芝浦工大,レーザーで構造物の損傷を非接触・非破壊で高精度検知

芝浦工業大学の研究グループは,レーザー誘起プラズマ(Laser-induced plasma: LIP)による衝撃波を使用し,構造物の損傷を完全に非接触・非破壊で高精度に検知するシステムを開発した(ニュースリリース)。

航空機,プラントなどの大型構造物の損傷を検知するために,薄板構造物に伝播する弾性波の1つであるLamb波を用いた検討がなされている。非接触・非破壊でLamb波を生成する手法は,レーザー熱弾性や空気結合振動子による方法などが研究されている。しかし,前者は生成されるLamb波の振幅が小さく信号雑音比において問題があり,後者は利用できる環境に制約があった。

また,レーザーアブレーション(Laser ablation: LA,固体表面に高出力のレーザーをパルス照射すると高温高密度のプラズマプルームが形成される現象)によるLamb波生成手法は,従来よりも約100倍強い振幅のLamb波を発生させ,優れた信号雑音比となる。これまでの50分の1程度の時間で検査が可能となるが,検査対象にごく小さな痕ができるという問題があった。

研究グループは,LIPを用いたインパルス加振により,対象構造物に非接触・非破壊でLamb波を生成し,LAと同じ精度で,完全に非接触・非破壊で損傷を検知することに成功した。Lamb波は,高出力パルスレーザーを空気中に照射すると形成されるプラズマが,周囲に球面状に膨張するときに生じる衝撃波を用いて生成した。

このシステムは,LIP衝撃波により加振力を作用させるため,検査対象と衝撃波の生成位置を変化させることで,生成されるLamb波の大きさ,周波数特性,加振面積などをコントロールでき,様々な損傷の検知が可能になるという。実験では,ジュラルミン平板に伝播するLamb波をレーザードップラー振動計により可視化し,その伝播を観察することで,人工的に設けた貫通亀裂の検知にも成功した。

研究グループは今後,完全に非接触非破壊で,将来的には航空機のような大型構造物に対する,広域損傷検知などへの実用化を目指すとしている。

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