JP2022539103A - 反射バックスクリーンを有するビデオ伸び計システム - Google Patents

Abstract

本開示は、試験試料の片側から供給される光を使用して、試験試料の特性に基づいて変形（例えば、伸張及び／又は歪み）測定を行うシステム及び方法を記載している。光源及び撮像デバイスが、バックスクリーンに対して試験試料の片側に配置されるが、光源は、試験試料の前面とバックスクリーンとの双方を照明する。バックスクリーンは、光を反射して、試験試料のシルエットを生成する。撮像デバイスは、試験試料の前面にある１つ以上のマーカーの画像と、試験プロセス中のマーカーの測定位置をキャプチャーする。撮像デバイスは、反射バックスクリーンによって生成されたシルエット画像のエッジを解析することによって、試験プロセス中の試験試料のエッジの位置の相対変化も測定する。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、「Video Extensometer System With Reflective Back Screen」と題する、２０１９年６月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／８６６，３７９号の優先権を主張する非仮特許出願であり、この米国仮特許出願の内容は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。

カメラベースのビジョンシステムが、試料歪みの測定用に材料試験システムの一部として実装されてきた。これらのシステムは、供試試料の１つ以上の画像を収集する。これらの画像は、その試験について対象となっている他の信号（例えば、試料荷重、機械アクチュエータ／クロスヘッドの変位等）と同期されている。試験試料の画像は解析され、試験が進行しているときの試料の特定の特徴部のロケーションの特定及び追跡を行うことができる。そのような特徴部のロケーションが変化することによって、局所的な試料変形を計算することが可能になり、さらには、試料歪みを計算することが可能になる。

従来のシステムは、バックライト付きスクリーン及び／又は複数の光源を用いて、試験試料の複数の表面及び／又は側面に光を誘導する。そのようなシステムは、試料の特徴部のロケーションを特定して追跡するために、光及びカメラの複雑な配置、並びに１つ以上の専用のバックライト付きスクリーンを必要とするが、これは、コストを増加させ、システム機構に誤差を招き、集中的な計算リソースを必要とする。したがって、供試試料を測定するより直接的なシステムが望まれている。

本明細書には、定められた視点（例えば、試験試料の片側）から供給される光を使用して、試験試料の特性に基づいて変形（例えば、伸張及び／又は歪み）測定を行うシステム及び方法が開示されている。幾つかの例では、光源は、バックスクリーンに対して試験試料の片側に配置されるが、試験試料の前面と、光源からの光を反射して試験試料のシルエットを生成するように構成されるバックスクリーンとの双方を照明するように構成される。

この技法は、試験試料の幅を複数の軸方向ロケーションにおいて測定することを可能にし、「シングルライン」測定技法の利点を提供する。幾つかの例では、光源と同じ試料の側に配置される撮像デバイスから視認されるときに試料のシルエットを画定するように、バックスクリーンが単一の光源と組み合わせて使用される。

開示例では、単一の撮像デバイス又はカメラが、試験試料の前面にある１つ以上のマーカーと、試験プロセス中のマーカーの測定位置との画像をキャプチャーする。幾つかの例では、撮像デバイスは、反射バックスクリーンによって生成されたシルエット画像のエッジを解析することによって、試験プロセス中の試験試料のエッジの位置の相対変化も測定する。加えて、１つ以上の画像処理アルゴリズムが実行され、試料の遷移エッジが、照明されたバックスクリーンの前方にダークシルエットとして現れるので、それらの試料の遷移エッジを特定することによって、試験試料の幅を測定することができる。

したがって、本開示の目的は、定められた視点から供給される光と、１つ以上のマーカー及び／又は反射バックスクリーンから反射された光をキャプチャーする単一の撮像デバイスとを用いる伸び計システムに関する更なる改良を進展させることである。

本発明のこれらの特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、添付の特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。

［ＭＨＭによって追加される請求項］
本発明の利益及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面を検討した後に当業者に容易に明らかになるであろう。

本開示の態様による一例示の伸び計システムのブロック図である。

本開示の態様による、図１の伸び計システムにおいて測定される一例示の試験試料を示す図である。

本開示の態様による、図１の例示の伸び計システムの代替の実施態様を示す図である。

本開示の態様による、図１の例示の伸び計システムの代替の実施態様を示す図である。

図１の伸び計システムの一例示の実施態様のブロック図である。

図面は、必ずしも正確な縮尺ではない。適切な場合は、同様の又は同一の参照番号を使用して、同様の又は同一の構成要素を指す。

本開示は、定められた視点（例えば、試料の片側）から供給される光を使用して、試験試料の特性に基づいて変形（例えば、伸張及び／又は歪み）測定を行うシステム及び方法を記載している。幾つかの例では、光源は、バックスクリーンに対して試験試料の片側に配置されるが、試験試料の前面と、光源からの光を反射して試験試料のシルエットを生成するように構成されるバックスクリーンとの双方を照明するように構成される。開示例では、光源は、変形測定を行うためにビジョンベースのカメラと組み合わされたときに、試験試料の特徴部の画像キャプチャー用の前方照明及び背方照明の双方を提供するのに用いることができる。開示例では、特性は、試験試料のマーカー及び／又はエッジのサイズ、形状、及び／又は絶対ロケーション若しくは相対ロケーションを含むことができる。

本明細書に記載されているように、張力、圧縮力、及び／又はねじり力を印加する材料試験システムを含む材料試験システムは、試験試料に対する応力の印加及び／又は測定を行うために与えられる変位及び／又は荷重を招く１つ以上の構成要素を含む。幾つかの例では、ビデオ伸び計システムが試料歪み試験に用いられる。この試験は、高解像度画像を収集すること、これらの画像を画像プロセッサに提供すること、画像を解析して、変形値、変位値又は歪み値に対応する１つ以上の試料特性を特定すること、及びこれらの特性に対応する出力を生成することのうちの１つ以上を含むことができる。開示例では、１つ以上の収集された画像から特定された特性は、閾値のリスト又は事前に（すなわち試験の前に）収集された画像からの特性の比較等の１つ以上のソースと比較される。幾つかの例では、特定された特性の値を１つ以上のアルゴリズムに適用して、試験試料に関連した変形値、変位値又は歪み値に対応する出力を生成することができる。

伸び計を用いるビデオ処理は、処理システム若しくはコンピューティングプラットフォーム及び／又はビデオ処理ハードウェアに接続された外部機械ビジョン撮像デバイスを含むことができ、ソフトウェア及び／又はハードウェアを使用して、カメラからのデータを電気信号に変換することができるか、又は材料試験システムに適合したソフトウェアインターフェースを有することができる。

本明細書に開示されているように、カメラベースの画像キャプチャー（例えば、ビジョン又はビデオ）システムは、試験試料における歪みを測定する材料試験システムにおいて実施される。そのようなシステムは、供試試料の複数の画像を収集する（すなわち、試験プロセスの間に収集する）。これらの画像は、その試験について対象となっている他の信号（試料荷重、機械アクチュエータ及び／又はクロスヘッドの変位等）と同期されている。試料の画像は、アルゴリズムによって（例えば、リアルタイムで及び／又は試験後に）解析され、試験が進行しているときの特定の試料特性のロケーションの特定及び追跡が行われる。例えば、そのような特性のロケーション、サイズ、形状等が変化することによって、試験試料の変形を計算することが可能になり、さらには、試料歪みの解析及び計算が可能になる。

試料特性は、撮像デバイスの方向を向いている試験試料の表面に付着されるマーキング及び／又はパターンに対応することができる。例えば、画像解析は、伸び計システムによって（例えば、１つ以上のプロセッサを介して）実行され、マーク（複数の場合もある）の第１のロケーション、すなわち初期ロケーションを求め、試験が進行するにつれてマークが（例えば、互いに対して）移動するときにマーク（複数の場合もある）を追跡することができる。複数のマーキングを撮像デバイスの方向を向いている試験試料の表面に付着させることができる。例えば、ペアグルーピング（pair grouping）の相対移動を使用して、長さベースの歪み測定値（すなわち軸方向マーク、横方向マーク等）が正確に測定される。マーカーの擬似ランダムスペックルパターンも、同様の追跡解析技法を（例えば、デジタル画像相関（ＤＩＣ：Digital Image Correlation）技法を介して）適用して同様に使用することができる。

本明細書に説明されているように、従来のシステムは、精密に制御された専用の背面照光を用い、これは、伸び計システムの撮像デバイスによって視認される、試験試料の背後に直接位置決めされたむらなく照光される背景（例えば、能動的照光バックスクリーンを使用する）を生成することを伴う。試料は、その場合に、明るい背景に対してシルエットとして見え、カメラは、この時、精密な試料幅測定を行い、さらには、試験中の横方向試料幅変形を計算するために適用されるアルゴリズムを用いて試料エッジの明瞭な輪郭描写を見ることができる。

以下のセクションに記載されている本発明は、単一の能動的照光素子を使用して、試料の前面及び背景の双方に適切な照光状態を確立することを可能にする能動的照光ソリューションを提供する。

試料の表面上のマークを追跡及び測定する従来のビデオ伸び計は、前方のライトと試料との間及び試料と撮像レンズとの間に偏光フィルターを使用することができる。この配置は、暗い試料表面に対してマークを明るく見せるためである。そのようなシステムは、画像処理アルゴリズムを用いて、試料の前面にあるマークのロケーションを求め、それによって、瞬時の試料ゲージ長と、試験の開始時における値（複数の場合もある）からの試料ゲージ長の変化（すなわち軸方向変形及び／又は横方向変形）とを計算する。

従来のビデオ伸び計は、試料のエッジも追跡及び測定することができる。例えば、試験試料は、明るく照光された背景に対して、カメラに暗く見えるシルエットとして映し出される。画像処理アルゴリズムは、次に、試料のエッジを求め、試料の幅を計算し、試験の開始時における初期幅と比較した試料幅の変化（すなわち横方向変形）を追跡する。

本明細書に記載されているように、試験試料の幅を測定する従来のビデオ伸び計は、精密に制御された背景照光状態を必要とする。これは、その関連したコスト、取り付け要件、及びケーブル管理システムを伴う能動的バックライトシステムを含めることによって達成される。試料前面からの特徴部（例えば、軸方向歪みマーカー）及び試料の幅（例えば、横方向試料エッジベースの歪み）を測定するのに使用されるビデオ伸び計の場合に、現在のところ、試験試料の前部を照明する光源と、エッジ検出用の暗い試料シルエットを提供するために必要な背景照明を生成する光源との２つの光源が必要になるという制約がある。

本開示は、単一の方向からの光及び／又は単一の光源を用いることによって照明を試験試料に提供するとともに背景を試験試料に提供する従来のシステムの改良を提供する。開示されているビデオ伸び計システムは、撮像デバイスを更に用いて、試験プロセス中に試験試料の画像をキャプチャーし、試験試料の前面（例えば、軸方向歪み及び／又は横方向歪みを計算し、及び／又は歪みマップを生成するための１つ以上のマーク及び／又はパターン）と、エッジベースの測定値（例えば、試験試料幅の変化に基づいて歪みを計算するための測定値）との一方又は双方を測定する。

幾つかの例では、単一の光源（又はバックスクリーンに対して試験試料の片側に配置される複数の光源）が、２つの明確に別の照明タスクを試験システム内で実行するのに使用される。光源は、この光源の方向を向いている試験試料の表面にむらのない照明を提供する。幾つかの例では、光源は、試験試料の表面及びバックスクリーンの双方を照明するのに十分な光をこれらの双方に向けて直接（例えば、表面に対して９０度の角度で）提供する。このようにして、その表面に付着されたマーク及び／又はパターンは、光源によって直接照明される。加えて、光源は、反射（すなわち受動的）バックスクリーンに照明を提供し、さらに、この照明は、試料がシルエットで映し出され、対照される明るい背景を提供する。

幾つかの例では、光源は、試験試料及びバックスクリーンの一方又は双方に対して非直交角で配置される。そのような例では、マーク、パターンの一方若しくは双方の材料及び／又は表面、又はバックスクリーンは、入射光を画像キャプチャーシステムに反射するように構成することができる。例えば、画像キャプチャーシステムは、光源と同一直線上に及び／又は光源に対して（すなわち試験試料又はバックスクリーンの一方又は双方への入射角に対して）余角に配置することができる。

開示されている伸び計システムにおける構成要素の配置は、単一の能動的照光源を使用することによって前部の照光された試料特徴部及び後部の照光された試料特徴部の双方のキャプチャーを提供する。試験試料のダークシルエットを生成するのに十分なバックライト条件は、簡単な低コストの受動的バックスクリーンを追加することによって達成される。したがって、高価で副次的な能動的バックライト源の追加を必要とする従来の設計を上回る利点がある。

その上、照明の変化、並びに、前方及び後方の相対輝度レベルのバランスは、カメラ、光源、試験試料、及び／又はバックスクリーンの絶対位置及び角度方向の調整によって達成することができる。

有利には、構成要素のこの独特の配置を使用することによって、従来のシステムにおいて必要とされるような、試料及びスクリーンのそれぞれについて精密に制御された専用の光源を用いることなく、そのようなマーク／パターンの正確で一貫した追跡が達成される。同様に、横方向試料歪みを求めることは、試験プロセス中における試験試料のエッジの特定及び追跡によって達成される。

開示される例では、試験試料における変形を測定する伸び計システムは、光を試験試料の表面及びスクリーンに誘導する１つ以上の光源であって、試験試料は１つ以上の光源とスクリーンとの間に配置される、１つ以上の光源と、試験システムを介して応力誘導力を受けている間に試験試料の画像をキャプチャーする撮像デバイスであって、応力誘導力の結果としての試験試料の変形を計算するプロセッサに画像を送信するように構成される、撮像デバイスとを備える。

幾つかの例では、撮像デバイスから試験試料の２つ以上の画像を受信することと、第１の画像を第２の画像と比較して、応力誘導力の結果としての試験試料の特性の変化を求めることとを行うように構成されるプロセッサとを備える。

幾つかの例では、試験試料は、試験試料の表面上に配置される１つ以上のマーカーを更に備える。例では、特性は、１つ以上のマーカーのサイズ、形状又はロケーションのうちの１つである。例では、特性は、試験試料のエッジのサイズ、形状又はロケーションのうちの１つである。

幾つかの例では、変形は、２つの直交方向において求められる。例では、変形は、軸方向及び横方向において求められる。

幾つかの例では、光源は偏光又は赤外光を放射する。幾つかの例では、撮像デバイスは、スクリーン又は試験試料から反射された偏光又は赤外光をキャプチャーするように構成され、マーカーは、光源からの光を撮像デバイスに反射し、スクリーンは、光を反射して、エッジ解析用の試験試料のダークシルエットを生成する。

例では、光源又は撮像デバイスはフィルターを更に備える。

幾つかの例では、応力誘導荷重を受けている試験試料の画像を受信する補助カメラリンクコネクタ入力を含む。例では、プロセッサはフィールドプログラマブルゲートアレイを含む。例では、プロセッサ及びフィールドプログラマブルゲートアレイは、単一の回路基板上に配置される。

開示される例では、試験試料における変形を測定する伸び計システムは、試験試料に１つ以上の力を受けさせる試験システムと、光を試験試料の表面及びスクリーンに誘導する１つ以上の光源であって、試験試料は１つ以上の光源とスクリーンとの間に配置される、１つ以上の光源と、試験システムを介して応力誘導力を受けている間に試験試料の画像をキャプチャーする撮像デバイスであって、応力誘導力の結果としての試験試料の変形を計算するプロセッサに画像を送信するように構成される、撮像デバイスとを備える。

幾つかの例では、スクリーンは、コリメーティングフィルターを更に備える。幾つかの例では、コリメーティングフィルターは、第１のコリメーティングフィルター及び第２のコリメーティングフィルターを備え、第１のコリメーティングフィルターはスクリーン上において第１の向きに配置され、第２のコリメーティングフィルターはスクリーン上において第１の向きと異なる第２の向きに配置される。例では、スクリーンは反射フィルターを更に備える。

開示例では、試験試料における変形を測定する伸び計システムは、反射面を備えるスクリーンと、試験試料の表面及びスクリーンの反射面に光を誘導する１つ以上の光源であって、試験試料は１つ以上の光源とスクリーンとの間に配置される、１つ以上の光源と、試験システムを介して応力誘導力を受けている間に試験試料の画像をキャプチャーする撮像デバイスであって、画像は、試験試料上の１つ以上のマーカーから反射された光、又は、試験試料のシルエットを生成するスクリーンから反射された光から生成される、撮像デバイスとを備える。

幾つかの例では、撮像デバイスは、応力誘導力の結果としての試験試料の変形を計算するプロセッサに画像を送信するように構成される。例では、応力誘導力を提供する１つ以上の力を試験試料に受けさせる試験システムを備える。

本明細書において使用される場合、「クロスヘッド」は、方向（軸方向）力及び／又は回転力を試料に印加する材料試験システムの構成要素を指す。材料試験システムは、１つ以上のクロスヘッドを有することができ、クロスヘッド（複数の場合もある）は、材料試験システムにおいて任意の適切な位置及び／又は向きに配置することができる。

次に図を参照する。図１は、機械的性質試験を受ける試験試料１６の１つ以上の特性の変化を測定する一例示の伸び計システム１０である。この例示の伸び計システム１０は、例えば、試験試料１６の機械的試験が可能な試験システム３３に接続することができる。伸び計システム１０は、例えば、圧縮強度試験、張力強度試験、剪断強度試験、曲げ強度試験、撓み強度試験、引き裂き強度試験、剥離強度試験（例えば、接着ボンドの強度）、ねじり強度試験、及び／又は他の任意の圧縮試験及び／又は張力試験を受ける試験試料１６における変化を測定及び／又は計算することができる。加えて又は代わりに、材料伸び計システム１０は、動的試験を行うことができる。

開示例によれば、伸び計システム１０は、試験試料１６を操作及び試験する試験システム３３、及び／又は、図４に更に示すような、試験システム３３、光源、及び／又は撮像デバイスに通信結合されたコンピューティングデバイス若しくは処理システム３２を含むことができる。試験システム３３は、荷重を試験試料１６に印加し、試験試料１６の変位及び／又は試験試料１６に印加される力等の試験の機械的性質を測定する。

伸び計システム１０は、試験試料１６を照明するリモート及び／又は一体型の光源１４（例えば、ＬＥＤアレイ）及び／又は反射バックスクリーン１８を含む。伸び計システム１０は、処理システム３２（図４も参照）及びカメラ又は撮像デバイス１２を含む。幾つかの例では、光源１４及び撮像デバイス１２は、赤外（ＩＲ）波長において送受信を行うように構成されるが、他の波長も同様に適用可能である。幾つかの例では、光源１４又は撮像デバイス１２の一方又は双方は、１つ以上のフィルター（例えば、偏光フィルター）、１つ以上のレンズを含む。幾つかの例では、試験試料１６の１つ以上の特性、１つ以上のマーカー２０（マーカーのパターンを含む）を識別する校正ルーチン（例えば、２次元校正ルーチン）が実行され、加えて、使用される。

幾つかの例では、バックスクリーン１８は、光源１４からの光を反射して撮像デバイス１２に戻すように構成される。例えば、バックスクリーン１８の表面は、反射を強化し及び／又は反射光を撮像デバイスに向けて誘導する性質を有するように構成することができる。性質は、バックスクリーン１８の形状（例えば放物面構成）及び／又は反射を高める処置（例えば、コーナーキューブ反射器、反射材料等の適用）を含むことができる。加えて又は代わりに、フィルター３０は、反射量の増加、及び／又は所望の方向への反射光の誘導及び／又は所望の波長の反射光の誘導を行う表面に配置及び／又は適用することができる。

幾つかの例では、フィルター３０は、可能な限り多くの反射光を撮像デバイス１２に向けて且つ他の近傍の構成要素から離れて提供するように、コリメーティングフィルターとして構成される。例えば、コリメーティングフィルターは、光源１４から試験試料１６及び／又はバックスクリーン１８への光の入射角にかかわらず、撮像デバイス１２に向けて光を誘導する。幾つかの例では、光源１４及び撮像デバイス１２は、試験試料１６及び／又はバックスクリーン１８の片側に配置される。したがって、反射光は、通常ならば、撮像デバイス１２から離れる角度でスクリーンから反射し得る。コリメーティングフィルターを使用することによって、反射光は、所望の方向に（例えば、撮像デバイスに向けて）収束する。幾つかの例では、コリメーティングフィルターは、２つ以上のコリメーティングフィルターを含み、第１のコリメーティングフィルターはバックスクリーン１８上において第１の向きに配置され、第２のコリメーティングフィルターは、バックスクリーン１８上において第２の向き（例えば、第１の向きと直交する向き）に配置される。

開示例では、コンピューティングデバイス３２は、試験システム３３の構成、試験システム３３の制御、及び／又は処理、表示、報告、及び／又は他の任意の所望の目的のために試験システム３３からの測定データ（例えば、力及び変位等のトランスデューサ測定値）及び／又は試験結果（例えば、ピーク力、破断変位（break displacement）等）の受信を行うのに使用することができる。伸び計システム１０は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、アナログエンコーダー又はＳＰＩを含む標準的なインターフェースを利用して３３及びソフトウェアに接続する。これによって、専用の統合ソフトウェア又はハードウェアを必要とすることなく、デバイスを既存のシステムにプラグ接続し、既存のシステムによって使用することが可能になる。伸び計システム１０は、リアルタイムの軸方向（axial）エンコーダー情報及び横方向エンコーダー情報又はアナログ情報を材料試験機械３３に提供する。リアルタイムビデオ伸び計１０及び材料試験機械３３は、変形データ、伸張データ及び／又は歪みデータを含むリアルタイム試験データを、有線通信チャネル及び／又は無線通信チャネルを介して構成することができる外部コンピューター３２と交換する。伸び計システム１０は、材料試験機械３３において試験を受ける試験試料１６からキャプチャーされる変形データ、伸張データ及び／又は歪みデータの測定及び／又は計算を提供し、さらに、応力データ及び変形データ、伸張データ及び／又は歪みデータをプロセッサ３２に提供する。

本明細書に開示されているように、キャプチャー画像は、撮像デバイスからプロセッサ３２に入力される。プロセッサでは、１つ以上のアルゴリズム及び／又はルックアップテーブルを使用して、試験試料１６の複数の軸の変形値、伸張値及び／又は歪み値（すなわち、試験試料１６に貼付されたマーカー２０の画像監視によって計算されるターゲット間距離の変化又は変化百分率）が計算される。計算の後、このデータは、メモリに記憶することもできるし、ネットワーク及び／又は１つ以上のディスプレイデバイス、Ｉ／Ｏデバイス等（図４も参照）に出力することもできる。

図２は、図１の伸び計システム１０において測定される一例示の試験試料１６である。例えば、１つ以上のマーキングが、光源１４及び撮像デバイス１２の方向に向いている表面２８に付着される。把持部２６は、試験システム３３（図４も参照）のグリップ内に配置されるように構成され、試験試料１６に力を印加する。例えば、グリップが、試験試料１６を握持しているか又は別の方法で試験システム３３に結合している間、クロスメンバーローダー（cross-member loader）が力を供試試料１６に印加する。モーター等の力アプリケーターが、クロスヘッドをフレームに対して移動させ、両方向矢印３４によって示されるように試験試料１６に力を印加する。把持部２６を互いに引き離す力３４は、試験試料１６を引き延ばすことができ、その結果、マーキングは、第１の位置２０Ａから第２の位置２０Ｂに移動する。加えて又は代わりに、マーキングは、形状又はサイズを変化させる場合があり、この変化も、キャプチャー画像を見ることで処理システム３２によって測定することができる。力３４は、試験試料のエッジも第１の位置２２Ａから第２の位置２２Ｂに移動させることができる。例えば、第１の位置、すなわち初期位置において、エッジは幅２４Ａを有し、力３４の印加時には幅２４Ｂに減少する。

キャプチャー画像に基づいて、処理システム３３は、測定プロセスにおいて変形、伸張及び／又は歪みを実施するように構成される。例えば、試験試料１６における変形、伸張及び／又は歪みを検出するために、処理システム３３は、撮像デバイス１２を介して提供される画像を監視する。処理システム３３は、（例えば、クロスヘッドの移動の開始時における初期ロケーションと比較した）試験試料１６のマーカー及び／又はエッジのうちの２つ以上のものの間の相対位置の変化を特定すると、処理システム３３は、変化量を測定して、試験試料１６における変形、伸張及び／又は歪みの量を計算する。本明細書に開示されているように、マーカーは、光源からの光をカメラへ反射するように構成されるのに対して、バックスクリーンは、光を反射して、エッジ解析用のダークシルエットを生成する。

図３Ａ及び図３Ｂは、軸方向変形（試験試料１６の前面２８にあるマーカー２０及び／又はマーカーのパターンの変化に基づく）、及び横方向変形（試料１６の幅の変化から計算される）の一方又は双方を測定するビデオ伸び計システム１０の配置を示している。ビデオ伸び計システム１０の構成要素は、各構成要素の他の構成要素に対するロケーションが概略的なものである図３Ａの側面斜視図及び図３Ｂの上面斜視図に示されている。図示するように、構成要素は、物理的な試験中に（例えば、規則的な間隔で、連続して、及び／又は時間、力、若しくは他の適した試験特性に関連付けられた１つ以上の閾値に基づいて）試験試料１６の１つ以上の画像をキャプチャーするように構成される撮像デバイス１２（例えば、ビデオカメラ）を含む。

１つ以上の光源１４は、光３６を放射して、試験試料１６の表面２８と、光源１４の反対側にある試験試料１６の裏面の方向を向いて配置されたスクリーン１８とを照明する。図３Ａに示すように、マーカー２０に入射する光３６は反射されて、撮像デバイス１２に向けて誘導される光３８として戻る。反射光３８は、撮像デバイス１２によってキャプチャーされ、処理システム３３に提供され、試験プロセス中のマーカー２０の特性変化の解析を可能にする。幾つかの例では、光源（複数の場合もある）１４は、光を軸外（例えば、図３Ｂの視点の上面図から示される上向き方向、横向き方向、及び／又は下向き方向）に誘導するように配置され、試験試料１６の前面２８及びバックスクリーン１８を照明するように角度を付けられる。

図示するように、受動的な（すなわち能動的な照明源がない）バックスクリーン１８は、試験試料１６の背後に配置され、反射性と、一様な明るさの背景をビデオ伸び計撮像デバイス１２に与えるのに適したサイズとを有するように設計される。図３Ｂに示すように、バックスクリーン１８に入射する光３６は反射され、撮像デバイス１２に向けて誘導される光４０として戻る。反射光は、試験試料１６のダークシルエットを生成し、撮像デバイス１２が試験プロセス中のエッジ２２の画像及びエッジの変化をキャプチャーすることを可能にする。

試験試料１６は、撮像デバイス１２とバックスクリーン１８との間に配置される。試験試料１６は、試験試料１６の前方を向いた表面２８に適切なマーク２０を特徴として有する。ビデオ伸び計システム１０に関連した１つ以上の画像の解析は、処理システム３２を介して実施され、試験試料１６のマーキング２０及び試験試料のエッジ２２の双方を試験プロセス中に連続して追跡及び測定することを可能にする識別アルゴリズムが実行される。

図４は、図１の一例示の伸び計システム１０のブロック図である。図１に示すように、伸び計システム１０は、試験システム３３及びコンピューティングデバイス３２を含む。例示のコンピューティングデバイス３２は、汎用コンピューター、ラップトップコンピューター、タブレットコンピューター、モバイルデバイス、サーバー、オールインワンコンピューター、及び／又は他の任意のタイプのコンピューティングデバイスとすることができる。図４のコンピューティングデバイス３２は、プロセッサ２０２を備え、プロセッサ２０２は、汎用中央処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）とすることができる。幾つかの例では、プロセッサ２０２は、ＦＰＧＡ、ＡＲＭコアを有するＲＩＳＣプロセッサ、画像処理装置、デジタル信号プロセッサ、及び／又はシステムオンチップ（ＳｏＣ）等の１つ以上の専用処理装置を含むことができる。プロセッサ２０２は、プロセッサにおいて（例えば、内蔵キャッシュ又はＳｏＣに）、ランダムアクセスメモリ２０６（又は他の揮発性メモリ）に、リードオンリーメモリ２０８（又はフラッシュメモリ等の他の不揮発性メモリ）に、及び／又はマスストレージデバイス２１０にローカルに記憶することができる機械可読命令２０４を実行する。例示のマスストレージデバイス２１０は、ハードドライブ、ソリッドステートストレージドライブ、ハイブリッドドライブ、ＲＡＩＤアレイ、及び／又は他の任意のマスデータストレージデバイスとすることができる。バス２１２は、プロセッサ２０２、ＲＡＭ２０６、ＲＯＭ２０８、マスストレージデバイス２１０、ネットワークインターフェース２１４、及び／又は入力／出力インターフェース２１６間の通信を可能にする。

一例示のネットワークインターフェース２１４は、コンピューティングデバイス３２を、インターネット等の通信ネットワーク２１８に接続するハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアを含む。例えば、ネットワークインターフェース２１４は、通信を送信及び／又は受信するために、ＩＥＥＥ ２０２．Ｘ準拠無線及び／又は有線通信ハードウェアを含むことができる。

図４の一例示のＩ／Ｏインターフェース２１６は、プロセッサ２０２に入力を提供する及び／又はプロセッサ２０２から出力を提供するために、１つ以上の入力／出力デバイス２２０をプロセッサ２０２に接続するハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアを含む。例えば、Ｉ／Ｏインターフェース２１６は、ディスプレイデバイスとインターフェース接続する画像処理装置、１つ以上のＵＳＢ準拠デバイスとインターフェース接続するユニバーサルシリアルバスポート、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）、フィールドバス、及び／又は他の任意のタイプのインターフェースを含むことができる。例示の伸び計システム１０は、Ｉ／Ｏインターフェース２１６に結合されたディスプレイデバイス２２４（例えば、ＬＣＤスクリーン）を備える。他の例示のＩ／Ｏデバイス（複数の場合もある）２２０は、キーボード、キーパッド、マウス、トラックボール、ポインティングデバイス、マイクロフォン、オーディオスピーカー、ディスプレイデバイス、光メディアドライブ、マルチタッチタッチスクリーン、ジェスチャー認識インターフェース、磁気メディアドライブ、及び／又は他の任意のタイプの入力及び／又は出力デバイスを含むことができる。

コンピューティングデバイス３２は、Ｉ／Ｏインターフェース２１６及び／又はＩ／Ｏデバイス（複数の場合もある）２２０を介して非一時的機械可読媒体２２２にアクセスすることができる。図４の機械可読媒体２２２の例は、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイル／ビデオディスク（ＤＶＤ）、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスク等）、磁気メディア（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク）、ポータブル記憶媒体（例えば、ポータブルフラッシュドライブ、セキュアデジタル（ＳＤ）カード等）、及び／又は他の任意のタイプの取り外し可能及び／又はインストール済み機械可読媒体を含む。

伸び計システム１０は、コンピューティングデバイス３２に結合された試験システム３３を更に備える。図４の例では、試験システム３３は、ＵＳＢポート、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔポート、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）（ＩＥＥＥ １３９４）ポート、及び／又は他の任意のタイプのシリアル又はパラレルデータポート等のＩ／Ｏインターフェース２１６を介して、コンピューティングデバイスに結合される。幾つかの例では、試験システム３３は、直接又はネットワーク２１８を介して、有線又は無線接続（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ等）を介してネットワークインターフェース２１４及び／又はＩ／Ｏインターフェース２１６に結合される。

試験システム３３は、フレーム２２８と、ロードセル２３０と、変位トランスデューサ２３２と、クロスメンバーローダー２３４と、材料固定具２３６と、制御プロセッサ２３８とを備える。フレーム２２８は、試験を実行する試験システム３３の他の構成要素の剛性構造支持を提供する。ロードセル２３０は、グリップ２３６を介して、クロスメンバーローダー２３４によって供試材料に印加された力を測定する。クロスメンバーローダー２３４は、供試材料に力を印加し、一方、材料固定具２３６（グリップとも称される）は、供試材料を把持するか、又は別の方法で供試材料をクロスメンバーローダー２３４に結合する。例示のクロスメンバーローダー２３４は、モーター２４２（又は他のアクチュエータ）及びクロスヘッド２４４を備える。クロスヘッド２４４は、材料固定具２３６をフレーム２２８に結合し、モーター２４２は、クロスヘッドをフレームに対して移動させ、材料固定具２３６を位置決めし及び／又は力を供試材料に印加する。伸び計システム１０の構成要素の力及び／又は動きを提供するのに使用することができる例示のアクチュエータは、電気モーター、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、圧電アクチュエータ、リレー、及び／又はスイッチを含む。

例示の試験システム３３は、サーボモーター又は直接駆動リニアモーター等のモーター２４２を使用するが、他のシステムは、異なるタイプのアクチュエータを使用することができる。例えば、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、及び／又は他の任意のタイプのアクチュエータをシステムの要件に基づいて使用することができる。

例示のグリップ２３６は、試験されている機械的性質及び／又は供試材料に応じて、圧縮プラテン、掴み具（jaws）又は他のタイプの固定具を含む。グリップ２３６は、手動による構成、手動入力を介した制御、及び／又は制御プロセッサ２３８による自動制御を行うことができる。クロスヘッド２４４及びグリップ２３６は、オペレーターがアクセス可能な構成要素である。

伸び計システム１０は、１つ以上のモードスイッチ２５２を備える１つ以上の制御パネル２５０を更に備えることができる。モードスイッチ２５２は、ボタン、スイッチ、及び／又はオペレーター制御パネル上に配置される他の入力デバイスを含むことができる。例えば、モードスイッチ２５２は、クロスヘッド２４４をフレーム２２８上の特定の位置にジョグさせる（例えば、位置決めする）ようにモーター２４２を制御するボタン、空気圧グリップ２４８を開閉するようにグリップアクチュエータ２４６を制御するスイッチ（例えば、フットスイッチ）、及び／又は試験システム３３の動作を制御する他の任意の入力デバイスを含むことができる。

例示の制御プロセッサ２３８は、コンピューティングデバイス３２と通信し、例えば、コンピューティングデバイス３２から試験パラメーターを受信し、及び／又は測定値及び／又は他の結果をコンピューティングデバイス３２に報告する。例えば、制御プロセッサ２３８は、コンピューティングデバイス３２との通信を可能にする１つ以上の通信インターフェース又はＩ／Ｏインターフェースを含むことができる。制御プロセッサ２３８は、印加される力を増加又は減少させるようにクロスメンバーローダー２３４を制御することができ、供試材料を握持又は解放するように固定具（複数の場合もある）２３６を制御することができ、及び／又は変位トランスデューサ２３２、ロードセル２３０及び／又は他のトランスデューサから測定値を受信することができる。

例示の制御プロセッサ２３８は、試験試料１６が試験システム３３において試験を受けているときに変形、伸張及び／又は歪み測定プロセスを実施するように構成される。例えば、試験試料１６における変形、伸張及び／又は歪みを検出するために、制御プロセッサ２３８は、撮像デバイス１２を介して提供される画像を監視する。制御プロセッサ２３８が、（例えば、クロスヘッド２４４の移動の開始時における初期ロケーションと比較した）試験試料１６のマーカー２０及び／又はエッジ２２ののうちの２つ以上の間の相対位置の変化を特定すると、制御プロセッサ２３８は、変化の量を測定して試験試料１６における伸張及び／又は歪みの量を計算する。例えば、撮像デバイス１２によって提供されるリアルタイムビデオが、変形、伸張及び／又は歪みをリアルタイムで計算するために、マーカー２０及び／又はエッジ２２の絶対位置をキャプチャーし、幾つかの画像にわたってそれらの相対移動を監視する。応力データ及び変形データ、伸張データ及び／又は歪みデータは、リアルタイムビデオ伸び計１０、試験システム３３及び処理システム３２の間で交換され、通常は編成され、ディスプレイデバイス２２４を介して表示される。

本方法及びシステムは、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせで実現することができる。本方法及び／又はシステムは、少なくとも１つのコンピューティングシステムにおいて集中的に、又は幾つかの相互接続されたコンピューティングシステムにわたって異なる要素が分散される分散的に、実現することができる。本明細書に記載した方法を実行するように適合された任意の種類のコンピューティングシステム又は他の装置が適している。ハードウェア及びソフトウェアの典型的な組み合わせは、汎用コンピューティングシステムを、ロードされ実行されるとコンピューティングシステムを本明細書に記載した方法を実行するように制御するプログラム又は他のコードとともに、含むことができる。別の典型的な実施態様は、特定用途向け集積回路又はチップを含むことができる。幾つかの実施態様は、非一時的機械可読（例えば、コンピューター可読）媒体（例えば、フラッシュドライブ、光ディスク、磁気記憶ディスク等）を含むことができ、そうした非一時的機械可読媒体は、機械によって実行可能なコードの１つ以上のラインを記憶し、それにより、機械に、本明細書に記載したようなプロセスを実施させる。本明細書において使用される場合、「非一時的機械可読媒体」という用語は、全てのタイプの機械可読記憶媒体を含み、伝播信号を排除するように定義される。

本明細書において使用される場合、「回路」及び「回路類」という用語は、物理的な電子構成要素（すなわち、ハードウェア）と、ハードウェアを構成することができ、ハードウェアが実行することができ、及び／又は他の方法でハードウェアに関連付けることができる、任意のソフトウェア及び／又はファームウェア（「コード」）とを指す。本明細書において使用される場合、例えば特定のプロセッサ及びメモリは、コードの第１の１つ以上のラインを実行しているとき、第１の「回路」を含むことができ、コードの第２の１つ以上のラインを実行しているとき、第２の「回路」を含むことができる。本明細書において使用される場合、「及び／又は」は、「及び／又は」によって連結されるリストにおける項目のうちの任意の１つ以上の項目を意味する。一例として、「ｘ及び／又はｙ」は、３つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｘ，ｙ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ及び／又はｙ」は、「ｘ及びｙのうちの一方又は両方」を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、７つの要素の組｛（ｘ），（ｙ），（ｚ），（ｘ，ｙ），（ｘ，ｚ），（ｙ，ｚ），（ｘ，ｙ，ｚ）｝のうちの任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、「ｘ、ｙ及びｚのうちの１つ以上」を意味する。本明細書において使用される場合、「例示的な」という用語は、非限定的な例、事例又は例証としての役割を果たすことを意味する。本明細書において使用される場合、「例えば」という用語は、１つ以上の非限定的な例、事例又は例証のリストを開始する。本明細書において使用される場合、回路類は、或る機能を実施するために必要なハードウェア及びコード（いずれかが必要である場合）を含む場合はいつでも、その機能の実施が（例えば、ユーザーが構成可能な設定、工場トリム等により）無効にされる又は有効にされていないか否かにかかわらず、回路類はその機能を実行するように「動作可能」である。

本方法及び／又はシステムを、或る特定の実施態様を参照して記載してきたが、当業者であれば、本方法及び／又はシステムの範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること及び均等物に置き換えることができることを理解するであろう。加えて、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の教示に対して特定の状況又は材料を適合させるように多くの改変を行うことができる。例えば、開示した例のシステム、ブロック及び／又は構成要素を、組み合わせ、分割し、再配置し、及び／又は他の方法で変更することができる。したがって、本方法及び／又はシステムは、開示されている特定の実施態様に限定されない。代わりに、本方法及び／又はシステムは、字義どおりにでも均等論のもとにおいても、添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施態様を含む。

Claims (20)

1. 試験試料における変形を測定する伸び計システムであって、
   光を試験試料の表面及びスクリーンに誘導する１つ以上の光源であって、前記試験試料は該１つ以上の光源と前記スクリーンとの間に配置される、１つ以上の光源と、
   試験システムを介して応力誘導力を受けている間に前記試験試料の画像をキャプチャーする撮像デバイスであって、前記応力誘導力の結果としての前記試験試料の変形を計算するプロセッサに前記画像を送信するように構成される、撮像デバイスと、
   を備える、伸び計システム。
2. 前記撮像デバイスから前記試験試料の２つ以上の画像を受信することと、
   第１の画像を第２の画像と比較して、前記応力誘導力の結果としての前記試験試料の特性の変化を求めることと、
   を行うように構成されるプロセッサを更に備える、請求項１に記載の伸び計システム。
3. 前記試験試料は、該試験試料の前記表面上に配置される１つ以上のマーカーを更に備える、請求項２に記載の伸び計システム。
4. 前記特性は、前記１つ以上のマーカーのサイズ、形状又はロケーションのうちの１つである、請求項３に記載の伸び計システム。
5. 前記特性は、前記試験試料のエッジのサイズ、形状又はロケーションのうちの１つである、請求項２に記載の伸び計システム。
6. 変形は、２つの直交方向において求められる、請求項１に記載の伸び計システム。
7. 変形は、軸方向及び横方向において求められる、請求項１に記載の伸び計システム。
8. 前記光源は偏光又は赤外光を放射する、請求項１に記載の伸び計システム。
9. 前記撮像デバイスは、前記スクリーン又は前記試験試料から反射された偏光又は赤外光をキャプチャーするように構成され、前記マーカーは、前記光源からの光を前記撮像デバイスに反射し、前記スクリーンは、光を反射して、エッジ解析用の前記試験試料のダークシルエットを生成する、請求項８に記載の伸び計システム。
10. 前記光源又は前記撮像デバイスはフィルターを更に備える、請求項１に記載の伸び計システム。
11. 応力誘導荷重を受けている前記試験試料の画像を受信する補助カメラリンクコネクタ入力を更に含む、請求項１に記載の伸び計システム。
12. 前記プロセッサはフィールドプログラマブルゲートアレイを含む、請求項１に記載の伸び計システム。
13. 前記プロセッサ及び前記フィールドプログラマブルゲートアレイは、前記単一の回路基板上に配置される、請求項１に記載の伸び計システム。
14. 試験試料における変形伸張／歪みを測定する伸び計システムであって、
    試験試料に１つ以上の力を受けさせる試験システムと、
    光を前記試験試料の表面及びスクリーンに誘導する１つ以上の光源であって、前記試験試料は該１つ以上の光源と前記スクリーンとの間に配置される、１つ以上の光源と、
    前記試験システムを介して応力誘導力を受けている間に前記試験試料の画像をキャプチャーする撮像デバイスであって、前記応力誘導力の結果としての前記試験試料の変形を計算するプロセッサに前記画像を送信するように構成される、撮像デバイスと、
    を備える、伸び計システム。
15. 前記スクリーンは、コリメーティングフィルターを更に備える、請求項１４に記載の伸び計システム。
16. 前記コリメーティングフィルターは、第１のコリメーティングフィルター及び第２のコリメーティングフィルターを備え、前記第１のコリメーティングフィルターは前記スクリーン上において第１の向きに配置され、前記第２のコリメーティングフィルターは前記スクリーン上において前記第１の向きと異なる第２の向きに配置される、請求項１５に記載の伸び計システム。
17. 前記スクリーンは反射フィルターを更に備える、請求項１４に記載の伸び計システム。
18. 試験試料における変形を測定する伸び計システムであって、
    反射面を備えるスクリーンと、
    前記試験試料の表面及び前記スクリーンの前記反射面に光を誘導する１つ以上の光源であって、前記試験試料は該１つ以上の光源と前記スクリーンとの間に配置される、１つ以上の光源と、
    試験システムを介して応力誘導力を受けている間に前記試験試料の画像をキャプチャーする撮像デバイスであって、前記画像は、前記試験試料上の１つ以上のマーカーから反射された光、又は、前記試験試料のシルエットを生成する前記スクリーンから反射された光から生成される、撮像デバイスと、
    を備える、伸び計システム。
19. 前記撮像デバイスは、前記応力誘導力の結果としての前記試験試料の変形を計算するプロセッサに前記画像を送信するように構成される、請求項１８に記載の伸び計システム。
20. 前記応力誘導力を提供する１つ以上の力を前記試験試料に受けさせる試験システムを更に備える、請求項１８に記載の伸び計システム。

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