(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝突体が試験体に衝突した際の衝撃荷重を測定するシステムであって、
前記衝突体において、前記試験体と衝突する側とは反対側に設置される荷重測定装置と、
該衝突体の挙動を撮影する高速度カメラと、
該高速度カメラにより撮像した画像から前記荷重測定装置の加速度データを算出する加速度評価装置と、
前記荷重測定装置により測定された荷重データを抽出する荷重評価装置と、
前記加速度データに基づいて前記荷重データを補正する補正装置と、を有することを特徴とする、衝撃荷重測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の衝撃荷重測定システムを用いる衝撃荷重測定方法であって、
前記高速度カメラにより撮像した画像から前記荷重測定装置の加速度データを算出し、
前記荷重測定装置により測定された荷重データを抽出し、前記加速度データに基づいて前
記荷重データを補正することを特徴とする、衝撃荷重測定方法。
【請求項３】
請求項１に記載の衝撃荷重測定システムに用いる衝撃荷重測定用コンピュータプログラ
ムであって、
前記高速度カメラにより撮像した画像から前記荷重測定装置の加速度データを算出し、
前記荷重測定装置により測定された荷重データを抽出し、前記加速度データに基づいて前
記荷重データを補正することを特徴とする、衝撃荷重測定用コンピュータプログラム。
【請求項４】
請求項３のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り
可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃荷重測定システム、衝撃荷重測定方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車業界では、衝突時の乗員への傷害を低減しうる車体構造の開発が急務の課題となっている。このような車体構造は複数の部材から構成されているが、車体の衝突変形挙動を最適化するためには個々の部材あるいはそのいくつかを組み合せた構造の変形特性を知ることが極めて重要である。
【０００３】
これまで部材の変形特性は準静的な方法により行われることが多かった。具体的には大型の圧縮試験機等を用いて部材を低速で変形させることにより、その特性評価が行われてきた。しかしながら、実際の衝突変形は高速で変形が起こるものであり、準静的な荷重負荷での挙動とは差がある。特に、自動車で多く使用される薄板構造において重要な座屈は荷重負荷が動的か準静的かによって挙動が異なることが知られている。これに鑑みて動的な変形特性を把握するためには落重試験が行われることが多い。これは固定した部材に対して、上部から落錘を衝突させて動的な変形を起こさせると言うものである。
【０００４】
このような手段を用いることにより、変形については実際の衝突時のものに近付くが、実際には部材の衝撃変形時の吸収エネルギーを評価する必要がある。吸収エネルギーの評価には部材の圧潰距離と、その時の圧潰荷重の測定が必要である。動的な試験の場合にはこの衝撃荷重の測定が非常に難しい。一般に通常の準静的な試験で使われるロードセルで動的な荷重を測定しようとする場合、衝撃荷重が衝突体の加速度の影響を受けるため、真の衝突荷重測定が出来ない。
【０００５】
このような動的な荷重の測定方法については、材料の応力−ひずみ関係を測定するための方法としていくつかの提案がなされている。例えば、細長い弾性棒で衝撃弾性波を棒の長手方向に逃がすことにより、試験変形時の荷重のみを測定すること可能にする、いわゆるＫｏｌｓｋｙ法が高速変形の試験法として知られている。しかしながらこの試験法は材料の応力−ひずみ関係を測定するために考案されたものであり、部材の動的試験で必要とされる長い測定時間や大荷重に対応しようとすると試験装置は巨大なものとなり、現実的には試験装置の構成が不可能であり、また実現したとしても精度の維持管理が難しく、精度の高いデータを得るためには深い経験と知識が必要とされる。
【０００６】
また、落下試験法については、従来から種々の提案がなされており、例えば、特開２００７−１６３２２２号公報（下記特許文献１）には、主に落下試験プラットフォームの最頂点において挟持装置により被測定物を上方に吊下げ、下方には別に圧電感知プラットフォームを設置し、かつ該圧電感知プラットフォーム外にはＣＣＤカメラを設置し、該被測定物の測定しようとする点上には衝撃加速度計を設置し、モニタプログラムを利用し挟持装置を起動し、被測定物に自由落下させ、開始から被測定物が該圧電感知プラットフォームに衝突し回路を触発するまでを記録する。同時に該ＣＣＤカメラを起動し被測定物の落下影像をピックアップし、コンピュータ画像により落下角度を換算する。さらにシュミレーションソフトを通して落下角度の模擬試験を行い、模擬G値と加速度計が実際に測定してＧ値を比較対照し、正確な測定値を得る。同時に公知の落下装置が容易に干渉を受け、重力加速度を計算できないという問題を改善し、経済効果を効果的に向上させる方法が記載されている。
【０００７】
しかし、上記特許文献１の方法は、加速度計を被測定物の測定しようとする点上に設置しており、被測定物が衝突する際の衝撃により、衝突体の加速度を正確に測定することができず、その結果、衝撃荷重を正確に測定することができないという問題点があった。
【０００８】
なお、特許文献１には、本発明に用いる高速度カメラに相当するＣＣＤカメラが記載されているが、このＣＣＤカメラは、被測定物の落下角度を換算するために用いられており、本願発明のように高速度カメラにより撮像した画像から前記荷重測定装置の加速度データを算出する方法は検討されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１６３２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、高速度カメラにより撮像した画像から前記荷重測定装置の加速度データを算出することにより、衝撃荷重を正確に測定することができる衝撃荷重測定システム、衝撃荷重測定方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前述の課題を解決するために鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨
とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）衝突体が試験体に衝突した際の衝撃荷重を測定するシステムであって、
前記衝突体において、前記試験体と衝突する側とは反対側に設置される荷重測定装置と、
該衝突体の挙動を撮影する高速度カメラと、
該高速度カメラにより撮像した画像から前記荷重測定装置の加速度データを算出する加速度評価装置と、
前記荷重測定装置により測定された荷重データを抽出する荷重評価装置と、
前記加速度データに基づいて前記荷重データを補正する補正装置と、を有することを特徴とする、衝撃荷重測定システム。
（２）（１）に記載の衝撃荷重測定システムを用いる衝撃荷重測定方法であって、
前記高速度カメラにより撮像した画像から前記荷重測定装置の加速度データを算出し、前
記荷重測定装置により測定された荷重データを抽出し、前記加速度データに基づいて前記
荷重データを補正することを特徴とする、衝撃荷重測定方法。
（３）（１）に記載の衝撃荷重測定システムに用いる衝撃荷重測定用コンピュータプログ
ラムであって、
前記高速度カメラにより撮像した画像から前記荷重測定装置の加速度データを算出し、
前記荷重測定装置により測定された荷重データを抽出し、前記加速度データに基づいて前
記荷重データを補正することを特徴とする、衝撃荷重測定用コンピュータプログラム。
（４）（３）のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取
り可能な記録媒体。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高速度カメラにより撮像した画像から荷重測定装置の加速度データを算出することにより、衝撃荷重を正確に測定することができる衝撃荷重測定システム、衝撃荷重測定方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の衝撃荷重測定システムの実施形態を例示する図である。
【図２】本発明の衝撃荷重測定方法の処理フローを例示する図である。
【図３】本発明の衝撃荷重測定システムの実施例を示す図である。
【図４】本発明の衝撃荷重測定システムの実施例を示す図である。
【図５】本発明の衝撃荷重測定システムの実施例を示す図である。
【図６】本発明の衝撃荷重測定システムの実施例を示す図である。
【図７】本発明の衝撃荷重測定システムを構成可能なコンピュータシステムの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本発明の衝撃荷重測定システムの実施形態を例示する図である。図１において、１は衝突体、２は荷重測定装置、３は荷重評価装置、４は補正装置、５は加速評価装置、６は高速度カメラを示す。
衝突体が試験体に衝突した際の衝撃荷重を測定するシステムにおいては、衝突体の衝突時の加速度が衝突荷重に影響することから、従来、衝突体に例えば振り子式の加速度計を設置することにより、衝突体の加速度を測定する方法が採用されていた。しかし、衝突体に加速度計を設置することが困難であるうえ、衝突時の衝撃によって振り子が戻らなくなってしまうため、加速度の測定精度が極めて低下する場合があった。
【００１５】
そこで、本発明の衝撃荷重測定システムは、衝突体１が試験体に衝突した際の衝撃荷重を測定するシステムであって、前記衝突体１に設置される荷重測定装置２と、該衝突体１の挙動を撮影する高速度カメラ６と、該高速度カメラ６により撮像した画像（動画）から前記荷重測定装置２の加速度データを算出する加速度評価装置５と、前記荷重測定装置２により測定された荷重データを抽出する荷重評価装置３と、前記加速度データに基づいて前記荷重データを補正する補正装置４と、を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、高速度カメラ６により撮像した画像（動画）から前記荷重測定装置２の加速度データを算出するので、従来のように、衝突体に加速度計を設置する必要がないため、衝突時の衝撃により加速度の測定が不可能になる心配がなく、衝突体１の加速度を正確に測定することができその正確な加速度データに基づいて前記荷重データを補正することにより、正確な衝撃荷重を測定することができる。本発明に用いる、高速度カメラ（High Speed Camera）とは、1秒間に100枚以上の撮影ができるカメラであれば、その方式を問わないが、CCD素子やCMOS素子を使った高速度ビデオカメラを用いること好ましい
図２は、本発明の衝撃荷重測定方法の処理フローを例示する図である。
本発明の衝撃荷重測定方法は、前述の図1に示した衝撃荷重測定システムを用いる衝撃荷重測定方法であって、前記高速度カメラ６により撮像した画像（動画）から前記荷重測定装置２の加速度データを算出し、前記荷重測定装置２により測定された荷重データを抽出し、前記加速度データに基づいて前記荷重データを補正することを特徴とする。
【００１７】
まず、衝突体１を試験体に衝突させる際の画像（動画）を高速度カメラ６により撮像し、この画像（動画）から前記荷重測定装置２の加速度データを算出する（Step.1）。次に、荷重測定装置２により測定された荷重データを抽出する（Step.2）。
【００１８】
そして、前記加速度データに基づいて前記荷重データを補正することにより、
衝突体１の加速度を正確に測定することができその正確な加速度データに基づいて前記荷重データを補正することにより、正確な衝撃荷重を測定することができる。
【実施例】
【００１９】
＜実施例1＞
図３〜図６は、本発明の衝撃荷重測定システムの実施例を示す図である。  図３に示すように、矩形断面の試験体７に衝突体１を落下させて、衝突時の画像を高速度カメラ６により撮像した。
図４は、ロードセルの模式図であり、Ｐ部は荷重測定装置２の上面に設けられた治具、Ｒ部は衝突体１を示し、衝突時の衝突体と試験体との接触力ＦREは下記（a）式で表され、この接触力が衝撃荷重を示す。
【００２０】
【数１】
0005505244.tif 000002
ここに、FCL：無荷重時をゼロとしたときの荷重測定値
FLC´：重力の影響を排除（静止時をゼロ）としたときの荷重測定値
ｇ  ：重力加速度
m  ：R部の質量
a  ：R部の加速度
ma  ：衝突体の加速度による慣性力
表１に示す、３種類の材料からなる試験体について衝突試験を行った結果を図５、図６に示す。ここに、HotStampとは、材料を約900℃に加熱して水冷のプレス型で成形するホットプレスという手法により成形性と強度を同時に確保した超高張力鋼板をいう。また、S1180は、引張強度が1180MPa程度の鋼板を示す。なお、衝突速度が8.5km/hのときは、落錘物の自由落下により達成したが、衝突速度が20.0km/hと比較的高速であるときは、落錘物に油圧による初速を付与し達成させた。また試験条件NO.3では、高速度カメラの動画より評価される加速度値との比較のため通常の加速度計を付与した。
【００２１】
【表１】
0005505244.tif 000003
＜試験条件＞
１）高速度カメラの仕様
・仕様：Photron製SA1.1
・撮影範囲： 450mm×260mm
・撮影コマ数：10000FPS
・解像度：1024×592 （バリアブルフレームレート活用）
２）加速度評価装置の仕様
・ 仕様：Photron製ターゲットマーク追尾ソフトウェアTEMA
３）荷重測定装置
・中実円柱上の鉄の塊にひずみゲージを貼りつけたもの
４）荷重評価装置の仕様
・仕様：横河電機製DL750オシロスコープによりデータ記憶・変換
図５に示すように、強度の高いHotStampの方が強度の低いJSC590Yに比べて
衝突体の加速度による慣性力が大きくなっており、高強度鋼等、材料または形状起因で高い減速度が生じる衝突試験では慣性力を考慮する必要があり、本発明の効果が確認された。
【００２２】
また図６に示すように、高速度カメラの動画より評価された加速度値は衝突後停止するにつれゼロ値と評価されるのに対し、通常の加速度計で測定された加速度値は、衝撃により加速度計に不具合が生じ、停止しても加速度値はゼロにならず、本発明は設置困難な加速度計の省略ができるだけでなく、精度の面でも改善できることが確認された。
＜実施例２＞
図７は、本発明の衝撃荷重測定システムを構成可能なコンピュータシステムの一例を示すブロック図である。同図において、１２００はコンピュータＰＣである。ＰＣ１２００は、ＣＰＵ１２０１を備え、ＲＯＭ１２０２又はハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶された、或いはフレキシブルディスクドライブ（ＦＤ）１２１２により供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システムバス１２０４に接続される各デバイスを総括的に制御する。前記ＰＣ１２００のＣＰＵ１２０１、ＲＯＭ１２０２又はハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶されたプログラムにより、本実施形態の各機能手段が構成される。
【００２３】
１２０３はＲＡＭで、ＣＰＵ１２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。１２０５はキーボードコントローラ（ＫＢＣ）であり、キーボード（ＫＢ）１２０９から入力される信号をシステム本体内に入力する制御を行う。１２０６は表示コントローラ（ＣＲＴＣ）であり、表示装置（ＣＲＴ）１２１０上の表示制御を行う。１２０７はディスクコントローラ（ＤＫＣ）で、ブートプログラム（起動プログラム：パソコンのハードやソフトの実行（動作）を開始するプログラム）、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイルそしてネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク（ＨＤ）１２１１、及びフレキシブルディスク（ＦＤ）１２１２とのアクセスを制御する。
【００２４】
１２０８はネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）で、ＬＡＮ１２２０を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、或いは他のＰＣと双方向のデータのやり取りを行う。
【００２５】
上述した実施形態の機能は、コンピュータがコンピュータプログラムを実行することによっても実現される。また、コンピュータプログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体又はかかるプログラムを伝送するインターネット等の伝送媒体も本発明の実施形態として適用することができる。また、前記のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。前記のコンピュータプログラム、記録媒体、伝送媒体及びコンピュータプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリ、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００２６】
このような装置構成を用いることにより、衝突体が試験体に衝突した際の衝撃荷重を測定するシステムであって、前記衝突体に設置される荷重測定装置と、
該衝突体の挙動を撮影する高速度カメラと、該高速度カメラにより撮像した画像（動画）から前記荷重測定装置の加速度データを算出する加速度評価装置と、前記荷重測定装置により測定された荷重データを抽出する荷重評価装置と、前記加速度データに基づいて前記荷重データを補正する補正装置と、を有することを特徴とする、衝撃荷重測定システム、衝撃荷重測定方法、コンピュータプログラム、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１ 衝突体
２ 荷重測定装置
３ 荷重評価装置
４ 補正装置
５ 加速評価装置
６ 高速度カメラ
７ 試験体
【図１】
0005505244.tif 000004
【図２】
0005505244.tif 000005
【図３】
0005505244.tif 000006
【図４】
0005505244.tif 000007
【図５】
0005505244.tif 000008
【図６】
0005505244.tif 000009
【図７】
0005505244.tif 000010