安全・安心の社会を支える　非破壊検査・計測・診断技術 - 日刊工業新聞 Business Line

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安全・安心の社会を支える
非破壊検査・計測・診断技術

5月25日（水曜日）付日刊工業新聞　13面～15面広告特集から

赤外線サーモグラフィーによる鋼橋梁の疲労亀裂検出

神戸大学大学院工学研究科　教授　坂上隆英

　経年鋼橋梁の構造健全性を保証するためには、疲労亀裂の検出が重要である。鋼橋梁に対する従来の非破壊試験法としては、目視試験および磁粉探傷試験が用いられてきた。しかしながら、供用中の鋼橋梁に対する検査では、足場や高所作業車を必要とし、効率的な検査を行うことができない。

【経年鋼橋梁の疲労亀裂検出】

　筆者らは橋梁上を車両が通過した際の構造材料に生じる応力変動による微少な温度変動を、赤外線サーモグラフィーで遠隔から計測することによって、構造に発生・進展する疲労亀裂を検出・評価する非破壊試験技術の開発を行ってきた。なお、研究の一部は、国土交通省新道路技術会議「道路政策の質の向上に資する技術研究開発」として実施された。

【自己相関　ロックイン赤外線サーモグラフィー】

　気体を断熱膨張させれば温度は降下し、断熱圧縮すれば温度が上昇する。固体に応力が急激に作用し、変形が断熱的に行われる場合には、このような温度変化は固体にも同様に見られる。すなわち、固体に引っ張り応力を作用させれば、その応力変動に比例した温度降下が、逆に圧縮応力を作用させれば、応力変動に比例した温度上昇が生じる。この現象は、熱弾性効果と呼ばれ、赤外線温度測定を応用した応力計測技術の基礎となっている。

図1　自己相関ロックイン赤外線サーモグラフィ

　構造物に疲労亀裂が発生・進展するとき、亀裂先端近傍には特異応力場による高い応力集中が現れる。したがって、橋梁上を車両が通過した際の熱弾性温度変動分布を赤外線カメラで測定することにより、疲労亀裂の検出が可能となる。しかしながら、応力変動による熱弾性温度変動はきわめて小さいため、測定には高い温度分解能と精度を有する赤外線カメラを用いるとともに、赤外線計測データと応力変動に関する参照信号とのロックイン相関処理を行うことにより信号／雑音比（S／N）比を改善する必要がある。

　筆者らは遠隔から実施する橋梁の疲労亀裂検出に適用できるロックイン処理法として、参照信号を外部から入力することなく、時系列赤外線画像データの一部領域の熱弾性温度変動データから参照信号を自己生成させる、図1のような自己相関ロックイン赤外線サーモグラフィー法を開発した。

【鋼橋梁の疲労亀裂検出事例】

図1　測定対象とした亀裂

　図2のようなデッキプレートとトラフリブ間の溶接ビード上を進展し、その後リブ側へ屈曲した亀裂を自己相関ロックイン赤外線サーモグラフィーにより検出した。赤外線計測には、計測波長領域7.7マイクロ～9.3マイクロメートル、温度分解能0.02度CのMCTセンサーを搭載した赤外線カメラを用いた。橋梁上を車両が通過したときに得られた時系列熱弾性温度変動データに自己相関ロックイン処理を施し、図3のようなノイズ改善された画像を得た。亀裂先端近傍において顕著な応力集中が現れており、これをもとに疲労亀裂の検出が可能であることがわかる。

図3　自己相関ロックインサーモグラフィーによる亀裂検出結果

　次に望遠レンズを用いた遠隔からの亀裂検出を行った結果を示す。対象とした亀裂は、デッキプレートとトラフリブ間の溶接ビード上に発生した疲労亀裂である。測定対象となった疲労亀裂から8メートル離れた地上から遠隔計測を行った結果を図4に示す。この場合にも亀裂先端付近に顕著な応力集中による温度変化が現れており、計測距離が長くなることによる赤外線の減衰の影響が見られるものの、自己相関ロックイン赤外線サーモグラフィーにより、遠隔からの疲労亀裂検出が可能であることが示された。

図4　疲労亀裂の遠隔計測

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＜出稿企業一覧＞

企業名		新聞広告
非破壊検査	かけがえのない社会資本
日本クラウトクレーマー	非接触検査、短時間で検査可能、カメラ機種選択、解析専用ソフトで材料物性研究も可能
ワークノーブル	ワークノーブルは、地域とともに歩んでいきます
アコー	地球環境を守る!!アコーの音響・振動・騒音測定テクノロジー!!
キーテック	X線を凌ぐ!?　進化し続けるSIR-EZ
富士フイルムビジネスサプライ	デジタルX線画像検査は新たな領域へ。高精細50μmシステム新登場
GEセンシング＆インスペクション・テクノロジーズ	XLG3　3Dフェーズ（位相）計測を実現する工業用内視鏡
日新電子工業	金属検出器・X線異物検査装置が品質管理に貢献!!
帝通電子研究所	超音波厚さ計　データロガ内蔵UDM-550DL
菱電湘南エレクトロニクス	デジタル超音波探傷器　UI-25　専用オプション機能ABCモード
新日本非破壊検査	“診る”を極めて
日綜交易	溶接作業の最良の友、高性能断熱ペースト　マグナ904ヒートバン
昭和測器	振動計とレコーダーを組み合わせて、面倒な設定を無くしました。
検査技術研究所	超音波アレイ探触子-短納期、全ch波形添付