JP6220838B2 - 非破壊検査方法及び非破壊検査装置並びに弾性波トモグラフィにおける情報特定方法及び情報特定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、弾性波トモグラフィを用いた構造物の非破壊検査方法及び非破壊検査装置に関する。さらに詳しくは、検査対象物において発せられた音を測定する計測センサを前記検査対象物の表面に複数配置して多角形の検査領域を形成し、複数の計測センサの相互間に複数の節点が設けられると共に前記節点により区画され且つ前記音の伝播速度情報を有するセルにより解析モデルを形成し、前記解析モデルにおいて、前記計測センサの位置情報及び前記計測センサで計測した前記音の計測到達時間並びに前記伝播速度情報に基づいて前記音の推定発信時刻及び推定発信位置を求める発信点位置標定を行い、求めた推定発信時刻及び推定発信位置の値並びに前記計測到達時間に基づいて前記伝播速度情報を補正して前記解析モデルの弾性波速度分布同定を行い、求めた理論到達時刻と前記計測到達時間の差が所定範囲内に収まるように前記発信点位置標定及び前記弾性波速度分布同定を繰り返し行い、前記音の推定発信時刻及び推定発信位置並びに前記弾性波速度分布を決定して前記検査領域を検査する非破壊検査方法及び非破壊検査装置並びに弾性波トモグラフィにおける情報特定方法及び情報特定装置に関する。
従来、上述の如き検査方法として、例えば特許文献１，２に記載の如きものが知られている。特許文献１には、従来必須であった発振波形計測センサ及び弾性波発振用器具を用いることなく弾性波トモグラフィを実施し得る手法が記載されている。特許文献２には、測定対象物が不均質な物性から構成されている場合において、正確に弾性波トモグラフィを実施し得る手法が記載されている。
近年、繊維強化プラスチック等の速度異方性を有する材料を有する構造物が増えてきているが、上述の従来手法は等方性材料で作製された構造物を前提としているため、このような構造物に適用しても精度よく検査することはできない。そのため、このような構造物の維持管理の観点から、異方性材料へ適用可能な検査手法の確立が望まれている。
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、従来検査が困難であった異方性材料を含む検査対象物の検査を精度よく行うことが可能な非破壊検査方法及び非破壊検査装置並びに弾性波トモグラフィにおける情報特定方法及び情報特定装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る非破壊検査方法の特徴は、検査対象物において発せられた音を測定する計測センサを前記検査対象物の表面に複数配置して多角形の検査領域を形成し、複数の計測センサの相互間に複数の節点が設けられると共に前記節点により区画され且つ前記音の伝播速度情報を有するセルにより解析モデルを形成し、前記解析モデルにおいて、前記計測センサの位置情報及び前記計測センサで計測した前記音の計測到達時間並びに前記伝播速度情報に基づいて前記音の推定発信時刻及び推定発信位置を求める発信点位置標定を行い、求めた推定発信時刻及び推定発信位置の値並びに前記計測到達時間に基づいて前記伝播速度情報を補正して前記解析モデルの弾性波速度分布同定を行い、求めた理論到達時刻と前記計測到達時間の差が所定範囲内に収まるように前記発信点位置標定及び前記弾性波速度分布同定を繰り返し行い、前記音の推定発信時刻及び推定発信位置並びに前記弾性波速度分布を決定して前記検査領域を検査する方法において、前記検査対象物が、少なくとも一部に異方性を有する部分を有し、前記セルは、前記解析モデルの参照軸に対する前記音の波線の角度情報をさらに有し、前記発信点位置標定において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度及び前記角度情報に基づいて前記伝播速度情報が変更され、前記弾性波速度分布算出において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度及び前記角度情報に基づいて前記伝播速度情報が変更されることにある。
上記構成によれば、複数の計測センサにより囲まれた解析モデルを構成するセル毎に、検査対象物において発せられる音の伝播速度情報に加えて解析モデルにおける参照軸（例えば、縦軸）に対する音の波線の角度情報を付与している。ここで、セルを構成する節点の位置情報は既知であるので、発信点位置標定において、発信点の位置が推定されることでセルの波線（折線）角度も推定される。よって、当該角度が推定されることでその角度に応じた音の法線での伝搬速度情報を変更することができるので、検査対象物の異方性が反映され、発信点の標定精度ができる。さらに、弾性波速度分布算出においても、セル毎に求めたセルの波線（折線）角度に応じた音の法線での伝搬速度情報を変更することができるので、検査対象物の異方性が反映され、弾性波速度分布の同定精度も向上する。従って、速度異方性を有する材料を含む検査対象物においても、精度よく非破壊検査を行うことが可能となる。
係る場合、前記検査対象物において発せられた音は、外力により自然発生するＡＥ音であるとよい。これにより、弾性波を発生させる器具や弾性波の発生を検知するセンサが不要となり、検査が簡素となる。前記検査対象物は、前記ＡＥ音を発生されるものであるとよい。連続的且つリアルタイムでの検査が可能となる。
上記目的を達成するため、本発明に係る非破壊検査装置の特徴は、検査領域が多角形となるように検査対象物の表面に複数配置され、前記検査対象物において発せられた音を測定する計測センサを有し、複数の計測センサの相互間に複数の節点が設けられると共に前記節点により区画され且つ前記音の伝播速度情報を有するセルにより解析モデルを形成し、前記解析モデルにおいて、前記計測センサの位置情報及び前記計測センサで計測した前記音の計測到達時間並びに前記伝播速度情報に基づいて前記音の推定発信時刻及び推定発信位置を求める発信点位置標定を行い、求めた推定発信時刻及び推定発信位置の値並びに前記計測到達時間に基づいて前記伝播速度情報を補正して前記解析モデルの弾性波速度分布同定を行い、求めた理論到達時刻と前記計測到達時間の差が所定範囲内に収まるように前記発信点位置標定及び前記弾性波速度分布同定を繰り返し行い、前記音の推定発信時刻及び推定発信位置並びに前記弾性波速度分布を決定して前記検査領域を検査する構成において、前記検査対象物が、少なくとも一部に異方性を有する部分を有し、前記セルは、前記解析モデルの参照軸に対する前記音の波線の角度情報をさらに有し、前記発信点位置標定において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度及び前記角度情報に基づいて前記伝播速度情報が変更され、前記弾性波速度分布算出において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度及び前記角度情報に基づいて前記伝播速度情報が変更されることにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る弾性波トモグラフィにおける情報特定方法の特徴は、検査対象物において発せられた音を測定する計測センサを前記検査対象物の表面に複数配置して多角形の検査領域を形成し、複数の計測センサの相互間に複数の節点が設けられると共に前記節点により区画され且つ前記音の伝播速度情報を有するセルにより解析モデルを形成し、前記解析モデルにおいて、前記計測センサの位置情報及び前記計測センサで計測した前記音の計測到達時間並びに前記伝播速度情報に基づいて前記音の推定発信時刻及び推定発信位置を求める発信点位置標定を行い、求めた推定発信時刻及び推定発信位置の値並びに前記計測到達時間に基づいて前記伝播速度情報を補正して前記解析モデルの弾性波速度分布同定を行い、求めた理論到達時刻と前記計測到達時間の差が所定範囲内に収まるように前記発信点位置標定及び前記弾性波速度分布同定を繰り返し行い、前記音の推定発信時刻及び推定発信位置並びに前記弾性波速度分布を決定する方法において、前記検査対象物が、少なくとも一部に異方性を有する部分を有し、前記発信点位置標定において、セル毎に前記解析モデルに設定された参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度に基づいて前記伝播速度情報が変更され、前記弾性波速度分布算出において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度に基づいて前記伝播速度情報が変更され、前記音の真の発信時刻、前記音の真の発信位置、前記音の真の伝播速度及び前記波線の角度と変更前後の伝搬速度情報に基づく速度異方性の少なくとも１つを特定することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る弾性波トモグラフィにおける情報特定装置の特徴は、検査領域が多角形となるように検査対象物の表面に複数配置され、前記検査対象物において発せられた音を測定する計測センサを有し、複数の計測センサの相互間に複数の節点が設けられると共に前記節点により区画され且つ前記音の伝播速度情報を有するセルにより解析モデルを形成し、前記解析モデルにおいて、前記計測センサの位置情報及び前記計測センサで計測した前記音の計測到達時間並びに前記伝播速度情報に基づいて前記音の推定発信時刻及び推定発信位置を求める発信点位置標定を行い、求めた推定発信時刻及び推定発信位置の値並びに前記計測到達時間に基づいて前記伝播速度情報を補正して前記解析モデルの弾性波速度分布同定を行い、求めた理論到達時刻と前記計測到達時間の差が所定範囲内に収まるように前記発信点位置標定及び前記弾性波速度分布同定を繰り返し行い、前記音の推定発信時刻及び推定発信位置並びに前記弾性波速度分布を決定する構成において、前記検査対象物が、少なくとも一部に異方性を有する部分を有し、前記発信点位置標定において、セル毎に前記解析モデルに設定された参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度に基づいて前記伝播速度情報が変更され、前記弾性波速度分布算出において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度に基づいて前記伝播速度情報が変更され、前記音の真の発信時刻、前記音の真の発信位置、前記音の真の伝播速度及び前記波線の角度と変更前後の伝搬速度情報に基づく速度異方性の少なくとも１つを特定することにある。
上記本発明に係る非破壊検査方法及び非破壊検査装置並びに弾性波トモグラフィにおける情報特定方法及び情報特定装置の特徴によれば、従来検査が困難であった異方性材料を含む検査対象物の検査を精度よく行うことが可能となった。
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明に係る非破壊検査装置１は、図１に示すように、例えば、大略、検査対象となる構造体１００の表面に配置される複数の計測センサとしての複数のＡＥセンサ２と、ＡＥセンサ２により検出した弾性波としてのＡＥ波形を増幅するアンプ３と、増幅したＡＥ波形を記録すると共に信号処理する計測部４（ＡＥ計測装置）と、信号処理されたＡＥ波形を解析しＡＥ源（発信点）等を特定する解析部５（パーソナルコンピュータ）よりなる。なお、本実施形態の例では、アンプ３、計測部４、解析部５を別体として記載しているが、一体に設けてもよい。
本発明に係る非破壊検査装置１は、図１に示すように、例えば、大略、検査対象となる構造体１００の表面に配置される複数の計測センサとしての複数のＡＥセンサ２と、ＡＥセンサ２により検出した弾性波としてのＡＥ波形を増幅するアンプ３と、増幅したＡＥ波形を記録すると共に信号処理する計測部４（ＡＥ計測装置）と、信号処理されたＡＥ波形を解析しＡＥ源（発信点）等を特定する解析部５（パーソナルコンピュータ）よりなる。なお、本実施形態の例では、アンプ３、計測部４、解析部５を別体として記載しているが、一体に設けてもよい。
解析部５は、図２に示すように、大略、検査対象の情報を設定する条件設定部５１と、発信点１２の位置を標定する位置標定部５２と、弾性波速度分布を同定する速度分布同定部５３と、後述する理論到達時刻とＡＥセンサ２で計測到達時間の差が収束しているか否か（所定範囲内であるか否か）を判定する判定部５４を有する。位置標定部５２は初動走時算出部５２ａと発信点推定部５２ｂを有し、速度分布同定部５３は理論到達時刻算出部５３ａと伝播速度補正部５３ｂを有する。
図３に示すように、本例では、４つのＡＥセンサ２が矩形の角部にそれぞれ配置され、ＡＥセンサ２で取り囲まれた領域が検査領域１０となる。この検査領域１０において、ＡＥセンサ２がＡＥ信号を受信する受信点１１（図中白丸）となり、位置情報（座標）を有する。また、この検査領域１０内には、分岐点１３ａ（図中黒丸）が設けられると共に各分岐点１３ａを結ぶ分岐線１４が形成され、検査領域１０を複数に分割するセル１５が設定される。この分岐点１３ａは、セル１５の構成節点であり、位置情報を有する。セル１５には、弾性波の伝播速度（伝播速度の逆数であるスローネス）が設定される。
設定されたセル１５内には、さらに複数の中継点１３ｂ（図中三角）が設けられる。本例では、等間隔に中継点１３ｂが設けられる。この中継点１３ｂも、位置情報を有する。分岐点１３ａ及び中継点１３ｂは、位置情報を有する節点（ノード）１３を構成する。本発明において、この節点１３は、後述のＡＥトモグラフィ法において発信点１２の候補となる。なお、中継点１３ｂの数を増やす（分布密度を高くする）ことで、解析モデルにおける波線経路を真の波線経路に近似させることができ、発信点１２の同定精度を向上させることができる。
ここで、本発明において適用するＡＥトモグラフィ法とは、受信点における弾性波の到達時間のみから弾性波速度分布を同定するものである。一般的な弾性波トモグラフィでは、対象となる信号は打撃等によって生じた人工的な弾性波であり、その発信位置と発信時刻は既知である。しかし、対象をＡＥ（アコースティック・エミッション）とした場合、受信点における弾性波の到達時刻は観測されるが、ＡＥの発信位置と発信時刻は未知である。そのため、ＡＥトモグラフィ法では、例えば波線追跡（レイトレーシング）に基づく位置標定法によって、ＡＥの発信位置と発信時刻を推定し、それらの情報を既知とすることで弾性波トモグラフィ法のアルゴリズムを適用する。
図４を参照しながら波線追跡について説明する。同図に示す解析モデルの例では、４行６列のセル１５にメッシュ分割されると共に等間隔に節点１３が設定されている。ここで、発信点１２から受信点１１へ伝播する非線形の弾性波（ＡＥ）について、その波線を節点１３を通過する折線に線形に近似した場合、セル１５を横切る折線の長さ（節点間距離）をｌ1〜ｌ7とし、セル１５を伝播する弾性波（ＡＥ）の伝播速度の逆数（スローネス）をＳ1〜Ｓ7とすると、発信点１２から受信点１１への弾性波の伝播時間Ｔ（初動走時（理論走時））は、数１の式で表される。
上述したように、受信点１１及び節点１３の位置（座標）は既知であるので、発信点１２の位置（座標）が既知となれば、それら座標から全ての折線の長さｌを算出することができる。よって、スローネスＳ（弾性波速度の逆数）をセル１５に設定しておくことで、初動走時Ｔ（伝播時間）は算出される。そして、受信点１１における弾性波の到達時刻は既知であるから、受信点１１における弾性波の到達時刻から初動走時Ｔ（伝播時間）を減算することで、発信時刻の推定（推定発信時刻の算出）が可能となる。
上述した初動走時の算出及び推定発信時刻の算出は、受信点１１毎に全ての節点１３に対して行われる。図５に示す例では、四隅に配置された受信点Ｒ1〜Ｒ4毎に、全発信点候補Ｏ1〜Ｏ3に対し初動走時δＴij（伝播時間）を求めると共に到達時間Ｔ1〜Ｔ4と初動走時δＴijの差から発信時刻を推定する。ここで、各発信点候補Ｏ1〜Ｏ3は、受信点Ｒ1〜Ｒ4毎に推定発信時刻を有する。これら４つの推定発信時刻の誤差が最も小さい（分散が最小）になるものを発信点として推定する。同図の例では、発信点候補Ｏ3が発信点１２と推定される。
ところで、本発明の対象となる異方性材料とは、図６（ａ）に示すように、弾性波の伝播方向によってその伝播速度が変化する材料をいう。同図中の左部分（材料）は、いずれの方向にも同じ速度で伝播する等方性を示す。一方、同図中の右下部分（材料）は方向によって異なる速度で伝播する異方性を示す。従来の手法では、検査対象が等方性であることを前提にしているため、異方性材料の検査対象に適用すると、正確な弾性波速度分布を得ることはできない。
また、不均一物性とは、図６（ｂ）に示すように、異方性材料の如く方向によって伝播速度が変化するものではないが、検査対象の一部の伝播速度が他の部分と異なるものをいう。従来の手法では、検査対象が均一であることを前提にしているため、不均一物性の検査対象に適用すると、正確な弾性波速度分布を得ることはできない。本発明は、弾性波速度分布の不均一性と弾性波速度の異方性を適切に考慮することを目的とするものである。
そこで、本発明においては、図７に示す如きスローネスプロファイル（角度情報）を用いて異方性を考慮させる。同図（ａ）に示すように、検査対象１０内のセル１５における波線Ｗは、基準となる参照軸Ａに対して角度θを有する。例えば、同図（ｂ）に示す如き、参照軸ＡにおけるスローネスＳ０に対する各角度θ１〜θ５におけるスローネスＳ１〜Ｓ５は、同図（ｃ）に示すスローネスプロファイルを示す。
図７（ｃ）に示すように、例えば、角度θ２と角度θ３の間の角度θ’におけるスローネスＳ’は、角度θ２のスローネスＳ２にスローネスＳ３に角度差の割合（θ’−θ２）／（θ３−θ２）を乗じたものを加算したものとして表される。上述したように、発信点１２から受信点１１への弾性波の伝播時間Ｔ（初動走時（理論走時））は、セル１５を横切る折線の長さ（節点間距離）とセル１５の伝播速度の逆数（スローネス）との積の合計である。従って、各セル１５における弾性波速度を一定とすると、図８に示すように、セル１５における伝播速度の逆数（スローネス）は、参照軸Ａに対して角度θの関数とすることができる。すなわち、異方性を反映させた発信点１２から受信点１１への弾性波の伝播時間Ｔ（理論走時）は、数２の式で表される。
このように、スローネスＳを波線Ｗの角度θの関数として付与することで、検査対象となる材料が異方性を有するものであって、ＡＥトモグラフィ法を適用することが可能となる。波線追跡では、例えば弾性波速度トモグラフィであれば節点１３間での初動走時が必要となるため、節点１３間での全ての波線を考慮し、ダイクストラ法等によって走時が最も小さくなる波線経路を選択する。これにより、ＡＥの位置標定によって同定されたＡＥの発生位置と発生時刻を用いることによって、受信点におけるＡＥの到達時刻を求める。ＡＥトモグラフィ法では、この波線追跡によって求められたＡＥの受信点における到達時刻と、観測された到達時刻の差を最小化するような弾性波速度分布を同時反復法によって同定する。
次に、図９を参照しながらＡＥトモグラフィ法における検査方法を説明する。図９にＡＥトモグラフィ法のフローチャートを示す。ＡＥトモグラフィ法は、大略、初期の弾性波速度分布の入力を行う初期条件入力ステップ（Ｓ１）と、ＡＥ源（発信点）の位置を標定する位置標定ステップ（Ｓ２）と、標定したＡＥ源の情報に基づいて弾性波速度分布を同定する速度分布同定ステップ（Ｓ３）と、理論到達時刻と計測到達時間の差が所定範囲内に収まるか否かを判定する判定ステップ（Ｓ４）を有する。
初期条件入力ステップＳ１では、計測部５（パーソナルコンピュータ）の条件設定部５１には、検査対象１００の表面に設置されたＡＥセンサ２の位置情報（座標）により受信点１１の座標を入力される。また、ＡＥセンサ２により設定された検査対象１０を複数のセル１５によりメッシュ分割する分岐点１３ａが設定されると共に各セル１５内に等間隔に中継点１３ｂを設定され、これら節点１３の座標が入力される。さらに、セル１５毎に弾性波の伝播速度及び角度情報（上述のスローネスプロファイル（波線の参照軸に対する角度の関数））が設定される。そのような角度情報として、例えば、縦方向（参照軸方向）への伝播速度に対する横（直交）方向への伝播速度の割合（縦横速度比）が入力される。これにより、初期の解析モデル（初期弾性波速度分布）が設定される。ＡＥセンサ２で観測されるＡＥ波形から受信点における到達時刻も入力される。
次に、位置標定ステップＳ２では、まず、初動走時算出部５２ａは、受信点１１から全節点１３までの波線における伝播時間を、条件設定部５１で入力された伝播速度及びスローネスプロファイル並びセル１５を横切る波線の折線長さから求める。折線長さ及び参照軸に対する角度（伝播方向）は、受信点１１及び節点１３の座標から求められる。また、上述したように、スローネスを波線の角度情報（スローネスプロファイル）として設定されている。よって、セル１５毎に参照軸に対するセル１５を横断する波線（折線）の角度が算出されると共に算出された角度及び角度情報に基づいて伝播速度が変更される。これにより、当該波線における伝播速度の精度が向上する。このように、走時算出において伝播速度に角度情報を反映させることで、速度異方性を反映したＡＥ源の位置標定を行うことが可能となる。ＡＥ位置標定の際にスローネスプロファイル（例えば、速度比）を考慮しないと、受信点１１から他の節点１３への走時を計算する際にその走時が正確な値とならず、結果として位置標定の精度が低下する。この伝播時間の算出は、受信点１１毎に全ての節点１３に対して実行される。
次に、発信点推定部５２ｂは、受信点１１毎に条件設定部５１に入力された受信点１１における弾性波の到達時刻から初動走時算出部５２で求めた節点１３毎の伝播時間（理論走時）を減算して、節点１３毎に推定発信時刻を求める。この推定発信時刻は、受信点１１の数だけ得られる。そして、得られた推定発信時刻の分散値が最小（各推定発信時刻の差が最小）となる節点１３を仮発信点とする。
ここで、検査対象に不均一部分が含まれていると、伝播速度が遅くなることがあっても均一解析モデルには反映されない。そこで、本発明では、速度分布同定ステップＳ３において、発信点推定部５２ｂにより求めた仮発信点における推定発信時刻の平均を推定発信時刻とする。そして、理論到達時刻算出部５３ａが、仮発信点（ある節点１３）と受信点１１との間の伝播時間を算出すると共に、算出した伝播時間を推定発信時刻に加算することで、理論到達時刻を算出する。
そして、伝播速度補正部５３ｂが、求めた理論到達時刻と観測された到達時刻との誤差が０となるようにセル１５の伝播速度を補正する。ここで、仮発信点と受信点１１との間の伝播時間の算出においても、仮発信点が推定されたことから、仮発信点と受信点１１との間の伝播方向（参照軸に対する角度）が求められる。また、上述したように、スローネスを波線の角度情報（スローネスプロファイル）として設定されている。よって、セル１５毎に参照軸に対するセル１５を横断する波線（折線）の角度が算出されると共に算出された角度及び角度情報に基づいて伝播速度が変更される。これにより、速度分布の同定においても、異方性が考慮され、同定精度が向上する。
そして、補正された伝播速度で再度推定発信時刻を求め、再度求めた理論到達時刻と計測到達時間の差が所定範囲内に収まる（収束）している否かを判定部５４が判定し、収束していればその発信点及び速度分布を確定される。
真の発信点が確定できた後は、その発信点における発信時刻及び発信位置並びに受信時刻及び受信位置の値を用いて、発信点１２からＡＥセンサ２までの距離における実際の弾性波伝播時間（計測走時）を算出する。一方、真の発信点からＡＥセンサ２間に複数の節点１３を設けた解析モデルから真の発信点１２から受信点１１の間の理論値としての弾性波伝播時間（理論走時）を算出する。
そして、理論走時と計測走時との走時残差を求め、その残差が誤差範囲内であれば、各セル１５の速度を算出する。よって、測定対象物１００の物性がたとえ不均質で速度異方性を有していても各セル１５における速度分布が正確に形成でき、その速度分布により、例えば、伝播速度が遅くなる原因となる欠陥を検知する非破壊検査が可能となる。
このように、逐次補正されるモデルにより、推定発信時刻の分散が最小となる発信点を求めることで、測定対象物の構成材料などに不均質や速度異方性の部材が含まれていた場合、ひび割れや劣化など局所的な不均質箇所場合などを反映した発信点の位置特定（同定）が可能となるのである。
しかも、上記位置標定及び速度分布同定は、発信点の数だけ行うことになり、その結果、さらに真の発信点の特定（同定）の精度が高くなり、精度の高い弾性波トモグラフィによる非破壊検査システムを提供できることになる。
発明者らは、図１０に示す解析モデルによって、本発明の妥当性を数値実験によって確認した。図１０に示されるように、検証に使われた解析対象モデルは、一辺が１０ｍの正方形であり、白色の領域と網掛けの領域とで構成されている. 白色の領域及び網掛けの領域は、いずれも鉛直方向と水平方向の弾性波速度が１０：１になるような弾性波速度異方性（図１１に示すスローネスプロファイル）が設定され、鉛直方向の弾性波速度を白色の領域で４０００ｍ／ｓ、 網掛けの領域で３０００ｍ／ｓとした。これは、 白色の領域が健全な領域、網掛けの領域が不健全な領域を表わす。この断面内において、ランダムな位置に２００個でＡＥが発生したと仮定し、それぞれの発信点から図１０の弾性波速度分布上において波線追跡を受信点まで実施し、その初動走時を観測走時として採用した。受信点は断面の頂点の４箇所に設置し、異方性を組み込んだ場合と異方性を組込まない場合に分けて、初期条件として、鉛直方向の弾性波速度を４０００ｍ／ｓとした均一な弾性波速度分布を与えた。
図１２（ａ）に弾性波速度構造の同定において異方性を考慮した場合の結果、同図（ｂ）に異方性を考慮しない場合の同定結果を示す。同図（ａ）によれば、弾性波速度の異方性を考慮して同定された弾性波速度分布は、図１０で示す弾性波速度分布と同様の傾向を示しており、同定された弾性波速度分布は、定性的には真値と一致していることが分かった。一方、異方性を考慮しないで同定された弾性波速度分布は、同図（ｂ）に示すように真値とは傾向も異なった。これらの結果から、本発明の手法は、異方性を持つ材料に対しても定性的に弾性波速度分布を同定しうることが確認された。
最後に、本発明の他の実施形態の可能性について言及する。
上記実施形態において、異方性及び不均一性を考慮するようにアルゴリズムを構成した。しかし、実施例に記載の如く、例えば事前調査等により速度分布が既知（不均一性が判明している）には、各セルに設定される伝播速度情報は異なるものとなる。係る場合、異方性のみを考慮したＡＥトモグラフィを実施し得る。すなわち、本発明において、セルに設定される伝播速度情報は同一であっても異なっていてもいずれでもよい。
上記実施形態において、異方性及び不均一性を考慮するようにアルゴリズムを構成した。しかし、実施例に記載の如く、例えば事前調査等により速度分布が既知（不均一性が判明している）には、各セルに設定される伝播速度情報は異なるものとなる。係る場合、異方性のみを考慮したＡＥトモグラフィを実施し得る。すなわち、本発明において、セルに設定される伝播速度情報は同一であっても異なっていてもいずれでもよい。
一方、上記実施例において、解析モデルの参照軸に対するＡＥの波線の角度情報として、縦横速度比を予め設定したが、このような速度比（角度情報）が未知である場合であっても、受信点１１の数を増加させることで、速度比（速度異方性）を同定することも可能である。本手法によれば、受信点１１を増加させることで、弾性波の真の発信時刻、弾性波の真の発信位置、弾性波の真の伝播速度及び解析モデルに設定された弾性波の波線の角度と変更前後の伝搬速度情報に基づく速度異方性の少なくとも１つを特定する弾性波トモグラフィにおける情報特定方法及び特定装置として適用することも可能である。
上記実施形態において、板状の測定対象物１に適用される平面（２次元）解析の場合を例に説明した。しかし、立体（３次元）の検査領域に対しても理論上は同様に適用可能である。すなわち、位置情報を立体座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とし、受信点１１を増加させればよい。
本発明は、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の速度異方性を有する材料を有する橋梁床板、高速道路床板や橋脚などの構造物の非破壊検査に適用することができる。また、構造物に限らず、繊維強化プラスチック等の速度異方性を有する材料それ自体やそのような材料含む建築材料、自動車、航空機、船舶等のボディーやフレーム等の構造部品や各種部品及び設備や装置の検査にも利用可能である。なお、速度異方性を有する材料としては、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の繊維強化プラスチックなどがある。
１：非破壊検査装置、２：計測センサ（ＡＥセンサ）、３：アンプ、４：計測部（ＡＥ計測装置）、５：解析部（ＰＣ）、１０：検査領域、１１：受信点、１２：発信点、１３：節点（ノード）、１３ａ：分岐点、１３ｂ：中継点、１４：分岐線、１５：セル、５０：、５１：条件設定部、５２：位置標定部、５２ａ：初動走時算出部、５２ｂ：発信点推定部、５３：速度分布同定部、５３ａ：理論到達時刻算出部、５３ｂ：伝播速度補正部、５４：判定部、１００：検査対象物
Claims (6)
- 検査対象物において発せられた音を測定する計測センサを前記検査対象物の表面に複数配置して多角形の検査領域を形成し、
複数の計測センサの相互間に複数の節点が設けられると共に前記節点により区画され且つ前記音の伝播速度情報を有するセルにより解析モデルを形成し、
前記解析モデルにおいて、前記計測センサの位置情報及び前記計測センサで計測した前記音の計測到達時間並びに前記伝播速度情報に基づいて前記音の推定発信時刻及び推定発信位置を求める発信点位置標定を行い、
求めた推定発信時刻及び推定発信位置の値並びに前記計測到達時間に基づいて前記伝播速度情報を補正して前記解析モデルの弾性波速度分布同定を行い、
求めた理論到達時刻と前記計測到達時間の差が所定範囲内に収まるように前記発信点位置標定及び前記弾性波速度分布同定を繰り返し行い、前記音の推定発信時刻及び推定発信位置並びに前記弾性波速度分布を決定して前記検査領域を検査する非破壊検査方法であって、
前記検査対象物が、少なくとも一部に異方性を有する部分を有し、
前記セルは、前記解析モデルの参照軸に対する前記音の波線の角度情報をさらに有し、
前記発信点位置標定において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度及び前記角度情報に基づいて前記伝播速度情報が変更され、
前記弾性波速度分布算出において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度及び前記角度情報に基づいて前記伝播速度情報が変更される非破壊検査方法。 - 前記検査対象物において発せられた音は、外力により自然発生するＡＥ音である請求項１記載の非破壊検査方法。
- 前記検査対象物は、前記ＡＥ音を発生させるものである請求項２記載の非破壊検査方法。
- 検査領域が多角形となるように検査対象物の表面に複数配置され、前記検査対象物において発せられた音を測定する計測センサを有し、
複数の計測センサの相互間に複数の節点が設けられると共に前記節点により区画され且つ前記音の伝播速度情報を有するセルにより解析モデルを形成し、
前記解析モデルにおいて、前記計測センサの位置情報及び前記計測センサで計測した前記音の計測到達時間並びに前記伝播速度情報に基づいて前記音の推定発信時刻及び推定発信位置を求める発信点位置標定を行い、
求めた推定発信時刻及び推定発信位置の値並びに前記計測到達時間に基づいて前記伝播速度情報を補正して前記解析モデルの弾性波速度分布同定を行い、
求めた理論到達時刻と前記計測到達時間の差が所定範囲内に収まるように前記発信点位置標定及び前記弾性波速度分布同定を繰り返し行い、前記音の推定発信時刻及び推定発信位置並びに前記弾性波速度分布を決定して前記検査領域を検査する非破壊検査装置であって、
前記検査対象物が、少なくとも一部に異方性を有する部分を有し、
前記セルは、前記解析モデルの参照軸に対する前記音の波線の角度情報をさらに有し、
前記発信点位置標定において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度及び前記角度情報に基づいて前記伝播速度情報が変更され、
前記弾性波速度分布算出において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度及び前記角度情報に基づいて前記伝播速度情報が変更される非破壊検査装置。 - 検査対象物において発せられた音を測定する計測センサを前記検査対象物の表面に複数配置して多角形の検査領域を形成し、
複数の計測センサの相互間に複数の節点が設けられると共に前記節点により区画され且つ前記音の伝播速度情報を有するセルにより解析モデルを形成し、
前記解析モデルにおいて、前記計測センサの位置情報及び前記計測センサで計測した前記音の計測到達時間並びに前記伝播速度情報に基づいて前記音の推定発信時刻及び推定発信位置を求める発信点位置標定を行い、
求めた推定発信時刻及び推定発信位置の値並びに前記計測到達時間に基づいて前記伝播速度情報を補正して前記解析モデルの弾性波速度分布同定を行い、
求めた理論到達時刻と前記計測到達時間の差が所定範囲内に収まるように前記発信点位置標定及び前記弾性波速度分布同定を繰り返し行い、前記音の推定発信時刻及び推定発信位置並びに前記弾性波速度分布を決定する弾性波トモグラフィにおける情報特定方法であって、
前記検査対象物が、少なくとも一部に異方性を有する部分を有し、
前記発信点位置標定において、セル毎に前記解析モデルに設定された参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度に基づいて前記伝播速度情報が変更され、
前記弾性波速度分布算出において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度に基づいて前記伝播速度情報が変更され、
前記音の真の発信時刻、前記音の真の発信位置、前記音の真の伝播速度及び前記波線の角度と変更前後の伝搬速度情報に基づく速度異方性の少なくとも１つを特定する弾性波トモグラフィにおける情報特定方法。 - 検査領域が多角形となるように検査対象物の表面に複数配置され、前記検査対象物において発せられた音を測定する計測センサを有し、
複数の計測センサの相互間に複数の節点が設けられると共に前記節点により区画され且つ前記音の伝播速度情報を有するセルにより解析モデルを形成し、
前記解析モデルにおいて、前記計測センサの位置情報及び前記計測センサで計測した前記音の計測到達時間並びに前記伝播速度情報に基づいて前記音の推定発信時刻及び推定発信位置を求める発信点位置標定を行い、
求めた推定発信時刻及び推定発信位置の値並びに前記計測到達時間に基づいて前記伝播速度情報を補正して前記解析モデルの弾性波速度分布同定を行い、
求めた理論到達時刻と前記計測到達時間の差が所定範囲内に収まるように前記発信点位置標定及び前記弾性波速度分布同定を繰り返し行い、前記音の推定発信時刻及び推定発信位置並びに前記弾性波速度分布を決定する弾性波トモグラフィにおける情報特定装置であって、
前記検査対象物が、少なくとも一部に異方性を有する部分を有し、
前記発信点位置標定において、セル毎に前記解析モデルに設定された参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度に基づいて前記伝播速度情報が変更され、
前記弾性波速度分布算出において、セル毎に前記参照軸に対するセルを横断する波線の角度が算出されると共に算出された角度に基づいて前記伝播速度情報が変更され、
前記音の真の発信時刻、前記音の真の発信位置、前記音の真の伝播速度及び前記波線の角度と変更前後の伝搬速度情報に基づく速度異方性の少なくとも１つを特定する弾性波トモグラフィにおける情報特定装置。
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