JP2018179562A - 歪み測定装置、歪み測定方法及び歪み測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】応力発光物質に特定の蛍光体を加え、塗布した該応力発光物質の厚さや表面の色によらず、対象物に生じる歪みを定量的に測定可能な歪み測定装置等を提供する。【解決手段】歪み測定装置１００は、対象物１１０に塗布された応力発光物質が励起状態に遷移した場合に、応力発光物質に含まれる蛍光体の蛍光状態を撮像した第１の撮像画像と、対象物に荷重が加えられた場合に応力発光物質の発光状態を撮像した第２の撮像画像と、を取得する取得部１０１と、第１の撮像画像に基づいて蛍光体の蛍光状態と、第２の撮像画像に基づいて応力発光物質の発光強度とを測定する測定部１０２と、蛍光状態に基づいて、発光強度を修正する算出部１０３と、含む。【選択図】図１

Description

本発明は、応力発光物質に荷重を加えた際の発光強度を測定する、歪み測定装置、歪み測定方法及び歪み測定プログラムに関する。

近年、各種の製品や部品の設計においては、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）を用いる場合が多い。その設計過程においては、歪み（応力）に対する耐性等の検査などが含まれる。

例えば、特許文献１には、気流を受ける測定対象物の表面に感圧塗料を塗布して、測定対象物の表面の圧力分布を測定する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術は、測定対象物の表面の圧力測定値を校正するために、該測定対象物とともに気流を受ける校正用測定子の表面の感圧塗料の発光強度に基づいて、該測定対象物の表面の圧力測定値を校正するものである。

特開２００７−２７９０１３号公報

ここで、測定対象物において応力発光物質を塗布された面は、測定対象物の領域ごとに、塗布厚や表面色が異なる。そのため、応力発光物質の塗布厚や表面色が異なることに起因して、応力発光物質が発光する場合の発光強度が変化する。しかしながら、特許文献１の技術では、校正用測定子が設置される位置は限られており、測定対象物全体において、応力発光物質の塗布厚や表面色が異なることに起因した発光強度の変化を校正することはできない。そのため、塗布した応力発光物質の厚さや表面色によって、発光強度が変化してしまい。定量的な歪み測定を行うことができないという問題が生じる。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて成されたものであり、応力発光物質に特定の蛍光体を加えることにより、塗布した該応力発光物質の厚さや表面色によらず、対象物に生じる歪みを定量的に測定可能な歪み測定装置、歪み測定方法及び歪み測定プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る歪み測定装置は、対象物に塗布された応力発光物質が励起状態に遷移した場合に、応力発光物質に含まれる蛍光体の蛍光状態を撮像した第１の撮像画像と、対象物に荷重が加えられた場合に応力発光物質の発光状態を撮像した第２の撮像画像と、を取得する取得部と、第１の撮像画像に基づいて蛍光体の蛍光状態と、第２の撮像画像に基づいて応力発光物質の発光強度とを測定する測定部と、蛍光状態に基づいて、発光強度を修正する算出部と、含む。

本発明の一態様に係る歪み測定装置において、測定部は、第１の撮像画像に基づいて、第１及び第２の撮像画像を撮像する撮像部に対して蛍光体の蛍光が入射する入射率を蛍光状態として測定し、算出部は、測定部が測定した入射率に基づいて、応力発光物質の発光強度を修正することを特徴としてもよい。

本発明の一態様に係る歪み測定装置において、算出部は、測定部が測定した入射率を、応力発光物質の発光による光が撮像部に入射する際の入射率として、入射率によって生じる発光強度の変化を修正することを特徴としてもよい。

本発明の一態様に係る歪み測定装置において、前記応力発光物質を励起状態に遷移させるために所定の波長の光を照射する照射装置と、前記撮像部とは、前記対象物に対する相対的な位置が固定されることを特徴としてもよい。

本発明の一態様に係る歪み測定装置において、蛍光体は、応力発光物質を励起状態に遷移させる所定の波長の光に反応し、蛍光状態となることを特徴としてもよい。

本発明の一態様に係る歪み測定装置において、第１の撮像画像および第２の撮像画像を記憶する記憶部をさらに備え、測定部は、記憶部に記憶された第１の撮像画像に基づいて蛍光状態を測定し、記憶部に記憶された第２の撮像画像に基づいて応力発光物質の発光強度を測定することを特徴としてもよい。

本発明の一態様に係る歪み測定方法は、対象物に塗布された応力発光物質が励起状態に遷移した場合に、応力発光物質に含まれる蛍光体の蛍光状態を撮像した第１の撮像画像を取得する第１取得ステップと、対象物に荷重が加えられた場合に応力発光物質の発光状態を撮像した第２の撮像画像を取得する第２取得ステップと、第１の撮像画像に基づいて蛍光体の蛍光状態を測定する第１測定ステップと、第２の撮像画像に基づいて応力発光物質の発光強度を測定する第２測定ステップと、蛍光状態に基づいて、発光強度を修正する算出ステップと、を含む。

本発明の一態様に係る歪み測定プログラムは、コンピュータに、対象物に塗布された応力発光物質が励起状態に遷移した場合に、応力発光物質に含まれる蛍光体の蛍光状態を撮像した第１の撮像画像を取得する第１取得機能と、対象物に荷重が加えられた場合に応力発光物質の発光状態を撮像した第２の撮像画像を取得する第２取得機能と、第１の撮像画像に基づいて蛍光体の蛍光状態を測定する第１測定機能と、第２の撮像画像に基づいて応力発光物質の発光強度を測定する第２測定機能と、蛍光状態に基づいて、発光強度を修正する算出機能と、を実現させる。

本発明の一態様に係る歪み測定装置等は、応力発光物質に特定の蛍光体を加えることにより、塗布した該応力発光物質の厚さや表面の色によらず、対象物に生じる歪みを定量的に測定可能である。

測定システムの構成例を示す図である。 対象物１１０の表面の位置と、応力発光物質の発光強度の対応関係を示すグラフである。 歪み測定装置の動作例を示すフローチャートである。 歪み測定装置の機能構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施態様に係る歪み測定装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜実施の形態＞
＜構成＞
図１は、歪み測定装置１００を含む測定システムの構成を示す図である。測定システムは、応力発光物質に所定の蛍光体を含ませ、当該所定の蛍光体の蛍光状態を測定し、当該測定された蛍光状態に基づいて、応力発光物質の発光強度を修正するものである。

図１に示すように、測定システムは、歪み測定装置１００と、照射装置２００を含む。

照射装置２００は、対象物１１０に塗布された応力発光物質に対して、紫外線などの波長の短い光を照射する。ここで、応力発光物質は、紫外線などの波長の短い光を照射することにより、該応力発光物質が励起状態に遷移する。そして、応力発光物質は、荷重を加えることで、該発光粒子が励起状態から基底状態に戻ることにより、発光する。そこで、照射装置２００は、応力発光物質を励起状態に遷移させるために、該応力発光物質に対して、波長の短い光を照射する。

照射装置２００は、対象物１１０に対して、相対的に固定されることが望ましい。また、後述するが、応力発光物質や蛍光体が塗布された対象物１１０を撮像する撮像部１２０も、対象物１１０に対して、相対的に固定されることが望ましい。すなわち、照射装置２００と撮像部１２０は、対象物１１０に対して、相対的に固定される。

歪み（応力）の測定対象となる対象物１１０は、応力発光物質を表面に付着させていればどのようなものあってもよい。

ここで、応力発光物質（塗料、材料）は、摩擦、衝撃、振動、圧縮、引っ張り、捻じりなど各種の荷重が加えられたことに応じて発光するものであり、歪み（応力）発光は印加された荷重（歪み（応力））に応じた強度で発光する現象のことをいう。

応力発光物質としては、例えば、ユーロピウムをドープし、構造制御したアルミン酸ストロンチウム（ＳｒＡｌ_２０_４：Ｅｕ）、遷移金属や希土類をドープした硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｍｎ）やチタン酸バリウム・カルシウム（（Ｂａ，Ｃａ）ＴｉＯ_３：Ｐｒ）、アルミン酸カルシウムイットリウム（ＣａＹＡｌ_３Ｏ_７：Ｃｅ）などを用いることができるが、歪み（応力）に応じた強度で発光するものあれば、これらに限定されるものではない。

図２は、対象物１１０の表面の位置と、応力発光物質の発光強度の対応関係を示すグラフである。ここで、対象物１１０において応力発光物質を塗布された面は、当該対象物１１０の領域ごとに、塗布厚や表面色が異なる。そのため、図２に示すように、対象物１１０の領域が異なると、応力発光物質の塗布厚や表面色が異なることに起因して、応力発光物質が発光する場合の発光強度が変化してしまう。具体的には、応力発光物質が発光する場合、当該塗布厚や表面色、対象物１１０の光の反射率、撮像部１２０の角度に基づいて、該撮像部１２０への光の入射率が異なり、該撮像部１２０で撮像した撮像画像１３０から測定される発光強度が変化してしまうという問題が生じる。例えば、同じ荷重が加えられたとしても、対象物１１０の領域ごとに、応力発光物質の塗布厚や表面色などによって発光強度が変化してしまう。その結果、対象物１１０に生じる歪みを定量的に算出することができないという問題が生じる。

そこで、応力発光物質に所定の蛍光体を含ませ、当該所定の蛍光体の蛍光状態を測定することで、塗布厚や表面色、対象物１１０の光の反射率、撮像部１２０の角度に起因して生じる、撮像部１２０に入射する光の入射率を算出し、当該算出された入射率に基づいて、応力発光物質の発光強度を修正する。ここで、蛍光体は応力発生物質に含まれており、該応力発光物質とともに対象物１１０に塗布されているから、測定部１０２が測定する蛍光体の蛍光は、応力発生物質に荷重が加わった場合における発光と同様の入射率となる。そのため、算出された入射率に基づいて修正された発光強度は、塗布厚や表面色による発光強度の変化が低減又は除去されている発光強度となる。したがって、修正後の発光強度を用いることで、対象物１１０に生じる歪みを定量的に算出することができる。

応力発光物質は、所定の蛍光体を含む。所定の蛍光体は、応力発光物質を励起状態に遷移させるための所定の波長の光に反応し、蛍光するものである。すなわち、所定の塗料は、照射装置２００が照射する光によって、蛍光状態となる。

図１に示すように、歪み測定装置１００は、取得部１０１と、測定部１０２と、算出部１０３と、出力部１０４と、記憶部１０５とを備える。

取得部１０１は、撮像部１２０が撮像した撮像画像１３０を取得する機能を有する通信インターフェースである。取得部１０１は、撮像部１２０が撮像した映像をそのまま受信することとしてもよいし、撮像部１２０が撮像した映像が撮像部１２０にネットワークを介して接続されたサーバ装置（図示せず）等に記憶保存されたものを取得することとしてもよい。取得部１０１は、撮像部１２０あるいは、外部のサーバ装置と、有線または無線のネットワークを介して接続されてよく、撮像画像１３０を取得できるのであれば、通信に使用する通信プロトコルはどのようなものであってもよい。なお、取得部１０１による撮像画像１３０の取得は、撮像部１２０が逐次撮像した画像を取得するものであってもよいし、撮像部１２０が撮影している映像から順番に各フレームを撮像画像として取得するものであってもよい。

取得部１０１は、まず、応力発光物質を励起状態に遷移させた場合において、該応力発光物質に含まれる蛍光体の発光状態を撮像した第１の撮像画像１３０を取得する。

また、取得部１０１は、対象物１１０に所定の荷重を加えた場合に撮像された第２の撮像画像１３０を取得する。なお、取得部１０１は、対象物１１０に所定の荷重を加えた場合に逐次撮像された、複数の第２の撮像画像１３０を取得してもよい。

測定部１０２は、応力発光物質を励起状態に遷移させた場合において、該応力発光物質に含まれる蛍光体の発光状態を撮像した第１の撮像画像１３０に基づいて、蛍光体が撮像部１２０に入射する際の入射率を測定する。

上述したように、蛍光体は応力発生物質に含まれており、該応力発光物質とともに対象物１１０に塗布されているから、測定部１０２が測定する蛍光体の蛍光は、応力発生物質に荷重が加わった場合における発光と同様の入射率となる。すなわち、測定部１０２は、蛍光体の入射率を測定することで、応力発光物質に荷重が加わった場合における発光の入射率を求めることができる。

また、測定部１０２は、対象物１１０に所定の荷重を加えた場合に撮像された第２の撮像画像１３０に基づいて、応力発光物質の発光強度を測定する。例えば、測定部１０２は、対象物１１０に所定の荷重を与えた場合に逐次撮像された複数の撮像画像１３０から、当該対象物１１０に塗布された応力発光物質に対して、荷重が与えられた際の発光強度を測定する。具体的には、測定部１０２は、予め撮像部１２０が撮像する複数の撮像画像１３０の各々から得られる発光強度（輝度）と、実際の発光強度（輝度）との間の変換係数を保持し、撮像画像１３０を構成する各画素の発光強度（輝度）に対して変換係数を乗じることで、実際の輝度値を算出することにより、荷重を与えた場合における応力発光物質の発光強度（輝度）を測定（算出）する。測定部１０２は、例えば、記憶部１０５に予め記憶している算出プログラムを読み出して実行する、プロセッサにより実現することができる。

算出部１０３は、測定部１０２が測定した蛍光状態に基づいて、応力発光物質の発光強度を修正する。算出部１０３は、例えば、測定部１０２が測定した蛍光体の蛍光の入射率に基づいて、応力発光物質の発光強度を修正する。測定部１０２が測定する蛍光体の蛍光の入射率（撮像部１２０に対する入射率）は、応力発光物質の塗布厚や表面色などにより、対象物１１０の領域ごとに異なる。そこで、算出部１０３は、測定部１０２が測定した入射率を、応力発光物質の発光による光が撮像部１２０に入射する際の入射率とみなし、当該入射率によって生じる発光強度の変化を修正する。

出力部１０４は、算出部１０３が修正した発光強度に関する情報を出力する機能を有する通信インターフェースである。出力部１０４は、外部の表示装置１５０と、有線または無線のネットワークを介して接続されてよく、歪み発生領域に関する情報を送信できるのであれば、通信に使用する通信プロトコルは問わない。

出力部１０４が出力した歪み発生部分に関する情報に基づいて、例えば、表示装置１５０において歪みが発生した領域を表示することができる。表示装置１５０は、一般に知られるＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイ等により実現することができる。なお、表示装置１５０としては、その他にも、例えば、携帯端末のモニターや、タブレット端末のモニターなどを用いることとしてもよい。

記憶部１０５は、取得部１０１が取得した第１の撮像画像と、第２の撮像画像とを記憶する。測定部１０２や算出部１０３は、記憶部１０５が記憶する第１の撮像画像と、第２の撮像画像とを用いて、処理を実行してもよい。

また、記憶部１０５は、歪み測定装置１００が動作上必要とする各種データやプログラムを記憶する機能を有する記憶媒体である。記憶部１０５は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリ等により実現することができるが、この限りではない。記憶部１０５は、例えば、測定部１０２が撮像画像１３０から各画素の発光強度（輝度）を算出するための測定プログラムなどを記憶する。

＜動作＞
図３は、歪み測定装置１００の動作例を示すフローチャートである。

（ステップＳ１０１）
ステップＳ１０１において、照射装置２００は、対象物１１０に塗布された応力発光物質を励起状態に遷移させる。具体的には、照射装置２００は、対象物１１０に塗布された応力発光物質に対して、紫外線などの波長の短い光を照射する。

（ステップＳ１０２）
ステップＳ１０２において、取得部１０１は、対象物に塗布された応力発光物質が励起状態に遷移した場合に、応力発光物質に含まれる蛍光体の蛍光状態を撮像した第１の撮像画像を取得する。また、取得部１０１は、対象物に荷重が加えられた場合に応力発光物質の発光状態を撮像した第２の撮像画像を取得する。取得部１０１は、取得した第１及び第２の撮像画像を記憶部１０５に記憶して、ステップＳ１０３に移る。

（ステップＳ１０３）
ステップＳ１０３において、測定部１０２は、第１の撮像画像に基づいて蛍光体の蛍光状態と、第２の撮像画像に基づいて応力発光物質の発光強度を測定する。測定部１０２は、例えば、第１の撮像画像に基づいて、第１及び第２の撮像画像１３０を撮像する撮像部１２０に対して蛍光体の蛍光が撮像部１２０に入射する入射率を蛍光状態として測定する。測定部１０２は、測定した蛍光体の蛍光状態と、応力発光物質の発光強度とを、算出部１０３に伝達して、ステップ１０４に移る。

（ステップＳ１０４）
ステップＳ１０４において、算出部１０３は、測定部１０２が測定した蛍光状態に基づいて、該測定部１０２が測定した発光強度を修正する。算出部１０３は、例えば、測定部１０２が測定した入射率に基づいて、応力発光物質の発光強度を修正する。具体的には、算出部１０３は、測定部１０２が測定した入射率を、応力発光物質の発光による光が撮像部１２０に入射する際の入射率とみなして、当該入射率によって生じる発光強度の変化を修正する。

上記のとおり、測定システムは、応力発光物質に所定の蛍光体を含ませ、当該所定の蛍光体の蛍光状態を測定し、当該測定された蛍光状態に基づいて、応力発光物質の発光強度を修正する。そのため、測定システムは、応力発光物質の塗布厚や表面色が異なることに起因して生じる当該応力発光物質の発光強度の変化を、低減または除去することが可能となる。したがって、測定システムは、塗布した該応力発光物質の厚さや表面の色によらず、対象物に生じる歪みを定量的に測定可能となる。

＜補足＞
上記実施の形態に係る歪み測定装置は、上記実施の形態に限定されるものではなく、他の手法により実現されてもよいことは言うまでもない。以下、各種変形例について説明する。

（１）上記実施の形態においては、撮像部１２０は、歪み測定装置１００外の装置としているが、歪み測定装置１００は、撮像部１２０も備えることとしてもよい。

（２）上記実施の形態においては、表示装置１５０は、歪み測定装置１００外の装置としているが、歪み測定装置１００は、表示装置１５０を備えることとしてもよい。

（３）上記実施の形態においては、測定部１０２は、撮像画像１３０から各画素の発光強度（輝度）を測定することとしたが、この手法に代えて、発光強度（輝度）センサを用いて測定することとしてもよい。

（４）上記実施の形態においては、歪み測定装置が歪みを算出する手法として、歪み測定装置１００を構成する各機能部として機能するプロセッサが歪み測定プログラム等を実行することとしているが、これは装置に集積回路（ＩＣ（Integrated Circuit）チップ、ＬＳＩ（Large Scale Integration））等に形成された論理回路（ハードウェア）や専用回路によって実現してもよい。また、これらの回路は、１または複数の集積回路により実現されてよく、上記実施の形態に示した複数の機能部の機能を１つの集積回路により実現されることとしてもよい。ＬＳＩは、集積度の違いにより、ＶＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩなどと呼称されることもある。すなわち、図４に示すように、歪み測定装置１００を構成する各機能部は、物理的な回路により実現されてもよい。図４に示すように、歪み測定装置１００は、取得回路１０１と、測定回路１０２と、算出回路１０３と、出力回路１０４と、記憶回路１０５とを備え、各回路は、上述の同名の各機能部と同様の機能を有する。

また、上記歪み測定プログラムは、プロセッサが読み取り可能な記録媒体に記録されていてよく、記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記歪み測定プログラムは、当該歪み測定プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記プロセッサに供給されてもよい。本発明は、上記歪み測定プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

なお、上記歪み測定プログラムは、例えば、ActionScript、JavaScript（登録商標）などのスクリプト言語、Objective-C、Java（登録商標）などのオブジェクト指向プログラミング言語、HTML5などのマークアップ言語などを用いて実装できる。

（５）上記実施の形態及び各補足に示した構成は、適宜組み合わせることとしてもよい。

１００ 歪み測定装置
１０１ 取得部
１０２ 測定部
１０３ 算出部
１０４ 出力部
１０５ 記憶部
１１０ 対象物
１２０ 撮像部
１３０ 撮像画像
１５０ 表示装置
２００ 照射装置

Claims (8)

1. 対象物に塗布された応力発光物質が励起状態に遷移した場合に、前記応力発光物質に含まれる蛍光体の蛍光状態を撮像した第１の撮像画像と、前記対象物に荷重が加えられた場合に前記応力発光物質の発光状態を撮像した第２の撮像画像と、を取得する取得部と、
   前記第１の撮像画像に基づいて前記蛍光体の蛍光状態と、前記第２の撮像画像に基づいて前記応力発光物質の発光強度とを測定する測定部と、
   前記蛍光状態に基づいて、前記発光強度を修正する算出部と、
   を含む歪み測定装置。
2. 前記測定部は、前記第１の撮像画像に基づいて、前記第１及び第２の撮像画像を撮像する撮像部に対して前記蛍光体の蛍光が入射する入射率を前記蛍光状態として測定し、
   前記算出部は、前記測定部が測定した前記入射率に基づいて、前記応力発光物質の前記発光強度を修正する
   ことを特徴とする請求項１に記載の歪み測定装置。
3. 前記算出部は、前記測定部が測定した前記入射率を、前記応力発光物質の発光による光が前記撮像部に入射する際の入射率として、前記入射率によって生じる前記発光強度の変化を修正する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の歪み測定装置。
4. 前記応力発光物質を励起状態に遷移させるために所定の波長の光を照射する照射装置と、前記撮像部とは、前記対象物に対する相対的な位置が固定される
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の歪み測定装置。
5. 前記蛍光体は、前記応力発光物質を励起状態に遷移させる所定の波長の光に反応し、蛍光状態となる
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の歪み測定装置。
6. 前記第１の撮像画像および前記第２の撮像画像を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記測定部は、前記記憶部に記憶された前記第１の撮像画像に基づいて前記蛍光状態を測定し、前記記憶部に記憶された前記第２の撮像画像に基づいて前記応力発光物質の発光強度を測定する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の歪み測定装置。
7. 対象物に塗布された応力発光物質が励起状態に遷移した場合に、前記応力発光物質に含まれる蛍光体の蛍光状態を撮像した第１の撮像画像を取得する第１取得ステップと、
   前記対象物に荷重が加えられた場合に前記応力発光物質の発光状態を撮像した第２の撮像画像を取得する第２取得ステップと、
   前記第１の撮像画像に基づいて前記蛍光体の蛍光状態を測定する第１測定ステップと、
   前記第２の撮像画像に基づいて前記応力発光物質の発光強度を測定する第２測定ステップと、
   前記蛍光状態に基づいて、前記発光強度を修正する算出ステップと、
   を含む歪み測定方法。
8. コンピュータに、
   対象物に塗布された応力発光物質が励起状態に遷移した場合に、前記応力発光物質に含まれる蛍光体の蛍光状態を撮像した第１の撮像画像を取得する第１取得機能と、
   前記対象物に荷重が加えられた場合に前記応力発光物質の発光状態を撮像した第２の撮像画像を取得する第２取得機能と、
   前記第１の撮像画像に基づいて前記蛍光体の蛍光状態を測定する第１測定機能と、
   前記第２の撮像画像に基づいて前記応力発光物質の発光強度を測定する第２測定機能と、
   前記蛍光状態に基づいて、前記発光強度を修正する算出機能と、
   を実現させる歪み測定プログラム。

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