(57)【要約】    【課題】  背景色の色むらの問題をなくして、光路差について測定者毎に生じる感覚に起因する測定誤差および背景の色むらに起因する測定誤差を減少させて、光路差測定をより一層高精度で行うことができる応力測定装置および応力測定方法を提供する。    【解決手段】  白色光源1aを備えた背景照明手段1と、直交ニコル状態を作る第１および第２の偏向板2、3と、緑色（G）値を光路差0nmの状態で最小にするように構成された鋭敏色板4と、これらの部材2、3、4を透過した画像を撮影する撮影手段5と、背景色のみの画像データから得た背景色RGB値と光路差標準板を含む画像データから得た光路差標準板RGB値との差を演算して基準RGB値とし、測定試料の画像データから得た測定試料RGB値と基準RGB値との差を光路差推定値とし、光路差推定値に測定試料の厚さおよび材料の光弾性係数を加え演算して測定試料の応力値を求める解析手段6とを具備している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光源を備え、測定試料をその背方から照明する背景照明手段と；
背景照明手段および測定試料の間に介在する第１の偏向板と；
測定試料を挟んで第１の偏向板に対向し、かつ第１の偏向板と協働して直交ニコル状態を作る第２の偏向板と；
緑色（Ｇ）値を光路差０ｎｍの状態で最小にするように構成され、測定試料および第２の偏向板の間に介在する鋭敏色板と；
第２の偏向板を透過した画像を撮影する撮影手段と；
背景照明手段の前方に光路差標準板を入れて撮影した画像データから得た光路差標準板ＲＧＢ値と、背景色のみの画像データから得た背景色ＲＧＢ値との差を演算して基準ＲＧＢ値とし、測定試料の画像データから得た測定試料ＲＧＢ値と基準ＲＧＢ値との差を光路差推定値とし、光路差推定値に測定試料の厚さおよび材料の光弾性係数を加え演算して測定試料の応力値を求める解析手段と；
を具備していることを特徴とする応力測定装置。
【請求項２】
背景色のみの画像を撮影して得た画像データを変換して背景色ＲＧＢ値を求め、次に背景照明手段の前方に光路差標準板を入れて撮影して得た画像データを変換して光路差標準板ＲＧＢ値を求め、光路差標準板ＲＧＢ値と背景色データＲＧＢ値の差を基準ＲＧＢ値として予め求める第１の工程と；
次に背景照明手段の前方に測定試料を入れて撮影して得た画像データを変換して測定試料ＲＧＢ値を求め、測定試料ＲＧＢ値と予め得た基準ＲＧＢ値の差を比較して光路差推定値を求め、光路差推定値に測定試料の厚さおよびその材料の光弾性係数を加えて演算して測定試料の応力を求める第２の工程と；
を具備していることを特徴とする応力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス製品などの透明性部材の応力測定に用いる応力測定装置および応力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製品のうち、例えば放電ランプなどの民生、産業用途に広く使用されている製品は、動作時の圧力、温度といった負荷が作用する場合にも要求される寿命時間まで破壊しないことが求められる。ガラス製品は、グリフィスのクラック理論によって説明されるように、表面に微視的な大きさの傷（クラック）が起点となって破壊しやすいとともに、荷重が作用する場合、特に引っ張り方向の応力が強く作用する部分から破壊する特徴を有している。
【０００３】
一般に、ガラス製品の破壊は、（１）製作後にガラス内に発生する残留応力、（２）動作時の負荷、の２因子が使用時に相加して作用する応力がガラスの破壊限界を越えた場合に発生する。このため、製品を設計、製作する際は上記２因子がどの程度破壊に影響を及ぼすかを予測するとともに、出荷前の検査などで破壊の危険がある製品を除外することが、消費者に安全な製品を提供するうえで重要である。
【０００４】
ガラス内の応力を可視化し、ガラス製品の良否を判断する手法として光弾性による検査や測定方法が広く用いられている。この方法は、透明な物体に応力が生じている場合、その物体に光を通過させると光に複屈折が生じることを利用して、複屈折の強弱、分布から応力状態を調べる方法である。この手法を用いた検査装置はガラスひずみ計測器などの名称で市販されている。また、上記光弾性の手法のうち、色の分布によって応力状態を判断する鋭敏色法が広く用いられている。
【０００５】
鋭敏色法は、測定者が応力測定装置内に観察したい測定試料を入れ、現れる鋭敏色の分布状態を目視で観察することにより、応力の有無およびその強度を調べることができる。応力強度は、標準板と称される色見本と測定試料の色状態を比較し、色見本により得られる複屈折の光路差から応力値を計算するのが一般的である。
【０００６】
例えば、鋭敏色法を用いた応力測定器および測定方法として、光源と、光軸に対し固定された固定偏光板と、幅および位置調整可能なスリットと、バビネ補償板を用いた第１の測定手段と、直交鋭敏色板を用いた第２の測定手段と、前記第１および第２の測定手段を切換えるための切換え手段と、光軸に対し回転可能な回転偏光板と、接眼レンズとを備えた透明板状体のエッジ応力測定器および測定方法が知られている（特許文献１参照。）。
【０００７】
また、鋭敏色法を用いて応力状態を可視化する場合、写真機などを用いて測定試料の鋭敏色を撮影し、そのＲＧＢの色特性をマッピングすることで応力状態を可視化することが行われている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２６２５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の応力測定装置を用いて応力を測定する場合の問題点として、以下がある。
（１）色見本間の差が小さい場合、光路差を厳密に判断することが難しい。
（２）測定者により、色の感覚に偏差が生じる場合があり、得られた光路差が測定者によって変化する場合がある。
（３）応力測定装置の光源や拡散板の特性に起因して、背景色に色むらが生じる場合が多くて、視野内の測定位置によって得られる光路差が異なり、正確な応力状態を判断することが難しい。この問題は、光源や拡散板の経年劣化に起因していて、光源や拡散板などの配置を改良しても解決し得ないで依然として存在するため、正確な応力の数値化が困難であった。したがって、同応力の場合にも異応力として数値が測定される。また、これとは逆に異応力が作用する場合にも同応力として測定される場合があり、問題が生じていた。さらに、応力測定装置の位置やその周囲の明るさなどによっても影響を受ける。さらに、写真データなどでデータ収集、解析を行い可視化する場合にも背景色や色むらの問題から測定日、測定環境間で光路差が変動する場合がある。
【００１０】
前記（３）の問題点は、上述から理解できるように鋭敏色法を用いて応力状態を可視化する場合であっても解決されていない。
【００１１】
本発明は、背景色の色むらの問題をなくして、透明質物体の光路差について、測定者毎に生じる感覚に起因する測定誤差および背景の色むらに起因する測定誤差を減少させて、光路差測定をより一層高精度で行うことができる応力測定装置および応力測定方法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】
【００１２】
第１の発明の応力測定装置は、白色光源を備え、測定試料をその背方から照明する背景照明手段と；背景照明手段および測定試料の間に介在する第１の偏向板と；白色光源を備え、測定試料をその背方から照明する背景照明手段と；背景照明手段および測定試料の間に介在する第１の偏向板と；測定試料を挟んで第１の偏向板に対向し、かつ第１の偏向板と協働して直交ニコル状態を作る第２の偏向板と；緑色（Ｇ）値を光路差０ｎｍの状態で最小にするように構成され、測定試料および第２の偏向板の間に介在する鋭敏色板と；第２の偏向板を透過した画像を撮影する撮影手段と；背景照明手段の前方に光路差標準板を入れて撮影した画像データから得た光路差標準板ＲＧＢ値と、背景色のみの画像データから得た背景色ＲＧＢ値との差を演算して基準ＲＧＢ値とし、測定試料の画像データから得た測定試料ＲＧＢ値と基準ＲＧＢ値との差を光路差推定値とし、光路差推定値に測定試料の厚さおよび材料の光弾性係数を加え演算して測定試料の応力値を求める解析手段と；を具備していることを特徴としている。
【００１３】
第２の発明の応力測定方法は、背景色のみの画像を撮影して得た画像データを変換して背景色ＲＧＢ値を求め、次に背景照明手段の前方に光路差標準板を入れて撮影して得た画像データを変換して光路差標準板ＲＧＢ値を求め、光路差標準板ＲＧＢ値と背景色データＲＧＢ値の差を基準ＲＧＢ値として予め求める第１の工程と；次に背景照明手段の前方に測定試料を入れて撮影して得た画像データを変換して測定試料ＲＧＢ値を求め、測定試料ＲＧＢ値と予め得た基準ＲＧＢ値の差を比較して光路差推定値を求め、光路差推定値に測定試料の厚さおよびその材料の光弾性係数を加えて演算して測定試料の応力を求める第２の工程と；を具備していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、解析手段が、光路差標準板を含む画像データから得た光路差標準板ＲＧＢ値と背景色のみの画像データから得た背景色ＲＧＢ値との差を演算して基準ＲＧＢ値とし、測定試料の画像データから得た測定試料ＲＧＢ値と基準ＲＧＢ値との差を演算して光路差推定値とし、光路差推定値に測定試料の厚さおよび材料の光弾性係数を加え演算して測定試料の応力値を求めることにより、背景色の色むらの問題をなくして、背景色むらに起因する測定誤差を減少させるとともに、ガラスなどの透明質物体からなる測定試料の光路差について測定者毎に生じる感覚に起因する測定誤差をなくして、光路差測定をより一層高精度で行うことができる応力測定装置を提供することができる。
【００１５】
第２の発明によれば、第１の工程において、背景色のみの画像データを変換して背景色ＲＧＢ値を求め、次に背景照明手段の前方に光路差標準板を入れて撮影して得た画像データを変換して光路差標準板ＲＧＢ値を求め、光路差標準板ＲＧＢ値と背景色データＲＧＢ値の差を基準ＲＧＢ値として予め求め、第２の工程において、背景照明手段の前方に測定試料を入れて撮影して得た画像データを変換して測定試料ＲＧＢ値を求め、測定試料ＲＧＢ値と予め得た基準ＲＧＢ値の差を比較して光路差推定値を求め、光路差推定値に測定試料の厚さおよびその材料の光弾性係数を加えて演算して測定試料の応力を求めることにより、背景色の色むらの問題をなくして、背景色むらに起因する測定誤差を減少させるとともに、ガラスなどの透明質物体からなる測定試料の光路差について測定者毎に生じる感覚に起因する測定誤差をなくして、光路差測定をより一層高精度で行うことができる応力測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００１７】
図１は、第１の発明の応力測定装置を実施するための一形態を示すブロック図である。図において、応力測定装置は、背景照明手段１、第１および第２の偏向板２、３、鋭敏色板４、撮影手段５ならびに解析手段６を具備している。
【００１８】
背景照明手段１は、白色光源１ａおよび拡散板１ｂを含み、測定試料１１をその背方から白色光で照明する。白色光源１ａは、例えば環形蛍光ランプなどからなり、白色光を発生する。また、拡散板１ｂは、測定試料１１を均一照度で照明するために、白色光源１ａから発生した白色光を拡散させる。
【００１９】
第１および第２の偏向板２、３は、λ／４板とも称され、背景照明手段１の前方において、前後に対向する関係に配設されて直交ニコル状態を作り出す一対の偏向板であり、それらの間に測定試料１１が配置される。そして、所望により一方、例えば第１の偏向板２を固定し、他方、例えば第２の偏向板３を回動可能にして、微調整を行って直交状態を確認できるようにすることができる。
【００２０】
鋭敏色板４は、緑色（Ｇ）値を光路差０ｎｍの状態で最小にするように例えば透過光の偏向面を波長に依存する量だけ回転させるような結晶板で構成されている。そして、測定試料１１および第２の偏向板３の間に配設される。そして、鋭敏色板４を透過する白色光中の緑色（Ｇ）値が光路差０ｎｍの状態で最小になるように構成されているため、第２の偏向板３を透過する光に含まれる緑色（Ｇ）値が最小になるが、光路差が大きくなるにしたがって緑色（Ｇ）値が増加する。また、緑色（Ｇ）値の光路差が０ｎｍの状態のとき、白色光のうち赤色（Ｒ）光および青色（Ｂ）光のみが透過して、赤紫色光のいわゆる鋭敏色になる。鋭敏色板４の透過光は、光路差に応じてその光色が敏感に変化する。
【００２１】
撮影手段５は、第１および第２の偏向板２、３ならびに鋭敏色板４を透過した透過光が作る画像を撮影する手段であり、画像のＲＧＢ値を出力するディジタル式のもの、例えばＣＣＤカメラなどであるのが望ましい。しかし、アナログ式の撮影手段であってもＲＧＢ値に変換するＡ／Ｄ変換器を付設すれば画像のＲＧＢ値を出力することができるから差し支えない。
【００２２】
解析手段６は、本発明の特徴的構成部分であり、応力測定の準備段階および応力測定の実行段階において、それぞれ所定の解析を行って背景色の色むらを相殺して応力値または／および応力強度分布を求めることができるように構成されている。また、所望によりその結果をモニタに表示するように構成することができる。解析手段６をパソコンなどのコンピュータを用いて構成することができる。
【００２３】
測定試料１１は、背景光が透過するように透明質物体であり、例えばガラスなどからなる。そして、その応力を測定する際に応力測定装置の第１の偏向板２と鋭敏色板４との間の光路上に配置される。
【００２４】
図２は、第２の発明の応力測定方法を実施するための一形態および第１の発明における解析手段における解析手順を示すフローチャートである。なお、図の中間を横切る線の上部は応力測定の準備段階としての第１の工程を、下部は応力測定の実行段階としての第２の工程）を、それぞれ示している。なお、図中の丸で囲んだ数字は一例としての手順を示し、以下では「」で囲んだ数字に変えて示す。
【００２５】
応力測定の準備段階である（１）準備段階における手順は、以下のとおりである。
「１」では、撮影手段５を用いて「背景撮影」と表記し背景色のみの画像データを得る。この画像データは、光路差の標準板（以下、光路差標準板という。）および測定試料１１を応力測定装置内へ入れないで、背景照明手段１のみを作動させて、背景色のみの画像を撮影手段５で撮影して取得したものである。
「２」では、背景色のみの画像データを撮影手段の視野の全域にわたりＲＧＢ値に変換して「背景データ」と表記した背景色ＲＧＢ値を得る。
「３」では、「標準板を撮影」と表記しているように光路差標準板を応力測定装置内へ入れて撮影する。この撮影では、光路差標準板の光路差画像および背景色の画像を含めて全域を撮影するとともに、その撮影データを「光路差標準板ＲＧＢ値」に変換する。
「４」では、光路差標準板ＲＧＢ値と「２」の背景色ＲＧＢ値の差を視野の全域にわたり演算して図中「ＲＧＢ差値」と表記した基準ＲＧＢ値を求める。
「５」で応力測定の準備段階が完了する。
【００２６】
なお、上記両画像の撮影はどちらが先でもよいが、背景色の変動の影響を受けないように同時期に行うべきである。また、応力測定の準備段階は、所望の時期に実施することができる。例えば、毎月１回実施してもよいし、測定のたびに実施するのでもよい。
【００２７】
応力測定の実行段階である（２）資料中の応力測定は、以下のとおりである。
「１」では、「試料を入れる」と表記しているように測定試料１１を応力測定装置内へ入れて、測定試料１１の光路差画像および背景色の画像を一緒に撮影手段５で撮影して「測定資料画像データ」を得る。測定試料画像データを視野の全域にわたり変換して測定試料ＲＧＢ値を得る。
「２」では、測定試料ＲＧＢ値と（１）の準備段階で求めた背景色ＲＧＢ値との差を画像の全域にわたり演算して演算（ＲＧＢ値）を得る。
「３」では、演算（ＲＧＢ値）と（１）の準備段階で求めた基準ＲＧＢ値を全域にわたり比較して推定光路差値を求める。
「４」では、推定光路差値に測定試料１１の厚さおよびその材料の光弾性係数を加えて応力値を計算する。
「５」では、「４」の結果、測定試料１１の応力値が得られる。
【００２８】
そうして、得られた応力値には、背景色の影響が相殺されてなくなっている。
【００２９】
図３は、第１および第２の発明における背景色ＲＧＢ値と光路差の関係を示すグラフである。図３のグラフは、鋭敏色法によって得られる光路差と背景色（白色）のＲＧＢ値の関係を示すグラフであり、図２の（１）の「２」に対応するものである。図中、横軸は光路差（ｎｍ）を、縦軸は色値（ＲＧＢ）を、それぞれ示している。また、図中の曲線Ｇは波長５３０ｎｍの緑色（Ｇ）値、曲線Ｒは赤色（Ｒ）値、曲線Ｂは青色（Ｂ）値であり、いずれも光路差とその光路差における色値の大きさを示している。
【００３０】
図３から理解できるように、光路差が０のときに緑色（Ｇ）値が最小であり、赤色（Ｒ）値が約１９５であり、青色（Ｂ）値が最大の約２０５であるから、青味がやや強い赤紫色の鋭敏色状態を呈する。光路差がプラス（＋）側へ大きくなっていくにしたがい赤色（Ｒ）値が低減し、青色（Ｂ）値が大きな値で飽和し続けるので、鋭敏色（赤紫色）の青味が増していく。反対に、光路差がマイナス（−）側へ大きくなるにしたがい赤色（Ｒ）値が増加しやがて飽和し、青色（Ｂ）値が低減していくので、鋭敏色（赤紫色）の赤味が増していく。要するに、赤色（Ｒ）値および青色（Ｂ）値の正負符号が光路差０ｎｍを境界として逆転することを利用して、透明質物体中の応力値および応力の方向を計算することができる。
【００３１】
図４は、第１および第２の発明における基準ＲＧＢ値と光路差の関係を示すグラフである。図４に示すグラフは、図３に示す背景色ＲＧＢ値と標準板各光路差ＲＧＢ値の差を計算した結果を示していて、図２の（１）の「４」に対応するものである。図において、横軸は光路差（ｎｍ）を、縦軸は色値−光路差ゼロ色値を、それぞれ示す。
【００３２】
図４から理解できるように、図３と同様な色値の増減傾向が得られていることから、応力値およびその方向を判断することができる。
【００３３】
図５は、光路差標準板ＲＧＢ値のマッピング時における偏差を説明するグラフである。図において、横軸および縦軸はともに光路差（ｎｍ）を示す。また、図中の■は測定値、■の上下に付した範囲を示す記号は偏差の生じ得る範囲を示している。
【００３４】
光路差標準板ＲＧＢ値は、背景色の色むらを無視した従来技術に対応するものであり、横軸の光路差の値を測定値としたとき、縦軸において、測定値の上下に１０ｎｍ程度の偏差が生じ得ることを示している。したがって、撮影画像全域の中の位置によっては、光路差に最大１０ｎｍ程度の偏差が生じ得ることになる。
【００３５】
図６は、第１および第２の発明の基準ＲＧＢ値のマッピング時における偏差のない状態を説明するグラフである。図において、横軸および縦軸はともに光路差（ｎｍ）を示す。また、図中の■は測定値である。
【００３６】
図６から理解できるように、本発明の基準ＲＧＢ値を用いて測定試料の応力値およびその方向を計算すれば、上記偏差が生じなくなることが理解できる。
【００３７】
ところで、光路差は、計算式：（光路差）＝（光弾性係数）×（応力）×（厚さ）で表すことができる。したがって、この計算式を変形すれば、計算式：（応力）＝（光路差）／（光弾性係数）×（厚さ）により、測定試料の光弾性係数および厚さが既知であるから、光路差および光路差の方向を測定して演算すれば、応力値および応力の方向を求めることができる。
【００３８】
また、計算結果の応力値および応力の方向を画像化したり、数値化したりしてモニタやドキュメントに表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の発明の応力測定装置を実施するための一形態を示すブロック図
【図２】第２の発明の応力測定方法を実施するための一形態および第１の発明における解析手段における解析手順を示すフローチャート
【図３】第１および第２の発明における背景色ＲＧＢ値と光路差の関係を示すグラフ
【図４】第１および第２の発明における基準ＲＧＢ値と光路差の関係を示すグラフ
【図５】光路差標準板ＲＧＢ値のマッピング時における偏差を説明するグラフ
【図６】第１および第２の発明の基準ＲＧＢ値のマッピング時における偏差のない状態を説明するグラフ
【符号の説明】
【００４０】
１…背景照明手段、１ａ…白色光源、１ｂ…拡散板、２…第１の偏向板、３…第２の偏向板、４…鋭敏色板、５…撮影手段、６…解析手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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