JP3815043B2

JP3815043B2 - Video non-contact extensometer

Info

Publication number: JP3815043B2
Application number: JP10152898A
Authority: JP
Inventors: 俊幸河野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1998-04-13
Filing date: 1998-04-13
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2018-04-13
Also published as: JPH11295043A

Description

【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a video non-contact extensometer that measures the elongation of a test piece between marked marks using a video signal obtained by photographing a plurality of marked marks attached to the surface of the test piece with a video camera.
[0002]
[Prior art]
For example, when measuring the elongation and strain of a test piece with a material testing machine, if the thickness of the test piece is thin, the conventional contact-type extensometer has a large influence on the test piece and may not be used. In such a sample measurement, a non-contact measurement method is required. As a non-contact type extensometer, a so-called optical extensometer using a video camera at present is considered to be simple and highly accurate.
[0003]
In this video type non-contact extensometer, prior to the start of the test, two marked marks corresponding to two marked points are attached to the surface of the test piece, and these marked marks are recorded with a video camera during the test. Each marked mark is recognized from the video signal obtained by photographing, the moving amount of each mark is measured, and the elongation of the test piece between the marked marks is calculated from the difference of the moving amounts.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the tensile test using the video non-contact extensometer, as shown in FIG. 4, the upper and lower ends of the test piece W are attached to the grippers G1, G2, and the grippers G1, G2 are moved or rotated. A tensile load is applied to the specimen. In such a tensile test, the test piece W may be curved forward (video camera 1 side) as shown in FIG. 4A depending on how the test piece is attached to the gripping tool. If the test is performed in a state where the test piece W is bent, the elongation cannot be measured accurately.
[0005]
That is, as shown in FIG. 4A, if the test piece W is bent, the two marked marks M1 and M2 are in their normal positions at the start of the test (positions when the test piece W is not curved). If a tensile load is applied to the test piece W from this state, the bending of the test piece W is first eliminated, and then the actual elongation occurs in the test piece W. Therefore, during the transition from the state of FIG. 4A to the state of FIG. 4B, the distance d from the video camera 1 to the mark marks M1, M2 of the test piece W increases (d <d ′ ), The distance between the two mark marks M1 and M2 is reduced as a result of the sense of perspective, and the measurement result of the elongation is a graph as shown in FIG. In the graph shown in FIG. 5, the origin is the point a (measurement start point). Therefore, the elongation at the point c where a certain load is applied is x, but the actual elongation origin is the point b instead of the point a. The actual elongation at point c is (x + α), and the measurement result includes an error due to bending of the test piece W.
[0006]
In addition, the influence by the bending of the above test piece is that the gripping tool is moved (rotated) to a position where the bending of the test piece is eliminated (a position corresponding to the point b in FIG. 5) before starting the test. Although it is possible to avoid this by starting the test in a state and applying a tensile force to the test piece, it is troublesome to perform such an operation for each test, and the point b in FIG. In order to find out, it is difficult to carry out since the point b must be passed once.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a video non-contact extensometer capable of accurately measuring elongation even when a test piece attached to a gripping tool such as a material testing machine is bent. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the video non-contact extensometer of the present invention takes images of a plurality of marked marks attached to the surface of a test piece with a camera, and moves each mark from the marked mark image. In a video non-contact extensometer that measures the elongation of the test piece by measuring the amount, the elongation of the test piece is less than a predetermined negative value from the measurement data of the elongation, and the rate of change in elongation is positive at several points. It is characterized by having a data processing means for recognizing the point as the minimum value of elongation and performing processing with the minimum value as the origin of elongation.
[0009]
The operation of the video non-contact extensometer of the present invention will be described below.
First, when the test piece attached to the gripping tool is bent, as described above, the measurement result of the elongation is as shown in the graph of FIG. 5, at the point (b point) that is the actual elongation origin. Elongation is minimum. Therefore, if a point where the elongation becomes the minimum value is searched after starting the test, that point becomes the actual elongation origin. Therefore, in the present invention, as described above, by performing data processing of recognizing the minimum value of elongation from the measurement data of elongation obtained every moment from the start of the test and using the minimum value as the origin of elongation, the origin of elongation is performed. Is automatically corrected so that a correct measured value of elongation can be obtained.
[0010]
Specifically, the point in time when the rate of change in elongation changes from minus to plus is recognized as point b in FIG. 5 (the actual origin of elongation), and the recognized point b is expanded as shown in FIG. Data processing of shifting to the origin of (zero reset) is performed, and the elongation at the point c is correctly measured by such processing.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of the present invention.
First, the video non-contact extensometer of this embodiment is an apparatus that measures the elongation of a hard fiber material such as a reinforced plastic fiber by using capstan type grips 11 and 12.
[0013]
Two marked marks M1, M2 are attached to the surface of a test body (hereinafter referred to as a test piece W) such as a reinforced plastic fiber. The upper and lower ends of the test piece W are wound around capstan type grips 11 and 12, and the capstan type grips 11 and 12 move upward to give a tensile load in the vertical direction in the figure. It is done. Each marked mark M1, M2 is formed, for example, by attaching a mark body (label or the like) with a black horizontal line as a mark on a white background to the surface of the test piece W. The interval (initial GL) at the start of the test between the two mark marks M1, M2 is set to 100 mm.
[0014]
A video camera 1 is disposed on the front side of the test piece W. The photographing signal from the video camera 1 is taken into the arithmetic processing device 3 every moment.
[0015]
The arithmetic processing unit 3 is actually composed mainly of a computer and its peripheral devices and operates based on an installed program. FIG. 1 shows a block diagram for each function based on the program. That is, the arithmetic processing unit 3 is configured mainly with the elongation measuring unit 31 and the data processing unit 32, and is configured to obtain a measured value of elongation by the operation shown in the flowchart of FIG. Connected to the arithmetic processing unit 3 is a display device 4 for displaying a measurement result of the elongation of the test piece W, a captured image of the test piece W, and the like.
[0016]
The image data from the digitized video camera 1 is supplied to the stretch measurement unit 31 of the arithmetic processing device 3 every moment.
[0017]
The elongation measuring unit 31 recognizes the positions of the two mark marks M1, M2 from the supplied image data, and uses the position data relating to the mark marks M1, M2 to move the mark marks M1, M2. Obtain the amount x1 and x2 and calculate the momentary elongation (%) of the specimen W.
Elongation = (Initial GL100mm-x1 + x2) / (Initial GL100mm)
This is calculated using the following formula.
[0018]
Note that the mark mark position recognition executed in the elongation measuring unit 31 is performed by integrating the image data in a direction orthogonal to the extending direction of the test piece W to create a one-dimensional profile in the extending direction of the test piece W. Then, it is performed by a known process of performing an interpolation calculation of the function of the edge portion of the one-dimensional profile to accurately obtain the edge.
[0019]
The data processing unit 32 recognizes the minimum value (minimum value of elongation) of the elongation measurement data from the elongation measurement unit 31 and obtains the actual origin of elongation. Specifically, as shown in FIG. 2, it is determined whether or not the elongation measurement data supplied from the elongation measuring unit 31 is “elongation <−2 mm and the rate of change in elongation is positive at several points”. Then, it recognizes that the elongation at that time is the minimum value, and performs a process of setting the elongation at this time to zero (zero reset).
[0020]
Then, the data processing unit 32 outputs the measurement data after performing the zero reset as described above, and the elongation measurement value based on the data is displayed on the display device 4.
[0021]
Next, the operation of this embodiment will be described.
First, when a hard fiber material such as reinforced plastic fiber is tested using a capstan type gripping tool, as shown in FIG. 1, the test piece W is wound around rolls 11a and 12a. W curves to the video camera 1 side. When the elongation test is performed in such a state, a portion where the elongation is negative appears as shown in FIG. For example, when the amount of deflection of the test piece W is 20 mm (maximum) and the distance between the mark marks M1, M2 and the video camera 1 is 500 mm, the negative elongation is a large value of 4 mm, and the measured value of the elongation. Will contain very large errors.
[0022]
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the point where the measured elongation value measured from the start of the test changes from minus to plus is recognized as the actual elongation origin and zero. Since the reset is performed, the influence of the bending of the test piece W is canceled, and the obtained elongation measurement result is as shown in FIG. 3B, and an accurate elongation measurement value can be obtained.
[0023]
Here, in the above embodiment, the condition for determining the origin is set as “elongation <−2 mm and the rate of change in elongation is positive at several points”, but the numerical value for the elongation (−2 mm) is an experiment. There is no particular limitation, and an appropriate value may be adopted in consideration of the material to be tested, the distance between marked lines (GL), and the like.
[0024]
In addition, the reason why the condition for determining the origin is “elongation <−2 mm and the rate of change in elongation is positive at several points” is that the elongation measurement data (raw data) includes an error, This is to prevent a wrong point from being set as the origin when the rate of change of the change from minus to plus is regarded as the minimum value of elongation.
[0025]
In addition, if the minimum value of elongation is recognized after performing the smoothing process on the elongation measurement data (raw data), the correct origin can be obtained even if the condition is “when the rate of change in elongation changes from minus to plus”. Correction can be performed.
[0026]
In the above embodiment, the data processing is performed online during the elongation measurement to determine the actual elongation origin. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to adopt a configuration in which the origin of elongation is determined by the processing in step (b).
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the video-type non-contact extensometer of the present invention, the minimum value of the test piece is recognized from the measurement data of the elongation, and the process is performed with the minimum value as the origin of the extension. Even if the piece is attached in a state of being bent toward the camera side, it is possible to accurately measure elongation without being affected by the bending.
[0028]
Therefore, the video-type non-contact extensometer of the present invention is effective when a test is likely to be affected by the bending of the test piece, for example, when a hard fiber material such as a reinforced plastic fiber is tested using a capstan type gripping tool.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a measurement operation of the embodiment.
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a problem when a test piece is attached in a bent state in a conventional extensometer.
FIG. 5 is a graph showing an elongation measurement result obtained when a test is performed in a state where the test piece is bent.
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Video Camera 3 Arithmetic Processing Unit 31 Elongation Measurement Unit 32 Data Processing Unit 4 Display Units 11 and 12 Capstan Grab W Specimen M1, M2 Mark Mark

Claims

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。 In a video non-contact extensometer that takes images of multiple mark marks attached to the surface of a test piece with a camera, calculates the amount of movement of each mark from the mark mark image, and measures the elongation of the test piece From the measurement data of elongation, the point where the elongation of the test piece is less than the predetermined negative value and the rate of change of elongation is positive at several points is recognized as the minimum value of elongation, and the minimum value is regarded as the origin of elongation. A video non-contact extensometer characterized by comprising data processing means for performing the processing.