(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリットの開口幅の振動状態を計測する方法であって、
前記スリットの振動周波数より高速なタイミングで前記スリットの画像データを求めて蓄積し、
これら各画像データ毎に、画像データを２値化して輝度分布を求め、この輝度分布より前記スリットの開口幅を求めて順に記憶し、
順に記憶したスリットの開口幅の時間変化より、スリットの開口変位変動量とその実振動周波数を求めること
を特徴とする振動状態計測方法。
【請求項２】
スリットの開口幅の振動状態を計測する装置であって、
前記スリットの光学的撮像手段と、
前記光学的撮像手段により撮像された前記スリットの画像データを、スリットの振動周波数より高速なタイミングで蓄積する蓄積手段と、
前記蓄積手段に蓄積された各画像データ毎に、画像データを２値化して輝度分布を求め、この輝度分布より前記スリットの開口幅を求めて出力する第１演算手段と、
前記第１演算手段より出力された前記スリットの開口幅を順に記憶し、記憶したスリットの開口幅の時間変化より、スリットの開口変位変動量とその実振動周波数を求める第２演算手段
を備えたことを特徴とする振動状態計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スリットの開口幅の振動状態を計測する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
亀裂の間隙などスリットの開口幅の振動状態を計測する必要に迫られることがある。たとえば、橋桁に生じた疲労亀裂などの部分的な損傷を供用下で溶接により補修する場合、亀裂間隙は車両の通過により振動（変動）しており、高温割れの発生が懸念される。この高温割れの発生の有無は、亀裂部の振動状態、すなわち図６に示す橋桁Ｂの亀裂１の開口変位変化量Δδ、およびその振動周波数ｆと、亀裂部周辺の剛性を表す指標の一つである拘束度Ｒｐ（亀裂を１ｍｍ狭めるために必要な亀裂長さ方向の荷重）により決定される。したがって、実際の橋桁の供用下での補修溶接を行うためには、亀裂１の開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆを計測し、その場でΔδおよびｆ、さらにＲｐを判断し、高温割れが発生しないことを確認する必要がある。
【０００３】
従来、上記亀裂間隙などの振動状態の計測には、クリップゲージを用いて計測する接触式の手法が一般的に使用されている。図７に基づいて、従来のクリップゲージを用いた開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆの計測方法について説明する。
橋桁Ｂの亀裂１の周辺にナイフエッジ２を取付けてクリップゲージ３を固定し、このクリップゲージ３の出力（振動のアナログ信号）を出力調整アンプ（ダイナミックアンプ）４で調整し、ＡＤ変換器５を介してコンピュータ６へ取込み、連続した振動の波形データより開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆの計測している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の計測方法では、橋桁の亀裂１の開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆをクリップゲージ３を用いて計測する際に、亀裂部周辺に、クリップゲージ３を固定するために、ナイフエッジ２を取り付けなければならず、また、亀裂１の周辺にナイフエッジ２を取り付ける作業は高所での作業となることが多く、危険を伴うという問題があった。
【０００５】
またクリップゲージ３の出力を出力調整アンプ４で調整しなければ正確な値が得られないため、専門的な知識が必要であった。
そこで、本発明は、専門的知識を必要とせず、安全に簡易に振動を計測する方法およびその装置を提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、スリットの開口幅の振動状態を計測する方法であって、
前記スリットの振動周波数より高速なタイミングで前記スリットの画像データを求めて蓄積し、これら各画像データ毎に、画像データを２値化して輝度分布を求め、この輝度分布より前記スリットの開口幅を求めて順に記憶し、順に記憶したスリットの開口幅の時間変化より、スリットの開口変位変動量とその実振動周波数を求めることを特徴とするものである。
【０００７】
また請求項２に記載の発明は、スリットの開口幅の振動状態を計測する装置であって、
前記スリットの光学的撮像手段と、前記光学的撮像手段により撮像された前記スリットの画像データを、スリットの振動周波数より高速なタイミングで蓄積する蓄積手段と、前記蓄積手段に蓄積された各画像データ毎に、画像データを２値化して輝度分布を求め、この輝度分布より前記スリットの開口幅を求めて出力する第１演算手段と、前記第１演算手段より出力された前記スリットの開口幅を順に記憶し、記憶したスリットの開口幅の時間変化より、スリットの開口変位変動量とその実振動周波数を求める第２演算手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
上記方法および構成によれば、スリットの画像データよりスリットの開口変位変動量とその実振動周波数が求められる。よって、非接触で計測でき、従来のような亀裂部に対するナイフエッジおよびクリップゲージの取付け作業が不要となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態における振動状態計測装置の概略構成図である。
亀裂（スリットの一例）１に対向して、高速ビデオカメラ（光学的撮像手段および蓄積手段の一例）11を設置し、この高速ビデオカメラ11により撮影され蓄積された、亀裂１およびその周辺の画像データを画像処理ボード（第１演算手段の一例）12で画像処理してパーソナルコンピュータ（第２演算手段の一例）13に取り込んでいる。
【００１０】
一般に（振動）周波数の高い現象を計測するためには、計測器は、その現象の周波数の数倍以上の周波数の応答速度が必要である。たとえば、計測する周波数が０．３３Ｈｚの場合、４１．７Ｈｚ（＝２４ｍｓｅｃ間隔）の高速タイミングで画像処理を行っている。高速ビデオカメラ11では、２４ｍｓｅｃ間隔で上記画像を撮影して蓄積し、この蓄積された２４ｍｓｅｃ毎の各画像データを画像処理ボード12により画像処理している。すなわち、画像処理ボード12は、高速ビデオカメラ11に蓄積された各画像データ毎に、画像データを２値化して輝度分布を求め、この輝度分布より亀裂１の開口幅δを求めてコンピュータ13へ出力している。
【００１１】
コンピュータ13は、画像処理ボード12より出力された亀裂１の開口幅δを順に記憶し、これら記憶された亀裂１の開口幅δの時間変化を求め、この求めた時間変化より、亀裂１の開口変位変動量Δδとその振動周波数ｆを求めている。
画像処理ボード12とコンピュータ13による、高速ビデオカメラ11の画像データから亀裂１の開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆを求める手順を図２のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
計測員により高速ビデオカメラ11により亀裂１およびその周辺の撮影が行われ、撮影が終了すると、キーボードやマウスによりコンピュータ13へ画像処理の実行指令が入力される。すると、コンピュータ13より画像処理ボード12へ画像開始指令が発せられ（ステップ−１）、画像処理ボード12は、この画像開始指令の入力を確認すると（ステップ−２）、画像処理を開始する。
【００１３】
まず高速ビデオカメラ11より１画像（フレーム）データを取り込んで、この画像データを、図３（ｂ）に示すように、画像の濃淡差が区別できるように２値化する（ステップ−３）。
次に、図３（ｃ）に示すように、亀裂１の中央部の輝度分布を求め（ステップ−４）、求めた輝度分布より亀裂１の開口幅δを求めてコンピュータ13へ出力する（ステップ−５）。
【００１４】
コンピュータ13は入力した亀裂１の開口幅δを記憶する（ステップ−６）。
画像処理ボード12は、上記ステップ−１〜ステップ−３を高速ビデオカメラ11に蓄積された全ての画像データにて行い、画像処理の終了を確認すると（ステップ−７）、コンピュータ13へ画像処理終了信号を出力する（ステップ−８）。
コンピュータ13は、この画像処理終了信号を入力すると（ステップ−９）、順に記憶された亀裂１の開口幅δから、図４に示す開口幅δの時間変化を求める（ステップ−10）。
【００１５】
この求めた時間変化による亀裂１の開口幅δの変化により、ピーク値（亀裂１の開口幅δの変化がプラスよりマイナスへ転ずる点の値）を求め（ステップ−11）、このピーク値と、次のピーク値間に存在する最小値の亀裂１の開口幅δの変化により開口変位変化量Δδを求め（ステップ−12）、ピーク値とピーク値間の時間（１周期）により振動周波数ｆを求める（ステップ−13）。
【００１６】
連続するピーク値から各開口変位変化量Δδと振動周波数ｆが求められると（ステップ−14）、求められた開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆの平均値を求めて開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆの計測値とし、この計測値をディスプレイなどへ出力する（ステップ−15）。
上記手順により、高速ビデオカメラ11の画像データより開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆが計測される。
（実験例）
亀裂１をＨスリットタイプとした試験片を用意し、この試験片の下端を固定し、上端を疲労試験機に取り付け、疲労試験機の周波数を０．３３Ｈｚに設定して試験片に振動を与え、そのときの亀裂１の間隙の振動を計測した。
【００１７】
本発明の画像処理により亀裂１の開口幅δの時間変化を計測した結果を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、スリット部の中央から２０ｍｍ離れた位置を測定している。比較例として図５（ｂ）に従来のクリップゲージによる亀裂１の開口幅δの時間変化を計測した結果を示す。クリップゲージではスリット中央部とスリット両端部を計測している。
【００１８】
これら本発明の画像処理により求めた亀裂１の開口幅δの時間変化と、クリップゲージにより求めた亀裂１の開口幅δの時間変化による、開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆの演算結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
0003969888.tif 000002
表１に示すように、疲労試験機の設定周波数（亀裂１の振動）を変更した場合にでも、結果はよく一致しており、計測結果に差はないことがわかる。
このように、画像処理により求めた開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆは、従来のクリップゲージによる方法と計測結果に差がないことから、本発明の振動状態計測装置を実用に供することができ、また非接触で計測できることから、従来のような亀裂部に対するナイフエッジおよびクリップゲージの取付け作業が不要となり、高所でも安全に計測作業を行うことができる。また構成が高速ビデオカメラ11と画像処理ボード12およびコンピュータ13とからなるため、簡易で、特に専門的な知識を必要とせず、容易に計測を行うことができる。
【００２０】
また現場で簡易で容易に、亀裂１の開口変位変化量Δδおよびその振動周波数ｆを求めることができることにより、実際の橋桁の供用下での補修溶接を行う際に、迅速に高温割れが発生しないことを確認することが可能となる。
なお、本実施の形態では、高速ビデオカメラ11により画像データを収集しているが、ＣＣＤカメラなどの撮像手段と画像メモリなどの画像データの高速記憶手段であればよい。また第１演算手段として画像処理ボード12を設けているが、この第１演算手段の機能をコンピュータ13に持たせるようにすることもできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、スリットの画像データよりスリットの開口変位変動量とその振動周波数が求めることができ、したがって非接触で計測できることから、従来のような亀裂部に対するナイフエッジおよびクリップゲージの取付け作業が不要となり、高所でも安全に計測作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における振動状態計測装置の概略構成図である。
【図２】同振動状態計測装置の計測手順を説明するフローチャートである。
【図３】同振動状態計測装置の計測方法の説明図である。
【図４】同振動状態計測装置の計測方法の説明図である。
【図５】同振動状態計測装置の計測結果の特性図である。
【図６】振動を発生する亀裂の説明図である。
【図７】従来の振動状態計測装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１    亀裂（スリット）
１１  高速ビデオカメラ（光学的撮像手段および蓄積手段）
１２  画像処理ボード（第１演算手段）
１３  コンピュータ（第２演算手段）
【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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