JPH09159590A - 赤外線測定装置 - Google Patents

赤外線測定装置

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JPH09159590A
JPH09159590A JP32054795A JP32054795A JPH09159590A JP H09159590 A JPH09159590 A JP H09159590A JP 32054795 A JP32054795 A JP 32054795A JP 32054795 A JP32054795 A JP 32054795A JP H09159590 A JPH09159590 A JP H09159590A
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stress
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重保 酒井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 亀裂の進行に対しても連続した測定データを
装置に取り込めるようにする。 【解決手段】 被検体表面の温度変化を赤外線カメラに
より検出して積算する赤外線測定装置において、間欠積
算回数や時間、トリガ信号により測定データの取り込み
タイミングを設定して該取り込みタイミングで測定中間
の積算した測定データを取り込む。これを被検体に周期
的に荷重を印加し、発熱、吸熱作用に基づく被検体表面
の温度変化を赤外線カメラにより検出して積算し、該温
度変化の分布に基づき応力分布を検出することにより、
連続的な応力状態及びその変化を検出することができ、
亀裂が発生した場合に、応力測定の再設定をしなくても
その前後の応力状態の変化を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検体に周期的に
荷重を印加し、発熱、吸熱作用に基づく被検体表面の温
度変化を赤外線カメラにより検出して積算し、該温度変
化の分布に基づき応力分布を検出するようにした赤外線
測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】物体の各部分に生ずる応力の大きさを測
定することは、機械や構造物を設計する際に、各部分の
形状、使用材料の寸法、材質等を選択して完全でしかも
経済的な設計を可能にするために極めて重要である。そ
のため、従来、被検体に歪ゲージを張り付け、被検体に
生ずる歪を検出して応力分布を測定することが行われて
いる。
【0003】しかしながら、被検体への歪ゲージの張り
付けが面倒で、測定に多大の時間がかかってしまうとい
う問題があった。これに対し、従来の歪ゲージ等を利用
した測定方式に比べて非接触で迅速かつ簡単に測定する
ことが可能な応力分布測定方法が提案されている(例え
ば特公昭62−1204号、特公昭62−1205号、
特公昭63−7333号、特開平6−26947号、特
開平7−110272号、特開平7−190909号の
各公報参照)。この応力分布測定方法は、物体に圧縮・
引張荷重を繰り返し加えると、発熱・吸熱作用が現れる
ことに着目したものである。つまり、この発熱及び吸熱
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応力集中
部位の表面温度が変化するが、その温度変化量と応力変
化との間には比例関係があるため、これを利用して応力
分布を測定するものである。
【0004】図3は従来の赤外線応力画像システムの例
を説明するためのタイムチャートであり、上記のような
原理を利用し、周期的に荷重が負荷された被検体に対し
赤外線検出器の像スポットを水平、垂直走査して得られ
た温度データに基づいて応力分布を求める際のタイミン
グチャートを示したものである。被検体へ例えば引張・
圧縮の繰り返し荷重をかける加振信号finとその加振に
よって発熱・吸熱作用が現れた被検体表面のカメラHB
信号(カメラスキャン赤外線データ取込信号:赤外線画
像の1走査線の信号)とは、最大、最小になるときにず
れがあるので同期がとれていないが、ここでは、加振信
号finと、その加振によって発生する温度信号の位相が
合っているものとして説明する。
【0005】応力分布測定では、図3に示すように、加
振信号finに対して応力が最大になる位相の近傍でプラ
ストリガを発生し、応力が最小になる位相の近傍でマイ
ナストリガを発生する。このプラストリガに対して最初
のカメラHB信号の位置で温度信号をプラスデータとし
て取り込み、また、マイナストリガに対して最初のカメ
ラHB信号の位置で温度信号をマイナスデータとして取
り込む。温度信号の取り込みの際、1/1000℃のよ
うな微小な温度差を検出するためには、ライン積算やフ
レーム積算などの手法を用いてS/Nを改善することが
行われる。図3に示す例では、プラス側及びマイナス側
のそれぞれの半周期において3個ずつデータを取り込ん
で加算を行うライン積算の例を示している。そして、こ
のようにして得られたプラスデータとマイナスデータの
差を画面全体についてとることで温度変化分布データが
得られ、応力分布データとして利用できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のような応力測定
では、被検体に繰り返し引張・圧縮荷重を加え、その表
面の温度変化を検出することにより応力分布を測定する
ことができるが、その際にしばしば亀裂が発生すること
がある。このような場合、亀裂が発生した時の応力や、
繰り返し荷重を加えている間の応力状態の変化を知りた
いという要求がある。しかし、上記従来の応力測定装置
では、測定データの連続的な加算しか行えないので、測
定の途中で亀裂が発生したとしても、測定終了までの応
力状態しか判らない。亀裂が発生した時の応力状態を知
りたい場合には、亀裂の発生を何らかの手段で検知して
その瞬間に装置(測定)を一時止めてファイルに測定デ
ータを落とさなければならず、その後、改めてファイル
名をセットして測定データを採り始めなければならな
い。そのため、亀裂の進行に対し、不連続な測定データ
しか装置に取り込めないという問題がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、亀裂の進行に対しても連続した測
定データを装置に取り込めるようにするものである。そ
のために本発明は、被検体表面の温度変化を赤外線カメ
ラにより検出して積算する赤外線測定装置において、複
数の測定データの取り込みタイミングを設定して該取り
込みタイミングで測定中間の積算した測定データを取り
込むようにしたことを特徴とするものである。
【0008】また、被検体に周期的に荷重を印加し、発
熱、吸熱作用に基づく被検体表面の温度変化を赤外線カ
メラにより検出して積算し、該温度変化の分布に基づき
応力分布を検出するようにした赤外線測定装置におい
て、間欠積算回数又は時間及び全体積算回数又は時間を
設定することにより、該設定された間欠積算回数又は時
間及び全体積算回数又は時間の積算データをファイルに
蓄積して各間欠積算回数又は時間及び全体積算回数又は
時間での積算データに基づく応力分布を検出できるよう
にしたことを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図1は本発明に係る赤外線測定
装置の実施の形態を説明するための図である。本発明に
係る赤外線測定装置は、被検体に周期的に圧縮・引張荷
重を繰り返し印加し、発熱、吸熱作用に基づく被検体表
面の温度変化を赤外線カメラにより検出して積算し、そ
の温度変化の分布に基づき応力分布を検出する際に、全
体積算回数(時間)だけでなく測定データの取り込みタ
イミングとして繰り返し荷重を加えている間の間欠積算
回数(時間)も設定することにより間欠積算回数毎に測
定データをファイルに落とし、亀裂が発生する過程の応
力状態を知ることができるようにするものである。
【0010】本発明に係る赤外線測定装置では、連続取
り込みモードで赤外線応力測定を行う場合に、図1に示
すように測定条件としてまず、i=1としてファイル名
iをセットし(ステップS11)、さらに測定データ
の取り込みタイミングとして全体加算(積算)回数A及
び間欠加算(積算)回数Bをそれぞれセットする(ステ
ップS12、S13)。しかる後被検体に周期的に圧縮
・引張荷重を繰り返し印加して応力測定をスタートにす
る(ステップS14)。応力測定がスタートすると、間
欠加算回数及び全体加算回数をカウントして測定データ
を加算し(ステップS15)、全体加算回数が先に設定
したA回に達したか否かを調べ(ステップS16)、A
回に達していなければ、同様に間欠加算回数が先に設定
したB回に達したか否かを調べる(ステップS17)。
全体加算回数がA回に達するか間欠加算回数がB回に達
するまでステップS15の測定データの加算処理を繰り
返し実行し、B回に達すると、ファイルmi に加算処理
した測定データを落とす(ステップS18)。そして、
i=i+1に更新し(ステップS19)、間欠加算回数
をクリアしてからステップS15に戻って再度間欠加算
回数のカウントを開始して同様の処理を繰り返す(ステ
ップS20)。全体加算回数がA回に達すると、ファイ
ルmi に加算処理した測定データを落とし(ステップS
18)、処理を終了する。
【0011】図2は本発明に係る赤外線応力測定装置の
システム構成例を示すブロック図である。図2におい
て、加振機1は、圧縮/引張荷重を繰り返し加えて被検
体Sを加振するものであり、赤外線カメラ2は、加振機
1により繰り返し荷重を受ける被検体Sを撮影するもの
である。周波数検出回路5は、加振機1から加振信号f
inを入力してその加振信号finの周波数を検出する回路
であり、プラストリガ発生回路3は、加振信号finを入
力して応力の最大になる位相位置近傍でプラストリガを
発生し、マイナストリガ発生回路4は、加振信号fin
入力して応力の最小となる位相位置近傍でマイナストリ
ガを発生する回路である。プラスデータメモリ6及びマ
イナスデータメモリ7は、赤外線カメラ2から所定垂直
位置の水平走査線についてカメラHB信号を繰り返し入
力すると共に、プラスデータメモリ6は、プラストリガ
発生回路3で発生したプラストリガに対応して所定の個
数のプラス温度データを取り込み加算し、マイナスデー
タメモリ7は、マイナストリガ発生回路4で発生したマ
イナストリガに対応して所定の個数のマイナス温度デー
タを取り込み加算する。演算制御装置9は、赤外線カメ
ラ2から水平スキャン周波数に関するデータを入力する
と共に、周波数検出回路5から加振信号finの周波数検
出信号を入力して、プラスデータメモリ6及びマイナス
データメモリ7に取り込まれたプラス温度データとマイ
ナス温度データの差を求め、さらにその差データの補正
を行って補正後の差データを積算する。そして、例えば
カウンタによる積算回数が予めレジスタに設定された所
定の間欠積算回数Bに達する毎にその時の積算した測定
データを測定データファイル8に蓄積し、予め設定され
た所定の全体積算回数Aに達すると応力測定を終了す
る。表示装置10は、例えば測定データファイル8に蓄
積したデータに基づき応力画像を表示するものである。
【0012】動作を説明する。キーボード等の設定装置
(図示せず)から演算制御装置9に応力測定データを蓄
積するファイル名、全体加算回数A及び間欠加算回数B
を例えばレジスタにセットして応力測定のスタートを指
示し、加振機1により圧縮/引張荷重を繰り返し加えて
被検体Sを加振する。測定スタートにより加振機1の加
振信号finが周波数検出回路5、プラストリガ発生回路
3、マイナストリガ発生回路4に入力されるので、周波
数検出回路5で加振信号finの周波数が検出され、プラ
ストリガ発生回路3で応力の最大になる位相位置近傍で
プラストリガが、また、マイナストリガ発生回路4で応
力の最小となる位相位置近傍でマイナストリガそれぞれ
発生される。そして、このプラストリガによるデータが
プラスデータメモリ6に入力され、マイナストリガによ
るデータがマイナスデータメモリ7に入力される。一
方、赤外線カメラ2からプラスデータメモリ6及びマイ
ナスデータメモリ7に所定垂直位置の水平走査線につい
てカメラHB信号が繰り返し入力される。これらの入力
により、プラスデータメモリ6では、プラス温度データ
としてプラストリガに対応して所定の個数のカメラHB
信号が取り込まれ、マイナスデータメモリ7では、マイ
ナス温度データとしてマイナストリガに対応して所定の
個数のカメラHB信号が取り込まれ、それぞれ加算され
る。
【0013】そして、演算制御装置9により、プラスデ
ータメモリ6及びマイナスデータメモリ7に取り込まれ
たプラス温度データとマイナス温度データについて差デ
ータが求められ、さらに、加振周波数及びカメラ水平ス
キャン周波数の情報に基づいて差データの補正が行われ
補正後の差データが積算される。従来は、所定の積算回
数(全体積算回数)Aの測定データが得られると、それ
を測定データファイル8に落として測定を終了したが、
本発明では、ここで、図1で説明した処理を行うことに
より、予め設定された間欠積算回数B毎に積算した測定
データを測定データファイル8に落としている。したが
って、測定終了後に、各間欠積算回数B毎に測定データ
ファイル8に落とした測定データに基づいて応力画像デ
ータを表示装置10に表示することができる。
【0014】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、応力画像を表示装置に出力したが、
プリンタ等に印刷出力するように構成してもよい。ま
た、1個の間欠積算回数だけを設定し、その回数毎に積
算した測定データを取り込むようにしたが、測定開始直
後は回数を多くし、中間での回数を少なくするというよ
うに、間欠積算回数を固定せず、段階的に或いは連続的
に変えるようにしてもよいし、測定期間の一部期間に限
定して適用するようにしてもよい。中間の測定データを
取り込むのに積算回数で設定したが、測定開始からの経
過時間で設定してもよいし、外部からのトリガ信号、例
えば亀裂発生及びその進行を検出する手段等から得られ
るトリガ信号を用いてもよい。トリガ信号を用いる場合
においても、一定のファイル数に限定して最新の測定デ
ータで更新し、トリガ信号によりその前後のファイルの
みを保存するようにしてもよいし、トリガ信号が発生し
た時点から測定データをファイルに落とすようにしても
よい。上記のように任意の時点での表面温度の変化を検
出して取り込む構成から、その表面温度や応力の変化の
速度や大きさを検出して温度や応力の変化の制御に利用
することもできる。
【0015】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、複数の測定データの取り込みタイミングとし
て全体積算回数だけでなく間欠積算回数を設定してそれ
ぞれの回数での積算した測定データをファイルに落とす
ので、最終的な測定データだけでなく、中間における任
意のポイントでの、連続的な応力状態及びその変化を検
出することができる。したがって、亀裂が発生した場合
に、応力測定の再設定をしなくてもその前後の応力状態
の変化を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る赤外線測定装置の実施の形態を
説明するための図である。
【図2】 本発明に係る赤外線応力測定装置のシステム
構成例を示すブロック図である。
【図3】 従来の赤外線応力画像システムの例を説明す
るためのタイムチャートである。
【符号の説明】
1…加振機、2…赤外線カメラ、3…プラストリガ発生
回路、4…マイナストリガ発生回路、5…周波数検出回
路、6…プラスデータメモリ、7…マイナスデータメモ
リ、8…測定データファイル、9…演算制御装置、10
…表示装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体表面の温度変化を赤外線カメラに
    より検出して積算する赤外線測定装置において、複数の
    測定データの取り込みタイミングを設定して該取り込み
    タイミングで測定中間の積算した測定データを取り込む
    ようにしたことを特徴とする赤外線測定装置。
  2. 【請求項2】 前記取り込みタイミングを間欠積算回数
    により設定し、該間欠積算回数で測定データを取り込む
    ようにしたことを特徴とする請求項1記載の赤外線測定
    装置。
  3. 【請求項3】 前記取り込みタイミングを測定開始後の
    経過時間により設定することを特徴とする請求項1記載
    の赤外線測定装置。
  4. 【請求項4】 被検体に周期的に荷重を印加し、発熱、
    吸熱作用に基づく被検体表面の温度変化を赤外線カメラ
    により検出して積算し、該温度変化の分布に基づき応力
    分布を検出するようにした赤外線測定装置において、間
    欠積算回数又は時間及び全体積算回数又は時間を設定す
    ることにより、該設定された間欠積算回数又は時間及び
    全体積算回数又は時間の積算データをファイルに蓄積し
    て各間欠積算回数又は時間及び全体積算回数又は時間で
    の積算データに基づく応力分布を検出できるようにした
    ことを特徴とする赤外線測定装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000040985A1 (en) * 1998-12-31 2000-07-13 Honeywell Inc. Prognostic system for determining infrared signature patterns emitted from electronic devices
JP2007163390A (ja) * 2005-12-16 2007-06-28 Jfe Steel Kk 構造物の欠陥検出方法および装置
CN113740352A (zh) * 2021-09-08 2021-12-03 四川大学 一种航空发动机叶片裂纹与残余应力集成检测方法

Cited By (4)

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CN113740352B (zh) * 2021-09-08 2022-11-22 四川大学 一种航空发动机叶片裂纹与残余应力集成检测方法

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