KR101924024B1 - Method for measuring stress using digital image correlation and device thereof - Google Patents

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KR101924024B1
KR101924024B1 KR1020170064244A KR20170064244A KR101924024B1 KR 101924024 B1 KR101924024 B1 KR 101924024B1 KR 1020170064244 A KR1020170064244 A KR 1020170064244A KR 20170064244 A KR20170064244 A KR 20170064244A KR 101924024 B1 KR101924024 B1 KR 101924024B1
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stress
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심성한
김은진
조수진
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울산과학기술원
서울시립대학교 산학협력단
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Abstract

Various embodiments of the present invention relate to a method for measuring stress using a digital image correlation, and a device therefor. According to an embodiment of the present invention, the method for measuring stress using a digital image correlation comprises the following steps of: generating displacement field data based on images before and after deformation of an object; generating a finite element model based on deformation of the object; performing optimization model matching between the displacement field data and the finite element model; and measuring stress of the object based on the optimized matching result.

Description

디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정방법 및 그 장치{METHOD FOR MEASURING STRESS USING DIGITAL IMAGE CORRELATION AND DEVICE THEREOF}[0001] METHOD FOR MEASURING STRESS USING DIGITAL IMAGE CORRELATION AND DEVICE THEREOF [0002]

본 발명의 다양한 실시 예는 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력된 이미지와 그 이미지의 디지털 이미지 상관관계를 이용하여 객체의 응력을 측정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.Various embodiments of the present invention are directed to a stress measurement method and apparatus using digital image correlation and more particularly to a method of measuring stress of an object using an input image and a digital image correlation of the image, ≪ / RTI >

콘크리트와 같은 구조물은 시간이 흐름에 따라서 노후되고, 염화도가 증가함에 따라서 내구성이 감소하며, 붕괴의 위험도가 증가한다. 따라서 세월이 지난 콘크리트 구조물의 응력을 측정함으로써 구조물의 수명을 판단 및 추청하기 위한 다양한 방법이 개발되고 있다.Structures such as concrete are aging with time, durability decreases with increasing chlorination degree, and the risk of collapse increases. Therefore, various methods are being developed to determine and estimate the lifetime of a structure by measuring the stress of concrete over time.

콘크리트 구조물의 응력을 측정하는 방법으로, 구조물 일면에 원형의 구멍을 뚫어 주위의 변형률을 이용하여 응력을 추정하는 응력이완법이 사용되고 있다. 하지만 이러한 응력 이완법은 필수적으로 구조물 일면에 지정된 크기 이상의 구멍을 생성해야 하며, 이는 절차와 공정상의 난이도를 증가시키고, 구조물의 내구성을 손상시키거나, 미적 구조물의 경우 그 가치를 훼손하게 되는 단점을 가진다.As a method of measuring the stress of a concrete structure, a stress relaxation method is used in which a circular hole is drilled on one side of a structure to estimate a stress using a peripheral strain. However, these stress relaxation methods have a drawback in that it is necessary to create holes larger than the designated size on one side of the structure, which increases the difficulty of the procedure and the process, deteriorates the durability of the structure, or damages the value of the aesthetic structure .

더욱이, 응력이완법을 통하여 구조물의 응력을 측정하는 경우 변형률계를 이용하여 지정된 수의 계측 위치에서 측정된 변위에 기반하여 구조물의 응력을 결정함으로, 실제 구조물의 응력과 차이가 발생된다.Furthermore, when the stress of the structure is measured through the stress relaxation method, the strain of the structure is determined based on the displacement measured at the designated number of measurement positions using the strain gauge.

제10-0206652호(등록특허공보)10-0206652 (registered patent publication)

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 객체에 형성된 천공에 기반하여 측정하는 객체의 추정 응력의 정확도를 향상하기 위한, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정방법 및 그 장치를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method and apparatus for measuring a stress using a digital image correlation to improve an accuracy of an estimated stress of an object measured based on a puncture formed in an object.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 객체의 추정 응력을 측정함에 있어서, 객체에 생성되는 천공의 사이즈를 감소시킬 수 있는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정방법 및 그 장치를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a stress measurement method and apparatus using a digital image correlation that can reduce the size of a perforation generated in an object in measuring an estimated stress of an object can be provided.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 객체의 변형 전 이미지 및 변형 후 이미지에 기반하여 변위장 데이터를 생성하는 단계; 상기 객체의 변형에 기반하는 유한요소모델을 생성하는 단계; 상기 변위장 데이터 및 상기 유한요소모델의 최적화 매칭을 수행하는 단계; 및 상기 최적화 매칭 결과에 기반하여 상기 객체의 응력을 측정하는 단계;를 포함하는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of generating displacement field data, comprising: generating displacement field data based on a pre-deformation image and an after-deformation image of an object; Generating a finite element model based on the deformation of the object; Performing optimization matching of the displacement field data and the finite element model; And measuring a stress of the object based on the optimization matching result.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 변위장 데이터 및 상기 유한요소모델의 최적화 매칭을 수행하는 단계는, 상기 변위장 데이터의 평면의 방정식을 결정하고, 상기 변위장 데이터의 평면의 방정식에 기반하여 상기 변위장 데이터의 법선벡터를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.According to various embodiments, performing optimally matching of the displacement field data and the finite element model further comprises: determining an equation of a plane of the displacement field data; and determining, based on the equation of the plane of the displacement field data, And determining a normal vector of the data.

또한, 상기 변위장 데이터 및 상기 유한요소모델의 최적화 매칭을 수행하는 단계는, 기 입력된 상기 객체의 물성값에 기반하여 상기 유한요소모델의 평면의 방정식을 결정하고, 상기 유한요소모델의 평면의 방정식에 기반하여 상기 유한요소모델의 법선벡터를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of performing the optimization matching of the displacement field data and the finite element model may include: determining an equation of a plane of the finite element model based on a physical property value of the input object; And determining a normal vector of the finite element model based on the normal vector.

또한, 상기 변위장 데이터 및 상기 유한요소모델의 최적화 매칭을 수행하는 단계는, 상기 변위장 데이터의 법선벡터 및 상기 유한요소모델의 법선벡터의 최소 오차를 가지는 스케일 값을 결정할 수 있다.The step of optimally matching the displacement field data and the finite element model may determine a scale value having a minimum error of a normal vector of the displacement field data and a normal vector of the finite element model.

또한, 상기 최적화 매칭 결과에 기반하여 상기 객체의 응력을 측정하는 단계는, 상기 스케일 값을 상기 유한요소모델에 기반하여 결정된 기준 하중에 적용하여 상기 응력을 결정할 수 있다.In addition, the step of measuring stress of the object based on the optimization matching result may determine the stress by applying the scale value to a reference load determined based on the finite element model.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 외부장치로부터 객체의 변형 전 이미지 및 변형 후 이미지를 수신하는 통신부; 상기 이미지들에 기반하여 변위장 데이터를 생성하고, 상기 객체의 변형에 기반하는 유한요소모델을 생성하고, 상기 변위장 데이터 및 상기 유한요소모델의 최적화 매칭을 수행하고, 상기 최적화 매칭 결과에 기반하여 상기 객체의 응력을 측정하도록 처리하는 처리부; 및 상기 이미지들, 상기 변위장 데이터 및 측정된 상기 응력 중 적어도 일부를 출력하는 출력부;를 포함하는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a communication apparatus comprising: a communication unit for receiving a pre-deformation image and an after-deformation image of an object from at least one external device; Generating displacement field data based on the images, generating a finite element model based on the deformation of the object, performing optimization matching of the displacement field data and the finite element model, A processing unit for processing the stress of the object to be measured; And an output for outputting at least some of the images, the displacement field data and the measured stress.

다양한 실시 예에 따르면, 상기 처리부는, 상기 변위장 데이터의 평면의 방정식을 결정하고, 상기 변위장 데이터의 평면의 방정식에 기반하여 상기 변위장 데이터의 법선벡터를 결정할 수 있다.According to various embodiments, the processing unit may determine a plane equation of the displacement field data and determine a normal vector of the displacement field data based on an equation of a plane of the displacement field data.

또한, 상기 처리부는, 기 입력된 상기 객체의 물성값에 기반하여 상기 유한요소모델의 평면의 방정식을 결정하고, 상기 유한요소모델의 평면의 방정식에 기반하여 상기 유한요소모델의 법선벡터를 결정할 수 있다.The processing unit may determine a plane equation of the finite element model based on the physical property values of the input object and determine a normal vector of the finite element model based on a plane equation of the finite element model .

또한, 상기 처리부는, 상기 변위장 데이터의 법선벡터 및 상기 유한요소모델의 법선벡터의 최소 오차를 가지는 스케일 값을 결정할 수 있다.The processing unit may determine a scale value having a minimum error between a normal vector of the displacement field data and a normal vector of the finite element model.

또한, 상기 처리부는, 상기 스케일 값을 상기 유한요소모델에 기반하여 결정된 기준 하중에 적용하여 상기 응력을 결정할 수 있다.In addition, the processor may determine the stress by applying the scale value to a reference load determined based on the finite element model.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 변형 전/후 객체의 이미지를 이용하여 객체 전 영역에 대한 하중 변위를 측정하고, 측정된 변위를 객체의 물성에 기반하는 유한요소모델 및 기준 하중에 적용함으로써 객체의 응력 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.According to various embodiments of the present invention, by measuring the load displacement with respect to the entire area of the object using the image of the object before and after the deformation, and applying the measured displacement to the finite element model and the reference load based on the object property, The accuracy of the stress measurement can be improved.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 변형 전/후 객체의 이미지를 이용하여 객체의 전 영역에 대한 하중 변위를 측정함으로써, 하중 변화가 정밀하게 측정된 계측 위치를 다양하게 획득 가능함으로써, 객체에 생성하는 천공의 사이즈를 감소시킬 수 있다.In addition, according to various embodiments of the present invention, by measuring the load displacement with respect to the entire area of the object using the image of the object before and after the deformation, it is possible to variously obtain the measurement position, It is possible to reduce the size of the perforations that are generated in the surface.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 응력 측정에 있어서 천공의 사이즈를 감소시킴에도 불구하고 정확도가 향상될 뿐만 아니라, 천공의 사이즈를 감소시킴으로써 객체 및 그 구조물의 내구성 손상과 미적 가치의 손상을 최소화할 수 있다.In addition, according to various embodiments of the present invention, not only is accuracy improved in spite of reducing the size of the perforations in the stress measurement, but also by reducing the size of the perforations, the durability of the object and its structure, Can be minimized.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치의 구성 요소를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치가 입력된 이미지에 기반하여 객체의 응력을 측정하는 동작의 흐름도이다.
도 3은 본 발명이 일 실시 예에 따른 응력 장치가 이미지에 기반하여 변위장 데이터를 생성하는 동작의 흐름도이다.
도 4는 본 발명이 일 실시 예에 따른 응력 장치가 생성된 변위장 데이터에 기반하여 최적화 매칭을 수행하는 동작의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치에서 입력 및 처리되는 변형 전/후 객체의 이미지를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치에서 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터를 표시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치가 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터 차이를 확인하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치가 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 회전변환을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치가 두 가지 타입의 실험 조건에 대한 오차를 나타내는 그래프이다.Figure 1 shows the components of a stress measurement device according to an embodiment of the invention.
2 is a flowchart of an operation of measuring stress of an object based on an input image of a stress measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flow diagram of an operation in which a stress device according to an embodiment of the present invention generates displacement field data based on an image.
4 is a flowchart of an operation in which the present invention performs optimization matching based on displacement field data generated by a stress device according to an embodiment.
FIG. 5 illustrates an image of a deformation pre / post object to be input and processed in a stress measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating displacement field data of a finite element model and a digital image correlation model in a stress measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view for explaining a displacement field data difference between a finite element model and a digital image correlation model according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a result of rotational transformation of a finite element model and a digital image correlation model according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing an error of two types of experimental conditions of the stress measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명한다, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있다. 또한, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description may be omitted. In addition, the same reference numerals can be used for the same or similar components throughout the specification.

본 발명의 다양한 실시 예에서, '또는', '적어도 하나' 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. In various embodiments of the present invention, expressions such as 'or', 'at least one', etc. may denote one of the words listed together, or may represent a combination of two or more.

본 발명의 다양한 실시 예에서 사용되는 용어들은 특정 일 실시 예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안되며, 예를 들어, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다른 것으로 명시되지 않는 한 복수의 의미를 포함할 수 있을 것이다.The terms used in various embodiments of the present invention are intended to illustrate a specific embodiment and are not to be construed as limiting the invention, for example, the singular forms "a," "an, May include the meaning of.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 디지털 이미지 상관관계를 이용하여 구조물(또는 객체)의 응력을 평가하는 방법(이하, 응력측정방법) 및 그 장치를 설명한다. 다양한 실시 예에 따르면, 응력측정방법은 적어도 하나의 장치를 통해서 처리될 수 있다. 여기서, 응력측정방법을 처리하는 장치(이하, 전자장치)는, 입력되는 이미지 및 생성된 유한요소모델에 기반하여 구조물의 응력을 측정할 수 있다.Hereinafter, according to various embodiments of the present invention, a method of evaluating the stress of a structure (or an object) using digital image correlation (hereinafter, stress measuring method) and its apparatus will be described. According to various embodiments, the stress measurement method can be processed through at least one apparatus. Here, a device for processing a stress measurement method (hereinafter referred to as an electronic device) can measure a stress of a structure based on an input image and a generated finite element model.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 응력측정방법은 상술한 바와 같이 적어도 하나의 장치(예: 응력 측정장치)를 통하여 수행될 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치(100)의 구성 요소를 도시한다. 응력 측정장치(100)는, 통신부(101), 입력부(103), 출력부(105), 저장부(107) 및 처리부(109) 중 적어도 하나의 구성 요소를 포함한다.According to various embodiments of the present invention, the stress measurement method may be performed through at least one device (e.g., a stress measurement device) as described above. 1 shows components of a stress measurement apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The stress measuring apparatus 100 includes at least one of a communication unit 101, an input unit 103, an output unit 105, a storage unit 107, and a processing unit 109. [

통신부(101)는 응력 측정장치(100)와 외부의 통신을 연결할 수 있다. 예를 들면, 통신부(101)는 무선 통신 또는 유선 통신을 통해서 네트워크에 연결되며 외부장치와 통신할 수 있다. 통신부(801)는 연결된 적어도 하나의 외부장치로부터 데이터를 수신할 수 있다.The communication unit 101 can connect an external communication with the stress measuring apparatus 100. For example, the communication unit 101 is connected to a network through wireless communication or wired communication and can communicate with an external device. The communication unit 801 can receive data from at least one external device connected thereto.

예를 들면, 통신부(101)는 응력 측정에 이용되는 변위장 데이터의 생성을 위한 적어도 하나의 이미지를 외부장치로부터 수신할 수 있다. 여기서 변위장 데이터의 생성을 위한 적어도 하나의 이미지는 지정된 변형을 가하여 응력이 변화하는 객체, 예를 들면, 콘크리트 구조물의 변형 전/후 이미지일 수 있다. For example, the communication unit 101 can receive at least one image for generating the displacement field data used for the stress measurement from the external device. Wherein at least one image for generation of the displacement field data may be a pre-deformation image of an object, for example, a concrete structure, the stress of which is changed by applying a specified deformation.

이때, 이미지는, 둘 이상의 이미지 비교를 통하여 객체의 변형 정도를 검출하도록 차이를 가지거나, 또는 특수 촬영된 이미지로 제공될 수 있다. 여기서, 이미지 비교를 위하여, 객체의 표면 적어도 일부에는 스페클(speckle)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 스페클은 객체의 표면 지정된 영역에 뿌려지듯이 형성된 점들로 형성될 수 있다. 여기서 스페클을 형성하는 점들은, 불규칙적인 모양, 형상 및/또는 패턴으로 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정하지 않고, 규칙적인 모양, 형상을 가지거나 및/또는 지정된 패턴으로 객체의 표면에 형성될 수 있고, 불규칙과 규칙이 혼합되어 형성될 수도 있다.At this time, the image may be varied to detect the degree of deformation of the object through two or more image comparisons, or may be provided as a specially photographed image. Here, for image comparison, a speckle may be formed on at least a part of the surface of the object. According to one embodiment, the speckles may be formed with points formed as if they were scattered on a surface designated area of the object. Here, the speckle-forming points may be formed in irregular shapes, shapes, and / or patterns. However, the present invention is not limited to this, and it may be formed in a regular shape, a shape, and / or on a surface of an object in a designated pattern, or a mixture of irregularities and rules.

통신부(101)는, 스페클이 형성된 객체에 대하여 변형 전/후 객체의 이미지(또는 객체의 변형 전/후 이미지)를 수신할 수 있다. 여기서, 변형 전/후 객체의 이미지는 동일 또는 유사 영역에 대하여 촬영된 이미지로 제공될 수 있다. 또한, 객체에 형성되는 천공은 3센티미터(cm) 내의 지름을 가지고, 5센티미터 내의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다. 바람직하게는, 객체에 형성되는 천공은 2센티미터 내의 지름, 3내지 4센티미터의 깊이를 가지도록 형성될 수 있다.The communication unit 101 can receive an image of the pre-deformation object (or an image before and after deformation of the object) with respect to the object on which the speckle is formed. Here, the image of the object before and after the deformation may be provided as an image photographed for the same or a similar region. Also, the perforations formed in the object may have a diameter within 3 centimeters (cm) and be formed to have a depth within 5 centimeters. Preferably, the perforations formed in the object may be formed to have a diameter of 2 centimeters, a depth of 3 to 4 centimeters.

입력부(103)는, 응력 측정장치(100)에 입력되는 데이터를 처리하기 위한 정보 및/또는 제어명령을 입력하기 위한 구성 요소로서, 예를 들면, 키보드, 키패드, 터치 스크린, 적어도 하나의 버튼, 마이크 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입력부(103)는 사용자의 조작에 대응하여 입력 데이터를 발생시킨다.The input unit 103 is a component for inputting information and / or a control command for processing the data inputted to the stress measuring apparatus 100 and includes, for example, a keyboard, a keypad, a touch screen, at least one button, And a microphone. The input unit 103 generates input data corresponding to a user's operation.

출력부(105)는, 처리부(109)를 통한 처리 결과를 출력할 수 있다. 예를 들면, 출력부(105)는 통신부(101)를 통하여 수신한 이미지, 이미지 처리 결과, 측정된 응력 및 그와 관련된 정보 중 적어도 일부를 출력할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 출력부(105)는 디스플레이 및 스피커 중 적어도 하나의 장치를 포함할 수 있다.The output unit 105 can output the processing result through the processing unit 109. [ For example, the output unit 105 may output at least a part of the image, the image processing result, the measured stress, and information related thereto, received through the communication unit 101. [ According to one embodiment, the output unit 105 may include at least one of a display and a speaker.

출력부(105)가 디스플레이로 구비되는 경우, 처리부(109)를 통해서 디스플레이에 전송되는 데이터는 사용자 그래픽 인터페이스(graphic user interface)로 표시될 수 있다. 또한, 출력부(105)가 스피커로 구비되는 경우, 처리부(109)를 통해서 스피커에 전송되는 데이터는 오디오로 출력할 수 있다.When the output unit 105 is provided as a display, data transmitted to the display through the processing unit 109 may be displayed as a graphic user interface. When the output unit 105 is provided as a speaker, data transmitted to the speaker through the processing unit 109 can be output as audio.

저장부(107)는, 처리부(109) 또는 다른 구성 요소들로부터 수신되거나 생성된 명령 및/또는 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(107)는, 예를 들면, 커널, 미들웨어, 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API: application programming interface) 또는 어플리케이션 등의 프로그래밍 모듈들을 포함할 수 있다. 상술한 각각의 프로그래밍 모듈들은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 조합으로 저장부(109)에 저장될 수 있다.The storage unit 107 may store instructions and / or data received or generated from the processing unit 109 or other components. The storage unit 107 may include, for example, a programming module such as a kernel, a middleware, an application programming interface (API), or an application. Each of the above-described programming modules may be stored in the storage unit 109 as software, firmware, hardware, or a combination of at least two of them.

예를 들면, 저장부(107)는, 통신부(101)를 통해서 입력되는 변형 전/후 객체의 이미지가 저장되며, 처리부(109)를 통하여 처리되는 이미지, 응력 처리모델, 측정된 응력 및 그와 관련된 정보 중 적어도 일부가 저장될 수 있다.For example, the storage unit 107 stores an image of a deformation pre / post object input through the communication unit 101, and stores an image processed through the processing unit 109, a stress processing model, a measured stress, At least some of the relevant information may be stored.

처리부(109)는, 전술한 다른 구성 요소들(예: 통신부(101), 입력부(103), 출력부(105) 또는 저장부(107))로부터 데이터를 수신하여, 수신한 데이터를 확인하고, 확인된 데이터의 처리를 실행할 수 있다.The processing unit 109 receives data from the aforementioned other components (for example, the communication unit 101, the input unit 103, the output unit 105, or the storage unit 107), confirms the received data, Processing of the confirmed data can be executed.

일 실시 예에 따르면, 처리부(109)는, 통신부(101)를 통해서 수신하는 데이터(예: 변형 전/후 객체의 이미지)를 확인할 수 있다. 처리부(109)는, 입력된 변형 전 객체의 이미지 및 변형 후 객체의 이미지에 기반하여 변위장 데이터를 생성한다. 일 실시 예에 따르면, 처리부(109)는, 객체의 지정된 위치(예: 천공의 위치)를 기준으로 지정된 영역에 대하여 천공의 형성에 따른 물성 변화를 측정할 수 있다.According to one embodiment, the processing unit 109 can confirm the data received through the communication unit 101 (e.g., the image of the object before and after the deformation). The processing unit 109 generates displacement field data based on the inputted image of the pre-deformation object and the image of the post-deformation object. According to one embodiment, the processing unit 109 can measure the change in physical properties with respect to the designated area based on the specified position (e.g., the position of perforation) of the object in accordance with the formation of the perforations.

예를 들면, 처리부(109)는, 변형 후 객체의 이미지에서 확인되는 천공의 위치에 기반하여 변형 전 객체의 이미지에서 객체에 천공이 형성될 가상의 천공 위치를 확인할 수 있다. 이하 설명에서, 변경 전 객체의 이미지에 대하여 천공 위치를 표현하는 경우, 변경 전 객체의 이미지에서 가상의 천공 위치를 나타내는 것일 수 있다.For example, the processing unit 109 can confirm a virtual perforation position where a perforation is to be formed in the object in the image of the pre-deformation object, based on the position of the perforation found in the image of the post-deformation object. In the following description, when the puncturing position is expressed with respect to the image of the object before modification, it may indicate a virtual puncturing position in the image of the object before the modification.

처리부(109)는, 변형 전/후 객체의 이미지에서 확인되는 천공의 위치를 기준(또는 기준 위치)으로 주변 영역의 변화를 측정할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 처리부(109)는, 변형 전/후 객체의 이미지에서 천공의 위치를 중심으로 주변 영역 적어도 일부에 포함된 스페클을 검출할 수 있다. 이때, 처리부(109)는, 변형 전/후 객체의 이미지에서 동일한 위치의 지정된 영역에 포함된 스페클의 변화를 확인할 수 있다. 여기서, 지정된 영역은 복수 개 설정될 수 있고, 일 실시 예에 따르면 단위 영역은 이미지의 화소(픽셀, pixel)에 기반하여 결정될 수 있다.The processing unit 109 can measure the change of the peripheral region based on the position of the perforation (or the reference position) identified in the image of the object before and after the deformation. According to one embodiment, the processing unit 109 can detect the speckle included in at least a part of the peripheral region around the position of the perforation in the image of the object before and after the deformation. At this time, the processing unit 109 can confirm a change in the speckle included in the designated area at the same position in the image of the object before and after the deformation. Here, a plurality of designated areas may be set, and according to an embodiment, the unit area may be determined based on pixels (pixels) of the image.

처리부(109)는, 상술한 바와 같이 변형 전/후 객체의 이미지에 포함된 스페클을 비교하여 하중 변위(이하, 변위)를 측정(또는 계측)하고, 객체의 지정된 영역에 대한 변위를, 수치, 표 또는 그래프로 저장하여 변위장 데이터를 생성할 수 있다. 처리부(109)는, 변형 전/후 객체의 이미지에 포함된 스페클을 비교하여 변위를 측정함에 있어서, 스페클의 변화에 대하여 상관(correlation) 연산(또는 상관 계산)을 수행할 수 있다.The processing unit 109 measures (or measures) the load displacement (hereinafter referred to as displacement) by comparing the speckles included in the image of the object before and after the deformation as described above, , A table or a graph to generate displacement field data. The processing unit 109 may perform a correlation operation (or correlation calculation) on the change in speckle in measuring the displacement by comparing the speckles included in the image of the object before and after the deformation.

여기서, 변위장 데이터를 생성하는 영역(지정된 영역)은, 변형 전/후 객체의 이미지에 대한 전 영역 계측(full-field measurement)을 수행할 수 있다. 변형 전/후 객체의 이미지에 대한 전 영역 계측은, 객체에 형성된 응력 변화에 대하여 선형적 변화 및 비선형적 변화를 모두 포함할 수 있다.Here, the area (designated area) for generating the displacement field data can perform a full-field measurement on the image of the object before and after the deformation. The full area measurement of the image of the object before and after the deformation may include both linear and nonlinear changes to the stress variation formed in the object.

처리부(109)는, 변위장 데이터를 생성함에 있어서, 디지털 이미지 상관기법(digital image correlation, DIC)를 적용할 수 있다. 하지만, 처리부(109)는, 이에 한정하지 않고 다양한 방식의 영상기반 변위 계측 기법을 적용할 수 있음은 자명하다. 이하, 변형 전/후 객체의 이미지를 이용하여 이미지의 전 영역에 대한 변위장 데이터를 생성하는 동작을 디지털 이미지 상관모델로 정의할 수 있다.The processing unit 109 may apply digital image correlation (DIC) in generating the displacement field data. However, the processing unit 109 is not limited to this, and it is obvious that various types of image-based displacement measurement techniques can be applied. Hereinafter, the operation of generating the displacement field data for the entire area of the image using the image of the object before and after the deformation can be defined as a digital image correlation model.

처리부(109)는, 객체의 변형에 대한 기 입력된 수치에 기반하여 객체의 유한요소모델을 생성한다. 예를 들면, 유한요소모델은, 객체의 물성 및 객체에 형성되는 천공정보, 객체의 지정된 위치에 대한 변형률 중 적어도 일부 정보를 확인할 수 있다. 예를 들면, 처리부(109)는, 객체와 동일한 물성을 가지는 공시체(또는 시편)에 대하여 수행된 압축강도 테스트 결과를 확인할 수 있다. 여기서, 압축강도 테스트의 일 실시 예에 따르면, ABAQUS를 이용한 테스트로 제공될 수 있고, 테스트 결과는 객체의 물성치로 제공될 수 있다. 처리부(109)는, 객체로부터 확인된 정보에 기반하여 객체의 응력 변화를 산출하는 유한요소모델을 생성할 수 있다.The processing unit 109 generates a finite element model of the object based on the pre-input numerical value of the object deformation. For example, the finite element model can identify at least some of the material properties of the object and the perforation information formed in the object, and the strain on the specified location of the object. For example, the processing unit 109 can confirm the compression strength test result performed on the specimen (or specimen) having the same physical properties as the object. Here, according to one embodiment of the compressive strength test, it can be provided as a test using ABAQUS, and the test result can be provided as the property of the object. The processing unit 109 can generate a finite element model that calculates the stress change of the object based on the information confirmed from the object.

처리부(109)는, 생성된 유한요소모델을 지정된 메시(mesh)로 쪼개어 지정된 위치에 계측 지점을 결정하고, 결정된 계측 지점에 대한 변위를 추출하여 변위장 데이터를 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 유한요소모델에서 계측 지점을 메시 단위로 분할하여 결정함으로써, 변위가 계측되지 않는 영역을 최소화할 수 있다.The processing unit 109 can divide the generated finite element model into a specified mesh, determine a measurement point at a specified position, and extract displacement from the determined measurement point to generate displacement field data. As described above, it is possible to minimize the area where the displacement is not measured by dividing the measurement point in the mesh unit in the finite element model.

다양한 실시 예에 따르면, 처리부(109)는, 변형 전/후 객체의 이미지에 기반하여 지정된 계측 지점에 대한 변위를 측정하고, 측정된 변위에 기반하여 객체의 응력 변화를 산출하는 유한요소모델을 생성할 수도 있다. 처리부(109)는, 지정된 계측 지점에 대한 이미지 변화를, 수치, 표 또는 그래프로 저장하여 변위 또는 변위장 데이터를 생성할 수 있다. 여기서, 변형 전/후 객체의 이미지에 기반하여 생성된 유한요소모델은 디지털 이미지 상관모델과 비교하여 비선형적인 계측 위치를 가질 수 있다.According to various embodiments, the processing unit 109 may be configured to measure a displacement at a designated measurement point based on an image of the object before and after the deformation, and to generate a finite element model that calculates the stress change of the object based on the measured displacement You may. The processing unit 109 can store the image change for a specified measurement point as a numerical value, a table, or a graph to generate displacement or displacement field data. Here, the finite element model generated based on the image of the object before and after the deformation can have a non-linear measurement position compared with the digital image correlation model.

처리부(109)는 생성된 객체의 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델 각각의 변위장 데이터의 최적화 매칭을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 응력 측정장치는, 응력이완법을 적용하는 객체에 대하여 특정된 계측 지점, 예를 들면, 천공 주변의 지정된 영역에 대한 변위에 기반하여 객체의 응력을 측정하는 유한요소모델의 한계를 보완할 수 있다.The processing unit 109 may perform optimization matching of the displacement field data of each of the finite element model and the digital image correlation model of the generated object. According to one embodiment of the present invention, the stress measuring device comprises a finite element which measures the stress of an object based on a measurement point specified for an object to which a stress relaxation method is applied, for example, The limit of the model can be compensated.

예를 들면, 유한요소모델은, 특정된 계측지점의 변위에 기반하여 객체의 변위장 데이터를 결정할 수 있다. 이때, 계측되지 않은 영역에 대하여 산출된 변위는 실제 변위와 차이를 가지며, 변위장 데이터는 실제와 차이를 가질 수 있다. 따라서, 응력 측정장치는, 디지털 이미지 상관모델을 통하여 이미지 전 영역으로 계측 위치를 확장하고, 객체의 물성값에 기반하는 응력 측정의 최적화 동작을 수행할 수 있다.For example, a finite element model can determine displacement field data of an object based on the displacement of a specified measurement point. At this time, the displacement calculated for the unmeasured region has a difference from the actual displacement, and the displacement field data may have a difference from the actual displacement. Therefore, the stress measuring device can extend the measurement position in the entire image area through the digital image correlation model, and perform an optimization operation of the stress measurement based on the physical property value of the object.

상술한 바와 같이 최적화 매칭을 수행하기 위하여 처리부(109)는, 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델 각각의 변위장 데이터에 기반하여 평면의 방정식 및 그 평면의 방정식에 대한 법선벡터를 생성할 수 있다. 이때, 처리부(109)는, 최소제곱법(method of least squares)을 적용하여 평면의 방정식 또는 그 법선벡터를 결정할 수 있다.In order to perform the optimization matching as described above, the processing unit 109 may generate a normal vector for the equation of the plane and the equation of the plane based on the displacement field data of each of the finite element model and the digital image correlation model. At this time, the processing unit 109 can determine a plane equation or its normal vector by applying a method of least squares.

일 실시 예에 따르면, 처리부(109)는, 하기 수학식(1)을 이용하여 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델 각각의 평면의 방정식을 결정할 수 있다.According to one embodiment, the processing unit 109 can determine an equation of a plane of each of the finite element model and the digital image correlation model using the following equation (1).

Figure 112017049655933-pat00001
(1)
Figure 112017049655933-pat00001
(One)

여기서, x 또는 y는 원통 좌표계(cylindrical coordinate system)에서 변위장 데이터 각 지점의 반지름과 각도값을 재배열한 값으로 결정될 수 있다. 이때, 재배열은 망상 그리드(mesh grid) 함수를 통하여 결정될 수 있다. z는 객체의 물성과 관련하여 입력된 수치 또는 유한요소모델에서 확인되는 변위값으로 결정될 수 이다. d는 원통좌표계의 원점에서 평면까지의 거리로 제공될 수 있다. 이때, d는 변위장 데이터의 값에서 y=0인 지점들의 평균값으로 결정될 수 있다.
Here, x or y can be determined by rearranging the radii and angular values of each point of the displacement field data in the cylindrical coordinate system. At this time, the rearrangement can be determined through a mesh grid function. z can be determined by the numerical value entered in relation to the physical properties of the object or the displacement value identified in the finite element model. d may be provided as the distance from the origin of the cylindrical coordinate system to the plane. At this time, d can be determined as an average value of points where y = 0 in the value of the displacement field data.

또한, 처리부(109)는, 하기 수학식(2)를 이용하여 각각의 평면의 방정식에 대한 법선벡터(

Figure 112017049655933-pat00002
를 결정할 수 있다.In addition, the processing unit 109 calculates a normal vector (?) For each plane equation using the following equation (2)
Figure 112017049655933-pat00002
Can be determined.

Figure 112017049655933-pat00003
(2)
Figure 112017049655933-pat00003
(2)

처리부(109)는, 최소제곱법을 산출하기 위하여 하기 수학식(3), 수학식(4) 및 수학식(5)를 정의하고, 수학식(6)으로부터 법선벡터(X)를 산출할 수 있다.The processing unit 109 can define the following equation (3), equation (4) and equation (5) to calculate the least squares method and calculate the normal vector X from equation (6) have.

Figure 112017049655933-pat00004
(3)
Figure 112017049655933-pat00004
(3)

Figure 112017049655933-pat00005
(4)
Figure 112017049655933-pat00005
(4)

Figure 112017049655933-pat00006
(5)
Figure 112017049655933-pat00006
(5)

Figure 112017049655933-pat00007
(6)
Figure 112017049655933-pat00007
(6)

처리부(109)는, 상술한 바와 같이 수학식(3) 내지 수학식(6)을 이용하여 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델 각각에 대하여 결정된 평면의 방정식(수학식(1)) 및 법선벡터(수학식(2))를 결정할 수 있다.The processing unit 109 uses the equations (3) to (6) as described above to calculate the equation of the plane (equation (1)) and the normal vector (2)). ≪ / RTI >

처리부(109)는, 유한요소모델의 법선벡터와 디지털 이미지 상관모델의 법선벡터가 일치하도록 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터를 변형할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 처리부(109)는, 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터를 회전변환하여 두 법선벡터를 일치시킬 수 있다.The processing unit 109 can transform the displacement field data of the finite element model and the digital image correlation model so that the normal vector of the finite element model and the normal vector of the digital image correlation model are matched. According to one embodiment, the processing unit 109 may rotate the displacement field data of the finite element model and the digital image correlation model to match the two normal vectors.

이때, 회전변환되는 두 법선벡터의 차이(

Figure 112017049655933-pat00008
)는 하기 수학식(7)을 통해서 결정될 수 있다.In this case, the difference (
Figure 112017049655933-pat00008
) Can be determined through the following equation (7).

Figure 112017049655933-pat00009
(7)
Figure 112017049655933-pat00009
(7)

처리부(109)는, 변환된 두 변위장 데이터가 최소 오차를 가지는 스케일(scale) 값을 결정할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 처리부(109)는, 매틀랩(MATLAB) 프로그램, 더욱 상세하게는, matlab optimization toolbox을 이용하여 변환된 두 변위장 데이터가 최소 오차를 가지는 스케일을 결정할 수 있다.The processing unit 109 can determine a scale value in which the two displacement field data converted have a minimum error. According to one embodiment, the processing unit 109 may determine a scale having a minimum error of two displacement field data transformed using a MATLAB program, and more particularly, a matlab optimization toolbox.

처리부(109)는, 결정된 스케일값을 기준(reference) 하중에 적용하여 객체의 최적화된 하중을 결정할 수 있다. 처리부(109)는, 최적화된 하중에 기반하여 객체의 추정 응력을 산출할 수 있다. 이때, 스케일 값은 1에 근접할수록 최적화된 하중이 기준 하중과 일치될 수 있다.The processing unit 109 may determine the optimized load of the object by applying the determined scale value to a reference load. The processing unit 109 can calculate the estimated stress of the object based on the optimized load. At this time, as the scale value approaches 1, the optimized load can be matched with the reference load.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치가 입력된 이미지에 기반하여 객체의 응력을 측정하는 동작의 흐름도이다.2 is a flowchart of an operation of measuring stress of an object based on an input image of a stress measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.

도2를 참조하면, 201 동작에서, 응력 측정장치(100)는, 적어도 하나의 외부장치로부터 변형 전 객체의 이미지 및 변형 후 객체의 이미지를 수신한다. 여기서, 변형 전/후 객체의 이미지는 객체에 형성된 스페클이 촬영된 이미지로 제공될 수 있고, 변형 후 객체의 이미지는, 스페클을 포함하는 객체 및 객체에 형성된 천공이 촬영된 이미지로 제공될 수 있다.Referring to FIG. 2, in operation 201, the stress measurement apparatus 100 receives an image of a pre-deformation object and an image of an object after deformation from at least one external apparatus. Here, the image of the object before and after the deformation may be provided as a photographed image of the speckle formed on the object, and the image of the object after the deformation may be provided to the object including the speckle and the puncture formed in the object .

203 동작에서, 응력 측정장치(100)는, 입력된 이미지들에 기반하여 객체의 변위장 데이터를 생성한다. 응력 측정장치(100)는, 변형 전 객체의 이미지에서 가상의 천공과, 변형 후 객체의 이미지에서 천공을 일치시키고, 천공 주변 영역에 대한 변위를 결정할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 응력 측정장치(100)는, 이미지들에 포함된 스페클 전 영역 변화에 기반하여 응력 변위를 결정할 수 있다. 이때, 이미지들에 대하여 변위를 결정하는 계측위치는 선형적으로 형성될 수 있다. 응력 측정장치(100)는, 결정된 변위에 기반하여 객체의 변위장 데이터(디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터)를 생성할 수 있다.In operation 203, the stress measurement device 100 generates displacement field data of the object based on the input images. The stress measuring device 100 can match the perforation in the image of the object before deformation and the imaginary perforation in the image of the object before deformation, and determine the displacement of the perforation surrounding area. According to one embodiment, the stress measurement device 100 can determine a stress displacement based on a change in pre-speckle area included in the images. At this time, the measurement position for determining the displacement with respect to the images may be linearly formed. The stress measurement apparatus 100 can generate displacement field data (displacement field data of the digital image correlation model) of the object based on the determined displacement.

205 동작에서, 응력 측정장치(100)는, 객체에 대한 물성 및 그 변화에 기반하여 유한요소모델을 생성한다. 일 실시 예에 따르면, 응력 측정장치(100)는, 기 입력된 객체의 물성 정보, 지정된 계측 위치에서 천공의 생성에 대응하여 측정되는 변위 정보를 입력받을 수 있다. 응력 측정장치(100)는, 입력된 정보를 이용하여, 객체의 응력 변화에 대한 유한요소모델을 생성할 수 있다.In operation 205, the stress measuring device 100 creates a finite element model based on the physical properties of the object and the changes thereof. According to one embodiment, the stress measuring apparatus 100 can receive physical property information of a previously input object, and displacement information measured in correspondence to generation of puncture at a designated measurement position. The stress measuring apparatus 100 can generate a finite element model for the stress change of the object by using the input information.

여기서, 응력 측정장치(100)를 통하여 수행되는 205 동작은, 203 동작이 수행된 이후에 처리되는 것으로 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 201 동작의 전 또는 후에 수행될 수도 있다.Here, although the operation 205 performed through the stress measurement apparatus 100 is described as being performed after the operation 203 is performed, the present invention is not limited to this and may be performed before or after the operation 201. [

207 동작에서, 응력 측정장치(100)는, 생성된 변위장 데이터의 최적화 매칭을 수행할 수 있다. 예를 들면, 응력 측정장치(100)는, 유한요소 모델과 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터 각각으로부터 평면의 방정식 및/또는 그 법선벡터를 생성하고, 두 법선벡터가 일치하도록 변위장 데이터의 회전변환을 수행할 수 있다. 응력 측정장치(100)는, 변환된 유한요소 모델과 디지털 이미지 상관모델 각각의 변위장 데이터가 최소 오차를 가지도록 스케일 값을 결정할 수 있다.In operation 207, the stress measuring device 100 may perform optimization matching of the generated displacement field data. For example, the stress measuring apparatus 100 may generate a plane equation and / or a normal vector thereof from each of the displacement field data of the finite element model and the digital image correlation model, and calculate a rotation angle of the displacement field data Conversion can be performed. The stress measuring apparatus 100 can determine the scale value so that the displacement field data of each of the transformed finite element model and the digital image correlation model has a minimum error.

209 동작에서, 응력 측정장치(100)는 최적화 매칭 결과에 기반하여 객체의 응력을 결정한다. 일 실시 예에 따르면, 응력 측정장치(100)는, 결정된 스케일 값과 기준 하중의 곱 연산을 수행하여 최적화된 하중을 결정할 수 있다. 여기서, 기준 하중은, 객체에 가해지는 하중으로 유한요소모델을 통해서 결정될 수 있고, 또는 기 설정된 값으로 결정될 수 있다. 응력 측정장치(100)는, 최적화된 하중에 기반하여 천공 생성에 기반하는 객체의 응력을 결정할 수 있다. 응력 측정장치(100)는, 209 동작을 수행하면 도 2의 실시 예를 종료할 수 있다.In operation 209, the stress measuring device 100 determines the stress of the object based on the result of the optimization match. According to one embodiment, the stress measurement device 100 can determine the optimized load by performing a product operation of the determined scale value and the reference load. Here, the reference load can be determined through a finite element model with a load applied to an object, or can be determined to a predetermined value. The stress measuring device 100 can determine the stress of the object based on the puncture creation based on the optimized load. The stress measuring apparatus 100 may terminate the embodiment of FIG. 2 by performing the operation 209. FIG.

상술한 바와 같이, 응력 측정장치(100)는, 변형 전/후 객체의 이미지 전 영역에 대한 변위장 데이터를 생성하고, 이를 객체의 물성 및 특정 위치에 대하여 측정된 변위에 기반하여 생성된 유한요소모델의 변위장 데이터와 비교하여 최적화 매칭을 수행할 수 있다. 응력 측정장치(100)는, 두 변위장 데이터의 최적화 매칭을 수행함으로써 유한요소모델에 기반하는 객체의 응력 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, the stress measuring apparatus 100 generates displacement field data for the entire area of the image of the object before and after the deformation, and outputs the displacement field data to the finite element generated based on the measured displacement of the object and the specific position Optimization matching can be performed by comparing with the displacement field data of the model. The stress measuring apparatus 100 can improve the stress measurement accuracy of the object based on the finite element model by performing the optimization matching of the two displacement field data.

도 3은 본 발명이 일 실시 예에 따른 응력 측정장치가 이미지에 기반하여 변위장 데이터를 생성하는 동작의 흐름도이다. 여기서, 도 3의 실시 예는 도 2에서 설명한 변위장 데이터를 생성하는 동작(203)의 일부 동작으로 수행될 수 있다. 이때, 301 동작은 도 2의 201 동작 이후에 수행될 수 있다.3 is a flowchart of an operation in which the stress measurement apparatus according to an embodiment of the present invention generates displacement field data based on an image. Here, the embodiment of FIG. 3 may be performed with some operation of the operation 203 for generating the displacement field data described in FIG. At this time, the operation 301 may be performed after the operation 201 of FIG.

도 3을 참조하면, 301 동작에서, 응력 측정장치(100)는 이미지로부터 객체의 변위 검출이 가능한지 여부를 결정한다. 예를 들면, 응력 측정장치(100)는, 변형 전 객체의 이미지와 변형 후 객체의 이미지를 공통된 특정 위치(예: 천공 위치)를 중심으로 적어도 일부 영역을 비교하여 그 차이가 검출되는지 여부를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 3, in operation 301, the stress measurement device 100 determines whether displacement detection of an object is possible from an image. For example, the stress measuring device 100 may compare at least some areas around an image of a pre-deformation object and an image of a post-deformation object about a common specific location (e.g., puncturing location) to determine whether the difference is detected .

또는, 응력 측정장치(100) 객체 표면의 지정된 형상에 기반하여 변위 검출에 필요한 이미지가 모두 존재하는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들면 응력 측정장치(100)는, 객체에 형성된 천공을 검출할 수 있고, 검출된 천공의 유무에 기반하여 해당 이미지가 변형 전 객체의 이미지인지 또는 변형 후 객체의 이미지인지 결정할 수 있다.Alternatively, based on the specified shape of the stress measurement device 100 object surface, it may be determined whether all of the images necessary for displacement detection are present. For example, the stress measuring device 100 may detect perforations formed in an object and may determine whether the image is an image of a pre-deformation object or an image of a post-deformation object, based on the presence or absence of the detected puncturing.

응력 측정장치(100)는, 변위 검출이 가능하도록 적어도 하나의 변형 전 객체의 이미지 및 적어도 하나의 변형 후 객체의 이미지를 모두 포함하는 경우 303 동작을 수행하고, 이미지들로부터 변위 검출이 불가능한 경우 도 2의 201 동작을 수행할 수 있다.The stress measuring apparatus 100 performs an operation 303 when it includes both the image of at least one pre-deformation object and the image of at least one post-deformation object so that the displacement detection is possible, and when the displacement detection from the images is impossible 2 201 operation can be performed.

303 동작에서, 응력 측정장치(100)는 변형 전/후 객체의 이미지를 비교하여 객체의 변위장 데이터를 생성한다. 일 실시 예에 따르면, 응력 측정장치(100)는, 객체에 형성된 천공 위치를 중심으로 그 주변 영역에 대하여 변위를 검출(또는 측정)할 수 있다. 예를 들면, 응력 측정장치(100)는, 변형 전/후 객체의 이미지들 각각에서 스페클 형상의 변화에 기반하여 변위를 결정할 수 있다.In operation 303, the stress measurement apparatus 100 compares the images of the object before and after deformation to generate displacement field data of the object. According to one embodiment, the stress measurement device 100 can detect (or measure) displacement about its perimeter area about a perforation position formed in an object. For example, the stress measuring device 100 may determine a displacement based on a change in the speckle shape in each of the images of the pre-deformation object.

여기서, 응력 측정장치(100)는, 복수의 이미지들에 대하여 이미지 보정을 수행하고, 보정된 이미지를 이용하여 그 차이를 검출할 수 있다. 이때, 수행되는 이미지 보정은, 밝기, 대비, 해상도와 같이, 이미지의 속성 적어도 일부에 변화를 줄 수 있다. Here, the stress measuring apparatus 100 can perform image correction on a plurality of images, and can detect the difference using the corrected image. At this time, the image correction to be performed may change at least a part of the attribute of the image, such as brightness, contrast, and resolution.

응력 측정장치(100)는, 천공 위치를 중심으로 그 주변 영역에 대하여 변위를 측정함에 있어서, 이미지에 표현된 객체의 전 영역에 대한 변위 측정을 수행할 수 있다. 응력 측정장치(100)는, 측정된 변위에 기반하여 객체에 대한 변위장 데이터를 생성할 수 있다.The stress measuring apparatus 100 can measure the displacement of the entire region of the object represented in the image in measuring the displacement with respect to the peripheral region around the puncturing position. The stress measurement device 100 may generate displacement field data for the object based on the measured displacement.

응력 측정장치(100)는, 303 동작을 수행하면 도 3의 실시 예를 종료할 수 있고, 또는 도 2의 205 동작을 수행할 수 있다.The stress measuring apparatus 100 may terminate the embodiment of FIG. 3 or perform the operation 205 of FIG. 2 by performing the operation 303.

도 4는 본 발명이 일 실시 예에 따른 응력 장치가 생성된 변위장 데이터에 기반하여 최적화 매칭을 수행하는 동작의 흐름도이다. 여기서, 도 4의 실시 예는 도 2에서 설명한 최적화 매칭을 수행하는 동작(207)의 일부 동작으로 수행될 수 있다. 이때, 401 동작은 도 2의 205 동작 이후에 수행될 수 있다.4 is a flowchart of an operation in which the present invention performs optimization matching based on displacement field data generated by a stress device according to an embodiment. Here, the embodiment of FIG. 4 may be performed with some operation of operation 207 to perform the optimization matching described in FIG. At this time, the operation 401 may be performed after operation 205 of FIG.

도 4를 참조하면, 401 동작에서, 응력 측정장치(100)는 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델 각각에 대하여 평면의 방정식 및 그 법선벡터를 생성한다. 일 실시 예에 따르면, 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 평면의 방정식 및 그 법선벡터는 변위장 데이터에 기반하여 생성될 수 있다. 이때, 응력 측정장치(100)는, 평면의 방정식 또는 법선벡터의 값을 산출함에 있어서, 최소제곱법을 이용할 수 있다.Referring to FIG. 4, in operation 401, the stress measurement device 100 generates a plane equation and its normal vector for each of the finite element model and the digital image correlation model. According to one embodiment, the plane equations of the finite element model and the digital image correlation model and their normal vectors can be generated based on the displacement field data. At this time, the stress measuring apparatus 100 can use the least square method in calculating the value of the plane equation or the normal vector.

403 동작에서, 응력 측정장치(100)는, 산출된 법선벡터에 기반하여 변위장 데이터의 변환을 수행한다. 일 실시 예에 따르면, 응력 측정장치(100)는, 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 법선벡터가 일치하도록 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터의 회전변환을 수행할 수 있다.In operation 403, the stress measurement device 100 performs conversion of the displacement field data based on the calculated normal vector. According to one embodiment, the stress measurement device 100 may perform rotational transformation of the displacement field data of the finite element model and the digital image correlation model so that the normal vectors of the finite element model and the digital image correlation model coincide.

405 동작에서, 응력 측정장치(100)는, 변환된 두 변위장 데이터가 최소 오차를 가지는 스케일 값을 결정한다. 이때, 응력 측정장치(100)는, 적어도 하나의 수치 해석 프로그램을 이용하여 산출할 수 있다.In operation 405, the stress measuring device 100 determines a scale value having the minimum error of the two displacement field data converted. At this time, the stress measuring apparatus 100 can be calculated using at least one numerical analysis program.

응력 측정장치(100)는, 동작 405를 수행하면 도 4의 실시 예를 종료할 수 있고 또는 도 2의 209 동작을 수행할 수 있다.The stress measurement apparatus 100 may terminate the embodiment of FIG. 4 or perform the operation 209 of FIG. 2 by performing an operation 405.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치에서 입력 및 처리되는 변형 전/후 객체의 이미지를 도시한다.FIG. 5 illustrates an image of a deformation pre / post object to be input and processed in a stress measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 응력 측정장치(100)는, 변형 전 객체의 이미지(510) 및 천공이 생성된 변형 후 객체의 이미지(530)를 수신할 수 있다. 응력 측정장치(100)는 수신한 변형 전/후 객체의 이미지의 기준 위치를 결정하고, 결정된 기준 위치로부터 주변 영역들을 비교하여 계측 영역의 변위 및 객체의 변위장을 결정하고, 결정된 변위에 기반하여 객체의 변위장 데이터를 생성할 수 있다. 응력 측정장치(100)는, 생성된 변위장 데이터에 기반하여 변위를 지정된 색으로 표현하는 변위장 이미지(550)를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 5, the stress measurement apparatus 100 may receive an image 510 of a pre-deformation object and an image 530 of a post-deformation object where puncturing is generated. The stress measuring device 100 determines the reference position of the image of the received pre-deformation object and determines the displacement of the measurement area and the displacement field of the object by comparing the peripheral areas from the determined reference position, The displacement field data of the object can be generated. The stress measurement apparatus 100 may generate a displacement field image 550 that expresses the displacement in a specified color based on the displacement field data generated.

여기서, 응력 측정장치(100)는, 변위장 데이터를 생성함에 있어서, 변형 전/후 객체의 이미지에 표시된 객체의 전 영역에 대하여 변위를 측정할 수 있다. 이때, 응력 측정장치(101)는, 변위장 생성의 중심이 되는 천공의 위치(또는 천공의 중심 위치)로부터 지정된 거리까지의 영역(511)과 그 외의 영역(553)을 구분하여 처리할 수 있다.Here, in generating the displacement field data, the stress measuring apparatus 100 may measure the displacement with respect to the entire area of the object displayed in the image of the object before and after the deformation. At this time, the stress measuring apparatus 101 can separate and process the region 511 from the position of the perforation (or the central position of the perforation), which is the center of displacement field generation, to the specified distance and the other region 553 .

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치에서 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터를 표시하는 그래프이다.6 is a graph illustrating displacement field data of a finite element model and a digital image correlation model in a stress measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.

변위장 데이터는 변위의 계측 위치 및 그 변위와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 이때, 유한요소모델의 변위장 데이터는, 객체의 물성 및 객체의 변형에 따른 변위에 기반하여 생성되어 객체의 물리량에 근접하는 값의 정보를 포함하고 있다. The displacement field data may include a measurement position of the displacement and information related to the displacement. At this time, the displacement field data of the finite element model is generated based on the physical property of the object and the displacement due to the deformation of the object, and includes information about a value close to the physical quantity of the object.

또한, 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터는, 천공의 생성에 기반하는 변형 전/후 객체의 이미지를 이용하여 생성되어 객체의 물리량에 대한 정보는 포함하지 않지만, 객체 전 영역에서 변형에 대한 변위장 검출이 가능하다.Also, the displacement field data of the digital image correlation model is generated by using the image of the object before and after the deformation based on the generation of the puncture, and does not include information about the physical quantity of the object. However, Detection is possible.

응력 측정장치(100)는, 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 공통 요소로써 평면의 방정식과 그에 대한 법선벡터(601, 603)을 산출할 수 있다.The stress measuring device 100 can calculate plane equations and normal vectors 601 and 603 as a common element of the finite element model and the digital image correlation model.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치가 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터 차이를 확인하는 도면이다.FIG. 7 is a view for explaining a displacement field data difference between a finite element model and a digital image correlation model according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 응력 측정장치(100)는, 생성되는 법선벡터의 기울기 차이를 이용하여 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터 차이를 확인할 수 있다. 예를 들면, 응력 측정장치(100)는, 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 법선벡터(601, 603)의 시작점을 일치시키고, 수학식(7)을 이용하여 두 법선벡터(601, 603)의 사이각(

Figure 112017049655933-pat00010
)을 결정할 수 있다. 응력 측정장치(100)는, 결정된 두 법선벡터(601, 603)의 차이에 기반하여 두 법선벡터(601, 603)를 일치시키기 위한 변위장 데이터의 회전변환을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 7, the stress measuring apparatus 100 can confirm the displacement field data difference of the finite element model and the digital image correlation model using the slope difference of the generated normal vector. For example, the stress measuring apparatus 100 may match the starting points of the normal vectors 601 and 603 of the finite element model and the digital image correlation model, and calculate the two normal vectors 601 and 603 using Equation (7) Between the angles (
Figure 112017049655933-pat00010
Can be determined. The stress measuring device 100 may perform rotational transformation of the displacement field data to match the two normal vectors 601 and 603 based on the difference between the two determined normal vectors 601 and 603. [

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치가 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 회전변환을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing a result of rotational transformation of a finite element model and a digital image correlation model according to an embodiment of the present invention.

응력 측정장치(100)는, 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 두 법선벡터(601, 603)를 일치시키기 위하여 유한요소모델 및 디지털 이미지 상관모델의 변위장 데이터의 회전변환을 수행할 수 있다. 이때, 응력 측정장치(100)는, 회전변환 결과를 도 8과 같이 그래프로 표시할 수 있다. 응력 측정장치(100)는, 변환된 두 변위장 데이터의 오차가 최소가 되도록 스케일 값을 결정하며, 결정된 스케일 값을 기준 하중에 적용하여 객체의 응력을 결정할 수 있다.The stress measuring apparatus 100 may perform rotational transformation of the displacement field data of the finite element model and the digital image correlation model to match the two normal vectors 601 and 603 of the finite element model and the digital image correlation model. At this time, the stress measuring apparatus 100 can display the result of the rotation conversion as a graph as shown in FIG. The stress measuring apparatus 100 can determine the scale value so that the error of the converted two displacement field data is minimized and apply the determined scale value to the reference load to determine the stress of the object.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 응력 측정장치가 두 가지 타입의 실험 조건에 대한 오차를 나타내는 그래프이다. 도 9의 결과 그래프를 나타내는 객체의 압축시험 조건은 하기 표1과 같다. 여기서 객체는 콘크리트 시편으로 제공되었다.9 is a graph showing an error of two types of experimental conditions of the stress measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The compression test conditions of the object representing the result graph of FIG. 9 are shown in Table 1 below. Here, the object was provided as a concrete specimen.

타입 #1(type #1)Type # 1 (type # 1) 타입 #2(type #2)Type # 2 (type # 2) 객체 크기Object size 100*100*400mm3 100 * 100 * 400 mm 3 150*150*300mm3 150 * 150 * 300 mm 3 천공 깊이Hole depth 30mm30mm 40mm40mm 천공 지름Perforation diameter 20mm20mm 20mm20mm 기준 하중Reference load 15MPa15 MPa 15MPa15 MPa

도 9는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 응력 측정장치의 응력과 타입 #1 및 타입 #2에 대한 콘크리트 시편의 측정 응력의 오차를 나타내며, 평균 오차는 5.1%를 나타낸다.Figure 9 shows the stresses of the stress measuring devices according to various embodiments of the present invention and the error of the measured stresses of the concrete specimens for Type # 1 and Type # 2, with an average error of 5.1%.

상술한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 변형 전/후 객체의 이미지를 이용하여 객체 전 영역에 대한 하중 변위를 측정하고, 측정된 변위를 객체의 물성에 기반하는 유한요소모델 및 기준 하중에 적용함으로써 객체의 응력 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, according to various embodiments of the present invention, it is possible to measure the load displacement with respect to the entire area of the object using the image of the object before and after the deformation, and to measure the measured displacement using a finite element model Applying to the load can improve the accuracy of object stress measurement.

또한, 상술한 바와 같이, 변형 전/후 객체의 이미지를 이용하여 객체의 전 영역에 대한 하중 변위를 측정함으로써, 하중 변화가 정밀하게 측정된 계측 위치를 다양하게 획득 가능함으로, 객체에 생성하는 천공의 사이즈를 줄이는 경우에도 객체의 응력 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.As described above, by measuring the load displacement with respect to the entire area of the object using the image of the object before and after the deformation, it is possible to obtain various measurement positions accurately measuring the change in load, The accuracy of the stress measurement of the object can be improved.

따라서, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 응력 측정에 있어서 천공의 사이즈를 획기적으로 감소시킴에도 불구하고 정확도를 개선할 뿐만 아니라, 천공의 사이즈를 감소시킴으로써 객체 및 그 구조물의 내구성 손상과 미적 가치의 손상을 최소화할 수 있다.Thus, according to various embodiments of the present invention, not only does it improve the accuracy despite dramatically reducing the size of the perforations in the stress measurement, but also by reducing the size of the perforations, the durability of the object and its structure, Damage can be minimized.

상술한 바에 따르면, 객체 또는 그 구조물은, 콘크리트 또는 콘크리트 구조물로 설명하고 있지만 그에 한정하지 않고 하중 및/또는 응력 측정이 가능한 다양한 재료가 적용될 수 있음은 자명하다.According to the above description, the object or its structure is described as a concrete or a concrete structure, but it is obvious that various materials capable of measuring loads and / or stresses can be applied.

다양한 실시 예에 따르면, 본 발명의 청구항 및/또는 명세서에 기재된 다양한 실시 예에 따른 장치, 방법의 적어도 일부는, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 중 둘 이상의 조합을 포함하는 형태(예: 모듈, unit)로 구현될(implemented) 수 있다.According to various embodiments, at least some of the devices and methods according to the various embodiments described in the claims of the present invention and / or the specification are in the form of hardware, software, firmware, or a combination of two or more of hardware, For example, modules, units).

모듈은, 일체로 구성된 부품의 최소 단위 또는 그 일부로서 본 발명의 다양한 실시 예를 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수도 있다. 모듈은 기계적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다.A module may be a minimum unit or a portion thereof that performs various embodiments of the present invention as a minimum unit or a part of an integrally constructed component. The module may be implemented mechanically or electronically.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely illustrative examples of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention in order to facilitate understanding of the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention, all changes or modifications derived from the technical idea of the present invention.

100 : 응력 측정장치 101 : 통신부
103 : 입력부 105 : 출력부
107 : 저장부 109 : 처리부100: stress measuring device 101:
103: input unit 105: output unit
107: storage unit 109:

Claims (10)

객체의 변형 전 이미지 및 변형 후 이미지에 기반하여 변위장 데이터를 생성하는 단계;
상기 객체의 변형에 기반하는 유한요소모델을 생성하는 단계;
상기 변위장 데이터 및 상기 유한요소모델의 최적화 매칭을 수행하는 단계; 및
상기 최적화 매칭 결과에 기반하여 상기 객체의 응력을 측정하는 단계;를 포함하되,
상기 변위장 데이터 및 상기 유한요소모델의 최적화 매칭을 수행하는 단계는, 상기 변위장 데이터의 법선벡터 및 상기 유한요소모델의 법선벡터의 최소 오차를 가지는 스케일 값을 결정하는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정방법.Generating displacement field data based on the pre-deformation image and the post-deformation image of the object;
Generating a finite element model based on the deformation of the object;
Performing optimization matching of the displacement field data and the finite element model; And
And measuring a stress of the object based on the optimization matching result,
Wherein the step of performing the optimization matching of the displacement field data and the finite element model comprises the steps of using a digital image correlation to determine a scale value having a minimum error of a normal vector of the displacement field data and a normal vector of the finite element model Stress measurement method. 제1항에 있어서,
상기 변위장 데이터 및 상기 유한요소모델의 최적화 매칭을 수행하는 단계는, 상기 변위장 데이터의 평면의 방정식을 결정하고, 상기 변위장 데이터의 평면의 방정식에 기반하여 상기 변위장 데이터의 법선벡터를 결정하는 단계를 포함하는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of performing optimization matching of the displacement field data and the finite element model comprises determining an equation of a plane of the displacement field data and determining a normal vector of the displacement field data based on an equation of a plane of the displacement field data Said method comprising the steps of: a. 제1항에 있어서,
상기 변위장 데이터 및 상기 유한요소모델의 최적화 매칭을 수행하는 단계는, 기 입력된 상기 객체의 물성값에 기반하여 상기 유한요소모델의 평면의 방정식을 결정하고, 상기 유한요소모델의 평면의 방정식에 기반하여 상기 유한요소모델의 법선벡터를 결정하는 단계를 포함하는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of performing optimization matching of the displacement field data and the finite element model includes the steps of determining an equation of a plane of the finite element model based on a physical property value of the object and inputting the equation based on an equation of a plane of the finite element model And determining a normal vector of the finite element model using the digital image correlation. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 최적화 매칭 결과에 기반하여 상기 객체의 응력을 측정하는 단계는, 상기 스케일 값을 상기 유한요소모델에 기반하여 결정된 기준 하중에 적용하여 상기 응력을 결정하는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of measuring stress of the object based on the optimization matching result applies the scale value to a reference load determined based on the finite element model to determine the stress. 적어도 하나의 외부장치로부터 객체의 변형 전 이미지 및 변형 후 이미지를 수신하는 통신부;
상기 이미지들에 기반하여 변위장 데이터를 생성하고, 상기 객체의 변형에 기반하는 유한요소모델을 생성하고, 상기 변위장 데이터 및 상기 유한요소모델의 최적화 매칭을 수행하고, 상기 최적화 매칭 결과에 기반하여 상기 객체의 응력을 측정하도록 처리하는 처리부; 및
상기 이미지들, 상기 변위장 데이터 및 측정된 상기 응력 중 적어도 일부를 출력하는 출력부;를 포함하되,
상기 처리부는, 상기 변위장 데이터의 법선벡터 및 상기 유한요소모델의 법선벡터의 최소 오차를 가지는 스케일 값을 결정하는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정장치.A communication unit for receiving the pre-deformation image and the post-deformation image of the object from at least one external device;
Generating displacement field data based on the images, generating a finite element model based on the deformation of the object, performing optimization matching of the displacement field data and the finite element model, A processing unit for processing the stress of the object to be measured; And
And an output for outputting at least some of the images, the displacement field data and the measured stress,
Wherein the processing unit uses a digital image correlation to determine a scale value having a minimum error of a normal vector of the displacement field data and a normal vector of the finite element model. 제6항에 있어서,
상기 처리부는, 상기 변위장 데이터의 평면의 방정식을 결정하고, 상기 변위장 데이터의 평면의 방정식에 기반하여 상기 변위장 데이터의 법선벡터를 결정하는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정장치.The method according to claim 6,
Wherein the processing section uses a digital image correlation to determine a plane equation of the displacement field data and to determine a normal vector of the displacement field data based on an equation of a plane of the displacement field data. 제6항에 있어서,
상기 처리부는, 기 입력된 상기 객체의 물성값에 기반하여 상기 유한요소모델의 평면의 방정식을 결정하고, 상기 유한요소모델의 평면의 방정식에 기반하여 상기 유한요소모델의 법선벡터를 결정하는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정장치.The method according to claim 6,
Wherein the processing unit is configured to determine a plane equation of the finite element model based on a physical property value of the object and to determine a normal vector of the finite element model based on an equation of a plane of the finite element model, A stress measuring device using correlation. 삭제delete 제6항에 있어서,
상기 처리부는, 상기 스케일 값을 상기 유한요소모델에 기반하여 결정된 기준 하중에 적용하여 상기 응력을 결정하는, 디지털 이미지 상관관계를 이용하는 응력 측정장치.The method according to claim 6,
Wherein the processing section applies the digital image correlation to determine the stress by applying the scale value to a reference load determined based on the finite element model.
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