(57)【要約】【課題】構造物の広範囲に渡る強度評価を簡易な構成で効率的に行うこと。【解決手段】供試体２３の評価対象領域に光を照射する光照射ユニット２０１と、照明下における供試体２３の評価対象領域の画像を取得する撮像ユニット２０２と、荷重を与える前の評価対象領域の画像と荷重付加後の評価対象領域の画像とを比較し、輝度の差分画像を作成する画像作成部と、差分画像における注目画素を順番に走査し、該注目画素の輝度差をそれぞれ読み取ることにより、横軸に画素を縦軸に輝度差を示した第１グラフを作成する第１グラフ作成部と、第１グラフを周波数領域のグラフである第２グラフに変換する信号変換部と、第２グラフに基づいて、供試体２３における評価対象領域の強度を評価する評価部とを具備する強度評価装置を提供する。【選択図】図６
2011117824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体に荷重を与えた場合の該供試体における評価対象領域の強度を評価する強度評価装置であって、
前記供試体の評価対象領域に光を照射する光照射手段と、
照明下における前記供試体の評価対象領域の画像を取得する撮像手段と、
荷重を与える前の前記評価対象領域の画像と荷重付加後の前記評価対象領域の画像とを比較し、輝度の差分画像を作成する画像作成手段と、
該差分画像における注目画素または所定の画素数からなる注目領域を順番に走査し、該注目画素または該注目領域の輝度差をそれぞれ読み取ることにより、横軸に画素または注目領域を縦軸に輝度差を示した第１グラフを作成する第１グラフ作成手段と、
前記第１グラフを周波数領域のグラフである第２グラフに変換する信号変換手段と、
前記第２グラフに基づいて、前記供試体における前記評価対象領域の強度を評価する評価手段と
を具備する強度評価装置。
【請求項２】
前記評価手段は、前記第２グラフにおける所定のモードの面積とその他のモードの面積との比率に基づいて前記評価対象領域のひずみの程度を判定し、該所定のモードは着目するひずみの傾向に基づいて決定される請求項１に記載の強度評価装置。
【請求項３】
前記供試体は、所定サイズのパネルが略筒状に繋ぎ合された形状を有しており、
前記撮像手段は、前記供試体を構成する複数のパネルのうち、前記評価対象領域に該当する領域全体を撮影できるように少なくとも１台配置されており、
前記第１グラフ作成手段は、前記第１グラフを前記パネル単位で作成し、
前記評価手段は、パネル単位で作成された前記第２グラフからパネル単位で座屈したか否かを判定し、座屈したと判定した前記パネルの数を評価結果として出力する請求項１または請求項２に記載の強度評価装置。
【請求項４】
前記照明手段は、前記供試体の上方または下方に放射状に複数配置されている請求項３に記載の強度評価装置。
【請求項５】
供試体に荷重を与えた場合の該供試体における評価対象領域の強度を評価する強度評価方法であって、
前記供試体に光を照射し、照明下における前記供試体の画像を取得する画像取得過程と、
荷重を与える前の前記供試体の画像と荷重付加後の前記供試体の画像とを比較し、輝度の差分画像を作成する画像作成過程と、
該差分画像における注目画素または所定の画素数からなる注目領域を順番に走査し、該注目画素または該注目領域の輝度差をそれぞれ読み取ることにより、横軸に画素または注目領域を縦軸に輝度差を示した第１グラフを作成する第１グラフ作成過程と、
前記第１グラフを周波数領域のグラフである第２グラフに変換する信号変換過程と、
前記第２グラフに基づいて、前記供試体における前記評価対象領域の強度を評価する評価過程と
を含む強度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の強度評価を行う強度評価装置及び強度評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造物の構造健全性を評価する健全性評価の一つとして、構造物に所定の荷重を与え、そのときの構造物の変位やひずみを測定する強度評価が行われている。通常、ひずみや変位の測定には、歪ゲージや変位計等のセンサが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０５５７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、大型構造物等のように、強度評価を行う領域が広範囲にわたる場合には、歪ゲージや変位計等のセンサを強度評価領域全体に取り付けなければならず、多くのセンサが必要となる。このため、評価のための構成が複雑化する等の問題があった。また、構造物全域にセンサを取り付けることは不可能であるため、センサが取り付けられていない箇所については荷重を与えたときの挙動が計測できず、計測箇所にムラが生じる等の問題もあった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、構造物の広範囲に渡る強度評価を簡易な構成で効率的に行うことのできる強度評価装置及び強度評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、供試体に荷重を与えた場合の該供試体における評価対象領域の強度を評価する強度評価装置であって、前記供試体の評価対象領域に光を照射する光照射手段と、照明下における前記供試体の評価対象領域の画像を取得する撮像手段と、荷重を与える前の前記評価対象領域の画像と荷重付加後の前記評価対象領域の画像とを比較し、輝度の差分画像を作成する画像作成手段と、該差分画像における注目画素または所定の画素数からなる注目領域を順番に走査し、該注目画素または該注目領域の輝度差をそれぞれ読み取ることにより、横軸に画素または注目領域を縦軸に輝度差を示した第１グラフを作成する第１グラフ作成手段と、前記第１グラフを周波数領域のグラフである第２グラフに変換する信号変換手段と、前記第２グラフに基づいて、前記供試体における前記評価対象領域の強度を評価する評価手段とを具備する強度評価装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、供試体に荷重が与えられる強度試験が開始されるときから終了するまでの間において、撮像手段により供試体の評価対象領域の画像が取得される。そして、荷重を充てる前の供試体の画像と荷重付加後の供試体の画像とが比較されることにより輝度の差分画像が作成され、この輝度の差分画像に基づいて第１グラフが作成される。この第１グラフは、差分画像において画素を所定の条件に従って走査したときの各画素の位置とその位置における輝度差を示したものであるので、評価対象領域における輝度差の変化を示す信号としてみなすことができる。また、評価対象領域にひずみが生ずるとその部分の乱反射によって画像の輝度が変化するから、この第１グラフは、供試体に荷重を付加したときの評価対象領域に生じた歪みの挙動を表した信号として取り扱うことができる。また、このような第１グラフにおいて、ひずみが生じた場合には、その部分において周波数が変化することとなる。従って、第１グラフを周波数領域の信号に変換して周波数変化の傾向を顕在化し、この周波数領域のグラフである第２グラフに基づいて強度を評価することで、より高い精度で評価対象領域のひずみの状態を評価することが可能となる。
【０００８】
上記強度評価装置において、前記評価手段は、前記第２グラフにおける所定のモードの面積とその他のモードの面積との比率に基づいて、前記評価対象領域のひずみの程度を判定し、該所定のモードは着目するひずみの傾向に基づいて決定されることとしてもよい。
【０００９】
これにより、評価対象領域のひずみの程度を容易に判定することができる。また、評価対象領域に発生するひずみの傾向、例えば、ひずみの発生する方向や間隔等によって、第１グラフに発生する周波数変化の様子が変わるため、着目するひずみの傾向に基づいて第２グラフにおける着目する所定のモードを決定することで、より正確にひずみの様子を判定することが可能となる。
例えば、座屈を検出する場合には、ある位置が凹む（または膨らむ）ので、１次モードに着目して判定を行えばよい。
【００１０】
上記強度評価装置において、前記供試体は、所定サイズのパネルが略筒状に繋ぎ合された形状を有しており、前記撮像手段は、前記供試体を構成する複数のパネルのうち、前記評価対象領域に該当する領域全体を撮影できるように少なくとも１台配置されており、前記第１グラフ作成手段は、前記第１グラフを前記パネル単位で作成し、前記評価手段は、パネル単位で作成された前記第２グラフからパネル単位で座屈したか否かを判定し、座屈したと判定した前記パネルの数を評価結果として出力することとしてもよい。
【００１１】
このように、評価対象領域が複数のパネルによって形成されている場合には、パネル毎に座屈の有無を判定し、座屈したパネルの枚数を数えることにより、容易に評価対象領域の強度評価を行うことが可能となる。
【００１２】
上記強度評価装置において、前記照明手段は、前記供試体の上方または下方に放射状に複数配置されていることが好ましい。
【００１３】
このように証明手段が配置されていることにより、供試体をほぼ同じ照度でまんべんなく照らすことができ、評価対象領域内における局所的な輝度差をなくすことができる。
【００１４】
本発明は、供試体に荷重を与えた場合の該供試体における評価対象領域の強度を評価する強度評価方法であって、前記供試体に光を照射し、照明下における前記供試体の画像を取得する画像取得過程と、荷重を与える前の前記供試体の画像と荷重付加後の前記供試体の画像とを比較し、輝度の差分画像を作成する画像作成過程と、該差分画像における注目画素または所定の画素数からなる注目領域を順番に走査し、該注目画素または該注目領域の輝度差をそれぞれ読み取ることにより、横軸に画素または注目領域を縦軸に輝度差を示した第１グラフを作成する第１グラフ作成過程と、前記第１グラフを周波数領域のグラフである第２グラフに変換する信号変換過程と、前記第２グラフに基づいて、前記供試体における前記評価対象領域の強度を評価する評価過程とを含む強度評価方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、構造物の広範囲に渡る強度評価を簡易な構成で効率的に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】強度評価の対象である宇宙ステーション輸送機の概略構成を示す側面図である。
【図２】非与圧キャリアの全体概略構造を示す斜視図である。
【図３】供試体を荷重付加装置に組み付けた状況を示す縦断面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】図３のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る強度評価装置の概略構成を示した図である。
【図７】光照射ユニットの配置例を示した図である。
【図８】計算ユニットが備える機能を展開して示した機能ブロック図である。
【図９】撮像ユニットの各カメラによって取得された画像の一例を示した図である。
【図１０】図９に示した画像に所定の画像処理を施して生成される画像を示した図である。
【図１１】注目画素の走査順の一例を示した図である。
【図１２】第１グラフの一例を示した図である。
【図１３】第２グラフの一例を示した図である。
【図１４】強度試験において供試体に与えられた荷重と座屈パネルの数との関係の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る強度評価装置及び強度評価方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
〔供試体及び荷重付加装置について〕
まず、本実施形態に係る強度評価装置による強度評価の対象となる構造物（供試体）及び該供試体に荷重を与える荷重付加装置について説明する。
図１は、強度評価の対象である宇宙ステーション輸送機（Ｈ−ＩＩ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＨＴＶ）１の概略構成を示す側面図である。
【００１９】
ＨＴＶ１は、全長約１０ｍ、直径約４ｍの円筒形状をした構造物である。ＨＴＶ１は、ロケットによって打ち上げられ、宇宙空間を自身で移動して宇宙ステーションとドッキングする。
ＨＴＶ１は、食糧や衣類、各種実験装置など最大６トンの補給物資を宇宙ステーションに送り届け、補給を終えた後は、用途を終えた実験機器や使用後の衣類など不要品を積み込み、大気圏へ再突入する。
【００２０】
ＨＴＶ１には、宇宙ステーションの船内で使用する物資を運ぶ与圧キャリア３と、船外で使用する物資を運ぶ非与圧キャリア５と、ＨＴＶ１の制御を行う電気モジュール７と、動力源を構成する推進モジュール９とが備えられている。
与圧キャリア３には、宇宙ステーションとドッキングするハッチ部１１が備えられている。与圧キャリア３の内部は打上げから宇宙ステーションに接続されるまで、地上と同じ略１気圧に保たれており、宇宙ステーションとの接続中は、ハッチ部１１を経由して宇宙ステーション乗員によって物資の搬出、不用品の搬入が行われる。
【００２１】
非与圧キャリア５は、略円筒形状をし、内部に曝露パレットと呼ばれる貨物トレーが搭載される。船外で使用する実験装置などは、この曝露パレットに搭載された状態で搬送され、宇宙ステーションのロボットアームによって取り出され、所定の場所に設置される。
非与圧キャリア５には、暴露パレットを搭載するパレット台１３と、曝露パレットを引出および挿入するための開口部１５とが備えられている。
【００２２】
図２は、非与圧キャリア５の全体概略構造を示す斜視図である。
非与圧キャリア５の主構造（一次構造）は、図２に示されるようにパネル１７がストリンガ１９およびフレーム２１によって周囲を支持されたセミモノコック構造である。
パネル１７は、略円筒形状をした薄板であり、たとえば、アルミ合金製である。
【００２３】
パネル１７は、主として非与圧キャリア５（すなわち、ＨＴＶ１）の軸線方向および軸線方向に直交する方向（横揺れ加速度）の荷重を受けるものである。パネル１７は、これらの荷重による軸応力およびせん断応力に耐荷する形となるが、軽量化要求が厳しい事情から、弾性領域での座屈は許容する設計、すなわち、ポストバックリング設計となっているため、柔な構造である。
座屈後のパネル１７は、軸線方向荷重に対しては、ストリンガへの荷重再配分により、軸船に直交する荷重（せん断荷重）に対しては、不完全張力場を形成し、非与圧キャリア５の軸線方向に直角方向の荷重に耐荷するが、永久変形（残留ひずみ）が生じないように構成されている。
また、ストリンガ１９と結合されている部位の近傍領域は、軸線方向荷重の伝達にも寄与する。
【００２４】
ストリンガ１９は、パネル１７の外周面側に非与圧キャリア５（すなわち、ＨＴＶ１）の軸線方向に延在するように取り付けられている型材である。ストリンガ１９は、パネル１７の周上に間隔をあけて複数、たとえば、４８本取り付けられている。
ストリンガ１９は、最も厳しい軸線方向の圧縮力荷重を伝達させる働きを有している。
【００２５】
フレーム２１は、ドーナツ形状をし、パネル１７の内周面側に周方向に延在するように取り付けられている。フレーム２１は、非与圧キャリア５の軸線方向に間隔をあけて複数、たとえば、５本取り付けられている。
フレーム２１は、パネル１７およびストリンガ１９による荷重伝達を円滑にするために剛性を保持するのを主目的とした部材である。フレーム２１の本数、配置および断面形状は、非与圧キャリア５の機体剛性を保つように設定されている。
【００２６】
以上、非与圧キャリア５の主構造について説明したが、与圧キャリア３、電気モジュール７および推進モジュール９の主構造も略同じ構造とされている。
なお、ストリンガ１９は、与圧キャリア３、非与圧キャリア５、電気モジュール７および推進モジュール９間を通じて、周方向略同一位相に配置されている。
【００２７】
開口部１５の周辺部は、厳しい集中荷重に晒されるので、種々の補強がなされている。
たとえば、開口部１５の両側には、一般部位のストリンガ１９の１０倍以上に当たる強度および剛性を有する縦通材（ロンジロン）が配置されている。また、同じ領域に配置されるパネル１７はいかなる座屈も許容しないように一般部位の３倍以上の板厚とされている。さらに、開口部１５のコーナー部位には、応力集中を緩和するための補強ブラケット（ガセット）が配置されている。
【００２８】
パレット台１３は、図２に示されるように、中空の円錐台形状をし、打上時上方に位置する小径部端に暴露パレットを取り付ける取付部が備えられている。
【００２９】
電気モジュール７の内部には、二次構造として誘導制御系、電力供給系、通信データ処理系および通信系の電子機器が搭載されている。
推進モジュール９には、二次構造として合計３２基のロケットエンジンおよび燃料タンク等が装備されている。推進モジュール９は、これらのロケットエンジンを使って、ロケット分離後にＨＴＶ１の軌道を変えたり、電気モジュール７からの指令によって方向を自由に調整して宇宙ステーションと会合飛行を行ったりする。
【００３０】
次に、ＨＴＶ１の非与圧キャリア５および電気モジュール７の主構造を対象として、荷重を与える荷重付加装置について説明する。ＨＴＶ１は、宇宙空間に出ると荷重がほとんど無くなるので、打上げ時の荷重に耐えられる構造であるかが問題となる。
【００３１】
図３は、供試体２３を荷重付加装置２５に組み付けた状況を示す縦断面図である。図４は、図３の平面図である。図５は、図３のＸ−Ｘ断面図である。
供試体２３は、与圧キャリア３のダミー構造である与圧部ダミー２７と、非与圧キャリア５の実構造を用いる非与圧部２９と、電気モジュール７の実構造を用いる電気モジュール部３１と、推進モジュール９のダミー構造である推進モジュールダミー３３とが、この順に上下方向に接合されている。
【００３２】
供試体２３は、高さが約８ｍ、直径が約４ｍの略円筒形状をしている。供試体２３は、たとえば、軸線方向に直交する水平方向の荷重を主として受け持つパネルの厚さが約１ｍｍと薄いので、水平方向の荷重に対しては限界荷重近辺での変位量が急撃に大きくなる、いわゆる、柔な構造をした構造物である。
【００３３】
非与圧部２９の内部に備えられたパレット台１５の上には、暴露パレットのダミー構造である暴露パレットダミー３５が取り付けられている。
暴露パレットダミー３５には、パレット台１３に固定して取り付けられる矩形状の板である取付部３７と、取付部３７にそれを貫通して上下方向に延在する中空円筒形状をしたパレット荷重点部３９と、パレット荷重点部３９を保持するとともに取付部３７を補強する４枚の支持板４１とが備えられている。
【００３４】
パレット荷重点部３９は、その軸線中心が非与圧部２９の軸線中心と略一致するように設置されている。
支持板４１は、略三角形状をした板部材である。支持板４１は、それぞれ取付部３７の四隅からパレット荷重点部３９の中心軸線に向けて配置されている。支持板４１は、面部が上下方向に延在するようにその一辺が取付部３７の上部に固定され、他の一辺がパレット荷重点３９の外周部に固定されている。
【００３５】
電気モジュール部３１の内部には、電気モジュール７の内部に格納される各種電子機器を模擬する電気モジュール二次構造ダミー４３が備えられている。
電気モジュール二次構造ダミー４３には、取付部４５と、取付部４５にそれを貫通して上下方向に延在する中空円筒形状をした電子機器荷重点部４７とが備えられている。
取付部４５は、略円形をした板部材であり、その外周端がパネル１７に取り付けられている。取付部４５の上面は、放射状に配置された複数の型材によって補強されている。
電子機器荷重点部４７は、その軸線中心が非与圧部２９の軸線中心と略一致するように設置されている。
【００３６】
推進モジュールダミー３３は、床面４９に固定して取り付けられている。
与圧部ダミー２７の上端部には、略円筒形状の与圧荷重点部５１が備えられている。与圧荷重点部５１は、その軸線中心が非与圧部２９の軸線中心と略一致するように設置されている。
【００３７】
荷重付加装置２５には、非与圧部２９の軸線方向に荷重を負荷する軸線方向荷重負荷部５３と、この軸線方向に略直交する水平方向に荷重を負荷する第一水平方向荷重負荷部５５および第二水平方向荷重負荷部５７と、制御部５９とが備えられている。
【００３８】
軸線方向荷重負荷部５３は、供試体２３の内部空間に設置されている。軸線方向荷重負荷部５３には、床面４９に固定して取り付けられた取付台６１と、取付台６１の上面に取り付けられた与圧垂直荷重負荷部材６３、一対のパレット垂直荷重負荷部材６５および一対の電子機器垂直荷重負荷部材６７とが備えられている。
【００３９】
与圧垂直荷重負荷部材６３は、供試体２３の軸線中心位置に軸線方向に延在するように設置され、与圧荷重点部５１に対し供試体２３の軸線方向に荷重を負荷するものである。
与圧垂直荷重負荷部材６３には、下端が取付台６１に揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ６９と、一端が油圧ジャッキ６９のピストンロッドに取り付けられ、電子機器荷重点部４７およびパレット荷重点部３９の中空部を通って他端が与圧荷重点部５１に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド７１と、負荷された荷重を測定するロードセル７３と、油圧ジャッキ６９のピストンロッドの変位を計測する変位計７５とが備えられている。
【００４０】
各パレット垂直荷重負荷部材６５は、与圧垂直荷重負荷部材６３を挟んで対向する位置に設置され、パレット荷重点部３９に対し供試体２３の軸線方向に荷重を負荷するものである。
各パレット垂直荷重負荷部材６５には、それぞれ下端が取付台６１に揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ７７と、一端が油圧ジャッキ７７のピストンロッドに取り付けられ、電子機器荷重点部４７の中空部を通って他端がパレット荷重点部３９に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド７９と、負荷された荷重を測定するロードセル８１と、油圧ジャッキ７７のピストンロッドの変位を計測する変位計８３とが備えられている。
【００４１】
各電子機器垂直荷重負荷部材６７は、与圧垂直荷重負荷部材６３を挟んで対向し、パレット垂直荷重負荷部材６５から周方向で略９０度離れた位置に設置され、電子機器荷重点部４７に対し供試体２３の軸線方向に荷重を負荷するものである。
各電子機器垂直荷重負荷部材６７には、それぞれ下端が取付台６１に揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ８５と、一端が油圧ジャッキ８５のピストンロッドに取り付けられ、他端が電子機器荷重点部４７に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド（図示省略）と、負荷された荷重を測定するロードセル（図示省略）と、油圧ジャッキ８５のピストンロッドの変位を計測する変位計（図示省略）とが備えられている。
【００４２】
このように、軸線方向荷重負荷部５３は、与圧荷重負荷部材６３の回りに各パレット垂直荷重負荷部材６５および各電子機器垂直荷重負荷部材６７を９０度間隔で配置されているので、占有面積を小さくすることができる。
【００４３】
第一水平方向荷重負荷部５５および第二水平方向荷重負荷部５７は、供試体２３の軸線中心回りに略９０度離れた位置に設置されている。第一水平方向荷重負荷部５５および第二水平方向荷重負荷部５７は構成が略同じであるので、以下、主として第一水平方向荷重負荷部５５について構成を説明する。第一水平方向荷重負荷部５５の部材には、符号にサ”ａ”を、第二水平方向荷重負荷部５７の部材には、符号にサフィックス”ｂ”を付して区別する。
【００４４】
第一水平方向荷重負荷部５５には、下端部が床面４９に固定され、上下方向に延在する支柱８７ａと、支柱８７ａに取り付けられた与圧水平荷重負荷部材８９ａ、パレット水平荷重負荷部材９１ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａとが備えられている。
【００４５】
与圧水平荷重負荷部材８９ａは、支柱８７ａの上端部に供試体２３の軸線中心に向けて略水平に延在するように取り付けられ、与圧荷重点部５１に対し水平方向に荷重を負荷するものである。
与圧水平荷重負荷部材８９ａには、一端が支柱８７ａに揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ９５ａと、一端が油圧ジャッキ９５ａのピストンロッドに取り付けられ、他端が与圧荷重点部５１に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド９７ａと、負荷された荷重を測定するロードセル９９ａと、油圧ジャッキ９５ａのピストンロッドの変位を計測する変位計１０１ａとが備えられている。
【００４６】
与圧水平荷重負荷部材８９ａおよび与圧水平荷重負荷部材８９ｂは、略直交するように配置されている。
このように、水平方向に負荷される荷重は２方向から与圧荷重点部５１に作用するので、与圧荷重点部５１に負荷される略水平面内の荷重は、与圧水平荷重負荷部材８９ａで負荷される荷重と与圧水平荷重負荷部材８９ｂで負荷される荷重が合成された大きさとなる。したがって、油圧ジャッキ９５ａおよび油圧ジャッキ９５ｂを制御し、与圧水平荷重負荷部材８９ａおよび与圧水平荷重負荷部材８９ｂの荷重レベルを制御することによって水平面内で任意の方向に荷重を負荷することができる。
これに与圧垂直荷重負荷部材６３による供試体２３の軸線方向に荷重を加えることにより与圧荷重点部５１に３次元で任意の方向に荷重を負荷することができる。
【００４７】
パレット水平荷重負荷部材９１ａは、支柱８７ａにおけるパレット荷重点部３９の上端部位置と略同等の高さ位置に供試体２３の軸線中心に向けて略水平に延在するように取り付けられ、パレット荷重点部３９に対し水平方向に荷重を負荷するものである。
パレット水平荷重負荷部材９１ａには、一端が支柱８７ａに揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ１０３ａと、一端が油圧ジャッキ１０３ａのピストンロッドに取り付けられ、他端がパレット荷重点部３９に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド１０５ａと、負荷された荷重を測定するロードセル１０７ａと、油圧ジャッキ１０３ａのピストンロッドの変位を計測する変位計１０９ａとが備えられている。
【００４８】
パレット水平荷重負荷部材９１ａおよびパレット水平荷重負荷部材９１ｂは、略直交するように配置され、それぞれ開口部１５に挿通されている。
このように、水平方向に負荷される荷重は２方向からパレット荷重点部３９に作用するので、上述した与圧荷重点部５１と同様にパレット荷重点部３９に対し水平面内で任意の方向に荷重を負荷することができる。
これにパレット垂直荷重負荷部材６５による供試体２３の軸線方向に荷重を加えることによりパレット荷重点部３９に３次元で任意の方向に荷重を負荷することができる。
【００４９】
電子機器水平荷重負荷部材９３ａは、支柱８７ａにおける電子機器荷重点部４７の上端部位置と略同等の高さ位置に供試体２３の軸線中心に向けて略水平に延在するように取り付けられ、電子機器荷重点部４７に対し水平方向に荷重を負荷するものである。
電子機器水平荷重負荷部材９３ａには、一端が支柱８７ａに揺動可能に取り付けられた油圧ジャッキ１１１ａと、一端が油圧ジャッキ１１１ａのピストンロッドに取り付けられ、他端が電子機器荷重点部４７に揺動可能に取り付けられた荷重負荷用ロッド１１３ａと、負荷された荷重を測定するロードセル１１５ａと、油圧ジャッキ１１１ａのピストンロッドの変位を計測する変位計１１７ａと、が備えられている。
【００５０】
電子機器水平荷重負荷部材９３ａおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ｂは、図４に示されるように供試体２３の軸線中心回りに９０度に近い鋭角の関係に配置されている。
このように、水平方向に負荷される荷重は２方向から電子機器荷重点部４７に作用するので、上述した与圧荷重点部５１と同様に電子機器荷重点部４７に対し水平面内で任意の方向に荷重を負荷することができる。
これに電子機器垂直荷重負荷部材６７による供試体２３の軸線方向に荷重を加えることにより電子機器荷重点部４７に３次元で任意の方向に荷重を負荷することができる。
【００５１】
制御部５９は、与圧垂直荷重負荷部材６３、パレット垂直荷重負荷部材６５、電子機器垂直荷重負荷部材６７、与圧水平荷重負荷部材８９ａ，８９ｂ、パレット水平荷重負荷部材９１ａ，９１ｂおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａ，９３ｂの荷重負荷動作を含め、荷重付加装置２５の動作を制御する。
【００５２】
〔強度評価装置について〕
次に、本実施形態に係る強度評価装置および強度評価方法について説明する。
本実施形態に係る強度評価装置は、上記供試体２３のうち、主に非与圧部２９のパネル１７の座屈状態を判定するものである。換言すると、本実施形態において、強度評価の対象となる領域は、非与圧部２９において連結して外壁を形成している複数のパネル１７である。
【００５３】
強度評価装置は、図６に示すように、供試体２３の評価対象領域に光を照射する光照射ユニット（光照射手段）２０１と、照明下における評価対象領域の画像を取得する撮像ユニット（撮像手段）２０２と、撮像ユニット２０２によって取得された評価対象領域の画像に基づいて、供試体２３における評価対象領域の強度を評価する計算ユニット２０３とを備えている。
【００５４】
この強度評価装置の構成のうち、上記光照射ユニット２０１及び撮像ユニット２０２とは、上記供試体２３内に配置されているが、計算ユニット２０３の配置については特に限定されない。例えば、計算ユニット２０３は、上述した荷重付加装置２５に一体化されて設けられていてもよいし、試験を監視する監視室に配置されていてもよい。
【００５５】
上記光照射ユニット２０１は、図７に示すように、与圧部ダミー２７の底板２１１に、放射状に配置された複数の蛍光灯２１２を有している。
上記撮像ユニット２０２は、供試体２３における評価対象領域を全て撮影できるような位置に設置されている。本実施形態においては、評価対象領域は、供試体２３の非与圧部２９の外壁の一部を形成している複数のパネル１７であるので、これら評価対象領域に該当するパネル１７全体を撮影できるように、２台のカメラ２１３が非与圧部２９の中心部周辺から非与圧部２９のパネル１７に向けて設置されている。
【００５６】
撮影ユニット２０２は、荷重付加装置２５によって荷重が与えられる前の状態及び荷重が与えられている強度試験の最中において、評価対象領域の画像を取得し、これらを計算ユニット２０３に出力する。
【００５７】
計算ユニット２０３は、撮影ユニット２０２から送られてくる画像を処理することにより、評価対象領域におけるパネルの状況を評価する。本実施形態では、具体的には、評価対象領域に該当する各パネル１７が座屈しているか否かを判定し、座屈しているパネルの数を試験結果として出力する。
具体的には、計算ユニット２０３はコンピュータであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の主記憶装置、補助記憶装置等を備えている。補助記憶装置は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。この補助記憶装置には、各種プログラムが格納されており、ＣＰＵが補助記憶装置から主記憶装置にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
【００５８】
図８は、計算ユニット２０３が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図８に示されるように、計算ユニット２０３は、画像作成部２２１、第１グラフ作成部２２２、信号変換部２２３、及び評価部２２４を備えている。
画像作成部２２１は、荷重を与える前の供試体２３の画像と荷重付加中または荷重付加後の供試体２３の画像とを比較し、輝度の差分画像を作成する。
第１グラフ作成部２２２は、画像作成部２２１によって作成された差分画像における注目画素を順番に走査し、該注目画素の輝度差をそれぞれ読み取ることにより、横軸に画素を縦軸に輝度差を示した第１グラフを作成する。
【００５９】
信号変換部２２３は、第１グラフ作成部２２２によって作成された第１グラフを周波数領域のグラフである第２グラフに変換する。
評価部２２４は、第２グラフに基づいて、供試体２３における評価対象領域の強度を評価する。
【００６０】
計算ユニット２０３による上記評価対象領域の強度評価は、例えば、荷重付加装置２５による荷重試験が行われている間、撮像ユニット２０２から送られてくる画像を逐次処理することにより試験と並行して行われてもよいし、強度試験が行われている間においては撮像ユニット２０２により取得された画像を計算ユニット２０３内の記憶部（図示略）に蓄積しておき、強度試験が終了した後に記憶部に蓄積された画像を処理することにより、強度評価を行うこととしてもよい。このように、荷重付加装置２５による供試体への荷重付加と強度評価装置による強度評価とは時刻を同じにして行われてもよいし、時間ずれを持って行われてもよい。
【００６１】
次に、本実施形態に係る強度評価装置の作用について説明する。ここでは、撮像ユニット２０２により取得された画像を記憶部に蓄積しておき、荷重付加装置２５による荷重付加が終了した後に、記憶部に蓄積された画像を解析して強度評価を行う場合について説明する。
【００６２】
まず、荷重付加装置２５による荷重付加が開始される場合には、制御部５９において供試体２３に付加する荷重分布が、打上げ時慣性力荷重の実機条件に近い分布に設定される。制御部５９は、この荷重分布を再現するために、与圧荷重点部５１、パレット荷重点部３９および電子機器荷重点部４７に作用させる荷重の方向および大きさの荷重条件を計算し、計算した荷重条件に基づいて与圧垂直荷重負荷部材６３、パレット垂直荷重負荷部材６５、電子機器垂直荷重負荷部材６７、与圧水平荷重負荷部材８９ａ，８９ｂ、パレット水平荷重負荷部材９１ａ，９１ｂおよび電子機器水平荷重負荷部材９３ａ，９３ｂの荷重負荷動作を設定する。これにより、供試体２３に対して設定された分布に基づいて荷重が徐々に与えられていくことになる。
荷重付加装置２５による荷重付加期間において、撮像ユニット２０２のカメラにより、供試体２３の評価対象領域の画像が連続的にまたは所定の時間間隔で取得される。これにより、荷重付加期間における評価対象領域の挙動が画像情報として納められる。撮像ユニット２０２によって取得された画像は、例えば、計算ユニットに転送され、計算ユニット内の記憶部に蓄積される。
【００６３】
このようにして、荷重付加装置２５による荷重付加が終了すると、計算ユニット２０３による強度評価が実施される。
まず、計算ユニット２０３の画像作成部２２１は、記憶部から荷重付加前における画像を読み出し、この画像に対して所定の画像処理を施す。
例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、撮像ユニット２０２の各カメラ２１３によって取得された画像には、パネルの位置によって歪みが生じている。したがって、ここでの画像処理では、このような、画像上の歪みを排除し、パネル１７が略四角形として表示されるように画像を修正する処理が実施される。これにより、例えば、図９（ａ），（ｂ）に示した画像は、図１０に示すような画像に修正される。
【００６４】
続いて、画像作成部２２１は、記憶部に蓄積されている荷重付加中の所定時刻における画像を読み出し、この画像に対しても上記画像処理を実施する。
続いて、画像作成部２２１は、画像処理後の試験前の画像（以下、「基準画像」という。）と、画像処理後の所定時刻における画像（以下、「比較画像」という。）とを比較し、輝度の差分画像を作成する。このとき、基準画像と比較画像とで位置ずれが生じていた場合には、その位置ずれを修正するような位置ずれ修正処理を追加してもよい。このような位置ずれ修正処理を行うことで、正確に差分画像を作成することができる。
【００６５】
次に、画像作成部２２１は、輝度の差分画像から各パネル１７の領域を切り出す処理を行う。このパネルの切り出し処理は、画像上のエッジ等を検出することにより自動で行ってもよいし、例えば、通常の画像処理後の画像を表示部（図示略）等に表示することで作業員に提供し、この画像において各パネル１７の領域を作業員に指定させ、この入力指示に基づいて各パネルを切り出すこととしてもよい。
【００６６】
画像作成部２２１は、このようにしてパネル毎の差分画像を作成すると、この各パネル１７の差分画像を第１グラフ作成部２２２に出力する。
第１グラフ作成部２２２は、画像作成部２２１によって作成された複数のパネル１７の差分画像のうちの一枚を処理対象画像として取り出し、この差分画像における注目画素を順番に走査し、該注目画素の輝度差をそれぞれ読み取ることにより、横軸に画素を縦軸に輝度差を示した第１グラフを作成する。
注目画素の走査順は、例えば、図１１に示すように、左から右へ、下から上へ行う。なお、走査順は、評価対象領域に生ずるひずみの方向性に基づいて決定することが好ましい。第１グラフ作成部２２２は、注目画素を走査させながらそのときそのときの画素値、すなわち荷重付加前と荷重付加中の画像の輝度差を取得し、これを横軸に画素が、縦軸に輝度差が示された座標系にプロットすることで、第１グラフを作成する。
図１２に第１グラフの一例を示す。横軸において、０の位置が差分画像の左下画素、横軸の最大値が差分画像の右上画素に相当する。画像作成部２２１は、このような第１グラフをパネル単位で作成し、この第１グラフを信号変換部２２３に出力する。
【００６７】
信号変換部２２３は、第１グラフ作成部２２２によって作成された第１グラフを周波数領域のグラフである第２グラフに変換する。例えば、信号変換部２２３は、第１グラフに表わされた波形を時間領域における波形としてみなし、この信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することにより、周波数領域のグラフを作成する。図１３に第２グラフの一例を示す。第２グラフにおいて、横軸は周波数、縦軸は信号レベルである。
信号変換部２２３は、各パネルの第２グラフを作成すると、これらを評価部２２４に出力する。
【００６８】
評価部２２４は、第２グラフにおける１次モードのレベルとその他のモードのレベルとを比較する。具体的には、第２グラフにおける１次モードの面積と、その他のモードの面積とを算出し、１次モードの面積とその他のモードの面積との比率を算出する。そして、この比率が所定の閾値を超えた場合に、本パネルが座屈したと判定する。そして、座屈したと判定したパネルの数を評価結果として、上記比較画像が取得された時刻と対応付けて出力する。
【００６９】
そして、記憶部に蓄積されている荷重付加中の各時刻における画像に対して上記処理を行っていくことにより、荷重付加試験が開始されてから終了するまでの座屈パネルの数の増加傾向がグラフとして表わされることとなる。また、強度試験開始からの時刻がわかれば、制御部５９により供試体２３に加えられているその時々の荷重の大きさがわかるため、荷重と座屈パネルの数との関係も把握することができる。
図１４は、強度試験において供試体に与えられた荷重と座屈パネルの数との関係の一例を示した図である。
【００７０】
以上、本実施形態に係る強度評価装置及び強度評価方法によれば、歪ゲージや変位計等のセンサによって評価対象領域の強度を評価するのではなく、評価対象領域の挙動の様子を画像情報として捉え、この画像を解析することにより強度を評価するので、強度試験領域が広範囲にわたる場合でも、センサ等の増大を招くことなく、簡易な構成で効率的に強度評価を行うことができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、画素毎に輝度差を検出し、画素単位で第１グラフを作成していたが、これに限られず、例えば、複数の画素で構成される画素領域を走査させ、画素領域における平均輝度差を用いて第１グラフを作成することとしてもよい。このように、画素領域とすることで、処理負担を軽減させることが可能となる。
【符号の説明】
【００７２】
１７  パネル
２３  供試体
２９  非与圧部
２０１  光照射ユニット
２０２  撮像ユニット
２０３  計算ユニット
２１２  蛍光灯
２１３  カメラ
２２１  画像作成部
２２２  第１グラフ作成部
２２３  信号変換部
２２４  評価部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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