超高速ビデオカメラを用いた画像解析と数値解析による亀裂破壊過程の検証

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750394
• Research Institution: Kinki University
• Principal Investigator: 沖中 知雄 近畿大学, 理工学部, 講師 (90298985)
• Keywords: 画像解析 / スプレーマーキング / 亀裂進展 / 粒子追跡

Research Abstract

本年の研究では,静的載荷時における亀裂の発生,進展過程の画像解析を行うとともに,供試体へのマーキング手法の開発とマーク検出手法の改善を行った.
沖中等はガウス粒子を供試体表面にマーキングすることにより画像解析対象表面に既定の濃度分布を与えた.これを撮像素子表面の光電変化部の位置・形状の情報と組合わせることにより,粒子検出精度が0.01画素程度の高性能な画像解析手法の開発に成功している.この手法は高精度である一方,実験の下準備に多大な手数を要する上,鋼材等のガウス粒子のマーキングが困難な材料も存在する.
そこで本年は、スプレー・マーキングによる簡易マーキング手法を検討した.黒色スプレーを用いて供試体表面に微小粒子をマーキングすることにより,高解像度かつ簡便で金属等にも応用可能な画像解析手法の開発を試みた.この手法の開発にあたっては,微小粒子の検出,変形前・変形後での粒子の追跡,検出された粒子位置の変位からのひずみの算出の3つのポイントが問題となる.本研究では,粒子の検出には沖中等の開発した粒子追跡手法を応用,粒子の追跡にはカルマン・フィルターを用いた追跡手法を適用,ひずみの算出にはメッシュレス法で用いられる重み付き近似による算出を適用した.尚,カルマン・フィルターを用いた追跡手法は流体分野で開発され,良好な結果を与えている手法である.
硬石膏を用いて作成した角柱供試体の3点曲げ試験に開発さらた画像解析手法を適用し,亀裂発生前後の供試体表面のひずみ分布を検討した.画像解析には600万画素のNIKON-D70を使用した.
開発された手法の精度は,ガウス粒子を用いた高精度画像解析手法との比較で検討した.結果,簡便で高解像度なひずみ分布が得られたものの,その精度には改善の余地を残すことが明らかとなった.