[DIC] Digital Image Correlation 패턴의 기초(Speckle Pattern Fundamentals)

 

목차

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스페클 패턴 조건(Speckle Pattern Requirements)

 

효과 적인 상관관계(Correlation)을 높이기 위해서는 패턴은 아래 특성을 지녀야 합니다.

• Non repetitive(비 반복성)
• Isotropic(등방성)
• High Contrast(높은 대조성)

 

패턴은 랜덤이어야 하고 방향성을 가지면 안됩니다. 검정과 하얀색을 사용해서 대조성을 높여야 합니다. 아래 그림은 피해야할 특성의 패턴입니다.

 

 

 

 

패턴의 크기(Pattern Scale)

 

Speckle pattern을 만들 때 사이즈는 최적(Optimal)로 설계하여야 합니다. 최적의 설계를 이해하기 위해서는 이미지 처리에 대한 이론이 필요 합니다. 

 

DIC(Digital Image Correlation)은 이미지(Image)의 서브셋(Subset)을 추적해서 시편의 변형(Deform)과 움직임(Move)을 파악합니다. 위 그림에서 빨간 박스가 Subset을 의미 합니다.  서브셋 내부의 Gray Level의 전체 차이를 계산해서 패턴의 움직임을 추적 합니다. 

 

패턴의 사이즈가 클 경우 서브셋의 전체가 검정 또는 하얀색으로 표기되면 추적이 되지 않으므로 크기를 키워 추적합니다. 서브셋의 크기가 커지면 DIC에서 처리하는 해상도(Resolution)이 떨어지게 됩니다. 

 

• Subset이 커지면 DIC Resolution이 떨어짐

 

 

반대로 패턴의 크기 많이 작아서 카메라 해상도(Resolution)가 이를 처리할 수 없을 경우 이를 앨리어싱(Aliasing)이라고 부릅니다. 이때 모아레(moiré) 패턴이라고 불리는 모기장의 줄무니와 같은 현상이 발생합니다.

 

Speckle Pattern은 카메라 이미지 센서의 픽셀(Pixel)에 대응하는데 패턴이 작을 경우 포커스를 벗어나게 되어(Out of Focus) 회색으로 표기 됩니다. 일반적으로 최소 3~4개의 픽셀 사이즈의 Speckle이 되어야 Aliasing 문제를 피할 수 있습니다. 

 

• 최소 3~4개 픽셀 사이즈의 Speckle Pattern 그려야 함
• 그 이하의 경우 모아레(moiré) 패턴, Salt and Pepper Noise(점잡음) 발생

 

 

 

 

 

패턴 그리기 기법(Techniques)

 

스프레이 페인트

 

가장 일반적인 기법으로 1인치(25mm)에서 48인치(1.25m)의 금속, 세라믹, 합성 소재에 많이 사용 합니다. 시편의 표면을 매트(matte) 페인트 방식으로 그립니다. 페인트는 새틴(Satin)이나 광택(Gloss)를 사용해서 빛 반사 특성을 높여 줍니다. 두껍게 표면을 칠할 경우 드립에 의해 표면에 굴곡을 만들 수 있으므로 얇게 여러번 진행합니다.

 

Speckle 코팅은 표면 코팅이 끈적해졌을 때 진행합니다. 축축한 상태에서 진행하게 되면 Speckle의 번짐이 발생하므로 추천하지 않습니다. 

 

작은 패턴을 만드는 경우 스프레이를 빠르게 이동하면서 뿌려 줍니다. 위 그림은 1인치(25mm) 크기의 IC 칩에 Speckle 패턴을 뿌린 예제 입니다.

 

 

 

위 그림은 48인치 판에 뿌린 Speckle입니다. 크기가 큰 패턴의 경우 스프레이 노즐을 큰 제품을 사용해서 뿌려 줍니다. 

 

 

 

 

 

미립자 토너(Toner)

 

0.5인치 이하의 시편의 경우 토너 파우더(Toner Powder)를 사용해서 패턴을 적용 합니다. 패턴 적용전에 표면에 하약색으로 칠하는 과정은 동일 합니다. 토너 파우더는 작은 렌즈 블로워나 사람 입으로 바람을 불거나 해서 표면에 패턴을 뿌려 줍니다. 

위 그림은 철봉에 2mm 크기의 홈에 토너 파우더를 뿌린 그림입니다. 토너를 마른 표면에 뿌리는 경우 시험시 날라갈 수도 있으므로 오븐을 사용해서 토너를 녹여(Fuse)줍니다.

 

 

 

 

 

석판인쇄(Lithography)

 

약 0.02인치(500um) 이하의 작은 시편의 경우 Lithography나 증기 식으로 패턴을 그려 줍니다. 

 

 

 

 

스텐실(Stencil)

약 16인치(5m) 이하이 큰 시편의 경우 스텐실 방식으로 패턴을 그려 줍니다. 스텐실은 레이져 기술로 얇은 비닐에 제작합니다.

 

 

 

 

 

프린팅(Printing)

약 1인치에서 4인치의 시편의 변형 측정에 유리 합니다. 레이져 프린터를 사용해서 종이나 비닐에 Raster Speckle 패턴을 프린팅 합니다. 또는 Roll Plotter을 사용해서 프린팅 해줍니다.

 

 

 

 

잉크(Ink)

마커(Marker)를 사용해서 표면에 영향을 최소로 주면서 패턴을 그려 줍니다. 위 그림은 0.5인치 Dog Bone 시편으로 변형율(Strain)을 400%까지 측정 하였습니다.

 

 

 

원문>>

http://www.correlatedsolutions.com/wp-content/uploads/2014

 

 

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