複合材検査とは？
複合材料は、その構成要素単体よりも優れた特性を持つことが多く、航空宇宙、石油・ガス、自動車、建設、海洋、スポーツ用品など、幅広い産業および用途において大きな変革をもたらしてきました。これらの材料には、炭素繊維強化ポリマー（CFRP）、ガラス繊維強化ポリマー（GFRP）、金属基複合材料（MMC）、セラミック基複合材料（CMC）などが含まれます。
複合材料の製造プロセスおよび関連技術は、現在も進化を続けており、コスト削減、設計自由度の向上、耐腐食性および耐摩耗性、比強度、剛性、柔軟性、熱安定性など、多岐にわたる利点をもたらしています。
一方で、複合材料はその特有の構造（場合によっては異方性）により、製造時または使用中に特有の欠陥が発生する可能性があり、安全性が要求される用途においては適切なタイミングでの検出が不可欠です。これらの欠陥には、層間剥離、気孔（ポロシティ）、繊維配向不良、しわ、吸湿、層間剥離（デボンド）などが含まれます。
超音波探傷試験（UT）は、この目的における主要な非破壊検査手法の一つであり、TPACは、複合材料検査における厳しい要求に対応可能な、最先端技術およびソリューションを提供しています。これには、厚いハニカム構造やCFRPサンドイッチ構造のような高減衰材料への対応、空中超音波を用いたドライ検査、さらには複雑形状部品の検査などが含まれます。
複合材料検査における主な手法とTPACの対応
複合材料の検査は、多くの産業における品質管理において必須の工程です。一般的な超音波探傷（UT）手法としては、低減衰材料に対して用いられるパルスエコー法（PE）と、高減衰材料に対して用いられる透過法（Through-Transmission Ultrasound：TTU）が広く使用されています。
いずれの手法においても、TPACは従来型UTおよびフェーズドアレイ技術に基づくさまざまなソリューションを提供しています（Pilot+およびExplorerを参照）。
さらにTPACは、最先端のTFMおよびPWI手法を活用し、複合材料検査における、最も困難な課題に対応する独自機能を開発しています。これには、異方性、複雑・不規則形状、高い超音波減衰といった材料特性への対応が含まれます。
さらに、複合材料検査のロボット化は、従来のポータブル機器やラボ用装置の設計範囲を超える、新たな課題を生み出しています。コンパクト性、高性能性、堅牢性、そしてロボットとの同期性能が重要な要件となっています。
TPACはこれらの要求に対応するための最先端技術を開発しており、最大20Gbまで対応可能な高性能機器を、超音波探触子のすぐそばに設置することを可能にしています。これにより信号品質が大幅に向上し、TTU、PAUT、TFM、PWIなど多様な超音波探傷技術の適用が可能となります。
また、これらのシステムは、シングルロボットおよびツインロボット構成、水浸タンク、フラットベッドスキャナ、直交ガントリ（Cartesian gantry）など、さまざまなロボット検査構成への統合に対応しています。
TPACの計測システムは、航空宇宙分野における多様なロボット検査システムに統合されています。
適用事例と産業分野
複合材料は、その独自の特性と利点により、さまざまな産業分野で広く活用されています。代表的な適用事例は以下の通りです。
航空宇宙
複合材料は、高い比強度、耐腐食性、設計自由度の高さから、航空・宇宙分野で広く使用されています。例えば、機体構造、翼、尾翼（エンペナージ）、フェアリング、エンジンタービンブレード、内装構造部材などに用いられています。
スポーツ・レジャー
テニスラケット、ゴルフクラブ、自転車、ホッケースティック、スキー、スノーボードなど、高性能かつ軽量性が求められるスポーツ用品に広く利用されています。
自動車
自動車産業では、車両の軽量化、燃費向上、および性能改善を目的として複合材料が利用されています。ボディパネル、シャシー、内装部品、構造補強材などに適用されています。
軍事・防衛
複合材料は、強度、軽量性、耐腐食性および耐衝撃性に優れることから、装甲車両、防弾装備、航空機構造、レドームなどに使用されています。
海洋
複合材料は、耐腐食性および耐疲労性、さらに軽量性に優れていることから、海洋分野で広く使用されています。ボートの船体、デッキ、マスト、その他の船舶構造物などに利用されています。
再生可能エネルギー
風力発電以外にも、太陽光発電設備や水力タービンなど、環境条件に対する耐久性が求められる分野で複合材料が活用されています。
風力発電
複合材料は、高い比強度、耐腐食性、設計自由度の高さから、航空・宇宙分野で広く使用されています。例えば、機体構造、翼、尾翼（エンペナージ）、フェアリング、エンジンタービンブレード、内装構造部材などに用いられています。
電子機器
軽量性および電気絶縁性を活かし、電子機器やコンシューマーエレクトロニクス分野でも利用が進んでいます。
建設
複合材料は、耐久性、耐候性、設計自由度の高さから建設分野でも採用が拡大しています。橋梁、建築外装、クラッディング、補強材、インフラ構造部材などに使用されています。
石油・ガス
複合材料は、優れた耐腐食性および機械的特性により、石油化学分野において金属部品の代替として採用が進んでいます。
これらは一例に過ぎず、複合材料は他にも多くの産業分野で利用されており、現代の製造技術および産業技術において非常に重要な役割を果たしています。
腐食マッピング向けソリューション
TPACは、対象となる材料や構造物を損傷することなく、潜在的な腐食状態を最適に評価するためのトータルソリューションを提供しています。
お客様の用途に最適なExplorerデバイスと、腐食マッピング専用ソフトウェアConcertoを組み合わせることで、すぐに運用を開始することができます。
高ダイナミックレンジTTU
高減衰材料、特にハニカム構造を持つ航空宇宙用サンドイッチ構造部品などの検査では、超音波探傷は透過法（Through-Transmission Ultrasound：TTU）モードで実施されます。
このような材料を透過するには十分なダイナミックレンジを持つ計測機器が必要であり、単に透過させるだけでなく、同一部品または同一バッチ内の薄肉部や減衰の少ない領域も、ゲインなどの設定変更なしに検査できることが求められます。
この要求に応えるため、TPACはPilot+を開発しました。これは、超高ダイナミックレンジ（同時取得で162 dB）および高分解能（27ビット）計測を実現する独自の装置であり、超小型IP67筐体に統合されています。これにより、ゲイン調整を気にする必要がなくなります。
Pilot+はIP67準拠のコンパクト筐体に統合されており、以下の特長を備えています：
- パルスエコー、ピッチ＆キャッチ、TTUに対応した8チャンネル並列超音波（UT）構成
- 50 kHz〜20 MHzの広帯域受信機（低周波の空中超音波UTにも対応）
- 最大400 Vの高出力かつ多機能パルサー（ユニポーラ、バイポーラバースト、任意波形発生（AWG）モード対応）
任意波形発生（AWG）
TPACの任意波形発生（Arbitrary Wave Generation：AWG）は、複合材料検査における新たなブレークスルー技術となっています。
従来のスパイク波や矩形波パルサーと比較して、任意波形の生成および処理が可能になることで、超音波計測装置、探触子、被検査材料間の音響特性をより適切に整合させることができます。これにより、S/N比および分解能のさらなる向上につながる、新たな可能性が広がります。
AWG技術は、TPACのハイエンド計測機器に搭載されており、フェーズドアレイおよび従来型UTの両方に対応しています。対象製品には、Pioneer、Explorer MAX、およびPilotが含まれます。
アダプティブTFM／PWI
*サイズ 角度 同心度 位置
*CFRP航空宇宙部品における代表的な曲率半径のばらつき
TPACは、複雑形状、肉厚の変化や曲率のばらつき、あるいは不規則形状といった、複合材料検査で一般的に見られる課題を克服するため、独自のアダプティブTFM／PWI手法を開発しています。
代表的な応用例として、航空宇宙分野におけるCFRP部品の製造が挙げられます。これらの部品は放射状（ラジアル）形状で設計されることが多く、製造工程においてわずかな寸法ばらつきが生じる場合があります。これらのばらつきは構造性能には大きく影響しないものの、超音波のカップリング特性には大きな影響を及ぼし、予期しない減衰を引き起こすことで、気孔欠陥と誤認される可能性や、場合によっては超音波検査自体を困難にすることもあります。
さらに、最新の3Dプリンティング技術（積層造形：Additive Manufacturing、AM）の進展により、従来は製造が困難または不可能であった複雑形状の複合部品の製造が可能になっています。
TPACのハイエンド・フルパラレル・フェーズドアレイ計測器（Explorer MAXなど）により、リアルタイムでのATFM／APWIイメージングが可能となっています。また、アダプティブイメージングはPWIやPCI（位相コヒーレンスイメージング）といった他のTFM派生手法にも適用可能です。
ATFM／APWIの適用対象は複雑形状に限られるものではありません。主な用途の一つとして、探触子と被検査面のミスアライメント補正があります。これは手動、半自動、あるいは自動検査（プロファイル追従）において有効であり、超音波のカップリング精度および計測精度における“最後の一歩”の課題を解決します。
これにより、機械的な位置決め要件が大幅に緩和され、CFRP部品の検査において大きな利点となります。特に、形状が平面またはほぼ平面である場合でも、その効果は有効です。
** Explorer MAX：超高性能（10 GbE対応）コンパクト・フェーズドアレイ計測器
***APWIによるCFRPモノリシックプレートの衝撃損傷スキャン（異なる深さにおける側面および上面表示：B-スキャンおよびC-スキャン）
メリット
TPACは、ハードウェアおよびソフトウェアの両面において最先端技術を開発しており、航空宇宙分野をはじめとする幅広い既存アプリケーションの課題解決および性能向上に貢献しています。また、航空宇宙や発電など多様な産業分野における主要なシステムインテグレーターおよびOEMと協力し、最先端の超音波探傷（UT）検査ソリューションを提供しています。
TPACの製品ポートフォリオは、コンパクト性、堅牢性、そして高性能を共通の特長としており、ロボットシステムとの統合や、複雑形状・高減衰材料の検査において大きな優位性を発揮します。
総じて、TPACの計測機器は、さまざまな産業分野において複合材料の安全性、信頼性、性能を確保する上で重要な役割を果たしています。高度な超音波技術と計測機器を活用することで、製造業者は早期に欠陥を検出し、生産プロセスを最適化し、現代の工学的課題に対応する高品質な製品を提供することが可能になります。航空宇宙、自動車、海洋、再生可能エネルギーといった幅広い分野において、超音波検査は複合材料の高度化と革新を支える不可欠な技術となっています。