JPS6138442A - 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） この発明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、その荷正に対応した回数で破損する。

第４図は荷重（単位：　　ｋｇ／ａｒｍ２）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■は疲労限度荷出を示し１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１０′′回かけると破壊するという意味である。

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。

そこで、この出願に係る発明者が先に出願した他の出願
（特願昭５９−　　　号）において、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案している。この提案さ
れた方法の原理につき簡単にに説明する。

この発熱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という事実
は従来から知られているが、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１発熱部分の温
度上Ａ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１次の方法を用いれば良い。

今、第５図に示すように、被検体ｌに対し荷重機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、
この縁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６図（Ａ）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１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６図（Ｂ）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６図（Ｃ）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Ｔ１とする。こ
れと同時に、ｉ５図（Ｄ）゛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Ｔ１と無荷正時温度Ｔ２
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ＴＩと無荷正時温度Ｔ２との
差ΔＴ＝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ｌの全面に
亙って赤外線走査を行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。

（発明が解決しよとする問題点） しかしながら、このような原理による金属疲労状況の画
像化方法では、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る温度平均値すなわち温度デー
タを求めているが、被検体に金属疲労試験機で疲労限度
を越える荷重をかけた時、被検体が伸びや、曲げ等によ
って変形したり、或いは、位置ずれを生じる場合には、
荷重負荷期間における温度データ測定の走査点に位置ず
れが生じてしまうので、異なる走査点上での荷重時温度
Ｔ１と無荷正時温度Ｔ２との差ΔＴ＝Ｔ。

−Ｔ２を求めることとなり、従って、正確なデータが得
られない恐れがあった。

このような恐れを回避してより正確な温度データを得る
ためには、荷重による変形とか、位置ずれを生じる場合
には、赤外線検出器を用いる被検体の温度データの検出
のタイミングをずらしてやれば良い。

この発明の目的は、被検体に金属疲労試験機で疲労限度
を越える荷重をかけた時、被検体が伸び−や１曲げ等に
よって変形したり、或いは１位置ずれを生じる場合であ
っても、より正確に金属疲労状況の画像化を図る方法を
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この
被検体に対する荷重負荷の停止直後及び次の荷重負荷の
開始直前の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正時温度とを求め、この荷重時温度
と無荷正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
特徴とする。

（作用） このように構成すれば、荷重負荷の停止直後に被検体に
残存している温度データを荷重時温度として及び荷重負
荷の開始直前の温度データを無荷正時温度としてコンピ
ュータに取込むので１位置ずれのない同一走査点上の温
度データを取込むことが出来、従って、より正確に金属
疲労状況の画像化を図ることが出来る。

（実施例） 以下、第１図〜第３図を参照して、この発明の実施例に
つき説明する。

第１図において、（Ａ）は被検体に負荷する正弦波の繰
り返し荷重パルスを示し、（Ｂ）は被検体の温度変化の
状態を示し、（Ｃ）は被検体荷重時の温度を検出するた
めのタイミングパルスを示し。

（Ｄ）は被検体無荷重時の温度を検出するためのタイミ
ングパルスを示し、（Ｅ）は被検体の荷重時の温度と、
無荷重時の温度との差演算により得られた金属疲労の位
置と、大きさの情報を含む温度情報を示している。・ ところで、荷重最後のサイクルでは被検体に位置ずれが
あるが、荷重を停止させた直後では、荷重が負荷されて
いないので位置ずれが無く、しかも、荷工停正直後であ
るので温度はほとんど下っていない。

従って、この実施例では、この点に着目し、荷重時の温
度データを取るタイミングを、第１図（Ｂ）に示すよう
に、荷重の負荷が停止して荷重が零となった直後の時点
にずらし、このタイミングで被検体の温度データをコン
ピュータに取込み、取込んだ温度データから荷重時温度
を求め、“その後の処理は、以下に説明するように１例
えば、第２図又はｍ３図に示す装置を用いて画像化を行
えば良い。

そこで、先ず、第１図（Ａ）〜（Ｅ）及び第２図を参照
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１図（Ａ）に示すように、荷重
機２で被検体１に荷重パルス群を周期的に１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６図（Ａ）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、荷捌ｎ２の荷重パルスのタイミ
ングを取ると共に、Ａ／Ｄ変換器６及びコンピュータ７
にも第１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　ｉ１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
最終パルスの負荷直後の、従って、被検体ｌの振動停止
直後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１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Ｔ、及び無荷重時温度Ｔ
２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Ｔ２との差演算を行って１例えば、第１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、ｆｆ１１図（Ａ）〜（Ｅ）及び８３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、第３図において第２
図に示した構成成分と同様な構成部分については詳細な
説明を省略する。

この場合には、第１図（Ａ）に示すような繰り返し荷重
パルス群を被検体ｌに負荷している時間。

例えば、約１秒の間にスキャンナ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１図ＣＢ
）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
ｒＪ　ハ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１図（Ｃ）及び（０））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Ｉ
Ｉ　ｊｏｂに取込む、それぞれの−ラインメモリＩ及び
Ｉ［ｌＯａ及び１０ｂでは、第１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、及び無荷重
時温度Ｔ２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ΔＴ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Ｊン走査と同程度の走査速
度で、被検体ｌを走査する必要カーある点を除けば、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） 上述した説明からも明らかなよに、この発明の゛方法に
よれば、被検体に対する荷重の負荷を停止させた直後に
圧縮側の温度データを読取って１／′するので、荷重負
荷による被検体の変形とか位置すれとかに無関係な一層
正確な温度データを読取ることが出来、従って、この発
明は金属疲労状況を一層正確に画像化することが出来る
という利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｅ）はこの発明の実施例をそれぞれ説
明するための波形図。 第２図はこの発明の説明に供する装置系を示す線図。 第３図はこの発明の説明に供する他の装置系を示す線図
、 第４図はこの発明の詳細な説明に供するＳＮ曲線図、 ｆ５５図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、 第６図（Ａ）〜（Ｄ）はこの発明の詳細な説明するため
の信号波形図である。 ｌ・・・被検体、　　　　　２・・・荷重機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・・・−ラインメモリ１１０ｂ・・・
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＼　　　　　　
　　　（％Ｊ 第４図 ｆＯ’　　ｆ０４　１０’　　１０’　　１０’　　１
０’　　　回摩又第５図 第６図 か すよ

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該被検体に対
   する荷重負荷の停止直後及び次の荷重負荷の開始直前の
   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。