JP2004257925A - Material testing machine - Google Patents

Material testing machine Download PDF

Info

Publication number
JP2004257925A
JP2004257925A JP2003050568A JP2003050568A JP2004257925A JP 2004257925 A JP2004257925 A JP 2004257925A JP 2003050568 A JP2003050568 A JP 2003050568A JP 2003050568 A JP2003050568 A JP 2003050568A JP 2004257925 A JP2004257925 A JP 2004257925A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
test piece
reference scale
video camera
line
test
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003050568A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takao Ohara
隆雄 大原
Toshiyuki Kono
俊幸 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP2003050568A priority Critical patent/JP2004257925A/en
Publication of JP2004257925A publication Critical patent/JP2004257925A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To remove an effect of an anteroposterior move of a test piece on an elongation measurement value in material test using a video-type strain measurement means. <P>SOLUTION: A reference scale 22 having a prescribed reference length is stuck on the test piece in the vicinity of a gage line 21 attached thereto. The size of an image of the reference scale taken by a video camera changes as the test piece makes an anteroposterior move. A distance between two gage lines 21 situated one above the other is corrected based on the size of the image of the reference scale 22, thereby obtaining an inter-gage-line distance cleared of the effect of the test piece moving toward or away from the video camera, and thus a correct elongation value is measured. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオ式歪み測定手段を有する材料試験機であって、試験機本体によって例えば引っ張り負荷を加えられることによって伸びていく試験片の伸びを、試験片に付けられた標線をビデオカメラによって撮影し、その標線の移動量から試験片の伸び量(歪み量)を測定する材料試験機に関する。また、本明細書でいう材料の歪み測定は、材料に対して負荷を加える方向を逆にして歪みを伸びとは反対のマイナス方向にとるだけで圧縮量の測定も可能なので、圧縮する方向の材料試験および圧縮量の測定をも含むものとする。
【0002】
【従来の技術】
ビデオ式伸び計は試験片を撮像した像に基づいて試験片につけられた標線間の距離を測定するものであるから撮像される倍率によって測定される標線間距離が変化してしまう。撮像倍率は、カメラの種類、使用するレンズおよびカメラと試験片間の距離が決まれば一定の値に確定されるが、カメラと試験片間の距離はさまざまな要因で変化しやすい。さまざまな要因の中でも、わずかでも曲がっていた試験片が力を負荷されるにしたがってまっすぐとなること、あるいは、かかる力の不均一性などにより、試験片がカメラに対して前後に移動することがもっとも大きく影響すると考えられる。
【0003】
図5を用いて試験片がビデオカメラの方向に前後した場合の誤差について説明する。位置Nが試験片の置かれるべき正しい位置であるとして、ここに上下2つの標線32が貼付された試験片31が位置している。試験片31の表面を撮影できる位置に試験片に対向してビデオカメラが配置され、そのカメラレンズ33によって標線32の像がビデオカメラ内のCCD撮像素子上に結像される。2つの標線間距離はLである。位置Nとカメラレンズ33との距離をA、カメラレンズ33とCCD素子34との距離をBとする。この状態で試験片31がビデオカメラから遠ざかる方向に距離dだけ変位して位置Fまで移動した場合について考える。なお、ビデオカメラは試験片が位置Nにあるときに焦点が合うように調整されているが、試験片が位置Fに移動してもビデオカメラの焦点深度の範囲内にあるものと考えて、ここでは像はボケないと考える。
【0004】
試験片31が位置NにあるときのCCD素子上に結ばれる標線間距離をLとし、試験片31が位置FにあるときのCCD素子上に結ばれる標線間距離をLとすると、
=L×B/A …(1)
=L×B/(A+d) …(2)
であるから、L≠Lである。位置Nが正しい試験片の位置であって、カメラ倍率に相当する係数、すなわち、CCD素子上の長さを位置Nでの長さに変換する係数がGであるとすると、標線間距離Lは次のように求められる。
L=G×L …(3)
ここで試験片31が位置Fに移動した場合に、この移動の効果を考慮しないで計算すると、式(3)のLの代わりにLを使うことになるから
L’=G×L=L×A/(A+d) …(4)
と計算することになる。これはL’≠Lであって、正しくない値である。
【0005】
試験片の前後の変位による影響を取り除く方法の一例は特許文献1に記載されている。この文献では、カメラと試験片との間の距離変動を測定する変位計をカメラの位置に配置して、試験片の前後の変位量を測定し試験片の位置情報により伸び計測値を補正して標線間の伸びを正確に計測するようにしている。
【0006】
【特許文献1】
特開平8−226884号公報(図1)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多くのビデオ式伸び計は試験片の前後方向の移動は小さいものと仮定してその誤差を無視して試験片の伸びを計測している。これでは伸び計側の精度が悪く精密な伸び量の計測ができない。
【0008】
また、特許文献1に記載された方法は、材料試験で行う試験片の伸び測定には本来必要のない変位計という別の装置を用いているので構造が複雑でありコストがかさむ。
【0009】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で試験片の前後方法の移動に伴う伸び計測値の変動を補正し、精度よく試験片の伸び量を計測できるビデオ式伸び計を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を解決するために、負荷を加えられる試験片につけられた標線を撮影するビデオカメラを有し、このビデオカメラによって撮影された標線の移動量から試験片の歪みを計測するビデオ式歪み測定手段を備えた材料試験機において、前記ビデオカメラによって撮影される試験片の表面に所定の大きさを有する基準スケールを貼付し、この基準スケールを前記ビデオカメラで撮影した像の大きさに基づいて試験片の歪み計測値を補正することを特徴とする。
【0011】
基準スケールは試験片の表面に貼付されるから試験片の前後方向の移動に追随しているので、この基準スケールの大きさの変化を基準にすれば試験片が前後したことによる標線間距離計測値の変動を補正することができる。ここで試験片の前後方向の移動とは、試験片とビデオカメラを結ぶ線の方向に移動すること、すなわち、試験片がビデオカメラに対して相対的に近付いたり遠ざかったりする移動のことを表している。これには試験片は移動せずビデオカメラが試験片方向に移動する場合も含んでいる。
【0012】
上述の基準スケールはビデオ式歪み測定手段に本来的に備わっている歪み測定のための標線によって兼ねることができる。こうすれば特別に基準スケールを貼付する必要がないので無駄な手間や誤差要因を含むことがない。
【0013】
さらに、上述の基準スケールは標線間距離の校正のために使用することができる。絶対値のわかっている基準スケールの長さを基準として標線間距離の計測値を補正し、より正確な伸び量を求めることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1は、試験片に対して引張負荷を与えて材料試験を行う試験機本体と、これに付属して試験片の伸びを測定するビデオ式伸び計の全体を横から見た概略図で示している。
【0015】
試験機本体1は試験片に引張負荷を加えて試験片を変形させ、そのとき試験片に加えられた試験力を計測する。一方、ビデオ式伸び計14は試験片表面に対向してその全体を撮影できる位置に配置され、試験片の表面に貼付された上下2つの標線を撮影することでそれぞれの位置を計測する。そして試験片に負荷が加えられて伸ばされていくときに撮影された標線の位置から上下2つの標線間の距離を演算し試験片の伸びを計測する。そして試験片に加えられた試験力と伸びとの関係を演算装置がグラフに描くなどするとともに試験片の材料としてのさまざまな特性値を計算し評価を行う。なお、制御器12は試験機本体1およびビデオ式伸び計14を制御したり計測値を取り込む機能を果たし、さらにはデータを記憶したり演算する装置であって、コンピュータおよび各種インターフェースによって構成されている。これらは機能ごとに分けて複数のユニットとして構成してもよい。
【0016】
試験機本体1およびビデオ式伸び計14の構成をさらに説明する。試験機本体1はロの字形に組み合わされて立設されたフレーム2の中に上下に駆動できるクロスヘッド3が渡されている。フレーム2の下部には試験片の一端を把持する下チャック4が上向きに取り付けられ、クロスヘッド3には試験片の他端を把持する上チャック5が試験力を計測するロードセル6を介して下向き取り付けられている。試験に適した形に切り出された試験片7はまっすぐにされた状態で上下のチャック5と4に把持されるようセットされる。試験片7の表面には下標線8と上標線9、および、基準スケール10が貼付される。例えば紙などでできたシート(標線シート)に棒形状または特定の形状をしたマークを描いておき、これを試験片表面に貼り付けることで標線8および9とする。この標線シートには標線の裏側にあたる部分に粘着剤が塗布されており、表側の標線マークが規格で決められた所定の位置になり、そして、上下2つの標線間の距離が規格で決められた距離となるように試験片に貼り付けられる。基準スケールについても、特定の形状をしたマークを描いたシート(基準スケールシート)を貼り付けることで基準スケール10とする。
【0017】
一方、試験片7の標線が貼付された面に対向してビデオカメラ11が試験機本体1のフレームに対して固定されるよう配置されている。ビデオカメラ11は試験片の表面にちょうど焦点が合うように焦点合わせが行われ、ビデオカメラ内部のCCD撮像素子上に上下の標線9と8の像が結ばれる。制御器12に含まれる画像処理機能により、CCD素子上に結ばれた2つの標線の位置が演算され、上下標線の像間の距離にカメラ倍率に相当する所定の係数Gをかけることで実際の試験片に貼られた2つの標線間の距離が計算される。ビデオカメラの視野13は上下の標線9と8を両方とも含み、試験片の伸ばされる方向に余裕を持って設定される。
【0018】
この状態で材料試験が始まると、制御器12からの指令によりクロスヘッド3がモータとねじ棹などの駆動機構によりフレーム2に対して上方(図1の矢印Uの方向)に変位して試験片7を伸ばす方向に引っ張るとともに、ロードセル6からの信号に基づいて試験片7に加えられた試験力が制御器12に刻々と取り込まれ記憶される。同時に、ビデオ式伸び計では、ビデオカメラ11内部のCCD撮像素子上に投影された両標線の位置から下標線8と上標線9との間の距離を演算し、その距離の変化量を試験片の伸びとして刻々と計測し記憶される。そして、試験片の伸び量に対する試験力を表すグラフなどが表示装置に描き出され、各種の演算が行われて試験された材料の評価が行われる。
【0019】
次に、試験片がビデオカメラに対して前後方向に変動した場合に、伸び計測値を補正する方法について説明する。
【0020】
最初に標線シートが貼付された試験片7が試験機本体1に取り付けられ、そのときのビデオカメラ11によって計測された標線間距離が上下2つの標線間距離の規格で決められた値(例えば50mm)であるとして記憶され、撮影された像から実際の距離を算出するための係数Gが計算され記憶される。図3(a)に例示するように試験片7には標線シートの他に基準スケールシートも貼付されている。これらは標線21あるいは基準スケール22を表すマークが描かれたシートであって、紙やその他の薄い材料からなるものである。試験実行の最初の段階で基準スケールも標線と同時に撮影されその像の大きさが基準長(例えば20mm)として記憶される。この基準長が基準となってその後における試験片の前後移動による変動を補正するためのデータとなる。
【0021】
試験片の前後移動効果の補正について図2を用いて説明する。下標線8と上標線9、さらに基準スケール10がビデオカメラによって撮影される。測定の最初の時点で基準スケールの基準長がKと記憶されたとする。図2(a)に補正前の計測値として示すように、試験片の伸びを計測しているある時点での基準長がK’と測定され、そのときの標線間の距離がL’と測定されたとする。これは試験片の前後方向の移動がないとしたときの計算値であるが、試験片が前後した場合に基準スケールの基準長の測定値の変動と標線間距離の測定値の変動は比例するので、図2(b)に示すように、試験片の前後方向の移動効果を補正した真の標線間距離Lは次のように計算される。
L=L’×K/K’ …(5)
ここで求めた真の標線間距離Lの値から試験片の真の伸び量を計算することができる。
【0022】
基準スケールの基準となる長さKはあらかじめ絶対値的に既知の大きさであることが望ましいが、必ずしも絶対値が正確にわかっている必要はない。なぜならば上記したように最初の設定のときに記憶された長さを基準として標線間の距離を補正するようにすればよいからである。
【0023】
また別の考え方として、次のような構成を採用することもできる。上述の説明では、試験を始める最初の設定のときに標線間距離が規格で決まった所定の値となるよう標線シールを試験片に貼付するとしたが、現実的には、例えば規格された所定の間隔となるよう精度よく上下の標線を試験片に貼付することは必ずしも容易ではない。この場合に、基準スケールの基準長を正確にわかっている既知の値とするか、基準長を別の測定器によってあらかじめ正確に測定してその値を記憶しておくかすれば、この基準スケールの基準長に基づいて試験片に貼付された標線間距離の正確な絶対値を計算すること、すなわち校正することも可能である。この値を元にして試験片に負荷した試験力に対する伸び量、または伸びた量の割合をより正確に測定することも可能である。
【0024】
すなわち、基準スケールの基準長が絶対値的に正しくKであり、CCD撮像素子上で基準スケールの基準長がSと計測され、標線間距離がHと計測されたとすると、標線間距離の絶対値的に真の値Lは次のように計算される。
=G×S …(6)
=K×H/S=G×H …(7)
ここでGはCCD撮像素子上で計測された距離を実際の試験片上の距離に換算する係数であって、G=K/Sで定義される。上記の式(6)はこの定義式を変形した式である。上述の式(5)との関係で言うと、真の標線間距離Lは、式(5)においてKをKで置き換え、L’=G×H’およびK’=G×S’として計算すればよいことになる。ここでH’はそのとき計測されたCCD素子上の標線間距離値であり、S’はそのとき計測されたCCD素子上の基準長値である。すなわち、試験片の前後方向の移動効果を補正した真の標線間距離Lは次式で表される。
L=L’×K/K’=K×H’/S’ …(8)
【0025】
基準スケールの試験片に対する貼り付け方は図3に示すように3つの方式があるが原理的にはどの方法でもよい。図3(a)は基準スケールを標線とは全く別のシートとして貼り付けるものである。標線21は1枚のシートに1つ描かれて上下の標線として2枚のシートを試験片7に貼付する。基準スケール22は標線とは別のシートに描かれて、これを標線21の近くに貼付する。基準スケールの貼付位置は特には限定されないが、どちらかの一方の標線の近くであって上下2つの標線の間ではない位置(チャックに近い位置)が望ましい。こうするとシートの貼付状態が試験片の伸長からはあまり影響されず、また影響を与えないからである。
【0026】
図3(b)は標線21を書いてあるシートにあらかじめ基準スケール22も書いておくもので、標線21と基準スケール22の試験片7への貼り付けを1回で済ますことができる。必然的に基準スケールは標線の近くに配置されるので好都合である。ただしこの場合、基準スケールの位置は上下2つの標線の間にはさまれる位置であってもかまわない。なぜならばこのシートは標線21の裏側の位置にある粘着剤によって試験片に貼られているので、基準スケール22がシートのどの位置に描かれていても試験片の伸びに影響されず、また影響を与えないからである。
【0027】
図3(c)は基準スケール兼標線23を描いたシートを試験片7に貼付し、基準スケールを標線と兼用するものであり、実質的に基準スケールを別体として貼付する必要がなく、また、従来の標線をそのまま基準スケールとして利用することもできるので最も手間が少ない。このとき上下2つの標線のうちどちらを基準スケールとして利用してもかまわない。
【0028】
図3では2つある標線のうち片方の標線の近くに1つの基準スケールを貼付した例を示したが、上下標線のそれぞれの近くに別々に基準スケールを貼付して別々に試験片前後効果の補正をするようにすれば試験片の前後方向の傾きにも対応してより正確な補正を行うことができる。この場合、上下の基準スケールからのデータを用いて補正されて得られた2つの伸び量の平均値を真の試験片伸び量とすることができる。
【0029】
図4に基準スケールの形状の例を示す。図4(a)は基準スケール22を単独のシートに描いたものである。図中の記号Kは基準長を表している。基準スケールの形状は長さの基準となり得るものならばどのような形状でも良いが、CCD素子を用いたビデオカメラで撮影した場合にCCD素子のピッチの間も補間して正確に求められるような形状が望ましい。たとえば基準となる位置が三角形の頂点となるような形状が望ましい。図4(b)は基準スケール22を標線21と同じ1つのシートに描いた例であり、また、基準スケールとして2つの三角形を並べた形を採用した例である。図4(c)と(d)は基準スケールを標線と兼ねるようにした基準スケール兼標線23を1つのシートに描いたものである。図4(c)のように棒状の標線の端から端までを基準長Kとしても良いが、図4(d)のようにひし形マークを複数個並べた形状の標線を基準スケールと兼ねるようにすれば基準長Kも精度よく求まる。基準スケールの形状は上述の例に限られずさまざまな形状が考えられ、例えば、離れた位置に描かれた2つの点や線でもよい。さらに基準長の配置方向は上述の例のように試験片を正面から見て横方向に配置すること限られず、縦方向に配置したり、斜め方向に配置することも可能である。
【0030】
ビデオカメラに内蔵されたCCD撮像素子によって撮影された基準スケールの映像から基準長を精度よく求める演算について説明する。CCD撮像素子は2次元的に所定のピッチで並んだ多数の画素から構成される。画素の並びのピッチは無限小ではない有限の値であるから、精度よく基準長を求めるためには画素間の補間演算が重要である。基準スケールが図3(b)に描かれたような2つの三角形である場合で説明する。基準長を精度よく求めるということは、CCD素子の画素の並びを基準としてXY座標軸をとったとすると、CCD素子上で三角形の頂点を表すXY座標を正確に求めるということと同じことである。
【0031】
基準スケールである三角形の頂点を求めるには例えば次のような画像処理を行う。まず撮影された三角形の濃淡像から輪郭を抽出する。その輪郭の2辺をそれぞれ直線で近似して、その2つの直線が交わる交点を三角形の頂点座標とする。2つの三角形が基準スケールを構成しているとして、各三角形のそれぞれの頂点座標が求まったら、その2点間の直線距離を演算して基準長とする。このような処理によってCCD素子のピッチよりも細かな値まで精度よく基準長を求めることができる。
【0032】
以上のような画像処理によって基準長を求めるためには基準スケールの外形形状が2つ以上の辺を持つ三角形または四角形であることが望ましい。このとき2つの辺の長さ方向とCCD素子の画素の並び方向が平行とならないように配置することが精度よく補間する上で望ましい。図4の(a)(b)(d)に例示したような形状はこの点から見て望ましい形状である。また、基準スケールの辺の長さ方向とCCD画素の並び方向が平行にならないようにするために、ビデオカメラを水平またはそれと直角に構えるのではなく、ビデオカメラ全体を水平から斜めに傾けて撮影することも有効である。
【0033】
上述の実施の形態では、ビデオ式伸び計のカメラは1台であるとして説明したが、上下の標線を別々の2台のビデオカメラを用いて撮像する構成や、さらには合計3台のビデオカメラを用いて、1台のビデオカメラで上下標線を両方とも撮影し、他の2台のカメラで上下の標線を別々に撮影する構成の伸び計でも本発明を適用できることは勿論である。また、引張試験のみならず、試験片の圧縮量を測定する圧縮試験についても本発明を適用できることは言うまでもない。
【0034】
【発明の効果】
本発明の材料試験機によれば、簡単な構成で試験片が前後方向に移動してもそれに対応して正確な試験片の歪み量を計測することができる。従来技術のように特別な試験片の前後方向移動を計測する変位計が不要なのでコストも少なく実現できる。基準スケールを標線と兼用すれば従来の試験手順と比較して手間もほとんどかからないにもかかわらずより正確な歪み計側をすることができる。
【0035】
また、本発明の材料試験機によれば、正確な基準長のわかっている基準スケールを用いて上下2つの標線間の距離を校正することが可能であり、試験片に対する標線の貼り方に多少の誤差があったとしても試験される材料の特性をより正確に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】試験機本体とビデオ式伸び計の全体を表す概略図である。
【図2】試験片の前後方向移動による変動を補正することを説明する図である。
【図3】基準スケールの貼付方法を説明する図である。
【図4】基準スケールの例を説明する図である。
【図5】試験片が前後方向に移動したときの計測値の誤差を説明する図である。
【符号の説明】
1…試験機本体 2…フレーム
3…クロスヘッド 4…下チャック
5…上チャック 6…ロードセル
7…試験片 8…下標線
9…上標線 10…基準スケール
11…ビデオカメラ 12…制御器
13…視野 14…ビデオ式伸び計
21…標線 22…基準スケール
23…基準スケール兼標線
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a material testing machine having a video type strain measuring means, wherein a test camera body is used to measure the elongation of a test piece which is expanded by, for example, being subjected to a tensile load, by using a video camera to mark a line attached to the test piece. The present invention relates to a material testing machine that takes an image and measures the amount of elongation (amount of strain) of a test piece from the amount of movement of the marked line. Further, in the measurement of the strain of the material referred to in the present specification, the amount of compression can be measured only by reversing the direction in which a load is applied to the material and taking the strain in the negative direction opposite to the elongation. It shall also include material testing and compression measurement.
[0002]
[Prior art]
Since the video extensometer measures the distance between the marking lines attached to the test piece based on an image of the test piece, the measured distance between the marking lines varies depending on the magnification at which the image is taken. The imaging magnification is fixed at a fixed value if the type of camera, the lens to be used, and the distance between the camera and the test piece are determined, but the distance between the camera and the test piece is likely to change due to various factors. Among other factors, a slightly bent specimen may become straight as it is loaded, or the specimen may move back and forth with respect to the camera due to non-uniformity of the applied force. It is thought to have the greatest effect.
[0003]
An error when the test piece moves back and forth in the direction of the video camera will be described with reference to FIG. Assuming that the position N is the correct position where the test piece should be placed, the test piece 31 to which the two upper and lower mark lines 32 are attached is located here. A video camera is arranged facing the test piece at a position where the surface of the test piece 31 can be photographed, and the image of the reference line 32 is formed on the CCD image pickup device in the video camera by the camera lens 33. The distance between the two marked lines is L. The distance between the position N and the camera lens 33 is A, and the distance between the camera lens 33 and the CCD element 34 is B. In this state, a case where the test piece 31 is displaced by the distance d in the direction away from the video camera and moved to the position F will be considered. Note that the video camera is adjusted so that the test piece is in focus when the test piece is at the position N. Even when the test piece moves to the position F, it is considered that the test piece is within the depth of focus of the video camera. Here, it is assumed that the image is not blurred.
[0004]
The gauge length to be tied on the CCD element when the test piece 31 is in the position N and L N, the gauge length to be tied on the CCD element when the test piece 31 in position F When L F ,
L N = L × B / A (1)
L F = L × B / (A + d) (2)
Therefore, L F ≠ L N. If the position N is the position of the correct test piece and the coefficient corresponding to the camera magnification, that is, the coefficient for converting the length on the CCD element into the length at the position N is G, the distance L Is determined as follows.
L = G × L N (3)
When where the test piece 31 is moved to the position F, it is calculated without taking into account the effect of this movement, the formula (3) L N instead from be using L F L '= G × L F of = L × A / (A + d) (4)
Will be calculated. This is L '≠ L, which is an incorrect value.
[0005]
An example of a method for removing the influence of the displacement of the test piece before and after is described in Patent Document 1. In this document, a displacement meter that measures the distance variation between a camera and a test piece is placed at the camera position, the displacement before and after the test piece is measured, and the elongation measurement value is corrected based on the position information of the test piece. To accurately measure the elongation between marked lines.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-226888 (FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Many conventional video extensometers measure the elongation of a test piece ignoring its error, assuming that the test piece moves in the front-back direction is small. In this case, the accuracy of the extensometer is poor, and accurate elongation measurement cannot be performed.
[0008]
In addition, the method described in Patent Document 1 uses a separate device such as a displacement meter, which is originally not required for elongation measurement of a test piece performed in a material test, so that the structure is complicated and the cost is increased.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and has a simple configuration that corrects fluctuations in elongation measurement values due to movement of a test specimen in a forward and backward method, and that can accurately measure the amount of elongation of the test specimen. The purpose is to provide an extensometer.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention has a video camera that captures a mark attached to a test piece to which a load is applied, and distorts the test piece based on the amount of movement of the mark taken by the video camera. In a material testing machine provided with a video type strain measuring means for measuring a reference scale having a predetermined size was attached to the surface of a test piece taken by the video camera, and the reference scale was taken by the video camera. The distortion measurement value of the test piece is corrected based on the size of the image.
[0011]
Since the reference scale is attached to the surface of the test piece and follows the movement of the test piece in the front-rear direction, the distance between the marked lines due to the test piece moving back and forth based on the change in the size of this reference scale Fluctuations in measured values can be corrected. Here, the movement of the test piece in the front-back direction means the movement in the direction of the line connecting the test piece and the video camera, that is, the movement of the test piece relatively approaching or moving away from the video camera. ing. This includes the case where the video camera moves in the direction of the test piece without moving the test piece.
[0012]
The above-mentioned reference scale can also serve as a gauge for distortion measurement inherent in the video-type distortion measurement means. In this case, there is no need to specially attach a reference scale, so that there is no useless labor or error factor.
[0013]
Further, the above-described reference scale can be used for calibration of the reference line distance. The measured value of the distance between the marked lines is corrected based on the length of the reference scale whose absolute value is known, and a more accurate elongation amount can be obtained.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic side view of a whole of a tester main body for performing a material test by applying a tensile load to a test piece and a video extensometer attached to the tester to measure the elongation of the test piece. ing.
[0015]
The tester main body 1 applies a tensile load to the test piece to deform the test piece, and measures a test force applied to the test piece at that time. On the other hand, the video-type extensometer 14 is arranged at a position facing the surface of the test piece so that the whole can be photographed, and measures the respective positions by photographing two upper and lower marked lines attached to the surface of the test piece. Then, the distance between the upper and lower two marked lines is calculated from the position of the marked line photographed when a load is applied to the test piece and the test piece is stretched, and the elongation of the test piece is measured. Then, the relation between the test force applied to the test piece and the elongation is plotted by a computing device in a graph, and various characteristic values of the material of the test piece are calculated and evaluated. The controller 12 has a function of controlling the tester main body 1 and the video extensometer 14 and taking in measured values, and is a device for storing and calculating data, and is constituted by a computer and various interfaces. I have. These may be configured as a plurality of units separately for each function.
[0016]
The configurations of the tester main body 1 and the video extensometer 14 will be further described. The test machine main body 1 has a crosshead 3 that can be driven up and down provided in a frame 2 that is erected in a square shape. A lower chuck 4 for gripping one end of the test piece is attached to the lower part of the frame 2 upward, and an upper chuck 5 for holding the other end of the test piece is downwardly attached to the crosshead 3 via a load cell 6 for measuring a test force. Installed. The test piece 7 cut into a shape suitable for the test is set so as to be gripped by the upper and lower chucks 5 and 4 in a straightened state. A lower mark line 8, an upper mark line 9, and a reference scale 10 are attached to the surface of the test piece 7. For example, a mark made in a bar shape or a specific shape is drawn on a sheet (marked line sheet) made of paper or the like, and the mark is attached to the surface of the test piece to make the marked lines 8 and 9. Adhesive is applied to the back side of the marked line sheet, the marked line mark on the front side is at a predetermined position determined by the standard, and the distance between the upper and lower two marked lines is Affixed to the test piece so that the distance is determined by. The reference scale 10 is also obtained by attaching a sheet (reference scale sheet) on which a mark having a specific shape is drawn.
[0017]
On the other hand, the video camera 11 is arranged so as to be fixed to the frame of the tester main body 1 so as to face the surface of the test piece 7 on which the marked line is attached. The video camera 11 is focused so that the surface of the test piece is just focused, and images of the upper and lower marked lines 9 and 8 are formed on the CCD image pickup device inside the video camera. The image processing function included in the controller 12 calculates the positions of the two marked lines connected on the CCD element, and multiplies the distance between the images of the upper and lower marked lines by a predetermined coefficient G corresponding to the camera magnification. The distance between the two marked lines attached to the actual test piece is calculated. The field of view 13 of the video camera includes both the upper and lower marked lines 9 and 8, and is set with a margin in the direction in which the test piece is extended.
[0018]
When the material test is started in this state, the crosshead 3 is displaced upward (in the direction of the arrow U in FIG. 1) with respect to the frame 2 by a drive mechanism such as a motor and a screw rod in response to a command from the controller 12. 7 is pulled in the direction in which it is extended, and the test force applied to the test piece 7 based on the signal from the load cell 6 is fetched and stored in the controller 12 every moment. At the same time, the video extensometer calculates the distance between the lower standard line 8 and the upper standard line 9 from the positions of the two standard lines projected on the CCD image pickup device inside the video camera 11, and calculates the amount of change in the distance. Is measured and stored every moment as the elongation of the test piece. Then, a graph or the like representing the test force with respect to the amount of elongation of the test piece is drawn on the display device, and various calculations are performed to evaluate the tested material.
[0019]
Next, a method of correcting the elongation measurement value when the test piece fluctuates in the front-back direction with respect to the video camera will be described.
[0020]
First, the test piece 7 to which the mark sheet is attached is attached to the tester main body 1, and the distance between the mark lines measured by the video camera 11 at that time is a value determined by the standard of the upper and lower two mark lines. (For example, 50 mm), and a coefficient G for calculating an actual distance from a captured image is calculated and stored. As illustrated in FIG. 3A, a reference scale sheet is attached to the test piece 7 in addition to the marked line sheet. These are sheets on which marks representing the marking lines 21 or the reference scales 22 are drawn, and are made of paper or other thin materials. In the first stage of the test execution, the reference scale is also photographed at the same time as the reference line, and the size of the image is stored as the reference length (for example, 20 mm). The reference length serves as a reference, and serves as data for correcting a change due to the subsequent movement of the test piece in the forward and backward directions.
[0021]
The correction of the effect of moving the test piece back and forth will be described with reference to FIG. The lower line 8 and the upper line 9 and the reference scale 10 are photographed by a video camera. Suppose that the reference length of the reference scale is stored as K at the first time of the measurement. As shown as a measurement value before correction in FIG. 2A, the reference length at a certain point in time when the elongation of the test piece is measured is measured as K ′, and the distance between the marked lines at that time is L ′. Assume that it was measured. This is a calculated value assuming that the test piece does not move in the front-rear direction. Therefore, as shown in FIG. 2B, the true distance L between the reference marks after correcting the effect of moving the test piece in the front-rear direction is calculated as follows.
L = L '× K / K' (5)
The true amount of elongation of the test piece can be calculated from the value of the true distance L between the reference marks obtained here.
[0022]
It is desirable that the length K serving as the reference of the reference scale has a known size in absolute value in advance, but it is not always necessary to know the absolute value accurately. This is because, as described above, the distance between the marked lines may be corrected based on the length stored at the time of the first setting.
[0023]
As another concept, the following configuration can be adopted. In the above description, at the time of the first setting to start the test, the marked line seal was affixed to the test piece so that the distance between the marked lines became a predetermined value determined by the standard, but in reality, for example, the standardized It is not always easy to affix the upper and lower marked lines to the test piece with high precision so as to have a predetermined interval. In this case, if the reference length of the reference scale is a known value that is accurately known, or if the reference length is accurately measured in advance by another measuring device and the value is stored, the value of the reference scale can be obtained. It is also possible to calculate the exact absolute value of the distance between the marked lines affixed to the test piece based on the reference length, that is, to calibrate. Based on this value, the amount of elongation or the ratio of the amount of elongation to the test force applied to the test piece can be measured more accurately.
[0024]
That is, a reference scale of the reference length is absolute value correct K 0, reference length of reference scale on the CCD is measured as S, when the inter-marked line distance is measured as H, gauge length The absolute value L 0 of the absolute value of is calculated as follows.
K 0 = G × S (6)
L 0 = K 0 × H / S = G × H (7)
Here, G is a coefficient for converting the distance measured on the CCD image sensor into the actual distance on the test piece, and is defined by G = K 0 / S. The above equation (6) is a modified version of this definition equation. In terms of relationship with the above equation (5), the distance L between the true target line, as a replacement for K in equation (5) K 0, L '= G × H' and K '= G × S' You just have to calculate. Here, H 'is the distance value between the reference lines on the CCD element measured at that time, and S' is the reference length value on the CCD element measured at that time. That is, the true distance L between the reference marks after correcting the effect of moving the test piece in the front-rear direction is expressed by the following equation.
L = L ′ × K 0 / K ′ = K 0 × H ′ / S ′ (8)
[0025]
As shown in FIG. 3, there are three methods for attaching the reference scale to the test piece, but any method may be used in principle. FIG. 3A shows a case where the reference scale is attached as a sheet completely different from the reference line. One marking line 21 is drawn on one sheet, and two sheets are attached to the test piece 7 as upper and lower marking lines. The reference scale 22 is drawn on a sheet different from the reference line, and is attached near the reference line 21. The attaching position of the reference scale is not particularly limited, but is preferably a position near one of the two marked lines and not between the upper and lower two marked lines (a position close to the chuck). This is because, in this case, the affixed state of the sheet is hardly affected by the elongation of the test piece and has no effect.
[0026]
In FIG. 3B, the reference scale 22 is also written in advance on the sheet on which the marking lines 21 are written, so that the marking lines 21 and the reference scale 22 can be attached to the test piece 7 only once. Conveniently, the reference scale is necessarily located close to the reference line. However, in this case, the position of the reference scale may be a position between two upper and lower marked lines. Because the sheet is stuck to the test piece with the adhesive at the position behind the mark line 21, the reference scale 22 is drawn at any position of the sheet without being affected by the elongation of the test piece, and It has no effect.
[0027]
FIG. 3 (c) shows that the sheet on which the reference scale / marker line 23 is drawn is affixed to the test piece 7 and the reference scale is also used as the reference line, and it is not necessary to attach the reference scale as a separate body. In addition, since the conventional mark line can be used as it is as the reference scale, it is the least time-consuming. At this time, either of the two upper and lower marked lines may be used as the reference scale.
[0028]
FIG. 3 shows an example in which one reference scale is attached near one of the two marking lines, but the reference scale is separately attached near each of the upper and lower marking lines, and the test specimen is separately attached. If the front-back effect is corrected, more accurate correction can be performed corresponding to the tilt of the test piece in the front-back direction. In this case, the average value of the two elongation amounts obtained by correcting using the data from the upper and lower reference scales can be used as the true test piece elongation amount.
[0029]
FIG. 4 shows an example of the shape of the reference scale. FIG. 4A shows the reference scale 22 drawn on a single sheet. The symbol K in the figure represents the reference length. The shape of the reference scale may be any shape as long as it can serve as a reference for the length, but when photographed by a video camera using a CCD element, the pitch between the CCD elements can be accurately obtained by interpolation. Shape is desirable. For example, a shape in which the reference position is the vertex of the triangle is desirable. FIG. 4B is an example in which the reference scale 22 is drawn on the same sheet as the reference line 21, and an example in which two triangles are arranged as the reference scale. FIGS. 4C and 4D show the reference scale and mark line 23 in which the reference scale also serves as the mark line on one sheet. As shown in FIG. 4 (c), the end to end of the bar-shaped mark may be set as the reference length K. However, as shown in FIG. 4 (d), a mark having a shape in which a plurality of rhombic marks are arranged also serves as a reference scale. In this way, the reference length K can be determined with high accuracy. The shape of the reference scale is not limited to the above example, and various shapes can be considered. For example, two points or lines drawn at distant positions may be used. Further, the arrangement direction of the reference length is not limited to the arrangement of the test pieces in the horizontal direction as viewed from the front as in the above-described example, but may be arranged in the vertical direction or in the oblique direction.
[0030]
The calculation for accurately determining the reference length from the image of the reference scale captured by the CCD image pickup device built in the video camera will be described. The CCD image sensor is composed of a large number of pixels arranged two-dimensionally at a predetermined pitch. Since the pitch of the arrangement of pixels is a finite value that is not infinitesimal, interpolation calculation between pixels is important in order to accurately determine the reference length. The case where the reference scale is two triangles as illustrated in FIG. 3B will be described. Accurately obtaining the reference length is equivalent to accurately obtaining the XY coordinates representing the vertices of the triangle on the CCD element, assuming that the XY coordinate axes are set based on the arrangement of the pixels of the CCD element.
[0031]
In order to obtain the vertices of the triangle as the reference scale, for example, the following image processing is performed. First, the contour is extracted from the photographed triangular image. The two sides of the outline are each approximated by a straight line, and the intersection of the two straight lines is defined as the vertex coordinates of the triangle. Assuming that two triangles constitute a reference scale, and when the coordinates of the respective vertices of each triangle are determined, a straight-line distance between the two points is calculated to be a reference length. By such processing, the reference length can be obtained with high accuracy even to a value finer than the pitch of the CCD elements.
[0032]
In order to obtain the reference length by the above-described image processing, it is desirable that the outer shape of the reference scale be a triangle or a quadrangle having two or more sides. At this time, it is preferable to arrange the two sides so that the length direction of the two sides and the arrangement direction of the pixels of the CCD element are not parallel to each other for accurate interpolation. The shapes illustrated in FIGS. 4A, 4B, and 4D are desirable shapes in view of this point. Also, to prevent the length direction of the reference scale from being parallel to the arrangement direction of the CCD pixels, instead of holding the video camera horizontally or at a right angle to it, shoot the entire video camera obliquely from the horizontal. It is also effective to do so.
[0033]
In the above-described embodiment, the description has been made on the assumption that the number of cameras of the video type extensometer is one. However, a configuration in which the upper and lower marking lines are imaged using two separate video cameras, and a total of three video cameras Of course, the present invention can be applied to an extensometer configured to photograph both the upper and lower marked lines with one video camera using a camera and separately photograph the upper and lower marked lines with the other two cameras. . Further, it goes without saying that the present invention can be applied not only to a tensile test but also to a compression test for measuring the amount of compression of a test piece.
[0034]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the material testing machine of this invention, even if a test piece moves to a front-back direction with a simple structure, the distortion amount of a test piece can be measured accurately corresponding to it. Since a displacement meter for measuring the movement of the test piece in the front-rear direction as in the prior art is not required, the cost can be reduced and realized. If the reference scale is also used as a reference line, a more accurate strain gauge side can be obtained even though little effort is required as compared with the conventional test procedure.
[0035]
Further, according to the material testing machine of the present invention, it is possible to calibrate the distance between the upper and lower two marked lines using a reference scale whose exact reference length is known. It is possible to more accurately measure the properties of the material to be tested even if there is some error in the test.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the whole of a tester main body and a video extensometer.
FIG. 2 is a diagram illustrating correction of a fluctuation due to a forward and backward movement of a test piece.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of attaching a reference scale.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a reference scale.
FIG. 5 is a diagram illustrating an error of a measured value when a test piece moves in a front-back direction.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Test machine main body 2 ... Frame 3 ... Cross head 4 ... Lower chuck 5 ... Upper chuck 6 ... Load cell 7 ... Test piece 8 ... Lower marker 9 ... Upper marker 10 ... Reference scale 11 ... Video camera 12 ... Controller 13 ... field of view 14 ... video extensometer 21 ... mark 22 ... reference scale 23 ... reference scale and mark

Claims (3)

負荷を加えられる試験片につけられた標線を撮影するビデオカメラを有し、このビデオカメラによって撮影された標線の移動量から試験片の歪みを計測するビデオ式歪み測定手段を備えた材料試験機において、前記ビデオカメラによって撮影される試験片の表面に所定の大きさを有する基準スケールを貼付し、この基準スケールを前記ビデオカメラで撮影した像の大きさに基づいて試験片の歪み計測値を補正することを特徴とする材料試験機。A material test having a video camera for photographing a marked line attached to a test piece to which a load is applied, and a video type strain measuring means for measuring a strain of the test piece from a movement amount of the marked line photographed by the video camera In the machine, a reference scale having a predetermined size is affixed to the surface of the test piece photographed by the video camera, and the measured value of the distortion of the test piece based on the size of the image photographed by the video camera. Material testing machine characterized by correcting 前記基準スケールは前記標線によって兼ねることを特徴とする請求項1記載の材料試験機。The material testing machine according to claim 1, wherein the reference scale is also used by the mark line. 前記基準スケールの絶対値に基づいて前記標線の移動量の計測値を補正することを特徴とする請求項1または2記載の材料試験機。The material testing machine according to claim 1, wherein the measured value of the movement amount of the reference line is corrected based on an absolute value of the reference scale.
JP2003050568A 2003-02-27 2003-02-27 Material testing machine Pending JP2004257925A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003050568A JP2004257925A (en) 2003-02-27 2003-02-27 Material testing machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003050568A JP2004257925A (en) 2003-02-27 2003-02-27 Material testing machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004257925A true JP2004257925A (en) 2004-09-16

Family

ID=33115941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003050568A Pending JP2004257925A (en) 2003-02-27 2003-02-27 Material testing machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004257925A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010169505A (en) * 2009-01-22 2010-08-05 Meidensha Corp Pantograph height measuring device and method for calibrating the same
WO2011138825A1 (en) * 2010-05-06 2011-11-10 株式会社島津製作所 Material testing machine
WO2012032590A1 (en) * 2010-09-06 2012-03-15 株式会社島津製作所 Material testing device
JP2012058013A (en) * 2010-09-07 2012-03-22 Shimadzu Corp Material testing machine and displacement measuring method in material testing machine
WO2014081109A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-30 한국기계연구원 Apparatus and method for measuring mechanical properties of freestanding nano thin film
KR101431244B1 (en) * 2013-02-08 2014-08-20 전남대학교산학협력단 Measurement system of dynamic strain by image processing and method thereof
CN109470164A (en) * 2018-12-07 2019-03-15 广州大学 A kind of tracking of view-based access control model has label extensometer dynamic measurement and system
CN109870354A (en) * 2019-01-21 2019-06-11 吉林大学 Round metal bars sample is uniaxially stretched elongation after fracture method for automatic measurement

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010169505A (en) * 2009-01-22 2010-08-05 Meidensha Corp Pantograph height measuring device and method for calibrating the same
WO2011138825A1 (en) * 2010-05-06 2011-11-10 株式会社島津製作所 Material testing machine
JP5435127B2 (en) * 2010-05-06 2014-03-05 株式会社島津製作所 Material testing machine
US8863583B2 (en) 2010-05-06 2014-10-21 Shimadzu Corporation Material testing system
WO2012032590A1 (en) * 2010-09-06 2012-03-15 株式会社島津製作所 Material testing device
JP5282853B2 (en) * 2010-09-06 2013-09-04 株式会社島津製作所 Material testing machine
JP2012058013A (en) * 2010-09-07 2012-03-22 Shimadzu Corp Material testing machine and displacement measuring method in material testing machine
WO2014081109A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-30 한국기계연구원 Apparatus and method for measuring mechanical properties of freestanding nano thin film
KR101431244B1 (en) * 2013-02-08 2014-08-20 전남대학교산학협력단 Measurement system of dynamic strain by image processing and method thereof
CN109470164A (en) * 2018-12-07 2019-03-15 广州大学 A kind of tracking of view-based access control model has label extensometer dynamic measurement and system
CN109870354A (en) * 2019-01-21 2019-06-11 吉林大学 Round metal bars sample is uniaxially stretched elongation after fracture method for automatic measurement
CN109870354B (en) * 2019-01-21 2021-06-01 吉林大学 Automatic measurement method for elongation after uniaxial tension fracture of metal round bar sample

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109696356B (en) Geosynthetic material tensile sample global strain field measuring device and method
JP3373831B2 (en) Test specimen elongation measuring method and apparatus
JP4604774B2 (en) Calibration method for 3D measurement
WO2020065815A1 (en) Material testing machine
JP2009216494A (en) Reference line position measuring instrument, program for reference line position measurement, and reference line mark
JP2004257925A (en) Material testing machine
KR100694320B1 (en) Length Measuring Device and Method
JP5278347B2 (en) Material testing machine
JP6822354B2 (en) Material testing machine
JP5545139B2 (en) Material testing machine and displacement measuring method in material testing machine
JP3508659B2 (en) Video extensometer
JP3147797B2 (en) Video non-contact extensometer
JP4240215B2 (en) Video type three-dimensional position measuring device, video type extensometer and video type width meter
JP2008014857A (en) Device, method, and program for acquiring coordinate for inspection of printed board
JP3904082B2 (en) Material testing machine
JP3125889U (en) Video extensometer
JP3861998B2 (en) Video width measuring device
JP3858990B2 (en) True stress-strain measuring device in high-speed tensile test area
JP2006078345A (en) Mark setting method
JP2008076142A (en) Light intensity measuring apparatus and light intensity measuring method
WO2022074879A1 (en) Material testing machine
JP3350272B2 (en) Material testing equipment
JPH11295042A (en) Video type noncontact extensometer
JP5282853B2 (en) Material testing machine
JP7215308B2 (en) Material testing machine and control method for material testing machine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20050803

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Effective date: 20061110

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20061121

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070403