JPH0875412A - 光学計測用マーク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学計測の際に、光学的に認識される測定点
の画像を高コントラストで得ることができ、高精度の計
測を可能とする光学計測用マークを提供する。 【構成】 試験対象の複数の測定点に付される光学計測
用マークであって、少なくとも表面の一部が鏡面に形成
され且つ丸み（Ｒ）を有する。具体的には表面が鏡面で
ある円筒状（半円筒状）の標棒３０或いは球状（半球
状）の標球である。標棒３０は照射された光を円筒の軸
に沿った１直線で全反射する。従って、標棒３０が貼付
された測定点を光学的に認識した場合、測定点は周辺と
の高いコントラストを有し、且つシャープな画像とな
り、測定点の相対移動量を高い精度で計測することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属棒、ゴム棒、バネ
等の棒状体或いは金属箔、ゴム板、プラスティックフィ
ルム等材料の非接触の引張り伸び量計測や変形計測或い
は流体の流速等を計測する流体計測等に用いられる計測
用マークに関し、特に特定の測定点を光学的に認識して
その相対移動量を計測する光学計測に好適に用いられる
光学計測用マークに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、金属、ゴム、プラスティック
等材料の引張り・圧縮試験において引張りによる伸び量
を光学的に計測する装置が用いられている。このような
伸び量計測器は、例えば棒状の材料であれば材料の試験
片の２ヵ所に、白または黒の標線を付すとともに、試験
片に光を照射し、反射する光を光電変換器を備えたセン
サで捉え、材料と標線とのコントラストの違いを利用し
て標線の位置を読取り、伸び量を計測するものである。
このような伸び量計測器としては、各標線を光電変換器
を備えた２つの標線追跡装置を移動させて捉え、標線追
跡装置の移動量から試験片の伸び量を計測するもの（特
開昭６０−３３０２８号、特開昭６３−１３５８４１号
など）や、標線をテレビカメラ等のイメージセンサで読
取り、明暗を表す二値化信号として標線間の距離を求め
るもの（特開昭６３−３０８５３６号、特開昭６３−１
５８４３６号など）が用いられている。

【０００３】この場合、標線は光学的に認識されるため
に、材料との明暗コントラストが必要となるが、材料は
必ずしも白或いは黒色ではなく、中間色のものもあり、
また黒色の材料であっても材料が伸びることによって材
料の黒色の明度が高くなり、充分なコントラストを得ら
れない場合がある。このため、材料に光を照射するため
の光源を移動可能とし、照射角度を変更するようにした
り（特開昭６３−１５８４３６号）、白色の標線の両側
に黒色系の色帯部を設けると共に標線の像を一対の遮蔽
板の移動により補捉するようにしたもの（特開昭６３−
１３５８４１号）などが提案されている。

【０００４】一方、ゴム板、プラスチック板、金属板の
ような板状体についても、その表面に材料とのコントラ
ストが得られる色の円形のマーク（標点）を付して、こ
れらマークの移動をイメージセンサで捉え、板状体の伸
びや変形を計測することが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の計測装置では、いずれの場合も標線（標点）及び
材料から反射される光は乱反射光であり、これらの明暗
コントラストによって標線と材料との識別を図るもので
あるため、充分な明暗コントラストを得ることは困難で
あり、特開昭６３−１５８４３６号に記載されるように
センサ側に特定の機能を設ける必要がある。また、これ
ら従来の標線には一定の幅（通常０．５ｍｍ〜数ｍｍ）
があるため、標線自体が引張りによって伸びてしまい、
伸び量計測においてμｍ単位の精度が要求される場合に
は充分対応できない。

【０００６】さらに従来の標線は一般に材料自体に塗料
等によってマーキングするものであるため、試験片が電
線や光ファイバのように非常に細いものである場合に
は、ラインイメージセンサによる標線の位置の特定が困
難であり、２次元イメージセンサ等の面走査装置が必要
となり（特開昭６３−３０８５３６号）、画像処理のデ
ータ量が多くなるなど簡易な測定が困難であった。

【０００７】本発明は、センサ側に特殊な機能を設ける
ことなく、伸び量（変形量）等を精度よく計測できる光
学計測用マークを提供することを目的とする。また本発
明は、材料の大きさや材質に拘らず容易に貼着でき、簡
易な光学計測を可能とする光学計測用マークを提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光学計測用マークは、試験対象の複数の測定点を光
学的に認識し、該複数の測定点の相対移動量を計測する
ために前記測定点に付される光学計測用マークであっ
て、少なくとも表面の一部が鏡面に形成され且つ丸み
（Ｒ）を有するものである。丸みを有する形状として
は、具体的には、円筒または半円筒の形状の標棒、球状
または半球状の標点とすることができる。また本発明の
光学計測用マークは、試験対象に貼着可能である。

【０００９】

【作用】マークの鏡面且つ丸み（Ｒ）を有する表面に、
光学計測のための光源からの光が照射されると、マーク
の丸みが球の一部である場合には１点からの全反射光
が、またマークの丸みが円筒の一部である場合には１直
線からの全反射光が、光学計測装置のセンサに入射され
る。従って、測定点以外の部分が比較的明度の高い材質
であっても、これら乱反射面に比して強い光量を得るこ
とができるので、測定点として充分な明暗のコントラス
トを得ることができる。またマークからの反射光は１点
或いは１線からの光となるので、高精度の測定が可能と
なる。

【００１０】さらに本発明の光学計測用マークは、試験
対象に貼着されるものであるので、試験対象の大きさや
材質に拘らず、光学計測に必要な一定の幅のマークを試
験対象に付すことができるので、ラインイメージセンサ
のような１次元方向のセンサを用いた場合でも、その視
野から容易に外れることなく画像認識が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を引張り伸び量計測に適用した
一実施例について図面を参照して説明する。図６は、本
発明の光学計測マークを適用することができる引張り伸
び量計測方法の概略を示す図で、この引張り伸び量計測
では、図示しない引張り装置に金属、ゴム、プラスチッ
ク、セラミックス等の試験片２０を固定し、この試験片
２０に対向して引張り伸び量計測器１０が設置される。
引張り伸び量計測器１０は試験片２０に光を照射する光
源１１と、試験片に対向して設置され、試験片２０を光
学的に認識しビデオ信号を出力するビデオカメラ１２
と、ビデオカメラからの信号を処理し伸び量を演算し、
表示する計測器本体１３とを備えている。

【００１２】試験片２０は、図６（ａ）に示すように通
常薄板状の形状で中央部２０’において幅が細く形成さ
れ、一方の端部（例えば上端）が固定され、他方の端部
（例えば下端）が引張り装置によって引張り力を付与さ
れる。試験片２０の中央部の２ヵ所には、後述するマー
クである半円筒状の棒（以下、標棒という）３０、３０
が接着されている。標棒３０、３０は、円筒の長手方向
（軸方向）が試験片２０の引張り方向に対し直交するよ
うに配置される。

【００１３】光源１１は、試験片２０に対し、斜上或い
は斜下のいずれか一方から、光軸が引張り方向と平行
（即ち、標棒３０の軸方向と直交する方向）である光を
照射するように設置される。光源１１としては、蛍光
灯、ハロゲンランプ等試験片２０の中央部２０’を含む
所定の範囲に光を照射できるものであれば任意のものが
使用できるが、好適には光ムラの少ないハロゲンランプ
或いは高周波蛍光灯が使用される。またハロゲン光源を
使用することにより、試験片の状態や計測環境に対応し
て光量調整が容易にできるので安定した計測ができる。

【００１４】ビデオカメラ１２は、計測器本体１３に固
定され、所定の視野の画像信号をビデオ信号として出力
するもので、好適にはセンサとして例えばＣＣＤライン
センサ１４を備えたカメラを用い、試験片２０の長手方
向に中央部２０’に視野が形成されるように設置され
る。ビデオカメラのＣＣＤラインセンサとしては、１０
００画素以上、好適には２０００画素以上、より好適に
は５０００画素以上のものが用いられる。

【００１５】計測器本体１３は、ビデオカメラ１２から
出力されるビデオ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換器（図示せず）、これらデジタル信号を信号処理・
各種演算するためのＣＰＵ（図示せず）、操作モードや
演算結果を表示する表示部１５、スケールレンジなど条
件設定をするためのキーボード等の入力部１６を備え、
ビデオカメラ１２からのビデオ信号をＡ／Ｄ変換器にお
いてデジタル信号に変換後、シェーディング補正、標棒
の中心位置計算、中心間隔計算等の演算をＣＰＵにて演
算し、結果を表示部１５に表示する。

【００１６】一方、試験片２０に貼着される標棒３０
は、図１（ａ）に示すように円筒状の形状を有し、好適
には試験片２０に貼着される部分が平坦になっており、
少なくとも円筒の一部をなすＲが形成された部分におけ
る表面は鏡面加工されている。このように形成される標
棒３０は、接着剤を介して平坦部を試験片２０に貼着す
る。尚、試験片２０の材質によって貼着が容易である場
合には、平坦部を形成しない円筒状でもよい。その場合
には、試験片とほぼ線接触するようになるので、伸び量
の大きい試験片２０であっても、標棒３０が計測中に剥
がれ落ちることがない。図１（ｂ）に本発明の標棒３０
の種々の変形例を示した。

【００１７】以上のように形成される標棒３０は、引張
り伸び量計測器１０の光源１１からの光が照射される
と、鏡面となっている部分では光を全反射し、しかもＲ
が形成されているので軸方向に沿った１直線上に当った
光は直線状の強い光としてビデオカメラに捉えられる。
ここでカメラの感度を、この全反射光が信号強度の最大
となるように設定することにより、標棒３０、３０以外
の部分は暗信号となり、明暗コントラストの非常に大き
なビデオ信号が得られる。しかも標棒３０からの信号は
極めて細い明信号となる。図２（ａ）に、標棒３０を用
いた場合のビデオ信号を模式的に示す。従来の白色の標
線を用いた場合（同図（ｂ））には、標線からの乱反射
光を信号強度の最大に合わせた場合、材料表面の明るさ
が出てしまうのに対し、標棒３０を用いた場合にはシャ
ープで且つ強度の高い（高輝度の）信号が得られる。

【００１８】このような状態で、試験片２０を図示しな
い引張り装置で引張りながら計測し、標棒３０の移動量
をビデオカメラで追跡し測定するが、この際標棒３０は
移動中その位置が変化しても常に軸方向に沿ったある１
直線上で光を全反射するので、ビデオカメラによって正
確にその位置をセンスすることができる。ビデオカメラ
によって捉えられた画像は、計測器本体１３によって画
像処理され伸び量として表示される。このことを簡単に
説明する。まずビデオカメラ１２は、例えば数１０ｍ秒
のシャッタ速度でＣＣＤラインセンサからのＣＣＤ出力
信号を読み出し、ビデオ信号として出力する。ビデオ信
号はＡ／Ｄ変換器でデジタル信号とされた後、予め記憶
しておいたレンズや光源の明るさムラをシェーディング
補正され、予め設定された濃度値をもとに二値化する。
次いで各標棒３０、３０に対応する画像の中心点を求
め、２つの中心点間の絶対間隔を計算する。この絶対間
隔をさらに演算、補正することにより、標棒３０、３０
間の実寸法を求める。この実寸法値は表示部１５に数値
として表示或いはアナログデータとして出力される。

【００１９】ところで、このように標棒３０の移動中の
計測をする場合には、図３に示すように標棒３０の移動
に伴い標棒３０からの全反射位置がわずかに変化する。
このような誤差は、通常の計測では無視することができ
るが、極めて高精度の計測では、標棒３０の相対位置の
変化から試験片２０の伸び量を演算する際に、計測され
た移動量に補正をする。この補正量は、試験片２０と光
源１１或いはカメラ１２のレンズ１２２との距離および
標棒３０の曲率（Ｒ）が決まれば、位置変化の関数とし
て求められるので、所定の演算を計測移動量に施すこと
により、実移動量を求めることができる。

【００２０】次に本発明の別の実施例について説明す
る。図４（ａ）〜（ｄ）は、球状或いは半球状のマーク
（以下、標球という）４０を示す図で、少なくとも光学
的に認識される球状の側（太線）は鏡面加工されてい
る。この標球４０は図５に示すように平面状の材料の任
意の測定点に貼付して、測定点の相対移動量を計測する
ことにより、材料の伸びや変形を計測するのに用いられ
る。或いは水などの流体中に複数の標球４０を配置し、
流体の移動に伴う標球４０の移動を監視することによ
り、流体の位置による流速やその変化を追跡することが
できる。

【００２１】このような平面状の材料や流体を計測する
場合には、画像計測器としては好適にはＣＤＤエリアイ
メージンセンサ付きのカメラを搭載したものを用い、こ
のカメラが標球４０の配置された面と対向し、光源の光
が当該面の斜から照射されるように画像計測器を配置す
る。この場合に、光源からの光は標球４０が球状である
ので、その鏡面の一点で全反射し、エリアイメージセン
サに入射される。従って、高いコントラストの点の画像
を得ることができる。

【００２２】尚、図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施
例を示すものであり、これに限定されるものではない。
また以上の実施例では本発明をイメージセンサ或いはビ
デオカメラを用いた画像計測に適用した場合について説
明したが、本発明のマークはこれら画像計測のみなら
ず、光センサを用いた計測一般に適用することができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば光学計測に用いられ、光学的に認識されるマ
ークとして、表面に鏡面と丸み（Ｒ）を形成したものを
用いることにより、高いコントラストでシャープなマー
クの画像を得ることができ、マークが付された材料にお
ける特定位置の相対移動量を高精度で測定することがで
きる。特にマークを材料に貼着可能とすることにより、
マークを付された材料自体が伸びや圧縮により変形した
場合でも、マーク自体の表面には変化を生じないので、
高いコントラストを維持することができる。また材料が
極めて細い材料であっても、マーク自体は測定に必要な
大きさとすることができ、簡易な光学計測装置で測定を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は本発明に係る光学計測用マークの一
実施例を示す図で、（ｂ）はその変形例を示す図。

【図２】 （ａ）は本発明の光学測定用マークを用いた
場合に得られる画像信号を示す図、（ｂ）は従来の標線
を用いた場合における画像信号を示す図。

【図３】 本発明の作用を示す図。

【図４】 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明に係る光学
計測用マークの他の実施例を示す図。

【図５】 図３の光学計測用マークが配置された状態を
示す図。

【図６】 本発明が適用される光学計測方法の一実施例
を示す図。。

【符号の説明】

１０・・・・・・引張り伸び量計測器（光学計測器） ２０・・・・・・試験片（試験対象） ３０・・・・・・標棒（マーク） ４０・・・・・・標球（マーク）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験対象の複数の測定点を光学的に認識
   し、該複数の測定点の相対移動量を計測するために前記
   測定点に付される光学計測用マークであって、少なくと
   も表面の一部が鏡面に形成され且つ丸み（Ｒ）を有する
   ことを特徴とする光学計測用マーク。
2. 【請求項２】円筒または半円筒の形状を有することを特
   徴とする請求項１記載の光学計測用マーク。
3. 【請求項３】球状または半球状の形状を有することを特
   徴とする請求項１記載の光学計測用マーク。
4. 【請求項４】前記試験対象に貼着可能であることを特徴
   とする請求項１ないし３記載の光学計測用マーク。