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제안 방법
- 알루미늄 합금(Al6061-T6) 결함 시험편은 위의 Fig. 3(a)와 같이 180 mm의 정방형 시험편의 뒷면에 홀 가공을 함으로써 결함의 검출을 할 수 있도록 계획된 표준 시험편을 도입하여 시험에 활용하였다. 그리고 탄소강(SM45C) 결함 시험편 또한 Fig.
- 먼저, 시험편은 알루미늄 합금과 탄소강 시험편을 사용하였다. 광 증폭 가진은 아날로그 방식의 조절을 통해 수준을 결정하였다. 최고 가진량(1 kW)에 선형적 비례를 이용하여 30 %(Q3), 50 %(Q5) 및 70 %(Q7)으로 인자의 수준을 정하였으며, 위상잠금 주파수는 0.
- 적외선 카메라는 열 분해능과 최단의 노출시간으로 LIT 기술에 최고 성능을 발휘할 수 있는 것으로 알려져 있다(Breitenstein and Langenkamp, 2003). 따라서 위상잠금 열화상 시스템 구성의 핵심장비인 적외선 카메라는 극저온 냉각방식의 장비(JADE LWIR MCT Camera 및 관련 운용부품)를 임차하여 사용하였다.
- 취득된 4개의 자료로부터 특정 화소 (x, y)의 변조가 이루어 질 수 있다. 몇 개의 변조주기에 거쳐서 매 주기마다 4장 이상의 영상의 평균을 구한다. 그렇지만 사인파형 변조로 인하여 모든 이미지는 결국 4개의 기본 영상(S1, S2, S3 및 S4)으로 병합된다.
- 선정된 인자(변수)는 가능한 광범위한 영역을 탐색할 수 있도록 넓은 범위(Level)로 모델링 하였다. 먼저, 시험편은 알루미늄 합금과 탄소강 시험편을 사용하였다.
- ,1999). 안정적인 실험을 위해서 흑색으로 도색된 알루미늄 정반에 실험장비 들을 설치하고 청결하게 밀폐된 실험실에서 연구를 수행하여 외란의 영향을 최소화하였다. 위상잠금 적외선 열화상 기법의 열원은 2개의 할로겐램프(1 Kw×2 ea)를 이용하였으며 실험결과 열원의 강도는 충분한 것으로 나타났다.
- 우선 국부적인 잡음을 제거하기위해 점 잡음 제거가 탁월하고, 원 신호의 에지들을 좀 더 상세하게 보존할 수 있는 적응 중간값 필터를 활용하였다. 위상차 대비영상의 정량화는 영상 처리에 의해 질감(Texture)내용을 수치화 하는 방법을 사용하였다.
- 위상잠금 적외선 열화상(Lock-in infrared thermography) 기법으로 결함부위의 최적의 위상차 대조영상을 얻기 위하여 실험인자를 선정하고 실험계획법에 의해 탐색연구를 수행하였으며, 정량화된 대비영상 특성치를 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 우선 국부적인 잡음을 제거하기위해 점 잡음 제거가 탁월하고, 원 신호의 에지들을 좀 더 상세하게 보존할 수 있는 적응 중간값 필터를 활용하였다. 위상차 대비영상의 정량화는 영상 처리에 의해 질감(Texture)내용을 수치화 하는 방법을 사용하였다. 영역의 질감을 묘사하기 위해서 영상처리에서 사용되는 방법에는 통계적, 구조적, 그리고 분광적인 방법이 있는데, 본 연구에서는 영상 또는 영역의 밝기 히스토그램에 대한 통계적 속성에 기반을 두는 통계적 방법을 사용하였다(You and Kim, 2004).
- 광 증폭 가진은 아날로그 방식의 조절을 통해 수준을 결정하였다. 최고 가진량(1 kW)에 선형적 비례를 이용하여 30 %(Q3), 50 %(Q5) 및 70 %(Q7)으로 인자의 수준을 정하였으며, 위상잠금 주파수는 0.01 Hz 부터 1.0 Hz까지 조밀한 간격을 정하여 실험을 수행하였다. 카메라 센서에 유입되는 광자의 양을 결정하는 노출시간(Integrated time)은 원적외선 카메라의 사양에 따라 400 µs(Open), 180 µs(Open), 280 µs (w/filter)와 같이 수준을 정하였다.
- 카메라 센서에 유입되는 광자의 양을 결정하는 노출시간(Integrated time)은 원적외선 카메라의 사양에 따라 400 µs(Open), 180 µs(Open), 280 µs (w/filter)와 같이 수준을 정하였다.
대상 데이터
- 마지막으로 시험편은 일반적으로 조선해양을 포함한 기계분야에 널리 활용되고 있는 알루미늄 합금과 탄소강 표준시험편을 한국표준과학연구원으로부터 구매하여 사용하였다. 알루미늄 합금(Al6061-T6) 결함 시험편은 위의 Fig.
- 선정된 인자(변수)는 가능한 광범위한 영역을 탐색할 수 있도록 넓은 범위(Level)로 모델링 하였다. 먼저, 시험편은 알루미늄 합금과 탄소강 시험편을 사용하였다. 광 증폭 가진은 아날로그 방식의 조절을 통해 수준을 결정하였다.
- 실험계획법에 따라 위상잠금 적외선 열화상 기법의 특성치에 영향을 미칠 수 있는 변수들 중에서 제어가 가능한 실험인자를 선정하였다(Yeom et al., 2005). 그리고 시험과정에서 제어가 불가능하거나 영향이 작은 인자들은 잡음으로 취급하였다.
데이터처리
- 실험계획법에 따라 수행된 실험결과인 위상차 대비영상에 대하여 MATLAB을 이용하여 정량적 분석을 수행하였고, 영상대비의 크기에 따라 자동적으로 최적의 실험조건을 찾을 수 있었다. 본연구의 영상분석에 의한 정량화 연구결과는 이전의 영상기준표(Reference table)를 개발하여 육안에 의한 판별법을 통한 탐색연구 결과와 비교하였다(Cho, 2011).
이론/모형
- 본 연구에서는 일반적인 실험계획법인 다원배치법(Multi-way factorial design)에 따라 제어가 가능한 연구 인자를 선정하고, 기존에 개발된 탄소강 시험편과 알루미늄 표준 시험편을 이용하여 실험을 수행하였다((Park, 2009). 실험결과 얻어진 적외선 위상차 열화상을 정량적 분석하기 위하여 영상처리기법의 이미지 필터링과 질감측정방법을 이용하였으며, 이전의 육안에 의한 영상 비교에 의한 연구결과에 비해 오류를 줄일 수 있는 영상 처리에 의한 정량화방법으로 조선해양분야에서 응용할 수 있는 최적의 실험조건을 찾을 수 있음을 확인하였다.
- 최적화연구는 실험인자의 수준변화에 따른 특성치인 결함부와 건전부의 위상차 영상을 정량적으로 판별할 수 있도록 영상 처리를 통한 수치화의 과정이다. 실험결과 얻어진 위상차 대비 영상을 정량화할 수 있도록 Fig. 4와 같이 알고리즘으로 MATLAB을 이용하여 프로그래밍 하였다.
- 실험의 수행은 설계인자인 시험편의 종류에 따라, (1) 광량 증폭 강도, (2) 위상잠금 주파수 및 (3) 카메라 노출시간을 변화시키면서 3인자 다원배치법(Multi-way factorial design)으로 실험을 수행하였다. 다음의 Fig.
- 위상차 대비영상의 정량화는 영상 처리에 의해 질감(Texture)내용을 수치화 하는 방법을 사용하였다. 영역의 질감을 묘사하기 위해서 영상처리에서 사용되는 방법에는 통계적, 구조적, 그리고 분광적인 방법이 있는데, 본 연구에서는 영상 또는 영역의 밝기 히스토그램에 대한 통계적 속성에 기반을 두는 통계적 방법을 사용하였다(You and Kim, 2004). 히스토그램의 모양을 기술하는 주요 방법 중의 하나는 아래의 식 (5)과 같이 정의되는 중앙적률(Central moments)에 의한 것으로 평균에 관한 n차 적률에 대한 표현식은 다음과 같다.
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