非接触ひずみ計測　～デジタル画像相関（ＤＩＣ）法～

• 非接触かつ非破壊で測定対象の変位・ひずみが測定可能。
• 解析領域内でのひずみの分布が測定可能。
• 2台のカメラを用いて撮像し、画像処理を行うことで、3次元解析が可能。
• ひずみゲージを貼り付けるのが困難なソフトマテリアル（樹脂、ゴム、フィルム、人工皮膚、etc.） での測定が可能。
  

• 樹脂ダンベル片引張時の物性値（弾性率、ポアソン比）
• 接着剤・両面テープの物性値を接合状態で測定
  
• 成型品の線膨張係数測定
• 金属加工製品の線膨張係数（加工後の線膨張係数）
• 落下衝撃試験時に生じるひずみ分布
• フレキシブル基板に負荷を与えた際に生じるひずみ分布
• 熱サイクル試験における電気製品の端子部の変位量
• はんだ接合部の熱応力解析結果の妥当性検証

ここでは、樹脂の成型品の線膨張係数を計測した事例を紹介します。線膨張係数の評価としてはTMA（Thermomechanical analyzer）と呼ばれる熱機械分析装置を用いて行うのが一般的です。しかし、TMAにセットできるサンプルサイズは数mm程度なので、成形品そのものの線膨張係数を測定するのは難しく、サンプルを切り出す必要があります。そこで今回はデジタル画像相関（DIC）法と呼ばれる画像解析を用いて、成型品の線膨張係数の計測を行いました。

◆ 解析原理

物体は温度変化によって膨張・収縮するため、その変化をカメラでとらえることで線膨張係数を計測します。

◆ 測定方法

今回は2種類の樹脂の成型品の線膨張係数を計測しました。1つ目は、ポリカーボネート（PC）の成型品です。2つ目は、ポリプロピレン（PP）の成型品です。どちらも様々な製品で使用されている汎用樹脂です。どちらも恒温槽内にサンプルを設置し、恒温槽の外から窓ガラス越しにカメラで撮影する方法で測定しました。

◆ 測定結果① ～PC成型品の線膨張係数～

以下に示すのが、 PC成型品の線膨張係数の測定結果です。温度が上昇すると膨張することが分かりました。また、温度に対して膨張率が線形に増加しているので、今回の測定温度である25℃～105℃の範囲内ではガラス転移点が存在しないことが分かりました。PCのガラス転移点は約145℃なので、今回の結果と一致します。グラフの傾きから、 PC成型品の線膨張係数は7.0 × 10^-5 [1/℃]であることが分かりました。

◆ 測定結果② ～PP成型品の線膨張係数～

以下に示すのが、 PP成型品の線膨張係数の測定結果です。温度が上昇すると膨張することが分かりました。また、温度と膨張率の関係に変曲点が存在するため、ガラス転移点が存在し、その温度は26.0℃であることが分かりました。PPのガラス転移点は0℃なので熱的挙動に差異が確認できました。この差異の原因として、成型による影響が考えられます。グラフの傾きから、 PP成型品の線膨張係数は低温時に5.3 × 10^-5 [1/℃]、高温時に15.6 × 10^-5 [1/℃]であることが分かりました。

① サブセットとステップを設定し、解析点を決定する

② それぞれの解析点で変位を算出し、3点で構成される三角形を構成する。

③ 面素から変位をひずみに変換する。