特開 2024-158305 試験方法、試験システム及び供試体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158305

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】試験方法、試験システム及び供試体

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/32 20060101AFI20241031BHJP

   G01J 5/48 20220101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

G01N3/32 H

G01J5/48 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073407

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡田 孝雄

【テーマコード（参考）】

2G061

2G066

【Ｆターム（参考）】

2G061AA02

2G061AB05

2G061BA15

2G061CA01

2G061CA05

2G061CA14

2G061CB01

2G061DA12

2G061DA19

2G061EA01

2G061EA02

2G061EA03

2G061EB02

2G061EB07

2G061EC02

2G061EC05

2G066AC20

2G066CA01

2G066CA02

(57)【要約】

【課題】試験片の一面をサーモグラフィ計測とデジタル画像相関法の両方で計測する。
【解決手段】試験方法は、試験片と、前記試験片の少なくとも一面上に形成され、第１の光を放射する第１の材料からなる第１の層と、前記第１の層上に形成され、励起光である第２の光が照射されたとき第３の光を放射し且つ前記第１の光を透過させる第２の材料からなり、表面にパターンを有する第２の層と、を有する供試体を準備し、第１の計測装置により、前記第１の層から放射され前記第２の層を透過する前記第１の光を計測し、計測結果に基づき前記試験片の第１の変形を計測し、前記第２の層に励起光としての前記第２の光を照射し、第２の計測装置により、前記第３の光を放射する前記第２の層の表面の前記パターンを撮影し、撮影結果に基づき前記試験片の第２の変形を計測する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験片と、
前記試験片の少なくとも一面上に形成され、第１の光を放射する第１の材料からなる第１の層と、
前記第１の層上に形成され、励起光である第２の光が照射されたとき第３の光を放射し且つ前記第１の光を透過させる第２の材料からなり、表面にパターンを有する第２の層と、
を有する供試体を準備し、
第１の計測装置により、前記第１の層から放射され前記第２の層を透過する前記第１の光を計測し、計測結果に基づき前記試験片の第１の変形を計測し、
前記第２の層に励起光としての前記第２の光を照射し、第２の計測装置により、前記第３の光を放射する前記第２の層の表面の前記パターンを撮影し、撮影結果に基づき前記試験片の第２の変形を計測する
試験方法。

【請求項2】

請求項１に記載の試験方法であって、
前記第１の計測装置は、前記第２の光及び前記第３の光を検知せず、
前記第２の計測装置は、前記第１の光及び前記第２の光を検知しない
試験方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の試験方法であって、
前記第１の光は、第１の波長帯域を有し、
前記第２の光は、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域を有し、
前記第３の光は、前記第１の波長帯域と異なる第３の波長帯域を有する
試験方法。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の試験方法であって、
前記第２の層の最大厚さは、５０μｍ以下である
試験方法。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の試験方法であって、
前記第２の層の最大厚さは、２０μｍ以下である
試験方法。

【請求項6】

請求項１又は２に記載の試験方法であって、
前記試験片の前記一面と、前記一面の裏面とは、非対称である
試験方法。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の試験方法であって、
前記第１の変形は疲労荷重による変形であり、
前記第２の変形は静荷重及び／又は疲労荷重による変形である、
試験方法。

【請求項8】

請求項１又は２に記載の試験方法であって、
前記第１の変形及び前記第２の変形に基づき前記試験片の変形を評価する
試験方法。

【請求項9】

試験片と、
前記試験片の少なくとも一面上に形成され、第１の光を放射する第１の材料からなる第１の層と、
前記第１の層上に形成され、励起光である第２の光が照射されたとき第３の光を放射し且つ前記第１の光を透過させる第２の材料からなり、表面にパターンを有する第２の層と、
を有する供試体の前記第１の層から放射され前記第２の層を透過する前記第１の光を計測し、計測結果に基づき前記試験片の第１の変形を計測する第１の計測装置と、
前記第２の層に励起光としての前記第２の光を照射し、前記第３の光を放射する前記第２の層の表面の前記パターンを撮影し、撮影結果に基づき前記試験片の第２の変形を計測する、第２の計測装置と、
を具備する試験システム。

【請求項10】

試験片と、
前記試験片の少なくとも一面上に形成され、第１の光を放射する第１の材料からなる第１の層と、
前記第１の層上に形成され、励起光である第２の光が照射されたとき第３の光を放射し且つ前記第１の光を透過させる第２の材料からなり、表面にパターンを有する第２の層と、
を具備する供試体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試験片の変形を計測するための試験方法、試験システム及び供試体に関する。

【背景技術】

【0002】

構造材料の強度試験において変形の過程及び破壊の原因を調べるためには、負荷される荷重に対する構造材料の変形挙動を計測する必要がある。歪ゲージやレーザー変位計は、構造材料の局所的な計測点のみでしか変形挙動が得られない。光ファイバーは、歪ゲージの点計測と比較して光ファイバー上に沿った線上での変形の計測が可能である。しかし、近年は数値解析技術の高度化に伴った解析結果と実験結果の比較の観点から、より多くの計測点が必要となっている。このため、構造材料の試験片表面の面計測を行うことが求められている。

【0003】

面計測技術の一つである非接触温度計測であるサーモグラフィ計測では、試験片表面の放射率を均一にして、負荷時の放射熱から損傷の検出、主応力和の計測を行う。

【0004】

他の面計測技術であるデジタル画像相関法（DIC：Digital Image Correlation）では、試験片表面のスペックルパターン（放射率が不均一）の動きから負荷時の歪を計測する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－０６６４５５号公報

【特許文献2】特表２０１９－５１９４４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

サーモグラフィ計測の欠点の一つとして、主応力和から各軸方向の応力への分解が出来ないことがあげられる。デジタル画像相関法は、各軸方向の歪を計測できるが、変形が小さい場合の精度はよいとは言えない。サーモグラフィ計測及びデジタル画像相関法を相互に補完するため、サーモグラフィ計測及びデジタル画像相関法の両方を行うことが望ましい。

【0007】

しかしながら、デジタル画像相関法は放射率が不均一なスペックルパターンを、サーモグラフィ計測は放射率が均一な表面を計測するため、通常、両計測手法で同一の試験片表面を計測することはできない。

【0008】

そのため、従来、サーモグラフィ計測とデジタル画像相関法を実施するためには、表裏が対称な試験片を用いて、一面をサーモグラフィ計測、反対面をデジタル画像相関法としていた。また、試験片の損傷を計測する場合、損傷が表裏に対称に入る必要があった。

【0009】

逆に言えば、片面が損傷した試験片の損傷面は、表裏の対称性が無いため、サーモグラフィ計測とデジタル画像相関法との両方で計測することは出来ない。また、例えば、スキン－ストリンガー（外板－縦通材）構造やリベット継手構造等の表裏の対称性が無い構造の試験片は、サーモグラフィ計測とデジタル画像相関法との両方で計測することは出来ない。

【0010】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、試験片の一面をサーモグラフィ計測とデジタル画像相関法の両方で計測することにある。本発明の目的は、さらに、表裏の対象性が無い試験片の変形を、サーモグラフィ計測とデジタル画像相関法の両方で計測することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一形態に係る試験方法は、
試験片と、
前記試験片の少なくとも一面上に形成され、第１の光を放射する第１の材料からなる第１の層と、
前記第１の層上に形成され、励起光である第２の光が照射されたとき第３の光を放射し且つ前記第１の光を透過させる第２の材料からなり、表面にパターンを有する第２の層と、
を有する供試体を準備し、
第１の計測装置により、前記第１の層から放射され前記第２の層を透過する前記第１の光を計測し、計測結果に基づき前記試験片の第１の変形を計測し、
前記第２の層に励起光としての前記第２の光を照射し、第２の計測装置により、前記第３の光を放射する前記第２の層の表面の前記パターンを撮影し、撮影結果に基づき前記試験片の第２の変形を計測する。

【0012】

これにより、試験片の一面を、第１の計測装置及び第２の計測装置の両者で計測可能である。

【0013】

前記第１の計測装置は、前記第２の光及び前記第３の光を検知せず、
前記第２の計測装置は、前記第１の光及び前記第２の光を検知しなくてもよい。

【0014】

このため、同時に、第１の計測装置が第１の光を検知して試験片の変形を計測し、且つ、第２の計測装置が供試体１に第２の光を照射して第３の光を検知して試験片の変形を計測することが可能である。

【0015】

前記第１の光は、第１の波長帯域を有し、
前記第２の光は、前記第１の波長帯域と異なる第２の波長帯域を有し、
前記第３の光は、前記第１の波長帯域と異なる第３の波長帯域を有してもよい。

【0016】

このため、同時に、第１の計測装置が第１の光を検知して試験片の変形を計測し、且つ、第２の計測装置が供試体１に第２の光を照射して第３の光を検知して試験片の変形を計測することが可能である。

【0017】

前記第２の層の最大厚さは、５０μｍ以下でもよい。

【0018】

第２の層の最大厚さが５０μｍより大きいと、第２の層自体の体積変化も大きくなり、結果的に、第２の層自体の微小温度変化も第１の計測装置が検知可能な変化となる可能性がある。このため、第１の計測装置が検知する温度変化が、試験片の温度変化のみでなく、第２の層の温度変化も含まれたものとなる可能性がある。第１の計測装置が試験片のみの温度変化を検出できないと、結果的に、試験片のみの体積変化を検出できなくなる。

【0019】

前記第２の層の最大厚さは、２０μｍ以下でもよい。

【0020】

第２の層の最大厚さが２０μｍ以下であると、第２の層自体の体積変化が小さく、結果的に、第２の層自体の微小温度変化も第１の計測装置が検知不能な程度の変化となる可能性が高い。このため、第１の計測装置が検知する温度変化が、試験片の温度変化のみであり、第２の層の温度変化が含まれない可能性が高い。第１の計測装置が試験片のみの温度変化を検出するため、結果的に、試験片のみの体積変化を検出できる。

【0021】

前記試験片の前記一面と、前記一面の裏面とは、非対称でもよい。

【0022】

本実施形態によれば、試験片の一面上に第１の層及び第２の層を重ねて製作することにより、試験片の表裏の対称性は不要となる。例えば継手構造などの表裏の対称性がない構造の一つの試験片の一面を、第１の計測装置と第２の計測装置の両者を用いて計測することが可能である。

【0023】

前記第１の変形は疲労荷重による変形であり、
前記第２の変形は静荷重及び／又は疲労荷重による変形でもよい。

【0024】

疲労荷重により生じるひずみは、静荷重により生じるひずみより小さい。このため、試験機が供試体１に周期的に応力を印加し、試験片を疲労荷重（ひずみが比較的小さい）により変形させ、第１の計測装置により、微小な温度変化に基づき、試験片の疲労荷重による第１の変形を計測するのがよい。一方、試験機が供試体１に一定の応力を印加し続け、供試体１を静荷重（ひずみが比較的大きい）により変形させ、第２の計測装置により、パターンの変位に基づき、試験片の静荷重による第２の変形を計測するのがよい。

【0025】

前記第１の変形及び前記第２の変形に基づき前記試験片の変形を評価してもよい。

【0026】

第１の計測装置による計測及び第２の計測装置による計測の両方を行い、評価装置により相互に補完するのがよい。

【0027】

本発明の一形態に係る試験システムは、
試験片と、
前記試験片の少なくとも一面上に形成され、第１の光を放射する第１の材料からなる第１の層と、
前記第１の層上に形成され、励起光である第２の光が照射されたとき第３の光を放射し且つ前記第１の光を透過させる第２の材料からなり、表面にパターンを有する第２の層と、
を有する供試体の前記第１の層から放射され前記第２の層を透過する前記第１の光を計測し、計測結果に基づき前記試験片の第１の変形を計測する第１の計測装置と、
前記第２の層に励起光としての前記第２の光を照射し、前記第３の光を放射する前記第２の層の表面の前記パターンを撮影し、撮影結果に基づき前記試験片の第２の変形を計測する、第２の計測装置と、
を具備する。

【0028】

本発明の一形態に係る供試体は、
試験片と、
前記試験片の少なくとも一面上に形成され、第１の光を放射する第１の材料からなる第１の層と、
前記第１の層上に形成され、励起光である第２の光が照射されたとき第３の光を放射し且つ前記第１の光を透過させる第２の材料からなり、表面にパターンを有する第２の層と、
を具備する。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、試験片の一面をサーモグラフィ計測とデジタル画像相関法の両方で計測することができる。本発明によれば、さらに、表裏の対象性が無い試験片の変形を、サーモグラフィ計測とデジタル画像相関法の両方で計測することができる。

【0030】

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の一実施形態に係る供試体を模式的に示す断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る試験システムを模式的に示す。

【図3】本発明の一実施形態に係る試験方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

【0033】

１．供試体

【0034】

図１は、本発明の一実施形態に係る供試体を模式的に示す断面図である。

【0035】

供試体１は、試験片１００と、第１の層１１０と、第２の層１２０とを有する。

【0036】

試験片１００は、強度試験において変形の過程及び破壊の原因を調べるために、負荷される荷重に対する変形挙動の計測の対象となる試験片である。試験片１００の一面１０１は、典型的には平滑である。試験片１００の一面１０１と、一面１０１の裏面１０２とは、対称でもよいし、非対称でもよい。言い換えれば、試験片１００は、例えば、スキン－ストリンガー（外板－縦通材）構造やリベット継手構造等の表裏の対称性が無い構造でよい。試験片１００は、三次元造形技術により製作した試験片でもよく、一面１０１が平滑であればよい。試験片１００の材料は、例えば、金属、複合材料等でよく、特定の材料に限定されない。

【0037】

第１の層１１０は、試験片１００の少なくとも一面１０１上に形成される。第１の層１１０は、厚さが均一で、表面１１１が平滑な層である。第１の層１１０は、黒色塗料（第１の材料）からなる。黒色塗料は、高い放射率で赤外線（第１の光）を放射する。赤外線（第１の光）の波長帯域（第１の波長帯域）は、７８０ｎｍ～１ｍｍ程度である。黒色塗料は、平滑な一面１０１に平滑に塗布される。これにより、第１の層１１０の表面１１１は、平滑面となり、均質な放射率を有する。黒色塗料は、例えば、アサヒペン製耐熱塗料ツヤ消し黒（成分：合成樹脂（シリコン）、顔料、有機溶剤）を使用することができる。

【0038】

第２の層１２０は、第１の層１１０の表面１１１上に形成される。第２の層１２０は、透明塗料（第２の材料）からなる。第２の材料は、励起光である紫外線（第２の光）が照射されたとき、光（第３の光）を放射し、且つ、赤外線（第１の光）を透過させる。紫外線（第２の光）の波長帯域（第２の波長帯域）は、２００ｎｍ～４００ｎｍ程度である。第２の層１２０が放射する光（第３の光）の波長帯域（第３の波長帯域）は、赤外線（第１の光）の波長帯域（第１の波長帯域）と異なればよい。例えば、第２の層１２０は、青色光（第３の光）を放射し、その波長帯域（第３の波長帯域）は、４３０ｎｍ～４９０ｎｍ程度でよい。

【0039】

第２の層１２０を形成する透明塗料は、第１の層１１０の平滑な表面１１１に非平滑に塗布される。第２の層１２０は、表面１２１にパターン１２２を有する。パターン１２２は典型的にはスペックルパターン１２２である。スペックルパターン１２２は、ランダムで非周期的な凹凸のパターンであり、表面全体として不均一な放射率を有する。スペックルパターン１２２を有する表面１２１が、供試体１の表面となる。

【0040】

スペックルパターン１２２の形成方法の一例を説明する。例えば、スペックルパターン１２２に用いることができるタトゥーシールを、赤外線を透過させる透明塗料（第２の材料）で製作することにより、大きさが均一で赤外線を透過するスペックルパターン１２２を、第１の層１１０の表面１１１に貼り付けることが可能である。なおスペックルパターン１２２の形成方法はシールに限定されず如何なる方法でもよい。第２の層１２０の最大厚さは、５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。透明塗料は、例えば、シンロイヒ株式会社製 マジックルミノペイント ブルーを使用することができる。

【0041】

２．試験システム

【0042】

図２は、本発明の一実施形態に係る試験システムを模式的に示す。

【0043】

試験システム２は、試験機２００と、サーモグラフィ計測装置２１０（第１の計測装置）と、ＤＩＣ計測装置２２０（第２の計測装置）とを有する。試験システム２は、さらに、評価装置２３０を評価してもよい。

【0044】

試験機２００は、例えば油圧試験機である。試験機２００には、供試体１が設置される。試験機２００は、供試体１に応力（図２の矢印）を印加する。具体的には、試験機２００は、供試体１に周期的に応力を印加して試験片１００に疲労荷重を生じさせる。試験機２００は、また、供試体１に一定の応力を印加し続けることにより試験片１００に静荷重を生じさせる。疲労荷重により生じるひずみは、静荷重により生じるひずみより小さい。

【0045】

サーモグラフィ計測装置２１０（第１の計測装置）は、赤外線カメラを有し、赤外線（７８０ｎｍ～１ｍｍ程度）の一部の波長帯域の光を検知可能である。例えば、サーモグラフィ計測装置２１０は、２．５μｍ～５．０μｍ（２５００ｎｍ～５０００ｎｍ）程度の波長帯域の赤外線を検知可能でよい。一方、サーモグラフィ計測装置２１０は、赤外線以外の波長帯域の光、具体的には、第２の層１２０に照射される紫外線（第２の光、波長帯域２００ｎｍ～４００ｎｍ程度）及び第２の層１２０が放射する青色光（第３の光、波長帯域４３０ｎｍ～４９０ｎｍ程度）を検知不能である。赤外線カメラの解像度は、例えば、３１２×２５６ピクセルでよい。

【0046】

試験機２００が供試体１に応力を印加すると、試験片１００が荷重により変形し、試験片１００の体積変化により微小な温度変化が生じる。温度が高い部分ほど放射される赤外線のエネルギー量が大きい。サーモグラフィ計測装置２１０は、供試体１の第１の層１１０から放射され第２の層１２０を透過する赤外線（第１の光）を赤外線カメラで計測し、赤外線のエネルギー量の計測結果に基づき試験片１００の変形を計測する。具体的には、サーモグラフィ計測装置２１０は、下記の式（１）に基づき、温度変化を主応力和に変換する。

【0047】

ΔＴ＝－Ｋｍ×Ｔ×Δσ・・・（１）

【0048】

ここで、ΔＴ：温度変化、Ｋｍ：熱弾性係数、Ｔ：絶対温度、Δσ：主応力和の変化である。

【0049】

また、上記の様に、第２の層１２０の最大厚さは、５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。第２の層１２０の最大厚さが５０μｍより大きいと、第２の層１２０自体の体積変化も大きくなり、結果的に、第２の層１２０自体の微小温度変化もサーモグラフィ計測装置２１０が検知可能な変化となる可能性がある。このため、サーモグラフィ計測装置２１０が検知する温度変化が、試験片１００の温度変化のみでなく、第２の層１２０の温度変化も含まれたものとなる可能性がある。サーモグラフィ計測装置２１０が試験片１００のみの温度変化を検出できないと、結果的に、試験片１００のみの体積変化を検出できなくなる。

【0050】

一方、第２の層１２０の最大厚さが２０μｍ以下であると、第２の層１２０自体の体積変化が小さく、結果的に、第２の層１２０自体の微小温度変化もサーモグラフィ計測装置２１０が検知不能な程度の変化となる可能性が高い。このため、サーモグラフィ計測装置２１０が検知する温度変化が、試験片１００の温度変化のみであり、第２の層１２０の温度変化が含まれない可能性が高い。サーモグラフィ計測装置２１０が試験片１００のみの温度変化を検出するため、結果的に、試験片１００のみの体積変化を検出できる。

【0051】

ＤＩＣ計測装置２２０（第２の計測装置）は、光源装置２２１と、２台のＤＩＣカメラ２２２、２２３とを有する。光源装置２２１は、供試体１の第２の層１２０に励起光としての紫外線（第２の光、波長帯域２００ｎｍ～４００ｎｍ程度）の一部の波長帯域の光を照射する。例えば、光源装置２２１は、波長帯域３６５ｎｍ程度の紫外線を照射するＬＥＤでよい。光源装置２２１は必ずしもＤＩＣ計測装置２２０に含まれず、独立してもよい。

【0052】

ＤＩＣ計測装置２２０は、２台のＤＩＣカメラ２２２、２２３により、第２の層１２０が放射する光（第３の光）の波長帯域（第３の波長帯域）の少なくとも一部の波長帯域の光を検知可能である。本例では、ＤＩＣ計測装置２２０は、青色光（第３の光、波長帯域４３０ｎｍ～４９０ｎｍ程度）の一部の波長帯域の光を検知可能である。例えば、ＤＩＣ計測装置２２０は、４４０ｎｍ～４９０ｎｍ程度の波長帯域の青色光を検知可能でよい。

【0053】

一方、ＤＩＣ計測装置２２０は、青色光以外の波長帯域の光、具体的には、第１の層１１０が放射する赤外線（第１の光、波長帯域７８０ｎｍ～１ｍｍ程度）及び第２の層１２０に照射される紫外線（第２の光、波長帯域２００ｎｍ～４００ｎｍ程度）を検知不能でもよい。例えば、ＤＩＣ計測装置２２０は、装置性能的に赤外線及び／又は紫外線を検知不能でもよいし、覆い等を用いて物理的に赤外線及び／又は紫外線を検知不能でもよい。逆に言えば、ＤＩＣ計測装置２２０が検出する波長で第２の層１２０の表面１２１のスペックルパターン１２２が発光すれば、スペックルパターン１２２の発光色によらず、サーモグラフィ計測とデジタル画像相関法を同一面で計測可能である。

【0054】

ＤＩＣ計測装置２２０は、紫外線により励起され青色光（第３の光）を放射する第２の層１２０の表面１２１のスペックルパターン１２２を撮影する。ＤＩＣカメラ２２２、２２３の解像度は、例えば、２７５０×２２００ピクセルである。２台のＤＩＣカメラ２２２、２２３を使用しステレオ撮影することで、第２の層１２０の表面１２１のスペックルパターン１２２の３次元形状が算出できる。

【0055】

試験機２００が供試体１に応力を印加すると、供試体１が荷重により変形し、第２の層１２０の表面１２１のスペックルパターン１２２が変位する。ＤＩＣ計測装置２２０は、供試体１の負荷前後の表面のスペックルパターン１２２を撮影し、撮影結果に基づき試験片１００の変形を計測する。言い換えれば、ＤＩＣ計測装置２２０は、供試体１の変形前後におけるデジタル画像から、供試体１の変位量、変位方向を求め、供試体１の表面１２１のひずみを計測する。

【0056】

上記の様に、疲労荷重により生じるひずみは、静荷重により生じるひずみより小さい。このため、試験機２００が供試体１に周期的に応力を印加し、試験片１００を疲労荷重（ひずみが比較的小さい）により変形させ、サーモグラフィ計測装置２１０により、微小な温度変化に基づき、試験片１００の疲労荷重による変形（第１の変形）を計測するのがよい。一方、試験機２００が供試体１に一定の応力を印加し続け、供試体１を静荷重（ひずみが比較的大きい）により変形させ、ＤＩＣ計測装置２２０により、スペックルパターン１２２の変位に基づき、試験片１００の静荷重による変形（第２の変形）を計測するのがよい。

【0057】

なお、上記の様に、サーモグラフィ計測装置２１０は、赤外線を検知する一方、紫外線及び青色光を検知不能である。ＤＩＣ計測装置２２０は、青色光を検知する一方、赤外線及び／又は紫外線を検知不能でもよい。このため、同時に、サーモグラフィ計測装置２１０が赤外線を検知して試験片１００の変形を計測し、且つ、ＤＩＣ計測装置２２０が供試体１に紫外線を照射して青色光を検知して試験片１００の変形を計測することが可能である。

【0058】

評価装置２３０は、サーモグラフィ計測装置２１０が計測する第１の変形と、ＤＩＣ計測装置２２０が計測する第２の変形に基づき、試験片１００の変形を評価する。

【0059】

サーモグラフィ計測装置２１０は、急勾配への追従性がよい（亀裂検出感度が高い）反面、応力成分（σｘ，σｙ）への分離ができず、応力値の校正が必要である。一方、ＤＩＣ計測装置２２０は、軸方向に分解されたひずみ（εｘ，εｙ，εｚ）の計測が可能である反面、ひずみが小さいと誤差が大きく（５０μｍ～１１０μｍ程度）、亀裂周りの計測はデータが粗くなり不向きである。このため、サーモグラフィ計測装置２１０によるサーモグラフィ計測及びＤＩＣ計測装置２２０によるデジタル画像相関法の両方を行い、評価装置２３０により、サーモグラフィ計測及びデジタル画像相関法を相互に補完するのがよい。

【0060】

３．試験方法

【0061】

図３は、本発明の一実施形態に係る試験方法を示すフローチャートである。

【0062】

まず、試験片１００の一面１０１上に第１の層１１０を形成する。次に、第１の層１１０の表面１１１上に、表面１２１にスペックルパターン１２２を有する第２の層１２０を形成する。これにより、供試体１を準備する。供試体１を試験機２００に設置する（ステップＳ１）。

【0063】

試験機２００を駆動して供試体１に応力を印加して試験片１００に荷重を生じさせる。サーモグラフィ計測装置２１０により、供試体１の第１の層１００から放射され第２の層１２０を透過する赤外線を計測し、計測結果に基づき試験片１００の変形を計測する（ステップＳ２）。典型的には、試験機２００が供試体１に周期的に応力を印加し、試験片１００を疲労荷重（ひずみが比較的小さい）により変形させる。サーモグラフィ計測装置２１０により、微小な温度変化に基づき、試験片１００の疲労荷重による変形（第１の変形）を計測する。

【0064】

試験機２００を駆動して供試体１に応力を印加して試験片１００に荷重を生じさせる。ＤＩＣ計測装置２２０により、供試体１の第２の層１２０の表面１２１に紫外線を照射し、紫外線により励起され青色光を放射する第２の層１２０の表面１２１のスペックルパターン１２２を撮影する。ＤＩＣ計測装置２２０は、供試体１の負荷前後の表面のスペックルパターン１２２を撮影し、撮影結果に基づき試験片１００の変形を計測する（ステップＳ３）。典型的には、試験機２００が供試体１に一定の応力を印加し続け、供試体１を静荷重（ひずみが比較的大きい）により変形させる。ＤＩＣ計測装置２２０により、スペックルパターン１２２の変位に基づき、試験片１００の静荷重及び／又は疲労荷重による変形（第２の変形）を計測する。

【0065】

評価装置２３０は、サーモグラフィ計測装置２１０が計測する第１の変形と、ＤＩＣ計測装置２２０が計測する第２の変形に基づき、試験片１００の変形を評価する（ステップＳ４）。

【0066】

４．結語

【0067】

従来、試験片の一面の計測については、サーモグラフィ計測かＤＩＣ計測のいずれかしか選択できなかった。このため、サーモグラフィ計測とＤＩＣ計測を実施するためには、表裏が対称な試験片を用いて、一面をサーモグラフィ計測、反対面をＤＩＣ計測としていた。また、試験片の損傷を計測する場合、損傷を表裏に対称に設ける必要があった。

【0068】

逆に言えば、片面が損傷した試験片の損傷面は、表裏の対称性が無いため、サーモグラフィ計測とＤＩＣ計測との両方で計測することは出来ない。また、例えば、スキン－ストリンガー（外板－縦通材）構造やリベット継手構造等の表裏の対称性が無い構造の試験片は、サーモグラフィ計測とデジタル画像相関法との両方で計測することは出来ない。

【0069】

これに対して、本実施形態によれば、試験片１００の一面１０１上に、サーモグラフィ計測のための赤外線を放射する平滑な第１の層１１０を形成する。第１の層１１０の表面１１１上に、赤外線を透過し赤外線と異なる波長を放射する材料で、ＤＩＣ計測に用いられるスペックルパターン１２２を有する第２の層１２０を形成する。これにより、試験片１００の一面１０１を、サーモグラフィ計測及びＤＩＣ計測の両者で計測可能である。

【0070】

本実施形態によれば、試験片１００の一面１０１上に第１の層１１０及び第２の層１２０を重ねて製作することにより、試験片１００の表裏の対称性は不要となる。例えば継手構造などの表裏の対称性がない構造の一つの試験片１００の一面１０１に対して、サーモグラフィ計測とＤＩＣ計測を用いて計測することが可能である。

【0071】

本実施形態は、試験片１００が金属、複合材料を問わず適用が可能であるため、これらの材料の研究、開発、評価において実施する試験に適用可能である。また、既存の製造様式だけでなく、三次元造形技術により製作した試験片１００についても試験片１００の一面１０１が平滑であれば、適用可能である。

【0072】

本技術の各実施形態及び各変形例について上に説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0073】

１ 供試体
１００ 試験片
１０１ 一面
１０２ 裏面
１１０ 第１の層
１１１ 表面
１２０ 第２の層
１２１ 表面
１２２ スペックルパターン
２ 試験システム
２００ 試験機
２１０ サーモグラフィ計測装置
２２０ ＤＩＣ計測装置
２２１ 光源装置
２２２，２２３ ＤＩＣカメラ
２３０ 評価装置

【図1】

【図2】

【図3】