JP3780694B2

JP3780694B2 - ビデオ式非接触伸び・幅計

Info

Publication number: JP3780694B2
Application number: JP10473798A
Authority: JP
Inventors: 正之亀川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: JPH11295041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片の伸びと幅を計測することが可能なビデオ式非接触伸び・幅計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、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】
一方、引張試験等の材料試験においては、接触式幅計を用いて１度の引張試験において試験片の伸びと幅の双方を計測することも行われており、その伸びの計測に前記した非接触のビデオ式伸び計を用いることも考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の接触式幅計は重量があるので、プラスチック材料などの薄い試験片の計測を行う場合に、試験片に悪影響が及ぶことがある。さらに、接触式幅計は、デリケートな機器であるため、高温槽内での計測に使用することができず、また試験片の破断の際の衝撃で幅計が破損する恐れがある。
【０００６】
一方、非接触のビデオ式伸び計を使用して、試験片の伸び・幅の双方の計測を行う場合、ビデオ式伸び計とは別に接触式幅計を用いる必要があり、コストアップになる。
【０００７】
ここで、以上のような問題を解決する方法の一つとして、カメラで試験片を撮影し、その撮影画像上における試験片のエッジの変化からの試験の幅を直接計測する、という非接触式の幅計も考えられるが、この場合、試験片の色、試験片の表面模様（地肌）、照明、背景の色、フォーカスなどの影響で、エッジのプロファイルが影響を受けるため、常に十分な精度を保証することが困難になる。
【０００８】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、コストアップを招くことなく、試験片の伸びと幅の双方を正確に計測することが可能なビデオ式非接触伸び・幅計の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のビデオ式非接触伸び・幅計は、試験片の表面に付された複数のマークの画像を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移動量を求めて、試験片の伸びを計測する伸び計測手段と、試験片の平行部の両側面にそれぞれ接触するとともに、その試験片の幅の変化に伴って移動する２つのプレート上にそれぞれマークが付された幅計測用治具を用い、それら２つのマークの画像を、伸びを計測するものと同じカメラで撮影し、そのマークの画像からマークの移動量を求めて、試験片の幅を計測する幅計測手段を備えていることによって特徴づけられる。
【００１０】
以上の構成の本発明によれば、試験片の側面に接触するプレート上に付けたマークを撮影して、試験片の幅を計測するので、試験片の色や照明等の影響を受けずに、マークを正確に認識することができ、試験片の幅計測に十分な精度を保証することできる。しかも、１つのカメラで試験片の伸びと幅を計測することができる。また、非接触のビデオ式伸び計のほかに、試験片の平行部の両側面に接触する２つのプレートからなる安価な治具を用意するだけで、試験片の幅を非接触で正確に計測することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【００１２】
試験片Ｓの表面には、図２に示すように、２つのマークＭ1,Ｍ2 が付されている。この試験片Ｓは、両端が材料試験機等の掴み具２１，２２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、複数個の菱形（正方形）を引張方向と直交する直線上に並べた形状で、例えばスタンプ印刷によって形成される。
【００１３】
また、試験片Ｓには、幅計測用治具１０が装着されている。この幅計測用治具１０は、図３に示すように、長方形のバックプレート１１とフロントプレート１２（ともにアルミニウム板，板厚；１ｍｍ）を備えている。
【００１４】
バックプレート１１の一端側には、上下方向（試験片Ｓの引張方向）に直線状に並ぶ複数の菱形（正方形）からなるマーク（黒色）ｍ1 がスタンプ印刷等によって形成されており、そのマークｍ1 と隣接する位置に、試験片Ｓへの接触用の２つのコマ１１ａ，１１ａが、マークｍ1 に対して平行な直線上に設けられている。また、バックプレート１１の他端側には、横方向（試験片Ｓの幅方向）に沿って延びる部材で、それぞれが互いに平行な２本のスライドバー１１ｂ，１１ｂが設けられている。この各スライドバー１１ｂの一端は、バックプレート１１に支持台１１ｃを介して固定されており、また他端側には、後述する圧縮コイルばね１３の止め用のナット１１ｄがねじ込まれている。
【００１５】
フロントプレート１２は、バックプレート１１の前面側に配置される部材で、上下に支持部材１２ｂ、１２ｂが設けられている。その各支持部材１２ｂ、１２ｂは、それぞれバックプレート１１のスライドバー１１ｂ，１１ｂに摺動自在に装着されており、従って、フロントプレート１２は、バックプレート１１に対し横方向（試験片Ｓの幅方向）への平行移動が可能となっている。また、上下の各支持部材１２ｂ、１２ｂとナット１１ｄ，１１ｄとの間には、フロントプレート１２の全体を試験片Ｓの側面に向けて押圧するための圧縮コイルばね１３が挟み込まれている。
【００１６】
フロントプレート１２の中央部には、バックプレート１１のマークｍ1 と平行な方向に沿って直線状に並ぶ複数の菱形（正方形）からなるマーク（黒色）ｍ2 がスタンプ印刷等により形成されており、また、フロントプレート１２の端部（試験片Ｓ側の端部）には、試験片Ｓへの接触用のコマ１２ａが設けられている。このコマ１２ａは、バックプレート１１の２つのコマ１１ａと１１ａとの中心位置を通る直線の垂線上の位置、つまり２つのコマ１１ａと１１ａとの間を底辺とする２等辺三角形の頂点に位置する。
【００１７】
バックプレート１１及びフロントプレート１２に設けれているコマ１１ａ，１２ａはプラスチックの成形品で、各プレート１１，１２に設けられたピン１１ｅ，１２ｅを中心として回転可能となっている。また、各コマ１１ａ，１２ａの外周面には、各種の厚みの試験片Ｓに対応できるようにＶ溝が加工されている。
【００１８】
なお、バックプレート１１のマークｍ1 は、フロントプレート１２のマークｍ2 の形成面（前面）との位置を合わせるために、板厚がフロントプレート１２と同一でバックプレート１１の前面に固着されたアルミニウム板１１′の表面上に形成されている。
【００１９】
以上の構造の幅計測用治具１０は、バックプレート１１の２つのコマ１１ａ，１１ａとフロントプレート１２のコマ１２ａとの間に試験片Ｓを置いた状態で、ナット１１ｄ，１１ｄをねじ込んで、各コマ１１ａ，１１ａ，１２ａを試験片Ｓの側面に接触させ、次いで、そのナット１１ｄ，１１ｄによる圧縮コイルばね１３の締付け量を調節して、フロントプレート１２を試験片Ｓに向けて適度な力で押圧する、という手順で試験片Ｓにセットすることができる。そして、そのようなセット状態で、試験を開始して試験片Ｓの幅が変化すると、その変化に応じて各プレート１１，１２のマークｍ1,ｍ2 が移動し、その移動量から変化後の試験片Ｓの幅を、後述する手法で求めることができる。
【００２０】
さて、本実施の形態では、以上の伸び計測用の２つのマークＭ1,Ｍ2 及び幅計測用治具１０が装着された試験片Ｓの画像をビデオカメラ１で撮影する。このビデオカメラ１からの撮影信号は、Ａ／Ｄ変換器２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。
【００２１】
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、マーク位置検出部３１及び演算部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Ｓの伸び・幅及びｒ値の各計測結果などを表示する表示装置４が接続されている。
【００２２】
前記したＡ／Ｄ変換器２によってデジタル化されたビデオカメラ１からの画像データは、演算処理装置３のマーク位置検出部３１に刻々と供給される。
【００２３】
マーク位置検出部３１は、供給された画像データから、伸び計測用の２つのマークＭ1,Ｍ2 の各位置、及び幅計測用の２つのマークｍ1,ｍ2 の各位置を認識する。
【００２４】
そのマーク位置の認識は、図４に示すように、撮影画像上の各マークＭ1,Ｍ2 及びｍ1,ｍ2 に対して、それぞれデータ領域ＤM1，ＤM2及びＤm1，Ｄm2 を設定し、伸び計測用のマークＭ1,Ｍ2 については、データ領域ＤM1，ＤM2内の画像データを、試験片Ｓの伸び方向に直交する方向（ｘ方向）に積分して、試験片Ｓの伸び方向への１次元プロファイルを作成し、その１次元プロファイルＰM1，ＰM2から、試験片Ｓに付された２つのマークＭ1,Ｍ2 の各位置を認識する。また、幅計測用のマークｍ1,ｍ2 については、データ領域Ｄm1，Ｄm2内の画像データを、試験片Ｓの伸び方向（ｙ方向）に積分して、試験片Ｓの幅方向への１次元プロファイルを作成し、その１次元プロファイルＰm1，Ｐm2から、試験片Ｓに付された２つのマークｍ1,ｍ2 の各位置を認識するという処理によって行う。
【００２５】
そして、マーク検出部３１は、以上の処理によって求めたマークＭ1,Ｍ2 に関する位置データ及びマークｍ1,ｍ2 に関する位置データを演算部３２に刻々と送る。
【００２６】
演算部３２は、マーク検出部３１からのマークＭ1,Ｍ2 に関する位置データを用いて、各マークＭ1,Ｍ2 の移動量（ｇ1,ｇ2 ）を求めて試験片Ｓの伸びを刻々と計算するとともに、マーク検出部３１からのマークｍ1,ｍ2 に関する位置データを用いて、各マークｍ1,ｍ2 の移動量（ｗ1,ｗ2 ）を求めて試験片Ｓの幅を刻々と計算する。さらに、それらの演算結果（試験片Ｓの伸び・幅）を用いて、薄鋼板のプレス成形性に関連する特定値として用いられるｒ値（ランクフォード値）を求める。
【００２７】
演算部３２において実行される伸び・幅の計算及びｒ値の計算の具体的な手法を以下に説明する。
【００２８】
まず、試験片Ｓに付した伸び計測用のマークＭ１とＭ2 との間の距離をＧ0 、試験片Ｓの幅Ｗ0 （ノギスで求めた値）とする。
【００２９】
いま、試験を開始してから試験片Ｓが少し伸びた時点におけるマークＭ1 の移動量をｇ1 、マークＭ2 の移動量をｇ2 とすると、試験片Ｓが伸びた後の２つのマークＭ１とＭ2 との間の距離Ｇは、
Ｇ＝Ｇ0 ＋ｇ1 −ｇ2 ・・・・（１）
となる。また、試験片Ｓの幅が変形した時点でのマークｍ1 の移動量をｗ1 、マークｍ2 の移動量をｗ2 とすると、変形後の試験片Ｓの幅Ｗは、
Ｗ＝Ｗ0 −ｗ1 ＋ｗ2 ・・・・（２）
となり、これらの（１）式と（２）式に、それぞれ、マークの位置データから求められるマークＭ1,Ｍ2 の移動量（ｇ1,ｇ2 ）と、マークｍ1,ｍ2 の移動量（ｗ1,ｗ2 ）を代入することによって、試験片Ｓの伸び・幅を得ることができる。
【００３０】
一方、ｒ値は、
【００３１】
【数１】

【００３２】
によって求める。この（３）式は、先の（１）式及び（２）式を用いて、
【００３３】
【数２】

【００３４】
と表すことができ、本実施の形態では、この（４）式を用いてｒ値を計算する。次に、本実施の形態において、伸び計測用のマークＭ1,Ｍ2 及び幅計測用のマークｍ1,ｍ2 を、多数の菱形が直線状に並ぶ形状としている理由を、以下に述べる。
【００３５】
まず、図５（Ａ）に示すような単純な直線状のマークを用いた場合、そのマークを、マークが延びる方向に積分して得られるプロファイルは、図５（Ｂ）に示すような台形状となり、マークのエッジ部分を決定する際の補間計算に用いるデータ点数が少なくなる。
【００３６】
これに対し、本実施の形態のように、多数の菱形（正方形）が直線状に並ぶ形状のマークを用いた場合（図６（Ａ））、そのマークを、菱形が並ぶ方向に積分して得られるプロファイルは、図６（Ｂ）に示すような２等辺三角形となるので、エッジ部分の補間計算に用いられるデータ点数は多くなって、エッジを高精度で認識することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、伸び計測用のマークＭ1,Ｍ2 及び幅計測用のマークｍ1,ｍ2 の双方を菱形としているが、計測用のマークＭ1,Ｍ2 については、直線状のマークなどの通常のマークを採用しても、伸びの計測における精度は保証できる。
【００３８】
図７は本発明の他の実施の実施の形態の説明図である。
この実施の形態では、図７（Ａ）に示すように、１つの試験片Ｓに対し上下２台のビデオカメラ１０１，１０２を配置し、その上のビデオカメラ１０１で上のマークＭ1 （伸び計測用）を撮影し（図７（Ｂ））、下のビデオカメラ１０２で下のマークＭ2 と、幅計測用の２つのマークｍ1,ｍ2 を撮影（図７（Ｃ））するように構成したところに特徴があり、このように伸び計測用の２つのマークＭ1,Ｍ2 をそれぞれ個別のカメラによって撮影すると、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、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。
【００３９】
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・幅を計測することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、試験片の表面に付された複数のマークの画像を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移動量を求めて、試験片の伸びを計測するとともに、試験片の平行部の両側面にそれぞれ接触し、試験片の幅の変化に伴って移動する２つのプレート上にそれぞれマークが付された幅計測用治具を用い、それら２つのマークの画像を、伸びを計測するものと同じカメラで撮影し、そのマークの画像からマークの移動量を求めて、試験片の幅を計測するように構成したから、試験片の伸びと幅の双方を非接触で計測することができる。しかも、試験片の側面に接触するプレート上に付けたマークを撮影して、試験片の幅を計測するので、試験片の色や照明等の影響を受けずに、マークを正確に認識することができ、試験片の幅計測に十分な精度を保証することできる。
【００４１】
また、本発明では、非接触のビデオ式伸び計のほかに、試験片の平行部の両側面に接触する２つのプレートからなる安価な治具を容易するだけで済むので、コストアップを最小限に抑えることができる。さらに、幅計測に用いる治具が２つのプレートを組み合わせた簡単な構造であるので、高温槽内での計測が可能であり、また試験片の破断の衝撃で破損する恐れもない。しかも、このような幅計測用治具を用いて、試験片の幅をカメラで撮影した画像から計測するので、幅の計測についてもノイズの影響を受けないという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】その実施の形態に用いる試験片の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に用いる幅計測用治具の正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。
【図４】本発明の実施の形態において撮影される画像とマークのプロファイルを併記して示す図である。
【図５】直線状のマークとそのプロファイルを示すである。
【図６】菱形を直線状に並べたマークとそのプロファイルを示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の説明図である。
【符号の説明】
１ビデオカメラ
２Ａ／Ｄ変換器
３演算処理装置
３１マーク位置検出部
３２演算部
４表示装置
１０幅計測用治具
１１バックプレート
１１ａコマ
１２フロントプレート
１２ａコマ
Ｓ試験片
Ｍ1,Ｍ2 マーク（伸び計測用）
ｍ1,ｍ2 マーク（幅計測用）

Claims

試験片の表面に付された複数のマークの画像を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移動量を求めて、試験片の伸びを計測する伸び計測手段と、試験片の平行部の両側面にそれぞれ接触するとともに、その試験片の幅の変化に伴って移動する２つのプレート上にそれぞれマークが付された幅計測用治具を用い、それら２つのマークの画像を、伸びを計測するものと同じカメラで撮影し、そのマークの画像からマークの移動量を求めて、試験片の幅を計測する幅計測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・幅計。