JPH11237217A - 微視的デジタル画像処理歪みゲージ - Google Patents
微視的デジタル画像処理歪みゲージInfo
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- JPH11237217A JPH11237217A JP10312210A JP31221098A JPH11237217A JP H11237217 A JPH11237217 A JP H11237217A JP 10312210 A JP10312210 A JP 10312210A JP 31221098 A JP31221098 A JP 31221098A JP H11237217 A JPH11237217 A JP H11237217A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
Landscapes
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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- Image Analysis (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】自動車用歪みゲージの分野に存在する、非接触
であり、複雑でない歪み計測計算方法を持ち、自動車の
酷い振動環境に晒されず、荷重段階の前後で取り外し可
能で、そして使用が容易であること、というニーズに対
応する。 【解決手段】歪みゲージが、レンズ１９を持つ画像検出
装置１２、レンズに光学的に連結された拡大レンズ１
８、画像検出装置に接続された位置決め手段１４、画検
出装置からの画像を受ける画像捕捉装置２０及び、画像
捕捉手段から受けた画像を数学的に解析し、歪みを計算
するプロセッサー２０を含む。
であり、複雑でない歪み計測計算方法を持ち、自動車の
酷い振動環境に晒されず、荷重段階の前後で取り外し可
能で、そして使用が容易であること、というニーズに対
応する。 【解決手段】歪みゲージが、レンズ１９を持つ画像検出
装置１２、レンズに光学的に連結された拡大レンズ１
８、画像検出装置に接続された位置決め手段１４、画検
出装置からの画像を受ける画像捕捉装置２０及び、画像
捕捉手段から受けた画像を数学的に解析し、歪みを計算
するプロセッサー２０を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は歪みゲージに関し、
より具体的には、その様なゲージのための微視的デジタ
ル画像処理に関する。
より具体的には、その様なゲージのための微視的デジタ
ル画像処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】歪みを計測することは、自動車の設計者
にとって特に重要である。自動車の設計に際しては、与
えられたいかなる試験についても歪みについて数百の場
所を計測する必要があるのがしばしばである。従来の歪
み計測は、しばしば電気歪みゲージを用いて行われてい
た。抵抗型歪みゲージ、伸び計及びコンデンサー型歪み
ゲージが、従来の電気歪みゲージの例である。電気歪み
ゲージは接着及び配線を必要とし、それらは、自動車の
試験環境においては、時間を浪費する準備過程となって
いる。また、電気歪みゲージは一旦使用されると、廃棄
されなければならず、これは自動車の試験において非常
にコストのかかるものとなり得る。更に、従来の歪みゲ
ージは高温に晒されると不正確であり、これは自動車の
設計において望ましくない試験上の制約となっている。
にとって特に重要である。自動車の設計に際しては、与
えられたいかなる試験についても歪みについて数百の場
所を計測する必要があるのがしばしばである。従来の歪
み計測は、しばしば電気歪みゲージを用いて行われてい
た。抵抗型歪みゲージ、伸び計及びコンデンサー型歪み
ゲージが、従来の電気歪みゲージの例である。電気歪み
ゲージは接着及び配線を必要とし、それらは、自動車の
試験環境においては、時間を浪費する準備過程となって
いる。また、電気歪みゲージは一旦使用されると、廃棄
されなければならず、これは自動車の試験において非常
にコストのかかるものとなり得る。更に、従来の歪みゲ
ージは高温に晒されると不正確であり、これは自動車の
設計において望ましくない試験上の制約となっている。
【０００３】それで、歪みを計測するのに、非接触で非
消耗的な方法を開発する努力が、自動車の歪み計測分野
において進んできた。この分野で知られたその様な方法
の一つがシアログラフィーである。この方法によれば、
ランダムなスペックル模様からなる、２つの平行に配置
された対象物の画像が干渉して縞模様を作る様にされ
る。模様はランダムであり、対象物の表面の性質によっ
て変わってくる。対象物が、熱、圧力などにより変形す
ると、ランダムな干渉模様は変化する。変化量は対象物
の硬さにより変わる。ランダムなスペックル模様の変形
時と非変形時との比較及び、各縞模様が、対象物の構造
的整合性についての情報を与えることになる。対象物の
像の一方が他方に対して、横方向に移動している、つま
りせん断変形しているので、この方法がシアログラフィ
ーと呼ばれる。
消耗的な方法を開発する努力が、自動車の歪み計測分野
において進んできた。この分野で知られたその様な方法
の一つがシアログラフィーである。この方法によれば、
ランダムなスペックル模様からなる、２つの平行に配置
された対象物の画像が干渉して縞模様を作る様にされ
る。模様はランダムであり、対象物の表面の性質によっ
て変わってくる。対象物が、熱、圧力などにより変形す
ると、ランダムな干渉模様は変化する。変化量は対象物
の硬さにより変わる。ランダムなスペックル模様の変形
時と非変形時との比較及び、各縞模様が、対象物の構造
的整合性についての情報を与えることになる。対象物の
像の一方が他方に対して、横方向に移動している、つま
りせん断変形しているので、この方法がシアログラフィ
ーと呼ばれる。
【０００４】別の非接触性で非消耗的な歪み計測法は、
レーザーの出現と共に開発された電子スペックル模様干
渉法（electronic speckle pattern interferometry略
してＥＳＰＩ）である。ＥＳＰＩにおいて、レーザー光
のビームは試験対象物に向けられ、画像センサーに向け
て反射される。同時に、参照用ビームもまたセンサーに
向けられる。この参照ビームは、「純粋な」ビームであ
っても、「参照」対象物から反射しても良い。対象物ビ
ームと参照ビームの両方は、画像センサーに到達する時
には殆ど平行であり、それで干渉スペックル模様の空間
周波数は比較的低くなる。それで、画像センサーは、ビ
デオ・カメラ又はその均等物とすることができる。
レーザーの出現と共に開発された電子スペックル模様干
渉法（electronic speckle pattern interferometry略
してＥＳＰＩ）である。ＥＳＰＩにおいて、レーザー光
のビームは試験対象物に向けられ、画像センサーに向け
て反射される。同時に、参照用ビームもまたセンサーに
向けられる。この参照ビームは、「純粋な」ビームであ
っても、「参照」対象物から反射しても良い。対象物ビ
ームと参照ビームの両方は、画像センサーに到達する時
には殆ど平行であり、それで干渉スペックル模様の空間
周波数は比較的低くなる。それで、画像センサーは、ビ
デオ・カメラ又はその均等物とすることができる。
【０００５】シアログラフィー及びＥＳＰＩには、多く
の欠点が伴う。ＥＳＰＩは可干渉光の対象物ビーム及び
参照ビームを必要とする。別々の２つのビームの存在
は、光学システムの複雑さを助長する。対象物ビーム及
び参照ビームの強度は注意深く制御されなければなら
ず、そしてビームの経路長は合っていなければならな
い。また、レーザーの使用は、高コストと共に安全性の
問題を呈する。ＥＳＰＩ及びシアログラフィーは両方と
も、全場歪み計算法であって、歪みを求めるのに、非常
に複雑で、比較的不正確な計算方法を必要とする。更
に、ＥＳＰＩ及びシアログラフィーは振動に対する感度
が高い。対象物又は装置のいずれかの非常に小さな動き
であっても、模様を乱す可能性がある。それで両方の方
法とも特別の振動遮断予防措置を必要とし、自動車試験
環境における歪み測定には実用的ではない。更にまだ、
これら方法は共に試験用に対象面に塗装等の処理を施す
必要があり、処理コストを高めることになっている。最
後にＥＳＰＩ及びシアログラフィー法は、ノイズを発生
し、これは、ノイズ・リダクション・アルゴリズムを用
いてフィルター処理されなければならず、処理を煩雑に
する要因を更に増やすことになっている。
の欠点が伴う。ＥＳＰＩは可干渉光の対象物ビーム及び
参照ビームを必要とする。別々の２つのビームの存在
は、光学システムの複雑さを助長する。対象物ビーム及
び参照ビームの強度は注意深く制御されなければなら
ず、そしてビームの経路長は合っていなければならな
い。また、レーザーの使用は、高コストと共に安全性の
問題を呈する。ＥＳＰＩ及びシアログラフィーは両方と
も、全場歪み計算法であって、歪みを求めるのに、非常
に複雑で、比較的不正確な計算方法を必要とする。更
に、ＥＳＰＩ及びシアログラフィーは振動に対する感度
が高い。対象物又は装置のいずれかの非常に小さな動き
であっても、模様を乱す可能性がある。それで両方の方
法とも特別の振動遮断予防措置を必要とし、自動車試験
環境における歪み測定には実用的ではない。更にまだ、
これら方法は共に試験用に対象面に塗装等の処理を施す
必要があり、処理コストを高めることになっている。最
後にＥＳＰＩ及びシアログラフィー法は、ノイズを発生
し、これは、ノイズ・リダクション・アルゴリズムを用
いてフィルター処理されなければならず、処理を煩雑に
する要因を更に増やすことになっている。
【０００６】場全体というよりも干渉点を用いる歪み測
定も非接触歪み測定の一つではあるが、ＥＳＰＩにおけ
るのと同じ欠点の対象となる。全場及び干渉点を用いる
非接触歪み測定に伴う問題は、方法の非中断性であり、
これは自動車の設計及び試験においては非常に重要であ
る。つまり、歪みを測定するために特定の装置を一旦セ
ットすると、荷重前後の間で取り除くことができない。
自動車の試験において、試験装置により荷重前の初期読
み取りを行ない、繰り返し試験を行なうために試験装置
を取り外す、ことが望まれる。例えば、所定時間又は距
離自動車の繰り返し試験が行われ、装置が試験区域に再
取付されて荷重後の読み取りが行われる。この技術は、
上述の非接触型の歪み計測方法では、不可能である。
定も非接触歪み測定の一つではあるが、ＥＳＰＩにおけ
るのと同じ欠点の対象となる。全場及び干渉点を用いる
非接触歪み測定に伴う問題は、方法の非中断性であり、
これは自動車の設計及び試験においては非常に重要であ
る。つまり、歪みを測定するために特定の装置を一旦セ
ットすると、荷重前後の間で取り除くことができない。
自動車の試験において、試験装置により荷重前の初期読
み取りを行ない、繰り返し試験を行なうために試験装置
を取り外す、ことが望まれる。例えば、所定時間又は距
離自動車の繰り返し試験が行われ、装置が試験区域に再
取付されて荷重後の読み取りが行われる。この技術は、
上述の非接触型の歪み計測方法では、不可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、自動車用歪み
ゲージの分野には、非接触であり、複雑でない歪み計測
計算方法を持ち、自動車の酷い振動環境に晒されず、荷
重段階の前後で取り外し可能で、そして使用が容易であ
ること、というニーズが存在する。
ゲージの分野には、非接触であり、複雑でない歪み計測
計算方法を持ち、自動車の酷い振動環境に晒されず、荷
重段階の前後で取り外し可能で、そして使用が容易であ
ること、というニーズが存在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】従来技術の欠点に対応し
て、本発明は、レンズを持つ画像検出装置、レンズに光
学的に連結された拡大レンズ、画像検出装置に接続され
た位置決め手段、画検出装置からの画像を受ける画像捕
捉手段及び、画像捕捉手段から受けた画像を数学的に解
析し、歪みを計算する処理手段を含む歪みゲージを提供
する。
て、本発明は、レンズを持つ画像検出装置、レンズに光
学的に連結された拡大レンズ、画像検出装置に接続され
た位置決め手段、画検出装置からの画像を受ける画像捕
捉手段及び、画像捕捉手段から受けた画像を数学的に解
析し、歪みを計算する処理手段を含む歪みゲージを提供
する。
【０００９】
【発明の効果】本発明は、複雑で感度の高い光学システ
ムを必要としない微視的レンズを用いるので、過酷な振
動環境のもとで用いることができる。
ムを必要としない微視的レンズを用いるので、過酷な振
動環境のもとで用いることができる。
【００１０】本発明の他の特徴及び効果は、歪み測定分
野の当業者には、添付の図面を参照しつつ以下の説明を
読むことで、明らかであろう。
野の当業者には、添付の図面を参照しつつ以下の説明を
読むことで、明らかであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】図面特に図１を参照すると、自動
車１０は、そこに隣接して配置された微視的デジタル画
像処理歪みゲージ１２を有する。図２のゲージ１２は、
位置決め機構１４、画像検出装置１６、拡大レンズ１８
及びプロセッサー２０を含む。ゲージ１２は、歪み測定
のために、対象面上のミクロン又はナノ・レベルの窪み
若しくはミクロン又はナノ・レベルでリトグラフ状のマ
ーク模様２６を画像化する様に配置されている。マーク
模様２６は、薄い金属若しくは複合膜上に作られ、そし
て対象面に貼り付けても良い。動的荷重歪み試験のため
に、プロセッサー２０への取付と同様に、起動システム
を持つ動的荷重装置２８も含み得る。
車１０は、そこに隣接して配置された微視的デジタル画
像処理歪みゲージ１２を有する。図２のゲージ１２は、
位置決め機構１４、画像検出装置１６、拡大レンズ１８
及びプロセッサー２０を含む。ゲージ１２は、歪み測定
のために、対象面上のミクロン又はナノ・レベルの窪み
若しくはミクロン又はナノ・レベルでリトグラフ状のマ
ーク模様２６を画像化する様に配置されている。マーク
模様２６は、薄い金属若しくは複合膜上に作られ、そし
て対象面に貼り付けても良い。動的荷重歪み試験のため
に、プロセッサー２０への取付と同様に、起動システム
を持つ動的荷重装置２８も含み得る。
【００１２】図２に示す様に、画像検出装置１６は、デ
ジタル・ビデオ・レコーダーであるのが好ましい。レコ
ーダーは、カラー又は白黒のいずれで動作しても良い。
検出装置１６はレンズ１９を持つ。レンズ１９は、マー
ク模様の大きさが、特に対象面が曲面である場合に、投
影角と焦点距離により影響されることのない様に、テレ
セントリック・レンズであるのが好ましい。検出装置１
６は、動的荷重のもとで対象面のマーク模様２６の「ス
ナップ・ショット」画像を撮るための、不図示のシャッ
ター機構を含んでいても良い。
ジタル・ビデオ・レコーダーであるのが好ましい。レコ
ーダーは、カラー又は白黒のいずれで動作しても良い。
検出装置１６はレンズ１９を持つ。レンズ１９は、マー
ク模様の大きさが、特に対象面が曲面である場合に、投
影角と焦点距離により影響されることのない様に、テレ
セントリック・レンズであるのが好ましい。検出装置１
６は、動的荷重のもとで対象面のマーク模様２６の「ス
ナップ・ショット」画像を撮るための、不図示のシャッ
ター機構を含んでいても良い。
【００１３】好ましくは微視的拡大レンズである、拡大
レンズ１８は、レンズ１９に光学的に連結されるのが好
ましく、検出装置１６とレンズ１９の中間に位置する。
しかしながら、レンズ１９は、拡大レンズ１８と画像検
出装置１６の間でも良いし、拡大レンズ１８と一体に形
成しても良い。更に、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡、伝
送電子顕微鏡又は走査プローブ顕微鏡を、ここで述べら
れた発明の範囲から逸脱することなく、微視的拡大レン
ズの代わりに用いることが出来る。
レンズ１８は、レンズ１９に光学的に連結されるのが好
ましく、検出装置１６とレンズ１９の中間に位置する。
しかしながら、レンズ１９は、拡大レンズ１８と画像検
出装置１６の間でも良いし、拡大レンズ１８と一体に形
成しても良い。更に、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡、伝
送電子顕微鏡又は走査プローブ顕微鏡を、ここで述べら
れた発明の範囲から逸脱することなく、微視的拡大レン
ズの代わりに用いることが出来る。
【００１４】位置決め機構１４が検出装置１６に取り付
けられる。位置決め機構１４は等間隔に配置された３本
の脚２２を持つのが好ましい。脚２２は、対象面より所
定高さに位置する様に、長さ方向に調整され固定される
様になっている。
けられる。位置決め機構１４は等間隔に配置された３本
の脚２２を持つのが好ましい。脚２２は、対象面より所
定高さに位置する様に、長さ方向に調整され固定される
様になっている。
【００１５】対象面をぼんやりと照らすために、光ファ
イバーの光源２４を装置１２に取り付けることが出来
る。
イバーの光源２４を装置１２に取り付けることが出来
る。
【００１６】プロセッサー２０は検出装置１６に接続さ
れ、デジタル画像を受ける様にされる。プロセッサー
は、デジタイジングレートが好ましくは３０ヘルツのデ
ジタル画像処理ボードを持つ。しかしながら、対象面の
動作環境が要求するならば、高速画像処理ボードを高速
画像化装置に接続しても良い。プロセッサーは更に、画
像処理ボードからの情報を受け、与えられた対象面に現
れた歪みを計算するコンピューターを持つ。計算は、荷
重前及び荷重後の対象面を解析するのに、以下に説明さ
れこの分野では公知の、ヤングの縞位相干渉法を用い
る。ヤングの縞は、ロー・パス・フィルターを用いて処
理されるのが好ましい。プロセッサー２０は更に、起動
された動的荷重の増加に際して、マーク模様２６の「ス
ナップ・ショット」が撮影される様に、動的荷重装置２
８の起動システムと画像検出装置１６のシャッター機構
とを同期するのに、用いられ得る。
れ、デジタル画像を受ける様にされる。プロセッサー
は、デジタイジングレートが好ましくは３０ヘルツのデ
ジタル画像処理ボードを持つ。しかしながら、対象面の
動作環境が要求するならば、高速画像処理ボードを高速
画像化装置に接続しても良い。プロセッサーは更に、画
像処理ボードからの情報を受け、与えられた対象面に現
れた歪みを計算するコンピューターを持つ。計算は、荷
重前及び荷重後の対象面を解析するのに、以下に説明さ
れこの分野では公知の、ヤングの縞位相干渉法を用い
る。ヤングの縞は、ロー・パス・フィルターを用いて処
理されるのが好ましい。プロセッサー２０は更に、起動
された動的荷重の増加に際して、マーク模様２６の「ス
ナップ・ショット」が撮影される様に、動的荷重装置２
８の起動システムと画像検出装置１６のシャッター機構
とを同期するのに、用いられ得る。
【００１７】使用に際して、位置決め機構１４は対象面
のマーク模様２６の上に被さって置かれ、画像検出装置
１６とマーク模様２６との間の距離が調整可能な脚によ
り設定され、位置決めされる。レンズ１９の焦点が合わ
せられ、荷重の前後において画像検出装置１６によりマ
ーク模様の画像が撮影される。荷重の前後の間において
必要ならばゲージ１２を取り外しても良い。画像はデジ
タル画像処理ボードを通してデジタル処理される。ヤン
グの縞を作るために荷重の前後のマークに対するデジタ
ル・フーリエ変換が行われる。縞の数は、マークのポイ
ント間の距離の程度に関連する。縞模様から導かれた、
荷重前後のマーク模様２６のポイント間の変位がその領
域での歪みを計算するのに用いられる。
のマーク模様２６の上に被さって置かれ、画像検出装置
１６とマーク模様２６との間の距離が調整可能な脚によ
り設定され、位置決めされる。レンズ１９の焦点が合わ
せられ、荷重の前後において画像検出装置１６によりマ
ーク模様の画像が撮影される。荷重の前後の間において
必要ならばゲージ１２を取り外しても良い。画像はデジ
タル画像処理ボードを通してデジタル処理される。ヤン
グの縞を作るために荷重の前後のマークに対するデジタ
ル・フーリエ変換が行われる。縞の数は、マークのポイ
ント間の距離の程度に関連する。縞模様から導かれた、
荷重前後のマーク模様２６のポイント間の変位がその領
域での歪みを計算するのに用いられる。
【００１８】本発明の微視的デジタル画像処理歪みゲー
ジの実施例を一つだけ説明した。歪みゲージ分野の当業
者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱することな
く他のものを想到するであろう。
ジの実施例を一つだけ説明した。歪みゲージ分野の当業
者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱することな
く他のものを想到するであろう。
【図１】車両のドアに隣接して配置された本発明の歪み
計測装置を持つ自動車の斜視図である。
計測装置を持つ自動車の斜視図である。
【図２】本発明による、微視的デジタル画像処理歪みゲ
ージの斜視図である。
ージの斜視図である。
【図３】本発明による、
１４位置決め手段 １６画像検出装置 １８微視的レンズ １９レンズ ２０画像捕捉手段 ２０処理手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンソニー、エム、ワース アメリカ合衆国ミシガン州サリン、ケンブ リッジ、ド ライブ、9444 (72)発明者 エベレット、ユー・ミン、クォ アメリカ合衆国ミシガン州トロイ、デボン シャー、１ 546 (72)発明者 ハワード、キール、プルンマー、ジュニア アメリカ合衆国ミシガン州ディアボーン、 ビーチモン ト・ドライブ、1271 (72)発明者 トーマス、アイゲン、アレン アメリカ合衆国ミシガン州ロイヤル・オー ク、パーメ ンター、2076
Claims (1)
- 【請求項１】レンズを持つ画像検出装置、 該画像検出装置及びレンズに光学的に連結され、それら
の中間に位置する微視的レンズ、 上記画像検出装置に接続され、該画像検出装置を対象面
より所定距離上に位置させる位置決め手段、 上記画像検出装置からの画像を受ける画像捕捉手段及
び、 該画像捕捉手段から受けた画像を数学的に解析し、歪み
を計算する処理手段を有する、面の歪みを計測する装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/985801 | 1997-12-05 | ||
| US08/985,801 US5920383A (en) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | Microscopic digital imaging strain gauge |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11237217A true JPH11237217A (ja) | 1999-08-31 |
Family
ID=25531809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10312210A Pending JPH11237217A (ja) | 1997-12-05 | 1998-11-02 | 微視的デジタル画像処理歪みゲージ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5920383A (ja) |
| EP (1) | EP0921372A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11237217A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015105931A (ja) * | 2013-12-03 | 2015-06-08 | 新東エスプレシジョン株式会社 | 測定機 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6188483B1 (en) * | 1997-12-03 | 2001-02-13 | Dr. Ettemeyer Gmbh & Co. | Method and apparatus for determining deformation and elongation on curved bodies |
| US6710861B2 (en) * | 2000-04-03 | 2004-03-23 | Meadwestvaco Corporation | Method and apparatus for measuring web strain in a confined area |
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