2016, Nov.
No.

344
CONTENTS
レーザーによる水中コンクリート構造物の内部欠陥検出技術の開発【光と蔭】十有五にしてSPIE Remote Sensing 2016国際会議報告
主な学会等報告予定【表紙図】レーザー打撃法による水中コンクリート欠陥検出試験の実験配置

レーザーによる水中コンクリート構造物の内部欠陥検出技術の開発
レーザー計測研究チーム■はじめに倉橋慎理、本越伸二、島田義則
性向上、検査速度の高速化などの開発を加速している。

トンネルや橋梁などのコンクリートからなる社会イ

一方で我々は現在、検査の対象をダムや水力発電所

ンフラの多くが、高経年による老朽化を懸念されておのサージタンク（流量の平準化を目的として備えられり、適切な保守管理技術が必要とされている。この現た貯槽類のこと）、河川護岸など、常時滞水した状態で状を受け、当研究所では鉄道トンネルや高架橋などコ使用されるコンクリート構造物にまで広げることを目

ンクリート構造物の欠陥をレーザーで遠隔探傷する技標とした研究を行っている。これまでに、屋外設備へ術の開発を進めてきた 。パルスレーザー照射によりの導入をめざして装置を試作し、稼働中の実設備におコンクリートに振動を励起させ、その表面振動をレーいて試験を行った（Laser Cross No.333, 2015 Dec.）。

ザー干渉計で検出し、振動の周波数分析などを通してその際、水中における装置の姿勢制御には困難が伴い、欠陥の有無を評価するものである。室内実験の成果を装置と検査面の距離が変動すると、ピストンを用いた基にして野外実験が可能な装置を開発し、山陽新幹線機械式の打撃機構では十分に振動が励起されない場合や高速道路における試験を実施してその有効性を確認があることがわかった。この結果を受け平成27年度にした。現在実用化に向けて、欠陥探傷装置の試作や信頼は、振動励起機構にレーザーを採用し、レーザー打撃法

1 ,2 )

次ページへつづくレーザーによる水中コンクリート構造物の内部欠陥検出技術の開発の水中コンクリート構造物検査への適用性を検証するに示す。計測は入射エネルギーごとに 5回ずつ行った。

ための室内試験を実施した。本稿では、振動励起用レー示した波形はそれぞれの平均値を表す。内部欠陥を有ザーの入射エネルギー、および波長に対する振動振幅する領域には約1250 H zの固有振動数を持つたわみ振依存性について述べる。

動が励起され、指数関数的に減衰することがわかる。こ■水中構造物へのレーザー打撃法の適用の時の時定数は約3.6ミリ秒であった。また入射エネル

表紙図に実験配置を示す。振動励起用レーザーにギーの増加に応じて振動スペクトル値が大きくなるこ

は、Spectra-Physics社のQuanta-Ray PRO-Seriesとが確認できたが、入射エネルギーが 100 mJを下回る

Pulsed Nd:YAG Lasers システムを用いた。レーザーと信号レベルが大きく低下したため、背景雑音成分にの発振波長は 1064 nm、パルス幅は約10 ns、繰返し数よっては計測が困難となることも予測される。

は 10 H zである。レーザー光はビームスプリッタで分■レーザー波長効果の検討割し、エネルギーモニタおよび振動励起用ビームに用波長変換素子を用いて振動励起レーザーの波長をいた。振動励起用のビームは、焦点距離100 mmの集光532 nmに変換し、入射エネルギーに対する振動振幅のレンズを通して水槽内に設置されたコンクリート供試依存性を求めた。振動励起用のビームは、焦点距離100体にビーム径約10 µ mとなるよう照射した。集光レン

m mの集光レンズを用いて試供体表面でのビーム径がズは水槽から約30 c mの位置に設置した。コンクリー

約5 µmとなるよう調整し、以降は波長1064 nmの場合

ト供試体の大きさは 300×300×100 mmで、その内部と同様の実験配置で計測を行った。入射エネルギーをには人工的に欠陥が施されている。コンクリート供試体は水で満たされた水槽壁面から約90 c mの位置に設置 し た。 レ ー ザ ー 照 射 によってコンクリート供試体表面に励起された振動を、水槽外に設置されたレーザー振動計を用いて検出した。内部欠陥を有する領域にパルスレーザーを照射すると、内部欠陥の大きさや欠陥が存在する深さにより決まる周波数でたわみ振動が励起されるため、この振動の検出により、検査領域における内部欠陥の有無を判定することが可能となる。試験では、入射エネルギーを1540 mJから 85 mJまで段階的に変化させて信号波形の取得を行った。
それぞれのエネルギーにおける信号波形を図1(a)に、それぞれの波形を高速フー 【図1】各入射エネルギーにおける信号波形と周波数スペクトルリエ変換したものを図1 ( b ) (a),(b) λ=1064nm, (c),(d) λ=532nm
2330 mJから 12 mJまで段階的に変え、信号波形の取得達させることができれば、水中においてもたわみ振動を行った。それぞれのエネルギーにおける信号波形をを励起させることが可能であることがわかった。また、

図１( c )に、それぞれの波形を高速フーリエ変換したも励起されるたわみ振動の固有振動数および減衰の時定のを図１( d )に示す。示した波形はそれぞれ 5回測定の数は、振動励起レーザーの波長には依存しないことが平均値である。内部欠陥を有する領域には約1250 H zわかった。一方、たわみ振動の振幅の大きさにはレーの固有振動数を持つたわみ振動が励起され、時定数約ザーの入射エネルギーに対する依存性が見られ、投入3.6ミリ秒で指数関数的に減衰した。この結果から、励エネルギーが増加するにつれて振動振幅が大きくなる起されたたわみ振動の固有振動数や減衰の時定数は、傾向にあることが確認された。ただしレーザー波長に照射されるパルスレーザーの波長には依存しないこと532 nmを用いた場合には、投入エネルギーの一部のみが確認された。一方入射エネルギー依存性についてがたわみ振動の励起に寄与する現象も見られた。今後は、入射エネルギーが約80 mJに達するまでは振動スペ

この要因を明らかにするとともに、本技術の確立を目

クトル値の増加がみられたが、それ以降は入射エネル指してさらに開発を進めていく予定である。

ギーによらずほぼ一定値となることがわかった。何らかの原因でエネルギーの一部のみがたわみ振動励起に

本研究は関西電力株式会社からの受託により実施しました。ご協力いただいた方々に感謝いたします。

寄与するものと推測される。

■まとめ

参考文献

レーザー打撃法の水中コンクリート構造物検査への1) 島田義則

他：非破壊検査, 61, 519-524, 2012．

適用性について検討するため、本研究においてコンク

2) 倉橋慎理

他：レーザー研究, 42, 849-853, 2014.

リート試供体を用いた室内試験を実施した。その結果、コンクリート表面に一定量のレーザーエネルギーを到十有五にして……231

論語に曰く「十有五にして学に志し、三十にして立つ。四十にして不惑、六十にして耳順う。七十にして心の欲する所に従いて則を越えず」という。

筆者の経験からして十五歳で旧制高等学校理系を選んだのはまさに論語のいう通りである。
「青年老い易く、学なり難し」はこのあたりを指している。三十歳に大阪大学工学部の講師になったが、やはり「立つ」というのはこのことであった。責任のある地位に初めて就いた訳である。
さて三十八歳の時大阪大学教授に昇任した。まさに「不惑」である。他に道はない。これ一筋で突き進むのが使命と感じた次第である。最早いろいろ進路を探る余裕はなくなった。
六十歳にして「耳順」とは修練がすすみ、開く所、理にかなえば何らの障害なく理解しうるという心境とされている。この辺から実際の現代人生と論語の世界は次第に乖離が生じていく。中々耳は従わぬのである。
七十にして「心の欲する所に従いて則を越えず」はそもそも活動力が衰えてきた証拠であろうか。大徳寺の尾関宗園師の「七十、八十働き盛り」の方が元気があって、現代的である。現実に七十、八十歳の年輩者が実社会で大活躍している。
それでも九十ともなれば、心は欲しても肉体が動かぬという時代がやってくる。まさに心の欲するところに従いて則をこえられずということになる。
人生は長いようで、実は大変短い。やるべきことがまだまだ山のように毎日押し寄せてくる。いかにうまく捌くかが腕の見せ所である。力の限り、体の働く限り、突き進みたいものである。
「十有五にして学に志す」の時代が懐かしい。

【名誉所長】
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REPORT

SPIE Remote Sensing 2016国際会議報告
レーザープロセス研究チーム◆SPIE Remote Sensing 2016がスコット
ランド、エジンバラで開催

染川智弘思う。

国際会議（SPIE Remote Sensing 2016）がスコット◆「リモートセンシング」をキーワードに幅広い分
野の研究者が集まるランド、エジンバラのエジンバラ国際会議場で 9月26日

ライダー技術のセッションでは、温室効果ガスの吸～ 29日の 4日間にわたり開催された。エジンバラはス

収ライダー、雲・エアロゾルの衛星ライダー、ライダー

コットランドの首都であり、街の全体が世界遺産に登ネットワーク観測、衛星搭載ドップラーライダーによ録されている。エジンバラ空港からはバス、トラムでる風の計測等の報告があった。また今回から、L E D

市街地まで 30分以内で移動が可能であり、非常に便利やマイクロチップレーザーの小型の光源を用いたラであったが、帰りの早朝のフライト時間にはトラムがイダー応用に関するセッションが新たに加えられてお動いておらず、シャトルバスに慌てて飛び乗ることにり、招待講演ではL E Dライダーの第一人者である千葉なった。学会会場のエジンバラ国際会議場は、会場運大の椎名先生が、火星探査車に搭載可能な小型のL E D営もよく、快適であった。

ライダーについて報告された。また、ヨーロッパ宇宙

SPIE Remote Sensingは農業応用、水圏観測、ラ機関（E S A）の研究グループから、高度計に使用する

イ ダ ー 技 術 等 の 11の セ ッ シ ョ ン に 別 れ て お り、 併

Yb:Erガラスを用いた波長1.5 µm帯域のマイクロチッ

設のS e c u r i t y + D e f e n c eの会議を聴講することもプレーザーの開発に関する報告があった。まだ低出力

可 能 で あ っ た。 筆 者 は 主 にL i d a r T e c h n o l o g i e s ,ではあるが、10 n sのパルス幅で出力80 µ Jのレーザー

Techniques, and Measurements for Atmospheric

発振が得られていた。パルスエネルギーが大きなマイR e m o t e S e n s i n gのセッションを聴講した。また筆クロチップレーザーはライダー観測には有効であるの者が 2014年の同会議で発表したセッション（R e m o t e

で、今後はドローンへの搭載など、小型で可搬性のある

Ssensing of the Ocean, Sea Ice Coastal Waters,

ライダーシステムへの応用が進んでいくように思う。

and Large Water Region）で予定されていた、レーザー誘起蛍光を用いた海のモニタリングに関する研究を聴講しにいったが、発表はキャンセルされており残念であった。今回は中国研究者の発表キャンセルが多かったように 【写真1】エジンバラ国際会議場【写真2】発表する筆者

主な学会等報告予定
1月7日（土）～ 9日（月）レーザー学会学術講演会第37回年次大会（徳島大学常三島キャンパス）染川智弘「配電設備へのレーザー利用」
染川智弘「水中レーザーリモートセンシングに向けた竹富島海底温泉の海水影響評価」
藤田雅之「炭素繊維強化プラスチックのパルスレーザー加工における波長・パルス幅依存性」

Laser Cross No.344 2016, Nov.

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