| 研究課題/領域番号 |
21K04728
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 阿南工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
山田 耕太郎 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 准教授 (70378941)
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| 研究分担者 |
西本 浩司 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (40501169)
岡本 浩行 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (60390506)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | レーザ / 溶接 / モニタリング / 機械学習 / 機械学習・深層学習 / レーザ加工 / インプロセスモニタリング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
レーザ溶接中に発生する熱放射光および反射光のインプロセスモニタリングを行い、モニタリングデータと各種レーザ照射条件および加工点の状態との関係を明らかにするとともに、レーザ溶接条件と溶接結果およびインプロセスモニタリングデータを基に、機械学習および深層学習のモデル構築を行い、オンライン検査可能な非破壊検査法の開発を目的とする。併せて、レーザ加工における膨大なパラメータとその加工結果（ビッグデータ）を活用したレーザ溶接の品質革新を目指す。
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| 研究実績の概要 |
生産工程での品質管理において、加工の状態をリアルタイムにモニタリングし、その場で部品や製品の良否判定および欠陥等を検出できれば、生産効率を向上可能であるため、その場検査に関する技術が求められている。本研究では、組立生産技術として最も重要な溶接に着目し、特にレーザ溶接中に発生する熱放射光等のインプロセスモニタリングを行い、モニタリングデータと各種レーザ照射条件および加工点の状態との関係について検討を行うことを目的とした。また、レーザ溶接条件と溶接結果およびインプロセスモニタリングデータを基に、機械学習のモデル構築を行い、オンライン検査可能な非破壊検査法の開発を目指している。
本年度は、各種実験条件においてレーザ溶接を実施し、各種モニタリングデータの収集と溶接ビード外観の観察を行い、データと溶接ビードとの関連性について検討した。供試材料として、割れが発生しやすいとされるA6063アルミニウム合金を用いた。レーザには、最大出力4 kWのマルチモードファイバーレーザを用いた。レーザ溶接中に熱放射光（1300nm）等をサンプリングレート500マイクロ秒でモニタリングし、得られた熱放射光の時系列データおよびビード外観写真を取得した。
まず、各種レーザ溶接後のビード外観写真から、機械学習を用いた欠陥の検出の可能性について検討を行った。欠陥のないビード外観写真と欠陥のあるビード外観写真を予め分類し、そのうちの80%を教師データとして学習させ、20%を検証データとして用いた。なお、機械学習モデルには、Vision Transformer(ViT)を用いた。検証の結果、約95%の精度で正しく分類することに成功した。次に、熱放射光の時系列データを教師なし学習によって8つのグループに分類したところ、欠陥のないビード、割れのあるビードおよび部分溶け込み溶接に分類可能であることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
レーザ溶接中に熱放射光と反射光をインプロセスでモニタリングが可能となっており、モニタリング信号と溶接欠陥との関連性について検討することができている。また、種々のレーザ照射条件におけるモニタリング信号のデータを蓄積することができており、機械学習のための教師データの収集が順調に進んでいることから、当初の予定通りにおおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、モニタリング信号を教師データとした機械学習のためのプログラムを作成するとともに、各種レーザ照射条件における試験片のビード外観形状と欠陥およびモニタリングデータとの紐づけを行い、欠陥検知モデルの構築に取り組む。
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