JP6443095B2 - 赤外線応力測定方法および赤外線応力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、試験体に荷重を繰り返し負荷したときの微小な温度変化を測定して応力分布を測定する、赤外線応力測定方法および赤外線応力測定装置に関する。特に、荷重を負荷したときの試験体の高精度位置補正に関する。

物体に圧縮および引張荷重を繰り返し加えると、発熱および吸熱作用が現れる。この発熱および吸熱を比較的短い周期で繰り返すと、周囲への熱の拡散、あるいは周囲から熱の流入が断たれた断熱状態で表面温度が変化する。温度変化量と応力変化量との間に比例関係があるので、これを利用して応力分布を測定する赤外線応力測定装置が、特許文献１に開示されている。
この赤外線応力測定装置では、一定周期で繰り返す荷重を負荷しながら、赤外線カメラを用いて試験体を撮影している。赤外線カメラは、２次元平面に配置された複数のピクセルで構成される撮像素子上に、試験体を赤外線画像として撮影している。荷重を負荷したときの赤外線画像と荷重を除いたときの赤外線画像とを重ねて、ピクセルごとに温度変化量を測定することによって、試験体の応力分布を測定している。

試験装置の剛性が十分に高くないときには、荷重を負荷することによって試験体自体が動くので、負荷前後の赤外線画像を重ねるために画像処理（位置補正）が行われる。この位置補正の方法としては、たとえば、応力測定をする前にあらかじめ黒体塗装をしたマーカを試験体の表面に張り付けておき、そのマーカを含む赤外線画像を撮影する方法が用いられる。この位置補正の方法では、荷重を負荷する前後でマーカが動かないように画像処理をして、赤外線画像の重ね合わせを行っている。他の位置補正の方法として、特許文献２では、デジタル画像相関法を用いた画像処理方法が開示されている。

特開平１０−２７４５７０号公報 特開２００７−２０５８７５号公報

上述したような従来の赤外線応力測定方法における位置補正では、荷重を負荷する前後で試験体の位置を合わせることを目的としていた。これは、従来の赤外線応力測定の測定対象が鉄などの縦弾性係数が大きい材質で作成されていたため、試験体自体の伸びは小さく、負荷前後での位置補正をするだけで負荷前後の赤外線画像をほぼ重ね合わせることが出来るので、応力測定値において大きな誤差を生じていなかったからである。

しかし、本来、試験体は、荷重が負荷されることによって、その位置が変位するだけでなく試験体自体が伸縮している。このため、位置補正をしただけでは、荷重を負荷する前後で撮影した赤外線画像を完全に重ね合わせることが出来ない。特に、試験体が、縦弾性係数の小さい材質で製作されているときには、荷重を負荷することによる伸びが大きいので、従来の位置補正だけでは、荷重を負荷する前後の赤外線画像のずれが大きくなる。この結果、試験体の同一部位において温度変化を測定できないので、応力の測定精度が低下する原因となっていた。さらに、応力集中が生じている領域では、測定位置が少し変わっただけで応力値が大きく変化するので、負荷前後の赤外線画像をさらに正確に重ね合わせることが要求される。

本発明の目的は、荷重が負荷されたときに発生する応力を、赤外線カメラによって撮影した赤外線画像に基づいて測定するときに、試験体が縦弾性係数の小さい材料でできた物であっても、試験体の変形量を考慮して正確な応力を求めることである。

本発明の赤外線応力測定方法の実施形態は、試験体に表面温度を測定するマーカを付与する付与工程と、前記試験体に一定周期で大きさが変動する荷重を負荷する負荷工程と、前記負荷工程で、試験体に荷重が負荷されていない無負荷状態で、２次元平面に配置された複数のピクセルからなる撮像素子を有する赤外線カメラを使用して、前記マーカを無負荷時赤外線画像として撮影する無負荷時撮影工程と、前記負荷工程で、試験体に荷重が負荷されている有負荷状態で、前記赤外線カメラを使用して、前記マーカの位置がピクセルＰａからピクセルＰｂにずれた状態で前記マーカを有負荷時赤外線画像として撮影する有負荷時撮影工程と、前記無負荷時赤外線画像の前記マーカの大きさ、および前記有負荷時赤外線画像の前記マーカの大きさから、伸び率γを設定する伸び率設定工程と、下記式１によって、
Ｔ＝（Ｔｂ＋（γ−１）Ｔｃ）／γ・・・式１
ただし、Ｔｂ：有負荷時の前記ピクセルＰｂの表面温度
Ｔｃ：有負荷時の前記ピクセルＰｂと隣接するピクセルＰｃの表面温度
補正表面温度Ｔを算出する補正温度算出工程と、前記無負荷時撮影工程で撮影された前記ピクセルＰａの表面温度Ｔｉと、前記補正温度算出工程で算出された前記補正表面温度Ｔとの差である温度差ΔＴを測定する温度差測定工程と、前記温度差ΔＴに基づいて前記試験体の応力を演算する応力演算工程と、を有している。

本発明の赤外線応力測定装置の実施形態は、２次元平面に配置された複数のピクセルからなる撮像素子を有し、試験体の表面温度を赤外線画像として撮影する赤外線カメラと、前記赤外線画像に基づいて前記試験体の応力を演算する画像信号処理部と、前記画像信号処理部で演算した応力を表示する画像表示部と、を有する赤外線応力測定装置であって、前記赤外線カメラは、前記試験体に荷重が負荷されていない無負荷状態で前記試験体の表面に付与したマーカを無負荷時赤外線画像として撮影するとともに、前記試験体に荷重が負荷されている有負荷状態で前記マーカの位置がピクセルＰａからピクセルＰｂにずれた状態で前記マーカを有負荷時赤外線画像として撮影し、前記画像信号処理部は、前記無負荷時赤外線画像の前記マーカの大きさ、および前記有負荷時赤外線画像の前記マーカの大きさから、伸び率γを設定する伸び率設定工程と、下記式１によって、
Ｔ＝（Ｔｂ＋（γ−１）Ｔｃ）／γ・・・式１
ただし、Ｔｂ：有負荷時のピクセルＰｂの表面温度
Ｔｃ：有負荷時のピクセルＰｂと隣接するピクセルＰｃの表面温度
補正表面温度Ｔを算出する補正温度算出工程と、前記無負荷時赤外線画像の前記ピクセルＰａの表面温度Ｔｉと、前記補正温度算出工程で算出された前記補正表面温度Ｔとの差である温度差ΔＴを測定する温度差測定工程と、前記温度差ΔＴに基づいて前記試験体の応力を演算する応力演算工程と、を順に行う演算機能を有している。

本発明によると、荷重が負荷されたときに発生する応力を、赤外線カメラによって撮影した赤外線画像に基づいて測定するときに、試験体が縦弾性係数の小さい材料でできた物であっても、試験体の変形量を考慮して正確な応力を求めることができる。

本発明の実施形態の赤外線応力測定装置を使用して応力を測定する方法を説明する模式図である。 試験体の正面図である。 本実施形態の赤外線応力測定方法を示すフローチャートである。 本実施形態の画像信号処理部のブロック図である。 図５（ａ）は、無負荷時の赤外線画像とピクセルの位置との関係を説明する図で、図５（ｂ）は、有負荷時の赤外線画像とピクセルの位置との関係を説明する図である。

本発明にかかる赤外線応力測定方法、および、赤外線応力測定装置１１の実施形態（以下「本実施形態」という）を説明する。図１は、引張試験装置１０に組み付けた試験体２０の応力を、本実施形態の赤外線応力測定装置１１によって測定している状態を示す模式図である。

試験体２０の応力測定は、引張試験装置１０によって、試験体２０に一定の周期で大きさが変化する荷重を負荷しながら行う。このとき試験体２０の表面には、発生する応力の変動量に応じた温度変化が生じている。このため、荷重を負荷したときと除荷したときの温度差を測定することによって、応力の大きさを測定することが出来る。そして、試験体２０の各点で温度差を測定することによって、試験体２０の表面の応力分布を測定することが出来る。

引張試験装置１０について説明する。引張試験装置１０は、試験体２０に応力を発生させるための負荷装置である。図１に示したように、引張試験装置１０は、固定側保持部１２と可動側保持部１３とを有している。固定側保持部１２と可動側保持部１３は、図１の上下方向に所定の間隔で配置されていて、それぞれ試験体２０を保持している。固定側保持部１２はロードセル１４を介して固定ベース１５に固定されている。固定ベース１５は、支柱１６，１６を介して試験機本体１７に強固に固定されている。可動側保持部１３は、可動シャフト１８の上端部に固定されている。可動シャフト１８は、図示しない電動モータによって、図の上下方向に動くことが出来る。電動モータが外部信号によって正逆回転することによって、可動シャフト１８が一定周期で上下に動くことが出来る。

応力を測定対象である試験体２０について説明する。図２は、試験体２０の正面図である。試験体２０は板状で、正面の形状は略長方形である。両側面２１，２１は緩やかな円弧状で、長手方向の中央部では幅寸法が両端部よりやや小さくなっている。また中央部には、厚さ方向に貫通する円形の孔２２が設けられている。以下の説明では、試験体２０の長手方向をｙ方向とし、これに直交する方向をｘ方向として説明する。

試験体２０の表面には、既知の放射率を持つ塗料によってマーカ２３が複数個所に付与されている。マーカ２３は、所定の形状の孔をあけたマスキングシートの上から塗料を吹き付けることによって付与することができる。本実施形態では、複数のマーカ２３は互いに形状が異なっており、試験体２０の表面に不規則に配置されている。本実施形態の赤外線応力測定方法を具体的に説明するために、試験体２０の表面に付与された複数のマーカ２３から任意に一つのマーカを選択し、図２において、破線で示した円内に拡大して図示している。このマーカ２３を、以下、マーカＭとする。

試験体２０は、長手方向の一方の端部が固定側保持部１２に結合される(図１参照)とともに他方の端部が可動側保持部１３に結合されることにより、引張試験装置１０に取り付けられている。可動シャフト１８を図１の上下方向に所定の振幅で繰り返し駆動することによって、試験体２０には引張荷重と圧縮荷重を繰り返し負荷することが出来る。試験体２０に負荷される荷重の大きさは、ロードセル１４によって測定されていて、荷重の大きさを表す信号（荷重信号Ｅ）がロードセル１４から出力されている。

図１によって、赤外線応力測定装置１１について説明する。赤外線応力測定装置１１は、赤外線カメラ３０と、画像信号処理部４０と、画像表示部６０とで構成されている。

赤外線カメラ３０は、集光部３１と撮像素子３２を有している。集光部３１はレンズを備えていて、試験体２０の表面から放射される赤外線が撮像素子３２のうえで結像している。撮像素子３２には、複数のピクセル３３が２次元の平面上に配列されていて（図５参照）、各ピクセル３３は、受光した赤外線の強度に応じた信号（温度信号）を、そのピクセル３３の位置データとともに出力している。各ピクセル３３の位置データは、撮像素子３２における座標である。以下の説明では、ｘ方向のｉ列にあって、ｙ方向のｊ列にあるピクセル３３をピクセル（ｉ、ｊ）で表す。
こうして、赤外線カメラ３０は、試験体２０を赤外線画像として撮影することによって、表面温度の分布を測定している。撮影した赤外線画像は、赤外線カメラ３０から温度信号Ｖとして出力されていて、画像信号処理部４０に送信されている。

画像信号処理部４０では、温度信号Ｖを処理して試験体２０に発生する応力を演算している。図３は、画像信号処理部４０において応力を演算する処理手順をフローチャートで示している。図４は、画像信号処理部４０のブロック図である。画像信号処理部４０は、データ処理部４１と、データ記憶部５１とを有していて、データ処理部４１には、図３のフローチャートに示すようなプログラムが記憶されている。

データ処理部４１は、赤外線カメラ３０から送信される温度信号Ｖとロードセル１４から送信される荷重信号Ｅを受信する入力部４２と、赤外線画像に撮影された試験体２０の位置ずれを補正する位置補正部４３と、荷重が負荷されたときの試験体２０の伸び率を設定する伸び率設定部４４と、有負荷時の表面温度を補正して補正表面温度を算出する温度補正部４５と、測定した表面温度から試験体２０の応力を演算する応力演算部４６と、を有している。

データ記憶部５１は、有負荷時の試験体２０の表面温度を記憶する有負荷時温度記憶部５２と、無負荷時の表面温度を記憶する無負荷時温度記憶部５３と、赤外線画像に撮影された試験体２０の位置ずれ量を記憶する位置ずれ量記憶部５４と、荷重が負荷されたときの試験体２０の伸び率を記憶する伸び率記憶部５５と、有負荷時の補正表面温度を記憶する補正温度記憶部５６と、応力演算部４６で演算した応力値を記憶する応力値記憶部５７と、を有している。

試験体２０に発生する応力を演算する処理手順を、図３のフローチャートに沿って、図４のブロック図を参照しつつ説明する。

Ｓ１１では、荷重が負荷されている試験体２０の表面温度を、赤外線カメラ３０によって測定している。本実施形態では、試験体２０に引張荷重のみが繰り返し作用する、いわゆる片振りの引張試験を行っている場合について説明する。試験体２０には、引張荷重が負荷されている有負荷状態と、荷重が負荷されていない無負荷状態とが周期的に繰り返して作用している。赤外線カメラ３０で撮影した試験体２０の赤外線画像は、試験体２０の表面温度を表す温度信号Ｖとして、画像信号処理部４０の入力部４２に送信されている。
同時に、負荷されている荷重の大きさはロードセル１４で計測されていて、荷重の大きさを表す荷重信号Ｅが、ロードセル１４から画像信号処理部４０の入力部４２に送信されている。荷重信号Ｅの増減を監視することによって、入力部４２では、試験体２０が負荷を受けているときと無負荷のときとを認識することが出来る。
試験体２０に荷重が負荷されている有負荷状態における赤外線画像（有負荷時赤外線画像）が温度信号Ｖｉとして有負荷時温度記憶部５２に記憶され（有負荷時撮影工程）、試験体２０に荷重が負荷されていない無負荷状態における赤外線画像（無負荷時赤外線画像）が温度信号Ｖａとして無負荷時温度記憶部５３に記憶される（無負荷時撮影工程）。

Ｓ１２では、位置補正部４３において、有負荷時赤外線画像と無負荷時赤外線画像との「ずれ」を補正するための位置ずれ量を測定している。「ずれ」とは、荷重を負荷されたときに試験体２０が負荷方向に変位するため、有負荷時赤外線画像と無負荷時赤外線画像とで撮影されている試験体２０の位置が異なることをいう。

本実施形態では、マーカ２３が付与されていない試験体２０の部位と、マーカ２３が付与された部位とでは赤外線の放射率が異なるので、マーカ２３が付与された部位と付与されていない部位との境界で赤外線強度が大きく変化する。このため、赤外線画像において温度分布が大きく変化する部位を検出することによってマーカ２３の形状を認識することができる。本実施形態では、試験体２０の表面に複数付与されたマーカ２３は互いに形状が異なっている。このため、無負荷時赤外線画像および有負荷時赤外線画像において、互いに対応するマーカ２３を容易に識別することが出来る。

こうして、無負荷時赤外線画像および有負荷時赤外線画像において、互いに対応するマーカ２３を認定して、位置ずれ量を測定することが出来る。
具体的には、試験体２０の特定の部位が、無負荷時赤外線画像ではピクセル（ｘａ、ｙａ）で撮影されており、有負荷時赤外線画像ではその位置がずれてピクセル（ｘｂ、ｙｂ）で撮影されている場合には、ｘ方向の位置ずれ量Δｘは、Δｘ＝ｘｂ−ｘａ、ｙ方向の位置ずれ量Δｙは、Δｙ＝ｙｂ−ｙａとして測定している。この位置ずれ量を用いて、有負荷時赤外線画像をｘ方向に―Δｘ移動させるとともにｙ方向に―Δｙ移動させて、有負荷時赤外線画像のエッジＥの位置と無負荷時赤外線画像におけるエッジＥの位置とを合わせることが出来る。

なお、試験体２０の表面に付与するマーカは、本実施形態の不規則な形状のマーカに限定されない。試験体２０の表面に付与されるマーカは、無負荷時赤外線画像と有負荷時赤外線画像とを比較して、互いに対応するマーカを識別することが出来ればよい。したがって、試験体２０の変形量が小さく、無負荷時と有負荷時の赤外線画像の撮影範囲が近似する場合などでは、本実施形態で例示したマーカ２３の代わりに、千鳥格子状のマーカを付与してもよい。
また、マーカ２３を付与した部位で測定された表面温度を、マーカ２３を付与した塗料の放射率を用いて補正することにより、マーカ２３の影響を消して試験体２０の正しい温度を測定することが出来る。

以上の処理をすべてのマーカ２３について順次実施し、各マーカ２３についての位置ずれ量を測定する。位置ずれ量Δｘ、Δｙは、マーカ２３ごとに位置ずれ量記憶部５４に記憶される。

Ｓ１３では、伸び率設定部４４において、無負荷時のマーカ２３に対する有負荷時のマーカ２３の変形量から伸び率γを設定している。伸び率γとは、荷重を負荷されることによって、試験体２０が負荷方向に変形したときの寸法変化率を表している。
図２によって、寸法変化率について具体的に説明する。マーカＭの、エッジＥの反対側（図の下方である）のエッジをＦとする。無負荷時赤外線画像におけるエッジＥとエッジＦのｙ方向の寸法が、ｄｙであるとする。試験体２０が荷重を受けることによってｙ方向に伸びるので、有負荷時赤外線画像ではマーカＭのｙ方向の寸法がｄｙ´に変化したとすると、ｄｙ´／ｄｙの値を「伸び率γ」という。なお、ｄｙ、ｄｙ´はいずれもピクセル数である。

各赤外線画像において、マーカＭのｙ方向の寸法ｄｙを下記のようにして求めることが出来る。無負荷時温度記憶部５３に記憶されている赤外線画像からエッジＥおよびエッジＦをそれぞれ特定する。エッジＥを撮影しているピクセル３３をピクセル（ｘ１，ｙ１）、エッジＦを撮影しているピクセル３３をピクセル（ｘ２，ｙ２）とすると、ｄｙ＝ｙ２−ｙ１ によって寸法ｄｙを求めることが出来る。荷重が負荷されたときの当該ｙ方向の寸法ｄｙ´は、有負荷時温度記憶部５２に記憶されている赤外線画像から同様にして求めることが出来る。

以上の処理をすべてのマーカ２３について実施し、各マーカ２３について伸び率γを設定する。伸び率γは、マーカ２３ごとに伸び率記憶部５５に記憶される。

Ｓ１４では、Ｓ１３で設定した伸び率γを用いて、温度補正部４５で、有負荷時温度記憶部５２に記憶されている温度信号Ｖｉを補正して補正表面温度Ｔｊを求めている。
図５によって補正する方法を説明する。図５（ａ）は、無負荷時に図２に示したマーカＭのエッジＥを撮影した無負荷時赤外線画像の概念図であって、ピクセル３３と赤外線画像との位置関係を示している。図５（ｂ）は、有負荷時において、図５（ａ）と同様に撮影した有負荷時赤外線画像とピクセル３３との位置関係を示している。図５では、ピクセル３３の配置を、縦方向にａ列、ｂ列・・・とし、横方向に１列、２列・・・とし、例えば、第ａ列の第１列にあるピクセル３３を「ピクセル（ａ，１）」と表現する。

図５（ａ）では、無負荷時に、エッジＥを含む試験体２０の領域Ｒｉがピクセル（ｂ，２）で撮影されている。図５（ａ）では、領域Ｒｉに斜線を付して示している。
有負荷時には、試験体２０が荷重を負荷されている方向（図５において−ｙ方向である）に伸びる。このため、無負荷時にピクセル（ｂ，２）で撮影されていた領域Ｒｉが−ｙ方向に伸びて、有負荷時には、図５（ｂ）に示すように、Ｐ（ｂ，２）とＰ（ｃ，２）とにまたがった領域Ｒｊとして撮影されている。図５（ｂ）では、領域Ｒｊに斜線を付して示している。
なお、図５ではＳ１２で説明した処理がされることによって位置ずれが修正されていて、図５（ａ）と図５（ｂ）のそれぞれの赤外線画像においてエッジＥを撮影しているピクセル３３が、同一のピクセル（ｂ，２）となっている。

領域Ｒｊの温度は、領域Ｒｊを構成するピクセル（ｂ、２）とピクセル（ｃ，２）の構成比率によって決定される。図５（ｂ）において、領域Ｒｊは、ピクセル（ｂ，２）の全域と、ピクセル（ｃ，２）の一部の領域とで構成されている。マーカＭの伸び率γをγｍとすると、領域Ｒｊのｙ方向の寸法は、領域Ｒｉのｙ方向の寸法に対してγｍ倍に伸びている。したがって、領域Ｒｊのうちピクセル（ｃ，２）で撮影されている領域の、ピクセル（ｃ，２）の面積に対する比率は、（γｍ―１）で表される。なお、マーカＭの伸び率γは、伸び率記憶部５５に記憶されている。
したがって、有負荷時においてピクセル（ｂ，２）とピクセル（ｃ，２）で測定した試験体２０の表面温度をそれぞれＴｂ、Ｔｃとすると、有負荷時の領域Ｒｊの補正表面温度Ｔｊを、式１によって求めることが出来る。
Ｔｊ＝（Ｔｂ＋（γｍ−１）Ｔｃ）／γ・・・式１
ただし、Ｔｂ：有負荷時のピクセル（ｂ，２）の表面温度
Ｔｃ：有負荷時のピクセル（ｂ，２）と隣接するピクセル（ｃ，２）の表面温度

本実施形態では、領域Ｒｉが荷重の負荷方向に伸びて領域Ｒｊに変形しており、領域Ｒｉと領域Ｒｊは試験体２０の表面における同一の領域である。したがって、試験体２０が荷重を負荷されることによって伸縮している場合であっても、上記の補正表面温度Ｔｊを求めることによって、無負荷時の領域Ｒｉと完全に同一の領域について有負荷時の表面温度を求めることが出来る。

以上の処理をすべてのマーカ２３について実施し、補正表面温度Ｔｊは、マーカ２３ごとに補正温度記憶部５６に記憶される。

Ｓ１５では、応力演算部４６において、有負荷時の表面温度と無負荷時の表面温度とから温度差ΔＴを算出している。有負荷時の表面温度は、補正温度記憶部５６に記憶されている領域Ｒｊの補正表面温度Ｔｊである。無負荷時の表面温度は、無負荷時温度記憶部５３に記憶されている領域Ｒｉの温度Ｔｉである。領域Ｒｊと領域Ｒｉとは、それぞれ荷重を負荷される前後において同一の領域である。したがって、領域Ｒｊの温度Ｔｊと領域Ｒｉの温度Ｔｉとを用いることによって、完全に同一の部位において荷重を負荷する前後の温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔｊ−Ｔｉ）を求めることが出来る。

Ｓ１６では、応力演算部４６において、Ｓ１５で算出した温度差ΔＴから応力値を演算している。応力値は、温度差に比例するので、温度差ΔＴに所定の係数をかけることによって求めることが出来る。

こうして、本実施形態では、試験体２０が縦弾性係数の小さい材質で製作されているために、荷重を負荷されたときにその負荷方向に大きく伸びることによって無負荷時と有負荷時の赤外線画像を正確に重ね合わせることが出来ない場合でも、その伸びを考慮して試験体２０の表面温度を補正することによって、実質的に無負荷時と有負荷時の赤外線画像を正確に重ね合わせることが出来る。この結果、荷重を負荷する前後で完全に同一の領域について温度差を求めることが出来るので、正確な応力値を演算することが出来る。

本実施形態の赤外線応力測定方法は、応力集中が生じている箇所のように測定位置が変わると応力も大きく変化する箇所での測定において特に有効である。図５（ｂ）を参照しつつ、たとえば、有負荷時にピクセル（ｃ，２）で測定した表面温度Ｔｃがピクセル（ｂ，２）で測定した表面温度Ｔｂに対して極端に大きい場合（Ｔｂ＜＜Ｔｃ）を例にして説明する。
有負荷時の表面温度と無負荷時の表面温度との差を測定するにあたって、仮に、試験体２０の伸びを考慮せずに、単に無負荷時と有負荷時とで対応するピクセル３３の温度差を測定する場合（この場合を、以下「比較例」という）には、ピクセル（ｂ，２）における有負荷時の温度Ｔｂと無負荷時のピクセル（ｂ，２）における温度Ｔｉとの差から温度差が測定される。これに対して、本実施形態では、有負荷時の表面温度と無負荷時の表面温度との差は、領域Ｒｊの補正表面温度Ｔｊ（ピクセル（ｂ，２）とピクセル（ｃ，２）の温度である）と領域Ｒｉの温度Ｔｉ（無負荷時のピクセル（ｂ，２）における温度である）との差で温度差が測定される。補正表面温度Ｔｊは、ピクセル（ｃ，２）の温度を含むので、比較例においてピクセル（ｂ，２）だけで測定した温度Ｔｂより高い値となる。
したがって、この温度差に基づいて応力値を演算すると、比較例では、実際に生じている応力値より低い応力が測定されるという不具合を生じてしまう。
このように、本実施形態では、測定位置が変わると応力も大きく変化する箇所での測定においても応力値を正確に測定することが出来る。

以上の処理をすべてのマーカ２３について実施し、測定された応力値は、各マーカ２３ごとに応力値記憶部５７に記憶される。

画像表示部６０では、応力値記憶部５７のデータに基づいて、各ピクセル３３の応力値をディスプレイに表示している。応力値の大きさによって数段階に区分し、その区分ごとに色別することによって、試験体２０の応力分布を視覚的に認識することができる。また、マーカ２３を多数配置することによって、試験体２０の多くの点で応力を測定することが出来る。

以上の説明から明らかなように、本実施形態では、荷重を負荷したときの試験体２０の弾性変形を考慮して、温度補正をすることが出来る。したがって、荷重が負荷されたときに発生する応力を、赤外線カメラ３０によって撮影した赤外線画像に基づいて測定するときに、試験体２０が縦弾性係数の小さい材料でできた物であっても、試験体２０の変形量を考慮して正確な応力を求めることができる。

１０：引張試験装置、１１：赤外線応力測定装置、１４：ロードセル、１７：試験機本体、２０：試験体、２２：孔、２３：マーカ、３０：赤外線カメラ、３１：集光部、３２：撮像素子、３３：ピクセル、４０：画像信号処理部、４１：データ処理部、４２：入力部、４３：位置補正部、４４：伸び率設定部、４５：温度補正部、４６：応力演算部、５１：データ記憶部、５２：有負荷時温度記憶部、５３：無負荷時温度記憶部、５４：位置ずれ量記憶部、５５：伸び率記憶部、５６：補正温度記憶部、５７：応力値記憶部、６０：画像表示部

Claims (2)

1. 試験体に表面温度を測定するマーカを付与する付与工程と、
   前記試験体に一定周期で大きさが変動する荷重を負荷する負荷工程と、
   前記負荷工程で、試験体に荷重が負荷されていない無負荷状態で、２次元平面に配置された複数のピクセルからなる撮像素子を有する赤外線カメラを使用して、前記マーカを無負荷時赤外線画像として撮影する無負荷時撮影工程と、
   前記負荷工程で、試験体に荷重が負荷されている有負荷状態で、前記赤外線カメラを使用して、前記マーカの位置がピクセルＰａからピクセルＰｂにずれた状態で前記マーカを有負荷時赤外線画像として撮影する有負荷時撮影工程と、
   前記無負荷時赤外線画像の前記マーカの大きさ、および前記有負荷時赤外線画像の前記マーカの大きさから、伸び率γを設定する伸び率設定工程と、
   下記式１によって、
   Ｔ＝（Ｔｂ＋（γ−１）Ｔｃ）／γ・・・式１
   ただし、Ｔｂ：有負荷時の前記ピクセルＰｂの表面温度
   Ｔｃ：有負荷時の前記ピクセルＰｂと隣接するピクセルＰｃの表面温度
   補正表面温度Ｔを算出する補正温度算出工程と、
   前記無負荷時撮影工程で撮影された前記ピクセルＰａの表面温度Ｔｉと、前記補正温度算出工程で算出された前記補正表面温度Ｔとの差である温度差ΔＴを測定する温度差測定工程と、
   前記温度差ΔＴに基づいて前記試験体の応力を演算する応力演算工程と、
   を有する赤外線応力測定方法。
2. ２次元平面に配置された複数のピクセルからなる撮像素子を有し、試験体の表面温度を赤外線画像として撮影する赤外線カメラと、
   前記赤外線画像に基づいて前記試験体の応力を演算する画像信号処理部と、
   前記画像信号処理部で演算した応力を表示する画像表示部と、
   を有する赤外線応力測定装置であって、
   前記赤外線カメラは、
   前記試験体に荷重が負荷されていない無負荷状態で前記試験体の表面に付与したマーカを無負荷時赤外線画像として撮影するとともに、前記試験体に荷重が負荷されている有負荷状態で前記マーカの位置がピクセルＰａからピクセルＰｂにずれた状態で前記マーカを有負荷時赤外線画像として撮影し、
   前記画像信号処理部は、
   前記無負荷時赤外線画像の前記マーカの大きさ、および前記有負荷時赤外線画像の前記マーカの大きさから、伸び率γを設定する伸び率設定工程と、
   下記式１によって、
   Ｔ＝（Ｔｂ＋（γ−１）Ｔｃ）／γ・・・式１
   ただし、Ｔｂ：有負荷時のピクセルＰｂの表面温度
   Ｔｃ：有負荷時のピクセルＰｂと隣接するピクセルＰｃの表面温度
   補正表面温度Ｔを算出する補正温度算出工程と、
   前記無負荷時赤外線画像の前記ピクセルＰａの表面温度Ｔｉと、前記補正温度算出工程で算出された前記補正表面温度Ｔとの差である温度差ΔＴを測定する温度差測定工程と、
   前記温度差ΔＴに基づいて前記試験体の応力を演算する応力演算工程と、
   を順に行う演算機能を有する赤外線応力測定装置。

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