(57)【要約】【課題】ひずみをより精度よく計測することができるひずみ計測方法を提供する。【解決手段】ひずみ計測方法において、画像相関法を用いて計測対象物２００の表面を撮影することによって取得した画像を解析することにより計測対象物２００の当該表面のひずみの値を算出するとともに、計測対象物２００の当該表面を撮影する高速度カメラ１０１と、計測対象物２００の当該表面との距離である撮影距離の変動を計測し、当該ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、当該撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数との差が所定値以内の場合、算出された計測対象物２００の当該表面のひずみの値を計測に用いない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像相関法を用いて計測対象物の表面を撮影することによって取得した画像を解析することにより前記計測対象物の前記表面のひずみの値を算出するとともに、
前記計測対象物の前記表面を撮影する撮影手段と、前記計測対象物の前記表面との距離である撮影距離の変動を計測し、
前記ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、前記撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数との差が所定値以内の場合、算出された前記計測対象物の前記表面のひずみの値を計測に用いない、ひずみ計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像相関法を用いたひずみ計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、画像相関法を用いた変位計測を行うことにより、計測対象物の運動解析を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０１３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
狭小部等のひずみゲージの貼付が難しい箇所や、ひずみゲージの貼付ができない箇所のひずみ分布計測を、画像相関法を用いて行う場合がある。しかし、計測対象物が振動したり、計測対象物を撮影する撮影手段が振動したりすることによって、撮影手段の撮影距離が変動し、ひずみ計測値に誤差が生じてしまう。特許文献１に記載された方法は、所定のマークパターンからなる計測用マークを計測対象物に複数設置するため、狭小部等のひずみゲージの貼付が難しい箇所に適用することはできない。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ひずみをより精度よく計測することができるひずみ計測方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るひずみ計測方法は、画像相関法を用いて計測対象物の表面を撮影することによって取得した画像を解析することにより前記計測対象物の前記表面のひずみの値を算出するとともに、前記計測対象物の前記表面を撮影する撮影手段と、前記計測対象物の前記表面との距離である撮影距離の変動を計測し、前記ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、前記撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数との差が所定値以内の場合、算出された前記計測対象物の前記表面のひずみの値を計測に用いない。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るひずみ計測方法では、ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数との差が所定値以内の場合、算出されたひずみの値をひずみ計測に用いない。これにより、計測対象物のひずみを正確に表していない算出値を用いずに、ひずみ計測を行うことができる。よって、ひずみをより精度よく計測することができるひずみ計測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る高速度カメラ及び加速度ピックアップの計測対象物への設置の一例を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るひずみ計測方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１に係る画像解析の結果算出されたひずみの値の経時変化と加速度ピックアップによって計測された加速度の経時変化とを示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る高速フーリエ変換解析の結果であるパワースペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る画像解析の結果算出されたひずみの値の経時変化と加速度ピックアップによって計測された加速度の経時変化とを示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１に係る高速フーリエ変換解析の結果であるパワースペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る高速度カメラ１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ及び加速度ピックアップ１０２、１０２Ａ、１０２Ｂの計測対象物２００への設置の一例を説明する図である。図２は、実施の形態１に係るひずみ計測方法を説明するフローチャートである。図３及び図５は、実施の形態１に係る画像解析の結果算出されたひずみの値の経時変化と加速度ピックアップによって計測された加速度の経時変化とを示すグラフである。図４及び図６は、実施の形態１に係る高速フーリエ変換解析の結果であるパワースペクトルを示すグラフである。
【００１０】
本実施の形態１に係るひずみ計測方法では、ひずみ計測装置１００、１００Ａ、１００Ｂが、画像相関法を用いて、計測対象物２００の所望する表面を撮影して得られた画像を解析することにより、当該表面のひずみの値を計測する。図１に示すように、ひずみ計測装置１００は、撮影手段としての高速度カメラ１０１、加速度ピックアップ１０２、搭載治具１０３、撮影用照明１０４等を備える。同様に、ひずみ計測装置１００Ａは、撮影手段としての高速度カメラ１０１Ａ、加速度ピックアップ１０２Ａ、搭載治具１０３Ａ、撮影用照明１０４Ａ等を備える。また、ひずみ計測装置１００Ｂは、撮影手段としての高速度カメラ１０１Ｂ、加速度ピックアップ１０２Ｂ、搭載治具１０３Ｂ、撮影用照明１０４Ｂ等を備える。なお、計測対象物２００に取り付けられるひずみ計測装置１００（以下、ひずみ計測装置１００、１００Ａ、１００Ｂを特に区別しない場合、単に、ひずみ計測装置１００と称する。）の数及び位置は、図１に限定されるものではない。
【００１１】
そして、当該ひずみ計測方法では、計測対象物２００の所望する表面をステレオ撮影するため、２つの高速度カメラ１０１が、計測対象物２００の所望する表面を撮影可能な位置に取り付けられる。同様に、２つの高速度カメラ１０１Ａが、計測対象物２００の所望する表面を撮影可能な位置に取り付けられる。また、２つの高速度カメラ１０１Ｂが、計測対象物２００の所望する表面を撮影可能な位置に取り付けられる。以下、高速度カメラ１０１、１０１Ａ、１０１Ｂを特に区別しない場合、単に、高速度カメラ１０１と称する。
また、加速度ピックアップ１０２が高速度カメラ１０１の撮影方向に沿う加速度を計測可能な位置に取り付けられる。同様に、加速度ピックアップ１０２Ａが高速度カメラ１０１Ａの撮影方向に沿う加速度を計測可能な位置に取り付けられる。また、加速度ピックアップ１０２Ｂが高速度カメラ１０１Ｂの撮影方向に沿う加速度を計測可能な位置に取り付けられる。ここで、高速度カメラ１０１の撮影距離とは、２つの高速度カメラ１０１と、当該高速度カメラ１０１によって撮影される計測対象物２００の上記表面との距離である。
【００１２】
また、２つの高速度カメラ１０１及び撮影用照明１０４は、搭載治具１０３によって、計測対象物２００に取り付けられている。同様に、２つの高速度カメラ１０１Ａ及び撮影用照明１０４Ａは、搭載治具１０３Ａによって、計測対象物２００に取り付けられている。また、２つの高速度カメラ１０１Ｂ及び撮影用照明１０４Ｂは、搭載治具１０３Ｂによって、計測対象物２００に取り付けられている。以下、搭載治具１０３、１０３Ａ、１０３Ｂを特に区別しない場合、単に、搭載治具１０３と称する。
【００１３】
また、ひずみ計測装置１００、１００Ａ、１００Ｂは、それぞれ、図示しない制御部を備える。当該制御部は、ＣＰＵ（図示省略）及び記憶部（図示省略）等を備える。そして、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、制御部における全ての処理が実現する。具体的には、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、制御部は、本実施の形態１に係るひずみ計測方法を実施する。
また、制御部のそれぞれの記憶部に格納されるプログラムは、ＣＰＵに実行されることにより、制御部のそれぞれにおける処理を実現するためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、制御部における処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。
【００１４】
また、計測対象物２００の高速度カメラ１０１によって撮影される表面には、ランダムな模様があらかじめ塗布されていることが望ましい。ここで、ランダムな模様とは、繰り返しのない、等方性を有する模様であり、コントラストが高いことが望ましい。本実施の形態では、高速度カメラ１０１によって撮影される表面に、黒色系統の塗料を塗布した後、白色系統の塗料をスプレー塗布することにより、当該表面にランダムな模様を塗布する。当該表面に黒色系統の塗料を塗布することにより、撮影時の反射を防ぐことができる。
なお、高速度カメラ１０１が撮影する表面にもともとコントラストの高いランダムな模様がある場合には、ランダムな模様を塗布しなくてもよい。もともとコントラストの高いランダムな模様を有する表面の例としては、金属組織の表面等が挙げられる。
【００１５】
また、高速度カメラ１０１は、例えば、数百コマ／秒〜数千コマ／秒で計測対象物２００の所望する表面を撮影する。そして、ひずみ計測装置１００に備えられた制御部（図示省略）は、例えば、高速度カメラ１０１が所定の時間（例えば、数十秒）撮影することによって得られた画像に対して画像相関法を用いて画像解析処理を行う。これにより、制御部は、計測対象物２００の当該表面のひずみを算出する。
具体的には、まず、制御部は、最初の１コマ目の画像（変形前の画像）において、任意の画素を中心とするＮ×Ｎ画素（Ｎは正の整数。）の任意領域（以下、サブセットと称する。）を指定する。
次に、制御部は、他の画像（変形後の画像）において、１コマ目の画像（変形前の画像）のサブセットと輝度分布の相関性が高いサブセットを探索する。計測対象物２００にひずみが生じている場合、他の画像（変形後の画像）では、サブセットの位置（座標）が、１コマ目の画像（変形前の画像）におけるサブセットの位置（座標）から変化する。
次に、制御部は、１コマ目の画像（変形前の画像）におけるサブセットの中心画素の位置（座標）と変形後の画像におけるサブセットの中心画素の位置（座標）とを比較することにより、当該サブセットの変位方向及び変位量を算出する。
制御部は、以上の処理を画像の全視野に亘って行うことにより、画像の全視野の変位データ（変位方向及び変位量）を取得し、当該変位データに基づいて、計測対象物２００のひずみを算出する。
【００１６】
加速度ピックアップ１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ（以下、加速度ピックアップ１０２、１０２Ａ、１０２Ｂを特に区別しない場合、単に、加速度ピックアップ１０２と称する。）は、例えば、３軸の加速度センサである。２つの高速度カメラ１０１の撮影方向（光軸）が加速度ピックアップ１０２の３軸の計測軸のうち何れかの軸上で交差するように、加速度ピックアップ１０２は、計測対象物２００上に固定される。これにより、２つの加速度ピックアップ１０２によって計測された、高速度カメラ１０１の撮影方向の加速度を積分することにより距離変化を計測することができる。一例として、各加速度ピックアップ１０２、１０２Ａ、１０２Ｂの計測軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）をそれぞれ図１に示す。そして、図１に示す向きに各加速度ピックアップ１０２、１０２Ａ、１０２Ｂを計測対象物２００に固定した場合、加速度ピックアップ１０２が計測したＺ軸方向の加速度から２つの高速度カメラ１０１の撮影方向の距離変化を計測でき、加速度ピックアップ１０２Ａが計測したＸ軸又はＹ軸方向の加速度から２つの高速度カメラ１０１Ａの撮影方向の距離変化を計測でき、加速度ピックアップ１０２Ｂが計測したＸ軸又はＹ軸方向の加速度から２つの高速度カメラ１０１Ｂの撮影方向の距離変化を計測できる。
【００１７】
次に、図２を参照しながら、本実施の形態１に係るひずみ計測方法について説明する。
まず、高速度カメラ１０１が計測対象物２００の所望する表面を撮影することによって画像を取得し、ひずみ計測装置１００に備えられた制御部（図示省略）が上述の画像相関法を用いて当該画像を解析し、計測対象物２００の当該表面のひずみを表すひずみ値を算出する（ステップＳ１０１）。
【００１８】
また、ステップＳ１０１における高速度カメラ１０１による撮影と同時に、ひずみ計測装置１００に備えられた制御部（図示省略）は、加速度ピックアップ１０２によって計測された加速度に基づいて、高速度カメラ１０１の撮影距離の変動を計測する（ステップＳ１０２）。
【００１９】
ステップＳ１０１において算出された計測対象物２００のひずみ値の時間変化、及び、ステップＳ１０２において加速度ピックアップ１０２によって計測された加速度の時間変化の一例を図３及び図５に示す。図３及び図５において、横軸は、高速度カメラ１０１による撮影及び加速度ピックアップ１０２による計測が開始されてからの経過時間（秒；ｓｅｃ）を示し、左側の縦軸は、加速度ピックアップ１０２によって計測された高速度カメラ１０１の撮影方向の加速度（ｍ／ｓ２）を示し、右側の縦軸は、高速度カメラ１０１によって撮影された画像から制御部（図示省略）が算出した計測対象物２００のひずみ値（με）を示す。また、図３及び図５において、上側のグラフの線は、高速度カメラ１０１によって撮影された画像から制御部（図示省略）が算出した計測対象物２００のひずみ値（με）を示し、下側のグラフの線は、加速度ピックアップ１０２によって計測された高速度カメラ１０１の撮影方向の加速度（ｍ／ｓ２）を示す。
【００２０】
次に、ひずみ計測装置１００に備えられた制御部（図示省略）は、ステップＳ１０１において算出された計測対象物２００のひずみ値と、ステップＳ１０２において計測された高速度カメラ１０１の撮影距離の変動値とを高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析する（ステップＳ１０３）。
【００２１】
ステップＳ１０３において、高速フーリエ変換解析された結果の一例を図４及び図６に示す。図４及び図６は、高速フーリエ変換解析によって得られたパワースペクトルを示している。図４及び図６において、横軸は周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸は強度を示す。また、図４及び図６において、色が濃い線は、撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルを示し、色が薄い線は、ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルを示す。具体的には、図４は、図３に示すひずみ値及び加速度を高速フーリエ変換解析することによって得られたパワースペクトルを示している。また、図６は、図５に示すひずみ値及び加速度を高速フーリエ変換解析することによって得られたパワースペクトルを示している。
【００２２】
次に、ひずみ計測装置１００に備えられた制御部（図示省略）は、ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数との差が所定値以内か否かを判断する（ステップＳ１０４）。
【００２３】
ステップＳ１０４において、ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数との差が所定値より大きい場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、制御部（図示省略）は、ステップＳ１０１において算出したひずみ値を計測対象物２００のひずみ計測に採用する（ステップＳ１０５）。ここで、所定値とは、例えば、±１Ｈｚ程度である。
例えば、図４に示す高速フーリエ変換解析結果では、ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数とは、一致していない。このような場合、ステップＳ１０１において算出されたひずみ値は、計測対象物２００のひずみを正確に表すため、制御部は、当該ひずみ値を計測対象物２００のひずみ計測に採用する。
【００２４】
ステップＳ１０４において、ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数との差が所定値以内である場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、制御部（図示省略）は、ステップＳ１０１において算出したひずみ値を計測対象物２００のひずみ計測に採用しない（ステップＳ１０６）。
例えば、図６に示す高速フーリエ変換解析結果では、ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数とは、ほぼ一致している。このような場合、ステップＳ１０１において算出されたひずみ値は、計測対象物２００のひずみを正確に表していないため、制御部は、当該ひずみ値を計測対象物２００のひずみ計測に採用しない。
この場合には、搭載治具１０３を補強する等の調整を行った後、再度計測を実施する。
【００２５】
以上に説明した、実施の形態１に係るひずみ計測方法では、ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数との差が所定値以内の場合、算出されたひずみの値をひずみ計測に用いない。これにより、計測対象物２００のひずみを正確に表していない算出値を用いずに、ひずみ計測を行うことができる。よって、ひずみをより精度よく計測することができるひずみ計測方法を提供することができる。
【００２６】
具体的には、通常、計測対象物２００のひずみの方向と撮影距離の変動方向とは異なり、伝達関数も異なる。そのため、計測対象物２００のひずみを正確に算出できている場合、ひずみの値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数と、撮影距離の変動の値を高速フーリエ変換して得られたパワースペクトルのピーク周波数とは一致しない。ひずみの値の上記ピーク周波数と撮影距離の上記ピーク周波数とが一致する場合、計測対象物２００のひずみを算出しているのではなく、撮影距離の変動に起因する、計測対象物２００の表面のランダムな模様の変形を算出しているといえる。そのため、ひずみの値の上記ピーク周波数と撮影距離の上記ピーク周波数との差が所定値以内か否かを判断することにより、計測対象物２００のひずみを正しく計測しているか否かを判断する。
【００２７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１００、１００Ａ、１００Ｂ  ひずみ計測装置
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ  高速度カメラ（撮影手段）
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ  加速度ピックアップ
１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ  搭載治具
１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ  撮影用照明
２００  計測対象物
【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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