JPH0629834B2 - 被検体の疲労状況の画像化方法 - Google Patents

被検体の疲労状況の画像化方法

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JPH0629834B2
JPH0629834B2 JP59143308A JP14330884A JPH0629834B2 JP H0629834 B2 JPH0629834 B2 JP H0629834B2 JP 59143308 A JP59143308 A JP 59143308A JP 14330884 A JP14330884 A JP 14330884A JP H0629834 B2 JPH0629834 B2 JP H0629834B2
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    • G01N2203/022Environment of the test
    • G01N2203/0222Temperature

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は金属のように熱伝導の良好な対象を赤外線測
定してコンピュータに取込まれた温度データに対しコン
ピュータ処理を行って疲労限度を越えた疲労状況を画像
化する方法に関する。
(従来の技術) 鋼材等の金属に繰り返し荷重を負荷した時、疲労限度以
下の場合には金属が破損することがないが、疲労限度を
越えると、その荷重に対応した回数で破損する。
第6図と荷重(単位:kg/mm2)と荷重負荷の回数との関
係を示す、いわゆる、SN曲線を示す。この図においてI
は疲労限度荷重を示し、例えば、曲線I上の点Aを考え
ると、対象とする金属にこの程度の荷重を約106回かけ
ると破壊するという意味である。
(発明が解決しようとする問題点) 従って、金属の疲労限界を越えた金属の疲労状況、例え
ば、どの部分がどの程度疲労限界を越えているかを簡単
に、かつ、正確に知ることが出来れば極めて有意義であ
るが、金属の疲労限度の測定は極めて困難な作業であ
り、かつ、測定に長時間かかり、得られた情報も精度が
悪いという欠点がある。
現在のところ、このような疲労状況を簡単に、短時間
で、しかも、正確に画像化する方法は提案されていな
い。
この発明の目的は金属のように熱伝導の良好な被検体
(物体)の疲労状況を簡単に、短時間で、しかも、正確
に画像化する、新規な、疲労状況の画像化方法を提供す
ることにある。
(問題点を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この発明の方法によれば、
金属等の熱伝導の良好な被検体に繰り返し荷重パルス群
を一定の周期で間欠的に負荷し、この被検体を赤外線検
出器を用いて走査して温度データをコンピュータに取込
み、この取込まれた温度データを基にして荷重パルス群
の一周期毎に荷重時温度と無荷重時温度とを求め、前記
荷重時温度を、荷重パルス群の負荷を停止する直前の1
〜数サイクルの間での温度データの平均温度とし、及
び、無荷重時温度を、荷重パルス群の負荷開始直前の温
度とし、この荷重時温度と無荷重時温度との差演算を行
って、被検体の疲労限界を越えている位置及び疲労の程
度の情報を含む温度情報を求め、この温度情報を基にし
て画像表示を行わせることを特徴とする。
(実施例の説明) 以下、図面により、この発明の実施例につき説明する。
先ず、この発明の実施例の説明に先立ち、この発明の原
理につき説明する。
被検体の温度変化としては熱弾性効果による発熱及び吸
熱があり、又、室温変化によるドリフトなどがある。さ
らに被検体である金属材料が疲労限界を越えると発熱す
ることが知られているが、この発熱量は疲労限度を越え
た量に対応する。従って、この疲労による発熱で温度上
昇した部分のみを検出すれば疲労分布の状態とその大き
さとを知ることが出来る。
しかしながら、金属は熱伝導が酔いため、発熱部分の温
度上昇は急速に伝搬し、被検体全体が温度上昇してしま
う。
そこで、被検体全体の上昇温度から発熱した部分の上昇
温度を検出するため、次の方法を用いれば良い。
今、第1図(A) に示すように、被検体1に対し荷振機2
で繰り返し荷重のパルス群を間欠的に負荷する。この場
合、この繰り返し荷重パルスは正弦波パルスで、これら
パルスからなる荷重パルス群を第1図(B) に示すよう
に、一定の周期S、例えば、約1秒の周期で被検体1に
負荷するとする。各荷重パルスの正負の方向に応じて、
被検体が引張られたり圧縮されたりし、その結果、引張
及び圧縮という熱弾性効果及び疲労限界を越えた部分の
発熱によって、被検体1の温度上昇は、第1図(C) に示
すように、荷重パルスの大きさにほぼ対応して上下し、
かつ、荷重パルス群の負荷時間に応じて積算して上昇す
る。
次に第1図(D) に示すように、コンピュータ処理によ
り、このように上昇変化している温度を、荷重パルス群
の負荷を停止する直前の1〜数サイクルの間にわたっ
て、平均化をしてそのサイクルの間での温度平均値を求
め、この平均値を荷重時温度Tとする。これと同時
に、第1図(E) に示すように、次のサイクルの荷重パル
ス群の負荷開始直前の無荷重の温度Tを取り出す。こ
れら荷重時温度Tと無荷重時温度Tを荷重パルス群
の負荷の周期毎に求める。
そしてこれら荷重時温度Tと無荷重時温度Tとの差
△T=T−Tが被検体1の金属が疲労限界を越えた
荷重によって発熱した量を表わしているので、これを被
検体1の全面に亙って測定してやれば、疲労限界を越え
ている部位の分布と程度等の状況を知ることが出来る。
この発明は上述したような原理を利用したものである。
先ず、第2図及び第3図(A) 〜(E) を参照して、被検体
1の一点(一ポイント)毎の走査では赤外線測定を行っ
て、疲労状況の画像化を図る方法につき説明する。
第2図は、この方法の実施に使用する装置系を示す線図
で、3はスキャナで、第3図(A) に示すように、荷振機
2で被検体1に荷重パルス群を周期的に、例えば約1秒
の持続時間でかつ約1秒の間隔で、負荷する。このポイ
ント検出の場合には、これらの荷重パルス群が加わって
いる間は走査しないで、一つのポイント、例えば第一ポ
イント、に止っていて、この第一ポイントの温度データ
を読取り、次の荷重パルス群の負荷時には次の第二ポイ
ントに移りこのポイントに止って第二ポイントの温度デ
ータを読取る。このように、各ポイント毎に走査に停止
した状態で、赤外線検出器4でそのポイントのアナログ
温度データを読取るように構成されている。このアナロ
グ温度データは前述の第1図(C) の場合と同様に、荷重
パルス群を負荷している間は各パルスに対応して変動し
ながら上昇し、荷重パルス群の負荷を停止すると低下す
る。
5はこのアナログ温度データを増幅する増幅器、6はA/
D 変換器でアナログ温度データをデジタル温度データに
変換して次段のコンピュータ7に送る。
8はタイミング回路で、荷振機2の荷重パルスのタイミ
ングを取ると共に、A/D 変換器で6及びコンピュータ7
にも第3図(C) 及び(D) に示すように、それぞれタイミ
ングパルスを供給する。第3図(C) に示すタイミングパ
ルスによって、各ポイント毎に、荷重パルス群の最後の
1〜数サイクル間のデジタル温度データをコンピュータ
7へ取込むためのタイミングを取る。さらに、第3図
(D) に示すタイミングパルスによって次の荷重パルス群
の負荷開始直前の1〜数サイクル間のテジタル温度デー
タを各ポイント毎にコンピュータ7にそれぞれ取込む。
このようにして取込まれたそれぞれの温度データを、コ
ンピュータ処理によって、各ポイント毎に平均化した
後、前述したと同様な荷重時温度T及び無荷重時温度
をそれぞれ得、続いて、これら荷重時温度Tと無
荷重時温度Tの差演算を行って、例えば、第3図(E)
に示すような、各ポイント毎に対応する温度情報を得
る。この温度情報の位置が疲労限界を越えている部分を
表わし、かつ、この情報の大きさが疲労限界を越えてい
る程度を表わす。従って、このようにして得られた温度
情報を例えばCRT のような表示装置9に供給して、疲労
限界を越えている部分及びその程度を画像表示させるこ
とが出来る。
しかしながら、このポイント測定の方法は画像全体につ
き一点毎に温度データを測定し画像化していかなければ
ならないので時間がかかる。
従って、次に、第4図及び第5図を参照して、この測定
時間を短縮出来るライン又は一画面走査での測定につき
説明する。尚、これら図において、第2図及び第3図に
示した構成成分及び波形と同様な部分については詳細な
説明を省略する。
この場合には、第5図(A) に示すような繰り返し荷重パ
ルス群を被検体1に負荷している時間、例えば、約1秒
の間にスキャナ3及び赤外線検出器4で被検体の一部
分、或いは、全部を走査して第5図(B) に示すような温
度変化をするアナログ温度データの一部分をコンピュー
タ7に読取る。この走査は一ライン走査でも数ライン或
いは一フィールド走査であっても良い。そして、一ライ
ン中に256 〜512 画素を取り、荷重パルス群の負荷時間
中、一ラインを何回も高速走査し、これらの画素の温度
データをタイミング回路8からのタイミングパルス(第
5図(C) 及び(D) )でコンピュータ7のラインメモリI
10a に取込むと共に、負荷停止時の温度データも同様に
して一ラインメモリII10b に取込む。それぞれの一ライ
ンメモリI及びII10a 及び10b では、第3図の実施例で
説明したと同様に、取込まれた一ライン256 〜512 画素
の温度データに基づいて各画素毎に平均化を行って、平
均値を出し、これら平均値を荷重温度T及び無荷重時
温度Tとする。
次に、コンピュータ7でこれら荷重時温度T及び無荷
重時温度Tの差演算(図中11で示す)を各画素毎に行
って温度情報△Tを求め、この温度情報△Tを一画面メ
モリ12に記憶させる。一画面当りの温度情報が記憶され
た後、コンピュータ7から表示装置に信号を繰り、温度
分布を画像表示させる。この場合得られた温度分布画像
で表示されている部分が疲労限界を越えている位置を表
わし及び画像の輝度が疲労限界をどの程度越えているか
の大きさを表わしている。
一画面走査の時は、テレビジョン走査と同程度の走査速
度で、被検体1を走査する必要がある点を除けば、他の
点は前述のライン走査の場合と同様に処理を行って、疲
労状況を画像化することが出来る。尚、上述した実施例
では被検体を金属材料としたが、この発明はこれに限定
されるものではなく、金属のような熱伝導の良好な他の
物体にも適用できる。
(発明の効果) このように、この方法によれば、疲労限界を越える時発
生する温度と、他の原因に起因する温度と識別して検出
するため、被検体に対して荷重パルス群を間欠的に付加
し、かつ、この被検体を赤外線検出器を用いて走査して
荷重パルス群の最終の1〜数サイクルの平均温度である
荷重時温度、荷重パルス群の負荷直前の平均温度である
無荷重時温度との差温度を取って、この差温度を基にし
て画像表示を行わせる方法であるので、差温度信号の発
生位置及びその信号の高さに対応して、被検体のどの部
分がどの程度疲労限界を越えているかを短時間で、簡単
かつ正確に表示させることが出来る利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(A) 〜(E) はこの発明の原理を説明するための、
被検体部分を示す線図及び信号波形図、 第2図はこの発明の一実施例を実施するために使用する
装置系を示す線図、 第3図(A) 〜(E) はこの発明の一実施例を説明するため
の信号波形図、 第4図はこの発明の他の実施例を実施するために使用す
る装置系を示す線図、 第5図(A) 〜(E) はこの発明の他の実施例を説明するた
めの信号波形図、 第6図はこの発明の方法の説明供するSN曲線図である。 1……被検体、2……荷振機 3……スキャナ、4……赤外線検出器 5……増幅器、6……A/D 変換器 7……コンピュータ、8……タイミング回路 9……表示装置、10a ……一ラインメモリI 10b ……ラインメモリII、11……差演算 12……一画面メモリ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱伝導の良い被検体に繰り返し荷重パルス
    群を一定の周期で間欠的に負荷し、 該被検体を赤外線検出器を用いて走査して温度データを
    コンピュータに取込み、 該取込まれた温度データを基にして荷重パルス群の一周
    期毎に荷重時温度と無荷重時温度とを求め、 該荷重時温度と無荷重時温度との差演算を行って、疲労
    限界を越えている程度の情報を含む温度情報を求め、 前記荷重時温度を、荷重パルス群の負荷を停止する直前
    の1〜数サイクルの間での温度データの平均温度とし、
    及び、無荷重時温度を、荷重パルス群の負荷開始直前の
    温度とし、 該温度情報を基にして画像表示を行わせることを特徴と
    する被検体の疲労状況の画像化方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の被検体の疲労
    状況の画像化方法において、前記赤外線検出器による走
    査はポイント走査、ライン走査又は一画面走査のいずれ
    かの走査で行うことを特徴とする被検体の疲労状況の画
    像化方法。
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