JPH04346052A - 引張試験片の絞り測定方法及び装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼板の引張試験途中
での引張試験片の平行部の絞り値測定、特に絞り位置を
判定しながら絞り値を測定する引張試験片の絞り値測定
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板の引張試験に使用する引張試験片は
、ＪＩＳや各船級協会等の規格により形状寸法が定めら
れている。このような引張試験片の種類は、大別して丸
棒型と平板型に分けられる。鋼板の引張試験は、ほとん
ど平板型の試験片を用いて行なわれるが、鋼板の板厚が
厚くて平板型の試験片を用いると、引張荷重が試験機の
容量を超えるような場合には丸棒型が用いられる。

【０００３】鋼板の引張試験においては、引張強さや耐
力値等の測定の外に、必要に応じて試験片破断時の試験
片の絞り量（断面積減少量）の測定を要求される。

【０００４】また、自動車の車体や飲料缶等のように、
薄鋼板を絞り加工して造る材料の絞り性を評価する試験
として、ランクフォード試験がある。ランクフォード試
験は、薄鋼板から試験片の長手方向が圧延方向、圧延方
向と直角方向および圧延方向に対して４５度方向になる
ような３種類の引張試験片を採取し、この３種類の引張
試験片を用いて引張試験を行なう。そして、例えば標点
間距離を２０ｍｍとして、前記標点間距離が２０％伸び
たときのそれぞれの引張試験片の平行部の幅Ａ０の幅減
少後の幅Ａを測定し、絞り（φ、％）を（１）式により
求めるものである。 φ＝｛（Ａ０−Ａ）／Ａ｝×１００…………（１）

【０
００５】従来、引張試験片の絞り量を測定する技術とし
ては、特開平２ー１０３４４２号公報に開示されている
技術がある。この技術は、図９に示すように、レーザ外
径測定部５６の投光部５７ａより、試験片５１の平行部
に試験片の長手方向と直交する方向にスイープするレー
ザビームの平行光線を照射し、試験片５１を透過してき
たレーザ光線を受光部５７ｂにより受光し、複数の画素
の各画素毎の輝度を、輝度の大きさに対応した電気信号
に変換させてコントローラ部５８に送り、コントローラ
部５８では受信した電気信号から影が生じている時間の
長さを演算し、この時間の長さを基に試験片５１の平行
部の長手方向の任意位置における幅または外径を演算す
る。

【０００６】駆動部５９は、制御部６１の指令により投
受光ユニット５７を、試験片５１の平行部の範囲で往復
移動させるようになっているので、測定部５６は試験片
５１の平行部の長手方向の各位置における幅または直径
を連続的に測定する。制御部６１は、ユニット５７を初
期は試験片５１の全平行部間を、ある程度のくびれが生
じた後は、くびれ部内で往復運動をさせる。そして、演
算部６０では、測定部５６により最小直径値が検出され
る度にその値を記憶し、試験片破断後の最小値と、試験
前の試験片直径値とから絞り値が算出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように特開平２
ー１０３４４２号公報開示の技術により絞りを測定しよ
うとすると、投受光ユニット全体を試験片の全平行部間
あるいはくびれ部内で往復移動させなければならないの
で、そのための駆動部が必要となり、装置の構造が大が
かりとなるという問題点がある。

【０００８】また、投受光ユニットの往復駆動によって
試験機に振動が発生し、引張試験の荷重、伸びデータの
測定に影響を及ぼす可能性がある。さらには、試験片の
くびれ部は破断直前にくびれの進行速度が最大となるが
、投受光ユニットの往復移動の速度は１０ｍｍ／ｓまた
は２０ｍｍ／ｓと原理上高速にはできないため、試験片
の破断の瞬間のくびれ部の最小値を必ずしも検出するこ
とはできないので、絞り値の測定に誤差が生じるという
問題点がある。

【０００９】この発明は、従来技術の上記のような問題
点を解消し、簡単な設備で他の引張試験値に悪影響を及
ぼさないで、正確な絞りが測定できる引張試験片の絞り
値測定方法および装置を提供することを目的としている
。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る引張試験
片の絞り値測定方法は、引張試験中の引張試験片の絞り
を測定する方法において、この引張試験片の平行部に平
行部と直交する方向から試験片の長手方向および幅方向
にスイープさせたレーザ光を照射し、この照射したレー
ザ光のうちの引張試験片を透過したレーザ光を、引張試
験片を挟んでレーザ光を照射した側とは反対側に設けた
ＣＣＤカメラで受光し、このＣＣＤカメラで受光した画
素毎の輝度信号を画像演算処理装置に送り、この画像演
算処理装置により引張試験片の絞り位置および絞りを演
算するものである。

【００１１】また、この発明に係る引張試験片の絞り値
測定装置は、引張試験片の平行部に平行部と直交する方
向から試験片の長手方向および幅方向にスイープさせた
レーザー光を照射するレーザー光照射装置と、このレー
ザー光照射装置により照射されたレーザー光のうちの引
張試験片を透過したレーザー光を、引張試験片を挟んで
レーザー光を照射した側とは反対側で受光するＣＣＤカ
メラと、このＣＣＤカメラで受光した画素毎の輝度信号
を受け画像演算処理をする画像演算処理装置とからなる
ものである。

【００１２】

【作用】引張試験片の平行部に平行部と直交する方向か
ら、試験片の長手方向および幅方向にスイープさせたレ
ーザ光の平行光を照射すると、引張試験片を挟んで平行
光の照射側に対向する位置に引張試験片の平行部の影が
形成される。この影をＣＣＤカメラで撮影し得られた画
像から影の部分のみを抽出することによって引張試験編
の平行部の全長にわたってのプロフィールデータを得る
ことができる。そして、このプロフィールデータから、
引張試験片の平行部の長さ方向の幅分布を知ることがで
き、この幅分布から平行部の幅が最小となる位置と幅寸
法を求めることができる。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照しながら説明
する。図１は引張試験片の絞り測定装置の構成図、図２
は引張試験片の平行部に照射するレーザ光の照射範囲を
示す説明図である。引張試験片１の平行部に、レーザ投
光器２から引張試験片１の幅方向および長手方向にスイ
ープさせたレーザ光を、図２の点線の範囲１ａに照射し
、引張試験片１を挟んで対向させて設置したＣＣＤカメ
ラ３で透過光を受光する。ＣＣＤカメラ３の画像は、画
像演算装置４に送られ、画像演算することによって引張
試験片の平行部のプロフィールを測定し、前記プロフィ
ールデータから絞り量を演算する。

【００１４】図３はレーザ投光器２の構造を説明する説
明図、図４はレーザ光を引張試験片１の幅方向および長
手方向にスイープさせる方法を示す説明図である。レー
ザ投光器２のレーザ発信器２１から照射したレーザビー
ム光２１ａは、多角形回転ミラー２２で反射し、前記多
角形回転ミラー２２の回転に伴って、図４のように試験
片の長手方向（垂直方向）にスイープする。さらに試験
片の長手方向にスイープしたレーザ光２１ａは、多角形
回転ミラー２３で反射し、前記多角形回転ミラー２３の
回転に伴って、図４のように試験片の幅方向（水平方向
）にスイープする。例えば多角形回転ミラー２２の面数
を８面で、その回転数を２４００ｒｐｍとし、多角形回
転ミラー２３の面数を８面で、その回転数を６０ｒｐｍ
とするとレーザ光２５の投光範囲において、その水平方
向に６０回レーザビーム２１ａをスイープさせる間に垂
直方向に１回スイープする。これを１秒間に８回繰り返
す。

【００１５】このように上下左右にスイープするレーザ
光２５は、レンズ２４を通して図４のように平行光２１
ｂに変換される。前記平行光２１ｂは、引張試験片１の
平行部に照射され、図２の照射範囲１ａの中で引張試験
片１の平行部で遮光されない範囲の透過光が、図１にお
けるＣＣＤカメラ３で受光される。ＣＣＤカメラ３の受
光素子は、例えば水平方向×垂直方向の画素数が１０２
４×１０２４画素で構成された画像を形成させる。前記
受光素子からの画像信号は、出力回路を通して各画素そ
れぞれについての位置と濃淡レベルの画像データとして
、レーザビーム光２１ａの照射範囲で、レーザビーム２
１ａが垂直方向に１回スイープする間に１回画像演算装
置３から出力される。

【００１６】図５はＣＣＤカメラ３の受光素子の受光状
況を示した説明図である。引張試験片１で遮光された受
光領域と、引張試験片１で遮光されない受光領域は、そ
れぞれにほぼ均一な輝度レベルである。引張試験片１で
遮光された受光領域と引張試験片１で遮光されない受光
領域の境界には、遮光された受光領域および遮光されな
い受光領域とは共に異なる輝度レベルの画素がＸｉ方向
に２ケ所存在する。この状況は、図６のＹｍ（試験片の
長手方向の任意の位置）の画素位置におけるＸｉ方向（
試験片の幅方向）の受光レベルの分布から明かである。

【００１７】図７はＣＣＤカメラの受光素子のＸｎ，Ｙ
ｍの画素に着目した受光状況を示す説明図である。画素
１１の全面積に対し、部分的に引張試験片１の遮光部１
２が存在するため、前記画素１１の全面積と遮光部１２
の面積の比率で受光レベルが低下するものと考えられる
。 前記境界の画素１１の遮光部１２の幅ｘは、図７の受光
レベルを、遮光されない受光領域をＳ０、遮光された受
光領域をＳ１、境界をＳＸ　とし、画素１１の幅をｗと
したとき、次の（２）式で求められる。 　　　　ｘ＝｛（ＳＸ−Ｓ１）／（Ｓ０−Ｓ１）｝×ｗ
…………（２）

【００１８】図８は画像演算装置４の機
能構成図である。検出器２から送られた画像データは、
画像受信部に取り込まれ、２値化処理部４２に送られる
。前記２値化処理部３２では、図２の引張試験片１で遮
光された範囲と透過光の受光範囲との境界の画素の位置
データおよび輝度データと、前記引張試験片１で遮光さ
れた範囲の平均輝度データと、透過光受光範囲の平均輝
度データを境界抽出部４３に送るとともに、あらかじめ
設定部４７で設定された２値化しきい値で２値化画像に
変換された画像データ、例えば図２の引張試験片１で遮
光された範囲を黒レベル、透過光の受光範囲を白レベル
とした画像データが画像バッファー４４に送られる。

【００１９】前記画像バッファー４４の２値化画像デー
タは、演算部４５に送られる。前記演算部４５では、境
界抽出部４３からの境界部の輝度レベルと、前記引張試
験片１で遮光された範囲の平均輝度データと、透過光受
光範囲の平均輝度データから、引張試験片１で遮光され
た範囲と透過光の受光範囲との境界のＸｉ方向２ケ所の
画素に対して、前述の計算方法によってそれぞれの遮光
幅ＸＲおよびＸＬ（ＸＲは右側の遮光幅、ＸＬは左側の
遮光幅）を求める。そして前記遮光幅ＸＲおよびＸＬと
前記境界の画素に隣接する黒レベルの画素数Ｎの幅Ｎ・
ｗに視野の大きさの重みｋをかけることにより、引張試
験片１の平行部のＹｊ　　方向の任意の位置の幅Ｗを（
３）式で求める。 Ｗ＝ｋ・（Ｎ・ｗ＋ＸＲ＋ＸＬ）…………（３）

【００
２０】（３）式同様に演算部４５における以上の処理を
、Ｙｊ方向に繰り返すことによって、引張試験片１の平
行部全体の幅プロフィールが得られる。そして演算部４
５は前記幅プロフィールから引張試験片１の平行部の幅
の最小値を、絞り値として画像出力部４６に出力すると
ともに、アナログあるいはデイジタル信号を外部に出力
する。画像出力部４６は、画像受信部４１の生画像ある
いは画像バッファー４４の２値画像と絞り値を、文字デ
ータとしてモニタ出力する。設定部４７は、２値化処理
部４２への２値化しきい値の設定と、画像出力部４６へ
の生画像あるいは２値画像の出力切り替え設定と、引張
試験片１の伸び信号入力から、結果出力タイミングを決
定し、演算部４５に指令を与える。同期部４８は、画像
演算装置４の各部の処理が同期して動作するように、各
部に同一の同期信号を送るものである。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の引張試験
片の絞り測定方法及びその装置においては、引張試験中
の引張試験片の平行部のプロフィールから非接触で瞬時
に絞り位置が確実に特定でき、かつ精度良く絞り値が測
定できるので測定値の信頼性が高い。

【００２２】しかも本装置は静止状態で測定ができるの
で、引張試験の荷重、伸びの測定に影響を与えることは
ない。本装置に対し、引張試験機の制御信号で測定タイ
ミング等をコントロールすれば、絞り測定を含む試験作
業が全自動化できる。

【００２３】さらには、ランクフォード試験において、
評点間距離が２０％伸びた絞り測定のタイミングで引張
試験を停止させる必要がないので、従来ランクフォード
試験用の試験片と引張試験用の試験片を別々に作成して
いたのを、本装置を採用することによって共用すること
ができ、試験片の加工本数と試験本数を減らすことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】引張試験片の絞り測定装置の構成図である。

【図２】引張試験片の平行部に照射するレーザ光の照射
範囲を示す説明図である。

【図３】レーザ投光器の構造を示す説明図である。

【図４】レーザ光を３次元振動させ照射する過程を示す
説明図である。

【図５】ＣＣＤカメラの受光素子の受光状況を示す説明
図である。

【図６】受光素子のＹｊ方向の画素位置ＹｍにおけるＸ
ｉ方向の受光レベルを示す説明図である。

【図７】受光素子のＸｎ，Ｙｍの画素に着目した受光状
況を示す説明図である。

【図８】画像演算装置の機能構成を示す構成図である。

【図９】従来の絞り測定装置の説明図である。

【符号の説明】

１　　引張試験片 ２　　レーザ投光器 ３　　ＣＣＤカメラ ４　　画像演算装置 ２１　　レーザ発信器 ２２　　回転ミラー ２３　　回転ミラー ２４　　レンズ ４１　　画像受信部 ４２　　２値化処理部 ４３　　境界抽出部 ４４　　画像バッファー ４５　　演算部 ４６　　画像出力部 ４７　　設定部 ４８　　同期部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　引張試験中の引張試験片の絞りを測定
   する方法において、この引張試験片の平行部に平行部と
   直交する方向から試験片の長手方向および幅方向にスイ
   ープさせたレーザ光を照射し、この照射したレーザ光の
   うちの引張試験片を透過したレーザ光を、引張試験片を
   挟んでレーザ光を照射した側とは反対側に設けたＣＣＤ
   カメラで受光し、このＣＣＤカメラで受光した画素毎の
   輝度信号を画像演算処理装置に送り、この画像演算処理
   装置により引張試験片の絞り位置および絞りを演算する
   ことを特徴とする引張試験片の絞り測定方法。
2. 【請求項２】　　引張試験片の平行部に平行部と直交す
   る方向から試験片の長手方向および幅方向にスイープさ
   せたレーザ光を照射するレーザ光照射装置と、このレー
   ザ光照射装置により照射されたレーザ光のうちの引張試
   験片を透過したレーザ光を、引張試験片を挟んでレーザ
   光を照射した側とは反対側で受光するＣＣＤカメラと、
   このＣＣＤカメラで受光した画素毎の輝度信号を受け画
   像演算処理をする画像演算処理装置とからなることを特
   徴とする引張試験片の絞り測定装置。