Non-destructive and non-contact damage detection in transparent high polymer materials based on laser excitation and high-speed polarization camera

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H04291
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: Hosoya Naoki 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40344957)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前田 真吾 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (40424808)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): Kanda Atsushi 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究員 (40358693)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: レーザー誘起プラズマ / 複屈折 / 衝撃波 / 弾性波 / 透明体材料 / 損傷検知 / 機械的性質 / 非接触

Outline of Final Research Achievements

An Nd:YAG pulsed laser with a nanosecond order is used to generate a shock wave by laser induced plasma, which is subsequently used as a non-contact, non-destructive excitation force for transparent materials. Then, a polarization high-speed camera measures the generated Lamb wave. In this experiment, an impulse input is generated via a laser-induced plasma shock wave and the phase velocity of the generated Lamb wave in the polycarbonate plate is measured by a polarization high-speed camera. We found that this Lamb wave was in the S0 mode. Observing its propagation can detect scratches on the order of several dozen micrometer on the surface of a transparent plate in a non-contact, non-destructive manner.

Free Research Field

機械力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

透明体材料は，タブレット端末やスマートフォンなどの普及に伴い，その需要が近年拡大している．大量に高品質なものを提供するためには，数十マイクロメートルスケールの小さな損傷を迅速に検知し，品質を評価することが重要となる．本手法を用いることで，従来では困難とされてきた，透明体材料の表面につけられた数十マイクロメートルスケールのスクラッチを，数十マイクロ秒の短時間で検知できるようになった．また，本研究を応用することで，従来の機械的な引張試験を実施することなく，非常にやわらかい透明体材料（例えば，ゲル）のヤング率，ポアソン比を非接触非破壊で求めることができるようになった．