JPH0381082B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属材料に使用される疲労試験片ク
ラツク先端位置を検出する疲労試験片クラツク先
端位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

金属材料の疲労測定は、形状、寸法がB.S5762
−1979（Methods for crack opening
displacement testing）等に規定されている第１
１図に示すようなクラツク（疲労亀裂）２を入れ
た疲労試験片（以下、試験片と省略する）１を用
いている。なお、この試験片１は、試験片１の中
央部に加工した機械ノツチ（以下、ノツチと省略
する）３の先端から疲労試験機を用いて所定の長
さのクラツク２を入れたものとすることが義務づ
けられており、そこで、このクラツク２の加工作
業においてクラツク２の長さつまりクラツク先端
位置の監視が必要となつてくる。

ところで、クラツク先端位置の検出装置として
例えば特願昭60−12098号のようなものがある。
これは、基準線としてのけがき線が引かれた試験
片を疲労試験機にセツトしてこの試験片に繰返し
荷重を加える。なお、この荷重は振幅が数百μで
振動数が約30Hzとなつている。このような荷重が
加わつているときに試験片の表面を照明し顕微鏡
を通してITVカメラ（工業用テレビジヨンカメ
ラ）により撮像する。そして、このITVカメラ
から出力されるビデオ信号を処理して試験片に生
じるクラツクの先端位置とけがき線との距離を検
出して疲労度等を求めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記装置では試験片への照明が連
続光となつているので、得られる試験片の画像は
ブレたものとなつてしまう。つまり、上記の如く
荷重は振幅が数百μで振動数が約30Hzとなつてい
るが、これに対してITVカメラで撮像するとき
の視野は、分解能を考慮して数mm程度としなけれ
ばならず、従つて、連続照明を用いて撮像すると
試験片の振動のためにブレた画像となつてしま
い、高精度にクラツク先端位置を検出することが
できなくなつてしまう。

また、試験片に生じるクラツクは、試験片の内
部や表面の状態によつて１本のクラツクにおいて
その幅が数μから数十μの間で変化するものとな
つている。したがつて、クラツクにおいて特に幅
の狭い部分に対しては適切な照度で照明しなけれ
ば撮像されずに検出できないことがある。

そこで本発明は上記問題点を解決するために、
画像ブレを無くして正確にクラツク先端位置を検
出できる高精度な疲労試験片クラツク先端位置検
出装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、クラツク
先端位置を得るための基準線が施された疲労試験
片のクラツクおよび基準線を同一視野で撮像する
撮像手段と、疲労試験片面に照明光を照射するス
トロボ照明装置と、このストロボ照明装置の発光
タイミングを所望タイミングに制御する照明制御
手段と、撮像手段からのビデオ信号から基準線方
向と同一方向に輝度レベルを積分して最大となる
レベルを求めて基準線位置を検出する基準線検出
手段と、撮像手段からのビデオ信号をクラツク方
向と垂直方向に輝度レベルの２値化処理を行な
い、この後ハイレベル値の連続性を判定してクラ
ツク先端位置を検出するクラツク先端位置検出手
段と、基準線検出手段により求められた基準線位
置とクラツク先端位置検出手段により求められた
クラツク先端位置とから基準線からクラツク先端
位置までの距離を算出するクラツク先端位置算出
手段とを備えてなる疲労試験片クラツク先端位置
検出装置である。

〔作用〕

本発明は上記各手段を備えたことにより疲労試
験片がストロボ照明装置により照明光が照射され
たときに撮像手段により疲労試験片を撮像し、こ
のとき得られたビデオ信号から基準線およびクラ
ツク先端位置を検出して、これら基準線とクラツ
ク先端位置との間の距離を算出することになる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。

第１図は疲労試験片クラツク先端位置検出装置
の外観図であり、第２図はその具体的な構成図で
ある。同各図において１０は試験片であつて、こ
れは第３図に示すようにノツチ１１が形成されて
クラツク１２の先端位置を測定するための基準線
となるけがき線１３がノツチ１１の上部の所定位
置に引かれている。このけがき線１３はCOD試
験片においてはクラツク１２を入れる目標位置と
なる。また、この試験片１０の表面はダイヤモン
ド等の微粒で研磨されておりほぼ鏡面と同一の状
態に形成されている。

２０，２１は顕微鏡であつて試験片１０の両側
表面の拡大像を得るために設けられている。そし
て、これら顕微鏡２０，２１にはITVカメラヘ
ツド２２，２３が取付けられ、それぞれITVカ
メラコントローラ２４，２５により制御されて各
顕微鏡２０，２１を通して拡大された像を撮像し
てそのビデオ信号を信号処理装置３０のカメラ切
換スイツチ３１を介してけがき線検出手段３２お
よびクラツク先端位置検出手段３３に送られるよ
うになつている。

また、２６，２７はストロボ照明装置であつ
て、これらは各顕微鏡２０，２１の光軸Ｇに対し
て所定角度θ例えば30°をもつた位置から照明光
Ｒを試験片１０の表面に照射するものである。と
ころで、これらストロボ照明装置２６，２７の発
光タイミングは各ITVカメラヘツド２２，２３
において残像が十分に減衰する時間間隔をもつて
行なわれるようになつている。具体的には照明制
御手段として各ITVカメラコントローラ２４，
２５に同期信号を送出する同期信号発生回路３４
からの前記同期信号を受けてこれを所定の分周率
で分周する分周回路３５と、この分周回路３５の
分周出力を受けて各ストロボ照明装置２６，２７
を発光動作させるストロボコントローラ３６，３
７とから構成されている。なお、前記カメラ切換
スイツチ３１は分周回路３５の分周出力を受けて
ストロボ照明装置２６，２７の発光動作時に同期
して各ITVカメラヘツド２２，２３からのビデ
オ信号を交互に通すものとなつている。

次にけがき線検出手段３２は、ビデオ信号の輝
度レベルを画像中けがき線１３の方向と同一方向
に積分して最大輝度レベルを求め、この最大輝度
レベル位置からけがき線１３の位置を検出する機
能をもつたもので、水平方向積分回路３８と積分
値ピーク位置検出部３９とから構成されている。

また、クラツク先端位置検出手段３３は、ビデ
オ信号を２値化信号に変換し、この後２値化信号
から得られる画像データからハイレベル値が連続
的に発生し、これが一定の連続条件を満足してい
るかを判定してクラツク１２を検出する機能を持
つたもので、フイルタ回路４０、２値化回路４１
およびノイズ除去回路４２から構成されている。

距離検出部４３は前記各手段３２，３３により
求められたけがき線位置とクラツク先端位置との
間の距離を求める機能をもつたものであり、この
距離は表示部４４例えばモニタテレビジヨンに表
示されるようになつている。

また、本装置には疲労試験機（不図示）を停止
させるためのけがき線１３とクラツク先端位置と
の距離の設定値（クラツク先端位置がけがき線に
達した時を含む）が予め設定された停止距離設定
回路４５および疲労試験機に停止信号Ｋを送出す
る疲労試験機停止信号発生回路４６が備えられて
いる。

次に上記の如く構成された装置の動作について
説明する。顕微鏡２０，２１によつて拡大された
けがき線１３およびクラツク１２の像は、ITV
カメラヘツド２２，２３の一画面内に入つて第４
図ａに示すような画像となるように位置等の調整
が行なわれる。またストロボ照明装置２６，２７
による照度等が可変調整されてけがき線１３およ
びクラツク１２が強調されて撮像されるようにす
る。つまり、けがき線１３およびクラツク１２か
らの乱反射光が撮像されるようにする。なお、第
４図ａでは色が逆転したものとなつている。

さて、この状態にあつて同期信号発生回路３４
から同期信号が送出されると、各ITVカメラコ
ントローラ２４，２５の制御により各ITVカメ
ラヘツド２２，２３は撮像を開始してそのビデオ
信号を出力する。

これと同時に同期信号は分周回路３５により分
周されて、例えばITVカメラヘツド２２，２３
の残像時間の２倍の周期の分周信号として出力さ
れる。したがつて、この分周信号が各ストロボコ
ントローラ３６，３７に交互に送出されることに
より各ストロボ照明装置２６，２７は分周信号に
同期して交互に発光することになる。これにより
各ストロボ照明装置２６，２７は、それぞれ
ITVカメラヘツド２２，２３の残像時間以上の
周期で発光することになる。かくして、これらス
トロボ照明装置２６，２７の発光時のビデオ信号
がカメラ切換スイツチ３１を通つてけがき線検出
手段３２およびクラツク先端位置検出手段３３に
送られる。

けがき線検出手段３２では、先ず水平方向積分
回路３８によりビデオ信号の輝度レベルの積分値
が求められる。つまり、第４図ａに示す画像にお
いてけがき線１３の方向と同一方向で輝度レベル
の積分値を求める。そうすると、第４図ｂに示す
ような水平方向の輝度レベルが求められ、もつて
積分値ピーク位置検出部３９はこの輝度分布から
最大輝度レベルを検出してけがき線１３の位置を
求める。ここで、クラツク１２の白色で撮像され
ているため輝度レベルは高いが、けがき線１３の
方向に積分するためにクラツク１２による輝度レ
ベルが除去される。

一方、けがき線検出手段３２の動作と同時にク
ラツク先端位置検出手段３３では次のような動作
が行なわれる。すなわち、第４図ａに示すＡ−
A′上のビデオ信号は第５図ａに示すようにクラ
ツク部分のレベル値が高いものとなつている。こ
のクラツク部分を強調し、かつ測定対象を替える
事等による全体の輝度レベルの変化が生じてもそ
の影響を受けないようにするためにフイルタ回路
４０にビデオ信号を通す。このフイルタ回路４０
を通過したビデオ信号は例えば第５図ｂに示すよ
うな波形となり、この信号を２値化回路４１に送
つて２値化することによつてクラツク１２を検出
する。すなわち、２値化回路４１は各走査ライン
におけるビデオ信号の最大値を検出し、この最大
値を検出した走査ライン上の位置にクラツク１２
が存在するものとして検出する。ただし、クラツ
ク１２の存在しない走査ライン上で最大値を検出
するのは無意味であるため、あるしきい値レベル
Ｌを設定し、このしきい値レベルＬ以上の信号に
ついてのみ最大値検出を行う。このようにして２
値化された信号により得られる画像が第５図ｃに
示す画像であるが、しきい値レベルＬでは十分に
クラツク１２のみを抽出することができずノイズ
成分が含まれたものとなつている。このノイズ成
分は、例えば試験片１０を研磨した時に生じる研
磨きず、又はけがき線１３部分ではクラツク部分
で検出される波形と同種の波形であり、これら研
磨きずや同種の波形がノイズとして誤検出される
事である。

そこで、ノイズ除去回路４２によりノイズ成分
の除去を行う。つまり、ノイズ除去回路４２で
は、第６図ａに示すようなウインドウを使用して
いる。このウインドウはある点Ｂを基に、この点
Ｂから左右および上下に所定の長さを持つもの
で、このウインドウ内のハイレベル（最大値）の
数すなわちウインドウ内の点の密度が所定値以上
てあれば、その点をクラツクの一部として判断
し、所定値以下ならばノイズとして消去する機能
のものである。そこで、ハイレベル部分が連続的
に発生しているかの判定が行なわれる。第６図ｂ
は第７図に示すノイズ成分部分Ｑ１での２値化信
号レベルを示しており、ハイレベル（第６図ｂに
おいて異色）の部分は不規則となつている。また
第６図ｃはクラツク１２の部分をＱ２を示してお
りハイレベルが連続的に発生している。このよう
にしてノイズ成分が除去されると画像は第５図ｄ
に示す如くとなる。そこで、クラツク１２の先端
位置１２ａが検出される。この後、クラツク判定
のために再びウインドウが掛けられるが、このウ
インドウはウインドウ密度のしきい値が下げられ
たものとなつており、これによりクラツク２であ
つてもノイズとして判定する確率を下げている。

そうして、各手段３２，３３により求められた
けがき線位置およびクラツク先端位置は距離検出
部４３に送られ、ここでけがき線１３からクラツ
ク先端位置１２ａまでの距離が求められて表示部
４４に表示される。また、この距離が停止距離設
定回路４５に設定された距離以下となつた時、疲
労試験停止信号発生回路４６は疲労試験機に疲労
試験の停止信号Ｋを送出する。なお、表示部４４
に表示される画像は各ストロボ照明装置２６，２
７が発光したときの画像であるので間欠的なもの
となつている。したがつて、画像メモリを設けて
これに１フレームの画像データを記憶させるよう
に構成するば試験片１０の表面画像を静止画像と
して表示することができてオペレータに監視上の
不具合を与えずにすむ。

このように上記一実施例においては、疲労試験
片１０がストロボ照明装置２６，２７によりスト
ロボ照明光が照射されたときにITVカメラヘツ
ド２２，２３により疲労試験片１０を撮像し、こ
のとき得られたビデオ信号からけがき線１３およ
びクラツク先端位置１２ａを検出して、これらの
間の距離を算出する構成としたので、疲労試験片
１０の撮像画像にブレは生ぜずに正確なクラツク
先端位置１２ａの測定ができる。つまり、ストロ
ボ照明装置２６，２７が発光した瞬間の試験片１
０を撮像するので、試験片１０が振動していても
その影響を受けずブレない画像を撮像できる。さ
らに、ストロボ照明装置２６，２７の発光タイミ
ングをITVカメラヘツド２２，２３の残像時間
以上毎に設定するので、残像の影響を受けずに測
定できる。すなわち、一般にテレビジヨンカメラ
は数フイールドの残像があるので、ストロボ照明
装置２６，２７をITVカメラヘツド２２，２３
のフイールド走査に同期させて毎回発光させて試
験片１０を撮像すると次のような残像が生じる。
つまり、第８図ａに示す現在の画像から１フイー
ルド経過後は第９図に示すような振動によりけが
き線１３とクラツク先端位置１２ａが位置変化し
た画像となる。したがつて、これを従来の連続照
明を使用した装置で撮像すると、ITVカメラヘ
ツドの残像により第１０図に示すような重畳した
画像となつてしまう。これでは、けがき線１３′
は検出されるが、クラツク先端位置は残像の１２
が検出される恐れがあり正確なクラツク先端位置
の検出が出来なくなつてしまう。

しかしながら本発明装置では残像時間以上の時
間間隔を持つて撮像するので残像の影響を受けず
に正確なクラツク先端位置１２′の検出が出来る
とともに、けがき線１３とクラツク先端位置１２
ａとの間の距離が正確に測定できる。

さらに、本装置では次のような効果を奏するこ
とができる。

非接触方式でかつ自動でクラツク先端位置が
測定できる。

試験片１０の形状および鋼種の違いに全く影
響されずにクラツク先端位置１２ａが測定でき
るので、試験片１０の種類を変更しても校正の
必要がない。

試験片１０の両面クラツクを検出でき両面の
クラツク先端位置の平均値をその試験片１０の
クラツク先端位置として測定できる。

さらに２台のITVカメラヘツドについて
個々に行うことも可能であり、このように１つ
の試験片１０の両面についてクラツク１２を検
出する場合、２台のITVカメラヘツドによつ
て得られた画像から２つのクラツクとけがき線
の距離を求めてそり平均値を検出することによ
り距離を求めることも可能である。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるもの
ではなく、その主旨を逸脱しない範囲で変形する
ことが可能である。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、画像ブレ
を無くし得て正確にクラツク先端位置を検出でき
る高精度な疲労試験片クラツク先端位置検出装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる疲労試験片クラツク先
端位置検出装置の一実施例を示す外観図、第２図
は本発明装置の具体的な構成図、第３図は本発明
装置に適用される疲労試験片の側面図、第４図ａ
は本発明装置により得られる試験片の画像を示す
図、第４図ｂはけがき線を検出するための輝度分
布図、第５図ａないし第５図ｄはクラツク検出動
作を説明するための図、第６図ａ，ｂ，ｃないし
第７図は本発明装置におけるノイズ成分除去を説
明するための図、第８図ないし第１０図はITV
カメラヘツドの残像を説明するための図、第１１
図は疲労試験片の側面図である。 １０……疲労試験片、２０，２１……顕微鏡、
２２，２３……ITVカメラヘツド、２４，２５
……ITVカメラコントローラ、２６，２７……
ストロボ照明装置、３０……信号処理装置、３１
……カメラ切換スイツチ、３２……けがき線検出
手段、３３……クラツク先端位置検出手段、３４
……同期信号発生回路、３５……分周回路、３
６，３７……ストロボコントローラ、４３……距
離検出部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クラツク先端位置を得るための基準線が施さ
   れた疲労試験片のクラツクおよび前記基準線を同
   一視野で撮像する撮像手段と、前記疲労試験片面
   に照明光を照射するストロボ照明装置と、このス
   トロボ照明装置の発光タイミングを所望タイミン
   グに制御する照明制御手段と、前記撮像手段から
   のビデオ信号から前記基準線方向と同一方向に輝
   度レベルを積分して最大となるレベルを求めて前
   記基準線位置を検出する基準線検出手段と、前記
   撮像手段からのビデオ信号を前記クラツク方向と
   垂直方向に輝度レベルの２値化処理を行ない、こ
   の後ハイレベル値の連続性を判定してクラツク先
   端位置を検出するクラツク先端位置検出手段と、
   前記基準線検出手段により求められた基準線位置
   と前記クラツク先端位置検出手段により求められ
   たクラツク先端位置とから前記基準線から前記ク
   ラツク先端位置までの距離を算出するクラツク先
   端位置算出手段とを具備したことを特徴とする疲
   労試験片クラツク先端位置検出装置。 ２ ストロボ照明装置は、疲労試験片面に対して
   クラツクおよび基準線から所定光量の乱反射光が
   生じる所定角度をもつて設置される特許請求の範
   囲第１項記載の疲労試験片クラツク先端位置検出
   装置。 ３ 照明制御手段は、撮像手段の残像時間以上の
   時間間隔でストロボ照明装置を発光する特許請求
   の範囲第１項記載の疲労試験片クラツク先端位置
   検出装置。