標点設定方法

【課題】引張試験等において試験片の変形量を測定する際に用いられる複数の標点を、試験片の表面に容易に設定することができる標点設定方法を提供する。
【解決手段】まず、試験片２の表面に白色のテープ１を貼り付ける。ついで、テープ１の表面に複数のドットｄ_１１～ｄ_６６をプリンタで印刷する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張試験等において、試験片の変形量を測定する際に用いられる複数の標点を、試験片の表面に設定する標点設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
引張試験等において、試験片に複数の標点を付しておき、標点間の距離の変化から試験片の伸び量を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１～４参照）。この方法においては、作業の効率化の観点より、試験片に対する標点の設定を容易化することが重要である。
【０００３】
従来、標点の設定作業を容易化するために、例えば次の方法が提案されている。すなわち、特許文献１には、一定間隔の目盛が印刷され、裏面に粘着のりが塗布された帯状の標点表示紙を、試験片の全長にわたって貼り付ける方法が開示されている。また、特許文献２には、白色系の塗料を試験片に塗布し、塗料を乾燥させた後に、黒色のペンで塗料の上に標線を描く方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献１～４には、引張方向にのみ一次元的に複数の標点を配列し、引張方向の伸び量を測定する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】登録実用新案第３０６３８２８号公報
【特許文献２】特開平８－２２６８８５号公報
【特許文献３】特開平８－１３６４２６号公報
【特許文献４】特開平１１－２４１９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の特許文献１に記載された方法では、試験片の変形量を精度良く測定するためには標点表示紙を所定方向に正確に貼り付けなければならず、作業が困難である。例えば、引張試験においては、標点表示紙を引張方向に対して真っ直ぐに貼り付けることが難しく、斜めに張り付けてしまった場合、試験片の伸び量を精度良く測定することができない。また、上記の特許文献２に記載された方法では、試験片に塗料を塗布し、塗料を乾燥させる必要があるので、作業に手間や時間がかかってしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、試験片の変形量を測定する際に用いられる複数の標点を、試験片の表面に容易に設定することができる標点設定方法を提供する。
【０００８】
また、上記の特許文献１～４に記載された方法では、一次元的に標点を配列しているので、二次元方向について試験片の変形量を測定することができない。例えば、引張試験において、引張方向の変形量と引張方向に垂直な方向の変形量とを同時に測定することができない。
【０００９】
そこで、他の本発明は、二次元方向についての試験片の変形量の測定を可能とする標点設定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る標点設定方法は、試験片の変形量を測定する際に用いられる複数の標点を、試験片の表面に設定する標点設定方法であって、試験片の表面にテープを貼り付けた後に、当該テープの表面に複数の標点を書き入れることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好適な態様では、複数の標点を試験片の表面に二次元的に配置する。
【００１２】
また、本発明の好適な態様では、テープの表面に複数の標点をプリンタで印刷する。
【００１３】
また、他の本発明に係る標点設定方法は、試験片の変形量を測定する際に用いられる複数の標点を、試験片の表面に設定する標点設定方法であって、複数の標点を試験片の表面に二次元的に配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、試験片にテープを貼り付けた後に、当該テープの表面に標点を書き入れるので、テープを所定方向に正確に貼り付ける作業や、塗料を塗布・乾燥させる作業を不要とすることができ、試験片の表面に標点を容易に設定することができる。
【００１５】
他の本発明によれば、複数の標点を試験片の表面に二次元的に配置するので、二次元方向についての試験片の変形量の測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係る標点設定方法を含む変形量測定方法の概略の工程を示す図である。この変形量測定方法は、試験片に複数の標点を予め設定しておき、標点間の距離の変化から試験片の変形量を測定するものである。以下、図１に従って、この変形量測定方法の手順について説明する。なお、図１に示される工程は、作業者によって手作業で行われてもよいし、装置によって自動的に行われてもよい。
【００１８】
まず、試験片の表面にテープを貼り付ける（Ｓ１１）。ここで、試験片は、金属や樹脂等の適宜の材料からなる。作業の容易性の観点より、テープに粘着層を設け、この粘着層によってテープを試験片に貼り付けることが好ましい。テープは、試験片の伸びに追従すべく、伸びの大きい材質であることが好ましい。
【００１９】
ついで、試験片に張り付けられたテープの表面に、複数の標点を書き入れる（Ｓ１２）。標点の形状は、例えばドットやライン（標線）であるが、試験片上の位置を示すものであればよい。標点は、一次元的に配置されてもよいし、二次元的に配置されてもよい。例えば、一定間隔で一列に配列されてもよいし、マトリクス状に配列されてもよい。二次元的に標点を配置することとすれば、二次元方向について試験片の変形量を測定することが可能となる。テープに標点を書き入れる方式は、特に限定されないが、作業の容易性や正確性の観点より、プリンタによる印刷が好ましい。
【００２０】
ついで、標点が設定された試験片に対し、引張試験、圧縮試験、曲げ試験等を施し、この場合における試験片の変形量を測定する（Ｓ１３）。具体的には、標点間の距離の変化量を測定し、この変化量に基づいて試験片の変形量を求める。標点間の距離の変化量は、適宜の方法で測定することができる。例えば、特許文献３または４に記載されているように、試験中に試験片表面の画像をカメラで撮影し、得られた画像データを画像解析することによって、各時点における標点間の距離の変化量を求めることができる。また例えば、試験前後に標点間の距離を作業者がスケール等で測定することにより、標点間の距離の変化量を求めることができる。
【００２１】
以上、本実施の形態に係る標点設定方法を含む変形量測定方法について概略説明したが、以下、この変形量測定方法について、これを引張試験に適用した場合を例にとって具体的に説明する。
【００２２】
図２は、本実施の形態に係る標点設定方法を含む引張試験方法の詳細な工程を示す図である。この引張試験方法は、試験片に複数の標点を予め設定しておき、引張試験中にカメラで標点を撮影し、得られた画像データを画像解析することにより引張試験中の標点間の距離の変化量を測定し、得られた変化量を利用して真応力および真歪みを求めるものである。図３は、実施の形態に係る標点設定方法の様子を示す図である。図３において、試験片２は、比較的幅の狭い試験片平行部２ａと、その両端に設けられた比較的幅の広い把持部２ｂとから構成されており、引張試験において試験片平行部２ａが破断するようになっている。なお、試験片２は、ここではアルミの板材である。以下、図２、３に従って、引張試験方法の手順について説明する。
【００２３】
まず、作業者は、初期状態における試験片２の寸法をマイクロメータ等の適宜の測長器で測定する（Ｓ２１）。具体的には、引張方向（図３中Ｙ方向）における試験片平行部２ａの長さ（以下、「板長」と称す）ｌ_０と、引張方向に垂直な方向（図３中Ｘ方向）における試験片平行部２ａの長さ（以下、「板幅」と称す）ｗ_０と、試験片平行部２ａの厚さ（以下、「板厚」と称す）ｔ_０とを測定する。ここでは、板長ｌ_０は４．０ｍｍ、板幅ｗ_０は３．８ｍｍ、板厚ｔ_０は０．６ｍｍである。
【００２４】
ついで、作業者は、図３に示されるとおり、テープ１を試験片２の試験片平行部２ａの表面に貼り付ける（Ｓ２２）。ここでは、後述する黒色のドットを鮮明にするため、テープ１として白色のテープを用いる。また、テープ１は、試験片破断までの変形に追従すべく、伸びが大きい材質であり、２０％以上伸び率のあるものである。また、テープ１は、試験片２が破断するまで剥がれない粘着性の良いものである。具体的には、テープ１は、長鎖アルキル系アクリル樹脂にチタン（Ｔｉ）白（顔料）が充填されてなる層と、粘着性を有する層とが積層されてなり、例えば事務用修正テープである。テープ１の膜厚は、１０～３０μｍ程度である。
【００２５】
ついで、作業者は、テープ１が貼り付けられた試験片２をプリンタ（不図示）にセットし、テープ１の表面に複数の標点をプリンタで印刷する（Ｓ２３）。ここでは、図３に示されるとおり、複数の標点を二次元的に配置する。具体的には、引張方向に対して垂直な方向と平行な方向とに複数のドットｄ_ｉｊ（ｉ，ｊは整数、１≦ｉ≦６、１≦ｊ≦６）を等間隔に配列する。このようなマトリクス状のドットパターンは、市販のパーソナルコンピュータおよび市販の図形作成ソフトウェアを用いることによって容易に作成できる。また、プリンタは、例えば市販のインクジェットプリンタを用いることができる。
【００２６】
ついで、作業者は、複数のドットが表面に印刷された試験片２を引張試験装置１００にセットし、引張試験装置１００に対して引張試験の開始を指示する（Ｓ２４）。引張試験装置１００は、この指示に応じて引張試験を実行する（Ｓ２５～Ｓ２７）。
【００２７】
ここで、引張試験装置１００の構成について説明する。図４は、引張試験装置１００の構成を示すブロック図である。図４において、引張試験装置１００は、引張試験機１０、カメラ２０、解析コンピュータ３０、および制御コンピュータ４０を備えている。
【００２８】
引張試験機１０は、移動係止具１１、荷重検出器１２、および引張変位検出器１３を備えている。試験片２の両側の把持部２ｂは、一方が移動係止具１１に支持され、他方が荷重検出器１２に支持される。移動係止具１１は、不図示の駆動装置により、試験片２を延伸させる方向に移動するものである。荷重検出器１２は、試験片２に作用する引張荷重を検出するセンサである。引張変位検出器１３は、移動前の移動係止具１１の位置を始点とし、その移動距離を検出するセンサである。
【００２９】
カメラ２０は、試験片２の表面を撮影して画像データを得る撮像装置である。解析コンピュータ３０は、カメラ２０により得られた画像データと、荷重検出器１２により得られた荷重データと、引張変位検出器１３により得られた変位データとに基づいて、真応力、真歪み、公称応力、および公称歪みを算出する。制御コンピュータ４０は、引張試験装置１００全体を制御する。
【００３０】
次に、図４を参照しながら、図２における引張試験装置１００の動作手順（Ｓ２５～Ｓ２７）について説明する。
【００３１】
制御コンピュータ４０は、作業者から引張試験開始の指示を受けると、引張試験機１０に対して開始信号を送出する。引張試験機１０は、この開始信号に応じて、移動係止具１１の移動を開始させ、試験片２に対する引張試験を開始する（Ｓ２５）。
【００３２】
引張試験の最中、荷重検出器１２は引張荷重を随時検出し、引張変位検出器１３は引張変位を随時検出し、カメラ２０は試験片２の表面を随時撮影する（Ｓ２６）。荷重検出器１２は、検出された荷重データＰ（ｔ）を制御コンピュータ４０に送る。ここでは、荷重データＰ（ｔ）は、各時点ｔにおける荷重を示すデジタルデータである。引張変位検出器１３は、検出された変位データａ（ｔ）を制御コンピュータ４０に送る。ここでは、変位データａ（ｔ）は、各時点ｔにおける変位を示すデジタルデータである。制御コンピュータ４０は、引張試験機１０から受けた荷重データＰ（ｔ）および変位データａ（ｔ）を解析コンピュータ３０に送る。また、制御コンピュータ４０は、荷重データＰ（ｔ）の立ち上がりを検出すると、カメラ２０に対して撮影開始信号を送出する。この撮影開始信号に応じて、カメラ２０は、試験片２の撮影を開始する。カメラ２０は、一定時間間隔で試験片２の撮影を行い、得られた各時点ｔでの画像データを解析コンピュータ３０に送る。
【００３３】
試験片２の破断後、解析コンピュータ３０は、得られたデータに基づいて、破断部付近の真応力および真歪み、並びに、公称応力および公称歪みを算出する（Ｓ２７）。図５は、引張試験における試験片２の変化の様子を模式的に示す図である。以下、図５を参照しながら、真応力、真歪み、公称応力、および公称歪みのそれぞれの算出手順について説明する。なお、初期状態における、板長ｌ_０、板幅ｗ_０、および板厚ｔ_０は、作業者によって解析コンピュータ３０に予め入力されているものとする。
【００３４】
（真応力）
まず、解析コンピュータ３０は、画像データを画像解析することにより、試験片２の破断部に近いドットのうち、ドット間距離が最大となる２つのドットを選択する。図５においては、ドットｄ_４１およびドットｄ_４６が選択される。なお、このドットの選択は、ディスプレイやマウス等のユーザインタフェースを介して作業者によって行われてもよい。
【００３５】
ついで、解析コンピュータ３０は、初期状態における画像データを解析することにより、選択された２つのドットｄ_４１，ｄ_４６間の初期状態におけるＸ方向の距離Ｘ_０を求める。ここで、距離Ｘ_０は例えば画素数で表される。
【００３６】
ついで、解析コンピュータ３０は、画像データの解析により、引張試験中の各時点ｔにおける、ドットｄ_４１，ｄ_４６間のＸ方向の距離Ｘ（ｔ）を求める。そして、引張試験中の各時点ｔにおけるドット間距離の減少率Ｘ（ｔ）／Ｘ_０を算出する。そして、板幅および板厚がドット間距離と同様の減少率で減少していくとみなし、引張試験中の各時点ｔにおける試験片２の断面積Ｓ（ｔ）を、下記式
Ｓ（ｔ）＝ｗ_０・（Ｘ（ｔ）／Ｘ_０）×ｔ_０・（Ｘ（ｔ）／Ｘ_０）
により算出する。
【００３７】
ついで、解析コンピュータ３０は、引張試験中の各時点ｔにおける荷重Ｐ（ｔ）を、算出した断面積Ｓ（ｔ）で割り、引張試験中の各時点ｔにおける真応力σ（ｔ）＝Ｐ（ｔ）／Ｓ（ｔ）を算出する。
【００３８】
（真歪み）
まず、解析コンピュータ３０は、画像データを画像解析することにより、試験片２の破断部を挟んで対向し、破断部に隣接する一対または複数対のドットを選択する。ここでは、二対のドットを選択することとする。図５においては、ドット対（ｄ_３１，ｄ_４１）およびドット対（ｄ_３６，ｄ_４６）が選択される。なお、このドットの選択は、ディスプレイやマウス等のユーザインタフェースを介して作業者によって行われてもよい。
【００３９】
ついで、解析コンピュータ３０は、初期状態における画像データを解析することにより、選択されたドットｄ_３１，ｄ_４１間の初期状態におけるＹ方向の距離Ｙ１_０およびドットｄ_３６，ｄ_４６間の初期状態におけるＹ方向の距離Ｙ２_０を求める。ここで、距離Ｙ１_０およびＹ２_０は例えば画素数で表される。
【００４０】
ついで、解析コンピュータ３０は、画像データの解析により、引張試験中の各時点ｔにおける、ドットｄ_３１，ｄ_４１間のＹ方向の距離Ｙ１（ｔ）およびドットｄ_３６，ｄ_４６間のＹ方向の距離Ｙ２（ｔ）を求める。
【００４１】
そして、引張試験中の各時点ｔにおけるドット間距離の増加率｛Ｙ１（ｔ）－Ｙ１_０｝／Ｙ１_０および｛Ｙ２（ｔ）－Ｙ２_０｝／Ｙ２_０を算出し、これら２つの増加率の平均値を真歪みε（ｔ）とする。
【００４２】
（公称応力）
解析コンピュータ３０は、引張試験中の各時点ｔにおける荷重Ｐ（ｔ）を、初期状態における断面積（ｗ_０・ｔ_０）で割り、引張試験中の各時点ｔにおける公称応力ｓ（ｔ）＝Ｐ（ｔ）／（ｗ_０・ｔ_０）を算出する。
【００４３】
（公称歪み）
解析コンピュータ３０は、引張試験中の各時点ｔにおける変位ａ（ｔ）を、初期状態における板長ｌ_０で割り、引張試験中の各時点ｔにおける公称歪みｅ（ｔ）＝ａ（ｔ）／ｌ_０を算出する。
【００４４】
図６、７に、本実施の形態における引張試験の試験結果を示す。ここでは、試験片２は５０００系アルミの板材であり、歪み速度は２００ｓ^－１である。図６は、引張試験においてカメラ２０で撮影された試験片２の画像である。図６には、初期状態、引張試験中、および破断後の試験片２の画像が並べられている。図７は、解析コンピュータ３０の解析結果から得られた応力－歪み線図である。図７には、真応力－真歪み線図Ｌ１と、公称応力－公称歪み線図Ｌ２とが示されている。
【００４５】
本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
【００４６】
（１）標点が印刷済みのテープを試験片に貼り付ける方法（特許文献１に記載の方法）では、変形量を精度良く測定するためにはテープを所定方向に正確に貼り付けなければならず、作業が困難である。これに対し、本実施の形態では、試験片にテープを貼り付けた後にテープ表面に標点を書き入れるので、テープの貼り付け方向は変形量の測定精度に影響を及ぼさない。このため、本実施の形態によれば、テープを所定方向に正確に貼り付ける必要がなく、作業を容易化することができる。別の言い方をすると、標点が印刷済みのテープを試験片に貼り付ける方法では、テープを斜めに張り付けてしまった場合、試験片の変形量を精度良く測定することができない。これに対し、本実施の形態では、テープ貼り付け時に発生し得るゆがみは変形量の測定精度に影響を与えないので、精度の良い測定が可能となる。
【００４７】
（２）標点が印刷済みのテープを試験片に貼り付ける方法（特許文献１に記載の方法）では、変形量を精度良く測定するためにはテープの伸びが発生しないようにテープを貼り付けなければならず、作業が困難である。これに対し、本実施の形態では、試験片にテープを貼り付けた後にテープ表面に標点を書き入れるので、テープ貼り付け時のテープの伸びは変形量の測定精度に影響を及ぼさない。このため、本実施の形態によれば、テープの伸びを気にすることなく貼り付け作業を行うことができ、作業を容易化することができる。別の言い方をすると、標点が印刷済みのテープを試験片に貼り付ける方法では、テープ貼り付け時にテープの伸びが発生してしまった場合、試験片の変形量を精度良く測定することができない。これに対し、本実施の形態では、テープ貼り付け時に発生し得る伸びは変形量の測定精度に影響を与えないので、精度の良い測定が可能となる。
【００４８】
（３）標点が印刷済みのテープを試験片に貼り付ける方法（特許文献１に記載の方法）では、テープ貼り付け時のテープの伸びが測定精度を低下させるので、伸びの少ない材質のテープを用いることが望ましい。しかし、伸びの少ないテープを使用した場合、特に伸びの大きな試験片では、試験片の伸び量とテープの伸び量に差が発生し、正確な伸び量を測定することができない。これに対し、本実施の形態では、試験片にテープを貼り付けた後にテープ表面に標点を書き入れるので、テープ貼り付け時のテープの伸びは測定精度に影響を及ぼさない。このため、本実施の形態では、試験片の伸びに追従する伸びの大きい材質のテープを使用することができ、引張方向の変形量を高い精度で測定することができる。
【００４９】
（４）試験片にテープを貼り付けた後にテープの表面に複数の標点をプリンタで印刷するので、複数の標点をテープ表面の所望の位置に正確に書き入れることができる。また、複雑な標点パターンであっても、正確かつ容易に書き入れることができる。例えば、引張方向に対して垂直方向および平行方向に、複数のドットをマトリクス状に正確かつ容易に配列することができる。
【００５０】
（５）特許文献１～４に記載の技術では、標点を試験片に一次元的に配列している。このため、例えば引張試験において、引張方向の変形量と引張方向に垂直な方向の変形量とを同時に測定することができない。これに対し、本実施の形態によれば、複数の標点を試験片の表面に二次元的に配置するので、二次元方向について試験片の変形量を求めることができる。具体的には、引張試験において引張方向および引張方向に垂直な方向（幅方向）に標点を配列することにより、引張方向に配列された標点を用いて引張方向の試験片の歪みを求めることができ、幅方向に配列された標点を用いて幅方向の試験片の歪みを求めることができる。これにより、引張試験において、真応力および真歪みを同時に測定することができる。
【００５１】
なお、当該効果は、テープに複数の標点を書き入れた後に当該テープを試験片に貼り付ける場合においても得られる。また、当該効果は、試験片に複数の標点を直接書き入れる場合においても得られる。
【００５２】
（６）塗料を試験片に塗布し、塗料を乾燥させた後に、塗料の上に標線を描く方法（特許文献２に記載の方法）では、試験片に塗料を塗布・乾燥させる必要があるので、作業に手間や時間がかかってしまう。これに対し、本実施の形態では、試験片にテープを貼り付けた後にテープ表面に標点を書き入れるので、塗料を塗布・乾燥させる必要がなく、標点設定作業を容易化することができる。
【００５３】
（７）試験片に標点を直接書き入れる方法では、標点を書き入れる前に試験片の表面を研磨、脱脂しなければならず、前準備に時間がかかってしまう。これに対して、本実施の形態では、試験片にテープを貼り、その上に標点を書き入れるので、表面研磨作業や脱脂作業等の前処理を省略することが可能となる。これにより、標点設定作業の容易化や、試験時間の短縮を図ることができる。
【００５４】
（８）試験片に標点を直接書き入れる方法では、試験片の色によっては、試験片と標点とのコントラストを高くすることが困難である。試験片と標点とのコントラストが低いと、画像解析の精度が落ちてしまう。これに対し、本実施の形態では、試験片にテープを貼り、その上に標点を書き入れるので、標点の色とその背景（テープ）の色とを自由に設定することができ、標点とその背景とのコントラストを高くすることができる。例えば、テープを白色とし、標点を黒色とすることにより、高いコントラストを得ることができる。これにより、画像品質を向上させることができ、測定精度を向上させることができる。
【００５５】
（９）試験片に標点を直接書き入れる方法では、試験片の変形とともに標点が不鮮明になり、破断までを画像解析することができない。これに対し、本実施の形態では、試験片破断までの変形に追従する伸びが大きなテープを試験片に貼り、その上に標点を書き入れるので、破断まで標点を読み取ることが可能となり、破断時の真応力－真歪みの測定が可能となる。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明が上記の実施の形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、標点の利用方法、すなわち標点をどのように処理してどのような変化量を測定するかは、特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施の形態に係る標点設定方法を含む変形量測定方法の概略の工程を示す図である。
【図２】実施の形態に係る標点設定方法を含む引張試験方法の詳細な工程を示す図である。
【図３】実施の形態に係る標点設定方法の様子を示す図である。
【図４】引張試験装置の構成を示すブロック図である。
【図５】引張試験における試験片の変化の様子を模式的に示す図である。
【図６】引張試験においてカメラで撮影された試験片の画像である。
【図７】解析コンピュータの解析結果から得られた応力－歪み線図である。
【符号の説明】
【００５８】
１テープ、２試験片、２ａ試験片平行部、２ｂ把持部、１０引張試験機、１１移動係止具、１２荷重検出器、１３引張変位検出器、２０カメラ、３０解析コンピュータ、４０制御コンピュータ、１００引張試験装置。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片の変形量を測定する際に用いられる複数の標点を、試験片の表面に設定する標点設定方法であって、
試験片の表面にテープを貼り付けた後に、当該テープの表面に複数の標点を書き入れることを特徴とする標点設定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の標点設定方法であって、
複数の標点を試験片の表面に二次元的に配置することを特徴とする標点設定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の標点設定方法であって、
テープの表面に複数の標点をプリンタで印刷することを特徴とする標点設定方法。
【請求項４】
試験片の変形量を測定する際に用いられる複数の標点を、試験片の表面に設定する標点設定方法であって、
複数の標点を試験片の表面に二次元的に配置することを特徴とする標点設定方法。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図７】

【図６】