JP2013170831A - ひずみ計測装置及びひずみ計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】事前に応力集中部を推定することが難しい測定対象物の表面に発生するひずみを特定してひずみ計測を行うことができるひずみ計測装置及びひずみ計測方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るひずみ計測装置は、測定対象物を固定した後に前期測定対象物に荷重を加える固定手段と、前期測定対象物の表面を撮像して画像を取得する少なくとも１つの撮像装置と、前記撮像装置をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向へ移動させる撮像装置移動手段と、前記撮像装置で前記測定対象物の全ての表面を撮像して取得した画像から応力集中部を特定し、前記特定した応力集中部を拡大して撮像して取得した画像に基づいて前記測定対象物の表面のひずみを算出する計測装置と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測装置及びひずみ計測方法に関するものである。

従来より、カメラやビデオカメラ等の撮像装置やひずみゲージを用いて、測定対象物の表面に発生するひずみを計測する方法が知られている。

例えば、測定対象物の表面に等間隔の格子状のマーカーを貼り付け、または塗装などにより形成し、測定対象物の変形前及び変形後のマーカーを接触または近接させたラインスキャナで読み取った画像から測定対象物のひずみを算出する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ゲージ本体内に抵抗体となる細い金属線が折り返し状態で配置されているひずみゲージを測定対象物の表面に取り付けて、測定対象物の変形に応じて抵抗体である金属線の抵抗値の変化から測定対象物のひずみを算出する方法が用いられている。

また、形状が複雑な測定対象物のひずみ計測において、従来は、事前にシミュレーションなどで応力集中部を予測してその領域にマーカーやひずみゲージを貼り付けて、予測に基づいて推定した応力集中部のひずみ計測を行っていた。

特開２００７−２６３６１１号公報

しかしながら、形状が複雑な測定対象物の場合、従来の予測に基づいて推定した領域に応力集中部が発生せずに、予測とは違った領域に応力集中部が発生する場合がある。この場合には、従来の予測に基づくひずみ計測では、応力集中部のひずみ計測ができない。

また、事前の予測に基づいて推定した領域にマーカーやひずみゲージを貼り付けるため、予測とは違った領域に応力集中部が発生した場合には対応できないためひずみ計測ができない。

また、事前にシミュレーションなどで応力集中部を推定することが難しい測定対象物は、予測に基づいたとしても試行錯誤を繰り返してひずみ計測しなければならない場合があった。

そこで、事前に応力集中部を推定することが難しい測定対象物の場合でも応力集中部を特定して、ひずみ計測を行うことが切望されている。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、事前に応力集中部を推定することが難しい測定対象物の表面に発生するひずみを特定してひずみ計測を行うことができるひずみ計測装置及びひずみ計測方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、測定対象物を固定した後に前期測定対象物に荷重を加える固定手段と、前期測定対象物の表面を撮像して画像を取得する少なくとも１つの撮像装置と、前記撮像装置をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向へ移動させる撮像装置移動手段と、前記撮像装置で前記測定対象物の全ての表面を撮像して取得した画像から応力集中部を特定し、前記特定した応力集中部を拡大して撮像して取得した画像に基づいて前記測定対象物の表面のひずみを算出する計測装置と、を有することを特徴とするひずみ計測装置である。

第２の発明は、第１の発明において、前記撮像装置は、前記測定対象物の表面全体を所定の数の区画に分割して撮像して前記画像を取得することを特徴とするひずみ計測装置である。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記計測装置は、前記画像に基づいて算出したひずみ量を分布図として表示させることを特徴とするひずみ計測装置である。

第４の発明は、第１の発明において、前記撮像装置は、前記撮像装置移動手段に設けられる第１の撮像装置及び第２の撮像装置であり、前記計測装置は、前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置で取得した２つの画像に基づいて、三角測量法によって前記画像の面外方向の変形量を求めて前記画像の誤差を補正することを特徴とするひずみ計測装置である。

第５の発明は、第４の発明において、前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置の撮像位置と、前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置の視準角度とに基づいて、前記画像の面外方向の変形量を求めることを特徴とするひずみ計測装置である。

第６の発明は、測定対象物を固定した後に前期測定対象物に荷重を加える固定荷重付加工程と、前期測定対象物の全ての表面を撮像装置で撮像して画像を取得する撮像工程と、前記画像に基づいてひずみを算出して応力集中部を特定する応力集中部特定工程と、前記特定した応力集中部を拡大して撮像して取得した画像に基づいて前記測定対象物の表面のひずみを算出するひずみ算出工程と、を有することを特徴とするひずみ計測方法である。

第７の発明は、第６の発明において、前記撮像装置は、第１の撮像装置及び第２の撮像装置であり、前記ひずみ算出工程は、前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置で取得した２つの画像に基づいて、三角測量法に従って前記画像の面外方向の変形量を求めて前記画像の誤差を補正することを特徴とするひずみ計測方法である。

本発明によれば、事前に応力集中部を推定することが難しい測定対象物の表面に発生するひずみを特定してひずみ計測を行うことができる。

図１は、本実施例に係るひずみ計測装置の構成を簡略に示す図である。 図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。 図３は、本実施例に係るひずみ計測装置の計測装置の概略構成図である。 図４は、本実施例に係るひずみ計測装置を用いて測定対象物の全体のひずみを計測する概略の流れを説明する図である。 図５は、本実施例のひずみを計測する流れの一例を説明する図である。 図６は、撮像装置で測定対象物の表面全体を分割して撮像した画像に基づいてひずみ量を分布図とした状態を模式的に示す図である。 図７は、測定対象物の全体を分割した所定の区画において測定対象物に加えた荷重とひずみ量の変化を説明する図である。 図８は、本実施例に係るひずみ計測装置の構成を簡略に示す図である。 図９は、図８のＡ−Ａ断面図である。

以下に、本発明に係るひずみ計測装置及びひずみ計測方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに以下に記載した下記実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

本実施例に係るひずみ計測装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施例に係るひずみ計測装置の構成を簡略に示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

図１、２に示すように、本実施例に係るひずみ計測装置１０ａは、測定対象物１５を固定した後に測定対象物に荷重を加える固定手段１１ａ、１１ｂと、測定対象物１５の表面を撮像して画像を取得する撮像装置１２ａと、撮像装置１２ａをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向へ移動させる撮像装置移動手段１３と、取得した画像に基づいて測定対象物１５の表面のひずみを算出する計測装置１４とを備える。

固定手段１１ａ、１１ｂは、測定対象物１５を固定するものである。ひずみ計測を行う際に固定手段１１ａ、１１ｂは、測定対象物１５を固定した後、測定対象物１５に荷重を加えられるようになっている。例えば、図１の矢印Ｆ１、Ｆ２の方向に移動して測定対象物１５に引っ張り荷重をかけることができる。そして、測定対象物１５に引っ張り荷重を加えた状態で撮像装置１２ａにより測定対象物１５の表面全体を走査しながら撮像して画像を取得することができる。なお、引っ張り荷重に限ることはなく、図１の矢印Ｆ１、Ｆ２の反対方向に移動して測定対象物１５に圧縮荷重を加えるようにしてもよい。

撮像装置１２ａは、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を有する本体２１ａと、撮像素子上に被写体の像を結像させるレンズ２２ａとを備える。撮像装置１２ａは、測定対象物１５の表面に焦点をフォーカスさせる自動焦点機構を備えている。撮像装置１２ａは、離れた位置から測定対象物１５の全ての表面を撮像できるように測定対象物１５の上面側に対向するように配置された撮像装置移動手段１３に配置される。撮像装置１２ａは、後述する撮像装置移動手段１３のＹテーブル３２に配置され、レンズ２２ａを測定対象物１５側に向けて配置されている。そして、撮像装置１２ａは、撮像装置移動手段１３によりＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動しながら測定対象物１５の全ての表面を撮像して画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・を取得する。

なお、本実施例の撮像装置１２ａは、自動焦点機構を備えているものであるが、これに限ることはなく、測定対象物１５の表面が複雑な形状を有する場合などは手動で焦点を調節することができる。

撮像装置１２ａで取得した画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・は、計測装置１４に送られ、記憶部４２に記憶される。

撮像装置１２ａとしては、画像を取得できるものであればよく、例えば公知のデジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどを用いることができる。

次に、撮像装置移動手段１３について説明する。図１、２に示すように、撮像装置移動手段１３は、撮像装置１２ａをＸ軸方向（図１に示す矢印Ｘ方向）に移動させるＸテーブル３１と、撮像装置１２ａをＹ軸方向（図２に示す矢印Ｙ方向）に移動させるＹテーブル３２と、撮像装置１２ａをＺ軸方向（図１に示す矢印Ｚ方向）に移動させるＺテーブル３３ａ、３３ｂと、基台３９とを備える。

なお、本実施例においては、Ｘ軸方向とは、図１に示す、測定対象物１５の長手方向を固定している固定手段１１ａと１１ｂとが対向する方向であり、Ｙ軸方向とは、図１、２に示す、測定対象物１５を固定している固定手段１１ａ、１１ｂに対して水平方向であり、Ｚ軸方向とは、図１に示す、上下方向、すなわち、撮像装置１２ａと測定対象物１５が近接又は離れる方向である。

Ｘテーブル３１は、Ｚテーブル３３ａ、３３ｂの上面に回転体３８ａ、３８ｂを介して配置され、Ｙテーブル３２は、Ｘテーブル３１の下面側に測定対象物１５と対向するように配置されている。Ｙテーブル３２には、撮像装置１２ａがレンズ２２ａを測定対象物１５側に向けて配置されている。

Ｘテーブル３１は、Ｚテーブル３３ａ、３３ｂの上面に回転体３８ａ、３８ｂを介して配置されてねじ棒３５ａに嵌め合いしており、ハンドル３５を回転させることにより、矢印Ｘで示すように、Ｘ軸方向に撮像装置１２ａを移動させることができる。すなわち、図１の矢印Ｂで示すように、撮像装置１２ａで測定対象物１５のＸ軸方向の全面を走査して撮像することができる。

また、回転体３８ａ、３８ｂは、Ｚテーブル３３ａ、３３ｂ上にＸテーブル３１を支持して、Ｘテーブル３１を滑らかに移動させるためのものであり、例えば、ベアリングなどを挙げることができる。

また、Ｘテーブル３１には、Ｚテーブル３３ｂと対向する側にＸテーブル３１の変位を検出する変位検出器７１を備えている。変位検出器７１が検出した変位に基づいてＸテーブル３１の移動距離を求めることができるため、撮像装置１２ａを正確に移動させることができる。なお、変位検出器７１は、Ｚテーブル３３ａと対向する側に備えてもよいし、Ｚテーブル３３ａ、３３ｂと対向する側の両方に備えてもよい。

Ｙテーブル３２は、ねじ棒３６ａに嵌め合いしており、ハンドル３６を回転させることにより、矢印Ｙで示すように、Ｙ軸方向に撮像装置１２ａを移動させることができる。すなわち、図２の矢印Ｃで示すように、撮像装置１２ａで測定対象物１５のＹ軸方向の全面を走査して撮像することができる。

また、Ｙテーブル３２には、Ｘテーブル３１と対向する側にＹテーブル３２の変位を検出する変位検出器７２を備えている。変位検出器７２が検出した変位に基づいてＹテーブル３２の移動距離を求めることができるため、撮像装置１２ａを正確に移動させることができる。

Ｚテーブル３３ｂは、ねじ棒３７ａに嵌め合いしており、ハンドル３７を回転させることにより、矢印Ｚで示すように、Ｚ軸方向に撮像装置１２ａを移動させることができる。すなわち、図１の矢印Ｚで示すように、撮像装置１２ａを上下方向（測定対象物１５に近接又は離れる方向）に移動させることができる。これにより、測定対象物１５の表面が複雑な３次元形状をしている場合であっても撮像装置１２ａの焦点距離を任意に調節可能となっている。なお、Ｚテーブル３３ａは、Ｚテーブル３３ｂと連動して動くようになっている。

また、Ｚテーブル３３ｂには、ねじ棒３７ａと嵌め合いしている側の位置にＺテーブル３３ｂの変位を検出する変位検出器７３を備えている。変位検出器７３が検出した変位に基づいてＺテーブル３３ａ、３３ｂの移動距離を求めることができるため、撮像装置１２ａを正確に移動させることができる。なお、変位検出器７３は、Ｚテーブル３３ａ側に備えてもよいし、Ｚテーブル３３ａ、３３ｂの両方に備えてもよい。

なお、本実施例においては、Ｘテーブル３１、Ｙテーブル３２、Ｚテーブル３３ａ、３３ｂを移動させる手段として、ハンドル３５、３６、３７を例にして説明したが、これに限ることはなく、ハンドル３５、３６、３７に換えて、例えば、ステップモータなどでねじ棒３５ａ、３６ａ、３７ａを駆動させるようにすることができる。この場合、ステップモータは、変位検出器７１、７２、７３で検出した変位に基づいて、後述する計測装置１４により制御させるようにする。これにより、自動制御で撮像装置１２ａを正確に移動させることができるため、容易に測定対象物１５の全体の表面を走査しながら撮像装置１２ａにより撮像して精度良く画像を取得することができる。

基台３９は、Ｘテーブル３１、Ｙテーブル３２、Ｚテーブル３３ａ、３３ｂと、固定手段１１ａ、１１ｂとを支持する基台である。

このように、本実施例のひずみ計測装置１０ａの撮像装置移動手段１３によれば、Ｙテーブル３２に設置された撮像装置１２ａを、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に正確に移動させることができるため、固定手段１１ａ、１１ｂに固定された測定対象物１５の全体の表面を走査しながら撮像して精度良く画像を取得することができる。

次に、計測装置１４について説明する。図３は、本実施例に係るひずみ計測装置の計測装置の概略構成図である。図３に示すように、計測装置１４は、撮像装置１２ａによって撮像された画像を取り込むＩ／Ｆ部４１と、Ｉ／Ｆ部４１に取り込まれた画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・、４８ａ１〜４８ａ２５、４８ｂ１〜４８ｂ２５、４８ｃ１〜４８ｃ２５・・・を記憶するハードディスクドライブなどの記憶部４２と、記憶部４２に保持しているプログラム等をメモリに読み出して実行するＣＰＵなどの演算部４３と、演算部４３で算出したひずみ量に基づいて、ひずみ量の分布図を出力部４６に表示させると共に、応力集中部を特定する制御部４４と、キーボードやマウス等の入力部４５と、ディスプレイやプリンタ等の出力部４６とを備えている。計測装置１４としては、例えば、パーソナルコンピュータなどを適用することができる。

記憶部４２には、撮像装置１２ａにより撮像された画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・、画像４８ａ１〜４８ａ２５、４８ｂ１〜４８ｂ２５、４８ｃ１〜４８ｃ２５・・・に基づいて測定対象物１５のひずみを算出するひずみ算出プログラム４２ａ等が記憶されている。

演算部４３は、画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・、画像４８ａ１〜４８ａ２５、４８ｂ１〜４８ｂ２５、４８ｃ１〜４８ｃ２５・・・を記憶部４２から読み出して、例えば、画像４７ａ１〜４７ａ９と画像４７ｂ１〜４７ｂ９とを比較照合し、測定対象物１５の表面のひずみ量を算出して記憶部４２に記憶する。ひずみ量を算出するための画像解析法としては、一般的な画像解析法を用いることができ、例えば、デジタル画像相関法を好適に用いることができる。

制御部４４では、記憶部４２に記憶されたひずみ量に基づいて、ひずみ量の変化を分布図として出力部４６に表示させるようにする。表示方法としては、例えば、ひずみ量の値と共に、測定対象物１５の全体の表面のうちでひずみ量の大きい部分などに濃淡をつけた分布図として表示するようにする。また、制御部４４では、ひずみ量に基づいてひずみ量の大きい部分を特定して応力集中部を推定できるようになっている。

次に、本実施例に係るひずみ計測装置１０ａを用いたひずみ計測の流れについて説明する。図４は、本実施例に係るひずみ計測装置を用いて測定対象物の全体のひずみを計測する概略の流れを説明する図である。

本実施例のひずみ計測では、図４に示すように、撮像装置移動手段１３の固定手段１１ａ、１１ｂに測定対象物１５を固定する（ステップ０）。測定対象物１５に荷重を加えない初期の状態において、撮像装置移動手段１３に設置した撮像装置１２ａで測定対象物１５の全体の表面を所定の数の区画に分割して撮像して画像を取得する。

次に、固定手段１１ａ、１１ｂにより測定対象物１５に対して矢印Ｆ１、Ｆ２の方向に引っ張り荷重を、例えば、０〜１００％の間で加える（ステップ１〜ステップ２）。この時の荷重の加え方は、例えば、２０％、４０％、６０％・・・となるように２０％毎に段階的に荷重を増加させるようにする。

そして、測定対象物１５に所定の引っ張り荷重を加えた状態を保持し、本実施例の撮像装置移動手段１３に設置した撮像装置１２ａにより測定対象物１５の全体の表面を所定の数の区画に分割した区画毎に撮像して表面全体の各画像を取得する。例えば、測定対象物１５の全体を９区画に分割した場合を例にすると、図４に示すように、撮像区画５０、６０という画像を取得することになる。

計測装置１４の演算部４３では、所定の荷重を加えた状態で取得した分割した区画毎の各画像に基づいて測定対象物１５の表面のひずみ量を算出し、算出されたひずみ量に基づいて、計測装置１４の制御部４４では、ひずみ量を分布図として出力部４６に表示させる（図６参照）。

次に、表示されたひずみ量の分布図から、例えば、ステップ１において荷重４０％付加時に撮像区画５０および撮像区画６０で他の区画よりもひずみ量が大きいと判断した場合、次のステップ２では撮像区画５０および撮像区画６０に着目して、撮像区画５０および撮像区画６０を拡大して撮像して画像を取得する。その後、付加する荷重を段階的に増加させながら、拡大した画像に基づいて、撮像区画５０、６０の中での応力集中部５１、６１について重点的にひずみ計測を行うことで、ひずみ計測の精度を向上させることができる。

なお、本実施例では、撮像装置移動手段１３に設置した撮像装置１２ａにより測定対象物１５の全体の表面を所定の数の区画に分割した区画毎に撮像して表面全体の各画像を取得することができるため、ひずみが集中している撮像区画５０および撮像区画６０を拡大して撮像して画像を取得すると共に、残りの７つの撮像区画については、拡大しない倍率で撮像して画像を取得するようにして、測定対象物１５の全体のひずみ量を計測することができる。

次に、本実施例のひずみ計測において、応力集中部を推定する流れについて説明する。図５は、ひずみを計測する流れの一例を説明する図である。図６は、撮像装置で測定対象物の表面全体を所定の数に分割して撮像した画像に基づいてひずみ量を分布図とした状態を模式的に示す図である。

本実施例のひずみ計測では、最初に図１に示すように、測定対象物１５を固定手段１１ａ、１１ｂに固定する（ステップＳ１０）。

次に、図６に示すように、例えば、固定手段１１ａ、１１ｂに固定した測定対象物１５の表面全体を９区画に分割して、それぞれの区画について撮像装置移動手段１３に設置した撮像装置１２ａで撮像して９枚の画像を取得する。測定対象物１５に荷重を加えない初期の状態において、取得した９枚の画像をひずみを算出するための基準画像４７ａ１〜４７ａ９として記憶部４２に記憶する（ステップＳ１１）。

次に、測定対象物１５に所定の荷重を加えた状態（ステップＳ１２）を保持し、本実施例の撮像装置移動手段１３に設置した撮像装置１２ａにより測定対象物１５の表面全体を９区画に分割した区画毎に撮像して画像４７ｂ１〜４７ｂ９を取得する（ステップＳ１３）。

計測装置１４の演算部４３では、所定の荷重を加えた状態で取得した分割した区画毎の各画像４７ｂ１〜４７ｂ９と基準画像４７ａ１〜４７ａ９とに基づいて測定対象物１５の表面のひずみ量を算出して記憶部４２に記憶する（ステップＳ１４）。

続いて、計測装置１４の制御部４４では、記憶部４２に記憶されたそれぞれの区画のひずみ量に基づいて、ひずみ量の値と共に、図６に示すように、ひずみ量の大きい部分に濃淡（例えば、撮像区画５０、６０）をつけて分布図として出力部４６に表示する（ステップＳ１５）。

次に、ステップＳ１２に戻り、測定対象物１５に対して荷重を、所定の分だけ増加させた後、ステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ１５を繰り返す。

次に、段階的に所定の荷重を付加した状態でのひずみ量の分布図に基づいて、図６に示すように、ひずみ量の大きい撮像区画５０、６０が濃淡で認識できるため、応力集中部として特定する（ステップＳ１６）。

続いて、引っ張り荷重を段階的に所定の分だけ増加させ（ステップＳ１７）、例えば、応力集中部として特定した撮像区画５０に対しては、撮像区画５０を拡大して、さらに詳細に５×５の２５区画に分割して撮像装置移動手段１３により移動させながら撮像装置１２ａで撮像して２５枚の画像を取得する（ステップＳ１８）。この時、ひずみ量の大きい撮像区画６０に対しても同様に撮像装置１２ａで撮像して２５枚の画像を取得する。つまり、測定対象物１５の表面全体のひずみを計測しながら、所定の荷重において応力集中部が発生した複数の区画に対しては撮像区画をさらに細かく区画を分割して撮像して画像を取得する。

次に、計測装置１４は、撮像区画をさらに細かく分割して撮像した区画毎の各画像４８ｂ１〜４８ｂ２５と基準画像４８ａ１〜４８ａ２５とに基づいて測定対象物１５の表面のひずみを算出して記憶部４２に記憶する（ステップＳ１９）。なお、基準画像４８ａ１〜４８ａ２５は、基準画像４７ａ１〜４７ａ９の対応する画像から求めることができる。また、応力集中部を特定した段階で、撮像区画をさらに細かく区画を分割して撮像して取得した画像を基準画像４８ａ１〜４８ａ２５としてもよい。

続いて、上記と同様に計測装置１４の制御部４４では、記憶部４２に記憶されたそれぞれの区画のひずみ量に基づいて、ひずみ量の値と共に、図６に示すように、ひずみ量の大きい部分に濃淡をつけて分布図として出力部４６に表示する（ステップＳ２０）。

次に、ステップＳ１７に戻り、測定対象物１５に対して荷重を、所定の分だけ増加させた後、ステップＳ１８、ステップＳ１９、ステップＳ２０を付加する荷重が１００％になるまで繰り返す。

本実施例においては、例えば、応力集中部と特定した撮像区画５０を拡大してさらに詳細に所定の数に分割した画像に基づいてひずみを計測することで、応力が集中している撮像区画５０の中において、詳細に応力集中部５１ａ、５１ｂを特定することができ、ひずみ計測の精度を向上させることができる。

このように、本実施例においては、測定対象物１５に対して荷重を段階的に増加させながら、撮像装置移動手段１３に設置した撮像装置１２ａで測定対象物１５の表面全体を所定の数の区画に分割して撮像して画像を取得するため、測定対象物１５の表面全体におけるそれぞれの区画のひずみ量を求めることができる。これにより、測定対象物１５の表面全体のなかで応力が集中している区画を特定することができる。

また、本実施例では、ひずみ量の大きい部分に濃淡をつけて分布図として表示することができるため、測定対象物１５の表面全体のひずみの発生状況を容易に把握することができる。

さらに、本実施例では、応力が集中している撮像区画５０を拡大してさらに詳細に所定の数に分割した画像に基づいてひずみを計測することで、応力が集中している撮像区画５０の中において、詳細に応力集中部５１ａ、５１ｂを特定することができ、ひずみ計測の精度を向上させることができる。

よって、本実施例のひずみ計測装置１０ａを用いることで、ひずみ計測中の測定対象物１５の表面全体のひずみの発生状況を確認しながらひずみ計測を行えると共に、発生した応力集中部をさらに詳細にひずみ計測することができ、ひずみ計測の精度を向上させることができる。

次に、本実施例のひずみ計測での応力集中部の判断方法の一例について説明する。図７は、測定対象物の全体を分割した所定の区画において測定対象物に加えた荷重とひずみ量の変化を説明する図である。

上述した、図６に示したひずみ量の分布図に基づいて、ひずみ量の大きい撮像区画５０、６０を応力集中部として特定して、撮像区画５０、６０に着目して、ひずみ計測を行った場合について説明する。

図７に示すように、撮像区画５０では、測定対象物１５に付加する荷重が小さい時点ではひずみ量が小さいが、所定の荷重を超えた場合に急激にひずみ量が増加している。一方、撮像区画６０では、測定対象物１５に付加する荷重を段階的に増加させるとひずみ量が線形的に増加している。

このように、撮像区画５０、６０における荷重とひずみ量が上記のように変化した場合には、撮像区画６０に比べて撮像区画５０の方が応力集中が大きいと判断できる。従って、撮像区画５０は荷重を増加させた場合に応力集中により急激に破壊に至るおそれがあると推定できるため、撮像区画５０について重点的にひずみを計測する必要があると判断することができる。また、撮像区画６０については他の撮像区画よりも注意してひずみ計測する領域と判断することができる。

従って、本実施例におけるひずみ計測装置１０ａを用いることで、特定した応力集中部のひずみ量が増加する変化に基づいて、危険領域かどうかを判断することができるため、例えば、測定対象物１５を破壊させる前にひずみ計測を中止することが可能となり、測定対象物１５を破壊させることなくより安全にひずみ計測を行うことができる。

以上説明したように、本実施例におけるひずみ計測装置１０ａでは、測定対象物１５に対して荷重を段階的に増加させながら、撮像装置移動手段１３に設置した撮像装置１２ａで測定対象物１５の表面全体を所定の数の区画に分割して撮像して画像を取得するため、測定対象物１５の表面全体におけるそれぞれの区画のひずみ量を求めることができる。これにより、測定対象物１５の表面全体のなかで応力が集中している区画を特定することができる。

また、本実施例におけるひずみ計測装置１０ａでは、応力が集中していると特定した撮像区画５０を拡大してさらに詳細に所定の数に分割した画像に基づいてひずみを計測することで、応力が集中している撮像区画５０の中において、詳細に応力集中部５１ａ、５１ｂを特定することができ、ひずみ計測の精度を向上させることができる。

また、本実施例におけるひずみ計測装置１０ａでは、事前に応力集中部を推定することが難しい測定対象物の場合でもひずみ計測中に応力集中部を特定できるため、事前に応力集中部を推定することが難しい測定対象物に対して精度良くひずみ計測を行うことができる。

また、本実施例におけるひずみ計測装置１０ａでは、事前の予測に基づいて推定した領域にマーカーやひずみゲージを貼り付ける必要がないため、ひずみ計測の事前準備をすることなくひずみ計測を精度良く行うことができる。

また、本実施例におけるひずみ計測装置１０ａでは、事前に応力集中部を推定することが難しい測定対象物の場合でもひずみの発生状況を確認しながらひずみ計測を行うことができるため、発生した応力集中部に追従してひずみ計測を行うことができる。

従って、本実施例におけるひずみ計測装置１０ａを用いることによって、事前に応力集中部を推定することが難しい測定対象物の場合でも、測定対象物１５の表面全体のひずみの発生状況を容易に確認することができると共に、応力集中部を詳細に特定することができ、ひずみ計測の精度を向上させることができる。

本実施例に係るひずみ計測装置１０ｂについて説明する。本実施例に係るひずみ計測装置１０ｂは、上述した図１、２に示す実施例１に係るひずみ計測装置１０ａに備えられている撮像装置１２ａが２台の撮像装置１２ｂ、１２ｃである構成以外は実施例１と同様である。上述した実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図８は、本実施例に係るひずみ計測装置の構成を簡略に示す図である。図９は、図８のＡ−Ａ断面図である。

図８に示すように、本実施例に係るひずみ計測装置１０ｂは、測定対象物１５を固定して測定対象物に荷重を加える固定手段１１ａ、１１ｂと、測定対象物１５の表面を撮像して画像を取得する撮像装置１２ｂ、１２ｃと、撮像装置１２ｂ、１２ｃをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向へ移動させる撮像装置移動手段１３と、取得した画像に基づいて測定対象物１５の表面のひずみを算出する計測装置１４とを備える。

撮像装置１２ｂ、１２ｃは、離れた位置から測定対象物１５の表面を撮像できるように測定対象物１５に対向する撮像装置移動手段１３のＹテーブル３２の予め定めた２点にそれぞれ配置され、レンズ２２ｂ、２２ｃを測定対象物１５側に向けて配置されている。そして、撮像装置１２ｂ、１２ｃは、撮像装置移動手段１３によりＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動しながら測定対象物１５の全ての表面を撮像して画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・を、それぞれ取得する。なお、本実施例の撮像装置１２ｂ、１２ｃは、自動焦点機構を備えているものであるが、これに限ることはなく、測定対象物１５の表面が複雑な形状を有する場合などでは手動で焦点を調節することができる。

撮像装置１２ｂ、１２ｃで取得した各画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・は、計測装置１４に送られ、記憶部４２に記憶される。

撮像装置１２ｂ、１２ｃとしては、画像を取得できるものであればよく、例えば公知のデジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどを用いることができる。

また、上述した予め定めた２点とは、図８に示すように、撮像装置１２ｂ、１２ｃの本体２１ｂ、２１ｃの中心の間の距離がＷだけ離れ、撮像装置１２ｂ、１２ｃと測定対象物１５の表面までの距離がＩだけ離れた位置である。また、撮像装置１２ｂ、１２ｃの視準角度の中心線Ａ１と中心線Ａ２とがなす角度はθである。なお、視準角度とは、図８に示した撮像装置１２ｂ、１２ｃからターゲット２５、２６に向かう視準線２３ｂ、２３ｃ及び視準線２４ｂ、２４ｃとがなす角度θ１、θ２のことである。

本実施例においては、上述した予め定めた２点に撮像装置１２ｂ、１２ｃを設置して、それぞれの撮像装置１２ｂ、１２ｃで離れた位置から測定対象物１５の表面を撮像して各画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・を取得する。このように、予め定めた２点から撮像するステレオ法を用いて測定対象物１５の表面の画像を取得することにより、視差を用いた面外方向の変形量の計測（三角測量）を行うことができる。そして、後述する三角測量法の原理に基づいて画像の誤差を補正することができる。

本実施例では、上述した計測装置１４の記憶部４２に記憶された各画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・に基づいて、測定対象物１５の表面のひずみを算出する際に、後述する三角測量法の原理に基づいて画像の面外方向の誤差を補正することができる。

次に、本実施例に係るひずみ計測装置１０ｂの作用について説明する。まず、三角測量法の原理について図８を参照して説明する。図８に示すように、２台の撮像装置１２ｂ、１２ｃが予め定めた２箇所の位置から計測対象物１４の表面及びターゲット２５、２６を撮影している状態を示している。三角測量法の原理では、図８に示すように、撮像装置１２ｂ、１２ｃで撮像した各画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・について、撮像装置１２ｂ、１２ｃの位置からの２つのターゲット座標２５、２６と撮像装置１２ｂ、１２ｃの撮影した方向の角度θ１、θ２が求まり、２箇所の撮像装置１２ｂ、１２ｃの撮像位置と撮像装置１２ｂ、１２ｃの視準角度θ１、θ２が定まる。

次に、撮像装置１２ｂ、１２ｃの２箇所の位置からターゲット２５、２６に向かう視準線２３ｂ、２３ｃ及び視準線２４ｂ、２４ｃを決定し、これらの視準線２３ｂ、２３ｃと視準線２４ｂ、２４ｃとの交点を求める。ここで、これらの視準線の交点は、事実上ターゲット２５、２６の位置にあるので、この交点の座標が決まれば、ターゲットの座標値が決定する。このようにして、すべての計測すべきターゲットの座標値を計算処理することによって、測定対象物１５の面外方向の変形量を算出することができる。

本実施例においては、予め定めた２点から撮像装置１２ｂ、１２ｃで画像を取得するため、上記の２箇所の撮像装置１２ｂ、１２ｃの撮像位置と撮像装置１２ｂ、１２ｃの視準角度θ１、θ２は予め求めることができる。従って、２箇所の撮像装置１２ｂ、１２ｃの撮像位置と撮像装置１２ｂ、１２ｃの視準角度θ１、θ２に基づいて、測定対象物１５の表面が面外変形した場合でも三角測量法によって取得した各画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・に基づいて画像の面外方向の変形量を求めることができ、画像の誤差を補正することができる。

このように、本実施例によれば、測定対象物１５の表面が面外方向に３次元変形した場合でも画像の誤差を補正して、ひずみ計測の精度を向上させることができる。

本実施例では、撮像装置移動手段１３を用いることで、撮像装置１２ｂ、１２ｃにより、予め定めた２点から撮像するステレオ法を用いて測定対象物１５の表面の画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・を取得することにより、視差を用いた面外方向の変形量の計測（三角測量）を行うことができる。そして、上述した三角測量法の原理に基づいて画像の誤差を補正することができる。

従って、本実施例によれば、撮像装置移動手段１３を用いて、予め定めた２点から撮像装置１２ｂ、１２ｃで画像を取得するため、測定対象物１５の表面が面外変形した場合でも三角測量法によって取得した各画像４７ａ１〜４７ａ９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９・・・に基づいて画像の面外方向の変形量を求めることができ、画像の誤差を補正することができる。よって、本実施例のひずみ計測装置１０ｂによれば、測定対象物１５の表面が面外方向に３次元変形した場合でも画像の誤差を補正して、ひずみ計測の精度を向上させることができる。

以上、実施例１、２で説明したように、本発明に係るひずみ計測装置１０ａ、１０ｂによれば、測定対象物に対して荷重を段階的に増加させながら、撮像装置移動手段に設置した撮像装置で測定対象物の表面全体を所定の数の区画に分割して撮像して画像を取得することにより、測定対象物の表面全体におけるそれぞれの区画のひずみ量を求めることができる。これにより、事前に応力集中部を推定することが難しい測定対象物の場合でも、ひずみ計測中の測定対象物の表面全体のひずみの発生状況を確認しながらひずみ計測を行うことができると共に、発生した応力集中部をさらに詳細にひずみ計測することができ、ひずみ計測の精度を向上させることができる。

また、本発明に係るひずみ計測装置１０ｂによれば、撮像装置により、予め定めた２点から撮像するステレオ法を用いて測定対象物の表面の画像を取得することにより、視差を用いた面外方向の変形量の計測（三角測量）を行うことができるため、測定対象物１５の表面が面外方向に３次元変形した場合でも画像の誤差を補正して、ひずみ計測の精度を向上させることができる。

１０ａ、１０ｂ ひずみ計測装置
１１ａ、１１ｂ 固定手段
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 撮像装置
１３ 撮像装置移動手段
１４ 計測装置
１５ 測定対象物
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 本体
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ レンズ
２３ｂ、２３ｃ、２４ｂ、２４ｃ 撮像装置の視準線
２５、２６ ターゲット
３１ Ｘテーブル
３２ Ｙテーブル
３３ Ｚテーブル
３５、３６、３７ ハンドル
３５ａ、３６ａ、３７ａ ねじ棒
３８ａ、３８ｂ 回転体
３９ 基台
４１ Ｉ／Ｆ部
４２ 記憶部
４３ 演算部
４４ 制御部
４５ 入力部
４６ 出力部
４７ａ１〜４７a９、４７ｂ１〜４７ｂ９、４７ｃ１〜４７ｃ９ 画像
４８ａ１〜４８a２５、４８ｂ１〜４８ｂ２５、４８ｃ１〜４８ｃ２５ 画像
５０、６０ 撮像区画
５１、５１ａ、５１ｂ、６１ 応力集中部
７１、７２、７３ 変位検出器
θ 撮像装置の視準角度の中心線がなす角度
θ１、θ２ 撮像装置の視準角度
Ａ１、Ａ２ 撮像装置の視準角度の中心線

Claims (7)

1. 測定対象物を固定した後に前期測定対象物に荷重を加える固定手段と、
   前期測定対象物の表面を撮像して画像を取得する少なくとも１つの撮像装置と、
   前記撮像装置をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向へ移動させる撮像装置移動手段と、
   前記撮像装置で前記測定対象物の全ての表面を撮像して取得した画像から応力集中部を特定し、前記特定した応力集中部を拡大して撮像して取得した画像に基づいて前記測定対象物の表面のひずみを算出する計測装置と、
   を有することを特徴とするひずみ計測装置。
2. 請求項１において、
   前記撮像装置は、前記測定対象物の表面全体を所定の数の区画に分割して撮像して前記画像を取得することを特徴とするひずみ計測装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記計測装置は、前記画像に基づいて算出したひずみ量を分布図として表示させることを特徴とするひずみ計測装置。
4. 請求項１において、
   前記撮像装置は、前記撮像装置移動手段に設けられる第１の撮像装置及び第２の撮像装置であり、
   前記計測装置は、前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置で取得した２つの画像に基づいて、三角測量法によって前記画像の面外方向の変形量を求めて前記画像の誤差を補正することを特徴とするひずみ計測装置。
5. 請求項４において、
   前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置の撮像位置と、前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置の視準角度とに基づいて、前記画像の面外方向の変形量を求めることを特徴とするひずみ計測装置。
6. 測定対象物を固定した後に前期測定対象物に荷重を加える固定荷重付加工程と、
   前期測定対象物の全ての表面を撮像装置で撮像して画像を取得する撮像工程と、
   前記画像に基づいてひずみを算出して応力集中部を特定する応力集中部特定工程と、
   前記特定した応力集中部を拡大して撮像して取得した画像に基づいて前記測定対象物の表面のひずみを算出するひずみ算出工程と、
   を有することを特徴とするひずみ計測方法。
7. 請求項６において、
   前記撮像装置は、第１の撮像装置及び第２の撮像装置であり、
   前記ひずみ算出工程は、前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置で取得した２つの画像に基づいて、三角測量法に従って前記画像の面外方向の変形量を求めて前記画像の誤差を補正することを特徴とするひずみ計測方法。

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