패턴인식을 활용한 복합재 구조물의 국부결함탐지 프로그램 개발 연구 :

문경환

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자료유형: 학위논문

저자정보: 문경환 (한국항공대학교, 한국항공대학교 대학원)

발행연도: 2017

저작권: 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2019

패턴인식을 활용한 복합재 항공기 주익 및 동체의 국부결함탐지 프로그램 개발연구

문경환 , 김준섭 , 주요한 한국신뢰성학회 학술대회논문집 2019.05 학술대회자료

2017

패턴인식을 활용한 복합재 구조물의 국부결함탐지 프로그램 개발 연구

문경환 항공우주및기계공학과 2017.01 학위논문

2015

FBG 센서와 복합재시편 구조물을 활용한 국부결함탐지 프로그램 개발

문경환 , 김준섭 , 남경민 외 1명 항공우주시스템공학회 학술행사 논문집 2015.11 학술대회자료

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복합재료는 여러재료를 미시적 규모로 혼합한 제 3의 재료로서 비강성 및 비강도가 금속재료 보다 높다. 하지만 외부충격 등으로 인하여 발생된 결함은 복합재료 구조물 내부 또는, 반대면에 발생하기 때문에 육안으로 구분하기 어려우며, 유지, 관리 및 보수를 위한 비용, 시간 및 인력이 많이 소모된다. 이러한 단점을 줄이며, 안전성 척도를 향상시키기 위한 연구로서 구조물 건전성 모니터링 연구가 활발히 진행되었다. 하지만 이러한 연구를 진행하기 위하여 사용되는 상용프로그램은 MATLAB과 같은 계산 및 분석 프로그램이기 때문에 실제 운영환경에서 특정 목표에 대한 결과를 단시간 내에 확인하기 위하여 사용할 수 없기 때문에 연구를 진행함에 많은 불편함이 존재하였다. 그러므로 본 연구의 목적은 실제 운영환경에서 국부위치에 대한 결함을 단시간 내에 확인할 수 있는 프로그램을 개발함으로써, 연구 및 운영부문에서 복합재 구조물의 국부결함탐지에 대한 접근성을 향상시키는 것이다.
국부결함탐지 프로그램 개발은 기본설계, 상세설계 기능 및 성능검증 실험 단계로 진행하였다. 수립한 요구사항을 기반으로 본 프로그램은 총 4 가지의 데이터 계측 프로그램, 신호처리 프로그램, 특징 추출 프로그램, 분류기 프로그램으로 구성하였다. 데이터 계측 프로그램은 광센서와 로드셀(Force Transducer) 데이터를 동시에 계측 및 동기화하도록 설계하였다. 이때, 서로 독립적인 계측기 및 통신을 사용하기 때문에 고 수준 언어(High Level Language)에서 데이터를 동기화 할 수는 없기 때문에 최종적으로 후처리를 통한 동기화를 수행하였다. 신호처리 프로그램은 계측된 데이터를 활용하여 측정된 데이터를 실제 운영환경에서 쉽게 분석을 수행할 수 있도록 구성하였다. 그리고 추가적인 상세한 분석을 수행할 수 있도록 신호처리를 통한 각 영역의 결과값은 추가적으로 저장되도록 개발하였다. 특징 추출 프로그램은 경향 분석을 통해 설정된 주파수 영역의 관심주파수 범위와 일반적으로 사용되는 시간영역의 9개의 특징을 자동 계산 및 취합하여 MATLAB으로 공유할 수 있도록 설계하였다. 해당 결과를 기반으로 MATLAB에서 군집화(Clustering)를 수행하고, 특징-특징 그래프(Feature-Feture Plot)를 도시화 하여 수치적 결과와 동시에 육안으로 군집상태를 확인할 수 있도록 구성하였다. 마지막으로 분류기 프로그램은 군집화 결과를 기반으로 약 28 가지의 분류기를 적용하고 인식률을 도출 및 비교할 수 있도록 정보를 제공하여 다양한 특징을 갖고 있지 못하는 본 프로그램에 대한 단점을 보완하도록 설계하였다.
이렇게 설계된 프로그램을 보 형태의 복합재 시편을 통하여 기능 검증실험을 수행하였으며, 결함유뮤 및 결함위치 탐지에 대한 기능실험을 수행하였다. 평판 형태의 복합재 시편을 이용하여 성능 검증실험을 수행하였으며, 현재 본 프로그램이 탐지할 수 있는 결함유무 및 결함탐지에 대한 성능을 확인하였다.

제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구의 필요성 2
제 2 장 국부결함탐지 프로그램 개발 5
2.1 국부결함탐지 프로그램 개발 개요 5
2.2 국부결함탐지 프로그램 설계58
2.2.1 요구사항 설정 5
2.2.2 국부결함탐지 프로그램 기본설계 7
2.2.2.1 데이터 계측 프로그램 기본설계 7
2.2.2.2 신호처리 프로그램 기본설계 10
2.2.2.3 특징추출 프로그램 기본설계 13
2.2.2.4 분류기 프로그램 기본설계 14
2.2.2.5 통합 프로그램 기본설계 15
2.2.2.6 비기능적 요구사항 16
2.2.3 국부결함탐지 프로그램 상세설계 17
2.2.3.1 데이터 계측 프로그램 상세설계 17
2.2.3.2 신호처리 프로그램 상세설계 19
2.2.3.3 특징추출 프로그램 상세설계 23
2.2.3.4 분류기 프로그램 상세설계 24
제 3 장 국부결함탐지 프로그램 검증 실험 25
3.1 기능점검 실험 25
3.1.1 기능점검 실험 개요 25
3.1.2 기능점검 실험 준비 27
3.1.3 기능점검 실험 수행 29
3.2 검증실험 32
3.2.1 검증실험 개요 32
3.2.2 검증실험 준비 33
3.2.3 국부결함탐지 프로그램 검증실험 수행 35
제 4 장 결 과 36
4.1 기능점검 실험 결과 36
4.1.1 데이터 계측 프로그램 기능점검 실험 결과 36
4.1.2 신호처리 프로그램 기능점검 실험 결과 38
4.1.3 특징 추출 프로그램 기능점검 실험 결과 42
4.1.4 분류 프로그램 기능점검 실험 결과 44
4.2 검증실험 결과 47
4.2.1 결함유무 탐지 성능 결과 47
4.2.2 결함위치 탐지 성능 결과 53
제 5 장 결 론 57
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