はじめに
DEHI技術は、同じ物体のホログラムを異なる時間に記録するために使用されます。1 この手法は、他の手法に比べて、特に過渡現象の研究に有利な点があります。 この技術は、応力-ひずみ関係の研究、流体力学3、非破壊検査のための破壊力学4に使用することができます。また、ホログラム干渉法は、試料の形状の変化を示すのにも使用できます5。
ホログラム干渉法によって任意の形状の物体の表面の機械的ひずみを定性的に決定するには、以下の3つの基本的な問題を解決する必要があります。
- 表面ひずみと表面変位の関係
- 表面変位の導出と画像平面上の干渉縞の関係
- 干渉縞パターンの補間と干渉位相の定量的決定。
二重露光ホログラムから定量的な情報7を得るための実用的な技術の開発は、ホログラフィック干渉法の最も興味深い問題の一つです。 近年、ホログラフィック干渉法の非破壊検査への応用が注目されています。 ホログラフィック干渉法は、その極めて高い感度により、拡散した三次元物体の小さな欠陥や異常を検出することができる。7-9 荷重を受けている物体の三次元変位を測定するための様々なホログラフィック法が記載されている10-12。 これらは、ホログラムの異なる点を通して物体の表面を様々な角度から見て、2回の露光の間に対象となる点を通過するフリンジの数が非常に少ないか、1フリンジ以下であることをカウントするものである。 しかし、ホログラムによる材料の非破壊検査13が成功するかどうかは、採用された応力付与技術にかかっている。
ヤング率の測定14
材料のヤング率は、カンチレバーのたわみの式を使って計算できます。 カンチレバーのたわみの式は次のように与えられます。
ΔZ = (WL3) / (3YI) …..。(1)
ここで、
W = 荷重（kg）
L = 有効スパン（cm）
Y = ヤング率（kgF / cm2）
I = 慣性モーメント（cm4）は、
カンチレバーの物理的な寸法から得ることができます。
式(1)は次のように書くことができます。
Y = (WL3) / (3 I ΔZ)……………………(2)
ここでΔZはホログラフィック干渉法から測定されます。
θiとθoはそれぞれ照明と観察の方向を定義する角度です。
θiとθoをそれぞれ照明方向と観察方向を定める角度とします。
ΔZ. n. (Cos θi + Cos θo)………………………..(3)
ここで、n = 屈折率で、通常空気は1です。
固定端から数えてカンチレバーのスパン長Lまでに生成されるフリンジがN本あるとすると、
ΔZ = Nλ / (Cos θi + Cos θo) …………………(4).
式2にΔZの値を代入すると、次のようになります。
Y = WL3 (Cos θi + Cos θo) / (3 I Nλ)……………(5)
金属および合金に対するYの実験結果
アルミニウム，銅，鉄，黄銅およびある種の鉄鋼合金について，DEHI法を用いてヤング率を測定した。 この目的のためのサンプルは、Mayura Steel Industries, Kolhapurから入手した。
負荷のかかった物体で二重露光ホログラムを記録するための実験配置は、図1に示すとおりです。
図1：DEHIの実験配置
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対応する物体の二重露光ホログラムは、2つの異なる状況で記録されました。 一つは通常の状態で、もう一つは荷重をかけて変形させた状態です。
図2：角度の測定
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ホログラムは、2mwのHe-Neレーザーを用いて8E75HDホログラフィックプレートに記録されました。 ホログラムの記録には、2ビームオフアクシス法を用いました。 ホログラムは通常の方法で処理されました。 再構成されたホログラムでは、金属板の表面にある多数のフリンジが確認された。 露光時間は両方とも7秒であった。 物体の寸法は正確に測定され，表2に示されている。 また、フリンジの数も正確に数えられました。 これを写真1-7に示す。 式(5)を用いて、物体の材料のヤング率を求めました。 この方法で求めたYの値は、物体の寸法、照明の角度、物体表面からの光の散乱とともに、表2に記入しました。
図3：荷重をかけたときの物体
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写真1：機械的に応力のかかったAl板
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写真2：機械的ストレスを受けたCu板
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写真3：機械的にストレスを受けた鉄板
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写真4: 機械的にストレスを受けた真鍮板
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写真5: 機械的ストレスを受けたK1プレート
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写真6: 機械的ストレスを受けたK2プレート
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Photo7: 機械的ストレスを受けたK3プレート
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結果と考察
DEHI法を用いて、アルミニウム、銅、真鍮、鉄、鋼の各合金プレートのYの計算値を表2に示します。
鋼合金K1、K2、K3（一般名）の場合、Yの値は鉄のそれよりも高いことがわかりました。 これは主にその合金中の炭素の割合に依存しています。 この炭素の割合は表1に示されています。 K1、K2、K3の炭素含有量は、ヤング率が高くなる順に増加しています。 サンプルK1では、鉄の1.04倍、K2では1.08倍、K3では1.19倍となっています。 サンプルK1、K2、K3の測定値はどこにもありません。 アルミ、銅、真鍮、鉄のY値は、入手可能な標準値とほぼ一致している。 これらの結果は，DEHI法が弾性材料のヤング率の標準値を決定するために使用できることを示している。 この結果は，サンプルK1，K2，K3について決定したYの値が正しいことを裏付けている。
表1． 合金鋼の成分
|
成分の割合 |
鋼のサンプル |
||
|
K1 |
K2 |
K3 |
|
|
C |
|||
|
Mn |
|||
|
Si |
|||
|
S |
|||
|
P |
|||
|
Cr |
|||
|
Ni |
– |
||
|
Mo |
– |
||
表2: 決定されたYの値
|
p |
長さL（単位：cm） |
幅’a’（単位：cm） |
荷重W（kg） |
物体に配置されたフリンジの数 |
角度（度） |
ヤング率Y（kgF / cm2） |
|||
|
イルミネーション θi |
決定された値 |
標準値 |
|||||||
|
Al |
6゜30′ |
46゜ |
0.672×106 |
0.70 x 106 |
|||||
|
Cu |
6゜00′ |
44゜30′ |
1.240×106 |
1.240×106 |
|||||
|
アイアン |
5゜30′ |
48゜ |
2.130×106 |
2.00 x 106 |
|||||
|
ブラス |
6゜30′ |
44゜30′ |
0.970×106 |
0.90～1×106 |
|||||
|
K1 |
4゜30′ |
48゜ |
2.230×106 |
— |
|||||
|
K2 |
7゜ 00′ |
46゜ |
2.311×106 |
— |
|||||
|
K3 |
4゜30′ |
48゜ |
2.549×106 |
— |
|||||
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