JP2001116632A - 赤外線応力分布画像システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被写体が複数の異なる素材から成り立っている
場合においても、温度変化分布画像を正しく応力変化分
布画像に換算することのできる赤外線応力分布画像シス
テムを提供する。 【解決手段】試料に所定の周期で荷重を印加し、熱弾性
効果に基づく試料表面の温度変化をプラス温度画像とマ
イナス温度画像に分けて赤外線カメラで積算測定し、積
算された２つの温度画像の差を求めることにより応力分
布のフレーム画像を得るようにした赤外線応力分布画像
システムにおいて、撮像された試料の温度画像を応力分
布画像に換算するに際し、温度画像中に複数の領域を設
定する手段と、設定された領域ごとに熱弾性係数を設定
する手段と、各領域ごとに設定された熱弾性係数に基づ
いて温度画像を応力分布画像に換算する手段とを備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に所定の周期
で荷重を印加し、発熱・吸熱作用に基づく試料表面の温
度変化を赤外線カメラで測定することによって応力分布
を画像化する赤外線応力分布画像システムに関し、特
に、試料を構成している素材ごとに、異なる熱弾性係数
を設定することができる赤外線応力分布画像システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、従来の赤外線応力分布画像の測
定システムを示す図である。図中１は被写体である。繰
り返し負荷発生装置２により被写体１に繰り返しの負荷
をかけると、応力の集中した部分は熱弾性効果により繰
り返し負荷に同期して温度が上下する。固体における通
常の応力変化に伴う温度変化の値は非常に小さいため、
赤外線カメラ３で撮影して負荷印加のタイミングに合わ
せて温度画像データをとりながら積算を重ね、微小な温
度変化を信号として取り出す。

【０００３】すなわち、負荷のプラス側のタイミングと
マイナス側のタイミング（実際には応力の最大、最小の
タイミング）とその前後の所定の範囲（例えば、最大応
力値及び最小応力値から、それらの７割程度の応力値ま
での範囲）のデータをサンプリングして積算し、プラス
温度画像積算メモリー４上、及びマイナス温度画像積算
メモリー５上において、各画素ごとに積算されたプラス
温度画像とマイナス温度画像を得る。そして、引き算手
段６で画像間の引き算を行なうことにより、負荷印加に
伴う温度変化量の画像が得られ、それを熱弾性係数で換
算することにより、応力画像７が得られる。これは、温
度変化量と応力変化量との間には比例関係があるので、
その関係を利用すれば、試料の温度変化量から応力変化
量の分布を求め得る、という原理に基づくものである。

【０００４】図２は、このような原理を利用し、周期的
に荷重が印加される被写体に対して、赤外線カメラの像
スポットを水平、垂直走査して温度画像データを求める
際のタイミングチャートを示している。ここでは、被写
体へ、例えば引っ張り・圧縮の繰り返し荷重をかける加
振信号ｆ_inと、その加振によって発生する温度変化を捉
える赤外線カメラの水平走査のタイミングの位相が合っ
ているものとして説明を進めるが、一般的には、前記加
振信号ｆ_inと赤外線カメラの水平走査のタイミングは同
期が取れていない。

【０００５】図２に示すように、繰り返し負荷発生装置
では、加振信号ｆ_inに対して応力が最大になる位相の手
前でプラストリガを発生し、応力が最小になる位相の手
前でマイナストリガを発生する。このプラストリガの発
生直後に行なわれる赤外線カメラの所定の回数の水平走
査により、温度信号をプラスデータとして取り込み、ま
た、前記マイナストリガの発生直後に行なわれる赤外線
カメラの所定の回数の水平走査により、温度信号をマイ
ナスデータとして取り込む。

【０００６】尚、一般に、これらプラストリガ、マイナ
ストリガと、赤外線カメラの水平走査とは、同期が取れ
ていない。従って、トリガとは無関係に自走している赤
外線カメラの水平走査の内、トリガ発生直後の所定の回
数の水平走査だけが温度画像データの取得に利用され、
それ以前及びそれ以降の水平走査は温度画像データの取
得には利用されずに捨てられる。

【０００７】上記温度信号の取り込みの際、1／1000℃
のような微小な温度差を検出するためには、ライン積算
やフレーム積算などの手法を用いてＳ／Ｎ比を改善する
ことが行なわれる。ここで、ライン積算とは、加振信号
ｆ_inの半周期の間に、複数回の水平走査により、画面を
構成する所定のラインの温度画像データを取って加算す
るものであり、フレーム積算とは、加振信号ｆ_inの半周
期の間に、複数回のフレーム走査を行なって、複数枚の
温度画像データを取って加算するものである。

【０００８】図２の例では、プラス側及びマイナス側の
それぞれの半周期において、３個ずつデータを取り込ん
で加算を行なうライン積算の例を示している。そして、
このようにして得られたプラスデータとマイナスデータ
の差を画面全体に渡って取ることで、温度変化分布画像
が得られ、応力変化分布データとして利用できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような構成におい
て、従来、取得した温度変化分布画像を応力変化分布画
像に換算する際には、赤外線応力分布画像システムのデ
ータベースとして用意された各素材ごとの熱弾性係数の
値の中から１つの熱弾性係数の値を選び、その熱弾性係
数の値に基づいて温度変化分布画像の画面全体を応力変
化分布画像に換算していた。

【００１０】ところが、被写体が一種類の素材のみで構
成されている場合であれば、従来の換算方法で充分であ
るが、実際の応力測定では、被写体が複数の異なる素材
で構成されている場合も多く、そのような場合には、た
だ１つの熱弾性係数に基づいて温度変化分布画像全体の
換算を行なうと、素材の異なる部分では応力変化分布画
像への正しい換算が行なえなくなるという問題があっ
た。

【００１１】本発明の目的は、上述した点に鑑み、被写
体が複数の異なる素材から成り立っている場合において
も、温度変化分布画像を正しく応力変化分布画像に換算
することのできる赤外線応力分布画像システムを提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明にかかる赤外線応力分布画像システムは、試
料に所定の周期で荷重を印加し、熱弾性効果に基づく試
料表面の温度変化をプラス温度画像とマイナス温度画像
に分けて赤外線カメラで積算測定し、積算された２つの
温度画像の差を求めることにより応力分布のフレーム画
像を得るようにした赤外線応力分布画像システムにおい
て、撮像された試料の温度画像を応力分布画像に換算す
るに際し、温度画像中に複数の領域を設定する手段と、
設定された領域ごとに熱弾性係数を設定する手段と、各
領域ごとに設定された熱弾性係数に基づいて温度画像を
応力分布画像に換算する手段とを備えたことを特徴とし
ている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。図３は、本発明にかかる赤外線
応力分布画像システムの全体構成の一実施例を示す図で
ある。図中１は被写体である。繰り返し負荷発生装置２
により被写体１に繰り返しの負荷をかけると、応力の集
中した部分は熱弾性効果により繰り返し負荷に同期して
温度が上下する。固体における通常の応力変化に伴う温
度変化の値は非常に小さいため、赤外線カメラ３で撮影
して負荷印加のタイミングに合わせて温度画像データを
とりながら積算を重ね、微小な温度変化を信号として取
り出す。

【００１４】信号処理部８は、負荷のプラス側のタイミ
ングとマイナス側のタイミング（実際には応力の最大、
最小のタイミング）とその前後の所定の範囲（例えば、
最大応力値及び最小応力値から、それらの７割程度の応
力値までの範囲）のデータを赤外線カメラ３から受け取
って積算し、信号処理部８に接続されたプラス温度画像
積算メモリー４上、及びマイナス温度画像積算メモリー
５上にストアする。その結果、各画素ごとにデータが積
算された被写体１のプラス温度画像とマイナス温度画像
が得られる。

【００１５】次に、信号処理部８は、図示しない引き算
手段により、プラス温度画像積算メモリー４上のプラス
温度画像とマイナス温度画像積算メモリー５上のマイナ
ス温度画像の間で画像間の引き算を行ない、被写体１へ
の負荷印加に伴う温度変化量の画像を得る。この画像デ
ータは、信号処理部８に接続された差画像格納メモリー
９上にストアされると共に、信号処理部８に接続された
ＣＲＴ、液晶パネルなどの画像表示手段１０上に画像表
示される。

【００１６】オペレーターは、画像表示手段１０上に画
像表示された温度変化量の画像を眺めながら、信号処理
部８に接続されたマウス、キーボードなどの入力手段１
１を援用して、被写体１を構成する素材ごとにその画像
を複数の領域に分割して、図示しない熱弾性係数設定手
段により、それぞれの分割された領域ごとにその素材に
応じた熱弾性係数を設定し、設定された複数の熱弾性係
数に基づいて温度変化量を応力変化量に換算させる。こ
の温度変化量から換算された応力変化量を表わす画像デ
ータは、信号処理部８に接続された応力画像格納メモリ
ー１２上にストアされると共に、信号処理部８に接続さ
れたＣＲＴ、液晶パネルなどの画像表示手段１０上に画
像表示される。

【００１７】こうして得られた応力画像は、被写体の素
材ごとに、その素材にふさわしい熱弾性係数を用いて温
度変化画像から換算されたものであるため、従来のよう
な１つの熱弾性係数のみに基づいて全画面を換算した応
力画像よりも正確な応力分布を表わしている。

【００１８】図４は、本発明にかかる応力値換算方法の
一実施例をフローチャートで示したものである。まず最
初に、従来の方法と全く同じ方法で、すなわち、被写体
への加振の位相に応じて得られるプラス温度画像とマイ
ナス温度画像の差を取ることにより、被写体の温度変化
分布画像を用意する。

【００１９】次に、第２段階として、温度変化分布画像
を被写体の素材に応じて複数個（ｍ個）の領域に画面分
割する。

【００２０】次に、第３段階として、分割された領域ご
とに、それぞれ異なる熱弾性係数を設定する。この熱弾
性係数は、予め赤外線応力分布画像システム内にデータ
ベースとして用意されているものの中から、被写体の素
材に最もふさわしいものを選択するようにしても良い。

【００２１】次に、第４段階として、設定された熱弾性
係数に基づいて、素材の違いで分割された領域ごとに、
温度変化分布画像を応力分布画像に換算する。このと
き、応力分布画像に換算される領域が何番目の領域であ
るかをカウントしながら、ｍ番目の領域になるまで換算
作業を繰り返し、換算される領域がｍ番目の領域に到達
したら、換算作業を終了して、次の段階に進める。

【００２２】次に、第５段階として、得られた応力分布
画像における応力の分布が見やすいように、画面レベル
の調整を行なう。

【００２３】最後に、最終段階として、被写体を構成す
る素材ごとに異なる熱弾性係数で応力換算された正確な
応力分布画像を得る。

【００２４】このような流れで応力への換算を行なうこ
とにより、従来の方法の問題であった複数の素材から成
る被写体への応用が可能になった。

【００２５】尚、本実施例では、温度変化分布画像を被
写体の素材ごとに分割して、複数の領域を設定する機能
を備えた赤外線応力分布画像システムについて述べた
が、この画像の分割による領域の設定は、必ずしも被写
体の素材ごとに行なわれなければならないものではな
く、例えば、同一の素材の領域に、任意に複数の領域を
設定できたり、任意の異なる素材の領域を、同一の領域
として設定できるものであっても良いことは言うまでも
ない。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の赤外線応力
分布画像システムによれば、被写体を構成する素材ごと
に温度変化画像の画面を領域分割し、分割された領域ご
とに異なる熱弾性係数を設定し、設定した各値に基づい
て温度変化量を応力変化量に換算するようにしたので、
複数の素材から成る被写体に対しても、画面全体で正し
い応力変化量を表示した応力画像が得られるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の赤外線応力分布画像システムを示す図で
ある。

【図２】従来の赤外線応力分布画像システムのタイミン
グチャートを示す図である。

【図３】本発明にかかる赤外線応力分布画像システムの
一実施例を示す図である。

【図４】本発明にかかる赤外線応力分布画像システムに
おいて、正しい応力画像を得るまでのフローチャートの
一実施例を示す図である。

【符号の説明】

１・・・被写体、２・・・繰り返し負荷発生装置、３・・・赤外
線カメラ、４・・・プラス温度画像積算メモリー、５・・・マ
イナス温度画像積算メモリー、６・・・引き算手段、７・・・
応力画像、８・・・信号処理部、９・・・差画像格納メモリ
ー、１０・・・画像表示手段、１１・・・入力手段、１２・・・
応力画像格納メモリー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料に所定の周期で荷重を印加し、熱弾性
   効果に基づく試料表面の温度変化をプラス温度画像とマ
   イナス温度画像に分けて赤外線カメラで積算測定し、積
   算された２つの温度画像の差を求めることにより応力分
   布のフレーム画像を得るようにした赤外線応力分布画像
   システムにおいて、撮像された試料の温度画像を応力分
   布画像に換算するに際し、温度画像中に複数の領域を設
   定する手段と、設定された領域ごとに熱弾性係数を設定
   する手段と、各領域ごとに設定された熱弾性係数に基づ
   いて温度画像を応力分布画像に換算する手段とを備えた
   ことを特徴とする赤外線応力分布画像システム。