WO2020084833A1 - 試験装置、及び試験装置の制御方法 - Google Patents

試験装置、及び試験装置の制御方法 Download PDF

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WO2020084833A1
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知貴 永島
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株式会社島津製作所
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02Details
    • G01N3/06Special adaptations of indicating or recording means

Definitions

  • the present invention relates to a test device and a test device control method.
  • test device that measures a deformation of a test piece according to application of a test force based on an image captured by a camera
  • the camera repeatedly photographs the test piece from the start to the end of the tensile test. Then, the image portions of the marks attached to two points on the surface of the test piece are detected from each photographed image, and the elongation amount of the test piece is measured based on the change in the position of the detected image portion of the mark.
  • the initial position of the image portion of the mark attached to the test piece when starting the test.
  • the setting of the initial position can be performed by the user of the test apparatus by visually recognizing the photographed image, but by pattern matching using the template image of the mark, the image portion of the mark is detected from the photographed image. You can also do it.
  • a test apparatus including two cameras having different visual fields is also known in order to cope with displacement measurement over a wide range and highly accurate displacement measurement.
  • the initial position of the image portion of the mark attached to the test piece is performed by pattern matching for the images captured by two cameras having different field of view, the image of the mark is captured in the image captured by the camera with a wide field of view. Since the area becomes smaller, the amount of information in the image area of the mark becomes smaller. Therefore, erroneous detection is likely to occur when the image portion of the mark is detected by template matching, and the initial position of the mark may be erroneously set.
  • the present invention has been made in view of such a background, and a test for preventing an erroneous setting of an initial position of an image portion of a mark attached to a test piece in images captured by two cameras having different fields of view.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus and a control method for a test apparatus.
  • a first invention is a jig for setting a test piece having a first mark and a second mark on its surface at a predetermined position, and a test force applying section for applying a test force to the test piece set on the jig.
  • a first camera for photographing the test piece set in the jig in a first visual field
  • a second camera for photographing the test piece set in the jig in a second visual field wider than the first visual field
  • the position of the image portion of the first mark and the image portion of the second mark is detected between the camera and the first captured image captured by the first camera and the second captured image captured by the second camera.
  • a first aspect of the invention is a template image setting unit that sets a first area including an image portion of the first mark and an image portion of the second mark as a first area template image in the first captured image. And performing template matching on the second captured image using a second region template image obtained by reducing the first region template image according to the difference in the field of view between the first camera and the second camera, The measurement is started by recognizing the area detection unit that detects the second area corresponding to the first area and the positions of the image portion of the first mark and the image portion of the second mark in the second area. And an initial position setting unit that sets initial positions of the image portion of the first mark and the image portion of the second mark in the second captured image. And butterflies.
  • the initial position setting section may provide the first position information indicating the positions of the image portion of the first mark and the image portion of the second mark in the first area,
  • the positions of the image portion of the first mark and the image portion of the second mark in the second area are recognized based on the second position information corrected according to the difference in the visual fields of the first camera and the second camera. It is characterized by doing.
  • a third invention is a jig for setting a test piece having a first mark and a second mark on its surface at a predetermined position, and a test force applying section for applying a test force to the test piece set on the jig. And a first camera for photographing the test piece set in the jig in a first visual field, and a second camera for photographing the test piece set in the jig in a second visual field wider than the first visual field
  • the present invention relates to a control method of a test device including a camera.
  • a third aspect of the invention is the image portion of the first mark and the image portion of the second mark for the first captured image captured by the first camera and the second captured image captured by the second camera.
  • the template image setting unit causes the first area including the image portion of the first mark and the image portion of the second mark to be the first area in the first captured image by the first camera having a narrow field of view.
  • the image information of the first area template is larger than that when only the image portion of the first mark or only the image portion of the second mark is used as the template image. Therefore, the area detection unit can detect the second area in the second captured image while preventing erroneous detection by using the second area template image obtained by reducing the first area template image.
  • the initial position setting unit 23 recognizes the positions of the image portion of the first mark and the image portion of the second mark in the second area, thereby preventing the initial position of the image portion of the mark from being erroneously set. can do.
  • the initial position setting unit provides the first position information indicating the positions of the image portion of the first mark and the image portion of the second mark in the first area to the visual fields of the first camera and the second camera.
  • the positions of the image portion of the first mark and the image portion of the second mark in the second area are recognized based on the second position information corrected according to the difference. Therefore, the image portion of the first mark and the image portion of the second mark in the second area can be recognized by a simple calculation process.
  • the same effect as that of the first invention can be obtained by implementing the method of the third invention with the test apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a material testing machine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart of a process of setting the initial position of the image portion of the mark attached to the test piece.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of inconvenience when detecting the image portion of the mark attached to the test piece from the image captured by the second camera.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of template matching using a region including the image portions of the first mark and the second mark attached to the test piece as a template image.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a correspondence relationship between the first area and the second area in the first captured image and the second captured image.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a process of extracting the image portion of the first mark and the image portion of the second mark by pattern matching in the second region of the second captured image.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a test apparatus 1 according to this embodiment.
  • the test apparatus 1 includes a tester main body 2 that applies a test force as a load to a test piece TP that is a material to be tested to perform a tensile test, and a control device 5 that controls the operation of the tester main body 2.
  • a first mark MK1 and a second mark MK2 are provided on the surface of the test piece TP in order to measure the displacement of the test piece TP with a captured image of the test piece TP.
  • the tester main body 2 includes a table 50, a pair of screw rods 51 and 52 erected on the table 50 so as to be vertically rotatable, and a cross movable along the screw rods 51 and 52.
  • a head 53, a load mechanism 40 that moves the cross head 53 to apply a load to the test piece TP, a load cell 56, and a first camera 61 and a second camera 62 that photograph the test piece TP are provided.
  • the load cell 56 is a sensor that measures a test force, which is a tensile load applied to the test piece TP, and outputs a test force measurement signal A1 indicating the measured test force to the control device 5.
  • the pair of screw rods 51 and 52 are ball screws, and the crosshead 53 is connected to each screw rod 51 and 52 via a nut (not shown).
  • the load mechanism 40 includes worm speed reducers 41 and 42 connected to the lower ends of the screw rods 51 and 52, and a servo motor 43 connected to the worm speed reducers 41 and 42.
  • the load mechanism 40 transmits the rotation of the servomotor 43 to the pair of screw rods 51 and 52 via the worm reducers 41 and 42, and the screw rods 51 and 52 rotate in synchronization with each other, whereby the crosshead 53 is rotated. Moves up and down along the screw rods 51 and 52.
  • the load mechanism 40 corresponds to the test force application unit of the present invention.
  • the crosshead 53 is provided with an upper grip 54 for gripping the upper end of the test piece TP, and the table 50 is provided with a lower grip 55 for gripping the lower end of the test piece TP. .
  • the tester main body 2 holds the upper end of the test piece TP with the upper grip 54 and holds the lower end of the test piece TP with the lower grip 55 under the control of the controller 5.
  • the test force is applied to the test piece TP by raising the cross head 53.
  • the first camera 61 takes an image of the test piece TP held by the upper grip 54 and the lower grip 55 in the first field of view.
  • the second camera 62 takes an image of the test piece TP held by the upper grip 54 and the lower grip 55 with a second visual field wider than the first visual field.
  • the first video signal Vs1 of the first camera 61 and the second video signal Vs2 of the second camera 62 are input to the control device 5.
  • the upper grip 54 and the lower grip 55 correspond to a jig for setting the test piece of the present invention at a predetermined position.
  • the control device 5 controls the operation of the tester body 2 and measures the displacement of the test piece TP by a tensile test.
  • the control device 5 includes an arithmetic unit 10, a display unit 11, an input unit 12, a sensor amplifier 13, an image capturing circuit 14, an image memory 15, and a servo amplifier 16.
  • the sensor amplifier 13 amplifies the test force measurement signal A1 output from the load cell 56 and inputs the amplified signal Fs to the arithmetic unit 10.
  • the image capturing circuit 14 receives the first video signal Vs1 output from the first camera 61 and stores the first captured image IM1 generated from the first video signal Vs1 in the image memory 15. Further, the image capturing circuit 14 inputs the second video signal Vs2 output from the second camera 62 and stores the second captured image IM2 generated from the second video signal Vs2 in the image memory 15.
  • the servo amplifier 16 supplies a drive current to the servo motor 43 according to the motor drive signal output from the arithmetic unit 10.
  • the arithmetic unit 10 is an electronic circuit unit including a CPU 20, a memory 30, and an interface circuit (not shown).
  • a control program 31 of the test apparatus 1 is stored in the memory 30.
  • template image data 32 for detecting image portions of the first mark MK1 and the second mark MK2 attached to the test piece TP from the first captured image IM1 and the second captured image IM2. Saved.
  • the CPU 20 functions as the template image setting unit 21, the region detection unit 22, the initial position setting unit 23, and the displacement measuring unit 24 by executing the control program 31.
  • the template image setting unit 21 sets, as a region template, a region including the image portions of the first mark MK1 and the second mark MK2 attached to the test piece TP in the first captured image IM1.
  • the area detection unit 22 performs template matching on the second captured image IM2 using a template image in which the area template is reduced according to the difference in the field of view of the first camera 61 and the second camera 62, and corresponds to the second captured image IM2. Area to be detected.
  • the initial position setting unit 23 recognizes the positions of the image portions of the first mark MK1 and the second mark MK2 in the first captured image IM1 and the second captured image IM2, and then the images of the first mark MK1 and the second mark MK2. Set the initial position of the part.
  • the displacement measuring unit 24 recognizes the displacement of the image portion of the first mark MK1 and the image portion of the second mark MK2 from the initial position in the first captured image IM1 and the second captured image IM2, and thereby the extension amount of the test piece TP is determined. taking measurement.
  • the control device 5 implements the test apparatus control method of the present invention, and the process executed by the template image setting unit 21 corresponds to the template image setting step in the test apparatus control method of the present invention. Further, the processing executed by the area detecting unit 22 corresponds to the area detecting step, the processing executed by the initial position setting unit 23 corresponds to the initial position setting step, and the processing executed by the displacement measuring unit 24 is the displacement measuring step. It corresponds to a step.
  • the user (practitioner of the tensile test) operates the input unit 12 to start the tensile test with the test piece TP attached to the tester main body 2.
  • the processing according to the flowchart shown in FIG. 2 is executed.
  • step S1 of FIG. 2 the initial position setting unit 23 acquires the first captured image IM1 captured by the first camera 61 and the second captured image IM2 captured by the second camera 62.
  • FIG. 3 shows a first captured image IM1 captured by the first camera 61 and a second captured image IM2 captured by the second camera 62 having a wider field of view than the first camera 61.
  • the image portion 54i of the upper grip 54, the image portion 55i of the lower grip 55, and the image portion TPi of the test piece TP held by the upper grip 54 and the lower grip 55 are reflected in the first captured image IM1. I'm out. Further, the first mark image portion MK1i, which is the image portion of the first mark MK1 attached to the test piece TP, and the second mark image portion MK2i, which is the image portion of the second mark MK2, are reflected. In addition, the first mark image portion MK1di and the second mark image portion MK2di smaller than the first photographed image IM1 are reflected in the second photographed image IM2.
  • the initial position setting unit 23 performs template matching on the first captured image IM1 with the mark template image TM stored in the memory 30 to generate the first mark image portion MK1i and the second mark image portion. Extract MK2i.
  • pattern matching is performed using one mark template image TM, and the first mark image portion MK1i and the first mark image portion MK1i are matched.
  • the 2-mark image portion MK2i is detected.
  • the mark template image TM may be set by selecting a range of the first mark image portion MK1i from the first captured image IM1 displayed on the display device 11 by a user's manual registration operation. It may be set according to the specification data of the piece.
  • the initial position setting unit 23 sets the positions of the first mark image portion MK1i and the second mark image portion MK2i extracted in step S3 to the first mark image portion MK1i and the second mark image portion MK1i of the first captured image IM1. It is set as the initial position of the mark image portion MK2i.
  • the following steps S4 to S7 are processing for setting the initial positions of the first mark image portion MK1di and the second mark image portion MK2di of the second captured image IM2.
  • template matching is performed using the reduced mark template image DTM obtained by reducing the mark template image TM to generate the first mark image portion MK1di and the second mark image portion MK2di. Can also be considered.
  • the size of the first mark image portion MK1di and the second mark image portion MK2di is small, and the amount of image information is small. Therefore, when template matching is performed using the reduced mark template image DTM, the image portions 100, 101, etc. other than the first mark image portion MK1di and the second mark image portion MK2di are converted into the first mark image portion MK1di and the second mark image. There is a high possibility that the partial MK2di may be erroneously detected.
  • the area detection unit 22 uses the second area template image DTA obtained by reducing the first area template image TA in accordance with the difference in the visual fields of the first camera 61 and the second camera 62, to obtain the second captured image IM2. Template matching is performed to detect the second area AR2 corresponding to the first area AR1.
  • the second area template image DTA in this way, it is possible to prevent erroneous detection of the image portions 100, 101, etc. that are close to the first mark image portion MK1di and the second mark image portion MK2di.
  • FIG. 5 shows first position information RP1 indicating the positions of the first mark image portion MK1i and the second mark image portion MK2i in the first area AR1 of the first captured image IM1, and the second position of the second captured image IM2.
  • the second position information RP2 indicating the positions of the first mark image portion MK1di and the second mark image portion MK2di in the area AR2 is shown.
  • the first position information RP1 includes a position P11 (X1, Y1) of the first mark image portion MK1i and a position P12 (of the second mark image portion MK2i) with the upper left end P10 (0, 0) of the first area AR1 as a reference. It has information of X2, Y2).
  • the second position information RP2 is a correction in which the positional relationship indicated by the first position information RP1 is reduced by the magnification Dw in the vertical and horizontal directions according to the visual field of the second camera 62.
  • step S6 the initial position setting unit 23 uses the second position information RP2 to detect the first mark image portion MK1di and the second mark image portion MK2di in the second captured image IM2 from the detection position of the second area AR2. Calculate the position. That is, the initial position setting unit 23 calculates the position P21 (x1, y1) of the first mark image portion MK1di and the position P22 (x2, y2) of the second mark image portion MK2di by the following equations (1) to (4). ) Is calculated.
  • the initial position setting unit 23 determines the calculated positions of the first mark image portion MK1di and the second mark image portion MK2di with respect to the second captured image IM2 as the images of the first mark MK1 and the second mark MK2. Set to the initial position of the part.
  • the displacement measuring unit 24 detects the displacement from the initial position of the image portion of the first mark MK1 and the image portion of the second mark MK2 in the first captured image IM1 and the second captured image IM2 determined by the initial position setting unit 23. By doing so, the elongation amount of the test piece TP is measured.
  • the initial position setting unit 23 uses the first position information RP1 to calculate the first mark image portion in the second captured image IM2 according to the above formulas (1) to (4).
  • the positions of MK1di and the second mark image portion MK2di were calculated.
  • a reduced mark template image DTM obtained by reducing the mark template image TM according to the difference in parallax between the first camera 61 and the second camera 62 is used for the second captured image IM2.
  • Template matching may be performed to set the initial positions of the first mark image portion MK1di and the second mark image portion MK2di.
  • the image portions 100, 101, etc., at locations other than the second area AR2 can be displayed in the first mark image portion MK1di or the second mark image. It is possible to prevent erroneous detection as the part MK2di.
  • the functional block shown in FIG. 1 is a schematic diagram in which the constituent elements are classified according to the main processing contents to facilitate understanding of the present invention, and further according to the processing contents. It can also be classified into many components. Also, one component can be classified so as to perform more processing.
  • the test apparatus for performing the tensile test is shown as the test apparatus of the present invention.
  • the present invention applies a test force to the test piece so that the displacement generated in the test piece can be detected by two units with different visual fields. It can be widely applied to a test device that recognizes and measures a mark on a test piece from an image captured by a camera.
  • the present invention can be applied to a test device that performs a compression test, a bending test, a peeling test, and the like.
  • Test device 1 Test device 2 Test machine main body 5 Control device 10 Arithmetic unit 11 Display unit 12 Input section 14 Image capturing circuit 15 Image memory 20 CPU 21 Template Image Setting Section 22 Area Detection Section 23 Initial Position Setting Section 24 Displacement Measuring Section 30 Memory 54 Upper Grip (Jig) 55 Lower grip (jig) 61 first camera 62 second camera TP test piece MK1 first mark MK2 second mark AR1 inclusion area in first captured image AR2 inclusion area in second captured image TM mark template image TA first area template image

Abstract

視野が異なる2台のカメラの撮影画像について、試験片に付されたマークの画像部分の初期位置が誤って設定されることを防止する。 テンプレート画像設定部21は、第1撮影画像IM1について、第1マークMK1の画像部分と第2マークMK2の画像部分とを含む第1領域を、第1領域テンプレート画像として設定する。領域検出部22は、第2撮影画像IM2について、第1領域テンプレート画像を縮小した第2領域テンプレート画像によるテンプレートマッチングを行って、第1領域に対応した第2領域を検出する。初期位置設定部23は、第2領域における第1マークMK1及び第2マークMK2の画像部分の位置を認識して、初期位置を設定する。

Description

試験装置、及び試験装置の制御方法
 本発明は、試験装置、及び試験装置の制御方法に関する。
 従来、試験力の付与に応じた試験片の変形をカメラによる撮影画像に基づいて測定する試験装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された試験装置においては、引張試験の開始から終了までの間、カメラにより試験片を繰り返し撮影する。そして、各撮影画像から試験片の表面の2箇所に付されたマークの画像部分を検出し、検出したマークの画像部分の位置の変化に基づいて試験片の伸び量を測定している。
特開2000-333157号公報
 上述したように、試験片の変形を撮影画像に基づいて測定する場合、試験を開始する際に、試験片に付されたマークの画像部分の初期位置を設定する必要がある。そして、この初期位置の設定は、試験装置の使用者が撮影画像を視認して行うこともできるが、マークのテンプレート画像を用いたパターンマッチングにより、撮影画像からマークの画像部分を検出することによって行うこともできる。
 また、広範囲の変位測定と高精度の変位測定に対応するために、視野が異なる2台のカメラを備えた試験装置も知られている。そして、視野の広さが異なる2台のカメラの撮影画像について、試験片に付されたマークの画像部分の初期位置を、パターンマッチングにより行う場合、視野が広いカメラの撮影画像では、マークの画像部分が小さくなってマークの画像部分の情報量が少なくなる。そのため、テンプレートマッチングによりマークの画像部分を検出する際に誤検出が生じ易く、マークの初期位置が誤って設定されるおそれがある。
 本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、視野が異なる2台のカメラの撮影画像について、試験片に付されたマークの画像部分の初期位置が誤って設定されることを防止した試験装置、及び試験装置の制御方法を提供することを目的とする。
 第1の発明は、表面に第1マーク及び第2マークが付された試験片を、所定位置にセットする冶具と、前記冶具にセットされた前記試験片に試験力を付与する試験力付与部と、前記冶具にセットされた前記試験片を、第1視野により撮影する第1カメラと、前記冶具にセットされた前記試験片を、前記第1視野よりも広い第2視野により撮影する第2カメラと、前記第1カメラにより撮影された第1撮影画像及び前記第2カメラにより撮影された第2撮影画像について、前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を検出することにより、前記試験力付与部により前記試験力が付与されたときの前記試験片の変位を測定する変位測定部とを備えた試験装置に関する。そして、第1の発明は、前記第1撮影画像について、前記第1マークの画像部分と前記第2マークの画像部分とを含む第1領域を、第1領域テンプレート画像として設定するテンプレート画像設定部と、前記第2撮影画像について、前記第1領域テンプレート画像を前記第1カメラと前記第2カメラとの視野の相違に合わせて縮小した第2領域テンプレート画像を用いたテンプレートマッチングを行って、前記第1領域に対応する第2領域を検出する領域検出部と、前記第2領域における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を認識することにより、前記測定を開始する際の前記第2撮影画像における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の初期位置を設定する初期位置設定部とを備えることを特徴とする。
 第2の発明は、第1の発明において、前記初期位置設定部は、前記第1領域における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を示す第1位置情報を、前記第1カメラと前記第2カメラとの視野の相違に合わせて補正した第2位置情報に基づいて、前記第2領域における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を認識することを特徴とする。
 第3の発明は、表面に第1マーク及び第2マークが付された試験片を、所定位置にセットする冶具と、前記冶具にセットされた前記試験片に試験力を付与する試験力付与部と、前記冶具にセットされた前記試験片を、第1視野により撮影する第1カメラと、前記冶具にセットされた前記試験片を、前記第1視野よりも広い第2視野により撮影する第2カメラとを備える試験装置の制御方法に関する。そして、第3の発明は、前記第1カメラにより撮影された第1撮影画像及び前記第2カメラにより撮影された第2撮影画像について、前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を検出することにより、前記試験力付与部により前記試験力が付与されたときの前記試験片の変位を測定する変位測定ステップと、前記第1撮影画像について、前記第1マークの画像部分と前記第2マークの画像部分とを含む第1領域を、第1領域テンプレート画像として設定するテンプレート画像設定ステップと、前記第2撮影画像について、前記第1領域テンプレート画像を前記第1カメラと前記第2カメラとの視野の相違に合わせて縮小した第2領域テンプレート画像を用いたテンプレートマッチングを行って、前記第1領域に対応する第2領域を検出する領域検出ステップと、前記第2領域における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を認識することにより、前記測定を開始する際の前記第2撮影画像における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の初期位置を設定する初期位置設定ステップとを含むことを特徴とする。
 なお、この明細書には、2018年10月26日に出願された日本国特許出願・特願2018-201454号の全ての内容が含まれるものとする。
 第1の発明によれば、テンプレート画像設定部により、視野が狭い第1カメラによる第1撮影画像について、第1マークの画像部分と第2マークの画像部分とを含む第1領域が、第1領域テンプレートとして設定される。第1領域テンプレートの画像情報は、第1マークの画像部分のみ、又は第2マークの画像部分のみをテンプレート画像とした場合よりも多くなる。そのため、領域検出部により、第1領域テンプレート画像を縮小した第2領域テンプレート画像を用いて、前記第2撮影画像における第2領域を、誤検出を防止して検出することができる。そして、初期位置設定部23により、第2領域における第1マークの画像部分及び第2マークの画像部分の位置を認識することにより、マークの画像部分の初期位置が誤って設定されることを防止することができる。
 第2の発明によれば、初期位置設定部は、第1領域における第1マークの画像部分及び第2マークの画像部分の位置を示す第1位置情報を、第1カメラと第2カメラの視野の相違に合わせて補正した第2位置情報に基づいて、第2領域における第1マークの画像部分及び第2マークの画像部分の位置を認識する。そのため、簡易な演算処理により、第2領域における第1マークの画像部分及び第2マークの画像部分を認識することができる。
 第3の発明によれば、第3の発明の方法を試験装置で実施することにより、第1の発明と同様の効果を得ることができる。
図1は、本発明の実施形態に係る材料試験機の構成を模式的に示す図である。 図2は、試験片に付されたマークの画像部分の初期位置を設定する処理のフローチャートである。 図3は、第2カメラによる撮影画像から、試験片に付されたマークの画像部分を検出する際の不都合の説明図である。 図4は、試験片に付された第1マーク及び第2マークの画像部分を含む領域をテンプレート画像としたテンプレートマッチングの説明図である。 図5は、第1撮影画像及び第2撮像画像における第1領域と第2領域の対応関係の説明図である。 図6は、第2撮影画像の第2領域について、パターンマッチングにより第1マークの画像部分及び第2マークの画像部分を抽出する処理の説明図である。
 [1.材料試験機の構成]
 以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
 図1は、本実施形態に係る試験装置1の構成を模式的に示す図である。試験装置1は、試験対象の材料である試験片TPに負荷としての試験力を付与して引張試験を行う試験機本体2と、試験機本体2の作動を制御する制御装置5とを備えている。試験片TPの表面には、試験片TPの変位を試験片TPの撮影画像によって測定するために、第1マークMK1及び第2マークMK2が付されている。
 [2.試験機本体の構成]
 試験機本体2は、テーブル50と、テーブル50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51、52と、これらのねじ棹51、52に沿って移動可能なクロスヘッド53と、このクロスヘッド53を移動させて試験片TPに負荷を与える負荷機構40と、ロードセル56と、試験片TPを撮影する第1カメラ61及び第2カメラ62とを備えている。ロードセル56は、試験片TPに付与されている引張荷重である試験力を測定し、測定された試験力を示す試験力測定信号A1を制御装置5に出力するセンサである。
 一対のねじ棹51、52はボールねじから成り、クロスヘッド53は、各ねじ棹51,52に対して図示を省略したナットを介して連結されている。負荷機構40は、各ねじ棹51、52の下端部に連結されるウォーム減速機41、42と、各ウォーム減速機41、42に連結されるサーボモータ43とを備えている。
 負荷機構40は、ウォーム減速機41、42を介して、一対のねじ棹51、52にサーボモータ43の回転を伝達し、各ねじ棹51、52が同期して回転することにより、クロスヘッド53がねじ棹51、52に沿って昇降する。負荷機構40は、本発明の試験力付与部に相当する。
 クロスヘッド53には、試験片TPの上端部を把持するための上つかみ具54が付設され、テーブル50には、試験片TPの下端部を把持するための下つかみ具55が付設されている。試験機本体2は、引張試験の際、試験片TPの上端部を上つかみ具54で把持すると共に、試験片TPの下端部を下つかみ具55で把持した状態で、制御装置5による制御により、クロスヘッド53を上昇させることによって、試験片TPに試験力を付与する。
 第1カメラ61は、上つかみ具54及び下つかみ具55により把持された試験片TPを第1視野により撮影する。第2カメラ62は、上つかみ具54及び下つかみ具55により把持された試験片TPを、第1視野よりも広い第2視野により撮影する。第1カメラ61の第1映像信号Vs1と第2カメラ62の第2映像信号Vs2は、制御装置5に入力される。上つかみ具54及び下つかみ具55は、本発明の試験片を所定位置にセットする冶具に相当する。
 [3.制御装置の構成]
 制御装置5は、試験機本体2の作動の制御と引張試験による試験片TPの変位の測定を行う。制御装置5は、演算ユニット10と、表示器11と、入力部12と、センサアンプ13と、画像取込回路14と、画像メモリ15と、サーボアンプ16とを備えている。
 センサアンプ13は、ロードセル56から出力される試験力測定信号A1を増幅し、増幅信号Fsを演算ユニット10に入力する。画像取込回路14は、第1カメラ61から出力される第1映像信号Vs1を入力し、第1映像信号Vs1から生成した第1撮影画像IM1を画像メモリ15に保存する。また、画像取込回路14は、第2カメラ62から出力される第2映像信号Vs2を入力し、第2映像信号Vs2から生成した第2撮影画像IM2を画像メモリ15に保存する。サーボアンプ16は、演算ユニット10から出力されるモータ駆動信号に応じて、サーボモータ43に駆動電流を供給する。
 演算ユニット10は、CPU20、メモリ30、及び図示しないインターフェース回路等により構成された電子回路ユニットである。メモリ30には、試験装置1の制御用プログラム31が保存されている。また、メモリ30には、第1撮影画像IM1及び第2撮影画像IM2から、試験片TPに付された第1マークMK1及び第2マークMK2の画像部分を検出するためのテンプレート画像のデータ32が保存される。CPU20は、制御用プログラム31を実行することによって、テンプレート画像設定部21、領域検出部22、初期位置設定部23、及び変位測定部24として機能する。
 テンプレート画像設定部21は、第1撮影画像IM1について、試験片TPに付された第1マークMK1及び第2マークMK2の画像部分を含む領域を、領域テンプレートとして設定する。領域検出部22は、第2撮影画像IM2について、領域テンプレートを第1カメラ61と第2カメラ62の視野の相違に合わせて縮小したテンプレート画像によるテンプレートマッチングを行って、第2撮影画像IM2において対応する領域を検出する。
 初期位置設定部23は、第1撮影画像IM1及び第2撮影画像IM2について、第1マークMK1及び第2マークMK2の画像部分の位置を認識して、第1マークMK1及び第2マークMK2の画像部分の初期位置を設定する。変位測定部24は、第1撮影画像IM1及び第2撮影画像IM2について、第1マークMK1及び第2マークMK2の画像部分の初期位置からの変位を認識することによって、試験片TPの伸び量を測定する。
 なお、制御装置5により本発明の試験装置の制御方法が実施され、テンプレート画像設定部21により実行される処理は、本発明の試験装置の制御方法におけるテンプレート画像設定ステップに相当する。また、領域検出部22により実行される処理は領域検出ステップに相当し、初期位置設定部23により実行される処理は初期位置設定ステップに相当し、変位測定部24により実行される処理は変位測定ステップに相当する。
 [4.マークの画像部分の初期位置の設定処理]
 図3~図5を参照しつつ、図2に示したフローチャートに従って、演算ユニット10により実行される第1撮影画像IM1及び第2撮影画像IM2における試験片TPに付された第1マークMK1及び第2マークMK2の画像部分の初期位置の設定処理について説明する。
 演算ユニット10は、図1に示したように、試験機本体2に試験片TPが取り付けられた状態で、使用者(引張試験の実施者)が入力部12を操作して引張試験の開始を指示したときに、図2に示したフローチャートによる処理を実行する。
 図2のステップS1で、初期位置設定部23は、第1カメラ61により撮影された第1撮影画像IM1、及び第2カメラ62により撮影された第2撮影画像IM2を取得する。ここで、図3は、第1カメラ61により撮影された第1撮影画像IM1と、第1カメラ61よりも視野が広い第2カメラ62により撮影された第2撮影画像IM2を示している。
 第1撮影画像IM1には、上つかみ具54の画像部分54i、下つかみ具55の画像部分55i、及び上つかみ具54と下つかみ具55により把持された試験片TPの画像部分TPiが写り込んでいる。また、試験片TPに付された第1マークMK1の画像部分である第1マーク画像部分MK1i、及び第2マークMK2の画像部分である第2マーク画像部分MK2iが写り込んでいる。また、第2撮影画像IM2には、第1撮影画像IM1よりも小さい第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diが写り込んでいる。
 続くステップS2で、初期位置設定部23は、第1撮影画像IM1に対して、メモリ30に保存されたマークテンプレート画像TMによるテンプレートマッチングを行って、第1マーク画像部分MK1iと第2マーク画像部分MK2iを抽出する。本実施形態では、試験片TPに付された第1マークMK1と第2マークMK2の仕様は同一であるため、1つのマークテンプレート画像TMによるパターンマッチングを行って、第1マーク画像部分MK1iと第2マーク画像部分MK2iを検出する。
 なお、マークテンプレート画像TMは、使用者がマニュアルによる登録操作によって、表示器11に表示された第1撮影画像IM1から、第1マーク画像部分MK1iの範囲を選択して設定してもよく、試験片の仕様データ等により設定してもよい。
 次のステップS3で、初期位置設定部23は、ステップS3で抽出した第1マーク画像部分MK1i及び第2マーク画像部分MK2iの位置を、第1撮影画像IM1の第1マーク画像部分MK1i及び第2マーク画像部分MK2iの初期位置として設定する。
 続くステップS4~S7は、第2撮影画像IM2についての第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diの初期位置の設定処理である。ここで、図3に示したように、第2撮影画像IM2について、マークテンプレート画像TMを縮小した縮小マークテンプレート画像DTMによるテンプレートマッチングを行って、第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diを抽出することも考えられる。
 しかしながら、第2撮影画像IM2では、第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diのサイズが小さく、画像の情報量が少ない。そのため、縮小マークテンプレート画像DTMによるテンプレートマッチングを行ったときに、第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2di以外の画像部分100、101等を、第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diであると誤検出する可能性が高くなる。
 そこで、このような誤検出を防止するために、テンプレート画像設定部21は、図2のステップS4で、図4に示したように、第1撮影画像IM1から抽出された第1マーク画像部分MK1i及び第2マーク画像部分MK2iを含む包含領域である第1領域AR1を、第1領域テンプレート画像TAとして設定する。
 続くステップS5で、領域検出部22は、第1領域テンプレート画像TAを、第1カメラ61と第2カメラ62の視野の相違に合わせて縮小した第2領域テンプレート画像DTAにより、第2撮影画像IM2に対するテンプレートマッチングを行って、第1領域AR1に対応する第2領域AR2を検出する。このように第2領域テンプレート画像DTAを用いることにより、第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diに近似する画像部分100、101等を誤検出することを防止することができる。
 ここで、図5は、第1撮影画像IM1の第1領域AR1における第1マーク画像部分MK1i及び第2マーク画像部分MK2iの位置を示す第1位置情報RP1、及び第2撮影画像IM2の第2領域AR2における第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diの位置を示した第2位置情報RP2を示している。
 第1位置情報RP1は、第1領域AR1の左上端P10(0,0)を基準として、第1マーク画像部分MK1iの位置P11(X1,Y1)、及び第2マーク画像部分MK2iの位置P12(X2,Y2)の情報を有している。第2位置情報RP2は、第1位置情報RP1により示される位置関係を、第2カメラ62の視野に合わせて縦及び横方向に倍率Dwで縮小する補正を行ったものである。
 初期位置設定部23は、ステップS6で、第2位置情報RP2を用いることにより、第2領域AR2の検出位置から、第2撮影画像IM2における第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diの位置を算出する。すなわち、初期位置設定部23は、以下の式(1)~式(4)により、第1マーク画像部分MK1diの位置P21(x1,y1)及び第2マーク画像部分MK2diの位置P22(x2,y2)を算出する。
 x1=x0+X1×Dw ・・・・・(1)
 y1=y0+Y1×Dw ・・・・・(2)
 x2=x0+X2×Dw ・・・・・(3)
 y2=y0+Y2×Dw ・・・・・(4)
 但し、(x0,y0):第2撮影画像IM2における第1マーク画像部分MK1iと第2マーク画像部分MK2iを含む包含領域である第2領域AR2の抽出位置、(X1,Y1):第1位置情報RP1による第1マーク画像部分MK1iの位置、(X2,Y2):第1位置情報RP1による第2マーク画像部分MK2iの位置、Dw:第1カメラ61と第2カメラ62の視野の相違に合わせた第1領域AR1に対する第2領域AR2の横方向及び縦方向の縮小率。
 続くステップS7で、初期位置設定部23は、第2撮影画像IM2に対して、第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diの算出位置を、第1マークMK1及び第2マークMK2の画像部分の初期位置に設定する。変位測定部24は、初期位置設定部23により決定された第1撮影画像IM1及び第2撮影画像IM2における第1マークMK1の画像部分及び第2マークMK2の画像部分の初期位置からの変位を検出することにより、試験片TPの伸び量を測定する。
 [5.他の実施形態]
 上記実施形態では、図2のステップS6で、初期位置設定部23は、第1位置情報RP1を用いて、上記式(1)~式(4)により第2撮影画像IM2における第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diの位置を算出した。他の構成として、図6に示したように、マークテンプレート画像TMを、第1カメラ61と第2カメラ62の視差の相違に合わせて縮小した縮小マークテンプレート画像DTMにより、第2撮影画像IM2に対するテンプレートマッチングを行って、第1マーク画像部分MK1di及び第2マーク画像部分MK2diの初期位置を設定してもよい。この構成による場合にも、パターンマッチングによる検出範囲を第2領域AR2に限定することにより、第2領域AR2以外の箇所の画像部分100、101等を、第1マーク画像部分MK1di又は第2マーク画像部分MK2diであると誤検出することを防止することができる。
 上述実施形態において、図1に示した機能ブロックは、本願発明を理解容易にするために構成要素を主な処理内容に応じて分類して示した概略図であり、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、1つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。
 上記実施形態では、本発明の試験装置として、引張試験を行う試験装置を示したが、本発明は、試験片に試験力を付与して、試験片に生じる変位を、視野が異なる2台のカメラの撮影画像から試験片のマークを認識して測定する試験装置に対して広く適用することができる。例えば、圧縮試験、曲げ試験、引き剥がし試験等を行う試験装置に対して、本発明を適用することができる。
 1 試験装置
 2 試験機本体
 5 制御装置
 10 演算ユニット
 11 表示器
 12 入力部
 14 画像取込回路
 15 画像メモリ
 20 CPU
 21 テンプレート画像設定部
 22 領域検出部
 23 初期位置設定部
 24 変位測定部
 30 メモリ
 54 上つかみ具(冶具)
 55 下つかみ具(冶具)
 61 第1カメラ
 62 第2カメラ
 TP 試験片
 MK1 第1マーク
 MK2 第2マーク
 AR1 第1撮影画像における包含領域
 AR2 第2撮影画像における包含領域
 TM マークテンプレート画像
 TA 第1領域テンプレート画像
 

Claims (3)

  1.  表面に第1マーク及び第2マークが付された試験片を、所定位置にセットする冶具と、
     前記冶具にセットされた前記試験片に試験力を付与する試験力付与部と、
     前記冶具にセットされた前記試験片を、第1視野により撮影する第1カメラと、
     前記冶具にセットされた前記試験片を、前記第1視野よりも広い第2視野により撮影する第2カメラと、
     前記第1カメラにより撮影された第1撮影画像及び前記第2カメラにより撮影された第2撮影画像について、前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を検出することにより、前記試験力付与部により前記試験力が付与されたときの前記試験片の変位を測定する変位測定部と
     を備えた試験装置であって、
     前記第1撮影画像について、前記第1マークの画像部分と前記第2マークの画像部分とを含む第1領域を、第1領域テンプレート画像として設定するテンプレート画像設定部と、
     前記第2撮影画像について、前記第1領域テンプレート画像を前記第1カメラと前記第2カメラとの視野の相違に合わせて縮小した第2領域テンプレート画像を用いたテンプレートマッチングを行って、前記第1領域に対応する第2領域を検出する領域検出部と、
     前記第2領域における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を認識することにより、前記測定を開始する際の前記第2撮影画像における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の初期位置を設定する初期位置設定部と
     を備えることを特徴とする試験装置。
  2.  前記初期位置設定部は、前記第1領域における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を示す第1位置情報を、前記第1カメラと前記第2カメラとの視野の相違に合わせて補正した第2位置情報に基づいて、前記第2領域における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を認識する
     ことを特徴とする請求項1に記載の試験装置。
  3.  表面に第1マーク及び第2マークが付された試験片を、所定位置にセットする冶具と、
     前記冶具にセットされた前記試験片に試験力を付与する試験力付与部と、
     前記冶具にセットされた前記試験片を、第1視野により撮影する第1カメラと、
     前記冶具にセットされた前記試験片を、前記第1視野よりも広い第2視野により撮影する第2カメラと
     を備える試験装置の制御方法であって、
     前記第1カメラにより撮影された第1撮影画像及び前記第2カメラにより撮影された第2撮影画像について、前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を検出することにより、前記試験力付与部により前記試験力が付与されたときの前記試験片の変位を測定する変位測定ステップと、
     前記第1撮影画像について、前記第1マークの画像部分と前記第2マークの画像部分とを含む第1領域を、第1領域テンプレート画像として設定するテンプレート画像設定ステップと、
     前記第2撮影画像について、前記第1領域テンプレート画像を前記第1カメラと前記第2カメラとの視野の相違に合わせて縮小した第2領域テンプレート画像を用いたテンプレートマッチングを行って、前記第1領域に対応する第2領域を検出する領域検出ステップと、
     前記第2領域における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の位置を認識することにより、前記測定を開始する際の前記第2撮影画像における前記第1マークの画像部分及び前記第2マークの画像部分の初期位置を設定する初期位置設定ステップと
     を含むことを特徴とする試験装置の制御方法。
     
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