JPH0533334B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱弾性効果を用いた応力画像システ
ムにおいて荷重検出のスキヤン周波数と荷重信号
の周波数との間にビートが生じても最適な位相に
合わせることが可能な自動位相調整方式に関する
ものである。

〔従来の技術〕

金属疲労テストなどを行う場合、試料に圧縮荷
重や引張荷重を与えて試料表面からの赤外線を検
出し、非接触で試料の応力分布を測定する応力測
定装置が用いられる。これは、試料の応力集中部
位の表面温度が、圧縮荷重を受けると上昇し、逆
に引張荷重を受けると下降するという、熱弾性効
果に着目したものである。この熱弾性効果を用い
た応力測定装置では、試料に周期的に荷重を与え
て試料の温度に対応した試料表面からの赤外線を
検出し、試料の各部分毎に荷重を加えたときの温
度から荷重なし又は逆方向荷重を加えたときの温
度を差し引いた信号を求め、この差信号に基づい
て試料の温度分布像、すなわち応力分布像を得る
ようにしている。

第３図は応力画像システムの全体の構成を示す
図、第４図はシステム発生回路の具体的な構成を
示す図、第５図は第４図に示すタイミング発生回
路の動作を説明するための波形図である。図中、
１１は試料、１２は荷振機、１３は赤外線カメ
ラ、１４は信号処理回路、１５はＡ／Ｄコンバー
タ、１６はタイミング発生回路、１７はデータ処
理装置（コンピユータ）、２１は増幅器、２２は
コンパレータ、２３，２４，３７と３８は微分回
路、２５は発信回路、２６，２７と３０はカウン
タ、２８と２９はモノマルチ、３１はラツチ回
路、３２はナンド回路、３３ないし３５はFF（フ
リツプフロツプ回路）、３６はアンド回路、３９
ないし４１はCPUのＩ／Ｏインターフエースを
示す。

第３図において、荷振機１２は、試料１１に圧
縮荷重と引張荷重との繰り返しによる交番荷重を
印加するものである。赤外線カメラ１３は、交番
荷重を印加することによつて試料１１から発生す
る赤外線を２次元的に走査検出するものであり、
この赤外線検出信号は信号処理回路１４及びＡ／
Ｄコンバータ１５を通してデータ処理装置１７に
送られる。また、タイミング発生回路１６は、荷
振機１２から得られる荷重波形を基に、赤外線検
出信号をサンプリングするためのタイミング信号
を生成してデータ処理装置１７に送る。データ処
理装置１７は、演算処理部、記憶部、表示部等か
らなり、タイミング発生回路１６より供給される
タイミング信号に従つて赤外線検出信号を取り込
み、応力積算その他所定の処理を行つて記憶部に
記憶し、さらに応力画像を表示部に表示する。

タイミング発生回路１６は、その具体的な回路
構成を第４図及びその主要信号の波形を第５図に
示すように、荷重信号を同期信号として用い、
この同期信号からコンパレータ２２及び微分回路
２３，２４を通して立ち上がり微分による圧縮側
スタート信号、立ち下がり微分による引張側ス
タート信号を得る。このうちの片方の信号を用
いてカウンタ３０により１周期分のクロツクを数
え周期データを得る。データ処理装置は、CPU
のＩ／Ｏインターフエース３９を介してこの１周
期データT_Sを読み取り、位相データT_D T_D＝T_S×Ｎ／N_S を計算してCPUのＩ／Ｏインターフエース４０
にセツトする。上式で、N_Sは１サイクルの分割
数、Ｎは０〜N_Sである。圧縮カウンタ２６及び
引張カウンタ２７は、圧縮側スタート信号又は
引張側スタート信号で位相データT_Dをロード
する。そして、圧縮カウンタ２６は、位相データ
T_Dをプリセツト後クロツクを減算し、カウント
値が０に達するとアンダーフロー信号を送出す
る。このアンダーフロー信号によりFF３３をセ
ツトしてこれを圧縮信号にすると共に、水平走
査期間中のタイミング信号HBLのタイミング
をとり圧縮側の有効HBLを作成する。この有
効HBLのデータのみ応力データとして圧縮側
のデータ検出、積算を実施する。

引張カウンタ２７も同様にアンダーフロー信号
を送出し、これによりFF３３をリセツトして圧
縮信号を反転させ引張信号とする。また、同様に
引張側の有効HBLを作成し、応力の引張側デ
ータ検出、積算を行う。

以上のような構成によりデータ処理装置から位
相データをセツトして圧縮側温度及び引張側温度
を検出し、「圧縮側温度−引張側温度」によりそ
のときの応力値を求める。

位相データの設定は、次のようにして行う。ま
ず、オペレータは表示された応力画像の応力値の
高い部分にカーソルをセツトする。このセツトに
より、スキヤナ・ユニツトのＶ走査をカーソルの
Ｖの位置まで進める。そしてカーソルの指定位置
でスキヤナはライン・スキヤンを実施する。その
後区分数N_i＝０とし、カーソルクロス点付近数
点について応力積算及び差演算を実施し、さらに
これらの数点についての平均値S_iを求める。これ
は平均化によりＳ／Ｎの向上を図るためである。
次にＮをN_S／２（N_Sは１サイクルの区分数）まで
順番に変え、それぞれの応力値の平均値Ｓを求め
る。しかる後、平均値Ｓの最大値S_naxを求め、そ
の位置に対応する区分数N_naxを求める。これに
より位相データT_Dを T_D＝T_S×N_nax／N_S の式を使つて計算する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように熱弾性効果を用いた応力画像シ
ステムでは、荷重信号に対し検出する位相を合わ
せる必要があるが、熱弾性効果による応力信号
は、非常に微小であること及び周波数が１〜50Hz
程度と低いこともあつて、この位相合わせをマニ
ユアルで実施することは極めて困難な作業であつ
た。また、自動化してこの位相をコンピユータで
セツトする場合、ライン・スキヤン又はフレー
ム・スキヤン・タイプのものは、スキヤン信号の
周波数と荷重信号の周波数を整数倍した周波数と
が接近するとビートを生じ、最適な位相に合わせ
られないことがある。

本発明は、上記の考察に基づくものであつて、
スキヤン信号の周波数と荷重信号の周波数を整数
倍した周波数とが接近し、ビートを生じても最適
な位相に合わせることができる応力画像システム
の自動位相調整方式を提供することを目的とする
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため本発明の応力画像システムの自動位相
調整方式は、荷重信号の周期を求める周期検出回
路、荷重信号の圧縮側と引張側で指定された遅延
時間だけ遅延した信号を生成する遅延回路、及び
遅延回路の信号により応力検出、積算を行い応力
画像を表示すると共に上記遅延時間を指定して検
出位相を自動調整するデータ処理装置を具備した
応力画像システムにおいて、データ処理装置は、
荷重信号の半周期を分割する各ステツプについて
応力値を所定の回数ずつ積算する処理を行い、さ
らに前記処理を複数回繰り返し行つて応力値の最
大となるステツプを求め該ステツプから指定する
遅延時間を求めるように構成したことを特徴とす
るものである。

〔作用〕

本発明の応力画像システムの自動位相調整方式
では、まず、各ステツプについて応力値を所定の
回数ずつ順次積算し、さらにこれを繰り返して行
うため、各応力積算値は、正確な最大値が検索で
きる。つまり、スキヤン信号の周波数と荷重信号
の周波数を整数倍した周波数とが接近している場
合には、単純に本発明の方式と同じ回数を繰り返
して応力積算しても、最大値付近の積算値はビー
ト状態になつてしまい、正確な最大値の位置を求
めることが難しいが、本発明の方式では、一様に
応力積算を繰り返すものでないため正確な最大値
が検索できる。この最大値の検索結果に従つて位
相合わせをするため、応力検出に最適な位相に合
わせることができる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明に係る応力画像システムの自動
位相調整方式の１実施例を説明するための図であ
る。

本発明に係る応力画像システムの自動位相調整
方式では、応力画像を表示した画面上でカーソル
をセツトし、カーソルの水平ライン上で垂直を止
めてライン・スキヤンとする。そして荷重信号の
半サイクルを所定の数Ｓに分割し、各ステツプ毎
に応力積算を実施する。この応力積算は、荷重信
号と水平走査とのビートを避けるため、第１次積
算を所定の回数Ｎずつ各ステツプについて実行す
る。これをさらに第２次積算として所定の回数Ｍ
だけ繰り返して計Ｎ×Ｍ回の積算を実行する。こ
のように積算して得られたＳステツプの応力値に
ついて最大値を検出し、この検出した最大値の点
をもとに位相データを生成する。第１図は上述し
た処理の流れの１例を示したものであり、半サイ
クルを６分割、第１次積算を８回、第２次積算を
16回、すなわち、Ｓ＝16、Ｎ＝８、Ｍ＝16とした
ものである。以下に説明する。

荷重信号の周期データを読み取る。次にの
処理を行う。

１ライン応力積算を粗く実行し、カーソルに
より画面上に指定されたクロスポイント周辺
（例えば５点）のデータの平均値を求める。次
にの処理を行う。

全体ループの積算、すなわち上記第２次積算
の回数Ｍを「１」に設定する。次にの処理を
行う。

応力積算を実行するステツプＳを「０」に設
定する。つまりこの場合には、応力積算を実行
するステツプＳは「０」から「15」までの16ス
テツプとする。次にの処理を行う。

ステツプＳでの応力積算（第１次積算）を８
回実施する。次にの処理を行う。

第１次積算のステツプＳが「15」に達したか
否かを調べる。

YESの場合にはの処理を行い、NOの場合
にはの処理を行う。

ステツプＳを１ステツプ上げる。次にの処
理に戻る。

第２次積算の回数Ｍが「16」に達したか否か
を調べる。

YESの場合にはの処理を行い、NOの場合
にはの処理を行う。

第２次積算の回数Ｍを１回分加算する。次に
の処理に戻る。

クロスポイント周辺の平均値（積算値）が最
大となるステツプＳの値を求める。そしてこの
値に基づき位相データを生成する。

なお、ここでＳ／Ｎが良好であればそのまま
でよいが、Ｓ／Ｎが悪い、すなわち最大値と周
辺の値とにあまり差がなく最大値がはつきりし
ない場合には、その最大値の周辺、例えば５点
についてさらに上記の処理まで戻り、以下同
様の処理を繰り返して実施してあらためて最大
値を求めるようにしてもよい。

本発明が適用される応力画像システムでは、上
述の如き処理によつて求めたステツプＳの値から
遅延用のクロツク数を求め、これを位相データと
してセツトすることになる。

第２図は本発明に係る位相調整部の機能ブロツ
クによる構成例を示す図であり、１はステツプ制
御部、２は応力積算部、３は最大値検出器、４は
位相設定部を示す。第２図に示す構成では、ステ
ツプ制御部１により、応力積算を行う際のステツ
プを位相設定部４に設定し、応力積算部２に応力
積算を実行させる。そして、応力積算が終了する
と最大値検出部３により積算した応力値が最大と
なる点を求め、その結果を基に位相設定部４によ
り最適な位相データの設定が行われる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるもの
ではなく、半サイクルの分割数、第１次積算の回
数、第２次積算の回数などは、応力検出の周波数
や荷重信号の周波数、システムなどに応じて適当
な値を選択してもよい。その他種々の変形が可能
であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、半サイクルのステツプ毎に所定回数の第１次
応力積算を行い、さらにこれを第２次積算により
複数回繰り返すことによつて最大値を求めるの
で、スキヤン信号の周波数と荷重信号の周波数を
整数倍した周波数とが接近し、ビートを生じても
最適な位相に合わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る応力画像システムの自動
位相調整方式の１実施例を説明するための図、第
２図は本発明に係る位相調整部の機能ブロツクに
よる構成例を示す図、第３図は応力画像システム
の全体の構成を示す図、第４図はタイミング発生
回路の具体的な構成を示す図、第５図は第３図に
示すタイミング発生回路の動作を説明するための
波形図である。 １…ステツプ制御部、２…応力積算部、３…最
大値検出部、４…位相設定部、１１…試料、１２
…荷振機、１３…赤外線カメラ、１４…信号処理
回路、１５…Ａ／Ｄコンバータ、１６…タイミン
グ発生回路、１７…データ処理装置（コンピユー
タ）、２１…増幅器、２２…コンパレータ、２３，
２４，３７と３８…微分回路、２５…発信回路、
２６，２７と３０…カウンタ、２８と２９…モノ
マルチ、３１…ラツチ回路、３２…ナンド回路、
３３ないし３５…FF（フリツプフロツプ回路）、
３６…アンド回路、３９ないし４１…CPUの
Ｉ／Ｏインターフエース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷重信号の周期を求める周期検出回路、荷重
   信号の圧縮側と引張側で指定された遅延時間だけ
   遅延した信号を生成する遅延回路、及び遅延回路
   の信号により応力検出、積算を行い応力画像を表
   示すると共に上記遅延時間を指定して検出位相を
   自動調整するデータ処理装置を具備した応力画像
   システムにおいて、データ処理装置は、荷重信号
   の半周期を分割する複数のステツプについて応力
   値を所定の回数ずつ積算する処理を行い、さらに
   前記処理を複数回繰り返し行つて応力値の最大と
   なるステツプを求め該ステツプから指定する遅延
   時間を求めるように構成したことを特徴とする応
   力画像システムの自動位相調整方式。 ２ 前記繰り返し回数は、応力値の最大値と該最
   大値周辺との差に応じて調整することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の応力画像システム
   の自動位相調整方式。