伸び計

伸び計は、物体の長さの変化を測定するために使用される装置です。^[1]応力-ひずみ測定や引張試験 に役立ちます。その名前は「伸び計」に由来しています。これは、1879 年にフランクリン研究所ジャーナルの記事で説明されたチャールズ ヒューストンによって発明されました。ヒューストンは後に、試験機とスケールの大手メーカーであるフェアバンクス & ユーイングに権利を譲渡しました。

伸び計には、接触型と非接触型の 2 つの主なタイプがあります。

接触式伸び計は長年使用されており、さらに 2 つのカテゴリに分けられます。最初のタイプの接触式伸び計は、クリップ式伸び計と呼ばれます。これらのデバイスは、高精度のひずみ測定が求められる用途 (ほとんどの ASTM ベースのテスト) に使用されます。さまざまな構成があり、非常に小さいものから比較的大きいもの (1 mm 未満から 100 mm 以上) まで変位を測定できます。低コストで使いやすいという利点がありますが、小さくて繊細な試験片に影響を与える可能性があります。

自動テストでは、クリップオン デバイスは、デジタル「センサー アーム」伸び計に大きく置き換えられています。これらは、モーター駆動システムによって自動的に試験片に適用でき、従来のクリップオン デバイスよりもはるかに再現性の高い結果を生み出します。これらはカウンターバランスが取られているため、試験片への影響は無視できます。時間差を追加して生データを平滑化するアナログからデジタルへのコンバーターと関連フィルターがないため、直線性が向上し、信号ノイズが減り、対応する力データと同期できるという大きな利点があります。さらに、これらのデバイスは、破損するまで試験片に取り付けたままにしておくことができ、精度を損なわずに非常に高い伸び (最大 1000 mm) を測定できます。これらのデバイスの解像度は通常 0.3 μm 以上 (最高品質のデバイスは 0.02 μm という低い値を読み取ることができます) で、ISO 9513 のクラス 1 および 0.5 を満たす十分な測定精度を備えています。

特定の特殊な用途では、フィーラーアームや接触型伸び計の使用が実用的でない場合に、非接触型伸び計が利点をもたらし始めています。

あレーザー伸び計は、引張試験機で負荷がかかったときに特定の材料のひずみまたは伸びを測定できる伸び計です。原理は、試験片の表面をレーザーで照射し、CCD カメラで受信して複雑なアルゴリズムことです。レーザー伸び計を使用する場合、試験片にマークを付ける必要がないため、材料試験ラボで大幅な時間の節約が実現します。

1 マイクロメートル未満 (通常 0.1 μm ) の解像度と最大 900 mm の伸長を実現できるため、これらのデバイスは最も複雑なテストに適しています。

レーザー伸び計は、主に、従来の「クリップオン」伸び計を損傷する可能性のある材料、または試験片に物理的に取り付けられているためにクリップオン装置の質量が材料特性に影響を与える場合に使用されます。

レーザー伸び計は、高温または氷点下の温度でのテストにも使用できます。

あビデオ伸び計は、フレームグラバーまたはPCに接続されたデジタルビデオカメラを使用して、試験中の試験片の連続画像をキャプチャすることにより、特定の材料の応力/ひずみ測定を実行できるデバイスです。^[2] 試験対象材料の試験片は通常、特定の形状にカットされ、特殊なマーカー（通常は特殊なステッカーまたは、キャプチャされた画像内でマーカーと試験片の色や質感を区別できるペン）でマークされます。キャプチャされた画像内のこれらのマーカー間のピクセル距離は、試験対象の試験片が引き伸ばされたり圧縮されたりしている間、キャプチャされたビデオ内で常に追跡されます。このピクセル距離はリアルタイムで測定でき、較正値に対してマッピングして直接ひずみ測定を行い、必要に応じてひずみ制御で試験機を制御することができます。

適切なキャリブレーション値と優れた画像処理アルゴリズムを使用すれば、1マイクロメートル(μm)よりはるかに低い解像度を実現できます。適切なキャリブレーション値は、通常、非常に精密に特別にエッチングされた材料であるキャリブレーション サンプルによっても異なります。キャリブレーションを行うには、まず、新しいサンプルに使用するのと同じテスト条件下で、キャリブレーション サンプルを使用して写真を撮影します。

ビデオ伸び計は、主に従来の接触式またはデジタル「フィーラーアーム」伸び計を損傷する可能性のある材料に使用されます。一部のアプリケーションでは、ビデオ伸び計が機械式測定ユニットに取って代わっていますが、これは主にクリップオンデバイスです。

ISO 527に従って 50 mm ゲージ長のプラスチックの弾性係数を測定する場合、1 μm の精度が必要です。一部のビデオ伸び計ではこの精度を達成できませんが、生産テストでは、オペレーターが手動で標本にマークを付けたり、システムの設定と調整に時間を費やしたりすることを避けるために、自動化された電動デジタル伸び計を使用することをお勧めします。一部のビデオ伸び計は、温度チャンバー内でのひずみの測定に使用すると、許容できる結果を達成するのが難しいことに注意してください。

高精度の非接触ひずみ測定が求められる用途では、ビデオ伸び計が実証済みのソリューションです。特定のテスト用途では、広範囲にわたってひずみを測定できるため、レーザー スペックルなどの他の技術よりも優れています。これにより、破損時のひずみだけでなく、弾性率などの測定値も決定できます。

ビデオ伸び計が照明アレイとレンズの両方に適切なフィルターを使用していないと、テスト中に周囲の照明条件が変化すると、テスト結果に影響する可能性があります。この技術を備えたシステムは、周囲の照明条件による影響をすべて排除します。

鉱山環境では、伸縮計を使用して斜壁や高壁の変位を測定します。変位と時間をプロットすることで、地質工学エンジニアは壁の破損が差し迫っているかどうかを判断できます。複雑な破損の場合、レーダーやレーザースキャンなどの追加の機器が使用され、3次元、最終的には4次元の分析が可能になります。

伸縮計は帯水層の圧縮と膨張の測定に使用できます。^{[3]エルゴメーターは、圧縮の深さ、速度、範囲に関する重要なデータを提供します。この一貫したデータは、地域の}沈下を明確に示すものとして注目に値します。

• ASTM E83 伸び計の検証と分類に関する標準規格
• ASTM D4403 岩石用伸び計の標準規格

• コンプレッサーメーター
• 変形監視

• ヒューストン、チャールズ。「鉄に対する継続的かつ漸進的に増加するひずみの影響」、フランクリン研究所ジャーナル、第 107 巻、第 1 号、1879 年 1 月、41 ～ 44 ページ。

• 引張試験、JR Davis 編。第 2 版。Materials Park、オハイオ州 : ASM International、2004 年。77 ～ 82 ページ。ISBN 0-87170-806 -X。引張試験、82 ページ、Google ブックスで入手可能