JP2874433B2 - 亀裂進展寸法の自動計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、材料の破壊力学的試験
に於て試験片に生じる亀裂の進展寸法を自動的に計測す
ることに係り、更に詳細には亀裂進展寸法の自動計測装
置に係る。

【０００２】

【従来の技術】材料の破壊力学的試験の一つであるＣＴ
試験に於て亀裂の進展寸法を自動的に計測する装置の一
つとして、本願出願人と同一の出願人及び他の一の出願
人の出願にかかる特願平４− 号（整理番号Ａ
Ｔ−４７７９）には、試験片を支持し試験片に対し荷重
を与える試験片支持装置と、試験片に発生した亀裂を撮
像しこれを電気的亀裂画像に変換する撮像装置と、撮像
装置より所定の時間毎に亀裂画像を取込み現サイクルの
亀裂画像より所定サイクル前の亀裂画像を減算すると共
に低解像度化処理して低解像度化処理された差分画像を
形成し記憶する画像処理装置と、差分画像上にて亀裂の
先端を検出し差分画像上に於ける亀裂先端の位置を計測
する画像計測装置と、画像計測装置より亀裂先端の位置
を示す信号を入力され、少くとも亀裂先端の変位量の合
計として亀裂の進展寸法を演算する演算制御装置とを有
する亀裂進展寸法の自動計測装置が提案されている。

【０００３】この先の提案にかかる自動計測装置によれ
ば、たとえ試験片の表面に亀裂以外の傷や汚れなどが存
在していてもそれらの部分は各サイクルの亀裂画像に於
て同一の位置に現われるので、差分画像を形成する際の
画像の減算により傷や汚れなどは消去され、二つのサイ
クルの間に於て変化した部分、即ち亀裂のうち新たに進
展した部分のみが差分画像に残され、従って低解像度化
処理された差分画像に於て亀裂の先端を画像計測装置に
より確実に検出し差分画像上に於ける亀裂先端の位置を
正確に計測することができ、これにより試験片の表面に
亀裂以外の傷や汚れなどが存在する場合にも亀裂の進展
寸法を非常に正確に且容易に自動的に計測することがで
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述の如き自動
計測装置に於ては、亀裂画像に於ては反射光量が低い亀
裂の部分の輝度は負であり反射光量が高い亀裂以外の部
分の輝度は正であり、これらを亀裂画像内の輝度差によ
って容易に識別することができるのに対し、差分画像に
於ては亀裂以外の部分の輝度は実質的に零であり、従っ
て画像モニタの画面には亀裂の部分と同様黒にて表示さ
れ、これらを視覚的に識別することが容易ではなく、亀
裂の進展寸法の計測が適正に行われているか否かの判断
も容易ではない。また差分画像を例えば二値化の如く低
解像度化する際の基準輝度を適正に設定しなければ、亀
裂の部分のみが黒く亀裂以外の部分が白くなるよう両者
を明確に区別して低解像度化することができず、そのた
め差分画像上に於て亀裂の先端を確実に検出してその位
置を正確に計測することができず、これにより亀裂の進
展寸法を正確に計測することができない場合が生じ得
る。

【０００５】本発明は、上述の先の提案にかかる自動計
測装置に於ける上述の如き不具合に鑑み、差分画像上に
於ける亀裂の先端を更に一層確実に検出しその位置を更
に一層正確に計測することができ、これにより亀裂の進
展寸法を非常に正確に且容易に自動的に計測することが
できるよう改良された亀裂進展寸法の自動計測装置を提
供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、試験片を支持し前記試験片に対し荷重を与
える試験片支持装置と、前記試験片に発生した亀裂を撮
像しこれを電気的亀裂画像に変換する撮像装置と、前記
撮像装置より所定の時間毎に前記亀裂画像を取込み、現
サイクルの亀裂画像より所定サイクル前の亀裂画像を減
算して差分画像を形成し、該差分画像を高輝度側へオフ
セット処理し、オフセット処理された差分画像を低解像
度化処理して低解像度化処理された差分画像を形成し記
憶する画像処理装置と、前記低解像度化処理された差分
画像上にて亀裂の先端を検出し前記差分画像上に於ける
亀裂先端の位置を計測する画像計測装置と、前記画像計
測装置より亀裂先端の位置を示す信号を入力され少くと
も前記亀裂先端の変位量の合計として亀裂の進展寸法を
演算する演算制御装置とを有する亀裂進展寸法の自動計
測装置、若しくは試験片を支持し前記試験片に対し荷重
を与える試験片支持装置と、前記試験片に発生した亀裂
を撮像しこれを電気的亀裂画像に変換する撮像装置と、
前記撮像装置より所定の時間毎に前記亀裂画像を取込
み、高輝度側へオフセット処理された現サイクルの亀裂
画像より所定サイクル前の亀裂画像を減算することによ
り若しくは現サイクルの亀裂画像より低輝度側へオフセ
ット処理された所定サイクル前の亀裂画像を減算するこ
とにより差分画像を形成し、該差分画像を低解像度化処
理して低解像度化処理された差分画像を形成し記憶する
画像処理装置と、前記低解像度化処理された差分画像上
にて亀裂の先端を検出し前記差分画像上に於ける亀裂先
端の位置を計測する画像計測装置と、前記画像計測装置
より亀裂先端の位置を示す信号を入力され少くとも前記
亀裂先端の変位量の合計として亀裂の進展寸法を演算す
る演算制御装置とを有する亀裂進展寸法の自動計測装置
によって達成される。

【０００７】

【作用】上述の前者の構成によれば、現サイクルの亀裂
画像より所定サイクル前の亀裂画像が減算されることに
より差分画像が形成され、該差分画像が高輝度側へオフ
セット処理されることにより亀裂の部分の輝度が負に維
持されたまま亀裂以外の部分の輝度が正に補正され、か
くしてオフセット処理された差分画像が低解像度化処理
されることにより亀裂の部分及び亀裂以外の部分が相互
に明確に区別され、かくしてオフセット処理され低解像
度化処理された差分画像に於て亀裂の先端の位置が検出
されるので、オフセット処理が行われない場合に比して
亀裂の先端の位置が確実に且正確に検出される。

【０００８】また上述の後者の構成によれば、高輝度側
へオフセット処理された現サイクルの亀裂画像より所定
サイクル前の亀裂画像が減算されることにより若しくは
現サイクルの亀裂画像より低輝度側へオフセット処理さ
れた所定サイクル前の亀裂画像が減算されることによ
り、亀裂の部分の輝度が負に維持されたまま亀裂以外の
部分の輝度が正に補正された差分画像が形成され、その
差分画像が低解像度化処理されることにより亀裂の部分
及び亀裂以外の部分が相互に明確に区別され、かくして
低解像度化処理された差分画像に於て亀裂の先端の位置
が検出されるので、オフセット処理が行われない場合に
比して亀裂の先端の位置が確実に且正確に検出される。

【０００９】また上述の何れの構成に於ても、現サイク
ルの亀裂画像より所定サイクル前の亀裂画像が減算され
ることにより差分画像が形成され、該差分画像が低解像
度化処理されることにより低解像度化処理された差分画
像が形成され、その差分画像に於て亀裂の先端が検出さ
れるので、試験片の表面に亀裂以外の傷や汚れなどが存
在していてもそれらの部分は差分画像には現われず、亀
裂以外の傷や汚れなどが亀裂の一部であると誤って識別
されることがない。従って上述の二つの構成によれば、
亀裂の画像がモニタに表示される場合にも亀裂と亀裂以
外の部分とが相互に明確に区別された状態にて表示さ
れ、また画像計測装置により亀裂の先端が差分画像に於
て一層確実に且正確に検出され差分画像上に於ける亀裂
先端の位置が一層正確に計測されることにより、試験片
の表面に亀裂以外の傷や汚れなどが存在する場合にも亀
裂の進展寸法が非常に正確に且容易に自動的に計測され
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段の補足説明】本発明の一つ
の詳細な特徴によれば、撮像装置が試験片に対し相対的
に亀裂の進展方向へ移動するよう撮像装置及び試験片支
持装置の少くとも一方を他方に対し相対的に移動させる
移動装置が設けられ、差分画像内に於て亀裂先端が所定
の位置を越えたときには演算制御装置により移動装置が
作動されることによって撮像装置若しくは試験片支持装
置が所定の相対移動量移動されるよう構成される。かか
る構成によれば、亀裂の先端が視野よりはみ出すか否か
を常時監視する必要がなく、視野の更新が自動的に行わ
れる。尚移動装置が作動された直後のサイクルに於ては
差分画像の形成は行われない。

【００１１】また上述の如く移動装置が組込まれる場合
には演算制御装置は最後に移動装置が作動された後の各
サイクルに於て生じた亀裂先端の変位量の合計と撮像装
置若しくは試験片支持装置の相対移動量の合計との和と
して亀裂の進展寸法を演算するよう構成されてよく、そ
の場合には移動装置の精度及び画像の歪みの誤差要素の
みに起因する測定誤差の範囲内にて正確に且容易に亀裂
の進展寸法を自動的に計測することが可能である。

【００１２】また一般に相前後するサイクルの亀裂先端
の変位量の差は極く僅かであるので、演算制御装置は移
動装置を作動させないときには現サイクルの亀裂先端の
位置と所定サイクル前の亀裂先端の位置との偏差として
亀裂先端の変位量を演算し、移動装置を作動させたとき
には１サイクル前に演算された亀裂先端の変位量を現サ
イクルの亀裂先端の変位量とみなし、各サイクルの亀裂
先端の変位量の合計として亀裂の進展寸法を演算するよ
う構成されてもよく、その場合には移動装置の精度に依
存することなく正確に且容易に亀裂の進展寸法を計測す
ることが可能であり、また移動装置も高精度のものであ
る必要がない。

【００１３】尚本発明に於ける低解像度化処理とは、亀
裂画像又は差分画像の輝度の段階を例えば２０階調より
２階調の如く所定の輝度を基準に低減することを意味す
る。

【００１４】

【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明による亀裂進展寸法の自動計
測装置の一つの実施例を示す概略構成図、図２は試験片
を示す拡大正面図、図３は図２の線III-III に沿う試験
片の平断面図である。

【００１６】図１に於て、１０はＣＴ試験されるべき試
験片を示しており、試験片１０はそれぞれ上端及び下端
にて試験片支持装置としてのＣＴ試験装置１２の上側ア
ーム１４及び下側アーム１６により図１には示されてい
ないピンを介して支持されている。上側アーム１４はＣ
Ｔ試験装置１２のフレーム１８に固定されており、下側
アーム１６は油圧シリンダ２０に連結されている。油圧
シリンダ２０の油圧は試験片１０に上下方向の静的引張
り荷重又は繰返し荷重（振動荷重）が与えられるよう油
圧制御装置２２により制御されるようになっている。図
２及び図３に示されている如く、試験片１０は実質的に
長方形の板状をなし、亀裂の発生を容易にする頂角６０
°のシェブロンノッチ２４を有し、該ノッチの両側に図
１には示されていないピンを受入れる二つのピン挿通孔
２６及び２８を有している。

【００１７】ＣＴ試験装置１２のフレーム１８にはテー
ブル３０が固定されており、該テーブル上には三次元ス
テージ装置３２が設けられている。ステージ装置３２は
テーブル３０に固定された本体３２ａと、該本体に対し
相対変位する移動部材３２ｂとよりなっている。移動部
材３２ｂには撮像装置としてのビデオカメラ３４が固定
されており、ビデオカメラ３４には光学顕微鏡３６が装
着されている。光学顕微鏡３６は対物レンズ筒３８と、
該対物レンズ筒を経て試験片１０に対し光を照射する光
源装置４０と、試験開始前に肉眼４２により覗き込んで
光学顕微鏡３６及びビデオカメラ３４を試験片のノッチ
の先端に対し大まかに位置決めするための接眼レンズ筒
４４とを有している。

【００１８】ステージ装置３２の移動部材３２ｂは本体
３２ａに対しＸ方向（図１の紙面に垂直な方向）、Ｙ方
向（上下方向）、Ｚ方向（Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方
向）へ相対変位するようになっており、本体３２ａに対
する移動部材３２ｂの相対移動及び位置決めはステージ
制御装置４６によりμm の単位にて制御されるようにな
っている。かくしてステージ装置３２及び制御装置４６
は試験片に生じる亀裂の進展に応じてビデオカメラ３４
を試験片に対し相対的に移動させる移動装置を構成して
いる。

【００１９】ビデオカメラ３４は試験片及びこれに生じ
た亀裂を撮像し、それを画像信号（電圧±１０Ｖ）と位
置信号（ｘ、ｙ）とよりなる２０階調の亀裂画像の電気
信号に変換し、その電気信号を画像処理装置４８へ出力
するようになっている。画像処理装置４８はパーソナル
コンピュータ５０（これ以降「パソコン」という）の指
示に基き所定の時間毎にビデオカメラより亀裂画像ｇ_n
の電気信号を取込み、電気信号にてｇ_n −ｇ_n-1 の減算
を行うことにより差分画像Ｇ_N を形成し、差分画像Ｇ_N
の電気信号にｋＶ（ｋは正の整数）にて正の一定電圧の
オフセットを与えるようになっている。また画像処理装
置４８はかくしてオフセット処理された差分画像を二値
化処理して画像信号（電圧０Ｖ、１Ｖ）と位置信号
（ｘ、ｙ）とよりなる二値化処理された差分画像の電気
信号に変換し、その電気信号を画像計測装置５２及びモ
ニタ５４へ出力するようになっている。

【００２０】特に試験片に対し繰返し荷重が与えられる
場合には、油圧制御装置２２よりの制御信号に対する油
圧シリンダ２０等の応答遅れが存在するので、試験片１
０に最大の引張り荷重が与えられた時点の亀裂画像の取
込みが行われるよう、画像処理装置４８による画像の取
込みタイミングは油圧制御装置２２よりの制御信号が引
張り方向に最大値になる時点よりも応答遅れを考慮した
所定時間遅い時点に設定されている。また画像処理装置
４８により形成される差分画像に於ては、画像ｇ_n 及び
ｇ_n-1 に共通の部分は減算により消去されるので、図４
に示されている如く亀裂５６のうち前サイクルと現サイ
クルとの間に於て新たに進展した部分５６ａのみが現わ
れ、亀裂のうち前サイクルまでに進展した部分や試験片
の表面の傷５８ａ、汚れなどは現われない。

【００２１】また画像処理装置４８によるオフセット処
理に於ては、亀裂の部分と亀裂以外の部分とが明確に区
別され画像計測装置５２による亀裂の先端の検出が確実
に行われるよう、図４に示されている如く差分画像が黒
の側より白の側へ、即ち高輝度側へシフトされる。更に
画像処理装置４８による二値化処理に於ては、反射光量
の低い亀裂の部分の電圧が０Ｖとなり反射光量の高い亀
裂以外の部分の電圧が１Ｖとなるよう処理され、これに
より図４に示されている如くモニタ５４には亀裂の部分
５６は黒く亀裂以外の部分５８は白く２階調にて表示さ
れる。尚モニタの白黒反転により逆の態様による表示も
可能である。

【００２２】画像計測装置５２は二値化処理された差分
画像内の０Ｖ信号を取出すと共にその位置を記憶するこ
とができ、これにより亀裂の先端６０を検出して差分画
像上に於ける亀裂先端の位置（ｘ、ｙ）を計測し、計測
結果を示す信号をパソコン５０及びモニタ５４へ出力す
るようになっている。

【００２３】パソコン５０は演算及び記憶等の機能を有
する本体６２とキーボード６４とカラーモニタ６６とを
有する一般的な構成のものであり、油圧制御装置２２へ
制御信号を出力することによりＣＴ試験装置１２の作動
開始及び作動停止を制御し、またステージ制御装置４６
へ制御信号を出力することにより試験片に生じた亀裂に
対するビデオカメラ３４及び光学顕微鏡３６の相対移動
を制御するようになっている。更にパソコン５０は画像
処理装置４８及び画像計測装置５２よりの信号に基き後
述の如くＸ方向への亀裂の進展寸法Ｌ_N を演算し、亀裂
の進展寸法Ｌ_Nを示す信号をプリンタ６８及びプロッタ
７０へ出力するようになっている。

【００２４】かくして構成された自動計測装置を用いて
加振モードによるＣＴ試験に於ける亀裂の進展寸法を測
定する場合には、まず試験片１０がＣＴ試験装置１２に
セットされ、ビデオカメラ３４及び光学顕微鏡３６が試
験片のノッチの先端に実質的に整合した位置に位置決め
される。次いでキーボード６４を経てパソコン５０に対
し計測開始の指令が入力されることにより、図６及び図
７に示されたフローチャートに従ってＣＴ試験及び亀裂
の進展寸法の計測が開始される。

【００２５】次に図６及び図７に示されたフローチャー
トを参照して図示の第一の実施例の作動について説明す
る。尚これらの図に於て、ＮはＣＴ試験装置１２の油圧
シリンダ２０により試験片１０に対し与えられる加振の
サイクル数を示し、ｍはステージ移動回数、即ちステー
ジ装置３２及び制御装置４６によりビデオカメラ３４が
試験片１０に対し相対的に移動された回数を示し、ｎは
ステージ移動後のサイクル数を示し、フラグＦはステー
ジの移動が行われたか否かに関するものであり、１はス
テージの移動が行われた直後のサイクルであることを示
し、２はステージの移動が行われたサイクルより二つ目
のサイクルであること示している。

【００２６】まず最初のステップ１０に於ては種々の初
期設定が行われる。即ち図５に示されている如く画面上
の測定開始ライン７２が試験片のノッチ２４の先端２４
ａに一致するよう最初の測定開始ラインの画面上の位置
ｘ_c0が設定され、ステージ移動後の測定開始ラインの画
面上の位置ｘ_cm（m ＝１、２、３……）が設定され、ス
テージ移動の必要があるか否かの判定基準としての視野
変更ライン７４の画面上の位置ｘ_s が設定され、測定打
切り長さＬ_c が設定され、サイクル数Ｎ、ｎ及びステー
ジ移動回数ｍがそれぞれ０に設定され、フラグＦが１に
設定される。

【００２７】ステップ２０に於ては油圧シリンダ２０に
よる試験片１０に対する加振が開始され、次のステップ
３０に於ては油圧制御装置２２よりの制御信号に基き現
時点が画像取込みタイミングであるか否かの判定が行わ
れ、画像取込みタイミングではない旨の判別が行われた
ときにはステップ３０が繰返し実行され、画像取込みタ
イミングである旨の判別が行われたときにはステップ４
０へ進み、サイクル数Ｎ及びｎがそれぞれ１インクリメ
ントされる。

【００２８】次のステップ５０に於てはビデオカメラ３
４により撮像された画像ｇ_n （生画像）が画像処理装置
４８へ取込まれ、ステップ６０に於てはフラグＦが１で
あるか否かの判別が行われ、Ｆ＝１である旨の判別が行
われたときにはステップ７０に於てフラグＦが２にセッ
トされた後ステップ３０へ戻り、Ｆ＝１ではない旨の判
別が行われたときにはステップ８０へ進む。

【００２９】ステップ８０に於ては画像ｇ_n より画像ｇ
_n-1 が減算されることにより差分画像Ｇ_N が形成され、
ステップ８５に於ては差分画像Ｇ_N の電気信号に対しｋ
Ｖにて正のオフセット処理が行われる。ステップ９０に
於てはかくしてオフセット処理された差分画像Ｇ_N の電
気信号が画像処理装置４８によって二値化処理されるこ
とにより二値化処理された差分画像が形成されると共に
記憶される。ステップ１００に於てはフラグＦが２であ
るか否かの判別が行われ、Ｆ＝２ではない旨の判別が行
われたときにはステップ１１０へ進み、Ｆ＝２である旨
の判別が行われたときにはステップ１０２に於てフラグ
Ｆが０にリセットされた後ステップ１０４へ進む。

【００３０】ステップ１１０に於ては画像計測装置５２
により差分画像に於ける亀裂の先端位置ｘ_n が検出さ
れ、ｘ_n がパソコン５０へ出力される。ステップ１２０
に於ては同一視野内に於ける亀裂の総進展量、即ち最後
のステージ移動が行われた後現在までの各サイクルに於
て進展した量の合計Ｉ_n が下記の数１に従って演算され
る。同様にステップ１０４に於ては画像計測装置５２に
より差分画像に於ける亀裂部分の左端及び右端の位置と
して亀裂の先端位置ｘ_n 及びｘ_n-1 が検出され、ステッ
プ１０６に於ては同一視野内に於ける亀裂の総進展量Ｉ
_n 及びＩ_n-1 がそれぞれ下記の数１及び数２に従って演
算される。

【数１】Ｉ_n ＝ｘ_n −ｘ_cm

【数２】Ｉ_n-1 ＝ｘ_n-1 −ｘ_cm

【００３１】ステップ１３０に於ては亀裂の進展寸法Ｌ
_N が下記の数３に従って演算されると共に記憶装置に記
憶され、ステップ１０８に於ては亀裂の進展寸法Ｌ_N 及
びＬ_N-1 がそれぞれ下記の数３及び数４に従って演算さ
れる。

【数３】Ｌ_N ＝Ｉ_n ＋ΣＳ_m （ｍ＝１…ｍ）

【数４】Ｌ_N-1 ＝Ｉ_n-1 ＋ΣＳ_m （ｍ＝１…ｍ）

【００３２】ステップ１４０に於ては、例えばｘ_n がｘ
_s を越えたか否かを判別することにより亀裂の先端が視
野変更ラインを越えたか否か、即ちステージの移動の必
要性が生じたか否かの判別が行われ、ステージの移動の
必要がない旨の判別が行われたときにはステップ１８０
へ進み、ステージの移動の必要が生じた旨の判別が行わ
れたときにはステップ１５０へ進む。

【００３３】ステップ１５０に於てはステージ移動回数
ｍが１インクリメントされ、ステップ１６０に於ては差
分画像で見て亀裂の先端がステップ１０に於て設定され
た次の測定開始ラインの位置ｘ_cmへ移動するよう、ステ
ージ移動量Ｓ_m が下記の数５に従って演算され、しかる
後ステップ１７０へ進む。

【数５】Ｓ_m ＝ｘ_n −ｘ_cm

【００３４】ステップ１７０に於ては画像がステップ１
５０に於て演算された値Ｓ_m だけ亀裂の進展方向とは反
対の方向へ移動するよう、ステージ装置３２及び制御装
置４６によりビデオカメラ３４が試験片１０に対し相対
的に亀裂の進展方向へ移動され、ステップ１８０に於て
はサイクル数ｎが０にリセットされると共にフラグＦが
１にセットされ、しかる後ステップ３０へ戻る。

【００３５】ステップ１９０に於ては、亀裂の進展寸法
Ｌ_N がステップ１０に於て設定された測定打切り長さＬ
_c 以上であるか否かの判別が行われ、Ｌ_N ≧Ｌ_c ではな
い旨の判別が行われたときにはステップ３０へ戻り、Ｌ
_N ≧Ｌ_c である旨の判別が行われたときにはステップ２
００へ進む。ステップ２００に於ては油圧シリンダ２０
による試験片１０に対する加振が停止され、ステップ２
１０に於ては亀裂の進展寸法Ｌ_N （ N＝１、２、３…
…）がプリンタ６８及びプロッタ７０へ出力され、図６
及び図７に示されたフローチャートによる制御を終了す
る。

【００３６】かくしてこの第一の実施例によれば、図８
に示されている如く、Ｎ＝ｎ＝０サイクルに於ては測定
開始ライン７２のＸ方向の位置が試験片のノッチ２４の
先端２４ａに一致するよう設定され、Ｎ＝ｎ＝１サイク
ルに於ては亀裂５６の先端６０の位置ｘ₁ が検出され、
亀裂の総進展量Ｉ₁ （＝ｘ₁ −ｘ_c0）及び亀裂の進展寸
法Ｌ₁ （＝Ｉ₁ ）が演算され、Ｎ＝ｎ＝２サイクルに於
ては亀裂の先端の位置ｘ₂ が検出され、亀裂の総進展量
Ｉ₂ （＝ｘ₂ −ｘ_c0）及び亀裂の進展寸法Ｌ₂（＝
Ｉ₂ ）が演算される。

【００３７】図示の如くＮ＝ｎ＝３サイクルに於て亀裂
の先端の位置が視野変更ライン７４を越えたとすると、
このサイクルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₃ が検出さ
れ、亀裂の進展量Ｉ₃ （＝ｘ₃ −ｘ_c0）及び亀裂の進展
寸法Ｌ₃ （＝Ｉ₃ ）が演算され、またこのサイクルに於
ては視野がＳ₁ （＝ｘ₃ −ｘ_c1）だけ亀裂の進展方向へ
移動される。Ｎ＝４（ｎ＝１）サイクルに於ては亀裂の
先端の位置ｘ₁ は検出されず、従って亀裂の総進展量Ｉ
₁ 及び亀裂の進展寸法Ｌ₄ は演算されない。Ｎ＝５（ｎ
＝２）サイクルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₂ 及びｘ₁
が検出され、亀裂の総進展量Ｉ₂ （＝ｘ₂ −ｘ_c1）、Ｉ
₁ （＝ｘ₁ −ｘ_c1）及び亀裂の進展寸法Ｌ₅ （＝Ｉ₂ ＋
Ｓ₁ ）、Ｌ₄ （＝Ｉ₁ ＋Ｓ₁ ）が演算され、Ｎ＝６（ｎ
＝３）サイクルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₃ が検出さ
れ、亀裂の進展量Ｉ₃ （＝ｘ₃ −ｘ_c1）及び亀裂の進展
寸法Ｌ₆ （＝Ｉ₃ ＋Ｓ₁ ）が演算され、これ以降以上の
サイクルの場合と同様の処理が行われることにより亀裂
の進展寸法Ｌ_N が測定打切り長さＬ_c 以上になるまでＬ
_N が自動的に演算される。

【００３８】尚この実施例に於てはステージ更新後の各
測定開始ラインの画面上の位置ｘ_cmを任意に設定し得る
ようになっているが、測定開始ラインの画面上の位置ｘ
_cmは例えば上述のｘ_c0の如き一定値に設定されてもよ
い。

【００３９】図９及び図１０は本発明による亀裂進展寸
法の自動計測装置の第二の実施例に於ける制御フローを
示すフローチャートである。尚これらの図に於て、図６
及び図７に示されたステップに対応するステップには図
６及び図７に於て付されたステップ番号と同一のステッ
プ番号が付されている。

【００４０】この実施例のステップ１０の初期設定に於
ては、画面上の測定開始ラインが試験片のノッチの先端
に一致するよう最初の測定開始ラインの画面上の位置ｘ
_c0がｘ₀ に設定され、画面上でのステージ移動量Ｓ（定
数）が設定され、ステージ移動の必要があるか否かの判
定基準としての視野変更ライン７４の画面上の位置ｘ_s
が設定され、測定打切り長さＬ_c が設定され、サイクル
数Ｎ、ｎ及びステージ移動回数ｍがそれぞれ０に設定さ
れ、フラグＦが１に設定される。

【００４１】ステップ１２０に於ては亀裂の総進展量Ｉ
_n が下記の数６に従って演算され、ステップ１０６に於
ては亀裂の総進展量Ｉ_n 及びＩ_n-1 がそれぞれ下記の数
６及び数７に従って演算される。

【数６】Ｉ_n ＝ｘ_n −ｘ₀

【数７】Ｉ_n-1 ＝ｘ_n-1 −ｘ₀

【００４２】またステップ１３０に於ては下記の数８に
従って亀裂の進展寸法Ｌ_N が演算されると共に記憶装置
に記憶される。同様にステップ１０８に於てはそれぞれ
下記の数８及び数９に従って亀裂の進展寸法Ｌ_N 及びＬ
_N-1 が演算されると共に記憶装置に記憶される。

【数８】Ｌ_N ＝Ｉ_n ＋ｍ×Ｓ

【数９】Ｌ_N-1 ＝Ｉ_n-1 ＋ｍ×Ｓ

【００４３】ステップ１４５に於ては次のサイクル以降
のステップ１２０及び１０６に於ける亀裂の総進展量Ｉ
_n の演算に使用される基準量ｘ₀ が下記の数１０に従っ
て演算される。

【数１０】ｘ₀ ＝ｘ_n −Ｓ

【００４４】ステップ１７０に於ては画像がステップ１
０に於て設定された長さＳだけ亀裂の進展方向とは反対
の方向へ移動するよう、ステージ装置３２及び制御装置
４６によりビデオカメラ３４が試験片１０に対し相対的
に移動される。尚この実施例の他のステップは実施例１
の対応するステップと同一の要領にて実行される。

【００４５】かくしてこの第二の実施例によれば、図１
１に示されている如く、Ｎ＝ｎ＝０サイクルに於ては測
定開始ライン７２のＸ方向の位置が試験片のノッチ２４
の先端２４ａに一致するよう設定され、Ｎ＝ｎ＝１サイ
クルに於ては亀裂５６の先端６０の位置ｘ₁ が検出さ
れ、亀裂の総進展量Ｉ₁ （＝ｘ₁ −ｘ₀ ）及び亀裂の進
展寸法Ｌ₁ （＝Ｉ₁ ）が演算され、Ｎ＝ｎ＝２サイクル
に於ては亀裂の先端の位置ｘ₂ が検出され、亀裂の総進
展量Ｉ₂ （＝ｘ₂ −ｘ₀ ）及び亀裂の進展寸法Ｌ₂ （＝
Ｉ₂ ）が演算される。

【００４６】図示の如くＮ＝ｎ＝３サイクルに於て亀裂
の先端の位置が視野変更ライン７４を越えたとすると、
このサイクルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₃ が検出さ
れ、亀裂の総進展量Ｉ₃ （＝ｘ₃ −ｘ₀ ）及び亀裂の進
展寸法Ｌ₃ （＝Ｉ₃ ）が演算される。またこのサイクル
に於ては次のサイクルに於けるｘ₀ （＝ｘ₃ −Ｓ）が演
算され、視野が一定値Ｓだけ亀裂の進展方向へ移動され
る。Ｎ＝４サイクル（ｎ＝１）に於ては亀裂の先端の位
置ｘ₁ は検出されず、従って亀裂の総進展量Ｉ₁及び亀
裂の進展寸法Ｌ₄ は演算されない。Ｎ＝５（ｎ＝２）サ
イクルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₂ 、ｘ₁ が検出さ
れ、亀裂の総進展量Ｉ₂ （＝ｘ₂ −ｘ₀ ）、Ｉ₁ （＝ｘ
₁ −ｘ₀ ）及び亀裂の進展寸法Ｌ₅ （＝Ｉ₂ ＋Ｓ）、Ｌ
₄ （＝Ｉ₁ ＋Ｓ）が演算され、Ｎ＝６（ｎ＝３）サイク
ルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₃ が検出され、亀裂の進
展量Ｉ₃ （＝ｘ₃ −ｘ₀ ）及び亀裂の進展寸法Ｌ₆ （＝
Ｉ₃ ＋Ｓ）が演算され、これ以降以上のサイクルの場合
と同様の処理が行われることにより亀裂の進展寸法Ｌ_N
が測定打切り長さＬ_c 以上になるまでＬ_N が自動的に演
算される。

【００４７】図１２及び図１３は本発明による亀裂進展
寸法の自動計測装置の第三の実施例に於ける制御フロー
を示すフローチャートである。尚これらの図に於て、図
６、図７、図９、図１０に示されたステップに対応する
ステップにはこれらの図に於て付されたステップ番号と
同一のステップ番号が付されている。

【００４８】この実施例のステップ１２０に於ては現サ
イクルの亀裂の進展量ΔＬ_N が下記の数１１に従って演
算され、ステップ１０６に於ては現サイクルの亀裂の進
展量ΔＬ_N が下記の数１１に従って演算されると共に前
サイクルの亀裂の進展量ΔＬ_n-1 が下記の数１２に従っ
て推定演算される。

【数１１】ΔＬ_N ＝ｘ_n −ｘ_n-1

【数１２】ΔＬ_N-1 ＝ｘ_n-1 −ｘ_n-2 ＝ΔＬ_N-2

【００４９】またステップ１３０に於ては下記の数１３
に従って亀裂の進展寸法Ｌ_N が演算されると共に記憶装
置に記憶され、ステップ１０８に於ては下記の数１３及
び数１４に従ってぞれぞれ亀裂の進展寸法Ｌ_N 及びＬ
_N-1 が演算されると共に記憶装置に記憶され、ステップ
１８０に於てはフラグＦが１にセットされる。尚この実
施例の他のステップは実施例１及び２の対応するステッ
プと同一の要領にて実行される。

【数１３】Ｌ_N ＝Ｌ_N-1 ＋ΔＬ_N

【数１４】Ｌ_N-1 ＝Ｌ_N-2 ＋ΔＬ_N-1

【００５０】かくしてこの第三の実施例によれば、図１
４に示されている如く、Ｎ＝ｎ＝０サイクルに於ては測
定開始ライン７２のＸ方向の位置が試験片のノッチ２４
の先端２４ａに一致するよう設定され、Ｎ＝ｎ＝１サイ
クルに於ては亀裂５６の先端６０の位置ｘ₁ が検出さ
れ、亀裂の進展量ΔＬ₁ （＝ｘ₁ −ｘ₀ ）及び亀裂の進
展寸法Ｌ₁ （＝ΔＬ₁ ）が演算され、Ｎ＝ｎ＝２サイク
ルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₂ が検出され、亀裂の進
展量ΔＬ₂ （＝ｘ₂ −ｘ₁ ）及び亀裂の進展寸法Ｌ
₂ （＝Ｌ₁ ＋ΔＬ₂ ）が演算される。

【００５１】図示の如くＮ＝ｎ＝３サイクルに於て亀裂
の先端の位置が視野変更ライン７４を越えたとすると、
このサイクルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₃ が検出さ
れ、亀裂の進展量ΔＬ₃ （＝ｘ₃ −ｘ₂ ）及び亀裂の進
展寸法Ｌ₃ （＝Ｌ₂ ＋ΔＬ₃ ）が演算され、またこのサ
イクルに於ては視野が一定値Ｓだけ亀裂の進展方向へ移
動される。Ｎ＝４（ｎ＝１）サイクルに於ては亀裂の先
端の位置ｘ₁ は検出されず、従って亀裂の進展量ΔＬ₄
及び亀裂の進展寸法Ｌ₄ は演算されない。Ｎ＝５（ｎ＝
２）サイクルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₅ 、ｘ₄ が検
出され、亀裂の進展量ΔＬ₅ （＝ｘ₅ −ｘ₄ ）、ΔＬ₄
（＝ΔＬ₃ ）及び亀裂の進展寸法Ｌ₅ （＝Ｌ₄ ＋Δ
Ｌ₅ ）、Ｌ₄ （＝Ｌ₃ ＋ΔＬ₄ ）が演算され、Ｎ＝６
（ｎ＝３）サイクルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₆ が検
出され、亀裂の進展量ΔＬ₆ （＝ｘ₆ −ｘ₅ ）及び亀裂
の進展寸法Ｌ₆ （＝Ｌ₅ ＋ΔＬ₆ ）が演算され、これ以
降以上のサイクルの場合と同様の処理が行われることに
より亀裂の進展寸法Ｌ_N が測定打切り長さＬ_c 以上にな
るまでＬ_N が自動的に演算される。

【００５２】図１５及び図１６は上述の第一の実施例に
対応する本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の第
四の実施例に於ける制御フローを示すフローチャート、
図１７及び図１８は上述の第二の実施例に対応する本発
明による亀裂進展寸法の自動計測装置の第五の実施例に
於ける制御フローを示すフローチャート、図１９及び図
２０は上述の第三の実施例に対応する本発明による亀裂
進展寸法の自動計測装置の第六の実施例に於ける制御フ
ローを示すフローチャートである。

【００５３】これらの実施例に於ては、画像処理装置４
８はパソコン５０の指示に基き所定の時間毎にビデオカ
メラより亀裂画像ｇ_n の電気信号を取込み、亀裂画像ｇ
_n の電気信号にｋＶ（ｋは正の整数）にて正の一定電圧
のオフセットを与え、電気信号にてｇ_n −ｇ_n-1 の減算
を行うことにより差分画像Ｇ_N を形成するようになって
いる。また画像処理装置４８はかくして形成された差分
画像を二値化処理して画像信号（電圧０Ｖ、１Ｖ）と位
置信号（ｘ、ｙ）とよりなる二値化処理された差分画像
の電気信号に変換し、その電気信号を画像計測装置５２
及びモニタ５４へ出力するようになっている。

【００５４】またこれらの実施例に於ても画像ｇ_n 及び
ｇ_n-1 に共通の部分は差分画像を形成する際の減算によ
り実質的に消去されるので、図２１に示されている如く
亀裂５６のうち前サイクルと現サイクルとの間に於て新
たに進展した部分５６ａのみが現われ、亀裂のうち前サ
イクルまでに進展した部分や試験片の表面の傷５８ａ、
汚れなどは現われない。またこれらの実施例のオフセッ
ト処理に於ては、図２１に示されている如く画像ｇ_n が
黒の側より白の側へ、即ち高輝度側へシフトされ、これ
により差分画像に於て亀裂の部分と亀裂以外の部分とが
明確に区別されるので、二値化処理された差分画像に於
て亀裂の先端が画像計測装置５２により確実に検出され
その位置が正確に計測される。

【００５５】尚第四乃至第六の実施例に於ては、画像ｇ
_n が正の一定電圧にてオフセット処理されるようになっ
ているが、図２２に示されている如く画像ｇ_n-1 が負の
一定電圧にて低輝度側へオフセット処理されてもよく、
更には画像ｇ_n が正の一定電圧にてオフセット処理され
画像ｇ_n-1 が負の一定電圧にてオフセット処理されても
よい。

【００５６】また上述の各実施例に於ては、説明を容易
にする目的で、亀裂の進展寸法の測定開始後又はステー
ジの移動後の３サイクル目に於て亀裂の先端６０が視野
変更ライン７４を突破するようになっているが、実際に
は測定開始ライン７２と視野変更ライン７４との間の距
離は各サイクル毎の亀裂の進展量に比して遥かに大き
く、これにより測定開始後又はステージ移動後次のステ
ージ移動までの間に亀裂の進展量の測定が行われるサイ
クル数は数十乃至数百サイクルである。

【００５７】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施
例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【００５８】例えば亀裂の進展寸法の演算の要領自体は
本発明の要旨をなすものではなく、少なくとも亀裂の先
端の変位量の合計として亀裂の進展寸法が演算される限
り、上述の実施例に於ける演算要領以外の要領にて亀裂
の進展寸法が演算されてもよい。

【００５９】また本発明の自動計測装置は試験片が加振
モードにてＣＴ試験される場合に適しており、上述の各
実施例に於ては試験片は加振モードにてＣＴ試験される
ようになっているが、本発明の自動計測装置は試験片が
引張りモードにてＣＴ試験される場合にも適用されてよ
く、その場合には上述の各実施例のステップ３０に於て
は例えばタイマにより一定の時間が計測され、これによ
りステップ５０に於て一定の時間毎に画像の取込みが行
われる。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、差分画像の形成及びその低解像度化処理に
加えてオフセット処理が行われることにより亀裂の部分
及び亀裂以外の部分が相互に明確に区別された差分画像
に於て亀裂の先端の位置が検出されるので、オフセット
処理が行われない場合に比して亀裂の先端の位置を確実
に且正確に検出することができ、また試験片の表面の亀
裂以外の傷や汚れなどが亀裂の一部であると誤って識別
されることがないので、差分画像に於ける亀裂先端の位
置を一層正確に計測することができ、これにより試験片
の表面に亀裂以外の傷や汚れなどが存在する場合にも亀
裂の進展寸法を非常に正確に且容易に自動的に計測する
ことができ、また亀裂の画像がモニタに表示される場合
にも亀裂と亀裂以外の部分とを相互に明確に区別された
状態にて表示し、これによりモニタに於ける亀裂の視認
性を向上させることができる。

【００６１】また本発明によれば、上述の如く試験片の
表面に亀裂以外の傷や汚れなどが存在してもこれらの影
響を受けることなく亀裂の進展寸法を非常に正確に計測
することができるので、試験片に対する表面仕上加工を
簡略化することができ、これによりＣＴ試験を能率よく
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の一
つの実施例を示す概略構成図である。

【図２】ＣＴ試験されるべき試験片を示す拡大正面図で
ある。

【図３】図２の線III-III に沿う試験片の平断面図であ
る。

【図４】差分画像の形成、オフセット処理、二値化処理
の要領の一例を示す説明図である。

【図５】亀裂進展寸法の測定開始時に行われる初期設定
の一例を示す説明図である。

【図６】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の第
一の実施例に於ける制御フローの一部を示すフローチャ
ートである。

【図７】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の第
一の実施例に於ける制御フローの残りの部分を示すフロ
ーチャートである。

【図８】第一の実施例による亀裂進展寸法の自動計測の
要領を示す説明図である。

【図９】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の第
二の実施例に於ける制御フローの一部を示すフローチャ
ートである。

【図１０】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の
第二の実施例に於ける制御フローの残りの部分を示すフ
ローチャートである。

【図１１】第二の実施例による亀裂進展寸法の自動計測
の要領を示す説明図である。

【図１２】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の
第三の実施例に於ける制御フローの一部を示すフローチ
ャートである。

【図１３】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の
第三の実施例に於ける制御フローの残りの部分を示すフ
ローチャートである。

【図１４】第三の実施例による亀裂進展寸法の自動計測
の要領を示す説明図である。

【図１５】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の
第四の実施例に於ける制御フローの一部を示すフローチ
ャートである。

【図１６】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の
第四の実施例に於ける制御フローの残りの部分を示すフ
ローチャートである。

【図１７】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の
第五の実施例に於ける制御フローの一部を示すフローチ
ャートである。

【図１８】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の
第五の実施例に於ける制御フローの残りの部分を示すフ
ローチャートである。

【図１９】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の
第六の実施例に於ける制御フローの一部を示すフローチ
ャートである。

【図２０】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の
第六の実施例に於ける制御フローの残りの部分を示すフ
ローチャートである。

【図２１】差分画像の形成、オフセット処理、二値化処
理の要領の他の例を示す説明図である。

【図２２】差分画像の形成、オフセット処理、二値化処
理の要領の更に他の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…試験片 １２…ＣＴ試験装置 ２０…油圧シリンダ ２２…油圧制御装置 ３２…ステージ装置 ３４…ビデオカメラ ３６…光学顕微鏡 ４６…ステージ制御装置 ４８…画像処理装置 ５０…パーソナルコンピュータ ５２…画像計測装置

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−214642（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−35006（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−219537（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01B 3/00 - 3/62

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験片を支持し前記試験片に対し荷重を与
   える試験片支持装置と、前記試験片に発生した亀裂を撮
   像しこれを電気的亀裂画像に変換する撮像装置と、前記
   撮像装置より所定の時間毎に前記亀裂画像を取込み、現
   サイクルの亀裂画像より所定サイクル前の亀裂画像を減
   算して差分画像を形成し、該差分画像を高輝度側へオフ
   セット処理し、オフセット処理された差分画像を低解像
   度化処理して低解像度化処理された差分画像を形成し記
   憶する画像処理装置と、前記低解像度化処理された差分
   画像上にて亀裂の先端を検出し前記差分画像上に於ける
   亀裂先端の位置を計測する画像計測装置と、前記画像計
   測装置より亀裂先端の位置を示す信号を入力され少くと
   も前記亀裂先端の変位量の合計として亀裂の進展寸法を
   演算する演算制御装置とを有する亀裂進展寸法の自動計
   測装置。
2. 【請求項２】試験片を支持し前記試験片に対し荷重を与
   える試験片支持装置と、前記試験片に発生した亀裂を撮
   像しこれを電気的亀裂画像に変換する撮像装置と、前記
   撮像装置より所定の時間毎に前記亀裂画像を取込み、高
   輝度側へオフセット処理された現サイクルの亀裂画像よ
   り所定サイクル前の亀裂画像を減算することにより若し
   くは現サイクルの亀裂画像より低輝度側へオフセット処
   理された所定サイクル前の亀裂画像を減算することによ
   り差分画像を形成し、該差分画像を低解像度化処理して
   低解像度化処理された差分画像を形成し記憶する画像処
   理装置と、前記低解像度化処理された差分画像上にて亀
   裂の先端を検出し前記差分画像上に於ける亀裂先端の位
   置を計測する画像計測装置と、前記画像計測装置より亀
   裂先端の位置を示す信号を入力され少くとも前記亀裂先
   端の変位量の合計として亀裂の進展寸法を演算する演算
   制御装置とを有する亀裂進展寸法の自動計測装置。