[논문]반복사인격자에서 동시에 생기는 두 가지 무아레 무늬를 이용한 회전변위의 가시적 측정

정연홍; 오정효; 조재흥

doi:10.3807/hkh.2008.19.4.302

반복사인격자에서 동시에 생기는 두 가지 무아레 무늬를 이용한 회전변위의 가시적 측정
Visual Measurement of Rotational Displacements by Using Two Different Moire Fringes Simultaneously Generated by Repeated Sinusoidal Gratings 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.19 no.4, 2008년, pp.302 - 309

정연홍 (한남대학교 이과대학 광.전자물리학과) , 오정효 (한남대학교 이과대학 광.전자물리학과) , 조재흥 (한남대학교 이과대학 광.전자물리학과)

초록
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컴퓨터 전산모의와 회전자를 이용한 실험을 통하여 회전변위에 따른 반복사인격자 한 쌍이 만드는 무아레 무늬의 변화를 세밀하게 조사하여 반복사인격자가 겹쳐서 동시에 생기는 두 가지의 서로 다른 무아레 무늬를 사용하는 작은 회전변위를 측정하는 가시적 방법을 보여준다. 이 무아레 무늬는12도 이상의 큰 각도 측정에 유용한 장주기의 넓고 긴 직선무늬와 12도 이하의 작은 각도 측정에 유리한 좁고 짧은 복잡한 직선무늬로 이루어져 있다. 그리고 무아레 무늬의 회전방향에 따라 회전변위의 회전방향도 동시에 가시적으로 판별할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

We present the precise visual measurement method of rotational displacements using two different moire fringes simultaneously generated by repeated sinusoidal gratings. We investigate the variation of moire fringes depending on rotational displacements through computer simulation and experiment using a rotator in detail. The moire fringes are composed of the wide linear fringe part with a long period and the narrow linear fringe part with a short period. These parts are superior to the angle detection of more than 12 degrees and less than 12 degree, respectively. Additionally, the method can be visually used in the determination of the rotational direction by observing the moire fringe's direction.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이와 동시에 회전방향까지 판별할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 그리고 이 새로운 반복사인격자를 사용한 회전자(rotator)의 회전방향과 회전변위를 측정한 무아레 무늬와 앞서서 분석한 전산모의된 무아레 무늬와 상호 비교하여 반복사인격자의 무아레 무늬에 대한 실제적 응용성을 확인하고자 한다.
본 논문에서는 회전변위에 따라 2가지 이상의 무아레 무늬가 동시에 발생하는 새로운 격자의 형태를 고안하여 회전변위를 각도의 크기에 따라 달리 측정할 수 있는 방법을 제안하고 이를 실험적으로 증명하고자 한다. 회전변위를 측정하기 위해서는 직선격자와 같은 1차원적인 주기성을 가지고 있어야한다는 것과 스프링 격자와 같은 변위에 민감한 격자의 형태를 하나로 합쳐서 회전변위를 두 단계로 나누어서 정밀하게 측정할 수 있는 새로운 무아레 격자인 반복사인격자(repeated sinusoidal grating)를 제안하고 이를 제작하여 평가하고자 한다.
회전변위를 측정하기 위해서는 직선격자와 같은 1차원적인 주기성을 가지고 있어야한다는 것과 스프링 격자와 같은 변위에 민감한 격자의 형태를 하나로 합쳐서 회전변위를 두 단계로 나누어서 정밀하게 측정할 수 있는 새로운 무아레 격자인 반복사인격자(repeated sinusoidal grating)를 제안하고 이를 제작하여 평가하고자 한다. 이러한 새로운 반복사인격자 한 쌍으로 생기는 무아레 무늬를 회전변위에 따라 측정하고 이를 현상론적으로 해석하고자 한다. 이와 동시에 회전방향까지 판별할 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
이러한 새로운 반복사인격자 한 쌍으로 생기는 무아레 무늬를 회전변위에 따라 측정하고 이를 현상론적으로 해석하고자 한다. 이와 동시에 회전방향까지 판별할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 그리고 이 새로운 반복사인격자를 사용한 회전자(rotator)의 회전방향과 회전변위를 측정한 무아레 무늬와 앞서서 분석한 전산모의된 무아레 무늬와 상호 비교하여 반복사인격자의 무아레 무늬에 대한 실제적 응용성을 확인하고자 한다.

제안 방법

0으로 filtering과 smoothing을 한 곡선(실선)을 이용하여 최대 밝은 지점을 찾는 과정을 보여준다. 그림 4(b)에서 각 밝기는 그림 3(b)에서 설명한 회전변위시 발생하는 작은 무아레 무늬의 간격인 S₁, S₂, S₃ 등에 대응하는 것으로 본 실험에서는 이들 값들의 평균을 취하여 항상 작은 무아레 무늬의 간격을 계산하였다.
하나의 무아레 무늬에서 작은 각도의 회전변위 측정용과 큰 각도의 회전변위를 측정용의 2가지 무아레 무늬가 나타나도록 사인무늬 형태가 반복되는 새로운 반복사인격자를 제안하고 이 격자들의 무아레 무늬를 전산모의 하였다. 그리고 이 반복사인격자의 회전변위를 측정할 때 12도 이상의 큰 각도에 대해서는 직선격자의 무아레 무늬와 유사한 무늬로, 12도 이하의 각도에 대해서는 스프링 격자의 무아레 무늬와 유사한 무늬로 이원화하여 정밀측정이 가능하도록 하였다. 본 논문에서는 한 예로 주기(λ)과 진폭(2A)이 6.
본 논문에서는 한 예로 주기(λ)과 진폭(2A)이 6.00 mm이고 격자간격(b)이 0.75 mm, 라인두께(t)가 0.08 mm인 반복사인격자를 제작하여 한 쌍의 반복사인격자를 서로 중복시켜서 무아레 무늬를 실험적으로 형성하였다.
회전변위를 측정하기 위해서는 직선격자와 같은 1차원적인 주기성을 가지고 있어야 한다는 것과 스프링 격자와 같은 변위에 민감한 격자의 형태를 하나로 합쳐서 회전변위를 두 단계로 나누어서 정밀하게 측정하고자 그림 1(a)와 같은 사인함수 형태의 사인무늬를 (b)와 같이 반복적으로 위아래 방향으로 60개를 배치한 반복사인격자를 고안하였다. 이 때 반복사인격자의 제작 및 전산모의를 실행하기 위하여 연속적인 곡선을 자연스럽게 그릴 수 있는 디자인 프로그램인 CorelDRAW 8을 사용하여 반복사인격자를 제작하였으며, 이들의 무아레 무늬도 컴퓨터에서 두 반복사인격자의 겹침으로 직접 전산모의하였다. 그림 1(b)에서 보는 반복사인격자의 각종 변수들은 전산모의 및 실험을 위하여 가시적으로 가장 좋은 무아레 무늬를 주는 변수들을 선택하였는데, 주기(λ)는 6.
08 mm인 반복사인격자를 제작하여 한 쌍의 반복사인격자를 서로 중복시켜서 무아레 무늬를 실험적으로 형성하였다. 이 한 쌍의 반복사인격자로 회전변위를 즉정하는 실험장치를 구성하고 시험격자를 미소변위로 회전시켜서 이에 따른 무아레 무늬의 변화와 무늬 간격(S값과 L값)을 측정하여 시물레이션과 비교하여 분석하였다. 그 결과 시물레이션에서 회전변위에 따른 작은 주기의 무아레 무늬의 간격(S값)은 시험격자를 시계반향(+방향)으로 회전시킬 경우, 측정값은 분수함수의 그래프 형태로 나타났으며 그 변화유형을 가시화하기 위해 역수 값을 계산하여 S값의 분포를 보면 y = 0.
하나의 무아레 무늬에서 작은 각도의 회전변위 측정용과 큰 각도의 회전변위를 측정용의 2가지 무아레 무늬가 나타나도록 사인무늬 형태가 반복되는 새로운 반복사인격자를 제안하고 이 격자들의 무아레 무늬를 전산모의 하였다. 그리고 이 반복사인격자의 회전변위를 측정할 때 12도 이상의 큰 각도에 대해서는 직선격자의 무아레 무늬와 유사한 무늬로, 12도 이하의 각도에 대해서는 스프링 격자의 무아레 무늬와 유사한 무늬로 이원화하여 정밀측정이 가능하도록 하였다.
본 논문에서는 회전변위에 따라 2가지 이상의 무아레 무늬가 동시에 발생하는 새로운 격자의 형태를 고안하여 회전변위를 각도의 크기에 따라 달리 측정할 수 있는 방법을 제안하고 이를 실험적으로 증명하고자 한다. 회전변위를 측정하기 위해서는 직선격자와 같은 1차원적인 주기성을 가지고 있어야한다는 것과 스프링 격자와 같은 변위에 민감한 격자의 형태를 하나로 합쳐서 회전변위를 두 단계로 나누어서 정밀하게 측정할 수 있는 새로운 무아레 격자인 반복사인격자(repeated sinusoidal grating)를 제안하고 이를 제작하여 평가하고자 한다. 이러한 새로운 반복사인격자 한 쌍으로 생기는 무아레 무늬를 회전변위에 따라 측정하고 이를 현상론적으로 해석하고자 한다.

대상 데이터

그림 8은 그림 1(b)에서 제공한 반복사인격자를 실제로 제작하여 회전자의 회전변위를 측정하는 장치도이다. 실험에 사용한 격자는 3절의 전산모의에서 사용한 것과 동일한 격자변수들을 갖는 반복사인격자를 격자시료 프린터(Agfa, AV44Xg)로 투명 아크릴 용지에 인쇄하여 70 mm x 70 mm 크기로 만들어 사용하였다. 이렇게 만든 반복사인격자를 회전각도의 정밀도가 0.

성능/효과

이 한 쌍의 반복사인격자로 회전변위를 즉정하는 실험장치를 구성하고 시험격자를 미소변위로 회전시켜서 이에 따른 무아레 무늬의 변화와 무늬 간격(S값과 L값)을 측정하여 시물레이션과 비교하여 분석하였다. 그 결과 시물레이션에서 회전변위에 따른 작은 주기의 무아레 무늬의 간격(S값)은 시험격자를 시계반향(+방향)으로 회전시킬 경우, 측정값은 분수함수의 그래프 형태로 나타났으며 그 변화유형을 가시화하기 위해 역수 값을 계산하여 S값의 분포를 보면 y = 0.07141x-0.00547의 일정한 기울기 간격으로 좁아졌다. 그리고 큰 주기의 무아레 무늬 간격(L값)의 역수 값은 y = 0.
27%의 오차를 보였다. 이 결과 한 쌍의 반복사인격자에 의해 만들어지는 무아레 무늬의 정보는 기준점을 중심으로 피사체의 회전각의 크기와 변위된 방향까지도 직접적으로 측정이 가능함을 알 수 있었다.
00526의 직선분포의 간격으로 작아졌다. 이 정보를 실험결과와 비교해 보면 평균적으로 S값은 2.98%,의 오차를, L값은 0.27%의 오차를 보였다. 이 결과 한 쌍의 반복사인격자에 의해 만들어지는 무아레 무늬의 정보는 기준점을 중심으로 피사체의 회전각의 크기와 변위된 방향까지도 직접적으로 측정이 가능함을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무아레(moire) 무늬란 무엇인가?	두 개 이상의 주기적 또는 준주기적인 구조를 가지고 있는 격자가 서로 겹쳐질 때 발생하는 새로운 주기의 무늬를 무아레(moire) 무늬라 한다.[1,2] 이 무아레 무늬는 비간섭성 광원으로도 간섭무늬를 얻을 수 있다는 장점 때문에 응력분석과 진동분석[3-5] 선형변위와 회전변위 측정[3-5] 굴절률 측정,[6,7] 열팽창 측정,[8] 회전각 측정,[9] 3차원 물체의 형상측정,[10-12] 광학정렬[13,14] 등에 널리 이용되고 있다 이 때 사용되는 격자로는 만들기 쉽고 분석이 쉬운 직선격자(line grating), 원형격자(circular grating), 방사형 격자(radial grating)를 사용한다.
	무아레 무늬의 장점은?	두 개 이상의 주기적 또는 준주기적인 구조를 가지고 있는 격자가 서로 겹쳐질 때 발생하는 새로운 주기의 무늬를 무아레(moire) 무늬라 한다.[1,2] 이 무아레 무늬는 비간섭성 광원으로도 간섭무늬를 얻을 수 있다는 장점 때문에 응력분석과 진동분석[3-5] 선형변위와 회전변위 측정[3-5] 굴절률 측정,[6,7] 열팽창 측정,[8] 회전각 측정,[9] 3차원 물체의 형상측정,[10-12] 광학정렬[13,14] 등에 널리 이용되고 있다 이 때 사용되는 격자로는 만들기 쉽고 분석이 쉬운 직선격자(line grating), 원형격자(circular grating), 방사형 격자(radial grating)를 사용한다.[2-5] 그러나 특수한 측정의 경우에는 타원격자(elliptic grating),[4] 윤대판 격자(zone plate grating),[15] 비스듬한 방사형 격자(skewed radial grating),[16] 나선형 격자(spiral grating),[17] 축폐선 격자(evolute grating),[18] matched radial-parallel 격자,[19,20] elongated circular 격자[21,22] 등이 있다.
	무아레 무늬를 이용한 특수한 측정의 경우 어떠한 격자를 사용하는가?	[1,2] 이 무아레 무늬는 비간섭성 광원으로도 간섭무늬를 얻을 수 있다는 장점 때문에 응력분석과 진동분석[3-5] 선형변위와 회전변위 측정[3-5] 굴절률 측정,[6,7] 열팽창 측정,[8] 회전각 측정,[9] 3차원 물체의 형상측정,[10-12] 광학정렬[13,14] 등에 널리 이용되고 있다 이 때 사용되는 격자로는 만들기 쉽고 분석이 쉬운 직선격자(line grating), 원형격자(circular grating), 방사형 격자(radial grating)를 사용한다.[2-5] 그러나 특수한 측정의 경우에는 타원격자(elliptic grating),[4] 윤대판 격자(zone plate grating),[15] 비스듬한 방사형 격자(skewed radial grating),[16] 나선형 격자(spiral grating),[17] 축폐선 격자(evolute grating),[18] matched radial-parallel 격자,[19,20] elongated circular 격자[21,22] 등이 있다. 이러한 무아레 무늬를 이용한 계측은 점차로 자체결상 분야로 확대되어 응용되고 있다.

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http://sourceforge.net/projects/imagej/

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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