JPS621204B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS621204B2 JPS621204B2 JP55056691A JP5669180A JPS621204B2 JP S621204 B2 JPS621204 B2 JP S621204B2 JP 55056691 A JP55056691 A JP 55056691A JP 5669180 A JP5669180 A JP 5669180A JP S621204 B2 JPS621204 B2 JP S621204B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- load
- temperature
- test sample
- signal
- difference
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/248—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet using infrared
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は被検試料に加わる応力値又は応力分布
を非接触で短時間に測定することのできる応力分
布測定方法及び装置に関するものである。
を非接触で短時間に測定することのできる応力分
布測定方法及び装置に関するものである。
機械部品等を作成するにあたつては荷重による
応力が特定部位に集中しない様に注意を払う必要
がある。そこで特に耐久性を重視する航空機の分
野などでは実物又は実物に近い模型の表面に多数
の歪ゲージを取付けると共に実際に荷重を印加
し、各ゲージからの出力を総合して各部の応力値
及び応力分布を測定している。ところがこの様な
従来方法では多数の歪ゲージを取付ける作業に手
間取るばかりでなく、歪ゲージの大きさの関係で
小さな被検試料では取付けが困難となる等の欠点
があつた。
応力が特定部位に集中しない様に注意を払う必要
がある。そこで特に耐久性を重視する航空機の分
野などでは実物又は実物に近い模型の表面に多数
の歪ゲージを取付けると共に実際に荷重を印加
し、各ゲージからの出力を総合して各部の応力値
及び応力分布を測定している。ところがこの様な
従来方法では多数の歪ゲージを取付ける作業に手
間取るばかりでなく、歪ゲージの大きさの関係で
小さな被検試料では取付けが困難となる等の欠点
があつた。
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、
繰返し荷重印加による温度変化を求めることによ
り非接触で迅速に応力あるいは応力分布を測定す
ることのできる新規な方法及び装置を提供するこ
とを目的とするものである。以下図面を用いて本
発明を詳説する。
繰返し荷重印加による温度変化を求めることによ
り非接触で迅速に応力あるいは応力分布を測定す
ることのできる新規な方法及び装置を提供するこ
とを目的とするものである。以下図面を用いて本
発明を詳説する。
被検試料に繰返し圧縮荷重及び引張り荷重を印
加した時の該被検試料表面の温度を測定したとこ
ろ、本発明者は応力の集中する部位では表面温度
が単に上昇するのではなく、荷重印加に同期して
周囲温度（正確には荷重ｏの時の試料温度）より
も上昇する期間と周囲よりも下降する期間とが交
互に繰返されることを見出した。即ち第１図ａに
示す様な正弦波形の荷重を試料に印加したとこ
ろ、該試料の応力集中部位の表面温度は同図ｂに
示す様に荷重印加に同期した正弦波形で周囲温度
よりも高温になる期間と周囲温度より低温になる
期間とが交互に繰返される結果となつている。
加した時の該被検試料表面の温度を測定したとこ
ろ、本発明者は応力の集中する部位では表面温度
が単に上昇するのではなく、荷重印加に同期して
周囲温度（正確には荷重ｏの時の試料温度）より
も上昇する期間と周囲よりも下降する期間とが交
互に繰返されることを見出した。即ち第１図ａに
示す様な正弦波形の荷重を試料に印加したとこ
ろ、該試料の応力集中部位の表面温度は同図ｂに
示す様に荷重印加に同期した正弦波形で周囲温度
よりも高温になる期間と周囲温度より低温になる
期間とが交互に繰返される結果となつている。
これは圧縮力が加えられている期間応力集中部
位で発熱作用が現われ、引張り力が加えられてい
る期間は吸熱作用が現われ、この発熱及び吸熱が
比較的短い周期で繰返されるため、周囲への熱の
拡散或いは周囲からの熱の流入が断たれた断熱状
態で上記応力集中部位の表面温度が変化するもの
である。このことは例えば第１図ｃに示す様に圧
縮力のみを矩形波形で印加すると同図ｄの様にそ
れに同期した矩形波形の温度上昇のみが発生し、
同図ｅの様に引張り力のみを印加すると同図ｆの
様に温度低下のみが発生することからも確認され
た。
位で発熱作用が現われ、引張り力が加えられてい
る期間は吸熱作用が現われ、この発熱及び吸熱が
比較的短い周期で繰返されるため、周囲への熱の
拡散或いは周囲からの熱の流入が断たれた断熱状
態で上記応力集中部位の表面温度が変化するもの
である。このことは例えば第１図ｃに示す様に圧
縮力のみを矩形波形で印加すると同図ｄの様にそ
れに同期した矩形波形の温度上昇のみが発生し、
同図ｅの様に引張り力のみを印加すると同図ｆの
様に温度低下のみが発生することからも確認され
た。
そして諸条件を種々変えて実験を繰返し、検討
を重ねた結果、温度変化量と応力変化（正確には
応力による変位置）との間には比例関係があるこ
とが判明した。第２図ａ，ｂは実験で求めた荷重
―温度変化及び周囲温度―温度変化の関係を示し
ている。従つてこの関係から被検試料に繰返し荷
重を印加し、その時の特定点の表面温度の変化巾
を検出すれば、該点にかかつている応力を知るこ
とができる。この方法で１点における応力値を知
ることができ、測定点を移動させて異なつた位置
の多数の点の応力値を求めれば応力分布を知るこ
とができるのであるが、その様に１点ずつ測定し
たのでは１点測定するのに少なくとも１回の荷重
変化を与えなければならず、例えばある領域中の
縦―横100点づつ計10000点の測定をするのに荷重
変化周期が１秒として10000秒もの時間を要する
ことになる。所要時間は従来の歪ゲージを取付け
るやり方に比べればはるかに短いが、十分満足で
きるものとは言えない。
を重ねた結果、温度変化量と応力変化（正確には
応力による変位置）との間には比例関係があるこ
とが判明した。第２図ａ，ｂは実験で求めた荷重
―温度変化及び周囲温度―温度変化の関係を示し
ている。従つてこの関係から被検試料に繰返し荷
重を印加し、その時の特定点の表面温度の変化巾
を検出すれば、該点にかかつている応力を知るこ
とができる。この方法で１点における応力値を知
ることができ、測定点を移動させて異なつた位置
の多数の点の応力値を求めれば応力分布を知るこ
とができるのであるが、その様に１点ずつ測定し
たのでは１点測定するのに少なくとも１回の荷重
変化を与えなければならず、例えばある領域中の
縦―横100点づつ計10000点の測定をするのに荷重
変化周期が１秒として10000秒もの時間を要する
ことになる。所要時間は従来の歪ゲージを取付け
るやり方に比べればはるかに短いが、十分満足で
きるものとは言えない。
ところで、上述の如く試料表面上の異なつた位
置の点では各点における応力値に応じた巾で温度
変化をしているのであるから、第１図ａの様な繰
返し荷重が印加されているうちの圧縮荷重の半周
期T1には、試料表面の各点は各点における応力
値に応じた温度上昇（周囲温度からの）を示し、
引張り荷重の半周期T2には各点における応力値
に応じた温度低下（周囲温度からの）を示すはず
である。従つてT1の間に試料表面の温度上昇し
た温度分布像を取得し、T2の間に同一面の温度
低下した温度分布像を取得し、２つの温度分布像
の差のパターンを求めれば、該パターンは試料上
の各点における期間T1の時とT2の時の温度差即
ち応力に応じたものとなる。
置の点では各点における応力値に応じた巾で温度
変化をしているのであるから、第１図ａの様な繰
返し荷重が印加されているうちの圧縮荷重の半周
期T1には、試料表面の各点は各点における応力
値に応じた温度上昇（周囲温度からの）を示し、
引張り荷重の半周期T2には各点における応力値
に応じた温度低下（周囲温度からの）を示すはず
である。従つてT1の間に試料表面の温度上昇し
た温度分布像を取得し、T2の間に同一面の温度
低下した温度分布像を取得し、２つの温度分布像
の差のパターンを求めれば、該パターンは試料上
の各点における期間T1の時とT2の時の温度差即
ち応力に応じたものとなる。
第３図はこの様な考え方に基づく本発明の一実
施例の構成を示し、同図において１は加振機であ
る。該加振機１は油圧駆動されるピストン２，３
と、該ピストンの間に被検試料４を固定するため
の保持機構５，６とを備えている。
施例の構成を示し、同図において１は加振機であ
る。該加振機１は油圧駆動されるピストン２，３
と、該ピストンの間に被検試料４を固定するため
の保持機構５，６とを備えている。
７は被検試料４から発生する赤外線を走査検出
し、該試料の温度分布像を撮影するための赤外線
カメラであり、該赤外線カメラは上記加振機１か
ら発生する同期信号８に基づいて間歇的に１画面
ずつ撮影を行う。撮影に伴なつて得られる１画面
分の温度信号（映像信号）はＡ―Ｄ変換器９によ
つてデジタル信号に変換された後、前記同期信号
８に基づいて切換えられるスイツチ１０により書
込み制御回路１１又は引算回路１２へ選択的に供
給される。該書込み制御回路は供給された１画面
分の温度信号を前記赤外線カメラの走査同期信号
１３に基づいてメモリ１４へ格納する。
し、該試料の温度分布像を撮影するための赤外線
カメラであり、該赤外線カメラは上記加振機１か
ら発生する同期信号８に基づいて間歇的に１画面
ずつ撮影を行う。撮影に伴なつて得られる１画面
分の温度信号（映像信号）はＡ―Ｄ変換器９によ
つてデジタル信号に変換された後、前記同期信号
８に基づいて切換えられるスイツチ１０により書
込み制御回路１１又は引算回路１２へ選択的に供
給される。該書込み制御回路は供給された１画面
分の温度信号を前記赤外線カメラの走査同期信号
１３に基づいてメモリ１４へ格納する。
そして格納された温度信号は次の１画面撮影の
際上記カメラ７の走査同期信号１３に基づいて作
動する読出し制御回路１５によつて読出されて引
算回路１２へ送られる。該引算回路１２の出力信
号はＡ―Ｄ変換器１６を介して輝度変調信号とし
て前記赤外線カメラ７と同期してラスタ走査され
る陰極線管（CRT）表示装置１７へ送られる。
際上記カメラ７の走査同期信号１３に基づいて作
動する読出し制御回路１５によつて読出されて引
算回路１２へ送られる。該引算回路１２の出力信
号はＡ―Ｄ変換器１６を介して輝度変調信号とし
て前記赤外線カメラ７と同期してラスタ走査され
る陰極線管（CRT）表示装置１７へ送られる。
上述の如き構成において、加振機１は試料４に
例えば第４図ａに示す様な矩形波形の荷重を２秒
の繰返し周期で印加するものとする。該加振機１
からは荷重印加に周期した同期信号（第４図ｂ）
８が発生し、該同期信号８に基づいてカメラ７は
第４図ｃに示す様なタイミングで圧縮荷重期間
T1及び引張り荷重期間T2内に１回ずつ１画面走
査を行う。
例えば第４図ａに示す様な矩形波形の荷重を２秒
の繰返し周期で印加するものとする。該加振機１
からは荷重印加に周期した同期信号（第４図ｂ）
８が発生し、該同期信号８に基づいてカメラ７は
第４図ｃに示す様なタイミングで圧縮荷重期間
T1及び引張り荷重期間T2内に１回ずつ１画面走
査を行う。
この時スイツチ１０は第４図ｄに示す様に荷重
印加に同期して切換えられるため、T1における
１画面走査に伴なつて得られる温度信号Z1は書込
み制御回路１１を介して一旦メモリ１４へ記憶さ
れ、T2における１画面走査に伴なつて得られる
温度信号Z2は引算回路１２へ送られる。このT2
の期間読出し制御回路１５はカメラ７による１画
面走査と同期してT1の期間に得られた温度信号
Z1を読出し、引算回路１２へ送るため、該引算回
路１２の出力としてはZ1とZ2の差信号が得られ
る。即ちT1の期間の温度とT2の期間の温度との
温度差（温度変化）に対応する差信号が１画面を
構成する各画素毎に得られることになる。この温
度差信号が各画素に対応する試料上の微小点にか
かる応力を示していることは先に述べた通りであ
る。
印加に同期して切換えられるため、T1における
１画面走査に伴なつて得られる温度信号Z1は書込
み制御回路１１を介して一旦メモリ１４へ記憶さ
れ、T2における１画面走査に伴なつて得られる
温度信号Z2は引算回路１２へ送られる。このT2
の期間読出し制御回路１５はカメラ７による１画
面走査と同期してT1の期間に得られた温度信号
Z1を読出し、引算回路１２へ送るため、該引算回
路１２の出力としてはZ1とZ2の差信号が得られ
る。即ちT1の期間の温度とT2の期間の温度との
温度差（温度変化）に対応する差信号が１画面を
構成する各画素毎に得られることになる。この温
度差信号が各画素に対応する試料上の微小点にか
かる応力を示していることは先に述べた通りであ
る。
そして該差信号はＤ―Ａ変換器１６を介して
CRT表示装置１７へ輝度信号として送られるた
め、該表示装置１７の画面には応力に応じた輝度
が与えられた試料像即ち、試料の応力分布像が得
られることになる。表示方法としては上記の様な
輝度変調法だけではなく、例えば輝度信号を一定
とし、前記差信号をCRTの垂直方向偏向信号に
重畳させる所謂偏向変調法を用いても良いし、他
の表示方法を用いても良いことは言うまでもな
い。
CRT表示装置１７へ輝度信号として送られるた
め、該表示装置１７の画面には応力に応じた輝度
が与えられた試料像即ち、試料の応力分布像が得
られることになる。表示方法としては上記の様な
輝度変調法だけではなく、例えば輝度信号を一定
とし、前記差信号をCRTの垂直方向偏向信号に
重畳させる所謂偏向変調法を用いても良いし、他
の表示方法を用いても良いことは言うまでもな
い。
尚上記実施例では荷重を繰返し印加し、差信号
を繰返し表示装置へ送つて表示したが、基本的に
は温度変化が発生する様に荷重変化を１回起こせ
ば差信号が得られ、極めて短時間で応力分布像を
得ることができる。この荷重変化の波形も上記例
の様に矩形波形に限らず正弦波形でも良いし、又
荷重の方向も第１図ｃ又はｄの様に圧縮方向又は
引張り方向のみ印加するようにしても良く、更に
は一定荷重に変動分が重畳された様なものでも良
い。
を繰返し表示装置へ送つて表示したが、基本的に
は温度変化が発生する様に荷重変化を１回起こせ
ば差信号が得られ、極めて短時間で応力分布像を
得ることができる。この荷重変化の波形も上記例
の様に矩形波形に限らず正弦波形でも良いし、又
荷重の方向も第１図ｃ又はｄの様に圧縮方向又は
引張り方向のみ印加するようにしても良く、更に
は一定荷重に変動分が重畳された様なものでも良
い。
上述の如く本発明ではZ1とZ2の差信号を求めて
いるため、Z1とZ2に共通に現れるノイズ、測定誤
差（例えば赤外線カメラに起因する感度ムラ）或
いは試料に最初から存在する温度分布に基づく信
号変化は引算処理によつてキヤンセルされ、得ら
れる差信号は正確に応力分布に対応したものとな
る。
いるため、Z1とZ2に共通に現れるノイズ、測定誤
差（例えば赤外線カメラに起因する感度ムラ）或
いは試料に最初から存在する温度分布に基づく信
号変化は引算処理によつてキヤンセルされ、得ら
れる差信号は正確に応力分布に対応したものとな
る。
１回の引算処理による差信号では強度が十分に
得られない場合には、差信号を繰返し得て、該差
信号を積算するようにすればＳ／Ｎ比を向上させ
て十分な信号強度とすることができる。差信号を
積算するかわりにZ1，Z2を夫々積算した後両者の
差を求めても同じ結果が得られることは言うまで
もない。その際T1，T2の期間における１画面走
査の回数を上記例の様に１回ではなく複数回行
い、その複数回の画面走査で得られた温度信号
Z1，Z2を夫々積算する様にすれば、積算回数を大
巾に増すことができ、積算による効果を更に高め
ることが可能となる。
得られない場合には、差信号を繰返し得て、該差
信号を積算するようにすればＳ／Ｎ比を向上させ
て十分な信号強度とすることができる。差信号を
積算するかわりにZ1，Z2を夫々積算した後両者の
差を求めても同じ結果が得られることは言うまで
もない。その際T1，T2の期間における１画面走
査の回数を上記例の様に１回ではなく複数回行
い、その複数回の画面走査で得られた温度信号
Z1，Z2を夫々積算する様にすれば、積算回数を大
巾に増すことができ、積算による効果を更に高め
ることが可能となる。
尚、赤外線カメラとしては光学的走査を行うも
のでも、赤外線ビジコンの様に電子的走査を行う
ものでもよい。
のでも、赤外線ビジコンの様に電子的走査を行う
ものでもよい。
以上詳述した如く本発明によれば非接触で、し
かも従来に比べ桁違いに短い時間で、精密な応力
分布像を得ることができ、その効果は極めて大き
い。
かも従来に比べ桁違いに短い時間で、精密な応力
分布像を得ることができ、その効果は極めて大き
い。
第１図は本発明の原理を説明するための波形
図、第２図は荷重と温度変化及び周囲温度と温度
変化の関係を示す図、第３図は本発明の一実施例
の構成を示す図、第４図はその動作を説明するた
めの波形図である。 １：加振機、４：被検試料、７：赤外線カメ
ラ、９：Ａ―Ｄ変換器、１０：スイツチ、１１：
書込み制御回路、１２：引算回路、１４：メモ
リ、１５：読出し制御回路、１６：Ｄ−Ａ変換
器、１７：CRT表示装置。
図、第２図は荷重と温度変化及び周囲温度と温度
変化の関係を示す図、第３図は本発明の一実施例
の構成を示す図、第４図はその動作を説明するた
めの波形図である。 １：加振機、４：被検試料、７：赤外線カメ
ラ、９：Ａ―Ｄ変換器、１０：スイツチ、１１：
書込み制御回路、１２：引算回路、１４：メモ
リ、１５：読出し制御回路、１６：Ｄ−Ａ変換
器、１７：CRT表示装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 被検試料に２種の異なつた荷重を順次印加
し、この荷重印加に同期関係をもつて赤外線映像
装置のフレーム走査を行うことにより、第１の荷
重が印加されている期間における被検試料の一定
領域の２次元的な温度分布を撮影し、得られた温
度分布に対応する第１の信号を記憶し、第２の荷
重が印加されている期間における被検試料の前記
領域の２次元的な温度分布を撮影して温度分布に
対応する第２の信号を得、該第１及び第２の信号
の差を求め、この差信号をパターンとして表示す
ることを特徴とする応力分布測定方法。 ２ 前記異なつた荷重の一方は圧縮荷重であり、
他方は引張荷重である特許請求の範囲第１項記載
の応力分布測定方法。 ３ 前記異なつた荷重のうち一方は零である特許
請求の範囲第１項記載の応力分布測定方法。 ４ 前記差のパターンを複数回求め、積算するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
のいずれかに記載の応力分布測定方法。 ５ 被検試料に２種の異なつた荷重を順次印加す
るための荷重印加手段と、被検試料を撮影するた
めの赤外線カメラと、荷重印加手段による第１の
荷重印加時と第２の荷重印加時の夫々に赤外線カ
メラのフレーム走査が行われるよう赤外線カメラ
のフレーム走査と荷重印加手段の荷重切換えとを
同期させるための同期手段と、一方の荷重印加時
のフレーム走査により該赤外線カメラから得られ
る１画面分の温度信号を記憶する記憶手段と、他
方の荷重印加時のフレーム走査により前記赤外線
カメラから得られる１画面分の温度信号と前記記
憶手段に記憶されている温度信号との差を求める
引算回路と、該引算回路からの差信号が供給され
る表示手段とを備えたことを特徴とする応力分布
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5669180A JPS56153229A (en) | 1980-04-28 | 1980-04-28 | Method and device for measurement of stress |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5669180A JPS56153229A (en) | 1980-04-28 | 1980-04-28 | Method and device for measurement of stress |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56153229A JPS56153229A (en) | 1981-11-27 |
| JPS621204B2 true JPS621204B2 (ja) | 1987-01-12 |
Family
ID=13034467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5669180A Granted JPS56153229A (en) | 1980-04-28 | 1980-04-28 | Method and device for measurement of stress |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56153229A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5556692A (en) * | 1978-10-20 | 1980-04-25 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Method of mounting electronic part |
-
1980
- 1980-04-28 JP JP5669180A patent/JPS56153229A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56153229A (en) | 1981-11-27 |
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