(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片表面に付けられた複数の標線マークの画像をカメラによって撮影し、その標線マークの画像から各マークの移動量を求めて、試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計において、伸びの計測データから試験片の伸びがマイナスの所定値以下で、かつ、伸びの変化率が数点においてプラスになった点を伸びの最小値として認識し、その最小値を伸びの原点とする処理を行うデータ処理手段を備えていることを特徴とするビデオ式非接触伸び計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片表面に付された複数の標線マークをビデオカメラで撮影した映像信号を用いて、その標線マーク間における試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば材料試験機により試験片の伸びや歪みを計測する際、その試験片の厚みが薄い場合、従来の接触式の伸び計では、試験片への影響が大きく、使用できない場合がある。このような試料の計測においては、非接触で計測する方法が要求される。非接触方式の伸び計としては、現時点においてビデオカメラを用いた、いわゆる光学式伸び計が簡便で精度も高いとされている。
【０００３】
このビデオ式非接触伸び計においては、試験の開始に先立って試験片表面に２つの標点に相当する２つの標線マークを付しておき、これらの標線マークを試験中においてビデオカメラで撮影して得られる映像信号から各標線マークを認識して、各マークの刻々の移動量を計測し、その各移動量の差から標線マーク間の試験片の伸びを刻々と算出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ビデオ式非接触伸び計を用いた引張試験においては、図４に示すように、試験片Ｗの上下両端をつかみ具Ｇ1,Ｇ2 に取り付け、そのつかみ具Ｇ1,Ｇ2 の移動または回転等によって試験片に引張負荷を加えている。このような引張試験においては、つかみ具への試験片の取り付け方等によって、図４（Ａ）に示すように、試験片Ｗが前方（ビデオカメラ１側）に湾曲する場合があり、このように試験片Ｗが撓んだ状態で試験を行うと、伸びを正確に計測することができない。
【０００５】
すなわち、図４（Ａ）に示すように試験片Ｗに撓みがあると、試験開始時に２つの標線マークＭ1,Ｍ2 が正規の位置（試験片Ｗが湾曲していない状態のときの位置）よりも前方に位置し、この状態から試験片Ｗに引張負荷を掛けると、まずは試験片Ｗの撓みが解消され、次いで試験片Ｗに実際の伸びが生じることになる。このため、図４（Ａ）の状態から図４（Ｂ）の状態に移行する間において、ビデオカメラ１から試験片Ｗの標線マークＭ1,Ｍ2 までの距離ｄが大きくなり（ｄ＜ｄ′）、その遠近感により２つの標線マークＭ1,Ｍ2 間の距離があたかも縮んだようになり、伸びの計測結果は図５に示すようなグラフとなる。この図５に示すグラフにおいて原点はａ点（計測開始点）であり、従って、ある荷重が作用したｃ点における伸びはｘとなるが、実際の伸びの原点はａ点ではなくｂ点であり、ｃ点の実際の伸びは（ｘ＋α）となり、計測結果に試験片Ｗの撓みによる誤差が含まれることになる。
【０００６】
なお、以上の試験片の撓みによる影響は、試験開始前につかみ具を、試験片の撓みが解消される位置（図５のｂ点に相当する位置）まで移動（回転）させておき、この状態で試験を開始して試験片に引張力を加えるというような方法で回避することは可能であるが、このような操作を試験ごとに行うのは手間であり、また、図５のｂ点を探し出すには、ｂ点を一度通過させなければならないので実施するのは困難である。
【０００７】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、材料試験機等のつかみ具に取り付けた試験片に撓みがあっても、伸びを正確に計測することが可能なビデオ式非接触伸び計の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のビデオ式非接触伸び計は、試験片表面に付けられた複数の標線マークの画像をカメラによって撮影し、その標線マークの画像から各マークの移動量を求めて、試験片の伸びを計測するビデオ式非接触伸び計において、伸びの計測データから試験片の伸びがマイナスの所定値以下で、かつ、伸びの変化率が数点においてプラスになった点を伸びの最小値として認識し、その最小値を伸びの原点とする処理を行うデータ処理手段を備えていることによって特徴づけられる。
【０００９】
本発明のビデオ式非接触伸び計の作用を以下に述べる。
まず、つかみ具に取り付けた試験片に撓みがある場合、先に述べたように、その伸びの計測結果は図５に示すグラフのようになり、実際の伸び原点となる点（ｂ点）における伸びが最小値となる。従って、試験を開始してから伸びが最小値となる点をサーチすれば、その点が実際の伸びの原点となる。そこで、本発明では、前記したように試験開始から刻々と得られる伸びの計測データから伸びの最小値を認識し、その最小値を伸びの原点とするというデータ処理を行うことで、伸びの原点を自動的に補正し、正しい伸びの計測値が得られるようにする。
【００１０】
具体的には、伸びの変化率がマイナスからプラスに変化した時点を、図５のｂ点（実際の伸びの原点）と認識し、その認識したｂ点を、図６に示すように、伸びの原点にシフト（ゼロリセット）するというデータ処理を行い、このような処理により、ｃ点における伸びが正しく計測されるようにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下、図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
まず、この実施の形態のビデオ式非接触伸び計は、キャプスタン式つかみ具１１，１２を用いて、強化プラスチック繊維などの硬い繊維材の伸びを計測する装置である。
【００１３】
強化プラスチック繊維等の試験体（以下、試験片Ｗという）の表面には２つの標線マークＭ1,Ｍ2 が付されている。この試験片Ｗは上下両端がキャプスタン式つかみ具１１，１２に巻き掛けられており、そのキャプスタン式つかみ具１１，１２が上方へ移動することにより、図中上下方向への引張負荷が与えられる。なお、各標線マークＭ1,Ｍ2 は、例えば白地にマークとしての黒の横線が付されたマーク体（ラベル等）を試験片Ｗの表面に貼着する等によって形成されている。また、２つの標線マークＭ1,Ｍ2 の試験開始時の間隔（初期ＧＬ）は１００ｍｍに設定されている。
【００１４】
試験片Ｗの正面側にはビデオカメラ１が配設されている。このビデオカメラ１からの撮影信号は、演算処理装置３に刻々と取り込まれる。
【００１５】
演算処理装置３は、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成され、インストールされたプログラムに基づいて動作するが、図１では、そのプログラムに基づく機能ごとのブロック図によって示している。すなわち、演算処理装置３は、伸び計測部３１及びデータ処理部３２を主体として構成され、図２のフローチャートに示す動作で伸びの計測値を得るように構成されている。この演算処理装置３には、試験片Ｗの伸びの計測結果及び試験片Ｗの撮影画像などを表示する表示装置４が接続されている。
【００１６】
前記したデジタル化されたビデオカメラ１からの画像データは、演算処理装置３の伸び計測部３１に刻々と供給される。
【００１７】
伸び計測部３１は、供給された画像データから２つの標線マークＭ1,Ｍ2 の各位置を認識し、その標線マークＭ1,Ｍ2 に関する位置データを用いて、各標線マークＭ1,Ｍ2 の移動量ｘ1,ｘ2 を求めて試験片Ｗの刻々の伸び（％）を、
伸び＝（初期ＧＬ１００ｍｍ−ｘ1 ＋ｘ2 ）／（初期ＧＬ１００ｍｍ）
の式を用いて算出する。
【００１８】
なお、伸び計測部３１において実行される標線マーク位置の認識は、画像データを試験片Ｗの伸び方向に直交する方向に積分して、試験片Ｗの伸び方向への１次元プロファイルを作成し、その１次元プロファイルのエッジ部分の関数の補間計算を行ってエッジを正確に求める、という公知の処理によって行う。
【００１９】
データ処理部３２は、伸び計測部３１からの伸び計測データの最小値（伸びの最小値）を認識して、実際の伸びの原点を求める。具体的には、図２に示すように、伸び計測部３１から刻々と供給される伸び計測データが、「伸び＜−２ｍｍかつ伸びの変化率が数点においてプラス」になったか否かを判断して、その条件になった時の伸びが最小値であると認識し、この時点での伸びをゼロとする（ゼロリセット）という処理を行う。
【００２０】
そして、データ処理部３２は、以上のようなゼロリセットを行った後の計測データを刻々と出力し、そのデータに基づく伸びの計測値が表示装置４に表示される。
【００２１】
次に本実施の形態の作用を述べる。
まず、キャプスタン式つかみ具を用いて、強化プラスチック繊維などの硬い繊維材を試験する場合、図１に示すように、試験片Ｗのつかみ具のロール１１ａ，１２ａへの巻き掛けにより、試験片Ｗがビデオカメラ１側に湾曲する。このような状態で伸び試験を行うと、その伸びの計測結果は、図３（Ａ）に示すように伸びがマイナスとなる部分が現れる。そのマイナス伸びは、例えば試験片Ｗの撓み量が２０ｍｍ（最大）で、標線マークＭ1,Ｍ2 とビデオカメラ１との間の距離を５００ｍｍとした場合、４ｍｍと大きな値となり、伸びの計測値に非常に大きな誤差が含まれることになる。
【００２２】
これに対し、本実施の形態では、図２に示すように、試験開始時から刻々を計測される伸びの計測値が、マイナスからプラスに変化した点を実際の伸びの原点と認識してゼロリセットを行うので、試験片Ｗの撓みによる影響がキャンセルされ、得られる伸び計測結果は図３（Ｂ）に示すようになり、正確な伸び計測値を得ることができる。
【００２３】
ここで、以上の実施の形態では、原点を決定するときの条件を、「伸び＜−２ｍｍかつ伸びの変化率が数点においてプラス」としているが、その伸びに対する数値（−２ｍｍ）は、実験的に求めた値であり、特に制限はなく、試験を行う材料、標線間距離（ＧＬ）などを考慮して適当な値を採用すればよい。
【００２４】
また、原点を決定するときの条件を「伸び＜−２ｍｍかつ伸びの変化率が数点においてプラス」としているのは、伸び計測データ（生データ）には誤差が含まれているので、単に伸びの変化率がマイナスからプラスになった時点を伸びの最小値と見なすと、誤った点を原点としてしまう可能性があるので、これを防止するためである。
【００２５】
なお、伸び計測データ（生データ）にスムージング処理を施した後に、伸びの最小値を認識するようにすれば、「伸びの変化率がマイナスからプラスになった時点」を条件としても、正しい原点補正を行うことができる。
【００２６】
以上の実施の形態では、伸び計測中にオンラインでデータ処理を行って実際の伸びの原点を決定しているが、本発明はこれに限られることなく、所要の伸びデータを採取した後、オフラインでの処理により伸びの原点を決定する、という構成を採ることも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のビデオ式非接触伸び計によれば、伸びの計測データから試験片の伸びの最小値を認識し、その最小値を伸びの原点とする処理を行うので、試験片がカメラ側に撓んだ状態で取り付けられていても、その撓みによる影響が及ばない正確な伸びの計測を行うことができる。
【００２８】
従って、本発明のビデオ式非接触伸び計は、試験片の撓みよる影響が現れやすい試験、例えばキャプスタン式つかみ具を用いて強化プラスチック繊維などの硬い繊維材を試験する場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】その実施の形態の計測動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態の作用説明図である。
【図４】従来の伸び計において試験片が撓んだ状態で取り付けられた場合の問題点を説明する図である。
【図５】試験片に撓みがある状態で試験を行ったときに得られる伸び計測結果を示すグラフである。
【図６】本発明の作用説明図である。
【符号の説明】
１  ビデオカメラ
３  演算処理装置
３１  伸び計測部
３２  データ処理部
４  表示装置
１１，１２  キャプスタン式つかみ具
Ｗ  試験片
Ｍ1,Ｍ2 標線マーク
【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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