サンプリングレート を 超えた
振動計測が可能に
圧縮センシングDIC
低速度カメラで数千Hzまでの振動を
３次元・分布・非接触 で計測
モード形状、周波数、位相、振幅、ひずみ等を画像で計測
ex) 撮影速度 10 Hz のカメラで撮影した2144 Hz で振動する金属板の振動モード
撮影画像
圧縮センシングDICの変位計測
（強調表示）
有限要素解析
（強調表示）
広範囲・高分解能
低速度な高解像度カメラで高速現象を計測
自動車、機械、電子基板などに
低コスト
安価な既存カメラで高速振動を計測
生産現場、施設、設備などに
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低速度カメラで高速振動の計測が可能に
圧縮センシングDIC
特願 2022-086465：振動計測装置、振動計測方法及びプログラム
圧縮センシング技術を
デジタル画像相関法(DIC) 計測の時系列に適用
広島商船高等専門学校 加藤由幹助教との共同研究により開発
デジタル画像相関法
(Digital Image Correlation, DIC )
対象の変位・ひずみを非接触かつ三次元で取得可能な画像計測技術です。撮影速度や計測分解能はカメラに依存 します。
＋
圧縮センシング
(Compressed Sensing)
信号のスパース性と観測のランダム性を利用して、少ないサンプルから原信号を再構成する技術です。医療分野ではMRI画像の超解像などに利用されています。
圧縮センシングDICがもたらす
高速度画像計測の ２つのブレイクスルー
高解像度化
これまでの画像計測では、カメラの撮影速度と画素数（撮影範囲, 分解能）はトレードオフの関係にありました。
圧縮センシングDICなら、数千万画素の低速度カメラでも高速振動を計測可能です。
高解像度化のブレイクスルーがもたらすのは、これまで見えなかった、対象全体やその周辺環境、部品単位の詳細な計測の実現です。
自動車や大型機械、設備を広範囲に計測できるだけでなく、基盤内の部品単位での精緻な振動評価なども可能です。
低コスト化
これまでの高速度画像計測には、高価で高性能なカメラが必要でした。
圧縮センシングDICなら、ずっと安価で小型、しかも高解像度な低速度カメラで高速振動を計測可能です。もちろん、既存の低速度用DIC機材の利用も可能です。
低コスト化のブレイクスルーがもたらすのは、これまで運用、費用の観点で導入が難しかった現場、対象における高速度画像計測の実現です。
試験室以外にも、施設や設備の点検、モニタリングへの適用可能性もあります。
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計測方法
機材構成
- カメラ（様々な低速度カメラに対応）
- ストロボ光源
- コントローラー
- DIC解析ソフトウェア
- 圧縮センシングプログラム
計測手順
パターン貼付・塗布
計測対象にシール等で白黒のランダムパターンを貼り付けます
ステレオ校正
２台カメラのステレオ校正を行います
撮影
数十枚の画像を撮影します
ランダムストロボ光源による撮影でエイリアシングを回避します
解析
DIC解析、モード分解、圧縮センシングによる周波数の推定を順に行います
モード形状、周波数、位相、振幅、ひずみ等を
十数秒で可視化
撮影速度10 Hzのカメラで撮影した
2144 Hz で振動する金属板の振動モード
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お問い合わせ
お打ち合わせや技術資料のご要望等お気軽にお問い合わせください。
各種情報
- 共同研究
- 本技術は広島商船高等専門学校 商船学科 加藤由幹助教との共同研究により開発しております。
- プレスリリース
- 関連特許
- 特願 2022-086465：振動計測装置、振動計測方法及びプログラム
- 関連論文
- オランダ エルゼビア社の論文誌 『Mechanical Systems and Signal Processing』 に掲載
- Yuki Kato and Soma Watahiki : Vibration mode identification method for structures using image correlation and compressed sensing, Mechanical Systems and Signal Processing, Volume 199, 15 September 2023, 110495.
https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2023.110495- 受賞
- 2022年度日本機械学会機械力学・計測制御部門部門一般表彰 オーディエンス表彰（D&D Conference 2022 優秀発表者）
- 加藤由幹，綿引壮真：画像相関法と圧縮センシングを用いた構造物の振動モード同定手法の開発，Dynamics & Design Conference 2022，2022年9月
- 学会発表
- 綿引壮真，加藤由幹：圧縮センシングと三次元デジタル画像相関法を用いた低フレームレートカメラによる高速振動計測，高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム2023，2023年12月
- 綿引壮真，加藤由幹：Vibration and deformation measurement using digital image correlation and compressive sensing，The Advanced Technology in Experimental Mechanics and International DIC Society Joint Conference 2023 (ATEM-iDICs '23)，2023年10月
- 加藤由幹，綿引壮真：Measurement of unsteady vibration using compressive sensing and digital image correlation，The Advanced Technology in Experimental Mechanics and International DIC Society Joint Conference 2023 (ATEM-iDICs '23)，2023年10月
- 綿引壮真，加藤由幹：圧縮センシングと三次元デジタル画像相関法を用いた振動モード同定手法の開発，Dynamics & Design Conference 2023，2023年8月
- 加藤由幹，綿引壮真：圧縮センシングとデジタル画像相関法を用いた非定常振動の計測，Dynamics & Design Conference 2023，2023年8月
- 加藤由幹，綿引壮真：画像相関法と圧縮センシングを用いた構造物の振動モード同定手法の開発，Dynamics & Design Conference 2022，2022年9月
- 講演等
- 綿引壮真：デジタル画像相関法と圧縮センシングを用いた振動モード同定技術，2022年度東海ダイナミクス・制御研究会，2023年3月
次世代事業開発部 データ同化エンジニアリング室
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