JPH0820383B2 - Ｘ線透視型材料試験機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、Ｘ線透視型の材料試験機に関し、特に試験
片の応力下において内部の力学的挙動を映像情報として
得ることが可能なＸ線透視型の材料試験機に関する。

B.従来の技術 金属系、高分子系、セラミック系、複合材料などの工
業材料および生体材料に引張り、圧縮等の荷重を加えた
応力下で材料内部の力学的挙動を観察するＸ線透視型の
材料試験機が知られている。

従来、このような材料試験機は、負荷中の試験片に、
これと定位置関係にあるＸ線管からＸ線を照射し、試験
片を透視したＸ線像をイメージ管（Ｘ線イメージインテ
ンシファイア）により可視化する。この可視像はＸ線TV
カメラにより撮像され、Ｘ線用モニタテレビに写し出す
ことにより、試験片内部の力学的挙動、すなわち試験片
内部の形状や欠陥などを観察し検査する。

C.発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述のような従来のＸ線透視型材料試
験機では、試験片に引張りなどの負荷をかける試験機本
体および試験片に対するＸ線管の照射軸は固定であるた
め、予め決められた一方向からの平面的な映像情報しか
得られない。

本発明の技術的課題は、試験片の内部変形状態を多方
面から透視可能にすることにある。

D.課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図に対応づけて本発明を説明する
と、本発明は、試験片11を負荷する試験機本体10と、負
荷中の試験片11にＸ線管20からＸ線を照射し、試験片11
を透過するＸ線像を可視化してＸ線画像に変換するＸ線
画像入力手段21と、このＸ線画像入力手段21からの入力
画像をモニタするモニタ手段28とを備えた材料試験機に
適用される。

そして、上記の技術的課題は、負荷中に試験片11の変
位量および変位方向に基づいてＸ線の照射領域を試験片
11の変位に追従させる手段13,19,31を具備することによ
り達成される。

E.作用 試験片11の変位量および変位方向に基づいてＸ線の照
射領域が試験片11の変位に追従するので、試験片11の変
位によって発生するＸ線の照射領域のずれが自動修正さ
れ、試験片11の内部変形状態を常に最適な観測領域で観
察することができる。

なお、本発明の構成を説明する上記Ｄ項およびＥ項で
は、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いた
が、これにより本発明が実施例に限定されるものではな
い。

F.実施例 第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図である。

図において、10は試験片11に圧縮または引張荷重など
を加える試験機本体であり、この試験機本体10は、Ｘ線
防護箱12内に設置した５軸マニプレータ13のターンテー
ブル13a上に軸線を一致して設置されている。

試験機本体10は負荷枠14を備え、この負荷枠14は、タ
ーンテーブル13a上に固定される基台14aと、この基台14
a上に立設されたＸ線透過材料からなる複数（例えば４
本）の支柱14bと、これら支柱14bの上端に水平に固定し
たヨーク14cと、支柱14bに上下方向に位置調整可能に取
り付けたクロスヘッド14dとから構成される。基台14aに
は負荷用の復動式アクチュエータ15が設置され、その可
動部15aには下部つかみ具16が取り付けられている。ク
ロスヘッド14dには、負荷検出用のロードセル17を介し
て上部つかみ具18が取り付けられ、この上部つかみ具18
と下部つかみ具16によって試験片11の両端を把持する。
さらに19は、アクチュエータ15のストローク、すなわち
試験片11の変位を検出する差動トランス等からなる変位
検出器である。

ターンテーブル13aは、Ｘ線照射軸に対する試験片11
の方向調整および試験片11のＸ線照射観測領域のずれ修
正を行うもので、第２図に示すようにベース13bと、こ
のベース13bに矢印Ｙ方向に移動可能に設けたＹ軸テー
ブル13cと、このＹ軸テーブル13cに矢印Ｚ方向に移動可
能に設けたＺ軸テーブル13dと、このＺ軸テーブル13dを
移動させる送りねじ13eおよびその駆動モータ13fと、Ｚ
軸テーブル13dの移動量検出器13gと、Ｚ軸テーブル13d
に矢印Ｘ方向に移動可能に設けたＸ軸テーブル13hと、
このＸ軸テーブル13hを移動させる送りねじｉおよびそ
の駆動モータ13jと、Ｘ軸テーブル13hの移動量を検出す
るエンコーダ等からなる移動量検出器13kと、Ｘ軸テー
ブル13k上に回転可能に支持したターンテーブル13aを36
0度正逆方向に回転させる駆動モータ13lおよびターンテ
ーブル13aの回転量を検出する回転検出器13mとを備え、
さらにターンテーブル13aはその軸線を中心にして±30
度の角度で傾動できる構成になっている。

なお、駆動モータ13f,13j,13lはパルスモータから構
成される。また、、傾動機構の詳細は図面の都合上図示
しないが、傾動のためのパルスモータおよびその傾き度
を検出する検出器を備えている。また、同様にして、Ｙ
軸テーブル13cの送り機構および移動量検出器について
も図示省略したが、これらはＺ軸およびＸ軸テーブルと
同様な構成になっている。

また第１図において、20はＸ線防護箱12内に試験機本
体10の負荷枠側面に対向して設置されたＸ線管、21は負
荷枠14を介してＸ線管20と正対する位置に配設したイメ
ージ管である。イメージ管21は、被検体である試験片11
を透過したＸ線像を可視像に変換するもので、このイメ
ージ管21の可視像は光学系22を介してＸ線TVカメラ23に
より撮像される。TVカメラ23から出力される画像信号
（アナログ量）は、Ａ−Ｄ変換器24により輝度に応じた
多数階調のデジタル信号に変換され画像処理回路25に入
力される。

画像処理回路25は、入力画像を平滑化、エッジ検出な
どのフィルタリング処理を行うことによって、試験片11
のＸ線画像を強調する。画像処理回路25で処理された画
像データはメモリ26に格納される一方、Ｄ−Ａ変換器27
を通してＸ線TVモニタ28に出力され表示される。また、
29はイメージ管21の前面に配置されたイメージシャッ
タ、30はイメージシャッタ29を開閉動作させる駆動部、
31は、試験機本体10、５軸マニプレータ13、Ｘ線管20お
よびイメージシャッタ駆動部30を制御する制御回路であ
る。

制御回路31は、マイクロコンピュータからなるもの
で、この制御回路31には、試験片11に対する試験条件を
入力する入力部32、Ｘ線管20の出力を試験片11に応じて
調整するためのＸ線操作部33および試験片11に対するＸ
軸照射方向を最適に位置決めするために５軸マニプレー
タ13を操作するマニプレータ操作部34が接続される。ま
た、ロードセル17および変位検出器19がそれぞれのＡ−
Ｄ変換器35,36を介して、さらに５軸マニプレータ13の
各検出器がＡ−Ｄ変換器37を介してそれぞれ接続され
る。

制御回路31と負荷用アクチュエータ15間には、試験条
件入力部32から指示された負荷パターン信号とロードセ
ル17で検出された荷重信号（または変位検出器19で検出
された変位信号）とから演算した指令信号をアナログ量
に変換するＤ−Ａ変換器38が接続される。さらに制御回
路31と５軸マニプレータ13の各駆動モータ間には、マニ
プレータ操作部34からの指令信号および５軸マニプレー
タ13の各検出器からの検出信号または変位検出器19から
の変位量に基づいて得られる演算結果をアナログ量に変
換するＤ−Ａ変換器39が接続されている。さらに、Ｘ線
操作部33からの指令に基づいて制御回路31で演算された
Ｘ線出力指令信号はＸ線管20の高電圧発生器40に出力さ
れる。

次に動作を説明する。

試験片11を試験機本体10のつかみ具16と18間にセット
し、Ｘ線操作部33を操作する。Ｘ線管20から出力される
Ｘ線エネルギが試験片11の内部観察に最適値となるよう
に、制御回路31からの指令信号で高電圧発生器40の出力
電圧を設定置する。また、マニプレータ操作部34を操作
し、制御回路31を通して出力される指令信号で５軸マニ
プレータ13を動作させ、試験片11の観察したい部分（観
察領域）をＸ線管20に向け、かつＸ線照射軸上に位置さ
せる。

次に、制御回路31を試験モードにしてアクチュエータ
15を駆動する。試験条件入力部32で指示された負荷指令
値とロードセル17が検出されている現在の荷重信号との
偏差が演算され、この偏差信号が指令信号としてＤ−Ａ
変換器38を通してアクチュエータ15にフィードバックさ
れ、アクチュエータ15は試験片11に引張また圧縮などの
荷重を加える。

この荷重動作中に高電圧発生器40からの高電圧がＸ線
管20に加えられると、Ｘ線管20が動作し、Ｘ線を負荷中
の試験片11に照射する。ここで、イメージシャッタ29を
駆動部30で開動作させれば、試験片11を透過したＸ線は
イメージ管21に到達し可視化される。この可視像は光学
系22を通してＸ線TVカメラ23により撮像され、電気信号
に変換された後、Ａ−Ｄ変換器24により、例えば256階
調のデジタル信号に変換されて画像処理回路25に入力さ
れる。

画像処理回路25は入力画像に対して平滑化、エッジ抽
出などのフィルタリング処理を施し、試験片11のＸ線像
が鮮明になるよう処理する。画像処理されたＸ線画像デ
ータはメモリ26に格納されると共に、Ｄ−Ａ変換器27を
通してＸ線TVモニタ28に出力され表示される。したがっ
て、TVモニタ28上のＸ線画像から試験片内部の力学的挙
動を観察できる。また、５軸マニプレータ13をＸ軸,Y
軸,Z軸方向に動作させ、さらにテーブル13aを回転およ
び傾動させることにより、連続動作でモニタ画面を観察
しながら任意位置および任意角度での試験片11の内部透
視が可能になる。例えばラジアルタイア内部のスチール
コードの変形の挙動を多方面から観察できる。

次に、負荷枠の試験片が変形（変位）して観測領域が
Ｘ線照射軸からずれるのを自動修正するための動作を第
３図のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップS1において、試験片11が負荷中かを判
定する。ここで、負荷中でないと判定された場合はリタ
ーンし、負荷中であると判定された時はステップS2に進
み、変位検出器19により検出した試験片11の現在の変位
量を制御回路31に取り込む。次のステップS3では、取り
込んだ変位量から、予め設定した試験片11の観測領域の
ずれ量を演算する。次のステップS4では、算出されたず
れ量に応じた指令信号をＤ−Ａ変換器39を通して５軸マ
ニプレータ13の駆動モータに出力し、５軸マニプレータ
13を動作させてテーブル13aを含む試験機本体10全体を
試験片11の変位方向に移動させる。その後は、再ステッ
プS1に戻り、ステップS1以下の処理を繰返し実行する。
その結果、試験機本体10がずれ量に応じて変位方向に追
尾され、試験片11の観測領域が常にＸ線管の照射軸線上
に位置する。

例えば、試験片11に加わる荷重がＺ軸方向の引張また
は圧縮荷重である場合は、第２図に示す駆動モータ13f
を駆動してＺ軸テーブル13dを矢印Ｚ方向に移動し、こ
れにより、Ｘ線照射軸に対する試験片11の観測領域のず
れを自動的に修正することになる。

なお、X,Y軸方向の引張，圧縮荷重は、本実施例の構
造ではできないから、X,Y軸の移動はＸ線照射軸に対す
る位置合わせが主となる。また、試験片11のねじり荷重
における観測領域のずれ修正はテーブル13aを回転させ
て行う。

さらに、試験機本体10をＸ線照射軸方向に傾斜させ、
試験片11を斜め下方または斜め上方からＸ線を照射して
試験片11の内部透視を行う場合、試験片11の変位量は試
験片11の傾き角で補正され、この補正された変位量に基
づいて観測領域のずれ量が算出される。

このように、試験片11の観測領域を試験片11の変位量
および負荷方向に応じて追尾動作させることにより、Ｘ
線照射軸に対する観測領域のずれが自動修正され、Ｘ線
照射軸に対する試験片11の観測領域が最適になり、試験
片内部の力学的挙動を正確に観察し得る。

なお、上記実施例では、Ｘ線照射観測領域のずれを量
を試験片11の変位検出器19から検出する場合について述
べたが、これに限らず、例えば試験片11の観測領域にマ
ークを施し、このマークを光学的あるいはＸ線照射によ
り検出する方式も可能である。さらに、アクチュエータ
15の変位に応じてマニプレータ13を追尾させたが、試験
片11の変形量で追尾させてもよい。また、材料試験機の
種類や形態も実施例に限定されない。

以上の実施例の構成において、イメージ管21がＸ線画
像入力手段を、マニプレータ13が駆動手段をそれぞれ構
成する。

G.発明の効果 本発明は以上のように構成したから、試験片の変位に
よって発生するＸ線の照射領域のずれを自動修正するこ
とができ、試験片の内部変形状態を常に最適な観測領域
で観察することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体の構成図、第２図
は本実施例における５軸マニプレータの外観図、第３図
は本実施例におけるずれ修正の動作手順を示すフローチ
ャートである。 10:試験機本体、11:試験片 13:5軸マニプレータ（駆動手段） 14:負荷枠 19:変位検出器（観測領域検出手段） 20:X線管、21:イメージ管 23:X線TVカメラ 25:画像処理回路 26:メモリ、28:X線TVモニタ 31:制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験片を負荷する試験機本体と、負荷中の
   試験片にＸ線管からＸ線を照射し、試験片を透過するＸ
   線像を可視化してＸ線画像に変換するＸ線画像入力手段
   と、このＸ線画像入力手段からの入力画像をモニタする
   モニタ手段とを備えた材料試験機であって、前記負荷中
   に試験片の変位量および変位方向に基づいて前記Ｘ線の
   照射領域を試験片の変位に追従させる手段を具備したこ
   とを特徴とするＸ線透視型材料試験機。