高速円形シフトによる多点の三次元位置と速度の同時計測

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16300060
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 川末 紀功仁 宮崎大学, 工学部, 助教授 (20214645)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菊地 正憲 宮崎大学, 工学部, 教授 (80091677) ; 志久 修 佐世保工業高等専門学校, 助教授 (00235516)
• Keywords: CCD / 三次元 / 流体 / 粒子 / 速度計測 / シミュレーション

Research Abstract

ビームスプリッタとミラーを一体化させ,これを高解像カメラの光軸を中心に高速回転(3,600r/min)させる装置を試作した.駆動には,高解像度カメラサイズに適応した高速中空軸パルスモータを利用し,この中空軸パルスモータの中空部に高解像度カメラを内挿することで小型化を試みた.計測器本体は,手のひらに納まる程度の大きさである.高解像カメラを用いるため,画像が暗くなる傾向が見られたが光源にメタルハルライドを用いることで改善が見られた.計測処理には,高解像度カメラで撮影した連続する2画面を比較することによって,速度ベクトルを算出するアルゴリズムを作成し,良好な結果が得られた.光学系に赤色フィルターを取り付け,撮影された画像をカラー解析するアルゴリズムを試作した.高解像度カメラであるために撮影される画像の輝度が低いものの,色相を考慮することで画像解析できることを確認した.これにより,画像内に多数の計測点が存在する場合でも,1回の撮影で一度に多数の計測点の三次元位置の計測が可能になる.
計測対象となる流体を可視化するためのトレーサ粒子としては,ポリスチレン粒子径約0.1mmを選定し,メタルハルライド光源で照射することで良好な画像が撮影されることを確認した.トレーサ粒子の運動を解析する手法を開発するために,z軸テーブルに取り付けた液晶ディスプレイ上に模擬粒子を表示させ粒子運動をシミュレートするシステムを試作した.ディスプレイ上に表示する模擬粒子は,コンピュータプログラム上で自由に粒子径,粒子間隔,輝度を変更することができ,システムの検定に最適である.試作した計測システムで液晶ディスプレイ上の粒子運動を撮影することを試み良好な画像が撮影されることを確認した.