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東北大、構造物や工業製品の内部欠陥を3次元で可視化できる高分解能超音波映像法を開発

発表日:2020年9月23日

材料内部の欠陥を3次元で可視化できる高分解能超音波映像法を開発

-安全・安心な社会の実現や工業製品の国際競争力強化に貢献-

【発表のポイント】

●構造物や工業製品の内部欠陥を高分解能で3次元映像化できる超音波計測法を開発

●高い信頼性での強度評価や欠陥発生メカニズムの解明に道筋

●安全・安心な社会の実現や工業製品の国際競争力強化への貢献に期待

【概要】

構造物や工業製品を壊さずに欠陥計測を行う非破壊評価技術の確立は重要な課題となっています。外からは見えない内部欠陥の計測法としては、超音波(注1)が幅広く用いられ、最近では、医療分野で開発された超音波フェーズドアレイ(注2)が工業分野に応用されるなどしています。しかし、内部に発生する複雑な3次元形状の欠陥は、最新の超音波フェーズドアレイ装置でも、素子数不足により、2次元映像化に限られていました。

東北大学大学院工学研究科の小原良和准教授らの研究グループは、米国ロスアラモス国立研究所との国際共同研究により、圧電探触子送信(注3)と超多素子受信レーザ走査2次元マトリクスアレイ(注4)を融合した映像法を開発し、従来限界を1桁以上上回る数千素子の超多素子2次元マトリクスアレイの実現により、固体材料内部の欠陥を3次元的に高分解能で映像化することに成功しました(図1)。これにより、安全・安心な社会の実現や高いレベルでの品質保証による工業製品の国際競争力強化への貢献が期待できます。

本研究の内容は9月17日(米国時間)に、米国物理学協会の学術誌「Applied Physics Letters」に掲載されました。

※図1は添付の関連資料を参照

【研究の背景と課題】

構造物や工業製品に欠陥が発生すると、甚大な事故につながる可能性があるため、壊さずに欠陥計測を行う非破壊評価技術の確立が重要な課題となっています。外からは見ることができない内部欠陥の計測法としては、人体に無害で感度も高い超音波(注1)が幅広く用いられています。最新の超音波計測法として、医療分野で開発された超音波フェーズドアレイ(注2)の工業分野への導入が始まり、内部の欠陥を映像化する技術も普及してきました。しかし、内部に発生する欠陥は複雑な3次元形状をしていることが多いにもかかわらず、最新の超音波フェーズドアレイ装置でも、1次元圧電アレイ探触子(注5)による2次元映像化しか対応していません。一部、2次元圧電マトリクスアレイ探触子(注6)を用いた3次元映像化への試みも始まっていますが、装置コストの問題からその素子数は最多でも256程度であり、低分解能な3次元映像化にとどまっていました(図2)。

※図2は添付の関連資料を参照

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

図1

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0540696_01.png

図2

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0540696_02.png

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0540696_03.pdf

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