特開 2023-71193 変位計測用シート及びこれを用いた変位計測装置、変位計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023071193

(43)【公開日】2023-05-23

(54)【発明の名称】変位計測用シート及びこれを用いた変位計測装置、変位計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20230516BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021183791

(22)【出願日】2021-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】000233044

【氏名又は名称】株式会社日立パワーソリューションズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】澤田 貴彦

(72)【発明者】

【氏名】井上 剛志

(72)【発明者】

【氏名】田中 行平

(72)【発明者】

【氏名】小村 昭義

(72)【発明者】

【氏名】白濱 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】米森 友昭

(72)【発明者】

【氏名】西川 友也

(72)【発明者】

【氏名】大貫 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】大藤 琢矢

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA03

2F065AA07

2F065AA09

2F065BB05

2F065BB28

2F065FF04

2F065JJ03

2F065JJ26

2F065QQ25

2F065QQ31

2F065QQ41

(57)【要約】

【課題】ＤＩＣ法を用いた被測定物の変位計測において、被測定物表面に付与するＤＩＣ計測用のパターンを再度付与する際の属人性が低く、パターンが破損しても繰返し同一パターンを再現可能にする。
【解決手段】デジタル画像相関法における画像の取得に用いられる変位計測用シートである。この変位計測用シートは、有限形状の可撓性を有するシートで構成され、前記変位計測用シートの計測視野範囲を縦方向にｎ個、横方向にｍ個に分割し、分割された各領域に、形状が任意であって背景色とは異なる色彩のパターンをデジタル画像相関法で計測するためのデジタルデータを用いて形成し、該パターンを前記シート内に線対称や点対称にならないように配置している。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

デジタル画像相関法における画像の取得に用いられる変位計測用シートであって、
前記変位計測用シートは、有限形状の可撓性を有するシートで構成され、
前記変位計測用シートの計測視野範囲を縦方向にｎ個、横方向にｍ個に分割し、分割された各領域に、形状が任意であって背景色とは異なる色彩のパターンを、デジタル画像相関法で計測するためのデジタルデータを用いて形成し、該パターンを前記シート内に線対称や点対称にならないように配置していることを特徴とする変位計測用シート。

【請求項2】

請求項１に記載の変位計測用シートであって、
前記変位計測用シートは、前記パターンがレーザーマーカーによって形成されることを特徴とする変位計測用シート。

【請求項3】

請求項１に記載の変位計測用シートであって、
前記変位計測用シートは、前記パターンが３Ｄプリンタによって形成されることを特徴とする変位計測用シート。

【請求項4】

請求項１に記載の変位計測用シートであって、
前記変位計測用シートは、前記パターンがエッチング法よって形成されることを特徴とする変位計測用シート。

【請求項5】

請求項１に記載の変位計測用シートであって、
可撓性を有する前記シートに配置したパターンは、２次元デジタルマトリクスコードにより構成されるパターンであることを特徴とする変位計測用シート。

【請求項6】

請求項１に記載の変位計測用シートであって、
可撓性を有する前記シートに配置したパターンは、文字を含むパターンであることを特徴とする変位計測用シート。

【請求項7】

被測定物に貼付された変位計測用シートを撮像する撮像装置により取得された画像とデジタル画像相関法を用いて被測定物の変位を解析する演算処理装置を備える変位計測装置であって、
前記演算処理装置は、
デジタル画像相関法で計測するためのデジタルデータを用いて形成されたパターンを有し前記被測定物に貼付された変位計測用シートを撮像した画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部で取得された画像中の前記デジタルデータを用いて形成されたパターンについて、デジタル画像相関法に基づく画像解析を行い被測定物の変形によって生じる測定表面における変位を解析する画像解析部と、
前記画像解析部による画像解析の結果を表示装置に表示させるための表示部と、
を備えることを特徴とする変位計測装置。

【請求項8】

請求項７に記載の変位計測装置であって、
前記画像取得部で取得する画像は、請求項１～６の何れか一項に記載の変位計測用シートを撮像した画像であることを特徴とする変位計測装置。

【請求項9】

請求項７に記載の変位計測装置であって、
前記画像解析部は、前記画像解析により、変位量の等高線図または変位ベクトル線図を含む可視化された変位量分布図を表示するためのデータを取得して前記表示部に送信し、前記表示部は前記変位量分布図を前記表示装置に表示させることを特徴とする変位計測装置。

【請求項10】

請求項７に記載の変位計測装置であって、
前記演算処理装置は、前記画像解析部による画像解析の結果が予め定められた基準から外れたときに、警報を報知するための報知部をさらに備えることを特徴とする変位計測装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の変位計測装置であって、
前記報知部は、報知装置を介して前記警報を報知することを特徴とする変位計測装置。

【請求項12】

請求項８に記載の変位計測装置であって、
前記変位計測用シートを、被測定物としてのボルトの頭頂面に貼付し、この変位計測用シートを撮像することにより、ボルトの変位量を解析することを特徴とする変位計測装置。

【請求項13】

被測定物に貼付された変位計測用シートを撮像した画像とデジタル画像相関法を用いて被測定物の変位を解析する変位計測方法であって、
有限形状の可撓性を有するシートで構成され、前記変位計測用シートの計測視野範囲を縦方向にｎ個、横方向にｍ個に分割し、分割された各領域に、形状が任意であって背景色とは異なる色彩のパターンを、デジタル画像相関法で計測するためのデジタルデータを用いて形成し、該パターンを前記シート内に線対称や点対称にならないように配置して変位計測用シートを形成する形成工程と、
前記被測定物に貼付された変位計測用シートを撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で撮像した画像を取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程で取得された画像中のパターンについて、デジタル画像相関法に基づく画像解析を行い、被測定物の変形によって生じる測定表面における変位を解析する画像解析工程と、
前記画像解析工程による画像解析の結果を表示する表示工程と、
を備えることを特徴とする変位計測方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の変位計測方法であって、
前記画像解析工程による画像解析の結果が予め定められた基準から外れたときに、警報を報知する報知工程をさらに備えることを特徴とする変位計測方法。

【請求項15】

請求項１３に記載の変位計測方法であって、
前記画像解析工程における画像解析により、変位量の等高線図または変位ベクトル線図を含む可視化された変位量分布図を表示するためのデータを取得して前記表示工程に送信し、前記表示工程は前記変位量分布図を表示することを特徴とする変位計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造物等の被測定物の変位量等を計測するための変位計測用シート及びこれを用いた変位計測装置、変位計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

構造物等の変位量を計測する技術として、ＤＩＣ（Digital Image Correlation）法（デジタル画像相関法）が知られている。ＤＩＣ法は、被測定物（構造物）表面の評価領域（測定表面）にランダムの斑点模様（ランダムパターン）を付与し、このランダムパターンを評価領域として認識し、この評価領域の中心の相対移動量から変位量やひずみを推定する技術である。近年ではＤＩＣ法を活用し、構造物である機械装置に生じる変位量を長期間に亘って計測し、保守検査に適用することが検討されている。

【0003】

また、特開２０１７－２０３６８５号公報（特許文献１）のものには、評価対象物となる試験片の表面に黒色塗料を噴霧してランダムパターンを付与し、荷重を付与すると同時に、前記ランダムパターンの画像を撮像し、前記パターンの画像の変化から評価対象物の表面の変形量及びひずみを算出することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－２０３６８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

構造物（被測定物）である機械装置等に生じる変位量を、上述したＤＩＣ法を用いて長期間に亘って計測して保守検査技術に適用する場合、被測定物の表面にＤＩＣ計測用のパターンを付与する必要がある。この付与されたＤＩＣ計測用のパターンには長期耐久性が求められる。しかし、黒色塗料等を噴霧してパターンを塗装した場合、その塗装面は、他部材との接触による擦過、外力負荷、或いは環境負荷を受けることにより、汚損、はく離、ひび割れといった劣化が生じ、ＤＩＣ計測用のパターンとしての機能が喪失する。

【0006】

ＤＩＣ計測用のパターンが機能を喪失した場合、再塗装を施す必要がある。しかし、塗料を噴霧して得られたパターンは、喪失前のパターンを再現することは困難であり、過去の変位量計測値との変化を比較することができなくなり、過去の変位量計測値が初期化されてしまう課題がある。また、塗料の噴霧には属人性、即ち塗装する人により塗装品質に差が生じ、更なる再塗装が必要になる場合もある。

【0007】

被測定物にＤＩＣ計測用のパターンを付与する方法は、黒色塗料等の噴霧のほか、レーザーマーキングを用いてパターンを付与したり、被測定物表面にエッチングを適用できる場合には、その析出物の模様をランダムパターンの代用としたり、或いは被測定物表面にランダムな模様のシールを貼り付ける、などの方法が上記特許文献１に記載されている。

【0008】

レーザーマーキングやエッチングによりＤＩＣ計測用のパターンを付与する場合、被測定物（評価対象物）の材質に依存し、被測定物によってはパターンを付与することが困難になる。また、付与したＤＩＣ計測用のパターンが破損したり、劣化すると計測が困難になる。
ＤＩＣ計測用のパターンを付与したシールを貼付する場合は、シールが劣化する度に再貼付する必要があり、再貼付する度にパターンが変更となるため、その都度、変位量が初期化される。

【0009】

本発明の目的は、デジタル画像相関法を用いた被測定物の変位計測において、被測定物表面に付与する計測用のパターンを再度付与する際の属人性が低く、パターンが破損しても繰返し同一パターンを再現可能な変位計測用シート及びこれを用いた変位計測装置、変位計測方法を得ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明は、デジタル画像相関法における画像の取得に用いられる変位計測用シートであって、前記変位計測用シートは、有限形状の可撓性を有するシートで構成され、前記変位計測用シートの計測視野範囲を縦方向にｎ個、横方向にｍ個に分割し、分割された各領域に、形状が任意であって背景色とは異なる色彩のパターンを、デジタル画像相関法で計測するためのデジタルデータを用いて形成し、該パターンを前記シート内に線対称や点対称にならないように配置していることを特徴とする。

【0011】

本発明の他の特徴は、被測定物に貼付された変位計測用シートを撮像する撮像装置により取得された画像とデジタル画像相関法を用いて被測定物の変位を解析する演算処理装置を備える変位計測装置であって、前記演算処理装置は、デジタル画像相関法で計測するためのデジタルデータを用いて形成されたパターンを有し前記被測定物に貼付された変位計測用シートを撮像した画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部で取得された画像中の前記デジタルデータを用いて形成されたパターンについて、デジタル画像相関法に基づく画像解析を行い被測定物の変形によって生じる測定表面における変位を解析する画像解析部と、前記画像解析部による画像解析の結果を表示装置に表示させるための表示部と、を備えることを特徴とする。

【0012】

本発明のさらに他の特徴は、被測定物に貼付された変位計測用シートを撮像した画像とデジタル画像相関法を用いて被測定物の変位を解析する変位計測方法であって、有限形状の可撓性を有するシートで構成され、前記変位計測用シートの計測視野範囲を縦方向にｎ個、横方向にｍ個に分割し、分割された各領域に、形状が任意であって背景色とは異なる色彩のパターンを、デジタル画像相関法で計測するためのデジタルデータを用いて形成し、該パターンを前記シート内に線対称や点対称にならないように配置して変位計測用シートを形成する形成工程と、前記被測定物に貼付された変位計測用シートを撮像する撮像工程と、前記撮像工程で撮像した画像を取得する画像取得工程と、前記画像取得工程で取得された画像中のパターンについて、デジタル画像相関法に基づく画像解析を行い、被測定物の変形によって生じる測定表面における変位を解析する画像解析工程と、前記画像解析工程による画像解析の結果を表示する表示工程と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、デジタル画像相関法を用いた被測定物の変位計測において、被測定物表面に付与する計測用のパターンを再度付与する際の属人性が低く、パターンが破損しても繰返し同一パターンを再現可能な変位計測用シート及びこれを用いた変位計測装置、変位計測方法を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例１における変位計測用シートを示す斜視図。

【図2】図１におけるII－II線矢視断面図。

【図3】変位計測用シートの表面内を分割表示した部分平面図。

【図4】変位計測用シートを製造する製造装置の一例を説明する模式図。

【図5】変位計測用シートを構造物表面に貼付した状態を示す要部斜視図。

【図6】実施例１の変位計測用シートを用いた変位計測装置の例を説明するブロック図。

【図7】構造物の測定表面に貼付した変位計測用シートにおける構造物の変形前後のパターンの変化を説明する模式図。

【図8】実施例１の変位計測用シートを用いた変位計測方法を説明するフローチャート。

【図9】図６に示す変位計測装置の具体的な構成を説明する模式図。

【図10】変位計測用シートを製造する製造装置の他の例を説明する模式図。

【図11】変位計測用シートを製造するさらに他の例を説明する図。

【図12A】本発明の実施例２における変位計測用シート示す平面図。

【図12B】実施例２の変位計測用シートの他の例を示す平面図。

【図13】実施例２の変位計測用シートを用いた変位計測装置の例を説明するブロック図。

【図14】実施例２の変位計測用シートを用いた変位計測方法を説明するフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて説明する。各図において同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

【実施例0016】

本発明の実施例１を図１～図１１を用いて説明する。
図１は、本実施例１における変位計測用シートを示す図であり、変位計測用シート１の表面を示す斜視図である。変位計測用シート１は、基材３と、この基材３の表面３ａに配置されたパターン２とを備えている。前記パターン２は、多数の丸や多角形等のドットで構成され、二次元平面上に散点的に広がるように配置されている。

【0017】

基材３は、その表面３ａにパターン２を設ける有限寸法形状の可撓性シートであり、例えば高分子樹脂材料により構成される。高分子樹脂材料としては、例えば、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂のほか、これら樹脂の共重合体、混合物等が挙げられる。

【0018】

図２は、図１のII－II線矢視断面図である。パターン２は、基材３の表面３ａが部分的に露出するように表面３ａに配置される。図示の例では、パターン２は基材３の表面３ａに散点的に配置されている。

【0019】

図３は、図１に示す変位計測用シート１の表面内を分割表示した部分平面図である。変位計測用シート１の一部または全部を含む計測視野範囲は、縦方向にｎ個、横方向にｍ個に分割（ｎｍ個に分割ともいう）され、ｎｍ個に分割された各領域に、形状が任意であって基材３の背景色とは異なる色彩の模様のパターン２が１つ以上含まれている。パターン２は、この例では様々な大きさのドットで構成されており、変位計測用シート１の面内に線対称や点対称にならないように配置されている。

【0020】

図３の例では、前記各領域の中心４，５，６，７を結んで形成される微小画像（ファセット）領域８が形成されている。この微小画像領域８は、変位計測用シート１の面内のほぼ全域に亘って作られ、全ての或いは複数の微小画像領域８を計算することで、変位計測用シートを貼付した測定領域全体の変位やひずみが求められる。前記微小画像領域８は、図３に示す４辺形状（４角形状）には限定されず、３角形状や多角形状の微小画像領域としても良い。

【0021】

図４は、本実施例１における変位計測用シート１を製造するための製造装置の一例を説明する模式図である。この例ではレーザーマーカーを用いて変位計測用シートを製造する例を示している。

【0022】

図４において、９は変位計測用シート１に変位計測用パターンを付与（印刷）するためのデジタルデータ、１０は基材３にパターン２を付与するためのレーザーマーカー、１１は基材３の上面にレーザー加工用パターン層１２を積層した積層可撓性シートである。前記レーザー加工用パターン層１２は、レーザー光が照射されるとその照射部分が除去されるように構成されている。

【0023】

まず、前記デジタルデータ９をレーザーマーカー１０に、変位計測用パターンのデータ入力方法で入力する。その後、レーザーマーカー１０を作動させ、レーザーマーカー１０のヘッド部１０ａからレーザー光１３を、前記積層可撓性シート１１に対して照射し、レーザー加工用パターン層１２のみを部分的に除去する。これにより、基材３の表面３ａを露出させることで、変位計測用シート１が形成される。

【0024】

基材３とレーザー加工用パターン層１２の色相は、本実施例で示した白と黒の組み合わせに限定されず、黒と白の組み合わせであって良く、色調も白と黒に限定されない。基材３は透過性があっても良く、透過後において基材３とパターン２の色彩が同一にならなければ良い。

【0025】

図５は、変位計測用のパターン２を有する変位計測用シート１を、変位測定の対象となる構造物（被測定物）１４の表面に貼付した状態を示す要部斜視図である。図５では、構造物１４が、図５に図示した領域外にも延在することを示すため、構造物１４の切断面を曲線で図示している。

【0026】

変位計測用シート１は、構造物１４の測定表面１４ａに接着剤や粘着剤（図示せず）を用いて貼付されている。前記接着剤としては、構造物１４の変形を変位計測用シート１に伝達できるように、弾性体であることが好ましく、一例として、エポキシ系、アクリル系、ポリウレタン系及びそれら樹脂の混合物をベースとした接着剤が好ましい。即ち、接着剤としては、粘性が低く延性があり接着剤の層を薄くでき、しかも接着力も大きいものが好ましく、このような接着剤を用いることで構造物の変形に変位計測用シート１を精度良く追従させることができる。

【0027】

図４で説明した変位計測用シートの製造装置により得られた変位計測用シート１は、運用時に破損したり脱落した場合でも、容易に交換することができる。さらに、変位計測用パターンのデジタルデータ９を用いて変位計測用シート１を製作することができるので、全く同一パターンの変位計測用シート１を容易に得ることができる。このため、変位計測用シート１を貼りかえる度に変位量を初期化する必要がなく、構造物１４の運用中の全期間に亘って変位量の測定を継続的に行うことができる。

【0028】

次に、図６を用いて、上述した本実施例の変位計測用シートを用いた変位計測装置の例を説明する。図６は、構造物（被測定物）１４の変位量やひずみを検査する変位計測装置（検査システム）の構成を説明するブロック図である。

【0029】

構造物１４には上述した変位計測用シート１が貼付されている。この構造物１４に貼付されている変位計測用シート１の部分を、変位計測装置（検査システム）１５の撮像装置１６により撮像する。また、前記変位計測装置１５は、演算処理装置１７、表示装置１８及び報知装置１９を備えている。

【0030】

前記演算処理装置１７について説明する。演算処理装置１７は、画像取得部１７ａ、画像解析部１７ｂ、表示部１７ｃ及び報知部１７ｄを備えている。
前記撮像装置１６により撮像された変位計測用シート１の画像が、演算処理装置１７の画像取得部１７ａに送信される。この画像取得部１７ａは、撮像装置１６により撮像された画像を取得する。画像取得部１７ａにより取得された画像は、画像解析部１７ｂに送信される。

【0031】

画像解析部１７ｂは、撮像装置１６により取得された画像中の変位計測用シート１に形成されたパターン２についてデジタル画像相関法（以下、ＤＩＣ法とも言う）に基づく画像解析を行うものである。この画像解析部１７ｂでは、撮像装置１６により取得された構造物１４の変形前後の変位計測用シート１に付与されたパターン２（図５参照）のデジタル画像を用い、ＤＩＣ法により、パターン２の輝度分布に基づき、測定表面１４ａ（図５参照）の変位量及び変位方向を決定する。即ち、画像解析部１７ｂにより、測定表面１４ａの変形に起因する構造物１４の表面の変位量及び変位方向を決定できる。

【0032】

このＤＩＣ法に基づく変位量及び変位方向の決定について、図７を用いて説明する。図７は、構造物の測定表面１４ａに貼付した変位計測用シート１における構造物１４の変形前後のパターン２の変化を説明する模式図である。

【0033】

図７において、８ａは、構造物１４の変形前の変位計測用シート１における微小画像領域を示し、８ｂは、構造物１４が変形した後の前記微小画像領域８ａの変位を仮想的に示した微小画像領域を示している。

【0034】

図７の例では、変形前の微小画像領域８ａ内での輝度分布が求められる。そして、変形後の微小画像領域８ｂにおいて、変形前の微小画像領域８ａの輝度分布と最も良い相関を得る輝度分布を有する微小画像領域８ｂが探索される。微小画像領域８ｂの中心点位置を、構造物１４の変形により変位した前記微小画像領域８ａの中心点位置とすることで、構造物の変位量と変位方向を同時に決定できる。

【0035】

このように、画像解析部１７ｂは、構造物１４の変形によって生じる測定表面１４ａにおける微小画像領域８ａの中心点位置の変位量と変位方向を解析する。これにより、構造物１４の測定表面１４ａにおける変形の程度を把握でき、さらに測定表面１４ａのひずみ分布を把握することができる。

【0036】

図６に戻り、画像解析部１７ｂがパターン２を含む画像を解析することにより、変位量の等高線図や変位ベクトル線図を含む可視化された変位量分布図を表示するためのデータを取得する。このデータは前記表示部１７ｃ及び報知部１７ｄに送信される。なお、前記変位量分布図を記録部（図示せず）に記録するようにしても良い。また、変位量分布図は、例えば、外部送信部（図示せず）及び通信用ケーブルまたは無線等を介して別の装置に送信するようにしても良い。

【0037】

前記表示部１７ｃは、画像解析部１７ｂによる画像解析の結果を表示装置１８に表示するものである。具体的には、図６の例では、表示部１７ｃは、変位量分布図を表示装置１８に表示する。表示装置１８は、例えばモニターである。表示部１７ｃを備えることにより、使用者が変位量分布図を確認でき、保守点検等の適切な処置を行うことができる。

【0038】

前記報知部１７ｄは、画像解析部１７ｂによる画像解析の結果が予め定められた基準から外れたときに、使用者に警報を報知するものである。ここでいう基準とは、例えば、変形に係る物理量（例えば変位量等）である。この基準の具体例としては、構造物１４の測定表面１４ａに生じた変位量或いはひずみ量が、測定表面１４ａ含む構造物１４の使用寿命に大きな影響を及ぼさない許容変位量である。この許容変位量は、例えば、実験、試運転、シミュレーション等によって決定することができる。また、前記許容変位量は、作業員により、キーボードなどの入力装置等から入力しても良い。

【0039】

前記変位量分布図に基づき決定された変位量が、使用寿命にほとんど影響しない変位量である場合には、前記報知部１７ｄは警報を報知しないようにすると良い。しかし、変位量分布図に基づき決定された変位量（測定表面１４ａの変形）が、測定表面１４ａを含む構造物１４の使用寿命に影響を及ぼす場合には、報知部１７ｄから警報を出す。これにより、使用者は、許容できない構造物１４の変位を把握でき、例えば臨時的な点検等を使用者に促すことができる。

【0040】

警報は、報知装置１９（例えば赤ランプの点滅等）を作動させることにより行われる。また、報知装置１９を前記表示装置１８と兼用し、表示装置１８に警報を表示するようにしても良い。また、警報は、例えば、許容変位量の範囲から外れた部位（補修対象部位）も一緒に表示して報知するようにしても良い。

【0041】

なお、前記演算処理装置１７は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）等を備えて構成される。そして、演算処理装置１７は、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。また、演算処理装置１７と撮像装置１６とは、有線ケーブル又は無線により電気的に接続される。演算処理装置１７及び撮像装置１６には、適宜電源ケーブルが接続される。なお、撮像装置１６は単眼カメラであっても良く、複眼カメラであっても良い。

【0042】

図８は、本実施例における変位計測用シート１を用いた変位計測方法を説明するフローチャートである。図８に示す変位計測方法は、主に、図６に示す変位計測装置における演算処理装置１７によって実行できる。そこで、以下の説明では、図６も参照しつつ、図８に示す変位計測方法を説明する。

【0043】

本実施例における変位計測方法は、形成工程Ｓ１、撮像工程Ｓ２、画像取得工程Ｓ３、画像解析工程Ｓ４、表示工程Ｓ５、及び報知工程Ｓ６を備える。

【0044】

形成工程Ｓ１は、変位計測用シート１を製作し、この変位計測用シート１を、構造物１４の表面のうち検査（変位計測）を行いたい部分である測定表面１４ａに付与する。本実施例において、変位計測用シート１の製作は、図４に示すレーザーマーカー１０を用いるが、例えば、変位計測用シート１に印刷するパターン２の形態に応じて、変位計測用シート１の材質やパターン２の印刷方法は、多様な選択、組み合わせが可能である。

【0045】

撮像工程Ｓ２は、構造物１４の測定表面１４ａに貼付された変位計測用シート１を撮像装置１６によって撮像する工程である。
画像取得工程Ｓ３は、撮像装置１６によって撮像された画像を取得する工程である。この画像取得工程Ｓ３は、画像取得部１７ａにより行われる。

【0046】

画像解析工程Ｓ４は、撮像装置１６により撮像された画像中のパターン２について、ＤＩＣ法に基づく画像解析を行う工程である。画像解析工程Ｓ４は、画像解析部１７ｂにより実行される。画像解析工程Ｓ４により、構造物１４の変形に起因する測定表面１４ａの変位量及び変位方向を同時に決定できる。

【0047】

表示工程Ｓ５は、画像解析部１７ｂによる画像解析の結果を表示装置１８に表示する工程である。表示工程Ｓ５は、表示部１７ｃによって実行される。

【0048】

報知工程Ｓ６は、画像解析部１７ｂによる画像解析の結果が、予め定められた基準から外れていたときに、使用者に警報を報知する工程である。報知工程Ｓ６は、報知部１７ｄによって実行される。報知は、報知装置１９を用いることで実行される。

【0049】

以上説明した変位計測方法によれば、所定領域の識別された測定表面１４ａにおける、例えば変位量分布図を取得でき、構造物１４に生じるひずみ分布及び変位量分布を定量的に可視化できる。

【0050】

図９は、図６に示す変位計測装置１５の具体的な構成を示す模式図である。
変位計測装置（検査システム）１５は、撮像装置１６を用いて、締結構造の測定対象部２０を構成する締結具（ボルト）２１、座金２２、被締結体２３において、締結具２１の頭頂面に貼付した変位計測用シート１を撮像し、締結具２１の頭頂面における検査を行うものである。変位計測装置１５は、ＤＩＣ法の適用により、締結具２１の変形に伴う変位計測用シート１上のパターン２の変位量及び変位方向（何れか一方のみでも良い）を計測する。

【0051】

但し、検査内容はこの例には限定されない。また、図９に示す例では、機械構造物を構成する締結構造の一部分のみを表示しているが、本発明は機械設備の種類、締結・接合方法に制限されるものではない。

【0052】

変位計測装置１５は、締結構造の測定対象部２０の締結具２１の頭頂面に貼付した変位計測用シート１を撮像する撮像装置１６を備える。撮像装置１６は、二次元画像を取得する１台の単眼カメラである。撮像により得られた画像は、演算処理装置１７の画像取得部１７ａが取得する。取得された画像は画像解析部１７ｂに送信され、画像解析処理される。画像解析結果は表示部１７ｃに送信され、表示装置１８のモニターに、測定対象部２４の画像と共にひずみ分布図２５が表示される。

【0053】

このとき、予め設定した許容変位量に対する判定が行われ、許容変位量を超える場合には、報知部１７ｄは報知装置１９により警報を発する。
なお、２６は測定対象部２０に負荷される外力である。

【0054】

図１０は、変位計測用シートを製造するための製造装置の他の例を説明する模式図で、図４とは別の例を示す図である。上述した図４では、基材３に変位計測用パターンを印刷するために、レーザーマーカー１０を用いる例を説明したが、この図１０に示す例では、レーザーマーカー１０の代わりに３Ｄプリンタ２７を用いているものである。以下、前記３Ｄプリンタ２７を用いた変位計測用シートの製造装置について説明する。

【0055】

まず、変位計測用パターンのデジタルデータ９を３Ｄプリンタ２７に、変位計測用パターンのデータ入力方法で入力する。その後、３Ｄプリンタ２７を作動させると、ヘッド部２７ａからノズル２７ｂを介して樹脂２８を、基材３の表面３ａに、パターン２Ａを形成するように吐出する。これによりパターン２Ａが印刷された変位計測用シート１Ａを製作することができる。

【0056】

基材３とパターン２Ａの色相は、本実施例では白と黒の組み合わせとしているが、これには限定されず、黒と白の組み合わせであって良く、色調も白と黒に限定されない。基材３は透過性があっても良く、透過後において基材３とパターン２Ａの色彩が同一にならなければ良い。

【0057】

また、３Ｄプリンタ２７で扱える材料であって、構造物１４の測定表面１４ａ（図５参照）に貼り付けることができるものであるなら、材質は任意に組み合わせることができる。さらに、基材３自体を３Ｄプリンタ２７で成形するようにしても良い。
なお、図１０に示す３Ｄプリンタ２７の構成は概略構成のみ示しているが、３Ｄプリンタとしての機能を備えていれば、その構成に限定されない。

【0058】

図１１は、変位計測用シートを製造するさらに他の例を説明する図で、図４及び図１０で説明したものとは異なる例を示す図である。上述した例では、基材３に変位計測用パターンを印刷するために、レーザーマーカー１０や３Ｄプリンタ２７を用いる例を説明したが、これらの代わりに、フォトエッチング法を用いて変位計測用シートを製造する方法を図１１により説明する。

【0059】

図１１はフォトエッチング法を用いて変位計測用シートを製造する方法を示す図で、図１１の（Ａ）～（Ｃ）は、図１のII－II線矢視断面模式図である図２に相当する図である。
この例では、（Ａ）図に示すように、まず基材３に金属層２９を蒸着し、次に、変位計測用のパターンを作るために、計測用パターンと同一のパターンを設けたマスキング層（レジスト層）３０を、前記金属層２９の表面におけるパターンを設けたい位置に配置する。これにより、（Ａ）図に示す三層のシートが作成される。

【0060】

次に、（Ａ）図に示す三層のシートをエッチング液に浸漬する。これにより、マスキング層３０が配置されていない金属層２９の部分が（Ｂ）図に示すように除去され、基材３が露出する。

【0061】

最後に、（Ｃ）図に示すように、前記マスキング層３０を、薬品などを用いて除去することにより、前記金属層２９がパターン層となり、変位計測用パターンが設けられた変位計測用シート１Ｂを製作することができる。

【0062】

なお、前記金属層２９は、スパッタリングや蒸着などの手段を適用することで基材３上に設けることができ、前記マスキング層３０については、フォトレジスト剤などを適用して、（Ａ）図に示す三層のシートを作成すると良い。

【0063】

図１０や図１１で説明した方法により製作された変位計測用シート１Ａ，１Ｂも、図４で説明したレーザーマーカー１０を用いて製作された変位計測用シート１と同様の機能及び効果が得られ、被測定物（測定対象物）に貼付され、長期間に亘って継続的な変位計測が可能である。また、変位計測用シート１，１Ａ，１Ｂが、被測定物の運用中に、途中で破損や脱落、或いは劣化して、変位計測を適切に行えなくなった場合でも、同一の変位計測用シート１，１Ａ，１Ｂを新たに製作して、容易に交換することができる。即ち、変位計測用パターンのデジタルデータ９を用いて製作可能な製造装置や方法により、変位計測用シートを製作することができる。従って、同一パターンの変位計測用シートを容易に得ることができるから、変位計測用シートを貼りかえる毎に、変位量を初期化する必要がなくなり、被測定物の運用中の全期間に亘って、変位量を継続的に測定することができる。

【0064】

以上説明したように、本実施例によれば、ＤＩＣ法を用いた被測定物の変位計測において、被測定物表面に付与するＤＩＣ計測用のパターンを再度付与する際の属人性が低く、パターンが破損しても繰返し同一パターンを再現可能な変位計測用シート及びこれを用いた変位計測装置、変位計測方法を得ることができる。従って、被測定物の運用中の全期間に亘って、変位量を初期化する必要がなく、継続的に変位量を測定することができる。

【実施例0065】

本発明の実施例２を、図１２Ａ～図１４を用いて説明する。
まず、本実施例２における変位計測用シートを、図１２Ａ及び図１２Ｂにより説明する。
図１２Ａは、変位計測用シートを、識別情報を含む変位計測用シート３１としたもので、例えばＱＲコード（登録商標）等の二次元デジタルマトリクスコード（二次元バーコード）で構成したものである。具体的には、正方形のパターン（識別パターン）３１ａが二次元平面上に多数配置されることで、識別情報を含む変位計測用シート３１として製造できる。

【0066】

このように二次元デジタルマトリクスコードを配置した変位計測用シート３１とし、この変位計測用シート３１を構造物１４の測定表面１４ａ（図５参照）に貼付し、この変位計測用シート３１を撮像装置で撮像する。このようにすれば、構造物１４の変形前後の複数の画像に基づいて、デジタル画像相関法を用いて、構造物１４の測定表面１４ａの変形に起因するパターン３１ａの変位量及び変位方向を求めることができる。即ち、二次元デジタルマトリクスコードのパターン３１ａを、図１に示すパターン２と同様に認識させて、ＤＩＣ法により、構造物１４の測定表面１４ａの変位量及び変位方向を求めることができる。

【0067】

また、二次元デジタルマトリクスコードの規格に沿ってパターン３１ａを形成することにより、パターン３１ａの全体を情報部（識別パターン）として機能させることができる。例えば、変位計測用シート３１が貼付される構造物１４中の部品名や、その位置などの識別情報（構造物中の締結具のうちどの締結具であるかなどの情報）を含むようにパターン３１ａを形成することができる。情報部を構成する二次元デジタルマトリクスコードの規格は、二次元バーコードが例えばＱＲコードであれば、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８００４である。

【0068】

図１２Ｂも、変位計測用シートを、識別情報を含む変位計測用シートとした他の例を示すものであり、この例では、パターンとして文字（識別パターン）３２ａを含むことにより、識別情報を含む変位計測用シート３２としたものである。文字３２ａは、例えば同一方向に等間隔かつ等しい大きさで配置される。文字３２ａを含むことで、文字３２ａによって直接的に、構造物１４の測定表面１４ａを個々に識別できる。従って、文字３２ａは識別可能情報として機能する。

【0069】

また、文字３２ａを１つの点と考え、ＤＩＣ法に基づいて文字３２ａのひずみを評価することにより、当該点の変位量及び変位方向を計測できる。従って、文字３２ａを、ＤＩＣ法による解析対象としても機能させることができる。

【0070】

次に、図１２Ａまたは図１２Ｂに示す識別情報を含む変位計測用シート３１，３２を用いた変位計測装置を、図１３を用いて説明する。
図１３は、実施例２の変位計測用シートを用いた変位計測装置の例を説明するブロック図である。この図１３により、実施例２の変位計測用シート３１，３２と演算処理装置を用いて、変位量やひずみを検査する変位計測装置（検査システム）の構成を説明する。

【0071】

構造物１４には上述した識別情報を含む変位計測用シート３１または３２が貼付されている。この構造物１４に貼付されている変位計測用シート３１または３２の部分を、変位計測装置（検査システム）１５の撮像装置１６により撮像する。また、変位計測装置１５は、演算処理装置１７、表示装置１８及び報知装置１９を備えている。

【0072】

前記演算処理装置１７について説明する。演算処理装置１７は、画像取得部１７ａ、識別部１７ｅ、画像解析部１７ｂ、表示部１７ｃ及び報知部１７ｄを備えている。
前記撮像装置１６により撮像された変位計測用シート３１の画像が、演算処理装置１７の画像取得部１７ａに送信される。この画像取得部１７ａは、撮像装置１６により撮像された画像を取得する。取得した画像には、識別パターン３１ａまたは３２ａが含まれている。画像取得部１７ａにより取得された画像は、識別部１７ｅに送信される。

【0073】

識別部１７ｅは、撮像装置１６により撮像された画像中の識別パターン３１ａまたは３２ａに含まれる識別情報に基づき、撮像した測定表面１４ａに関する情報を識別するものである。即ち、画像中の識別パターン３１ａまたは３２ａに基づき、例えば、構造物１４中の締結具２１（図９参照）のうちのどの締結具を撮像したのかが識別される。検査対象が締結具の場合などでは、撮像により得られる画像は似たような構図となる。しかし、本実施例２によれば、識別部１７ｅにより測定表面１４ａに含まれる識別情報から、どこの締結具であるかを識別することが可能となる。

【0074】

また、前記画像取得部１７ａにより取得された画像は、画像解析部１７ｂに送信される。この画像解析部１７ｂや、以降の表示部１７ｃ、報知部１７ｄ、表示装置１８及び報知装置１９での処理や動作は、上述した図６の変位計測装置で説明したものと同様であるので、説明を省略する。

【0075】

図１４は、実施例２における変位計測用シート３１または３２用いた変位計測方法を説明するフローチャートである。図１４に示す変位計測方法は、主に、図１３に示す変位計測装置における演算処理装置１７によって実行できる。そこで、以下の説明では、図１３も参照しつつ、図１４に示す変位計測方法を説明する。

【0076】

本実施例２における変位計測方法は、形成工程Ｓ１、撮像工程Ｓ２、画像取得工程Ｓ３、個体識別情報処置工程Ｓ７、画像解析工程Ｓ４、表示工程Ｓ５、及び報知工程Ｓ６を備える。

【0077】

形成工程Ｓ１は、変位計測用シート３１または３２を製作し、この変位計測用シートを、構造物１４の表面のうち検査（変位計測）を行いたい部分である測定表面１４ａ（図５参照）に貼付する。本実施例２において、変位計測用シート３１または３２の製作は、例えば図４に示すレーザーマーカー１０を用いるが、変位計測用シート１に印刷するパターン３１ａ，３２ａの形態に応じて、変位計測用シート１の材質やパターン２の印刷方法は、多様な選択や組み合わせが可能である。

【0078】

撮像工程Ｓ２は、構造物１４の測定表面１４ａに形成された変位計測用シート３１または３２を撮像装置１６によって撮像する工程である。

【0079】

画像取得工程Ｓ３は、撮像装置１６によって撮像された画像を取得する工程である。この画像取得工程Ｓ３は、画像取得部１７ａにより行われる。

【0080】

個体識別情報処理工程Ｓ７は、撮像装置１６により撮像された画像中の識別パターン３１ａ，３２ａに基づき、撮像した測定表面１４ａを識別する工程である。識別工程Ｓ７は、識別部１７ｅにより行われる。識別工程Ｓ７により、撮像した画像が、どの測定表面１４ａを撮像したものであるのかを識別する。

【0081】

識別の具体的な方法は、識別パターン３１ａ，３２ａの種類に応じて決定できる。例えば、識別パターンが図１２Ａに示す２次元デジタルマトリクスコードにより構成される識別パターン３１ａである場合には、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８００４によって構成された情報部の解析により、識別できる。また、識別パターンが図１２Ｂに示す識別パターン（文字）３２ａである場合、文字３２ａの解読により識別できる。

【0082】

画像解析工程Ｓ４は、撮像装置１６により撮像された画像中のパターン２について、ＤＩＣ法に基づく画像解析を行う工程である。画像解析工程Ｓ４は、画像解析部１７ｂにより実行される。画像解析工程Ｓ４により、構造物１４の変形に起因する測定表面１４ａの変位量及び変位方向を同時に決定できる。

【0083】

表示工程Ｓ５は、画像解析部１７ｂによる画像解析の結果を表示装置１８に表示する工程である。表示工程Ｓ５は、表示部１７ｃによって実行される。

【0084】

報知工程Ｓ６は、画像解析部１７ｂによる画像解析の結果が予め定められた基準からずれていたときに使用者に警報を報知する工程である。報知工程Ｓ６は、報知部１７ｄによって実行される。報知は、報知装置１９を用いることで実行される。

【0085】

以上説明した変位計測方法によれば、識別された測定表面１４ａにおける、例えば変位量分布図を取得でき、構造物１４に生じるひずみ分布及び変位量分布を定量的に可視化できる。また、個体識別処理工程Ｓ７において、画像中の識別パターン３１ａまたは３２ａに含まれる識別情報に基づき、撮像した測定表面１４ａに関する情報を識別できるので、例えば、構造物１４中の締結具２１のうちのどの締結具を撮像したのかを識別でき、どこの締結具であるかを識別することも可能となる。

【0086】

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。