학부·대학원

열설계적외선연구실

열설계적외선연구실 TDI WELCOME TO OUR LABORATORY
  • 지도교수 김원태 교수
  • 위치 -
  • 전화 -

연구실소개

TDI(Thermal Desin & Infrared) 연구실(Lab.)에서는 열설계 시스템 및 적외선 계측을 창조적으로 연구함을 목표로 합니다. 본 연구실에서는 적외선 계측 및 열시스템의 통합적 전산수치해석 및 실험을 수행하고 또한 기계, 에너지, 자동차·항공 등의 시스템 열설계와 에너지 모니터링을 통하여, 에너지 감시 및 시스템 열설계(Energy Monitoring & System Thermal Desin), 적외선 열화상 비파괴검사(Infrared Thermogrphic Non-destructive Testing), 신호처리 및 첨단 열영상 분석(Signal processing & Advanced Thermal Imaging Analysis) 등과 관련된 연구를 진행하고 있습니다.

연구분야

적외선 계측 및 영상 알고리즘 연구
  • 적외선 열화상 비파괴검사 결함계측
    절대온도 0 K (-273 ℃) 이상의 모든 물체로부터 방사되어지는 적외선 열에너지를 비접촉 및 광주사로 계측하여 대상체의 열적거동을 추적하는 적외선 열화상을 연구합니다. 이로부터 열에너지를 방출하는 발전설비, 에너지원을 갖는 지하설비 및 매설물, 교량 및 사회간접설비(SOC) Health Monitoring 시스템의 결함을 비파괴검사로 계측하는 기술개발을 수행하고 있습니다. 연구 수행결과는 발전소 변전시설, 전기설비, 원전설비 등의 에너지 누수와 고장, 각종 열설비의 에너지 방출 검사, 자동차 및 항공기의 수동적 결함, 터널내 Deterioration 진단, 용접 및 진동 설비물의 열화와 고장진단을 위한 결함계측을 위한 적외선 비파괴검사 기술개발 및 안전성 설계에 적용 합니다.
  • 미세결함 적외선 광계측(Infrared Optic Measurement) 기술 개발
    본 연구실의 광-적외선 열화상 능동 시스템으로부터 대상체 내의 미세한 결함을 정성 및 정량적으로 계측하고 결함을 추적하는 연구를 수행합니다. 본 연구는 용접에 따른 열탄성 변환, 자동차 머플러 열화, 자동차내 각종 미세 열적 경화, 진공유리 및 연료전지 미세 air-pin 결함, 항공기 동체(fuselage) 및 가스터빈/풍력발전용 블레이드에서의 CFRP·GFRP 등 복합재료 disbanding과 파괴, 허니컴 구조물의 파손, 피로파괴에 의한 소성변화 등에 의한 결함을 계측하는 기술을 연구하는 것입니다. 이로부터 자동차 안전성 및 신뢰성 향상, 태양광/LED 설비의 미세 결함예측, 원자력 발전용 배관감육 계측, 각종 미세결함에 대한 정량 및 정성적 조기 감시 모니터링 계측(Early Monitoring Measuremt) 기술개발 등에 적용됩니다.
  • 데이터 처리 및 영상 분석(Data Processing & Imaging Analysis)
    본 연구실에 구성된 ANSYS 코드와 적외선 열화상 시스템을 통하여 획득한 데이터로부터 이들을 퓨리에변환(FFT; Fast Fourier Transform 알고리즘을 통하여 데이터 처리하고 확보된 영상자료를 변환 및 분석함으로서 정량적인 결함을 비파적으로 계측하는 연구를 합니다. 데이터 프로세싱을 위한 LABVIEW와 영상분석을 위한 MATLAB 프로그랭을 통해 데이터의 위상 및 진폭변화를 분석하고 영상적으로 정합화(adoption) 및 이를 위한 알고리즘 기술개발을 수행합니다. 이로부터 신재생에너지 결함진단용 고감도 정밀 결함 크기 및 깊이 추정, 자동차 열탄성 에너지 진단, 항공기 및 가스터빈 코팅결함 등의 기술에 적용할 수 있습니다. 본 연구실은 이와 관련한 국내 제일의 적외선 열화상 연구업적을 확보하고 있으며 세게적인 첨단 적외선 결함계측기술을 선도하고 있습니다.
체열공학 및 감성공학 (Thermology & Sensibility Engineering) 연구
  • 인체 의료체열(Human Medical Thermology) 참조표준 연구
    적외선 열영상으로 인간의 체열 적외선 열화상을 기반한 인간의 체열 데이터를 획득하여 국가 참조표준 데이터 구축을 목표로 합니다. 이로부터인체의 각 부분을 일정온도 영역으로 등분한 Thermotomb 데이타를 기반으로 각종 질병 징후 예측 모델, 열적 쾌적감 등의 거동분석을 위한 국가의 의료 질 향상 및 체열 모델링을 통해 각 체열 에측 가능한 질병의 조기 예측 및 진단에 적용하는데 적용을 합니다.
  • 감성공학 설계(Sensibility Engineering Design)
    감성공학 (Sensibility Engineering) 이란, 인간의 감성을 다양한 감성 모델 수준에서 정성적으로 설계하는 감성인자를 추출, 정량적으로 맵핑을 통한 시스템 설계에 구현하는 연구로 시스템 설계요소의 다양한 감성 매개변수들의 상호 관계성을 삶의질(life quality) 메커니즘의 함수로 설계함으로서 인체에서의 온도분포 등을 통해서 시스템의 감성에 따른 쾌적감 구현을 위한 연구하는 것을 목표로 자동차 안정성, 스마트 제어, 인공지능화 등에 적용을 합니다 .
에너지 진단 및 시스템 설계(Energy Diagnosis & System Design)
  • 열설계 및 에너지 감시(Thermal Design & Energy Monitoring)
    본 연구실에 구성된 ANSYS code 및 적외선 열화상 시스템으로부터 자동차 시스템 열설계와 모델링 등의 전산 시뮬레이션 및 실험 계측, 건물 에너지 진단, 원자력 발전설비 상태감시, 태양광 에너지 및 플랜트 에너지설비 상태감시(Energy Facility Condition Monitoring) 등의 연구가 진행 중입니다. 향후 이 연구들은 친환경 열시스템의 전산 모델러 개발, 에너지 절약 및 정량적 계측, 식물공장 등의 열설계 적용에 이용됩니다.
  • 전자냉각 설계(Electronics Cooling Design)
    고밀도, 고발열, 집적화된 전산/정보통신 및 전기전자 회로의 고장검출 및 예방과 진단(Failure diagnosis & prognostics)을 위한 열설계 시스템 설계를 연구 목표로 합니다. 이로부터 PCB 보드의 short, 전자냉각 전산해석 및 이에 대한 동시공학(Concurrent Engineering) 등의 연구를 수행합니다. 연구결과는 초전도 히트파이트, 자동차의 LED 헤드라이트 설계, 고집적 전자회로 냉각구조 정립, 최적화된 조명용 LED/OLED 방열 설계, 정보통신/IT 복합형 열시스템의 전산 모델러 개발 및 설계 등에 적용됩니다.

주요 수행 연구과제

수행중인 과제
  • 열저주파에 의한 고감도 위상제어 광학메커니즘 비파괴검사 연구(한국연구재단)
  • 진동모드 고체소재에서의 열화상 피로파괴 정량화 측정표준 연구(한국연구재단)
  • 응력장의 열화 상관관게를 모니터링하는 비파괴 열탄성에너지 시뮬레이션 기술개발(한국연구재단)
  • 폐기물연료 혼소를 활용한 열병합발전 핵심기술 고급트랙(한국에너지기술평가원)
  • 이면결함 정량 검출용 적외선 Data 프로세싱 연구(공주대학교)
수행완료 과제(지원기관)
  • 적외선 광계측에 의한 회전체/베어링의 고장 메커니즘 특성연구(한국연구재단)
  • 덮개식 투광성 세라믹 브라켓의 구조해석 모델러 개발(LINC)
  • LED 방열패키지 디자인 기술개발(중소기업청)
  • LED 전자냉각 설계분석 기술개발((주)가인테크)
  • LED 방열 히트싱크 냉각성능 적외선 진단기술 연구((주)가인테크)
  • LED 조명용 경사깃 구조의 박막형 히트싱크 냉각구조 기술개발(LINC)
  • 50W급 해상용 LED 서치라이트 방열시스템 모델러 최적화 기술개발(중소기업청)
  • 기계설비 열적 안전진단 데이터 표준화 연구(기술표준원)
  • 시설물 회전체 적외선열화상 시험진단 표준화 연구(한국산업기술진흥원)
  • 공업플랜트 모델링 및 열역학 거동예측 알고리즘 개발(유넷웨어(주))
  • Optic-적외선열화상을 이용한 비파괴검사 인증시편에 관한 연구(공주대학교)
  • 자동차용 고효율 LED 모듈 냉각기술 개발((주)에스엘서봉)
  • Lock-in thermography를 이용한 노치시험편의 응력해석 및 피로한게치 평가(공주대학교)
  • 터널 환기설비 시스템 TAB(현대건설)
  • 온실가스 감축실적 M&V 시범적용 지침서 개발(한국에너지기술연구원)
  • 적외선열화상을 이용한 비파괴계측 표준화(한국표준과학연구원)
  • 웹기반 감성 데이터베이스 구축 및 보급에 관한 연구; 주거작업환경에서의 복합공조 쾌적지표 개발(한국표준과학연구원)

국내·외 협업기관

국내기관
  • 한국표준과학연구원(KRISS) : 공동연구 및 연구생 교류
  • 한국기초과학지원연구원(KBSI) : 전문가 교류 및 연구생 교육
  • 한국에너지기술연구원(KIER) : 전문가 교류 및 연구생 교육
  • 포항산업기술원(RIST) : 전문가 교류 및 공동연구 수주
  • 한국비파괴검사학회(KSNT) : 프로젝트 공동 수주
국외기관
  • 캐나다 U. of Laval : 연구생 교류
  • 미국 Market University : 연구생 교류
국내 산학 협동업체
  • ㈜바이오세텍 : 바이오 구조설계, 연구수주 및 인턴 실습
  • ㈜유니테크 : 데이터 프로세싱 기술개발, 연구생 교류
  • 현대위니아(주) : 현대자동차 터빈 엔진개발, 연구 교류
  • ㈜앤스코 : 비파괴검사 적외선기술, 연구생 교류, 인턴 실습

보유장비

  • Infrared Camera : A655D25 (FLIR)
  • Thermographic telescope and zoom lenses
  • ANSYS - Mechanics and Fluent
  • Function generator
  • Oscilloscope
  • Data Acquisition System : Agiliant DAQ, NI-USB DAQ
  • Power Amp
  • Electronic weight scaler : 0.001/0.01/0.1
  • Optic lamp and controller : 1.5 kW 2 ea
  • Multi velocity meter : Temperature, velocity, fluid flow
  • Multi gaug e: temperature, current, voltage
  • Thermocouple welder
  • DC power supply
  • Thermal comfort system : Humidity, velocity, temperature

특허출원

적외선 체열 진단시스템 및 그 제어방법외 10건

발표논문

논문 활동
  • 국제저널
    • “Quantitative Evaluation for Early Defect detection of Contaminated Ball Bearing by Temperature Mapping in Infrared Thermography” 등 25여편 (SCI 15편)
  • 국내저널
    • “전산 열해석 및 적외선 열화상을 이용한 볼베어링의 동적 하중에 따른 진단 계측에 관한 연구” 등 60여편
  • 국제발표논문
    • “Infrared Thermographic NDT for the Fault Diagnosis of Bearing with Foreign Substances inside under Loading Condition” 등 50여편
  • 국내발표논문
    • “동적 하중상태의 볼베어링에서의 고정토크에 따른 열화상기법 고장진단 연구” 등 70여편
저서(출판년도)
  • 열병합발전 공정설계(2015)
  • 체열학(2014)
  • 발전시스템 열성능 특론(2014)
  • 미분적분학(2014)
  • 적외선열화상검사(2012)