サンプリングモアレ法を用いた非接触変位計測システム

1. はじめに

2. サンプリングモアレ法の概要

サンプリングモアレ法は、測定対象物に張り付

図 1 にサンプリングモアレ法による変位計測シ

けた格子ターゲットをカメラで撮影することで、ステムの構成を示す。サンプリングモアレ法はサ

遠隔から非接触で変位や振動数が計測できる手法

ンプリングモアレカメラを用いて構造物に張り付（1）である 。本手法は、従来の接触式変位計や加速けた格子ターゲットを撮影し、解析用 PC で撮影度計に比べ、計測箇所での計測器の設置が不要でした画像を解析することにより、高精度で変位をあり、配線作業の簡素化が可能である。また、複測定する手法である。

数の格子ターゲットを同時撮影することで、複数サンプリングモアレ法では画像解析により、撮点同時に変位を計測することも可能である。本稿

影した変形前格子と変形後格子を重ねることで発では、サンプリングモアレ法の概要とカメラと計生するモアレ縞を利用して、高精度で変位を測定

測対象物の距離による精度への影響についての試している。モアレ縞とは規則正しい繰り返し模様の験結果を紹介する。

周期のずれにより発生する縞模様のことである 。

じま（2）モアレ縞の例を図 2 に示す。

図1

サンプリングモアレ法による変位計測システム（a）変形前格子（b）変形後格子

図2（c）（a）と（b）を重ねて生じたモアレ縞

モアレ縞の発生例—

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格子模様の微細な変形をモアレ縞で表現するこ測した。サンプリング周波数は 15Hz（1 秒間にとで大きな位相差として捉えることができ、格子15 回計測する）とし、計測値は 3 秒間の平均値とターゲットのピッチの 1/100 ～ 1/1000 程度の精度した。計測時の状況を図 5 に示す。夜間について（3）で変位を計測することが可能である 。変位の算は周囲が暗く、サンプリングモアレカメラで格子出では、撮影した画像をピクセルごとで演算を行模様を識別できないため、計測位置から白色ホロい、格子に相当する部分の平均値を格子ターゲッ

ライトを用いて格子ターゲットに照射した。計測

トの変位量として出力している。そのため、画像結果を図 6 に示す。

撮影の際に生じるショットノイズなどの影響が少なく、良好な繰り返し精度を有している。
3. サンプリングモアレカメラ法の計測事例
サンプリングモアレ法を用いた計測結果の一例（4）を紹介する 。一つは基礎的な精度検証試験、もう一つは格子ターゲットの代替としてボルト集合部を用いた変位計測の結果である。本稿の試験では、株式会社共和電業製のサンプリングモアレカ
メラ DSMC-100A を用いた。
図3

計測用格子ターゲット（10mm ピッチ）

3.1 精度検証のための基礎試験
5

カメラと計測対象との距離が精度に及ぼす影響5を確認するため、カメラと計測対象の距離を 5m、1010m、30m、60m、100m と変化させて計測した。加えて、夜間での計測可能性も検討した。図 3、図 4に示すように、格子ターゲットを取り付けた 1 軸10ステージを用い、横方向に 1mm の変位を与え計

図4（a）昼間計測状況（10m）

格子ターゲットの模式図（b）夜間計測状況（10m）

図5—

計測状況
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れらを格子ターゲットとして測定し、精度を確かめた。
試験方法としては、橋梁の桁を模擬したボルト集合部を取り付けた H 鋼の 3 点曲げを実施した。
H 鋼の模式図を図 7 に示す。また、ボルト集合部の写真を図 8 に示す。本試験で対象とした六角ボルトは径を 10mm、ボルト間のピッチを 20mm とした。ボルトの個数は 8 × 8 個とした。
図6

各計測距離における変位量

H 鋼の全長は 6m、支点間距離は 5m である。ボルト集合部の位置は、図 7 に示す x = 0mm（H 鋼中

図 6 より、カメラと計測対象物との距離が 100m央 ）、x = -1250mm、x = 2250mm の 3 カ 所 と し た。

以下において、格子ターゲットのピッチの 1/100

また、比較として、10mm ピッチの格子ターゲッにあたる 0.1mm 以下の計測精度が得られることトを x = 1250mm の位置に 1 カ所取り付けた。サンがわかる。また、夜間であっても照明を利用する

プリングモアレ測定の結果を評価するために、ボことで昼間と同等の精度で変位を測定できることルト集合部や格子ターゲットの下に接触式変位計を確認した。

を取り付けた。
H 鋼中央に 2kN、15kN、30kN を載荷した静的荷3.2 格子ターゲットを橋梁ボルト部分とした場合重試験の結果を図 9 に示す。	  の計測結果

図 9 から載荷荷重のいずれに対しても、ボルト通常、サンプリングモアレ法では、格子ター集合部のサンプリングモアレ法による計測結果とゲットを測定対象物に張り付ける必要がある。し接触式変位計の測定結果が良く一致し、両者の差かし、橋梁に格子ターゲットを張り付けるには、がボルト間ピッチの 1/100 である 0.2mm 以内に収足場を設置するなど手間や費用がかかってしままっていることが確認できた。また、ボルトと格う。そこで、橋梁の中にある規則性を持つ模様を子ターゲットの精度にはほとんど差はなかった。

利用して、格子ターゲットの張り付けなしで変位

このことから、ボルト集合部をターゲットとして測定が可能かを検討した。今回は、橋梁の桁部に用いても、変位の計測が可能であることを確認しある規則正しく並んだボルト集合部に着目し、そた。

図7H 鋼模式図

図8—91—

六角ボルト集合部（8 × 8 個）
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図9

静的荷重試験結果

4. おわりに参考文献

今回紹介した計測事例から以下のことが明らか（1） Fujigaki, Morimoto：Sampling Moire Method forとなった。

Accurate Small Defor mation Distribution（1）カメラと計測対象物の距離が 100m 以下でMeasurement, Experimental Mechanics, Vol.50,

は、格子ターゲットピッチの 1/100 の変位計

No.4, 2010, pp.501-508

測精度が得られることを確認できた。また、（2） 森本、藤垣、柾谷：サンプリングモアレ法に夜間においても照明を利用することでサンよる変位・ひずみ分布計測、真空、54 巻、1プリングモアレ測定が可能である。

号、2011、pp.32-38（2）ボルト集合部などのように格子ターゲット（3） 藤垣、原、生駒、村田：列車通過時におけるの代替ができればターゲットレス計測が可

鉄道橋の動的な変位計測へのサンプリングモ能である。

アレカメラの適用、実験力学、Vol.12、No.3、

サンプリングモアレ法は、非接触で変位や振動数2012、pp.179-184の計測が可能かつ有用な手法である。また、サンプ（4） 宮下和大、倉内友己、郡亜美：サンプリング

リングモアレ法はカメラの撮像範囲であれば複数モアレ法を用いた変位計測システムの導入、点の計測が可能であり、橋梁などの大型構造物のIIC REVIEW、No.63、2020/04、pp.56-61

変位計測に効率良く使用できることが期待できる。
文責
研究開発センター

研究開発グループ
宮下 和大

計測事業部

計測技術部

磯子グループ
倉内 友己

計測事業部

計測技術部

磯子グループ郡亜美—

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