JPH0240501A - レーザスペックル変位計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミックスやＣＦＲＰ等の新素材についての
強度実験、タービン翼やエンジン等についての強度実験
、ゲイラや橋梁さらには船舶等の各種構造物などの強度
実験に用いられるレーザスペックル変位計測装置に関す
る。

〔従来の技術〕

第３図は従来のレーザスペックル変位計測装置（スペッ
クル写真法と呼ばれる）のスペックルグラム作成装置の
構成を示し、第４図は従来装置のスＲツクルグラム解析
装置の構成を示す。第３図において、１は試験片であシ
、その上端は固定治具２によシ固定されている。３は試
験片１に荷重をかけるための重りで、上記試験片１の下
端に取付けられている。４は試験片を照明するためのし
−ザ光源であシ、通常０．６３２８μｍの波長のレーザ
光を発生するＨｅ−Ｎｅレーザなどが用いられる。７は
レンズであシ、上記４で発生したレーザ光を拡げて試験
片１を−様な明るさに照明する。１０１はカメラであシ
、上記レーザ照明による試験片の像す力わち、スペック
ル像を倍率Ｍで写真撮影する。

第４図において、１４１はスペックルグラム（フィルム
又は写真乾板）で、上記第３図に示した装置で撮影した
スペックル写真を現像したものである。１５はスクリー
ンで、上記スペックルグラム１４１から距離りの位置に
、平行に設置され、ヤング縞を写し出す。

このように構成された従来装置では次の手順で計測を行
う。

（１）　　試験片１の変形前のスペックル像の写真撮影
を行うべく、まず第３図に示す装置を用い、レーザ光源
４を作動させレーザ光線をレンズ７を介して試験片１上
の計測面に照射する。そして、カメラ１０１を作動させ
て、スペックル像を倍率Ｍで写真撮影する。（これで第
１回目の露光終了となる。） （２）次に、試験片１の変形後のスペックル像の写真撮
影を行うべく試験片１が変形したあと、上記（１）と同
様にして、スペックル像をカメラ１０１で撮影する。

このときフィルム（又は写真乾板）上には試験片１の変
形前後におけるスペックル像が２重露光撮影される。こ
れを現像してスペックルグラム１４１を完成する。

（３）スペックルグラム１４１を解析して面内変位量を
求めるためには第４図に示す装置を用いる。

まず、レーザ光源４を作動させ、レーザ光線をスペック
ルグラム１４１に照射する。スクリーン１５には、スペ
ックルグラム１４１上のレーザースポットの位置の面内
変位に対応した、ヤング縞と呼ばれる等間隔で平行な明
暗の干渉縞が発生する。面内変位の大きさａは次式から
算出する。

但し、λ：レーザの波長 Ｌ：スペックルグラムとスクリーンの 距離 Ｍ：撮像倍率 ｄ：ヤング縞の間隔 面内変位の方向はヤング縞に直角な方向となる。したが
って、スクリーン１５に発生したヤング縞の間隔と方向
を求めることによシ面内変位量を非接触式で計測するこ
とができる。

（４）面内変位分布を得るためには、スペックルグラム
１４１上の任意の点にレーザビームを照射し、上記（３
）と同様の手順を実施する。（Ｐｏ１ｎｔｂｙ　Ｐｏ１
ｎｔでレーザビームをトラバースする。）この従来装置
によれば非接触方式によシ、−枚のスペックルグラム（
ネガ）で、２次元の面内変位分布を得ることができる。

しかしフィルム（又は写真乾板）の交換（コマ送シ）が
必要であシフイルムの現像処理作業も必要であるため、
時々刻々と変化する変位量の測定は困難である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来装置にあっては次のような問題がある。スペ
ックル像を２重露光写真撮影するので、時々刻々と変位
量が変化する場合には適用困難である。従ってＯＮ　Ｌ
ＩＮＥでの計測が困難である。

本発明はこれらの問題を解決するためになされたもので
、時々刻々と変位量が変化する場合にも適用できる装置
を提供することを目的とする。

〔課題を達成するための手段〕

本発明に係るレーザスペックル変位計測装置は物体表面
を照明し、かつ合成スペックル像を照射してヤング縞を
発生させる、レーザ光源とビームスグリツタと平面鏡と
レンズからなるレーザ光源部（Ａ）と、前記レーザ光に
より発生したスペックル像を検出するレンズ及びスペッ
クル検出器からなるスペックル像結像手段（Ｂ）と、演
算制御器に記憶された前記スペックル像を再生するスペ
ックル像再生手段（Ｃ）と、前記レーザ光をスペックル
再生像に照射することにょシスクリーン上に発生したヤ
ング縞を検出するレンズと画像検出器からなる画像検出
手段（Ｄ）と、物体の変形前後において前記結像手段で
得られたスペックル像を合成してスペックル像再生器に
送出するとともに前記画像検出手段で得られたヤング縞
を解析する演算制御器１１と、前記再生手段で得られた
スペックル像を面内移動させる位置決め装置１３と、演
算制御器にデータを入力したり、前記演算手段で得られ
た演算結果を表示するための入出力装置１２を具備する
ことを特徴とする。

〔作　用〕

本発明は上記のように構成されているので、（１）物体
の変形前後において、計測面をレーザ光で照明し、それ
によ多発生するスペックル像を２次元像として、スペッ
クル検出器（第１のイメージセンナ）で検出する。

（２）上記（１）で得られた２つのスペックル像を重ね
合わせた合成スペックル像をスペックル像再生器（液晶
）で再生し、その再生像の任意の点にレーザ光を照射し
てヤング縞を発生させる。

（３）　　ｅ成スペックル再生像のレーザスポットをト
ラバース（再生像の位置をずらす）して、各点での上記
（２）で得られるヤング縞を発生させ、それらのヤング
縞（縞の角度と縞間隔）を演算制御器で解析して面内変
位分布を算出する。

（４）上記（３）で算出された面内変位分布を入出力装
置に表示する。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図〜第２図に示す。

本発明に係る装置は、レーザ光源部（Ａ）とスペックル
像結像手段（Ｂ）とスペックル像再生手段（Ｃ）と画像
検出手段（Ｄ）と演算制御器１１と位置決め装置１３と
入出力装置１２によシ構成される。

レーザ光源部（Ａ）はレーザ光源４、ビームスプリッタ
５、第１平面鏡６、レンズ７及び第２平面鏡８から成シ
、レーザ光源４には波長０．６３２８μｍのレーザ光線
を発生させるＨｅ−Ｎｅレーザなどを用いる。そのレー
ザ光線はビームスプリッタ５で二分割される。その分割
された光のうち一方の光即ちビームスプリッタ反射光は
平面鏡６を介して第１のレンズ７に入射する。第１のレ
ンズ７を透過した光は広がシなから平面＠８を介して試
験片１上の計測面を照明する。スペックル像結像手段（
Ｂ）はレンズ９とイメージセンナ（スペックル検出器）
１０から成夛第２のレンズ９は、上記ビームスグリツタ
５の反射光により物体面に自然に発生するスペックル像
を第１のイメージセンサ１０上に結像する。第１のイメ
ージセンサ１０は、スペックル像の光強度分布を検出し
て、演算制御器１１に送出する。スペックル像再生手段
（Ｃ）は前記スペックル像を記憶した演算制御器１１と
液晶（スペックル像再生器）１４とから成シ、液晶１４
は、上記第１のイメージセンサ１０で検出された光強度
分布を演算制御器１１を介して受信し、その表面にスペ
ックル像を再生する。画像再生手段（Ｄ）はスクリーン
１５と、レンズ１６と、イメージセンｔ（画像再生器）
１７から成シスクリーン１５は液晶１４から距離りの位
置に設置され、液晶を透過した光を映し出す。第３のレ
ンズ１６はスクリーン１５上の映像（ヤング縞）を第２
のイメージセンサ１７上に結像させる。演算制御器１１
は第２のイメージセンサ１７からの信号をもとに、変位
量を演算によシ求める。

液晶の位置決め装置１３は、液晶１４を任意の位置に変
化させることができる。そのためビームスプリッタ５に
よって分割された他方の光即ちビームスグリツタ透過光
を液晶１４即ち、スペックル像の任意の点に入射させる
ことができる。入出力装置１２は演算制御器１１にデー
タを入力するため及び前記演算手段で得られた演算結果
を表示するための装置である。

このように構成された本装置は次のように作動する。

（１）試験片１の変形前のスペックル像の光強度分布測
定を行うべくレーザ光源４を作動させ、発生したレーザ
光線をビームスプリッタ５に入射する。入射したレーザ
光線はビームスグリツタを透過する光と反射光に分割さ
れるが、そのうちの一方すなわちビームスプリッタ反射
光が平面鏡６を介して第１のレンズ６に入射する。第１
のレンズを透過したレーザ光はレンズの作用によシ広が
りながら平面＠８を介して試験片１を照射する。照射さ
れた物体の表面からはレーザ光が反射されてスペックル
が現われる。第２のレンズ９ｆｉ、上記スペックルの像
を像倍率Ｍで第１のイメージセンサ１０上に結像する。

このようにしてそのスペックル模様すなわち、レーザ光
のスペックルの光強度分布を検出し、演算制御器１１に
記憶させる。この場合のスペックル模様をＩ（ｘ、ｙ）
とする。

（２）試験片１の変形後のスペックル像の光強度分布を
測定するために試験片１が変形したあと、上記（１）と
同様にして、第１のイメージセンサ１０により検出した
レーザ光のスぜツクル模様Ｉ’（ｘ、ｙ）を演算制御器
１１に記憶させる。

（３）演算制御器１１は上記（１）及び（２）で測定し
た試験片１の変形前後でのスペックル模様Ｉ（ｘ、ｙ）
＋Ｉ’（ｘ　、　ｙ　）を重ね合わせた合成スペックル
模様ＣＩ（ｘ、ｙ）＋Ｉ’（ｘ、ｙ））の光強度分布を
液晶１４に送出する。その送付によシ液晶１４には前記
合成スペックル模様が映し出される。

（４）　　上記ビームスシリツタ５を透過したレーザ光
線は液晶１４の任意の点を照射する。その照射によシ照
射点すなわち、試験片１のある点の面内変位に対応した
ヤング縞がスクリーン１５上に発生する。（第２図） スクリーン１５に発生したヤング縞の像は第３のレンズ
１６を介して第２のイメージセンサ１７に到達する。

（５）第２のイメージセンナはヤング縞像の光強度分布
を測定し、その結果を演算制御器１１に送出する。演算
制御器１１は次に述べる演算を行い試験片の面内変位の
大きさａを算出する。

但し、λ：レーザの波長、Ｌ：液晶とスクリーン間の距
離２Ｍ：撮像倍率、ｄ：ヤング縞の間隔（第２図） また、面内変位の方向θはヤング縞の縞に対して直角方
向であるので、第２のイメージセンサで測定した光頻度
分布によシ求める。

（６）　　試験片１の面内変位分布を求めるためには、
液晶の位置決め装ｆｆ１１３を作動させ、液晶１４に表
示された合成スペックル像上において、任意の点にレー
ザ光が照射されるように、液晶１４を（ｘ−ｙ面内で）
移動させ、前記（３）と同様にして面内変位を求める。

（Ｐａ（ｎｔ　ｂｙ　Ｐｏ１ｎｔでレーザビームをトラ
バースする。） （７）上述の方法で求めた面内変位ａ、等は入出力装置
１２に表示される。

以上述べたように本装置によれば、写真のコマ送勺及び
現像処理作業が不要であるので、時々刻刻と変化する変
位量をも計測することができる。

従ってＯＮ　ＬＩＮＥでの計測が可能となる。

また、上記（１）　、　（２）を繰シ返し実施して、各
々のスペックル像の光強度分布を演算制御器に蓄積して
おけば、任意の変形状態に対するスペックル像を知るこ
とができるので、供試体の変形（変位）量に最適なデー
タ（ヤング縞）を知ることも可能となる。したがって利
用価値が非常に高くなる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、フィルムのコマ送りや
現像処理が不要である為、時々刻々と変化する変位量を
２次元で計測することができる。

したがって従来装置では出来なかった面内変位分布（２
次元）のＯＮ　ＬＩＮＥ計測も可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は、
第１図の装置のヤング縞再生部の構成を示す図、第３図
は従来技術の一実施例の構成を示す図、第４図はその解
析装置の構成図である。 １・・・試験片、２・・・固定治具、３・・・重シ、４
・・・レーザ光源、５・・・ビームスプリッタ、６．８
・・・平面鏡、７・・・第１のレンズ、９・・・第２の
レンズ、１０・・・第１のイメージセンサ（ス被ツクル
検出器）、１１・・・演算制御器、１２・・・入出力装
置、１３・・・位置決め装置、１４・・・液晶（スペッ
クル像再生器）、１５・・・スクリーン、１６・・・第
３のレンズ、１２・・・第２のイメージセンサ（画像検
出器）。 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 物体表面を照明し、かつ合成スペックル像を照射してヤ
   ング縞を発生させる、レーザ光源とビームスプリッタと
   平面鏡とレンズからなるレーザ光源部（Ａ）と、前記レ
   ーザ光により発生したスペックル像を検出するレンズ及
   びスペックル検出器からなるスペックル像結像手段（Ｂ
   ）と、演算制御器に記憶された前記スペックル像を再生
   するスペックル像再生手段（Ｃ）と、前記レーザ光をス
   ペックル再生像に照射することによりスクリーン上に発
   生したヤング縞を検出するレンズと画像検出器からなる
   画像検出手段（Ｄ）と、物体の変形前後において前記結
   像手段で得られたスペックル像を合成してスペックル像
   再生器に送出するとともに前記画像検出手段で得られた
   ヤング縞を解析する演算制御器（１１）と、前記再生手
   段で得られたスペックル像を面内移動させる位置決め装
   置（１３）と、演算制御器にデータを入力したり、前記
   演算手段で得られた演算結果を表示するための入出力装
   置（１２）を具備することを特徴とするレーザスペック
   ル変位計測装置。