선택적 레이저 용융 적층 제조 공정의 용융풀 데이터를 활용한 합성곱 신경망 기반 기공 감지

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 항공우주공학과, 2022.2. 윤군진.본 학위논문은 선택적 소결 방식의 3D 프린팅 적층공정으로 출력된 대상의 내부 기공을 탐지하는 방법에 관한 논문이다. 금속 적층제조공법은 형상이 복잡한 부품을 전통적인 제조방식 (절삭, 주조 등) 보다 비교적 쉽고 빠르게 제작할 수 있는 장점이 있지만, 연속적으로 분말을 용융-소결시켜 제작하기 때문에 그 과정에서 일어나는 다양한 메커니즘에 의해 결함이 발생할 수 있다. 이러한 이유로 부품의 품질을 보장하기 위해 X-ray를 활용한 비파괴적인 검사 방법이 주로 사용되어왔지만, 비용과 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다. 이를 극복하고자 공정 중의 다양한 데이터 (이미지, 음파신호 등)를 인공지능과 결합한 방법들이 시도되었고 끊임없이 연구되고 있다. 본 논문에서는 부가적인 데이터 획득 장치 없이 공정 중 용융풀에서 반사된 광량 신호 데이터를 기반으로 3차원 컨볼루션 신경망 (3D-CNN) 학습을 통해 결함 (lack-of-fusion 및 keyhole 로 인해 발생하는 기공)을 예측하는 방법을 제시한다. 훈련 및 검증을 위한 데이터를 얻기 위해 공정 매개변수인 에너지밀도를 19.84 J/mm^3 에서 110.12 J/mm^3 까지 임의로 설정하여 인공적으로 기공이 형성되는 시편을 제작한다. 제안된 신경망은 공정 중 수집된 3차원화된 광량 신호를 입력으로 받아 작은 크기의 3D moving window로 스캔하여 국부적 검사를 수행하며, micro-CT 결과로 라벨링 된 출력값과 매칭되어 학습된다. 출력값으로 기공의 종류와 국소부피분율을 예측하기 위해 분류 (classification) 와 회귀 (regression) 이 동시에 계산되는 모델이 사용되었다. 훈련된 모델의 성능을 평가하기 위해 기공이 임의로 배치된 테스트용 시편이 제작되었으며, 그 결과 제안된 모델은 lack-of-fusion 및 keyhole 두가지 경우 모두에서 직경이 80 μm 이상인 기공을 최대 78.37%의 진양성률 (true positive ratio) 로 검출할 수 있었다.This thesis is about a method for detecting the internal pores in the additive manufacturing (AM) process, especially selective laser melting (SLM). Metal additive manufacturing has the advantage of producing parts with complex shapes more easily and quickly than traditional manufacturing methods (cutting, casting, etc.). As this gradually expanded, non-destructive inspection methods using X-rays have been mainly used to ensure the quality of parts, but they have the disadvantage of being costly and time-consuming. To overcome such limitations, several methods using various data (images, acoustic signals, etc.) in artificial intelligence have been attempted. In this thesis, defects caused by lack-of-fusion and keyholes pores are predicted through a three-dimensional convolutional neural network (3D-CNN) based on photodiode light intensity data reflected from the melt pool during the process. Specimens with artificial defects are manufactured by arbitrarily setting the energy density from 19.84 J/〖mm〗^3 to 110.12 J/〖mm〗^3, as a process parameter. The proposed network takes the three-dimensional light intensity data collected during the process as an input, scans it with a small 3D moving window performing local inspection, and is trained by matching the output value labeled with the micro-CT results. In order to predict the type of pores and the local volume fraction as output values, a joint model is used which classification and regression are calculated simultaneously. Furthermore, test specimens with random pores are fabricated to evaluate the performance. As a result, the proposed model can detect pores with a diameter over 80 μm with a true positive ratio of up to 78.37% in both lack-of-fusion and keyhole cases.1. Introduction 7 1.1. Motivation 7 2. Backgrounds and related research 9 2.1. Theoretical background 9 2.1.1. Metal additive manufacturing 9 2.1.2. Melt pool monitoring system 11 2.1.3. Computed tomography (CT) analysis 14 2.1.4. Convolutional neural network 16 2.2. Related research 17 2.2.1. Acoustic signal based defect detection 17 2.2.2. Image-based defect detection 18 3. Experimental Setup 21 3.1. Material and Equipment 21 3.1.1. Material 21 3.1.2. Equipment 22 3.2. Design of specimen with pores 23 3.3. Porosity analysis with X-ray microscopes 27 3.4. Melt pool monitoring data preparation 30 3.4.1. Preprocessing of MPM data 31 3.4.2. Training and validation dataset labeling 35 4. Pore Detection Method 38 4.1. 3D-CNN model for pore detection 38 4.2. The decision of hyperparameters for 3D-CNN 42 5. Results and discussion 44 5.1. The pore distribution of specimen 44 5.2. Pore prediction results 50 5.2.1. Test Specimen configuration 50 5.2.2. Evaluation with test dataset of test specimens 53 6. Conclusion 60석

A Pattern of Commercial Gentrification on the Periphery of the Cultural Quarter near Hongik University

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 건설환경공학부 도시설계 전공, 2016. 2. 권영상.최근들어 이국적이고 다양한 문화에 대한 소비욕구의 증가와 여가 및 사회적 활동을 목적으로 하는 상업지역 방문의 증가로 인하여 문화소비공간이라 불리우는 새로운 유형의 상업공간이 주목 받고 있다. 지속적인 방문객의 증가와 활성화로 삼청동, 이태원, 홍대와 같은 문화소비공간들은 서울의 대표적인 상업공간으로 자리매김하였다. 하지만 활성화에 따른 상승된 임대료와 보다 큰 자본을 갖는 상점들의 침투로 기존의 문화소비공간의 독특한 장소성을 형성하였던 소규모의 개성적 상점들은 없어지거나 보다 저렴한 임대공간을 찾아 다른지역으로 이동하였다. 이러한 과정 속에서 홍대 문화소비공간의 경우 상권의 영역이 지속적으로 확장되고 있다. 기존 중심상권 주변부, 즉 홍대 문화소비공간 경계부에 위치한 주거지역으로 상업용도가 확산되고 있으며, 독특한 개성을 갖는 상점들이 입지하면서 새로운 문화소비공간을 형성하고 있다. 이 연구에서는 이러한 일련의 과정을 홍대 문화소비공간의 확장과정으로 보고, 전체 홍대문화소비공간의 평면적 확장과정의 양상과 확장과정 속에서 나타나는 경계부 주거지역에 위치한 개별건축물들의 변화 특성을 분석하였다. 이를 통해 발달하는 문화소비공간의 경계부에 위치한 주거지역에서 나타나는 용도 및 물리적인 변화의 메커니즘을 이해하고, 향후 이러한 지역의 관리를 위한 제도적 장치 마련에 도움이 될 수 있는 기초 자료를 만드는 것을 목적으로 연구를 진행하였다. 연구는 크게 상업용도의 확장과정의 양상을 분석하는 부분과 문화소비공간을 구성하는 세부용도시설들의 용도변화 및 건축물 외관변화의 특성을 분석하는 부분으로 구성되어 있다. 4장에서는 홍대 문화소비공간의 확장의 양상을 광역적 차원과 미시적차원에서의 상업용도의 확장과정을 분석하였고, 5장에서는 문화소비공간을 구성하는 시설의 용도를 보다 세부적으로 나눠서 문화소비공간 경계부에서 나타나는 용도 및 건축물의 외관 변화의 특성을 분석하였다. 또한 확장 및 변화과정의 해석을 위하여 3장에서 지역의 가로공간구조 및 필지 특성을 분석하였고, 이를 바탕으로 홍대문화소비공간의 확장과 경계부의 변화를 해석하여 그 특성을 도출하고자 하였다. 광역적 차원에서 홍대 문화소비공간의 상업용도 확장과정을 살펴본 결과, 기존 문화소비공간의 경계부의 모든 지역에서 동일하게 상업용도로의 변화와 확장이 일어나지는 않으며, 선택적으로 상업용도로 변화하는 건축물의 분포가 집중됨을 알 수 있었다. 상업용도로의 변화가 집중적으로 나타나는 지역은 통합도와 같이 가로공간구조상에서 유리한 위치에 있는 가로와 맞닿아 있는 지역이었으며, 특히 보행흐름의 중심이 되는 가로에 인접한 경우에 먼저 상업화가 됨을 알 수 있었다. 또한 상업용도의 확장과정에서 차량 중심의 간선가로는 확장에 장애적인 요소로 작동하는 것을 알 수 있었으며, 보행흐름의 중심이 되는 도로가 상업용도의 확장과정에서 중심적인 역할을 하는 것으로 분석되었다. 문화소비공간 경계부에 위치한 가구를 대상으로 진행한 미시적 차원에서의 상업용도변화과정의 분석에서도 보행흐름의 중심이 되는 가로와 인접한 가로로부터 가구의 내부로 상업용도의 확장이 진행되는 것을 알 수 있었다. 가구 내부로의 상업용도 확장과정에서는 국부통합도나 평균심도와 같은 값보다는 보행흐름의 중심이 되는 특정 가로로부터의 심도, 지하철역과 같은 보행활동 유발시설로부터의 접근성이 중요한 역할을 하였다. 가로공간구조 외에도 건축물의 필지면적, 연면적, 건축면적, 용적률과 같은 규모와 관련된 특성과 노후도, 건축물의 유형이 상업화에 영향을 주는 것으로 분석되었으며, 특히 조적조의 소규모 단독, 다가구 주택으로 상업용도시설이 많이 입지하는 것을 볼 수 있었고, 필로티 주차장을 포함하는 다세대 주택은 상업화가 잘 되지 않는 것을 알 수 있었다. 이론적 고찰을 통해 보면 문화소비공간 형성의 배경이 되는 시설은 예술문화와 관련한 시설이었으며, 문화소비공간의 실제 장소성을 형성하는 주요 시설은 독특한 카페/레스토랑/펍과 소규모의 독립 판매시설이었다. 젠트리피케이션의 과정에서 문화소비공간의 개성을 없애는 시설은 일반적인 상업시설과 프랜차이즈 상업시설로 이들 시설들의 분포특성과 상업화 과정에서 용도의 변화과정을 분석하였다. 대상지의 주요 예술문화와 관련된 시설은 음악 및 공연관련시설들이었으며, 같은 계열의 예술활동과 관계된 문화예술시설과 문화관련상업시설은 비슷한 입지특성을 보이며, 서로 근접하여 입지하여 있는 것을 볼 수 있었다. 문화소비공간의 확장을 주도하는 시설은 독특한 카페/레스토랑/펍과 같은 시설로 기존의 주거용도시설이나 업무용도시설을 대체하여 입지하며, 다른 유형의 상업시설보다 먼저 내부가로에 입지하는 특성을 가지고 있다. 대상지의 문화소비공간의 확장과정에서의 용도변화는 2012년을 기점으로 그 특성이 변화한다, 2012년까지는 주로 비상업용도시설이 문화소비공간 관련시설인 독특한 카페/레스토랑/펍과 소규모 독립 판매시설로 바뀌고, 2012년 이후에는 독특한 카페/레스토랑/펍 등의 시설이 프랜차이즈 상업시설로 바뀌면서 사례 대상 가로내의 프랜차이즈 상업시설이 매우 증가하였다. 상업화가 진행되면서 점포공간을 확장하는 경우가 있는데, 일반적으로 비상업용도인 다른 층의 점포공간을 상업용 점포로 변화하는 수직적 확장의 방식이 가장 많이 이용된다. 이 외에 측면공지, 전면공지, 필로티공간, 측벽부, 차고 등의 자투리공간을 점포화하는 방식이 있는데, 소규모의 점포공간이 마련되기 때문에 일반적인 상업시설이나 프랜차이즈 상업시설은 이러한 점포공간에 입지하지 못하며, 소규모 독립판매시설이나 독특한 카페/레스토랑/펍과 같은 문화소비공간관련시설이 주로 입지하는 경향이 있다는 경향이 있음을 찾을 수 있었다. 물리적인 외관 변화의 분석을 통해서 상업화 과정에서 나타나는 건축물 유형별 외관변화를 유형화의 결과, 비상업용도 건축물이 다독주택, 다가구주택, 다세대주택, 오피스 건축물이 서로 다른 형태로 상업화되는 특성이 있는 것을 알 수 있었다. 이 과정에서 단독주택의 경우, 벽의 제거 및 기존에 마당으로 이용되었던 전면공지로 점포를 확장하여 나가는 경향이 있었으며, 다가구주택의 경우는 주거공간으로써는 비선호되는 반지하층을 점포로 변화시키는 특징이 있었다. 이상과 같은 연구결과를 바탕으로 기존 문화소비공간 주변부에 위치한 단독 및 다세대 주택이 밀집하고 있는 주거지역들에 대해서 기존 상권과의 접근성, 가로공간구조 특성, 노후도, 건축물의 규모 등의 특성을 바탕으로 상업화를 대비한 지구의 지정 및 관리와 지역의 역할과 성격에 대한 재고의 필요성을 제시하고 있다. 또한 상업용도의 주거지역으로의 침투에 의해서 나타나는 갈등의 감소를 위한 가로단위의 보다 상세한 건축물 유형 및 밀도의 관리가 필요함을 제시하였다.제 1 장 서 론 13 1.1. 연구의 배경 및 목적 13 1.1.1. 연구의 배경 13 1.1.2. 연구의 목적 16 1.2. 연구의 내용 및 방법 17 1.2.1. 연구의 내용 및 범위 17 1.2.2. 연구의 방법 21 제 2 장 이론적 고찰 25 2.1. 문화소비공간의 특성 25 2.1.1. 도시 상업공간의 역할과 도시설계적 고찰 25 2.1.2. 소비자행태 변화와 상업공간의 변화양상 27 2.1.3. 젠트리피케이션과 문화소비공간의 형성 30 2.1.4. 문화소비공간의 특성 32 2.2. 문화소비공간의 확장과 변화 35 2.2.1. 문화소비공간에 관한 연구 35 2.2.2. 주거지역에서 비주거 용도의 확장에 관한 연구 37 2.3. 선행연구 정리 및 분석의 틀 설정 37 제 3 장 홍대 문화소비공간의 형성과 특성 40 3.1. 홍대 문화소비공간의 형성과정 40 3.2. 홍대문화소비공간의 도시공간구조 특성 43 3.2.1. 홍대 문화소비공간의 도시공간구조 43 3.2.2. 문화소비공간 경계부 대상지의 도시공간구조 60 3.3. 소결 58 제 4 장 홍대 문화소비공간의 확장 양상 72 4.1. 광역적 차원에서 홍대 문화소비공간의 확장 72 4.1.1. 홍대 문화소비공간의 확장 과정 72 4.1.2. 광역적 차원에서 상업용도 확장 특성 78 4.2. 경계부 주거지역에서 상업용도의 확장 양상 80 4.2.1. 경계부 주거지역으로의 상업용도의 확장 과정 80 4.2.2. 주거지역으로의 상업용도 확장 특성 87 4.2.3. 소결 : 문화소비공간 경계부 상업용도의 평면적 확산의 양상 103 4.3. 소결 105 제 5 장 홍대 문화소비공간 경계부의 변화 특성 107 5.1. 경계부 건축물의 용도 변화 107 5.1.1. 건축물 용도별 분포 특성 107 5.1.2. 건축물의 용도변화 특성 125 5.2. 건축물의 물리적인 변화 141 5.2.1. 건축물의 유형과 분포 특성 141 5.2.2. 건축물 외관변화의 특성 145 5.3. 건축물 용도변화와 외관변화의 관계 152 5.3.1. 건축물의 유형과 용도별 입지 특성 152 5.3.2. 상업화에 따른 주거용도의 변화와 외관변화 특성 156 5.4. 소결 159 제 6 장 결론 163 6.1. 연구결과 및 요약 163 6.2. 연구의 시사점 166 6.3. 연구의 한계점 167 참고문헌 170 Abstract 179Docto

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Docto

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