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応力可視化装置および力学物性値可視化装置 UPDATE 新技術説明会

国内特許コード P170014301
整理番号 (S2014-1413-N0)
掲載日 2017年6月26日
出願番号 特願2016-544258
出願日 平成27年8月21日(2015.8.21)
国際出願番号 JP2015073457
国際公開番号 WO2016027874
国際出願日 平成27年8月21日(2015.8.21)
国際公開日 平成28年2月25日(2016.2.25)
優先権データ
  • 特願2014-168802 (2014.8.21) JP
発明者
  • 佐伯 壮一
出願人
  • 公立大学法人大阪市立大学
発明の名称 応力可視化装置および力学物性値可視化装置 UPDATE 新技術説明会
発明の概要 制御演算部114は、光学変調器110による偏光状態を変化させることにより測定対象Wに照射する偏光波の位相をシフトさせ、その偏光波の位相シフトごとに得られる干渉信号の位相差に基づき、その干渉信号の位相差断層分布の空間勾配を演算し、その空間勾配の断層分布を応力の断層分布と対応づけるようにして表示装置116に可視化表示させる。制御演算部114は、光干渉信号に基づいて測定対象の断層位置での変形速度ベクトル分布を演算し、さらにひずみ速度テンソルの断層分布を演算する。そして、応力の断層分布とひずみ速度テンソルの断層分布とに基づいて力学物性値の断層分布を演算し、可視化表示させる。
従来技術、競合技術の概要


近年、航空・宇宙分野をはじめ、自動車,電子実装部品,医療器具など様々な分野において複合材料が急速に普及し、その形状やサイズの多様化および微細化が進んでいる。このような複合材料は、母材と強化材の積層面を有することから、界面剥離やトランスバースクラックなどマイクロスケールの内部欠陥が複雑に関係して破壊に至ることがある。このため、材料内部における応力集中などの力学的状態を定量評価可能な非破壊計測手法の開発が望まれている。



このような計測手法として、光学的手法により検査対象表面の残留応力を非破壊非接触にて測定する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。この手法では、検査対象表面に加熱用のレーザ光と変形量測定用のレーザ光とを照射し、検査領域における熱応力開放前後の全変形量を光干渉計測により取得し、その全変形量から熱ひずみによる変形量を差し引くことにより残留応力による変形量を算出する。その残留応力による変形量を加熱前後のヤング率の差により除算することにより、残留応力を算出するものである。

産業上の利用分野


本発明は応力可視化装置に関し、特に測定対象に負荷される応力又は内在する応力の分布を光学的手法により測定して可視化する装置に関する。本発明はまた、測定対象の力学物性値の断層分布を可視化する力学物性値可視化装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
測定対象に作用又は内在する応力の分布を断層可視化する応力可視化装置であって、
低コヒーレンス光又は波長走査した光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を直線偏光する偏光子と、
直線偏光された光を前記測定対象を経由するオブジェクトアームと、参照鏡を経由するリファレンスアームとに分けるビームスプリッタと、
前記オブジェクトアームに設けられ、前記直線偏光された光の偏光状態を変化させることが可能な光学変調器と、
前記測定対象にて反射した物体光と前記参照鏡にて反射した参照光とが重畳された干渉光を、その水平偏光成分と垂直偏光成分とに分けて検出する光検出装置と、
前記光学変調器を制御することにより前記偏光状態を調整する一方、前記測定対象の奥行き方向の位置とその直交方向の位置とにより特定される断層位置における応力分布を、前記光検出装置が検出した干渉信号の水平偏光成分と垂直偏光成分との位相差に基づいて演算する制御演算部と、
前記制御演算部の演算結果に基づいて、前記測定対象における応力分布を断層可視化する態様で表示する表示装置と、
を備え、
前記制御演算部は、前記光学変調器による偏光状態を変化させることにより前記測定対象に照射する偏光波の位相をシフトさせ、その偏光波の位相シフトごとに得られる干渉信号の位相差に基づき、その干渉信号の位相差断層分布の空間勾配を演算し、その空間勾配の断層分布を応力の断層分布と対応づけるようにして前記表示装置に可視化表示させることを特徴とする応力可視化装置。

【請求項2】
前記制御演算部は、
前記測定対象となりうる部材の材質ごとに、前記干渉信号として得られるべき位相差の空間勾配と応力値との対応関係が予め定められた演算マップを保持し、
前記干渉信号の位相差断層分布の空間勾配を演算した後、その演算結果に基づいて前記演算マップを参照することにより応力を算出し、その算出結果としての応力分布を断層可視化することを特徴とする請求項1に記載の応力可視化装置。

【請求項3】
前記測定対象に外的負荷をかけることなく、その測定対象に内在する残留応力を可視化表示することを特徴とする請求項1または2に記載の応力可視化装置。

【請求項4】
高分子基材料を前記測定対象とすることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の応力可視化装置。

【請求項5】
測定対象の力学物性値の断層分布を可視化する力学物性値可視化装置であって、
光コヒーレンストモグラフィーを用いる光学系を含む光学ユニットと、
前記測定対象を変形させるための変形エネルギーを付与可能な負荷装置と、
前記光学ユニットおよび前記負荷装置の駆動を制御し、それらの駆動に基づいて前記光学ユニットから出力された光干渉信号を処理し、所定の演算処理を行う制御演算部と、
前記制御演算部の演算結果を表示可能な表示装置と、
を備え、
前記制御演算部は、
前記光学ユニットの駆動に伴って得られた光干渉信号に基づいて、前記測定対象に作用又は内在する応力の断層分布を演算し、
前記光学ユニットおよび前記負荷装置の駆動に伴って得られた光干渉信号に基づいて、前記変形エネルギーによる前記測定対象の断層位置での変形速度ベクトル分布又は変形ベクトル分布を演算し、その変形速度ベクトル分布又は変形ベクトル分布に基づいてひずみ速度テンソル又はひずみテンソルの断層分布を演算し、
前記応力の断層分布の演算結果と、前記ひずみ速度テンソル又はひずみテンソルの断層分布の演算結果とに基づいて、前記力学物性値の断層分布を演算し、前記表示装置に可視化表示させることを特徴とする力学物性値可視化装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016544258thum.jpg
出願権利状態 公開


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