JP2016095300A - Fatigue testing device - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary bending fatigue testing device that can observe/measure the generation and growth behavior of crack and the length of crack in one surface of a test piece made of metal material or the like in a fatigue test by photographing the crack in real time in an excellent emission state.SOLUTION: In a first aspect according to the invention, a test piece is positioned with reference to angular information including initial crack or the like on the rotational direction, then the test piece is equipped to a rotary bending fatigue testing device with reference to coordinate information of the test piece on the axis direction as well, and images regularly taken are analyzed with a PC in real time so that progress of the crack is analyzed on the basis of the observation with imaging by imaging means (such as a camera), with a timing of high-rate emission by a light source (such as an LED) being synchronized with a timing of which the crack as an observation target in one surface of the test piece is rotating and moving into a photographable range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、試験片表面における、回転曲げ疲労試験や引張圧縮疲労試験で生じるき裂の発生と成長挙動や、き裂の長さをリアルタイムで観察・計測し得る疲労試験装置およびに関する。   The present invention relates to a fatigue test apparatus capable of observing and measuring in real time the generation and growth behavior of a crack generated in a rotating bending fatigue test and a tensile compression fatigue test on the surface of a test piece, and the length of the crack.

金属材料の試験片を回転曲げ疲労試験や引張・圧縮疲労試験する場合、応力振幅と破断繰返し数(いわゆるS−N特性)を検知するだけではなく、試験片表面で発生し、成長する「疲労き裂」の変化をも観察することにより、疲労特性に関するより多くの情報を得ることができることが知られている。   When a metal specimen is subjected to a rotating bending fatigue test or tensile / compression fatigue test, not only the stress amplitude and the number of repetitions of rupture (so-called SN characteristics) are detected, but the fatigue that occurs and grows on the surface of the specimen. It is known that more information on fatigue properties can be obtained by observing changes in the crack.

従来、このような試験片の疲労き裂の発生、成長および最終破断までの疲労き裂の変化の観察は、レプリカ法によって物理的形状変化を追跡するのが一般的であった。レプリカ法とは、試験片表面に貼り付けて表面形状を写し取ったレプリカを形状観察する方法である。ここでレプリカ法について例示して説明する。まず、レプリカとして鋳型材料となるフィルム状のアセチルロース片を使用する場合、これを酢酸メチル、アセトン等の有機溶剤(以下、「アセトン等」と称する)に浸した上、ピンセット等で試験片のき裂観察面に貼り付ける。そして、所定時間(通常1〜1.5分)放置しアセチルロース片からアセトン等が揮発するのを待って、試験片からアセチルロース片を剥がす。次に、あらかじめ準備しておいたガラス板に両面テープを貼り付けた固定台の両面テープの接着面上に、レプリカにおける試験片との接触側面を上にして貼り付け、その後、レプリカを光学顕微鏡で観察、写真撮影する。この写真撮影に至る一連の操作は、試験片表面に、それ自体で明瞭にき裂が発生したと判別できるようになるまで継続的に実施し、過去に遡って画像記録をたどることにより、き裂発生初期からの進行過程が、レプリカの形状変化の形で追跡できることとなる。さらに、試験片を続けて試験することで、破断するまで継続して観察し続けることも可能である。   Conventionally, the observation of the fatigue crack generation, growth, and change of the fatigue crack until the final fracture of such a specimen has generally followed the physical shape change by the replica method. The replica method is a method of observing the shape of a replica that is pasted on the surface of a test piece and the surface shape is copied. Here, the replica method will be exemplified and described. First, when using a film-like acetylose piece as a template material as a replica, immerse it in an organic solvent such as methyl acetate or acetone (hereinafter referred to as “acetone or the like”), and then use a tweezers or the like to remove the test piece. Affix to the crack observation surface. Then, the mixture is left for a predetermined time (usually 1 to 1.5 minutes) and waits for acetone or the like to evaporate from the acetylose pieces, and then peels off the acetylose pieces from the test pieces. Next, affix the double-sided tape to the glass plate prepared in advance on the adhesive surface of the double-sided tape. Observe and take a photo. The series of operations up to this photo shoot was carried out continuously until it was possible to clearly determine that a crack had occurred on the surface of the specimen itself, and the image recording was traced back to the past. The progress of the crack from the beginning can be traced in the form of a replica shape change. Furthermore, by continuously testing the test piece, it is possible to continue to observe until it breaks.

しかしながら、上記レプリカ法は、フィルム状のアセチルロース片を用いて作製されるレプリカの貼り付け方に経験が必要であり、試験片表面に貼る際に気泡が介在し、き裂の形状を反映しなくなる等,困難をともなう場合が多い。また、レプリカ法においては、レプリカ片の貼り付け等の作業のためその都度、所定時間試験を中断させる必要があり、試験を中断させない、き裂変化の観察の要望も存在する。また、たとえば、近年、引張・圧縮疲労試験では超音波で試験片を加振する等試験速度が高速化しているため肉眼観察でリアルタイム計測することも困難である。   However, the above replica method requires experience in how to attach a replica produced using a film-like acetylose piece, and bubbles do not intervene when applying to the surface of the test piece, so that the shape of the crack is not reflected. In many cases, it is difficult. Further, in the replica method, it is necessary to interrupt the test for a predetermined time each time because of work such as attaching a replica piece, and there is a demand for observation of crack change without interrupting the test. In addition, for example, in recent years, in a tensile / compression fatigue test, it is difficult to perform real-time measurement with the naked eye because the test speed is increased, for example, the test piece is vibrated with ultrasonic waves.

さらに、とりわけ、回転曲げ疲労試験での疲労き裂の観察にレプリカ法を用いる場合、試験片は通常円柱状の形状をしており、疲労き裂が生じる部位は湾曲しているため、極めて貼り付けにくい。また、試験片に対して、金属顕微鏡の観察軸と同軸で光を照射し、き裂の発生を見つけようとした場合、試験片の曲面の頂上部にしか光が当たらず、疲労き裂全体を観察することはできない。このため、き裂の発見には経験を要するという問題があった。また、試験片に対して、金属顕微鏡の観察軸と同軸で光を照射し、き裂の発生を見つけようとした場合、試験片の曲面の頂上部にしか光が当たらず、疲労き裂全体を観察することはできない。このため、き裂の発見には経験を要するという問題があった。   Furthermore, especially when using the replica method for observation of fatigue cracks in a rotating bending fatigue test, the specimen is usually cylindrical and the part where the fatigue crack occurs is curved, so it is extremely sticky. It is difficult to attach. In addition, when the test piece was irradiated with light coaxially with the observation axis of the metal microscope and an attempt was made to find the occurrence of a crack, the light hits only the top of the curved surface of the test piece, and the entire fatigue crack Can not be observed. For this reason, there has been a problem that the discovery of cracks requires experience. In addition, when the test piece was irradiated with light coaxially with the observation axis of the metal microscope and an attempt was made to find the occurrence of a crack, the light hits only the top of the curved surface of the test piece, and the entire fatigue crack Can not be observed. For this reason, there has been a problem that the discovery of cracks requires experience.

これに対して、試験の中断をさせずに引張・圧縮疲労試験器の加振や回転曲げ疲労試験器の回転と同期を取って試験片表面の観察することも考えられるが、通常、観察条件として極めて短時間発光ができるストロボスコープが必須であり、光源にキセノンランプを使用する場合,発光指令信号(パルス波)を入力したとしても、ランプの輝度変化(発光)はパルス波に追従できないため、発光タイミングのズレや、輝度不足になり良好な観察(写真撮影)が行えないといった問題もある。   On the other hand, it is conceivable to observe the specimen surface in synchronization with the vibration of the tensile / compression fatigue tester and the rotation of the rotating bending fatigue tester without interrupting the test. A stroboscope that can emit light for a very short time is essential. When a xenon lamp is used as the light source, even if a light emission command signal (pulse wave) is input, the change in lamp brightness (light emission) cannot follow the pulse wave. There are also problems such as deviations in the light emission timing and insufficient observation (photographing) due to insufficient brightness.

また、近年引張・圧縮疲労試験において発達している超音波引張・圧縮疲労試験では、試験片のき裂を観察ために装置を一旦起動停止すると疲労試験装置の起動停止前後で疲労試験の条件が変化し、試験結果が変動・影響を受けるという問題もあった。   Also, in the ultrasonic tension / compression fatigue test that has been developed in recent years in the tensile / compression fatigue test, once the device is started and stopped to observe the cracks in the test piece, the conditions of the fatigue test before and after the start and stop of the fatigue test device are changed. There was also a problem that test results fluctuated and were affected.

さらに、引張・圧縮疲労試験ではき裂開口の変化における先端歪みを計測する要求があり、現状、試験片への静的負荷での歪みしか計測されておらず、疲労試験中の動的負荷での歪みは計測できていない。   In addition, there is a need to measure the tip strain due to changes in the crack opening in the tensile / compression fatigue test. Currently, only the strain at the static load on the test piece is measured, and the dynamic load during the fatigue test is measured. We cannot measure the distortion.

本発明は上記のような問題に鑑みて創作されたものであり、回転曲げ疲労試験又は引張・圧縮疲労試験における金属材料等の試験片表面における「き裂」の発生と成長挙動や「き裂」の長さとを、良好な発光状態でリアルタイムに写真撮影して観察・計測することができる疲労試験装置を提供することを目的とする。   The present invention has been created in view of the above problems, and the occurrence and growth behavior of “cracks” on the surface of a specimen such as a metal material in a rotating bending fatigue test or a tensile / compression fatigue test, It is an object of the present invention to provide a fatigue test apparatus capable of observing and measuring the length of "" in real time in a good light emitting state.

本発明は、試験片に負荷を与えた状態でその端部を把持して軸回転させる回転曲げ疲労試験装置を提供する。具体的には、試験片の表面で検知された初期的な形状変化の回転方向の角度情報と軸方向の位置情報とに基づいて形状変化が観察できる位置に配設された撮像手段と、試験片を短時間照射することができる光源とを備え、試験片が回転している状態で、前記光源を短時間発光させて試験片に照射することにより前記撮像手段で試験片の表面の形状変化の静止画を連続観察し、その経時変化を追跡比較することで試験片の破断時期を予測する。   The present invention provides a rotating bending fatigue test apparatus that grips an end of a test piece while applying a load and rotates the shaft. Specifically, the imaging means disposed at a position where the shape change can be observed based on the rotational direction angle information and the axial position information of the initial shape change detected on the surface of the test piece, and the test A light source capable of irradiating the strip for a short time, and changing the shape of the surface of the test strip by the imaging means by emitting the light source for a short time and irradiating the test strip while the test strip is rotating The rupture time of the test piece is predicted by continuously observing the still images and tracking and comparing changes over time.

この回転疲労曲げ試験装置によれば、回転曲げ疲労試験における金属材料等の試験片表面における形状変化(代表的には「き裂」。(以下、「き裂」と記載する))の発生と成長挙動や「き裂」の長さとを、良好な発光状態でリアルタイムに写真撮影して観察・計測することができる。   According to this rotational fatigue bending test apparatus, the occurrence of a shape change (typically “crack” (hereinafter referred to as “crack”)) on the surface of a specimen such as a metal material in the rotational bending fatigue test, and The growth behavior and the length of the “crack” can be observed and measured by photographing in real time in a good light emission state.

また、前記試験片の表面における「き裂」を撮像手段で撮像することができる試験片の回転の位相に試験片が到達したときに、前記光源の発光と前記撮像手段の撮像とを同期させることができる。   Further, when the test piece reaches the phase of rotation of the test piece that can image the “crack” on the surface of the test piece with the imaging means, the light emission of the light source and the imaging of the imaging means are synchronized. be able to.

また、前記光源は、LED式ストロボスコープであり、試験片の回転駆動源は、サーボモータであり、本回転曲げ疲労装置は、該サーボモータの回転と協動する歯車と、該歯車の周囲に配設され、磁気抵抗効果素子を有する磁気センサとを備え、前記磁気センサの角度位置と,前記歯車を構成する歯との位置の関係に基づいて、前記磁気センサの磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を電圧変化に変換し、この変化をパルス信号に変換することでLED発光のための入力信号を生成することができる。   Further, the light source is an LED stroboscope, the rotational drive source of the test piece is a servo motor, and the rotary bending fatigue apparatus includes a gear that cooperates with the rotation of the servo motor, and around the gear. A magnetic sensor having a magnetoresistive effect element, and the resistance value of the magnetoresistive effect element of the magnetic sensor based on the relationship between the angular position of the magnetic sensor and the position of the teeth constituting the gear. By converting this change into a voltage change and converting this change into a pulse signal, an input signal for LED emission can be generated.

例えば、LED式ストロボスコープの発光タイミングの同期には、サーボモータによって歯車の周囲を角度制御する構成のもと、周回する磁気センサの角度位置と,歯車を構成する歯の位置との関係で、磁気センサに埋め込まれた磁気抵抗効果素子の抵抗値が磁界変化とともに変化する現象を利用し、素子の抵抗値変化を電圧変化に変換することで、サイン波形を得、これを、処理回路を用いてパルス信号に変換し,LED発光のための入力信号を生成させることで解決している。   For example, in order to synchronize the light emission timing of the LED stroboscope, the angle of the circumference of the gear is controlled by a servo motor, and the relationship between the angular position of the rotating magnetic sensor and the position of the teeth constituting the gear, Using the phenomenon that the resistance value of the magnetoresistive effect element embedded in the magnetic sensor changes with the change of the magnetic field, the change of the resistance value of the element is converted into the change of voltage, and the sine waveform is obtained. This is solved by converting the signal into a pulse signal and generating an input signal for LED light emission.

また、前記光源が、前記試験片の回転速度と同期した時間間隔で微細時間に細分化して発光して、前記撮像素子が、前記試験片上の一点を転周方向に細分した複数の画像として撮影し、該細分した複数の画像を比較することにより、試験片の表面の形状変化を立体視しても良い。   Further, the light source emits light by subdividing into fine time at a time interval synchronized with the rotation speed of the test piece, and the image pickup device takes a plurality of images obtained by subdividing one point on the test piece in the rolling direction. Then, the shape change of the surface of the test piece may be stereoscopically viewed by comparing the plurality of subdivided images.

また、本回転曲げ疲労試験装置によれば、試験片の両端から一定電圧で高周波電流を通電し、表面を流れる電流の大きさの変化を計測し、電流が小さくなった時点を試験片の表面の初期的な形状変化が発生したものと推定しても良い。   In addition, according to this rotating bending fatigue test apparatus, a high-frequency current is applied at a constant voltage from both ends of the test piece, the change in the magnitude of the current flowing on the surface is measured, and the time when the current decreases is measured on the surface of the test piece. It may be estimated that the initial shape change has occurred.

すなわちこの場合、試験片の表面の初期的な形状変化は、試験片の両端から一定電圧で高周波電流を通電し、表面を流れる電流の大きさの変化を計測し、電流が小さくなったところで初期的な形状変化が発生したものとみなして、試験片の回転を中断して、試験片の表面を網羅的に検査して、初期的な「き裂」を発見することができる。   In other words, in this case, the initial shape change of the surface of the test piece is conducted by applying a high-frequency current at a constant voltage from both ends of the test piece, measuring the change in the magnitude of the current flowing on the surface, and initializing when the current decreases. Assuming that a general shape change has occurred, the rotation of the test piece can be interrupted, and the surface of the test piece can be comprehensively inspected to find an initial “crack”.

また、試験片の破断時期が予測されると、試験片の回転速度を減少させることが好ましい。   Moreover, when the fracture | rupture time of a test piece is estimated, it is preferable to reduce the rotational speed of a test piece.

試験片上に生じた「き裂」の進捗を連続観察することで、破断時期を予測することにより、曲げ荷重が付加された状態で高速回転されることによる試験片の温度上昇を抑制し、通常の試験片回転速度での試験と同等となるように回転速度を自動的に低下させることとしている。   By continuously observing the progress of the “crack” that has occurred on the test piece, by predicting the break time, the temperature rise of the test piece due to high-speed rotation with a bending load applied is suppressed. The rotation speed is automatically reduced so as to be equivalent to the test at the test piece rotation speed.

また、短時間発光光源として光源は、放電発光、パルスレーザ光も適用される。   In addition, discharge light emission and pulsed laser light are also used as the light source for a short time.

また、前記光源の光軸と、前記撮像手段の受光装置とを試験片に対して、同一角度で配設することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the optical axis of the light source and the light receiving device of the imaging means are arranged at the same angle with respect to the test piece.

このような構成により、試験片の表面に生じた微細な変化を、光反射強度の変化として検出することができる。   With such a configuration, a minute change occurring on the surface of the test piece can be detected as a change in light reflection intensity.

また、第二の本発明は、試験片の端部に引張・圧縮方向の繰り返し負荷を与えて引張・圧縮計測を行う疲労試験装置であって、
試験片の表面で検知された初期的な形状変化の位置情報に基づいて形状変化が観察できる位置に配設された撮像手段と、
試験片を光を短時間照射することができる照射源(例えば、本実施形態における光源104)とを備え、
試験片に繰り返し負荷が与えられている状態で、
前記照射源から光を試験片に照射することにより前記撮像手段で試験片の表面の形状変化の静止画を採集し、その経時変化を追跡・観察して比較することで試験片の破断時期を予測する。
Further, the second aspect of the present invention is a fatigue test apparatus for performing tensile / compression measurement by applying a repeated load in the tension / compression direction to the end of the test piece,
Imaging means disposed at a position where the shape change can be observed based on the position information of the initial shape change detected on the surface of the test piece;
An irradiation source capable of irradiating the test piece with light for a short time (for example, the light source 104 in the present embodiment),
With the test piece repeatedly loaded,
By irradiating the test piece with light from the irradiation source, a still image of the shape change of the surface of the test piece is collected by the imaging means, and the time of breakage of the test piece is determined by tracking, observing and comparing the change over time. Predict.

本疲労試験装置によれば、引張・圧縮疲労試験における金属材料等の試験片表面における形状変化(代表的には「き裂」)の発生とその成長挙動や「き裂」の長さとを、良好な発光状態でリアルタイムに写真撮影して観察・計測することができる。   According to this fatigue test apparatus, the occurrence of shape change (typically "crack") on the surface of a specimen such as a metal material in a tensile / compression fatigue test, its growth behavior and the length of "crack" A photograph can be taken and observed and measured in real time in a good light emission state.

具体的に本疲労試験装置は、試験片のき裂画像を撮影し、
該撮像手段で撮影した試験片のき裂画像を採集する画像採集手段(例えば、本実施形態における画像採集装置107)と、試験片に前記繰り返し負荷を与える加振手段(例えば、本実施形態における加振機102)と、該加振機に制御信号を送信する負荷制御手段(例えば、本実施形態における負荷制御装置108)と、前記画像採集手段と前記負荷制御手段との同期をとるように制御する同期制御手段(例えば、本実施形態における同期制御装置109)と、を備えることもある。
Specifically, this fatigue test device takes a crack image of the test piece,
Image collecting means (for example, the image collecting device 107 in the present embodiment) for collecting a crack image of the test piece photographed by the imaging means, and vibration means (for example, in the present embodiment) for applying the repeated load to the test piece. The vibrator 102), load control means for transmitting a control signal to the shaker (for example, the load control device 108 in this embodiment), and the image collecting means and the load control means are synchronized. Synchronization control means for controlling (for example, the synchronization control device 109 in the present embodiment).

また、前記同期制御手段は、照射源に電力送信する信号と同期する信号を前記画像採集手段を制御する信号として送信することで、画像採集装置が静的な試験片のき裂画像を採集することができる。   Further, the synchronization control means transmits a signal synchronized with a signal for transmitting power to the irradiation source as a signal for controlling the image collecting means, whereby the image collecting apparatus collects a static test piece crack image. be able to.

本疲労試験装置では、同期制御装置により、撮像手段で撮影した試験片のき裂画像を採集する画像採集装置と、軸荷重を負荷する信号を加振手段に送る負荷制御装置との同期をとることで疲労試験中の動的な形状変化を静止的な画像として取得計測することができる。したがって、試験片のき裂の発生、成長挙動をリアルタイムで観察・計測できる。さらに、疲労試験中にき裂の特定開口角度におけるき裂先端の歪みの計測もリアルタイムで観察・計測できる。   In this fatigue test apparatus, the synchronization control apparatus synchronizes the image collection apparatus that collects the crack image of the test piece taken by the imaging means and the load control apparatus that sends a signal for applying an axial load to the vibration means. Thus, the dynamic shape change during the fatigue test can be acquired and measured as a static image. Therefore, it is possible to observe and measure crack generation and growth behavior of the specimen in real time. Furthermore, it is possible to observe and measure the crack tip strain at a specific opening angle of the crack during the fatigue test in real time.

また、前記加振手段は、超音波で振動する圧電素子を備え、前記負荷制御手段からの信号を受けて試験片に負荷を与える場合や、油圧・空圧駆動や電磁式又はモータ駆動のアクチュエータを備え、前記負荷制御手段からの信号を受けて試験片に負荷を与える方法が考えられる。   Further, the vibration means includes a piezoelectric element that vibrates with ultrasonic waves, and receives a signal from the load control means to apply a load to the test piece, or a hydraulic / pneumatic drive or electromagnetic or motor drive actuator. And a method of applying a load to the test piece by receiving a signal from the load control means.

本疲労試験装置は、油圧やモータにより試験片を加振する場合だけでなく近年の高速の疲労試験装置として注目されている超音波疲労試験装置にも適用できる。したがって、疲労試験装置を起動停止することなく試験片のき裂を計測でき、起動停止前後に疲労試験の条件が変動することもない。   This fatigue test apparatus can be applied not only to the case where a test piece is vibrated by hydraulic pressure or a motor, but also to an ultrasonic fatigue test apparatus that has been attracting attention as a high-speed fatigue test apparatus in recent years. Therefore, the crack of the test piece can be measured without starting and stopping the fatigue test apparatus, and the conditions of the fatigue test do not fluctuate before and after the start and stop.

また、前記同期制御装置は、前記負荷制御装置からの信号を分周する分周回路を有しても良い。   The synchronous control device may include a frequency dividing circuit that divides a signal from the load control device.

超音波等、高周波で試験片を加振する場合にも照射源に対応し得る又は画像採集し得る程度に変換して計測することができる。   Even when a test piece is vibrated at a high frequency such as an ultrasonic wave, it can be measured after being converted to such an extent that it can correspond to an irradiation source or can collect images.

さらに、前記画像採集手段からの試験片の画像データを受けて画像処理する画像処理手段(例えば、本実施形態における画像処理装置112)を備え、
該画像処理手段は前記画像データにおいて試験片のき裂の位置を位置決めする位置決め信号を送信し、
位置決め信号を受けて前記撮像手段を適正な位置に移動させる位置決め手段(例えば、本実施形態における位置決め装置111)を備えても良い。
Furthermore, the image processing means (for example, the image processing apparatus 112 in the present embodiment) for receiving and processing the image data of the test piece from the image collecting means is provided,
The image processing means transmits a positioning signal for positioning the position of a crack in the test piece in the image data,
Positioning means (for example, the positioning device 111 in the present embodiment) that receives the positioning signal and moves the imaging means to an appropriate position may be provided.

これにより、試験片のき裂の先端位置を監視し、適宜撮像手段の位置を調整してき裂進展の追跡、自動計測が可能となる。   Thereby, the tip position of the crack of the test piece can be monitored, and the position of the imaging means can be adjusted as appropriate to track the crack growth and automatically measure.

本発明の疲労試験装置によれば、回転曲げ疲労試験又は引張・圧縮疲労試験における金属材料等の試験片表面における「き裂」の発生と成長挙動や「き裂」の長さとを、良好な発光状態でリアルタイムに写真撮影して観察・計測することができる。   According to the fatigue test apparatus of the present invention, the occurrence of "crack" and the growth behavior and the length of "crack" on the surface of a test piece such as a metal material in a rotational bending fatigue test or a tensile / compression fatigue test are excellent. It is possible to take a photograph in real time and observe and measure it in the light emission state.

本発明の一実施形態に係る、回転曲げ疲労試験装置の要部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the principal part of the rotation bending fatigue test apparatus based on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置において、き裂を撮像するために試験片の回転と、パルス発光とを同期させる構成を説明するための略示図である。In the rotating bending fatigue test apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, it is the schematic for demonstrating the structure which synchronizes rotation of a test piece and pulse light emission, in order to image a crack. 本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置において、き裂を静止画像として撮像するためのパルス信号を生成する構成を説明するための略図である。1 is a schematic diagram for explaining a configuration for generating a pulse signal for capturing a crack as a still image in a rotating bending fatigue test apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における、パルス発光部の構成を説明する略図と、光源からの照射により撮像された試験片を例示する概略図である。It is the schematic explaining the structure of the pulse light emission part in the rotation bending fatigue test apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, and the schematic which illustrates the test piece imaged by irradiation from a light source. 本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置、及び一般の回転曲げ疲労試験で使用される試験片を例示する略図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which illustrates the test piece used by the rotation bending fatigue test apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, and a general rotation bending fatigue test. 本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における、荷重負荷部の要部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the principal part of the load application part in the rotation bending fatigue test apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 他の本発明の引張・圧縮疲労試験の実施形態の要部の概略図(模式図)が示されている。The schematic diagram (schematic diagram) of the principal part of the embodiment of another tensile / compressive fatigue test of the present invention is shown. 図7に示す同期制御装置の概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the synchronous control apparatus shown in FIG.

まず第一に本発明の疲労試験装置のうち回転曲げ疲労試験に用いるものについて説明する(以下、単に「回転曲げ疲労試験装置」とも称する)。本回転曲げ疲労試験装置は、下記2つに大別される手段を用いて、試験片の回転を停止することなく、回転曲げ疲労試験に要する時間を通常の試験方法よりも大幅に短縮可能とする。また、回転曲げ疲労試験に用いられる試験片の表面におけるき裂の発生や、その成長挙動や「き裂」の長さを、少なくとも試験片に「き裂」が発生してから、試験片が破断に到るまで、リアルタイムで観察・計測(以下、単に「観察等」とも称する)することを可能としながら、通常の回転曲げ疲労試験方法と同等、もしくはそれ以上に正確な試験結果を得ることを実現する。   First, a description will be given of a fatigue test apparatus according to the present invention which is used for a rotary bending fatigue test (hereinafter, also simply referred to as “rotary bending fatigue test apparatus”). This rotating bending fatigue testing device can greatly reduce the time required for the rotating bending fatigue test compared to the normal test method without stopping the rotation of the test piece by using the means roughly divided into the following two. To do. In addition, the occurrence of cracks on the surface of the test piece used in the rotating bending fatigue test, its growth behavior and the length of the "crack" are measured at least after the "crack" occurs in the test piece. Obtain accurate test results equivalent to or better than the normal rotating bending fatigue test method while enabling real-time observation / measurement (hereinafter also referred to simply as “observation”) until fracture occurs. To realize.

上記の手段の1つは、高速度(概ね20000〜30000回転/分)で回転する試験片に発生し、進展するき裂を、良好な発光状態のもとで鮮明な静止画像として撮像する手段である。また、他の1つは、上記で撮像された静止画像のデータをもとに試験片の破断時期を推察し、試験片が破断するより前の時点で、試験片の回転速度を所定の回転速度まで低下させる手段である。   One of the above-described means is a means for capturing a crack that is generated and propagates in a test piece rotating at a high speed (approximately 20000 to 30000 rotations / minute) as a clear still image under a good light emission state. It is. The other one infers the breakage time of the test piece based on the data of the still image picked up as described above, and sets the rotation speed of the test piece to a predetermined rotation time before the breakage of the test piece. It is a means to reduce the speed.

上述したように、従来の回転曲げ疲労試験方法においては、レプリカ法や、目視によりき裂を観察するため、試験片の回転を一旦停止して観察する必要がある。しかしながら、試験中に試験片の回転を停止した場合、試験片の周囲方向の特定の箇所に引張り荷重が付加されることとなる。その結果、試験片に曲げ疲労試験起因ではないダメージ(応力集中箇所)が発生し、試験結果に影響を与えることがあり、好ましくない。   As described above, in the conventional rotational bending fatigue test method, since the crack is observed by the replica method or by visual observation, it is necessary to stop and observe the rotation of the test piece. However, when the rotation of the test piece is stopped during the test, a tensile load is applied to a specific portion in the circumferential direction of the test piece. As a result, damage (stress concentration location) not resulting from the bending fatigue test occurs in the test piece, which may affect the test result, which is not preferable.

このため、最も望ましい試験条件下における試験結果、即ち、試験片の回転速度が所定の速度となって、試験片に所定の荷重を付加してから、試験片が破断するまで、又は所定回数の荷重の付加が完了するまで、の間、試験を連続して行った場合の試験結果を得ることは困難である。   For this reason, the test result under the most desirable test conditions, that is, the rotation speed of the test piece becomes a predetermined speed, after a predetermined load is applied to the test piece, until the test piece breaks or a predetermined number of times. Until the addition of the load is completed, it is difficult to obtain a test result when the test is continuously performed.

また、試験片の回転を停止させる工程の途中等に、誤って試験片に上記所定の負荷以外の外力が付加されることも考えられる。例えば、本来は荷重を除去した後に試験片の回転を中止すべきところを、荷重を付加したまま、試験片の回転を中止する等してしまい、正確な試験結果を得ることができないという懸念もある。   It is also conceivable that an external force other than the predetermined load is erroneously applied to the test piece during the process of stopping the rotation of the test piece. For example, there is also a concern that the test piece rotation should be stopped after removing the load, but the rotation of the test piece is stopped while the load is applied, and accurate test results cannot be obtained. is there.

本発明の回転曲げ疲労試験装置では、上述した、最も望ましい試験条件の下での試験を、正確かつ効率良く実施することができる。加えて、試験片の回転を継続させたまま、試験片の表面に発生するき裂や、そのき裂の進展を観察することを実現し得る。   With the rotating bending fatigue test apparatus of the present invention, the above-described test under the most desirable test conditions can be performed accurately and efficiently. In addition, it is possible to observe the crack generated on the surface of the test piece and the progress of the crack while the rotation of the test piece is continued.

《回転曲げ疲労試験装置の構成》
上記した本発明の回転曲げ疲労試験装置における、き裂の観察等の方法を説明する前提として、本発明の回転曲げ疲労試験装置80の構成を、本発明の一実施形態に係る、回転曲げ疲労試験装置の要部の構成を示す概略図である図1と、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置、及び回転曲げ疲労試験で一般に使用される試験片を例示する略図である図5と、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における、荷重付加部の要部の構成を示す概略図である図6と、を参照しながら詳細に説明する。
《Configuration of rotating bending fatigue test equipment》
As a premise for explaining a method such as observation of a crack in the rotating bending fatigue testing apparatus of the present invention described above, the configuration of the rotating bending fatigue testing apparatus 80 of the present invention is the rotating bending fatigue according to one embodiment of the present invention. FIG. 1 which is a schematic diagram illustrating the configuration of a main part of a test apparatus, and a schematic diagram illustrating a rotational bending fatigue test apparatus according to an embodiment of the present invention and a test piece generally used in a rotational bending fatigue test. 5 and FIG. 6 which is a schematic diagram showing the configuration of the main part of the load applying portion in the rotary bending fatigue test apparatus according to one embodiment of the present invention.

図1に示すように、回転曲げ疲労試験装置80は少なくとも、試験片40の回転を発生する回転駆動手段10と、その回転駆動手段10の回転主軸10aの一方の側に、回転主軸10aと同芯に固定される歯車部12と、歯車部12の周囲を回転可能に配設される磁気センサ14と、上記回転主軸10aと同芯に配設されて、磁気センサ14を歯車部12周囲の任意の位置に回転移動可能に保持するサーボモータ16と、サーボモータ16の回転軸(図示せず)に連結されて磁気センサ14を担持し、サーボモータ16の回転駆動により、この磁気センサ14の配設位置を歯車部12の周囲に回転調整させ得るセンサ支持部15と、を備える。   As shown in FIG. 1, the rotary bending fatigue test apparatus 80 includes at least the rotation driving means 10 that generates rotation of the test piece 40 and the rotation spindle 10a of the rotation driving means 10 on one side of the rotation spindle 10a. A gear part 12 fixed to the core, a magnetic sensor 14 rotatably arranged around the gear part 12, and a concentric core with the rotary main shaft 10a, the magnetic sensor 14 being arranged around the gear part 12 A servo motor 16 that is rotatably held at an arbitrary position, and a magnetic sensor 14 that is connected to a rotation shaft (not shown) of the servo motor 16 and carries the magnetic sensor 14. And a sensor support portion 15 that can rotate the arrangement position around the gear portion 12.

図1の回転曲げ疲労試験装置80はまた、回転駆動手段10の回転主軸10aの上記歯車部12が備えられるのと反対の側に、少なくとも、試験片40を把持するチャック部18と、パルス信号を受けて試験片40の表面における「き裂」や、そのき裂の進展する部位(以下、単に「き裂等」とも称する)に時間幅の短い光(以下、「パルス光」とも称する)を照射可能なパルス発光部20と、試験片40の所定位置を静止した画像として捉えることのできる撮像手段22と、を備える。   The rotary bending fatigue test apparatus 80 of FIG. 1 also includes at least a chuck portion 18 that grips the test piece 40 on the opposite side of the rotation main shaft 10a of the rotation driving means 10 to the gear portion 12, and a pulse signal. In response to this, light having a short time width (hereinafter also referred to as “pulse light”) at a “crack” on the surface of the test piece 40 or a site where the crack propagates (hereinafter also simply referred to as “crack or the like”). And the imaging means 22 capable of capturing a predetermined position of the test piece 40 as a stationary image.

撮像手段22は、試験片40の、き裂等からの光を検出し、電荷を発生させ得るもの、一例として光電変換素子(図示せず。以下、「撮像素子」とも称する)を備える。撮像素子としては、例えばCMOSイメージセンサや、CCDイメージセンサ等を用いることができ、これにより試験片40の、き裂や、き裂の進展の画像を電子データとして記録することが可能となる。   The image pickup means 22 includes a photoelectric conversion element (not shown; hereinafter also referred to as “image pickup element”) that can detect light from a crack or the like of the test piece 40 and generate a charge. As the imaging device, for example, a CMOS image sensor, a CCD image sensor, or the like can be used, and thereby, an image of a crack of the test piece 40 and the progress of the crack can be recorded as electronic data.

この撮像手段22は、2つの信号の受信周期を計測可能なインターバル検出手段26を備える。このインターバル検出手段26は、上述したパルス発光部20を発光させるためのパルス信号を受信して、撮像手段22が備える、いわゆるシャッター(図示せず)の開閉を無信号時と、信号受信時とで高い応答速度で切替える。詳しくは後述するが、このインターバル検出手段26を備えることで、パルス発光部20の発光と、撮像手段22による撮像とのタイミングを、回転する試験片40の、き裂等が撮像に最適な位相となるタイミングと同期させることが可能となる。   The imaging unit 22 includes an interval detection unit 26 that can measure the reception period of two signals. The interval detection means 26 receives a pulse signal for causing the pulse light emitting unit 20 to emit light, and opens and closes a so-called shutter (not shown) included in the imaging means 22 when there is no signal and when a signal is received. To switch at high response speed. As will be described in detail later, by providing this interval detection means 26, the timing of the light emission of the pulse light emitting unit 20 and the image pickup by the image pickup means 22 is adjusted so that the crack of the rotating test piece 40 is optimal for the image pickup. It becomes possible to synchronize with the timing.

尚、撮像手段22は、図1に示す、望遠鏡と顕微鏡とが組合わされて試験片40を拡大して撮像可能とする光学拡大手段24を備えることが望ましい。これにより、試験片40のき裂等の周辺を拡大し、撮像手段22により、き裂等を選択的に拡大して撮像することが可能となる。   Note that the imaging unit 22 preferably includes an optical enlarging unit 24 that combines the telescope and the microscope shown in FIG. As a result, the periphery of the test piece 40 such as a crack can be enlarged, and the imaging means 22 can selectively enlarge the crack or the like and take an image.

図5は、回転曲げ疲労試験装置80や、回転曲げ疲労試験で一般に使用される試験片40を例示しており、図5(a)は試験片40に予めき裂の起点となる、き裂起点部40aを設ける場合の上面視の略図であり、図5(b)は図5(a)に示すW−W断面を矢印Xの方向、即ち回転曲げ疲労試験における試験片40の回転軸芯の方向から見た略図であり、図5(c)は図5(b)に示す領域Kを拡大して、き裂起点部40aの一例を略示する図である。   FIG. 5 illustrates a rotating bending fatigue test apparatus 80 and a test piece 40 that is generally used in a rotating bending fatigue test. FIG. 5A illustrates a crack that is a starting point of a crack in the test piece 40 in advance. FIG. 5 (b) is a schematic view in a top view when the starting point portion 40a is provided, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view taken along the line WW shown in FIG. 5 (a), that is, the rotational axis of the test piece 40 in the rotational bending fatigue test. FIG. 5C is an enlarged view of the region K shown in FIG. 5B and schematically shows an example of the crack starting point portion 40a.

本発明の回転曲げ疲労試験装置80では、試験片40がき裂の起点となるき裂起点部40aを有し、き裂起点部40aから発生、進展するき裂を観察する場合と、試験中に試験片40に初期き裂が発生し、その初期き裂から進展するき裂を観察する場合との両方の場合において、試験片40の表面におけるき裂や、そのき裂の進展等を観察することが可能である。   In the rotating bending fatigue test apparatus 80 of the present invention, the test piece 40 has a crack starting point portion 40a which becomes a crack starting point, and a case where a crack generated and propagates from the crack starting point portion 40a is observed, and during the test. In both the case where the initial crack is generated in the test piece 40 and the crack that propagates from the initial crack is observed, the crack on the surface of the test piece 40, the progress of the crack, and the like are observed. It is possible.

詳しくは後述するが、試験片40に予めき裂起点部40aを設ける場合と、試験中に試験片40に初期き裂が発生し、その初期き裂から進展するき裂を観察する場合とのいずれの場合も、撮像手段22、及び/又は光学拡大手段24と、後述するパルス発光部20とは、試験片40の最弱部である、き裂起点部40aやその周辺を撮影、照射可能に配設される。   As will be described in detail later, a case in which the crack starting point portion 40a is provided in advance in the test piece 40 and a case in which an initial crack is generated in the test piece 40 during the test and a crack that propagates from the initial crack is observed. In any case, the imaging means 22 and / or the optical enlarging means 24 and the pulse light emitting part 20 described later can photograph and irradiate the crack starting point part 40a which is the weakest part of the test piece 40 and its periphery. It is arranged.

尚、上記チャック部20は、回転駆動手段10の主軸10aと同一の部材から一体に形成されることが望ましい。これにより、チャック部20にその一端を把持される試験片40の軸心(この回転曲げ疲労試験装置80においては回転軸芯)と、回転駆動手段10の主軸10aの回転軸芯との偏心量を小さくでき、結果、概ね20000〜30000回転/分で回転する試験片40のき裂等を、ブレを抑制して、より鮮明に撮像し、観察等することが可能となる。   The chuck portion 20 is preferably formed integrally from the same member as the main shaft 10a of the rotation driving means 10. As a result, the amount of eccentricity between the axis of the test piece 40 gripped at one end by the chuck portion 20 (rotation axis in this rotating bending fatigue test apparatus 80) and the rotation axis of the main shaft 10a of the rotation driving means 10 is achieved. As a result, a crack or the like of the test piece 40 rotating at approximately 20000 to 30000 rotations / minute can be imaged more clearly, observed, etc. while suppressing blurring.

また、回転曲げ疲労試験装置80は、図1に示すように、磁気センサ14と、サーボモータ16とからの信号をもとに、少なくともパルス発光部20を発光させ、また、撮像手段22により試験片40の、き裂等を撮像するためのパルス信号Spを生成し、出力するパルス発光制御手段28を備える。   Further, as shown in FIG. 1, the rotating bending fatigue test apparatus 80 causes at least the pulse light emitting unit 20 to emit light based on signals from the magnetic sensor 14 and the servo motor 16, and the imaging means 22 performs the test. Pulse light emission control means 28 for generating and outputting a pulse signal Sp for imaging a crack or the like of the piece 40 is provided.

後に詳述するが、このパルス発光制御手段28で作成された、パルス発光のためのパルス信号Spを用いることで、試験片40の表面における、き裂等が撮像手段22で撮像するのに最適な位相に到達するタイミングと、パルス発光部20が発光するタイミングと、撮像手段22による撮像のタイミングと、を同期させて、高速で回転する試験片40の、き裂等を画像(静止画像)として撮影することが可能となる。   As will be described in detail later, by using the pulse signal Sp for pulse emission created by the pulse emission control means 28, it is most suitable for imaging the crack or the like on the surface of the test piece 40 with the imaging means 22. An image (still image) of a crack or the like of the test piece 40 rotating at a high speed by synchronizing the timing of reaching a certain phase, the timing of light emission of the pulse light emitting unit 20 and the timing of imaging by the imaging means 22 It becomes possible to shoot as.

また、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置80において、回転駆動手段10により回転可能な試験片40に荷重を付加する荷重負荷部の要部の構成を示す概略図である図6に示すように、この回転曲げ疲労試験80では、その一端をチャック部18で把持された試験片40の自由端としての他端には、荷重負荷部32が配設される。   6 is a schematic diagram showing the configuration of the main part of a load loading unit that applies a load to the test piece 40 that can be rotated by the rotation driving means 10 in the rotary bending fatigue test apparatus 80 according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, in the rotating bending fatigue test 80, the load loading portion 32 is disposed at the other end as a free end of the test piece 40 held at one end by the chuck portion 18.

この荷重付加部32は、回転駆動手段10により回転される試験片40の上記自由端としての試験片40の他端を、回転自在に連結するためのアダプタ32aと、試験片40に鉛直下方向の自重を作用させる錘としての加重部32cと、アダプタ32aと加重部32cとを連結するための吊下げ部32bと、で構成される。加重部32cは、試験片40の形状、評価条件によって荷重の付加設定を行う。   The load applying unit 32 includes an adapter 32a for rotatably connecting the other end of the test piece 40 as the free end of the test piece 40 rotated by the rotation driving means 10, and a vertically downward direction to the test piece 40. The weight portion 32c as a weight that acts on the weight of the self-weight, and a suspension portion 32b for connecting the adapter 32a and the weight portion 32c. The weighting unit 32c performs additional setting of the load depending on the shape of the test piece 40 and the evaluation conditions.

《試験片の回転にパルス発光と撮像とのタイミングを同期させる構成とその方法》
本発明の回転曲げ疲労試験装置80では、上述したように、試験片40の表面におけるき裂や、そのき裂の進展する部位が、撮像手段22で撮像するのに最適な位相に到達するタイミングに、パルス発光部20が発光するタイミングと、撮像手段22による撮像のタイミングとを同期させることにより、高速で回転する試験片40の表面の、き裂等を静止画像として撮影することを可能とする。
<< Configuration and Method for Synchronizing Timing of Pulse Emission and Imaging with Rotation of Specimen >>
In the rotating bending fatigue test apparatus 80 of the present invention, as described above, the timing at which the crack on the surface of the test piece 40 and the part where the crack progresses reaches the optimum phase for imaging by the imaging means 22. In addition, by synchronizing the timing at which the pulse light emitting unit 20 emits light and the timing at which the imaging means 22 captures images, it is possible to capture a crack or the like on the surface of the test piece 40 rotating at a high speed as a still image. To do.

この同期を実現するための構成、及びその方法について、図1と、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における、き裂を撮像するために試験片の回転と、パルス発光とを同期させる構成を説明するための略示図である図2と、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置において、き裂を静止画像として撮像するためのパルス信号を生成する構成を説明するための略図である図3と、を参照しつつ詳細に説明する。   Regarding the configuration and method for realizing this synchronization, in FIG. 1 and the rotating bending fatigue test apparatus according to one embodiment of the present invention, the rotation of the test piece and the pulse light emission for imaging the crack are performed. FIG. 2, which is a schematic diagram for explaining the configuration to be synchronized, and the configuration for generating a pulse signal for imaging a crack as a still image in the rotating bending fatigue test apparatus according to an embodiment of the present invention. This will be described in detail with reference to FIG.

図2は、図1に示した本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置80において、き裂を撮像するために試験片の回転と、パルス発光とを同期させる構成を説明するための略示図である。図2(a)は、試験片40に、予めき裂の起点となる、き裂起点部40aを設ける場合と、試験中に試験片に発生した初期き裂を確認した後に、その初期き裂をき裂起点部40aとして設定し、観察を継続して行う場合と、の2つの場合、換言すると、き裂起点部40aの位置が検知されたのちの定点観察に用いられる構成部材の、回転方向における相対位置の一例を示す略図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration in which rotation of a test piece and pulse emission are synchronized in order to image a crack in the rotating bending fatigue test apparatus 80 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. FIG. 2A shows a case in which a crack starting point portion 40a, which becomes a crack starting point, is provided in the test piece 40 in advance, and after confirming an initial crack generated in the test piece during the test, In this case, the rotation of the component used for fixed point observation after the position of the crack starting point 40a is detected is set as the crack starting point 40a and the observation is continued. It is the schematic which shows an example of the relative position in a direction.

試験片40に発生するき裂を検出するまでの間は、図2(a)に示す磁気センサ14は、図示しないサーボモータ(図1に16として示す)の駆動により歯車部12の周囲を回転移動される。また、き裂起点部40aの位置が検知された後は、図2(a)に示す磁気センサ14は、図示しないサーボモータに支持されて固定される。   Until the crack generated in the test piece 40 is detected, the magnetic sensor 14 shown in FIG. 2A rotates around the gear portion 12 by driving a servo motor (shown as 16 in FIG. 1) (not shown). Moved. Further, after the position of the crack starting point 40a is detected, the magnetic sensor 14 shown in FIG. 2A is supported and fixed by a servo motor (not shown).

試験片40に予め、き裂起点部40aを設ける場合を例に、試験片40の、き裂を静止画として撮像するため、試験片40の表面における、き裂等が撮像手段22で撮像するのに最適な位相に到達するタイミングに、パルス発光部20が発光するタイミングと、撮像手段22による撮像のタイミングと、を同期させるための構成や、その方法について以下で説明する。尚、試験片40を回転させた状態で、試験片40に発生する初期き裂を検出するための構成等については、後に詳述する。   Taking as an example the case where the crack starting point portion 40a is provided in advance on the test piece 40, the imaging means 22 images a crack or the like on the surface of the test piece 40 in order to image the crack of the test piece 40 as a still image. A configuration and a method for synchronizing the timing at which the pulse light emitting unit 20 emits light with the timing at which the imaging unit 22 captures the image will be described below. A configuration for detecting an initial crack generated in the test piece 40 in a state where the test piece 40 is rotated will be described in detail later.

図2(a)において、回転駆動手段10の主軸10aに固定された歯車部12は、その外周に凸部A〜Iが等ピッチで形成されている。また、磁気センサ14は、歯車部12の回転を、凸部A〜I(以下、単に「凸部A等」とも称する)との間で発生する磁界の変化から検出可能な位置に、図1に示すセンサ支持部15を介してサーボモータ16の回転軸に担持されている。   In FIG. 2A, the gear portion 12 fixed to the main shaft 10a of the rotation driving means 10 has convex portions A to I formed at equal pitches on the outer periphery thereof. Further, the magnetic sensor 14 is located at a position where the rotation of the gear portion 12 can be detected from a change in the magnetic field generated between the convex portions A to I (hereinafter also simply referred to as “convex portion A etc.”). It is carried on the rotating shaft of the servo motor 16 via the sensor support 15 shown in FIG.

図1に示す本発明の回転曲げ疲労試験装置80では、試験片40が予めき裂の起点となる、き裂起点部40aを有する場合、上述したように、サーボモータ16は駆動されず、磁気センサ14は、センサ支持部16を介してサーボモータ16により所定の位置に固定される。   In the rotating bending fatigue test apparatus 80 of the present invention shown in FIG. 1, when the test piece 40 has a crack starting point portion 40a that becomes a crack starting point in advance, the servo motor 16 is not driven as described above, and magnetic The sensor 14 is fixed at a predetermined position by the servo motor 16 via the sensor support portion 16.

図1に示す回転駆動手段10が駆動されて、その回転主軸10aが回転すると、回転主軸10aの一端(図1紙面左方向)に固定された歯車部12も同一速度で回転する。回転する歯車部12の回転速度は、固定状態にある磁気センサ14により検出されて、上記パルス発光制御手段24へ入力され、上記パルス発光部20の発光のための信号が生成される。   When the rotation driving means 10 shown in FIG. 1 is driven and the rotation main shaft 10a rotates, the gear portion 12 fixed to one end of the rotation main shaft 10a (the left direction in FIG. 1) also rotates at the same speed. The rotation speed of the rotating gear unit 12 is detected by the magnetic sensor 14 in a fixed state and is input to the pulse light emission control unit 24, and a signal for light emission of the pulse light emission unit 20 is generated.

図3(a)は、紙面において半時計方向(白抜き矢印の方向)へ回転する歯車部12と、固定状態の磁気センサ14との間に発生する磁界の変化を略示する概略図であり、図3(b)は、磁気センサ14に内蔵されて歯車部12の凹凸変化を検出する、いわゆる磁電変換素子(図示せず。以下、「磁気抵抗効果素子」とも称する)の抵抗値が、図3(a)に示す磁界の変化とともに変化して、上記磁気抵抗効果素子により発生される電圧値が変化する様子を略示した図表である。   FIG. 3A is a schematic diagram schematically showing a change in the magnetic field generated between the gear unit 12 rotating in the counterclockwise direction (the direction of the white arrow) on the paper surface and the magnetic sensor 14 in the fixed state. FIG. 3B shows a so-called magnetoelectric conversion element (not shown; hereinafter also referred to as “magnetoresistance effect element”), which is incorporated in the magnetic sensor 14 and detects the unevenness of the gear portion 12. FIG. 4 is a chart schematically showing how a voltage value generated by the magnetoresistive element changes as the magnetic field shown in FIG.

この図3(a)及び(b)を参照しながら上記発光のための信号の生成過程を詳述する。図3(a)に示すように、時間T1時からT4時にかけて歯車部12の回転にともなって、歯車部12と、磁気センサ14との間に生じる磁界が、図中の実線矢印に示すように変化する。   The generation process of the signal for light emission will be described in detail with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). As shown in FIG. 3A, the magnetic field generated between the gear portion 12 and the magnetic sensor 14 as the gear portion 12 rotates from time T1 to time T4 is indicated by a solid arrow in the figure. To change.

この磁界の変化にともなって、磁気センサ14が内蔵する上記磁気抵抗効果素子の抵抗値も変化して、上記磁気抵抗効果素子から出力される電圧値Vも図3(b)に示すように時間T1からT4にかけて変化する。この出力電圧値Vが、図1に示す磁気センサ14からパルス発光制御手段28へ入力され、処理回路(図示せず)によりパルス信号に変換されて、パルス発光部20のパルス発光、及び撮像手段22による撮像のためのパルス信号Spが生成される。   As the magnetic field changes, the resistance value of the magnetoresistive effect element built in the magnetic sensor 14 also changes, and the voltage value V output from the magnetoresistive effect element also varies with time as shown in FIG. It changes from T1 to T4. This output voltage value V is input from the magnetic sensor 14 shown in FIG. 1 to the pulse light emission control means 28, converted into a pulse signal by a processing circuit (not shown), and the pulse light emission of the pulse light emission unit 20 and the imaging means. The pulse signal Sp for imaging by 22 is generated.

このパルス信号Spは、試験片40が有する、き裂起点部40aの回転方向の位相が、撮像手段22で撮像するのに最適な位相に到達するタイミングに合わせて、パルス発光制御手段28から、少なくとも図1に示すパルス発光部20と、撮像手段22が備えるインターバル検出手段26と、に送信される。   This pulse signal Sp is sent from the pulse emission control means 28 in accordance with the timing at which the phase in the rotation direction of the crack starting point portion 40a of the test piece 40 reaches the optimum phase for imaging by the imaging means 22. It is transmitted to at least the pulse light emitting unit 20 shown in FIG. 1 and the interval detection means 26 provided in the imaging means 22.

図1、及び図2(a)を参照しながら、このパルス信号Spにより試験片40の回転に、パルス発光と撮像とのタイミングを同期させる方法を詳細に説明する。き裂起点部40aを有する試験片40と、歯車部12と、は上述したように、図1に示す上記チャック部18や、回転駆動手段10の回転主軸10aを介して連結されている。換言すると、試験片40と、歯車部12とは回転駆動手段10の回転駆動により、同一の位相を保って回転させられる。   With reference to FIG. 1 and FIG. 2A, a method of synchronizing the timing of pulse emission and imaging with the rotation of the test piece 40 by the pulse signal Sp will be described in detail. As described above, the test piece 40 having the crack starting point portion 40 a and the gear portion 12 are connected via the chuck portion 18 shown in FIG. 1 and the rotation main shaft 10 a of the rotation driving means 10. In other words, the test piece 40 and the gear portion 12 are rotated while maintaining the same phase by the rotational drive of the rotational drive means 10.

このとき、図2(a)に示すように、磁気センサ14が歯車部12の凸部Aを検知するタイミングで、試験片40の、き裂起点部40aの転周方向の位置と、歯車部12の凸部Bの転周方向の面(図2(a)紙面の凸部Bの左側面)と、が同じ位相となるように、予め試験片40をチャック部18に把持させておく。   At this time, as shown in FIG. 2A, at the timing when the magnetic sensor 14 detects the convex portion A of the gear portion 12, the position of the test piece 40 in the rolling direction of the crack starting point portion 40a, and the gear portion. The test piece 40 is gripped in advance by the chuck portion 18 so that the surface in the rolling direction of the 12 convex portions B (the left side surface of the convex portion B in FIG. 2A) has the same phase.

また、撮像手段22、及び/又は光学拡大手段24も図2(a)に例示するように、予め凸部Bの転周方向の面と同じ位相を撮像可能に配設しておく。また、パルス発光部20も、予め凸部Bの転周方向の面と同じ位相を照射可能に配設しておく。   In addition, as illustrated in FIG. 2A, the imaging unit 22 and / or the optical enlarging unit 24 are arranged in advance so as to be able to image the same phase as the surface of the convex portion B in the rolling direction. The pulse light emitting unit 20 is also arranged in advance so as to be able to irradiate the same phase as the surface of the convex portion B in the rolling direction.

上記した状態で、図1に示すパルス発光制御手段28からパルス信号Spが出力され、パルス発光部20と、撮像手段22が備えるインターバル検出手段26と、に受信されることにより、パルス発光部20が発光して、試験片40の、き裂起点部40aや、き裂が進展する範囲を照射し、上記き裂等を含む試験片40の表面で反射された光が、撮像手段22の備える上記撮像素子の方向へ反射される。   In the state described above, the pulse light emission control unit 28 shown in FIG. 1 outputs the pulse signal Sp, and the pulse light emission unit 20 is received by the pulse light emission unit 20 and the interval detection unit 26 included in the imaging unit 22. Emits light, irradiates the crack starting point portion 40a of the test piece 40 and a range where the crack propagates, and the light reflected by the surface of the test piece 40 including the crack and the like is included in the imaging means 22. Reflected in the direction of the image sensor.

また、パルス信号Spを受信したインターバル検出手段26により、上述したように撮像手段22の上記シャッター(図示せず)が閉状態から開状態に切替えられ、上記き裂等で反射された光が、撮像手段22が備える上記撮像素子へ到達される。   Further, as described above, the shutter (not shown) of the imaging unit 22 is switched from the closed state to the open state by the interval detection unit 26 that has received the pulse signal Sp, and the light reflected by the crack or the like is The image pickup device 22 reaches the image pickup device.

上記により、撮像手段22で撮像するのに最適な位相に到達するタイミングに同期して、回転する試験片40の表面の上記き裂等にパルス発光部20から上記パルス光が照射され、同時に、上記シャッターが上記パルス光の照射と略同時に開かれて、撮像手段22が備える上記撮像素子に上記き裂等で反射された光が到達される。結果、高速度で回転する試験片40の上記き裂等を、静止画像として鮮明な撮像することが可能となる。   As described above, the pulse light from the pulse light emitting unit 20 is applied to the crack or the like on the surface of the rotating test piece 40 in synchronism with the timing when the optimum phase for imaging by the imaging unit 22 is reached. The shutter is opened substantially simultaneously with the irradiation of the pulsed light, and the light reflected by the crack or the like arrives at the imaging device provided in the imaging means 22. As a result, it is possible to clearly capture the crack and the like of the test piece 40 rotating at a high speed as a still image.

尚、パルス発光部20は、パルス発光のためのパルス信号Spを受けて高い応答速度で発光可能な光源により構成される。パルス発光の光源としては、例えば発光ダイオード、放電発光やレーザ光を用いることが望ましい。これにより、発光指令信号としてのパルス信号Spへの応答性が良く、また極短時間の発光により撮像に十分な輝度を得ることが可能となる。   In addition, the pulse light emission part 20 is comprised by the light source which can light-emit at high response speed in response to the pulse signal Sp for pulse light emission. As the light source for pulsed light emission, for example, a light emitting diode, discharge light emission, or laser light is preferably used. Thereby, the response to the pulse signal Sp as the light emission command signal is good, and it is possible to obtain a luminance sufficient for imaging by light emission for an extremely short time.

従来の方法、例えば、上述したレプリカ法により「き裂」を観察する場合、試験片40の回転を一旦、停止させる必要があった。き裂が進展し、試験片40が破断する直前に試験片40の回転を停止すると、上記荷重付加部32の荷重が試験片40に付加され、き裂が急速に進展したり、破断に到る懸念がある。このため、試験片40が破断する直前の、き裂の進展等を観察することが一般的には非常に困難である。   When observing a “crack” by a conventional method, for example, the replica method described above, it is necessary to temporarily stop the rotation of the test piece 40. When the crack progresses and the rotation of the test piece 40 is stopped immediately before the test piece 40 breaks, the load of the load applying portion 32 is applied to the test piece 40, and the crack progresses rapidly or reaches the break. There are concerns. For this reason, it is generally very difficult to observe the growth of a crack immediately before the test piece 40 breaks.

本発明の回転曲げ疲労試験装置80によれば、上述してきたように、試験片40の回転に、パルス発光部20によるパルス発光と、撮像手段22による撮像とのタイミングを同期させることにより、試験中に試験片40の回転を停止させることなく、上記き裂等を静止画像として撮像することが可能となる。結果、き裂の発生や、試験片40が破断する直前の、き裂の進展成長挙動や、き裂の長さをもリアルタイムで観察・計測することを達成し得る。   According to the rotating bending fatigue test apparatus 80 of the present invention, as described above, the test piece 40 is tested by synchronizing the timing of the pulse light emission by the pulse light emitting unit 20 and the image pickup by the image pickup means 22 with the rotation of the test piece 40. It is possible to capture the crack or the like as a still image without stopping the rotation of the test piece 40 inside. As a result, it is possible to achieve real-time observation and measurement of crack generation, crack growth and growth behavior immediately before the test piece 40 breaks, and crack length.

《試験片に発生する初期き裂を検出するための構成とその方法》
本発明の回転曲げ疲労試験装置80では、試験片40の回転が継続した状態で、試験片40に発生した初期き裂を検知することが可能である。この初期き裂を検知するために、上述した方法を用いながら、試験片40の最弱部近傍を、その全周にわたって静止画像として撮像する。以下にその構成や方法を、図2(a)及び(b)と、図5と、を参照しながら詳述する。
《Configuration and method for detecting initial cracks in test specimens》
In the rotating bending fatigue test apparatus 80 of the present invention, it is possible to detect an initial crack generated in the test piece 40 while the rotation of the test piece 40 is continued. In order to detect this initial crack, the vicinity of the weakest part of the test piece 40 is imaged as a still image over the entire circumference using the method described above. The configuration and method will be described in detail below with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b) and FIG.

試験片40に発生する初期き裂を検知する場合、図2(a)に示す歯車部12は、図示しない回転駆動手段(図1に16として示す)に駆動されて、図2(a)紙面における半時計方向に回転される。また、磁気センサ14は、上述したように図示しないサーボモータ(図1に10として示す)に駆動されて、歯車部12の回転方向と逆方向、即ち図2(a)の紙面における時計方向に回動される。   When detecting an initial crack generated in the test piece 40, the gear portion 12 shown in FIG. 2A is driven by a rotation driving means (shown as 16 in FIG. 1) not shown in FIG. Is rotated counterclockwise. Further, as described above, the magnetic sensor 14 is driven by a servo motor (not shown) (shown as 10 in FIG. 1) and rotates in the direction opposite to the rotation direction of the gear unit 12, that is, in the clockwise direction on the paper surface of FIG. It is rotated.

一般に回転曲げ疲労試験に用いられる試験片40は、円筒形状を有する。また、その最弱部は概ね図5(a)にW−W線で示す位置であり、き裂は断面が円形状の上記最弱部に発生する。このため、図5(a)に示す撮像手段22、及び/又は光学拡大手段24(以下、「撮像手段22等」とも称する)は、試験片40の上記最弱部を撮影可能な所定の位置に配設される。また、パルス発光部20は、試験片40の上記最弱部を照射可能な所定の位置に配設される。   Generally, the test piece 40 used for the rotational bending fatigue test has a cylindrical shape. Moreover, the weakest part is a position indicated by a line WW in FIG. 5A, and a crack is generated in the weakest part having a circular cross section. For this reason, the imaging means 22 and / or the optical enlargement means 24 (hereinafter also referred to as “imaging means 22 etc.”) shown in FIG. 5A is a predetermined position where the weakest part of the test piece 40 can be photographed. It is arranged. Further, the pulse light emitting unit 20 is disposed at a predetermined position where the weakest part of the test piece 40 can be irradiated.

上記の構成のもと、まず、試験片40の上記最弱部を、図2(a)に示す位相で撮像する。このとき、磁気センサ14は、歯車部12が有する凸部Aの紙面左端面を検知し、図2(a)に示す1の位相に位置する。また、撮像手段22等は、磁気センサ14からの上記パルス信号Spを受けて、歯車部12が有する凸部Bの紙面左端面の位相、例えば図2(a)に示す試験片40表面の、40aとして示す位相を撮像する。   Under the above configuration, first, the weakest part of the test piece 40 is imaged with the phase shown in FIG. At this time, the magnetic sensor 14 detects the left end surface of the convex portion A of the gear portion 12 and is positioned at a phase of 1 shown in FIG. Further, the imaging means 22 or the like receives the pulse signal Sp from the magnetic sensor 14, and the phase of the left end surface of the convex portion B of the gear portion 12, for example, the surface of the test piece 40 shown in FIG. The phase indicated as 40a is imaged.

次に、図2(b)に示すように、磁気センサ14は、図2(b)に示す1の位相から2の位相に回動され、歯車部12の回転にともなって少なくとも1回転してきた凸部Aの紙面左端面を検知する。撮像手段22等は、この検知により図示しないパルス発光制御手段(図1に28として示す)から出力されるパルス信号Spを受けて、先に撮像した位相とは異なる位相、例えば図2(b)に示す試験片40表面の、40bとして示す位相を撮像する。   Next, as shown in FIG. 2B, the magnetic sensor 14 is rotated from the phase 1 shown in FIG. 2B to the phase 2 and has rotated at least one time as the gear portion 12 rotates. The left end surface of the convex portion A is detected. The imaging means 22 and the like receive a pulse signal Sp output from a pulse emission control means (not shown) (not shown in FIG. 1) by this detection, and a phase different from the previously captured phase, for example, FIG. The phase shown as 40b on the surface of the test piece 40 shown in FIG.

上記した手順を繰り返し、磁気センサ14は図2(b)紙面上の時計方向(黒塗り矢印で示す方向)に回動され、図2(b)に示す3の位相、4の位相で凸部Aの紙面左端面を検知し、パルス信号Spを生成するための上記出力電圧値Vを、図示しないパルス発光制御手段(図1に28として示す)へ順次、出力する。   The above-described procedure is repeated, and the magnetic sensor 14 is rotated in the clockwise direction (direction indicated by the black arrow) on the paper surface of FIG. 2B, and the convex portion has the phase 3 and phase 4 shown in FIG. The left end surface of the sheet A is detected, and the output voltage value V for generating the pulse signal Sp is sequentially output to a pulse light emission control means (shown as 28 in FIG. 1).

また、撮像手段22等は、上記パルス発光制御手段出力から出力されるパルス信号Spを受けて、試験片40の撮像箇所を、図2(b)紙面上の半時計方向(白抜き矢印の方向)へ変更しながら、試験片40の異なる位相を順次、撮像する。   Further, the imaging means 22 and the like receive the pulse signal Sp output from the output of the pulse light emission control means, and set the imaging location of the test piece 40 in the counterclockwise direction (the direction of the white arrow in FIG. 2B). ), The different phases of the test piece 40 are sequentially imaged.

上述した手順を繰り返すことにより、試験片40の上記最弱部が全周にわたって撮像される。撮像手段22等が撮像した画像データは、詳しくは後述する回転曲げ疲労試験装置80が備える電算装置30へ送信され、記録される。また、上記では試験片40の上記最弱部の全周を一度、撮像する方法に注目して説明したが、この撮像は、少なくとも初期き裂が検出されるまで、継続して行われる。   By repeating the above-described procedure, the weakest part of the test piece 40 is imaged over the entire circumference. Image data picked up by the image pickup means 22 and the like are transmitted to and recorded in the computer device 30 provided in the rotational bending fatigue test device 80 described later in detail. In the above description, the method of imaging the entire circumference of the weakest part of the test piece 40 once has been described. However, this imaging is continuously performed at least until an initial crack is detected.

撮像手段22等により継続して撮像される静止画の画像データは、電算装置30に記録され、詳しくは後述する方法により逐次、画像解析される。これにより、試験片40に発生した初期疲労き裂の検出を達成し得る。   Image data of still images continuously captured by the imaging means 22 and the like are recorded in the computer apparatus 30 and are sequentially subjected to image analysis in detail by a method described later. Thereby, the detection of the initial fatigue crack which generate | occur | produced in the test piece 40 can be achieved.

尚、上記の工程の電算装置30による画像解析により、試験片40に初期疲労き裂が発生した位相も同時に検知される。これにより、試験片40の回転を停止させることなく、試験を継続しながら上記き裂等の定点観察へ移行することが可能となる。   In addition, the phase in which the initial fatigue crack has occurred in the test piece 40 is also detected at the same time by the image analysis by the computer 30 in the above process. Thereby, it is possible to shift to the fixed point observation such as the crack while continuing the test without stopping the rotation of the test piece 40.

詳述すると、試験片40に発生した初期疲労き裂の発生、及び位相が検知されると、磁気センサ14はサーボモータ16の駆動により所定の位置に固定されて、先述した方法により、き裂等の周辺のみが連続して撮像される。これにより、試験片40の回転を停止することなく、試験片40の上記最弱部の全周観察から、き裂等の定点観察に移行されて、き裂の進展の観察を継続して行うことができる。   More specifically, when the occurrence and phase of the initial fatigue crack generated in the test piece 40 are detected, the magnetic sensor 14 is fixed at a predetermined position by driving the servo motor 16 and is cracked by the method described above. Only the periphery of the image is continuously imaged. Thereby, without stopping the rotation of the test piece 40, the entire weakest part of the test piece 40 is shifted from the entire circumference observation to the fixed point observation such as a crack, and the progress of the crack is continuously observed. be able to.

尚、必要に応じて、撮像手段22等や、上記パルス発光部20を試験片40の回転軸芯方向に移動させても良い。これにより、撮像手段22等の撮像位置や、上記パルス発光部20の照射位置をより適正にし、上記き裂等を撮像範囲の中央に設定すること等ができ、結果、き裂の進展を鮮明な静止撮像により観察することが可能となる。   Note that the imaging means 22 and the pulse light emitting unit 20 may be moved in the direction of the rotation axis of the test piece 40 as necessary. Thereby, the imaging position of the imaging means 22 and the irradiation position of the pulse light emitting unit 20 can be made more appropriate, and the crack and the like can be set at the center of the imaging range. As a result, the progress of the crack is clear. It becomes possible to observe by simple still imaging.

また、上記した撮像手段22等や、上記パルス発光部20の、試験片40の回転軸芯方向の移動は、手動でも良いし、例えば図示しない電動機とボールネジとを組み合わせて、電動で行われても良い。また、この移動に電算装置30により画像解析されたデータを用いて、電算装置30で検出された初期疲労き裂を撮像するのに最適な位置に、自動で移動させることも可能である。   In addition, the movement of the test piece 40 in the direction of the rotation axis of the imaging means 22 and the pulse light emitting unit 20 described above may be manually performed, for example, electrically performed by combining a motor (not shown) and a ball screw. Also good. Moreover, it is also possible to automatically move to the optimal position for imaging the initial fatigue crack detected by the computer 30 using the data analyzed by the computer 30 for this movement.

《回転曲げ疲労試験の試験片を照射するパルス発光部の構成》
本発明の回転曲げ疲労試験装置80では、少なくとも2つのパルス発光部20を、上記撮像手段22、及び/又は光学拡大手段24の観察軸(撮影方向)に対して、各々試験片40の外周方向に略同一角度を有して、配設することが望ましい。以下にその構成を、図面を参照しながら詳細に説明する。
《Configuration of pulsed light emitting part for irradiating the specimen of rotating bending fatigue test》
In the rotating bending fatigue test apparatus 80 of the present invention, at least two pulse light emitting sections 20 are arranged in the outer circumferential direction of the test piece 40 with respect to the observation axis (imaging direction) of the imaging means 22 and / or the optical magnification means 24, respectively. It is desirable to arrange them with substantially the same angle. Hereinafter, the configuration will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の回転曲げ疲労試験装置80や、一般に回転曲げ疲労試験に用いられる試験片40は、円筒形状を有する。また、上述したように、その最弱部は概ね図5(a)にW−W線で示す位置であり、き裂は断面が円形状の上記最弱部に発生する。   The rotational bending fatigue test apparatus 80 of the present invention and the test piece 40 generally used for the rotational bending fatigue test have a cylindrical shape. Further, as described above, the weakest portion is a position indicated by a line WW in FIG. 5A, and a crack is generated in the weakest portion having a circular cross section.

このため、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における、パルス発光部の構成を説明する略図である図4(a)に示す撮像手段22、及び/又は光学拡大手段24の観察軸(撮像方向)Sと同軸上に光源を配設し、パルス光を照射した場合、試験片40の一部のみからの反射光が、撮像手段22が備える上記撮像素子に到達する。   For this reason, in the rotating bending fatigue test apparatus according to the embodiment of the present invention, the observation means of the imaging means 22 and / or the optical magnification means 24 shown in FIG. (Imaging direction) When a light source is arranged on the same axis as S and irradiated with pulsed light, reflected light from only a part of the test piece 40 reaches the imaging element included in the imaging means 22.

したがって、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における光源、即ちパルス発光部20からの照射により撮像された試験片を例示する概略図である図4(c)及び(d)のうち、図4(d)に例示するように、試験片40の表面の一部分のみが撮像される。このため、き裂が光源の光照射範囲を超える程度に進展した場合、撮像手段22で撮像される静止画像から、回転曲げ疲労試験により発生、進展する「き裂」全体を観察することは困難となる。   4C and 4D, which are schematic diagrams illustrating a light source in the rotating bending fatigue test apparatus according to the embodiment of the invention, that is, a test piece imaged by irradiation from the pulse light emitting unit 20. As illustrated in FIG. 4D, only a part of the surface of the test piece 40 is imaged. For this reason, when the crack propagates beyond the light irradiation range of the light source, it is difficult to observe the entire “crack” that is generated and propagated by the rotating bending fatigue test from the still image captured by the imaging means 22. It becomes.

本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置80におけるパルス発光部20は、図4(a)に示すように、2つのパルス発光部20を、撮像手段22、及び/又は光学拡大手段24の配設方向Sに対して、各々試験片40の外周方向に略同一な角度Wだけ、傾斜をもたせて配設される。   As shown in FIG. 4A, the pulse light emitting unit 20 in the rotating bending fatigue test apparatus 80 according to the embodiment of the present invention includes two pulse light emitting units 20, an imaging unit 22, and / or an optical magnifying unit 24. With respect to the arrangement direction S, the test pieces 40 are arranged so as to be inclined at substantially the same angle W in the outer peripheral direction of the test piece 40.

本実施例では、図4(a)、及び図4(a)に示す矢印Rの方向からパルス発光部20を見た写真図に示すように、光源である発光ダイオード20aを試験片40の転周方向に4列、回転軸芯方向に3列、配設したものをパルス発光部20とし、これを各々試験片40の転周方向に略同一な角度Wだけ傾斜させた位置に配設している。   In this embodiment, as shown in the photograph of the pulse light emitting unit 20 viewed from the direction of the arrow R shown in FIGS. 4A and 4A, the light emitting diode 20a as the light source is transferred to the test piece 40. 4 rows in the circumferential direction and 3 rows in the direction of the rotation axis are arranged as the pulse light emitting section 20, which are arranged at positions inclined by substantially the same angle W in the rolling direction of the test piece 40. ing.

上記により、図4(c)に例示するように、パルス発光部20からの光を、回転曲げ疲労試験により試験片40に発生、進展する「き裂」全体を観察するに足りる範囲へ、均等かつ観察に十分な光量で照射することが可能となる。結果、試験片40の表面における、き裂の発生、成長挙動、き裂の長さ等を鮮明な静止画像として撮像し、リアルタイムで観察・計測することを達成し得る。   As described above, as illustrated in FIG. 4C, the light from the pulse light emitting unit 20 is evenly distributed to a range sufficient to observe the entire “crack” generated and propagated in the test piece 40 by the rotating bending fatigue test. In addition, it is possible to irradiate with a sufficient amount of light for observation. As a result, it is possible to capture the occurrence of cracks, growth behavior, crack length, etc. on the surface of the test piece 40 as a clear still image, and to observe and measure in real time.

尚、本実施形態では、光源を発光ダイオード20aとしたが、光源の種類はこれに限定されるものではない。上述したように、光源は発光指令信号としてのパルス信号Spへの応答性が良く、また極短時間の発光により撮像に十分な輝度を得ることが可能なものであれば良く、例えば放電発光やレーザ光等を用いることが可能である。また、光源の種類を組み合わせても良い。   In the present embodiment, the light source is the light emitting diode 20a, but the type of the light source is not limited to this. As described above, the light source may be any light source as long as it has good responsiveness to the pulse signal Sp as the light emission command signal and can obtain sufficient luminance for imaging by light emission for a very short time. Laser light or the like can be used. Moreover, you may combine the kind of light source.

また、上述してきた方法により、時間を空けて撮像された、き裂等の2枚の静止画像から、き裂等を立体化して観察することも可能である。その原理は、いわゆる立体視によるものであって、例えば平行法、交差法等を用い、電算装置等により画像処理を行うことで、時間間隔を空けて、き裂箇所を撮像した2枚の静止画像から、き裂等の立体像の2.5次元データを作成し、画面(図示せず)表示させることができる。   In addition, by the above-described method, it is also possible to observe a crack or the like in a three-dimensional manner from two still images such as a crack or the like that have been imaged at intervals. The principle is based on so-called stereoscopic vision. For example, the parallel method, the crossing method, etc. are used, and image processing is performed by a computer or the like, so that two still images are taken with a time interval and images of the crack location. From the image, 2.5D data of a three-dimensional image such as a crack can be created and displayed on a screen (not shown).

《試験片が破断する前に試験片の回転速度を低下するための構成とその方法》
また、本発明の回転曲げ疲労試験装置80は、試験片40の、き裂の発生や進展等をリアルタイムで連続的に撮像し、試験片40の破断時期を自動的に予測して、その結果をもとに、試験片40が破断する前に試験片40の回転速度を所定の回転速度に低下させることが可能である。以下、その構成や方法を、図面を参照しながら説明する。
<< Structure and method for reducing the rotation speed of the test piece before the test piece breaks >>
Further, the rotating bending fatigue test apparatus 80 of the present invention continuously captures the occurrence and progress of cracks in the test piece 40 in real time, automatically predicts the fracture time of the test piece 40, and the result thereof. Based on the above, it is possible to reduce the rotation speed of the test piece 40 to a predetermined rotation speed before the test piece 40 breaks. Hereinafter, the configuration and method will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、回転曲げ疲労試験装置80は、撮像手段22で撮像された静止画像を記録し、その静止画像を解析可能な電算装置30を備える。上述してきた構成により、撮像手段22で撮像された静止画像のデータは、この電算装置30に蓄積して記録される。   As shown in FIG. 1, the rotating bending fatigue test apparatus 80 includes a computer apparatus 30 that records a still image captured by the imaging unit 22 and that can analyze the still image. With the configuration described above, still image data picked up by the image pickup means 22 is stored and recorded in the computer device 30.

蓄積して記録された上記き裂等の静止画像を、経時的に比較・解析することにより、き裂の発生や、き裂の大きさ、具体的には長さ及び/又は幅が進展する早さをリアルタイムで計測することができる。尚、この画像解析の手段としては、先行技術文献(特許文献:特開平5−256632号公報)に開示された構成を適宜用いて実施すること等が可能であるため、詳細な説明は省略する。   By comparing and analyzing still images such as cracks that have been accumulated and recorded over time, the generation of cracks and the size of cracks, specifically the length and / or width, progress. The speed can be measured in real time. The image analysis means can be implemented by appropriately using the configuration disclosed in the prior art document (Patent Document: Japanese Patent Laid-Open No. 5-256632), and detailed description thereof is omitted. .

上記先行技術文献の構成について簡単に説明すると、金属部材の余寿命を自動的に判定する金属部材の損傷検査装置において、検査装置に金属部材(本発明の試験片40に相当)を設定し、光学顕微鏡の画像をビデオカメラで撮像し、画像処理装置で処理するものである。コンピュータ(本発明の電算装置30に相当)は、画像処理されたデータに基づいて、シャフトに損傷としての、き裂が発生しているか否かを判定する。このコンピュータは、き裂を認識した場合、そのき裂と他のき裂との接続処理や合体処理等により、き裂の形状を確定し、確定したき裂の分布を解析し、き裂の最大長さを求めるものである。   Briefly explaining the configuration of the above prior art document, in the metal member damage inspection apparatus for automatically determining the remaining life of the metal member, a metal member (corresponding to the test piece 40 of the present invention) is set in the inspection apparatus, An image of an optical microscope is picked up by a video camera and processed by an image processing device. The computer (corresponding to the computer apparatus 30 of the present invention) determines whether or not a crack has occurred as a damage to the shaft based on the image-processed data. When this computer recognizes a crack, it determines the shape of the crack by connecting it to another crack, combining it, etc., analyzes the crack distribution, and analyzes the crack distribution. The maximum length is calculated.

また、一般に、材料の疲労試験において試験片に発生したき裂は、試験片の破断が近づくと、加速度的に進展することが知られている。本発明の回転曲げ疲労試験装置80が備える電算装置30は予め、少なくとも回転曲げ疲労試験を行おうとする試験片40の材料について、破断する時期の指標となる、き裂の長さをデータ(以下、「破断時期予測データ」とも称する)として有する。   In general, it is known that a crack generated in a test piece in a material fatigue test progresses at an accelerated rate as the test piece approaches. The computer apparatus 30 included in the rotating bending fatigue test apparatus 80 of the present invention previously stores the crack length data (hereinafter referred to as an index of the fracture time) for at least the material of the test piece 40 to be subjected to the rotating bending fatigue test. , Also referred to as “breaking time prediction data”).

この破断時期予測データと、上記した手段により画像解析した結果として得られる、き裂の最大長さとが随時、電算装置30により比較されることにより、試験片40の破断時期を自動的に予測することが可能となる。   The fracture time of the test piece 40 is automatically predicted by comparing the fracture time prediction data with the maximum crack length obtained as a result of image analysis by the above-mentioned means by the computer 30 as needed. It becomes possible.

図1に示す本発明の回転曲げ疲労試験装置80は、上記で予測された試験片40の破断時期をもとに、試験片40の回転速度、即ち試験片40を回転駆動する回転駆動手段10の回転速度を、概ね20000〜30000回転/分から、所定の回転速度、例えば日本工業規格(JIS)の、規格番号「JIS Z 2274」、名称「金属材料の回転曲げ疲れ試験方法」に定められる荷重の繰返し速度である「毎分1000〜5000回」に対応する回転速度まで低下させる。   The rotary bending fatigue test apparatus 80 of the present invention shown in FIG. 1 is based on the predicted breaking time of the test piece 40 described above, and the rotational driving means 10 that rotationally drives the test piece 40, that is, the test piece 40. The load is determined from a rotational speed of approximately 20000 to 30000 revolutions / minute to a predetermined rotational speed, for example, the Japanese Industrial Standard (JIS) standard number “JIS Z 2274” and the name “Rotating Bending Fatigue Testing Method for Metallic Materials”. The rotation speed is reduced to a rotation speed corresponding to “1000 to 5000 times per minute”, which is a repetition speed of.

上述したように、回転曲げ疲労試験装置80では試験を促進するため、試験片40に曲げ荷重を付加した状態で、概ね20000〜30000回転/分の高速度で回転させる。このため、試験片40を構成する分子同士の摩擦等により、試験片40の温度が上昇する。特に、き裂が進展し、破断時期が近づくと試験片40の、き裂が進展する速度が上昇し、き裂の近傍における試験片40の断面積が減少する。このため、試験片40の、き裂の近傍に荷重(応力)が集中し、温度の上昇勾配がより急峻となる。   As described above, in the rotating bending fatigue test apparatus 80, the test piece 40 is rotated at a high speed of approximately 20000 to 30000 rotations / minute in a state where a bending load is applied to the test piece 40 in order to accelerate the test. For this reason, the temperature of the test piece 40 rises due to friction between molecules constituting the test piece 40 or the like. In particular, when the crack progresses and the fracture time approaches, the speed of the test piece 40 at which the crack progresses increases, and the cross-sectional area of the test piece 40 near the crack decreases. For this reason, the load (stress) concentrates in the vicinity of the crack of the test piece 40, and the temperature increase gradient becomes steeper.

試験片40の、き裂の近傍が高温になると、試験片が金属の場合、試験片40の硬さの変化が、特に「き裂」の近傍で大きく生じ、いわゆる加工硬化や加工軟化が発生する。このため、正確な試験結果を得ることが困難となる。   When the vicinity of the crack of the test piece 40 becomes high temperature, when the test piece is made of metal, a change in the hardness of the test piece 40 occurs particularly in the vicinity of the “crack”, so-called work hardening or softening occurs. To do. This makes it difficult to obtain accurate test results.

本発明の回転曲げ疲労試験装置80では、上記で予測された試験片40の破断時期から、所定の時間分だけ手前の時点で、試験片40の回転速度、即ち回転駆動手段10の回転速度を、例えば、1000〜5000回転/分まで低下させる。これにより、試験片40の、き裂近傍の温度が、通常の回転曲げ疲労試験方法における試験片の温度まで低下される。この結果、少なくとも通常の試験方法と同等な試験結果を得ることを実現し得る。   In the rotating bending fatigue test apparatus 80 of the present invention, the rotational speed of the test piece 40, that is, the rotational speed of the rotary drive means 10 is set at a time point a predetermined time before the predicted fracture time of the test piece 40. For example, the speed is decreased to 1000 to 5000 revolutions / minute. Thereby, the temperature of the test piece 40 in the vicinity of the crack is lowered to the temperature of the test piece in the normal rotational bending fatigue test method. As a result, it is possible to achieve at least a test result equivalent to a normal test method.

尚、上記した回転駆動手段10の回転速度を低下させる時間を設定するための、試験片40の破断時期よりも手前の所定時間の決定方法としては、一例として、事前の試験結果を元にすることが可能であるが、これに限定されるものではない。   In addition, as a method for determining the predetermined time before the breaking time of the test piece 40 for setting the time for reducing the rotation speed of the rotation driving means 10 as described above, as an example, based on a previous test result. However, the present invention is not limited to this.

また、本発明の回転曲げ疲労試験装置80は、試験片40の表面に電流を通電させて、き裂の発生を検出する手段を備えることが望ましい。例えば、電圧発生手段(図示せず)により試験片40の両端から一定電圧で高周波電流を通電し、試験片40の表面を流れる電流の大きさの変化を電流計(図示せず)等で計測する。   Moreover, it is desirable that the rotating bending fatigue test apparatus 80 of the present invention includes a means for detecting the occurrence of cracks by applying a current to the surface of the test piece 40. For example, a high frequency current is applied at a constant voltage from both ends of the test piece 40 by a voltage generating means (not shown), and a change in the magnitude of the current flowing on the surface of the test piece 40 is measured by an ammeter (not shown). To do.

電流値が変化、例えば、試験片40の表面に微小な傷、即ち初期の「き裂」が発生すると、試験片40の表面の電気抵抗が増大する。これは、上記高周波電流周波数が高いほど、金属表面に集中して電流が流れるようになる、いわゆる高周波電流の表皮効果によるものである。この電気抵抗の増大により、上記電流計で検出される電流量減少する。この電流量の減少を検知した場合を、き裂の発生として検出することが可能である。   When the current value changes, for example, when a minute flaw, that is, an initial “crack” occurs on the surface of the test piece 40, the electrical resistance of the surface of the test piece 40 increases. This is due to the so-called skin effect of high-frequency current, in which the higher the high-frequency current frequency is, the more current flows on the metal surface. Due to this increase in electrical resistance, the amount of current detected by the ammeter is reduced. A case where a decrease in the amount of current is detected can be detected as the occurrence of a crack.

《引張・圧縮疲労試験装置の構成》
次に、本発明の疲労試験装置のうち引張・圧縮疲労試験に用いるものについて図7〜8を用いて説明する(以下、単に「引張・圧縮疲労試験」とも称する)。本引張・圧縮疲労試験でも、試験片の引張・圧縮を停止することなく「き裂」の進展を計測でき、引張・圧縮疲労試験に要する時間を通常の試験方法よりも大幅に短縮可能とする。また、引張・圧縮疲労試験に用いられる試験片の表面におけるき裂の発生や、その成長挙動や「き裂」の長さを、少なくとも試験片に「き裂」が発生してから、試験片が破断に到るまで、リアルタイムで観察等することを可能とし、同時に通常の引張・圧縮疲労試験と同等、もしくはそれ以上に正確な試験結果を得ることを実現する。
<< Configuration of tensile / compressive fatigue test equipment >>
Next, what is used for the tension / compression fatigue test of the fatigue test apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 8 (hereinafter, also simply referred to as “tensile / compression fatigue test”). Even in this tension / compression fatigue test, the crack growth can be measured without stopping the tension / compression of the specimen, and the time required for the tension / compression fatigue test can be greatly shortened compared to the normal test method. . In addition, after the occurrence of cracks on the surface of the test piece used for tensile / compression fatigue tests, the growth behavior and the length of the “crack”, at least after the “crack” occurred in the test piece, the test piece It is possible to observe in real time until fracture occurs, and at the same time, obtain a test result that is equivalent to or more accurate than a normal tensile / compressive fatigue test.

引張・圧縮疲労試験では所定の試験片(金属材料)に引張荷重(負荷)を付与し、特定ひずみ量の引張変形を与えた後、一旦荷重(負荷)を除荷し、そのまま圧縮荷重(負荷)を付与して圧縮変形させる、又は、圧縮変形を与えた後に引張変形を与えている。図7では本引張・圧縮疲労試験100の実施形態の要部の概略図(模式図)が示されている。本引張・圧縮疲労試験100では、上下振幅させることで試験片101に引張荷重・圧縮荷重(軸荷重)を付与する加振機102(加振手段)を用いている。   In the tensile / compression fatigue test, a tensile load (load) is applied to a specified specimen (metal material), a tensile deformation of a specific strain amount is applied, the load (load) is once removed, and the compression load (load) is applied as it is. ) Is applied for compressive deformation, or after applying compressive deformation, tensile deformation is applied. In FIG. 7, the schematic (schematic diagram) of the principal part of the embodiment of the present tensile / compression fatigue test 100 is shown. In the present tensile / compression fatigue test 100, a vibrator 102 (vibration means) that applies a tensile load / compressive load (axial load) to the test piece 101 by using a vertical amplitude is used.

試験片101に発生し、進展する疲労き裂103を、良好な発光状態のもとで鮮明な静止画像として撮像している。また他に、撮像された静止画像のデータをもとに試験片103の破断時期を推察し、試験片103が破断するより前の時点で、試験片の振幅速度を所定の速度まで低下させている。   A fatigue crack 103 that is generated and propagated in the test piece 101 is captured as a clear still image under a good light emission state. In addition, the fracture time of the test piece 103 is estimated based on the captured still image data, and the amplitude speed of the test piece is reduced to a predetermined speed before the test piece 103 breaks. Yes.

また、本引張・圧縮疲労試験100は、試験片101は、その一端が加振機102にボルト締結等で固定され、図示しないが他端も引張・圧縮疲労試験100に固定される(図7の符号100a参照)。加振機102は、負荷制御装置108から発する加振信号を受けて図示しない油圧や、モータ、ピエソ素子等の圧電素子(後述する超音波疲労試験で使用)などを使用して荷重または変位を所望のパターン(正弦波、矩形波、三角波等)で制御され、試験片101に軸荷重の繰り返し負荷を加える。   Further, in the tensile / compression fatigue test 100, one end of the test piece 101 is fixed to the vibrator 102 by bolt fastening or the like, and the other end is also fixed to the tensile / compression fatigue test 100 (not shown) (FIG. 7). 100a). The vibration exciter 102 receives a vibration signal generated from the load control device 108 and applies a load or displacement using a hydraulic pressure (not shown) or a piezoelectric element such as a motor or a piezo element (used in an ultrasonic fatigue test described later). It is controlled by a desired pattern (sine wave, rectangular wave, triangular wave, etc.), and a repeated axial load is applied to the test piece 101.

負荷制御装置108は、加振機102への加振信号と同期して同期制御装置109に同期用の参照信号(図中の同期信号)を送信する。負荷制御装置108からの同期信号を受けて同期制御装置109は、電力増幅器110への同期信号(図中の光源同期信号)と、撮像手段105、とりわけ後述の画像採集装置107に制御信号(図中の画像採集制御信号)とを送信する。   The load control device 108 transmits a reference signal for synchronization (synchronization signal in the figure) to the synchronization control device 109 in synchronization with the excitation signal to the shaker 102. Upon receiving the synchronization signal from the load control device 108, the synchronization control device 109 controls the synchronization signal (light source synchronization signal in the figure) to the power amplifier 110 and the control signal (see FIG. Middle image collection control signal).

図8は、同期制御装置109の概要を示すブロック図である。同期制御装置109は、負荷制御装置108からの同期信号を受けて電圧変換回路109aにより電圧を増幅する。電圧増幅された信号は、パルス成形回路109dによりパルス信号に成形され、分周回路109bにより所望の周波数に分周される。分周は試験片101への加振が超音波のごとき高周波の場合などそのままでは光源104や後述の画像採集装置107が同期できない場合に用いられる手法である。なお、超音波疲労試験については後述する。   FIG. 8 is a block diagram showing an overview of the synchronization control device 109. The synchronization control device 109 receives the synchronization signal from the load control device 108 and amplifies the voltage by the voltage conversion circuit 109a. The voltage-amplified signal is shaped into a pulse signal by the pulse shaping circuit 109d, and is divided to a desired frequency by the frequency dividing circuit 109b. Frequency division is a method used when the light source 104 and an image collection device 107 (to be described later) cannot be synchronized as they are, such as when the excitation to the test piece 101 is a high frequency such as an ultrasonic wave. The ultrasonic fatigue test will be described later.

分周回路109bで生成されたパルス信号は、遅延制御回路109cにより光源(照射源)110の照射タイミングやこれに応じてパルスピークを遅延した光源同期信号を電力増幅器110に送信する。また同時に、遅延制御回路109cは光源同期信号に連動させた画像採集制御信号を画像採集装置107に送信する。   The pulse signal generated by the frequency dividing circuit 109b is transmitted to the power amplifier 110 by the delay control circuit 109c to the irradiation timing of the light source (irradiation source) 110 and the light source synchronization signal with the pulse peak delayed according to this. At the same time, the delay control circuit 109 c transmits an image collection control signal linked to the light source synchronization signal to the image collection device 107.

図1を再び参照する。同期制御装置109からの光源同期信号を受けた電力増幅器110は、光源104に電力を提供又は遮断する。これにより試験片101の表面におけるき裂や、そのき裂の進展する部位(以下、単に「き裂」とも称する)には、光源104からパルス光が照射される。光源104は、LED、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハイドライドランプ等が用いられる。   Please refer to FIG. 1 again. Upon receiving the light source synchronization signal from the synchronization control device 109, the power amplifier 110 provides or cuts power to the light source 104. As a result, the light beam 104 irradiates the crack on the surface of the test piece 101 and the site where the crack propagates (hereinafter also simply referred to as “crack”). As the light source 104, an LED, a halogen lamp, a xenon lamp, a metal hydride lamp, or the like is used.

撮像手段105は、光源104から光照射された試験片101の所定位置を静止画像として捉えることができる。撮像手段105は、試験片101の、き裂等103からの光を検出し、光電変換素子(撮像素子)を備えた画像採集装置107により試験片101の、き裂や、き裂の進展の画像を電子データとして記録する。なお、撮像素子としては、例えばCMOSイメージセンサや、CCDイメージセンサ等を用いる。また、撮像手段105は、望遠鏡と顕微鏡とが組合わされて試験片101を拡大して撮像可能とする光学拡大手段(レンズ等)106を備える。これにより試験片101のき裂等103の周辺が拡大され、画像採集装置107により、き裂等を選択的に拡大して撮像することが可能となる。   The imaging unit 105 can capture a predetermined position of the test piece 101 irradiated with light from the light source 104 as a still image. The imaging means 105 detects light from the crack 103 or the like of the test piece 101, and the image collecting device 107 provided with a photoelectric conversion element (imaging element) causes the test piece 101 to crack or propagate the crack. Record the image as electronic data. For example, a CMOS image sensor or a CCD image sensor is used as the image sensor. In addition, the imaging unit 105 includes an optical enlarging unit (lens or the like) 106 that enables the imaging of the test piece 101 by combining a telescope and a microscope. As a result, the periphery of the crack or the like 103 of the test piece 101 is enlarged, and the image collecting device 107 can selectively magnify and image the crack or the like.

上述するように画像採集装置107は、電力増幅器110への光源同期信号と連動した画像採集信号を受けて撮像タイミングを制御しているため、試験片101の照射に合わせた撮像が可能となる。   As described above, the image collection device 107 receives the image collection signal linked to the light source synchronization signal to the power amplifier 110 and controls the imaging timing, so that it is possible to perform imaging in accordance with the irradiation of the test piece 101.

画像採集装置107で採集された試験片101の画像データは、画像処理装置112に送信される。画像処理装置112では画像データを受けて、その画像データに対して濾波処理(フィルタリング操作)や差分処理、パターン抽出処理、演算処理などの画像処理が実施され、き裂の計測結果を図、表、生データなどのデータとして出力する。そして、出力データを受けて計測結果ディスプレイ等の表示装置113に表示する。   The image data of the test piece 101 collected by the image collection device 107 is transmitted to the image processing device 112. The image processing device 112 receives the image data, and performs image processing such as filtering processing (filtering operation), difference processing, pattern extraction processing, and arithmetic processing on the image data. , Output as raw data. The output data is received and displayed on a display device 113 such as a measurement result display.

また、画像処理装置112では撮像手段105の位置を調整するための位置決め信号を位置決め装置111に送信する。位置決め信号により撮像手段105のXYZ方向の位置が調整される。たとえば、画像処理装置112での画像処理においてき裂の適正な撮像位置がずれているときにはき裂の先端が画像の中心部に位置するように撮像手段105の位置を移動(追跡)する。なお、初期的なき裂先端の位置(追跡の原点位置)としては試験片101に起点き裂103aをつけておくことが好ましい。なお、位置決め装置111にはピエゾ素子などの圧電素子やアクチュエータが備えられ、位置決め信号を力に変換して撮像手段105を駆動する。   In addition, the image processing apparatus 112 transmits a positioning signal for adjusting the position of the imaging unit 105 to the positioning apparatus 111. The position of the imaging means 105 in the XYZ directions is adjusted by the positioning signal. For example, in the image processing performed by the image processing apparatus 112, when the appropriate imaging position of the crack is shifted, the position of the imaging means 105 is moved (tracked) so that the tip of the crack is positioned at the center of the image. It should be noted that the initial crack 103a is preferably attached to the test piece 101 as the initial crack tip position (tracking origin position). The positioning device 111 is provided with a piezoelectric element such as a piezo element and an actuator, and drives the imaging unit 105 by converting a positioning signal into a force.

以上のように、本引張・圧縮疲労試験装置100では同期制御装置109により、撮像手段105で撮影した試験片101のき裂画像を採集する画像採集装置107と、試験片101に軸荷重を負荷する加振機102の負荷制御装置108と、同期をとることで疲労試験中の動的な試験片101画像を静止的な画像として取得計測することができる。したがって、試験片101のき裂の発生、成長挙動をリアルタイムで観察・計測できる。さらに、画像処理装置112及び位置決め装置111によりき裂の先端位置を監視し、撮像手段105の位置を調整してき裂進展の追跡、自動計測が可能となる。   As described above, in the present tension / compression fatigue test apparatus 100, the image capturing apparatus 107 that collects the crack image of the test piece 101 photographed by the imaging means 105 by the synchronous control apparatus 109 and the axial load is applied to the test piece 101. The dynamic test piece 101 image during the fatigue test can be acquired and measured as a static image by synchronizing with the load control device 108 of the vibration exciter 102. Therefore, it is possible to observe and measure crack generation and growth behavior of the test piece 101 in real time. Further, the tip position of the crack is monitored by the image processing device 112 and the positioning device 111, and the position of the image pickup means 105 is adjusted to enable tracking and automatic measurement of crack propagation.

なお、すでに簡述したが本引張・圧縮疲労試験装置は、近年発達している超音波引張・圧縮疲労試験にも適用できる。超音波疲労試験に適用する場合、加振機102にピエゾ素子を使用し、たとえば20kHz±500Hzの縦波振動により共振(2万回前後/s)を発生させて、試験片101の中央部の起点き裂103aの位置に繰り返し応力σ(150〜700 MPa)を負荷する。なお、前述の分周について例えば分周回路109bにより1/100に分周され、200Hz前後に成形される。また、図示しないが試験片101にはエアを吹き付けて冷却し、加熱による強度低下を抑制してもよい。

As already described, the present tensile / compression fatigue test apparatus can be applied to an ultrasonic tensile / compressive fatigue test that has been developed in recent years. When applied to an ultrasonic fatigue test, a piezoelectric element is used for the vibrator 102, and resonance (around 20,000 times / s) is generated by longitudinal wave vibration of 20 kHz ± 500 Hz, for example. A repeated stress σ (150 to 700 MPa) is applied to the position of the starting crack 103a. Note that the above-described frequency division is, for example, divided by 1/100 by the frequency dividing circuit 109b and formed at around 200 Hz. In addition, although not shown, the test piece 101 may be cooled by blowing air to suppress the strength reduction due to heating.

以上、本発明の疲労試験装置についての実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書等に記載の精神や教示を逸脱しない範囲で他の変形例、改良例が得られることが当業者は理解できるであろう。   As mentioned above, although the embodiment about the fatigue test apparatus of this invention was described, this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the mind and teaching as described in a claim, a description, etc. It will be understood by those skilled in the art that variations and improvements can be obtained.

10 回転駆動手段
10a 回転駆動手段の回転主軸
12 歯車部
14 磁気センサ
15 センサ支持部
16 サーボモータ
18 チャック部
20 パルス発光部
22 撮像手段
24 光学拡大手段
26 インターバル検出手段
28 パルス発光制御手段
30 電算装置
32 荷重負荷部
32a アダプタ
32b 吊下げ部
32c 加重部
40 試験片
40a き裂起点部(初期き裂)
80 回転曲げ疲労試験装置
100 引張・圧縮疲労試験装置
101 試験片
102 加振機(加振装置)
103 き裂
103a 起点き裂
104 光源(照射装置)
105 撮像手段
106 光学拡大手段(レンズ)
107 画像採集装置
108 負荷制御装置
109 同期制御装置
109a 電圧変換回路
109b 分周回路
109c 遅延制御回路
109d パルス生成回路
111 位置決め装置
112 画像処理装置
113 表示装置A〜I 歯車部外周の凸部
V 磁気センサ(磁気抵抗効果素子)の出力電圧値
Sp パルス発光と撮像との同期のためのパルス信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotation drive means 10a Rotation main shaft of rotation drive means 12 Gear part 14 Magnetic sensor 15 Sensor support part 16 Servo motor 18 Chuck part 20 Pulse light emission part 22 Image pickup means 24 Optical expansion means 26 Interval detection means 28 Pulse light emission control means 30 Computer apparatus 32 Load-loading part 32a Adapter 32b Hanging part 32c Weighting part 40 Test piece 40a Crack starting point part (initial crack)
80 Rotating Bending Fatigue Testing Equipment 100 Tensile / Compression Fatigue Testing Equipment 101 Specimen 102 Exciter (Excitation Device)
103 crack 103a origin crack 104 light source (irradiation device)
105 Imaging means 106 Optical magnifying means (lens)
Reference Signs List 107 Image collecting device 108 Load control device 109 Synchronization control device 109a Voltage conversion circuit 109b Frequency division circuit 109c Delay control circuit 109d Pulse generation circuit 111 Positioning device 112 Image processing device 113 Display devices A to I Convex portion of gear portion outer periphery V Magnetic sensor Output voltage value of (magnetoresistance effect element) Sp Pulse signal for synchronization of pulse emission and imaging

Claims (15)

試験片に負荷を与えた状態でその端部を把持して軸回転させて回転曲げ疲労を計測する疲労試験装置であって、
試験片の表面で検知された初期的な形状変化の回転方向の角度情報と軸方向の位置情報とに基づいて形状変化が観察できる位置に配設された撮像手段と、
試験片を短時間照射することができる光源とを備え、
試験片が回転している状態で、前記光源を短時間発光させて試験片に照射することにより前記撮像手段で試験片の表面の形状変化の静止画を連続観察し、その経時変化を追跡比較することで試験片の破断時期を予測する、ことを特徴とする疲労試験装置。
A fatigue test device that measures rotational bending fatigue by gripping the end of the test piece with a load and rotating the shaft,
Imaging means disposed at a position where the shape change can be observed based on the angle information in the rotational direction of the initial shape change detected on the surface of the test piece and the position information in the axial direction;
A light source capable of irradiating a test piece for a short time,
While the test piece is rotating, the light source emits light for a short time and irradiates the test piece to continuously observe the still image of the shape change of the surface of the test piece with the imaging means, and track and compare changes over time A fatigue test apparatus characterized by predicting the rupture time of the test piece.
前記試験片の表面における形状変化を撮像手段で撮像することができる試験片の回転の位相に試験片が到達したときに、前記光源の発光と前記撮像手段の撮像とを同期させる、ことを特徴とする請求項1に記載の疲労試験装置。 The light emission of the light source and the imaging of the imaging means are synchronized when the test piece reaches the phase of rotation of the test piece that can capture the shape change on the surface of the test piece with the imaging means. The fatigue test apparatus according to claim 1. 前記光源は、LED式ストロボスコープであり、
試験片の回転駆動源は、サーボモータであり、
該サーボモータの回転と協動する歯車と、
該歯車の周囲に配設され、磁気抵抗効果素子を有する磁気センサとを備え、
前記磁気センサの角度位置と,前記歯車を構成する歯との位置の関係に基づいて、前記磁気センサの磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を電圧変化に変換し、この変化をパルス信号に変換することでLED発光のための入力信号を生成する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の疲労試験装置。
The light source is an LED stroboscope,
The rotational drive source of the test piece is a servo motor,
A gear cooperating with the rotation of the servo motor;
A magnetic sensor disposed around the gear and having a magnetoresistive effect element;
Based on the relationship between the angular position of the magnetic sensor and the position of the teeth constituting the gear, the change in the resistance value of the magnetoresistive element of the magnetic sensor is converted into a voltage change, and this change is converted into a pulse signal. The fatigue test apparatus according to claim 1, wherein an input signal for LED emission is generated.
前記光源が、前記試験片の回転速度と同期した時間間隔で微細時間に細分化して発光して、前記撮像素子が、前記試験片上の一点を転周方向に細分した複数の画像として撮影し、該画像を比較することにより、試験片の表面の形状変化を立体視することを、特徴とする請求項2又は3に記載の曲げ疲労試験装置。 The light source is subdivided into fine time at a time interval synchronized with the rotation speed of the test piece and emits light, and the imaging element is photographed as a plurality of images subdivided in one direction on the test piece in the rolling direction, The bending fatigue test apparatus according to claim 2 or 3, wherein the shape change of the surface of the test piece is stereoscopically viewed by comparing the images. 試験片の両端から一定電圧で高周波電流を通電し、表面を流れる電流の大きさの変化を計測し、電流が小さくなった時点を試験片の表面の初期的な形状変化が発生したものと推定する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の疲労試験装置。 A high-frequency current is applied at a constant voltage from both ends of the test piece, the change in the magnitude of the current flowing on the surface is measured, and it is estimated that the initial shape change of the test piece surface occurred when the current decreased. The fatigue test apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein 試験片の破断時期が予測されると、試験片の回転速度を減少させる、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の疲労試験装置。 The fatigue test apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein when the fracture time of the test piece is predicted, the rotation speed of the test piece is decreased. 前記光源は、発光ダイオード、放電発光、パルスレーザ光である、ことを特徴とする請求項1に記載の疲労試験装置。 The fatigue test apparatus according to claim 1, wherein the light source is a light emitting diode, discharge light emission, or pulsed laser light. 前記光源の光軸と、前記撮像手段の受光装置とを試験片に対して、同一角度で配設する、ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の疲労試験装置。 The fatigue test apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the optical axis of the light source and the light receiving device of the imaging means are arranged at the same angle with respect to the test piece. 試験片の端部に引張・圧縮方向の繰り返し負荷を与えて引張・圧縮計測を行う疲労試験装置であって、
試験片の表面で検知された初期的な形状変化の位置情報に基づいて形状変化が観察できる位置に配設された撮像手段と、
試験片を光を短時間照射することができる照射源とを備え、
試験片に繰り返し負荷が与えられている状態で、
前記照射源から光を試験片に照射することにより前記撮像手段で試験片の表面の形状変化の静止画を採集し、その経時変化を追跡比較することで試験片の破断時期を予測する、ことを特徴とする疲労試験装置。
A fatigue testing device that performs tensile / compression measurement by applying repeated loads in the tension / compression direction to the end of the test piece,
Imaging means disposed at a position where the shape change can be observed based on the position information of the initial shape change detected on the surface of the test piece;
An irradiation source capable of irradiating the test piece with light for a short time;
With the test piece repeatedly loaded,
The test piece is irradiated with light from the irradiation source, a still image of the shape change of the surface of the test piece is collected by the imaging means, and the breaking time of the test piece is predicted by tracking and comparing the change with time. Fatigue testing equipment characterized by
請求項9に記載の疲労試験装置は、
試験片のき裂画像を撮影し、
該撮像手段で撮影した試験片のき裂画像を採集する画像採集手段と、
試験片に前記繰り返し負荷を与える加振手段と、
該加振機に制御信号を送信する負荷制御手段とを備え、
前記画像採集手段と前記負荷制御手段との同期をとるように制御する同期制御手段とを備える、ことを特徴とする疲労試験装置。
The fatigue test apparatus according to claim 9 is:
Take a crack image of the specimen,
Image collecting means for collecting a crack image of a test piece photographed by the imaging means;
Vibration means for applying the repeated load to the test piece;
Load control means for transmitting a control signal to the vibrator,
A fatigue test apparatus comprising: synchronization control means for controlling the image collection means and the load control means to be synchronized.
前記同期制御装置は、照射源に電力送信する信号と同期する信号を前記画像採集手段を制御する信号として送信することで、画像採集装置が静的な試験片のき裂画像を採集する、ことを特徴とする請求項10に記載の疲労試験装置。 The synchronization control device collects a static test piece crack image by transmitting a signal synchronized with a signal for transmitting power to the irradiation source as a signal for controlling the image collecting means. The fatigue test apparatus according to claim 10. 前記加振手段は、超音波域での周期で振動する圧電素子を備え、前記負荷制御手段からの信号を受けて試験片に負荷を与える、ことを特徴とする請求項10又は11に記載の疲労試験装置。 The said excitation means is provided with the piezoelectric element which vibrates with the period in an ultrasonic range, receives the signal from the said load control means, and gives a load to a test piece, The Claim 13 characterized by the above-mentioned. Fatigue test equipment. 前記加振手段は、油圧・空圧駆動や電磁式又はモータ駆動のアクチュエータを備え、前記負荷制御手段からの信号を受けて試験片に負荷を与える、ことを特徴とする請求項10又は11に記載の疲労試験装置。 The said vibration means includes a hydraulic / pneumatic drive or electromagnetic or motor drive actuator, and receives a signal from the load control means to apply a load to the test piece. The fatigue test apparatus described. 前記同期制御手段は、前記負荷制御装置からの信号を分周する分周回路を有する、ことを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に記載の疲労試験装置。 The fatigue test apparatus according to claim 10, wherein the synchronization control unit includes a frequency dividing circuit that divides a signal from the load control apparatus. 請求項10〜14のいずれか1項に記載の疲労試験装置は、
前記画像採集手段からの試験片の画像データを受けて画像処理する画像処理手段を備え、
該画像処理手段は前記画像データにおいて試験片のき裂の位置を位置決めする位置決め信号を送信し、
位置決め信号を受けて前記撮像手段を適正な位置に移動させる位置決め手段を備える、ことを特徴とする疲労試験装置。
The fatigue test apparatus according to any one of claims 10 to 14,
Image processing means for receiving and processing image data of the test piece from the image collecting means,
The image processing means transmits a positioning signal for positioning the position of a crack in the test piece in the image data,
A fatigue testing apparatus comprising positioning means for receiving a positioning signal and moving the imaging means to an appropriate position.
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