欠陥分類機能を有する3次元高速・高精度イメージングシステムの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03J03236
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 中畑 和之 東京工業大学, 大学院・情報理工学研究科, 特別研究員(PD)
• Keywords: 超音波 / 逆散乱解析 / 欠陥再構成 / 伝播・散乱シミュレーション

Research Abstract

超音波を用いて構造部材内に存在する局所的欠陥群の3次元形状・大きさ・分布形態を,高精度かつ高速にイメージングする3次元逆散乱解析法を構築するために,本年度は以下の事柄について検討を行った.
1.3次元逆散乱解析法の開発
既に開発済みである2次元逆散乱解析法の原理を拡張して,3次元欠陥像の再構成のための線形化逆散乱解析アルゴリズムを定式化し,次の二つのイメージング手法を整備した.一つは欠陥内部を再構成する3次元ボルン逆解析であり,もう一つは欠陥境界を再構成するキルヒホフ逆解析である.本年度は境界要素法を用いた動弾性解析により欠陥像の再構成シミュレーションを行い,両逆解析の欠陥再生能を検証した.得られたイメージング像は3-Dグラフィック化され,欠陥諸量を空間的に把握することが可能である.
2.高速逆散乱解析法
欠陥による散乱波データを解析してリアルタイムに再構成像を提示するために,逆散乱解析法の高速化を試みた.欠陥からの散乱振幅データを像空間に変換する過程に,画像処理の原理を応用した3次元高速フーリエ変換(3D-FFT)を活用することで,欠陥像の高速イメージングが可能となった.
3.超音波計測系のモデル化
次年度の超音波計測実験における準備として,計測装置による超音波送・受信システムの設計に関する基礎的検討を行った.実際の超音波計測では,欠陥に対して超音波が適切に送信されるように探触子の大きさや設置位置等を調整する必要がある.ここでは超音波伝播経路を明らかにするために,線形システム論に基づいて超音波送受信系をモデル化し,超音波伝播・散乱シミュレーションを行った.線形化逆散乱解析では,欠陥に対して十分広いビーム幅が必要であることが検証されており,この条件を満足するためには欠陥と探触子の距離を大きく設定することが重要であることを示した.

Research Products

• [Publications] 中畑和之, 北原道弘: "低周波を利用した構造部材内の欠陥再構成手法の提案-逆散乱法と開口合成法の適用-"土木学会 応用力学論文集. Vol.6. 1073-1080 (2003)
• [Publications] 山田真幸, 村上賢治, 中畑和之, 北原道弘: "円柱側面からの計測波形による三次元欠陥像の再構成"土木学会 応用力学論文集. Vol.6. 69-76 (2003)
• [Publications] 中畑和之, 北原道弘: "多点受信波形を用いた逆散乱解析の高精度化"土木学会論文集. No.7475/I-65. 143-153 (2003)
• [Publications] Nakahata, K., Murakami K., Yamada, M., Kitahara, M.: "Cross-sectional imaging of three-dimensional flaw from waveforms in a restricted measurement surface"Inverse Problems in Engineering Mechanics. IV. 159-166 (2003)
• [Publications] 中畑和之, 廣瀬壮一: "斜角探触子の入射波動場を考慮した超音波伝播シミュレーション"第11回 超音波による非破壊評価シンポジウム講演論文集. 43-48 (2004)
• [Publications] Nakahata, K., Hirose, S., Kitahara, M: "Fast imaging of 3-D flaw using linearized inverse scattering methods"Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation. Vol.23(In press). (2004)