JPS61250532A - 応力画像システムにおける自動位相調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
線検出器の像スポッ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、荷重信号に対する温度データ検出の
位相（タイミング）を調整するようにした、応力画像シ
ステムにおける自動位相調整方法に関する。

（従来の技術） 従来より被検体を赤外線検出器の像スポットで走査して
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。ｌは被検体で、荷振機２で被検体ｌに荷
重を負荷する。この荷重信号を負荷すると、被検体１の
表面に、熱弾性効果により、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ｌを像スポットで走
査する赤外線スキャナで、この水平及び垂直走査により
被検体ｌ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１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ュータ６に供給
する。７はタイミング回路で。

荷振機２の負荷供給とタイミングを取ると共に、Ａ／Ｄ
変換器５及びコンピュータ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ュータ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
ピュータ処理によっ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
。

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。

（発明が解決しようとする問題点） 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。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１〜５Ｇ）１２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った。

また、この位相合わせを自動的に行う試みもなされてい
るが、所要な精度を得るためには同一測定箇所を複数回
走査し得られた温度データを積算してＳ／Ｎ比の改善を
図ることが必要である。しかしながら、全ての位相につ
き同一回数の走査を行って温度データの積算を行うと、
この温度データの取り込みに長時間必要とし、実用的で
ない。

この発明の目的は、このような位相合わせを自動的に短
時間で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） この目的達成を図るため、この発明によれば、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ために、この周期的荷重の荷重信
号に対する温度データ検出の位相を調整するようにした
、応力画像システムにおける自動位相調整方法において
。

設定された異なる位相毎に、同一測定点における温度デ
ータを積算して予備応力値を求め、これら予備応力値中
の最大予備応力値に対応する予備位相を求めるステップ
と。

この予備位相を含むその周辺の位相毎に、該予備応力値
を求める場合よりもさらに多くの温度データを積算して
応力値を求め、これら応力値中の最大応力値を与える位
相に調整するステップとを具えることを特徴とする。

さらに、この発明の実施に当っては、異なる位相の設定
を行うため、荷重信号の周期を検出し。

検出されたこの周期に基づいて、異なる遅延時間に設定
可能な位相データを設定し、この位相データにより温度
データ検出のタイミングを決定するのが好適である。

検出は、荷重信号に対し位相データで決まる位相を有し
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
をそれぞれ形成し、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を論理演算して水平有効タイミング
信号を形成し、設定された異なる位相毎の各水平有効タ
イミング信号毎に温度データの検出して、行うのが好適
である。

さらに、この発明の好適実施例においては、位相データ
の設定は、応力値中の最大応力値を与える位相を設定す
るように手動又は自動的に行うことが出来る。

（作用） このようにこの発明の自動位相調整方法によれば、最初
に０＠〜１８０＠の間の異なる位相のそれぞれにおいて
、同一測定箇所につき複数回数の像スポット走査を行っ
て各位相での積算温度データを求め、これら積算温度デ
ータからそれぞれの位相での予備応力を求め、これら予
備応力の値のうち最大予備応力を選び出し、この最大予
備応力に対応する予備位相を先ず求める０次に、この予
備位相を含む周辺の位相に関してのみ、同一測定箇所を
、予備応力を求めた時の走査回数より多く走査を行って
それぞれの位相での積算温度データを求め、これら積算
温度データからそれぞれの位相での応力値を求めてこれ
ら応力値のなかの最大応力値与える位相に、温度データ
検出の位相を調整する。

従来は各位相毎に２５８回程度の走査を行っていたが、
この発明によれば、これに対応する走査回数は各位相毎
に予備位相の決定に６４回程度及び最大応力の位相の決
定に２５８回程度の走査で済むので、全体の走査時間は
１／２以下となり、従来に比べて著しく短縮する。

（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。

先ず、第１図に示すこの発明の応力画像システムの自動
位相調整方法の実施に供する装置を参照して、この発明
を説明する。

先ず、荷振機２から荷重信号を周期信号検出手段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、スキャナ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
、そこで例えば同期を取って水平有効タイミング信号を
形成し、これをスキャナ３に送り、この水平有効タイミ
ング信号に基づいて被検体ｌを像スポットで走査し、温
度データをコンピュータ６に取り込み、この温度データ
を温度データ一応力分布データ変換手段８ａによって映
像信号に変換しよって表示装置８で一画面の応力画像を
表示する。

次に、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にセットする。続いて、スキャナ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°としであるので、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例えば
８４回の走査を行って得た温度データを信号処理回路４
及びＡ／Ｄ変換器５を経てコンピュータ６に送り、その
検出手段！７において温度データの積算を行って圧縮及
び引張応力を求めると共に、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ュータ６の
メモリ６Ｃに記憶する。

ところで、この発明では、予備走査兼本走査設定手段１
８からＡ／Ｄ変換器５に指令を与えて、予備走査を行っ
て最大予備応力値に対応する予備位相を求める。このた
め、最初に設定した位相を変え、各位相毎に同一測定箇
所につき例えば６４回の走査を行う、これら走査により
得られた温度データから前述と同様にして平均応力値を
予備応力値として求めこれをメモリ６ｃ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予備応力
値をメモリＱＣに記憶した後、これらを位相調整手段１
８に呼び出し、そこでこれらの予備応力値の中の最大予
備応力値を決定し、この最大予備応力値に対応する位相
を設定し、この位相情報を予備走査兼本走査設定手段１
８に送り、この設定された位相及びその周辺の位１４の
みで像スポットの本走査を行う。

この本走査は、各位相で、同一測定箇所を例えば２５８
回行う、前述と同様にして検出器１７において各位相毎
に得られた積算温度データから応力値を得、これら応力
値をメモリ８ｃに一旦記憶し、続いてこれら応力値をメ
モリ８ｃから位相調整手段１８に順次又は同時に呼出し
て順次又は同時に大きさの比較を行い、最大応力値を与
える位相を判別し、その位相をスキャナ３又は位相デー
タ発生手段１２に設定する。或いは、この位相調整手段
１８で最大応力値かどうかを判定しながら、スキャナ３
又は位相データ発生手段１２の位相を調整していき、最
大応力値と判定した時その時の位相を固定する。

このように、この発明によれば、００〜１８０゜のＮ個
の位相につき走査回数の少ない予備走査を行って最大応
力を与える位相を予想し、次に、この予想位相を含む近
傍の何点かの位相につき走査回数の多い本走査を順次に
行って最大応力値を与える位相を精度良くかつ短時間に
探し出してその位相に調整することが出来る。

従って、荷重信号と、応力信号との間に位相のずれがあ
っても、常に最適な状態で、温度データをコンピュータ
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。

第４図はこの発明の自動位相調整方法を実施するための
１周期値号発生から水平有効走査タイミング信号を得る
までの装置の一部分を示すブロック図、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！４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５８及び８１と、−周期カウン
タＢ３と、ラッチ回路８５とを以って構成する。

一方、８７は任意好適な周波数でクロックパルスを発生
するクロックパルス発生器であり、−周期カウンタＢ３
のクロック入力に供給する。カウンタ８３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
バイブレータ５８及びＢ１を経て供給する。従って、こ
の最初の微分信号によりクロックの計数を開始し、次の
微分信号によりその計数を停止する。この計数値をラッ
チ回路８５に記憶し、一方、ラッチパルスとしてモノマ
ルチバイブレータ５８からの出力をこのラッチ回路Ｂ５
に供給する。ラッチ回路Ｂ５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として入出カポ−トロ８
を経てコンピュータ６の中央処理装置７１（以下、　Ｃ
ＰＵと称する）へ送る。

ＣＰＵ７１においては、位相データ発生手段１２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は荷重信号に対する時間遅延を表わしている。この
位相データは、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＝ＴｓＸＮ／Ｎｓから計算し
て得られる。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Ｔｏを入出カポ−ドア３を経て圧縮及び
引張信号形成手段１３の圧縮カウンタ７５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、クロックパルス発生器８７からのクロックを
減算計数する（第５図ＣＦ））、この計数値が零或いは
零以下となった時、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２リツプフロツプＣ以下、
ＦＦと称する）７９に送り、このＦＦ？θをセットして
圧縮信号（第５図（Ｈ））を形成する。

同様に、立ち下り微分回路５７からの引張スタートパル
スにより、位相データＴｏを引張カウンタ７７にロード
し、クロックの減算を行い、計数値が完本又は零以下と
なった時アンダーホロー信号が発生しく第５図（Ｇ））
、この信号によりＦＦ７９をリセットし、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、Ｆ
Ｆ７９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にはスキャナ３から
水平走査タイミング信号ＨＢＬ（第５図（■））を供給
し１例えば１両信号の論理積を取っ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）をスキャナ３に送り、このような水平走査の
タイミングで被検体ｌの温度データを測定する（第１図
）。

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、温
度データ検出の位相を変えることが出来る。

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０例えば、上述した各手段１１．１３゜１５、１８は
ここに述べたような構成以外の構成であっても良く、こ
れらは通常の電子技術で容易に構成出来る。また、位相
データ発生手段１２．検出手段１７をコンピュータ６の
ｃＰＵに機能させても良いし、或いは、それぞれ又は一
部分共通とした別個の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、また
、予備走査及び本走査の設定をそれぞれ別個の手段を設
けて行っても良い。

尚、上述した論理演算回路１５、検出手段１７、位相調
整手段１８、位相データ発生手段１２、予備走査兼本走
査設定手段１Ｂ、その他の構成成分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
わせにより容易に形成又は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
調整方法によれば、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っても、自動的に位相
をずらし異なる各位相において回数の少ない予備走査を
行ってそれぞれの予備応力値（好ましくは平均応力値）
を求め、これら予備応力値のうち最大予備応力値を与周
辺のみの位相で回数の多い本走査を行って最大応力値を
与える位相を探し出し、その位相に調整する。

従って、この発明によれば、従来よりも位相調整を簡単
、容易に、しかも、精度良く短時間で行うことが可能と
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
調整方法を説明するたの装置を示すブロック図、 第２図は従来の応力画像システムの説明に供するブロッ
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ック図。 第５図はこの発明の説明に供する信号波形図である。 ｉ　−・・被検体、　　　　　２・・・荷振機３・・・
スキャナ、　　　　　４・・・信号処理系５・・・Ａ／
Ｄ変換器、　　　６・・・コンピュータ８ａ・・・制御
信号発生手段 ８ｂ・・・温度データ一応力分布データ変換手段８Ｃ・
・・メモリ ７・・・タイミング回路、　８・・・表示装置９・・・
制御回路、　　　　１１・・・周期信号検出手段１２・
・・位相データ発生手段、 １３・・・圧縮及び引張信号形成手段 １５・・・論理演算回路、　　　１？−・・検出手段１
８・・・予備走査兼本走査設定手段 １９・・・位相調整手段、　　５１・・・増幅器５３・
・・コンパレータ、　　５５・・・立ち上り微分回路５
７・・・立ち下り微分回路 ５９．８１−・・モノマルチバイブレータ８３・・・−
周期カウンタ、　８５・・・ラッチ回路８７−・・クロ
ック発生器、　　ＩＩ９．７３．８３・・・入力ポード
ア１・・・中央処理装置（ＣＰＵ） ７５・・・圧縮カウンタ、７７・・・引張カウンタ７８
・・・フリップフロップ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）周期的に荷重が負荷された被検体を赤外線検出器
   の像スポッ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ために、該周期的
   荷重の荷重信号に対する温度データ検出の位相を調整す
   るようにした、応力画像システムにおける自動位相調整
   方法において、設定された異なる位相毎に複数回の予備
   走査を行って同一測定点における温度データを積算し予
   備応力値を求め、これら予備応力値中の最大予備応力値
   に対応する予備位相を求めるステップと、該予備位相を
   含むその周辺の位相毎に前記予備走査の回数よりもさら
   に多くの回数の本走査を行って温度データを積算して応
   力値を求め、これら応力値中の最大応力値を与える位相
   に調整するステップ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方法。
2. （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方法において、 前記異なる位相の設定を行うため、 前記荷重信号の周期を検出し、 検出された該周期に基づいて、異なる遅延時間に設定可
   能な位相データを設定し、 該位相データにより温度データ検出のタイミングを決定
   することを特徴とする自動位相調整方法。
3. （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方法において、 前記温度データ検出は、 該荷重信号に対し前記位相データで決まる位相を有しか
   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
   れぞれ形成し、 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
   号とを論理演算して水平有効タイミング信号を形成し、 設定された異なる位相毎の各水平有効タイミング信号毎
   に前記温度データの検出して 行うことを特徴とする応力画像システムにおける自動位
   相調整方法。
4. （４）特許請求の範囲第２項記載の応力画像システムに
   おける自動位相調整方法において、 前記位相データの設定は、応力値中の最大応力値を与え
   る位相を設定するように手動又は自動的に行うことを特
   徴とする応力画像システムにおける自動位相調整方法。