(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発光装置とデジタルカメラとのセット体を有し、該レーザ発光装置からのレーザ光を引張力を受ける試験片で反射させて該デジタルカメラに入光させることにより、該デジタルカメラで撮像された画像のスペックルパターンに追従するように該セット体を駆動するようにした試験片の伸び追跡装置であって、
前記デジタルカメラで取得された画像の輝度を検出する輝度検出手段と、
前記レーザ発光装置での出力を調整する出力調整手段と、
あらかじめ設定された下限輝度と、該下限輝度よりも所定分輝度が高い上限輝度とが設定され、前記スペックルパターンに対する前記セット体の追従時において、前記出力調整手段を制御することにより、前記輝度検出手段で検出される輝度が前記下限輝度以下となったときに前記レーザ発光装置の出力を増大させる一方、前記輝度検出手段で検出される輝度が前記上限輝度以上となったときに該レーザ発光装置の出力を低減させる出力制御手段と、
を備えていることを特徴とする試験片の伸び追跡装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記出力調整手段が、前記レーザ発光装置に供給される駆動電圧を調整するものとされている、ことを特徴とする試験片の伸び追跡装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記輝度検出手段が、前記デジタルカメラの全画素についての輝度の合計値を検出する、ことを特徴とする試験片の伸び追跡装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記輝度検出手段が、前記デジタルカメラの特定の一部の画素についての輝度の合計値を検出する、ことを特徴とする試験片の伸び追跡装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記セット体を追従させるために要求される許容輝度範囲での最低輝度をβ１，最高輝度をβ２としたとき（β１＜β２）、前記下限輝度α１が該最低輝度β１よりも高く（β１＜α１）、かつ前記最高輝度α２が該最高輝度β２よりも低くされている（α２＜β２）とされている、ことを特徴とする試験片の伸び追跡装置。
【請求項６】
請求項１または請求項５において、
前記出力制御手段は、前記輝度検出手段で検出される実際の輝度が前記下限輝度よりも小さいときに、該実際の輝度と該下限輝度との偏差が大きいほど前記レーザ発光装置の出力増大分を大きくする一方、前記輝度検出手段で検出される実際の輝度が前記上限輝度よりも大きいときに、該実際の輝度と該上限輝度との偏差が大きいほど前記レーザ発光装置の出力減少分を大きくする、ことを特徴とする試験片の伸び追跡装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の試験片の伸び追跡装置を備えている、ことを特徴とする試験片の引張試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片の伸び追跡装置および引張試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂等の試験片の伸び特性（荷重と伸び量との関係となる特性）を得るために、引張試験装置が用いられる。引張試験の際には、通常、試験片を一定速度で引張しつつ（単位時間あたりの伸び量が一定となるように引張しつつ）、長手方向に規格などで決められた所定間隔をあけた試験片の特定の２箇所の位置の変位を計測することにより行われる。すなわち、上記特定の２箇所の変位量の差をみることによって、ある荷重のときにおける試験片の伸び量を知ることができる。
【０００３】
試験片における上記２つの特定箇所は、引張の進行に応じて時時刻々と変化することから、この特定箇所を追跡する必要がある。特許文献１には、試験片における特定箇所の追跡のために、レーザ光を利用したものが開示されている。すなわち、互いに一体的に移動されるレーザ発光装置とカメラとのセット体を設けて、レーザ発光装置からのレーザ光を試験片の特定箇所に向けて照射し、この特定箇所から反射した光（スペックルパターンと呼ばれる）をカメラによって撮像するようにしてある。そして、カメラによって得られた画像のスペックルパターンを追従させて、上記セット体を移動させるようにしてある。つまり、スペックルパターンを追跡することにより、試験片の特定箇所の変位というものを知ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０１３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のように、レーザ光を利用した試験片の特定箇所の追跡は、カメラで取得された画像の輝度が所定の範囲内にあることが要求される。すなわち、輝度が低すぎると、画像が全体的に暗くなって、スペックルパターンを認識することが不可能となる。逆に、輝度が高すぎると、画像が全体的に白っぽくなって（ハレーションの発生）、スペックルパターンを認識することが不可能となる。
【０００６】
このため、画像の輝度に応じてカメラのシャッター速度若しくはゲインを調整することも考えられている。しかしながら、シャッター速度の調整では、応答性が悪くなる場合があり、計測遅れが発生するという問題がある。また、ゲイン変更による調整では、１段階のゲイン変更では輝度が大きく変化し過ぎてしまって（オーバシュートの発生）、スペックルパターンを認識できないというという問題を生じやすいものであった。
【０００７】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その第１の目的は、レーザ光を利用して試験片の特定箇所を追跡する場合に、カメラで取得される画像の輝度変更を応答よく行えると共に、その輝度調整をよりきめ細かく行うことのできるようにした試験片の伸び追跡装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、上記試験片の伸び追跡装置を有する引張試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記第１の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
レーザ発光装置とデジタルカメラとのセット体を有し、該レーザ発光装置からのレーザ光を引張力を受ける試験片で反射させて該デジタルカメラに入光させることにより、該デジタルカメラで撮像された画像のスペックルパターンに追従するように該セット体を駆動するようにした試験片の伸び追跡装置であって、
前記デジタルカメラで取得された画像の輝度を検出する輝度検出手段と、
前記レーザ発光装置での出力を調整する出力調整手段と、
あらかじめ設定された下限輝度と、該下限輝度よりも所定分輝度が高い上限輝度とが設定され、前記スペックルパターンに対する前記セット体の追従時において、前記出力調整手段を制御することにより、前記輝度検出手段で検出される輝度が前記下限輝度以下となったときに前記レーザ発光装置の出力を増大させる一方、前記輝度検出手段で検出される輝度が前記上限輝度以上となったときに該レーザ発光装置の出力を低減させる出力制御手段と、
を備えているようにしてある。
【０００９】
上記解決手法によれば、レーザ発光装置の出力調整によってカメラで取得される画像の輝度調整を行うので、輝度調整を応答よくかつきめ細かく行うことができる。この結果、計測遅れやオーバシュートの発生を防止しつつ、試験片の伸び特性を計測することが可能になる。また、レーザ光の出力調整による画像輝度の調整幅が大きくかつきめ細かく輝度調整できるので、多様な試験片の色に対応することができる。
また、あらかじめ下限輝度と、該下限輝度よりも所定分輝度が高い上限輝度とが設定され、前記輝度検出手段で検出される輝度が、前記下限輝度以下となったときに前記レーザ発光装置の出力を増大させる一方、前記上限輝度以上となったときに該レーザ発光装置の出力を低減させることから、下限輝度と上限輝度という２つのしきい値を用いて、画像の輝度を所望範囲に設定することができる。
【００１０】
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項２〜請求項６に記載のとおりである。すなわち、
前記出力調整手段が、前記レーザ発光装置に供給される駆動電圧を調整するものとされている、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、電圧調整という簡単な手法により、レーザ発光装置の出力調整を行うことができる。
【００１１】
前記輝度検出手段が、前記デジタルカメラの全画素についての輝度の合計値を検出する、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、画像の輝度を極めて精度よく検出することができる。
【００１２】
前記輝度検出手段が、前記デジタルカメラの特定の一部の画素についての輝度の合計値を検出する、
ようにしてある（請求項４対応）。この場合、画像の輝度を検出する制御系の負担を軽減する上で好ましいものとなる。
【００１３】
【００１４】
前記セット体を追従させるために要求される許容輝度範囲での最低輝度をβ１，最高輝度をβ２としたとき（β１＜β２）、前記下限輝度α１が該最低輝度β１よりも高く（β１＜α１）、かつ前記上限輝度α２が該最高輝度β２よりも低くされている（α２＜β２）、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、画像の輝度が、許容範囲から外れてしまう事態を確実に防止する上で好ましいものとなる。
【００１５】
前記出力制御手段は、前記輝度検出手段で検出される実際の輝度が前記下限輝度よりも小さいときに、該実際の輝度と該下限輝度との偏差が大きいほど前記レーザ発光装置の出力増大分を大きくする一方、前記輝度検出手段で検出される実際の輝度が前記上限輝度よりも大きいときに、該実際の輝度と該上限輝度との偏差が大きいほど前記レーザ発光装置の出力減少分を大きくする、ようにしてある（請求項６対応）。この場合、画像の輝度を、下限輝度と上限輝度の間の範囲にすみやかに収束させる上で好ましいものとなる。
【００１６】
前記第２の目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項７に記載のように、
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の試験片の伸び追跡装置を備えている、ようにしてある。上記解決手法によれば、請求項１ないし請求項６にいずれかに記載の試験片の伸び追跡装置を備えた試験片の引張試験装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、カメラで取得される画像の輝度を応答よくかつきめ細かに調整可能になることから、スペックルパターンを常に適切に認識でき、スペックルパターンを追従してレーザ発光装置とカメラとのセット体を移動させる上で好ましいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】レーザ発光装置とカメラとにより試験片の２つの特定箇所を追跡する部分を示す要部斜視図。
【図２】本発明の制御系統例を示す図。
【図３】スペックルパターンの輝度の許容レベルと、許容レベルにするためのレーザ出力の増減の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１において、１は上下方向に伸びる試験片である。試験片１は、例えば合成樹脂板や金属板で、引張試験用として所定の規格形状に形成されている。試験片１のうち、例えば下部が固定された下挟持装置２に挟持され、上部が図示を略す上挟持部に挟持される。この状態で、上挟持部を一定速度で上方へ移動させることにより、試験片１が引張されることになる。図示の場合とは逆に、試験片１の上部を固定して、試験片１の下部を下方へ引張するようにしてもよい。なお、試験片１の引張用の機構そのものは、従来からよく知られているものなので、その詳細な説明は省略する。
【００２０】
試験片１の側方には、上下一対のセット体Ｓ１とＳ２とが配設される。各セット体Ｓ１とＳ２とは、それぞれ、レーザ発光装置１０と、カメラ１１（実施形態ではデジタルカメラとしてのＣ−ＭＯＳカメラを用いてあるが、ＣＣＤカメラであってもよい）と、この両者１０と１１とを一体化する固定部材１２とからなる。固定部材１２には、筒状の雌ネジ部１２ａを有している。
【００２１】
セット体Ｓ１に着目して説明すると、その固定部材１２に設けた筒状の雌ネジ部１２ａが、上下方向に伸びるねじ棒２１に螺合されている。ねじ棒２１は、回転可能かつ上下方向に変位不能として支持フレーム（図示略）に保持されている。これにより、ネジ棒２１を正逆回転させることによって、雌ネジ部１２ａつまりセット体Ｓ１が全体的に上下方向に移動される。
【００２２】
セット体Ｓ２についても、セット体Ｓ１と同様に、ねじ棒２２（２１対応）を利用して、上下方向に移動される。
【００２３】
上方に位置するセット体Ｓ１においては、レーザ発光装置１０は、試験片１のうち上部の特定箇所にレーザ光を照射する。そして、カメラ１１は、試験片１の上部の特定箇所で反射されたレーザ光を受光する。
【００２４】
下方に位置するセット体Ｓ２においては、レーザ発光装置１０は、試験片１のうち下部の特定箇所にレーザ光を照射する。そして、カメラ１１は、試験片１の下部の特定箇所で反射されたレーザ光を受光する。
【００２５】
なお、上述した上部の特定箇所と下部の特定箇所との間隔は例えば５０ｍｍとされる。また、上記上部と下部の各特定箇所に照射されたレーザ光の照射範囲は、例えば横５ｍｍ、縦２ｍｍ程度とされる。カメラ１１の撮影範囲は、試験片１に対するレーザ光の照射範囲を含みかつこの照射範囲よりも十分に大きい範囲とされている。
【００２６】
次に、図２を参照しつつ、上記特定箇所を追跡するための制御系統例について説明するが、図２では、セット体Ｓ１に着目したものとなっている。この図２において、３１は、ねじ棒２１を駆動するモータであり、３２はモータ３１の回転位置（セット体Ｓ１の変位位置）を検出するセンサである。センサ３２は、ねじ棒２１の回転量を直接検出するものとすることもできる。
【００２７】
３３は電源であり、この電源３３からの電圧が、電圧調整部３４でもって調整された後に、レーザ発光装置１０に供給される。すなわち、電圧調整部３４が、レーザ発光装置１０の出力調整部となっている。
【００２８】
図中３５は、画像処理部であり、カメラ１１で撮像された画像からスペックルパターンを特定すると共に、その輝度を検出するものとなっている。スペックルパターンは、既知のように、黒色背景に明るい多数の点が出現したものとなっており、明るい多数の点の集合体がある模様を描くことになる。スペックルパターンの輝度が高すぎても低すぎても、スペックルパターンによる模様を認識することが不可能となる。
【００２９】
試験片１が伸びると、実施形態ではスペックルパターン（模様）が上方へと変化することから、このスペックルパターンの変化に追従してセット体Ｓ１が上方へ移動される。このため、画像処理部３５でスペックルパターンの上方への移動量を検出すると、その検出結果が駆動制御部３６に出力されて、駆動制御部３６が、モータ３１を駆動制御して、常に画像処理部３５でもってスペックルパターンが検出された状態とされる。
【００３０】
一方、画像処理部３５で得られたスペックルパターンの輝度は、出力制御部３７に出力される。出力制御部３７は、画像処理部３５から出力される輝度（実際の輝度）が、所定の範囲内の輝度となるように、電圧調整部３４を制御する。なお、出力調整（輝度調整）の点については後述する。
【００３１】
図３は、出力制御部３７による出力調整の手法を図式的に示してある。図３において、試験片１の引張の進行に伴ってセット体Ｓ１はスペックルパターンを追従させるために要求される輝度として、α１とα２（α１＜α２）の理想範囲が設定される。低い（小さい）輝度α１は下限輝度とされ、また高い（大きい）輝度α２は上限輝度とされる。
【００３２】
下限輝度α１よりも所定分輝度が低い最低輝度β１は、これよりも低い輝度ではスペックルパターンを十分に認識することが難しい輝度を示すものである。また、上限輝度α２よりも所定分高い輝度β２は、これよりも高い輝度ではスペックルパターンを十分に認識することが難しい輝度を示すものである。すなわち、β１とβ２との間の範囲の輝度が、スペックルパターンを利用した追跡のために要求される許容輝度範囲（許容レベル）とされる。
【００３３】
出力制御部３７は、実際の輝度が、上記β１よりも低くならないようにかつβ２よりも高くならないように、出力調整部３４を制御する．具体的には、実際の輝度が下限輝度α１よりも低くなったときは、レーザ発光装置１０への供給電圧を上昇（増大）させる。また、実際の輝度が上限輝度α２よりも大きくなったときは、レーザ発光装置１０への供給電圧を低下（減少）させる。このようにして、実際の輝度が、許容レベル範囲となる少な
くとも最低輝度β１と最高輝度β２との範囲となるように制御される。
【００３４】
上記輝度調整の際、実際の輝度が下限輝度α１よりも小さいときは、実際の輝度と下限輝度α１との偏差が大きいほど出力増大分が大きくなるようにするのが好ましい。同様に、実際の輝度が上限輝度α２よりも大きいときは、実際の輝度と上限輝度α２との偏差が大きいほど出力減少分が大きくなるようにするのが好ましい。
【００３５】
レーザ発光装置１０の出力調整によるスペックルパターンの輝度調整は、極めて応答性に優れているために、スペックルパターンの輝度が、許容レベル範囲外になってしまうことを確実に防止できる。また、出力調整による輝度の調整範囲はきめ細かくできるために、オーバシュートという問題も生じないものとなる。以上に加えて、試験片１の色の相違に応じて、要求される画像の輝度が大きく相違する場合もあるが、試験片１の各種の色の相違に対応して輝度調整することができ、試験片１の色を問題とすることなく試験を行うことができる。
【００３６】
セット体Ｓ２においても、図２と同様の制御系統が構成されて、セット体Ｓ１とは別個独立した制御となる（セット体Ｓ１とは独立してスペックルパターンの輝度制御およびこれに追従する駆動制御）。
【００３７】
ここで、試験片１の引張特性は、引張特性決定部３８によって行われる。すなわち、ある時点での荷重が引張装置側から入力される一方、そのときの各セット体Ｓ１とＳ２におけるセンサ３２からの移動量が入力される。これにより、引張特性決定部３８は、各センサ３２で検出された移動量の差分となる伸び量を演算して、荷重に対する伸び量の関係が得られることになる。このような引張特性は、試験片１の引張進行に伴って時時刻々と取得されて記憶手段へ記憶され、引張試験の終了後には、荷重毎の伸び量の関係をまとめて取得（出力）することが可能となっている。
【００３８】
ここで、画像処理部３５において決定される輝度は、実施形態では、全画素についての輝度の合計値としてある。カメラ１１で撮像された画像の全画素について個々に輝度をみることにより、スペックルパターンが認識できるか否かについて極めて精度よく判定することができる。画像処理部３５における輝度の決定に際しては、全画素について行うことなく、一部の特定領域の画素についての輝度の合計値とすることもできる。例えば、画像の中央部領域と画像の４隅の周辺領域との輝度の合計値としたり、画像の２つの対角線上に設定される細幅の２組の特定領域の合計値とする等、少なくとも中央部の領域と周辺部の領域とを含むものとして適宜選択できる。
【００３９】
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、レーザ光を利用した試験片の伸び追跡を適切に行うことができる。
【符号の説明】
【００４１】
Ｓ１、Ｓ２：セット体
α１：下限輝度
α２：上限輝度
β１：最低輝度
β２：最高輝度
１：試験片
２：下挟持部
１０：レーザ発光装置
１１：カメラ
１２：固定部材
１２ａ：雌ねじ部
２１、２２：ねじ棒
３１：モータ（セット体の駆動用）
３２：センサ（変位量測定用）
３３：電源
３４：電圧調整部（出力調整部）
３５：画像処理部
３６：駆動制御部
３７：出力制御部
３８：引張特性決定部
【図１】
0006758062.tif 000002
【図２】
0006758062.tif 000003
【図３】
0006758062.tif 000004