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ひずみ計測方法、ひずみ計測装置およびプログラム

国内特許コード P110002249
整理番号 S2009-1086-N0
掲載日 2011年4月8日
出願番号 特願2009-204164
公開番号 特開2011-053157
登録番号 特許第5458262号
出願日 平成21年9月3日(2009.9.3)
公開日 平成23年3月17日(2011.3.17)
登録日 平成26年1月24日(2014.1.24)
発明者
  • 伊藤 幸広
  • 井上 賢優
  • 松田 浩
  • 内野 正和
出願人
  • 国立大学法人佐賀大学
  • 国立大学法人 長崎大学
発明の名称 ひずみ計測方法、ひずみ計測装置およびプログラム
発明の概要 【課題】測定対象5が受ける光の照度や照射方向の変化の影響を受けない、安定した計測ができる、ひずみ計測装置を提供する。
【解決手段】コンピュータ4は、測定対象5の所定領域6を表面高さ計測器2で計測して得られた当初表面高さ分布から、所定領域6の点A,Bをそれぞれ包含する微小領域a,bの表面高さ分布を抽出する微小領域抽出手段、所定領域6の、経時後表面高さ分布上の、前記微小領域a,bに最も近似する微小領域a’,b’内にあって、前記微小領域a,bにおける前記点A,Bに対応する点A’,B’の座標を算出する座標算出手段、及び測定対象5の線分AB方向のひずみを算出するひずみ算出手段として機能する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



機械的な強度を要求される物体、例えば、橋梁、ダム、水門、その他の土木構造物、船舶の船殻、航空機の胴体、翼、原動機の架構、車両、各種プラント、その他の機械、あるいは機械要素、部品等の機械的強度を確認するために、載荷試験が行われる。一般に載荷試験は、試験対象の物体にひずみゲージや変位計を取り付けて、当該物体に生じる変位を計測して行う。





また、物体にモニタ装置を取り付け、当該物体の変位やひずみを監視して、当該物体の機械的な強度の低下を検知することも行われている。機械的な強度の低下を検知して、致命的な破壊が発生する前に適切な修理を行えば、災害を防ぐことができるからである。





例えば、特許文献1には、診断対象部材に光ファイバを取り付けて、対象部材上の特定の部位のひずみ履歴を連続的に監視する構造物の診断方法が開示されている。





また、特許文献2には、船体構造体の多様な箇所に光学的ひずみセンサを配置して、船体構造体に加わる動的負荷を連続監視する方法が開示されている。





また、特許文献3には、航空機の構造体に取り付けて、構造体に生じるひずみを検出する構造モニタリング用センサが開示されている。





このように、物体の変位やひずみを監視するためには、物体にセンサを取り付ける必要があるが、特に大型構造物の場合、センサを取り付け、更にセンサの信号線を計測器やデータロガーまで配線する作業は煩雑なので、多くの経費を必要とする。また、大型構造物の監視は長期間にわたって行われるが、長期間に渡ってセンサを含むモニタ装置を保守するためには、多くの人手と経費を必要とする。





そこで、本願発明者らは、被測定物の表面を撮像した画像を解析して被測定物のひずみを算出する方法を発明して、特許文献4において開示している。この方法に依れば、被測定物に固定されたセンサを必要としないので、上述したような問題は生じない。

産業上の利用分野



本発明は、物体のひずみを非接触で計測するひずみ計測方法、ひずみ計測装置およびプログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
測定対象物の表面の所定領域に存在する不規則な凹凸面の表面高さを計測して得られた当初表面高さ分布から、前記所定領域内の点Aを包含する微小領域a及び、点Bを包含する微小領域bの表面高さ分布を抽出する微小領域抽出段階と、
前記微小領域a及びbの表面高さの分布と、経時後に前記測定対象物の前記所定領域の表面高さを計測して得られた経時後表面高さ分布を照合して、前記微小領域aの表面高さ分布に最も近似する前記経時後表面高さ分布上の微小領域a’及び前記微小領域bの表面高さ分布に最も近似する前記経時後表面高さ分布上の微小領域b’を求める照合段階と、
前記微小領域a及びbにおける前記点A及びBに対応する前記微小領域a’及びb’内の点A’及びB’の座標を算出する座標算出段階と、
当初の線分ABの長さlと経時後の線分A’B’の長さl’を下式に代入して、線分AB方向のひずみεを算出するひずみ算出段階を有する
ことを特徴とするひずみ計測方法。
【数1】



【請求項2】
前記微小領域抽出段階は、前記所定領域内の点A(i=1,2‥n:nは2以上の正の整数、以下同じ)を包含する微小領域a及び、点Bを包含する微小領域bの表面高さ分布を前記当初表面高さ分布から抽出し、
前記照合段階は、前記微小領域a及びbの表面高さの分布と、前記経時後表面高さ分布を照合して、前記微小領域a及びbの表面高さ分布に最も近似する前記経時後表面高さ分布上の微小領域a'及びb'を求め、
前記座標算出段階は、前記微小領域a及びbにおける前記点A及びBに対応する前記微小領域a'及びb'内の点A'及びB'の座標を算出し、
前記ひずみ算出段階は、線分Aの長さlおよび線分A'B'の長さl'に基づいて、線分A方向のひずみεを求めて、さらに、全てのひずみεの相和平均を前記所定領域のひずみとして算出する
ことを特徴とする請求項1に記載のひずみ計測方法。

【請求項3】
前記ひずみ算出段階は、全てのひずみεの中から異常値を除外して相和平均を算出する
ことを特徴とする請求項2に記載のひずみ計測方法。

【請求項4】
前記異常値は、事前に規定された範囲外の値である
ことを特徴とする請求項3に記載のひずみ計測方法。

【請求項5】
前記異常値は、全ての前記ひずみεの最大値および最小値である
ことを特徴とする請求項3に記載のひずみ計測方法。

【請求項6】
前記所定領域の表面高さを計測して得られた表面高さ分布の表面高さが平均値以下となる領域の表面高さを前記平均値に置き換える溝部カット段階をさらに有する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のひずみ計測方法。

【請求項7】
前記測定対象物の前記所定領域を事前に加工して凹凸面を形成する所定領域加工段階をさらに有する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のひずみ計測方法。

【請求項8】
測定対象物の表面の所定領域に存在する不規則な凹凸面の表面高さを計測して得られた当初表面高さ分布から、前記所定領域内の点Aを包含する微小領域a及び、点Bを包含する微小領域bの表面高さ分布を抽出する微小領域抽出手段と、
前記微小領域a及びbの表面高さの分布と、経時後に前記測定対象物の前記所定領域の表面高さを計測して得られた経時後表面高さ分布を照合して、前記微小領域aの表面高さ分布に最も近似する前記経時後表面高さ分布上の微小領域a’及び前記微小領域bの表面高さ分布に最も近似する前記経時後表面高さ分布上の微小領域b’を求める照合手段と、
前記微小領域a及びbにおける前記点A及びBに対応する前記微小領域a’及びb’内の点A’及びB’の座標を算出する座標算出手段と、
当初の線分ABの長さlと経時後の線分A’B’の長さl’を下式に代入して、線分AB方向のひずみεを算出するひずみ算出手段を備える
ことを特徴とするひずみ計測装置。
【数2】



【請求項9】
前記微小領域抽出手段は、前記所定領域内の点A(i=1,2‥n:nは2以上の正の整数、以下同じ)を包含する微小領域a及び、点Bを包含する微小領域bの表面高さ分布を前記当初表面高さ分布から抽出し、
前記照合手段は、前記微小領域a及びbの表面高さの分布と、前記経時後表面高さ分布を照合して、前記微小領域a及びbの表面高さ分布に最も近似する前記経時後表面高さ分布上の微小領域a'及びb'を求め、
前記座標算出手段は、前記微小領域a及びbにおける前記点A及びBに対応する前記微小領域a'及びb'内の点A'及びB'の座標を算出し、
前記ひずみ算出手段は、線分Aの長さlおよび線分A'B'の長さl'に基づいて、線分A方向のひずみεを求めて、さらに、全てのひずみεの相和平均を前記所定領域のひずみとして算出する
ことを特徴とする請求項8に記載のひずみ計測装置。

【請求項10】
前記所定領域の表面高さを計測して得られた表面高さ分布の表面高さが平均値以下となる領域の表面高さを前記平均値に置き換える溝部カット手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項8または請求項9に記載のひずみ計測装置。

【請求項11】
コンピュータにインストールされて、当該コンピュータを、
測定対象物の表面の所定領域に存在する不規則な凹凸面の表面高さを計測して得られた当初表面高さ分布から、前記所定領域内の点Aを包含する微小領域a及び、点Bを包含する微小領域bの表面高さ分布を抽出する微小領域抽出手段と、
前記微小領域a及びbの表面高さの分布と、経時後に前記測定対象物の前記所定領域の表面高さを計測して得られた経時後表面高さ分布を照合して、前記微小領域aの表面高さ分布に最も近似する前記経時後表面高さ分布上の微小領域a’及び前記微小領域bの表面高さ分布に最も近似する前記経時後表面高さ分布上の微小領域b’を求める照合手段と、
前記微小領域a及びbにおける前記点A及びBに対応する前記微小領域a’及びb’内の点A’及びB’の座標を算出する座標算出手段と、
当初の線分ABの長さlと経時後の線分A’B’の長さl’を下式に代入して、線分AB方向のひずみεを算出するひずみ算出手段を備える
ひずみ計測装置として機能させることを特徴とするプログラム。
【数3】



【請求項12】
前記微小領域抽出手段は、前記所定領域内の点A(i=1,2‥n:nは2以上の正の整数、以下同じ)を包含する微小領域a及び、点Bを包含する微小領域bの表面高さ分布を前記当初表面高さ分布から抽出し、
前記照合手段は、前記微小領域a及びbの表面高さの分布と、前記経時後表面高さ分布を照合して、前記微小領域a及びbの表面高さ分布に最も近似する前記経時後表面高さ分布上の微小領域a'及びb'を求め、
前記座標算出手段は、前記微小領域a及びbにおける前記点A及びBに対応する前記微小領域a'及びb'内の点A'及びB'の座標を算出し、
前記ひずみ算出手段は、線分Aの長さlおよび線分A'B'の長さl'に基づいて、線分A方向のひずみεを求めて、さらに、全てのひずみεの相和平均を前記所定の領域のひずみとして算出する
ことを特徴とする請求項11に記載のプログラム。

【請求項13】
コンピュータにインストールされて、当該コンピュータを、
前記所定領域の表面高さを計測して得られた表面高さ分布から、前記所定領域の表面高さの平均値以下の表面高さを全て前記平均値に置き換えて、前記当初表面高さ分布及び前記経時後表面高さ分布を得る溝部カット手段をさらに備える
ひずみ計測装置として機能させることを特徴とする請求項11または請求項12に記載のプログラム。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 登録
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