JPWO2018198702A1 - 応力測定装置、応力測定システム及び応力測定方法 - Google Patents

Abstract

応力測定装置は、測定対象物の測定領域の温度を示す情報を含む熱データを取得する第１の取得部と、測定領域内の一の領域に発生する応力に関係するデータを取得する第２の取得部と、熱データと応力に関係するデータとから測定対象物の測定領域に発生する応力を求める制御部と、を備える。制御部は、測定領域内の一の領域及び一の領域以外の他の領域のそれぞれについて、熱データの時間的変化に基づき第１の波形データを求め、応力に関係するデータの時間的変化に基づき第２の波形データを求める。制御部は、測定領域内の一の領域についての第１の波形データから第２の波形データを減算して外乱データを求め、外乱データを、測定領域内の他の領域についての第１の波形データから減算することにより、他の領域に発生する応力を示す応力データを求める。

Description

本開示は、測定対象物に生じる応力を測定対象物の熱画像から測定する応力測定装置に関する。

特許文献１〜３は、移動荷重等により応力変動が生じる橋梁等の構造物における応力変動分布（応力分布）を測定する構造物の応力変動分布測定方法を開示する。この応力変動分布測定方法では、赤外線カメラを用いた赤外線サーモグラフィ法を用いる。赤外線サーモグラフィ法は、物体表面から放射される赤外線エネルギ分布を赤外線カメラにより計測し、これを温度分布に換算し、画像化するものである。これより、応力変動分布測定方法では、物体の弾性変形の際に物体に生じる微小な温度変動すなわち熱弾性温度変動を計測して、物体に作用している応力変動分布を計測する。

特開２００８−２３２９９８号公報 特許第４８０３６５２号公報 特許第４３６７９３２号公報

本開示は、測定対象物に発生する応力の測定精度を向上させることが可能な応力測定装置、応力測定システム及び応力測定方法を提供する。

本開示の第１の態様において、応力測定装置が提供される。応力測定装置は、測定対象物の測定領域の温度を示す情報を含む熱データを取得する第１の取得部と、測定領域内の一の領域に発生する応力に関係するデータを取得する第２の取得部と、熱データと応力に関係するデータとから測定対象物の測定領域に発生する応力を求める制御部と、を備える。制御部は、測定領域内の一の領域及び一の領域以外の他の領域のそれぞれについて、熱データの時間的変化に基づき第１の波形データを求め、応力に関係するデータの時間的変化に基づき第２の波形データを求める。制御部は、測定領域内の一の領域についての第１の波形データから第２の波形データを減算して外乱データを求め、外乱データを、測定領域内の他の領域についての第１の波形データから減算することにより、他の領域に発生する応力を示す応力データを求める。

本開示の第２の態様において、応力測定システムが提供される。応力測定システムは、前述の第１の態様における応力測定装置と、測定対象物を撮影し、熱データとして熱画像データを生成する赤外線カメラと、測定対象物の変位を測定し、応力に関係するデータとして変位データを生成するレーザ変位計と、を備える。

本開示の第３の態様において、応力測定方法が提供される。応力測定方法は、測定対象物の測定領域内の一の領域及び一の領域以外の他の領域のそれぞれについて、温度を示す情報を含む熱データの時間的変化に基づき第１の波形データを求めるステップと、測定領域内の一の領域に発生する応力に関係するデータの時間的変化に基づき第２の波形データを求めるステップと、測定領域内の一の領域についての第１の波形データから第２の波形データを減算して外乱データを求めるステップと、外乱データを、測定領域内の他の領域についての第１の波形データから減算することにより、他の領域に発生する応力を示す応力データを求めるステップと、を備える。

本開示の応力測定装置及び応力測定方法によれば、熱データから得られる応力を示すデータにおいて外乱成分を除去できるため、応力の測定精度を向上することができる。

本開示の実施の形態１における応力測定システムの全体構成図 赤外線カメラにより撮影される熱画像の一例を模式的に示す図 応力測定装置の構成を示すブロック図 歪みゲージによる測定結果（歪み）の波形と、レーザ変位計により測定された変位を示す波形との相関を説明するための図 歪みゲージによる測定値（歪み）と、レーザ変位計による測定値（変位）との相関係数を示す図 応力測定装置において実行される応力測定処理を示すフローチャート 熱画像から求められた応力波形データを示す図 図７Ａに示す応力波形データに対してＨＰＦ処理された後の応力波形データを示す図 図７Ｂに示す応力波形データに対してさらにＬＰＦ処理された後の応力波形データを示す図 レーザ変位計で測定された変位を示す変位波形データを示す図 図８Ａに示す変位波形データからＨＰＦ処理、ＬＰＦ処理及び正規化後の波形データを示す図 換算係数αを用いて変換された応力波形データを示す図 熱画像に基づき求められた応力と、レーザ変位計により測定された変位との関係を示す図 構造物に対する応力測定において、３つの領域Ｒ１〜Ｒ３を説明した図 領域Ｒ２において、レーザ変位計の測定値（変位データ）に基づき生成された第２の波形データを示す図 図１０に示す領域Ｒ１について熱画像データから生成された外乱成分を除去前の第１の波形データを示す図 図１２Ａに示す第１の波形データに対する外乱データを示す図 図１２Ａに示す第１の波形データにおいて外乱成分を除去した後の第１の波形データを示す図 図１０に示す領域Ｒ２について熱画像データから生成された外乱成分を除去前の第１の波形データを示す図 図１３Ａに示す第１の波形データに対する外乱データを示す図 図１３Ａに示す第１の波形データにおいて外乱成分を除去した後の第１の波形データを示す図 図１０に示す領域Ｒ３について熱画像データから生成された外乱成分を除去前の第１の波形データを示す図 図１４Ａに示す第１の波形データに対する外乱データを示す図 図１４Ａに示す第１の波形データにおいて外乱成分を除去した後の第１の波形データを示す図 本開示の実施の形態２の応力測定システムにおいて実行される応力測定処理を示すフローチャート 図１０に示す領域Ｒ１について熱画像データから生成された外乱成分を除去前の応力波形データを示す図 図１６Ａに示す応力波形データに対する外乱データを示す図 図１６Ａに示す応力波形データにおいて外乱成分を除去した後の応力波形データを示す図 本開示の実施の形態３における応力測定システムの全体構成図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
以下、本開示の実施の形態１にかかる応力測定システムを図１〜図１４Ｃを用いて説明する。

［１−１．構成］
図１は、実施の形態１にかかる応力測定システムの構成を示す図である。図１に示す応力測定システム１は、高速道路の橋脚１１１，１１２に支えられた橋梁１０１上を車両２０１が走行したときに橋梁１０１に発生する応力分布を測定する。応力測定システム１は、応力測定装置１０と、赤外線カメラ２０と、レーザ変位計３０とを備える。

赤外線カメラ２０は、被写体を所定のフレームレートで撮影し、被写体の温度を示す熱画像データ（動画データ）を生成する。赤外線カメラ２０は、橋梁１０１の下方に配置され、橋梁１０１の下側表面の所定の領域（測定領域）を撮影してその領域の温度を示す熱画像のデータ（熱画像データ）を生成する。熱画像は画素毎に温度情報を有する画像である。図２に、赤外線カメラ２０により生成される熱画像の一例を模式的に示す。熱画像データは熱データの一例である。

レーザ変位計３０は、対象物に照射したレーザ光を用いて対象物の表面の変位を測定する装置である。レーザ変位計３０は、測定結果を変位データとして出力する。レーザ変位計３０は、赤外線カメラ２０により撮影される測定領域内の一部の領域にレーザ光を照射し、その部分の変位を測定する。例えば、図２に示すように、レーザ変位計３０は、測定領域（図２に示す画像の領域と一致）内にある橋梁１０１の構造物１０２における測定点Ｐの位置にレーザ光を照射して測定点Ｐの部分の変位を測定する。変位データは、応力に換算される情報を含み、応力に関係するデータの一例である。変位データは、例えば「１ｍｍ」というような変位量自体である必要はなく、変位量を示す情報（例えば、レーザ変位計３０からの出力信号）を含む概念である。

応力測定装置１０は、赤外線カメラ２０により生成された熱画像データと、レーザ変位計３０から得られた変位データとに基づいて、橋梁１０１の所定の領域に発生する応力分布を測定する。応力測定装置１０は、測定した応力データをインターネット等のネットワーク２を介してサーバ等に送信することができる。なお、赤外線カメラとレーザ変位計のデータは応力測定装置１０内で時間的に同期した状態で格納されている。または、各データに記録されたタイムスタンプにより同期可能な状態で格納されている。

以下、応力測定装置１０の詳細な構成を説明する。応力測定装置１０は例えばコンピュータで構成される。図３は、応力測定装置１０の構成を示すブロック図である。応力測定装置１０は、第１〜第３の通信部１１、１２、１３と、格納部１４と、制御部１５と、表示部１６と、操作部１７とを備える。

第１及び第２の通信部１１、１２はそれぞれ外部機器に接続するためのインタフェース回路であり、ＵＳＢ、ＨＤＭＩ（登録商標）等の通信インタフェース（通信モジュール）に準拠した通信が可能である。

第１の通信部１１は、レーザ変位計３０と接続し、レーザ変位計３０からの変位データを入力する。

第２の通信部１２は、赤外線カメラ２０と接続し、赤外線カメラ２０から、所定のフレームレートで撮影された熱画像データを順次に入力する。また、第２の通信部１２は、赤外線カメラ２０の撮影開始及び撮影終了等の動作に関する制御情報を制御部１５から受信し、受信した制御情報を赤外線カメラ２０に送信する。

第３の通信部１３は、ＩＥＥＥ８０２．１１、３Ｇ、ＬＴＥ等の通信規格に準拠した無線通信インタフェースで構成される。第３の通信部１３は、応力測定装置１０（すなわち制御部１５）をネットワーク２に接続する。

格納部１４は、データを記録する記録媒体であり、例えばＨＤＤ、ＳＳＤで構成される。格納部１４は、レーザ変位計３０で測定され、第１の通信部１１を介して受信した変位データを格納する。また、格納部１４は、赤外線カメラ２０で撮影され、第２の通信部１２を介して受信した熱画像データを格納する。また、格納部１４は、制御部１５が実行する各種プログラムを格納する。なお、赤外線カメラとレーザ変位計から取得したデータは応力測定装置１０内で時間的に同期した状態で格納されている。または、各データに記録されたタイムスタンプにより同期可能な状態で格納されている。

制御部１５は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等で構成され、格納部１４に格納された各種プログラムを実行することにより、応力測定装置１０の全体を制御する。制御部１５は、赤外線カメラ２０により撮影された熱画像データに基づいて、橋梁１０１に発生する応力分布を測定する。制御部１５は、測定した応力データをネットワーク２経由でサーバ等に送信できる。制御部１５の機能の詳細については後述する。

表示部１６は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイで構成される。表示部１６は、制御部１５で求められた応力分布を例えば色情報又は諧調情報として表示できる。

操作部１７は、例えばキーボード、タッチパネル、ボタン等で構成される。ユーザは操作部１７を介して応力測定装置１０に対して指示を行う。

［１−２．動作］
以上のような構成を有する応力測定装置１０について、その動作を以下に説明する。

本実施の形態の応力測定装置１０は、赤外線カメラ２０により生成された熱画像データから測定対象物の応力を求める。赤外線カメラ２０により撮影される熱画像には、測定対象物の応力に基づき発生した熱以外に太陽光や反射光などの外乱による熱成分も含まれる。このため、熱画像から求められる応力には、本来の応力に加えて、外乱による要因（ノイズ）も含まれていると考えられる。よって、精度の良い応力を求めるためには、熱画像から求められる応力から外乱成分を除去する必要がある。

そこで、本実施の形態の応力測定装置１０は、レーザ変位計３０による測定結果を用いて外乱成分を求め、熱画像データから求めた応力値から外乱成分を除去する。これにより精度の良い測定対象物の応力を求める。以下、外乱成分の算出・除去について説明する。

［１−２−１．外乱成分の算出・除去］
本願発明者は、測定対象物に対して、歪みゲージを用いて測定対象物の歪みを測定し、同時にレーザ変位計を用いてその変位を測定した。図４は、歪みゲージによる測定結果と、レーザ変位計による測定結果とを対比して示した図である。図４において、実線が歪みゲージによる歪みの測定結果であり、破線がレーザ変位計による変位の測定結果である。なお、図４では、歪みゲージによる測定結果（歪み）と、レーザ変位計による測定結果（変位）とは双方とも正規化されている。図５は、歪みゲージによる歪みの測定結果と、レーザ変位計による変位の測定結果との相関を数値で示した図である。

図４および図５は、歪みゲージによる測定結果（歪み）とレーザ変位計による測定結果（変位）との波形が非常に高い相関を有することを示している。すなわち、歪みゲージによる測定された歪みと、レーザ変位計により測定された変位とは同様に変化している。歪みと応力は比例関係にある。これらのことから、本願発明者は、レーザ変位計による測定結果を、測定対象物の本来の応力の変化を示す情報として利用できると考えた。そして、本願発明者は、熱画像から求められた応力から、レーザ変位計により測定した測定値を減算することで、外乱成分を算出できると考えた。さらに、この外乱成分を熱画像から求めた応力から減算することで、外乱成分を含まない本来の応力を求めることができると考えた。なお、外乱成分は、測定領域の一部の領域について求める。測定領域全体において外乱成分は一様であると仮定し、一部の領域で求めた外乱成分の値を測定領域全体に適用する。以上のような思想に基づき、本願発明者は本開示の応力測定システムを考案した。

［１−２−２．応力測定処理］
以下、図６のフローチャートを参照して、本実施の形態の応力測定装置１０による応力測定処理を説明する。

応力測定装置１０の制御部１５は、赤外線カメラ２０により生成された熱画像データから測定領域の測定点毎に正規化された第１の波形データを生成する（Ｓ１１）。第１の波形データは次のようにして求められる。

制御部１５は、赤外線カメラ２０から第２の通信部１２を介して熱画像データを取得する。制御部１５は、取得した熱画像データから測定点毎に時間的な温度変化を求め、その温度変化に基づき各測定点について応力を示す応力波形データを生成する。ここで、測定点は、熱画像の一画素毎に対応させても良いし、複数の画素を含む領域に対応させても良い。図７Ａは、そのようにして熱画像データから得られた応力波形データの例を示す。なお、赤外線カメラ２０から取得された熱画像データにはフレーム毎にタイムスタンプが記録されている。

その後、応力波形データに対して、ＨＰＦ（高域通過フィルタ）処理を施し、低域成分を除去する。図７Ｂは、そのようにしてＨＰＦ処理された応力波形データの例を示す。その後、ＨＰＦ処理された応力波形データ（図７Ｂ参照）に対してさらにＬＰＦ（低域通過フィルタ）処理を施し、高域成分を除去する。図７Ｃは、ＨＰＦ処理後にさらにＬＰＦ処理された応力波形データの例を示す。最後に、ＨＰＦ処理及びＬＰＦ処理された応力波形データ（図７Ｃ参照）に対して、振幅の最大値が１となるように正規化することで、無次元化した第１の波形データを生成する。

次に、制御部１５は、一の測定点においてレーザ変位計３０により測定される変位の測定データ（変位データ）から正規化された第２の波形データを生成する（Ｓ１２）。ただし、第２の波形データは第１の波形データと時間同期され、データ範囲も同じ範囲のデータを用いる。第２の波形データは次のようにして求められる。

レーザ変位計３０は測定領域内の一つの測定点（例えば、図２の測定点Ｐ）について変位を計測する。制御部１５は、まず、レーザ変位計３０から第１の通信部１１を介して変位データを取得する。図８Ａに、レーザ変位計３０から取得した変位データから生成された変位波形データの例を示す。その後、制御部１５は、熱画像データから求めた応力波形データの場合と同様に、変位波形データに対して、ＨＰＦ処理およびＬＰＦ処理を施し、振幅の最大値が１となるように正規化し、これにより第２の波形データを得る。図８Ｂに、図８Ａに示す変位波形データに対して、ＨＰＦ処理、ＬＰＦ処理および正規化処理が施されて生成された第２の波形データを示す。

次に、制御部１５は、変位の測定点における第１の波形データ（正規化後）から第２の波形データ（正規化後）を減算することにより、外乱成分を示す外乱データを算出する（Ｓ１３）。レーザ変位計３０は、測定領域内の一つの測定点（例えば、図２の測定点Ｐ）における変位を測定しているため、外乱成分の算出には、その測定点と同一の測定点についての第１の波形データを用いる。前述のように、本実施の形態では、レーザ変位計３０の出力の波形を、外乱を含まない本来の歪み（すなわち応力）の変化を示す情報として使用する（図４参照）。よって、第１の波形データ（外乱を含む応力を示す）の値から、第２の波形データ（外乱を含ない本来の応力を示す）の値を減算することにより、第１の波形データに含まれる外乱成分を求める。

外乱データ（外乱成分）が算出されると、制御部１５は、測定領域内の各測定点についての第１の波形データから外乱データを減算する（Ｓ１４）。本実施の形態では、測定領域全体において外乱成分は一様であると想定し、一つの測定点について求めた外乱成分を測定領域全体に適用する。つまり、制御部１５は、測定領域内の各測定点（一画素または複数の画素からなる領域）に対して、熱画像データから求めた第１の波形データから、測定領域内の一の測定点で計測した外乱成分を減算する。これにより、外乱成分が除去された第１の波形データが求められる。

このようにして求められた外乱除去後の第１の波形データは正規化された無次元の値である。このため、熱画像データから求められた応力波形データを第１の波形データに正規化したときの最大値に基づき、外乱成分が除去された第１の波形データの振幅値を応力値に変換する（Ｓ１５）。これにより外乱を含まない精度のよい応力波形データ（力の次元を有する）を求めることができる。

なお、上記の例では、熱画像データから求めた応力波形データ及びレーザ変位計３０の測定結果から求めた変位波形データをそれぞれ正規化し、正規化した波形データを用いて、外乱成分を除去した応力波形データを求めた。しかし、波形データを正規化せずに、外乱成分を除去した応力波形データを求めてもよい。例えば、レーザ変位計３０で測定されＨＰＦ処理及びＬＰＦ処理が施された変位波形データを換算係数αで応力値に換算する。その応力値に換算された波形データを、外乱成分を含む、熱画像データから求めた応力波形データ（図７Ｃ参照）から減算することで、外乱データを求めることができる。そして、求めた外乱データを、各測定点の応力波形データから減算することで、外乱を含まない精度のよい応力波形データを求めることができる。

ここで、換算係数αは、変位を応力に変換するための係数である。この換算係数αは、荷重が既知の試験車両などを用いて、対象橋梁を走行させ、赤外線応力測定と変位を同時に測定することで求められる。また、一般車両通行時に取得した赤外線応力測定による応力と変位を同時に測定し、求めることもできる。図９に、熱画像から算出された応力と、レーザ変位計３０から算出された変位との関係を示す。図９に示すように、熱画像から算出された応力と、レーザ変位計から算出された変位とは相関性を有している。この相関性に基づき換算係数αを算出する。具体的には、図９に示す近似線の傾きの逆数を換算係数αに設定する。

また、正規化された第１の波形データから外乱成分を減算して得られた波形データに対して、第２の波形データを正規化したときの最大値に基づき、外乱成分が除去された変位波形データへ戻してもよい。その場合、変位波形データから換算係数αを用いて応力波形データ（図８Ｃ参照）に変換する。これによっても上記と同様の結果が得られる。

［１−２−３．実証結果］
高速道路の橋梁上で車両が通過すると応力が発生する。応力の発生にともない温度変化を生じる。以下、本実施の形態の応力測定システム１を用いて高速道路の橋梁の一部の構造物に発生する応力を実際に測定したときの測定結果を示す。

図１０は、測定対象物である橋梁１０１の一部の構造物１０２を赤外線カメラ２０により撮影して生成された熱画像を模式的に示す図である。この測定では、構造物１０２の３つの領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のそれぞれにおける一つの測定点で発生する応力を測定した。

この測定では、レーザ変位計３０は、構造物１０２の領域Ｒ２内の測定点Ｐにおける変位を測定した。図１１は、領域Ｒ２内の測定点Ｐに対するレーザ変位計３０の変位データに対して所定の処理（ＨＰＦ処理、ＬＰＦ処理、正規化処理等）を施して求めた第２の波形データを示した図である。この第２の波形データは、外乱を含んでおらず応力のみの情報を含む。

図１２Ａ〜１２Ｃ、図１３Ａ〜１３Ｃ、図１４Ａ〜１４Ｃはそれぞれ、構造物１０２の測定領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３内の一測定点に対する応力測定システム１による測定結果を示した図である。

図１２Ａは、測定領域Ｒ１の一測定点に対する、熱画像から求められた外乱成分を含む第１の波形データを示す。図１２Ｂは、測定領域Ｒ１に適用する外乱成分の外乱データを示す。この外乱成分として、後述するように、測定領域Ｒ２の測定点Ｐのデータに基づき求めた外乱データを使用する。図１２Ｃは、測定領域Ｒ１の一測定点に対する、外乱成分が除去された波形データを示す。この波形データは正規化されている（無次元である）ため、最終的にはその振幅値を応力値に変換する必要がある。

図１３Ａは、測定領域Ｒ２の測定点Ｐに対する、熱画像データから求められた外乱成分を含む第１の波形データを示す。図１３Ｂは、測定領域Ｒ２の測定点Ｐに対する外乱成分を示す。この外乱成分は、測定領域Ｒ２の測定点Ｐについて、図１３Ａに示す第１の波形データの値から図１１に示す第２の波形データの値を減算することで求められる。図１３Ｃは、測定領域Ｒ２の測定点Ｐに対する、外乱成分が除去された波形データを示す。図１３Ｃに示す波形データの振幅値を応力値に変換することで、力の次元を有する応力波形データが求められる。

図１４Ａは、測定領域Ｒ３の一測定点に対する、熱画像から求められた外乱成分を含む第１の波形データを示す。図１４Ｂは、測定領域Ｒ３に適用する外乱成分の外乱データを示す。この外乱成分として、前述のように、測定領域Ｒ２の測定点Ｐのデータに基づき求めた外乱データを使用する。図１４Ｃは、測定領域Ｒ３に対する、外乱成分が除去された波形データを示す。図１４Ｃに示す波形データの振幅値を応力値に変換することで、力の次元を有する応力波形データが求められる。

［１−３．効果、等］
以上のように本実施の形態の応力測定装置１０は、測定対象物の測定領域の温度を示す情報を含む熱画像データ（熱データの一例）を取得する第２の通信部１２（第１の取得部の一例）と、測定領域内の一の領域に発生する応力に換算される情報を含む変位データ（応力に関係するデータの一例）を取得する第１の通信部１１（第２の取得部の一例）と、熱画像データと変位データとから測定対象物の測定領域に発生する応力を求める制御部１５と、を備える。制御部１５は、測定領域内の一の領域（例えば、測定点Ｐ）及び一の領域以外の他の領域のそれぞれについて、熱データの時間的変化に基づき第１の波形データを求め、変位データの時間的変化に基づき第２の波形データを求める。制御部１５は、測定領域内の一の領域についての第１の波形データから第２の波形データを減算して外乱成分（外乱データ）を求め、外乱データを、測定領域内の他の領域についての第１の波形データから減算することにより、他の領域に発生する応力を示す応力データを求める。

上記構成によれば、熱画像から得られる応力を示す波形データにおいて太陽光等の外乱成分を除去できるため、精度のよい応力データを得ることができる。

また、第１の波形データ及び第２の波形データは無次元化される。これにより、第１の波形データと第２の波形データを対応させることが可能となり、演算に用いることが可能となる。

制御部１５は、第１の波形データから外乱データを減算して得られたデータに対して所定の換算係数αを乗算することにより応力データを求める。

変位データは、レーザ光を用いて被測定物の変位を計測するレーザ変位計３０による測定により得られたデータである。レーザ変位計３０により測定される測定対象物の変位は、測定対象物の歪みと同様に変化する。このため、レーザ変位計３０による測定結果を、測定対象物の応力の測定結果を反映する情報として使用することができる。この情報を使用することで外乱成分を求めることが可能となる。

また、本実施の形態は応力測定方法も開示する。応力測定方法は、測定対象物の測定領域内の一の領域及び一の領域以外の他の領域のそれぞれについて、温度を示す情報を含む熱画像データ（熱データ）の時間的変化に基づき第１の波形データを求めるステップ（Ｓ１１）と、
測定領域内の一の領域に発生する応力に換算される情報を含む変位データ（応力に関係するデータの一例）の時間的変化に基づき第２の波形データを求めるステップ（Ｓ１２）と、
測定領域内の一の領域についての第１の波形データから第２の波形データを減算して外乱成分（外乱データ）を求めるステップ（Ｓ１３）と、
外乱データを、測定領域内の他の領域についての第１の波形データから減算することにより、他の領域に発生する応力を示す応力データを求めるステップ（Ｓ１４）と、
を備える。

この方法によっても、熱画像データから得られる応力を示す波形データにおいて太陽光等の外乱成分を除去できるため、精度のよい応力データを得ることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、熱画像データから求めた第１の波形データと、レーザ変位計３０の測定値（変位データ）から求めた第２の波形データとは、ともに正規化した無次元のデータであった。すなわち、外乱成分は、無次元の第１の波形データと第２の波形データを用いて求めていた。これに対して、本実施の形態では、無次元化された第１の波形データと第２の波形データではなく、力の次元（Ｐａ）を持つデータを用いて測定対象物の応力を求める。本実施の形態の応力測定システムの構成は実施の形態１のものと同様である。

図１５は、実施の形態２における応力測定装置１０による応力測定処理を示すフローチャートである。以下、図１５のフローチャートを参照して、実施の形態２における応力測定処理を説明する。

応力測定装置１０の制御部１５は、赤外線カメラ２０により生成された熱画像データから第１の波形データ（正規化されていない応力波形データ）を生成する（Ｓ２１）。具体的には、制御部１５は、赤外線カメラ２０から第２の通信部１２を介して熱画像データを取得する。制御部１５は、取得した熱画像データから温度変化量を求め、その温度変化量に基づき測定対象物の測定領域の各測定点について応力を示す応力波形データを生成する。ここで、応力波形データは、熱画像データの一画素毎に求めても良いし、複数の画素を含む領域毎に求めても良い。その後、この応力波形データに対して、ＨＰＦ処理及びＬＰＦ処理を施す。図１６Ａに、このようにして得られた第１の波形データの一例を示す。

次に、制御部１５は、レーザ変位計３０による変位の測定データから第２の波形データを求める（Ｓ２２）。第２の波形データは次のようにして求める。

制御部１５は、レーザ変位計３０から第１の通信部１１を介して、測定領域内の一測定点（例えば、図２の測定点Ｐ）に対する変位データを取得する。制御部１５は、熱画像データから求めた応力波形データの場合と同様に、取得した変位データから変位波形データを生成し、ＨＰＦ処理およびＬＰＦ処理を施す。その後、制御部１５は、変位波形データに対して、変位を応力に変換するための換算係数αを乗算し、応力値を示す応力波形データに変換する。この様にして求められた応力値を示す応力波形データを第２の波形データとする。

次に、制御部１５は、変位の測定点における第１の波形データから第２の波形データを減算することで外乱成分を示す外乱データを求める（Ｓ２３）。このようにして得られた外乱データは力の単位で示される。図１６Ｂに、このようにして得られた外乱データの一例を示す。

外乱成分が算出されると、制御部１５は、測定領域内の各測定点（画素毎または複数画素からなる領域）に対して、第１の波形データから外乱データ（外乱成分）を減算する（Ｓ２４）。これにより、測定領域全体について、外乱成分が除去された応力波形データが求められる。図１６Ｃに、このようにして得られた、外乱成分が除去された応力波形データの一例を示す。

以上のように、各波形データを正規化しなくても、各波形データの次元を統一して処理することで、波形データ間の減算により外乱成分の算出および除去が可能となり、精度のよい応力波形データを得ることができる。

（実施の形態３）
応力測定システムの別の実施の形態を説明する。図１７は本実施の形態の応力測定システム１ｂの構成を示す図である。本実施の形態の応力測定システム１ｂは、実施の形態１の応力測定システムの構成に加えて、可視光カメラ５０をさらに備える。

可視光カメラ５０は可視光による画像を撮影可能な撮像装置である。可視光カメラ５０は橋梁１０１上を走行する車両のナンバープレートを撮影する。可視光カメラ５０は撮影した画像の画像データを応力測定装置１０に送信する。応力測定装置１０は、可視光カメラ５０から受信した画像データを解析し、車両のナンバープレートに記載された情報を取得する。応力測定装置１０は、取得したナンバープレートの情報と、測定した応力波形データとを関連づけて格納部１４に格納する。なお、応力波形データは、実施の形態１，２と同様に算出される。

ナンバープレートの情報により車両を特定することができる。このため、このようにして記録された応力データを参照することで、車両の種類（重量）と、車両が通過したときに発生する応力との相関を後に認識することが可能になる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜３を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１〜３で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

上記の実施の形態では、高速道路の橋梁を応力の測定対象物としたが、測定対象物は、高速道路の橋梁に限定されない。本開示の応力測定装置及び方法は、任意の構造物または物体の応力の測定に適用することができる。例えば、重機等の建設機械や、車両、航空機、船舶等の輸送機器及びそれらに搭載されるエンジン等の金属機械、並びに樹脂、複合材、コンクリート等で構成される構造物などの応力の測定に適用することができる。

上記の実施の形態において、第１及び第２の波形データを求める際に、赤外線カメラ２０の熱画像データから求めた波形データ及びレーザ変位計３０の測定データから求めた波形データのそれぞれに対してＬＰＦ処理を施した。第１及び第２の波形データを求める際に、ＬＰＦ処理の代わりに移動平均処理（移動平均フィルタ処理）を用いてもよい。

上記の実施の形態では、レーザ変位計を用いて測定対象物の変位を計測したが、測定対象物の変位は、レーザ変位計以外の装置を用いて計測してもよい。

上記の実施の形態では、測定領域全体において外乱成分は一様であると仮定した。しかし、測定対象物をレーザ変位計により遠方から測定し、視野が広く取れる場合は、測定領域内の位置によって波形の位相が異なる可能性がある。この場合は、複数のレーザ変位計を使用する必要がある。その場合、外乱は測定領域の位置により異なる可能性がある。例えば、映りこみ（熱が反射して映りこむ場合）がある場合、映り込みがある場所と、映りこみがない場所で外乱が異なる場合がある。このような場合は、測定領域毎に異なる外乱データを使用して、外乱成分を除去した波形を得る必要がある。

上記の実施の形態では、測定対象物の変位（応力）を測定するためにレーザ変位計を用いたが、レーザ変位計を用いる以外の方法で変位を測定してもよい。例えば、画像相関法、モアレ法等を用いて画像から変位を測定してもよい。また、レーザ変位計を用いる場合でも、二次元的または三次元的に変位を測定してもよい。

上記の実施の形態では、応力に関係するデータとして、レーザ変位計で測定される変位データを用いたが、応力に換算できるデータであれば変位に限られない。例えば、歪み又は加速度を測定し、換算係数を求めてこれらのデータを応力に変換してもよい。

また、図１は、単独の車両の走行時に橋梁に発生する応力を測定している様子を示しているが、本開示の応力測定システムは、一般的な車両の通行状況下でも適用可能である。すなわち、複数の車両が並走または縦列走行を行っている状況下においても、応力を測定することができる。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、測定対象物に発生する応力を非接触で測定する装置に適用でき、例えば、高速道路の橋梁等の構造物に発生する応力を測定する装置に有用である。

１，１ｂ 応力測定システム
２ ネットワーク
１０ 応力測定装置
１１ 第１の通信部
１２ 第２の通信部
１３ 第３の通信部
１４ 格納部
１５ 制御部
１６ 表示部
１７ 操作部
２０ 赤外線カメラ
３０ レーザ変位計
５０ 可視光カメラ
１０１ 橋梁
１０２ 構造物

Claims (10)

1. 測定対象物の測定領域の温度を示す情報を含む熱データを取得する第１の取得部と、
   前記測定領域内の一の領域に発生する応力に関係するデータを取得する第２の取得部と、
   前記熱データと前記応力に関係するデータとから前記測定対象物の前記測定領域に発生する応力を求める制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記測定領域内の前記一の領域及び前記一の領域以外の他の領域のそれぞれについて、前記熱データの時間的変化に基づき第１の波形データを求め、
   前記応力に関係するデータの時間的変化に基づき第２の波形データを求め、
   前記測定領域内の前記一の領域についての前記第１の波形データから前記第２の波形データを減算して外乱データを求め、
   前記外乱データを、前記測定領域内の前記他の領域についての前記第１の波形データから減算することにより、前記他の領域に発生する応力を示す応力データを求める、応力測定装置。
2. 前記第１の波形データ及び前記第２の波形データは無次元化されたデータである、請求項１に記載の応力測定装置。
3. 前記制御部は、前記第１の波形データから前記外乱データを減算して得られたデータに対して所定の換算係数を乗算することにより前記応力データを求める、請求項２に記載の応力測定装置。
4. 前記制御部は、前記応力に関係するデータに、応力に換算するための所定の換算係数を乗算することで前記第２の波形データを求める、請求項１に記載の応力測定装置。
5. 前記熱データは、前記測定対象物を撮影する赤外線カメラによって生成される熱画像データである、請求項１に記載の応力測定装置。
6. 前記応力に関係するデータは、レーザ光を用いて前記一の領域についての前記測定対象物の変位を測定するレーザ変位計により得られた変位データである、請求項１に記載の応力測定装置。
7. 前記応力に関係するデータは、前記測定対象物の前記一の領域の変位、歪み又は加速度をそれぞれ示す変位データ、歪みデータ又は加速度データである、請求項１に記載の応力測定装置。
8. 請求項１〜７に記載の応力測定装置と、
   前記測定対象物を撮影し、前記熱データとして熱画像データを生成する赤外線カメラと、
   前記測定対象物の変位を測定し、前記応力に関係するデータとして変位データを生成するレーザ変位計と、
   を備える、応力測定システム。
9. 可視光による被写体を撮影する可視光カメラをさらに備え、
   前記応力測定装置は、前記可視光カメラで撮影した前記被写体に関する情報と、求めた前記測定対象物の前記応力に関する情報とを関連づけて所定の記録媒体に記録する、請求項８に記載の応力測定システム。
10. 測定対象物の測定領域内の一の領域及び前記一の領域以外の他の領域のそれぞれについて、温度を示す情報を含む熱データの時間的変化に基づき第１の波形データを求めるステップと、
    前記測定領域内の前記一の領域に発生する応力に関係するデータの時間的変化に基づき第２の波形データを求めるステップと、
    前記測定領域内の前記一の領域についての前記第１の波形データから前記第２の波形データを減算して外乱データを求めるステップと、
    前記外乱データを、前記測定領域内の前記他の領域についての前記第１の波形データから減算することにより、前記他の領域に発生する応力を示す応力データを求めるステップと、を備える、応力測定方法。

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