JPH11295042A - ビデオ式非接触伸び計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチックの新ＪＩＳ規格（精度±１μ
ｍ）に対応できる高精度のビデオ式非接触伸び計を提供
する。 【解決手段】 試験片Ｗに装着するマーク体として、マ
ーク体１１の裏面の一部が試験片Ｗに密着し、かつ、そ
のマーク体１１の表面上で、試験片Ｗに密着している位
置に対応する位置とは異なる位置に標線マーク１１ｍが
付けられたマーク体１１を用い、２つのマーク体の各々
の標線マーク１１ｍがカメラ１の視野内に収まるように
標線マーク１１ｍの位置を設定することで、小さなカメ
ラ視野（２０ｍｍ以下）での計測を可能として計測精度
の向上をはかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、材料の機械的特性
を計測するために、引張試験機などに取り付けられた試
験片の伸びを非接触で計測するビデオ式非接触伸び計に
関する。

【０００２】

【従来の技術】引張試験時等における試験片の伸びを非
接触で計測する伸び計として、ビデオカメラ（ＣＣＤカ
メラ）を用いた、いわゆるビデオ式非接触伸び計が知ら
れている。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つの標線に相当する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。

【０００３】このようなビデオ式非接触伸び計におい
て、標線マークの付け方としては、従来、例えば白地に
黒色等のラインを印刷したフィルム（マーク体）を糊等
を介して試験片表面に接着する方法が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のビデ
オ式非接触伸び計において使用されるマーク体は、図１
２（Ａ），（Ｂ）に示すように、マーク体１２の裏面の
一部が試験片Ｗに密着し、かつ、そのマーク体１２の表
面上で試験片Ｗに密着している位置と同じ位置に標線マ
ーク１２ｍが存在しているので、２つの標線マーク間距
離（ＧＬ）に対してカメラの視野を大きくしない限り、
伸び計測は不可能である。

【０００５】すなわち、カメラの視野としてＧＬ＋αを
確保しないと計測ができないということは、ＧＬ５０ｍ
ｍで計測することを定められた試験片の場合、視野を例
えば６０ｍｍを下回るように設定することができないこ
とになる。

【０００６】ここで、ビデオ式非接触伸び計は、カメラ
で撮影した画像を用いてマークの移動を計測するので、
計測分解能・精度は、画素数が同じカメラを使う限りに
おいて、設定視野の大きさに依存することから、視野が
小さい方が計測分解能・精度はよい。また、同じ大きさ
の視野では、カメラの画素数を上げない限り、精度の向
上は困難であり、従って、カメラ視野として初期ＧＬ＋
αを確保する必要がある従来のシステムでは、現状以上
の精度の計測を望むことは難しい。

【０００７】なお、画素数の多いカメラを用いれば高精
度の計測は可能となるが、画素数の多いカメラ（ＣＣＤ
カメラ）は一般的に高価で、相当のコストアップに繋が
る。また、ラインセンサを用いれば、試験片の引張方向
に平行な方向のカメラの画素数の多くすることは可能に
なるが、２次元画像で標線マークを認識できないので、
カメラの位置合わせなどが困難となり実現化が難しい。

【０００８】一方、プラスチックの新ＪＩＳと呼ばれる
規格、プラスチックの引張試験方法ＪＩＳ Ｋ ７１６
１などによれば、伸びの弾性領域の計測において、精度
±１μｍの伸び計を使用することを推奨しているが、こ
の規格を従来のシステムで実現することは、上記した理
由により容易ではない。

【０００９】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、さほどコストアップすることなく、精度±１μ
ｍというような高精度の計測が可能なビデオ式非接触伸
び計の提供を目的とする。

【００１０】

【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２
つのマーク体を装着し、それらマーク体上の各標線マー
クの画像をカメラで撮影し、その標線マークの画像の移
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、２つのマーク体のうちの少なくとも１つ
のマーク体として、マーク体の裏面の一部が試験片に密
着し、かつ、そのマーク体の表面上で、試験片に密着し
ている位置に対応する位置とは異なる位置に、標線マー
クが付けられたマーク体を用い、２つのマーク体の各々
の標線マークがカメラの視野内に収まるように標線マー
クの位置を設定することによって特徴づけられる。

【００１１】以上の構成の本発明によれば、マーク体の
試験片への密着位置に対応する位置とは異なる位置に標
線マークが付けられているので、例えば図４に示すよう
に、２つのマーク体１１，１１の試験片Ｗへの各々の密
着位置間の距離が初期ＧＬ５０ｍｍとなるように、各マ
ーク体１１，１１を試験片Ｗに装着すれば、その初期Ｇ
Ｌ５０ｍｍよりもカメラ視野を小さくしても（例えば２
０ｍｍ）、そのカメラ視野内に２つの標線マーク１１
ｍ，１１ｍを収めることができる。

【００１２】従って、カメラ視野を従来のシステムの伸
び計よりも小さくすることが可能となり、その分だけ計
測の分解能を高めることができる。例えば、従来ではカ
メラ視野が６０ｍｍ必要であったのに対し、本発明では
２０ｍｍ以下とすることも可能であり、計測の分解能つ
まり精度を３倍にまで高めることが可能になる。

【００１３】

【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。

【００１４】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、図２はその実施の形態に用いるマーク
体の斜視図（Ａ）及び裏面図（Ｂ）である。

【００１５】まず、本実施の形態に用いるマーク体１１
は、図２に示すように、白地に標線マーク１１ｍ（黒色
ライン）が試験片の引張方向と直交する方向に引かれて
なるマークパターンが表面に印刷されたフィルム（プラ
スチック製）１１ａと、このフィルム１１ａの裏面側に
直線状（試験片Ｗと直交する方向）に設けられた糊１１
ｂからなり、その標線マーク１１ｍが、糊１１ｂの位置
に対応する位置とは異なる位置に形成されているところ
に特徴がある。

【００１６】このようなマーク体１１は、図３（Ａ），
（Ｂ）に示すように、試験片Ｗの伸び方向に直交する方
向に延びる標線（上の標線）に糊１１ｂの形成部を合わ
せて装着する。このとき、標線マーク１１ｍの位置は、
試験片Ｗの上の標線に対して下方に位置するように設定
する。

【００１７】また、試験片Ｗの下の標線となる位置に
は、図１２に示したものと同じ構造のマーク体、つまり
フィルム１２ａの表面に標線マーク１２ｍが印刷され、
そのフィルムの裏面側で標線マーク１２ｍに対応する位
置に沿って設けられた糊１２ｂからなるマーク体１２
を、その糊１２ｂの形成部を標線に合わせて装着して、
この下のマーク体１２の試験片Ｗへの密着位置と、上の
マーク体１１の試験片Ｗへの密着位置との間の距離を初
期ＧＬ５０ｍｍとする。

【００１８】さて、マーク体１１，１２が装着された試
験片Ｗは、図１に示すように、両端が材料試験機等の掴
み具（図示せず）に把持された状態で、図中上下方向へ
の引張負荷が与えられる。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。

【００１９】ビデオカメラ１は、試験片Ｗの引張方向に
おける視野が、上のマーク体１１の試験片Ｗへの密着位
置と、下のマーク体の試験片Ｗへの密着位置との間の距
離つまり初期ＧＬ５０ｍｍよりも小さく設定され、か
つ、そのカメラの視野内に２つのマーク体１１，１２上
の各々の標線マーク１１ｍ，１２ｍが収まるように配置
されている。このビデオカメラ１からの撮影信号は、Ａ
−Ｄ変換器２によってデジタル化された後、演算処理装
置３に刻々と取り込まれる。

【００２０】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、マーク位置検出
部３１及び演算部３２を主体として構成されているとと
もに、この演算処理装置３には、試験片Ｗの伸びの各計
測結果及び試験片Ｗの撮影画像をなどを表示する表示装
置４が接続されている。

【００２１】前記したＡ／Ｄ変換器２によってデジタル
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のマーク位置検出部３１に刻々と供給される。

【００２２】マーク位置検出部３１は、供給された画像
データから、伸び計測用の２つのマークＭ1,Ｍ2 の各位
置を認識する。

【００２３】そのマーク位置の認識は、撮影画像上の各
標線マーク１１ｍ，１２ｍに対してそれぞれデータ領域
Ｄ（図１０（Ａ）参照）を設定し、その各データ領域Ｄ
内の画像データを、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（図１０（Ｂ）参照）、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、という処理によって行う。このような処理
によって求めた標線マーク１１ｍ，１２ｍに関する位置
データは演算部３２に刻々と送られる。

【００２４】演算部３２は、マーク位置検出部３１から
の標線マーク１１ｍ，１２ｍに関する位置データを用い
て、各標線マーク１１ｍ，１２ｍの移動量ｘ1,ｘ2 を求
めて試験片Ｗの刻々の伸びを、伸び＝初期の標線間距離
（初期ＧＬ５０ｍｍ）−ｘ1 ＋ｘ2の式を用いて算出す
る。その算出結果つまり伸びの計測値は表示装置４に刻
々と表示される。

【００２５】なお、以上の実施の形態において、マーク
位置検出部３１及び演算部３２で実行される処理は、従
来から行われている公知の処理である。

【００２６】図４は本発明の他の実施の形態の説明図で
ある。この実施の形態においては、図２に示す構造のマ
ーク体１１を２つ用意し、その各マーク体１１を試験片
Ｗの上の標線と下の標線にそれぞれ装着し、その各マー
ク体１１と１１の試験片Ｗへの密着位置間の距離を初期
ＧＬ＝５０ｍｍにするとともに、２つの標線マーク１１
ｍ，１１ｍを、糊３１ｂによるマーク体密着位置の間に
配置して伸びの計測を行う点に特徴がある。

【００２７】このような構成を採用すると、ビデオカメ
ラ１の視野（試験片Ｗの伸び方向の視野）を２０ｍｍ以
下に小さくしても計測が可能となり、従来のシステムの
伸び計（視野６０ｍｍ以上）に対して精度が大幅に向上
する。例えば、従来のシステムで精度±３μｍの精度を
達成できるものとすると、この実施の形態では、カメラ
視野が従来と比較して１／３（２０ｍｍ／６０ｍｍ）に
なるので、精度±１μｍを実現することが可能になる。

【００２８】図５及び図６は本発明に用いるマーク体の
他の例を示す図である。図５及び図６に示すマーク体２
１は、くさび状の接触部２１ｃをもつばね式クリップ２
１ｂと、標線マーク２１ｍが印刷されたフィルム２１ａ
からなり、そのフィルム２１ａがばね式クリップ２１ｂ
の前面に、標線マーク２１ｍが試験片Ｗへの接触部２１
ｃと対応する位置とは異なる位置に存在するように貼着
されている。

【００２９】このようなマーク体２１は糊が付かない試
験片への使用に適しており、また、試験片Ｗへの接触面
積が小さくて済む点（図６（Ｂ）参照）、及び再利用が
可能であるという利点がある。

【００３０】なお、以上の各実施の形態においては、カ
メラの視野を、試験開始時における一方のマーク体の試
験片への密着位置と他方のマーク体の試験片への密着位
置との間の距離（初期ＧＬ５０ｍｍ）よりも小さく設定
し、かつ、そのカメラの視野内に２つのマーク体の各々
の標線マークが収まるように標線マークの位置を設定し
ているが、本発明はこれに限られることなく、例えばマ
ーク体の試験片への配置を図１に示すような配置とし、
カメラの視野を初期ＧＬ５０ｍｍに比較して、かなり大
きく設定して計測を行ってもよい。この場合、伸びが１
００％〜２００％もあるような試験片を計測するにあた
り、その計測範囲を従来よりも広くすることができる。
また、計測範囲を従来と同じとした場合、カメラの視野
を小さくすることが可能となって分解能が良くなる。

【００３１】図７及び図８は本発明の別の実施の形態の
説明図である。この実施の形態では標線マーク体とし
て、白地に互いに平行な大変位用標線マーク３１Ｍと小
変位用標線マーク３１ｍ（ともに黒色ライン）が引かれ
てなるマークパターンが表面に印刷されたフィルム（プ
ラスチック製）３１ａと、そのフィルム３１ａの裏面側
で大変位用標線マーク３１Ｍに対応する部分に設けられ
た糊３１ｂからなる標線マーク体３１を用い、その標線
マーク体３１を試験片Ｗの上の標線位置と下の標線位置
に、それぞれ大変位用標線マーク３１Ｍ（糊３１ｂを設
けた部分）を合わせて装着して、糊３１ｂによる密着位
置間の距離を初期ＧＬ５０ｍｍとするとともに、２つの
小変位用標線マーク３１ｍ，３１ｍを糊３１ｂによるマ
ーク体密着位置の間に配置し、それら上下２つの小変位
用標線マーク３１ｍを小変位計測用カメラ１０１で撮影
し、上下２つの大変位用標マーク３１Ｍを大変位計測用
カメラ１０２で撮影して、試験片Ｗの伸びを計測するよ
うに構成したところに特徴がある。

【００３２】このような図７及び図８に示す実施の形態
によれば、試験開始当初（伸びが１０％以下の領域）に
おいては、視野範囲の狭い（視野２０ｍｍ以下）の小変
位計測用カメラ１０１で撮影した画像から高い分解能の
伸びの計測が可能となり、試験の進行に伴って試験片Ｗ
の伸びが大きくなったときには、分解能は低いが広い視
野範囲の大変位用計測カメラ１０２で撮影した画像か
ら、広範囲にわたる伸びの計測が可能になる。従って、
破断伸びが２００％にも及ぶ伸びの大きな材料、例えば
プラスチック等の引張試験等において、高精度の弾性率
の計測と、大きな破断伸びの計測の双方を、試験の中断
等を伴うことなく実現することができる。

【００３３】ここで、以上の各実施の形態において、上
下２つのマーク体の試験片Ｗへの密着位置間の距離つま
り初期ＧＬを正しく５０ｍｍにする手法としては、様々
な方法が考えられるが、その一つとして、上のマーク体
との下端面と、下のマーク体の上端面とを接触させた状
態で、上下の糊の中心間距離（またはクリップ接触部の
先端間距離）がＧＬ５０ｍｍとなるように、各マーク体
における標線マークの位置と試験片への密着部分との位
置関係を設定する、というような方法が挙げられる。

【００３４】また、以上の各実施の形態では、標線マー
クの形状を単純な直線状のマークとしているが、図９
（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、標線マーク１１ｍ′及
び３１Ｍ′，３１ｍ′を多数の菱形（正方形）が直線状
に並ぶ形状とすれば、標線マークを認識する際の精度を
高めることができる。

【００３５】すなわち、図１０（Ａ）に示すように、単
純な直線状のマークを用いた場合、データ領域Ｄ内のデ
ータを、マークが延びる方向に積分して得られるプロフ
ァイルは、図１０（Ｂ）に示すような台形状となり、マ
ークのエッジ部分を決定する際の補間計算に用いるデー
タ点数が少なくなる。

【００３６】これに対し、図１１（Ａ）に示すように、
多数の菱形（正方形）が直線状に並ぶ形状のマークを用
いた場合、データ領域Ｄ内のデータを、菱形が並ぶ方向
に積分して得られるプロファイルは、図１１（Ｂ）に示
すような２等辺三角形となるので、エッジ部分の補間計
算に用いられるデータ点数は多くなって、エッジを高精
度で認識することができる。

【００３７】ここで、本発明に用いるマーク体のフィル
ムの材質は、曲がりや反りが生じ難いものであれば特に
限定されず、例えば各種プラスチック、金属箔、紙等を
採用することができる。また、フィルムは箔体であれば
その呼称にはこだわらず、一種の材料からなる箔体のほ
か、複数種の箔体を積層した積層体であってもよい。

【００３８】

【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、試験片に装着する２つのマーク
体のうちの少なくとも１つのマーク体として、マーク体
の裏面の一部が試験片に密着し、かつ、そのマーク体の
表面上で、試験片に密着している位置に対応する位置と
は異なる位置に、標線マークが付けられたマーク体を用
い、２つのマーク体の各々の標線マークがカメラの視野
内に収まるように標線マークの位置を設定して伸びの計
測を行うように構成したから、カメラの視野を例えば２
０ｍｍ以下に設定しても、２つの標線マークを撮影する
ことが可能となる。その結果、伸びの計測精度が大幅に
向上し、例えば精度±１μｍを達成することが可能にな
る。

【００３９】しかも、そのような高精度の計測を、画素
数の多いカメラを用いることなく低コストのもとに実現
することができる。さらに、上記した構成のマーク体を
用意するだけでよく、処理ソフトの変更などを行う必要
はないので、既存のビデオ式非接触伸び計にも適用でき
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】その実施の形態に用いるマーク体の斜視図
（Ａ）及び背面図（Ｂ）である。

【図３】本発明の実施の形態に用いる試験片の正面図
（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。

【図４】本発明の他の実施の形態に用いる試験片の正面
図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。

【図５】本発明の実施の形態に用いるマーク体の別の例
を示す正面図（Ａ）、平面図（Ｂ）及び側面図（Ｃ）で
ある。

【図６】図５に示すマーク体を試験片への装着状態で示
す正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。

【図７】本発明の別の実施の形態の説明図である。

【図８】同じく別の実施の形態の説明図である。

【図９】本発明に用いるマーク体の標線マークの変形例
を示す図である。

【図１０】直線状マークとそのプロファイルを示す図で
ある。

【図１１】菱形を直線状に並べたマークとそのプロファ
イルを示す図である。

【図１２】ビデオ式非接触伸び計に用いられる従来のマ
ーク体を試験片に装着した状態で示す正面図（Ａ）及び
側面図（Ｂ）である。

【符号の説明】

１ ビデオカメラ ２ Ａ−Ｄ変換器 ３ 演算処理装置 ３１ マーク位置検出部 ３２ 演算部 ４ 表示装置 １１ マーク体 １１ａ フィルム １１ｂ 糊 １１ｍ 標線マーク １２ マーク体 １２ａ フィルム １２ｂ 糊 １２ｍ 標線マーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験片表面に２つのマーク体を装着し、
   それらマーク体上の各標線マークの画像をカメラで撮影
   し、その標線マークの画像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、 上記２つのマーク体のうちの少なくとも１つのマーク体
   として、マーク体の裏面の一部が試験片に密着し、か
   つ、そのマーク体の表面上で、試験片に密着している位
   置に対応する位置とは異なる位置に、標線マークが付け
   られたマーク体を用い、２つのマーク体の各々の標線マ
   ークがカメラの視野内に収まるように標線マークの位置
   を設定することを特徴とするビデオ式非接触伸び計。