JP6464815B2 - Distortion measuring method and apparatus, program and recording medium - Google Patents
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Description
本発明は、歪み測定方法及び装置、並びにプログラム及び記録媒体に関するものである。 The present invention relates to a distortion measuring method and apparatus, a program, and a recording medium.
一般的に、任意の応力状態における金属材料の応力−歪み関係を測定するには、試験片に応力を与え、そのときに生じる歪みを測定することにより求めることができる。歪みを測定するには、伸び計や歪みゲージが用いられている。 Generally, in order to measure the stress-strain relationship of a metal material in an arbitrary stress state, it can be obtained by applying stress to a test piece and measuring the strain generated at that time. In order to measure the strain, an extensometer or a strain gauge is used.
伸び計を用いた歪み測定では、1組の接触子の間の距離変化を銅合金等で製作された起歪体の弾性歪みに変換・測定し、予め求めておいた起歪体の弾性歪みを接触子の間の距離変化に変換する係数を起歪体の弾性歪みに掛ける。これにより、試験片の変形量(歪み)を測定する。しかしながらこの場合、測定する歪みの方向は伸び計の取り付け方向によって限定される。また、上述した係数は経年変化するため、一定期間ごとに求めなおす必要があり、工数がかかる。 In strain measurement using an extensometer, the change in the distance between a pair of contacts is converted and measured into the elastic strain of a strained body made of a copper alloy or the like, and the elastic strain of the strained body previously determined. Is multiplied by the elastic strain of the strain generating body. Thereby, the deformation amount (strain) of the test piece is measured. However, in this case, the direction of strain to be measured is limited by the mounting direction of the extensometer. Moreover, since the coefficient mentioned above changes with time, it is necessary to obtain again every fixed period, and man-hours are required.
歪みゲージによる歪み測定では、金属の電気抵抗が変形を受けた際に変化する性質を利用して、試験片表面に貼付したゲージの抵抗箔の抵抗変化を測定し歪みに換算する。しかしながらこの場合、測定する歪みの方向はゲージの貼り付け方向によって限定される(ロゼッタゲージの場合には、任意の方向が測定可能)。測定できる歪み範囲が小さい。貼付方法、試験片の変形状態によって測定値が変化する場合がある。厳密に言うと歪み換算係数がゲージ毎に異なっている。 In strain measurement using a strain gauge, the resistance change of the resistance foil of the gauge affixed to the surface of the test piece is measured and converted into strain using the property that changes when the electrical resistance of the metal is deformed. However, in this case, the direction of strain to be measured is limited by the attaching direction of the gauge (in the case of a rosetta gauge, any direction can be measured). The measurable strain range is small. The measured value may vary depending on the application method and the deformation state of the test piece. Strictly speaking, the strain conversion factor differs for each gauge.
また、特許文献1の技術では、複数のエリアに規則的に区画され、且つこれらの各エリアが、輪郭が相互に線接触した隣接する他のエリアと相互に異なる色でそれぞれ色分けされており、各エリアの境界部分を幅0の線としてみなすことができる。そのため、基準がぶれることなく安定的に高精度な歪み測定が可能となる。しかしながらこの場合、特許文献1の技術では、測定する歪みの方向がパターンの方向によって限定される。また、各エリアの境界部分は線分となるため、カメラ等で距離を測定する基準点として認識することが難しく、連続的に測定することができない。 Moreover, in the technique of Patent Document 1, each of these areas is regularly divided into a plurality of areas, and each area is color-coded with a different color from other adjacent areas whose outlines are in line contact with each other, The boundary portion of each area can be regarded as a line having a width of zero. For this reason, it is possible to stably perform highly accurate distortion measurement without distorting the reference. However, in this case, in the technique of Patent Document 1, the direction of distortion to be measured is limited by the direction of the pattern. Moreover, since the boundary part of each area becomes a line segment, it is difficult to recognize it as a reference point for measuring the distance with a camera or the like, and it cannot be continuously measured.
また、特許文献2,3の技術では、2つ若しくはそれ以上のマークを、距離を測定する基準点として認識させることで連続的に歪み測定をすることが可能である。しかしながらこの場合、測定する歪みの方向がマークの配置によって限定される。また、距離を測定する際に、一定の面積を持つマークのどの位置を基準としてするかが問題となり、位置がずれた場合には誤差を生じる虞がある。また、歪みの方向とマーキングの方向を一致させる必要があり、これらの方向がずれた場合、測定精度が低下する虞がある。また、複数台のカメラを用いた場合、カメラ同士の校正が必要となり工数がかかる。
Further, in the techniques of
本発明は、上記の諸問題に鑑みてなされたものであり、被測定対象物の均一な歪み分布を有する平面状の表面部分において、面内の任意の方向の垂直歪み及びせん断歪みを正確且つ確実に非接触で連続的に測定することができる信頼性の高い歪み測定方法及び装置、並びにプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and in a planar surface portion having a uniform strain distribution of an object to be measured, vertical strain and shear strain in an arbitrary direction within the plane can be accurately and An object of the present invention is to provide a highly reliable strain measuring method and apparatus, and a program, which can reliably measure continuously without contact.
本発明の歪み測定方法は、撮像手段を用いて被測定対象物の表面に付与されたn角形要素(nは3又は4)を撮像した画像において、前記n角形要素の変形前状態と変形後状態との相違に基づいて、前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出するステップと、算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出するステップとを含み、前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出するステップは、前記n角形要素の変形前状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第1の仮想n角形要素の第1の頂点座標とするステップと、前記n角形要素の変形後状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第2の仮想n角形要素の第2の頂点座標とするステップと、前記第2の頂点座標と前記第1の頂点座標との差分値を前記n角形要素の各頂点の変位として算出するステップとを含む。
本発明の歪み測定方法は、撮像手段を用いて被測定対象物の表面に付与されたn角形要素(nは3又は4)を撮像した画像において、前記n角形要素の変形前状態と変形後状態との相違に基づいて、前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出するステップと、算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出するステップとを含み、撮像された前記画像の1画素の一辺の長さを基準長さとして規定する。
The distortion measuring method of the present invention is an image obtained by imaging an n-gonal element (n is 3 or 4) applied to the surface of an object to be measured using an imaging unit. Calculating the displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element based on the difference from the state, and using the calculated displacement of each vertex coordinate, the displacement-distortion matrix of the n-square element by a finite element method create and said saw including a step of calculating the two directions of vertical distortion and shear strain perpendicular in the measurement object, the step of calculating the displacement of the vertex coordinates of the n-gon element of the n triangular elements In the pre-deformation state, the coordinates of two arbitrary points on each side of the n-gonal element are measured, the coordinates of the intersection of the straight lines passing through the two points are calculated, and the created first virtual n-square element The first vertex coordinate In the post-deformation state of the n-gonal element, the coordinates of any two points on each side of the n-gonal element were measured, and the coordinates of the intersection of the straight lines passing through the two points were calculated. Setting a second vertex coordinate of the second virtual n-gon element, and calculating a difference value between the second vertex coordinate and the first vertex coordinate as a displacement of each vertex of the n-gon element; including.
The distortion measuring method of the present invention is an image obtained by imaging an n-gonal element (n is 3 or 4) applied to the surface of an object to be measured using an imaging unit. Calculating the displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element based on the difference from the state, and using the calculated displacement of each vertex coordinate, the displacement-distortion matrix of the n-square element by a finite element method And calculating a vertical strain and a shear strain in two orthogonal directions in the object to be measured, and the length of one side of one pixel of the imaged image is defined as a reference length.
本発明の歪み測定装置は、撮像手段と、前記撮像手段を用いて被測定対象物の表面に付与されたn角形要素(nは3又は4)を撮像した画像において、前記n角形要素の変形前状態と変形後状態との相違に基づいて、前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出する第1の算出手段と、算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出する第2の算出手段とを含み、前記第1の算出手段は、前記n角形要素の変形前状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第1の仮想n角形要素の第1の頂点座標とし、前記n角形要素の変形後状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第2の仮想n角形要素の第2の頂点座標とし、前記第2の頂点座標と前記第1の頂点座標との差分値を前記n角形要素の各頂点の変位として算出する。
本発明の歪み測定装置は、撮像手段と、前記撮像手段を用いて被測定対象物の表面に付与されたn角形要素(nは3又は4)を撮像した画像において、前記n角形要素の変形前状態と変形後状態との相違に基づいて、前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出する第1の算出手段と、算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出する第2の算出手段とを含み、前記第1の算出手段は、撮像された前記画像の1画素の一辺の長さを基準長さとして規定する。
The distortion measuring apparatus according to the present invention includes an imaging unit and an image obtained by imaging an n-gonal element (n is 3 or 4) applied to the surface of the object to be measured using the imaging unit. Based on the difference between the previous state and the post-deformation state, the first calculation means for calculating the displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element and the calculated displacement of each vertex coordinate by the finite element method displacement of the n triangular elements - creates a distortion matrix, seen including a second calculating means for calculating the two directions of vertical distortion and shear strain perpendicular in the object to be measured, said first calculation means, In the state before the deformation of the n-gonal element, the coordinates of any two points on each side of the n-gonal element are measured, the coordinates of the intersection of the straight lines passing through the two points are calculated, The first vertex coordinate of the virtual n-gon element is used as the n-corner In the post-deformation state of the element, the coordinates of two arbitrary points on each side of the n-gonal element are measured, the coordinates of the intersection of straight lines passing through the two points are calculated, and the created second virtual n-gon A second vertex coordinate of the element is used, and a difference value between the second vertex coordinate and the first vertex coordinate is calculated as a displacement of each vertex of the n-gonal element.
The distortion measuring apparatus according to the present invention includes an imaging unit and an image obtained by imaging an n-gonal element (n is 3 or 4) applied to the surface of the object to be measured using the imaging unit. Based on the difference between the previous state and the post-deformation state, the first calculation means for calculating the displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element and the calculated displacement of each vertex coordinate by the finite element method And a second calculating unit that generates a displacement-strain matrix of the n-gonal element and calculates a perpendicular strain and a shear strain in two orthogonal directions in the measurement target object, the first calculating unit including imaging A length of one side of one pixel of the image is defined as a reference length.
本発明のプログラムは、撮像手段を用いて被測定対象物の表面に付与されたn角形要素(nは3又は4)を撮像した画像において、前記n角形要素の変形前状態と変形後状態との相違に基づいて、前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出する手順と、算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出する手順とをコンピュータに実行させ、前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出する手順は、前記n角形要素の変形前状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第1の仮想n角形要素の第1の頂点座標とする手順と、前記n角形要素の変形後状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第2の仮想n角形要素の第2の頂点座標とする手順と、前記第2の頂点座標と前記第1の頂点座標との差分値を前記n角形要素の各頂点の変位として算出する手順とを含む。
本発明のプログラムは、撮像手段を用いて被測定対象物の表面に付与されたn角形要素(nは3又は4)を撮像した画像において、前記n角形要素の変形前状態と変形後状態との相違に基づいて、前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出する手順と、算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出する手順とをコンピュータに実行させ、撮像された前記画像の1画素の一辺の長さを基準長さとして規定する。
The program according to the present invention provides an image obtained by imaging an n-gonal element (n is 3 or 4) applied to the surface of an object to be measured using an imaging unit, and a state before deformation and a state after deformation of the n-square element. Based on the difference, the procedure for calculating the displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element and the calculated displacement of each vertex coordinate are used to create a displacement-distortion matrix of the n-square element by the finite element method. And calculating a displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element by causing a computer to execute a normal strain and a shear strain in two orthogonal directions in the object to be measured . In the pre-deformation state, the coordinates of two arbitrary points on each side of the n-gonal element are measured, the coordinates of the intersection of the straight lines passing through the two points are calculated, and the created first virtual n-square element The first vertex coordinate In order and in the post-deformation state of the n-square element, the coordinates of two arbitrary points on each side of the n-square element were measured, and the coordinates of the intersection of straight lines passing through the two points were calculated and created A procedure for setting the second vertex coordinate of the second virtual n-gon element, and a procedure for calculating a difference value between the second vertex coordinate and the first vertex coordinate as a displacement of each vertex of the n-square element; including.
The program according to the present invention provides an image obtained by imaging an n-gonal element (n is 3 or 4) applied to the surface of an object to be measured using an imaging unit, and a state before deformation and a state after deformation of the n-square element. Based on the difference, the procedure for calculating the displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element and the calculated displacement of each vertex coordinate are used to create a displacement-distortion matrix of the n-square element by the finite element method. Then, the computer is caused to execute a procedure for calculating vertical strain and shear strain in two orthogonal directions in the object to be measured, and the length of one side of one pixel of the captured image is defined as a reference length.
本発明によれば、被測定対象物の均一な歪み分布を有する平面状の表面部分において、面内の任意の方向の垂直歪み及びせん断歪みを正確且つ確実に非接触で連続的に測定することができる。 According to the present invention, in a planar surface portion having a uniform strain distribution of an object to be measured, vertical strain and shear strain in an arbitrary direction within the surface can be continuously measured accurately and reliably without contact. Can do.
以下、歪み測定方法及び装置、並びにプログラム及び記録媒体の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a distortion measuring method and apparatus, a program, and a recording medium will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態による歪み測定装置の概略構成を示す模式図である。図2は、第1の実施形態による歪み測定方法をステップ順に示すフロー図である。
本実施形態による歪み測定装置は、図1のように、撮像手段である例えばCCDカメラ1、第1の算出手段2、第2の算出手段3、第3の算出手段4、及び表示手段5を備えて構成されている。表示手段5は、CCDカメラ1により撮像された画像や、第2の算出手段3による算出結果、第3の算出手段4による算出結果等を適宜表示する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a strain measurement apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a flowchart showing the distortion measuring method according to the first embodiment in order of steps.
As shown in FIG. 1, the distortion measuring apparatus according to the present embodiment includes, for example, a CCD camera 1, a first calculation unit 2, a
非測定対象物10は、金属製であり、均一な歪み分布を有する平面状の表面部分(全表面のうちの少なくとも一部分)に、歪み測定のためのマークとして所定のn角形要素が付与(描画又は形成)されている。ここで、nは3又は4、即ち三角形又は四角形であり、本実施形態では四角形要素10aの場合を例示する。四角形要素10aは、ラッカー等を用いた描画、又は所定のエッチング等により上記の表面部分に形成される。四角形要素は、その検出精度を向上させるべく、背景の表面部分と異なる色彩で色分けされている。
The
非測定対象物10の歪みを測定するには、図2のように、非測定対象物10を設置した二軸引張試験機において非測定対象物10に未だ加重をかけない状態(変形前状態)で、CCDカメラ1による四角形要素10aの撮像を開始する(ステップS1)。
In order to measure the strain of the
第1の算出手段2は、CCDカメラ1による四角形要素10aを撮像した画像において、変形前状態における四角形要素10aの各辺上の任意の2点の座標を算出する(ステップS2)。このとき、算出の処理速度を向上させるべく、CCDカメラ1に備えられた、一方向における画像のコントラストパターンを検出する検出手段を用いて、四角形要素10aと背景の表面部分との境界部位でコントラストパターンが大きく変化した画素の画像内位置を、任意の2点とする。また、距離換算のプロセスを不要とすべく、画像における1画素の一辺長さを基準長さとする。歪みは無次元量であるため、メートル換算する必要がないことを利用している。このときの様子を図3(a)に例示する。画像における各辺の任意の2点をa1〜a8とする。
The first calculation means 2 calculates the coordinates of any two points on each side of the
続いて、第1の算出手段2は、四角形要素10aの各辺における上記の2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第1の仮想四角形要素10bの第1の頂点座標とする(ステップS3)。図3(a)において、第1の頂点をb1〜b4とする。
Subsequently, the first calculation means 2 calculates the coordinates of the intersection of the straight lines passing through the two points on each side of the
続いて、二軸引張試験機において非測定対象物10に所定の加重をかけ、非測定対象物10を変形させた状態(変形後状態)とする(ステップS4)。
続いて、第1の算出手段2は、四角形要素10aの変形後状態において、ステップS2と同様に、四角形要素10aの各辺上の任意の2点の座標を測定し、当該2点を通る直線同士の交点の座標を算出する(ステップS5)。このときの様子を図3(b)に例示する。画像における各辺の任意の2点をA1〜A8とする。本実施形態では、各辺の任意の2点は、四角形要素10aの変形前後で一致する必要はない。即ち、a1とA1、a2とA2、・・・、a8とA8は一致することを要せず任意で良い。このように、四角形要素10aの変形前後で各辺上の位置が変化しても良いため、追尾観測が不要である(定点観測で良い)。
Subsequently, a predetermined load is applied to the
Subsequently, in the post-deformation state of the
続いて、第1の算出手段2は、四角形要素10aの各辺における上記の2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第2の仮想四角形要素10cの第2の頂点座標とする(ステップS6)。図3(b)において、第2の頂点をB1〜B4とする。
続いて、第1の算出手段2は、第2の頂点座標と第1の頂点座標との差分値(B1−b1,・・・,B4−b4)を第1及び第2の仮想四角形要素10b,10cの各頂点の変位として算出する(ステップS7)。
Subsequently, the first calculation means 2 calculates the coordinates of the intersection of the straight lines passing through the two points on each side of the
Subsequently, the first calculation means 2 uses the difference values (B1-b1,..., B4-b4) between the second vertex coordinates and the first vertex coordinates as the first and second virtual
続いて、第2の算出手段3は、算出された各頂点座標の変位を用いて、有限要素法(FEM)により第1及び第2の仮想四角形要素10b,10c(即ち、四角形要素10a)のいわゆる変位−歪みマトリックス(Bマトリックス)を作成する(ステップS8)。
続いて、第2の算出手段3は、被測定対象物10の表面部分における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出する(ステップS9)。本実施形態では、一般的なFEM解析に用いられるBマトリックスの考え方を適用する(例えば、非特許文献1を参照)。歪み{ε}は、Bマトリックス[B]を用いて頂点座標の変位{ud}から以下のようにして求めることができる。
Subsequently, the second calculation means 3 uses the calculated displacement of each vertex coordinate to calculate the first and second virtual
Subsequently, the second calculation means 3 calculates a perpendicular strain and a shear strain in two orthogonal directions on the surface portion of the measurement object 10 (step S9). In the present embodiment, the concept of the B matrix used for general FEM analysis is applied (for example, see Non-Patent Document 1). The distortion {ε} can be obtained from the displacement {u d } of the vertex coordinates using the B matrix [B] as follows.
{ε}=[B]{ud}
{ud}=(u1,v1,u2,v2,u3,v3,u4,v4)T
{ε}=(εx,εy,γxy) ここで、εx,εyはx方向、y方向の各垂直歪み、γxyはせん断歪みである。
{Ε} = [B] {u d }
{U d } = (u 1 , v 1 , u 2 , v 2 , u 3 , v 3 , u 4 , v 4 ) T
{Ε} = (ε x , ε y , γ xy ) where ε x and ε y are vertical strains in the x direction and y direction, and γ xy is a shear strain.
第3の算出手段4は、算出された垂直歪み及びせん断歪みを用いて、歪みの座標変換により任意の方向の歪み又は主歪みを算出することができる(ステップS10)。
以下の式により、歪みをCCDカメラ1の座標系から任意(CCDカメラ1の座標からθ回転した)の座標系に変換することができる。
The third calculation means 4 can calculate a strain or a main strain in an arbitrary direction by coordinate transformation of strain using the calculated vertical strain and shear strain (step S10).
The distortion can be converted from the coordinate system of the CCD camera 1 to an arbitrary coordinate system (rotated by θ from the coordinates of the CCD camera 1) by the following expression.
また、主歪みは以下の式により求めることができる。 Further, the main strain can be obtained by the following equation.
本実施形態では、被測定対象物10として、図4に示すような十字型試験片(ISO 16842:2014)を用いることができる。この十字型試験片の例えば中央部位に、四角形要素が描画又は付与される。 In the present embodiment, a cross-shaped test piece (ISO 16842: 2014) as shown in FIG. For example, a square element is drawn or added to the center portion of the cross-shaped test piece.
なお、本実施形態では、被測定対象物10の歪み測定に際して、(1)n角形要素が常にCCDカメラ1の画像内に存在すること、(2)n角形要素が被測定対象物10の変形に追従していること(被測定対象物10において亀裂等による分断が生じないこと)、(3)n角形要素の各辺が直線を保持すること(少なくとも表面部分の面内の歪み分布が均一であること)が必要である。
In this embodiment, when measuring the distortion of the
本実施形態の歪み測定方法により、図4の十字型試験片を用いて、その応力−歪み関係を実際に測定した結果を図5に示す。図5では、歪みゲージを十字型試験片に貼付して、その応力−歪み関係を測定した結果を合わせて示す。このように、本実施形態の歪み測定方法による応力−歪み関係は、歪みゲージを用いた歪み測定方法による応力−歪み関係と略一致する結果が得られた。 FIG. 5 shows the results of actual measurement of the stress-strain relationship using the cross-shaped test piece of FIG. 4 by the strain measurement method of the present embodiment. In FIG. 5, the result of having attached the strain gauge to the cross-shaped test piece and measuring the stress-strain relationship is also shown. As described above, the stress-strain relationship according to the strain measurement method of the present embodiment was almost the same as the stress-strain relationship according to the strain measurement method using the strain gauge.
本実施形態によれば、被測定対象物10の均一な歪み分布を有する平面状の表面部分において、面内の任意の方向の垂直歪み及びせん断歪みを正確且つ確実に非接触で連続的に測定することができる。
n角形要素の各辺と、歪みを測定したい方向と、画像の横軸及び縦軸とは一致することを要せず、キャリブレーションレスが実現する。また、歪みの測定方向は限定されない。
According to the present embodiment, in a planar surface portion having a uniform strain distribution of the
Each side of the n-gonal element, the direction in which distortion is desired to be measured, and the horizontal and vertical axes of the image do not need to coincide with each other, and calibration-less is realized. Moreover, the measurement direction of distortion is not limited.
なお、本実施形態では、非測定対象物10に付与されるn角形要素として四角形要素10aの場合を例示したが、三角形要素(仮想n角形要素は仮想三角形要素となる)を付与するようにしても良い。この場合、三角形要素の3本の辺の夫々について、変形前状態と変形後状態との相違に基づいて三角形要素の各頂点座標の変位を算出し、算出された各頂点座標の変位を用いて、FEMにより三角形要素のBマトリックスを作成し、被測定対象物10における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出することになる。
In the present embodiment, the case of the
(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態による歪み測定装置の各構成要素(図1の第1の算出手段2、第2の算出手段3、及び第3の算出手段4等)の機能は、コンピュータのRAMやROM等に記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。同様に、第1の実施形態による歪み測定方法の各ステップ(図2のステップS2〜S3,S5〜S10等)は、コンピュータのRAMやROM等に記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。ステップS8〜S9は、例えばLabview二軸ひずみ計算130605.txtの算出プログラムにより実現される。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は本実施形態に含まれる。
(Second Embodiment)
The functions of the constituent elements of the strain measurement apparatus according to the first embodiment described above (the first calculation means 2, the second calculation means 3, the third calculation means 4 and the like in FIG. 1) are the functions of a computer RAM, This can be realized by operating a program stored in a ROM or the like. Similarly, each step (steps S2 to S3, S5 to S10, etc. in FIG. 2) of the distortion measurement method according to the first embodiment can be realized by operating a program stored in a RAM, a ROM, or the like of the computer. Steps S8 to S9 are realized by a calculation program of Labview biaxial strain calculation 130605.txt, for example. This program and a computer-readable recording medium on which the program is recorded are included in this embodiment.
具体的に、上記のプログラムは、例えばCD−ROMのような記録媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。上記のプログラムを記録する記録媒体としては、CD−ROM以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、上記のプログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワークシステムにおける通信媒体を用いることができる。ここで、コンピュータネットワークとは、LAN、インターネットの等のWAN、無線通信ネットワーク等であり、通信媒体とは、光ファイバ等の有線回線や無線回線等である。 Specifically, the above program is recorded on a recording medium such as a CD-ROM, or provided to a computer via various transmission media. As a recording medium for recording the program, a flexible disk, a hard disk, a magnetic tape, a magneto-optical disk, a nonvolatile memory card, and the like can be used in addition to the CD-ROM. On the other hand, a communication medium in a computer network system for propagating and supplying program information as a carrier wave can be used as the program transmission medium. Here, the computer network is a WAN such as a LAN or the Internet, a wireless communication network, or the like, and the communication medium is a wired line such as an optical fiber or a wireless line.
また、本実施形態に含まれるプログラムとしては、供給されたプログラムをコンピュータが実行することにより第1の実施形態の機能が実現されるようなもののみではない。例えば、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)或いは他のアプリケーションソフト等と共同して第1の実施形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本実施形態に含まれる。また、供給されたプログラムの処理の全て或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて第1の実施形態の機能が実現される場合にも、かかるプログラムは本実施形態に含まれる。 Further, the program included in the present embodiment is not limited to the one in which the function of the first embodiment is realized by the computer executing the supplied program. For example, when the function of the first embodiment is realized in cooperation with an OS (operating system) running on a computer or other application software, the program is included in this embodiment. . Further, when all or part of the processing of the supplied program is performed by the function expansion board or function expansion unit of the computer and the functions of the first embodiment are realized, such a program is included in this embodiment. It is.
例えば、図6は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。この図6において、1200はCPU1201を備えたパーソナルコンピュータ(PC)である。PC1200は、ROM1202またはハードディスク(HD)1211に記憶された、又はフレキシブルディスクドライブ(FD)1212より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行する。このPC1200は、システムバス1204に接続される各デバイスを総括的に制御する。
For example, FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an internal configuration of a personal user terminal device. In FIG. 6,
PC1200のCPU1201、ROM1202またはハードディスク(HD)1211に記憶されたプログラムにより、第1の実施形態の図1におけるステップS2〜S3,S5〜S10の手順等が実現される。
By the program stored in the
1203はRAMであり、CPU1201の主メモリ、ワークエリア等として機能する。1205はキーボードコントローラ(KBC)であり、キーボード(KB)1209や不図示のデバイス等からの指示入力を制御する。
1206はCRTコントローラ(CRTC)であり、CRTディスプレイ(CRT)1210の表示を制御する。1207はディスクコントローラ(DKC)である。DKC1207は、ブートプログラム、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク(HD)1211、及びフレキシブルディスク(FD)1212とのアクセスを制御する。ここで、ブートプログラムとは、パソコンのハードやソフトの実行(動作)を開始する起動プログラムである。
1208はネットワーク・インターフェースカード(NIC)であり、LAN1220を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、或いは他のPCと双方向のデータのやり取りを行う。
なお、パーソナルユーザ端末装置を用いる代わりに、歪み測定装置に特化された所定の計算機等を用いても良い。
Instead of using the personal user terminal device, a predetermined computer specialized for the strain measuring device may be used.
1 CCDカメラ
2 第1の算出手段
3 第2の算出手段
4 第3の算出手段
10 非測定対象物
10a 四角形要素
10b 第1の仮想四角形要素
10c 第2の仮想四角形要素
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CCD camera 2 1st calculation means 3 2nd calculation means 4 3rd calculation means 10
Claims (16)
算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出するステップと
を含み、
前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出するステップは、
前記n角形要素の変形前状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第1の仮想n角形要素の第1の頂点座標とするステップと、
前記n角形要素の変形後状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第2の仮想n角形要素の第2の頂点座標とするステップと、
前記第2の頂点座標と前記第1の頂点座標との差分値を前記n角形要素の各頂点の変位として算出するステップと
を含むことを特徴とする歪み測定方法。 Based on the difference between the pre-deformation state and the post-deformation state of the n-gonal element in the image obtained by imaging the n-square element (n is 3 or 4) applied to the surface of the object to be measured using the imaging means, Calculating a displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element;
A step of creating a displacement-strain matrix of the n-gonal element by a finite element method using the calculated displacement of each vertex coordinate, and calculating a perpendicular strain and a shear strain in two orthogonal directions in the measurement object. viewing including the door,
Calculating the displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element;
In the state before the deformation of the n-gonal element, the coordinates of any two points on each side of the n-gonal element are measured, the coordinates of the intersection of the straight lines passing through the two points are calculated, Setting the first vertex coordinates of the virtual n-gonal element;
In the post-deformation state of the n-gonal element, the coordinates of any two points on each side of the n-gonal element are measured, the coordinates of the intersection of straight lines passing through the two points are calculated, and the created second Setting the second vertex coordinate of the virtual n-gonal element;
And calculating a difference value between the second vertex coordinate and the first vertex coordinate as a displacement of each vertex of the n-gonal element .
算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出するステップと
を含み、
撮像された前記画像の1画素の一辺の長さを基準長さとして規定することを特徴とする歪み測定方法。 Based on the difference between the pre-deformation state and the post-deformation state of the n-gonal element in the image obtained by imaging the n-square element (n is 3 or 4) applied to the surface of the object to be measured using the imaging means, Calculating a displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element;
A step of creating a displacement-strain matrix of the n-gonal element by a finite element method using the calculated displacement of each vertex coordinate, and calculating a perpendicular strain and a shear strain in two orthogonal directions in the measurement object. When
Including
A distortion measuring method , wherein a length of one side of one pixel of the imaged image is defined as a reference length .
前記撮像手段を用いて被測定対象物の表面に付与されたn角形要素(nは3又は4)を撮像した画像において、前記n角形要素の変形前状態と変形後状態との相違に基づいて、前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出する第1の算出手段と、
算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出する第2の算出手段と
を含み、
前記第1の算出手段は、
前記n角形要素の変形前状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第1の仮想n角形要素の第1の頂点座標とし、
前記n角形要素の変形後状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第2の仮想n角形要素の第2の頂点座標とし、
前記第2の頂点座標と前記第1の頂点座標との差分値を前記n角形要素の各頂点の変位として算出することを特徴とする歪み測定装置。 Imaging means;
Based on the difference between the pre-deformation state and the post-deformation state of the n-square element in an image obtained by imaging the n-square element (n is 3 or 4) applied to the surface of the object to be measured using the imaging means. First calculating means for calculating a displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element;
Using the calculated displacement of each vertex coordinate, a displacement-strain matrix of the n-gonal element is created by a finite element method, and a perpendicular strain and a shear strain in two orthogonal directions in the object to be measured are calculated. and second calculation means only including,
The first calculation means includes
In the state before the deformation of the n-gonal element, the coordinates of any two points on each side of the n-gonal element are measured, the coordinates of the intersection of the straight lines passing through the two points are calculated, Let it be the first vertex coordinate of the virtual n-square element,
In the post-deformation state of the n-gonal element, the coordinates of any two points on each side of the n-gonal element are measured, the coordinates of the intersection of straight lines passing through the two points are calculated, and the created second The second vertex coordinates of the virtual n-gon element,
A distortion measuring apparatus , wherein a difference value between the second vertex coordinate and the first vertex coordinate is calculated as a displacement of each vertex of the n-gonal element .
前記第1の算出手段は、コントラストパターンが大きく変化した画素の画像内位置を、前記任意の2点とすることを特徴とする請求項6又は7に記載の歪み測定装置。 A detector for detecting a contrast pattern of an image in one direction when measuring the coordinates of any two points on each side of the n-gonal element;
The distortion measuring apparatus according to claim 6, wherein the first calculation unit sets the positions in the image of the pixels whose contrast pattern has changed significantly as the two arbitrary points.
前記撮像手段を用いて被測定対象物の表面に付与されたn角形要素(nは3又は4)を撮像した画像において、前記n角形要素の変形前状態と変形後状態との相違に基づいて、前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出する第1の算出手段と、
算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出する第2の算出手段と
を含み、
前記第1の算出手段は、撮像された前記画像の1画素の一辺の長さを基準長さとして規定することを特徴とする歪み測定装置。 Imaging means;
Based on the difference between the pre-deformation state and the post-deformation state of the n-square element in an image obtained by imaging the n-square element (n is 3 or 4) applied to the surface of the object to be measured using the imaging means. First calculating means for calculating a displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element;
Using the calculated displacement of each vertex coordinate, a displacement-strain matrix of the n-gonal element is created by a finite element method, and a perpendicular strain and a shear strain in two orthogonal directions in the object to be measured are calculated. 2 calculation means
Including
The first calculation means defines a length of one side of one pixel of the imaged image as a reference length, and the distortion measuring apparatus is characterized in that:
算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出する手順と
をコンピュータに実行させ、
前記n角形要素の各頂点座標の変位を算出する手順は、
前記n角形要素の変形前状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第1の仮想n角形要素の第1の頂点座標とする手順と、
前記n角形要素の変形後状態において、前記n角形要素の各辺上の任意の2点の座標を測定し、前記2点を通る直線同士の交点の座標を算出し、作成された第2の仮想n角形要素の第2の頂点座標とする手順と、
前記第2の頂点座標と前記第1の頂点座標との差分値を前記n角形要素の各頂点の変位として算出する手順と
を含むことを特徴とするプログラム。 Based on the difference between the pre-deformation state and the post-deformation state of the n-gonal element in the image obtained by imaging the n-square element (n is 3 or 4) applied to the surface of the object to be measured using the imaging means, Calculating a displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element;
Using the calculated displacement of each vertex coordinate, a displacement-strain matrix of the n-gonal element is created by a finite element method, and a perpendicular strain and a shear strain in two orthogonal directions in the measurement object are calculated. Let the computer run and
The procedure for calculating the displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element is as follows:
In the state before the deformation of the n-gonal element, the coordinates of any two points on each side of the n-gonal element are measured, the coordinates of the intersection of the straight lines passing through the two points are calculated, A procedure for setting the first vertex coordinates of the virtual n-gonal element;
In the post-deformation state of the n-gonal element, the coordinates of any two points on each side of the n-gonal element are measured, the coordinates of the intersection of straight lines passing through the two points are calculated, and the created second A procedure for setting the second vertex coordinates of the virtual n-gonal element;
Calculating a difference value between the second vertex coordinate and the first vertex coordinate as a displacement of each vertex of the n-gonal element;
The program characterized by including .
算出された前記各頂点座標の変位を用いて、有限要素法により前記n角形要素の変位−歪みマトリックスを作成し、前記被測定対象物における直交する2方向の垂直歪み及びせん断歪みを算出する手順と
をコンピュータに実行させ、
撮像された前記画像の1画素の一辺の長さを基準長さとして規定することを特徴とするプログラム。 Based on the difference between the pre-deformation state and the post-deformation state of the n-gonal element in the image obtained by imaging the n-square element (n is 3 or 4) applied to the surface of the object to be measured using the imaging means, Calculating a displacement of each vertex coordinate of the n-gonal element;
Using the calculated displacement of each vertex coordinate, a displacement-strain matrix of the n-gonal element is created by a finite element method, and a perpendicular strain and a shear strain in two orthogonal directions in the measurement object are calculated. When
To the computer,
A program that defines the length of one side of one pixel of the captured image as a reference length .
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