레이저 변위계를 이용한 암석 절리면의 3차원 거칠기 측정기 개발
Development of a 3D Roughness Measurement System of Rock Joint Using Laser Type Displacement Meter
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초록
본 연구에서는 암석 절리면 거칠기의 수치화를 위해 레이저 변위계를 이용한 3차원 절리면 측정기를 개발하였고, 수치화된 자료를 바탕으로 거칠기 파라미터를 계산하였다. 계산된 파라미터는 평균 거칠기 각, 평균 기울기, 평방평균 거칠기각, 절리면 높이의 표준편차, 거칠기각의 표준편차, 거칠기 형상지수, 프랙탈 차원 등이며, 절리 단면의 수치화를 통해 계산된 거칠기 파라미터 상호간의 관계를 분석하였다. 측정점의 반사 정도와 색에 의한 영향을 최소화하기 위해 암석 절리면을 흰색으로 칠한 후 측정을 실시하였다. 색을 칠하기 전후의 측정값과 거칠기 파라미터값을 비교한 결과 색을 칠한 경우 더 좋은 측정 결과를 얻을 수 있었다. 측정 간격이 넓어짐에 따라, 거칠기 파라미터는 지수함수적으로 감소하였다. 거칠기 파라미터값은 SDH, iave, irms, SDi, Rp-1의 순으로 감소량이 증가하였다. 동일한 절리면에 대해 핀형 측정기와 레이저 측정기에서 얻어진 거칠기 파라미터값을 비교한 결과 SDH를 제외하고 레이저 측정기를 통해 얻어진 모든 파라미터값이 크게 나옴을 확인할 수 있었다.
Abstract
In this study, a 3D coordinate measurement system equipped with a laser displacement meter for digitizing rock joint surface was established and the digitized data were used to calculate several roughness parameters. The parameters used in this study were micro average inclination angle(iave), average slope of joint asperity(SLave), root mean square of i-angle(irms), standard deviation of height(SDH), standard deviation of i-angle(SDi), roughness profile index(Rp), and fractal dimension(D). The relationships between the roughness parameters based on the digitization of the surface profile were analyzed. Since the measured value varied according to the degree of reflection and the variation of colors at the measuring point, rock joint surface was painted in white to minimize the influence of the surface conditions. The comparison of the measured values and roughness parameters before and after painting revealed the better consequence from measurement on the painted surfaces. Also, effect of measuring interval was studied. As measured interval was increased, roughness parameters were exponentially decreased. The incremental sequence of degree of decrease was SDH, iave, irms, SDi and Rp-1. As a result of comparison of parameters from pin-type measurement system and laser type measurement system, all value of parameters were higher when laser-type measurement system was used, except SDH.