JP2737517B2 - 亀裂進展寸法の自動計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、材料の破壊力学的試験
に於て試験片に生じる亀裂の進展寸法を自動的に計測す
ることに係り、更に詳細には亀裂進展寸法の自動計測装
置に係る。

【０００２】

【従来の技術】材料の破壊力学的試験の一つであるＣＴ
試験に於て亀裂の進展寸法を自動的に計測する装置の一
つとして、本願出願人と同一の出願人及び他の一の出願
人の出願にかかる特願平４− 号（整理番号Ａ
Ｔ−４７７９）には、試験片を支持し試験片に対し荷重
を与える試験片支持装置と、試験片に発生した亀裂を撮
像しこれを電気的亀裂画像に変換する撮像装置と、撮像
装置より所定の時間毎に亀裂画像を取込み現サイクルの
亀裂画像より所定サイクル前の亀裂画像を減算すると共
に低解像度化処理して低解像度化処理された差分画像を
形成し記憶する画像処理装置と、差分画像上にて亀裂の
先端を検出し差分画像上に於ける亀裂先端の位置を計測
する画像計測装置と、画像計測装置より亀裂先端の位置
を示す信号を入力され、少くとも亀裂先端の変位量の合
計として亀裂の進展寸法を演算する演算制御装置とを有
する亀裂進展寸法の自動計測装置が提案されている。

【０００３】この先の提案にかかる自動計測装置によれ
ば、たとえ試験片の表面に亀裂以外の傷や汚れなどが存
在していてもそれらの部分は各サイクルの亀裂画像に於
て同一の位置に現われるので、差分画像を形成する際の
画像の減算により傷や汚れなどは消去され、二つのサイ
クルの間に於て変化した部分、即ち亀裂のうち新たに進
展した部分のみが差分画像に残され、従って低解像度化
処理された差分画像に於て亀裂の先端を画像計測装置に
より確実に検出し差分画像上に於ける亀裂先端の位置を
正確に計測することができ、これにより試験片の表面に
亀裂以外の傷や汚れなどが存在する場合にも亀裂の進展
寸法を非常に正確に且容易に自動的に計測することがで
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特にＣＴ試験が試験片
に対し引張の荷重が繰返し与えられる加振モードにて行
われる場合には、試験片に対し最大の引張り荷重が与え
られた時点の亀裂画像が取込まれるよう、例えば図１４
に示されている如く画像処理装置による画像の取込みタ
イミングＴg は制御装置より油圧シリンダの如き荷重発
生装置へ出力される制御信号が引張り方向に最大値にな
る時点Ｔp よりも種々の応答遅れ時間ΔＴを考慮した所
定時間遅い時点に設定されている。

【０００５】しかし応答遅れ時間ΔＴは常に一定値であ
るのではなく、図１５に示されている如く種々の要因に
より或る範囲内に於て変動する。かくして応答遅れ時間
ΔＴが変動すると、撮像装置に対する試験片の亀裂の位
置が微妙に変動するので、差分画像を形成する際に亀裂
などが正確に整合した状態にて画像の減算を行うことが
できず、二つの画像のズレの程度によっては亀裂の先端
が画像計測装置により検出されなかったり亀裂以外の傷
や汚れなどが亀裂の一部であると誤判定されることがあ
り、そのため差分画像上に於て亀裂の先端を確実に検出
してその位置を正確に計測することができず、これによ
り亀裂の進展寸法を正確に計測することができない場合
が生じ得る。

【０００６】本発明は、上述の先の提案にかかる自動計
測装置に於ける上述の如き不具合に鑑み、差分画像上に
於ける亀裂の先端が誤って検出されその位置が不正確に
計測されることを防止し、これにより亀裂の進展寸法を
非常に正確に且容易に自動的に計測することができるよ
う改良された亀裂進展寸法の自動計測装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、試験片を支持し前記試験片に対し荷重を与
える試験片支持装置と、前記試験片に発生した亀裂を撮
像しこれを電気的亀裂画像に変換する撮像装置と、前記
撮像装置より所定の時間毎に前記亀裂画像を取込み、ｎ
を正の整数としｒをｎ未満の正の整数としてｎサイクル
の亀裂画像よりｎ−ｒサイクルの亀裂画像を減算して差
分画像を形成し、該差分画像内の輝度の絶対値の最大値
Ｄmax を検出し、前記差分画像を低解像度化処理して低
解像度化処理された差分画像を形成し記憶する画像処理
装置と、前記低解像度化処理された差分画像上にて亀裂
の先端を検出し前記差分画像上に於ける亀裂先端の位置
を計測する画像計測装置と、前記画像計測装置より亀裂
先端の位置を示す信号を入力され少くとも前記亀裂先端
の変位量の合計として亀裂の進展寸法を演算する演算制
御装置とを有し、前記最大値Ｄmax が所定値を越えたと
きには前記演算制御装置は当該サイクルに於ては亀裂の
進展寸法を演算せず前記画像処理装置は次のサイクルに
於ては前記ｒを１増加して差分画像を形成するよう構成
されていることを特徴とする亀裂進展寸法の自動計測装
置によって達成される。

【０００８】

【作用】亀裂画像に於ては反射光量が低い亀裂の部分の
輝度は負であり反射光量が高い亀裂以外の部分の輝度は
正であるので、差分画像の形成に供される二つの亀裂画
像に於ける亀裂の位置にズレが発生すると、差分画像の
形成に際し亀裂以外の部分より亀裂の部分が減算される
部位の輝度は正の高い値になり、逆に亀裂の部分より亀
裂以外の部分が減算される部位の輝度は負の高い値にな
り、これらの何れの値の絶対値もそれぞれ元の亀裂画像
に於ける亀裂以外の部分及び亀裂の部分の輝度の絶対値
よりも高くなる。従って差分画像内の輝度の絶対値の最
大値を検出しその最大値が基準値を越えているか否かを
判定することにより、差分画像の形成に供される二つの
亀裂画像に於ける亀裂の位置のズレが許容範囲内である
か否か、即ち差分画像が適正に形成されたか否かを判定
することができる。

【０００９】上述の如き構成によれば、ｎサイクルの亀
裂画像よりｎ−ｒサイクルの亀裂画像が減算されること
により差分画像が形成され、該差分画像が低解像度化処
理されることにより低解像度化処理された差分画像が形
成され、その差分画像に於て亀裂の先端が検出されるの
で、二つの亀裂画像にズレがない場合には試験片の表面
に亀裂以外の傷や汚れなどが存在していてもそれらの部
分は差分画像には現われず、亀裂のうち新たに進展した
部分のみが差分画像に現われ、亀裂以外の傷や汚れなど
が亀裂の一部であると誤って識別されることがない。

【００１０】また上述の如き構成によれば、差分画像内
の輝度の絶対値の最大値Ｄmax が検出され、二つの亀裂
画像にズレが生じることにより最大値Ｄmax が所定値を
越えたときには当該サイクルに於ては亀裂の進展寸法は
演算されず次のサイクルに於てはｒが１増加されて差分
画像が形成されるので、適正に形成されなかった差分画
像に於て、即ち亀裂以外の傷や汚れなどが亀裂の一部で
あると誤って識別される虞れのある差分画像に於て検出
された亀裂の先端の位置に基き亀裂の進展寸法が演算さ
れることがない。

【００１１】従って上述の如き構成によれば、差分画像
は必ず相互にズレのない二つの亀裂画像同士を減算する
ことにより形成された差分画像、即ち亀裂以外の傷や汚
れなどが亀裂の一部であると誤って識別される虞れがな
い適正に形成された差分画像に於て検出され位置が計測
された亀裂の先端の位置に基き進展寸法が演算されるの
で、試験片の表面に亀裂以外の傷や汚れなどが存在する
場合にも亀裂の進展寸法が非常に正確に且容易に自動的
に計測される。

【００１２】

【課題を解決するための手段の補足説明】本発明の一つ
の詳細な特徴によれば、撮像装置が試験片に対し相対的
に亀裂の進展方向へ移動するよう撮像装置及び試験片支
持装置の少くとも一方を他方に対し相対的に移動させる
移動装置が設けられ、差分画像内に於て亀裂先端が所定
の位置を越えたときには演算制御装置により移動装置が
作動されることによって撮像装置若しくは試験片支持装
置が所定の相対移動量移動されるよう構成される。かか
る構成によれば、亀裂の先端が視野よりはみ出すか否か
を常時監視する必要がなく、視野の更新が自動的に行わ
れる。尚移動装置が作動された直後のサイクルに於ては
差分画像の形成は行われない。

【００１３】また上述の如く移動装置が組込まれる場合
には演算制御装置は最後に移動装置が作動された後の各
サイクルに於て生じた亀裂先端の変位量の合計と撮像装
置若しくは試験片支持装置の相対移動量の合計との和と
して亀裂の進展寸法を演算するよう構成されてよく、そ
の場合には移動装置の精度及び画像の歪みの誤差要素の
みに起因する測定誤差の範囲内にて正確に且容易に亀裂
の進展寸法を自動的に計測することが可能である。

【００１４】また一般に相前後するサイクルの亀裂先端
の変位量の差は極く僅かであるので、演算制御装置は移
動装置を作動させないときにはｎサイクルに於ける亀裂
先端の位置とｎ−ｒサイクルに於ける亀裂先端の位置と
の偏差として亀裂先端の変位量を演算し、移動装置を作
動させたときには１サイクル前に演算された亀裂先端の
変位量を現サイクルの亀裂先端の変位量とみなし、各サ
イクルの亀裂先端の変位量の合計として亀裂の進展寸法
を演算するよう構成されてもよく、その場合には移動装
置の精度に依存することなく正確に且容易に亀裂の進展
寸法を計測することが可能であり、また移動装置も高精
度のものである必要がない。

【００１５】尚本発明に於ける低解像度化処理とは、差
分画像の輝度の段階を例えば２０階調より２階調の如く
所定の輝度を基準に低減することを意味する。

【００１６】

【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明による亀裂進展寸法の自動計
測装置の一つの実施例を示す概略構成図、図２は試験片
を示す拡大正面図、図３は図２の線III-III に沿う試験
片の平断面図である。

【００１８】図１に於て、１０はＣＴ試験されるべき試
験片を示しており、試験片１０はそれぞれ上端及び下端
にて試験片支持装置としてのＣＴ試験装置１２の上側ア
ーム１４及び下側アーム１６により図１には示されてい
ないピンを介して支持されている。上側アーム１４はＣ
Ｔ試験装置１２のフレーム１８に固定されており、下側
アーム１６は油圧シリンダ２０に連結されている。油圧
シリンダ２０の油圧は試験片１０に上下方向の静的引張
り荷重又は繰返し荷重（振動荷重）が与えられるよう油
圧制御装置２２により制御されるようになっている。図
２及び図３に示されている如く、試験片１０は実質的に
長方形の板状をなし、亀裂の発生を容易にする頂角６０
°のシェブロンノッチ２４を有し、該ノッチの両側に図
１には示されていないピンを受入れる二つのピン挿通孔
２６及び２８を有している。

【００１９】ＣＴ試験装置１２のフレーム１８にはテー
ブル３０が固定されており、該テーブル上には三次元ス
テージ装置３２が設けられている。ステージ装置３２は
テーブル３０に固定された本体３２ａと、該本体に対し
相対変位する移動部材３２ｂとよりなっている。移動部
材３２ｂには撮像装置としてのビデオカメラ３４が固定
されており、ビデオカメラ３４には光学顕微鏡３６が装
着されている。光学顕微鏡３６は対物レンズ筒３８と、
該対物レンズ筒を経て試験片１０に対し光を照射する光
源装置４０と、試験開始前に肉眼４２により覗き込んで
光学顕微鏡３６及びビデオカメラ３４を試験片のノッチ
の先端に対し大まかに位置決めするための接眼レンズ筒
４４とを有している。

【００２０】ステージ装置３２の移動部材３２ｂは本体
３２ａに対しＸ方向（図１の紙面に垂直な方向）、Ｙ方
向（上下方向）、Ｚ方向（Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方
向）へ相対変位するようになっており、本体３２ａに対
する移動部材３２ｂの相対移動及び位置決めはステージ
制御装置４６によりμm の単位にて制御されるようにな
っている。かくしてステージ装置３２及び制御装置４６
は試験片に生じる亀裂の進展に応じてビデオカメラ３４
を試験片に対し相対的に移動させる移動装置を構成して
いる。

【００２１】ビデオカメラ３４は試験片及びこれに生じ
た亀裂を撮像し、それを画像信号（電圧±１０Ｖ）と位
置信号（ｘ、ｙ）とよりなる２０階調の亀裂画像の電気
信号に変換し、その電気信号を画像処理装置４８へ出力
するようになっている。画像処理装置４８はパーソナル
コンピュータ５０（これ以降「パソコン」という）の指
示に基き所定の時間毎にビデオカメラより亀裂画像ｇ_n
の電気信号を取込み、電気信号にてｇ_n −ｇ_n-r （ｒ＝
正の整数）の減算を行うことにより差分画像Ｇ_N を形成
し、差分画像Ｇ_N の電気信号にｋＶ（ｋは正の整数）に
て正の一定電圧のオフセットを与えるようになってい
る。また画像処理装置４８はかくしてオフセット処理さ
れた差分画像内の輝度の絶対値の最大値Ｄmax を検出し
てそれをパソコン５０へ出力し、また差分画像を二値化
処理して画像信号（電圧０Ｖ、１Ｖ）と位置信号（ｘ、
ｙ）とよりなる二値化処理された差分画像の電気信号に
変換し、その電気信号を画像計測装置５２及びモニタ５
４へ出力するようになっている。

【００２２】特に試験片に対し繰返し荷重が与えられる
場合には、油圧制御装置２２よりの制御信号に対する油
圧シリンダ２０等の応答遅れが存在するので、試験片１
０に最大の引張り荷重が与えられた時点の亀裂画像の取
込みが行われるよう、画像処理装置４８による画像の取
込みタイミングは油圧制御装置２２よりの制御信号が引
張り方向に最大値になる時点よりも応答遅れを考慮した
所定時間遅い時点に設定されている。また画像処理装置
４８により形成される差分画像に於ては、画像ｇ_n 及び
ｇ_n-r に共通の部分は減算により消去されるので、図４
に示されている如く亀裂５６のうちｎ−ｒサイクルとｎ
サイクルとの間に於て新たに進展した部分５６ａのみが
現われ、亀裂のうち前サイクルまでに進展した部分や試
験片の表面の傷５８ａ、汚れなどは現われない。

【００２３】また画像処理装置４８によるオフセット処
理に於ては、亀裂の部分と亀裂以外の部分とが明確に区
別され画像計測装置５２による亀裂の先端の検出が確実
に行われるよう、図４に示されている如く差分画像が黒
の側より白の側へ、即ち高輝度側へシフトされる。更に
画像処理装置４８による二値化処理に於ては、亀裂の部
分の電圧が０Ｖとなり亀裂以外の部分の電圧が１Ｖとな
るよう処理され、これにより図４に示されている如くモ
ニタ５４には亀裂の部分５６は黒く亀裂以外の部分５８
は白く２階調にて表示される。尚モニタの白黒反転によ
り逆の態様による表示も可能である。

【００２４】画像計測装置５２は二値化処理された差分
画像内の０Ｖ信号を取出すと共にその位置を記憶するこ
とができ、これにより亀裂の先端６０を検出して差分画
像上に於ける亀裂先端の位置（ｘ、ｙ）を計測し、計測
結果を示す信号をパソコン５０及びモニタ５４へ出力す
るようになっている。

【００２５】パソコン５０は演算及び記憶等の機能を有
する本体６２とキーボード６４とカラーモニタ６６とを
有する一般的な構成のものであり、油圧制御装置２２へ
制御信号を出力することによりＣＴ試験装置１２の作動
開始及び作動停止を制御し、またステージ制御装置４６
へ制御信号を出力することにより試験片に生じた亀裂に
対するビデオカメラ３４及び光学顕微鏡３６の相対移動
を制御するようになっている。更にパソコン５０は画像
処理装置４８及び画像計測装置５２よりの信号に基き後
述の如くＸ方向への亀裂の進展寸法Ｌ_N を演算し、亀裂
の進展寸法Ｌ_Nを示す信号をプリンタ６８及びプロッタ
７０へ出力するようになっている。

【００２６】かくして構成された自動計測装置を用いて
加振モードによるＣＴ試験に於ける亀裂の進展寸法を測
定する場合には、まず試験片１０がＣＴ試験装置１２に
セットされ、ビデオカメラ３４及び光学顕微鏡３６が試
験片のノッチの先端に実質的に整合した位置に位置決め
される。次いでキーボード６４を経てパソコン５０に対
し計測開始の指令が入力されることにより、図６及び図
７に示されたフローチャートに従ってＣＴ試験及び亀裂
の進展寸法の計測が開始される。

【００２７】次に図６及び図７に示されたフローチャー
トを参照して図示の第一の実施例の作動について説明す
る。尚これらの図に於て、ＮはＣＴ試験装置１２の油圧
シリンダ２０により試験片１０に対し与えられる加振の
サイクル数を示し、ｍはステージ移動回数、即ちステー
ジ装置３２及び制御装置４６によりビデオカメラ３４が
試験片１０に対し相対的に移動された回数を示し、ｎは
ステージ移動後のサイクル数を示している。またｒは差
分画像を形成する際のサイクル差を示し、フラグＦはス
テージの移動が行われたか否かに関するものであり、１
はステージの移動が行われた直後のサイクルであること
を示している。

【００２８】まず最初のステップ１０に於ては種々の初
期設定が行われる。即ち図５に示されている如く画面上
の測定開始ライン７２が試験片のノッチ２４の先端２４
ａに一致するよう最初の測定開始ラインの画面上の位置
ｘ_c0が設定され、ステージ移動後の測定開始ラインの画
面上の位置ｘ_cm（m ＝１、２、３……）が設定され、ス
テージ移動の必要があるか否かの判定基準としての視野
変更ライン７４の画面上の位置ｘ_s が設定され、測定打
切り長さＬ_c が設定され、サイクル数Ｎ、ｎ及びステー
ジ移動回数ｍがそれぞれ０に設定され、サイクル差ｒ及
びフラグＦがそれぞれ１に設定される。

【００２９】ステップ２０に於ては油圧シリンダ２０に
よる試験片１０に対する加振が開始され、次のステップ
３０に於ては油圧制御装置２２よりの制御信号に基き現
時点が画像取込みタイミングであるか否かの判定が行わ
れ、画像取込みタイミングではない旨の判別が行われた
ときにはステップ３０が繰返し実行され、画像取込みタ
イミングである旨の判別が行われたときにはステップ４
０へ進み、サイクル数Ｎ及びｎがそれぞれ１インクリメ
ントされる。

【００３０】次のステップ５０に於てはビデオカメラ３
４により撮像された画像ｇ_n （生画像）が画像処理装置
４８へ取込まれ、ステップ６０に於てはフラグＦが１で
あるか否かの判別が行われ、Ｆ＝１である旨の判別が行
われたときにはステップ７０に於てフラグＦが０にリセ
ットされた後ステップ３０へ戻り、Ｆ＝１ではない旨の
判別が行われたときにはステップ７２へ進む。ステップ
７２に於てはサイクル差ｒがｎ−１未満であるか否かの
判別が行われ、ｒ＜ｎ−１ではない旨の判別が行われた
ときにはステップ３０へ戻り、ｒ＜ｎ−１である旨の判
別が行われたときにはステップ８０へ進む。

【００３１】ステップ８０に於ては画像ｇ_n より画像ｇ
_n-r が減算されることにより差分画像Ｇ_N が形成され、
ステップ８５に於ては差分画像Ｇ_N の電気信号に対しｋ
Ｖにて正のオフセット処理が行われる。ステップ９０に
於てはオフセット処理された差分画像内の輝度の絶対値
の最大値Ｄmax が基準値Ｄc 以下であるか否かの判別が
行われ、Ｄmax ≦Ｄc である旨の判別が行われたときに
はステップ９５へ進み、Ｄmax ≦Ｄc ではない旨の判別
が行われたときにはステップ９１に於てサイクル差ｒが
１インクリメントされた後ステップ９２へ進む。

【００３２】ステップ９２に於てはサイクル差ｒが４で
あるか否かの判別が行われ、ｒ＝４ではない旨の判別が
行われたときにはステップ３０へ戻り、ｒ＝４である旨
の判別が行われたときにはステップ９３へ進む。ｒ＝４
である旨の判別が行われる場合とは差分画像を形成する
際の画像のズレが２回続けて生じた場合であり、画像の
取込みタイミングが適切ではないことを意味するので、
ステップ９３に於ては油圧シリンダ２０による試験片１
０に対する加振が停止され、ステップ９４に於てＣＴ試
験及び亀裂の進展寸法の計測が適正に行われていない旨
の警報がパソコン５０のモニタ６６に表示され、しかる
後図６及び図７に示されたフローチャートによる制御を
終了する。

【００３３】ステップ９５に於てはサイクル差ｒが１で
あるか否かの判別が行われ、ｒ＝１ではない旨の判別が
行われたときにはステップ９６に於てサイクル差ｒが１
にリセットされた後ステップ１００へ進み、ｒ＝１であ
る旨の判別が行われたときにはそのままステップ１００
へ進む。

【００３４】ステップ１００に於てはオフセット処理さ
れた差分画像Ｇ_N の電気信号が画像処理装置４８によっ
て二値化処理されることにより二値化処理された差分画
像が形成されると共に記憶される。ステップ１１０に於
ては画像計測装置５２により差分画像に於ける亀裂の先
端位置ｘ_n が検出され、ｘ_n がパソコン５０へ出力され
る。

【００３５】ステップ１２０に於ては同一視野内に於け
る亀裂の総進展量、即ち最後のステージ移動が行われた
後現在までの各サイクルに於て進展した量の合計Ｉ_n が
下記の数１に従って演算される。ステップ１３０に於て
は亀裂の進展寸法Ｌ_N が下記の数２に従って演算される
と共に記憶装置に記憶される。

【数１】Ｉ_n ＝ｘ_n −ｘ_cm

【数２】Ｌ_N ＝Ｉ_n ＋ΣＳ_m （ｍ＝１……ｍ）

【００３６】ステップ１４０に於ては、例えばｘ_n がｘ
_s を越えたか否かを判別することにより亀裂の先端が視
野変更ラインを越えたか否か、即ちステージの移動の必
要性が生じたか否かの判別が行われ、ステージの移動の
必要がない旨の判別が行われたときにはステップ１９０
へ進み、ステージの移動の必要が生じた旨の判別が行わ
れたときにはステップ１５０へ進む。

【００３７】ステップ１５０に於てはステージ移動回数
ｍが１インクリメントされ、ステップ１６０に於ては差
分画像で見て亀裂の先端がステップ１０に於て設定され
た次の測定開始ラインの位置ｘ_cmへ移動するよう、ステ
ージ移動量Ｓ_m が下記の数３に従って演算され、しかる
後ステップ１７０へ進む。

【数３】Ｓ_m ＝ｘ_n −ｘ_cm

【００３８】ステップ１７０に於ては画像がステップ１
６０に於て演算された値Ｓ_m だけ亀裂の進展方向とは反
対の方向へ移動するよう、ステージ装置３２及び制御装
置４６によりビデオカメラ３４が試験片１０に対し相対
的に亀裂の進展方向へ移動され、ステップ１８０に於て
はサイクル数ｎが０にリセットされると共にフラグＦが
１にセットされ、しかる後ステップ３０へ戻る。

【００３９】ステップ１９０に於ては、亀裂の進展寸法
Ｌ_N がステップ１０に於て設定された測定打切り長さＬ
_c 以上であるか否かの判別が行われ、Ｌ_N ≧Ｌ_c ではな
い旨の判別が行われたときにはステップ３０へ戻り、Ｌ
_N ≧Ｌ_c である旨の判別が行われたときにはステップ２
００へ進む。ステップ２００に於ては油圧シリンダ２０
による試験片１０に対する加振が停止され、ステップ２
１０に於ては亀裂の進展寸法Ｌ_N （ N＝１、２、３…
…）がプリンタ６８及びプロッタ７０へ出力され、図６
及び図７に示されたフローチャートによる制御を終了す
る。

【００４０】かくしてこの第一の実施例によれば、図８
に示されている如く、Ｎ＝ｎ＝０サイクルに於ては測定
開始ライン７２のＸ方向の位置が試験片のノッチ２４の
先端２４ａに一致するよう設定され、Ｎ＝ｎ＝１サイク
ルに於ては亀裂５６の先端６０の位置ｘ₁ が検出され、
亀裂の総進展量Ｉ₁ （＝ｘ₁ −ｘ_c0）及び亀裂の進展寸
法Ｌ₁ （＝Ｉ₁ ）が演算される。Ｎ＝ｎ＝２サイクルに
於て差分画像内の輝度の絶対値の最大値Ｄmax が基準値
Ｄc を越えた旨の判別が行われたとすると、亀裂の先端
の位置ｘ₂ は検出されず、亀裂の総進展量Ｉ₂ 及び亀裂
の進展寸法Ｌ₂は演算されない。

【００４１】図示の如くＮ＝ｎ＝３サイクルに於て亀裂
の先端の位置が視野変更ライン７４を越えたとすると、
このサイクルに於ては亀裂画像ｇ₃ より亀裂画像ｇ₁ が
減算されることにより形成された差分画像Ｇ₃ に於て亀
裂の先端の位置ｘ₃ が検出され、亀裂の進展量Ｉ₃ （＝
ｘ₃ −ｘ_c0）及び亀裂の進展寸法Ｌ₃ （＝Ｉ₃ ）が演算
され、またこのサイクルに於ては視野がＳ₁ （＝ｘ₃ −
ｘ_c1）だけ亀裂の進展方向へ移動される。Ｎ＝４（ｎ＝
１）サイクルに於ては亀裂の先端の位置ｘ₁ は検出され
ず、従って亀裂の総進展量Ｉ₁ 及び亀裂の進展寸法Ｌ₄
は演算されない。

【００４２】Ｎ＝５（ｎ＝２）サイクルに於ては亀裂の
先端の位置ｘ₂ が検出され、亀裂の総進展量Ｉ₂ （＝ｘ
₂ −ｘ_c1）及び亀裂の進展寸法Ｌ₅ （＝Ｉ₂ ＋Ｓ₁ ）が
演算され、Ｎ＝６（ｎ＝３）サイクルに於ては亀裂の先
端の位置ｘ₃ が検出され、亀裂の進展量Ｉ₃ （＝ｘ₃ −
ｘ_c1）及び亀裂の進展寸法Ｌ₆ （＝Ｉ₃ ＋Ｓ₁ ）が演算
され、これ以降以上のサイクルの場合と同様の処理が行
われることにより亀裂の進展寸法Ｌ_N が測定打切り長さ
Ｌ_c 以上になるまでＬ_N が自動的に演算される。

【００４３】尚この実施例に於てはステージ更新後の各
測定開始ラインの画面上の位置ｘ_cmを任意に設定し得る
ようになっているが、測定開始ラインの画面上の位置ｘ
_cmは例えば上述のｘ_c0の如き一定値に設定されてもよ
い。

【００４４】図９及び図１０は本発明による亀裂進展寸
法の自動計測装置の第二の実施例に於ける制御フローを
示すフローチャートである。尚これらの図に於て、図６
及び図７に示されたステップに対応するステップには図
６及び図７に於て付されたステップ番号と同一のステッ
プ番号が付されている。

【００４５】この実施例のステップ１０の初期設定に於
ては、画面上の測定開始ラインが試験片のノッチの先端
に一致するよう最初の測定開始ラインの画面上の位置ｘ
_c0がｘ₀ に設定され、画面上でのステージ移動量Ｓ（定
数）が設定され、ステージ移動の必要があるか否かの判
定基準としての視野変更ライン７４の画面上の位置ｘ_s
が設定され、測定打切り長さＬ_c が設定され、サイクル
数Ｎ、ｎ及びステージ移動回数ｍがそれぞれ０に設定さ
れ、サイクル差ｒ及びフラグＦがそれぞれ１に設定され
る。

【００４６】ステップ１２０に於ては亀裂の総進展量Ｉ
_n が下記の数６に従って演算され、ステップ１３０に於
ては下記の数７に従って亀裂の進展寸法Ｌ_N が演算され
ると共に記憶装置に記憶される。

【数６】Ｉ_n ＝ｘ_n −ｘ₀

【数７】Ｌ_N ＝Ｉ_n ＋ｍ×Ｓ

【００４７】ステップ１４５に於ては次のサイクル以降
のステップ１２０に於ける亀裂の総進展量Ｉ_n の演算に
使用される基準量ｘ₀ が下記の数８に従って演算され
る。

【数８】ｘ₀ ＝ｘ_n −Ｓ

【００４８】ステップ１７０に於ては画像がステップ１
０に於て設定された長さＳだけ亀裂の進展方向とは反対
の方向へ移動するよう、ステージ装置３２及び制御装置
４６によりビデオカメラ３４が試験片１０に対し相対的
に移動される。尚この実施例の他のステップは実施例１
の対応するステップと同一の要領にて実行される。

【００４９】かくしてこの第二の実施例によれば、図１
１に示されている如く、Ｎ＝ｎ＝０サイクルに於ては測
定開始ライン７２のＸ方向の位置が試験片のノッチ２４
の先端２４ａに一致するよう設定され、Ｎ＝ｎ＝１サイ
クルに於ては亀裂５６の先端６０の位置ｘ₁ が検出さ
れ、亀裂の総進展量Ｉ₁ （＝ｘ₁ −ｘ₀ ）及び亀裂の進
展寸法Ｌ₁ （＝Ｉ₁ ）が演算される。Ｎ＝ｎ＝２サイク
ルに於て差分画像内の輝度の絶対値の最大値Ｄmax が基
準値Ｄc を越えた旨の判別が行われたとすると、亀裂の
先端の位置ｘ₂ は検出されず、亀裂の総進展量Ｉ₂ 及び
亀裂の進展寸法Ｌ₂ は演算されない。

【００５０】図示の如くＮ＝ｎ＝３サイクルに於て亀裂
の先端の位置が視野変更ライン７４を越えたとすると、
このサイクルに於ては亀裂画像ｇ₃ より亀裂画像ｇ₁ が
減算されることにより形成された差分画像Ｇ₃ に於て亀
裂の先端の位置ｘ₃ が検出され、亀裂の総進展量Ｉ
₃ （＝ｘ₃ −ｘ₀ ）及び亀裂の進展寸法Ｌ₃ （＝Ｉ₃ ）
が演算され、またこのサイクルに於ては次のサイクルに
於けるｘ₀ （＝ｘ₃ −Ｓ）が演算され、視野が一定値Ｓ
だけ亀裂の進展方向へ移動される。Ｎ＝４サイクル（ｎ
＝１）に於ては亀裂の先端の位置ｘ₁ は検出されず、従
って亀裂の総進展量Ｉ₁ 及び亀裂の進展寸法Ｌ₄ は演算
されない。

【００５１】Ｎ＝５（ｎ＝２）サイクルに於ては亀裂の
先端の位置ｘ₂ が検出され、亀裂の総進展量Ｉ₂ （＝ｘ
₂ −ｘ₀ ）及び亀裂の進展寸法Ｌ₅ （＝Ｉ₂ ＋Ｓ）が演
算され、Ｎ＝６（ｎ＝３）サイクルに於ては亀裂の先端
の位置ｘ₃ が検出され、亀裂の進展量Ｉ₃ （＝ｘ₃ −ｘ
₀ ）及び亀裂の進展寸法Ｌ₆ （＝Ｉ₃ ＋Ｓ）が演算さ
れ、これ以降以上のサイクルの場合と同様の処理が行わ
れることにより亀裂の進展寸法Ｌ_N が測定打切り長さＬ
_c 以上になるまでＬ_N が自動的に演算される。

【００５２】尚上述の各実施例に於ては、差分画像Ｇ_N
が正の一定電圧にてオフセット処理されるようになって
いるが、図１２に示されている如く画像ｇ_n が正の一定
電圧にて高輝度側へオフセット処理されてもよく、また
図１３に示されている如く画像ｇ_n-r が負の一定電圧に
て低輝度側へオフセット処理されてもよく、更には画像
ｇ_n が正の一定電圧にてオフセット処理され画像ｇ_n-r
が負の一定電圧にてオフセット処理されてもよい。これ
らの何れの場合にも画像ｇ_n 及びｇ_n-r に共通の部分は
差分画像を形成する際の減算により実質的に消去され、
二値化処理により完全に消去されるので、上述の二つの
実施例の場合と同様亀裂のうちｎサイクルとｎ−ｒサイ
クルとの間に於て新たに進展した部分のみが現われ、亀
裂のうちｎ−ｒサイクルまでに進展した部分や試験片の
表面の傷、汚れなどは現われないので、二値化処理され
た差分画像に於て亀裂の先端が正確に検出されその位置
が正確に計測される。

【００５３】また上述の各実施例に於ては、説明を容易
にする目的で、亀裂の進展寸法の測定開始後又はステー
ジの移動後の３サイクル目に於て亀裂の先端６０が視野
変更ライン７４を突破するようになっているが、実際に
は測定開始ライン７２と視野変更ライン７４との間の距
離は各サイクル毎の亀裂の進展量に比して遥かに大き
く、これにより測定開始後又はステージ移動後次のステ
ージ移動までの間に亀裂の進展量の測定が行われるサイ
クル数は数十乃至数百サイクルである。

【００５４】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施
例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【００５５】例えばオフセット処理自体は本発明の要旨
をなすものではないので、上述の二つの実施例に於ける
ステップ８５は省略されてもよい。同様に亀裂の進展寸
法の演算の要領自体は本発明の要旨をなすものではな
く、少なくとも亀裂の先端の変位量の合計として亀裂の
進展寸法が演算される限り、例えば本願出願人と同一の
出願人及び他の一の出願人の出願にかかる上述の特願平
４− 号（整理番号ＡＴ−４７７９）に記載さ
れた第三の実施例の如く上述の実施例に於ける演算要領
以外の要領にて亀裂の進展寸法が演算されてもよい。

【００５６】また本発明の自動計測装置は試験片が加振
モードにてＣＴ試験される場合に適しており、上述の各
実施例に於ては試験片は加振モードにてＣＴ試験される
ようになっているが、本発明の自動計測装置は試験片が
引張りモードにてＣＴ試験される場合にも適用されてよ
く、その場合には上述の各実施例のステップ３０に於て
は例えばタイマにより一定の時間が計測され、これによ
りステップ５０に於て一定の時間毎に画像の取込みが行
われる。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、ｎサイクルの亀裂画像よりｎ−ｒサイクル
の亀裂画像が減算されることにより差分画像が形成さ
れ、差分画像内の輝度の絶対値の最大値Ｄmax が検出さ
れ、二つの亀裂画像にズレが生じて最大値Ｄmax が所定
値を越えたときには当該サイクルに於ては亀裂の進展寸
法は演算されず次のサイクルに於てはｒが１増加されて
差分画像が形成されることにより、差分画像は必ず相互
にズレのない二つの亀裂画像同士を減算することにより
形成された差分画像、即ち亀裂以外の傷や汚れなどが亀
裂の一部であると誤って識別される虞れがない適正に形
成された差分画像に於て検出され位置が計測された亀裂
の先端の位置に基き進展寸法が演算されるので、試験片
の表面に傷や汚れなどが存在する場合にも亀裂の進展寸
法を自動的に非常に正確に且容易に計測することができ
る。

【００５８】また本発明によれば、上述の如く試験片の
表面に亀裂以外の傷や汚れなどが存在してもこれらの影
響を受けることなく亀裂の進展寸法を非常に正確に計測
することができるので、試験片に対する表面仕上加工を
簡略化することができ、これによりＣＴ試験を能率よく
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の一
つの実施例を示す概略構成図である。

【図２】ＣＴ試験されるべき試験片を示す拡大正面図で
ある。

【図３】図２の線III-III に沿う試験片の平断面図であ
る。

【図４】差分画像の形成、オフセット処理、二値化処理
の要領の一例を示す説明図である。

【図５】亀裂進展寸法の測定開始時に行われる初期設定
の一例を示す説明図である。

【図６】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の第
一の実施例に於ける制御フローの一部を示すフローチャ
ートである。

【図７】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の第
一の実施例に於ける制御フローの残りの部分を示すフロ
ーチャートである。

【図８】第一の実施例による亀裂進展寸法の自動計測の
要領を示す説明図である。

【図９】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の第
二の実施例に於ける制御フローの一部を示すフローチャ
ートである。

【図１０】本発明による亀裂進展寸法の自動計測装置の
第二の実施例に於ける制御フローの残りの部分を示すフ
ローチャートである。

【図１１】第二の実施例による亀裂進展寸法の自動計測
の要領を示す説明図である。

【図１２】差分画像の形成、オフセット処理、二値化処
理の要領の他の例を示す説明図である。

【図１３】差分画像の形成、オフセット処理、二値化処
理の要領の更に他の例を示す説明図である。

【図１４】荷重発生装置への制御信号と荷重発生装置に
より発生される荷重との関係を示す説明図である。

【図１５】図１４に示された応答遅れ時間△Ｔの変動を
示す解図的グラフである。

【符号の説明】

１０…試験片 １２…ＣＴ試験装置 ２０…油圧シリンダ ２２…油圧制御装置 ３２…ステージ装置 ３４…ビデオカメラ ３６…光学顕微鏡 ４６…ステージ制御装置 ４８…画像処理装置 ５０…パーソナルコンピュータ ５２…画像計測装置

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−39308（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−158903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−214642（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−90947（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭61−61616（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−12571（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験片を支持し前記試験片に対し荷重を与
   える試験片支持装置と、前記試験片に発生した亀裂を撮
   像しこれを電気的亀裂画像に変換する撮像装置と、前記
   撮像装置より所定の時間毎に前記亀裂画像を取込み、ｎ
   を正の整数としｒをｎ未満の正の整数としてｎサイクル
   の亀裂画像よりｎ−ｒサイクルの亀裂画像を減算して差
   分画像を形成し、該差分画像内の輝度の絶対値の最大値
   Ｄmax を検出し、前記差分画像を低解像度化処理して低
   解像度化処理された差分画像を形成し記憶する画像処理
   装置と、前記低解像度化処理された差分画像上にて亀裂
   の先端を検出し前記差分画像上に於ける亀裂先端の位置
   を計測する画像計測装置と、前記画像計測装置より亀裂
   先端の位置を示す信号を入力され少くとも前記亀裂先端
   の変位量の合計として亀裂の進展寸法を演算する演算制
   御装置とを有し、前記最大値Ｄmax が所定値を越えたと
   きには前記演算制御装置は当該サイクルに於ては亀裂の
   進展寸法を演算せず前記画像処理装置は次のサイクルに
   於ては前記ｒを１増加して差分画像を形成するよう構成
   されていることを特徴とする亀裂進展寸法の自動計測装
   置。