JP2001318082A - 構造物の非破壊検査方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型構造物の健全性を遠隔から高感度で計測
できる自動化が容易な非破壊検査法を実現する。 【解決手段】 パルス光１１ａを構造物１の表面２に照
射する光源１１と、光エネルギー吸収によって励起され
た振動を検出する振動検出手段１３と、検出された振動
の波形１３ａを基に構造物の内部構造に関する情報を生
成する演算処理手段１４とを備え、光源は緩和振動を抑
制する緩和振動抑制手段を有し、パルス光のパルス幅は
１０〜１００μｓであり、パルス光のピークパワーは１
０ｋＷ以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大型構造物の内部
構造を非破壊で検査する非破壊検査方法およびその装置
に関し、特に、構造物に非接触で検査可能な非破壊検査
方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】交通機関、発電施設、居住用建築など、
高度な信頼性が要求される大型構造物において、経年劣
化や施工不良による事故が頻発している。その原因は、
非破壊検査が行われていれば容易に発見できたと思われ
る構造物表面の剥離や構造物内部の亀裂であることが多
い。そこで大型構造物の剥離や亀裂の検査を定期的に行
うことが望まれるが、大面積の迅速な自動検査を可能に
する簡便な検査法は開発されていない。

【０００３】これまで大型構造物の剥離や亀裂の検査に
は、ハンマーで表面を打撃し、その振動応答を耳または
計器で計測する打音検査が主に用いられている。しか
し、打音検査は人手に頼らなければならないため、この
方法では大面積の迅速な自動検査は困難である。また、
超音波探傷法やＸ線透過法についても自動化が検討され
ているが、センサを構造物に近接させる必要があるた
め、凹凸の多い表面での自動化は困難である。一方、電
磁波を用いる検査法は、非接触計測が可能であるが、そ
れでもセンサを構造物から数ｃｍ以上は離せない。ま
た、数ｃｍ以上の厚さの空洞などには感度があるが、そ
れより薄い剥離や亀裂には適用できない。

【０００４】このような状況のもと、大型構造物の剥離
や亀裂の検査にレーザー超音波法を利用しようという提
案がなされている。図１９は、従来から行われているレ
ーザー超音波法により物体内部の欠陥を検出するための
検査装置の一構成例を示すブロック図である。このレー
ザー超音波法では、まず、レーザー光源１１１で生成し
たパルスレーザー光１１１ａを物体１０１の表面に照射
する。レーザー光１１１ａが照射された領域では急激な
熱膨張によって振動が励起され、この振動に基づく超音
波１０４ａが発生する。この超音波１０４ａを非接触の
レーザー干渉計１１３で検出して、このレーザー干渉計
１１３の出力信号１１３ａを演算処理装置１１４で演算
処理することにより、物体１０１内部の微小欠陥１０３
を計測する。

【０００５】ただし、このレーザー超音波法は、精密機
械部品の品質検査などの精密検査を目的として開発され
た技術である。したがって、金属、複合材料、ファイン
セラミックスなどの検査対象の厚さ（１ｃｍ程度）や微
小欠陥（０．０１〜１ｍｍ程度）１０３に対して高感度
であることが望まれる。このため、図２０に示すような
半値幅（パルス幅）が１〜１００ｎｓ（ナノ秒）の短パ
ルスのレーザー光１１１ａを用いて、熱弾性モードで１
０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの超音波１０４ａが発生するように
している。また、レーザー光源１１１には、上記の半値
幅をもつレーザー光１１１ａを出力できるＱスイッチ方
式の固体レーザー発振器が用いられている。

【０００６】このレーザー超音波法を用いれば、構造物
内部の欠陥を遠隔から自動計測することも可能である。
しかし、上述したように超音波１０４ａの周波数が１０
ＭＨｚ〜１ＧＨｚと高いため、大型の金属部材、コンク
リートおよび耐火煉瓦などでは超音波１０４ａの減衰が
大きく、超音波１０４ａの検出感度が低い。この感度低
下を防ぐには低い周波数の超音波を用いる必要があり、
最適な超音波周波数は１〜１００ｋＨｚである。従来か
らあるレーザー超音波法でも、この周波数帯での振動を
計測することも可能ではあるが、振動励起効率が低いた
め、やはり計測感度は低い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は大
型構造物の健全性を遠隔から高感度で計測できる自動化
が容易な非破壊検査法が開発されていなかった。本発明
はこのような状況下でなされたものであり、その目的は
大型構造物の健全性を遠隔計測できる自動化の容易な非
破壊検査法を実現することにある。また、他の目的は、
大型構造物の健全性を高感度で計測できる非破壊検査法
を実現することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による構造物の非破壊検査方法は、パ
ルス幅が１０マイクロ秒以上１００マイクロ秒以下であ
り、ピークパワーが１０ｋＷ以上でありかつ緩和振動が
抑制されたパルス光を生成して、このパルス光を構造物
の表面上に照射する第１の工程と、パルス光が照射され
た領域の構造物の表面および表面下の光エネルギー吸収
によって発生した振動を検出する第２の工程と、検出さ
れた振動の波形を基に構造物の内部構造に関する情報を
生成する第３の工程とを備えることによって特徴づけら
れる。パルス光の照射により熱弾性モードで励起される
振動の最高周波数は、照射されたパルス光のパルス幅の
逆数にほぼ比例する。したがって、パルス幅が１０〜１
００μｓ（マイクロ秒）のパルス光を照射することによ
り、最高周波数１０〜１００ＫＨｚ程度の振動を効率的
に励起できる。この周波数帯の振動は大型の金属部材な
どでの減衰が小さいので、高感度で検出できる。

【０００９】また、本発明は、第１の工程において、パ
ルス光の緩和振動をピークパワーの５０％以下に抑制す
るようにしてもよい。また、本発明は、第１の工程にお
いて、構造物の表面に非接触でパルス光を照射し、第２
の工程において、構造物の表面に非接触で振動を検出す
るようにしてもよい。また、本発明は、第３の工程にお
いて、検出された振動波形をフーリエ変換して振動の共
振周波数を求め、構造物の内部にできた間隙の面積およ
び構造物の厚みの少なくとも一方を振動の共振周波数か
ら推定する。また、本発明は、第１の工程において、パ
ルス光の照射位置を走査する。これにより、構造物の広
範囲にわたる振動分布を計測できる。

【００１０】また、本発明による構造物の非破壊検査装
置は、パルス光を構造物の表面上に照射する光源と、パ
ルス光が照射された領域の構造物の表面および表面下の
光エネルギー吸収によって発生した振動を検出する振動
検出手段と、この振動検出手段の出力側に接続されかつ
振動検出手段で検出された振動の波形を基に構造物の内
部構造に関する情報を生成する演算処理手段とを備え、
光源は、パルス光の緩和振動を抑制する緩和振動抑制手
段を有し、パルス光のパルス幅は、１０マイクロ秒以上
１００マイクロ秒以下であり、パルス光のピークパワー
は、１０ｋＷ以上であることによって特徴づけられる。
この場合、光源の緩和振動抑制手段は、パルス光の緩和
振動をパルス光のピークパワーの５０％以下に抑制する
手段としてもよい。また、光源は、構造物の表面に非接
触でパルス光を照射する手段であり、振動検出手段は、
構造物の表面に非接触で振動を検出する手段であっても
よい。

【００１１】光源の一構成例は、励起ランプからの光に
よりレーザー媒質を励起してレーザー出力を得るノーマ
ル発振固体レーザーのレーザー発振器を有する。この場
合、光源は、励起ランプに常時所定の直流電流を供給す
る予備放電回路と、励起ランプにパルス電流を供給する
高速放電回路とを具備する電源部を有する構成としても
よい。予備放電回路により励起ランプを常時放電状態に
しておくことで、高速放電回路からのパルス電流が励起
ランプで放電されるときの放電インピーダンスの変化を
小さくできる。さらに、この場合、光源が有する緩和振
動抑制手段は、高速放電回路からのパルス電流の立ち上
がりを緩やかにする手段である。

【００１２】また、光源の高速放電回路のケースおよび
電源部の筐体の少なくとも一方は、非磁性体で形成され
ていてもよい。これにより、高速放電に伴って電磁力が
発生しても、ケースおよび筐体は振動しない。また、光
源は、レーザー媒質および励起ランプを冷却する冷却部
を更に有し、光源の電源部および冷却部の筐体は、防振
構造を有していてもよい。

【００１３】また、上記構造物の非破壊検査装置におい
て、光源は、パルス光の広がり角を１０ｍｒａｄ以下に
制限する広がり角制御手段を有していてもよい。これに
よりパルス光の指向性が高くなる。また、上記構造物の
非破壊検査装置は、光源の出力側に配置されかつパルス
光の照射位置を走査する走査手段を備えていてもよい。
パルス光が直線偏光である場合、走査手段を音響光学的
変調器で構成してもよい。音響光学的変調器を用いるこ
とにより、高速に走査可能となる。なお、パルス幅が１
０〜１００μｓの長パルスのパルス光は、Ｑスイッチ方
式によるレーザー光よりもピークパワーが小さいので、
音響光学的変調器の表面にアブレーションによる損傷は
起きにくい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
一実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による
構造物の非破壊検査装置の一実施の形態の構成を示すブ
ロック図である。この図では検査対象の構造物としてト
ンネル１が例示されている。また、このトンネル１の内
部には、トンネル１の表面（壁面）２に対してほぼ平行
な亀裂（間隙）３が形成されているものとする。非破壊
検査装置１０は、レーザー光源１１と、音響光学的変調
器（走査手段）１２と、振動検出器１３と、計算機１４
と、表示装置１５とから構成されている。

【００１５】レーザー光源１１は、長パルスのレーザー
光１１ａを出力するノーマル発振固体レーザーのレーザ
ー発振器である。レーザー光１１ａは、半値幅（以下、
パルス幅ということがある）が１０μｓ以上，１００μ
ｓ以下であり、ピークパワーが１０ｋＷ以上である。ま
た、レーザー光１１ａの緩和振動は、そのレーザー光１
１ａのピークパワーの５０％以下に抑制されている。音
響光学的変調器１２は、レーザー光源１１の出力側に配
置されており、またトンネル１の表面２から１ｍ程度離
間して配置されている。この音響光学的変調器１２は、
レーザー光１１ａを偏向することによりトンネル表面２
における照射位置を走査する走査手段として機能する。

【００１６】振動検出器１３もまた、トンネル１の表面
２から１ｍ程度離間して配置されている。音響光学的変
調器１２からのレーザー光１２ａが照射された領域では
振動が励起され、この振動と同じ波形を有する超音波４
ａが発生する。振動検出器１３は、前記振動を直接検出
するか、または前記超音波４ａを受信することにより前
記振動を検出するものである。この振動検出器１３とし
ては、レーザー干渉計または超音波検出用のマイクロフ
ォンを利用できる。

【００１７】計算機１４は、振動検出器１３の出力側に
接続されており、振動検出器１３で検出された振動の波
形データ１３ａを周波数解析して、トンネル１の内部構
造に関する情報を生成する演算処理手段としての機能を
有している。また、この計算機１４は、レーザー光源１
１、音響光学的変調器１２、振動検出器１３および表示
装置１５のそれぞれの動作を制御する制御手段としての
機能も兼ね備えている。特に、レーザー光源１１および
音響光学的変調器１２に制御信号１４ｓおよび１４ｔを
それぞれ出力して、レーザー光源１１および音響光学的
変調器１２の動作を同期させている。表示装置１５は、
振動検出器１３および計算機１４の両方の出力側に接続
されており、振動検出器１３および計算機１４のそれぞ
れから出力されたデータ１３ａ，１４ａを表示するもの
である。

【００１８】次に、パルスレーザー光１２ａの照射によ
り熱弾性モードで超音波４ａが発生する原理を説明す
る。図２は、超音波４ａの発生原理の説明図であり、図
１に示したトンネル１の断面が模式的に示されている。
ここでは、表面２と亀裂３との間の板状部分４の厚さは
十分薄いものとする。

【００１９】図２（Ａ）はレーザー光１２ａが照射され
る前の状態を示している。表面２にレーザー光１２ａが
照射されると、レーザー光１２ａの光エネルギー吸収に
よって表面２および板状部分４の温度が上昇して、図２
（Ｂ）に示すように板状部分４が急激に熱膨張する。こ
の状態でレーザー光１２ａの照射が停止すると、板状部
分４は冷却されて急激に収縮する。このとき板状部分４
は図２（Ｃ）に示すように過度に収縮する。その後、板
状部分４は復元力によって図２（Ｄ）に示すように再び
膨張に転ずる。以後、これを繰り返しながら、振動は徐
々に収束してゆく。このようにして板状部分４の曲げ振
動が励起される。また、板状部分４に相当する部材の形
状により、他に厚み振動、ねじり振動など様々な振動モ
ードが励起される。このようにして励起された振動に伴
って、超音波４ａが発生する。

【００２０】レーザー光１２ａの照射により熱弾性モー
ドで励起された振動の最高周波数は、レーザー光１２ａ
のパルス幅の逆数にほぼ比例する。したがって、パルス
幅が１０〜１００μｓの長パルスのレーザー光１２ａを
照射することにより、最高周波数１０〜１００ｋＨｚ程
度の振動を効率的に励起できる。この周波数帯の振動
は、厚さ１０〜１００ｃｍ程度の大型の金属部材、コン
クリートおよび耐火煉瓦などでも減衰が小さい。したが
って、振動検出器１３により板状部分４の振動を高感度
で検出できる。なお、レーザー光１２ａのパルス幅から
換算される周波数を有する弾性波の波長よりも板状部分
４の厚さが大きくなると、板状部分４の振動は励起され
ない。しかし、上述したパルス幅を有するレーザー光１
２ａを用いた場合は、周波数が低く波長が長いので、通
常の大きさの構造物でも大きさが波長以下となって振動
が起こる。

【００２１】レーザー光による振動の発生は、照射領域
の温度上昇によって起こる。このため、深さ方向の温度
上昇の分布が重要である。温度分布は熱伝導率κと光の
吸収係数γとにより決まるが、これらは物質に強く依存
する。特に金属と絶縁体との相違は大きい。金属では光
吸収は物体表面で起こり、物体内部の温度上昇は熱伝導
により起こると仮定できる。またレーザービームが十分
太く、物体表面方向に一様と仮定し、さらに光吸収パワ
ー密度（レーザー光の単位面積当たりのピークパワー）
が時間０＜ｔ＜ｔ₀ （ｔ₀ はレーザー光のパルス幅）で
Ｉ₀ （一定値）、その他で０とする。この時、レーザー
の発光終了後（ｔ₀ ＜ｔ）における物体内部の温度分布
Ｔ（ｘ₃,ｔ）は、次式で与えられる。なお、ｘ₃ は物体
内部における表面からの距離である。

【００２２】

【数１】

【００２３】ここでκは熱伝導率、Ｄ＝κ／（ρＣ）は
熱拡散率、ρは密度、Ｃは熱容量である。ただし、レー
ザーの発光中（０＜ｔ＜ｔ₀ ）においては（１）式の第
１項のみを採る。一方、光の透過距離が数１０μｍ以上
ある絶縁体では、レーザー光のパルス幅程度の時間での
熱拡散距離は相対的に小さいので無視できる。この場
合、温度はレーザー光の照射時間に比例して上昇し、物
体内部の温度分布Ｔ（ｘ₃,ｔ）は次式で与えられる。

【００２４】

【数２】

【００２５】続いて、パルスレーザー光を照射したとき
の物体表層の温度分布を、従来からあるレーザー超音波
法の場合と本発明の場合とで比較する。図３は、（１）
式〜（３）式より求められた下記の条件における物体表
層の温度分布を示すグラフである。このグラフの横軸は
物体表面からの距離ｘ₃ ［μｍ］であり、縦軸はレーザ
ー照射による温度上昇Ｔ［Ｋ］である。

【００２６】まず、従来法による場合を検討するにあた
り、パルス幅ｔ₀ ＝１０ｎｓの短パルスのレーザー光１
１１ａを照射した場合の温度分布を金属と絶縁体の両方
で調べる。物体が金属の場合、熱物性定数は軟鋼を想定
して熱伝導率κ＝５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱拡散率Ｄ＝
１．３×１０^-5ｍ² ／ｓとする。ただし、光吸収係数γ
を無限大とする。また、吸収パワー密度Ｉ₀ はＱスイッ
チ方式により発振されたレーザー光を想定して２０ＭＷ
／ｃｍ² （ビーム直径８ｍｍ、吸収エネルギー１００ｍ
Ｊに相当）とする。図３の実線ａは、パルス幅ｔ₀ の１
０倍の時間ｔ＝１００ｎｓが経過したときの温度分布で
ある。温度上昇Ｔは表面で２６４Ｋであるが、４μｍ内
部では１０Ｋと小さい。常温（２９３Ｋ）の場合、照射
直後の表面温度は融点（１８１０Ｋ）を超えるので、ア
ブレーションが起こる。

【００２７】物体が絶縁体の場合、熱伝導率κおよび熱
拡散率Ｄは金属の場合と同じ値とし、光吸収係数γ＝１
×１０⁴ ［１／ｍ］とする。また、吸収パワー密度Ｉ₀
を金属の場合の１０倍の２００ＭＷ／ｃｍ² とする。図
３の点線ｂは、レーザー発光が終了した時間ｔ＝１０ｎ
ｓにおける温度分布である。最表面の温度上昇Ｔは５２
Ｋでアブレーションは起こらず、１００μｍ内部でも２
０Ｋ以上温度が上昇する。

【００２８】次に、本発明による場合を検討するにあた
り、パルス幅ｔ₀ ＝５０μｓの長パルスのレーザー光１
１ａを照射した場合の温度分布を金属と絶縁体の両方で
調べる。吸収パワー密度Ｉ₀ は１ＭＷ／ｃｍ² とする。
物体が金属の場合、パルス幅ｔ₀ の１０倍の時間ｔ＝５
００μｓ経過後には、図３の破線ｃで示すように、厚さ
１００μｍの表層で温度上昇Ｔが６０Ｋとなった。ま
た、光が透過する絶縁体の場合、光透過と内部での吸収
とにより、レーザー発光が終了した時間ｔ＝５０μｓに
は、図３の一点鎖線ｄで示すように、１００μｍ内部で
の温度上昇Ｔが５０Ｋとなった。いずれの場合も、表面
での温度上昇Ｔは６００Ｋ以下であり、アブレーション
は起こらない。

【００２９】以上からわかるように、長パルスのレーザ
ー光１１ａを用いた場合、金属でも絶縁体でも、比較的
厚い表層に適度な温度上昇が起こる。したがって、比較
的厚い表層に熱膨張による振動を励起できるので、大型
構造物の内部にできた亀裂などの欠陥を検査できること
がわかる。その一方で、レーザー光１１ａはパルス幅ｔ
₀ が長いので大エネルギーのわりにピークパワーＩ₀ が
小さく、物体表面でアブレーションが起きない。このた
め、検査対象の表面にアブレーション損傷が無い完全な
非破壊検査を行える。

【００３０】また、レーザー光１１ａの吸収パワー密度
Ｉ₀ は１ＭＷ／ｃｍ² 程度であり、図１に示した音響光
学的変調器１２の耐光性限度以下である。したがって、
音響光学的変調器１２の表面をアブレーション損傷させ
ることなく使用できる。音響光学的変調器１２を用いる
ことにより、レーザー光１１ａの波形を自在に制御でき
る。特に、音響光学的変調器１２はレーザー光１１ａの
偏向を機械的でなく光学的に行うので、高速に走査可能
となる。なお、言うまでもなく、走査手段として反射ミ
ラーを用いることもできる。

【００３１】次に、長パルスのレーザー光１１ａを出力
するレーザー光源１１について更に説明する。図４は、
レーザー光源１１の構成図である。レーザー光源１１
は、固体レーザーであり、レーザーヘッド部２０と、電
源部３０と、レーザー発振制御部５１と、冷却部５２と
から構成されている。さらに、レーザーヘッド部２０は
ノーマル発振の固体レーザー発振器であり、レーザーロ
ッド２１と、フラッシュランプ２２と、レーザーロッド
２１およびフラッシュランプ２２を収容する集光器２３
と、光共振器を構成する全反射鏡２４ａおよび出力鏡２
４ｂと、集光器２３の一方の鏡面と全反射鏡２４ａとの
間に配置されたエキスパンダー（広がり角制御手段）２
５と、集光器２３の他方の鏡面と出力鏡２４ｂとの間に
配置されたポラライザー２６とを備えている。

【００３２】レーザーロッド２１には、Ｎｄ：ＹＡＧ結
晶、Ｅｒ：ＹＡＧ結晶、Ｎｄ：ガラス結晶、Ｎｄ：ＹＬ
Ｆ結晶などの固体レーザー媒質が用いられる。フラッシ
ュランプ２２は、レーザーロッド２１に光を照射して励
起させる励起ランプであり、キセノンフラッシュランプ
などが用いられる。集光器２３は、フラッシュランプ２
２からの光を効率よくレーザーロッド２１上に集光する
ものである。

【００３３】エキスパンダー２５は、凸レンズ２５ａと
凹レンズ２５ｂとから構成されている。そして、各レン
ズ２５ａ，２５ｂの屈折率と、各レンズ２５ａ，２５ｂ
間の距離を調整することで、レーザーヘッド部２０（す
なわち、レーザー光源１１）から出力されるレーザー光
１１ａの広がり角を制御できる。ここでは、指向性を高
くするため、レーザー光１１ａの広がり角を１０ｍｒａ
ｄ以下に制限する。ポラライザー２６は、レーザー光１
１ａを直線偏光とするための偏光素子である。このポラ
ライザー２６を用いて直線偏光出力を得ることにより、
図１に示した音響光学的変調器１２により高効率な変調
と偏向が可能となる。なお、この音響光学的変調器１２
を用いない場合には、ポラライザー２６は無くてもよ
い。

【００３４】電源部３０は、レーザーヘッド部２０のフ
ラッシュランプ２２に放電電流を供給する電源である。
レーザー発振制御部５１は、電源部３０に接続されてお
り、この電源部３０がフラッシュランプ２２に放電電流
を供給するタイミングを制御するものである。冷却部５
２は、レーザーヘッド部２０のレーザーロッド２１、フ
ラッシュランプ２２および集光器２３を冷却（例えば水
冷）するものである。

【００３５】図５は、図４に示した電源部３０の構成を
示す回路図である。フラッシュランプ２２の陽極はダイ
オード３３および抵抗３２を介してシマー電源３１の＋
端子に接続され、陰極はこのシマー電源３１の−端子に
接続されている。また、フラッシュランプ２２の陽極は
スイッチング素子４０ａを介して放電用コンデンサー３
９ａの一端に接続され、陰極はこの放電用コンデンサー
３９ａの他端に接続されている。さらに、フラッシュラ
ンプ２２の陽極はインダクター４１およびスイッチング
素子４０ｂを介して放電用コンデンサー３９ｂの一端に
接続され、陰極はこの放電用コンデンサー３９ｂの他端
に接続されている。

【００３６】放電用コンデンサー３９ａ，３９ｂはケー
ス３９ｃに収容されている。スイッチング素子４０ａ，
４０ｂのそれぞれのゲートはレーザー発振制御部５１に
接続されている。そして、放電用コンデンサー３９ａ，
３９ｂのそれぞれの一端はインダクター３８ａ，３８ｂ
を介して充電用主電源３７の＋端子に接続され、それぞ
れの他端はこの充電用主電源３７の−端子に接続されて
いる。また、電源部３０は、トリガートランス３５を介
して電極３６よりフラッシュランプ２２にトリガーパル
スを印加するトリガーパルス発生器３４を有している。

【００３７】シマー電源３１は、フラッシュランプ２２
に常時所定の直流電流を供給する予備放電回路を構成す
る。このシマー電源３１の両端子（＋，−）間の電圧
は、充電用主電源３７の両端子（＋，−）間の電圧より
も低く設定してある。放電用コンデンサー３９ａとスイ
ッチング素子４０ａとにより、フラッシュランプ２２に
パルス電流を供給する高速放電回路が構成される。ここ
で、スイッチング素子４０ａは、通常はアノード電流の
通過を阻止するが、ゲートに発光指令信号５１ａが印加
されるとアノード電流を通過させる素子である。また、
放電用コンデンサー３９ａの容量は、パルス電流の半値
幅が１０〜１００μｓとなるように設定される。

【００３８】放電用コンデンサー３９ｂとスイッチング
素子４０ｂとインダクター４１とレーザー発振制御部５
１とにより、レーザー光１１ａの緩和振動を抑制する緩
和振動抑制手段が構成される。ここで、スイッチング素
子４０ｂは、通常はアノード電流の通過を阻止するが、
ゲートに発光指令信号５１ｂが印加されるとアノード電
流を通過させる素子である。また、レーザー発振制御部
５１は、スイッチング素子４０ａ，４０ｂのゲートに、
それぞれ発光指令信号５１ａ，５１ｂを所定のタイミン
グで印加する回路である。なお、スイッチング素子４０
ａ，４０ｂとしては、サイリスター、ゲートターンオフ
サイリスター、ＩＧＢＴなどを使用できる。

【００３９】次に、電源部３０の動作を説明する。ま
ず、シマー電源３１を動作させる。シマー電源３１がフ
ラッシュランプ２２の両極間に印加した電圧が約５００
〜１０００Ｖとなった時点で、トリガーパルス発生器３
４がトリガーパルスを出力する。トランス３５で増幅さ
れた電圧５ｋＶ以上のトリガーパルスが電極３６よりフ
ラッシュランプ２２に印加されると、トリガーパルスの
電圧によりフラッシュランプ２２の両極間の絶縁が破
れ、シマー電流が放電される。これにより、フラッシュ
ランプ２２の両極間の電圧は約１００〜２００Ｖに低下
する。シマー電流は約１００ｍＡの直流電流であり、こ
の後もフラッシュランプ２２の両極間で放電され続け
る。

【００４０】一方、スイッチング素子４０ａ，４０ｂは
通常、ゲートに発光指令信号５１ａ，５１ｂが印加され
ておらず、阻止状態となっている。この状態で、充電用
主電源３７は放電用コンデンサー３９ａ，３９ｂのそれ
ぞれを充電する。そして放電用コンデンサー３９ｂに充
電された電圧が約３００Ｖ以上となると、レーザー発振
制御部５１はスイッチング素子４０ｂのゲートに発光指
令信号５１ｂを印加する。これによりスイッチング素子
４０ｂは導通状態となり、放電用コンデンサー３９ｂに
充電された電圧はインダクター４１およびフラッシュラ
ンプ２２に印加される。このとき、インダクター４１の
積分作用により、フラッシュランプ２２に供給される電
流Ｉｂの立ち上がりは、図６（Ａ）の点線で示すように
緩やかになる。上述したようにフラッシュランプ２２の
両極間の電圧は約１００〜２００Ｖに低下しているの
で、この電流Ｉｂはフラッシュランプ２２の両極間で放
電される。

【００４１】続いて、レーザー発振制御部５１はスイッ
チング素子４０ａのゲートに発光指令信号５１ａを印加
する。これによりスイッチング素子４０ａは導通状態と
なり、放電用コンデンサー３９ａに充電された電圧はフ
ラッシュランプ２２に印加される。これにより、フラッ
シュランプ２２の両極間で、図６（Ａ）に実線で示すよ
うな立ち上がりが急峻なパルス電流Ｉａが放電される。
このときのフラッシュランプ２２の放電電流（シマー電
流を除く）Ｉｃは、図６（Ｂ）に示すように電流Ｉａ，
Ｉｂを合成したものとなる。この電流Ｉｃは放電用コン
デンサー３９ａからのパルス電流Ｉａよりも立ち上がり
が緩やかになっている。

【００４２】フラッシュランプ２２の放電電流の立ち上
がりが急峻であるほど、レーザーヘッド部２０から出力
されるレーザー光１１ａの緩和振動が大きくなる。そこ
で、まず立ち上がりが緩やかな電流Ｉｂをフラッシュラ
ンプ２２に印加する。このときレーザー光１１ａに発生
する緩和振動は小さい。そして、この電流Ｉｂによる緩
和振動がおさまった時点で、パルス電流Ｉａをフラッシ
ュランプ２２に印加するようにする。これによりレーザ
ー光１１ａの緩和振動を極めて小さくできる。

【００４３】また、電源部３０では、フラッシュランプ
２２でシマー電流が常時放電させているが、これにより
フラッシュランプ２２でパルス電流Ｉａが放電されると
きの放電インピーダンスの変化を小さくできる。これに
より、パルス放電の繰り返しが容易に高速化できると共
に、発光効率が高まる、フラッシュランプ２２の寿命が
延びるといった利点を併せて得られる。

【００４４】前述したように、大型構造物を非破壊検査
するには最高周波数１０〜１００ｋＨｚの振動を励起す
ることが望ましく、そのためにはパルス幅が１０〜１０
０μｓのレーザー光を照射する必要がある。しかし、従
来からあるレーザー超音波法で使用されていたＱスイッ
チ方式の固体レーザー発振器では、このような長パルス
のレーザー光を得られない。

【００４５】図７は、Ｑスイッチ方式の固体レーザー発
振器でＱスイッチを使用せずにノーマル発振させて得ら
れたレーザー光の波形を示す図である。横軸は時間であ
り、縦軸は光強度である。図７に示したレーザー光の包
絡線の半値幅は４０μｓであるが、このレーザー光には
緩和振動によるスパイク状のパルスが多数発生してい
る。緩和振動の強度はピークパワーの９０％以上と大き
く、また各パルスの半値幅は数ｎｓと極めて短い。この
ように、従来からレーザー超音波法で使用されていたＱ
スイッチ方式の固体レーザー発振器を転用したのでは、
長パルスのレーザー光を得られない。

【００４６】図８は、図４および図５に示した構成を有
するレーザー光源１１で得られたレーザー光１１ａの波
形を示すグラフである。横軸は時間ｔ［μｓ］であり、
縦軸は光強度［ａ.ｕ.］である。図８に示したレーザー
光１１ａは、半値幅が５０μｓであり、しかも緩和振動
の強度がピークパワーの５０％以下に抑制されている。
図１に示した非破壊検査装置ではこのようなレーザー光
１１ａを使用するので、最高周波数１０〜１００ｋＨｚ
程度の低周波振動を効率的に励起できる。

【００４７】次に、レーザー光源１１の防振構造につい
て説明する。図９は、レーザー光源１１の電源部３０お
よび冷却部５２の外部筐体の側面図である。レーザー光
源１１では、放電用コンデンサー３９ａの高速放電によ
りフラッシュランプ２２を発光させる。このとき放電用
コンデンサー３９ａから強い電磁力が発生する。従来か
らあるレーザー超音波法で使用されていたレーザー光源
１１１ａは床にキャスターなどで設置されており、特別
な防振構造を有していなかった。しかし、これではレー
ザー光源１１１ａが高速放電に伴う電磁力により大きく
振動してしまう。この振動は床や空気を介してレーザー
干渉計１１３に伝わり、レーザー干渉計１１３の出力信
号のノイズとなるという問題があった。

【００４８】そこで、図１に示した非破壊検査装置のレ
ーザー光源１１では、以下のような防振構造とした。ま
ず、放電用コンデンサー３９ａを収容するケース３９ｃ
および電源部３０の筐体３０ａは従来は鉄などで形成さ
れていたが、このケース３９ｃおよび筐体３０ａを真鍮
などの非磁性体で形成した。これにより、高速放電に伴
って電磁力が発生しても、ケース３９ｃおよび筐体３０
ａは振動しない。また、図９に示すように、電源部３０
の筐体３０ａおよび冷却部５２ａの筐体５２ａを床５５
上に配置する際に、防振ゴム５４を介在させている。こ
れにより、筐体３０ａ，５２ａが振動したとしても、そ
の振動は床５５に伝わらない。レーザー光源１１はこの
ような防振構造を有しているので、高速放電に伴う電磁
力による振動は抑制される。したがって、振動検出器１
３で検出された振動波形にのるノイズが小さくなるの
で、検査精度が高くなる。

【００４９】次に、図１に示した装置による構造物の非
破壊検査に関する実験について説明する。まず、レーザ
ー光源１１として、図４および図５に示した構成を有す
る長パルスＹＡＧレーザーのプロトタイプを試作した。
このレーザー光源１１は、大容量コンデンサー３９ａの
高速放電によるフラッシュランプ発光を用いて、パルス
幅５０μｓ、エネルギー２．５Ｊの発振を行うことがで
きた。これと同時に、レーザー光１１ａの広がり角を１
０ｍｒａｄ以下に制限できた。このレーザー光源１１を
用いた予備実験で、周波数１〜５０ｋＨｚの振動を効率
的に発生させることができ、２１０×１００×３０ｍｍ
のレンガブロックや１００×１００×５ｍｍのタイルの
明瞭な共振スペクトルを非接触で検出できることを初め
て確認した。また、レーザー光１１ａはパルス幅が長い
ので大エネルギーのわりにピークパワーが小さく、部材
表面にアブレーション損傷が生じない完全な非破壊検査
を行えた。

【００５０】各実験毎に詳細に説明する。実験１．従来
からあるレーザー超音波法と本発明とのＳ／Ｎ比に関す
る比較：試料として２１０×１００×３０ｍｍのレンガ
ブロックを用意した。このレンガブロックの１００×３
０ｍｍの面を下にして平面上に置く。このときレンガブ
ロックは平面に接着されておらず、完全剥離の状態とな
っている。この状態で、レンガブロックの２１０×１０
０ｍｍの面にパルスレーザー光を照射する。このとき励
起された振動に基づく超音波を照射位置から１ｍ遠隔で
受信し、周波数分析を行って共振スペクトルを得る。

【００５１】まず、従来からあるレーザー超音波法で用
いられているパルス幅８ｎｓのレーザー光１１１ａを照
射した。図１０は、このときのレンガブロックの振動波
形を示すグラフであり、図１０（Ａ）にはレーザー干渉
計１１３による検出波形が示されており、図１０（Ｂ）
にはレーザー干渉計１１３による検出波形をフーリエ変
換して得られたパワースペクトルが示されている。図１
０（Ａ），（Ｂ）には、レーザー光１１１ａのエネルギ
ーを１１６ｍＪ，８７．８ｍＪ，５７．５ｍＪ，３５．
０ｍＪとしたときの波形、およびバックグラウンドの波
形が上から順に示されている。図１０（Ａ）から分かる
ように、このときのレンガブロックの振動速度ｖの振幅
は０．００５ｍｍ／ｓ以下と小さい。また、図１０
（Ｂ）では５ｋＨｚ付近に共振スペクトルが見られる
が、この共振スペクトルの振幅が小さく、バックグラウ
ンドノイズに埋没している。

【００５２】次に、上記レーザー光源１１のプロトタイ
プによるパルス幅５０μｓのレーザー光１１ａを照射し
た。図１１は、このときのレンガブロックの振動波形を
示すグラフであり、図１１（Ａ）には振動検出器１３に
よる検出波形が示されており、図１１（Ｂ）には振動検
出器１３による検出波形を計算機１４でフーリエ変換し
て得られたパワースペクトルが示されている。図１１
（Ａ），（Ｂ）には、レーザー光１１ａのエネルギーを
２．０８Ｊ（ピークパワー４２ｋＷ），１．２５Ｊ（ピ
ークパワー２５ｋＷ）としたときの波形、およびバック
グラウンドの波形（図１１（Ｂ）のみ）が上から順に示
されている。

【００５３】図１１（Ａ）から分かるように、このとき
のレンガブロックの振動速度ｖの振幅は０．０３〜０．
０５ｍｍ／ｓであり、振動速度ｖの振幅が従来の１０倍
程度となっている。また、図１１（Ｂ）では５ｋＨｚ付
近に明瞭な共振スペクトルが見られる。この共振スペク
トルはレンガブロックが剥離状態となっていることを示
すものである。したがって、長パルスのレーザー光１１
ａを用いることで、検査対象である構造物の状態を高感
度で検出できることが分かる。

【００５４】図１２は、図１１（Ａ）を基に作成された
レーザー光１１ａのピークパワーＩ ₀ とレンガブロック
の振動速度ｖの振幅との関係を示すグラフである。明瞭
な共振スペクトルを得るには、振動検出器１３によって
検出された振動速度ｖの振幅は０．０１ｍｍ／ｓ以上で
あることが望ましい。したがって、検査対象に励起され
た振動を照射位置から１ｍ遠隔で検出する場合には、ピ
ークパワーＩ₀ が１０ｋＷ以上のレーザー光１１ａを用
いればよいことが図１２から分かる。このようなレーザ
ー光１１ａを用いることで、遠隔検査を正確に行える。

【００５５】実験２．剥離の検出：図１３は、この実験
の試料の構造を説明するための断面図である。３００×
３００×６０ｍｍのコンクリート板６１の上に、９８×
９８×５ｍｍの磁器タイル（内装用タイル １００角）
６２が、１００×１００×３ｍｍの樹脂配合セメント６
３によって接着されている。ただし、タイル６２とセメ
ント６３の界面には、３０×３０×０．３ｍｍのナイロ
ンシート６４があらかじめ挟み込まれており、人工剥離
が形成されている。ここではナイロンシート６４が挟み
込まれている部分を剥離部、ナイロンシート６４が挟み
込まれていない部分を健全部と呼ぶ。

【００５６】まず、健全部のタイル６２表面に、上記レ
ーザー光源１１のプロトタイプによるパルス幅５０μｓ
のレーザー光１１ａを照射した。図１４は、このときの
健全部の振動波形を示すグラフであり、図１４（Ａ）に
は振動検出器１３による検出波形が示されており、図１
４（Ｂ）には振動検出器１３による検出波形を計算機１
４でフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示さ
れている。続いて、剥離部のタイル６２表面に同じくレ
ーザー光１１ａを照射した。図１５は、このときの剥離
部の振動波形を示すグラフであり、図１５（Ａ）には振
動検出器１３による検出波形が示されており、図１５
（Ｂ）には振動検出器１３による検出波形を計算機１４
でフーリエ変換して得られたパワースペクトルが示され
ている。

【００５７】図１４（Ｂ）と図１５（Ｂ）とを対比する
と、図１５（Ｂ）には１５ｋＨｚ付近に強い共振スペク
トルが現れていることが分かる。この共振スペクトル
は、剥離と表面との間のタイル部分の熱膨張によって誘
起された振動に基づくものである。この共振スペクトル
の有無により、剥離の有無を知ることができる。

【００５８】次に、ナイロンシート３４による人工剥離
の大きさが異なる５種類の試料を用意した。表１は、人
工剥離の大きさと、人工剥離の面積率Ｒａを示す表であ
る。ここで、人工剥離の面積率Ｒａは、（人工剥離の面
積）／（タイル６２の面積）により求められたものであ
る。

【００５９】

【表１】

【００６０】そして、各試料の剥離部のタイル６２表面
に、上記レーザー光源１１のプロトタイプによるパルス
幅５０μｓのレーザー光１１ａを順次照射した。図１６
は、このときの各試料の剥離部の振動波形をフーリエ変
換して得られたパワースペクトルを示すグラフである。
このグラフには、人工剥離が小さい試料のパワースペク
トルが下から順に示されている。このグラフの横軸は周
波数ｆ［ｋＨｚ］、縦軸は強度である。ただし、人工剥
離の大きさが５０×５０ｍｍ，６９．３×６９．３ｍ
ｍ，８４．９×８４．９ｍｍの各試料のパワースペクト
ルの強度は、それぞれ１／１００，１／２００，１／４
００に圧縮されている。

【００６１】各パワースペクトルにおいて、矢印を付し
た共振スペクトルが、剥離と表面との間のタイル部分に
誘起された振動に基づくものである。剥離が大きいほ
ど、その剥離に基づく共振周波数が小さくなることが分
かる。図１７は、各試料の人工剥離の面積率Ｒａ［％］
と、その人工剥離に基づく共振周波数ｆ［ｋＨｚ］との
関係を示すグラフである。このグラフを基に、得られた
共振周波数から剥離の面積率を推定できる。この実験２
はタイル６２とコンクリート板６１との間に人工的に剥
離を設けた試料を用いた実験であるが、大型構造物の表
面にほぼ平行な剥離状の亀裂も同様に検出でき、また共
振周波数から亀裂の面積率も推定できる。

【００６２】実験３．厚さの検出：３００×３００×６
０ｍｍおよび２５０×２５０×５０ｍｍの２個のコンク
リート板を用意する。これらのコンクリート板の上に１
００×１００×３ｍｍの樹脂配合セメントで９８×９８
×５ｍｍの磁器タイル（内装用タイル １００角）を接
着させて、試料（イ），（ロ）を作成した。ただし、い
ずれの試料（イ），（ロ）においても、タイルとコンク
リート板の間に剥離は存在しない。これらの試料
（イ），（ロ）のタイル表面に、上記レーザー光源１１
のプロトタイプによるパルス幅５０μｓのレーザー光１
１ａを照射した。図１８は、このときの試料（イ），
（ロ）の振動波形を示すグラフであり、図１８（Ａ），
（Ｂ）にはそれぞれ試料（イ），（ロ）の振動波形が示
されており、図１８（Ｃ），（Ｄ）にはそれぞれ試料
（イ），（ロ）の振動波形をフーリエ変換して得られた
パワースペクトルが示されている。

【００６３】図１８（Ｃ）に示されるように、試料
（イ）の熱膨張によって誘起された振動の共振周波数
は、５．３ｋＨｚおよび６．０ｋＨｚである。また、図
１８（Ｄ）に示されるように、試料（ロ）の熱膨張によ
って誘起された振動の共振周波数は、６．２ｋＨｚおよ
び７．５ｋＨｚである。この共振周波数の違いは、試料
（イ），（ロ）のコンクリート板の厚さの違いによるも
のである。したがって、得られた共振周波数からコンク
リート板の厚さを推定できる。この技術は大型構造物に
対しても応用できる。例えば、同じ方法でトンネルの壁
の厚さなどを推定できる。

【００６４】以上の実験１〜３の実験結果から明らかな
ように、パルス幅が１０〜１００μｓであり緩和振動が
抑制されたレーザー光１１ａを用いることで、大型構造
物に対しても、励起された振動を高感度で検出できる。
また、レーザー光１１ａのピークパワーＩ₀ を１０ｋＷ
とすることで、照射位置から１ｍ遠隔でも励起された振
動を高感度で検出できる。したがって、図１に示した装
置により、大型構造物の健全性を遠隔から高感度で非破
壊検査できる。しかも、図１に示した装置による非破壊
検査は、人手によらず、しかも非接触で行えるので、自
動化が容易である。なお、図１に示した非破壊検査装置
は、トンネルに限らず、交通機関、発電施設、居住用建
築などの大型構造物の非破壊検査に広範囲に適用でき
る。

【００６５】また、例えば壁の内部が奥行き方向に２層
構造となっている場合には、図１に示した装置により、
両層の界面の接着が不完全である部分を検出できる。こ
のような部分に長パルスのレーザー光１２ａを照射する
と、表層には熱膨張により応力が発生して両層の界面が
剥離し、上述したのと同様の原理で照射領域に振動が励
起されるからである。これは、柱の内部に鉄筋が埋設さ
れており、柱のコンクリートと鉄筋との接着が不完全で
ある場合も同様である。また、２層構造を有する大型構
造物の表層の厚さが１ｃｍ程度である場合には、両層の
界面が完全に密着していても、表層の厚さを正確に計測
できる。１Ｊ程度の長パルスレーザー光１２ａを照射し
て表層の温度が数１０℃程度上昇すると、両層の界面の
接着が一時的に弱まり、両層の界面が剥離したときと同
様に表層の照射領域が振動するからである。

【００６６】以上のように図１に示した非破壊検査装置
により、大型構造物の内部構造として、構造物の表面と
ほぼ平行にできた１〜５０ｃｍ程度の亀裂、１０〜１０
０ｃｍ程度の構造物の厚さ、多層構造を有する構造物あ
るいは他の部材が埋設された構造物における界面の接着
が不完全である部分、１ｃｍ程度の構造物の表層の厚さ
などを計測できる。また、図１に示した非破壊検査装置
は、数ｍ以上のコンクリート劣化、亀裂などの有無とそ
の形状を迅速かつ精密に計測できる移動型検査システム
にも応用できる。これは現在各方面で問題となっている
大型構造物の安全性の飛躍的向上に貢献すると同時に、
新しい検査産業の創出にもつながると考えられる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、検査
に用いるパルス光のパルス幅を１０〜１００μｓとする
と共に、緩和振動をピークパワーの５０％以下に抑制す
る。これにより大型構造物での減衰が小さい１０〜１０
０ｋＨｚ程度の振動を効率的に励起できるので、大型構
造物の健全性を高感度で計測できる。また、本発明で
は、検査に用いるパルス光のピークパワーを１０ｋＷ以
上とする。これにより、大型構造物の健全性を遠隔計測
できる。また、本発明では、光源をランプ励起のノーマ
ル発振固体レーザー発振器で構成する。また、ランプ励
起用の電源部に予備放電回路を設けて、励起ランプを常
時放電状態にしておく。これにより、パルス電流が励起
ランプで放電されるときの放電インピーダンスの変化を
小さくできるので、パルス放電の繰り返しが容易に高速
化できると共に、発光効率が高まる、励起ランプの寿命
が延びるといった効果を得られる。

【００６８】また、本発明では、光源の高速放電回路の
ケース、光源の電源部の筐体を、非磁性体で形成する。
また、光源の電源部および冷却部の筐体を、防振構造と
する。これにより、高速放電に伴う電磁力による振動は
抑制される。したがって、振動検出手段で検出された振
動波形にのるノイズが小さくなるので、検査精度が高く
なる。また、本発明では、パルス光の広がり角を１０ｍ
ｒａｄ以下に制限する。これによりパルス光の指向性が
高くなるので、所望の領域のみの検査データを取得でき
る。また、本発明では、パルス光の照射位置を走査する
ことにより、大面積の検査を容易に行える。ここで、走
査手段として音響光学的変調器を用いることにより、高
速走査が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による構造物の非破壊検査装置の一実
施の形態の構成を示すブロック図である。

【図２】 超音波の発生原理の説明図である。

【図３】 物体表層の温度分布を示すグラフである。

【図４】 レーザー光源の構成図である。

【図５】 レーザー光源の電源部の構成を示す回路図で
ある。

【図６】 フラッシュランプに供給される電流（シマー
電流を除く）を示すグラフである。

【図７】 Ｑスイッチ方式の固体レーザー発振器でＱス
イッチを使用せずにノーマル発振させて得られたレーザ
ー光の波形を示す図である。

【図８】 図４および図５に示した構成を有するレーザ
ー光源１１で得られたレーザー光の波形を示すグラフで
ある。

【図９】 レーザー光源の電源部および冷却部の外部筐
体の側面図である。

【図１０】 パルス幅８ｎｓのレーザー光を照射したと
きのレンガブロックの振動波形を示すグラフである。

【図１１】 パルス幅５０μｓのレーザー光を照射した
ときのレンガブロックの振動波形を示すグラフである。

【図１２】 レーザー光のピークパワーとレンガブロッ
クの振動速度の振幅との関係を示すグラフである。

【図１３】 実験２の試料の構造を説明するための断面
図である。

【図１４】 パルス幅５０μｓのレーザー光を照射した
ときの健全部の振動波形を示すグラフである。

【図１５】 パルス幅５０μｓのレーザー光を照射した
ときの剥離部の振動波形を示すグラフである。

【図１６】 パルス幅５０μｓのレーザー光を照射した
ときの各試料の剥離部の振動波形に基づくパワースペク
トルを示すグラフである。

【図１７】 各試料の人工剥離の面積率と、その人工剥
離に基づく共振周波数との関係を示すグラフである。

【図１８】 パルス幅５０μｓのレーザー光を照射した
ときの試料（イ），（ロ）の振動波形を示すグラフであ
る。

【図１９】 従来から行われているレーザー超音波法に
より物体内部の欠陥を検出するための検査装置の一構成
例を示すブロック図である。

【図２０】 従来から行われているレーザー超音波法で
用いられているレーザー光の波形を示す図である。

【符号の説明】

１…トンネル、２…トンネルの表面、３…亀裂、４…板
状部分、４ａ…超音波、１０…構造物の非破壊検査装
置、１１…レーザー光源、１１ａ，１２ａ…レーザー
光、１２…音響光学的変調器、１３…振動検出器、１３
ａ，１４ａ…データ、１４…計算機、１４ｓ，１４ｔ…
制御信号、１５…表示装置、２０…レーザーヘッド部、
２１…レーザーロッド、２２…フラッシュランプ、２３
…集光器、２４ａ…全反射鏡、２４ｂ…出力鏡、２５…
エキスパンダー、２５ａ…凸レンズ、２５ｂ…凹レン
ズ、２６…ポラライザー、３０…電源部、３０ａ，５２
ａ…筐体、３１…シマー電源、３２…抵抗、３３…ダイ
オード、３４…トリガーパルス発生器、３５…トラン
ス、３６…電極、３７…充電用主電源、３８ａ，３８
ｂ，４１…インダクター、３９ａ，３９ｂ…放電用コン
デンサー、３９ｃ…ケース、４０ａ，４０ｂ…スイッチ
ング素子、５１…レーザー発振制御部、５１ａ，５１ｂ
…発光指令信号、５２…冷却部、５４…防振ゴム、５５
…床、６１…コンクリート板、６２…磁気タイル、６３
…樹脂配合セメント、６４…ナイロンシート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G024 AD34 BA11 CA13 DA22 FA06 2G047 AA10 BA04 BC04 BC07 CA04 GD01 GD02 GG12

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス幅が１０マイクロ秒以上１００マ
   イクロ秒以下であり、ピークパワーが１０ｋＷ以上であ
   りかつ緩和振動が抑制されたパルス光を生成して、この
   パルス光を構造物の表面上に照射する第１の工程と、 前記パルス光が照射された領域の前記構造物の表面およ
   び表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検
   出する第２の工程と、 検出された前記振動の波形を基に前記構造物の内部構造
   に関する情報を生成する第３の工程とを備えることを特
   徴とする構造物の非破壊検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の構造物の非破壊検査方法
   において、 前記第１の工程において、前記パルス光の緩和振動を前
   記ピークパワーの５０％以下に抑制することを特徴とす
   る構造物の非破壊検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の構造物の非破壊
   検査方法において、 前記第１の工程において、前記構造物の表面に非接触で
   前記パルス光を照射し、 前記第２の工程において、前記構造物の表面に非接触で
   前記振動を検出することを特徴とする構造物の非破壊検
   査方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３いずれか１項記載の構造物
   の非破壊検査方法において、 前記第３の工程において、検出された振動波形をフーリ
   エ変換して前記振動の共振周波数を求め、前記構造物の
   内部にできた間隙の面積および前記構造物の厚みの少な
   くとも一方を前記振動の共振周波数から推定することを
   特徴とする構造物の非破壊検査方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４いずれか１項記載の構造物
   の非破壊検査方法において、 前記第１の工程において、前記パルス光の照射位置を走
   査することを特徴とする構造物の非破壊検査方法。
6. 【請求項６】 パルス光を構造物の表面上に照射する光
   源と、 前記パルス光が照射された領域の前記構造物の表面およ
   び表面下の光エネルギー吸収によって発生した振動を検
   出する振動検出手段と、 この振動検出手段の出力側に接続されかつ前記振動検出
   手段で検出された前記振動の波形を基に前記構造物の内
   部構造に関する情報を生成する演算処理手段とを備え、 前記光源は、前記パルス光の緩和振動を抑制する緩和振
   動抑制手段を有し、 前記パルス光のパルス幅は、１０マイクロ秒以上１００
   マイクロ秒以下であり、 前記パルス光のピークパワーは、１０ｋＷ以上であるこ
   とを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の構造物の非破壊検査装置
   において、 前記光源の緩和振動抑制手段は、前記パルス光の緩和振
   動を前記パルス光のピークパワーの５０％以下に抑制す
   る手段であることを特徴とする構造物の非破壊検査方
   法。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載の構造物の非破壊
   検査装置において、 前記光源は、前記構造物の表面に非接触で前記パルス光
   を照射する手段であり、 前記振動検出手段は、前記構造物の表面に非接触で前記
   振動を検出する手段であることを特徴とする構造物の非
   破壊検査装置。
9. 【請求項９】 請求項６〜８いずれか１項記載の構造物
   の非破壊検査装置において、 前記光源は、励起ランプからの光によりレーザー媒質を
   励起してレーザー出力を得るノーマル発振固体レーザー
   のレーザー発振器を有することを特徴とする構造物の非
   破壊検査装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の構造物の非破壊検査装
    置において、 前記光源は、前記励起ランプに常時所定の直流電流を供
    給する予備放電回路と、前記励起ランプにパルス電流を
    供給する高速放電回路とを具備する電源部を有すること
    を特徴とする構造物の非破壊検査装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の構造物の非破壊検査
    装置において、 前記光源が有する前記緩和振動抑制手段は、前記高速放
    電回路からのパルス電流の立ち上がりを緩やかにする手
    段であることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０記載の構造物の非破壊検査
    装置において、 前記光源の高速放電回路のケースおよび電源部の筐体の
    少なくとも一方は、非磁性体で形成されていることを特
    徴とする構造物の非破壊検査装置。
13. 【請求項１３】 請求項１０記載の構造物の非破壊検査
    装置において、 前記光源は、前記レーザー媒質および前記励起ランプを
    冷却する冷却部を更に有し、 前記光源の電源部および冷却部の筐体は、防振構造を有
    していることを特徴とする構造物の非破壊検査装置。
14. 【請求項１４】 請求項６〜９いずれか１項記載の構造
    物の非破壊検査装置において、 前記光源は、前記パルス光の広がり角を１０ｍｒａｄ以
    下に制限する広がり角制御手段を有することを特徴とす
    る構造物の非破壊検査装置。
15. 【請求項１５】 請求項６〜９いずれか１項記載の構造
    物の非破壊検査装置において、 前記光源の出力側に配置されかつ前記パルス光の照射位
    置を走査する走査手段を備えることを特徴とする構造物
    の非破壊検査装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の構造物の非破壊検査
    装置において、 前記パルス光は、直線偏光であり、 前記走査手段は、音響光学的変調器であることを特徴と
    する構造物の非破壊検査装置。