JP2017187435A - Resonance frequency estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共振周波数推定方法に関する。 The present invention relates to a resonance frequency estimation method.
一般に、自動車部品等の振動のある箇所で用いられる製品については、使用される振動環境に耐えてその寿命まで性能を発揮できる事を確認するための振動試験が行われている。この振動試験は、例えば、ＪＩＳ Ｄ １６０１等に則って行われる。
振動試験において、物体の各部分に生じ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、被測定体に歪みゲージを貼付し、被測定体に生じる歪みを検出して応力分布を測定することが行われている。
In general, for products used in places with vibrations such as automobile parts, a vibration test is performed to confirm that the product can withstand the vibration environment used and exhibit its performance until the end of its life. This vibration test is performed according to, for example, JIS D 1601.
In the vibration test, measuring the magnitude of the stress generated in each part of the object is complete and economical by selecting the shape of each part, the dimensions of the material used, the material, etc. when designing machines and structures. It is extremely important to enable a realistic design. Therefore, conventionally, a strain gauge is affixed to a measurement object, and a stress distribution is measured by detecting a distortion generated in the measurement object.
しかし、歪みゲージを用いて応力分布を測定する方法では、歪みゲージの貼付が面倒であり、測定に多大の時間を要する。
そのため、物体に圧縮・引張荷重を繰り返し加えると物体表面に温度変化が生じ、温度の変動幅と応力変化とに比例関係があることから、これを利用して応力分布を測定する方法等も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。つまり、特許文献１では、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、或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する。これを利用して応力分布を測定している。
また、製品の共振周波数を検出するために、振動試験中に製品の任意の箇所に加速度計やレーザー変位計を取り付け、周波数応答関数を測定すること等も行われている。
However, in the method of measuring the stress distribution using the strain gauge, the application of the strain gauge is troublesome and requires a lot of time for the measurement.
Therefore, when a compression / tensile load is repeatedly applied to an object, a temperature change occurs on the object surface, and there is a proportional relationship between the temperature fluctuation range and the stress change, so a method for measuring the stress distribution using this is also proposed. (For example, refer to Patent Document 1). That is, in Patent Document 1, when a compression / tensile load is repeatedly applied to an object, heat generation and endothermic effects appear, and when this heat generation and endotherm are repeated at a relatively short period, diffusion of heat to the surroundings or heat from the surroundings is generated. The surface temperature of the stress concentration portion changes in the heat insulating state where the inflow is cut off. The stress distribution is measured using this.
In addition, in order to detect the resonance frequency of a product, an accelerometer or a laser displacement meter is attached to any part of the product during a vibration test, and a frequency response function is measured.
しかしながら、上記従来の方法にあっては、測定に要する手間がかかり、また、応力分布の検出精度の点で不十分である。特に、共振周波数を検出する場合、加速度計等を取り付けた箇所の周波数応答関数を得ることはできるが、加速度計等を取り付けていない箇所の周波数応答関数を得ることはできない。つまり、共振箇所が複数ある場合には、全ての共振箇所を検出することができない可能性がある。そのため、より簡易に共振周波数を検出することのできる方法が望まれていた。
本発明は、共振周波数をより簡易に検出することのできる共振周波数推定方法を提供することを目的としている。
However, the above-described conventional method takes time and effort required for measurement, and is insufficient in terms of accuracy of detecting the stress distribution. In particular, when detecting the resonance frequency, it is possible to obtain a frequency response function at a location where an accelerometer or the like is attached, but it is not possible to obtain a frequency response function at a location where no accelerometer or the like is attached. That is, when there are a plurality of resonance locations, it may not be possible to detect all the resonance locations. Therefore, a method that can more easily detect the resonance frequency has been desired.
An object of this invention is to provide the resonance frequency estimation method which can detect a resonance frequency more simply.
本発明の一態様によれば、加振周波数を変更しながら測定対象物に一定振幅の振動を加えると共に、測定対象物を、赤外線サーモグラフィ装置により測定して測定対象物の温度分布画像の時系列データを取得するステップと、温度分布画像の時系列データから測定対象物の予め設定した測定点毎の温度変動幅を検出し、測定点毎の温度変動幅に基づき予め設定した周波数範囲毎の測定対象物の応力分布画像を作成するステップと、応力分布画像において応力が他の画像領域よりも大きい画像領域を選択領域として設定するステップと、時系列データに基づき選択領域の代表温度の時系列データを生成し、代表温度と加振周波数との対応を表す特性図を作成するステップと、特性図において、代表温度の変動幅が相対的に他の周波数領域における変動幅よりも大きい周波数領域に対応する加振周波数を共振周波数として検出するステップと、を備える共振周波数推定方法、が提供される。 According to one aspect of the present invention, a vibration having a constant amplitude is applied to a measurement object while changing the excitation frequency, and the measurement object is measured by an infrared thermography device to obtain a time series of a temperature distribution image of the measurement object. A step of acquiring data, and detecting a temperature fluctuation range at each measurement point set in advance from the time series data of the temperature distribution image, and measuring at each frequency range set in advance based on the temperature fluctuation range at each measurement point A step of creating a stress distribution image of the object; a step of setting an image region in the stress distribution image in which stress is larger than other image regions as a selection region; and time-series data of representative temperatures of the selection region based on the time-series data Generating a characteristic diagram representing the correspondence between the representative temperature and the excitation frequency, and in the characteristic diagram, the fluctuation range of the representative temperature is relatively in other frequency regions. Resonance frequency estimation method comprising the steps of: detecting the vibration frequency corresponds to a larger frequency range than the variation width as the resonant frequency, and is provided.
本発明の一態様によれば、共振周波数を簡易に検出することができる。 According to one embodiment of the present invention, the resonance frequency can be easily detected.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following detailed description, numerous specific specific configurations are set forth in order to provide a thorough understanding of embodiments of the present invention. However, it will be apparent that other embodiments may be practiced without limitation to such specific specific configurations. The following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図１は、本発明の一実施形態に係る共振周波数推定方法を適用した応力測定システムの一例を示す構成図である。
本発明の一実施形態に係る応力測定システム１は、Ｌ字鋼板等の測定対象物２を振動させる振動試験機３と、振動試験機３を制御する振動試験機コントローラ４と、測定対象物２の温度分布を測定する赤外線サーモグラフィ装置５と、赤外線サーモグラフィ装置５による測定情報を処理する情報処理装置６と、を備える。
振動試験機コントローラ４は、振幅が一定であり周波数可変の制御信号を振動試験機３に出力する。振動試験機コントローラ４は、予め設定された周波数範囲で制御信号の周波数を連続的に変化させる。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a stress measurement system to which a resonance frequency estimation method according to an embodiment of the present invention is applied.
A stress measurement system 1 according to an embodiment of the present invention includes a vibration tester 3 that vibrates a measurement object 2 such as an L-shaped steel plate, a vibration tester controller 4 that controls the vibration tester 3, and a measurement object 2. And an information processing device 6 for processing measurement information obtained by the infrared thermography device 5.
The vibration tester controller 4 outputs a control signal having a constant amplitude and a variable frequency to the vibration tester 3. The vibration tester controller 4 continuously changes the frequency of the control signal within a preset frequency range.
振動試験機３は、振動試験機コントローラ４からの制御信号に同期して測定対象物２を振動させる。
赤外線サーモグラフィ装置５は、振動中の測定対象物２の温度を所定周期で測定し、温度分布画像を、振動試験機コントローラ４から入力した振動試験機３への制御信号と対応付けて情報処理装置６に出力する。赤外線サーモグラフィ装置５による測定対象物２の温度測定の周期は、振動試験機コントローラ４への制御信号の周波数及びその変化速度に応じて設定され、制御信号の１周期の間に、測定対象物２の温度測定が複数回行われるように設定される。
The vibration testing machine 3 vibrates the measurement object 2 in synchronization with a control signal from the vibration testing machine controller 4.
The infrared thermography device 5 measures the temperature of the measuring object 2 during vibration at a predetermined cycle, and associates the temperature distribution image with a control signal to the vibration testing machine 3 input from the vibration testing machine controller 4. 6 is output. The cycle of temperature measurement of the measurement object 2 by the infrared thermography device 5 is set according to the frequency of the control signal to the vibration tester controller 4 and the rate of change thereof, and the measurement object 2 is measured during one cycle of the control signal. The temperature measurement is set to be performed a plurality of times.
情報処理装置６は、演算部（図示せず）を備えると共に、入力装置６ａ、表示装置６ｂ及び記憶部６ｃを備える。
情報処理装置６には、振動試験機３への制御信号と対応付けられた赤外線サーモグラフィ装置５で測定した温度分布画像が入力され、情報処理装置６は、入力された制御信号及び温度分布画像を、時系列データとして記憶部６ｃに記憶する。
情報処理装置６は、測定対象物２の各測定点（例えば各画素）について、時系列データをもとに、ロックイン法を用いた信号処理を行うことで、各測定点の温度変動幅を検出し、これに基づき応力分布画像を作成する。
The information processing device 6 includes an arithmetic unit (not shown) and an input device 6a, a display device 6b, and a storage unit 6c.
The information processing apparatus 6 receives the temperature distribution image measured by the infrared thermography apparatus 5 associated with the control signal to the vibration testing machine 3, and the information processing apparatus 6 receives the input control signal and temperature distribution image. The time series data is stored in the storage unit 6c.
The information processing device 6 performs the signal processing using the lock-in method on each measurement point (for example, each pixel) of the measurement object 2 based on the time-series data, thereby reducing the temperature fluctuation range of each measurement point. A stress distribution image is created based on the detection.
測定対象物２の測定点は、例えば、温度分布画像における各画素、又は、一つおきの画素等としてもよく、また、複数の画素からなる領域を１つの測定点としてもよい。複数の画素からなる領域を１つの測定点とする場合には、各画素の温度の平均値等を測定点の温度とすればよい。
また、情報処理装置６は、表示装置６ｂに表示された応力分布画像に対して設定された選択領域に対応する温度分布画像の時系列データを利用して、選択領域の代表温度と加振周波数との対応を表す特性図を作成し、表示装置６ｂに表示する。
The measurement point of the measurement object 2 may be, for example, each pixel in the temperature distribution image, every other pixel, or the like, and an area composed of a plurality of pixels may be one measurement point. When a region composed of a plurality of pixels is used as one measurement point, the average value of the temperature of each pixel may be used as the temperature of the measurement point.
Further, the information processing device 6 uses the time series data of the temperature distribution image corresponding to the selected region set for the stress distribution image displayed on the display device 6b, and uses the representative temperature and the excitation frequency of the selected region. Is created and displayed on the display device 6b.
選択領域の設定は、例えば、ユーザが情報処理装置６の入力装置６ａを用いて、応力分布画像に対して、応力が他の画像領域よりも大きい画像領域、すなわち応力集中部を指定すること等によって行われる。なお、選択領域の設定方法はこれに限るものではなく、例えば、応力分布画像において、応力が他の画像領域における応力よりも相対的に大きく、且つ応力の差がしきい値よりも大きい領域を情報処理装置６において検出し、検出した領域を応力集中部とみなしてこの領域を選択領域として設定するようにしてもよい。
次に、本発明の一実施形態における動作を、図２に示すフローチャートを伴って説明する。図２は、情報処理装置６における処理手順の一例を示すフローチャートである。
The selection area is set by, for example, the user specifying an image area having a larger stress than other image areas, that is, a stress concentration portion, for the stress distribution image using the input device 6a of the information processing apparatus 6. Is done by. Note that the method of setting the selected region is not limited to this. For example, in the stress distribution image, a region where the stress is relatively larger than the stress in other image regions and the difference in stress is larger than the threshold value. The information processing device 6 may detect the detected area as a stress concentration portion and set this area as a selection area.
Next, the operation in one embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure in the information processing apparatus 6.
振動試験機コントローラ４は、一定振幅の制御信号を振動試験機３に出力する。また、振動試験機コントローラ４は、制御信号の周波数を、予め設定された周波数範囲内で連続的に変化させる。例えば、１５Ｈｚ以上３５Ｈｚ以下の範囲で制御信号の周波数を変化させる。なお、ここでは、制御信号の周波数を１５Ｈｚ以上３５Ｈｚ以下の範囲とした場合について説明するが、これに限るものではない。制御信号の周波数範囲は、測定対象物２が利用される環境下において、測定対象物２に生じると予測される振動の周波数範囲に応じて設定すればよい。このように制御信号の周波数範囲を制限することによって、必要とするデータのみを収集することができ、結果的に共振周波数検出までの所要時間を短縮することができる。
また、制御信号の周波数は連続的に変化させる場合に限るものではなく、所定間隔で周波数を段階的に変化させるようにしてもよい。
The vibration testing machine controller 4 outputs a control signal having a constant amplitude to the vibration testing machine 3. The vibration tester controller 4 continuously changes the frequency of the control signal within a preset frequency range. For example, the frequency of the control signal is changed in the range of 15 Hz to 35 Hz. Here, a case where the frequency of the control signal is in a range of 15 Hz to 35 Hz will be described, but the present invention is not limited to this. What is necessary is just to set the frequency range of a control signal according to the frequency range of the vibration estimated to generate | occur | produce in the measurement target object 2 in the environment where the measurement target object 2 is utilized. By limiting the frequency range of the control signal in this way, only necessary data can be collected, and as a result, the time required to detect the resonance frequency can be shortened.
Further, the frequency of the control signal is not limited to changing continuously, and the frequency may be changed stepwise at a predetermined interval.
振動試験機３は、制御信号の周波数に同期して一定振幅で測定対象物２を振動させる。
この振動中の測定対象物２は赤外線サーモグラフィ装置５によって予め設定された周期で測定され、測定対象物２の温度分布画像が振動試験機３への制御信号と共に情報処理装置６に出力される。赤外線サーモグラフィ装置５は、例えば、取り込み周期３８３Ｈｚ、画素数３２０×２５６の解像度で測定対象物２の温度測定を行う。なお、赤外線サーモグラフィ装置５の取り込み周期及び解像度はこれに限るものではなく、温度分布画像に基づき生成される応力分布画像に要求される精度に応じて任意に設定すればよい。
The vibration testing machine 3 vibrates the measurement object 2 with a constant amplitude in synchronization with the frequency of the control signal.
The measurement object 2 in vibration is measured at a preset cycle by the infrared thermography device 5, and a temperature distribution image of the measurement object 2 is output to the information processing device 6 together with a control signal to the vibration tester 3. The infrared thermography device 5 measures the temperature of the measurement object 2 with a resolution of, for example, an acquisition period of 383 Hz and a pixel number of 320 × 256. Note that the capture cycle and resolution of the infrared thermography device 5 are not limited to this, and may be arbitrarily set according to the accuracy required for the stress distribution image generated based on the temperature distribution image.
図３に、赤外線サーモグラフィ装置５から出力される温度分布画像の時系列データの概念図の一例を示す。図３に示すように、取り込みタイミング毎に測定対象物２の温度分布を表す温度分布画像が情報処理装置６に出力される。
測定対象物２は、加振されることによって熱弾性効果により温度変化が生じ、振動周波数に伴って測定対象物２の温度が変化する。
情報処理装置６では、振動試験機３による測定対象物２に対する加振が開始されると、赤外線サーモグラフィ装置５から出力される温度分布画像及び制御信号を取り込み、時系列データとして記憶部６ｃに記憶する（ステップＳ２）。
FIG. 3 shows an example of a conceptual diagram of time-series data of a temperature distribution image output from the infrared thermography device 5. As shown in FIG. 3, a temperature distribution image representing the temperature distribution of the measurement object 2 is output to the information processing device 6 at each capture timing.
When the measurement object 2 is vibrated, a temperature change occurs due to the thermoelastic effect, and the temperature of the measurement object 2 changes according to the vibration frequency.
In the information processing device 6, when the vibration tester 3 starts to vibrate the measurement object 2, the temperature distribution image and the control signal output from the infrared thermography device 5 are captured and stored in the storage unit 6c as time series data. (Step S2).
なお、ここでは、測定対象物２を振動させた後、続いて共振周波数の推定を行う場合について説明するがこれに限るものではない。例えば、前以って、振動試験機３により測定対象物２を振動させたときの温度分布画像及び制御信号を時系列データとして収集して所定の記憶領域に記憶しておき、別の機会に、記憶領域に記憶しておいた温度分布画像及び制御信号の時系列データを読み出し、これに対して応力解析を行うようにしてもよい。
情報処理装置６は、制御信号の周波数を１５Ｈｚ以上３５Ｈｚ以下の範囲で連続的に変化させたときの温度分布画像及び制御信号を時系列データとして取得したならばステップＳ４に移行し応力解析を行う。
Here, the case where the resonance frequency is estimated after the measurement object 2 is vibrated will be described, but the present invention is not limited to this. For example, in advance, temperature distribution images and control signals when the measurement object 2 is vibrated by the vibration testing machine 3 are collected as time series data and stored in a predetermined storage area. The temperature distribution image stored in the storage area and the time series data of the control signal may be read out, and stress analysis may be performed on the data.
If the temperature distribution image and the control signal when the frequency of the control signal is continuously changed in the range of 15 Hz to 35 Hz are acquired as time series data, the information processing apparatus 6 proceeds to step S4 and performs stress analysis. .
ここで、情報処理装置６は、得られた時系列データを、所定の周波数範囲の区間毎に処理する。例えば、２．５Ｈｚ単位で解析する。
この場合、制御信号の周波数を１５Ｈｚ以上３５Ｈｚ以下の範囲で変化させているため、例えば第１の区間は１５Ｈｚ以上１７．５Ｈｚ未満、第２の区間は１７．５Ｈｚ以上２０Ｈｚ未満、第３の区間は２０Ｈｚ以上２２．５Ｈｚ未満、…となる。
なお、ここでは、２．５Ｈｚ単位で応力解析を行う場合について説明するが、これに限るものではなく任意の単位で応力解析を行うことができる。例えば、表示装置６ｂに表示された応力分布画像において応力集中部を容易且つ的確に検出することができるような単位で応力解析を行えばよい。
Here, the information processing device 6 processes the obtained time-series data for each section of a predetermined frequency range. For example, the analysis is performed in units of 2.5 Hz.
In this case, since the frequency of the control signal is changed in the range of 15 Hz to 35 Hz, for example, the first section is 15 Hz to less than 17.5 Hz, the second section is 17.5 Hz to less than 20 Hz, and the third section Is 20 Hz or more and less than 22.5 Hz.
Here, a case where stress analysis is performed in units of 2.5 Hz will be described, but the present invention is not limited to this, and stress analysis can be performed in arbitrary units. For example, the stress analysis may be performed in units that can easily and accurately detect the stress concentration portion in the stress distribution image displayed on the display device 6b.
続いて、情報処理装置６では、温度分布画像の時系列データに対し、区間毎にロックイン法を用いて信号処理を行うことにより応力解析を行う。
具体的には、記憶部６ｃに記憶されている温度分布画像の時系列データに対し、温度分布画像の時系列データと対応付けて記憶した制御信号を参照信号としてロックイン法を用いた信号処理を行い、温度分布画像の画素毎に、制御信号に同期した温度データの温度変動幅を求める。ここで、温度変動幅とは、周期的に変化する各画素の温度データの一周期における最大値と最小値との差分のことをいう。
そして、第１の区間に割り付けられた周波数範囲に対応する温度変動幅について、画素毎にその平均値を演算し、得られた各画素の平均値を、第１の区間における各画素の応力の代表値とする。同様にして、他の区間についても、各画素の応力の代表値を演算する。
Subsequently, the information processing apparatus 6 performs stress analysis on the time series data of the temperature distribution image by performing signal processing for each section using the lock-in method.
Specifically, signal processing using the lock-in method with respect to the time series data of the temperature distribution image stored in the storage unit 6c, using the control signal stored in association with the time series data of the temperature distribution image as a reference signal The temperature fluctuation width of the temperature data synchronized with the control signal is obtained for each pixel of the temperature distribution image. Here, the temperature fluctuation range refers to a difference between the maximum value and the minimum value in one cycle of temperature data of each pixel that periodically changes.
Then, for the temperature fluctuation range corresponding to the frequency range assigned to the first section, the average value is calculated for each pixel, and the obtained average value of each pixel is calculated as the stress of each pixel in the first section. It is a representative value. Similarly, the representative value of the stress of each pixel is calculated for other sections.
つまり、制御信号に同期した温度データは、振動試験機３が振動することによる熱弾性効果に伴う温度の変化を表すとみなすことができるため、温度変動幅は測定対象物２の画素（測定点）に対応する部位の応力を表すとみなすことができる。
温度分布画像の時系列データに対し、ロックイン法を用いて信号処理を行うことによって、温度分布画像の時系列データにノイズが含まれている場合であっても、測定対象物２の振動周波数と同一周波数の微小な温度変動幅を検出することができる。また、振動試験機３への制御信号を参照信号として、ロックイン法を用いて温度変動幅を求めることによって、制御信号は振幅一定であるため、制御信号の周波数が変化しても強度に変化がなく、安定した参照信号として利用することができる。
このようにして、各区間について各画素の応力の代表値が得られたならば、得られた各画素の応力の代表値からなる、例えば図４に示す応力分布画像を得て、得られた応力分布画像を表示装置６ｂに表示する。
That is, since the temperature data synchronized with the control signal can be regarded as representing a change in temperature due to the thermoelastic effect caused by vibration of the vibration testing machine 3, the temperature fluctuation range is the pixel (measurement point) of the measurement object 2. ) Can be regarded as representing the stress of the part corresponding to.
By performing signal processing on the time series data of the temperature distribution image using the lock-in method, even if the time series data of the temperature distribution image includes noise, the vibration frequency of the measurement object 2 It is possible to detect a minute temperature fluctuation width of the same frequency as. In addition, by using the control signal to the vibration testing machine 3 as a reference signal and calculating the temperature fluctuation range using the lock-in method, the amplitude of the control signal is constant, so that the intensity changes even if the frequency of the control signal changes. Therefore, it can be used as a stable reference signal.
In this way, when the representative value of the stress of each pixel is obtained for each section, the stress distribution image including the obtained representative value of the stress of each pixel, for example, shown in FIG. 4 is obtained and obtained. The stress distribution image is displayed on the display device 6b.
図４において、（ａ）は第１の区間における測定対象物２の応力分布画像、（ｂ）は第３の区間における測定対象物２の応力分布画像の一例を示す
図４（ａ）では、測定対象物２全体が同等程度の応力であり、応力集中部が見られないのに対し、図４（ｂ）では、応力分布図の下方側、すなわち、測定対象物２の下端側に、応力が他の部分よりも比較的大きい領域が存在する。すなわち応力集中部が見られる。図４（ｂ）は、加振周波数が２０Ｈｚ以上２２．５Ｈｚ未満であり、この加振周波数で振動させた場合に応力集中部が見られることから、加振周波数が２１Ｈｚの付近で大きな振動が生じ、すなわち共振周波数が２１Ｈｚ近傍にあると予測することができる。
4, (a) shows the stress distribution image of the measuring object 2 in the first section, (b) shows an example of the stress distribution image of the measuring object 2 in the third section. The entire measurement object 2 has the same level of stress, and no stress concentration portion is seen. On the other hand, in FIG. 4B, the stress is applied to the lower side of the stress distribution diagram, that is, the lower end side of the measurement object 2. There is a region where is relatively larger than other parts. That is, a stress concentration part is seen. In FIG. 4B, since the excitation frequency is 20 Hz or more and less than 22.5 Hz, and a stress concentration portion is seen when vibrating at this excitation frequency, large vibrations occur near the excitation frequency of 21 Hz. It can be predicted that the resonance frequency is in the vicinity of 21 Hz.
また、図示していないが、例えば、加振周波数が１７．５Ｈｚ以上２０Ｈｚ未満の第２の区間にある場合に、応力集中部が見られる場合には、１９Ｈｚ付近で大きな振動が生じており、共振周波数が１９Ｈｚ近傍にあると予測することができる。
ユーザは、表示装置６ｂに表示された応力分布画像を参照し、応力集中部を特定する。図４の場合には、図４（ｂ）の第３の区間の応力分布画像において、その下端部近傍の領域に応力集中部が見られることから、ユーザは、入力装置６ａを操作し、例えば図５に示すように、応力集中部を含む矩形領域を選択領域Ｒとして設定する。
Although not shown, for example, when the stress concentration part is seen when the excitation frequency is in the second section of 17.5 Hz or more and less than 20 Hz, a large vibration is generated around 19 Hz. It can be predicted that the resonance frequency is in the vicinity of 19 Hz.
The user refers to the stress distribution image displayed on the display device 6b and specifies the stress concentration portion. In the case of FIG. 4, in the stress distribution image in the third section of FIG. 4B, since the stress concentration portion is seen in the region near the lower end, the user operates the input device 6 a, for example, As shown in FIG. 5, a rectangular area including the stress concentration portion is set as the selection area R.
情報処理装置６では、入力装置６ａによって設定された矩形領域を選択領域として認識し（ステップＳ６）、次に、選択領域の代表温度と加振周波数との対応を表す特性図を作成する（ステップＳ８）。図６は、特性図の一例を示したものであって、横軸は制御信号の周波数、すなわち測定対象物２に対する加振周波数（Ｈｚ）、縦軸は、選択領域の代表温度である。
選択領域の代表温度は、記憶部６ｃに記憶されている、制御信号と対応付けられた温度分布画像の時系列データを用いて算出する。具体的には、制御信号と対応付けられた温度分布画像の時系列データのうち、選択領域として設定された矩形領域に含まれる各画素に対応する温度データについて、各区間に割り付けられた範囲の加振周波数毎に、選択領域内の各画素の温度データの平均値を求め、求めた平均値をこの加振周波数のときの選択領域の代表温度とする。例えば、図４（ｂ）に示す第３の区間（２０Ｈｚ以上２２．５Ｈｚ未満）において応力集中部が選択領域として設定された場合には、画素毎の温度データのうち、加振周波数が、第３の区間の周波数範囲である２０Ｈｚ以上２２．５Ｈｚ未満であるときの、選択領域内の各画素の温度データについて、加振周波数毎にその平均値を演算する。
The information processing apparatus 6 recognizes the rectangular area set by the input device 6a as a selection area (step S6), and then creates a characteristic diagram representing the correspondence between the representative temperature of the selection area and the excitation frequency (step S6). S8). FIG. 6 shows an example of a characteristic diagram, in which the horizontal axis represents the frequency of the control signal, that is, the excitation frequency (Hz) with respect to the measurement object 2, and the vertical axis represents the representative temperature of the selected region.
The representative temperature of the selected region is calculated using time series data of the temperature distribution image associated with the control signal stored in the storage unit 6c. Specifically, out of the time series data of the temperature distribution image associated with the control signal, the temperature data corresponding to each pixel included in the rectangular region set as the selection region is the range of the range allocated to each section. For each excitation frequency, an average value of the temperature data of each pixel in the selected area is obtained, and the obtained average value is set as the representative temperature of the selected area at this excitation frequency. For example, when the stress concentration portion is set as the selection region in the third section (20 Hz or more and less than 22.5 Hz) shown in FIG. 4B, the excitation frequency of the temperature data for each pixel is For the temperature data of each pixel in the selected region when the frequency range of 3 is 20 Hz or more and less than 22.5 Hz, the average value is calculated for each excitation frequency.
そして、求めた代表温度を加振周波数と対応付けてグラフ化することによって、図６に示す特性図が得られる。なお、図６の特性図では、説明の都合上、加振周波数が２０Ｈｚ以上２５未満の範囲について代表温度が表示しているが、実際には、選択領域Ｒが設定された第３の区間の周波数範囲についてのみ、特性図が作成される。
なお、ここでは、選択領域に含まれる画素についてのみ特性図を作成しているが、選択領域に対して余裕代を設け、多少広めの範囲について特性図を作成するようにしてもよい。余裕代が大きいほど演算量が増え、処理時間の増加につながるため、これを考慮して余裕代を設定すればよい。
Then, the characteristic diagram shown in FIG. 6 is obtained by graphing the obtained representative temperature in association with the excitation frequency. In the characteristic diagram of FIG. 6, for convenience of explanation, the representative temperature is displayed for a range where the excitation frequency is 20 Hz or more and less than 25. A characteristic diagram is created only for the frequency range.
Here, the characteristic diagram is created only for the pixels included in the selection region. However, a margin may be provided for the selection region, and the characteristic diagram may be created for a slightly wider range. As the allowance increases, the amount of calculation increases and the processing time increases. Therefore, the allowance may be set in consideration of this.
また、選択領域に含まれる各画素の温度データの平均値を選択領域の代表温度としているが、これに限るものではなく、例えば、選択領域に含まれる各画素の温度データのうち、同一温度データを有する画素数が最も多くなる画素の温度データを、選択領域の温度としてもよく、要は、選択領域全体の温度を表す値であれば任意に設定することができる。
共振周波数が存在する場合、図６に示すように、共振周波数近傍における選択領域の代表温度は、他の周波数領域における温度よりも温度の変動幅が大きくなる。したがって、ユーザは、図６の特性図において、温度の変動幅が大きい箇所を検索することによって共振周波数を得ることができる。例えば第３の区間（２０Ｈｚ以上２２．５Ｈｚ未満）に応力集中部が存在し、第４の区間（２２．５Ｈｚ以上２５Ｈｚ未満）に応力集中部が存在しない場合には、図６に示すように、第３の区間に相当する加振周波数の範囲においては、温度の変動幅が大きい部分が存在し、第４の区間に相当する加振周波数の範囲においては、温度の変動幅が小さい。つまり、応力集中部が存在しない第４の区間には共振周波数が存在しないことがわかる。なお、図６に示す特性図において、選択領域Ｒが設定された区間の周波数範囲についてのみ高速フーリエ変換を行い、共振周波数を自動的に抽出するようにしてもよい。
In addition, the average value of the temperature data of each pixel included in the selected area is used as the representative temperature of the selected area. However, the present invention is not limited to this. For example, the same temperature data among the temperature data of each pixel included in the selected area. The temperature data of the pixel having the largest number of pixels may be the temperature of the selected region, and can be arbitrarily set as long as the value represents the temperature of the entire selected region.
When the resonance frequency exists, as shown in FIG. 6, the representative temperature of the selected region near the resonance frequency has a temperature fluctuation range larger than the temperature in the other frequency region. Therefore, the user can obtain the resonance frequency by searching for a portion having a large temperature fluctuation range in the characteristic diagram of FIG. For example, when the stress concentration portion exists in the third section (20 Hz or more and less than 22.5 Hz) and the stress concentration portion does not exist in the fourth section (22.5 Hz or more and less than 25 Hz), as shown in FIG. In the excitation frequency range corresponding to the third section, there is a portion where the temperature fluctuation range is large, and in the excitation frequency range corresponding to the fourth section, the temperature fluctuation range is small. That is, it can be seen that there is no resonance frequency in the fourth section where there is no stress concentration portion. In the characteristic diagram shown in FIG. 6, the fast Fourier transform may be performed only in the frequency range of the section in which the selection region R is set, and the resonance frequency may be automatically extracted.
そして、例えば、ユーザが入力装置６ａにより、表示装置６ｂに表示された特性図において温度変動幅が大きい箇所を指定することによって、情報処理装置６では、指定された箇所に対応する加振周波数を特定し、特定した加振周波数を共振周波数として、例えば特性図に重畳表示する（ステップＳ１０）。なお、ユーザが特性図において目視で、温度変動幅が大きい箇所に対応する加振周波数を読み取るようにしてもよい。
図６の場合には、２１．５Ｈｚ付近の温度変動幅が最も大きいことから、２１．５Ｈｚ付近を例えば入力装置６ａによってユーザが指示することによって、情報処理装置６では、指示された箇所に対応する加振周波数（２１．５Ｈｚ）を特定し、共振周波数は２１．５Ｈｚである旨、特性図に重畳表示する。
For example, when the user designates a portion having a large temperature fluctuation range in the characteristic diagram displayed on the display device 6b by the input device 6a, the information processing device 6 sets the excitation frequency corresponding to the designated portion. The specified excitation frequency is displayed as a resonance frequency in a superimposed manner, for example, on the characteristic diagram (step S10). Note that the user may read the excitation frequency corresponding to a portion where the temperature fluctuation range is large visually in the characteristic diagram.
In the case of FIG. 6, since the temperature fluctuation range near 21.5 Hz is the largest, the information processing apparatus 6 responds to the instructed location when the user instructs the vicinity of 21.5 Hz using, for example, the input device 6a. The excitation frequency (21.5 Hz) to be specified is specified, and the resonance frequency is 21.5 Hz, and is superimposed on the characteristic diagram.
このように、本発明の一実施形態における応力測定システム１では、加振周波数をある範囲で変化させたときの、測定対象物２の温度分布画像の時系列データを取得し、この温度分布画像の時系列データに基づき、加振周波数と測定対象物２の温度変化幅との対応を表す特性図を作成している。そのため、特性図において、温度の変化幅が突出して大きくなるときの加振周波数を検出することによって、共振周波数を容易に得ることができる。
また、加振周波数をある範囲で変化させて応力分布画像を得るようにしているため、変化させた周波数範囲内における共振周波数を確実に検出することができ、例えば、複数の共振周波数が存在する場合であっても各共振周波数を容易に検出することができる。
As described above, the stress measurement system 1 according to the embodiment of the present invention acquires time series data of the temperature distribution image of the measurement object 2 when the excitation frequency is changed within a certain range, and this temperature distribution image. Based on the time series data, a characteristic diagram representing the correspondence between the excitation frequency and the temperature change width of the measurement object 2 is created. Therefore, in the characteristic diagram, the resonance frequency can be easily obtained by detecting the excitation frequency when the temperature change width protrudes and becomes large.
Further, since the stress distribution image is obtained by changing the excitation frequency within a certain range, the resonance frequency within the changed frequency range can be reliably detected. For example, there are a plurality of resonance frequencies. Even in this case, each resonance frequency can be easily detected.
また、応力分布画像において応力集中部、すなわち共振箇所を検出することができるため、応力分布画像と測定対象物２とを照らし合わせることによって、測定対象物２における共振箇所を容易に認識することができる。
また、加速度計やレーザー変位計等を設置することなく共振周波数を検出することができるため、存在する共振周波数の数に関係なく、また手間がかかることなく容易に共振周波数の検出を行うことができる。また、加速度計やレーザー変位計等を利用して共振周波数を検出する場合には、加速度計やレーザー変位計等の設置数や設置箇所によっては、共振周波数を検出することができない可能性がある。しかしながら、本発明の一実施形態における応力測定システム１では、加振周波数範囲内における共振周波数を検出することができるため、共振周波数や共振箇所の検出漏れを抑制することができる。
Further, since the stress concentration portion, that is, the resonance location can be detected in the stress distribution image, the resonance location in the measurement object 2 can be easily recognized by comparing the stress distribution image with the measurement object 2. it can.
In addition, since the resonance frequency can be detected without installing an accelerometer, a laser displacement meter, etc., the resonance frequency can be easily detected regardless of the number of existing resonance frequencies and without taking time and effort. it can. In addition, when the resonance frequency is detected using an accelerometer, a laser displacement meter, or the like, the resonance frequency may not be detected depending on the number of installed accelerometers, laser displacement meters, and the like. . However, in the stress measurement system 1 according to one embodiment of the present invention, since the resonance frequency within the excitation frequency range can be detected, it is possible to suppress detection failure of the resonance frequency and the resonance location.
また、本発明の一実施形態における応力測定システム１では、加振周波数の周波数範囲を複数の区間に分割し、まず、分割された周波数範囲毎に応力分布画像を作成して、応力分布画像毎に応力集中部を検索することで、共振周波数が存在すると予測される周波数範囲を大まかに特定している。次に、大まかに特定した、共振周波数が存在すると予測された周波数区間についてのみ、加振周波数と選択領域の代表温度との対応を表す特性図を作成し、この特性図に基づき、共振周波数を検出するようにしている。そのため、温度分布画像の時系列データのデータ量が比較的多量であっても、加振周波数と選択領域の代表温度との対応を表す特性図において、演算処理に要する処理時間の大幅な増加を伴うことなく、温度の変動幅が比較的大きな部位を容易に検出することができる。言い換えれば、温度分布画像の時系列データが多量であっても比較的容易に、共振周波数の検出に必要な特性図を作成することができるため、処理時間の増加等を伴うことなく、多量の時系列データに基づき特性図を作成することができ、結果的に、より高精度に共振周波数の検出を行うことができる。 In the stress measurement system 1 according to the embodiment of the present invention, the frequency range of the excitation frequency is divided into a plurality of sections, and first, a stress distribution image is created for each divided frequency range, and each stress distribution image is created. By searching the stress concentration part, the frequency range in which the resonance frequency is expected to be roughly specified is specified. Next, a characteristic diagram showing the correspondence between the excitation frequency and the representative temperature of the selected region is created only for the frequency section in which the resonance frequency is predicted to exist roughly, and the resonance frequency is calculated based on this characteristic chart. I try to detect it. For this reason, even if the amount of time-series data in the temperature distribution image is relatively large, the processing time required for the calculation process is significantly increased in the characteristic diagram showing the correspondence between the excitation frequency and the representative temperature of the selected region. Without this, it is possible to easily detect a portion having a relatively large temperature fluctuation range. In other words, a characteristic diagram necessary for detection of the resonance frequency can be created relatively easily even when the time series data of the temperature distribution image is large, so that a large amount of data can be obtained without increasing the processing time. A characteristic diagram can be created based on the time series data, and as a result, the resonance frequency can be detected with higher accuracy.
なお、上記実施形態においては、温度分布画像の時系列データから、画素毎に、振動試験機３への制御信号に同期した温度データの温度変動幅を検出するロックイン法を用いて信号処理を行い、これに基づき応力分布画像を得る場合について説明したが、これに限るものではない。つまり、温度分布画像の時系列データに含まれるノイズが大きい場合には、画素毎の温度分布画像の時系列データから制御信号に同期した信号を検出し、これに基づき応力分布画像を作成することで、ノイズの影響を除去し、より高精度な応力分布画像を得ることができる。逆に振動に伴う熱弾性効果による温度変動が顕著である場合等、時系列データから得られる応力分布画像において、応力集中部を的確に検出することができると予測される場合には、ロックイン法による信号処理に代えて、例えば、測定対象物２の初期温度を時系列データから差し引くことで時系列データの温度変動幅を取得し、これに基づき応力分布画像を作成するようにしてもよい。なお、ここでいう、初期温度とは、例えば測定対象物２を加振する前における赤外線サーモグラフィ装置５で測定した温度分布画像から得られる温度等、測定対象物２が加振されることに伴う温度変化が生じる以前の温度をいう。また、高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）等により、各画素におけるパワースペクトルを求めることで温度変動幅を取得してもよい。 In the above embodiment, the signal processing is performed using the lock-in method for detecting the temperature fluctuation range of the temperature data synchronized with the control signal to the vibration testing machine 3 for each pixel from the time series data of the temperature distribution image. Although the case where the stress distribution image is obtained based on this is described, the present invention is not limited to this. In other words, when the noise included in the time series data of the temperature distribution image is large, a signal synchronized with the control signal is detected from the time series data of the temperature distribution image for each pixel, and a stress distribution image is created based on the detected signal. Thus, the influence of noise can be removed and a more accurate stress distribution image can be obtained. On the other hand, when it is predicted that the stress concentration part can be accurately detected in the stress distribution image obtained from the time series data, such as when temperature fluctuation due to the thermoelastic effect due to vibration is significant, lock-in Instead of the signal processing by the method, for example, the temperature fluctuation range of the time series data may be acquired by subtracting the initial temperature of the measurement object 2 from the time series data, and a stress distribution image may be created based on the temperature fluctuation range. . The initial temperature here refers to the fact that the measurement object 2 is vibrated, such as the temperature obtained from the temperature distribution image measured by the infrared thermography device 5 before the measurement object 2 is vibrated. The temperature before the temperature change occurs. Further, the temperature fluctuation range may be obtained by obtaining a power spectrum in each pixel by fast Fourier transform processing (FFT) or the like.
また、上記実施形態においては、振動試験機３への制御信号を参照信号として、温度分布画像の時系列データから、制御信号と同期する温度データを抽出する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、振動周波数検出用の１つのセンサを測定対象物２に設け、検出した振動周波数を参照信号として用いるようにしてもよい。この場合、測定対象物２が振動試験機３による加振に応じて振動しにくい場合等には、測定対象物２の振動周波数と振動試験機３への制御信号の周波数との位相のずれが大きくなる可能性があるため、測定対象物２の得られる振動周波数の特性を考慮して、測定対象物２の振動周波数を用いるようにすればよい。 In the above embodiment, the case where temperature data synchronized with the control signal is extracted from the time-series data of the temperature distribution image using the control signal to the vibration testing machine 3 as a reference signal has been described. is not. For example, one sensor for vibration frequency detection may be provided on the measurement object 2 and the detected vibration frequency may be used as a reference signal. In this case, when the measurement object 2 is difficult to vibrate in response to the vibration by the vibration tester 3, there is a phase shift between the vibration frequency of the measurement object 2 and the frequency of the control signal to the vibration tester 3. Since there is a possibility of increase, the vibration frequency of the measurement object 2 may be used in consideration of the characteristics of the vibration frequency obtained from the measurement object 2.
また、上記実施形態においては、応力測定システム１では、共振箇所及び共振周波数の検出のみを行うようにしているが、振動試験等、その他の振動試験機３を用いた試験等も行うようにしてもよい。また、温度分布画像の時系列データを用いて、例えば疲労部位の特定等も行うようにしてもよい。
また、測定対象物２の形状が複雑であり死角ができる場合等、一台の赤外線サーモグラフィ装置では、測定対象物２の所望とする部位の温度分布画像を得ることができない場合には、複数の赤外線サーモグラフィ装置によって異なる角度から測定対象物２の温度測定を行い、複数の赤外線サーモグラフィ装置によって得た応力分布画像を用いて、測定対象物２の共振周波数や共振箇所を検出するようにしてもよい。
In the above embodiment, the stress measurement system 1 only detects the resonance location and the resonance frequency. However, a test using a vibration test machine 3 such as a vibration test is also performed. Also good. Further, for example, a fatigue part may be specified using time series data of the temperature distribution image.
In addition, when the shape of the measurement object 2 is complicated and a blind spot can be formed, if a single infrared thermography apparatus cannot obtain a temperature distribution image of a desired part of the measurement object 2, a plurality of temperature distribution images can be obtained. The temperature of the measurement object 2 may be measured from different angles by the infrared thermography apparatus, and the resonance frequency and resonance location of the measurement object 2 may be detected using the stress distribution images obtained by the plurality of infrared thermography apparatuses. .
また、測定対象物２を加振している際に測定対象物２と赤外線サーモグラフィ装置５との相対位置がずれる場合等を考慮して、赤外線サーモグラフィ装置５において得られる温度分布画像において、測定対象物２のずれを検出し、検出したずれに基づいて位置ずれ補正を行って、測定対象物２の同一部位の温度変化を時系列に検出できるようにしてもよい。
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。
Further, in consideration of the case where the relative position between the measurement object 2 and the infrared thermography device 5 is shifted while the measurement object 2 is being vibrated, the measurement object in the temperature distribution image obtained in the infrared thermography device 5 A deviation of the object 2 may be detected, and a position deviation correction may be performed based on the detected deviation so that the temperature change of the same part of the measurement object 2 can be detected in time series.
It should be noted that the scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, but includes all embodiments that provide the same effects as those intended by the present invention. Further, the scope of the invention can be defined by any desired combination of specific features among all the disclosed features.
１ 応力測定システム
２ 測定対象物
３ 振動試験機
４ 振動試験機コントローラ
５ 赤外線サーモグラフィ装置
６ 情報処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stress measuring system 2 Measuring object 3 Vibration testing machine 4 Vibration testing machine controller 5 Infrared thermography apparatus 6 Information processing apparatus
Claims (5)
前記温度分布画像の時系列データから前記測定対象物の予め設定した測定点毎の温度変動幅を検出し、当該測定点毎の温度変動幅に基づき予め設定した周波数範囲毎の前記測定対象物の応力分布画像を作成するステップと、
前記応力分布画像において応力が他の画像領域よりも大きい画像領域を選択領域として設定するステップと、
前記時系列データに基づき前記選択領域の代表温度の時系列データを生成し、前記代表温度と前記加振周波数との対応を表す特性図を作成するステップと、
前記特性図において、前記代表温度の変動幅が相対的に他の周波数領域における変動幅よりも大きい周波数領域に対応する前記加振周波数を共振周波数として検出するステップと、を備えることを特徴とする共振周波数推定方法。 Adding vibration with a constant amplitude to the measurement object while changing the excitation frequency, measuring the measurement object with an infrared thermography device, and obtaining time series data of a temperature distribution image of the measurement object;
The temperature fluctuation width for each preset measurement point of the measurement object is detected from the time series data of the temperature distribution image, and the measurement object for each frequency range preset based on the temperature fluctuation width for each measurement point is detected. Creating a stress distribution image;
In the stress distribution image, setting an image area whose stress is larger than other image areas as a selection area;
Generating time-series data of the representative temperature of the selected region based on the time-series data, and creating a characteristic diagram representing the correspondence between the representative temperature and the excitation frequency;
The characteristic diagram includes a step of detecting, as a resonance frequency, the excitation frequency corresponding to a frequency region in which the variation range of the representative temperature is relatively larger than the variation range in another frequency region. Resonance frequency estimation method.
前記応力分布画像を作成するステップでは、前記同期信号に同期した温度変動幅に基づき前記応力分布画像を作成することを特徴とする請求項１に記載の共振周波数推定方法。 From the time series data of the temperature distribution image, for each measurement point of the temperature distribution image, comprising detecting a temperature fluctuation range synchronized with a synchronization signal synchronized with vibration of the measurement object,
2. The resonance frequency estimation method according to claim 1, wherein in the step of creating the stress distribution image, the stress distribution image is created based on a temperature fluctuation range synchronized with the synchronization signal.
前記制御信号を前記同期信号として用いることを特徴とする請求項２に記載の共振周波数推定方法。 The measurement object is vibrated in synchronization with a control signal,
The resonance frequency estimation method according to claim 2, wherein the control signal is used as the synchronization signal.
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