JP6958494B2 - Displacement amount measuring device, displacement amount measuring method and displacement amount measuring program - Google Patents
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Description
本発明は、変位量測定装置、変位量測定方法および変位量測定プログラムに関する。 The present invention relates to a displacement amount measuring device, a displacement amount measuring method, and a displacement amount measuring program.
材料試験機により供試体である試験片に対して引張試験等の材料試験を行う場合に、引張や圧縮等の荷重を受ける供試体の変形前後のデジタル画像に基づいて変位量を測定するデジタル画像相関法(DIC, Digital Image Correlation)と呼ばれる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。デジタル画像相関法においては、供試体の変形前後のデジタル画像に基づいて、供試体上に設定した任意の計測点が荷重を受けた後にどの位置に移動したのかを把握することにより、供試体の変形に関する情報を得ている。 A digital image that measures the amount of displacement based on the digital images before and after deformation of the specimen that receives loads such as tension and compression when performing material tests such as tensile tests on the test piece that is the specimen with a material tester. A method called a correlation method (DIC, Digital Image Correlation) is known (see, for example, Patent Document 1). In the digital image correlation method, based on the digital images before and after the deformation of the specimen, it is possible to grasp to which position any measurement point set on the specimen has moved after being loaded. I'm getting information about deformation.
デジタル画像相関法では、物体表面に描かれたランダムな模様の変形前後の画像を比較し、サブセットと呼ばれる複数の画素からなる解析領域の変形前後の位置を求める。デジタル画像相関法において精度よく変位量を測定するために、サブセットを適切に設定することが望まれている。 In the digital image correlation method, the images before and after the deformation of the random pattern drawn on the object surface are compared, and the positions before and after the deformation of the analysis area consisting of a plurality of pixels called a subset are obtained. In order to measure the displacement amount with high accuracy in the digital image correlation method, it is desired to set an appropriate subset.
本発明の第1の態様によると、デジタル画像相関法による解析を行って供試体の変位量を測定する変位量測定装置は、前記供試体に描かれたランダムパターンの変形前の画像を取得する取得部と、前記取得部で取得した前記変形前の画像に基づいて、前記ランダムパターンに含まれる斑点のサイズを算出する算出部と、前記算出部で算出された斑点のサイズに基づいて、前記デジタル画像相関法の解析に用いるサブセットのサイズを決定する決定部とを備える。
本発明の第2の態様によると、デジタル画像相関法による解析を行って供試体の変位量を測定する変位量測定方法であって、前記供試体に描かれたランダムパターンの変形前の画像を取得し、前記取得した前記変形前の画像に基づいて、前記ランダムパターンに含まれる斑点のサイズを算出し、前記算出された斑点のサイズに基づいて、前記デジタル画像相関法の解析に用いるサブセットのサイズを決定する。
本発明の第3の態様によると、デジタル画像相関法による解析を行って供試体の変位量を測定するための変位量測定プログラムは、前記供試体に描かれたランダムパターンの変形前の画像を取得する取得ステップと、前記取得ステップにおいて取得した前記変形前の画像に基づいて、前記ランダムパターンに含まれる斑点のサイズを算出する算出ステップと、前記算出ステップで算出された斑点のサイズに基づいて、前記デジタル画像相関法の解析に用いるサブセットのサイズを決定する決定ステップとをコンピュータに実行させる。
According to the first aspect of the present invention, the displacement amount measuring device that measures the displacement amount of the specimen by performing the analysis by the digital image correlation method acquires an image of the random pattern drawn on the specimen before deformation. Based on the acquisition unit, the calculation unit that calculates the size of the spots included in the random pattern based on the image before the deformation acquired by the acquisition unit, and the spot size calculated by the calculation unit, the said It includes a determination unit that determines the size of the subset used in the analysis of the digital image correlation method.
According to the second aspect of the present invention, it is a displacement amount measuring method in which the displacement amount of the specimen is measured by performing the analysis by the digital image correlation method, and the image before deformation of the random pattern drawn on the specimen is obtained. Acquired, the size of the spots included in the random pattern is calculated based on the acquired image before deformation, and the subset used for the analysis of the digital image correlation method is calculated based on the calculated spot size. Determine the size.
According to the third aspect of the present invention, the displacement amount measurement program for measuring the displacement amount of the specimen by performing the analysis by the digital image correlation method uses the image before deformation of the random pattern drawn on the specimen. Based on the acquisition step to be acquired, the calculation step of calculating the size of the spots included in the random pattern based on the image before the deformation acquired in the acquisition step, and the size of the spots calculated in the calculation step. , The computer is made to perform a determination step of determining the size of the subset used in the analysis of the digital image correlation method.
本発明によれば、デジタル画像相関法の解析に用いるサブセットのサイズを適切に設定することができる。 According to the present invention, the size of the subset used for the analysis of the digital image correlation method can be appropriately set.
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る材料試験機の概略図である。図1に示すように本実施の形態に係る材料試験機1は、基台11と、基台11上に立設された左右一対のねじ棹12と、これらのねじ棹12の上部に配設されたヨーク13と、クロスヘッド15とを備える。クロスヘッド15は左右一対のねじ棹12と螺合するナット部を備え、ねじ棹12に対して昇降する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a material testing machine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
基台11の下方には、圧縮および引張負荷用のモータ20と、モータ20の駆動により回転する同期プーリー21と、一対のねじ棹12の下端部にそれぞれ配設された同期プーリー22と、同期ベルト23とが配置されている。同期プーリー21と同期プーリー22はそれぞれ同期ベルト23と係合している。モータ23の駆動により同期プーリー21と同期プーリー22が回転し、これに同期して一対のねじ棹12が回転する。一対のねじ棹12が回転することにより、クロスヘッド15はねじ棹12の軸方向に昇降する。
Below the
クロスヘッド15には、ロードセル16を介して、供試体(試験片)TPの上端部を把持するための上つかみ具31が取り付けられている。基台11には、供試体TPの下端部を把持するための下つかみ具32が取り付けられている。引張試験を行う場合には、供試体TPの両端部を上つかみ具31および下つかみ具32により把持した状態で、クロスヘッド15を上昇させることにより、供試体TPに試験力(引張荷重)を付与する。
An
一方のねじ棹12を覆う支柱(不図示)にはデジタルカメラ35が設置されており、上つかみ具31および下つかみ具32により把持された供試体TPの画像を撮影する。デジタルカメラ35は、CCDセンサ等のイメージセンサを備え、静止画もしくは動画の撮影が可能である。デジタルカメラ35の位置は調整可能であり、供試体TPにおける変位量の測定に必要な領域が撮影可能となるように位置が調整される。デジタルカメラ35で取得された静止画もしくは動画の画像データは処理装置40に入力される。また、ロードセル16によって検出された供試体TPに作用する試験力も処理装置40に入力される。
A
処理装置40は、材料試験機1から入力された画像データ等の信号に基づいて、デジタル画像相関法(DIC, Digital Image Correlation)による解析(以降、DIC解析と呼ぶ)を行って供試体TPにおける変位量の演算を行う。処理装置40は、論理演算を実行するCPU、演算に必要な動作プログラムが格納されたROM、および演算時にデータ等が一時的に格納されるRAM等の記憶装置等を有するコンピュータから構成される。処理装置40にはキーボード等の入力部41、および液晶表示装置等の表示部42が接続されている。また、材料試験機1の動作を制御する制御装置36も処理装置40に接続されている。
The
DIC解析により供試体TPの変位量を測定する場合は、図2(a)に示すようなランダムな模様(ランダムパターンあるいはスペックルパターンとも呼ぶ)を供試体TPの表面に描き、引張試験による変形前後の画像を比較して供試体TPの変位量(変形量)を検出する。図2(a)はスプレー塗布により、黒色の熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化プラスチック(熱可塑性CFRP)からなる供試体TPの表面に白色の塗料を塗布したランダムパターンの一例である。 When measuring the displacement of the specimen TP by DIC analysis, a random pattern (also called a random pattern or speckle pattern) as shown in FIG. 2A is drawn on the surface of the specimen TP, and deformation by a tensile test is performed. The displacement amount (deformation amount) of the specimen TP is detected by comparing the images before and after. FIG. 2A is an example of a random pattern in which a white paint is applied to the surface of a specimen TP made of carbon fiber reinforced plastic (thermoplastic CFRP) using a black thermoplastic resin by spray coating.
DIC解析では、サブセットと呼ばれる複数の画素からなる解析領域を変形前の画像に設定し、マッチング処理等を行って変形後の画像におけるそのサブセットの位置を求めることにより、物体平面における変位量を求めることができる。DIC解析は供試体TPの表面にひずみゲージ等のセンサを接触させる必要がなく、複雑な光学系も不要である。また、DIC解析は、取得した画像データに基づいて引張試験後に供試体TPの任意の箇所において変位量を解析することが可能であるため、高い汎用性がある。 In DIC analysis, an analysis area consisting of a plurality of pixels called a subset is set in the image before deformation, and the displacement amount in the object plane is obtained by performing matching processing or the like to obtain the position of the subset in the image after deformation. be able to. DIC analysis does not require a sensor such as a strain gauge to come into contact with the surface of the specimen TP, and does not require a complicated optical system. Further, the DIC analysis is highly versatile because it is possible to analyze the displacement amount at an arbitrary position of the specimen TP after the tensile test based on the acquired image data.
DIC解析により変位量を測定する際の解析精度は、上述した物体表面に描かれたランダムパターンの斑点(スペックル)の大きさと、サブセットのサイズとに関連がある。例えば、サブセットのサイズを小さくすると、大きな変形に伴って物体に生じる局所的なひずみ、いわゆる破壊ひずみ、を精度よく測定することができ、ひずみの集中箇所を可視化するひずみ分布分解能を高くすることができる。ただし、サブセットサイズが小さいとノイズレベルが上昇するため、微小なひずみ測定を行う必要のある弾性率測定を正確に行うことができない。これに対し、サブセットサイズを大きくすると、ひずみの測定値が平均化されるため弾性率測定の精度を向上させることができる。ただし、サブセットサイズが大きいと局所的に生じる破壊ひずみを精度よく測定することはできない。 The analysis accuracy when measuring the displacement amount by DIC analysis is related to the size of the spots (speckles) of the random pattern drawn on the surface of the object described above and the size of the subset. For example, if the size of the subset is reduced, the local strain that occurs in the object due to large deformation, so-called fracture strain, can be measured accurately, and the strain distribution resolution that visualizes the concentration of strain can be increased. can. However, if the subset size is small, the noise level rises, so it is not possible to accurately measure the elastic modulus, which requires minute strain measurement. On the other hand, when the subset size is increased, the measured values of the strain are averaged, so that the accuracy of the elastic modulus measurement can be improved. However, if the subset size is large, the fracture strain that occurs locally cannot be measured accurately.
DIC解析による物体の弾性率測定、および破壊ひずみの測定等に要求される測定精度は、ひずみゲージによる測定結果に対する相対的な誤差が1%程度より小さいことが望ましい。なお、DIC解析による絶対的な測定精度はひずみの大きさによって異なる。具体的には、ひずみが微小な領域(微小変形領域)での測定が必要な弾性率測定については、測定値のばらつきを防ぐために厳しい精度が求められる。一方、ひずみが大きな領域(大変形領域)での測定が必要な破壊ひずみ測定については、余裕のある精度が許容されている。 It is desirable that the measurement accuracy required for the measurement of the elastic modulus of an object by the DIC analysis and the measurement of the fracture strain is such that the relative error with respect to the measurement result by the strain gauge is smaller than about 1%. The absolute measurement accuracy by DIC analysis differs depending on the magnitude of strain. Specifically, for elastic modulus measurement that requires measurement in a region where strain is minute (micro deformation region), strict accuracy is required in order to prevent variations in measured values. On the other hand, for fracture strain measurement, which requires measurement in a region with large strain (large deformation region), a sufficient accuracy is allowed.
従来、引張試験におけるDIC解析の実施者は、接触式ひずみゲージの出力値とDIC解析による測定値とを比較しながら、トライアンドエラーで試験対象となる物体の物性値と要求される絶対精度に適したサブセットのサイズを決定する作業を行う必要があった。この作業に多大な時間がかかることにより、DIC解析によるひずみ測定に膨大な時間がかかっていた。また、サブセットサイズの決定がDIC解析の実施者の裁量にゆだねられている場合、解析実施者によってDIC解析によるひずみの測定値にばらつきが生じ、測定値の信頼性が担保できなくなるおそれがあった。 Conventionally, the performer of the DIC analysis in the tensile test compares the output value of the contact strain gauge with the measured value by the DIC analysis to obtain the physical property value of the object to be tested and the required absolute accuracy by trial and error. Work had to be done to determine the size of a suitable subset. Since this work takes a lot of time, it takes a lot of time to measure the strain by DIC analysis. Further, when the determination of the subset size is left to the discretion of the performer of the DIC analysis, the measured value of the strain by the DIC analysis may vary depending on the analyst, and the reliability of the measured value may not be guaranteed. ..
そこで、本発明の一実施の形態においては、精度よくひずみを測定するために、DIC解析に用いるサブセットのサイズ、すなわちDIC解析の解析条件を自動的に適切な値に設定する。 Therefore, in one embodiment of the present invention, in order to measure the strain with high accuracy, the size of the subset used for the DIC analysis, that is, the analysis condition for the DIC analysis is automatically set to an appropriate value.
以下に、本発明の一実施の形態においてDIC解析の解析条件をどのように決定するかを説明する。まず、図3のフローチャートを用いて、変位量測定の流れを説明する。本実施の形態においては、例えば図2(a)に示すようなランダムパターンが描かれた供試体TPに試験力(引張荷重)を付与し、その変位量をDIC解析により求める。 Hereinafter, how to determine the analysis conditions for DIC analysis in one embodiment of the present invention will be described. First, the flow of displacement amount measurement will be described with reference to the flowchart of FIG. In the present embodiment, for example, a test force (tensile load) is applied to the specimen TP on which the random pattern as shown in FIG. 2A is drawn, and the displacement amount is obtained by DIC analysis.
ステップS10で、材料試験機1の上つかみ具31および下つかみ具32に把持された供試体TPを、試験力を付与する前にデジタルカメラ35により撮像する。ここでデジタルカメラ35により撮像される供試体TPの画像は、試験力を付与されて変形する前の供試体TPに描かれたランダムパターンの画像である。
In step S10, the specimen TP gripped by the upper gripping
ステップS20で、材料試験機1のクロスヘッド15を上昇し、供試体TPに対して試験力(引張荷重)を付与する。ステップS30では、試験力を付与している間、デジタルカメラ35によって供試体TPを撮像する。ここでデジタルカメラ35によって撮像される供試体TPの画像は、試験力を付与されて変形した供試体TPのランダムパターンの画像である。なお、デジタルカメラ35は、試験力が付与されている間の供試体TPの動画を撮像してもよいし、試験力が付与されている間、逐次、静止画を撮像してもよい。
In step S20, the
ステップS40では、後述するように処理装置40において変形前後のランダムパターンの画像に基づいてDIC解析を行い、供試体TPの変形に伴う変位量を測定する。これにより、図3に示すフローチャートの処理を終了する。
In step S40, as will be described later, the
つぎに、処理装置40において実行するDIC解析の解析条件の決定と変位量の測定の処理について、図4のフローチャートを用いて説明する。図4のフローチャートに示す処理は、処理装置40においてROMに格納されたプログラムを実行することにより行われる。
Next, the process of determining the analysis conditions of the DIC analysis and measuring the displacement amount executed in the
なお、処理装置40には、デジタルカメラ35の画素数と視野サイズとの関係に基づくピクセル分解能に関する情報が予め入力されている。視野サイズとは、デジタルカメラ35によって撮像される範囲の所定方向の長さであり、デジタルカメラ35で用いるレンズに依存する。視野サイズを画素数で除算した値がピクセル分解能である。
Information on the pixel resolution based on the relationship between the number of pixels of the
まず、ステップS401で、処理装置40は、図3のフローチャートのステップS10で撮像した変形前のランダムパターンの画像を取得する。ステップS402で処理装置40は、図3のフローチャートのステップS30で撮像した変形後のランダムパターンの画像を取得する。
First, in step S401, the
ステップS403では、処理装置40は、ステップS401で取得した変形前のランダムパターンの画像に基づいて、ランダムパターンに含まれる斑点のサイズを算出する。ランダムパターンに含まれる斑点の形状は一様ではなく、例えば図2(b)に示すようにいびつな形状をしている。そこで、斑点のサイズは、斑点のフェレー径に基づいて算出する。フェレー径とは、対象物に外接する矩形の縦方向および横方向の長さのことである。
In step S403, the
本実施の形態では、画像解析により、ランダムパターンに含まれる多数の斑点について、図2(b)に示すように縦方向のフェレー径を算出する。縦方向は、供試体TPに付与される試験力の方向に沿った方向である。処理装置40は、算出したフェレー径のヒストグラムを求め、その最頻値を斑点のサイズとして決定する。
In the present embodiment, the vertical ferret diameter is calculated for a large number of spots included in the random pattern by image analysis as shown in FIG. 2 (b). The vertical direction is a direction along the direction of the test force applied to the specimen TP. The
ステップS404で処理装置40は、ステップS403で決定したランダムパターンの斑点のサイズに基づいて、DIC解析に用いる解析条件であるサブセットのサイズを決定する。上述したように、DIC解析の解析精度はランダムパターンの斑点のサイズとサブセットのサイズに関連がある。物体の弾性率測定にはサブセットのサイズが大きいことが望ましく、破壊ひずみの測定にはサブセットのサイズが小さいことが望ましい。
In step S404, the
本実施の形態では、適切なサブセットサイズを自動的に決定するために斑点のサイズに着目し、斑点のサイズに基づいて、弾性率測定用のサブセットのサイズと、これよりも小さい破壊ひずみ測定用のサブセットのサイズとを、それぞれ算出する。具体的には、斑点のサイズの6倍よりも大きい値を、弾性率測定用のサブセットのサイズとして決定する。一方、斑点のサイズの1〜6倍程度の値を、破壊ひずみ測定用のサブセットのサイズとして決定する。 In this embodiment, the spot size is focused on to automatically determine the appropriate subset size, and the subset size for elastic modulus measurement and the smaller fracture strain measurement are based on the spot size. Calculate the size of each subset of. Specifically, a value larger than 6 times the size of the spot is determined as the size of the subset for elastic modulus measurement. On the other hand, a value of about 1 to 6 times the spot size is determined as the size of the subset for fracture strain measurement.
ステップS405では、ステップS404でサイズを決定したサブセットを用いてDIC解析を行い、供試体TPの変位量を測定する。
ステップS406では、ステップS405で測定した供試体TPの変位量に基づいて応力−ひずみ線図を作成する。図5に、供試体の変位量に基づく応力−ひずみ線図の一例を示す。具体的には、図3のフローチャートのステップS20で実施した引張試験の荷重データ(応力データ)を取得し、ステップS405で測定した供試体TPの変位量に基づくひずみ値のデータと合成する。図5の応力−ひずみ線図において、微小変形領域は弾性率測定用のサブセットを用いてDIC解析を行って得られたひずみ値のデータであり、大変形領域は破壊ひずみ測定用のサブセットを用いてDIC解析を行って得られたひずみ値のデータを用いている。
In step S405, DIC analysis is performed using the subset sized in step S404, and the displacement amount of the specimen TP is measured.
In step S406, a stress-strain diagram is created based on the displacement amount of the specimen TP measured in step S405. FIG. 5 shows an example of a stress-strain diagram based on the displacement amount of the specimen. Specifically, the load data (stress data) of the tensile test carried out in step S20 of the flowchart of FIG. 3 is acquired and combined with the strain value data based on the displacement amount of the specimen TP measured in step S405. In the stress-strain diagram of FIG. 5, the minute deformation region is the strain value data obtained by performing DIC analysis using the subset for elastic modulus measurement, and the large deformation region uses the subset for fracture strain measurement. The strain value data obtained by performing DIC analysis is used.
これにより、図4に示す処理を終了する。 As a result, the process shown in FIG. 4 is completed.
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)処理装置40は、デジタル画像相関法による解析を行って供試体TPの変位量を測定する。処理装置40は、供試体TPに描かれたランダムパターンの変形前の画像を取得する取得部と、取得部で取得した変形前の画像に基づいて、ランダムパターンに含まれる斑点のサイズを算出する算出部と、算出部で算出された斑点のサイズに基づいて、デジタル画像相関法の解析に用いるサブセットのサイズを決定する決定部と、を機能的に有する。このように、ランダムパターンの斑点のサイズに基づいて自動的にサブセットのサイズを決定することにより、DIC解析の実施者が多大な時間をかけてサブセットのサイズを決定する必要がなくなり、DIC解析による変位量測定を効率的に行うことができる。また、実施者によってサブセットサイズの決定の仕方が異なることに起因する測定値のばらつきがなくなり、実施者によらず測定値の信頼性を担保することが可能となる。
According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The
(2)処理部40は、さらに、引張荷重を付与されて変形した供試体TPのランダムパターンの画像を取得し、斑点のサイズに基づいて、弾性率測定用のサブセットと、弾性率測定用のサブセットとはサイズが異なる破壊ひずみ測定用のサブセットとを、それぞれ決定する。処理部40はさらに、弾性率測定用のサブセットまたは破壊ひずみ測定用のサブセットを用いてデジタル画像相関法の解析を行い、供試体の変位量を測定する解析部を機能的に有する。弾性率測定用のサブセットと、弾性率測定用のサブセットとはサイズが異なる破壊ひずみ測定用のサブセットとを決定し、これらを用いてDIC解析を行うことにより、引張試験の目的に応じた測定値を精度よく算出することができる。
(2) The
(3)弾性率測定用のサブセットのサイズは、破壊ひずみ測定用のサブセットのサイズよりも大きい。これにより、サイズの大きな弾性率測定用のサブセットを用いたDIC解析により、弾性率測定の精度を向上させることができる。また、サイズの小さい破壊ひずみ測定用のサブセットを用いてDIC解析を行うことにより、破壊ひずみを精度よく測定し、ひずみ分布分解能を高くすることができる。 (3) The size of the subset for elastic modulus measurement is larger than the size of the subset for fracture strain measurement. As a result, the accuracy of elastic modulus measurement can be improved by DIC analysis using a subset for elastic modulus measurement having a large size. In addition, by performing DIC analysis using a subset for measuring fracture strain with a small size, fracture strain can be measured accurately and the strain distribution resolution can be increased.
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(1)上述した実施の形態では、DIC解析の解析条件として、弾性率測定用のサブセットと破壊ひずみ測定用のサブセットとを決定した。ただし、これには限定されず、引張試験の目的に応じて適切なサイズのサブセットを設定することができれば、弾性率測定用のサブセットと破壊ひずみ測定用のサブセットのいずれか一方のみを設定してもよい。
The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or more of the modifications can be combined with the above-described embodiment.
(1) In the above-described embodiment, a subset for elastic modulus measurement and a subset for fracture strain measurement were determined as analysis conditions for DIC analysis. However, this is not limited to this, and if a subset of an appropriate size can be set according to the purpose of the tensile test, only one of the subset for elastic modulus measurement and the subset for fracture strain measurement can be set. May be good.
(2)上述した実施の形態では、図4のフローチャートに示したように、DIC解析の解析条件を設定し(ステップS404)、設定した解析条件に基づいてDIC解析を行って変位量を測定したが(ステップS405)、これには限定されない。例えば、変形前のランダムパターンの画像に基づいてDIC解析の解析条件の決定のみを行うように構成してもよい。また、応力−ひずみ線図の作成(ステップS406)は省略してもよい。 (2) In the above-described embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 4, analysis conditions for DIC analysis are set (step S404), and DIC analysis is performed based on the set analysis conditions to measure the displacement amount. (Step S405), but is not limited to this. For example, it may be configured to determine only the analysis conditions of the DIC analysis based on the image of the random pattern before deformation. Further, the creation of the stress-strain diagram (step S406) may be omitted.
(3)上述した実施の形態では、図4のフローチャートに従って処理を行うと説明したが、処理の順番は図4に示したものには限定されない。例えば、ステップS402で行う変形後のランダムパターン取得の処理を、ステップS404で行うサブセットサイズの決定処理の後に行ってもよい。 (3) In the above-described embodiment, it has been described that the processing is performed according to the flowchart of FIG. 4, but the order of the processing is not limited to that shown in FIG. For example, the process of acquiring the random pattern after the transformation performed in step S402 may be performed after the process of determining the subset size performed in step S404.
(4)また、上述した解析条件の決定および変位量の測定に関するプログラムは、CD−ROMなどの記録媒体やインターネットなどのデータ信号を通じて提供することができる。図6はその様子を示す図である。パーソナルコンピュータ300は、CD−ROM304を介してプログラムの提供を受ける。また、パーソナルコンピュータ300は通信回線301との接続機能を有する。コンピュータ302は上記プログラムを提供するサーバーコンピュータであり、ハードディスク303などの記録媒体にプログラムを格納する。通信回線301は、インターネット、パソコン通信などの通信回線、あるいは専用通信回線などである。コンピュータ302はハードディスク303を使用してプログラムを読み出し、通信回線301を介してプログラムをパーソナルコンピュータ300に送信する。すなわち、プログラムをデータ信号として搬送波にembodyして、通信回線301を介して送信する。このように、プログラムは、記録媒体や搬送波などの種々の形態のコンピュータ読み込み可能なコンピュータプログラム製品として供給できる。
(4) Further, the program relating to the determination of the analysis conditions and the measurement of the displacement amount described above can be provided through a recording medium such as a CD-ROM or a data signal such as the Internet. FIG. 6 is a diagram showing the situation. The
(5)上述した実施の形態では、図2(a)に示すように、ランダムパターンの一例として黒色の熱可塑性CFRPからなる物体の表面に白色の塗料をスプレー塗布したものを説明したが、ランダムパターンはこれには限定されない。黒色以外の試験片や白色以外の塗料を用いてもよいし、スプレー塗布以外の方法によりランダムパターンを描いてもよい。
(6)上述した実施の形態では、ランダムパターンに含まれる斑点のフェレー径を検出し、その最頻値を斑点のサイズとして決定した。ただし、これには限定されず、例えばフェレー径の中央値や平均値を、斑点のサイズとして採用してもよい。また、フェレー径以外の指標を用いて斑点のサイズを検出するようにしてもよい。
(5) In the above-described embodiment, as shown in FIG. 2 (a), as an example of the random pattern, a white paint spray-coated on the surface of an object made of black thermoplastic CFRP has been described. The pattern is not limited to this. A test piece other than black or a paint other than white may be used, or a random pattern may be drawn by a method other than spray application.
(6) In the above-described embodiment, the ferret diameter of the spots included in the random pattern was detected, and the mode value thereof was determined as the spot size. However, the present invention is not limited to this, and for example, the median value or the average value of the ferret diameter may be adopted as the spot size. Further, the spot size may be detected by using an index other than the ferret diameter.
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
以下の実施例では、PE製のISO527B型試験片に対して引張試験を実施した試験結果を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に示された条件に限定されない。 In the following examples, the test results of performing a tensile test on an ISO527B type test piece made of PE will be described. The present invention is not limited to the conditions shown in the following examples.
試験片はISO527B型試験片、標線間距離GLは1mmである。試験片を撮像したデジタルカメラの画素数は500万画素、ピクセル分解能は約17μmである。 The test piece is an ISO527B type test piece, and the distance between marked lines GL is 1 mm. The number of pixels of the digital camera that captured the test piece is 5 million pixels, and the pixel resolution is about 17 μm.
図7に、本実施例に用いた試験片に塗布されたランダムパターンの斑点のフェレー径のヒストグラムを示す。図7に示すように、フェレー径の最頻値は50μm〜100μmであるので、斑点のサイズを約75μmとする。 FIG. 7 shows a histogram of the ferret diameter of the spots of the random pattern applied to the test piece used in this example. As shown in FIG. 7, since the mode of the ferret diameter is 50 μm to 100 μm, the spot size is set to about 75 μm.
25×25ピクセル(サブセット1)、51×51ピクセル(サブセット2)、101×101ピクセル (サブセット3)の3種類のサイズのサブセットを用いてDIC解析を行った。サブセット1のサイズ(425×425μm)は斑点のサイズの約5.6倍、サブセット2のサイズ(867×867μm)は斑点のサイズの約11.56倍、サブセット3のサイズ(1717×1717μm)は斑点のサイズの約22.9倍である。 DIC analysis was performed using subsets of three sizes: 25 × 25 pixels (subset 1), 51 × 51 pixels (subset 2), and 101 × 101 pixels (subset 3). The size of Subset 1 (425 x 425 μm) is about 5.6 times the size of the spots, the size of Subset 2 (867 x 867 μm) is about 11.56 times the size of the spots, and the size of Subset 3 (1717 x 1717 μm) is about 11.56 times the size of the spots. It is about 22.9 times the size of the spot.
さらに、同一試験において、標線間距離GL=1mmのひずみゲージ、および標線間距離GL=50mmの伸び計を用いて計測を行った。 Further, in the same test, measurement was performed using a strain gauge with a distance between marked lines of GL = 1 mm and an extensometer with a distance between marked lines of GL = 50 mm.
図8に、本実施例の試験結果に基づく微小変形領域における応力−ひずみ線図を示す。図8に示すように、サブセット2とサブセット3の試験結果はノイズが小さく、ひずみゲージと比較した場合の誤差は0.5μm程度であり、微小変形領域における絶対精度の許容範囲内となる良好な測定結果が得られた。サブセット1の試験結果は、ノイズが大きいが、ひずみゲージの出力と比較した場合の相対的な誤差は2μm程度であり、破壊ひずみの測定には許容される程度の誤差である。
FIG. 8 shows a stress-strain diagram in a microdeformation region based on the test results of this example. As shown in FIG. 8, the test results of Subset 2 and Subset 3 have low noise, and the error when compared with the strain gauge is about 0.5 μm, which is good within the allowable range of absolute accuracy in the minute deformation region. The measurement result was obtained. The test result of
図9に、本実施例によるひずみ0.05〜0.25%の微小変形領域における弾性率の算出結果を示す。図9に示すように、サブセット1の場合の弾性率算出値は、ひずみゲージや伸び計の算出結果に対して誤差が大きく、微小変形領域における弾性率の測定には適さないことがわかった。サブセット2、サブセット3の場合は良好な算出結果が得られた。
FIG. 9 shows the calculation result of the elastic modulus in the minute deformation region of the strain of 0.05 to 0.25% according to this example. As shown in FIG. 9, it was found that the elastic modulus calculation value in the case of
1:材料試験機、31:上つかみ具、32:下つかみ具、40:処理装置、TP:供試体 1: Material tester, 31: Upper gripper, 32: Lower gripper, 40: Processing device, TP: Specimen
Claims (9)
前記供試体に描かれたランダムパターンの変形前の画像を取得する取得部と、
前記取得部で取得した前記変形前の画像に基づいて、前記ランダムパターンに含まれる斑点のサイズを算出する算出部と、
前記算出部で算出された斑点のサイズに基づいて、前記デジタル画像相関法の解析に用いるサブセットのサイズを決定する決定部とを備える変位量測定装置。 It is a displacement amount measuring device that measures the displacement amount of the specimen by performing analysis by the digital image correlation method.
An acquisition unit that acquires an image of the random pattern drawn on the specimen before deformation, and
A calculation unit that calculates the size of spots included in the random pattern based on the image before deformation acquired by the acquisition unit, and a calculation unit.
A displacement amount measuring device including a determination unit for determining the size of a subset used in the analysis of the digital image correlation method based on the spot size calculated by the calculation unit.
前記取得部は、さらに、引張荷重を付与されて変形した前記供試体の前記ランダムパターンの画像を取得し、
前記決定部は、前記斑点のサイズに基づいて、弾性率測定用のサブセットと、前記弾性率測定用のサブセットとはサイズが異なる破壊ひずみ測定用のサブセットとを、それぞれ決定し、
前記変位量測定装置は、
前記弾性率測定用のサブセットまたは前記破壊ひずみ測定用のサブセットを用いて前記デジタル画像相関法の解析を行い、前記供試体の変位量を測定する解析部をさらに備える変位量測定装置。 In the displacement amount measuring device according to claim 1,
The acquisition unit further acquires an image of the random pattern of the specimen that has been deformed by applying a tensile load.
Based on the size of the spot, the determination unit determines a subset for elastic modulus measurement and a subset for fracture strain measurement whose size is different from that of the elastic modulus measurement subset, respectively.
The displacement amount measuring device is
A displacement amount measuring device further comprising an analysis unit that analyzes the digital image correlation method using the subset for measuring elastic modulus or the subset for measuring fracture strain and measures the amount of displacement of the specimen.
前記弾性率測定用のサブセットのサイズは、前記破壊ひずみ測定用のサブセットのサイズよりも大きい変位量測定装置。 In the displacement amount measuring device according to claim 2,
A displacement amount measuring device in which the size of the subset for measuring elastic modulus is larger than the size of the subset for measuring fracture strain.
前記供試体に描かれたランダムパターンの変形前の画像を取得し、
前記取得した前記変形前の画像に基づいて、前記ランダムパターンに含まれる斑点のサイズを算出し、
前記算出された斑点のサイズに基づいて、前記デジタル画像相関法の解析に用いるサブセットのサイズを決定する変位量測定方法。 It is a displacement amount measurement method that measures the displacement amount of the specimen by performing analysis by the digital image correlation method.
An image of the random pattern drawn on the specimen before deformation is acquired, and the image is obtained.
Based on the acquired image before deformation, the size of the spots included in the random pattern was calculated.
A displacement amount measuring method for determining the size of a subset used in the analysis of the digital image correlation method based on the calculated spot size.
引張荷重を付与されて変形した前記供試体の前記ランダムパターンの画像を取得し、
前記斑点のサイズに基づいて、弾性率測定用のサブセットと、前記弾性率測定用のサブセットとはサイズが異なる破壊ひずみ測定用のサブセットとを、それぞれ決定し、
前記弾性率測定用のサブセットまたは前記破壊ひずみ測定用のサブセットを用いて前記デジタル画像相関法の解析を行い、前記供試体の変位量を測定する変位量測定方法。 In the displacement amount measuring method according to claim 4,
An image of the random pattern of the specimen deformed by applying a tensile load was acquired.
Based on the size of the spots, a subset for elastic modulus measurement and a subset for fracture strain measurement having a size different from that of the elastic modulus measurement are determined.
A displacement amount measuring method in which the digital image correlation method is analyzed using the subset for measuring elastic modulus or the subset for measuring fracture strain, and the displacement amount of the specimen is measured.
前記弾性率測定用のサブセットのサイズは、前記破壊ひずみ測定用のサブセットのサイズよりも大きい変位量測定方法。 In the displacement amount measuring method according to claim 5,
A method for measuring a displacement amount in which the size of the subset for measuring the elastic modulus is larger than the size of the subset for measuring the fracture strain.
前記供試体に描かれたランダムパターンの変形前の画像を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにおいて取得した前記変形前の画像に基づいて、前記ランダムパターンに含まれる斑点のサイズを算出する算出ステップと、
前記算出ステップで算出された斑点のサイズに基づいて、前記デジタル画像相関法の解析に用いるサブセットのサイズを決定する決定ステップとをコンピュータに実行させる変位量測定プログラム。 It is a displacement amount measurement program for measuring the displacement amount of the specimen by performing analysis by the digital image correlation method.
The acquisition step of acquiring the image before deformation of the random pattern drawn on the specimen, and
A calculation step of calculating the size of spots included in the random pattern based on the image before deformation acquired in the acquisition step, and a calculation step.
A displacement amount measurement program that causes a computer to perform a determination step of determining the size of a subset used in the analysis of the digital image correlation method based on the spot size calculated in the calculation step.
前記取得ステップにおいて、さらに、引張荷重を付与されて変形した前記供試体の前記ランダムパターンの画像を取得し、
前記決定ステップにおいて、前記斑点のサイズに基づいて、弾性率測定用のサブセットと、前記弾性率測定用のサブセットとはサイズが異なる破壊ひずみ測定用のサブセットとを、それぞれ決定し、
前記弾性率測定用のサブセットまたは前記破壊ひずみ測定用のサブセットを用いて前記デジタル画像相関法の解析を行い、前記供試体の変位量を測定する解析ステップをさらに備える変位量測定プログラム。 In the displacement amount measuring program according to claim 7.
In the acquisition step, an image of the random pattern of the specimen deformed by applying a tensile load is further acquired.
In the determination step, a subset for elastic modulus measurement and a subset for fracture strain measurement having a size different from the modulus for elastic modulus measurement are determined based on the size of the spots, respectively.
A displacement amount measurement program further comprising an analysis step of analyzing the digital image correlation method using the subset for measuring elastic modulus or the subset for measuring fracture strain and measuring the amount of displacement of the specimen.
前記弾性率測定用のサブセットのサイズは、前記破壊ひずみ測定用のサブセットのサイズよりも大きい変位量測定プログラム。
In the displacement amount measuring program according to claim 8,
A displacement amount measurement program in which the size of the subset for measuring elastic modulus is larger than the size of the subset for measuring fracture strain.
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