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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박규해
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 전남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수10
초록· 키워드
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카메라를 이용하는 비 접촉식 진동 센싱 기법은 공간해상도에 따른 수많은 접촉식 센서를 대신하며, 구조물과 측정 센서와의 거리에 비교적 자유롭다는 장점을 가지고 있어 최근 구조 건전성 모니터링 (Structural Health Monitoring; SHM) 분야에서 새로운 진동 측정 방식으로 각광받고 있다. 또한, 거대 구조물의 고장진단 및 수명예측을 위해 영상 내 구조물의 위상을 추적하여 거동을 시각화 하는 연구가 진행되었다. 해당 기법은 다수의 필터 뱅크와 이미지 피라미드를 사용하여 높은 계산량을 요구한다. 본 연구에서는 Phase-based optical flow (POF) 기법을 이용하여 구조물의 위상의 속도를 추정하여 변위를 측정한 후에, 부호 함수와 변위 벡터를 이용하여 구조물의 진동 방향을 측정하였다. 또한, 구조물의 진동 방향에 따른 최적 설계된 Steerable 필터를 사용하여 기존 대비 계산 효율을 높이고, 보다 정확한 구조물의 위상을 기반으로 정확성을 향상시켰다. 그리하여, 본 연구를 통해 노이즈에 강건한 구조물 전역 시각화 기법인 진동 맵을 제안한다.
본 연구에서는 외팔보를 통해 구조물의 접촉식 센서로부터 획득한 진동 데이터 및 모달 파라미터와 POF를 기반으로 하는 영상의 픽셀 단위 카메라를 이용하는 비 접촉식 진동 센싱 기법은 공간해상도에 따른 수많은 접촉식 센서를 대신하며, 구조물과 측정 센서와의 거리에 비교적 자유롭다는 장점을 가지고 있어 최근 구조 건전성 모니터링 (Structural Health Monitoring; SHM) 분야에서 새로운 진동 측정 방식으로 각광받고 있다. 또한, 거대 구조물의 고장진단 및 수명예측을 위해 영상 내 구조물의 위상을 추적하여 거동을 시각화 하는 연구가 진행되었다. 해당 기법은 다수의 필터 뱅크와 이미지 피라미드를 사용하여 높은 계산량을 요구한다. 본 연구에서는 Phase-based optical flow (POF) 기법을 이용하여 구조물의 위상의 속도를 추정하여 변위를 측정한 후에, 부호 함수와 변위 벡터를 이용하여 구조물의 진동 방향을 측정하였다. 또한, 구조물의 진동 방향에 따른 최적 설계된 Steerable 필터를 사용하여 기존 대비 계산 효율을 높이고, 보다 정확한 구조물의 위상을 기반으로 정확성을 향상시켰다. 그리하여, 본 연구를 통해 노이즈에 강건한 구조물 전역 시각화 기법인 진동 맵을 제안한다.
본 연구에서는 외팔보를 통해 구조물의 접촉식 센서로부터 획득한 진동 데이터 및 모달 파라미터와 POF를 기반으로 하는 영상의 픽셀 단위 변위 (mm/pixel)를 비교하여 개발된 기법의 정확성을 입증하였다. 또한 복합 방향의 진동을 가지는 구조물에 설계된 최적 steerable 필터를 각각 적용하여 본 연구에서 개발한 기법의 범용성을 확대하였다.
또한, 로컬 진동을 갖는 복잡한 구조물 중 하나인 피스톤 왕복 운동 공기 압축기에 여러 형태의 결함 모사 시험을 수행하였다. 구조 건전성 모니터링에서 주로 사용되는 대표적인 특성인자를 이용하여 데이터 기반 결함 분류와 함께 POF 기반 진동 맵을 통하여 로컬 진동에 강건하고 효율적인 결함 탐지를 수행하였다.
변위 (mm/pixel)를 비교하여 개발된 기법의 정확성을 입증하였다. 또한 복합 방향의 진동을 가지는 구조물에 설계된 최적 steerable 필터를 각각 적용하여 본 연구에서 개발한 기법의 범용성을 확대하였다.
또한, 로컬 진동을 갖는 복잡한 구조물 중 하나인 피스톤 왕복 운동 공기 압축기에 여러 형태의 결함 모사 시험을 수행하였다. 구조 건전성 모니터링에서 주로 사용되는 대표적인 특성인자를 이용하여 데이터 기반 결함 분류와 함께 POF 기반 진동 맵을 통하여 로컬 진동에 강건하고 효율적인 결함 탐지를 수행하였다.
본 연구에서는 외팔보를 통해 구조물의 접촉식 센서로부터 획득한 진동 데이터 및 모달 파라미터와 POF를 기반으로 하는 영상의 픽셀 단위 카메라를 이용하는 비 접촉식 진동 센싱 기법은 공간해상도에 따른 수많은 접촉식 센서를 대신하며, 구조물과 측정 센서와의 거리에 비교적 자유롭다는 장점을 가지고 있어 최근 구조 건전성 모니터링 (Structural Health Monitoring; SHM) 분야에서 새로운 진동 측정 방식으로 각광받고 있다. 또한, 거대 구조물의 고장진단 및 수명예측을 위해 영상 내 구조물의 위상을 추적하여 거동을 시각화 하는 연구가 진행되었다. 해당 기법은 다수의 필터 뱅크와 이미지 피라미드를 사용하여 높은 계산량을 요구한다. 본 연구에서는 Phase-based optical flow (POF) 기법을 이용하여 구조물의 위상의 속도를 추정하여 변위를 측정한 후에, 부호 함수와 변위 벡터를 이용하여 구조물의 진동 방향을 측정하였다. 또한, 구조물의 진동 방향에 따른 최적 설계된 Steerable 필터를 사용하여 기존 대비 계산 효율을 높이고, 보다 정확한 구조물의 위상을 기반으로 정확성을 향상시켰다. 그리하여, 본 연구를 통해 노이즈에 강건한 구조물 전역 시각화 기법인 진동 맵을 제안한다.
본 연구에서는 외팔보를 통해 구조물의 접촉식 센서로부터 획득한 진동 데이터 및 모달 파라미터와 POF를 기반으로 하는 영상의 픽셀 단위 변위 (mm/pixel)를 비교하여 개발된 기법의 정확성을 입증하였다. 또한 복합 방향의 진동을 가지는 구조물에 설계된 최적 steerable 필터를 각각 적용하여 본 연구에서 개발한 기법의 범용성을 확대하였다.
또한, 로컬 진동을 갖는 복잡한 구조물 중 하나인 피스톤 왕복 운동 공기 압축기에 여러 형태의 결함 모사 시험을 수행하였다. 구조 건전성 모니터링에서 주로 사용되는 대표적인 특성인자를 이용하여 데이터 기반 결함 분류와 함께 POF 기반 진동 맵을 통하여 로컬 진동에 강건하고 효율적인 결함 탐지를 수행하였다.
변위 (mm/pixel)를 비교하여 개발된 기법의 정확성을 입증하였다. 또한 복합 방향의 진동을 가지는 구조물에 설계된 최적 steerable 필터를 각각 적용하여 본 연구에서 개발한 기법의 범용성을 확대하였다.
또한, 로컬 진동을 갖는 복잡한 구조물 중 하나인 피스톤 왕복 운동 공기 압축기에 여러 형태의 결함 모사 시험을 수행하였다. 구조 건전성 모니터링에서 주로 사용되는 대표적인 특성인자를 이용하여 데이터 기반 결함 분류와 함께 POF 기반 진동 맵을 통하여 로컬 진동에 강건하고 효율적인 결함 탐지를 수행하였다.
목차
- 제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 11.2 연구 목표 51.3 연구 공헌 6제 2 장 이론적 배경 72.1 Phase-based Optical Flow 기법 72.1.1 변위 추정 기법 72.2 위상기반 시각화 기법 102.2.1 Steerable 필터 102.3 구조 건전성 모니터링 적용 112.3.1 특성 인자를 이용한 구조 건전성 모니터링 112.3.2 피스톤 왕복 운동 공기 압축기 12제 3 장 POF 기반 진동 맵 및 구조 건전성 모니터링 적용 163.1 구조물 변위 측정을 위한 최적 Steerable 필터 183.1.1 최적 방향 Steerable 필터 183.1.2 필터 응답 별 중첩 거동 정규화 193.2 진동 시각화 기법 203.2.1 영상 전역 진동 크기 시각화 기법 203.2.2 영상 전역 진동 방향 시각화 기법 223.3 시간 영역 특성인자 선정 25제 4 장 POF 기반 진동 맵의 실험적 검증 및 결함 모사 274.1 영상 기반 진동 맵 검증 274.1.1 실험 SET-UP 274.1.2 변위 측정 결과 비교 284.1.3 모드 해석 결과 304.1.4 기존 위상 기반 시각화 기법과 기술 비교 314.2 POF 기반 진동 맵의 범용성 검증 324.2.1 실험 SET-UP 334.2.2 구조물 주파수 스펙트럼 분석 344.2.3 진동 맵 성능 검증 354.3 영상 기반 진동 맵의 결함 모사 실험 364.3.1 실험 SET-UP 364.3.2 변위 측정 결과 비교 384.3.3 구조물 결함 탐지 최적 특성인자 선정 394.3.4 특성인자 진동 맵 기반 구조 건전성 모니터링 404.3.5 기존 위상 기반 시각화 기법과 기술 비교 434.4 결론 45제 5 장 연구 결 론 465.1 결론 465.2 향후 계획 48참고 문헌 49
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