Study on influence of standing waves on ultrasound-excited thermographic non-destructive inspection and its suppression method

驻波对超声激励热成像无损检测的影响及其抑制方法研究

基本信息

批准号：
21K04550
负责人：
石川真志
金额：
$ 2.66万
依托单位：
The University of Tokushima
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、き裂やキッシングボンドなどの欠陥検出に有効であることが知られている超音波励起サーモグラフィ法による非破壊検査に注目し、特に検査時の超音波伝搬の過程で検査対象物内に生じる定在波による検査への影響について、波動伝搬の観点から検討すること、および得られた知見をもとに定在波の発生に伴う検査への悪影響を低減する手法を提案することを目的としている。初年度には主に平板形状の対象物に注目し、その検査時に生じる定在波発熱の発生要因がラム波のA0モードであることを実験およびシミュレーションより明らかにした。これを踏まえ２年目の検討では、同様の検討を円筒形状対象物にも適用し、その結果生じる定在波発熱は曲げモード（Fモード）のガイド波の伝搬に起因することが確認された（肉厚および周波数の変化に依存して、F(1,1)モードもしくはF(2,1)モードのガイド波が主要因となる様子が確認された）。また、発生した定在波発熱を低減し、欠陥部をより高精度に検出するための手法として、位置の異なる複数点を加振した際に得られる複数枚の熱画像を加算平均する手法を試み、その効果を実験的に検証した。き裂を有する試験片上の異なる９点を加振し、得られた熱画像の加算平均を行った結果、加振位置の変化に伴い分布が変化する定在波発熱は加算平均により低減する一方で、加振位置に依らず発熱位置が変化しないき裂部での発熱は平均処理後も顕在であり、結果として加算平均処理前と比較してき裂部での信号対雑音比（S/N）が向上することが確認された。また、加振位置を適切に選択することで、加算平均する熱画像枚数は３枚程度でも十分なS/N向上効果が得られることが確認された。これらの結果より、提案手法は検査誤認の要因となり得る定在波発熱の低減に効果的であり、超音波励起サーモグラフィ法の検査精度向上に貢献し得るものであると期待される。

在这项研究中，我们重点关注使用超声波激发热成像技术进行无损检测，众所周知，超声波热成像技术可以有效地检测裂纹和接吻键等缺陷。本研究的目的是从以下角度研究驻波对检测的影响。波的传播，并根据所获得的知识提出一种减少驻波的产生对检查产生负面影响的方法。第一年，我们主要关注平板状物体，通过实验和模拟，我们发现检查时产生驻波热的原因是兰姆波的A0模。基于此，在第二年的研究中，对圆柱形物体进行了类似的研究，并证实了由此产生的驻波发热是由弯曲模式（F模式）的导波传播引起的。壁厚和频率的变化，证实F(1,1)模或F(2,1)模导波是主要因素）。此外，作为一种减少驻波发热并以更高的精度检测缺陷零件的方法，我们开发了一种对不同位置的多个点振动时获得的多个热图像进行平均的方法，并通过实验验证了其有效性。对有裂纹的试件上的九个不同点进行激励并对所获得的热图像进行平均，发现随着激励位置的变化而分布变化的驻波发热通过平均而减少。即使在平均处理后，裂纹处的发热现象也很明显，无论激励位置如何，发热位置都不会改变，因此裂纹区域的信噪比 (S/N) 较低确认平均过程比之前有所改善。此外，确认了通过适当地选择激励位置，即使当要平均的热图像的数量约为3时，也可以获得足够的S/N改善效果。从这些结果来看，预计所提出的方法可有效减少驻波发热（驻波发热可能是检查误识别的原因），并有助于提高超声激励热成像的检查精度。