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〒182-8520 東京都調布市調布ヶ丘3-5-1
サンプリングモアレ法による変位変形計測
X Y ２方向の面内変位
インフラ構造物：道路・鉄道の河川橋梁、高架橋、風力発電タワー動揺計測、線路の変状計測など
産業設備：成形機、プレス機など
工業試験：引張試験機、振動試験機、衝撃試験時変位など
サンプリングモアレ法とは，2次元の格子画像に対する位相解析手法のひとつである。
ワンショットの画像から2成分の位相を得ることができる。周囲の画像を平均化する処理が含まれているため，ノイズに強く，格子ピッチの1/100～1/1000の計測精度が得られる。図1に撮影された2次元格子画像に対するサンプリングモアレ法による位相解析の流れを示す。2次元画像をｙ方向に平滑化することで，ｘ成分の格子が得られる。これに対して，格子の画素数に近い整数の画素数Nで間引き処理を行う。このとき，間引く位置を１画素ずつ変えることによって，位相シフトされたN枚のモアレ画像が得られる。これらの画像に位相シフト法を適用することで，ｘ方向のモアレの位相分布が得られる。ｙ方向についても同様の処理でｙ方向のモアレの位相分布とｙ方向の格子の位相分布がそれぞれ得られる(図1)。
変位については変形前後の格子の位相の変化から求めることができる。
変位は位相差に定数を掛けたものとなっており，カメラの位置や撮影画像内での格子のピッチとは無関係に値が得られることになる。そのため，本手法はカメラのキャリブレーションが不要で，計測対象に取り付けられた格子パターンの正面にカメラを配置する必要もなく，レンズの歪曲収差にも影響されずに変位分布を得ることができる。
サンプリングモアレ法を用いたカメラ画像による変位計測の特徴としては
● ｘ方向とｙ方向の2次元の変位が同時に計測できる
● 変位計測分解能は，格子ピッチの1/100から1/1000程度が得られる
● 計測対象側は格子パターンを固定するだけで、測定点に電源や配線が不要である
● 格子ピッチが既知の格子を用いるため現場での撮影距離や角度のキャリブレーションが不要
● ワンショットで多点(最大24点)を同時計測できる
また，格子画像は位相を用いるため正確に格子に焦点を合わせる必要がなく，例えば計測する格子パターン毎にカメラ方向に対して距離が異なっていても計測を行うことができる。カメラの画角範囲内に格子パターンの測定点があれば，多点での同時計測が可能である
当社のサンプリングモアレ法を用いた受託計測としては，以下の2種類の方法がある
① サンプリングモアレカメラ「DSMC-100A」を用いた、現場での多点同時リアルタイム計測（図２）
② オフライン解析ソフト「DSMC-10A」で，市販のデジタルカメラで撮影した画像を市販のPCに取り込み，データ処理，及び解析を行う（図３）
橋台(1)、桁中央(2)、橋脚(3)の3か所について車両通過時の桁たわみを計測した。各計測点を車両が通過した際に、該当する計測点の変位が大きくなっていることが把握できた。また、桁中央のたわみが3か所の最大値となっており、本事例のようにカメラの奥行方向に計測点が多数有る場合でも、問題無く計測することができる（図４）。
撮影距離180m地点の3か所について車両通過時の桁たわみを計測した。桁中央付近(2)のたわみが3か所の最大値で、その両側の計測点は、桁中央の約1／2の数値となっており、車両通過時の桁全体のたわみ傾向を把握することができた。本事例より遠距離計測の場合でも、問題無く計測することができる。（図５）
プレス金型の上部プレート、上型、下型、下部プレートに格子シートを合計19か所貼り付け、プレス機稼働時の動きを計測した。下図のようにそれぞれの部位の変形を確認することができた。
洋上風力発電タワー支柱部の2か所へ格子シートを貼り付け。風車を稼働と停止を繰り返しながら測定し、風を受けているときの風力発電ターのたわみを計測した。下図のように加速度計では計測できない振動変位量、固有振動数を確認することができた。
ひずみゲージを日本で最初(1951年)に商品化しました。この60余年に及ぶ豊富な経験と技術をもとに、多くの種類の高性能ひずみゲージやひずみゲージを検出素子に用いたセンサ、測定器、システム、その他応力測定機器を製造販売しています。そして、ＫＹＯＷＡの製品は、世界のさまざまな国や地域でご使用いただいています。様々な計測に対応した現場経験と実績で多くのお客様からの計測依頼をお受けしています。
簡単に多点の変位計測が行えるので、お客様の試験準備時間や労力が削減できると喜ばれることが多いです。また、格子ターゲットを貼ることができれば、計測ポイントを増やせるので、計測状況に応じた急な変更にも対応し易いです。
担当
株式会社共和電業 新市場開拓室
主査 東山 雅樹
| 会議方法 | Zoom、WebEx、Teams、オフライン |
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| ホームページ | https://www.kyowa-ei.com/jpn/index.html |
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