고속 충격 환경 DIC 시스템 적용 사례: 화살 충돌 실험(Digital Image Correlation, Full-Field Strain Measurement, Non-Contact, Strain and Deformation Analysis)

 

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고속 충격 환경 DIC 시스템 적용 사례: 화살 충돌 실험

 

이 실험의 목적은 고속 디지털 카메라를 사용하는 3차원 비전 시스템의 성능을 확인하고, 화살이 표적에 충격을 가할 때 발생하는 변형과 변위를 정확하게 측정할 수 있는지를 입증하는 것이다. 이를 통해 DIC(Digital Image Correlation, 디지털 이미지 상관 분석) 시스템이 고속 충격 환경에서도 정밀한 측정을 제공할 수 있는지를 검증하고자 하였다.

 

 

 

 

실험 수행에는 몇 가지 기술적인 도전 과제가 동반되었다. 첫째, 화살이 빠른 속도로 시야를 통과하면서 측정 구간이 일시적으로 가려지는 문제가 있었다. 둘째, 고속 촬영에는 노출 시간이 매우 짧기 때문에 충분한 밝기의 조명이 반드시 필요하다. 이러한 조건을 만족시키지 못하면 이미지 품질이 저하되어 정밀한 분석이 불가능하다.

 

DIC 시스템의 주요 장점은 접촉식 장비가 필요 없다는 점이다. 전통적인 변형 측정 방식인 스트레인 게이지나 변형률 게이지는 장착에 시간이 오래 걸리고, 충격 실험에서는 설치 자체가 어려운 경우가 많다. 반면, DIC는 시편 표면에 불규칙한 점무늬 패턴(스페클)을 형성한 후, 이를 추적하여 변형을 계산하는 방식이므로 전체 영역에서의 변형 상태를 빠르게 확인할 수 있다. 특히 불균일한 변형 분포나 예상치 못한 국소 변형까지도 포착이 가능하다.

 

 

 

 

실험 구성에서는 고속 카메라의 프레임 속도와 이미지 해상도가 실험 이벤트의 속도에 따라 결정된다. 일반적으로 프레임 속도를 높이면 단위 시간당 수집 가능한 이미지 수는 증가하지만, 해상도는 낮아지는 경향이 있다. 따라서 원하는 정확도에 따라 적절한 균형을 설정하는 것이 중요하다. 또한, 고속 촬영의 경우 카메라의 위치 선정이 민감하게 작용하며, 조명은 고휘도 광원을 사용해 충분한 밝기를 확보해야 한다.

 

결과적으로 이 실험에서는 초당 10,000프레임의 속도로 이미지를 촬영하였다. 이를 통해 DIC 시스템을 사용하면 짧은 시간 안에 전체 영역의 변형 데이터를 수집할 수 있어 기존 방식 대비 상당한 시간 절약이 가능하다는 점이 확인되었다. 한 가지 주의할 점은, 화살로 인해 특정 구간의 이미지가 일시적으로 가려질 경우, 해당 부분은 직접 측정이 어려우며, 주변 데이터와 적절한 보간 또는 수학적 모델링을 통해 추정이 가능하다는 것이다.

 

이 실험은 DIC 시스템이 고속 충격 환경에서도 유효하며, 기존의 접촉식 계측 방식에 비해 훨씬 효율적이고 정밀한 데이터 수집이 가능하다는 점을 입증하였다. 이러한 기술은 향후 충돌 실험, 탄도학, 방탄 재료 평가 등 다양한 고속 물리현상 연구에 활용될 수 있다.

 

 

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