WO2011152123A1 - 残留応力測定装置および残留応力測定方法 - Google Patents

残留応力測定装置および残留応力測定方法 Download PDF

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WO2011152123A1
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pixel
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color component
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悠 澁谷
啓介 丸尾
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ヤマハ発動機株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/23—Bi-refringence

Definitions

  • the present invention relates to a residual stress measuring apparatus and a residual stress measuring method using a photoelastic effect.
  • the photoelastic effect refers to a phenomenon in which an elastic body in which stress is generated causes birefringence.
  • An object that produces such a photoelastic effect is called a photoelastic body.
  • the magnitude and direction of birefringence change according to the magnitude and direction of strain generated in the photoelastic body. If stress remains in the photoelasticity, birefringence corresponding to the residual stress occurs.
  • Patent Document 1 discloses a method for observing the photoelastic effect of a photoelastic gauge attached to a structure. Specifically, an electronic camera and a light source each equipped with a polarizing plate are prepared.
  • the photoelastic gauge is illuminated with light from the light source, and a reflection image from the photoelastic gauge is captured by the electronic camera. Further, the color coordinates of the photoelastic gauge in the captured image are calculated. On the other hand, a correspondence table between stress and color coordinates is created in advance. By referring to this correspondence table, the stress corresponding to the calculated color coordinate is obtained. Thus, the stress generated in the structure is obtained.
  • Patent Document 1 is a configuration for calculating stress and the like from color coordinates. Therefore, the energy of brightness in the photoelastic image is not taken into consideration. Therefore, the residual stress cannot be measured accurately. Moreover, in the prior art of patent document 1, since the correspondence table
  • One embodiment of the present invention provides an apparatus and method that can accurately and quickly measure the residual stress of a resin molded product. More specifically, one embodiment of the present invention is an apparatus for measuring a residual stress of a resin molded product, and obtains color component data of three primary colors representing a photoelastic image of the resin molded product. Obtaining means; amplitude vector computing means for obtaining an amplitude vector representing brightness energy of each pixel from color component data of each pixel constituting the photoelastic image; and color components of each pixel constituting the photoelastic image.
  • a frequency vector computing means for obtaining a frequency vector representing the color energy of each pixel from data, and a composition for obtaining a light energy vector of each pixel constituting the photoelastic image by synthesizing the amplitude vector and the frequency vector. And a residual stress measuring device.
  • the amplitude vector and the frequency vector are calculated from the color component data of the three primary colors of each pixel constituting the photoelastic image of the resin molded product.
  • the amplitude vector represents the brightness energy of each pixel
  • the frequency vector represents the color energy of each pixel.
  • the energy of light which is an electromagnetic wave, is proportional to the amplitude and frequency. Therefore, in this embodiment, the energy of each pixel is decomposed into brightness energy corresponding to the amplitude component and color energy corresponding to the frequency component.
  • the light energy vector obtained by combining the amplitude vector and the frequency vector corresponds to energy obtained by combining the decomposed brightness and color energies.
  • the obtained energy corresponds to the energy stored in the portion corresponding to each pixel in the resin molded product, that is, the residual stress. .
  • the amplitude vector calculation means takes pixel points representing the three primary color component data of each pixel constituting the photoelastic image on three coordinate axes orthogonal to the three primary color component data. And an orthogonal projection of the pixel vector from the origin to the pixel point on the achromatic color axis in the color space is obtained as an amplitude vector.
  • the achromatic color axis is defined by a straight line passing through the origin and the coordinate point where the color component data of the three primary colors are the maximum values in the color space.
  • the pixel vector can take any direction in the color space, it is the achromatic component that contributes to the energy of the pixel amplitude. Therefore, the achromatic color component of the pixel vector is obtained by orthogonally projecting the pixel vector onto the achromatic color axis.
  • the orthogonal projection vector is an amplitude vector.
  • the frequency vector calculation means obtains corrected color component data obtained by multiplying the three primary color component data of each pixel constituting the photoelastic image by a coefficient corresponding to the frequency of the three primary colors.
  • Data correction means and pixel points representing the correction color component data are arranged in an extended color space having three coordinate axes orthogonal to the correction color component data, and have a start point on the achromatic color axis in the extended color space.
  • the frequency energy is proportional to the frequency. Since the frequency of light varies depending on the color, even if the three primary color component data are equally evaluated, the frequency energy cannot be determined accurately. Therefore, in this embodiment, corrected color component data obtained by multiplying the color component data of the three primary colors by a coefficient corresponding to the frequency of the three primary colors (preferably a coefficient proportional to the frequency) is obtained. Then, an extended color space in which the corrected color component data is taken on three coordinate axes is introduced.
  • the achromatic color axis in the extended color space is defined by a straight line passing through the origin and the coordinate point where the correction color component data is the maximum value in the extended color space.
  • the color energy is represented by the deviation of the pixel vector with respect to the achromatic color axis. More specifically, a component (color component) orthogonal to the achromatic axis of the pixel vector contributes to energy of the pixel frequency (color energy). Therefore, in the extended color space, a frequency vector is obtained by making a perpendicular line from the end point of the pixel vector to the achromatic color axis.
  • the residual stress measurement apparatus further includes region value calculation means for obtaining a sum of magnitudes of light energy vectors obtained for pixels included in a part or all of the region of the photoelastic image.
  • region value corresponds to the sum of the energy accumulated in the corresponding region. That is, it corresponds to the total sum of residual stresses. In this way, the residual stress of the entire region can be obtained.
  • One embodiment of the present invention is a method for measuring a residual stress of a resin molded product, the color component data acquiring step for acquiring color component color data of three primary colors representing a photoelastic image of the resin molded product, From the color component data of each pixel constituting the photoelastic image, an amplitude vector calculation step for obtaining an amplitude vector representing the energy of brightness of each pixel, and from the color component data of each pixel constituting the photoelastic image, each pixel A frequency vector calculation step for obtaining a frequency vector representing the energy of the color of the color, and a synthesis step for synthesizing the amplitude vector and the frequency vector to obtain a light energy vector of each pixel constituting the photoelastic image.
  • a method for measuring residual stress is provided.
  • the energy of each pixel is obtained in consideration of both brightness (amplitude) and color (frequency), and thus the obtained energy is the energy stored in the part corresponding to each pixel in the resin molded product. That is, it corresponds to the residual stress.
  • the residual stress of the resin molded product can be accurately measured.
  • the residual stress of the resin molded product can be measured quickly with a few procedures.
  • the amplitude vector calculating step includes a color space in which pixel points representing color component data of each pixel constituting the photoelastic image are taken on three coordinate axes orthogonal to three primary color data. And calculating an orthogonal projection of the pixel vector from the origin to the pixel point onto the achromatic color axis in the color space as an amplitude vector.
  • an achromatic component contributing to amplitude energy can be extracted from the pixel vector as an amplitude vector.
  • the frequency vector calculation step obtains corrected color component data obtained by multiplying the color component data of the three primary colors of each pixel constituting the photoelastic image by a coefficient corresponding to the frequency of the three primary colors.
  • a data correction step and a pixel point representing the corrected color component data are arranged in an extended color space having three coordinate axes orthogonal to the corrected color component data, and a start point is located on the achromatic color axis in the extended color space.
  • the method according to an embodiment of the present invention further includes a region value calculation step for obtaining a sum of magnitudes of light energy vectors obtained for pixels included in a part or all of the region of the photoelastic image.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a photographing system used for photographing a photoelastic image of a resin molded product.
  • FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams for explaining the photographing principle of the photoelastic image.
  • FIG. 3 is a photograph showing an example of a photoelastic image.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an electrical structure of an analysis system for analyzing a photoelastic image.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the contents of the photoelastic image analysis processing.
  • 6A and 6B are diagrams for explaining the process (step S3 in FIG. 5) for obtaining an amplitude vector representing the energy of brightness of each pixel.
  • 7A and 7B are diagrams for explaining the process (step S4 in FIG. 5) for obtaining a frequency vector corresponding to the color energy.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the synthesis process of the amplitude vector and the frequency vector (step S5 in FIG. 5).
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a photographing system used for photographing a photoelastic image of a resin molded product.
  • the imaging system includes a light source 1, a polarizer 2, an analyzer 3, and a camera 4.
  • An optical axis 10 is defined by a straight line connecting the light source 1 and the camera 4.
  • the polarizer 2 and the analyzer 3 are disposed between the light source 1 and the camera 4.
  • the resin molded product 5 to be measured is disposed on the optical axis 10 between the polarizer 2 and the analyzer 3.
  • the resin molded product 5 is made of a resin material having optical transparency that transmits visible light.
  • the resin molded product 5 is preferably made of a colorless and transparent resin material.
  • the light source 1 generates non-polarized light, that is, non-polarized (random polarized) visible light.
  • the polarizer 2 is composed of a polarizing plate (filter), and is configured to transmit only linearly polarized light components along a predetermined first direction 6 out of non-polarized light generated from the light source 1. Yes.
  • the resin molded product 5 to be measured is irradiated with linearly polarized light that has passed through the polarizer 2.
  • the first direction 6 is a direction orthogonal to the optical axis 10. That is, the polarizing plate constituting the polarizer 2 is disposed so as to be orthogonal to the optical axis 10.
  • the analyzer 3 is composed of a polarizing plate (filter), and is configured to transmit only a linearly polarized light component along a second direction 7 orthogonal to the optical axis 10 and the first direction 6.
  • the camera 4 is arranged behind the analyzer 3 when viewed from the light source 1.
  • the camera 4 is a color camera. That is, the camera 4 includes a color image sensor such as a color CCD, and is configured to decompose an image formed on the light receiving surface of the image sensor into a plurality of pixels and output a color component signal of the three primary colors for each pixel. ing. More specifically, the camera 4 outputs three primary color image data composed of red, green, and blue color component data to each of a plurality of pixels constituting the photographed image. Each color component data has a value (gradation value) within a range of 0 to 255, for example.
  • FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams for explaining the principle of taking a photoelastic image.
  • the camera 4 does not detect light from the light source 1. That is, the polarizer 2 and the analyzer 3 transmit only the polarization component parallel to the first direction 6 and the second direction 7, respectively, and absorb the other polarization component. Since the first direction 6 and the second direction 7 are orthogonal to each other, all the polarization components are absorbed by the combination of the polarizer 2 and the analyzer 3. Therefore, the camera 4 cannot detect the light from the light source 1.
  • the light is transmitted in the third direction 8 between the polarizer 2 and the analyzer 3 that is not parallel to either the first direction 6 or the second direction 7 and is orthogonal to the optical axis 10.
  • a polarizing plate 9 (filter) having a set polarization direction is disposed. Then, a part of the linearly polarized light that has passed through the polarizer 2 passes through the polarizing plate 9, and a part of the polarized light in the third direction 8 that has passed through the polarizing plate 9 passes through the analyzer 3. Therefore, the camera 4 detects the transmitted light.
  • a resin molded product having optical transparency is a kind of photoelastic body. Therefore, when the resin molded product 5 having optical transparency is disposed between the polarizer 2 and the analyzer 3, the resin molded product 5 has the same function as the polarizing plate 9 in FIG. 2B. That is, the camera 4 detects part of the light from the light source 1.
  • the resin molded product 5 which is a photoelastic body exhibits birefringence according to the magnitude and direction of the residual stress. If the residual stress is not uniform over the entire resin molded product 5, the birefringence of each part follows the residual stress of the part. That is, a birefringence distribution appears.
  • phase difference corresponding to the magnitude and direction of the residual stress is generated in the light (refracted polarized light) transmitted through the analyzer 3 and detected by the camera 4. Interference fringes corresponding to this phase difference appear in the photoelastic image taken by the camera 4.
  • FIG. 3 shows an example of a photoelastic image. It can be seen that interference fringes appear in the image of the transparent resin molded product. The brighter and closer to white light is observed in the portion with the larger residual stress (the portion with the larger strain). In the portion where there is no residual stress, the light is blocked by the polarizer 2 and the analyzer 3, so that a black image is obtained.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an electrical structure of an analysis system for analyzing a photoelastic image.
  • the camera 4 may be configured to store image data (color component data of three primary colors) representing a photographed photoelastic image in a medium (recording medium) 15.
  • the medium 15 may be a memory card, a magnetic disk, or other portable recording medium.
  • the analysis system for analyzing the photoelastic image can be configured by, for example, a personal computer or other processing device 16 (computer).
  • the processing device 16 includes a CPU 17, a ROM 18, a RAM 19, a hard disk drive (HDD) 20, and a media slot 21. These components are connected to a bus line 25 inside the processing device 16.
  • the hard disk drive 20 is a so-called auxiliary storage device and has a storage area for storing programs and data.
  • a solid state memory represented by a memory disk SSD: Solid State Drive
  • the RAM 19 provides a work area for the CPU 17.
  • the ROM 18 stores an operation program for operating the CPU 17.
  • the CPU 17 operates according to an operation program stored in the ROM 18 and executes an application program stored in the hard disk drive 20 as necessary to perform necessary processing.
  • the media slot 21 is configured so that the media 15 can be loaded.
  • the media slot 21 is a reader unit configured to be able to read data stored in the medium 15.
  • the hard disk drive 20 stores a photoelastic image analysis program 22.
  • the photoelastic image analysis program 22 causes the processing device 16 to execute analysis processing for calculating the residual stress generated in the resin molded product 5 using the color component data of the three primary colors of each pixel constituting the photoelastic image. It is a program.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the processing contents when the processing device 16 operates in accordance with the photoelastic image analysis program 22.
  • the CPU 17 reads the three primary color image data representing the photoelastic image from the medium 15 (step S1) and decomposes it into the respective color component data of the three primary colors (red (R), green (G) and blue (B)) (step S2). Further, the CPU 17 obtains an amplitude vector representing the energy of brightness of each pixel using the separated color component data (step S3). Further, the CPU 17 obtains a frequency vector representing the energy of the color of each pixel based on the color component data of each separated pixel (step S4).
  • the CPU 17 synthesizes the obtained amplitude vector and frequency vector to obtain the light energy vector of each pixel constituting the photoelastic image (step S5). And CPU17 outputs the energy value of each pixel (step S6).
  • the output energy value of each pixel is stored in a storage area in the hard disk drive 20, for example.
  • the CPU 17 obtains the sum of the energy values of the pixels included in the entire region or a partial region of the photoelastic image as necessary, and outputs it as a region value (step S7).
  • the output area value is stored in a storage area of the hard disk drive 20, for example.
  • FIG. 6A and 6B are diagrams for explaining the process (step S3 in FIG. 5) for obtaining an amplitude vector representing the energy of brightness of each pixel. Since light is a type of electromagnetic wave, its energy can be broken down into amplitude energy and frequency energy. Among them, amplitude energy corresponds to brightness energy.
  • a color space (three-dimensional space, cubic space) with three coordinate axes R, G, B orthogonal to three color component data of the three primary colors is introduced.
  • the R axis corresponds to red component data
  • the G axis corresponds to green component data
  • the B axis corresponds to blue component data.
  • the three primary color image data of each pixel can occupy a pixel point 35 having the color component data as a coordinate value.
  • the pixel is an achromatic pixel (white, black or gray). Pixels).
  • an achromatic color axis 30 is obtained.
  • the achromatic color axis 30 has an origin (0, 0, 0) in the color space and coordinate points (255, 255, 255) at which the three primary color component data are all the maximum values (for example, 255). Defined by a straight line through
  • the three primary color image data of an arbitrary pixel can be represented by a pixel vector P having a pixel point 35 corresponding to the three primary color component data (R, G, B) as an end point and an origin (0, 0, 0) as a start point. it can.
  • the pixel vector P can take any direction in the color space. However, it is the achromatic component of the pixel vector P that contributes to the energy of the pixel amplitude (brightness energy).
  • the achromatic color component of the pixel vector P can be obtained by orthogonal projection of the pixel vector P onto the achromatic color axis 30. That is, the vector obtained by orthogonally projecting the pixel vector P onto the achromatic color axis 30 is the amplitude vector A. More specifically, the angle formed by the pixel vector P with respect to the achromatic color axis 30 is defined as ⁇ .
  • the orthogonal projection of the pixel vector P onto the achromatic color axis 30 uses the size (R 2 + G 2 + B 2 ) 1/2 of the pixel vector P, and (R 2 + G 2 + B 2 ) 1/2 ⁇ It is given by cos ⁇ .
  • the pixel vector P and achromatic axis 30 parallel to the unit vector e (1/3 1/2, 1/3 1/2, 1/3 1/2) in addition to the inner product of (scalar product) Don't be. Therefore, the magnitude of the amplitude vector A can be given by (1/3 1/2 ) ⁇ (R + G + B) using the components (R, G, B) of the pixel vector P. Therefore, when the unit vector e along the achromatic color axis 30 is used, the amplitude vector A can be expressed as (1/3 1/2 ) ⁇
  • the RG plane is drawn while looking down the color space from the B-axis direction.
  • pixel vector P R of the red single-color pixel is the maximum value 255 (255, 0, 0)
  • the amplitude vector A R is obtained.
  • the green single-color pixel vector P G (0,255,0) having the maximum value of green component data 255 is orthogonally projected onto the achromatic color axis 30, an amplitude vector A G is obtained.
  • the amplitude vector A R and the amplitude vector A G coincide on the achromatic axis 30 and both have a size (1/3 1/2 ) ⁇ 255. That is, the red monochrome pixel having the maximum value 255 for the red component data and the green monochrome pixel having the maximum value 255 for the green component data have the same amplitude energy (brightness energy).
  • FIG. 7A and 7B are diagrams for explaining the process (step S4 in FIG. 5) for obtaining a frequency vector corresponding to the color energy.
  • the energy of electromagnetic waves increases in proportion to the frequency. Therefore, light containing only the red component (wavelength 625 nm to 740 nm, for example 700 nm), light containing only the green component (wavelength 500 nm to 565 nm, for example 546.1 nm), and light containing only the blue component (wavelength 450 nm to 485 nm). For example, 435.8 nm) has different energy even if the amplitudes are equal.
  • the correction color component data is obtained by multiplying the color component data of the three primary colors by a coefficient corresponding to the ratio of the frequencies of the three primary colors.
  • a three-dimensional orthogonal coordinate space in which the corrected color component data is defined for the three coordinate axes R ′, G ′, and B ′ is an extended color space (rectangular space).
  • the achromatic color axis 40 in this extended color space has a maximum value (255, 1.282 ⁇ 255, 1.606 ⁇ 255) for the origin (0, 0, 0) and the correction color component data (R ′, G ′, B ′). Defined by a straight line passing through the coordinate points.
  • a corrected pixel vector P ′ having the pixel point 45 as an end point and the origin (0, 0, 0) as a start point is obtained.
  • the deviation of the corrected pixel vector P ′ from the achromatic color axis 40 corresponds to color energy. More specifically, the component vector orthogonal to the achromatic color axis 40 of the corrected pixel vector P ′ is the frequency vector f representing the energy of the pixel frequency.
  • the angle formed by the correction pixel vector P ′ with respect to the achromatic color axis 40 is defined as ⁇ ′.
  • the size of the frequency vector f is (R ′ 2 + G ′ 2 + B ′ 2 ) 1 / using the size (R ′ 2 + G ′ 2 + B ′ 2 ) 1/2 of the correction pixel vector P ′. 2 ⁇ sin ⁇ ′.
  • sin ⁇ ′ (1 ⁇ cos 2 ⁇ ′) 1/2
  • cos ⁇ ′ can be obtained from the inner product (scalar product) of the corrected pixel vector P ′ and the unit vector e ′ parallel to the achromatic axis 40. it can.
  • the R′G ′ plane is drawn by looking down the extended color space from the B′-axis direction.
  • the frequency vector f R is obtained.
  • the frequency A vector f G is obtained.
  • Frequency vector f R and the frequency vector f G have different sizes. That is, the red single color pixel having the maximum red component data value 255 and the green single color pixel having the maximum green component data value 255 have the same amplitude energy (brightness energy) but frequency energy (color energy). ) Is different.
  • the size of the frequency vector for the pixel data (255, 0, 0) of red monochromatic light is 255.
  • the magnitude of the frequency vector is obtained for pixel data (0, 255, 0) of green monochromatic light (wavelength 500 nm to 565 nm, for example, 546.1 nm), it is 327.
  • the magnitude of the frequency vector is obtained for pixel data (0, 0, 255) of blue monochromatic light (wavelength 450 nm to 485 nm, for example 435.8 nm), it is 327.
  • the frequency vector f appropriately represents the color energy (that is, the frequency energy).
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the synthesis process of the amplitude vector and the frequency vector (step S5 in FIG. 5).
  • a light energy vector E representing light energy is obtained. Since the amplitude energy and the frequency energy are independent of each other and do not affect each other, the amplitude vector A and the frequency vector f are orthogonal to each other. Therefore, the magnitude
  • ⁇
  • the process for obtaining the region value in step S7 in FIG. 5 is a process for obtaining the sum of the magnitudes of the light energy vectors E in the region for which the residual stress is to be obtained.
  • the residual stress of the resin molded product 5 is measured based on the three primary color image data representing the photoelastic image of the resin molded product 5. Specifically, an amplitude vector A representing the brightness energy of each pixel constituting the photoelastic image and a frequency vector f representing the color energy are obtained. In other words, the light energy of each pixel is decomposed into an amplitude component and a frequency component.
  • a light energy vector E is obtained by vector synthesis of the obtained amplitude vector A and frequency vector f.
  • the amplitude vector A and the frequency vector f decomposed from the three primary color image data are recombined and integrated into the light energy vector E.
  • the magnitude of the light energy vector E serves as an index representing the residual stress at the portion corresponding to each pixel in the resin molded product 5.
  • the light energy of each pixel is obtained in consideration of both brightness and color. Therefore, the obtained light energy accurately corresponds to the energy stored in the part corresponding to each pixel in the resin molded product 5, that is, the residual stress. Therefore, the residual stress of the resin molded product 5 can be accurately measured. In addition, since it is not necessary to prepare a correspondence table between color coordinates and stress in advance, the residual stress of the resin molded product 5 can be measured quickly with a few procedures.
  • the measurement result of the residual stress can be used as reference information to be referred to when designing a mold for producing a resin molded product, for example.
  • it can be used as reference information for designing a mold so as to minimize the residual stress of the entire resin molded product 5.
  • Residual stress in a resin molded product affects the overall quality of the resin molded product. For example, if a molded product is deformed due to residual stress, a manufacturing failure occurs. In addition, the strength of the molded product decreases due to the accumulation of residual stress. From the above, the residual stress in the resin molded product may cause a decrease in the yield rate in manufacturing, or reduce the value of the product using the resin component.
  • the mold can be designed so as to minimize the residual stress of the resin molded product, a resin molded product having a uniform composition can be produced, so that deformation of the resin molded product and strength reduction can be reduced. Thereby, since the outstanding yield rate can be achieved, it can contribute to the cost reduction of the product using a resin component.
  • the resin used for the resin product is an opaque resin
  • a resin molded product having the same shape is prepared using a transparent resin having the same composition, and this is used as the resin molded product 5 to be measured.
  • the residual stress can be indirectly measured even for an opaque resin molded product.
  • the three primary color image data generated by the camera 4 is passed to the processing device 16 via the medium 15.
  • the camera 4 and the processing device 16 may be connected by a cable, and the three primary color image data may be transferred from the camera 4 to the processing device 16 without intervention of the medium 15.
  • the processing device 16 may be configured to acquire the three primary color image data via a wired or wireless communication line.

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Abstract

　樹脂成形品の残留応力を測定するための装置が提供される。この装置は、樹脂成形品の光弾性画像を表す三原色の色成分データを取得する色成分データ取得手段と、前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データから、各画素の明るさのエネルギーを表す振幅ベクトルを求める振幅ベクトル演算手段と、前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データから、各画素の色のエネルギーを表す周波数ベクトルを求める周波数ベクトル演算手段と、前記振幅ベクトルと前記周波数ベクトルとを合成して、前記光弾性画像を構成する各画素の光エネルギーベクトルを求める合成手段とを含む。

Description

残留応力測定装置および残留応力測定方法
　この発明は、光弾性効果を利用した残留応力測定装置および残留応力測定方法に関する。
　光弾性効果とは、応力が生じている弾性体が複屈折を生じる現象をいう。このような光弾性効果が生じる物体は、光弾性体と呼ばれる。光弾性体に外力を加えると、その光弾性体に生じる歪みの大きさおよび方向に応じて、複屈折の大きさおよび方向が変化する。光弾性に応力が残留していると、その残留応力に応じた複屈折が生じる。
　特許文献１は、構造物に貼り付けた光弾性ゲージの光弾性効果を観測する方法を開示している。具体的には、偏光板をそれぞれ装着した電子カメラおよび光源が準備される。光源からの光で光弾性ゲージが照明され、光弾性ゲージからの反射画像が電子カメラによって撮像される。さらに、撮像された画像中における光弾性ゲージの色座標が算出される。一方、応力と色座標との対応表が予め作成される。この対応表を参照することにより、算出された色座標に対応する応力が求められる。こうして、構造物に生じている応力が求められる。
特開平０５－０７９９２７号公報
　特許文献１の先行技術は、色座標から応力等を算出する構成である。そのため、光弾性画像中の明るさのエネルギーが考慮されていない。したがって、残留応力を正確に測定することができない。
　また、特許文献１の先行技術では、応力と色座標との対応表を予め作成しておかなければならないから、測定手順が複雑である。それに応じて、応力測定に時間がかかる。
　この発明の一実施形態は、樹脂成形品の残留応力を正確にかつ速やかに測定できる装置および方法を提供する。
　より具体的には、この発明の一実施形態は、樹脂成形品の残留応力を測定するための装置であって、樹脂成形品の光弾性画像を表す三原色の色成分データを取得する色成分データ取得手段と、前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データから、各画素の明るさのエネルギーを表す振幅ベクトルを求める振幅ベクトル演算手段と、前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データから、各画素の色のエネルギーを表す周波数ベクトルを求める周波数ベクトル演算手段と、前記振幅ベクトルと前記周波数ベクトルとを合成して、前記光弾性画像を構成する各画素の光エネルギーベクトルを求める合成手段とを含む、残留応力測定装置を提供する。
　この構成によれば、樹脂成形品の光弾性画像を構成する各画素の三原色の色成分データから、振幅ベクトルと周波数ベクトルとが演算される。振幅ベクトルは、各画素の明るさのエネルギーを表し、周波数ベクトルは各画素の色のエネルギーを表す。電磁波である光のエネルギーは、振幅および周波数に比例する。そこで、この実施形態では、各画素のエネルギーが、振幅成分に対応した明るさのエネルギーと、周波数成分に対応した色のエネルギーとに分解される。振幅ベクトルと周波数ベクトルとを合成して得られる光エネルギーベクトルは、分解された明るさおよび色の各エネルギーを合成したエネルギーに対応する。こうして、明るさおよび色の両方を考慮して各画素のエネルギーが求められるので、求められたエネルギーは、樹脂成形品において各画素に対応した部位に蓄えられたエネルギー、すなわち、残留応力に相当する。
　このようにして、樹脂成形品の残留応力を正確に測定できる。しかも、色座標と応力との対応表を予め作成する必要もないから、樹脂成形品の残留応力を、少ない手順で、速やかに測定することができる。
　この発明の一実施形態では、前記振幅ベクトル演算手段が、前記光弾性画像を構成する各画素の三原色の色成分データを表す画素点を、三原色の色成分データを直交する３つの座標軸にそれぞれとった色空間に配置し、原点から前記画素点までの画素ベクトルの前記色空間における無彩色軸への正射影を振幅ベクトルとして求めるように構成されている。
　三原色の色成分データが等しいとき、三原色が等しい比で混合されるので、無彩色となる。したがって、無彩色軸は、色空間において、原点と三原色の色成分データがいずれも最大値の座標点とを通る直線によって定義される。画素ベクトルは色空間において任意の方向をとりうるけれども、画素の振幅のエネルギーに寄与するのは、その無彩色成分である。そこで、画素ベクトルの無彩色成分が、画素ベクトルを無彩色軸へ正射影することによって求められる。その正射影ベクトルが、振幅ベクトルとされる。
　この発明の一実施形態では、前記周波数ベクトル演算手段が、前記光弾性画像を構成する各画素の三原色の色成分データに三原色の周波数に応じた係数をそれぞれ乗じて補正した補正色成分データを求めるデータ補正手段と、前記補正色成分データを表す画素点を、前記補正色成分データを直交する３つの座標軸にとった拡張色空間に配置し、前記拡張色空間における無彩色軸上に始点を有し、当該無彩色軸に直交して、前記画素点を終点とする周波数ベクトルを求めるベクトル演算手段とを含む。
　周波数のエネルギーは、周波数に比例する。光の周波数は、色によって異なるので、三原色の色成分データを等しく評価しても、周波数のエネルギーを正確に求めることはできない。そこで、この実施形態では、三原色の色成分データに三原色の周波数に応じた係数（好ましくは周波数に比例する係数）をそれぞれ乗じた補正色成分データが求められる。そして、その補正色成分データを３つの座標軸にとった拡張色空間が導入される。この拡張色空間における無彩色軸は、当該拡張色空間において、原点と補正色成分データがいずれも最大値の座標点とを通る直線によって定義される。この拡張色空間では、色のエネルギーは、無彩色軸に対する画素ベクトルの偏倚によって表される。より具体的には、画素ベクトルの無彩色軸に直交する成分（彩色成分）が、画素の周波数のエネルギー（色のエネルギー）に寄与する。そこで、拡張色空間内で、画素ベクトルの終点から無彩色軸に垂線を下して、周波数ベクトルが求められる。
　この発明の一実施形態の残留応力測定装置は、前記光弾性画像の一部または全部の領域に含まれる画素に関して求められた光エネルギーベクトルの大きさの総和を求める領域値演算手段をさらに含む。
　この構成によれば、光弾性画像の一部または全部の領域の光エネルギーの総和が領域値として求められる。この領域値は、対応する領域に蓄積されているエネルギーの総和に相当する。すなわち、残留応力の総和に相当する。こうして、当該領域全体の残留応力を求めることができる。
　この発明の一実施形態は、樹脂成形品の残留応力を測定するための方法であって、樹脂成形品の光弾性画像を表す三原色の色成分色データを取得する色成分データ取得ステップと、前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データから、各画素の明るさのエネルギーを表す振幅ベクトルを求める振幅ベクトル演算ステップと、前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データから、各画素の色のエネルギーを表す周波数ベクトルを求める周波数ベクトル演算ステップと、前記振幅ベクトルと前記周波数ベクトルとを合成して、前記光弾性画像を構成する各画素の光エネルギーベクトルを求める合成ステップとを含む、残留応力測定方法を提供する。
　この方法により、明るさ（振幅）および色（周波数）の両方を考慮して各画素のエネルギーが求められるので、求められたエネルギーは、樹脂成形品において各画素に対応した部位に蓄えられたエネルギー、すなわち、残留応力に相当する。これにより、樹脂成形品の残留応力を正確に測定できる。しかも、色座標と応力との対応表を予め作成する必要もないから、樹脂成形品の残留応力を、少ない手順で、速やかに測定することができる。
　この発明の一実施形態では、前記振幅ベクトル演算ステップが、前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データを表す画素点を、三原色の色データを直交する３つの座標軸にそれぞれとった色空間に配置し、原点から画素点までの画素ベクトルの前記色空間における無彩色軸への正射影を振幅ベクトルとして求めるステップを含む。この方法により、画素ベクトルから、振幅のエネルギーに寄与する無彩色成分を、振幅ベクトルとして抽出できる。
　この発明の一実施形態では、前記周波数ベクトル演算ステップが、前記光弾性画像を構成する各画素の三原色の色成分データに三原色の周波数に応じた係数をそれぞれ乗じて補正した補正色成分データを求めるデータ補正ステップと、前記補正色成分データを表す画素点を、前記補正色成分データを直交する３つの座標軸にとった拡張色空間に配置し、前記拡張色空間における無彩色軸上に始点を有し、当該無彩色軸に直交して、前記画素点を終点とする周波数ベクトルを求めるベクトル演算ステップとを含む。この方法により、画素ベクトルから、周波数のエネルギーに寄与する彩色成分を、周波数ベクトルとして抽出できる。
　この発明の一実施形態の方法は、前記光弾性画像の一部または全部の領域に含まれる画素に関して求められた光エネルギーベクトルの大きさの総和を求める領域値演算ステップをさらに含む。この方法により、画像の一部または全部の領域全体の残留応力を求めることができる。
　本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
図１は、樹脂成形品の光弾性画像を撮影するために用いられる撮影システムの構成を示す概念図である。 図２Ａおよび図２Ｂは、光弾性画像の撮影原理を説明するための図である。 図３は、光弾性画像の一例を示す写真である。 図４は、光弾性画像の解析を行うための解析システムの電気的構造を示すブロック図である。 図５は、光弾性画像解析処理の内容を説明するためのフローチャートである。 図６Ａおよび図６Ｂは、各画素の明るさのエネルギーを表す振幅ベクトルを求めるための処理（図５のステップＳ３）を説明するための図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、色のエネルギーに対応する周波数ベクトルを求めるための処理（図５のステップＳ４）を説明するための図である。 図８は、振幅ベクトルと周波数ベクトルとの合成処理（図５のステップＳ５）を説明するための図である。
　図１は、樹脂成形品の光弾性画像を撮影するために用いられる撮影システムの構成を示す概念図である。撮影システムは、光源１と、偏光子２と、検光子３と、カメラ４とを含む。光源１とカメラ４とを結ぶ直線によって光軸１０が定義される。偏光子２および検光子３は、光源１およびカメラ４の間に配置されている。測定対象の樹脂成形品５は、偏光子２と検光子３との間の光軸１０上に配置される。樹脂成形品５は、可視光を透過させる光透過性を有する樹脂材料からなる。樹脂成形品５は、無色透明の樹脂材料からなっていることが好ましい。
　光源１は、偏光していない光、すなわち無偏光（ランダム偏光）の可視光を発生する。偏光子２は、偏光板（フィルタ）で構成されており、光源１から発生された無偏光の光のうち、予め定める第１方向６に沿った直線偏光成分のみを透過させるように構成されている。測定対象の樹脂成形品５には、偏光子２を通過した直線偏光が照射されることになる。第１方向６は、光軸１０に直交する方向である。すなわち、偏光子２を構成する偏光板は、光軸１０に直交するように配置されている。検光子３は、偏光板（フィルタ）で構成されており、光軸１０および前記第１方向６に直交する第２方向７に沿う直線偏光成分のみを透過させるように構成されている。
　カメラ４は、光源１から見て、検光子３の背後に配置されている。カメラ４は、カラーカメラである。すなわち、カメラ４は、カラーＣＣＤ等のカラー撮像素子を含み、撮像素子の受光面に結像した像を複数の画素に分解し、画素ごとに、三原色の色成分信号を出力するように構成されている。より具体的には、カメラ４は、撮影された画像を構成する複数の画素のそれぞれに対して、赤色、緑色および青色の色成分データからなる三原色画像データを出力する。各色成分データは、たとえば、０～２５５の範囲内の値（階調値）を有している。
　図２Ａおよび図２Ｂは、光弾性画像の撮影原理を説明するための図である。図２Ａに示すように、偏光子２および検光子３の間に測定対象等の物体を配置していないとき、光源１から発生した光は、偏光子２および検光子３によって遮断される。したがって、カメラ４は光源１からの光を検出しない。すなわち、偏光子２および検光子３は、それぞれ第１方向６および第２方向７に平行な偏光成分のみを透過させ、その他の偏光成分を吸収する。そして、第１方向６および第２方向７が直交しているので、偏光子２および検光子３の組み合わせによって、全ての偏光成分が吸収される。そのため、カメラ４は、光源１からの光を検出することができない。
　一方、図２Ｂに示すように、偏光子２と検光子３との間に、第１方向６および第２方向７のいずれとも平行でなく、かつ光軸１０に直交する第３方向８に透過偏光方向を設定した偏光板９（フィルタ）を配置する。すると、偏光子２を通った直線偏光の一部が偏光板９を透過し、さらに偏光板９を透過した第３方向８の偏光の一部が検光子３を透過する。したがって、カメラ４は、その透過した光を検出することになる。
　光透過性を有する樹脂成形品は、光弾性体の一種である。そのため、光透過性を有する樹脂成形品５を偏光子２および検光子３の間に配置すると、樹脂成形品５は、図２Ｂにおける偏光板９と同様な働きを有する。すなわち、カメラ４は、光源１からの光の一部を検出する。光弾性体である樹脂成形品５は、残留応力の大きさおよび方向に応じた複屈折を示す。樹脂成形品５の全体に渡って残留応力が均一でなければ、各部位の複屈折は当該部位の残留応力に従う。つまり、複屈折の分布が顕れる。そのため、検光子３を透過してカメラ４によって検出される光（屈折した偏光）には、残留応力の大きさおよび方向に応じた位相差が生じる。この位相差に対応する干渉縞がカメラ４によって撮影される光弾性画像中に現れる。
　図３に光弾性画像の一例を示す。透明な樹脂成形品の画像のなかに干渉縞が現れているのが分かる。残留応力の大きな部分（歪みの大きな部分）ほど、明るく、かつ白色に近い光が観測される。残留応力のない部分では、偏光子２および検光子３によって光が遮断されるので、黒色の画像となる。
　図４は、光弾性画像の解析を行うための解析システムの電気的構造を示すブロック図である。
　カメラ４は、撮影された光弾性画像を表す画像データ（三原色の色成分データ）を、メディア（記録媒体）１５に保存するように構成されていてもよい。メディア１５は、メモリカード、磁気ディスクその他の可搬性記録媒体であってもよい。
　光弾性画像を解析するための解析システムは、たとえばパーソナルコンピュータその他の処理装置１６（コンピュータ）によって構成することができる。処理装置１６は、ＣＰＵ１７、ＲＯＭ１８、ＲＡＭ１９、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２０およびメディアスロット２１を備えている。これらの構成部品は、処理装置１６の内部のバスライン２５に接続されている。
　ハードディスクドライブ２０は、いわゆる補助記憶装置であり、プログラムおよびデータを記憶する記憶領域を有している。むろん、ハードディスクドライブ２０の代わりに、メモリディスク（SSD：Solid State Drive）に代表される固体メモリを用いてもよい。
　ＲＡＭ１９は、ＣＰＵ１７のワークエリアを提供する。ＲＯＭ１８は、ＣＰＵ１７を動作させるための動作プログラムを記憶している。ＣＰＵ１７は、ＲＯＭ１８に格納された動作プログラムに従って動作し、必要に応じてハードディスクドライブ２０に記憶されているアプリケーションプログラムを実行して、必要な処理を行う。
　メディアスロット２１は、メディア１５を装填することができるように構成されている。メディアスロット２１は、メディア１５に格納されているデータを読み出すことができるように構成されたリーダユニットである。
　ハードディスクドライブ２０には、この実施形態では、光弾性画像解析プログラム２２が格納されている。光弾性画像解析プログラム２２は、光弾性画像を構成する各画素の三原色の色成分データを用いて樹脂成形品５に生じている残留応力を演算するための解析処理を処理装置１６に実行させるためのプログラムである。
　図５は、光弾性画像解析プログラム２２に従って処理装置１６が動作するときの処理内容を説明するためのフローチャートである。ＣＰＵ１７は、メディア１５から光弾性画像を表す三原色画像データを読み込み（ステップＳ１）、三原色（赤(R)、緑(G)および青(B)）の各色成分データに分解する（ステップＳ２）。
　さらに、ＣＰＵ１７は、分解された色成分データを用いて、各画素の明るさのエネルギーを表す振幅ベクトルを求める（ステップＳ３）。また、ＣＰＵ１７は、分解された各画素の色成分データに基づき、各画素の色のエネルギーを表す周波数ベクトルを求める（ステップＳ４）。
　次に、ＣＰＵ１７は、求められた振幅ベクトルおよび周波数ベクトルを合成して、光弾性画像を構成する各画素の光エネルギーベクトルを求める（ステップＳ５）。そして、ＣＰＵ１７は、各画素のエネルギー値を出力する（ステップＳ６）。出力された各画素のエネルギー値は、たとえばハードディスクドライブ２０内の記憶領域に格納される。
　さらに、ＣＰＵ１７は、必要に応じて、光弾性画像の全領域または一部の領域について、当該領域に含まれる画素のエネルギー値の総和を求め、領域値として出力する（ステップＳ７）。出力された領域値は、たとえばハードディスクドライブ２０の記憶領域に格納される。
　図６Ａおよび図６Ｂは、各画素の明るさのエネルギーを表す振幅ベクトルを求めるための処理（図５のステップＳ３）を説明するための図である。
　光は電磁波の一種であるから、そのエネルギーは、振幅のエネルギーと、周波数のエネルギーとに分解することができる。そのうち、振幅のエネルギーが明るさのエネルギーに対応する。
　三原色の三つの色成分データを直交する三つの座標軸Ｒ，Ｇ，Ｂにとった色空間（三次元空間。立方空間）を導入する。Ｒ軸は赤色成分データに対応し、Ｇ軸は緑色成分データに対応し、Ｂ軸は青色成分データに対応している。この色空間において、各画素の三原色画像データは、その色成分データを座標値とする画素点３５を占めることができる。
　或る画素の三原色の色成分データが互いに等しいとき、すなわち、赤色成分データ、緑色成分データおよび青色成分データの比が１：１：１のとき、当該画素は無彩色画素（白、黒または灰色の画素）となる。無彩色画素に対応する画素点を色空間に配置すると、無彩色軸３０が得られる。無彩色軸３０は、色空間における三原色の色成分データＲ，Ｇ，Ｂを用いて、直線の式Ｒ＝Ｇ＝Ｂで表される。換言すれば、無彩色軸３０は、色空間において、原点（０，０，０）と、三原色の色成分データがいずれも最大値（たとえば、２５５）の座標点（２５５，２５５，２５５）とを通る直線によって定義される。
　任意の画素の三原色画像データは、三原色の色成分データ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に応じた画素点３５を終点とし、原点（０，０，０）を始点とする画素ベクトルＰによって表すことができる。画素ベクトルＰは、色空間において任意の方向をとり得る。しかし、画素の振幅のエネルギー（明るさのエネルギー）に寄与するのは、画素ベクトルＰの無彩色成分である。
　画素ベクトルＰの無彩色成分は、画素ベクトルＰの無彩色軸３０への正射影によって求めることができる。すなわち、画素ベクトルＰを無彩色軸３０に正射影して得られるベクトルが、振幅ベクトルＡである。
　さらに詳細に説明すると、無彩色軸３０に対して画素ベクトルＰの成す角をθとする。このとき、画素ベクトルＰの無彩色軸３０への正射影は、画素ベクトルＰの大きさ（Ｒ２＋Ｇ２＋Ｂ２）１／２を用いて、（Ｒ２＋Ｇ２＋Ｂ２）１／２×ｃｏｓθで与えられる。これは、結局、画素ベクトルＰと無彩色軸３０に平行な単位ベクトルｅ（１/３1/2，１/３1/2，１/３1/2）との内積（スカラー積）にほかならない。よって、振幅ベクトルＡの大きさは、画素ベクトルＰの成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を用いて、（１/３1/2）・（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）で与えることができる。したがって、無彩色軸３０に沿う単位ベクトルｅを用いると、振幅ベクトルＡは、（１/３1/2）・｜Ｒ＋Ｇ＋Ｂ｜・ｅと表すことができる。
　図６Ｂには、色空間をＢ軸方向から見下してＲＧ平面が描かれている。赤色成分データが最大値２５５である赤色単色画素の画素ベクトルＰＲ(255,0,0)を無彩色軸３０に正射影すると、振幅ベクトルＡＲが得られる。同様に、緑色成分データが最大値２５５である緑色単色画素ベクトルＰＧ(0,255,0)を無彩色軸３０に正射影すると、振幅ベクトルＡＧが得られる。振幅ベクトルＡＲおよび振幅ベクトルＡＧは、無彩色軸３０上で一致し、いずれも大きさ（１/３1/2）・２５５を有する。つまり、赤色成分データが最大値２５５である赤色単色画素と緑色成分データが最大値２５５である緑色単色画素とは、振幅のエネルギー（明るさのエネルギー）が等しい。
　図７Ａおよび図７Ｂは、色のエネルギーに対応する周波数ベクトルを求めるための処理（図５のステップＳ４）を説明するための図である。
　電磁波のエネルギーは周波数に比例して大きくなる。したがって、赤色成分のみを含む光（波長６２５ｎｍ～７４０ｎｍ。たとえば７００ｎｍ）と、緑色成分のみを含む光（波長５００ｎｍ～５６５ｎｍ。たとえば５４６．１ｎｍ）と、青色成分のみを含む光（波長４５０ｎｍ～４８５ｎｍ。たとえば４３５．８ｎｍ）とは、たとえ振幅が等しくても、異なるエネルギーを持つ。それらの各単色成分のエネルギーの比は、それらの周波数の比に等しく、１：1.282：1.606（＝700：1/546.1：1/435.8）である。そこで、赤色成分、緑色成分および青色成分の座標軸Ｒ，Ｇ，Ｂを周波数の比に応じて補正した拡張色空間を導入する。
　具体的には、三原色の色成分データに三原色の周波数の比に応じた係数を乗じて、補正色成分データを求める。補正色成分データ（Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’）は、補正前の色成分データ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を用いて、（Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’）＝（Ｒ，1.282Ｇ，1.606Ｂ）により与えられる。この補正色成分データを三つの座標軸Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’にとって定義した三次元直交座標空間が拡張色空間（直方空間）である。この拡張色空間における無彩色軸４０は、原点（０，０，０）と補正色成分データ（Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’）がいずれも最大値（255，1.282×255，1.606×255）の座標点とを通る直線によって定義される。
　拡張色空間において、各画素の補正色成分データを座標値とする画素点４５を配置すると、当該画素点４５を終点とし、原点（０，０，０）を始点とする補正画素ベクトルＰ’を定義することができる。この補正画素ベクトルＰ’の無彩色軸４０からの偏倚が、色のエネルギーに相当する。より具体的には、補正画素ベクトルＰ’の無彩色軸４０に直交する成分ベクトルが、画素の周波数のエネルギーを表す周波数ベクトルｆである。
　さらに詳細に説明すると、無彩色軸４０に対して補正画素ベクトルＰ’の成す角をθ’とする。このとき、周波数ベクトルｆの大きさは、補正画素ベクトルＰ’の大きさ（Ｒ’２＋Ｇ’２＋Ｂ’２）１／２を用いて、（Ｒ’２＋Ｇ’２＋Ｂ’２）１／２×ｓｉｎθ’で与えられる。ｓｉｎθ’＝（１－cos2θ’）１／２であり、ｃｏｓθ’は、補正画素ベクトルＰ’と、無彩色軸４０に平行な単位ベクトルｅ’との内積（スカラー積）から求めることができる。すなわち、単位ベクトルｅ’＝(12+1.1282+1.6062)-1/2・（1,1.282,1.606）であるから、ｃｏｓθ’＝Ｐ’・ｅ’／｜Ｐ’｜｜ｅ’｜＝（Ｒ’＋1.282Ｇ’＋1.606Ｂ’）／｛（Ｒ’２＋Ｇ’ ２＋Ｂ’ ２）1/2・（12+1.1282+1.6062）1/2｝である。したがって、補正色成分データからｃｏｓθ’を求めることができ、これを用いて、周波数ベクトルｆの大きさを求めることができる。
　図７Ｂには、拡張色空間をＢ’軸方向から見下してＲ’Ｇ’平面が描かれている。補正赤色成分データが最大値２５５である赤色単色画素の補正画素ベクトルＰ’Ｒ(255,0,0)の終点から無彩色軸４０に垂線を下すと、周波数ベクトルｆＲが得られる。同様に、補正緑色成分データが最大値２５５×１．２８２である緑色単色画素の補正画素ベクトルＰ’Ｇ(0,1.282×255,0)の終点から無彩色軸４０に垂線を下すと、周波数ベクトルｆＧが得られる。周波数ベクトルｆＲおよび周波数ベクトルｆＧは、異なる大きさを有する。つまり、赤色成分データが最大値２５５である赤色単色画素と緑色成分データが最大値２５５である緑色単色画素とは、振幅のエネルギー（明るさのエネルギー）は等しいけれども、周波数のエネルギー（色のエネルギー）は異なる。
　より具体的には、赤色単色光（波長６２５ｎｍ～７４０ｎｍ。たとえば７００ｎｍ）の画素データ（２５５，０，０）について周波数ベクトルの大きさを求めると、２５５となる。また、緑色単色光（波長５００ｎｍ～５６５ｎｍ。たとえば５４６．１ｎｍ）の画素データ（０，２５５，０）について周波数ベクトルの大きさを求めると、３２７となる。同様にして、青色単色光（波長４５０ｎｍ～４８５ｎｍ。たとえば４３５．８ｎｍ）の画素データ（０，０，２５５）について周波数ベクトルの大きさを求めると、３２７となる。さらに、赤色と緑色とが同比率で合わさってできる黄色（単色光での波長５７０ｎｍ～５８０ｎｍ）の画素データ（２５５，２５５，０）について周波数ベクトルの大きさを求めると、２９１となる。これらの値の大小関係は、各色の光の周波数の順序と同じ順序（波長の順序と逆の順序）となっている。よって、周波数ベクトルｆが色のエネルギー（すなわち周波数のエネルギー）を適切に表していることがわかる。
　図８は、振幅ベクトルと周波数ベクトルとの合成処理（図５のステップＳ５）を説明するための図である。振幅ベクトルＡと周波数ベクトルｆとのベクトルの和を求めること、すなわち、ベクトルの合成によって、光のエネルギーを表す光エネルギーベクトルＥが求められる。振幅のエネルギーと周波数のエネルギーとは互いに独立していて、影響を及ぼし合わないので、振幅ベクトルＡと周波数ベクトルｆとは直交している。そこで、光エネルギーベクトルＥの大きさ｜Ｅ｜は、｜Ｅ｜＝｛｜Ｐ｜２＋｜ｆ｜２｝１／２によって求められる。これが、当該画素における光のエネルギーに相当する。この光のエネルギーは、結局、測定対象の樹脂成形品５における、当該画素の部位に残留する応力を表す。
　図５のステップＳ７における領域値を求める処理は、残留応力を求めたい領域内において光エネルギーベクトルＥの大きさの総和を求める処理である。
　このように、この実施形態によれば、樹脂成形品５の光弾性画像を表す三原色画像データに基づいて、樹脂成形品５の残留応力が測定される。具体的には、光弾性画像を構成する各画素の明るさのエネルギーを表す振幅ベクトルＡと、色のエネルギーを表す周波数ベクトルｆとが求められる。換言すれば、各画素の光のエネルギーが振幅成分と周波数成分とに分解される。そして、求められた振幅ベクトルＡおよび周波数ベクトルｆをベクトル合成して光エネルギーベクトルＥが求められる。つまり、三原色画像データから分解された振幅ベクトルＡおよび周波数ベクトルｆが再合成されて、光エネルギーベクトルＥに統合される。この光エネルギーベクトルＥの大きさが、樹脂成形品５において各画素に対応する部位の残留応力を表す指標となる。
　このようにして、この実施形態によれば、明るさおよび色の両方を考慮して各画素の光エネルギーが求められる。したがって、求められた光エネルギーは、樹脂成形品５において各画素に対応した部位に蓄えられたエネルギー、すなわち、残留応力に正確に相当している。よって、樹脂成形品５の残留応力を正確に測定することができる。しかも、色座標と応力との対応表等を予め作成する必要もないので、樹脂成形品５の残留応力を、少ない手順で速やかに測定することができる。
　残留応力の測定結果は、たとえば、樹脂成形品を作製するための金型の設計に際して参照すべき参照情報として用いることができる。たとえば、樹脂成形品５全体の残留応力を最小化するように金型を設計するための参照情報とすることができる。
　樹脂成形品における残留応力は、樹脂成形品全般の品質に影響する。たとえば、残留応力により成形品の変形などが発生してしまうと製造不良となる。また、残留応力の蓄積により成形品の強度が低下することとなる。以上のことから、樹脂成形品における残留応力は、製造における良品率の低下を招いたり、樹脂部品を用いる製品の価値を減少させたりする恐れがある。そこで、樹脂成形品の残留応力を最小化するように金型設計を行うことができれば、均一な組成の樹脂成形品を作製できるから、樹脂成形品の変形や強度低下を軽減することができる。これにより、優れた良品率を達成できるから、樹脂部品を用いる製品の低コスト化に寄与することができる。
　樹脂製品に用いられる樹脂が不透明樹脂である場合には、同様の組成を有する透明樹脂を用いて同一形状の樹脂成形品を作製し、これを測定対象の樹脂成形品５として用いればよい。これにより、不透明な樹脂成形品に関しても、残留応力の測定を間接的に行うことができる。
　以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、カメラ４が生成した三原色画像データがメディア１５を媒介して処理装置１６に渡されている。しかし、カメラ４と処理装置１６をケーブル接続し、メディア１５の介在なしに、カメラ４から処理装置１６へと三原色画像データを受け渡してもよい。また、処理装置１６は、有線または無線の通信ラインを介して、三原色画像データを取得するように構成されていてもよい。
　以下に、特許請求の範囲における用語と前記実施形態における用語との対応を列記する。
　　色成分データ取得手段：処理装置１６、ステップＳ１，Ｓ２
　　振幅ベクトル演算手段：処理装置１６、ステップＳ３
　　周波数ベクトル演算手段：処理装置１６、ステップＳ４
　　合成手段：処理装置１６、ステップＳ５
　　領域値演算手段：処理装置１６、ステップＳ７
　本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
　この出願は、２０１０年６月３日に日本国特許庁に提出された特願２０１０－１２８００８号に対応しており、この出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
　　１　　光源
　　２　　偏光子
　　３　　検光子
　　４　　カメラ
　　５　　樹脂成形品
　１０　　光軸
　１５　　メディア
　１６　　処理装置
　２０　　ハードディスクドライブ
　２１　　メディアスロット
　２２　　光弾性画像解析プログラム
　２５　　バスライン
　３０　　無彩色軸
　３５　　画素点
　４０　　無彩色軸
　４５　　画素点
　Ｐ　　画素ベクトル
　Ｐ’　補正画素ベクトル
　Ａ　　振幅ベクトル
　ｆ　　周波数ベクトル

Claims (8)

  1. 　樹脂成形品の残留応力を測定するための装置であって、
    　樹脂成形品の光弾性画像を表す三原色の色成分データを取得する色成分データ取得手段と、
    　前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データから、各画素の明るさのエネルギーを表す振幅ベクトルを求める振幅ベクトル演算手段と、
    　前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データから、各画素の色のエネルギーを表す周波数ベクトルを求める周波数ベクトル演算手段と、
    　前記振幅ベクトルと前記周波数ベクトルとを合成して、前記光弾性画像を構成する各画素の光エネルギーベクトルを求める合成手段とを含む、残留応力測定装置。
  2. 　前記振幅ベクトル演算手段が、前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データに対応した画素点を、三原色の色成分データを直交する３つの座標軸にそれぞれとった色空間に配置し、原点から前記画素点までの画素ベクトルの前記色空間における無彩色軸への正射影を振幅ベクトルとして求めるように構成されている、請求項１に記載の残留応力測定装置。
  3. 　前記周波数ベクトル演算手段が、
    　前記光弾性画像を構成する各画素の三原色の色成分データに三原色の周波数に応じた係数をそれぞれ乗じて補正した補正色成分データを求めるデータ補正手段と、
    　前記補正色成分データを表す画素点を、前記補正色成分データを直交する３つの座標軸にとった拡張色空間に配置し、前記拡張色空間における無彩色軸上に始点を有し、当該無彩色軸に直交して、前記画素点を終点とする周波数ベクトルを求めるベクトル演算手段とを含む、請求項１または２に記載の残留応力測定装置。
  4. 　前記光弾性画像の一部または全部の領域に含まれる画素に関して求められた光エネルギーベクトルの大きさの総和を求める領域値演算手段をさらに含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の残留応力測定装置。
  5. 　樹脂成形品の残留応力を測定するための方法であって、
    　樹脂成形品の光弾性画像を表す三原色の色成分色データを取得する色成分データ取得ステップと、
    　前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データから、各画素の明るさのエネルギーを表す振幅ベクトルを求める振幅ベクトル演算ステップと、
    　前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データから、各画素の色のエネルギーを表す周波数ベクトルを求める周波数ベクトル演算ステップと、
    　前記振幅ベクトルと前記周波数ベクトルとを合成して、前記光弾性画像を構成する各画素の光エネルギーベクトルを求める合成ステップとを含む、残留応力測定方法。
  6. 　前記振幅ベクトル演算ステップが、前記光弾性画像を構成する各画素の色成分データを表す画素点を、三原色の色データを直交する３つの座標軸にそれぞれとった色空間に配置し、原点から画素点までの画素ベクトルの前記色空間における無彩色軸への正射影を振幅ベクトルとして求めるステップを含む、請求項５に記載の残留応力測定方法。
  7. 　前記周波数ベクトル演算ステップが、
    　前記光弾性画像を構成する各画素の三原色の色成分データに三原色の周波数に応じた係数をそれぞれ乗じて補正した補正色成分データを求めるデータ補正ステップと、
    　前記補正色成分データを表す画素点を、前記補正色成分データを直交する３つの座標軸にとった拡張色空間に配置し、前記拡張色空間における無彩色軸上に始点を有し、当該無彩色軸に直交して、前記画素点を終点とする周波数ベクトルを求めるベクトル演算ステップとを含む、請求項５または６に記載の残留応力測定方法。
  8. 　前記光弾性画像の一部または全部の領域に含まれる画素に関して求められた光エネルギーベクトルの大きさの総和を求める領域値演算ステップをさらに含む、請求項５～７のいずれか一項に記載の残留応力測定方法。
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