JP4910135B2 - Strain measuring method and strain measuring apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ひずみ測定方法及びひずみ測定装置に関するものであり、微小なひずみも精度よく測定可能としたひずみ測定方法及びひずみ測定装置に関するものである。 The present invention relates to a strain measuring method and a strain measuring apparatus, and more particularly to a strain measuring method and a strain measuring apparatus that can measure a minute strain with high accuracy.
従来、被検体である材料のひずみを測定する必要がある場合には、被検体に抵抗ひずみ計を装着してひずみの測定が行われている。 Conventionally, when it is necessary to measure the strain of a material that is an object, the strain is measured by mounting a resistance strain meter on the object.
抵抗ひずみ計を用いた場合には、被検体には抵抗ひずみ計を装着するための領域が必要であるために、微小な領域の多点測定を行うことが困難であった。 When a resistance strain gauge is used, it is difficult to perform multipoint measurement of a minute area because the subject needs an area for mounting the resistance strain gauge.
そこで、昨今では、被検体の表面の所定位置に圧痕対を形成し、圧痕対間の間隔変動をレーザー光の干渉を利用して測定するひずみ計測装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。すなわち、このひずみ計測装置では、被検体に圧痕を形成していればよいので、被検体の表面における圧痕の占有面積を小さくすることができ、微小な領域のひずみを測定することができる。 Therefore, recently, a strain measuring apparatus has been proposed in which an indentation pair is formed at a predetermined position on the surface of a subject and a variation in the interval between the indentation pairs is measured using laser light interference (for example, Patent Document 1). reference.). That is, in this strain measuring apparatus, since it is only necessary to form an indentation on the subject, the area occupied by the indentation on the surface of the subject can be reduced, and the strain in a minute region can be measured.
あるいは、被検体の表面には、所定間隔で複数の小径の孔、あるいはけがき線を設け、隣接した小径間の間隔寸法の変動、あるいは隣接したけがき線間の間隔寸法の変動からひずみを測定する測定方法も知られている(例えば、特許文献2参照。)。小径間の間隔寸法あるいはけがき線間の間隔寸法は、適宜の撮像装置で小径あるいはけがき線の配設面を撮像し、画像解析を行って間隔寸法の測定を行っており、測定された間隔寸法を解析してひずみの測定を行っている。
しかしながら、被検体の表面に形成した2つの圧痕間の間隔寸法を利用してひずみの測定を行う場合には、最低でも所定間隔だけ離隔させた2つの圧痕が必要であって、この間隔寸法よりも小さい局所的なひずみを測定できないという不具合があった。 However, when the strain is measured using the distance between two indentations formed on the surface of the subject, at least two indentations separated by a predetermined distance are necessary. However, there was a problem that a small local strain could not be measured.
しかも、1組の圧痕対を利用したひずみの測定では、圧痕対を結ぶ直線に沿った方向のひずみしか測定することができず、その直線とは異なる方向のひずみを評価することができないため、被検体に生じたひずみを正確に測定するためには、少なくとも3つの圧痕を設けて3組の圧痕対からひずみを評価する必要があり、被検体の表面に測定用の圧痕を設けるための比較的大きな領域が必要となるという不具合があった。 Moreover, in strain measurement using a pair of indentations, only strain in the direction along the straight line connecting the indentation pairs can be measured, and strain in a direction different from the straight line cannot be evaluated. In order to accurately measure the strain generated in the subject, it is necessary to provide at least three indentations and evaluate the strain from three pairs of indentations. Comparison for providing indentations for measurement on the surface of the subject There was a problem that a large area was required.
さらに、圧痕対を利用したひずみの測定では、被検体の表面の面方向のひずみしか評価することができず、被検体の厚み方向のひずみを評価することができなかった。 Furthermore, in the strain measurement using the indentation pair, only the strain in the surface direction of the subject surface can be evaluated, and the strain in the thickness direction of the subject cannot be evaluated.
本発明者らはこのような現状に鑑み、より微小な領域のひずみを測定可能とするだけでなく、被検体の表面の面方向のひずみとともに被検体の厚み方向のひずみも測定可能とすべく研究開発を行って、本発明をなすに至ったものである。 In view of such a current situation, the present inventors not only enable measurement of strain in a finer region, but also allow measurement of strain in the thickness direction of the subject as well as strain in the surface direction of the surface of the subject. Research and development have been conducted to arrive at the present invention.
本発明の被検体に生じたひずみを測定する測定方法では、被検体に生じている凹状の窪みの形状を第1のタイミングで測定するステップと、この第1のタイミングから所定時間後の第2のタイミングで窪みの形状を測定するステップと、第1のタイミングにおける窪みの形状から、第2のタイミングにおける窪みの形状への形状変化の変化量からひずみを算出するステップとを有するものである。 In the measurement method for measuring strain generated in the subject according to the present invention, the step of measuring the shape of the concave depression generated in the subject at the first timing and the second after a predetermined time from the first timing. Measuring the shape of the dent at the timing, and calculating the strain from the amount of change in shape from the shape of the dent at the first timing to the shape of the dent at the second timing.
さらに、以下の点にも特徴を有するものである。すなわち、
(1)窪みは被検体に形成した圧痕であること。
(2)被検体に圧痕を形成するステップと、圧痕の形成後に、この圧痕の形成にともなって被検体に生じた残留応力を除去する残留応力除去処理を行うステップとを有すること。(3)圧痕は多角錐状の窪みとして多角錐面を有し、圧痕における多角錐面の頂点の移動量に基づいてひずみを算出していること。
(4)多角錐面の各頂点は、多角錐面をそれぞれ多角錐面を含む仮想平面に置き換えて形成される仮想上の窪みの形状から決定した頂点としていること。
Furthermore, the following points are also characteristic. That is,
(1) The depression is an indentation formed on the subject.
(2) The method includes a step of forming an indentation on the subject and a step of performing a residual stress removing process for removing a residual stress generated on the subject with the formation of the indentation after the formation of the indentation. (3) The indentation has a polygonal pyramid surface as a depression of a polygonal pyramid shape, and the strain is calculated based on the movement amount of the apex of the polygonal cone surface in the indentation.
(4) each vertex of pyramid surfaces, that you have an apex which is determined from the shape of the recess on the virtual formed by replacing the imaginary plane containing the pin section respectively pin section.
また、本発明のひずみ測定装置では、被検体に形成した多角錐状の窪みを用いて被検体に生じたひずみを測定するひずみ測定装置であって、被検体にひずみが生じる前後で窪みの形状をそれぞれ測定する窪み形状測定手段と、この窪み形状測定手段で測定された窪みの形状における形状変化の変化量からひずみを算出する演算手段とを備え、窪み形状測定手段では、多角錐状の窪みにおける多角錐面の頂点の位置を測定し、演算手段では頂点の位置の変化量からひずみを算出することとした。 The strain measuring device of the present invention is a strain measuring device for measuring strain generated in a subject using a polygonal cone-shaped recess formed in the subject, and the shape of the recess before and after the strain is generated in the subject. Each of the depression shape measuring means, and an arithmetic means for calculating strain from the amount of change in the shape of the depression measured by the depression shape measuring means. In the depression shape measuring means, a polygonal pyramid shaped depression is provided. The position of the vertex of the polygonal pyramid surface is measured, and the calculation means calculates the strain from the amount of change in the position of the vertex.
さらに、窪み形状測定手段では、多角錐面をそれぞれ多角錐面を含む仮想平面に置き換えて、この仮想平面を用いて窪みの形状を仮想し、仮想された窪みの形状から多角錐面の頂点の位置を特定することにより多角錐面の頂点の位置を測定していることにも特徴を有するものである。 Further, in the depression shape measuring means, the polygonal pyramid surface is replaced with a virtual plane including each polygonal pyramid surface, the depression shape is virtualized using the virtual plane, and the vertex of the polygonal pyramid plane is calculated from the virtual depression shape. It is also characterized in that the position of the apex of the polygonal pyramid surface is measured by specifying the position.
請求項1記載の発明によれば、被検体に生じたひずみを測定する測定方法において、被検体に生じている凹状の窪みの形状を第1のタイミングで測定するステップと、この第1のタイミングから所定時間後の第2のタイミングで窪みの形状を測定するステップと、第1のタイミングにおける窪みの形状から、第2のタイミングにおける窪みの形状への形状変化の変化量からひずみを算出するステップとを有することによって、1つの窪みから被検体に生じたひずみを測定することができ、微小な領域におけるひずみを測定可能とすることができとともに、被検体の厚み方向におけるひずみを測定可能とすることができる。 According to the first aspect of the present invention, in the measurement method for measuring the strain generated in the subject, the step of measuring the shape of the concave depression generated in the subject at the first timing, and the first timing A step of measuring the shape of the dent at a second timing after a predetermined time, and a step of calculating strain from the amount of change in shape from the shape of the dent at the first timing to the shape of the dent at the second timing. It is possible to measure strain generated in a subject from one depression, enable measurement of strain in a minute region, and measurement of strain in the thickness direction of the subject. be able to.
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載のひずみ測定方法において、窪みを被検体に形成した圧痕としたことによって、変形が生じる前の窪みの形状をほぼ一定とすることができ、変形後の形状変化の範囲を容易に想定できるので、窪み形状の測定の効率化を図ることができる。 According to the invention described in claim 2, in the strain measuring method according to claim 1, by forming the depression into an indentation formed in the subject, the shape of the depression before the deformation occurs can be made substantially constant, Since the range of the shape change after the deformation can be easily assumed, the measurement of the hollow shape can be made more efficient.
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載のひずみ測定方法において、被検体に圧痕を形成するステップと、圧痕の形成後に、この圧痕の形成にともなって被検体に生じた残留応力を除去する残留応力除去処理を行うステップとを有することによって、圧痕の形成による影響がひずみの測定結果に及ぶことを抑止できる。 According to a third aspect of the present invention, in the strain measuring method according to the second aspect, the step of forming an indentation in the subject, and after the formation of the indentation, the residual stress generated in the subject with the formation of the indentation is measured. And the step of performing the residual stress removing process to remove the influence of the formation of the indentation on the measurement result of the strain.
請求項4記載の発明によれば、請求項2または請求項3に記載のひずみ測定方法において、圧痕は多角錐状の窪みとして多角錐面を有し、圧痕における多角錐面の頂点の移動量に基づいてひずみを算出していることによって、窪みにおける形状変形の変形量の演算を極めて容易に行うことができ、ひずみの測定結果の出力を高速化できる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the strain measuring method according to the second or third aspect, the indentation has a polygonal pyramid surface as a polygonal pyramid-shaped depression, and the amount of movement of the apex of the polygonal pyramid surface in the indentation By calculating the strain based on this, it is possible to calculate the deformation amount of the shape deformation in the recess very easily, and the output of the strain measurement result can be speeded up.
請求項5記載の発明によれば、請求項4記載のひずみ測定方法において、多角錐面の各頂点は、多角錐面をそれぞれ多角錐面を含む仮想平面に置き換えて形成される仮想上の窪みの形状から決定した頂点としていることによって、多角錐面の頂点を正確に特定でき、測定誤差を小さくして測定精度を向上させることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the strain measuring method according to the fourth aspect, each vertex of the polygonal pyramid surface is a virtual depression formed by replacing the polygonal pyramid surface with a virtual plane including the polygonal pyramid surface. By using the vertex determined from the shape, the vertex of the polygonal pyramid surface can be accurately specified, and the measurement error can be reduced and the measurement accuracy can be improved.
請求項6記載の発明によれば、被検体に形成した多角錐状の窪みを用いて被検体に生じたひずみを測定するひずみ測定装置であって、被検体にひずみが生じる前後で窪みの形状をそれぞれ測定する窪み形状測定手段と、この窪み形状測定手段で測定された窪みの形状における形状変化の変化量からひずみを算出する演算手段とを備え、窪み形状測定手段では、多角錐状の窪みにおける多角錐面の頂点の位置を測定し、演算手段では頂点の位置の変化量からひずみを算出することによって、1つの窪みから被検体に生じたひずみを測定可能としたひずみ測定装置を提供できる。特に、このひずみ測定装置では、被検体の厚み方向におけるひずみを測定可能とすることができる。 According to invention of Claim 6 , it is a distortion | strain measuring apparatus which measures the distortion which arose in the subject using the polygonal cone-shaped dent formed in the subject, Comprising: The shape of a dent before and after a strain | distortion arises in a subject Each of the depression shape measuring means, and an arithmetic means for calculating strain from the amount of change in the shape of the depression measured by the depression shape measuring means. In the depression shape measuring means, a polygonal pyramid shaped depression is provided. By measuring the position of the vertex of the polygonal pyramid surface and calculating the strain from the amount of change in the position of the vertex in the computing means, it is possible to provide a strain measuring apparatus that can measure the strain generated in the subject from one depression. . In particular, this strain measuring apparatus can measure strain in the thickness direction of the subject.
請求項7記載の発明によれば、請求項6記載のひずみ測定装置において、窪み形状測定手段では、多角錐面をそれぞれ多角錐面を含む仮想平面に置き換えて、この仮想平面を用いて窪みの形状を仮想し、仮想された窪みの形状から多角錐面の頂点の位置を特定することにより多角錐面の頂点の位置を測定していることによって、多角錐面の頂点を正確に特定でき、測定誤差を小さくして測定精度を向上させたひずみ測定装置を提供できる。 According to the seventh aspect of the present invention, in the strain measuring device according to the sixth aspect, in the depression shape measuring means, the polygonal pyramid surface is replaced with a virtual plane including the polygonal pyramid surface, and the depression is measured using the virtual plane. By imagining the shape and measuring the position of the vertex of the polygonal cone surface by specifying the position of the vertex of the polygonal cone surface from the virtual shape of the depression, the vertex of the polygonal cone surface can be accurately identified, It is possible to provide a strain measuring apparatus that can improve measurement accuracy by reducing measurement error.
本発明のひずみ測定方法及びひずみ測定装置では、被検体に設けられた単一の凹状の窪みを用い、被検体に生じた変形によって生じる窪みの形状変化の変化量を測定して、この変化量から被検体に生じたひずみを測定しているものである。 In the strain measuring method and the strain measuring apparatus of the present invention, the amount of change in the shape change of the recess caused by the deformation generated in the subject is measured using a single concave recess provided in the subject. Is used to measure strain generated in the subject.
このように単一の窪みを用いることによって、従来のように2つの圧痕を用いた圧痕対によるひずみの測定よりも省スペースでひずみの測定を行うことができ、しかも、圧痕対を結ぶ直線方向の一次元的なひずみの計測だけでなく、三次元のひずみ及び剪断ひずみを測定できる。 By using a single depression in this way, it is possible to perform strain measurement in a space-saving manner compared to conventional strain measurement using an indentation pair using two indentations, and in addition, a linear direction connecting the indentation pair In addition to measuring one-dimensional strain, three-dimensional strain and shear strain can be measured.
被検体は、金属体に限定されるものでなく、凹状の窪みの形状を保持可能であれば、プラスチックなどの合成樹脂材や、半導体基板などの結晶体材、あるいは木材などであってもよく、脆性破壊が生じない範囲でのセラミックス材であってもよい。 The subject is not limited to a metal body, and may be a synthetic resin material such as plastic, a crystal material such as a semiconductor substrate, or wood as long as the shape of the concave can be maintained. Further, it may be a ceramic material as long as brittle fracture does not occur.
凹状の窪みは、被検体の加工処理時に生じたキズなどを利用することもできるが、最も簡単には被検体に圧子を押しつけて形成した圧痕とすることができる。圧痕を用いる場合には、被検体は圧痕の形成が可能なように塑性変形性を有している必要がある。 The concave depression can use a scratch or the like generated during the processing of the subject, but can most easily be an indentation formed by pressing an indenter against the subject. When using an indentation, the subject needs to have plastic deformability so that an indentation can be formed.
このように、窪みとして圧痕を用いた場合には、被検体に変形が生じる前の形状を一定形状とすることができるとともに、変形後の形状変化の範囲を想定可能であることから、窪み形状の測定の効率化を図ることができる。 In this way, when an indentation is used as a depression, the shape before deformation of the subject can be a constant shape and the range of shape change after deformation can be assumed. The efficiency of measurement can be improved.
特に、被検体が金属体などの場合には、被検体への圧痕の形成後に被検体の焼き鈍しによる残留応力除去処理を行って、圧痕の形成にともなって被検体に生じた残留応力を除去しておくことが望ましい。残留応力除去処理を行っておくことにより、圧痕の形成による残留応力など影響が被検体の変形に及び、変形状態が残留応力がない場合の変形状態と異なることを抑制して、被検体に生じたひずみをより正確に測定できる。 In particular, when the specimen is a metal body, the residual stress is removed by annealing the specimen after the impression is formed on the specimen, and the residual stress generated in the specimen due to the formation of the impression is removed. It is desirable to keep it. By performing the residual stress removal process, the effect of residual stress due to the formation of indentations affects the deformation of the object, and the deformation state is different from the deformation state when there is no residual stress. Strain can be measured more accurately.
窪み形状の測定には共焦点顕微鏡を用いることができる。なお、共焦点顕微鏡を用いて窪み形状を測定する場合に限定するものではなく、超音波やレーザーを用いた表面形状の計測装置を用いて窪み形状の測定を行ってもよい。また、被検体の形状が大きい場合には、窪み部分に樹脂材料などを充填して窪み形状の型取りを行って窪みの形状を転写し、転写された窪みの形状を用いて測定を行ってもよい。 A confocal microscope can be used for the measurement of the depression shape. In addition, it is not limited to the case where a hollow shape is measured using a confocal microscope, You may measure a hollow shape using the surface shape measuring device which used the ultrasonic wave and the laser. In addition, if the shape of the subject is large, fill the indentation with a resin material or the like, mold the indentation shape, transfer the indentation shape, and perform measurement using the transferred indentation shape. Also good.
被検体に生じたひずみを測定する場合には、図1に示すフローチャートのように、まず、被検体に設けられている窪みの形状を共焦点顕微鏡などで所定の第1のタイミングで測定しておく(ステップS1)。 When measuring strain generated in a subject, as shown in the flowchart of FIG. 1, first, the shape of a recess provided in the subject is measured at a predetermined first timing with a confocal microscope or the like. (Step S1).
次いで、この第1のタイミングから所定時間後の第2のタイミングで先の窪みの形状を共焦点顕微鏡などで再度測定する(ステップS2)。 Next, the shape of the previous depression is measured again with a confocal microscope or the like at a second timing after a predetermined time from the first timing (step S2).
次いで、第1のタイミングでの窪みの形状から第2のタイミングでの窪みの形状に変化した場合における窪みにおけるひずみを算出する(ステップS3)。窪みにおけるひずみの算出は、例えば、ひずみを評価するひずみパラメータを導入して有限要素法などの解析手段を用いてひずみパラメータを特定することにより行うこともできるし、後述するように第1のタイミングでの窪みの形状から第2のタイミングでの窪みの形状への変化量から適宜の算出式に基づいて算出することによって行うこともできる。 Next, the distortion in the depression when the shape of the depression at the first timing is changed to the shape of the depression at the second timing is calculated (step S3). The calculation of the strain in the depression can be performed, for example, by introducing a strain parameter for evaluating the strain and specifying the strain parameter using an analysis means such as a finite element method, or the first timing as described later. It can also be performed by calculating based on an appropriate calculation formula from the amount of change from the shape of the recess in the shape to the shape of the recess at the second timing.
次いで、被検体のひずみを、窪みのひずみから所定の換算式を用いて算出する(ステップS4)。 Next, the strain of the subject is calculated from the strain of the depression using a predetermined conversion formula (step S4).
このように、窪みに生じたひずみに基づいて被検体に生じたひずみを算出することにより、単一の窪みから被検体に生じたひずみを算出できる。 Thus, by calculating the strain generated in the subject based on the strain generated in the depression, the strain generated in the subject from a single depression can be calculated.
特に、被検体に生じたひずみにより変動しない基準辺を被検体にあらかじめ設定し、第1のタイミングと第2のタイミングで基準辺の位置が不変であるとした場合には、窪みに生じたひずみだけでなく回転を測定することができる。 In particular, when a reference side that does not change due to distortion generated in the subject is set in advance in the subject and the position of the reference side is unchanged at the first timing and the second timing, the distortion generated in the depression As well as rotation can be measured.
さらに、窪み形状を多角錐状とした場合には、窪みを複数の多角錐面で構成でき、窪みにおける形状変形の変形量を多角錐面の頂点の移動量で評価することによって、ひずみ及び回転の評価を極めて容易に行うことができる。 Furthermore, when the depression shape is a polygonal pyramid shape, the depression can be composed of a plurality of polygonal pyramid surfaces, and distortion and rotation can be determined by evaluating the deformation amount of the shape deformation in the depression by the amount of movement of the apex of the polygonal pyramid surface. Can be evaluated very easily.
ここで、被検体における任意の点(x,y,z)の変位は、次式で示されるように一次関数で近似されるものとしている。 Here, the displacement of an arbitrary point (x, y, z) in the subject is approximated by a linear function as shown by the following equation.
例えば、図2に示すように被検体Aに形成する圧痕Bを三角錐形状とした場合、圧痕Bの4つの頂点(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)は、次式で表される。図2(a)は被検体Aに形成した圧痕Bの平面図、図2(b)は図2(a)のX−X断面図である。 For example, when the indentation B formed on the subject A has a triangular pyramid shape as shown in FIG. 2, the four apexes (x 1 , y 1 , z 1 ), (x 2 , y 2 , z 2 ) of the indentation B are shown. ), (X 3 , y 3 , z 3 ), (x 4 , y 4 , z 4 ) are expressed by the following equations. 2A is a plan view of the indentation B formed on the subject A, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG.
これらの式から、Uxは以下のように表される。 From these equations, U x is expressed as follows.
同様に、Uyは以下のように表される。 Similarly, Uy is expressed as:
同様に、Uzは以下のように表される。 Similarly, U z is expressed as:
数6〜8から、a0〜a3,b0〜b3,c0〜c3はそれぞれ次式によって求められる。 From Equations 6 to 8, a 0 to a 3 , b 0 to b 3 , and c 0 to c 3 are obtained by the following equations, respectively.
したがって、次式を得ることができる。 Therefore, the following equation can be obtained.
したがって、三角錐形状の圧痕Bの変位は次式で表すことができる。 Therefore, the displacement of the indentation B having a triangular pyramid shape can be expressed by the following equation.
したがって、変位勾配テンソルは次式で表すことができる。 Therefore, the displacement gradient tensor can be expressed by the following equation.
このようにして得られた圧痕Bのひずみεij及び回転wijを用いるとともに、所定の換算式から、被検体Aに生じたひずみ及び回転を算出することができる。 While using the strain ε ij and the rotation w ij of the indentation B thus obtained, the strain and rotation generated in the subject A can be calculated from a predetermined conversion formula.
具体的には、たとえば、被検体の面方向に作用した負荷によって圧痕にひずみが生じた際に、負荷方向の圧痕のひずみをεin-1、負荷方向と垂直な方向の圧痕のひずみをεin-2、被検体の厚み方向の圧痕のひずみをεin-3とすると、負荷方向の被検体のひずみε1、負荷方向と垂直な方向の被検体のひずみε2、厚み方向の被検体のひずみをε3は、被検体が弾性変形している場合には次式によって算出できる。 Specifically, for example, when the indentation is distorted by a load acting on the surface of the subject, the indentation strain in the load direction is ε in-1 , and the indentation strain in the direction perpendicular to the load direction is ε in-1 . in-2 , where the strain of the indentation in the thickness direction of the subject is ε in-3 , the strain of the subject in the load direction ε 1 , the strain of the subject in the direction perpendicular to the load direction ε 2 , the subject in the thickness direction Ε 3 can be calculated by the following equation when the subject is elastically deformed.
また、被検体が塑性変形している場合には次式によって算出できる。 Further, when the subject is plastically deformed, it can be calculated by the following equation.
このように、圧痕Bに設けた頂点を利用してひずみを測定する場合には、圧痕Bは多角推形状であることが望ましく、特に、図2に示すように三角錐形状とすることにより、最も少ない計算量でひずみを算出できる。なお、圧痕Bは、三角錐形状に限定するものではなく、四角錐形状や五角錐形状であってもよい。 Thus, when measuring strain using the apex provided in the indentation B, the indentation B is preferably a polygonal inferior shape, in particular, by making it a triangular pyramid shape as shown in FIG. Strain can be calculated with the least amount of calculation. The indentation B is not limited to a triangular pyramid shape, and may be a quadrangular pyramid shape or a pentagonal pyramid shape.
特に、圧痕Bは、圧痕内部に頂点を設けておくことにより、この頂点の位置を利用して被検体の厚み方向のひずみを算出できるので、圧痕は錐形状であることが望ましい。 In particular, since the indentation B is provided with an apex inside the indentation, and the strain in the thickness direction of the subject can be calculated using the position of the apex, the indentation is preferably conical.
さらに、圧痕を形成する圧子において、先端部分に平坦面を設けた部分錐形状の圧子とすることにより、図3に示すように、圧痕B'の内部に複数の頂点を設けてもよい。このように圧痕B'の内部に設けた複数の頂点を利用して、被検体Aの厚み方向のひずみ及び/または回転をより正確に算出できる。図3(a)は被検体Aに形成した圧痕B'の平面図、図3(b)は図3(a)のY−Y断面図である。 Furthermore, in the indenter for forming the indentation, a plurality of apexes may be provided inside the indentation B ′ as shown in FIG. 3 by using a partial cone-shaped indenter having a flat surface at the tip. In this way, the strain and / or rotation in the thickness direction of the subject A can be calculated more accurately by using a plurality of vertices provided inside the indentation B ′. 3A is a plan view of the indentation B ′ formed on the subject A, and FIG. 3B is a YY cross-sectional view of FIG. 3A.
図4は、本実施形態のひずみ測定装置の概略模式図であり、本実施形態のひずみ測定装置は、加圧された高温の液体が送給される金属製の送給配管10に生じるひずみを測定している。
FIG. 4 is a schematic diagram of a strain measuring apparatus according to the present embodiment. The strain measuring apparatus according to the present embodiment is configured to measure strain generated in a
送給配管10には、所定位置にひずみ計測用の圧痕bを形成しており、特に、送給配管10への圧痕bの形成後、送給配管10には焼鈍処理を施して、圧痕bの形成にともなって送給配管10に生じた残留応力を除去している。本実施形態では、圧痕bは三角錐形状としており、送給配管10の上側面に所定間隔で設けている。
The feeding
ひずみ測定装置は、送給配管10に設けた圧痕bの窪みの形状を測定する窪み形状測定手段である走査型共晶点レーザー顕微鏡11と、この走査型共晶点レーザー顕微鏡11で測定した圧痕bの窪みの形状からひずみを算出する演算手段であるパーソナルコンピュータで構成した演算部12とを備えている。説明の便宜上、以下においては、「走査型共晶点レーザー顕微鏡」を単に「顕微鏡」と称する。
The strain measuring device includes a scanning eutectic
顕微鏡11は、本実施形態では、送給配管10と平行に設けた支持杆13に吊下げ状態に装着して、顕微鏡11の対物レンズを送給配管10の圧痕bに対向させている。すなわち、顕微鏡11の後端部には、支持杆13に吊下げ状態に装着するための吊下部14を設けて、この吊下部を介して支持杆13に吊下げ状態に装着している。
In this embodiment, the
支持杆13は、温度変動による膨脹あるいは収縮の変動が小さい素材で構成することが望ましく、本実施形態では、送給配管10自体が温度管理された環境下に設けられていることにより、温度による支持杆13の変形が生じにくいことから、スチール製のH鋼を用いている。
The
吊下部14には、支持杆13の上部平面に当接さえた転動ローラ15,15を回動自在に装着しており、図示しない駆動モータで転動ローラ15を回転させることにより吊下部14を支持杆13の長手方向に沿って移動可能とし、吊下部14に沿って顕微鏡11を移動可能としている。
さらに、吊下部14には、支持杆13に設けた位置決め用のマーク(図示せず)を検出する位置決め用センサ16を設けており、位置決め用センサ16によるマークの検出によって顕微鏡11の移動を停止させて、顕微鏡11による圧痕bの測定を行っている。
Further, the hanging part 14 is provided with a
位置決め用センサ16は、光学センサであっても磁気センサであってもよく、適宜のセンサを用いてよい。例えば、光学センサを位置決め用センサ16として用いる場合には、マークには反射材を用いることができ、マークによる反射光を位置決め用センサ16で検出している。また、磁気センサを位置決め用センサ16として用いる場合には、マークには磁石を用いることができ、マークによる磁気を位置決め用センサ16で検出している。
The
パーソナルコンピュータで構成した演算部12は、送給配管10に生じたひずみを測定するひずみ測定プログラムを記憶しており、このひずみ測定プログラムを実行させることにより、後述するようにひずみの測定を行っている。
The
特に、演算部12は、ひずみ測定プログラムに基づいて顕微鏡11だけでなく吊下部14及び位置決め用センサ16も制御して、ひずみ測定を自動的に行っている。
In particular, the
以下において、図5のフローチャートに基づいて、ひずみ測定プログラムによるひずみ測定について説明する。 Hereinafter, strain measurement by the strain measurement program will be described based on the flowchart of FIG.
なお、演算部12の記憶部には、第1のタイミングとして送給配管10の使用を開始した直後における各圧痕bの形状をあらかじめ記憶しているものとし、説明の便宜上、あらかじめ記憶されている圧痕bの形状を「初期形状」と呼ぶこととする。ここで、初期形状として記憶されているデータは、三角錐形状とした圧痕bにおける4つの頂点の座標データであって、顕微鏡11によって検出されたものである。
Note that the storage unit of the
演算部12は、あらかじめ設定されているひずみの測定タイミングに達したことを検出すると(ステップT1)、顕微鏡11を第1番目に測定する圧痕b上に移動させる(ステップT2)。なお、このタイミングが第2のタイミングである。移動の終了の判定は、位置決め用センサ16による所定のマークの検出によって行っている(ステップT3)。
When the
圧痕b上の所定位置に顕微鏡11を配置すると、演算部12は顕微鏡11による圧痕bの測定を行う(ステップT4)。
When the
顕微鏡11で測定された圧痕bの画像データは演算部12に入力され(ステップT5)、演算部12では、入力された画像データを用いて、三角錐形状の圧痕bを構成している3つの三角錐面の方程式及び底面の方程式を最小二乗法などにより特定して、これらの平面の方程式で特定される仮想平面で圧痕bが形成されるものとする(ステップT6)。
The image data of the indentation b measured by the
次いで、演算部12は、ステップT6の仮想平面情報である各平面の方程式から圧痕bの形状を仮想して(ステップT7)、仮想された圧痕bの形状情報から圧痕bを構成している三角錐面の頂点の位置を特定している(ステップT8)。
Next, the
ここで、ステップT7における圧痕bの形状の仮想とは、各平面の方程式から、平面の交わりによって特定される辺の方程式を特定して、三角錐形状の圧痕bの6本の辺の方程式を特定することである。この6本の辺の方程式が特定されることにより圧痕bの形状が特定されることとなる。 Here, the virtual shape of the indentation b in step T7 is an equation of each side specified by the intersection of the planes from the equation of each plane, and the equation of the six sides of the indentation b of the triangular pyramid shape is obtained. It is to identify. By specifying these six side equations, the shape of the indentation b is specified.
そして、ステップT8における三角錐面の頂点の位置の特定とは、6本の辺の方程式の中から互いに交差する3本の辺の方程式を利用して三角錐面の頂点の座標データを特定することである。 The specification of the position of the apex of the triangular pyramid surface in step T8 specifies the coordinate data of the apex of the triangular pyramid surface using the equations of the three sides that intersect each other among the equations of the six sides. That is.
このように、仮想的な平面を利用して三角錐形状となっている圧痕bの頂点の座標データを求めることにより、顕微鏡11で測定された圧痕bの画像データから直接的に頂点の座標データを特定するよりも明確に特定できるので、測定誤差を小さくして測定精度を向上させることができる。
In this way, by obtaining the coordinate data of the apex of the indentation b having a triangular pyramid shape using a virtual plane, the coordinate data of the apex directly from the image data of the indentation b measured by the
演算部12は、特定された圧痕bの4つの頂点の座標データと、初期形状の頂点の座標データとから、前述した算出式に基づいて圧痕bのひずみ及び回転を算出する(ステップT9)。ここで、支持杆13が送給配管10に対して基準辺として用いることにより回転を算出することができる。本実施形態では、支持杆13を基準辺としているが、送給配管10自体に基準辺を設けてもよい。
The
圧痕bのひずみ及び回転の算出後、演算部12は所定の換算式によって換算を行って、被検体である送給配管10に生じたひずみ及び回転を算出している(ステップT10)。算出されたひずみ及び回転はメモリなどの記憶手段に記憶して、1つの圧痕bに対するひずみ及び回転の測定を終了している。
After calculating the strain and rotation of the indentation b, the
所定の圧痕bに対するひずみ及び回転の測定後、演算部12は全ての圧痕bに対するひずみ及び回転の測定が終了したかを判定し(ステップT11)、未測定の圧痕bが有る場合には、演算部12はステップT2に戻って顕微鏡11を次に測定する圧痕b上に移動させる。一方、全ての圧痕bに対するひずみ及び回転の測定が終了していた場合には、演算部12は顕微鏡11を所定の待機位置に移動させて待機状態としている(ステップT12)。
After measuring the strain and rotation for a given indentation b, the
b 圧痕
10 送給配管
11 走査型共晶点レーザー顕微鏡
12 演算部
13 支持杆
14 吊下部
15 転動ローラ
16 位置決め用センサ
b Indentation
10 Supply piping
11 Scanning eutectic point laser microscope
12 Calculation unit
13 Supporting cage
14 Suspended lower part
15 Rolling roller
16 Positioning sensor
Claims (7)
前記被検体に生じている凹状の窪みの形状を第1のタイミングで測定するステップと、
この第1のタイミングから所定時間後の第2のタイミングで前記窪みの形状を測定するステップと、
前記第1のタイミングにおける前記窪みの形状から、前記第2のタイミングにおける前記窪みの形状への形状変化の変化量から前記ひずみを算出するステップと
からなるひずみ測定方法。 A measurement method for measuring strain generated in a subject,
Measuring the shape of the concave depression generated in the subject at a first timing;
Measuring the shape of the depression at a second timing after a predetermined time from the first timing;
A strain measurement method comprising: calculating the strain from a change amount of a shape change from the shape of the recess at the first timing to the shape of the recess at the second timing.
前記圧痕の形成後に、この圧痕の形成にともなって前記被検体に生じた残留応力を除去する残留応力除去処理を行うステップと
を有することを特徴とする請求項2記載のひずみ測定方法。 Forming the indentation in the subject;
The strain measuring method according to claim 2, further comprising a step of performing a residual stress removing process for removing a residual stress generated in the subject with the formation of the indentation after the formation of the indentation.
前記圧痕における前記多角錐面の頂点の移動量に基づいて前記ひずみを算出していることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のひずみ測定方法。 The indentation has a polygonal cone surface as a polygonal cone-shaped depression,
The strain measurement method according to claim 2 or 3, wherein the strain is calculated based on a movement amount of a vertex of the polygonal pyramid surface in the indentation.
前記被検体にひずみが生じる前後で前記窪みの形状をそれぞれ測定する窪み形状測定手段と、Indentation shape measuring means for measuring the shape of the indentation before and after distortion occurs in the subject,
この窪み形状測定手段で測定された前記窪みの形状における形状変化の変化量から前記ひずみを算出する演算手段とArithmetic means for calculating the strain from the amount of change in shape in the shape of the depression measured by the depression shape measuring means;
を備え、With
前記窪み形状測定手段では、多角錐状の前記窪みにおける多角錐面の頂点の位置を測定し、前記演算手段では前記頂点の位置の変化量から前記ひずみを算出しているひずみ測定装置。The strain measuring device wherein the depression shape measuring means measures the position of the apex of the polygonal pyramid surface in the polygonal pyramid shaped depression, and the computing means calculates the strain from the amount of change in the position of the apex.
前記多角錐面をそれぞれ前記多角錐面を含む仮想平面に置き換えて、Replacing each of the polygonal pyramid surfaces with virtual planes including the polygonal pyramidal surfaces,
この仮想平面を用いて前記窪みの形状を仮想し、Using this virtual plane, virtualize the shape of the depression,
仮想された窪みの形状から前記多角錐面の頂点の位置を特定することにより前記多角錐面の頂点の位置を測定していることを特徴とする請求項6記載のひずみ測定装置。The strain measuring device according to claim 6, wherein the position of the apex of the polygonal pyramid surface is measured by specifying the position of the apex of the polygonal pyramid surface from the virtual shape of the depression.
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