาแน่นสูงและหนาอย่างโลหะก้อนใหญ่จะบล็อกรังสีจนภาพขาดข้อมูล ต้องเลือกแรงดันแหล่งกำเนิดให้เหมาะกับวัสดุและความหนา
- ตัวอย่างต้องอยู่นิ่งสนิทตลอดการสแกน ตัวอย่างที่แห้งตัว หดตัว หรือมีของเหลวเคลื่อนที่จะทำให้ภาพเบลอ
- งานความละเอียดสูงใช้เวลาสแกนเป็นหลักชั่วโมง ไม่ใช่เครื่องมือสำหรับตรวจทีละมาก ๆ ในไลน์ผลิต
- ข้อมูลที่ได้มีขนาดใหญ่มาก ควรวางแผนเรื่องเครื่องประมวลผลและพื้นที่จัดเก็บไว้ตั้งแต่ต้น ไม่ใช่ค่อยมาคิดทีหลัง
NEOSCAN ก่อตั้งโดย Alexander Sasov ผู้บุกเบิกเครื่อง Micro-CT ตั้งโต๊ะมาตั้งแต่ยุคแรก สิ่งที่ทำให้ต่างจากเครื่อง CT อุตสาหกรรมขนาดห้องคือความตั้งใจให้แล็บทั่วไปเข้าถึงได้ วางบนโต๊ะทำงาน ใช้ซอฟต์แวร์ชุดเดียวตั้งแต่เก็บข้อมูลจนเรนเดอร์สามมิติ และอัปเดตให้ฟรี ถ้ากำลังชั่งใจว่ารุ่นไหนเหมาะกับตัวอย่างที่มีอยู่ ตัวเลขที่ควรเตรียมไว้คุยคือขนาดตัวอย่างจริง รายละเอียดที่เล็กที่สุดที่ต้องเห็น และวัสดุที่จะสแกน
