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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박규해
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 전남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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원자력 기반시설, 항공 및 산업 설비 분야에서 활용되는 대형 평판 구조물은 시간이 경과함에 따라 노후하게 되며 부식, 크랙과 같은 다양한 결함들이 발생한다. 이러한 대형 구조물에 발생한 결함의 정확한 위치를 효율적으로 탐지하여 유지·보수에 필요한 비용 및 시간을 줄이기 위해, 다양한 비파괴검사 및 구조 건전성 모니터링 기법이 적용되고 있다. 기존의 구조물 모니터링에는 초음파를 이용한 비파괴검사가 널리 사용되고 있으며, 대부분 접촉식 센서를 활용한다. 검사 대상 구조물이 거대하거나 원거리의 경우 원하는 지점을 측정하기 위한 센서 설치비용이 증가하며 정확한 측정을 위해 다수의 센서를 설치하는 경우 센서, 케이블 및 센서 전원공급 등 어려움이 발생한다. 따라서 비접촉 측정 장비를 이용한 비파괴검사에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 그 중에서 작업 공간의 제약이 없어 원거리 및 거대 구조물에서 신속한 검사가 가능하고 조밀한 측정 해상도를 갖는 레이저를 활용한 다양한 연구가 진행되고 있다.
레이저를 이용한 연구는 초음파의 생성부터 소멸까지의 영상을 얻는 유도 초음파 전파 영상화와 구조물의 정상파 응답 초음파 영상화를 사용하는 기법이 주로 사용된다. 획득한 영상을 이용하여 신호처리를 통해 결함을 가시화하는 연구가 활발히 진행되고 있고, 낮은 신호 대 잡음비(SNR)를 극복하기 위한 연구 또한 활발히 진행 중이다.
본 연구에서는 레이저 스캐닝 시스템 기반 초음파 영상 측정 기술을 활용하여 구조물의 크랙 결함을 가시화하는 기법을 개발하였다.
극 좌표계 기반의 레이저 스캐닝 방식을 도입하여 구조물의 초음파 응답 신호를 각도와 반지름에 대해 획득하여 방향 별 신호 처리에서 발생하는 오차를 줄이고 측정 시간을 단축시켰다. 또한 구조물의 일부 영역을 스캔하여 전체 영역에 대해 효율적으로 결함 탐지를 진행하는 단계에서, 빔포밍 기술을 통한 신호 증폭 및 극 좌표계 파수 필터를 적용하여 결함 가시화 성능을 향상시켰다. 제안된 기법에 대한 검증을 위해 대형 평판 구조물에 두께 변화, 부식, 크랙 결함을 모사하여 실험을 진행하였고, 결함탐지의 정확성을 정량적으로 평가하였다.
레이저를 이용한 연구는 초음파의 생성부터 소멸까지의 영상을 얻는 유도 초음파 전파 영상화와 구조물의 정상파 응답 초음파 영상화를 사용하는 기법이 주로 사용된다. 획득한 영상을 이용하여 신호처리를 통해 결함을 가시화하는 연구가 활발히 진행되고 있고, 낮은 신호 대 잡음비(SNR)를 극복하기 위한 연구 또한 활발히 진행 중이다.
본 연구에서는 레이저 스캐닝 시스템 기반 초음파 영상 측정 기술을 활용하여 구조물의 크랙 결함을 가시화하는 기법을 개발하였다.
극 좌표계 기반의 레이저 스캐닝 방식을 도입하여 구조물의 초음파 응답 신호를 각도와 반지름에 대해 획득하여 방향 별 신호 처리에서 발생하는 오차를 줄이고 측정 시간을 단축시켰다. 또한 구조물의 일부 영역을 스캔하여 전체 영역에 대해 효율적으로 결함 탐지를 진행하는 단계에서, 빔포밍 기술을 통한 신호 증폭 및 극 좌표계 파수 필터를 적용하여 결함 가시화 성능을 향상시켰다. 제안된 기법에 대한 검증을 위해 대형 평판 구조물에 두께 변화, 부식, 크랙 결함을 모사하여 실험을 진행하였고, 결함탐지의 정확성을 정량적으로 평가하였다.
목차
국문초록제 1 장 서 론 11.1 연구배경 11.2 연구동향 21.3 연구목적 41.4 연구공헌 51.5 논문구성 5제 2 장 이론적 배경 62.1 결함 탐지를 위한 초음파 가진 62.1.1 유도 초음파 62.1.2 정상파 92.2 레이저를 이용한 초음파 수신 102.2.1 도플러 효과 102.2.2 헤테로다인 간섭계 11제 3 장 초음파 응답 획득 133.1 직교 좌표계 기반 스캔 시스템 133.2 극 좌표계 기반 스캔 시스템 143.3 전산해석을 통한 좌표계 별 스캔 시스템 분석 16제 4 장 결함 가시화의 이론적 배경 184.1 속도 추정 184.2 신호 추출 204.2.1 입사파 제거 204.2.2 방향성 필터 214.3 극 좌표계 기반 유도 초음파 빔포밍 결함 가시화 기법 244.4 직교 좌표계 기반 정상파 결함 가시화 기법 274.4.1 2D 웨이블릿 필터링 기법 294.4.2 방향성 웨이블릿 필터링 기법 31제 5 장 실험 335.1 알루미늄 구조물 결함 가시화 355.1.1 실험 setup 355.1.2 유도 초음파 응답 375.1.3 기법 적용 결과 395.2 CFRP 복합재 구조물 결함 가시화 435.2.1 실험 setup 435.2.2 유도 초음파 응답 455.2.3 기법 적용 결과 47제 6 장 결론 및 향후 계획 515.1 연구 결론 515.2 향후 계획 51참고문헌 61영문초록 67
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