2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of autonomous AE sensor network and application to difficult-to-measure environments
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17K14820
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
伊藤 海太 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 統合型材料開発・情報基盤部門, 主任研究員 (30554381)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アコースティック・エミッション法 / インプロセスモニタリング / 無線計測 / 非破壊評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アコースティック・エミッション(AE)法は、材料内部の微視損傷の発生や進展をリアルタイムに検出できるユニークな非破壊評価手法であるが、これを材料の製造加工プロセスのような高ノイズ環境でも利用するためには、波形を連続計測し、ノイズを十分に除去できるる特殊な装置が必要であった。
本研究では、これを行える小型軽量でバッテリ駆動の計測装置を開発し、特に全波形を無線送信してリモートで解析することにより、大型構造物・密閉環境・回転体のように従来はAEプロセスモニタリングが困難とされてきた環境にも応用の拡大を可能にした。AE法では損傷の位置標定のために正確な時刻同期が必要だが、無線装置ではこれが困難であったため、本研究ではセンサノード間に同期用ケーブルを渡す方法と、AEセンサとして使用する圧電素子を逆に発振させ、その振動を別のノードで検出することを相互に行う無線同期の方法を開発した。
また、本研究は装置開発に留まらず、AEプロセスモニタリングの社会実装を目指した応用研究も行った。まず大型構造物を念頭にした例として、鉄道車両構体の摩擦攪拌接合プロセスのモニタリングを行った。開発したAE計測装置を接合装置に組み込んで、大がかりな計測準備無しに、微小な接合欠陥を検出することに成功した。さらに、密閉環境でのプロセスの例として、レーザ照射による金属材料の積層造形（いわゆる3Dプリンタ) で、アルゴンガス置換が必要なチャンバー内に開発したAE計測装置を置くだけで、チャンバの内外にケーブルを通さず、リアルタイムに造形欠陥を検出することにも成功した。
本研究により、他の手法では得られないリアルタイムの微小欠陥検出が行えるAEプロセスモニタリングが材料の開発や製造の現場で利用しやすくなったことは、材料研究の加速に有用であると期待される。
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