光ファイバを用いた内視鏡型レーザスペックルひずみ/損傷計測システムの開発

• 研究課題/領域番号: 09555032
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 小倉 敬二 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (70029007)
• 研究分担者: 市原 宗明 三菱電線工業株式会社, 研究員 ; 木田 勝之 大阪大学, 基礎工学研究科, 助手 (00271031) ; 西川 出 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教授 (90189267)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1999
• 研究課題ステータス: 完了 (1999年度)
• 配分額: 7,300千円 (直接経費: 7,300千円); 1999年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 1998年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 1997年度: 5,800千円 (直接経費: 5,800千円)
• キーワード: レーザスペックル / ひずみ / 変位 / 剛体変位 / 剛体回転 / 4センサー / 内視鏡 / スポット径 / 計測距離 / 計測角度 / スペックルサイズ / 光ファイバー / 1センサー法 / 半導体レーザ / 小型CCDカメラ / ひずみ計測 / 評点距離 / 1光束2センサ / 1光束1センサ / ミラー導光

研究概要

内視鏡によるひずみ変位計測システム開発の上での最大の課題はレーザ光路の小型化と面外並進成分の認識の2点であった.これを解決すべく以下の点について研究を行い、検討した。
まず最初の光路の小型化については計測の原理上ある程度の長さの光路は必ず必要であるので,これを如何にコンパクトにするかが問題となった.これに対しては観察方向にミラーを設け,光の進路曲げることにより,空間的なスペースの拡大を伴わず,光路の確保が可能であることを確認した.
次の面外並進成分の抽出に対してはこれまでの2センサー法では解決できないので,新たに傾斜4センサー法の開発を行うことにした.4つのセンサーを斜め45度方向に一直線に並べ,これから得られる水平方向ならびに垂直方向のスペックル移動成分,合計8つから剛体回転3成分,剛体回転2成分,垂直ひずみ,水平ひずみ,せん断ひずみと入射光軸まわりの回転成分の和の合計8つの成分を抽出する手法を開発した.また1個のセンサーの中で,4つの小さいウインドウを設け,先の傾斜4センサー方を1個のセンサーで実現することにより,全成分抽出とセンサーの小型化を計ることができた.
以上を総合することにより小型で全成分抽出が可能な内視鏡型ひずみ/変位システムの原理を構築することができた.

研究成果

• [文献書誌] 西川 出,小倉敬二: "レーザスペックルによるひずみ・き裂開口変位計測"日本機会学会ウイングを拡げよう材料力学シンポジウム講演論文集. No99-4. 82-85 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 小倉敬二,西川 出,脇 裕之: "疲労負荷下におけるセラミックス溶射皮膜の非線形ひずみ挙動"日本材料学会第48期学術講演会講演論文集. 131-132 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 小倉敬二,西川 出,田中盛彦,宮武岳洋: "窒化ケイ素セラミックスの両振りおよび片振り負荷下におけるCOD計測とき裂開口状態の観察"日本材料学会第48期学術講演会講演論文集. 123-124 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Keiji OGURA, Izuru NISHIKAWA, Hiroyuki WAKI: "Development of Laser Speckle Biaxial Strain Gauge and its Application to Notch Root Strain Measurement"Proc. Of Int. Conf. On Advanced Technology in Experimental Mechanics '99. 617-620 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 脇 裕之,西井雅宏,西川 出,小倉敬二: "アルミナ溶射ステンレス鋼および皮膜の高温疲労・熱疲労過程の観察"日本材料学会第10回破壊力学シンポジウム講演論文集. 148-152 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 脇 裕之,西井雅宏,西川 出,小倉敬二: "高温疲労下におけるアルミナ溶射ステンレス鋼のき裂およびはく離発生挙動"日本材料学会第7回機械構造物の強度設計安全性シンポジウム講演論文集. 42-45 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Keiji OGURA, Izuru NISHIKAWA, Hiroyuki WAKI: "Development of Laser Speckle Biaxial Strain Gauge and its Application to Notch Root Strain Measurement"Proc. Intern. Conference on Advanced Technology on Experimental Mechanics. JSME-MMD. 617-622 (1999-7)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Keiji OGURA, Izuru NISHIKAWA, Hiroyuki WAKI: "Measurement of Biaxial Notch Root Strain under Cyclic Loading Using Laser Speckle Strain/Displacement Gauge"Proc. of APCFS'99, Xi'an, People's Republic of China. (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hiroyuki WAKI, Keiji OGURA, Izuru NISHIKAWA: "Observation of high temperature fatigue and thermal tatigue in Alumina plasma-sprayed stainless steel and sprayed film"Proc. 10th symposium on faracture mechanics.. JSMS. pp.148/152 (1999-9)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Izuru NISHIKAWA, Kenji OGURA,: "Measurement of Strain/Crack opening displacement Using laser speckle"Proc. of MMD symposium. JSME. 82/85 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Keiji OGURA, Izuru NISHIKAWA, Hiroyuki WAKI: "Strain measurement in Alumina plasma-sprayed specimen and film specimen using Laser speckle"Proc of JSME. No.994-1. 10-21/10-22 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Keiji OGURA, Izuru NISHIKAWA, Masahiro NISHII, Hiroyuki WAKI: "Observation of High Temperature Fatigue in Alumina plasma-sprayed stainless steel"Proc. of JSME. No.994-1. 6-53/6-54 (1999)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Izuru NISHIKAWA, Hirokazu ISHIMI, Keiji OGURA: "Development of Crack opening displacement measurement system using digital image correlation method"Proc. of JSME. No.994-1. pp.6-41/6-42 (1999-3)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hirokazu ISHIMI, Izuru NIHSIKAWA, Keiji OGURA: "Measurement on Grack opening distribution in Ceramics material using Digital image correlation method"Proc. of JSME. No.004. 9-27/9-28 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Keiji OGURA, Izuru NISHIKAWA, Masahiro NISHII, Hiroyuki WAKI: "Observation of High temperature fatigue process in Zirconia plasma-sprayed specimen"Proc. of JSME. No.004. 9-37/9-38 (2000)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Keiji OGURA, Izuru NISHIKAWA, Hiroyuki MOTOHASHI, Yasuiyuki MORI: "Crack healing effect in Silicon Nitride Ceramics by compressive loading"
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] 西川出,小倉敬二: "レーザスペックルによるひずみ・き裂開口変位計測"日本機械学会ウイングを拡げよう材料力学シンポジウム講演論文集. No99-4. 82-85 (1999)
• [文献書誌] 小倉敬二,西川出,脇裕之: "疲労負荷下におけるセラミックス溶射皮膜の非線形ひずみ挙動"日本材料学会第48期学術講演会講演論文集. 131-132 (1999)
• [文献書誌] 小倉敬二,西川出,田中盛彦,宮武岳洋: "窒化ケイ素セラミックスの両振りおよび片振り負荷下におけるCOD計測とき裂開口状態の観察"日本材料学会第48期学術講演会講演論文集. 123-124 (1999)
• [文献書誌] Keiji OGURA, Izuru NISHIKAWA Hiroyuki WAKI: "Development of Laser Speckle Biaxial Strain Gauge and its Application to Notch Root Strain Measurement"Proc. of Int. Conf. .on Advanced Technology in Experimental Mechanics '99. 617-620 (1999)
• [文献書誌] 脇裕之,西井雅宏,西川出,小倉敬二: "アルミナ溶射ステンレス鋼および皮膜の高温疲労・熱疲労過程の観察"日本材料学会第10回破壊力学シンポジウム講演論文集. 148-152 (1999)
• [文献書誌] 脇裕之,西井雅宏,西川出,小倉敬二: "高温疲労下におけるアルミナ溶射ステンレス鋼のき裂およぴはく離発生挙動"日本材料学会第7回機械構造物の強度設計安全性シンポジウム講演論文集. 42-45 (2000)
• [文献書誌] 小倉敬二,西川 出,田中盛彦,門阪宗樹: "セラミックスき裂材のCOD計測と疲労き裂進展駆動力の検討" 日本機械学会講演論文集. No984-1. 47-48 (1998)
• [文献書誌] 小倉敬二,西川 出,竹中雅彦,岡野公泰: "高温下セラミックスの疲労寿命に及ぼす荷重繰り返しの影響" 日本機械学会講演論文集. No984-1. 411-412 (1998)
• [文献書誌] 小倉敬二,西川 出,門阪宗樹,田中盛彦: "アルミナおよび窒化ケイ素セラミックスの不連続的疲労き裂進展と開閉口" 日本材料学会第46期学術講演会講演論文集. 71-72 (1998)
• [文献書誌] 西川 出,小倉敬二,山田周治,坂上昌弘: "レーザスペックルプロファイルの定量解析と表面疲労損傷評価への応用" 日本材料学会第46期学術講演会講演論文集. 75-76 (1998)
• [文献書誌] 小倉敬二,西川 出,田中盛彦: "レーザスペックルによる窒化ケイ素セラミックスの疲労き裂開口観察" 日本機械学会講演論文集. No98-3. 687-688 (1998)
• [文献書誌] 小倉敬二,西川 出,脇 裕之: "切欠き底繰り返し2軸ひずみ状態の切欠き形状依存度の検討" 日本機械学会講演論文集. No.98-5. 3-4 (1998)
• [文献書誌] 小倉敬二, 西川 出, 脇 裕之, 高山 裕: "小領域計測用レーザスペックルゲージの開発と異種接合材の変位/ひずみ計測への応用" 日本機械学会講演論文集. No974+1. 5-59-5-60 (1997)
• [文献書誌] 小倉敬二, 西川 出, 伊 暁: "高温下ステンレス鋼およびインコネル合金応力集中部のひずみ計測と疲労き裂発生寿命の検討" 日本機械学会講演論文集. No974+1. 12-51-12-52 (1997)
• [文献書誌] 小倉敬二, 西川 出, 門阪宗樹, 田中盛彦: "窒化ケイ素およびアルミナセラミックスのCOD計測と疲労き裂進展挙動" 日本機械学会講演論文集. No974+1. 12-59-12-60 (1997)
• [文献書誌] Keiji OGURA, Izuru NISHIKAWA, Xiao YI: "Laser Speckle Strain Measurements and Fatigue Strength of Sharply-Notched Stainless Steels at Elevated Temperature" International Conference on Materials and Mechanics '97. 757-762 (1997)
• [文献書誌] 小倉敬二, 西川 出, 伊 暁: "高温下アルミナ溶射切欠材の局所ひずみの計測と疲労強度" 第41回日本学術会議材料研究連合講演回前刷集. 331-332 (1997)
• [文献書誌] 小倉敬二, 西川 出, 門阪宗樹, 田中盛彦: "セラミックスき裂のコンプライアンス変化と亀裂進展" 日本材料学会第9回破壊力学シンポジウム講演論文集. 10-14 (1997)