CFRP材を手軽かつ迅速に検査 – 超音波カメラ「Sonacam」 | マシンビジョン大全｜FA（ファクトリーオートメーション）用途で活用する事例を紹介するウェブメディア | マシンビジョン大全

CFRP材は航空機や自動車、インフラ構造物の補強材やプラントのタンクなど様々な場面で使用されており、検査ニーズもまた多様である。ポニー工業（以下、当社）ではこうしたニーズに応えるべくPA-UT、水浸UTやX線CT、さらには赤外線といった複数の検査手法を提案している。

本稿では「扱いやすさ」に主眼を置き、超音波を用いた、専門的な知識がなくとも手軽かつ迅速にCスキャン画像を取得できる装置、超音波カメラ「Sonacam」（図1）を紹介する。

図1　超音波カメラ「Sonacam」

1.装置の概要

本装置は汎用検査装置ではなく、CFRP材をターゲットに開発された装置である。英国Sonatest社が販売元で当社が代理店として販売している。

装置は片手で使用できる大きさでポータブル性を備えており、タブレット型PCまたはデスクトップ・ノート型PCにUSB接続して使用する。

内部にはバッテリが内蔵されており、5時間連続使用できる。探傷面はゴムのような柔らかい素材になっており、表面が滑らかであれば接触媒質を用いなくとも検査可能である。

また、31mm四方のセンサ領域に124個×124個の振動子がマトリクス状に配列されており、検査対象に「当てるだけ」でCスキャン画像を取得することができる。

ラインナップは2機種あり、CFRP材厚さ8mmまで対応するCF08モデルと16mmまで対応するCF16モデルがある。なお、両モデルとも基本的な検出能力は変わらない。

2.装置の特長

2.1　探傷画面
探傷画面ではAスキャン、XY方向のBスキャン、振幅・距離Cスキャン、3Dイメージを1度に表示することができる。もちろん表示画面を選択し、距離Cスキャンのみの表示といったことも可能である（図2）。

図2　Aスキャン、XY方向のBスキャンは画面上で任意の場所を選択し表示することができる

2.2　センサ
　210μm × 210μmサイズの振動子が250μmピッチで縦方向に124個、横方向に124個、合計15,376個マトリクス状に配列されている。パルスは最大8種類（モデルにより異なる）用意されており、検査対象によって最適なパルスを選択して使用する（図3）。

図3　マトリクスアレイ配列イメージ図

2.3　適用範囲と精度
　CF08モデルの場合は厚さ8mmまでのCFRP材に対応し、CF16モデルの場合は厚さ16mmまで対応している。1度の探傷領域はセンサ領域と同じく31mm四方である。

音速に関しては標準で3,000m/sに設定されているが、この値は変更することができる。そのため炭素鋼やアルミニウム等、他の素材への適用も考えられるものの、本装置はCFRPに最適化されているため都度検証が必要となる。

また、上述のとおり接触面はゴムのような素材であるため、少々の曲面であれば対応可能である。　精度については対象となるCFRPの繊維配向等に左右されるが、上述の15,376個の高密度に設置された振動子により高精度な探傷を実現している。

2.4　計測ツール
　計測ツールを用いることで、取得したデータのキズの広がりや深さを簡易的に評価することができる。キズの広がりはCスキャン画像上で、キズの深さはBスキャン画像上で計測ラインを任意で引くことで計測できる（図4）。

図4
左：Cスキャン画像上での計測
右：Bスキャン画像上での計測

2.5　スティッチング機能
　広範囲の試験領域に対してはスティッチング機能を用いることで効率的に検査することができる。この機能は取得したCスキャン画像を自動的につなぎ合わせるものであり、あらかじめグリッド線を引いておけばエンコーダなしに広い領域で面探傷でき、全体のCスキャン表示が可能である（図5）。