2023
No.

407

CONTENTS
レーザーによる厚肉コンクリート部材の肉厚測定技術の開発
Optica Laser Congressand Exhibition 2022報告
レーザー総研オープンセミナー（ILT 2022）を東京で開催

ISSN 0914-9805【表紙図】コンクリート供試体肉厚測定実験の様子

レーザーによる厚肉コンクリート部材の肉厚測定技術の開発

倉橋慎理、染川智弘
レーザーエネルギー研究チーム 大道博行

レーザー計測研究チーム

困難な場合もある。また人が立ち入ることが困難な場■はじめに
大きな重量を支える鉄筋コンクリート部材では、減肉の発生が保安上の懸念となるため、その厚みを非破所では、遠隔や水中での評価が必要な場合も想定される。

壊で測定する技術が求められている。コンクリート部

当研究所では、レーザーを用いて弾性波の励起と検材の寸法や厚さの非破壊計測に用いられる手法として出を非接触・遠隔で行う技術について研究を進めてき

超音波法、衝撃弾性波法 が知られている。超音波法

た2)。弾性波の励起にはパルスレーザーを用いる。照とは、主に圧電効果を利用した探触子の振動によって射領域にごく短時間で大きなエネルギーを吸収させ、弾性波を励起し、振動を電圧信号に変換する機能を持

アブレーションもしくは熱膨張を引き起こすことで弾つ探触子によって検出する形態の手法全般のことを指性波が励起される。弾性波の検出には、微小な振幅のす。衝撃弾性波法は、コンクリート表面をハンマーやレーザー励起弾性波を精度よく検出できるレーザー干鋼球等で機械的に打撃した際に生じる弾性波を、表面渉計を用いる。この組み合わせにより、コンクリートや裏面に設置した加速度センサーや変位センサーなど部材の弾性波の励起と検出を遠隔から完全な非接触でによって検出する方法である。この方法で励起される行うことが原理的に可能である。しかしながら、厚さ弾性波は、超音波法により励起された弾性波と比べエが1 mを超えるような厚肉部材への適用については検ネルギーが大きく、かつ可聴域から条件によっては超証が必要である。本稿では、厚さ30 cmまでの鉄筋コ音波領域まで広帯域の周波数成分を含む特徴がある。

ンクリートに対し、エネルギーの大きな弾性波を比較

しかし、コンクリートが1 mを超える厚肉では測定が的容易に励起できる機械式打撃によって誘起した超音1)

公益財団法人レーザー技術総合研究所

レーザー･クロス

次ページへつづくレーザーによる厚肉コンクリート部材の肉厚測定技術の開発の関係より、弾性波の伝搬速度は約4400 m/secと求められた。この速度はコンクリートの縦波速度に近いことから、鋼球振り子の打撃により縦波が励起され、コンクリート供試体内を伝播した縦波をレーザー振動計が検出していると考えられる。また、時間波形【図1】コンクリート供試体肉厚測定実験配置図

で最初に検出される振動は縦波による波をレーザー振動計で測定した結果を報告する。

もののみを示していると仮定すると、供試体の厚さが■鉄筋コンクリート供試体の弾性波を検出大きくなるにつれて縦波振幅が減衰していく様子が分

鋼球振り子を用いてコンクリート供試体を打撃し、かる。

誘起された弾性波をレーザー振動計により対面側からそれぞれの時間波形を高速フーリエ変換し、同様に非接触で検出した。表紙図に実験時の写真、図1に実平均化した振動の振幅スペクトルを図3に示す。厚さ験配置を示す。実機を模擬した材質構成 のコンクリーによって異なる複数の卓越振動数を示す振動モードがト部材から供試体を作製した。寸法は高さ30 cm、横励起されている。供試体の固有振動モードに加え、鉄30 cmで、厚 さ 方 向 は10 cm、20 cm、30 cmの3種 と筋自体が振動するモードが検出されているものと考えした。それぞれの供試体を2個ずつ作製し、一方にはられる。またそれぞれの厚さにおいて、縦波の多重反鉄筋を挿入した。異形棒鋼SD345、呼び径D38、長さ射モードと見られる周波数のピーク（約22 kHz/t1050 cmのねじ筋鉄筋を用い、厚さ10 cmの供試体は中cm, 約11 kHz/t20 cm, 約7.3 kHz/t30 cm）が検出され央に、厚さ20 cm、30 cmの供試体は表面から10 cmでた。1 kHz以下で同一の振動数を示す場合があり、こ高さ15 cmの位置に配置した。鋼球振り子を用いてコれらは計測系の固有振動に起因している可能性があンクリート供試体の表面中央（側面から15 cm下面からる。

3)15 cm）を打撃し、振り子の初期高さを変えることで入鋼球の打撃で励起できる弾性波の上限周波数f max

力するエネルギーを変えた。弾性波検出用のレーザー(kHz)は (1) 式で与えられる4)。ここでDは鋼球の直径

光を打撃位置の対面側中央（側面から15 cm下面から15(mm) である。

cm）に照射し、伝播してきた振動を検出した。トリガ

f max = 291 / D (1)用のレーザーを打撃位置の下方2 cmの位置（側面から実験に用いた鋼球の直径D = 10 mmを用いるとf max =15 cm下面から13 cm）に照射し、打撃により生じた振29.1 kHzと な り、実 験 で 得 ら れ た 縦 波 速 度 約4400

動がこの位置に到達した時間を時間原点とした。

m/secより、波長の最小値は約15.1 cmとなる。これ

鋼球は直径約1 cm, 質量約4.22 gのものを用い、鋼球振り子の初期高さは約45 cmとした。それぞれの厚さより縦波の減衰は、骨材や空隙による散乱減衰よりも距離による減衰が支配的であると考えられる。の鉄筋あり供試体に対して10回計測を行い、時間波形を平均化したものを図2に示す。供試体の厚さが増加するにつれて最初に到達する弾性波の検出までの時間が遅れていく様子が見られる。各厚さにおける検出時間と厚さ 【図2】鉄筋あり供試体の振動波形（10回平均）【図3】鉄筋あり供試体の振幅スペクトル2

力いただいた手塚英志氏、飯田英男氏、小林保之氏に■まとめ
厚さ1 m程度の鉄筋コンクリート部材の肉厚を測定感謝いたします。

するための技術開発を目指して、基礎的な検討を行っ参考文献た。鋼球振り子を用いてコンクリート供試体に弾性波

1) 蒲 田 敏 郎、内 田 慎 哉、コ ン ク リ ー ト 工 学、51(4),を励起させ、励起した弾性波をレーザー振動計によって検出し、供試体内を伝播してきた弾性波の挙動を計測した。最短距離で伝播する縦波の検出時間や、供試体内部を伝播する弾性波の多重散乱周波数よりコンク

pp.340-347, 2013.
2) O. Kotyaev, Y. Shimada, S. Kurahashi, ILT2019 年報、pp.37-43, 2020.
3) 野村顕雄、田中宏志、白阪靖人、コンクリート・ジャーナル、Vol.12, No.6, pp.72-78, 1974.

リート部材の厚さを測定できる可能性がある。

4) Sansalone, M. J. and Streett, W. B., Impact Echo,

謝辞：
本研究の一部は、東京電力ホールディングス株式会

Bullbrier Press, Ithaca, N.Y., 1997.

社との共同研究として実施された。研究の遂行にご協

REPORT

Optica Laser Congress and Exhibition 2022 報告
レーザープロセス研究チーム■レーザー開発とその応用に関する国際会議

コスロービアン ハイク

集光するレンズ2022年12月11日〜15日、バ ル セ ロ ナ 国 際 コ ン ベ ンを 必 要 と せ ず、ションセンター（スペイン）で開 催 さ れ た、国 際 会 議

ま たV E C S E L「Optica Laser Congress and Exhibition」（ 主 催：内 部 で レ ーザー

OPTICA（旧米国光学会OSA））に参加し、研究発表を結晶が励起され行った。本会議は、固体レーザー開発およびレーザーるため効率的な応用に関する最新の研究成果が報告される場であり、光吸収が起こる世界各国の主要都市へと会場を移し毎年開催されていという特徴を持る。コロナ禍以降、開催はハイブリッド形式となってつ。レ ー ザ ー のいるが、今回は45カ国から約330人（登録者の約半数）

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サ イ ズ1 m m（1の直接参加があり、会場へと足を運ぶ研究者も増加しm m×1 m m×1ている。会議は同時開催のトピック別会議（Advancedmm）、繰り返しSolid-State Lasers (ASSL)、Application of Lasers for

表、併設された展示会から構成される。筆者はASSL

18 kHz、パ ル ス 【写真】会議場にて（左から時間幅450psで最 A. Bulgakov教授（HiLASE、チェコ）、I. Buchvarov教授（ソフィア大、大57 kWの ピ ーブルガリア）、筆者
ク出力が得られにおいて長距離レーザー伝送のための高速動作変形鏡

た と の こ と で あ っ た。今 後LiDAR、レ ー ザ ー 加 工、の開発とその制御に関する研究成果を発表した。以下

レーザー医療など幅広い応用に期待できる。に、本会議で報告されたトピックを紹介する。

■レーザーセラミックスの分光学的評価

Sensing and Free Space Communications (LS&C)、
Laser Applications Conference (LAC)）とポスター発■超小型高ピークパワーレーザー

本会議ではレーザー開発に関連したワークショップ

SONY R&Dセンターの田中博士から、同社が開発も多数催された。筆者はレーザー利得媒質（Emergingした超小型高ピークパワーレーザーの開発に関する報

Solid-State Gain Media）のワークショップに参加した。

告があった（招待講演）。このレーザーは、励起光源とその中で、応用物理学研究所（伊）のA. Pirri博士から、なる外部垂直共振器型面発光レーザー（VECSEL）と固最近各国で製作されているレーザーセラミックスの分体レーザー（パッシブQスイッチYb:YAGレーザー）の光学的な評価を行った結果が報告された。オランダ、共振器をオーバーラップさせることにより、励起光をイタリア、日本などで製作された多種のレーザーセラ
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ミックスを評価した結果、日本（神島化学工業）で製作■ビームプロファイル可変ファイバーレーザー

されたレーザーセラミックスが透明性や損傷閾値など

現在販売されている加工用レーザーのほとんどは、分光学的に特に優れているとのことであった。この分加工条件が異なる場合レンズなどの光学素子を取り替

野は技術的に日本がリードしており、現在日本製のえてビームプロファイルを調整する必要があるため、レーザーセラミックスが世界の標準となっている。

時間効率が低下することが懸念される。これに対し■リモート物質判定分光システム

nLight社（米）は、光学素子を使用せずにビームプロ

本会議では防衛分野へのレーザー応用に関する研究

ファイルの変更が可能なファイバーレーザーを開発しも多数報告される。J. Daigle 博士（防衛研究開発機構た。彼ら独自の技術により、ビーム径を縮小・拡大しカナダ、バルカルティエ研究センター）は、H E L I O Sたり、リング状にするなど、出力ビームのプロファイ（High Energy Laser Induced Oxidation Spectros-

ルをプログラム制御により瞬時に変更できる。同様にcopy）と名付けられた分光計測システムについて報告

ポインティングの制御も可能とのことである。また発した。このシステムでは、金属燃焼（酸化）時に発生す表では、通常の加工用ファイバーレーザーの出力ではる炎のスペクトルを分光計測することで、爆発物など切断が困難な厚い材料を切断する様子がデモンストの種類を遠距離（100〜1 0 0 0 m）からリアルタイムでレーションされ、印象的であった。

判別することができる。またこのシステムを高出力■次回開催予定

レーザーと組み合わせることにより、弾薬や爆発物な次回は2023年10月8日〜12日、アメリカワシントン

どの種類の判別および廃棄処理を遠隔から行うことが州のグレーター・タコマ・コンベンションセンターで可能になるとのことである。の開催が予定されている。

NEWS

レーザー総研オープンセミナー（ILT 2022)を東京で開催■ILTオープンセミナーを東京で開催11日にわたり開催されました。
「レーザー科学技術フェ去る11月9日、東京都立産業貿易センター浜松町館

ア」に加え、「光学薄膜フェア」、「オプティクスフェ（東京都港区）にて、レーザー総研オープンセミナーア」、「分光フェア」など6つの展示会が併設されました。

「レーザー技術の最先端〜レーザー加工からインフラ

当研究所はレーザー科学技術フェアへ出展し、当研究診断まで〜」（ILT 2022）を開催いたしました。本セミ所の技術紹介パネルや本誌レーザークロスのバックナ

ナーは、秋に開催される展示会「光とレーザーの科学ンバーの展示、技術相談を行い、多くの方にご来訪い技術フェア」の併催イベントとして毎年開催していまただきました。次回の「光とレーザーの科学技術フェす。セミナーでは、月面模擬砂や硅砂などの土質材料

ア2023」は11月7日〜9日、横浜パシフィコにて開催さから建材を造形する技術、大気中レーザー伝送を可能れます。にする可変形鏡の開発、漏えい有害物質を遠隔からモニターする共鳴ラマンライダー、熱によるコンクリー
トの劣化を遠隔診断する技術、シリコーン油をガラス化し立体構造を形成する技術など、当研究所の最新の研究成果を報告するとともに、レーザー応用に関するさまざまな技術の基礎や現状について解説いたしました。当日は多数のご参加をいただき、研究に関する多くのご質問や貴重なご意見をいただきました。

■光とレーザーの科学技術フェアに出展
光技術に関する秋の展示会「光とレーザーの科学技術フェア2022」（主催：オプトロニクス社）
が11月9日〜
Laser Cross No.407 2023, Feb.

【写真】ILTオープンセミナー
http://www.ilt.or.jp

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