JPH07110272A - 赤外線応力画像システム - Google Patents

赤外線応力画像システム

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JPH07110272A
JPH07110272A JP5253036A JP25303693A JPH07110272A JP H07110272 A JPH07110272 A JP H07110272A JP 5253036 A JP5253036 A JP 5253036A JP 25303693 A JP25303693 A JP 25303693A JP H07110272 A JPH07110272 A JP H07110272A
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stress
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infrared
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Susumu Takada
享 高田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線カメラの走査周波数に対して被検体加
振信号周波数が近づいた高い状態においても、確実に温
度変化分布を検出して応力分布を検出できる。 【構成】 この赤外線応力画像システムは、被検体に周
期的に荷重を印加し、発熱、吸熱作用に基づく試料表面
の温度変化を赤外線カメラにより検出し、温度変化分布
に基づき応力分布を検出するもので、被検体に加わる応
力が略最大になる時の所定時間幅内tGpに赤外線カメラ
からの画像信号が入力したときのみその画像信号をプラ
ス温度分布データとして取り込み、被検体に加わる応力
が略最小になる時の所定時間幅内tGmに赤外線カメラか
らの画像信号が入力したときのみその画像信号をマイナ
ス温度分布データとして取り込み、取り込まれたプラス
温度分布データとマイナス温度分布データとの差をとる
ことにより温度変化分布を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線応力画像システ
ムに関し、特に、試料に圧縮・引張の繰り返し荷重を印
加して試料の応力検出を行うようにした赤外線応力画像
システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】物体の各部分に生ずる応力の大きさを測
定することは、機械や構造物を設計する際に、各部分の
形状、使用材料の寸法、材質等を選択して完全でしかも
経済的な設計を可能にするために極めて重要である。そ
のため、従来、被測定体に歪ゲージを貼付し、被測定体
に生ずる歪を検出して応力分布を測定することが行われ
ていた。
【0003】しかしながら、被測定体への歪ゲージの貼
付が面倒で、測定に多大の時間がかかってしまうという
問題があった。これに対し、物体に圧縮・引張荷重を繰
り返し加えると、発熱、吸熱作用が現れ、この発熱及び
吸熱を比較的短い周期で繰り返すと、周囲への熱の拡
散、あるいは周囲から熱の流入が断たれた断熱状態で、
応力集中部位の表面温度が変化し、温度変化量と応力変
化との間に比例関係があり、これを利用して応力分布を
測定することが提案されている(特公昭62−1204
号、特公昭62−1205号、特公昭63−7333
号、特願平4−178376号)。このような応力分布
測定方法によれば、従来の歪ゲージ等を利用した測定方
式に比して、非接触で迅速かつ簡単に測定することが可
能となる。
【0004】図3は、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ットを水平、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従来
の装置のタイミングチャートであり、被検体へ例えば引
張・圧縮の繰り返し荷重を掛ける加振信号finとカメラ
HB信号(カメラスキャン赤外線データ取込信号:赤外
線画像の1走査線の信号)とは同期がとれていない。従
来は、図3に示すように、加振信号finに対して応力が
最大になる位相の時にプラストリガを発生し、応力が最
小になる位相の時にマイナストリガを発生する(図で
は、加振信号finが最大の時にプラストリガを、最小の
時にマイナストリガを発生しているが、被検体に加わる
応力の位相は必ずしも加振信号finに一致せずにずれが
あるので、実際の応力が最大、最小になる時にそれぞれ
プラストリガ、マイナストリガが発生される。)。その
プラストリガに対して最初のカメラHB信号をプラス温
度データとして取り込み、そのマイナストリガに対して
最初のカメラHB信号をマイナス温度データとして取り
込む。そのプラスデータとマイナスデータの差を画面全
体についてとることで温度変化分布データが得られ、応
力分布データとして利用できる。また、このプラスデー
タとマイナスデータは、S/N比を良くするために、そ
れぞれ加振信号finの半周期中に加算できるようになっ
ている(図の場合は、それぞれ2回)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図3に示し
たように、加振信号finの周波数がカメラの水平スキャ
ン周波数(通常、400Hz程度)に比して小さい場合
(70〜80Hz)は、プラストリガに対して最初のカ
メラHB信号がくる時間tp 、マイナストリガに対して
最初のカメラHB信号がくる時間tm が加振信号fin
周期に対して相対的に小さいので、加振信号finの1周
期中にそれぞれのカメラHB信号が少なくとも1回は取
り込み可能であるが、加振信号finの周波数が相対的に
大きくなる(200〜300Hz)と、tp 、tm が加
振信号finの周期に対して相対的に大きくなることがあ
り、加振信号finの1周期中にそれぞれのカメラHB信
号を必ずしも取り込めなくなる。したがって、応力分布
データがとれなくなる。この場合、加振信号finの周波
数はカメラHB信号の周波数の数分の1以下程度が限度
である。
【0006】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされえたものであり、その目的は、赤外線カメラ
のライン走査周波数に対して被検体加振信号周波数が近
づいた高い状態においても、確実に温度変化分布を検出
して応力分布を検出できる赤外線応力画像システムを提
供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の赤外線応力画像システムは、被検体に周期
的に荷重を印加し、発熱、吸熱作用に基づく試料表面の
温度変化を赤外線カメラにより検出し、温度変化分布に
基づき応力分布を検出するようにした赤外線応力画像シ
ステムにおいて、被検体に加わる応力が略最大になる時
の所定時間幅内に赤外線カメラからの画像信号が入力し
たときのみその画像信号をプラス温度分布データとして
取り込み、被検体に加わる応力が略最小になる時の所定
時間幅内に赤外線カメラからの画像信号が入力したとき
のみその画像信号をマイナス温度分布データとして取り
込み、取り込まれたプラス温度分布データとマイナス温
度分布データとの差をとることにより温度変化分布を求
めるようにしたことを特徴とするものである。
【0008】
【作用】本発明においては、被検体に加わる応力が略最
大になる時の所定時間幅内に赤外線カメラからの画像信
号が入力したときのみその画像信号をプラス温度分布デ
ータとして取り込み、被検体に加わる応力が略最小にな
る時の所定時間幅内に赤外線カメラからの画像信号が入
力したときのみその画像信号をマイナス温度分布データ
として取り込み、取り込まれたプラス温度分布データと
マイナス温度分布データとの差をとることにより温度変
化分布を求めるようにしたので、被検体の加振周波数が
赤外線カメラの走査周波数の数分の以上でその加振周波
数に近づいた高い状態においても、確実に温度変化分布
を検出して応力分布を検出することができる。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照にして本発明の赤外線応力
画像システムの原理と実施例について説明する。図1
は、本発明に基づく赤外線応力画像システムの原理を説
明するためのタイミングチャートであり、被検体の加振
と赤外線カメラの走査は同期がとれていない。被検体へ
は、加振信号finのように、例えば引張・圧縮の繰り返
し荷重が掛けられる。そして、この加振信号finに対し
て応力が最大になる位相の時にプラストリガを発生し、
応力が最小になる位相の時にマイナストリガを発生する
(図では、加振信号finが最大の時にプラストリガを、
最小の時にマイナストリガを発生しているが、被検体に
加わる応力の位相は必ずしも加振信号finに一致せずに
ずれがあるので、実際の応力が最大、最小になる時にそ
れぞれプラストリガ、マイナストリガが発生され
る。)。そのプラストリガにより時間幅tGpのプラスト
リガゲート信号を、また、そのマイナストリガにより時
間幅tGmのマイナストリガゲート信号を作り、それらの
ゲート期間中に立ち上がり部が入ったカメラHB信号
(カメラスキャン赤外線データ取込信号:赤外線画像の
1走査線の信号)だけを温度変化検出の有効データと
し、それぞれのカメラHB信号をプラス温度データ、マ
イナス温度データとして取り込む。つまり、tGp
“H”の間にカメラHB信号の立ち上がりがかかった場
合だけ、プラス温度データとして有効にしてそのデータ
を取り込む。次に、tGmが“H”の間にカメラHB信号
の立ち上がりがかかった場合だけ、マイナス温度データ
として有効にしてそのデータを取り込む。加振信号fin
の1周期では、必ずしもプラス温度データ又はマイナス
温度データの少なくとも一方を取り込むことができない
が、多数のその周期にわたって上記の取り込みを繰り返
すことにより、必ずプラス温度データ及びマイナス温度
データを取り込むことができる。その後、従来と同様
に、そのプラスデータとマイナスデータの差を画面全体
についてとることで温度変化分布データが得られ、応力
分布データとして利用できる。
【0010】なお、プラストリガゲート信号tGp、マイ
ナストリガゲート信号tGmは、加振信号finの周波数に
よってそれぞれの時間幅を変える必要がある。加振信号
inの周波数が高いほど、短くする。
【0011】以上のようにすることにより、図3で説明
した従来のシステムより加振周波数の大きい被検体の応
力分布データを検出することができることになる。
【0012】次に、このような原理に基づく本発明の赤
外線応力画像システムの1実施例のブロック図を図2に
示す。このシステムは、被検体Sを加振する加振機1
と、加振機1により繰り返し荷重を受ける被検体Sを撮
影する赤外線カメラ2とを含み、信号処理回路として、
プラストリガ発生回路3、マイナストリガ発生回路4、
周波数検出回路5、プラストリガゲート発生回路6、マ
イナストリガゲート発生回路7、同期判別回路8、9、
演算コントロール回路10、プラスデータメモリ11、
マイナスデータメモリ12、差データメモリ13、表示
装置14からなる。
【0013】その動作は、プラストリガ発生回路3、マ
イナストリガ発生回路4、周波数検出回路5それぞれが
加振機1から図1に示したような加振信号finを受け
る。プラストリガ発生回路3、マイナストリガ発生回路
4は、それぞれ加振信号finに対して応力の最大になる
位相位置でプラストリガを、最小となる位相位置でマイ
ナストリガを発生する。同時に、周波数検出回路5によ
り加振信号finの周波数を検出する。
【0014】プラストリガ発生回路3からのプラストリ
ガと周波数検出回路5からの加振信号finの周波数はプ
ラストリガゲート発生回路6に入力し、マイナストリガ
発生回路4からのマイナストリガと周波数検出回路5か
らの加振信号finの周波数はマイナストリガゲート発生
回路7に入力し、それぞれ所定の時間幅tGp、tGmのプ
ラストリガゲート信号とマイナストリガゲート信号を発
生する。
【0015】赤外線カメラ2から所定垂直位置の水平走
査線について繰り返し入力してくるカメラHB信号とプ
ラストリガゲート発生回路6で発生されたプラストリガ
ゲート信号が一方の周期判別回路8に入力し、プラスト
リガゲート信号の“H”中に何れかのカメラHB信号の
立ち上がり部が入ったと判別された場合だけ、その周期
のカメラHB信号がプラスデータメモリ11に取り込ま
れ、また、カメラHB信号とマイナストリガゲート発生
回路7で発生されたマイナストリガゲート信号が他方の
周期判別回路9に入力し、マイナストリガゲート信号の
“H”中に何れかのカメラHB信号の立ち上がり部が入
ったと判別された場合だけ、その周期のカメラHB信号
がマイナスデータメモリ12に取り込まれる。
【0016】プラスデータメモリ11及びマイナスデー
タメモリ12に取り込まれたプラス温度データとマイナ
ス温度データは、演算コントロール回路10の制御の下
に、差データメモリ13に送られ、それらの差がとら
れ、差データメモリ13に蓄積される。
【0017】こうして、1本の水平走査線についての温
度変化分布データが得られ、次に、例えば差データメモ
リ13からの信号に基づき、赤外線カメラ2の水平走査
位置を次の走査線に進め、その走査線の温度変化分布デ
ータを同様に求め、画面全体について同様に行い、被検
体Sの2次元の温度変化分布データが求まる。差データ
メモリ13に蓄積された温度変化分布データは、例えば
表示装置14に画像表示を行い、被検体Sの応力分布を
求める。
【0018】なお、温度データの積算を行う場合は、プ
ラスデータメモリ11とマイナスデータメモリ12内で
加算をし、積算回数で割算をして、差データメモリ13
に入力することもできる。
【0019】以上、本発明の赤外線応力画像システムを
実施例に基づいて説明したが、本発明はこれら実施例に
限定されず種々の変形が可能である。
【0020】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の赤外線応力画像システムによると、被検体に加わる応
力が略最大になる時の所定時間幅内に赤外線カメラから
の画像信号が入力したときのみその画像信号をプラス温
度分布データとして取り込み、被検体に加わる応力が略
最小になる時の所定時間幅内に赤外線カメラからの画像
信号が入力したときのみその画像信号をマイナス温度分
布データとして取り込み、取り込まれたプラス温度分布
データとマイナス温度分布データとの差をとることによ
り温度変化分布を求めるようにしたので、被検体の加振
周波数が赤外線カメラの走査周波数の数分の以上でその
加振周波数に近づいた高い状態においても、確実に温度
変化分布を検出して応力分布を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく赤外線応力画像システムの原理
を説明するためのタイミングチャートである。
【図2】本発明の赤外線応力画像システムの1実施例の
ブロック図である。
【図3】従来の赤外線応力画像システムを説明するため
のタイミングチャートである。
【符号の説明】
S…被検体 1…加振機 2…赤外線カメラ 3…プラストリガ発生回路 4…マイナストリガ発生回路 5…周波数検出回路 6…プラストリガゲート発生回路 7…マイナストリガゲート発生回路 8、9…同期判別回路 10…演算コントロール回路 11…プラスデータメモリ 12…マイナスデータメモリ 13…差データメモリ 14…表示装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体に周期的に荷重を印加し、発熱、
    吸熱作用に基づく試料表面の温度変化を赤外線カメラに
    より検出し、温度変化分布に基づき応力分布を検出する
    ようにした赤外線応力画像システムにおいて、被検体に
    加わる応力が略最大になる時の所定時間幅内に赤外線カ
    メラからの画像信号が入力したときのみその画像信号を
    プラス温度分布データとして取り込み、被検体に加わる
    応力が略最小になる時の所定時間幅内に赤外線カメラか
    らの画像信号が入力したときのみその画像信号をマイナ
    ス温度分布データとして取り込み、取り込まれたプラス
    温度分布データとマイナス温度分布データとの差をとる
    ことにより温度変化分布を求めるようにしたことを特徴
    とする赤外線応力画像システム。
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