ステレオPIVシステム2D3C(2次元3成分PIV)

ステレオPIVシステム2D3C_製品写真

ステレオPIVシステム2D3C(2次元3成分PIV)

ステレオ撮影で速度3成分(U,V,W)を高精度に測定

信頼性の高い流体計測手法として実績があるステレオPIV(粒子画像流速測定法)を、最新の技術でさらに高精度に。ステレオPIVシステム2D3Cは、様々な流体解析のニーズに応えます。2台のハイスピードカメラにより、3成分速度データ(U, V, W)を正確に測定することができ、緻密な流体解析を可能にします。


ステレオPIVシステム2D3C
システム構成

ステレオPIVシステム2D3Cの計測イメージ
ステレオ撮影のイメージ

ステレオPIVに必要なもの

  • レーザーシート光源
  • ハイスピードカメラ|2台
  • ステレオPIVソフトウェア
  • シャインフラグマウント|2基
  • カメラレンズ|2個
  • キャリブレーションプレート(校正板)
  • トレーサー粒子(気流用、液相用、対象となる流体によって選択)
  • 撮影/解析用PC(ノートPCでも計測できます)

※実験条件に合わせて最適な構成をご提案いたします。
※上記ステレオPIVに関わる全ての製品をご提案できます。

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ステレオPIVシステム2D3C_シャインフラグマウント一式

シャインフラグマウント・カメラレンズ
※レンズは実験条件に合わせてご提案いたします。

ステレオPIVシステム2D3C_キャリブレーションプレートフラットな面

キャリブレーションプレート(校正板)

ステレオPIVシステム2D3C_レーザーシート光源一式

レーザーシート光源(緑・赤)
PIV Laser G series(緑)
PIV Laser KLD series(赤) 

ステレオPIVソフト_Flow_Expert2D3C_製品写真

ステレオPIVソフトウェア
ステレオPIVソフト Flow Expert2D3C


ステレオPIVの基本原理 カメラ2台による撮影

2台のカメラで奥行き方向の情報を計測

ステレオPIVシステム2D3C_基本原理

速度ベクトル(円管の流れ)

ステレオPIVは2台のカメラを用いたステレオ撮影によって、レーザーシート面内の速度2成分(U, V)に加えて、面外方向速度1成分(Z)の計3 成分を測定する方法です。異なる視点から2つのカメラで粒子の動きを撮影することで、奥行方向の速度情報を取得することができます。

ステレオPIVでは、従来の2次元PIVよりも詳細な流れの解析が可能です。
乱流や複雑な構造を持つ流れの研究に広く利用されています。


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ステレオPIVのキャリブレーション(校正)手順

ステレオPIVのキャリブレーションイメージ図

2か所でキャリブレーションプレートを撮影

キャリブレーションプレート(校正板)

キャリブレーションプレート(校正板)

ステレオPIVのキャリブレーションでは、ドットパターンが描かれたキャリブレーションプレート(校正板)を使用します。パターンの間隔が既知のもので、2台のカメラでキャリブレーションプレートを撮影した画像から、物体座標と画像座標を関連づけます。これによって、粒子の物理的な位置を求めることができます。

キャリブレーションの手順

(1)キャリブレーションプレートをレーザーシート面(z0)に配置
(2)2台のカメラで、それぞれドットパターンを撮影(2枚の画像)
(3)キャリブレーションプレートを奥行方向へ10画素~20画素相当(例:2mm)移動させて配置(z1
(4)z1のキャリブレーションプレートを2台のカメラで撮影(2枚の画像)
(5)計4枚のドットパターン画像をソフトウェアへ読み込み、物体座標と画像座標を関連づける

キャリブレーションプレート(校正板)

キャリブレーションプレートの表と裏

ニ層式片面波型タイプ

カトウ光研が提案するキャリブレーションプレートは、表面が平面(フラット)で、裏面が凹凸面を持つ二層式片面波型タイプです。

凹凸面では、1枚のプレートで2つの位置情報が得られます。これによりトラバース(奥行き方向への移動)操作が不要となり、位置ズレの心配もなく、効率的にキャリブレーションが行えます。

撮像面の全面にわたってピントをあわせる(シャインフラグ配置)

シャインフラグ配置の概要図

シャインフラグ配置の概要図

ステレオPIVシステム2D3C_シャインフラグマウント

シャインフラグマウント

ステレオ撮影では、2台のカメラをそれぞれ斜めに配置する必要があります。斜めの撮影では、対象エリアにピントが合わなくなってしまいます。そこで考案されているのが、シャインフラグ配置という方法です。

シャインフラグ配置では、カメラのセンサー面、レンズ面、レーザーシート面の延長線が一点で交わるように配置します。この条件をシャインフラグ条件と呼び、撮像面全体にわたってピントが合うようになります。

カメラのセンサー面とレンズ面に角度を持たせるために、シャインフラグマウントを使用します。シャインフラグマウントは、センサー面を回転させることで、カメラのセンサー面とレンズ面に角度を持たせることができます。

シャインフラグマウントをカメラに装着したイメージ

ステレオPIVシステム2D3C_シャインフラグマウント
ステレオPIVシステム2D3C_シャインフラグマウントカメラに取り付けた状態を斜めから
ステレオPIVシステム2D3C_シャインフラグマウントカメラに取り付けた状態上から
PIV入門ガイド|必要な機材から計測手順までわかりやすく解説

お役立ち資料【プレゼンにも使える
「PIV入門ガイド|必要な機材から計測手順までわかりやすく解説」

「PIVって何?」「何ができるの?」「必要な機材は?」などこれからPIVをご検討されている方へ、大まかな概要を掴めるPIVの入門ガイドです。まずはPIVとはどういったものか?ざっくりと把握できます。資料をダウンロードする


ステレオPIV解析事例 2次元3成分PIVの解析事例

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気流を対象にステレオPIVを行った事例です。機器の設置から撮影、解析までの流れを動画で紹介しています。

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