2020 Fiscal Year Research-status Report
光学的手法を用いた3次元微小変形分布計測技術の開発
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20K04171
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
王 慶華 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (20726856)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 材料評価 / 画像処理 / 変形測定 / ひずみ分布 / 位相解析 / モアレ法 / 顕微鏡 / 複合材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
構造材料の開発と変形評価にとって、微小領域における3次元変形分布計測が極めて重要である。本研究では、材料の破壊メカニズムの実験的解明や信頼性の高い材料設計指針の確立への貢献を目指し、画像処理によるマイクロ領域での3次元変形分布測定技術の開発に関する研究を進めている。本年度の研究目標は3次元微小変形計測システムの構築と測定アルゴリズムの開発であった。本年度の主な研究成果は次の通りである。
（1）ガリレオ式平行光学系実体顕微鏡下において面内変位・ひずみおよび面外変位を含む3次元微小変形分布を計測できる立体視モアレ技術とそのシステムを開発した。サンプリングモアレ法によるマイクロスケールでの格子ピッチを測定し、格子ピッチの変化から実体顕微鏡の中心光軸とステレオカメラの間の収れん角を算出する手法を提案した。変形前後に二方向から同時に撮影された格子画像のサンプリングモアレ位相解析を行うことで、3次元変形分布を算出できるアルゴリズムを開発した。
（2）微小格子模様を設置した電動Zステージに変位を与え、二方向から記録された格子画像により開発手法を用いた格子の面外変位を計測した。その結果，面外変位の計測結果が電動Zステージの位置決め誤差精度以内にほぼ収まっていることが確認でき、開発した計測手法の有効性が示された。
（3）また、顕微鏡走査モアレ縞の位相分布をサンプリングモアレ法で解析することで、広視野での高精度な面内変位・ひずみ計測を実現した。ひずみ測定精度は、異なる格子ピッチ、変形レベル、ノイズレベルでのシミュレーションによって検証された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画に沿って研究は進展している。本年度の目標としていた3次元微小変形計測システムの構築と測定アルゴリズムの開発に成功した。実体顕微鏡におけるマイクロ領域での試料格子を二方向から同時に撮影できることを確認し、格子画像の位相解析による試料の3次元変形分布を算出できることを確認し、順調に進んでいる。また、開発手法による面外変位測定の妥当性を電動ステージの動きと比較することで確認し、モアレ位相解析法の面内ひずみの計測精度をシミュレーションで検証することで、次年度以降の精度検証実験や応用研究の基礎を築きました。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度と2022年度は開発手法の精度検証を行い、構造材料の3次元変形分布を測定する。以下の3つのサブテーマについて研究を行い、当初の計画に沿って進める予定である。
（1）精度検証試験：面内ひずみと面外変位の測定精度をシミュレーションと実験から検証し、必要に応じて変形計測手法を改良する。
（2）フリップチップの熱変形測定：加熱装置を用いて試料作製温度である150℃に加熱し、アンダーフィル材の熱変形と残留変形を測定する。
（3）金属合金の機械変形測定：引張試験における金属合金の界面周辺の微小変形分布を測定し、壊れやすい箇所を特定する。
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