(57)【要約】【課題】応力発光材料を用いて高精度な検出を行うことが可能な歪み測定装置を提供する。【解決手段】本発明の歪み測定装置（１）は、応力発光材料（５２）が表面に付与された測定対象物（５１）の歪みを測定する装置であり、光照射部（１０）と光検出部（２０）とを備える。光照射部（１０）は、光源（１１）と、光源（１１）からの出射光（Ｌ１）を特定の直線偏光（Ｌ２）に変換する第１の偏光フィルタ（１２）とを含む。光検出部（２０）は、測定対象物（５１）に付与された応力発光材料（５２）から発光された光（Ｌ３）を検出する光検出手段（２１）と、測定対象物（５１）と光検出手段（２１）との間の光路に配置された、特定の直線偏光（Ｌ２）を透過しない第２の偏光フィルタ（２２Ａ）、および、応力発光材料（５２）の発光波長域以外の波長の外乱光を遮光する光学フィルタ（２２Ｂ）とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受けている応力の大きさに応じた発光強度で発光する応力発光材料が表面に付与された測定対象物の歪みを測定する歪み測定装置であって、
光源と、当該光源と前記測定対象物との間の光路に配置され、前記光源からの出射光を特定の直線偏光に変換する第１の偏光フィルタとを含み、前記測定対象物に対して前記特定の直線偏光を照射する光照射部と、
前記測定対象物に付与された前記応力発光材料から発光された光を検出する光検出手段と、前記測定対象物と前記光検出手段との間の光路に配置された、前記特定の直線偏光を透過しない第２の偏光フィルタ、および、前記応力発光材料の発光波長域以外の波長の外乱光を遮光する光学フィルタとを含む光検出部とを備えた、歪み測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪み測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
応力発光材料は、材料自身が受けている応力の大きさに応じた発光強度で発光する材料である。応力発光材料は、応力発光材料を含む塗料を測定対象物の表面に塗布するなどの方法により、測定対象物の表面に付与することができる。このようにして得られた試料について、応力発光材料から発光された光の強度を検出することで、応力、応力分布、または応力によって生じる歪み等を光学的に検出することができる。
【０００３】
特許文献１には、材料自体が応力に比例して発光する応力発光材料を含む被験体と、該被験体における応力発光材料の発光強度を検出する光検出器と、該光検出器により検出された検出値と前記応力発光材料の発光強度と応力との相関データとを比較し前記被験体の応力を演算する演算手段と、前記演算手段により演算された前記被験体の応力を表示する表示装置とを有する応力または応力分布の測定装置が開示されている（請求項６）。
特許文献１には、光源と、測定対象物からの発光を検出する光検出器またはカメラを備えた応力または応力分布の測定装置が開示されている（図２〜図４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１５１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の応力または応力分布の測定装置では、測定対象物からの発光を検出する光検出器またはカメラは、測定対象物に対して、光源と同じ側に配置されている。このような配置では、非検出対象である測定対象物からの反射光が、検出対象である発光に混じって検出され、検出データの精度が低下する恐れがある。特に、反射光の波長域と発光波長域とが比較的近い場合、データ処理により反射光データを検出データから除くことが難しく、高精度な検出を行うことが難しい。
高精度な検出を行うには、上記反射光以外にも、検出対象である発光以外の任意の外乱光が、検出光に含まれないことが好ましい。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、応力発光材料を用いて高精度な検出を行うことが可能な歪み測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の歪み測定装置は、
受けている応力の大きさに応じた発光強度で発光する応力発光材料が表面に付与された測定対象物の歪みを測定する歪み測定装置であって、
光源と、当該光源と前記測定対象物との間の光路に配置され、前記光源からの出射光を特定の直線偏光に変換する第１の偏光フィルタとを含み、前記測定対象物に対して前記特定の直線偏光を照射する光照射部と、
前記測定対象物に付与された前記応力発光材料から発光された光を検出する光検出手段と、前記測定対象物と前記光検出手段との間の光路に配置された、前記特定の直線偏光を透過しない第２の偏光フィルタ、および、前記応力発光材料の発光波長域以外の波長の外乱光を遮光する光学フィルタとを含む光検出部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、応力発光材料を用いて高精度な検出を行うことが可能な歪み測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る一実施形態の歪み測定装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、本発明に係る一実施形態の歪み測定装置の構成とこれを用いた歪み測定方法について、説明する。図１は本実施形態の歪み測定装置の構成を示す模式図である。
【００１１】
本実施形態の歪み測定装置１は、受けている応力の大きさに応じた発光強度で発光する応力発光材料５２が表面に付与された測定対象物５１の歪みを測定する装置である。
歪み測定装置１は、応力発光材料５２が表面に付与された測定対象物５１をセットする試料セット部を有する（図示略）。測定対象物５１の形状および大きさは任意である。
【００１２】
応力発光材料５２は、受けている応力の大きさに応じた発光強度で発光するものであればよく、受けている応力の大きさに比例した発光強度を示すものが好ましい。応力発光材料５２としては公知のものを用いることができ、希土類元素をドープし構造制御したアルミン酸ストロンチウムが好ましく、中でもユーロピウムをドープし構造制御したアルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ）が発光輝度が高く、好ましい。ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕの発光は、５２０ｎｍ付近の緑色光である。
上記以外の応力発光材料５２としては、遷移金属および／または希土類をドープした硫化亜鉛（例えば、ＺｎＳ：Ｍｎ（黄橙色発光））；遷移金属および／または希土類をドープしたチタン酸バリウム・カルシウム（例えば、（Ｂａ，Ｃａ）ＴｉＯ３：Ｐｒ（赤色発光））；遷移金属および／または希土類をドープしたアルミン酸カルシウム・イットリウム（例えば、ＣａＹＡｌ３Ｏ７：Ｃｅ（青色発光））等が挙げられる。
【００１３】
例えば、所望の元素組成となるように調製された複数種の無機材料の混合粉末を加圧成形し、高温焼結することで、任意形状の応力発光材料を製造することができる。さらに、得られた焼結体を粉砕することで、粉末状の応力発光材料を製造することができる。
測定対象物５１に対する応力発光材料５２の付与方法は特に制限されず、粉末状の応力発光材料、必要に応じてバインダ樹脂、および溶媒等の液体成分を含む塗料を塗布し、必要に応じて乾燥する方法；粉末状の応力発光材料およびバインダ樹脂を含むフィルムを貼り付ける方法；イオンプレーティング、スパッタリング、イオンミキシング、および蒸着法等の気相成膜により応力発光材料を成膜する方法等が挙げられる。
【００１４】
歪み測定装置１は、測定対象物５１に対して特定の光を照射する光照射部１０と、測定対象物５１に付与された応力発光材料５２から発光された光を検出する光検出部２０とを備える。
【００１５】
光照射部１０は、光Ｌ１を出射する光源１１と、光源１１と測定対象物５１との間の光路に配置され、光源１１からの出射光Ｌ１を特定の直線偏光Ｌ２に変換する第１の偏光フィルタ１２とを含む。光照射部１０は、測定対象物５１に対して特定の直線偏光Ｌ２を照射する。特定の直線偏光Ｌ２は、Ｐ偏光またはＳ偏光のうちいずれかの直線偏光である。
【００１６】
光検出部２０は、測定対象物５１に付与された応力発光材料５２から発光された光を検出する光検出手段２１と、測定対象物５１と光検出手段２１との間の光路に配置されたフィルタ部２２とを含む。
フィルタ部２２は、特定の直線偏光Ｌ２を透過しない第２の偏光フィルタ２２Ａと、測定対象物５１に付与された応力発光材料５２の発光波長域以外の波長の外乱光を遮光する光学フィルタ２２Ｂとを含む。
特定の直線偏光Ｌ２がＰ偏光である場合、第２の偏光フィルタ２２Ａは、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を透過しない偏光フィルタである。特定の直線偏光Ｌ２がＳ偏光である場合、第２の偏光フィルタ２２Ａは、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を透過しない偏光フィルタである。
図示するように、第２の偏光フィルタ２２Ａおよび光学フィルタ２２Ｂからなるフィルタ部２２は、光検出手段２１の光入射面に取り付けられることが好ましい。
【００１７】
光検出手段２１としては特に制限されず、光エネルギーを検出可能な光検出器（受光素子とも言う）、カメラ、およびビデオカメラ等が挙げられる。いずれも、ＣＣＤ（charge-coupled device）イメージセンサ内蔵タイプが好ましい。
光検出手段２１は、測定対象物５１の表面に付与された応力発光材料５２の各位置の発光強度を検出することができる。光検出手段２１としてカメラおよびビデオカメラ等を用いる場合、発光強度の分布をモニター上で画像確認することができる。
【００１８】
一般的な発光材料は、紫外線等の光、電子線、Ｘ線、電界、および化学反応等により励起されて発光するのに対して、応力発光材料５２は応力により励起され発光する材料である。応力発光材料５２は、紫外線等の光により励起されるのではなく、材料自身が受ける応力によって励起されるので、光源１１からの出射光Ｌ１は、測定対象物５１を照射できればよく、その波長は任意であり、特に制限されない。したがって、光源１１としては公知の一般的な光源を使用でき、白色光源およびブルーライト光源等を用いることができる。
［背景技術］の項で挙げた特許文献１には、応力発光材料からの発光波長域とは異なる波長域の光を出射する光源を用いる構成について記載されている（段落００１４）が、本発明では、第１の偏光フィルタ１２と第２の偏光フィルタ２２Ａを用いることで、光源１１からの出射光Ｌ１の波長域を発光波長域とずらさなくても、高精度の検出を行うことができる。
【００１９】
上記のように、応力発光材料５２は必ずしも励起光を必須としないが、光入射による電子の励起により生じるエネルギーを応力発光材料５２の各分子内に保持した上で、受けている応力に応じた強度で発光することができる。すなわち、光照射と応力により発光が効果的に起こると考えられる。光入射による電子の励起が効果的に起こることから、光源１１からの出射光Ｌ１は比較的低波長であることが好ましく、光源１１としてはブルーライト光源等が好ましい。
【００２０】
光源１１からの出射光Ｌ１は第１の偏光フィルタ１２に入射し、特定の直線偏光Ｌ２に変換された後、測定対象物５１の表面に付与された応力発光材料５２に入射する。このとき、応力発光材料５２に入射した特定の直線偏光Ｌ２のうち一部が応力発光材料５２の表面で反射され、反射光Ｌ４が生じる場合がある。反射光Ｌ４は、電子場との相互作用により入射光の偏光状態を維持するため、特定の直線偏光Ｌ２と同じ直線偏光である。
応力発光材料５２は受けている応力に応じて特定の波長域の光Ｌ３を発光する。応力発光材料５２から発光された光Ｌ３は、無偏光である。この光Ｌ３は光学フィルタ２２Ｂおよび第２の偏光フィルタ２２Ａからなるフィルタ部２２を透過し、光検出手段２１に入射する。これに対して、特定の直線偏光Ｌ２と同じ直線偏光である反射光Ｌ４は、特定の直線偏光Ｌ２を透過しない第２の偏光フィルタ２２Ａを透過することはできず、光検出手段２１に入射することはできない。
【００２１】
［発明が解決しようとする課題］の項で述べたように、従来の測定装置では、非検出対象である測定対象物からの反射光が、検出対象である発光に混じって検出され、検出データの精度が低下する恐れがある。特に、反射光の波長域と発光波長域とが比較的近い場合、データ処理により反射光データを検出データから除くことが難しく、高精度な検出を行うことが難しい。
本実施形態では、第２の偏光フィルタ２２Ａによって特定の直線偏光である反射光Ｌ４が光検出手段２１に入射することをブロックできるため、光源１１からの出射光Ｌ１の波長域と応力発光材料５２から発光される光Ｌ４の波長域が比較的近い場合でも、反射光Ｌ４の測定への影響を排除し、高精度な検出を行うことができる。
【００２２】
光検出部２０は第２の偏光フィルタ２２Ａに合わせて、応力発光材料５２の発光波長域以外の波長の外乱光を遮光する光学フィルタ２２Ｂを含む。光学フィルタ２２Ｂによって、発光波長域以外の波長の任意の外乱光が光検出手段２１に入射することをブロックすることができるので、任意の外乱光の測定への影響を排除し、高精度な検出を行うことができる。
本実施形態では、反射光および他の任意の外乱光を取り除き、応力発光材料５２から発光された光Ｌ３のみを高精度に検出することができる。
【００２３】
光検出部２０には、コンピュータ３０と表示装置４０が接続されている。
光検出部２０で得られた各位置の測定値（具体的には発光強度）は、コンピュータ３０に送信され、コンピュータ３０のメモリにあらかじめ記憶されている応力発光材料５２の応力と発光強度との相関データに基づいてデータ処理され、各位置の応力値および歪み値等が演算される。得られた各位置の応力値および歪み値等は表示装置４０に送信され、応力分布および歪み分布等を画面に表示することができる。
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、応力発光材料を用いて高精度な検出を行うことが可能な歪み測定装置を提供することができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  歪み測定装置
１０  光照射部
１１  光源
１２  第１の偏光フィルタ
２０  光検出部
２１  光検出手段
２２  フィルタ部
２２Ａ  第２の偏光フィルタ
２２Ｂ  光学フィルタ
３０  コンピュータ
４０  表示装置
５１  測定対象物
５２  応力発光材料
【図１】
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