JPS6138443A - 応力分布の画像化方法 - 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） この発明は被検体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被検
体の応力分布を画像化する方法に関する。

（従来の技術〕 機械装置、部品、或いは、構造物等を設計する場合、ど
の部位にどの程度の応力が掛っているかを知ることが安
全性の観点から重要な課題である。近年、このような被
検体の応力分布を非接触で短時間に測定する方法が提案
されている（特願昭５５−５８８９１　）　、この方法
の原理を以下簡単に説明する。

この出願の発明者は第４図に示すように被検体１に荷重
機２によって繰り返し圧縮及び引張り荷重を負荷すると
、被検体ｌの表面温度が荷重負荷の周期に同期して荷重
０の時の温度を中心として上昇及び下降を繰り返すこと
を見出した。

例えば、第５図（Ａ）に示すように、被検体に正弦波的
に荷重を負荷すると、正の半サイクルに対応する圧縮荷
重及び負の半サイクルに対応する引張荷重に同期して、
被検体表面温度は第５図ＣＢ）に示すように正弦波的に
上昇及び下降を縁り返す、また、圧縮荷重又は引張荷重
を矩形波的に負荷した場合にも（それぞれ第５図ＣＣ）
及び（Ｅ）に示す）、これらに同期して表面温度が上昇
又は下降する（第５図（Ｄ）及び（Ｆ）に示す）。

このような表面温度の変化量と応力変化との間には比例
関係があることがわかっているので、被検体に繰り返し
荷重を負荷して特定点での温度変化の幅を検出すれば、
その点における応力の大きさを知ることが出来る。

このような原理に基づく応力分布の画像化方法につき従
来考えられている方法を、第６図を参照して簡単に説明
する。

第６図に示す例は被検体の一点（−ポイント）毎の走査
で赤外線測定を行って、応力分布を画像化子る方法であ
る。被検体１に荷重機２により荷重負荷を与え、各ポイ
ント毎にスキャナ３を停止させて赤外線検出器４でそれ
ぞれの温度データを読取る０例えば正弦波的の負荷荷重
の場合には、検出されたアナログ温度データを切換器５
で正の半サイクルと負の半サイクルとで切換えてＡ／Ｄ
変換器６（８ａ及びｓｂ）に送り、そこでデジタル温度
データに変換した後、それぞれコンピュ−タフ内の対応
するメモリ７ａ、７ｂに記憶する。この記憶された温度
データから、同−周期内の、負荷振幅差が最大となる二
つの時点における第一及び第二温度データを個別にかつ
各周期毎に読取って平均化回路７ｃでそれぞれ平均化す
る。この例では、第一温度データを正の最大振幅時にお
けるデータとし、第二温度データを負の最大振幅時にお
けるデータとし得るが、また、正負の各最大振幅時に幅
を持たせ、その時間間隔内での検出温度データの平均化
を行い、各周期毎に得られたこれら平均化された値の加
重平均を求め、これらを第一及び第二温度データとする
ことも出来る。これら第一及び第二温度データの差を差
演算器７ｄで求め、この差すなわち応力情報を含む温度
情報を例えばＣＲＴのような表示装置８に供給し、よっ
て、被検体の応力分布を画像表示させることが出来る。

尚、首振ａ２．切換器５、Ａ／Ｄ変換器８ａ、６ｂ　。

メモリ？ａ、７ｂ　、平均化回路７Ｃ１差演算器７ｄの
タイミングをタイミング回路９からのタイミング信号で
取る。

このポイント測定方法であると１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。そこで、ライン又は一画面走査での
測定を行って測定時間の短縮を図る方法も考えられる。

この場合には、荷重を負荷している間、被検体の一部分
、或いは、全部を走査して検出したアナログ温度データ
を前述と同様にコンピュータ７の各メモリ７ａ及び７ｂ
に記憶させる。この走査は一ライン走査でも、数ライン
走査でも、−フィールド走査でも良い、そして、−ライ
ン中に、例えば、２５６〜５１２の点を取り、−ライン
を何回も高速走査し、これら−ラインのデータの４第一
及び第二温度データを上述したメモリ７ａ、７ｂにそれ
ぞれ記憶した後これより読取って平均化回路７Ｃで第一
及び第二温度データの平均化値を出し、差演算器７ｄで
平均値の差演算を行ってその結果を一画面メモリ（図示
していない）に記憶させる。そして、−画面当りの温度
情報が記録された後、前述と同様に表示装置８にこの温
度情報を送り、応力分布の画像表示を行う。

同様にして、一画面走査では、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、他の点は前述のう４ン走査の場合と同様に処理を行
って、応力分布の画像化を図ることが出来る。

（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応力状況の画像化
方法では、熱弾性効果を用いた被検体の温度分布の測定
では、被検体に応力によって生じる温度差は０．０１〜
０．５℃程度という微小な温度であるのに対し、荷重負
荷によって又は熱伝導によって被検体は高温となる。被
検体が高温となると、荷重によってわずかに被検体の位
置ずれが生じたとしても、赤外線検出器によりコンピュ
ータに取込まれる温度データの誤差が大きくなる。この
ような大きな誤差は、完全に荷重に同期して生ずるため
、荷重に同期を取って温度データを取込むようにしても
除去出来ない。

このような誤差を除去して正確な温度データを得るため
には、荷重による変形とか、位置ずれを生じる被検体の
場合には、被検体表面に熱応答が鰻り返し荷重パルスの
周期に近い熱フィルタを付着し、温度変化の位相をずら
すようにすると共に、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。

従って、この発明の目的は、被検体に荷重をかけた時、
被検体が伸び１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であっても、より正確に応力分布状
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、被検体
に荷重を繰り返し負荷し、この被検体を赤外線検出器を
用いて走査して、荷重の一周期毎に最大荷重振幅差を与
える二つの時間期間における該被検体の各温度を第一温
度データ及び第二温度データとしてそれぞれ検出し、こ
れら第一及び第二温度データの差演算を行って、被検体
の応力分布をｉｉ！ｉｇＸ化するに当り、前述の被検体
の表面に熱フィルタを付着し、前述の荷重を矩形波状の
荷重とし、前述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前述の第一及
び第二温度データとしてコンピュータにそれぞれ取込み
、これら取込まれた第一及び第二温度データを基にして
荷重負荷の一周期毎に荷重時温度と無荷重時温度とをそ
れぞれ求め、これら荷重時温度と無荷重時温度との差演
算を行って、応力分布の情報を含む温度情報を求め。

この温度情報を基にして応力分布の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熱フィル
タに残存している温度データを荷重時（圧縮時）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重時（
引張時）温度としてコンピュータに取込むので１位置ず
れや、変形に起因する温度データの測定誤差が生じるこ
とがなく、従って、一層正確な温度データが得られ、よ
って、一層正確に応力分布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。

この発明では、先ず、被検体の表面の全体又は測定しよ
うとする憤域に熱応答が繰り返し荷重パルスの周期に近
い熱フィルタを付着する。との熱フィルタとして、これ
を被検体に密着させて使用した時、この熱フィルタの温
度が被検体の温度変化にやや遅れて変化するような材料
のものを選らぶ。

このように、熱フィルタを被検体に密着させれば、温度
変化の位相がずれると共に、荷重最後では被検体に位置
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、シかも、荷重の負
荷が停止した直後の短時間は荷重時の温度が位置ずれが
なく残存していることとなる。

この熱フィルタが被着された被検体に対して荷重パルス
を縁り返し負荷することにより熱フイルタ上の温度分布
、すなわち、被検体の表面の温度分布を正確に検出する
ことが出来るが、このような熱フィルタを用いることに
よる効果を一層発揮させるようにするため、この実施例
では、第１図（Ａ）に示すように、矩形波状の荷重を用
いる。

そうすると、被検体の温度は、第１図（Ｂ）に示すよに
、荷重波形にほぼ対応するが、立ち上がり及び立ち下が
りがやや遅れた波形となる。

そして、被検体に密着させた熱フィルタの熱変化は第１
図（Ｃ）に示すように変化し、荷重の負荷を停止した直
後でも充分な温度が残存するので。

この荷重停止直後の熱フィルタの温度データを圧縮時の
温度データ（前述の第一温度データに対応する）として
、＄１図（０）で示すようなタイミングパルスで、コン
ピュータに取込み、かつ、再荷重負荷直前の熱フィルタ
の温度データを引張時の温度データ（前述の第二温度デ
ータに対応する）として、第１図（Ｅ）に示すようなタ
イミングパルスで、コンピュータに取込めハ良い。

これらコンピュータに取込んだ両温度データを下にして
、その後のコンピュータ処理を行うことによって、応力
分布の画像化を行えば良い。

従って、この実施例では、この点に着目し、荷出時の温
度データを取るタイミングを、第１図（Ｄ）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に被着している熱
フィルタの温度データを第一温度データとしてコンピュ
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、かつ、再荷重負荷直前の熱フィルタの温度データを
第二温度データとしてコンピュータに取込み、・その後
の処理は、以下に説明するように、例えば、第２図又は
第３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）〜（Ｈ）及び第２図を参照
して、被検体ｌの一点（−ポイント）毎の走査で赤外線
測定を行って、応力分布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、被検体ｌの表面に熱フィルタを密着させて設けであ
る。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ｌに矩形波状の荷重パルスを周期的に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、荷重パルスを負荷している間は指
数関数的に上昇し、荷重パルスの負荷を停止すると指数
関数的に低下する。

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。

９はタイミング回路で、首振Ｉａ２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（Ｄ）及び（Ｅ）に示すようなタイミング
パルスをそれぞれ供給する。第１図（（））に示すタイ
ミングパルスによって、各ポイント毎に、荷重パルスの
負荷直後の、従って、被検体１の振動停止直後のデジタ
ル温度データ（第１図（Ｅ）に示す）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（Ｅ
）に示すタイミングパルスによって、次の荷重ハルスの
ＪＢＹ開始直前のデジタル温度データ（第１図（Ｇ）に
示す）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の高さ
が荷重時温度Ｔ、及び無荷工時温度Ｔ２に対応しており
、こ−れら温度データから、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、荷重時温度Ｔ、及び無
荷工時温度Ｔ２をそれぞれ得、続いて、これら荷重時温
度Ｔ、と無荷正時温度Ｔ２との差演算を行って、例えば
、第１図（Ｈ）に示すような、各ポイント毎に対応する
温度情報を得る。この温度情報の大きさが応力値に対応
した輝度で表わされる。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８に供給し
て、応力分布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、次に、第１図（Ａ）〜（Ｈ）及び第３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）に示すように、矩形波状の
荷重パルスを被検体１に負荷している時間１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（Ｃ）に示すよ
うに温度変化する熱フィルタの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ィ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９からのタイミ
ングパルス（第１図（Ｄ）及び（Ｅ）　）　　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ＩＩ
　１０ｂに取込む、それぞれの−ラインメモリＩ及び！
［１０ａ及びｌＯｂでは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Ｔ１
及び無荷正時温度Ｔ２とする（８１図（Ｆ）及び（Ｇ）
）。

次に、コンピュータ７でこれら荷重時温度Ｔ。

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（第１図（Ｈ））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画像
の輝度が応力値に対応した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ｌ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、応
力分布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、先ず、被検体の表面の全体又は測定しようとする
領域に熱フィルタを付着し、さらに、荷重として矩形波
状の荷重を負荷し、被検体に対する荷重の負荷を停止さ
せた直後の熱フィルタの温度データを読取っているので
、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
、この発明は応力分布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。

さらに、被検体に負荷される圧縮又は引張の片方の荷重
側だけで測定するのであるから、位置ずれがなく精度の
高い応力分布画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｈ）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線図、第５図（
Ａ）〜（Ｆ）は従来及び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６図は従来及びこの発明の説明に供する装置系を示す
線図ぞと）。 ■・・・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、　　　９・・・・タイミング回路８・・・表示装
置、　　　　　１０ａ・・・−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Ｓ−（’％Ｊ ＼　　　　　　　　　〜　　　　　　　セト〜　　　　
　１Ｎ　　　　　〜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検体に荷重を繰り返し負荷し、 該被検体を赤外線検出器を用いて走査して、荷重の一周
   期毎に最大荷重振幅差を与える二つの時間期間における
   該被検体の各温度を第一温度データ及び第二温度データ
   としてそれぞれ検出し、これら第一及び第二温度データ
   の差演算を行って、被検体の応力分布を画像化するに当
   り、前記被検体の表面に熱フィルタを付着し、 前記荷重を矩形波状の荷重とし、 前記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前記第一及び第二温度デー
   タとしてコンピュータにそれぞれ取込み、 該取込まれた第一及び第二温度データを基にして荷重負
   荷の一周期毎に荷重時温度と無荷重時温度とをそれぞれ
   求め、 該荷重時温度と無荷重時温度との差演算を 行って、応力分布の情報を含む温度情報を求め、該温度
   情報を基にして応力分布の画像表示を行わせること を特徴とする応力分布の画像化方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の応力分布の画像化方法
   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
   とを特徴とする応力分布の画像化方法。 ３、特許請求の範囲第１項記載の応力分布の画像化方法
   において、前記熱フィルタを、前記荷重の繰り返し周期
   に近い材料で形成したことを特徴とする応力分布の画像
   化方法。