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

开发具有缺陷分类功能的3D高速高精度成像系统

• 批准号: 03J03236
• 负责人: 中畑 和之
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J03236/
• 关键词: 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

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.

为了发展利用超声波高精度、高速度对结构构件局部缺陷的三维形状、尺寸和分布形式进行三维成像的三维逆散射分析方法，今年我们将开展以下研究我们考虑了这个问题。 3D 后向散射分析方法的开发通过扩展已开发的 2D 后向散射分析方法的原理，我们制定了用于重建 3D 缺陷图像的线性化后向散射分析算法，并改进了以下两种成像方法。一种是重建空腔内部的三维玻恩逆分析，另一种是重建缺陷边界的基尔霍夫逆分析。今年，我们利用边界进行了动弹性分析，对缺陷图像进行了重建模拟元法，逆分析均存在缺陷。验证了所获得的成像图像被转换为​​3D图形，从而可以在空间上掌握缺陷量。 2.高速逆散射分析方法通过分析由于缺陷而呈现的散射波数据。实时图像为了解决这个问题，我们尝试加速逆散射分析方法。在从缺陷转换散射幅度数据的过程中，我们利用了应用图像处理原理的三维快速傅里叶变换（3D-FFT） 3.超声波测量系统的建模为了准备明年的超声波测量实验，我们对使用测量装置的超声波传输/接收系统的设计进行了基础研究。在实际的超声波测量中，超声波被应用于缺陷。需要调整探头的尺寸和安装位置，使波能够适当地传播。这里，为了明确超声传播路径，我们基于线性系统理论对超声发射和接收系统进行了建模。已经验证了缺陷需要足够宽的光束宽度，并且为了满足这个条件，缺陷和探针设置大的距离是很重要的孩子之间。

项目成果

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)

Masayuki Yamada、Kenji Murakami、Kazuyuki Nakahata、Michihiro Kitahara：“使用从圆柱体侧面测量的波形重建三维缺陷图像”，日本土木工程师学会应用力学杂志（2003 年）。 ）

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)

Nakahata, K.、Hirose, S.、Kitahara, M：“使用线性逆散射方法对 3-D 缺陷进行快速成像”定量无损评估进展回顾。

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)

Kazuyuki Nakahata、Michihiro Kitahara：“使用低频的结构构件缺陷重建方法的提案 - 逆散射法和孔径合成法的应用 -” 日本土木工程学会应用力学杂志 6. 1073-1080（2003 年） ）

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)

Nakahata, K.、Murakami K.、Yamada, M.、Kitahara, M.：“根据受限测量表面中的波形对三维缺陷进行横截面成像”工程力学反问题。

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)

Kazuyuki Nakahata、Soichi Hirose：“考虑角度探头的入射波场的超声波传播模拟”第 11 届超声波无损评估研讨会论文集 43-48 (2004)。