応力測定装置
【課題】簡易的に測定が可能で、かつ測定精度の高い応力測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】測定対象物の応力を測定する応力測定装置であって、可動部材を、駆動軸に沿って水平移動させるスライド装置と、前記可動部材に固定された取り付け部材と、前記取り付け部材に上下移動装置を介して取り付けられると共に、前記測定対象物に線状のスリットを加工する加工手段と、前記取り付け部材に取り付けられると共に、前記測定対象物を前記スリットを加工する前後において撮像する撮像手段と、前記測定対象物の画像であって、前記スリットを加工する前後の画像に基づいて、測定対象物のひずみ量を決定するひずみ量決定手段と、を備え、決定したひずみ量に基づいて測定対象物の応力を決定する。
【解決手段】測定対象物の応力を測定する応力測定装置であって、可動部材を、駆動軸に沿って水平移動させるスライド装置と、前記可動部材に固定された取り付け部材と、前記取り付け部材に上下移動装置を介して取り付けられると共に、前記測定対象物に線状のスリットを加工する加工手段と、前記取り付け部材に取り付けられると共に、前記測定対象物を前記スリットを加工する前後において撮像する撮像手段と、前記測定対象物の画像であって、前記スリットを加工する前後の画像に基づいて、測定対象物のひずみ量を決定するひずみ量決定手段と、を備え、決定したひずみ量に基づいて測定対象物の応力を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
準非破壊式の応力測定方法の一例として、従来から、抵抗線ひずみゲージを利用した方法がある。この方法は、同一円周上に貼付けられた複数枚のゲージエレメントの中心部に穿孔を施して、測定対象物の残留ひずみを部分的に開放することによって残留応力を測定するものである。また、下記特許文献には、測定対象物の表面に複数枚のゲージエレメントを同一円周上に貼り付けた後、ゲージエレメントの中心部に押圧荷重を負荷し、このとき計測した押圧荷重−ひずみ応答から残留応力を求めるようにしたものが開示されている。
【特許文献１】特開平５−７９９２８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した抵抗線ひずみゲージを利用したものは、測定対象物に対して複数枚のゲージエレメント（上記特許文献１の図２参照）を、同一円周上に位置あわせしつつ貼り付けることが必要となる。このような作業は専門性が高く、応力を簡易的に測定するのに障害となっていた。
【０００４】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、簡易的に応力の測定が出来、かつ測定精度の高い応力測定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】
【０００５】
本発明は、測定対象物の応力を測定する応力測定装置であって、可動部材を、駆動軸に沿って水平移動させるスライド装置と、前記可動部材に固定された取り付け部材と、前記取り付け部材に上下移動装置を介して取り付けられると共に、前記測定対象物に線状のスリットを加工する加工手段と、前記取り付け部材に取り付けられると共に、前記測定対象物を前記スリットを加工する前後において撮像する撮像手段と、前記測定対象物の画像であって、前記スリットを加工する前後の画像に基づいて、測定対象物のひずみ量を決定するひずみ量決定手段と、を備え、決定したひずみ量に基づいて測定対象物の応力を決定する。
【０００６】
このものによれば、スリットを加工する前後の画像に基づいて測定対象物のひずみ量を決定するようにしたので、従前のようなゲージエレメントの貼り付け作業を必要とせず、装置を測定対象物にセットすれば、直ぐに測定を開始できる。
【０００７】
また、本発明では、スリットを加工する加工手段と、ひずみ量を算出するための画像を取得する撮像手段とを同一の取り付け部材に取り付けるようにしたので、両者に相対的な位置のずれが生じ難く、画像側の中心とスリット側の中心を容易に一致させることが可能となる。従って、例えば、スリット中央（長手方向の中央）など、予め設定した位置において、そのひずみ量を求めることが可能となり、測定対象物のひずみ量、引いては応力を正確に測定できる。
【０００８】
この発明の実施態様として、以下の構成とすることが、好ましい。
【０００９】
・加工手段を、円盤状の加工刃を回転させて測定対象物に前記スリットを切削加工するカッターとする。カッターであれば、例えば、スリットを放電加工により加工する場合に比べて、熱ひずみが小さい。そのため、応力を正確に測定できる。
【００１０】
・加工手段の上下方向の移動量を計測する計測手段を設ける。このようにしておけば、加工手段の下降量、すなわちスリットの深さを把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易的に測定が可能で、かつ測定精度の高い応力測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態を図１ないし図１２によって説明する。
１．応力の測定原理
本実施形態は、測定対象物（例えば、金属管、金属板）Ｔのひずみ量εを画像相関法（パターン追跡法）によって測定し、得たひずみ量εに基づいて測定対象物Ｔの応力Ｆを決定するものである。
【００１３】
具体的に説明すると、図１の（ａ）に示すように、測定対象物Ｔの測定箇所（ここでは、長手方向の中央部）上に、まずスプレーなどにより塗料を吹き付ける。そして、塗料の吹き付けに続いて、図１の（ｂ）に示すように、測定箇所をカメラにより撮影する。これにより、測定箇所に吹きつけられた塗料のパターンＰの画像が得られる。
【００１４】
次に、図１の（ｃ）に示すように、測定箇所に対して、応力Ｆの作用方向に直交する線状のスリットＳを加工する。具体的には、スリットＳの中心（長手方向の中心）が、測定箇所を撮影したときの撮影中心位置Ｒｏに一致するように加工する。すると、測定箇所ではスリットＳの加工により応力が開放され、微小な弾性変形が起き、パターンＰが微小量移動する。
【００１５】
そして、スリットＳの加工に続いて、図１の（ｄ）に示すように、測定箇所を再度、カメラにより撮影する。かくして、図２に示すように、スリット加工前後における塗料のパターンＰの画像が得られる。
【００１６】
後は、得られた両画像を画像処理して、画像中心点Ｏを通る中心線Ｕ上、又はその極近傍点に位置する同一パターンＰの移動量（スリット加工前後の移動量）を求めることで、測定対象物のひずみ量εを算出できる。
【００１７】
本実施形態では、図２に示すように、中心線Ｕ上に位置するパターンＰａとパターンＰｂのパターン間距離Ｄ１と、それと同一のパターンＰａ’とパターンＰｂ’のパターン間距離Ｄ２をそれぞれ算出し、以下の（１）式からひずみ量を求めることとしている。
【００１８】
ε＝（Ｄ２−Ｄ１）／２・・・・・・・・・・・・・・・・（１）式
ε・・・ひずみ量
Ｄ１・・・スリット加工前のパターン間距離
Ｄ２・・・スリット加工後のパターン間距離
【００１９】
一般に、ひずみ量εと応力Ｆとの間にはフックの法則が成り立ち、ひずみ量εと応力Ｆとの間には相関関係がある。本実施形態のものは、実験により、応力Ｆ−ひずみ量（スリット中心でのひずみ量）εの相関グラフを予め求めてある。
【００２０】
そのため、上記した画像相関法により、ひずみ量εを求めてやれば、後は、図３の相関グラフを利用して応力を算出できる。例えば、ひずみ量εが６μｍであった場合には、応力Ｆは約２４ｋｇとなり、またひずみ量εが１２μｍであった場合には、応力Ｆは約３３ｋｇとなる。
【００２１】
さて、上記した画像相関法を利用して応力を測定する場合、誤差を生み出す理由の一つに、以下に説明するひずみ量εの位置誤差の問題がある。
【００２２】
画像相関法では、画像に含まれるパターンＰからひずみ量εを求め、求めたひずみ量εを図３に示す相関グラフに参照させて応力を求めている。ここで、図３に示す相関グラフは、応力Ｆ−スリット中心でのひずみ量εの相関を示すものである。よって、応力を誤差なく求めるには、画像相関法で求めたひずみ量εがスリット中心に対応していなければならない。
【００２３】
というのも、ひずみ量εの大きさは、スリットＳの中心（長手方向の中心）にて測定した場合と、スリットＳの中心から距離ｄ離れた場所にて測定した場合では、数値が異なり、図４にて示されるようにスリットＳの中心が最も大きく、中心から遠くなる（距離ｄが大きくなる）に連れ小さくなる。これは、スリットＳの端側では中心のそれに比べて、スリット加工に伴って緩和される応力が小さく、パターンＰの移動が少ないからである。また、図５に示すように、スリットＳの断面形状が弧状である場合には、スリットＳの端側に近くなる程、スリットの深さが浅くなり、これも、パターンＰの移動量を小さくさせる要因となっている。
【００２４】
従って、本来的には、画像相関法にてスリットＳの中心のひずみ量εを測定するべきところ、中心から外れたところのひずみ量εを測定してしまうと、中心に対するずれ量だけひずみ量εが小さくなり、応力の測定に誤差が出てしまう。
【００２５】
このような応力の測定誤差を抑えるには、スリットＳの加工位置が重要となる。すなわち、本実施形態では、画像中心点Ｏを通る中心線Ｕ上のパターンＰａ、Ｐａ’、Ｐｂ、Ｐｂ’に基づいて、ひずみ量εを算出している。そのため、測定箇所の撮影中心位置Ｒｏに中心を一致させるようにスリットＳを加工出来れば、ほぼ上記した位置誤差の問題を解消することが可能となる。以下に説明する応力測定装置１０はこの点に十分な配慮を行った装置構成としてある。
【００２６】
２．応力測定装置１０の構成
本応力測定装置１０は、大まかには、フレーム部２０と、ベース盤３０と、スライド装置４０と、リニアガイド５０と、スライドテーブル６０と、装着板６３と、ヘッド部７０とを主体に構成されている。尚、以下の説明において、図６に示す左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向として説明を行う。
【００２７】
フレーム部２０は、金属製の角材を格子状に組み立てたものであり、応力測定装置１０の骨格を構成している。ベース盤３０は図６に示す左右方向（Ｘ方向）に長い形状をしている。このベース盤３０は左右両端部を、フレーム部２０を構成する左右の両サイドフレーム２１Ｒ、２１Ｌの下部に固定している。そして、係るベース盤３０の上面は平坦な水平面としてあり、そこには、スライド装置４０及びリニアガイド５０が取り付けられている。
【００２８】
スライド装置４０は図７、図８に示すように、駆動軸となるボール螺子軸４１と、ボール螺子軸４１に螺合するナットを備えた可動部材４３と、ボール螺子軸４１の軸端に取り付けられる第一パルスモータ４５とを備える。この第一パルスモータ４５はモータ軸をボール螺子軸４１の軸端に連結させており、ボール螺子軸４１を回転駆動させる機能を担っている。係るスライド装置４０は図８に示すように、ボール螺子軸４１の軸線ＧをＸ方向に向けた状態でベース盤３０上に固定されている。
【００２９】
そして、ベース盤３０上にはスライド装置４０とＹ方向に並ぶようにしてリニアガイド５０が取り付けられている。このリニアガイド５０は、スライド装置４０のボール螺子軸４１に対して平行に延びるガイド軸５１とスライダ５３と、から構成されている。係るスライダ５３はガイド軸５１に対して移動自在に嵌合しており、ガイド軸５１に沿って滑らかに移動するようになっている。そして、スライド装置４０の可動部材４３とリニアガイド５０のスライダ５３を相互に連結するようにしてスライドテーブル６０が取り付けられている。
【００３０】
係るスライドテーブル６０はＹ方向の端部が、フレーム部２０の前縁から装置正面側にあたる図７の右側に突出しており、そこには、板面を上下方向に向けた状態で金属製の装着板６３が固定されている。この装着板６３は、続いて説明するヘッド部７０を装着する装着部として機能するものである。
【００３１】
ヘッド部７０は、ヘッドプレート(本発明の「取り付け部材」に相当）７１と、測定対象物Ｔの測定箇所の画像を撮影するカメラ（本発明の「撮像手段」に相当）８０と、測定対象物ＴにスリットＳを加工するカッター（本発明の「加工手段」に相当）９０と、カッター９０を上下方向に移動させる上下移動装置１００と、を備えてなる。
【００３２】
ヘッドプレート７１は、上記した装着板６３の相手となるものであって、図６に示すように、Ｘ方向に長い横長な形状をなしている。そして、係るヘッドプレート７１の左側にカメラ８０が固定され、ヘッドプレート７１の右側には上下移動装置１００を介してカッター９０が取り付けられている。
【００３３】
カメラ８０はいわゆるデジタルカメラであって、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の二次元イメージセンサを撮像部として備えたカメラ本体８１と、イメージセンサ上に被写体の像を結像させるレンズ部８３とからなる。係るカメラ８０は、図６にて示すように、レンズ部８３を下側に向けた状態（より具体的には軸線を上下方向に向けた状態）でカメラホルダ８７に支持されており、このカメラホルダ８５を介して、ヘッドプレート７１に取り付けられている。
【００３４】
尚、本カメラ８０はレンズ部８３にテレセントリックレンズを使用している。このような構成とすることで、通常の球面レンズを使用する場合に比べて、歪曲収差を抑えることが可能となり、画像からパターンＰの形状、位置、移動量を正確に算出することが可能となる。また、図６に示す符号８９は回転操作式の調整螺子である。この調整螺子８９を操作すると、カメラホルダ８５を含むカメラ８０全体を上下方向に動かすことが出来、これにてカメラ８０のピントを調整できる。
【００３５】
カッター９０は、内部に駆動源となるカッタモータ９２を収容してなる筒状の本体部９１と、本体部９１の下部に設けられる軸部９３と、加工刃９５とを備えてなる。加工刃（円盤状の回転砥石）９５は軸部９３に回転可能に取り付けられ、カッタモータ９２の動力を受けて回転駆動する。
【００３６】
係るカッター９０は、図６に示すように、カメラ８０の右手側に、加工刃９５を下に向けた状態（加工刃９５の回転中心軸Ｌｍを紙面に直交するＹ方向に向けた状態、言い換えれば、刃面をＸ方向に向けた状態）で取り付けられている。具体的には、図９に示すように、カッターホルダ９７を介して上下移動装置１００の可動レール１０５に取り付けられている。このように、カッター９０は、スライド装置４０の移動方向となるＸ方向に、カメラ４０と並んだ状態で取り付けられている。
【００３７】
上下移動装置１００は固定レール１０３と可動レール１０５とを備える。固定レール１０３はヘッドプレート７１の下部に対して固定されている。可動レール１０５は固定レール１０３に対して上下移動可能な状態で嵌合しており、更に、両レール間にはボール螺子機構（図８参照）１０７が組み込まれている。
【００３８】
そして、固定レール１０３の上部には、第二パルスモータ１０１が固定されている。第二パルスモータ１０１は上下移動装置１００の駆動源となるものであって、レール間に組み込まれたボール螺子機構１０７に動力を伝えて、可動レール１０５を固定レール１０３に沿って上下移動させる。
【００３９】
また、図６に示す符号９８は、測定子９８Ａの移動量をデジタル値として表示／出力するデジタルインジケータ（本発明の「計測手段」に相当）である。このデジタルインジケータ９８はヘッドプレート７１に固定されると共に、インジケータ下部に設けられる測定子９８Ａを、カッターホルダ９７に設けられた突き当て部９７Ａに当接させており、カッター９０の上下方向に関する移動量を計測できる構成となっている。
【００４０】
そして、上記したヘッド部７０は、ヘッドプレート７１を、装着板６３に４点締め（ボルトによる４点締め）することにより、装着板６３に一括した状態で取り付けられる構成となっている。
【００４１】
以上のことから、第一パルスモータ４５を通電操作してスライド装置４０を作動させると、リニアガイド５０の案内作用を受けつつスライドテーブル６０、引いては装着板６３がＸ方向にスライドする結果、ヘッド部７０の全体すなわちカメラ８０とカッター９０を一体的にＸ方向に水平移動操作できる。
【００４２】
そして、図８にて示すように、カメラ８０のカメラ中心とカッター側の加工刃９５はＹ方向の位置が整合している。そのため、上記ようにスライド装置４０を作動させると、同一直線Ｌｇ上をカメラ中心と加工刃９５がＹ方向に水平移動する。
【００４３】
また、第二パルスモータ１０１を通電操作して上下移動装置１００を作動させると、カッター９０の全体をそれ単独で上下方向に移動操作出来る。また、カッタモータ９２を通電操作することで、加工刃９５を回転駆動できる。尚、図８と図１２は、応力測定装置１０のスライド装置４０及びヘッド部７０を模式的に示した平面図であり、調整螺子８９、インジケータ９８などの部品は省略してある。
【００４４】
次に、図１０を参照して応力測定装置１０の電気的構成を簡単に説明する。応力測定装置１０は、記憶部１５０、画像メモリ１６０、表示部１７０、ユーザインターフェース（キーボード、マウスなど）１８０、ＣＰＵ２００などを備えると共に、ＣＰＵ２００に対して各種モータ４５、９２、１０１、カメラ８０、インジケータ９８が電気的に連なっている。
【００４５】
記憶部１５０には、ＣＰＵ２００が各種演算処理を行う際に実行するプログラム、及び図３に示す相関グラフを数式で置き換えた相関式のデータが記憶されている。また、画像メモリ１６０は、カメラ８０より出力される画像のデータをフレーム単位で記憶させるものである。
【００４６】
ＣＰＵ２００は応力測定装置１０の全体を制御するものであって、大別すると、以下の４つの機能を担っている。
（ａ）各種モータ４５、９２、１０１の制御機能
（ｂ）ひずみ量算出機能
（ｃ）応力算出機能
（ｄ）表示制御機能
【００４７】
ひずみ量算機能というのは、画像メモリ１６０に記憶されたパターンＰの画像データ（スリット加工前後の両画像データ）を画像処理することにより、スリット加工前のパターン間距離Ｄ１と、スリット加工後のパターン間距離Ｄ２をそれぞれ求め、上記（１）式に従ってひずみ量εを算出する機能である。尚、このＣＰＵ２００が担うひずみ量算出機能により本発明の「ひずみ量決定手段」の果たす処理機能が実現されている。
【００４８】
応力算出機能というのは、算出したひずみ量εと記憶部１５０に記憶された相関式とに基づいて、測定対象物Ｔの応力Ｆを算出する機能である。また、表示制御機能というのは、表示部１７０の表示内容を制御する機能である。本実施形態のものは、ＣＰＵ２００の制御下のもと、測定終了後には応力測定結果が表示部１７０上に表示される構成となっている。
【００４９】
次に、上記応力測定装置１０による応力測定手順を説明する。ここでは、測定対象物が金属板Ｔであるものとし、また既に図１の（ａ）段階、すなわち測定対象物たる金属板Ｔの測定箇所に対する塗料の吹き付けが完了しているものとする。
【００５０】
さて、塗料の吹きつけが完了し、それが乾いたら、次に応力測定装置１０を金属板Ｔの上面にマグネット式の支持具Ｍにより固定してやる（図６）。このとき、カッター９０の加工刃９５が、金属板Ｔに対する応力Ｆの作用方向に直交する向き（図１の上下方向）となるように応力測定装置１０の向きを合わせてやる必要がある。
【００５１】
そして、金属板Ｔに対して応力測定装置１０が固定出来たら、あとは、例えば、ユーザインターフェース１８０を通じてスライド装置４０を移動操作して、図６にて示すように、金属板Ｔの測定箇所のほぼ中央に、カメラ中心Ｌｃが位置するようにヘッド部７０の位置を調整してやる。
【００５２】
後は、ユーザインターフェース１８０を通じて測定の開始の指示をＣＰＵ２００に与えてやればよい。これを行うと、ＣＰＵ２００により各装置が以下の要領で自動制御され、金属板Ｔの応力Ｆが自動的に算出される。
【００５３】
自動制御が開始されると、ＣＰＵ２００は、まず、カメラ８０に対して撮影指令を与える。これにより、不図示の照明手段から測定箇所に照明光が照射され、これと同時にカメラ８０による撮影が行われる（図１の（ｂ）の段階）。
【００５４】
これにて、パターンＰの画像（例えば、図２に示す（ａ）の画像）が得られる。そして、得られた画像（スリット加工前のパターンＰの画像）は出力され、画像メモリ１６０にフレーム単位で記憶される。
【００５５】
カメラ８０による撮影が完了すると、次に、ＣＰＵ２００は第一パルスモータ４５にパルス信号を与えて、第一パルスモータ４５を決められたステップ数ＳＴ１だけ正転方向に回転させる。これにより、スライド装置４０の可動部材４３、引いてはヘッド部７０が、設定された移動量Ｘ１だけ正確に移動して停止する。
【００５６】
本実施形態では、移動量Ｘ１がカメラ８０とカッター９０の中心間ピッチＪに設定してあるので、図６の位置から移動を始めたヘッド部７０は、カメラ８０により初回の撮影を行ったときのカメラ中心の位置（測定箇所上のカメラ中心の位置であって、以下、撮影中心位置）Ｒｏに、カッター９０の中心線Ｌｓが一致するところ、すなわち図１１の位置にて停止する。
【００５７】
そして、ヘッド部７０の移動に続いて、ＣＰＵ２００の制御下のもと、カッタモータ９２が通電操作される。これにより、カッター９０の備える加工刃９５が回転を始める。また、ＣＰＵ２００は、第二パルスモータ１０１にパルス信号を与えて、第二パルスモータ１０１を決められたステップ数ＳＴ２だけ正転方向に回転させる。
【００５８】
これにより、上下移動装置１００が作動して可動レール１０５を下降させるため、カッター９０は加工刃９５を回転させつつ、図１１に示す中心線Ｌｓに沿って、真っ直ぐに下降してゆく。これにより、加工刃９５が金属板Ｔの測定箇所に近づいてゆく。
【００５９】
やがて、金属板Ｔの測定箇所の表面に加工刃９５の刃先が当たり、測定箇所の表面にスリットＳが加工されてゆく。そして、スリットＳが予定する深さ（例えば、２ｍｍ）になったところで、第二パルスモータ１０１の回転が止まり、可動レール１０５、引いてはカッター９０の下降動作は停止する。かくして、金属板Ｔの測定箇所に対し線状のスリットＳが加工され、かつそのスリットＳの中心は、撮影中心位置Ｒｏ上に一致する（図１の（ｃ）の段階）。
【００６０】
また、カッター９０の下降動作が完了すると、デジタルインジケータ９８からＣＰＵ２００に対して、カッター９０の下降量のデータが出力される。これにより、ＣＰＵ２００にてカッター９０が、正規量だけ正確に下降しているか、検査できる。このような構成とすることで、正規下降量に対して実際の下降量に誤差がある場合には、それを補正する処理（第二パルスモータ１０１のステップ数を変更する等）を行うことで、スリットＳを予定する深さに正確に加工できる。
【００６１】
さて、ＣＰＵ２００はカッター９０が下降を停止すると、今度は、第二パルスモータ１０１にパルス信号を与えて、第二パルスモータ１０１を決められたステップ数ＳＴ２だけ逆転方向に回転させる。これにより、上下移動装置１００が作動し可動レール１０５を上昇させるため、カッター９０は加工刃９５を回転させつつ、全体が上昇する。そして、カッター９０が元の高さに至ると、第二パルスモータ１０１の回転が止まり、またカッタモータ９２に対する通電が断たれ、加工刃９５の回転が止まる。
【００６２】
その後、ＣＰＵ２００は第一パルスモータ４５にパルス信号を与えて、第一パルスモータ４５を決められたステップ数ＳＴ１だけ逆転方向に回転させる。これにより、スライド装置４０の可動部材４３、引いてはヘッド部７０が中心間ピッチＪだけ図１１の右手側に移動する。これにより、図１１の位置から移動を始めたヘッド部７０は図１３の位置（図６と同じ位置）まで移動して、そこで正確に停止する。この位置では、図１３にて示すように、カメラ側の中心線Ｌｃが、撮影中心位置Ｒｏに再び一致した状態となる。
【００６３】
その後、ＣＰＵ２００は、カメラ８０に対して再び、撮影指令を与える。これにより、不図示の照明手段から測定箇所に照明光が照射され、これと同時にカメラ８０による撮影が行われる(図１の（ｄ）の段階）。
【００６４】
これにて、撮影中心位置Ｒｏを画像中心点Ｏとする、パターンＰの画像（例えば、図２に示す（ｂ）の画像）が得られる。そして、得られた画像（スリット加工前のパターンＰの画像）は出力され、画像メモリ１６０にフレーム単位で記憶される。
【００６５】
後は、画像メモリ１６０に記憶された２つの画像データ、すなわちスリットＳの加工前後におけるパターンＰの画像に基づいて、以下の要領でひずみ量εが算出される。
【００６６】
まず、ＣＰＵ２００は、画像メモリ１６０からスリット加工前の画像を読み出し、その中に含まれる各パターンＰについて形状を認識する。そして、認識した形状に基づいて、マスターパターンを抽出する。具体的には、画像中心点Ｏを通る中心線Ｕ上に位置する２つのパターンＰを抽出する。ここでは、図２に示すパターンＰａとパターンＰｂが、マスターパターンとして抽出されたものとする。
【００６７】
マスターパターンＰａ、Ｐｂを抽出すると、次に、ＣＰＵ２００は両パターンの座標値（例えば、画像中心点Ｏを基準とした座標値）から両パターンのパターン間距離Ｄ１を算出する演算処理を行う。
【００６８】
その後、ＣＰＵ２００は、画像メモリ１６０からスリット加工後の画像を読み出し、その中に含まれる各パターンＰについて形状を認識する。そして、認識した各パターンの形状をマスターパターンＰａ、Ｐｂの形状に照合させるパターンマッチング処理を行い、画像中に含まれるマスターパターンＰａ、Ｐｂと同一形状のパターンＰａ’、Ｐｂ’を抽出する。
【００６９】
次にＣＰＵ２００は、抽出した両パターンＰａ’、Ｐｂ’の座標値（例えば、画像中心点Ｏを基準とした座標値）から両パターンのパターン間距離Ｄ２を算出する演算処理を行う。
【００７０】
そして、得られたパターン間距離Ｄ１、パターン間距離Ｄ２を、上記した（１）式に代入する演算処理を行う。かくして、測定対象物たる金属板Ｔのひずみ量εが求まる。その後、ＣＰＵ２００は記憶部１５０にアクセスして記憶された相関式を読み出し、算出したひずみ量εと読み出した相関式とに基づいて応力Ｆを算出する。その後、ＣＰＵ２００は表示部１７９の表示画面上に算出結果を表示する。これにて、一連の応力測定動作は終了する。
【００７１】
３．効果
本実施形態では、ヘッドプレート７１を有するヘッド部７０を設け、これにカメラ８０とカッター９０の双方を取り付けた。そして、カメラ８０によって測定箇所の画像を撮影した後、スリットＳを加工するときには、ヘッド部７０を、カメラ８０とカッター９０の中心間ピッチＪだけ移動させるようにした。これにより、移動後には、カメラ８０により初回の撮影を行った撮影中心位置Ｒｏ上にカッター９０の中心線Ｌｓが位置することとなる。そのため、スリットＳを、撮影中心位置Ｒｏ上に中心を一致させて加工できる。
【００７２】
また、スリットＳを加工した後、再び、カメラ８０で撮影を行うときには、カメラ８０とカッター９０の中心間ピッチＪだけ、ヘッド部７０の全体を逆方向に移動させるようにした。これにより、移動後には、加工したスリットＳの中心に、カメラ８０の中心線Ｌｃが位置することとなる。
【００７３】
以上のことから、画像側とスリットＳが予定した位置関係（画像中心点ＯにスリットＳの中心が一致する）になるので、問題として挙げたひずみ量εの位置誤差がほぼなくなり、測定対象物の応力Ｆの大きさを高精度に測定できる。
【００７４】
また、スリットＳを加工する前後の画像に基づいて測定対象物のひずみ量を決定するようにしたので、従前のようなゲージエレメントの貼り付け作業を必要としない。よって、ひずみ量εの測定それ自体も極めて簡単に行うことが可能となる。
【００７５】
また、本実施形態では、スリットＳをカッター９０により加工している。カッター９０であれば、例えば、スリットＳを放電加工する場合に比べて、熱ひずみが小さい。そのため、応力Ｆを一層正確に測定できる。
【００７６】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的
範囲に含まれる。
【００７７】
（１）上記実施形態では、測定対象物ＴにスリットＳを加工する加工手段の一例として、測定対象物Ｔの表面を加工刃９５により切削加工するカッター９０を例示したが、スリットＳを放電加工する放電加工器を使用してもよい。
【００７８】
（２）上記実施形態では、測定対象物Ｔの一例として、金属板を例示したが、測定対象物は板状のものに限定されるものではなく、金属管などの応力測定も可能である。
【００７９】
（３）上記実施形態では、ヘッド部７０の全体を一方向、すなわちＸ方向にのみスライドさせる構成であったが、更に、Ｙ方向にも移動出来るようにしてもよい。これには、例えば、装着板６３をＹ方向に移動させるＹ方向移動装置をスライドテーブル６０上に搭載してやればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明による応力の測定手順を示す図
【図２】測定対象物に塗着させたパターンＰの画像を示す図
【図３】応力Ｆとひずみ量εとの関係を示す相関グラフ
【図４】スリット中心からの距離ｄとひずみ量εの大きさの比率との関係を示すグラフ
【図５】スリットの断面形状を示す図
【図６】応力測定装置の正面図
【図７】その側面図
【図８】スライド装置、ヘッド部の平面図
【図９】上下移動装置の構成を示す図
【図１０】応力測定装置の電気的構成を示すブロック図
【図１１】スリットを加工する直前の状態を示す正面図
【図１２】スライド装置、ヘッド部の平面図
【図１３】スリット加工後のパターンの画像を撮影する直前の状態を示す正面図
【符号の説明】
【００８１】
１０…応力測定装置
３０…ベース盤
４０…スライド装置
５０…リニアガイド
７０…ヘッド部
７１…ヘッドプレート（本発明の「取り付け部材」の一例）
８０…カメラ（本発明の「撮像手段」の一例）
９０…カッター（本発明の「加工手段」の一例）
９８…デジタルインジケータ（本発明の「計測手段」の一例）
１００…上下移動装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
準非破壊式の応力測定方法の一例として、従来から、抵抗線ひずみゲージを利用した方法がある。この方法は、同一円周上に貼付けられた複数枚のゲージエレメントの中心部に穿孔を施して、測定対象物の残留ひずみを部分的に開放することによって残留応力を測定するものである。また、下記特許文献には、測定対象物の表面に複数枚のゲージエレメントを同一円周上に貼り付けた後、ゲージエレメントの中心部に押圧荷重を負荷し、このとき計測した押圧荷重−ひずみ応答から残留応力を求めるようにしたものが開示されている。
【特許文献１】特開平５−７９９２８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した抵抗線ひずみゲージを利用したものは、測定対象物に対して複数枚のゲージエレメント（上記特許文献１の図２参照）を、同一円周上に位置あわせしつつ貼り付けることが必要となる。このような作業は専門性が高く、応力を簡易的に測定するのに障害となっていた。
【０００４】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、簡易的に応力の測定が出来、かつ測定精度の高い応力測定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】
【０００５】
本発明は、測定対象物の応力を測定する応力測定装置であって、可動部材を、駆動軸に沿って水平移動させるスライド装置と、前記可動部材に固定された取り付け部材と、前記取り付け部材に上下移動装置を介して取り付けられると共に、前記測定対象物に線状のスリットを加工する加工手段と、前記取り付け部材に取り付けられると共に、前記測定対象物を前記スリットを加工する前後において撮像する撮像手段と、前記測定対象物の画像であって、前記スリットを加工する前後の画像に基づいて、測定対象物のひずみ量を決定するひずみ量決定手段と、を備え、決定したひずみ量に基づいて測定対象物の応力を決定する。
【０００６】
このものによれば、スリットを加工する前後の画像に基づいて測定対象物のひずみ量を決定するようにしたので、従前のようなゲージエレメントの貼り付け作業を必要とせず、装置を測定対象物にセットすれば、直ぐに測定を開始できる。
【０００７】
また、本発明では、スリットを加工する加工手段と、ひずみ量を算出するための画像を取得する撮像手段とを同一の取り付け部材に取り付けるようにしたので、両者に相対的な位置のずれが生じ難く、画像側の中心とスリット側の中心を容易に一致させることが可能となる。従って、例えば、スリット中央（長手方向の中央）など、予め設定した位置において、そのひずみ量を求めることが可能となり、測定対象物のひずみ量、引いては応力を正確に測定できる。
【０００８】
この発明の実施態様として、以下の構成とすることが、好ましい。
【０００９】
・加工手段を、円盤状の加工刃を回転させて測定対象物に前記スリットを切削加工するカッターとする。カッターであれば、例えば、スリットを放電加工により加工する場合に比べて、熱ひずみが小さい。そのため、応力を正確に測定できる。
【００１０】
・加工手段の上下方向の移動量を計測する計測手段を設ける。このようにしておけば、加工手段の下降量、すなわちスリットの深さを把握することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡易的に測定が可能で、かつ測定精度の高い応力測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態を図１ないし図１２によって説明する。
１．応力の測定原理
本実施形態は、測定対象物（例えば、金属管、金属板）Ｔのひずみ量εを画像相関法（パターン追跡法）によって測定し、得たひずみ量εに基づいて測定対象物Ｔの応力Ｆを決定するものである。
【００１３】
具体的に説明すると、図１の（ａ）に示すように、測定対象物Ｔの測定箇所（ここでは、長手方向の中央部）上に、まずスプレーなどにより塗料を吹き付ける。そして、塗料の吹き付けに続いて、図１の（ｂ）に示すように、測定箇所をカメラにより撮影する。これにより、測定箇所に吹きつけられた塗料のパターンＰの画像が得られる。
【００１４】
次に、図１の（ｃ）に示すように、測定箇所に対して、応力Ｆの作用方向に直交する線状のスリットＳを加工する。具体的には、スリットＳの中心（長手方向の中心）が、測定箇所を撮影したときの撮影中心位置Ｒｏに一致するように加工する。すると、測定箇所ではスリットＳの加工により応力が開放され、微小な弾性変形が起き、パターンＰが微小量移動する。
【００１５】
そして、スリットＳの加工に続いて、図１の（ｄ）に示すように、測定箇所を再度、カメラにより撮影する。かくして、図２に示すように、スリット加工前後における塗料のパターンＰの画像が得られる。
【００１６】
後は、得られた両画像を画像処理して、画像中心点Ｏを通る中心線Ｕ上、又はその極近傍点に位置する同一パターンＰの移動量（スリット加工前後の移動量）を求めることで、測定対象物のひずみ量εを算出できる。
【００１７】
本実施形態では、図２に示すように、中心線Ｕ上に位置するパターンＰａとパターンＰｂのパターン間距離Ｄ１と、それと同一のパターンＰａ’とパターンＰｂ’のパターン間距離Ｄ２をそれぞれ算出し、以下の（１）式からひずみ量を求めることとしている。
【００１８】
ε＝（Ｄ２−Ｄ１）／２・・・・・・・・・・・・・・・・（１）式
ε・・・ひずみ量
Ｄ１・・・スリット加工前のパターン間距離
Ｄ２・・・スリット加工後のパターン間距離
【００１９】
一般に、ひずみ量εと応力Ｆとの間にはフックの法則が成り立ち、ひずみ量εと応力Ｆとの間には相関関係がある。本実施形態のものは、実験により、応力Ｆ−ひずみ量（スリット中心でのひずみ量）εの相関グラフを予め求めてある。
【００２０】
そのため、上記した画像相関法により、ひずみ量εを求めてやれば、後は、図３の相関グラフを利用して応力を算出できる。例えば、ひずみ量εが６μｍであった場合には、応力Ｆは約２４ｋｇとなり、またひずみ量εが１２μｍであった場合には、応力Ｆは約３３ｋｇとなる。
【００２１】
さて、上記した画像相関法を利用して応力を測定する場合、誤差を生み出す理由の一つに、以下に説明するひずみ量εの位置誤差の問題がある。
【００２２】
画像相関法では、画像に含まれるパターンＰからひずみ量εを求め、求めたひずみ量εを図３に示す相関グラフに参照させて応力を求めている。ここで、図３に示す相関グラフは、応力Ｆ−スリット中心でのひずみ量εの相関を示すものである。よって、応力を誤差なく求めるには、画像相関法で求めたひずみ量εがスリット中心に対応していなければならない。
【００２３】
というのも、ひずみ量εの大きさは、スリットＳの中心（長手方向の中心）にて測定した場合と、スリットＳの中心から距離ｄ離れた場所にて測定した場合では、数値が異なり、図４にて示されるようにスリットＳの中心が最も大きく、中心から遠くなる（距離ｄが大きくなる）に連れ小さくなる。これは、スリットＳの端側では中心のそれに比べて、スリット加工に伴って緩和される応力が小さく、パターンＰの移動が少ないからである。また、図５に示すように、スリットＳの断面形状が弧状である場合には、スリットＳの端側に近くなる程、スリットの深さが浅くなり、これも、パターンＰの移動量を小さくさせる要因となっている。
【００２４】
従って、本来的には、画像相関法にてスリットＳの中心のひずみ量εを測定するべきところ、中心から外れたところのひずみ量εを測定してしまうと、中心に対するずれ量だけひずみ量εが小さくなり、応力の測定に誤差が出てしまう。
【００２５】
このような応力の測定誤差を抑えるには、スリットＳの加工位置が重要となる。すなわち、本実施形態では、画像中心点Ｏを通る中心線Ｕ上のパターンＰａ、Ｐａ’、Ｐｂ、Ｐｂ’に基づいて、ひずみ量εを算出している。そのため、測定箇所の撮影中心位置Ｒｏに中心を一致させるようにスリットＳを加工出来れば、ほぼ上記した位置誤差の問題を解消することが可能となる。以下に説明する応力測定装置１０はこの点に十分な配慮を行った装置構成としてある。
【００２６】
２．応力測定装置１０の構成
本応力測定装置１０は、大まかには、フレーム部２０と、ベース盤３０と、スライド装置４０と、リニアガイド５０と、スライドテーブル６０と、装着板６３と、ヘッド部７０とを主体に構成されている。尚、以下の説明において、図６に示す左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向、紙面に直交する方向をＹ方向として説明を行う。
【００２７】
フレーム部２０は、金属製の角材を格子状に組み立てたものであり、応力測定装置１０の骨格を構成している。ベース盤３０は図６に示す左右方向（Ｘ方向）に長い形状をしている。このベース盤３０は左右両端部を、フレーム部２０を構成する左右の両サイドフレーム２１Ｒ、２１Ｌの下部に固定している。そして、係るベース盤３０の上面は平坦な水平面としてあり、そこには、スライド装置４０及びリニアガイド５０が取り付けられている。
【００２８】
スライド装置４０は図７、図８に示すように、駆動軸となるボール螺子軸４１と、ボール螺子軸４１に螺合するナットを備えた可動部材４３と、ボール螺子軸４１の軸端に取り付けられる第一パルスモータ４５とを備える。この第一パルスモータ４５はモータ軸をボール螺子軸４１の軸端に連結させており、ボール螺子軸４１を回転駆動させる機能を担っている。係るスライド装置４０は図８に示すように、ボール螺子軸４１の軸線ＧをＸ方向に向けた状態でベース盤３０上に固定されている。
【００２９】
そして、ベース盤３０上にはスライド装置４０とＹ方向に並ぶようにしてリニアガイド５０が取り付けられている。このリニアガイド５０は、スライド装置４０のボール螺子軸４１に対して平行に延びるガイド軸５１とスライダ５３と、から構成されている。係るスライダ５３はガイド軸５１に対して移動自在に嵌合しており、ガイド軸５１に沿って滑らかに移動するようになっている。そして、スライド装置４０の可動部材４３とリニアガイド５０のスライダ５３を相互に連結するようにしてスライドテーブル６０が取り付けられている。
【００３０】
係るスライドテーブル６０はＹ方向の端部が、フレーム部２０の前縁から装置正面側にあたる図７の右側に突出しており、そこには、板面を上下方向に向けた状態で金属製の装着板６３が固定されている。この装着板６３は、続いて説明するヘッド部７０を装着する装着部として機能するものである。
【００３１】
ヘッド部７０は、ヘッドプレート(本発明の「取り付け部材」に相当）７１と、測定対象物Ｔの測定箇所の画像を撮影するカメラ（本発明の「撮像手段」に相当）８０と、測定対象物ＴにスリットＳを加工するカッター（本発明の「加工手段」に相当）９０と、カッター９０を上下方向に移動させる上下移動装置１００と、を備えてなる。
【００３２】
ヘッドプレート７１は、上記した装着板６３の相手となるものであって、図６に示すように、Ｘ方向に長い横長な形状をなしている。そして、係るヘッドプレート７１の左側にカメラ８０が固定され、ヘッドプレート７１の右側には上下移動装置１００を介してカッター９０が取り付けられている。
【００３３】
カメラ８０はいわゆるデジタルカメラであって、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の二次元イメージセンサを撮像部として備えたカメラ本体８１と、イメージセンサ上に被写体の像を結像させるレンズ部８３とからなる。係るカメラ８０は、図６にて示すように、レンズ部８３を下側に向けた状態（より具体的には軸線を上下方向に向けた状態）でカメラホルダ８７に支持されており、このカメラホルダ８５を介して、ヘッドプレート７１に取り付けられている。
【００３４】
尚、本カメラ８０はレンズ部８３にテレセントリックレンズを使用している。このような構成とすることで、通常の球面レンズを使用する場合に比べて、歪曲収差を抑えることが可能となり、画像からパターンＰの形状、位置、移動量を正確に算出することが可能となる。また、図６に示す符号８９は回転操作式の調整螺子である。この調整螺子８９を操作すると、カメラホルダ８５を含むカメラ８０全体を上下方向に動かすことが出来、これにてカメラ８０のピントを調整できる。
【００３５】
カッター９０は、内部に駆動源となるカッタモータ９２を収容してなる筒状の本体部９１と、本体部９１の下部に設けられる軸部９３と、加工刃９５とを備えてなる。加工刃（円盤状の回転砥石）９５は軸部９３に回転可能に取り付けられ、カッタモータ９２の動力を受けて回転駆動する。
【００３６】
係るカッター９０は、図６に示すように、カメラ８０の右手側に、加工刃９５を下に向けた状態（加工刃９５の回転中心軸Ｌｍを紙面に直交するＹ方向に向けた状態、言い換えれば、刃面をＸ方向に向けた状態）で取り付けられている。具体的には、図９に示すように、カッターホルダ９７を介して上下移動装置１００の可動レール１０５に取り付けられている。このように、カッター９０は、スライド装置４０の移動方向となるＸ方向に、カメラ４０と並んだ状態で取り付けられている。
【００３７】
上下移動装置１００は固定レール１０３と可動レール１０５とを備える。固定レール１０３はヘッドプレート７１の下部に対して固定されている。可動レール１０５は固定レール１０３に対して上下移動可能な状態で嵌合しており、更に、両レール間にはボール螺子機構（図８参照）１０７が組み込まれている。
【００３８】
そして、固定レール１０３の上部には、第二パルスモータ１０１が固定されている。第二パルスモータ１０１は上下移動装置１００の駆動源となるものであって、レール間に組み込まれたボール螺子機構１０７に動力を伝えて、可動レール１０５を固定レール１０３に沿って上下移動させる。
【００３９】
また、図６に示す符号９８は、測定子９８Ａの移動量をデジタル値として表示／出力するデジタルインジケータ（本発明の「計測手段」に相当）である。このデジタルインジケータ９８はヘッドプレート７１に固定されると共に、インジケータ下部に設けられる測定子９８Ａを、カッターホルダ９７に設けられた突き当て部９７Ａに当接させており、カッター９０の上下方向に関する移動量を計測できる構成となっている。
【００４０】
そして、上記したヘッド部７０は、ヘッドプレート７１を、装着板６３に４点締め（ボルトによる４点締め）することにより、装着板６３に一括した状態で取り付けられる構成となっている。
【００４１】
以上のことから、第一パルスモータ４５を通電操作してスライド装置４０を作動させると、リニアガイド５０の案内作用を受けつつスライドテーブル６０、引いては装着板６３がＸ方向にスライドする結果、ヘッド部７０の全体すなわちカメラ８０とカッター９０を一体的にＸ方向に水平移動操作できる。
【００４２】
そして、図８にて示すように、カメラ８０のカメラ中心とカッター側の加工刃９５はＹ方向の位置が整合している。そのため、上記ようにスライド装置４０を作動させると、同一直線Ｌｇ上をカメラ中心と加工刃９５がＹ方向に水平移動する。
【００４３】
また、第二パルスモータ１０１を通電操作して上下移動装置１００を作動させると、カッター９０の全体をそれ単独で上下方向に移動操作出来る。また、カッタモータ９２を通電操作することで、加工刃９５を回転駆動できる。尚、図８と図１２は、応力測定装置１０のスライド装置４０及びヘッド部７０を模式的に示した平面図であり、調整螺子８９、インジケータ９８などの部品は省略してある。
【００４４】
次に、図１０を参照して応力測定装置１０の電気的構成を簡単に説明する。応力測定装置１０は、記憶部１５０、画像メモリ１６０、表示部１７０、ユーザインターフェース（キーボード、マウスなど）１８０、ＣＰＵ２００などを備えると共に、ＣＰＵ２００に対して各種モータ４５、９２、１０１、カメラ８０、インジケータ９８が電気的に連なっている。
【００４５】
記憶部１５０には、ＣＰＵ２００が各種演算処理を行う際に実行するプログラム、及び図３に示す相関グラフを数式で置き換えた相関式のデータが記憶されている。また、画像メモリ１６０は、カメラ８０より出力される画像のデータをフレーム単位で記憶させるものである。
【００４６】
ＣＰＵ２００は応力測定装置１０の全体を制御するものであって、大別すると、以下の４つの機能を担っている。
（ａ）各種モータ４５、９２、１０１の制御機能
（ｂ）ひずみ量算出機能
（ｃ）応力算出機能
（ｄ）表示制御機能
【００４７】
ひずみ量算機能というのは、画像メモリ１６０に記憶されたパターンＰの画像データ（スリット加工前後の両画像データ）を画像処理することにより、スリット加工前のパターン間距離Ｄ１と、スリット加工後のパターン間距離Ｄ２をそれぞれ求め、上記（１）式に従ってひずみ量εを算出する機能である。尚、このＣＰＵ２００が担うひずみ量算出機能により本発明の「ひずみ量決定手段」の果たす処理機能が実現されている。
【００４８】
応力算出機能というのは、算出したひずみ量εと記憶部１５０に記憶された相関式とに基づいて、測定対象物Ｔの応力Ｆを算出する機能である。また、表示制御機能というのは、表示部１７０の表示内容を制御する機能である。本実施形態のものは、ＣＰＵ２００の制御下のもと、測定終了後には応力測定結果が表示部１７０上に表示される構成となっている。
【００４９】
次に、上記応力測定装置１０による応力測定手順を説明する。ここでは、測定対象物が金属板Ｔであるものとし、また既に図１の（ａ）段階、すなわち測定対象物たる金属板Ｔの測定箇所に対する塗料の吹き付けが完了しているものとする。
【００５０】
さて、塗料の吹きつけが完了し、それが乾いたら、次に応力測定装置１０を金属板Ｔの上面にマグネット式の支持具Ｍにより固定してやる（図６）。このとき、カッター９０の加工刃９５が、金属板Ｔに対する応力Ｆの作用方向に直交する向き（図１の上下方向）となるように応力測定装置１０の向きを合わせてやる必要がある。
【００５１】
そして、金属板Ｔに対して応力測定装置１０が固定出来たら、あとは、例えば、ユーザインターフェース１８０を通じてスライド装置４０を移動操作して、図６にて示すように、金属板Ｔの測定箇所のほぼ中央に、カメラ中心Ｌｃが位置するようにヘッド部７０の位置を調整してやる。
【００５２】
後は、ユーザインターフェース１８０を通じて測定の開始の指示をＣＰＵ２００に与えてやればよい。これを行うと、ＣＰＵ２００により各装置が以下の要領で自動制御され、金属板Ｔの応力Ｆが自動的に算出される。
【００５３】
自動制御が開始されると、ＣＰＵ２００は、まず、カメラ８０に対して撮影指令を与える。これにより、不図示の照明手段から測定箇所に照明光が照射され、これと同時にカメラ８０による撮影が行われる（図１の（ｂ）の段階）。
【００５４】
これにて、パターンＰの画像（例えば、図２に示す（ａ）の画像）が得られる。そして、得られた画像（スリット加工前のパターンＰの画像）は出力され、画像メモリ１６０にフレーム単位で記憶される。
【００５５】
カメラ８０による撮影が完了すると、次に、ＣＰＵ２００は第一パルスモータ４５にパルス信号を与えて、第一パルスモータ４５を決められたステップ数ＳＴ１だけ正転方向に回転させる。これにより、スライド装置４０の可動部材４３、引いてはヘッド部７０が、設定された移動量Ｘ１だけ正確に移動して停止する。
【００５６】
本実施形態では、移動量Ｘ１がカメラ８０とカッター９０の中心間ピッチＪに設定してあるので、図６の位置から移動を始めたヘッド部７０は、カメラ８０により初回の撮影を行ったときのカメラ中心の位置（測定箇所上のカメラ中心の位置であって、以下、撮影中心位置）Ｒｏに、カッター９０の中心線Ｌｓが一致するところ、すなわち図１１の位置にて停止する。
【００５７】
そして、ヘッド部７０の移動に続いて、ＣＰＵ２００の制御下のもと、カッタモータ９２が通電操作される。これにより、カッター９０の備える加工刃９５が回転を始める。また、ＣＰＵ２００は、第二パルスモータ１０１にパルス信号を与えて、第二パルスモータ１０１を決められたステップ数ＳＴ２だけ正転方向に回転させる。
【００５８】
これにより、上下移動装置１００が作動して可動レール１０５を下降させるため、カッター９０は加工刃９５を回転させつつ、図１１に示す中心線Ｌｓに沿って、真っ直ぐに下降してゆく。これにより、加工刃９５が金属板Ｔの測定箇所に近づいてゆく。
【００５９】
やがて、金属板Ｔの測定箇所の表面に加工刃９５の刃先が当たり、測定箇所の表面にスリットＳが加工されてゆく。そして、スリットＳが予定する深さ（例えば、２ｍｍ）になったところで、第二パルスモータ１０１の回転が止まり、可動レール１０５、引いてはカッター９０の下降動作は停止する。かくして、金属板Ｔの測定箇所に対し線状のスリットＳが加工され、かつそのスリットＳの中心は、撮影中心位置Ｒｏ上に一致する（図１の（ｃ）の段階）。
【００６０】
また、カッター９０の下降動作が完了すると、デジタルインジケータ９８からＣＰＵ２００に対して、カッター９０の下降量のデータが出力される。これにより、ＣＰＵ２００にてカッター９０が、正規量だけ正確に下降しているか、検査できる。このような構成とすることで、正規下降量に対して実際の下降量に誤差がある場合には、それを補正する処理（第二パルスモータ１０１のステップ数を変更する等）を行うことで、スリットＳを予定する深さに正確に加工できる。
【００６１】
さて、ＣＰＵ２００はカッター９０が下降を停止すると、今度は、第二パルスモータ１０１にパルス信号を与えて、第二パルスモータ１０１を決められたステップ数ＳＴ２だけ逆転方向に回転させる。これにより、上下移動装置１００が作動し可動レール１０５を上昇させるため、カッター９０は加工刃９５を回転させつつ、全体が上昇する。そして、カッター９０が元の高さに至ると、第二パルスモータ１０１の回転が止まり、またカッタモータ９２に対する通電が断たれ、加工刃９５の回転が止まる。
【００６２】
その後、ＣＰＵ２００は第一パルスモータ４５にパルス信号を与えて、第一パルスモータ４５を決められたステップ数ＳＴ１だけ逆転方向に回転させる。これにより、スライド装置４０の可動部材４３、引いてはヘッド部７０が中心間ピッチＪだけ図１１の右手側に移動する。これにより、図１１の位置から移動を始めたヘッド部７０は図１３の位置（図６と同じ位置）まで移動して、そこで正確に停止する。この位置では、図１３にて示すように、カメラ側の中心線Ｌｃが、撮影中心位置Ｒｏに再び一致した状態となる。
【００６３】
その後、ＣＰＵ２００は、カメラ８０に対して再び、撮影指令を与える。これにより、不図示の照明手段から測定箇所に照明光が照射され、これと同時にカメラ８０による撮影が行われる(図１の（ｄ）の段階）。
【００６４】
これにて、撮影中心位置Ｒｏを画像中心点Ｏとする、パターンＰの画像（例えば、図２に示す（ｂ）の画像）が得られる。そして、得られた画像（スリット加工前のパターンＰの画像）は出力され、画像メモリ１６０にフレーム単位で記憶される。
【００６５】
後は、画像メモリ１６０に記憶された２つの画像データ、すなわちスリットＳの加工前後におけるパターンＰの画像に基づいて、以下の要領でひずみ量εが算出される。
【００６６】
まず、ＣＰＵ２００は、画像メモリ１６０からスリット加工前の画像を読み出し、その中に含まれる各パターンＰについて形状を認識する。そして、認識した形状に基づいて、マスターパターンを抽出する。具体的には、画像中心点Ｏを通る中心線Ｕ上に位置する２つのパターンＰを抽出する。ここでは、図２に示すパターンＰａとパターンＰｂが、マスターパターンとして抽出されたものとする。
【００６７】
マスターパターンＰａ、Ｐｂを抽出すると、次に、ＣＰＵ２００は両パターンの座標値（例えば、画像中心点Ｏを基準とした座標値）から両パターンのパターン間距離Ｄ１を算出する演算処理を行う。
【００６８】
その後、ＣＰＵ２００は、画像メモリ１６０からスリット加工後の画像を読み出し、その中に含まれる各パターンＰについて形状を認識する。そして、認識した各パターンの形状をマスターパターンＰａ、Ｐｂの形状に照合させるパターンマッチング処理を行い、画像中に含まれるマスターパターンＰａ、Ｐｂと同一形状のパターンＰａ’、Ｐｂ’を抽出する。
【００６９】
次にＣＰＵ２００は、抽出した両パターンＰａ’、Ｐｂ’の座標値（例えば、画像中心点Ｏを基準とした座標値）から両パターンのパターン間距離Ｄ２を算出する演算処理を行う。
【００７０】
そして、得られたパターン間距離Ｄ１、パターン間距離Ｄ２を、上記した（１）式に代入する演算処理を行う。かくして、測定対象物たる金属板Ｔのひずみ量εが求まる。その後、ＣＰＵ２００は記憶部１５０にアクセスして記憶された相関式を読み出し、算出したひずみ量εと読み出した相関式とに基づいて応力Ｆを算出する。その後、ＣＰＵ２００は表示部１７９の表示画面上に算出結果を表示する。これにて、一連の応力測定動作は終了する。
【００７１】
３．効果
本実施形態では、ヘッドプレート７１を有するヘッド部７０を設け、これにカメラ８０とカッター９０の双方を取り付けた。そして、カメラ８０によって測定箇所の画像を撮影した後、スリットＳを加工するときには、ヘッド部７０を、カメラ８０とカッター９０の中心間ピッチＪだけ移動させるようにした。これにより、移動後には、カメラ８０により初回の撮影を行った撮影中心位置Ｒｏ上にカッター９０の中心線Ｌｓが位置することとなる。そのため、スリットＳを、撮影中心位置Ｒｏ上に中心を一致させて加工できる。
【００７２】
また、スリットＳを加工した後、再び、カメラ８０で撮影を行うときには、カメラ８０とカッター９０の中心間ピッチＪだけ、ヘッド部７０の全体を逆方向に移動させるようにした。これにより、移動後には、加工したスリットＳの中心に、カメラ８０の中心線Ｌｃが位置することとなる。
【００７３】
以上のことから、画像側とスリットＳが予定した位置関係（画像中心点ＯにスリットＳの中心が一致する）になるので、問題として挙げたひずみ量εの位置誤差がほぼなくなり、測定対象物の応力Ｆの大きさを高精度に測定できる。
【００７４】
また、スリットＳを加工する前後の画像に基づいて測定対象物のひずみ量を決定するようにしたので、従前のようなゲージエレメントの貼り付け作業を必要としない。よって、ひずみ量εの測定それ自体も極めて簡単に行うことが可能となる。
【００７５】
また、本実施形態では、スリットＳをカッター９０により加工している。カッター９０であれば、例えば、スリットＳを放電加工する場合に比べて、熱ひずみが小さい。そのため、応力Ｆを一層正確に測定できる。
【００７６】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的
範囲に含まれる。
【００７７】
（１）上記実施形態では、測定対象物ＴにスリットＳを加工する加工手段の一例として、測定対象物Ｔの表面を加工刃９５により切削加工するカッター９０を例示したが、スリットＳを放電加工する放電加工器を使用してもよい。
【００７８】
（２）上記実施形態では、測定対象物Ｔの一例として、金属板を例示したが、測定対象物は板状のものに限定されるものではなく、金属管などの応力測定も可能である。
【００７９】
（３）上記実施形態では、ヘッド部７０の全体を一方向、すなわちＸ方向にのみスライドさせる構成であったが、更に、Ｙ方向にも移動出来るようにしてもよい。これには、例えば、装着板６３をＹ方向に移動させるＹ方向移動装置をスライドテーブル６０上に搭載してやればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明による応力の測定手順を示す図
【図２】測定対象物に塗着させたパターンＰの画像を示す図
【図３】応力Ｆとひずみ量εとの関係を示す相関グラフ
【図４】スリット中心からの距離ｄとひずみ量εの大きさの比率との関係を示すグラフ
【図５】スリットの断面形状を示す図
【図６】応力測定装置の正面図
【図７】その側面図
【図８】スライド装置、ヘッド部の平面図
【図９】上下移動装置の構成を示す図
【図１０】応力測定装置の電気的構成を示すブロック図
【図１１】スリットを加工する直前の状態を示す正面図
【図１２】スライド装置、ヘッド部の平面図
【図１３】スリット加工後のパターンの画像を撮影する直前の状態を示す正面図
【符号の説明】
【００８１】
１０…応力測定装置
３０…ベース盤
４０…スライド装置
５０…リニアガイド
７０…ヘッド部
７１…ヘッドプレート（本発明の「取り付け部材」の一例）
８０…カメラ（本発明の「撮像手段」の一例）
９０…カッター（本発明の「加工手段」の一例）
９８…デジタルインジケータ（本発明の「計測手段」の一例）
１００…上下移動装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の応力を測定する応力測定装置であって、
可動部材を、駆動軸に沿って水平移動させるスライド装置と、
前記可動部材に固定された取り付け部材と、
前記取り付け部材に上下移動装置を介して取り付けられると共に、前記測定対象物に線状のスリットを加工する加工手段と、
前記取り付け部材に取り付けられると共に、前記測定対象物を前記スリットを加工する前後において撮像する撮像手段と、
前記測定対象物の画像であって、前記スリットを加工する前後の画像に基づいて、測定対象物のひずみ量を決定するひずみ量決定手段と、を備え、
決定したひずみ量に基づいて測定対象物の応力を決定する応力測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の応力測定装置であって、
前記加工手段は、円盤状の加工刃を回転させて前記測定対象物に前記スリットを切削加工するカッターである。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の応力測定装置であって、
前記加工手段の上下方向の移動量を計測する計測手段を備える。
【請求項１】
測定対象物の応力を測定する応力測定装置であって、
可動部材を、駆動軸に沿って水平移動させるスライド装置と、
前記可動部材に固定された取り付け部材と、
前記取り付け部材に上下移動装置を介して取り付けられると共に、前記測定対象物に線状のスリットを加工する加工手段と、
前記取り付け部材に取り付けられると共に、前記測定対象物を前記スリットを加工する前後において撮像する撮像手段と、
前記測定対象物の画像であって、前記スリットを加工する前後の画像に基づいて、測定対象物のひずみ量を決定するひずみ量決定手段と、を備え、
決定したひずみ量に基づいて測定対象物の応力を決定する応力測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の応力測定装置であって、
前記加工手段は、円盤状の加工刃を回転させて前記測定対象物に前記スリットを切削加工するカッターである。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の応力測定装置であって、
前記加工手段の上下方向の移動量を計測する計測手段を備える。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１１２７６０（Ｐ２０１０−１１２７６０Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８３５５３（Ｐ２００８−２８３５５３）
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月４日（２００８．１１．４）
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
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