パルスレーザーを用いた非接触加振に基づく高周波振動計測／高感度異常検知技術の開発

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22246027
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 梶原 逸朗 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60224416)
• 研究分担者: 成田 吉弘 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00137407) ; 小林 幸徳 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10186778) ; 江丸 貴紀 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30440952) ; 原田 宏幸 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90301936) ; 星野 洋平 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90374579) ; 本田 真也 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90548190)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: レーザーアブレーション / 非接触レーザー加振 / インパルス応答 / 打撃試験 / 周波数応答関数 / パルスレーザー / 振動試験

研究概要

レーザー加振技術，実稼動時振動計測技術およびヘルスモニタリング技術に関し，システムの統合，高度化，および実験による詳細な特性評価を行った．まず，ヘルスモニタリング技術を用いたボルト緩み検知技術に関し， FEMによる解析結果と比較・考察することにより，ボルト緩みによる動特性変動の現象を解明するとともに，故障検知精度および信頼性に関する高度化を図った．次に，レーザーを用いた非接触加振技術と併せて，レーザー計測技術の一つであるレーザードップラー振動計（LDV）を用いて構造物の振動を非接触で計測することで，構造物に対する加振力の作用と応答計測をともに非接触とする振動試験を実現させた．そして，この非接触レーザー加振・振動試験法を用いて，従来の方法では計測が困難であった回転円板の実稼動時振動特性を高精度で計測する技術を開発した．
レーザーアブレーションを利用した非接触加振技術およびLDVを用いた非接触計測技術に基づく，微小スマート構造物の振動特性を計測／評価する技術を開発した．前述の技術と同様，振動計測のための加振入力の作用および出力計測をともに非接触化し，さらに再現性の高い入力を作用させることにより，超小型デバイスに対する振動特性計測の効率および信頼性を向上させた．本研究では，マイクロカンチレバーを振動制御の対象とし，スマート構造化した微小な片持ち梁の制振特性を評価した．スマート構造化に際し，PZTを用いてマイクロカンチレバーにアクチュエータを内蔵させ，モデル化および制御系設計を行い，コントローラを実装した．同時に，パッシブ制振とアクティブ制振の併用による振動制御系の構築を行った．振動制御実験を行い，小型スマート構造の制振特性を評価し，提案する非接触レーザー加振／計測技術に基づく制振性能評価技術の有効性を検証した．

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Acoustic testing in a very small space based on a point sound source generated by laser-induced breakdown (2013)
  • 著者名/発表者名: Hosoya, N.
  • 雑誌名: Journal of Sound and Vibration 巻: 332 ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] レーザーアブレーションによるインパルス加振力を用いた水中構造物の非接触振動試験法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 細矢直基
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集（Ｃ編） 巻: 78 ページ: 2426-2437
  • DOI: doi:10.1299/kikaic.78.2426
  • 査読あり
• [雑誌論文] DVFBに基づくセンサレスモデルフリー振動制御(シミュレーションによる検討) (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢作修一
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集（Ｃ編） 巻: 78 ページ: 3104-3117
  • DOI: doi:10.1299/kikaic.78.3104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excitation System for Magnetic Resonance Elastography Using Micro MRI (2012)
  • 著者名/発表者名: Tadano, S.
  • 雑誌名: Journal of Biomechanical Science and Engineering 巻: 7 ページ: 463-474
  • DOI: doi:10.1299/jbse.7.463
  • 査読あり
• [学会発表] Bolted joint loosening detection by using laser excitation (2013)
  • 著者名/発表者名: Kajiwara, I.
  • 学会等名: SPIE Smart Structures/NDE 2013
  • 発表場所: Town & Country Resort and Convention Center (USA)
  • 年月日: 20130310-20130314
• [学会発表] レーザーブレイクダウンによる非接触加振法を用いた膜構造の振動モード実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶原逸朗
  • 学会等名: 第11回評価・診断に関するシンポジウム
  • 発表場所: 川崎市産業振興会館(神奈川県)
  • 年月日: 20121210-20121211
• [学会発表] マイクロスマート構造のパッシブ／アクティブ併用振動制御(非接触レーザー加振システムによる制振特性評価) (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶原逸朗
  • 学会等名: 第55回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 京都大学(京都府)
  • 年月日: 20121117-20121118
• [学会発表] Multidisciplinary Design Optimization for Smart Micro-Composite and Experimental Validation by Using Laser Excitation Technique (2012)
  • 著者名/発表者名: Honda, S.
  • 学会等名: The 11th International Conference on Motion and Vibration Control
  • 発表場所: Hilton Ft. Lauderdale Marina (USA)
  • 年月日: 20121017-20121019
• [学会発表] Vibration Control Evaluation of Smart Microstructures with Non-Contact Laser Excitation (2012)
  • 著者名/発表者名: Kajiwara, I.
  • 学会等名: The 11th International Conference on Motion and Vibration Control
  • 発表場所: Hilton Ft. Lauderdale Marina (USA)
  • 年月日: 20121017-20121019
• [学会発表] マイクロスマート複合材の統合最適化とレーザー加振技術による振動制御性能評 (2012)
  • 著者名/発表者名: 本田真也
  • 学会等名: 日本機械学会 Dynamics and Design Conference 2012
  • 発表場所: 慶応義塾大学(神奈川県)
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] Acoustic testing in a micro-space based on a point source generated by laser-induced breakdown (2012)
  • 著者名/発表者名: Hosoya, N.
  • 学会等名: ISMA2012 International Conference on Noise and Vibration Engineering
  • 発表場所: KU Leuven (Belgium)
  • 年月日: 20120917-20120919
• [学会発表] 非接触レーザー加振技術によるボルト緩み検知に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶原逸朗
  • 学会等名: 日本機械学会 2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県)
  • 年月日: 20120909-20120912
• [学会発表] 非接触レーザー加振技術を用いたモーメント加振法による周波数応答関数の推定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 細矢直基
  • 学会等名: 日本機械学会 2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県)
  • 年月日: 20120909-20120912
• [学会発表] レーザーアブレーションにより生成されるパルス音源を用いた音響加振法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 細矢直基
  • 学会等名: 日本機械学会 2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県)
  • 年月日: 20120909-20120912
• [産業財産権] Method for Measurement of Vibration Property of Structure, and Vibration Property Measurement Device (2012)
  • 発明者名: 梶原逸朗，細矢直基
  • 権利者名: 梶原逸朗，細矢直基
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 第13/704,439号
  • 出願年月日: 2012-12-14
  • 外国
• [産業財産権] Method for Measurement of Vibration Property of Structure, and Vibration Property Measurement Device (2012)
  • 発明者名: 梶原逸朗，細矢直基
  • 権利者名: 梶原逸朗，細矢直基
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 第11795411.5号
  • 出願年月日: 2012-12-17
  • 外国
• [産業財産権] 構造物の振動特性の測定方法および振動特性測定装置 (2012)
  • 発明者名: 梶原逸朗，細矢直基
  • 権利者名: 梶原逸朗，細矢直基
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2012-520295
  • 出願年月日: 2012-11-12