Development of a line laser thermography system for structural damage detection under dynamic conditions

Abstract

적외선 열화상 기법은 비 접촉, 비 파괴, 비 간섭 및 즉각적인 검사 기법으로 구조물 손상 감지를 위해 다양한 방법으로 사용 될 수 있다. 특히, 적외선 열화상 기법은 손상 감지 능력을 향상시키기 위해 다양한 열 파 생성 기법들이 함께 사용 될 수 있는데, 특히 장거리 및 정밀 열 파 제어가 가능한 광학 기반의 레이저 가진 기법을 적외선 열화상 기법에 적용시켜 이의 사용성을 넓힐 수 있다. 본 논문은 적외선 열화상 기법과 광학 기반의 레이저 가진 기법을 융합한 선형 레이저 열화상 시스템 개발과 이의 실험적 검증을 보여주고자 한다. 해당 기술의 구체적인 목적은 (1) 비 접촉, 비 파괴, 비 간섭 및 즉각적인 구조물 검사, (2) 동적 상태에서의 구조물 검사, (3) 고 정밀 대형 구조물 검사, (4) 원거리 검사, 그리고 (5) 즉각적인 무 기저 기반의 손상 유무 판단 기법의 개발이다. 따라서, 제안 기술을 통해 기존의 구조물 비 파괴 검사 및 모니터링 기법들의 한계점들을 극복 할 수 있을 것으로 본다. 본 논문에서 선형 레이저 열화상 시스템은 (1) 기존 선형 레이저 기법을 발전 및 최적화, (2) 손상 감지 알고리즘의 개발, (3) 정적 상태 구조물들을 이용한 검증 실험, 그리고 (4) 동적 상태 구조물들을 이용한 검증 실험의 단계를 거쳐 제안 된다. 선형 레이저 열화상 시스템은 대상구조물의 거동 상태가 정적인지, 동적 인지에 따라 서로 다른 레이저 열 파 생성 기법이 적용 된다. 선형 레이저가 대상 구조물 표면에 열 파를 생성 하면, 이에 따른 대상 구조물 표면에서의 열 전파 경향이 열화상 카메라에 의해 열화상 이미지로 계측 된다. 여기서, 열 전파 경향은 구조물 표면 및 내부 손상 유무에 따라 정상 영역과는 상이하게 나타나며, 이를 결함 검출 알고리즘을 통해 추출하여 손상의 크기 및 위치를 자동으로 시각화 하며, 무 기저 기반의 손상 우무 판단으로 인해 높은 정확도의 손상 검사가 가능하다. 제안된 선형 레이저 열화상 시스템은 정적 혹은 동적 상태에 있는 탄소섬유 강화 복합재료, 유리섬유 강화 복합재료, 강판, 그리고 반도체 칩을 이용하여 성능이 검증되었다.