JP3651239B2 - ビデオ式非接触伸び計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片表面に付された複数のマークをビデオカメラで撮影した映像信号を用いて、そのマーク間における試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
引張試験時等における試験片の伸びを非接触で計測する伸び計として、ビデオカメラを用いた、いわゆるビデオ式非接触伸び計が知られている。
【０００３】
このビデオ式非接触伸び計においては、試験の開始に先立って試験片表面に２つの標点に相当する２つのマークを付しておき、これらのマークを試験中において１台のビデオカメラで撮影して得られる映像信号から各マークを認識して、各マークの刻々の移動量を計測し、その各移動量の差からマーク間の試験片の伸びを刻々と算出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のビデオ式非接触伸び計においては、１台のビデオカメラを用いているため、例えばプラスチックの伸びを高精度に計測するような用途には実質的に適用できないという問題がある。
【０００５】
すなわち、プラスチック等の伸びの計測においては、例えば新ＪＩＳ規格によると、弾性率を精度よく求めるとともに（一般には分解能１μｍ程度の精度が要求される）、破断伸びを計測する必要がある。プラスチックは、破断までに３００％以上も伸びるものもあって、標点マークの間隔を当初に５０ｍｍに設定したとき、ビデオカメラによる視野は最低でも２００ｍｍ必要となる。ここで、ビデオカメラの映像信号を用いた位置の分解能は視野の大きさに反比例し、従って高精度の測定と広範囲の測定とを両立することはできないことから、大きな破断伸びの計測を行い、しかも上記のように弾性率の高精度の計測を実現することは極めて困難である。
【０００６】
なお、ビデオカメラの視野を変更するにはレンズを交換すればよいが、レンズを交換した場合にはピント調整や校正の手続きが必要であることから、伸びの計測中にレンズの交換によって視野を変更することで、上記の問題に対処しようとしても、計測を中断することになって、通常は容認されるものではない。
【０００７】
また、１台のビデオカメラによる映像信号を用いる従来のビデオ式非接触伸び計においては、ワイヤをはじめとする各種線材や糸のように長い形状の試験片に関しても、高精度の計測が困難であるという問題もある。
【０００８】
すなわち、このような線材等の長い試験片の伸びの計測に際しては、２箇所のマークの当初の間隔も１００ｍｍ以上と大きく設定する必要のある場合が多く、このため当然ながらビデオカメラの視野を大きく設定する必要があり、分解能を犠牲にせざるを得なくなる。
【０００９】
ここで、以上の各問題のいずれについても、高分解能のカメラを用いることによってある程度対処できるものの自ずと限界があり、また、相当のコストアップにも繋がる。
【００１０】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、さほどコストアップをすることなく、高精度と広範囲の測定を両立させてプラスチック等の伸びの大きな試験片でも、正確な弾性率を得るための高精度の伸びの測定から、破断に到るまでの伸びの測定まで、一貫した測定が可能なビデオ式非接触伸び計の提供を目的としている。
【００１１】
また上記に加えて、本発明の他の目的は、線材などの長い試験片の伸びの高精度計測にも適用することのできるビデオ式非接触伸び計を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明のビデオ式非接触伸び計は、試験片表面に位置を認識できる複数のマークを付け、その画像を複数のカメラによって撮影し、そのマークの画像から各マークの刻々の移動量を求めて、試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計において、視野範囲が互いに異なる複数のカメラを、ともに同じ複数のマークを撮影するように配置するとともに、それらカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示し、かつ、その画面上に、複数のマークの各位置を認識するためのデータ領域カーソルを重ねて表示し、それに対応する領域内のマークの１次元プロファイルを各マークと関連づけて表示する表示手段を備えていることによって特徴づけられる。
【００１３】
請求項１に記載の発明においては、視野範囲が互いに異なる複数のカメラの各々で同じ複数のマークを撮影するので、試験開始当初の伸びが１０％以下の領域においては、視野範囲の狭いカメラで撮影した画像から高い分解能の伸びの計測が可能となり、試験の進行に伴って試験片Ｗの伸びが大きくなったときには、分解能は低いが広い視野範囲のカメラで撮影した画像から、広範囲にわたる伸びの計測が可能になる。従って、プラスチック等の引張試験等において、高精度の弾性率の計測と、大きな破断伸びの計測の双方を、試験の中断等を伴うことなく実現することができる。
【００１４】
ここで、ビデオ式非接触伸び計においては、従来の伝統的な接触式の伸び計では存在しない固有の課題がある。すなわち、ビデオ式非接触伸び計では、試験片のマークをカメラで撮影し、その撮影画像から伸びを計測するので、画像データを処理する上で、撮影画像のピント、コントラスト、マークの位置が重要なファクタとなり、試験開始当初から試験終了までの間に、ピント、コントラストが悪化してないか、あるいは試験開始当初から試験終了までマークがカメラ視野内に入っているかどうかをチェックする必要がある。
【００１５】
そこで、請求項１に記載の発明では、前記したように複数のカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示して、撮影画像のピント、コントラスト及びマークの位置を容易にチェックできるようにしている。しかも、視野の大きなカメラで撮影した試験片の全体画像と、視野の小さなカメラで撮影したマーク位置のクローズアップ画像を同一の画面上に表示して、計測中における試験片の全体の伸びに対するマークの移動の関係を把握しやすいようにしている。
【００１６】
請求項２記載に記載の発明のビデオ式伸び計は、試験片表面に位置を認識できる複数のマークを付け、その画像を複数のカメラによって撮影し、そのマークの画像から各マークの刻々の移動量を求めて、試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計において、視野範囲が同じ複数のカメラを、それぞれが異なるマークを個別に撮影するように配置するとともに、それらカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示し、かつ、その画面上に、複数のマークの各位置を認識するためのデータ領域カーソルを重ねて表示し、それに対応する領域内のマークの１次元プロファイルを各マークと関連づけて表示する表示手段を備えていることによって特徴づけられる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、複数のカメラにより、複数のマークをそれぞれ個別に撮影するように構成しているので、各カメラで撮影された画像から複数のマークをそれぞれ個別に認識して、その各移動量を求めて複数のマーク間の伸びを算出することができる。従って、計測開始当初のマーク間距離（ＧL ）に関係なく各カメラの視野を設定することができ、これにより各カメラの視野を狭くすることが可能となって、分解能の高い映像信号を得ることができる。
【００１８】
また、計測開始当初のマーク間距離に関係なく各カメラの視野を設定することができることから、マーク間距離が長くても、それに合わせて各カメラを設置することによって、各カメラの視野を広くすることなく、線材等の長い試験片の伸びを計測することが可能となる。
【００１９】
さらに、請求項２に記載の発明においても、前記したように複数のカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示するように構成しているので、試験開始当初から試験終了までの間にピント、コントラストが悪化してないか、あるいは試験開始当初から試験終了までマークがカメラ視野内に入っているかどうかを表示画面上から簡単にチェックすることができる。
【００２０】
ここで、引張試験においては、一般に材料試験機が用いられ、上下の掴み具に試験片の両端を把持した状態で、各掴み具の間隔を拡げることによって試験片に引張負荷を加える。このような試験においては、通常、試験片の掴み部を高精度に加工したり、試験片の中心を各掴み具の中心を通る軸線上に正確に位置させた状態で把持するといったことは特に考慮が払われないので、試験片の中心が試験機の中心と必ずしも一致しているとは限られず、一致していない状態（試験片が傾いた状態）で引張試験を行うと、試験片が引張軸方向以外の方向に移動することがある。
【００２１】
このような試験片の移動が発生しても、伝統的に用いられている接触式の伸び計を用いる場合には、伸びの計測結果には全く影響が及ばないが、ビデオ式非接触伸び計を用いる場合には、試験片の引張軸方向以外の方向への移動、特にカメラに対して前後方向の移動は無視することができない。すなわち、試験片表面（マークを付した面）の位置が前後方向に移動すると、その試験片表面とカメラとの間の距離が変化して映像信号に誤差成分が含まれることになり、その誤差が、高精度の伸びの計測（分解能１μｍ）が要求される領域つまり試験開始当初の伸びが１０％以下の領域においては無視できないものとなる。
【００２２】
以上の問題は、１台のカメラを用いた伸び計では解決することは難しいが、前記した請求項２に記載の発明の構成つまり複数のカメラにより複数のマークをそれぞれ個別に撮影するという構成を採用すれば容易に解決することができる。
【００２３】
すなわち、試験片に付けた各マークをそれぞれ個別のカメラで撮影するという構成を採れば、複数のマークを１台のカメラで撮影する場合と比較して、カメラ視野（立体角）を大幅に狭くすることができ、試験片の前後移動による影響を無視できる程度にまで軽減することが可能となる。
【００２４】
さらに、請求項１及び２に記載の発明においては、複数のカメラで撮影された各画像上に、複数のマークの各位置を認識するためのデータ領域カーソルを重ねて表示し、それに対応する領域内のマークの１次元プロファイルを各マークと関連づけて表示するという構成を採用しているので、マーク部分のプロファイルのみを抽出・拡大して表示することが可能となり、試験片表面のほぼ全体のプロファイルを表示する場合に比べて、マーク部分のプロファイル表示が大きくなって非常に見やすくなる。
【００２５】
なお、請求項１及び２に記載の発明において、複数のカメラで撮影された画像を、それぞれ試験片の引張方向と同じ方向で表示するように構成すれば、画像が見やすくなり、実際の試験片と画面上での試験片との位置関係も把握しやすくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下、図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は、請求項１に記載の発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【００２８】
試験片Ｗの表面には２つのマークＭ1,Ｍ2 が付されている。この試験片Ｗは両端が材料試験機等の掴み具Ｇ1,Ｇ2 に把持された状態で、図中上下方向への引張負荷が与えられる。なお、各マークＭ1,Ｍ2 は、例えば白地にマークとしての黒の横線が付されたラベル等を試験片Ｗの表面に貼着する等によって形成される。
【００２９】
試験片Ｗの各マークＭ１，Ｍ２はその当初の間隔が５０ｍｍに設定され、その各マークＭ１，Ｍ２は２台のビデオカメラ、つまり大変位計測用カメラ１と小変位計測用カメラ２の双方によって撮影される。大変位計測用カメラ１及び小変位計測用カメラ２は、レンズを除くカメラ本体部分は互いに等しいものが用いられており、また、試験片Ｗからの距離は互いに等しい位置に配置されている。
【００３０】
大変位計測用カメラ１には焦点距離が１０ｍｍのレンズが装着され、小変位計測用カメラ２には焦点距離が５０ｍｍのレンズが装着されており、これにより、小変位計測用カメラ２の視野を６０ｍｍに設定したとき、大変位計測用カメラ１の視野は３００ｍｍとなる。
【００３１】
ここで、各カメラ１，２の試験片Ｗの伸び方向へ画素数を６００個とすると、大変位計測用カメラ１の撮影面上での１画素は物体上の０．５ｍｍ（視野３００ｍｍ／６００画素）に相当し、補完計算で分解能を仮に１／１００にまで向上させることができるとすると、大変位計測用カメラ１の分解能は５μｍとなる。同様に小変位計測用カメラ２の分解能は１μｍとなる。各カメラのこのような分解能によると、小変位計測用カメラ２の分解能は試験片Ｗの比例限内の伸びの計測結果に基づく弾性率を正確に求めるのに十分である。一方、大変位計測用カメラ１の分解能は５μｍであるが、その視野範囲は３００ｍｍであるため、引張試験の進行に伴って試験片Ｗが大きく伸びても、各マークＭ１，Ｍ２はその視野範囲内に収まり、例えば試験片Ｗがプラスチック等の伸びの大きな材料で、破断伸びが２００％にも及ぶものであっても、試験片Ｗが破断するまで伸びの計測を続けることができる。
【００３２】
さて、以上の大変位計測用カメラ１及び小変位計測用カメラ２からの映像信号は、それぞれＡ−Ｄ変換器１ａ，２ａによってデジタル化された後、演算処理装置３に刻々と取り込まれる。
【００３３】
演算処理装置３は、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成され、インストールされたプログラムに基づいて動作するが、図１では、そのプログラムに基づく機能ごとのブロック図によって示している。すなわち演算処理装置３は、演算部３１及び表示制御部３２を主体として構成されているとともに、この演算処理装置３には、試験片Ｗの伸びの計測結果及びカメラ１，２からの画像などを表示する表示装置４が接続されている。
【００３４】
前記したＡ−Ｄ変換器１ａ，２ａによってデジタル化された大変位計測用カメラ１と小変位計測用カメラ２からの画像データは、それぞれ演算処理装置３の演算部３１及び表示制御部３２に刻々と供給される。
【００３５】
演算部３１は、供給された画像データを用いて、試験片Ｗに付された２つのマークＭ1,Ｍ2 の位置を認識し、その刻々の位置データから試験片Ｗのマーク間の刻々の伸びを算出する。
【００３６】
具体的には、試験開始当初においては、小変位計測用カメラ２からの画像データを用いて伸びを算出し、この小変位計測用カメラ２からの画像データを用いた伸びが、あらかじめ設定された値に到着した時点、例えば（伸び量／初期ＧL ）×１００の値が１０％に到達した時点、あるいは小変位計測用カメラ２の視野から２つのマークＭ1,Ｍ2 のいずれかが外れた時点で、伸び算出に用いるデータを大変位計測用カメラ１からの画像データに切り換え、以後、この大変位計測用カメラ１からの画像データを用いて伸びを算出するという処理を行う。
【００３７】
また、演算部３１は、供給された画像データから２つのマークＭ1,Ｍ2 の各位置を認識するための処理として、後述するデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 （図２参照）で指定される領域内の画像データを、試験片Ｗの伸び方向に直交する方向に積分して、試験片Ｗの伸び方向への１次元プロファイルを作成するという機能も備えている。このプロファイル作成処理は、大変位計測用カメラ１からの画像データと、小変位計測用カメラ２からの画像データについてそれぞれ個別に実行される。
【００３８】
表示制御部３２は、図２に示すように、表示装置４の表示画面４０上に撮影データ表示用の２つのウインドウ４１と４２を設定し、その各ウインドウ４１と４２に、それぞれ大変位計測用カメラ１による撮影画像と小変位計測用カメラ２による撮影画像をリアルタイムでかつ試験片Ｗの引張方向と同じ方向で表示する。さらに表示画面４０上に伸びの計測値表示用ウインドウ４３とマークのプロファイル表示用の４つのウインドウ４４・・４７を設定し、その各ウインドウに演算部３１での演算結果つまり伸びの算出値とマークＭ1,Ｍ2 の１次元プロファイルを表示する。
【００３９】
また、表示制御部３２は、撮影データ表示用の２つのウインドウ４１と４２の画面上での対応づけを行うための枠線Ａ及び矢印Ｂを表示画面４０上に重ねて表示するとともに、撮影データ表示用のウインドウ４１と４２に、マークＭ1,Ｍ2 の位置を認識するためのデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 を重ねて表示する。さらにデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 とプロファイル表示用の各ウインドウ４４・・４７との対応関係を明確にするために、上のマークＭ1 に対するデータ領域カーソルＣ1 とプロファイル表示用ウインドウ４４，４６を緑色で表示し、下のマークＭ2 に対するデータ領域カーソルＣ2 とプロファイル表示用ウインドウ４５，４７を赤紫で表示する。
【００４０】
なお、データ領域カーソルＣ1,Ｃ2 は、キーボードやマウス等の入力手段からの入力情報に応じて表示するようにしてもよいし、演算部３１及び表示制御部３２の動作によって自動で表示するようにしてもよい。自動で表示する場合、マークＭ1,Ｍ2 の移動に合わせてデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 を移動させるようにする。
【００４１】
以上の実施の形態によれば、試験開始当初においては、分解能１μｍ、上下方向への視野６０ｍｍの小変位計測用カメラ２からの画像データを用いて刻々と伸びが求められ、その伸び値が表示装置４の表示画面４０上に表示される。次に、伸びが進行して、小変位計測用カメラ２からの画像データを用いた伸びが、あらかじめ設定された値に到達するか、小変位計測用カメラ２の視野からマークＭ1,Ｍ2 のいずれかが外れた時点で、伸び算出に用いる画像データが大変位計測用カメラ１によるものに切り換わり、以後、この大変位計測用カメラ１からの画像データを用いて伸びが求められ、その伸び値が表示画面４０上に表示される。ここで、大変位計測用カメラ１は、分解能が５μｍであるが、その視野は３００ｍｍであるため、引張試験の進行に伴って試験片Ｗが大きく伸びても、各マークＭ1,Ｍ2 はその視野内に収まっており、従って、試験片Ｗがプラスチック等の伸びの大きな材料で、破断伸びが２００％にも及ぶものであっても、試験片Ｗが破断するまで伸びの計測を続けることができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、大変位計測用カメラ１及び小変位計測用カメラ２の各画像を同一画面上にリアルタイムで表示するので、画像データを処理する上での課題つまり各カメラ１，２による撮影画像のピント、コントラストに異常がないかどうかを試験開始当初から試験終了までの間において表示画面からチェックすることができる。従って、試験途中において何らかの理由によって、マークを正確に認識できなくなる等の不具合が発生したときには、それを表示画面から知ることができるので、計測を即座に中止することができる。また大変位計測用カメラ１の視野範囲から２つのマークＭ1,Ｍ2 のいずれかが外れたときにも、それを表示画面から知ることができ、それ以後の無駄な計測を止めることができる。
【００４３】
しかも、大変位計測用カメラ１及び小変位計測用カメラ２の各画像を、試験片Ｗの引張方向と同じ方向で表示しているので、画像が見やすくなり、実際の試験片Ｗと表示画面上での試験片Ｗとの対応関係もはっきりする。また、掴み具Ｇ1,Ｇ2 の一部を含めた試験片Ｗの全体画像と、マーク位置のクローズアップ画像を同一の画面上に表示するので、計測中における試験片Ｗの全体の伸びに対するマークＭ1,Ｍ2 の移動の関係を把握しやすくなる。さらに、マーク部分のプロファイルのみを抽出・拡大して表示するので、試験片Ｗ表面のほぼ全体のプロファイルを表示する場合に比べて、マーク部分のプロファイルが非常に見やすくなる。
【００４４】
ここで、本実施の形態において、表示装置４の画面上に表示する画像は、図２に示すようなものに限定されることなく様々な形態が考えられる。
【００４５】
その一例として図３に示すように、表示装置４の表示画面４０上に設定された撮影データ表示用の２つのウインドウ４１と４２における各マークＭ1,Ｍ2 位置に、それぞれ枠線Ａ11，Ａ12とＡ21，Ａ22を表示するとともに、その２つのウインドウ４１と４２との間においてマークの対応づけを行うために、枠線Ａ11と枠線Ａ21とが対応している旨を示す矢印Ｂ1 と、枠線Ａ12と枠線Ａ22とが対応している旨を示す矢印Ｂ2 を表示するといった表示形態が考えられる。
【００４６】
図４は、請求項２に記載の発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【００４７】
この実施の形態では、先の小変位計測用カメラ２のレンズと同等の焦点距離５０ｍｍのレンズをもつ、２つのカメラ１０１，１０２を１つの試験片Ｗに対して設け、その一方のカメラ１０１を、試験片Ｗ表面の上のマークＭ1 を撮影できる位置に配置し、他方のカメラ１０２を、下のマークＭ2 を撮影できる位置に配置したところに特徴がある。
【００４８】
それら２つのカメラ１０１，１０２からの映像信号は、それぞれＡ−Ｄ変換器１０１ａ，１０２ａによってデジタル化された後、演算処理装置１０３に刻々と取り込まれる。
【００４９】
演算処理装置１０３は、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成され、インストールされたプログラムに基づいて動作するが、図４では、そのプログラムに基づく機能ごとのブロック図によって示している。すなわち演算処理装置１０３は、演算部１３１及び表示制御部１３２を主体として構成されているとともに、この演算処理装置１０３には、試験片Ｗの伸びの計測結果及びカメラ１０１，１０２からの画像などを表示する表示装置１０４が接続されている。
【００５０】
前記したＡ−Ｄ変換器１０１ａ，１０２ａによってデジタル化された２つのカメラ１０１、１０２からの画像データは、それぞれ演算処理装置１０３の演算部１３１及び表示制御部１３２に刻々と供給される。
【００５１】
演算部１３１は、供給された２つの画像データについて、それぞれに含まれるマークＭ1,Ｍ2 の位置を個々に認識し、その刻々の各位置データから各マークＭ1,Ｍ2 の刻々の移動量を求め、その差を試験片Ｗの伸びの計測値として表示装置１０４に刻々と出力する。なお、このように２つのカメラ１０１，１０２によって個々に撮影された２種の画像データから２つのマークＭ1,Ｍ2 間の伸びを求める場合、２つのカメラ１０１，１０２の間隔及び各々の撮影倍率が精度に影響するので、そのカメラ間隔と各撮影倍率を予め正確に求めておき、その各値でもって校正作業を行っておく。
【００５２】
表示制御部１３２は、図５に示すように、表示装置１０４の表示画面１４０上に撮影データ表示用の２つのウインドウ１４１と１４２を設定し、その各ウインドウ１４１と１４２に、それぞれ、上のカメラ１０１（上のマークＭ1 撮影用）による撮影画像と、下のカメラ１０２（下のマークＭ2 撮影用）による撮影画像をリアルタイムでかつ試験片Ｗの引張方向と同じ方向で表示する。さらに表示画面１４０上に、伸びの計測値表示用ウインドウ１４３及びマークのプロファイル表示用の２つのウインドウ１４４，１４５を設定し、その各ウインドウに演算部１３１での演算結果つまり伸びの算出値とマークＭ1,Ｍ2 の１次元プロファイルを表示する。
【００５３】
また、表示制御部１３２は、撮影データ表示用の各ウインドウ１４１，１４２にそれぞれマークＭ1,Ｍ2 の位置を認識するためのデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 を重ねて表示する。さらにデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 とプロファイル表示用のウインドウ１４４，１４５との対応関係を明確にするために、上のカメラ１０１の表示用ウインドウ１４１に重ね表示するデータ領域カーソルＣ1 及びプロファイル表示用のウインドウ１４４を緑色で表示し、下のカメラ１０２の表示用ウインドウ１４２に重ね表示するデータ領域カーソルＣ2 及びプロファイル表示用のウインドウ１４５を赤紫で表示する。
【００５４】
なお、本実施の形態においても、データ領域カーソルＣ1,Ｃ2 は、キーボードやマウス等の入力手段からの入力情報に応じて表示するように構成されていてもよいし、演算部１３１及び表示制御部１３２の動作によって自動で表示されるようになっていてもよい。
【００５５】
本実施の形態によれば、試験片Ｗの表面に付した２つのマークＭ1,Ｍ2 をそれぞれ個別のカメラ１０１，１０２によって撮影し、その各画像データから個々のマークＭ1,Ｍ2 の位置を刻々と認識して、これらのマークＭ1,Ｍ2 間の伸びを算出するので、線材等の長い試験片のように、２箇所の標点間距離が当初から長く設定される試験片Ｗについても、カメラ１０１，１０２の分解能を犠牲にすることなく、高分解能の映像信号を用いて正確な伸びの計測を行える。
【００５６】
しかも、２つのカメラ１０１，１０２の各画像を同一画面上にリアルタイムで表示するので、画像データを処理する上での課題つまり試験開始当初から試験終了までの間において各カメラ１０１，１０２による撮影画像のピント、コントラストに異常がないかどうか、あるいは試験開始当初から試験終了までマークがカメラ視野内に入っているかどうかを表示画面上から簡単にチェックすることができる。従って、試験途中において何らかの理由によって、マークを正確に認識できなくなる等の不具合が発生したときには、それを表示画面から知ることができ、以後の無駄な計測を中止できる。また、大変位計測用カメラ１及び小変位計測用カメラ２の各画像を、試験片Ｗの引張方向と同じ方向で表示しているので画像が見やすくなる。さらに、マーク部分のプロファイルのみを抽出・拡大して表示するので、試験片Ｗ表面のほぼ全体のプロファイルを表示する場合に比べて、マーク部分のプロファイルが非常に見やすくなる。
【００５７】
ここで、本実施の形態において、表示装置１０４の表示画面１４０に表示する画像は、図５に示すようなものに限定されることなく様々な形態が考えられる。
【００５８】
その一例として図６に示すように、上のカメラ１０１からの画像の表示用ウインドウ１４１と、下のカメラ１０２からの画像の表示用ウインドウ１４２を表示画面１４０の上下方向（試験機の引張方向）に並べて表示するというような表示形態も考えられる。この場合、別々のカメラ１０１，１０２で撮影した上下２つのマークＭ1,Ｍ2 の画像が、実際のものと同じ配置になるので、各マークＭ1,Ｍ2 の移動を感覚的にとらえやすくなる。
【００５９】
なお、以上説明した２つの実施の形態においては、カメラの数を２台とした例を示したが、本発明においてはカメラの台数は２以上であれば、特に限定されない。例えば３台のカメラを用いる場合、その１台を大変位計測用カメラとして２つのマークの双方を撮影し、他の２台のカメラの視野を狭くして、この２台のカメラで２つのマークをそれぞれ個別に撮影するという構成が考えらえ、このような構成を採用すると、１台の装置で上記した２つの実施の形態の機能をもつ伸び計を構築することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、試験片表面に付した複数のマークを、視野範囲が互いに異なる複数のカメラによって撮影し、弾性率を算出する等の目的によって高精度の伸びの計測が必要な、伸びの少ない領域においては視野の狭い高分解能のカメラで撮影した画像から伸びを計測し、かつ特に高精度の伸びの計測は要求されないが、広い範囲での伸びの計測が要求されるそれ以降の領域においては、視野の広いカメラで撮影した画像から伸びを計測するので、例えばプラスチックのように、伸びの大きな試験片についても、特に分解能の高い高価なビデオカメラを用いることなく、高精度の伸びの計測による正確な弾性率の計測と、試験片の破断に到るまでの広範囲にわたる連続した伸びの計測の双方を実現することができる。
【００６１】
しかも、複数のカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示するように構成しているので、試験開始当初から試験終了までの間においてピント、コントラストが良好であるかどうか、あるいは試験開始当初から試験終了までマークがカメラ視野内に入っているかどうかを表示画面上から簡単にチェックすることができる。これにより、例えば試験片に付したマークがカメラ視野から外れているのにも関わらず伸び試験を続けるというような無駄な計測を防止することができる。また、視野の大きなカメラで撮影した試験片の全体画像と、視野の小さなカメラで撮影したマーク位置のクローズアップ画像を同一の画面上に表示しているので、計測中における試験片Ｗの全体の伸びに対するマークの移動の関係が把握しやすくなるという利点もある。
【００６２】
請求項２に記載の発明によれば、試験片表面に付した複数のマークをそれぞれ個別のカメラによって撮影し、その各映像信号から個々のマーク位置を刻々と認識してこれらのマーク間の伸びを算出するから、線材等の長い試験片のように、２箇所の標点間距離が当初から長く設定される試験片についても、カメラの分解能を犠牲にすることなく、高分解能の映像信号を用いて正確な伸びの計測が可能となる。
【００６３】
しかも、請求項２に記載の発明では、試験片の掴み部の精度、あるいは試験機の掴み具への試験片の取付状態の悪さ等により、試験片の中心が試験機の中心に一致していない時に試験を行っても、その影響を受けない正確な伸びの計測が可能である。
【００６４】
また、請求項２に記載の発明においても、複数のカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示するように構成しているので、試験開始当初から試験終了までの間においてピント、コントラストが良好であるかどうか、あるいは試験開始当初から試験終了までマークがカメラ視野内に入っているかどうかを表示画面上から簡単にチェックすることができる。これにより、例えば試験片に付したマークがカメラ視野から外れているのにも関わらず伸び試験を続けるというような無駄な計測を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載の発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図
【図２】その実施の形態における表示画像の例を示す図
【図３】表示画像の他の例を示す図
【図４】請求項２に記載の発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図
【図５】その実施の形態における表示画像の例を示す図
【図６】表示画像の別の例を示す図
【符号の説明】
１ 大変位計測用カメラ
２ 小変位計測用カメラ
１ａ、２ａ Ａ−Ｄ変換器
３ 演算処理装置
３１ 演算部
３２ 表示制御部
４ 表示装置
１０１，１０２ カメラ
１０１ａ，１０２ａ Ａ−Ｄ変換器
１０３ 演算処理装置
１３１ 演算部
１３２ 表示制御部
１０４ 表示装置
Ｗ 試験片
Ｍ1,Ｍ2 マーク
Ｇ1,Ｇ2 掴み具
Ｃ1,Ｃ2 データ領域カーソル
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片表面に付された複数のマークをビデオカメラで撮影した映像信号を用いて、そのマーク間における試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
引張試験時等における試験片の伸びを非接触で計測する伸び計として、ビデオカメラを用いた、いわゆるビデオ式非接触伸び計が知られている。
【０００３】
このビデオ式非接触伸び計においては、試験の開始に先立って試験片表面に２つの標点に相当する２つのマークを付しておき、これらのマークを試験中において１台のビデオカメラで撮影して得られる映像信号から各マークを認識して、各マークの刻々の移動量を計測し、その各移動量の差からマーク間の試験片の伸びを刻々と算出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のビデオ式非接触伸び計においては、１台のビデオカメラを用いているため、例えばプラスチックの伸びを高精度に計測するような用途には実質的に適用できないという問題がある。
【０００５】
すなわち、プラスチック等の伸びの計測においては、例えば新ＪＩＳ規格によると、弾性率を精度よく求めるとともに（一般には分解能１μｍ程度の精度が要求される）、破断伸びを計測する必要がある。プラスチックは、破断までに３００％以上も伸びるものもあって、標点マークの間隔を当初に５０ｍｍに設定したとき、ビデオカメラによる視野は最低でも２００ｍｍ必要となる。ここで、ビデオカメラの映像信号を用いた位置の分解能は視野の大きさに反比例し、従って高精度の測定と広範囲の測定とを両立することはできないことから、大きな破断伸びの計測を行い、しかも上記のように弾性率の高精度の計測を実現することは極めて困難である。
【０００６】
なお、ビデオカメラの視野を変更するにはレンズを交換すればよいが、レンズを交換した場合にはピント調整や校正の手続きが必要であることから、伸びの計測中にレンズの交換によって視野を変更することで、上記の問題に対処しようとしても、計測を中断することになって、通常は容認されるものではない。
【０００７】
また、１台のビデオカメラによる映像信号を用いる従来のビデオ式非接触伸び計においては、ワイヤをはじめとする各種線材や糸のように長い形状の試験片に関しても、高精度の計測が困難であるという問題もある。
【０００８】
すなわち、このような線材等の長い試験片の伸びの計測に際しては、２箇所のマークの当初の間隔も１００ｍｍ以上と大きく設定する必要のある場合が多く、このため当然ながらビデオカメラの視野を大きく設定する必要があり、分解能を犠牲にせざるを得なくなる。
【０００９】
ここで、以上の各問題のいずれについても、高分解能のカメラを用いることによってある程度対処できるものの自ずと限界があり、また、相当のコストアップにも繋がる。
【００１０】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、さほどコストアップをすることなく、高精度と広範囲の測定を両立させてプラスチック等の伸びの大きな試験片でも、正確な弾性率を得るための高精度の伸びの測定から、破断に到るまでの伸びの測定まで、一貫した測定が可能なビデオ式非接触伸び計の提供を目的としている。
【００１１】
また上記に加えて、本発明の他の目的は、線材などの長い試験片の伸びの高精度計測にも適用することのできるビデオ式非接触伸び計を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明のビデオ式非接触伸び計は、試験片表面に位置を認識できる複数のマークを付け、その画像を複数のカメラによって撮影し、そのマークの画像から各マークの刻々の移動量を求めて、試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計において、視野範囲が互いに異なる複数のカメラを、ともに同じ複数のマークを撮影するように配置するとともに、それらカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示し、かつ、その画面上に、複数のマークの各位置を認識するためのデータ領域カーソルを重ねて表示し、それに対応する領域内のマークの１次元プロファイルを各マークと関連づけて表示する表示手段を備えていることによって特徴づけられる。
【００１３】
請求項１に記載の発明においては、視野範囲が互いに異なる複数のカメラの各々で同じ複数のマークを撮影するので、試験開始当初の伸びが１０％以下の領域においては、視野範囲の狭いカメラで撮影した画像から高い分解能の伸びの計測が可能となり、試験の進行に伴って試験片Ｗの伸びが大きくなったときには、分解能は低いが広い視野範囲のカメラで撮影した画像から、広範囲にわたる伸びの計測が可能になる。従って、プラスチック等の引張試験等において、高精度の弾性率の計測と、大きな破断伸びの計測の双方を、試験の中断等を伴うことなく実現することができる。
【００１４】
ここで、ビデオ式非接触伸び計においては、従来の伝統的な接触式の伸び計では存在しない固有の課題がある。すなわち、ビデオ式非接触伸び計では、試験片のマークをカメラで撮影し、その撮影画像から伸びを計測するので、画像データを処理する上で、撮影画像のピント、コントラスト、マークの位置が重要なファクタとなり、試験開始当初から試験終了までの間に、ピント、コントラストが悪化してないか、あるいは試験開始当初から試験終了までマークがカメラ視野内に入っているかどうかをチェックする必要がある。
【００１５】
そこで、請求項１に記載の発明では、前記したように複数のカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示して、撮影画像のピント、コントラスト及びマークの位置を容易にチェックできるようにしている。しかも、視野の大きなカメラで撮影した試験片の全体画像と、視野の小さなカメラで撮影したマーク位置のクローズアップ画像を同一の画面上に表示して、計測中における試験片の全体の伸びに対するマークの移動の関係を把握しやすいようにしている。
【００１６】
請求項２記載に記載の発明のビデオ式伸び計は、試験片表面に位置を認識できる複数のマークを付け、その画像を複数のカメラによって撮影し、そのマークの画像から各マークの刻々の移動量を求めて、試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計において、視野範囲が同じ複数のカメラを、それぞれが異なるマークを個別に撮影するように配置するとともに、それらカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示し、かつ、その画面上に、複数のマークの各位置を認識するためのデータ領域カーソルを重ねて表示し、それに対応する領域内のマークの１次元プロファイルを各マークと関連づけて表示する表示手段を備えていることによって特徴づけられる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、複数のカメラにより、複数のマークをそれぞれ個別に撮影するように構成しているので、各カメラで撮影された画像から複数のマークをそれぞれ個別に認識して、その各移動量を求めて複数のマーク間の伸びを算出することができる。従って、計測開始当初のマーク間距離（ＧL ）に関係なく各カメラの視野を設定することができ、これにより各カメラの視野を狭くすることが可能となって、分解能の高い映像信号を得ることができる。
【００１８】
また、計測開始当初のマーク間距離に関係なく各カメラの視野を設定することができることから、マーク間距離が長くても、それに合わせて各カメラを設置することによって、各カメラの視野を広くすることなく、線材等の長い試験片の伸びを計測することが可能となる。
【００１９】
さらに、請求項２に記載の発明においても、前記したように複数のカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示するように構成しているので、試験開始当初から試験終了までの間にピント、コントラストが悪化してないか、あるいは試験開始当初から試験終了までマークがカメラ視野内に入っているかどうかを表示画面上から簡単にチェックすることができる。
【００２０】
ここで、引張試験においては、一般に材料試験機が用いられ、上下の掴み具に試験片の両端を把持した状態で、各掴み具の間隔を拡げることによって試験片に引張負荷を加える。このような試験においては、通常、試験片の掴み部を高精度に加工したり、試験片の中心を各掴み具の中心を通る軸線上に正確に位置させた状態で把持するといったことは特に考慮が払われないので、試験片の中心が試験機の中心と必ずしも一致しているとは限られず、一致していない状態（試験片が傾いた状態）で引張試験を行うと、試験片が引張軸方向以外の方向に移動することがある。
【００２１】
このような試験片の移動が発生しても、伝統的に用いられている接触式の伸び計を用いる場合には、伸びの計測結果には全く影響が及ばないが、ビデオ式非接触伸び計を用いる場合には、試験片の引張軸方向以外の方向への移動、特にカメラに対して前後方向の移動は無視することができない。すなわち、試験片表面（マークを付した面）の位置が前後方向に移動すると、その試験片表面とカメラとの間の距離が変化して映像信号に誤差成分が含まれることになり、その誤差が、高精度の伸びの計測（分解能１μｍ）が要求される領域つまり試験開始当初の伸びが１０％以下の領域においては無視できないものとなる。
【００２２】
以上の問題は、１台のカメラを用いた伸び計では解決することは難しいが、前記した請求項２に記載の発明の構成つまり複数のカメラにより複数のマークをそれぞれ個別に撮影するという構成を採用すれば容易に解決することができる。
【００２３】
すなわち、試験片に付けた各マークをそれぞれ個別のカメラで撮影するという構成を採れば、複数のマークを１台のカメラで撮影する場合と比較して、カメラ視野（立体角）を大幅に狭くすることができ、試験片の前後移動による影響を無視できる程度にまで軽減することが可能となる。
【００２４】
さらに、請求項１及び２に記載の発明においては、複数のカメラで撮影された各画像上に、複数のマークの各位置を認識するためのデータ領域カーソルを重ねて表示し、それに対応する領域内のマークの１次元プロファイルを各マークと関連づけて表示するという構成を採用しているので、マーク部分のプロファイルのみを抽出・拡大して表示することが可能となり、試験片表面のほぼ全体のプロファイルを表示する場合に比べて、マーク部分のプロファイル表示が大きくなって非常に見やすくなる。
【００２５】
なお、請求項１及び２に記載の発明において、複数のカメラで撮影された画像を、それぞれ試験片の引張方向と同じ方向で表示するように構成すれば、画像が見やすくなり、実際の試験片と画面上での試験片との位置関係も把握しやすくなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下、図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は、請求項１に記載の発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【００２８】
試験片Ｗの表面には２つのマークＭ1,Ｍ2 が付されている。この試験片Ｗは両端が材料試験機等の掴み具Ｇ1,Ｇ2 に把持された状態で、図中上下方向への引張負荷が与えられる。なお、各マークＭ1,Ｍ2 は、例えば白地にマークとしての黒の横線が付されたラベル等を試験片Ｗの表面に貼着する等によって形成される。
【００２９】
試験片Ｗの各マークＭ１，Ｍ２はその当初の間隔が５０ｍｍに設定され、その各マークＭ１，Ｍ２は２台のビデオカメラ、つまり大変位計測用カメラ１と小変位計測用カメラ２の双方によって撮影される。大変位計測用カメラ１及び小変位計測用カメラ２は、レンズを除くカメラ本体部分は互いに等しいものが用いられており、また、試験片Ｗからの距離は互いに等しい位置に配置されている。
【００３０】
大変位計測用カメラ１には焦点距離が１０ｍｍのレンズが装着され、小変位計測用カメラ２には焦点距離が５０ｍｍのレンズが装着されており、これにより、小変位計測用カメラ２の視野を６０ｍｍに設定したとき、大変位計測用カメラ１の視野は３００ｍｍとなる。
【００３１】
ここで、各カメラ１，２の試験片Ｗの伸び方向へ画素数を６００個とすると、大変位計測用カメラ１の撮影面上での１画素は物体上の０．５ｍｍ（視野３００ｍｍ／６００画素）に相当し、補完計算で分解能を仮に１／１００にまで向上させることができるとすると、大変位計測用カメラ１の分解能は５μｍとなる。同様に小変位計測用カメラ２の分解能は１μｍとなる。各カメラのこのような分解能によると、小変位計測用カメラ２の分解能は試験片Ｗの比例限内の伸びの計測結果に基づく弾性率を正確に求めるのに十分である。一方、大変位計測用カメラ１の分解能は５μｍであるが、その視野範囲は３００ｍｍであるため、引張試験の進行に伴って試験片Ｗが大きく伸びても、各マークＭ１，Ｍ２はその視野範囲内に収まり、例えば試験片Ｗがプラスチック等の伸びの大きな材料で、破断伸びが２００％にも及ぶものであっても、試験片Ｗが破断するまで伸びの計測を続けることができる。
【００３２】
さて、以上の大変位計測用カメラ１及び小変位計測用カメラ２からの映像信号は、それぞれＡ−Ｄ変換器１ａ，２ａによってデジタル化された後、演算処理装置３に刻々と取り込まれる。
【００３３】
演算処理装置３は、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成され、インストールされたプログラムに基づいて動作するが、図１では、そのプログラムに基づく機能ごとのブロック図によって示している。すなわち演算処理装置３は、演算部３１及び表示制御部３２を主体として構成されているとともに、この演算処理装置３には、試験片Ｗの伸びの計測結果及びカメラ１，２からの画像などを表示する表示装置４が接続されている。
【００３４】
前記したＡ−Ｄ変換器１ａ，２ａによってデジタル化された大変位計測用カメラ１と小変位計測用カメラ２からの画像データは、それぞれ演算処理装置３の演算部３１及び表示制御部３２に刻々と供給される。
【００３５】
演算部３１は、供給された画像データを用いて、試験片Ｗに付された２つのマークＭ1,Ｍ2 の位置を認識し、その刻々の位置データから試験片Ｗのマーク間の刻々の伸びを算出する。
【００３６】
具体的には、試験開始当初においては、小変位計測用カメラ２からの画像データを用いて伸びを算出し、この小変位計測用カメラ２からの画像データを用いた伸びが、あらかじめ設定された値に到着した時点、例えば（伸び量／初期ＧL ）×１００の値が１０％に到達した時点、あるいは小変位計測用カメラ２の視野から２つのマークＭ1,Ｍ2 のいずれかが外れた時点で、伸び算出に用いるデータを大変位計測用カメラ１からの画像データに切り換え、以後、この大変位計測用カメラ１からの画像データを用いて伸びを算出するという処理を行う。
【００３７】
また、演算部３１は、供給された画像データから２つのマークＭ1,Ｍ2 の各位置を認識するための処理として、後述するデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 （図２参照）で指定される領域内の画像データを、試験片Ｗの伸び方向に直交する方向に積分して、試験片Ｗの伸び方向への１次元プロファイルを作成するという機能も備えている。このプロファイル作成処理は、大変位計測用カメラ１からの画像データと、小変位計測用カメラ２からの画像データについてそれぞれ個別に実行される。
【００３８】
表示制御部３２は、図２に示すように、表示装置４の表示画面４０上に撮影データ表示用の２つのウインドウ４１と４２を設定し、その各ウインドウ４１と４２に、それぞれ大変位計測用カメラ１による撮影画像と小変位計測用カメラ２による撮影画像をリアルタイムでかつ試験片Ｗの引張方向と同じ方向で表示する。さらに表示画面４０上に伸びの計測値表示用ウインドウ４３とマークのプロファイル表示用の４つのウインドウ４４・・４７を設定し、その各ウインドウに演算部３１での演算結果つまり伸びの算出値とマークＭ1,Ｍ2 の１次元プロファイルを表示する。
【００３９】
また、表示制御部３２は、撮影データ表示用の２つのウインドウ４１と４２の画面上での対応づけを行うための枠線Ａ及び矢印Ｂを表示画面４０上に重ねて表示するとともに、撮影データ表示用のウインドウ４１と４２に、マークＭ1,Ｍ2 の位置を認識するためのデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 を重ねて表示する。さらにデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 とプロファイル表示用の各ウインドウ４４・・４７との対応関係を明確にするために、上のマークＭ1 に対するデータ領域カーソルＣ1 とプロファイル表示用ウインドウ４４，４６を緑色で表示し、下のマークＭ2 に対するデータ領域カーソルＣ2 とプロファイル表示用ウインドウ４５，４７を赤紫で表示する。
【００４０】
なお、データ領域カーソルＣ1,Ｃ2 は、キーボードやマウス等の入力手段からの入力情報に応じて表示するようにしてもよいし、演算部３１及び表示制御部３２の動作によって自動で表示するようにしてもよい。自動で表示する場合、マークＭ1,Ｍ2 の移動に合わせてデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 を移動させるようにする。
【００４１】
以上の実施の形態によれば、試験開始当初においては、分解能１μｍ、上下方向への視野６０ｍｍの小変位計測用カメラ２からの画像データを用いて刻々と伸びが求められ、その伸び値が表示装置４の表示画面４０上に表示される。次に、伸びが進行して、小変位計測用カメラ２からの画像データを用いた伸びが、あらかじめ設定された値に到達するか、小変位計測用カメラ２の視野からマークＭ1,Ｍ2 のいずれかが外れた時点で、伸び算出に用いる画像データが大変位計測用カメラ１によるものに切り換わり、以後、この大変位計測用カメラ１からの画像データを用いて伸びが求められ、その伸び値が表示画面４０上に表示される。ここで、大変位計測用カメラ１は、分解能が５μｍであるが、その視野は３００ｍｍであるため、引張試験の進行に伴って試験片Ｗが大きく伸びても、各マークＭ1,Ｍ2 はその視野内に収まっており、従って、試験片Ｗがプラスチック等の伸びの大きな材料で、破断伸びが２００％にも及ぶものであっても、試験片Ｗが破断するまで伸びの計測を続けることができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、大変位計測用カメラ１及び小変位計測用カメラ２の各画像を同一画面上にリアルタイムで表示するので、画像データを処理する上での課題つまり各カメラ１，２による撮影画像のピント、コントラストに異常がないかどうかを試験開始当初から試験終了までの間において表示画面からチェックすることができる。従って、試験途中において何らかの理由によって、マークを正確に認識できなくなる等の不具合が発生したときには、それを表示画面から知ることができるので、計測を即座に中止することができる。また大変位計測用カメラ１の視野範囲から２つのマークＭ1,Ｍ2 のいずれかが外れたときにも、それを表示画面から知ることができ、それ以後の無駄な計測を止めることができる。
【００４３】
しかも、大変位計測用カメラ１及び小変位計測用カメラ２の各画像を、試験片Ｗの引張方向と同じ方向で表示しているので、画像が見やすくなり、実際の試験片Ｗと表示画面上での試験片Ｗとの対応関係もはっきりする。また、掴み具Ｇ1,Ｇ2 の一部を含めた試験片Ｗの全体画像と、マーク位置のクローズアップ画像を同一の画面上に表示するので、計測中における試験片Ｗの全体の伸びに対するマークＭ1,Ｍ2 の移動の関係を把握しやすくなる。さらに、マーク部分のプロファイルのみを抽出・拡大して表示するので、試験片Ｗ表面のほぼ全体のプロファイルを表示する場合に比べて、マーク部分のプロファイルが非常に見やすくなる。
【００４４】
ここで、本実施の形態において、表示装置４の画面上に表示する画像は、図２に示すようなものに限定されることなく様々な形態が考えられる。
【００４５】
その一例として図３に示すように、表示装置４の表示画面４０上に設定された撮影データ表示用の２つのウインドウ４１と４２における各マークＭ1,Ｍ2 位置に、それぞれ枠線Ａ11，Ａ12とＡ21，Ａ22を表示するとともに、その２つのウインドウ４１と４２との間においてマークの対応づけを行うために、枠線Ａ11と枠線Ａ21とが対応している旨を示す矢印Ｂ1 と、枠線Ａ12と枠線Ａ22とが対応している旨を示す矢印Ｂ2 を表示するといった表示形態が考えられる。
【００４６】
図４は、請求項２に記載の発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【００４７】
この実施の形態では、先の小変位計測用カメラ２のレンズと同等の焦点距離５０ｍｍのレンズをもつ、２つのカメラ１０１，１０２を１つの試験片Ｗに対して設け、その一方のカメラ１０１を、試験片Ｗ表面の上のマークＭ1 を撮影できる位置に配置し、他方のカメラ１０２を、下のマークＭ2 を撮影できる位置に配置したところに特徴がある。
【００４８】
それら２つのカメラ１０１，１０２からの映像信号は、それぞれＡ−Ｄ変換器１０１ａ，１０２ａによってデジタル化された後、演算処理装置１０３に刻々と取り込まれる。
【００４９】
演算処理装置１０３は、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成され、インストールされたプログラムに基づいて動作するが、図４では、そのプログラムに基づく機能ごとのブロック図によって示している。すなわち演算処理装置１０３は、演算部１３１及び表示制御部１３２を主体として構成されているとともに、この演算処理装置１０３には、試験片Ｗの伸びの計測結果及びカメラ１０１，１０２からの画像などを表示する表示装置１０４が接続されている。
【００５０】
前記したＡ−Ｄ変換器１０１ａ，１０２ａによってデジタル化された２つのカメラ１０１、１０２からの画像データは、それぞれ演算処理装置１０３の演算部１３１及び表示制御部１３２に刻々と供給される。
【００５１】
演算部１３１は、供給された２つの画像データについて、それぞれに含まれるマークＭ1,Ｍ2 の位置を個々に認識し、その刻々の各位置データから各マークＭ1,Ｍ2 の刻々の移動量を求め、その差を試験片Ｗの伸びの計測値として表示装置１０４に刻々と出力する。なお、このように２つのカメラ１０１，１０２によって個々に撮影された２種の画像データから２つのマークＭ1,Ｍ2 間の伸びを求める場合、２つのカメラ１０１，１０２の間隔及び各々の撮影倍率が精度に影響するので、そのカメラ間隔と各撮影倍率を予め正確に求めておき、その各値でもって校正作業を行っておく。
【００５２】
表示制御部１３２は、図５に示すように、表示装置１０４の表示画面１４０上に撮影データ表示用の２つのウインドウ１４１と１４２を設定し、その各ウインドウ１４１と１４２に、それぞれ、上のカメラ１０１（上のマークＭ1 撮影用）による撮影画像と、下のカメラ１０２（下のマークＭ2 撮影用）による撮影画像をリアルタイムでかつ試験片Ｗの引張方向と同じ方向で表示する。さらに表示画面１４０上に、伸びの計測値表示用ウインドウ１４３及びマークのプロファイル表示用の２つのウインドウ１４４，１４５を設定し、その各ウインドウに演算部１３１での演算結果つまり伸びの算出値とマークＭ1,Ｍ2 の１次元プロファイルを表示する。
【００５３】
また、表示制御部１３２は、撮影データ表示用の各ウインドウ１４１，１４２にそれぞれマークＭ1,Ｍ2 の位置を認識するためのデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 を重ねて表示する。さらにデータ領域カーソルＣ1,Ｃ2 とプロファイル表示用のウインドウ１４４，１４５との対応関係を明確にするために、上のカメラ１０１の表示用ウインドウ１４１に重ね表示するデータ領域カーソルＣ1 及びプロファイル表示用のウインドウ１４４を緑色で表示し、下のカメラ１０２の表示用ウインドウ１４２に重ね表示するデータ領域カーソルＣ2 及びプロファイル表示用のウインドウ１４５を赤紫で表示する。
【００５４】
なお、本実施の形態においても、データ領域カーソルＣ1,Ｃ2 は、キーボードやマウス等の入力手段からの入力情報に応じて表示するように構成されていてもよいし、演算部１３１及び表示制御部１３２の動作によって自動で表示されるようになっていてもよい。
【００５５】
本実施の形態によれば、試験片Ｗの表面に付した２つのマークＭ1,Ｍ2 をそれぞれ個別のカメラ１０１，１０２によって撮影し、その各画像データから個々のマークＭ1,Ｍ2 の位置を刻々と認識して、これらのマークＭ1,Ｍ2 間の伸びを算出するので、線材等の長い試験片のように、２箇所の標点間距離が当初から長く設定される試験片Ｗについても、カメラ１０１，１０２の分解能を犠牲にすることなく、高分解能の映像信号を用いて正確な伸びの計測を行える。
【００５６】
しかも、２つのカメラ１０１，１０２の各画像を同一画面上にリアルタイムで表示するので、画像データを処理する上での課題つまり試験開始当初から試験終了までの間において各カメラ１０１，１０２による撮影画像のピント、コントラストに異常がないかどうか、あるいは試験開始当初から試験終了までマークがカメラ視野内に入っているかどうかを表示画面上から簡単にチェックすることができる。従って、試験途中において何らかの理由によって、マークを正確に認識できなくなる等の不具合が発生したときには、それを表示画面から知ることができ、以後の無駄な計測を中止できる。また、大変位計測用カメラ１及び小変位計測用カメラ２の各画像を、試験片Ｗの引張方向と同じ方向で表示しているので画像が見やすくなる。さらに、マーク部分のプロファイルのみを抽出・拡大して表示するので、試験片Ｗ表面のほぼ全体のプロファイルを表示する場合に比べて、マーク部分のプロファイルが非常に見やすくなる。
【００５７】
ここで、本実施の形態において、表示装置１０４の表示画面１４０に表示する画像は、図５に示すようなものに限定されることなく様々な形態が考えられる。
【００５８】
その一例として図６に示すように、上のカメラ１０１からの画像の表示用ウインドウ１４１と、下のカメラ１０２からの画像の表示用ウインドウ１４２を表示画面１４０の上下方向（試験機の引張方向）に並べて表示するというような表示形態も考えられる。この場合、別々のカメラ１０１，１０２で撮影した上下２つのマークＭ1,Ｍ2 の画像が、実際のものと同じ配置になるので、各マークＭ1,Ｍ2 の移動を感覚的にとらえやすくなる。
【００５９】
なお、以上説明した２つの実施の形態においては、カメラの数を２台とした例を示したが、本発明においてはカメラの台数は２以上であれば、特に限定されない。例えば３台のカメラを用いる場合、その１台を大変位計測用カメラとして２つのマークの双方を撮影し、他の２台のカメラの視野を狭くして、この２台のカメラで２つのマークをそれぞれ個別に撮影するという構成が考えらえ、このような構成を採用すると、１台の装置で上記した２つの実施の形態の機能をもつ伸び計を構築することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、試験片表面に付した複数のマークを、視野範囲が互いに異なる複数のカメラによって撮影し、弾性率を算出する等の目的によって高精度の伸びの計測が必要な、伸びの少ない領域においては視野の狭い高分解能のカメラで撮影した画像から伸びを計測し、かつ特に高精度の伸びの計測は要求されないが、広い範囲での伸びの計測が要求されるそれ以降の領域においては、視野の広いカメラで撮影した画像から伸びを計測するので、例えばプラスチックのように、伸びの大きな試験片についても、特に分解能の高い高価なビデオカメラを用いることなく、高精度の伸びの計測による正確な弾性率の計測と、試験片の破断に到るまでの広範囲にわたる連続した伸びの計測の双方を実現することができる。
【００６１】
しかも、複数のカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示するように構成しているので、試験開始当初から試験終了までの間においてピント、コントラストが良好であるかどうか、あるいは試験開始当初から試験終了までマークがカメラ視野内に入っているかどうかを表示画面上から簡単にチェックすることができる。これにより、例えば試験片に付したマークがカメラ視野から外れているのにも関わらず伸び試験を続けるというような無駄な計測を防止することができる。また、視野の大きなカメラで撮影した試験片の全体画像と、視野の小さなカメラで撮影したマーク位置のクローズアップ画像を同一の画面上に表示しているので、計測中における試験片Ｗの全体の伸びに対するマークの移動の関係が把握しやすくなるという利点もある。
【００６２】
請求項２に記載の発明によれば、試験片表面に付した複数のマークをそれぞれ個別のカメラによって撮影し、その各映像信号から個々のマーク位置を刻々と認識してこれらのマーク間の伸びを算出するから、線材等の長い試験片のように、２箇所の標点間距離が当初から長く設定される試験片についても、カメラの分解能を犠牲にすることなく、高分解能の映像信号を用いて正確な伸びの計測が可能となる。
【００６３】
しかも、請求項２に記載の発明では、試験片の掴み部の精度、あるいは試験機の掴み具への試験片の取付状態の悪さ等により、試験片の中心が試験機の中心に一致していない時に試験を行っても、その影響を受けない正確な伸びの計測が可能である。
【００６４】
また、請求項２に記載の発明においても、複数のカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示するように構成しているので、試験開始当初から試験終了までの間においてピント、コントラストが良好であるかどうか、あるいは試験開始当初から試験終了までマークがカメラ視野内に入っているかどうかを表示画面上から簡単にチェックすることができる。これにより、例えば試験片に付したマークがカメラ視野から外れているのにも関わらず伸び試験を続けるというような無駄な計測を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載の発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図
【図２】その実施の形態における表示画像の例を示す図
【図３】表示画像の他の例を示す図
【図４】請求項２に記載の発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図
【図５】その実施の形態における表示画像の例を示す図
【図６】表示画像の別の例を示す図
【符号の説明】
１ 大変位計測用カメラ
２ 小変位計測用カメラ
１ａ、２ａ Ａ−Ｄ変換器
３ 演算処理装置
３１ 演算部
３２ 表示制御部
４ 表示装置
１０１，１０２ カメラ
１０１ａ，１０２ａ Ａ−Ｄ変換器
１０３ 演算処理装置
１３１ 演算部
１３２ 表示制御部
１０４ 表示装置
Ｗ 試験片
Ｍ1,Ｍ2 マーク
Ｇ1,Ｇ2 掴み具
Ｃ1,Ｃ2 データ領域カーソル
Claims (3)
- 試験片表面に位置を認識できる複数のマークを付け、その画像を複数のカメラによって撮影し、そのマークの画像から各マークの刻々の移動量を求めて、試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計において、
視野範囲が互いに異なる複数のカメラを、ともに同じ複数のマークを撮影するように配置するとともに、それらカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示し、かつ、その画面上に、複数のマークの各位置を認識するためのデータ領域カーソルを重ねて表示し、それに対応する領域内のマークの１次元プロファイルを各マークと関連づけて表示する表示手段を備えていることを特徴とするビデオ式非接触伸び計。 - 試験片表面に位置を認識できる複数のマークを付け、その画像を複数のカメラによって撮影し、そのマークの画像から各マークの刻々の移動量を求めて、試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計において、
視野範囲が同じ複数のカメラを、それぞれが異なるマークを個別に撮影するように配置するとともに、それらカメラで撮影された複数の画像を同一の画面上に表示し、かつ、その画面上に、複数のマークの各位置を認識するためのデータ領域カーソルを重ねて表示し、それに対応する領域内のマークの１次元プロファイルを各マークと関連づけて表示する表示手段を備えていることを特徴とするビデオ式非接触伸び計。 - 上記表示手段は、複数のカメラで撮影された各画像を、それぞれ試験片の引張方向と同じ方向で表示するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のビデオ式非接触伸び計。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP06536898A JP3651239B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | ビデオ式非接触伸び計 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP06536898A JP3651239B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | ビデオ式非接触伸び計 |
Publications (2)
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| JP3651239B2 true JP3651239B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=13284962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06536898A Expired - Lifetime JP3651239B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | ビデオ式非接触伸び計 |
Country Status (1)
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-
1998
- 1998-03-16 JP JP06536898A patent/JP3651239B2/ja not_active Expired - Lifetime
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