VIC-3D: 비접촉 고정밀 3D 디지털 이미지 상관분석 시스템(High-Precision Non-Contact 3D Digital Image Correlation Systems, DIC)

 

목차

 

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VIC-3D란?

 

 

 

 

3D 디지털 이미지 상관분석(Digital Image Correlation, DIC)에서 상관(correlation)은 스테레오 삼각측량(stereo triangulation) 원리를 기반으로 수행됩니다. 이 원리는 VIC-3D 시스템에서 측정 대상의 3D 형상과 변형을 계산하는 핵심 기술로, 두 대의 카메라를 활용해 물체의 3차원 좌표를 계산합니다. 두 카메라는 동일한 물체를 서로 다른 각도에서 촬영하며, 동시에 획득한 이미지 쌍을 통해 측정 대상의 표면에 대한 정보를 추출합니다.

 

스테레오 삼각측량 과정은 각 이미지에서 특정 부분(subset)을 상관 분석하여 이루어집니다. 두 이미지의 상관관계를 비교하면 각 부분에 해당하는 빛의 광선이 어디에서 교차하는지를 계산할 수 있습니다. 이를 통해 대상 물체의 표면 형상 정보를 정확히 결정할 수 있습니다. 이 기술은 물체의 형상 데이터를 독립적으로 추출할 뿐 아니라, 대상 물체의 움직임(motion)과 변형(deformation)을 기준 상태(reference state)와 비교하여 정밀하게 평가하는 데 활용됩니다.

 

변형률(strain) 계산은 이러한 상관 분석에서 얻어진 형상 데이터와 표면 방향(surface orientation)을 기반으로 이루어집니다. 변형은 두 가지 요소로 나눌 수 있습니다. 첫째, 면내 변형(in-plane deformation)은 물체 표면에서 발생하는 변형을 의미하며, 이는 표면 형상 정보에서 직접 추출됩니다. 둘째, 면외 변형(out-of-plane deformation)은 표면에서 벗어난 방향으로 발생하는 변형입니다. 이러한 변형 데이터를 바탕으로, 변형률은 물체가 얼마나 늘어나거나 수축했는지를 나타내는 물리량으로 계산됩니다.

 

VIC-3D 시스템은 이러한 과정을 통해 복잡한 형상과 변형을 비접촉 방식으로 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 파동(wave) 측정과 같은 응용 사례에서 물체 표면의 동적 움직임과 변형률을 정확히 분석할 수 있습니다. 이 기술은 다양한 분야에서 정밀한 3D 데이터를 제공하며, 특히 물리적 거동이나 구조적 특성을 연구하는 데 필수적인 도구로 사용됩니다.

 

 

 

 

VIC-3D가 측정할 수 있는 것은 무엇인가요?

 

VIC-3D 시스템은 물체의 전체 영역에 대한 형상, 이동/변위, 변형 등의 3D 데이터를 측정할 수 있습니다. 또한, 이러한 데이터를 기반으로 응력, 변형률, 균열 열림, 속도, 가속도, 진동 모드 등의 파생 물리량을 계산할 수 있습니다. 이 시스템은 높은 공간 해상도와 정밀도로 정확한 데이터를 제공하며, 데이터의 신뢰성을 보장하기 위해 추적 가능한 정확도를 제공합니다.

 

 

 

 

VIC-3D는 다양한 연구와 산업 현장에서 활용됩니다. 슬라이드의 사례는 뤼벡 대학교에서 금속 조인트로 고정된 턱뼈를 대상으로 변형률과 형상을 분석한 연구를 보여줍니다. 분석 결과는 Von Mises 변형률 맵으로 시각화되어 스트레스 분포와 집중 영역을 한눈에 확인할 수 있습니다. 이러한 기술은 특히 생체공학, 의료 연구, 그리고 기계적 거동을 이해하는 데 유용합니다.

 

 

 

DIC 기술의 주요 원리

 

DIC 기술은 측정 대상의 표면에 무작위 패턴을 도포한 뒤, 카메라로 촬영한 시험 전후 이미지를 비교하여 변형과 변위를 계산합니다. 시스템은 픽셀 단위로 움직임을 추적하여 전체 표면의 3D 데이터를 생성합니다. 이 기술은 높은 정밀도로 변위를 감지할 수 있어 다양한 구조물이나 재료의 기계적 특성을 정확히 분석할 수 있습니다.

 

VIC-3D는 재료 과학, 기계 공학, 생체공학, 항공우주 및 자동차 산업, 건설 분야 등에서 폭넓게 사용됩니다. 신소재의 기계적 특성을 분석하거나 부품 및 구조물의 응력 해석, 인체 조직의 동역학 분석, 항공기 및 차량 부품의 피로 시험, 구조물의 균열 및 결함 모니터링 등 다양한 용도로 활용되며, 연구와 산업의 발전에 기여하고 있습니다.

 

 

 

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https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

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