JPH0875627A - 引張り伸び量計測器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度且つ高速計測が可能な引張り伸び量計
測器を提供する。 【構成】 試験片２０の複数の測定点にマーク３０を付
して、光源１１から光を照射し、マーク３０の付された
試験片２０の画像をＣＣＤラインセンサ１２１付きカメ
ラ１２で捉える。カメラ１２からのビデオ信号はＡ／Ｄ
変換器１３でデジタル化された後、光源１１やカメラ１
２のレンズ１２２の明るさムラを補正され、二値化され
る。ＣＰＵ１４はこの二値化信号から複数のマーク３０
の中心点間距離を求め、試験片２０の引張り伸び量を演
算する。

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器に関し、特に
引張り伸び量を経時的に追跡可能なこの種の引張り伸び
量計測器に関する。

【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、光電変換器や１次元
のイメージセンサを備えた２つの標線追跡装置によって
各標線を捉え、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）、テレビカメラ等の面走査
装置を利用して標線間距離を自動的に測定するもの（特
公昭５６−１９８８２号、特開昭６３−１５８４３６号
など）、ＣＣＤエリアイメージセンサを備えたカメラで
標点マークを読取るようにしたもの（特開昭６３−３０
８５３６号）などが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６０−３３０２８号等に記載される技術は、２つの標線
にそれぞれ対向して設置された２つの標線追跡装置を移
動することによって、その移動量から試験片の伸び量を
計測するものであるため、標線を検出するために２つの
標線追跡装置を必要とし、しかもそれぞれについてモー
タ等の移動手段を必要とし、装置が複雑化する。また光
電変換器により標線を検出するようにしているので、光
電変換器の配列の制限から高い精度の測定を行うことが
困難である。

【０００４】またテレビカメラ等の面走査装置やエリア
イメージセンサを備えたカメラを利用した引張り伸び量
計測器では、解像度はテレビカメラの走査線数或いはＣ
ＣＤの画素数に依存し、一般的なＣＣＤエリアイメージ
センサの画素数は３０万〜５０万程度であるが、１次元
方向では数１００程度である。しかも処理する画素デー
タは数１０万と膨大であり、ＣＰＵでの演算処理に時間
を要するので、時々刻々変化する引張り伸び量を高い時
間分解能で表示することが困難である。

【０００５】更に、従来の引張り伸び量計測器では、計
測の際に試験対象に付せられる標線は直接試験対象に塗
料等でマーキングされるものであるため、試験対象が引
張られるにつれ、標線自体も伸びる。従って、この伸び
に基づくコントラストの低下を補正するために、例えば
画像信号を二値化する際の基準信号レベルを伸び量に伴
い補正する、或いは光源の照射角度を変更可能にする等
が必要となる。

【０００６】そこで本発明は、引張り伸び量を高精度で
且つ高時間分解能で計測できる引張り伸び量計測器を提
供することを目的とする。また本発明は、標線として特
定のマークを用いることにより、比較的簡易な構成で計
測可能な引張り伸び量計測器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】上記目的を達成する本発
明の引張り伸び量計測器は、試験対象の複数の測定点に
光を照射する光源と、該複数の測定点を光学的に検知す
る検知手段と、該検知手段からの検知信号をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からのデジタ
ル信号に基づき複数の測定点の相対移動量を求め、試験
対象の引張り伸び量を演算する演算処理手段とを備えた
引張り伸び量計測器において、検知手段としてＣＣＤラ
インセンサを備えたカメラを用いるものであり、好適に
はＣＣＤラインセンサの画素数は、１０００以上とす
る。

【０００８】また本発明の引張り伸び量計測器の好適な
態様において、演算処理手段は、Ａ／Ｄ変換手段によっ
てデジタル化されたビデオ信号を予め設定された補正情
報に基づき補正する手段を備えている。更に本発明にお
いて、試験対象の測定点は、少なくとも表面の一部に鏡
面と丸み（Ｒ）の形成された棒状体から成るマークが貼
着されており、カメラはマークからの全反射光が最大信
号強度となるように感度が調整されており、マークから
全反射する直線状の光を最大輝度の画像として検知する
ものである。

【０００９】

【作用】高画素数のＣＣＤラインセンサを備えたカメラ
を用いることにより、エリアイメージセンサ等の面走査
装置に比べ、高い精度で測定点の位置を検出することが
でき、高精度の引張り伸び量計測が可能となる。しかも
１次元のデータだけを処理するので、データ量が比較的
少なく高速度測定が可能となる。またビデオ信号を予め
設定された光源のムラやレンズの特性等の補正情報によ
り補正することにより、視野内にある測定点の画像を高
ＳＮ比で捉えることができる。またカメラのレンズを交
換することにより比較的広い視野を検知することができ
るので、カメラ自体を移動する必要がなく、装置を簡易
なものとすることができる。

【００１０】更に測定点に付するマークとして少なくと
も表面の一部に鏡面と丸み（Ｒ）の形成された棒状体を
用い、この棒状体から反射する直線状の光を最大輝度の
画像としてカメラで捉えることにより、極めて高コント
ラストの画像を得ることができ、より高精度の引張り伸
び量計測が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の引張り伸び量計測器の一実施
例について図面を参照して説明する。図１は、本発明の
引張り伸び量計測器の一実施例の概略を示す図で、この
引張り伸び量計測器１０は、図示しない引張り装置に固
定された金属、ゴム、プラスチック、セラミックス等の
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の所定箇所（測定点）に付され
たマーク３０、３０を光学的に検知しビデオ信号を出力
する検知手段としてのテレビカメラ１２と、テレビカメ
ラ１２からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１３
と、Ａ／Ｄ変換器１３によってデジタル化された信号を
処理し伸び量を演算するとともに装置全体の制御を行う
演算処理部（ＣＰＵ）１４と、演算された結果を表示す
る表示部１５と、スケールレンジなど条件設定をするた
めのテンキー等の入力部１６とを備えている。

【００１２】試験片２０は、図２（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）が図示しない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ヵ所の測定点
には、材料と高いコントラストが得るために、材料が白
色或いは明度の高い色調であれば黒色の、材料が黒色或
いは明度の低い色調であれば白色の標線マークを付す
る。マークは、材料に直接塗料等を塗布してマーキング
してよいが、好適には上記のように着色された紙、フィ
ルム等で形成されたラベル式のマークを接着するか、更
に好適には表面が鏡面加工された円筒状或いは半円筒状
の棒（以下、標棒という）３０を接着する。これらマー
ク或いは標棒３０は、その長手方向が試験片２０の引張
り方向（図中、矢印方向）に対し直交するように配置さ
れる。

【００１３】マークを試験片２０に貼着可能なものとす
ることにより、試験片２０が光ファイバのように細いも
のであっても、また引張り試験で伸びることによって細
くなってしまうものであっても、マーク自体の幅は一定
の幅とすることができるのでラインセンサの視野から外
れることなく確実にセンスすることができる。更にマー
クとして上述のように鏡面を有する円筒或いは半円筒状
の標棒を用いた場合には、その鏡面となっている部分で
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反射光となるの
で、コントラストの極めて大きくシャープなビデオ信号
が得られる。

【００１４】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、マーク或いは標棒３０の長手方向と直交する方
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。

【００１５】テレビカメラ１２は、ＣＣＤラインセンサ
１２１を備え、所定の視野の画像信号をビデオ信号とし
て出力する。ＣＣＤラインセンサ１２１の画素数は、１
０００画素以上、特に広視野に対応するためには５００
０画素以上であることが好ましい。具体的には素子サイ
ズ３７．４ｍｍで５３４０画素のＣＣＤラインセンサを
用いることができる。テレビカメラ１２の視野はレンズ
１２２の倍率を代えることによって、任意に変更でき、
例えば数１０ｍｍ〜数１００ｍｍまで選択できる。テレ
ビカメラ１２は、試験片２０の長手方向に沿って２つの
マーク或いは標棒３０を含む中央部２０’に視野が形成
されるように設置される。

【００１６】ＣＰＵ１４は、Ａ／Ｄ変換器１３から出力
されるデジタル化されたビデオ信号を信号処理し、シェ
ーディング補正、二値化を行うとともに、二値化された
信号からマークの画像の中心計算、２つの標棒の中心間
の間隔計算、伸び量計算等の演算を行い、表示部１５に
表示する。シェーディング補正のために、ＣＰＵ１４内
のメモリには、光源１１の明るさムラ及びカメラ１２の
レンズ１２２により生じる明るさの分布についてのデー
タが補正情報として記憶されており、この補正データを
実際の計測された画像信号に加減算する。この補正情報
は、実測に先立って実測と同じ計測条件で、カメラによ
り参照となる白紙の画像を撮像し、各画素ごとの濃度を
補正データとして格納しておく。

【００１７】次に以上のように構成される引張り伸び量
計測器の動作を説明する。まず試験片２０の中央部２
０’の所定箇所にマーク或いは標棒３０、３０を接着
し、図示しない引張り装置に試験片２０を固定する。こ
の試験片２０の中央部２０’にテレビカメラ１２の視野
が一致するようにテレビカメラ１２を設置する。このよ
うな状態で、光源１１から光を試験片２０に照射して、
テレビカメラ１２で光が照射された視野内の画像を捉え
る。この際、マーク或いは標棒３０で反射した光は、周
囲の材料からの反射光よりも明るい（或いは暗い）光と
してテレビカメラ１２に捉えられので、白色のマーク或
いは標棒３０の場合には、カメラのしぼり（感度）をマ
ーク或いは標棒３０からの反射光が信号強度の最大とな
るように調整する。ここでマークとして標棒３０を用い
た場合には、既に述べたように鏡面でＲの形成された部
分で１直線状の光を全反射されるので、カメラの感度を
この全反射点が信号強度の最大となるように調整してお
くことにより、材料表面からの反射光は暗信号となり、
明暗コントラストが非常に大きくシャープなビデオ信号
が得られる。

【００１８】テレビカメラ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、ＣＰＵ１４
において予め記憶しておいたレンズや光源の明るさムラ
に関する補正データに基づきシェーディング補正され、
更に予め設定された基準濃度値をもとに二値化する。Ｃ
ＰＵ１４は、この二値化された信号の明から暗への変移
点及び暗から明への変移点から、各標棒３０、３０の画
像（ｑ₁、ｑ₂）の中心点Ｘ₁、Ｘ₂を求め（図２
（ｂ））、更にこれら画像の中心点Ｘ₁、Ｘ₂から中心点
間の絶対間隔ｘを演算する。この絶対間隔ｘ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に数値として表示さ
れる。同時に表示部１５には標棒３０、３０の画像信号
を波形（アナログデータ）として出力する。これにより
標棒３０、３０の位置を視覚的に確認でき、その調整等
を行うことができる。

【００１９】次いで、試験片２０を図示しない引張り装
置で引張りながら同様の計測を行い、マーク画像の中心
点Ｘ'₁、Ｘ'₂から中心点間の絶対間隔ｘ’を演算する。
更に実寸法を求め、初期状態における実寸法との差を計
算し、その値を伸び量として表示部１５に表示する。
尚、通常の引張り試験においては、試験片に加える引張
り力を次第に大きくしながら材料の伸び特性を試験す
る。この場合には、試験片２０が引張り装置によって引
張られる前の初期状態におけるマーク間距離ｘを０とし
て、以後の伸び量の経時的変化を最大値、最小値ととも
に表示する。この場合、本発明の引張り伸び量計測器で
は、画像の中心点間の間隔を演算するために処理するデ
ータ量がエリアイメージセンサに比べ少ないので、比較
的小型のＣＰＵであっても高い時間分解能で伸び量を追
跡することができる。しかも１次元方向の画素密度は従
来のエリアイメージセンサに比べ、数倍〜１０倍程度上
げることができるので、高解像度が得られる。

【００２０】また計測中に試験片２０が伸びて、マーク
が視野から外れた場合や、試験片２０が切断された場合
には、その旨を表示部１５や図示しない警告ランプ等で
警告することも可能である。ところで、マークとして標
棒３０を用いた場合には、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、所定の演算を計測された移動量に
施すことにより、実移動量を求めることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば引張り伸び量計測器において試験対象を検知
する検知手段としてＣＣＤラインセンサを備えたテレビ
カメラを用いることにより、高い精度で測定点の位置を
検出することができ、高精度の引張り伸び量計測が可能
となる。しかも１次元のデータだけを処理するだけなの
で、データ量が比較的少なく高速度、高い時間分解能の
測定が可能となる。またビデオ信号を予め設定された光
源のムラやレンズの特性等の補正情報により補正するこ
とにより、高ＳＮ比の測定が可能となる。

【００２２】更に本発明によれば、試験対象の測定点に
付するマークとして少なくとも表面の一部に鏡面と丸み
（Ｒ）の形成された棒状体を用い、この棒状体から全反
射する直線状の光を信号強度の最大にカメラの感度を合
わせることにより、高コントラストの画像を得ることが
でき、より高精度の引張り伸び量計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る引張り伸び量計測器の一実施例
を示す概略構成図。

【図２】 （ａ）は本発明に係る引張り伸び量計測器に
おける試験対象の一実施例を示す図、（ｂ）は測定点の
画像に基づく伸び量の演算を説明する図。

【図３】 本発明の引張り伸び量計測器における伸び量
の補正を説明する図。

【符号の説明】

１０・・・・・・引張り伸び量計測器 １１・・・・・・光源 １２・・・・・・テレビカメラ（検知手段） １３・・・・・・Ａ／Ｄ変換器 １４・・・・・・ＣＰＵ（演算処理手段） ２０・・・・・・試験片（試験対象） ３０・・・・・・標棒（マーク） １２１・・・・・・ＣＣＤラインセンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験対象の複数の測定点に光を照射する光
   源と、該複数の測定点を光学的に検知する検知手段と、
   該検知手段からの検知信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換
   手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からのデジタル信号に基づき
   前記複数の測定点の相対移動量を求め、前記試験対象の
   引張り伸び量を演算する演算処理手段とを備えた引張り
   伸び量計測器において、前記検知手段はＣＣＤラインセ
   ンサを備えたカメラであることを特徴とする引張り伸び
   量計測器。
2. 【請求項２】前記演算処理手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段
   によってデジタル化されたビデオ信号を、予め設定され
   た、前記光源及び前記カメラのレンズに関する補正情報
   に基づき補正することを特徴とする請求項１記載の引張
   り伸び量計測器。
3. 【請求項３】前記試験対象の測定点は、少なくとも表面
   の一部に鏡面と丸み（Ｒ）の形成された棒状体から成る
   マークが付されており、前記カメラは前記マークからの
   全反射光が最大信号強度となるように感度が調整されて
   いることを特徴とする請求項１又は２記載の引張り伸び
   量計測器。