2014 Fiscal Year Annual Research Report
赤外線パルス・フェイズ・サーモグラフィ法による大型構造物の高効率検査手法の開発
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26282099
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
石川 真志 東京理科大学, 基礎工学部材料工学科, 助教 (10635254)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八田 博志 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 教授 (90095638)
笠野 英行 早稲田大学, 創造理工学部, 准教授 (20514417)
小笠原 永久 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (60262408)
山田 浩之 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 講師 (80582907)
宇都宮 真 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 研究員 (70450707)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 非破壊検査 / 赤外線サーモグラフィ / 複合材料 / 解析・評価 / 土木構造物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では赤外線サーモグラフィを利用した大型構造物の効率的な非破壊検査技術の開発を目指し、検査精度の高精度化、検査の短時間化、および遠距離に位置する対象への検査の実現のそれぞれについて検討を行っている。
検査の高精度化に向け、本年度は特に本研究での検査対象の一つとして考えている炭素繊維強化複合材料（Carbon fiber reinforced plastic: CFRP）への検査時における繊維の熱伝導率や積層構成による影響について有限要素解析と実験による定量的な評価を行った。さらに、実験より得られた温度画像にメディアンフィルタ等の画像処理を行うことで温度画像中のノイズ低減を試み、これと温度画像のフーリエ変換により得られる位相画像を併用することで従来の温度画像と比較して欠陥検出精度が向上することを確認した。
検査時間の短時間化への試みとしては、位相画像の画像周波数を従来利用が検討されている周波数よりも高い周波数域へシフトさせる方法を考えている。位相画像の周波数は検査時間の逆数に依存するため、高周波領域の利用は実際の検査時間の短縮につながる。今年度は高周波数領域での欠陥部－健全部間位相差がどの程度生じるかについて、解析的な検討を行った。検討の結果、高周波数領域での位相差は低周波数領域と比較して非常にわずかであったことから、これを効率的に検出するために上記のノイズ低減等の高精度化が重要であることが示唆された。
観測点から遠距離に位置する対象への検査の実現の為には遠距離対象物を効果的に加熱することが可能な遠隔加熱システムの実現が求められる。検討の結果、本研究では距離減衰の小さなレーザー加熱装置が有望な候補と考え、本年度はその実現に向け装置の選定や装置メーカーとの打ち合わせを行った。加熱装置は平成27年度に導入し、実験室レベルでの検査の実証を行う予定である。
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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
当初の計画としての初年度の主な実施項目は、ノイズ低減技術の検討・開発、高周波数領域の位相画像利用による検査時間短縮のための基礎検討、および遠距離加熱装置の検討であり、これらのいずれについても次年度以降の開発の基礎となるデータおよび進捗が得られていることから、検討事項の主たる部分についてはおおよそ計画通りに研究が進んでいると考える。一方で、検査対象として本年度は主としてCFRPを検討したが、計画では大型の土木構造物への適用も考慮し、コンクリート対象物への検討も視野に入れていた。これについては本年度はほとんど検討ができていない状態であったため、この点についてはやや遅れていると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は遠隔加熱技術の基礎検討として、昨年度よりメーカーとの協議を行っているレーザー加熱装置を導入し、実験室レベルでの検証実験を実施する。レーザー光の高速走査による対象物の加熱を試み、これにより遠隔からの加熱の実現に向けた検討を行うと同時に、従来のフラッシュランプ等を加熱に用いる方法と比較して対象表面の均一な加熱が可能となることが期待される。本研究ではレーザー加熱により得られた温度画像へのフーリエ変換により得られる位相画像の利用を検討することから、今後はではレーザー光強度、走査速度、およびレーザービーム内のエネルギー分布などの要因が特に位相画像へどのような影響を及ぼすかについて実験的に検証するとともに、解析的な評価も実施する予定である。
また、基礎検討を行った高精度化のためのノイズ低減技術と検査時間の短縮技術を組み合わせ、検査の短時間化の実験的な実証を目指す。短時間化の為に利用する高周波数領域の位相画像における欠陥部－健全部間位相差は、従来利用していた低周波数領域での位相画像と比較して非常に小さいことから、ノイズ低減技術の併用が不可欠である。このため、短時間化の実現の為に求められるノイズレベルを実験的に評価するとともに、要求されるレベル以下までノイズ低減が可能となる処理方法をこれまでに得られた知見を踏まえて確立していく。さらに、これらの高精度化、短時間化の技術をレーザー加熱により得られた試験結果へも適用し、その効果を確認する。
上記に加え、本研究の検査対象の一つとして考慮している土木構造物への適用可能性についても検討するため、コンクリート試験片を作製し、上記と同様にレーザー加熱試験、および高精度化、検査短時間化技術の適用を試みる予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は、当初遠距離検査の為の遠隔加熱装置（レーザー加熱装置）の購入を検討していた金額である。しかしながら、効果的な加熱方法についての詳細な検討、装置メーカとの仕様に関する協議の為の日程的な都合、および装置購入予定金額の関係から、当該年度での購入を見送り、次年度交付金と合わせての次年度の発注が適当と判断した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当該年度よりレーザー加熱装置の購入に向けた協議をメーカーと続けており、大まかな装置仕様についてはすでに決定している。最終的な仕様、金額等の調整を行った後に、次年度前半（9月ごろ）までを目途に正式な発注を予定しており、その際に次年度使用金を使用する予定である。
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