JPH04131705A - 変形測定装置 - Google Patents
変形測定装置Info
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- JPH04131705A JPH04131705A JP25479590A JP25479590A JPH04131705A JP H04131705 A JPH04131705 A JP H04131705A JP 25479590 A JP25479590 A JP 25479590A JP 25479590 A JP25479590 A JP 25479590A JP H04131705 A JPH04131705 A JP H04131705A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、変形測定装置に係り、特に、変形前後の物体
表面の一部をレーザビームで照射してスペックル模様を
現出し、該変形前後のスペックル模様をそれぞれ光電変
換素子列で光電変換して得られる信号間の相互相関関数
を求め、該相互相関関数のＶｉＡ値の位置として求めら
れるスペックル模様の移動量から物体の変形量を決定す
る変形測定装置の改良に関するものである。 ［従来の技術］ レーザビームを粗面に当てた時、拡散光の干渉によって
止するスペックル模様は、物体表面に変位や変形が起き
ると、徐々に変形しながら移動する。そこで、反射光に
含まれるスペックル模様を光電的に走査し、得られる電
気信号をマイクロコンピュータ、相関計に入力し、その
相関関数の極値の位置の移動量からスペックル移動を求
め、このスペックル移動と物体表面の変位や変形との関
係を利用して、物体の並進、回転、歪み等による微小な
変形を３１１１定する、いわゆるスペックル相関法が提
案されている（特公昭５９−５２９６３）。 このスペックル相関法に適用可能な装置としては、例え
ば第６図にその概略を示す如く、−次元イメージセンサ
とマイクロコンピュータを備えたものを挙げることがで
きる。 この装置においては、物体１０上の測定点を、レーザ源
１２で発生した、直径１ ｉｎ程度のレーザビーム１３
で、必要に応じて拡大レンズ１４を介して照射し、その
拡散反射光の中に一次元イメージセンサ１５を配置して
おく。その際、ビーム径Ｗとセンサ距離し０を調節して
、およそλＬｏ／Ｗ （λはレーザビームの波長）で与
えられるセンサ１５上でのスペックルの平均径を、その
ピッチ（１０〜２０ｔ１ｗ＋）より大きくとっておく。 又、−次元イメージセンサ１５の軸は、光学系と物体変
位の種類（平行移動、回転、歪みの方向）で決まるスペ
ックル移動の方向に合致させておく。 −次元イメージセンサ１５の出力をＡ／Ｄ変換してマイ
クロコンピュータ１６に入れ、相関器１８で物体の変形
前後の出力の間の相互相関関数を計算すると、そのピー
ク位置としてスペックル移動が求められる。 上述のスペックル相関法では、相関計算と頂点位置の特
定に時間を要するため、それを改善するべく、極値とそ
の位置を出力する専用相関器を用いて、リアルタイムで
スペックルの移動量を検出する装置も本発明者により開
発されている（オブトロニクスＶｏ１．７、Ｎｏ、９
（１９８８）１２０−１２５）。 又、光電変換素子の出力をマイクロコンピュータに取込
み、そのフレームデータの異なったフレーム間の相互相
関関数をこのマイクロコンピュータにより計算し、得ら
れた相互相関関数の極値とその周辺の（１２点を放物曲
線にあてはめてその頂点位置を求めることより極値の位
置を補正し、その分解能を向上させる技術が本発明者に
より開発されている（ Ｑ ｐｔｉｃｓ ａｎｄ
Ｌ ａｓｅｒｓ ｉｎ Ｅｎｇ＋ｎｅｅｒｉｎｇ
１１ （１９８９） ２２３−２３２）。
表面の一部をレーザビームで照射してスペックル模様を
現出し、該変形前後のスペックル模様をそれぞれ光電変
換素子列で光電変換して得られる信号間の相互相関関数
を求め、該相互相関関数のＶｉＡ値の位置として求めら
れるスペックル模様の移動量から物体の変形量を決定す
る変形測定装置の改良に関するものである。 ［従来の技術］ レーザビームを粗面に当てた時、拡散光の干渉によって
止するスペックル模様は、物体表面に変位や変形が起き
ると、徐々に変形しながら移動する。そこで、反射光に
含まれるスペックル模様を光電的に走査し、得られる電
気信号をマイクロコンピュータ、相関計に入力し、その
相関関数の極値の位置の移動量からスペックル移動を求
め、このスペックル移動と物体表面の変位や変形との関
係を利用して、物体の並進、回転、歪み等による微小な
変形を３１１１定する、いわゆるスペックル相関法が提
案されている（特公昭５９−５２９６３）。 このスペックル相関法に適用可能な装置としては、例え
ば第６図にその概略を示す如く、−次元イメージセンサ
とマイクロコンピュータを備えたものを挙げることがで
きる。 この装置においては、物体１０上の測定点を、レーザ源
１２で発生した、直径１ ｉｎ程度のレーザビーム１３
で、必要に応じて拡大レンズ１４を介して照射し、その
拡散反射光の中に一次元イメージセンサ１５を配置して
おく。その際、ビーム径Ｗとセンサ距離し０を調節して
、およそλＬｏ／Ｗ （λはレーザビームの波長）で与
えられるセンサ１５上でのスペックルの平均径を、その
ピッチ（１０〜２０ｔ１ｗ＋）より大きくとっておく。 又、−次元イメージセンサ１５の軸は、光学系と物体変
位の種類（平行移動、回転、歪みの方向）で決まるスペ
ックル移動の方向に合致させておく。 −次元イメージセンサ１５の出力をＡ／Ｄ変換してマイ
クロコンピュータ１６に入れ、相関器１８で物体の変形
前後の出力の間の相互相関関数を計算すると、そのピー
ク位置としてスペックル移動が求められる。 上述のスペックル相関法では、相関計算と頂点位置の特
定に時間を要するため、それを改善するべく、極値とそ
の位置を出力する専用相関器を用いて、リアルタイムで
スペックルの移動量を検出する装置も本発明者により開
発されている（オブトロニクスＶｏ１．７、Ｎｏ、９
（１９８８）１２０−１２５）。 又、光電変換素子の出力をマイクロコンピュータに取込
み、そのフレームデータの異なったフレーム間の相互相
関関数をこのマイクロコンピュータにより計算し、得ら
れた相互相関関数の極値とその周辺の（１２点を放物曲
線にあてはめてその頂点位置を求めることより極値の位
置を補正し、その分解能を向上させる技術が本発明者に
より開発されている（ Ｑ ｐｔｉｃｓ ａｎｄ
Ｌ ａｓｅｒｓ ｉｎ Ｅｎｇ＋ｎｅｅｒｉｎｇ
１１ （１９８９） ２２３−２３２）。
前記専用相関器を備えた装置は、相関計算の高速化が達
成され、相互相関関数の極値とその位置をリアルタイム
で出力することができるが、該極値の正確な位置をリア
ルタイムで補正する方法が無いため、物体変形の測定に
おける最小分解能は光電変換素子の配列ピッチにより決
定され、該ピッチ以下の分解能で、しかもリアルタイム
で、上記極値の正確な位置、即ち、物体の変形を計測す
ることは不可能であった。 又、上記のように、光電変換素子の出力をマイクロコン
ピュータに取込み、そのフレームデータの異なったフレ
ーム間の相関計算及び補正計算をソフトウェアにより実
行する場合は、その計算時間として数秒を要し、そのた
め、この計算時間中は光電変換素子からの出力を取込む
ことが出来ず、計算終了後に始めて次のフレームデータ
を取込むことが出来るにすぎなかった。そのため、前記
のような分解能を向上する技術は、動きの遅い物体の変
形の測定にしか適用できなかった。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、相関計算による相互相関関数の極値の位置の補正
を高速且つ高精度で実現することにより、その一応用で
あるスペックル相関法におけるスペックル移動量を高速
且つ高精度で求め、その結果、物体の変形を高速且つ高
覇度で測定することができる変形測定装置を提供するこ
とを課題とする。
成され、相互相関関数の極値とその位置をリアルタイム
で出力することができるが、該極値の正確な位置をリア
ルタイムで補正する方法が無いため、物体変形の測定に
おける最小分解能は光電変換素子の配列ピッチにより決
定され、該ピッチ以下の分解能で、しかもリアルタイム
で、上記極値の正確な位置、即ち、物体の変形を計測す
ることは不可能であった。 又、上記のように、光電変換素子の出力をマイクロコン
ピュータに取込み、そのフレームデータの異なったフレ
ーム間の相関計算及び補正計算をソフトウェアにより実
行する場合は、その計算時間として数秒を要し、そのた
め、この計算時間中は光電変換素子からの出力を取込む
ことが出来ず、計算終了後に始めて次のフレームデータ
を取込むことが出来るにすぎなかった。そのため、前記
のような分解能を向上する技術は、動きの遅い物体の変
形の測定にしか適用できなかった。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、相関計算による相互相関関数の極値の位置の補正
を高速且つ高精度で実現することにより、その一応用で
あるスペックル相関法におけるスペックル移動量を高速
且つ高精度で求め、その結果、物体の変形を高速且つ高
覇度で測定することができる変形測定装置を提供するこ
とを課題とする。
本発明は、変形前後の物体表面の一部をレーザビームで
照射してスペックル模様を現出し、該変形前後のスペッ
クル模様をそれぞれ光電変換素子列で光電変換して得ら
れる信号間の相互相関関数を求め、該相互相関関数の極
値の位置として求められるスペックル模様の移動量から
物体の変形歯を決定する変形測定装置において、極値の
位置と該極値及びその周辺の相関値とを出力する相関手
段と、複数の上記相関値を入力し、極値の位置の補正値
を出力する補正手段と、極値の位置と上記補正値とを合
成し、補正された極値の位置を出力する合成手段とを備
えることにより、前記課題を達成したものである。 本発明は又、前記変形測定装置において、極値の位置と
該極値及びその周辺の相関値とを出力する相関手段と、
相関値と適値との差をとり、その差分値を出力する減算
手段と、上記差分値を入力し、極値の位置の補正値を出
力する補正手段と、極値の位置と上記補正値とを合成し
、補正された極値の位置を出力する合成手段とを備える
ことにより、前記課題を達成したものである。 ［作用及び効果］ 第６図に示す如く、物体１０の測定領域Ｏを、レーザ源
１２からのレーザビーム１３で必要に応じて拡大レンズ
１４を介して照射し、得られるスペックル模様を観察面
３０で観察する場合を考える。 ここで、物体面上の座標軸をｘ、ｙ、ｚ、レーザビーム
１３の発散点の距離０８＝Ｌｓ 、発散点の方向を１２
ＳＸ、 Ｊ２Ｓｙ、 ｊ２ ｓｚ１物体面と観察面３
０の距離をＬＯ１観察観察点力向をぶＸ、βＶ、Ｊ２Ｚ
、レーザビーム１３で照射した領域における物体１０の
並進、回転、歪みの成分をそれぞれ（ａＸ、ａｙ、 ａ
ｚ）、（Ωｘ１Ωｙ１Ω２）、〈εｘｘ、εｙｘ。 εｙｙ）とする。 この条件下で、物体１０が変形を受ける前後における観
察点Ｐでのスペックル模様の強度分布Ｉ（Ｘ、Ｖ）とＩ
ｚ（Ｘ、Ｖ）の間の相互相関関数Ｃ（ｘ 、 ｙ ）を
計算する。 Ｃ（ｘ、ｙ）＝＜Ｉ＋ （ｘ、ｙ） ＸＩ２（Ｘ ＋マ・ｙ＋ｙ）＞・・・（１）ここで、〈
〉は集合平均を意味する。 この（１）式を計算すると、Ｃ（マ、７）が、Ｘ ＝Ａ
Ｘ 、ｙ ＝ＡＶで最大値をとることがわかる。 ここでＡＸ 、ＡＶは、次式で与えられ、物理的には物
体変形によるスペックル模様の移動量に相当する。 ＡＸ ＝−ａＸ［（１０／１３ ） ｌ！５ｘ２−１
）十βＸ２−１］ −ａＶ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ）ｆｓｘ／２ｓｙ＋βｘ、ｌ
’］−ａｚ［（ＬＯ／ＬＳ ） Ｊｓｌｓｚ−＋１２
ｘ ｊ２ｚ ］−ＬＯ［−ΩＺ （Ｊ２ｓｙ−１ｙ
）−Ωｙ （Ｊ２ｓｚ＋βｚ）、＋５ＸＸ（ｊ２ｓ
Ｘ＋Ｊ！Ｘ ）＋ ε ｘｙ（」２ Ｓｙ＋ｆｆ２ ｙ
） コ ・・・・・・ （２）Ａｙ ＝−
ａｘ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ） （ｆｓｙＪ２ｓｘ＋ぶｙ
ぶ×〕 −ａｙ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ） （Ｊ２ｓｙ２−１ ＞
十ぶｙ２−１］ −ａｚ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ）ＡｓｙＡｓｚ＋Ａｘ ｉｚ
］−Ｌｏ ［−ΩＺ （、ｆ２ＳＸ−１１２Ｘ
）−ΩＸ （Ｊ２ｓｚ−＋−Ｊｚ ） ＋ε
ｙｙｌ！５ｙ−１ｙ）＋εＸｙ（ｆｓｘ＋ｕｘ ）］
・・・・・・ （３）従って、前記観察面３０
に一次元イメージセンサ（光電変換素子列）を配置して
スペックルの移動量ＡＸ、、Ａｙを観測すれば、該−次
元イメージセンサの出力波形は、物体変位前後で第７図
（Ａ）に示す如く変化し、その自己相関波形は、第７図
（Ｂ）に示す如くとなり、相互相関波形は第７図（Ｃ）
に示す如くとなる。 このような装置において、第１発明は、それぞれ専用の
前記機能を有する相関手段、補正手段及び合成手段を設
けることにより、補正手段において、相関手段から入力
された相互相関関数の極値及びその周辺の相関値を用い
て該極値の位置の補正値を求め、合成手段において、相
関手段から入力された極値の位置と上記補正手段から入
力された補正値とを合成し、補正した極値の位置（補正
位置）を求めることにより、相関計算による相互相関関
数の極値の位置の補正を高速且つ高精度で実現すること
が可能となり、その一応用であるスペックル相関法にお
けるスペックル移動量を高速且つ高精度で求めることが
可能となる。その結果、物体の変形を高速且つ高速度で
測定することが可能となる。 又、第２発明は、相関手段と補正手段との間に、前記機
能を有する減算手段を介設することにより、減算結果で
ある差分値を補正手段に入力し、同様に極値の位置の補
正値を求めることが可能となるため、補正手段に対する
入力情報症を低減した上で、なお且つ前記第１発明と同
様に物体の変形を高速且つ高精度で測定することが可能
である。 ［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 第１図は、本発明による第１実施例の変形測定装置を、
その作用と共に示す概略構成図、第２図は、実際のスペ
ックルパターン（模様）により得られた相互相関関数の
相関値をヒストグラムで表わした線図である。 本実施例の変形測定装置は、物体２０の表面にレーザ光
を、必要に応じて拡大レンズ（図示せず）を介して照射
するためのレーザｌ［ｉ２２と、該物体２０の表面で反
則した反射光を受光する一次元イメージセンサ（光電変
換素子列）２６と、該−次元イメージセンサから入力さ
れる電気信号に基づいて相互相関関数を求め、その相関
値等を出力する相関器（相関手段）２６と、該相関器２
６から入力される極値を含む上記相関値に基づいて極値
の位置の補正値を求め、該補正値等を出力する補正器（
補正手段）２８と、上記相関器２６から入力される極値
の位置と上記補正器２８から入力される上記補正値及び
演算符号とから該極値の位置の補正値を求め、該出力を
補正する加減算器（合成手段）３０とを備えている。 本実施例の変形測定装置においては、物体２０の変形の
前後にわたって該物体２０の表面にレーザ光りを照射し
、その表面からの反射光に含まれるスペックルパターン
を前記−次元イメージセンサ２４で受光し、その電気信
号Ｅをフレーム毎に順次前記相関器２６に出力する。 上記電気信号Ｅを入力した相関器２６では、毎フレーム
時刻毎に、光電変換素子列の配列ピッチＰを単位幅とす
る第２図に示すようなヒストグラムで表わされる相互相
関関数を求める。そして、上記ヒストグラムで表わされ
る相互相関関数の極値Ａ及びその周辺の２つの相関値Ｂ
、Ｃと、上記ピッチＰを最小分解能とする極値の位置Ｍ
とを前記補正器２８へ出力する。 上記補正器２８は、入力された極値Ａ、相関値Ｂ、Ｃを
用い、例えば、放物線の頂点位置、重心位置又は直線の
交点を求める等の計算手法により、極値の位置に対する
補正量として小数点以下の補正値りを算出し、該補正値
りを、演算符号Ｆと共に前記加減算器３０へ出力する。 上記加減算器３０は、上記補正器２８から入力される補
正値り及び前記相関器２６から入力される極値の位置Ｍ
の間で演算符号Ｆに基づく加算又は減算を行い、整数部
（Ｍ）と小数部（Ｄ）とからなるその算出値を極値の補
正位置Ｍ′として出力する。 上述した本実施例の変形測定装置によれば、前記のよう
な相関器２６、補正器２８及び加減算器３０からなる極
値の位置の補正機能を有しているため、光電変換素子列
の配列ピッチＰの間隔で表わされる極値の位置Ｍを高速
且つ高精度で補正し、その補正位置Ｍ′を求めることが
可能となるため、スペックル移動量を高速且つ高精度で
求めることができ、その結果物体２０の変形を高速且つ
高精度で測定するこができる。従って、最小分解能が光
電変換素子のピッチによって決定されていた従来の相関
計算による極値の位置の補正を、リアルタイムで高精度
に実現することができる。 本実施例における前記補正器２８は、ディジタル信号処
理プロセッサ又は予め計算結果を格納したＲＯＭを使用
して形成することができる。ＲＯＭを使用する場合は、
予め実験的に求めた相関値と補間データを格納しておく
ことにより、補正計算で取りきれない誤差を無くし、更
に高精度の補正をすることもできる。 又、第１図で二点鎖線で囲んだ部分３２は、１フレ一ム
時間に演算可能な高速で動作するマイクロプロセッサ又
はディジタル信号処理プロセッサとそのソフトウェアで
代用することもできる。その場合、例えばＲＩＳＣ形の
３２ビツトプロセツサ等が使用できる。 又上記部分３２は、第３図に示すように安価な８ビツト
マイクロプロセツサ（ＣＰＵ）３４と、補正計算結果を
予め書込んでおいたＲＯＭ３６によるソフトウェアによ
って実行することも可能である。即ち、相関値Ａ（極値
）、Ｂ、Ｃが、それぞれ入力ポート３８Ａ、３８Ｂ、３
８Ｃに入力されると、ＣＰＵ３４は、上記相関値Ａ、Ｂ
、Ｃに基づいて相関結果が書込んであるＲＯＭ３６より
補正値を読出し、入力ポート３８Ｅに入力された極値の
位置Ｍと加減算を実行し、極値の補正位置Ｍ′を出力ボ
ート３８Ｆより出力する。 次に、本実施例の変形測定装置を物体変形の測定に実際
に適用した結果を第４図に示す。なお、ここでは、第１
図に示す二点鎖線で囲んだ部分３２をマイクロプロセッ
サのソフトウェアにより実行した。 上記第４図は、物体を連続的に移動させた時の極値の位
置の変移を示したもので、補正をしない場合の位置Ｏと
、本実施例により補正をした場合の位置Ｐとを併記した
ものである。この第４図より、補正をしない場合の極値
の位置０は、１ビクセルの分解能でステップ状になるの
い対し、本実施例の場合は極値の位置Ｐが連続的に求め
られることができる。従って、本実施例によれば、極値
の位置、即ち物体の変形を高精度で測定できることが判
る。 第５図は、本発明による第２実施例の変形測定装置を示
す概略構成図である。 本実施例の変形測定装置は、相関器２６と、補正器２８
との間に第１及び第２の減算器（減算手段＞４０Ａ、４
０Ｂを介在させ、補正器２８に対する入力情報量を減少
される構成とした以外は、前記第１実施例の変形測定装
置と実質的に同一である。 本実施例の作用を、減算に使用する適値として極値Ａを
用いる場合を例に説明する。 先ず、相関器２６から、第１減算器４０Ａに極値Ａ及び
相関値Ｂを、又、第２減算器４０Ｂに極値Ａ及び相関値
Ｃを入力し、第１減算器４０ＡからはＡとＢの差Ｂ−Ａ
を、第２減算器４０ＢからはＡとＣの差Ｃ−Ａを、それ
ぞれ補正器２８に出力する。補正器２８は、入力した差
分値Ｂ−Ａと差分値Ｃ−Ａを用いて補正値りを求め、該
補正値りを加減算器３０へ出力し、その後前記第１実施
例と同様の処理を行い、極値の補正位置Ｍ′を出力する
。 本実施例によれば、前記第１実施例と同様に、高速且つ
高精度に極値の位置を補正し、分解能を向上できると同
時に、第１及び第２減算器４０Ａ、４０Ｂで上記減算を
行うことにより、補正器２８に対する入力情報を差分ｌ
５−Ａと差分値Ｃ−Ａの２つに減らし、しかもこれら各
差分値自体の情報量も減少させることができる。このよ
うに、本実施例では、補正器２８に対する入力情報量を
大幅に減少させることができる利点がある。 なお、減算器に入力する適値は前述のように極値Ａに限
られるものでなく、任意の適値を設定し、該適値と極値
Ａを含むＢ、Ｃ等の相関値との間で減算を行ってもよい
。 又、第５図で二点鎖線で囲んだ部分３２Ａは、第１図の
同部分３２と同様の前述した取扱いが可能である。 以上、本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施
例に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない
。 例えば、前記第３図において、ＣＰＵ３４に対して入力
する相関値Ａ、Ｂ、Ｃは、前記第２実施例の場合と同様
に適値との間で減算処理を行い、その差分値として入力
してもよい。このようにすると、ＲＯＭ３６の入力アド
レス、データを減少させることができる。
照射してスペックル模様を現出し、該変形前後のスペッ
クル模様をそれぞれ光電変換素子列で光電変換して得ら
れる信号間の相互相関関数を求め、該相互相関関数の極
値の位置として求められるスペックル模様の移動量から
物体の変形歯を決定する変形測定装置において、極値の
位置と該極値及びその周辺の相関値とを出力する相関手
段と、複数の上記相関値を入力し、極値の位置の補正値
を出力する補正手段と、極値の位置と上記補正値とを合
成し、補正された極値の位置を出力する合成手段とを備
えることにより、前記課題を達成したものである。 本発明は又、前記変形測定装置において、極値の位置と
該極値及びその周辺の相関値とを出力する相関手段と、
相関値と適値との差をとり、その差分値を出力する減算
手段と、上記差分値を入力し、極値の位置の補正値を出
力する補正手段と、極値の位置と上記補正値とを合成し
、補正された極値の位置を出力する合成手段とを備える
ことにより、前記課題を達成したものである。 ［作用及び効果］ 第６図に示す如く、物体１０の測定領域Ｏを、レーザ源
１２からのレーザビーム１３で必要に応じて拡大レンズ
１４を介して照射し、得られるスペックル模様を観察面
３０で観察する場合を考える。 ここで、物体面上の座標軸をｘ、ｙ、ｚ、レーザビーム
１３の発散点の距離０８＝Ｌｓ 、発散点の方向を１２
ＳＸ、 Ｊ２Ｓｙ、 ｊ２ ｓｚ１物体面と観察面３
０の距離をＬＯ１観察観察点力向をぶＸ、βＶ、Ｊ２Ｚ
、レーザビーム１３で照射した領域における物体１０の
並進、回転、歪みの成分をそれぞれ（ａＸ、ａｙ、 ａ
ｚ）、（Ωｘ１Ωｙ１Ω２）、〈εｘｘ、εｙｘ。 εｙｙ）とする。 この条件下で、物体１０が変形を受ける前後における観
察点Ｐでのスペックル模様の強度分布Ｉ（Ｘ、Ｖ）とＩ
ｚ（Ｘ、Ｖ）の間の相互相関関数Ｃ（ｘ 、 ｙ ）を
計算する。 Ｃ（ｘ、ｙ）＝＜Ｉ＋ （ｘ、ｙ） ＸＩ２（Ｘ ＋マ・ｙ＋ｙ）＞・・・（１）ここで、〈
〉は集合平均を意味する。 この（１）式を計算すると、Ｃ（マ、７）が、Ｘ ＝Ａ
Ｘ 、ｙ ＝ＡＶで最大値をとることがわかる。 ここでＡＸ 、ＡＶは、次式で与えられ、物理的には物
体変形によるスペックル模様の移動量に相当する。 ＡＸ ＝−ａＸ［（１０／１３ ） ｌ！５ｘ２−１
）十βＸ２−１］ −ａＶ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ）ｆｓｘ／２ｓｙ＋βｘ、ｌ
’］−ａｚ［（ＬＯ／ＬＳ ） Ｊｓｌｓｚ−＋１２
ｘ ｊ２ｚ ］−ＬＯ［−ΩＺ （Ｊ２ｓｙ−１ｙ
）−Ωｙ （Ｊ２ｓｚ＋βｚ）、＋５ＸＸ（ｊ２ｓ
Ｘ＋Ｊ！Ｘ ）＋ ε ｘｙ（」２ Ｓｙ＋ｆｆ２ ｙ
） コ ・・・・・・ （２）Ａｙ ＝−
ａｘ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ） （ｆｓｙＪ２ｓｘ＋ぶｙ
ぶ×〕 −ａｙ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ） （Ｊ２ｓｙ２−１ ＞
十ぶｙ２−１］ −ａｚ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ）ＡｓｙＡｓｚ＋Ａｘ ｉｚ
］−Ｌｏ ［−ΩＺ （、ｆ２ＳＸ−１１２Ｘ
）−ΩＸ （Ｊ２ｓｚ−＋−Ｊｚ ） ＋ε
ｙｙｌ！５ｙ−１ｙ）＋εＸｙ（ｆｓｘ＋ｕｘ ）］
・・・・・・ （３）従って、前記観察面３０
に一次元イメージセンサ（光電変換素子列）を配置して
スペックルの移動量ＡＸ、、Ａｙを観測すれば、該−次
元イメージセンサの出力波形は、物体変位前後で第７図
（Ａ）に示す如く変化し、その自己相関波形は、第７図
（Ｂ）に示す如くとなり、相互相関波形は第７図（Ｃ）
に示す如くとなる。 このような装置において、第１発明は、それぞれ専用の
前記機能を有する相関手段、補正手段及び合成手段を設
けることにより、補正手段において、相関手段から入力
された相互相関関数の極値及びその周辺の相関値を用い
て該極値の位置の補正値を求め、合成手段において、相
関手段から入力された極値の位置と上記補正手段から入
力された補正値とを合成し、補正した極値の位置（補正
位置）を求めることにより、相関計算による相互相関関
数の極値の位置の補正を高速且つ高精度で実現すること
が可能となり、その一応用であるスペックル相関法にお
けるスペックル移動量を高速且つ高精度で求めることが
可能となる。その結果、物体の変形を高速且つ高速度で
測定することが可能となる。 又、第２発明は、相関手段と補正手段との間に、前記機
能を有する減算手段を介設することにより、減算結果で
ある差分値を補正手段に入力し、同様に極値の位置の補
正値を求めることが可能となるため、補正手段に対する
入力情報症を低減した上で、なお且つ前記第１発明と同
様に物体の変形を高速且つ高精度で測定することが可能
である。 ［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 第１図は、本発明による第１実施例の変形測定装置を、
その作用と共に示す概略構成図、第２図は、実際のスペ
ックルパターン（模様）により得られた相互相関関数の
相関値をヒストグラムで表わした線図である。 本実施例の変形測定装置は、物体２０の表面にレーザ光
を、必要に応じて拡大レンズ（図示せず）を介して照射
するためのレーザｌ［ｉ２２と、該物体２０の表面で反
則した反射光を受光する一次元イメージセンサ（光電変
換素子列）２６と、該−次元イメージセンサから入力さ
れる電気信号に基づいて相互相関関数を求め、その相関
値等を出力する相関器（相関手段）２６と、該相関器２
６から入力される極値を含む上記相関値に基づいて極値
の位置の補正値を求め、該補正値等を出力する補正器（
補正手段）２８と、上記相関器２６から入力される極値
の位置と上記補正器２８から入力される上記補正値及び
演算符号とから該極値の位置の補正値を求め、該出力を
補正する加減算器（合成手段）３０とを備えている。 本実施例の変形測定装置においては、物体２０の変形の
前後にわたって該物体２０の表面にレーザ光りを照射し
、その表面からの反射光に含まれるスペックルパターン
を前記−次元イメージセンサ２４で受光し、その電気信
号Ｅをフレーム毎に順次前記相関器２６に出力する。 上記電気信号Ｅを入力した相関器２６では、毎フレーム
時刻毎に、光電変換素子列の配列ピッチＰを単位幅とす
る第２図に示すようなヒストグラムで表わされる相互相
関関数を求める。そして、上記ヒストグラムで表わされ
る相互相関関数の極値Ａ及びその周辺の２つの相関値Ｂ
、Ｃと、上記ピッチＰを最小分解能とする極値の位置Ｍ
とを前記補正器２８へ出力する。 上記補正器２８は、入力された極値Ａ、相関値Ｂ、Ｃを
用い、例えば、放物線の頂点位置、重心位置又は直線の
交点を求める等の計算手法により、極値の位置に対する
補正量として小数点以下の補正値りを算出し、該補正値
りを、演算符号Ｆと共に前記加減算器３０へ出力する。 上記加減算器３０は、上記補正器２８から入力される補
正値り及び前記相関器２６から入力される極値の位置Ｍ
の間で演算符号Ｆに基づく加算又は減算を行い、整数部
（Ｍ）と小数部（Ｄ）とからなるその算出値を極値の補
正位置Ｍ′として出力する。 上述した本実施例の変形測定装置によれば、前記のよう
な相関器２６、補正器２８及び加減算器３０からなる極
値の位置の補正機能を有しているため、光電変換素子列
の配列ピッチＰの間隔で表わされる極値の位置Ｍを高速
且つ高精度で補正し、その補正位置Ｍ′を求めることが
可能となるため、スペックル移動量を高速且つ高精度で
求めることができ、その結果物体２０の変形を高速且つ
高精度で測定するこができる。従って、最小分解能が光
電変換素子のピッチによって決定されていた従来の相関
計算による極値の位置の補正を、リアルタイムで高精度
に実現することができる。 本実施例における前記補正器２８は、ディジタル信号処
理プロセッサ又は予め計算結果を格納したＲＯＭを使用
して形成することができる。ＲＯＭを使用する場合は、
予め実験的に求めた相関値と補間データを格納しておく
ことにより、補正計算で取りきれない誤差を無くし、更
に高精度の補正をすることもできる。 又、第１図で二点鎖線で囲んだ部分３２は、１フレ一ム
時間に演算可能な高速で動作するマイクロプロセッサ又
はディジタル信号処理プロセッサとそのソフトウェアで
代用することもできる。その場合、例えばＲＩＳＣ形の
３２ビツトプロセツサ等が使用できる。 又上記部分３２は、第３図に示すように安価な８ビツト
マイクロプロセツサ（ＣＰＵ）３４と、補正計算結果を
予め書込んでおいたＲＯＭ３６によるソフトウェアによ
って実行することも可能である。即ち、相関値Ａ（極値
）、Ｂ、Ｃが、それぞれ入力ポート３８Ａ、３８Ｂ、３
８Ｃに入力されると、ＣＰＵ３４は、上記相関値Ａ、Ｂ
、Ｃに基づいて相関結果が書込んであるＲＯＭ３６より
補正値を読出し、入力ポート３８Ｅに入力された極値の
位置Ｍと加減算を実行し、極値の補正位置Ｍ′を出力ボ
ート３８Ｆより出力する。 次に、本実施例の変形測定装置を物体変形の測定に実際
に適用した結果を第４図に示す。なお、ここでは、第１
図に示す二点鎖線で囲んだ部分３２をマイクロプロセッ
サのソフトウェアにより実行した。 上記第４図は、物体を連続的に移動させた時の極値の位
置の変移を示したもので、補正をしない場合の位置Ｏと
、本実施例により補正をした場合の位置Ｐとを併記した
ものである。この第４図より、補正をしない場合の極値
の位置０は、１ビクセルの分解能でステップ状になるの
い対し、本実施例の場合は極値の位置Ｐが連続的に求め
られることができる。従って、本実施例によれば、極値
の位置、即ち物体の変形を高精度で測定できることが判
る。 第５図は、本発明による第２実施例の変形測定装置を示
す概略構成図である。 本実施例の変形測定装置は、相関器２６と、補正器２８
との間に第１及び第２の減算器（減算手段＞４０Ａ、４
０Ｂを介在させ、補正器２８に対する入力情報量を減少
される構成とした以外は、前記第１実施例の変形測定装
置と実質的に同一である。 本実施例の作用を、減算に使用する適値として極値Ａを
用いる場合を例に説明する。 先ず、相関器２６から、第１減算器４０Ａに極値Ａ及び
相関値Ｂを、又、第２減算器４０Ｂに極値Ａ及び相関値
Ｃを入力し、第１減算器４０ＡからはＡとＢの差Ｂ−Ａ
を、第２減算器４０ＢからはＡとＣの差Ｃ−Ａを、それ
ぞれ補正器２８に出力する。補正器２８は、入力した差
分値Ｂ−Ａと差分値Ｃ−Ａを用いて補正値りを求め、該
補正値りを加減算器３０へ出力し、その後前記第１実施
例と同様の処理を行い、極値の補正位置Ｍ′を出力する
。 本実施例によれば、前記第１実施例と同様に、高速且つ
高精度に極値の位置を補正し、分解能を向上できると同
時に、第１及び第２減算器４０Ａ、４０Ｂで上記減算を
行うことにより、補正器２８に対する入力情報を差分ｌ
５−Ａと差分値Ｃ−Ａの２つに減らし、しかもこれら各
差分値自体の情報量も減少させることができる。このよ
うに、本実施例では、補正器２８に対する入力情報量を
大幅に減少させることができる利点がある。 なお、減算器に入力する適値は前述のように極値Ａに限
られるものでなく、任意の適値を設定し、該適値と極値
Ａを含むＢ、Ｃ等の相関値との間で減算を行ってもよい
。 又、第５図で二点鎖線で囲んだ部分３２Ａは、第１図の
同部分３２と同様の前述した取扱いが可能である。 以上、本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施
例に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない
。 例えば、前記第３図において、ＣＰＵ３４に対して入力
する相関値Ａ、Ｂ、Ｃは、前記第２実施例の場合と同様
に適値との間で減算処理を行い、その差分値として入力
してもよい。このようにすると、ＲＯＭ３６の入力アド
レス、データを減少させることができる。
第１図は、本発明による第１実施例の変形測定装置を示
す概略構成図、 第２図は、スペックルパターンより得られた相互相関関
数の相関値をヒストグラムで表わした線図、 第３図は、第１実施例の変形例を示す概略構成図、 第４図は、第１実施例の効果を示す線図、第５図は、本
発明による第２実施例の変形測定装置を示す概略構成図
、 第６図は、スペックル相関法の測定原理を説明するため
の斜視図、 第７図（Ａ）、＜８）、（Ｃ）は、それぞれ−次元イメ
ージセンサの出力波形、自己相関波形及び相互相関波形
を示す線図、 第８図は、従来のスペックル相関法による測定装置の一
例の構成を示す斜視図である。 ２８・・・補正器、 ４０Ａ、４０Ｂ・・・減算器。
す概略構成図、 第２図は、スペックルパターンより得られた相互相関関
数の相関値をヒストグラムで表わした線図、 第３図は、第１実施例の変形例を示す概略構成図、 第４図は、第１実施例の効果を示す線図、第５図は、本
発明による第２実施例の変形測定装置を示す概略構成図
、 第６図は、スペックル相関法の測定原理を説明するため
の斜視図、 第７図（Ａ）、＜８）、（Ｃ）は、それぞれ−次元イメ
ージセンサの出力波形、自己相関波形及び相互相関波形
を示す線図、 第８図は、従来のスペックル相関法による測定装置の一
例の構成を示す斜視図である。 ２８・・・補正器、 ４０Ａ、４０Ｂ・・・減算器。
Claims (2)
- （１）変形前後の物体表面の一部をレーザビームで照射
してスペックル模様を現出し、該変形前後のスペックル
模様をそれぞれ光電変換素子列で光電変換して得られる
信号間の相互相関関数を求め、該相互相関関数の極値の
位置として求められるスペックル模様の移動量から物体
の変形量を決定する変形測定装置において、 極値の位置と該極値及びその周辺の相関値とを出力する
相関手段と、 複数の上記相関値を入力し、極値の位置の補正値を出力
する補正手段と、 極値の位置と上記補正値とを合成し、補正された極値の
位置を出力する合成手段とを備えていることを特徴とす
る変形測定装置。 - （２）変形前後の物体表面の一部をレーザビームで照射
してスペックル模様を現出し、該変形前後のスペックル
模様をそれぞれ光電変換素子列で光電変換して得られる
信号間の相互相関関数を求め、該相互相関関数の極値の
位置として求められるスペックル模様の移動量から物体
の変形量を決定する変形測定装置において、 極値の位置と該極値及びその周辺の相関値とを出力する
相関手段と、 相関値と適値との差をとり、その差分値を出力する減算
手段と、 上記差分値を入力し、極値の位置の補正値を出力する補
正手段と、 極値の位置と上記補正値とを合成し、補正された極値の
位置を出力する合成手段とを備えていることを特徴とす
る変形測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25479590A JPH0758169B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 変形測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25479590A JPH0758169B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 変形測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04131705A true JPH04131705A (ja) | 1992-05-06 |
| JPH0758169B2 JPH0758169B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=17269997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25479590A Expired - Lifetime JPH0758169B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 変形測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0758169B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6642506B1 (en) | 2000-06-01 | 2003-11-04 | Mitutoyo Corporation | Speckle-image-based optical position transducer having improved mounting and directional sensitivities |
| US6873422B2 (en) | 2000-12-08 | 2005-03-29 | Mitutoyo Corporation | Systems and methods for high-accuracy displacement determination in a correlation based position transducer |
-
1990
- 1990-09-25 JP JP25479590A patent/JPH0758169B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6642506B1 (en) | 2000-06-01 | 2003-11-04 | Mitutoyo Corporation | Speckle-image-based optical position transducer having improved mounting and directional sensitivities |
| US6873422B2 (en) | 2000-12-08 | 2005-03-29 | Mitutoyo Corporation | Systems and methods for high-accuracy displacement determination in a correlation based position transducer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0758169B2 (ja) | 1995-06-21 |
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