特許 7282307 応力発光データ処理装置、応力発光データ処理方法、応力発光測定装置および応力発光試験システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-19

(45)【発行日】2023-05-29

(54)【発明の名称】応力発光データ処理装置、応力発光データ処理方法、応力発光測定装置および応力発光試験システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/70 20060101AFI20230522BHJP

   G01L 1/00 20060101ALI20230522BHJP

   G01L 1/24 20060101ALI20230522BHJP

   G01N 3/06 20060101ALI20230522BHJP

【ＦＩ】

G01N21/70

G01L1/00 B

G01L1/00 E

G01L1/24 Z

G01N3/06

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019094544

(22)【出願日】2019-05-20

(65)【公開番号】P2020190431

(43)【公開日】2020-11-26

【審査請求日】2021-10-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100108523

【弁理士】

【氏名又は名称】中川 雅博

(74)【代理人】

【識別番号】100098305

【弁理士】

【氏名又は名称】福島 祥人

(74)【代理人】

【識別番号】100125704

【弁理士】

【氏名又は名称】坂根 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100187931

【弁理士】

【氏名又は名称】澤村 英幸

(72)【発明者】

【氏名】津田 智哉

(72)【発明者】

【氏名】篠山 智生

(72)【発明者】

【氏名】山本 聡

(72)【発明者】

【氏名】徐 超男

【審査官】越柴 洋哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１９０８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第２０１５／０３３６４８（ＪＰ，Ａ１）

【文献】特開２００９－０８５７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２１５１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７５４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０５３０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９１３５７４１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／６２ － Ｇ０１Ｎ ２１／７４

Ｇ０１Ｎ ３／００ － Ｇ０１Ｎ ３／６２

Ｇ０１Ｌ １／００ － Ｇ０１Ｌ １／２６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

応力発光物質の発光強度の時間変化を示す発光データを取得するデータ取得部と、
前記取得された発光データのうち、前記応力発光物質に荷重が印加されていない時点に対応する部分を無荷重部分として決定する決定部と、
前記決定された無荷重部分に基づいて、前記取得された発光データにおいて荷重印加に起因しない成分をバックグラウンド成分として特定するバックグラウンド特定部と、
前記取得された発光データから前記特定されたバックグラウンド成分を除去することにより荷重印加に起因する成分を応力発光成分として生成するバックグラウンド除去部とを備え、
前記決定部は、使用者による指定に基づいて前記無荷重部分を決定する、応力発光データ処理装置。

【請求項2】

前記決定部は、前記取得された発光データの変化に基づいて前記無荷重部分を決定する、請求項１記載の応力発光データ処理装置。

【請求項3】

前記バックグラウンド特定部は、前記決定部により決定された前記無荷重部分を曲線で近似することにより前記バックグラウンド成分を特定する、請求項１または２記載の応力発光データ処理装置。

【請求項4】

前記バックグラウンド除去部により生成された応力発光成分に基づいて、前記応力発光物質に発生した応力を算出する応力算出部をさらに備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の応力発光データ処理装置。

【請求項5】

前記データ取得部は、前記応力発光物質の複数の領域についての発光データを取得し、
前記決定部は、前記複数の領域の各々について発光データにおける前記無荷重部分を決定し、
前記バックグラウンド特定部は、前記複数の領域の各々について発光データにおける前記バックグラウンド成分を特定し、
前記バックグラウンド除去部は、前記複数の領域の各々について前記発光データから前記バックグラウンド成分を除去することにより前記応力発光成分を生成する、請求項１～４のいずれか一項に記載の応力発光データ処理装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の応力発光データ処理装置と、
応力発光物質に励起光を照射する励起光照射部と、
前記励起光が照射された前記応力発光物質の発光強度を検出し、検出された発光強度の時間変化を示す発光データを生成する発光検出部とを備え、
前記応力発光データ処理装置の前記データ取得部は前記発光検出部により生成された発光データを取得する、応力発光測定装置。

【請求項7】

請求項６記載の応力発光測定装置と、
応力発光物質に荷重を印加する荷重印加装置とを備え、
前記応力発光測定装置の前記決定部は、前記荷重印加装置による前記応力発光物質への荷重印加の開始タイミングおよび終了タイミングの少なくとも一方に基づいて前記無荷重部分を決定する、応力発光試験システム。

【請求項8】

応力発光物質の発光強度の時間変化を示す発光データを取得するステップと、
前記取得された発光データのうち、前記応力発光物質に荷重が印加されていない時点に対応する部分を無荷重部分として決定するステップと、
前記決定された無荷重部分に基づいて、前記取得された発光データにおいて荷重印加に起因しない成分をバックグラウンド成分として特定するステップと、
前記取得された発光データから前記特定されたバックグラウンド成分を除去することにより荷重印加に起因する成分を応力発光成分として生成するステップとを含み、
前記無荷重部分を決定するステップは、使用者による指定に基づいて前記無荷重部分を決定することを含む、応力発光データ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、応力発光物質の発光強度の時間変化を示す発光データを処理する応力発光データ処理装置、応力発光データ処理方法、応力発光測定装置および応力発光試験システムに関する。

【背景技術】

【0002】

応力発光物質は、応力に応じた強度で発光する。このような応力発光物質が塗布または混入された測定対象物に荷重が印加されると、測定対象物の歪みに応じて応力発光物質も歪むため、応力発光物質に応力が生じる。応力発光物質の発光をカメラで撮影し、得られた画像を解析することにより、測定対象物の歪みまたは測定対象物に印加された荷重の分布を測定することができる。

【0003】

通常は、応力発光物質の発光強度を高くするために、応力発光物質に励起光が一定時間照射された後に発光強度の測定が行われる。応力発光物質は残光性を有するため、応力発光物質の発光強度は、励起光の照射期間中に一定の値を示し、照射終了時点から緩やかに減衰する。励起光の照射終了後の測定期間において測定対象物に荷重が印加されると、残光性により減衰する発光強度にピークが生じる。

【0004】

例えば、特許文献１には、応力発光体（応力発光物質）に入力された荷重の定量評価が可能な応力発光評価装置が記載されている。特許文献１記載の応力発光評価装置においては、応力発光体に荷重が入力されたときの発光強度が検出されるとともに、応力発光体に荷重が入力されていないときの発光強度が検出される。応力発光体に荷重が入力されたときの発光強度と、荷重が入力されていないときの発光強度との差分により、応力発光体に入力された荷重による発光強度が算出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－７５４７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１記載の応力発光評価装置においては、応力発光体に荷重が入力されたときと、応力発光体に荷重が入力されていないときとで、発光強度を２回検出する必要がある。そのため、荷重の入力による発光強度を検出するために時間を要する。また、発光強度の検出条件が第１回目と第２回目とで変化する可能性がある。発光強度の検出条件が変化した場合には、荷重の入力による発光強度を正確に算出することができない。

【0007】

本発明の目的は、荷重の印加に起因する発光強度成分を短時間でかつ正確に生成することを可能な応力発光データ処理装置、応力発光データ処理方法、応力発光測定装置および応力発光試験システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）第１の発明に係る応力発光データ処理装置は、応力発光物質の発光強度の時間変化を示す発光データを取得するデータ取得部と、取得された発光データのうち、応力発光物質に荷重が印加されていない時点に対応する部分を無荷重部分として決定する決定部と、決定された無荷重部分に基づいて、取得された発光データにおいて荷重印加に起因しない成分をバックグラウンド成分として特定するバックグラウンド特定部と、取得された発光データから特定されたバックグラウンド成分を除去することにより荷重印加に起因する成分を応力発光成分として生成するバックグラウンド除去部とを備え、決定部は、使用者による指定に基づいて無荷重部分を決定する。

【0009】

この応力発光データ処理装置においては、発光データのうち応力発光物質に荷重が印加されていない時点に対応する無荷重部分が特定され、特定された無荷重部分に基づいて荷重印加に起因しないバックグラウンド成分が特定される。発光データからバックグラウンド成分が除去されることにより荷重印加に起因する応力発光成分が生成される。この場合、バックグラウンド成分を特定するために発光データを複数回取得する必要がなく、共通の発光データを用いてバックグラウンド成分および応力発光成分を特定することができる。したがって、荷重の印加に起因する発光強度成分を短時間でかつ正確に生成することが可能となる。

【0010】

また、決定部は、使用者による指定に基づいて無荷重部分を決定する。この場合、バックグラウンド成分を特定するために用いる無荷重部分を使用者の認識に基づいて任意に選択することができる。

【0011】

（２）決定部は、取得された発光データの変化に基づいて無荷重部分を決定してもよい。この場合、無荷重部分が自動的に決定される。それにより、使用者の手間が削減される。

【0013】

（３）バックグラウンド特定部は、決定部により決定された無荷重部分を曲線で近似することによりバックグラウンド成分を特定してもよい。この場合、バックグラウンド成分を容易に特定することができる。

【0014】

（４）応力発光データ処理装置は、バックグラウンド除去部により生成された応力発光成分に基づいて、応力発光物質に発生した応力を算出する応力算出部をさらに備えてもよい。この場合、応力発光物質に発生した応力を短時間でかつ正確に検出することができる。

【0015】

（５）データ取得部は、応力発光物質の複数の領域についての発光データを取得し、決定部は、複数の領域の各々について発光データにおける無荷重部分を決定し、バックグラウンド特定部は、複数の領域の各々について発光データにおけるバックグラウンド成分を特定し、バックグラウンド除去部は、複数の領域の各々について発光データからバックグラウンド成分を除去することにより応力発光成分を生成してもよい。この場合、応力発光物質の複数の領域における応力の分布を短時間でかつ正確に得ることができる。

【0016】

（６）第２の発明に係る応力発光測定装置は、第１の発明に係る応力発光データ処理装置と、応力発光物質に励起光を照射する励起光照射部と、励起光が照射された応力発光物質の発光強度を検出し、検出された発光強度の時間変化を示す発光データを生成する発光検出部とを備え、応力発光データ処理装置のデータ取得部は発光検出部により生成された発光データを取得する。

【0017】

この応力発光測定装置においては、励起光照射部により応力発光物質へ励起光が１回照射されることによりバックグラウンド成分および応力発光成分を含む発光データが得られ、この発光データを用いてバックグラウンド成分および応力発光成分を特定することができる。したがって、荷重の印加に起因する発光強度成分を短時間でかつ正確に生成することが可能となる。

【0018】

（７）第３の発明に係る応力発光試験システムは、第２の発明に係る応力発光測定装置と、応力発光物質に荷重を印加する荷重印加装置とを備え、応力発光測定装置の決定部は、荷重印加装置による応力発光物質への荷重印加の開始タイミングおよび終了タイミングの少なくとも一方に基づいて無荷重部分を決定する。

【0019】

その応力発光試験システムによれば、応力発光物質に荷重が印加されるとともに、荷重の印加に起因する発光強度成分を短時間でかつ正確に生成することが可能となる。

【0020】

（８）第４の発明に係る応力発光データ処理方法は、応力発光物質の発光強度の時間変化を示す発光データを取得するステップと、取得された発光データのうち、応力発光物質に荷重が印加されていない時点に対応する部分を無荷重部分として決定するステップと、決定された無荷重部分に基づいて、取得された発光データにおいて荷重印加に起因しない成分をバックグラウンド成分として特定するステップと、取得された発光データから特定されたバックグラウンド成分を除去することにより荷重印加に起因する成分を応力発光成分として生成するステップとを含み、無荷重部分を決定するステップは、使用者による指定に基づいて無荷重部分を決定することを含む。

【0021】

その応力発光データ処理方法によれば、バックグラウンド成分を特定するために発光データを複数回取得する必要がなく、共通の発光データを用いてバックグラウンド成分および応力発光成分を特定することができる。したがって、荷重の印加に起因する発光強度成分を短時間でかつ正確に生成することが可能となる。また、バックグラウンド成分を特定するために用いる無荷重部分を使用者の認識に基づいて任意に選択することができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、荷重の印加に起因する発光強度成分を短時間でかつ正確に生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施の形態に係る応力発光データ処理装置を備えた応力発光測定装置の構成を示すブロック図である。

【図2】応力発光物質の発光強度の時間変化を示す図である。

【図3】図１の応力発光データ処理装置の機能的な構成を示すブロック図である。

【図4】図３の応力発光データ処理装置の動作を説明するための図である。

【図5】図３の応力発光データ処理装置の動作を説明するための図である。

【図6】図３の応力発光データ処理装置の動作を説明するための図である。

【図7】応力発光データ処理プログラムにより行われる応力発光データ処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

【図8】図１の応力発光測定装置を備えた応力発光試験システムの構成を示すブロック図である。

【図9】無荷重部分を指定する方法の他の例を示す図である。

【図10】無荷重部分を指定する方法のさらに他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態に係る応力発光データ処理装置、それを備えた応力発光測定装置および応力発光試験システム、ならびに応力発光データ処理方法について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0025】

（１）応力発光測定装置の構成
図１は、本発明の実施の形態に係る応力発光データ処理装置を備えた応力発光測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、応力発光測定装置１００は、応力発光データ処理装置１０に加えて、測定制御部２０、操作部３０、表示部４０、励起光照射部５０および発光検出部６０を備える。

【0026】

測定対象物１の表面には、応力発光物質２が塗布される。なお、応力発光物質２が測定対象物１の内部に混入されていてもよい。応力発光物質２としては、例えば、スピネル構造、コランダム構造もしくはβアルミナ構造の応力発光物質、ケイ酸塩の応力発光物質、欠陥制御型アルミン酸塩の高輝度応力発光物質、または高輝度メカノルミネッセンス材料から生成された応力発光物質等が挙げられる。高輝度メカノルミネッセンス材料は、ウルツ鉱型構造と閃亜鉛鉱型構造とが共存する構造を有し、酸化物、硫化物、セレン化物またはテルル化物を主成分として構成される。測定対象物１に荷重が印加されると、応力発光物質２にも荷重が印加され、応力発光物質２に応力が発生する。

【0027】

応力発光データ処理装置１０および測定制御部２０は、パーソナルコンピュータＰＣならびに応力発光データ処理プログラムおよび測定制御プログラムにより実現される。パーソナルコンピュータＰＣは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）および記憶装置等により構成される。応力発光データ処理装置１０の構成の詳細については後述する。

【0028】

測定制御部２０は、応力発光データ処理装置１０、励起光照射部５０および発光検出部６０の動作を制御する。また、測定制御部２０は、後述する発光検出部６０により出力される発光データを記憶する。発光データは、時間軸上で変化する複数のデータ値を有する。

【0029】

励起光照射部５０は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）または蛍光灯等の光源を含み、応力発光物質２を励起するための励起光を測定対象物１に照射する。これにより、応力発光物質２が発光する。発光検出部６０は、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラまたはＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の撮像装置を含む。撮像装置は、二次元に配列された複数の画素を有する。以下の説明では、発光検出部６０の画素を単に画素と呼ぶ。発光検出部６０は、撮像装置に代えて、フォトダイオード、フォトンカウンタまたは光電子増倍管等を含んでもよい。発光検出部６０は、応力発光物質２の発光強度の時間変化を画素ごとに検出し、検出した発光強度の時間変化を示す発光データを画素ごとに出力する。

【0030】

操作部３０は、例えばマウス等のポインティングデバイスおよびキーボードを含み、応力発光データ処理装置１０または測定制御部２０に指示を与えるために使用者により操作される。操作部３０は、表示部４０と重なるように設けられたタッチパネルを含んでもよい。表示部４０は、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルを含み、応力発光データ処理装置１０または測定制御部２０により与えられる各種データおよび画像を表示する。

【0031】

（２）発光強度の時間変化
図２は、応力発光物質２の発光強度の時間変化を示す図である。図２（ａ），（ｂ）の横軸は時間を示し、縦軸は発光強度を示す。後述する図４～図６、図９および図１０においても同様である。図２（ａ）は、応力発光物質２への励起光の照射の終了後に測定対象物１に荷重が印加されない場合の発光強度の変化を示し、図２（ｂ）は、応力発光物質２への励起光の照射の終了後に測定対象物１に荷重が印加された場合の発光強度の変化を示す。

【0032】

応力発光物質２に励起光が一定時間照射された後、励起光の照射が終了すると、図２（ａ）に示されるように、発光強度は照射終了時点から緩やかに減衰する。一方、励起光の照射終了後の測定期間において測定対象物１に荷重が印加されると、図２（ｂ）に示されるように、緩やかに減衰する発光強度にピークが生じる。

【0033】

ここで、発光強度の変化において荷重印加に起因しない成分をバックグラウンド成分と呼ぶ。また、発光強度の変化において荷重印加に起因する成分を応力発光成分と呼ぶ。図２（ａ）の例では、発光強度の変化がバックグラウンド成分のみを含む。一方、図２（ｂ）の例では、発光強度の変化が応力発光成分およびバックグラウンド成分を含む。

【0034】

本実施の形態では、図１の測定制御部２０は、応力発光成分およびバックグラウンド成分を含む図２（ｂ）の発光強度の変化を示す発光データを画素ごとに記憶する。図２（ｂ）の発光強度の変化から応力発光成分を生成するためには、バックグラウンド成分を特定する必要がある。

【0035】

（３）応力発光データ処理装置
図３は、図１の応力発光データ処理装置１０の機能的な構成を示すブロック図である。図４～図６は、図３の応力発光データ処理装置１０の動作を説明するための図である。応力発光データ処理装置１０は、自動モードまたは手動モードで選択的に動作する。使用者は、図１の操作部３０を操作することにより応力発光データ処理装置１０の動作モードを自動モードと手動モードとで切り替えることができる。

【0036】

図３に示すように、応力発光データ処理装置１０は、データ取得部１１、区間決定部１２、指定受付部１３、バックグラウンド特定部１４、バックグラウンド除去部１５および応力算出部１６を含む。図１のパーソナルコンピュータＰＣのＣＰＵがＲＯＭまたは記憶装置等の記憶媒体（記録媒体）に記憶された応力発光データ処理プログラムを実行することにより、図３の構成要素（１１～１６）の機能が実現される。なお、図３の構成要素（１１～１６）の一部または全てが電子回路等のハードウエアにより構成されてもよい。本実施の形態では、区間決定部１２および指定受付部１３が決定部の例である。

【0037】

データ取得部１１は、図１の測定制御部２０から発光データを取得し、取得した発光データに基づいて発光強度の時間変化を示す曲線（以下、発光曲線と呼ぶ。）を図１の表示部４０に表示させる。図４には、表示部４０に表示される発光曲線Ｃ１の一例が示される。表示部４０に表示される発光曲線Ｃ１は、発光検出部６０の特定の１つの画素により検出される発光強度の変化を示していてもよく、発光検出部６０の複数の画素により検出される発光強度の平均値の変化を示していてもよい。発光曲線Ｃ１は、応力発光物質２に発生する応力の変化を示すピークＰＫを有する。

【0038】

以下、発光データにおいて、測定対象物１に荷重が印加されている期間に対応する区間を応力発光区間Ｒ３と呼び、測定対象物１に荷重が印加されてない期間に対応する区間を無荷重区間Ｒ１，Ｒ２と呼ぶ。時間軸上で無荷重区間Ｒ１は応力発光区間Ｒ３の前に位置し、無荷重区間Ｒ２は応力発光区間Ｒ３の後に位置する。図４には、発光曲線Ｃ１における無荷重区間Ｒ１、応力発光区間Ｒ３および無荷重区間Ｒ２が示される。

【0039】

区間決定部１２は、自動モード時に、データ取得部１１により取得された発光データの変化に基づいて、発光データにおける無荷重区間Ｒ１，Ｒ２および応力発光区間Ｒ３を自動的に決定する。この場合、無荷重区間Ｒ１，Ｒ２が無荷重部分に相当する。具体的には、区間決定部１２は、発光データの１階微分、２階微分またはそれらの両方に基づいて無荷重区間Ｒ１と応力発光区間Ｒ３との境界および応力発光区間Ｒ３と無荷重区間Ｒ２との境界を判定し、判定結果に基づいて無荷重区間Ｒ１、応力発光区間Ｒ３および無荷重区間Ｒ２を決定する。

【0040】

例えば、発光データの１階微分および２階微分を算出することにより発光曲線Ｃ１における極小部分および極大部分を判定することができる。それにより、極小部分および極大部分をそれぞれピークＰＫの左端Ｅ１およびピークＰＫの頂点ＴＰと判定することができる。ピークＰＫの左端Ｅ１は無荷重区間Ｒ１と応力発光区間Ｒ３との境界に相当する。また、時間軸上でピークＰＫの頂点ＴＰの後において発光曲線Ｃ１の傾きが急激に変化する部分をピークＰＫの右端Ｅ２と判定することができる。ピークＰＫの右端Ｅ２は、応力発光区間Ｒ３と無荷重区間Ｒ２との境界に相当する。なお、無荷重区間Ｒ１，Ｒ２および応力発光区間Ｒ３の決定方法は、上記の方法に限定されず、発光データの変化に基づく他の数学的方法により決定されてもよい。

【0041】

指定受付部１３は、手動モード時に、図１の操作部３０からの指定を受け付ける。具体的には、使用者は、表示部４０に表示された発光曲線Ｃ１を視認しつつ操作部３０を操作することにより、発光曲線Ｃ１において無荷重区間Ｒ１，Ｒ２に含まれると認識する複数の部分（ピークＰＫから外れた複数の部分）を指定する。図４の例では、４個の点Ｐ１～Ｐ４が指定されることにより無荷重区間Ｒ１内の点Ｐ１から点Ｐ２までの無荷重範囲Ｒ１０および無荷重区間Ｒ２内の点Ｐ３から点Ｐ４までの無荷重範囲Ｒ２０が指定される。無荷重範囲Ｒ１０，Ｒ２０が無荷重部分に相当する。なお、使用者が指定する点の数は４に限らず、使用者は任意の複数の点を指定することにより任意の数の無荷重区間を指定することができる。

【0042】

バックグラウンド特定部１４は、自動モード時に、区間決定部１２により決定された無荷重区間Ｒ１，Ｒ２における複数のデータ値を用いて応力発光区間Ｒ３における複数のデータ値を補間することによりバックグラウンド成分を特定する。具体的には、バックグラウンド特定部１４は、無荷重区間Ｒ１，Ｒ２における複数のデータ値を最小二乗法等の回帰分析によりスプライン曲線、指数曲線等の曲線で近似し、近似曲線をバックグラウンド曲線として算出する。バックグラウンド曲線はバックグラウンド成分を表す。図５には、バックグラウンド曲線Ｃ２が一点鎖線で図示される。

【0043】

バックグラウンド特定部１４は、手動モード時に、指定受付部１３により受け付けられた無荷重範囲Ｒ１０内の複数のデータ値および無荷重範囲Ｒ２０内の複数のデータ値を用いて応力発光区間Ｒ３のデータ値を補間することによりバックグラウンド成分を特定する。具体的には、バックグラウンド特定部１４は、無荷重範囲Ｒ１０における複数のデータ値および無荷重範囲Ｒ２０における複数のデータ値を最小二乗法等の回帰分析によりスプライン曲線、指数曲線等の曲線で近似し、図５に示されるように、近似曲線をバックグラウンド曲線Ｃ２として算出する。なお、使用者により指定された複数の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のデータ値を用いてバックグラウンド曲線Ｃ２が算出されてもよい。

【0044】

バックグラウンド除去部１５は、データ取得部１１により取得された発光データからバックグラウンド特定部１４により特定されたバックグラウンド成分を除去する。それにより、応力発光成分が得られる。例えば、バックグラウンド除去部１５は、図４の発光曲線Ｃ１の各データ値から図５のバックグラウンド曲線Ｃ２の対応するデータ値を減算する。それにより、図６に示されるように、応力発光区間Ｒ３における応力発光成分を示す応力発光曲線Ｃ０が得られる。

【0045】

応力算出部１６は、バックグラウンド除去部１５により得られた応力発光成分に基づいて、応力発光物質２に発生した応力を算出する。例えば、図６の応力発光曲線Ｃ０の高さを検出することにより応力を算出することができる。また、算出された応力に基づいて測定対象物１に印加された荷重を算出することができる。

【0046】

データ取得部１１により取得された複数の画素に対応する発光データについてバックグラウンド特定部１４およびバックグラウンド除去部１５により応力発光成分が得られ、応力算出部１６により応力が算出される。それにより、応力発光物質２の応力の面分布が算出され、応力発光物質２の応力の面分布に基づいて測定対象物１に印加された荷重の面分布が算出される。

【0047】

（４）応力発光データ処理
図７は、応力発光データ処理プログラムにより行われる応力発光データ処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

【0048】

まず、データ取得部１１は、測定制御部２０から画素ごとに発光データを取得する（ステップＳ１）。また、データ取得部１１は、取得された発光データに基づいて、任意の画素に対応する発光曲線を表示部４０（図１）に表示させる（ステップＳ２）。

【0049】

次に、データ取得部１１は、手動モードが選択されているか否かを判定する（ステップＳ３）。使用者は、操作部３０（図１）を操作することにより、動作モードとして自動モードまたは手動モードを選択することができる。

【0050】

自動モードが選択されている場合、区間決定部１２は、ステップＳ１で取得された発光データのうち予め定められた画素に対応する発光データの変化に基づいて無荷重区間Ｒ１，Ｒ２および応力発光区間Ｒ３を決定する（ステップＳ４）。ステップＳ４で決定された無荷重区間Ｒ１，Ｒ２および応力発光区間Ｒ３は、他の画素に対応する発光データにも適用される。バックグラウンド特定部１４は、各画素に対応する発光データにおける無荷重区間Ｒ１，Ｒ２内の複数のデータ値に基づいて、バックグラウンド成分を画素ごとに生成する（ステップＳ５）。

【0051】

ステップＳ３で自動モードが選択されない場合、すなわち手動モードが選択された場合、指定受付部１３は、無荷重範囲Ｒ１０，Ｒ２０の指定を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ６）。使用者は、操作部３０を操作することにより、表示部４０に表示された発光曲線上の複数の点を指定することにより無荷重範囲Ｒ１０，Ｒ２０を指定することができる。無荷重範囲Ｒ１０，Ｒ２０の指定が受け付けられた場合、バックグラウンド特定部１４は、指定された無荷重範囲Ｒ１０，Ｒ２０内の複数のデータ値に基づいて、バックグラウンド成分を画素ごとに生成する（ステップＳ７）。

【0052】

ステップＳ５またはステップＳ７の後、バックグラウンド除去部１５は、各画素に対応する発光データから当該画素に対応するバックグラウンド成分を除去することにより応力発光成分を生成する（ステップＳ８）。その後、応力算出部１６は、応力発光成分に基づいて応力発光物質２における応力および測定対象物１に印加された荷重を算出する（ステップＳ９）。

【0053】

（５）応力発光試験システム
図８は、図１の応力発光測定装置１００を備えた応力発光試験システムの構成を示すブロック図である。図８に示すように、応力発光試験システム３００は、応力発光測定装置１００に加えて荷重印加装置２００を備える。本実施の形態では、測定制御部２０は、荷重の印加の開始タイミングおよび終了タイミングを示す荷重印加信号ＬＡを荷重印加装置２００に与える。

【0054】

荷重印加装置２００は、荷重印加信号ＬＡにより示された開始タイミングおよび終了タイミングに従って、測定対象物１に荷重を印加する。また、荷重印加装置２００には、荷重の印加の開始および終了を指示する外部トリガ信号ＴＲが入力されてもよい。この場合、荷重印加装置２００は、外部トリガ信号ＴＲに応答して測定対象物１への荷重の印加を開始および終了するとともに、測定制御部２０に荷重の印加の開始および終了を通知する通知信号ＮＦを与える。なお、荷重印加装置２００に入力される外部トリガ信号ＴＲが測定制御部２０にも入力されてもよい。

【0055】

測定制御部２０は、発光検出部６０により生成される発光データにおいて、荷重印加信号ＬＡ、外部トリガ信号ＴＲまたは通知信号ＮＦに基づいて荷重印加の開始タイミングおよび荷重印加の終了タイミングを特定する。例えば、測定制御部２０は、発光データに荷重印加の開始タイミングおよび荷重印加の終了タイミングを示すタイミングデータを付与する。タイミングデータは、発光データにおいて荷重印加の開始時点および終了時点に対応するデータ値を識別する識別データであってもよく、あるいは、荷重印加の開始時点および終了時点を示す時間データであってもよい。

【0056】

応力発光試験システム３００の応力発光測定装置１００に含まれるデータ取得部１１（図３）は、測定制御部２０から発光データとともにタイミングデータを取得する。区間決定部１２（図３）は、タイミングデータに基づいて発光データにおける無荷重区間Ｒ１，Ｒ２および応力発光区間Ｒ３を決定することができる。この場合、荷重印加装置２００による測定対象物１への印加の開始タイミングおよび印加の終了タイミングに基づいて無荷重区間Ｒ１，Ｒ２および応力発光区間Ｒ３を正確に決定することができる。

【0057】

なお、応力発光試験システム３００の応力発光測定装置１００において、図７に示した応力発光データ処理が行われてもよい。

【0058】

（６）効果
本実施の形態に係る応力発光測定装置１００においては、励起光照射部５０により応力発光物質２へ励起光が１回照射されることにより、バックグラウンド成分および応力発光成分を含む発光データが発光検出部６０により生成される。応力発光データ処理装置１０においては、発光データにおいて無荷重区間Ｒ１，Ｒ２または無荷重範囲Ｒ１０，Ｒ２０が自動的にまたは手動で特定され、特定された無荷重区間Ｒ１，Ｒ２または無荷重範囲Ｒ１０，Ｒ２０に基づいてバックグラウンド成分が特定される。発光データからバックグラウンド成分が除去されることにより応力発光成分が生成される。この場合、バックグラウンド成分を特定するために発光データを複数回取得する必要がなく、共通の発光データを用いてバックグラウンド成分および応力発光成分を特定することができる。したがって、荷重の印加に起因する発光強度成分を短時間でかつ正確に生成することが可能となる。

【0059】

（７）他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態では、発光データにおける無荷重部分として、応力発光区間Ｒ３の前後の無荷重区間Ｒ１，Ｒ２が決定され、または応力発光区間Ｒ３の前後の無荷重範囲Ｒ１０，Ｒ２０が指定されるが、本発明はこれに限定されない。発光データにおける無荷重部分として、無荷重範囲Ｒ１０，Ｒ２０の一方が決定され、または無荷重範囲Ｒ１０，Ｒ２０の一方が指定されてもよい。この場合には、バックグラウンド特定部１４は、一方の無荷重区間または一方の無荷重範囲に基づいてバックグラウンド成分を特定する。

【0060】

（ｂ）上記実施の形態では、自動モードまたは手動モードで無荷重部分が決定されるが、本発明はこれに限定されず、自動モードと手動モードとの組み合わせにより無荷重部分が決定されてもよい。例えば、一または複数の無荷重部分が自動モードで決定され、他の一または複数の無荷重部分が手動モードで決定されてもよい。

【0061】

（ｃ）手動モードでの無荷重部分の指定方法は複数の点を指定する図４の方法に限定されず、他の方法により発光曲線Ｃ１の一または複数の無荷重部分が指定されてもよい。

【0062】

図９は、無荷重部分を指定する方法の他の例を示す図である。図９の例においては、発光曲線Ｃ１を表示する画面上で縦軸方向に平行に延びかつ横軸方向に並ぶ複数（本例では４個）の直線Ｌ１～Ｌ４が指定される。指定された直線Ｌ１と直線Ｌ２との間の範囲、および直線Ｌ３と直線Ｌ４との間の範囲が無荷重区間Ｒ１，Ｒ２に含まれる無荷重部分（無荷重範囲）として指定される。

【0063】

図１０は、無荷重部分を指定する方法のさらに他の例を示す図である。図１０の例においては、発光曲線Ｃ１を表示する画面上で複数（本例では２個）の矩形状の枠Ｆ１，Ｆ２が指定される。図１０の例においては、枠Ｆ１，Ｆ２は矩形状を有するが、楕円形状または長円形状等の他の形状を有してもよい。また、枠Ｆ１，Ｆ２に代えて、横軸方向に延びる線分が指定されてもよい。

【0064】

（ｄ）図８の実施の形態において、荷重印加信号ＬＡ、外部トリガ信号ＴＲおよび通知信号ＮＦは荷重の印加の開始タイミングおよび終了タイミングの両方を示すが、本発明はこれに限定されない。荷重印加信号ＬＡ、外部トリガ信号ＴＲおよび通知信号ＮＦが荷重の印加の開始タイミングおよび終了タイミングのいずれか一方を示してもよい。この場合、区間決定部１２は無荷重区間Ｒ１および無荷重区間Ｒ２のいずれか一方を決定し、バックグラウンド特定部１４は一方の無荷重区間に基づいてバックグラウンド成分を特定してもよい。

【0065】

（ｅ）上記実施の形態では、応力発光データ処理装置１０のデータ取得部１１が測定制御部２０に記憶された発光データを取得するが、本発明は、これに限定されず、応力発光データ処理装置１０のデータ取得部１１が発光検出部６０により生成される発光データをリアルタイムに取得してもよい。この場合、区間特定部１２が荷重印加信号ＬＡ、外部トリガ信号ＴＲまたは通知信号ＮＦに応答して無荷重区間Ｒ１，Ｒ２および応力発光区間Ｒ３をリアルタイムに特定してもよい。

【0066】

（ｆ）上記実施の形態において、応力発光データ処理装置１０は自動モードまたは手動モードで選択的に動作するが、本発明はこれに限定されない。応力発光データ処理装置１０は自動モードのみで動作してもよいし、手動モードのみで動作してもよい。応力発光データ処理装置１０が自動モードのみで動作する場合には、応力発光データ処理装置１０に指定受付部１３が設けられなくてもよい。応力発光データ処理装置１０が手動モードのみで動作する場合には、応力発光データ処理装置１０に区間決定部１２が設けられなくてもよい。

【0067】

（ｇ）上記実施の形態において、応力発光データ処理装置１０は応力算出部１６を有するが、本発明はこれに限定されない。応力発光データ処理装置１０は応力算出部１６を有しなくてもよい。応力発光物質２に発生した応力または測定対象物１に印加された荷重は、応力発光データ処理装置１０により取得された応力発光成分に基づいて、パーソナルコンピュータＰＣの他のソフトウエアにより算出されてもよいし、他の情報処理装置により算出されてもよい。

【符号の説明】

【0068】

１…測定対象物，２…応力発光物質，１０…応力発光データ処理装置，１１…データ取得部，１２…区間決定部，１３…指定受付部，１４…バックグラウンド特定部，１５…バックグラウンド除去部，１６…応力算出部，２０…測定制御部，３０…操作部，４０…表示部，５０…励起光照射部，６０…発光検出部，１００…応力発光測定装置，２００…荷重印加装置，３００…応力発光試験システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】