JP2009014606A - 残留応力測定装置及び残留応力測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】検査領域Bを加熱する加熱用レーザ装置400と、検査領域Bが弾性変形域で変形するように加熱用レーザ装置400を制御する加熱制御装置403と、検査対象物Aの表面に平行な残留応力測定方向から互いに対向して検査対象物表面に沿って検査領域Bに第1及び第2レーザ光を照射するレーザ光照射装置100A,Bと、第1及び第2レーザ光に対する検査領域Bからの反射画像を二重露光撮影するレーザ干渉計測装置200と、レーザ干渉計測装置200による加熱前後の検査領域Bの撮影画像を基に、加熱による応力開放に伴う弾性変形域内での残留応力測定方向の変形量を算出し検査領域Bの残留応力を測定するデータ処理装置500とを備える。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の残留応力測定装置の第1の実施の形態の概略構成図である。
σ=E・εe ・・・(2)
したがって、応力開放法では、開放された弾性歪にヤング率を乗ずることで、残留応力を直接測定することができる。
=E0・ε0
=E1/(1−E1/E0)・εe
=E1/(1−E1/E0)・((H2−H1)/D) ・・・(3)
ここで、E0は加熱前のヤング率、E1は加熱後のヤング率、ε0は残留歪である。式(3)により、残留応力σを算出することができる。
Du=Dx・cosα+Dz・(1+sinα) ・・・(4)
と表される。
Dw=−Dx・cosα+Dz・(1+sinα) ・・・(5)
と表される。
Du−Dw=2・Dx・cosα ・・・(6)
となり、残留応力測定方向の変形量Dxは、
Dx=(Du−Dw)/(2・cosα) ・・・(7)
と算出される。
図6は本発明の残留応力測定装置の第2の実施形態の概略構成図である。図1と同様の部分又は同様の役割を果たす部分には同符号を付して説明を省略する。
100Aa,Ba レーザ光照射装置
101a,b レーザ光発振装置
102a,b レーザ光拡大光学系
103a,b ミラー
104a,b 光ファイバ
200 レーザ干渉計測装置
250a,b 偏光フィルタ
300 タイミング制御装置
400 加熱用レーザ装置
400A 加熱用レーザ装置
403 加熱制御装置
500 データ処理装置
600 表示装置
700 筐体
800 減圧装置
A 検査対象物
B 検査領域
Claims (14)
- 検査対象物表面の残留応力を測定する残留応力測定装置において、
検査対象物表面を部分的に加熱し検査対象物表面の検査領域を変形させる加熱装置と、
前記検査領域の変形量が弾性変形域に収まるように前記加熱装置による加熱温度を制御する加熱制御装置と、
検査対象物表面に平行な残留応力測定方向から前記検査領域に第1レーザ光を検査対象物表面に沿って照射する第1レーザ光照射装置と、
前記第1レーザ光照射装置と対向して前記残留応力測定方向から前記検査領域に第2レーザ光を検査対象物表面に沿って照射する第2レーザ光照射装置と、
前記第1及び第2レーザ光に対する前記検査領域からの反射画像を残留応力測定方向にずらして二重露光撮影するレーザ干渉計測装置と、
前記レーザ干渉計測装置による加熱前後の検査領域の撮影画像を基に、前記第1レーザ光の加熱前後の光路差と第2レーザ光の加熱前後の光路差との差を求め、加熱による応力開放に伴う弾性変形域内での前記残留応力測定方向の変形量を算出し検査領域の残留応力を測定するデータ処理装置と、
前記データ処理装置による残留応力測定結果を表示する表示装置と
を備えたことを特徴とする残留応力測定装置。 - 請求項1の残留応力測定装置において、前記検査領域に前記第1及び第2レーザ光が交互に照射されるように前記第1及び第2レーザ光の照射タイミングを制御し、前記第1及び第2レーザ光の照射タイミングに合わせて前記レーザ干渉計測装置を動作制御するタイミング制御装置を備えていることを特徴とする残留応力測定装置。
- 請求項1の残留応力測定装置において、
前記第1及び第2レーザ光照射装置は、
レーザ光を発振するレーザ光発振装置と、
前記レーザ光発振装置から発振されたレーザ光を拡大する拡大光学系と、
検査対象物に近接するように測定装置本体である筐体に設けられ、前記加熱装置により加熱した領域に向けて前記拡大光学系で拡大されたレーザ光を反射するミラーと
を備えていることを特徴とする残留応力測定装置。 - 請求項1の残留応力測定装置において、
前記第1及び第2レーザ光照射装置は、
レーザ光を発振するレーザ光発振装置と、
検査対象物に近接するように測定装置本体である筐体に設けられ、前記レーザ光発振装置から発振されたレーザ光を拡大し、前記加熱装置により加熱した領域に向けて照射するする拡大光学系と、
前記レーザ光発振装置からのレーザ光を前記拡大光学系に導く光ファイバと
を備えていることを特徴とする残留応力測定装置。 - 請求項1の残留応力測定装置において、
前記第1レーザ光照射装置に設けられ、前記第1レーザ光を発振する第1レーザ光発振装置と、
前記第2レーザ光照射装置に設けられ、前記第1レーザ光と波長の異なる第2レーザ光を発振する第2レーザ光発振装置と、
前記レーザ干渉計測装置に設けられた第1及び第2の受光素子と、
前記第1レーザ光による前記検査領域からの反射画像のみを透過させて前記第1の受光素子に入射させる第1偏光フィルタと、
前記第2レーザ光による前記検査領域からの反射画像のみを透過させて前記第2の受光素子に入射させる第2偏光フィルタと
をさらに備えていることを特徴とする残留応力測定装置。 - 請求項5の残留応力測定装置において、前記第1及び第2レーザ光発振装置は、互いに波長の異なるレーザ光に代えて、互いに偏光の異なるレーザ光を発振することを特徴とする残留応力測定装置。
- 請求項1の残留応力測定装置において、前記第1及び第2レーザ光が平行光束であることを特徴とする残留応力測定装置。
- 請求項1の残留応力測定装置において、前記第1及び第2レーザ光照射装置による残留応力測定方法と直交する方向を残留応力測定方向として対向配置した一対のレーザ光照射装置をさらに備えていることを特徴とする残留応力測定装置。
- 請求項1の残留応力測定装置において、前記筐体の内部を減圧する減圧装置をさらに備えていることを特徴とする残留応力測定装置。
- 検査対象物表面の残留応力を測定する残留応力測定方法において、
検査対象物表面に平行な残留応力測定方向の両側からそれぞれ検査対象物表面の検査領域に第1及び第2レーザ光を検査対象物表面に沿って照射し、それぞれのレーザ光による検査領域からの反射画像を残留応力測定方向にずらして二重露光撮影する手順と、
検査対象物表面を部分的に加熱し検査領域を弾性変形域で変形させる手順と、
検査対象物表面に平行な残留応力測定方向の両側から前記加熱後の検査領域に第1及び第2レーザ光を検査対象物表面に沿って照射し、それぞれのレーザ光による検査領域からの反射画像を残留応力測定方向にずらして二重露光撮影する手順と、
加熱前後の検査対象物表面の撮影画像を基に、前記第1レーザ光の加熱前後の光路差と第2レーザ光の加熱前後の光路差との差を求め、加熱による応力開放に伴う弾性変形域内での前記残留応力測定方向の変形量を算出し検査領域の残留応力を測定する手順と
を有することを特徴とする残留応力測定方法。 - 請求項10の残留応力測定方法において、前記検査領域に前記第1及び第2レーザ光を交互に照射し、前記第1及び第2レーザ光の照射タイミングに合わせて前記二重露光撮影をすることを特徴とする残留応力測定方法。
- 請求項10の残留応力測定方法において、前記検査領域に前記第1及び第2レーザ光を同時に照射し、前記第1レーザ光による前記検査領域からの反射画像のみを第1の偏光フィルタを透過させて第1の受光素子で二重露光撮影し、前記第2レーザ光による前記検査領域からの反射画像のみを第2の偏光フィルタを透過させて第2の受光素子で二重露光撮影することを特徴とする残留応力測定方法。
- 請求項10の残留応力測定方法において、その後、前記残留応力測定装置と直交する方向に測定装置の向きを変えて検査領域の残留応力を測定し、検査領域の二次元的な残留応力を測定する手順をさらに有することを特徴とする残留応力測定方法。
- 請求項10の残留応力測定方法において、前記二重露光撮影の際、測定装置の本体をなす筐体の内部を減圧することを特徴とする残留応力測定方法。
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