JP7288667B2 - Deformation analysis method and deformation analysis device - Google Patents

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JP7288667B2 JP2019148680A JP2019148680A JP7288667B2 JP 7288667 B2 JP7288667 B2 JP 7288667B2 JP 2019148680 A JP2019148680 A JP 2019148680A JP 2019148680 A JP2019148680 A JP 2019148680A JP 7288667 B2 JP7288667 B2 JP 7288667B2
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本発明は、測定対象物の変形状態を解析する変形解析方法及び変形解析装置に関し、特に、三次元空間(X,Y,Z)においてレーザー干渉により距離測定を行って三次元の変形状態を解析する変形解析方法及び変形解析装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a deformation analysis method and a deformation analysis apparatus for analyzing the deformation state of an object to be measured, and in particular, to analyze the three-dimensional deformation state by measuring the distance by laser interference in a three-dimensional space (X, Y, Z). It relates to a deformation analysis method and a deformation analysis device.

従来より、レーザー三次元計測装置により得られる三次元の形状情報を用いて測定対象物の変形状態を解析する三次元変形解析装置が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a three-dimensional deformation analysis device is known that analyzes the deformation state of a measurement object using three-dimensional shape information obtained by a laser three-dimensional measurement device (see Patent Documents 1 and 2, for example).

本件発明者等は、基準面に照射される基準光と測定面に照射される測定光との光コムの干渉光を基準光検出器により検出するとともに、上記基準面により反射された基準光と上記測定面により反射された測定光との光コムの干渉光を測定光検出器により検出して、上記基準光検出器と測定光検出器により得られる2つ干渉信号の時間差から、上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求めることにより、高精度で、しかも短時間に行うことの可能な距離計及び距離測定方法並びに光学的三次元形状測定機を先に提案している(例えば、特許文献3参照。) The inventors of the present invention detect the interference light of an optical comb between the reference light irradiated on the reference surface and the measurement light irradiated on the measurement surface with a reference photodetector, and detect the reference light reflected by the reference surface and The interference light of the optical comb with the measurement light reflected by the measurement surface is detected by a measurement photodetector, and from the time difference between the two interference signals obtained by the reference photodetector and the measurement photodetector, the reference surface By obtaining the difference between the distance to and the distance to the measurement surface, we have previously proposed a rangefinder, a distance measuring method, and an optical three-dimensional shape measuring machine that can be performed with high accuracy and in a short time. (For example, see Patent Document 3.)

特開2010-66169号公報JP-A-2010-66169 特開2018-96707号公報JP 2018-96707 A 特許第5231883号公報Japanese Patent No. 5231883

被締結物に締結されたボルトの軸力測定では、ボルトの締結前の頭部の距離画像を用いてボルトの頭部の窪み量(凹み量)を算出し、ボルトの締結後の頭部の距離画像を用いてボルトの頭部の窪み量(凹み量)を算出して、算出された締結前後の窪み量の差を算出することで、頭部の変位量を算出するようにしている。 In measuring the axial force of the bolt fastened to the object to be fastened, the depth image of the bolt head before fastening is used to calculate the amount of recession (depression amount) of the bolt head after fastening. The head displacement amount is calculated by calculating the depression amount (depression amount) of the bolt head using the distance image and calculating the difference between the calculated depression amounts before and after fastening.

このようにボルトの締結後の頭部の距離画像を用いて頭部の変位量を得る場合、ボルトの締結により頭部が回転するので、締結前の頭部の距離画像と締結後の頭部の距離画像とでは頭部の向きが異なることになり、算出される頭部の変位量に誤差が発生する。 In this way, when obtaining the displacement amount of the head using the distance image of the head after tightening the bolt, since the head rotates by tightening the bolt, the distance image of the head before tightening and the head after tightening The direction of the head is different from the distance image of , and an error occurs in the calculated amount of displacement of the head.

特許文献2の開示技術では、頭部の距離画像を得るための撮像素子を締結前後の頭部の回転角度に対応するように回転させることにより、締結前後の頭部の距離画像における頭部の姿勢を同じにすることにより、誤差を少なくするようにしている。 In the technology disclosed in Patent Document 2, by rotating an imaging device for obtaining a distance image of the head so as to correspond to the rotation angle of the head before and after fastening, the head in the distance image of the head before and after fastening is obtained. By making the postures the same, errors are reduced.

ボルトの締結における締結前後の頭部の回転による姿勢変化のように、力が加わる前後で測定対象物の姿勢が変化することがある。力による変形を検出するためには、物体の形状を正確に認識して同一の基準部位と注目点の相対高さ変化を求める必要がある。 The posture of the object to be measured may change before and after the force is applied, such as the posture change due to the rotation of the head before and after tightening bolts. In order to detect deformation due to force, it is necessary to accurately recognize the shape of the object and obtain the relative height change between the same reference portion and the point of interest.

三次元計測装置を用いて三次元の変形状態を解析する場合、測定対象物に照射する測定光を二次元(X,Y)方向に走査して測定対象物による上記測定光の反射光を検出することにより得られる距離画像には、測定光の光軸の傾斜や走査手段による走査誤差などに起因する誤差が含まれることになり、3次元的に校正されていない走査手段では、高さの計測精度が高い計測器を用いても測定対象物の姿勢変の変化のために二次元(X,Y)平面内の座標誤差が高さに依存して拡大するため、注目点の高さ変化の検出を一層困難にする。この状況では、高精度で、しかも短時間に行うことの可能な光コム干渉による距離測定を行っても、変形解析の精度は二次元(X,Y)平面内の座標誤差の制約を受け、光コム干渉による測定精度とはならない。 When analyzing a three-dimensional deformation state using a three-dimensional measuring device, the measurement light that irradiates the measurement object is scanned in two-dimensional (X, Y) directions, and the reflected light of the measurement light from the measurement object is detected. The distance image obtained by this process contains errors caused by the inclination of the optical axis of the measuring light and scanning errors caused by the scanning means. Even if a measuring instrument with high measurement accuracy is used, the coordinate error in the two-dimensional (X, Y) plane increases depending on the height due to changes in the posture of the object to be measured. make the detection of In this situation, even if distance measurement is performed by optical comb interference, which can be performed with high accuracy and in a short time, the accuracy of deformation analysis is limited by coordinate errors in the two-dimensional (X, Y) plane. The measurement accuracy is not due to optical comb interference.

これらの問題を回避するには、基準部位と注目点の高さが略同一になるように、撮像素子と測定対象物の距離を微調整し、二次元(X,Y)平面内での測定対象物の角度が力の加わる前後で同一になるように撮像素子と測定対象物の相対角度の調整を行って、同一条件で注目点の高さを計測できるようにする必要がある。 To avoid these problems, the distance between the image sensor and the object to be measured is finely adjusted so that the height of the reference part and the point of interest are approximately the same, and the measurement is performed within the two-dimensional (X, Y) plane. It is necessary to adjust the relative angle between the imaging element and the measurement object so that the angle of the object is the same before and after the force is applied, so that the height of the point of interest can be measured under the same conditions.

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、二次元(X,Y)平面内の座標誤差の制約を受けることなく、三次元空間(X,Y,Z)において光コム干渉による測定精度で距離測定を行い、変形前後の測定対象物の距離画像を得て、三次元の変形状態を精度よく解析することのできる変形解析方法及び変形解析装置を提供することにある。 Therefore, in view of the conventional circumstances as described above, an object of the present invention is to solve the problem of optical comb interference in a three-dimensional space (X, Y, Z) without being restricted by coordinate errors in a two-dimensional (X, Y) plane. To provide a deformation analysis method and a deformation analysis device capable of measuring a distance with a measurement accuracy of 20 mm, obtaining a range image of an object to be measured before and after deformation, and accurately analyzing a three-dimensional deformation state.

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。 Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become clearer from the description of the embodiments described below.

本発明は、三次元(X,Y,Z)空間において測定対象物に測定光として照射されるレーザー光により上記測定対象物の表面を二次元(X ,Y)方向に走査して、上記測定対象物に照射され該測定対象物により反射された上記測定光の反射光と基準光との干渉光を検出することにより得られる干渉信号から、上記測定対象物の変形前後の上記測定光の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を生成して、上記測定対象物の変形状態を解析する変形解析方法であって、上記測定対象物の表面を走査手段により二次元(X,Y)方向に走査される上記測定光の照射位置(x,y,z)の上記三次元(X,Y,Z)空間における補正量の立体的な分布としての校正データ(Δx,Δy,Δz)を保持しておき、上記測定光により上記測定対象物の表面を二次元(X,Y)方向に走査して得られる上記干渉信号から上記三次元(X,Y,Z) 空間における上記測定光の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を算出し、上記校正データ(Δx ,Δy,Δzを加算することにより校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を上記測定対象物の変形前後において生成し、変形前の上記測定対象物の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と変形後の上記測定対象物の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて上記測定対象物の変形状態を解析することを特徴とする。 The present invention scans the surface of the object to be measured in the two-dimensional (X, Y) direction with a laser beam that irradiates the object to be measured as measurement light in a three-dimensional (X, Y, Z) space, thereby performing the above measurement. Irradiation of the measurement light before and after deformation of the measurement object is obtained from an interference signal obtained by detecting interference light between the reflected light of the measurement light irradiated to the object and reflected by the measurement object and the reference light. A deformation analysis method for generating distance information (z s ) to a position (x s , y s , z s ) and analyzing the deformation state of the object to be measured, wherein the surface of the object to be measured is scanned. As a three-dimensional distribution of the correction amount in the three-dimensional (X, Y, Z) space of the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measurement light scanned in the two-dimensional (X, Y) direction by The calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) are held, and the interference signal obtained by scanning the surface of the measurement object in two-dimensional (X, Y) directions with the measurement light is used to obtain the three-dimensional Distance information (z S ) to the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measurement light in the original (X, Y, Z) space is calculated, and the calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) to generate calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) before and after deformation of the measurement object, and the calibration of the measurement object before deformation distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information of the measurement object after deformation (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) is used to analyze the deformation state of the object to be measured.

本発明に係る変形解析方法では、三次元(X,Y,Z)空間における予め校正された座標位置(x,y,z)情報を与える校正治具に上記測定光を照射して得られる干渉信号から、上記走査手段により走査される上記三次元(X,Y,Z)空間における上記測定光の照射位置(x,y,z)の校正データ(Δx ,Δy,Δz)を補正量の立体的な分布として生成して校正データ保持手段に保持しておくものとすることができる。 In the deformation analysis method according to the present invention, the measurement light is applied to a calibration jig that provides pre-calibrated coordinate position (x 0 , y 0 , z 0 ) information in a three-dimensional (X, Y, Z) space. From the obtained interference signal, calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) can be generated as a three-dimensional distribution of the correction amount and stored in the calibration data storage means.

また、本発明に係る変形解析方法では、上記測定対象物は加熱により変形する部材であり、加熱前に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と加熱後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記測定対象物の熱変形の状態を解析するものとすることができる。 Further, in the deformation analysis method according to the present invention, the measurement object is a member deformed by heating , and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and using the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) obtained after heating, the state of thermal deformation of the measurement object is calculated. can be analyzed.

また、本発明に係る変形解析方法では、上記測定対象物は荷重により変形する梁部材であり、荷重の印加前に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と荷重の印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記梁部材の荷重による変形状態を解析するものとすることができる。 Further, in the deformation analysis method according to the present invention, the object to be measured is a beam member deformed by a load, and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) obtained after application of the load, the load of the beam member It is possible to analyze the deformation state due to

また、本発明に係る変形解析方法では、上記測定対象物は頭付き軸体であり、軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記頭付き軸体の軸力による頭部の変形状態を解析するものとすることができる。 Further, in the deformation analysis method according to the present invention, the measurement object is a headed shaft, and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After) obtained after applying the axial force Then, the deformation state of the head due to the axial force of the headed shaft can be analyzed.

また、本発明に係る変形解析方法では、上記頭付き軸体の頭部の軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)について、上記頭部の縁に基準点を設定し、基準点を中心に所定範囲内にある画素の距離情報の平均値を基準面として該基準面から頭部の最深点までの深さΔz(Before),Δz(After)をそれぞれ求め、次の式

Figure 0007288667000001
にて示される差分Δzを上記軸力印加前後の上記頭付き軸体の頭部の変形量とするものとすることができる。 Further, in the deformation analysis method according to the present invention, the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (Before) and the calibrated range image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After) obtained after application of the axial force, the head A reference point is set at the edge of the head, and the average value of distance information of pixels within a predetermined range around the reference point is used as a reference plane, and the depth from the reference plane to the deepest point of the head Δz ( Before) After) respectively, the following formula
Figure 0007288667000001
The difference .DELTA.z indicated by is the deformation amount of the head portion of the headed shaft before and after the application of the axial force.

さらに、本発明に係る変形解析方法では、上記頭付き軸体の頭部の軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)、について、上記頭部の重心を求め、該重心から所定半径の円周上の各画素の距離情報の平均値を基準面として該基準面から頭部の最深点までの深さΔz(Before),Δz(After)をそれぞれ求め、次の式

Figure 0007288667000002
にて示される差分Δzを上記軸力印加前後の上記頭付き軸体の頭部の変形量とするものとすることができる。 Furthermore, in the deformation analysis method according to the present invention, the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After) obtained after application of the axial force. Depths Δz (Before) and Δz (After) from the reference plane to the deepest point of the head, using the average value of the distance information of each pixel on the circumference of a predetermined radius from the center of gravity as a reference plane. respectively, and the following formula
Figure 0007288667000002
The difference .DELTA.z indicated by is the deformation amount of the head portion of the headed shaft before and after the application of the axial force.

また、本発明は、変形解析装置であって、三次元(X,Y,Z)空間において測定対象物に照射する測定光として、レーザー光を出射する測定光発生手段と、上記測定光により上記測定対象物の表面を二次元(X,Y)方向に走査する走査手段と、上記走査手段により上記測定対象物の表面を走査する上記測定光の照射位置(x,y,z)の上記三次元(X,Y,Z)空間における補正量の立体的な分布としての校正データ(Δx,Δy,Δz)を保持する校正データ保持手段と、上記測定対象物に照射され該測定対象物により反射された上記測定光の反射光と基準光とが干渉光学系を介して干渉光として入射される光検出器により干渉信号を生成する干渉光検出手段と、上記干渉光検出手段により得られる干渉信号から上記測定光が照射された上記測定対象物の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を演算し、上記校正データ保持手段により与えられる上記校正データ(Δx,Δy,Δzを加算することにより校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を生成する演算処理手段とを備え、上記演算処理手段により上記測定対象物の変形前後の上記測定対象物の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)から生成される変形前の上記測定対象物の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と変形後の上記測定対象物の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて上記測定対象物の変形状態を解析することを特徴とするFurther, the present invention is a deformation analysis apparatus, and includes a measurement light generating means for emitting a laser beam as a measurement light for irradiating an object to be measured in a three-dimensional (X, Y, Z) space; scanning means for scanning the surface of an object to be measured in two-dimensional (X, Y) directions; and irradiation positions (x S , y S , z S ) of the measurement light that scans the surface of the object to be measured by the scanning means calibration data holding means for holding calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) as a three-dimensional distribution of correction amounts in the three-dimensional (X, Y, Z) space; interference light detection means for generating an interference signal by a photodetector in which the reflected light of the measurement light reflected by the measurement object and the reference light enter as interference light via an interference optical system; and the interference light detection. Distance information (z s ) from the interference signal obtained by means to the irradiation position (x s , y s , z s ) of the measurement object irradiated with the measurement light is calculated and given by the calibration data holding means Arithmetic processing means for generating calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) by adding the calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) obtained from the , the measurement object before deformation generated by the arithmetic processing means from distance information (z S ) to the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measurement object before and after deformation of the measurement object ; The calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After) is used to analyze the deformation state of the object to be measured.

本発明に係る変形解析装置において、上記走査手段は、上記測定対象物と上記測定光の光軸とを相対的に移動させて、上記測定光により上記測定対象物の表面を走査するものとすることができる。 In the deformation analysis apparatus according to the present invention, the scanning means relatively moves the measurement object and the optical axis of the measurement light, and scans the surface of the measurement object with the measurement light. be able to.

また、本発明に係る変形解析装置において、上記走査手段は、上記測定光を反射する角度が変化することにより光軸を移動させる二次元の可動ミラー機構からなるものとすることができる。 Further, in the deformation analysis apparatus according to the present invention, the scanning means may be composed of a two-dimensional movable mirror mechanism for moving the optical axis by changing the angle of reflection of the measurement light.

また、本発明に係る変形解析装置において、上記走査手段は、上記測定光を反射する角度が変化することにより光軸を移動させる一次元の可動ミラー機構と、該一次元の可動ミラー機構による上記光軸の移動方向と直交する方向に上記測定対象物と上記測定光の光軸とを相対的に移動させる一次元の送り機構からなるものとすることができる。 Further, in the deformation analysis apparatus according to the present invention, the scanning means includes a one-dimensional movable mirror mechanism for moving the optical axis by changing the angle of reflection of the measurement light, and the one-dimensional movable mirror mechanism. It may comprise a one-dimensional feed mechanism for relatively moving the measurement object and the optical axis of the measurement light in a direction perpendicular to the moving direction of the optical axis.

また、本発明に係る変形解析装置において、上記走査手段は、上記測定対象物又は上記測定光の光軸を二次元方向に移動させる二次元の送り機構からなるものとすることができる。 Further, in the deformation analysis apparatus according to the present invention, the scanning means may be composed of a two-dimensional feed mechanism for moving the measurement object or the optical axis of the measurement light in two-dimensional directions.

また、本発明に係る変形解析装置において、上記走査手段は、上記測定光発生手段から出射されたレーザー光を測定光としてテレセントリック光学系を介して上記測定対象物に照射するものとすることができる。 Further, in the deformation analysis apparatus according to the present invention, the scanning means may irradiate the measurement object with the laser beam emitted from the measurement light generation means as measurement light through a telecentric optical system. .

また、本発明に係る変形解析装置において、上記校正データ保持手段には、三次元(X,Y,Z)空間における予め校正された座標位置(x,y,z)情報を与える校正治具に上記測定光を照射して得られる干渉信号から、上記走査手段により走査される上記三次元(X,Y,Z)空間における上記測定光の照射位置(x,y,z)の補正量の立体的な分布としての校正データ(Δx,Δy,Δz)を生成して保持するものとすることができる。 Further, in the deformation analysis apparatus according to the present invention, the calibration data holding means may be provided with coordinate position (x 0 , y 0 , z 0 ) information calibrated in advance in a three-dimensional (X, Y, Z) space. From the interference signal obtained by irradiating the jig with the measurement light, the irradiation position (x S , y S , z S ) as a three-dimensional distribution of correction amounts (Δx C , Δy C , Δz C ) can be generated and held.

また、本発明に係る変形解析装置において、上記測定対象物は加熱により変形する部材であり、上記演算処理手段により、加熱前に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と加熱後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記測定対象物の熱変形の状態を解析するものとすることができる。 Further, in the deformation analysis apparatus according to the present invention, the object to be measured is a member deformed by heating, and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information obtained after heating (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) , the measurement object It is possible to analyze the state of thermal deformation of

また、本発明に係る変形解析装置において、上記測定対象物は荷重により変形する梁部材であり、上記演算処理手段により、荷重の印加前に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と荷重の印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記梁部材の荷重による変形状態を解析するものとすることができる。 Further, in the deformation analysis apparatus according to the present invention, the object to be measured is a beam member deformed by a load, and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After) obtained after application of the load , the deformation state due to the load of the beam member can be analyzed.

また、本発明に係る変形解析装置において、上記測定対象物は頭付き軸体であり、上記演算処理手段により、軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記頭付き軸体の軸力による頭部の変形状態を解析するものとすることができる。 Further, in the deformation analysis apparatus according to the present invention, the object to be measured is a headed shaft, and the arithmetic processing means calculates the calibrated distance of the head of the headed shaft before applying the axial force. Image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (Before) and the calibrated range image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) obtained after axial force application ) (After) can be used to analyze the deformation state of the head due to the axial force of the headed shaft.

また、本発明に係る変形解析装置において、上記演算処理手段では、上記頭付き軸体の頭部の軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)について、上記頭部の縁に基準点を設定し、基準点を中心に所定範囲内にある画素の距離情報の平均値を基準面として該基準面から頭部の最深点までの深さΔz(Before),Δz(After)をそれぞれ求め、次の式

Figure 0007288667000003
にて示される差分Δzを上記軸力印加前後の上記頭付き軸体の頭部の変形量とするものとすることができる。 In the deformation analysis apparatus according to the present invention, the arithmetic processing means may include the calibrated distance image information ( x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) ( After) obtained after application of the axial force ) , the depth Δz (Before) and Δz (After) are obtained respectively, and the following equation
Figure 0007288667000003
The difference .DELTA.z indicated by is the deformation amount of the head portion of the headed shaft before and after the application of the axial force.

また、本発明に係る変形解析装置において、上記演算処理手段では、上記頭付き軸体の頭部の軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)について、上記頭部の重心を求め、該重心から所定半径の円周上の各画素の距離情報の平均値を基準面として該基準面から頭部の最深点までの深さΔz(Before),Δz(After)をそれぞれ求め、次の式

Figure 0007288667000004
にて示される差分Δzを上記軸力印加前後の上記頭付き軸体の頭部の変形量とするものとすることができる。
In the deformation analysis apparatus according to the present invention, the arithmetic processing means may include the calibrated distance image information ( x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) ( After) obtained after application of the axial force ) , the center of gravity of the head is obtained, and the average value of the distance information of each pixel on the circumference of a predetermined radius from the center of gravity is used as a reference plane, and the depth Δz (Before) , Δz (After) , respectively, and the following equation
Figure 0007288667000004
The difference .DELTA.z indicated by is the deformation amount of the head portion of the headed shaft before and after the application of the axial force.

また、本発明に係る変形解析装置では、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光と測定光を出射する第1及び第2の光源と、所定光路長の基準光路を通過させる上記基準光と上記測定対象物の表面に照射される測定光との干渉光を検出する基準光検出器と、所定光路長の基準光路を通過させた基準光と上記測定対象物の表面により反射された測定光の反射光との干渉光を検出する測定光検出器とを備えるレーザー距離計から出射される測定光で、上記走査手段により測定対象物の表面を上記測定面として二次元(X,Y)方向に走査して、上記演算処理手段により、上記基準光検出器により検出された干渉信号と上記測定光検出器により検出された干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求めて、上記測定対象物の変形状態を解析するものとすることができる。 Further, in the deformation analysis apparatus according to the present invention, the first and second light sources emit coherent reference light and measurement light whose intensity or phase is periodically modulated and whose modulation periods are different from each other, and a predetermined optical path. a reference photodetector for detecting interference light between the reference light passing through the reference optical path having a predetermined optical path length and the measurement light irradiated onto the surface of the object to be measured; The scanning means scans the surface of the measurement object with the measurement light emitted from the laser rangefinder, which includes a measurement light detector that detects interference light between the measurement light reflected by the surface of the measurement object and the reflected light. The surface to be measured is scanned in two-dimensional (X, Y) directions, and the arithmetic processing means calculates the speed of light from the time difference between the interference signal detected by the reference photodetector and the interference signal detected by the measurement photodetector. and the difference between the distance to the reference surface and the distance to the measurement surface from the refractive index at the measurement wavelength, and the deformation state of the measurement object can be analyzed.

さらに、上記レーザー距離計は、上記基準光を出射する光コム発生器と、上記測定光を出射する光コム発生器を備える光コム距離計であるものとすることができる。 Further, the laser rangefinder may be an optical comb rangefinder including an optical comb generator that emits the reference light and an optical comb generator that emits the measurement light.

本発明では、三次元(X,Y,Z)空間において測定対象物に測定光として照射されるレーザー光により上記測定対象物の表面を二次元(X,Y)方向に走査して、上記測定対象物に照射され該測定対象物により反射された上記測定光の反射光と基準光との干渉光を検出することにより得られる干渉信号から、上記測定対象物の変形前後の上記測定光の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を生成して、上記測定対象物の変形状態を解析するにあたり、測定対象物の表面を走査手段により二次元(X,Y)方向に走査される上記測定光の照射位置(x,y,z)の上記三次元(X,Y,Z)空間における校正データ(Δx,Δy,Δz)を保持しておき、上記測定光により上記測定対象物の表面を二次元(X,Y)方向に走査して得られる上記干渉信号から、上記校正データ(Δx,Δy,Δz)により校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を生成するので、測定対象物の表面に照射する測定光の光軸の傾きや走査手段による走査の非線形性など起因する二次元(X,Y)平面内の座標誤差を除去した距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)により高精度に変形解析を行うことができる。 In the present invention, the surface of the object to be measured is scanned in the two-dimensional (X, Y) direction with a laser beam that irradiates the object to be measured as measurement light in a three-dimensional (X, Y, Z) space, and the above measurement is performed. Irradiation of the measurement light before and after deformation of the measurement object is obtained from an interference signal obtained by detecting interference light between the reflected light of the measurement light irradiated to the object and reflected by the measurement object and the reference light. In order to generate the distance information (z S ) to the position (x S , y S , z S ) and analyze the deformation state of the measurement object, the surface of the measurement object is scanned two-dimensionally (X, Hold calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) in the three-dimensional (X, Y, Z) space of the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measurement light scanned in the Y) direction and calibrated by the calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) from the interference signal obtained by scanning the surface of the measurement object in two-dimensional (X, Y) directions with the measurement light. distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) is generated. Deformation analysis can be performed with high accuracy using the distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) from which coordinate errors in the two-dimensional (X, Y) plane are removed.

また、光コム距離計により得られる上記干渉信号から校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を生成することにより、三次元空間(X,Y,Z)において光コム干渉による測定精度で距離測定を行い、高精度に変形解析を行うことができる。 Further, by generating calibrated range image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) from the interference signal obtained by the optical comb rangefinder, the three-dimensional space (X, Y, Z ), the distance can be measured with the measurement accuracy by optical comb interference, and the deformation analysis can be performed with high accuracy.

したがって、本発明によれば、二次元(X,Y)平面内の座標誤差の制約を受けることなく、三次元空間(X,Y,Z)において光コム干渉による測定精度で距離測定を行い、変形前後の測定対象物の距離画像を得て、三次元の変形状態を精度よく解析することのできる変形解析方法及び変形解析装置を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, distance measurement is performed with measurement accuracy by optical comb interference in the three-dimensional space (X, Y, Z) without being restricted by coordinate errors in the two-dimensional (X, Y) plane, It is possible to provide a deformation analysis method and a deformation analysis apparatus capable of obtaining range images of an object to be measured before and after deformation and accurately analyzing a three-dimensional deformation state.

本発明を適用した変形解析装置の基本構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a deformation analysis device to which the present invention is applied; FIG. 上記変形解析装置に備えられたレーザー距離計の基本構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the basic composition of the laser range finder with which the said deformation|transformation analysis apparatus was equipped. 上記変形解析装置に備えられたレーザースキャナの構成を模式的に示す模式斜視図である。It is a model perspective view which shows typically the structure of the laser scanner with which the said deformation|transformation analysis apparatus was equipped. 上記レーザースキャナの変形例を模式的に示す模式斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the modification of the said laser scanner typically. 上記変形解析装置において校正データを取得するために用いられる校正治具の構造を模式的に示す図であり、(A)は校正治具の正面図であり、(B)は校正治具の平面図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of a calibration jig used for obtaining calibration data in the deformation analysis apparatus, where (A) is a front view of the calibration jig and (B) is a plane of the calibration jig; It is a diagram. 上記校正治具における校正球により与えられる、三次元(X,Y,Z)空間における座標位置(x,y,z)の説明に供する図であり、(A)は校正球の正面図であり、(B)は校正球の平面図である。FIG. 4 is a diagram for explaining coordinate positions (x, y, z) in a three-dimensional (X, Y, Z) space given by the calibration sphere in the calibration jig, and (A) is a front view of the calibration sphere; , (B) is a plan view of the calibration sphere. 上記校正治具における校正球に適用する最小二乗球による校正の説明に供する校正球の正面図である。FIG. 4 is a front view of a calibration sphere for explaining calibration using a least-square sphere applied to the calibration sphere in the calibration jig; 一次元の可動ミラー機構の校正に校正治具として用いられる校正板の構造を模式的に示す図であり、(A)は校正板の平面図、(B)は校正板の正面図、(C)は校正板の側面図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of a calibration plate used as a calibration jig for calibrating a one-dimensional movable mirror mechanism, where (A) is a plan view of the calibration plate, (B) is a front view of the calibration plate, and (C) ) is a side view of the calibration plate. 上記変形解析装置に備えられたレーザー距離計により観測される校正板のスリットの形状を示す模式図であり、(A)は焦点位置における距離画像のスリット形状を示し、(B)は高さ位置(z)における距離画像のスリット形状を示し、(C)は2つの距離画像のスリット形状を重ねて示した模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the shape of the slit of the calibration plate observed by the laser rangefinder provided in the deformation analysis device, (A) shows the slit shape of the distance image at the focal position, and (B) shows the height position. FIG. 10(z) shows the slit shape of the distance image, and (C) is a schematic diagram showing the slit shapes of the two distance images superimposed. 上記校正板に測定光を照射して校正データを取得する処理の説明に供する図であり、(A)は上記校正板に測定光を照射する上記レーザー距離計のヘッド部の正面図であり、(B)は上記レーザー距離計のヘッド部の側面図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a process of acquiring calibration data by irradiating the calibration plate with measurement light, and FIG. (B) is a side view of the head portion of the laser rangefinder. 上記校正板による校正データの取得処理の手順を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a procedure of acquisition processing of calibration data by the calibration plate. 上記変形解析装置により実施される本発明に係る変形解析方法の手順を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a procedure of a deformation analysis method according to the present invention implemented by the deformation analysis device; 加熱により変形する部材を測定対象物として変形解析を行う例の説明に供する模式図であり、上記変形解析装置により変形解析する場合の説明に供する模式図であり、(A)は変形前の測定対象物の正面図であり、(B)は変形後の測定対象物の正面図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of performing deformation analysis using a member that deforms due to heating as a measurement object, and is a schematic diagram for explaining a case where deformation analysis is performed by the deformation analysis apparatus, and (A) is a measurement before deformation. It is a front view of an object, and (B) is a front view of the measurement object after deformation. 荷重により変形する部材を測定対象物として変形解析を行う例の説明に供する模式図であり、上記変形解析装置により変形解析する場合の説明に供する模式図であり、(A)は変形前の測定対象物の正面図であり、(B)は変形後の測定対象物の正面図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of performing deformation analysis using a member deformed by a load as a measurement object, and is a schematic diagram for explaining a case where deformation analysis is performed by the deformation analysis apparatus, and (A) is a measurement before deformation. It is a front view of an object, and (B) is a front view of the measurement object after deformation. 軸力により変形する頭付き軸体を測定対象物として変形解析を行う例の説明に供する模式図であり、(A)は変形前の軸体頭部の正面図であり、(B)は変形後の軸体頭部の正面図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of performing deformation analysis using a shaft with a head that deforms due to an axial force as a measurement object, (A) is a front view of the shaft head before deformation, and (B) is a deformation. Fig. 10 is a front view of the rear shaft head; 基準点を設定して頭付き軸体の変形解析を行う例の説明に供する模式図であり、(A)は変形前の頭付き軸体の状態を模式的に示す図であり、(B)は頭付き軸体の正面図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of performing deformation analysis of a headed shaft by setting reference points, (A) schematically showing the state of the headed shaft before deformation, and (B). is a front view of a shaft with a head. 基準点を含むxy平面を基準面として頭付き軸体の変形解析を行う例の説明に供する模式図であり、(A)は変形後の頭付き軸体の状態を模式的に示す図であり、(B)は変形後の頭付き軸体の正面図である。FIG. 4A is a schematic diagram for explaining an example of performing deformation analysis of a headed shaft with an xy plane including a reference point as a reference plane, and FIG. , (B) is a front view of the headed shaft body after deformation. 重心から所定半径の円周を含むxy平面を基準面として頭付き軸体の変形解析を行う例の説明に供する模式図であり、(A)は変形前の頭付き軸体の状態を模式的に示す図であり、(B)は変形前の頭付き軸体の正面図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of performing deformation analysis of a headed shaft with an xy plane including a circumference of a predetermined radius from the center of gravity as a reference plane, and (A) schematically shows the state of the headed shaft before deformation; FIG. 2B is a front view of the headed shaft before deformation; FIG. 重心から所定半径の円周を含むxy平面を基準面として頭付き軸体の変形解析を行う例の説明に供する模式図であり、(A)は変形後の頭付き軸体の状態を模式的に示す図であり、(B)は変形後の頭付き軸体の正面図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of performing deformation analysis of a headed shaft with an xy plane including a circumference of a predetermined radius from the center of gravity as a reference plane, and FIG. 3B is a front view of the headed shaft body after deformation. FIG. 六角形の頭部を有するボルトの締結時の軸力による頭部の変形を解析する変形解析を行う例の説明に供する模式図であり、(A)は変形前のボルトの状態を模式的に示す図であり、(B)は変形前のボルトの正面図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of performing a deformation analysis for analyzing the deformation of the head of a bolt having a hexagonal head due to an axial force when the bolt is tightened; (A) schematically shows the state of the bolt before deformation; FIG. 4B is a front view of the bolt before deformation. 六角形の頭部を有するボルトの締結時の軸力による頭部の変形を解析する変形解析を行う例の説明に供する模式図であり、(A)は変形後のボルトの状態を模式的に示す図であり、(B)は変形後のボルトの正面図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of performing a deformation analysis for analyzing the deformation of the head portion due to the axial force when the bolt having a hexagonal head portion is tightened; (A) schematically shows the state of the bolt after deformation; FIG. 4B is a front view of the bolt after deformation. 上記変形解析装置におけるレーザー距離計として備えられる光コム距離計の具体的な構成例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a specific configuration example of an optical comb rangefinder provided as a laser rangefinder in the deformation analysis device; 上記変形解析装置に備えられる光コム距離計の他の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structural example of the optical comb range finder with which the said deformation|transformation analysis apparatus is equipped.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that common constituent elements will be described by attaching common reference numerals in the drawings. Further, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention.

本発明は、例えば図1に示すような構成の変形解析装置100に適用される。 The present invention is applied to a deformation analysis apparatus 100 configured as shown in FIG. 1, for example.

この変形解析装置100は、三次元(X,Y,Z)空間においてレーザー光の干渉による三次元距離計測により、測定対象物1の形状変化を解析するものであって、測定対象物1が載置される測定台10の上方に設けられたレーザー距離計20、レーザー距離計20から出射される測定光Lsにより測定対象物1の表面1aを二次元(X,Y)方向に走査する走査部30、上記レーザー距離計20の干渉光検出部25により得られるレーザー光の干渉信号Sが供給される演算処理装置40などからなる。 This deformation analysis apparatus 100 analyzes the shape change of the measurement object 1 by three-dimensional distance measurement by interference of laser beams in a three-dimensional (X, Y, Z) space. A scanning unit that scans the surface 1a of the measurement object 1 in two-dimensional (X, Y) directions with a laser rangefinder 20 provided above the measurement table 10, and a measurement light Ls emitted from the laser rangefinder 20. 30, an arithmetic processing unit 40 to which the interference signal S M of the laser light obtained by the interference light detector 25 of the laser rangefinder 20 is supplied.

図2は、この変形解析装置100に備えられたレーザー距離計20の基本構成を示す模式図である。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the basic configuration of the laser rangefinder 20 provided in this deformation analysis device 100. As shown in FIG.

レーザー距離計20は、測定対象物1に照射する測定光Lsとしてレーザー光を発生して出射する測定光発生器21と、測定対象物1の表面1aに照射した測定光Lsが該測定対象物1の表面1aにより反射された反射光Ls’の干渉光を検出してレーザー光の干渉信号Sを生成する干渉光検出部25を備える。 The laser rangefinder 20 includes a measurement light generator 21 that generates and emits a laser beam as measurement light Ls to irradiate the measurement object 1, and a measurement light generator 21 that irradiates the surface 1a of the measurement object 1 with the measurement light Ls that irradiates the measurement object 1. An interference light detector 25 is provided for detecting the interference light of the reflected light Ls' reflected by the surface 1a of 1 and generating the interference signal SM of the laser light.

干渉光検出部25は、測定光発生器21から出射されたレーザー光が入射されるビームスプリッタ22と、ビームスプリッタ22により反射されたレーザー光が基準光Lrefとして入射される基準面23と、基準面23に入射された基準光Lrefが該基準面23により反射された反射光Lref’がビームスプリッタ22を透過して入射されるとともにビームスプリッタ22を透過したレーザー光が測定光Lsとして測定対象物1の表面1aに照射され、該測定対象物1の表面1aにより反射された反射光Ls’がビームスプリッタ22により反射されて入射されると干渉光検出器24を備える。 The interference light detection unit 25 includes a beam splitter 22 on which the laser light emitted from the measurement light generator 21 is incident, a reference plane 23 on which the laser light reflected by the beam splitter 22 is incident as the reference light L ref , The reference light L ref incident on the reference surface 23 and the reflected light L ref ′ reflected by the reference surface 23 are transmitted through the beam splitter 22 and incident, and the laser beam transmitted through the beam splitter 22 is used as the measurement light Ls. An interference light detector 24 is provided when the reflected light Ls' irradiated to the surface 1a of the measurement object 1 and reflected by the surface 1a of the measurement object 1 is reflected by the beam splitter 22 and enters.

干渉光検出器24は、ビームスプリッタ22を介して入力される基準面23による反射光Lref’と測定対象物1の表面1aによる反射光Ls’の干渉光を検出して干渉信号Sを生成する。 The interference light detector 24 detects interference light between the reflected light L ref ' from the reference surface 23 and the reflected light Ls' from the surface 1a of the measurement object 1 input via the beam splitter 22, and outputs an interference signal SM . Generate.

この干渉光検出器24により生成される干渉信号Sは、測定光発生器21からレーザー光が出射されて反射光Lref’、反射光Ls’として干渉光検出器24に入射されるまでに通過する各光路の光路長の差分に対応する時間差を示す位相情報を含むものとなっている。 The interference signal S M generated by the interference light detector 24 is emitted from the measurement light generator 21 and is incident on the interference light detector 24 as reflected light L ref ' and reflected light Ls'. It includes phase information indicating the time difference corresponding to the difference in the optical path length of each optical path that passes through.

このレーザー距離計20では、後述するように演算処理装置40の演算処理部41において、上記干渉信号Sに含まれる時間差を示す位相情報から、上記光路長の差分として測定対象物1の表面1aまでの距離を求めることができる。すなわち、光路長の差分として与えられる測定対象物1の表面1aまでの距離は、上記時間差に真空中の光速Cをかけて屈折率ngで割ることにより算出することができる。 In the laser rangefinder 20, the arithmetic processing unit 41 of the arithmetic processing unit 40, as will be described later, uses the phase information indicating the time difference contained in the interference signal SM to determine the difference in the optical path length from the surface 1a of the measurement object 1. You can find the distance to That is, the distance to the surface 1a of the measurement object 1 given as the difference in optical path length can be calculated by multiplying the time difference by the speed of light C in vacuum and dividing by the refractive index ng.

図3は、この変形解析装置100の走査部30として備えられたレーザースキャナ30Aの構成を模式的に示す斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of a laser scanner 30A provided as the scanning unit 30 of this deformation analysis apparatus 100. As shown in FIG.

レーザースキャナ30Aは、2つのモータ31X、31Yと2つのミラー32X、32Yからなる2軸のガルバノミラー機構33とテレセントリックf-θレンズ35からなる。 The laser scanner 30A comprises a two-axis galvanomirror mechanism 33 comprising two motors 31X and 31Y and two mirrors 32X and 32Y, and a telecentric f-.theta.

レーザー距離計20から出射された測定光Lsは、第1のミラー32Xにより反射されて第2のミラー32Yに入射され、第2のミラー32Yにより反射されてテレセントリックf-θレンズ35を介して測定対象物1の表面1aに照射される。 The measurement light Ls emitted from the laser rangefinder 20 is reflected by the first mirror 32X, enters the second mirror 32Y, is reflected by the second mirror 32Y, and is measured through the telecentric f-θ lens 35. The surface 1a of the object 1 is irradiated.

第1のミラー32Xは、モータ31Xにより駆動されることにより、測定光Lsの反射角度が変化して、三次元(X,Y,Z)空間のX軸方向に測定光Lsの光軸を移動させる。また、第2のミラー32Yは、モータ31Yにより駆動されることにより、測定光Lsの反射角度が変化して、三次元空間(X,Y,Z)のY軸方向に測定光Lsの光軸を移動させる。 The first mirror 32X is driven by the motor 31X to change the angle of reflection of the measurement light Ls, thereby moving the optical axis of the measurement light Ls in the X-axis direction of the three-dimensional (X, Y, Z) space. Let In addition, the second mirror 32Y is driven by the motor 31Y to change the angle of reflection of the measurement light Ls, thereby reflecting the optical axis of the measurement light Ls in the Y-axis direction of the three-dimensional space (X, Y, Z). to move.

すなわち、レーザー距離計20から出射された測定光Lsは、その光軸が二次元の可動ミラー機構である2軸のガルバノミラー機構33により二次元(X,Y)方向に移動され、テレセントリックf-θレンズ35を介してZ軸方向から測定対象物1の表面1aに照射される。 That is, the measurement light Ls emitted from the laser rangefinder 20 is moved in two-dimensional (X, Y) directions by a two-dimensional galvanomirror mechanism 33 whose optical axis is a two-dimensional movable mirror mechanism. Through the θ lens 35, the surface 1a of the measurement object 1 is irradiated from the Z-axis direction.

測定対象物1の表面1aは、テレセントリックf-θレンズ35を介してZ軸方向から照射される測定光Lsにより二次元(X,Y)方向に走査される。 The surface 1a of the measurement object 1 is scanned in two-dimensional (X, Y) directions by the measurement light Ls irradiated from the Z-axis direction via the telecentric f-θ lens 35 .

すなわち、レーザースキャナ30Aは、三次元(X,Y,Z)空間において測定対象物1にレーザー光を測定光Lsとして照射して、測定対象物1の表面1aを測定光Lsすなわちレーザー光により走査する走査手段として機能する。 That is, the laser scanner 30A irradiates the measurement object 1 with laser light as the measurement light Ls in a three-dimensional (X, Y, Z) space, and scans the surface 1a of the measurement object 1 with the measurement light Ls, that is, the laser light. It functions as a scanning means for scanning.

テレセントリックf-θレンズ35を介してZ軸方向から測定対象物1の表面1aに照射された測定光Lsは、該測定対象物1の表面1aで反射され、その反射光Ls’がレーザースキャナ30Aに戻される。 The measurement light Ls irradiated onto the surface 1a of the measurement object 1 from the Z-axis direction through the telecentric f-θ lens 35 is reflected by the surface 1a of the measurement object 1, and the reflected light Ls′ is emitted by the laser scanner 30A. returned to

なお、上記2軸のガルバノミラー機構33における二つのミラー32X、32Yは、それぞれポリゴンミラーに置き換えることができる。また、テレセントリックf-θレンズ35は、該テレセントリックf-θレンズと同等の光学特性を有するテレセントリック光学系に置き換えることができる。 The two mirrors 32X and 32Y in the two-axis galvanomirror mechanism 33 can be replaced with polygon mirrors. Also, the telecentric f-.theta. lens 35 can be replaced with a telecentric optical system having optical characteristics equivalent to those of the telecentric f-.theta. lens.

この変形解析装置100では、レーザー距離計20から測定光Lsが走査部30を介して測定対象物1に向けてZ軸方向から照射され、測定対象物1の表面1aでZ軸方向に反射された反射光Ls’がレーザー距離計20の干渉光検出部25に戻り、測定対象物1の表面1aまでの距離が演算処理装置40の演算処理部41において算出される。 In this deformation analysis apparatus 100, the measurement light Ls is emitted from the laser rangefinder 20 through the scanning unit 30 toward the object 1 to be measured from the Z-axis direction, and is reflected by the surface 1a of the object 1 to be measured in the Z-axis direction. The reflected light Ls′ returns to the interference light detection section 25 of the laser rangefinder 20, and the distance to the surface 1a of the measurement object 1 is calculated in the arithmetic processing section 41 of the arithmetic processing device 40. FIG.

なお、この変形解析装置100の走査部30は、レーザー距離計20から光レーザー光を測定光Lsとして出射するヘッド部を機械的に二次元(X,Y)方向に移動させるXYステージであってもよい。また、測定台10上にXYステージを設置して、XYステージにより測定対象物1を二次元(X,Y)方向に移動させるようにしてもよい。すなわち、XYステージにより、測定対象物1と測定光Lsの光軸とを相対的に移動させて、測定光Lsにより測定対象物1の表面1aを走査することができる。 The scanning unit 30 of the deformation analysis apparatus 100 is an XY stage that mechanically moves a head unit that emits an optical laser beam as the measurement light Ls from the laser rangefinder 20 in two-dimensional (X, Y) directions. good too. Alternatively, an XY stage may be installed on the measurement table 10 to move the object 1 to be measured in two-dimensional (X, Y) directions. That is, the surface 1a of the measurement object 1 can be scanned with the measurement light Ls by relatively moving the measurement object 1 and the optical axis of the measurement light Ls by the XY stage.

また、図4に示すように、一次元の可動ミラー機構33Xと機械的な送り機構を組み合わせた構成の走査部30Bにより、測定対象物1の表面1aに照射する測定光Lsを二次元(X,Y)方向に移動させるようにしてもよい。 Further, as shown in FIG. 4, a scanning unit 30B configured by combining a one-dimensional movable mirror mechanism 33X and a mechanical feed mechanism spreads the measurement light Ls applied to the surface 1a of the measurement object 1 two-dimensionally (X , Y) direction.

すなわち、図4に示す走査部30Bは、モータ31Xにより駆動されるミラー32Xからなる1軸のガルバノミラー機構すなわち一次元の可動ミラー機構33Xと、この一次元の可動ミラー機構33Xにより光軸がX軸方向に移動される測定光LsをZ軸方向から測定対象物1の表面1aに照射させるテレセントリックf-θレンズ(あるいはテレセントリックf-θレンズと同等の光学特性を有するテレセントリック光学系)35’、上記一次元の可動ミラー機構33Xによる光軸の移動方向すなわちX軸方向と直交するY軸方向に測定対象物1と測定光Lsの光軸とを相対的に移動させるYステージからなる一次元の送り機構36Yとを備える。 That is, the scanning unit 30B shown in FIG. 4 has a one-axis galvanomirror mechanism including a mirror 32X driven by a motor 31X, that is, a one-dimensional movable mirror mechanism 33X, and the one-dimensional movable mirror mechanism 33X. a telecentric f-θ lens (or a telecentric optical system having optical characteristics equivalent to those of the telecentric f-θ lens) 35′ for irradiating the surface 1a of the measurement object 1 from the Z-axis direction with the measurement light Ls moved in the axial direction; The one-dimensional mirror mechanism 33X includes a Y stage for relatively moving the measurement object 1 and the optical axis of the measurement light Ls in the direction of movement of the optical axis, that is, the Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction. and a feed mechanism 36Y.

この図4に示す走査部30Bでは、測定台10上に一次元の送り機構36YとしてYステージが設置されている。 In the scanning unit 30B shown in FIG. 4, a Y stage is installed on the measuring table 10 as a one-dimensional feed mechanism 36Y.

そして、この変形解析装置100では、走査部30により測定対象物1の表面1aを走査する測定光Lsが該測定対象物1の表面1aで反射され、その反射光Ls’が走査部30を介してレーザー距離計20に戻されることにより、レーザー距離計20の干渉光検出部25において、基準面23による反射光Lref’と測定対象物1による反射光Ls’の干渉光を検出して干渉信号Sを生成し、演算処理装置40の演算処理部41において測定対象物1の表面1aまでの距離が算出される。 In this deformation analysis apparatus 100, the measurement light Ls that scans the surface 1a of the measurement object 1 by the scanning unit 30 is reflected by the surface 1a of the measurement object 1, and the reflected light Ls' passes through the scanning unit 30. By being returned to the laser rangefinder 20, the interference light detector 25 of the laser rangefinder 20 detects the interference light between the reflected light L ref ' by the reference surface 23 and the reflected light Ls' by the measurement object 1 and interferes. A signal SM is generated, and the distance to the surface 1a of the measurement object 1 is calculated in the arithmetic processing unit 41 of the arithmetic processing unit 40 .

この変形解析装置100における演算処理装置40は、上記レーザー距離計20の干渉光検出部25により得られる干渉信号Sに基づいて上記測定対象物1の変形状態を解析する演算処理部41、校正データを上記演算処理部41に与える校正データ保持部42、これらを制御する制御部43などの機能を有する。制御部43は、走査部30の動作制御も行う機能を有している。 The arithmetic processing unit 40 in the deformation analysis apparatus 100 includes an arithmetic processing unit 41 for analyzing the deformation state of the measurement object 1 based on the interference signal SM obtained by the interference light detection unit 25 of the laser rangefinder 20, a calibration It has functions such as a calibration data holding section 42 for giving data to the arithmetic processing section 41 and a control section 43 for controlling them. The control unit 43 also has a function of controlling the operation of the scanning unit 30 .

演算処理装置40は、制御部43により走査部30を制御して測定光Lsで上記測定対象物1の表面1aを二次元(X,Y)方向に走査すると同時に、レーザー距離計20により測定対象物1の表面1aまでの距離を計測して距離情報を取得して、演算処理部41において、測定光Lsの照射位置とその場所まで距離を複数の点について蓄積することにより非接触で測定対象物1の三次元形状を示す距離画像情報を上記測定対象物1の変形前後において生成し、変形前後の距離画像情報により測定対象物1の変形状態を解析する。 The arithmetic processing unit 40 controls the scanning unit 30 with the control unit 43 to scan the surface 1a of the measurement object 1 with the measurement light Ls in two-dimensional (X, Y) directions, and simultaneously scans the measurement object 1 with the laser rangefinder 20. The distance to the surface 1a of the object 1 is measured to acquire distance information, and the distance to the irradiation position of the measurement light Ls and the position is accumulated for a plurality of points in the arithmetic processing unit 41, thereby measuring the object to be measured in a non-contact manner. Distance image information indicating the three-dimensional shape of the object 1 is generated before and after the deformation of the measurement object 1, and the deformation state of the measurement object 1 is analyzed based on the distance image information before and after the deformation.

この変形解析装置100において、校正データ保持部42には、例えば、図5の(A),(B)に示すような構造の校正治具50を用いて取得される校正データ(Δx,Δy,Δz)が保持される。 In this deformation analysis apparatus 100, the calibration data storage unit 42 stores calibration data (Δx, Δy, Δz) is retained.

ここで、図5の(A)は校正治具50の平面図であり、(B)は校正治具50の正面図である。 5A is a plan view of the calibration jig 50, and FIG. 5B is a front view of the calibration jig 50. FIG.

校正治具50は、JIS/ISO規格が要求する熱膨張係数を持つ材料で作られた基板51と、基板51上に複数の鋼球を配列し、鋼球の中心座標が校正された多連の校正球52からなる。 The calibration jig 50 comprises a substrate 51 made of a material having a coefficient of thermal expansion required by JIS/ISO standards, a plurality of steel balls arrayed on the substrate 51, and multiple steel balls having their center coordinates calibrated. of calibration spheres 52.

基板51は、格子状の交点位置すなわち二次元(X,Y)座標位置に形成された複数の円錐面53を備え、円錐面53に鋼球を接触させて保持することにより、格子状の交点位置すなわち二次元(X,Y)座標位置に校正球52を保持する。なお、円錐面53の中央部に貫通穴を設け、下面からタップ加工された鋼球にねじを通して、鋼球を円錐面53に引き込んで保持するようにしても良い。 The substrate 51 has a plurality of conical surfaces 53 formed at grid-like intersection positions, that is, two-dimensional (X, Y) coordinate positions. Hold the calibration sphere 52 at a position, ie, a two-dimensional (X, Y) coordinate position. A through hole may be provided in the central portion of the conical surface 53 , and a steel ball tapped from the bottom surface may be threaded through to draw the steel ball into the conical surface 53 and hold it.

校正球52には、校正に際して中心座標を決定するのに十分な精度が得られる計測器の精度と比べて真球度の十分高い鋼球が用いられる。 As the calibration ball 52, a steel ball having a sufficiently high degree of sphericity compared to the accuracy of the measuring instrument with which sufficient accuracy can be obtained for determining the center coordinates during calibration is used.

この校正治具50における校正球52の正面図と平面図を図6の(A)、(B)に示すように、校正球52は、その半径がrであれば、校正球52の中心から高さzの位置のxy平面では、半径s
s=√(r-z
の円周上に校正球52の表面が位置するので、真球度の十分高い半径rが既知の鋼球を校正球52とすることにより、三次元(X,Y,Z)空間における校正された座標位置(x,y,z)を与えることができる。
As shown in FIGS. 6A and 6B, a front view and a plan view of the calibration sphere 52 in the calibration jig 50 are shown in FIG. In the xy plane at the height z, the radius s
s=√(r 2 −z 2 )
Since the surface of the calibration sphere 52 is located on the circumference of the A coordinate position (x, y, z) can be given.

この変形解析装置100では、走査部30により図5に示す校正治具50にZ軸方向から測定光Lsを照射して、校正治具50の上面を走査することにより、校正治具50の上面の三次元形状をレーザー距離計20で計測することにより得られる距離画像について、例えば、レーザー距離計20による測定結果と得られる校正治具50の表面までの距離が最短となる校正球52の頂部pの座標位置(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を求め、半径rの校正球52により与えられる頂部pの座標位置(x,y,z)に対する誤差(Δx,Δy,Δz)を算出するとともに、中心oから高さzの位置のxy平面における半径s
s=√(r-z
の円周上にある座標位置(x,y,z)に対する誤差(Δx,Δy,Δz)を算出して校正データ(Δx,Δy,Δz)として保存することができる。
In this deformation analysis apparatus 100, the scanning unit 30 irradiates the calibration jig 50 shown in FIG. With respect to the distance image obtained by measuring the three-dimensional shape of with the laser rangefinder 20, for example, the top of the calibration sphere 52 where the distance to the surface of the calibration jig 50 obtained from the measurement result by the laser rangefinder 20 is the shortest Determine the coordinate position of p (x p +Δx p , y p +Δy p , z p +Δz p ) and the error ( Δx p , Δy p , Δz p ) are calculated, and the radius s in the xy plane at the height z from the center o
s=√(r 2 −z 2 )
Calculate the error (Δx x , Δy y , Δz z ) for the coordinate position (x S , y S , z S ) on the circumference of the and save it as calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) can be done.

なお、校正治具50の各校正球52は校正された接触式三次元計測器などの基準器によって表面の複数点の座標が測定され、測定データに最小二乗球を当てはめることによって中心座標o=(X,Y,Z)と半径rの真値が求められているものとする。 The coordinates of a plurality of points on the surface of each calibration sphere 52 of the calibration jig 50 are measured by a reference device such as a calibrated contact-type three-dimensional measuring instrument, and a least-squares sphere is applied to the measurement data to obtain the central coordinate o= Assume that the true values of (X 0 , Y 0 , Z 0 ) and the radius r have been obtained.

ここで、レーザー距離計20から走査部30を介して校正治具50に照射する測定光Lsの射出方向がZ軸方向と一致していない場合には、レーザー距離計20により校正球52の表面までの距離が等しい測定結果が得られる校正球52の表面の座標位置(x,y,z)は、上記xy平面における半径sの円周上からずれるので、そのずれ量から測定光Lsの射出方向の変化についての校正データを得ることができる。 Here, if the emission direction of the measurement light Ls emitted from the laser rangefinder 20 to the calibration jig 50 via the scanning unit 30 does not match the Z-axis direction, the laser rangefinder 20 detects the surface of the calibration sphere 52. Since the coordinate positions (x S , y S , z S ) on the surface of the calibration sphere 52 at which measurement results with the same distance to the measurement light are obtained deviate from the circumference of the radius s in the xy plane, the amount of deviation can be determined from the amount of deviation of the measurement light Calibration data can be obtained for changes in the launch direction of Ls.

また、この校正治具50では、また、測定データに最小二乗球を当てはめることによって中心座標を求めるようにして、三次元座標の校正を行うようにすることができる。 Further, with this calibration jig 50, the three-dimensional coordinates can be calibrated by finding the center coordinates by applying a least-square sphere to the measurement data.

この校正治具50における校正球52は、図7に示すように、その半径がr(>0)、中心座標がS=(X,Y,Z)である場合、表面の任意の点sの座標S
|S-S|=r
を満たす。校正治具50の各校正球52は校正された接触式三次元計測器などの基準器によって表面の複数点の座標が測定され、測定データに最小二乗球を当てはめることによって中心座標S=(X,Y,Z)と半径rの真値が求められているものとする。
As shown in FIG. 7, the calibration sphere 52 in this calibration jig 50 has a radius of r (>0) and center coordinates of S 0 =(X 0 , Y 0 , Z 0 ) on an arbitrary surface. The coordinate S s of point s in
|S s −S 0 |=r
meet. The coordinates of a plurality of points on the surface of each calibration sphere 52 of the calibration jig 50 are measured by a reference device such as a calibrated contact-type three-dimensional measuring instrument, and the center coordinates S 0 =( X 0 , Y 0 , Z 0 ) and the true values of the radius r are obtained.

そして、この変形解析装置100では、走査部30により図5に示す校正治具50にZ軸方向から測定光Lsを照射して、校正治具50の上面を走査することにより得られる距離画像について、校正治具50の各校正球52の測定データにそれぞれ最小二乗球を当てはめて中心座標を求める。校正球52の球間距離または相対座標が校正値と一致するような補正量を求める。さらに校正治具50の設置高さを変えながら同じ測定を実施することによって補正量の立体的な分布として校正データ(Δx,Δy,Δz)を保存することができる。 In this deformation analysis apparatus 100, the scanning unit 30 irradiates the calibration jig 50 shown in FIG. , a least-squares sphere is applied to the measurement data of each calibration sphere 52 of the calibration jig 50 to obtain the central coordinates. A correction amount is obtained so that the inter-sphere distance or relative coordinates of the calibration spheres 52 match the calibration values. Furthermore, by performing the same measurement while changing the installation height of the calibration jig 50, calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) can be saved as a three-dimensional distribution of correction amounts.

ここで、レーザー距離計20から走査部30を介して校正治具50に照射する測定光Lsの射出方向がZ軸方向と一致していない場合であっても、回転座標変換を含む型式で校正データを得ることができる。 Here, even if the emission direction of the measurement light Ls emitted from the laser rangefinder 20 to the calibration jig 50 via the scanning unit 30 does not match the Z-axis direction, calibration is performed using a format including rotational coordinate conversion. data can be obtained.

また、一次元の可動ミラー機構33Xの校正には、例えば、図8の(A)、(B)、(C)に示すような構造の校正板60を用いることができる。
ここで、図8の(A)は校正板60の平面図、(B)は校正板60の正面図、(C)は校正板60の側面図である。
For calibration of the one-dimensional movable mirror mechanism 33X, for example, a calibration plate 60 having a structure as shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C can be used.
8A is a plan view of the calibration plate 60, FIG. 8B is a front view of the calibration plate 60, and FIG. 8C is a side view of the calibration plate 60. FIG.

この校正板60は、例えば幅2mm×長さ8mmのスリット62が4mm間隔で二列に形成された厚さ2mmの平板61からなる。 The calibration plate 60 is composed of a flat plate 61 having a thickness of 2 mm and having two rows of slits 62 each having a width of 2 mm and a length of 8 mm and having an interval of 4 mm.

レーザー距離計20から走査部30Bを介して照射される測定光Lsで校正板60を走査すると、スリット62以外の部分では測定光Lsが反射されてレーザー距離計20に反射光Ls’が戻るが、スリット62の部分では測定光Lsが通過してしまいレーザー距離計20に反射光Ls’が戻らないので、例えば図9の(A)に示すように、レーザー距離計20により観測される校正板60の距離画像には、一次元の可動ミラー機構33XによるX軸方向の走査速度の変化はスリット間隔の変化として現れ、X軸方向の走査が直線的でない場合にはスリット62のY軸方向への位置ずれとなって現れる。図9の(A)において、●はスリット62の中心位置を示している。 When the calibration plate 60 is scanned with the measurement light Ls emitted from the laser rangefinder 20 through the scanning unit 30B, the measurement light Ls is reflected at portions other than the slit 62, and the reflected light Ls' returns to the laser rangefinder 20. , the measurement light Ls passes through the slit 62 and the reflected light Ls′ does not return to the laser rangefinder 20. Therefore, as shown in FIG. In the range image 60, the change in the scanning speed in the X-axis direction by the one-dimensional movable mirror mechanism 33X appears as a change in the slit interval. appears as a misalignment. In FIG. 9A, ● indicates the center position of the slit 62 .

なお、ここでは、Yステージからなる一次元の送り機構36Yの校正は、別途行われているものとする。 Here, it is assumed that the calibration of the one-dimensional feed mechanism 36Y made up of the Y stage has been performed separately.

焦点位置での2次元的な校正を行い、レーザー距離計20により得られる校正板60の高さ情報と光強度情報から、焦点位置でのスリット62の中心座標を決定することにより、焦点位置での校正データを得ることができる。 Two-dimensional calibration is performed at the focal position, and the center coordinates of the slit 62 at the focal position are determined from the height information and light intensity information of the calibration plate 60 obtained by the laser rangefinder 20. calibration data can be obtained.

また、レーザー距離計20のヘッド部をZ軸方向に移動させて、高さ位置zにおいて2次元的な校正を行い、レーザー距離計20により得られる校正板60の高さ情報と光強度情報から、高さ位置zでのスリット62の中心座標を決定することにより、高さ位置zでの校正データを得ることができる。 Further, by moving the head portion of the laser rangefinder 20 in the Z-axis direction, two-dimensional calibration is performed at the height position z, and from the height information and the light intensity information of the calibration plate 60 obtained by the laser rangefinder 20, , the calibration data at the height position z can be obtained by determining the center coordinates of the slit 62 at the height position z.

さらに、上記焦点位置でのスリット62の中心座標と高さ位置zでのスリット62の中心座標のずれは、一次元の可動ミラー機構33XによるX軸方向の走査における測定光Lsの光軸のZ軸に対する傾き、すなわち、測定光Lsの射出方向の変化を示しているので、そのずれ量から測定光Lsの射出方向の変化についての校正データを得ることができる。 Furthermore, the deviation between the center coordinates of the slit 62 at the focal position and the center coordinates of the slit 62 at the height position z is Z Since the tilt with respect to the axis, that is, the change in the emission direction of the measurement light Ls is shown, calibration data for the change in the emission direction of the measurement light Ls can be obtained from the shift amount.

図10の(A),(B)は、校正板60に測定光Lsを照射して校正データを取得する処理の説明に供する図であり、(A)は校正板60に測定光を照射する変形解析装置100におけるレーザー距離計20のヘッド部20aの正面図であり、(B)はレーザー距離計20のヘッド部20aの側面図である。 FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining the process of irradiating the calibration plate 60 with the measurement light Ls to acquire the calibration data. 2 is a front view of a head portion 20a of a laser rangefinder 20 in the deformation analysis device 100, and (B) is a side view of the head portion 20a of the laser rangefinder 20. FIG.

校正データの取得処理では、図10の(A),(B)に示すように、測定光Lsを校正板60に照射し、走査部30Bにより測定光Lsで校正板60をX軸方向に走査しながらY軸方向に走査して、焦点位置において、レーザー距離計20により校正板60の高さ情報と光強度情報を得て、焦点位置でのスリット62の中心座標を決定するとともに、レーザー距離計20のヘッド部20aをZ軸方向に移動した高さ位置zにおいて、レーザー距離計20により校正板60の高さ情報と光強度情報を得て、焦点位置でのスリット62の中心座標を決定して、決定された各スリット62の中心座標に基づいて、三次元の校正データを生成する。 In the calibration data acquisition process, as shown in FIGS. 10A and 10B, the calibration plate 60 is irradiated with the measurement light Ls, and the scanning unit 30B scans the calibration plate 60 with the measurement light Ls in the X-axis direction. While scanning in the Y-axis direction, the height information and light intensity information of the calibration plate 60 are obtained by the laser rangefinder 20 at the focal position, and the center coordinates of the slit 62 at the focal position are determined. At the height position z obtained by moving the head part 20a of the total 20 in the Z-axis direction, the height information and light intensity information of the calibration plate 60 are obtained by the laser rangefinder 20, and the center coordinates of the slit 62 at the focal position are determined. Then, based on the determined central coordinates of each slit 62, three-dimensional calibration data is generated.

すなわち、この校正板60による校正データの取得処理は、図11のフローチャートに示す手順に従って行われる。 That is, the calibration data acquisition process by the calibration plate 60 is performed according to the procedure shown in the flowchart of FIG.

校正データの取得処理では、先ず、第1の手順(ST1)において焦点位置での2次元的な校正を行う。 In the calibration data acquisition process, first, two-dimensional calibration is performed at the focal position in the first procedure (ST1).

第2の手順(ST2)では、レーザー距離計20により校正板60の高さ情報と光強度情報を得て、焦点位置でのスリット62の中心座標を決定する。 In the second procedure (ST2), height information and light intensity information of the calibration plate 60 are obtained by the laser rangefinder 20, and the central coordinates of the slit 62 at the focal position are determined.

ここで、レーザー距離計20により観測される校正板60の焦点位置における距離画像の例を示す図9の(A)おいて、●がスリット62の中心位置を示している。 Here, in FIG. 9A showing an example of a distance image at the focal position of the calibration plate 60 observed by the laser rangefinder 20, ● indicates the center position of the slit 62. In FIG.

第3の手順(ST3)では、レーザー距離計20のヘッド部20aをZ軸方向に移動する。 In the third procedure (ST3), the head portion 20a of the laser rangefinder 20 is moved in the Z-axis direction.

第4の手順(ST4)では、高さ位置zにおいてレーザー距離計20により校正板60の高さ情報と光強度情報を得て、高さ位置zでのスリット62の中心座標を決定する。 In the fourth step (ST4), height information and light intensity information of the calibration plate 60 are obtained by the laser rangefinder 20 at the height position z, and the center coordinates of the slit 62 at the height position z are determined.

ここで、レーザー距離計20により観測される校正板60の高さ位置zにおける距離画像の例を示す図9の(B)おいて、○がスリット62の中心位置を示している。 Here, in (B) of FIG. 9 showing an example of the distance image at the height position z of the calibration plate 60 observed by the laser rangefinder 20, the circle indicates the center position of the slit 62. As shown in FIG.

そして、第5の手順(ST5)では、第2の手順(ST2)にて決定された焦点位置でのスリット62の中心座標と、第4の手順(ST4)にて決定された高さ位置zでのスリット62の中心座標とに基づいて、三次元の校正データを生成する。 Then, in the fifth procedure (ST5), the center coordinates of the slit 62 at the focal position determined in the second procedure (ST2) and the height position z determined in the fourth procedure (ST4) Three-dimensional calibration data is generated based on the coordinates of the center of the slit 62 at .

ここで、図9の(C)は、図9の(A)に示したレーザー距離計20により観測される校正板60の焦点位置における距離画像の例と、図9の(B)に示したレーザー距離計20により観測される校正板60の高さ位置zにおける距離画像の例を重ね合わせた図である。 Here, (C) of FIG. 9 shows an example of a distance image at the focal position of the calibration plate 60 observed by the laser rangefinder 20 shown in (A) of FIG. 4 is a diagram in which examples of distance images at height position z of the calibration plate 60 observed by the laser rangefinder 20 are superimposed. FIG.

図9の(C)において、レーザー距離計20により観測される校正板60の画像の例における●にて示される焦点位置でのスリット62の中心位置と○にて示される高さ位置zでのスリット62の中心位置のずれは、X軸方向の走査における測定光Lsの光軸のZ軸に対する傾き、すなわち、測定光Lsの射出方向の変化を示しているので、それぞれのXY軸方向のスリット62の中心座標の変化量とZ軸方向における移動量から、測定光Lsの射出方向を三次元のベクトルとして求めることができ、この三次元のベクトルから三次元の校正データを生成することができる。 In (C) of FIG. 9, the center position of the slit 62 at the focal position indicated by ● and the height position z indicated by ◯ in an example of the image of the calibration plate 60 observed by the laser rangefinder 20 The deviation of the center position of the slit 62 indicates the inclination of the optical axis of the measurement light Ls with respect to the Z-axis in scanning in the X-axis direction, that is, the change in the emission direction of the measurement light Ls. From the amount of change in the central coordinate of 62 and the amount of movement in the Z-axis direction, the emission direction of the measurement light Ls can be obtained as a three-dimensional vector, and three-dimensional calibration data can be generated from this three-dimensional vector. .

この変形解析装置100において、演算処理装置40の演算処理部41では、上記干渉光検出部25により得られる干渉信号Sから上記測定光Lsが照射された上記測定対象物1の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を演算し、上記校正データ保持部42により与えられる上記校正データ(Δx,Δy,Δz)により校正された三次元位置情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を生成する。 In the deformation analysis apparatus 100, the arithmetic processing unit 41 of the arithmetic processing unit 40 determines the irradiation position (x S , y S , z S ) is calculated , and three-dimensional position information ( x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ).

そして、上記演算処理部41により上記測定対象物1の変形前後の上記測定対象物1の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)から生成される変形前の上記測定対象物1の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と変形後の上記測定対象物の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて上記測定対象物1の変形状態を解析する。 Then, the pre-deformation data generated from the distance information (z S ) to the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measurement object 1 before and after the deformation of the measurement object 1 by the arithmetic processing unit 41 . The calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) of the measurement object 1 and the calibrated distance image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After) is used to analyze the deformation state of the measurement object 1 .

この変形解析装置100では、図12のフローチャートに示す手順に従って、本発明に係る変形解析方法を実施する。 In this deformation analysis apparatus 100, the deformation analysis method according to the present invention is carried out according to the procedure shown in the flowchart of FIG.

すなわち、この変形解析装置100では、三次元(X,Y,Z)空間において測定対象物1に測定光Lsとして照射されるレーザー光により上記測定対象物1の表面1aを二次元(X,Y)方向に走査して、上記測定対象物1に照射され該測定対象物1により反射された上記測定光Lsの反射光Ls’と基準光との干渉光を検出することにより得られる干渉信号Sから、上記測定対象物1の変形前後の上記測定光Lsの照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を生成して、上記測定対象物1の変形状態を解析する解析処理を行うに当たり、上記測定対象物1の表面1aを二次元(X,Y)方向に走査する上記測定光の照射位置(x,y,z)の上記三次元(X,Y,Z)空間における校正データ(Δx,Δy,Δz)を校正データ保持部42に保持しておく(ステップST11)。 That is, in this deformation analysis apparatus 100, the surface 1a of the measurement object 1 is two-dimensionally (X, Y ) direction, and the interference signal S obtained by detecting the interference light between the reflected light Ls′ of the measurement light Ls irradiated to the measurement object 1 and reflected by the measurement object 1 and the reference light. Distance information (z s ) from M to the irradiation position (x s , y s , z s ) of the measurement light Ls before and after deformation of the measurement object 1 is generated, and the deformation state of the measurement object 1 is generated. In performing analysis processing for analyzing the above , the three-dimensional ( The calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) in the X, Y, Z) space are held in the calibration data holding unit 42 (step ST11).

そして、この変形解析装置100における演算処理装置40では、インストールされている測定制御プログラムにしたがって、レーザー距離計20から出射されるレーザー光を走査部30を介して測定光Lsとして測定対象物1に照射し、走査部30により測定光Lsで上記測定対象物1の表面1aを二次元(X,Y)方向に走査して、上記測定対象物1に照射され該測定対象物1により反射された上記測定光Lsの反射光Ls’と基準光との干渉光をレーザー距離計20の干渉信号検出部25で検出することにより得られる干渉信号Sから、演算処理装置40の演算処理部41により、上記測定光Lsの照射位置(x,y,z)すなわち測定対象物1の表面1aまでの距離情報(z)を得る測定処理を測定対象物1の変形前と変形後に実行する。 Then, in the arithmetic processing unit 40 of the deformation analysis apparatus 100, the laser light emitted from the laser rangefinder 20 passes through the scanning unit 30 to the measurement object 1 as the measurement light Ls according to the installed measurement control program. The scanning unit 30 scans the surface 1a of the measurement object 1 with the measurement light Ls in two-dimensional (X, Y) directions, From the interference signal SM obtained by detecting the interference light between the reflected light Ls' of the measurement light Ls and the reference light by the interference signal detection unit 25 of the laser rangefinder 20, the arithmetic processing unit 41 of the arithmetic processing unit 40 , the measurement process for obtaining the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measurement light Ls, that is, the distance information (z S ) to the surface 1a of the measurement object 1 is executed before and after the deformation of the measurement object 1. do.

すなわち、変形前の測定対象物1の表面1aを測定光Lsで二次元(X,Y)方向に走査して得られる干渉信号Sから生成される測定光Lsの照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を上記校正データ(Δx,Δy,Δz)により校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)を演算処理部41により生成し(ステップST12)、その後に、測定対象物1を変形させて(ステップST13)、変形後の測定対象物1の表面1aを測定光Lsにより二次元(X,Y)方向に走査して得られる干渉信号Sから生成される測定光Lsの照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を上記校正データΔx,Δy,Δz)により校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を演算処理部41により生成する(ステップST14)。 That is, the irradiation position (x S , y Distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) obtained by calibrating the distance information (z S ) to the above calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) to S , z S ) (Before) is generated by the arithmetic processing unit 41 (step ST12), after that, the measurement object 1 is deformed (step ST13), and the surface 1a of the measurement object 1 after deformation is two-dimensionally ( The distance information (z) to the irradiation position (x, y, z) of the measurement light Ls generated from the interference signal SM obtained by scanning in the X, Y) direction is used as the calibration data Δx C , Δy C , Δz C ) calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) is generated by the arithmetic processing unit 41 (step ST14).

さらに、この変形解析装置100における演算処理装置40では、インストールされている検査制御プログラムにしたがって、変形前の上記測定対象物の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と変形後の上記測定対象物1の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて上記測定対象物の変形状態を解析して、変形量が所定の閾値よりも大きい否かにより良否判定を行う(ステップST15)。 Furthermore, in the arithmetic processing unit 40 of the deformation analysis apparatus 100, the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and the calibrated range image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) of the measurement object 1 after deformation. The deformation state of the object is analyzed, and a good/bad decision is made depending on whether or not the amount of deformation is greater than a predetermined threshold value (step ST15).

ここで、レーザー距離計20により測定光Lsで上記測定対象物1の表面1aを二次元(X,Y)方向に走査して、演算処理装置40の演算処理部41で測定対象物1の表面1aまでの距離情報(z)を取得するとともに校正処理を行う測定制御プログラムでは、校正処理のための処理プログラムを組み込む必要があり、既存の測定制御プログラムの変更大きくなってしまうので、演算処理装置40には、測定対象物1の表面1aを測定光Lsで二次元(X,Y)方向に走査して得られる干渉信号Sから測定光Lsの照射位置(x,y,z)までの点群の距離情報(z)あるいは格子状に補完された距離情報(z)を生成して距離画像情報(x,y,z)を得る測定制御プログラムと、距離画像情報(x,y,z)から校正データ(Δx,Δy,Δz)により校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を生成する変換処理プログラムをインストールするようにしてもよい。 Here, the laser rangefinder 20 scans the surface 1a of the measurement object 1 with the measurement light Ls in two-dimensional (X, Y) directions, and the arithmetic processing unit 41 of the arithmetic processing unit 40 scans the surface 1a of the measurement object 1. In the measurement control program that acquires the distance information (z) to 1a and performs calibration processing, it is necessary to incorporate a processing program for calibration processing, and the change in the existing measurement control program becomes large. In 40, the irradiation position ( xS , yS , zS ) to obtain distance image information (x S , y S , z S ) by generating point group distance information (z S ) or grid-like interpolated distance information (z S ), and distance Generate distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) calibrated by calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) from image information (x S , y S , z S ) You may make it install the conversion processing program which carries out.

この変形解析装置100では、例えば、加熱により変形する部材1Aを測定対象物1とし、図13の(A)に示すように、加熱前の部材1Aの表面1aを測定光Lsで二次元(X,Y)方向に走査して、演算処理装置40の演算処理部41にて得られる校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と、図13の(B)に示すように加熱後の変形した部材1Aの表面1aを測定光Lsで二次元(X,Y)方向に走査して、演算処理部41にて得られる校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を演算処理装置40により生成して、加熱前の部材1Aの表面形状を示す距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と加熱後の部材1Aの表面形状を示す距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)との差分を検出することにより、加熱前の距離画像情報((x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)を基準値として加熱後の部材1Aの変形量Δz
Δz=(z+Δz(After)-(z+Δz)(Before)
を算出することができる。
In this deformation analysis apparatus 100, for example, a member 1A deformed by heating is used as the object 1 to be measured, and as shown in FIG. , Y) direction and calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) obtained by the arithmetic processing unit 41 of the arithmetic processing unit 40 (Before) , and FIG. As shown in (B) of 13, the surface 1a of the deformed member 1A after heating is scanned with the measurement light Ls in two-dimensional (X, Y) directions, and a calibrated distance image obtained by the arithmetic processing unit 41. Information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) is generated by the arithmetic processing unit 40, and distance image information (x S +Δx C , y Detect the difference between S + Δy C , z S + Δz C ) (Before) and the distance image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After) indicating the surface shape of the member 1A after heating By doing so, the distance image information before heating ((x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (Before) is used as a reference value, and the deformation amount Δz
Δz=(z S +Δz C ) (After) −(z S +Δz) (Before)
can be calculated.

また、この変形解析装置100では、例えば、荷重により変形する梁部材1Bを測定対象物1とし、図14の(A)に示すように、荷重を印加する前の梁部材1Bの表面1aを測定光Lsで二次元(X,Y)方向に走査して、校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と、図14の(B)に示すように重量物2を載せることにより重力による荷重の印加後の変形した梁部材1Bの表面1aを測定光Lsで二次元(X,Y)方向に走査して、校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を演算処理装置40の演算処理部41により生成して、荷重により変形する前の梁部材1Bの表面形状を示す距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と荷重により変形した後の梁部材1Bの表面形状を示す距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)との差分を検出することにより、変形前の距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)(Before)を基準値として変形後の梁部材1Bの変形量を算出することができる。 Moreover, in this deformation analysis apparatus 100, for example, a beam member 1B deformed by a load is used as the object 1 to be measured, and as shown in FIG. Scanning in two-dimensional (X, Y) directions with light Ls, calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) , and (B) in FIG. As shown, the surface 1a of the beam member 1B deformed after the load due to gravity is applied by placing the heavy object 2 thereon is scanned in the two-dimensional (X, Y) direction with the measurement light Ls to obtain calibrated distance image information ( x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) is generated by the arithmetic processing unit 41 of the arithmetic processing unit 40, and distance image information indicating the surface shape of the beam member 1B before being deformed by the load. ( xS + ΔxC , yS + ΔyC , zS + ΔzC ) (Before) and distance image information ( xS + ΔxC , yS + ΔyC , zS ) indicating the surface shape of the beam member 1B after being deformed by the load +Δz C ) (After) , the deformation amount of the beam member 1B after deformation can be calculated using the distance image information (x+Δx, y+Δy, z+Δz) (Before) before deformation as a reference value. .

さらに、この変形解析装置100では、例えば、軸部1cの軸力印加により頭部1cが変形するスタッドボルト、頭付きスタッド、釘、螺子、ボルト、リベットなどの頭付き軸体1Cを測定対象物1とし、図15の(A)に示すように、軸部1cに引っ張り力を印加する前の頭付き軸体1Cの頭部1cの表面を測定光Lsで二次元(X,Y)方向に走査して、演算処理装置40の演算処理部41にて得られる校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と、図15の(B)に示すように軸部1cに引っ張り力を印加した後の変形した軸体1Cの頭部1cの表面を測定光Lsで二次元(X,Y)方向に走査して、演算処理部41にて得られる校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を演算処理部41により生成して、引っ張り力により変形する前の頭付き軸体1Cの頭部1cの表面形状を示す距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と引っ張り力により変形した後の頭付き軸体1Cの頭部1cの表面形状を示す距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)との差分を検出することにより、変形前の距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)を基準値として変形後の頭付き軸体1Cの頭部1cの変形量Δz
Δz=(z+Δz(After)-(z+Δz(Before)
を算出することができる。
Furthermore, the deformation analysis apparatus 100 measures a headed shaft 1C such as a stud bolt, a headed stud, a nail, a screw, a bolt, a rivet, etc. whose head 1c2 is deformed by applying an axial force to the shaft 1c1. As shown in FIG. 15A, the surface of the head 1c2 of the headed shaft 1C before applying a tensile force to the shaft 1c1 is measured two-dimensionally (X, Calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) obtained by the arithmetic processing unit 41 of the arithmetic processing unit 40 by scanning in the Y) direction (Before) , and FIG. (B), the surface of the deformed head portion 1c2 of the shaft 1C after applying a tensile force to the shaft portion 1c1 is scanned with the measuring light Ls in two-dimensional (X, Y) directions, The calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) obtained by the arithmetic processing unit 41 is generated by the arithmetic processing unit 41, and the distance image information before being deformed by the tensile force is generated by the arithmetic processing unit 41. Distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) indicating the surface shape of the head 1c 2 of the headed shaft 1C (Before) and the headed shaft 1C after being deformed by the tensile force By detecting the difference from the distance image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After) indicating the surface shape of the head 1c 2 of the head 1c 2, the distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) Deformation amount Δz of head 1c 2 of headed shaft 1C after deformation using (Before) as a reference value
Δz=(z S +Δz C ) (After) −(z S +Δz C ) (Before)
can be calculated.

ここで、頭付き軸体1Cの頭部1cの変形解析では、頭部1cの距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)、(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)について、例えば、図16、図17に示すように、上記頭部1cの縁に基準点Pを設定し、基準点Pを中心に所定範囲内にある画素の距離情報の平均値を基準面として該基準面から頭部1cの最深点までの深さΔz(Before),Δz(After)をそれぞれ求め、その差分Δz
Δz=Δz(After)-Δz(Before)
を軸力印加前後の上記頭付き軸体1Cの頭部1cの変形量Δzとすることができる。このように、変形前後の距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)、(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)について、基準点Pからの深さΔz(Before),Δz(After)の差分Δzを変形量Δzとすることで、より精度の高い変形解析を行うことができる。
Here, in the deformation analysis of the head 1c 2 of the headed shaft 1C, the distance image information of the head 1c 2 (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) , (x S +Δx For C ,y S +Δy C ,z S +Δz C ) (After) , for example, as shown in FIGS . Depths Δz (Before) and Δz (After) from the reference plane to the deepest point of the head 1c2 from the average value of the distance information of pixels within a predetermined range are obtained, respectively, and the difference Δz
Δz = Δz (After) - Δz (Before)
can be defined as a deformation amount Δz of the head portion 1c2 of the headed shaft member 1C before and after application of the axial force. Thus, the distance image information before and after deformation (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) , (x S +Δx C ,y S +Δy C ,z S +Δz C ) (After) , and the difference Δz between the depths Δz (Before) and Δz (After) from the reference point P as the deformation amount Δz, it is possible to perform deformation analysis with higher accuracy.

図16は変形前の頭付き軸体1Cの状態を模式的に示す図であり、(A)は軸体1Cの平面図であり、(B)は頭付き軸体1Cの正面図である。 16A and 16B are diagrams schematically showing the state of the headed shaft 1C before deformation, in which (A) is a plan view of the shaft 1C and (B) is a front view of the headed shaft 1C.

図17は変形後の頭付き軸体1Cの状態を模式的に示す図であり、(A)は軸体1Cの平面図であり(B)は頭付き軸体1Cの正面図である。 17A and 17B are diagrams schematically showing the state of the headed shaft 1C after deformation, in which (A) is a plan view of the shaft 1C and (B) is a front view of the headed shaft 1C.

また、上記頭部1cの縁に沿って複数の基準点Pを含むxy平面を基準面とすることもできる。 Also, an xy plane including a plurality of reference points P along the edge of the head 1c2 can be used as the reference plane.

さらに、例えば、図18、図19に示すように、頭付き軸体1Cの頭部1cの変形解析では、頭部1cの距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)、(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)について、上記頭部1cの重心Oを求め、該重心Oから所定半径rの円周上の各画素の距離情報の平均値を基準面として該基準面から頭部1cの最深点までの深さΔz(Before),Δz(After)をそれぞれ求め、その差分Δz
Δz=Δz(After)-Δz(Before)
を上記軸力印加前後の上記頭付き軸体1Cの頭部1cの変形量Δzとすることができる。
Furthermore, for example, as shown in FIGS . 18 and 19, in the deformation analysis of the head 1c 2 of the headed shaft 1C, the distance image information (x S +Δx C ,y S +Δy C ,z S +Δz C ) (Before) , (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) , the center of gravity O of the head 1c 2 is obtained, and the circumference of a circle with a predetermined radius r 0 from the center of gravity O Using the average value of the distance information of each pixel above as a reference plane, the depths Δz (Before) and Δz (After) from the reference plane to the deepest point of the head 1c 2 are obtained, and the difference Δz
Δz = Δz (After) - Δz (Before)
can be defined as a deformation amount Δz of the head portion 1c2 of the headed shaft member 1C before and after the application of the axial force.

図18は変形前の頭付き軸体1Cの状態を模式的に示す図であり、(A)は軸体1Cの平面図であり、(B)は頭付き軸体1Cの正面図である。 18A and 18B are diagrams schematically showing the state of the headed shaft 1C before deformation, where (A) is a plan view of the shaft 1C and (B) is a front view of the headed shaft 1C.

図19は変形後の頭付き軸体1Cの状態を模式的に示す図であり、(A)は軸体1Cの平面図であり(B)は頭付き軸体1Cの正面図である。 19A and 19B are diagrams schematically showing the state of the headed shaft 1C after deformation, in which (A) is a plan view of the shaft 1C and (B) is a front view of the headed shaft 1C.

この変形解析装置100では、測定対象物1の表面1aを走査部30により二次元(X,Y)方向に走査される上記測定光Lsの照射位置(x,y,z)の上記三次元(X,Y,Z)空間における校正データ(Δx,Δy,Δz)を校正データ保持部42に保持しておき、走査部30により測定光Lsで測定対象物1の表面1aを二次元(X,Y)方向に走査して、レーザー距離計20により得られる干渉信号Sから、演算処理装置40の演算処理部41で測定対象物1の表面1aの照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を取得して、上記校正データ(Δx,Δy,Δz)により校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を生成するので、測定対象物1の表面1aに照射する測定光Lsの光軸の傾きや走査部30による走査の非線形性など起因する二次元(X,Y)平面内の座標誤差を除去した距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)により高精度に変形解析を行うことができる。 In this deformation analysis apparatus 100, the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measurement light Ls which scans the surface 1a of the measurement object 1 in the two-dimensional (X, Y) directions by the scanning unit 30 The calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) in the three-dimensional (X, Y, Z) space are held in the calibration data holding unit 42, and the scanning unit 30 scans the surface 1a of the measurement object 1 with the measurement light Ls. is scanned in two-dimensional (X, Y) directions, and from the interference signal S M obtained by the laser rangefinder 20, the arithmetic processing unit 41 of the arithmetic processing unit 40 determines the irradiation position (x S , y s , z s ), and the distance image information (x s + Δx c , y s + Δy c , calibrated by the calibration data (Δx c , Δy c , Δz c ). z S +Δz C ), the tilt of the optical axis of the measurement light Ls that irradiates the surface 1 a of the measurement object 1 and the nonlinearity of scanning by the scanning unit 30 cause the two-dimensional (X, Y) plane Deformation analysis can be performed with high accuracy using the distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) from which coordinate errors have been removed.

この変形解析装置100では、例えば、図20、図21に示すように、六角形の頭部1dを有する六角ボルト1Dの締結時の軸力による頭部1dの変形量を解析する場合に、軸部1dに軸力を発生させて軸力を頭部1dに印加するために、頭部1dを回転させても、演算処理装置40の演算処理部41において、校正データ(Δx,Δy,Δz)により校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を生成することにより、測定対象物1の表面1aに照射する測定光Lsの光軸の傾きや走査部30による走査の非線形性など起因する二次元(X,Y)平面内の座標誤差が除去されるので、この変形解析装置100では、頭部1dの回転前後において、上述の如く基準面から頭部1dの最深点までの深さΔz(Before),Δz(After)をそれぞれ求め、その差分Δz
Δz=Δz(After)-Δz(Before)
を上記軸力印加前後の上記六角ボルト1Dの頭部1dの変形量Δzとして、高精度に変形解析を行うことができる。
In this deformation analysis apparatus 100, for example, as shown in FIGS . , to generate an axial force on the shaft portion 1d1 and apply the axial force to the head portion 1d2 , the correction data (Δx C , Δy C , Δz C ) calibrated distance image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) to irradiate the surface 1a of the measurement object 1 with the measurement light Ls Since the coordinate errors in the two-dimensional (X, Y) plane caused by the tilt of the optical axis of the head 1d2 and the nonlinearity of the scanning by the scanning unit 30 are eliminated, the deformation analysis apparatus 100 performs the following before and after the rotation of the head 1d2 . , the depths Δz (Before) and Δz (After) from the reference plane to the deepest point of the head 1d 2 are obtained as described above, and the difference Δz
Δz = Δz (After) - Δz (Before)
is a deformation amount Δz of the head portion 1d2 of the hexagonal bolt 1D before and after application of the axial force, deformation analysis can be performed with high accuracy.

図20は変形前の六角ボルト1Dの状態を模式的に示す図であり、(A)は六角ボルト1Dの平面図であり、(B)は六角ボルト1Dの正面図である。 20A and 20B are diagrams schematically showing the state of the hexagon bolt 1D before deformation, where (A) is a plan view of the hexagon bolt 1D and (B) is a front view of the hexagon bolt 1D.

図21は変形後の六角ボルト1Dの状態を模式的に示す図であり、(A)は六角ボルト1Dの平面図であり、(B)は六角ボルト1Dの正面図である。 21A and 21B are diagrams schematically showing the state of the hexagon bolt 1D after deformation, where (A) is a plan view of the hexagon bolt 1D and (B) is a front view of the hexagon bolt 1D.

上記変形解析装置100において、上記レーザー距離計10として上記測定光Lsとして光コムを出射する光コム発生器を備える光コム距離計を採用することにより、さらに、距離を高い精度でしかも短時間に測定することができる。 In the deformation analysis device 100, by adopting an optical comb rangefinder equipped with an optical comb generator that emits an optical comb as the measurement light Ls as the laser rangefinder 10, the distance can be obtained with high accuracy and in a short time. can be measured.

上記レーザー距離計20には、測定光Lsとして光コムを測定対象物1に照射して、その戻り光Ls’と参照光との干渉光を検出することにより、測定対象物1までの距離を測定する光コム距離計として、例えば、本件発明者等が先提案している特許文献3に記載されたものを採用することができる。 The laser distance meter 20 irradiates the measurement object 1 with an optical comb as the measurement light Ls, and detects the interference light between the return light Ls' and the reference light, thereby measuring the distance to the measurement object 1. As the optical comb distance meter to be measured, for example, the one described in Patent Document 3 previously proposed by the inventors of the present invention can be adopted.

上記変形解析装置100にレーザー距離計20として備えられる光コム距離計20Aの具体的な構成例を図22の模式図に示す。 A specific configuration example of the optical comb rangefinder 20A provided as the laser rangefinder 20 in the deformation analysis apparatus 100 is shown in the schematic diagram of FIG.

この光コム距離計20Aでは、例えば、基準面23に照射される基準光Lrefと測定面すなわち測定対象物1の表面1aに照射される測定光Lsとの干渉光を基準光検出器24Aにより検出するとともに、上記基準面23により反射された基準光Lref’と上記測定対象物1の表面1aにより反射された測定光Ls’との干渉光を測定光検出器24Bにより検出して、演算処理部41により、上記基準光検出器24Aにより干渉光を検出した干渉信号SM1と上記測定光検出器24Bにより干渉光を検出した干渉信号SM2の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面23にまでの距離Lと上記測定対象物1の表面1aまでの距離Lの差を求める。 In this optical comb rangefinder 20A, for example, interference light between the reference light L ref applied to the reference plane 23 and the measurement light Ls applied to the surface 1a of the measurement object 1 is detected by the reference photodetector 24A. In addition to detection, interference light between the reference light L ref ' reflected by the reference surface 23 and the measurement light Ls' reflected by the surface 1a of the measurement object 1 is detected by the measurement light detector 24B, and the calculation is performed. From the time difference between the interference signal S M1 obtained by detecting the interference light by the reference photodetector 24A and the interference signal S M2 obtained by detecting the interference light by the measurement photodetector 24B by the processing unit 41, the velocity of light and the refractive index at the measurement wavelength. A difference between the distance L1 to the reference plane 23 and the distance L2 to the surface 1a of the measurement object 1 is obtained.

すなわち、図22の模式図に示す光コム距離計20Aは、基準光Lrefとして光コムをパルス出射する第1の光源21Aと、測定光Lsとして光コムをパルス出射する第2の光源21Bと、上記基準光Lrefと上記測定光Lsとの干渉光を検出する基準光検出器24Aと、上記基準光Lrefが照射される基準面23と、上記測定光Lsが照射される測定面すなわち測定対象物1の表面1aと、上記基準面23により反射された基準光Lref’と上記測定対象物1の表面1aにより反射された測定光Ls’との干渉光を検出する測定光検出器24Bと、上記基準光検出器24Aにより上記干渉光を検出して得られる干渉信号SM1と上記測定光検出器24Bにより上記干渉光を検出して得られる干渉信号SM2が供給される演算処理部41を備える。 That is, the optical comb distance meter 20A shown in the schematic diagram of FIG . , a reference light detector 24A for detecting interference light between the reference light L ref and the measurement light Ls, a reference surface 23 irradiated with the reference light L ref , and a measurement surface irradiated with the measurement light Ls. A measurement light detector for detecting interference light between the reference light L ref ′ reflected by the surface 1 a of the measurement object 1 and the reference surface 23 and the measurement light Ls ′ reflected by the surface 1 a of the measurement object 1 . 24B, an arithmetic process in which an interference signal SM1 obtained by detecting the interference light by the reference photodetector 24A and an interference signal SM2 obtained by detecting the interference light by the measurement photodetector 24B are supplied. A part 41 is provided.

上記第1及び第2の光源21A,21Bは、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Lrefと測定光Lsをパルス出射するものであって、それぞれ周期的に強度又は位相を変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Lrefと測定光Lsを出射するための光周波数コムモード間隔が異なる2台の光周波数コム発生器からなる。 The first and second light sources 21A and 21B are periodically modulated in intensity or phase, respectively, and emit pulses of coherent reference light L ref and measurement light Ls having mutually different modulation periods, Consists of two optical frequency comb generators with different optical frequency comb mode intervals for emitting the reference light L ref and the measuring light Ls, which are coherent and whose modulation periods are different from each other and which are periodically modulated in intensity or phase. .

上記第1及び第2の光源21A,21Bからパルス出射された基準光Lrefと測定光Lsは、半透鏡又は偏光ビームスプリッタからなる光混合素子22Aにより混合されて重ね合わされ、半透鏡からなる光分離素子22Bにより、上記基準光検出器24Aに向かう光と測定対象物1の表面1aに向かう光に分離される。 The reference light L ref and the measurement light Ls pulse-emitted from the first and second light sources 21A and 21B are mixed and superimposed by a light mixing element 22A made up of a semi-transparent mirror or a polarizing beam splitter. The separation element 22B separates the light directed toward the reference photodetector 24A and the light directed toward the surface 1a of the object 1 to be measured.

ここでは、上記第1及び第2の光源21A,21Bからパルス出射された基準光Lrefと測定光Lsは、互いに偏光面が直交しているものとし、半透鏡からなる光混合素子22Aにより混合され、その混合光が光分離素子22Bにより反射されて偏光子22Cを介して上記基準光検出器24Aに入射されるとともに、上記光分離素子22Bを通過した混合光が偏光ビームスプリッタ22Dにより偏光に応じて基準光Lrefと測定光Lsに分離されて、上記基準光Lrefが基準面23に入射され、また、上記測定光Lsが測定対象物1の表面1aに入射されるようになっている。 Here, the reference light L ref and the measurement light Ls pulse-emitted from the first and second light sources 21A and 21B are assumed to have planes of polarization perpendicular to each other, and are mixed by a light mixing element 22A consisting of a semitransparent mirror. The mixed light is reflected by the light separation element 22B and enters the reference photodetector 24A through the polarizer 22C, and the mixed light that has passed through the light separation element 22B is polarized by the polarization beam splitter 22D. Accordingly, the reference light Lref and the measurement light Ls are separated, and the reference light Lref is incident on the reference surface 23, and the measurement light Ls is incident on the surface 1a of the measurement object 1. there is

なお、ここでは、上記第1及び第2の光源21A,21Bからパルス出射された基準光Lrefと測定光Lsは、互いに偏光面が直交したものとしたが、上記光混合素子22Aとして偏光ビームスプリッタを用いて、基準光Lrefと測定光Lsの互いに偏光面が直交する成分を混合するようにしてもよい。 Here, the reference light Lref and the measurement light Ls pulse-emitted from the first and second light sources 21A and 21B are assumed to have orthogonal planes of polarization. A splitter may be used to mix the components of the reference light Lref and the measurement light Ls whose polarization planes are orthogonal to each other.

さらに、上記基準面23により反射された基準光Lref’と、上記測定対象物1の表面1aにより反射された測定光Ls’は、上記偏光ビームスプリッタ22Dにより混合され、その混合光が上記光分離素子22Bにより反射されて偏光子22Eを介して上記測定光検出器24Bに入射されるようになっている。 Further, the reference light L ref ′ reflected by the reference surface 23 and the measurement light Ls′ reflected by the surface 1a of the measurement object 1 are mixed by the polarization beam splitter 22D, and the mixed light is the light The light is reflected by the separation element 22B and enters the measuring photodetector 24B via the polarizer 22E.

そして、上記基準光検出器24Aは、上記偏光子22Cを介して入射される上記基準光Lrefと測定光Lsとの混合光を受光することより、上記第1及び第2の光源21A,21Bからパルス出射された基準光Lrefと測定光Lsの干渉光を検出するようになっている。 The reference photodetector 24A receives the mixed light of the reference light Lref and the measurement light Ls incident via the polarizer 22C, thereby detecting the first and second light sources 21A and 21B. Interference light between the reference light L ref and the measurement light Ls pulse-emitted from is detected.

また、上記測定光検出器24Bは、上記偏光子22Eを介して入射される上記基準光Lref’と上記測定光Ls’の混合光を受光することにより、上記基準面23により反射された基準光Lref’と上記測定対象物1の表面1aにより反射された測定光Ls’の干渉光を検出するようになっている。 Further, the measurement light detector 24B receives the mixed light of the reference light L ref ′ and the measurement light Ls′ incident via the polarizer 22E, thereby detecting the reference light reflected by the reference surface 23 . Interference light between the light L ref ′ and the measurement light Ls ′ reflected by the surface 1 a of the measurement object 1 is detected.

この光コム距離計20Aでは、図22中に太線で示す上記光混合素子22Aから偏光ビームスプリッタ22Dまでの光路では、基準光Lrefと測定光Lsが干渉しないように偏光を直交させてあり、上記偏光ビームスプリッタ22Dにより上記基準光Lrefと測定光Lsを偏光に応じて分離して上記基準面23と上記測定対象物1の表面1aに入射させる。そして、上記基準面23と上記測定対象物1の表面1aで反射された上記基準光Lref’と測定光Ls’を上記偏光ビームスプリッタ22Dにより混合し、その混合光を上記光分離素子22Bにより反射して上記測定光検出器24Bに入射させ、上記基準面23により反射された基準光Lref’と上記測定対象物1の表面1aにより反射された測定光Ls’の干渉光を上記測定光検出器24Bにより検出する。 In this optical comb rangefinder 20A, the optical path from the light mixing element 22A to the polarization beam splitter 22D indicated by the thick line in FIG. The reference light Lref and the measurement light Ls are separated according to the polarization by the polarization beam splitter 22D and made incident on the reference surface 23 and the surface 1a of the object 1 to be measured. Then, the reference light L ref ' and the measurement light Ls' reflected by the reference surface 23 and the surface 1a of the measurement object 1 are mixed by the polarization beam splitter 22D, and the mixed light is separated by the light separation element 22B. The interference light between the reference light L ref ′ reflected by the reference surface 23 and the measurement light Ls ′ reflected by the surface 1 a of the measurement object 1 is obtained as the measurement light. Detected by the detector 24B.

ここで、上記光混合素子22Aから偏光ビームスプリッタ22Dまでの光路中に設けられた光分離素子22Bを介して基準光検出器24Aに導かれる混合光に含まれる基準光Lrefと測定光Lsは偏光が直交しているため、そのまま上記基準光検出器24Aに入射しても干渉信号が得られないので、偏光子22Cを挿入し、上記基準光Lrefと測定光Lsの偏光に対して斜めになるように上記偏光子22Cの向きを調整しておくことにより、上記偏光子22Cの透過成分として上記基準光Lrefと測定光Lsの成分が混合された干渉光が基準光検出器24Aに入射されるようにして、上記基準光検出器24Aにより干渉信号SM1を得るようにしている。同様に、上記光分離素子22Bを介して測定光検出器24Bに導かれる混合光に含まれる基準光Lref’と測定光Ls’は偏光が直交しているため、そのまま上記測定検出器24Bに入射しても干渉信号が得られないので、偏光子22Eを挿入し、上記基準光Lref’と測定光Ls’の偏光に対して斜めになるように上記偏光子22Eの向きを調整しておくことにより、上記偏光子22Eの透過成分として上記基準光Lref’と測定光Ls’の成分が混合された干渉光が測定光検出器24Bに入射されるようにして、上記測定検出器24Bにより干渉信号SM1を得るようにしている。なお、偏光子に替えて半波長板と偏光ビームスプリッタを用いてもよい。 Here, the reference light Lref and the measurement light Ls included in the mixed light guided to the reference photodetector 24A via the light separation element 22B provided on the optical path from the light mixing element 22A to the polarization beam splitter 22D are Since the polarization is orthogonal, no interference signal can be obtained even if the light enters the reference photodetector 24A as it is. By adjusting the orientation of the polarizer 22C so as to be The interference signal S M1 is obtained by the reference photodetector 24A. Similarly, since the reference light L ref ' and the measurement light Ls' included in the mixed light guided to the measurement light detector 24B via the light separation element 22B have orthogonal polarizations, they are directly transmitted to the measurement detector 24B. Since no interference signal is obtained even if the light is incident, a polarizer 22E is inserted and the orientation of the polarizer 22E is adjusted so that it is oblique to the polarization of the reference light L ref ' and the measurement light Ls'. By setting the polarizer 22E as a transmission component, interference light in which the components of the reference light L ref ' and the measurement light Ls' are mixed is incident on the measurement light detector 24B. to obtain an interference signal SM1 . A half-wave plate and a polarizing beam splitter may be used instead of the polarizer.

上記基準光検出器24Aによって得られる干渉信号SM1は、キャリア周波数が上記第1及び第2の光源21A,21Bからパルス出射されたLrefと測定光Lsのキャリア光周波数の差であり、上記基準光Lrefと測定光Lsの光パルス繰り返し周波数の差の周波数で同じ干渉波形が繰り返される。 The interference signal S M1 obtained by the reference photodetector 24A has a carrier frequency which is the difference between L ref pulse-emitted from the first and second light sources 21A and 21B and the carrier optical frequency of the measurement light Ls. The same interference waveform is repeated at a frequency that is the difference between the optical pulse repetition frequencies of the reference light L ref and the measurement light Ls.

この光コム距離計20Aにおいて、上記基準光検出器24Aの役割は、遅延時間計測の基準を生成することである。上記第1及び第2の光源21A,21Bからパルス出射された基準光Lrefと測定光Lsは、繰り返し周波数が等しくないので、光源が動作を開始した時にタイミングがずれていても、少しずつタイミングがずれていき、必ずどこかで基準光Lrefの光パルスと測定光Lsの光パルスが重なる瞬間が現れる。また、その重なる瞬間は基準光Lrefと測定光Lsの繰り返し周波数の差の繰り返し周波数で周期的に現れる。この光パルスと光パルスの重なる瞬間が、遅延時間計測の基準となる。 In this optical comb rangefinder 20A, the role of the reference photodetector 24A is to generate a reference for delay time measurement. The reference light L ref and the measurement light Ls pulse-emitted from the first and second light sources 21A and 21B have unequal repetition frequencies. , and there always appears somewhere the moment when the optical pulse of the reference light Lref and the optical pulse of the measurement light Ls overlap. Moreover, the overlapping moments appear periodically at the repetition frequency of the difference between the repetition frequencies of the reference light Lref and the measurement light Ls. The moment when the optical pulses overlap with each other is the reference for delay time measurement.

また、測定光検出器24Bによって得られる干渉信号SM2は、上記基準光検出器24Aによって得られる干渉信号SM1と同じくキャリア周波数が基準光Lrefと測定光Lsのキャリア光周波数の差であり、上記基準光Lrefと測定光Lsの光パルス繰り返し周波数の差と同じ繰り返し周波数を持つ。しかし、上記測定光検出器24Bに入力される光パルスは、基準面23までの距離Lと測定対象物1の表面1aまでの距離Lの距離差の絶対値(L-L)の分だけ、光パルスのタイミングが遅れるため、光パルスと光パルスの重なる瞬間が上記基準光検出器24Aによって得られる干渉信号SM1と比較して遅れる。この遅れ時間が上記距離差の絶対値(L-L)の2倍の距離を光パルスが伝搬することによる遅延時間であり、真空中の光速Cをかけて屈折率ngで割ることにより距離が得られる。 The interference signal S M2 obtained by the measurement photodetector 24B has a carrier frequency which is the difference between the carrier optical frequencies of the reference light Lref and the measurement light Ls, like the interference signal S M1 obtained by the reference photodetector 24A. , has the same repetition frequency as the difference between the optical pulse repetition frequencies of the reference light L ref and the measurement light Ls. However, the light pulse input to the measurement photodetector 24B is the absolute value of the distance difference (L 2 -L 1 ) between the distance L 1 to the reference surface 23 and the distance L 2 to the surface 1a of the measurement object 1. Since the timing of the light pulse is delayed by the amount of , the moment when the light pulses overlap is delayed compared to the interference signal SM1 obtained by the reference photodetector 24A. This delay time is the delay time due to the light pulse propagating through a distance that is twice the absolute value of the distance difference (L 2 −L 1 ). distance is obtained.

そこで、光コム距離計20Aにおいて、上記演算処理部41は、上記基準光検出器24Aにより上記干渉光を検出して得られる干渉信号SM1と上記測定光検出器24Bにより上記干渉光を検出して得られる干渉信号SM2の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面23までの距離L1と上記測定対象物1の表面1aまでの距離Lの距離差の絶対値(L-L)を求める処理を行う。 Therefore, in the optical comb rangefinder 20A, the arithmetic processing unit 41 detects the interference light by the interference signal S M1 obtained by detecting the interference light by the reference photodetector 24A and the interference light by the measurement photodetector 24B. The absolute value ( L2 −L 1 ).

すなわち、この光コム距離計20Aでは、第1及び第2の光源21A,21Bからパルス出射されるそれぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Lrefと測定光Lsを基準面23と測定対象物1の表面1aに照射し、上記基準面23と測定対象物1の表面1aに照射する基準光Lrefと測定光Lsとの干渉光を基準光検出器24Aにより検出するとともに、上記基準面23により反射された基準光Lref’と上記測定対象物1の表面1aにより反射された測定光Ls’との干渉光を測定光検出器24Bにより検出し、上記演算処理部41により、上記基準光検出器24Aにより干渉光を検出した干渉信号SM1と上記測定光検出器24Bにより干渉光を検出した干渉信号SM2の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面23までの距離Lと上記測定対象物1の表面1aまでの距離Lの距離差の絶対値(L-L)を求めることにより、距離を高い精度でしかも短時間に測定することができる。 That is, in the optical comb rangefinder 20A, the reference light L ref which is pulse-emitted from the first and second light sources 21A and 21B and which is periodically modulated in intensity or phase and has coherence with different modulation periods The reference plane 23 and the surface 1a of the measurement object 1 are irradiated with the measurement light Ls, and interference light between the reference light Lref irradiated onto the reference plane 23 and the surface 1a of the measurement object 1 and the measurement light Ls is detected as the reference light. In addition to detection by the measurement light detector 24A, interference light between the reference light L ref ′ reflected by the reference surface 23 and the measurement light Ls′ reflected by the surface 1a of the measurement object 1 is detected by the measurement light detector 24B. , from the time difference between the interference signal S M1 detected by the reference photodetector 24A and the interference signal S M2 detected by the measurement photodetector 24B, the calculation processing unit 41 determines the speed of light and the measurement wavelength. By obtaining the absolute value (L 2 −L 1 ) of the distance difference between the distance L 1 from the refractive index to the reference surface 23 and the distance L 2 to the surface 1a of the measurement object 1, the distance can be determined with high accuracy and It can be measured in a short time.

また、上記変形解析装置100に備えられるレーザー距離計20には、例えば、図23の模式図に示すような構成の光コム距離計20Bを採用することもできる。 Further, for the laser range finder 20 provided in the deformation analysis apparatus 100, for example, an optical comb range finder 20B configured as shown in the schematic diagram of FIG. 23 can be employed.

この光コム距離計20Bでは、第1のレーザー光源121Aからパルス出射された測定光Lsが第1のビームスプリッタ122Aを介して基準面23に照射されるとともに、第1のレーザー光源121Aからパルス出射された測定光Lsが第1のビームスプリッタ122Aと第2のビームスプリッタ122Bを介して測定対象物1の表面1aに照射される。上記基準面23に照射された測定光Lsは、該基準面23により反射されて第1のビームスプリッタ122Aと第3のビームスプリッタ122Cを介して基準光検出器24Aに入射される。また、測定対象物1の表面1aに照射された測定光Lsは、該測定対象物1の表面1aにより反射されて第1のビームスプリッタ122Aと第4のビームスプリッタ122Dを介して測定光検出器24Bに入射される。 In this optical comb rangefinder 20B, the reference surface 23 is irradiated with the measurement light Ls pulse-emitted from the first laser light source 121A through the first beam splitter 122A, and the pulse is emitted from the first laser light source 121A. The measured light Ls is irradiated onto the surface 1a of the measurement object 1 via the first beam splitter 122A and the second beam splitter 122B. The measurement light Ls applied to the reference plane 23 is reflected by the reference plane 23 and enters the reference photodetector 24A via the first beam splitter 122A and the third beam splitter 122C. Further, the measurement light Ls irradiated onto the surface 1a of the measurement object 1 is reflected by the surface 1a of the measurement object 1, passes through the first beam splitter 122A and the fourth beam splitter 122D, and reaches the measurement light detector. 24B.

また、第2のレーザー光源121Bからパルス出射された参照光Lrefは、第5のビームスプリッタ122Eを介して上記第3のビームスプリッタ122Cに入射されて、該第3のビームスプリッタ122Cにおいて上記基準面115により反射された測定光Ls’と混合されるとともに、第5のビームスプリッタ122Eと反射鏡122Fを介して上記第4のビームスプリッタ122Dに入射されて、該第4のビームスプリッタ122Dにおいて上記測定対象物1の表面1aで反射された測定光Ls’と混合されるようになっている。 Further, the reference light L ref pulse-emitted from the second laser light source 121B is incident on the third beam splitter 122C via the fifth beam splitter 122E, and the reference light L ref is incident on the third beam splitter 122C. While being mixed with the measurement light Ls' reflected by the surface 115, it is incident on the fourth beam splitter 122D via the fifth beam splitter 122E and the reflecting mirror 122F. It is designed to be mixed with the measurement light Ls' reflected by the surface 1a of the object 1 to be measured.

そして、この光コム距離計20Bにおいて、上記基準光検出器24Aは、上記第3のビームスプリッタ22Cにおいて混合された上記基準面23により反射された測定光Ls’と上記参照光Lrefとの干渉信号SM1を検出する。また、上記測定検出器24Bは、上記第4のビームスプリッタ122Dにおいて混合された上記測定対象物1の表面1aにより反射された測定光Ls’と上記参照光Lrefとの干渉信号SM2を検出する。 In the optical comb rangefinder 20B, the reference photodetector 24A detects the interference between the measurement light Ls' reflected by the reference surface 23 and the reference light Lref mixed in the third beam splitter 22C. Signal SM1 is detected. Further, the measurement detector 24B detects an interference signal SM2 between the measurement light Ls' reflected by the surface 1a of the measurement object 1 and the reference light Lref mixed in the fourth beam splitter 122D. do.

上記第1のレーザー光源121Aから測定光Lsがパルス出射されたタイミングtと上記第2のレーザー光源121Bから参照光Lrefがパルス出射されたタイミングtが一致していれば、上記基準光検出器24Aは、次のΔTM1にて示される時間差を有す測定光Ls’と参照光Lrefとの干渉信号SM1を検出することになる。
ΔTM1=T+T+T-T
If the timing tA at which the pulse of the measurement light Ls is emitted from the first laser light source 121A coincides with the timing tB at which the pulse of the reference light Lref is emitted from the second laser light source 121B, the reference light The detector 24A detects an interference signal S M1 between the measurement light Ls' and the reference light L ref having a time difference indicated by ΔT M1 .
ΔT M1 =T 1 +T R +T 4 -T 2

ここで、Tは測定光Lsが通過する上記第1のレーザー光源121Aから第1のビームスプリッタ122Aまでの光路長に対応する時間であり、Tは測定光Lsが通過する上記第1のビームスプリッタ122Aから基準面23までの間を往復する光路長に対応する時間であり、Tは測定光Lsが通過する上記第1のビームスプリッタ122Aから基準光検出器24Aまでの光路長に対応する時間であり、T2は参照光Lrefが通過する上記第2のレーザー光源121Bから第3のビームスプリッタ122Cまでの光路長に対応する時間である。 Here, T1 is the time corresponding to the optical path length through which the measuring light Ls passes from the first laser light source 121A to the first beam splitter 122A, and TR is the first optical path length through which the measuring light Ls passes. This is the time corresponding to the optical path length that travels between the beam splitter 122A and the reference plane 23, and T4 corresponds to the optical path length through which the measurement light Ls passes from the first beam splitter 122A to the reference photodetector 24A. T2 is the time corresponding to the optical path length through which the reference light Lref passes from the second laser light source 121B to the third beam splitter 122C.

また、上記測定光検出器24Bは、次のΔTM2にて示される時間差を有す測定光Ls’と参照光Lrefとの干渉信号SM2を検出することになる。
ΔTM2=T+T+T+T-T
=T+T+T+(T+T)-(T+T+T
=T+T+T-T
Also, the measurement light detector 24B detects an interference signal SM2 between the measurement light Ls ' and the reference light Lref having a time difference indicated by ΔT M2 .
ΔT M2 =T 1 +T 3 +T T +T 7 -T 8
=T 1 +T 3 +T T +(T 4 +T 5 )−(T 2 +T 3 +T 5 )
=T 1 +T T +T 4 -T 2

ここで、Tは測定光Lsが通過する上記第1のレーザー光源121Aから第1のビームスプリッタ122Aまでの光路長に対応する時間であり、Tは測定光Lsが通過する上記第1のビームスプリッタ122Aから第2のビームスプリッタ122Bまでの光路長に対応する時間であり、Tは測定光Lsが通過する上記第2のビームスプリッタ122Bから上記測定対象物1の表面1aまで間を往復する光路長に対応する時間であり、Tは測定光Lsが通過する上記第2のビームスプリッタ112Bから第4のビームスプリッタ122Dまでの光路長に対応する時間であり、Tは参照光Lrefが通過する上記第2のレーザー光源121Bから第4のビームスプリッタ122Dまでの光路長に対応する時間である。 Here, T1 is the time corresponding to the optical path length through which the measuring light Ls passes from the first laser light source 121A to the first beam splitter 122A, and T3 is the first optical path length through which the measuring light Ls passes. TT is the time corresponding to the optical path length from the beam splitter 122A to the second beam splitter 122B. T7 is the time corresponding to the optical path length through which the measurement light Ls passes from the second beam splitter 112B to the fourth beam splitter 122D, and T8 is the time corresponding to the optical path length of the reference light L It is the time corresponding to the optical path length through which ref passes from the second laser light source 121B to the fourth beam splitter 122D.

上記T7は、上記測定光Lsが通過する上記第1のビームスプリッタ122Aから基準光検出器24Aまでの光路長に対応する上記時間Tと参照光Lrefが通過する上記第5のビームスプリッタ122Eから反射鏡122Fまでの光路長に対応する時間Tとの和に等しく、
=T+T
である。
The T7 is the time T4 corresponding to the optical path length from the first beam splitter 122A through which the measurement light Ls passes to the reference photodetector 24A and the fifth beam splitter 122E through which the reference light Lref passes. to the reflector 122F, equal to the sum of the time T5 corresponding to the optical path length from
T7 = T4 + T5
is.

また、上記Tは、上記参照光Lrefが通過する上記第2のレーザー光源121Bから第3のビームスプリッタ122Cまでの光路長に対応する時間Tと、上記測定光Lsが通過する上記第1のビームスプリッタ122Aから第2のレーザー光源121Bまでの光路長に対応する時間Tと、上記参照光Lrefが通過する上記第5のビームスプリッタ122Eから反射鏡122Fまでの光路長に対応する時間Tとの和に等しく、
=T+T+T
である。
T8 is the time T2 corresponding to the optical path length from the second laser light source 121B through which the reference light Lref passes to the third beam splitter 122C, and the time T2 corresponding to the optical path length through which the measurement light Ls passes. Time T3 corresponds to the optical path length from the first beam splitter 122A to the second laser light source 121B, and corresponds to the optical path length from the fifth beam splitter 122E to the reflecting mirror 122F through which the reference light Lref passes. equal to the sum with the time T 5 ,
T8 = T2 + T3 + T5
is.

従って、上記時間差ΔTM2は、
ΔTM2=T+T+T+T-T
=T+T+T+(T+T)-(T+T+T
=T+T+T-T
である。
Therefore, the time difference ΔT M2 is
ΔT M2 =T 1 +T 3 +T T +T 7 -T 8
=T 1 +T 3 +T T +(T 4 +T 5 )−(T 2 +T 3 +T 5 )
=T 1 +T T +T 4 -T 2
is.

そして、上記時間差ΔTM2と時間差ΔTM1の差(ΔTM2-ΔTM1)は、
ΔTM2-ΔTM1=T-T
であるから、上記基準光検出器24Bと測定光検出器に24Aより得られる2つの干渉信号SM1,SM2の時間差から、上記測定対象物1の表面1aまでの距離を計算することができる。
Then, the difference (ΔT M2 −ΔT M1 ) between the time difference ΔT M2 and the time difference ΔT M1 is
ΔT M2 −ΔT M1 =T T −T R
Therefore, the distance to the surface 1a of the measurement object 1 can be calculated from the time difference between the two interference signals S M1 and S M2 obtained from the reference photodetector 24B and the measurement photodetector 24A. .

なお、このレーザー距離計20Bでは、測定光Lsが通過する上記第2のビームスプリッタ122Bから上記測定対象物1の表面1aまで間を往復する光路長に対応する時間Tと測定光Lsが通過する上記第1のビームスプリッタ122Aから基準面23までの間を往復する光路長に対応する時間Tとの差分として、上記測定対象物1の表面1aまでの距離を計算するが、基準面23がなくても時間Tは測定光Lsを所定光路長の光路を通過させることで与えることができる。 In this laser rangefinder 20B, the time TT corresponding to the optical path length of the round trip from the second beam splitter 122B through which the measuring light Ls passes to the surface 1a of the measuring object 1 and the measuring light Ls passing therethrough. The distance from the first beam splitter 122A to the reference plane 23 is calculated as the difference from the time TR corresponding to the round trip optical path length from the first beam splitter 122A to the reference plane 23. Even without , the time TR can be given by passing the measurement light Ls through an optical path having a predetermined optical path length.

この光コム距離計20A、20Bにおいて、基準面23を備える代わりに所定光路長の基準光路を備えるようにしてもよい。また、基準光Lrefと測定光Lsが通過する光路は、空間伝搬路に限定されることなく光ファイバなどであってもよい。 In the optical comb rangefinders 20A and 20B, instead of having the reference surface 23, a reference optical path having a predetermined optical path length may be provided. Also, the optical path through which the reference light Lref and the measurement light Ls pass is not limited to a spatial propagation path, and may be an optical fiber or the like.

すなわち、上記光コム距離計20A、20Bは、それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光Lrefと測定光Lsをパルス出射する第1及び第2の光源21A,21Bと、所定光路長の基準光路を通過させる上記基準光Lrefと上記測定対象物1の表面1aに照射される測定光との干渉光を検出する基準光検出器24Aと、所定光路長の基準光路を通過させた基準光と上記測定対象物1の表面1aにより反射された測定光Lsの反射光Ls’との干渉光を検出する測定光検出器24Bとを備えるものとすることができる。 That is, the optical comb rangefinders 20A and 20B have first and second pulse-emitting reference light L ref and measurement light Ls which are periodically modulated in intensity or phase and have coherence with mutually different modulation periods. light sources 21A and 21B; a reference light detector 24A for detecting interference light between the reference light L ref passing through the reference light path having a predetermined optical path length and the measurement light applied to the surface 1a of the measurement object 1; A measurement light detector 24B for detecting interference light between the reference light passed through the reference optical path of the optical path length and the reflected light Ls' of the measurement light Ls reflected by the surface 1a of the measurement object 1 is provided. be able to.

また、上記演算処理装置40の演算処理部41では、上記基準光検出器24Aにより検出された干渉信号SM1を周波数解析して多数の光周波数コムの位相情報を一括して取得するとともに、上記測定光検出器24Bにより検出された干渉信号SM2を周波数解析して多数の光周波数コムの位相情報を一括して取得し、それぞれの位相特性の周波数に対する変化率を求め、その傾きの差から上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を算出することができる。 Further, in the arithmetic processing unit 41 of the arithmetic processing unit 40, the interference signal S M1 detected by the reference photodetector 24A is frequency-analyzed, and the phase information of many optical frequency combs are collectively obtained. The interference signal S M2 detected by the measuring photodetector 24B is frequency-analyzed to collectively obtain the phase information of a large number of optical frequency combs. A difference between the distance to the reference plane and the distance to the measurement plane can be calculated.

1 測定対象物、1A 加熱により変形する部材、1B 梁部材、1C 頭付き軸体、1D 六角ボルト、1c、1d 軸部、1c、1d 頭部、10 測定台、20 レーザー距離計、20A、20B 光コム距離計、21 測定光発生器、21A、21B、121A、121B 光源、22、122A~122E ビームスプリッタ、22A 光混合素子、22B 光分離素子、22C 偏光子、22D 偏光ビームスプリッタ、23 基準面、24 干渉光検出器、24A 基準光検出器、24B 測定光検出器、25 干渉光検出部、30、30B走査部、30A レーザースキャナ、31X、31Y モータ、32X、32Y ミラー、33 2軸のガルバノミラー機構、35、35’テレセントリックf-θレンズ、36Y 一次元の送り機構、40 演算処理装置、41 演算処理部、42 校正データ保持部、43 制御部、50 校正治具、51 基板、52 校正球、53 円錐面、60 校正板、62 スリット、61 平板、 100 変形解析装置 1 measurement object 1A member deformed by heating 1B beam member 1C shaft with head 1D hexagon bolt 1c 1 , 1d 1 shaft portion 1c 2 , 1d 2 heads 10 measurement table 20 laser rangefinder , 20A, 20B optical comb rangefinder, 21 measurement light generator, 21A, 21B, 121A, 121B light source, 22, 122A to 122E beam splitter, 22A light mixing element, 22B light separation element, 22C polarizer, 22D polarization beam splitter , 23 reference surface, 24 interference photodetector, 24A reference photodetector, 24B measurement photodetector, 25 interference photodetector, 30, 30B scanning unit, 30A laser scanner, 31X, 31Y motor, 32X, 32Y mirror, 33 2-axis galvanometer mirror mechanism 35, 35' telecentric f-θ lens 36Y one-dimensional feed mechanism 40 arithmetic processing unit 41 arithmetic processing unit 42 calibration data holding unit 43 control unit 50 calibration jig 51 Substrate 52 Calibration sphere 53 Conical surface 60 Calibration plate 62 Slit 61 Flat plate 100 Deformation analyzer

Claims (21)

三次元(X,Y,Z)空間において測定対象物に測定光として照射されるレーザー光により上記測定対象物の表面を二次元(X ,Y)方向に走査して、上記測定対象物に照射され該測定対象物により反射された上記測定光の反射光と基準光との干渉光を検出することにより得られる干渉信号から、上記測定対象物の変形前後の上記測定光の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を生成して、上記測定対象物の変形状態を解析する変形解析方法であって、
上記測定対象物の表面を走査手段により二次元(X,Y)方向に走査される上記測定光の照射位置(x,y,z)の上記三次元(X,Y,Z)空間における補正量の立体的な分布としての校正データ(Δx,Δy,Δz)を保持しておき、
上記測定光により上記測定対象物の表面を二次元(X,Y)方向に走査して得られる上記干渉信号から上記三次元(X,Y,Z) 空間における上記測定光の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を算出し、上記校正データ(Δx,Δy,Δzを加算することにより校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を上記測定対象物の変形前後において生成し、
変形前の上記測定対象物の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と変形後の上記測定対象物の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて上記測定対象物の変形状態を解析することを特徴とする変形解析方法。
Scanning the surface of the object to be measured in two-dimensional (X, Y) directions with a laser beam that irradiates the object to be measured as measurement light in a three-dimensional (X, Y, Z) space, and irradiating the object to be measured Then, from the interference signal obtained by detecting the interference light between the reflected light of the measurement light reflected by the measurement object and the reference light, the irradiation position of the measurement light before and after the deformation of the measurement object (x S , y s , z s ) to generate distance information (z s ) and analyze the deformation state of the object to be measured, comprising:
The three-dimensional (X, Y, Z) space of the irradiation position (x s , y s , z s ) of the measurement light that scans the surface of the measurement object in the two-dimensional (X, Y) direction by the scanning means Hold calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) as a three-dimensional distribution of correction amounts in
The irradiation position (x S , y S , z S ) is calculated, and the calibrated distance image information ( x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) before and after deformation of the measurement object,
The calibrated distance image information of the measurement object before deformation (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information of the measurement object after deformation A deformation analysis method, comprising analyzing a deformation state of the object to be measured using (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) .
三次元(X,Y,Z)空間における予め校正された座標位置(x,y,z)情報を与える校正治具に上記測定光を照射して得られる干渉信号から、上記走査手段により走査される上記三次元(X,Y,Z)空間における上記測定光の照射位置(x,y,z)の校正データ(Δx,Δy,Δz)を補正量の立体的な分布として生成して校正データ保持手段に保持しておくことを特徴とする請求項1記載の変形解析方法。 From the interference signal obtained by irradiating the measurement light onto a calibration jig that provides coordinate position (x 0 , y 0 , z 0 ) information calibrated in advance in a three-dimensional (X, Y, Z) space, the scanning means The calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) of the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measurement light in the three-dimensional ( X , Y , Z) space scanned by 2. The deformation analysis method according to claim 1, wherein the deformation analysis method is generated as a typical distribution and held in a calibration data holding means. 上記測定対象物は加熱により変形する部材であり、
加熱前に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と加熱後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記測定対象物の熱変形の状態を解析することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の変形解析方法。
The object to be measured is a member that is deformed by heating,
The calibrated distance image information obtained before heating (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information obtained after heating (x S + Δx C , y 3. The deformation analysis method according to claim 1, wherein the state of thermal deformation of the object to be measured is analyzed using S + Δy C , z S + Δz C ) (After) .
上記測定対象物は荷重により変形する梁部材であり、
荷重の印加前に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と荷重の印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記梁部材の荷重による変形状態を解析することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の変形解析方法。
The object to be measured is a beam member deformed by a load,
The calibrated distance image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (Before) obtained before the application of the load and the calibrated distance image information (x S 3. The deformation analysis method according to claim 1 or 2, wherein + [ Delta] xC ,yS+[Delta]yC, zS +[Delta] zC ) (After) is used to analyze the deformation state due to the load of the beam member.
上記測定対象物は頭付き軸体であり、
軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記頭付き軸体の軸力による頭部の変形状態を解析することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の変形解析方法。
The object to be measured is a shaft with a head,
The calibrated range image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) of the head of the headed shaft obtained before axial force application and the above obtained after axial force application The deformation state of the head due to the axial force of the headed shaft is analyzed using the calibrated distance image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After). The deformation analysis method according to claim 1 or 2.
上記頭付き軸体の頭部の軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)について、
上記頭部の縁に基準点を設定し、基準点を中心に所定範囲内にある画素の距離情報の平均値を基準面として該基準面から頭部の最深点までの深さΔz(Before) , Δz(After)をそれぞれ求め、次の式
Figure 0007288667000005
にて示される差分Δzを上記軸力印加前後の上記頭付き軸体の頭部の変形量とすることを特徴とする請求項5に記載の変形解析方法。
The calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) of the head of the headed shaft obtained before applying the axial force to the head of the headed shaft (Before ) and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) obtained after applying the axial force (After) ,
A reference point is set at the edge of the head, and the average value of distance information of pixels within a predetermined range around the reference point is used as a reference plane. Depth Δz (Before) from the reference plane to the deepest point of the head , Δz (After) , respectively, using the following equation
Figure 0007288667000005
6. The deformation analysis method according to claim 5, wherein the difference .DELTA.z indicated by is used as the amount of deformation of the head portion of the headed shaft before and after the application of the axial force.
上記頭付き軸体の頭部の軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x +Δx ,y +Δy ,z +Δz (Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x +Δx ,y +Δy ,z +Δz (After) について、
上記頭部の重心を求め、該重心から所定半径の円周上の各画素の距離情報の平均値を基準面として該基準面から頭部の最深点までの深さΔz(Before) , Δz(After)をそれぞれ求め、次の式
Figure 0007288667000006
にて示される差分Δzを上記軸力印加前後の上記頭付き軸体の頭部の変形量とすることを特徴とする請求項5に記載の変形解析方法。
The calibrated distance image information (x S +Δx C , y S + Δy C , z S +Δz C ) of the head of the headed shaft obtained before applying the axial force to the head of the headed shaft (Before ) and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) obtained after applying the axial force (After) ,
The center of gravity of the head is obtained, and the average value of the distance information of each pixel on the circumference of a predetermined radius from the center of gravity is used as a reference plane to determine the depth from the reference plane to the deepest point of the head Δz (Before) , Δz ( After) respectively, the following formula
Figure 0007288667000006
6. The deformation analysis method according to claim 5, wherein the difference .DELTA.z indicated by is used as the amount of deformation of the head portion of the headed shaft before and after the application of the axial force.
三次元(X,Y,Z)空間において測定対象物に照射する測定光として、レーザー光を出射する測定光発生手段と、
上記測定光により上記測定対象物の表面を二次元(X,Y)方向に走査する走査手段と、
上記走査手段により上記測定対象物の表面を走査する上記測定光の照射位置(x,y,z)の上記三次元(X,Y,Z)空間における補正量の立体的な分布としての校正データ(Δx ,Δy,Δz)を保持する校正データ保持手段と、
上記測定対象物に照射され該測定対象物により反射された上記測定光の反射光と基準光とが干渉光学系を介して干渉光として入射される光検出器により干渉信号を生成する干渉光検出手段と、
上記干渉光検出手段により得られる干渉信号から上記測定光が照射された上記測定対象物の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)を演算し、上記校正データ保持手段により与えられる上記校正データ(Δx ,Δy,Δzを加算することにより校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz)を生成する演算処理手段と
を備え、
上記演算処理手段により上記測定対象物の変形前後の上記測定対象物の照射位置(x,y,z)までの距離情報(z)から生成される変形前の上記測定対象物の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before)と変形後の上記測定対象物の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて上記測定対象物の変形状態を解析することを特徴とする変形解析装置。
measurement light generating means for emitting laser light as measurement light for irradiating a measurement object in a three-dimensional (X, Y, Z) space;
scanning means for scanning the surface of the measurement object in two-dimensional (X, Y) directions with the measurement light;
As a three-dimensional distribution of the correction amount in the three-dimensional (X, Y, Z) space of the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measurement light that scans the surface of the measurement object by the scanning means calibration data holding means for holding calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) of
Interference light detection in which the reflected light of the measurement light irradiated to the measurement object and reflected by the measurement object and the reference light enter as interference light through an interference optical system to generate an interference signal by a photodetector. means and
Distance information (z s ) from the interference signal obtained by the interference light detection means to the irradiation position (x s , y s , z s ) of the measurement object irradiated with the measurement light is calculated, and the calibration data Arithmetic processing for generating calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) by adding the calibration data (Δx C , Δy C , Δz C ) provided by the holding means comprising means and
The measuring object before deformation generated by the arithmetic processing means from the distance information (z S ) to the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measuring object before and after deformation of the measuring object The calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) to analyze the deformation state of the object to be measured.
上記走査手段は、上記測定対象物と上記測定光の光軸とを相対的に移動させて、上記測定光により上記測定対象物の表面を走査することを特徴とする請求項8に記載の変形解析装置。 9. The modification according to claim 8, wherein the scanning means relatively moves the object to be measured and the optical axis of the measurement light to scan the surface of the object to be measured with the measurement light. analysis equipment. 上記走査手段は、上記測定光を反射する角度が変化することにより光軸を移動させる二次元の可動ミラー機構からなることを特徴とする請求項9に記載の変形解析装置。 10. The deformation analysis apparatus according to claim 9, wherein said scanning means comprises a two-dimensional movable mirror mechanism for moving an optical axis by changing an angle of reflection of said measurement light. 上記走査手段は、上記測定光を反射する角度が変化することにより光軸を移動させる一次元の可動ミラー機構と、該一次元の可動ミラー機構による上記光軸の移動方向と直交する方向に上記測定対象物と上記測定光の光軸とを相対的に移動させる一次元の送り機構からなることを特徴とする請求項9に記載の変形解析装置。 The scanning means includes a one-dimensional movable mirror mechanism that moves the optical axis by changing the angle of reflection of the measurement light, and a moving direction of the optical axis by the one-dimensional movable mirror mechanism. 10. The deformation analysis apparatus according to claim 9, comprising a one-dimensional feed mechanism for relatively moving the object to be measured and the optical axis of the measurement light. 上記走査手段は、上記測定対象物又は上記測定光の光軸を二次元方向に移動させる二次元の送り機構からなることを特徴とする請求項9に記載の変形解析装置。 10. The deformation analysis apparatus according to claim 9, wherein the scanning means comprises a two-dimensional feed mechanism for moving the object to be measured or the optical axis of the measurement light in two-dimensional directions. 上記走査手段は、上記測定光発生手段から出射されたレーザー光を測定光としてテレセントリック光学系を介して上記測定対象物に照射することを特徴とする請求項9乃至請求項12の何れか1項に記載の変形解析装置。 13. The scanning means irradiates the measuring object with the laser beam emitted from the measuring light generating means as the measuring light through a telecentric optical system. The deformation analysis device according to . 上記校正データ保持手段には、三次元(X,Y,Z)空間における予め校正された座標位置(x,y,z)情報を与える校正治具に上記測定光を照射して得られる干渉信号から、上記走査手段により走査される上記三次元(X,Y,Z)空間における上記測定光の照射位置(x,y,z)の補正量の立体的な分布としての校正データ(Δx,Δy,Δz)を生成して保持することを特徴とする請求項8乃至請求項13の何れか1項に記載の変形解析装置。 The calibration data holding means is obtained by irradiating the measurement light onto a calibration jig that provides pre-calibrated coordinate position (x 0 , y 0 , z 0 ) information in a three-dimensional (X, Y, Z) space. From the obtained interference signal, the three-dimensional distribution of the correction amount of the irradiation position (x S , y S , z S ) of the measurement light in the three-dimensional (X, Y, Z) space scanned by the scanning means 14. The deformation analysis apparatus according to any one of claims 8 to 13, wherein calibration data ([Delta] xC , [Delta ]yC , [Delta] zC ) are generated and stored. 上記測定対象物は加熱により変形する部材であり、
上記演算処理手段により、加熱前に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と加熱後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記測定対象物の熱変形の状態を解析することを特徴とする請求項8乃至請求項14の何れか1項に記載の変形解析装置。
The object to be measured is a member that is deformed by heating,
By the arithmetic processing means, the calibrated distance image information obtained before heating (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (Before) and the calibrated distance image information obtained after heating ( 15. The state of thermal deformation of the object to be measured is analyzed using x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After). The deformation analysis device according to the item.
上記測定対象物は荷重により変形する梁部材であり、
上記演算処理手段により、荷重の印加前に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と荷重の印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記梁部材の荷重による変形状態を解析することを特徴とする請求項8乃至請求項14の何れか1項に記載の変形解析装置。
The object to be measured is a beam member deformed by a load,
By the arithmetic processing means, the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) obtained before the application of the load (Before) and the calibrated distance image information obtained after the application of the load Deformation state due to the load of the beam member is analyzed using the distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After). The deformation analysis device according to any one of items 1 and 2.
上記測定対象物は頭付き軸体であり、
上記演算処理手段により、軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)を用いて、上記頭付き軸体の軸力による頭部の変形状態を解析することを特徴とする請求項8乃至請求項14の何れか1項に記載の変形解析装置。
The object to be measured is a shaft with a head,
By the arithmetic processing means, the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) of the head of the headed shaft obtained before applying the axial force (Before) and the axis Using the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S +Δz C ) (After) obtained after force application, the deformation state of the head due to the axial force of the headed shaft is calculated. 15. The deformation analysis device according to any one of claims 8 to 14, characterized in that it analyzes.
上記演算処理手段では、上記頭付き軸体の頭部の軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)について、上記頭部の縁に基準点を設定し、基準点を中心に所定範囲内にある画素の距離情報の平均値を基準面として該基準面から頭部の最深点までの深さΔz(Before) , Δz(After)をそれぞれ求め、次の式
Figure 0007288667000007
にて示される差分Δzを上記軸力印加前後の上記頭付き軸体の頭部の変形量とすることを特徴とする請求項17に記載の変形解析装置。
In the arithmetic processing means, the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z S + Δz C ) (Before) and the calibrated range image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After) obtained after applying axial force, a reference point is set at the edge of the head. is set, and the average value of the distance information of pixels within a predetermined range around the reference point is used as a reference plane, and the depths Δz (Before) and Δz (After) from the reference plane to the deepest point of the head are obtained. , the expression
Figure 0007288667000007
18. The deformation analysis apparatus according to claim 17, wherein the difference Δz indicated by is the amount of deformation of the head portion of the headed shaft before and after the application of the axial force.
上記演算処理手段では、上記頭付き軸体の頭部の軸力印加前に得られる上記頭付き軸体の頭部の上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(Before) と軸力印加後に得られる上記校正された距離画像情報(x+Δx,y+Δy,z+Δz(After)について、上記頭部の重心を求め、該重心から所定半径の円周上の各画素の距離情報の平均値を基準面として該基準面から頭部の最深点までの深さΔz(Before),Δz(After)をそれぞれ求め、次の式
Figure 0007288667000008
にて示される差分Δzを上記軸力印加前後の上記頭付き軸体の頭部の変形量とすることを特徴とする請求項17に記載の変形解析装置。
In the arithmetic processing means, the calibrated distance image information (x S +Δx C , y S +Δy C , z For S + Δz C ) (Before) and the calibrated range image information (x S + Δx C , y S + Δy C , z S + Δz C ) (After) obtained after applying the axial force, obtain the center of gravity of the head, Depths Δz (Before) and Δz (After) from the reference plane to the deepest point of the head are obtained by using the average value of the distance information of each pixel on the circumference of a predetermined radius from the center of gravity as a reference plane, respectively . formula
Figure 0007288667000008
18. The deformation analysis apparatus according to claim 17, wherein the difference Δz indicated by is the amount of deformation of the head portion of the headed shaft before and after the application of the axial force.
それぞれ周期的に強度又は位相が変調され、互いに変調周期が異なる干渉性のある基準光と測定光を出射する第1及び第2の光源と、所定光路長の基準光路を通過させる上記基準光と上記測定対象物の表面に照射される測定光との干渉光を検出する基準光検出器と、所定光路長の基準光路を通過させた基準光と上記測定対象物の表面により反射された測定光の反射光との干渉光を検出する測定光検出器とを備えるレーザー距離計から出射される測定光で、上記走査手段により測定対象物の表面を上記測定面として二次元(X,Y)方向に走査して、
上記演算処理手段により、上記基準光検出器により検出された干渉信号と上記測定光検出器により検出された干渉信号の時間差から、光速と測定波長における屈折率から上記基準面までの距離と上記測定面までの距離の差を求めて、上記測定対象物の変形状態を解析することを特徴とする請求項8乃至請求項19の何れか1項に記載の変形解析装置。
First and second light sources emitting coherent reference light and measurement light whose intensity or phase is modulated periodically and whose modulation periods are different from each other; and the reference light passing through the reference optical path having a predetermined optical path length. A reference photodetector for detecting light interfering with the measurement light irradiated onto the surface of the measurement object, the reference light passing through the reference optical path having a predetermined optical path length, and the measurement light reflected by the surface of the measurement object measurement light emitted from a laser rangefinder equipped with a measurement light detector that detects interference light with the reflected light of the two-dimensional (X, Y) direction with the surface of the measurement object as the measurement surface by the scanning means Scan to
The arithmetic processing means determines the distance from the speed of light and the refractive index at the measurement wavelength to the reference plane and the measurement from the time difference between the interference signal detected by the reference photodetector and the interference signal detected by the measurement photodetector. 20. The deformation analysis apparatus according to any one of claims 8 to 19, wherein the deformation state of the object to be measured is analyzed by obtaining a difference in distance to the surface.
上記レーザー距離計は、上記基準光を出射する光コム発生器と、上記測定光を出射する光コム発生器を備える光コム距離計であることを特徴とする請求項20項記載の変形解析装置。 21. The deformation analysis apparatus according to claim 20, wherein said laser rangefinder is an optical comb rangefinder comprising an optical comb generator for emitting said reference light and an optical comb generator for emitting said measurement light. .
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