This dissertation proposes an unmanned aerial vehicle (UAV) aided laser thermography system for visualizing invisible coating defects in steel structures. Once the UAV-aided laser thermography system moves over the steel structure, the heat energies are generated on the coating surface, which is the exterior layer of the steel structure. Then, the resultant heat responses are measured by an infrared (IR) camera, and through the heat analysis and image processing process, the coating defects, such as coating delamination and thickness uncertainty, are classified and visualized. Note that, the whole parameters used for the coating defect visualization are decided based on the 3-dimensional numerical heat transfer simulation.
The uniqueness of this study lies in (1) world-first deployment of laser thermography with UAV overcoming the spatial constraints involved in inspecting the structural hard-to-access areas, (2) development of the portable laser thermography system for an automated visualization as well as classification of invisible coating defects, and (3) automated evaluation of steel structure coatings through the convergence of the smart sensing and data processing technology. The performance of the proposed UAV-aided laser thermography system was verified through the lab-scale tests and field deployment on real steel bridges, and the test results reveal that the coating delamination area and coating thickness can be successfully visualized and quantified within 10% uncertainties.
본 연구에서는 강구조물 도막 결함 시각화를 위한 드론 기반 레이저 열화상 시스템을 제안한다. 세부적으로, 육안 식별이 불가능한 도막 박리 및 도막 두께를 시각화하기 위하여 레이저 열화상 시스템이 개발되었으며, 인력접근이 어려운 구조물 취약부위 검사를 위해 개발 레이저 열화상 시스템과 드론 기술이 융합되었다. 드론이 구조물 표면을 따라 이동하면, 드론과 결합된 레이저 열화상 시스템이 도막 표면에 열 에너지를 생성하고 이에 따른 열 반응이 열화상 카메라로 계측된다. 이후, 열분석과 영상처리를 통해 계측 열화상 이미지로부터 도막 결함 정보가 검출 및 시각화된다. 열화상 영상 계측 및 분석에 필요한 변수들은 3 차원 열전달 해석을 통해 결정되었다.
본 연구의 독창성은 다음과 같이 요약된다: (1) 세계최초 드론 기반 레이저 열화상 시스템 개발로 대형 강구조물 유지관리에 수반된 공간적 제약 극복, (2) 육안 식별이 불가능한 강구조물 도막 박리 및 도막두께 분포 자동 시각화 기법 개발, (3) 스마트 센싱 및 데이터처리 기술 융합을 통한 강구조물 도막 상태평가 자동화. 제안 시스템은 실험실 및 실제 강 교량 현장 적용 실험을 통해 강구조물에 발생된 도막 박리와 두께 분포를 10 % 이내 정확도로 시각화 할 수 있음을 검증하였다.