CN113670707A - 应力发光测定装置和应力发光测定方法 - Google Patents

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Abstract

一种应力发光测定装置和应力发光测定方法。第一方式所涉及的应力发光测定装置具备：载荷施加机构，其构成为对样品(1)施加载荷以使样品(1)变形；光源(31)，其构成为向配置在样品(1)的表面的应力发光体(2)照射激励光；摄像机(40)，其构成为对应力发光体(2)的发光进行摄像；以及控制器(50)，其控制载荷施加机构、光源(31)以及摄像机(40)。控制器(50)获取在摄像机(40)的摄像定时的样品(1)的变形状态，将获取到的样品(1)的变形状态与由摄像机(40)得到的摄像图像建立关联并存储在存储器(502)中。

Description

应力发光测定装置和应力发光测定方法
技术领域
本发明涉及一种应力发光测定装置和应力发光测定方法。
背景技术
在柔性设备的开发现场，一般通过使用变形试验器对样品重复施加载荷来验证样品的耐久性和性能。在上述试验中，如果在样品中产生了缺陷，则在缺陷的周边发生应变，样品有可能会达到断裂。
近年来，作为检测这样的缺陷的技术，提出了一种利用应力发光体的技术。例如在日本特开2015-75477号公报中公开了一种测量应力发光体的发光强度并进行评价的应力发光评价装置。在专利文献1中，将应力发光体配置在样品的表面，通过与样品一起对应力发光体施加外力来使应力发光体发光。通过使用摄像装置对应力发光体的发光进行摄像，能够测量在样品中产生的应力(应变)。
发明内容
在利用了上述应力发光体的应变的测量中，能够观察由对样品施加的外力的变化引起的应力发光体的发光的随时间的变化。然而，为了验证样品的耐久性和性能，要求将应力发光体的发光的变化与时间轴以外的指标、例如样品的形状(样品的弯折角度等)的变化建立关联地进行观察。这是由于，在验证样品处于怎样的变形状态(弯折角度)时在样品中发生了应变的情况下，这样的关联信息成为有效的信息。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，其目的在于提供一种能够将施加了载荷时的样品的形状的变化与在样品中产生的应力的变化建立关联的应力发光测定装置和应力发光测定方法。
本发明的第一方式所涉及的应力发光测定装置对配置在样品的表面的应力发光体的发光进行测定。应力发光测定装置具备：载荷施加机构，其构成为对样品施加载荷以使样品变形；光源，其构成为向应力发光体照射激励光；摄像机，其构成为对应力发光体的发光进行摄像；以及控制器，其控制载荷施加机构、光源以及摄像机。控制器获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态，将获取到的样品的变形状态与由摄像机得到的摄像图像建立关联并存储在存储器中。
本发明的第二方式所涉及的应力发光测定方法是用于对配置在样品的表面的应力发光体的发光进行测定的方法，其包括以下步骤：向应力发光体照射激励光；对样品施加载荷以使样品变形；通过摄像机对应力发光体的发光进行摄像；获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态；以及将获取到的样品的变形状态与由摄像机的得到的摄像图像建立关联并存储在存储器中。
根据与所附附图相关联地理解的本发明所涉及的以下的详细说明，本发明的上述目的、特征、方面及优点以及其它目的、特征、方面及优点会变得明确。
附图说明
图1是示出实施方式1所涉及的应力发光测定装置的整体结构的框图。
图2是说明图1所示的载荷施加机构的动作的图。
图3是示意性地示出样品的弯折试验中的样品的弯曲角度的变化的图。
图4是用于说明控制器的功能结构的框图。
图5是说明使用实施方式1所涉及的应力发光测定装置进行的样品的应力发光测定的处理过程的流程图。
图6是用于说明应力发光测定装置中的光源、摄像机以及保持件的动作的时序图。
图7是示意性地示出通过图5的步骤S40获取到的摄像图像的图。
图8是示出ROI内的平均发光强度与样品的弯曲角度的关系的图表。
图9是用于说明实施方式2所涉及的应力发光测定方法中的计算样品的弯曲角度的步骤(图5的S40)的图。
图10是用于说明实施方式3所涉及的应力发光测定装置中的光源、摄像机以及保持件的动作的时序图。
图11是说明使用实施方式4所涉及的应力发光测定装置进行的样品的应力发光测定的处理过程的流程图。
图12是示出实施方式5所涉及的应力发光测定装置的整体结构的框图。
图13是示意性地示出通过图5的步骤S40获取到的摄像图像的变化的图。
图14是示出ROI内的平均发光强度与样品在Y方向上的长度的关系的图表。
具体实施方式
以下，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。此外，对图中的相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。
[实施方式1]
<应力发光测定装置的结构>
图1是示出实施方式1所涉及的应力发光测定装置的整体结构的框图。实施方式1所涉及的应力发光测定装置100是利用应力发光体的发光现象来测量在试验对象1(以下也简称为“样品”)中产生的应力(应变)的装置。应力发光测定装置100也能够用于测试对在样品1中产生的应力的耐久性。
样品1具有柔性，例如是柔性片或柔性纤维。柔性片能够构成例如智能手机或平板电脑等通信终端的柔性显示器或可穿戴设备的一部分。柔性纤维能够构成例如光纤电缆的一部分。
在图1的例子中，样品1是矩形形状的柔性片。在样品1的表面配置有应力发光体2。应力发光体2是含有例如应力发光材料的应力发光片，至少配置在样品1的规定区域的表面上。该规定区域被设定为包括在柔性片的弯折时产生应力的区域(即，柔性片的变形区域)。应力发光体2与样品1一体地弯折而产生应力(应变)。
应力发光体2是通过来自外部的机械刺激而发光的构件，能够使用以往公知的构件。应力发光体2具有通过从外部施加的应变能而发光这一性质，其发光强度根据应变能而发生变化。应力发光体2在结晶的骨架中固溶有成为发光中心的元素，通过选择无机母体材料和发光中心的元素，能够以紫外～可见～红外的各种波长发光。作为组成，代表性地能够列举出添加铕来作为发光中心的缺陷控制型铝酸锶(SrAl2O4：Eu、发绿色光)、添加锰来作为发光中心并被进行了构造控制的硫化锌(ZnS：Mn、发黄橙色光)、添加镨来作为发光中心的构造控制钛酸钡钙((Ba、Ca)TiO3：Pr、发红色光)。
应力发光测定装置100具备用于对样品1施加载荷的载荷施加机构。在图1的例子中，载荷施加机构构成为能够再现在对智能手机进行折叠操作时施加于柔性显示器的载荷。
具体地说，载荷施加机构具有保持件10和第一驱动器20。保持件10以使样品1的表面位于上侧(图1的纸面上侧)的方式支承样品1。第一驱动器20构成为通过使保持件10在第一姿势与第二姿势之间转变能够使样品1弯折。在这样的载荷施加机构中，例如能够应用日本特开2019-39743号公报中公开的变形试验器。
在图1的例子中，保持件10具有第一安装板11、第二安装板12以及驱动轴13。第一安装板11具有长方形的主表面11a。第二安装板12具有长方形的主表面12a。样品1通过将其背面粘贴在主表面11a和主表面12a上而被安装于该主表面11a和主表面12a。
第一驱动器20被安装在驱动轴13的基部。驱动轴13以其中心轴与X轴平行的状态被转动自如地支承。第一驱动器20在内部包括马达、变速器以及控制部(未图示)，使驱动轴13以规定的转动角度和转动速度绕其中心轴进行正反转动。此外，驱动轴13的转动角度和转动速度是可变的，由此，能够适当变更后述的样品1的弯折试验中的弯曲角度和弯折速度。
第二安装板12以无法转动的方式安装于驱动轴13。第二安装板12伴随驱动轴13的转动进行转动。当第二安装板12转动时，第一安装板11也转动。
图2是说明图1所示的载荷施加机构的动作的图。在图2中示出从X轴方向观察第一安装板11、第二安装板12以及安装在这些安装板上的样品1的样子。图2的(B)和(C)示出从图2的(A)的状态起使样品1弯折后的状态。样品1具有配置在样品1的表面的应力发光体2。
当从图2的(A)的状态起通过第一驱动器20使驱动轴13绕其中心轴沿正方向(顺时针方向)转动时，如图2的(B)和(C)所示，安装在主表面12a和主表面11a上的样品1在主表面12a与主表面11a之间被弯折，该主表面12a和主表面11a以相互平行且距离D1固定的端部12ac和端部11ac为中心相对于平面P面对称地转动。因此，端部12ac附近、端部11ac附近以及端部11ac与12ac之间的任意部分的样品1也以大致相同的弯曲半径弯曲。
另外，图1的载荷施加机构使主表面11a和主表面12a以端部12ac和端部11ac为中心、以端部12ac和端部11ac始终平行且距离D1保持固定的状态进行转动，因此，虽然使位于端部12ac附近与端部11ac附近之间的样品1的局部发生变形，但样品1的除此以外的剩余部分几乎不发生变形。
在图2中，如果将样品1的弯曲角度设为θ，则图2的(A)的状态(样品1平放的状态)下的弯曲角度θ＝0°，图2的(C)的状态(样品1被弯折的状态)下的弯曲角度θ＝90°。图3是示意性地示出样品1的弯折试验中的样品1的弯曲角度θ的变化的图。在图3中，时刻ta表示样品1的弯折的开始定时，时刻tb表示样品1的弯折的结束定时。从时刻ta至时刻tb的时间Tm相当于一次弯折试验的试验时间。在试验时间Tm中，样品1的弯曲角度θ在0°至90°之间变化。
此外，当从使样品1弯折后的状态(图2的(C))起通过第一驱动器20使驱动轴13沿反方向(逆时针方向)转动时，经由图2的(B)的状态恢复为图2的(A)的状态。这样，从图2的(A)的状态(样品1平放的状态)起使驱动轴13沿正方向转动而变为图2的(C)的状态(样品1被弯折的状态)，之后，从图2的(C)的状态起使驱动轴13沿反方向转动而恢复为图2的(A)的状态(相当于一个测定组)，由此样品1从平放的状态被弯折后再次恢复为平放的状态，因此能够对样品1进行一次弯折试验。通过交替地进行这样的驱动轴13的正反转动，能够重复进行样品1的弯折试验。
返回到图1，应力发光测定装置100还具备光源31、壳体15、摄像机40、第二驱动器42、第三驱动器32以及控制器50。
光源31被配置在样品1的上方，构成为向应力发光体2照射激励光。在接收到激励光之后应力发光体2转变为发光状态。激励光优选为具有紫外线～蓝色光的波长区域的光。此外，作为激励光，能够使用包含于10nm～600nm的波长区域的光(包括紫外线至可见光区域)。光源31能够使用紫外线灯、LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等。
在图1的例子中，设为从两个方向向应力发光体2照射激励光的结构，但也可以设为光源31从一个方向或三个以上的方向向应力发光体2照射激励光的结构。
保持件10和光源31被收容在壳体15中。在光源31停止的状态下，能够将壳体15设为暗室。
第三驱动器32供给用于驱动光源31的电力。第三驱动器32根据从控制器50接收到的指令来控制向光源31供给的电力，由此能够控制从光源31照射的激励光的光量以及激励光的照射时间等。
摄像机40以在摄像视野中包括位于样品1的规定区域上的应力发光体2的方式配置在样品1的上方。在图1的例子中，摄像机40被安装在壳体15的顶面。具体地说，摄像机40被配置为聚焦位置位于样品1的规定区域内的至少一点。规定区域内的至少一点优选位于样品1的弯曲的中心部分。
摄像机40包括透镜等光学系统和摄像元件。摄像元件例如通过CCD(ChargeCoupled Device：电荷耦合器件)传感器、CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)传感器等来实现。摄像元件通过将经由光学系统从应力发光体2入射的光转换为电信号来生成摄像图像。
摄像机40构成为在对样品1施加载荷时拍摄位于规定区域上的应力发光体2的发光。通过摄像机40的摄像而生成的图像数据被发送到控制器50。
第二驱动器42构成为能够根据从控制器50接收到的指令来变更摄像机40的聚焦位置。具体地说，第二驱动器42通过使摄像机40沿图1所示的Z轴方向和Y轴方向移动，能够调整摄像机40的聚焦位置。例如，第二驱动器42具有用于使进给丝杠旋转的马达和用于驱动马达的马达驱动器，其中，该进给丝杠使摄像机40沿Z轴方向和Y轴方向移动。通过马达对进给丝杠进行旋转驱动，由此摄像机40被定位在Z轴和Y轴各方向的规定范围内的被指定的位置。另外，第二驱动器42向控制器50发送表示摄像机40的位置的位置信息。
控制器50控制应力发光测定装置100整体。控制器50具有处理器501、存储器502、输入输出接口(I/F)503以及通信I/F 504，来作为主要的构成要素。这些各部经由未图示的总线以能够相互通信的方式进行连接。
处理器501典型地是CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)或MPU(MicroProcessing Unit：微处理单元)等运算处理装置。处理器501通过读出并执行存储在存储器502中的程序，来控制应力发光测定装置100的各部的动作。具体地说，处理器501通过执行该程序来实现后述的应力发光测定装置100的各个处理。此外，在图1的例子中例示了处理器为一个的结构，但控制器50也可以设为具有多个处理器的结构。
存储器502通过RAM(random access memory：随机存取存储器)、ROM(read onlymemory：只读存储器)以及闪速存储器等的非易失性存储器来实现。存储器502存储由处理器501执行的程序或由处理器501使用的数据等。
输入输出I/F 503是用于在处理器501与第一驱动器20、第三驱动器32、摄像机40以及第二驱动器42之间交换各种数据的接口。
通信I/F 504是用于在应力发光测定装置100与其它装置之间交换各种数据的通信接口，通过适配器或连接器等来实现。此外，通信方式既可以是基于无线LAN(Local AreaNetwork：局域网)等的无线通信方式，也可以是利用了USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)等的有线通信方式。
在控制器50连接显示器60和操作部70。显示器60由能够显示图像的液晶面板等构成。操作部70受理用户针对应力发光测定装置100的操作输入。操作部70典型地由触摸面板、键盘、鼠标等构成。
控制器50与第一驱动器20、第三驱动器32、摄像机40以及第二驱动器42进行通信连接。控制器50与第一驱动器20、第三驱动器32、摄像机40以及第二驱动器42之间的通信既可以通过无线通信来实现，也可以通过有线通信来实现。
<控制器50的功能结构>
图4是用于说明控制器50的功能结构的框图。
参照图4，控制器50具有应力控制部61、光源控制部62、摄像控制部63、测定控制部64、数据获取部65以及数据处理部66。它们是基于由处理器501执行存储在存储器502中的程序而实现的功能块。
应力控制部61控制第一驱动器20的动作。具体地说，应力控制部61按照预先设定的测定条件来控制第一驱动器20的动作速度和动作时间等。通过控制第一驱动器20的动作速度和动作时间，能够调整保持件10处的驱动轴13的转动角度和转动速度等。由此，能够调整样品1的弯折角度和弯折速度等。
光源控制部62控制由第三驱动器32对光源31的驱动。具体地说，光源控制部62基于预先设定的测定条件，来生成用于指示向光源31供给的电力的大小以及向光源31供给电力的供给时间等的指令，并将所生成的指令输出到第三驱动器32。第三驱动器32按照该指令来控制向光源31供给的电力，由此能够调整从光源31照射的激励光的光量以及激励光的照射时间等。
摄像控制部63控制通过第二驱动器42使摄像机40进行的移动。具体地说，摄像控制部63基于预先设定的测定条件和从第二驱动器42输入的摄像机40的位置信息，来生成用于使摄像机40追随样品1的规定区域的移动而移动的指令。摄像控制部63向第二驱动器42输出所生成的指令。第二驱动器42按照该指令使摄像机40移动，由此能够将摄像机40的聚焦位置维持在样品1的规定区域的至少一点。
摄像控制部63还控制由摄像机40进行的摄像。具体地说，摄像控制部63按照预先设定的测定条件来控制摄像机40，使得至少在施加载荷时拍摄样品1。与摄像有关的测定条件包括摄像机40的帧频。
数据获取部65获取通过摄像机40的摄像而生成的图像数据，并将获取到的图像数据传送到数据处理部66。
数据处理部66对施加载荷时的通过摄像机40的摄像而得到的图像数据实施公知的图像处理，由此测定应力发光体2的应力发光。数据处理部66例如生成表示应力发光体2中的应力发光强度的分布的图像。数据处理部66能够使包括由摄像机40得到的图像和表示应力发光体2中的应力发光强度的分布的图像的测定结果显示在显示器60上。
测定控制部64统一控制应力控制部61、光源控制部62、摄像控制部63、数据获取部65以及数据处理部66。具体地说，测定控制部64基于向操作部70输入的测定条件以及样品1的信息等，来对各部提供控制指令。
<应力发光测定方法>
接着，对使用了实施方式1所涉及的应力发光测定装置100的样品1的应力发光测定方法进行说明。
图5是说明使用实施方式1所涉及的应力发光测定装置100进行的样品1的应力发光测定的处理过程的流程图。
参照图5，最初通过步骤S10来准备样品1。样品1被安装在保持件10的第一安装板11的主表面11a和第二安装板12的主表面12a上。在图1所示的通过载荷施加机构使样品1发生了弯折时，在样品1的横向(Y方向)的中央部分形成变形区域。该变形区域具有沿纵向(X方向)延伸的带状的形状。应力发光体2以至少位于样品1的变形区域上的方式被粘贴在样品1的表面。例如，应力发光体2具有与样品1相同程度的尺寸的矩形形状，被配置为覆盖样品1的表面的整个区域。
应力发光体2例如能够通过将含有应力发光材料的应力发光片粘贴在样品1的规定区域来形成。应力发光体2例如是添加了铕的缺陷控制型铝酸锶(SrAl2O4：Eu)，示出绿色的发光。
接着，控制器50通过步骤S20从光源31向应力发光体2照射激励光(例如紫外线)。应力发光体2接收激励光而转变为发光状态。
接着，进入步骤S30，控制器50使第一驱动器20驱动以使样品1弯折，由此对样品1施加载荷(弯曲载荷)。如图2所示，通过第一驱动器20使驱动轴13沿正方向转动，由此使样品1弯折。
接着，控制器50通过步骤S40，与对样品1施加载荷的定时对应地利用摄像机40对样品1进行摄像。即，摄像机40拍摄应力发光体2的发光。在暗室内进行摄像机40的摄像。控制器50能够使获取到的摄像图像显示在显示器60上。
在步骤S50中，控制器50获取在摄像定时的样品1的弯曲角度θ。具体地说，控制器50的数据处理部66利用图3示出的试验时间Tm时的弯曲角度θ的变化，来计在算摄像定时的样品1的弯曲角度θ。能够通过使由摄像机40开始摄像的定时与样品1的开始弯折的定时一致来进行该弯曲角度θ的计算。
图6是用于说明应力发光测定装置100中的光源31、摄像机40以及保持件10的动作的时序图。在图6中示出了表示光源31中的激励光的照射定时的波形、表示摄像机40的摄像定时的波形以及表示通过第一驱动器20使保持件10动作的动作定时的波形。
保持件10的动作定时用“试验次数”来表示。将使样品1从平放状态(图2的(A))转变为弯折状态(图2的(C))的动作设为一次弯折试验(以下也简称为“试验”)。因而，在第一驱动器20的一个动作周期的前半部分进行一次试验。在一次试验之后，样品1恢复为平放状态。在图6的例子中，重复进行试验。也将第一次试验标记为“T1”，将第二次试验标记为“T2”。
应力发光测定装置100在执行试验的过程中测定被配置在样品1的规定区域的应力发光体2的发光。在图6中，在时刻t3开始进行试验T1。在该时刻t3之前的从时刻t1至时刻t2的时间Ti，从光源31向应力发光体2照射激励光。从时刻t2至时刻t3的时间Tw相当于从结束照射激励光起直到开始测定为止的待机时间。
在时刻t3开始进行试验T1的同时，开始由摄像机40进行摄像。即，使试验T1的开始定时与摄像机40的摄像的开始定时一致。由摄像机40进行的摄像持续执行到在时刻t4结束试验T1为止。即，从时刻t3至时刻t4的试验时间Tm相当于应力发光的测定时间。
在试验时间Tm(测定时间)，生成与摄像机40的帧频相应的张数的静止图像。帧频是在运动图像处理中每单位时间所处理的帧数。如果将摄像机40的曝光时间设为Te、将从曝光后到下一帧的曝光为止的间隔时间设为Tr，则帧数m能够用m＝Tm/(Te+Tr)表示。
在本说明书中，将在一次应力发光测定处理中通过摄像机40的摄像而获取到的m张帧(静止图像)的组也称为“测定组”。在图6中，将通过第一次应力测定处理得到的测定组也标记为“S1”，将通过第二次应力测定处理得到的测定组也标记为“S2”。各测定组由第一帧F1～第m帧Fm构成。
在执行应力发光测定处理的过程中，控制器50(数据处理部66)针对各帧F计算在摄像定时的样品1的弯曲角度θ(图5的步骤S50)。具体地说，控制器50将图3示出的试验时间Tm时的弯曲角度θ的变化以关系式或表格的形式预先获取。该关系式和表格示出图3所示的从试验的开始定时ta起的经过时间t与弯曲角度θ的关系。
控制器50按每个测定组，使用上述关系式或表格计算帧F1～Fm各帧的摄像定时的弯曲角度θ。使试验的开始定时与由摄像机40开始摄像的定时一致，由此帧F1～Fm各帧的摄像定时能够通过从试验的开始定时ta起的经过时间t来表示。因而，控制器50能够通过参照上述关系式或表格来计算摄像定时t的弯曲角度θ。
返回到图5，控制器50通过步骤S60将通过摄像机40的摄像而生成的图像数据与在步骤S50中计算出的样品1的弯曲角度θ建立关联，并保存在存储器502中。由此，在一次应力发光测定处理结束时，共计m张静止图像与弯曲角度θ相关联地被保存在存储器502中。并且，在执行多次应力发光测定处理的情况下，每当执行一次应力发光测定处理都将由m张静止图像构成的组依次保存在存储器502中。
控制器50将通过摄像机40的摄像而生成的图像数据显示在显示器60上，并且生成表示样品1的规定区域内的应力发光强度的变化的图表，将所生成的图表显示在显示器60上。
具体地说，控制器50通过步骤S70来生成表示基于应力发光强度的值与样品1的弯曲角度θ的关系的图表，并将所生成的图表显示在显示器60上。
图7是示意性地示出通过图5的步骤S40获取到的摄像图像的图。如图7所示，在摄像图像P1中，应力发光体2的发光强度的强度在二维平面上用明度来表现。此外，在摄像图像P1中，应力发光强度的强弱也可以通过色度、饱和度以及明度中的至少一方来表现。在图7中，为了方便，用不同的阴影线描绘了应力发光强度的强弱。因此，在摄像图像P1的右侧示出表示根据应力发光强度的强度而分配的阴影线的范围的条。
如图7所示，在摄像图像P1中，应力发光图案呈现为在应力发光体2的横向(Y轴方向)的中央部分(即，弯曲的中心部分)沿纵向(X轴方向)延伸的带状的形状。该应力发光图案对应于样品1的变形区域。因而，通过从摄像图像P1抽出应力发光图案来进行解析，能够使样品1中发生的应变可视化和定量化。
具体地说，应力发光图案中的应力发光强度大的部分表示应变大的部分，应力发光强度小的部分表示应变小的部分。因此，能够基于应力发光强度的分布使弯折后的状态下的样品1的应变量的分布可视化和定量化。
用户能够使用操作部70(参照图1)在摄像图像P1内设定至少一个关心区域(ROI：Region Of Interest)。在图7的例子中，设定了两个关心区域ROI 1、ROI 2。
控制器50按每个测定组，针对帧F1～Fm各帧计算基于ROI内的发光强度的值。能够通过对ROI内的发光强度进行统计处理或一般的运算处理来计算基于ROI内的发光强度的值。在本说明书中，控制器50计算ROI内的平均发光强度。控制器50将针对帧F1～Fm各帧而通过步骤S40计算出的样品1的弯曲角度θ与ROI内的平均发光强度建立关联，由此生成表示ROI内的平均发光强度与弯曲角度θ的关系的图表G1。
图8是示出ROI内的平均发光强度与样品1的弯曲角度θ的关系的图表G1。图8的纵轴表示发光强度，横轴表示样品1的弯曲角度θ。横轴的弯曲角度θ的范围(0≤θ≤90°)对应于图6的试验时间Tm时的弯曲角度θ的变化。能够通过标绘针对帧F1～Fm各帧计算出的弯曲角度θ与ROI内的平均发光强度的组合来制作图表G1。
根据图表G1，用户能够观察与弯曲角度θ的变化相对应的应力发光强度的变化。例如，能够检测应力发光强度最大的弯曲角度θ。由此，能够验证在哪个弯曲角度θ时在样品1中发生了应变。
进而，通过针对多个测定组中的各个测定组检测应力发光强度最大时的弯曲角度θ，能够在多个测定组之间比较所检测出的弯曲角度θ。或者，能够在多个测定组之间比较同一弯曲角度θ下的应力发光强度。由此，能够解析因重复载荷而在样品1中产生的应力如何变化。
如以上所说明的那样，根据实施方式1所涉及的应力发光测定装置和应力发光测定方法，将一次试验时间Tm时的样品1的弯曲角度θ的变化(参照图3)以关系式或表格的形式预先获取，并且使试验的开始定时与摄像机40的摄像的开始定时一致，由此能够按每个测定组，使用上述关系式或表格来求出帧F1～Fm各帧的摄像定时的样品1的弯曲角度θ。由此，能够将施加了载荷时的样品1的弯曲角度θ的变化与在样品1中产生的应力的变化建立关联。
[实施方式2]
在实施方式1中，对基于预先获取到的关系式或表格(参照图3)计算摄像定时的样品1的弯曲角度θ的结构进行了说明，但也能够设为根据由摄像机40得到的摄像图像P1来计算样品1的弯曲角度θ的结构。
在实施方式2中，对根据摄像图像P1计算样品1的弯曲角度θ的方法进行说明。此外，在实施方式2以后，应力发光测定装置100的结构与图1示出的应力发光测定装置100的结构相同，因此不重复说明。另外，除了获取样品1的弯曲角度θ的步骤(图5的S40)以外，应力发光测定的处理过程与图5示出的流程图相同，因此不重复详细的说明。
图9是用于说明实施方式2所涉及的应力发光测定方法中的计算样品1的弯曲角度θ的步骤(图5的S40)的图。图9的(A)示意性地示出施加载荷之前的样品1及其摄像图像P1。图9的(B)示意性地示出施加载荷中的样品1及其摄像图像P1。
如图9的(A)所示，在没有对样品1施加载荷的状态(即，弯曲角度θ＝0°的状态)下，在摄像图像P1中出现平放状态的样品1的图像。如果将弯曲角度θ＝0°时的矩形形状的样品1的图像的横向(Y方向)的长度设为D(0)，则长度D(0)对应于样品1在Y方向上的长度。
当从图9的(A)的状态起通过第一驱动器20使驱动轴13绕其中心轴沿正方向(顺时针方向)转动时，如图9的(B)所示，安装在主表面12a和主表面11a上的样品1在主表面12a与主表面11a之间被弯折，该主表面12a和主表面11a以相互平行且距离D1固定的端部12ac和端部11ac为中心相对于平面P面对称地转动。由此，在摄像图像P1中出现应力发光体2的发光。
如果将弯曲角度θ(θ>0°)时的摄像图像P1中的样品1的图像的横向(Y方向)的长度设为D(θ)，则D(θ)与D(0)相比变短(D(θ)<D(0))。这样，摄像图像P1中的样品1的图像的横向的长度根据样品1的弯曲角度θ而发生变化。在本实施方式中，随着样品1的弯曲角度θ从0°起变大，样品1的横向的长度变短。控制器50通过利用该关系，来基于摄像图像P1中的样品1的横向的长度D(θ)计算样品1的弯曲角度θ。
具体地说，如果将位于第一安装板11的主表面11a上的样品1在Y方向上的长度设为D2，则在弯曲角度θ＝0°时的D(0)与D1、D2之间，下式(1)的关系成立。
D(0)＝D1+D2×2 (1)
另一方面，在弯曲角度θ(θ>0°)时的D(θ)与D1、D2之间，下式(2)的关系成立。
D(θ)＝D1+D2×cosθ×2 (2)
根据上述式(1)、(2)，如下式(3)那样，能够通过摄像图像P1中的样品1的长度D(0)、D(θ)以及距离D1来表示cosθ。由此，通过检测摄像图像P1中的样品1的长度D(θ)，能够基于该检测值求出样品1的弯曲角度θ。
cosθ＝{D(θ)-D1}/{D(0)-D1} (3)
如以上所说明的那样，第二实施方式所涉及的应力发光测定装置和应力发光测定方法构成为基于由摄像机40得到的摄像图像P1中出现的样品1的图像来计算样品1的弯曲角度θ。因而，能够按每个测定组求出帧F1～Fm各帧的摄像定时的样品1的弯曲角度θ，因此能够将施加了载荷时的样品1的弯曲角度θ的变化与在样品1中产生的应力的变化建立关联。此外，在实施方式2所涉及的应力发光测定方法中，不需要如实施方式1所涉及的应力发光测定方法那样使试验的开始定时与摄像机40的摄像的开始定时一致。
[实施方式3]
在实施方式3所涉及的应力发光测定方法中，根据样品1的弯曲角度θ来设定摄像机40的摄像定时。图10是用于说明实施方式3所涉及的应力发光测定装置100中的光源31、摄像机40以及保持件10的动作的时序图。在图10中，示出了表示光源31中的激励光的照射定时的波形、表示摄像机40的摄像定时的波形以及表示通过第一驱动器20使保持件10动作的动作定时的波形。
如图10所示，当在时刻t3开始由摄像机40进行摄像时，生成与摄像机40的帧频相应的张数的静止图像。在实施方式3中，按每个帧停止试验，在维持了停止定时处的弯曲角度θ的状态下，通过摄像机40拍摄样品1。
具体地说，通过用帧数m对样品1的弯曲角度θ的范围(0°～90°)进行分割，来设定每一帧的弯曲角度θ的变化量dθ(dθ＝90°/m)。在执行试验的过程中，控制器50使样品1的弯曲角度每次以dθ阶段性地变化。然后，控制器50在每次使样品1的弯曲角度变化dθ时，停止第一驱动器20的驱动，来维持样品1的弯曲角度θ。在第一驱动器20维持了弯曲角度θ的时间中，控制器50利用摄像机40对样品1进行摄像。
在图10的例子中，按每一帧，使样品1的弯曲角度θ在从曝光起直到下一帧的曝光为止的间隔时间Tr中变化dθ，在下一帧的曝光时间Te中维持弯曲角度θ。由此，每当弯曲角度θ变化dθ时，都利用摄像机40进行摄像。
如以上所说明的那样，根据实施方式3所涉及的应力发光测定装置和应力发光测定方法，使样品1的弯曲角度θ阶段性地变化，并且每当使样品1的弯曲角度θ变化时，一边维持该弯曲角度θ一边通过摄像机执行摄像，由此能够获取各摄像定时的样品1的弯曲角度θ。由此，能够将施加了载荷时的样品1的弯曲角度θ的变化与在样品1中产生的应力的变化建立关联。
[实施方式4]
图11是说明使用实施方式4所涉及的应力发光测定装置100进行的样品1的应力发光测定的处理过程的流程图。在实施方式4所涉及的应力发光测定方法中，当开始试验时，控制器50通过与第一驱动器20及第二驱动器42之间进行通信来一并控制样品1的弯曲角度θ和摄像机40的摄像定时。由此，能够获取各摄像定时的弯曲角度θ。
参照图11，当开始一次试验时，第一驱动器20通过步骤S90向控制器50发送样品1的弯曲角度θ。控制器50在通过步骤S80接收到样品1的弯曲角度θ时，在步骤S81中判定弯曲角度θ是否大于90°。在弯曲角度θ大于90°的情况下(在S81中为“是”)，控制器50结束一次试验，并且结束摄像机40的摄像。
另一方面，如果弯曲角度θ为90°以下(在S81中为“否”)，则控制器50进入步骤S82，计算样品1的弯曲角度θ的目标值θ*，并将计算出的目标值θ*发送到第一驱动器20。在S82中，控制器50通过对当前的弯曲角度θ加上规定的变化量dθ，来计算目标值θ*。
接着，控制器50通过步骤S83生成由摄像机40进行摄像的指示，并将所生成的摄像指示发送到第二驱动器42。
第一驱动器20在从控制器50接收到目标值θ*时(步骤S91)，通过步骤S92变更样品1的弯曲角度θ，以使弯曲角度θ与目标值θ*一致。即，第一驱动器20使样品1的弯曲角度θ变化(增加)dθ。
第二驱动器42在从控制器50接收到摄像指令时(步骤S93)，通过步骤S94来利用摄像机40拍摄样品1。在由摄像机40得到的摄像图像中出现变化后的弯曲角度θ下的应力发光体2的发光。第二驱动器42进入步骤S95，向控制器50发送表示摄像机40的摄像图像的图像数据。
控制器50在通过步骤S84从第二驱动器42接收到图像数据时，进入步骤S85，将获取到的图像数据与弯曲角度θ(相当于指令值θ*)建立关联并保存在存储器502中。进而，控制器50通过图5的步骤S70来生成表示应力发光强度与样品1的弯曲角度θ的关系的图表G1(参照图8)，并将所生成的图表G1显示在显示器60上。
如以上所说明的那样，根据实施方式4所涉及的应力发光测定装置和应力发光测定方法，控制器50指示载荷施加机构变更样品1的弯曲角度θ，并且使指示变更弯曲角度θ的定时与摄像机40的摄像定时一致，由此能够获取各摄像定时的样品1的弯曲角度θ。由此，能够将施加了载荷时的样品1的弯曲角度θ的变化与在样品1中产生的应力的变化建立关联。
[实施方式5]
在上述实施方式1至4所涉及的应力发光测定方法中，对作为施加了弯曲载荷时的样品1的变形状态而获取样品1的弯曲角度的结构例进行了说明，但本发明所涉及的应力发光测定方法也能够应用于对样品施加弯曲载荷以外的载荷的结构。例如，根据实施方式1至4所涉及的应力发光测定方法，能够获取对样品1施加了压缩载荷时的样品1的变形状态。
图12是示出实施方式5所涉及的应力发光测定装置的整体结构的框图。实施方式5所涉及的应力发光测定装置100与图1所示的应力发光测定装置100相比，载荷施加机构的结构不同。不重复关于与图1所示的应力发光测定装置100共用的部分的说明。
参照图12，载荷施加机构构成为对样品1施加压缩载荷。具体地说，载荷施加机构具有保持件10和第一驱动器20。保持件10具有第一支承构件16、第二支承构件17以及驱动轴18。第一支承构件16和第二支承构件17具有柱状的形状，以长度方向上的端部彼此沿Y方向相向的方式配置。
在第一支承构件16上连接有驱动轴18。驱动轴18的基部被安装于第一驱动器20。第一驱动器20构成为：通过使驱动轴18沿Y方向滑动，能够使第一支承构件16沿Y方向滑动。第二支承构件17被固定。
样品1在Y方向上的两端部由第一支承构件16和第二支承构件17支承。在该状态下，当使第一支承构件16朝向第二支承构件17沿Y方向滑动时，对样品1施加压缩载荷。在图12的例子中，样品1是具有圆形的形状的平板构件。在样品1的表面配置有应力发光体2。应力发光体2至少配置在样品1的规定区域的表面上。该规定区域被设定为包括在对样品1施加了压缩载荷时产生应力的区域(即，样品1的变形区域)。摄像机40被配置为在摄像视野中包括位于样品1的规定区域上的应力发光体2。
<应力发光测定方法>
接着，对使用实施方式5所涉及的应力发光测定装置100进行的应力发光测定方法进行说明。除了获取样品的弯曲角度的步骤(S50)以外，实施方式5所涉及的应力发光测定方法与图5示出的流程图基本上相同。
控制器50使第一驱动器20驱动以对样品1施加载荷(图5的S30)。通过第一驱动器20使第一支承构件16沿Y方向滑动，由此对样品1施加压缩载荷。
在图5的步骤S40中，控制器50与对样品1施加载荷的定时对应地利用摄像机40对样品1进行摄像。摄像机40拍摄应力发光体2的发光。控制器50能够使由摄像机40得到的摄像图像显示在显示器60上。
图13是示意地示出通过图5的步骤S40获取到的摄像图像P1的变化的图。图13的(A)示意性地示出施加载荷前的样品1及其摄像图像。图13的(B)示意性地示出施加载荷中的样品1及其摄像图像。
图13的(A)和图13的(B)示出从X轴方向观察第一支承构件16、第二支承构件17以及安装在这些支承构件上的样品1的样子。图13的(B)示出从图13的(A)的状态起对样品1施加了压缩载荷的状态。如图13的(A)所示，在没有对样品1施加压缩载荷的状态下，在摄像图像P1中出现未变形的初始状态的样品1的图像。
在从图13的(A)的状态起通过第一驱动器20使第一支承构件16沿Y方向滑动时，如图13的(B)所示，样品1在Y方向上被压缩而变形。因此，在摄像图像P1中出现应力发光体2的发光。此时，如图13的(B)所示，样品1在Y方向上的长度Ly从作为初始值的Y1减小为Y2。能够根据第一支承构件16在Y方向上的位移量来求出由压缩载荷引起的样品1在Y方向上的变形量。
由此，如在实施方式1中所说明的那样，将试验时间Tm时的样品1在Y方向上的长度Ly的变化以关系式或表格的形式预先获取，并且使试验的开始定时与摄像机40的摄像的开始定时一致，由此控制器50能够按每个测定组，使用上述关系式或表格来计算帧F1～Fm各帧的摄像定时的样品1在Y方向上的长度Ly。
或者，如在实施方式2中所说明的那样，通过检测由摄像机40得到的摄像图像P1中出现的样品1的图像在Y方向上的长度，能够基于检测值求出样品1在Y方向上的长度Ly。
或者，如在实施方式3中所说明的那样，使样品1在Y方向的长度Ly阶段性地变化，并且每当使Y方向上的长度Ly变化时，一边维持该长度Ly一边通过摄像机执行摄像，由此能够获取各摄像定时的样品1在Y方向上的长度Ly。
或者，如在实施方式4中所说明的那样，控制器50指示载荷施加机构变更样品1在Y方向上的长度Ly，并且使指示变更长度Ly的定时与摄像机40的摄像定时一致，由此能够获取各摄像定时的样品1在Y方向上的长度Ly。
通过使用以上的方法获取摄像定时的样品1在Y方向上的长度Ly，控制器50能够制作表示应力发光体2的发光强度与样品1在Y方向上的长度Ly的关系的图表。例如，控制器50针对帧F1～Fm各帧，将通过图5的步骤S40计算出的样品1在Y方向上的长度Ly与ROI内的平均发光强度建立关联，由此能够生成表示ROI内的平均发光强度与弯曲角度θ的关系的图表G2。
图14是示出ROI内的平均发光强度与样品1在Y方向上的长度的关系的图表G1。图14的纵轴表示发光强度，横轴表示样品1在Y方向上的长度Ly。能够通过标绘针对帧F1～Fm各帧计算出的样品1在Y方向上的长度Ly与ROI内的平均发光强度的组合来制作图表G2。根据图表G2，用户能够获知与样品1在Y方向上的长度Ly的变化相对应的应力发光强度的变化。
[方式]
本领域技术人员能够理解的是，上述多个例示性的实施方式是以下方式的具体例。
(第一项)一个方式所涉及的应力发光测定装置对配置在样品的表面的应力发光体的发光进行测定。应力发光测定装置具备：载荷施加机构，其构成为对样品施加载荷以使样品变形；光源，其构成为向应力发光体照射激励光；摄像机，其构成为对应力发光体的发光进行摄像；以及控制器，其控制载荷施加机构、光源以及摄像机。控制器获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态，将获取到的样品的变形状态与由摄像机得到的摄像图像建立关联并存储在存储器中。
根据第一项所述的应力发光测定装置，通过获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态，能够将施加了载荷时在样品中产生的应力的变化与样品的形状的变化建立关联来进行观察。由此，能够验证在样品处于怎样的变形状态时在样品中发生了应变。
(第二项)第一项所述的应力发光测定装置还具备与控制器进行通信连接的显示器。控制器使表示从摄像图像获取到的基于发光强度的值与样品的变形状态的关系的图表显示在显示器上。
由此，基于显示在显示器上的图表，用户能够观察应力发光体的发光强度的变化与样品的变形状态的关系。
(第三项)在第一项或第二项所述的应力发光测定装置中，控制器预先获取因载荷施加机构施加载荷引起的样品的变形的随时间的变化。控制器使载荷施加机构施加载荷的开始定时与摄像机的摄像的开始定时一致，并且利用样品的变形的随时间的变化，来导出从摄像的开始定时起的经过时间时的样品的变形状态。
由此，能够获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态。
(第四项)在第一项或第二项所述的应力发光测定装置中，控制器基于在由摄像机得到的摄像图像中出现的样品的图像，来计算样品的变形状态。
由此，能够获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态。
(第五项)在第一项或第二项所述的应力发光测定装置中，控制器通过载荷施加机构使样品阶段性地变形。控制器每当使样品变形时，一边维持样品的变形状态一边通过摄像机执行摄像。
由此，能够获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态。
(第六项)在第一项或第二项所述的应力发光测定装置中，控制器指示载荷施加机构变更对样品施加的载荷。控制器使指示变更载荷的定时与摄像机的摄像定时一致。
由此，能够获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态。
(第七项)一个方式所涉及的发光测定方法用于对配置在样品的表面的应力发光体的发光进行测定，所述应力发光测定方法包括以下步骤：向应力发光体照射激励光；对样品施加载荷以使样品变形；通过摄像机拍摄应力发光体的发光；获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态；以及将获取到的样品的变形状态与由摄像机得到的摄像图像建立关联并存储在存储器中。
根据第七项所述的应力发光测定方法，通过获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态，能够将施加了载荷时在样品中产生的应力的变化与样品的形状的变化建立关联来进行观察。由此，能够验证在样品处于怎样的变形状态时在样品中发生了应变。
(第八项)第七项所述的应力发光测定方法还包括以下步骤：从摄像图像获取基于发光强度的值；以及使表示获取到的基于发光强度的值与样品的变形状态的关系的图表显示在显示器上。
由此，基于显示在显示器上的图表，用户能够观察应力发光体的发光强度的变化与样品的变形状态的关系。
(第九项)在第七项或第八项所述的应力发光测定方法中，获取样品的变形状态的步骤包括以下步骤：预先获取因载荷施加机构施加载荷引起的样品的变形的随时间的变化；使载荷施加机构施加载荷的开始定时与摄像机的摄像的开始定时一致；以及利用样品的变形的随时间的变化，来计算从摄像的开始定时起的经过时间时的样品的变形状态。
由此，能够获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态。
(第十项)在第七项或第八项所述的应力发光测定方法中，获取样品的变形状态的步骤包括以下步骤：基于在由摄像机得到的摄像图像中出现的样品的形状和没有施加载荷的初始状态的样品的形状，来计算样品的变形状态。
由此，能够获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态。
(第十一项)在第七项或第八项所述的应力发光测定方法中，使样品变形的步骤包括通过载荷施加机构使样品阶段性地变形的步骤。获取样品的变形状态的步骤包括以下步骤：每当使样品变形时，一边维持样品的变形状态一边通过摄像机执行摄像。
由此，能够获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态。
(第十二项)在第七项或第八项所述的应力发光测定方法中，获取样品的变形状态的步骤包括以下步骤：指示载荷施加机构变更对样品施加的载荷；以及使指示变更载荷的定时与摄像机的摄像定时一致。
由此，能够获取在摄像机的摄像定时的样品的变形状态。
对本发明的实施方式进行了说明，但应该认为此次公开的实施方式在所有方面均为例示，而非限制性的。本发明的范围通过权利要求书来示出，企图包含与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更。

Claims (12)

1.一种应力发光测定装置，对配置在样品的表面的应力发光体的发光进行测定，所述应力发光测定装置具备：
载荷施加机构，其构成为对所述样品施加载荷以使所述样品变形；
光源，其构成为向所述应力发光体照射激励光；
摄像机，其构成为对所述应力发光体的发光进行摄像；以及
控制器，其控制所述载荷施加机构、所述光源以及所述摄像机，
其中，所述控制器获取在所述摄像机的摄像定时的所述样品的变形状态，
所述控制器将获取到的所述样品的变形状态与由所述摄像机得到的摄像图像建立关联并存储在存储器中。
2.根据权利要求1所述的应力发光测定装置，其中，
还具备显示器，所述显示器与所述控制器进行通信连接，
所述控制器使表示从所述摄像图像获取到的基于发光强度的值与所述样品的变形状态的关系的图表显示在所述显示器上。
3.根据权利要求1或2所述的应力发光测定装置，其中，
所述控制器预先获取因所述载荷施加机构施加载荷引起的所述样品的变形的随时间的变化，
所述控制器使所述载荷施加机构施加载荷的开始定时与所述摄像机的摄像的开始定时一致，并且利用所述样品的变形的随时间的变化来计算从所述摄像的开始定时起的经过时间时的所述样品的变形状态。
4.根据权利要求1或2所述的应力发光测定装置，其中，
所述控制器基于在由所述摄像机得到的摄像图像中出现的所述样品的图像，来计算所述样品的变形状态。
5.根据权利要求1或2所述的应力发光测定装置，其中，
所述控制器通过所述载荷施加机构使所述样品阶段性地变形，并且每当使所述样品变形时，一边维持所述样品的变形状态一边通过所述摄像机执行摄像。
6.根据权利要求1或2所述的应力发光测定装置，其中，
所述控制器指示所述载荷施加机构变更对所述样品施加的所述载荷，并且使指示变更所述载荷的定时与所述摄像机的摄像定时一致。
7.一种应力发光测定方法，用于对配置在样品的表面的应力发光体的发光进行测定，所述应力发光测定方法包括以下步骤：
向所述应力发光体照射激励光；
对所述样品施加载荷以使所述样品变形；
通过摄像机对所述应力发光体的发光进行摄像；
获取在所述摄像机的摄像定时的所述样品的变形状态；以及
将获取到的所述样品的变形状态与由所述摄像机得到的摄像图像建立关联并存储在存储器中。
8.根据权利要求7所述的应力发光测定方法，其中，还包括以下步骤：
从所述摄像图像获取基于发光强度的值；以及
使表示获取到的基于发光强度的值与所述样品的变形状态的关系的图表显示在显示器上。
9.根据权利要求7或8所述的应力发光测定方法，其中，
获取所述样品的变形状态的步骤还包括以下步骤：
使施加载荷的开始定时与所述摄像机的摄像的开始定时一致；以及
利用预先获取到的因施加载荷引起的所述样品的变形的随时间的变化，来计算从所述摄像的开始定时起的经过时间时的所述样品的变形状态。
10.根据权利要求7或8所述的应力发光测定方法，其中，
获取所述样品的变形状态的步骤包括以下步骤：基于由所述摄像机得到的摄像图像中出现的所述样品的形状，来计算所述样品的变形状态。
11.根据权利要求7或8所述的应力发光测定方法，其中，
使所述样品变形的步骤包括使所述样品阶段性地变形的步骤，
获取所述样品的变形状态的步骤包括以下步骤：每当使所述样品变形时，一边维持所述样品的变形状态一边通过所述摄像机执行摄像。
12.根据权利要求7或8所述的应力发光测定方法，其中，
获取所述样品的变形状态的步骤包括以下步骤：
指示载荷施加机构变更对所述样品施加的所述载荷；以及
使指示变更所述载荷的定时与所述摄像机的摄像定时一致。
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