(57)【要約】【課題】ランダムに発生する応力分布を的確に計測する。【解決手段】被計測物を撮影する赤外線カメラ１１と、赤外線カメラ１１で所定期間撮影した被計測物の温度画像データから一定期間の温度データを、一定の解析ステップずつ時間方向にずらして切り出して部分温度データを生成する（ステップＳ２５、Ｓ３５）。そして、部分温度データ毎に予め設定した参照信号を用いて同期検波処理を行い、同期検波処理後の部分温度データに基づき、一定期間毎の応力分布を検出する（ステップＳ２６、Ｓ３７）。【選択図】図５
2019158859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測物を撮影するカメラと、
当該カメラで所定期間撮影した前記被計測物の温度画像データから一定期間の温度データを、一定の解析ステップずつ時間方向にずらして切り出して部分温度データを生成する切り出し処理部と、
前記切り出し処理部で切り出した部分温度データ毎に参照信号を用いて同期検波処理を行い、当該同期検波処理後の解析結果に基づき、前記一定期間毎の温度変動の分布を検出する解析部と、を備えることを特徴とする温度分布計測装置。
【請求項２】
前記参照信号は、予め設定された解析周波数の正弦波信号及び余弦波信号のうちの少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１に記載の温度分布計測装置。
【請求項３】
前記参照信号は、前記温度データのうち前記カメラで撮影された前記被計測物の温度画像において予め設定された領域における、所定期間の温度データに基づくことを特徴とする請求項１に記載の温度分布計測装置。
【請求項４】
前記一定期間の期間幅と、前記解析ステップのステップ幅の少なくとも一方を設定するパラメータ設定部を備え、
前記切り出し処理部は、前記パラメータ設定部で設定された設定値を用いて前記部分温度データを生成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温度分布計測装置。
【請求項５】
前記解析周波数を設定する解析周波数設定部を備え、
前記解析部は、前記解析周波数設定部で設定された周波数の前記参照信号を用いて前記同期検波処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の温度分布計測装置。
【請求項６】
前記パラメータ設定部で設定された設定値を、前記被計測物と対応付けて記憶する記憶部を備え、
前記切り出し処理部は、前記記憶部に記憶されている被計測物について前記温度データから前記部分温度データを切り出すときには、前記記憶部に記憶されている前記設定値を用いて切り出すことを特徴とする請求項４に記載の温度分布計測装置。
【請求項７】
前記解析周波数設定部で設定された解析周波数設定値を、前記被計測物と対応付けて記憶する記憶部を備え、
前記解析部は、前記記憶部に記憶されている被計測物について前記同期検波処理を行うときには、前記記憶部に記憶されている前記解析周波数設定値を用いて同期検波処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の温度分布計測装置。
【請求項８】
前記解析部は、前記温度変動を応力変動に変換することで、前記温度変動の分布から応力変動の分布を計測するようになっている請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の温度分布計測装置。
【請求項９】
前記カメラで撮影した前記被計測物の温度画像データに対してバンドパスフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
当該フィルタ処理部での処理後の温度画像データで表される画像を、温度変動の分布を表す画像として表示装置に表示する表示処理部と、
前記解析部により前記温度変動の分布を検出する第一の検出処理と、前記フィルタ処理部で前記バンドパスフィルタ処理を行うことにより前記温度変動の分布を検出する第二の検出処理と、のうちのいずれかを選択する選択部と、
を備え、
前記選択部で選択された検出処理により前記温度変動の分布を検出することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の温度分布計測装置。
【請求項１０】
被計測物を撮影するカメラと、
当該カメラで撮影した前記被計測物の温度画像データに対してバンドパスフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
当該フィルタ処理部での処理後の温度画像データで表される画像を、温度変動の分布を表す画像として表示装置に表示する表示処理部と、
を備えることを特徴とする温度分布計測装置。
【請求項１１】
前記バンドパスフィルタ処理における中心周波数は選択可能であることを特徴する請求項９又は請求項１０に記載の温度分布計測装置。
【請求項１２】
前記フィルタ処理部は、前記カメラから前記温度画像データが入力される毎に前記バンドパスフィルタ処理を行い、
前記表示処理部は、前記フィルタ処理部で前記バンドパスフィルタ処理が行われる毎に、処理後の温度画像データで表される画像を表示することを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の温度分布計測装置。
【請求項１３】
前記フィルタ処理部は、ＩＩＲフィルタを用いて前記バンドパスフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項１２に記載の温度分布計測装置。
【請求項１４】
前記表示処理部は、前記温度変動を応力変動に変換することで、前記温度変動の分布から応力変動の分布を計測して表示するようになっている請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載の温度分布計測装置。
【請求項１５】
カメラにより所定期間被計測物を撮影した温度画像データから一定期間の温度データを時間方向に一定の解析ステップずつずらして切り出して部分温度データを生成し、
当該部分温度データ毎に参照信号を用いて同期検波処理を行い、
同期検波処理後の解析結果に基づき前記一定期間毎の温度変動の分布を検出することを特徴とする温度分布計測方法。
【請求項１６】
カメラにより被計測物を撮影した温度画像データに対してバンドパスフィルタ処理を行い、
バンドパスフィルタ処理後の温度画像データで表される画像を温度変動の分布を表す画像として表示することを特徴とする温度分布計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度分布計測装置及び温度分布計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の赤外線カメラの性能向上に伴い、温度分解能や画素分解能に優れた計測が高速で行われるようになってきている。これに伴い、物体の応力変動によって発生する微小な温度変動、すなわち、熱弾性効果によって発生する温度変動を高速で捉えることが可能となり、赤外線カメラを用いた応力分布の計測が、一般に適用されるようになってきている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照。）。
応力分布計測においては、温度画像の解析を行う際に、ロックイン処理を用いてノイズを除去して温度変動値を算出するロックイン解析法、あるいは、フーリエ変換処理を用いてノイズを除去して温度変動値を算出する方法（例えば、特許文献２参照）等が適用されている。
ここでロックイン解析法は、繰り返し応力の周波数に基づく同期検波処理を行うものであり、繰り返し応力の周波数とは無相関のノイズを抑えて、応力変動による温度変動値を算出することができる。さらに、求めた温度変動値に熱弾性係数を乗算し応力変動値に換算することで、繰り返し作用する応力に対する応力変動の幅を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６５２０６号公報
【特許文献２】特開２０１５−８７３７５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】阪上隆英、「赤外線サーモグラフィによる熱弾性応力測定」、溶接学会誌、２００３年９月５日、第７２巻、第６号、ｐ．５１１−５１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ロックイン解析法の適用は、繰り返し応力が作用するような系に限られる。例えば、疲労試験器での引張試験や、繰り返し振動を与えた場合や、回転機械が定常状態になったとき等に限られる。これらはいずれも積極的に応力を与えているか、或いは繰り返し応力の周波数が既知であって、絶えず同じレベルの応力が作用しており、ロックイン解析を行う際に必須の参照信号（応力の繰り返しの周波数）を得ることができる。このロックイン解析法により解析されるのは、測定区間における平均の応力変動となる。
【０００６】
ここで、プレス機械のように瞬間的な応力が発生する場合や、回転機械の起動・停止時の過渡状態で応力が発生する場合や、ロボットの動作時に発生する応力等、作用する応力のレベルが時系列で変化する場合にも、応力分布計測を行うニーズは多い。しかしながら、ロックイン解析法を用いた従来の応力分布計測は、測定区間の平均の応力変動を解析するものであり、時間と共にレベルが変化するような応力分布解析を行うことができない。また、ランダムに発生する応力の多くは偶発的に、あるいは受動的に発生するものであるため、ロックイン解析に必須の参照信号を得ることができないという問題がある。
本発明は、上記未解決の問題に着目してなされたものであり、ランダムに発生する温度変動分布を的確に解析することの可能な、温度分布計測装置及び温度分布計測方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、被計測物を撮影するカメラと、カメラで所定期間撮影した被計測物の時系列の温度データから一定期間の温度データを、一定の解析ステップずつ時間方向にずらして切り出して部分温度データを生成する切り出し処理部と、切り出し処理部で切り出した部分温度データ毎に参照信号を用いて同期検波処理を行い、同期検波処理後の解析結果に基づき、一定期間毎の温度変動の分布を検出する解析部と、を備える温度分布計測装置、が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、ランダムに発生する温度変動の分布を的確に解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る応力分布計測装置の一例を示す構成図である。
【図２】応力と温度との関係を説明するための説明図である。
【図３】切り出し窓幅及び解析ステップを説明するための説明図である。
【図４】応力分布計測時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】応力分布解析時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】応力分布解析の結果の一例を示す応力分布図の一例である。
【図７】切り出し窓幅の最適化を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第二実施形態にかかるリアルタイムロックイン法による処理時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第三実施形態に係る応力分布計測装置の一例を示す構成図である。
【図１０】応力分布の計測方法を説明するための説明図である。
【図１１】窓幅（時間分解能）と周波数分解能との関係を説明するための説明図である。
【図１２】応力分布解析の結果の一例を示す応力分布図の一例である。
【図１３】応力分布解析の結果の一例を示す応力分布図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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る。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。
まず、本発明の第一実施形態を説明する。
【００１１】
第一実施形態は、本発明に係る温度分布計測装置を、応力分布計測装置に適用したものである。なお、本発明の実施形態において、温度分布とは、温度変動の分布のことを言い、応力分布とは、温度変動と相関を持つ応力変動の分布のことをいう。ここでは、温度分布から応力分布を求める形態について説明するが、求める対象は応力分布に限らず、亀裂の検出や電子回路の異常の検出など、種々応用が可能である。
【００１２】
また、応力分布計測装置に含まれるカメラとしては赤外線カメラや可視カメラ等に特に限定されるものではないが、本発明においては赤外線カメラが好適に使用できる。赤外線カメラは常温での温度測定が可能であり、また測定できる温度範囲も広いからである。従って、以下では、カメラとして赤外線カメラを適用した場合について説明する。なお、可視カメラは赤外線カメラと比べて、小型で安価であり、撮影速度が速く、適用可能な望遠レンズや広角レンズ等の種類が豊富にある等といった特徴を有する。
【００１３】
図１は本発明の第一実施形態に係る応力分布計測装置の一例を示す構成図であって、応力分布計測装置は、応力分布計測時と応力分布解析時とで構成が異なる。応力分布計測時の応力分布計測装置１ａは、図１（ａ）に示すように、赤外線カメラ１１と、入力装置及び表示装置を有する温度画像データ取得装置１２と、赤外線カメラ１１からの温度画像データを格納するためのハードディスク等からなる記憶装置（特許請求の範囲の記憶部に対応）１３とを備える。応力分布計測装置１ａでは、予め設定した所定期間の間、予め設定した周期で赤外線カメラ１１によって被計測物を撮影し、温度画像データを取得する。赤外線カメラ１１の温度画像データは温度画像データ取得装置１２を介して時系列に記憶装置１３に格納される。
【００１４】
応力分布解析時の応力分布計測装置１ｂは、図１（ｂ）に示すように、記憶装置１３に格納された時系列の温度画像データをもとに応力分布解析を行う画像処理装置１６と、画像処理装置１６での応力分布解析に必要なデータベースが記憶されるハードディスク等からなる記憶装置１７（特許請求の範囲の記憶部に対応）と、を備える。画像処理装置１６は少なくとも表示装置とマウスやキーボード等の入力装置を備える。
なお、記憶装置１３と記憶装置１７とは共通の記憶装置で構成してもよい。
【００１５】
また、図１において、応力分布計測時と応力分布解析時とで温度画像データ取得装置１２と画像処理装置１６とは共通の装置であってもよい。つまり、応力分布計測時には、応力分布計測装置１ａを被計測物の近傍に配置する必要があるため、温度画像データ取得装置１２として、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ等の比較的軽量なプロセッサ等で構成すれば持ち運びが容易であり、また、赤外線カメラ１１の温度画像データを記憶装置１３に格納する機能があればよいので比較的簡易なプロセッサで実現することができる。温度画像データ取得装置１２と画像処理装置１６とを共通とすれば、応力分布計測時と応力分布解析時とで、温度画像データを移動させることなく計測から解析までの一連の処理を行うことができる。温度画像データ取得装置１２と画像処理装置１６との間で温度画像データを移動させる必要がない場合には、例えば画像処理装置１６の内蔵の記憶領域を記憶装置１３としてここに温度画像データを格納するようにしてもよい。
【００１６】
応力分布計測装置１ｂでは、画像処理装置１６が、記憶装置１３に格納された時系列の温度画像データ（以後、時系列温度データという）を読み出し、記憶装置１７に格納されたデータベースを利用して応力分布解析を行う。つまり、図２に示すように、被計測物の応力変動は（図２（ａ））、応力の熱弾性効果による温度変動に測定ノイズが重畳された温度変動として現れる（図２（ｂ））。そのため、時系列温度データの変動状況から、応力の変動状況を推測することができる。
【００１７】
画像処理装置１６は、図２（ｂ）に示すように、時系列温度データの一部を、一定の切り出し窓幅Δｔ１（特許請求の範囲に記載の一定期間に対応）の単位で切り出し、切り出した温度データを部分温度データとする。このとき、時系列温度データから部分温度データを切り出す位置は、図３に示すように一定の解析ステップずつずらすものとする。これにより、切り出し窓幅相当分の温度データからなる部分温度データが複数切り出される。なお、解析される応力変動に欠落が生じることを防ぐため、連続する部分温度データどうしは、温度データの一部が重なるように切り出されることが望ましい。画像処理装置１６は、切り出した部分温度データそれぞれに対し、ロックイン解析法を利用して応力分布解析を行う。
【００１８】
なお、切り出し窓幅とは、図３に示すように、部分温度データとして切り出す期間を規定するものであり、例えばΔｔ１期間分の温度データを抽出する場合には、Δｔ１が切り出し窓幅となる。また、解析ステップとは、図３に示すように、時系列温度データを抽出する際の切り出し窓のずれ量を表し、ずれ量がΔｔ２である場合には、Δｔ２ずつずれた時点における、Δｔ１期間分の温度データが抽出される。
画像処理装置１６は、切り出した部分温度データ毎にロックイン解析法を用いて応力分布解析を行い、解析結果を表示装置に表示する。
【００１９】
ここで、非定常の応力変動を対象とした場合、ロックイン解析に必須の参照信号を得ることができないという課題と、時間的に永続する正弦波信号及び余弦波信号を参照信号として適用することはできないという課題がある。
そのため、本実施形態においては、前者の課題に対しては、画像処理装置１６では、ユーザによる入力装置での操作により設定された、周波数固定ロックイン法と自己相関ロックイン法とのいずれかの方法を用いて参照信号を作成し、作成した参照信号を用いてロックイン処理を行うことで対応する。
【００２０】
また、後者の課題に対しては、短時間に切り出した参照信号を用いることで対応する。
周波数固定ロックイン法とは、周波数一定の正弦波信号と余弦波信号とを参照信号として用いる方法であり、特定周波数でのフーリエ変換と同一の処理である。つまり、正弦波によるサイン変換と余弦波によるコサイン変換により、振幅値から応力変動幅を、位相値から応力変動の正負を解析するものである。被計測物に生じる応力変動が正弦波状でありその変動周期が一定と予測されるときに有効な方法である。周波数固定ロックイン法は、後述の自己相関ロックイン法のように参照エリアを設定する必要がない、参照信号にノイズが含まれない、応力変動の位相（正負）を判断することができる、応力変動の位相の異なる部材が混在していても解析できる、等の利点があるが、同一の被計測物において部位ごとの応力変動の周波数が大きく異ならないこと、応力変動が正弦波状であること、等が求められる。
【００２１】
なお、参照信号の周波数を固定して、短時間に切り出した時間領域の応力分布を評価する方法は、時間−応力解析法とも言え、周波数解析法であるフーリエ変換に対し、時間−周波数解析を行う短時間フーリエ変換法（ＳＴＦＴ）のアナロジーと捉えることもできる。
ただし、短時間フーリエ変換の場合には、基本的に周波数情報を取り出すことを目的とするため、複数の周波数の基底関数を用いて変換することが必要であったり、窓関数により短時間に切り出した基底関数が広がりを持つ周波数特性が問題となったりする。つまり、窓幅を狭めることで時間分解能を高めた分、周波数分解能が低下する。しかしながら、周波数固定ロックイン法は、非定常の温度変化、又は非定常の応力変化を計測するという点では、後述の図１１に示すように、周波数分解能の低下に伴い広がりを持つ周波数特性が逆に有利に働き、厳密に決定しなくても一つの周波数で解析が可能になるという特徴がある。
【００２２】
一方、自己相関ロックイン法とは、時系列温度データのうち、ユーザによる入力装置での操作により設定された画素範囲の温度データを参照信号としてロックイン処理を行う方法である。自己相関ロックイン法は、実際の測定データを参照信号として利用するため、最適なフィルタとも言えるが、例えば温度変動に伴う応力変動領域が狭い場合、或いは温度変動の値が小さい場合、さらに温度変動の位相が反転した領域が混在する等がある場合には、適切な参照エリアを設定することが困難となり、ロックイン解析を行うことができない。また、位相を算出することができないため、引張、圧縮等の応力の正負の判断はできない。
記憶装置１７に格納されているデータベースは、例えば表１に示すように、測定対象である被計測物を特定する情報と、測定対象毎の切り出し窓幅、解析ステップ及び解析周波数等を含む。
【００２３】
【表１】
2019158859.tif 000003
【００２４】
このデータベースは、測定対象の被計測物に対して応力分布解析を行ったときに、新規登録または更新設定される。
画像処理装置１６では、被計測物がデータベースに登録されている場合には、登録された切り出し窓幅、解析ステップ、解析周波数を用いて応力分布解析を行う。また、被計測物がデータベースに登録されていないとき、また、ユーザの操作により入力装置からこれらパラメータの値が入力設定されたときには、設定された各種パラメータ値を用いて応力分布解析を行う。
【００２５】
図４は、応力分布計測時の応力分布計測装置１ａで実行される処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
応力分布計測装置１ａでは、赤外線カメラ１１により予め設定されたフレームレートで被計測物を撮影し（ステップＳ１）、温度画像データ取得装置１２は、赤外線カメラ１１で撮影した温度画像データを記憶装置１３に時系列に格納する（ステップＳ２）。
【００２６】
図５は、応力分布解析時の応力分布計測装置１ｂで実行される処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
画像処理装置１６は、記憶装置１３に格納された時系列温度データを読み込み（ステップＳ１１）、画像処理装置１６の入力装置により、ロックイン解析法として周波数固定ロックイン法と自己相関ロックイン法のいずれかが設定されると（ステップＳ１２）、周波数固定ロックイン法が設定されたときにはステップＳ２１に移行し、自己相関ロックイン法が設定されたときにはステップＳ３１に移行する。
【００２７】
そして、周波数固定ロックイン法が設定された後、入力装置により被計測物を特定する情報が設定されると（ステップＳ２１）、画像処理装置１６は、設定された被計測物が記憶装置１３のデータベースに登録されていれば（ステップＳ２２）、対応する、切り出し窓幅、解析ステップ及び解析周波数を読み出し、これらを応力分布解析用のパラメータ値として設定する（ステップＳ２３）。
一方、被計測物がデータベースに登録されていなければ（ステップＳ２２）、画像処理装置１６は、入力装置により設定された切り出し窓幅、解析ステップ及び解析周波数を、応力分布解析用のパラメータ値として設定する（ステップＳ２４  特許請求の範囲のパラメータ設定部、解析周波数設定部に対応）。なお、ここでいう応力分布解析用のパラメータ値は、後述するように、実際には温度分布解析用のパラメータ値である。
【００２８】
次いで、画像処理装置１６は、ステップＳ２３またはステップＳ２４で設定された切り出し窓幅と解析ステップで、時系列温度データから部分温度データを切り出す（ステップＳ２５  特許請求の範囲に記載の切り出し処理部に対応）。
そして、切り出した部分温度データそれぞれについて周波数固定ロックイン法を用いて解析を行い、温度変動分布の振幅及び位相を求める。そして、求めた温度変動分布の振幅に熱弾性係数を乗算することで、応力変動分布の振幅に換算し、これによって温度変動分布を応力変動分布に変換する。応力変動の正負は、位相によって判断する（ステップＳ２６  特許請求の範囲に記載の解析部に対応）。具体的には、温度分布解析用のパラメータ値として設定された解析周波数の正弦波信号と余弦波信号とを参照信号として、切り出した部分温度データ信号との同期検波処理を行う。このとき、入力装置からパラメータ値が再度設定されたならばステップＳ２４からステップＳ２６の処理を再度行い、例えば確定操作が行われたとき、このときのパラメータ値を応力分布解析用のパラメータ値としてデータベースに記憶する。さらに、部分温度データ毎の周波数固定ロックイン法による温度分布解析結果について、振幅を温度変動値とし、位相から温度変動の正負を判断する。
【００２９】
なお、ここでは、正弦波信号と余弦波信号とを参照信号として同期検波処理を行っているが、正弦波信号及び余弦波信号のうちのいずれか一方のみを参照信号として同期検波処理を行ってもよい。
そして、記憶した温度分布解析用のパラメータ値を用いて、一つの画素の温度分布解析を行い、温度分布解析の結果、つまり、温度変動分布に基づき応力変動分布を取得し、一つの画素に対する応力分布解析が終了したならば、次の画素について同様に処理を行う。そして、全ての画素について応力分布解析を行ったならば、次の部分温度データについて同様に応力分布解析を行い。全ての部分温度データについて応力分布解析を行ったならば、ステップＳ２７に移行し、解析結果の表示処理を行う。
【００３０】
一方、ステップＳ１２で、解析法として自己相関ロックイン法が選択された後、入力装置により被計測物を特定する情報が設定されると（ステップＳ３１）、画像処理装置１６は、設定された被計測物が記憶装置１３のデータベースに登録されていれば（ステップＳ３２）、対応するパラメータ、つまり、切り出し窓幅及び解析ステップを読み出し、読み出した切り出し窓幅、解析ステップを、応力分布解析用のパラメータ値、つまり、温度分布解析用のパラメータ値として設定する（ステップＳ３３）。
一方、被計測物がデータベースに登録されていなければ（ステップＳ３２）、画像処理装置１６は、入力装置により設定された切り出し窓幅及び解析ステップを、応力分布解析用のパラメータ値、つまり、温度分布解析用のパラメータ値として設定する（ステップＳ３４  特許請求の範囲のパラメータ設定部に対応）。
【００３１】
次いで、画像処理装置１６は、ステップＳ３３またはステップＳ３４で設定された切り出し窓幅と解析ステップで、時系列温度データから部分温度データを切り出す（ステップＳ３５  特許請求の範囲に記載の切り出し処理部に対応）。
そして、部分温度データ毎に、ロックイン処理において参照信号として用いる温度データを設定する（ステップＳ３６）。すなわち、部分温度データ内の任意領域（以後、参照エリアともいう。）の温度変化を求め、参照エリア内画素の平均の温度変化を正規化することで参照信号とする。参照信号は部分温度データごとに求めるが、参照エリアは同一の領域とする。有効な参照信号を得るためには、応力が集中している領域を参照エリアとすることが望ましい。
【００３２】
そして、切り出した部分温度データそれぞれについて参照エリアの温度データからなる参照信号を用いて応力分布解析を行う（ステップＳ３７  特許請求の範囲に記載の解析部に対応）。
具体的には、参照エリア内の温度データから求めた参照信号に基づき、切り出した部分温度データ信号との同期検波処理を行う。このとき、入力装置から応力分布解析用のパラメータ値が再度設定されたならばステップＳ３４からステップＳ３７の処理を再度行う。また、参照エリアが再度設定されたならば、ステップＳ３５からステップＳ３７の処理を再度行う。そして、例えば確定操作が行われたとき、このときの切り出し窓幅及び解析ステップの値を応力分布解析用のパラメータ値として被計測物と対応付けてデータベースに記憶する。さらに、部分温度データ毎の同期検波処理結果を応力変動値とする。
【００３３】
そして、記憶した応力分布解析用のパラメータ値を用いて、上記と同様に温度分布解析を行い、温度分布解析により得られた温度分布を応力分布に変換し、一つの画素について応力分布解析を行ったならば、次の画素について同様に処理を行う。そして、全ての画素について応力分布解析を行ったならば、次の部分温度データについて同様に応力分布解析を行う。そして、全ての部分温度データについて応力分布解析を行ったならば、ステップＳ２７に移行し、解析結果の表示処理を行う。
ステップＳ２７の解析結果の表示処理は、例えば、図６に示すように、赤外線カメラ１１による温度画像における各画素について同一時点における部分温度データから得た、各画素の応力変動値からなる応力変動値画像を、応力変動値の大きさに応じて表示形態を変える等して、応力分布を表す解析結果として表示装置に表示する。図６に示すように、各部分温度データから得た応力変動値画像を時系列に表示することによって、応力変化の有無や、応力変化が生じている箇所、及び応力値の大きさを検出することができる。なお、図６は、被計測物としての鉄板に、負荷として鉄球を落下させた場合の応力分布の一例を示す。
【００３４】
次に、第一実施形態の動作の一例を説明する。
まず、応力分布計測装置１ａにより、被計測物の温度画像データを取得する。ユーザは、被計測物の応力分布計測の対象領域が視野内に含まれるように、赤外線カメラ１１を固定する。そして、赤外線カメラ１１により予め設定したフレームレートで所定期間継続して撮影を行い、所定期間分の温度画像データを得る。この温度画像データは温度画像データ取得装置１２を介して記憶装置１３に時系列に格納される。
ユーザは少なくとも記憶装置１３を、応力分布計測装置１ｂが設置されている場所に持ち帰り、応力分布計測装置１ｂにより解析を行う。まず、記憶装置１３の時系列の温度画像データを画像処理装置１６に取り込む。
【００３５】
次に、ユーザは、周波数固定ロックイン法と自己相関ロックイン法とのいずれの解析法で解析を行うかを設定する。
周波数固定ロックイン法の場合には、ユーザは被計測物を特定する情報を入力し、初めて解析を行う被計測物であるものとすると、切り出し窓幅、解析ステップ、解析周波数を入力設定する。
画像処理装置１６は、記憶装置１３から温度画像データを読み込むと、設定された解析ステップだけ切り出し領域をずらしながら、設定された切り出し窓幅で切り出して、部分温度データを得る。
そして、設定された解析周波数を参照信号として部分温度データの同期検波処理を行う。ここで、解析周波数や、切り出し窓幅、解析ステップを調整する。
【００３６】
つまり、瞬間的に発生する応力を解析するためには、図７（ａ）に示すように、発生する応力の出現時間と同等程度の切り出し窓幅で部分温度データを切り出すことが好ましい。すなわち、図７（ｂ）に示すように、応力の出現時間に比較して切り出し窓幅が広すぎると、応力が生じていない時間領域も同時に解析することになり、この応力が生じていない時間領域も解析結果として足し合わされて応力値が低く見積もられることから、応力の発生を見逃す可能性がある。逆に図７（ｃ）に示すように、応力の出現時間に対して切り出し窓幅が狭すぎると解析のためのデータ数が少ないため、ノイズが重畳すること、また、発生している応力の一部のみを解析することになることにより応力値が低く見積もられるため、応力の発生を見逃す可能性がある。そのため、発生する応力の出現時間と同等程度の切り出し窓幅で部分温度データを切り出すことができるように、各種パラメータを探索する。
【００３７】
そして、良好な部分温度データを切り出すことができたとみなすことができるときの各種パラメータを用いて得た応力変動値からなる応力変動値画像を、解析結果として表示する。また、良好な部分温度データを切り出すことができたときの解析周波数、切り出し窓幅、及び解析ステップの各種パラメータ値を、被計測物と対応付けてデータベースに新規に登録または更新記憶する。
この被計測物に対して、別の時点で取得した温度画像データに対して応力分布解析を行う場合には、データベースに記憶されている被計測物のパラメータを読み出し、読み出した切り出し窓幅、解析ステップで温度画像データから検出した時系列温度データから部分温度データを切り出し、部分温度データに対して読み出した解析周波数を用いて応力分布解析を行い、得られた解析画像を表示する。
【００３８】
ここで、同一の被計測物に生じる応力変動の周波数は、同等程度となる傾向にある。したがって、データベースに格納されたパラメータを利用することによって、良好な部分温度データを切り出すことのできる各種パラメータの調整に要する処理時間を短縮することができる。
一方、参照エリアの測定温度そのものを参照信号とするときには、ユーザは、解析法として自己相関ロックイン法を指定し、被計測物を特定する情報を入力し、初めて解析を行う被計測物である場合は、切り出し窓幅、解析ステップを設定する。
【００３９】
画像処理装置１６は、記憶装置１３から読み出した温度画像データから指定された切り出し窓幅及び解析ステップで切り出し、部分温度データとする。
そして、ユーザによって設定される参照エリアの温度データをもとに参照信号を作成し、部分温度データ毎に参照信号と部分温度データとの同期検波処理を行う。この場合も、切り出し窓幅、解析ステップを調整し、良好な部分温度データを切り出すことの可能なパラメータを探索する。そして、良好な部分温度データを切り出すことができたとみなすことができるときの、部分温度データを用いて、応力分布解析を行い、解析画像を表示装置に表示する。
【００４０】
このように、上記第一実施形態では、時系列温度データを切り出し窓単位で切り出し、その切り出した窓を時間方向にずらしながらロックイン解析を行うようにしているため、ランダムに発生する応力分布を精度よく検出することができる。また、切り出し窓幅及び解析ステップ、また解析周波数を、調整可能に構成しているため、良好な解析結果、すなわち、応力変動（温度変動）が得られるような切り出し窓幅及び解析ステップ、また解析周波数を探索し、探索した値を用いて応力分布解析を行うため、より精度よく、応力分布解析を行うことができる。
【００４１】
また、一連の部分温度データの解析画像において、応力が最大となる切り出し時刻を解析することにより、衝撃的な応力が発生した時間を検出することができる。
なお、上記第一実施形態において、衝撃的な応力を検出対象とする場合には、その衝撃応力によって測定対象物の位置が、赤外線カメラ１１の視野からぶれる可能性がある。そのため、より精度の高い応力分布解析を行うためには、応力分布解析を行う前に、位置ぶれを補正するようにしてもよい。
また、上記第一実施形態において、例えば、損傷検出時等、応力変動の有無を検知する目的であれば、切り出した部分温度データ全てに対して応力分布解析を行わずとも、何れかの時点の部分温度データにおいて、しきい値以上の温度差が得られた時点で、損傷ありと判断するようにしてもよい。また、複数又は一つの部分温度データにおいて、しきい値以上の温度差が複数回得られた時点で損傷ありと判断するようにしてもよい。
【００４２】
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
第二実施形態に係る応力分布計測装置は、図１に示す応力計測時の応力分布計測装置１ａにおいて、応力計測時の処理手順が異なる。また、応力分布計測装置１ａにおいて、温度画像データ取得装置１２は、マウスやキーボード等の入力装置を備える。
第一実施形態に係る応力分布計測装置では、赤外線カメラ１１により温度画像データを取得して記憶装置１３に時系列に格納し、記憶装置１３に格納した時系列の温度画像データをもとに、応力分布解析時の応力分布計測装置１ｂで、応力分布の解析を行っている。この第一実施形態に係る応力分布の計測方法を「通常ロックイン法」と呼ぶこととし、リアルタイムで応力分布を取得する計測方法を「リアルタイムロックイン法」と呼ぶこととすると、第二実施形態に係る応力分布計測装置では、応力分布の計測を、通常ロックイン法と、リアルタイムで応力分布を取得するリアルタイムロックイン法とのいずれかの方法で計測できるようになっている。
【００４３】
第一実施形態で説明したように、通常ロックイン法では、解析の時間幅を狭め、少しずつ時間方向に切り出しながら解析するようにしている。そのため、演算量が膨大となり処理時間を要する。第一実施形態では、例えば、ハードディスク（ＨＤＤ）等の記憶装置１３に、赤外線カメラ１１により取得した温度画像データを格納し、その後改めて温度画像データを読み出して解析している。つまり、解析結果が得られるまでに時間がかかり、温度変動に与える様々な要因を特定するのに時間を要する。
そこで、リアルタイムロックイン法では、同期検波処理を行う代りに、デジタルフィルタとしてバンドパスフィルタ処理を行うことで、処理時間の短縮を図り、リアルタイムでの応力変動解析を可能にしている。バンドパスフィルタとしては、ＩＩＲ(Infinite Impulse Response)フィルタを用いる。さらに、予め温度変動に同期した外部信号を測定し、瞬時周波数を求めることで、バンドパスフィルタのパラメータの最適化を図る。
【００４４】
例えば、応力分布の測定を行う場合、通常ロックイン法では、赤外線カメラで１秒間に１００枚程度のレートで計測する必要がある。つまり、温度画像データを１秒間に０．０１秒毎に取得する必要がある。例えば応力変動している期間が３秒程度であるとすると、ロックイン解析法を用いて解析を行うためには、同じく３秒程度で切り出しながら解析する必要がある。つまり、３００枚程度の連続する温度画像データを解析する必要がある。例えば、６４０×５１２画素の赤外線カメラを用いた場合、演算時間に約０．７秒を要することになり、実時間での処理は困難である。また、一旦温度画像データを記憶装置に記憶した後に、記憶した温度画像データを用いて演算するにしても、６０秒間の温度画像データとした場合、６０×１００×０．７＝４２００秒、つまり、約７０分かかることになる。
【００４５】
一方、バンドパスフィルタとしてＩＩＲフィルタの一つである双二次フィルタを用いた場合には、５枚の温度画像データを用いれば、簡易的ではあるが応力変動画像を得ることができる。つまり、演算時間は、単純には１／６０以下となる（実際には０．００３秒）。
したがって、温度画像データの取得間隔を０．０１秒とすると、温度画像データの取得間隔のタイミングで温度画像データから応力変動画像を十分得ることができる。そのため、温度画像データとともに応力変動画像を同時にリアルタイムで表示することが可能になる。
【００４６】
バンドパスフィルタとして双二次フィルタを用いた場合、フィルタ係数は次式（１）に示すように表すことができる。
ａ０＝１＋α
ａ１＝−２×ｃｏｓ（ω）
ａ２＝１−α
ｂ０＝α
ｂ１＝０
ｂ２＝−α
なお、ω＝２．０×π×中心周波数／サンプリングレート
α
＝ｓｉｎ（ω）×ｓｉｎｈ｛（ｌｏｇ（２）／２）×帯域幅×ω／ｓｉｎ（ω）｝
……（１）
【００４７】
上記式（１）に示すフィルタ係数を用いたバンドパスフィルタ処理は、次式（２）に示す通りとなる。つまり、応力変動を表す出力画像を得るためには、５枚の温度画像で実現することができる。
出力画像＝（ｂ０／ａ０）×入力画像
＋（ｂ１／ａ０）×１つ前の入力画像
＋（ｂ２／ａ０）×２つ前の入力画像
−（ａ１／ａ０）×１つ前の出力画像
−（ａ２／ａ０）×２つ前の出力画像
……（２）
【００４８】
なお、デジタルフィルタには、大きく分けてＩＩＲフィルタとＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタとがあるが、ＩＩＲフィルタの方がより少ないタップ（画像数）でフィルタを構成することができるため、演算時間も短くてすみ、実時間での処理に有利である。
このように、リアルタイムロックイン法を用いることで、簡易的な応力変動画像を得ることができる。
そこで、第二実施形態に係る応力分布計測装置では、応力分布の計測を、通常ロックイン法と、リアルタイムロックイン法とのいずれの方法で行うかを選択可能に構成し、簡易的ではあるがリアルタイムでの応力分布の計測と、リアルタイムでの演算処理は困難ではあるがより詳細な応力分布を得ることのできる通常ロックイン法を用いた応力分布の計測とを、切り替え可能としている。
【００４９】
図８は、第二実施形態に係る応力計測時の応力分布計測装置１ａにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。
なお、ここでは、測定対象の被計測物として、橋梁に適用した場合について説明するが、橋梁に限るものではない。
応力分布計測装置１ａでは、温度画像データ取得装置１２の入力装置により、ロックイン解析法として通常ロックイン法とリアルタイムロックイン法とのいずれかが設定されると（ステップＳ４１  特許請求の範囲に記載の選択部に対応）、通常ロックイン法が設定されたときには、ステップＳ４２に移行し、図４に示す第一実施形態に係る応力計測時の処理手順と同様の処理を行い、通常ロックイン法による計測処理を行って温度画像データを記憶装置１３に格納する。
【００５０】
一方、ロックイン解析法としてリアルタイムロックイン法が設定されたときには、ステップＳ５１に移行する。そして、温度画像データ取得装置１２の入力装置により、橋梁支間長として「長い」と「短い」とのいずれかが設定されると、「長い」が設定されたときには、ステップＳ５２に移行して、バンドパスフィルタの中心周波数を０．３Ｈｚとする。一方、「短い」が設定されたときには、バンドパスフィルタの中心周波数を０．４Ｈｚとする。なお、中心周波数は、予め温度変動に同期した外部信号を測定しておき、瞬時周波数を求めることで、これに基づき、橋梁支間長が長いか短いかに応じて設定している。
【００５１】
ステップＳ５２又はステップＳ５３でバンドパスフィルタの中心周波数を設定したならばステップＳ５４に移行し、応力分布計測装置１ａでは、予め設定されたフレームレートで赤外線カメラ１１により被計測物を撮影する（ステップＳ５４）。温度画像データ取得装置１２は、赤外線カメラ１１で撮影した温度画像データを読み込み、ステップＳ５２又はステップＳ５３で設定された中心周波数を有し、中心周波数を中心として予め設定した帯域幅の通過帯域を有する、ＩＩＲフィルタを用いてフィルタ処理を行う（ステップＳ５５  特許請求の範囲に記載のフィルタ処理部に対応）。そして、ステップＳ５６に移行し、フィルタ処理後の温度画像データを、応力変動画像に変換し、温度画像データ取得装置１２の表示装置に表示する（特許請求の範囲に記載の表示処理部に対応）。なお、温度画像データ取得装置１２は、赤外線カメラ１１からの温度画像データを読み込むと共に、この温度画像データを記憶装置１３に時系列に格納するようにしてもよい。
【００５２】
なお、バンドパスフィルタの中心周波数や、帯域幅は、計測対象（ここでは橋梁）において亀裂等異常が生じたときに生じる温度変動の周波数に応じて設定すればよい。また、サンプリングレートは、温度変動の周波数、赤外線カメラ１１の仕様や温度画像データ取得装置１２の処理性能に応じて設定すればよい。橋梁の場合、橋梁の形式によって温度変動の周波数が異なり、橋梁支間長に応じて温度変動の周波数が異なるため、例えば橋梁支間長が「長い」場合と「短い」場合とで中心周波数を異ならせており、橋梁支間長が「長い」場合には中心周波数を０．３Ｈｚとし、「短い」場合には中心周波数を０．４Ｈｚとしている。
【００５３】
なお、ここでは、中心周波数を２段階とし、また、帯域幅や各種パラメータを固定としているが、固定でなくともよい。例えば、段階的に複数切替可能に構成してもよく、また、自動又は手動によってスイープさせるようにしてもよい。このようにスイープさせることで、中心周波数等といった各種パラメータを、その場で調整し最適な値に設定することができる。
このように、上記第二実施形態では、ロックイン解析法として、通常ロックイン法とリアルタイムロックイン法とをユーザが選択できるようになっている。そのため、例えば、被計測物が橋梁等、足場の悪い場所である場合等には、リアルタイムロックイン法を選択することによって、温度画像データを取得しつつその場で、応力変動画像を表示することができる。そのため、被計測物に亀裂等が生じているか否かをその場で判定することができ、使い勝手を向上させることができる。
【００５４】
次に、本発明の第三実施形態を説明する。
第三実施形態に係る応力分布計測装置は、第二実施形態において、ロックイン解析法としてリアルタイムロックイン法のみを備えたものである。この場合には、赤外線カメラ１１から入力される温度画像データを記憶しなくともよいため、図９に示すように、応力分布計測装置２１は、赤外線カメラ１１と、赤外線カメラ１１からの温度画像データの取得及びフィルタ処理を行う演算処理装置２２と、を備えていればよい。なお、図９は、試験片２３を被計測物とした場合を示している。
【００５５】
また、演算処理装置２２として、携帯型のパーソナルコンピュータ等、簡易なパーソナルコンピュータを適用した場合であっても、リアルタイムで応力変動画像を表示することができ、使い勝手を向上させることができる。
なお、上記第二及び第三実施形態において、リアルタイムロックイン法では、リアルタイムで応力変動画像を取得するようにしているが、所定時間分の連続した温度画像データを一旦記憶装置に格納し、記憶装置に格納した連続した温度画像データに対してバンドパスフィルタ処理を行うことによって、簡易的な応力変動画像を取得するようにしてもよい。
また、上記各実施形態においては、被計測物として例えば、橋梁やクレーンやアンローダ等の大型の荷役機械等に適用することが可能である。
【実施例】
【００５６】
次に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の第一実施形態に係る応力分布計測装置１ａを用いて、応力分布を計測した。ここでは、図１０に示すように、被計測物として鉄板Ｌを用い、この鉄板Ｌに負荷として鉄球Ｍを落下させることで衝撃応力を発生させた。
鉄板Ｌの大きさは、７００ｍｍ×１００ｍｍ、厚みは１ｍｍとし、反射の影響を軽減するため、黒色スプレーで黒体化処理を施して赤外線放射率を向上させた。
【００５７】
また、鉄板Ｌの四隅には赤外線反射テープを貼付し、位置補正演算の際の目印とした。
鉄球Ｍは直径３０ｍｍであり、電磁石Ｎで高さ２００ｍｍの位置に保持しており、電磁石ＮをＯＦＦとすることで鉄球Ｍを鉄板Ｌに自由落下させた。
そして、赤外線カメラ１１により、鉄板Ｌの、鉄球Ｍの落下する面とは逆側の面を撮影した。赤外線カメラ１１は、鉄球Ｍの落下位置が、温度画像のほぼ中央部となるように配置した。
また、赤外線カメラ１１は、冷却型（素子ＩｎＳｂ）を用いた。赤外線カメラ１１の温度画像の画素数は、６４０×５１２画素である。
【００５８】
撮影フレームレートは３５３Ｈｚとし、衝撃応力を捉えるために高速撮影を行った。露光時間は２０００μｓｅｃ．、データ点数は３０００点、測定時間は約８．５秒であった。
そして、図１０に示す鉄球Ｍを落下させたときの温度画像データを記憶装置１３（図示せず）に時系列に記憶し、次に、応力分布計測装置１ｂにより応力分布解析を行った。
なお、位置補正演算は、基準となる画像に対する四隅に貼った反射テープ位置のずれ量を、画像相関演算によって求めることで行った。
【００５９】
まず、自己相関ロックイン法により応力分布解析を行った。自己相関ロックイン法は、温度画像内の任意領域（参照エリア）の温度変化を求め、これを参照信号としてロックイン解析を行う方法である。
切り出しの窓幅は約３１msec（１２フレーム）とした。自己相関の参照エリアは矩形とし、鉄球Ｍの落下位置である画像の中央部（Ｘ方向：２７６画素以上４２２画素以下、Ｙ方向：２１３画素以上３３７画素以下）に設定した。切り出し窓の解析ステップは１フレーム毎（２．８msec）とした。
【００６０】
図６に、解析結果を表す応力変動画像を示す。図６に示すように、応力変動画像の中央部の鉄球Ｍの衝突位置で、応力変動が大きいと解析されていることがわかる。
次に、周波数固定ロックイン法を適用した。周波数固定ロックイン法は、ロックイン解析の参照信号の周波数を予め決めておく方法である。
切り出しの窓幅は約３１ｍｓｅｃ（１２点）とし、解析の周波数は約２２Ｈｚ（約４５msec、１７フレーム）とした。切り出し窓の解析ステップは１フレーム毎（２．８msec）とした。
【００６１】
本発明においては、連続する温度画像を短時間の切り出し窓で切り出して解析するため、時間分解能は高くなる反面周波数分解能は低くなる。したがって、解析結果に及ぼす周波数の影響は小さい。そのため、解析の周波数の選定にそれほど注意する必要はない。解析の周期（周波数の逆数）が、切り出しの窓幅と同程度か、それよりもやや大きいぐらいが適当である。つまり、周波数特性に広がりを持つため、解析の周波数を厳密に設定しなくとも、一つの周波数で解析を行うことができる。
すなわち、窓幅（時間分解能）と周波数分解能とは相反する関係にあり、一方を向上させようとすると、他方が低下する。つまり、時間分解能を向上させると（窓幅を狭めると）周波数分解能が低下し、時間分解能を低下させると（窓幅を広げると）、周波数分解能が向上する。
【００６２】
この様子を図１１に示す。図１１は、サンプリング周波数を３１ｍｓｅｃとし、１Ｈｚの信号に対して切り出しの窓の幅を変化させて周波数解析した例である。図１１において、横軸は周波数Ｈｚ、縦軸は振幅である。図１１において特性線Ｌ１は、窓幅を４０９６点とした場合、特性線Ｌ２は、窓幅を５１２点とした場合、特性線Ｌ３は、窓幅を６４点とした場合を示す。なお、窓幅が例えば６４点とは、３１ｍｓｅｃのサンプリング周期で、６４枚の連続する温度画像を切り出して、周波数解析の対象とすることを意味する。
【００６３】
特性線Ｌ１に示すように窓幅が広い４０９６点では１Ｈｚ近傍の周波数の信号にしか感度を持たないが、特性線Ｌ３に示すように窓幅が狭い６４点では０.５〜１.５Ｈｚの範囲に感度を持ち、窓幅が５１２点では特性線Ｌ２に示すように窓幅が広い４０９６点での感度よりも周波数の範囲が広い１Ｈｚ前後に感度を持つことがわかる。したがって、窓幅が広い４０９６点では、少しの周波数の誤差であっても解析が行えないが、窓幅が狭い６４点ではある程度の周波数の誤差も許容される。
周波数固定ロックイン法を用いた場合も、自己相関ロックイン法を適用した場合と同様に、応力変動画像の中央部の鉄球Ｍの衝突位置で、応力変動が大きいと解析されていることが確認できた。
【００６４】
自己相関ロックイン法と比較して、周波数固定ロックイン法の利点は以下のとおりである。
第一に、自己相関ロックイン法では参照エリアとの相関演算に基づくため、作用する応力の正負を判断できないが、周波数固定ロックイン法では、作用する応力の正負が解析できる。そのため、周波数固定ロックイン法では、鉄板Ｌ全体に作用する応力を正しく評価することができる。
第二に、自己相関ロックイン法では、応力が作用するエリアが狭い場合や、応力の位相が反転するエリアが隣接する場合（引張と圧縮の作用するエリアが隣接する場合）、参照エリアを適切に設定しないと有効にロックイン演算が行えないことがある。
【００６５】
［実施例２］
次に、本発明の第三実施形態に係る応力分布計測装置２１を用いて、応力分布を計測した。
ここでは、図９に示すように、被計測物として疲労亀裂つき試験片２３を用い、疲労試験器２４により、試験片２３を繰り返し３点曲げすることで、亀裂先端部に応力を発生させ、応力変動に伴う温度変動を測定した。
試験片２３は、ＳＳ材であり、大きさは５５ｍｍ×１２ｍｍ、厚みは６ｍｍとした。反射の影響を軽減するため、黒色スプレーで黒体化処理を施して赤外線放射率を向上させた。
【００６６】
赤外線カメラ１１には、冷却型（素子ＩｎＳｂ）を用いた。赤外線カメラ１１の温度画像の画素数は、６４０×５１２画素である。
撮影フレームレートは９７Ｈｚとし、露光時間は２０００μｓｅｃ．とした。
試験片２３へ、繰り返し周波数０．３Ｈｚで、１５００ｋＮの荷重を与えた。３点曲げの支点のスパンは５０ｍｍとした。
バンドパスフィルタには、ＩＩＲフィルタの一種である双二次フィルタを用いた。フィルタ係数は（１）式に示す通りであり、バンドパスフィルタのフィルタ処理は（２）式に示す通りである。なお、中心周波数（カットオフ周波数）は０．３Ｈｚ、サンプリングレートは９７Ｈｚ、帯域幅は中心周波数を中心として２Ｈｚとした。
【００６７】
リアルタイムロックイン法により解析処理を行うことにより得られる応力変動画像の一例を図１２及び図１３に示す。図１２（ａ）は圧縮時の、赤外線カメラ１１から得られる温度画像、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の温度画像をバンドパスフィルタ処理して得た、圧縮時の応力変動画像である。図１３（ａ）は引っ張り時の、赤外線カメラ１１から得られる温度画像、図１３（ｂ)は、図１３（ａ）の温度画像をバンドパスフィルタ処理して得た、引っ張り時の応力変動画像である。
図１２（ｂ）は亀裂先端が圧縮されている時、つまり試験器の荷重は除荷側であるときの応力変動画像であり、亀裂先端で温度が増加していることがわかる。図１３（ｂ）は亀裂先端が引っ張り状態である時、つまり試験器の荷重は負荷側であるときの応力変動画像であり、亀裂先端で温度が低下していることがわかる。
【００６８】
これに対し、図１２（ａ）及び図１３（ａ）に示すように、亀裂先端が圧縮されている時及び引っ張り状態である時のいずれも温度画像は同等程度である。したがって、図１２（ａ）、図１３（ａ）に示す温度画像だけでは温度変動、つまり応力変動を検出することはできないが、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）に示すように、バンドパスフィルタ処理を行うことで、温度変動、つまり応力変動画像をリアルタイムで得られることがわかる。
例えば、リアルタイムロックイン法による解析結果は、図１２及び図１３に示すように、赤外線カメラ１１により取得した温度画像と応力変動画像とを並べて表示装置に表示するようにしてもよく、また、別途可視カメラで撮影した可視画像と、応力変動画像とを並べて表示することで、応力変動画像が実際にどの領域を撮影しているのかを認識しやすくするようにしてもよく、これらのいずれかを選択的に表示可能に構成してもよい。
【００６９】
なお、中心周波数が０．３Ｈｚであり、帯域幅が２Ｈｚとした場合、バンドパスフィルタの通過帯域ｆは、０Ｈｚ≦ｆ≦１．３となるため、ローパスフィルタと同等となるため、バンドパスフィルタに代えてローパスフィルタを用いてもよい。
また、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。
【符号の説明】
【００７０】
１ａ、１ｂ  応力分布計測装置
１１  赤外線カメラ
１２  温度画像データ取得装置
１３  記憶装置
１６  画像処理装置
１７  記憶装置
２１  応力分布計測装置
２２  演算処理装置
２３  試験片
２４  疲労試験器
Ｌ  鉄板
Ｍ  鉄球
【図１】
2019158859.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019158859.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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