This dissertation aims to accelerate laser based nondestructive testing with the developed techniques inspired by binary search. Two accelerated damage detection techniques are developed in this dissertation. Inspired by binary search, damage is localized and visualized with reduced scanning points and scanning time. The number of scanning points that is necessary for damage localization and visualization is dramatically reduced from NM to $4log_2N \cdot log_2M$ even for the worst case scenario. N and M represent the number of equally spaced scanning points in the $x$ and $y$ directions, respectively, which are required to obtain full-field wave propagation images of the target inspection region.
The binary search algorithm is based on examining the interactions between the ultrasonic waves and damage, such as reflections and transmissions. A time-domain ultrasonic response is transformed into a spatial ultrasonic domain to better identify these interactions. Instead of a traditional matching pursuit approach which tries to solve an $\ell_0$ minimization problem using a greedy sequential algorithm, basis pursuit approach solves an $\ell_1$ minimization problem to transform a time-domain response with a better resolution.
The feasibility of the developed damage detection techniques is validated in both numerical and experimental ways. The developed techniques can reduce the number of scanning points and scanning time over 90%.
본 연구에서는 비접촉식 레이저 초음파 스캐닝을 통한 고속 손상 진단 기법들을 개발하고자 했다. 개발된 고속 손상 진단 기법들은 (1) 통합된 이진 검색과 압축 센싱, (2) 고정 거리 스캐닝 기반 이진 검색 기법이다. 이 기법들은 검사 영역의 모든 지점에 대해 스캐닝을 수행하는 것이 아니라 손상 검출에 최적화된 지점들에 대해서만 스캐닝을 수행하기에 기존 기법에 비해 필요한 스캐닝 횟수 및 검사 시간을 크게 줄일 수 있다. 필요한 스캐닝 지점들은 이진 검색 알고리즘에 기반하여 결정되며, 이 때 요구되는 스캐닝 횟수는 검사 영역의 크기를 $N \cdot M$ 이라 할 때 최악의 경우에도 $4log_2N \cdotlog_2M$ 에 불과하다.
이 때 이진 검색 알고리즘은 반사와 투과 등 초음파와 손상 간의 상호작용을 파악하여 작동한다. 본 연구에서는 시간 영역에서 측정된 레이저 초음파 신호를 공간 초음파 영역으로 변환하여 해석함으로써 시간 영역에서 해석하기 어려웠던 초음파-손상간 상호작용 정보를 더욱 효과적으로 확인할 수 있도록 했다. 이 때 변환 과정에서 기존에 널리 사용되던 정합추적 방식 대신 기저추적 방식을 적용함으로써 더욱 정확한 변환 및 손상 감지가 가능하다.
이와 같이 개발된 기법들의 성능과 적용성을 수치 시뮬레이션과 실험실 규모의 실험을 통해 확인했다. 다양한 구조물에 대해서 개발된 기법들이 효과적으로 손상 진단을 수행함을 확인하였다.
