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2020 Fiscal Year Research-status Report

実構造物の高信頼化と欠陥発生機構解明に挑戦する超多点レーザ走査3D超音波映像法

Research Project

Project/Area Number 19K21910
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

小原 良和  東北大学, 工学研究科, 准教授 (90520875)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三原 毅  東北大学, 工学研究科, 教授 (20174112)
辻 俊宏  東北大学, 工学研究科, 助教 (70374965)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords超音波探傷 / 非破壊評価 / フェーズドアレイ / レーザドップラー振動計 / 3次元映像
Outline of Annual Research Achievements

実構造物に発生する「き裂」は複雑な3次元(3D)形状を有することが多いが、それらの3D映像化が実現されれば、正確な3D欠陥形状と破壊力学に基づく新たな効率的強度評価や維持管理が可能となり、さらには実構造物の欠陥発生機構解明にもつながることが期待できるが、現場適用可能な非破壊映像法は、最新の超音波フェーズドアレイでも2次元(2D)映像化に限られていた。ラボレベルでは、2Dマトリクスアレイによる3D映像化の研究も始まったが、作製技術・装置価格の問題による素子数不足(最多256:16×16)がボトルネックだった。本研究では、従来より一桁以上大きい超音波を発生可能な「大振幅超音波送信技術」とフレキシブルな機械走査により超多点計測を実現できる「超多点レーザ走査アレイ受信」の融合により「超多点レーザ走査3D超音波映像法」を創出することを目的とする。2020年度は、下記3項目を遂行した。

[1] 前年度の定式化に基づき、映像化・3D表示プログラムをMatlabに実装した。映像化処理では、シフト加算処理時の強度抽出時間範囲を調整することで、映像の質を保持したまま、計算時間を一桁以上短くできることが分かった。また、表示には、非透明のカラーバーでのスライス断面表示に加えて、しきい値以下を透明化した3D表示を検討した。
[2] 収録時間を短縮するため、各受信点での収録時の加算平均回数と信号対雑音比の関係を調べた。その結果、受信波形の段階でノイズレベルを低減するには100回以上の加算平均が必要だったが、シフト加算処理後の映像では、シフト加算時のノイズ打消し効果により、5回の加算平均でも十分な信号対雑音比が得られことが分かった。
[3] 前年度に引き続き、空冷式油圧疲労試験機を用いて、実証用き裂試験片を作製した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画に記載した映像化・3D表示プログラムの実装、高速収録法の開発、実証用き裂試験片の作製は予定通り進んでいるため。

Strategy for Future Research Activity

前年度までの装置・知見に基づき、超多点レーザ走査3D超音波映像法を実装し、複雑き裂試験片において、その3D映像化性能を実証し、その精度・分解能を検証する。

Causes of Carryover

新型コロナウィルスの影響で出張がキャンセルになったため、次年度使用額が生じたが、延期になっている出張旅費やオンライン国際会議等に充当する予定である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2020

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Toward an Ultra-High Resolution Phased-Array System for 3D Ultrasonic Imaging of Solids2020

    • Author(s)
      Yoshikazu Ohara, Marcel C. Remillieux, Tomomi Onuma, Kosuke Tsunoda, Toshihiro Tsuji, Tsuyoshi Mihara
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 117 Pages: 111902-1-5

    • DOI

      10.1063/5.0021282

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Experimental Analysis of Linear and Nonlinear Ultrasonic Scatterings at Closed Fatigue Crack Using Fixed-Voltage Fundamental Wave Amplitude Difference with Radarlike Display2020

    • Author(s)
      Yoshikazu Ohara, Taisei Umezaki, Ewen Carcreff, Sylvain Haupert, Toshihiro Tsuji, Tsuyoshi Mihara
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Pages: SDDB01-1-8

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abe2e7

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 材料内部の欠陥を3次元で可視化する超音波映像法PLUSの開発2020

    • Author(s)
      小原良和
    • Journal Title

      配管技術

      Volume: 63(3) Pages: 21-24

  • [Journal Article] アレイの特徴を活かした基本波振幅差分の非線形超音波フェーズドアレイ2020

    • Author(s)
      小原良和
    • Journal Title

      超音波TECHNO

      Volume: 32(4)[7-8] Pages: 29-35

  • [Presentation] Experimental Analysis of Linear and Nonlinear Ultrasonic Responses at Fatigue Cracks Using Fundamental Wave Amplitude Difference2020

    • Author(s)
      Yoshikazu Ohara, Taisei Umezaki, Ewen Carcreff, Sylvain Haupert, Toshihiro Tsuji, Tsuyoshi Mihara
    • Organizer
      The 41st Symposium on UltraSonic Electronics (USE2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Large-Displacement Laminated Transducer and Its Application to SPACE2020

    • Author(s)
      Marina Ishibashi, Taisei Umezaki, Toshihiro Tsuji, Yoshikazu Ohara, Tsuyoshi Mihara
    • Organizer
      The 41st Symposium on UltraSonic Electronics (USE2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study on the Characteritics of Aluminum-Alloy Fatigue Cracks and the Behavior of Subharmonic Generation2020

    • Author(s)
      Taisei Umezaki, Marina Ishibashi, Toshihiro Tsuji, Yoshikazu Ohara
    • Organizer
      The 41st Symposium on UltraSonic Electronics (USE2020)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 閉じたき裂の高精度計測のための非線形超音波フェーズドアレイ映像法2020

    • Author(s)
      小原良和
    • Organizer
      日本金属学会2020年秋季(第167回)講演大会
    • Invited
  • [Presentation] 金属材料の疲労き裂性状とサブハーモニック波発生挙動の検討2020

    • Author(s)
      梅崎泰生, 石橋万里奈, 辻俊宏, 小原良和, 三原毅
    • Organizer
      圧電材料・デバイスシンポジウム2021
  • [Presentation] 大振幅 SPACE の開発とき裂映像化への適用2020

    • Author(s)
      石橋万里奈, 梅崎泰生, 辻俊宏, 小原良和, 三原毅
    • Organizer
      圧電材料・デバイスシンポジウム2021
  • [Patent(Industrial Property Rights)] THREE-DIMENSIONAL BROADBAND NONLINEAR PHASED ARRAY IMAGING2020

    • Inventor(s)
      M. C. Remillieux, Y. Ohara
    • Industrial Property Rights Holder
      M. C. Remillieux, Y. Ohara
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      62/924,463
    • Overseas

URL: 

Published: 2021-12-27  

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