형광 DIC: 투명 및 고반사성 표면의 고정밀 변형/변위 계측 기술(비파괴, NDT, Fluorescence, transparent, Displacement, Strain, Glass, 유리)

 

목차

 

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형광 DIC: 투명 및 고반사성 표면의 고정밀 변형/변위 계측 기술

 

 

형광 DIC(디지털 이미지 상관법)는 재료의 변위와 변형률을 정밀하게 계측하기 위해 형광 페인트와 자외선 조명을 사용하는 기술입니다. 이 방법은 특히 기존 DIC 기법으로 측정하기 어려운 투명한 표면이나 고반사성 표면에서도 높은 정확도를 자랑합니다. 형광 DIC는 형광의 발광 원리를 활용하여 투명하거나 반사율이 높은 표면에서 밝고 뚜렷한 스페클 패턴을 생성해, 이 패턴을 통해 표면의 미세한 변형을 추적하고 분석할 수 있습니다.

 

일반적인 DIC는 투명한 유리나 고반사성 금속 표면에서 정확한 계측을 수행하는 데 한계가 있습니다. 예를 들어, 유리와 같은 투명 표면에서는 빛이 그대로 통과하여 스페클 패턴이 잘 형성되지 않고, 거울이나 금속 표면에서는 빛의 강한 반사가 일어나 계측이 어렵습니다. 그러나 형광 DIC에서는 형광 페인트가 자외선을 받으면 발광하는 특성을 활용하여 투명하거나 반사율이 높은 표면에서도 대비가 높은 스페클 패턴을 생성할 수 있습니다. 이로 인해, 일반적인 조명 하에서는 관측하기 힘든 변형과 결함도 쉽게 감지할 수 있습니다.

 

또한 형광 DIC는 베이스 레이어가 필요하지 않다는 점에서 장점이 있습니다. 기존의 DIC 기법에서는 스페클 패턴을 형성하기 위해 종종 표면에 베이스 레이어를 추가하여야 했으나, 형광 페인트는 자체적으로 발광하기 때문에 별도의 층을 추가하지 않아도 됩니다. 이는 실험 준비 시간을 줄여주며, 표면에 가해지는 물리적 영향을 최소화하여 원래 표면의 특성을 그대로 유지하면서 분석할 수 있습니다.

 

형광 DIC의 또 다른 큰 장점은 높은 대비를 가진 스페클 패턴을 제공한다는 점입니다. 형광 페인트는 특정 파장에서 강하게 발광하므로, 이로 인해 형성된 스페클 패턴은 명확하게 구분됩니다. 이는 이미지 상관 분석에서 스페클 패턴을 더 정확하게 추적하고 측정하는 데 유리합니다. 따라서 미세한 변형이나 결함을 분석하는 데 특히 효과적이며, 고해상도의 데이터를 필요로 하는 정밀 계측에 적합합니다.

 

형광 DIC는 편광 필터가 필요 없다는 점에서도 편리합니다. 일반적인 DIC에서는 반사광을 줄이기 위해 편광 필터를 사용하는 경우가 많지만, 형광 DIC는 형광 페인트가 자외선에 반응하여 자체적으로 빛을 발광하므로 반사광의 영향을 받지 않습니다. 이로 인해 추가적인 필터가 필요하지 않아 장비 구성이 간단해지고, 측정 환경이 더욱 효율적으로 구성될 수 있습니다.

 

이러한 특성 덕분에 형광 DIC는 재료 과학, 구조 공학, 전자 및 반도체 산업, 그리고 의료 기기 연구 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 예를 들어, 재료 과학에서는 소재의 미세한 결함이나 응력 분포를 분석하고, 구조 공학에서는 금속, 유리, 세라믹 등의 변형을 모니터링하여 구조물의 안전성을 평가할 수 있습니다. 전자 및 반도체 산업에서는 고반사성 또는 투명한 부품의 미세 변형을 측정하는 데 유용하며, 의료 기기 연구에서도 재료의 피로도와 내구성을 평가하는 데 효과적입니다.

 

 

 

 

VIC-3D 프로페셔널 스테레오 시스템

 

 

 

형광 페인트는 짧은 파장(자외선) 방사선에 노출될 때 빛을 발산하여 "발광"합니다. 이 시스템에서 추천하는 장비인 Blue-X-Focus는 약 440nm 파장의 빛을 방출하여 형광 페인트에 반응을 일으킵니다. 오른쪽의 이미지는 금속 표면에 형광 페인트를 이용해 스페클을 준비한 표본을 다양한 조건에서 관찰한 모습을 보여줍니다.

 

a) 일반 조명(흰색 빛)과 컬러 카메라로 관찰한 모습입니다. 형광 없이 표면의 일반적인 외형이 보입니다.

 

b) Blue-X-Focus를 사용해 더 긴 파장의 빛을 방출하고 형광 페인트가 반응한 상태를 보여줍니다. 자외선이 페인트에 반응하면서 밝게 발광합니다.

 

c) b의 조건에서 인간의 눈(컬러 카메라)으로 관찰했을 때 보이는 색상입니다. 자외선에 반응하여 밝은 오렌지 또는 황색으로 보이는 형광이 나타납니다.

 

d) b의 조건에서 모노크롬(흑백) 카메라와 필터를 사용해 관찰한 모습입니다. 형광 효과만 강조된 흑백 이미지로, 형광 페인트가 발광하는 패턴을 더욱 선명하게 확인할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

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