ラム波損傷画像化システム
【課題】薄板中を伝播するラム波を用いて航空機、宇宙構造物、高速車両、船舶などの大型構造物の損傷を効率良く検出し画像化する非破壊試験方法を提供する。
【解決手段】ラム波損傷画像化システム１０は、レーザ光を照射して検査対象にラム波を励起させるためのレーザ駆動装置１、検査対象となる物体２、ラム波を検知するための受信センサ３、検出信号をフィルタリングなどの波形処理を行うディスクリミネータ４、信号をディジタルデータに変換して表示するオシロスコープ５、得られたデータを集計しそのデータから画像化処理を行うＰＣ６等で構成される。ラム波は損傷にぶつかると波の散乱を形成し波のエネルギーを一部反射されるため透過波の振幅は減衰する。その振幅減衰の性質を用いて損傷を通過したラム波と損傷を通過していないラム波の振幅データの違いから、検査対象の損傷領域・形状を推定し画像化する。
【解決手段】ラム波損傷画像化システム１０は、レーザ光を照射して検査対象にラム波を励起させるためのレーザ駆動装置１、検査対象となる物体２、ラム波を検知するための受信センサ３、検出信号をフィルタリングなどの波形処理を行うディスクリミネータ４、信号をディジタルデータに変換して表示するオシロスコープ５、得られたデータを集計しそのデータから画像化処理を行うＰＣ６等で構成される。ラム波は損傷にぶつかると波の散乱を形成し波のエネルギーを一部反射されるため透過波の振幅は減衰する。その振幅減衰の性質を用いて損傷を通過したラム波と損傷を通過していないラム波の振幅データの違いから、検査対象の損傷領域・形状を推定し画像化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラム波損傷画像化システムに関し、特に薄板材料で造られている航空機、宇宙構造物、高速車両、船舶などの大型構造物に対して、ラム波の振幅減衰の性質を利用して、効率良く高精度に損傷を画像化するためのラム波損傷画像化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波エコーを利用して、検査対象の断面映像を捉えることにより非破壊で検査対象のき裂、円孔、内部はく離などの損傷の画像化を行えるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このレーザ超音波法を用いた画像化装置は、以下のようにして使用される。
【０００４】
超音波伝播の映像化装置等として、発振レーザによって被検体の表面を走査してパルスレーザ光を走査路に沿って複数の計測点に照射し、これら複数の計測点で熱励起超音波を発生させ、この超音波を被検体に装着し固定した受信用圧電センサで照射するレーザ光のパルスと同期して検出し、この検出した信号をディジタルオシロスコープ等のＡ/Ｄ変換器により波形列データとしてＰＣに収録し、ＰＣによって収録した波形列データを各時刻における振幅値を輝度変調して画像化することが開示されている。（例えば、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００６−３００６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術によれば、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査し、物体に配置された探触子によって超音波振動を検出し、検出された信号を処理することで、物体における２次元的な超音波振動分布を画像化することができる。
【０００７】
しかしながら、超音波振動の受信に際しては、非接触式走査あるいは接触式走査において、受信点が走査点から離れるに従い、超音波減衰による画像の乱れが生じ、また、反射波の影響によってアーチファクトと呼ばれる虚像が生じることがある。このような画像の乱れの原因の一つである反射波は、物体における損傷の形状、寸法、超音波の周波数などによって発生状況が異なる。また、画像乱れのほかの原因である超音波減衰は超音波振動の伝播距離に大きく影響を受けるため、広範囲の検査には適していない。
【０００８】
また、超音波探傷法は検査領域を格子要素に分割し、全ての格子要素に対して超音波を励起させるため、検査時間と検査データが膨大になる。
【０００９】
本発明の目的は、広範囲の検査を一度にできることを可能にし、また、検査データを従来技術のものより少なくすることで、検査時間を短縮させることを可能とするラム波損傷画像化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るラム波損傷画像化システムは、伝播による振幅減衰が少なく長距離伝播が可能なラム波を用いることで広範囲の損傷を一度に検出することを可能する。
【００１１】
本発明に係るラム波損傷画像化システムは、検査対象に対してパルスレーザを放射するパルスレーザ装置と、前記レーザ装置によりラム波が伝播する検査板と、前記板を伝播するラム波の振幅を測定する受信センサと、検出信号の波形処理を行うディスクリミネータと、信号をＡ/Ｄ変換して表示するオシロスコープと、得られたラム波の振幅値から、損傷の領域と形状を計算するアルゴリズムと、２次元面に損傷を画像化する画像表示部と、を備えることを特徴とするラム波損傷画像化システム。
【００１２】
また、本発明に係るラム波損傷画像化システムにおいて、検査領域を正方形に取り、各辺Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のように名前をつけ、等間隔で格子要素に分割し、レーザを照射する点は検査領域の辺Ａ１、Ａ２上の格子点の中点のみとし、センサを貼付する点は検査領域の辺Ｂ１、Ｂ２上の格子点の中点のみとする。
【００１３】
前記検査領域において取得する振幅データは、辺Ａ１−Ｂ１間のＸ軸に平行に入射した振幅データ、辺Ａ２−Ｂ２間のＹ軸に平行に入射した振幅データ、辺Ａ１の下端レーザ照射点から辺Ｂ１上の下端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ａ２の左端レーザ照射点から辺Ｂ２上の左端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ａ１の上端レーザ照射点から辺Ｂ１上の上端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ｂ２上の左端を除くすべてのレーザ照射点から辺Ａ２の左端センサ貼付点への斜め方向の振幅データのみである。
【００１４】
検査領域をＮ×Ｎ個の格子要素に分割した場合、従来技術での必要データ数はＮ２個である。それと比べて本発明に係るラム波損傷画像化システムでの必要データ数は６Ｎ−４個となる。従って、例えば、検査領域を６０×６０個の格子要素に分割すれば、従来の必要データ数は３６００個、本発明での必要データ数は３５６個となり、従来のほぼ１０%程度まで必要データ数が減るため、大幅な検査時間の短縮も可能となる。
【００１５】
また、本発明に係るラム波損傷画像化システムにおいて、画像化アルゴリズムは、Ｘ軸、Ｙ軸に対して平行に入射したラム波の振幅データから予め定めた閾値を基準にしておおよその損傷領域を特定し、斜めに入射したラム波の振幅データから損傷形状を同定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係るラム波損傷画像化システムにおいて、ラム波は材料内部を伝播する弾性波のため、検査対象を液体に入れる必要はない。
【００１７】
また、本発明に係るラム波損傷画像化システムにおいて、レーザ照射点を走査する際に、検査対象表面に超音波振動としてラム波を伝播させるようにして超音波振動を与える点を移動走査する走査手段を有していることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るラム波損傷画像化システムにおいて、受信センサを走査する際に、常に一定の圧力で検査対象表面に受信センサを貼付できる移動走査手段を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成により、本発明に係るラム波損傷画像化システムは、第１ステップとしておおよその損傷領域を特定し、第２ステップとして損傷形状を同定するという２つのステップを踏むことで、従来のシステムよりも必要とするデータを減らすことができ、検査時間の短縮が可能となる。
【００２０】
すなわち、非破壊で検査対象の欠陥検査を短時間で行えるといったラム波損傷画像化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る実施の形態のラム波損傷画像化システムの構成を説明する図である。
【図２】同実施形態における検査領域の詳細である。
【図３】同実施形態におけるＰＣの制御部を示すブロック線図である。
【図４】同実施形態における損傷同定アルゴリズム部を示すフローチャートである。
【図５】同実施形態における物体２の寸法と検査領域の説明図である。
【図６】同実施形態における物体２、７０の損傷領域特定方法および損傷形状同定方法の説明図である。
【図７】同実施形態における物体２、７０の健全部の減衰率を求めるためのモデル図である。
【図８】同実施形態における物体２、７０の健全部の減衰率のプロット図である。
【図９】同実施形態における物体２の損傷画像である。
【図１０】同実施形態における物体７０の寸法と検査領域の説明図である。
【図１１】同実施形態における物体７０の損傷画像である。
【図１２】同実施形態における物体８０の表面の寸法と検査領域の説明図である。
【図１３】同実施形態における物体８０の裏面の寸法と検査領域の説明図である。
【図１４】同実施形態における物体８０の健全部の各角度における減衰率を求めるためのモデル図である。
【図１５】同実施形態における物体８０の健全部の各角度における減衰率のプロット図である。
【図１６】同実施形態における物体８０の損傷領域特定方法および損傷形状同定方法の説明図である。
【図１７】同実施形態における物体８０の表面の損傷画像と、従来の超音波探傷での損傷画像である。
【図１８】同実施形態における物体８０の裏面の損傷画像と、従来の超音波探傷での損傷画像である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
以下では、走査手段として、検査対象である物体の表面に集光してレーザを照射し、物体にラム波を励起するものを説明するが、これ以外のラム波励起装置を用いてもよい。例えば、圧電素子を用いたラム波励起装置を検査対象に接触させる構成としてもよい。
【００２４】
以下では、受信手段として、ＡＥを用いた接触式の超音波探触子を説明するが、これ以外の超音波振動検出装置を用いてもよい。例えば、接触式の圧電素子を用いた超音波振動検出装置、非接触式の電磁超音波センサ等を用いるものとしてよい。
【００２５】
以下で説明する検査範囲、損傷の寸法は説明のための一例であって、薄板材料であれば検査の仕様に応じて適宜変更することが可能である。
【００２６】
図１はラム波損傷画像化システム１０の構成を説明する図である。図１には、ラム波損傷画像化システム１０の構成要素ではないが、検査対象として物体２の一部分が図示されている。検査対象の物体２としてはラム波を伝播するものであればよいが、以下では、平板状アルミニウム合金に模擬損傷として円孔を設けた物体２と物体７０、平板状ＣＦＲＰ板に模擬損傷として円形内部はく離を設けた物体７０を用いて説明する。具体的に検査対象とした物体２、７０、８０の内容についてはその都度後述する。
【００２７】
このラム波損傷画像化システム１０は、レーザ光を照射して検査対象にラム波を励起させるためのレーザ装置１、検査対象となる物体２、ラム波を検知するための受信センサ３、検出信号をフィルタリングなどの波形処理を行うディスクリミネータ４、信号をディジタルデータに変換して表示するオシロスコープ５、得られたデータを集計しそのデータから画像化処理を行うＰＣ６等で構成される。以下、各部を具体的に説明する。
【００２８】
レーザ駆動装置１は、所定の間隔でパルスレーザ光を出力する装置で、例えばＹＡＧレーザ等を用いることができる。レーザ駆動装置１がパルスレーザ光を出力するタイミングを示す信号は、トリガ信号としてオシロスコープ５に伝送される。
【００２９】
物体２は、図２に示すように検査領域の各辺にＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のように名前をつけ格子要素に分割し、レーザを照射する点は検査領域の辺Ａ１、Ａ２上の格子点の中点のみとし、センサを貼付する点は検査領域の辺Ｂ１、Ｂ２上の格子点の中点のみとする。また取得する振幅データは、辺Ａ１−Ｂ１間のＸ軸に平行に入射した振幅データ、辺Ａ２−Ｂ２間のＹ軸に平行に入射した振幅データ、辺Ａ１の下端レーザ照射点１２から辺Ｂ１上の下端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ａ２の左端レーザ照射点１３から辺Ｂ２上の左端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ａ１の上端レーザ照射点１４から辺Ｂ１上の上端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ｂ２上の左端を除くすべてのレーザ照射点から辺Ａ２の左端センサ貼付点２２への斜め方向の振幅データのみである。
【００３０】
受信センサ３は、ＡＥセンサであり、レーザ駆動装置１によって検査対象である物体２にパルスレーザ光が照射され、それによって走査点において発生するラム波が物体２を伝播する超音波振動信号を検出信号として受信する機能を有する超音波振動の受信手段である。
【００３１】
ディスクリミネータ４は、受信センサ３からのアナログ検出信号のノイズを除去する装置である。本発明に係るラム波損傷画像化システムでは、ラム波の最低次の反対称モードであるＡ１モード以上を含まないＡ０モードのラム波を支配的に発生させるために、１００〜２００ｋＨｚ以外の範囲の周波数を除去することが好ましい。
【００３２】
オシロスコープ５は、ディスクリミネータ４から送られてきたアナログ信号をＡ/Ｄ変換してディジタルデータに変換して検知したラム波の波形を表示する。
【００３３】
ＰＣ６は、図３に示されるように、得られたデータを集計し、損傷の領域と形状を計算する損傷同定アルゴリズム部３２と、計算結果から２次元面に損傷を画像化する画像表示部３３を有している。
【００３４】
次に検査対象となる物体２について内容を説明する。物体２は図５に示すように、縦１０００ｍｍ、横６６０ｍｍ、板厚５。０ｍｍのアルミニウム平板で、模擬損傷として中央部に長径１５ｍｍ、短径１２ｍｍの楕円孔が存在している。検査領域は６０ｍｍ×６０ｍｍである。以下ではこの物体２に対してのラム波損傷画像化システムについて説明する。
【００３５】
損傷同定アルゴリズム部３２について説明する。このアルゴリズムのフロートチャートは図４のようになっている。
【００３６】
最初に、得られた振幅データをすべて損傷同定アルゴリズム部３２に読み込む（Ｓ１）。
【００３７】
次に、損傷領域の特定を行う（Ｓ２）。最初にレーザ照射位置とセンサ貼付位置を結ぶ直線がＸ軸に平行な場合（辺Ａ１−辺Ｂ１）のデータのみを使用する。それらのデータの任意の組み合わせについて、センサでの透過波の振幅をＨ１ｉとする。従って、辺Ａ１−辺Ｂ１での平均振幅について、下記式で表すことができる。
【数１】
【００３８】
１以下の任意の値αを用いて（２）式を表す。
【数２】
【００３９】
（２）式を満たすＨ１ｉは平均振幅よりも著しく減衰している場合である。従って（２）式を満たすときのレーザ照射位置、センサ間には損傷があると判断でき、その領域を図６に示すように直線５１、５２で囲む。
【００４０】
同様に、辺Ａ２−辺Ｂ２の組においても前記手法で（３）、（４）式を表す。
【数３】
【数４】
【００４１】
（４）式を満たす領域を図６に示すように直線５３、５４で囲み、先ほど求めた直線５１、５２とで囲まれる範囲をφと定義し、φ内に損傷があると仮定する。すなわち、可能な損傷領域になる。
【００４２】
次に、損傷形状の同定を行う（Ｓ３）。
【００４３】
まずφ以外の領域を通過した場合のラム波の単位長さ当たりの減衰をｘ０、φ以内ではｘｉとする。ここでｘ０は、図７にあるように、アルミニウム平板の損傷がない領域の一点でセンサを固定し、レーザを図の軸に沿って５．０ｍｍ間隔で照射しセンサでラム波の振幅を測定する。こうして得られた振幅をＹ軸、センサとレーザ照射位置の距離をＸ軸にとり図８のようにプロットしていく。このプロットを線形近似した直線の傾きがｘ０となる。またその近似直線のｙ切片をＨ０としておく。
【００４４】
図６で示されるように、レーザ照射位置、センサを結ぶ直線がφ上を通過するとき、検査領域内での減衰幅は（５）式で表される。
【数５】
【００４５】
ここでＤｊはレーザ照射位置で発生したラム波の振幅Ｈ０とセンサで得られた振幅の差である。またＬｉは格子要素ｉにおけるレーザ照射位置、センサを結ぶ直線の長さを表している。Ｍはφ上を通過する直線の組み合わせの数を意味する。（５）式の右辺の第一項は格子要素がφ以外の減衰幅の和を意味し、第二項は格子要素がφ内にあるときの減衰幅の和を示している。ここで可能な損傷領域φにおける減衰率ｘｉを
【数６】
【００４６】
と書き換える。この式は未知の減衰率ｘｉが、無損傷時の減衰率ｘ０とΔｘｉだけずれていることを示し、Δｘｉが０以外の場合損傷があると判断できる。（６）式を（５）式に代入すると下記（７）式が得られる。
【数７】
【００４７】
（７）式をベクトル表記すると、
【数８】
【００４８】
（８）式は以下の最小二乗法で解くことができる。
【数９】
【００４９】
（９）式は二次計画法で求めることができる。これにより未知数である可能な損傷領域φにおける減衰率ｘｉを求めることが可能である。
【００５０】
損傷アルゴリズム部３２により得られた各格子要素の減衰率から、健全部と損傷部の減衰率の差Δｘｉをカラー色調に替えて画像表示部３３により、表示することで損傷の画像化を可能にする。
【００５１】
本発明に係るラム波損傷画像化システムによって、物体２の損傷を画像化したものを図９に示す。白線は実際の損傷の位置、形状とサイズを示しており、損傷画像はほぼ精確に一致している。
【００５２】
また検査対象を物体７０とした場合も全く同様の損傷同定アルゴリズムにより計算する。物体７０は図１０に示すように、縦７５０ｍｍ、横７５０ｍｍ、板厚５．０ｍｍのアルミニウム平板で、模擬損傷として中央部に直径２０ｍｍの円孔が存在している。検査領域は１５０ｍｍ×１５０ｍｍである。
【００５３】
本発明に係るラム波損傷画像化システムによって、物体７０の損傷を画像化したものを図１１に示す。白線は実際の損傷の位置、形状とサイズを示しており、こちらも物体２と同様に損傷画像はほぼ精確に一致している。
【００５４】
上記では、物体２、７０として模擬損傷を設けたアルミニウム板を説明したが、ＣＦＲＰ板においても、取得するデータを変更せず、損傷同定アルゴリズムを少し変更するだけで損傷を画像化することが可能である。
【００５５】
物体８０について内容を説明する。物体８０は図１２、１３に示すように、縦１５２ｍｍ×横１０２ｍｍ×厚さ４。８ｍｍ、積層構成[（４５/０/−４５/９０）４]ｓのＣＦＲＰ積層板で、表面中央部に直径１８ｍｍ、裏面中央部に直径２４ｍｍの円形内部はく離が存在する。この内部はく離は衝撃荷重により発生させたものである。以下では検査対象としてこの物体８０に対してのラム波損傷画像化システムについて説明する。
【００５６】
検査領域は４０ｍｍ×４０ｍｍとし、Ｘ軸を表面繊維方向、Ｙ軸を表面繊維と９０°をなす方向に設定する。
【００５７】
検査対象がＣＦＲＰ板でも、検査の手順はアルミニウム板である物体２、７０の場合と基本的に同じである。相違するのは、損傷同定アルゴリズム３２が物体２、７０の場合と比べて複雑となることである。なぜなら、ラム波がＣＦＲＰ板を伝播する場合、伝播する方向によって初期振幅および伝播距離あたりの減衰率が異なるからである。従って予め、検査に用いるＣＦＲＰ板と同じ積層構成と厚さを有する無損傷のＣＦＲＰ板において、各方向における減衰率と初期振幅のデータを取る必要がある。
【００５８】
図１４にあるように、物体８０と同じ積層構成と厚さを有するＣＦＲＰ板において、損傷がない領域の一点でセンサを固定し、表面繊維と伝播方向のなす角度を１０°間隔で変化させて、センサとレーザ照射位置を５。０ｍｍ間隔で離しながら測定する。こうして得られた振幅をＹ軸、センサとレーザ照射位置の距離をＸ軸にとり図１５のようにプロットしていく。このプロットを線形近似した直線の傾きがｘθとなる。またその近似直線のｙ切片をＨ０，θとしておく。
【００５９】
損傷領域の特定を行う（Ｓ３）。
【００６０】
アルミニウム板の場合と同様に、レーザ照射位置とセンサ貼付位置を結ぶ直線がＸ軸に平行な場合（辺Ａ１−辺Ｂ１）の透過波の振幅をＨ１ｉとし、Ｙ軸に平行な場合（辺Ａ２−辺Ｂ２）の透過波の振幅をＨ２ｉとする。また図１５の０°方向と９０°方向の４０ｍｍ地点の振幅をそれぞれＨ４０，０°、Ｈ４０，９０°とし、１以下の任意の値βを用いて（１０）、（１１）式を表す。
【数１０】
【数１１】
【００６１】
（１０）、（１１）式を満たすＨ１ｉ、Ｈ２ｉは損傷のないＣＦＲＰ板での振幅に対して著しく減衰している場合である。従って（１０）、（１１）式を満たすときのレーザ照射位置、センサ間には損傷があると判断できる。
【００６２】
次に、損傷形状の同定を行う（Ｓ３）。表面繊維方向とラム波伝播方向のなす角度をθとおいて、レーザ照射位置、センサを結ぶ直線がφ上を通過するとき、検査領域内での全減衰幅は（１２）式で表される。
【数１２】
【００６３】
アルミニウム板の場合と同様に、Ｄｊはレーザ照射位置で発生したラム波の振幅Ｈ０，θとセンサで得られた振幅の差であり、ｘθはφ以外の領域を通過した場合のラム波の単位長さあたりの減衰でｘｉはφ以内でのラム波の単位長さの減衰である。またＬｉは図１６に示すように格子要素ｉにおけるレーザ照射位置、センサを結ぶ直線の長さを表している。Ｍはφ上を通過する直線の組み合わせの数を意味する。（１２）式の右辺の第一項は格子要素がφ以外の減衰幅の和を意味し、第二項は格子要素がφ内にある時の減衰幅の和を示している。ＣＦＲＰ板では伝播する角度によってｘθとＨ０，θが異なるため、表１に示すような伝播角度θの範囲によって減衰率の式を近似する。なお、下記表１は、本発明に係る実施の形態のラム波損傷画像化システムにおける、物体８０に対する損傷同定アルゴリズムの減衰率近似を行うためのθの範囲を説明する表である。
【表１】
【００６４】
このようにすればアルミニウム板の場合の形状同定方法と同じように
【数１３】
【００６５】
を表して（１３）式を（１２）式に代入して
【数１４】
【００６６】
となり、（１４）式をベクトル表記して
【数１５】
【００６７】
（１５）式は以下の最小二乗法で解けば
【数１６】
【００６８】
（１６）式は二次計画法で求めることができる。これにより未知数である損傷領域における減衰率ｘｉを求めることが可能である。
【００６９】
後は、アルミニウム板の場合と同様に、損傷アルゴリズム部３２により得られた各格子要素の減衰率から、健全部と損傷部の減衰率の差Δｘｉをカラー色調に替えて画像表示部３３により、表示することで損傷の画像化を可能にする。
【００７０】
本発明に係るラム波損傷画像化システムによって、物体８０の損傷を画像化したものを図１７、１８に示す。白線は実際の損傷の位置、形状とサイズを示しており、形状は一致できなかったが位置、サイズにおいては同定を可能としている。
【００７１】
各部の具体的構成は、上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１…レーザ駆動装置
２…検査対象[アルミニウム板（楕円孔）]
３…センサ
４…ディスクリミネータ
５…オシロスコープ
６…ＰＣ
１１〜１５…レーザ照射点
２１〜２５…センサ
３１…ラム波
３２…損傷同定アルゴリズム部
３３…画像表示部
４１…検査領域
４２…楕円孔
４３…検査領域詳細
５１〜５４…直線
５５…損傷
５６…ラム波
６１…レーザ照射点
６２…センサ
６３…アルミニウム板
７０…検査対象[アルミニウム板（円孔） ]
７１…検査領域
７２…円孔
７３…検査領域詳細
８０…検査対象[ＣＦＲＰ板（内部はく離） ]
８１…表面繊維方向
８２…検査範囲
８３…内部はく離
８４…検査領域詳細
９１…表面繊維方向
９２…検査領域
９３…内部はく離
９４…検査領域詳細
１０１、１０２…レーザ照射点
１０３〜１０７ …センサ
１０８…表面繊維方向
１０９…ＣＦＲＰ板
１１１…内部はく離
１１２…ラム波
１１３…表面繊維方向
１２１…物体８０表面
１２２…超音波探傷画像
１２３…損傷画像詳細
１３１…物体８０裏面
１３２…超音波探傷画像
１３３…損傷画像詳細
φ…損傷領域
Ｌｉ…格子要素ｉにおけるレーザ照射位置、センサを結ぶ直線の長さ
Ｈ４０、０°…０°方向における４０ｍｍ地点の振幅
Ｈ４０、９０°…９０°方向における４０ｍｍ地点の振幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラム波損傷画像化システムに関し、特に薄板材料で造られている航空機、宇宙構造物、高速車両、船舶などの大型構造物に対して、ラム波の振幅減衰の性質を利用して、効率良く高精度に損傷を画像化するためのラム波損傷画像化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波エコーを利用して、検査対象の断面映像を捉えることにより非破壊で検査対象のき裂、円孔、内部はく離などの損傷の画像化を行えるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このレーザ超音波法を用いた画像化装置は、以下のようにして使用される。
【０００４】
超音波伝播の映像化装置等として、発振レーザによって被検体の表面を走査してパルスレーザ光を走査路に沿って複数の計測点に照射し、これら複数の計測点で熱励起超音波を発生させ、この超音波を被検体に装着し固定した受信用圧電センサで照射するレーザ光のパルスと同期して検出し、この検出した信号をディジタルオシロスコープ等のＡ/Ｄ変換器により波形列データとしてＰＣに収録し、ＰＣによって収録した波形列データを各時刻における振幅値を輝度変調して画像化することが開示されている。（例えば、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００６−３００６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術によれば、超音波振動を与える位置を物体に対し２次元的に移動走査し、物体に配置された探触子によって超音波振動を検出し、検出された信号を処理することで、物体における２次元的な超音波振動分布を画像化することができる。
【０００７】
しかしながら、超音波振動の受信に際しては、非接触式走査あるいは接触式走査において、受信点が走査点から離れるに従い、超音波減衰による画像の乱れが生じ、また、反射波の影響によってアーチファクトと呼ばれる虚像が生じることがある。このような画像の乱れの原因の一つである反射波は、物体における損傷の形状、寸法、超音波の周波数などによって発生状況が異なる。また、画像乱れのほかの原因である超音波減衰は超音波振動の伝播距離に大きく影響を受けるため、広範囲の検査には適していない。
【０００８】
また、超音波探傷法は検査領域を格子要素に分割し、全ての格子要素に対して超音波を励起させるため、検査時間と検査データが膨大になる。
【０００９】
本発明の目的は、広範囲の検査を一度にできることを可能にし、また、検査データを従来技術のものより少なくすることで、検査時間を短縮させることを可能とするラム波損傷画像化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るラム波損傷画像化システムは、伝播による振幅減衰が少なく長距離伝播が可能なラム波を用いることで広範囲の損傷を一度に検出することを可能する。
【００１１】
本発明に係るラム波損傷画像化システムは、検査対象に対してパルスレーザを放射するパルスレーザ装置と、前記レーザ装置によりラム波が伝播する検査板と、前記板を伝播するラム波の振幅を測定する受信センサと、検出信号の波形処理を行うディスクリミネータと、信号をＡ/Ｄ変換して表示するオシロスコープと、得られたラム波の振幅値から、損傷の領域と形状を計算するアルゴリズムと、２次元面に損傷を画像化する画像表示部と、を備えることを特徴とするラム波損傷画像化システム。
【００１２】
また、本発明に係るラム波損傷画像化システムにおいて、検査領域を正方形に取り、各辺Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のように名前をつけ、等間隔で格子要素に分割し、レーザを照射する点は検査領域の辺Ａ１、Ａ２上の格子点の中点のみとし、センサを貼付する点は検査領域の辺Ｂ１、Ｂ２上の格子点の中点のみとする。
【００１３】
前記検査領域において取得する振幅データは、辺Ａ１−Ｂ１間のＸ軸に平行に入射した振幅データ、辺Ａ２−Ｂ２間のＹ軸に平行に入射した振幅データ、辺Ａ１の下端レーザ照射点から辺Ｂ１上の下端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ａ２の左端レーザ照射点から辺Ｂ２上の左端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ａ１の上端レーザ照射点から辺Ｂ１上の上端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ｂ２上の左端を除くすべてのレーザ照射点から辺Ａ２の左端センサ貼付点への斜め方向の振幅データのみである。
【００１４】
検査領域をＮ×Ｎ個の格子要素に分割した場合、従来技術での必要データ数はＮ２個である。それと比べて本発明に係るラム波損傷画像化システムでの必要データ数は６Ｎ−４個となる。従って、例えば、検査領域を６０×６０個の格子要素に分割すれば、従来の必要データ数は３６００個、本発明での必要データ数は３５６個となり、従来のほぼ１０%程度まで必要データ数が減るため、大幅な検査時間の短縮も可能となる。
【００１５】
また、本発明に係るラム波損傷画像化システムにおいて、画像化アルゴリズムは、Ｘ軸、Ｙ軸に対して平行に入射したラム波の振幅データから予め定めた閾値を基準にしておおよその損傷領域を特定し、斜めに入射したラム波の振幅データから損傷形状を同定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係るラム波損傷画像化システムにおいて、ラム波は材料内部を伝播する弾性波のため、検査対象を液体に入れる必要はない。
【００１７】
また、本発明に係るラム波損傷画像化システムにおいて、レーザ照射点を走査する際に、検査対象表面に超音波振動としてラム波を伝播させるようにして超音波振動を与える点を移動走査する走査手段を有していることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るラム波損傷画像化システムにおいて、受信センサを走査する際に、常に一定の圧力で検査対象表面に受信センサを貼付できる移動走査手段を有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成により、本発明に係るラム波損傷画像化システムは、第１ステップとしておおよその損傷領域を特定し、第２ステップとして損傷形状を同定するという２つのステップを踏むことで、従来のシステムよりも必要とするデータを減らすことができ、検査時間の短縮が可能となる。
【００２０】
すなわち、非破壊で検査対象の欠陥検査を短時間で行えるといったラム波損傷画像化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る実施の形態のラム波損傷画像化システムの構成を説明する図である。
【図２】同実施形態における検査領域の詳細である。
【図３】同実施形態におけるＰＣの制御部を示すブロック線図である。
【図４】同実施形態における損傷同定アルゴリズム部を示すフローチャートである。
【図５】同実施形態における物体２の寸法と検査領域の説明図である。
【図６】同実施形態における物体２、７０の損傷領域特定方法および損傷形状同定方法の説明図である。
【図７】同実施形態における物体２、７０の健全部の減衰率を求めるためのモデル図である。
【図８】同実施形態における物体２、７０の健全部の減衰率のプロット図である。
【図９】同実施形態における物体２の損傷画像である。
【図１０】同実施形態における物体７０の寸法と検査領域の説明図である。
【図１１】同実施形態における物体７０の損傷画像である。
【図１２】同実施形態における物体８０の表面の寸法と検査領域の説明図である。
【図１３】同実施形態における物体８０の裏面の寸法と検査領域の説明図である。
【図１４】同実施形態における物体８０の健全部の各角度における減衰率を求めるためのモデル図である。
【図１５】同実施形態における物体８０の健全部の各角度における減衰率のプロット図である。
【図１６】同実施形態における物体８０の損傷領域特定方法および損傷形状同定方法の説明図である。
【図１７】同実施形態における物体８０の表面の損傷画像と、従来の超音波探傷での損傷画像である。
【図１８】同実施形態における物体８０の裏面の損傷画像と、従来の超音波探傷での損傷画像である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
以下では、走査手段として、検査対象である物体の表面に集光してレーザを照射し、物体にラム波を励起するものを説明するが、これ以外のラム波励起装置を用いてもよい。例えば、圧電素子を用いたラム波励起装置を検査対象に接触させる構成としてもよい。
【００２４】
以下では、受信手段として、ＡＥを用いた接触式の超音波探触子を説明するが、これ以外の超音波振動検出装置を用いてもよい。例えば、接触式の圧電素子を用いた超音波振動検出装置、非接触式の電磁超音波センサ等を用いるものとしてよい。
【００２５】
以下で説明する検査範囲、損傷の寸法は説明のための一例であって、薄板材料であれば検査の仕様に応じて適宜変更することが可能である。
【００２６】
図１はラム波損傷画像化システム１０の構成を説明する図である。図１には、ラム波損傷画像化システム１０の構成要素ではないが、検査対象として物体２の一部分が図示されている。検査対象の物体２としてはラム波を伝播するものであればよいが、以下では、平板状アルミニウム合金に模擬損傷として円孔を設けた物体２と物体７０、平板状ＣＦＲＰ板に模擬損傷として円形内部はく離を設けた物体７０を用いて説明する。具体的に検査対象とした物体２、７０、８０の内容についてはその都度後述する。
【００２７】
このラム波損傷画像化システム１０は、レーザ光を照射して検査対象にラム波を励起させるためのレーザ装置１、検査対象となる物体２、ラム波を検知するための受信センサ３、検出信号をフィルタリングなどの波形処理を行うディスクリミネータ４、信号をディジタルデータに変換して表示するオシロスコープ５、得られたデータを集計しそのデータから画像化処理を行うＰＣ６等で構成される。以下、各部を具体的に説明する。
【００２８】
レーザ駆動装置１は、所定の間隔でパルスレーザ光を出力する装置で、例えばＹＡＧレーザ等を用いることができる。レーザ駆動装置１がパルスレーザ光を出力するタイミングを示す信号は、トリガ信号としてオシロスコープ５に伝送される。
【００２９】
物体２は、図２に示すように検査領域の各辺にＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２のように名前をつけ格子要素に分割し、レーザを照射する点は検査領域の辺Ａ１、Ａ２上の格子点の中点のみとし、センサを貼付する点は検査領域の辺Ｂ１、Ｂ２上の格子点の中点のみとする。また取得する振幅データは、辺Ａ１−Ｂ１間のＸ軸に平行に入射した振幅データ、辺Ａ２−Ｂ２間のＹ軸に平行に入射した振幅データ、辺Ａ１の下端レーザ照射点１２から辺Ｂ１上の下端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ａ２の左端レーザ照射点１３から辺Ｂ２上の左端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ａ１の上端レーザ照射点１４から辺Ｂ１上の上端を除くすべてのセンサ貼付点への斜め方向の振幅データ、辺Ｂ２上の左端を除くすべてのレーザ照射点から辺Ａ２の左端センサ貼付点２２への斜め方向の振幅データのみである。
【００３０】
受信センサ３は、ＡＥセンサであり、レーザ駆動装置１によって検査対象である物体２にパルスレーザ光が照射され、それによって走査点において発生するラム波が物体２を伝播する超音波振動信号を検出信号として受信する機能を有する超音波振動の受信手段である。
【００３１】
ディスクリミネータ４は、受信センサ３からのアナログ検出信号のノイズを除去する装置である。本発明に係るラム波損傷画像化システムでは、ラム波の最低次の反対称モードであるＡ１モード以上を含まないＡ０モードのラム波を支配的に発生させるために、１００〜２００ｋＨｚ以外の範囲の周波数を除去することが好ましい。
【００３２】
オシロスコープ５は、ディスクリミネータ４から送られてきたアナログ信号をＡ/Ｄ変換してディジタルデータに変換して検知したラム波の波形を表示する。
【００３３】
ＰＣ６は、図３に示されるように、得られたデータを集計し、損傷の領域と形状を計算する損傷同定アルゴリズム部３２と、計算結果から２次元面に損傷を画像化する画像表示部３３を有している。
【００３４】
次に検査対象となる物体２について内容を説明する。物体２は図５に示すように、縦１０００ｍｍ、横６６０ｍｍ、板厚５。０ｍｍのアルミニウム平板で、模擬損傷として中央部に長径１５ｍｍ、短径１２ｍｍの楕円孔が存在している。検査領域は６０ｍｍ×６０ｍｍである。以下ではこの物体２に対してのラム波損傷画像化システムについて説明する。
【００３５】
損傷同定アルゴリズム部３２について説明する。このアルゴリズムのフロートチャートは図４のようになっている。
【００３６】
最初に、得られた振幅データをすべて損傷同定アルゴリズム部３２に読み込む（Ｓ１）。
【００３７】
次に、損傷領域の特定を行う（Ｓ２）。最初にレーザ照射位置とセンサ貼付位置を結ぶ直線がＸ軸に平行な場合（辺Ａ１−辺Ｂ１）のデータのみを使用する。それらのデータの任意の組み合わせについて、センサでの透過波の振幅をＨ１ｉとする。従って、辺Ａ１−辺Ｂ１での平均振幅について、下記式で表すことができる。
【数１】
【００３８】
１以下の任意の値αを用いて（２）式を表す。
【数２】
【００３９】
（２）式を満たすＨ１ｉは平均振幅よりも著しく減衰している場合である。従って（２）式を満たすときのレーザ照射位置、センサ間には損傷があると判断でき、その領域を図６に示すように直線５１、５２で囲む。
【００４０】
同様に、辺Ａ２−辺Ｂ２の組においても前記手法で（３）、（４）式を表す。
【数３】
【数４】
【００４１】
（４）式を満たす領域を図６に示すように直線５３、５４で囲み、先ほど求めた直線５１、５２とで囲まれる範囲をφと定義し、φ内に損傷があると仮定する。すなわち、可能な損傷領域になる。
【００４２】
次に、損傷形状の同定を行う（Ｓ３）。
【００４３】
まずφ以外の領域を通過した場合のラム波の単位長さ当たりの減衰をｘ０、φ以内ではｘｉとする。ここでｘ０は、図７にあるように、アルミニウム平板の損傷がない領域の一点でセンサを固定し、レーザを図の軸に沿って５．０ｍｍ間隔で照射しセンサでラム波の振幅を測定する。こうして得られた振幅をＹ軸、センサとレーザ照射位置の距離をＸ軸にとり図８のようにプロットしていく。このプロットを線形近似した直線の傾きがｘ０となる。またその近似直線のｙ切片をＨ０としておく。
【００４４】
図６で示されるように、レーザ照射位置、センサを結ぶ直線がφ上を通過するとき、検査領域内での減衰幅は（５）式で表される。
【数５】
【００４５】
ここでＤｊはレーザ照射位置で発生したラム波の振幅Ｈ０とセンサで得られた振幅の差である。またＬｉは格子要素ｉにおけるレーザ照射位置、センサを結ぶ直線の長さを表している。Ｍはφ上を通過する直線の組み合わせの数を意味する。（５）式の右辺の第一項は格子要素がφ以外の減衰幅の和を意味し、第二項は格子要素がφ内にあるときの減衰幅の和を示している。ここで可能な損傷領域φにおける減衰率ｘｉを
【数６】
【００４６】
と書き換える。この式は未知の減衰率ｘｉが、無損傷時の減衰率ｘ０とΔｘｉだけずれていることを示し、Δｘｉが０以外の場合損傷があると判断できる。（６）式を（５）式に代入すると下記（７）式が得られる。
【数７】
【００４７】
（７）式をベクトル表記すると、
【数８】
【００４８】
（８）式は以下の最小二乗法で解くことができる。
【数９】
【００４９】
（９）式は二次計画法で求めることができる。これにより未知数である可能な損傷領域φにおける減衰率ｘｉを求めることが可能である。
【００５０】
損傷アルゴリズム部３２により得られた各格子要素の減衰率から、健全部と損傷部の減衰率の差Δｘｉをカラー色調に替えて画像表示部３３により、表示することで損傷の画像化を可能にする。
【００５１】
本発明に係るラム波損傷画像化システムによって、物体２の損傷を画像化したものを図９に示す。白線は実際の損傷の位置、形状とサイズを示しており、損傷画像はほぼ精確に一致している。
【００５２】
また検査対象を物体７０とした場合も全く同様の損傷同定アルゴリズムにより計算する。物体７０は図１０に示すように、縦７５０ｍｍ、横７５０ｍｍ、板厚５．０ｍｍのアルミニウム平板で、模擬損傷として中央部に直径２０ｍｍの円孔が存在している。検査領域は１５０ｍｍ×１５０ｍｍである。
【００５３】
本発明に係るラム波損傷画像化システムによって、物体７０の損傷を画像化したものを図１１に示す。白線は実際の損傷の位置、形状とサイズを示しており、こちらも物体２と同様に損傷画像はほぼ精確に一致している。
【００５４】
上記では、物体２、７０として模擬損傷を設けたアルミニウム板を説明したが、ＣＦＲＰ板においても、取得するデータを変更せず、損傷同定アルゴリズムを少し変更するだけで損傷を画像化することが可能である。
【００５５】
物体８０について内容を説明する。物体８０は図１２、１３に示すように、縦１５２ｍｍ×横１０２ｍｍ×厚さ４。８ｍｍ、積層構成[（４５/０/−４５/９０）４]ｓのＣＦＲＰ積層板で、表面中央部に直径１８ｍｍ、裏面中央部に直径２４ｍｍの円形内部はく離が存在する。この内部はく離は衝撃荷重により発生させたものである。以下では検査対象としてこの物体８０に対してのラム波損傷画像化システムについて説明する。
【００５６】
検査領域は４０ｍｍ×４０ｍｍとし、Ｘ軸を表面繊維方向、Ｙ軸を表面繊維と９０°をなす方向に設定する。
【００５７】
検査対象がＣＦＲＰ板でも、検査の手順はアルミニウム板である物体２、７０の場合と基本的に同じである。相違するのは、損傷同定アルゴリズム３２が物体２、７０の場合と比べて複雑となることである。なぜなら、ラム波がＣＦＲＰ板を伝播する場合、伝播する方向によって初期振幅および伝播距離あたりの減衰率が異なるからである。従って予め、検査に用いるＣＦＲＰ板と同じ積層構成と厚さを有する無損傷のＣＦＲＰ板において、各方向における減衰率と初期振幅のデータを取る必要がある。
【００５８】
図１４にあるように、物体８０と同じ積層構成と厚さを有するＣＦＲＰ板において、損傷がない領域の一点でセンサを固定し、表面繊維と伝播方向のなす角度を１０°間隔で変化させて、センサとレーザ照射位置を５。０ｍｍ間隔で離しながら測定する。こうして得られた振幅をＹ軸、センサとレーザ照射位置の距離をＸ軸にとり図１５のようにプロットしていく。このプロットを線形近似した直線の傾きがｘθとなる。またその近似直線のｙ切片をＨ０，θとしておく。
【００５９】
損傷領域の特定を行う（Ｓ３）。
【００６０】
アルミニウム板の場合と同様に、レーザ照射位置とセンサ貼付位置を結ぶ直線がＸ軸に平行な場合（辺Ａ１−辺Ｂ１）の透過波の振幅をＨ１ｉとし、Ｙ軸に平行な場合（辺Ａ２−辺Ｂ２）の透過波の振幅をＨ２ｉとする。また図１５の０°方向と９０°方向の４０ｍｍ地点の振幅をそれぞれＨ４０，０°、Ｈ４０，９０°とし、１以下の任意の値βを用いて（１０）、（１１）式を表す。
【数１０】
【数１１】
【００６１】
（１０）、（１１）式を満たすＨ１ｉ、Ｈ２ｉは損傷のないＣＦＲＰ板での振幅に対して著しく減衰している場合である。従って（１０）、（１１）式を満たすときのレーザ照射位置、センサ間には損傷があると判断できる。
【００６２】
次に、損傷形状の同定を行う（Ｓ３）。表面繊維方向とラム波伝播方向のなす角度をθとおいて、レーザ照射位置、センサを結ぶ直線がφ上を通過するとき、検査領域内での全減衰幅は（１２）式で表される。
【数１２】
【００６３】
アルミニウム板の場合と同様に、Ｄｊはレーザ照射位置で発生したラム波の振幅Ｈ０，θとセンサで得られた振幅の差であり、ｘθはφ以外の領域を通過した場合のラム波の単位長さあたりの減衰でｘｉはφ以内でのラム波の単位長さの減衰である。またＬｉは図１６に示すように格子要素ｉにおけるレーザ照射位置、センサを結ぶ直線の長さを表している。Ｍはφ上を通過する直線の組み合わせの数を意味する。（１２）式の右辺の第一項は格子要素がφ以外の減衰幅の和を意味し、第二項は格子要素がφ内にある時の減衰幅の和を示している。ＣＦＲＰ板では伝播する角度によってｘθとＨ０，θが異なるため、表１に示すような伝播角度θの範囲によって減衰率の式を近似する。なお、下記表１は、本発明に係る実施の形態のラム波損傷画像化システムにおける、物体８０に対する損傷同定アルゴリズムの減衰率近似を行うためのθの範囲を説明する表である。
【表１】
【００６４】
このようにすればアルミニウム板の場合の形状同定方法と同じように
【数１３】
【００６５】
を表して（１３）式を（１２）式に代入して
【数１４】
【００６６】
となり、（１４）式をベクトル表記して
【数１５】
【００６７】
（１５）式は以下の最小二乗法で解けば
【数１６】
【００６８】
（１６）式は二次計画法で求めることができる。これにより未知数である損傷領域における減衰率ｘｉを求めることが可能である。
【００６９】
後は、アルミニウム板の場合と同様に、損傷アルゴリズム部３２により得られた各格子要素の減衰率から、健全部と損傷部の減衰率の差Δｘｉをカラー色調に替えて画像表示部３３により、表示することで損傷の画像化を可能にする。
【００７０】
本発明に係るラム波損傷画像化システムによって、物体８０の損傷を画像化したものを図１７、１８に示す。白線は実際の損傷の位置、形状とサイズを示しており、形状は一致できなかったが位置、サイズにおいては同定を可能としている。
【００７１】
各部の具体的構成は、上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１…レーザ駆動装置
２…検査対象[アルミニウム板（楕円孔）]
３…センサ
４…ディスクリミネータ
５…オシロスコープ
６…ＰＣ
１１〜１５…レーザ照射点
２１〜２５…センサ
３１…ラム波
３２…損傷同定アルゴリズム部
３３…画像表示部
４１…検査領域
４２…楕円孔
４３…検査領域詳細
５１〜５４…直線
５５…損傷
５６…ラム波
６１…レーザ照射点
６２…センサ
６３…アルミニウム板
７０…検査対象[アルミニウム板（円孔） ]
７１…検査領域
７２…円孔
７３…検査領域詳細
８０…検査対象[ＣＦＲＰ板（内部はく離） ]
８１…表面繊維方向
８２…検査範囲
８３…内部はく離
８４…検査領域詳細
９１…表面繊維方向
９２…検査領域
９３…内部はく離
９４…検査領域詳細
１０１、１０２…レーザ照射点
１０３〜１０７ …センサ
１０８…表面繊維方向
１０９…ＣＦＲＰ板
１１１…内部はく離
１１２…ラム波
１１３…表面繊維方向
１２１…物体８０表面
１２２…超音波探傷画像
１２３…損傷画像詳細
１３１…物体８０裏面
１３２…超音波探傷画像
１３３…損傷画像詳細
φ…損傷領域
Ｌｉ…格子要素ｉにおけるレーザ照射位置、センサを結ぶ直線の長さ
Ｈ４０、０°…０°方向における４０ｍｍ地点の振幅
Ｈ４０、９０°…９０°方向における４０ｍｍ地点の振幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象に対してパルスレーザを放射するパルスレーザ装置と、
前記検査対象を伝播するラム波の振幅を測定する受信センサと、
前記受信センサから受ける検出信号の波形処理を行うディスクリミネータと、
前記波形処理された検出信号をディジタルデータに変換して表示するオシロスコープと、
得られたラム波の振幅値から、損傷の領域と形状を計算するアルゴリズム部と、
２次元面に損傷を画像化する画像表示部と、を備えることを特徴とするラム波損傷画像化システム。
【請求項２】
受信センサと被検体の間にはグリスを塗り、受信センサを固定することを特徴とする請求項１記載のラム波損傷画像化システム。
【請求項３】
入力信号の周波数はラム波の最低次の反対称モードであるＡ１モード以上を含まないＡ０モードの範囲で使用することからなることを特徴とする請求項１記載のラム波損傷画像化システム。
【請求項４】
検査領域を正方形に取り、等間隔で格子要素に分割し、レーザを照射する点は検査領域の左辺、下辺上の格子点の中点のみであり、またセンサを貼付する点は検査領域の右辺、上辺上の格子点の中点のみであり、レーザ照射位置とセンサ貼付位置が検査領域の境界上のみであることを特徴とする請求項１記載のラム波損傷画像化システム。
【請求項５】
画像化アルゴリズムは、第１ステップとしておおよその損傷領域を特定し、第２ステップとして損傷形状を同定することを特徴とする請求項１記載のラム波損傷画像化システム。
【請求項６】
健全な被検体における距離あたりのラム波の振幅減衰率と、実験で得られた各格子要素の振幅減衰を対比し、健全部での振幅減衰率と各格子要素の振幅減衰率との差をカラー色調に替えて画像表示することを特徴とする請求項１記載のラム波損傷画像化システム。
【請求項１】
検査対象に対してパルスレーザを放射するパルスレーザ装置と、
前記検査対象を伝播するラム波の振幅を測定する受信センサと、
前記受信センサから受ける検出信号の波形処理を行うディスクリミネータと、
前記波形処理された検出信号をディジタルデータに変換して表示するオシロスコープと、
得られたラム波の振幅値から、損傷の領域と形状を計算するアルゴリズム部と、
２次元面に損傷を画像化する画像表示部と、を備えることを特徴とするラム波損傷画像化システム。
【請求項２】
受信センサと被検体の間にはグリスを塗り、受信センサを固定することを特徴とする請求項１記載のラム波損傷画像化システム。
【請求項３】
入力信号の周波数はラム波の最低次の反対称モードであるＡ１モード以上を含まないＡ０モードの範囲で使用することからなることを特徴とする請求項１記載のラム波損傷画像化システム。
【請求項４】
検査領域を正方形に取り、等間隔で格子要素に分割し、レーザを照射する点は検査領域の左辺、下辺上の格子点の中点のみであり、またセンサを貼付する点は検査領域の右辺、上辺上の格子点の中点のみであり、レーザ照射位置とセンサ貼付位置が検査領域の境界上のみであることを特徴とする請求項１記載のラム波損傷画像化システム。
【請求項５】
画像化アルゴリズムは、第１ステップとしておおよその損傷領域を特定し、第２ステップとして損傷形状を同定することを特徴とする請求項１記載のラム波損傷画像化システム。
【請求項６】
健全な被検体における距離あたりのラム波の振幅減衰率と、実験で得られた各格子要素の振幅減衰を対比し、健全部での振幅減衰率と各格子要素の振幅減衰率との差をカラー色調に替えて画像表示することを特徴とする請求項１記載のラム波損傷画像化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−２４６０９（Ｐ２０１３−２４６０９Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７２５０（Ｐ２０１１−１５７２５０）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（３０４０２１８３１）国立大学法人 千葉大学 (601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（３０４０２１８３１）国立大学法人 千葉大学 (601)
【Ｆターム（参考）】
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