ひずみ計測方法及びひずみ計測システム
【課題】測定対象物の表面に発生するひずみを、直接測定すること無く離れた位置から簡易に、かつ、高精度に計測可能なひずみ計測方法及びひずみ計測システムを提供する。
【解決手段】ひずみ計測システム１は、測定対象物２の表面の計測対象領域Ｓを正面から撮像する第１撮像装置３と、測定対象物２の側面を撮像する第２撮像装置５と、第１撮像装置３及び第２撮像装置５により撮像された画像に基づいて測定対象物２に発生するひずみを算出する計測装置１０と、を備えている。
【解決手段】ひずみ計測システム１は、測定対象物２の表面の計測対象領域Ｓを正面から撮像する第１撮像装置３と、測定対象物２の側面を撮像する第２撮像装置５と、第１撮像装置３及び第２撮像装置５により撮像された画像に基づいて測定対象物２に発生するひずみを算出する計測装置１０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法及びそのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カメラやビデオカメラ等の撮像装置やひずみゲージを用いて、測定対象物の表面に発生するひずみを計測する方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、測定対象物の曲面上に、３つのマークをそれぞれが正三角形の頂点位置となるように付設し、測定対象物の変形前及び変形後のマークを撮像装置で２カ所から撮像して、測定対象物のひずみを算出する方法が開示されている。
【０００４】
また、図１４に示すように、ゲージ本体内に抵抗体となる細い金属線５１が折り返し状態で配置されているひずみゲージ５０を測定対象物の表面に取り付けて、測定対象物の変形に応じて抵抗体である金属線５１の抵抗値変化から測定対象物のひずみを算出する方法が用いられている。
【０００５】
さらに、特許文献２には、測定対象物の表面に格子を取り付けて、その格子の変位量をモレアひずみ計及び格子ひずみ計で計測することにより、測定対象物のひずみを算出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２３１１０４号公報
【特許文献２】特開昭５９−１９３３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のひずみ計測方法では、測定対象物の表面に、３つのマークを正確に付設しなければならないため、マークの付設に時間がかかるという問題点があった。
【０００８】
また、ひずみゲージを用いたひずみ計測方法では、金属線の劣化によって温度ドリフトが生じてしまい正確な抵抗値を示さない場合があるという問題点があった。そして、計測値はひずみゲージ本体の長さに依存するため、ひずみゲージ本体の長さよりも小さくて局所的に生じるひずみを正確に測定できないという問題点があった。さらに、ひずみゲージは、接着剤で取り付けているため、測定対象物が繰り返し変形すると、測定対象物から離れてしまう場合があるという問題点があった。
【０００９】
そして、特許文献２に記載のひずみ計測方法では、格子を大量の接着剤で測定対象物に強固に取り付けた場合は、格子の変位量が大きくなり、少量の接着剤で取り付けた場合は、格子の変位量が小さくなる等の格子の接着程度によって変位量が異なるため、取り付け作業に技術を要し、専門の作業員を手配しなければならないという問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、測定対象物の表面に発生するひずみを、直接測定すること無く離れた位置から簡易に、かつ、高精度に計測可能なひずみ計測方法及びひずみ計測システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法であって、
測定対象物に形状及び外寸の異なる目印を不規則に記す目印付け工程と、
前記目印が記された前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を撮像装置で撮像する撮像工程と、
前記撮像工程にて撮像した前記変形前の画像を複数のエリアに分割し、ここで分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を、画像解析法によって前記撮像工程にて撮像した前記変形後の画像に対して特定するとともに、各エリアの移動量を算出することにより、前記測定対象物の表面の変位量を前記変形後の画像の各エリア毎に算出する変位量算出工程と、
前記変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる２つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記２つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出するひずみ算出工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、目印の形状及び外寸はそれぞれ異なるものなので、手間をかけることなく短時間で目印を測定対象物に記すことができる。
また、撮像装置で測定対象物の表面を撮像し、この撮像した画像に基づいてひずみを算出するため、測定対象物から離れていてもひずみを算出することができる。すなわち、測定対象物が高温内や危険地域内に存在している場合でも、測定対象物のひずみを算出することができる。
さらに、ひずみは、算出対象エリアから所定の距離だけ離れた２つのエリアの各変位量に基づいて算出されるため、正確なひずみを算出することができる。
【００１３】
また、本発明において、前記測定対象物の表面と前記撮像装置との間の距離の違いによって生じる見掛けひずみを算出し、ここで算出した見掛けひずみを、前記エリア毎に算出されたひずみに加算または減算して補正する補正工程をさらに備えることとしてもよい。
【００１４】
本発明によれば、測定対象物が撮像装置に近接または離間する方向へ傾斜している場合や測定対象物が変形前後で撮像装置に近接または離間する方向へ移動した場合でも、見掛けひずみを算出して補正するので、現実に即した正確なひずみを算出することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記撮像工程において、
前記測定対象物の表面を鏡に映し、この鏡に映った前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を前記撮像装置で撮像することとしてもよい。
【００１６】
本発明によれば、鏡を介して測定対象物の表面を撮像することができるので、撮像装置で直接、測定対象物を撮像できない場合でも、測定対象物の表面を撮像することができる。
【００１７】
また、本発明において、前記所定の距離は、任意に変更可能であることとしてもよい。
【００１８】
本発明によれば、所定の距離を任意に変更可能なので、ひずみを測定するための測定区間（ゲージ長）を自由に調整することが可能となる。すなわち、微少区間のひずみを検出したいときは、測定区間を短くし、長い区間のひずみを算出したいときは、測定区間を長くすることができる。これによって、算出対象エリアのひずみを正確に計測することができる。
【００１９】
また、本発明において、前記目印は、吹き付けられた塗料であることとしてもよい。
【００２０】
本発明によれば、スプレーで塗料を吹き付けるだけなので、従来の目印を記す場合と比べて、時間と手間を大幅に低減することができる。
【００２１】
また、本発明において、前記目印は、付着した粉末マーキング剤であることとしてもよい。
【００２２】
本発明によれば、チョーク等で線をひくだけなので、従来の目印を記す場合と比べて、時間と手間を大幅に低減することができる。
【００２３】
本発明は、測定対象物の表面のひずみを計測するためのひずみ計測システムであって、
形状及び外寸の異なる目印が不規則に記された測定対象物と、
前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置にて撮像された前記変形前及び変形後の画像を格納した記憶部と、
前記撮像装置にて撮像した前記変形前の画像を複数のエリアに分割し、ここで分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を、画像解析法によって前記撮像装置にて撮像した前記変形後の画像に対して特定するとともに、各エリアの移動量を算出することにより、前記測定対象物の表面の変位量を前記変形後の画像の各エリア毎に算出する処理と、
前記変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる２つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記２つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出する処理と、を実行する演算部と、
を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、目印の形状及び外寸はそれぞれ異なるものなので、手間をかけることなく短時間で目印を測定対象物に記すことができる。
また、撮像装置で測定対象物の表面を撮像し、この撮像した画像に基づいてひずみを算出するため、測定対象物から離れていてもひずみを算出することができる。すなわち、測定対象物が高温内や危険地域内に存在している場合でも、測定対象物のひずみを算出することができる。
さらに、ひずみは、算出対象エリアから所定の距離だけ離れた２つのエリアの各変位量に基づいて算出されるため、正確なひずみを算出することができる。
【００２５】
また、本発明において、前記演算部は、
前記測定対象物の表面と前記撮像装置との間の距離の違いによって生じる見掛けひずみを算出し、ここで算出した見掛けひずみを、前記エリア毎に算出されたひずみに加算または減算して補正する処理を実行することとしてもよい。
【００２６】
本発明によれば、測定対象物が撮像装置に近接または離間する方向へ傾斜している場合や測定対象物が変形前後で撮像装置に近接または離間する方向へ移動した場合でも、見掛けひずみを算出して補正するので、現実に即した正確なひずみを算出することができる。
【００２７】
また、本発明において、前記撮像装置の撮像条件を入力するための入力部を更に備え、
前記演算部は、
前記入力部より入力された撮像条件にて前記測定対象物を前記撮像装置で撮像する処理を実行することとしてもよい。
【００２８】
本発明によれば、演算部で撮像条件を設定する操作が可能なので、遠隔操作で撮像装置の撮像条件を設定することができる。
【００２９】
また、本発明において、前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を投影可能な鏡を更に備え、
前記鏡に映った前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を前記撮像装置で撮像することとしてもよい。
【００３０】
本発明によれば、鏡を介して測定対象物の表面を撮像することができるので、直接、測定対象物を撮像できない場合でも、測定対象物の表面を撮像することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、測定対象物の表面に発生するひずみを、直接測定すること無く離れた位置から簡易に、かつ、高精度に計測可能なひずみ計測方法及びひずみ計測システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システムの概略配置図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システムの概略構成図である。
【図３】変形前後の画像をそれぞれ複数のエリアに分割した状態を示す図である。
【図４】ターゲット画像と比較用画像とを比較する方法の一例を示す図である。
【図５】ターゲット画像と比較用画像との相関程度を説明するための概略図である。
【図６】変位量からひずみを算出する方法を示す概念図である。
【図７】測定対象物が、第１撮像装置に対して近接する方向へ傾斜している状態を示す図である。
【図８】測定対象物が、第１撮像装置に対して離間する方向へ変形した状態を示す図である。
【図９】Ｘ軸方向のひずみεｘｔのデータテーブルの一例を示す図である。
【図１０】Ｘ軸方向のひずみεｘｔの分布図の一例を示す図である。
【図１１】ひずみ算出の処理フロー例を示す図である。
【図１２】目印を測定対象物に記した状態を示す図である。
【図１３】本発明の第二実施形態にかかるひずみ計測システムの概略配置図である。
【図１４】一般的なひずみゲージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、それぞれ本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システム１の概略配置の正面図及び側面図である。また、図２は、本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システム１の概略構成図である。
【００３５】
これらの図に示すように、本実施形態にかかるひずみ計測システム１は、測定対象物２の表面の計測対象領域Ｓを正面から撮像する第１撮像装置３と、測定対象物２の側面を撮像する第２撮像装置５と、第１撮像装置３及び第２撮像装置５により撮像された画像４（４ａ〜４ｄ）に基づいて測定対象物２に発生するひずみを算出する計測装置１０と、を備えている。
【００３６】
第１撮像装置３は、測定対象物２の正面側に配置されて、測定対象物２のひずみを算出するための画像４ａ、４ｂを撮像する。また、第２撮像装置５は、測定対象物２の側面側に配置されて、測定対象物２の傾斜角度や変位量を計測するための画像４ｃ、４ｄを撮像する（詳細は後述する）。
【００３７】
第１撮像装置３及び第２撮像装置５は、いわゆるデジタルカメラであって、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子３ｃ、５ｃを有するカメラ本体３ａ、５ａと、撮像素子３ｃ、５ｃ上に被写体の像を結像させるレンズ３ｂ、５ｂと、から構成されている。
なお、本実施形態では、第１撮像装置３及び第２撮像装置５共にデジタルカメラを用いたが、これに限定されるものではなく、デジタルビデオカメラやスキャナー等を用いてもよい。
【００３８】
計測装置１０は、第１撮像装置３及び第２撮像装置５によって撮像された画像４を取り込むＩ／Ｆ部と、Ｉ／Ｆ部に取り込まれた画像４を格納するハードディスクドライブなど不揮発性の記憶部１１と、ＲＡＭなどの不揮発性のメモリ１２と、記憶部１１に保持しているプログラム等をメモリ１２に読み出して実行するＣＰＵなどの演算部１３と、キーボードやマウス等の入力部１４と、ディスプレイやプリンタ等の出力部１５と、を備えている。計測装置１０としては、例えば、パーソナルコンピュータを適用できる。
【００３９】
計測装置１０によるひずみの算出処理は、記憶部１１に格納されている画像４及び各種プログラム１１ａ〜１１ｄを演算部１３が読み出して実行することで実現される。
【００４０】
記憶部１１には、測定対象物２を撮像し、撮像された画像４を記憶部１１に格納する撮像プログラム１１ａと、この撮像プログラム１１ａにより撮像された画像４から測定対象物２の変位量を算出する変位量算出プログラム１１ｂと、この変位量算出プログラム１１ｂにより算出された変位量に基づいてひずみを算出するひずみ算出プログラム１１ｃと、このひずみ算出プログラム１１ｃにより算出されたひずみを補正するひずみ補正プログラム１１ｄと、が格納されている。
【００４１】
次に、撮像プログラム１１ａ、変位量算出プログラム１１ｂ、ひずみ算出プログラム１１ｃ、補正プログラム１１ｄがそれぞれ実行する処理について説明する。
【００４２】
＜撮像プログラム１１ａが実行する処理について＞
演算部１３は、第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像範囲、撮像距離、焦点距離等の撮像条件に関する値をそれぞれ入力部１４でユーザから受け付け、ここで受け付けた各値に第１撮像装置３及び第２撮像装置５の設定を変更する処理を実行する。
続いて、演算部１３は、第１撮像装置３及び第２撮像装置５に対して撮像を実行する撮像信号を送信する。この撮像信号を受信した第１撮像装置３及び第２撮像装置５により撮像が実行され、測定対象物２の表面及び側面を撮像した画像４ａ〜４ｄが取得される。取得された画像４ａ〜４ｄは、Ｉ／Ｆ部１６を介して全て記憶部１１に格納される。
演算部１３は、測定対象物２の変形前及び変形後にそれぞれ測定対象物２を撮像する処理を実行する。これにより、変形前の画像４ａ、４ｃ及び変形後の画像４ｂ、４ｄが取得される。
【００４３】
＜変位量算出プログラム１１ｂが実行する処理について＞
演算部１３は、変形前の画像４ａ及び変形後の画像４ｂを記憶部１１から読み出して、変形前の画像４ａと変形後の画像４ｂとを比較照合し、計測対象物の表面の変位量を算出する処理を実行する。
【００４４】
変位量の算出には、変形前の画像４ａ及び変形後の画像４ｂの輝度値分布から変位量を算出可能なデジタル画像相関法を用いた。
【００４５】
具体的には、図３に示すように、まず、変形前の画像４ａ及び変形後の画像４ｂをそれぞれ複数のエリアＥｉｊ（例えば、３６×３６ピクセル）に分割する。
次に、変形前の画像４ａの複数のエリアＥｉｊから１つのエリアＥｉｊ（例えば、エリアＥ２２）を選択する。以下、変形前の画像４ａのエリアＥｉｊから選択された１つのエリアＥｉｊをターゲット画像４ａａという。
また、変形後の画像４ｂについて上記エリアＥｉｊよりもやや大きい切出し区間（例えば、７２×７２ピクセル）を指定して比較用画像４ｂｂを抽出する。なお、切り出し区間の大きさは、エリアＥｉｊの大きさと無関係に設定可能であり、演算部１３等の処理能力に応じて適宜、設定する。
【００４６】
図４は、ターゲット画像４ａａと比較用画像４ｂｂとを比較する方法の一例を示す図である。また、図５は、ターゲット画像４ａａと比較用画像４ｂｂとの相関程度を説明するための概略図である。以下の説明において、図４に示すように、図中左右方向をＸ軸方向、図中上下方向をＹ軸方向として説明を行う。
【００４７】
図４に示すように、演算部１３は、比較用画像４ｂｂにターゲット画像４ａａを重ね合わせてターゲット画像４ａａの位置を上下左右にずらしながら、ターゲット画像４ａａと最も良い相関を得る位置を比較用画像４ｂｂより特定する。相関の程度は、図５に示すように、相関関数Ｓ＝ｆ（ｘ、ｙ）の値が小さくなるほど輝度値分布の相関程度は高くなり、位置検出の精度は高くなる。実際の変位量は、１ピクセルの大きさよりも小さい場合があるため、１ピクセル以下の解像度で変位量を検出できるように、スプライン関数等を利用して輝度値分布を内挿補間し、関数Ｓが最小となる位置座標及びＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向（Ｘ軸からＹ軸へ向かって４５°傾斜した向き）への各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をそれぞれ算出する。
【００４８】
上述した比較用画像４ｂｂにターゲット画像４ａａを重ね合わせる処理を全てのエリアＥｉｊに対して繰り返し実施して、変形後の画像４ｂ全体における各エリアＥｉｊ毎のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向への変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をそれぞれ算出する。
【００４９】
続いて、演算部１３は、算出した各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をメモリ１２に格納する。なお、算出した各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）を記憶部１１に格納することとしてもよい。
【００５０】
なお、本実施形態では、画像解析法として、デジタル画像相関法を用いた場合について説明したが、この手法に限定されるものではなく、一般的な画像解析法を用いてもよい。
【００５１】
＜ひずみ算出プログラム１１ｃが実行する処理について＞
図６は、変位量からひずみを算出する方法を示す概念図である。
図６に示すように、演算部１３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向への各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をメモリ１２から読み出して、変形後の画像４ｂからひずみを算出する算出対象エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４４）選択し、ここで選択した算出対象エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４４）を中心点として所定の距離Ｌだけ離れた点対称となる２つのエリアＥｉｊ（例えば、Ｘ軸方向を算出する場合Ｅ１４、Ｅ７４）におけるそれぞれの変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）に基づいて、算出対象エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４４）のひずみを算出する処理を実行する。ここで、算出対象エリアＥｉｊを中心点として点対称の位置に存在する上記２つのエリアＥｉｊ間の距離を評点間距離ＧＬとする。上記２つのエリアＥｉｊは算出対象エリアＥｉｊに対して点対称位置に存在するので、評点間距離ＧＬは、上記所定の距離Ｌの２倍となる。
【００５２】
演算部１３は、評点間距離ＧＬの値をキーボード等の入力部１４でユーザから受け付けて、算出対象エリアＥｉｊにおけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）を算出する処理を実行する。
【００５３】
以下に、各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）の算出方法について説明する。
【００５４】
−−−Ｘ軸方向のひずみを算出する場合−−−
図６に示すように、エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４４）のＸ軸方向のひずみεｘを算出する場合は、ユーザにて設定された評点間距離ＧＬに基づいて、Ｘ軸方向へ±０．５ＧＬ離れた両エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ１４、Ｅ７４）の変位量よりひずみεｘを算出する。ひずみεｘは、以下の（１）式より算出する。
εｘ＝（Δｘ（ｘ＋０．５ＧＬ、ｙ）− Δｘ（ｘ−０．５ＧＬ、ｙ））／ＧＬ
・・・（１）式
ここで、εｘ：各エリアＥｉｊにおけるＸ軸方向のひずみ、Δｘ：各エリアＥｉｊにおけるＸ軸方向への変位量、ＧＬ：評点間距離である。
【００５５】
−−−Ｙ軸方向のひずみを算出する場合−−−
また、図６に示すように、エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４４）のＹ軸方向のひずみεｙを算出する場合は、評点間距離ＧＬに基づいて、Ｙ軸方向へ±０．５ＧＬ離れた両エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４１、Ｅ４７）の変位量よりひずみεｙを算出する。ひずみεｙは、以下の（２）式より算出する。
εｙ＝（Δｙ（ｘ、ｙ＋０．５ＧＬ）− Δｙ（ｘ、ｙ−０．５ＧＬ））／ＧＬ
・・・（２）式
ここで、εｙ：各エリアＥｉｊにおけるＹ軸方向のひずみ、Δｙ：各エリアＥｉｊにおけるＹ軸方向への変位量である。
【００５６】
−−−ＸＹ方向のひずみを算出する場合−−−
さらに、エリアＥｉｊのＸＹ方向のひずみεｘｙを算出する場合は、評点間距離ＧＬに基づいて、ＸＹ方向へ±０．５ＧＬ離れた両エリアＥｉｊの変位量よりひずみεｘｙを算出する。ひずみεｘｙは、以下の（３）式より算出する。
εｘｙ＝（Δｘｙ（ｘ＋０．５ＧＬ、ｙ＋０．５ＧＬ）− Δｘｙ（ｘ−０．５ＧＬ、ｙ−０．５ＧＬ））／ＧＬ ・・・（３）式
ここで、εｘｙ：各エリアＥｉｊにおけるＸＹ方向のひずみ、Δｘｙ：各エリアＥｉｊにおけるＸＹ方向への変位量である。
【００５７】
続いて、演算部１３は、上記（１）式、（２）式、（３）式によりそれぞれ算出されたＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）をメモリ１２に格納する。なお、記憶部１１に格納することとしてもよい。
【００５８】
＜ひずみ補正プログラム１１ｄが実行する処理について＞
さて、上述した画像処理法を利用して変形前の画像４ａ及び変形後の画像４ｂから各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）を算出すると、誤差を含む場合がある。そこで、演算部１３は、ひずみ算出プログラム１１ｃにより算出したひずみを補正する処理を実行する。
【００５９】
以下に、誤差を含む場合の補正方法について説明する。具体的には、（i）測定対象物２が第１撮像装置３に近接または離間する方向へ傾斜している場合、（ii）測定対象物２が第１撮像装置３に近接または離間する方向へ移動した場合の補正方法について説明する。
【００６０】
まず、上記（i）の場合の補正方法について説明する。
【００６１】
図７は、測定対象物２が、第１撮像装置３に対して近接する方向へ傾斜している状態を示す図である。なお、説明をわかり易くするために、ここでは、板状の測定対象物２の上端側が下端側よりも第１撮像装置３側へ向かって傾斜している場合について説明する。
本図に示すように、測定対象物２が第１撮像装置３に対して近接する方向へ傾斜している場合は、この傾斜によって測定対象物２が、例えば、Ｙ軸方向について縮小して撮像されるため、見掛けひずみεαが生じてしまう。この見掛けひずみεαは、次式（４）にて算出される。
εα＝１−ｃｏｓα ・・・（４）式
ここで、εα：見掛けひずみ、α：測定対象物２の傾斜角である。
傾斜角αは、第２撮像装置５で撮像した変形前後の側面画像４ｃ、４ｄから読み取る。読み取った値をキーボード等の入力部１４でユーザから受け付けて、演算部１３が、見掛けひずみεαを算出する処理を実行する。
【００６２】
続いて、演算部１３は、ひずみ算出プログラム１１ｃにて作成されたＹ軸方向のひずみεｙをメモリ１２から読み出して、上記（４）式により算出された見掛けひずみεαを、ひずみεｙから減算することにより、補正されたひずみεｙｔが算出される。補正されたひずみεｙｔは、次式（５）にて算出される。
εｙｔ＝εｙ−εα ・・・（５）式
【００６３】
なお、本説明では、Ｙ軸方向のひずみεｙを補正する場合について説明したが、Ｘ軸方向のひずみεｘについても同様に補正を実行する。
【００６４】
次に、上記（ii）の場合の補正方法について説明する。
【００６５】
図８は、測定対象物２が第１撮像装置３に対して離間する方向へ変形した状態を示す図である。なお、説明をわかり易くするために、ここでは、板状の測定対象物２の上端側が下端側よりも第１撮像装置３から離間する方向へ反るように変形している場合について説明する。
本図に示すように、測定対象物２が第１撮像装置３に対して離間する方向へ変形すると、これらの変形によって測定対象物２が、例えば、Ｙ軸方向について縮小して撮像されるため、見掛けひずみεｄが生じてしまう。この見掛けひずみεｄは、次式（６）にて算出される。
εｄ＝ΔＤ／Ｄ ・・・ （６）式
ここで、εｄ：見掛けひずみ、ΔＤ：面外変位量、Ｄ：撮像距離である。
面外変位量ΔＤは、第２撮像装置５で撮像した変形前後の側面画像４ｃ、４ｄから読み取る。読み取った値をキーボード等の入力部１４でユーザから受け付けて、演算部１３が、見掛けひずみεｄを算出する処理を実行する。
【００６６】
続いて、演算部１３は、ひずみ算出プログラム１１ｃにて作成されたＹ軸方向のひずみεｙをメモリ１２から読み出して、上記（６）式により算出された見掛けひずみεｄを、ひずみεｙから減算することにより、補正されたひずみεｙｔが算出される。補正されたひずみεｙｔは、次式（７）にて算出される。
εｙｔ＝εｙ−εｄ ・・・（７）式
【００６７】
なお、本説明では、Ｙ軸方向のひずみεｙを補正する場合について説明したが、Ｘ軸方向のひずみεｘについても同様に補正を実行する。
【００６８】
演算部１３は、上記（i）、（ii）による補正を変形後の図面４ｂの各エリアＥｉｊに対してそれぞれ実施する。なお、補正の必要の有無、及び上記（i）、（ii）のどちらの補正方法を実施するかは適宜、決定することができる。
【００６９】
なお、上記（i）及び（ii）では、測定対象物２の傾斜角度及び変位量を第２撮像装置５で撮像した画像４ｃ、４ｄを利用して計測する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、人が測定対象物２を直接、測定してもよい。
【００７０】
続いて、演算部１３は、補正されたＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）に基づいて、ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉをそれぞれ作成する。
また、補正されたＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）の分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊをそれぞれ作成する。
すなわち、Ｘ軸方向のひずみデータテーブル１１ｅ及びひずみ分布図１１ｆと、Ｙ軸方向のひずみデータテーブル１１ｇ及びひずみ分布図１１ｈと、ＸＹ方向のひずみデータテーブル１１ｉ及びひずみ分布図１１ｊと、を作成する。
【００７１】
続いて、演算部１３は、作成された各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊにエリアＥｉｊの位置情報を対応付けて、記憶部１１に格納する。各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊの詳細については後述する。
なお、各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊをメモリ１２に格納することとしてもよい。
【００７２】
ここで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）がそれぞれ算出されているので、最大主ひずみ、最小主ひずみ、最大主せん断ひずみをそれぞれ算出してもよい。
【００７３】
次に、記憶部１１に格納されている各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊについて、Ｘ軸方向のひずみデータテーブル１１ｅ及びひずみ分布図１１ｆを例に説明する。
【００７４】
図９は、Ｘ軸方向のひずみデータテーブル１１ｅの一例を示す図である。
本図に示すように、Ｘ軸方向のひずみデータテーブル１１ｅは、ひずみεｘｔを変形後の画像４ｂのエリアＥｉｊ番号に対応させたテーブルとなる。なお、エリアＥｉｊ番号は、計測作業を行う前に予めユーザによって入力部１４を介して入力される。
なお、ひずみデータテーブル１１ｇ、１１ｉもひずみデータテーブル１１ｅと同様の形式で、記憶部１１に格納されている。
【００７５】
図１０は、Ｘ軸方向のひずみ分布図１１ｆの一例を示す図である。
本図に示すように、Ｘ軸方向のひずみ分布図１１ｆは、ひずみεｘｔを変形後の画像４ｂのエリアＥｉｊ番号に対応させたコンターマップとなる。なお、エリアＥｉｊ番号は、計測作業を行う前に予めユーザによって入力部１４を介して入力される。
なお、ひずみ分布図１１ｈ、１１ｊもひずみ分布図１１ｆと同様の形式で、記憶部１１に格納されている。
【００７６】
最後に、演算部１３は、各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊを出力部１５に送信し、出力部１５のモニタに各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊを表示する。
【００７７】
（ひずみ算出の処理フロー）
次に、上述した構成からなるひずみ計測システム１を用いて、測定対象物２の表面に発生するひずみを算出するための処理フローについて、図１１を参照して説明する。
【００７８】
図１１は、ひずみを算出する処理フローの一例を示す図である。
本図に示すように、まず、測定対象物２の測定対象領域に、スプレーなどにより塗料を不規則に吹き付ける目印付け工程を実施する（ステップｓ１０）。
図１２は、スプレーにより目印付けした例を示すものであり、スプレーにより吹き付けられるので、形状及び外寸はそれぞれ異なっており、配列も不規則になる。なお、本実施形態では、スプレーで塗装を吹き付けて目印を記したが、これに限定されるものではなく、チョークで粉末マーキング剤を測定対象物２の表面に付着させてもよい。
【００７９】
また、目印付け工程と並行して、測定対象物２を撮像するための第１撮像装置３及び第２撮像装置５を所定の位置に設置し、動かないように固定する設置工程を実施する（ステップｓ１５）。
第１撮像装置３及び第２撮像装置５を設置し、吹き付けた塗料が十分に乾燥したら撮像条件設定工程（ステップｓ２０）へ移行する。
【００８０】
次に、撮像条件設定工程（ステップｓ２０）では、ひずみ計測システム１の演算部１３が、第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像条件に関する「撮像範囲」、「撮像距離」、「焦点距離」等の各値を入力部１４でユーザから受け付ける。なお、第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像条件は、それぞれ異なるものとしても良いし、全く同じものにしてもよい。
第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像条件を設定したら変形前画像撮像工程（ステップｓ３０）へ移行する。
【００８１】
変形前画像撮像工程（ステップｓ３０）では、演算部１３が、第１撮像装置３及び第２撮像装置５に撮像信号を送信する。第１撮像装置３及び第２撮像装置５は、撮像信号を受信し、撮像条件設定工程（ステップｓ２０）で設定した撮像条件で変形前の測定対象物２の表面及び側面をそれぞれ撮像する。
撮像された変形前の画像４ａ、４ｃは共に、演算部１３によりＩ／Ｆ部１６を介して記憶部１１に格納される。その後、所定期間が経過したり、測定対象物２に所定の荷重を付与したら、変形後画像撮像工程（ステップｓ４０）へ移行する。
【００８２】
変形後画像撮像工程（ステップｓ４０）では、演算部１３が、第１撮像装置３及び第２撮像装置５に撮像信号を送信する。第１撮像装置３及び第２撮像装置５は、撮像信号を受信し、撮像条件設定工程（ステップｓ２０）で設定した撮像条件で変形後の測定対象物２の表面及び側面をそれぞれ撮像する。
撮像された変形後の画像４ｂ、４ｄは共に、演算部１３によりＩ／Ｆ部１６を介して記憶部１１に格納される。変形後の測定対象物２の表面及び側面を撮像したら、変位量算出工程（ステップｓ５０）へ移行する。
【００８３】
変位量算出工程（ステップｓ５０）では、演算部１３が、変形前の画像４ａ及び変形後の画像４ｂを記憶部１１から読み出して、変位量算出プログラムを実行することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＸＹ方向への変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をそれぞれ算出する。
算出された各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）は、演算部１３によりメモリ１２に格納される。なお、記憶部１１に格納することとしてもよい。
各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）を算出したら、ひずみ算出工程（ステップｓ６０）へ移行する。
【００８４】
ひずみ算出工程（ステップｓ６０）では、演算部１３が、変位量算出工程（ステップｓ５０）で算出した各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をメモリ１２から読み出して、ひずみ算出プログラム１１ｃを実行することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＸＹ方向のひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）をそれぞれ算出する。
算出された各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）は、演算部１３によりメモリ１２に格納される。なお、記憶部１１に格納することとしてもよい。
各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）を算出したら、補正工程（ステップｓ７０）へ移行する。
【００８５】
補正工程（ステップｓ７０）では、演算部１３が、ひずみ算出工程（ステップｓ６０）にて算出した各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）をメモリ１２から読み出して、補正プログラム１１ｄを実行することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＸＹ方向の補正された各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）がそれぞれ算出される。
補正された各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）は、エリアＥｉｊ番号が付されたひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及びひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｉとして記憶部１１に格納される。なお、メモリ１２に格納することとしてもよい。
これらの各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）を算出したら、出力工程（ステップｓ８０）へ移行する。
【００８６】
出力工程（ステップｓ８０）では、演算部１３が、各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊを記憶部１１から読み出して、出力部１５へ送信し、これらを出力部１５のモニタに表示する。
【００８７】
上述した構成からなるひずみ計測システム１によれば、目印の形状及び外寸はそれぞれ異なるものなので、手間をかけることなく短時間で目印を測定対象物２に記すことができる。例えば、スプレーで塗料を吹き付けたり、チョークで線を引いたりすることにより、従来の目印を記す場合と比べて、時間と手間を大幅に低減することができる。
【００８８】
また、第１撮像装置３で測定対象物２の表面を撮像し、この撮像した画像４ａ、４ｂに基づいてひずみを算出するため、測定対象物２から離れていてもひずみを算出することができる。すなわち、測定対象物２が高温内や危険地域内に存在している場合でも、測定対象物２のひずみを算出することができる。
【００８９】
そして、評点間距離ＧＬの距離を任意に変更可能なので、ひずみを測定するための測定区間（ゲージ長）を自由に調整することが可能となる。したがって、微少区間のひずみを検出したいときは、評点間距離ＧＬの距離を短くし、長い区間のひずみを算出したいときは、評点間距離ＧＬの距離を長くすることができる。これによって、算出対象エリアＥｉｊのひずみを正確に計測することができる。
【００９０】
さらに、見掛けひずみεα、εｄを算出して補正するので、現実に即した正確なひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）を算出することができる。
【００９１】
また、演算部１３で第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像条件を設定する操作が可能なので、遠隔操作で第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像条件を設定することができる。
【００９２】
なお、本実施形態では、変位量算出プログラム１１ｂとひずみ算出プログラム１１ｃとを分けて実行した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、これらを１つのプログラムとし、連続して実行してもよい。
【００９３】
また、本実施形態では、ひずみ算出プログラム１１ｃと補正プログラム１１ｄとを分けて実行した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、これらを１つのプログラムとし、連続して実行してもよい。
【００９４】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００９５】
図１３は、本発明の第二実施形態にひずみ計測システム２１の概略配置図である。
本図に示すように、本実施形態にかかるひずみ計測システム２１は、第１撮像装置３と、ひずみを算出する計測装置１０と、鏡２２と、ライト２３と、を備えている。
鋼管２４が既設構造物２５に固定されていて、鋼管２４への挿入口が狭いため、第１撮像装置３を鋼管２４内に挿入できない場合は、鋼管２４内に鏡２２及びライト２３を設置して、鋼管２４の内周面をライト２３で照らしながら鏡２２に映し、この鏡２２に映った鋼管２４の内周面を撮像する。
上述した構成からなるひずみ計測システム２１によれば、第一実施形態で説明した効果に加えて、鋼管２４内が高温で第１撮像装置３を挿入できない場合等でも、鋼管２４の内周面を撮像することが可能になる。すなわち、撮像装置で直接、測定対象物２を撮像できない場合でも、測定対象物２の表面を撮像することができる。
【００９６】
なお、上述した各実施形態では、鋼材のひずみを測定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、コンクリート構造物、岩盤、石材、石膏、プラスチック材料にも本願発明は適用可能である。
【００９７】
さらに、本願発明は、コンクリートなどの材料でひずみ計測にばらつきが生じ易い場合、測定対象物２が凹凸形状または柔らかい材料であるためにひずみゲージを取り付けにくい場合、測定対象物２が微小であるためにひずみゲージを取り付けにくい場合、ひずみ変化が大きい部位のひずみ分布を緻密に測定したい場合等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１ ひずみ計測システム
２ 測定対象物
３ 第１撮像装置
３ａ カメラ本体
３ｂ レンズ
３ｃ 撮像素子
４ 画像
４ａ 変形前の画像
４ａａ ターゲット画像
４ｂ 変形後の画像
４ｂｂ 比較用画像
４ｃ 変形前の側面画像
４ｄ 変形後の側面画像
５ 第２撮像装置
５ａ カメラ本体
５ｂ レンズ
５ｃ 撮像素子
１０ 計測装置
１１ 記憶部
１１ａ 撮像プログラム
１１ｂ 変位量算出プログラム
１１ｃ ひずみ算出プログラム
１１ｄ 補正プログラム
１１ｅ Ｘ軸方向のひずみデータテーブル
１１ｆ Ｘ軸方向のひずみ分布図
１１ｇ Ｙ軸方向のひずみデータテーブル
１１ｈ Ｙ軸方向のひずみ分布図
１１ｉ ＸＹ方向のひずみデータテーブル
１１ｊ ＸＹ方向のひずみ分布図
１２ メモリ
１３ 演算部
１４ 入力部
１５ 出力部
１６ Ｉ／Ｆ部
２１ ひずみ計測システム
２２ 鏡
２３ ライト
２４ 鋼管
２５ 既設構造物
Ｅ エリア
ＧＬ 評点間距離
Ｓ 計測対象領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法及びそのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カメラやビデオカメラ等の撮像装置やひずみゲージを用いて、測定対象物の表面に発生するひずみを計測する方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、測定対象物の曲面上に、３つのマークをそれぞれが正三角形の頂点位置となるように付設し、測定対象物の変形前及び変形後のマークを撮像装置で２カ所から撮像して、測定対象物のひずみを算出する方法が開示されている。
【０００４】
また、図１４に示すように、ゲージ本体内に抵抗体となる細い金属線５１が折り返し状態で配置されているひずみゲージ５０を測定対象物の表面に取り付けて、測定対象物の変形に応じて抵抗体である金属線５１の抵抗値変化から測定対象物のひずみを算出する方法が用いられている。
【０００５】
さらに、特許文献２には、測定対象物の表面に格子を取り付けて、その格子の変位量をモレアひずみ計及び格子ひずみ計で計測することにより、測定対象物のひずみを算出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２３１１０４号公報
【特許文献２】特開昭５９−１９３３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のひずみ計測方法では、測定対象物の表面に、３つのマークを正確に付設しなければならないため、マークの付設に時間がかかるという問題点があった。
【０００８】
また、ひずみゲージを用いたひずみ計測方法では、金属線の劣化によって温度ドリフトが生じてしまい正確な抵抗値を示さない場合があるという問題点があった。そして、計測値はひずみゲージ本体の長さに依存するため、ひずみゲージ本体の長さよりも小さくて局所的に生じるひずみを正確に測定できないという問題点があった。さらに、ひずみゲージは、接着剤で取り付けているため、測定対象物が繰り返し変形すると、測定対象物から離れてしまう場合があるという問題点があった。
【０００９】
そして、特許文献２に記載のひずみ計測方法では、格子を大量の接着剤で測定対象物に強固に取り付けた場合は、格子の変位量が大きくなり、少量の接着剤で取り付けた場合は、格子の変位量が小さくなる等の格子の接着程度によって変位量が異なるため、取り付け作業に技術を要し、専門の作業員を手配しなければならないという問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、測定対象物の表面に発生するひずみを、直接測定すること無く離れた位置から簡易に、かつ、高精度に計測可能なひずみ計測方法及びひずみ計測システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法であって、
測定対象物に形状及び外寸の異なる目印を不規則に記す目印付け工程と、
前記目印が記された前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を撮像装置で撮像する撮像工程と、
前記撮像工程にて撮像した前記変形前の画像を複数のエリアに分割し、ここで分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を、画像解析法によって前記撮像工程にて撮像した前記変形後の画像に対して特定するとともに、各エリアの移動量を算出することにより、前記測定対象物の表面の変位量を前記変形後の画像の各エリア毎に算出する変位量算出工程と、
前記変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる２つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記２つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出するひずみ算出工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、目印の形状及び外寸はそれぞれ異なるものなので、手間をかけることなく短時間で目印を測定対象物に記すことができる。
また、撮像装置で測定対象物の表面を撮像し、この撮像した画像に基づいてひずみを算出するため、測定対象物から離れていてもひずみを算出することができる。すなわち、測定対象物が高温内や危険地域内に存在している場合でも、測定対象物のひずみを算出することができる。
さらに、ひずみは、算出対象エリアから所定の距離だけ離れた２つのエリアの各変位量に基づいて算出されるため、正確なひずみを算出することができる。
【００１３】
また、本発明において、前記測定対象物の表面と前記撮像装置との間の距離の違いによって生じる見掛けひずみを算出し、ここで算出した見掛けひずみを、前記エリア毎に算出されたひずみに加算または減算して補正する補正工程をさらに備えることとしてもよい。
【００１４】
本発明によれば、測定対象物が撮像装置に近接または離間する方向へ傾斜している場合や測定対象物が変形前後で撮像装置に近接または離間する方向へ移動した場合でも、見掛けひずみを算出して補正するので、現実に即した正確なひずみを算出することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記撮像工程において、
前記測定対象物の表面を鏡に映し、この鏡に映った前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を前記撮像装置で撮像することとしてもよい。
【００１６】
本発明によれば、鏡を介して測定対象物の表面を撮像することができるので、撮像装置で直接、測定対象物を撮像できない場合でも、測定対象物の表面を撮像することができる。
【００１７】
また、本発明において、前記所定の距離は、任意に変更可能であることとしてもよい。
【００１８】
本発明によれば、所定の距離を任意に変更可能なので、ひずみを測定するための測定区間（ゲージ長）を自由に調整することが可能となる。すなわち、微少区間のひずみを検出したいときは、測定区間を短くし、長い区間のひずみを算出したいときは、測定区間を長くすることができる。これによって、算出対象エリアのひずみを正確に計測することができる。
【００１９】
また、本発明において、前記目印は、吹き付けられた塗料であることとしてもよい。
【００２０】
本発明によれば、スプレーで塗料を吹き付けるだけなので、従来の目印を記す場合と比べて、時間と手間を大幅に低減することができる。
【００２１】
また、本発明において、前記目印は、付着した粉末マーキング剤であることとしてもよい。
【００２２】
本発明によれば、チョーク等で線をひくだけなので、従来の目印を記す場合と比べて、時間と手間を大幅に低減することができる。
【００２３】
本発明は、測定対象物の表面のひずみを計測するためのひずみ計測システムであって、
形状及び外寸の異なる目印が不規則に記された測定対象物と、
前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置にて撮像された前記変形前及び変形後の画像を格納した記憶部と、
前記撮像装置にて撮像した前記変形前の画像を複数のエリアに分割し、ここで分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を、画像解析法によって前記撮像装置にて撮像した前記変形後の画像に対して特定するとともに、各エリアの移動量を算出することにより、前記測定対象物の表面の変位量を前記変形後の画像の各エリア毎に算出する処理と、
前記変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる２つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記２つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出する処理と、を実行する演算部と、
を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、目印の形状及び外寸はそれぞれ異なるものなので、手間をかけることなく短時間で目印を測定対象物に記すことができる。
また、撮像装置で測定対象物の表面を撮像し、この撮像した画像に基づいてひずみを算出するため、測定対象物から離れていてもひずみを算出することができる。すなわち、測定対象物が高温内や危険地域内に存在している場合でも、測定対象物のひずみを算出することができる。
さらに、ひずみは、算出対象エリアから所定の距離だけ離れた２つのエリアの各変位量に基づいて算出されるため、正確なひずみを算出することができる。
【００２５】
また、本発明において、前記演算部は、
前記測定対象物の表面と前記撮像装置との間の距離の違いによって生じる見掛けひずみを算出し、ここで算出した見掛けひずみを、前記エリア毎に算出されたひずみに加算または減算して補正する処理を実行することとしてもよい。
【００２６】
本発明によれば、測定対象物が撮像装置に近接または離間する方向へ傾斜している場合や測定対象物が変形前後で撮像装置に近接または離間する方向へ移動した場合でも、見掛けひずみを算出して補正するので、現実に即した正確なひずみを算出することができる。
【００２７】
また、本発明において、前記撮像装置の撮像条件を入力するための入力部を更に備え、
前記演算部は、
前記入力部より入力された撮像条件にて前記測定対象物を前記撮像装置で撮像する処理を実行することとしてもよい。
【００２８】
本発明によれば、演算部で撮像条件を設定する操作が可能なので、遠隔操作で撮像装置の撮像条件を設定することができる。
【００２９】
また、本発明において、前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を投影可能な鏡を更に備え、
前記鏡に映った前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を前記撮像装置で撮像することとしてもよい。
【００３０】
本発明によれば、鏡を介して測定対象物の表面を撮像することができるので、直接、測定対象物を撮像できない場合でも、測定対象物の表面を撮像することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、測定対象物の表面に発生するひずみを、直接測定すること無く離れた位置から簡易に、かつ、高精度に計測可能なひずみ計測方法及びひずみ計測システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システムの概略配置図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システムの概略構成図である。
【図３】変形前後の画像をそれぞれ複数のエリアに分割した状態を示す図である。
【図４】ターゲット画像と比較用画像とを比較する方法の一例を示す図である。
【図５】ターゲット画像と比較用画像との相関程度を説明するための概略図である。
【図６】変位量からひずみを算出する方法を示す概念図である。
【図７】測定対象物が、第１撮像装置に対して近接する方向へ傾斜している状態を示す図である。
【図８】測定対象物が、第１撮像装置に対して離間する方向へ変形した状態を示す図である。
【図９】Ｘ軸方向のひずみεｘｔのデータテーブルの一例を示す図である。
【図１０】Ｘ軸方向のひずみεｘｔの分布図の一例を示す図である。
【図１１】ひずみ算出の処理フロー例を示す図である。
【図１２】目印を測定対象物に記した状態を示す図である。
【図１３】本発明の第二実施形態にかかるひずみ計測システムの概略配置図である。
【図１４】一般的なひずみゲージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００３４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、それぞれ本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システム１の概略配置の正面図及び側面図である。また、図２は、本発明の第一実施形態にかかるひずみ計測システム１の概略構成図である。
【００３５】
これらの図に示すように、本実施形態にかかるひずみ計測システム１は、測定対象物２の表面の計測対象領域Ｓを正面から撮像する第１撮像装置３と、測定対象物２の側面を撮像する第２撮像装置５と、第１撮像装置３及び第２撮像装置５により撮像された画像４（４ａ〜４ｄ）に基づいて測定対象物２に発生するひずみを算出する計測装置１０と、を備えている。
【００３６】
第１撮像装置３は、測定対象物２の正面側に配置されて、測定対象物２のひずみを算出するための画像４ａ、４ｂを撮像する。また、第２撮像装置５は、測定対象物２の側面側に配置されて、測定対象物２の傾斜角度や変位量を計測するための画像４ｃ、４ｄを撮像する（詳細は後述する）。
【００３７】
第１撮像装置３及び第２撮像装置５は、いわゆるデジタルカメラであって、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子３ｃ、５ｃを有するカメラ本体３ａ、５ａと、撮像素子３ｃ、５ｃ上に被写体の像を結像させるレンズ３ｂ、５ｂと、から構成されている。
なお、本実施形態では、第１撮像装置３及び第２撮像装置５共にデジタルカメラを用いたが、これに限定されるものではなく、デジタルビデオカメラやスキャナー等を用いてもよい。
【００３８】
計測装置１０は、第１撮像装置３及び第２撮像装置５によって撮像された画像４を取り込むＩ／Ｆ部と、Ｉ／Ｆ部に取り込まれた画像４を格納するハードディスクドライブなど不揮発性の記憶部１１と、ＲＡＭなどの不揮発性のメモリ１２と、記憶部１１に保持しているプログラム等をメモリ１２に読み出して実行するＣＰＵなどの演算部１３と、キーボードやマウス等の入力部１４と、ディスプレイやプリンタ等の出力部１５と、を備えている。計測装置１０としては、例えば、パーソナルコンピュータを適用できる。
【００３９】
計測装置１０によるひずみの算出処理は、記憶部１１に格納されている画像４及び各種プログラム１１ａ〜１１ｄを演算部１３が読み出して実行することで実現される。
【００４０】
記憶部１１には、測定対象物２を撮像し、撮像された画像４を記憶部１１に格納する撮像プログラム１１ａと、この撮像プログラム１１ａにより撮像された画像４から測定対象物２の変位量を算出する変位量算出プログラム１１ｂと、この変位量算出プログラム１１ｂにより算出された変位量に基づいてひずみを算出するひずみ算出プログラム１１ｃと、このひずみ算出プログラム１１ｃにより算出されたひずみを補正するひずみ補正プログラム１１ｄと、が格納されている。
【００４１】
次に、撮像プログラム１１ａ、変位量算出プログラム１１ｂ、ひずみ算出プログラム１１ｃ、補正プログラム１１ｄがそれぞれ実行する処理について説明する。
【００４２】
＜撮像プログラム１１ａが実行する処理について＞
演算部１３は、第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像範囲、撮像距離、焦点距離等の撮像条件に関する値をそれぞれ入力部１４でユーザから受け付け、ここで受け付けた各値に第１撮像装置３及び第２撮像装置５の設定を変更する処理を実行する。
続いて、演算部１３は、第１撮像装置３及び第２撮像装置５に対して撮像を実行する撮像信号を送信する。この撮像信号を受信した第１撮像装置３及び第２撮像装置５により撮像が実行され、測定対象物２の表面及び側面を撮像した画像４ａ〜４ｄが取得される。取得された画像４ａ〜４ｄは、Ｉ／Ｆ部１６を介して全て記憶部１１に格納される。
演算部１３は、測定対象物２の変形前及び変形後にそれぞれ測定対象物２を撮像する処理を実行する。これにより、変形前の画像４ａ、４ｃ及び変形後の画像４ｂ、４ｄが取得される。
【００４３】
＜変位量算出プログラム１１ｂが実行する処理について＞
演算部１３は、変形前の画像４ａ及び変形後の画像４ｂを記憶部１１から読み出して、変形前の画像４ａと変形後の画像４ｂとを比較照合し、計測対象物の表面の変位量を算出する処理を実行する。
【００４４】
変位量の算出には、変形前の画像４ａ及び変形後の画像４ｂの輝度値分布から変位量を算出可能なデジタル画像相関法を用いた。
【００４５】
具体的には、図３に示すように、まず、変形前の画像４ａ及び変形後の画像４ｂをそれぞれ複数のエリアＥｉｊ（例えば、３６×３６ピクセル）に分割する。
次に、変形前の画像４ａの複数のエリアＥｉｊから１つのエリアＥｉｊ（例えば、エリアＥ２２）を選択する。以下、変形前の画像４ａのエリアＥｉｊから選択された１つのエリアＥｉｊをターゲット画像４ａａという。
また、変形後の画像４ｂについて上記エリアＥｉｊよりもやや大きい切出し区間（例えば、７２×７２ピクセル）を指定して比較用画像４ｂｂを抽出する。なお、切り出し区間の大きさは、エリアＥｉｊの大きさと無関係に設定可能であり、演算部１３等の処理能力に応じて適宜、設定する。
【００４６】
図４は、ターゲット画像４ａａと比較用画像４ｂｂとを比較する方法の一例を示す図である。また、図５は、ターゲット画像４ａａと比較用画像４ｂｂとの相関程度を説明するための概略図である。以下の説明において、図４に示すように、図中左右方向をＸ軸方向、図中上下方向をＹ軸方向として説明を行う。
【００４７】
図４に示すように、演算部１３は、比較用画像４ｂｂにターゲット画像４ａａを重ね合わせてターゲット画像４ａａの位置を上下左右にずらしながら、ターゲット画像４ａａと最も良い相関を得る位置を比較用画像４ｂｂより特定する。相関の程度は、図５に示すように、相関関数Ｓ＝ｆ（ｘ、ｙ）の値が小さくなるほど輝度値分布の相関程度は高くなり、位置検出の精度は高くなる。実際の変位量は、１ピクセルの大きさよりも小さい場合があるため、１ピクセル以下の解像度で変位量を検出できるように、スプライン関数等を利用して輝度値分布を内挿補間し、関数Ｓが最小となる位置座標及びＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向（Ｘ軸からＹ軸へ向かって４５°傾斜した向き）への各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をそれぞれ算出する。
【００４８】
上述した比較用画像４ｂｂにターゲット画像４ａａを重ね合わせる処理を全てのエリアＥｉｊに対して繰り返し実施して、変形後の画像４ｂ全体における各エリアＥｉｊ毎のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向への変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をそれぞれ算出する。
【００４９】
続いて、演算部１３は、算出した各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をメモリ１２に格納する。なお、算出した各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）を記憶部１１に格納することとしてもよい。
【００５０】
なお、本実施形態では、画像解析法として、デジタル画像相関法を用いた場合について説明したが、この手法に限定されるものではなく、一般的な画像解析法を用いてもよい。
【００５１】
＜ひずみ算出プログラム１１ｃが実行する処理について＞
図６は、変位量からひずみを算出する方法を示す概念図である。
図６に示すように、演算部１３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向への各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をメモリ１２から読み出して、変形後の画像４ｂからひずみを算出する算出対象エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４４）選択し、ここで選択した算出対象エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４４）を中心点として所定の距離Ｌだけ離れた点対称となる２つのエリアＥｉｊ（例えば、Ｘ軸方向を算出する場合Ｅ１４、Ｅ７４）におけるそれぞれの変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）に基づいて、算出対象エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４４）のひずみを算出する処理を実行する。ここで、算出対象エリアＥｉｊを中心点として点対称の位置に存在する上記２つのエリアＥｉｊ間の距離を評点間距離ＧＬとする。上記２つのエリアＥｉｊは算出対象エリアＥｉｊに対して点対称位置に存在するので、評点間距離ＧＬは、上記所定の距離Ｌの２倍となる。
【００５２】
演算部１３は、評点間距離ＧＬの値をキーボード等の入力部１４でユーザから受け付けて、算出対象エリアＥｉｊにおけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）を算出する処理を実行する。
【００５３】
以下に、各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）の算出方法について説明する。
【００５４】
−−−Ｘ軸方向のひずみを算出する場合−−−
図６に示すように、エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４４）のＸ軸方向のひずみεｘを算出する場合は、ユーザにて設定された評点間距離ＧＬに基づいて、Ｘ軸方向へ±０．５ＧＬ離れた両エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ１４、Ｅ７４）の変位量よりひずみεｘを算出する。ひずみεｘは、以下の（１）式より算出する。
εｘ＝（Δｘ（ｘ＋０．５ＧＬ、ｙ）− Δｘ（ｘ−０．５ＧＬ、ｙ））／ＧＬ
・・・（１）式
ここで、εｘ：各エリアＥｉｊにおけるＸ軸方向のひずみ、Δｘ：各エリアＥｉｊにおけるＸ軸方向への変位量、ＧＬ：評点間距離である。
【００５５】
−−−Ｙ軸方向のひずみを算出する場合−−−
また、図６に示すように、エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４４）のＹ軸方向のひずみεｙを算出する場合は、評点間距離ＧＬに基づいて、Ｙ軸方向へ±０．５ＧＬ離れた両エリアＥｉｊ（例えば、Ｅ４１、Ｅ４７）の変位量よりひずみεｙを算出する。ひずみεｙは、以下の（２）式より算出する。
εｙ＝（Δｙ（ｘ、ｙ＋０．５ＧＬ）− Δｙ（ｘ、ｙ−０．５ＧＬ））／ＧＬ
・・・（２）式
ここで、εｙ：各エリアＥｉｊにおけるＹ軸方向のひずみ、Δｙ：各エリアＥｉｊにおけるＹ軸方向への変位量である。
【００５６】
−−−ＸＹ方向のひずみを算出する場合−−−
さらに、エリアＥｉｊのＸＹ方向のひずみεｘｙを算出する場合は、評点間距離ＧＬに基づいて、ＸＹ方向へ±０．５ＧＬ離れた両エリアＥｉｊの変位量よりひずみεｘｙを算出する。ひずみεｘｙは、以下の（３）式より算出する。
εｘｙ＝（Δｘｙ（ｘ＋０．５ＧＬ、ｙ＋０．５ＧＬ）− Δｘｙ（ｘ−０．５ＧＬ、ｙ−０．５ＧＬ））／ＧＬ ・・・（３）式
ここで、εｘｙ：各エリアＥｉｊにおけるＸＹ方向のひずみ、Δｘｙ：各エリアＥｉｊにおけるＸＹ方向への変位量である。
【００５７】
続いて、演算部１３は、上記（１）式、（２）式、（３）式によりそれぞれ算出されたＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）をメモリ１２に格納する。なお、記憶部１１に格納することとしてもよい。
【００５８】
＜ひずみ補正プログラム１１ｄが実行する処理について＞
さて、上述した画像処理法を利用して変形前の画像４ａ及び変形後の画像４ｂから各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）を算出すると、誤差を含む場合がある。そこで、演算部１３は、ひずみ算出プログラム１１ｃにより算出したひずみを補正する処理を実行する。
【００５９】
以下に、誤差を含む場合の補正方法について説明する。具体的には、（i）測定対象物２が第１撮像装置３に近接または離間する方向へ傾斜している場合、（ii）測定対象物２が第１撮像装置３に近接または離間する方向へ移動した場合の補正方法について説明する。
【００６０】
まず、上記（i）の場合の補正方法について説明する。
【００６１】
図７は、測定対象物２が、第１撮像装置３に対して近接する方向へ傾斜している状態を示す図である。なお、説明をわかり易くするために、ここでは、板状の測定対象物２の上端側が下端側よりも第１撮像装置３側へ向かって傾斜している場合について説明する。
本図に示すように、測定対象物２が第１撮像装置３に対して近接する方向へ傾斜している場合は、この傾斜によって測定対象物２が、例えば、Ｙ軸方向について縮小して撮像されるため、見掛けひずみεαが生じてしまう。この見掛けひずみεαは、次式（４）にて算出される。
εα＝１−ｃｏｓα ・・・（４）式
ここで、εα：見掛けひずみ、α：測定対象物２の傾斜角である。
傾斜角αは、第２撮像装置５で撮像した変形前後の側面画像４ｃ、４ｄから読み取る。読み取った値をキーボード等の入力部１４でユーザから受け付けて、演算部１３が、見掛けひずみεαを算出する処理を実行する。
【００６２】
続いて、演算部１３は、ひずみ算出プログラム１１ｃにて作成されたＹ軸方向のひずみεｙをメモリ１２から読み出して、上記（４）式により算出された見掛けひずみεαを、ひずみεｙから減算することにより、補正されたひずみεｙｔが算出される。補正されたひずみεｙｔは、次式（５）にて算出される。
εｙｔ＝εｙ−εα ・・・（５）式
【００６３】
なお、本説明では、Ｙ軸方向のひずみεｙを補正する場合について説明したが、Ｘ軸方向のひずみεｘについても同様に補正を実行する。
【００６４】
次に、上記（ii）の場合の補正方法について説明する。
【００６５】
図８は、測定対象物２が第１撮像装置３に対して離間する方向へ変形した状態を示す図である。なお、説明をわかり易くするために、ここでは、板状の測定対象物２の上端側が下端側よりも第１撮像装置３から離間する方向へ反るように変形している場合について説明する。
本図に示すように、測定対象物２が第１撮像装置３に対して離間する方向へ変形すると、これらの変形によって測定対象物２が、例えば、Ｙ軸方向について縮小して撮像されるため、見掛けひずみεｄが生じてしまう。この見掛けひずみεｄは、次式（６）にて算出される。
εｄ＝ΔＤ／Ｄ ・・・ （６）式
ここで、εｄ：見掛けひずみ、ΔＤ：面外変位量、Ｄ：撮像距離である。
面外変位量ΔＤは、第２撮像装置５で撮像した変形前後の側面画像４ｃ、４ｄから読み取る。読み取った値をキーボード等の入力部１４でユーザから受け付けて、演算部１３が、見掛けひずみεｄを算出する処理を実行する。
【００６６】
続いて、演算部１３は、ひずみ算出プログラム１１ｃにて作成されたＹ軸方向のひずみεｙをメモリ１２から読み出して、上記（６）式により算出された見掛けひずみεｄを、ひずみεｙから減算することにより、補正されたひずみεｙｔが算出される。補正されたひずみεｙｔは、次式（７）にて算出される。
εｙｔ＝εｙ−εｄ ・・・（７）式
【００６７】
なお、本説明では、Ｙ軸方向のひずみεｙを補正する場合について説明したが、Ｘ軸方向のひずみεｘについても同様に補正を実行する。
【００６８】
演算部１３は、上記（i）、（ii）による補正を変形後の図面４ｂの各エリアＥｉｊに対してそれぞれ実施する。なお、補正の必要の有無、及び上記（i）、（ii）のどちらの補正方法を実施するかは適宜、決定することができる。
【００６９】
なお、上記（i）及び（ii）では、測定対象物２の傾斜角度及び変位量を第２撮像装置５で撮像した画像４ｃ、４ｄを利用して計測する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、人が測定対象物２を直接、測定してもよい。
【００７０】
続いて、演算部１３は、補正されたＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）に基づいて、ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉをそれぞれ作成する。
また、補正されたＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）の分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊをそれぞれ作成する。
すなわち、Ｘ軸方向のひずみデータテーブル１１ｅ及びひずみ分布図１１ｆと、Ｙ軸方向のひずみデータテーブル１１ｇ及びひずみ分布図１１ｈと、ＸＹ方向のひずみデータテーブル１１ｉ及びひずみ分布図１１ｊと、を作成する。
【００７１】
続いて、演算部１３は、作成された各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊにエリアＥｉｊの位置情報を対応付けて、記憶部１１に格納する。各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊの詳細については後述する。
なお、各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊをメモリ１２に格納することとしてもよい。
【００７２】
ここで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ方向の各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）がそれぞれ算出されているので、最大主ひずみ、最小主ひずみ、最大主せん断ひずみをそれぞれ算出してもよい。
【００７３】
次に、記憶部１１に格納されている各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊについて、Ｘ軸方向のひずみデータテーブル１１ｅ及びひずみ分布図１１ｆを例に説明する。
【００７４】
図９は、Ｘ軸方向のひずみデータテーブル１１ｅの一例を示す図である。
本図に示すように、Ｘ軸方向のひずみデータテーブル１１ｅは、ひずみεｘｔを変形後の画像４ｂのエリアＥｉｊ番号に対応させたテーブルとなる。なお、エリアＥｉｊ番号は、計測作業を行う前に予めユーザによって入力部１４を介して入力される。
なお、ひずみデータテーブル１１ｇ、１１ｉもひずみデータテーブル１１ｅと同様の形式で、記憶部１１に格納されている。
【００７５】
図１０は、Ｘ軸方向のひずみ分布図１１ｆの一例を示す図である。
本図に示すように、Ｘ軸方向のひずみ分布図１１ｆは、ひずみεｘｔを変形後の画像４ｂのエリアＥｉｊ番号に対応させたコンターマップとなる。なお、エリアＥｉｊ番号は、計測作業を行う前に予めユーザによって入力部１４を介して入力される。
なお、ひずみ分布図１１ｈ、１１ｊもひずみ分布図１１ｆと同様の形式で、記憶部１１に格納されている。
【００７６】
最後に、演算部１３は、各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊを出力部１５に送信し、出力部１５のモニタに各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊを表示する。
【００７７】
（ひずみ算出の処理フロー）
次に、上述した構成からなるひずみ計測システム１を用いて、測定対象物２の表面に発生するひずみを算出するための処理フローについて、図１１を参照して説明する。
【００７８】
図１１は、ひずみを算出する処理フローの一例を示す図である。
本図に示すように、まず、測定対象物２の測定対象領域に、スプレーなどにより塗料を不規則に吹き付ける目印付け工程を実施する（ステップｓ１０）。
図１２は、スプレーにより目印付けした例を示すものであり、スプレーにより吹き付けられるので、形状及び外寸はそれぞれ異なっており、配列も不規則になる。なお、本実施形態では、スプレーで塗装を吹き付けて目印を記したが、これに限定されるものではなく、チョークで粉末マーキング剤を測定対象物２の表面に付着させてもよい。
【００７９】
また、目印付け工程と並行して、測定対象物２を撮像するための第１撮像装置３及び第２撮像装置５を所定の位置に設置し、動かないように固定する設置工程を実施する（ステップｓ１５）。
第１撮像装置３及び第２撮像装置５を設置し、吹き付けた塗料が十分に乾燥したら撮像条件設定工程（ステップｓ２０）へ移行する。
【００８０】
次に、撮像条件設定工程（ステップｓ２０）では、ひずみ計測システム１の演算部１３が、第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像条件に関する「撮像範囲」、「撮像距離」、「焦点距離」等の各値を入力部１４でユーザから受け付ける。なお、第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像条件は、それぞれ異なるものとしても良いし、全く同じものにしてもよい。
第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像条件を設定したら変形前画像撮像工程（ステップｓ３０）へ移行する。
【００８１】
変形前画像撮像工程（ステップｓ３０）では、演算部１３が、第１撮像装置３及び第２撮像装置５に撮像信号を送信する。第１撮像装置３及び第２撮像装置５は、撮像信号を受信し、撮像条件設定工程（ステップｓ２０）で設定した撮像条件で変形前の測定対象物２の表面及び側面をそれぞれ撮像する。
撮像された変形前の画像４ａ、４ｃは共に、演算部１３によりＩ／Ｆ部１６を介して記憶部１１に格納される。その後、所定期間が経過したり、測定対象物２に所定の荷重を付与したら、変形後画像撮像工程（ステップｓ４０）へ移行する。
【００８２】
変形後画像撮像工程（ステップｓ４０）では、演算部１３が、第１撮像装置３及び第２撮像装置５に撮像信号を送信する。第１撮像装置３及び第２撮像装置５は、撮像信号を受信し、撮像条件設定工程（ステップｓ２０）で設定した撮像条件で変形後の測定対象物２の表面及び側面をそれぞれ撮像する。
撮像された変形後の画像４ｂ、４ｄは共に、演算部１３によりＩ／Ｆ部１６を介して記憶部１１に格納される。変形後の測定対象物２の表面及び側面を撮像したら、変位量算出工程（ステップｓ５０）へ移行する。
【００８３】
変位量算出工程（ステップｓ５０）では、演算部１３が、変形前の画像４ａ及び変形後の画像４ｂを記憶部１１から読み出して、変位量算出プログラムを実行することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＸＹ方向への変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をそれぞれ算出する。
算出された各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）は、演算部１３によりメモリ１２に格納される。なお、記憶部１１に格納することとしてもよい。
各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）を算出したら、ひずみ算出工程（ステップｓ６０）へ移行する。
【００８４】
ひずみ算出工程（ステップｓ６０）では、演算部１３が、変位量算出工程（ステップｓ５０）で算出した各変位量（Δｘ、Δｙ、Δｘｙ）をメモリ１２から読み出して、ひずみ算出プログラム１１ｃを実行することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＸＹ方向のひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）をそれぞれ算出する。
算出された各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）は、演算部１３によりメモリ１２に格納される。なお、記憶部１１に格納することとしてもよい。
各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）を算出したら、補正工程（ステップｓ７０）へ移行する。
【００８５】
補正工程（ステップｓ７０）では、演算部１３が、ひずみ算出工程（ステップｓ６０）にて算出した各ひずみ（εｘ、εｙ、εｘｙ）をメモリ１２から読み出して、補正プログラム１１ｄを実行することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＸＹ方向の補正された各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）がそれぞれ算出される。
補正された各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）は、エリアＥｉｊ番号が付されたひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及びひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｉとして記憶部１１に格納される。なお、メモリ１２に格納することとしてもよい。
これらの各ひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）を算出したら、出力工程（ステップｓ８０）へ移行する。
【００８６】
出力工程（ステップｓ８０）では、演算部１３が、各ひずみデータテーブル１１ｅ、１１ｇ、１１ｉ及び各ひずみ分布図１１ｆ、１１ｈ、１１ｊを記憶部１１から読み出して、出力部１５へ送信し、これらを出力部１５のモニタに表示する。
【００８７】
上述した構成からなるひずみ計測システム１によれば、目印の形状及び外寸はそれぞれ異なるものなので、手間をかけることなく短時間で目印を測定対象物２に記すことができる。例えば、スプレーで塗料を吹き付けたり、チョークで線を引いたりすることにより、従来の目印を記す場合と比べて、時間と手間を大幅に低減することができる。
【００８８】
また、第１撮像装置３で測定対象物２の表面を撮像し、この撮像した画像４ａ、４ｂに基づいてひずみを算出するため、測定対象物２から離れていてもひずみを算出することができる。すなわち、測定対象物２が高温内や危険地域内に存在している場合でも、測定対象物２のひずみを算出することができる。
【００８９】
そして、評点間距離ＧＬの距離を任意に変更可能なので、ひずみを測定するための測定区間（ゲージ長）を自由に調整することが可能となる。したがって、微少区間のひずみを検出したいときは、評点間距離ＧＬの距離を短くし、長い区間のひずみを算出したいときは、評点間距離ＧＬの距離を長くすることができる。これによって、算出対象エリアＥｉｊのひずみを正確に計測することができる。
【００９０】
さらに、見掛けひずみεα、εｄを算出して補正するので、現実に即した正確なひずみ（εｘｔ、εｙｔ、εｘｙｔ）を算出することができる。
【００９１】
また、演算部１３で第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像条件を設定する操作が可能なので、遠隔操作で第１撮像装置３及び第２撮像装置５の撮像条件を設定することができる。
【００９２】
なお、本実施形態では、変位量算出プログラム１１ｂとひずみ算出プログラム１１ｃとを分けて実行した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、これらを１つのプログラムとし、連続して実行してもよい。
【００９３】
また、本実施形態では、ひずみ算出プログラム１１ｃと補正プログラム１１ｄとを分けて実行した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、これらを１つのプログラムとし、連続して実行してもよい。
【００９４】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００９５】
図１３は、本発明の第二実施形態にひずみ計測システム２１の概略配置図である。
本図に示すように、本実施形態にかかるひずみ計測システム２１は、第１撮像装置３と、ひずみを算出する計測装置１０と、鏡２２と、ライト２３と、を備えている。
鋼管２４が既設構造物２５に固定されていて、鋼管２４への挿入口が狭いため、第１撮像装置３を鋼管２４内に挿入できない場合は、鋼管２４内に鏡２２及びライト２３を設置して、鋼管２４の内周面をライト２３で照らしながら鏡２２に映し、この鏡２２に映った鋼管２４の内周面を撮像する。
上述した構成からなるひずみ計測システム２１によれば、第一実施形態で説明した効果に加えて、鋼管２４内が高温で第１撮像装置３を挿入できない場合等でも、鋼管２４の内周面を撮像することが可能になる。すなわち、撮像装置で直接、測定対象物２を撮像できない場合でも、測定対象物２の表面を撮像することができる。
【００９６】
なお、上述した各実施形態では、鋼材のひずみを測定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、コンクリート構造物、岩盤、石材、石膏、プラスチック材料にも本願発明は適用可能である。
【００９７】
さらに、本願発明は、コンクリートなどの材料でひずみ計測にばらつきが生じ易い場合、測定対象物２が凹凸形状または柔らかい材料であるためにひずみゲージを取り付けにくい場合、測定対象物２が微小であるためにひずみゲージを取り付けにくい場合、ひずみ変化が大きい部位のひずみ分布を緻密に測定したい場合等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１ ひずみ計測システム
２ 測定対象物
３ 第１撮像装置
３ａ カメラ本体
３ｂ レンズ
３ｃ 撮像素子
４ 画像
４ａ 変形前の画像
４ａａ ターゲット画像
４ｂ 変形後の画像
４ｂｂ 比較用画像
４ｃ 変形前の側面画像
４ｄ 変形後の側面画像
５ 第２撮像装置
５ａ カメラ本体
５ｂ レンズ
５ｃ 撮像素子
１０ 計測装置
１１ 記憶部
１１ａ 撮像プログラム
１１ｂ 変位量算出プログラム
１１ｃ ひずみ算出プログラム
１１ｄ 補正プログラム
１１ｅ Ｘ軸方向のひずみデータテーブル
１１ｆ Ｘ軸方向のひずみ分布図
１１ｇ Ｙ軸方向のひずみデータテーブル
１１ｈ Ｙ軸方向のひずみ分布図
１１ｉ ＸＹ方向のひずみデータテーブル
１１ｊ ＸＹ方向のひずみ分布図
１２ メモリ
１３ 演算部
１４ 入力部
１５ 出力部
１６ Ｉ／Ｆ部
２１ ひずみ計測システム
２２ 鏡
２３ ライト
２４ 鋼管
２５ 既設構造物
Ｅ エリア
ＧＬ 評点間距離
Ｓ 計測対象領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法であって、
測定対象物に形状及び外寸の異なる目印を不規則に記す目印付け工程と、
前記目印が記された前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を第１撮像装置で撮像する撮像工程と、
前記撮像工程にて撮像した前記変形前の画像を複数のエリアに分割し、ここで分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を、画像解析法によって前記撮像工程にて撮像した前記変形後の画像に対して特定するとともに、各エリアの移動量を算出することにより、前記測定対象物の表面の変位量を前記変形後の画像の各エリア毎に算出する変位量算出工程と、
前記変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる２つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記２つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出するひずみ算出工程と、
を備えることを特徴とするひずみ計測方法。
【請求項２】
前記測定対象物の表面と前記第１撮像装置との間の距離の違いによって生じる見掛けひずみを算出し、ここで算出した見掛けひずみを、前記エリア毎に算出されたひずみに加算または減算して補正する補正工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のひずみ計測方法。
【請求項３】
前記撮像工程において、
前記測定対象物の表面を鏡に映し、この鏡に映った前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を前記第１撮像装置で撮像することを特徴とする請求項１または２に記載のひずみ計測方法。
【請求項４】
前記所定の距離は、任意に変更可能であることを特徴とする請求項１に記載のひずみ計測方法。
【請求項５】
前記目印は、吹き付けられた塗料であることを特徴とする特徴とする請求項１に記載のひずみ計測方法。
【請求項６】
前記目印は、付着した粉末マーキング剤であることを特徴とする請求項１に記載のひずみ計測方法。
【請求項７】
測定対象物の表面のひずみを計測するためのひずみ計測システムであって、
形状及び外寸の異なる目印が不規則に記された測定対象物と、
前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を撮像する第１撮像装置と、
前記第１撮像装置にて撮像された前記変形前及び変形後の画像を格納した記憶部と、
前記第１撮像装置にて撮像した前記変形前の画像を複数のエリアに分割し、ここで分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を、画像解析法によって前記第１撮像装置にて撮像した前記変形後の画像に対して特定するとともに、各エリアの移動量を算出することにより、前記測定対象物の表面の変位量を前記変形後の画像の各エリア毎に算出する処理と、
前記変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる２つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記２つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出する処理と、を実行する演算部と、
を備えることを特徴とするひずみ計測システム。
【請求項８】
前記演算部は、
前記測定対象物の表面と前記第１撮像装置との間の距離の違いによって生じる見掛けひずみを算出し、ここで算出した見掛けひずみを、前記エリア毎に算出されたひずみに加算または減算して補正する処理を実行することを特徴とする請求項７に記載のひずみ計測システム。
【請求項９】
前記第１撮像装置の撮像条件を入力するための入力部を更に備え、
前記演算部は、
前記入力部より入力された撮像条件にて前記測定対象物を前記第１撮像装置で撮像する処理を実行することを特徴とする請求項７または８に記載のひずみ計測システム。
【請求項１０】
前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を投影可能な鏡を更に備え、
前記鏡に映った前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を前記第１撮像装置で撮像することを特徴とする請求項７〜９のうち何れか一項に記載のひずみ計測システム。
【請求項１】
測定対象物の表面のひずみを計測するひずみ計測方法であって、
測定対象物に形状及び外寸の異なる目印を不規則に記す目印付け工程と、
前記目印が記された前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を第１撮像装置で撮像する撮像工程と、
前記撮像工程にて撮像した前記変形前の画像を複数のエリアに分割し、ここで分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を、画像解析法によって前記撮像工程にて撮像した前記変形後の画像に対して特定するとともに、各エリアの移動量を算出することにより、前記測定対象物の表面の変位量を前記変形後の画像の各エリア毎に算出する変位量算出工程と、
前記変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる２つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記２つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出するひずみ算出工程と、
を備えることを特徴とするひずみ計測方法。
【請求項２】
前記測定対象物の表面と前記第１撮像装置との間の距離の違いによって生じる見掛けひずみを算出し、ここで算出した見掛けひずみを、前記エリア毎に算出されたひずみに加算または減算して補正する補正工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のひずみ計測方法。
【請求項３】
前記撮像工程において、
前記測定対象物の表面を鏡に映し、この鏡に映った前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を前記第１撮像装置で撮像することを特徴とする請求項１または２に記載のひずみ計測方法。
【請求項４】
前記所定の距離は、任意に変更可能であることを特徴とする請求項１に記載のひずみ計測方法。
【請求項５】
前記目印は、吹き付けられた塗料であることを特徴とする特徴とする請求項１に記載のひずみ計測方法。
【請求項６】
前記目印は、付着した粉末マーキング剤であることを特徴とする請求項１に記載のひずみ計測方法。
【請求項７】
測定対象物の表面のひずみを計測するためのひずみ計測システムであって、
形状及び外寸の異なる目印が不規則に記された測定対象物と、
前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を撮像する第１撮像装置と、
前記第１撮像装置にて撮像された前記変形前及び変形後の画像を格納した記憶部と、
前記第１撮像装置にて撮像した前記変形前の画像を複数のエリアに分割し、ここで分割した各エリアと最も良い相関関係を示す位置を、画像解析法によって前記第１撮像装置にて撮像した前記変形後の画像に対して特定するとともに、各エリアの移動量を算出することにより、前記測定対象物の表面の変位量を前記変形後の画像の各エリア毎に算出する処理と、
前記変形後の画像の各エリアからひずみを算出する算出対象エリアを選択し、ここで選択した算出対象エリアを中心点として所定の距離だけ離れた点対称となる２つの前記エリアにおけるそれぞれの前記変位量に基づいて、変形後の前記２つの前記エリア間の距離を算出し、前記算出対象エリアのひずみを算出する処理と、を実行する演算部と、
を備えることを特徴とするひずみ計測システム。
【請求項８】
前記演算部は、
前記測定対象物の表面と前記第１撮像装置との間の距離の違いによって生じる見掛けひずみを算出し、ここで算出した見掛けひずみを、前記エリア毎に算出されたひずみに加算または減算して補正する処理を実行することを特徴とする請求項７に記載のひずみ計測システム。
【請求項９】
前記第１撮像装置の撮像条件を入力するための入力部を更に備え、
前記演算部は、
前記入力部より入力された撮像条件にて前記測定対象物を前記第１撮像装置で撮像する処理を実行することを特徴とする請求項７または８に記載のひずみ計測システム。
【請求項１０】
前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を投影可能な鏡を更に備え、
前記鏡に映った前記測定対象物の変形前及び変形後の表面を前記第１撮像装置で撮像することを特徴とする請求項７〜９のうち何れか一項に記載のひずみ計測システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１０】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１０】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１３２７８６（Ｐ２０１２−１３２７８６Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８５１７４（Ｐ２０１０−２８５１７４）
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２１日（２０１０．１２．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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