Phased Array ソフト バージョンアップ

超音波探傷も医学での超音波検査もパルス波を使いますが、初歩的な音場の説明は連続波の理論で行うことが多いようです。パルス波は連続写真かアニメーションで見ないと分かりにくいですから、書籍での説明は難しいものがあります。

フェーズドアレイプローブによる超音波ビームを表示するソフトウエアを、バージョンアップしました。
主な改定点は、パルス波を表示してそのアニメーションを保存・読み込みができるようにしたことです。
パルス波を表示するための計算は連続波と比べると膨大になります。私の作るソフトは教育用ですから、あまり計算あ時間が長いのでは使えません。あれこれ時間を短縮する工夫をしまして、ひとつのアニメを作るのに私のパソコンで5分以内になりましたので、公開することにしました。
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超音波パルス伝搬シミュレーションに挑戦

フェイズドアレイ探触子によって作られる音場の様子を重ね合わせの原理で計算して画像表示するソフトを作って公開しました。この計算は連続波を想定したものです。超音波探傷では連続波ではなくパルス波を使います。
パルス波は、極少ない波数の短い音です。左の図は「絵とき　超音波技術　基礎のきそ」でパルス波を説明するときに使った挿絵です。
先のソフトを改造してパルス波を想定したものにできないかと、トライしてみました。それらしい画像が得られました。

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「Sound Field by Phased Array」公開

　前の記事で触れたフェイズドアレイによる超音波音場を表示するソフトを公開します。まだ改良の余地はあるのですが、やらなければならないこともいろいろあるので、今回はここまでとします。
　この図は、「絵とき　超音波技術　基礎のきそ」（日刊工業新聞社）の挿絵でフェイズドアレイの原理を説明したものです。
　ソフトの実行画面のサンプルとダウンロードは続きで・・・。

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フェイズドアレイ超音波探傷での集束限界

　「超音波による欠陥寸法測定」（共立出版）を読んでいます。まだ一部ですが、実務に携わっている人が書いているようで、勉強になります。
　フェイズドアレイ（Phased Array：フェーズドアレイと表記される場合があるようですがどちらが良いのかなぁ？）超音波探傷は、これから発展が期待される探傷法です。探触子を手で走査しなくても自動的にスキャンしたことになったり、屈折角を任意に変えて扇型にスキャンしたり、試験体の任意の箇所に超音波ビームを集束させてピンポイントを詳しく調べたり、といろいろできます。
　ただし、自由度が増すということは新たな問題も出てくるということです。たとえばグレイチングローブの発生、屈折角の限界、集束箇所の限界・・・等々。これらにも二律背反のようなことがあって、結局目的に応じた探触子の選定、遅延制御を含めた探傷条件の設定が重要になってきます。
　特に遅延制御では、試験体の中で超音波がどのようになっているのかシミュレーションをして見ることが必要なようです。
　このあたりは、すでにいろいろやられているでしょうが、学習用に手軽にイメージするソフトがあればよいなぁ、と考えて作っています。

　「超音波による欠陥寸法測定」に載っていた遅延制御の式を参考に、「Ultrasonic　Beam」をベースにして作っています。
　映像は得られるようになり、これを動かしているといろいろと分かってきます。ただ、これがどこまで正しいのか現実に即しているのか、確認をしたくなります。

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Wiiリモコンのプログラミング

Wiiリモコンのデータをパソコンに取り込む方法を解説した本が出たようです。「WiiRemoteプログラミング」。さっそく注文しました。このところ書籍購入費がかさんできていますが、これも欲しい本です。
Wiiリモコンの加速度センサのデータをパソコンに取り込むソフト「WiiAcc」を作ってこのブログ内でフリーソフトとして公開しています。私が作ったソフトの中では、パソコンの外の世界とつながっていろいろと発展性が期待できるものです。たとえば自由落下の観測や大学生の研究ツール。改良をしたり、新しい用途のアプリケーションを作りたいのですが、いろいろ抱え込んでしまって後回しにしています。解決策に行き詰まっている問題もあるし、やりたいことはいっぱい。その私の遊び心をくすぐるタイトルの本です。
CもしくはC++対応のようですが、私もそろそろVB6から抜け出したい。WiiAccの改造で、C言語を習得するきっかけとすることができるか。それにしても読まなければならない本が溜まってきています。どれも片手間では読めないし・・・。

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STB 屈折角の測定

超音波探傷で、試験体表面から斜めに超音波を伝搬させる方法を斜角探傷といいます。探触子によって異なる屈折角を探傷前にあらかじめ測定する必要があります。STB-A1といった標準試験片（Standard Test Block :STB）を使って測定された屈折角をSTB屈折角といいます。
公称屈折角70度の探触子のSTB屈折角をSTB-A1を使って測定する場合は、φ５０の穴に超音波をぶつけるように探触子を配置して、前後に走査してφ50からのエコーが最大になる位置で、探触子の入射点の位置の下になる角度目盛をで読みます。
１度の目盛を目測で1/5目盛（0.2°）読むことができます。

もう少し簡単にできないかと考えていました。φ50の穴を狙って、エコーが最大位置になるところでのビーム路程から、屈折角に換算することができます。

デジタル探傷器では、ビーム路程を読み取る機能がついていますので、むしろこの方が間違いが少なくなると思います。

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ボルトの疲労亀裂進展

丸棒・ボルトの応力拡大係数をAPIの解で求めて、パリス則と組み合わせて疲労亀裂の進展の概要を求めるソフトを公開しました。この活用例を・・。

左の図は、直径40ｍｍの丸棒に200MPaの引張り応力がかかった場合の亀裂深さと応力拡大係数（K）の関係を示したものです。亀裂が進展するとともにKが加速度的に大きくなることが判ります。Kの大きさは、疲労亀裂の進展速度に関係してきます。鋼の場合は疲労亀裂の進展速度はKのおよそ4乗に比例してきます。

0.5ｍｍの初期亀裂があり、200MPaの引張り繰返し応力がかかった場合にパリス則を使って疲労亀裂の進展を計算したのが左の図です。材質としてはS25Cとしてします。355900回で破断するとなっています。5ｍｍあたりから急激に立ち上がっているのが判ります。実は、応力拡大係数を計算する際の適用範囲であるaが1.2R０（＝24ｍｍ）を超えたところで計算を止めていますが、このあたりでは100回で10ｍｍ以上亀裂が進展する計算になっていて、この時点をほとんど破断と考えて差し支えないところにきています。

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ボルトの疲労亀裂 APIの解

丸棒もしくはボルトの応力拡大係数を求める解にはいくつかあります。その中で、今回はAPI（American Petroleum Institute）の解をパソコンに取り込んで、亀裂進展のパリス則と組み合わせてみました。

ボルトの疲労亀裂がどのように進展するのか、目安を知ることができます。デフォルトでは材質としてS25Cを設定しています。半径20ｍｍ、最大引張り応力が200MPaの設定では亀裂は5ｍｍまでは緩やかに進展しますが、それ以降その進展速度を急速に上げるのがわかります。

非破壊検査で見逃しなく検出できるサイズが、2ｍｍか3ｍｍかはたまた5ｍｍなのかで、余裕度がずいぶん違うのが判ります。

ダウンロードは続きで・・・。

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DSで心電図トレーニング

「らくらく心電図トレーニングDS」とうソフトが出ているようです。ニンテンドーDSを使って心電図を診るトレーニングをしようというわけです。本扱いになっていて、Amazonでのランキングは高いようです。

いつかこういうのが出てくると思っていました。

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「超音波ビームソフト」での文字化けについて

このブログでは私がほとんど趣味で作っているソフトウエアを公開しています。その中には「超音波」本や「破壊工学」本の内容に関連したものもあります。

そのうちの超音波ビームソフト「Ultrasonic Beam」で文字化けが起きるという情報をいただいていましたが、私の身近にある環境では再現できない（文字化けが起きない）ために、対処できないと思っていました。

連休で少し余裕ができたので調べてみました。単純なことのようです。対処方法を書いておきます。

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今年公開したフリーソフトウエア

自分が欲しいなぁ、と思っているものを作っているだけですが、誰かに使ってもらうことを楽しみにして、小さなソフトウエアを作って公開しています。今年公開したものです。タイトルをクリックすると、ダウンロードページに行けます。

（1）「カテナリーとアーチ」（3月公開）

カテナリーの双曲線関数において媒介変数 a が変化すると曲線の様子がどのように変るかを確かめるための簡単なソフトウエアを作です。今年は数式を動きでイメージするというソフトが多かったです。

（2）「トラスの高さと軸力」（3月）

つまようじブリッジコンテストで行き着いたもっともシンプルなトラス。群馬県にあったはね瀧橋の話題から、トラスの高さと軸力の関係をビジュアルに確認するためのソフトです。

（3）「共振と固有振動数」

ソフトとしては単純に計算をしているだけなのですが、アクセス数は一番多いようです。

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Wiiリモコンを使って

リモコンに搭載されている加速度センサの値をパソコンに取り込み表示記録するソフトWiiAccのベースを作ってくれた平田さんが、Wiiリモコンをリモートのセンサとして使って、ストライクアウトを作っています。こちら。

教員志望の学生さんと思われる方が、Wiiリモコンの加速度センサの値を表示するソフトを作って、教材化しようとしているようです。こちらのブログ。試作版をダウンロードして試してみました。

面白いですね。ドンドンいろいろなアイデアが出てくることを、実は期待していいました。

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対数グラフソフトバージョンアップ

対数グラフを作るソフトについて、リクエストがありましたので、片対数グラフも作れるようにしました。

ユーザーインターフェイスを変更して、使いやすくしました（かな？）。

「logarithmiccross_section.zip」をダウンロード

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疲労き裂進展ソフトバージョンアップ

以前に公開したソフトウエア「Stress　Intensity Factor」をバージョンアップしました。

このソフトは、平板表面半楕円き裂の応力拡大係数を求めるNewman-Rajuの解に、疲労き裂進展速度を求めるパリス則を組み合わせて、疲労き裂の進展の様子を学習するためのものです。これにいくつかの材料を選択できるようにしました。

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対数グラフ用紙を作るソフト

必要があって対数グラフ用紙を作るソフトウエアを作りました。

こんな両対数グラフが欲しかったのですが、EXCELのグラフ機能では思うようにできません。

作成したグラフ用紙の画像はクリップボードにコピーできましから、ペイントなりに貼り付けて使うことができます。

印刷機能とかはつけていませんので、他のソフトにコピー＆貼り付けをしてそこから行ってください。

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Newman-Raju の解にパリス則

先日公開したソフト「Stress Intensity Factor」は、平板表面楕円亀裂の応力拡大係数をNewman-Raju の解を使って求めるものでした。

このソフトに、疲労亀裂の進展を評価できるパリス則を組み込んで、バージョンアップとしました。

パリス則を理解するためにかつてこんなソフトを公開していました。今回のは、Newman-Raju の解を使っているので、より現実的な疲労亀裂進展のありようを学べるかと思います。

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Newman-Raju の解

平板にある表面き裂（半楕円）の応力拡大係数を求めるソフトを公開します。

  応力拡大係数（K）は、き裂先端付近の応力状態を表す係数で、き裂ある部材の破壊に対する抵抗を示す値として使えます。実際にその値を求めようとすると、ハンドブックなどを参照して結構面倒な計算をしなければなりません。そこで、平板にある表面き裂について簡単に応力拡大係数を求めるソフトウエアを作ってみました。

図は、計算例です。

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応力場の表現 カラースケールとグレイスケール

材料にきずがあると、そこに応力集中が生じます。きずの中でもき裂（割れ・クラック）は、応力集中がもっとも厳しくなり、理論上応力集中係数は無限大になります。

破壊力学では、き裂のある部材の強度を問題にするときに、応力集中係数ではなくてき裂近傍の応力場の激しさを現す応力拡大係数を使います。き裂近傍の応力場の激しさを、ビジュアルに示そうと、こちらのソフトではカラースケールで、あたかも線香花火が燃える炎の激しさのように見せていました。

わけあって、これをグレイスケールに変換させています。このソフトを作ったときは、プログラミングでカラースケールを使う方法をやっとのおもいで身につけて、そのうれしさの勢いで作ったという面があります。

左の絵は、き裂近傍の応力場の様子をカラースケールとグレイスケールで描いたものです。

グレイスケールにしてみると、意外にシンプルでよいですね。これは、超音波ビームを表示するソフトをグレイスケールにしたときにも感じたことです。

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チンパンジーの記憶力に挑戦

京都大学霊長類研究所のHPを覗いたら、アイの子供のアユムたちの訓練の様子がビデオで紹介されていました。

チンパンジーがいくら頭が良いからといって、所詮猿は猿、人間の子供の年齢にしてどのくらいてなもんでしょ、と考えていたら大間違い。チンパンジーは、ある種の記憶の能力では人間の大人を超えるものを持っていることが、実証されています。

ちょっと驚きです。1～9の数字を210ミリ秒（0.21秒）見て、マスキングされた箇所を順番にタッチしてゆきます。大人（学生さん）がチャレンジしていますが、かなわないようです。

   ビデオを見ているうちに、アユムが使っているソフトウエアを作ってみたいなと思いました。プログラムのアルゴリズムはどうなっているのだろうか、と考え始めたら、脳の中がうずうずしてきて、こんなことしている場合ではないのですが、ばたばたと頭の中のものを吐き出すように作ってみました。

続きでダウンロードできます。

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三角関数の図形的理解

小さなソフトを作って公開していますが、最近では「共振と固有振動数」へのアクセスが多いですね。

三角関数を図形的に理解するソフト「三角関数グリグリ」、今のところアクセスは少ないようです。初心者用のソフトですが、本当に初めての人には、0～90°の範囲（第1象限）に限定したほうがよいのかな、と考えて姉妹編として「sin*cos*tan」を作ってみました。

「sin_cos_tan.zip」をダウンロード

随時マイナーバージョンアップしています。現在のバージョンは　0.1.6　です。

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Wiiリモコンで加速度計測

Wiiリモコンで加速度を計測する話題が、新聞に掲載されました。

地方版ですが、扱いは大きく、タイトルにはオリジナルイラスト入りです。

これを機会に、WiiAccの活用が広がればよいのですが・・・。

WiiAccについては何回かに分けて書いていますから、簡単な目次でも作っておきましょうか。

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航法計器のシミュレーションソフトウエア

ほとんど趣味でソフトウエアを作っていますが、たいていはフリーウエアとして公開しています。マニアックな領域のものが多いのですが、役立ててくれる人がいれば作者としては本望です。

作品の中には諸般の事情により公開配布できないものもあります。航法計器を理解するためのソフト「Flight Instrument Simulator」もそのひとつです。

デモ画面を、ビデオにして YOUTUBEにアップしました。

VORとADFがどのような動きをして、何に使えるのかが解りやすくなっていると思います。

地上の地形も空の太陽や星も見えなくても、VORとADFとチャートがあれば今どこをどちらの方向に飛んでいるのかがわかります。

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WiiAccバージョンアップ

ニンテンドーWiiリモコンに搭載されている3軸加速度センサの値をパソコンに取得するソフトウエア「WiiAcc」をバージョンアップしました。

栃木県総合教育センター研修部の方から、WiiAccを使いたいというお知らせとともに、加速度値のキャリブレーション機能を搭載してほしいとのリクエストをいただいていました。こちら。

計測システムとして使うには当然のことでした。あれこれ迷いましたが、踏ん切りをつけてバージョン2.0として公開することにしました。

当然バージョンアップのメインは「加速度値のキャリブレーション機能」です。Wiiリモコンを衝撃を与えずに静かに3次元的に回転させると、XYZそれぞれの軸の最高値と最低値が取得できます。それが、1Gと-1Gに相当します。1Gと-1G差からスパンを、スパンと1Gの値からゼロ値を計算して、較正値として保存します。

何回か実施してたとえば平均値によって較正値を確定する方法もあるでしょう。このため1Gと-1Gの値を手入力できるようにもしてあります。較正値は保存できるようにしました。

自分でも何度もやってみましたが、上手い下手が出てきそうです。キャリブレーション名人が生まれたりして。

もうひとつ新しい機能を搭載しました。実はこちらのほうが手間がかかりました。

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三角関数ソフトバージョンアップ

271828さんのコメントを受けて、三角関数ソフト（「三角関数グリグリ」）をバージョンアップしました。

単位円に15度刻みで目盛りを入れました。30度ごとに線の濃さを変えることを含めて、コードとしては6行でした。今回はほかも少し変えましたので、20行弱の改変です。マイナーバージョンアップとしました。

どうでしょう、以前の画面よりわかりやすくなったでしょうか。

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三角関数イメージソフトウエア

今日は出勤でした。その代わり明日から7連休。まとまった時間が取れますので、先延ばしにしていたいくつかのことを片付けようと思っています。

今日は三角関数のソフトウエアを公開します。三角関数を初めて学ぶときにこんなソフトウエアがあると理解が早まるかなと考えて作りました。左の図はその実行画面です。

常用対数盤につづく数学教材ソフトウエアシリーズ第2弾です。対数螺旋を調べるソフト「Spiral」も数学関連ではありますが・・・。

半径1の円の中で、グリグリ回しながらサイン・コサイン・タンジェントの関係をイメージといてとらえようというものです。こういうのって有りそうかなと思って調べてみましたが、さしあたり見つかりませんでしたので軽く作ってみました。

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共振と固有振動数のソフトウエア

VB（Visual Basic）でソフトを作っています。教材用に作ることが多いのですが、ほとんど特殊用途でマニアック。このソフトなどは自分では気に入っているのですが、相当にマニアック。それでも一部は技術者教育に役立ててもらっているものもあるのです。たとえばこちら。自著の挿絵を書くのに役立ったソフトもあります。

作ったものは役立つかどうかは別にして、原則公開することにしています。昨年公開したソフト一覧。

ジェットエンジンの材料力学に関するソフトや、大型旅客機の非破壊検査に関するソフトも作っているのですが、これらは諸般の事情により今のままでは公開できません。

今回はその中の一部を取り出して作り直したものを公開します。タイトルは「固有振動数と共振」。といっても私が作るものですから、そう難しいものではありません。初学者用に次の2つのことがイメージできるように、という目的で作ったものです。

（1）共振とは、外部から振動が与えられるとき、その振動数が固有振動数に近づくにつれ物体の振幅が急激に増大すること。

（2）長方形断面の片持ちはりについて、その要素（長さ・高さ・幅・密度・縦弾性係数＝ヤング率）が固有振動数にどのように影響するのか。

固有振動数を求める式は、たいていの機械工学の本に載っています。ですから手計算でもまたはエクセルの表計算を使っても値を求めることはそう難しい話ではありません。

このソフトの目的は固有振動数の値を求めることではなくて、式の意味をイメージとして作ることです。そのあたりが出来ている人はまったく必要ないでしょう。

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栃木県の物理教育研究

ニンテンドーWiiリモコンとその3軸加速度をパソコンに取り込むソフトウエア「WiiAcc」が栃木県の「高等学校における教科指導の充実に関する調査研究」の中で取り上げられ、その資料が配布される、という情報を先日書きました。

配布された資料がHP上に公開をされました。こちらのページです。各科ありますが、物理の資料はこちらのPDFファイルになっています。

速度と加速度という、重要でかつ面白いにもかかわらず、やり方によっては物理嫌いを増加させる領域を、実験装置を工夫してダイナミックに学べるように工夫されています。

WiiAccのところは以前に送っていただいて読んでいましたが、わたしはワイヤレスマウスを使う工夫も面白いと思いました。写真は先の物理の資料に掲載されていたものです。

実は私もマウスを入力ディバイスとして使えないか、そのためのソフトつくりを何度か試みています。

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いまさら聞けないコンピュータとネットの勉強

３つのHPのサイトを持っているのですが、パソコンのハードディスクがいかれたり、パスワードがわからなくなったりで、更新が難しくなってきています。その中にあるコンテンツを少しずつ移動しておきます。

最初はパソコンとネットについてのお勉強ツールです。「情報機器と情報社会のしくみ素材集」という膨大な量の静止画と動画が公開されています。これは文部科学省が実施した「教育用コンテンツ開発事業」として作られて公開されているものです。「素材集」なので使い方はそれぞれ考えて、ということになっています。ばらばらの静止画・動画を整理して閲覧するためのソフトViewer for 「情報機器と情報社会のしくみ素材集」を作りました。

パソコンの各部の名称とその働きから、ハードディスクやCDなどの記憶と読み込みの仕組み、OSとアプリケーションソフトの役割、インタネットやメールの仕組み、パソコンとネット社会の概要はほぼわかる内容になっています。

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WiiAcc 加速度の校正

ニンテンドーWiiリモコンに搭載されている加速度センサの値をパソコンで取得するソフト「WiiAcc」を公開しています。現在のバージョンでは時間軸を校正する機能を搭載しています。加速度はｇで表示されていますが、この値は設定されている初期値のままで測定するようになっています。

加速度も校正したほうが良かろうということで、その作業にかかっています。オー！キャリブレーション機能を搭載して、いよいよ測定システムらしくなってきます。キャリブレーションをするには「基準」が必要ですが、どこにでもある重力加速度を使うのが順当なところでしょう。Wiiリモコンの3軸加速度の方向はわかっていますから、それに沿って静かに回すことで、1ｇと-1ｇを採ることができます。

Wiiリモコンからは、およそ±4ｇの範囲の加速度が0から256の数値としてBlueToothを介してパソコン側に送られてきます。この値の中で1ｇと-1ｇの値を取得してキャリブレーションをしようとしています。直線性は確保されているものとする（しかありません）。

UI（User　Inteｒfaｃe）はまだ作っていませんが、1gと-1gの値を検出するプロシージャーは作りました。それで我が家にある3台のWiiリモコン（A・B・C）で確認をしてみました。左の図がその結果です。やはりばらつきが出てきますね。1gはおよそ27分割されていることはわかります。同じリモコンでもX・Y・Zの方向でも相違が出てきています。

使い勝手の良い校正機能にするために、もう少し知恵を絞ります。

ところで、これを試しているうちにあることに気づきました。

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WiiAccの研究への活用

今日は休日出勤の代休で、明日の「ひずみ測定レベル3」の試験に向けて勉強する・・・予定なのですが、午前中の勉強はまだゼロ。

ブログのコメントを書いたり、ニンテンドーWiiリモコンの加速度をパソコンに取り込むソフトWiiAccに加速度の校正モードを搭載するための確認をしたりしていました。WiiAccの動画。

WiiAccで検索をしてみたら、大学の卒業研究でWiiAccを使った、もしくは参考にした事例が公開されていました。

拓殖大学の山川みづきさん　

「動きのデザインー動きを脚色するのに用いられるコトバとそれにもとづく変化ー」PDF

千葉工業大学の山口 幹雄さん　

「ジェスチャーインタフェースの可能性と動画編集への応用」PDF

函館未来大学の杉本紳一郎さん

「ニョキィー 全身のアクションで生やすディジタル植物」PDF

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Wiiリモコンが高校物理教育に・・・

WiiAccの利用と資料の配布に関して、栃木県総合教育センター研修部の方からメールをいただきました。了承をいただきましたのでメールの一部を公開します。

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当センターでは、日頃、栃木県の公立学校の教員を対象として、各種研修を行ったり、様々な資料を作成して学校に配布したりしております。
私は主に、高校の物理分野を担当しておりますが、この度、高校での授業で役立ててもらうため、「速度・加速度の測定実験」に関する資料を作成して栃木県内の高等学校に配布することになりました。

御存じのことと思いますが、高校物理の授業で力学台車等の加速度を測定するときは、直接の測定が難しいため、ほとんどの場合、紙テープ式の記録タイマーやストロボ写真を用いて、一定時間間隔毎の移動距離を測定し、その時間変化から間接的に加速度を求める方法がとられます。
これは、データの処理に手間と時間がかかる上、それほど精度の良い結果も得られないことが多いという問題があります。

そこで、加速度の測定に関して何か良い方法や実験装置はないかと、ネット等で探している中で、SUBAL（管理者注：本名の部分をペンネームに変えました。いまさらばればれだろうって？そうなんですけれどね一応）様が作成された「WiiAcc」を知りました。
早速、Wiiリモコンを購入し、力学台車に搭載して加速度を測定してみると、理論値に非常に近い値が簡単に得られましたので、今回作成する資料の材料として最適だと考えました。

つきましては、「WiiAcc」を用いた実験の例を資料に掲載させていただき、県内の先生方に紹介することによって、各学校の授業で活用させていただければと思い、ご連絡いたしました。

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WiiAccは、ニンテンドーWiiリモコンに搭載されている加速度センサの値をBlueToothを通してパソコンに取り込み保存するためのソフトです。こちらの動画をご覧ください。学校の物理教育などの場で使ってもらえればよいなぁ、と開発当初から考えていました。

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アンチエイリアス

前の記事で、ペイントで図を書くときに矢印はうまく描けない、という話をしました。実は、斜めの線・曲線なども特有のギザギザが出るのです。寸法線の矢印の先っぽのような小さな斜線になると、許容範囲を超えてしまうのす。このギザギザのことをエイリアス（alias）と呼ぶようです。

左の図は、ペイントで描いた矢印とWordで描いてペイントに貼り付けた矢印です。それぞれ拡大をしてみると仕掛けがわかります。黒い色のはずなのにWordの矢印は、周囲に濃さの違う灰色が配置されています。これで、滑らかに見えているのです。Wordの矢印にはアンチエイリアス処理がされています。

コンピュータのモニターは、画素と呼ばれる縦横に並んだ小さな升ごとに色・明るさが振り分けられて像を表示しています。

この図はアンチエイリアス処理を説明した図です。「Visual Basic画像処理プログラミング（2D編）」（ソフトバンク株式会社）からの引用です。たとえば斜めの線が半分以上占めるが画素を黒く塗りつぶす、として斜めの線を描くとどうしてもエイリアスが出てきます。そこで直線と完全に重なっている部分は黒く、部分的に重なっている部分は重なっている割合に応じた濃さの灰色で塗りつぶすという処理をすると、ギザギザが緩和されたように見えてくるのです。

左の画像はShadeで作った3DCGですが、同じ素材でアンチエイリアス処理の有無を比較したものです。アンチエイリアス処理をしたほうが明らかに自然に見えます。

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はね瀧橋の構造 その4 トラスの軸力

はね瀧橋について連載しています。

271828さんとこにタンさんが、昨日現地に行って写真を撮ってきてくれました。お二人ともブログ記事を書いておられます。写真はこにタンさんから提供していただきました。綺麗な橋ですね。

三角形の頂点から橋の中央部を吊っているワイヤーです。今日は、このワイヤーを引っ張るかたちで伝えられた力の行方についてです。

トラスは三角形が基本の単位となります。この橋はもっともシンプルなトラス構造で支えているといえるでしょう。頂点を引っ張るようにして伝えられた力は、斜めの部材で分担して受け止めます。

右の図は名工大市之瀬研究室で公開している「構造力学入門ソフトウエア」の実行画面です。

トラスの軸力を考えるときは、ベクトルの加算と部材を仮想的に切断してみるという思考実験で理解することが出来ます。このソフトは、このことを理解して「グリグリ遊ぶ」とトラスの基礎がすんなり解る優れものです。

頂点の角度が60度（正三角形）だとすると、斜めの部材にかかる力＝軸力（ｘ）はｘ＝（W/2）/cos(60/2)で求めることが出来ます。cos30＝0.86ですから、X＝0.58Wとなります。三角形の頂点から下向きに引っ張っている力をWとしています。

軸力の大きさは、頂点の角度が小さくなれば小さくなります。限りなく０度に近くなればW/2になります。逆に角度が大きくなれば、軸力は大きくなります。

そのあたりが一目瞭然となるソフトウエアを作りました。

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はね瀧橋の構造 その3 カテナリーとアーチ

はね瀧橋についての３回目。はね瀧橋といいながら、実のところ「つまようじブリッジコンテスト」を通して学んだことを書いています。

（注：この記事の最後でカテナリーをパソコン上にサクサク描いて理解するフリーソフトを公開しています。）

右の写真は、室蘭市にある白鳥大橋です。路床を高くそびえる支柱間に渡した鋼製のワイヤーで吊っています（写真をクリックすると拡大されます）。このワイヤーが作る曲線、カテナリー（Catenary 懸垂線）と呼ばれます。

カテナリーは、双曲線関数で表すことが出来ます。

式中のeは自然対数の底でe = 2.718281828459045・・・・・と続く超越数です。

式としてはややこしそうです。とりあえず置いておきましょう。式を使わなくても、実際にこの曲線を作るのは簡単です。均一なヒモもしくは鎖（チェーン）のようなものの両端を持って横に広げるとカテナリーは自然に出来ます。

鎖もしくはヒモは重力によって下向きに力がかかりますが、これに対してヒモに引っ張り応力を生じさせて抵抗をしています。ヒモの任意の点ではいずれも引っ張り合っているということです。

実はこれを上下で反転したものがアーチなのです。アーチでは、引張りではなく隣同士は圧縮しあいながら支えています。

もちろん、ヒモやチェーンでは圧縮しようとする力に抵抗は出来ません。アーチ構造の橋は、圧縮に強い材料、石やコンクリートなど作られます。

←おー！久々の２位ですね。このアイコンをクリックして「科学ブログ村」のページが出てくるとこのブログへの応援1票になります。１日１回よろしく。

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ベストソフトウエア

今年も何本かのソフトウエアを作ってフリーウエアとして公開してきました。マイナーなものばかりですが、使ってくれている方もいるようです。それぞれのタイトルのところをクリックするとダウンロードページに行きます。

（1）WiiAcc

ニンテンドーWiiリモコンの3軸加速度センサの値をパソコンに取り込むソフトウエアです。正月に子供たちと遊んでいて、面白いと思って調べ始めました。WiiリモコンとWii本体との通信に汎用技術であるBlueToothを使っていることから、そこに割り込んでパソコン側にデータを取り込めるのです。XYZの3軸の加速度を±4Gの範囲で、サンプリングレートはパソコンの環境にもよりますが50Hz以上、20秒間の記録の保存が可能です。

（2）常用対数盤

森毅著『指数・対数のはなし―異世界数学への旅案内』（東京図書）に掲載されている挿絵の対数円盤を参考にして、対数と真数の関係を動かして遊びながら学ぶソフトとして作りました。この続編として三角関数盤のソフトを構想しています。

（3）パリス則が解るソフトウエア

疲労き裂進展速度を求めることが出来るパリス則を元に、繰り返し数と疲労亀裂長さの関係を両対数グラフにプロットするソフトウエアです。作成したのは昨年でしたが、非公開にしていました。材料定数を変更できるようにして公開しました。エキスポランドの事故の軸に生じた亀裂が、いつどのくらいになっていたのかを推定する手段として使いました。

（4）超音波ビームソフトウエア

波長と振動子の形状とサイズで決まる超音波ビームの形状を、超音波を伝える媒質・周波数（波長）・振動子寸法の組み合わせを変えることでどう変化するのかを学ぶソフトウエアです。最初のバージョンは昨年公開していますが、「超音波本」のためにバージョンアップをしました。表示を日本語化し、画像のグレイスケールを追加し、人体・空気を媒質として追加しました。

（5）パルス波と周波数帯域

パルス波の周波数帯域ということをイメージするためのソフトウエアです。「超音波本」のために作りました。周波数分析を学ぶ際に、前提として波の合成をこのソフトで学んでおくと、その後の学習が豊かになるかもしれません。

（6）Bモードのしくみ

これも超音波本のために作ったソフトです。超音波の振幅と距離を表す一次情報であるAモード(Ampiltude Mode)から輝度変換を行ってBモード(Brightness Mode)表示を行う、その仕組みを動きを見ながら理解するソフトウエアです。医療用の超音波検査診断装置の例で作っていますが、超音波の伝搬とその反射で断面画像を得ようとするときに使うプロセスは他の分野でも共通しています。

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「超音波技術 基礎のきそ」本日発売＋超音波ソフトウエア更新

「絵とき　超音波技術　基礎のきそ」（日刊工業新聞社刊）が本日発売になりました。

多分全国の書店に並ぶはずです。毎日たくさんの書籍が発刊されているようです。ということは、ほぼ同じだけの書籍が本屋さんから消えていっているということでもあります。これからサバイバルです。皆さんよろしく応援お願いします。

この本のために、３本のソフトウエアを用意しました。そのうち、AモードとBモードの仕組みを示したソフトについては公開していませんでしたが、先ほどファイルをアップしました。

「超音波ビーム」のソフトも更新をして、先ほどアップしました。

ソフトウエアのダウンロードはそれぞれ以下のページからどうぞ。

（１）「AモードとBモード」　←ダウンロードページへ

（２）「Ultrasonic Beam」←ダウンロードページへ

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

（３）「パルス波と周波数帯域」←ダウンロードページへ

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ブリッジコンテスト表示ソフト

つまようじブリッジコンテストが終わりましたので、表示用のソフトも必要がなくなりました。コンテストでは、プロジェクタでスクリーンに映し出していました。

公開をします。300キロの新記録誕生の様子を楽しんでください。（だれも必要ないかな？笑い）

この程度のものですが、ソースファイルがほしい方がいれば、メールで連絡してください。

Visual　Basic　6.0で作っています。

「BCDIS.zip」をダウンロード

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医療用超音波 Bモードの仕組み

現在執筆中の「超音波」本(日刊工業新聞社刊「絵とき　超音波技術　基礎のきそ」）のために、いくつかのソフトウエアを作っています。

医療用の超音波検査診断装置では、超音波の振幅と距離を表す一次情報であるAモード(Ampiltude Mode)から輝度変換を行ってBモード(Brightness Mode)表示を行うのが通常です。

その仕組みを動きを見ながら理解するソフトウエアです。

このURLでフリーソフトとして公開します。ソフトのダウンロードは続きで・・・。

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パルス波と周波数帯域

「超音波」に関する本を執筆中です。その本の中で書いていることを補足するために、いくつかのパソコンで動作する小さなソフトウエアを作っています。こちらもそのひとつ。

最新作を、公開します。改良点や問題点を指摘していただけるとありがたいのです。もっとも、プログラミングの能力は素人のお遊びの域を出ませんので、私の能力の範囲でお願いします。えっ？能力がわからん？ま、お手柔らかにというところで・・・。

「短いパルス波は広帯域になる」ということをイメージとして理解するためのソフトウエアです。

フーリエ級数展開とかFFTに入る前に、まずは波の合成というところで「広帯域」と「狭帯域」を、帯の広さ狭さのイメージで考えようということです。

周波数成分のそれぞれの振幅を変えて、合成波の様子を見るだけでも、結構楽しいと思うのですが。ちょっとマニアックかな？

「水晶振動子で短いパルスを得ようとすると、相対感度が極端に落ちて使い物にならないから、狭帯域で使うことになり帯域幅の狭い同調増幅器でよかったのです。しかし遠距離分解能は犠牲にならざるを得ません」なんて表現が、本を読みながら（早くも宣伝を入れています　笑い）このソフトで遊んでもらえると、違和感なく頭に入ってくるという仕掛けです。

ソフトのダウンロードは続きで・・・その前に

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超音波ビーム ソフトウエア 更新

超音波ビーム形状を理解するソフトウエアを更新しました。

今回の更新のメインは、ビーム中心軸上の音圧を表すグラフについて、精度を上げて、少なくとも近距離音場限界距離（X０）の一つ前の谷の部分では音圧がゼロになるようにしました。

振動子直径や周波数を変更すると、指向角と近距離音場を表す線と連動してビーム中心軸上の音圧を表すグラフが、アニメーションのように連続的に変化します。

自分で言うのもなんですが、これはいける。

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ペンタブレットで超音波探傷シミュレーション

もう9年前ですかね。WACOMのペンタブレットを使って、超音波探傷の訓練用シミュレータの開発を試みました。

WACOMのペンタブレットは原理として電磁誘導を使っています。ペンの位置情報だけでなく筆圧・ペンの傾きの情報も取っています。電磁誘導ですが、巧みにやってますね。金属や磁石やコイルを近づけてみましたが、反応しません。

電磁誘導なのでボードとペンとが多少離れていても、情報が取れます。たとえば鋼の溶接部の絵もしくは写真をはさんでも大丈夫なのです。

超音波探傷入門プログラムで、パソコン上に仮想超音波探傷器を作ることには成功していましたから、ペンを改造して探触子を作りました。

←１日１回クリックしていただけると応援1票になります。ブログをはじめて１年半ですが、記事の合計数が300を超えました。この間コメント数は761になっています。

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パリス則がわかるソフトウエア

パリス則（Paris　Law）は、疲労き裂進展速度da/dNと応力拡大係数範囲ΔKの関係がほぼ直線とみなせる領域が現れることから、式da/dN=C(ΔK)＾mであらわされます。C，mは材料定数。

疲労き裂進展速度da/dNと応力拡大係数範囲ΔKの関係をプロットしたグラフは、パリス則が成り立っていることを確認するのには良いのですが、疲労き裂進展の実体と重ね合わせて理解することは困難です。

そこで、パリス則を、繰り返し数とき裂長さの関係にして、両対数グラフにプロットするソフトウエアを作りました。公開します。

一昨日の記事へのコメントで述べた、き裂深さ2ｍｍと10ｍｍから20ｍｍまで成長するサイクルをプロットした実行画面です。２０ｍｍまでを寿命とすると、2ｍｍの時点と10ｍｍの時点では残寿命はおよそ10倍1/10の関係にあることがわかります。

エキスポランドの事故では直径30ｍｍ強のねじ部で、2/3ほど疲労き裂が進展して、その後塑性崩壊をしているように見えます。

パリス則についてとソフトウエアのダウンロードは続きで・・・。

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超音波ビームソフトの検証

超音波のビームを表示するソフトについて、ケンブリッジ大学の先生と学生さんには評価してもらえたようです。

本来波動方程式から説き起こすところを、単純化した「ホイヘンスの原理」と「重ね合わせの理」だけでシンプルな計算をしています。ビーム形状をインタラクティブに学ぶことを目的にして、表示スピードを30秒以内にするのが開発上の目標でした。こんなのでよいのかと思いましたが、よくわかるし使えるということのようです。

ビームの形状は,、振動子の直径（Ｄ）/波長（λ）で決まります。同じ条件でシュリーレン法で撮影された超音波ビームの写真と、「Ultrasonic Beam」で描画した写真を、検証例として送りました。多分先方は、そうした写真は持っているものと想像します。

学生さんの研究に役立ててもらえそうです。ソフトへのリクエストも来ています。この間実は悩んでいたところなのです。やれるかどうか自信はありませんが、まぁチャレンジしてみます。

ありがとうございます。1位が目の前ですが・・・。

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WWWの世界

WEBやブログって、これも世の中で、楽しいこともあれば怖いこともあります。

でもコミュニケーションの幅は、やりようによって大きく広がることを実感します。

たとえば、私はいくつかのソフトウエアをフリーソフトとして公開しています。ほとんどが自分が楽しむため、あるいは面白いと思った題材です。まぁ、自分で言うのも変ですが、かなりマニアックです。仕事場や居住区での人間関係では、ほとんど理解してもらえる人には出会えないかもしれません。

たとえば対数螺旋を調べるソフト「Ｓpiral」。これを使ってこんな楽しみ方をしてくれる方がいます。作者冥利に尽きます。

数日前に、超音波ビームを表示するソフト「Ultrasonic Beam」についての問い合わせが、英国Cambridge大学の研究者、という方からありました。

どのように評価して使っているのかはともかくとしても、地球をぐるっと回ってケンブリッジ大学のキャンパスで、私の作ったソフトを走らせて関心を寄せている方がいる、それだけで不思議な感覚、まぁやはり素直に嬉しいです。

WWWの世界で公開するというのは、こういうことも起こりうるのだということですね。

おかげさまで、遠かった1位が見えてきました。

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「常用対数盤」

271828さんのブログで、円形の計算尺から、対数円盤の話題が取り上げられていました。

そこで紹介されていた森毅著『指数・対数のはなし―異世界数学への旅案内』（東京図書）に掲載されている挿絵の対数円盤が面白いと思ったので、プログラムで組んでみました。

私の時代は、高校の数学の教科書の最後には、三角関数表と対数表がついていました。今は、電卓を叩くと即座に答えが出てきます。

数値だけが出てくるデジタル時計では、時間感覚が沸きにくく、針表示の時計が復活してきています。

対数・指数や三角関数は「イメージ」による直感的な理解が必要ではないかと思います。さて、このソフトウエアは、そのためのツールになりうるでしょうか。

ちょっと煮詰まっていましたので、息抜きで作ってみました。

「Logarithm.zip」をダウンロード(version 1.0.5)

ありがとうございます。2位をキープ中です。引き続き、１日１回のクリックで応援よろしく。

対数螺旋を調べるソフトウエア

オウムガイやアンモナイトそれに巻貝の巻き方は、対数螺旋になっています。

本日は、三角形の比例（相似三角形）を使うと、対数螺旋の性質が調べられます、というお話です。

対数螺旋になっていれば、その次の成長が現在の大きさに比例しているはずです。利子に利子がつく複利の借金のように増えていくのです。（複利：　元利合計=元金 x（1 + 利率）の n 乗）グラフでのイメージはこちら。

その性質を利用して、対数螺旋の性質を調べるソフトウエアが「Spiral」です。

「Spiral」で対数螺旋を調べる仕組みを説明します。

ソフトを起動したら、対数螺旋になっていると思われるものの写真を取り込みます。今回は「ダ・ヴィンチ・コード」で取り上げられていたオウムガイです。

螺旋の中心と、中心から水平に線を引いて螺旋とぶつかる点と、そこから30度回転した線と螺旋とがぶつかる点の3点を結ぶ三角形を描きます。

最初の線分の長さと、30度回転した線分の長さの比で、中心角30度の三角形を描きます。画面左に、基本となる三角形の形と、2つの線分の比が表示されます。

この三角形をその比で30度回転しながら、を次々描いていきます。最初は写真のオウムガイの螺旋とずれますが、最初の線分の長さと比を調整して、写真の螺旋に合うようにします。このオウムガイでは、その比は1.093です。

このようにすると、調べようとする螺旋が対数螺旋になっているかどうかがわかります。さらに、その性質を調べるには・・・。

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コンピュータが思いがけず描く絵

超音波ビームがわかるソフト「Ultrasonic　Beam」の改定を行っています。

その過程で、プログラムに書き込む式を書き間違って実行したときにできた絵です。なんだか面白かったので定数の値を少し変えてもうひとつ絵を作りました。

時々こんなことがあるのですが、たいていはコードを書き換えて消えてしまいます。

山並みのようにも見えますし、染めた反物を川に流しているようにも見えます。

この絵は、小学生の娘がコンピュータで遊んでいて見つけた方法ではいたもの。どのようにして描くかは、続きで・・・。

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FFTと声紋

面白いフリーソフトを見つけました。

WAVEファイルがあると、その声（もしくは音）を周波数成分で解析表示するソフトです。

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フリーソフトでこんなのまで利用できるのですね。

人間の声がどのくらいの周波数帯にあるのか、倍音のつき方などよくわかります。

左の画像は、私の娘の３歳のときの声です。プログラムに取り込むのに「ここをクリック」といっています。

このプログラム「声門」といいます。

函館高専の先生が作ったもので、フリーソフトとしてこちらで公開されています。

ギジュツドットコムのG-softにあるフリーソフト「Hz」とともに使うと、音の勉強になります。「Hz」は、任意の周波数の音を発生させるソフトです。

＜動画＞WiiAccで３軸加速度

Nintendo　Wiiのリモコンに搭載されている３軸加速度を表示するソフトの動画です。

うまく見ることができるでしょうか。YouTubeにUPしました。

Wiiリモコンを放り投げて自由落下させている場面では、リモコン本体は画面から消えてしまっています。

下降気味で２位になっています。

連続波とパルス波

3軸加速度を表示するソフトウエア「WiiAcc」の活用方法です。何気なくWiiリモコンを振っていて、こんなことも表現できそうだと考えました。

手に持って振ると、連続波です。

リモコンを持っている手をもうひとつの手で叩くと、これがパルス波になります。

こういうのは、本で図示されますが、目の前で時間の経過とともに進行する波形として示せればわかりやすいかもしれないと思いました。

いつも応援ありがとうございます。

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超音波ビーム カラースケールとグレイスケール

超音波ビームを表示するソフトを少し変えました。

必要があって、グレイスケールで表示するようにしました。白黒印刷用にグレイスケールの画像を取るだけのつもりでしたが、作ってみると意外に気に入りました。

このソフト自体、プログラミングの中で、カラースケールを使えるようになってうれしくて作ったようなところもありました。グレイスケールですと諧調が1/4の256になって狭くなるのです。でも、そんな感じがしません。

シュリーレン法の写真のように見えますし、うるさくなくてシンプルでよいです。

ダウンロードできるようにしました。

「UBeam.zip」をダウンロード

1位になっていました。応援ありがとうございます。

「WiiAcc」3軸加速度測定ソフト完成

Wiiリモコンで3軸加速度を測定するソフト「WiiAcc」にあった起動当初つながりにくくなる不具合が、解決しました。これですっきりしました。

平田さんが以前に提供してくれていたクラスモジュールを改良してくれました。ありがとうございました。さすがです。

ギジュツ・ドット・コムのG-Softに登録されました。

「WiiAcc.zip」をダウンロード（Ver.1.0.15)

いつも応援ありがとうございます。

自由落下の無重力を見る

WiiAccの使い方として、いろいろ考えられます。私がやってみたものをいくつか紹介していきます。

0.1秒の自由落下を前に書きましたが、今回はWiiリモコンを放り投げて手で受けてみました。

Wiiリモコンが一番高く上がってから手に収まるまでのおよそ0.8秒間、3方向すべての加速度がゼロになっているのがはっきりとわかります。自由落下の無重力です。

理屈上わかっていても、目の前で加速度センサーの値が表示されると、なんだかうれしいです。リモコンを回転させないで放り投げるのがコツです。

中学生か高校生のころの私に持たせたら、夢中になってリモコンを放り投げていたでしょう。多分ついにはリモコンを壊していたでしょう。

「明らかに加速運動しているのに加速度がゼロなのはどうして」という疑問がわいてきたらしめたもの。すぐには説明しないで、「どうしてだろうね。」と、せいぜい静電容量式でもピエゾ効果式でも加速度センサーの仕組みを説明して横を向いていればよいですね。想像力は宇宙へ飛んでいくかもしれない。

いつも応援ありがとうございます。

「WiiAcc」Ver.1.0を公開

お待たせしました（かな？）、「WiiAcc」を公開します。

ニンテンドーWiiのリモコンから、3軸の加速度データを取得するソフトウエアです。

久しぶりにプログラミングが楽しかったです。このところ年に1本ぐらいのペースになってしまっています。今回は平田敦さんのおかげで、ここまできました。ギジュツ・ドット・コムのメーリングリストで「どなたかお助けを・・・」と呼びかけたところ、真打の平田さんが手を上げてくださいました。

プログラミングで楽しんでいられない事情ができましたので、凝るのをやめてここで手を打ちました。

使った感想や、こんなデータが取れた、というような情報を教えていただけるとうれしいです。ダウンロードとREADMEは続きで・・。

その前に、お疲れさんというところでポチット一発。

1位を維持しています。いつも応援ありがとうございます。

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WiiAcc完成間近

Wiiリモコンの加速度データを取得するソフトが、完成まで後一歩のところまできました。

自分としては、思った以上に良くできたかなと自己評価しています。Wiiのリモコンをぶらぶらさせていると、結構楽しいです。

ソフトづくりをしていると、あれもこれもしたくなるものです。最終場面はどこでとめるかの決断でふらついていました。２０秒間の記録が取れて、CSVとテキストファイルにデータを吐き出すことができます。ついでにWIAなる新しい拡張子をつけた専用ファイルにもできます。

完成版のインターフェイスは、左のようになります。0.1秒の無重力を表示しています。

もう少しテストをして公開します。

1位を維持しています。いつも応援ありがとうございます。

0.1秒間の無重力

ニンテンドーWiiリモコンを使って3軸加速度を表示させるソフトウエアを作っています。

さまざまな運動の様子を加速度の側面から見るツールになるだろうと予想しています。

そのひとつとして自由落下があります。

Wiiリモコンのストラップの間隔を自由落下させてみました。画像をクリックしてみてください。

そのときの波形が左です。落下させた距離は160ｍｍです。計算上落下時間は0.18秒になります。

赤い線が-1Gから動き始めて、落下が終了するまでおよそ0.2秒。大体いい線でしょうか。その中で0.1秒程度無重力になっているのが観察できます。

息子は面白がって、より高くから落として無重力の時間が延びることを確認していました。

いつも応援ありがとうございます。

～遊具プロジェクトの挑戦～

NHK特集で、遊具と安全性を取り上げるようです。

今、全国で急速に子どもの遊具の“撤去”が進んでいる。気がつくと、ガランとした何もない殺風景な公園が目立つ。一度事故が起きると、遊具はすぐに撤去されていく。
「子どもから“遊び”を奪ってはならない。大事なのは、“遊び”の中で“危険”を回避するすべを学ばせることだ。」と専門家や市民たちの共同プロジェクトがスタートした。（NHKのホームページより）

これは面白そうです。ダミー人形には加速度センサーが組み込まれているのでしょう。

Wiiリモコンに搭載されている3軸加速度センサーの値を取得するソフトは、平田さんの協力を得て順調に進んでいます。今週末には公開できるかもしれません。

1位に返り咲いていました。応援ありがとうございます。

JAVAと数学

JAVAプログラミングを身に着けたいと思いながら、なかなか踏み切れないでいました。また、プログラミングで使う数学も、どこかでちゃんと勉強をしたいと思っていました。

そうしたら、メールで交流がある方が技術評論社のサイトで『はじめMath! Javaでコンピュータ数学』というタイトルで連載を始めました。

私のふるさと近くで、工業高校の先生をしている方です。読んでみようと思います。さいごまでついていけるかな？

この方、現在Wiiリモコンの加速度を取り込むプログラムを作ってくれています。私も動作確認という形でお手伝いをしています。何度かテストプログラムが送られてきて動作確認をしていますが、現在のところ順調のようです。

VBでプログラムを組めるようにクラス化して、ソースを公開してくれる予定です。それを引き継いで、Wiiリモコンの3軸加速度センサのデータを表示して利用するアプリケーションを作ろうと思っています。

現在2位です。1位はすぐ目の前です。ポチット応援よろしく。

Wiiリモコン3軸センサの座標軸

Wiiリモコンの3軸加速度センサの値をパソコンに取り込んで遊んでいます。座標軸を整理して、グラフ表示を読みやすくしたいと思っていました。

271828 さんに教えてもらった情報を元に、WiinRemoteを使って取り込むときの色に合わせて表示してみました。ついでに、3軸加速度センサの位置に合わせて見ました。こちらの分解記事を参照しました。Aボタンの横に加速度センサが搭載されています。

私が作ったGに換算するソフト「WiiACC」も+-の表示を先の図に合わせました。

値をとって実測の振り上げ角度等とあわせていますが、結構いい線行くようです。

「WiiAcc.zip」をダウンロード

昨日も過去最高ポイントで1位でした。いつもありがとうございます。でもひたひたと2位が迫ってきています。

Wiiリモコンとシャルピー衝撃試験

昨日の記事で米国の第2次世界大戦時に企画製造されたリバティー船の脆性破壊について書きました。

ゆっくり荷重をかけて測定する強さ（Strength）だけでなく靭性（Toughness）を検討する必要性が強く意識された事故でした。強いだけではだめでタフじゃなければ・・・ということです。

この靭性を評価する試験方法がシャルピー衝撃試験です。

ハンマーで試験片を叩いて破壊し、破壊時に吸収されたエネルギーをハンマーの持ち上げ角度と振り上がり角度の差から算出するものです。

このハンマーに3軸加速度センサーが搭載されているニンテンドーのWiiリモコンをつけて、Bluetoothを介してパソコン上にグラフ表示ができるようにして、試験をしてみました。その結果は続きで・・・その前に、

ポチッ。昨日これまでの最高ポイントで1位になりました。いつもありがとうございます。

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Wiiリモコン３D加速度の換算

左の図は、Wiiリモコンをそれぞれ倒立・水平・直立させたときの表示です。

Y：REDに着目します。倒立で158、水平で131、直立で105になっています。倒立1G、水平0G、直立-1Gを示しています。

そうすると、1Gの間を26～27分割していることになります。ここから、WiiRemote画面で表示されている値を、G換算できます。

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3D加速度センサーのデータを取得

Wiiリモコンについている3D加速度センサーの値を、パソコンに表示させることができます。WiinRemoteというフリーソフトを使います。このソフトは、Wiiリモコンをパソコンのマウスの変わりに使うことを目的としていますので、加速度の値を記録として残せるものではありません。

何とかならないかと思い、WiinRemoteで表示されるグラフから加速度の値を読むソフトを作って見ました。私にすぐできるのはこの方法でした。

このソフトでは、加速度をGとして表示しています。どのように使うのかとダウンロードなど、詳しくは続きで・・・。でもその前に・・・

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Wiiリモコンでスウィングの加速度を見る

BluetoothとWiinRemoteというソフトを使うとWiiリモコンの加速度データをパソコン上に表示できるという記事を一昨日書きました。WiinRemoteは12月のはじめに公開されてから8回の更新がされています。加速度を表示させる目的ですと一番古いバージョンのほうが見やすいかもしれません。

左は振り子運動をさせたときの表示です。Wiiリモコンの紐を持ってぶらぶらさせました。

赤が緑・青に比べてベースが下がっています。

次は、バットスウィングのように横に振ってみました。これはちょっと複雑ですね。

1Gがどの程度に表示されているかは続きで・・・。その前に・・・

ポチッと応援よろしく。

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お絵かきプログラムロボット

日曜日に地元の信用金庫が主催する「科学教室」に子供と一緒に行ってきました。今回はロボットがテーマということで、事前に登録が必要でした。

信用金庫の人が挨拶した後、地元高専の助教授が出てきて、高専の学校の説明を始めました。オットー、高専の生徒勧誘を信金がバックアップしている構図です。4人に一人の高専専攻科の学生がついて、組み立てが始まりました。

息子はこれぐらいいつもやっているから楽勝といいながら淡々とやっていました。はじめ行くのをぐずっていた娘は、キットを見たとたん目を輝かせて、うれしそうに組み立てていました。

できて、動き始めると、みんな夢中になってプログラムを書き始めていました。

で、どんなロボットかは続きで・・・。その前に

ポチッと応援よろしく。

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Wiiリモコンの加速度データを表示

ニンテンドーWiiリモコンに搭載されている3D加速度センサーのデータをパソコン上に表示させることができました。

パソコンが壊れたことによる新規入れ替え作業がひと段落しましたので、Bluetoothを接続して、試してみました。Bluetoothの使い方がわからず多少うろうろしましたが、できました。

青・赤・緑の線でグラフ表示されて、現在値がAccX、AccY,AccZで表示されています。

使用機器、ソフト等については続きで。

1日1回のクリックで応援を・・・。

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Wiiのセンサーバーにはセンサーがない

ニンテンドーWiiのコントローラーの話です。

Wiiのコントローラーをセンサーバーに向けて動かすと、画面上でマウスポインタのような手の形をしたアイコンが動きます。ゲームの中では傾けるとそれに応じた動きをします。このセンサーバー、何らかのセンサーが入っていると思うのが普通ですが、赤外線ランプが点灯しているだけだ、との情報がありました。

私の確認でも左右5個ずつ計10個の赤外線が点灯しています。そこで、ミニ実験を息子としてみました。（続きでどうぞ）

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ロボットにBluetooth?

今日息子と近くの電気屋さんに行きました。昨日の記事に書いたニンテンドーWiiリモコンの情報をパソコンで読み取るのに必要なアダプターを買うためです。

どうもなさそうなので店員さんに聞いたら、置いていないとのこと。そのやり取りを聴いていた息子は、「なんだ父さんBluetooth-USBのアダプターを探していたの？それならいま作っているロボットとパソコンとをつなぐ通信用のやつだよ」と・・・。「えっ、なんだおまえもっているのか」と聞くと、「申し込み損ねて今もっていない」とのこと。「父さんが買ってくれたら頼まなくてもいいなぁ」と息子。

Bluetoothって、近距離でパソコンと外部機器を無線で接続する技術として普及しているものなのですね。もう通販で買うしかないでしょう。

左の絵が、昨日紹介したWiiリモコンの情報をパソコンに取り込むためのソフトのユーザーインターフェイスです。これですと、情報を表示させるだけのように見えます。

Bluetoothの情報をVBで取り込めないのでしょうか。APIが公開されていれば、可能だと思うのですが・・・。

　←いつも応援ありがとうございます。1日1回ぽちっと一発、投票よろしくお願いします。

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Wiiリモコンのしくみと利用

ニンテンドーWiiでホームラン競争をしました。リモコンをバットに見立てて、10球のうち何球ホームランにできるか、というゲームです。振り遅れたり、速すぎたり、ファールになっ足り、結構熱くなります。ちょっとしたバッティングセンター気分。じわりと汗もかきます。

時速100キロのボールとして、ピッチャーズマウンドからバッターボックスまで0.66秒です。バッターの前0.5ｍを通過するのに18/1000秒です。その間を10分割するとしても2/1000秒以下で処理をすることになります。その間に位置を計測して加速度センサーのデータを受信して、計算をして結果を画像出力する・・・、すごいなぁと思いました。

１０年前、バーチャル超音波探傷ができるソフトを作ったときは、5/100秒で処理するのがやっとでした。

ちょっと調べてみました。

　←いつも応援ありがとうございます。続きに行く前に、ぽちっと一発、ランキングへ投票よろしくお願いします。

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「応力拡大係数・・」ソフトの注釈

３月に「応力拡大係数と破壊靭性値を理解するソフト」公開していました。特殊な分野なので、見る人もほとんどいないだろうと思っていました。

しかし、「応力拡大係数」をGoogleで検索すると、２番目に現れて、このブログの記事の中では黄金比の記事に続いて訪れてくれる方も多いようです。

ほとんど自分のメモのようなソフトウエアですので、何の解説も注釈もつけていませんでした。「注釈を入れておいたほうが良いかもしれない」とのアドバイスもいただきましたので、少し書きます。

1.これでなにが分かるのか

応力拡大係数というのが、き裂先端近傍の応力場（応力の分布の激しさ）を表しているのだということです。部材にき裂があると強度は低下する、ということは多くを説明しなくても直感的に理解できることでしょう。では、どの程度になるのかというと、応力だけでなくてき裂の長さが関係しそうだ、ということも容易に想像できます。

き裂の存在を無視して求めらられる応力とき裂のサイズによって決まるき裂先端近傍の応力場を、イメージとして表示できるようにしてあります。この応力場の激しさ（これを係数として簡潔に表現したのが応力拡大係数）の程度によって、破壊するかしないかが分かるということです。

左の図で、赤い曲線は応力拡大係数の限界値です。この線を越えると、き裂が急速に進展して破壊に至るということです。画面の上方に、応力場をカラースケールで図示しています。あたかも線香花火の火の激しさのようです。この線上では、き裂のサイズも応力も異なりますが、応力場の激しさは同じになります。

なんだそれだけのことかと感じた方、そうですごめんなさいそれだけです。このことをクリヤーにしたかったのです。

この応力場の表示は厳密解とはずれがあリます。どこがずれるかというと、き裂の最先端とき裂から遠く離れたところ。左の図では、ｘがゼロに近いかaに比較して大きい範囲では大きくずれます。応力拡大係数が破壊靭性値になる前に壊れる場合も起きるのです。

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超音波ビームが解るソフトを公開

超音波は、ビーム状に広がりながら伝搬することが知られています。ビームの形状は、振動子の寸法と波長によって決まります。

近距離音場と遠距離音場、指向性を理解することを目的としたソフトを作りました。

超音波探傷レベル２技術者の教育のために使うことを想定しています。学習者がストレスを感じない程度のスピードで描画することを第一優先にしました。

そのために、近距離音場について、そのかたち（相対的な音圧の分布）についてはほぼ満足のいくものですが、音圧の値については厳密性が犠牲になっています。

まだまだ改良点がありそうですが、この時点でフリーソフトとして公開します。ご意見等いただければ嬉しいです。

振動子の寸法、超音波の周波数、伝搬させる物質を変えて超音波ビームのかたちがどのようになるかを試してみてください。

「UBeam.zip」をダウンロード

;　←応援ありがとうございます。まだ２位です。でも1位が少し遠くになっています。

超音波探傷入門

超音波探傷をはじめとした非破壊検査が本業です。

技術者教育を模索する中で、はじめて超音波探傷を学ぶ人のためにソフトウエアを作リました。（社）日本非破壊検査協会から「超音波探傷入門」というテキスト本とともに発売されています。

超音波探傷に必要な基礎知識を、CG・アニメーションを使って、クリックしながら双方向で学べるようにしています。

また、垂直探傷や斜角探傷をパソコン上のバーチャル探傷器を使って体験できるようになっています。

航空機の材料に複合材が使われるようになって超音波探傷の重要性が増しています。発電所などでも損傷許容設計の考え方を採用するようになって、ここでも超音波が活躍します。

検査技術者になる人だけでなく、構造の安全にかかわる人、関心がある人は、超音波探傷について概要を知っていてほしいと思います。

詳しくはこちらに。

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応力拡大係数と破壊靱性値を理解するソフト

き裂のある部材がどの程度危ないのかを判断するために役に立つ係数として「応力拡大係数」があります。線形破壊力学のキー概念です。簡単な形状でとりあえず計算するだけなら、シンプルな式で表すことができるのでさほど難しくはありません。でも、いったい「応力拡大係数」って何者？と疑問を発すると、もやもやとして分からなくなります。ここは「私は」と主語を入れておかなければならないところです。

参考文献を読んでも分からないことがあると、私はよくノートに自分なりの理解を書いてみて（書いている過程で頭の中がが整理されることがある）改めて文献を読んだり、人に聞いたりして理解を深めることをやります。

最近は、ノート代わりにパソコン上で動作するソフトウエアを作ることがあります。うまくはまると、ノートを作ることに比べてはるかにダイナミックに「分かった！」となることがあります。抽象的な論理だけではどうしても理解できない頭脳構造のようで、遠回りをするしかないのです。

「応力拡大係数」を理解するためのソフトを、そんなわけで作りました。これですべて分かったのか、というとそうはいきませんでした。ひとつの壁は突き抜けることができましたが、その先に疑問という名の石がゴロゴロ転がっていることに気づいたというところです。

何人かの方に見てもらいましたが、「フリーソフトとして公開しないのか」という問い合わせをいただきましたので、御批判を前進の糧とする覚悟で公開することにしました。

破壊力学のテキスト（小林英男著「破壊力学」（共立出版）の第4章等）を読みながら、ソフトを使ってみてください。

破壊力学 著者：小林 英男 販売元：共立出版 Amazon.co.jpで詳細を確認する

VB6で作っていますので、OSはWindowsに限られます。実行(EXE)ファイルをダウンロードできるようにしています。ごく小さい確率ですが、VBのランタイムがないために動作しないことがあります。その場合は申し訳ありません、どこかでVBのランタイムを手に入れてください。別のパソコンで実行してみる、という方法が一番早いかもしれません。

追記（0612/16）：簡単な解説と注釈をこちらに書きました。

○LZHで圧縮したファイル

「FractureMech.lzh」をダウンロード

解凍ツールはこちらから。

○ZIPで圧縮したファイル

「FractureMech.zip」をダウンロード

超音波ビーム形状を表示するソフト

　超音波は、車のヘッドライトのように、ビーム状に広がって進みます。

ビームの形状は音源である振動子の寸法と波長によってきまります。超音波探傷をする際に、超音波のビームがどのようになっているのか、直感的にイメージできるように、色々と条件を変えてみることのできるソフトを作りました。近距離音場・遠距離音場・指向角など超音波音場の概念をビジュアルに学ぶことができます。

図はその実行画面です。振動子寸法・周波数・伝搬する物質を変えて、1368通りのビーム形状を確認することができます。

苦労したのは、操作者にとってストレスのないスピードで描画すること。

4年前のパソコンで15～20秒で描画できるようにしました。

3月の研究会で発表します。

このソフトこちらで公開しました。（12/9）

超音波探傷入門ソフト　←以前に作ったソフト