JPH0363698B2 - - Google Patents

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ユータ
に取込まれた温度データに対しコンピユータ処理
を行つ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、その荷重に対応した回
数で破損する。

第４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。

従つて、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59−143308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。従つて、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５図に示すように、被検体１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
発熱によつて、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、コンピユータ処理
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
ルの間にわたつて、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、第６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と無荷重時温度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T₁と無荷重時温度
T₂との差△Ｔ＝T₁−T₂が被検体１の金属が疲労
によつて発熱した量を表わしているので、これを
被検体１の全面に亙つて赤外線走査を行つて測定
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、曲げ等によつて変形した
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と無荷重時温度T₂との差△Ｔ＝T₁−T₂
を求めることとなり、従つて、正確なデータが得
られない恐れがあつた。

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、曲げ等によつて変形したり、或いは、位置ず
れを生じる場合であつても、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
ータをコンピユータに取込み、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
重時温度と無荷重時温度とを求め、この荷重時温
度と無荷重時温度との差演算を行つて、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
重時温度としてコンピユータに取込むので、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、従つて、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、荷重停止直後であるので温度はほとんど下つ
ていない。

従つて、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
なつ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ユータに取込み、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、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〜Ｅ及び第２図を参照
して、被検体１の一点（一ポイント）毎の走査で
赤外線測定を行つて、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はスキヤナで、第１図Ａに示すよ
うに、荷振機２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つ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
止つていて、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つて第二ポイント
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ユータ
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／Ｄ変換器６及び
コンピユータ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。第１
図Ｃに示すタイミングパルスによつて、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、従つて、被検体１の振動停止直後のデジタル
温度データをコンピユータ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
グパルスによつ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
ユータ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、コンピユータ処理によつて、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及び無荷重時温度T₂をそれぞれ得、続いて、
これら荷重時温度T₁と無荷重時温度T₂との差演
算を行つて、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。従つて、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。

従つて、次に、第１図Ａ〜Ｅ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に示すような繰り返し
荷重パルス群を被検体１に負荷している時間、例
えば、約１秒の間にスキヤンナ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ユータ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
ールド走査であつても良い。そして、一ライン中
に256〜512の点を取り、荷重パルス群の負荷時間
中、一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Ｄ）でコンピユータ７のラ
インメモリ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１０
ｂに取込む。それぞれの一ラインメモリ及び
１０ａ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
つて、平均値を出し、これら平均値を荷重時温度
T₁及び無荷重時温度T₂とする。

次に、コンピユータ７でこれら荷重時温度T₁
及び無荷重時温度T₂の差演算（図中１１で示す）
を行つて温度情報△Ｔを求め、この温度情報△Ｔ
を一画面メモリ１２に記憶させる。一画面当りの
温度情報が記憶された後、コンピユータ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、テレビジヨン走査と同程度
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
様に処理を行つて、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つている
ので、荷重負荷による被検体の変形とか位置ずれ
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、従つて、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
発明の方法の説明に供するSN曲線図、第５図は
この発明の原理を説明するための、被検体部分を
示す線図、第６図Ａ〜Ｄはこの発明の原理を説明
するための信号波形図である。 １……被検体、２……荷振機、３……スキヤ
ナ、４……赤外線検出器、５……増幅器、６……
Ａ／Ｄ変換器、７……コンピユータ、８……タイ
ミング回路、９……表示装置、１０ａ……一ライ
ンメモリ、１０ｂ……ラインメモリ、１１…
…差演算、１２……一画面メモリ。

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ユータに取込
   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つ
   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。