(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張試験中の試験片を撮像するビデオカメラと、そのビデオカメラからの各画素情報を用いて試験片の幅方向両縁部の座標情報を求め、座標情報から試験片の刻々の幅を算出する演算手段を備えたビデオ式幅計測装置において、
上記ビデオカメラが、その画素の配列方向を引張方向に対して傾斜させた状態で配置され、上記演算手段は、そのビデオカメラからの各画素情報を用いて試験片の両縁部に対応する２本の直線を回帰的に算出して試験片の幅の算出に供することを特徴とするビデオ式幅計測装置。
【請求項２】
試験片の幅方向両縁部が１台のビデオカメラにより撮像されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のビデオ式幅計測装置。
【請求項３】
試験片の幅方向各縁部が、それぞれ個別に異なるビデオカメラで撮像されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のビデオ式幅計測装置。
【請求項４】
上記ビデオカメラが、フォーカスをずらせた状態で試験片の幅方向両縁部を撮像するように構成されていることを特徴とする請求項１，２または３に記載のビデオ式幅計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料の引張試験中における試験片の刻々の幅の変化を、ビデオカメラを用いて計測するビデオ式幅計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
引張試験中における試験片の幅方向（引張方向に直交する方向）の寸法を計測する装置として、ビデオ式幅計測装置が知られている。この種の計測装置においては、試験中の試験片をビデオカメラで撮像し、そのビデオカメラの各画素情報から、試験片の幅方向両縁部に対応する２本の直線の座標を求め、その直線間の距離に基づいて試験片の幅を算出する。
【０００３】
すなわち、図５に示すように、試験に供される試験片Ｗの幅方向（引張方向Ｔに直交する方向）の両縁部が視野ＦＶ内に入るようにビデオカメラを設置し、その出力データを適宜に処理することにより、図６に処理後の画素データを模式的に示すように、試験片Ｗの幅方向両側の縁部ｅ１，ｅ２の映像パターン、つまり２つのエッジパターンＥ１，Ｅ２を抽出してこれらの座標情報を得て、その座標情報から試験片Ｗの幅を演算により求める。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のようなビデオ式幅計測装置によると、ビデオカメラは、図５および図６に示したように、互いに直交する画素の配列方向ｘ，ｙ方向をそれぞれ水平方向および鉛直方向に沿わせた状態で配置され、また、試験片Ｗの引張方向は、通常、上記各図に示すように鉛直方向（あるいは水平方向）とされる。そのため、ビデオカメラの画素データ上で試験片ＷのエッジパターンＥ１，Ｅ２が１画素列上に並ぶことになる。従って、各エッジの座標情報の単位は１画素単位となり、最終的に得られる幅の測定結果の分解能が１画素のサイズとなってしまい、より高精度の測定が行えないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、幅測定の分解能が画素サイズに制限されずにより高い分解能で幅測定を行うことができ、画素サイズの変更等を伴うことなく、従ってコストを上昇させることなくより高精度の幅測定を行うことのできるビデオ式幅計測装置の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のビデオ式幅計測装置は、引張試験中の試験片を撮像するビデオカメラと、そのビデオカメラからの各画素情報を用いて試験片の幅方向両縁部の座標情報を求め、座標情報から試験片の刻々の幅を算出する演算手段を備えたビデオ式幅計測装置において、上記ビデオカメラが、その画素の配列方向を引張方向に対して傾斜させた状態で配置され、上記演算手段は、そのビデオカメラからの各画素情報を用いて試験片の両縁部に対応する２本の直線を回帰的に算出して試験片の幅の算出に供することによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００７】
ここで、本発明においては、試験片の幅方向両縁部を１台のビデオカメラにより撮像するように構成（請求項２）してもよいし、これらの両縁部をそれぞれ個別に異なるビデオカメラで撮像するように構成（請求項３）することもできる。
【０００８】
また、本発明においては、上記ビデオカメラを、フォーカスをずらせた状態で試験片の幅方向両縁部を撮像するように構成（請求項４）することが好ましい。
【０００９】
本発明は、ビデオカメラの画素の配列方向を引張方向に対して所定の角度で傾斜させた状態で試験片を撮像することにより、試験片の２つのエッジが画素の配列方向に対して傾斜した画像データを得て、各エッジパターンの形成に関与する画素の数を多くし、これらの画素情報から回帰的に試験片の両縁部に対応する２本の直線を算出して幅の算出に供することで、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１０】
すなわち、ビデオカメラの画素の配列方向を引張方向に対して傾斜させて試験片を撮像することにより、エッジパターンは従来のように１画素列で形成されるのではなく、幅方向およびそれに直交する多数の画素によって形成される（図３参照）。この各画素を用いて例えば最小二乗法等の回帰演算によって両縁部に対応する２本の直線を算出すると、その各直線の座標の分解能は画素サイズに比して著しく向上し、これらの直線間の距離から試験片の幅を算出することによって、幅測定の分解能を従来に比して大幅に向上させることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明のように、試験片の両縁部を１台のビデオカメラで撮像するように構成すれば、構成が簡単で調整も容易となる一方、請求項３に係る発明のように試験片の両縁部をそれぞれに異なるビデオカメラで撮像するように構成すると、撮像倍率を上げることが可能となり、より高精度の幅測定が可能となる。
【００１２】
更に、請求項４に係る発明のように、ビデオカメラのフォーカスをずらせた状態で試験片の両縁部を撮像するように構成すると、いわゆるピンぼけ状態の画像が得られる結果、画像データ中におけるエッジパターンは試験片の幅方向に広がりを持った状態となり、エッジパターンを形成する画素数が増大し、回帰演算に供される画素数が増えることによる直線の座標情報をより高精度なものとすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ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を材料試験機に装着した状態を示す正面図である。
【００１４】
試験機本体１はテーブル１１上に２本のねじ棹（図示せず）を配置し、その各ねじ棹にクロスヘッド１２の両端部をナットを介して支承した構造を有し、各ねじ棹は駆動装置（図示せず）により回転が与えられ、これによってクロスヘッド１２が上下動する。
【００１５】
テーブル１１およびクロスヘッド１２には、それぞれ掴み具１３ａ，１３ｂが取り付けられており、試験片Ｗはその両端部が各掴み具１３ａ，１３ｂに把持される。その状態でクロスヘッド１２を上昇駆動することにより、試験片Ｗに鉛直方向への引張負荷が加えられる。
【００１６】
ビデオ式幅計測装置２は、ビデオカメラ２１と、その出力を取り込んで後述する演算を施すパーソナルコンピュータ等の演算装置２２とからなり、ビデオカメラ２１は、位置調整機構２３を介して試験機本体１に装着されている。位置調整機構２３は上下方向調整機構２３ａと水平方向調整機構２３ｂとからなり、これらの機構によりビデオカメラ２１の視野および撮像倍率を適宜に設定できるようになっている。
【００１７】
そして、ビデオカメラ２１は、互いに直交する画素の配列方向ｘ，ｙ方向のいずれもが、試験機本体１による試験片Ｗの引張方向（鉛直方向）Ｔと平行とはなっておらずに傾斜している。この例では、画素の一方の配列方向であるｙ方向が引張方向Ｔに対して３０°だけ傾斜しており、図２に例示するように、試験片Ｗの両側の縁部ｅ１，ｅ２が視野ＦＶ内に入るように設定される。
【００１８】
以上の実施の形態によると、ビデオカメラ２１の出力から試験片Ｗの幅方向両縁部を抽出処理した画像データは、図３に示すように、試験片Ｗの両縁部ｅ１，ｅ２の像が各画素Ｐ・・・・Ｐの配列方向に対して斜めに走るため、画像上でのエッジパターンＥ１，Ｅ２は、それぞれ１列の画素では形成されず、多数の画素によって形成される。
【００１９】
演算装置２２では、エッジパターンＥ１，Ｅ２をそれぞれ形成する複数の画素の座標情報を用いて、最小二乗法により試験片Ｗの両縁部ｅ１，ｅ２に対応する２つの推定直線をそれぞれ演算する。そして、これらの推定直線間の画像上での距離を幾何学的に求め、更に撮像倍率を反映した係数を乗じることにより、試験片Ｗの幅寸法を算出する。
【００２０】
以上の本発明の実施の形態によると、試験片Ｗの両縁部ｅ１，ｅ２の位置情報が、多数の画素を用いた最小二乗法により回帰的に算出されて試験片Ｗの幅の算出に供されるので、幅測定の分解能は画素Ｐのサイズに制約されず、そのサイズにより大幅に高い分解能のもとに試験片Ｗの幅寸法を算出することができる。
【００２１】
ここで、以上の構成において、ビデオカメラ２１のフォーカスを意識的にずらせた状態とすることにより、上記した各推定直線の位置情報をより正確に求めることができる。すなわち、ビデオカメラ２１のフォーカスをずらせることによって、エッジ抽出後に得られる画像は、図４に示すように、エッジパターンＥ１，Ｅ２を形成する画素が試験片Ｗの幅方向に広がり、各エッジパターンＥ１，Ｅ２がより多数の画素によって形成され、最小二乗法に供される画素数がより増大する。これにより、各推定直線の位置精度がより向上し、より高精度の幅測定が可能となる。
【００２２】
ここで、以上の実施の形態においては、１台のビデオカメラ２１で試験片Ｗの両縁部を撮像した例を示し、この構成は、簡単・安価な構成で、調整も容易で高い分解能の幅測定を行うことができるのであるが、より高精度の幅測定を必要とする場合には、２台のビデオカメラを用い、その各ビデオカメラにより試験片Ｗの２つの縁部をそれぞれ個別に撮像する構成を採用することができる。この構成の採用により、各ビデオカメラの撮像倍率を上げることが可能となり、より高い分解能でより高精度の幅測定を実現できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ビデオカメラを、その画素の配列方向が試験片の引張方向に対して傾斜するように配置することによって、試験片の両縁部の画像を形成する画素数を増大させるとともに、その多数の画素を用いた回帰演算によって試験片の両縁部に対応する２本の直線を求め、その直線間の距離から試験片の刻々の幅を算出するので、幅測定の分解能の画素サイズによる制限をなくすることが可能となり、従来のこの種の幅計測装置に比してその分解能を大幅に向上させることができる。
【００２４】
また、ビデオカメラのフォーカスをずらせた状態で試験片を撮像することによって、試験片の両縁部に対応する２本の直線の回帰演算に供する画素数を増大させることができ、より高精度の幅測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を材料試験機に装着した状態を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態のビデオカメラの視野設定の例の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態のビデオカメラの出力から試験片の両縁部の像を抽出した画像データの例の説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態における画像データの例の説明図で、ビデオカメラのフォーカスをずらせた状態で試験片を撮像したビデオ出力から、試験片の両縁部の像を抽出した画像データの例を示す図である。
【図５】従来のビデオ式幅計測装置のビデオカメラの視野設定の例の説明図である。
【図６】図５の視野設定により得られるビデオカメラの出力から試験片の両縁部の像を抽出した画像データの例の説明図である。
【符号の説明】
１  試験機本体
１１  テーブル
１３  クロスヘッド
１４ａ，１４ｂ  掴み具
２  ビデオ式幅計測装置
２１  ビデオカメラ
２２  演算装置
２３  位置調整機構
Ｗ  試験片
【図１】
0003861998.tif 000002
【図２】
0003861998.tif 000003
【図３】
0003861998.tif 000004
【図４】
0003861998.tif 000005
【図５】
0003861998.tif 000006
【図６】
0003861998.tif 000007