JPH0420805A - 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
、ボイラや橋梁さらには船舶等の各徨構造物などの強度
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２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３図は従来装置のスペックルグラム解
析装置の構成を示す。第２図において、１は試験片であ
り、その上端は固定治具２により固定されている。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
レーザ光源であり２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。５
はレンズであり一１上記４で発生したレーザ光を拡げて
試験片１を一様な明るさに照明する。７はカメラであり
。

上記レーザ照明による試験片の像すなわち、スペックル
像を倍率Ｍで写真撮影する。

第３図において、１４はスペックルグラム（フィルム又
は写真乾板）で、上記第２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１４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２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５を介して試験片１上の
計測面に照射する。

そして、カメラ７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。

） 次に、試験片１に重り３の負荷を加えて試験片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７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１４を完成する。

（３）　　スペックルグラム１４を解析して面内変位量
を求めるためには第３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１４に照射する。スクリーン１５には、スペッ
クルグラム１４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。

ａ＝生　　　　　・・・・・・・・・　（１）ｄ 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
を求めることにより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
１４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。（Ｐｏ１ｎｔ　ｂ
ｙＰｏｉｎｔ　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り、−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。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の従来技術では二重露光写真撮影時にレーザ反射光
の光強度分布調整が出来ないので。

例えば２次のような条件； （１）高温物体など物体表面の光反射率が著しく異なる
場合。

（２）円筒などの曲面部で金属光沢がある場合。

（３）レーザ照明用のレンズに傷・汚れがある場合。

では二重露光写真にムラが生じ、写真全体すなわち、計
測面全体において一様にコントラストの良いヤング縞を
得ることが困難となる。したがって、計測できないポイ
ントが増加するので実用上問題である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前述の課題を解決するために、被測定物表面の
光反射率が著しく異なる場合に被測定物の変形前後にお
ける二重露光写真の光強度分布のムラを一様にするよう
にする手段を設けたものである。即ち１本発明は、被測
定物にレーザ光線を照射して該被測定物の変形前後の二
重露光写真を撮影し、該写真にレーザ光をスポット照射
することにより該写真より発する干渉縞を解析して被測
定物の面内変位を計測するため撮影装置であって、レー
ザ光を被測定物に照射する光源と、同被測定物からの反
射光を撮影するカメラとを具備した変位計測装置におい
て。

光源と被測定物の間に配設した液晶板と、該液晶板を介
して被測定物に照射されたレーザ光の反射光を二方向に
分割するビームスプリッタと。

該ビームスプリッタの一方の反射光を受光するイメージ
センサと、該イメージセンサの映像信号を受信し、該受
信信号の明暗信号を反転して前記液晶板を制御する演算
制御装置とを具備してなることを特徴とするレーザ・ス
ペックル変位計測装置を提供するものである。

〔作用〕

本発明は前述の構成としたことにより、まず光源より発
したレーザ光は液晶板を介して被測定物に照射される。

被測定物からの反射光はビームスプリッタにより二分割
され、一方はイメージセンサへ、他方はカメラへ入射し
てスペックル像として撮影される。イメージセンサでは
一方の反射光により結像された信号を得て、この信号は
演算制御装置へ入力され、明暗を反転した信号に変換さ
れて液晶板を制御する。液晶板はこの信号を受けてカメ
ラから見て被測定物の反射光が一様な光強度となるよう
に光強度分布を制御することになり、二重露光写真撮影
時の写真ムラは制御され、計測面全面において一様に面
内変位の測定を可能にする。

〔実施例〕

第１図は本発明のレーザ・スペックル変位計測装置の実
施例の二重露光写真撮影装置（スペックルグラム作成装
置とも呼ばれる）の構成を示す。なお、符号１から５ま
での従来法と同じ要素については共通した番号を使用し
ている。

第３図は従来のスペックルグラム解析装置であるが２本
実施例でも同じ構成であるので本図で説明する。

第１図において、１は試験片であり、その上端は固定治
具２により固定されている。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レーザ光源であり２通
常０６３２８μｍの波長のレーザ光を発生するＨｅ−Ｎ
ｅ　レーザなどが用いられる。５は第１のレンズであり
、上記４で発生したレーザ光を広げて試験片１を一様な
明るさに照明する。６は液晶板であり数ｌＯ万画素のも
のを用いる。８はビームスプリッタであり試験片１から
反射されたレーザ反射光を二方向に分割する。９は第２
のレンズであり、上記ハーフミラ−８により分割された
一方０光（ビームスプリッタ反射光）をイメージセンサ
１０上に結像する。１１は演算制御器（例えばコンピュ
ータ）であり、上記イメージセンサ１０で検出した映像
信号をもとにしてカメラ７に入射するレーザ反射光の光
強度分布がほぼ一様になるよう上記液晶板６を制御する
ものである。

７はカメラであり上記レーザ照明による試験片の像、す
なわちスペックル像を倍率Ｍで写真撮影する。

第３図において、１４はスペックルグラム（フィルム又
は写真乾板）で、上記第１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１４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本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１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第１のレンズ５及
び液晶板６を介して試験片１上の計測面に照射する。そ
して、第２のレンズ９を介した光をイメージセンサ１０
を作動させ検出する。演算制御器１１を作動させ、上記
イメージセンサ１０で検出した光、すなわちスペックル
像を例えば白黒反転像（明るい部分を暗く、暗い部分を
明るくする）に変換して液晶板６に送信する。液晶板６
は上記白黒反転したスペックル像を表示する。そうする
とカメラ７かも見て試験片１の計測面はほぼ一様の光強
度でレーザ反射光を出していることになる。

７はカメラであり上記レーザ照明による試験片の像、す
なわち、スペックル像を倍率Ｍで写真撮影スる。（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７で撮影
する。但し、液晶板６に送られるスペックル像の信号は
、上記（１）におけるものと同一とする。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１４を完成する。

スペックルグラム１４を解析して面内変位量を求めるた
めには第３図に示す装置を用いる。

まず、レーザ光源４を作動させ、レーザ光源をスペック
ルグラム１４に照射する。スクリーン１５にはスペック
ルグラム１４上のレーザースポットの位置の面内変位に
対応した２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。

３＝とｋ ｄ ・・・・・　・・・（１） 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り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
１４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。

（Ｐｏ１ｎｔ　ｂｙ　Ｐｏ１ｎｔでレーザビームをトラ
バースする。）この装置によれば非接触方式により一枚
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。

なお１面内変位分布の演算により２例えば変位分布微分
により歪計測ができることが可能であることはもちろん
である。このような変位計測装置によれば、レーザ光反
射率分布の異る条件１例えば、高温物体、金属光沢のあ
る曲面部を有する物体、レンズの傷、汚れ。

等の影響１等においても全体のコントラストを一様にす
ることができるので精度の良い変位計測が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明のレーザ・スペックル変位計測装置によれば液晶
板を演算装置で制御することによりカメラへ入力するレ
ーザ反射光の光強度分布を一様にすることができるので
レーザ光反射率分布の著しく異なる物体１例えばボイラ
ー、タービン等の高温部材、金属光沢のある物材、ある
いはレーザ照射用のレンズの傷や汚れによる影響ある場
合１等に適用される変位計測が高精度に可能となり、し
たがってレーザー・変位計測の産業上の価値は著しく高
まったものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は２本発明の実施例に係るレーザ・スペックル変
位計測装置の構成図、第２図は従来のレーザ・スペック
ル変位計測装置の構成図。 第３図は一般的なりング縞解析の構成及び変位計測法の
説明図である。 ■・・試験片、２・・・固定治具、３・・・重り、４・
・レーザ光源、５・・第１のレンズ、６・・・液晶板。 ７・・・カメラ、８・・・ビームスプリッタ、９・・・
第２のレンズ、１０・・・イメージセンサ、１１・・・
演算制御器。 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物にレーザ光線を照射して該被測定物の変形前後
   の二重露光写真を撮影し、該写真にレーザ光をスポット
   照射することにより該写真より発する干渉縞を解析して
   被測定物の面内変位を計測するため撮影装置であって、
   レーザ光を被測定物に照射する光源と、同被測定物から
   の反射光を撮影するカメラとを具備した変位計測装置に
   おいて、光源と被測定物の間に配設した液晶板と、該液
   晶板を介して被測定物に照射されたレーザ光の反射光を
   二方向に分割するビームスプリッタと、該ビームスプリ
   ッタの一方の反射光を受光するイメージセンサと、該イ
   メージセンサの映像信号を受信し、該受信信号の明暗信
   号を反転して前記液晶板を制御する演算制御装置とを具
   備してなることを特徴とするレーザ・スペックル変位計
   測装置。