JPH03111726A - 光弾性特性測定方式 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は透明体の内部の応力分布を測定する光弾性特性
測定方式に閃するものである。

［従来の技術］ 従来の光弾性測定装置は、レーザ光源、直線偏光子、１
７４波長板、横方向に移動可能な試験片、１／４波長板
、直線偏光子および光検出センサを順に配置し、複屈折
値の測定を行って応力分布を求めるようになっており、
長い間広く一般に使用されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の従来の光弾性特性測定方式は、普通の要求に対し
ては一応それなりの役目を果たしている。

しかしながらこの装置は測定に用いた光の波長の１／２
に対応する複屈折値までしか測定出来ない制約を有して
おり、それを越える場合には測定者の主観的評価によっ
て複屈折値を求めていた。このことは測定に熟練を必要
とすることを意味し、場合によっては誤りを犯す可能性
もあり、決して好ましいことではない。

従って本発明は測定に使用する光の波長の１／２以上に
対応する複屈折値まで測定できる光弾性特性測定方式を
得ようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、直線偏波を円偏波に変え、該円偏波を
試験片に通して楕円偏波とし、この楕円偏波の位相を直
線検光子を用いて検出することにより複屈折値の計測を
行い、この計測を前記試験片の一方向に沿って多数点で
繰り返すことにより複屈折値分布を測定するようにした
光弾性特性測定装置において、位相差既知の位相板を前
記試験片に平行して挿入離脱可能に設け、該位相板を挿
入した状態で前記位相板が無い状態の場合と同様の複屈
折値の計測を行い、得られる２つの波状線の各極大点又
は極少点の移動方向から真の複屈折傾斜方向を知り、更
に該複屈折傾斜方向に応じて正又は負の値を加える事で
実際の複屈折値を再現して複屈折値分布を算出するよう
にしたことを特徴とする光弾性特性測定方式が得られる
。

［実施例］ 第１図は本発明による一実施例の全体システム構成を示
す。

はじめにレーザ１から発した光の波長をλ、強度を■。

、測定する試験片８の複屈折値をｂとおくと、光検出セ
ンサ７により測定される光強度■および位相差δは、直
線偏光子２および検光子６の偏光軸をそれぞれＰｌおよ
びＰ２とし、１／４波長板３と５の進相軸をそれぞれｑ
ｌとｑ２として、ＰｌとＰ２を平行に、ｑｌとｑ２を平
行に、Ｐｌとｑ、およびＰ２とｑ２をいずれも４５°の
角度に配置した場合、 １−１．５ｉｎ２　（δ／２）　　　−（１）δ−２π
／λ×ｂ　　　　　　　・・・（２）で表せる。式（１
）から δ−２ｓ　ｉ　ｎ−’　（（１／Ｉｏ）”’　１・・・
　（３） となり、複屈折値すは式（２）から ｂ　−λ／　（２π）　×　δ　　　　　　　　　・・
・　（４）と測定される。従ってこの場合は、式（３）
及び（４）から明らかなように、０≦δ≦πすなわち０
≦ｂ≦λ／２の範囲でしか出来ず、これ以上にすると同
一値が２回出て来るので測定が不可能となる。すなわち
、測定をここまでで終わってしまう従来の方式では、波
長の１／２に対応する複屈折値までしか正確な測定が出
来なかった。

ここで本発明において特に設けたオフセット用位相板９
を駆動装置１０を動作させて光ビーム内に位置させる。

このオフセット用位相板９は予め決められた複屈折値（
ｂｏとする）を持たせである。この場合ｏ＜ｂ。くλ／
４を満たす値とする。

この時式（２）は δ−２π／λｘ（ｂ＋ｂ０）　　　・・・（５）となる
。

第２図は本発明の測定原理を示す図である。図において
、（Ａ）は目視にて観察される光弾性縞分布を示してい
る。測定対象の複屈折値分布が（Ｂ）のような形をとっ
た場合、測定される値は（Ｃ）に示すようにλ／２毎に
区切られた周期的な値となる。

ここでオフセット位相板９のオフセットｂ。

（１）ｏ　＜λ／４）を加えると（Ｄ）のようになり、
波形の極大点及び極小点はオフセット量に応じて移動す
る。ある極大（小）点に注目すると、オフセットが加え
られて移動した点は、（ｂｏ＜λ／４）の場合（Ｃ）か
ら（Ｄ）を見て最も近い点即ち■→■°、■→■′に移
動する。この場合複屈折分布の真の極大点、極少点■は
移動しない。従ってこの点の移動の対応づけを行えば、
（Ｅ）に示すように各区間において応力傾斜が左下がり
であるか右下がりであるかを知ることが出来る。

第３図は以上の測定原理に於ける応力傾斜判定アルゴリ
ズムを示す図である。

次に以上の原理に基づいたシステムの動作について説明
する。

第１図において、始めにオフセット位相板９を図に示す
ように光ビームから外した状態で、駆動装置１０ａで試
験片８の位置を変えて光検出センサ７で光ビームの強度
検出を行い、得られたデータをマイクロコンピュータ１
１に記憶する。次に駆動装置１０によりオフセット位相
板９を光ビームの所まで移動させ、上記と同じ方法でオ
フセット位相板９と試験片８の両方を通過したレーザビ
ームの強度を検出し、得られたデータをマイクロコンピ
ュータ１１に記憶させる。

上記のようにして記憶された２組のデータは、横軸に距
離Ｘをとると、前者は第２図の（Ｃ）の形を、後者は同
図の（Ｄ）の形をとる。

マイクロコンピュータ１１においては、得られた２つの
波形について極大値及び極小値を抽出し、さらに先に説
明した発明の原理に従って２つの波形の対応点が抽出さ
れる。これにより点が右（左）側に動く場合、複屈折値
の分布は右（左）下がりの分布になることが分かる。

第３図は複屈折値を算出する実際の流れを示す図である
。ステップ（ｉ）、（ｉｔ）、および（ｉｉｉ）による
オフセット位相板のない場合とある場合の複屈折値ｂ＋
　　［ｘｌ、ｂ２　［ｘｌが各測定点について式（３）
１式（４）を用いて算出される。

ステップ（ｉｖ）では、これらのデータより、例えば微
分等の操作によってそれぞれの極大点、極小点が検出さ
れ、その点の座標がＳｌ　　［ｎｌ。

ｓｚ［ｍｌに極大（＋１）が極小（−１）がの情１がｔ
＋　　［ｎｌ　、ｔ２　［ｍｌに記録される。

ステップ（ｖ）では、Ｓｌ　［ｎコから８２［ｍｌを見
て、Ｘ座標の小さい側で最もＳｌ　　［ｎｌに近いもの
Ｓ２［ｍ＋］を調べ、Ｘ座標の大きい側でＳ２　　［ｎ
ｌに最も近いものＳ２［ｍ２］を調べ、Ｓｔ　　［ｎｌ
　−３２［ｍｉ　　ｌ＞ｌｓ＋　　［ｎｌＳ２　［ｍ＋
コ　１の場合には増加（＋１）の情報、不等号の向きが
逆の場合には減少（−１）の情報、Ｓｌ　　［ｎｌ　−
Ｓ２　　［ｒｒｚコ　１もしくはｌｓ＋［ｎｌ　　Ｓ２
　　［ｍ＋］　　Ｉが近似的にゼロである場合はピーク
（０）の情報をＪ　　［ｎｌに記録する。

ステップ（ｖｉ）では、各ｂ＋　　［ｘｌの値に対して
Ｓｔ　　［ｒｚ　］　＜ｂ、［ｘｌ　＜ｓ、［ｒｚ　］
である場合、Ｊ　［ｎ＋１．ｔ＋　　［ｎ２コの値の組
み合わせにより、表１の計算式を用いて逐次Ｂ　［ｘｌ
を求めていく。

表１ 例えば区間（Ｉ、　ＩＩＩ、　Ｖ、■）のときはＢ　　
［ｘ　　＋　Δ　Ｘ　コ　−　Ｂ　　［ｘｌ　　＋　　
（ｂ＋　　　［ｘ　　十　Δ　Ｘ　］ｂ＋［ｘｌ）　　
　・・・（６） となり、区間（ＩＩ、　ＩＶ、■）のときはＢ　［ｘ＋
Δｘ］　−Ｂ　［ｘｌ　＋（ｂ＋　［ｘ＋Δｘ］　＋ｂ
＋　　［ｘｌ　） ・・・（７） となる。

以上の結果は表示装置１２に表示される。

［効果コ 以上の説明から分かるように、オフセット位相板を光ビ
ームに出し入れ可能に設けてオフセット位相板を入れた
時と入れない時について測定を行うことにより、従来不
可能であったλ／２以上の複屈折値の計測が可能となっ
た。

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は本発明の
測定原理図、第３図は応力傾斜判定アルゴリズムを示す
図である。

記号の説明：１はレーザ、２は直線偏光子、３と５は１
／４波長板、６は直線検光子、７は光検出センサ、８は
試験片、９はオフセット用位相板、１０と１０ａは駆動
装置、１１はマイクロコンピュータ、１２は表示装置を
それぞれ表している。

第 １ 図 第２図 ■ 不動点−ビーク値

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直線偏波を円偏波に変え、該円偏波を試験片に通
   して楕円偏波とし、この楕円偏波の位相を直線検光子を
   用いて測定することにより複屈折値の計測を行い、この
   計測を前記試験片の一方向に沿って多数点で繰り返すこ
   とにより複屈折値分布を測定するようにした光弾性特性
   測定方式において、位相差既知の位相板を前記試験片に
   平行して挿入離脱可能に設け、該位相板を挿入した状態
   で前記位相板が無い状態の場合と同様の複屈折値の計測
   を行い、得られる２つの波状線の各極大点又は極少点の
   移動方向から真の複屈折傾斜方向を知り、更に該複屈折
   傾斜方向に応じて正又は負の値を加える事で実際の複屈
   折値を再現して応力分布を算出するようにしたことを特
   徴とする光弾性特性測定方式。