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문제 정의
- 현재 산업현장에서 적용되는 스펙 클 간섭계는 PZT 라는 고가의 장비를 이용한 위상이동법을 스펙클 간섭계에 적용하여 미소 변위를 측정하고 있다. 본 논문에서는 PZT 장비를 적용한 4 단계 위상이동으로 전면에서 보이지 않은 용접부의 면외 변위에 측정법에 대하여 기술하였다.
제안 방법
- PZT 대신 사용이 용이하고 저가의 광학 부품 인사 분파 장판의 각도를 조절하여 면내에 활용 가능한 스펙클 간섭계의 위상이동법에 관한 사항을 기술하였다. 측정된 면내변위는 예상치와 유사한 결과를 얻어 사분파장판을 통한스펙클간섭계의 , 위상이동법이 가능함을 입증하였다.
- 또한 잡음을 효과적으로 제거하기 위하여 방향 퓨리에 변환을 이용, 인장하중을 받는원공판의 미소 면내변위를 구하였다.
- 기술한다. 먼저 광학실험에서 위상이동법을 이용하여 면내변위를 가진 시편으로부터 32 개의 간섭무늬를 PC 에 저장하였다. 이차원퓨리에 필터링을 통하여 저장된 32 개의 간섭무늬에서 공간잡음을 제거하였다.
- 2 와같으며 외팔보 뒷면에 점용접한 상태를 나타낸다. 면외 변위를 측정하는데 있어서 스펙클 패턴의 정밀도를 향상시킬 수 있도록 위상 이동법을 사용하였으며, 위상 이동은 PC 에 의하여 PZT 의위상이동을 제어하였다.
- 스프레이된 시편은 하중장치에 장착되어 시편에서 면내변위가 발생하도록 하였다. 본 광학실험에서는 PZT 을 이용한 위상 이동법에 의하여 면내변위를 가진 시편으로부터 勿/16 라디안의 위상간격을 가진 32 개의 간섭무늬가 CCD 카메라를 통하여 PC 에저장되었다.
- 본 절에서는 위상이동법을 방향 퓨리에변환에 활용하여 시편의 미소 면내변위측정방법을 기술한다. 먼저 광학실험에서 위상이동법을 이용하여 면내변위를 가진 시편으로부터 32 개의 간섭무늬를 PC 에 저장하였다.
- 사분파장판의 각도를 조절함에 의하여 얻어진 위상이동법을 면내변위측정을 위한 광학실험에 적용하였다. 광학시스템은 Fig.
- 15mm 인 사각형 판의 중앙에 원형구멍이 있는 금속 시편이다. 시편은 스펙클 현상을 확실히 나타내기 위하여 흰색 페인트로 스프레이를 하였다. 스프레이된 시편은 하중장치에 장착되어 시편에서 면내변위가 발생하도록 하였다.
- 현재의 위상이동법은 스펙 클 간섭계에서 PZT 로써 일부 광 신호에 특정 위상을 더하여 얻어진 스펙클 간섭무늬를 분석하여 변위를 측정하는데, PZT 는 고가 의전 자장 치로서 사용이 수월하지 않은 문제점이 있다. 이 절에서는 저가이며 사용이 용이한 사분 파장판 (quarter wave plate) 을 사용한 광학 시스템에서 변위 측정이 가능한 새로운 형태의 위상이동법을 기술하고, 광학실험에 의한 결과를 분석 한다.
- 이차원퓨리에 필터링을 통하여 저장된 32 개의 간섭무늬에서 공간잡음을 제거하였다. 잡음이 제거된 간섭무늬에 대하여 방향 퓨리에 변환을 이용하여 미소 면내변위를 구하였다.
- 스펙클 간섭계의 위상이동법을 위하여 BS 는 PZT 에 의하여 제어된다. 즉, PZT 를 이용하여 BS 를 움직여 스펙클간섭계에서의 두 광신호의 광 경로차(optical path length) 에 의한 위상 이동법을 수행한다. 시편에서의 간섭무늬는 CCD 를 통하여 PC 에저장된다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용된 시험편은 두께가 2 mm 인강재의 외팔보이다. 형상 및 치수는 Fig.
- 시편은 크기가 113mm x 27.7mm 이고 두께가 1.15mm 인 사각형 판의 중앙에 원형구멍이 있는 금속 시편이다. 시편은 스펙클 현상을 확실히 나타내기 위하여 흰색 페인트로 스프레이를 하였다.
- 5nm 의 Ar 레이저를 사용하였으며, 광신호의 시편에의 입사각 0 는 25。로 하였다. 실험에 사용된 시편은 직사각형 판재로서 가로, 세로 두께가 각각 147mm x 27mm X 1.15mm 인 강판이다. 하중을 가하지 않은 상태에서 사분파장판의 각도 $ 를。, 石/4 및 兀/2 로 놓고 CCD 카메라를 통하여 각각의광세기 IbX , Ib2 및 Ib3 를 컴퓨터에 저장한다.
이론/모형
- 스펙클 화상에는 많은 노이즈가 포함되어 있으므로 위상도를 펼치기 전에 이들을 제거하여야 한다. 이러한 스펙 클 노이즈를 제거하기 위하여 가우시안 블러(Gaussian blur)"를 사용한다.
- 본 논문에서 수행된 모든 퓨리에 변환, 즉이차원 퓨리에 변환 혹은 역변환, 그리고 방향퓨리에변환에는 MRFFT(mixed radix fast Fourier transform)0] 이용되었다.' 접힌위상。를 구하기 위하여 ty°=l 에서의 값을 식 (2)에 적용하여 Fig.
- 4-2 에서 계산된 위상 맵。는스펙클간섭계에서 흔히 보듯이 많은 잡음(noise)이 존재한다. 이러한 잡음을 줄이기 위하여 디지털 영상처리기법의 하나인 미디안 필터링 (median filtering)을 하였다." 시편 중 하나인 구멍이 없는 직사각형 시편에서 얻어진 Fig.
- 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 FFT 필터와 유사한 기능의 가우시안 블러 (Gaussian blur) 필터가 사용되었다.
성능/효과
- ESPI 실험법에 4 단계 위상이동법을 적용하여 외팔보와 용접된 외팔보의 면외 변위값을나노미터(nm: nano meter)의 수준의 분해능으로 정밀측정이 가능함을 보였다. 스펙클 간섭법은 비접촉 방법으로 변위를 측정할 수 있을 뿐 아니라 보이지 않은 결함에 의한 변위도 측정할 수 있다.
- 이 미소 면내변위는 Fig. 9 에 보인 바와 같이 동일한 시편에 대하여 유한요소법의 사용화프로그램인 ANSYS11 을 이용하여 계산한 이론적 결과와 잘 일치하였다.
- 기술하였다. 측정된 면내변위는 예상치와 유사한 결과를 얻어 사분파장판을 통한스펙클간섭계의 , 위상이동법이 가능함을 입증하였다. 이에 관하여 .
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