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先端技術に投資しよう

新しい技術や産業が未来を創る。ところが日本は、新しいことへの障壁が多い。歴史に学び、リスクを取って新しい産業を育てる。それらが普及するための課題を示す。

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創刊日:2009-08-29  
最終発行日:2018-12-02  
発行周期:隔週刊  
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204号 光学振動解析

2018/12/02

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■  先端技術に投資しよう

■  204号 光学振動解析

───────────────────────────2018/12/03───

インフラ構造物は、車両通行などによる外力を受けて、「たわみ」や「ひずみ」が生じる。
外力が加わった際に生じる構造物表面の動き(振動)は、内部の劣化状態と関係がある。
例えば、構造物を叩いて内部劣化を診断している作業員は、表面の応答振動を耳で識別
している。橋を重量車が通行すると床版の下面にあるひび割れは10?m単位で開閉運動
する。

昨今のビデオカメラは、撮像速度も大きく向上している。工場の製品検査用のハイ
スピードカメラには、秒間10,000枚の撮影速度を持つものもある。そうしたカメラを
用いれば、構造物の表面挙動も観測可能となる。

「光学振動解析技術」は、可視光のカメラだけで橋などインフラ構造物の内部の劣化
状態を推定する。構造物表面の「動き」、動画を計測し、それを解析して表面の振動情報
を計測し、その振動情報のパターンから、ひび割れや剥離、空洞などの内部劣化状態や
内部劣化状態を推定する。

表面振動計測は、撮影された画像間で追跡処理を行う。画像内の各座標について、ある
時刻に見られた模様が、次の時刻にどこに移動(変位)したかを精密に探索する。計測
した各時刻、各座標での移動方向や移動量を時系列方向にグラフ化すると振動情報が
得られる。2m×2mの範囲を4百万画素のカメラで撮影すると、1画素が1mm角と
なり、その1/100である10?mの変位が捉えられる。1個所当たり1〜2秒の振動情報
を収集する。

時系列で見たときの表面変位の現れ方(パターン)によって、内部劣化を推定する。
発砲スチロール製の梁(橋げたのようなもの)に、上から圧力を加えて交通振動を
疑似的に再現する。変位の大きさを、色の濃さとして可視化すると、内部劣化を含む
試料は健全なものとは異なる表面変位のパターンを示した。変位パターンの相違は、
表面の応力状態が内部劣化によって変化したことで発生する。

健全な試料は、載荷された際の表面変位は滑らかなグラデーションとして表れる。
これは、載荷に伴う圧力が、試料の表面に均等に分散されていることを示している。

これに対し、ひび割れや剥離の存在する試料では、ひび割れや剥離の境界線に沿って、
色の濃さが不連続となる。載荷に伴ってひび割れが開閉するので、変位の方向や大きさ
が周囲と異なる。内部にひびが回り込んでいる剥離の直下では、(直接力が掛からない
ため)色の濃さが一定となる。

空洞を含む試料では、空洞直下の表面に生じる変位が周囲に比べて小さく表れる。空洞
部分が空気のクッションのように上からの載荷圧力を分散させ、その直下の応力が小さ
くなる。こうした変位のパターンを入力として、解析処理に通して内部の劣化状態
(ひび割れ・剥離・空洞)を推定する。

交通などによって生じる短時間(1〜2秒)の振動の観測結果のみを用いた1回の点検で、
劣化を検出できる。可能なインフラ構造物の点検が可能となる。

巨大な構造物を、足場なしに内部劣化状態を調査し、低コストで内部劣化状態まで点検
することが可能になる。今後は、大量の点検データを用いて劣化推移予測や、保全計画
の自動生成への取り組みも進めていく。劣化の推移予測や、いつどこを補修するのが
最も効果的かという計画を提示せるようにして、AI技術で次世代の保全を提供する。

最新のコメント

  • 名無しさん2011-10-16 17:35:41

    大変科学的でよい。

  • 名無しさん2010-11-21 23:48:32

    始めて知る話だっただけにとても興味深く楽しかった。

  • 名無しさん2010-09-26 20:48:01

    凄い人だと感じた。このような人が日本にも大勢いるのに海外に出てしまうのはもったいなく感じる。

    大変面白い記事でした!

  • 名無しさん2010-08-30 09:46:54

    知らなかった。文章が分かりやすかった。

    面白かった。

  • 名無しさん2010-08-01 23:44:48

    分かりやすくとても面白かった!