JPH0654220B2 - レ−ザスペツクル歪計測装置 - Google Patents
レ−ザスペツクル歪計測装置Info
- Publication number
- JPH0654220B2 JPH0654220B2 JP29039985A JP29039985A JPH0654220B2 JP H0654220 B2 JPH0654220 B2 JP H0654220B2 JP 29039985 A JP29039985 A JP 29039985A JP 29039985 A JP29039985 A JP 29039985A JP H0654220 B2 JPH0654220 B2 JP H0654220B2
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- Japan
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- speckle
- strain
- laser
- detectors
- laser beam
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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
度実験における歪計測、タービン翼やエンジン等につい
ての強度実験における歪計測、ボイラや橋梁さらには船
舶等の各種構造物における歪計測などに用いられるレー
ザスペックル歪計測装置に関する。
度実験における歪計測、タービン翼やエンジン等につい
ての強度実験における歪計測、ボイラや橋梁さらには船
舶等の各種構造物における歪計測などに用いられるレー
ザスペックル歪計測装置に関する。
第２図は従来のレーザスペックル歪計測装置の構成を示
す図である。第２図中、１は試験片であり、上端を固定
治具２により固定されている。３は上記試験片１の下端
に取付けられ上記試験片１に荷重をかけるための重りで
ある。４はコンピュータなどの演算器であり、後述する
イメージセンサ７，８の出力信号を受信し相互相関関数
を算出し、スペックル移動などを求めるものである。５
は入出力装置であり、演算器４の操作および演算結果の
表示などを行なう装置である。６はHe-Neレーザなどの
レーザ光源であり、発生したレーザ光線を試験片１上の
測定点に照射するものとなっている。７および８は一対
のイメージセンサであり、上記測定点から反射するレー
ザ反射光を受光して、その情報を含む電気信号を演算器
４に送信するものとなっている。
す図である。第２図中、１は試験片であり、上端を固定
治具２により固定されている。３は上記試験片１の下端
に取付けられ上記試験片１に荷重をかけるための重りで
ある。４はコンピュータなどの演算器であり、後述する
イメージセンサ７，８の出力信号を受信し相互相関関数
を算出し、スペックル移動などを求めるものである。５
は入出力装置であり、演算器４の操作および演算結果の
表示などを行なう装置である。６はHe-Neレーザなどの
レーザ光源であり、発生したレーザ光線を試験片１上の
測定点に照射するものとなっている。７および８は一対
のイメージセンサであり、上記測定点から反射するレー
ザ反射光を受光して、その情報を含む電気信号を演算器
４に送信するものとなっている。
上記の装置は次のように作動する。先ず試験片１に重り
３を取付けない状態において、レーザ光源６から発生し
たレーザ光線を試験片１の測定点に照射する。そうする
と、レーザ光線は干渉性の良い光であるので、その反射
光にはスペックルと呼ばれる斑点模様が現れる。そのス
ペックルをイメージセンサ７，８で検出し、電気信号と
して演算器４に送信し、記憶させておく。
３を取付けない状態において、レーザ光源６から発生し
たレーザ光線を試験片１の測定点に照射する。そうする
と、レーザ光線は干渉性の良い光であるので、その反射
光にはスペックルと呼ばれる斑点模様が現れる。そのス
ペックルをイメージセンサ７，８で検出し、電気信号と
して演算器４に送信し、記憶させておく。
次に、上記試験片１におもり３を取付けて荷重をかけ、
歪を発生させる。この状態にて、レーザ光源６から発生
したレーザ光線を上記測定点に照射する。そしてその反
射光をイメージセンサ７，８で受光してスペックルを検
出し、電気気信号として演算器４に送信し、記憶させ
る。
歪を発生させる。この状態にて、レーザ光源６から発生
したレーザ光線を上記測定点に照射する。そしてその反
射光をイメージセンサ７，８で受光してスペックルを検
出し、電気気信号として演算器４に送信し、記憶させ
る。
第３図は試験片１に重り３を取付けて荷重をかけたとき
の試験片１の変形とスペックルの関係を示す図であり、
Ｍは物体面を示し、Ｎは観測面を示している。図示の座
標系に示すように、試験片１の変形によって生じるスペ
ックルのＸ方向の移動量Ａxは、レーザ光線を測定点の
法線方向より照射すれば次式で与えられる。
の試験片１の変形とスペックルの関係を示す図であり、
Ｍは物体面を示し、Ｎは観測面を示している。図示の座
標系に示すように、試験片１の変形によって生じるスペ
ックルのＸ方向の移動量Ａxは、レーザ光線を測定点の
法線方向より照射すれば次式で与えられる。
ただし、上式中ａx,ａzは測定点のｘ方向，ｚ方向の変
位（並進）、Ωyはｙ軸まわりの回転、εxxはｘ方向の
歪、θoは測定点法線とイメージセンサ７，８とのなす
角度、Ｌoは測定点とイメージセンサ７，８との距離、
である。
位（並進）、Ωyはｙ軸まわりの回転、εxxはｘ方向の
歪、θoは測定点法線とイメージセンサ７，８とのなす
角度、Ｌoは測定点とイメージセンサ７，８との距離、
である。
上記二つのイメージセンサ７，８により検出されるスペ
ックルの移動の差ΔＡxをとると、次のようになる。
ックルの移動の差ΔＡxをとると、次のようになる。
ΔＡx＝Ａx（θo）−Ａx（−θo） ＝−２Ｌoεxxtanθo−２ａzsinθo …(2) すなわち、ｚ方向への並進ａzが十分に小さいときは、 ΔＡx＝−２Ｌoεxxtanθo となり、歪εxxは次の計算式で求められる。
したがって、演算器４においては、試験片１に荷重が加
わる前後の二つのイメージセンサ７，８からの出力間の
相互相関関数のピーク位置を算出し、その二つのイメー
ジセンサ７，８の位置でのスペックル移動Ａx（θo）及
びＡx（−θo）を求め、スペックル移動の差ΔＡx＝Ａx
（θo）−Ａx（−θo）を得たのち、第(3)式により、歪
εxxを算出する。そして、その結果を入出力装置５にて
表示する。
わる前後の二つのイメージセンサ７，８からの出力間の
相互相関関数のピーク位置を算出し、その二つのイメー
ジセンサ７，８の位置でのスペックル移動Ａx（θo）及
びＡx（−θo）を求め、スペックル移動の差ΔＡx＝Ａx
（θo）−Ａx（−θo）を得たのち、第(3)式により、歪
εxxを算出する。そして、その結果を入出力装置５にて
表示する。
以上のように第２図示のレーザスペックル歪計測装置は
試験片１にストレンゲージや格子などを貼りつけること
なく、レーザ光線を照射することにより自然に発生する
スペックルを利用して、歪を非接触方式で計測可能な特
徴がある。
試験片１にストレンゲージや格子などを貼りつけること
なく、レーザ光線を照射することにより自然に発生する
スペックルを利用して、歪を非接触方式で計測可能な特
徴がある。
しかるに前述のレーザスペックル歪計測装置は、第(2)
式及び第(3)式より明らかのように、ａzすなわち面外変
位が十分に小さい場合、例えば一様な引張り試験片を用
いての歪計測などには適用可能であるが、面外変位ａz
を含む変形の場合には適用できないという問題があっ
た。
式及び第(3)式より明らかのように、ａzすなわち面外変
位が十分に小さい場合、例えば一様な引張り試験片を用
いての歪計測などには適用可能であるが、面外変位ａz
を含む変形の場合には適用できないという問題があっ
た。
そこで本発明は面外変位ａzを含んだ物体変形による歪
をも計測することができるレーザスペックル歪計測装置
を提供することを目的とする。
をも計測することができるレーザスペックル歪計測装置
を提供することを目的とする。
本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために、次
の如き手段を講じたことを特徴としている。
の如き手段を講じたことを特徴としている。
(1) ４個のスペックル検出器としての例えばイメージ
センサを、各イメージセンサと測定点法線とのなす角度
θ，各イメージセンサと測定点との距離Ｌが次のような
関係を有するように配置する。
センサを、各イメージセンサと測定点法線とのなす角度
θ，各イメージセンサと測定点との距離Ｌが次のような
関係を有するように配置する。
第１のイメージセンサ……θ＝θo，Ｌ＝Ｌo 第２のイメージセンサ……θ＝−θo，Ｌ＝Ｌo 第３のイメージセンサ……θ＝θo，Ｌ＝Ｌo＋ｌo 第４のイメージセンサ……θ＝−θo，Ｌ＝Ｌo＋ｌo (2) 上記第１，第２のイメージセンサでそれぞれ検出
したスペックル移動量Ａx（θo），Ａx（−θo）から両
者の差ΔＡxを第(2)式と同様に求める。すなわち ΔＡx＝Ａx（θo）−Ａx（−θo） ＝−２εxxＬotanθo−２ａzsinθo …(4) さらに、第３，第４のイメージセンサでそれぞれ検出し
たスペックル移動量Ａ′x（θo），Ａ′x（−θo）から
両者の差ΔＡ′xを求める。
したスペックル移動量Ａx（θo），Ａx（−θo）から両
者の差ΔＡxを第(2)式と同様に求める。すなわち ΔＡx＝Ａx（θo）−Ａx（−θo） ＝−２εxxＬotanθo−２ａzsinθo …(4) さらに、第３，第４のイメージセンサでそれぞれ検出し
たスペックル移動量Ａ′x（θo），Ａ′x（−θo）から
両者の差ΔＡ′xを求める。
ΔＡ′x＝Ａ′x（θo）−Ａ′x（−θo） ＝−２εxx（Ｌo＋ｌo）tanθo−２ａzsinθo …(5) (3) 上記第(4)式及び第(5)式より、面外変位ａzを次の
ように消去して歪を求める。
ように消去して歪を求める。
ΔＡx−ΔＡ′x＝２ｌoεxx・tanθo …(6) したがって歪εxxは、 〔実施例〕 第１図は本発明の一実施例を示す図である。なお第２図
と同一部分には同一符号を付してある。
と同一部分には同一符号を付してある。
第１図において、１１〜１４は第１〜第４のスペックル
検出器としてのイメージセンサであり、試験片１の測定
点から反射されるレーザ反射光を受光して、その強さの
分布すなわちスペックルを電気信号として演算器４に送
信するものとなっている。２１，２２は第１，第２のビ
ームスプリッタであり、前記測定点からのレーザ反射光
の一部を反射して第１，第２のイメージセンサ１１，１
２へ入射させると共に、上記反射光の他の一部を透過し
て第３，第４のイメージセンサ１３，１４へ入射させ
る。なお、第１，第２のイメージセンサ１１，１２と測
定点との距離はＬo，第３，第４のイメージセンサ13，
１４と測定点との距離はＬo＋ｌoに設定されている。
検出器としてのイメージセンサであり、試験片１の測定
点から反射されるレーザ反射光を受光して、その強さの
分布すなわちスペックルを電気信号として演算器４に送
信するものとなっている。２１，２２は第１，第２のビ
ームスプリッタであり、前記測定点からのレーザ反射光
の一部を反射して第１，第２のイメージセンサ１１，１
２へ入射させると共に、上記反射光の他の一部を透過し
て第３，第４のイメージセンサ１３，１４へ入射させ
る。なお、第１，第２のイメージセンサ１１，１２と測
定点との距離はＬo，第３，第４のイメージセンサ13，
１４と測定点との距離はＬo＋ｌoに設定されている。
上記の如く構成された本装置は、次のように作動する。
先ず試験片１に重り３を取付けない状態すなわち無負状
態において、レーザ光源６から発したレーザ光線を測定
点に対して法線方向から照射する。そうすると測定点か
らのレーザ反射光がビームスプリッタ２１，２２を介し
て第１〜第４のイメージセンサ１１〜１４に入射する。
このため第１〜第４のイメージセンサ１１〜１４におい
て、それぞれスペックルパターンが検出され、電気信号
として演算器４に送信される。送信された信号は演算器
４内のメモリ部に記憶される。
先ず試験片１に重り３を取付けない状態すなわち無負状
態において、レーザ光源６から発したレーザ光線を測定
点に対して法線方向から照射する。そうすると測定点か
らのレーザ反射光がビームスプリッタ２１，２２を介し
て第１〜第４のイメージセンサ１１〜１４に入射する。
このため第１〜第４のイメージセンサ１１〜１４におい
て、それぞれスペックルパターンが検出され、電気信号
として演算器４に送信される。送信された信号は演算器
４内のメモリ部に記憶される。
次に、上記試験片１に重り３を取付けて荷重をかけ、変
形させて歪を発生させる。この状態にてレーザ６から発
生したレーザ光線を上記測定点に照射させ、第１〜第４
のイメージセンサ１１〜１４でスペックルパターンを検
出し、検出した電気信号を演算器４に送信し記憶させ
る。
形させて歪を発生させる。この状態にてレーザ６から発
生したレーザ光線を上記測定点に照射させ、第１〜第４
のイメージセンサ１１〜１４でスペックルパターンを検
出し、検出した電気信号を演算器４に送信し記憶させ
る。
演算器４は記憶された試験片１の変形の前後における観
測点４ケ所でのスペックルパターンの相互相関関数を算
出し、そのピーク位置からスペックルの移動を求める。
測点４ケ所でのスペックルパターンの相互相関関数を算
出し、そのピーク位置からスペックルの移動を求める。
すなわち、第１〜第４のイメージセンサ１１〜１４での
スペックルパターン強度分布を、変形が生じる前後にお
いて 第１のイメージセンサ………Ｉ11(Ｘ,Ｙ)とＩ12(Ｘ,Ｙ) 第２のイメージセンサ………Ｉ21(Ｘ,Ｙ)とＩ22(Ｘ,Ｙ) 第３のイメージセンサ………Ｉ31(Ｘ,Ｙ)とＩ32(Ｘ,Ｙ) 第４のイメージセンサ………Ｉ41(Ｘ,Ｙ)とＩ42(Ｘ,Ｙ) とすると、それぞれの相互相関関数Ｃ(,)は、 Ｃ1(1,1)＝＜I11(Ｘ,Ｙ)I12(Ｘ＋1,Ｙ＋1)＞ …(8) Ｃ2(2,2)＝＜I21(Ｘ,Ｙ)I22(Ｘ＋2,Ｙ＋2）＞ …(9) Ｃ3(3,3)＝＜I31(Ｘ,Ｙ)I32（Ｘ＋3,Ｙ＋3)＞ …(10) Ｃ4(4,4)＝＜I41(Ｘ,Ｙ)I42(Ｘ＋4,Ｙ＋4)＞ …(11) となる。（ただし、＜＞は集合平均を意味する。）な
お、上記第(8)式ないし第(11)式でのピーク位値すなわ
ち、（1,1），（2,2），（3,3），及び
（4,4）はスペックルの移動量を意味する。
スペックルパターン強度分布を、変形が生じる前後にお
いて 第１のイメージセンサ………Ｉ11(Ｘ,Ｙ)とＩ12(Ｘ,Ｙ) 第２のイメージセンサ………Ｉ21(Ｘ,Ｙ)とＩ22(Ｘ,Ｙ) 第３のイメージセンサ………Ｉ31(Ｘ,Ｙ)とＩ32(Ｘ,Ｙ) 第４のイメージセンサ………Ｉ41(Ｘ,Ｙ)とＩ42(Ｘ,Ｙ) とすると、それぞれの相互相関関数Ｃ(,)は、 Ｃ1(1,1)＝＜I11(Ｘ,Ｙ)I12(Ｘ＋1,Ｙ＋1)＞ …(8) Ｃ2(2,2)＝＜I21(Ｘ,Ｙ)I22(Ｘ＋2,Ｙ＋2）＞ …(9) Ｃ3(3,3)＝＜I31(Ｘ,Ｙ)I32（Ｘ＋3,Ｙ＋3)＞ …(10) Ｃ4(4,4)＝＜I41(Ｘ,Ｙ)I42(Ｘ＋4,Ｙ＋4)＞ …(11) となる。（ただし、＜＞は集合平均を意味する。）な
お、上記第(8)式ないし第(11)式でのピーク位値すなわ
ち、（1,1），（2,2），（3,3），及び
（4,4）はスペックルの移動量を意味する。
したがって、第３図に示すＸ方向のスペックルの移動量
は、上記４つのセンサ１１〜１４の場所にて、それぞ
れ、 Ａx(θo)＝1 …… (12) Ａx(−θo)＝2 …… (13) Ａ′x(θo)＝3 …… (14) Ａ′x(−θo)＝4 …… (15) となる。
は、上記４つのセンサ１１〜１４の場所にて、それぞ
れ、 Ａx(θo)＝1 …… (12) Ａx(−θo)＝2 …… (13) Ａ′x(θo)＝3 …… (14) Ａ′x(−θo)＝4 …… (15) となる。
次に演算器４は第(2)式と同様のスペックルの移動の差
ΔＡxを、第１，第２のイメージセンサ１１，１２の信
号から求めた第(12)式と第(13)式に示されるスペックル
移動量を用いて、次式により算出する。
ΔＡxを、第１，第２のイメージセンサ１１，１２の信
号から求めた第(12)式と第(13)式に示されるスペックル
移動量を用いて、次式により算出する。
ΔＡx＝Ａx(θo)−Ａx(−θo) ＝1−2 …… (16) 同様に第３，第４のイメージセンサ１３，１４の信号か
ら求めた第(14)式と第(15)式に示されるスペックル移動
量を用いて次式により算出する。
ら求めた第(14)式と第(15)式に示されるスペックル移動
量を用いて次式により算出する。
ΔＡ′x＝Ａ′x(θo)−Ａ′x(−θo) ＝3−4 …… (17) 上記第(16)式，第(17)式と第(2)式から次の二つの関係
式が得られる。
式が得られる。
ΔＡx＝1−2＝−２Ｌoεxxtanθo−２ａzsinθo ……
(18) ΔＡ′x＝3-4＝-2(Ｌo+ｌo)εxxtanθo-2azsinθo …… (19) そこで演算器４において ΔＡx−ΔＡ′x＝（1−2）−（3−4） ＝２ｌoεxxtanθo …… (20) すなわち、 なる演算を行なう。ただし、θoは測定点の法線とイメ
ージセンサのなす角度、ｌoは測定点と第１のイメージ
センサ１１の距離、及び測定点と第２のイメージセンサ
１２の距離の差である。このようにして得られた歪εxx
の値は入出力装置５に表示される。
(18) ΔＡ′x＝3-4＝-2(Ｌo+ｌo)εxxtanθo-2azsinθo …… (19) そこで演算器４において ΔＡx−ΔＡ′x＝（1−2）−（3−4） ＝２ｌoεxxtanθo …… (20) すなわち、 なる演算を行なう。ただし、θoは測定点の法線とイメ
ージセンサのなす角度、ｌoは測定点と第１のイメージ
センサ１１の距離、及び測定点と第２のイメージセンサ
１２の距離の差である。このようにして得られた歪εxx
の値は入出力装置５に表示される。
以上述べた如く、本装置によれば面外変位ａzの影響を
受けないで、歪εxxを計測できる。
受けないで、歪εxxを計測できる。
なお本発明は上記実施例に限定されるものではない。
たとえば上記実施例ではスペックルの移動検出器として
イメージセンサを用いたが、空間フィルタ検出器を用い
て測定するようにしてもよい。このほか本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論であ
る。
イメージセンサを用いたが、空間フィルタ検出器を用い
て測定するようにしてもよい。このほか本発明の要旨を
逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論であ
る。
〔発明の効果〕 本発明によれば、従来のレーザスペックル歪計測法が適
用できなかった面外変位を含んだ物体変形による歪をも
計測することができ、適用範囲が広く産業上の利用価値
の高いレーザスペックル歪計測装置を提供できる。
用できなかった面外変位を含んだ物体変形による歪をも
計測することができ、適用範囲が広く産業上の利用価値
の高いレーザスペックル歪計測装置を提供できる。
第１図は本発明の一実施例の構成を示す図である。第２
図は従来例の構成を示す図、第３図は解決すべき問題点
を説明するための図で試験片の変形とスペックルとの関
係を示す図である。 １……試験片、２……固定治具、３……重り、４……演
算器（コンピュータ）、５……入出力装置、６……レー
ザ光源、７，８および１１〜１４……イメージセンサ、
２１，２２……ビームスプリッタ。
図は従来例の構成を示す図、第３図は解決すべき問題点
を説明するための図で試験片の変形とスペックルとの関
係を示す図である。 １……試験片、２……固定治具、３……重り、４……演
算器（コンピュータ）、５……入出力装置、６……レー
ザ光源、７，８および１１〜１４……イメージセンサ、
２１，２２……ビームスプリッタ。
Claims (1)
- 【請求項１】物体の表面にレーザ光線を照射するレーザ
光源と、このレーザ光源から発したレーザ光線を軸とし
て線対称な二方向に反射した反射光の各光路上であって
反射点からの距離が等しい二点にそれぞれ配置された第
１，第２のスペックル検出器と、前記反射光の各光路上
であって前記第１，第２のスペックル検出器とは異なる
位置でかつ前記反射点からの距離が等しい二点にそれぞ
れ配置された第３，第４のスペックル検出器と、前記第
１，第２のスペックル検出器でそれぞれ検出されたスペ
ックル模様の移動量の差と前記第３，第４のスペックル
検出器でそれぞれ検出されたスペックル模様の移動量の
差および前記二つの反射光の反射角度に基いて前記物体
に生じた歪の変化を算出する演算器と、を備え、前記物
体の面外変位を消去して歪を求めるようにしたことを特
徴とするレーザスペックル歪計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29039985A JPH0654220B2 (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | レ−ザスペツクル歪計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29039985A JPH0654220B2 (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | レ−ザスペツクル歪計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62150111A JPS62150111A (ja) | 1987-07-04 |
| JPH0654220B2 true JPH0654220B2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=17755505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29039985A Expired - Lifetime JPH0654220B2 (ja) | 1985-12-25 | 1985-12-25 | レ−ザスペツクル歪計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0654220B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4967093A (en) * | 1988-06-22 | 1990-10-30 | Hamamatsu Photonics Kabushiki Kaisha | Deformation measuring method and device using cross-correlation function between speckle patterns with reference data renewal |
| DE19520371B4 (de) * | 1995-06-02 | 2005-06-02 | Dantec Ettemeyer Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Vergrößerung des Meßbereichs von Speckle-Meßsystemen bei Dehnungsmessungen an einer Probe |
| JPWO2016152076A1 (ja) | 2015-03-20 | 2018-01-11 | 日本電気株式会社 | 構造物の状態判定装置と状態判定システムおよび状態判定方法 |
| WO2016152075A1 (ja) * | 2015-03-20 | 2016-09-29 | 日本電気株式会社 | 構造物の状態判定装置と状態判定システムおよび状態判定方法 |
| JP6511892B2 (ja) * | 2015-03-20 | 2019-05-15 | 日本電気株式会社 | 構造物の状態判定装置と状態判定システムおよび状態判定方法 |
| JP6644453B1 (ja) * | 2019-03-04 | 2020-02-12 | 阪神高速技術株式会社 | 移動式バッチャープラント |
-
1985
- 1985-12-25 JP JP29039985A patent/JPH0654220B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62150111A (ja) | 1987-07-04 |
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