JP4058421B2

JP4058421B2 - 振動計測装置及びその計測方法

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Publication number: JP4058421B2
Application number: JP2004099990A
Authority: JP
Inventors: 陽露木; 克巳久保; 正剛佐久間; 幸治日隈
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005283440A

Description

本発明は、振動計測対象物の機械振動及び流体振動等の振動を非接触で計測できる技術に係り、特に振動計測対象物の振動を多次元的にかつ同時に計測する振動計測装置及びその計測方法に関するものである。

各種機器の機械振動（固体振動）や配管を流れる流体振動等を計測する技術として、振動計測対象物に接触させる接触式の振動センサがある。接触式の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挙げられる。

圧電型振動センサは、例えば原子力関連施設等のプラントのように、高い位置にある振動計測対象物に対して振動の計測を行なう場合、計測時に振動計測対象物付近に足場等を設置してから、振動計測対象物に取付けられる。また、振動計測対象物に圧電型振動センサを常設化することもあるが、同一の振動計測対象物に対して複数点の計測を行なう場合、別の振動センサの取付け及び取外しが必要になる。

一方、振動計測対象物に接触させることのない非接触式の振動センサがある。非接触式の振動センサを用いた一例として、振動計測対象物と非接触で振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域を撮影することによって得られる画像に対して画像処理等を行なう画像処理型の振動計測装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１５６３８９号公報（第３頁−第４頁、図１−図２）

しかしながら、特許文献１に記載された従来の振動計測装置では、光学部及び撮影部の軸線方向の振動の計測はできなかった。

また、従来の振動計測装置では、取得した画像のうち所要走査線上の画像を所要の時間幅で連続的に並べ、並べられた時系列画像から振動成分を抽出して時系列波形等のデータを取得する。この時系列波形は、時系列画像を所要輝度値、例えば輝度値１２８にて２値化して取得する。よって、所要輝度値を計測の都度設定する必要があり、振動計測対象物の連続計測や自動計測には適していなかった。

さらに、振動計測対象物と非接触で振動計測対象物の特徴部の振動を計測する際には、振動計測装置自体の振動を考慮に入れなければならない。そこで、従来の振動計測装置では、予め、振動計測装置を用いて振動していない特徴部の振動分析を行なう。この振動分析にて得られた振動計測の結果を建屋の固有振動（バックグラウンド振動）として、振動計測時に補正していたが、オフラインでしか補正を行なえなかった。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、特徴部の３次元的な振動を同時に計測することができる振動計測装置及びその計測方法を提供することを目的とする。

また、本発明の第２の目的は、特徴部の振動の連続計測や自動計測に適する振動計測装置及びその計測方法を提供することにある。

さらに、本発明の第３の目的は、振動計測装置自体の固有振動のデータによってリアルタイムで補正できる振動計測装置及びその計測方法を提供することにある。

本発明に係る振動計測装置は、上述した課題を解決するために、振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域の画像を拡大又は縮小する光学部と、前記光学部を介して前記計測対象領域の画像を撮影する撮像部と、前記撮像部で撮影された画像を入力する画像入力部と、前記画像入力部で入力された画像に基づいて前記特徴部の振動分析を行ない、前記特徴部の振動を計測する画像データ処理部と、前記光学部及び前記撮像部の軸線と略平行の光軸をもち、前記計測対象領域との距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手段で測定された距離を入力する距離入力部と、前記距離入力部で入力された距離に基づいて前記特徴部の振動分析を行ない、前記特徴部に係り前記光学部及び前記撮像部の軸線方向の振動を計測する距離データ処理部とを備えた。

また、本発明に係る振動計測装置は、振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域の画像を拡大又は縮小する光学部と、前記光学部を介して前記計測対象領域の画像を撮影する撮像部と、前記撮像部で撮影された画像を入力する画像入力部と、前記画像入力部で入力された画像に基づいて前記特徴部の振動分析を行ない、前記特徴部に係り前記光学部及び前記撮像部の軸線方向の振動を計測する画像データ処理部と、前記光学部及び撮像部の軸線と略平行の光軸をもつ対のレーザ光発射手段とを備えた。

本発明に係る振動計測方法は、上述した課題を解決するために、振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域の画像を拡大又は縮小する光学部を介して、撮像部にて前記計測対象領域が時系列で順次撮影される撮影工程と、前記計測対象領域の画像が時系列で順次入力される画像入力工程と、前記画像に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部の振動が順次計測される第１振動計測工程と、前記第１振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第１保存工程と、前記計測対象領域との距離が時系列で順次測定される距離測定工程と、前記距離が時系列で順次入力される距離入力工程と、前記距離に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部に係り前記光学部及び前記撮像部の軸線方向の振動が順次計測される第２振動計測工程と、前記第２振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第２保存工程と、前記第１保存工程及び第２保存工程の振動計測の結果をそれぞれ読み込んで出力する振動計測結果出力工程とを有する。

また、本発明に係る振動計測方法は、振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域との複数の既知の距離と、前記距離における前記輝度変位の傾きとの関係が記憶される対比表準備工程と、前記計測対象領域との所要の距離から、前記計測対象領域の画像を拡大又は縮小する光学部を介して、撮像部にて前記計測対象領域が時系列で順次撮影される撮影工程と、前記計測対象領域の画像が時系列で順次入力される画像入力工程と、前記計測対象領域の画像に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部の振動が順次計測される第１振動計測工程と、前記第１振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第１保存工程と、前記画像から輝度分布が時系列で順次作成され、この輝度分布から前記特徴部の像における輝度変位の傾きが求められ、この輝度変位の傾きが前記対比表に参照されて前記輝度変位の傾きに相当する距離が順次読み出される対比表参照工程と、前記距離に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部に係り前記光学部及び前記撮像部の軸線方向の振動が順次計測される第２振動計測工程と、前記第１振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第１保存工程と、前記第１保存工程及び第２保存工程の振動計測の結果をそれぞれ読み込んで出力する振動計測結果出力工程とを有する。

さらに、本発明に係る振動計測方法は、振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域との複数の既知の距離と、前記画素間隔との関係が記憶される関係式準備工程と、前記計測対象領域との所要の距離から、前記計測対象領域に可視光線の対が時系列で順次発射される可視光線発射工程と、前記計測対象領域の画像を拡大又は縮小する光学部を介して、撮像部にて前記計測対象領域が時系列で順次撮影される撮影工程と、前記計測対象領域の画像が入力される画像入力工程と、前記計測対象領域の画像に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部の振動が順次計測される第１振動計測工程と、前記第１振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第１保存工程と、前記可視光線の対によって前記画像中に現れるレーザマーカ対の画素間隔が時系列で順次求められ、この画素間隔が前記関係式に参照されて前記画素間隔に相当する距離が順次読み出される関係式参照工程と、前記距離に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部に係り前記光学部及び前記撮像部の軸線方向の振動が順次計測される第２振動計測工程と、前記第２振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第２保存工程と、前記第１保存工程及び第２保存工程の振動計測の結果をそれぞれ読み込んで出力する振動計測結果出力工程とを有する。

本発明に係る振動計測装置及びその計測方法によると、特徴部の３次元的な振動を同時に計測することができる。

また、本発明に係る振動計測装置及びその計測方法によると、特徴部の振動の連続計測や自動計測に適する。

さらに、本発明に係る振動計測装置及びその計測方法によると、振動計測装置自体の固有振動のデータによってリアルタイムで補正できる。

本発明に係る振動計測装置及びその計測方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

なお、添付図面中、同一の構成要素には同一符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態を示す概略図である。

図１（ａ）は、振動計測装置１０及び振動計測対象物、例えば略鉛直方向（ｙ方向）に延びる配管１１を示し、振動計測装置１０には、配管１１と非接触で配管１１の特徴部、例えばエッジ部１１ａを含む計測対象領域Ｈを撮影して得られる画像に対して画像処理等を行なう画像処理型の振動計測装置１２と、計測対象領域Ｈとの距離Ｌを測定する距離測定型の振動計測装置１３とが備えられる。

なお、特徴部は、エッジ部１１ａに限定されるものではなく、例えば配管１１表面の傷等の模様部でもよい。

また、振動計測装置１０に軸線・光軸移動手段、例えばゴニオステージや回転ステージを設けてもよい。その場合、遠隔操作にて軸線・光軸移動手段を動作させ、振動計測装置１０に備える画像処理型振動計測装置１２の軸線及び距離測定型振動計測装置１３の光軸が自動移動される。

図１（ｂ）は、振動計測装置１０の構成を示すブロック図である。

図１（ｂ）に示された振動計測装置１０の画像処理型振動計測装置１２には、配管１１のエッジ部１１ａを含む計測対象領域Ｈの画像を拡大又は縮小する光学部２１と、計測対象領域Ｈの画像を撮影する撮像部２２と、撮影された画像を入力する画像入力部２３と、この画像入力部２３からの画像のデータを画像処理及びＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理してエッジ部１１ａの振動を計測する画像データ処理部２４とが設けられる。

撮像部２２としては、電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）、ラインカメラ又は高速度カメラを用いることができる。また、撮像部２２は、ｘ方向画角φ及びｙ方向画角θによって、計測対象領域Ｈを撮影できるように画像処理型振動計測装置１２内部に設けられる。

また、振動計測装置１０の距離測定型振動計測装置１３には、光学部２１及び撮像部２２の軸線と略平行の光軸をもち、計測対象領域Ｈとの距離Ｌを測定する距離測定手段としてのレーザ距離計２５と、測定された距離Ｌを入力する距離入力部２６と、この距離入力部２６からの距離Ｌのデータを処理してエッジ部１１ａの振動を計測する距離データ処理部２７とが設けられる。レーザ距離計２５は、レーザ光の投射から反射光の検出までの所要時間によって、計測対象領域Ｈとの距離Ｌを測定するものである。

なお、距離測定手段はレーザ距離計２５に限定されるものではなく、例えば、超音波の放射から反射波を検出するまでの所要時間によって計測対象領域Ｈとの距離Ｌを測定する超音波距離計を距離測定手段として用いてもよい。

レーザ距離計２５の光軸は、画像処理型振動計測装置１２の光学部２１及び撮像部２２の軸線と略平行になるように備えられる。

続いて、本発明に係る振動計測装置１０の動作について、図２に示されたフローチャートを用いて説明する。

まず、時間０（ｔ＝０）で、例えば略鉛直方向（ｙ方向）に延びる配管１１から所要の距離Ｌ_０の位置に、振動計測装置１０が設置される（ステップＳ１）。そして、振動計測装置１０の画像処理型振動計測装置１２に設けた光学部２１及び撮像部２２のｘ方向画角φ及びｙ方向画角θが調整される。

時間Ｔ（ｔ＝１，２，…，Ｔ）で、振動計測装置１０の画像処理型振動計測装置１２に設けた光学部２１及び撮像部２２を用いて、配管１１のエッジ部１１ａを含む計測対象領域Ｈの画像がそれぞれ取得され、計測対象領域Ｈの画像が時系列で順次取得される。計測対象領域Ｈの画像は、画像入力部２３を介して画像データ処理部２４に時系列で順次入力される（ステップＳ２）。

画像データ処理部２４では、時系列で順次入力される画像から振動分析が実施される。すなわち、画像データ処理部２４では、時系列で順次入力される画像から境界座標が求められ、この境界座標がＦＦＴ処理されて周波数解析が行なわれる。この周波数解析によって各周波数成分の振動振幅等が得られ、時系列で順次入力される画像から、エッジ部１１ａのｘ方向（画像左右方向）の振動及びｙ方向（画像上下方向）の振動（面内振動）がそれぞれ時系列波形等のデータとして計測される（ステップＳ３）。

図３は、エッジ部１１ａの時系列画像及び時系列波形を示す概略図である。

図３に示された時系列画像は、ステップＳ２にて入力された画像のうち所要走査線上の画像を時間１（ｔ＝１）から時間２０（ｔ＝２０）にかけて上方から下方に連続的に並べたものである。所要走査線上の画像には、エッジ部１１ａの像がそれぞれ示される。

また、図３に示された時系列波形は、図３に示された時系列画像から得られるものであり、所要時間Ｔ、例えば時間１で得られた画像のエッジ部１１ａの像におけるパターンが基準パターンとして自動認識される。そして、時間２以後に得られるエッジ部１１ａの像におけるパターンが、基準パターンの移動量としてサーチされるものである。

ステップＳ３によるエッジ部１１ａのｘ及びｙ方向の振動計測の結果は、画像データ処理部２４内又は図示しない外部記憶器に一時的にそれぞれ保存される（ステップＳ４）。

一方、距離測定型振動計測装置１３のレーザ距離計２５では、時間Ｔで、振動計測装置１０と計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_Ｔ（Ｌ_ｔ＝Ｌ_１，Ｌ_２，…，Ｌ_Ｔ）がそれぞれ測定され、距離Ｌ_Ｔが時系列で順次測定される（ステップＳ５）。距離Ｌ_Ｔは、距離データ処理部２７に時系列で順次入力される。この距離データ処理部２７では、時系列で順次入力される距離Ｌ_Ｔのデータから振動分析が実施される。

すなわち、距離データ処理部２７では、時系列で順次入力される距離Ｌ_Ｔの変位が分析されることによって、振幅、周波数、速度及び加速度がそれぞれ得られ、時系列で順次入力される距離Ｌ_Ｔの変位からエッジ部１１ａのｚ方向の振動が時系列波形等のデータとして計測される（ステップＳ６）。

ステップＳ６によるエッジ部１１ａのｚ方向の振動計測の結果は、距離データ処理部２７内又は図示しない外部記憶器に一時的に保存される（ステップＳ７）。

その後、次の計測対象領域Ｈがないか否かが判断される（ステップＳ８）。ステップＳ８の判断にてＹｅｓ、すなわち、次の計測対象領域Ｈがないと判断された場合、振動計測の動作を終了させる。そして、ステップＳ４及びＳ７にて一次保存されたｘ，ｙ及びｚ方向の振動計測の結果がそれぞれ読み込まれ、出力される（ステップＳ９）。

一方、ステップＳ８の判断にてＮｏ、すなわち、次の計測対象領域Ｈがあると判断された場合、振動計測装置１０の軸線及び光軸を移動させ、ステップＳ１に戻る。

ここで、振動計測装置１０がゴニオステージや回転ステージ等の軸線・光軸移動手段を備えれば、遠隔操作にて振動計測装置１０の軸線及び光軸を移動させることができる。

なお、エッジ部１１ａの振動を計測する際には、振動計測装置１０自体の振動を考慮に入れなければならない。そこで、予め、振動計測装置１０を用いて、振動していない計測対象領域、例えば建屋の壁やその壁にある傷等のマークの振動分析を行なう。この振動分析にて得られた振動計測の結果を建屋の固有振動（バックグラウンド振動）として、ステップＳ３及びＳ６にて計測されたデータをオフラインで補正するものとする。

また、振動計測装置１０自体の振動を考慮するために、振動計測装置１０に一般的な振動計を備え、振動計測装置１０自体の固有振動を計測する。この固有振動のデータによって、ステップＳ３及びＳ６にて計測されたデータをリアルタイムで補正することも可能である。

本実施形態の振動計測装置１０及び振動計測方法によると、距離測定型振動計測装置１３を用いて計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_Ｔを時系列で順次測定して距離Ｌ_Ｔの変位を分析することによって、エッジ部１１ａのｚ方向の振動を計測することができ、エッジ部１１ａの３次元的な振動を同時に計測することができる。

また、本実施形態の振動計測装置１０及び振動計測方法によると、ステップＳ３にて時間１で得られた画像中のエッジ部１１ａの像におけるパターンを基準パターンとして自動認識し、時間２以後に得られる画像中のエッジ部１１ａの像におけるパターンを、基準パターンの移動量としてサーチすることで、エッジ部１１ａの振動の連続計測や自動計測に適する。

さらに、本実施形態の振動計測装置１０及び振動計測方法によると、振動計測装置１０に備えられた振動計にて、振動計測装置１０自体の固有振動を計測し、この固有振動のデータによってリアルタイムで補正できる。

図４は、本発明に係る振動計測装置及びその計測方法の第１の実施形態の変形例を示すフローチャートである。

本変形例の基本的な構成は、画像処理型振動計測装置１２及び距離測定型振動計測装置１３の出力信号から分解能を算出する分解能演算手段を除いて、図１に示された振動計測装置１０と実質的に異ならない。

続いて、本発明に係る振動計測装置１０の動作について、図４に示されたフローチャートを用いて説明する。

まず、時間０で、例えば略鉛直方向（ｙ方向）に延びる配管１１から所要の距離Ｌ_０の位置に、振動計測装置１０が設置される（ステップＳ１）。そして、振動計測装置１０の画像処理型振動計測装置１２に設けた光学部２１及び撮像部２２のｘ方向画角φ及びｙ方向画角θが調整される。これらｘ方向画角φ及びｙ方向画角θのデータは、分解能演算手段（図示しない）に入力される。

振動計測装置１０の画像処理型振動計測装置１２に設けた光学部２１及び撮像部２２を用いて、時間０で、配管１１のエッジ部１１ａを含む計測対象領域Ｈの画像が取得される。計測対象領域Ｈの画像は、画像入力部２３を介して画像データ処理部２４に入力される（ステップＳ１１）。

一方、距離測定型振動計測装置１３のレーザ距離計２５では、時間０で、振動計測装置１０と計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_０が測定される（ステップＳ１２）。距離Ｌ_０は、分解能演算手段に入力される。

分解能演算手段には、画像処理型振動計測装置１２からｘ方向画角φ及びｙ方向画角θのデータが、距離測定型振動計測装置１３から距離Ｌ_０の距離のデータがそれぞれ入力される。ｘ方向の振動の振動分析の分解能をδＡ_ｘとすると、分解能δＡ_ｘは、撮像部２２の画像素子の密度Ｐｘ、ｘ方向画角φ及び距離Ｌ_０から、

によって算出することができる。

一方、ｙ方向の振動の振動分析の分解能をδＡ_ｙとすると、分解能δＡ_ｙは、撮像部２２の画像素子の密度Ｐｙ、ｙ方向画角θ及び距離Ｌ_０から、

によって算出することができる。

式（１）及び（２）のように、計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_０は分解能に直接影響する因子として作用することから、分解能演算手段では、距離Ｌ_０による分解能の絶対値が算出される（ステップＳ１３）。

次いで、時間Ｔで、光学部２１及び撮像部２２を用いて、計測対象領域Ｈの画像がそれぞれ取得され、計測対象領域Ｈの画像が時系列で順次取得される。計測対象領域Ｈの画像は、画像入力部２３を介して画像データ処理部２４に時系列で順次入力される（ステップＳ２）。

画像データ処理部２４では、時系列で順次入力される画像による振動分析が実施され、エッジ部１１ａのｘ及びｙ方向の振動がそれぞれ時系列波形等のデータとして計測される（ステップＳ３）。

一方、距離測定型振動計測装置１３のレーザ距離計２５では、時間Ｔで、振動計測装置１０と計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_Ｔがそれぞれ測定され、距離Ｌ_Ｔが時系列で順次測定される（ステップＳ５）。距離Ｌ_Ｔは、距離データ処理部２７に時系列で順次入力される。この距離データ処理部２７では、時系列で順次入力される距離Ｌ_Ｔのデータによる振動分析が実施され、エッジ部１１ａのｚ方向の振動が時系列波形等のデータとして計測される（ステップＳ６）。

なお、エッジ部１１ａの振動を計測する際には、振動計測装置１０自体の振動を考慮に入れなければならない。そこで、予め、振動計測装置１０を用いて、振動していない計測対象領域の振動分析を行なう。この振動分析にて得られた振動計測の結果を建屋の固有振動として、ステップＳ３及びＳ６にて計測されたデータをオフラインで補正するものとする。

図５は、本発明に係る振動計測装置の第２の実施形態を示す概略図である。

図５（ａ）は、振動計測装置１０Ａを示し、配管１１と非接触で配管１１のエッジ部１１ａを含む計測対象領域Ｈを撮影することによって得られる画像に対して画像処理等を行なう画像処理型振動計測装置１２Ａが備えられる。

また、振動計測装置１０Ａに軸線・光軸移動手段、例えばゴニオステージや回転ステージを設けてもよい。その場合、遠隔操作にて軸線・光軸移動手段を動作させ、振動計測装置１０Ａに備える画像処理型振動計測装置１２Ａの軸線が自動移動される。

図５（ｂ）は、振動計測装置１０Ａの構成を示すブロック図である。

図５（ｂ）に示された振動計測装置１０Ａの画像処理型振動計測装置１２Ａには、予め、画像の輝度変位と距離Ｌ_ｎとを対比させて対比表を作成する画像データ処理部２４と、この画像データ処理部２４にて作成された対比表を記憶する対比表記憶部２８とが備えられる。

さらに、画像データ処理部２４は、時間Ｔで取得された画像の輝度変位を時系列で順次算出し、その輝度変位に相当する距離Ｌ_ｎを対比表記憶部２８から順次読み込むことができる。

続いて、本発明に係る振動計測装置１０Ａの動作について、図６に示されたフローチャートを用いて説明する。

予め、例えば略鉛直方向（ｙ方向）に延びる配管１１から既知の距離Ｌ_ｎ（Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂ，…）の位置に、振動計測装置１０Ａが設置される（ステップＳ２１）。この振動計測装置１０Ａの画像処理型振動計測装置１２Ａに設けた光学部２１及び撮像部２２を用いて、配管１１のエッジ部１１ａを含む計測対象領域Ｈの画像が取得される。また、複数の既知の距離Ｌ_ｎ毎に、計測対象領域Ｈの画像が複数取得される。さらに、取得された画像の所要走査線上の画素における輝度分布が取得される（ステップＳ２２）。

図７は、計測対象領域Ｈの画像例と、その所要走査線上の画素における輝度分布を示す図である。

図７は、計測対象領域Ｈから距離Ｌ_ｎの位置に設置された振動計測装置１０Ａを用いて、ステップＳ２２にて取得された、２箇所の距離Ｌ_ｎ（Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂ）毎の２種類の画像を示したものである。また、２種類の画像の下方に、画像の所要走査線上の画素における輝度分布をそれぞれ示したものである。

図７（ａ）は、振動計測装置１０Ａと計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_ｎが撮影の焦点距離と一致していない距離Ｌ_Ａの場合であり、撮像部２２にて取得された画像と輝度分布を示す一方、図７（ｂ）は、振動計測装置１０Ａと計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_ｎが撮影の焦点距離と一致している距離Ｌ_Ｂの場合であり、撮像部２２にて取得された画像と輝度分布をそれぞれ示す。

距離Ｌ_ｎが撮影の焦点距離と一致していない距離Ｌ_Ａの場合、図７（ａ）に示された輝度分布から、エッジ部１１ａの像における輝度変位の傾きが緩やかであることがわかる。一方、距離Ｌ_ｎが撮影の焦点距離と一致していない距離Ｌ_Ｂの場合、図７（ｂ）に示された輝度分布から、エッジ部１１ａの像における輝度変位の傾きが急であることがわかる。

図７（ａ），（ｂ）に示された輝度分布における輝度変位の傾きは、振動計測装置１０Ａと計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_ｎと、撮影の焦点距離との差によって決まるものである。

よって、ステップＳ２２にて、複数の既知の距離Ｌ_ｎ毎に、計測対象領域Ｈの画像及び輝度分布が複数取得されることによって、振動計測装置１０Ａと計測対象領域Ｈとの既知の距離Ｌ_ｎと、輝度変位の傾きとが対比され、対比表が作成される。対比表のデータは対比表記憶部２８に入力されて記憶される（ステップＳ２３）。

次いで、時間０で、略鉛直方向（ｙ方向）に延びる配管１１から所要の距離Ｌ_０の位置に、振動計測装置１０Ａが設置される（ステップＳ１）。時間Ｔで、振動計測装置１０Ａの画像処理型振動計測装置１２Ａに設けた撮像部２２を用いて、配管１１のエッジ部１１ａを含む計測対象領域Ｈの画像が順次取得される。計測対象領域Ｈの画像は、画像入力部２３を介して画像データ処理部２４に時系列で順次入力される（ステップＳ２）。

画像データ処理部２４では、時系列で順次入力される画像の振動分析が実施され、エッジ部１１ａのｘ及びｙ方向の振動がそれぞれ時系列波形等のデータとして計測される（ステップＳ３）。

一方、画像データ処理部２４では、ステップＳ２にて時系列で順次入力された画像から、その画像の所要走査線上の画素における輝度分布が順次取得される。その輝度分布から、エッジ部１１ａの像における輝度変位の傾きが時系列で順次求められ、その傾きが、ステップＳ２３にて対比表記憶部２８に記憶された対比表に時系列で順次参照される。そして、求められた傾きに相当する距離Ｌ_ｎが、対比表記憶部２８から画像データ処理部２４に時系列で順次読み込まれる（ステップＳ２４）。

さらに、画像データ処理部２４では、時系列で順次読み込まれた距離Ｌ_ｎの変位が分析されることによって、振幅、周波数、速度及び加速度がそれぞれ得られ、エッジ部１１ａのｚ方向の振動が時系列波形等のデータとして計測される（ステップＳ６）。

ステップＳ６によるエッジ部１１ａのｚ方向の振動計測の結果は、画像データ処理部２４内又は図示しない外部記憶器に一時的に保存される（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ８の判断にてＮｏ、すなわち、次の計測対象領域Ｈがあると判断された場合、振動計測装置１０Ａの軸線を移動させ、ステップＳ１に戻る。

ここで、振動計測装置１０Ａがゴニオステージや回転ステージ等の軸線・光軸移動手段を備えれば、遠隔操作にて振動計測装置１０Ａの軸線を移動させることができる。

なお、エッジ部１１ａの振動を計測する際には、振動計測装置１０Ａ自体の振動を考慮に入れなければならない。そこで、予め、振動計測装置１０Ａを用いて、振動していない計測対象領域の振動分析を行なう。この振動分析にて得られた振動計測の結果を建屋の固有振動として、ステップＳ３及びＳ６にて計測されたデータをオフラインで補正するものとする。

また、振動計測装置１０Ａ自体の振動を考慮するために、振動計測装置１０Ａに一般的な振動計を備え、振動計測装置１０Ａ自体の固有振動を計測する。この固有振動のデータによって、ステップＳ３及びＳ６にて計測されたデータをリアルタイムで補正することも可能である。

本実施形態の振動計測装置１０Ａ及び振動計測方法によると、予め、画像中のエッジ部１１ａの像における輝度変位の傾きと、振動計測装置１０Ａと計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_ｎと対比表を記憶する。時間Ｔで、時系列で順次取得した画像中のエッジ部１１ａの像における輝度変位の傾きに相当する距離Ｌ_ｎを時系列で順次読み込むことによって、エッジ部１１ａのｚ方向の振動を計測することができ、エッジ部１１ａの３次元的な振動を同時に計測することができる。

また、本実施形態の振動計測装置１０Ａ及び振動計測方法によると、ステップＳ３にて時間１で得られた画像中のエッジ部１１ａの像におけるパターンを基準パターンとして自動認識し、時間２以後に得られる画像中のエッジ部１１ａの像におけるパターンを、基準パターンの移動量としてサーチすることで、エッジ部１１ａの振動の連続計測や自動計測に適する。

さらに、本実施形態の振動計測装置１０Ａ及び振動計測方法によると、振動計測装置１０Ａに備えられた振動計にて、振動計測装置１０Ａ自体の固有振動を計測し、この固有振動のデータによってリアルタイムで補正できる。

図８は、本発明に係る振動計測装置の第３の実施形態を示す概略図である。

図８（ａ）は、振動計測装置１０Ｂを示し、この振動計測装置１０Ｂには、配管１１と非接触で配管１１のエッジ部１１ａを含む計測対象領域Ｈを撮影することによって得られる画像に対して画像処理等を行なう画像処理型振動計測装置１２Ｂと、レーザマーカ等のレーザ発射源の対であるレーザ光発射手段３０ａ，３０ｂとが備えられる。このレーザ光発射手段３０ａ，３０ｂの光軸は、光学部２１及び撮像部２２の軸線と略平行になるようにそれぞれ備えられる。

また、振動計測装置１０Ｂに軸線・光軸移動手段、例えばゴニオステージや回転ステージを設けてもよい。その場合、遠隔操作にて軸線・光軸移動手段を動作させ、振動計測装置１０Ｂに備える画像処理型振動計測装置１２Ｂの軸線及びレーザ光発射手段３０ａ，３０ｂの光軸が自動移動される。

図８（ｂ）は、振動計測装置１０Ｂの構成を示すブロック図である。

図８（ｂ）に示された振動計測装置１０Ｂの画像処理型振動計測装置１２Ｂには、予め、画像中のレーザマーカ対の画素間隔と距離Ｌ_ｎと関係式を作成する画像データ処理部２４と、この画像データ処理部２４にて作成された関係式を記憶する関係式記憶部３１とが備えられる。

さらに、画像データ処理部２４は、時間Ｔで取得された画像中のレーザマーカ対の画素間隔を時系列で順次算出し、その画素間隔に相当する距離Ｌ_ｎを関係式記憶部３１から順次読み込むことができる。

続いて、本発明に係る振動計測装置１０Ｂの動作について、図９に示されたフローチャートを用いて説明する。

予め、例えば略鉛直方向（ｙ方向）に延びる配管１１から既知の距離Ｌ_ｎの位置に、振動計測装置１０Ｂが設置される（ステップＳ２１）。振動計測装置１０Ｂの画像処理型振動計測装置１２Ｂに設けたレーザ光発射手段３０ａ，３０ｂを用いて、レーザ光対を発射させる（ステップＳ３１）。

予め、振動計測装置１０Ｂの画像処理型振動計測装置１２Ｂに設けた撮像部２２を用いて、レーザマーカ対が現れた計測対象領域Ｈの画像が取得される。また、複数の既知の距離Ｌ_ｎ毎に、レーザマーカ対が現れた計測対象領域Ｈの画像が複数取得される（ステップＳ３２）。

図１０は、計測対象領域Ｈの画像例を示す図である。

図１０は、計測対象領域Ｈから距離Ｌ_ｎの位置に設置された振動計測装置１０Ｂを用いて、ステップＳ３２にて取得された、２箇所の距離Ｌ_ｎ（Ｌ_Ｃ，Ｌ_Ｄ）毎の２種類の画像を示したものである。

ここで、光学部２１及び撮像部２２の軸線と略平行に合わせたレーザ光対によって画像内に現れるレーザマーカ対のお互いの間隔は、振動計測装置１０Ｂと計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_ｎに関係なく一定である。よって、撮影された画像中のレーザマーカ対の画素間隔Ｉ_ｎは、距離Ｌ_ｎと反比例の関係ある。

図１０（ａ）は、振動計測装置１０Ｂと計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_ｎがＬ_Ｃ（Ｌ_Ｃ＞Ｌ_Ｄ）の場合であり、撮像部２２にて取得された画像中のレーザマーカ対の画素間隔Ｉ_Ｃを示す一方、図１０（ｂ）は、振動計測装置１０Ｂと計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_ｎが距離Ｌ_Ｄの場合であり、撮像部２２にて取得された画像中のレーザマーカ対の画素間隔Ｉ_Ｄをそれぞれ示す。

よって、ステップＳ３２にて、複数の既知の距離Ｌ_ｎ毎に、計測対象領域Ｈの画像が複数取得されることによって、振動計測装置１０Ｂと計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_ｎと、画像中のレーザマーカ対の画素間隔Ｉ_ｎとが対比され、既知の距離Ｌ_ｎと画素間隔Ｉ_ｎとの関係式が作成される。この関係式は、関係式記憶部３１に入力され記憶される（ステップＳ３３）。

図１１は、振動計測装置１０Ｂと計測対象領域Ｈとの距離Ｌと、画像中のレーザマーカ対の画素間隔Ｉとの関係を示すグラフである。

図１１のグラフに示されたように、振動計測装置１０Ｂと計測対象領域Ｈとの距離Ｌが大きくなる程、画像中に現れるレーザマーカ対の画素間隔Ｉは小さくなる。

次いで、時間０で、略鉛直方向（ｙ方向）に延びる配管１１から所要の距離Ｌ_０の位置に、振動計測装置１０Ｂが設置される（ステップＳ１）。時間Ｔで、振動計測装置１０Ｂの画像処理型振動計測装置１２Ｂに設けた撮像部２２を用いて、配管１１のエッジ部１１ａを含む計測対象領域Ｈの画像が順次取得される。計測対象領域Ｈの画像は、画像入力部２３を介して画像データ処理部２４に時系列で順次入力される（ステップＳ２）。

一方、時系列Ｔで、画像データ処理部２４では、ステップＳ２にて時系列で順次取得された画像から、その画像中の二点のレーザマーカの画素間隔Ｉ_Ｔ（Ｉ_１，Ｉ_２，…）が時系列で順次求められる。その画素間隔Ｉ_Ｔが、ステップＳ３３にて関係式記憶部３１に記憶された関係式に時系列で順次参照される。そして、求められた画素間隔Ｉ_Ｔに相当する距離Ｌ_ｎが、関係式記憶部３１から画像データ処理部２４に時系列で順次読み込まれる（ステップＳ３４）。

さらに、画像データ処理部２４では、時系列で順次入力される距離Ｌ_ｎの変位が分析されることによって、振幅、周波数、速度及び加速度がそれぞれ得られ、エッジ部１１ａのｚ方向の振動が時系列波形等のデータとして計測される（ステップＳ６）。

一方、ステップＳ８の判断にてＮｏ、すなわち、次の計測対象領域Ｈがあると判断された場合、振動計測装置１０Ｂの軸線及び光軸を移動させ、ステップＳ１に戻る。

ここで、振動計測装置１０Ｂがゴニオステージや回転ステージ等の軸線・光軸移動手段を備えれば、遠隔操作にて振動計測装置１０Ｂの軸線及び光軸を移動させることができる。

なお、エッジ部１１ａの振動を計測する際には、振動計測装置１０Ｂ自体の振動を考慮に入れなければならない。そこで、予め、振動計測装置１０Ｂを用いて、振動していない計測対象領域の振動分析を行なう。この振動分析にて得られた振動計測の結果を建屋の固有振動として、ステップＳ３及びＳ６にて計測されたデータをオフラインで補正するものとする。

また、振動計測装置１０Ｂ自体の振動を考慮するために、振動計測装置１０Ｂに一般的な振動計を備え、振動計測装置１０Ｂ自体の固有振動を計測する。この固有振動のデータによって、ステップＳ３及びＳ６にて計測されたデータをリアルタイムで補正することも可能である。

本実施形態の振動計測装置１０Ｂ及び振動計測方法によると、予め、画像中のレーザマーカ対の画素間隔Ｉ_ｎと、振動計測装置１０Ｂと計測対象領域Ｈとの距離Ｌ_ｎとの関係を記憶する。時間Ｔで、時系列で順次取得した画像中のレーザマーカ対の画素間隔Ｉ_Ｔに相当する距離Ｌ_ｎを時系列で順次読み込むことによって、エッジ部１１ａのｚ方向の振動を計測することができ、エッジ部１１ａの３次元的な振動を同時に計測することができる。

また、本実施形態の振動計測装置１０Ｂ及び振動計測方法によると、ステップＳ３にて時間１で得られた画像中のエッジ部１１ａの像におけるパターンを基準パターンとして自動認識し、時間２以後に得られる画像中のエッジ部１１ａの像におけるパターンを、基準パターンの移動量としてサーチすることで、エッジ部１１ａの振動の連続計測や自動計測に適する。

さらに、本実施形態の振動計測装置１０Ｂ及び振動計測方法によると、振動計測装置１０Ｂに備えられた振動計にて、振動計測装置１０Ｂ自体の固有振動を計測し、この固有振動のデータによってリアルタイムで補正できる。

（ａ）は本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態を示す概略図、（ｂ）は振動計測装置の構成を示すブロック図。本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態の動作を示すフローチャート。エッジ部の時系列画像及び時系列波形を示す概略図。本発明に係る振動計測装置の第１の実施形態の変形例を示すフローチャート。（ａ）は本発明に係る振動計測装置の第２の実施形態を示す概略図、（ｂ）は振動計測装置の構成を示すブロック図。本発明に係る振動計測装置の第２の実施形態の動作を示すフローチャート。（ａ），（ｂ）は計測対象領域の画像例と、その所要走査線上の画素における輝度分布を示す図。（ａ）は本発明に係る振動計測装置の第３の実施形態を示す概略図、（ｂ）は振動計測装置の構成を示すブロック図。本発明に係る振動計測装置の第３の実施形態の動作を示すフローチャート。（ａ），（ｂ）は計測対象領域の画像例を示す図。振動計測装置と計測対象領域との距離と、画像中のレーザマーカ対の画素間隔との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ振動計測装置
１１配管
１１ａエッジ部
２１光学部
２２撮像部
２３画像入力部
２４画像データ処理部
２５レーザ距離計
２６距離入力部
２７距離データ処理部
３０ａ，３０ｂレーザ光発射手段

Claims

振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域の画像を拡大又は縮小する光学部と、
前記光学部を介して前記計測対象領域の画像を撮影する撮像部と、
前記撮像部で撮影された画像を入力する画像入力部と、
前記画像入力部で入力された画像に基づいて前記特徴部の振動分析を行ない、前記特徴部の振動を計測する画像データ処理部と、
前記光学部及び前記撮像部の軸線と略平行の光軸をもち、前記計測対象領域との距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段で測定された距離を入力する距離入力部と、
前記距離入力部で入力された距離に基づいて前記特徴部の振動分析を行ない、前記特徴部に係り前記光学部及び前記撮像部の軸線方向の振動を計測する距離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。
前記距離測定手段として、レーザ距離計を備えたことを特徴とする請求項１に記載の振動計測装置。
前記距離測定手段として、超音波距離計を備えたことを特徴とする請求項１に記載の振動計測装置。
前記光学部及び前記撮像部の軸線並びに前記距離測定手段の光軸を、遠隔操作にて移動可能とするゴニオステージ又は回転ステージを設けたことを特徴とする請求項１に記載の振動計測装置。
振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域の画像を拡大又は縮小する光学部と、
前記光学部を介して前記計測対象領域の画像を撮影する撮像部と、
前記撮像部で撮影された画像を入力する画像入力部と、
前記画像入力部で入力された画像に基づいて前記特徴部の振動分析を行ない、前記特徴部に係り前記光学部及び前記撮像部の軸線方向の振動を計測する画像データ処理部と、
前記光学部及び撮像部の軸線と略平行の光軸をもつ対のレーザ光発射手段とを備えたことを特徴とする振動計測装置。
前記光学部及び前記撮像部の軸線並びに前記レーザ光発射手段の光軸を、遠隔操作にて移動可能とするゴニオステージ又は回転ステージを設けたことを特徴とする請求項５に記載の振動計測装置。
振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域の画像を拡大又は縮小する光学部を介して、撮像部にて前記計測対象領域が時系列で順次撮影される撮影工程と、
前記計測対象領域の画像が時系列で順次入力される画像入力工程と、
前記画像に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部の振動が順次計測される第１振動計測工程と、
前記第１振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第１保存工程と、
前記計測対象領域との距離が時系列で順次測定される距離測定工程と、
前記距離が時系列で順次入力される距離入力工程と、
前記距離に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部に係り前記光学部及び前記撮像部の軸線方向の振動が順次計測される第２振動計測工程と、
前記第２振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第２保存工程と、
前記第１保存工程及び第２保存工程の振動計測の結果をそれぞれ読み込んで出力する振動計測結果出力工程とを有することを特徴とする振動計測方法。
前記撮影における画角、画素密度及び前記距離から分解能が算出されることを特徴とする請求項７に記載の振動計測方法。
振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域との複数の既知の距離と、前記距離における前記輝度変位の傾きとの関係が記憶される対比表準備工程と、
前記計測対象領域との所要の距離から、
前記計測対象領域の画像を拡大又は縮小する光学部を介して、撮像部にて前記計測対象領域が時系列で順次撮影される撮影工程と、
前記計測対象領域の画像が時系列で順次入力される画像入力工程と、
前記計測対象領域の画像に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部の振動が順次計測される第１振動計測工程と、
前記第１振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第１保存工程と、
前記画像から輝度分布が時系列で順次作成され、この輝度分布から前記特徴部の像における輝度変位の傾きが求められ、この輝度変位の傾きが前記対比表に参照されて前記輝度変位の傾きに相当する距離が順次読み出される対比表参照工程と、
前記距離に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部に係り前記光学部及び前記撮像部の軸線方向の振動が順次計測される第２振動計測工程と、
前記第１振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第１保存工程と、
前記第１保存工程及び第２保存工程の振動計測の結果をそれぞれ読み込んで出力する振動計測結果出力工程とを有することを特徴とする振動計測方法。
振動計測対象物の特徴部を含む計測対象領域との複数の既知の距離と、前記画素間隔との関係が記憶される関係式準備工程と、
前記計測対象領域との所要の距離から、
前記計測対象領域に可視光線の対が時系列で順次発射される可視光線発射工程と、
前記計測対象領域の画像を拡大又は縮小する光学部を介して、撮像部にて前記計測対象領域が時系列で順次撮影される撮影工程と、
前記計測対象領域の画像が入力される画像入力工程と、
前記計測対象領域の画像に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部の振動が順次計測される第１振動計測工程と、
前記第１振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第１保存工程と、
前記可視光線の対によって前記画像中に現れるレーザマーカ対の画素間隔が時系列で順次求められ、この画素間隔が前記関係式に参照されて前記画素間隔に相当する距離が順次読み出される関係式参照工程と、
前記距離に基づいて前記特徴部の振動分析が時系列で順次行なわれ、前記特徴部に係り前記光学部及び前記撮像部の軸線方向の振動が順次計測される第２振動計測工程と、
前記第２振動計測工程にて計測された振動計測の結果を保存する第２保存工程と、
前記第１保存工程及び第２保存工程の振動計測の結果をそれぞれ読み込んで出力する振動計測結果出力工程とを有することを特徴とする振動計測方法。
前記特徴部として、前記振動計測対象物のエッジ部を用いることを特徴とする請求項７，９又は１０に記載の振動計測方法。
前記特徴部として、前記振動計測対象物表面の模様部を用いることを特徴とする請求項７，９又は１０に記載の振動計測方法。
前記振動分析は、所要時間で得られた画像中の前記特徴部の像におけるパターンが基準パターンとして認識され、以後に得られる画像中の前記特徴部の像におけるパターンが、前記基準パターンの移動量としてサーチされることを特徴とする請求項７，９又は１０に記載の振動計測方法。
予め固有振動のデータが計測され、前記振動分析にて計測された前記特徴部の振動計測のデータが、前記固有振動のデータによってリアルタイムで補正されることを特徴とする請求項７，９又は１０に記載の振動計測方法。