JP7054124B2 - ひずみ計測装置及びひずみ計測方法 - Google Patents

Description

本開示は、応力発光体の発光現象に基づいて応力発光体のひずみを計測するひずみ計測装置及びひずみ計測方法に関する。

応力発光体の発光現象に基づいて応力発光体のひずみを計測することにより、応力発光体が塗布或いは混入された試料や構造物等のひずみを解析する技術が知られている。応力発光体は、エネルギー状態が高められるとエネルギーを放出して発光する部材であり、外部から機械的な力が与えられると、内部に生じる応力に応じて発光する。応力発光体の発光強度（輝度）とひずみ量とに相関があることから、カメラ等の撮像装置で応力発光体を撮像し、応力発光体の輝度から応力発光体のひずみを計測することができる。

特開２０１０－１９０８６５号公報（特許文献１）は、このような応力発光体の発光現象に基づいて応力発光体のひずみパターン（ひずみ量及びひずみ速度）を精度よく解析可能な応力発光解析装置を開示する。この応力発光解析装置では、応力発光体に力が加えられたときに、応力発光体が発する光（応力発光）がカメラ等の検知装置によって検知される。そして、応力発光の発光パターンが特定され、特定された発光パターンから応力発光体のひずみパターンが算出される。算出されたひずみパターンは、表示装置へ出力されて表示される（特許文献１参照）。

特開２０１０－１９０８６５号公報

応力発光体に生じるひずみは、応力発光体に力が加えられたときに応力発光体が発する光（応力発光）の大きさに依存するとともに、応力発光の時間変化率にも依存する。たとえば、応力発光の時間変化率が大きいほど（応力発光体に与えられる力の時間変化率が大きいほど）、応力発光体のひずみは小さくなり得る。このため、応力発光体のひずみを表示装置に表示するだけでは、ひずみの発生状況等、ひずみを十分に解析できない可能性がある。

本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、応力発光体のひずみを十分に解析するための情報を利用者に提示可能なひずみ計測装置及びひずみ計測方法を提供することである。

本開示におけるひずみ計測装置は、応力発光体の発光現象に基づいて応力発光体のひずみを計測するひずみ計測装置であって、検知装置と、処理装置と、表示装置とを備える。検知装置は、応力発光体が発する光を検知するように構成される。処理装置は、応力発光体に力が加えられたときの応力発光体の発光パターンに基づいて、応力発光体に力が加えられたときの応力発光体のひずみを算出するように構成される。表示装置は、検知装置により検知された応力発光体の発光の分布を示す発光画像と、処理装置により算出された応力発光体のひずみの分布を示すひずみ画像とを並列して表示するように構成される。

また、本開示におけるひずみ計測方法は、応力発光体の発光現象に基づいて応力発光体のひずみを計測するひずみ計測方法であって、応力発光体に力が加えられたときの応力発光体の発光パターンを取得するステップと、取得された発光パターンに基づいて、応力発光体に力が加えられたときの応力発光体のひずみを算出するステップと、応力発光体の発光の分布を示す発光画像と、算出された応力発光体のひずみの分布を示すひずみ画像とを、表示装置において並列して表示するステップとを含む。

応力発光体のひずみは、応力発光体が発する光（応力発光）の大きさとともに、応力発光の時間変化率にも依存するので、応力発光体への力の加え方によっては、ひずみが想定と異なる場合もある。このひずみ計測装置及びひずみ計測方法においては、応力発光体の発光画像とひずみ画像とが並列して表示されるので、ひずみ画像に示されるひずみが想定と異なるような場合に、発光画像により発光状態を参照しつつひずみを解析することが可能となる。このように、このひずみ計測装置及びひずみ計測方法によれば、応力発光体のひずみを十分に解析するための情報を利用者に提示することができる。

表示装置は、発光画像とひずみ画像とを同期して並列表示するように構成されてもよい。

これにより、ひずみ画像と同期する発光画像を参照しながらひずみを解析することが可能となる。

表示装置は、ひずみ画像が積算された積算ひずみ画像を発光画像と並列して表示するように構成されてもよい。

積算ひずみ画像は、過去のひずみの情報を含むため、ひずみを解析するうえで有用な情報となり得る一方で、ひずみが生じたタイミングは把握しづらい。このひずみ計測装置によれば、積算ひずみ画像に発光画像が並列して表示されるので、発光画像により時々刻々の発光状態を確認しつつ、積算ひずみ画像によりひずみの履歴を確認することができる。

また、表示装置は、発光画像が積算された積算発光画像をひずみ画像と並列して表示するように構成されてもよい。

これにより、応力発光体の発光状態を強調して表示することができる。
表示装置は、発光画像及びひずみ画像の少なくとも一方において、表示対象の拡大、縮小及び移動の少なくともいずれかの操作を入力可能に構成され、発光画像及びひずみ画像の双方において、上記操作に応じた表示を連動して行なうようにしてもよい。

このような構成により、利用者は、表示対象の拡大、縮小、又は移動の操作を行なう場合に、発光画像及びひずみ画像の一方で上記操作を行なうことにより両画像において操作に対応した表示が行なわれるので、上記操作の入力の利便性が向上する。

処理装置は、ひずみから応力発光体の応力をさらに算出するように構成され、表示装置は、ひずみ画像に代えて、応力発光体の応力の分布を示す応力画像を発光画像と並列して表示するように構成されてもよい。

これにより、利用者は、発光画像により応力発光体の発光状態を参照しながら、応力発光体の応力の分布を確認することができる。

本開示におけるひずみ計測装置及びひずみ計測方法によれば、応力発光体のひずみを十分に解析するための情報を利用者に提示することができる。

本開示の実施の形態１に従うひずみ計測装置の全体構成を示す図である。 試料に塗布された応力発光体の一例を示す図である。 撮像装置により撮像された応力発光体の輝度の推移例を示す図である。 応力発光体の応力発光量の推移を示す図である。 応力発光量の大きさと応力発光体のひずみとの関係を定性的に示す図である。 応力発光量の時間変化率と応力発光体のひずみとの関係を定性的に示す図である。 処理装置の構成を機能的に示すブロック図である。 表示装置の表示構成の一例を示す図である。 処理装置により実行される応力発光画像とひずみ画像との同期表示処理の手順の一例を示すフローチャートである。 応力発光体のひずみを算出するひずみ算出処理の詳細を説明するフローチャートである。 図１０のステップＳ１１０において実行される残光データ取得処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図１０のステップＳ１２０において実行される応力発光データ取得処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図１０のステップＳ１３０において実行されるひずみ量算出処理の手順の一例を示すフローチャートである。 応力発光体のひずみを算出するためのひずみ算出モデルの導出方法を説明するフローチャートである。 実施の形態２における処理装置の構成を機能的に示すブロック図である。 実施の形態２におけるひずみ画像ＤＢのデータ構成を示す図である。 実施の形態２における表示装置の表示構成の一例を示す図である。 表示装置に積算ひずみ画像を表示するための積算画像表示処理の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本開示の実施の形態１に従うひずみ計測装置の全体構成を示す図である。このひずみ計測装置は、応力発光体の発光現象に基づいて応力発光体のひずみを計測する。応力発光体は、外部からエネルギーが与えられると発光する物体であり、代表的には、ユウロピウム添加アルミン酸ストロンチウムや、マンガン添加硫化亜鉛等を添加した粉末状のセラミック微粒子である。この粉末状の微粒子をたとえば塗料に含ませて対象物に塗布することにより、応力が生じた箇所の微粒子が発光し、その発光強度（輝度）からひずみが計測される。

図１を参照して、ひずみ計測装置１０は、光源２０と、撮像装置３０と、処理装置４０と、記憶装置５０と、表示装置６０とを備える。

光源２０は、応力発光体を励起するための励起光を発生する。応力発光体は、励起光が照射されることにより所定状態に励起される。ひずみが生じた応力発光体を撮像装置３０で撮像可能な程度に発光させるためには、応力発光体に励起光を照射してエネルギー状態を高めておくことが有効であり、応力発光体に外力を加える前に光源２０により応力発光体に励起光が照射される。応力発光体の励起状態によって、応力発光体に外力を付与したときの発光強度が異なるため、光源２０による励起光の照射エネルギー及び照射時間は一定とされる。これにより、応力発光体は一定状態に励起される。光源２０には、たとえばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることができる。

撮像装置３０は、応力発光体が発する光を撮像するための装置である。撮像装置３０は、応力発光体の発光強度を検知し、発光強度に応じた輝度を処理装置４０へ出力する。この撮像装置３０は、応力発光体が発する光を検知する「検知装置」に相当する。なお、検知された発光強度の輝度への変換は、処理装置４０において行なってもよい。撮像装置３０には、たとえばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラを用いることができる。

処理装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４２と、メモリ４４と、各種信号を入出力するための入出力バッファ４６とを含んで構成される。ＣＰＵ４２は、ハードディスクやソリッドステートディスク等の外部記憶装置（記憶装置５０でもよい。）に格納されているプログラムをメモリ４４に展開して実行する。外部記憶装置に格納されるプログラムは、処理装置４０の処理手順が記されたプログラムである。処理装置４０は、これらのプログラムに従って、ひずみ計測装置１０における各種制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。処理装置４０によって実行される主要な処理については、後ほど詳しく説明する。

記憶装置５０は、撮像装置３０によって撮像された画像（応力発光体の発光画像）のデータや、処理装置４０により算出される応力発光体のひずみの分布を示す画像（ひずみ画像）のデータを記憶する。また、記憶装置５０は、応力発光体のひずみ量を算出するためのひずみ算出モデルを記憶する。画像データを記憶する記憶装置と、ひずみ算出モデルを記憶する記憶装置とは、個別に設けてもよい。記憶装置５０には、たとえばハードディスクやソリッドステートディスク等を用いることができる。

表示装置６０は、応力発光体の発光画像及びひずみ画像等を表示するディスプレイである。表示装置６０は、ユーザの指示に従って、発光画像やひずみ画像のデータを記憶装置５０から受けて表示する。表示装置６０は、たとえば、ユーザが操作可能なタッチパネルを備えるディスプレイによって構成される。この実施の形態１に従うひずみ計測装置１０では、応力発光体の発光画像とひずみ画像とが表示装置６０において同期して並列表示される。この点については、後ほど詳しく説明する。

図２は、試料に塗布された応力発光体の一例を示す図である。図２を参照して、応力発光体１００は、たとえば、塗料の状態にしてエアブラシや刷毛等により試料１１０に塗布される。中央の丸部は、試料１１０及び応力発光体１００に形成された孔である。なお、応力発光体１００は、樹脂等に混入させて試料１１０に貼り付ける等してもよい。

以下では、応力発光体１００は、図２に示されるように塗料の状態にして試料１１０に塗布されるものとし、試料１１０に引張力を付与した場合の応力発光体１００のひずみ（ひいては試料１１０のひずみ）が計測されるものとする。

図３は、撮像装置３０により撮像された応力発光体１００の輝度の推移例を示す図である。輝度は、応力発光体１００の発光強度に比例するため、この図は、応力発光体１００の発光強度の推移を表わす。また、この図では、撮像装置３０のある１画素に対応する輝度が示されている。すなわち、この図は、撮像装置３０のある１画素に対応する部位の発光強度（輝度）の推移を表わしている。

図３を参照して、時刻ｔ０において、光源２０による励起光の照射が終了したものとする。励起光の照射が終了すると、応力発光体１００は発光することでエネルギーを放出し、時間の経過とともに輝度は低下する。

時刻ｔ１において、図２に示したような引張力が試料１１０に付与されることにより、応力発光体１００に外力（機械的エネルギー）が付与される。なお、試料１１０に付与する力は、試料１１０を塑性変形させるものではなく、試料１１０は弾性変形をするものとする。すなわち、引張力が付与されてひずみが生じた試料１１０は、力が除去されると、力を付与する前の状態に復帰する。

外力が付与されると、応力発光体１００の発光強度が増加し、輝度が高くなる（実線ｋ１）。なお、以下では、外力を受けて応力が生じたことによる発光を「応力発光」と称し、応力発光による輝度の増分を「応力発光量（輝度）」と称する場合がある。

そして、時刻ｔ２において外力が除去されると、輝度は、再び時間の経過とともに低下する。なお、点線ｋ２は、試料１１０に引張力が付与されない場合、すなわち、応力発光体１００に外力が付与されない場合の輝度の推移を示す。この点線ｋ２は、応力発光体１００の残光量（輝度）を示すものである。

図４は、応力発光体１００の応力発光量の推移を示す図である。応力発光量は、応力発光体１００に外力を付与したときの全発光量（輝度）から残光量（輝度）を差引くことによって得られ、図３に示した点線ｋ２をベースとした場合の実線ｋ１の推移に相当する。

図４を参照して、時刻ｔ１において外力が付与されると、応力発光量が増加し、時刻ｔ２において外力が除去された後は、応力発光量は時間の経過とともに減少する。

図５は、応力発光量の大きさと応力発光体１００のひずみとの関係を定性的に示す図である。図５において、横軸は、応力発光量（輝度）を示し、縦軸は、応力発光体１００のひずみを示す。

図５を参照して、励起光によって応力発光体１００が一定状態に励起され、応力発光量の時間変化率（輝度変化率）が一定であるとの条件下では、応力発光量が大きいほど応力発光体１００のひずみも大きい。

図６は、応力発光量の時間変化率と応力発光体１００のひずみとの関係を定性的に示す図である。図６において、横軸は、応力発光量の時間変化率である輝度変化率を示し、縦軸は、応力発光体１００のひずみを示す。

図６を参照して、励起光によって応力発光体１００が一定状態に励起され、応力発光量の大きさが一定であるとの条件下では、輝度変化率が大きいほど応力発光体１００のひずみは小さい。

図５，図６に示されるように、応力発光体１００のひずみは、応力発光量の大きさに依存するとともに、応力発光量の時間変化率にも依存する。そこで、たとえば、応力発光体が塗布された標準試料を用いて、種々の条件で標準試料に力を加えたときの発光パターン（応力発光量の大きさ及び時間変化率）とひずみとの関係を予め求めておき、その関係を用いて、応力発光体１００に力が加えられたときの発光パターンから応力発光体１００のひずみを算出することが可能である。

上記のように、応力発光体１００のひずみは、応力発光量の大きさだけでなく応力発光量の時間変化率にも依存し、たとえば、時間変化率が大きいほど（応力発光体１００に与えられる力の時間変化率が大きいほど）、ひずみは小さくなり得る。このため、応力発光体１００への力の加え方によっては、ひずみが想定と異なる場合もある。したがって、ひずみを表示装置に表示するだけでは、ひずみの発生状況等、ひずみを十分に解析できない可能性がある。

そこで、この実施の形態１に従うひずみ計測装置１０では、表示装置６０において、応力発光体１００の発光画像とひずみ画像とが同期して並列表示される。これにより、たとえば、ひずみ画像に示されるひずみが想定と異なるような場合に、発光画像により応力発光の状態を参照しながらひずみを解析することが可能となる。以下、表示装置６０における発光画像とひずみ画像との表示について、詳しく説明する。

図７は、処理装置４０の構成を機能的に示すブロック図である。なお、この図７では、光源２０については図示していない。図７を参照して、処理装置４０は、ひずみ算出部１２２と、表示制御部１２４とを含む。

ひずみ算出部１２２は、撮像装置３０によって時々刻々と撮像される応力発光体１００の発光画像を撮像装置３０から取得する。そして、ひずみ算出部１２２は、取得された発光画像のうち、応力発光の前後所定期間（たとえば、図３の時刻ｔ１の少し手前から応力発光が消滅するまで）の画像を応力発光画像として記憶装置５０へ出力する。記憶装置５０へ出力された応力発光画像は、時系列順にナンバリングされて記憶装置５０の応力発光画像ＤＢ５２に格納される。

また、ひずみ算出部１２２は、応力発光画像ＤＢ５２に格納された応力発光画像を用いて、画素毎に応力発光の発光パターン（応力発光量の大きさ及び時間変化率）を算出し、算出された発光パターンに基づいて応力発光体１００のひずみを算出する。具体的には、ひずみ算出部１２２は、応力発光体の塗布量（厚み）が均一に構成された標準試料を用いて、種々の発光パターンとひずみとの関係を予め求めて記憶装置５０（図１）に記憶しておき、その関係を用いて、応力発光体１００に力が加えられたときの発光パターンから応力発光体１００のひずみを算出する。

そして、ひずみ算出部１２２は、画素毎に算出されたひずみの分布を示すひずみ画像を記憶装置５０へ出力する。記憶装置５０へ出力されたひずみ画像は、応力発光画像と同様に時系列順にナンバリングされて記憶装置５０のひずみ画像ＤＢ５４に格納される。

表示制御部１２４は、応力発光画像ＤＢ５２に格納されている応力発光画像と、ひずみ画像ＤＢ５４に格納されているひずみ画像とを同期させて表示装置６０へ出力する。具体的には、後述のように、ひずみ画像ＤＢ５４に格納されている時系列の一連のひずみ画像のうちのどの画像を表示させるかを表示装置６０においてユーザが指示可能であり、表示制御部１２４は、表示装置６０において指示されたひずみ画像をひずみ画像ＤＢ５４から読出して表示装置６０へ出力するとともに、そのひずみ画像と同期する応力発光画像を応力発光画像ＤＢ５２から読出して表示装置６０へ出力する。

図８は、表示装置６０の表示構成の一例を示す図である。図８を参照して、表示装置６０は、発光画像表示部６２と、ひずみ画像表示部６６と、表示バー７０とを含む。発光画像表示部６２は、処理装置４０から受ける応力発光画像を表示する。ひずみ画像表示部６６は、処理装置４０から受けるひずみ画像を表示する。発光画像表示部６２とひずみ画像表示部６６とは、並列して配置されている。

表示バー７０は、記憶装置５０のひずみ画像ＤＢ５４に格納された時系列の一連のひずみ画像のうち、ひずみ画像表示部６６に表示させるひずみ画像を利用者が選択するための操作部である。表示バー７０は、ポインタ７２を利用者が操作可能に構成されており、表示装置６０は、表示バー７０上のポインタ７２の位置に応じた信号を処理装置４０へ出力する。

上記の信号を表示装置６０から受けた処理装置４０は、その信号に応じたひずみ画像及びそのひずみ画像に同期する応力発光画像をそれぞれ記憶装置５０のひずみ画像ＤＢ５４及び応力発光画像ＤＢ５２から読出し、読出されたひずみ画像及び応力発光画像を表示装置６０へ出力する。これにより、表示バー７０上のポインタ７２の位置に応じたひずみ画像及び応力発光画像が、ひずみ画像表示部６６及び発光画像表示部６２にそれぞれ表示される。

図９は、処理装置４０により実行される応力発光画像とひずみ画像との同期表示処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。

図９を参照して、処理装置４０は、表示バー７０が操作されたか否かを判定する（ステップＳ１０）。表示バー７０の操作の有無は、表示装置６０からの信号に基づいて判定される。表示バー７０が操作されていない場合には（ステップＳ１０においてＮＯ）、処理装置４０は、以降の一連の処理を実行することなくリターンへと処理を移行する。この場合、表示装置６０に画像が表示されていれば、その表示が維持される。

ステップＳ１０において表示バー７０が操作されたと判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、処理装置４０は、表示バー７０上のポインタ７２の位置に対応する表示画像Ｎｏを取得する（ステップＳ２０）。この表示画像Ｎｏは、表示バー７０上のポインタ７２の位置に応じて予め対応付けられている。

次いで、処理装置４０は、表示画像Ｎｏに対応するひずみ画像を記憶装置５０のひずみ画像ＤＢ５４から取得する（ステップＳ３０）。上述のように、ひずみ画像ＤＢ５４に格納されているひずみ画像には、時系列順にナンバリングされており、表示画像Ｎｏに対応するデータＮｏを有するひずみ画像がひずみ画像ＤＢ５４から読出される。

続いて、処理装置４０は、取得されたひずみ画像に同期する応力発光画像を応力発光画像ＤＢ５２から取得する（ステップＳ４０）。応力発光画像ＤＢ５２に格納されている応力発光画像と、ひずみ画像ＤＢ５４に格納されているひずみ画像とは、時系列順に対応付けされており、処理装置４０は、ステップＳ３０において取得されるひずみ画像に対応する応力発光画像を応力発光画像ＤＢ５２から取得する。

そして、処理装置４０は、ステップＳ３０において取得されたひずみ画像と、ステップＳ４０において取得された応力発光画像とを表示装置６０へ出力する（ステップＳ５０）。これにより、表示バー７０によって指示されたひずみ画像と、そのひずみ画像に同期する応力発光画像とが、表示装置６０において並列して表示される。

以下では、図１０から図１４を用いて、応力発光体１００のひずみを算出する処理の詳細について説明する。

図１０は、応力発光体１００のひずみを算出するひずみ算出処理の詳細を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、撮像装置３０の画素毎に実行される。

図１０を参照して、処理装置４０は、まず、応力発光体１００の残光量のデータを取得する残光データ取得処理を実行する（ステップＳ１１０）。残光データ取得処理の詳細については、後ほど図１１を用いて説明する。

次いで、処理装置４０は、試料１１０に引張力を付与することにより応力発光体１００に力が加えられたときの発光量のデータ（応力発光データ）を取得する応力発光データ取得処理を実行する（ステップＳ１２０）。応力発光データ取得処理の詳細については、後ほど図１２を用いて説明する。

そして、処理装置４０は、ステップＳ１１０において取得された残光量のデータと、ステップＳ１２０において取得された応力発光データとから、応力発光体１００のひずみ量を算出するひずみ量算出処理を実行する（ステップＳ１３０）。

図１１は、図１０のステップＳ１１０において実行される残光データ取得処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、上述のように図１０のひずみ算出処理は撮像装置３０の画素毎に実行されるので、このフローチャートに示される処理も、撮像装置３０の画素毎に実行される。

図１１を参照して、処理装置４０は、光源２０から応力発光体１００へ励起光を照射するように光源２０を制御する（ステップＳ２１０）。そして、処理装置４０は、励起光の照射開始から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２２０）。この所定時間は、励起光によって応力発光体１００が所定のエネルギー状態まで高められるのに必要な時間であり、たとえば、光源２０から出力される励起光の強度及び応力発光体１００の種類によって決定される。

ステップＳ２２０において所定時間が経過したものと判定されると（ステップＳ２２０においてＹＥＳ）、処理装置４０は、光源２０から応力発光体１００への励起光の照射を終了するように光源２０を制御する（ステップＳ２３０）。

励起光の照射が終了すると、残光データの取得が開始される。具体的には、撮像装置３０の露光時間（たとえば１００ミリ秒）毎に、撮像装置３０によって応力発光体１００の発光強度が検知され、発光強度に応じた輝度が処理装置４０へ出力される。

そして、処理装置４０は、励起光の照射終了から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２４０）。この所定時間は、応力発光体１００からの残光量が規定レベルまで低下するのに必要な時間であり、たとえば、励起光による応力発光体１００の励起状態及び応力発光体１００の種類によって決定される。

ステップＳ２４０において所定時間が経過したものと判定されると（ステップＳ２４０においてＹＥＳ）、処理装置４０は、励起光の照射終了からの輝度データ（残光データ）を照射終了からの経過時間とともに時系列に記憶装置５０に保存する（ステップＳ２５０）。上述のように、この図１１に示される一連の処理は撮像装置３０の画素毎に実行されるので、残光データも画素毎に取得されて記憶装置５０に保存される。

図１２は、図１０のステップＳ１２０において実行される応力発光データ取得処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理も、図１１に示した残光データ取得処理と同様に撮像装置３０の画素毎に実行される。

図１２を参照して、ステップＳ３１０～Ｓ３３０の処理は、それぞれ図１１に示したステップＳ２１０～Ｓ２３０の処理と同じである。

ステップＳ３３０において励起光の照射が終了すると、応力発光データの取得が開始される。具体的には、撮像装置３０の露光時間（たとえば１００ミリ秒）毎に、撮像装置３０によって応力発光体１００の発光強度が検知され、発光強度に応じた輝度が時系列に処理装置４０へ出力される。

この応力発光データ取得処理では、ステップＳ３３０において励起光の照射が終了すると、処理装置４０は、励起光の照射終了から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３４０）。この所定時間は、応力発光体１００に外力を付与するタイミングを規定するものであり、図３に示される時刻ｔ０～ｔ１の時間に相当する。

ステップＳ３４０において所定時間が経過したものと判定されると（ステップＳ３４０においてＹＥＳ）、処理装置４０は、試料１１０に力（たとえば引張力）を加えることによって応力発光体１００に外力を付与するための処理を実行する（ステップＳ３５０）。外力の付与は、図３に示される時刻ｔ１～ｔ２に相当する時間Δｔの間行なわれる。

そして、処理装置４０は、外力の付与が行なわれてから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３６０）。この所定時間は、応力発光体１００の輝度が規定レベルまで低下するのに必要な時間である。

ステップＳ３６０において所定時間が経過したものと判定されると（ステップＳ３６０においてＹＥＳ）、処理装置４０は、励起光の照射終了からの輝度データ（応力発光データ）を照射終了からの経過時間とともに時系列に記憶装置５０に保存する（ステップＳ３７０）。上述のように、この図１２に示される一連の処理は撮像装置３０の画素毎に実行されるので、応力発光データも画素毎に取得されて記憶装置５０に保存される。

図１３は、図１０のステップＳ１３０において実行されるひずみ量算出処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理も、上述の残光データ取得処理（図１１）及び応力発光データ取得処理（図１２）と同様に撮像装置３０の画素毎に実行される。

図１３を参照して、処理装置４０は、応力発光データ取得処理（図１２）により取得された応力発光データ（輝度）と、残光データ取得処理（図１１）により取得された残光データ（輝度）とを記憶装置５０から時系列順に読出すためのカウンタｉを１とする（ステップＳ４１０）。

次いで、処理装置４０は、応力発光データ取得処理により取得されたｉ番目の応力発光データ（輝度）と、残光データ取得処理により取得されたｉ番目の残光データ（輝度）とを記憶装置５０から読出し、応力発光データと残光データとの差分（すなわち応力発光量）を算出する（ステップＳ４２０）。

次いで、処理装置４０は、ステップＳ４２０において算出された応力発光量の変化率（前回値との差分）を算出する（ステップＳ４３０）。なお、ｉ＝１のときは、変化率は０とする。

次いで、処理装置４０は、取得された発光パターン（ステップＳ４２０において算出された応力発光量の大きさ、及びステップＳ４３０において算出された輝度変化率）に基づいて、記憶装置５０に記憶されたひずみ算出モデルを用いてひずみ量を算出する（ステップＳ４４０）。

ひずみ算出モデルは、応力発光体の発光パターンとひずみとの関係を規定するものである。ひずみ算出モデルは、この応力発光体１００のひずみ計測に先立って、標準試料を用いて予め求められ、記憶装置５０に記憶されている。ひずみ算出モデルの導出方法については、後ほど図１４を用いて説明する。

ステップＳ４４０においてひずみ量が算出されると、処理装置４０は、算出されたひずみ量を記憶装置５０に保存する（ステップＳ４５０）。その後、処理装置４０は、応力発光データ及び残光データが終了したか否かを判定し、未演算のデータがまだ残っていれば（ステップＳ４６０においてＮＯ）、カウンタｉをカウントアップして（ステップＳ４７０）、ステップＳ４２０へ処理を戻す。なお、未演算のデータが残っていなければ（ステップＳ４６０においてＹＥＳ）、エンドへと処理が移行される。

図１４は、応力発光体１００のひずみを算出するためのひずみ算出モデルの導出方法を説明するフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、図１０に示したひずみ算出処理が実行される前に予め実行され、導出されたひずみ算出モデルは、図１３のステップＳ４４０において用いられる。

図１４を参照して、応力発光体が塗布された標準試料が準備される（ステップＳ５１０）。この標準試料は、応力発光体の塗布量（厚み）が均一に構成されているものである。

次いで、ステップＳ５２０において、標準試料の残光量を示す残光データが取得される。残光データの取得は、図１０のステップＳ１１０における残光データ取得処理と同じ手順によって行なわれる。

続いて、ステップＳ５３０～Ｓ５５０において、標準試料にたとえば引張力を付与することによって応力発光体に外力が付与された場合に、応力発光体に実際に生じるひずみが測定される。このステップＳ５３０～Ｓ５５０の処理は、力を付与する速度（標準試料の引張速度）を変えて複数パターン実施される。

具体的には、ステップＳ５３０において、標準試料をある引張力で引っ張ることにより応力発光体に外力が付与され、応力発光体の発光量を示す応力発光データが取得される。この応力発光データの取得は、図１２に示した応力発光データ取得処理と同じ手順によって行なわれる。なお、この応力発光データも、残光データと同様に撮像装置３０の画素毎に取得する必要はなく、全画素の平均値であってもよいし、ある画素に基づく応力発光データを代表値としてもよい。

次いで、ステップＳ５４０において、ステップＳ５３０において取得された応力発光データと、ステップＳ５２０において取得された残光データとを用いて発光パターン（応力発光量及び輝度変化率）が算出される。この発光パターンの算出は、図１３に示したひずみ量算出処理のステップＳ４２０，Ｓ４３０と同じ手順によって行なわれる。

さらに、ステップＳ５５０において、ひずみゲージ（図示せず）の測定値が取得される。すなわち、標準試料については、実際のひずみ量を測定するためのひずみゲージが設けられており、ステップＳ５３０において外力が付与されたときの実際のひずみ量がひずみゲージによって測定される。

外力の付与速度を変えてステップＳ５３０～Ｓ５５０の処理が複数パターン実施されることにより、発光パターンとひずみ（測定値）との関係が多数得られる。

そして、ステップＳ５６０において、ステップＳ５３０～Ｓ５５０の処理によって得られた多数のデータを用いて、発光パターン（応力発光量及び輝度変化率）とひずみとの関係を示すひずみ算出モデルが導出される。なお、このひずみ算出モデルは、回帰分析に基づく回帰式であってもよいし、得られたデータに基づくマップやテーブル等であってもよい。そして、導出されたひずみ算出モデルは、記憶装置５０に記憶される。

なお、上記では、応力発光体は、塗料の状態にして試料に塗布されるものとしたが、応力発光体が混入された樹脂等の試料についても、同様の手法でひずみを算出することができる。すなわち、応力発光体の混入量（濃度）によっても、応力発光体の発光量及び残光量（輝度）が異なるところ、標準試料を用いて、種々の発光パターンとひずみとの関係を予め求めて記憶装置５０に記憶しておき、その関係を用いて、計測対象である応力発光体１００に力が加えられたときの発光パターンから、応力発光体１００のひずみを算出することができる。

以上のように、この実施の形態１においては、応力発光体１００の発光画像とひずみ画像とが同期して並列表示されるので、利用者は、ひずみ画像と同期する発光画像を参照しながらひずみの解析を行なうことが可能となる。このように、この実施の形態１によれば、応力発光体１００のひずみを十分に解析するための情報を利用者に提示することができる。

［実施の形態２］
この実施の形態２では、表示装置において、ひずみ画像を積算した画像（以下「積算ひずみ画像」とも称する。）をひずみ画像表示部に表示可能に構成される。積算ひずみ画像は、過去のひずみの情報を含むため、ひずみを解析するうえで有用な情報となり得るが、ひずみが生じたタイミングの把握が難しい。この実施の形態２では、積算ひずみ画像が表示される場合に、積算ひずみ画像に応力発光画像が並列して表示されるので、応力発光画像により時々刻々の発光状態を確認しつつ、積算ひずみ画像によりひずみの履歴を確認することができる。

実施の形態２に従うひずみ計測装置の全体構成は、図１に示したひずみ計測装置１０と同じである。

図１５は、実施の形態２における処理装置の構成を機能的に示すブロック図である。図１５を参照して、処理装置４０Ａは、図７に示した実施の形態１における処理装置４０において、積算処理部１２６をさらに含む。

積算処理部１２６は、積算ひずみ画像を生成する処理を実行する。具体的には、積算処理部１２６は、記憶装置５０のひずみ画像ＤＢ５４に格納された時系列のひずみ画像の各々に対して、当該ひずみ画像が生成されるまでのひずみ画像を積算した積算ひずみ画像を生成し、生成された積算ひずみ画像を当該ひずみ画像と対応付けてひずみ画像ＤＢ５４に格納する。

図１６は、実施の形態２におけるひずみ画像ＤＢ５４のデータ構成を示す図である。図１６を参照して、ひずみデータは、ひずみ算出部１２２により生成されたひずみ画像のデータであり、図示しない応力発光画像のデータと対応付けを行なうためのデータＮｏが時系列順に割り当てられている。

積算ひずみデータは、積算処理部１２６によって生成された積算ひずみ画像のデータであり、ひずみデータと対応付けられている。たとえば、データＮｏが２の積算ひずみデータＩＳ２．ｊｐｇは、ひずみデータＳ１．ｊｐｇ～Ｓ２．ｊｐｇの画像を積算して得られる画像のデータであり、データＮｏが３の積算ひずみデータＩＳ３．ｊｐｇは、ひずみデータＳ１．ｊｐｇ～Ｓ３．ｊｐｇの画像を積算して得られる画像のデータである。

再び図１５を参照して、積算処理部１２６によるひずみ画像の積算処理は、表示装置６０Ａにおいて積算ひずみ画像の表示が要求され、かつ、ひずみ画像ＤＢ５４内に積算ひずみデータがまだ生成されていない場合に、表示制御部１２４からの指示に従って実行される。

図１７は、実施の形態２における表示装置６０Ａの表示構成の一例を示す図である。図１７を参照して、表示装置６０Ａは、図８に示した実施の形態１における表示装置６０において、選択タブ６７，６８をさらに含む。

選択タブ６７，６８は、ひずみ画像表示部６６にひずみ画像及び積算ひずみ画像のいずれを表示させるかを利用者が選択するための操作部である。選択タブ６７，６８は、利用者が操作可能に構成されており、選択タブ６７が操作されると、ひずみ画像表示部６６にひずみ画像が表示され、選択タブ６８が操作されると、ひずみ画像表示部６６に積算ひずみ画像が表示される。表示装置６０Ａは、選択タブ６７，６８の選択状態に応じた信号を処理装置４０Ａへ出力する。

処理装置４０Ａは、選択タブ６７が選択されたことを示す信号を表示装置６０Ａから受けると、表示バー７０上のポインタ７２の位置に応じたひずみ画像を記憶装置５０のひずみ画像ＤＢ５４から読出して表示装置６０Ａへ出力する。

一方、処理装置４０Ａは、選択タブ６８が選択されたことを示す信号を表示装置６０Ａから受けると、積算ひずみ画像がまだ生成されていない場合には、ひずみ画像ＤＢ５４内のひずみ画像に基づいて積算ひずみ画像を生成する。そして、処理装置４０Ａは、生成された積算ひずみ画像をひずみ画像ＤＢ５４に格納するとともに、表示バー７０上のポインタ７２の位置に応じた積算ひずみ画像を表示装置６０Ａへ出力する。

図１８は、表示装置６０Ａに積算ひずみ画像を表示するための積算画像表示処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。

図１８を参照して、処理装置４０Ａは、積算ひずみ画像を表示装置６０Ａに表示するための選択タブ６８が表示装置６０Ａにおいて操作されたか否かを判定する（ステップＳ６１０）。選択タブ６８は操作されていないと判定されると（ステップＳ６１０においてＮＯ）、処理装置４０Ａは、以降の一連の処理を実行することなくリターンへと処理を移行する。

ステップＳ６１０において選択タブ６８が操作されたと判定されると（ステップＳ６１０においてＹＥＳ）、処理装置４０Ａは、記憶装置５０のひずみ画像ＤＢ５４を確認し、積算ひずみ画像を生成済みであるか否かを判定する（ステップＳ６２０）。積算ひずみ画像がまだ生成されていない場合は（ステップＳ６２０においてＮＯ）、処理装置４０Ａは、ひずみ画像ＤＢ５４に格納されたひずみ画像から積算ひずみ画像を生成し、ひずみ画像と対応付けてひずみ画像ＤＢ５４に格納する（ステップＳ６３０）。

ステップＳ６２０において積算ひずみ画像は生成済みであると判定された場合（ステップＳ６２０においてＹＥＳ）、又はステップＳ６３０において積算ひずみ画像が生成されると、処理装置４０Ａは、表示バー７０上のポインタ７２の位置に対応する表示画像Ｎｏを取得する（ステップＳ６４０）。

次いで、処理装置４０Ａは、表示画像Ｎｏに対応する積算ひずみ画像を記憶装置５０のひずみ画像ＤＢ５４から取得する（ステップＳ６５０）。そして、処理装置４０Ａは、ステップＳ６５０において取得された積算ひずみ画像を表示装置６０Ａへ出力する（ステップＳ６６０）。これにより、表示バー７０によって指示された積算ひずみ画像と応力発光画像とが、表示装置６０Ａにおいて並列して表示される。

なお、上記では、表示装置６０Ａの選択タブ６８が操作されることによって積算ひずみ画像の表示が要求された場合に、ひずみ画像ＤＢ５４に格納されたひずみ画像に基づいて積算ひずみ画像が生成されるものとしたが、ひずみ算出部１２２によるひずみ画像の生成とともに、リアルタイムに積算ひずみ画像を生成してひずみ画像ＤＢ５４に格納するようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、表示装置６０Ａに積算ひずみ画像が表示される場合に、積算ひずみ画像に応力発光画像が並列して表示されるので、応力発光画像により時々刻々の発光状態を確認しつつ、積算ひずみ画像によりひずみの履歴を確認することができる。

［その他の実施の形態］
上記の実施の形態２では、ひずみ画像を積算した積算ひずみ画像を表示装置６０Ａに表示可能としたが、応力発光画像を積算した画像である積算応力発光画像を表示可能としてもよい。これにより、応力発光体１００の発光状況を強調して表示することができる。なお、積算応力発光画像を表示装置に表示可能とするための構成は、実施の形態２において「ひずみ画像」及び「積算ひずみ画像」をそれぞれ「応力発光画像」及び「積算応力発光画像」と読み替えることで実現可能である。

また、表示装置６０（６０Ａ）は、発光画像表示部６２及びひずみ画像表示部６６の少なくとも一方において、公知の手法を用いて、表示中の画像の拡大、縮小及び移動の少なくともいずれかの操作を入力可能に構成されてもよい。そして、発光画像表示部６２及びひずみ画像表示部６６の一方において上記操作が行なわれた場合に、発光画像表示部６２及びひずみ画像表示部６６の双方において、上記操作に応じた表示が連動して行なわれるようにしてもよい。これにより、上記操作の入力の利便性が向上する。

また、上記の実施の形態１では、応力発光画像とひずみ画像とを同期して並列表示するものとしたが、ひずみ画像に代えて、応力を示す応力画像を表示するようにしてもよい。なお、応力は、ひずみにヤング率をかけることで算出されるので、応力画像は、ひずみ画像から容易に生成することができる。また、この場合に、実施の形態２と同様に、応力画像を積算した画像（積算応力画像）を表示装置に表示可能としてもよい。

また、上記の各実施の形態では、図１０のステップＳ１２０において、応力発光データを時系列順に取得して全データを記憶装置５０に一旦保存し、その後、ステップＳ１３０において、時系列順にひずみ量を纏めて算出するものとしたが、時々刻々と応力発光データが取得されるタイミングでひずみ量を算出してもよい。すなわち、ステップＳ１２０において、時々刻々と応力発光データが取得される毎に、図１３のステップＳ４２０～Ｓ４５０の処理を実行するようにしてもよい。

また、上記の各実施の形態では、図１０のフローチャートに示される処理は、撮像装置３０の画素毎に実行されるものとしたが、ステップＳ１１０において取得される残光データ、及びステップＳ１２０において取得される応力発光データは、所定の面積を有する領域における複数の画素の平均値であってもよい。そして、それらを用いて、ステップＳ１３０においてひずみ量を算出してもよい。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０ 計測装置、２０ 光源、３０ 撮像装置、４０，４０Ａ 処理装置、４２ ＣＰＵ、４４ メモリ、４６ 入出力バッファ、５０ 記憶装置、６０，６０Ａ 表示装置、１００ 応力発光体、１１０ 試料、１２２ ひずみ算出部、１２４ 表示制御部、１２６ 積算処理部。

Claims (7)

1. 応力発光体の発光現象に基づいて前記応力発光体のひずみを計測するひずみ計測装置であって、
   前記応力発光体が発する光を検知するように構成された検知装置と、
   前記応力発光体に力が加えられたときの前記応力発光体の発光パターンに基づいて、前記応力発光体に力が加えられたときの前記応力発光体のひずみを算出するように構成された処理装置と、
   前記検知装置により検知された前記応力発光体の発光の分布を示す発光画像と、前記処理装置により算出された前記応力発光体のひずみの分布を示すひずみ画像とを並列して表示するように構成された表示装置とを備える、ひずみ計測装置。
2. 前記表示装置は、前記発光画像と前記ひずみ画像とを同期して並列表示するように構成される、請求項１に記載のひずみ計測装置。
3. 前記表示装置は、前記ひずみ画像が積算された積算ひずみ画像を前記発光画像と並列して表示するように構成される、請求項１又は請求項２に記載のひずみ計測装置。
4. 前記表示装置は、前記発光画像が積算された積算発光画像を前記ひずみ画像と並列して表示するように構成される、請求項１又は請求項２に記載のひずみ計測装置。
5. 前記表示装置は、
   前記発光画像及び前記ひずみ画像の少なくとも一方において、表示対象の拡大、縮小及び移動の少なくともいずれかの操作を入力可能に構成され、
   前記発光画像及び前記ひずみ画像の双方において、前記操作に応じた表示を連動して行なう、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のひずみ計測装置。
6. 前記処理装置は、前記ひずみから前記応力発光体の応力をさらに算出するように構成され、
   前記表示装置は、前記ひずみ画像に代えて、前記応力発光体の応力の分布を示す応力画像を前記発光画像と並列して表示するように構成される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のひずみ計測装置。
7. 応力発光体の発光現象に基づいて前記応力発光体のひずみを計測するひずみ計測方法であって、
   前記応力発光体に力が加えられたときの前記応力発光体の発光パターンを取得するステップと、
   取得された前記発光パターンに基づいて、前記応力発光体に力が加えられたときの前記応力発光体のひずみを算出するステップと、
   前記応力発光体の発光の分布を示す発光画像と、算出された前記応力発光体のひずみの分布を示すひずみ画像とを、表示装置において並列して表示するステップとを含む、ひずみ計測方法。

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