WO1986004410A1 - Apparatus for detecting positions of crack caused by fatigue - Google Patents

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Eiichi Makabe
Mitsuaki Uesugi
Masaichi Inomata
Kyusuke Maruyama
Kenji Iwai
Kazuo Sano
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Nippon Kokan Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention provides imaging means for imaging a crack of a fatigue test piece provided with a reference line for obtaining a position of a crack tip and the reference line in the same field, and a video signal obtained by imaging the imaging means.
  • a reference line detecting means for integrating the luminance level in the same direction as the reference line direction to obtain a maximum level to detect the reference line position; and transmitting a video signal output from the imaging means to the crack direction.
  • the brightness level is binarized in the vertical direction, and thereafter, the crack tip position detecting means for determining the continuity of the high level value and detecting the crack tip position, and the reference line detecting means are used. From the reference line position and the crack tip position obtained by the crack tip position detecting means, the reference A crack tip position calculating means for calculating a distance from a line to the crack tip position.
  • FIG. 8 is a block diagram of another embodiment
  • 9 (a) to 9 (d) are signal waveform diagrams for explaining the operation of the apparatus of FIG. 8,
  • Fig. 3 shows this part in detail.
  • the optical axis G of the microscope 21 is substantially perpendicular to the surface of the test piece 10, and the light R from the light source 27 at a predetermined angle 0 to this optical axis G
  • the scribe line detection means 32 integrates the luminance level of the video signal in the same direction as the direction of the scribe line 13 in the image for each raster to obtain the maximum luminance level in one frame. It has a function of detecting a scribed line position from a raster position where a level has occurred, and includes a horizontal direction integration circuit 35 and an integrated value peak position detection unit 36.
  • the crack tip position detecting means 3 3 converts the video signal into a binary signal, and thereafter, high level values are continuously generated from the image data obtained from the binary signal, and this is constant. It has a function of detecting cracks 12 by judging whether or not the training conditions are satisfied, and includes a filter circuit 37, a binarization circuit 38, and a noise removal circuit 39.
  • This noise component is, for example, a polishing flaw generated when the test piece 10 is polished, and has a waveform similar to that of the cracked portion at the scribed line 13, which is erroneously detected as noise.
  • the noise elimination circuit 39 uses a window W as shown in FIG. 6 (a). There is this window W Based on the point ⁇ , it has a length that is left, right, up, and down from that point, and the number of high levels (maximum values) in this window W, that is, the density of points in the window W is If it is not less than a certain value, the point is determined as a part of the crack 12, and if it is not more than a certain value, it is determined as noise and eliminated.
  • the video signal output from the binarization circuit 38 every last day and obtained from FIG. 5 (b) is sampled as 256 digital data and input to the circuit 39.
  • the noise elimination circuit 39 there are provided two first and second registers of 256 stages in the horizontal direction, and the data of the 240th raster in the vertical direction are sequentially stored in the first and second registers, respectively. Input to the register. The contents of the first and second registers are compared for each stage, and if there is data corresponding to a crack in the vertical direction, they match, and this is held as crack data.
  • the maximum value of the luminance level is obtained by the scribe line detection means 32 from the video signal of the test piece 10 imaged through each of the microscopes 20 and 21 to obtain the scribe line 13
  • the crack tip position detecting means 33 converts the signal into a binary signal, then determines the continuity of the high level value, extracts the crack 12 and detects the position of the crack tip 1 a. Then, the distance detector 40 calculates the distance from the scribe line 13 to the crack tip end position 12a from the scribe line 13 position and the crack tip position.
  • a high-precision automatic measurement device for a crack tip position of a fatigue test piece which can automatically measure a crack tip position using a microscope.
  • a video signal obtained by imaging the test piece 10 on which the scribe line 13 is applied during the fatigue test is used to obtain each raster in the same direction as the scribe line 13.
  • the average luminance level is determined, and this average luminance level is used for the fatigue test in the scribe line width direction.
  • the threshold value Q corresponding to the optimal position is used for binarization processing, and the average luminance level is masked with this binarized processing data to detect the optimal position for the fatigue test.
  • the optimal position of the lower end of the scribe line 13 can be reliably detected during the test.c Also, the position of the scribe line 13 can be detected not as the lower end but as the upper end position of the scribe line width depending on the fatigue test conditions. It is possible. Furthermore, if the threshold level Q is set low enough not to pick up the noise of the video signal, the lower and upper positions of the scribe line can be detected more accurately.
  • the test piece 10 shown in Fig. 2 was set on a fatigue tester with the scribe line 13 drawn as a reference line, and a repeated load was applied to the test piece 10. Cracks 12 are formed. This load has an amplitude of several hundreds and a frequency of about 30 Hz. When such a load is applied, the surface of the test piece 10 is illuminated, and images are taken by the ITV cameras 22 and 23 through a microscope.
  • the illumination of the test piece 10 is continuous light
  • the obtained image of the test piece 10 is blurred.
  • the load has several hundred amplitudes and the vibration frequency is about 30 Hz
  • the ITV camera The field of view when imaging with the heads 22 and 23 must be about a few aia in consideration of the resolution. Therefore, if imaging is performed using continuous illumination, the field of view will blur due to the vibration of the specimen 10. As a result, the position of the crack tip 12a cannot be detected with high accuracy.
  • the flash timings of the strobe lighting devices 50 and 51 are set at time intervals at which afterimages in each ITV camera head 22 and 23 are sufficiently attenuated. Specifically, it receives the synchronization signal from the synchronization signal generation circuit 34 that sends a synchronization signal to each ITV camera controller 24, 25 as illumination control means, and divides it by a predetermined frequency division ratio. It is composed of a frequency dividing circuit 54 that circulates, and stroboscope controllers 53, 52 that receive the frequency division output of the frequency dividing circuit 54 and operate the strobe lighting devices 50, 51 to emit light. I have.
  • the camera switching switch 31 receives the frequency-divided output of the frequency dividing circuit 54, and synchronizes with the strobe lighting devices 50, 51 when the light-emission operation is performed. 23 The video signal from 3 is passed alternately. O
  • the ITV camera heads 22 and 23 start imaging under the control of the ITV camera controllers 24 and 25. And outputs the video signal.

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Description

明 細 書 疲 労 亀 裂 位 置 検 出 装 置
[技術分野]
この発明は、 金属材料の疲労試験に用いられる試験片の亀 裂の先端位置を検出するための、 疲労亀裂位置検出装置に関 する。
[背景技術]
金属材料の疲労度の測定は、 形状、 寸法が B . S . 5 7 6 2 - 1 9 7 9 ( Methods for crack openi ng displacement test ing ) 等に規定されている、 第 2図に示すような疲労亀 裂 （クラック） 1 2を入れた疲労試験片 1 0を用いる。 この 試験片 1 0は、 その中央部に形成されたノ ツチ 1 1の底部か ら試験片 1 0中に所定長さのクラック 1 2を入れたものとす ることが規定されている。 このクラッ ク 1 2の形成工程にお いて、 クラ ック 1 2の長さ、 つまりその先端の位置を監視し ながら試験片 1 0に荷重を与えて加工する必要がある。
このクラック 1 2の先端位置の検出には従来から種々の方 法が用いられているが、 試験片 1 0に非接触で検出する方法 が望ま しい。 非接触による検出方法としてはクラック 1 2を 光学的に監視する方法や、 試験片 1 0が磁性体の場合はクラ ック 1 2による磁気的変化を渦流の変化として検出する方法 がある。 しかし、 渦流による方法は試験片 1 0の磁気特性よ り検出結果が変動し、 正確な亀裂位置検出ができない。 した がって光学的方法により正確、 かつ容易に亀裂位置検出がで きる装置が望まれている。
[発明の開示]
この発明は、 疲労試験片に形成されるクラックの先端位置 を非接触で高精度に検出し得る疲労亀裂位置検出装置を提供 と— C?あ o
この発明は、 基準線が施された疲労試験片に発生したクラ ッ クおよび基準線を撮像して得られた画像信号から前記基準 線方向と同一方向に輝度レベルの積分を行なつて最大輝度レ ベルから前記基準線位置を求めるとともに前記画像信号を 2 値化信号に変換してハイ レベル値の連練性判定から前記クラ ッ ク先端位置を検出し、 次に前記基準線位置と前記クラック 先端位置との間の距離を算出することを特徴とする疲労試験 片クラック先端位置の自動測定方法である。
また、 この発明は、 クラック先端位置を得るための基準線 が施された疲労試験片のクラックおよび前記基準線を同一視 野で撮像する攝像手段と、 この撮像手段の攝像により得られ る ビデオ信号から前記基準線方向と同一方向に輝度レベルを 積分して最大となるレベルを求めて前記基準線位置を検出す る基準線検出手段と、 前記撮像手段から出力されるビデオ信 号を前記クラック方向と垂直方向に輝度レベルの 2値化を行 ない、 この後ハイ レベル値の連統性を判定してクラック先端 位置を検出するクラック先端位置検出手段と、 前記基準線検 出手段により求められた基準線位置と前記クラック先端位置 検出手段により求められたクラック先端位置とから前記基準 線から前記クラック先端位置までの距離を算出するクラック 先端位置算出手段とを具備したことを特徴とする疲労試験片 クラック先端位置の自動測定装置である。
[図面の簡単な説明]
第 1図はこの発明による疲労亀裂位置検出装置の一実施例 のブロ ッ ク図、
第 2図は疲労試験片の側面図、
第 3図は第 1図に示した装置の一部を示す斜視図、 第 4図 （ a ) は試験片の画像の図、
第 4図 （ b ) は試験片画像の垂直方向の輝度分布図、 第 5図 （ a ) 〜 （ d ) は亀裂の検出の動作を示す図、 第 S図 （ a ) 〜 （ c ) は亀裂検出の際のノイズ除去動作を 示す図、
第 7図は第 6図のウイ ン ドウと試験片画像との関係を示す 図、
第 8図は他の実施例のプロック図、
第 9図 （ a ) 〜 （ d ) は第 8図の装置の動作を説明するた めの信号波形図、
第 1 0図は更に他の実施例のプロック図である。
[実施の最良の形態]
以下図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説明する。 第 1図において、 疲労試験片 1 0の両表面が視野に入るよ うに顕微鏡 2 0， 2 1が設けられ、 この顕微鏡 2 0 , 2 1 に より得られた試験片 1 0の光学像が工業用 T Vカメラへッ ド ( I T Vカメ ラ） 2 2， 2 3で攝像される。 これら I T V力 メ ラヘッ ド 2 2 , 2 3 は夫々 I T Vカメ ラコン トローラ 2 4 , 2 5によってその動作が制御される。 試験片 1 0の両表面は 夫々光源 2 6 , 2 7によって斜め方向から照明されている。
試験片 1 0は、 第 2図に示したように、 下辺中央部にノ ッ チ 1 1が形成され、 このノ ッチ 1 1の底部から所定長の亀裂 1 2が形成されたものである。 この亀裂 1 2は、 例えば試験 片 1 0の両端を保持した伏態でノ ツチ 1 1の反対側面から矢 印 A方向に荷重を与えることにより形成される。 この亀裂
1 2の長さ、 つまりその先端は試験片 1 0の表面にダイャモ ン ド針等を用いて描いたけがき線 1 3 との距離によって検出 される。 このけがき線 1 3が描かれる表面は充分に研磨され た鏡面となつていることが望ま しい。
この部分を詳細に示すと第 3図のようになる。 顕微鏡 2 1 の光軸 Gは試験片 1 0 の表面に対し略垂直であり、 この光軸 Gに対して所定角 0の角度で光源 2 7からの光 Rが試験片
1 0の表面に入射する。 従って、 顕微鏡 2 1 には、 亀裂 1 2、 けがき線 1 3、 きず等、 入射光 Rを乱反射する部分からの反 射光のみが入射される。 尚、 けがき線 1 3の方向に対し、
I T Vカメラヘッ ド 2 2 , 2 3の水平走査線の方向が一致す るように設定されるのが望ま しい。 I T Vカメラヘッ ド 2 2， 2 3 は、 I T Vカメ ラコン トローラ 2 4 , 2 5 により制御さ れて各顕微鏡 2 0 , 2 1を通して拡大された試験片 1 0の像 を撮像する。 そのビデオ信号は I T Vカメ ラコ ン トローラ 2 4， 2 5を介して信号処理装置 3 0に送られ、 信号処理装 置 3 0内のカメラ切換スィ ッチ 3 1を介してけがき線検出手 段 3 2およびクラッ ク先端位置検出手段 3 3に送られるよう になっている。 なお、 3 4は I T Vカメラコン トローラ 2 4 , 2 5およびカメラ切換スィ ッチ 3 1 に同期信号を送る同期信 号発生回路である。
さて、 けがき線検出手段 3 2 は、 ビデオ信号の輝度レベル を画像中けがき線 1 3の方向と同一方向に各ラスタ毎に積分 して 1 フレーム中の最大輝度レベルを求め、 この最大輝度レ ベルが生じたラスタ位置からけがき線 置を検出する機能を もったもので、 水平方向積分回路 3 5 と積分値ピーク位置検 出部 3 6 とから構成されている。
—方、 クラック先端位置検出手段 3 3は、 ビデオ信号を 2 値化信号に変換し、 この後 2値化信号から得られる画像デー '夕からハイ レベル値が連続的に発生し、 これが一定の連練条 件を満足しているかを判定してクラック 1 2を検出する機能 をもったもので、 フィ ルタ回路 3 7 , 2値化回路 3 8および ノイズ除去回路 3 9から構成されている。
4 2 は距離検出部であって、 これは各手段 3 2 , 3 3 によ り求められたクラック先端位置とけがき線位置とからけがき 線 1 3 とクラック先端位置と間の距離を求める機能をもった ものであり、 クラック像 1 2 dおよびけがき線像 1 3 d、 お よび両者の距離は、 第 3図のように表示部 4 1 に表示される ようになっている。
また、 本装置には、 疲労試験機 （不図示） を停止させるた めのけがき線 1 3 とクラック先端位置との距離の設定値が設 定された停止距離設定回路 4 2および疲労試験機に停止信号 を送出する疲労試験機停止信号発生回路 4 3が備えられてい 次に上記の如く構成された装置の動作について説明する。 顕微鏡 2 0， 2 1 によつて拡大された試験片 1 0の表面上の けがき線 1 3 とクラック 1 2が、 I Τ Vカメラヘッ ド 2 2 , 2 3の視野内に入り、 第 4図 （ a ) に示すような画像となる ように位置等が調整され、 また、 各照明装置 2 6 , 2 7によ る照度等が可変されてけがき線 1 3およびクラック 1 2は一 様に白色に撮像されるように調整される。 なお、 第 4図 （ a ) では表示を容易にするため黒、 白が逆転したものとなってい 0
このような画像のビデオ信号はそれぞれ I T Vカメラコン トローラ 2 4 ·, „2 5およびカメラ切換スィ ツチ 3 '.1を介して けがき線検出手段 3 2およびクラック先端位置検出手段 3 3 に送 れる。
けがき線検出手段 3 2では、 まず水平方向積分回路 3 5に より 1水平走査毎、 つまり各ラスタごとにビデオ信号の輝度 レベルの積分値が求められる。 つまり、 第 4図 （ a ) に示す 画像においてけがき線 1 3の方向と同一方向で各ラスタ毎に 輝度レベルの積分値を求める。 そうすると第 4図 （ b ) に示 すような垂直方向 Vにおける輝度分布が得られる。 積分値ピ —ク位置検出部 3 6 はこの輝度分布から最大輝度レベルを検 出してけがき線 1 3の位置を求める。 ここで、 クラック 1 2 も白色で撮像されているため輝度レベルは高いが、 けがき線 1 3の方向に積分を行なうためクラ ック 1 2による輝度レべ ルは無視し得るものとなる。
例えば、 第 4図 （ a ) に示した I T Vカメラへッ ド 2 2 , 2 3の夫々の視野の垂直方向の寸法 Vは 5 aaであり、 カメラ へッ ド 2 2 , 2 3による走査線は 4 8 0本である。 ここでは、 ィ ン夕一レ一ス走査方式 ( interlaced scanning system) が 採用されているから、 1 フレームは 2 4 0本である。 従って、 ラスタ 1本の幅は約 2 となる。 これに対し、 けがき線 1 3の幅は 1 0 0 程度であるから、 けがき線 1 3の画像信 号は少なく とも 4本〜 5本のラスタ中に得られることになる。
例えば、 I T Vカメラヘッ ド 2 2から得られたビデオ信号 がカメ ラ切換スィ ッチ 3 1 によって選択されて、 水平方向積 分回路 3 5およびフィ ルタ回路 3 7へ与えられる。 水平方向 積分回路 3 5.は、 2 4 0本のラスタの個々に付いて水平方向 にその輝度レベルを積分し、 積分値をラスタ本数に対応して 2 4 0個のァ ドレス位置を持つメモリ内に順次記憶する構成 となっている。 このメモリ内に記億された各ラスタ毎の輝度 レベル積分値は、 次に積分値ピーク位置検出部 3 6に順次メ モリのア ドレスごとに送られ、 ピーク値が検知される。 例え ば、 0本のラスタのうち、 上から数えて 9 6本目から 1 0 0本目までのラスタに付いてピーク値が得られたとする。 検出部 3 6 はこのときのァ ドレス値、 つまり 9 6番目から 1 0 0番目のメモリア ドレス値をピーク位置として保持する 機能を持つ。 以上の動作は、 けがき線検出手段 3 2をマイ ク ロコンピュー夕で構成することによつて容易に実現できる。 一方、 クラック先端位置検出手段 3 3では次のような動作 が行なわれる。 すなわち、 第 4図 （ a ) に示す A— Aノ上の ビデオ信号は第 5図 （ a ) に示すようにクラック部分 Pのレ ベル値が高いものとなっている。 このクラック部分 Pを強調 し、 かつ、 測定対象を変える事等による全体の輝度レベルの 変化が生じてもその影響を受けない様にするためにハイパス フィ ル夕回路 3 7にビデオ信号を通して直流分をカツ 卜する。 このハイパスフィ ルタ回路 3 7を通過したビデオ信号は例え ば第 5図 （ b ) に示すような波形となり、 この信号を 2値化 回路 3 8に送って 2値化することによってクラック 1 2に対 応するパルス信号 P ' を検出する。 すなわち、 2値化回路
3 8 は各ラスタにおけるビデオ信号の最大値を検出し、 この 最大値を検出したラスタ上の位置にクラック 1 2が存在する ものとして検出する。 ただし、 クラック 1 2の存在しない走 査ライ ン上で最大値を検出する事は無意味であるためある闞 値レベル Lを設定しこの閾値レベル L以上の信号についての み最大値検出を行う。 このようにして 2値化された信号によ り得られる画像が第 5図 （ c ) に示す画像であるが、 閾値レ ベル Lでは十分にクラック 1 2のみを抽出することができず ノィズ成分が含まれたものとなっている。 このノィズ成分は、 例えば、 試験片 1 0を研磨した時に生ずる研磨きず、 またけ がき線 1 3部分ではクラック部分と同種の波形となり これが ノイズとして誤検出される事等である。
そこで、 ノイズ除去回路 3 9によりノィズ成分の除去を行 なう。 つまりノィズ除去回路 3 9では、 第 6図 （ a ) に示 すようなウイ ン ド Wを使用している。 このウイ ン ド Wはある 点 Βを基に、 その点から左右および上下にある長さを持つも のであり、 このウィ ン ド W内のハイ レベル （最大値） の数す なわちウイ ン ド W内の点の密度がある値以上であれば、 その 点をクラック 1 2の一部として判断し、 またある値以下であ れば、 ノイズとして判断し消去するものである。
すなわち、 ハイ レベル部分が連練的に発生しているかを判 定する。 第 6図 （ b ) は第 7図に示すノィズ成分部分 Q 1で の 2値信号レベルを示しており、 ハイ レベル （第 6図 （b ) において黒色） の部分は不連統となっている。 また第 6図
( c ) はクラック 1 2の部分 Q 2を示しておりハイ レベル部 分が連続的に発生している。 このようにしてノィズ成分が除 去されると画像は第 5図 （ d ) に示す如く となる。 そこで、 クラッ ク 1 2の先端位置 1 2 aが検出されるが、 この検出の 際ウィ ン ド密度の閾値は下げられてクラック 1 2であっても ノイズとして検出されないようにその確率を低く している。 第 5図 （ b ) のようにしてラスタごとに 2値化回路 3 8か ら得られたビデオ信号は、 ノィズ除去回路 3 9 に送られる。 この回路 3 9では、 1水平走査 （ 1 H ) 期間を 2 5 S分割す るパルスレートを持つサンプリ ングパルスで、 入力ビデオ信 号をサンプリ ングし、 このサンプリ ング出力を水平方向に 2 5 6のア ドレス位置を持ち、 垂直方向に 2 4 0のア ドレス 位置を持つ ドッ トメモリ に記憶する。 この ドッ トメモリ に記 憶された 1 フ レーム分のビデオ信号は、 次に例えば水平方向
7 ドッ ト、 垂直方向 1 5 ドッ 卜のメモリ容量を持つパ一シャ ルメ モ リをウィ ン ド Wとして用いて、 ノイズ除去を行なう。 即ち、 第 6 ( b ) のように黒ドッ トの数がウイ ン ド W内で所 定数以下のときは、 このウィ ン ド W内の黒ドッ トはノィズで あると判断して、 黒 ドヅ トをすべて消去する。 又、 第 &図
( c ) のように黒ドッ トが所定数以上のときはクラック 1 2 の画像であるとしてそのまま残す。 例えば、 第 7図のクラッ ク部分 Q 2は、 ウィ ン ド W内に切り出すと第 6図 （ c ) のよ うになる。 ここから、 クラック像 1 2 dに沿って順次ウィ ン ド Wを移動してゆく と、 最終的にこのクラック像 1 2 dが消 えて、 ノィズ部 Q 1 となる。 従って、 第 6図 （b ) に示すよ うにノィズ部 Q 1が検出されたときのウイ ン ド Wの垂直方向 下端のァ ドレス A D ( 1 2 a ) を、 クラック 1 2の先端 1 2 aの垂直方向位置を示すデータとして保持する。 ノイズ除去 回路 3 9の他の例として、 けがき線検出回路 3 2 と同様にマ イク口コンピュータを用いることができる。 即ち、 ラス.夕ご とに 2値化回路 3 8から出力される、 第 5図 （ b ) から得ら れるビデオ信号が 2 5 6のデジタルデータとしてサンプリ ン グして回路 3 9 に入力される。 ノィズ除去回路 3 9内には水 平方向へ 2 5 6段の第 1、 第 2のレジスタが 2個設けられ、 2 4 0の垂直方向のラス夕のデータ夫々が順次第 1、 第 2の レジスタに入力される。 第 1、 第 2のレジスタの内容が各段 ごとに比較され、 垂直方向にクラックに対応するデータがあ れば一致するから、 これをクラックデータとして保持する。
2 4 0のラスタの各々のデータに付いて上から下に順次この 操作を行ない、 最初に一致がとれたラス夕に対応する垂直方 向のメモリア ドレスがクラックの先端 1 2 aの位置データと -なる。
そう して、 各手段 3 2 , 3 3により求められたけがき線位 置およびクラック先端位置は距離検出部 4 0に送られ、 この 距離検出部 4 0によりけがき線 1 3からクラック先端位置 1 2 aまでの距離が、 両ア ドレス値の差として求められて表 示部 4 1 において表示される。 また、 この距離が停止距離設 定回路 4 2に設定された距離と比較され、 設定距離以下とな つた時、 疲労試験機の停止信号発生回路 4 3は疲労試験機に 疲労試験の停止信号 Kを送出し、 試験片 1 0に対する荷重が 除かれる。
このように上記一実施例においては、 各顕微鏡 2 0 , 2 1 を通して摄像された試験片 1 0のビデオ信号から、 けがき線 検出手段 3 2により輝度レベルの最大値を求めてけがき線 1 3の位置検出を行ない、 一方、 クラック先端位置検出手段 3 3が 2値化信号に変換してからハイ レベル値の連続性を判 定してクラック 1 2を抽出しクラック先端 1 2 aの位置検出 を行ない、 もってこれらけがき線 1 3の位置とクラ ック先端 位置とから距離検出部 4 0が、 けがき線 1 3からクラック先 端位置 1 2 aまでの距離を求める構成としたので次のような 効果を奏することができる。 すなわち、
① 試験片 1 0上のけがき線 1 3の位置を予め設定するこ とにより試験片 1 0上でのクラック先端 1 2 aの位置が自動 測定できる。
② 非接触方式でクラック先端 1 2 aの位置が測定できる
③ I T Vカメ ラヘッ ド 2 0 , 2 1 の視野サイズが一定で あれば、 試験片 1 0の形状及び金属種の違いに全く影響され ずにクラック先端位置が測定できるので、 試験片 1 0を変え ても較正の必要がない。
④ カメラ切換スィ ッチ 3 1で切換えることにより、 試験 片 1 0の両面のクラックを検出できる。 図示しないが、 距離 検出部 4 0の出力側に平均値回路を設けることにより、 両面 のクラック先端位置の平均値をその試験片のクラック先端位 置として測定する事が可能である。
さ らに上記一実施例では 2台の I T Vカメラについて個々 に行う事も可能であり、 このように一つの試験片 1 0の両面 についてクラック 1 2を検出する場合、 2台の I T Vカメラ によって得られた画像から 2つのクラックとけがき線の距離 を求めそ 平均値を検出することにより距離を求めることが 可能である。
詳記したように本発明によれば、 顕微鏡を用いてクラック 先端位置を自動的に測定し得る高精度の疲労試験片クラック 先端位置の自動測定装置を提供できる。
上記実施例ではけがき線 1 3の幅が約 1 0 0 ^、 ラスタ線 の幅が 2 0 であり、 ラスタ 4〜 5本にけがき線 1 3のビデ ォ信号がられた。 従って、 けがき線 1 3 とクラック先端 1 2 a との距離は、 このけがき線 1 3のビデオ信号を含む 4〜 5 本のラスタのうち、 最もクラック先端 1 2 aに近いラスタ、 つまりけがき線 1 3の下端とクラック先端 1 1 a との間の距 離が最も正しい。 第 8図は、 けがき線 1 3の下端とクラック 先端 1 2 a との間の距離を検出することができる実施例を示 す。 第 8図において、 第 1図に対応する部分は同一の参照番 号を付して説明は省略する。
さて、 第 8図において、 けがき線検出手段 3 2 Aは本実施 例方法を適用したもので、 けがき線 1 3が施された試験片 1 0を疲労試験中に摄像して得られたラスタごとのビデオ信 号からけがき線 1 3 と同一方向の平均輝度レベルを求める。 この平均輝度レベルを、 けがき線幅方向の疲労試験に最適な 位置、 ここでは第 9図 （ b ) に示すように、 けがき線 1 3の 下端位置に相当するしきい値レベル Qで 2値化処理し、 この 2値化処理データで平均輝度レベルをマスキング処理して疲 労試験に最適な位置を検出する機能をもったものである。 具 体的な構成は、 I T Vカメ ラヘッ ド 2 2 , 2 3からのビデオ 信号からけがき線 1 3 と同一方向の各ラスタの平均輝度レべ ルを求める水平方向積分回路 3 5 と、 この水平方向積分回路 3 5により得られた平均輝度レベルをけがき線 1 3の幅方向 における疲労試験に最適なけがき線下端位-置に相当するしき い値レベル Qで 2値化する 2値化回路 4 4 と、 この 2値化回 路 4 4で得られた 2値化処理データで前記平均輝度レベルを マスキング処理するマスキング回路 4 5 と、 このマスキング 処理して得たデータから最大レベル位置を検出する最大レべ ル位置検出回路 3 6 と、 この最大レベル位置検出回路 3 6 に より検出された最大位置レベルと前記マスキング処理データ とからけがき線下端位置を検出するけがき線下端位置検出回 路 4 7 とから構成されている。
さて、 けがき線検出手段 3 2 Aでは次のようにけがき線下 端位置を検出する。 先ず水平方向積分回路 3 5 により各ラス タごとのビデオ信号の輝度レベルの積分値が求められる。 つ まり、 第 9図 （ a ) に示す画像においてけがき線 1 3の方向 と同一方向で輝度レベルの積分値を算出してその平均値を求 める。 そうすると、 第 9図 （ b ) に示すような水平方向の平 均輝度レベルの垂直方向の分布が求められる。 この平均輝度 レベルは次の 2値化回路 4 4に送られてけがき線下端位置に 相当するしきい値 Qでもって 2値化処理される。 これにより 第 9図 （ c ) に示すような 2値化処理データが得られる。 そ して、 次のマスキング回路 4 5においてこの 2値化処理デ一 夕で前記平均輝度レベルがマスキング処理されて第 9図 （ d ) に示すようなデータが得られる。 もって、 このデータが最大 レベル位置検出回路 3 6 に送られることによりそのデータ内 の最大レベルつま りけがき線 1 3 に相当するハイ レベル位置 Pが検出され、 他のハイ レベル部分はけがき線 1 3 とは判定 されずに除去される。 これにより 2値化処理データからけが き線 1 3 に相当するハイ レベル P部分が判定される。 かく し て、 次のけがき線下端位置検出回路 4 7は、 第 9図 （ d ) に 示すマスキング処理データ、 および最大ハイ レベル P位置の データを受けてけがき線下端位置 Fを対応するメモリア ドレ スとして検出する。
このように上記の実施例においては、 けがき線 1 3が施さ れた試験片 1 0を疲労試験中に攝像して得られたビデオ信号 からけがき線 1 3 と同一方向の各ラスタごとの平均輝度レべ ルを求め、 この平均輝度レベルをけがき線幅方向の疲労試験 に最適な位置に相当するしきい値レベル Qで 2値化処理し、 この 2値化処理データで平均輝度レベルをマスキング処理し て疲労試験に最適な位置を検出するようにしたので、 疲労試 験の際に最適なけがき線 1 3の下端位置が確実に検出できる c また、 けがき線 1 3位置はその下端ではなく疲労試験条件等 に応じてけがき線幅の上端位置として検出することも可能で ある。 さらに、 しきい値レベル Qはビデオ信号のノイズをピ ックアップしない程度にレベルを低くすれば、 より正確にけ がき線下端位置および上端位置を検出できる。
従って、 この実施例によれば、 けがき線下端位置にクラ ッ ク先端 1 2 aが達した時を確実に検出でき、 この時点で疲労 試験機を停止することができる。 よって、 同一の条件の下で 疲労試験機を停止することが きて疲労試験の精度を向上し て信頼性を高めることができる。
ところで、 第 2図に示した試験片 1 0 は、 基準線としての けがき線 1 3が引かれた試験片 1 0を疲労試験機にセッ ト し てこの試験片 1 0 に繰返し荷重を加えクラック 1 2を形成さ せる。 なお、 この荷重は振幅が数百 で振動数が約 3 0 H z となっている。 このような荷重が加わつているときに試験片 1 0の表面を照明し顕微鏡を通して I T Vカメラ 2 2， 2 3 により撮像する。
しかしながら上記装置では試験片 1 0への照明が連続光と なっているので、 得られる試験片 1 0の画像はブレたものと なってしま う。 つまり、 上記の如く荷重は振幅が数百 で振 動数が約 3 0 H z となっているが、 これに対して I T Vカメ ラへッ ド 2 2 , 2 3で撮像するときの視野は、 分解能を考慮 して数 aia程度としなければならず、 従って、 連続照明を用い て撮像すると試験片 1 0の振動のためにブレた画像となって しまい、 高精度にクラック先端 1 2 aの位置を検出すること ができなく なってしまう。
また、 試験片 1 0 に生じるクラック 1 2は、 試験片 1 0の 内部や表面の状態によつて 1本のクラック 1 2においてその 幅が数 から数十 の間で変化するものとなっている。 した がって、 クラック 1 2において特に幅の狭い部分に対しては 適切な照度で照明しなければ攝像されずに検出できないこと がある。
第 1 0図に示した実施例では、 振動する試験片を摄像して も画像ブレを無く して、 正確にクラック先端位置を検出でき る高精度な疲労亀裂位置検出装置を提供するものである。
この実施例では、 クラック先端位置を得るための基準線が 施された疲労試験片のクラックおよび基準線を同一視野で撮 像する撮像手段と、 疲労試験片面に照明光を照射するス 卜口 ボ照明装置と、 このス トロボ照明装置の発光タイ ミ ングを所 望タイ ミ ングに制御する照明制御手段と、 撮像手段からのビ デォ信号から基準線方向と同一方向に輝度レベルを積分して 最大となるレベルを求めて基準線位置を検出する基準線検出 手段と、 摄像手段からのビデオ信号をクラック方向と垂直方 向に輝度レベルの 2値化処理を行ない、 この後ハイ レベル値 の連続性を判定してクラック先端位置を検出するクラ ック先 端位置検出手段と、 基準線検出手段により求められた基準線 位置とクラック先端位置検出手段により求められたクラック 先端位置とから基準線からクラック先端位置までの距離を算 出するクラック先端位置算出手段とを備えてなる疲労亀裂位 置検出装置である。
この実施例では、 上記各手段を備えたことにより疲労試験 片がス トロボ照明装置により照明光が照射されたときに撮像 手段により疲労試験片を摄像し、 このとき得られたビデオ信 号から基準線およびクラック先端位置を検出して、 これら基 準線とクラック先端位置との間の距離を算出することになる c 第 1 0図において、 5 0， 5 1 はス トロボ照明装置であつ て、 これらは第 3図と同様に、 各顕微鏡 2 0， 2 1 の光軸 G に対して所定角度 0例えば 3 0 ° をもった位置から照明光 R を試験片 1 0の表面に照射するものである。 ところで、 これ らス ト ロボ照明装置 5 0 , 5 1 の発光タイ ミ ングは、 各 I T Vカメ ラヘッ ド 2 2， 2 3 において残像が十分に減衰す る時間間隔をもって行なわれるようになつている。 具体的に は照明制御手段として各 I T Vカメ ラコ ン トロ一ラ 2 4， 2 5 に同期信号を送出する同期信号発生回路 3 4からの前記 同期信号を受けてこれを所定の分周率で分周する分周回路 5 4 と、 この分周回路 5 4の分周出力を受けて各ス トロボ照 明装置 5 0， 5 1を発光動作させるス トロボコン トローラ 5 3， 5 2 とから構成されている。 なお、 前記カメ ラ切換ス イ ッチ 3 1 は分周回路 5 4の分周出力を受けてス トロボ照明 装置 5 0， 5 1 の発光動作時に同期して各 I T Vカメラへッ ド 2 2 , 2 3からのビデオ信号を交互に通すものとなってい る O
さて、 第 1 0図において、 同期信号発生回路 5 4から同期 信号が送出されると、 各 I T Vカメラコン トローラ 2 4 , 2 5の制御により各 I T Vカメラヘッ ド 2 2， 2 3は撮像を 開始してそのビデオ信号を出力する。
これと同時に同期信号は分周回路 5 4により分周されて、 例えば I T Vカメラヘッ ド 2 2 , 2 3の残像時間の 2倍の周 期の分周信号として出力される。 したがって、 この分周信号 が各ス トロボコン トローラ 5 2 , 5 3に交互に送出されるこ とにより各ス トロボ照明装置 5 0， 5 1 は分周信号に同期し て交互に発光することになる。 これにより各ス ト口ボ照明装 置 5 0 , 5 1 は、 それぞれ I T Vカメラへッ ド 2 2 , 2 3の 像時間以上の同期で発光する事になる。 かく して、 これら ス ト口ボ照明装置 5 0 , 5 1の発光時のビデオ信号がカメラ 切換スィ ッチ 3 1を通ってけがき線検出手段 3 2およびクラ ック先端位置検出手段 3 3に送られる。
なお、 表示部 4 1 に表示される画像は各ス トロポ照明装置 5 0 , 5 1が発光したときの画像であるので間欠的なものと なっている。 したがって、 画像メモリを設けてこれに 1 フ レ —ムの画像データを記億させるように構成すれば、 試験片 1 0の表面画像を静止画像として表示することができてオペ レー夕に監視上の不具合を与えずにすむ。
このように上記の実施例においては、 疲労試験片 1 0がス トロボ照明装置 5 0， 5 1 によりス トロボ照明光が照射され たときに I T Vカメラヘッ ド 2 2， 2 3 により疲労試験片 1 0を撮像し、 このとき得られたビデオ信号からけがき線 1 3およびクラック先端位置 1 2 aを検出して、 これらの間 の距離を算出する構成としたので、 疲労試験片 1 0の摄像画 像にブレは生ぜずに正確なクラック先端位置 1 2 aの測定が できる。 つまり、 ス トロボ照明装置 2 6 , 2 7が発光した瞬 間の試験片 1 0を撮像するので、 試験片 1 0が振動していて もその影響を受けずブレない画像を撮像できる。 さ らに、 ス トロボ照明装置 5 0 , 5 1の発光タイ ミ ングを I T Vカメラ へッ ド 2 2 , 2 3の残像時間以上長く設定するので、 残像の 影響を受けずに測定できる。

Claims

請 求 の 範 囲
(1) 基準線が施された疲労試験片に発生したクラックおよ び基準線を摄像して得られた画像信号から前記基準線方向と 同一方向に輝度レベルの積分を行なつて最大輝度レベルから 前記基準線位置を求めるとともに前記画像信号を 2値化信号 に変換してハイ レベル値の連練性判定から前記クラック先端 位置を検出し、 次に前記基準線位置と前記クラック先端位置 との間の距離を算出することを特徵とする疲労亀裂位置の検 出方法。
'.
(2) クラック先.端位置を得るための基準線が施された疲労 試験片のクラックおよび前記基準線を同一視野で撮像する摄 像手段と、 この撮像手段の撮像により得られるビデオ信号か ら前記基準線方向と同一方向に輝度レベルを積分して最大と なるレベルを求めて前記基準線位置を検出する基準線検出手 段と、 前記撮像手段から出力されるビデオ信号を前記クラッ ク方向と垂直方向に輝度レベルの 2値化を行ない、 この後ハ ィ レベル値の連続性を判定してクラック先端位置を検出する クラ ック先端位置検出手段と、 前記基準線検出手段により求 められた基準線位置と前記クラ ック先端位置検出手段により 求められたクラック先端位置とから前記基準線から前記クラ ッ ク先端位置までの距離を算出するクラ ッ ク先端位置算出手 段とを具備したことを特徵とする疲労亀裂位置検出装置。
(3) 基準線が施された疲労試験片を疲労試験中に撮像して 得られたビデオ信号から前記基準線と同一方向の平均輝度レ ベルを求め、 この平均輝度レベルを前記基準線幅方向の疲労 試験に最適な位置に相当するしきい値レベルで 2値化処理し、 この 2値化処理データで前記平均輝度レベルをマスキング処 理して前記疲労検出に最適な位置を検出することを特徵とす る疲労亀裂位置検出方法。
(4) クラック先端位置を得るための基準線が施された疲労 試験片のクラックおよび前記基準線を同一視野で撮像する撮 像手段と、 前記疲労試験片面に照明光を照射するス トロボ照 明装置と、 このス トロボ照明装置の発光タイ ミ ングを所望タ ィ ミ ングに制御する照明制御手段と、 前記撮像手段からのビ デォ信号から前記基準方向と同一方向に輝度レベルを積分し て最大となるレベルを求めて前記基準線位置を検出する基準 線検出手段と、 前記攝像手段からのビデオ信号を前記クラッ ク方向と垂直方向に輝度レベルの 2値化処理を行ない、 この 後ハイ レベル値の連統性を判定してクラック先端位置を検出 するクラッ ク先端位置検出手段と、 前記基準線検出手段によ り求められた基準線位置と前記クラック先端位置検出手段に より求められたクラック先端位置とから前記基準線から前記 クラ ック先端位置までの距離を算出するクラック先端位置算 出手段とを具備したことを特徴とする疲労亀裂位置検出装置。
(5) ス トロボ照明装置は、 疲労試験片面に対してクラック および基準線から所定光量の乱反射光が生じる所定角度をも つて設定される請求の範囲第 (1)項記載の疲労亀裂位置検出装 (6) 照明制御手段は、 撮像手段の残像時間以上の時間間隔 でス トロボ照明装置を発光する請求の範囲第 (1)項記載の疲労 亀裂位置検出装置。
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