JPS6161616B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、試験片を固定できる取りつけ器と、
試験片に向けられる光学的測定器とを有する亀裂
成長測定器に関するものである。

材料試験片の検査においては、亀裂の長さをし
ばしば決定せねばならず、験片に静的に応力を加
えている間、および振動による応力を加えている
間に亀裂の成長を測定せねばならない。亀裂の長
さは、一定の間隔をおいて、あるいは振動により
応力が加えられる場合は一定回数の応力サイクル
が加えられた後で、顕微鏡によつて確認される。
このような従来測定法は個々の測定にかなりの時
間を必要とし、しかも測定誤差が生じやすい。

本発明の問題は、材料試験片に沿う亀裂を客観
的に高い確度で測定できる範囲を拡げることを可
能とし、かつ非常に高い速度で動作して、個々の
測定を短時間後に行えるようにし、必要があれば
測定結果を電子的に処理できる、前記したような
亀裂成長測定器を得ることである。

この問題を解決するために、本発明に従つて、
光学的測定器にはテレビジヨンカメラが設けら
れ、このテレビジヨンカメラはテレビジヨン画像
の画像点を２値化パルスへ変換する弁別器に接続
され、この弁別器はテレビジヨン画像の２値化パ
ルスを受ける記憶装置へ接続され、記憶装置の内
容を連続するテレビジヨン画像の２値化パルスと
比較する比較器が設けられる。

テレビジヨンカメラは材料試験片の表面を走査
して、一連のアナログ映像信号と必要な同期パル
スを発生する。それらの映像信号と同期信号は弁
別器で分離されてから、映像信号はデジタル化さ
れる。それらのデジタル（２値化）映像信号は線
と点の形で記憶装置に記憶される。記憶装置の記
憶容量は、テレビジヨン画像の各画像点のパルス
を記憶するのに十分なほど大きい。テレビジヨン
画像の記憶は試験の開始時に１回と、試験中に亀
裂測定を行うたびに行われる。

亀裂を測定するたびに発生される映像信号は比
較器の１つの入力端子へ与えられる。この比較器
の第２の入力端子は記憶装置の出力端子に接続さ
れる。この比較器では、記憶装置の画像記憶場所
の内容と、映像信号の対応する瞬時値とを比較
し、新しい画像が画像記憶装置に記憶される。比
較で違いが現われなければNOTパルスが発生さ
れる。これに反して、記憶装置の内容と、自由に
選択できる時点で調べられたテレビジヨン画像と
の間に差違が現われると、YESパルスが発生さ
れる。すなわち、この場合には疲労による亀裂の
拡大が行なわれていることになる。このようにし
て、最後に行つた測定の時からいままでに亀裂が
生じたか、前からあつた亀裂が拡がつたかを非常
に迅速かつ確実にたしかめることができる。

試験片の表面に測定を妨げるような光学的現
象、たとえばひつかき傷のような、テレビジヨン
カメラにより検出はされるが亀裂ではないような
ものが存在しているとすると、それらは記憶装置
に記憶されているテレビジヨン画像と、後で撮影
されたテレビジヨン画像に同一のものとして含ま
れるから、この亀裂測定器によつては分析され
ず、かつ比較器によつても検出されない。この亀
裂測定は亀裂の側縁部すなわち輪郭の識別を基に
しているものである。亀裂の輪郭は亀裂以外の部
分とは異なる光反射を行う。反射率の違い、反射
角度および光の強さによつて、テレビジヨン画像
には白と黒以外に種々の灰色調が生ずるが、灰色
調は対象ではないから、純黒と純白との２値化変
換が行われる。

亀裂の成長についての定量的な証拠を得るため
に、本発明の一実施例では、比較されたテレビジ
ヨン画像の一致しない２値化パルスの数がカウン
トされて指示される。それとともに、最後の測定
から現在までに生じた亀裂の成長についての確実
な数値データが最短時間で得られる。

最も細い亀裂を分析するためにテレビジヨ画像
の解像度を高くするため、テレビジヨンカメラに
前方顕微鏡アタツチメントが接続される。このよ
うにして、たとえば倍率100倍で測定部分の寸法
が300ミクロンの場合には、テレビジヨン画像が
120本のラインを有する時は解像度が2.5ミクロン
となり、テレビジヨン画像が240本のラインを有
する時は解像度は1.25ミクロンとなる。

テレビジヨン画像のラインの方向を亀裂の方向
に対して直角にすると有利であり、かつテレビジ
ヨン画像の比較はライン比較で行うと有利であ
る。画像の内容が最後の測定と比較して変化して
いるラインの数により、亀裂の成長を定量的に決
定することもできる。それらのラインの数をカウ
ントできる。

互いに直交する３つの平面内を制御しつつ動か
すことができるすべり往復台の上にテレビジヨン
カメラをとりつけると有利である。すべり往復台
の制御は測定した亀裂の成長の関数として行うこ
とができる。このようにして、テレビジヨン画像
中に、試験片のうち測定の対象としている部分、
または亀裂の成長が生じている部分が常に現われ
るようにすることができる。たとえば、亀裂がテ
レビジヨン画像の左側縁部に近づくと、テレビジ
ヨンカメラは一定距離だけ右へ動かされる。検査
中に亀裂が成長したとすると、カメラを試験片に
正しく平行に亀裂の成長する向きへ一定距離だけ
動かされる。焦点深度は受信器により一定に保た
れる。

試験片のとりつけがテレビジヨン画像の撮影中
に短時間だけ停止するようにして、亀裂成長試験
片のとりつけが制御される。このようにして、試
験片の振動により測定が誤らないようにされる。
測定時間は非常に短い（最大40ms）であるか
ら、測定のために試験片を停止させる時間は非常
に短い。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

図は本発明の亀裂成長測定器の簡略化したブロ
ツク図である。試験片１１が取りつけ器１０に垂
直にとりつけられる。取りつけ器１０の下端部に
試験シリンダ２８が設けられる。この試験シリン
ダ２８は試験片１１に引つ張り荷重、圧縮荷重お
よび振動荷重を加える。荷重を測定する圧力計１
２が試験片の上部ホルダにとりつけられる。圧力
計１２は可変利得増幅器１３の１つの入力端子へ
接続される。増幅器１３の出力信号は試験シリン
ダ２８の整流器を制御する。増幅器１３の他の入
力端子には、基準値標準のための関数発生器１４
の出力信号と、測定サイクル断続制御器１５の制
御信号が与えられる。

テレビジヨンカメラ１７の前方顕微鏡アタツチ
メント１６が試験片１１の表面の一部へ向けられ
る。したがつて、テレビジヨンカメラ１７は試験
片１１のそれぞれの部分の映像を影し、それらの
映像を同期信号とともに弁別器１８へ与える。こ
の弁別器１８は映像と同期信号をモニタ１９へ与
える。このモニタにより入力したテレビジヨン映
像を見ることができるようになる。また、弁別器
１８はモニタ１９のスクリーン上に基準格子を生
ずる装置を含む。水平線と垂直線とより成るこの
基準格子により、試験片の表面の撮影すべき部分
に対してテレビジヨンカメラの位置を調整するこ
とが容易となる。

弁別器１８はテレビジヨンカメラ１７の出力の
同期パルスと映像パルスを分離させ、しきい値回
路により映像パルスをデジタル化するから、映像
パルスの場合に弁別は白と黒の間だけで行われる
ことになる。弁別器１８の出力端子２０に現われ
た２値化映像パルスは記憶装置２１と比較器２２
へ与えられる。この記憶装置の容量は、120単位
の測定の場合には、最低10Kビツトで、それによ
りテレビジヨン映像の全ての映像点を記憶でき
る。

この記憶装置は最後に撮影されたテレビジヨン
映像を記憶する。比較器２２は記憶装置２１に記
憶されているテレビジヨン映像と次に撮影された
テレビジヨン映像を比較して、両者が一致するか
否かを調べる。テレビジヨンカメラ１７のライン
の方向が試験片に沿う亀裂の方向に直角であるか
ら、比較器２２における２つのテレビジヨン映像
の比較はラインにより行われる。２本のラインが
一致しなければ亀裂はそれらのラインの内側で続
いていることになる。比較器２２の出力端子は、
この測定器の動作の制御とデータ処理を行うマイ
クロプロセツサ２３に接続され、このマイクロプ
ロセツサの出力端子はデータ出力ユニツト２４へ
接続される。マイクロブロセツサ２３は、比較器
２２で比較される２つのテレビジヨン映像が一致
しないラインの数をカウントするカウンタを含
む。したがつて、このカウンタのメータの指示は
最後の測定以後に生じた亀裂の成長を表わす。デ
ータの出力はメータの指針の指示で行わせること
ができ、亀裂の長さ、負荷サイクルの数、亀裂が
成長する速さ、測定停止回数、クロツク時間など
が指示される。

マイクロプロセツサ２３は、亀裂がテレビジヨ
ン映像の一端へ近づきつつあるか否かを判定し、
その判定結果を基にして、前方顕微鏡アタツチメ
ント１６がとりつけられているテレビジヨンカメ
ラ１７の位置を制御する駆動モータ３０を制御す
る。前方顕微鏡アタツチメント１６に結合されて
いる距離記録器２５が、試験片１１から前方顕微
鏡アタツチメント１６までの距離を決定し、その
距離を駆動モータ３０へ与える。この実際の距離
がマイクロプロセツサ２３から供給される希望値
と比較され、偏差関数として、前方顕微鏡アタツ
チメント１６及び距離レコーダーをとりつけてい
るテレビジヨンカメラ１７が固定されているすべ
り往復台を制御する。すべり往復台（図示せず）
は互いに直交する３つの平面内を移動できる。

マイクロプロセツサ２３は測定サイクル断続制
御器１５と、テレビジヨンカメラ１７の水平およ
び垂直同期回路２６とを、荷重が短時間だけ試験
片に加えられた時だけ、テレビジヨン映像の撮影
が行われるようにして制御する。

水平および垂直同期回路と、測定サイクル断続
制御器１５と、弁別器１８と、記憶装置２１と、
マイクロプロセツサ２３とのタイミング制御は同
期信号発生器２７により行われる。この同期信号
発生器２７は水晶発振器を用いて構成される。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の亀裂成長測定器のブロツク図であ
る。 １０……とりつけ器、１２……圧力計、１４…
…関数発生器、１６……前方顕微鏡アタツチメン
ト、１７……テレビジヨンカメラ、１８……弁別
器、１９……モニタ、２１……記憶装置、２２…
…比較器、２３……マイクロプロセツサ、２４…
…データ出力ユニツト、２６……水平および垂直
同期回路、２７……同期信号発生器、２８……試
験シリンダ、３０……駆動モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試験片を固定できる取りつけ器と、 該試験片に向けられる光学的測定器とを有する
   亀裂成長測定器であつて、 前記光学的測定器は、 テレビジヨンカメラを有し、 このテレビジヨンカメラから出力されるテレビ
   ジヨン画像の画像点を２値化パルスに変換する弁
   別器と、 この弁別器から出力されるテレビジヨン画像の
   ２値化パルスを記憶する記憶装置と、 この記憶装置の内容と前記弁別器から得られる
   連続するテレビジヨン画像の２値化パルスとを比
   較することにより前記試験片の亀裂成長を検出す
   る比較器と を具えたことを特徴とする亀裂成長測定器。 ２ 比較器は、 比較において一致しないテレビジヨン画像の２
   値化パルスの数をカウントして表示する表示手段
   を具えた ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   亀裂成長測定器。 ３ テレビジヨンカメラは、 前方顕微鏡アタツチメントを具えた ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の亀裂成長測定器。 ４ テレビジヨンカメラは、 そのライン方向が亀裂の方向に対して直角であ
   り、 比較器は、 テレビジヨン画像をライン単位で比較する ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ３項のいずれかに記載の亀裂成長測定器。 ５ 弁別器は、 画像座標に平行な基準線網が生じるようにして
   構成される ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ４項のいずれかに記載の亀裂成長測定器。 ６ テレビジヨンカメラは、 すべり往復台の上にとりつけられ、 このすべり往復台は、 互いに直行する３つの平面内を制御されつつ動
   かすことができる ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ５項のいずれかに記載の亀裂成長測定器。 ７ すべり往復台は、 測定された亀裂の拡大の関数として制御される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
   亀裂成長測定器。 ８ とりつけ器は、 試験片が周期的にとりつけられるように制御さ
   れ、 テレビジヨンカメラは、 テレビジヨン画像の撮影を間隔をおいて行なう
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
   亀裂成長測定器。 ９ 試験片を固定できる取りつけ器と、 該試験片に向けられる光学的測定器と を有する亀裂成長測定器であつて、 前記光学的測定器は、 テレビジヨンカメラを有し、 このテレビジヨンカメラから出力されるテレビ
   ジヨン画像の画像点を２値化パルスに変換する弁
   別器と、 この弁別器から出力されるテレビジヨン画像の
   ２値化パルスを記憶する記憶装置と、 この記憶装置の内容と前記弁別器から得られる
   連続するテレビジヨン画像の２値化パルスとを比
   較することにより前記試験片の亀裂成長を検出す
   る比較器と、 測定の断続を制御する測定サイクル断続制御器
   と、 前記テレビジヨンカメラのラインおよび画像同
   期、前記記憶装置の入力および出力、前記比較
   器、前記測定サイクル断続制御器のタイミングを
   とる同期発生器と を具えたことを特徴とする亀裂成長測定器。