JPS6123941A - 金属疲労状況の画像化方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発ＩＪ１１は金属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
疲労限度を越えた金属の疲労状況を画像化する方Ｖ、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かないが、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図は荷重（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■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、がっ、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
、がっ、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、このような金属疲労状況を簡単に、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、金属疲労状況の画像
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
温度と無荷型持温度とを求め、この荷重時温度と無荷重
時温度との差演算を行って、金属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！１１１
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、この発明の詳細な説明に先立ち、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、金属は熱伝導が良いため、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ｌ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ｌ
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１部
分の発熱によって、被検体１の温度上昇は、第１図ＣＣ
）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１１５間に応して積算
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１’ｕｉ　Ｉｌ
ｆ　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
の無荷重時の温度Ｔ２を取り出す。これら荷重時温度Ｔ
１と無荷型持温度Ｔ２を荷重パルス１゛１の負荷の周期
毎に求める。

そしてこれら荷重時温度Ｔ、と無荷型持温度Ｔ、との差
△Ｔ＝Ｔ、−Ｔ２が被検体１の金属が疲労によって発熱
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、金属疲労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（−ポイント）毎の走査で赤外線測定を行
って、金属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、荷重
Ｒ２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を停止
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ｆ
氏ドする。

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／［１変換器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（ＩＪ、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〜数サイクル間のデ
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Ｔ１及び無荷亜鈴温度Ｔ
２をそ、れぞれ得、続いて、これら荷重時温度Ｔ１と無
荷亜鈴温度Ｔ２との差演算を行って、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金属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度の程度を輝度
で表わす。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、金属疲労
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１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ＩＴを被検体ｌに負荷している時間、例えは、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
ン或いは一フイールド走査であっても良い。そして、−
ライン中に２５６〜５１２の点を取り、荷重パルス群の
負荷時間中、−ラインを何回も高速走査し、これらの点
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　ＩＯａ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Ｉｆ　ＩＯｂに取
込む。それぞれの−ラインメモリＩ及び］１１０ａ及び
１０ｂでは、第３図の実施例で説明したと同様に、取込
まれた温度データの平均化を行って、平均値を出し、こ
れら平均値を荷重時温度Ｔ、及び無荷亜鈴温度Ｔ２とす
る。

次に、コンピュータ７でこれら荷重時温度Ｔ１及び無荷
正時温度Ｔ２の差演算（図中１１で示す）を行って温度
情報ΔＴを求め、この温度情報△Ｔを一画面メモリ１２
に記憶させる。−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送り、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
金属疲労限界を越えている位置を表わし及び画像の輝度
が金属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、金
属疲労状況を画像化することが出来る。

（発明の効果） このように、この方法によれば、金属疲労限界を越える
時発生する温度と、他の原因に起因する温度とを識別し
て検出するため、被検体に対して荷重パルス群を間欠的
に負荷し、がっ、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
である荷重時温度と、次の荷重パルス群の負荷直前の平
均温度である無荷正時温度との差温度を取って、この差
７１Ｊ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
、被検体である金属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、簡単かつ止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（＾）〜（Ｅ）はこの発明の詳細な説明するため
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図はこの発明の詳細な説明供する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、
　　　　］Ｏａ・・・−ラインメモリエ１０ｂ・・・ラ
インメモリ■、１１・・・差演算１２・・・一画面メモ
リ。 特許出願人　　　　　日本電子株式会社第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属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、金属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、該温度情報を基にして画
   像表示を行わせること を特徴とする金属疲労状況の画像化方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の金属疲労状況の画像化
   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づれかの走査で行
   うことを特徴とする金属疲労状況の画像化方法。 ３、特許請求の範囲第１項記載の金属疲労状況の画像化
   方法において、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、次のサイクルの
   荷重パルス群の負荷開始直前の平均温度としたことを特
   徴とする金属疲労状況の画像化方法。