JP2017015417A - Deformation amount evaluation device and method of structural material - Google Patents
Deformation amount evaluation device and method of structural material Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017015417A JP2017015417A JP2015129400A JP2015129400A JP2017015417A JP 2017015417 A JP2017015417 A JP 2017015417A JP 2015129400 A JP2015129400 A JP 2015129400A JP 2015129400 A JP2015129400 A JP 2015129400A JP 2017015417 A JP2017015417 A JP 2017015417A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- structural material
- deformation
- uneven
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、高温、高放射線量のような過酷環境下など、高精度な測定機器の設置が難しい箇所で使用される構造材の変形量評価装置および方法に係り、特に、構造材の変形量を簡便な方法で評価することが可能な構造材の変形量評価装置および方法に関する。 The present invention relates to a deformation evaluation apparatus and method for a structural material used in a place where it is difficult to install a high-precision measuring instrument such as a severe environment such as high temperature and high radiation dose, and in particular, the deformation amount of the structural material. The present invention relates to an apparatus and a method for evaluating a deformation amount of a structural material that can be evaluated by a simple method.
発電プラントや化学プラントなど運転中に高温環境で使用する機器では定常運転時や、起動停止や負荷変動などの非定常運転による繰り返し負荷が加わることで、機器を構成する金属部材に対してクリープやクリープ疲労などの高温で特徴的な損傷が生じることが想定される。このような損傷が蓄積すると金属部材の組織内部では微視的なき裂が成長して部材の強度を低下させ、最終的に部材の変形や破損などの破壊的現象を引き起こす。そこで通常は、機器の負荷条件に応じたマスターカーブを作成し、そこから予測した寿命を基にして機器の構造設計がなされる。この寿命管理などのためには、最初の段階として、構造材におけるひずみなどの変化を検知する必要がある。 Equipment that is used in a high-temperature environment during operation, such as a power plant or chemical plant, is subject to creep or damage to the metal members that make up the equipment by applying repeated loads during steady-state operation or unsteady operation such as start / stop or load fluctuations. It is assumed that characteristic damage occurs at high temperatures such as creep fatigue. When such damage accumulates, a microscopic crack grows inside the structure of the metal member, lowering the strength of the member, and finally causing destructive phenomena such as deformation and breakage of the member. Therefore, usually, a master curve corresponding to the load condition of the device is created, and the structural design of the device is made based on the predicted life from the master curve. In order to manage this life, it is necessary to detect changes such as strain in the structural material as the first step.
ひずみなどの変化を検知するにあたり、以下のことを考慮すべきである。長期間に渡って運転する高温機器の損傷状態は、逐次変化する運転条件や負荷条件による損傷の累積に依存する。このため、損傷の程度をあらかじめ精度良く予測することは容易ではない。そのため、運用中の機器の部材を逐次評価することで、損傷状態を精度良く把握するための技術が求められている。 In detecting changes such as strain, the following should be considered. The damage state of high-temperature equipment that operates over a long period of time depends on the accumulation of damage due to operating conditions and load conditions that change sequentially. For this reason, it is not easy to accurately predict the degree of damage in advance. Therefore, there is a demand for a technique for accurately grasping the damaged state by sequentially evaluating the members of the equipment in operation.
また機器の運用を阻害することなく損傷状態を評価するには、非破壊的な計測手法を用いることが望ましい。例えば部材表面に接触させた探触子から超音波を発信し、部材内部を通過した超音波の変調を計測して損傷状態を評価することが考えられる。また、ひずみゲージや変位計などで部材表面の変形量、変位量を継続的に計測し続けることで、部材に生じる応力分布などの推定のほか、損傷の進行に伴う部材の異常な変形を検知することもできると考えられる。 In addition, it is desirable to use a non-destructive measurement method to evaluate the damage state without hindering the operation of the device. For example, it is conceivable to evaluate the damage state by transmitting ultrasonic waves from a probe brought into contact with the member surface and measuring the modulation of the ultrasonic waves that have passed through the inside of the member. In addition, by continuously measuring the amount of deformation and displacement on the surface of the member with a strain gauge or displacement meter, it is possible to detect abnormal deformation of the member as the damage progresses, in addition to estimating the stress distribution generated in the member. It is thought that it can also be done.
ただし、初めに述べたように機器の利用環境が高温下であったり、原子力発電プラントのように高放射線に晒されたりする苛酷環境においては、計測のために要員が立ち入ることは容易でない。また、計測装置の耐久性の点などからこれを設置できる場所や条件も限られてしまう。 However, as described at the beginning, it is not easy for personnel to enter for measurement in a harsh environment where the use environment of equipment is at a high temperature or exposed to high radiation such as a nuclear power plant. Moreover, the place and conditions where this can be installed are limited from the point of durability of the measuring device.
このような状況を鑑み、高温、高線量などの苛酷環境下でも、評価対象機器の変形や変位を比較的簡便に測定可能な計測手法が望まれている。 In view of such a situation, a measurement technique capable of measuring deformation and displacement of an evaluation target device relatively easily even under a severe environment such as a high temperature and a high dose is desired.
構造材における変化を検出する技術として、被測定物である構造材に光を照射しその反射散乱光を計測することで検出することが知られている。例えば特許文献1は、再帰反射性ビーズを有効に活用して、木材、金属材、樹脂材などのひずみ(変形)を簡便に測定できる方法を提供するものであり、「物体のひずみを測定するに当り、被測定物体の測定面に再帰反射性ビーズを均一に付着させ、当該付着面に光を照射して、その反射量をひずみの発生前と発生後とで対比することにより、ひずみを測定する。」としている。 As a technique for detecting a change in a structural material, it is known to detect by irradiating a structural material, which is an object to be measured, with light and measuring the reflected scattered light. For example, Patent Document 1 provides a method for easily measuring strain (deformation) of wood, metal material, resin material, etc. by effectively using retroreflective beads. In this case, retroreflective beads are uniformly attached to the measurement surface of the object to be measured, light is applied to the attachment surface, and the amount of reflection is compared before and after the occurrence of the distortion. Measure. ”
また特許文献2によれば、「所定間隔置きで黒色の棒線が複数本形成された反射板が設けられた反射体を被計測物の表面に貼り付け、この反射体上に投光用光ファイバーにより光を照射し、この反射体上で反射した光を受光用光ファイバーで受光し、そしてこの受光した光量またはこの光量に対応する歪量を表示装置にて表示する」ようにした歪計測方法である。
According to
特許文献1において、再帰反射性ビーズは入射した光を同じ方向に反射させる機能を有しており、ここではビーズを付着させた被測定物体が変形した時に、単位面積当たりに占めるビーズ面積が変化して、反射光量が変わることを利用したものである。また特許文献2は、反射板を貼り付けた被測定物が変形した時に、測定エリアに含まれる黒色線の割合によって反射光量が変わることを利用したものである。
In Patent Document 1, a retroreflective bead has a function of reflecting incident light in the same direction. Here, when the measured object to which the bead is attached is deformed, the bead area occupied per unit area changes. Thus, the change in the amount of reflected light is utilized. Further,
特許文献1、特許文献2はいずれも、光が照射された領域中の反射体(特許文献1のビーズ)または非反射体(特許文献2の黒色線)の占める割合が変わることに伴う光量の変化を評価対象としている。しかしながらこれらの方法では、評価対象領域における変化が周辺の環境全体の明るさの変動などと相殺されて、精度良く測定するのが困難である。
In both
以上のことから本発明においては、苛酷環境下で稼動する機器や構造材の変形、変位を適正に計測、評価するに有効な構造材の変形量評価装置および方法を提供することを目的としている。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a structural material deformation amount evaluation apparatus and method that are effective in appropriately measuring and evaluating the deformation and displacement of equipment and structural materials that operate in harsh environments. .
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、凹凸領域が表面に形成された構造材を被測定物として、構造材における変形を検知するための構造材の変形量評価装置であって、構造材表面の凹凸領域に光を照射するための光照射部と、凹凸領域で反射、散乱した光の波長を測定する光観察部と、前後する複数の光観察結果から得られた反射散乱光の波長差を用いて構造材における変形を検知する判断部を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present invention includes a plurality of means for solving the above problems. To give an example, a structure for detecting deformation in a structural material using a structural material having an uneven region formed on the surface as a measurement object. An apparatus for evaluating a deformation amount of a material, a light irradiation unit for irradiating light on an uneven region on a surface of a structural material, a light observation unit for measuring the wavelength of light reflected and scattered in the uneven region, and a plurality of front and back It is characterized by comprising a determination unit for detecting deformation in the structural material using the wavelength difference of the reflected and scattered light obtained from the light observation result.
また、凹凸領域が表面に形成された構造材を被測定物として、構造材における変形を検知するための構造材の変形量評価方法であって、構造材表面の凹凸領域に光を照射し、凹凸領域で反射、散乱した光の波長を測定し、前後する複数の光観察結果から得られた反射散乱光の波長差を用いて構造材における変形を検知することを特徴とする。 In addition, a structural material with an uneven area formed on the surface is a measurement object, and a structural material deformation amount evaluation method for detecting deformation in the structural material. The uneven surface area of the structural material is irradiated with light, The wavelength of the light reflected and scattered by the uneven region is measured, and the deformation in the structural material is detected using the wavelength difference of the reflected and scattered light obtained from a plurality of light observation results.
本発明によれば、被測定物に連動して凹凸領域が変形することで生じる反射、散乱光を観察することで被測定物の変形、変位を評価することができる。特に、被測定物の変形量、変位量と光学特性との相関を予め把握しておけば、高精度な計測機器を用いなくても変形量を精度良く評価することが可能である。 According to the present invention, the deformation and displacement of the measurement object can be evaluated by observing the reflection and scattered light generated by the deformation of the uneven area in conjunction with the measurement object. In particular, if the amount of deformation of the object to be measured, and the correlation between the amount of displacement and the optical characteristics are known in advance, the amount of deformation can be accurately evaluated without using a highly accurate measuring device.
以下、本発明に係る構造材の変形量評価方法および変形量評価装置の実施形態を、図面を用いて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a structural material deformation amount evaluation method and a deformation amount evaluation apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施例1に係る構造材の変形量評価方法および変形量評価装置について、図1から図3を用いて説明する。 A structural material deformation amount evaluation method and a deformation amount evaluation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の実施例に係る構造材の変形量評価装置20を示している。変形量評価装置20は、被測定物10の表面に設けられ、被測定物10の変形に追従して変形可能な凹凸領域1を監視している。変形量評価装置20は、この凹凸領域1の表面の法線方向から光を照射するための光照射部2と、凹凸表域1に照射されて散乱、反射した光を観察するために凹凸領域1の法線に対して角度θをなす位置に設置した光観察部3、光観察部が検知した波長を用いて波長の変化量を求める判断部4等により概略構成されている。
FIG. 1 shows a structural material deformation
ここで凹凸領域1の表面に設けられた凹凸形状は、光照射部2から照射される光が可視光線(波長380〜780ナノメートル)であるならば、照射された光の回折、干渉を生じさせるため光の波長と同等かそれより小さい寸法の凹凸形状を付与しておくが、この凹凸形状は評価方法に応じて適宜に設定することができる。例えば柱状、穴状、ラメラ状(襞状)等があげられるが、本発明では凹凸領域1に照射した光の回折や干渉を利用するため、凹凸形状はランダム配置ではなく、所望の機能に応じた規則的配置にすることが望ましい。
Here, the uneven shape provided on the surface of the uneven region 1 causes diffraction and interference of the irradiated light if the light irradiated from the
光照射部2は、例えば可視域の連続的な波長分布を含む白色光を照射するランプを用いることができる。また、光観察部3としては、例えば凹凸領域1表面で反射、散乱した光の色をカラー画像で判別できるカメラを用いることができる。
As the
次に、構造材の変形量評価方法について説明する。図1において光照射部2から凹凸領域1に照射された白色光は、凹凸領域1の表面に付与された凹凸形状の作用で回折、干渉を受けて散乱し、凹凸領域1の法線と角度θをなす位置に設けた光観察部3で波長λ1の散乱光として観察され、判断部4には最初の波長として波長λ1が記憶される。ここで図1の状態を被測定物10である構造材設置時などの初期状態とする。初期状態では被測定物10の高さ方向長さがH1であり、被測定物10の高さ方向に設置された凹凸領域1の高さ方向長さがX1であったとする。
Next, a method for evaluating the deformation amount of the structural material will be described. In FIG. 1, the white light emitted from the
これに対し、図2は初期状態から時間経過後の観測時状態を示している。この間に、被測定物10は何らかの理由で高さ方向長さがH2に変位し、これに伴い被測定物10の高さ方向に設置された凹凸領域1の高さ方向長さもX2に変位しているものとする。この場合に光照射部2と光観察部3の間の配置関係に変化がないものとする。この場合には、凹凸領域1の凹凸形状が高さ方向変位の影響により変化していることを受けて、光観察部3では波長λ2の散乱光として観察され、判断部4には観察時の波長として波長λ2が記憶され、以後の比較処理に用いられることになる。このケースでの凹凸領域1の凹凸形状は、例えば1ナノメートルピッチの凹凸が1.2ナノメートルピッチの凹凸に変形したことを想定している。
On the other hand, FIG. 2 shows an observation state after a lapse of time from the initial state. During this time, the
図3は、本発明者らが検証した、凹凸領域1の法線となす角度θと、その際に光観察部3で観察された光の色を波長λに置き換えて表した相関を示している。横軸が角度θ、縦軸が波長λであり、角度θが大きいほど散乱光の波長が長くなり赤に近づく傾向を示している。またこの特性では飽和の傾向を示し、かつ凹凸領域1の形状によって異なる飽和傾向の特性を示している。ここで形状Aおよび形状Bはそれぞれ類似の形状であって寸法が異なるサンプルの結果であるが、この結果から角度θが同じであっても凹凸形状が変わると観察される光の主な波長λが変化し、光の色が変化するということを表している。
FIG. 3 shows the angle θ formed by the normal line of the uneven region 1 verified by the present inventors and the correlation expressed by replacing the color of the light observed by the
つまり、図1において光観察部3で観察された形状Aについての散乱光の主な波長がλ1であった場合に、図2のように被測定物10の縦方向の寸法がH1からH2まで伸びるのに伴って凹凸領域1の寸法がX1からX2まで伸びたことで凹凸形状が変化し、その後に光観察部3によって観察された形状Bの散乱光の主な波長はλ2に変化し、この間で波長Δλ12の変化分を生じるということを本発明では捕えている。判断部4では、図1の初期状態の波長λ1と図2の観察時の波長λ2を比較しており、この差分の値に応じて位置などの変化を検知し、さらには変位の方向や大きさを演算により求める。
That is, when the main wavelength of the scattered light for the shape A observed by the
ここまで述べてきたように、本発明の構成によって凹凸領域1の変形を散乱光の波長λの変化によって評価できる。特に図3で示したようにパターン形状の違いと散乱光の波長λとの相関を予め調査しておき、光観察部3で実際に観察された光の波長と比較すれば、被測定物10に生じている変形量を定量的に評価することも可能であり、被測定物10の変形量を散乱光の色の違いで判定できることになる。
As described above, the deformation of the uneven region 1 can be evaluated by the change of the wavelength λ of the scattered light by the configuration of the present invention. In particular, as shown in FIG. 3, the correlation between the difference in pattern shape and the wavelength λ of scattered light is investigated in advance, and compared with the wavelength of light actually observed by the
このために判断部4には、図3の特性を記憶しておき、波長差から変形の発生を検知し、かつ予め定めておいた波長差と変形量の関係から、構造材における変形の大きさを推定、出力することが可能となる。 Therefore, the determination unit 4 stores the characteristics of FIG. 3, detects the occurrence of deformation from the wavelength difference, and determines the magnitude of deformation in the structural material from the predetermined relationship between the wavelength difference and the deformation amount. It is possible to estimate and output the length.
このことは、実際のプラント機器において本発明を適用することで、被測定物表面に設けた凹凸領域のほか、例えばランプ2と監視カメラ3という比較的簡便な装置によって、被測定物の変形量を評価できることを意味している。
This is because, by applying the present invention to actual plant equipment, in addition to the uneven area provided on the surface of the object to be measured, the deformation amount of the object to be measured by a relatively simple device such as the
本発明の実施例2に係る構造材の変形量評価方法について、図4から図6を用いて説明する。
A structural material deformation amount evaluation method according to
図4、図5の変形量評価装置は、基本的に実施例1で説明した変形量評価装置と同じ構成のものである。図1、図2では、高さ方向変位Hを検知することについて述べたが、図4、図5では、横方向の幅Wが変化したことを検知している。被測定物表面に設けた凹凸領域1の位置が変化する場合においても、本発明の変形量評価装置を用いて、構造材の変形量を評価する方法について説明する。 The deformation amount evaluation apparatus shown in FIGS. 4 and 5 basically has the same configuration as the deformation amount evaluation apparatus described in the first embodiment. In FIGS. 1 and 2, the detection of the height direction displacement H is described, but in FIGS. 4 and 5, it is detected that the lateral width W has changed. A method for evaluating the deformation amount of the structural material using the deformation amount evaluation apparatus of the present invention even when the position of the uneven region 1 provided on the surface of the object to be measured changes will be described.
図4において、実施例2の変形量評価装置は前述の実施例1の変形量評価装置と同様に、被測定物10表面に設けた凹凸領域1と、凹凸領域1に光を照射する光照射部2と、凹凸表域1から散乱、反射した光を観察する光観察部3、光観察部3が検知した波長を用いて波長の変化量を求める判断部4等により概略構成されている。実施例2では実施例1とは異なり、被測定物10が当初図4のように幅W1であったものが、図5のように水平方向に伸びて幅W2となり、凹凸領域1が元の位置からΔだけ光照射部3に近付く法線方向に変位したことを示している。
In FIG. 4, the deformation amount evaluation apparatus according to the second embodiment is similar to the deformation amount evaluation apparatus according to the first embodiment described above. The uneven area 1 provided on the surface of the
このように凹凸領域1が法線方向にΔだけ変位する前後において、凹凸領域1が光観察部3の視野内に収まっている場合には、図に示すように凹凸領域1の法線方向と光観察部3の設置方向の角度がθaであるのに対して、凹凸領域1が変位した後の光観察部3の設置方向の角度は図5に示すようにθbに変化する。ここで図6は、図3と同じ角度θと波長の相関を示す図であるが、上記の現象は図6において、同じパターン形状(たとえば形状A)であっても、角度θがθaからθbに変わると波長λがλaからλbに変わり、Δλabの変化を生じることを示している。
Thus, before and after the uneven region 1 is displaced by Δ in the normal direction, when the uneven region 1 is within the field of view of the
つまり、図4において光観察部3で観察された散乱光の主な波長がλaであった場合に、図5のように凹凸領域1の位置が変化して光観察部3の設置方向の角度θがθaからθbに変化することで、光観察部3によって観察された散乱光の主な波長はλbに変化し、この間で波長Δλabの変化分を生じる。よって、前述した実施例1と同様に、被測定物10の変位量を評価できるといえる。
That is, when the main wavelength of the scattered light observed by the
ここまで、被測定物の変形量や変位量を、被測定物表面に設けた凹凸領域1と光照射部2、光観察部3、判断部4によって評価できることを述べた。ただし、実際のプラントにおいては凹凸領域1の変形と変位の両者が重畳する場合もあり得る。そのような場合には、例えば本発明の評価装置20を被測定物の複数の位置に配置し、それぞれの測定結果を組み合わせて互いに補正してもよいし、本発明の評価装置20以外で得られた情報を用いて補正してもよい。
So far, it has been described that the deformation amount and displacement amount of the object to be measured can be evaluated by the uneven area 1 provided on the surface of the object to be measured, the
ところで、実施例2では被測定物の変形に伴う凹凸領域1の変位について説明したが、被測定物の設置位置のずれによって凹凸領域が変位する場合もある。この場合、被測定物の変形量を評価していることにはならないが、一方で、被測定物10が設置された位置の評価に用いることができる。例えばプラント機器の構造物や、各種配管とこれをサポートする部材などが本来の正しい位置に設置されているかどうかを評価、判定することができ、本発明の変形量評価装置および評価方法がプラント全体の健全性を維持するうえで有効な技術であるといえる。
In the second embodiment, the displacement of the uneven area 1 due to the deformation of the object to be measured has been described. However, the uneven area may be displaced due to a deviation in the installation position of the object to be measured. In this case, the deformation amount of the device under test is not evaluated, but can be used for evaluating the position where the device under
実施例1、実施例2では図3、図6の特性を説明した。この特性を利用すると、単なる変形の検出ではなく、一歩進めて変形量の情報に換算して得ることが可能となる。 In Example 1 and Example 2, the characteristics of FIGS. 3 and 6 have been described. If this characteristic is used, it is possible to obtain one step forward and convert it into information on the amount of deformation rather than simply detecting deformation.
例えば図3において、角度θが同じ状態のまま波長のみがΔλ12だけ変化したとする。また前提として初期の形状がAであり、複数形状の特性を保有しているものとすると、その中から変化量Δλ12を参考にして形状Bの特性を特定することができる。この場合に形状A,Bは長さの概念を有する情報であるので、長さの差として変形量を推定することができる。 For example, in FIG. 3, it is assumed that only the wavelength changes by Δλ12 while the angle θ remains the same. Further, assuming that the initial shape is A and possesses characteristics of a plurality of shapes, it is possible to specify the characteristics of the shape B with reference to the variation Δλ12. In this case, since the shapes A and B are information having the concept of length, the deformation amount can be estimated as a difference in length.
また図6において、角度θが変化して、かつ波長がΔλabだけ変化したとする。この前提としては角度の変化を検知していることであり、角度の変化と波長の変化が形状Aの特性上で合致するのであれば、角度の情報から、変形量を推定することができる。なお、角度の変化と波長の変化が形状Aの特性上で合致しない場合には、さらに他の形状の情報も含めた判断により複合的な形状の変位を推定することが可能である。 In FIG. 6, it is assumed that the angle θ changes and the wavelength changes by Δλab. The premise is that a change in angle is detected. If the change in angle and the change in wavelength match on the characteristics of the shape A, the deformation amount can be estimated from the angle information. When the change in the angle and the change in the wavelength do not coincide with each other in the characteristics of the shape A, it is possible to estimate the displacement of the complex shape by judgment including information on other shapes.
以上、本発明の変形量評価装置および方法に関する実施形態について説明したが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment regarding the deformation evaluation apparatus and method of this invention was described, this invention is not limited to these structures.
例えば、図1および図2で光照射部2を凹凸領域1の法線方向に対してある角度をなす位置に設置しても、光観察部3に対して散乱光が到達すれば評価可能である。また、光照射部2と光観察部3を逆の位置に入れ替えても光学的に等価であって問題は無く、光照射部2から凹凸領域1に照射して生じた散乱光が光観察部3に到達する限り、設置場所の状態に応じて凹凸領域1、光照射部2、光観察部3の相対的な位置を変更して構わない。
For example, even if the
また、前述の実施例は凹凸領域1、光照射部2、光観察部3の各位置を固定することを想定しているが、例えば光観察部3が凹凸領域1の法線となす角度θを連続的に変化できるようにして、角度θと観察した波長λとの分布を測定すれば、より多くのデータを得ることができる。また、図1において変形が生じる上下方向だけでなく、図示しない紙面垂直方向にも光観察部3を設置すれば、各方向への変形量を同時に評価することができる。あるいは一台の光観察部3が凹凸領域1を中心として回転できるようにすれば各方向からのデータを連続的に入手することも可能になる。
Moreover, although the above-mentioned Example assumes fixing each position of the uneven | corrugated area | region 1, the
次に、被測定物10表面に凹凸領域1を設ける方法であるが、被測定物表面に凹凸形状を直接に付与してもよい。ただし、本発明は光の回折や干渉を利用するために概ね1マイクロメートル以下の微細な凹凸形状が必要であり、これを機械加工で形成することは難しい。そこで例えば、半導体やMEMSなどの加工技術で微細な凹凸パターンを形成した金型を予め作製し、これを被測定物10表面に押圧もしくは打刻して微細凹凸形状を転写し、凹凸領域1を形成してもよい。被測定物10がステンレスなど硬質で打刻が難しい材料である場合には、被測定物10の表面にアルミニウムなど相対的に軟質な材料の層を蒸着やスパッタで形成し、この層に微細凹凸形状を転写して凹凸領域1を形成しても良い。
Next, although it is the method of providing the uneven | corrugated area | region 1 in the to-
また、被測定物10の表面に直接に凹凸領域1を形成するのではなく、予め微細凹凸形状を付与したシート状部材を被測定物10の表面に貼り付けて使用しても良い。このシート状部材は、例えば半導体プロセスで凹凸形状を形成したシリコンウエハ原版の表面にニッケルめっきを施した後、シリコンウエハ原版を除いて得られるニッケルめっきレプリカを用いることができる。また、使用環境によってはニッケルめっきの代わりに、ポリイミドなど比較的耐熱性の良好な樹脂材料性レプリカを用いることもできる。
Further, instead of directly forming the uneven region 1 on the surface of the device under
さらに、ここまでは連続的な波長分布を有する白色光を用いる場合について述べたが、白色光の代わりに概ね単一の波長を有するレーザ光のような光を用いることも考えられる。レーザ光の場合、凹凸領域1に照射されると凹凸形状に応じた特定の角度に反射することになる。そこで、光観察部3の位置を調整してレーザ光を観察できたときの角度θから、被測定物の変形量や変位量を評価することが可能になる。あるいは、被測定物10が正常な形状もしくは位置にある場合に凹凸領域1から反射した光が観察できる位置に光観察部3を固定しておき、被測定物10の形状もしくは位置に異常を生じた場合には凹凸領域1から反射した光の光量が減少するか観察できなくなるようにして、異常の有無を検知することもできる。
Furthermore, although the case where white light having a continuous wavelength distribution is used has been described so far, it is also conceivable to use light such as laser light having a substantially single wavelength instead of white light. In the case of laser light, when the uneven region 1 is irradiated, it is reflected at a specific angle corresponding to the uneven shape. Therefore, it becomes possible to evaluate the deformation amount and the displacement amount of the object to be measured from the angle θ when the position of the
また本発明においては、波長の変化、つまり色の変化を利用しているが具体的に波長(=色)の変化を把握する手法は既に知られた多くの手法を採用可能であるので、ここでの詳細説明は割愛する。なお本明細書において単に波長という場合には、波長の変化により変化する色などの情報を含む総合的な概念として説明している。 In the present invention, a change in wavelength, that is, a change in color is used. However, since a method for specifically grasping a change in wavelength (= color) can employ many already known methods, The detailed explanation in is omitted. In this specification, the term “wavelength” is used as a comprehensive concept including information such as a color that changes due to a change in wavelength.
先に述べた特許文献の技術と本発明とでは、大きく以下の2点で相違している。相違の第1点は、被測定物に凹凸領域を設けてここを監視対象部位とした点である。第2点は、凹凸領域の変形や変位量で定まる反射光の色、波長に着目した点である。この点について、特許文献では、光が照射された領域中の反射体(特許文献1のビーズ)または非反射体(特許文献2の黒色線)の占める割合が変わることに伴う光量の変化を評価対象としている。 The technique of the patent document described above and the present invention are largely different in the following two points. The first difference is that an uneven area is provided on the object to be measured and this is used as a monitoring target part. The second point is a point paying attention to the color and wavelength of reflected light determined by the deformation and displacement amount of the uneven region. Regarding this point, in the patent document, the change in the amount of light accompanying the change in the proportion of the reflector (the bead in Patent Document 1) or the non-reflector (the black line in Patent Document 2) in the region irradiated with light is evaluated. It is targeted.
これにより、被測定物に連動して凹凸領域が変形することで生じる反射、散乱光を観察することで被測定物の変形、変位を評価することができる。特に、被測定物の変形量、変位量と光学特性との相関を予め把握しておけば、高精度な計測機器を用いなくても変形量を精度良く評価することが可能である。特に周辺環境の明るさなどの影響を受けにくいものとすることができる。 Thereby, the deformation | transformation and displacement of a to-be-measured object can be evaluated by observing the reflection and the scattered light which arise when an uneven | corrugated area | region deform | transforms in connection with a to-be-measured object. In particular, if the amount of deformation of the object to be measured, and the correlation between the amount of displacement and the optical characteristics are known in advance, the amount of deformation can be accurately evaluated without using a highly accurate measuring device. In particular, it can be made less susceptible to the brightness of the surrounding environment.
1:凹凸領域
2:光照射部
3:光観察部
4:判断部
10:被測定物
20:変形量評価装置
1: Uneven region 2: Light irradiation unit 3: Light observation unit 4: Determination unit 10: Object to be measured 20: Deformation amount evaluation device
Claims (10)
前記構造材表面の前記凹凸領域に光を照射するための光照射部と、前記凹凸領域で反射、散乱した光の波長を測定する光観察部と、前後する複数の光観察結果から得られた前記反射散乱光の波長差を用いて前記構造材における変形を検知する判断部を備えたことを特徴とする構造材の変形量評価装置。 A structural material deformation amount evaluation device for detecting deformation in the structural material, with the structural material having an uneven area formed on the surface as a measurement object,
Obtained from a light irradiation part for irradiating light to the uneven area on the surface of the structural material, a light observation part for measuring the wavelength of light reflected and scattered by the uneven area, and a plurality of light observation results before and after An apparatus for evaluating a deformation amount of a structural material, comprising: a determination unit that detects a deformation in the structural material using a wavelength difference of the reflected scattered light.
前記光照射部から照射される光が所定の波長分布を有する光であることを特徴とする構造材の変形量評価装置。 The deformation evaluation apparatus for a structural material according to claim 1,
The apparatus for evaluating a deformation amount of a structural material, wherein the light emitted from the light irradiation unit is light having a predetermined wavelength distribution.
前記光照射部から照射される光が概ね単一波長の光であり、かつ、前記凹凸領域から反射した光を観察できる位置に前記光観察部を移動させるための移動部を有することを特徴とする構造材の変形量評価装置。 The deformation evaluation apparatus for a structural material according to claim 1,
The light emitted from the light irradiator is generally light having a single wavelength, and has a moving part for moving the light observing part to a position where the light reflected from the uneven region can be observed. An apparatus for evaluating the amount of deformation of a structural material.
前記凹凸領域が前記被測定物を構成する材料の表面に凹凸形状を直接形成していることを特徴とする構造材の変形量評価装置。 The structural material deformation amount evaluation apparatus according to claim 1, wherein
An apparatus for evaluating the amount of deformation of a structural material, characterized in that the uneven region directly forms an uneven shape on the surface of the material constituting the object to be measured.
前記被測定物を構成する材料よりも加工し易い材料層を前記被測定物表面に設け、この材料層に凹凸形状を形成して前記凹凸領域を形成していることを特徴とする構造材の変形量評価装置。 The deformation evaluation apparatus for a structural material according to any one of claims 1 to 3,
A material layer that is easier to process than the material constituting the object to be measured is provided on the surface of the object to be measured, and the uneven region is formed by forming an uneven shape on the material layer. Deformation amount evaluation device.
予め凹凸形状を付与して形成した部材を前記被測定物表面に装着して前記凹凸領域を形成していることを特徴とする構造材の変形量評価装置。 The deformation evaluation apparatus for a structural material according to any one of claims 1 to 3,
An apparatus for evaluating a deformation amount of a structural material, wherein the uneven region is formed by attaching a member formed with an uneven shape in advance to the surface of the object to be measured.
前記観察部は前記凹凸領域で反射、散乱した光の輝度、色、および波長分布のうち少なくともひとつ以上を観察することを特徴とする構造材の変形量評価装置。 The structural material deformation amount evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The observation unit observes at least one of luminance, color, and wavelength distribution of light reflected and scattered by the uneven region, and is a structural material deformation amount evaluation apparatus.
前記判断部は、前記光照射部から照射された光が前記凹凸領域で反射、散乱して前記光観察部に至る光の角度と、前記光観察部で検知する反射、散乱光の波長の間の相関特性を、複数の形状の前記凹凸領域について保持しており、変形量を推定することを特徴とする構造材の変形量評価装置。 The deformation evaluation apparatus for a structural material according to any one of claims 1 to 7,
The determination unit is configured such that the light emitted from the light irradiation unit is reflected and scattered by the uneven region and reaches the light observation unit, and the reflection and scattered light wavelengths detected by the light observation unit. The structural material deformation amount evaluation apparatus is characterized in that the above-mentioned correlation characteristics are held for the uneven regions having a plurality of shapes, and the deformation amount is estimated.
前記構造材表面の前記凹凸領域に光を照射し、前記凹凸領域で反射、散乱した光の波長を測定し、前後する複数の光観察結果から得られた前記反射散乱光の波長差を用いて前記構造材における変形を検知することを特徴とする構造材の変形量評価方法。 A method for evaluating the amount of deformation of a structural material for detecting deformation in the structural material, with a structural material having an uneven area formed on the surface as a measurement object,
By irradiating the uneven area on the surface of the structural material with light, measuring the wavelength of light reflected and scattered by the uneven area, and using the wavelength difference of the reflected and scattered light obtained from a plurality of light observation results before and after A method for evaluating a deformation amount of a structural material, comprising detecting deformation in the structural material.
照射された光が前記凹凸領域で反射、散乱するときの光の角度と、反射、散乱光の波長の間の相関特性を、複数の形状の前記凹凸領域について保持しており、変形量を推定することを特徴とする構造材の変形量評価方法。 The deformation evaluation method for a structural material according to claim 9,
Correlation characteristics between the angle of light when the irradiated light is reflected and scattered by the uneven area and the wavelength of the reflected and scattered light are held for the uneven area of multiple shapes, and the amount of deformation is estimated A method for evaluating the amount of deformation of a structural material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015129400A JP6491054B2 (en) | 2015-06-29 | 2015-06-29 | Apparatus and method for evaluating deformation amount of structural material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015129400A JP6491054B2 (en) | 2015-06-29 | 2015-06-29 | Apparatus and method for evaluating deformation amount of structural material |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017015417A true JP2017015417A (en) | 2017-01-19 |
JP2017015417A5 JP2017015417A5 (en) | 2018-03-08 |
JP6491054B2 JP6491054B2 (en) | 2019-03-27 |
Family
ID=57827822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015129400A Active JP6491054B2 (en) | 2015-06-29 | 2015-06-29 | Apparatus and method for evaluating deformation amount of structural material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6491054B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120218561A1 (en) * | 2009-10-13 | 2012-08-30 | Hamamatsu Photonics K.K. | Film thickness measurement device and film thickness measurement method |
JP2014081199A (en) * | 2012-10-12 | 2014-05-08 | Yokogawa Electric Corp | Displacement sensor, spectral characteristics measurement device, color measurement device, planar measurement object quality monitor, displacement measurement method, spectral characteristics measurement method, and color measurement method, using spectrometer |
-
2015
- 2015-06-29 JP JP2015129400A patent/JP6491054B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120218561A1 (en) * | 2009-10-13 | 2012-08-30 | Hamamatsu Photonics K.K. | Film thickness measurement device and film thickness measurement method |
JP2014081199A (en) * | 2012-10-12 | 2014-05-08 | Yokogawa Electric Corp | Displacement sensor, spectral characteristics measurement device, color measurement device, planar measurement object quality monitor, displacement measurement method, spectral characteristics measurement method, and color measurement method, using spectrometer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6491054B2 (en) | 2019-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10295456B2 (en) | Remaining life estimation method for estimating remaining life of high-chromium steel pipe | |
Shrestha et al. | Application of thermal wave imaging and phase shifting method for defect detection in Stainless steel | |
WO2009068763A3 (en) | Method, device and system for measuring nanoscale deformations | |
JP5563169B1 (en) | Distance measuring system and distance measuring method | |
CN102257352B (en) | 3d scanner | |
Wieghold et al. | Detection of sub-500-μm cracks in multicrystalline silicon wafer using edge-illuminated dark-field imaging to enable thin solar cell manufacturing | |
JP2012145538A (en) | Service life evaluation method of metal material | |
JP5531257B2 (en) | Turbine blade flaw detection method | |
JP6491054B2 (en) | Apparatus and method for evaluating deformation amount of structural material | |
JP6324058B2 (en) | Strain measuring method and strain measuring apparatus | |
Conrad et al. | GPU-based digital image correlation system for uniaxial and biaxial crack growth investigations | |
Takahashi et al. | Super resolution optical measurements of nanodefects on Si wafer surface using infrared standing evanescent wave | |
KR102071818B1 (en) | Structure monitoring device | |
CN205538737U (en) | High depth of field surface defect detecting device of optical element of reflection -type dual wavelength holography | |
Johnson et al. | Complexities of Capturing Large Plastic Deformations Using Digital Image Correlation: A Test Case on Full-Scale Pipe Specimens | |
Bassil et al. | Quantification of cracks in reinforced concrete structures using distributed fiber optic sensors | |
Zhou et al. | Diffraction phase microscopy for wafer inspection | |
JP6973324B2 (en) | Anomaly detection method | |
JP2020026991A (en) | Soundness evaluation method | |
JP2020526743A (en) | Smart coating device for monitoring and calibration of storage tanks | |
Wagemann et al. | Fast shape and position control by Moiré-filtering and object-adapted fringe projection | |
Niezrecki et al. | Inspection and Monitoring of Wind Turbine Blade Embedded Defects During Fatigue Testing. | |
CN204855407U (en) | Optical element beauty defects detection device based on reflection -type digit holography | |
KR20120021114A (en) | Life assessment method | |
Li et al. | On-line detection method based on optimal modified lateral shearing interferometry for evaluating the damage growth characteristics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180125 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181211 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190212 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190226 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190228 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6491054 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |