特許 7315936 変位量計測方法、変位量計測装置、変位量計測システム、および、変位量計測プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-19

(45)【発行日】2023-07-27

(54)【発明の名称】変位量計測方法、変位量計測装置、変位量計測システム、および、変位量計測プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/16 20060101AFI20230720BHJP

【ＦＩ】

G01B11/16 H

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022057011

(22)【出願日】2022-03-30

(65)【公開番号】P2022161852

(43)【公開日】2022-10-21

【審査請求日】2022-05-27

(31)【優先権主張番号】P 2021066233

(32)【優先日】2021-04-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000142067

【氏名又は名称】株式会社共和電業

(73)【特許権者】

【識別番号】594079143

【氏名又は名称】株式会社アイシン福井

(73)【特許権者】

【識別番号】591038299

【氏名又は名称】株式会社ヒカリ

(74)【代理人】

【識別番号】100124039

【弁理士】

【氏名又は名称】立花 顕治

(74)【代理人】

【識別番号】100176337

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】前田 芳巳

(72)【発明者】

【氏名】竹尾 崇

(72)【発明者】

【氏名】浅井 大介

【審査官】櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１５２４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４１１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３００８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４２１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０２１８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第４８３１７０３（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

計測対象物に設置された２次元格子パターンを撮影した２次元画像を用いて前記計測対象物の表面の面内方向の変位量を計測する変位量計測方法であって、
前記計測対象物に設置された前記２次元格子パターンを撮像装置によって２次元画像として撮影する撮影処理と、
前記撮像装置によって撮影した前記２次元画像から前記２次元格子パターンを含む領域を解析領域として抽出する解析領域抽出処理と、
前記解析領域から複数のサブ領域を設定するサブ領域設定処理と、
設定した前記複数のサブ領域のいずれか一つのサブ領域に関する２次元画像を用いて、前記複数のサブ領域毎の面内方向の変位量を算出する第１変位量算出処理と、
算出した前記複数のサブ領域毎の面内方向の変位量に基づいて、前記計測対象物に設置された前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量を算出する格子位置算出処理と、
前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正することにより、前記計測対象物の面内方向の変位量を算出する第２変位量算出処理と、
を含む、変位量計測方法。

【請求項2】

前記複数のサブ領域は、同じ面積である
請求項１に記載の変位量計測方法。

【請求項3】

前記第２変位量算出処理では、前記計測対象物以外に設置される基準格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量に基づいて、前記計測対象物に設置される前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量を補正する
請求項１または２に記載の変位量計測方法。

【請求項4】

前記第２変位量算出処理では、前記基準格子パターンの面内方向の変位量に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正する
請求項３に記載の変位量計測方法。

【請求項5】

前記第２変位量算出処理では、前記解析領域の中心と、前記計測対象物の任意の点との距離に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正する
請求項１～４のいずれか一項に記載の変位量計測方法。

【請求項6】

前記サブ領域設定処理では、３つ以上のサブ領域を設定し、
前記格子位置算出処理では、前記複数のサブ領域における前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量の平均値を算出し、
前記第２変位量算出処理では、前記複数のサブ領域における前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量の平均値に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正する
請求項１～５のいずれか一項に記載の変位量計測方法。

【請求項7】

計測対象物に設置された２次元格子パターンを撮影した画像を用いて前記計測対象物の表面の面内方向の変位量を計測する変位量計測装置であって、
撮像装置によって撮影した前記２次元画像から前記２次元格子パターンを含む領域を解析領域として抽出する解析領域抽出部と、
前記解析領域から複数のサブ領域を設定するサブ領域設定部と、
設定した前記複数のサブ領域のいずれか一つのサブ領域に関する２次元画像を用いて、前記複数のサブ領域毎の面内方向の変位量を算出する第１変位量算出部と、
算出した前記複数のサブ領域毎の面内方向の変位量に基づいて、前記計測対象物に設置された前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量を算出する格子位置算出部と、
前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正することにより、前記計測対象物の面内方向の変位量を算出する第２変位量算出部と、
を含む、変位量計測装置。

【請求項8】

請求項７に記載の変位量計測装置と、
前記撮像装置と、を含む
変位量計測システム。

【請求項9】

計測対象物に設置された２次元格子パターンを撮影した２次元画像を用いて前記計測対象物の表面の面内方向の変位量を計測する変位量計測プログラムであって、
撮像装置によって撮影した前記２次元画像から前記２次元格子パターンを含む領域を解析領域として抽出する解析領域抽出処理と、
前記解析領域から複数のサブ領域を設定するサブ領域設定処理と、
設定した前記複数のサブ領域のいずれか一つのサブ領域に関する２次元画像を用いて、前記複数のサブ領域毎の面内方向の変位量を算出する第１変位量算出処理と、
算出した前記複数のサブ領域毎の面内方向の変位量に基づいて前記計測対象物に設置された前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量を算出する格子位置算出処理と、
前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正することにより、前記計測対象物の面内方向の変位量を算出する第２変位量算出処理と、をコンピュータに実行させる
変位量計測プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変位量計測方法、変位量計測装置、変位量計測システム、および、変位量計測プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

橋梁および鉄塔等の計測対象物の点検作業では、例えば、計測対象物の面内方向の変位量が計測される。特許文献１は、計測対象物の面内方向の変位量計測方法の一例を開示している。特許文献１に開示される変位量計測方法では、計測対象物に設置された２次元格子パターンを撮影した２次元画像を用いて計測対象物の表面の面内方向の変位量を計測する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４８３１７０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記変位量計測方法では、例えば、計測対象物の軸に対して、計測対象物に設置された２次元格子パターンの軸の角度がずれている場合、計測対象物に設置された２次元格子パターンがＹ方向に変位すると、２次元格子パターンは、実際には、Ｘ方向に変位していないにも関わらず、計測対象物の軸との角度差分だけ、Ｘ方向に変位したように計測される。同様に、計測対象物に設置された２次元格子パターンがＸ方向に変位すると、２次元格子パターンは、実際には、Ｙ方向に変位していないにも関わらず、計測対象物の軸との角度差分だけ、Ｙ方向に変位したように計測される。このため、計測対象物の面内方向の変位量の計測の精度が低い。

【0005】

本発明は、計測対象物の面内方向の変位量を精度よく計測できる変位量計測方法、変位量計測装置、変位量計測システム、および、変位量計測プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１観点に係る変位量計測方法は、計測対象物に設置された２次元格子パターンを撮影した２次元画像を用いて前記計測対象物の表面の面内方向の変位量を計測する変位量計測方法であって、前記計測対象物に設置された前記２次元格子パターンを撮像装置によって２次元画像として撮影する撮影処理と、前記撮像装置によって撮影した前記２次元画像から前記２次元格子パターンを含む領域を解析領域として抽出する解析領域抽出処理と、前記解析領域から複数のサブ領域を設定するサブ領域設定処理と、設定した前記複数のサブ領域のいずれか一つのサブ領域に関する２次元画像を用いて、前記複数のサブ領域における面内方向の変位量を算出する第１変位量算出処理と、算出した前記複数のサブ領域の面内方向の変位量に基づいて、前記計測対象物に設置された前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量を算出する格子位置算出処理と、前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正することにより、前記計測対象物の面内方向の変位量を算出する第２変位量算出処理と、を含む。

【0007】

上記変位量計測方法では、２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量に基づいて、計測対象物面内方向の変位量を補正するため、計測対象物の軸に対して２次元格子パターンの軸の角度がずれている場合であっても、計測対象物の面内方向の変位量を精度よく計測できる。

【0008】

本発明の第２観点に係る変位量計測方法は、第１観点に係る変位量計測方法であって、前記複数のサブ領域は、同じ面積である。

【0009】

上記変位量計測方法では、第１変位量算出処理を効率的に実施できる。

【0010】

本発明の第３観点に係る変位量計測方法は、第１観点または第２観点に係る変位量計測方法であって、前記第２変位量算出処理では、前記計測対象物以外に設置される基準格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量に基づいて、前記計測対象物に設置される前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量を補正する。

【0011】

上記変位量計測方法では、第２変位量算出処理において、計測対象物に設置される２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量が補正されるため、計測対象物の面内方向の変位量を精度よく計測できる。

【0012】

本発明の第４観点に係る変位量計測方法は、第３観点に係る変位量計測方法であって、前記第２変位量算出処理では、前記基準格子パターンの面内方向の変位量に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正する。

【0013】

上記変位量計測方法では、第２変位量算出処理において、基準格子パターンの面内方向の変位量に基づいて、２次元格子パターンの面内方向の変位量が補正されるため、計測対象物の面内方向の変位量を精度よく計測できる。

【0014】

本発明の第５観点に係る変位量計測方法は、第１観点～第４観点のいずれか１つに係る変位量計測方法であって、前記第２変位量算出処理では、前記解析領域の中心と、前記計測対象物の任意の点との距離に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正する。

【0015】

上記変位量計測方法では、計測対象物の任意の点に基づいて、計測対象物の面内方向の変位量を精度よく計測できる。

【0016】

本発明の第６観点に係る変位量計測方法は、第１観点から第５観点のいずれか１つに係る変位量計測方法であって、前記サブ領域設定処理では、３つ以上のサブ領域を設定し、前記格子位置算出処理では、前記複数のサブ領域における前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量の平均値を算出し、前記第２変位量算出処理では、前記複数のサブ領域における前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量の平均値に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正する。

【0017】

上記変位量計測方法では、サブ領域が多く設定されるため、格子位置算出処理において、２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量をより精度よく算出できる。

【0018】

本発明の第７観点に係る変位量計測装置は、計測対象物に設置された２次元格子パターンを撮影した画像を用いて前記計測対象物の表面の面内方向の変位量を計測する変位量計測装置であって、撮像装置によって撮影した前記２次元画像から前記２次元格子パターンを含む領域を解析領域として抽出する解析領域抽出部と、前記解析領域から複数のサブ領域を設定するサブ領域設定部と、設定した前記複数のサブ領域のいずれか一つのサブ領域に関する２次元画像を用いて、前記複数のサブ領域における面内方向の変位量を算出する第１変位量算出部と、算出した前記複数のサブ領域の面内方向の変位量に基づいて、前記計測対象物に設置された前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量を算出する格子位置算出部と、前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正することにより、前記計測対象物の面内方向の変位量を算出する第２変位量算出部と、を含む。

【0019】

上記変位量計測装置によれば、第１観点に係る変位量計測方法と同様の効果が得られる。

【0020】

本発明の第８観点に係る変位量計測システムは、第７観点に係る変位量計測装置と、前記撮像装置と、を含む。

【0021】

上記変位量計測システムによれば、第１観点に係る変位量計測方法と同様の効果が得られる。

【0022】

本発明の第７観点に係る変位量計測プログラムは、計測対象物に設置された２次元格子パターンを撮影した２次元画像を用いて前記計測対象物の表面の面内方向の変位量を計測する変位量計測プログラムであって、撮像装置によって撮影した前記２次元画像から前記２次元格子パターンを含む領域を解析領域として抽出する解析領域抽出処理と、前記解析領域から複数のサブ領域を設定するサブ領域設定処理と、設定した前記複数のサブ領域のいずれか一つのサブ領域に関する２次元画像を用いて、前記複数のサブ領域における面内方向の変位量を算出する第１変位量算出処理と、算出した前記複数のサブ領域の面内方向の変位量に基づいて前記計測対象物に設置された前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量を算出する格子位置算出処理と、前記２次元格子パターンの変位軸の傾きまたは角度変化量に基づいて、前記２次元格子パターンの面内方向の変位量を補正することにより、前記計測対象物の面内方向の変位量を算出する第２変位量算出処理と、をコンピュータに実行させる。

【0023】

上記変位量計測プログラムによれば、第１観点に係る変位量計測方法と同様の効果が得られる。

【発明の効果】

【0024】

本発明に関する変位量計測方法、変位量計測装置、変位量計測システム、および、変位量計測プログラムによれば、計測対象物の面内方向の変位量を精度よく計測できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】第１実施形態の変位量計測システムの概略構成図。

【図2】２次元格子パターンが設置された鍛造プレス機の正面図。

【図3】計測対象物の軸と計測対象物に設置された２次元格子パターンの軸とのずれを説明する図。

【図4】図１の制御装置に構築される機能ブロックに関する図。

【図5】解析領域抽出処理に関する図。

【図6】サブ領域設定処理に関する図。

【図7】面内変位量算出処理の処理手順の一例を示すフローチャート。

【図8】変位量計測システムの試験結果に関する図。

【図9】第２実施形態の変位量計測システムを説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る変位量計測装置、および、これを備える変位量計測システムについて説明する。

【0027】

［第１実施形態］
＜１．変位量計測システムの全体構成＞
図１は、変位量計測システム１０（以下では、「システム１０」という）の概略構成図である。システム１０は、計測対象物１００（図２参照）に設置された２次元格子パターン２００を撮影した２次画像（以下では、「２次元格子画像」という）を用いて、計測対象物１００の面内方向の変位量を計測するシステムである。システム１０によれば、計測対象物１００の点検作業を短時間で実施できる。計測対象物１００は、例えば、鍛造プレス機の上型、射出成型機の可動型、または、インフラ構造物である。インフラ構造物は、例えば、高架道路、橋梁、鉄橋、または、トンネルである。本実施形態の変位量計測システム１０は、鍛造プレス機の上型、および、射出成型機の可動型のような、所定の長さのストロークで動作する計測対象物１００の点検作業に用いられる。図２に示される例では、計測対象物１００は、鍛造プレス機５００の上型４２０である。変位量計測システム１０は、変位量計測装置２０と、撮像装置３０と、を含む。

【0028】

＜２．変位量計測システムのハード構成＞
変位量計測装置２０は、本体２１、入力装置２２、および、出力装置２３を有する。本体２１は、記憶装置２１Ａおよび制御装置２１Ｂを有する。記憶装置２１Ａおよび制御装置２１Ｂは、バス２４を介して通信できるように接続される。記憶装置２１Ａは、例えば、ハードディスクまたはソリッドステートドライブである。記憶装置２１Ａは、計測対象物１００の面内方向の変位量の算出に関する１または複数のアプリケーションソフトウェア（以下では、「面内変位量算出ソフト」という）を記憶する。

【0029】

制御装置２１Ｂは、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)等を含み、後述する機能を実行する。制御装置２１Ｂは、入力装置２２からの要求に応じて記憶装置２１Ａに記憶されている面内変位量算出ソフトを実行する。制御装置２１Ｂが面内変位量算出ソフトを実行することによって、変位量計測装置２０には、後述する１または複数の機能ブロックが構築される。

【0030】

入力装置２２は、例えばキーボードであり、本体２１と接続される。出力装置２３は、例えば、液晶ディスプレイであり、本体２１から出力された信号を受信できるように、本体２１と接続される。なお、本体２１、入力装置２２、および、出力装置２３は、ノート型パーソナルコンピュータのように、一体的に構成されてもよい。

【0031】

撮像装置３０は、２次元格子画像を撮影する撮影処理を実行できるように構成される。本実施形態では、撮像装置３０は、カメラである。本実施形態では、撮像装置３０は、変位量計測装置２０と無線通信または有線通信できるように接続される。撮像装置３０が撮影した２次元格子画像は、変位量計測装置２０に送信され、例えば、記憶装置２１Ａに記憶される。

【0032】

＜３．２次元格子パターン＞
図２に示されるように、計測対象物１００を含む鍛造プレス機５００には、１または複数の２次元格子パターン２００が設置される。本実施形態では、例えば、２つの２次元格子パターン２００が鍛造プレス機５００に設置される。以下では、２つの２次元格子パターン２００を区別するため、２つの２次元格子パターン２００のうちの一方を２次元格子パターン２１０と称し、他方を２次元格子パターン２２０と称する場合がある。２次元格子パターン２１０は、鍛造プレス機５００の下型４１０に設置される。２次元格子パターン２２０は、計測対象物１００である上型４２０に設置される。上型４２０は、鉛直軸方向に沿って下型４１０に接近および離間するように所定のストロークで動作する。２次元格子パターン２００の具体的な構成は、任意に選択可能である。本実施形態では、２次元格子パターン２００は、下型４１０および上型４２０に貼り付けられるように構成されるシール部材に印刷される。２次元格子パターン２００は、下型４１０および上型４２０に直接描かれてもよい。

【0033】

計測対象物１００を短時間で点検する観点から、２次元格子パターン２００の具体的な構成に関わらず、２次元格子パターン２００を計測対象物１００に対して傾くことなくなく設置することは極めて困難である。このため、図３に示されるように、計測対象物１００の軸ＸＡと、計測対象物１００に設置された２次元格子パターン２００の軸ＸＢとが、所定角度θＸずれることがある。このような状況で、図３の矢印で示されるように、２次元格子パターン２００がＹ方向に変位すると、２次元格子パターン２００は、実際には、Ｘ方向に変位していないにも関わらず、角度θＸ分だけ、Ｘ方向に変位したように計測されるおそれがある。同様に、計測対象物１００に設置された２次元格子パターン２００がＸ方向に変位すると、２次元格子パターン２００は、実際には、Ｙ方向に変位していないにも関わらず、角度θＸ分だけ、Ｙ方向に変位したように計測されるおそれがある。

【0034】

本願発明者は、計測対象物１００がインフラ構造物のような静止している物体の場合よりも、鍛造プレス機５００の上型４２０、および、射出成型機の可動型のような、所定の長さのストロークで動作する物体の場合の方が、所定角度θＸのずれに起因する上記課題が一層顕著に表れることを見出した。本実施形態のシステム１０は、計測対象物１００の軸ＸＡに対して、２次元格子パターン２００の軸ＸＢの角度が所定角度θＸずれている場合であっても、計測対象物１００の面内方向の変位量を精度よく計測できるように構成される。

【0035】

＜４．変位量計測システムのソフト構成＞
図４に示されるように、制御装置２１Ｂが記憶装置２１Ａ（図１参照）に記憶されている面内変位量算出ソフトを実行することによって構成される機能ブロックは、例えば、解析領域抽出部４１、サブ領域設定部４２、第１変位量算出部４３、格子位置算出部４４、および、第２変位量算出部４５を含む。変位量計測装置２０にこれらの機能ブロックが構築されることによって、計測対象物１００の面内方向の変位量を算出する面内変位量算出処理が実行される。以下では、各機能ブロックの詳細について説明する。なお、本実施形態では、計測対象物１００の面内方向の変位量の算出の精度を高めるために、計測対象物１００以外の物体である下型４１０に設置される２次元格子パターン２１０（以下では、「基準格子パターン」という場合がある）の変位軸の傾きに基づいて、計測対象物１００に設置される２次元格子パターン２２０の変位軸の傾きを補正する。このため、以下の各機能ブロックによって実行される各処理は、２次元格子パターン２１０および２次元格子パターン２２０のそれぞれについて実行される。

【0036】

＜４－１．解析領域抽出部＞
解析領域抽出部４１は、２次元格子画像３００（図５参照）から２次元格子パターン２００を含む領域を解析領域５０として抽出する解析領域抽出処理を実行する。解析領域５０は、２次元格子画像３００のうちの２次元格子パターン２００が写っている領域の全体であってもよく、一部であってもよい。本実施形態では、解析領域抽出部４１は、解析領域抽出処理において、２次元格子画像３００のうちの２次元格子パターン２００が写っている領域の一部を解析領域５０として抽出する。解析領域５０の形状は、任意に選択可能である。本実施形態では、解析領域５０の形状は、正方形である。解析領域５０の形状は、長方形、ひし形、三角形、五角形以上の多角形、円、または、楕円であってもよい。

【0037】

＜４－２．サブ領域設定部＞
サブ領域設定部４２は、解析領域５０を分割することによって複数のサブ領域６０を設定するサブ領域設定処理を実行する。サブ領域設定処理において設定されるサブ領域６０の数は、２以上であれば任意に選択可能である。本実施形態では、サブ領域設定部４２は、サブ領域設定処理において、２つのサブ領域６０を設定する。以下では、２つのサブ領域を第１サブ領域６１および第２サブ領域６２と称する場合がある。複数のサブ領域６０の形状は、任意に選択可能である。本実施形態では、複数のサブ領域６０の形状は、長方形である。複数のサブ領域６０の形状は、正方形、ひし形、三角形、五角形以上の多角形、円、または、楕円であってもよい。なお、複数のサブ領域６０の設定は、ユーザによって実行されてもよい。複数のサブ領域６０の設定がユーザによって実行される場合、サブ領域設定部４２は、複数のサブ領域６０の形状および面積が一致するように、ユーザによって設定されたサブ領域６０の形状を補正することが好ましい。なお、サブ領域６０は、１画素単位で設定されてもよい。

【0038】

＜４－３．第１変位量算出部＞
第１変位量算出部４３は、サブ領域設定部４２によって設定された複数のサブ領域６０のいずれか一つのサブ領域６０に関する２次元画像を用いて、複数のサブ領域６０における面内方向の変位量を算出する第１変位量算出処理を実行する。本実施形態では、第１変位量算出部４３は、第１変位量算出処理において、複数のサブ領域６１、６２のうちの第１サブ領域６１に関する２次元画像を用いて、複数のサブ領域６１、６２の面内方向の変位量を算出する。

【0039】

第１変位量算出部４３は、第１変位量算出処理において、第１サブ領域６１に関する２次元画像を用いて、第１サブ領域６１におけるＸ方向の変位量ｄＡｘ、第１サブ領域６１におけるＹ方向の変位量ｄＡｙ、第２サブ領域６２におけるＸ方向の変位量ｄＢｘ、および、第２サブ領域６２におけるＹ方向の変位量ｄＢｙを算出する。本実施形態では、サブ領域設定部４２によって２つのサブ領域、換言すれば、第１サブ領域６１および第２サブ領域６２が設定されるため、第１サブ領域６１は、基準のサブ領域となる。このため、第１サブ領域６１におけるＸ方向の変位量ｄＡｘ、および、第１サブ領域６１におけるＹ方向の変位量ｄＡｙは、０である。なお、変位量ｄＡｘ、ｄＡｙ、ｄＢｘ、ｄＢｙの算出は、例えば、特許文献１に記載の公知の方法を用いて実施できる。

【0040】

＜４－４．格子位置算出部＞
格子位置算出部４４は、第１変位量算出部４３によって算出された複数のサブ領域６１、６２の面内方向の変位量ｄＡｘ、ｄＡｙ、ｄＢｘ、ｄＢｙに基づいて、計測対象物１００に設置された２次元格子パターン２００の変位軸の傾きを算出する格子位置算出処理を実行する。

【0041】

格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、２次元格子パターン２００の傾きｔａｎθを以下の式（１）または（２）に基づいて算出する。
ｔａｎθ＝（ｄＢｙ－ｄＡｙ）／（ｄＢｘ－ｄＡｘ）・・・（１）
ｔａｎθ＝（ｄＢｘ－ｄＡｘ）／（ｄＢｙ－ｄＡｙ）・・・（２）

【0042】

本実施形態では、サブ領域設定部４２は、解析領域５０をＸ軸の方向に分割することによって複数のサブ領域６０を設定する。このため、格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、２次元格子パターン２００の傾きｔａｎθを式（１）に基づいて算出する。サブ領域設定部４２が解析領域５０をＹ軸の方向に分割することによって複数のサブ領域６０を設定する場合、格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、２次元格子パターン２００の傾きｔａｎθを式（２）に基づいて算出する。格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、式（１）および（２）よって算出される傾きの平均値を２次元格子パターン２００の傾きｔａｎθとしてもよい。以下では、基準格子パターンである２次元格子パターン２１０の傾きを傾きｔａｎθＡと称し、２次元格子パターン２２０の傾きを傾きｔａｎθＢと称する。

【0043】

＜４－５．第２変位量算出部＞
第２変位量算出部４５は、２次元格子パターン２００の変位軸の傾きに基づいて、計測対象物１００の面内方向の変位量Ｄｘ、Ｄｙを補正する第２変位量算出処理を実行する。第２変位量算出部４５は、第２変位量算出処理において、以下の式（３）、（４）に示されるように、基準格子パターンである２次元格子パターン２１０の変位軸の傾きに基づいて、２次元格子パターン２２０の変位軸の傾きを補正することによって、計測対象物１００の補正後の面内方向の変位量ＨＤｘ、ＨＤｙを算出する。さらに、第２変位量算出部４５は、第２変位量算出処理において、計測された２次元格子パターン２１０の面内方向の変位量ＡＤｘ、ＡＤｙに基づいて、計測された２次元格子パターン２２０の面内方向の変位量Ｄｘ、Ｄｙを補正することによって、計測対象物１００の補正後の面内方向の変位量ＨＤｘ、ＨＤｙを算出する。このため、撮像装置３０が振動等した場合であっても変位量ＨＤｘ、ＨＤｙを精度よく算出できる。
ＨＤｘ＝Ｄｘ＋[Ｄｙ・（ｔａｎθＢ－ｔａｎθＡ）]－ＡＤｘ・・・（３）
ＨＤｙ＝Ｄｙ＋[Ｄｘ・（ｔａｎθＢ－ｔａｎθＡ）]－ＡＤｙ・・・（４）

【0044】

図７を参照して、面内変位量算出処理の処理手順の一例について説明する。
制御装置２１Ｂは、例えば、記憶装置２１Ａに任意の２次元格子画像３００が保存され、かつ、ユーザからの要求があった場合に面内変位量算出処理を開始する。

【0045】

ステップＳ１１では、制御装置２１Ｂは、解析領域抽出ステップを実行する。ステップＳ１１が終了すると、２次元格子画像３００から解析領域５０が抽出される。

【0046】

ステップＳ１２では、制御装置２１Ｂは、サブ領域設定ステップを実行する。ステップＳ１２が終了すると、解析領域５０にサブ領域６１、６２が設定される。

【0047】

ステップＳ１３では、制御装置２１Ｂは、第１変位量算出ステップを実行する。ステップＳ１３が終了すると、変位量ｄＡｘ、ｄＡｙ、ｄＢｘ、ｄＢｙが算出される。

【0048】

ステップＳ１４では、制御装置２１Ｂは、格子位置算出処理を実行する。ステップＳ１４が終了すると、基準格子パターンである２次元格子パターン２１０の傾きｔａｎθＡ、および、２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθＢが算出される。

【0049】

ステップＳ１５では、制御装置２１Ｂは、第２変位量算出処理を実行する。ステップＳ１５が終了すると、計測対象物１００の補正後の面内方向の変位量ＨＤｘ、ＨＤｙが算出される。

【0050】

＜５．第１実施形態の効果＞
以上のように構成されたシステム１０によれば、次の効果を得ることができる。
２次元格子パターン２２０の変位軸の傾きに基づいて、計測対象物１００の面内方向の変位量Ｄｘ、Ｄｙを補正するため、計測対象物１００の軸に対して、２次元格子パターン２２０の軸の角度がずれている場合であっても、計測対象物１００の面内方向の変位量を精度よく計測できる。

【0051】

また、システム１０によれば、計測対象物１００に対する２次元格子パターン２２０の設置角度のずれをキャンセルして、計測対象物１００の面内方向の変位量を算出できる。このため、例えば、実際は、計測対象物１００が面内方向において、Ｘ方向またはＹ方向に変位しているにも関わらず、計測対象物１００に対する２次元格子パターン２２０の設置角度のずれによって計測対象物１００のＸ方向またはＹ方向の変位がキャンセルされて、計測対象物１００のＸ方向またはＹ方向の変位が計測されない、といった事態が生じにくい。

【0052】

＜６．本実施形態の変位量計測システムの計測結果＞
図８を参照して、変位量計測システム１０による計測対象物１００の面内方向の変位量の計測結果について説明する。計測対象物１００は、鍛造プレス機５００の上型４２０である。基準格子パターンである２次元格子パターン２１０は、鍛造プレス機５００の下型４１０に設置される。２次元格子パターン２２０は、鍛造プレス機５００の上型４２０に設置される。２次元格子パターン２２０の軸は、計測対象物１００の軸に対して、所定角度ずれた状態で設置される。上型４２０は、下型４１０に対して接近するように、３０ｍｍ移動する。撮像装置３０は、鍛造プレス機５００の正面に設置される。撮像装置３０と鍛造プレス機５００との距離は、１ｍである。撮像装置３０のフレームレートは、１００ｆｐｓである。２次元格子パターン２００の格子のピッチは、５ｍｍである。解析領域５０の画像サイズは、１２８×１２８ピクセルである。

【0053】

図８に示されるように、２次元格子パターン２１０の傾きｔａｎθＡ、および、２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθＢを用いてＸ方向の変位量を補正しない場合、上型４２０のＹ方向の移動に伴い、上型４２０がＸ方向に大きく変位しているように計測される。一方、変位量計測システム１０では、２次元格子パターン２１０の傾きｔａｎθＡ、および、２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθＢを用いてＸ方向の変位量を補正しているため、上型４２０がＹ方向に移動しても、上型４２０がＸ方向に実質的に変位していないことが精度よく計測されている。

【0054】

［第２実施形態］
第２実施形態のシステム１０は、格子位置算出処理および第２変位量算出処理において、第１実施形態と異なり、その他の構成は、第１実施形態と同様である。以下では、第２実施形態のシステム１０について、第１実施形態のシステム１０と異なる部分を中心に説明する。

【0055】

＜７．第２実施形態のシステム＞
図９に示されるように、計測対象物１００の面内方向の変位量の計測においては、２次元格子パターン２１０、２２０が回転することにより、角度が変化することがある。図９の実線は、初期位置の２次元格子パターン２１０および２次元格子パターン２２０を示している。図９の破線は、初期位置から角度が変化した場合の２次元格子パターン２１０および２次元格子パターン２２０を示している。本実施形態のシステム１０は、２次元格子パターン２００の角度が変化した場合であっても、計測対象物１００の面内方向のＨＤｘ、ＨＤｙを精度よく算出できるように構成される。

【0056】

本実施形態のシステム１０では、格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、第１変位量算出部４３によって算出された複数のサブ領域６１、６２の面内方向の変位量ｄＡｘ、ｄＡｙ、ｄＢｘ、ｄＢｙに基づいて、計測対象物１００に設置された２次元格子パターン２００の角度変化量を算出する。

【0057】

格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、２次元格子パターン２００の角度が変化した後の設置角度θを第１実施形態の式（１）または（２）の逆三角関数に基づいて算出する。以下では、基準格子パターンである２次元格子パターン２１０の設置角度を設置角度θＡと称し、２次元格子パターン２２０の設置角度を設置角度θＢと称する。また、２次元格子パターン２１０の角度変化量を角度変化量ΔθＡと称し、２次元格子パターン２２０の角度変化量を角度変化量ΔθＢと称する。角度変化量ΔθＡは、解析領域５０の中心軸ＸＡ１に対する設置角度θＡにおける２次元格子パターン２１０の中心軸ＸＡ２の角度である。角度変化量ΔθＢは、解析領域５０の中心軸ＸＢ１に対する設置角度θＢにおける２次元格子パターン２２０の中心軸ＸＢ２の角度である。

【0058】

第２変位量算出部４５は、２次元格子パターン２１０、２２０の角度変化量ΔθＡ、ΔθＢに基づいて、計測対象物１００の面内方向の変位量Ｄｘ、Ｄｙを補正する第２変位量算出処理を実行する。第２変位量算出部４５は、第２変位量算出処理において、以下の式（５）、（６）に示されるように、基準格子パターンである２次元格子パターン２１０の角度変化量ΔθＡに基づいて、２次元格子パターン２２０の角度変化量ΔθＢを補正することによって、計測対象物１００の補正後の面内方向の変位量ＨＤｘ、ＨＤｙを算出する。さらに、第２変位量算出部４５は、第２変位量算出処理において、計測された２次元格子パターン２１０の面内方向の変位量ＡＤｘ、ＡＤｙに基づいて、計測された２次元格子パターン２２０の面内方向の変位量Ｄｘ、Ｄｙを補正することによって、計測対象物１００の補正後の面内方向の変位量ＨＤｘ、ＨＤｙを算出する。このため、撮像装置３０が振動等によって傾いた場合であっても変位量ＨＤｘ、ＨＤｙを精度よく算出できる。

【0059】

ＨＤｘ＝［Ｄｘ・ｃｏｓ（ΔθＢ－ΔθＡ）＋Ｄｙ・ｓｉｎ（ΔθＢ－ΔθＡ）］－［ＡＤｘ・ｃｏｓ（ΔθＡ）＋ＡＤｙ・ｓｉｎ（ΔθＡ）］・・・（５）

【0060】

ＨＤｙ＝［Ｄｙ・ｃｏｓ（ΔθＢ－ΔθＡ）－Ｄｘ・ｓｉｎ（ΔθＢ－ΔθＡ）］－［ＡＤｙ・ｃｏｓ（ΔθＡ）－ＡＤｘ・ｓｉｎ（ΔθＡ）］・・・（６）

【0061】

また、図９に示される例では、計測対象物１００のうちの計測対象である任意の点１００Ｘと解析領域５０の中心５０Ｘとは一致しているが、点１００Ｘと中心５０Ｘとは一致していなくてもよい。点１００Ｘは、計測対象物１００上であれば、２次元格子パターン２１０内に位置してもよく、２次元格子パターン２１０の外に位置してもよい。点１００Ｘと中心５０Ｘとが一致していない場合、第２変位量算出処理では、以下の式（７）、（８）に示されるように、中心５０Ｘと、任意の点１００Ｘとの距離（ｘ、ｙ）に基づいて、２次元格子パターン２１０の面内方向の変位量を補正することが好ましい。

【0062】

ＨＤｘ＝（（Ｄｘ＋ｘ）・ｃｏｓ（ΔθＢ－ΔθＡ）＋（Ｄｙ＋ｙ）・ｓｉｎ（ΔθＢ－ΔθＡ））－（ＡＤｘ・ｃｏｓ（ΔθＡ）＋ＡＤｙ・ｓｉｎ（ΔθＡ））・・・（７）

【0063】

ＨＤｙ＝（（Ｄｙ＋ｙ）・ｃｏｓ（ΔθＢ－ΔθＡ）－（Ｄｘ＋ｘ）・ｓｉｎ（ΔθＢ－ΔθＡ））－（ＡＤｙ・ｃｏｓ（ΔθＡ）－ＡＤｘ・ｓｉｎ（ΔθＡ））・・・（８）

【0064】

＜８．第２実施形態の効果＞
第２実施形態のシステム１０によれば、第１実施形態のシステム１０によって得られる効果に加えて、次の効果を得ることができる。

【0065】

２次元格子パターン２２０の角度変化量ΔθＢに基づいて、計測対象物１００の面内方向の変位量Ｄｘ、Ｄｙを補正するため、２次元格子パターン２２０の角度が変化した場合であっても、計測対象物１００の面内方向の変位量ＨＤｘ、ＨＤｙを精度よく算出できる。また、計測対象物１００の軸に対して、２次元格子パターン２２０の軸の角度がずれている場合、換言すれば、計測対象物１００に対して２次元格子パターン２２０が傾いて設置されている場合であっても、計測対象物１００の面内方向の変位量ＨＤｘ、ＨＤｙを精度よく算出できる。

【0066】

＜９．変形例＞
上記各実施形態は本発明に関する変位量計測方法、変位量計測装置、変位量計測システム、および、変位量計測プログラムが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に関する変位量計測方法、変位量計測装置、変位量計測システム、および、変位量計測プログラムは、各実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、各実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、各実施形態に新たな構成を付加した形態である。以下に各実施形態の変形例の幾つかの例を示す。なお、以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。

【0067】

＜９－１＞
第１実施形態において、面内変位量算出処理の具体的な内容は、任意に変更可能である。例えば、サブ領域設定部４２は、サブ領域設定処理において、第１サブ領域６１および第２サブ領域６２に加えて、第３サブ領域を設定することもできる。この場合、第１変位量算出部４３は、第１変位量算出処理において、第１サブ領域６１に関する２次元画像を用いて、変位量ｄＡｘ、ｄＡｙ、ｄＢｘ、ｄＢｙに加えて、第３サブ領域のＸ方向の変位量ｄＣｘ、および、第３サブ領域のＹ方向の変位量ｄＣｙを算出する。

【0068】

格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、変位量ｄＡｘ、ｄＡｙ、ｄＢｘ、ｄＢｙを用いて、２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθ１を以下の式（９）または（１０）に基づいて算出する。
ｔａｎθ１＝（ｄＢｙ－ｄＡｙ）／（ｄＢｘ－ｄＡｘ）・・・（９）
ｔａｎθ１＝（ｄＢｘ－ｄＡｘ）／（ｄＢｙ－ｄＡｙ）・・・（１０）

【0069】

サブ領域設定部４２が解析領域５０をＸ軸の方向に分割することによって複数のサブ領域６０を設定する場合、格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθ１を式（９）に基づいて算出する。サブ領域設定部４２が解析領域５０をＹ軸の方向に分割することによって複数のサブ領域６０を設定する場合、格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθ１を式（１０）に基づいて算出する。

【0070】

さらに、格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、変位量ｄＡｘ、ｄＡｙ、ｄＣｘ、ｄＣｙを用いて、２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθ２を以下の式（１１）または（１２）に基づいて算出する。
ｔａｎθ２＝（ｄＣｙ－ｄＡｙ）／（ｄＣｘ－ｄＡｘ）・・・（１１）
ｔａｎθ２＝（ｄＣｘ－ｄＡｘ）／（ｄＣｙ－ｄＡｙ）・・・（１２）

【0071】

サブ領域設定部４２が解析領域５０をＸ軸の方向に分割することによって複数のサブ領域６０を設定する場合、格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθ２を式（１１）に基づいて算出する。サブ領域設定部４２が解析領域５０をＹ軸の方向に分割することによって複数のサブ領域６０を設定する場合、格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθ２を式（１２）に基づいて算出する。

【0072】

格子位置算出部４４は、格子位置算出処理において、傾きｔａｎθ１および傾きｔａｎθ２の平均の傾きｔａｎθ３を算出する。格子位置算出部４４は、傾きｔａｎθ３を２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθＢとして決定する。

【0073】

このように、サブ領域設定処理において設定されるサブ領域６０の数に応じて、複数のサブ領域６０毎に算出される傾きの平均値を２次元格子パターン２２０の傾きｔａｎθＢとして用いることにより、計測対象物１００の面内方向の変位量を精度よく計測できる。なお、この変形例は、サブ領域設定処理で設定されるサブ領域６０の数が４つ以上の場合であっても、同様に適用可能である。また、この変形例は、第２実施形態にも同様に適用できる。第２実施形態の変形例では、複数のサブ領域６０毎に算出される設置角度の平均値を２次元格子パターン２２０の設置角度θＢとして用いて角度変化量ΔθＢの平均値を算出してもよい。

【0074】

＜９－２＞
第１実施形態において、第２変位量算出部４５は、第２変位量算出処理において、基準格子パターンである２次元格子パターン２１０の変位軸の傾きに基づいて、２次元格子パターン２２０の変位軸の傾きを補正したが、２次元格子パターン２２０の変位軸の傾きを補正しなくてもよい。同様に、第２実施形態において、第２変位量算出部４５は、第２変位量算出処理において、基準格子パターンである２次元格子パターン２１０の角度変化量ΔθＡに基づいて、２次元格子パターン２２０の角度変化量ΔθＢを補正したが、２次元格子パターン２２０の角度変化量ΔθＢを補正しなくてもよい。この場合、式（３）、（４）における角度変化量ΔθＡは、０とすることができる。

【0075】

＜９－３＞
第１実施形態および第２実施形態において、第２変位量算出部４５は、第２変位量算出処理において、２次元格子パターン２１０の面内方向の変位量ＡＤｘ、ＡＤｙに基づいて、２次元格子パターン２２０の面内方向の変位量Ｄｘ、Ｄｙを補正したが、変位量ＡＤｘ、ＡＤｙに基づいて変位量Ｄｘ、Ｄｙを補正しなくてもよい。

【0076】

＜９－４＞
上記実施形態では、変位量計測装置２０は、撮像装置３０と無線通信または有線通信できるように接続されていたが、変位量計測装置２０と撮像装置３０とは、通信可能に接続されていなくてもよい。この場合、撮像装置３０によって撮影された２次元格子画像３００は、例えば、ＵＳＢフラッシュメモリまたはＳＤメモリカード等の補助記憶装置に保存される。変位量計測装置２０は、補助記憶装置から２次元格子画像３００を取得することによって、面内変位量算出処理を実行する。

【符号の説明】

【0077】

１０：変位量計測システム
２０：変位量計測装置
３０：撮像装置
４１：解析領域抽出部
４２：サブ領域設定部
４３：第１変位量算出部
４４：格子位置算出部
４５：第２変位量算出部
５０：解析領域
６０：サブ領域
１００：計測対象物
２００：２次元格子パターン
３００：２次元格子画像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】