(57)【要約】【課題】負荷を加えることにより試料に生じたき裂が進展する際の先端位置の検出を簡略化する。【解決手段】本技術のき裂先端位置検出方法は、先端位置検出手順を具備する。このき裂先端位置検出方法が具備するき裂先端位置検出方法は、応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることによりその試料に形成されたき裂が進展する際の、その進展するき裂の先端位置をその塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する。【選択図】図２
2020073863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることにより前記試料に形成されたき裂が進展する際の、当該進展するき裂の先端位置を前記塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する先端位置検出手順を具備するき裂先端位置検出方法。
【請求項２】
前記試料におけるき裂が進展する面に前記応力発光体が塗布される請求項１記載のき裂先端位置検出方法。
【請求項３】
前記先端位置検出手順は、前記塗布された応力発光体における前記発光を生じた領域の中心を前記先端位置として検出する請求項２記載のき裂先端位置検出方法。
【請求項４】
前記試料におけるき裂が進展する面と直交するとともに前記き裂の進展する方向と平行な面に前記応力発光体が塗布される請求項１記載のき裂先端位置検出方法。
【請求項５】
前記先端位置検出手順は、前記塗布された応力発光体における前記発光を生じた線状の領域の中心を結ぶ線を前記先端位置として検出する請求項４記載のき裂先端位置検出方法。
【請求項６】
応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることにより前記試料に形成されたき裂が進展する際の、当該進展するき裂の先端位置を前記塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する先端位置検出手順と、
前記試料に前記負荷を加える前の前記き裂と前記検出された先端位置とに基づいて前記き裂の進展長さを検出するき裂進展長さ検出手順と
を具備するき裂長さ検出方法。
【請求項７】
応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることにより前記試料に形成されたき裂が進展する際の、当該進展するき裂の先端位置を前記塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する先端位置検出手順と、
前記試料に前記負荷を加える前の前記き裂と前記検出された先端位置とに基づいて前記き裂の進展長さを検出するき裂進展長さ検出手順と、
前記検出されたき裂進展長さに基づいて前記試料の強度を計測する計測手順と
を具備する試料強度計測方法。
【請求項８】
応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることにより前記試料に形成されたき裂が進展する際の、当該進展するき裂の先端位置を前記塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する先端位置検出部を具備するき裂先端位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、き裂先端位置検出方法に関する。詳しくは、負荷を加えることにより試料に生じたき裂が進展する際の先端位置を検出する方法および当該方法が適用された装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）等からなる試料片を貼り合わせて形成された試料における接着強度を計測する方法として双片持ち梁（ＤＣＢ：Double Cantilever Beam）試験による破壊靱性試験が行われている。このＤＣＢ試験は、ＡＳＴＭ  Ｄ５５２８−１３、ＩＳＯ１５０２４、ＩＳＯ２５２１７およびＪＩＳ  Ｋ  ７０８６等により規定された試験方法であり、試料に層間剥離を生じさせて強度を測定する試験方法である。これらの規格において、層間剥離のモード毎に試験方法が決められている。例えば、開口形（モードI）の試験モードでは、試料を２つの試料片に断裂させる方向に引っ張る荷重（負荷）をその試料の端部に加え、試料にき裂を生じさせる。このき裂が上述の負荷に応じて進展した際の長さに基づいて接着強度が算出される。
【０００３】
このき裂長さを取得するため、進展するき裂の先端位置を検出する必要がある。このき裂の先端位置を検出する方法として、例えば、試料の表面色と背景色等とを色対比させることによりき裂の成長を検出するシステムが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。当該システムにおいては、試料の表面の色と背景や試料内部の色とを対比させることによりき裂の形状を検出し、き裂の先端位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−５０９３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来技術は、試料を撮影して画像を生成し、生成した画像の画素毎に色相や明度、彩度等を対比させて画像における試料表面とは異なる領域を取得することによりき裂の形状を検出する。しかし、上述の従来技術では、画素毎に色相等を対比させるため、先端位置の検出の処理が複雑になるという問題がある。
【０００６】
本技術は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、負荷を加えることにより試料に生じたき裂が進展する際の先端位置の検出を簡略化することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の第１の態様は、応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることにより上記試料に形成されたき裂が進展する際の、当該進展するき裂の先端位置を上記塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する先端位置検出手順を具備するき裂先端位置検出方法および検出装置である。き裂の先端の領域は、破壊が進行している部分であり、応力が集中する部分である。この応力が集中する領域を応力発光体の発光により検出する。この応力発光体の発光は自発光であるため、試料表面とは異なる色相となる。そのため、試験中の試料における応力発光体の発光位置を容易に認識することができる。き裂の先端位置の検出の簡略化が期待される。
【０００８】
また、本技術の第１の態様において、上記試料におけるき裂が進展する面に上記応力発光体が塗布されてもよい。当該態様においては、表面をき裂が進展する面の応力発光体の発光を検出することができる。試料の表面に生じたき裂の先端位置の検出が期待される。
【０００９】
また、本技術の第１の態様において、上記先端位置検出手順は、上記塗布された応力発光体における上記発光を生じた領域の中心を上記先端位置として検出してもよい。当該態様においては、応力発光体の発光領域が比較的広い領域であっても、当該発光領域の中心をき裂の先端位置として検出することができる。
【００１０】
また、本技術の第１の態様において、上記試料におけるき裂が進展する面と直交するとともに上記き裂の進展する方向と平行な面に上記応力発光体が塗布されてもよい。当該態様においては、内部をき裂が進展する面の応力発光体の発光を検出することができる。試料の内部に生じたき裂の先端位置の検出が期待される。
【００１１】
また、本技術の第１の態様において、上記先端位置検出手順は、上記塗布された応力発光体における上記発光を生じた線状の領域の中心を結ぶ線を上記先端位置として検出してもよい。当該態様においては、試料内部に生じたき裂の先端の形状の検出が期待される。
【００１２】
また、本技術の第２の態様は、応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることにより上記試料に形成されたき裂が進展する際の、当該進展するき裂の先端位置を上記塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する先端位置検出手順と、上記試料に上記負荷を加える前の上記き裂と上記検出された先端位置とに基づいて上記き裂の進展長さを検出するき裂進展長さ検出手順とを具備するき裂長さ検出方法である。試料表面とは異なる色相である応力発光体の発光によりき裂の先端位置を検出するため、き裂長さの検出の簡略化が期待される。
【００１３】
また、本技術の第３の態様は、応力に応じて発光する応力発光体が塗布された試料に負荷を加えることにより上記試料に形成されたき裂が進展する際の、当該進展するき裂の先端位置を上記塗布された応力発光体の発光に基づいて検出する先端位置検出手順と、上記試料に上記負荷を加える前の上記き裂と上記検出された先端位置とに基づいて上記き裂の進展長さを検出するき裂進展長さ検出手順と、上記検出されたき裂進展長さに基づいて上記試料の強度を計測する計測手順とを具備する試料強度計測方法である。試料表面とは異なる色相である応力発光体の発光によりき裂の先端位置を検出するため、強度の計測の簡略化が期待される。
【発明の効果】
【００１４】
本技術に係るき裂先端位置検出方法は、負荷を加えることにより試料に生じたき裂が進展する際の先端位置の検出を簡略化するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本技術の実施の形態に係る試料強度計測装置の構成例を示す図である。
【図２】本技術の実施の形態に係る計測部の構成例を示す図である。
【図３】本技術の実施の形態に係る試料の構成例を示す図である。
【図４】本技術の実施の形態に係る強度の計測の一例を示す図である。
【図５】本技術の第１の実施の形態に係る先端位置の検出の一例を示す図である。
【図６】本技術の実施の形態に係る接着強度の計測処理の一例を示す図である。
【図７】本技術の第２の実施の形態に係る先端位置の検出の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、図面を参照して、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態と称する）を説明する。以下の図面において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は、模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは勿論である。
【００１７】
＜１．第１の実施の形態＞
［試料強度計測装置の構成］
図１は、本技術の実施の形態に係る試料強度計測装置の構成例を示す図である。同図の試料強度計測装置１は、試験装置２と、カメラ３と、計測部４とを備える。
【００１８】
試験装置２は、試料１０の引張試験を行うものである。この試験装置２は、試料１０に引張荷重を負荷として加えることにより試験を行う。同図の試験装置２は、試料１０に対して上下方向の引張荷重を加える。また、試験装置２は、荷重を加えながら、当該荷重による負荷と試料１０の変位とを測定し、計測部４に対して出力する。ここで、負荷には、引張荷重により試料１０に加えられる力が該当する。同図の試験装置２は、ロードセル２１と、アクチュエータ２２と、試験治具２３および２４とを備える。
【００１９】
試験治具２３および２４は、試料１０を保持するものである。試験治具２３は試料１０を上方から保持し、試験治具２４は試料１０を下方から保持する。これら試験治具２３および２４は、後述する試料１０の荷重負荷用ブロック１６および１７に形成された貫通孔にピン（不図示）を通し、このピンを同図のコの字形状の保持部に固定することにより、荷重負荷用ブロック１６および１７とそれぞれ連結される。荷重負荷用ブロック１６および１７は試料１０に接着されているため、試験治具２３および２４により試料１０を保持することができる。ピンを介して試験治具２３および２４と荷重負荷用ブロック１６および１７とをそれぞれ連結することにより、試験中に試料１０にたわみを生じた場合であっても、試料１０に対する荷重の方向（上下方向）を保つことができる。
【００２０】
アクチュエータ２２は、試験治具２４を介して試料１０に下方向の引張荷重を加えるものである。例えば、アクチュエータ２２は、所定の引張速度（変位速度）に基づいて引張荷重を加えることができる。このアクチュエータ２２には、油圧により駆動されるアクチュエータを使用することができる。なお、試料１０の変位は、アクチュエータ２２に配置されたひずみゲージ（不図示）により測定され、計測部４に対して出力される。
【００２１】
ロードセル２１は、試験治具２３を介して試料１０に加えられた荷重（負荷）を測定するものである。測定された負荷は、計測部４に対して出力される。
【００２２】
カメラ３は、試料１０を撮影するものである。このカメラ３は、試料１０および試料１０に塗布された応力発光体の発光を撮影して画像を生成し、計測部４に対して出力する。
【００２３】
計測部４は、試料１０の接着強度を計測するものである。この計測部４は、カメラ３から出力された画像から試料１０のき裂先端位置を検出することにより、き裂長さを検出する。また、計測部４は、試験装置２から出力された負荷および変位とき裂長さとに基づいて接着強度を計測し、出力する。同図に表したように、計測部４は、信号線８および９により試験装置２およびカメラ３にそれぞれ接続される。計測部４は、例えば、画像処理を行うコンピュータにより構成することができる。
【００２４】
なお、試料強度計測装置１の構成は、この例に限定されない。例えば、２つのカメラを試料１０の両側に配置して、撮影を行う構成にすることができる。この場合には、図５において後述するように、試料１０の両側におけるき裂の先端位置を検出することができる。また、カメラを試料１０の上方もしくは下方または両方に配置して、撮影を行うこともできる。この場合には、図７において後述するように、試料１０の上面や下面における応力発光体の発光を検出することができる。
【００２５】
［計測部の構成］
図２は、本技術の実施の形態に係る計測部の構成例を示す図である。同図の計測部４は、制御部４１と、強度計測部４２と、き裂先端位置検出部４３と、き裂進展長さ検出部４４とを備える。
【００２６】
制御部４１は、試験装置２を制御するものである。この制御部４１は、試験装置２に対して引張荷重の開始および停止の制御を行うことができる。また、制御部４１は、計測部４の全体を制御する。
【００２７】
き裂先端位置検出部４３は、カメラ３が生成した画像に基づいて試料１０におけるき裂の先端位置を検出するものである。このき裂先端位置検出部４３は、画像処理を行うことにより、先端位置を検出する。き裂先端位置検出部４３における先端位置の検出の詳細については後述する。なお、き裂先端位置検出部４３は、特許請求の範囲に記載のき裂先端位置検出装置の一例である。
【００２８】
き裂進展長さ検出部４４は、き裂先端位置検出部４３が検出した先端位置に基づいてき裂が進展した長さを検出するものである。き裂進展長さ検出部４４におけるき裂進展長さの検出の詳細については後述する。
【００２９】
強度計測部４２は、試験装置２から出力された変位および負荷とき裂進展長さ検出部４４から出力されたき裂進展長さとに基づいて試料の強度を計測するものである。この強度には、試料の接着強度のほかに、例えば、基材上に形成された他の部材の剥離強度や単一の部材により構成された試料の破壊強度等が該当する。同図においては、試料１０の接着強度が計測される。計測された強度は、試料強度計測装置１の計測強度として出力される。強度計測部４２における強度の計測の詳細については後述する。
【００３０】
［試料の構成］
図３は、本技術の実施の形態に係る試料の構成例を示す図である。同図におけるａは、試料１０の構成を表したものである。試料１０は、２つの試料片１１および１２が接着剤１３により貼り合わされて構成された試料である。試料片１１および１２には、例えば、ＣＦＲＰにより構成された試料片を使用することができる。この接着剤による接着強度が試料強度計測装置１の計測対象となる。また、同図における試料１０の左端部には、初期き裂１４が形成されている。この初期き裂１４は、試料１０において接着剤１３による接着が行われていない領域である。この初期き裂１４は、試料片１１および１２を接着する際に、フィルム等を挟持させることにより形成することができる。この初期き裂１４が形成された試料片１１および１２には、それぞれ荷重負荷用ブロック１６および１７がそれぞれ接着される。この荷重負荷用ブロック１６および１７には、前述の貫通孔１８および１９がそれぞれ形成されている。
【００３１】
同図におけるｂは、試料１０に引張荷重が負荷として加えられた場合を表したものである。同図の矢印は、荷重負荷用ブロック１６および１７に加えられる引張荷重を表したものである。同図におけるｂは、引張荷重により試料１０の接着部が破壊してき裂１５を生じた例を表したものである。き裂１５は、初期き裂１４の端部より進展して形成されたき裂である。
【００３２】
［接着強度の計測］
図４は、本技術の実施の形態に係る強度の計測の一例を示す図である。図３におけるｂにおいて説明した試料１０を例に挙げて、接着強度の計測の原理を説明する。同図において、Ｐは引張荷重（負荷）を表す。また、δは、試料１０のき裂開口部における変位を表す。また、ａは、き裂長さを表す。同図の試料１０の接着強度Ｇは、例えば、次式により算出することができる。
Ｇ＝３×Ｐ×δ／（２×ｂ×ａ）
ここで、ｂは、試料片１１および１２の幅を表す。図２において説明した強度計測部４２は、試験装置２から出力された変位δおよび負荷Ｐとき裂進展長さ検出部４４から出力されたき裂長さａとを取得し、上記の式に基づいて強度を算出する。これにより、接着強度の計測が行われる。
【００３３】
このように、き裂長さを検出することにより、接着強度を算出することができる。き裂長さを検出するためには、試料１０におけるき裂の先端位置を検出する必要がある。図１において説明した試料強度計測装置１では、試料１０に応力発光体を塗布し、この塗布された応力発光体の発光に基づいてき裂の先端位置を検出する。ここで、応力発光体とは、応力に応じて発光するものである。この、応力発光体として、例えば、機械的な外力により生じる変形によって発光する応力発光材料を樹脂等の塗料基材に分散させて塗料状にしたものを使用することができる。塗料状にすることにより、試料１０への塗布を容易に行うことができる。
【００３４】
応力発光材料には、既知又は未知の材料を採用することができる。既知の応力発光材料としては、例えば、スピネル構造、コランダム構造、βアルミナ構造、ウルツ鉱型構造、または閃亜鉛鉱型構造ならびにこれらが共存する構造等を有する酸化物、硫化物、セレン化物またはテルル化物を主成分として構成されるもの等を挙げることができる。例えば、上記構造を有するケイ酸塩や欠陥制御型アルミン酸塩が該当する。
【００３５】
また、応力発光材料について、より具体的な代表例を挙げるならば、ユーロピウム（Ｅｕ）イオンを含むアルミン酸ストロンチウム（以下ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕのように記載する。）、ＬｉＳｒＰＯ４：Ｅｕ２＋、ＬｉＢａＰＯ４：Ｅｕ２＋、ｘＳｒＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＭＯ：Ｅｕ２＋を挙げることもできる。ここで、Ｍは二価金属を表し、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ正の整数を表す。なお、Ｍは二価金属であれば限定されるものではないが、Ｍｇ、ＣａまたはＢａが好ましい。
【００３６】
また、他の例として以下の物質を挙げることができる。発光色とともに記載する。ｘＳｒＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（発光色：緑〜赤）、ＢａＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３：Ｐｒ（発光色：赤）、ＺｎＳ：Ｍ（Ｍは二価金属であれば限定されるものではないが、Ｍｎ、ＧａおよびＣｕ等が望ましい。）（発光色：赤〜黄色）、Ｓｒ２ＳｉＯ４：ＥｕＤｙ（発光色：黄）、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（発光色：緑）、ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ（発光色：青）、Ｃａ２Ａｌ２ＳｉＯ７：Ｃｅ（発光色：青）、Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｃｅ（発光色：青）、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｃｅ（発光色：青）、ＣａＹＡｌ３Ｏ７：Ｅｕ（発光色：青）、ＳｒＡｌ２Ｏ４：ＨｏＣｅ（発光色：紫外）、一般式Ｓｒ｛１−（２ｘ＋３ｙ＋３ｚ）／２｝Ａｌ２Ｏ４：ｘＥｕ２＋，ｙＣｒ３＋，ｚＮｄ３＋により表される物質（ただし、ｘ、ｙおよびｚは、０．２５〜１０ｍｏｌ％、好ましくは０．５〜２．０ｍｏｌ％である。）（発光色：近赤外）。
【００３７】
［先端位置の検出］
図５は、本技術の第１の実施の形態に係る先端位置の検出の一例を示す図である。同図は、応力発光体によるき裂の先端位置の検出を表したものである。同図におけるａは、試験前の試料１０を表したものである。この試料１０の側面には、応力発光体６１が塗布されている。なお、同図における紙面の反対側の試料１０の側面にも応力発光体を塗布することができる。当該側面は、き裂の発生および進展を外部から観察することができる面である。すなわち、試料１０におけるき裂が進展する面に応力発光体６１が塗布される。
【００３８】
同図におけるｂは、き裂１５が進展した場合の試料１０を表したものである。また、同図におけるｂは、き裂１５の先端の領域を拡大したものであり、き裂１５の先端をき裂先端７１により表したものである。き裂１５の進展に伴って応力発光体６１が発光する。同図におけるｂに表した発光領域７２は、応力発光体６１の発光領域を表したものである。き裂の先端は、応力が集中して試料１０における接着部の破壊が進行している部分である。この応力の集中により、き裂先端７１の周囲の応力発光体６１が強く発光し、発光領域７２を生じる。なお、試料１０のき裂先端７１の近傍の領域には、比較的小さな応力が掛かる。このため、この近傍領域に塗布された応力発光体６１においても弱い発光（不図示）を生じる。き裂の先端を検出する際には、このき裂先端近傍の発光領域を除外する必要がある。例えば、カメラ３により生成された画像の領域毎の輝度を所定の閾値と比較することにより、弱い応力に基づく応力発光体６１の発光を除去し、同図に表した発光領域７２を検出することができる。
【００３９】
応力発光体の発光は、励起された発光中心による自発光であり、肉眼による観察や画像処理による検出を容易に行うことができる。試料１０や背景と色相が異なるためである。具体的には、試験開始前後における試料１０の画像において輝度の差分を算出することにより、応力発光体６１の発光画像を生成することができる。この処理は、き裂先端位置検出部４３により行われる。また、応力発光体の発光は試料１０等と色相が異なるため、発光領域の検出精度を向上させることができる。また、上述のＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕを有する応力発光体は応力による発光の応答速度が速いため、この応力発光体を適用することにより、進展するき裂の先端位置の検出精度をさらに向上させることができる。このように、き裂先端位置検出部４３は、負荷を加えられた試料１０に形成されたき裂１５が進展する際の、その進展するき裂１５の先端位置を試料１０に塗布された応力発光体６１の発光である発光領域７１に基づいて検出する。
【００４０】
試料１０のき裂の進展の検出を併用して計測を行う場合には、照明等の環境光とは異なる色相の発光色の応力発光体を選択することにより、き裂先端位置の検出を簡略化し、明所下におけるき裂先端位置の検出精度を向上させることができる。例えば、蛍光灯による室内照明下において計測を行う場合には、蛍光灯による照明色（可視光、主に４００〜７００ｎｍ）とは異なる色相の発光色となる応力発光材料を有する応力発光体を選択する。具体的には、前述の一般式Ｓｒ｛１−（２ｘ＋３ｙ＋３ｚ）／２｝Ａｌ２Ｏ４：ｘＥｕ２＋，ｙＣｒ３＋，ｚＮｄ３＋により表される応力発光材料は、近赤外光（主に７００〜１２００ｎｍ）の発光を含むため、蛍光灯による照明色とは異なる色相の応力発光材料として選択することができる。また、例えば、緑色の発光色を示すＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕは、照明色が青色、黄色、橙色または赤色の場合に、環境光とは異なる色相の応力発光材料として選択することができる。
【００４１】
なお、応力に対して応力発光体６１の発光輝度が飽和する場合には、発光領域７２が比較的広い領域を占めることとなる。この場合には、発光領域７２の中心をき裂の先端位置にすることにより、応力発光体の輝度の飽和の影響を軽減することができる。
【００４２】
前述のように応力発光体６１を試料１０の２つの側面に塗布した場合には、それぞれの側面において発光領域７２に基づく先端位置を検出し、これらの先端位置の試料１０の端部からの平均を算出することにより、き裂の先端位置を検出することができる。
【００４３】
き裂１５の進展長さは、負荷を加える前および後の試料１０のき裂の先端位置の差分に基づいて検出することができる。具体的には、負荷を加える前の試料１０のき裂の先端位置を初期位置として記録し、き裂先端位置検出部４３により検出されたき裂の先端位置との差分を算出することにより進展長さを検出することができる。この処理は、図２において説明したき裂進展長さ検出部４４により行われる。また、図３において説明した初期き裂１４を有する試料１０に対して試験を行う場合には、この初期き裂１４の先端位置を初期位置として進展長さを算出することができる。また、同一の試料１０に対し、負荷を加えてき裂を進展させた後に負荷を解放する処理を複数サイクル実行して接着強度を計測する際には、前回のサイクルにおけるき裂の先端位置を初期位置として進展長さを算出することがてきる。
【００４４】
応力発光体６１は、試料１０の接着強度の計測に影響を及ぼさない状態に塗布する必要がある。具体的には、塗布された応力発光体６１の強度が接着剤１３の接着強度と比較して十分小さくなる厚みに塗布する必要がある。また、試料１０の接着剤１３の領域やその近傍に塗布することにより、先端位置の検出精度を向上させることができる。また、き裂の先端位置を識別可能とするため、応力発光体６１における応力発光材料の比率を調整する必要がある。また、試験開始前に、応力発光体６１を光励起する必要がある。
【００４５】
［接着強度の計測］
図６は、本技術の実施の形態に係る接着強度の計測処理の一例を示す図である。まず、強度計測部４２は、き裂先端位置を記録する（ステップＳ１０１）。これは、初期状態におけるき裂の先端位置を把握するために行う処理である。例えば、試料１０の初期き裂１４の先端位置を記録することにより行うことができる。次に、試験装置２における引張荷重を開始する（ステップＳ１０２）。これは、制御部４１が試験装置２を制御することにより行うことができる。この際、アクチュエータ２２の変位速度を、例えば、１ｍｍ／分の速度に制御することができる。次に、強度計測部４２は、負荷および変位を検出する（ステップＳ１０３）。これは、試験装置２から出力される負荷および変位を取得することにより行うことができる。
【００４６】
次に、き裂先端位置検出部４３がき裂先端位置を検出する（ステップＳ１０４）。これは、き裂先端位置検出部４３が、カメラ３により生成された画像の応力発光体の発光を検出することにより行う。カメラ３による画像の生成は、例えば、１０ｆｐｓのフレームレートにより行うことができる。次に、き裂進展長さ検出部４４がき裂の長さを検出する（ステップＳ１０５）。これは、ステップＳ１０１において記録したき裂先端位置とステップＳ１０４により検出された先端位置との差分を算出することにより行うことができる。次に、制御部４１は、所定のき裂長さに達したか否かを判断する（ステップＳ１０６）。この所定のき裂長さとして、例えば、５ｍｍの値を採用することができる。この結果、所定のき裂長さに達していない場合には（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、再度ステップＳ１０３からの処理が実行される。
【００４７】
一方、所定のき裂長さに達した場合には（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、試験装置２における引張荷重を停止する（ステップＳ１０７）。これは、ステップＳ１０２と同様に、制御部４１が試験装置２を制御し、引張荷重を解放することにより行うことができる。この際、アクチュエータ２２の変位速度をステップＳ１０２と同じ速度に制御することができる。最後に、強度計測部４２が接着強度を計測する（ステップＳ１０８）。これは、強度計測部４２がき裂長さ等に基づいて接着強度を算出することにより行うことができる。
【００４８】
なお、本技術の第１の実施の形態の試料強度計測装置１の構成は、この例に限定されない。他の試験、例えば、端面切欠き曲げ（ＥＮＦ：End Notches Flexure）試験等における接着強度の検出に適用することもできる。また、ＣＦＲＰ以外の材料により構成された試料の試験に適用することも可能である。例えば、各種高分子材料により構成された試料やアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）およびチタン（Ｔｉ）ならびにこれらの合金等により構成された試料の試験に適用することもできる。
【００４９】
以上説明したように、本技術の第１の実施の形態のき裂の先端位置検出方法は、試料１０や背景と色相が異なる応力発光体の発光に基づいて先端位置を検出することにより、き裂先端位置の検出を簡略化することができる。また、き裂先端位置の検出精度を向上させることも可能である。
【００５０】
＜２．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態の先端位置検出方法は、試料１０におけるき裂が進展する面に応力発光体を塗布していた。これに対し、本技術の第２の実施の形態の先端位置検出方法は、試料１０におけるき裂が進展する面とは異なる面に応力発光体を塗布する点で、第１の実施の形態と異なる。
【００５１】
［先端位置の検出］
図７は、本技術の第２の実施の形態に係る先端位置の検出の一例を示す図である。同図は、試料１０におけるき裂１５が進展する面とは異なる面である試料１０の上面または下面に応力発光体６２が塗布される例を表したものである。具体的には、き裂１５が進展する面である側面と直交するとともにき裂１５の進展する方向と平行な面に応力発光体６２が塗布される。同図におけるａは、き裂が進展した際の応力発光体の発光を表した図である。同図におけるａでは、応力発光体６２が線状に発光する。この発光領域７３は、き裂先端７１を含む試料１０の内部におけるき裂１５の先端位置を試料１０の上面に投影したものとなる。
【００５２】
前述のように、試料１０のき裂先端７１の領域に応力が集中する結果、き裂が進展する。一方、き裂の先端は、試料片１１および１２が接着されている領域と剥離した領域との境界に該当する。試料片１１および１２は、き裂の先端位置を始点として屈曲することとなる。このため、試料片１１および１２の表面においても応力の集中を生じる。この応力の集中は、試料１０の内部におけるき裂の先端に応じた線形状となる。同図におけるａに表したように、試料片１１または１２の表面、すなわち、試料１０の上面または下面に応力発光体６２を塗布することにより、線形状の応力の集中を発光領域７３として検出することができる。具体的には、この発光領域７３の中心を結ぶ線をき裂１５の先端位置にすることができる。
【００５３】
また、試料１０の上面または下面に応力発光体６２を塗布してき裂の先端位置を検出することにより、試料１０の内部のき裂の進展の様子を把握することができる。これにより、例えば、接着剤１３の接着強度や試料１０の剛性等が均一であるか否かを判断する際に、き裂の進展の検出結果を使用することができる。同図におけるｂは、試料１０の上面図であり、発光領域７３の他の例を表したものである。なお、応力発光体６２の記載は省略している。このように発光領域７３が曲線状になる場合には、試料１０の内部のき裂の進展が均一でないと判断することができる。
【００５４】
同図におけるｂにおいては、例えば、発光領域７３の端点である点７４および７６の試料１０の左端からの距離の平均の位置をき裂の先端位置にすることができる。また、例えば、き裂が最も進展した位置に対応する点７５をき裂の先端位置にすることもできる。また、例えば、発光領域７３により表される曲線を構成する要素の平均位置を算出してき裂の先端位置とすることも可能である。
【００５５】
これ以外の試料強度計測装置１の構成は本技術の第１の実施の形態において説明した試料強度計測装置１と同様であるため、説明を省略する。
【００５６】
以上説明したように、本技術の第２の実施の形態のき裂の先端位置検出方法では、試料１０におけるき裂１５が進展する面と直交するとともにき裂１５の進展する方向と平行な面に塗布された応力発光体の発光に基づいて先端位置を検出する。これにより、試料１０の内部におけるき裂の先端位置を検出することができる。
【００５７】
最後に、上述した各実施の形態の説明は本技術の一例であり、本技術は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本技術に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５８】
また、上述の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（CompactDisc）、ＤＶＤ（DigitalVersatileDisc）およびメモリカード等を用いることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  試料強度計測装置
２  試験装置
３  カメラ
４  計測部
１０  試料
１１、１２  試料片
１３  接着剤
１４  初期き裂
１５  き裂
１６、１７  荷重負荷用ブロック
２１  ロードセル
２２  アクチュエータ
２３、２４  試験治具
４１  制御部
４２  強度計測部
４３  き裂先端位置検出部
４４  き裂進展長さ検出部
６１、６２  応力発光体
７１  き裂先端
７２、７３  発光領域
【図１】
2020073863.tif 000003
【図２】
2020073863.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020073863.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020073863.tif 000009