| 研究課題/領域番号 |
22K04124
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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21030:計測工学関連
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| 研究機関 | 和歌山大学 |
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研究代表者 |
村田 頼信 和歌山大学, システム工学部, 教授 (50283958)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 超音波 / アレイ探触子 / 高分子圧電フィルム / フレキシブル / セルフセンシング / PVDF / フレキシブル探触子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，超音波を発信する開口面形状を圧電振動子膜自身で計測可能なセルフセンシング形フレキシブル超音波アレイ探触子を開発する．研究期間内において，このような探触子を実現するために，①フレキシブルな高分子圧電膜に対する電極のパターニング，②バイモルフ構造による曲げ変形量および曲げ方向の検出，③振動子内での曲率変化点の検出について研究を行う．これらの技術により，別途表面形状計測装置を用いることなく，曲面を有する被検体に対しても探触子を接触させて内部のより正確な超音波撮像が可能となる．
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| 研究実績の概要 |
本年度は，昨年度開発した一次元セルフセンシング形フレキシブル超音波アレイ探触子を曲面部材の探傷に適用するために，曲率に対する出力電圧の時間積分値から校正直線を取得した．一定の曲率（曲率半径20～120mm）を有する試験片に対し，フレキシブルアレイ探触子の一端を固定し，もう一端を指で曲げることでフレキシブルアレイ探触子に曲面に沿った変形を与え，その時の応答を調べた．結果として，並行して探触子製作の精度を向上させることで，素子ごとに多少の感度のばらつきはあるものの，最終的には，近似直線により求めた校正直線の決定係数を0.9以上にまで高めることができた．
次に，素子内で曲率の正負が入れ替わる（つまり，変曲点を生じる）ような変形に対しても，探傷面の形状計測が行えるよう，計測精度の向上について検討をおこなった．単純なモデルとして，一次元セルフセンシング形フレキシブル超音波アレイ探触子において，ある一つの素子内に変曲点が一つだけ存在し，それ以外の素子および素子間には変曲点が存在しない場合を仮定した．この場合，変曲点の存在の有無は，その素子の両隣の素子からの出力電圧の極性を比較することで判断でき，変形軸上の変曲点の位置はその点を境界としたの素子の面積比から求めた．曲率半径が 20 mm と －30 mm の異なる曲率を持つ試験片を作製し，素子内の変曲点位置を変えた実験をおこなった結果，誤差10％以内で変曲点の位置を検出するできることを実証した．
さらに，形状計測のリアルタイム性についても検証をおこなった．曲率半径20～120 mmの曲面に対し，探触子を一度曲げ，そして，水平に戻した後，再び探触子を被検体形状に沿わせて，形状計測をおこない，この時に応答波形の立上りから応答速度を求めた．結果として，約200msの応答性があることを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
セルフセンシング形フレキシブル超音波アレイ探触子において，製作工程の見直し及び最適化により，検出感度の向上やSN比の改善など，探触子性能の向上をはかった．また，開発したフレキシブル超音波アレイ探触子を曲面部材の探傷に適用するために，曲率に対する出力電圧の時間積分値から校正直線を取得した．結果として，近似直線により求めた校正直線の決定係数を0.9以上にまで高めることができた．次に，次年度に計画していた，素子内に変曲点が存在した場合の変形計測についても検討をおこない，素子内の変曲点位置を誤差10％以内で検出可能なことを実証した．さらに，形状計測のリアルタイム性についても検証をおこない，約200msの応答性を有することを確認した．以上のことから，次年度の研究計画を前倒しで実施し，研究の成果もあがっていることから，当初の計画以上に進展していると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の研究で得られた知見を元に，フレキシブルアレイ探触子の製作行程の更なる見直しを行い，素子構成の最適化および素子性能の向上をはかる．また，開発したフレキシブルアレイ探触子による曲面形状計測の高精度化についても検討をおこなう．一方で，フレキシブルアレイ探触子のセルフセンシングによる形状計測の応答速度については市販の接触形変位センサと同等性能を有しているものの，変形後に探触子を初期位置の水平に戻した際に電圧の時間積分値がゼロに戻っていないことが確認されている．そのため，今後，これについて対策をはかりたいと考える．
最終的に，このアレイ探触子を用いての試験片内部の探傷精度についても検証をおこない，本提案技術の有用性について実証する予定である．
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