JP4005795B2 - 振動計測装置及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器の機械振動や配管を流れる流体振動などの振動を非接触で測定できる振動計測装置及び記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、物体の振動を計測する技術としては、測定対象物に接触するように振動センサを設置し、振動センサからの検出信号に基づき振動を表示したり記録したりしている。振動センサとしては、例えば圧電素子を用いた圧電型振動センサがある。
【０００３】
図１４は、圧電型振動センサの構成図である。圧電型振動センサは薄い円盤状の圧電素子１１をバネとして使用し、質量１２と組み合わせてサイズモ系を構成した振動センサであり、質量１２に加わる慣性力によって生ずる相対変位に比例して、圧電素子１１は電気量を発生する。この圧電型振動センサは、質量１２の固有振動数は非常に高いので、それより低い振動数範囲で振動加速度センサとして測定対象物に密着させて使用することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような圧電型振動センサは測定対象物に接触させて、測定対象物の振動を検出するものであるから、非接触で測定対象物の振動を測定することはできない。このことから、例えば原子力関連施設などのプラントのように、高い位置にある測定対象物に対して振動の計測を行う際には、足場などを設置してから振動センサを取り付ける必要があり、振動検出のための作業量が増えてしまう。
【０００５】
そこで、振動センサを予め測定対象物に取り付け、振動センサを常設化してしまうことが多い。また、振動センサを常設化しておいたとしても、同一の測定対象物に対して複数点の測定を行う際には、別の振動センサ取り付けや取り外しといった作業が必要となる。
【０００６】
本発明は、測定対象物に非接触で振動測定結果を得ることができ、複数点の測定が可能な振動計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る振動計測装置は、振動測定対象物の測定対象部の画像を拡大または縮小する光学部と、前記光学部を介して時系列的に測定対象部の画像を撮影する撮像部と、前記撮像部で撮影した測定対象部の時系列画像を入力する画像入力部と、前記測定対象部を広範囲で撮影する広角撮像部と、前記広角撮像部で撮影した画像を入力する画像入力部と、前記広角撮像部で撮影された広角画像に基づいて前記測定対象部の位置を特定し特定した測定対象部の位置の画像を前記撮像部で撮影してその測定対象部の時系列画像に基づいて前記測定対象部の振動分析を行うデータ処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明に係る振動計測装置においては、広角撮像部は振動測定対象物の測定対象部を広範囲で撮影して画像入力部を介してデータ処理部に入力し、データ処理部は広角撮像部で撮影された広角画像に基づいて測定対象部の位置を特定する。そして、データ処理部は、広角撮像部で振動測定対象物の測定対象部の時系列画像を光学部を介して撮像部で撮影し、入力した測定対象部の時系列画像に基づいて測定対象部の振動分析を行う。つまり、広範囲画像を取得して測定対象部の位置の粗調整をすることができ、測定対象部の位置を特定して、時系列画像もしくはその一部を切り出して振動の有無を検出しかつ数値化をし、必要に応じて表示出力する。
【００１１】
請求項２の発明に係る振動計測装置は、請求項１の発明において、前記測定対象部までの距離を測定する距離測定部を備え、前記データ処理部は前記距離測定部で測定された距離に基づいて分解能を算出し振動分析を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係る振動計測装置においては、請求項１の発明の作用に加え、距離測定部で測定対象部までの距離を測定し、データ処理部は取得した画像の分解能を絶対値で提供する。
【００１３】
請求項３の発明に係る振動計測装置は、請求項１または請求項２の発明において、前記撮像部または前記広角撮像部の光軸や前記光学部の焦点を調整する光軸制御機構部を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明に係る振動計測装置においては、請求項１または請求項２の発明の作用に加え、光軸制御機構部により撮像部または広角撮像部の姿勢（光軸）と焦点を制御することができる。従って、遠隔で距離と方向とが異なる位置の測定対象部の振動測定が可能となる。
【００１５】
請求項４の発明に係る振動計測装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項の発明において、前記撮像部の光軸を変化させる光軸変換部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明に係る振動計測装置においては、請求項１乃至請求項３のいずれか１項の発明の作用に加え、光軸変換部で撮像部の光軸を変化させ、一度に多点の計測をすることができる。
【００１７】
請求項５の発明に係る振動計測装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項の発明において、前記光学部、前記撮像部または前記広角撮像部自体の振動を検出する自己振動検出部を備え、前記データ処理部は前記自己振動検出部で検出された振動を加味して振動分析を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明に係る振動計測装置においては、請求項１乃至請求項４のいずれか１項の発明の作用に加え、光学部、撮像部または広角撮像部自体の振動を検出し、振動分析に補正を加えるので、より正確な振動データが得られる。
【００１９】
請求項６の発明に係る振動計測装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項の発明において、前記データ処理部は、前記測定対象部の特定する際にベクトル画像を用いたパターンマッチングを使用することを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明に係る振動計測装置においては、請求項１乃至請求項５のいずれか１項の発明の作用に加え、ベクトル画像を用いたパターンマッチングで測定対象部を特定するので、パターンファイルの情報が多く測定対象部を高確率で検出することができる。
【００２１】
請求項７の発明に係る記憶媒体は、コンピュータを、広角で画像を撮影する手段と、広角画像の中から複数の測定対象部を抽出する手段と、抽出した測定対象部に対して画角を調整する手段と、抽出した測定対象部までの距離を測定する手段と、測定対象部の時系列画像を入手し画像処理及びＦＦＴ処理を行う手段と、得られたデータを一次保存する手段と、次の測定対象部位がある場合には測定対象部に画角を調整する手段からデータを保存するまでの手段を繰り返し行う手段と、すべての測定対象部位の振動測定が終了したときには測定結果を表示する手段と、予め作成したフォーマットで測定結果を報告書として作成する手段として機能させるためのプログラムを記憶している。
【００２２】
請求項７の発明に係わる記憶媒体に記憶された内容をコンピュータに入力し、コンピュータを作動させる。これにより、広角で画像を撮影し、広角画像の中から複数の測定対象部を抽出し、抽出した測定対象部に対して画角を調整し、抽出した測定対象部までの距離を測定し、測定対象部の時系列画像を入手し画像処理及びＦＦＴ処理を行い、得られたデータを一次保存し、次の測定対象部位がある場合には測定対象部に画角を調整する手段からデータを保存するまでの手段を繰り返し行い、すべての測定対象部位の振動測定が終了したときには測定結果を表示し、予め作成したフォーマットで測定結果を報告書として作成する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の振動計測装置の基本構成の説明図であり、図１（ａ）は振動計測装置の基本構成図、図１（ｂ）は振動計測装置の動作を示すフローチャートである。
【００２４】
図１（ａ）において、振動測定対象物の画像は光学部１３を介して撮像部１４で撮影される。光学部１３は測定対象部の画像を拡大または縮小して撮像部１４に取り込む。撮像部１４では、光学部１３を介して時系列的に測定対象部の画像を撮影し、画像入力部１５を介してデータ処理部１６に時系列画像を出力する。データ処理部１６は、画像入力部１５からの測定対象部の時系列画像に基づいて測定対象部の振動分析を行う。
【００２５】
ここで、撮像部１４としては電荷収集素子（ＣＣＤ）、特に測定対象が高速で振動している際には、ラインカメラ、高速度カメラなどの１次元以上で画像を撮影可能な撮像素子を用いることができる。
【００２６】
また、光学部１３としては、焦点微調整が可能な一眼レフカメラ用のレンズやフィールドスコープ（ビクセン製、ニコン製など）を用いることが可能である。特に測定対象が固定であるならば微調整機構は必要ない。
【００２７】
さらに、画像入力部１５としては、映像信号をデータ処理部１６に伝送できるものであり、例えば、高速カメラやラインカメラ用としては長瀬産業製のAdvancedGrab−２、高速度カメラとしてはフォトロン社製のFASTCAM-NETシリーズなどを用いることができる。
【００２８】
次に、動作を説明する。図１（ｂ）に示すように、振動測定対象物の最初の測定対象部に対して撮像部１４の画角を調整し（Ｓ１）、測定対象部の画像が読み込める状態にする。そして、その測定対象物の画像を時系列で取り込む（Ｓ２）。取り込まれた時系列画像は画像入力部１５を介してデータ処理部１６に入力され、振動分析が行われる（Ｓ３）。すなわち、ステップＳ３では、画像処理及びＦＦＴ処理により測定対象部に振動が発生しているか否かの判定が行われる。
【００２９】
ステップＳ３での振動分析結果は取得データとして一次保存される（Ｓ４）。そして、次の測定対象部があるか否かを判定し（Ｓ５）、次の測定対象部がある場合には、その次の測定対象部に画角を調整して（Ｓ６）、ステップＳ２〜ステップＳ５の処理を繰り返し行う。ステップＳ５の判定で、次の測定対象部がないと判定された場合には、測定が全て完了したと判断し、ステップＳ４で一次保存された取得データをまとめて最終結果表示する（Ｓ７）。そして、これらを最終結果を元に報告書を作成する（Ｓ８）。
【００３０】
図２は、振動計測装置１７で、プラントの配管１８の振動を検出する場合の説明図である。いま、画角上下θ、左右φの撮像部１４によって、距離Ｌの場所にある振動測定対象物を撮影する場合を考える。振動測定対象物は配管１８であるとし、この配管１８は上下方向（ｙ方向）に配置されており、左右方向に周波数ｆで撮像部１４の軸線と直交する方向に振動しているものとする。画面上のある走査線番号に相当する位置では、振幅Ａ、周波数ｆで振動しているとする。つまり、（１）式に示されるように振動しているとする。実際には複合的な振動が発生していることを想定し、より一般的には、（２）式で示されるような振動をしているとする。
【００３１】
Ｘ＝Ａｓｉｎ（２πｆ＋δ) …（１）
Ｘ＝ΣＡｋｓｉｎ（２πｆｋ＋δ) …（２）
図３は、振動測定対象物の測定対象部の時系列画像の説明図である。撮像部１４では、同一の測定対象部に対して時系列に複数枚の画像を取得する。図３では５枚の画像を取得した場合を示している。そして、取得した画像の中から一本の走査線に着目し、その走査線の情報が更新されることにデータ処理部１６に時系列画像のデータとして保存していく。そして、データ処理部１６は保存された時系列画像の境界座標をＦＦＴ処理して周波数解析や振幅などを求める。
【００３２】
すなわち、ある基準時刻ｔ＝ｔ０に撮影したスチルデジタル画像（一本の走査線の画像）において、振動測定対象物のエッジ位置がＥ(ｉ，ｊ)ｔ＝ｔ０に検出されたとする。同様に時刻ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２…ｔ＝ｔｎに撮影された画像が時系列的に得られる。ｙ方向には振動していないものと仮定すると、Ｅ（ｉ，ｊ）の軌跡が（３）式に示すように時系列信号として得られる。この時系列信号を周波数分析することにより各周波数成分の振動振幅などを分析可能である。
【００３３】
Ｅ（ｉ，ｊ）＝Ｘｉ（ｔ）（ｔ＝t１，…，tｎ） …（３）
以上の説明では、１次元軸上での振動を想定したが、同様なことは面内での振動にも拡張可能である。この場合には平面上の２次元軌跡として振動を表現可能であるが、基本的にはＸ軸、Ｙ軸に分離し、相互に相関を持つ１次元振動として表現できる。その場合、画面上のＸ軸、Ｙ軸をそのまま利用することも可能であるが、より詳細な分析を行うためには、振動の分離がある程度可能な軸の選定を軸の回転変換により行うことが有効である。
【００３４】
【数１】
ここで、実際の振動測定対象物の測定対象部を特定するには、振動測定対象物の測定対象部に何らかのマーカを設置し、そのマーカ上のポイントの座標検出で測定対象部の検出を行うことになる。一方、マーカの付与が困難の場合には、パターンマッチングなどの前処理が必要となる。
【００３５】
また、振動を計測する際には、振動計測装置１７自体の振動を考慮に入れなければならない。そこで、測定対象部として振動していない個所、例えば建屋の壁や壁にある傷などのマークに対して測定を行い、得られた振動測定結果を建屋の固有振動（バックグラウンド振動）として予め取得しておき、オフラインで振動測定結果を補正することになる。
【００３６】
以上述べたように、振動測定対象物の測定対象部の時系列画像が取得できるので、その画像もしくはその一部を切り出して振動の有無を検出し数値化をすることができる。
【００３７】
次に、本発明の第１の実施の形態を説明する。図４は本発明の第１の実施の形態に係る振動測定装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した基本構成に対し、測定対象部を広範囲で撮影する広角撮像部１９と、広角撮像部１９で撮影した画像を入力する画像入力部２０とを追加して設け、データ処理部１６は広角撮像部１９で撮影された広角画像に基づいて測定対象部の位置を特定するようにしたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３８】
広角撮像部１９は撮像部１４の光軸と平行になるように光軸が調整される。従って、撮像部１４の光軸と広角撮像部１９の光軸との間の距離は、どんなに離れても等しくなる。これにより、広角撮像部１９での画像は、撮像部１４で振動測定対象物を測定している個所の広角画像を出力することになるので、測定点の目安に用いることが可能である。
【００３９】
ここで、広角撮像部１９としては、撮像部１９と同様に、電荷収集素子（ＣＣＤ）、特に測定対象が高速で振動している際には、ラインカメラ、高速度カメラなどの１次元以上で画像を撮影可能な撮像素子を用いることができる。また、広角画像入力部２０としては、映像信号をデータ処理部１６に伝送できるものであり、高速カメラやラインカメラ用としては長瀬産業製のAdvancedGrab−２、高速度カメラとしてはフォトロン社製のFASTCAM-NETシリーズなどを用いることができる。
【００４０】
次に、動作を説明する。図５は、第１の実施の形態に係る振動測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、広角撮像部１９で広角画像を撮影し（Ｓ１）、その広角画像の中から測定対象部を抽出する（Ｓ２）。この測定対象部の抽出は、振動測定対象物の測定対象部に何らかのマーカを設置している場合には、そのマーカ上のポイントの座標検出で測定対象部の検出を行うことになる。また、マーカの設置がない場合にはパターンマッチングで測定対象部の抽出を行う。
【００４１】
ステップＳ２で抽出された最初の測定対象部に対して撮像部１４の画角を調整し（Ｓ３）、測定対象部の画像が読み込める状態にする。そして、その測定対象物の画像を時系列で取り込む（Ｓ４）。取り込まれた時系列画像は画像入力部１５を介してデータ処理部１６に入力され、振動分析が行われる（Ｓ５）。すなわち、ステップＳ５では、画像処理及びＦＦＴ処理により測定対象部に振動が発生しているか否かの判定が行われる。
【００４２】
ステップＳ５での振動分析結果は取得データとして一次保存される（Ｓ６）。そして、次の測定対象部があるか否かを判定し（Ｓ７）、次の測定対象部がある場合には、その次の測定対象部に画角を調整して（Ｓ８）、ステップＳ４〜ステップＳ７の処理を繰り返し行う。ステップＳ７の判定で、次の測定対象部がないと判定された場合には、測定が全て完了したと判断し、ステップＳ６で一次保存された取得データをまとめて最終結果表示する（Ｓ９）。そして、これらを最終結果を元に報告書を作成する（Ｓ１０）。
【００４３】
この第１の実施の形態によれば、広角撮像部１９で広範囲画像が取得できるので、撮像部１４からの画像での微少区域と広角撮像部１９からの広角画像とを同時に見ることができ、撮像部１４での測定対象部の位置の粗調整をすることができる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図６は本発明の第２の実施の形態に係る振動測定装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図４に示した第１の実施の形態に対し、測定対象部までの距離を測定する距離測定部２１ａ、２１ｂを追加して設け、データ処理部１６は距離測定部２１ａ、２１ｂで測定された距離に基づいて分解能を算出し振動分析を行うようにしたものである。
【００４５】
図６において、距離測定部２１ａ、距離測定部２１ｂは、レーザーマーカーなどの可視光線を発射するものであり、光学部１３に搭載された広角撮像部１９の上部に距離測定部２１ａを配置する共に光学部１３の下部に距離測定部２１ｂを配置する。そして、図７（ａ）に示すように、距離測定部２１ａの光軸と距離測定部２１ｂの光軸とを平行に合わせ、また、撮像部１４や広角撮像部１９の光軸と平行に合わせる。
【００４６】
平行に合わせたレーザーマーカーは、いくら離れてもお互いの間隔は一定であり、これを撮像部１４または広角撮像部５で撮像する。距離が離れるにつれて撮像された画像における二点のレーザーマーカーの画素間隔は、測定対象との距離と反比例の関係にあるので、予め関係式を作っておくことで距離を算出することが可能となる。これにより、遠隔の測定対象部までの距離を非接触で測定する。
【００４７】
ここで、原子力発電所や一般のプラントに多く存在する小口径配管を測定する際には、配管の配置方向に距離測定部２１ａ、２１ｂを配置する。これは、配管の配置方向と直角方向に距離測定部２１ａ、２１ｂを配置した場合には、配管の経が小さい場合には、レーザーマーカーが測定対象部と違うところに照射されてしまうことがあるためである。
【００４８】
なお、レーザーマーカーを用いた距離測定部２１では、距離が遠くなればなるほど誤差が大きくなり易いため、精度向上をするために複数回の測定を行い、その平均を取るようにする。
【００４９】
また、距離測定部２１として、レーザーマーカーなどの複数の可視光線を用いなくても、レーザ距離計や超音波距離計などを用いて、図７（ｂ）に示すようにに配置することで距離の測定を行うようにしても良い。
【００５０】
データ処理部１６では、距離測定部２１で得られた測定対象までの距離に基づいて、撮像部１４や広角撮像部２の二つの光軸を適正に合わせることが可能となり、取得した画像における実寸換算をすることも可能となる。
【００５１】
また、振動分析の分解能は、下式に示すように、撮像部１４の画像素子の密度（Ｐｘ・Ｐｙ）と画角および距離の関数として示されることから分解能の算出も可能となる。
【００５２】
【数２】
このように、測定対象部までの距離は分解能に直接影響する因子として作用することから、距離による分解能の絶対値化が図れる。
【００５３】
次に、動作を説明する。図８は、第２の実施の形態に係る振動測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、広角撮像部１９で広角画像を撮影し（Ｓ１）、その広角画像の中から測定対象部を抽出する（Ｓ２）。この測定対象部の抽出は、振動測定対象物の測定対象部に何らかのマーカを設置している場合には、そのマーカ上のポイントの座標検出で測定対象部の検出を行うことになる。また、マーカの設置がない場合にはパターンマッチングで測定対象部の抽出を行う。
【００５４】
ステップＳ２で抽出された最初の測定対象部に対して撮像部１４の画角を調整し（Ｓ３）、測定対象部の画像が読み込める状態にする。そして、距離測定部２１で測定対象部までの距離を測定し（Ｓ４）、データ処理部１６に記憶する。
【００５５】
次に、測定対象物の画像を時系列で取り込む（Ｓ５）。取り込まれた時系列画像は画像入力部１５を介してデータ処理部１６に入力され、振動分析が行われる（Ｓ６）。ステップＳ６では、画像処理及びＦＦＴ処理により測定対象部に振動が発生しているか否かの判定が行われる。この際に、ステップＳ４で求めた距離に基づいて分解能の算出を行い振動分析を行う。
【００５６】
ステップＳ６での振動分析結果は取得データとして一次保存される（Ｓ７）。そして、次の測定対象部があるか否かを判定し（Ｓ８）、次の測定対象部がある場合には、その次の測定対象部に画角を調整して（Ｓ８）、ステップＳ４〜ステップＳ８の処理を繰り返し行う。ステップＳ８の判定で、次の測定対象部がないと判定された場合には、測定が全て完了したと判断し、ステップＳ７で一次保存された取得データをまとめて最終結果表示する（Ｓ１０）。そして、これらを最終結果を元に報告書を作成する（Ｓ１１）。
【００５７】
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、振動測定対象物の測定対象部までの距離が測定できるので、取得した画像の分解能を絶対値で提供することができる。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図９は本発明の第３の実施の形態に係る振動測定装置の外観構成図である。この第３の実施の形態は、図６に示した第２の実施の形態に対し、撮像部１４及び広角撮像部１９の光軸や光学部１３の焦点を調整する光軸制御機構部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを追加して設けたものである。図９では、画像入力部１５、広角画像入力部２０、データ処理部１６の図示を省略している。
【００５９】
図９において、光軸を平行に合わせた撮像部１４と広角撮像部１９、距離測定部２１ａ、２１ｂのすべてが光軸制御機構部２２ａの上に搭載されている。光軸制御機構部２２ａの上には、光軸制御機構部２２ａと垂直方向に光軸制御機構部２２ｂが設けられ、さらに、光学部１３の焦点合わせ用つまみに接するように光軸制御機構部２２ｃが搭載されている。
【００６０】
左右方向の位置合わせには光軸制御機構部２２ａ、上下方向の位置合わせには光軸制御機構部２２ｂ、焦点合わせをするには光軸制御機構部２２ｃを調整してして行う。また、これらすべての光軸制御機構部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを
これら光軸制御機構部２２ａ、光軸制御機構部２２ｂ、光軸制御機構部２２ｃは、モーター駆動の自動回転ステージなどを用いて構成し、モーターの制御をデータ処理承知１６からの指令で行うようにすると、遠隔操作が可能となる。これにより、人が長い間入っていることができないない高温、高圧、高線量場においても遠隔操作により測定が可能となる。
【００６１】
次に、光軸制御機構部２２ｃによって焦点を調整する仕方について説明する。まず、光軸制御機構部２２ｃを一定間隔で複数枚の画像を取得する。焦点があっていない画像はコントラストがないため、隣接画素間における輝度差がほとんどないため、複数の画像の中から一番コントラストが得られている画像、すなわち隣接画素間の輝度差が一番ある画像をもって焦点があったと判断し、その画像を取得した位置に光軸制御機構部２２ｃを再度合わせることで行う。また、予め測定対象部までの距離と光軸制御機構部２２ｃの回転数の関係式を出しておくことで、おおよその焦点を合わせ、その周囲で先ほどよりも小さい間隔で複数枚の画像を取得することによって高速化することが可能である。
【００６２】
この第３の実施の形態によれば、光軸制御機構部２２ａ、２２ｂ、２２ｃにより、振動計測装置の姿勢（光軸）や焦点を制御することが可能となるので、光軸や焦点あわせが容易に行える。すなわち、光軸や焦点を容易に変更できるので、遠隔で距離と方向の異なる位置の測定対象部の振動測定を容易に行うことができる。また、光軸制御機構部２２ａ、２２ｂ、２２ｃをモーター駆動にしデータ処理装置１６からの指令で駆動できるようにした場合には、高温、高圧、高線量場での振動の測定も可能となる。
【００６３】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図１０は本発明の第４の実施の形態に係る振動測定装置の外観構成図である。この第４の実施の形態は、図９に示した第３の実施の形態に対し、振動測定装置１７自体、すなわち、光学部１３、撮像部１４または広角撮像部１９自体の振動を検出する自己振動検出部２３を追加して設け、データ処理部１６は自己振動検出部２３で検出された振動を加味して振動分析を行うようにしたものである。
【００６４】
図１０において、自己振動検出部２３として水平方向の振動を計測することが可能な振動計を用いた場合を示している。建屋の固有振動を予め測定して得られたデータから補正する手法は、オフラインでしか補正することができないため、汎用の振動計を用いてリアルタイムで補正する。
【００６５】
振動計測対象物の測定対象部の測定個所での測定データは波形として保存されており、自己振動検出部２３で得られた測定データも波形として保存する。この二つの波形の差分をとることで、補正処理済の波形を得ることができる。
【００６６】
この第４の実施の形態によれば、振動計測装置自体の振動を測定し、測定対象部の測定データを補正することができるので、より精度の高い振動測定対象物の振動を検出することができる。
【００６７】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。図１１は本発明の第５の実施の形態に係る振動測定装置の構成図である。この第５の実施の形態は、図１に示した基本構成に対し、撮像部１４の光軸を変化させる光軸変換部２４を追加して設け、この光軸変換部２４を回転させることにより、複数点の計測対象部における振動を計測できるようにしたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００６８】
図１１において、光軸変換部２４として両面ミラーを１次元方向で回転する場合を示している。このように配置した光軸変換部２４を一定の速度で回転軸の周りを廻すと、光軸の下方向から上方向までの複数個所のデータを取得することが可能であり、光軸変換部２４の回転角ごとにデータを分割することで各測定個所ごとの時系列データを作成することができる。複数箇所の低周波の振動を計測する際、サンプリング速度が速い高速度カメラやラインカメラなどを用いると、必要以上のデータを得ることになる。そのため複数箇所の測定をまとめて同じ時間ですることで、測定時間の短縮をすることができる。光軸変換部２４としては、ミラーのほかにプリズムなどの光軸を変換できる材料を用いても良い。
【００６９】
この第５の実施の形態によれば、同一の測定対象物に対して複数点の測定を行うことができる。また、駆動部は光軸変換部２４を回転させる駆動部だけであるので駆動部を小さくできる。
【００７０】
次に、測定対象部を特定するパターンマッチング処理で使用するテンプレートについて説明する。本発明では、ベクトル画像を用いたパターンマッチングが行えるテンプレートを予め作成しておく。
【００７１】
図１２は、振動測定対象物としての配管のテンプレートを作成する際の区画２５を画像中から選択したところである。この区画２５の領域に関して輝度差を用いて線の抽出手法でテンプレートを作成しようとすると、縦方向に二本の直線が得られるが、テンプレートの情報量が少ないため誤検出する確率が非常に高い。そのため、領域内の着目した画素とその周囲の画素成分とを比較し、その結果を図１３に示すように回転ベクトルとして表示する。これにより、図１３に示すようなテンプレートを得ることができる。このテンプレートを用いると、壁のペンキの色が変わっているところなど、平面で構成されている直線部は選択せず、配管など曲面特有の輝度変化にグラデーションが発生している様子を含んだテンプレートを作成することが可能であり、これを用いると高確率で求めている測定ポイントを検出することが可能となる。
【００７２】
なお、上述した各実施の形態において記載した手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、記憶媒体に記憶し各装置に応用したり、通信媒体により伝送して各種装置に適用することも可能である。
【００７３】
本発明における記憶媒体としては、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなど）、光磁気ディスク（ＭＯなど）、半導体メモリなど、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式はいずれの形態であっても良い。また、ここで記憶媒体とは、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネットなどにより伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、時系列画像を取得し、その画像もしくはその一部を切り出して振動の有無を検出し数値化するので、振動測定対象物に対して非接触で振動測定結果を得ることができる。また、広角撮像部を設けた場合には広範囲画像が取得できるので、測定対象部の位置の粗調整をすることができる。
【００７５】
また、距離測定部を設けた場合には測定対象部までの距離が測定できるので、距離の関数である画像の分解能を絶対値で提供できる。光軸制御機構部を設けた場合には、振動計測装置自体の姿勢や焦点を制御することが可能となり、遠隔で距離と方向の異なる複数箇所のの測定対象部の振動測定を提供することができる。さらに、光軸制御機構部を遠隔で操作できるようにした場合には、測定環境の悪い施設、例えば、高温、高所、高線量区域においても測定可能となる。
【００７６】
また、自己振動検出器を設けた場合には、振動計測装置自体の振動が測定できるので、測定対象部の測定データを補正することができる。光軸変換部を設けた場合には、一度に複数点の測定対象部を計測をすることができる。また、ベクトル画像のテンプレートを使用するので、求めている測定対象部を高確率で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の振動計測装置の基本構成の説明図。
【図２】 本発明の振動計測装置の基本構成でプラントの配管の振動を検出する場合の説明図。
【図３】 本発明の振動計測装置の基本構成での測定対象部の時系列画像の説明図。
【図４】 本発明の第１の実施の形態に係る振動測定装置の構成図。
【図５】 本発明の第１の実施の形態に係る振動測定装置の動作を示すフローチャート。
【図６】 本発明の第２の実施の形態に係る振動測定装置の構成図。
【図７】 本発明の第２の実施の形態に係る振動測定装置の距離測定部の配置の説明図。
【図８】 本発明の第２の実施の形態に係る振動測定装置の動作を示すフローチャート。
【図９】 本発明の第３の実施の形態に係る振動測定装置の外観構成図。
【図１０】 本発明の第４の実施の形態に係る振動測定装置の外観構成図。
【図１１】 本発明の第５の実施の形態に係る振動測定装置の構成図。
【図１２】 本発明のテンプレートを作成する際の画像中の区画の説明図。
【図１３】 本発明のベクトル画像による測定対象部のテンプレートの説明図。
【図１４】 従来の圧電型振動センサの構成図。
【符号の説明】
１１…圧電素子、１２…質量、１３…光学部、１４…撮像部、１５…画像入力部、１６…データ処理部、１７…振動測定装置、１８…配管、１９…広角映像部、２０…広角画像入力部、２１…距離測定部、２２…光軸変換部、２３…自己振動検出部、２４…光軸変換部、２５…区画
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器の機械振動や配管を流れる流体振動などの振動を非接触で測定できる振動計測装置及び記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、物体の振動を計測する技術としては、測定対象物に接触するように振動センサを設置し、振動センサからの検出信号に基づき振動を表示したり記録したりしている。振動センサとしては、例えば圧電素子を用いた圧電型振動センサがある。
【０００３】
図１４は、圧電型振動センサの構成図である。圧電型振動センサは薄い円盤状の圧電素子１１をバネとして使用し、質量１２と組み合わせてサイズモ系を構成した振動センサであり、質量１２に加わる慣性力によって生ずる相対変位に比例して、圧電素子１１は電気量を発生する。この圧電型振動センサは、質量１２の固有振動数は非常に高いので、それより低い振動数範囲で振動加速度センサとして測定対象物に密着させて使用することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような圧電型振動センサは測定対象物に接触させて、測定対象物の振動を検出するものであるから、非接触で測定対象物の振動を測定することはできない。このことから、例えば原子力関連施設などのプラントのように、高い位置にある測定対象物に対して振動の計測を行う際には、足場などを設置してから振動センサを取り付ける必要があり、振動検出のための作業量が増えてしまう。
【０００５】
そこで、振動センサを予め測定対象物に取り付け、振動センサを常設化してしまうことが多い。また、振動センサを常設化しておいたとしても、同一の測定対象物に対して複数点の測定を行う際には、別の振動センサ取り付けや取り外しといった作業が必要となる。
【０００６】
本発明は、測定対象物に非接触で振動測定結果を得ることができ、複数点の測定が可能な振動計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る振動計測装置は、振動測定対象物の測定対象部の画像を拡大または縮小する光学部と、前記光学部を介して時系列的に測定対象部の画像を撮影する撮像部と、前記撮像部で撮影した測定対象部の時系列画像を入力する画像入力部と、前記測定対象部を広範囲で撮影する広角撮像部と、前記広角撮像部で撮影した画像を入力する画像入力部と、前記広角撮像部で撮影された広角画像に基づいて前記測定対象部の位置を特定し特定した測定対象部の位置の画像を前記撮像部で撮影してその測定対象部の時系列画像に基づいて前記測定対象部の振動分析を行うデータ処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明に係る振動計測装置においては、広角撮像部は振動測定対象物の測定対象部を広範囲で撮影して画像入力部を介してデータ処理部に入力し、データ処理部は広角撮像部で撮影された広角画像に基づいて測定対象部の位置を特定する。そして、データ処理部は、広角撮像部で振動測定対象物の測定対象部の時系列画像を光学部を介して撮像部で撮影し、入力した測定対象部の時系列画像に基づいて測定対象部の振動分析を行う。つまり、広範囲画像を取得して測定対象部の位置の粗調整をすることができ、測定対象部の位置を特定して、時系列画像もしくはその一部を切り出して振動の有無を検出しかつ数値化をし、必要に応じて表示出力する。
【００１１】
請求項２の発明に係る振動計測装置は、請求項１の発明において、前記測定対象部までの距離を測定する距離測定部を備え、前記データ処理部は前記距離測定部で測定された距離に基づいて分解能を算出し振動分析を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係る振動計測装置においては、請求項１の発明の作用に加え、距離測定部で測定対象部までの距離を測定し、データ処理部は取得した画像の分解能を絶対値で提供する。
【００１３】
請求項３の発明に係る振動計測装置は、請求項１または請求項２の発明において、前記撮像部または前記広角撮像部の光軸や前記光学部の焦点を調整する光軸制御機構部を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明に係る振動計測装置においては、請求項１または請求項２の発明の作用に加え、光軸制御機構部により撮像部または広角撮像部の姿勢（光軸）と焦点を制御することができる。従って、遠隔で距離と方向とが異なる位置の測定対象部の振動測定が可能となる。
【００１５】
請求項４の発明に係る振動計測装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項の発明において、前記撮像部の光軸を変化させる光軸変換部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明に係る振動計測装置においては、請求項１乃至請求項３のいずれか１項の発明の作用に加え、光軸変換部で撮像部の光軸を変化させ、一度に多点の計測をすることができる。
【００１７】
請求項５の発明に係る振動計測装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項の発明において、前記光学部、前記撮像部または前記広角撮像部自体の振動を検出する自己振動検出部を備え、前記データ処理部は前記自己振動検出部で検出された振動を加味して振動分析を行うことを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明に係る振動計測装置においては、請求項１乃至請求項４のいずれか１項の発明の作用に加え、光学部、撮像部または広角撮像部自体の振動を検出し、振動分析に補正を加えるので、より正確な振動データが得られる。
【００１９】
請求項６の発明に係る振動計測装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項の発明において、前記データ処理部は、前記測定対象部の特定する際にベクトル画像を用いたパターンマッチングを使用することを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明に係る振動計測装置においては、請求項１乃至請求項５のいずれか１項の発明の作用に加え、ベクトル画像を用いたパターンマッチングで測定対象部を特定するので、パターンファイルの情報が多く測定対象部を高確率で検出することができる。
【００２１】
請求項７の発明に係る記憶媒体は、コンピュータを、広角で画像を撮影する手段と、広角画像の中から複数の測定対象部を抽出する手段と、抽出した測定対象部に対して画角を調整する手段と、抽出した測定対象部までの距離を測定する手段と、測定対象部の時系列画像を入手し画像処理及びＦＦＴ処理を行う手段と、得られたデータを一次保存する手段と、次の測定対象部位がある場合には測定対象部に画角を調整する手段からデータを保存するまでの手段を繰り返し行う手段と、すべての測定対象部位の振動測定が終了したときには測定結果を表示する手段と、予め作成したフォーマットで測定結果を報告書として作成する手段として機能させるためのプログラムを記憶している。
【００２２】
請求項７の発明に係わる記憶媒体に記憶された内容をコンピュータに入力し、コンピュータを作動させる。これにより、広角で画像を撮影し、広角画像の中から複数の測定対象部を抽出し、抽出した測定対象部に対して画角を調整し、抽出した測定対象部までの距離を測定し、測定対象部の時系列画像を入手し画像処理及びＦＦＴ処理を行い、得られたデータを一次保存し、次の測定対象部位がある場合には測定対象部に画角を調整する手段からデータを保存するまでの手段を繰り返し行い、すべての測定対象部位の振動測定が終了したときには測定結果を表示し、予め作成したフォーマットで測定結果を報告書として作成する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の振動計測装置の基本構成の説明図であり、図１（ａ）は振動計測装置の基本構成図、図１（ｂ）は振動計測装置の動作を示すフローチャートである。
【００２４】
図１（ａ）において、振動測定対象物の画像は光学部１３を介して撮像部１４で撮影される。光学部１３は測定対象部の画像を拡大または縮小して撮像部１４に取り込む。撮像部１４では、光学部１３を介して時系列的に測定対象部の画像を撮影し、画像入力部１５を介してデータ処理部１６に時系列画像を出力する。データ処理部１６は、画像入力部１５からの測定対象部の時系列画像に基づいて測定対象部の振動分析を行う。
【００２５】
ここで、撮像部１４としては電荷収集素子（ＣＣＤ）、特に測定対象が高速で振動している際には、ラインカメラ、高速度カメラなどの１次元以上で画像を撮影可能な撮像素子を用いることができる。
【００２６】
また、光学部１３としては、焦点微調整が可能な一眼レフカメラ用のレンズやフィールドスコープ（ビクセン製、ニコン製など）を用いることが可能である。特に測定対象が固定であるならば微調整機構は必要ない。
【００２７】
さらに、画像入力部１５としては、映像信号をデータ処理部１６に伝送できるものであり、例えば、高速カメラやラインカメラ用としては長瀬産業製のAdvancedGrab−２、高速度カメラとしてはフォトロン社製のFASTCAM-NETシリーズなどを用いることができる。
【００２８】
次に、動作を説明する。図１（ｂ）に示すように、振動測定対象物の最初の測定対象部に対して撮像部１４の画角を調整し（Ｓ１）、測定対象部の画像が読み込める状態にする。そして、その測定対象物の画像を時系列で取り込む（Ｓ２）。取り込まれた時系列画像は画像入力部１５を介してデータ処理部１６に入力され、振動分析が行われる（Ｓ３）。すなわち、ステップＳ３では、画像処理及びＦＦＴ処理により測定対象部に振動が発生しているか否かの判定が行われる。
【００２９】
ステップＳ３での振動分析結果は取得データとして一次保存される（Ｓ４）。そして、次の測定対象部があるか否かを判定し（Ｓ５）、次の測定対象部がある場合には、その次の測定対象部に画角を調整して（Ｓ６）、ステップＳ２〜ステップＳ５の処理を繰り返し行う。ステップＳ５の判定で、次の測定対象部がないと判定された場合には、測定が全て完了したと判断し、ステップＳ４で一次保存された取得データをまとめて最終結果表示する（Ｓ７）。そして、これらを最終結果を元に報告書を作成する（Ｓ８）。
【００３０】
図２は、振動計測装置１７で、プラントの配管１８の振動を検出する場合の説明図である。いま、画角上下θ、左右φの撮像部１４によって、距離Ｌの場所にある振動測定対象物を撮影する場合を考える。振動測定対象物は配管１８であるとし、この配管１８は上下方向（ｙ方向）に配置されており、左右方向に周波数ｆで撮像部１４の軸線と直交する方向に振動しているものとする。画面上のある走査線番号に相当する位置では、振幅Ａ、周波数ｆで振動しているとする。つまり、（１）式に示されるように振動しているとする。実際には複合的な振動が発生していることを想定し、より一般的には、（２）式で示されるような振動をしているとする。
【００３１】
Ｘ＝Ａｓｉｎ（２πｆ＋δ) …（１）
Ｘ＝ΣＡｋｓｉｎ（２πｆｋ＋δ) …（２）
図３は、振動測定対象物の測定対象部の時系列画像の説明図である。撮像部１４では、同一の測定対象部に対して時系列に複数枚の画像を取得する。図３では５枚の画像を取得した場合を示している。そして、取得した画像の中から一本の走査線に着目し、その走査線の情報が更新されることにデータ処理部１６に時系列画像のデータとして保存していく。そして、データ処理部１６は保存された時系列画像の境界座標をＦＦＴ処理して周波数解析や振幅などを求める。
【００３２】
すなわち、ある基準時刻ｔ＝ｔ０に撮影したスチルデジタル画像（一本の走査線の画像）において、振動測定対象物のエッジ位置がＥ(ｉ，ｊ)ｔ＝ｔ０に検出されたとする。同様に時刻ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２…ｔ＝ｔｎに撮影された画像が時系列的に得られる。ｙ方向には振動していないものと仮定すると、Ｅ（ｉ，ｊ）の軌跡が（３）式に示すように時系列信号として得られる。この時系列信号を周波数分析することにより各周波数成分の振動振幅などを分析可能である。
【００３３】
Ｅ（ｉ，ｊ）＝Ｘｉ（ｔ）（ｔ＝t１，…，tｎ） …（３）
以上の説明では、１次元軸上での振動を想定したが、同様なことは面内での振動にも拡張可能である。この場合には平面上の２次元軌跡として振動を表現可能であるが、基本的にはＸ軸、Ｙ軸に分離し、相互に相関を持つ１次元振動として表現できる。その場合、画面上のＸ軸、Ｙ軸をそのまま利用することも可能であるが、より詳細な分析を行うためには、振動の分離がある程度可能な軸の選定を軸の回転変換により行うことが有効である。
【００３４】
【数１】
【００３５】
また、振動を計測する際には、振動計測装置１７自体の振動を考慮に入れなければならない。そこで、測定対象部として振動していない個所、例えば建屋の壁や壁にある傷などのマークに対して測定を行い、得られた振動測定結果を建屋の固有振動（バックグラウンド振動）として予め取得しておき、オフラインで振動測定結果を補正することになる。
【００３６】
以上述べたように、振動測定対象物の測定対象部の時系列画像が取得できるので、その画像もしくはその一部を切り出して振動の有無を検出し数値化をすることができる。
【００３７】
次に、本発明の第１の実施の形態を説明する。図４は本発明の第１の実施の形態に係る振動測定装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した基本構成に対し、測定対象部を広範囲で撮影する広角撮像部１９と、広角撮像部１９で撮影した画像を入力する画像入力部２０とを追加して設け、データ処理部１６は広角撮像部１９で撮影された広角画像に基づいて測定対象部の位置を特定するようにしたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３８】
広角撮像部１９は撮像部１４の光軸と平行になるように光軸が調整される。従って、撮像部１４の光軸と広角撮像部１９の光軸との間の距離は、どんなに離れても等しくなる。これにより、広角撮像部１９での画像は、撮像部１４で振動測定対象物を測定している個所の広角画像を出力することになるので、測定点の目安に用いることが可能である。
【００３９】
ここで、広角撮像部１９としては、撮像部１９と同様に、電荷収集素子（ＣＣＤ）、特に測定対象が高速で振動している際には、ラインカメラ、高速度カメラなどの１次元以上で画像を撮影可能な撮像素子を用いることができる。また、広角画像入力部２０としては、映像信号をデータ処理部１６に伝送できるものであり、高速カメラやラインカメラ用としては長瀬産業製のAdvancedGrab−２、高速度カメラとしてはフォトロン社製のFASTCAM-NETシリーズなどを用いることができる。
【００４０】
次に、動作を説明する。図５は、第１の実施の形態に係る振動測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、広角撮像部１９で広角画像を撮影し（Ｓ１）、その広角画像の中から測定対象部を抽出する（Ｓ２）。この測定対象部の抽出は、振動測定対象物の測定対象部に何らかのマーカを設置している場合には、そのマーカ上のポイントの座標検出で測定対象部の検出を行うことになる。また、マーカの設置がない場合にはパターンマッチングで測定対象部の抽出を行う。
【００４１】
ステップＳ２で抽出された最初の測定対象部に対して撮像部１４の画角を調整し（Ｓ３）、測定対象部の画像が読み込める状態にする。そして、その測定対象物の画像を時系列で取り込む（Ｓ４）。取り込まれた時系列画像は画像入力部１５を介してデータ処理部１６に入力され、振動分析が行われる（Ｓ５）。すなわち、ステップＳ５では、画像処理及びＦＦＴ処理により測定対象部に振動が発生しているか否かの判定が行われる。
【００４２】
ステップＳ５での振動分析結果は取得データとして一次保存される（Ｓ６）。そして、次の測定対象部があるか否かを判定し（Ｓ７）、次の測定対象部がある場合には、その次の測定対象部に画角を調整して（Ｓ８）、ステップＳ４〜ステップＳ７の処理を繰り返し行う。ステップＳ７の判定で、次の測定対象部がないと判定された場合には、測定が全て完了したと判断し、ステップＳ６で一次保存された取得データをまとめて最終結果表示する（Ｓ９）。そして、これらを最終結果を元に報告書を作成する（Ｓ１０）。
【００４３】
この第１の実施の形態によれば、広角撮像部１９で広範囲画像が取得できるので、撮像部１４からの画像での微少区域と広角撮像部１９からの広角画像とを同時に見ることができ、撮像部１４での測定対象部の位置の粗調整をすることができる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図６は本発明の第２の実施の形態に係る振動測定装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図４に示した第１の実施の形態に対し、測定対象部までの距離を測定する距離測定部２１ａ、２１ｂを追加して設け、データ処理部１６は距離測定部２１ａ、２１ｂで測定された距離に基づいて分解能を算出し振動分析を行うようにしたものである。
【００４５】
図６において、距離測定部２１ａ、距離測定部２１ｂは、レーザーマーカーなどの可視光線を発射するものであり、光学部１３に搭載された広角撮像部１９の上部に距離測定部２１ａを配置する共に光学部１３の下部に距離測定部２１ｂを配置する。そして、図７（ａ）に示すように、距離測定部２１ａの光軸と距離測定部２１ｂの光軸とを平行に合わせ、また、撮像部１４や広角撮像部１９の光軸と平行に合わせる。
【００４６】
平行に合わせたレーザーマーカーは、いくら離れてもお互いの間隔は一定であり、これを撮像部１４または広角撮像部５で撮像する。距離が離れるにつれて撮像された画像における二点のレーザーマーカーの画素間隔は、測定対象との距離と反比例の関係にあるので、予め関係式を作っておくことで距離を算出することが可能となる。これにより、遠隔の測定対象部までの距離を非接触で測定する。
【００４７】
ここで、原子力発電所や一般のプラントに多く存在する小口径配管を測定する際には、配管の配置方向に距離測定部２１ａ、２１ｂを配置する。これは、配管の配置方向と直角方向に距離測定部２１ａ、２１ｂを配置した場合には、配管の経が小さい場合には、レーザーマーカーが測定対象部と違うところに照射されてしまうことがあるためである。
【００４８】
なお、レーザーマーカーを用いた距離測定部２１では、距離が遠くなればなるほど誤差が大きくなり易いため、精度向上をするために複数回の測定を行い、その平均を取るようにする。
【００４９】
また、距離測定部２１として、レーザーマーカーなどの複数の可視光線を用いなくても、レーザ距離計や超音波距離計などを用いて、図７（ｂ）に示すようにに配置することで距離の測定を行うようにしても良い。
【００５０】
データ処理部１６では、距離測定部２１で得られた測定対象までの距離に基づいて、撮像部１４や広角撮像部２の二つの光軸を適正に合わせることが可能となり、取得した画像における実寸換算をすることも可能となる。
【００５１】
また、振動分析の分解能は、下式に示すように、撮像部１４の画像素子の密度（Ｐｘ・Ｐｙ）と画角および距離の関数として示されることから分解能の算出も可能となる。
【００５２】
【数２】
【００５３】
次に、動作を説明する。図８は、第２の実施の形態に係る振動測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、広角撮像部１９で広角画像を撮影し（Ｓ１）、その広角画像の中から測定対象部を抽出する（Ｓ２）。この測定対象部の抽出は、振動測定対象物の測定対象部に何らかのマーカを設置している場合には、そのマーカ上のポイントの座標検出で測定対象部の検出を行うことになる。また、マーカの設置がない場合にはパターンマッチングで測定対象部の抽出を行う。
【００５４】
ステップＳ２で抽出された最初の測定対象部に対して撮像部１４の画角を調整し（Ｓ３）、測定対象部の画像が読み込める状態にする。そして、距離測定部２１で測定対象部までの距離を測定し（Ｓ４）、データ処理部１６に記憶する。
【００５５】
次に、測定対象物の画像を時系列で取り込む（Ｓ５）。取り込まれた時系列画像は画像入力部１５を介してデータ処理部１６に入力され、振動分析が行われる（Ｓ６）。ステップＳ６では、画像処理及びＦＦＴ処理により測定対象部に振動が発生しているか否かの判定が行われる。この際に、ステップＳ４で求めた距離に基づいて分解能の算出を行い振動分析を行う。
【００５６】
ステップＳ６での振動分析結果は取得データとして一次保存される（Ｓ７）。そして、次の測定対象部があるか否かを判定し（Ｓ８）、次の測定対象部がある場合には、その次の測定対象部に画角を調整して（Ｓ８）、ステップＳ４〜ステップＳ８の処理を繰り返し行う。ステップＳ８の判定で、次の測定対象部がないと判定された場合には、測定が全て完了したと判断し、ステップＳ７で一次保存された取得データをまとめて最終結果表示する（Ｓ１０）。そして、これらを最終結果を元に報告書を作成する（Ｓ１１）。
【００５７】
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、振動測定対象物の測定対象部までの距離が測定できるので、取得した画像の分解能を絶対値で提供することができる。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図９は本発明の第３の実施の形態に係る振動測定装置の外観構成図である。この第３の実施の形態は、図６に示した第２の実施の形態に対し、撮像部１４及び広角撮像部１９の光軸や光学部１３の焦点を調整する光軸制御機構部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを追加して設けたものである。図９では、画像入力部１５、広角画像入力部２０、データ処理部１６の図示を省略している。
【００５９】
図９において、光軸を平行に合わせた撮像部１４と広角撮像部１９、距離測定部２１ａ、２１ｂのすべてが光軸制御機構部２２ａの上に搭載されている。光軸制御機構部２２ａの上には、光軸制御機構部２２ａと垂直方向に光軸制御機構部２２ｂが設けられ、さらに、光学部１３の焦点合わせ用つまみに接するように光軸制御機構部２２ｃが搭載されている。
【００６０】
左右方向の位置合わせには光軸制御機構部２２ａ、上下方向の位置合わせには光軸制御機構部２２ｂ、焦点合わせをするには光軸制御機構部２２ｃを調整してして行う。また、これらすべての光軸制御機構部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを
これら光軸制御機構部２２ａ、光軸制御機構部２２ｂ、光軸制御機構部２２ｃは、モーター駆動の自動回転ステージなどを用いて構成し、モーターの制御をデータ処理承知１６からの指令で行うようにすると、遠隔操作が可能となる。これにより、人が長い間入っていることができないない高温、高圧、高線量場においても遠隔操作により測定が可能となる。
【００６１】
次に、光軸制御機構部２２ｃによって焦点を調整する仕方について説明する。まず、光軸制御機構部２２ｃを一定間隔で複数枚の画像を取得する。焦点があっていない画像はコントラストがないため、隣接画素間における輝度差がほとんどないため、複数の画像の中から一番コントラストが得られている画像、すなわち隣接画素間の輝度差が一番ある画像をもって焦点があったと判断し、その画像を取得した位置に光軸制御機構部２２ｃを再度合わせることで行う。また、予め測定対象部までの距離と光軸制御機構部２２ｃの回転数の関係式を出しておくことで、おおよその焦点を合わせ、その周囲で先ほどよりも小さい間隔で複数枚の画像を取得することによって高速化することが可能である。
【００６２】
この第３の実施の形態によれば、光軸制御機構部２２ａ、２２ｂ、２２ｃにより、振動計測装置の姿勢（光軸）や焦点を制御することが可能となるので、光軸や焦点あわせが容易に行える。すなわち、光軸や焦点を容易に変更できるので、遠隔で距離と方向の異なる位置の測定対象部の振動測定を容易に行うことができる。また、光軸制御機構部２２ａ、２２ｂ、２２ｃをモーター駆動にしデータ処理装置１６からの指令で駆動できるようにした場合には、高温、高圧、高線量場での振動の測定も可能となる。
【００６３】
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。図１０は本発明の第４の実施の形態に係る振動測定装置の外観構成図である。この第４の実施の形態は、図９に示した第３の実施の形態に対し、振動測定装置１７自体、すなわち、光学部１３、撮像部１４または広角撮像部１９自体の振動を検出する自己振動検出部２３を追加して設け、データ処理部１６は自己振動検出部２３で検出された振動を加味して振動分析を行うようにしたものである。
【００６４】
図１０において、自己振動検出部２３として水平方向の振動を計測することが可能な振動計を用いた場合を示している。建屋の固有振動を予め測定して得られたデータから補正する手法は、オフラインでしか補正することができないため、汎用の振動計を用いてリアルタイムで補正する。
【００６５】
振動計測対象物の測定対象部の測定個所での測定データは波形として保存されており、自己振動検出部２３で得られた測定データも波形として保存する。この二つの波形の差分をとることで、補正処理済の波形を得ることができる。
【００６６】
この第４の実施の形態によれば、振動計測装置自体の振動を測定し、測定対象部の測定データを補正することができるので、より精度の高い振動測定対象物の振動を検出することができる。
【００６７】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。図１１は本発明の第５の実施の形態に係る振動測定装置の構成図である。この第５の実施の形態は、図１に示した基本構成に対し、撮像部１４の光軸を変化させる光軸変換部２４を追加して設け、この光軸変換部２４を回転させることにより、複数点の計測対象部における振動を計測できるようにしたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００６８】
図１１において、光軸変換部２４として両面ミラーを１次元方向で回転する場合を示している。このように配置した光軸変換部２４を一定の速度で回転軸の周りを廻すと、光軸の下方向から上方向までの複数個所のデータを取得することが可能であり、光軸変換部２４の回転角ごとにデータを分割することで各測定個所ごとの時系列データを作成することができる。複数箇所の低周波の振動を計測する際、サンプリング速度が速い高速度カメラやラインカメラなどを用いると、必要以上のデータを得ることになる。そのため複数箇所の測定をまとめて同じ時間ですることで、測定時間の短縮をすることができる。光軸変換部２４としては、ミラーのほかにプリズムなどの光軸を変換できる材料を用いても良い。
【００６９】
この第５の実施の形態によれば、同一の測定対象物に対して複数点の測定を行うことができる。また、駆動部は光軸変換部２４を回転させる駆動部だけであるので駆動部を小さくできる。
【００７０】
次に、測定対象部を特定するパターンマッチング処理で使用するテンプレートについて説明する。本発明では、ベクトル画像を用いたパターンマッチングが行えるテンプレートを予め作成しておく。
【００７１】
図１２は、振動測定対象物としての配管のテンプレートを作成する際の区画２５を画像中から選択したところである。この区画２５の領域に関して輝度差を用いて線の抽出手法でテンプレートを作成しようとすると、縦方向に二本の直線が得られるが、テンプレートの情報量が少ないため誤検出する確率が非常に高い。そのため、領域内の着目した画素とその周囲の画素成分とを比較し、その結果を図１３に示すように回転ベクトルとして表示する。これにより、図１３に示すようなテンプレートを得ることができる。このテンプレートを用いると、壁のペンキの色が変わっているところなど、平面で構成されている直線部は選択せず、配管など曲面特有の輝度変化にグラデーションが発生している様子を含んだテンプレートを作成することが可能であり、これを用いると高確率で求めている測定ポイントを検出することが可能となる。
【００７２】
なお、上述した各実施の形態において記載した手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、記憶媒体に記憶し各装置に応用したり、通信媒体により伝送して各種装置に適用することも可能である。
【００７３】
本発明における記憶媒体としては、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤなど）、光磁気ディスク（ＭＯなど）、半導体メモリなど、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式はいずれの形態であっても良い。また、ここで記憶媒体とは、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネットなどにより伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、時系列画像を取得し、その画像もしくはその一部を切り出して振動の有無を検出し数値化するので、振動測定対象物に対して非接触で振動測定結果を得ることができる。また、広角撮像部を設けた場合には広範囲画像が取得できるので、測定対象部の位置の粗調整をすることができる。
【００７５】
また、距離測定部を設けた場合には測定対象部までの距離が測定できるので、距離の関数である画像の分解能を絶対値で提供できる。光軸制御機構部を設けた場合には、振動計測装置自体の姿勢や焦点を制御することが可能となり、遠隔で距離と方向の異なる複数箇所のの測定対象部の振動測定を提供することができる。さらに、光軸制御機構部を遠隔で操作できるようにした場合には、測定環境の悪い施設、例えば、高温、高所、高線量区域においても測定可能となる。
【００７６】
また、自己振動検出器を設けた場合には、振動計測装置自体の振動が測定できるので、測定対象部の測定データを補正することができる。光軸変換部を設けた場合には、一度に複数点の測定対象部を計測をすることができる。また、ベクトル画像のテンプレートを使用するので、求めている測定対象部を高確率で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の振動計測装置の基本構成の説明図。
【図２】 本発明の振動計測装置の基本構成でプラントの配管の振動を検出する場合の説明図。
【図３】 本発明の振動計測装置の基本構成での測定対象部の時系列画像の説明図。
【図４】 本発明の第１の実施の形態に係る振動測定装置の構成図。
【図５】 本発明の第１の実施の形態に係る振動測定装置の動作を示すフローチャート。
【図６】 本発明の第２の実施の形態に係る振動測定装置の構成図。
【図７】 本発明の第２の実施の形態に係る振動測定装置の距離測定部の配置の説明図。
【図８】 本発明の第２の実施の形態に係る振動測定装置の動作を示すフローチャート。
【図９】 本発明の第３の実施の形態に係る振動測定装置の外観構成図。
【図１０】 本発明の第４の実施の形態に係る振動測定装置の外観構成図。
【図１１】 本発明の第５の実施の形態に係る振動測定装置の構成図。
【図１２】 本発明のテンプレートを作成する際の画像中の区画の説明図。
【図１３】 本発明のベクトル画像による測定対象部のテンプレートの説明図。
【図１４】 従来の圧電型振動センサの構成図。
【符号の説明】
１１…圧電素子、１２…質量、１３…光学部、１４…撮像部、１５…画像入力部、１６…データ処理部、１７…振動測定装置、１８…配管、１９…広角映像部、２０…広角画像入力部、２１…距離測定部、２２…光軸変換部、２３…自己振動検出部、２４…光軸変換部、２５…区画
Claims (7)
- 振動測定対象物の測定対象部の画像を拡大または縮小する光学部と、前記光学部を介して時系列的に測定対象部の画像を撮影する撮像部と、前記撮像部で撮影した測定対象部の時系列画像を入力する画像入力部と、前記測定対象部を広範囲で撮影する広角撮像部と、前記広角撮像部で撮影した画像を入力する画像入力部と、前記広角撮像部で撮影された広角画像に基づいて前記測定対象部の位置を特定し特定した測定対象部の位置の画像を前記撮像部で撮影してその測定対象部の時系列画像に基づいて前記測定対象部の振動分析を行うデータ処理部とを備えたことを特徴とする振動計測装置。
- 前記測定対象部までの距離を測定する距離測定部を備え、前記データ処理部は前記距離測定部で測定された距離に基づいて分解能を算出し振動分析を行うことを特徴とする請求項１に記載の振動計測装置。
- 前記撮像部または前記広角撮像部の光軸や前記光学部の焦点を調整する光軸制御機構部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動計測装置。
- 前記撮像部の光軸を変化させる光軸変換部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の振動計測装置。
- 前記光学部、前記撮像部または前記広角撮像部自体の振動を検出する自己振動検出部を備え、前記データ処理部は前記自己振動検出部で検出された振動を加味して振動分析を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の振動計測装置。
- 前記データ処理部は、前記測定対象部を特定する際にベクトル画像を用いたパターンマッチングを使用することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の振動計測装置。
- コンピュータを、広角で画像を撮影する手段と、広角画像の中から複数の測定対象部を抽出する手段と、抽出した測定対象部に対して画角を調整する手段と、抽出した測定対象部までの距離を測定する手段と、測定対象部の時系列画像を入手し画像処理及びＦＦＴ処理を行う手段と、得られたデータを一次保存する手段と、次の測定対象部位がある場合には測定対象部に画角を調整する手段からデータを保存するまでの手段を繰り返し行う手段と、すべての測定対象部位の振動測定が終了したときには測定結果を表示する手段と、予め作成したフォーマットで測定結果を報告書として作成する手段として機能させるためのプログラムを記憶した記憶媒体。
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