モード変換エバネッセント場が切り拓く薄板接合部の超解像可視化技術創成

薄板部材の接合部の検査法として、欠陥からの散乱波（伝搬波）を用いる超音波フェーズドアレイの開発が長年行われてきたが、映像分解能が回折限界（λ/2）に制限され、微小欠陥検出は原理的に不可能だった。本研究では、従来法とは全く原理の異なる「モード変換エバネッセント場に基づく超解像可視化技術」を創出すべく、3D数値シミュレータの構築により、その発生挙動を解明する。さらに、接合部全体に効果的に横振動（面内変位）を発生させる方法を検討する。これにより、微小欠陥近傍で、モード変換の縦波エバネッセント場（面外変位）が発生する。これを、現場で求められる高SN比の実現に向けて、He-Neレーザより10倍感度の高い赤外レーザドップラ振動計の精密スキャンにより選択的に検出し、接合欠陥の超解像可視化を実現する。2022年度は、下記3項目を遂行した。[1]接合部全体を効果的に横振動させる振動子を試作し、レーザスキャン技術を駆使した音場計測装置で評価した。その結果、縦波用探触子を用いた場合は、側面からの入射に対しても、ポアソン効果で面外変位が発生してしまうのに対し、横波用試作探触子では、面外変位を大幅に抑制できることが分かった。[2]実欠陥でのモード変換エバネッセント場の発生機構解明のため、3D数値シミュレータの開発を目的として、検討を開始し、効率的計算のためボクセル要素で構成された有限要素解析ソフトウェアが有望であることを確認した。[3]薄板試験片に対して検証用微小欠陥試験片の作製も開始した。

薄板部材の接合部の検査法として、欠陥からの散乱波（伝搬波）を用いる超音波フェーズドアレイの開発が長年行われてきたが、映像分解能が回折限界（λ/2）に制限され、微小欠陥検出は原理的に不可能だった。本研究では、従来法とは全く原理の異なる「モード変換エバネッセント場に基づく超解像可視化技術」を創出すべく、3D数値シミュレータの構築により、その発生挙動を解明する。さらに、接合部全体に効果的に横振動（面内変位）を発生させる方法を検討する。これにより、微小欠陥近傍で、モード変換の縦波エバネッセント場（面外変位）が発生する。これを、現場で求められる高SN比の実現に向けて、He-Neレーザより10倍感度の高い赤外レーザドップラ振動計の精密スキャンにより選択的に検出し、接合欠陥の超解像可視化を実現する。2022年度は、下記3項目を遂行した。[1]接合部全体を効果的に横振動させる振動子を試作し、レーザスキャン技術を駆使した音場計測装置で評価した。その結果、縦波用探触子を用いた場合は、側面からの入射に対しても、ポアソン効果で面外変位が発生してしまうのに対し、横波用試作探触子では、面外変位を大幅に抑制できることが分かった。[2]実欠陥でのモード変換エバネッセント場の発生機構解明のため、3D数値シミュレータの開発を目的として、検討を開始し、効率的計算のためボクセル要素で構成された有限要素解析ソフトウェアが有望であることを確認した。[3]薄板試験片に対して検証用微小欠陥試験片の作製も開始した。