JPH08278109A - 非接触型変位量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 試験片の平行部の標点間の二ケ所に基準部を
作り、この部分を二台のＣＣＤカメラで観察し、テンプ
レートマッチングにより、三角形の画像（基準部）をそ
れぞれ記憶させて、以後その画像の部分を常に探し出
し、画像の働きを検知し、これによって伸びを測定す
る。 【効果】 今まで変位の測定が不可能であった１０００
℃以上の高温域においても正確な変位の測定が可能であ
り、試験片にも特殊な加工が不要なので、今後応用範囲
を広げて使われる可能性がある。さらに、特殊な測定用
検出部を作る必要が無く、試験片の製作費が抑えられ
る。また、金属製の伸び取り出し金具の変形、消耗が無
いので測定の維持費用も軽減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、非接触型変位量測定
装置に関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、航空機エンジン等の高温部材として必須な単結晶超
合金、ＯＤＳ合金等の高融点合金のクリープ特性測定等
に用いられる非接触型変位量装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来より、金属材料のクリー
プ伸び測定では、一般に試験片の２ケ所に突起部を作
り、それぞれの突起に金属製の金具を取り付け、金属棒
をそれに通して炉外でその変化をダイヤルゲージで測定
している。しかしながら、これら従来の方法の場合に
は、伸び取り出し金具の材質や重量、さらに試験片と金
具との取り付け等の問題により、１０００℃以上の温度
域においては、試験片と金具の焼付現象や反応、室内温
度変化の影響などの問題点があるため、この伸び測定方
式は使用できなかった。そのため、試験片の伸びを試験
片と連結した金具の変化として炉外で測定していた。

【０００３】また、試験片を炉外より観察し、重心検出
画像処理による伸び測定装置がセラミックス材料の伸び
測定に用いられており、この方法では原理的には２００
０℃以上まで測定可能である。しかしながら、この方式
では重心計算によって測定位置を求めるために、高精度
な計測が求められる場合には、試験片の形状が平型で、
かつ、検出部に直方体の突起物のある特殊な試験片しか
使用できないという制約があり、試験片の製作コストも
高く、また、ＪＩＳのクリープ法で決められたつば付き
円形断面の試験片には使用できない等の問題があった。

【０００４】また、突起の無い試験片の場合には、変位
量を検出するための位置としてチャッキング治具のエッ
ジ位置の移動距離を計測する方法が考慮されるが、突起
のある試験片による場合と異なり、間接的な計測である
ため治具と試験片の取付部の変形誤差が大きいために高
精度の計測は期待できないという問題がある。この発明
は、以上通りの事情を鑑みてなされたものであり、従来
技術の問題点を解消し、平面でも立体でもどのような複
雑な形状の試験片であってもクリープ伸び測定等が可能
である新しい変位量測定装置を提供することを目的とし
ている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、２個所の標点部を持つ試験片を
固定するつかみ具、さらにこの標点部を観察する少くと
も２台の撮像装置と画像処理装置とを有し、撮像装置に
よって標点の位置ズレを抽出し、テンプレートマッチン
グによりそのズレ量より変位を求め、非接触で試験片標
点部間の変位を測定することを特徴とする非接触型変位
量測定装置を提供する。

【０００６】そして、この発明では、より詳しくは、標
点部に２ケ所の基準部を設け、その部分を２台の撮像装
置で観察し、基準部をそれぞれ記憶させて、以後その画
像の部分を常に探し出し、画像の動きによって伸びを測
定することを特徴とする、非接触型高温クリープ伸び測
定等に有用な変位量測定装置を提供する。

【０００７】

【作用】添付した図面の図１は、この発明の態様として
の、非接触型高温クリープ伸び測定装置の構成を例示し
たものである。たとえばこの図１に例示したように、こ
の発明の装置は、試験環境をつくる高温雰囲気炉
（１）、試験片固定用つかみ具（２）および２つの標点
部（Ａ）を有する試験片（３）、さらにそれぞれの標点
部を観察する２台のＣＣＤカメラ等の撮像装置（４）、
画像処理装置（５）およびデータ処理装置（６）から構
成される。

【０００８】画像処理装置（５）には、たとえば操作パ
ネル（７）、モニタテレビ（８）、およびデータ処理装
置（６）が接続されており、試験片の変化は直接モニタ
テレビ（８）で観察できるようにしている。測定結果は
画像処理装置（５）からデータ処理装置（６）にデジタ
ル信号で出力され、各種パソコン等によるデータ処理が
可能とされている。また、画像処理装置（５）から出力
された測定結果はＤ／Ａ変換器（９）でデジタル信号か
らアナログ信号に変換されて記録計（１０）によって記
録される。

【０００９】以上の装置の構成において、たとえば図２
および図３にも示した試験片を用い、試験片の平行部の
標点間の２個所に基準部を作り、その部分を炉外で撮像
装置（ＣＣＤカメラ）で観察し、たとえば図４の写真に
見られる三角形の画像（基準部）をそれぞれ記憶させ
る。以後、その画像の部分を常に探し出し、画像の動き
によって伸びを測定する。

【００１０】この発明による位置と変位の検出について
は、テンプレートマッチングによることを特徴としてい
るが、この方法は、たとえば以下のような具体的手段・
手順によって行うことができる。画像の流れ カメラ等の撮像装置を使用してそれぞれの撮像装置毎に
位置ズレを抽出し、そのズレ量から試験片の変化量を求
める。撮像装置毎には図５のようなフローチャートで画
像処理を行う。

【００１１】画像入力 テレビ画像の一画面は、５２５本の走査線で構成されて
いるが、たとえばこのうちの４８１本を画像として有効
な走査線とする。１走査線のビデオ信号の表示期間を５
１２分割し、それぞれを８ビットでＡ／Ｄ変換する。こ
のようにして得られるディジタル画面は、横方向５１２
分割、縦方向４８１分割された升目で構成する。一つの
升目を画素、あるいは、ピクセルと呼び、各画素は０〜
２５５までの明度のレベルをとる。０レベルは最も暗
く、２５５レベルが最も明るいことを表す。

【００１２】画像メモリ カメラ等の撮像装置から入力された濃淡画像が、いった
ん画像メモリに蓄えられ、画像メモリ内の画像データに
対して各種の画像処理を施す。画像メモリは、たとえば
５１２×８ビットの２面準備する。この２面の画像メモ
リは機能上の違いはなく、いずれの画像メモリも入力画
像を蓄えることができる。画像メモリは画面左上を原点
とした画素座標系が定義されており、画素座標で画像メ
モリの画素を参照することができるようにする。画素座
標は、（０，０）から（５１１，４８０）の範囲とす
る。

【００１３】テンプレートメモリ テンプレートマッチングを行うテンプレート画像を一時
的に格納する、５１２×５１２×９ビットの容量のメモ
リを設定する。登録したテンレート画像は、たとえばバ
ッテリバックアップされたＣＭＯＳメモリに管理データ
とともに格納し、テンプレートマッチングを実行する前
に、ＣＭＯＳメモリのテンプレート画像をテンプレート
メモリーに転送する。テンプレートマッチングの実行で
は、テンプレートメモリに格納されているテンプレート
画像と画像メモリ内の入力画像との間で相関演算をす
る。ウィンドウ 画像内の画像処理する矩形領域を指定するためのウィン
ドウ変数を設定する。このウィンドウ変換はレコード型
の変数で、処理する矩形領域の左上、右下の対角位置の
２点が指定できるようにＬ，Ｒ，Ｔ，Ｂの四つの要素で
構成する。テンプレートマッチング テンプレートマッチングとは、基準となる画像パターン
（テンプレート）を画像上の各位置に当てはめて、パタ
ーンのマッチングの度合いを調べることで、対象の位置
を検出する画像処理のことを意味している。このテンプ
レートマッチングは濃淡画像を対象としているため、強
力な検出能力を持っている。

【００１４】検出する対象の濃淡画像（矩形）をトレー
ニングメニューであらかじめテンプレートとして、メモ
リに登録しておく。テンプレートは、画像の他の部分と
区別できるような特徴があれば、直線、曲線、矩形、円
の他、どんな複雑な画像パターンであっても構わない。
テンプレートマッチング実行時には、入力濃淡画像上で
の探索領域（ウィンドウ領域）内の各画素位置にテンプ
レートを当てはめ、テンプレートと入力画像との間で画
像パターンのマッチングを調べる。最高のマッチング度
を示す点を一致点（テンプレートと画像パターンが一致
する点）とする。

【００１５】つまり、以上の通り、画像処理装置（５）
による画像処理はテンプレートマッチング法を用いてお
り、基準となる画像パターン（テンプレート）をあらか
じめ四角のウィンドウで指定し、メモリーに登録する。
登録画像は直線、曲線、矩形、円形など、複雑な画像パ
ターンであっても構わず、検出実行時には入力濃淡画像
上での探索領域内の各画素位置に登録画像を当てはめ、
登録画像と入力画像との間で画像パターンのマッチング
を行う。最高のマッチング度を示す点を一致点とし、こ
の時のウィンドウの左上の点のＸ−Ｙ座標を位置検出し
変位に変換する。

【００１６】以上のこの発明では、試験片の標点部の形
状が他の部分と区別できるような特徴を持つ限り、試験
片の材質や形状等の制約を受けないため、ＪＩＳ規格の
つば付き円形の試験片をそのまま使うことが可能であ
り、その測定できる対象物の範囲が大幅に広がるととも
に、試験片の製作コストを抑えることができる。また、
登録形状全体のマッチング方式により対象の位置を検出
するため、対象の一部に欠陥が生じても検出精度に影響
は無く、正確な検出ができる。

【００１７】以下、実施例を示してさらに詳しく非接触
型高温クリープ伸び測定装置について説明する。

【００１８】

【実施例】図１に例示したこの発明の測定装置を用い
て、Ｎｉ普通鋳造超合金のクリープ試験を行った。テン
プレートマッチングによる画像処理を行うこの発明の測
定装置の分解能と精度は、 分解能 ０．００４ｍｍ 〔１０ｍｍ（測定範囲）／４８１（画素数）／５（サブピクセル機構）〕 精度 ±０．００３ｍｍ であった。精度を測定したデータは、次の表１、表２お
よび表３の通りであった。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】前出の図２および図３は、クリープ試験を
行ったＮｉ基普通鋳造超合金製の試験片と標点部の形状
を示したものである。クリープ試験は、上記の測定装置
を用い、温度１１００℃、圧力３９．２、４９．０、７
８．４ＭＰａのもとで破断するまで行った。それぞれ破
断までの時間は１３時間、１０７時間、２０２時間であ
った。

【００２３】添付した図面の図６は、この発明によるＮ
ｉ基普通鋳造合金のクリープ試験の測定結果を示したも
のである。図６に示したように、１１００℃でのクリー
プ試験で良好な測定結果を得ることができた。Ｎｉ基普
通鋳造超合金の耐用温度は、１０００℃を超え１１００
℃に達しようとしており、この発明により高温での精密
な伸び測定法が実現されていることを確認した。この発
明の装置の測定精度はＪＩＳの金属材料引張試験用伸び
計の一等級規格を満たしていることがわかる。

【００２４】

【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明したと
おり、今まで変位の測定が不可能であった１０００℃以
上の高温域においても正確な変位の測定が可能であり、
試験片にも特殊な加工が不要なので、今後応用範囲を広
げて使われる可能性がある。さらに、特殊な測定用検出
部を作る必要が無く、試験片の製作費が抑えられる。ま
た、金属製の伸び取り出し金具の変形、消耗が無いので
測定の維持費用も軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一例としての非接触型高温クリープ
伸び測定を示した構成図である。

【図２】Ｎｉ基普通鋳造超合金製の試験片の形状を例示
した正面図である。

【図３】図２において標点部の形状を拡大して示した正
面図である。

【図４】図２および図３のモニター上の画像を示した図
面に代わる写真である。

【図５】この発明の装置の画像処理のフローチャート図
である。

【図６】この発明によるＮｉ基普通鋳造超合金のクリー
プ試験の測定結果を示した図である。

【符号の説明】

１ 高温雰囲気炉 ２ 試験片固定用つかみ具 ３ 試験片 ４ ＣＣＤカメラ ５ 画像処理装置 ６ データ処理装置 ７ 操作パネル ８ モニタテレビ ９ Ｄ／Ａ変換器 １０ 記録計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中沢 静夫 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所筑波支所内 (72)発明者 小泉 裕 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所筑波支所内 (72)発明者 原田 広史 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所筑波支所内 (72)発明者 市村 正治 埼玉県越谷市伊原１−３−44−503号 (72)発明者 中安 則次 東京都品川区荏原７−18−19 (72)発明者 坂口 嘉成 東京都昭島市玉川町５−16−２−303

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 標点部を持つ試験片を固定するつかみ
   具、さらに標点部を観察する少くとも２台の撮像装置と
   画像処理装置とを有し、撮像装置によって標点の位置ズ
   レを抽出し、テンプレートマッチングによりそのズレ量
   より変位を求め、非接触で試験片標点部間の変位を測定
   することを特徴とする非接触型変位量測定装置。
2. 【請求項２】 標点部に２ケ所の基準部を設け、これを
   記憶させて、以後その画像部分を常に探し出し、画像の
   動きによって伸びを測定する請求項１の測定装置。