(57)【要約】【課題】    部品に使われるポリエチレンテレフタレートを目的の形状に加工し、部品内部の応力分布を実際に測定する実験装置を提供する。【解決手段】  光源のレーザ光と第１の直線偏光子と第１の１／４波長板と、その出力光を透明被検物に入射させ、検光子を通し、透明被検物の複屈折の特徴量を測定する弾性測定装置において、前記第１の１／４波長板３と透明ポリエチレンテレフタレートで作られた複屈折被検査対象手段１６と、圧力手段５と、回転手段６と、直線移動手段１２と、第２の１／４波長板７と、検光子８を透過後、像を拡大させるビーム拡大手段９と、その出力を黒色投影板１０にあて反射光を捕らえるデジタルカメラ１１とを具備した、前記複屈折被検査対象手段の内部応力の可視化を行い内部応力の分布を測定することを特徴とするレーザ応力分布測定装置。【選択図】  図１
2005201881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランダム偏光レーザ光源の出力ビーム径を拡大して平行光とし、前記ランダム偏光のレーザ光が同じ偏光方向を向くように前記レーザからの光に対し直線偏光を行なう第１の直線偏光子と該直線偏光子の出力光を楕円偏光または円偏光にする第１の１／４波長板と、該第１の１／４波長板の出力光を透明被検物に入射し該被検物を透過した光を、検光子を通し透明被検物の複屈折の特徴量を測定する弾性測定装置において、
前記第１の１／４波長板出力の楕円偏光または円偏光を照射される透明ポリエチレンテレフタレートで作られた複屈折被検査対象手段と、
前記ポリエチレンテレフタレートで作られた複屈折被検査対象手段に加圧または圧縮を加える圧力手段と、
前記透明ポリエチレンテレフタレートで作られた複屈折被検査対象手段を前記ランダム偏光レーザ光源の出力ビームの進行方向を中心として回転させる回転手段と、
前記透明ポリエチレンテレフタレートで作られた複屈折被検査対象手段を前記ランダム偏光レーザ光源の出力ビームの進行方向に対し、前記回転手段とは独立して垂直な方向に移動させる直線移動手段と、
前記透明ポリエチレンテレフタレートで作られた複屈折被検査対象手段の透過光を直線偏光にする第２の１／４波長板と、
前記第２の１／４波長板の直線偏光出力光を可変強度として出力できる前記検光子を透過後、該検光子出力を拡大させるための凸レンズのみで構成されるビーム拡大手段と、
前記ビーム拡大手段の出力を黒色投影板にあて、その反射光を捕らえるデジタルカメラと、
を具備した、前記複屈折被検査対象手段を二次元に走査することにより内部応力の可視化を行い内部応力の分布を測定することを特徴とするレーザ応力分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、機械部品や医療器具の内部応力分布検査を行なう装置に係り、特に二次元走査を行ない内部応力や歪みなどの測定と実験を行なう装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  応力測定を行なう装置は、製品の試作段階において構成部品間で発生する加重や、歪みを測定し、部品の破断や疲労による破壊個所予測し、部品の欠陥を防ぐための設計に役立てられて来た。また、応力測定を行なう装置は、システムの構成により発生する部品内部の応力を事前に調査・実験・測定を行なうなどへの利用例がある。従来の内部応力測定では、歪みゲージを利用した方法が中心的であり、部品材料内部の歪みや応力の実測ではなく、部品表面における歪み計測であり、内部を実測するものではない。【０００３】  このような従来の方法により部品材料の内部の応力を知る方法として、材料の応力−ひずみ関係をシミュレーションする方法（特開２０００−２７５１５４）や、応力の正確なシミュレーション（特開平１１−２４３０８９）などのように数値計算により応力の算出が行われている。【０００４】  しかしながら、このような方法に於いて精度の向上を図るには、条件として用意しなければならないデータが多くなり、センサ（歪みゲージなど）の量も多くなる。また、センサよりも小さな部品の内部応力を測定する場合においては、形状の大きさから物理的に困難である問題があった。【０００５】  ところでまた、例えシミュレーション方法が正確であっても、部品や実際の測定対象には形態、形状、寸法、材質むら等の局所的差異が存在し、計算結果のみでは部品の製品保証ができず、やはり品質保証の観点から見ても実測を行い、その実測値によるデータを得ておく必要がある。【０００６】  また、複屈折の測定方法（特願平０５−２２３１９２）や透過型干渉計（特願平０７−１４８３１０）があるが、前者は偏光子と検光子の角度を設定し偏光子と検光子をモータで回転させるものであり、後者は１／４波長板の光路からの入退出方法を示したものであり、被検査物の局所的あるいは全体における実際の内部応力分布をより詳しく、正確で明瞭に測定する方法や装置ではない。【０００７】  また、安価で人体に害の少ない素材としてのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は工業製品の部品や材料として、また、医療器具として有用であるが、より高い品質管理において、このポリエチレンテレフタレートで作られた物体の内部応力分布の測定をすることにより、信頼性のあるデータを得る必要がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  このように、従来の方式による部品内部における応力測定は十分とは言えず、より実際に近く、詳しい応力分布を得ることが出来ないため、測定を行っても、測定や実験の信頼性に自信が持てないという問題があった。
【０００９】  本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、部品材料の応力分布を直接測定することのできるレーザ応力分布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】
【００１０】  本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、本発明の第１では、部品に使われるポリエチレンテレフタレートを目的の形状に加工し、部品内部の応力分布を実際に測定する実験装置を提供することを目的とする。
【００１１】  そこで本発明では、ランダム偏光レーザ光源の出力ビーム径を拡大して平行光とし、前記ランダム偏光のレーザ光が同じ偏光方向を向くように前記レーザからの光に対し直線偏光を行なう第１の直線偏光子と該直線偏光子の出力光を楕円偏光または円偏光にする第１の１／４波長板と、該第１の１／４波長板の出力光を透明被検物に入射し該被検物を透過した光を、検光子を通し透明被検物の複屈折の特徴量を測定する弾性測定装置において、前記第１の１／４波長板出力の楕円偏光または円偏光を照射される透明ポリエチレンテレフタレートで作られた複屈折被検査対象手段と、該複屈折被検査対象手段に圧縮または引っ張り力を加える圧力手段と、該複屈折被検査対象手段を前記ランダム偏光レーザ光源の出力ビームの進行方向を中心として回転させる回転手段と、該複屈折被検査対象手段を前記ランダム偏光レーザ光源の出力ビームの進行方向に対し、前記回転手段とは独立して垂直な方向に移動させる直線移動手段と、該複屈折被検査対象手段の透過光を直線偏光にする第２の１／４波長板と該１／４波長板の直線偏光出力光を可変強度として出力できる前記検光子を透過後、該検光子出力を拡大させるための凸レンズのみで構成されるビーム拡大手段と、前記ビーム拡大手段の出力を黒色投影板にあてその反射光を捕らえるデジタルカメラとを具備し、前記複屈折被検査対象手段の実際の内部応力を実際に測定し、可視化を行い応力の分布を測定するレーザ応力分布測定装置を構成している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  機械部品内部の応力分布状態を測定し、応力測定を行なうにあたって、機械部品模型を用いた内部応力予測をする装置やシステムに組み込むことができる。機械部品模型は、透明ポリエチレンテレフタレートを材質とし、実施図である図１に示す装置に装着し、応力分布を得ることができる。【００１３】  まず、図１に示す圧力手段５は図２に示す構成をしており、図２の圧力リング２０とクランプ１９でできている。図２の複屈折被検査対象手段１６をボルト１３によって圧力リング２０に取り付けてあるクランプ１９で掴み、八方向に対して圧縮あるいは引っ張りの作用が生ずるように圧力をかける。【００１４】  その後、レーザを発振させ、検査すべき領域にビームスポットを合わせるようにビーム径を拡大し、図１の第１の直線偏光子２に入射させる。この直線偏光手段は図１のＡ１方向あるいはＢ１方向に回転が可能であり、ランダム偏光レーザの偏光方向を選択することができる。【００１５】  直線偏光したレーザ光は、図１の第１の１／４波長板３により、楕円偏光あるいは円偏光となり、図１の圧力手段５を構成する図２の圧力リング２０に取り付けられた図２の複屈折被検査対象手段１６に入射する。この検査対象手段は透明ポリエチレンテレフタレートで作られており、レーザ光が透過する際、複屈折を起こす。【００１６】  図１の回転手段６は図２の圧力リング２０が図４の回転リング１５にネジ穴１７を通してボルトで固定してあり、回転リング１５の回転によって、圧力リング２０は図４のケース２１の内側で回転し、図２の複屈折被検査対象手段１６を回転させることができる。
回転リング１５は、図１の回転手段６によりＡ３方向あるいはＢ３方向に回転する。【００１７】  また、図４に示すように図１の回転手段６は図１の直線移動手段１２に固定しており、直線移動手段１２はＡ６あるいはＢ６の直線方向に直線移動し、回転手段を構成している図１の回転手段６も直線移動手段１２の移動方向に移動する。
この直線移動手段１２の移動は、図４の回転リング１５と図４のケース２１で構成している図１の回転手段とは独立して動かすことができる。【００１８】  従って、測定点は、図４の回転リング１５の回転と、図１の直線移動手段１２の直線移動により選ぶことができ、図２の複屈折検査対象手段１６の局所的な検査ができる。【００１９】  さらに、図２の複屈折検査対象手段１６の全面を走査することにより、部品全体の内部応力の分布を測定することができる。【００２０】  複屈折検査対象手段を透過した後、光が図１の第２の１／４波長板７をＡ４あるいはＢ４方向に回転させ直線偏光化するように合わせ、図１の第２の１／４波長板７を透過し、さらに図１の検光子８に入射する。
図１の検光子８では、検光子の方向により光強度を減光することができ、内部応力の分布像を撮影する図１のデジタルカメラ１１の感度にあわせて、図１の検光子８をＡ５あるいはＢ５の方向に回転させる。【００２１】  図１の検光子８の出力光は、図１の凸レンズ９により拡大し、検査対象手段ビーム照射面積を拡大表示して、図１の黒色投影板１０に投影する。【００２２】  図１の１０で反射する像を図１のデジタルカメラ１１によりデジタル画像として撮影する。得られる画像は図３のように縞模様を形成する。この縞模様の縞間隔、幅、次数、図２の複屈折被検査対象手段に照射されたビーム径、ビームスポットにおける複屈折被検査対象手段のレーザ透過方向の厚さ、レーザ光の波長、及び、デジタルカメラ１１で得られる画像のビーム径との拡大率を測定することで、内部応力を求めることができる。これらの画像は、デジタルデータで構成され、画像情報をコンピュータ処理によって加工、解析、計算を行なうことができる。【００２３】  また、部品そのものが透明ポリエチレンテレフタレートで作られた機械部品や医療器具の内部応力を測定する場合、部品そのものの内部応力分布を可視化でき、圧縮力あるいは引っ張り力をかけ、破断、破壊する圧力、内部応力の実際の分布測定をする装置として使用できる。
【発明の効果】
【００２４】  以上のように、請求項１記載の発明によれば、ポリエチレンテレフタレートで作られた機械部品や医療器具の内部応力分布検査を行なう場合、二次元に走査することにより部品全体の内部応力の実測と内部応力分布の可視化が可能であり、また、部品内の局所的な特定個所における測定も可能である。これらの実測値は、部品の品質保証検査、製品検査などにおいて充分に信頼の置ける測定結果を得ることができ、品質管理上、有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るレーザ応力分布測定装置の構成を示す外観図。
【図２】  圧力手段に複屈折被検査対象手段を取り付けた図である。
【図３】  本発明によって得られる応力分布の縞模様の例である。
【図４】  圧力手段と回転手段と直線移動手段の構成を表わした図である。
【符号の説明】
１・・・レーザと拡大手段
２・・・第１の直線偏光子
３・・・第１の１／４波長板
４・・・レーザ光の光路
５・・・圧力手段
６・・・回転手段
７・・・第２の１／４波長板
８・・・検光子
９・・・凸レンズで構成されるビーム拡大手段
１０・・・黒色投影板
１１・・・デジタルカメラ
１２・・・直線移動手段
１３・・・ボルト
１４・・・クランプ
１５・・・回転リング
１６・・・複屈折被検査対象手段
１７・・・ネジ穴
１８・・・穴
１９・・・クランプ
２０・・・圧力リング
２１・・・ケース
Ａ１からＡ５及びＢ１からＢ５・・・回転方向
Ａ６およびＢ６・・・直線移動方向
【図１】
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【図２】
2005201881.tif 000004
【図３】
2005201881.tif 000005
【図４】
2005201881.tif 000006