(57)【要約】  機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質と、測定対象物Ｓに対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び／又は該測定対象物の変形量を測定する力付与部１１と、力付与部１１にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部１４と、力付与部１１及び光検出部１４の動作中に、力付与部１１から機械的な力の大きさ及び／又は測定対象物Ｓの変形量のデータを順次収集する動作と、光検出部１４から発光物質の発光強度のデータを順次収集する動作を同期させて行うデータ収集部２３とを備えることを特徴とする応力測定システム１。
2020226109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を測定対象物の応力測定領域に配し、
前記発光物質が配された測定対象物に対して機械的な力を加えつつ該機械的な力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量の時系列データを収集する動作と、前記応力測定領域に配された発光物質から発せられる光の強度を測定して該強度の時系列データを収集する動作を、両者に共通する時間的な基準を設定して行う
ことを特徴とする応力測定方法。
【請求項２】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力を測定するシステムであって、
測定対象物の応力測定領域に配される、機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質と、
前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び／又は該測定対象物の変形量を測定する力付与部と、
前記力付与部にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部と、
前記力付与部及び前記光検出部の動作中に、該力付与部から前記機械的な力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量のデータを順次収集する動作と、該光検出部から前記発光物質の発光強度のデータを順次収集する動作を同期させて行うデータ収集部と
を備えることを特徴とする応力測定システム。
【請求項３】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力を測定するシステムであって、
測定対象物の応力測定領域に配される、機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質と、
前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び／又は該測定対象物の変形量を測定する力付与部と、
前記力付与部にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部と、
前記力付与部と前記光検出部に対し、該力付与部の動作と該光検出部の動作を同時に開始させ、該力付与部の動作と前記光検出部の動作を同時に終了させる制御信号を送信する測定制御部と、
前記測定対象物に加えられた力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量に関するデータを前記力付与部から収集し、前記発光物質の発光強度のデータを前記光検出部から収集するデータ収集部と
を備えることを特徴とする応力測定システム。
【請求項４】
前記発光物質が、所定の処理を施されることにより、応力の大きさに応じた強度の光を発する状態に遷移する物質であって、
さらに、
前記発光物質に対して前記所定の処理を施す状態遷移部
を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の応力測定システム。
【請求項５】
前記状態遷移部が所定波長の光を発する光源であることを特徴とする請求項４に記載の応力測定システム。
【請求項６】
前記光検出部が、毎秒1000以上の速度で画像を取得可能な高速撮影装置であることを特徴とする請求項２又は３に記載の応力測定システム。
【請求項７】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力を測定するために用いられるプログラムであって、
前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び／又は該測定対象物の変形量を測定する力付与部と、前記力付与部にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部と、コンピュータとを備えた応力測定システムにおいて、該コンピュータを
前記力付与部と前記光検出部に対し、該力付与部の動作と該光検出部の動作を同時に開始させ、該力付与部の動作と前記光検出部の動作を同時に終了させる制御信号を送信する測定制御部と、
前記測定対象物に加えられた力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量に関するデータを前記力付与部から収集し、該開始後の前記発光物質の発光強度のデータを前記光検出部から収集するデータ収集部
として動作させることを特徴とする応力測定用プログラム。
【請求項８】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力を測定するために用いられるプログラムであって、
前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び／又は該測定対象物の変形量を測定する力付与部と、前記力付与部にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部と、コンピュータとを備えた応力測定システムにおいて、該コンピュータを
前記力付与部及び前記光検出部の動作中に、該力付与部から前記機械的な力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量のデータを順次収集する動作と、該光検出部から該開始後の前記発光物質の発光強度のデータを順次収集する動作を同期させて行うデータ収集部
として動作させることを特徴とする応力測定用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮、引張り等の機械的な力が加えられることにより測定対象物に生じる応力の大きさや分布を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の材料を組み合わせてなる構造体等の測定対象物に対して圧縮、引張り等の機械的な力が加えられることにより生じる変形量を調べるために材料試験機が用いられている。材料試験機では、例えば所定の長さLの測定対象物を引っ張る方向に荷重を加え、これによる測定対象物の伸びΔLを測定し、元の長さLに対する比（ΔL/L）を歪み値として求める。【０００３】
材料試験機を用いた測定対象物の測定では、測定対象物の歪み値等の変形量に加え、機械的な力が加えられたときに該測定対象物に生じる応力の大きさを測定する場合がある。特許文献１〜５には、機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力の大きさや分布を測定するシステムが記載されている。この応力測定システムでは、測定対象物の応力測定領域に発光物質を塗布したものを材料試験機にセットし、その発光物質を捉える位置にカメラを配置して撮影を開始する。続いて材料試験機で測定対象物に機械的な力を加えつつ歪み値等の変形量を測定する。そして、カメラで撮影された画像に記録された発光物質の発光強度を、予め用意された発光強度と応力の大きさの関係を示すデータと照合することにより測定対象物の応力測定領域で生じた応力の大きさを求める。これにより、機械的な力が加えられたときに生じる測定対象物の変形量に加え、該測定対象物の測定対象領域に生じた応力の大きさや分布を知ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１５１５７号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／０７７７５６号
【特許文献３】特開２００９−０９２６４４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１９０８６５号公報
【特許文献５】特開２０１２−２２９９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の応力測定システムでは、カメラによる撮影動作を開始し、続けて材料試験機により測定対象物に機械的な力を加えつつ歪み値等の変形量を測定する。即ち、材料試験機により測定対象物に力を加える動作や該測定対象物に生じる変形量を測定する動作と、カメラによる撮影動作とが独立に行われる。測定対象物が弾性体であり、かつ該測定対象物に加えられる力の大きさが該弾性体の弾性変形の範囲内であって一定であるという限られた条件下では、測定対象物の変形量や該測定対象物に生じる応力の大きさや分布も一定であるため、それらの値を正確に照合することができる。しかし、そのような限られた条件から外れた測定（例えば測定対象物に加える力の大きさを時間的に変化させる測定）において、測定対象物の変形量の時系列データを取得する動作と独立にカメラによる撮影を行った場合、該測定対象物に加えられた力の大きさや該測定対象物の変形量の時系列データを構成する各時点の値と、撮影された動画を構成する各時点の画像とを精確に対応付けることは難しい。そのため、測定対象物に加えられた力の大きさや該測定対象物の変形量の時間的な変化と該測定対象物に生じた応力の大きさや分布の時間的な変化の傾向を知ることはできても、それらの関係を定量的に解析することが難しいという問題があった。【０００６】
ここでは、測定対象物に機械的な力を加えて測定対象物の変形量と、該測定対象物に生じる応力の大きさや分布の両方を測定する場合を例に説明したが、測定対象物に生じる応力の大きさや分布のみを測定する場合にも、測定対象物に加えられた機械的な力の大きさと該測定対象物に生じた応力の大きさや分布の関係を定量的に解析することが難しいという上記同様の問題があった。【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、機械的な力が加えられることにより測定対象物に生じる応力の大きさや分布と、該機械的な力の大きさ及び／又はそれにより生じる該測定対象物の変形量の関係を定量的に評価することができる応力測定技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された本発明に係る応力測定方法は、
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を測定対象物の応力測定領域に配し、
前記発光物質が配された測定対象物に対して機械的な力を加えつつ該機械的な力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量の時系列データを収集する動作と、前記応力測定領域に配された発光物質から発せられる光の強度を測定して該強度の時系列データを収集する動作を、両者に共通する時間的な基準を設定して行う
ことを特徴とする。【０００９】
前記発光物質を測定対象物の応力測定領域に配する方法としては、該発光物質を応力測定領域に塗布する、あるいは測定対象物の作製時に該発光物質を混合しておくといった方法を採ることができる。
前記両者に共通する時間的な基準の設定は、例えば、前記発光物質が配された測定対象物に対して機械的な力を加えつつ該測定対象物の変形量を測定する装置と、発光物質から発せられる光の強度を測定する装置に対して、それぞれの装置の動作を開始させる制御信号を同時に送信し、またそれぞれの動作を終了させる制御信号を同時に送信することにより行うことができる。あるいは、前記発光物質が配された測定対象物に対して機械的な力を加えつつ該測定対象物の変形量を測定する装置と、発光物質から発せられる光の強度を測定する装置から同じタイミングでデータを収集することにより行うこともできる。その他に採りうる具体的な実施形態については後述する。【００１０】
本発明に係る応力測定方法では、測定対象物に対して機械的な力を加えつつ該機械的な力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量の時系列データを収集する動作と、発光物質から発せられる光の強度を測定して該強度の時系列データを収集する動作に、両者に共通の時間的な基準を設定する。そのため、測定対象物に対して加えられた力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量の時系列データと、発光物質から発せられた光の強度の時系列データを時間的に対応させることができる。発光物質から発せられる光の強度は該発光物質が配された測定領域に生じた応力の大きさを反映するため、機械的な力が加えられることにより各種材料の測定対象物に生じる応力の大きさと、該機械的な力の大きさ及び／又はそれにより生じる該測定対象物の変形量の関係を定量的に評価することができる。【００１１】
上記課題を解決するために成された本発明に係る応力測定システムの第１の態様は、機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力を測定するシステムであって、
測定対象物の応力測定領域に配される、機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質と、
前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び／又は該測定対象物の変形量を測定する力付与部と、
前記力付与部にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部と、
前記力付与部及び前記光検出部の動作中に、該力付与部から前記機械的な力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量のデータを順次収集する動作と、該光検出部から前記発光物質の発光強度のデータを順次収集する動作を同期させて行うデータ収集部と
を備えることを特徴とする。【００１２】
また、上記課題を解決するために成された本発明に係る応力測定システムの第２の態様は、機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力を測定するシステムであって、
測定対象物の応力測定領域に配される、機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質と、
前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び／又は該測定対象物の変形量を測定する力付与部と、
前記力付与部にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部と、
前記力付与部と前記光検出部に対し、該力付与部の動作と該光検出部の動作を同時に開始させ、該力付与部の動作と前記光検出部の動作を同時に終了させる制御信号を送信する測定制御部と、
前記測定対象物に加えられた力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量に関するデータを前記力付与部から収集し、前記発光物質の発光強度のデータを前記光検出部から収集するデータ収集部と
を備えることを特徴とする。【００１３】
前記測定制御部及び／又は前記データ収集部は、前記力付与部又は前記光検出部と一体的に構成されたものであってもよい。【００１４】
前記発光物質の中には、所定波長の光を一定時間照射し該発光物質に所定の大きさのエネルギーを付与して電子状態を励起する等の所定の処理を施すことにより、応力の大きさに応じた強度の光を発する状態に遷移するものがある。発光物質がこのようなものである場合、前記応力測定システムは、さらに、
前記発光物質に対して前記所定の処理を施す状態遷移部
を備えた構成とすればよい。また、そうした状態遷移部としては、例えば所定波長の光を発する光源が用いられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る応力測定技術を用いることにより、測定対象物に加えられた力の大きさあるいは該測定対象物の変形量と、該測定対象物に生じた応力の大きさの関係を定量的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る応力測定システムの一実施例の要部構成図。
【図２】本発明に係る応力測定方法の一実施例に関するフローチャート。
【図３】本実施例の応力測定システムにより取得されるデータの例。
【図４】本発明に係る応力測定システムの別の実施例の要部構成図。
【図５】本発明に係る応力測定方法の別の実施例に関するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る応力測定方法及びシステム、並びに応力測定用プログラムの実施例について、以下、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に、本実施例の応力測定システム１の要部構成を示す。この応力測定システム１は、外光が遮断された暗室１０内に配置された材料試験機１１、伸び計１２、歪みゲージ１３、及びカメラ１４と、暗室１０の外部に配置された制御・解析部２０とを備えている。なお、本実施例で使用するカメラ１４は、少なくとも材料試験機１１、伸び計１２、及び歪みゲージ１３の各装置がデータを収集するサンプリングレート以上の速度で画像を取得可能な高速撮影装置（例えば、毎秒1000フレーム以上の画像を取得可能な高速ビデオカメラ）である。このようなカメラ１４を用いることにより、該カメラ１４で取得された画像から求められる応力の大きさや分布と他の装置から得られる値をより精確に対応付けることができる。
【００１９】
制御・解析部２０は、記憶部２１の他、機能ブロックとして測定制御部２２、データ収集部２３、及びデータ解析部２４を備えている。記憶部２１には、後述する発光物質について予め行われた予備実験から求められた、該発光物質の発光強度と応力の大きさの関係の情報が保存されている。制御・解析部２０の実体はパーソナルコンピュータであり、予めインストールされた応力測定用プログラムを実行することにより各機能ブロックが具現化される。また、制御・解析部２０には、入力部３０と表示部４０が接続されている。材料試験機１１、伸び計１２、歪みゲージ１３、及びカメラ１４はそれぞれ、制御・解析部２０に接続されており、相互に通信可能となっている。
【００２０】
応力測定システム１を用いた応力測定方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。本実施例の応力測定方法では、機械的な力が加えられることにより生じた応力の大きさに対応する強度の光を発する発光物質を用いて、測定対象物Ｓの応力測定領域に生じる応力の大きさを、該測定対象物Ｓに加えられた荷重の大きさ、測定対象物Ｓの伸び値及び歪み値とともに測定する。
【００２１】
応力測定に際しては、まず、測定対象物Ｓの応力測定領域に発光物質を配置する（ステップ１）。発光物質を配置する方法としては、例えば測定対象物Ｓの応力測定領域に発光物質を塗布する方法や、測定対象物Ｓの作製時に発光物質を混合しておくといった方法を用いることができる。
【００２２】
次に、測定対象物Ｓを材料試験機１１にセットし（ステップ２）、測定対象物Ｓに伸び計１２と歪みゲージ１３を取り付ける（ステップ３）。さらに、発光物質が配置された、測定対象物Ｓの応力測定領域を捉えるようにカメラ１４を配置する（ステップ４）。これにより、測定開始前の準備段階が終了する。
【００２３】
続いて、使用者が入力部３０を操作する等により、制御・解析部２０にインストールされている応力測定用プログラムを実行する。これにより、測定制御部２２、データ収集部２３、及びデータ解析部２４の機能を実行するソフトウェアが立ち上げられ、表示部４０に測定開始画面が表示される。
【００２４】
使用者が測定開始画面から測定開始を指示すると、測定制御部２２は、材料試験機１１、伸び計１２、歪みゲージ１３、及びカメラ１４に対して測定開始を指示する制御信号を送信する（ステップ５）。これにより、測定制御部２２は、材料試験機１１、伸び計１２、歪みゲージ１３、及びカメラ１４をそれぞれ起動させ、所定の測定動作を開始させる。これを受けて、材料試験機１１は測定対象物Ｓに荷重を加えていく。伸び計１２と歪みゲージ１３は、それぞれ起動と同時に測定対象物Ｓの伸び量と歪み値の測定を開始する。カメラ１４は起動と同時に測定対象物Ｓの測定対象領域の撮影を開始する（ステップ６）。
【００２５】
また、測定開始と同時に、データ収集部２３は、所定の周期で（本実施例では0.1秒ごとに）、材料試験機１１からは測定対象物に加えられた荷重値(N)を、伸び計１２からは測定対象物Ｓの伸び量(mm)を、歪みゲージ１３からは測定対象物Ｓの歪み値を、カメラ１４からはその時点で取得された画像データ（各画素の輝度値）を、それぞれ収集する（ステップ７）。データ収集部２３は、各装置から収集したデータを相互に対応付けて記憶部２１に保存する（ステップ８）。また、カメラ１４から取得された最新の画像は、順次、表示部４０に表示される。なお、上記所定の周期は、各装置のサンプリングレートを考慮して、各装置が共通してデータを取得するタイミングでデータ収集部２３が各装置からデータを収集するように設定するとよい。
【００２６】
測定制御部２２は、測定開始後、使用者による測定終了指示の有無を確認する（ステップ９）。そして、測定終了の指示がない場合は（ステップ９でＮＯ）ステップ７に戻り、データ収集部２３による各装置からのデータの収集（ステップ７）と保存（ステップ８）を繰り返す。そして、測定終了の指示があった場合は（ステップ９でＹＥＳ）、一連の測定及びデータ収集に係る動作を終了する。なお、使用者による測定終了指示に代えて、予め設定された測定時間が終了したか否かに基づき測定及びデータ収集に係る動作を終了するようにしてもよい。
【００２７】
本実施例の応力測定方法では、データ収集部２３が、0.1秒ごとに材料試験機１１、伸び計１２、歪みゲージ１３、及びカメラ１４から同時にデータを収集し、それらを対応付けて順次保存していく。
【００２８】
本実施例の応力測定システム１は、制御・解析部２０の機能ブロックとしてデータ解析部２４を備えており、測定対象物Ｓの特性に応じた種々のデータ解析が行われる。データ解析部２４は、カメラ１４により撮影された各画像に記録された発光物質の発光強度を、記憶部２１に保存されている、該発光物質の発光強度と応力の大きさの関係の情報と照合して応力の大きさ及び分布を求める。その結果、例えば図３に示すように、測定開始後、0.1秒毎に各装置から収集されたデータが相互に対応付けられ保存される。
【００２９】
従来の応力測定システムでは、材料試験機により測定対象物に力を加える動作や該測定対象物に生じる変形量を測定する動作と、カメラによる撮影動作とを独立に行っていたため、測定対象物に加えられた荷重や該測定対象物の変形量の時系列データを構成する各時点の値と、撮影された動画を構成する各時点の画像とを精確に対応付けることが難しく、測定対象物に加えられた力の大きさや該測定対象物の変形量の時間的な変化と該測定対象物に生じた応力の大きさや分布の時間的な変化の傾向を知ることはできても、それらの関係を定量的に解析することが難しいという問題があった。
【００３０】
これに対し、本実施例の応力測定システム１及び方法では、各時点において各装置で取得されたデータが対応付けられているため、測定対象物Ｓに加えられた荷重、測定対象物Ｓの伸び量と歪み値、及び測定対象物Ｓに生じた応力の各測定値の同時性が担保され、それらを精確に対応付けることができる。
【００３１】
本実施例の応力測定システム１では上記のように同時性が担保されたデータが得られることから、データ解析部２４は、応力の大きさ及び分布を、データ収集部２３により取得されたデータと組み合わせ、それらを応用した測定対象物Ｓの特性評価を行うことができる。例えば、測定中の各時点で測定対象物Ｓに生じた応力の大きさや分布と、荷重や伸び量、歪み値の関係を表す関係式を算出し、その関係式により該測定対象物Ｓの特性を評価する指標を作成するといったデータ解析を行うことができる。
【００３２】
なお、上記実施例では、伸び計１２と歪みゲージ１３の両方を用いたが、例えば部位によらず均一に弾性変形するような材質及び形状の測定対象物Ｓの場合、該測定対象物Ｓに対して加える力の大きさが弾性変形の範囲内であれば、測定対象物Ｓの大きさと伸び量から歪み値を求めることができる。その逆に、歪み値から伸び量を求めることもできる。従って、そのような測定対象物Ｓの測定時には、伸び計１２と歪みゲージ１３のいずれか一方のみを用いればよい。
【００３３】
また、そのように均一に弾性変形する測定対象物Ｓの場合、一般に、データ解析部２４により作成される上記関係式は形状に関係なく成り立つ。従って、例えば複雑な形状の構造体や変形が特定の箇所に集中するような構造体について、上記実施例の応力測定システム１により測定した、測定対象物Ｓの応力測定領域内の各点における応力の大きさを上記関係式に代入して歪み値等の物理量の分布を求めることもできる。本実施例の応力測定システム１及び方法では、このようなデータ解析を行うことにより、測定対象物Ｓの特性の定性的な評価に留まらず、定量的な評価を行うことができる。さらに、測定対象物Ｓを構成する材料の材料定数が既知であれば、その弾性変形の範囲内において求められた歪み値の分布の情報を材料定数に適用することによって応力分布を求めることもできる。
【００３４】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度で発光する発光物質の中には、使用前に発光可能な状態に遷移させる処理を必要とするものもある。そのような発光物質を用いる場合に好適に用いることができる、変形例の応力測定システム及び方法について説明する。
【００３５】
図４に、変形例の応力測定システム１aの要部構成を示す。図１により説明した応力測定システム１と同じ構成要素には同一の符号を付して適宜、説明を省略する。
【００３６】
この応力測定システム１aは、暗室１０内に所定の波長の光を発するLED光源１５が配置されているという点で図１の応力測定システム１と異なる。このLED光源１５も、他の各装置と同様に制御・解析部２０に接続されている。
【００３７】
応力測定システム１aを用いた応力測定方法について、図５のフローチャートを参照して説明する。図５のフローチャートにおいても、図２を参照して説明したステップと同じ動作については同一の符号を付して適宜、説明を省略する。
【００３８】
変形例の応力測定方法では、所定の波長の光が一定時間照射された後、機械的な力が加えられることにより生じた応力の大きさに対応する強度の光を発する発光物質を用いて、測定対象物Ｓの応力測定領域に生じる応力の大きさを、該測定対象物Ｓに加えられた荷重の大きさ、測定対象物Ｓの伸び値及び歪み値とともに測定する。
【００３９】
測定に先立ち、測定対象物Ｓの応力測定領域に発光物質を配し（ステップ１）、測定対象物Ｓを材料試験機１１にセットし（ステップ２）、測定対象物Ｓに伸び計１２と歪みゲージ１３を取り付ける（ステップ３）。さらに、発光物質が配置された、測定対象物Ｓの応力測定領域を捉えるようにカメラ１４を配置する（ステップ４）。さらに、測定対象物Ｓの測定対象領域に塗布された発光物質に対して光が照射されるように、LED光源１５を配置する。
【００４０】
次に、使用者が入力部３０を操作する等により、制御・解析部２０にインストールされている応力測定用プログラムを実行する。これにより、測定制御部２２、データ収集部２３、及びデータ解析部２４の機能を実行する応力測定用のソフトウェアが立ち上げられ、表示部４０に測定開始画面が表示される。
【００４１】
使用者が測定開始画面から測定開始を指示すると、測定制御部２２は、材料試験機１１、伸び計１２、歪みゲージ１３、カメラ１４、及びLED光源１５に所定の制御信号を送信し、各装置を起動する（ステップ１１）。続いて、LED光源１５に対し、測定対象物Ｓの応力測定領域に塗布された発光物質に所定時間、光を照射させる制御信号を送信する（ステップ１２）。この所定時間は、測定に使用する発光物質を、応力の大きさに応じた強度の光を発する状態に遷移させるために必要な時間に相当する。そして、光照射終、適切な待ち時間を経たタイミングで（ステップ１３）、材料試験機１１、伸び計、歪みゲージ１３、及びカメラ１４に対して測定動作の開始を指示する制御信号を送信する（ステップ５）。こうして、発光物質が応力の大きさに応じた強度の光を発する状態に遷移させた後に測定が開始される。測定開始後の各装置の動作は上記実施例と同様であるため説明を省略する。なお、上記の適切な待ち時間とは、発光物質への光照射後に生じる自発光が十分に減衰するまでに要する時間であり、発光物質の特性に応じて適宜に定められる。この待ち時間を設定することにより、自発光の影響を抑制して正確な測定を行うことができる。
【００４２】
上記実施例は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。
上記実施例では、伸び計により測定対象物の伸び量を測定し、歪みゲージにより測定対象物の歪み値を測定したが、荷重、伸び量、及び歪み値の全てを求めることは本発明に必須の要件ではない。例えば、測定対象物に加えられる荷重の大きさと応力の関係のみを求める場合には、該荷重の大きさと応力の大きさや分布（即ち画像データ）のみを取得するような構成を採ることができる。あるいは、測定対象物の歪み値と応力の大きさや分布のみを取得するような構成を採ることもできる。
【００４３】
上記実施例では、材料試験機により測定対象物に荷重を加えつつ応力等を測定する構成としたが、荷重を加える以外の機械的な外力（引張り、圧縮、ねじり等）を加えつつ応力等を測定する構成を採ることもできる。いずれの場合も、測定対象物に所要の機械的な力を加えることが可能な、適宜の装置を用いればよい。
【００４４】
また、上記変形例では、所定波長の光を一定時間照射することにより、応力の大きさに応じた強度の光を発する状態に遷移する発光物質を用いる場合について説明したが、他の処理が施されることによりそのような状態に遷移する発光物質を用いることもできる。その場合は、上記変形例で用いたLED光源に代えて、当該発光物質に所要の処理を施すことが可能な適宜の装置を用いればよい。
【００４５】
さらに、上記実施例では、材料試験機、伸び計、歪みゲージ、及びカメラから同時にデータを収集することによりそれらのデータの同時性を担保する構成としたが、それ以外の方法により各装置で得られるデータの同時性を担保することもできる。そのような例を以下に説明する。
【００４６】
上記例の1つに係る応力測定装置や方法では、各装置に対して同時に測定開始を指示する制御信号を送信する。測定中は、各装置で得られたデータを該装置自体が有する記憶部等に順次保存する。そして、所定時間経過後に、各装置に対して同時に測定終了を指示する制御信号を送信する。測定終了後、制御・解析部のデータ収集部が、各装置で得られたデータを収集する。各装置でデータを取得する時間間隔（サンプリング間隔）が必ずしも同一であるとは限らないため、測定中に得られる測定値の数は装置毎に異なる場合があるが、各装置における測定開始と測定終了のタイミングは同じであるため、データ解析部において、各装置から収集したデータに含まれる複数の測定値を、測定時間内に等間隔に配置することにより、それら複数の値や画像が測定中のどのタイミングで得られたものであるかを特定し、各装置で得られたデータの同時性を担保することができる。
【００４７】
また、材料試験機等から測定対象物に対して加える力の大きさを周期的に変更するようにしてもよい。具体的には、例えば測定対象物に加える力の大きさを徐々に増大してゆき、予め決められた最大値に達すると測定対象物に加える力をゼロに戻し、測定対象物に生じた応力が緩和するのに要する時間よりも長い所定時間、待機したあと、再び上記同様に測定対象物に力を加える動作を行うという工程を繰り返す。測定対象物が弾性変形する材料からなるものであり、該測定対象物に加える力の大きさが該弾性変形の範囲内であれば、上記動作の繰り返し中に測定対象物に生じる応力の大きさ及び分布も周期的に変化する。従って、それらの周期性の起点となるタイミングを時間的な基準として測定対象物に加えられた力の大きさと、応力の大きさや分布の同時性を担保することができる。もちろん、これらに加えて、応力と同様に周期的に変化する測定対象物の伸び量や歪み値のデータの同時性も担保することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１、１a…応力測定システム
１０…暗室
１１…材料試験機
１２…伸び計
１３…歪みゲージ
１４…カメラ
１５…LED光源
２０…制御・解析部
２１…記憶部
２２…測定制御部
２３…データ収集部
２４…データ解析部
３０…入力部
４０…表示部
Ｓ…測定対象物
【図１】
2020226109.tif 000003
【図２】
2020226109.tif 000004
【図３】
2020226109.tif 000005
【図４】
2020226109.tif 000006
【図５】
2020226109.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和3年8月10日(2021.8.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を測定対象物の応力測定領域に配し、
前記発光物質が配された測定対象物に対して機械的な力を加えつつ該機械的な力の大きさの時系列データを収集する動作と、前記応力測定領域に配された発光物質から発せられる光の強度を測定して該強度の時系列データを収集する動作を、両者に共通する時間的な基準を設定して行う
ことを特徴とする応力測定方法。
【請求項２】
前記発光物質が配された測定対象物に対して機械的な力を加えつつ該機械的な力の大きさ及び該測定対象物の変形量の時系列データを収集する動作と、前記応力測定領域に配された発光物質から発せられる光の強度を測定して該強度の時系列データを収集する動作を、両者に共通する時間的な基準を設定して行う
ことを特徴とする請求項１に記載の応力測定方法。
【請求項３】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力を測定するシステムであって、
測定対象物の応力測定領域に配される、機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質と、
前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する力付与部と、
前記力付与部にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部と、
前記力付与部及び前記光検出部の動作中に、該力付与部から前記機械的な力の大きさのデータを順次収集する動作と、該光検出部から前記発光物質の発光強度のデータを順次収集する動作を同期させて行うデータ収集部と
を備えることを特徴とする応力測定システム。
【請求項４】
前記力付与部が、前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び該測定対象物の変形量を測定するものであり、
前記データ収集部が、前記力付与部から前記機械的な力の大きさ及び前記測定対象物の変形量のデータを順次収集する動作と、前記光検出部から前記発光物質の発光強度のデータを順次収集する動作を同期させて行う
ことを特徴とする請求項３に記載の応力測定システム。
【請求項５】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力を測定するシステムであって、
測定対象物の応力測定領域に配される、機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質と、
前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び／又は該測定対象物の変形量を測定する力付与部と、
前記力付与部にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部と、
前記力付与部と前記光検出部に対し、該力付与部の動作と該光検出部の動作を同時に開始させ、該力付与部の動作と前記光検出部の動作を同時に終了させる制御信号を送信する測定制御部と、
前記測定対象物に加えられた力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量に関するデータを前記力付与部から収集し、前記発光物質の発光強度のデータを前記光検出部から収集するデータ収集部と
を備えることを特徴とする応力測定システム。
【請求項６】
前記発光物質が、所定の処理を施されることにより、応力の大きさに応じた強度の光を発する状態に遷移する物質であって、
さらに、
前記発光物質に対して前記所定の処理を施す状態遷移部
を備えることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の応力測定システム。
【請求項７】
前記状態遷移部が所定波長の光を発する光源であることを特徴とする請求項６に記載の応力測定システム。
【請求項８】
前記光検出部が、毎秒1000以上の速度で画像を取得可能な高速撮影装置であることを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の応力測定システム。
【請求項９】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力を測定するために用いられるプログラムであって、
前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び／又は該測定対象物の変形量を測定する力付与部と、前記力付与部にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部と、コンピュータとを備えた応力測定システムにおいて、該コンピュータを
前記力付与部と前記光検出部に対し、該力付与部の動作と該光検出部の動作を同時に開始させ、該力付与部の動作と前記光検出部の動作を同時に終了させる制御信号を送信する測定制御部と、
前記測定対象物に加えられた力の大きさ及び／又は該測定対象物の変形量に関するデータを前記力付与部から収集し、該開始後の前記発光物質の発光強度のデータを前記光検出部から収集するデータ収集部
として動作させることを特徴とする応力測定用プログラム。
【請求項１０】
機械的な力が加えられることにより生じる応力の大きさに応じた強度の光を発する発光物質を用いて測定対象物に生じる応力を測定するために用いられるプログラムであって、
前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する力付与部と、前記力付与部にセットされた測定対象物の応力測定領域に配された前記発光物質から発せられる光の強度を測定する光検出部と、コンピュータとを備えた応力測定システムにおいて、該コンピュータを
前記力付与部及び前記光検出部の動作中に、該力付与部から前記機械的な力の大きさのデータを順次収集する動作と、該光検出部から該開始後の前記発光物質の発光強度のデータを順次収集する動作を同期させて行うデータ収集部
として動作させることを特徴とする応力測定用プログラム。
【請求項１１】
前記力付与部が、前記測定対象物に対して機械的な力を加えつつ、該機械的な力の大きさを記録する及び該測定対象物の変形量を測定するものであり、
前記データ収集部が、前記力付与部から前記機械的な力の大きさ及び前記測定対象物の変形量のデータを順次収集する動作と、前記光検出部から前記開始後の前記発光物質の発光強度のデータを順次収集する動作を同期させて行う
ことを特徴とする請求項１０に記載の応力測定用プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
使用者が測定開始画面から測定開始を指示すると、測定制御部２２は、材料試験機１１、伸び計１２、歪みゲージ１３、カメラ１４、及びLED光源１５に所定の制御信号を送信し、各装置を起動する（ステップ１１）。続いて、LED光源１５に対し、測定対象物Ｓの応力測定領域に塗布された発光物質に所定時間、光を照射させる制御信号を送信する（ステップ１２）。この所定時間は、測定に使用する発光物質を、応力の大きさに応じた強度の光を発する状態に遷移させるために必要な時間に相当する。そして、光照射終了後、適切な待ち時間を経たタイミングで（ステップ１３）、材料試験機１１、伸び計１２、歪みゲージ１３、及びカメラ１４に対して測定動作の開始を指示する制御信号を送信する（ステップ５）。こうして、発光物質が応力の大きさに応じた強度の光を発する状態に遷移させた後に測定が開始される。測定開始後の各装置の動作は上記実施例と同様であるため説明を省略する。なお、上記の適切な待ち時間とは、発光物質への光照射後に生じる自発光が十分に減衰するまでに要する時間であり、発光物質の特性に応じて適宜に定められる。この待ち時間を設定することにより、自発光の影響を抑制して正確な測定を行うことができる。
【国際調査報告】
2020226109.tif 000008
2020226109.tif 000009
2020226109.tif 000010
2020226109.tif 000011