JPH04256803A - すべり線による金属歪み測定方法 - Google Patents
すべり線による金属歪み測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、機械部品表面に発生す
る歪みを測定する金属歪み測定方法に関し、特に、金属
材料特有のすべり線から画像処理により測定する金属歪
み測定方法に関する。
る歪みを測定する金属歪み測定方法に関し、特に、金属
材料特有のすべり線から画像処理により測定する金属歪
み測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】機械部品等の材料に発生する歪みや応力
を測定する方法は、大別すると２通りある。即ち、歪み
ゲージやモアレ法に代表される標点位置の変化を直接測
定する方法と、Ｘ線による結晶のゆがみ度の測定や内部
摩擦による表面温度変化の測定などのように間接的な方
法とである。
を測定する方法は、大別すると２通りある。即ち、歪み
ゲージやモアレ法に代表される標点位置の変化を直接測
定する方法と、Ｘ線による結晶のゆがみ度の測定や内部
摩擦による表面温度変化の測定などのように間接的な方
法とである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法のうち、直
接的な方法は、比較的安価に測定できるが、標点以外の
場所が測定できない。また図６（ａ）及び（ｂ）に示す
如く、歪みゲージ６１や基準格子６２を予め測定可能箇
所６３に貼り付けなければならないため、部品６４の構
造によっては任意の場所を測定できない。一方、間接的
な方法は、標点が不要なので任意の場所で測定できるが
、Ｘ線装置やサーモグラフィ等の測定機器は一般に高価
である。また、Ｘ線を用いた応力測定装置ではＸ線の取
り扱いが容易でなく、内部摩擦による表面温度の変化か
ら歪み分布を測定する方法は、金属材料の温度変化が小
さいため、温度の測定装置に高い精度を要求される。 このように、従来の方法はいずれも所望の場所の歪みを
安価かつ手軽に測定することが難しい。
接的な方法は、比較的安価に測定できるが、標点以外の
場所が測定できない。また図６（ａ）及び（ｂ）に示す
如く、歪みゲージ６１や基準格子６２を予め測定可能箇
所６３に貼り付けなければならないため、部品６４の構
造によっては任意の場所を測定できない。一方、間接的
な方法は、標点が不要なので任意の場所で測定できるが
、Ｘ線装置やサーモグラフィ等の測定機器は一般に高価
である。また、Ｘ線を用いた応力測定装置ではＸ線の取
り扱いが容易でなく、内部摩擦による表面温度の変化か
ら歪み分布を測定する方法は、金属材料の温度変化が小
さいため、温度の測定装置に高い精度を要求される。 このように、従来の方法はいずれも所望の場所の歪みを
安価かつ手軽に測定することが難しい。
【０００４】本発明は、このような課題を鑑みて創案さ
れたもので、任意場所の歪みを安価かつ手軽に測定可能
な金属歪み測定方法を提供することを目的としている。
れたもので、任意場所の歪みを安価かつ手軽に測定可能
な金属歪み測定方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明における上記の課
題を解決するための手段は、材料表面に発生する歪みを
測定する金属歪み測定方法において、研磨及びエッチン
グにより可視化された材料表面のすべり線又は皺の像を
ビデオカメラ又はラインセンサで取り込み、２値化する
画像処理工程と、抜き出したすべり量又は皺の量の総和
を得る定量化工程と、この量を基礎実験値と比較し、材
料に生じた歪みの値又は材料に加わる応力の値に換算す
る演算工程とを備えた金属歪み測定方法によるものとし
、前記定量化されたすべり又は皺の量から材料の損傷度
を評価することを好適とするものである。
題を解決するための手段は、材料表面に発生する歪みを
測定する金属歪み測定方法において、研磨及びエッチン
グにより可視化された材料表面のすべり線又は皺の像を
ビデオカメラ又はラインセンサで取り込み、２値化する
画像処理工程と、抜き出したすべり量又は皺の量の総和
を得る定量化工程と、この量を基礎実験値と比較し、材
料に生じた歪みの値又は材料に加わる応力の値に換算す
る演算工程とを備えた金属歪み測定方法によるものとし
、前記定量化されたすべり又は皺の量から材料の損傷度
を評価することを好適とするものである。
【０００６】
【作用】本発明は、金属材料のすべり線又は皺の像を２
値化又はヒストグラム化の画像処理技術を使用して定量
化し、すべりの量又は皺の量から材料の歪み値や応力値
を算出する測定方法である。また、このすべりの量又は
皺の量から、材料の破損（変形）や破壊（亀裂発生や破
断）の条件判定、即ち材料の損傷度（信頼性）を評価す
る。金属材料の表面を平滑に研磨したのち、荷重を作用
させると、結晶がすべって平滑な面が凹凸になり、“す
べり線”が発生する。このすべり線は荷重の増加と共に
その数が増え、やがて“すべり帯”に成長する。また、
金属材料に繰り返し荷重を作用させると、材料に“突き
出し”や“入り込み”が生じて表面が皺になる場合があ
る。本発明はこのような材料の変化に注目し、画像処理
工程と定量化工程と演算工程とにより、すべり線又は皺
の本数やすべりを生じた部分の面積などから歪み量を算
出する。
値化又はヒストグラム化の画像処理技術を使用して定量
化し、すべりの量又は皺の量から材料の歪み値や応力値
を算出する測定方法である。また、このすべりの量又は
皺の量から、材料の破損（変形）や破壊（亀裂発生や破
断）の条件判定、即ち材料の損傷度（信頼性）を評価す
る。金属材料の表面を平滑に研磨したのち、荷重を作用
させると、結晶がすべって平滑な面が凹凸になり、“す
べり線”が発生する。このすべり線は荷重の増加と共に
その数が増え、やがて“すべり帯”に成長する。また、
金属材料に繰り返し荷重を作用させると、材料に“突き
出し”や“入り込み”が生じて表面が皺になる場合があ
る。本発明はこのような材料の変化に注目し、画像処理
工程と定量化工程と演算工程とにより、すべり線又は皺
の本数やすべりを生じた部分の面積などから歪み量を算
出する。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。図１は、本発明を実施したすべり線によ
る金属歪み測定方法の一例を示す工程図である。同図に
おいて、金属歪み測定方法は、研磨やエッチングによる
すべり線の可視化（１）と、ビデオカメラ又はライセン
サによる画像の取り込み（２）と、２値化，濃淡のヒス
トグラフ作成又はすべり部分の抜き出し等の画像処理（
３）と、すべり線の総和によるすべり線の定量化（４）
と、基礎実験によるすべり特性と応力・歪みの関係に基
づく基本データとの比較（５）と、その歪み・応力の値
を定量化する換算（６）と、材料の変形，亀裂発生，破
断など材料の損傷度を評価する破損・破壊の条件判定（
７）との各工程を行う。上記の各工程のうち、（１），
（２），（３）は本発明の画像処理工程であり、（４）
は本発明の定量化工程であり、（５），（６）は本発明
の演算工程である。（７）は本発明の請求項２に対応し
、本発明の金属歪み測定方法を応用して材料の損傷度を
評価する工程である。
細に説明する。図１は、本発明を実施したすべり線によ
る金属歪み測定方法の一例を示す工程図である。同図に
おいて、金属歪み測定方法は、研磨やエッチングによる
すべり線の可視化（１）と、ビデオカメラ又はライセン
サによる画像の取り込み（２）と、２値化，濃淡のヒス
トグラフ作成又はすべり部分の抜き出し等の画像処理（
３）と、すべり線の総和によるすべり線の定量化（４）
と、基礎実験によるすべり特性と応力・歪みの関係に基
づく基本データとの比較（５）と、その歪み・応力の値
を定量化する換算（６）と、材料の変形，亀裂発生，破
断など材料の損傷度を評価する破損・破壊の条件判定（
７）との各工程を行う。上記の各工程のうち、（１），
（２），（３）は本発明の画像処理工程であり、（４）
は本発明の定量化工程であり、（５），（６）は本発明
の演算工程である。（７）は本発明の請求項２に対応し
、本発明の金属歪み測定方法を応用して材料の損傷度を
評価する工程である。
【０００８】図２は、上記実施例に使用される画像処理
装置の一例を示す構成図である。同図において、２１は
すべり線の画像、２２はビデオカメラ又はライセンサの
画像取り込み手段、２３はＡ／Ｄ変換器、２４はフレー
ムバッファ、２５はパソコン等のディジタル演算器、２
６はプリンタ又はディスプレイ等の出力手段、２７はＡ
／Ｄ変換器２３及びフレームバッファ２４に対する同期
制御回路である。
装置の一例を示す構成図である。同図において、２１は
すべり線の画像、２２はビデオカメラ又はライセンサの
画像取り込み手段、２３はＡ／Ｄ変換器、２４はフレー
ムバッファ、２５はパソコン等のディジタル演算器、２
６はプリンタ又はディスプレイ等の出力手段、２７はＡ
／Ｄ変換器２３及びフレームバッファ２４に対する同期
制御回路である。
【０００９】以下、図１及び図２に示した実施例の手順
を更に詳細に説明する。まず、測定直前に測定部分を研
磨する。予め研磨を施してある場合は、その部分を清浄
にするだけでよい。研磨を施す場合は、すべり線が研磨
により影響を受けるのを防ぐために、サンドペーパーや
電解研磨を用いるとよい。金属材料の表面を平滑に研磨
したのち荷重を作用させると、結晶がすべって、図３（
ａ）に示す如きすべり線３１が発生する。このすべり線
３１は荷重の増加と共にその数が増え、図３（ｂ）に示
す如きすべり帯３２に成長し、最終的には図３（ｃ）に
示す如く金属表面いっぱいに縞模様となる。図４は、繰
り返し荷重によるすべり線の変化を示す説明図で、図（
ａ）は繰り返し数Ｎが１×１０５回の場合の金属表面を
示し、図（ｂ）は繰り返し数Ｎが４×１０７回の場合の
金属表面を示している。図（ａ）ですべり線は境界を示
すだけであるが、図（ｂ）では黒ずんだ帯状に拡大して
いる。また、金属材料に繰り返し荷重を加えると、図５
に示す如く、“突き出し”５１や“入り込み”（図示せ
ず）等の皺が生じる場合もある。本実施例では、研磨が
済んだ後にエッチング液を滴下し、結晶のすべった部分
を腐食させ、黒いすべり線を得る。測定部分が予め平滑
になっている場合は、すべり線で表面が凹凸になるので
、測定部分に当てる光の強さと光源の位置を調節するこ
とにより、すべり線が鮮明に見えるようにすることがで
きる。また、アセチルセルロースフィルムで酢酸メチル
又は酢酸エチルを溶剤とする測定部分のレプリカを採取
し、このレプリカを使用してすべり線や皺の可視化を行
ってもよい。
を更に詳細に説明する。まず、測定直前に測定部分を研
磨する。予め研磨を施してある場合は、その部分を清浄
にするだけでよい。研磨を施す場合は、すべり線が研磨
により影響を受けるのを防ぐために、サンドペーパーや
電解研磨を用いるとよい。金属材料の表面を平滑に研磨
したのち荷重を作用させると、結晶がすべって、図３（
ａ）に示す如きすべり線３１が発生する。このすべり線
３１は荷重の増加と共にその数が増え、図３（ｂ）に示
す如きすべり帯３２に成長し、最終的には図３（ｃ）に
示す如く金属表面いっぱいに縞模様となる。図４は、繰
り返し荷重によるすべり線の変化を示す説明図で、図（
ａ）は繰り返し数Ｎが１×１０５回の場合の金属表面を
示し、図（ｂ）は繰り返し数Ｎが４×１０７回の場合の
金属表面を示している。図（ａ）ですべり線は境界を示
すだけであるが、図（ｂ）では黒ずんだ帯状に拡大して
いる。また、金属材料に繰り返し荷重を加えると、図５
に示す如く、“突き出し”５１や“入り込み”（図示せ
ず）等の皺が生じる場合もある。本実施例では、研磨が
済んだ後にエッチング液を滴下し、結晶のすべった部分
を腐食させ、黒いすべり線を得る。測定部分が予め平滑
になっている場合は、すべり線で表面が凹凸になるので
、測定部分に当てる光の強さと光源の位置を調節するこ
とにより、すべり線が鮮明に見えるようにすることがで
きる。また、アセチルセルロースフィルムで酢酸メチル
又は酢酸エチルを溶剤とする測定部分のレプリカを採取
し、このレプリカを使用してすべり線や皺の可視化を行
ってもよい。
【００１０】このようにして、可視化されたすべり線や
皺の寸法は微小であり、また歪みが小さい場合にはその
数も少ない。そこで、画像の取り込み段階（２）では、
測定部分を顕微鏡や接眼レンズ等で拡大してビデオカメ
ラで撮像するか、もしくは高精度のライセンサ読取装置
に用いて、図２に示した画像処理装置に入力する。尚、
ここでの画像は、実物を直接測定したものや写真又は表
面レプリカ等を間接的に計測したものでよい。画像処理
装置は、画像処理工程（３）として、上記すべり線を含
んだ画像を２値化し、すべり線を抽出し、定量化工程（
４）として、すべり線の長さを合算するか、すべりを生
じた部分の面積を合算するかの総和処理を行う。２値化
しない場合は、画像の濃淡とその頻度からヒストグラフ
を作成し、材料のすべり量を定量的に求める。例えば図
４（ｂ）のような場合、すべり線が多いので黒い濃い部
分が多くなる。
皺の寸法は微小であり、また歪みが小さい場合にはその
数も少ない。そこで、画像の取り込み段階（２）では、
測定部分を顕微鏡や接眼レンズ等で拡大してビデオカメ
ラで撮像するか、もしくは高精度のライセンサ読取装置
に用いて、図２に示した画像処理装置に入力する。尚、
ここでの画像は、実物を直接測定したものや写真又は表
面レプリカ等を間接的に計測したものでよい。画像処理
装置は、画像処理工程（３）として、上記すべり線を含
んだ画像を２値化し、すべり線を抽出し、定量化工程（
４）として、すべり線の長さを合算するか、すべりを生
じた部分の面積を合算するかの総和処理を行う。２値化
しない場合は、画像の濃淡とその頻度からヒストグラフ
を作成し、材料のすべり量を定量的に求める。例えば図
４（ｂ）のような場合、すべり線が多いので黒い濃い部
分が多くなる。
【００１１】次に、この解析したすべり量は、基本デー
タとの比較（５）を行われる。平滑材の引張試験を予め
行って、試験片に発生したすべり量とそのときの歪み量
又は応力との関係を求めておき、この関係から歪み又は
応力への換算（６）を行う。尚、疲労試験中に発生する
すべり線の状態を、歪み又は応力の大きさと繰り返し数
との関係にまとめておくと、その材料の疲労度（残存寿
命）や負荷応力の大きさをすべり線から推定でき、材料
の変形，亀裂発生，破断などを評価する条件判定工程（
７）に有効である。
タとの比較（５）を行われる。平滑材の引張試験を予め
行って、試験片に発生したすべり量とそのときの歪み量
又は応力との関係を求めておき、この関係から歪み又は
応力への換算（６）を行う。尚、疲労試験中に発生する
すべり線の状態を、歪み又は応力の大きさと繰り返し数
との関係にまとめておくと、その材料の疲労度（残存寿
命）や負荷応力の大きさをすべり線から推定でき、材料
の変形，亀裂発生，破断などを評価する条件判定工程（
７）に有効である。
【００１２】本実施例は下記の効果が明らかである。
【００１３】（１）すべり線の画像は写真でもビデオ録
画でもよく、測定と画像解析を分離することができ、測
定が容易である。
画でもよく、測定と画像解析を分離することができ、測
定が容易である。
【００１４】（２）機械部品等の任意の箇所で歪みを測
定する。
定する。
【００１５】（３）画像を取り込む際にストロボ等を用
いれば、動いている場合でも測定できる。
いれば、動いている場合でも測定できる。
【００１６】（４）測定に必要な装置は、主に画像を入
力するビデオカメラと画像処理装置とでよく、Ｘ線や温
度変化を計測する装置よりも安価である。
力するビデオカメラと画像処理装置とでよく、Ｘ線や温
度変化を計測する装置よりも安価である。
【００１７】（５）亀裂の先端など比較的小さな範囲の
測定も可能である。
測定も可能である。
【００１８】
【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明によれば
、すべり線の画像処理により、任意の場所の金属歪みを
安価かつ手軽に測定可能な金属歪み測定方法を提供する
ことができる。
、すべり線の画像処理により、任意の場所の金属歪みを
安価かつ手軽に測定可能な金属歪み測定方法を提供する
ことができる。
【図１】本発明の一実施例の工程図、
【図２】本発明の一実施例の構成図、
【図３】すべり線の成長の説明図、
【図４】すべり線の変化の説明図、
【図５】突き出しの斜視図、
【図６】従来例の説明図。
２１…すべり線画像、２２…画像取込手段、２３…Ａ／
Ｄ変換器、２４…フレームバッファ、２５…ディジタル
演算器、２６…出力手段、２７…同期制御回路。
Ｄ変換器、２４…フレームバッファ、２５…ディジタル
演算器、２６…出力手段、２７…同期制御回路。
Claims (2)
- 【請求項１】 材料表面に発生する歪みを測定する金
属歪み測定方法において、研磨及びエッチングにより可
視化され材料表面のすべり線又は皺の像をビデオカメラ
又はラインセンサで取り込み、２値化する画像処理工程
と、抜き出したすべり量又は皺の量の総和を得る定量化
工程と、この量を基礎実験値と比較し、材料に生じた歪
みの値又は材料に加わる応力の値に換算する演算工程と
を備えたことを特徴とする金属歪み測定方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の定量化されたすべり
又は皺の量から材料の損傷度を評価することを特徴とす
る金属歪み測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3017299A JPH04256803A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | すべり線による金属歪み測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3017299A JPH04256803A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | すべり線による金属歪み測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04256803A true JPH04256803A (ja) | 1992-09-11 |
Family
ID=11940128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3017299A Pending JPH04256803A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | すべり線による金属歪み測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04256803A (ja) |
-
1991
- 1991-02-08 JP JP3017299A patent/JPH04256803A/ja active Pending
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