JP3904082B2

JP3904082B2 - Material testing machine

Info

Publication number: JP3904082B2
Application number: JP2003109339A
Authority: JP
Inventors: 俊幸河野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: JP2004317204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は材料試験機に関し、更に詳しくは、試験片の刻々の幅寸法（負荷方向に直交する方向への寸法）の計測機能を備えた材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
材料試験機においては、一般に、試験片に負荷を加え、そのときに試験片に作用する試験力と試験片の変形を刻々と計測することによって、試験片の各種特性を調査する。
【０００３】
引張試験にあっては、試験片の両端部を把持して引張負荷を加え、その引張負荷による試験片の伸びを計測する。試験片の伸びを計測する伸び計として、近年、ＣＣＤラインセンサやＣＣＤカメラ（２次元ＣＣＤセンサ）などの撮像装置を用いて試験片を撮像し、試験片にあらかじめ付されている２つの標線間の距離の刻々の変化を画像処理によって求める、いわゆるビデオ式伸び計が実用化されている。
【０００４】
このようなビデオ式伸び計においては、ＣＣＤセンサの画素出力から試験片に付された２つの標線の伸び方向への刻々の位置を画像処理によって計測し、刻々の標線間の距離を求める。また、このようなビデオ式伸び計において、２次元ＣＣＤセンサと、試験片の幅変化に追随して、幅計測用の一対のマークが接近するような専用治具を用いることにより、試験中における試験片の伸びと併せて、幅計測用マーク間の距離変化をも計測して幅寸法をも同時に測定できるようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、試験中における試験片の幅寸法の変化を計測する装置として、従来、試験片を挟んで一方側にレーザ光源を、他方側には負荷方向に直交する方向に複数の画素を配列したＣＣＤラインセンサを配置し、試験片の一方から照射したレーザ光を試験片を介してＣＣＤラインセンサで受光することによって、試験片によるレーザ光の遮蔽領域から刻々の幅寸法を計測する装置が市販に供されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２９５０４１号公報（第２−第４頁，図１，図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、試験中における試験片の幅寸法の刻々の変化を計測する従来技術においては、いずれも、ＣＣＤセンサの画素ピッチが寸法の分解能を決定する。すなわち、図６（Ａ）に模式的に示すように、２次元ＣＣＤセンサの各画素Ｐに対する光の入射状態が図示の通りであったとすると、各画素Ｐの出力を白レベル〜黒レベルを０〜１０で表したとき、各画素出力は同図（Ｂ）に示すように数値化される。像Ａの幅を図６（Ａ）において矢印で示す位置で計算する場合、境界部分の画素Ｐ（出力が≠０かつ≠１０）の横方向寸法については補間計算などを用いて画素Ｐの横方向ピッチよりも小さい値とすることができるものの、寸法の分解能は基本的には画素Ｐの横方向のピッチに依存する。
【０００８】
ここで、引張試験等においては、試験片の伸びに比して幅方向への寸法変化は大幅に少なく、伸びと同程度の寸法分解能では満足のいく測定ができない。従って、このような計測方法により試験片の幅寸法の測定性能を向上させるには、画素Ｐのピッチを小さくすること、つまり単位長さ当たりの画素数を多くする必要があるが、一般的には限界があるばかりでなく、コストアップの要因となる。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、画素のピッチを小さくすることなく、従ってコストを上昇させることなく、より高い分解能のもとに試験片の幅寸法の変化を計測することのできる機能を持った材料試験機の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の材料試験機は、試験片に対して負荷を加える負荷機構を備えた材料試験機において、上記負荷機構による負荷方向（ｘ方向）に対して所定の角度θで傾斜する複数のラインからなる縞模様パターンを備えたマーク体を背景として、試験片を当該マーク体とともに撮像して２次元画像情報を出力する撮像手段と、その撮像手段の出力を取り込んで試験片の負荷方向に直交する幅方向（ｙ方向）への刻々の寸法変化を演算する幅寸法演算手段を有し、この幅寸法演算手段は、画像上での試験片の幅方向両縁部と上記マーク体のラインとの交差部の上記ｘ方向への刻々の位置情報と上記角度θとから、試験片両縁部の上記ｙ方向への位置情報を算出して幅寸法を求めることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１１】
ここで、本発明においては、上記幅寸法演算手段を、上記マーク体上であらかじめ設定されているｘ方向位置における試験片両縁部の上記ｙ方向位置情報を算出して幅寸法を求めるように構成すること（請求項２）ができる。
【００１２】
また、本発明においては、これに代えて、上記幅寸法演算手段を、画像上での試験片の幅方向両縁部において、それぞれ複数のラインとの各交差部の刻々のｘ方向位置情報と上記角度θとから、各縁部の上記ｙ方向への位置情報の平均値を算出し、幅寸法を求めるように構成すること（請求項３）もできる。
【００１３】
本発明は、試験片の背後に、負荷方向（ｘ方向）に対して角度θで交差する複数のラインからなる縞模様パターンを配置した状態で試験片を２次元センサで撮像し、試験片の両縁部と縞模様パターンとの交差部のｘ方向位置情報と角度θとから、両縁部の試験片幅方向（ｙ方向）への位置情報を算出するように構成することで、θの大きさに応じて実質的な寸法分解能を変化させることを可能とし、所期の目的を達成するものである。
【００１４】
すなわち、実施の形態の図面である図４を参照しつつ説明すると、負荷方向をｘ軸とし、それに直交する方向、つまり試験片Ｗの幅方向をｙ軸として、試験片Ｗの一方の縁部について考える。試験中のある時点における試験片Ｗの縁部がＥ₁で示される位置に存在し、試験の進行によりＥ₂にまで移動したとする。また、背景の縞模様パターンが、ｘ軸に対してθだけ傾斜し、そのｘ軸方向への幅寸法がαであるとする。そして、図中Ｍで示されるライン上で幅を測定する場合を想定する。
【００１５】
移動前の縁部Ｅ₁と幅計測位置ラインＭとの交点をＭ₁とし、その点Ｍ₁の上もしくは下、例えば下で最も近い縞模様パターンとの交点をＬ₁としたとき、点Ｍ₁とＬ₁とのｘ軸方向への距離ｘ₁を求める。また、移動後の縁部Ｅ₂とラインＭとの交点をＭ₂とし、その点Ｍ₂の下で最も近い縞模様パターンとの交点をＬ₂としたとき、同様に点Ｍ₂とＬ₂とのｘ軸方向への距離ｘ₂を求める。
【００１６】
以上の測定結果を用いることにより、Ｅ₁とＥ₂の距離δ、つまり一方の縁部における幅の変化量δは、
δ＝（ｘ₂＋α−ｘ₁）ｔａｎθ ・・・・（１）
で表すことができる。
【００１７】
従って、幅寸法の分解能は、画素ピッチと縞模様パターンのｘ軸に対する角度θによって決まり、θを小さくすることによって、より具体的には４５°未満とすることによって、分解能を向上させることができる。
【００１８】
請求項２に係る発明は、以上のように縞模様パターン上であらかじめ設定されている特定の位置において幅寸法を測定するものであり、請求項３に係る発明は、両側の縁部においてそれぞれ複数の縞模様パターンのラインとの交点を求め、その各交点の移動前後のｘ軸方向への移動距離を、上記と同等の手法によってそれぞれｙ軸方向への移動距離に換算し、その平均値により幅寸法の変化を求める。従って、請求項３に係る発明では、設定された領域の平均的な幅寸法の変化を求めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の試験機本体１の要部構成を示す側面図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図であり、図２はそのＡ−Ａ矢視で示す試験機本体１の要部正面図である。
【００２０】
試験機本体１はテーブル１１に対して接近・離隔するクロスヘッド１２を備えた公知の構造を有し、クロスヘッド１２はモータにより回転する一対のねじ棹（図示せず）によって支持されている。テーブル１１およびクロスヘッド１２には、互いに対向するように一対の掴み具１３ａ，１３ｂが装着されており、試験片Ｗはその両端部がこれらの掴み具１３ａ，１３ｂに把持された状態で試験に供される。そして、クロスヘッド１２を上方（ｘ軸方向上向き）に移動させることにより、試験片Ｗに引張負荷が加えられる。試験片Ｗに作用する試験力はロードセル（図示せず）によって検出され、デジタル化されたうえで演算・制御装置２に取り込まれる。演算・制御装置２はコンピュータとその周辺機器を主体とするものであって、後述する幅寸法測定位置等を入力するためのキーボード等の入力用デバイス２１が接続されている。
【００２１】
試験片Ｗには、その正面に上下２箇所に標線マークｓ１，ｓ２が付されているとともに、その裏面には後述するマーク体３が取り付けられている。そして、試験片Ｗは、その正面から標線マークｓ１，ｓ２並びにマーク体３が視野内に収まるようにＣＣＤカメラ４によって撮像され、その撮像出力はキャプチャーボードなどを介して演算・制御装置２に取り込まれる。
【００２２】
演算・制御装置２においては、ＣＣＤカメラ４からの撮像出力を取り込み、公知の手法により試験開始当初からの標線マークｓ１，ｓ２間の距離変化を刻々と算出して、試験片Ｗの伸びを刻々と算出し、前記したロードセルからの出力と併せて荷重−伸び曲線を表示器５に表示する。また、演算・制御装置２では、ロードセルによる刻々の試験力および後述する試験片Ｗの伸びの刻々の計測結果などを用いて、試験片Ｗに対して目標とする負荷が加わるように、前記したねじ棹に回転を与えるモータを制御してクロスヘッド１２を駆動する。
【００２３】
同時に、演算・制御装置２では、ＣＣＤカメラ４からの撮像出力のうち、マーク体３近傍の撮像信号を用いて、以下に詳述する手法によって試験片Ｗの刻々の幅変化を算出して、表示器５に表示する。
【００２４】
マーク体３は、図３に正面図を示すように、中央部左右に一定の間隔で白と黒のラインが左右の辺に対して一定の角度θで交差するような縞模様パターン３１ａ，３１ｂが対称に印刷されているとともに、その周囲４箇所にダイヤ状のマーク３２ａ〜３２ｄが印刷されている。このマーク体３は、左右の辺が試験片Ｗの両縁部に対して平行となるように、例えば試験片Ｗの裏面の中心に対して微小な領域において貼着される。従って、試験中にＣＣＤカメラ４側から見た場合、図３において二点鎖線で示す領域が試験片Ｗで遮蔽された状態となり、また、縞模様パターン３１ａ，３１ｂの白・黒のラインは試験片Ｗの負荷方向（ｘ軸方向）に対してθだけ傾斜した状態となる。
【００２５】
演算・制御装置２では、ＣＣＤカメラ４からの撮像信号から、試験片Ｗのｙ軸方向（負荷方向であるｘ軸方向に直交する方向）両側の縁部と縞模様パターン３１ａ，３１ｂとの交差部分から、以下に示す方法によって試験片Ｗの両縁部のｙ軸方向への刻々の位置を算出し、試験中における試験片Ｗの刻々の幅変化を算出する。
【００２６】
図４は、ＣＣＤカメラ４により撮像された画像中の試験片Ｗの右側の縁部の近傍の拡大図であり、この図を参照しつつ試験片Ｗの縁部のｙ軸方向への移動量の求め方について説明する。
【００２７】
試験に先立ち、試験片Ｗのｘ軸方向のどの位置において幅寸法を求めるのかを入力用デバイス２１を操作して設定する。この設定は、この例においてマーク体３の４箇所のダイヤ状のマーク３２ａ〜３２ｄを基準として行われる。マーク３２ａ〜３２ｄのｘ軸方向中央において求める場合には、その旨を入力することにより、ＣＣＤカメラ４からの画像上でのマーク３２ａと３２ｃとの中央と、マーク３２ｂと３２ｄとの中央とを結ぶ線上で幅寸法が測定される。図４にその幅寸法測定位置を表すラインをＭで示す。
【００２８】
図４において、縞模様パターン３１ａの白・黒各ラインのｘ軸方向への寸法をαとするとともに、試験中のある時点における試験片Ｗの右側の縁部をＥ₁とし、試験の進行によりその縁部がＥ₂にまで移動したとする。演算・制御装置２では、変形前の縁部Ｅ₁と縞模様パターン３１ａの例えば黒ラインとの交点で、かつ、縁部Ｅ₁とラインＭとの交点Ｍ₁の下方にあって当該交点Ｍ₁に最も近い交点Ｌ₁を求める。そして、点Ｍ₁とＬ₁との負荷方向（ｘ方向）への距離ｘ₁を画素数に基づいて求める。同様に、変形後の縁部Ｅ₂とラインＭとの交点Ｍ₂の直下において当該縁部Ｅ₂と黒ラインとが交差する点Ｌ₂を求め、点Ｍ₂とＬ₂との負荷方向への距離ｘ₂を求める。
【００２９】
これらの距離ｘ₁およびｘ₂から、前記した（１）式を用いて、変形前後の縁部Ｅ₁とＥ₂との幅方向（ｙ軸方向）へのなす距離δを算出する。同時に、左側の縁部についても同様な演算を行い、両縁部のｙ軸方向への変位量から、試験片Ｗの幅変化を算出する。このようにして求められた幅寸法の分解能は、画素ピッチに対してｔａｎθ倍されているため、単純にｙ軸方向への画素数から幅寸法の変化を計測する場合に比して、例えばθを３０°としたときには約０．５８倍に、１５°とした場合には約０．２７倍に向上する。
【００３０】
ここで、以上の実施の形態では、幅の測定位置を設定して、１箇所において幅を測定する例を示したが、負荷方向に所定の長さにわたる領域の平均的な幅寸法の変化を求めることもできる。すなわち、縞模様パターンの各ラインと試験片Ｗの縁部との複数の交点を、ｘ軸方向所定の領域にわたって追跡し、これらの各交点の変形前後におけるｘ軸方向への移動量を求める。そして、その各移動量をｔａｎθ倍することにより、各交点のｙ軸方向への変位量を算出して、その平均値を求める。このような計算を両側の縁部について行うことにより、試験片の幅変化を算出する。このようにして求められた値は、試験片のｘ軸方向所定の領域における平均的な幅の変化を表すことになり、前記した１箇所における幅変化と併せて、試験のニーズに応じて適宜に選択できるようにすることもできる。
【００３１】
また、以上の例では、マーク体３を試験片Ｗの裏面側に貼着する例を示したが、試験片Ｗが試験中にＣＣＤカメラ４に対して接近・離隔する方向に移動せず、かつ、各軸の回りに回転しない場合には、試験片Ｗの後方適宜箇所に固定して配置しても、同等の作用効果を奏することができる。
【００３２】
更に、試験片Ｗが試験中にＣＣＤカメラ４に対して接近・離隔する方向に移動したり、あるいは各軸方向に回転する場合には、前記した実施の形態のようにマーク体３を試験片Ｗの裏面側に貼着するとともに、その移動ないしは回転の量を例えばマーク体３上の４つのマーク３２ａ〜３２ｄを用いて算出し、その算出結果を用いて幅変化量の算出結果を補正することにより、更に正確な測定を行うことが可能となる。
【００３３】
また、試験片の後方に負荷方向に対して所定の角度θで傾斜する縞模様パターンを配置した状態で、撮像手段によりその２次元画像情報を得て、その画像情報から縞模様パターンと試験片との交点を求めて、縞模様パターンのθを用いた演算により撮像手段の画素ピッチを細かくすることなく実質的に分解能を向上させる技術は、試験片の伸びの計測にも適用することができる。以下、その手法の一例について、図５を参照しつつ説明する。
【００３４】
図５に例示する手法においては、試験片Ｗに負荷方向（ｙ軸方向）に直交する方向に伸びて当該試験片Ｗから左右（ｘ軸方向）に突出する標線マーク体ＴＭを固着する。また、この場合、縞模様パターンの負荷方向であるｙ軸に対する角度θは４５°未満とする。このような設定において、ある時点における標線マーク体ＴＭが実線の位置にあるとすると、画像から図示のように標線マーク体ＴＭと縞模様パターンとの交点ＭＳ₁を求める。試験片Ｗに引張負荷を加えることによって試験片Ｗが伸び、標線マーク体ＴＭが図中二点鎖線で示される位置にまで移動したとすると、その状態での標線マーク体ＴＭと縞模様パターンとの交点ＭＳ₂を上記と同様に求める。そして、点ＭＳ₁とＭＳ₂とのｘ軸方向へのなす距離Ｌ_xを画像処理によって求める。この距離Ｌ_xの分解能は、撮像手段の画素ピッチに由来する値となる。そして、試験片Ｗの伸びの計算に供すべき標線マーク体ＴＭのｙ軸方向への移動量Ｌ_yは、
Ｌ_y＝Ｌ_x／ｔａｎθ
によって求めることができる。
【００３５】
このようにして求められた標線マーク体ＴＭのｙ軸方向への移動量、つまり引張負荷方向への移動量Ｌ_yの分解能は、撮像手段の画素ピッチに基づく分解能のｔａｎθ倍に向上する。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、試験片の負荷方向に対して所定の角度θをもって交差する縞模様パターンを有するマーク体を、試験片背面側に配置した状態でＣＣＤカメラなどの撮像手段によって撮像し、試験片の両側の縁部と縞模様パターンのラインとの交点の負荷方向への移動量と、縞模様パターンの角度θを用いて、試験片の負荷方向に直交する幅寸法の変化を算出するので、θを小さくすることによって、撮像手段の画素ピッチに基づく分解能を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の試験機本体の要部構成を示す側面図とシステム構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視で示す試験機本体１の要部正面図である。
【図３】本発明の実施の形態において用いるマーク体３の正面図である。
【図４】ＣＣＤカメラ４による画像中の試験片Ｗの右側の縁部の近傍の拡大図を用いて示す、本発明の実施の形態による試験片Ｗの縁部のｙ軸方向への移動量の算出の仕方の説明図である。
【図５】縞模様パターンを用いた本発明の技術を試験片の伸びの計測に応用する場合の説明図である。
【図６】画像情報を用いた従来の試験片の幅寸法の測定方法の説明図である。
【符号の説明】
１試験機本体
１１テーブル
１２クロスヘッド
１３ａ，１３ｂ掴み具
２演算・制御装置
２１入力用デバイス
３マーク体
３１ａ，３１ｂ縞模様パターン
３２ａ〜３２ｄダイヤ状のマーク
４ＣＣＤカメラ
５表示器
Ｗ試験片[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a material testing machine, and more particularly, to a material testing machine having a function of measuring the width dimension of each test piece (a dimension in a direction perpendicular to the load direction).
[0002]
[Prior art]
In a material testing machine, in general, various characteristics of a test piece are investigated by applying a load to the test piece and measuring the test force acting on the test piece and the deformation of the test piece every moment.
[0003]
In the tensile test, a tensile load is applied by holding both ends of the test piece, and the elongation of the test piece due to the tensile load is measured. In recent years, as an extensometer for measuring the elongation of a test piece, the test piece is imaged using an imaging device such as a CCD line sensor or a CCD camera (two-dimensional CCD sensor), and two marked lines attached to the test piece in advance. A so-called video extensometer has been put into practical use, in which a change in distance between each other is obtained by image processing.
[0004]
In such a video extensometer, the position of the two marked lines attached to the test piece in the extending direction from the pixel output of the CCD sensor is measured by image processing to determine the distance between the marked lines. . Further, in such a video extensometer, a two-dimensional CCD sensor and a dedicated jig that allows a pair of marks for width measurement to approach following the width change of the test piece can be used during the test. In addition to the elongation of the test piece, there is known one that can measure the change in distance between the marks for width measurement so that the width dimension can be measured simultaneously (for example, see Patent Document 1).
[0005]
Also, as a device for measuring the change in the width of a test piece during a test, a CCD in which a laser light source is arranged on one side and a plurality of pixels are arranged on the other side in a direction perpendicular to the load direction with the test piece interposed therebetween. A line sensor is placed on the market, and the laser beam irradiated from one of the test pieces is received by the CCD line sensor via the test piece, and a device that measures the width dimension every moment from the shielded area of the laser light by the test piece is commercially available. It is provided.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-295041 (pages 2 to 4 and FIGS. 1 and 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in any of the conventional techniques for measuring the change in the width dimension of the test piece during the test, the pixel pitch of the CCD sensor determines the dimension resolution. That is, as schematically shown in FIG. 6A, assuming that the incident state of light on each pixel P of the two-dimensional CCD sensor is as shown in the figure, the output of each pixel P is set to a white level to a black level of 0. -10, each pixel output is digitized as shown in FIG. When the width of the image A is calculated at the position indicated by the arrow in FIG. 6A, the horizontal dimension of the pixel P at the boundary (output is not 0 and not 10) is calculated by using interpolation calculation or the like. Although the value can be smaller than the direction pitch, the dimensional resolution basically depends on the horizontal pitch of the pixels P.
[0008]
Here, in a tensile test or the like, the dimensional change in the width direction is significantly smaller than the elongation of the test piece, and satisfactory measurement cannot be performed with the same dimensional resolution as the elongation. Therefore, in order to improve the measurement performance of the width dimension of the test piece by such a measurement method, it is necessary to reduce the pitch of the pixels P, that is, to increase the number of pixels per unit length. Not only has a limit, but also increases costs.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can measure a change in the width dimension of a test piece with higher resolution without reducing the pixel pitch and thus without increasing the cost. The purpose is to provide a material testing machine with functions that can be used.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a material testing machine according to the present invention is a material testing machine equipped with a load mechanism that applies a load to a test piece, and has a predetermined angle with respect to a load direction (x direction) by the load mechanism. With a mark body having a striped pattern composed of a plurality of lines inclined at θ as a background, an imaging means for imaging a test piece together with the mark body and outputting two-dimensional image information, and capturing the output of the imaging means Width dimension calculating means for calculating a dimensional change in the width direction (y direction) perpendicular to the load direction of the test piece is provided, and the width dimension calculating means includes both edges in the width direction of the test piece on the image. By calculating the positional information in the y direction of both edges of the test piece from the momentary positional information in the x direction and the angle θ at the intersection of the line of the mark body and the line of the mark body, the width dimension is obtained. Characterized (Claim 1).
[0011]
Here, in the present invention, the width dimension calculating means calculates the width dimension by calculating the y-direction position information of both edges of the test piece at the preset x-direction position on the mark body. It can be configured (claim 2).
[0012]
Further, in the present invention, instead of this, the width dimension calculating means is configured to detect the x-direction position information at each intersection of each of the plurality of lines at both edges in the width direction of the test piece on the image. An average value of position information of each edge in the y direction can be calculated from the angle θ, and a width dimension can be obtained (claim 3).
[0013]
In the present invention, a test piece is imaged by a two-dimensional sensor in a state in which a striped pattern composed of a plurality of lines intersecting at an angle θ with respect to the load direction (x direction) is arranged behind the test piece. By configuring so as to calculate the position information in the width direction of the test piece (y direction) of both edges from the x-direction position information and the angle θ of the intersection between both edges and the striped pattern, It is possible to change the substantial dimensional resolution in accordance with the size and achieve the intended purpose.
[0014]
That is, with reference to FIG. 4 which is a drawing of the embodiment, one edge portion of the test piece W with the load direction as the x-axis and the direction orthogonal thereto, that is, the width direction of the test piece W as the y-axis. think about. It is assumed that the edge of the test piece W at a certain point in time during the test exists at a position indicated by E ₁ and moves to E ₂ as the test progresses. Further, it is assumed that the striped pattern of the background is inclined by θ with respect to the x-axis and the width dimension in the x-axis direction is α. Assume that the width is measured on a line indicated by M in the figure.
[0015]
When the intersection of the edge E ₁ before the movement and the width measurement position line M is M ₁ and the intersection with the nearest striped pattern above or below the point M ₁ , for example, below is L ₁ , the point M A distance x ₁ between ₁ and L ₁ in the x-axis direction is obtained. Further, an intersection between the edge E ₂ and the line M after movement and M _2, when the intersection of the closest striped pattern under the point M ₂ was L _2, likewise the point M ₂ and L ₂ To obtain a distance x ₂ in the x-axis direction.
[0016]
By using the above measurement results, the distance δ between E ₁ and E ₂ , that is, the amount of change δ in the width at one edge, is
δ = (x ₂ + α−x ₁ ) tan θ (1)
It can be expressed as
[0017]
Therefore, the resolution of the width dimension is determined by the pixel pitch and the angle θ with respect to the x-axis of the striped pattern, and by reducing θ, more specifically, by reducing it to less than 45 °, the resolution can be improved. .
[0018]
The invention according to claim 2 measures the width dimension at a specific position set in advance on the striped pattern as described above, and the invention according to claim 3 includes a plurality of each at the edge portions on both sides. The intersections with the lines of the striped pattern are calculated, and the movement distance in the x-axis direction before and after the movement of each intersection is converted into the movement distance in the y-axis direction by the same method as above, and the average value is Find the change in width dimension. Therefore, in the invention according to claim 3, it is possible to obtain a change in the average width dimension of the set region.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view showing a side view showing a main part configuration of a tester main body 1 according to an embodiment of the present invention and a block diagram showing a system configuration, and FIG. 2 is shown by arrows AA in FIG. FIG. 2 is a front view of a main part of the testing machine main body 1.
[0020]
The testing machine main body 1 has a known structure including a crosshead 12 that approaches and separates from the table 11, and the crosshead 12 is supported by a pair of screw rods (not shown) that are rotated by a motor. A pair of gripping tools 13a and 13b are mounted on the table 11 and the cross head 12 so as to face each other, and the test piece W is subjected to the test in a state where both ends thereof are gripped by the gripping tools 13a and 13b. Provided. Then, a tensile load is applied to the test piece W by moving the cross head 12 upward (upward in the x-axis direction). The test force acting on the test piece W is detected by a load cell (not shown), digitized, and taken into the arithmetic / control device 2. The arithmetic / control device 2 is mainly composed of a computer and its peripheral devices, and is connected to an input device 21 such as a keyboard for inputting a width dimension measurement position and the like which will be described later.
[0021]
The test piece W is marked with mark marks s1 and s2 at two locations on the top and bottom, and a mark body 3 to be described later is attached to the back surface. The test piece W is imaged from the front by the CCD camera 4 so that the marked marks s1 and s2 and the mark body 3 are within the field of view, and the imaging output is sent to the arithmetic / control device 2 via a capture board or the like. It is captured.
[0022]
In the arithmetic / control device 2, the imaging output from the CCD camera 4 is taken in, and the change in distance between the marked marks s1, s2 from the beginning of the test is calculated momentarily by a known method, and the elongation of the test piece W is increased. The load-elongation curve is displayed on the display 5 together with the output from the load cell. Further, the calculation / control device 2 described above so that the target load is applied to the test piece W using the test force by the load cell and the measurement result of the elongation of the test piece W to be described later. The crosshead 12 is driven by controlling a motor that rotates the screw rod.
[0023]
At the same time, the arithmetic / control device 2 calculates the width change of the test piece W by the method described in detail below using the imaging signal in the vicinity of the mark body 3 out of the imaging output from the CCD camera 4, Displayed on the display 5.
[0024]
As shown in the front view of FIG. 3, the mark body 3 is a striped pattern 31a, 31b in which white and black lines intersect the left and right sides at a constant angle θ at regular intervals on the left and right sides of the center. Are printed symmetrically, and diamond-shaped marks 32a to 32d are printed at four locations around them. For example, the mark body 3 is stuck in a minute region with respect to the center of the back surface of the test piece W so that the left and right sides are parallel to both edges of the test piece W. Therefore, when viewed from the CCD camera 4 side during the test, the region indicated by the two-dot chain line in FIG. 3 is shielded by the test piece W, and the white and black lines of the striped pattern patterns 31a and 31b are tested. The state is inclined by θ with respect to the load direction (x-axis direction) of the piece W.
[0025]
In the arithmetic / control device 2, the intersection of the edge on both sides of the test piece W in the y-axis direction (direction perpendicular to the x-axis direction which is the load direction) and the striped pattern 31a, 31b is determined from the image pickup signal from the CCD camera 4. From the portion, the position of both edges of the test piece W in the y-axis direction is calculated by the method shown below, and the width change of the test piece W during the test is calculated.
[0026]
FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the right edge of the test piece W in the image captured by the CCD camera 4, and the amount of movement of the edge of the test piece W in the y-axis direction with reference to this figure. How to find out is explained.
[0027]
Prior to the test, the input device 21 is set to determine at which position in the x-axis direction of the test piece W the width dimension is to be obtained. This setting is performed based on the four diamond-shaped marks 32a to 32d of the mark body 3 in this example. When obtaining in the center of the marks 32a to 32d in the x-axis direction, by inputting that fact, the center of the marks 32a and 32c and the center of the marks 32b and 32d on the image from the CCD camera 4 are obtained. The width dimension is measured on the connecting line. In FIG. 4, a line representing the width dimension measurement position is indicated by M.
[0028]
In FIG. 4, the dimension in the x-axis direction of each of the white and black lines of the striped pattern 31a is α, and the right edge of the test piece W at a certain point during the test is E _1. Assume that the edge has moved to E ₂ . The arithmetic and control unit 2, at the intersection of, for example, black lines undeformed edge E ₁ and the striped pattern 31a, and the intersection point M In the lower intersection M ₁ between the edge E ₁ and the line M seek the nearest intersection L ₁ to _1. Then, a distance x ₁ between the points M ₁ and L ₁ in the load direction (x direction) is obtained based on the number of pixels. Similarly, a point L ₂ where the edge E ₂ and the black line intersect just below the intersection M ₂ between the deformed edge E ₂ and the line M is obtained, and the load direction between the points M ₂ and L ₂ is obtained. determination of the distance x _2.
[0029]
From these distances x ₁ and x ₂ , the distance δ formed in the width direction (y-axis direction) between the edge portions E ₁ and E ₂ before and after deformation is calculated using the above-described equation (1). At the same time, the same calculation is performed for the left edge, and the change in the width of the test piece W is calculated from the amount of displacement of both edges in the y-axis direction. Since the resolution of the width dimension thus obtained is multiplied by tan θ with respect to the pixel pitch, for example, θ can be compared with a case where the change in the width dimension is simply measured from the number of pixels in the y-axis direction. When the angle is 30 °, it is about 0.58 times, and when it is 15 °, it is about 0.27 times.
[0030]
Here, in the above embodiment, an example has been shown in which the width measurement position is set and the width is measured at one location. However, the change in the average width dimension of the region over a predetermined length in the load direction is shown. You can ask for it. That is, a plurality of intersections between each line of the striped pattern and the edge of the test piece W are traced over a predetermined region in the x-axis direction, and the amount of movement in the x-axis direction before and after the deformation of each intersection is obtained. Then, by multiplying each movement amount by tan θ, the displacement amount in the y-axis direction of each intersection is calculated, and the average value is obtained. The width change of the test piece is calculated by performing such a calculation on both edge portions. The value obtained in this way represents a change in average width in a predetermined region in the x-axis direction of the test piece. In addition to the width change in one place described above, the value is appropriately determined according to the needs of the test. It can also be made to be selectable.
[0031]
Moreover, although the example which sticks the mark body 3 to the back surface side of the test piece W was shown in the above example, the test piece W does not move in the direction approaching / separating from the CCD camera 4 during the test, And when it does not rotate around each axis | shaft, even if it fixes and arrange | positions to the back suitable part of the test piece W, there can exist an equivalent effect.
[0032]
Further, when the test piece W moves in the direction of approaching / separating from the CCD camera 4 during the test or rotates in the direction of each axis, the mark body 3 is moved to the test piece as in the above-described embodiment. While sticking to the back side of W, the amount of movement or rotation is calculated using, for example, four marks 32a to 32d on the mark body 3, and the calculation result of the width change amount is corrected using the calculation result. This makes it possible to perform more accurate measurement.
[0033]
Further, the two-dimensional image information is obtained by the imaging means in a state in which a striped pattern inclined at a predetermined angle θ with respect to the load direction is arranged behind the test piece, and the striped pattern and the test piece are obtained from the image information. A technique for substantially improving the resolution without reducing the pixel pitch of the imaging means by calculating using the θ of the striped pattern by finding the intersection point with can be applied to the measurement of the elongation of the test piece. . Hereinafter, an example of the method will be described with reference to FIG.
[0034]
In the method illustrated in FIG. 5, a marked mark body TM that extends in a direction orthogonal to the load direction (y-axis direction) and protrudes left and right (x-axis direction) from the test piece W is fixed to the test piece W. In this case, the angle θ with respect to the y-axis, which is the load direction of the striped pattern, is less than 45 °. In such a setting, if the marked line mark TM at a certain point is at the position of the solid line, the intersection MS ₁ between the marked line mark TM and the striped pattern is obtained from the image as shown in the figure. When the test piece W is extended by applying a tensile load to the test piece W and the marked line mark TM is moved to the position indicated by the two-dot chain line in the figure, the marked line mark TM and the striped pattern in that state The intersection point MS ₂ with the pattern is obtained in the same manner as described above. Then, a distance L _x formed between the points MS ₁ and MS ₂ in the x-axis direction is obtained by image processing. Resolution of the distance L _x is a value derived from the pixel pitch of the imaging means. Then, the movement amount L _y in the y-axis direction of the marked line mark body TM should Kyosu the calculation of elongation of the test piece W is
L _y = L _x / tan θ
Can be obtained.
[0035]
The resolution of the amount of movement of the marked mark body TM obtained in this way in the y-axis direction, that is, the amount of movement L _{y in} the tensile load direction, is improved to tan θ times the resolution based on the pixel pitch of the imaging means.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an imaging unit such as a CCD camera is provided with a mark body having a striped pattern intersecting with a predetermined angle θ with respect to the load direction of the test piece on the back side of the test piece. Using the amount of movement in the load direction of the intersection of the edge on both sides of the test piece and the line of the striped pattern and the angle θ of the striped pattern, the width dimension orthogonal to the load direction of the test piece Since the change is calculated, the resolution based on the pixel pitch of the imaging means can be greatly improved by reducing θ.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a side view showing a main part configuration of a tester main body according to an embodiment of the present invention and a block diagram showing a system configuration.
FIG. 2 is a front view of a main part of the testing machine main body 1 shown by arrows AA in FIG.
FIG. 3 is a front view of a mark body 3 used in the embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view of the vicinity of the right edge of the test piece W in the image by the CCD camera 4, and shows the amount of movement in the y-axis direction of the edge of the test piece W according to the embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the method of calculating.
FIG. 5 is an explanatory diagram when the technique of the present invention using a striped pattern is applied to measurement of the elongation of a test piece.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional method for measuring the width dimension of a test piece using image information.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test machine body 11 Table 12 Cross head 13a, 13b Grasp 2 Calculation / control apparatus 21 Input device 3 Mark body 31a, 31b Striped pattern 32a-32d Diamond-shaped mark 4 CCD camera 5 Display W Test piece

Claims

In a material testing machine equipped with a load mechanism that applies a load to a test piece,
A two-dimensional image obtained by imaging a test piece together with the mark body against a background of a mark body having a striped pattern composed of a plurality of lines inclined at a predetermined angle θ with respect to the load direction (x direction) by the load mechanism. An image pickup means for outputting information, and a width dimension calculation means for taking an output of the image pickup means and calculating a dimensional change in the width direction (y direction) perpendicular to the load direction of the test piece. The calculation means calculates the position of the both edges of the test piece from the position information in the x direction and the angle θ at the intersection of the both edges of the test piece in the width direction on the image and the line of the mark body. A material testing machine characterized by calculating positional information in the y direction to obtain a width dimension.

2. The width dimension calculating means calculates the width dimension by calculating the y direction position information of both edge portions of the test piece at a preset x direction position on the mark body. Material testing machine.

The width dimension calculating means calculates the y of each edge from the x-direction position information of each intersection with the plurality of lines and the angle θ at both edges in the width direction of the test piece on the image. 2. The material testing machine according to claim 1, wherein an average value of positional information in the direction is calculated to obtain a width dimension.