変位／ひずみ計測装置
【課題】計測対象に対する撮像装置の相対的な位置や姿勢を一定に保つことが容易な、あるいは、計測対象に対する相対的な位置や姿勢を容易に調整できる変位／ひずみ計測装置を提供する。
【解決手段】撮像装置２と画像解析装置から構成されて、撮像装置２で計測対象物を撮像した画像を画像解析装置で解析して、当該計測対象物の変位又はひずみを算出する変位／ひずみ計測装置において、撮像装置２に、１個の固定当接部材１３と、２個のマイクロメータ１４を取り付けて、固定当接部材１３とマイクロメータ１４のスピンドル１４ｂの先端を計測対象物に当接させる。
【解決手段】撮像装置２と画像解析装置から構成されて、撮像装置２で計測対象物を撮像した画像を画像解析装置で解析して、当該計測対象物の変位又はひずみを算出する変位／ひずみ計測装置において、撮像装置２に、１個の固定当接部材１３と、２個のマイクロメータ１４を取り付けて、固定当接部材１３とマイクロメータ１４のスピンドル１４ｂの先端を計測対象物に当接させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置と画像解析装置から構成されて、計測対象物を撮像した画像を、前記画像解析装置で解析して、当該計測対象物の変位又はひずみを算出する変位／ひずみ計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先に、本願発明者らは、計測対象の物体を撮像した２枚の画像にデジタル画像相関法を適用して、当該物体のひずみを算出するひずみ計測方法及び装置を発明し、特許出願している（特願２００９−２０４１６４号、以下「先行出願」という）。
【０００３】
先行出願のひずみ計測装置は、計測対象物の表面を撮像する撮像装置と、該撮像装置で撮像された画像を解析して、変位又はひずみを算出する画像解析装置とから構成される。また、撮像装置にはＣＣＤカメラが使用され、画像解析装置には、デジタル画像相関法による解析手法を記述したプログラムをインストールしたコンピュータが使用される。
【０００４】
なお、デジタル画像相関法については、特許文献１ないし特許文献４にも開示されている。
【０００５】
また、特許文献５には、撮像対象面に対して、所定の高さに位置するように調整する位置決め手段が取り付けられた画像検出装置を備える歪みゲージが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０９９０１２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９６２８号公報
【特許文献３】特開２００６−３３０７７２号公報
【特許文献４】特開２００７−０７８６５９号公報
【特許文献５】特開平１１−２３７２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行出願に開示された方法及び装置においては、計測対象を、同じ方向、同じ距離で撮像する必要がある。方向や距離の違いによって生じる画像の変化が、計測対象のひずみとして検出されるからである。また、良好な計測精度を得るためには、撮像手段が常に計測対象に正対するように、つまり、撮像手段の光軸が計測対象の表面に対して垂直になるように位置決めする必要がある。
【０００８】
しかしながら、先行出願のひずみ計測装置は、撮像装置の計測対象に対する相対的な位置や姿勢を一定に保つ手段を欠いていたので、計測対象を、同じ方向、同じ距離で撮像することは難しかった。
【０００９】
また、特許文献５に開示された歪みゲージも、撮像装置の高さを調整する位置決め手段を備えているが、撮像装置の姿勢を調節する手段を欠いていたので、撮像装置が計測対象に正対するように調節することは難しかった。
【００１０】
本発明は、計測対象に対する撮像装置の相対的な位置や姿勢を一定に保つことが容易な、あるいは、計測対象に対する相対的な位置や姿勢を容易に調整できる変位／ひずみ計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の変位／ひずみ計測装置は、撮像装置と画像解析装置から構成されて、前記撮像装置で計測対象物を撮像した画像を前記画像解析装置で解析して、当該計測対象物の変位又はひずみを算出する変位／ひずみ計測装置において、前記撮像装置に取付けられて、前記計測対象物に当接する当接部材を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記当接部材は、１個の固定当接部材と、前記撮像装置の端部に進退自在に取付けられる２個の進退当接部材と、から構成されるようにしても良い。
【００１３】
また、前記進退当接部材は、マイクロメータであって、前記マイクロメータのスピンドルの先端が前記計測対象物に当接するようにしても良い。
【００１４】
また、前記固定当接部材は、前記計測対象物に取付けられた被嵌合部材と嵌合する嵌合部を有するようにしても良い。
【００１５】
また、前記撮像装置の視野内に配置されるとともに、前記撮像装置から見える表面に図形パターンが形成された基準平板と、前記撮像装置に固定されて、前記基準平板を揺動自在に支持する連結部材を備えて、前記連結部材は、前記基準平板を前記撮像装置から前記計測対象物に向かう方向に付勢して前記基準平板を前記計測対象物に押し付ける押圧手段を有するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、計測対象物に当接する当接部材が撮像装置に取付けられているので、計測対象物に対する撮像装置の相対的な位置と姿勢を一定に保つことができる。
【００１７】
また、当接部材を１個の固定当接部材と、撮像装置の端部に進退自在に取付けられる２個の進退当接部材で構成すれば、計測対象物に対する撮像装置の相対的な位置と姿勢を調整して、撮像装置が計測対象物に正対させることができる。
【００１８】
また、基準平板の裏面を計測対象物に当接させて、基準平板の表面を撮像装置で撮像した画像を解析すれば、計測対象物に対する撮像装置の傾きを知ることができる。
【００１９】
以上の効果は、最終的には変位／ひずみ計測の精度向上をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す変位／ひずみ計測装置の概念的な構成図である。
【図２】変位／ひずみ計測装置を構成する撮像装置の構成図である。
【図３】固定当接部材およびマイクロメータの変形例を示す構成図である。
【図４】変位／ひずみ計測装置を構成するコンピュータの概念的な構成図である。
【図５】変位／ひずみ計測プログラムによる処理の概略を示すフローチャートである。
【図６】デジタル画像相関法による変位／ひずみ計測の原理を示す概念図である。
【図７】実験に使用した供試体の外形図である。
【図８】変位／ひずみ計測装置による軸方向ひずみの計測値とひずみゲージによる計測値の関係を示す図である。
【図９】変位／ひずみ計測装置による供試体のポアソン方向ひずみの計測値とひずみゲージによる計測値の関係を示す図である。
【図１０】変位／ひずみ算出装置による軸方向ひずみの計測値のばらつきを示す図である。
【図１１】従来の撮像装置をよって得られた軸方向ひずみの計測値のばらつきを示す図である。
【図１２】撮像装置の変形例を示す構成図であり、（ａ）は一部を断面図示した側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ’線で切断した断面図である。
【図１３】基準平板と連結部材の構成を示す外形図であり、（ａ）及び（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は基準平板の平面図である。
【図１４】基準平板と連結部材の構成を示す斜視図である。
【図１５】基準平板の作用を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示した変位／ひずみ計測装置１は本発明の実施形態の一例であり、撮像装置２とコンピュータ３とから構成されていて、撮像装置２で撮像した計測対象物４の画像をコンピュータ３で解析して、計測対象物４の変位又はひずみを求める装置である。
【００２３】
また、撮像装置２は、図２に示すように、カメラ５と遮光筒６とから構成されている。
【００２４】
カメラ５は、公知のいわゆるデジタルスチルカメラであり、カメラ本体７とテレセントリックレンズ８から構成される。また、カメラ本体７の内部には、ＣＣＤ素子、シャッタ装置、記憶装置、入出力インターフェイス等（いずれも図示せず）を備え、ＣＣＤ素子上に結像する画像を電気信号（＝画像信号）に変換し、記憶装置に記憶させ、あるいは入出力インターフェイスを介して、外部装置（例えばコンピュータ３）に画像信号を出力することができる。
【００２５】
テレセントリックレンズ８は、レンズの後側焦点に開口絞り（図示しない）を備えて、主光線がレンズ光軸に対して平行になるようにした公知のレンズ系である。このため画角が限り無く０度に近く、ディストーション(歪曲収差)が小さく、計測対象物４の寸法や位置を正確に捉える事ができる。また、テレセントリックレンズ８と計測対象物４の距離の大小に関わらず、一定の大きさの画像が得られる。
【００２６】
遮光筒６は、テレセントリックレンズ８と計測対象物４の間にあって、カメラ５に固定されて、テレセントリックレンズ８に入射する外光を遮蔽する円筒である。ここで外光とは、計測対象物４以外からテレセントリックレンズ８に入射する自然光あるいは人工光である。なお、図２では、説明の便宜のために遮光筒６を断面図示している。
【００２７】
また、遮光筒６の内部には、ＬＥＤランプ９を備えて、これを撮像用の照明光源としている。ＬＥＤランプ９の明るさは、照明用電源コントローラ１０によって調整される。
【００２８】
また、ＬＥＤランプ９の前方側（図２において、左側）、つまり計測対象物４側には、拡散板１１を備える。拡散板１１はＬＥＤランプ９の発光を拡散させて、計測対象物４を均等に照明する一種のフィルタであり、本実施形態では、表面をサンドペーパーで荒らして微細な凹凸を付けた透明なアクリル板を複数枚積層した物を使用している。
【００２９】
また、遮光筒６の内部には、赤外線放射温度計１２を備える。赤外線放射温度計１２は、計測対象物４の表面温度を非接触で計測する公知の温度計測手段であり、図示しない入出力インターフェイスを備えて、計測結果を外部装置（例えばコンピュータ３）に出力することができる。
【００３０】
さて、遮光筒６の計測対象物４側の端部には、１個の固定当接部材１３と、２個のマイクロメータ１４があって、計測対象物４に向かって突出している。
【００３１】
固定当接部材１３は計測対象物４に当接して、撮像装置２を計測対象物４に対して位置決めする部材である。固定当接部材１３の遮光筒６の端部からの突出高さは、固定当接部材１３を計測対象物４に当接すると、テレセントリックレンズ８の焦点が合う（カメラ本体７の内部のＣＣＤ素子上に像を結ぶ）ように選ばれる。つまり、カメラ５と計測対象物４の間が正規の距離になるような寸法が選ばれる。
【００３２】
マイクロメータ１４は、遮光筒６に固定される固定部１４ａと、固定部１４ａに螺合するスピンドル１４ｂからなる進退当接部材であり、スピンドル１４ｂを回転させるとスピンドル１４ｂは固定部１４ａに対して進退する。スピンドル１４ｂの進退長さは回転角度に比べて小さいから、スピンドル１４ｂを回転させて、スピンドル１４ｂの固定部１４ａに対する進退長さを微調整できる。
【００３３】
計測対象物４の表面の変形や凹凸が無視できる程度に小さい場合、つまり計測対象物４の表面が十分に平坦な場合は、固定当接部材１３と２本のスピンドル１４ｂの遮光筒６端部からの突出高さを等しくして、固定当接部材１３と２本のスピンドル１４ｂを計測対象物４に当接させれば、撮像装置２は計測対象物４に正対する。つまりカメラ５（テレセントリックレンズ８）の光軸は計測対象物４の表面に対して垂直になる。
【００３４】
計測対象物４の表面が平坦ではない場合は、マイクロメータ１４のスピンドル１４ｂを回転させて、スピンドル１４ｂの遮光筒６端部からの突出高さ（スピンドル１４ｂの固定部１４ａに対する進退長）を調整して、撮像装置２が計測対象物４に正対するように、つまりカメラ５（テレセントリックレンズ８）の光軸が計測対象物４の表面に対して垂直になるように、撮像装置２の姿勢を調整することができる。
【００３５】
なお、固定当接部材１３およびマイクロメータ１４は、図３に示すように構成されてもよい。すなわち、固定当接部材１３の先端に嵌合部１３ａを形成して、嵌合部１３ａを計測対象物４の表面に固定された被嵌合部材１５に嵌合する。また計測対象物４の表面に位置決め部材１６を固定して、マイクロメータ１４のスピンドル１４ｂの先端側面を位置決め部材１６の側面に当接させるようにしてもよい。
【００３６】
このように、計測対象物４の表面に被嵌合部材１５と位置決め部材１６を固定して、固定当接部材１３とマイクロメータ１４のスピンドル１４ｂをこれらに嵌合・当接させることによって、計測対象物４に対する撮像装置２の相対位置の再現性が向上する。つまり計測対象物４の特定の部位を繰り返し撮像することが容易になる。
【００３７】
コンピュータ３は、例えば、図４に示すように構成される。すなわち、中央処理装置３ａ、記憶装置３ｂ、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３ｃ、キーボード３ｄ、モニタ３ｅ等を備える。また、コンピュータ３はキーボード３ｄによって操作されて、記憶装置３ｂに記録されたプログラムを中央処理装置３ａが実行する。また、中央処理装置３ａは、該プログラムにしたがって、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３ｃを介して撮像装置１からデータを読み出し、所定の処理を行って、その結果をモニタ３ｅに表示し、記憶装置３ｂに記録する。また、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３ｃを介して、当該処理の結果を図示しないプリンタに出力することができる。あるいは、当該処理の結果を図示しない他のコンピュータに送信することができる。
【００３８】
コンピュータ３の記憶装置３ｂには、デジタル画像相関法による変位／ひずみ算出の手順を記述したプログラムが記録される。中央処理装置３ａは該プログラムに従って、おおよそ、図５に示すような処理を実行する。すなわち、まず、被測定物（計測対象物４）に荷重を加える前に、該被測定物の特定の部位を撮像装置２で撮像して、初期画像Ｐ１を取得し、記憶装置３ｂに記憶する（ステップＳ１）。
【００３９】
次に、該被測定物に荷重を加えて、前記特定の部位を撮像装置２で再度撮像して、事後画像Ｐ２を取得し、記憶装置３ｂに記憶する（ステップＳ２）。
【００４０】
次に、初期画像Ｐ１上の異なる２点ＡおよびＢを選び、点Ａ及びＢをそれぞれ包含する微小領域ａ及びｂの画像（図６参照）を抽出する（ステップＳ３）。
【００４１】
次に、微小領域ａ及びｂの画像と事後画像Ｐ２の間にデジタル画像相関法を適用して、微小領域ａとの相関性が最大になる微小領域ａ’、及び微小領域ｂとの相関性が最大になる微小領域ｂ’を事後画像Ｐ２から抽出する（ステップＳ４）。なお、デジタル画像相関法の詳細については、先行出願及び特許文献１ないし特許文献４に開示されているので、説明を省略する。
【００４２】
次に、微小領域ａ’に対する相対位置が、微小領域ａに対する点Ａの相対位置と等しくなるような、微小領域ａ’内の点Ａ’を決定する。同様に微小領域ｂ’に対する相対位置が、微小領域ｂに対する相対位置と等しくなるような、微小領域点ｂ’内の点Ｂ’を決定する（ステップＳ５）。なお、図６に示した例では、点Ａ及びＢがそれぞれ微小領域ａ及びｂの中心位置するように微小領域ａ及びｂを定めているので、微小領域ａ’及び微小領域ｂ’の中心が点Ａ’及びＢ’になる。
【００４３】
次に、線分ＡＢの長さｌ及び線分Ａ’およびＢ’の長さｌ’を算出する（ステップＳ６）。
【００４４】
最後に、ｌ及びｌ’の値を次式に代入して、変位ｄ及びひずみεを求める（ステップＳ７）。
【００４５】
ｄ＝ｌ−ｌ’，ε＝ｄ／ｌ
【００４６】
［実施例］
この変位／ひずみ計測装置１を使用して、ひずみを計測する実験を行なったので、その計測結果を従来技術よる計測結果と比較して示す。
【００４７】
実験に使用した供試体１７は、図７に示すような幅１５０ｍｍ高さ１５０ｍｍ長さ５３０ｍｍのＨ型鋼であり、全体を赤茶色の防錆塗料で塗装し、計測対象部位１７ａに白色の塗料をスプレーして、直径０．１ｍｍないし１．０ｍｍ（平均０．２ｍｍ）程度の不規則な水玉模様を形成している。
【００４８】
計測対象部位１７ａは、おおよそ２０ｍｍ角の矩形の領域であり、撮像装置２でこの計測対象部位１７ａを撮像して、６００万（３０００×２０００）画素からなる初期画像Ｐ１及び事後画像Ｐ２を取得した。
【００４９】
計測対象部位１７ａの周縁には４枚のひずみゲージ１７ｂを貼付して、ひずみゲージ１７ｂによる計測値と変位／ひずみ計測装置１による計測値を比較した。
【００５０】
また、供試体１７の長さ方向の１軸圧縮荷重を加えて、荷重の大きさを変えながら、ひずみを算出した。なお、以下では荷重方向（つまり、供試体１７の長さ方向）のひずみを「軸方向ひずみ」といい、荷重方向に直交する方向に生じるひずみを「ポアソン方向ひずみ」と呼ぶ。
【００５１】
供試体１７の軸方向ひずみを変位／ひずみ計測装置１を使って計測した結果を縦軸に取り、ひずみゲージ１７ｂを使って計測した結果を横軸に取って、プロットすると図８のような図が得られる。変位／ひずみ計測装置１の計測値とひずみゲージ１７ｂによる計測値が等しい場合に、計測結果は図中の破線で示した対角線上にプロットされる訳だが、図８によれば計測結果は該対角線の近くに並んでいる。つまり両者は良く一致している。
【００５２】
図８と同様にして、変位／ひずみ計測装置１によるポアソン方向ひずみの計測結果をひずみゲージ１７ｂによる計測結果と比較して示すと図９のようになる。ポアソン方向ひずみについても、変位／ひずみ計測装置１の計測値とひずみゲージ１７ｂによる計測値は良く一致している。
【００５３】
なお、ポアソン方向ひずみは軸方向ひずみに比べて小さいので、一般的にデジタル画像相関法による計測は難しい。つまりデジタル画像相関法によるポアソン方向ひずみの計測精度は悪いが、変位／ひずみ計測装置１では、軸方向ひずみの場合と同程度の良い結果が出ていることが解る。
【００５４】
変位／ひずみ計測装置１による供試体１７の軸方向ひずみ計測を複数回行って、その結果を図８と同様に纏めると図１０のようになる。最大値と最小値の差が小さい、つまり計測値のばらつきが小さい事が解る。
【００５５】
一方、従来の、つまり非テレセントリックレンズを備える撮像装置を使って供試体１７を撮像した画像にデジタル画像相関法を適用して、軸方向ひずみを複数回計測した結果を、ひずみゲージ１７ｂによる計測結果と比較すると、図１１のようになる。非テレセントリックレンズを備える撮像装置による計測値は、ひずみゲージによる計測値から大きく乖離し、ばらつきも大きいことが解る。つまり、図１０と図１１を比較すれば、テレセントリックレンズ８を備える撮像装置２を備える変位／ひずみ計測装置１によれば、従来の装置に比べて、精度の高い計測を行えることが理解できる。
【００５６】
なお、撮像装置２に備えた赤外線放射温度計１２は温度差に起因する成分を計測値から控除するために使用される。例えば、初期画像Ｐ１を撮像した時の供試体１７の温度Ｔ１と、事後画像Ｐ２を撮像した時の供試体１７の温度Ｔ２を、赤外線放射温度計１０で計測し、温度差ｄＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）に供試体１７の線膨張係数を乗じたものを計測値から減じて、温度差に起因する成分を控除する。
【００５７】
［変形例］
さて、以上説明したような構成に加えて、さらに、図１２に示すように、撮像装置２の遮光筒６の先端に基準平板１８と連結部材１９を取付ければ、撮像装置２の計測対象物４に対する相対的な位置や姿勢を容易に調整することができる。以下、この撮像装置２の変形例の構成と作用を説明する。
【００５８】
さて、図１２（ａ）は撮像装置２の側面図であり、図１２（ｂ）は撮像装置２を図１２（ａ）のＡＡ’線で切断した断面図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、撮像装置２の遮光筒６の先端には。２個の基準平板１８が連結部材１９を介してそれぞれ取付けられている。また、図１２（ｂ）から明らかなように、２個の基準平板１８の一方は、その長手方向がＸ軸に平行になるように配置され、２個の基準平板１８の他方はＹ軸に平行になるように配置されている。また、２個の基準平板１８は、撮像装置２の視野（撮像範囲）に配置されている。また、基準平板１８は連結部材１９に軸支されて、揺動軸Ｐ回りに自在に揺動する。
【００５９】
また、基準平板１８と連結部材１９は図１３及び図１４に示すように構成されている。すなわち、連結部材１９は、固定片２０と可動片２１からなり、固定片２０は遮光筒６に固定される。可動片２１はロッド２２、２３を備えて、ロッド２２、２３は固定片２０に対して自在に摺動するので、可動片２１はＺ軸方向に自在に移動できる。また、固定片２０と可動片２１の間にはコイルばね２４が架け渡されて、可動片２１を遮光筒６（撮像装置２）から計測対象物４に向かう方向に付勢している。そのため、図１３（ｂ）に示すように、可動片２１を上方に押し上げると、コイルばね２４は可動片２１を下方（計測対象物４に向かう方向）に押し戻す方向に働く。また、基準平板１８はロッド２２の先端にボルト２５を介して軸支されて、揺動軸Ｐ回りに自在に揺動する。
【００６０】
又、図１３（ｃ）は、基準平板１８を図１３（ａ）のＡ方向から見た図、言い換えれば撮像装置２から見た平面図である。図１３（ｃ）に示すように、基準平板１８の撮像装置２から見える平面にはランダムなモザイク状の図形パターンが形成されている。
【００６１】
このように構成されているので、撮像装置２を計測対象物４に載置すると、基準平板１８は計測対象物に当接して、計測対象物４に倣って傾く。計測対象物４が撮像装置２に対して相対的に傾いている場合、基準平板４は計測対象物４と同じだけ傾く。したがって、基準平板１８の傾きが分かれば、計測対象物４の傾きが分かる。
【００６２】
さて、前述したように、基準平板１８の撮像装置２側の表面にはモザイク状の図形パターン（図１３（ｃ）参照）が形成されているので、撮像装置２で基準平板１８を撮像した画像にデジタル画像相関法を適用することができる。
【００６３】
ここで、基準平板１８上に固定された線分を仮想する。撮像装置２から該線分を見たときの「見かけの長さ」は、基準平板１８が撮像装置２に対して相対的に傾くと変化する。したがって、撮像装置２で基準平板１８を撮像した画像にデジタル画像相関法を適用して、該線分の「見かけの長さ」の変化を知れば、基準平板１８の撮像装置２に対する相対的な傾斜角を知ることができる。つまり計測対象物４の撮像装置２に対する相対的な傾斜角を知ることができる。
【００６４】
例えば、図１５に示すように、撮像装置が計測対象物に対して正立している、つまり撮像装置２の光軸が計測対象物４の表面に対して垂直になるように位置決めした状態（図１５（ａ））で、撮像装置で基準平板を撮像した画像（以下「基準画像」という）と、撮像装置２が計測対象物４に対して正立の位置から角度θだけ傾斜した状態（図１５（ｂ））で、撮像装置で基準平板を撮像した画像（以下「傾斜画像」という）を考える。また、基準平板１８に固定された線分ＡＢを仮想して、基準画像と傾斜画像にデジタル画像相関法を適用すれば、線分ＡＢの「見かけの長さ」がＬからＬ’に変化したこと知ることができる。
【００６５】
図１５（ｃ）に示すように、見かけの長さＬ，Ｌ’と角度θの間には次式の関係があるから、見かけの長さＬ，Ｌ’が分かれば角度θの大きさを知ることができる。
【００６６】
ｃｏｓθ＝Ｌ’／Ｌ
【００６７】
また、図１２に示したように、撮像装置２はＸ軸及びＹ軸に平行に配置された２枚の基準平板１８を備えているので、計測対象物４の撮像装置２に対するＸ軸およびＹ軸回りの相対的な傾斜角を知ることができる。
【００６８】
このようにして得られた計測対象物４の撮像装置２に対する傾斜角は、撮像装置２の姿勢の補正に利用することができる。
【００６９】
なお、以上説明した実施形態は本発明の具体的な実施形態の例示であって、本発明の技術的範囲は上記実施形態に示された装置方法に限定されない。本発明は特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲において、自由に変形、応用、あるいは改良して実施することができる。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、照明手段の光源としてＬＥＤランプ９を使用する例を示したが、本発明の照明手段の光源はＬＥＤランプには限定されない。公知のあるいは将来出現する各種の光源を自由に選択して、本発明を実施することが出来る。
【００７１】
また、上記実施形態では、拡散板１１の具体例として、表面をサンドペーパーで荒らして微細な凹凸を付けた透明なアクリル板を複数枚積層した物を示したが、本発明の拡散板はかかる部材には限定されない。本発明の拡散板は照明手段の光源が発する光を透過させ、拡散板を透過した光の方向をランダムに変えて、計測対象物をまんべんなく照明できれば十分であり、その素材や形状あるいは機械的構成は自由に選択することができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、進退当接部材の具体例として、マイクロメータ１４を示したが、本発明の進退当接部材はマイクロメータには限定されない。本発明の進退当接部材は遮光筒に固定される固定部と、該固定部に進退自在に取付けられた当接部を備えて、該当接部の端部が計測対象物に当接するよう構成されていれば十分であり、その素材や形状あるいは機械的構成は自由に選択することができる。
【００７３】
また、上記実施形態では、画像解析装置の具体例として、デジタル画像相関法による解析手法を記述したプログラムをインストールしたコンピュータ３を示したが、本発明の画像解析装置はこのようなコンピュータには限定されない。例えば、該プログラムの全部又は一部をハードウェアに置き換えて画像解析装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１ 変位／ひずみ計測装置
２ 撮像装置
３ コンピュータ
４ 計測対象物
５ カメラ
６ 遮光筒
７ カメラ本体
８ テレセントリックレンズ
９ ＬＥＤランプ
１０ 照明用電源コントローラ
１１ 拡散板
１２ 赤外線放射温度計
１３ 固定当接部材
１４ マイクロメータ
１５ 被嵌合部材
１６ 位置決め部材
１７ 供試体
１８ 基準平板
１９ 連結部材
２０ 固定片
２１ 可動片
２２ ロッド
２３ ロッド
２４ コイルばね
２５ ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置と画像解析装置から構成されて、計測対象物を撮像した画像を、前記画像解析装置で解析して、当該計測対象物の変位又はひずみを算出する変位／ひずみ計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先に、本願発明者らは、計測対象の物体を撮像した２枚の画像にデジタル画像相関法を適用して、当該物体のひずみを算出するひずみ計測方法及び装置を発明し、特許出願している（特願２００９−２０４１６４号、以下「先行出願」という）。
【０００３】
先行出願のひずみ計測装置は、計測対象物の表面を撮像する撮像装置と、該撮像装置で撮像された画像を解析して、変位又はひずみを算出する画像解析装置とから構成される。また、撮像装置にはＣＣＤカメラが使用され、画像解析装置には、デジタル画像相関法による解析手法を記述したプログラムをインストールしたコンピュータが使用される。
【０００４】
なお、デジタル画像相関法については、特許文献１ないし特許文献４にも開示されている。
【０００５】
また、特許文献５には、撮像対象面に対して、所定の高さに位置するように調整する位置決め手段が取り付けられた画像検出装置を備える歪みゲージが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０９９０１２号公報
【特許文献２】特開２００６−３２９６２８号公報
【特許文献３】特開２００６−３３０７７２号公報
【特許文献４】特開２００７−０７８６５９号公報
【特許文献５】特開平１１−２３７２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行出願に開示された方法及び装置においては、計測対象を、同じ方向、同じ距離で撮像する必要がある。方向や距離の違いによって生じる画像の変化が、計測対象のひずみとして検出されるからである。また、良好な計測精度を得るためには、撮像手段が常に計測対象に正対するように、つまり、撮像手段の光軸が計測対象の表面に対して垂直になるように位置決めする必要がある。
【０００８】
しかしながら、先行出願のひずみ計測装置は、撮像装置の計測対象に対する相対的な位置や姿勢を一定に保つ手段を欠いていたので、計測対象を、同じ方向、同じ距離で撮像することは難しかった。
【０００９】
また、特許文献５に開示された歪みゲージも、撮像装置の高さを調整する位置決め手段を備えているが、撮像装置の姿勢を調節する手段を欠いていたので、撮像装置が計測対象に正対するように調節することは難しかった。
【００１０】
本発明は、計測対象に対する撮像装置の相対的な位置や姿勢を一定に保つことが容易な、あるいは、計測対象に対する相対的な位置や姿勢を容易に調整できる変位／ひずみ計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の変位／ひずみ計測装置は、撮像装置と画像解析装置から構成されて、前記撮像装置で計測対象物を撮像した画像を前記画像解析装置で解析して、当該計測対象物の変位又はひずみを算出する変位／ひずみ計測装置において、前記撮像装置に取付けられて、前記計測対象物に当接する当接部材を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記当接部材は、１個の固定当接部材と、前記撮像装置の端部に進退自在に取付けられる２個の進退当接部材と、から構成されるようにしても良い。
【００１３】
また、前記進退当接部材は、マイクロメータであって、前記マイクロメータのスピンドルの先端が前記計測対象物に当接するようにしても良い。
【００１４】
また、前記固定当接部材は、前記計測対象物に取付けられた被嵌合部材と嵌合する嵌合部を有するようにしても良い。
【００１５】
また、前記撮像装置の視野内に配置されるとともに、前記撮像装置から見える表面に図形パターンが形成された基準平板と、前記撮像装置に固定されて、前記基準平板を揺動自在に支持する連結部材を備えて、前記連結部材は、前記基準平板を前記撮像装置から前記計測対象物に向かう方向に付勢して前記基準平板を前記計測対象物に押し付ける押圧手段を有するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、計測対象物に当接する当接部材が撮像装置に取付けられているので、計測対象物に対する撮像装置の相対的な位置と姿勢を一定に保つことができる。
【００１７】
また、当接部材を１個の固定当接部材と、撮像装置の端部に進退自在に取付けられる２個の進退当接部材で構成すれば、計測対象物に対する撮像装置の相対的な位置と姿勢を調整して、撮像装置が計測対象物に正対させることができる。
【００１８】
また、基準平板の裏面を計測対象物に当接させて、基準平板の表面を撮像装置で撮像した画像を解析すれば、計測対象物に対する撮像装置の傾きを知ることができる。
【００１９】
以上の効果は、最終的には変位／ひずみ計測の精度向上をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す変位／ひずみ計測装置の概念的な構成図である。
【図２】変位／ひずみ計測装置を構成する撮像装置の構成図である。
【図３】固定当接部材およびマイクロメータの変形例を示す構成図である。
【図４】変位／ひずみ計測装置を構成するコンピュータの概念的な構成図である。
【図５】変位／ひずみ計測プログラムによる処理の概略を示すフローチャートである。
【図６】デジタル画像相関法による変位／ひずみ計測の原理を示す概念図である。
【図７】実験に使用した供試体の外形図である。
【図８】変位／ひずみ計測装置による軸方向ひずみの計測値とひずみゲージによる計測値の関係を示す図である。
【図９】変位／ひずみ計測装置による供試体のポアソン方向ひずみの計測値とひずみゲージによる計測値の関係を示す図である。
【図１０】変位／ひずみ算出装置による軸方向ひずみの計測値のばらつきを示す図である。
【図１１】従来の撮像装置をよって得られた軸方向ひずみの計測値のばらつきを示す図である。
【図１２】撮像装置の変形例を示す構成図であり、（ａ）は一部を断面図示した側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ’線で切断した断面図である。
【図１３】基準平板と連結部材の構成を示す外形図であり、（ａ）及び（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は基準平板の平面図である。
【図１４】基準平板と連結部材の構成を示す斜視図である。
【図１５】基準平板の作用を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示した変位／ひずみ計測装置１は本発明の実施形態の一例であり、撮像装置２とコンピュータ３とから構成されていて、撮像装置２で撮像した計測対象物４の画像をコンピュータ３で解析して、計測対象物４の変位又はひずみを求める装置である。
【００２３】
また、撮像装置２は、図２に示すように、カメラ５と遮光筒６とから構成されている。
【００２４】
カメラ５は、公知のいわゆるデジタルスチルカメラであり、カメラ本体７とテレセントリックレンズ８から構成される。また、カメラ本体７の内部には、ＣＣＤ素子、シャッタ装置、記憶装置、入出力インターフェイス等（いずれも図示せず）を備え、ＣＣＤ素子上に結像する画像を電気信号（＝画像信号）に変換し、記憶装置に記憶させ、あるいは入出力インターフェイスを介して、外部装置（例えばコンピュータ３）に画像信号を出力することができる。
【００２５】
テレセントリックレンズ８は、レンズの後側焦点に開口絞り（図示しない）を備えて、主光線がレンズ光軸に対して平行になるようにした公知のレンズ系である。このため画角が限り無く０度に近く、ディストーション(歪曲収差)が小さく、計測対象物４の寸法や位置を正確に捉える事ができる。また、テレセントリックレンズ８と計測対象物４の距離の大小に関わらず、一定の大きさの画像が得られる。
【００２６】
遮光筒６は、テレセントリックレンズ８と計測対象物４の間にあって、カメラ５に固定されて、テレセントリックレンズ８に入射する外光を遮蔽する円筒である。ここで外光とは、計測対象物４以外からテレセントリックレンズ８に入射する自然光あるいは人工光である。なお、図２では、説明の便宜のために遮光筒６を断面図示している。
【００２７】
また、遮光筒６の内部には、ＬＥＤランプ９を備えて、これを撮像用の照明光源としている。ＬＥＤランプ９の明るさは、照明用電源コントローラ１０によって調整される。
【００２８】
また、ＬＥＤランプ９の前方側（図２において、左側）、つまり計測対象物４側には、拡散板１１を備える。拡散板１１はＬＥＤランプ９の発光を拡散させて、計測対象物４を均等に照明する一種のフィルタであり、本実施形態では、表面をサンドペーパーで荒らして微細な凹凸を付けた透明なアクリル板を複数枚積層した物を使用している。
【００２９】
また、遮光筒６の内部には、赤外線放射温度計１２を備える。赤外線放射温度計１２は、計測対象物４の表面温度を非接触で計測する公知の温度計測手段であり、図示しない入出力インターフェイスを備えて、計測結果を外部装置（例えばコンピュータ３）に出力することができる。
【００３０】
さて、遮光筒６の計測対象物４側の端部には、１個の固定当接部材１３と、２個のマイクロメータ１４があって、計測対象物４に向かって突出している。
【００３１】
固定当接部材１３は計測対象物４に当接して、撮像装置２を計測対象物４に対して位置決めする部材である。固定当接部材１３の遮光筒６の端部からの突出高さは、固定当接部材１３を計測対象物４に当接すると、テレセントリックレンズ８の焦点が合う（カメラ本体７の内部のＣＣＤ素子上に像を結ぶ）ように選ばれる。つまり、カメラ５と計測対象物４の間が正規の距離になるような寸法が選ばれる。
【００３２】
マイクロメータ１４は、遮光筒６に固定される固定部１４ａと、固定部１４ａに螺合するスピンドル１４ｂからなる進退当接部材であり、スピンドル１４ｂを回転させるとスピンドル１４ｂは固定部１４ａに対して進退する。スピンドル１４ｂの進退長さは回転角度に比べて小さいから、スピンドル１４ｂを回転させて、スピンドル１４ｂの固定部１４ａに対する進退長さを微調整できる。
【００３３】
計測対象物４の表面の変形や凹凸が無視できる程度に小さい場合、つまり計測対象物４の表面が十分に平坦な場合は、固定当接部材１３と２本のスピンドル１４ｂの遮光筒６端部からの突出高さを等しくして、固定当接部材１３と２本のスピンドル１４ｂを計測対象物４に当接させれば、撮像装置２は計測対象物４に正対する。つまりカメラ５（テレセントリックレンズ８）の光軸は計測対象物４の表面に対して垂直になる。
【００３４】
計測対象物４の表面が平坦ではない場合は、マイクロメータ１４のスピンドル１４ｂを回転させて、スピンドル１４ｂの遮光筒６端部からの突出高さ（スピンドル１４ｂの固定部１４ａに対する進退長）を調整して、撮像装置２が計測対象物４に正対するように、つまりカメラ５（テレセントリックレンズ８）の光軸が計測対象物４の表面に対して垂直になるように、撮像装置２の姿勢を調整することができる。
【００３５】
なお、固定当接部材１３およびマイクロメータ１４は、図３に示すように構成されてもよい。すなわち、固定当接部材１３の先端に嵌合部１３ａを形成して、嵌合部１３ａを計測対象物４の表面に固定された被嵌合部材１５に嵌合する。また計測対象物４の表面に位置決め部材１６を固定して、マイクロメータ１４のスピンドル１４ｂの先端側面を位置決め部材１６の側面に当接させるようにしてもよい。
【００３６】
このように、計測対象物４の表面に被嵌合部材１５と位置決め部材１６を固定して、固定当接部材１３とマイクロメータ１４のスピンドル１４ｂをこれらに嵌合・当接させることによって、計測対象物４に対する撮像装置２の相対位置の再現性が向上する。つまり計測対象物４の特定の部位を繰り返し撮像することが容易になる。
【００３７】
コンピュータ３は、例えば、図４に示すように構成される。すなわち、中央処理装置３ａ、記憶装置３ｂ、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３ｃ、キーボード３ｄ、モニタ３ｅ等を備える。また、コンピュータ３はキーボード３ｄによって操作されて、記憶装置３ｂに記録されたプログラムを中央処理装置３ａが実行する。また、中央処理装置３ａは、該プログラムにしたがって、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３ｃを介して撮像装置１からデータを読み出し、所定の処理を行って、その結果をモニタ３ｅに表示し、記憶装置３ｂに記録する。また、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３ｃを介して、当該処理の結果を図示しないプリンタに出力することができる。あるいは、当該処理の結果を図示しない他のコンピュータに送信することができる。
【００３８】
コンピュータ３の記憶装置３ｂには、デジタル画像相関法による変位／ひずみ算出の手順を記述したプログラムが記録される。中央処理装置３ａは該プログラムに従って、おおよそ、図５に示すような処理を実行する。すなわち、まず、被測定物（計測対象物４）に荷重を加える前に、該被測定物の特定の部位を撮像装置２で撮像して、初期画像Ｐ１を取得し、記憶装置３ｂに記憶する（ステップＳ１）。
【００３９】
次に、該被測定物に荷重を加えて、前記特定の部位を撮像装置２で再度撮像して、事後画像Ｐ２を取得し、記憶装置３ｂに記憶する（ステップＳ２）。
【００４０】
次に、初期画像Ｐ１上の異なる２点ＡおよびＢを選び、点Ａ及びＢをそれぞれ包含する微小領域ａ及びｂの画像（図６参照）を抽出する（ステップＳ３）。
【００４１】
次に、微小領域ａ及びｂの画像と事後画像Ｐ２の間にデジタル画像相関法を適用して、微小領域ａとの相関性が最大になる微小領域ａ’、及び微小領域ｂとの相関性が最大になる微小領域ｂ’を事後画像Ｐ２から抽出する（ステップＳ４）。なお、デジタル画像相関法の詳細については、先行出願及び特許文献１ないし特許文献４に開示されているので、説明を省略する。
【００４２】
次に、微小領域ａ’に対する相対位置が、微小領域ａに対する点Ａの相対位置と等しくなるような、微小領域ａ’内の点Ａ’を決定する。同様に微小領域ｂ’に対する相対位置が、微小領域ｂに対する相対位置と等しくなるような、微小領域点ｂ’内の点Ｂ’を決定する（ステップＳ５）。なお、図６に示した例では、点Ａ及びＢがそれぞれ微小領域ａ及びｂの中心位置するように微小領域ａ及びｂを定めているので、微小領域ａ’及び微小領域ｂ’の中心が点Ａ’及びＢ’になる。
【００４３】
次に、線分ＡＢの長さｌ及び線分Ａ’およびＢ’の長さｌ’を算出する（ステップＳ６）。
【００４４】
最後に、ｌ及びｌ’の値を次式に代入して、変位ｄ及びひずみεを求める（ステップＳ７）。
【００４５】
ｄ＝ｌ−ｌ’，ε＝ｄ／ｌ
【００４６】
［実施例］
この変位／ひずみ計測装置１を使用して、ひずみを計測する実験を行なったので、その計測結果を従来技術よる計測結果と比較して示す。
【００４７】
実験に使用した供試体１７は、図７に示すような幅１５０ｍｍ高さ１５０ｍｍ長さ５３０ｍｍのＨ型鋼であり、全体を赤茶色の防錆塗料で塗装し、計測対象部位１７ａに白色の塗料をスプレーして、直径０．１ｍｍないし１．０ｍｍ（平均０．２ｍｍ）程度の不規則な水玉模様を形成している。
【００４８】
計測対象部位１７ａは、おおよそ２０ｍｍ角の矩形の領域であり、撮像装置２でこの計測対象部位１７ａを撮像して、６００万（３０００×２０００）画素からなる初期画像Ｐ１及び事後画像Ｐ２を取得した。
【００４９】
計測対象部位１７ａの周縁には４枚のひずみゲージ１７ｂを貼付して、ひずみゲージ１７ｂによる計測値と変位／ひずみ計測装置１による計測値を比較した。
【００５０】
また、供試体１７の長さ方向の１軸圧縮荷重を加えて、荷重の大きさを変えながら、ひずみを算出した。なお、以下では荷重方向（つまり、供試体１７の長さ方向）のひずみを「軸方向ひずみ」といい、荷重方向に直交する方向に生じるひずみを「ポアソン方向ひずみ」と呼ぶ。
【００５１】
供試体１７の軸方向ひずみを変位／ひずみ計測装置１を使って計測した結果を縦軸に取り、ひずみゲージ１７ｂを使って計測した結果を横軸に取って、プロットすると図８のような図が得られる。変位／ひずみ計測装置１の計測値とひずみゲージ１７ｂによる計測値が等しい場合に、計測結果は図中の破線で示した対角線上にプロットされる訳だが、図８によれば計測結果は該対角線の近くに並んでいる。つまり両者は良く一致している。
【００５２】
図８と同様にして、変位／ひずみ計測装置１によるポアソン方向ひずみの計測結果をひずみゲージ１７ｂによる計測結果と比較して示すと図９のようになる。ポアソン方向ひずみについても、変位／ひずみ計測装置１の計測値とひずみゲージ１７ｂによる計測値は良く一致している。
【００５３】
なお、ポアソン方向ひずみは軸方向ひずみに比べて小さいので、一般的にデジタル画像相関法による計測は難しい。つまりデジタル画像相関法によるポアソン方向ひずみの計測精度は悪いが、変位／ひずみ計測装置１では、軸方向ひずみの場合と同程度の良い結果が出ていることが解る。
【００５４】
変位／ひずみ計測装置１による供試体１７の軸方向ひずみ計測を複数回行って、その結果を図８と同様に纏めると図１０のようになる。最大値と最小値の差が小さい、つまり計測値のばらつきが小さい事が解る。
【００５５】
一方、従来の、つまり非テレセントリックレンズを備える撮像装置を使って供試体１７を撮像した画像にデジタル画像相関法を適用して、軸方向ひずみを複数回計測した結果を、ひずみゲージ１７ｂによる計測結果と比較すると、図１１のようになる。非テレセントリックレンズを備える撮像装置による計測値は、ひずみゲージによる計測値から大きく乖離し、ばらつきも大きいことが解る。つまり、図１０と図１１を比較すれば、テレセントリックレンズ８を備える撮像装置２を備える変位／ひずみ計測装置１によれば、従来の装置に比べて、精度の高い計測を行えることが理解できる。
【００５６】
なお、撮像装置２に備えた赤外線放射温度計１２は温度差に起因する成分を計測値から控除するために使用される。例えば、初期画像Ｐ１を撮像した時の供試体１７の温度Ｔ１と、事後画像Ｐ２を撮像した時の供試体１７の温度Ｔ２を、赤外線放射温度計１０で計測し、温度差ｄＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）に供試体１７の線膨張係数を乗じたものを計測値から減じて、温度差に起因する成分を控除する。
【００５７】
［変形例］
さて、以上説明したような構成に加えて、さらに、図１２に示すように、撮像装置２の遮光筒６の先端に基準平板１８と連結部材１９を取付ければ、撮像装置２の計測対象物４に対する相対的な位置や姿勢を容易に調整することができる。以下、この撮像装置２の変形例の構成と作用を説明する。
【００５８】
さて、図１２（ａ）は撮像装置２の側面図であり、図１２（ｂ）は撮像装置２を図１２（ａ）のＡＡ’線で切断した断面図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、撮像装置２の遮光筒６の先端には。２個の基準平板１８が連結部材１９を介してそれぞれ取付けられている。また、図１２（ｂ）から明らかなように、２個の基準平板１８の一方は、その長手方向がＸ軸に平行になるように配置され、２個の基準平板１８の他方はＹ軸に平行になるように配置されている。また、２個の基準平板１８は、撮像装置２の視野（撮像範囲）に配置されている。また、基準平板１８は連結部材１９に軸支されて、揺動軸Ｐ回りに自在に揺動する。
【００５９】
また、基準平板１８と連結部材１９は図１３及び図１４に示すように構成されている。すなわち、連結部材１９は、固定片２０と可動片２１からなり、固定片２０は遮光筒６に固定される。可動片２１はロッド２２、２３を備えて、ロッド２２、２３は固定片２０に対して自在に摺動するので、可動片２１はＺ軸方向に自在に移動できる。また、固定片２０と可動片２１の間にはコイルばね２４が架け渡されて、可動片２１を遮光筒６（撮像装置２）から計測対象物４に向かう方向に付勢している。そのため、図１３（ｂ）に示すように、可動片２１を上方に押し上げると、コイルばね２４は可動片２１を下方（計測対象物４に向かう方向）に押し戻す方向に働く。また、基準平板１８はロッド２２の先端にボルト２５を介して軸支されて、揺動軸Ｐ回りに自在に揺動する。
【００６０】
又、図１３（ｃ）は、基準平板１８を図１３（ａ）のＡ方向から見た図、言い換えれば撮像装置２から見た平面図である。図１３（ｃ）に示すように、基準平板１８の撮像装置２から見える平面にはランダムなモザイク状の図形パターンが形成されている。
【００６１】
このように構成されているので、撮像装置２を計測対象物４に載置すると、基準平板１８は計測対象物に当接して、計測対象物４に倣って傾く。計測対象物４が撮像装置２に対して相対的に傾いている場合、基準平板４は計測対象物４と同じだけ傾く。したがって、基準平板１８の傾きが分かれば、計測対象物４の傾きが分かる。
【００６２】
さて、前述したように、基準平板１８の撮像装置２側の表面にはモザイク状の図形パターン（図１３（ｃ）参照）が形成されているので、撮像装置２で基準平板１８を撮像した画像にデジタル画像相関法を適用することができる。
【００６３】
ここで、基準平板１８上に固定された線分を仮想する。撮像装置２から該線分を見たときの「見かけの長さ」は、基準平板１８が撮像装置２に対して相対的に傾くと変化する。したがって、撮像装置２で基準平板１８を撮像した画像にデジタル画像相関法を適用して、該線分の「見かけの長さ」の変化を知れば、基準平板１８の撮像装置２に対する相対的な傾斜角を知ることができる。つまり計測対象物４の撮像装置２に対する相対的な傾斜角を知ることができる。
【００６４】
例えば、図１５に示すように、撮像装置が計測対象物に対して正立している、つまり撮像装置２の光軸が計測対象物４の表面に対して垂直になるように位置決めした状態（図１５（ａ））で、撮像装置で基準平板を撮像した画像（以下「基準画像」という）と、撮像装置２が計測対象物４に対して正立の位置から角度θだけ傾斜した状態（図１５（ｂ））で、撮像装置で基準平板を撮像した画像（以下「傾斜画像」という）を考える。また、基準平板１８に固定された線分ＡＢを仮想して、基準画像と傾斜画像にデジタル画像相関法を適用すれば、線分ＡＢの「見かけの長さ」がＬからＬ’に変化したこと知ることができる。
【００６５】
図１５（ｃ）に示すように、見かけの長さＬ，Ｌ’と角度θの間には次式の関係があるから、見かけの長さＬ，Ｌ’が分かれば角度θの大きさを知ることができる。
【００６６】
ｃｏｓθ＝Ｌ’／Ｌ
【００６７】
また、図１２に示したように、撮像装置２はＸ軸及びＹ軸に平行に配置された２枚の基準平板１８を備えているので、計測対象物４の撮像装置２に対するＸ軸およびＹ軸回りの相対的な傾斜角を知ることができる。
【００６８】
このようにして得られた計測対象物４の撮像装置２に対する傾斜角は、撮像装置２の姿勢の補正に利用することができる。
【００６９】
なお、以上説明した実施形態は本発明の具体的な実施形態の例示であって、本発明の技術的範囲は上記実施形態に示された装置方法に限定されない。本発明は特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲において、自由に変形、応用、あるいは改良して実施することができる。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、照明手段の光源としてＬＥＤランプ９を使用する例を示したが、本発明の照明手段の光源はＬＥＤランプには限定されない。公知のあるいは将来出現する各種の光源を自由に選択して、本発明を実施することが出来る。
【００７１】
また、上記実施形態では、拡散板１１の具体例として、表面をサンドペーパーで荒らして微細な凹凸を付けた透明なアクリル板を複数枚積層した物を示したが、本発明の拡散板はかかる部材には限定されない。本発明の拡散板は照明手段の光源が発する光を透過させ、拡散板を透過した光の方向をランダムに変えて、計測対象物をまんべんなく照明できれば十分であり、その素材や形状あるいは機械的構成は自由に選択することができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、進退当接部材の具体例として、マイクロメータ１４を示したが、本発明の進退当接部材はマイクロメータには限定されない。本発明の進退当接部材は遮光筒に固定される固定部と、該固定部に進退自在に取付けられた当接部を備えて、該当接部の端部が計測対象物に当接するよう構成されていれば十分であり、その素材や形状あるいは機械的構成は自由に選択することができる。
【００７３】
また、上記実施形態では、画像解析装置の具体例として、デジタル画像相関法による解析手法を記述したプログラムをインストールしたコンピュータ３を示したが、本発明の画像解析装置はこのようなコンピュータには限定されない。例えば、該プログラムの全部又は一部をハードウェアに置き換えて画像解析装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１ 変位／ひずみ計測装置
２ 撮像装置
３ コンピュータ
４ 計測対象物
５ カメラ
６ 遮光筒
７ カメラ本体
８ テレセントリックレンズ
９ ＬＥＤランプ
１０ 照明用電源コントローラ
１１ 拡散板
１２ 赤外線放射温度計
１３ 固定当接部材
１４ マイクロメータ
１５ 被嵌合部材
１６ 位置決め部材
１７ 供試体
１８ 基準平板
１９ 連結部材
２０ 固定片
２１ 可動片
２２ ロッド
２３ ロッド
２４ コイルばね
２５ ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像装置と画像解析装置から構成されて、前記撮像装置で計測対象物を撮像した画像を前記画像解析装置で解析して、当該計測対象物の変位又はひずみを算出する変位／ひずみ計測装置において、
前記撮像装置に取付けられて、前記計測対象物に当接する当接部材を備える
ことを特徴とする変位／ひずみ計測装置。
【請求項２】
前記当接部材は、
１個の固定当接部材と、
前記撮像装置の端部に進退自在に取付けられる２個の進退当接部材と、から構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の変位／ひずみ計測装置。
【請求項３】
前記進退当接部材は、マイクロメータであって、前記マイクロメータのスピンドルの先端が前記計測対象物に当接する
ことを特徴とする請求項２に記載の変位／ひずみ計測装置。
【請求項４】
前記固定当接部材は、前記計測対象物に取付けられた被嵌合部材と嵌合する嵌合部を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の変位／ひずみ計測装置。
【請求項５】
前記撮像装置の視野内に配置されるとともに、前記撮像装置から見える表面に図形パターンが形成された基準平板と、
前記撮像装置に固定されて、前記基準平板を揺動自在に支持する連結部材を備えて、
前記連結部材は、前記基準平板を前記撮像装置から前記計測対象物に向かう方向に付勢して、前記基準平板を前記計測対象物に押し付ける押圧手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の変位／ひずみ計測装置。
【請求項１】
撮像装置と画像解析装置から構成されて、前記撮像装置で計測対象物を撮像した画像を前記画像解析装置で解析して、当該計測対象物の変位又はひずみを算出する変位／ひずみ計測装置において、
前記撮像装置に取付けられて、前記計測対象物に当接する当接部材を備える
ことを特徴とする変位／ひずみ計測装置。
【請求項２】
前記当接部材は、
１個の固定当接部材と、
前記撮像装置の端部に進退自在に取付けられる２個の進退当接部材と、から構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の変位／ひずみ計測装置。
【請求項３】
前記進退当接部材は、マイクロメータであって、前記マイクロメータのスピンドルの先端が前記計測対象物に当接する
ことを特徴とする請求項２に記載の変位／ひずみ計測装置。
【請求項４】
前記固定当接部材は、前記計測対象物に取付けられた被嵌合部材と嵌合する嵌合部を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の変位／ひずみ計測装置。
【請求項５】
前記撮像装置の視野内に配置されるとともに、前記撮像装置から見える表面に図形パターンが形成された基準平板と、
前記撮像装置に固定されて、前記基準平板を揺動自在に支持する連結部材を備えて、
前記連結部材は、前記基準平板を前記撮像装置から前記計測対象物に向かう方向に付勢して、前記基準平板を前記計測対象物に押し付ける押圧手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の変位／ひずみ計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１８５７２５（Ｐ２０１１−１８５７２５Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０９５６（Ｐ２０１０−５０９５６）
【出願日】平成２２年３月８日（２０１０．３．８）
【出願人】（５０４２０９６５５）国立大学法人佐賀大学 (176)
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月８日（２０１０．３．８）
【出願人】（５０４２０９６５５）国立大学法人佐賀大学 (176)
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【Ｆターム（参考）】
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