Autonomous nondestructive evaluation using non-contact ultrasonic measurements and machine learning
| Project/Area Number |
21H01573
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 25020:Safety engineering-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
林 高弘 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30324479)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 直樹 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (00802092)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
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| Keywords | 非破壊評価 / 非接触超音波計測 / 波動伝搬解析 / 自律型材料評価 / 自律型検査 |
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| Outline of Research at the Start |
超音波による非破壊評価では，対象物が変わると計測手法や波形解析手法を適切なものに変更する必要があり，欠陥等の検出能力は，検査員の技能や経験に頼るところが大きい．そこで本研究では，非接触超音波計測と機械学習により，検査員を必要としない自律型の超音波計測システムを構築する．
非接触超音波計測では，レーザ照射によって発生させた高周波超音波と対象物の共振周波数の相互作用により発生する低周波音波を受信するヘテロダイン超音波計測を提案する．機械学習においては，超音波非破壊評価のための機械学習の前処理に特化した波形解析ライブラリを開発し，対象物に適した材料評価モデルの構築を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
生産現場における非破壊材料評価技術に関し，自律的に学習しながらよりよい計測を行っていく技術の確立を目指している．そのために，必須の非接触超音波計測とその計測データから評価結果を出力するための機械学習について研究を進めている．
令和４年度における非接触超音波計測に関する研究では，レーザによる超音波発生技術と受信技術の高度化を進めた．レーザによる超音波の発生は，パルスレーザを対象物に照射することによるアブレーションや熱ひずみによるものであるが，１点に巨大なレーザエネルギを照射すると，その点を損傷させる場合がある．それを避けるため，発生させる超音波の波長よりも小さいがレーザ照射のスポット径よりも大きな距離だけ移動させながらレーザ照射するスポットシフト法を開発した．これにより表面に損傷を与えず，かつ良い信号レベルで計測が可能となることを示した．また，レーザによる超音波受信技術として，マイクロチップレーザを用いた自己混合干渉による振動検出を行い，100kHz程度までの低周波であれば，現状システムで精度よく計測できることが分かった．
機械学習による超音波データの処理に関する研究では，受信された超音波データを短時間フーリエ変換によりスペクトログラム画像として取得したのち，オートエンコーダを用いた異常診断技術に適用し，超音波データの異常診断を試みた．現状は，データ数の少なさからあまりよい診断結果を示していない．
これらの結果は，論文や学会発表などで報告している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
想定していた実験や機械学習による処理を進めることができ，多くの知見を得ることができた．その成果は，多くの学会発表および論文発表を行うことができたため，おおむね順調に研究は進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
レーザによる非接触超音波計測では，ガルバノミラーとの組み合わせにより種々の空間的変調が与えられることが分かってきており，空間変調が受信波形に与える影響を調べ，その応用展開を考えていきたい．
機械学習では，超音波の計測データが波動論では類推できないような場合に有効であることが分かってきており，その効果的な適用先で利用していく．
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Report
(2 results)
Research Products
(21 results)
