이미지 처리 시스템(그림 4.1)은 장면을 비추기 위한 광원, 센 서 시스템(보통 CCD 카메라) 그리고 센서 시스템과 컴퓨터 사이의 인 터페이스로 구성된다.
그림 4.1 이미지처리시스템 구성
C C D F r a m e g r a b b e r C o m p u t e r C C D F r a m e g r a b b e r C o m p u t e r
인터페이스는 아날로그 정보를 컴퓨터가 이해할 수 있는 디지 털 데이터로 변환한다. 이것은 프레임 그레버라는 하드웨어에서 발생 하는데, 이 프레임 그레버는 이미지를 저장하기도 한다. 많은 종류의 프레임 그레버 하드웨어는 이미지 처리프로그램의 계산적 부분들을 효 율적인 방법으로 동작할 수 있도록 특수한 신호 처리기들을 장착한다.
보통 프레임 그래버 패키지는 사용자의 프로그램에 링크될 수 있는 빈
대한 수행 명령신호인데, 재하 장비는 이 신호를 단순증감시킴으로써
4.4.1 LVDT를 이용한 변위측정 시스템
LVDT(그림 4.3), Digitsignalchannel Demodulator(그림 4.4), A/D Converter(그림 4.5), Data acquisition board(DAQ card-6024E,그 림 4.4) 로 구성된다. LVDT로 측정된 Data는 indicator(AC와 DC변 환 Converter)를 거쳐 host PC에 장착된 Data acquisition board를 통 해 분석 통합 소프트웨어 (DIAdem , LABview PC Workshop)로 Data를 얻는다. LVDT(Linear Variable Differential Transducer)는 기 계적 변위가 1차측 코일과 2차측 코일 사이에서 발생하는 자속의 변 화, 상호 인덕턴스를 변화시키는 트랜스 듀서를 말한다. 대부분의 환경 에서 정밀도와 반복성이 우수하며 ±0.1 INCHES 의 범위를 가진다.
그림 4.3 LVDT
그림 4.4 Data acquisition board, Demodulator
그림 4.5 AC, DC 변환 Converter
분석 통합 소프트웨어 (DIAdem , LABview PC Workshop) PC workshop은 각종의 Transducer, Amplifier, A/D converter를 통해 받아들인 데이타를 개인용 컴퓨터 내에서 취득, 저장하고 그에 따른 다양한 분석을 할 수 있는 통합소프트웨어패키지이다. 또한 IEEE-488 등 Parallel Interface Card, RS232C Serial Port, SCADA (HMI)의 표 준인 OPC(OLE for Process Control) 모듈을 통해서 입력이 가능하고, 그외 ASCII 파일, ATF, DBF 등 여러 가지 data format으로 저장된 데이타를 불러와서 Off-Line 데이타 수학처리가 가능하다. 입력은 Strain Gage, Transducer, 온도센서, RPM센서, Voltage Input 등 다양 한 종류의 변환기(Sensor/Transducer)들로 구성될 수 있으며, 장비의 요구조건은 PentiumⅠ, 16MB RAM, Window95이상이며 가능하다.
16bit용 Version과 32bit용 Version을 별도로 사용할 수 있다.
그림 4.6 signal mode (DIAdem)
그림 4.7 Data acquisition mode (DIAdem)
4.4.2 CCD를 통한 영상 입력 시스템
CCD(Charge Coupled Device), 광학렌즈, Frame Grabber (Meteor-II/DIG)로 구성된다. CCD로 얻은 영상은 Frame Grabber를 이용하여 image를 받는다. image는 Matrox Image Library(MIL)로 프 로그래밍을 하여 처리한다. Program의 interface는 그림 4.10 과 같다.
그림 4.8 CCD
그림 4.9 광학 렌즈
그림 4.10 MIL program interface
MdispMFC 의 Mdisplay라는 MIL의 프로그램을 이용하였다.
프로그램을 이용한 IMAGE는 변위 측정 PROGRAM을 이용하여 변위 값을 구한다. MeteorII-Digital(image board)는 표준 흑백/칼라 영상을 획득하는 프레임 그래버로 프레임(frame) 또는 라인 스캔(line scan) 방식의 디지털 카메라와 연결하여 선명한 디지털 영상을 획득할 수 있 도록 해준다.
칼라 NTSC(미국표준) / PAL(유럽표준) 방식과 흑백 RS-170(미국표 준) / CCIR(유럽표준)등을 받아들일 수 있다. Programming library (Matrox Image Library(MIL)) 이미지보드 및 연결된 CCD 등의 기계 적 장치에 명령을 보내어 제어할 수 있고 프로그래밍을 가능하게 한 다. MIL은 이미지, 그래픽 등의 데이터를 처리하는 프로그래밍을 가능 하게 하는 라이브러리이다. 기본적인 영상획득, 데이터처리 및 디스플 레이 제어를 위한 함수 및 각종 영상처리에 관련된 함수들로 구성된 고수준 C 라이브러리이다. Point to Point thresholding(binarizing, clipping), 수치연산(add, multiply, negate, absolute value, copy), 논리
연산(NOT, AND, NAND, OR, XOR, NOR, XNOR), 화상연관기법, 블
프로그램 (Multnew.cpp ,Wave.cpp;sokhwan Choi,1997)은 현
제 5 장 시편 제작
5.1 시편 제작
5.1.1 코어 제작
골재로 사용되는 암석의 코어를 제작하였다. 암석은 석회석 과 대리석을 사용하였다. 코어제작은 코어드릴 세트를 이용하여 내 경 2.2cm의 코어를 체취한 후 시편의 두께에 적합하도록 약 3.5cm 정도의 길이를 갖도록 절단한 후 절단면을 그라인더로 가공하였다.
그림 5.1 코어 체취기 그림 5.2 코어 체취 모습
그림 5.3 코어 절단 과정 그림 5.4 절단된 골재 가공 과정
시편을 만들 때 시멘트 매트릭스로부터 수분을 흡수하는 것 을 방지하기 위해서 골재는 시편을 만들기 하루 전 24시간동안 수중 보관 하였다.
그림 5.5 수중 보관 그림 5.6 제작된 몰드
5.1.2 시편 제작
(10×10×5cm)의 아크릴로 된 시험 몰드 제작하였다. 실험 시편 의 두께는 3.5cm정도로 몰드 밑에 고무판을 깔고 두께를 조정한 후 면을 최대한 고르게 하기 위해 별도의 시트를 이용하여 골재를 배 치한 후 시멘트를 타설 하였다. 시편은 다음 배합 비에 따라 결정하 였다.
시멘트:잔골재:물 = 1 : 1.27 : 0.43
시멘트:잔골재:물:실리카퓸:AE감수제 = 1 : 1.27 : 0.35 : 0.06 : 0.001 고강도의 경우는 실리카퓸 과 낮은 물 비를 고려 AE 감수제를 사 용하였다.
그림 5.7 골재 배치후 타설 그림 5.8 상온 양생 과정
시편을 타설한 후 상온에서 하루 동안 양생한 후 몰드를 해체하였 다. 몰드를 해체한 후 항온 항습기(23℃,95%)에서 약 14일 동안 양 생을 하였다. 제작한 시편의 종류 및 구분은 다음과 같다.
골재의 크기 2.2cm(석회석)
표 5.1 골재량에 따른 시편의 종류 시편 ID 골재 개수 콘크리트
종류
높이 (cm)
넓이 (cm)
두께 (cm)
제작시편 개수
ln1 1 보통강도 10 10 3.5 2
ln5 5 보통강도 10 10 3.5 2
ln14 14 보통강도 10 10 3.5 2
그림 5.9 골재 배치도 (10×10×3.5cm)
표 5.2 골재강성,강도차이에 따른 시편 종류 시편 ID 골재 개수
/골재 종류
콘크리트 종류
높이 (cm)
넓이 (cm)
두께 (cm)
제작시편 개수
mn5 5/대리석 보통강도 10 10 3.5 2
ln5 5/석회석 보통강도 10 10 3.5 2
lh5 5/석회석 고강도 10 10 3.5 2
그림 5.10 골재 배치도 (10×10×3.5cm)
시편의 ID는 석회석(limestone) l 과,대리석(marble) m 과 보통강도 (normal strength)의 n, 고강도시멘트(high strength)의 h 를 사용하 였다.
본 논문에서는 실험을 통하여 다음의 비교 및 차이점을 분석하고자 한다.
1. 골재량이 다른 경우
1 , 5 , 13(골재와 골재가 맞닿는 경우) ln1,ln5,ln14의 비교
2. 매트릭스 강도차이, 골재의 차이 보통강도 ( 석회석 , 대리석 ) 고강도 ( 석회석 , 대리석 )
ln5과 mn5 비교 ( 골재의 강성차이 비교 ) ln5과 lh5 비교 ( 콘크리트의 강도차이 비교 ) ( 골재의 차이와 강도의 차이를 같이 비교한다.)
5.1.3 재하면 전단구속을 제거하기 위한 재료 결정
균열의 생성을 이상화하려면 재하방향으로 복수의 균열이 동시에 형성되는 것일 것이다. 이러한 균열형상을 얻으려면 재하 판 으로부터의 전단구속(shear confinement)현상을 제거해야 하는데, 적 절한 액체 혹은 고체윤활제(solid lubricant)를 결정해야 한다. 이것 은 윤활제의 두께 및 마찰계수의 크기를 고려해서 결정될 수 있을 것이다. 단부구속을 제거하면 3차원 응력상태에서 생기는 원추형 혹 은 삼각형 모양의 파쇄를 방지하면서 재료 자체의 거동을 유도할 수 있다(Kotsovos, 1983; Choi et al. 1996). 본 실험에서는 Stearic acid(그림 5.11), Teflon sheet(그림 5.12)를 이용하여 전단구속을 제 거하고자 한다. Teflon sheet의 양면에 Stearic acid를 바르고 완성 된 Teflon sheet를 재하 면과 시편사이에 각각 위치시켰다.
그림 5.11 Stearic acid 그림 5.12 Teflon sheet
5.1.4 이미지 측정 시스템 구성
재하부분은 조명에 의해 빛이 반사될 가능이 있으므로 모두 검은 색으로 도색을 하였다. 횡방향 변위를 측정하기 위해 설치된 LVDT는 별도로 제작된 거치대를 이용하여 고정하였다. 이미지를 얻게 되는 시편의 표면처리는 화상연관기법의 변위측정 정확도에 직접적인 영향을 미치기 때문에 좋은 이미지 대비를 얻고 정밀도를 극대화할 수 있도록 이미지의 불규칙적인 반점형상을 만들어야 했 다. 실험에서는 시편 면에 페인트로 미세 분사를 하여 표면 처리를 하였다.(그림 5.13) CCD와 광학렌즈를 결합하고 CCD의 이동을 위 해 수동식 이동 스테이지(범위±15mm,그림 5.14)를 CCD과 연결하였 다.(그림 5.15) 연결된 이동 스테이지는 카메라 삼각대와 연결하여 높이를 움직일 수 있도록 하였다.(그림 5.16)
그림 5.13 Teflon sheet, LVDT 위치 모습
그림 5.14
X-Z 수동식 이동 스테이지
그림 5.15
스테이지와 카메라 연결모습
그림 5.16 카메라 삼각대와 연결모습
제 6 장 실험결과의 해석 수행 및 결과 분석
6.1 실험 결과
재하 장비로는 MTS 장비를 사용하여 압축 재하실험을 하 였다. 측면의 변형을 측정하기 위해 LVDT를 장착하고 CCD는 시편 의 정해진 관찰영역에서의 이미지를 얻기 위하여 X-Z축의 로딩 스 테이지에 고정하였고 이 스테이지는 일반 카메라 삼각대에 장착하 여 시편과의 높이를 맞추었다. 주변 광도의 영향을 줄이기 위해서 양측 면에 전구를 사용 조명장치를 장착 하였다. 압축재하시험은 초 당 0.005mm 의 stroke 제어를 하였다.
시편의 재하하기 전 이미지와 재하를 한 다음의 이미지를 측정하여 비교하는 것이 실험의 방법이다.
시편은 다음 그림의 모습과 같이 8×8의 영역으로 세분화하여 이미 지를 정하였고 각 세분화된 영역은 약 10% 정도의 겹침 영역을 두 어 이미지의 상관관계 규명에 보다 효율적이 되도록 하였다.
그림 6.1
영역의 세분화(10×10cm)
그림 6.2
골재배치와 하중재하 모습
하지만 수동으로 스테이지를 작동하여 영역별 이미지를 얻는다는
5개 54.2 175.44 ln5-1 (0-8) 1.2.3.4.5.6.7.8 5개 81.8 238.39 ln5-2 (0-8) 1.2.3.4 맞닿은
경우 38.8 113.07 ln14-1 (0-5) 1.2.3 맞닿은
경우 50.4 146.88 ln14-2 (0-9) 1.2.3.4.5.6.7.8.9 대리석
보통강도
5개 64.8 183.31 mn5-1 (0-2) 1
5개 60.8 177.19 mn5-2 (0-6) 1.2.3.4.5.6 석회석
고강도
5개 94.8 276.27 lh5-1 (0-6) 1.2.3.4.5 5개 108.9 327.37 lh5-2 (0-6) 1.2.3.4.5 5개 93.2 271.64 lh5-3 (0-8) 1.2.3.4.5.6 골재
어 지지 않은 시편도 있었기 때문이다. 실제 mn5-1의 경우 이미지
1) ln1-1 시편
그림 6.3 ln1-1 응력-시간 그래프 ln1-1
0 50 100 150 200 250
0:00:00.0 0:00:18.0 0:00:36.0 0:00:54.2 0:01:18.3 0:01:38.1 0:01:56.8 0:02:14.8 0:02:33.7 0:03:17.7 0:03:36.5 0:03:55.2 0:04:13.6 0:04:32.3 0:04:58.0 0:05:16.4 0:05:35.5 0:05:53.6 0:06:12.3 0:23:29.3 1:02:45.4 1:18:20.1 1:53:08.6
시 간 응 력 ( k g f / ㎠ )
1 LAO D
2 LO AD 3 LO AD
4 LO AD 5 LO AD
6 LO AD
1개의 골재를 갖는 시편 (석회석) < 2 microns/line >
그림 6.4 3 LOAD 그림 6.5 4 LOAD
그림 6.6 5 LOAD 그림 6.7 6 LOAD
이미지 파일은 모두 6 단계의 이미지를 저장하였지만 시편 의 이미지가 좋지 않은 관계로 1,2 LOAD 부분의 이미지 계산은 할 수 없었다. 화상기법에서 이미지 대비 관계가 좋을수록 1의 수치와 가까워진다는 것은 앞에서 밝힌바 있다. 이미지계산 프로그램에서 이미지 대비 수치를 일정 값 이상만 계산을 할 수 있도록 설정하였 기 때문에 1,2 LOAD 의 그림은 제외 시켰다. 계산된 3.4.5.6 LOAD 의 이미지는 최고하중의 90%를 넘어선 상태이기 때문에 골재 경계 면의 미세균열과 부착균열의 진전양상 그리고 시멘트 매트릭스 균 열의 진전 양상을 단계별로 확인 할 수는 없었지만 대략적인 균열 의 진전 양상은 관찰 할 수 있었다. 균열의 시작은 가운데 골재 상 단 매트릭스에서 시작 되었다. 이후 골재주변의 균열과 만나게 되면 서 하단 매트릭스로 균열의 전파가 이루어지고 있다. 재하방향으로 굵게 표시된 각 영역은 이동 스테이지가 움직이면서 생기는 오차이 다. 수동으로 이동하면서 이미지를 저장한데서 오는 한계이다. 보다 세밀하고 정확한 관측을 위해 이동 스테이지의 자동화는 필수적이
이미지 파일은 모두 6 단계의 이미지를 저장하였지만 시편 의 이미지가 좋지 않은 관계로 1,2 LOAD 부분의 이미지 계산은 할 수 없었다. 화상기법에서 이미지 대비 관계가 좋을수록 1의 수치와 가까워진다는 것은 앞에서 밝힌바 있다. 이미지계산 프로그램에서 이미지 대비 수치를 일정 값 이상만 계산을 할 수 있도록 설정하였 기 때문에 1,2 LOAD 의 그림은 제외 시켰다. 계산된 3.4.5.6 LOAD 의 이미지는 최고하중의 90%를 넘어선 상태이기 때문에 골재 경계 면의 미세균열과 부착균열의 진전양상 그리고 시멘트 매트릭스 균 열의 진전 양상을 단계별로 확인 할 수는 없었지만 대략적인 균열 의 진전 양상은 관찰 할 수 있었다. 균열의 시작은 가운데 골재 상 단 매트릭스에서 시작 되었다. 이후 골재주변의 균열과 만나게 되면 서 하단 매트릭스로 균열의 전파가 이루어지고 있다. 재하방향으로 굵게 표시된 각 영역은 이동 스테이지가 움직이면서 생기는 오차이 다. 수동으로 이동하면서 이미지를 저장한데서 오는 한계이다. 보다 세밀하고 정확한 관측을 위해 이동 스테이지의 자동화는 필수적이