JPH0585852B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、被検体の応力分布情報を熱弾性効
果を用いて測定するに当り、荷重信号が負荷され
た被検体を赤外線検出器の像スポツトで水平及び
垂直走査し、得られた温度データに基づいて応力
分布を画像表示する応力画像システムにおいて、
荷重信号と、この荷重信号により被検体中に発生
する応力信号との間の位相を調整するための自動
位相調整装置に関する。

（従来の技術） 従来より被検体を赤外線検出器の像スポツトで
走査して得られた温度分布データに基づいて表示
装置に応力分布を表示させるための多くのシステ
ムが提案されている。

この従来の応力画像システムの一例につき簡単
に説明する。

第２図は従来及びこの発明の自動位相調整方法
を説明するために供する応力画像システムの概略
を説明するための線図である。１は被検体で、荷
振機２で被検体１に荷重を負荷する。この荷重の
負荷により、被検体１には応力が生じ、この応力
に起因して熱弾性効果により被検体１の表面に応
力分布に対応した分布で温度分布が生ずる。３は
この被検体１を像スポツトで走査する赤外線スキ
ヤナで、この水平及び垂直走査により被検体１の
アナログ温度データを読取り、次段の信号処理系
４で適当に増幅した後、次のＡ／Ｄ変換器５でデ
ジタル温度データに変換して次段のコンピユータ
６に供給する。７はタイミング回路で、荷振機２
の負荷供給とのタイミングを取ると共に、Ａ／Ｄ
変換器５及びコンピユータ６にもタイミングパル
スを供給してデジタル温度データをコンピユータ
６へ取込むタイミングを取る。

このシステムはこのように取込まれた温度デー
タをコンピユータ処理によつて応力分布データに
変換して表示装置８で応力画像として表示させる
ように構成されている。

尚、制御回路９はコンピユータ６からの駆動調
整信号によりスキヤナ３のレンズとミラーとから
なる合焦手段を移動させてこれを最適合焦位置に
もたらすように調整するために設けられたもので
ある。

ところで、一般に、被検体の熱弾性効果に起因
する温度変化は小さいので、このような低レベル
の信号での応力測定ではＳ／Ｎ比が極めて小さ
く、応力分布画像の表示の実用に供することが出
来ない。そのため、従来は同一ラインに対して複
数回走査を行つて温度分布データを積算しＳ／Ｎ
比を向上させていた。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来の応力画像システムにおいて
も、応力分布をある程度正確にかつＳ／Ｎ比が良
い状態で測定することが出来る。

ところで、熱弾性効果を用いた従来の応力画像
システムでは、被検体に負荷される荷重信号と、
この荷重信号により温度データをサンプリングす
るタイミングとの間に僅かながら位相のずれがあ
る。これがため、被検体の温度データを検出する
タイミングを応力信号の位相に合わせることが必
要である。

しかしながら、熱弾性効果による応力信号は非
常に微小な信号であると共に、その周波数が１〜
50Hz程度というように低周波であるので、この位
相合わせを手動で行うことは著しく困難な作業で
あつた。

この発明の目的は、このような位相合わせを自
動的に行うようにした応力画像システムにおける
自動位相調整装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的達成を図るため、この発明によれば、
第１図に示すように、周期的に荷重が負荷された
被検体を赤外線検出器の像スポツトで水平及び垂
直走査して得られた温度データに基づいて応力分
布を画像表示するに当り、この負荷された荷重信
号と、この荷重信号により被検体の温度データの
サンプリングとの間の位相を調整するための、応
力画像システムにおける自動位相調整装置におい
て、 荷重信号の一周期を検出し周期信号を発生する
周期信号発生手段１１と、 該周期信号に基づいて位相データを算出する位
相データ演算手段１９と、 この位相データに基づいてこの荷重信号に対し
任意の位相を有しかつこの荷重信号と同一周期を
有する圧縮及び引張信号をそれぞれ形成する圧縮
及び引張信号形成手段１３と、 これら圧縮及び引張信号と水平走査のタイミン
グ信号とから水平有効タイミング信号を形成する
ための論理演算回路１５と、 この水平有効タイミング信号の期間中の温度デ
ータを検出して応力値を求める検出手段１７と、 この応力値に応答しこの応力値が最大となるよ
うに前述の位相を調整するための位相調整手段１
２とを具えることを特徴とする。

（作用） 次に、第１図の自動位相調整装置の作用につき
説明する。

先ず、荷振機２から荷重信号を周期信号発生手
段１１に供給し、荷重信号の一周期を割出し、そ
の情報を有する周期信号（時間遅延信号）を発生
して種々の回路を介して圧縮及び引張信号形成手
段１３に供給する。この圧縮及び引張信号形成手
段１３において、初期位相として荷重信号に対し
て例えば45°の位相を設定し、かつ、荷重信号の
周期と同一の周期を有する圧縮及び引張信号をそ
れぞれ形成する。

次に、これら圧縮及び引張信号と、スキヤナ３
からの水平走査のタイミング信号とを論理演算回
路１５に供給し、そこで例えば論理積を取つて水
平有効タイミング信号を形成する。この水平有効
タイミング信号に基づいて被検体１を像スポツト
で走査し温度データをサンプリングし、この温度
データをコンピユータ６に取り込み、温度データ
−応力分布データ変換手段６ａによつて映像信号
に変換しよつて表示装置８に一画面の応力画像を
表示する。

次に、第３図に示すように水平及び垂直カーソ
ルｈ及びｖのクロス点Ｘを応力値の高い部分Ｒに
セツトする。続いて、スキヤナ３による垂直走査
をカーソルの垂直位置にまで進め、垂直走査を停
止させ、この位置で水平（ライン）走査を行う。

この時、最初は位相を45°としてあるので、こ
の位相関係でカーソルクロス点Ｘの付近の数点に
ついて測定した温度データを信号処理系４及び
Ａ／Ｄ変換器５を経てコンピユータ６に送り、温
度データ−応力分布データ変換手段６ａで応力信
号に変え、その検出手段１７において応力積算を
行うと共に、圧縮及び引張応力の差演算を行い応
力値を得る。然る後、この数点についての応力値
の平均値を求め、この平均応力値をコンピユータ
６のメモリに記憶する。

次に、最初に設定した位相を変えて、同様にし
て平均応力値を求めこれをメモリに記憶する。こ
のようにして、順次に位相を変えて得られた平均
応力値をメモリに記憶した後、これらを位相調整
手段１２に呼び出し、そこでこれらの平均応力値
の中の最大応力値を決定し、この最大平均応力値
に対応する位相を設定し、この位相情報を圧縮及
び引張信号形成手段１３に送り、この設定された
位相で像スポツトを走査する。

このように、この発明によれば、最初は任意の
位相に設定して応力値を求め、続いて、位相を変
えてその時の応力値を求めるというように、順次
に位相を変えながら、この位相に対応した応力値
を求め、これら応力値のうち最大応力値となるよ
うな位相を自動的に設定することが出来る。従つ
て、荷重信号と、応力信号との間に位相のずれが
あつても、常に最適な状態で、温度データをコン
ピユータに取り込み、最適な測定状態で応力表示
を行うことが出来る。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の実施例につ
き説明する。

第４図はこの発明の自動位相調整装置の主要部
分を示すブロツク図、第５図はその説明のための
信号波形図である。

先ず、荷重信号を第５図Ａに示すような正弦波
信号とする。この荷重信号を増幅器５１を経てコ
ンパレータ５３に供給し、ここで、この荷重信号
の振幅の零レベル以上の信号のとき一定レベルの
出力信号を発生させる。この信号を第５図Ｂに示
す。

このコンパレータ５３からの出力信号を立ち上
り及び立ち下り微分回路５５及び５７にそれぞれ
供給し、第５図Ｃ及びＤに示すような微分信号を
得る。これら立ち上り微分信号及び立ち下り微分
信号は後述するようにそれぞれ圧縮スタートパル
ス及び引張スタートパルスとして用いる。

次に、立ち上り微分信号を周期信号発生手段１
１に供給する。この実施例では、この手段を時間
遅延用の二つのモノマルチバイブレータ５９及び
６１と、一周期カウンタ６３と、ラツチ回路６５
とを以つて構成する。

一方、６７は任意好適な周波数でクロツクパル
スを発生するクロツクパルス発生器であり、一周
期カウンタ６３のクロツク入力に供給する。カウ
ンタ６３の信号入力には、立ち上り微分回路５５
からの微分信号を二つのモノマルチバイブレータ
５９及び６１を経て供給する。従つて、この最初
の微分信号によりクロツクの計数を開始し、次の
微分信号によりその計数を停止する。この計数値
をラツチ回路６５に記憶し、一方、ラツチパルス
としてモノマルチバイブレータ５９からの出力を
このラツチ回路６５に供給する。ラツチ回路６５
からはこの計数値を一周期時間を表わす一周期デ
ータTsとして入出力ポート６９を経てコンピユ
ータ６の中央処理装置７１（以下、CPUと称す
る）へ移る。

CPU７１においては、位相データ演算手段１
９を用いこの一周期データTsから位相データTθ
を計算し、これを圧縮及び引張信号形成手段１３
に供給する。ここでいう位相は、荷重信号の周期
と、温度データを測定する周期との位相差に対応
するものである。この位相データTθは予め一周
期の分割数をNsと決めておき、この分割数Nsに
対し、任意に設定出来るＮ（０≦Ｎ≦Ns）を選ら
んで、Tθ＝Ts×Ｎ／Nsから計算して得ることが
出来る。このＮの値はCPU７１から入力させて
設定することが出来ると共に、後述するように、
応力値に応じて設定することも出来る。

この位相データTθを入出力ポート７３を経て
圧縮及び引張信号形成手段１３の圧縮カウンタ７
５及び引張カウンタ７７に供給する。この場合、
圧縮及び引張カウンタ７５及び７７には微分回路
５５及び５７から圧縮スタートパルス及び引張ス
タートパルスをそれぞれ供給し、これらスタート
パルスによりそれぞれの位相データをロードす
る。

これらカウンタ７５及び７７をカウントダウン
カウンタ又はカウントアツプカウンタとすること
が出来るが、カウントダウンカウンタの場合につ
き説明する。この場合、供給された位相データ
Tθは例えば45°の位相に対応するとし、これに応
じたカウントを圧縮カウンタ７５に設定し、クロ
ツクパルス発生器６７からのクロツクを減算計数
する（第５図Ｆ）。この計数値が零或いは零以下
となつた時、このカウンタ７５からアンダーホロ
ー信号が生じるので、これをフリツプフロツプ
（以下、FFと称する）７９に送り、このFF７９
をセツトして圧縮信号（第５図Ｈ）を形成する。

同様に、立ち上り微分回路５７からの引張スタ
ートパルスにより、位相データTθを引張カウン
タ７７にロードし、クロツクの減算を行い、計数
値が零又は零以下となつた時アンダーホロー信号
が発生し（第５図Ｇ）、この信号によりFF７９を
リセツトし、上述した圧縮信号を反転させて引張
信号を形成する。

このように、周期信号に基づいてこの荷重信号
に対し任意の位相を有しかつこの荷重信号と同一
周期を有する圧縮及び引張信号をそれぞれ形成す
ることが出来る。

次に、これらの圧縮及び引張信号と水平走査の
タイミング信号とから水平有効タイミング信号を
形成するため、FF７９から圧縮及び引張信号を
論理演算回路１５に供給する。一方、この論理演
算回路１５にはスキヤナ３から水平走査タイミン
グ信号HBL（第５図Ｉ）を供給し、例えば、両信
号の論理積を取つて圧縮期間の水平有効タイミン
グ信号（第５図Ｊに実線で示す）及び引張期間の
水平有効タイミング信号（有効HBL）（第５図Ｊ
に点線で示す）をそれぞれ形成する。

このようにして得られた水平有効タイミング信
号を（有効HBL）を検出手段１７に送り、この
ような水平走査のタイミングで被検体１の温度デ
ータを測定する（第１図）。

次に、圧縮及び引張期間中にこの水平有効タイ
ミング信号で被検体を複数回走査して、カーソル
クロス点Ｘはもとよりその周辺の温度データを従
来と同様にしてコンピユータ６に取り込み、コン
ピユータ６の応力値検出手段１７において、各点
についての複数回の走査により得られた圧縮側及
び引張側の温度データを積算し及び圧縮側及び引
張側温度データの引算を行つて応力値を検出す
る。この場合、Ｓ／Ｎ比を向上させるため、カー
ソルクロス点Ｘ及びその周辺の各点の応力値の平
均応力値を求めるのが良い。

次に、前述したＮの値を手動又は自動的に変え
て位相データTθを0°〜180°の範囲内で順次に変え
て、前述したと同様にして、各位相データにつき
平均応力値を求める。この位相調整手段１２では
これら平均応力値のうち最大平均応力値となつた
時の前述のＮすなわち位相データを求め、この位
相データを被検体１の温度データ読取の際の荷重
信号及び応力信号との間の位相として設定する。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるも
のではない。例えば、上述した各手段１１，１
３，１５はここに述べたような構成以外の構成で
あつても良く、これらは通常の電子技術で容易に
構成出来る。また、位相データ演算手段１９、検
出手段１７及び位相調整手段１２をコンピユータ
６のCPUに機能させたが、別のCPUを設けても
良い。また論理演算回路１５をこれらCPUに機
能させても良い。

尚、上述した論理演算回路１５、検出手段１
７、位相調整手段１２及び位相データ演算手段１
９は従来普通に用いられている電子素子及び又は
電子回路の使用或いは組み合わせにより容易に機
能させることが出来る。

さらに、この発明はポイント走査或いは面走査
のタイプの応力画像システムにも適用して好適で
ある。

（発明の効果） 上述した説明から明らかなように、この発明の
自動位相調整装置によれば、被検体に負荷される
荷重信号と、この荷重信号により被検体に生ずる
応力信号との間に僅かながら位相のずれがある場
合であつても、自動的に位相をずらし異なる各位
相においてそれぞれの応力値（好ましくは平均応
力値）を求め、これら応力値のうち最大応力値を
与えた当該位相を被検体の温度データを検出する
遅延時間として位相調整手段に与え、よつて温度
測定のタイミングを取るようになしているので、
従来よりも位相調整が簡単かつ容易となり、しか
も、精度良く応力分布の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の応力画像システムにおける
自動位相調整装置を説明するためのブロツク図、
第２図は従来の応力画像システムの説明に供する
ブロツク図、第３図はこの発明の説明に供する線
図、第４図はこの発明の説明に供する要部のブロ
ツク図、第５図はこの発明の説明に供する信号波
形図である。 １……被検体、２……荷振機、３……スキヤ
ナ、４……信号処理系、５……Ａ／Ｄ変換器、６
……コンピユータ、６ａ……温度データ−応力分
布データ変換手段、７……タイミング回路、８…
…表示装置、９……制御回路、１１……周期信号
発生手段、１２……位相調整手段、１３……圧縮
及び引張信号形成手段、１５……論理演算回路、
１７……検出手段、１９……位相データ演算手
段、５１……増幅器、５３……コンパレータ、５
５……立ち上り微分回路、５７……立ち下り微分
回路、５９，６１……モノマルチバイブレータ、
６３……一周期カウンタ、６５……ラツチ回路、
６７……クロツク発生器、６９，７３，８３……
入力ポート、７１……中央処理装置（CPU）、７
５……圧縮カウンタ、７７……引張カウンタ、７
９……フリツプフロツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周期的に荷重が負荷された被検体を赤外線検
   出器の像スポツトで水平及び垂直走査して得られ
   た温度データに基づいて応力分布を画像表示する
   に当り、該負荷された荷重信号と、この荷重信号
   により前記被検体の温度データのサンプリングと
   の間の位相を調整するための、応力画像システム
   における自動位相調整装置において、 前記荷重信号の一周期を検出し周期信号を発生
   する周期信号発生手段と、 該周期信号に基づいて位相データを算出する位
   相データ演算手段と、 該位相データに基づいて該荷重信号に対し任意
   の位相を有しかつ該荷重信号と同一周期を有する
   圧縮及び引張信号をそれぞれ形成する圧縮及び引
   張信号形成手段と、 これら圧縮及び引張信号と前記水平走査のタイ
   ミング信号とから水平有効タイミング信号を形成
   するための論理演算回路と、 該水平有効タイミング信号の期間中の前記温度
   データを検出して応力値を求める検出手段と、 該応力値に応答し該応力値が最大となるように
   前記位相を調整するための位相調整手段と を具えることを特徴とする応力画像システムにお
   ける自動位相調整装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の応力画像システ
   ムにおける自動位相調整装置において、前記応力
   値は指定した測定点について複数回走査の温度デ
   ータの積算に基づいて得ることを特徴とする応力
   画像システムにおける自動位相調整装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の応力画像システ
   ムにおける自動位相調整装置において、前記応力
   値は指定した測定点及びその周辺における点での
   各応力値の平均した平均応力値としたことを特徴
   とする応力画像システムにおける自動位相調整装
   置。