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레이저 스캐닝 센싱 및 웨이블렛 기반 파수 필터링을 이용한 판구조물의 손상 깊이 추정
김두환(Duhwan Kim),전준영(Junyoung Jeon),강토(To Kang),한순우(Soonwoo Han),박규해(Gyuhae Park) 한국비파괴검사학회 2017 한국비파괴검사학회지 Vol.37 No.5
본 연구에서는 정상파 응답을 측정하는 레이저 스캐닝 시스템을 이용하여 2차원 웨이블렛 변환 파수 필터링을 통해 구조물의 손상을 파수로 탐지하는 방법과 파수로 표현된 결과를 활용해 손상 깊이를 정량화 하는 방법을 소개한다. 시편에 설치된 압전 구동기를 통하여 구조물에 50 kHz 이상의 고 주파수 단일 신호를 통해 정상상태로 가진하고, 구조물을 거울 방향 조절 장치와 laser Doppler vibrometer를 이용하여 측정하고 신호처리를 통한 정상상태 응답을 획득한다. 획득된 정보를 2차원 웨이블렛 변환과 손상영역의 파수를 확인할 수 있는 신호처리를 이용하여 손상가시화를 진행한다. 파수로 표현된 손상가시화 결과와 Lamb wave 방정식을 활용하여 손상의 깊이 방향 정보를 획득한다. 검증을 위해 알루미늄 판재와 강관을 이용하여 실험을 진행했고, 그 결과는 본 연구에서 소개하는 방법이 손상 탐지와 정량화에 효과적임을 증명했다. This paper presents the use of 2-D wavelet-based wavenumber filtering with single-frequency standing wave excitation for damage detection in various structures. Using a single, fixed frequency excitation from a mounted piezoelectric transducer, the full steady-state wave field can be obtained using a laser Doppler vibrometer with a mirror-tilting device. To detect and visualize damage, 2-D wavelet transform, which has various scale components, is applied. Mapping processes based on local wavenumber filtering are carried out for damaged area visualization, and thickness estimation is performed based on the Lamb wave equation. Several experiments are performed on aluminum plates and steel pipes to demonstrate the effectiveness of the proposed technique. The results demonstrate that the proposed technique is considerably effective in damage detection and visualization at high interrogation speeds.
최적 필터를 통한 영상 위상기반 변위 측정 및 모션 증폭 영상기반 구조물 결함 탐지
공예슬(Yeseul Kong),Miao Yinan,전준영(Junyoung Jeon),박규해(Gyuhae Park) 한국비파괴검사학회 2021 한국비파괴검사학회지 Vol.41 No.3
카메라 기반 측정 기법은 질량 부하 효과 없이 높은 공간해상도를 제공하여 발전 설비, 교량 등 거대 구조물을 대상으로 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 불균일한 조도, 저조도 등 다양한 조도 조건에 영향을 받는다. 위상 기반 optical flow 기법의 경우 영상 밝기에 비해 조명조건 변화에 강건하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 다수의 필터를 사용하는 기존기법과 달리 최적 설계된 하나의 steerable 필터만을 사용하여 보다 효율적이고 정확하며, 노이즈에 강건한 구조물 에지(edge) 전역의 위상기반 미소 변위 측정 기법을 이용하여 모션 증폭 영상 및 모드 형상에 기반한 결함 탐지를 수행한다. 건물 형태의 5층 구조물 실험을 통해 제안하는 기법이 저조도 조건에도 높은 정확도로 미소변위 측정 및 모드 해석이 가능함을 확인하였다. 또한 볼트 풀림 결함을 모사하여 모드 증폭 영상을 생성하여 결함 진단을 수행하였다. Compared to conventional contact techniques, advanced displacement measurement techniques using computer vision have shown several advantages, such as high spatial resolution and no mass loading effect. Recently developed phase-based motion estimation techniques can be used to accurately measure motion signals from the local phase without speckle patterns on a structure. However, various conditions, such as complex illumination and insufficient lighting, can generate significant errors during the measurement process. In this study, an optimally designed steerable filter was used to provide a stable local phase, resulting in significant correlation with the motion in the phase-based optical flow technique. For structural health monitoring and damage detection, the amplified video was automatically generated using image processing and the proposed measurement technique. Several experiments were performed on a five-story structure to validate the proposed techniques using accelerometers, a laser Doppler vibrometer, and a camera. The experimental results demonstrated that the proposed techniques could be used to accurately measure displacement and identify the modal frequencies and full-field operational deflection shape. In addition, bolt-loosened damage was successfully detected using the mode-amplified video and operational curvature shape.