JPS6114451B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 複雑な形状の物体の所定部分の引張及び圧縮
応力を表示し、かつ識別する方法において、 前記物体に加える連続的に変化する負荷を決定
し、 物体の所定部分の温度の増減を負荷の変化に対
比して測定し、かつ識別し、 前記温度測定は、該物体の所定部分の熱放射を
決定し、この温度変化を連続的に変化する負荷の
瞬時値に対して相関させることによつて行うこと を特徴とする物体内の応力を表示する方法。

２ 前記負荷の変化方向を一方向のみとすること
を特徴とする請求の範囲１記載の方法。

３ 前記負荷の変化をランダムとすることを特徴
とする請求の範囲１記載の方法。

４ 印加する負荷の変化を周期的とすることを特
徴とする請求の範囲１記載の方法。

５ 前記負荷の変化を所定の周波数で周期的に行
わせることを特徴とする請求の範囲４記載の方
法。

６ 前記物体の所定部分の温度変化と、印加され
た負荷の変化との相対位相を検出し、印加された
特定の負荷が前記物体の所定部分に引張応力又は
圧縮応力のいずれを生じているかを検出すること
を特徴とする請求の範囲４または５記載の方法。

７ 前記負荷の変化を前記物体上の２個の離隔し
かつ機械的に拘束された点間に印加し、これら２
つの離隔して点間に前記所定部分を存在させるこ
とを特徴とする請求の範囲６記載の方法。

８ 前記所定部分の温度を赤外放射検出器によつ
て測定することを特徴とする請求の範囲１記載の
方法。

９ 温度測定が行われる物体の所定部分を熱放射
検出装置によつて走査することを特徴とする請求
の範囲１記載の方法。

１０ 前記物体に対し試験を行なう前に、均一な
熱放射率を有する被膜を被着することを特徴とす
る請求の範囲１記載の方法。

１１ 解析器により、負荷印加装置より受信され
る波形を、温度検出装置より受信される温度変化
波形と比較することによつて周期的負荷を物体に
加え、後者の温度変化波形内に存する非対称を決
定することにより物体内の不連続を決定すること
を含んでなることを特徴とする請求の範囲１記載
の方法。

１２ 複雑な形状の物体の所定部分内の引張応力
負荷及び圧縮応力負荷を表示しかつ識別する装置
において、 該物体に加える連続的に変化する負荷を決定す
るための負荷決定手段と、 該物体に印加される前記負荷の変化による該物
体の所定部分の温度の増減を測定及び識別するた
めの温度測定及び識別手段と、 該温度測定及び識別手段及び前記負荷決定手段
からの信号を受け取りこれら信号を相関させて前
記所定部分における引張応力及び圧縮応力を表示
しかつ識別する出力を生じる信号処理手段と、 を備えることを特徴とする物体内の応力を表示す
る装置。

１３ 前記温度測定手段から生ずる信号を記録す
るための記録手段を含み、これによつて記録され
た信号をその後に前記信号処理手段に送るように
構成したことを特徴とする請求の範囲１２記載の
装置。

１４ 前記負荷印加手段を所定の周波数で前記負
荷を周期的に変化させるように構成したことを特
徴とする請求の範囲１３記載の装置。

１５ 前記負荷印加手段は振動式液圧ラムを具え
ることを特徴とする請求の範囲１４記載の装置。

１６ 前記液圧ラムを駆動するための液圧手段を
ラムの振動と同期して制御信号を生ずるように構
成したことを特徴とする請求の範囲１５記載の装
置。

１７ 物体に負荷を印加する手段は、負荷を所定
周波数で周期的に変化させる如く構成したことを
特徴とする請求の範囲１２記載の装置。

１８ 温度変化測定手段は赤外放射検出器を含む
ことを特徴とする請求の範囲１２記載の装置。

１９ 物体の所定部分よりの放射を該赤外放射検
出器に対し焦点を結ばしめる赤外レンズを含むこ
とを特徴とする請求の範囲１２記載の装置。

２０ 前記物体に可変負荷を印加するための手段
及び負荷変化に応じた前記物体の表面上での温度
変化を図式的に表示するための表示手段を含むこ
とを特徴とする請求の範囲１２記載の装置。

２１ 前記表示手段を２次元表示を与える手段と
したことを特徴とする請求の範囲２０記載の装
置。

２２ 前記表示手段を輝度の変化によつて温度変
化を表示する手段としたことを特徴とする請求の
範囲２０記載の装置。

２３ 前記表示手段を色の変化によつて温度変化
を表示する手段としたことを特徴とする請求の範
囲２０記載の装置。

２４ 前記表示手段を等温度の点を結ぶ等高線に
よつて温度変化を表示する手段としたことを特徴
とする請求の範囲２０記載の装置。

２５ 前記表示手段を各点の温度を表す数値の変
化によつて温度変化を表示する手段としたことを
特徴とする請求の範囲２０記載の装置。

２６ 温度変化の測定が行われる前記物体の部分
を横切つて走査するための走査手段を備えること
を特徴とする請求の範囲２０記載の装置。

２７ 前記走査手段を直線走査を行う手段とする
ことを特徴とする請求の範囲２６記載の装置。

２８ 前記走査手段をラスタ走査を行う手段とす
ることを特徴とする請求の範囲２６記載の装置。

２９ 前記走査手段をスパイラル走査を行う手段
とすることを特徴とする請求の範囲２６記載の装
置。

３０ 前記走査手段は２個の回転鏡を具えること
を特徴とする請求の範囲２６記載の装置。

３１ 前記回転鏡を回転させるためのステツプモ
ータを備えることを特徴とする請求の範囲３０記
載の装置。

３２ 前記信号処理手段は２方向ピーク検出器を
含み、前記ステツプモータからの出力を利用して
表示信号を水平及び垂直方向に動かし、前記２方
向ピーク検出器からの出力信号を利用して表示信
号の特性を変化せしめるようになしたことを特徴
とする請求の範囲３１記載の装置。

３３ 前記表示手段はオシロスコープを具えるこ
とを特徴とする請求の範囲３２記載の装置。

３４ 生じた表示を記録するため前記オシロスコ
ープにカメラの焦点を合わせたことを特徴とする
請求の範囲３２記載の装置。

３５ 前記物体上の２個の離隔しかつ機械的に拘
束された点間に可変負荷を印加するための手段を
備えることを特徴とする請求の範囲１２記載の装
置。

３６ 前記物体を載置する物体載置手段を備え、
前記負荷印加手段を該物体載置手段より離隔して
設け、該物体載置手段と前記負荷印加手段間のあ
る点での前記物体の負荷を表示するようにしたこ
とを特徴とする請求の範囲３５記載の装置。

３７ 前記物体に周期的負荷を印加するための負
荷印加手段と、該負荷印加手段及び温度測定手段
から信号を受け取り、前記周期的負荷の波形と温
度変化の波形との差を検出し、よつて前記物体の
不連続性を検出するための手段とを含むことを特
徴とする請求の範囲１２記載の装置。

明細書 本発明は物体内の応力を表示する方法および装
置に関するものである。

機械的構造物内の応力を解析するため多くの非
破壊試験技術が現在使用されている。しかしこれ
らはほとんど何等かの問題がある。既知のあるも
のは適用が困難であり、主として定性的結果しか
得られない（脆性ラツカーおよび光弾性）。ある
ものは主応力の位置および方向を予知するを要
し、かつ注意深く被着するを要する（接着ひずみ
ゲージ）。またあるものは複雑な装置を必要と
し、専問的知識を要する（例えばＸ線またはガン
マ線写真、音響放射技術、レーザホログラフイ、
モアレ縞法等）。

すべての形の負荷を加えられるか、振動を加え
られている材料内の応力点には熱が発生し、また
は吸収される。これは材料内に可逆的弾性変形が
生ずるためと考えられ、これによつて微小な局部
的な正または負の温度変化が生じ、その値は瞬時
応力値にほぼ比例する。本発明はこの現象を利用
する方法および装置である。

本発明は物体内の応力を変化させ物体の特定部
分の温度が印加応力の変化によつて増減するのを
測定しかつ識別することによつて物体内の引張お
よび圧縮応力を表示しかつ識別する方法を提供す
るものである。

ある方法においては応力の変化は単方向であ
る。これは例えばハンマーの衝撃等による物理的
シヨツクにより物体内に応力が生ずる場合であ
る。

また他の装置においては応力の変化はランダム
であり、特定の方向ではない。このような状況で
は応力は偶発的に変化する。これは例えば橋等の
特定の構造物においてランダムな負荷により応力
の変化が生ずる場合である。

さらに他の好適な方法においては応力の変化は
循環的に生ずる。印加または自然の循環応力変化
に対しては従来の信号解析を用い得る。従つて好
適な装置においては循環応力変化が予定の周波数
で生じ、温度測定により得られる信号より波を
行つて周囲温度の変化等の他の影響を除去するこ
とができる。

かかる応力変化は対象物体上の２つの離隔した
点に加え、これらの２つの離隔点の間に所定の部
分を定めるを可とする。好適な装置においては応
力を液圧または気体圧によつて生ずることができ
る。

特別な場合として対象物が中空なときは、内部
の液体圧または気体圧によつて応力を加えること
ができる。

サーモカツプルまたはサーミスタを用いる接触
技術によつて温度変化を測定する多くの方法があ
るが、本発明の応用分野では表面より輻射される
熱放射の変化を測定することにより温度変化を求
めるを可とする。この装置は赤外放射検出器を用
い、とくに光学的素子を有し、可動で、かつ可変
焦点とするを可とし、温度測定を行うべき所定部
分を可変とするを可とする。

特に好適な装置では、物体の走査により温度を
測定すべき対象物体の特定部分を横切つて走査す
るを可とする。

本方法の実施前に物体に均一の熱放射率を有す
る被膜を被着する。この層は薄い化学的形成層と
し、物体が金属のときはその金属の塩または他の
化合物とすることもできる。

本発明はさらに物体のひび割れ、空調等の不連
続点の検出方法にも関するもので、この場合は物
体に対称的な周期的応力を印加し、物体の所定部
分の温度変化を測定し、温度変化の波形中の非対
称を検出する。

本発明はさらに物体内の応力を表示する方法を
提供しようとするものであり、変化する応力を物
体に印加し、この物体の表面における応力の変化
による温度の変化を図式的に表示するものであ
る。

さらに本発明は物体上の２個の離隔しかつ機械
的に拘束された点間に可変応力を加え、物体の所
定部分の、印加応力の変化による温度の変化を測
定して物体内の応力を表示する方法を提供する。

また本発明は周期的に変化する応力を物体に加
え、物体の所定部分の印加応力の変化による温度
の変化を測定し、周期的に印加した各応力と温度
変化との間の位相差を決定して被膜の厚さを表示
させることによる物体上に設けた被膜の厚さを表
示する方法を提供する。

本発明は対称の周期的応力を物体に印加する手
段と、物体の特定部分の温度変化を測定する手段
と、この温度変化の波形の非対称を検出するため
の信号処理手段を具える物体の不連続点を検出す
るための装置を提供する。

さらに本発明は変化する応力を物体に印加する
手段と、この物体の表面における応力変化による
温度変化を図式的に表示するための表示手段とを
具える物体内の応力を表示する装置を提供するこ
とにある。

本発明はまた物体上の２個の離隔しかつ機械的
に拘束された点間に可変応力を印加するための手
段と、物体の所定部分の、印加応力の変化による
温度変化を測定するための手段とを具える物体内
の応力を表示する装置を提供するにある。

本発明はさらに周期的に変化する応力を物体に
印加するための手段と、この印加応力による物体
の所定部分の温度変化を測定するための手段と、
周期的に印加された応力および温度変化間の位相
差を決定して被膜の厚さを表示するための信号処
理手段とを具える物体上の被膜厚表示装置を提供
することにある。

この場合には、応力変化手段を応力が50Hzのよ
うな所定周波数で周期的に変化するように構成す
ることができる。

応力印加手段は振動式液圧ラムを含み得、この
場合にはこの液圧ラムを駆動するための液圧手段
を、ラム振動と同期した制御信号が供給されるよ
うに構成することができる。

好ましくは、物体載置手段を設け、応力印加手
段をこの物体載置手段から離間させ、前記装置を
物体載置手段と応力印加手段との間の物体内のあ
る点での応力を表示するように調整する。

温度変化測定手段は赤外放射検出器を具えるこ
とができおよび物体上の一点からの放射をこの赤
外放射検出器上にフオーカシングするための赤外
レンズを備えている。このレンズを可変焦点式と
し得る。さらに、走査手段を備えていて、これに
より赤外放射検出器上にフオーカスさせる物体の
点をこの物体を横切つて走査する。この走査手段
はステツプモータによつて回転され得る２個の回
転自在の鏡を具え得る。

信号処理手段は温度変化測定手段によつて生じ
た信号を処理するために含ませたものであり、こ
の信号処理手段は温度変化測定手段の出力信号の
対向ピークを検出するための２方向ピーク検出器
を含むことができる。

この２方向ピーク検出器からの出力信号を受信
するための表示手段を設けることができ、その水
平および垂直方向の表示信号をステツプモータか
らの出力を利用して動かし、および２方向ピーク
検出器からの出力信号を利用して表示信号のある
特性を変える。この表示手段はオシロスコープを
具えることができおよびこの表示の記録のために
カメラの焦点をこのオシロスコープ上に合わせる
ことができる。

本発明の好適例につき添附図面を参照して説明
する。これら添附図面において、 第１図は物体中の応力を解析するために使用す
る本発明による装置の代表的な装置全体を示す線
図、 第２図は、第１図に示す装置の一部分を図式的
に示す線図、 第３図は信号処理装置を含む装置の一部分を図
式的に示す線図、 第４図は各出力信号を示す線図および 第５図は信号処理装置をさらに詳細に示す線図
である。

本発明の原理を色々の種類のテストに適用し
得、それらの例としては、液圧または気体圧の周
期的または衝撃的変化を容器内に印加して表面温
度変化を測定する中空容器の圧力テストや；或い
は物体を、例えば、ハンマまたはこれに類する道
具によつて打撃してシヨツクテストを行なう場合
や；或いは、例えば使用中の橋が受ける風または
車輛の負荷により生ずる応力が印加されている部
分の表面温度の変化を記録するようにした橋の現
場テストや或いは物体に被着させた被膜のその厚
さのテスト等がある。しかし、本発明の理解を容
易にするために、応力を物体の２点間に加える実
験室的な物体のテスト方法につき本発明の好適実
施例を説明する。この応力は実際に生ずるであろ
う応力をシユミレートし得、それによつて必要に
応じて物体に印加し得る応力の限界を決定するこ
とができ、従つてこの限界を拡げるために設計変
更を行なうことを提案することができる。

ここで説明する方法は構造物の表面の応力パタ
ーンの迅速かつ安価な地図化を可能とすると共
に、例えばひずみゲージによるさらに詳細な解析
を行なうために最大応力点の位置および空間分布
を識別することができる。またこの方法は、特に
ひび割れのような物体中のいずれの不連続点を検
出しかつ識別し、さらにこの方法を使用して表面
被膜の厚さの変化を決定することができる。また
この方法は、変形（例えばひずみ）を測定し従つ
てさらに一般的な応力値への校正を必要とする大
多数の現存技術とは著しく異なり、印加されてい
る応力に関する直接情報を供給する利益を有す
る。

第１図において、テスト下にある物体１０は、
例えば、マスト、旗ざお、レーダ空中線またはこ
れに類するものを支持するための基部部材を具え
る。これを固定基部１１に載置してこれに好適な
液圧または気体圧ラム（第１図には示していない
が、第３および第５図には振動装置５１として図
式的に示してある）によつて駆動されるアーム１
２を用いて応力を加える。この物体１０と離間さ
せて、第２図に詳細に示すような赤外放射検出器
システム１３を配置する。この赤外放射検出器か
らの出力信号を、信号処理装置を内蔵しているキ
ヤビネツト１４に送給する。このキヤビネツト１
４は陰極線オシロスコープ１６を含んでいて、そ
の前面にはカメラ１７を取り付けることができ
る。

ラムを駆動して、周期的に変化（振動）する液
圧源（５１で示す）を用いてアーム１２を振動さ
せる。この好適例では、印加される応力の変化は
正弦曲線的であるとする。圧力波形表す信号を振
動装置５１によつて信号線路１５（第３図）に供
給する。なおある用途に対してはトリガパルスを
必要とするのみである。

第２図に示すように、赤外放射検出器システム
１３は２個の直交鏡１８，１９の形態の走査シス
テムを具え、これら鏡をステツプモータ１８′，
１９′により夫々駆動して直線、ラスタまたはス
パイラル走査を行なうためにこれら鏡を水平およ
び垂直軸の回りに夫々回転させる。光学素子（赤
外を含むが光学と称する）は放射を検出器２２上
にフオーカシングさせる赤外レンズ２１を含み、
この検出器は１個の赤外検出器または直線或いは
２次元配列の赤外検出器を以つて構成し得、これ
ら検出器をジヤー２３（第１図）から供給される
液体窒素、液体ヘリウムまたは熱電冷却装置のよ
うな好適手段により一定温度に維持させる。検出
器配列の場合には、この配列から収集された信号
を並列或いは順次に処理できる。さらにレンズ２
１の前面でビームを遮断するように鏡２４を移動
させて観察望遠鏡２６にビームを反射させること
ができる。

この構成によれば、物体の微小部分すなわち微
小面積からの放射を検出器２２上にフオーカスさ
せかつ観察区域を物体上において鏡１８，１９を
普通に動かして走査することができることが判か
る。さらに、装置の焦点をレンズ２１の移動によ
り可変とし得るので、赤外放射が受信されるべき
物体面を変えることができる。レンズの性能を開
口絞りの設定によつて最適状態にする。この開口
絞りの制御によりシステムの焦点深度を大としよ
つて正確な応力測定を非平面的表面にわたり可能
とし得る。レンズの焦点距離は可変であるので、
視野も変えることができる。物体の広い区域を迅
速に検査するためには広い視野が必要であり、物
体の微小区域にわたるさらに詳細な測定は焦点距
離を長くすることによつて行なう。

循環的応力の作用下で検査中の物体の一部分の
動きを補償するための光学手段を設けることがで
きる。

計器の指針の方向を選択して構造物の表面にわ
たる、記録されるべき特定の応力プロフイールを
選ぶ。光学走査システムの動きを変えることによ
つて選択された応力範囲の所要の表示分解能を得
ることができる。

鏡の代わりの像走査システムはニプコウ
（Nipkow）デイスク、検出器またはレンズのＸ−
Ｙまたは角度運動および多角形ラスタ鏡（ミラー
ドラム）の使用を含む。

これがため、第３図においては、物体にわたる
検査中の点を走査することによつて、検出器２２
によつて出力信号を生じ、この信号を赤外放射検
出システム１３内の前置増幅器２７で増幅し、こ
れよりの出力信号をキヤビネツト１４内の信号処
理装置に通過させる。

この検出器２７と密接に作動する電子式前置増
幅器２７を測定周波数の範囲全体にわたり低雑音
となるように設計する。冷却された赤外放射検出
器による熱測定の場合には、この検出器による雑
音を最小にするために、電子バイアスシステムが
この検出器を零バイアスで作動させる。

鏡１８，１９を駆動するモータ１８′，１９′か
らの出力を信号処理装置にも供給して任意の時点
での検査区域の位置情報を与える。

この信号処理装置は２方向ピーク検出器３１、
非直線増幅器３２、オシロスコープ形表示装置１
６、監視用オシロスコープ３３、可変増幅器３
４、ピーク温度計３５、Ｘ位置計３６、Ｙ位置計
３７、別の増幅器３８を具えている。

振動装置５１からのパルスを２方向ピーク検出
器３１に線路１５により送給する。

次に上述した装置の動作につき説明する。

赤外放射検出器１３を物体１０と整列させて光
学系を調整して物体１０の区域をこの検出器２２
上にフオーカスさせる。このチエツクは、鏡２４
をレンズ２１の前でビーム通路に挿入しよつて望
遠鏡を利用してこの場合の正確な点を観察する。

次に、この装置をスイツチオンさせ、アーム１
２が周期的に振動して、この物体１０に対し２個
の離間されたかつ機械的に拘束された点、すなわ
ちアーム１２との接触点と物体１０の基部との間
で周期的に応力を与える。この実施例では、赤外
放射検出器によつて観察される点はこれら２点間
にある。

物体に応力が印加されると、その場合にはその
表面温度はその表面下の材料の応力に応じて変化
し、この温度はアーム１２による応力の周期的変
化により周期的に変化する。一例としてアーム１
２は０ないし70Hzの間の所定周波数特に30Hzで振
動するがこの周波数の調整は可能である。

既に述べたように、鏡１８および１９を回転さ
せて物体上の観察点を前後に走査しおよびこれら
鏡１８および１９を回転するモータからの出力信
号を信号処理装置に供給する。さらに、検出器２
２の出力もこの信号処理装置に供給する。この検
出器２２からの出力を２方向ピーク検出器３１に
供給するが、他方これは振動装置からのトリガパ
ルスを受信している。ピーク検出器３１はピーク
信号を非直線増幅器３２従つてCRO１６のＺ入
力端子に供給する。また、検出器３１の出力信号
を増幅器３４を経てピーク温度計３５と、増幅器
３８と、監視用オシロスコープ３３のＹ電極とに
供給する。

Ｘ鏡と称せられる鏡１９（垂直軸の回りを回転
する）を駆動するモータ１９′からの出力信号を
CRO１６のＸ電極と、Ｘ位置計３６と、オシロ
スコープ３３のＸ電極と、および信号処理装置の
Ｘ出力端子４１とに供給する。鏡１８（Ｙ鏡）を
駆動するモータ１８′からの信号をＹ位置計３６
と、増幅器３８の別の入力端子と、CRO１６の
Ｙ電極とに供給する。増幅器３８からの出力をＹ
出力線路４２に供給する。

かくしてCRO１６はＸおよびＹ入力端子への
信号によつて、鏡１８，１９による物体１０の観
察区域の走査と同期してオシロスコープを陰極線
で走査する。この陰極線ビームの明るさを２方向
ピーク検出器からの信号により制御するので、こ
の明るさは一般には検査中の点の温度変化に比例
している。これを他の点よりも温度変化の大きい
点を一層明るく表示するよう構成する。

これがため、CRO１６をカメラ１７で観察す
ると、他の区域よりも応力が一層大きい区域は一
層明るく、表示された物体の２次元像を形成す
る。このように、物体の応力分布を非常に明確に
表示する画像を形成しこれをカメラに記録する。

監視用オシロスコープ３３は物体のある部分に
沿う走査に対するプロフイール応力図（例えば１
次元）を与える。

線路４１，４２の信号をその後の解析用として
例えば磁気テープに記録することができる。

検出器は特に感度が良く、実際には可成り正確
に測定出来、0.001℃の温度の増減をも識別でき
る。

物体の周囲温度は短時間の間に0.001℃よりも
相当大きく変化し得る。本発明装置は、応力を例
えば30Hzで周期的に与えることによつて、この温
度変化を、応力の数周期の期間中での最大および
最小温度のみをピツクアツブする２方向ピーク検
出器によつて、除去することができる。

他の留意点は、振動装置５１からは応力波に関
して既知の位相点にあるトリガパルスが供給され
るので、２方向ピーク検出器３１が検出する信号
に対するこれらパルスの相対位相を決めることが
できることである。前置増幅器２７からの信号の
位相を振動装置５１からのトリガパルスの位相を
比較して、特定の印加力に関して物体の特定部分
が圧縮応力または引張応力のいずれかの下にある
かを検出することができると解する。かくして、
検出器従つて前置増幅器２７の出力が検査点の温
度上昇を示し、一方振動装置からのパルスすなわ
ち圧力波形が正の力を物体に印加していることが
示している場合には、その点に関しては、正の力
が圧縮応力を生じていると結論することができ
る。

応力を周期的でなく単方向に印加するような簡
単な場合には、検査点の温度が上昇か下降かを簡
単に検出することにより、その点の圧縮または引
張の状態を検出する。

構造物或いは物体の点または領域部分に、例え
ば、ひび割れ或いは割れ目等の構造欠陥や材料欠
陥が存在する場合には、負荷或いは振動を加える
ことにより生ずる局部的な応力変化はこれら欠陥
の存在しない場合の応力変化とは異なつたものと
なり得る。従つて、これらの点部分での瞬時局部
応力変化に起因する温度変化はこれら欠陥のない
構造物から検出されるべき温度変化とは違つたも
のとなり得る。その位置は、構造物または物体に
負荷力を掛けている時に輻射される赤外放射を測
定することにより見出すことができる。

次に第５図を参照して、赤外放射検出器の出力
信号を処理してその結果を生じさせるための手段
につき説明する。

第５図は第３図に示す装置に追加の構成成分を
加えてさらに詳細に図式的に示した線図である。
５１は振動装置、５２は移相装置、５３はスキヤ
ナ制御器、５４，５５は位置サーボ、５６は水平
計器増幅器、５７は垂直計器増幅器、５８はＸ増
幅器、５９はＹ増幅器、６０は可変利得兼可変帯
域幅増幅器、６１は1.5Hz高域通過波器、６２
は黒レベルクランプ装置、６３は精密整流器、６
４は正ピーク検出器および６５は正および負ピー
ク検出器であつてこれらは相俟つて第３図の２方
向ピーク検出器３１を形成しており、さらに６６
は位相感知検出器、６７は可変スレツシヨルド増
幅器および６８は振幅走査増幅器であつて、これ
らは相俟つて第３図の可変利得増幅器３４を形成
しており、さらに69は可変スレツシヨルド増幅器
および７０はＺ−モード増幅器であつてこれらは
相俟つて第３図の非直線増幅器３２を形成してお
り、および第３図に示す構成部分に加えて零バイ
アス制御器（自動または手動式）７３、減算器ま
たは高調波解析器または相関器８１、欠陥表示装
置８２および欠陥表示計器８３を備えている。

第５図に示す装置は第３図に示す装置と全体的
に同じ様に作動する。

部分８１，８２，８３は第４図を参照して説明
されるべき方法を実施する欠陥検出システムを提
供する。

第４，１ａ図は液圧ラムに印加される圧力波形
従つて印加応力の波形を示す図である。これは正
弦曲線である。任意の点での温度変化は応力変化
に追従するので、第４，１ａ図はまた任意の正常
の一点での温度変化（すなわち赤外放射出力）の
波形を示す線図でもある。

第４，１ｂ図および第４，１ｃ図には、零応力
時の温度値（この場合平均値）の上側および下側
の波形の部分を夫々個別に示してある。

第４，２ａ図は、物体の欠陥点（例えばひび割
れ或いは割れ目）での赤外放射出力の典型例を示
している。この欠陥点での波形の形状はこの欠陥
の特性、印加された負荷力、負荷周波数および材
料の性質に依存しているが、図からも明らかなよ
うに非対称である。このことはひび割れの場合に
は簡単に説明できる。このひび割れ周囲の区域を
圧縮すると、この圧縮応力はこのひび割れによつ
て伝えられる。しかしながら、その区域が引張応
力を受けていると、このひび割れはこの引張応力
を伝えず従つて第４，１ｂ図に対応する出力波形
を生ずる。物体内の他の不連続部分の場合には、
引張応力が伝達されることがあるが圧縮応力ほど
有効的ではなく、従つて第４，２ａ図に示す波形
を生ずる。（これとは逆の場合もある。すなわち
例えばガラスフアイバー中の樹脂中の空洞のよう
に、圧縮応力ではなくて引張応力が伝達される場
合がある）。前述した装置を使用することにより
赤外放射の検出により、代表的な欠陥点をオシロ
スコープ１６で検出し表示することができる。

波形の位相測定により、出力波形の、零応力レ
ベルに対する正および負の成分を夫々検出する
（第４，２ａ図および第４，２ｂ図）。これら２つ
の信号を減算することにより、この欠陥の特性お
よびひどさを知ることができる。従つて、このタ
イプの欠陥が存在しない場合には、この減算の結
果は零である。欠陥が存在する場合には、この減
算の結果は有限値である。

さらに、波形の非対称性の検出をフーリエ解析
により行なうこともできる。この波形が対称正弦
波である場合には、フーリエ解析により単一周波
数成分を生じ、他方この波形が非対称である場合
には、１個以上の周波数成分を検出する。

波形の非対称を検出する第３の方法はこの波形
と応力印加波形の高調波との相関関係により、対
称波形は零出力を与えるが非対称波形は有限出力
を与える点を利用する方法である。単一点の観察
のときには、例えば減算、フーリエ解析または相
関システムのような欠陥検出に対する電子処理シ
ステムからの出力を、計器表示８３用として供給
する。また、構造物の表面の表面区域を検査して
いる場合には、欠陥の位置、形状および特性をオ
シロスコープ上で強度区域として表示することが
できる。

表示システムに関しては、可視チヤンネル（第
５図に示されていない）が操作者に応力出力と関
係するテスト構造物上の特徴を識別するために拡
大像を与えることができる。この場合赤外放射お
よび可視放射の２つのチヤンネルを光学的に一致
させる。可視表示を与える、オシロスコープ１６
以外の他の手段にはTV検出器や投映スクリーン
その他等が含まれる。赤外放射検出器により発生
した信号を使用して操作者の視野内にある光放出
ダイオードを調整し、よつて即時観察または写真
記録に対する応力の大きさ、走査範囲および方向
表示を与える。またレーザ投映システムを使用し
て測定中の特定区域を正確に合わせることもでき
る。

この信号出力を使用して、TV表示モニタ上で
等応力レベルの線分或いは選定したレベル間の着
色表示を用いて、または物体の画像上に応力レベ
ルを表わす数値を重ね合わせることによつて、応
力の等高線地図を表示させる。

スレツシヨルド制御１６を行なつて、応力の高
い区域を明るくして強調させかつ選択された応力
レベル間での表示感度を高める。

この方法および装置を正確に作動させる場合に
は、物体に熱放出の均一な被膜を被着させること
が最良であることが判つた。この被膜は薄い化学
的形成層の形態とするのが好適であり、物体が金
属の場合には関連する金属の塩または他の化合物
とし得る。物体をアルミニウムとする好適実施例
では、被膜を陽極処理によつて形成し得る。

測定系と共に校正装置を含ませることができ
る。例えば、出力信号を表面温度と相関させるた
めに、制御形熱源を使用することができる。

出力を応力レベルで直接校正するために、例え
ばひずみゲージを有する標準テスト構造物を使用
することができる。

表面放射率が変化する構造物に対する校正を、
標準テスト片の使用によつて行なうことができ
る。

応力分布測定装置に、検査されるべき表面にお
ける放射率の値およびその変化を自動測定しおよ
び補償するための手段を含ませることができる。
この補償を、例えば制御形赤外放射源を使用して
表面放射率を測定することによつてまたは無負荷
時に被観察構造物を検査する予備測定によつて、
赤外放射測定と同時に行なうことができる。

ピーク検出器３１を物体の振動装置５１のトラ
ンスジユーサにより生じたトリガ信号によつてリ
セツトすることができる。この器具の重要な特徴
は印加応力の波形と温度信号の波形との間の位相
を調整して被膜の熱遅れおよびトランスジユーサ
での誤差を補償するために設けられた手段にあ
る。

本発明によればさらに物体上の被膜の熱遅れ
を、印加応力の波形と温度信号の波形との間の位
相差に対するそれらの影響を使用して調べること
ができる。第５図において、温度変化を、第３図
および第５図を参照して既に説明したように、構
成成分１８，１９，２２および２７によつて検出
しおよび前置増幅器２７からの出力を構成成分６
０，６１および６２を経て位相感知検出器６６に
送給する。さらに、印加応力の出力波形を振動装
置５１から移相装置５２を介して位相感知検査器
６６に供給する。この位相感知検査器６６は印加
応力（振動装置５１からの）の波形と温度信号
（増幅器２７からの）の波形との位相差に依存し
た出力信号を生ずる。この出力信号をオシロスコ
ープ１６に供給して物体の図式的表示を行なわせ
る。しかし、この場合、輝度変化を用いて物体内
の応力変化を表わしている物体の図式的表示の代
わりに、これは物体を横切る２つの信号間の位相
遅れの変化従つて物体上の被膜の厚さの変化を表
わしている。この場合、簡単な切換えにより、オ
シロスコープ１６で物体内の応力の図式的表示ま
たは物体上の被膜の厚さの図式的表示のいずれを
も行なうことができる。

かかる装置および方法を種々の形状の物体に利
用し得るしかつ例えば平面的なシート材料にも使
用し得るが、特に現在ではモニタが困難である複
雑な形状の物体上の被膜の厚さを検査するために
使用し得る。

前述したように、物体上の被膜の厚さを陰極線
オシロスコープ上でスポツトの輝度変化の形態
で、或いは色変化を用いて、或いは被膜の等厚点
を結んで等高線で或いは被膜を表わす数字のいず
れかで図式的に表示する。

この方法を、印加応力の周波数を変化させるこ
とによりさらに改善し得る。

前述した方法および装置は非接触手段によりあ
るシステムの応力特性を関する情報をこのシステ
ムの負荷と同時に得る技術を提供する。この方法
および装置は設計特性を見積るためのモデル構造
物に対してのみならず実際の構造物に対しても適
用し得る。本発明装置をあるシステム中の応力分
布の測定のみならず表面被膜の厚さの測定にも使
用し得ると共に材料および構造物中の欠陥を検出
しかつその大きさおよび特性を決定し得る。検出
された材料の欠陥は疲労によるひび割れ、欠陥溶
接、内部空洞等々を含む。この技術により得られ
た出力信号を使用して負荷を受けている構造物中
の材料の弾性特性を推定する。

多くの応力解析システムとは異なり、この技術
は広範囲のダイナミツク負荷を受けている構造物
の応力特性の簡単な測定を可能とし従つてシステ
ムの振動特性に関する情報を与えることができ
る。