JP2573493B2 - How to measure physical quantities - Google Patents
How to measure physical quantitiesInfo
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Description
この発明は、長さ、角度、応力などの物理量を測定す
る測定方法に関する。The present invention relates to a method for measuring physical quantities such as length, angle, and stress.
従来より、モアレ法と呼ばれる測定方法が知られてい
る。これは、間隔の等しい2枚の格子を互いに微小角度
傾けて重ね、背後より照明するときに、格子にほぼ直角
な、モアレ縞と呼ばれる干渉縞が現わることを利用した
ものである。すなわち、一方の格子を固定し、他方の格
子を、この格子の面に平行な方向において移動させる
と、モアレ縞も同時に移動し、その移動量は格子間隔と
ある一定の関係をもっているので、モアレ縞の移動量か
ら格子の変位量を知ることができる。Conventionally, a measurement method called a moire method has been known. This is based on the fact that, when two gratings having equal intervals are superposed at a slight angle to each other and illuminated from behind, interference fringes called moire fringes appearing substantially perpendicular to the grating appear. That is, when one grid is fixed and the other grid is moved in a direction parallel to the plane of this grid, the moire fringes also move at the same time, and the amount of movement has a certain relationship with the grid spacing. The amount of displacement of the grating can be known from the amount of movement of the stripes.
【発明が解決しようとする問題点】 しかしながら、上記のようなモアレ法により精密な測
定を行うためには、一般に、格子間隔を10μm以下にす
ることが必要であり、そのような微細な間隔の格子を作
製することは容易でない。また、光学系も複雑になり、
汎用性に欠けるばかりでなく、格子自体の耐環境性や耐
熱性なども問題となる。 この発明は、いわゆるイメージファイバなどを用い
て、長さ、角度、応力などの物理量の精密な測定を簡便
に行うことができ、かつ非常に悪い環境の下でも測定可
能な、測定方法を提供することを目的とする。Problems to be Solved by the Invention However, in order to perform precise measurement by the above-described moiré method, it is generally necessary to set the lattice spacing to 10 μm or less. Creating a grid is not easy. Also, the optical system becomes complicated,
In addition to lack of versatility, the grid itself also has problems such as environmental resistance and heat resistance. The present invention provides a measurement method that can easily perform precise measurements of physical quantities such as length, angle, and stress using a so-called image fiber and the like, and can perform measurement under a very bad environment. The purpose is to:
この発明による物理量の測定方法は、被測定物の表面
に等間隔の格子パターンを設け、該格子パターンの形成
された被測定物表面に、多数のコアが60゜ずつの方向に
等間隔に秩序正しく配列されている多コア光ファイバの
端面に対面させ、該被測定物表面および格子パターンの
像を上記多コア光ファイバの端面に結像させることによ
りこの多コア光ファイバにより伝送される像中にモアレ
縞が形成されるようにし、且つ上記格子パターンと多コ
ア光ファイバの端面との間の相対的位置関係が被測定物
理量に対応して変化するようにしておき、上記多コア光
ファイバの他端において、上記被測定物の表面の像およ
び上記格子パターンと多コア光ファイバの端面との間の
相対的位置関係の変化に基づいて生じる上記モアレ縞の
変化を観察することを特徴とする。In the method for measuring a physical quantity according to the present invention, an equidistant grid pattern is provided on the surface of an object to be measured, and a large number of cores are arranged at regular intervals in a direction of 60 ° on the surface of the object on which the lattice pattern is formed. By facing the end face of the correctly arranged multi-core optical fiber and forming an image of the surface of the DUT and the lattice pattern on the end face of the multi-core optical fiber, the image transmitted by the multi-core optical fiber is Moiré fringes are formed, and the relative positional relationship between the lattice pattern and the end face of the multi-core optical fiber is changed in accordance with the physical quantity to be measured. At the other end, observing an image of the surface of the device under test and a change in the moiré fringes caused by a change in a relative positional relationship between the lattice pattern and the end face of the multi-core optical fiber. And it features.
被測定物の表面に等間隔の格子パターンを設け、この
等間隔の格子パターンの形成された被測定物表面に、多
数のコアが60゜ずつの方向に等間隔に秩序正しく配列さ
れている多コア光ファイバの端面に対面させて、その被
測定物表面および格子パターンの像を上記多コア光ファ
イバの端面に結像させると、この多コア光ファイバによ
り伝送される像中にモアレ縞が形成される。この多コア
光ファイバの他端からは被測定物表面の画像が表れる
が、その画像中では、被測定物体表面の上記格子パター
ンの部分はモアレ縞となる。そこで、この他端からの出
力画像を観察すると、被測定物表面の歪などの変化の様
子を定性的にとらえることができるとともに、モアレ縞
の様子をとらえることができる。この場合、多コア光フ
ァイバの端面におけるコアの配列は上記のように六方稠
密な配列となっているため、モアレ縞は複雑なものとな
るが、被測定物理量の定性的な変化は表面画像の変化と
してとらえることができるため、複雑なモアレ縞模様の
なかから必要なものを見分けることは容易である。その
ため、必要なもののみ取り出されたモアレ縞の間隔など
が観測することにより、微細な変化を定量的に精密に測
定することができる。 つまり、イメージ伝送用の六方稠密配列の多コア光フ
ァイバを用いた場合にモアレ縞が複雑になるというマイ
ナス面を問題視するのではなく、六方稠密配列の多コア
光ファイバを用いれば元来イメージ伝送用であるから被
測定物表面の画像より良好に伝送できるというプラス面
を生かすことを考えて、この伝送画像とモアレ縞との組
み合わせによって物理量を測定できるようにしたのであ
る。そして、このような多コア光ファイバを用いること
によって、通常のイメージ伝送用多コアファイバを用い
ることができるため、測定の簡便さという利点も得られ
る。A grid pattern is provided at regular intervals on the surface of the device under test, and a large number of cores are regularly arranged at regular intervals in the direction of 60 ° on the surface of the device under test where the grid pattern at regular intervals is formed. When the image of the surface of the object to be measured and the lattice pattern is formed on the end face of the multi-core optical fiber while facing the end face of the core optical fiber, moire fringes are formed in the image transmitted by the multi-core optical fiber. Is done. From the other end of the multi-core optical fiber, an image of the surface of the object to be measured appears. In the image, the portion of the lattice pattern on the surface of the object to be measured becomes moire fringes. Therefore, when observing the output image from the other end, it is possible to qualitatively capture the state of change such as distortion on the surface of the measured object and to capture the state of moire fringes. In this case, since the arrangement of the cores at the end face of the multi-core optical fiber is a hexagonally dense arrangement as described above, the moiré fringe becomes complicated, but the qualitative change in the physical quantity to be measured is caused by a change in the surface image. Since it can be regarded as a change, it is easy to distinguish necessary ones from complicated moire stripes. Therefore, a minute change can be quantitatively and precisely measured by observing the interval of moiré fringes from which only necessary ones are extracted. In other words, instead of considering the downside that the moire fringe becomes complicated when using a multi-core optical fiber with a hexagonal close-packed arrangement for image transmission, the original image can be obtained by using a multi-core optical fiber with a hexagonal close-packed arrangement. Taking advantage of the plus surface that the transmission image can be transmitted better than the image of the surface of the object to be measured because it is for transmission, the physical quantity can be measured by a combination of this transmission image and moiré fringes. By using such a multi-core optical fiber, an ordinary multi-core fiber for image transmission can be used, so that the advantage of simple measurement can be obtained.
第1図は、この発明の測定方法を、容器12に入れられ
た液体ヘリウム11中に配置されて極低温下におかれる試
料10の歪を測定する系に適用した実施例を示すものであ
る。この図において、試料10の表面上には、直接描画あ
るいはシール貼付などの何等かの方法により、格子上の
白黒縞パターン1が形成されている。この縞パターン1
はイメージファイバ3の端面に対面するような位置に置
かれ、その縞パターン1の像が対物レンズ2によりイメ
ージファイバ3の端面に結像されるようになっている。
このようにイメージファイバ3の端面が縞パターン1に
対面するようにされて対物レンズ2により結像するよう
にされているため、縞パターン1の像のみならず、試料
10の表面の画像もまた結像し、これら縞パターン1の像
を含む試料10の表面画像がイメージファイバ3により伝
送されることになる。 このイメージファイバ3は1本の石英系一体型イメー
ジファイバからなり、その両端面が研磨されている。こ
のイメージファイバ3の他の端面には接眼レンジ4を介
してテレビカメラ5が配置されており、端面から出力さ
れる画像を映像信号に変換してテレビモニター6及び画
像処理装置7に送る。 このイメージファイバ3の端面は、第2図に示すよう
に多数のコア部21が共通のクラッド部22中に六方稠密に
整然と配列されており、つまり60゜ずつの方向に等間隔
に整然と秩序正しく配列されている。そこで、このコア
部21の配列は等間隔の格子として機能する。そのため、
縞パターン1の画像をイメージファイバ3の端面に結像
するとき、結像した画像における縞パターンの間隔がイ
メージファイバ3の端面でのコアの配列間隔と等しくな
るように対物レンズ2の倍率等を設定することにより、
イメージファイバ3により伝送される像およびその他端
面から出射する像にモアレ縞を発生させることができ
る。 このモアレ縞による模様は、イメージファイバ3の端
面における多数のコア部21の配列が六方稠密なものとな
っているため、複雑なものとなるが、テレビモニター6
の画面上での試料10の表面画像の観察により、その歪が
どのように生じているかの定性的な把握ができ、これに
基づいて、複雑なモアレ縞模様のなかから必要なものを
見分けることは容易である。 そこで、試料10が極低温下において歪を生じまたは変
形するときに変化する縞パターン1のなかから必要なも
のを見分けてテレビモニター6の画面上で測定したり、
あるいは画像処理装置7で自動的に検出すれば、試料10
の歪を知ることができる。 すなわち、歪量εとモアレ縞とは、 ε=(N/Md)a+k の関係にある。ここにNはモアレ縞次数、Mdはモアレ縞
間隔、aは格子(コア)間隔、kは定数である。そのた
め、モアレ縞次数とモアレ縞間隔とが測定できれば、歪
の計測ができる。 この実施例の測定系では、格子の代わりにイメージフ
ァイバ3の端面におけるコア配列を利用しており、この
種の石英系イメージファイバ3は耐環境性にきわめて優
れている。しかも被測定物の表面に設ける縞パターン1
も耐環境性の高いものとすることは容易である。そのた
め、たとえば上記のように極低温あるいは高温雰囲気と
いうような激しい環境の下での歪計測や、あるいは物体
の移動量の測定などに特に有効である。FIG. 1 shows an embodiment in which the measuring method of the present invention is applied to a system for measuring the strain of a sample 10 which is placed in a liquid helium 11 placed in a container 12 and is kept at a very low temperature. . In this figure, a black-and-white stripe pattern 1 on a lattice is formed on the surface of a sample 10 by any method such as direct drawing or sticking of a seal. This stripe pattern 1
Is positioned so as to face the end face of the image fiber 3, and an image of the stripe pattern 1 is formed on the end face of the image fiber 3 by the objective lens 2.
Since the end surface of the image fiber 3 faces the stripe pattern 1 and forms an image with the objective lens 2 in this manner, not only the image of the stripe pattern 1 but also the sample
An image of the surface of the sample 10 is also formed, and a surface image of the sample 10 including the image of the stripe pattern 1 is transmitted by the image fiber 3. The image fiber 3 is composed of one quartz-based integrated image fiber, and both end surfaces thereof are polished. A television camera 5 is arranged on the other end face of the image fiber 3 via an eyepiece range 4, converts an image output from the end face into a video signal, and sends it to a television monitor 6 and an image processing device 7. As shown in FIG. 2, the end face of the image fiber 3 has a large number of cores 21 arranged in a common clad 22 in a hexagonal close-packed manner, that is, in an orderly and regularly spaced manner at intervals of 60 °. Are arranged. Thus, the arrangement of the core portions 21 functions as a grid at equal intervals. for that reason,
When the image of the stripe pattern 1 is formed on the end face of the image fiber 3, the magnification of the objective lens 2 is adjusted so that the interval between the stripe patterns in the formed image is equal to the arrangement interval of the cores on the end face of the image fiber 3. By setting
Moiré fringes can be generated in the image transmitted by the image fiber 3 and the image emitted from the other end face. This moiré fringe pattern is complicated because the arrangement of a large number of cores 21 on the end face of the image fiber 3 is hexagonally dense.
By observing the surface image of the sample 10 on the screen, it is possible to qualitatively understand how the distortion is generated, and based on this, distinguish what is necessary from complex moiré stripe patterns Is easy. Therefore, a necessary pattern is discriminated from among the stripe patterns 1 that change when the sample 10 generates or deforms at an extremely low temperature, and is measured on the screen of the television monitor 6,
Alternatively, if the image is automatically detected by the image processing device 7, the sample 10
The distortion of can be known. That is, the distortion amount ε and the moiré fringe have a relationship of ε = (N / Md) a + k. Here, N is the moiré fringe order, Md is the moiré fringe interval, a is the lattice (core) interval, and k is a constant. Therefore, if the moiré fringe order and the moiré fringe interval can be measured, distortion can be measured. In the measurement system of this embodiment, a core arrangement at the end face of the image fiber 3 is used instead of the grating, and this type of silica-based image fiber 3 is extremely excellent in environmental resistance. Moreover, the stripe pattern 1 provided on the surface of the object to be measured
However, it is easy to achieve high environmental resistance. Therefore, for example, it is particularly effective for strain measurement under a severe environment such as an extremely low temperature or high temperature atmosphere as described above, or measurement of the amount of movement of an object.
この発明の測定方法によれば、長さ、角度、応力など
の物理量の精密な測定を、コアが六方稠密に配列された
通常のイメージファイバなどの多コア光ファイバを用い
て簡便に行うことができるとともに、耐環境性にも優れ
るので種々の物理量の厳しい環境下での測定が可能とな
る。すなわち、通常のイメージファイバなどの多コア光
ファイバの端面自体をモアレ縞を形成するための一方の
格子として機能させることにより、別途に格子を形成す
る煩雑さおよび特別な多コア光ファイバを用意する煩雑
さを解消している。また、イメージファイバなどの多コ
ア光ファイバは通常のものでも、コア間隔が一般にきわ
めて小さいので精密な測定を行うことができる。さら
に、イメージファイバなどの多コア光ファイバは、通
常、防爆性、絶縁性を有するとともに耐環境性、耐熱性
なども優れており、これをモアレ法における格子の作用
をさせるだけでなくモアレ縞および被測定物表面の画像
の伝送体としても作用させており、他方、格子として機
能する多コア光ファイバの端面と対をなす格子パターン
は耐環境性、耐熱性などに優れたものを作製すること自
体は容易であり、この格子パターンを被測定物体に貼付
けるなどすればよいことから、非常に厳しい環境下での
物理量の測定にも好適である。また、通常のイメージフ
ァイバなどの多コア光ファイバを使用してモアレ縞のみ
でなく被測定物表面の画像も伝送するため、本来の画像
伝送の使用法にしたがって画像観察を良好に行なうこと
ができて、被測定物の表面の変化の様子を定性的にとら
えることが容易であり、これによってコアを六方稠密に
配列した多コア光ファイバを用いる場合のモアレ縞が複
雑になるマイナス面をカバーして必要なモアレ縞のみと
らえることができるようにし、しかも表面画像の観察に
より、位置決めや被測定物の状況の把握にも役立てるこ
とができる。According to the measurement method of the present invention, precise measurement of physical quantities such as length, angle, and stress can be easily performed using a multi-core optical fiber such as a normal image fiber in which cores are arranged in a hexagonal close-packed manner. It is possible to perform measurement under severe environment of various physical quantities because of its excellent environmental resistance. That is, by making the end face itself of a multi-core optical fiber such as a normal image fiber function as one of the lattices for forming the moire fringes, a complicated multi-core optical fiber and a special multi-core optical fiber are separately prepared. The complexity has been eliminated. In addition, even if a multi-core optical fiber such as an image fiber is a normal one, a precise measurement can be performed because the core interval is generally extremely small. In addition, multi-core optical fibers such as image fibers generally have explosion-proof properties, insulation properties, and also have excellent environmental resistance and heat resistance. It also acts as a transmitter of the image of the surface of the object to be measured.On the other hand, the grating pattern that pairs with the end face of the multi-core optical fiber that functions as a grating must be one that has excellent environmental resistance, heat resistance, etc. Since the lattice pattern is simply attached to an object to be measured or the like, it is suitable for measurement of physical quantities under an extremely severe environment. In addition, since not only moire fringes but also images of the surface of the object to be measured are transmitted using a multi-core optical fiber such as a normal image fiber, image observation can be performed well in accordance with the original use of image transmission. Therefore, it is easy to qualitatively grasp the state of the change of the surface of the object to be measured, thereby covering a minus surface where moire fringes are complicated when using a multi-core optical fiber having cores arranged in a hexagonal close-packed manner. Thus, only necessary moiré fringes can be captured, and the observation of the surface image can also be useful for positioning and grasping the state of the object to be measured.
第1図はこの発明の一実施例にかかる物理量の測定方法
を実行するための測定系を示す模式図、第2図は同実施
例で使用するイメージファイバの端面の一部拡大図であ
る。 1……縞パターン、2……対物レンズ、3……イメージ
ファイバ、4……接眼レンズ、5……テレビカメラ、6
……テレビモニター、7……画像処理装置、10……試
料、11……液体ヘリウム、12……容器、21……コア部、
22……クラッド部。FIG. 1 is a schematic diagram showing a measuring system for executing a method for measuring a physical quantity according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view of an end face of an image fiber used in the embodiment. 1 ... stripe pattern, 2 ... objective lens, 3 ... image fiber, 4 ... eyepiece, 5 ... TV camera, 6
... TV monitor, 7 ... Image processing device, 10 ... Sample, 11 ... Liquid helium, 12 ... Container, 21 ... Core part,
22 …… Clad part.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 幸次 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株 式会社佐倉工場内 (56)参考文献 特開 昭60−263905(JP,A) 特開 昭60−195406(JP,A) 特開 昭52−20051(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Koji Tanaka 1440 Mutsuzaki, Sakura-shi, Chiba Pref. 195406 (JP, A) JP-A-52-20051 (JP, A)
Claims (1)
設け、該格子パターンの形成された被測定物表面に、多
数のコアが60゜ずつの方向に等間隔に秩序正しく配列さ
れている多コア光ファイバの端面に対面させ、該被測定
物表面および格子パターンの像を上記多コア光ファイバ
の端面に決像させることによりこの多コア光ファイバに
より伝送される像中にモアレ縞が形成されるようにし、
且つ上記格子パターンと多コア光ファイバの端面との間
の相対的位置関係が被測定物理量に対応して変化するよ
うにしておき、上記多コア光ファイバの他端において、
上記被測定物の表面の像および上記格子パターンと多コ
ア光ファイバの端面との間の相対的位置関係の変化に基
づいて生じる上記モアレ縞の変化を観察することを特徴
とする物理量の測定方法。An object in which a grid pattern is provided at regular intervals on the surface of an object to be measured, and a large number of cores are regularly arranged at regular intervals in directions of 60 ° on the surface of the object to be measured on which the lattice pattern is formed. Moire fringes in the image transmitted by this multi-core optical fiber by facing the end surface of the multi-core optical fiber, and forming an image of the surface of the DUT and the lattice pattern on the end surface of the multi-core optical fiber. To be formed,
And the relative positional relationship between the lattice pattern and the end face of the multi-core optical fiber is changed corresponding to the physical quantity to be measured, and at the other end of the multi-core optical fiber,
A method for measuring a physical quantity, characterized by observing a change in the moiré fringes generated based on a change in the relative position relationship between the image of the surface of the object and the lattice pattern and the end face of the multi-core optical fiber. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62184540A JP2573493B2 (en) | 1987-07-23 | 1987-07-23 | How to measure physical quantities |
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JP62184540A JP2573493B2 (en) | 1987-07-23 | 1987-07-23 | How to measure physical quantities |
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JPS6428518A JPS6428518A (en) | 1989-01-31 |
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JP62184540A Expired - Fee Related JP2573493B2 (en) | 1987-07-23 | 1987-07-23 | How to measure physical quantities |
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JPS58102105A (en) * | 1981-12-14 | 1983-06-17 | Hitachi Ltd | Optical fiber sensor |
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1987
- 1987-07-23 JP JP62184540A patent/JP2573493B2/en not_active Expired - Fee Related
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