JP7338495B2 - 変位分布計測装置、変位分布計測方法、及び変位分布計測装置の制御プログラム - Google Patents
変位分布計測装置、変位分布計測方法、及び変位分布計測装置の制御プログラム Download PDFInfo
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本発明は、変位分布計測装置、変位分布計測方法、及び変位分布計測装置の制御プログラムに関する。
物体の表面の変位を計測する種々の技術が知られている。
例えば、特許文献１には、変位計測装置が、所定の位置に設けられた変位計測用の格子を含む変位計測用画像を撮影する撮影部と、変位計測用画像から格子の領域を検出して該格子領域の画像を抽出する格子領域検出部と、抽出した格子領域の画像に対してサンプリングモアレ法により格子領域の画像に対するモアレの位相分布を導出する位相分布導出部と、位相分布から求められた所定の位置における変位前後の位相差と、予め定められた格子ピッチとから所定の位置における変位を決定する変位決定部と、を備えた技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、変位計測装置が、所定の位置に設けられた変位計測用の格子を含む変位計測用画像を撮影する撮影部と、変位計測用画像から格子の領域を検出して該格子領域の画像を抽出する格子領域検出部と、抽出した格子領域の画像に対してサンプリングモアレ法により格子領域の画像に対するモアレの位相分布を導出する位相分布導出部と、位相分布から求められた所定の位置における変位前後の位相差と、予め定められた格子ピッチとから所定の位置における変位を決定する変位決定部と、を備えた技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の変位計測装置では、格子領域の画像に対するモアレの位相分布を導出し、位相分布から求められた所定の位置における変位前後の位相差と、予め定められた格子ピッチとから所定の位置における変位を決定する。よって、撮影画像中の格子パターンに対応する格子領域の一部が欠落している場合には、モアレの位相分布を導出することができない可能性があり、所定の位置における変位を決定することができない可能性がある。格子領域の一部が欠落する原因の例として、測定対象への格子パターン転写の失敗、孔等の構造的欠損がある対象の測定、カメラの設定ミス等が挙げられる。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、撮影画像中の格子等のパターンの一部が欠落した場合であっても、機械試験機によって変形される試験材料の表面の変位分布を算出可能な変位分布計測装置、変位分布計測方法、及び変位分布計測装置の制御プログラムを提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測装置であって、前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像部と、第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出部と、前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出部と、を備える。
本発明の第２の態様は、機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測方法であって、前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像ステップと、第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出ステップと、前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出ステップと、を含む。
本発明の第３の態様は、カメラ及びコンピュータを備え、機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測装置の制御プログラムであって、前記コンピュータを、前記カメラによって前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像部、第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出部、及び、前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出部、として機能させる。
本発明の第１の態様によれば、第１パターン画像と第１パターン画像の所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を算出し、所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の試験材料の変位分布を算出する。
したがって、パターン画像の一部が欠落した場合であっても、所定時間を適正に設定することによって、物体の表面の変位分布を算出することが可能になる。例えば、パターンが格子状のパターンであって、所定時間毎の格子の間隔の変化量が格子の間隔以下である場合には、物体の表面の変位分布を算出できる。
したがって、パターン画像の一部が欠落した場合であっても、所定時間を適正に設定することによって、物体の表面の変位分布を算出することが可能になる。例えば、パターンが格子状のパターンであって、所定時間毎の格子の間隔の変化量が格子の間隔以下である場合には、物体の表面の変位分布を算出できる。
本発明の第２の態様によれば、第１パターン画像と第１パターン画像の所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を算出し、所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の試験材料の変位分布を算出する。
したがって、パターン画像の一部が欠落した場合であっても、所定時間を適正に設定することによって、物体の表面の変位分布を算出することが可能になる。例えば、パターンが格子状のパターンであって、所定時間毎の格子の間隔の変化量が格子の間隔以下である場合には、物体の表面の変位分布を算出できる。
したがって、パターン画像の一部が欠落した場合であっても、所定時間を適正に設定することによって、物体の表面の変位分布を算出することが可能になる。例えば、パターンが格子状のパターンであって、所定時間毎の格子の間隔の変化量が格子の間隔以下である場合には、物体の表面の変位分布を算出できる。
本発明の第３の態様によれば、第１パターン画像と第１パターン画像の所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を算出し、所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の試験材料の変位分布を算出する。
したがって、パターン画像の一部が欠落した場合であっても、所定時間を適正に設定することによって、物体の表面の変位分布を算出することが可能になる。例えば、パターンが格子状のパターンであって、所定時間毎の格子の間隔の変化量が格子の間隔以下である場合には、物体の表面の変位分布を算出できる。
したがって、パターン画像の一部が欠落した場合であっても、所定時間を適正に設定することによって、物体の表面の変位分布を算出することが可能になる。例えば、パターンが格子状のパターンであって、所定時間毎の格子の間隔の変化量が格子の間隔以下である場合には、物体の表面の変位分布を算出できる。
以下、図面を参照して本実施形態について説明する。
［１．引張試験機の構成］
図１は、本実施形態に係る引張試験機１の構成の一例を示す図である。
本実施形態の引張試験機１は、試験材料ＴＰに試験力Ｆを与えて、試料の引張強度、降伏点、伸び、絞りなどの機械的性質を測定する材料試験を行う。試験力Ｆは、引張力である。
引張試験機１は、試験対象の材料である試験材料ＴＰに試験力Ｆを与えて引張試験を行う引張試験機本体２と、引張試験機本体２による引張試験動作を制御する制御ユニット４と、を備える。
なお、引張試験機１は、「材料試験機」の一例に対応する。
図１は、本実施形態に係る引張試験機１の構成の一例を示す図である。
本実施形態の引張試験機１は、試験材料ＴＰに試験力Ｆを与えて、試料の引張強度、降伏点、伸び、絞りなどの機械的性質を測定する材料試験を行う。試験力Ｆは、引張力である。
引張試験機１は、試験対象の材料である試験材料ＴＰに試験力Ｆを与えて引張試験を行う引張試験機本体２と、引張試験機本体２による引張試験動作を制御する制御ユニット４と、を備える。
なお、引張試験機１は、「材料試験機」の一例に対応する。
試験機本体２は、テーブル２６と、このテーブル２６上に鉛直方向を向く状態で回転可能に立設された一対のねじ棹２８、２９と、これらのねじ棹２８、２９に沿って移動可能なクロスヘッド１０と、このクロスヘッド１０を移動させて試験材料ＴＰに負荷を与える負荷機構１２と、ロードセル１４と、を備える。ロードセル１４は、試験材料ＴＰに与えられる引張荷重である試験力Ｆを測定し、試験力測定信号ＳＧ１を出力するセンサである。
負荷機構１２は、各ねじ棹２８、２９の下端部に連結されるウォーム減速機１６、１７と、各ウォーム減速機１６、１７に連結されるサーボモータ１８と、ロータリエンコーダ２０と、を備える。ロータリエンコーダ２０は、サーボモータ１８の回転量を測定し、回転量に応じたパルス数の回転測定信号ＳＧ２を制御ユニット４に出力するセンサである。
そして負荷機構１２は、ウォーム減速機１６、１７を介して、一対のねじ棹２８、２９にサーボモータ１８の回転を伝達し、各ねじ棹２８、２９が同期して回転することによって、クロスヘッド１０がねじ棹２８、２９に沿って昇降する。
そして負荷機構１２は、ウォーム減速機１６、１７を介して、一対のねじ棹２８、２９にサーボモータ１８の回転を伝達し、各ねじ棹２８、２９が同期して回転することによって、クロスヘッド１０がねじ棹２８、２９に沿って昇降する。
クロスヘッド１０には、試験材料ＴＰの上端部を把持する上つかみ具２１が付設され、テーブル２６には、試験材料ＴＰの下端部を把持する下つかみ具２２が付設される。試験機本体２は、引張試験の際に、試験材料ＴＰの両端部を上つかみ具２１及び下つかみ具２２によって把持した状態で、制御ユニット４の制御に従って、クロスヘッド１０を上昇させることによって、試験材料ＴＰに試験力Ｆを与える。
試験材料ＴＰには、変位センサ１５が配置される。試験材料ＴＰは、例えば、中央がくびれて形成されたダンベル型試験材料が用いられる。変位センサ１５は、試験材料ＴＰの１対の標点の間の距離を測定することによって、伸び計測値ＥＤを測定し、伸び測定信号ＳＧ３を出力するセンサである。１対の標点は、試験材料ＴＰがくびれた領域の上部と下部とに配置される。
制御ユニット４は、統括制御装置３０と、表示装置３２と、試験プログラム実行装置３４と、を備える。
統括制御装置３０は、試験機本体２を中枢的に制御する装置であり、試験機本体２との間で信号を送受信可能に接続される。試験機本体２から受信する信号は、ロードセル１４が出力する試験力測定信号ＳＧ１、ロータリエンコーダ２０が出力する回転測定信号ＳＧ２、変位センサ１５が出力する伸び測定信号ＳＧ３、及び制御や試験に要する適宜の信号等である。
表示装置３２は、統括制御装置３０から入力される信号に基づいて各種情報を表示する装置であり、例えば、統括制御装置３０は、引張試験の間、伸び測定信号ＳＧ３に基づいて試験材料ＴＰの伸びの測定値である伸び計測値ＥＤを表示装置３２に表示する。また、例えば、統括制御装置３０は、引張試験の間、回転測定信号ＳＧ２に基づくクロスヘッド１０の変位を示す変位計測値ＸＤを表示装置３２に表示する。
統括制御装置３０は、試験機本体２を中枢的に制御する装置であり、試験機本体２との間で信号を送受信可能に接続される。試験機本体２から受信する信号は、ロードセル１４が出力する試験力測定信号ＳＧ１、ロータリエンコーダ２０が出力する回転測定信号ＳＧ２、変位センサ１５が出力する伸び測定信号ＳＧ３、及び制御や試験に要する適宜の信号等である。
表示装置３２は、統括制御装置３０から入力される信号に基づいて各種情報を表示する装置であり、例えば、統括制御装置３０は、引張試験の間、伸び測定信号ＳＧ３に基づいて試験材料ＴＰの伸びの測定値である伸び計測値ＥＤを表示装置３２に表示する。また、例えば、統括制御装置３０は、引張試験の間、回転測定信号ＳＧ２に基づくクロスヘッド１０の変位を示す変位計測値ＸＤを表示装置３２に表示する。
引張試験プログラム実行装置３４は、引張試験の試験条件といった各種設定パラメータの設定操作や実行指示操作などのユーザ操作を受け付け、統括制御装置３０に出力する機能や、試験力計測値ＦＤのデータを解析する機能などを備えた装置である。
引張試験プログラム実行装置３４はコンピュータを備え、このコンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサと、ＲＯＭ(Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)やＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ)等のメモリデバイスと、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等のストレージ装置と、統括制御装置３０や各種の周辺機器などを接続するためのインターフェース回路と、を備える。そして、プロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されたコンピュータプログラムである引張試験プログラムを実行することで、上述の各種の機能を実現する。
引張試験プログラム実行装置３４はコンピュータを備え、このコンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ－Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサと、ＲＯＭ(Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)やＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ)等のメモリデバイスと、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等のストレージ装置と、統括制御装置３０や各種の周辺機器などを接続するためのインターフェース回路と、を備える。そして、プロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶されたコンピュータプログラムである引張試験プログラムを実行することで、上述の各種の機能を実現する。
次いで、本実施形態の統括制御装置３０について、更に説明する。統括制御装置３０は、信号入出力ユニット４０と、制御回路ユニット５０と、を備える。
信号入出力ユニット４０は、試験機本体２との間で信号を送受信する入出力インターフェース回路を構成するものであり、本実施形態では、第１センサアンプ４２と、第２センサアンプ４５と、カウンタ回路４３と、サーボアンプ４４とを有する。
第１センサアンプ４２は、ロードセル１４が出力する試験力測定信号ＳＧ１を増幅して制御回路ユニット５０に出力する増幅器である。第２センサアンプ４５は、変位センサ１５が出力する伸び測定信号ＳＧ３を増幅して制御回路ユニット５０に出力する増幅器である。
カウンタ回路４３は、ロータリエンコーダ２０が出力する回転測定信号ＳＧ２のパルス数を計数し、サーボモータ１８の回転量、すなわちサーボモータ１８の回転によって昇降するクロスヘッド１０の変位計測値ＸＤを示す変位測定信号Ａ３を制御回路ユニット５０にデジタル信号で出力する。サーボアンプ４４は、制御回路ユニット５０の制御に従って、サーボモータ１８を制御する装置である。
信号入出力ユニット４０は、試験機本体２との間で信号を送受信する入出力インターフェース回路を構成するものであり、本実施形態では、第１センサアンプ４２と、第２センサアンプ４５と、カウンタ回路４３と、サーボアンプ４４とを有する。
第１センサアンプ４２は、ロードセル１４が出力する試験力測定信号ＳＧ１を増幅して制御回路ユニット５０に出力する増幅器である。第２センサアンプ４５は、変位センサ１５が出力する伸び測定信号ＳＧ３を増幅して制御回路ユニット５０に出力する増幅器である。
カウンタ回路４３は、ロータリエンコーダ２０が出力する回転測定信号ＳＧ２のパルス数を計数し、サーボモータ１８の回転量、すなわちサーボモータ１８の回転によって昇降するクロスヘッド１０の変位計測値ＸＤを示す変位測定信号Ａ３を制御回路ユニット５０にデジタル信号で出力する。サーボアンプ４４は、制御回路ユニット５０の制御に従って、サーボモータ１８を制御する装置である。
制御回路ユニット５０は、通信部５１と、フィードバック制御部５２を備える。
制御回路ユニット５０は、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリデバイスと、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージ装置と、信号入出力ユニット４０とのインターフェース回路と、引張試験プログラム実行装置３４と通信する通信装置と、表示装置３２を制御する表示制御回路と、各種の電子回路と、を備えたコンピュータを備える。また、制御回路ユニット５０のプロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶された制御プログラムを実行することで、図１に示す各機能部を実現する。
また、信号入出力ユニット４０のインターフェース回路にはＡ／Ｄ変換器が設けられており、アナログ信号の試験力測定信号ＳＧ１及び伸び測定信号ＳＧ３がＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換される。
なお、制御回路ユニット５０は、コンピュータに限らず、ＩＣチップやＬＳＩなどの集積回路といった１又は複数の適宜の回路によって構成されてもよい。
制御回路ユニット５０は、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリデバイスと、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージ装置と、信号入出力ユニット４０とのインターフェース回路と、引張試験プログラム実行装置３４と通信する通信装置と、表示装置３２を制御する表示制御回路と、各種の電子回路と、を備えたコンピュータを備える。また、制御回路ユニット５０のプロセッサがメモリデバイス又はストレージ装置に記憶された制御プログラムを実行することで、図１に示す各機能部を実現する。
また、信号入出力ユニット４０のインターフェース回路にはＡ／Ｄ変換器が設けられており、アナログ信号の試験力測定信号ＳＧ１及び伸び測定信号ＳＧ３がＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換される。
なお、制御回路ユニット５０は、コンピュータに限らず、ＩＣチップやＬＳＩなどの集積回路といった１又は複数の適宜の回路によって構成されてもよい。
通信部５１は、試験プログラム実行装置３４との間で通信し、試験条件の設定や各種設定パラメータの設定値、引張試験の実行指示や中断指示などを試験プログラム実行装置３４から受信する。また、通信部５１は、伸び測定信号ＳＧ３に基づく伸び計測値ＥＤ、及び試験力測定信号ＳＧ１に基づく試験力計測値ＦＤを適宜のタイミングで試験プログラム実行装置３４に送信する。また、通信部５１は、回転測定信号ＳＧ２に基づく変位計測値ＸＤを適宜のタイミングで試験プログラム実行装置３４に送信する。
フィードバック制御部５２は、試験機本体２のサーボモータ１８をフィードバック制御して引張試験を実行する。フィードバック制御部５２は、サーボモータ１８のフィードバック制御を実行する回路である。
フィードバック制御部５２が位置制御を実行する場合には、フィードバック制御部５２は、例えば、ロードセル１４が出力する試験力計測値ＦＤについて位置制御を実行する。この場合には、フィードバック制御部５２は、試験力計測値ＦＤを試験力目標値ＦＴに一致させるように変位計測値ＸＤの指令値ｄＸを演算し、当該指令値ｄＸを示す指令信号Ａ４をサーボアンプ４４に出力する。なお、試験力目標値ＦＴは、試験力計測値ＦＤの目標値を示す。
なお、「位置制御」とは、センサ等によって測定された検出値を、その目標値に一致させるように制御することを示す。
フィードバック制御部５２が位置制御を実行する場合には、フィードバック制御部５２は、例えば、ロードセル１４が出力する試験力計測値ＦＤについて位置制御を実行する。この場合には、フィードバック制御部５２は、試験力計測値ＦＤを試験力目標値ＦＴに一致させるように変位計測値ＸＤの指令値ｄＸを演算し、当該指令値ｄＸを示す指令信号Ａ４をサーボアンプ４４に出力する。なお、試験力目標値ＦＴは、試験力計測値ＦＤの目標値を示す。
なお、「位置制御」とは、センサ等によって測定された検出値を、その目標値に一致させるように制御することを示す。
なお、位置制御を実行する場合について説明するが、フィードバック制御部５２が速度制御を実行してもよい。「速度制御」とは、センサ等によって測定された検出値の単位時間当たりの変化量を、その目標値に一致させるように制御することを示す。
［２．変位分布計測装置の構成］
図２は、本実施形態に係る変位分布計測装置２００の構成の一例を示す平面図である。図２に示すように、変位分布計測装置２００は、カメラ６と、制御部８とを備える。
図２は、本実施形態に係る変位分布計測装置２００の構成の一例を示す平面図である。図２に示すように、変位分布計測装置２００は、カメラ６と、制御部８とを備える。
試験材料ＴＰの特定面ＴＰ１には、パターンＰＴＮが形成されている。特定面ＴＰ１は、試験材料ＴＰのカメラ６に近接する側の面を示す。試験材料ＴＰのカメラ６に近接する側は、図２では下側を示す。パターンＰＴＮについては、後述にて図３を参照して説明する。
カメラ６は、制御部８の指示に従って、パターンＰＴＮの画像を示すパターン画像ＰＮを生成する。カメラ６は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、及び、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＭＯＳ）等のイメージセンサーを備える。パターン画像ＰＮについては、後述にて図３を参照して説明する。
カメラ６の撮影方向Ｃ６は、試験材料ＴＰの幅方向の中央を通り、試験材料ＴＰの特定面ＴＰ１と直交するようにカメラ６が配置される。試験材料ＴＰの幅方向は、図２の左右方向を示す。撮影方向Ｃ６は、カメラ６の撮影範囲の中心を示す。
カメラ６は、引張試験機１によって試験材料ＴＰの引張試験を実施している間において、所定時間ΔＴ毎に、パターンＰＴＮの画像を示すパターン画像ＰＮを生成する。所定時間ΔＴは、例えば、１／３０秒である。換言すれば、カメラ６のフレームレートは、３０ｆｐｓである。
カメラ６は、「撮像部」の一部に対応する。
カメラ６は、引張試験機１によって試験材料ＴＰの引張試験を実施している間において、所定時間ΔＴ毎に、パターンＰＴＮの画像を示すパターン画像ＰＮを生成する。所定時間ΔＴは、例えば、１／３０秒である。換言すれば、カメラ６のフレームレートは、３０ｆｐｓである。
カメラ６は、「撮像部」の一部に対応する。
本実施形態では、カメラ６のフレームレートは、３０ｆｐｓであるが、本発明の実施形態はこれに限定されない。カメラ６のフレームレートは、試験材料ＴＰの変形速度、及び、試験材料ＴＰに形成される格子間隔に応じて決定すればよい。例えば、試験材料ＴＰの変形速度が速い程、フレームレートを大きくすることが好ましい。また、例えば、試験材料ＴＰに形成される格子間隔が狭い程、フレームレートを大きくすることが好ましい。
制御部８は、変位分布計測装置２００の動作を制御する。また、制御部８は、制御回路ユニット５０と通信可能に構成され、制御回路ユニット５０からの指示に従って、カメラ６の動作を制御する。具体的には、制御部８は、制御回路ユニット５０からの指示に従って、カメラ６の撮影タイミングを決定する。
制御部８は、ＣＰＵやＭＰＵ等のプロセッサ８Ａと、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリデバイス８Ｂと、ＨＤＤやＳＳＤ等のストレージ装置８Ｃと、制御回路ユニット５０及びカメラ６と通信する通信装置８Ｄと、各種の電子回路と、を備えたパーソナルコンピュータで構成される。また、制御部８のプロセッサ８Ａがメモリデバイス８Ｂ又はストレージ装置８Ｃに記憶された制御プログラムを実行することで、図１０に示す各機能部を実現する。プロセッサ８Ａは、「コンピュータ」の一例に対応する。
なお、制御部８は、パーソナルコンピュータに限らず、ＩＣチップやＬＳＩなどの集積回路といった１又は複数の適宜の回路によって構成されてもよい。また、制御部８は、例えば、タブレット端末、又はスマートフォンとして構成されてもよい。
また、制御部８は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等、プログラムされたハードウェアを備えてもよい。また、制御部８は、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）－ＦＰＧＡを備えてもよい。
制御部８の機能構成については、後述にて図１０を参照して説明する。
また、制御部８は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等、プログラムされたハードウェアを備えてもよい。また、制御部８は、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）－ＦＰＧＡを備えてもよい。
制御部８の機能構成については、後述にて図１０を参照して説明する。
［３．変位分布の算出方法］
次に、図３及び図４を参照して、試験材料ＴＰの表面の変位分布の算出方法の一例について説明する。
図３は、本実施形態に係るパターン画像ＰＮの一例を示す図である。図３の左側のパターン画像ＰＮ１は、初期状態の試験材料ＴＰのパターンＰＴＮの一例を示す。パターンＰＴＮは、格子状のパターンＰＴＮを示す。すなわち、パターン画像ＰＮ１には、正方形状の黒塗り画像Ｑｉｊ（ｉ＝１～ｎ，ｊ＝１～８）が左右方向及び上下方向に等間隔で配置されている。
黒塗り画像Ｑｉｊのサイズは、例えば１辺が１ｍｍの正方形である。黒塗り画像Ｑｉｊは、左右方向及び上下方向に、例えば１ｍｍ間隔で配置される。
次に、図３及び図４を参照して、試験材料ＴＰの表面の変位分布の算出方法の一例について説明する。
図３は、本実施形態に係るパターン画像ＰＮの一例を示す図である。図３の左側のパターン画像ＰＮ１は、初期状態の試験材料ＴＰのパターンＰＴＮの一例を示す。パターンＰＴＮは、格子状のパターンＰＴＮを示す。すなわち、パターン画像ＰＮ１には、正方形状の黒塗り画像Ｑｉｊ（ｉ＝１～ｎ，ｊ＝１～８）が左右方向及び上下方向に等間隔で配置されている。
黒塗り画像Ｑｉｊのサイズは、例えば１辺が１ｍｍの正方形である。黒塗り画像Ｑｉｊは、左右方向及び上下方向に、例えば１ｍｍ間隔で配置される。
本実施形態では、黒塗り画像Ｑｉｊのサイズは、例えば１辺が１ｍｍの正方形であるが、１辺が１ｍｍより大きい正方形、例えば、１辺が１．２ｍｍの正方形、１辺が１．５ｍｍの正方形、１辺が２ｍｍの正方形等でもよい。また、黒塗り画像Ｑｉｊのサイズは、１辺が１ｍｍより小さい正方形、例えば、１辺が０．８ｍｍの正方形、１辺が０．５ｍｍの正方形、１辺が０．３ｍｍの正方形等でもよい。
また、本実施形態では、黒塗り画像Ｑｉｊは、左右方向及び上下方向に、例えば１ｍｍ間隔で配置されるが、黒塗り画像Ｑｉｊが、左右方向及び上下方向に、１ｍｍより大きい間隔で配置されてもよい。黒塗り画像Ｑｉｊが、左右方向及び上下方向に、例えば、１．２ｍｍ間隔、１．５ｍｍ間隔、２ｍｍ間隔等で配置されてもよい。また、黒塗り画像Ｑｉｊが、左右方向及び上下方向に、１ｍｍより小さい間隔で配置されてもよい。黒塗り画像Ｑｉｊが、左右方向及び上下方向に、例えば、０．８ｍｍ間隔、０．５ｍｍ間隔、０．３ｍｍ間隔等で配置されてもよい。
図３の右側のパターン画像ＰＮ２は、試験材料ＴＰが上下方向に伸びた状態におけるパターンＰＴＮの一例を示す。すなわち、パターン画像ＰＮ２には、方形状の黒塗り画像Ｒｉｊ（ｉ＝１～ｎ，ｊ＝１～８）が左右方向及び上下方向に略等間隔で配置されている。
図３のｘ軸については、図４を参照して説明する。
図３のｘ軸については、図４を参照して説明する。
図４は、試験材料ＴＰの変位分布の算出方法の一例を示す図である。図４では、制御部８は、例えば、ｘ軸方向の変位量を算出する。変位量の基準点は、最も下端に位置する黒塗り画像Ｑ１４、又は黒塗り画像Ｒ１４の中心である。すなわち、黒塗り画像Ｒｉ４（ｉ＝２～ｎ）と黒塗り画像Ｒ１４との間隔を、黒塗り画像Ｑｉ４（ｉ＝２～ｎ）と黒塗り画像Ｑ１４との間隔とを比較することによって、ｘ軸方向の変位量を算出する。
ｘ軸方向は、試験材料ＴＰの長辺方向を示す。
ｘ軸方向は、試験材料ＴＰの長辺方向を示す。
図４の最も上のグラフＧ１１は、ｘ軸方向の輝度値Ｂの変化を正弦波近似したグラフである。グラフＧ１１の横軸は、ｘ軸であり、縦軸は、輝度値Ｂである。黒塗り画像Ｒｉ４では輝度値Ｂが低く、黒塗り画像Ｒｉ４と隣接する黒塗り画像Ｒ（ｉ＋１）４との間では、輝度値Ｂが高い。したがって、ｘ軸方向の輝度値Ｂの変化は、図略の矩形状のグラフで表される。
グラフＧ１１は、黒塗り画像Ｒｉ４と隣接する黒塗り画像Ｒ（ｉ＋１）４との間で、矩形状のグラフを正弦波で近似したグラフである。パターン画像ＰＮが、パターン画像ＰＮ１である場合には、パターン画像ＰＮ１において黒塗り画像Ｑｉ４は、等間隔に形成されているため、グラフＧ１１は、正弦波になる。
ｘ軸方向は、「所定方向」の一例に対応する。
グラフＧ１１は、黒塗り画像Ｒｉ４と隣接する黒塗り画像Ｒ（ｉ＋１）４との間で、矩形状のグラフを正弦波で近似したグラフである。パターン画像ＰＮが、パターン画像ＰＮ１である場合には、パターン画像ＰＮ１において黒塗り画像Ｑｉ４は、等間隔に形成されているため、グラフＧ１１は、正弦波になる。
ｘ軸方向は、「所定方向」の一例に対応する。
図４の上から２番目のグラフＧ１２は、グラフＧ１１の位相φを示すグラフである。グラフＧ１２の横軸は、ｘ軸であり、縦軸は、位相φである。位相φは、－πから＋πまでの間で変化する。したがって、グラフＧ１２は、鋸刃状のグラフになる。すなわち、グラフＧ１２では、ｘ座標の増加に伴って、位相が－πから＋πまで直線状に増加し、位相が＋πに到達した位置で、位相が－πにステップ状に減少する。
本実施形態では、制御部８は、例えば、次の式（１）に示す窓関数フーリエ変換（Ｗｉｎｄｏｗｅｄ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によってグラフＧ１２に示す位相φ（ｘ）を算出する。
なお、窓関数フーリエ変換では、対象座標の周囲を窓関数ｗ（ｘ）により重みをかけた後にフーリエ変換を行い、格子周期の周波数成分を抜き出すことで位相φ（ｘ）を求める。格子周期は、黒塗り画像Ｒｉ４（ｉ＝２～ｎ）と黒塗り画像Ｒ１４との間隔に対応する。
周波数ｆを（１／Ｎ）と置換し、窓関数ｗ（ｘ）の非ゼロ範囲を（２Ｎ－１）として離散フーリエ変換で位相計算を書き直すと次の式（２）のようになる。
ただし、個数Ｎは、１周期に対応する画素数を示す。個数Ｎは、例えば１０個である。なお、図４の最も上のグラフＧ１１の右端位置に、窓関数ｗを示すグラフＷＤの一例を記載している。
本実施形態では、窓関数ｗ（ｘ）として次の式（３）に示すガウシアン関数を用いる。
ただし、係数σは、ガウシアン窓の裾野の広がりを決める係数である。
本実施形態では、窓関数ｗ（ｘ）として次の式（３）に示すガウシアン関数を用いる。
式（２）によって得られる位相φは－π～＋πの間に折りたたまれて、すなわちラッピングされているため、異なる座標について位相φの差分をとると正しい値が得られない場合がある。そこで、式（４）で示すように、位相アンラッピング処理によって位相φが連続的になるように接続する。
位相アンラッピング処理は、－π～＋πの範囲に折りたたまれた位相φを復元する処理を示す。
図４の最も下側のグラフＧ１３は、図４の上から２番目のグラフＧ１２に対して、位相アンラッピング処理を行った後のグラフを示す。グラフＧ１３の横軸は、ｘ軸であり、縦軸は、位相Φである。グラフＧ１２では、位相φが＋πに到達した位置で位相φが－πにステップ状に減少するが、グラフＧ１３では、位相φのステップ状の変化をさせないように、位相φが＋πから－πに減少する度に、位相φを２×πだけ増加する。その結果，アンラッピングされた位相Φが求められる。グラフＧ１３に示すように、位相Φはｘ座標の増加に伴って直線状に増加する。
アンラッピングされた位相Φの勾配から、次の式（５）により局所的な格子周期Ｐ（ｘ）が得られる。
アンラッピングされた位相Φの勾配から、次の式（５）により局所的な格子周期Ｐ（ｘ）が得られる。
グラフＧ１４は、パターン画像ＰＮ２に対応する。グラフＧ１４は、グラフＧ１３と比較して傾斜が小さい。すなわち、グラフＧ１３では、位相φが２×πだけ変化するためのｘ軸の座標の差が距離Ｌ１であるのに対して、グラフＧ１４では、位相φが２×πだけ変化するためのｘ軸の座標の差が距離Ｌ２である。距離Ｌ２は、距離Ｌ１より大きい。距離Ｌ２と距離Ｌ１との差は、変位ΔＬを示す。
このようにして、制御部８は、試験材料ＴＰの表面の変位分布を算出することができる。すなわち、次の式（６）によって、歪みを示すＳｔｒａｉｎ（ｘ）が求められる。
ただし、格子周期Ｐｂ（ｘ）は、変形前の格子周期を示し、格子周期Ｐａ（ｘ）は、変形後の格子周期を示す。
このようにして、制御部８は、試験材料ＴＰの表面の変位分布を算出することができる。すなわち、次の式（６）によって、歪みを示すＳｔｒａｉｎ（ｘ）が求められる。
本実施形態では、窓関数フーリエ変換によって位相φ（ｘ）を求めるが、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、ウェーブレット解析法、及びサンプリングモアレ法等によって位相φ（ｘ）を求めてもよい。
また、本実施形態では、窓関数ｗ（ｘ）がガウシアン関数であるが、本発明の実施形態はこれに限定されない。窓関数ｗ（ｘ）として、例えば、三角波関数、ｃｕｂｉｃ関数等を用いてもよい。
また、本実施形態では、窓関数ｗ（ｘ）の非ゼロ範囲、すなわち区間が、格子の間隔の２倍であるが、本発明の実施形態はこれに限定されない。窓関数ｗ（ｘ）の区間は、格子の間隔の２倍以上、格子の間隔の６倍以下の範囲であればよい。窓関数ｗ（ｘ）の区間が広い程、位相φ（ｘ）を正確に算出できる。窓関数ｗ（ｘ）の区間が狭い程、窓関数フーリエ変換の計算量を低減できる。
［４．格子間隔が不均一である場合の課題と解消策］
次に、図５を参照して、格子間隔が不均一である場合の課題とその解消策について説明する。
上記の式（６）では、歪みを求めるために、変形前後の画像の同じｘ座標にある画素について、変形前の格子周期Ｐｂ（ｘ）と変形後の格子周期Ｐａ（ｘ）とを比較している。
図１に示す引張試験機１において試験材料ＴＰを引っ張る場合には、試験材料ＴＰの下端部は下つかみ具２２を介してテーブル２６に固定され、試験材料ＴＰの上端部が上つかみ具２１に引っ張られて移動する。よって、上端部の格子は、下端部の格子と比較して大きく移動する。
変形前の格子間隔が均一であり、各格子間隔が一様に延びる場合には、変形後の格子間隔も均一になる。そこで、この場合には、式（６）によって正確に歪みを算出できる。
次に、図５を参照して、格子間隔が不均一である場合の課題とその解消策について説明する。
上記の式（６）では、歪みを求めるために、変形前後の画像の同じｘ座標にある画素について、変形前の格子周期Ｐｂ（ｘ）と変形後の格子周期Ｐａ（ｘ）とを比較している。
図１に示す引張試験機１において試験材料ＴＰを引っ張る場合には、試験材料ＴＰの下端部は下つかみ具２２を介してテーブル２６に固定され、試験材料ＴＰの上端部が上つかみ具２１に引っ張られて移動する。よって、上端部の格子は、下端部の格子と比較して大きく移動する。
変形前の格子間隔が均一であり、各格子間隔が一様に延びる場合には、変形後の格子間隔も均一になる。そこで、この場合には、式（６）によって正確に歪みを算出できる。
一方、図５の左図に示すように、変形前の格子間隔が不均一である場合には、変形前後で異なる格子間距離を比較しているために、式（６）によって算出する歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）には、実際には存在しない歪みが現れてしまう。
例えば、図５の左図において、最上の図は、変形前の格子間隔の一例を示し、上から２番目の図は、変形後の格子間隔の一例を示す。また、上から３番目の図において、グラフＧ２１は、変形前の格子周期Ｐｂ（ｘ）の一例を示し、グラフＧ２２は、変形後の格子周期Ｐａ（ｘ）の一例を示す。また、最下の図において、グラフＧ２３は、式（６）によって算出される歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）の一例を示す。
図５の左図の最上の図に示すように、変形前には、左端の格子間隔に対して、左から２番目の格子間隔は広く、左から３番目の格子間隔は狭い。そこで、変形後においても、上から２番目の図に示すように、左端の格子間隔に対して、左から２番目の格子間隔は広く、左から３番目の格子間隔は狭い。
その結果、式（６）によって算出する歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）は、グラフＧ２３に示すように、左端の歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）を基準として、範囲Ｒｘ１において歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）は実績値よりも小さい値となり、範囲Ｒｘ２において歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）は実績値よりも大きい値となり、範囲Ｒｘ３において歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）は実績値よりも小さい値となる。
このように、歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）が変動する原因は、範囲Ｒｘ１、範囲Ｒｘ２及び範囲Ｒｘ３において、変形前後で異なる格子間距離を比較しているためである。例えば、範囲Ｒｘ２では、変形前の黒塗り画像Ｑ３４と黒塗り画像Ｑ４４との間の格子間距離と、変形後の黒塗り画像Ｑ２４と黒塗り画像Ｑ３４との間の格子間距離とを比較しているためである。
例えば、図５の左図において、最上の図は、変形前の格子間隔の一例を示し、上から２番目の図は、変形後の格子間隔の一例を示す。また、上から３番目の図において、グラフＧ２１は、変形前の格子周期Ｐｂ（ｘ）の一例を示し、グラフＧ２２は、変形後の格子周期Ｐａ（ｘ）の一例を示す。また、最下の図において、グラフＧ２３は、式（６）によって算出される歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）の一例を示す。
図５の左図の最上の図に示すように、変形前には、左端の格子間隔に対して、左から２番目の格子間隔は広く、左から３番目の格子間隔は狭い。そこで、変形後においても、上から２番目の図に示すように、左端の格子間隔に対して、左から２番目の格子間隔は広く、左から３番目の格子間隔は狭い。
その結果、式（６）によって算出する歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）は、グラフＧ２３に示すように、左端の歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）を基準として、範囲Ｒｘ１において歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）は実績値よりも小さい値となり、範囲Ｒｘ２において歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）は実績値よりも大きい値となり、範囲Ｒｘ３において歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）は実績値よりも小さい値となる。
このように、歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）が変動する原因は、範囲Ｒｘ１、範囲Ｒｘ２及び範囲Ｒｘ３において、変形前後で異なる格子間距離を比較しているためである。例えば、範囲Ｒｘ２では、変形前の黒塗り画像Ｑ３４と黒塗り画像Ｑ４４との間の格子間距離と、変形後の黒塗り画像Ｑ２４と黒塗り画像Ｑ３４との間の格子間距離とを比較しているためである。
そこで、図５の左図で示すように、変形前後で同じ画素で格子間隔を比較するのではなく、図５の右図で示すように、変形前後で同じ格子の座標を探して格子間隔を比較することで正しい歪みを得ることが可能である。この点について、図５の右図を参照して説明する。
図５の右図において、最上の図は、変形前の格子間隔の一例を示し、上から２番目の図は、変形後の格子間隔の一例を示す。また、上から３番目の図において、グラフＧ３１は、変形前の格子周期Ｐｂ（ｘ）の一例を示し、グラフＧ３２は、変形後の格子周期Ｐａ（ｘ）の一例を示す。また、最下の図において、グラフＧ３３は、変形前後で同じ格子の座標を探して格子間隔を比較した場合に式（６）によって算出される歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）の一例を示す。
図５の右図のグラフＧ３３に示すように、変形前後で同じ格子の座標を探して格子間隔を比較することで正しい歪みを得ることができる。変形前後で同じ格子の座標を探して格子間隔を比較する具体的な方法については、図６を参照して説明する。
図５の右図において、最上の図は、変形前の格子間隔の一例を示し、上から２番目の図は、変形後の格子間隔の一例を示す。また、上から３番目の図において、グラフＧ３１は、変形前の格子周期Ｐｂ（ｘ）の一例を示し、グラフＧ３２は、変形後の格子周期Ｐａ（ｘ）の一例を示す。また、最下の図において、グラフＧ３３は、変形前後で同じ格子の座標を探して格子間隔を比較した場合に式（６）によって算出される歪みＳｔｒａｉｎ（ｘ）の一例を示す。
図５の右図のグラフＧ３３に示すように、変形前後で同じ格子の座標を探して格子間隔を比較することで正しい歪みを得ることができる。変形前後で同じ格子の座標を探して格子間隔を比較する具体的な方法については、図６を参照して説明する。
図６は、アンラッピングされた位相Φ（ｘ）を用いて変数ｘを検索する方法の一例を示すグラフである。
図６の左図は、変形後の位相Φａ（ｘ）を示すグラフＧ４１を示す。図６の左図において、縦軸は、変形後の位相Φａ（ｘ）を示し、横軸は、変数ｘに対応する位置を示す。
図６の右図、変形前の位相Φｂ（ｘ）を示すグラフＧ４２を示す。図６の右図において、縦軸は、変形後の位相Φｂ（ｘ）を示し、横軸は、変数ｘに対応する位置を示す。変数ｘｒは、次の式（７）を満たす変数ｘを示す。
Φｂ（ｘｒ）＝Φａ（ｘ） （７）
すなわち、変数ｘｒは、変形後のアンラッピングされた位相Φａ（ｘ）と、変形前のアンラッピングされた位相Φｂ（ｘｒ）とが一致する変数ｘを示す。
図４を参照して説明したように、グラフＧ４１の傾きは、グラフＧ４２の傾きと比較して小さいため、変数ｘｒの値は、変数ｘの値より小さい。
以下の説明では、図５の左図を参照して説明した歪みの算出方法を「第１方法」と記載し、図５の右図及び図６を参照して説明した歪みの算出方法を「第２方法」と記載する。
図６の左図は、変形後の位相Φａ（ｘ）を示すグラフＧ４１を示す。図６の左図において、縦軸は、変形後の位相Φａ（ｘ）を示し、横軸は、変数ｘに対応する位置を示す。
図６の右図、変形前の位相Φｂ（ｘ）を示すグラフＧ４２を示す。図６の右図において、縦軸は、変形後の位相Φｂ（ｘ）を示し、横軸は、変数ｘに対応する位置を示す。変数ｘｒは、次の式（７）を満たす変数ｘを示す。
Φｂ（ｘｒ）＝Φａ（ｘ） （７）
すなわち、変数ｘｒは、変形後のアンラッピングされた位相Φａ（ｘ）と、変形前のアンラッピングされた位相Φｂ（ｘｒ）とが一致する変数ｘを示す。
図４を参照して説明したように、グラフＧ４１の傾きは、グラフＧ４２の傾きと比較して小さいため、変数ｘｒの値は、変数ｘの値より小さい。
以下の説明では、図５の左図を参照して説明した歪みの算出方法を「第１方法」と記載し、図５の右図及び図６を参照して説明した歪みの算出方法を「第２方法」と記載する。
［５．パターン画像に欠落領域がある場合の課題と解消策］
図７は、欠落領域ＨＬを含むパターン画像ＰＮ３の一例を示す図である。
図７に示すパターン画像ＰＮ３は、試験材料ＴＰにおけるパターンＰＴＮの一例を示す。すなわち、パターン画像ＰＮ３には、方形状の黒塗り画像Ｓｉｊ（ｉ＝１～ｎ，ｊ＝１～８）が左右方向及び上下方向に略等間隔で配置されている。
図７は、欠落領域ＨＬを含むパターン画像ＰＮ３の一例を示す図である。
図７に示すパターン画像ＰＮ３は、試験材料ＴＰにおけるパターンＰＴＮの一例を示す。すなわち、パターン画像ＰＮ３には、方形状の黒塗り画像Ｓｉｊ（ｉ＝１～ｎ，ｊ＝１～８）が左右方向及び上下方向に略等間隔で配置されている。
また、パターン画像ＰＮ３には、欠落領域ＨＬが形成されている。欠落領域ＨＬは、パターン画像ＰＮ３の一部が欠落した領域を示す。図７では、試験材料ＴＰに円形状の孔が形成されている場合について説明する。
図７に示す欠落領域ＨＬは、円形状に形成される。欠落領域ＨＬによって、４つの黒塗り画像Ｓｉｊ（ｉ＝５～６，ｊ＝４～５）が欠落している。ｘ軸上においては、黒塗り画像Ｓ５４と黒塗り画像Ｓ６４とが欠落している。
図７に示す欠落領域ＨＬは、円形状に形成される。欠落領域ＨＬによって、４つの黒塗り画像Ｓｉｊ（ｉ＝５～６，ｊ＝４～５）が欠落している。ｘ軸上においては、黒塗り画像Ｓ５４と黒塗り画像Ｓ６４とが欠落している。
本実施形態では、試験材料ＴＰに円形状の孔が形成されている場合について説明するが、本発明の実施形態はこれに限定されない。パターン画像ＰＮ３に欠落領域ＨＬが形成されていればよい。例えば、試験材料ＴＰへのパターンＰＴＮの転写の失敗、及びカメラ６の設定ミス等に起因して、パターン画像ＰＮ３に欠落領域ＨＬが形成されてもよい。
図８は、パターン画像ＰＮ３が欠落領域ＨＬを含む場合の課題の一例を示す図である。図８では、制御部８は、例えば、ｘ軸方向の変位量を算出する。変位量の基準点は、最も下端に位置する黒塗り画像Ｓ１４の中心である。すなわち、黒塗り画像Ｓｉ４（ｉ＝２～ｎ）と黒塗り画像Ｓ１４との間隔を、引張試験後の図略の黒塗り画像の間隔とを比較することによって、ｘ軸方向の変位量を算出する。図８では、第２方法によって、歪みを算出する場合について説明する。
図８の最上の図は、ｘ軸方向の輝度値Ｂの変化を正弦波近似したグラフである。横軸は、ｘ軸であり、縦軸は、輝度値Ｂである。欠落領域ＨＬでは、黒塗り画像Ｓ５４と黒塗り画像Ｓ６４とが欠落しているため、輝度値Ｂが、例えば試験材料ＴＰを構成する材料の色に対応する。そこで、欠落領域ＨＬでは、グラフＧ５１に示すように輝度値Ｂが不規則に変化している。その結果、欠落領域ＨＬでは、正弦波近似をすることができない。
図８の上から２番目の図は、グラフＧ５１の位相φを示すグラフである。横軸は、ｘ軸であり、縦軸は、位相φである。グラフＧ５２に示すように、位相φは、－πから＋πまでの間で変化する。また、欠落領域ＨＬでは、輝度値Ｂが不規則に変化しているため、位相φも、－πから＋πまでの間で変化しているが、鋸刃状のグラフにはなっていない。
図８の最も下側の図は、図８の上から２番目のグラフＧ５２に対して、位相接続を行った後のグラフを示す。横軸は、ｘ軸であり、縦軸は、位相Φである。グラフＧ５２では、位相φが＋πに到達した位置で位相φが－πにステップ状に減少するが、グラフＧ５３では、位相φのステップ状の変化をさせないように、位相φが＋πから－πに減少する度に、位相φを２×πだけ増加する。その結果，グラフＧ５３では、ｘ座標の増加に伴って位相Φが増加する。
ただし、グラフＧ５３において、欠落領域ＨＬでは、ｘ座標の増加に伴って位相Φが不規則に変化しながら増加している。図４を参照して説明したグラフＧ１３では、ｘ座標の増加に伴って位相Φが直線状に増加するのに対して、グラフＧ５３は、ｘ座標の増加に伴って位相Φが直線状には増加しない。そこで、「第２方法」では、試験材料ＴＰの表面の変位分布を算出することができないことになる。
この課題を解消するために、本実施形態では、制御部８は、図９を参照して説明するようにして表面の変位分布を算出する。
ただし、グラフＧ５３において、欠落領域ＨＬでは、ｘ座標の増加に伴って位相Φが不規則に変化しながら増加している。図４を参照して説明したグラフＧ１３では、ｘ座標の増加に伴って位相Φが直線状に増加するのに対して、グラフＧ５３は、ｘ座標の増加に伴って位相Φが直線状には増加しない。そこで、「第２方法」では、試験材料ＴＰの表面の変位分布を算出することができないことになる。
この課題を解消するために、本実施形態では、制御部８は、図９を参照して説明するようにして表面の変位分布を算出する。
図９は、パターン画像ＰＮ３が欠落領域ＨＬを含む場合の課題を解消するための変位分布の算出方法の一例を示す図である。図９を参照して説明する変位分布の算出方法を以下の説明において「第３方法」と記載する。
図９の左図は、フレーム毎の黒塗り画像Ｓｉ４（ｉ＝１～ｎ）の間隔の変化を示す。最上に示す黒塗り画像Ｓｉ４は、試験材料ＴＰが変形前の黒塗り画像Ｓｉ４の間隔、すなわち、フレーム番号ｔが「０」のフレームに対応するパターン画像ＰＮ（０）における黒塗り画像Ｓｉ４の間隔を示す。なお、フレーム番号ｔは、カメラ６によって所定時間ΔＴ毎に生成されるパターン画像ＰＮの順番を示す。フレーム番号ｔは、０～Ｔの範囲の値である。個数Ｔは、カメラ６によって生成されるパターン画像ＰＮの個数を示す。例えば、試験材料ＴＰの引張試験の試験時間が２秒間である場合には、個数Ｔは、６０個（＝３０×２）である。
図９の左図は、フレーム毎の黒塗り画像Ｓｉ４（ｉ＝１～ｎ）の間隔の変化を示す。最上に示す黒塗り画像Ｓｉ４は、試験材料ＴＰが変形前の黒塗り画像Ｓｉ４の間隔、すなわち、フレーム番号ｔが「０」のフレームに対応するパターン画像ＰＮ（０）における黒塗り画像Ｓｉ４の間隔を示す。なお、フレーム番号ｔは、カメラ６によって所定時間ΔＴ毎に生成されるパターン画像ＰＮの順番を示す。フレーム番号ｔは、０～Ｔの範囲の値である。個数Ｔは、カメラ６によって生成されるパターン画像ＰＮの個数を示す。例えば、試験材料ＴＰの引張試験の試験時間が２秒間である場合には、個数Ｔは、６０個（＝３０×２）である。
上から２番目に示す黒塗り画像Ｓｉ４は、（ｔ－１）番目のフレームに対応するパターン画像ＰＮ（ｔ－１）における黒塗り画像Ｓｉ４の間隔を示す。上から３番目に示す黒塗り画像Ｓｉ４は、ｔ番目のフレームに対応するパターン画像ＰＮ（ｔ）における黒塗り画像Ｓｉ４の間隔を示す。上から２番目に示す黒塗り画像Ｓｉ４と、上から３番目に示す黒塗り画像Ｓｉ４とは、試験材料ＴＰが変形中の黒塗り画像Ｓｉ４を示す。
最下に示す黒塗り画像Ｓｉ４は、試験材料ＴＰが変形後の黒塗り画像Ｓｉ４の間隔、すなわち、フレーム番号ｔが「Ｔ」のフレームに対応するパターン画像ＰＮ（Ｔ）における黒塗り画像Ｓｉ４の間隔を示す。
図９の左図に示すように、時間的に隣り合うフレームでは黒塗り画像Ｓｉ４の変位は小さいため、ラッピングされた位相φから変位を正しく計算することができる。
そこで、図９の右図に示すように、時間的に隣り合うフレームの変位Δｖ（ｘ）を積算していくことで変形前後の変位ΔＵ（ｘ）を得ることができる。
パターン画像ＰＮ（ｔ－１）は、「第１パターン画像」の一例に対応する。
パターン画像ＰＮ（ｔ）は、「第２パターン画像」の一例に対応する。
最下に示す黒塗り画像Ｓｉ４は、試験材料ＴＰが変形後の黒塗り画像Ｓｉ４の間隔、すなわち、フレーム番号ｔが「Ｔ」のフレームに対応するパターン画像ＰＮ（Ｔ）における黒塗り画像Ｓｉ４の間隔を示す。
図９の左図に示すように、時間的に隣り合うフレームでは黒塗り画像Ｓｉ４の変位は小さいため、ラッピングされた位相φから変位を正しく計算することができる。
そこで、図９の右図に示すように、時間的に隣り合うフレームの変位Δｖ（ｘ）を積算していくことで変形前後の変位ΔＵ（ｘ）を得ることができる。
パターン画像ＰＮ（ｔ－１）は、「第１パターン画像」の一例に対応する。
パターン画像ＰＮ（ｔ）は、「第２パターン画像」の一例に対応する。
図９の右図の上側のグラフＧ６１は、位相φｔ－１（ｘ）を示す。縦軸は、位相φｔ－１（ｘ）を示し、横軸は変数ｘを示す。位相φｔ－１（ｘ）は、（ｔ－１）番目のフレームにおける位相φを示す。
図９の右図の下側のグラフＧ６２は、位相φｔ（ｘ）を示す。縦軸は、位相φｔ（ｘ）を示し、横軸は変数ｘを示す。位相φｔ（ｘ）は、ｔ番目のフレームにおける位相φを示す。
（ｔ－１）番目のフレームとｔ番目のフレームとの間における変位Δｖ（ｘ）を図９に示している。
この方法では、対応点の探索にアンラッピングされた位相Φを用いる必要がないため、格子に欠陥があった場合にも、変位を正確に算出できる。
図９の右図の下側のグラフＧ６２は、位相φｔ（ｘ）を示す。縦軸は、位相φｔ（ｘ）を示し、横軸は変数ｘを示す。位相φｔ（ｘ）は、ｔ番目のフレームにおける位相φを示す。
（ｔ－１）番目のフレームとｔ番目のフレームとの間における変位Δｖ（ｘ）を図９に示している。
この方法では、対応点の探索にアンラッピングされた位相Φを用いる必要がないため、格子に欠陥があった場合にも、変位を正確に算出できる。
本実施形態では、カメラ６によって生成されるフレーム毎の変位を算出するが、本発明の実施形態はこれに限定されない。変位Δｖ（ｘ）が格子間隔以下であればよい。例えば、１／１５秒毎のパターン画像ＰＮに基づいて変位Δｖ（ｘ）を算出してもよい。
［６．制御部の機能的な構成と制御部の処理］
［６－１．制御部の機能的な構成］
図１０は、本実施形態に係る制御部８の機能的な構成の一例を示す図である。制御部８は、図９を参照して説明した第３方法によって、歪みを示すε（ｘ）を算出する。
図１０に示すように、制御部８は、撮像制御部８１１と、変換実行部８１２と、周期算出部８１３と、変位算出部８１４と、変位積算部８１５と、歪み算出部８１６と、撮像画像記憶部８２１とを備える。
具体的には、制御部８のプロセッサ８Ａが、メモリデバイス８Ｂ又はストレージ装置８Ｃに記憶された制御プログラムを実行することによって、撮像制御部８１１、変換実行部８１２、周期算出部８１３、変位算出部８１４、変位積算部８１５、及び、歪み算出部８１６として機能する。
また、制御部８のプロセッサ８Ａが、メモリデバイス８Ｂ又はストレージ装置８Ｃに記憶された制御プログラムを実行することによって、メモリデバイス８Ｂ又はストレージ装置８Ｃを、撮像画像記憶部８２１として機能させる。
［６－１．制御部の機能的な構成］
図１０は、本実施形態に係る制御部８の機能的な構成の一例を示す図である。制御部８は、図９を参照して説明した第３方法によって、歪みを示すε（ｘ）を算出する。
図１０に示すように、制御部８は、撮像制御部８１１と、変換実行部８１２と、周期算出部８１３と、変位算出部８１４と、変位積算部８１５と、歪み算出部８１６と、撮像画像記憶部８２１とを備える。
具体的には、制御部８のプロセッサ８Ａが、メモリデバイス８Ｂ又はストレージ装置８Ｃに記憶された制御プログラムを実行することによって、撮像制御部８１１、変換実行部８１２、周期算出部８１３、変位算出部８１４、変位積算部８１５、及び、歪み算出部８１６として機能する。
また、制御部８のプロセッサ８Ａが、メモリデバイス８Ｂ又はストレージ装置８Ｃに記憶された制御プログラムを実行することによって、メモリデバイス８Ｂ又はストレージ装置８Ｃを、撮像画像記憶部８２１として機能させる。
撮像画像記憶部８２１は、カメラ６が生成したパターン画像ＰＮを示す画像情報を記憶する。カメラ６のフレームレートが３０ｆｐｓであり、試験材料ＴＰの引張試験の試験時間が２秒間である場合には、６０個のパターン画像ＰＮの各々に対応する画像情報が撮像画像記憶部８２１に記憶される。
撮像制御部８１１は、試験材料ＴＰに形成されたパターンＰＴＮをカメラ６に撮像させて、パターンＰＴＮの画像を示すパターン画像ＰＮを生成させる。具体的には、撮像制御部８１１は、制御回路ユニット５０からの指示に従って、パターン画像ＰＮを生成する。
また、撮像制御部８１１は、所定時間ΔＴ毎にパターン画像ＰＮを生成する。所定時間ΔＴは、例えば、１／３０秒である。具体的には、引張試験機１が引張試験の実行を開始してから、引張試験の実行を終了するまでの間において、撮像制御部８１１は、所定時間ΔＴ毎にパターン画像ＰＮを生成する。
撮像制御部８１１は、「撮像部」の一部に対応する。すなわち、カメラ６及び撮像制御部８１１は、「撮像部」の一例を構成する。
また、撮像制御部８１１は、所定時間ΔＴ毎にパターン画像ＰＮを生成する。所定時間ΔＴは、例えば、１／３０秒である。具体的には、引張試験機１が引張試験の実行を開始してから、引張試験の実行を終了するまでの間において、撮像制御部８１１は、所定時間ΔＴ毎にパターン画像ＰＮを生成する。
撮像制御部８１１は、「撮像部」の一部に対応する。すなわち、カメラ６及び撮像制御部８１１は、「撮像部」の一例を構成する。
変換実行部８１２は、撮像制御部８１１によって生成された各パターン画像ＰＮにおいて、図７に示すｘ軸方向に沿って配列された１行の画素群毎に、各画素の輝度値Ｂに対して、図４を参照して説明した式（２）に示す窓関数フーリエ変換を実行する。ｘ軸方向は、試験材料ＴＰの長辺方向と平行な方向を示す。
また、変換実行部８１２は、図４を参照して説明した式（３）に示す窓関数ｗ（ｘ）を１画素ずつｘ軸方向に移動させながら、式（２）に示す窓関数フーリエ変換を実行する。
また、変換実行部８１２は、ｘ軸方向と直交する方向に１画素ずつ移動させて、ｘ軸方向に沿って配列された１行の画素群毎に、各画素の輝度値Ｂに対して、式（２）に示す窓関数フーリエ変換を実行する。
また、変換実行部８１２は、図４を参照して説明した式（３）に示す窓関数ｗ（ｘ）を１画素ずつｘ軸方向に移動させながら、式（２）に示す窓関数フーリエ変換を実行する。
また、変換実行部８１２は、ｘ軸方向と直交する方向に１画素ずつ移動させて、ｘ軸方向に沿って配列された１行の画素群毎に、各画素の輝度値Ｂに対して、式（２）に示す窓関数フーリエ変換を実行する。
周期算出部８１３は、変換実行部８１２による窓関数フーリエ変換の結果に基づいて、格子周期Ｐ（ｘ）を次の式（８）によって算出する。
式（８）では、位相φ（ｘ）を変数ｘについて微分することによって格子周期Ｐ（ｘ）を算出する。図４を参照して説明した上記式（５）では、位相Φ（ｘ）を変数ｘについて微分するのに対して、式（８）では、位相φ（ｘ）を変数ｘについて微分するため、位相Φを算出する必要がない。
変位算出部８１４は、時間的に隣り合うフレームの変位Δｖ（ｘ）を算出する。具体的には、変位算出部８１４は、（ｔ－１）番目のフレームに対応するパターン画像ＰＮ（ｔ－１）とｔ番目のフレームに対応するパターン画像ＰＮ（ｔ）との間の変位Δｖ（ｘ）を、次の式（９）によって算出する。
なお、位相差Δφ（ｘ）は、次の式（１０）によって算出される。
なお、位相φｔ－１（ｘ）は、（ｔ－１）番目のフレームに対応するパターン画像ＰＮ（ｔ－１）における位相φ（ｘ）を示し、位相φｔ（ｘ）は、ｔ番目のフレームに対応するパターン画像ＰＮ（ｔ）における位相φ（ｘ）を示す。位相φ（ｘ）は、変換実行部８１２による窓関数フーリエ変換によって得られる。
変換実行部８１２、周期算出部８１３、及び変位算出部８１４は、「第１算出部」の一例に対応する。
変換実行部８１２、周期算出部８１３、及び変位算出部８１４は、「第１算出部」の一例に対応する。
変位積算部８１５は、変位算出部８１４によって算出された変位Δｖ（ｘ）を積算することによって、変形前後の変位ΔＵ（ｘ）を算出する。
変位積算部８１５は、「第２算出部」の一例に対応する。
変位積算部８１５は、「第２算出部」の一例に対応する。
歪み算出部８１６は、変形前後の歪みε（ｘ）を次の式（１１）によって算出する。
なお、変数ｘｒは、次の式（１２）によって求められる。
すなわち、変数ｘｒは、変形後の変数ｘに対応する変形前のｘ座標を示す。
図１１は、本施形態に係る制御部８の処理の一例を示す疑似コード図である。
なお、関数ｐｈａｓｅＣａｌｃ（Ｓ（ｘ））は、図４を参照して説明した式（２）によって位相φ（ｘ）を算出する。すなわち、関数ｐｈａｓｅＣａｌｃ（Ｓ（ｘ））は、窓関数フーリエ変換を実行することによって位相φ（ｘ）を算出することを示す。
また、関数ｐｉｔｃｈＣａｌｃ（φ（ｘ））は、図１０を参照して説明した式（８）によって格子周期Ｐ（ｘ）を算出する。
なお、関数ｐｈａｓｅＣａｌｃ（Ｓ（ｘ））は、図４を参照して説明した式（２）によって位相φ（ｘ）を算出する。すなわち、関数ｐｈａｓｅＣａｌｃ（Ｓ（ｘ））は、窓関数フーリエ変換を実行することによって位相φ（ｘ）を算出することを示す。
また、関数ｐｉｔｃｈＣａｌｃ（φ（ｘ））は、図１０を参照して説明した式（８）によって格子周期Ｐ（ｘ）を算出する。
［６－１．制御部の処理］
図１２は、本施形態に係る制御部８の処理の一例を示すフローチャートである。
なお、図１２では、撮像制御部８１１がカメラ６に生成させたパターン画像ＰＮを示す画像情報が、予め撮像画像記憶部８２１に記憶されている場合について説明する。
まず、ステップＳ１０１において、制御部８は、フレーム番号ｔを「１」に設定する。
次に、ステップＳ１０３において、制御部８は、前フレームのパターン画像ＰＮを撮像画像記憶部８２１から読み出すことによって取得する。前フレームのパターン画像ＰＮとは、（ｔ－１）番目のフレームのパターン画像ＰＮ（ｔ－１）を示す。
次に、ステップＳ１０５において、変換実行部８１２は、前フレームのパターン画像ＰＮ（ｔ－１）に対して窓関数フーリエ変換を実行し、位相φｔ－１（ｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１０７において、周期算出部８１３は、変換実行部８１２による窓関数フーリエ変換の結果に基づいて、格子周期Ｐｔ－１（ｘ）を算出する。
図１２は、本施形態に係る制御部８の処理の一例を示すフローチャートである。
なお、図１２では、撮像制御部８１１がカメラ６に生成させたパターン画像ＰＮを示す画像情報が、予め撮像画像記憶部８２１に記憶されている場合について説明する。
まず、ステップＳ１０１において、制御部８は、フレーム番号ｔを「１」に設定する。
次に、ステップＳ１０３において、制御部８は、前フレームのパターン画像ＰＮを撮像画像記憶部８２１から読み出すことによって取得する。前フレームのパターン画像ＰＮとは、（ｔ－１）番目のフレームのパターン画像ＰＮ（ｔ－１）を示す。
次に、ステップＳ１０５において、変換実行部８１２は、前フレームのパターン画像ＰＮ（ｔ－１）に対して窓関数フーリエ変換を実行し、位相φｔ－１（ｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１０７において、周期算出部８１３は、変換実行部８１２による窓関数フーリエ変換の結果に基づいて、格子周期Ｐｔ－１（ｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１０９において、制御部８は、後フレームのパターン画像ＰＮを撮像画像記憶部８２１から読み出すことによって取得する。後フレームのパターン画像ＰＮとは、（ｔ）番目のフレームのパターン画像ＰＮ（ｔ）を示す。
次に、ステップＳ１１１において、変換実行部８１２は、後フレームのパターン画像ＰＮ（ｔ）に対して窓関数フーリエ変換を実行し、位相φｔ（ｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１１３において、周期算出部８１３は、変換実行部８１２による窓関数フーリエ変換の結果に基づいて、格子周期Ｐｔ（ｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１１１において、変換実行部８１２は、後フレームのパターン画像ＰＮ（ｔ）に対して窓関数フーリエ変換を実行し、位相φｔ（ｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１１３において、周期算出部８１３は、変換実行部８１２による窓関数フーリエ変換の結果に基づいて、格子周期Ｐｔ（ｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１１５において、変位算出部８１４は、図１０を参照して説明した式（１０）によって位相差Δφ（ｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１１７において、変位算出部８１４は、図１０を参照して説明した式（８）によって変位Δｖ（ｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１１９において、変位積算部８１５は、次の式（１３）によって、変位Δｖ（ｘ）を積算して変位ΔＵ（ｘ）を算出する。
ΔＵ（ｘ）＝ΔＵ（ｘ－Δｖ（ｘ））＋Δｖ（ｘ） （１３）
次に、ステップＳ１２１において、制御部８は、フレーム番号ｔが最大のフレーム番号ＴＡであるか否かを判定する。フレーム番号ＴＡは、例えば６０である。
次に、ステップＳ１１７において、変位算出部８１４は、図１０を参照して説明した式（８）によって変位Δｖ（ｘ）を算出する。
次に、ステップＳ１１９において、変位積算部８１５は、次の式（１３）によって、変位Δｖ（ｘ）を積算して変位ΔＵ（ｘ）を算出する。
ΔＵ（ｘ）＝ΔＵ（ｘ－Δｖ（ｘ））＋Δｖ（ｘ） （１３）
次に、ステップＳ１２１において、制御部８は、フレーム番号ｔが最大のフレーム番号ＴＡであるか否かを判定する。フレーム番号ＴＡは、例えば６０である。
フレーム番号ｔが最大のフレーム番号ＴＡではないと制御部８が判定した場合（ステップＳ１２１；ＮＯ）には、処理がステップＳ１２３に進む。
そして、ステップＳ１２３において、制御部８は、フレーム番号ｔを「１」だけインクリメントする。その後、処理がステップＳ１０３に戻される。
フレーム番号ｔが最大フレーム番号ＴＡであると制御部８が判定した場合（ステップＳ１２１；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１２５に進む。
そして、ステップＳ１２５において、歪み算出部８１６は、変形前後の歪みε（ｘ）を、図１０を参照して説明した式（１１）によって算出する。その後、処理が終了する。
そして、ステップＳ１２３において、制御部８は、フレーム番号ｔを「１」だけインクリメントする。その後、処理がステップＳ１０３に戻される。
フレーム番号ｔが最大フレーム番号ＴＡであると制御部８が判定した場合（ステップＳ１２１；ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１２５に進む。
そして、ステップＳ１２５において、歪み算出部８１６は、変形前後の歪みε（ｘ）を、図１０を参照して説明した式（１１）によって算出する。その後、処理が終了する。
ステップＳ１１７が、「第１算出ステップ」の一例に対応する。ステップＳ１１９が、「第２算出ステップ」の一例に対応する。
［７．シミュレーションについて］
次に、図１３及び図１４を参照して、本発明に係る試験材料ＴＰの表面の変位分布の算出方法である第３方法の効果を検証するシミュレーションについて説明する。
次に、図１３及び図１４を参照して、本発明に係る試験材料ＴＰの表面の変位分布の算出方法である第３方法の効果を検証するシミュレーションについて説明する。
［７－１．シミュレーション方法について］
まず、シミュレーション方法について説明する。
個数Ｎは、１０個とした。ただし、個数Ｎは、１周期に対応する画素数を示す。シミュレーション点数、すなわち、ｘ軸上の画素数は「４０００」とした。ランチョス法（Ｌａｎｃｚｏｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて、格子模様全体を１．０２倍に拡大することで、引張試験機１で試験材料ＴＰに対して伸び２％の均一な歪みを与えた場合をシミュレートした。なお、拡大処理は１００回に分けて実行した。すなわち、パターン画像ＰＮの個数は、１０１個とした。
まず、シミュレーション方法について説明する。
個数Ｎは、１０個とした。ただし、個数Ｎは、１周期に対応する画素数を示す。シミュレーション点数、すなわち、ｘ軸上の画素数は「４０００」とした。ランチョス法（Ｌａｎｃｚｏｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて、格子模様全体を１．０２倍に拡大することで、引張試験機１で試験材料ＴＰに対して伸び２％の均一な歪みを与えた場合をシミュレートした。なお、拡大処理は１００回に分けて実行した。すなわち、パターン画像ＰＮの個数は、１０１個とした。
図１３は、格子間隔、及び歪み算出結果の一例を示すグラフである。
図１３の上図は、格子周期の変化を示すグラフである。横軸は、変数ｘに対応する位置を示す画素番号であり、縦軸は格子周期Ｐを示す。
格子周期Ｐを不均一にするために、格子模様の周期を、平均１０．５画素で標準偏差０．５％として、図１３のグラフＧ７に示すようにランダムに変化させた。
また、欠落領域ＨＬを含ませるために、４００画素にわたって格子模様がない領域を設定した。具体的には、グラフＧ７に示すように、４０００画素のうちの１８０１番目の画素から２２００番目の画素の輝度値を「０」にした。
図１３の上図は、格子周期の変化を示すグラフである。横軸は、変数ｘに対応する位置を示す画素番号であり、縦軸は格子周期Ｐを示す。
格子周期Ｐを不均一にするために、格子模様の周期を、平均１０．５画素で標準偏差０．５％として、図１３のグラフＧ７に示すようにランダムに変化させた。
また、欠落領域ＨＬを含ませるために、４００画素にわたって格子模様がない領域を設定した。具体的には、グラフＧ７に示すように、４０００画素のうちの１８０１番目の画素から２２００番目の画素の輝度値を「０」にした。
［７－２．シミュレーション結果について］
図１３の下図、及び図１４に、シミュレーション結果の一例を示す。
図１３の下図、図１４の上図、及び図１４の下図の横軸は、変数ｘに対応する位置を示す画素番号であり、縦軸は歪みε（％）を示す。図１３の下図のグラフＧ８１は、第１方法によるシミュレーション結果を示し、図１４の上図のグラフＧ８２は、第２方法によるシミュレーション結果を示し、図１４の下図のグラフＧ８３は、第３方法によるシミュレーション結果を示す。
図１３の下図、及び図１４に、シミュレーション結果の一例を示す。
図１３の下図、図１４の上図、及び図１４の下図の横軸は、変数ｘに対応する位置を示す画素番号であり、縦軸は歪みε（％）を示す。図１３の下図のグラフＧ８１は、第１方法によるシミュレーション結果を示し、図１４の上図のグラフＧ８２は、第２方法によるシミュレーション結果を示し、図１４の下図のグラフＧ８３は、第３方法によるシミュレーション結果を示す。
第１方法では、図５の左図を参照して説明したように格子周期Ｐが不均一であることに起因する誤差が発生するため、図１３の下図のグラフＧ８１に示すように、欠落領域ＨＬの前の画素においても、歪みεが１．０％～３．３％の範囲で大きく変動した。
第２方法では、図５の右図を参照して説明したように格子周期Ｐが不均一であることに起因する誤差が解消されるが、図８を参照して説明したように、欠落領域ＨＬの後の画素では、試験材料ＴＰの表面の変位分布を算出することができない。そこで、図１４の上図のグラフＧ８２に示すように、欠落領域ＨＬの前の画素では、歪みεを正確に算出できたが、欠落領域ＨＬの後の画素では、歪みεが１．０％～３．０％の範囲で大きく変動した。
第３方法では、図１４の下図のグラフＧ８３に示すように、欠落領域ＨＬの前の画素、及び、欠落領域ＨＬの後の画素において、歪みεを１．７％～２．２％の範囲で正確に算出できた。
［６．態様と効果］
上述した実施形態及び変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上述した実施形態及び変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
（第１項）
一態様に関わる変位分布計測装置は、機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測装置であって、前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像部と、第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出部と、前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出部と、を備える。
一態様に関わる変位分布計測装置は、機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測装置であって、前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像部と、第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出部と、前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出部と、を備える。
第１項に記載の変位分布計測装置によれば、第１パターン画像と、第１パターン画像の所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を算出し、所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の試験材料の変位分布を算出する。
したがって、パターン画像の一部が欠落した場合であっても、所定時間を適正に設定することによって、物体の表面の変位分布を算出することが可能になる。例えば、パターンが格子状のパターンであって、所定時間毎の格子の間隔の変化量が格子の間隔以下である場合には、物体の表面の変位分布を算出できる。
したがって、パターン画像の一部が欠落した場合であっても、所定時間を適正に設定することによって、物体の表面の変位分布を算出することが可能になる。例えば、パターンが格子状のパターンであって、所定時間毎の格子の間隔の変化量が格子の間隔以下である場合には、物体の表面の変位分布を算出できる。
（第２項）
第１項に記載の変位分布計測装置において、前記パターンは、格子状のパターンを示し、前記第1算出部は、前記所定時間毎に前記格子の間隔の変化量を算出することによって、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出し、前記所定時間毎の前記格子の間隔の変化量が、前記格子の間隔以下になるように前記所定時間が設定される。
第１項に記載の変位分布計測装置において、前記パターンは、格子状のパターンを示し、前記第1算出部は、前記所定時間毎に前記格子の間隔の変化量を算出することによって、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出し、前記所定時間毎の前記格子の間隔の変化量が、前記格子の間隔以下になるように前記所定時間が設定される。
第２項に記載の変位分布計測装置によれば、第1算出部は、所定時間毎に格子の間隔の変化量を算出することによって、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を算出し、所定時間毎の格子の間隔の変化量が、格子の間隔以下になるように所定時間が設定される。
よって、所定時間毎の格子の間隔の変化量が、格子の間隔以下になるように所定時間が設定されるため、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を正確に算出できる。したがって、試験材料の表面の変形前後の変位分布を正確に算出できる。
よって、所定時間毎の格子の間隔の変化量が、格子の間隔以下になるように所定時間が設定されるため、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を正確に算出できる。したがって、試験材料の表面の変形前後の変位分布を正確に算出できる。
（第３項）
第２項に記載の変位分布計測装置において、前記格子状のパターンは、所定方向と平行な軸に沿って配列され、前記第1算出部は、前記格子状のパターンを前記所定方向と平行な軸に沿った輝度値の正弦波と見做して、窓関数フーリエ変換によって前記正弦波の位相を算出し、前記正弦波の位相に基づいて、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する。
第２項に記載の変位分布計測装置において、前記格子状のパターンは、所定方向と平行な軸に沿って配列され、前記第1算出部は、前記格子状のパターンを前記所定方向と平行な軸に沿った輝度値の正弦波と見做して、窓関数フーリエ変換によって前記正弦波の位相を算出し、前記正弦波の位相に基づいて、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する。
第３項に記載の変位分布計測装置によれば、格子状のパターンを所定方向と平行な軸に沿った輝度値の正弦波と見做して、窓関数フーリエ変換によって正弦波の位相を算出し、正弦波の位相に基づいて、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を算出するため、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を簡素な構成で正確に算出できる。また、格子状のパターンは、所定方向と平行な軸に沿って配列されるため、所定方向を適正に設定することによって、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を更に正確に算出できる。したがって、試験材料の表面の変形前後の変位分布を正確に算出できる。
（第４項）
第３項に記載の変位分布計測装置において、前記窓関数フーリエ変換における窓関数の区間は、前記格子の間隔の２倍以上、前記格子の間隔の６倍以下の範囲に設定される。
第３項に記載の変位分布計測装置において、前記窓関数フーリエ変換における窓関数の区間は、前記格子の間隔の２倍以上、前記格子の間隔の６倍以下の範囲に設定される。
第４項に記載の変位分布計測装置によれば、窓関数フーリエ変換における窓関数の区間は、格子の間隔の２倍以上、格子の間隔の６倍以下の範囲に設定されるため、窓関数フーリエ変換の計算量を低減すると共に、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を正確に算出できる。したがって、試験材料の表面の変形前後の変位分布を正確に算出できる。
（第５項）
第３項又は第４項に記載の変位分布計測装置において、前記試験材料は矩形状に形成され、前記所定方向は、前記試験材料の長辺方向又は短辺方向を示す。
第３項又は第４項に記載の変位分布計測装置において、前記試験材料は矩形状に形成され、前記所定方向は、前記試験材料の長辺方向又は短辺方向を示す。
第５項に記載の変位分布計測装置によれば、所定方向は、試験材料の長辺方向又は短辺方向を示すため、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を正確に算出できる。例えば、機械試験機が長辺方向に沿って引っ張る引張試験を行う場合には、所定方向を試験材料の長辺方向とすることによって、試験材料の表面の所定時間毎の変位分布を正確に算出できる。したがって、試験材料の表面の変形前後の変位分布を正確に算出できる。
（第６項）
第１項から第５項のいずれか１項に記載の変位分布計測装置において、前記パターン画像が前記パターン画像の一部が欠落した欠落領域を含む。
第１項から第５項のいずれか１項に記載の変位分布計測装置において、前記パターン画像が前記パターン画像の一部が欠落した欠落領域を含む。
第６項に記載の変位分布計測装置によれば、パターン画像の一部が欠落した欠落領域をパターン画像が含む場合にも、試験材料の表面の変形前後の変位分布を正確に算出できる。
（第７項）
第６項に記載の変位分布計測装置において、前記機械試験機は、引張試験機であって、前記試験材料には、前記欠落領域として円形状の孔が形成される。
第６項に記載の変位分布計測装置において、前記機械試験機は、引張試験機であって、前記試験材料には、前記欠落領域として円形状の孔が形成される。
第７項に記載の変位分布計測装置によれば、械試験機は引張試験機であって、試験材料には欠落領域として円形状の孔が形成されるため、円形状の孔が形成された試験材料の引張試験を実行する場合に、試験材料の表面の変形前後の変位分布を正確に算出できる。
（第８項）
第１項から第７項のいずれか１項に記載の変位分布計測装置において、変形前後の前記試験材料の変位分布に基づき、前記試験材料の歪み分布を算出する歪み算出部を備える。
第１項から第７項のいずれか１項に記載の変位分布計測装置において、変形前後の前記試験材料の変位分布に基づき、前記試験材料の歪み分布を算出する歪み算出部を備える。
第８項に記載の変位分布計測装置によれば、変形前後の前記試験材料の変位分布に基づき、前記試験材料の歪み分布を算出するため、試験材料の歪み分布を算出できる。
（第９項）
一態様に関わる変位分布計測方法は、機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測方法であって、前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像ステップと、第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出ステップと、前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出ステップと、を含む。
一態様に関わる変位分布計測方法は、機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測方法であって、前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像ステップと、第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出ステップと、前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出ステップと、を含む。
第９項に記載の変位形状検出方法によれば、第１項に記載の変位分布計測装置と同様の効果を奏する。
（第１０項）
一態様に関わる変位分布計測装置の制御プログラムは、カメラ及びコンピュータを備え、機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測装置の制御プログラムであって、前記コンピュータを、前記カメラによって前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像部、第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出部、及び、前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出部、として機能させる。
一態様に関わる変位分布計測装置の制御プログラムは、カメラ及びコンピュータを備え、機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測装置の制御プログラムであって、前記コンピュータを、前記カメラによって前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像部、第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出部、及び、前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出部、として機能させる。
第１０項に記載の変位分布計測装置の制御プログラムによれば、第１項に記載の変位分布計測装置と同様の効果を奏する。
［７．その他の実施形態］
なお、本実施形態に係る変位分布計測装置２００は、あくまでも本発明に係る変位分布計測装置の態様の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形および応用が可能である。
例えば、本実施形態では、材料試験機が引張試験機１である場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。材料試験機が試験材料ＴＰに試験力を付与し、試験材料ＴＰを変形させて材料試験を行えばよい。例えば、材料試験機が、圧縮試験機、曲げ試験機、又はねじり試験機でもよい。
なお、本実施形態に係る変位分布計測装置２００は、あくまでも本発明に係る変位分布計測装置の態様の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形および応用が可能である。
例えば、本実施形態では、材料試験機が引張試験機１である場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。材料試験機が試験材料ＴＰに試験力を付与し、試験材料ＴＰを変形させて材料試験を行えばよい。例えば、材料試験機が、圧縮試験機、曲げ試験機、又はねじり試験機でもよい。
また、本実施形態では、試験材料ＴＰに円形状の孔が形成されている場合について説明するが、本発明の実施形態はこれに限定されない。パターン画像ＰＮ３に、パターン画像ＰＮ３の一部が欠落した欠落領域が形成されていればよい。例えば、試験材料ＴＰへのパターンＰＴＮの転写の失敗、及びカメラ６の設定ミス等に起因して、パターン画像ＰＮ３に欠落領域が形成されてもよい。
また、本実施形態では、窓関数フーリエ変換によって位相φ（ｘ）を求めるが、本発明の実施形態はこれに限定されない。例えば、ウェーブレット解析法、及びサンプリングモアレ法等によって位相φ（ｘ）を求めてもよい。
また、本実施形態では、窓関数ｗ（ｘ）がガウシアン関数であるが、本発明の実施形態はこれに限定されない。窓関数ｗ（ｘ）として、例えば、三角波関数、ｃｕｂｉｃ関数等を用いてもよい。
また、本実施形態では、制御部８が、撮像制御部８１１、変換実行部８１２、周期算出部８１３、変位算出部８１４、変位積算部８１５、歪み算出部８１６、及び、撮像画像記憶部８２１として機能する場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。制御回路ユニット５０が、撮像制御部８１１、変換実行部８１２、周期算出部８１３、変位算出部８１４、変位積算部８１５、歪み算出部８１６、及び、撮像画像記憶部８２１のうちの少なくとも１つとして機能してもよい。例えば、制御回路ユニット５０が、撮像制御部８１１、変換実行部８１２、周期算出部８１３、変位算出部８１４、変位積算部８１５、歪み算出部８１６、及び、撮像画像記憶部８２１として機能してもよい。
また、図１０に示した各機能部は機能的構成を示すものであって、具体的な実装形態は特に制限されない。つまり、必ずしも各機能部に個別に対応するハードウェアが実装される必要はなく、一つのプロセッサがプログラムを実行することで複数の機能部の機能を実現する構成とすることも勿論可能である。また、上記実施形態においてソフトウェアで実現される機能の一部をハードウェアで実現してもよく、或いは、ハードウェアで実現される機能の一部をソフトウェアで実現してもよい。
また、図１２に示すフローチャートの処理単位は、制御部８の処理を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。図１２のフローチャートに示す処理単位の分割の仕方や名称によって制限されることはなく、処理内容に応じて、さらに多くの処理単位に分割することもできるし、１つの処理単位がさらに多くの処理を含むように分割することもできる。また、上記のフローチャートの処理順序も、図示した例に限られるものではない。
また、変位分布計測装置２００の制御方法は、制御部８が備えるプロセッサ８Ａに、変位分布計測装置２００の制御方法に対応した制御プログラムを実行させることで実現できる。また、この制御プログラムは、コンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体に記録しておくことも可能である。記録媒体としては、磁気的、光学的記録媒体又は半導体メモリデバイスを用いることができる。具体的には、フレキシブルディスク、ＨＤＤ、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ、光磁気ディスク、フラッシュメモリ、カード型記録媒体等の可搬型、或いは固定式の記録媒体が挙げられる。また、記録媒体は、画像処理装置が備える内部記憶装置であるＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等の不揮発性記憶装置であってもよい。また、変位分布計測装置２００の制御方法に対応した制御プログラムをサーバー装置等に記憶させておき、サーバー装置から制御部８に、制御プログラムをダウンロードすることで変位分布計測装置２００の制御方法を実現することもできる。
１ 引張試験機（材料試験機）
２ 引張試験機本体
４ 制御ユニット
６ カメラ（撮像部の一部）
８ 制御部
１０ クロスヘッド
１２ 負荷機構
１４ ロードセル
１５ サーボモータ
２０ ロータリエンコーダ
２１ 上つかみ具
２２ 下つかみ具
２６ テーブル
２８、２９ ねじ棹
３０ 統括制御装置
３２ 表示装置
３４ 試験プログラム実行装置
４０ 信号入出力ユニット
４２ センサアンプ
４３ カウンタ回路
４４ サーボアンプ
５０ 制御回路ユニット
２００ 変位分布計測装置
８Ａ プロセッサ
８Ｂ メモリデバイス
８Ｃ ストレージ装置
８Ｄ 通信装置
８１１ 撮像制御部（撮像部の一部）
８１２ 変換実行部（第１算出部の一部）
８１３ 周期算出部（第１算出部の一部）
８１４ 変位算出部（第１算出部の一部）
８１５ 変位積算部（第２算出部）
８１６ 歪み算出部
８２１ 撮像画像記憶部
Ｂ 輝度値
ＨＬ 欠落領域
Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ 格子周期
ＰＮ、ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３ パターン画像
ＰＴＮ パターン
Ｑｉｊ、Ｒｉｊ、Ｓｉｊ 黒塗り画像
ＴＰ 試験材料
ＴＰ１ 特定面
ｘ 変数
φ、Φ 位相
ε 歪み
２ 引張試験機本体
４ 制御ユニット
６ カメラ（撮像部の一部）
８ 制御部
１０ クロスヘッド
１２ 負荷機構
１４ ロードセル
１５ サーボモータ
２０ ロータリエンコーダ
２１ 上つかみ具
２２ 下つかみ具
２６ テーブル
２８、２９ ねじ棹
３０ 統括制御装置
３２ 表示装置
３４ 試験プログラム実行装置
４０ 信号入出力ユニット
４２ センサアンプ
４３ カウンタ回路
４４ サーボアンプ
５０ 制御回路ユニット
２００ 変位分布計測装置
８Ａ プロセッサ
８Ｂ メモリデバイス
８Ｃ ストレージ装置
８Ｄ 通信装置
８１１ 撮像制御部（撮像部の一部）
８１２ 変換実行部（第１算出部の一部）
８１３ 周期算出部（第１算出部の一部）
８１４ 変位算出部（第１算出部の一部）
８１５ 変位積算部（第２算出部）
８１６ 歪み算出部
８２１ 撮像画像記憶部
Ｂ 輝度値
ＨＬ 欠落領域
Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ 格子周期
ＰＮ、ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３ パターン画像
ＰＴＮ パターン
Ｑｉｊ、Ｒｉｊ、Ｓｉｊ 黒塗り画像
ＴＰ 試験材料
ＴＰ１ 特定面
ｘ 変数
φ、Φ 位相
ε 歪み
Claims (9)
- 機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測装置であって、
前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像部と、
第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出部と、
前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出部と、
を備え、
前記パターンは、格子状のパターンを示し、
前記第１算出部は、前記所定時間毎に前記格子の間隔の変化量を算出することによって、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出し、
前記所定時間毎の前記格子の間隔の変化量が、前記格子の間隔以下になるように前記所定時間が設定される、変位分布計測装置。 - 前記格子状のパターンは、所定方向と平行な軸に沿って配列され、
前記第１算出部は、前記格子状のパターンを前記所定方向と平行な軸に沿った輝度値の正弦波と見做して、窓関数フーリエ変換によって前記正弦波の位相を算出し、前記正弦波の位相に基づいて、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する、請求項１に記載の変位分布計測装置。 - 前記窓関数フーリエ変換における窓関数の区間は、前記格子の間隔の２倍以上、前記格子の間隔の６倍以下の範囲に設定される、請求項２に記載の変位分布計測装置。
- 前記試験材料は矩形状に形成され、
前記所定方向は、前記試験材料の長辺方向又は短辺方向を示す、請求項２又は請求項３に記載の変位分布計測装置。 - 前記パターン画像が前記パターン画像の一部が欠落した欠落領域を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の変位分布計測装置。
- 前記機械試験機は、引張試験機であって、前記試験材料には、前記欠落領域として円形状の孔が形成される、請求項５に記載の変位分布計測装置。
- 変形前後の前記試験材料の変位分布に基づき、前記試験材料の歪み分布を算出する歪み算出部を備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の変位分布計測装置。
- 機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測方法であって、
前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像ステップと、
第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出ステップと、
前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出ステップと、
を含み、
前記パターンは、格子状のパターンを示し、
前記第１算出ステップでは、前記所定時間毎に前記格子の間隔の変化量を算出することによって、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出し、
前記所定時間毎の前記格子の間隔の変化量が、前記格子の間隔以下になるように前記所定時間が設定される、変位分布計測方法。 - カメラ及びコンピュータを備え、機械試験機によって変形される試験材料の表面に形成されたパターンの画像に基いて、前記試験材料の表面の変位分布を計測する変位分布計測装置の制御プログラムであって、
前記コンピュータを、
前記カメラによって前記パターンを撮像して、前記パターンの画像を示すパターン画像を所定時間毎に生成する撮像部、
第１パターン画像と前記第１パターン画像の前記所定時間後に生成される第２パターン画像とに基づき、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出する第１算出部、及び、
前記所定時間毎の変位分布を積算して変形前後の前記試験材料の変位分布を算出する第２算出部、
として機能させ、
前記パターンは、格子状のパターンを示し、
前記第１算出部は、前記所定時間毎に前記格子の間隔の変化量を算出することによって、前記試験材料の表面の前記所定時間毎の変位分布を算出し、
前記所定時間毎の前記格子の間隔の変化量が、前記格子の間隔以下になるように前記所定時間が設定される、変位分布計測装置の制御プログラム。
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|---|---|---|---|---|
| JP3119564U (ja) | 2005-12-13 | 2006-03-02 | 株式会社島津製作所 | 材料試験機 |
| JP2009198452A (ja) | 2008-02-25 | 2009-09-03 | Osaka Prefecture Univ | 複数画像を用いた変形計測装置 |
| JP2011169727A (ja) | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Shimadzu Corp | 材料試験機 |
| JP2012137391A (ja) | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Kobelco Kaken:Kk | ひずみ測定装置およびひずみ測定方法 |
| JP2013002845A (ja) | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Canon Inc | 撮像装置、干渉縞解析プログラム及び干渉縞解析方法 |
| JP2015152535A (ja) | 2014-02-18 | 2015-08-24 | 藤垣 元治 | 重み付けを用いた格子画像の位相解析方法 |
| JP2016142679A (ja) | 2015-02-04 | 2016-08-08 | 株式会社ジェイテクト | 赤外線応力測定方法および赤外線応力測定装置 |
| JP2019066369A (ja) | 2017-10-03 | 2019-04-25 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 汚れの影響を受けにくいひずみ分布測定方法とそのプログラム |
| JP2021025845A (ja) | 2019-08-02 | 2021-02-22 | 株式会社島津製作所 | 変位分布計測装置、変位分布計測方法、及び変位分布計測装置の制御プログラム |
-
2020
- 2020-01-31 JP JP2020014929A patent/JP7338495B2/ja active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP3119564U (ja) | 2005-12-13 | 2006-03-02 | 株式会社島津製作所 | 材料試験機 |
| JP2009198452A (ja) | 2008-02-25 | 2009-09-03 | Osaka Prefecture Univ | 複数画像を用いた変形計測装置 |
| JP2011169727A (ja) | 2010-02-18 | 2011-09-01 | Shimadzu Corp | 材料試験機 |
| JP2012137391A (ja) | 2010-12-27 | 2012-07-19 | Kobelco Kaken:Kk | ひずみ測定装置およびひずみ測定方法 |
| JP2013002845A (ja) | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Canon Inc | 撮像装置、干渉縞解析プログラム及び干渉縞解析方法 |
| JP2015152535A (ja) | 2014-02-18 | 2015-08-24 | 藤垣 元治 | 重み付けを用いた格子画像の位相解析方法 |
| JP2016142679A (ja) | 2015-02-04 | 2016-08-08 | 株式会社ジェイテクト | 赤外線応力測定方法および赤外線応力測定装置 |
| JP2019066369A (ja) | 2017-10-03 | 2019-04-25 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 汚れの影響を受けにくいひずみ分布測定方法とそのプログラム |
| JP2021025845A (ja) | 2019-08-02 | 2021-02-22 | 株式会社島津製作所 | 変位分布計測装置、変位分布計測方法、及び変位分布計測装置の制御プログラム |
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