JPH0758169B2 - 変形測定装置 - Google Patents
変形測定装置Info
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- JPH0758169B2 JPH0758169B2 JP25479590A JP25479590A JPH0758169B2 JP H0758169 B2 JPH0758169 B2 JP H0758169B2 JP 25479590 A JP25479590 A JP 25479590A JP 25479590 A JP25479590 A JP 25479590A JP H0758169 B2 JPH0758169 B2 JP H0758169B2
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Description
【発明の詳細な説明】
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ツクル模様を
現出し、該変形前後のスペツ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
スペツ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。
表面の一部をレーザビームで照射してスペツクル模様を
現出し、該変形前後のスペツ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
スペツ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。
レーザビームを粗面に当てた時、拡散光の干渉によつて
生ずるスペツクル模様は、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
含まれるスペツ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ユータ、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ツクル移動を求
め、このスペツ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
変形を測定する、いわゆるスペツクル相関法が提案され
ている（特公昭59−52963）。 このスペツ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、一次元イメージセンサ
とマイクロコンピユ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1mm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Lo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
のスペツクルの平均径を、そのピツチ（10〜20μｍ）よ
り大きくとつておく。又、一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）で決まるスペツクル移動の方向に合致させてお
く。 一次元イメージセンサ15の出力をA/D変換してマイクロ
コンピユータ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
してスペツクル移動が求められる。 上述のスペツクル相関法では、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
スペツ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（オプトロニクス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ユータに取込
み、そのフレームデータの異なつたフレーム間の相互相
関関数をこのマイクロコンピユータにより計算し、得ら
れた相互相関関数の極値とその周辺の値２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（Optics and Lasers in Enginee
ring 11（1989）223−232）。
生ずるスペツクル模様は、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
含まれるスペツ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ユータ、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ツクル移動を求
め、このスペツ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
変形を測定する、いわゆるスペツクル相関法が提案され
ている（特公昭59−52963）。 このスペツ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、一次元イメージセンサ
とマイクロコンピユ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1mm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Lo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
のスペツクルの平均径を、そのピツチ（10〜20μｍ）よ
り大きくとつておく。又、一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）で決まるスペツクル移動の方向に合致させてお
く。 一次元イメージセンサ15の出力をA/D変換してマイクロ
コンピユータ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
してスペツクル移動が求められる。 上述のスペツクル相関法では、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
スペツ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（オプトロニクス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ユータに取込
み、そのフレームデータの異なつたフレーム間の相互相
関関数をこのマイクロコンピユータにより計算し、得ら
れた相互相関関数の極値とその周辺の値２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（Optics and Lasers in Enginee
ring 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ツチにより決
定され、該ピツチ以下の分解能で、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つた。 又、上記のように、光電変換素子の出力をマイクロコン
ピユータに取込み、そのフレームデータの異なつたフレ
ーム間の相関計算及び補正計算をソフトウエアにより実
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つた。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つた。 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
あるスペツクル相関法におけるスペツクル移動量を高速
且つ高精度で求め、その結果、物体の変形を高速且つ高
精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ツチにより決
定され、該ピツチ以下の分解能で、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つた。 又、上記のように、光電変換素子の出力をマイクロコン
ピユータに取込み、そのフレームデータの異なつたフレ
ーム間の相関計算及び補正計算をソフトウエアにより実
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つた。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つた。 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
あるスペツクル相関法におけるスペツクル移動量を高速
且つ高精度で求め、その結果、物体の変形を高速且つ高
精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
照射してスペツクル模様を現出し、該変形前後のスペツ
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ツ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。
照射してスペツクル模様を現出し、該変形前後のスペツ
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ツ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。
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、得られるスペツクル模様を観察面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OS＝Ls、発散点の方向をlsx、lsy、ls
z、物体面と観察面30の距離をLo、観察点Ｐの方向をl
x、ly、lz、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）、（Ωｘ、Ωｙ、Ωｚ）、（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でのスペツクル模様の強度分布I1（ｘ、ｙ）とI
2（ｘ、ｙ）の間の相互相関関数Ｃ（、）を計算す
る。 Ｃ（、）＝＜I1（ｘ、ｙ） ×I2（ｘ＋・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（、）が、＝Ax、
＝Ayで最大値をとることがわかる。ここでAx、Ayは、
次式で与えられ、物理的には物体変形によるスペツクル
模様の移動量に相当する。 Ax＝−ax［（Lo/Ls）（lsx2−１）＋lx2−１］ −ay［（Lo/Ls）lsxlsy＋lxly］ −az［（Lo/Ls）lsxlsz＋lxlz］ −Lo［−Ωｚ（lsy＋ly） −Ωｙ（lsz＋lz）＋εxx（lsx＋lx） ＋εxy（lsy＋ly）］ ……（２） Ay＝−ax［（Lo/Ls）lsylsx＋lylx］ −ay［（Lo/Ls）（lsy2−１）＋ly2−１］ −az［（Lo/Ls）lsylsz＋lxlz］ −Lo［−Ωｚ（lsx＋lx） −Ωｘ（lsz＋lz）＋εyy（lsy＋ly） ＋εxy（lsx＋lx）］ ……（３） 従つて、前記観察面30に一次元イメージセンサ（光電変
換素子列）を配置してスペツクルの移動量Ax、Ayを観測
すれば、該一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ツクル相関法にお
けるスペツ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
入力情報量を低減した上で、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。
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、得られるスペツクル模様を観察面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OS＝Ls、発散点の方向をlsx、lsy、ls
z、物体面と観察面30の距離をLo、観察点Ｐの方向をl
x、ly、lz、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）、（Ωｘ、Ωｙ、Ωｚ）、（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でのスペツクル模様の強度分布I1（ｘ、ｙ）とI
2（ｘ、ｙ）の間の相互相関関数Ｃ（、）を計算す
る。 Ｃ（、）＝＜I1（ｘ、ｙ） ×I2（ｘ＋・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（、）が、＝Ax、
＝Ayで最大値をとることがわかる。ここでAx、Ayは、
次式で与えられ、物理的には物体変形によるスペツクル
模様の移動量に相当する。 Ax＝−ax［（Lo/Ls）（lsx2−１）＋lx2−１］ −ay［（Lo/Ls）lsxlsy＋lxly］ −az［（Lo/Ls）lsxlsz＋lxlz］ −Lo［−Ωｚ（lsy＋ly） −Ωｙ（lsz＋lz）＋εxx（lsx＋lx） ＋εxy（lsy＋ly）］ ……（２） Ay＝−ax［（Lo/Ls）lsylsx＋lylx］ −ay［（Lo/Ls）（lsy2−１）＋ly2−１］ −az［（Lo/Ls）lsylsz＋lxlz］ −Lo［−Ωｚ（lsx＋lx） −Ωｘ（lsz＋lz）＋εyy（lsy＋ly） ＋εxy（lsx＋lx）］ ……（３） 従つて、前記観察面30に一次元イメージセンサ（光電変
換素子列）を配置してスペツクルの移動量Ax、Ayを観測
すれば、該一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ツクル相関法にお
けるスペツ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
入力情報量を低減した上で、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。
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
ツクルパターン（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
するためのレーザ源22と、該物体20の表面で反射した反
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、該一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26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
後にわたつて該物体20の表面にレーザ光Ｌを照射し、そ
の表面からの反射光に含まれるスペツクルパターンを前
記一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ツチ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、上記ピツチ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Ｄを算出し、該補正値Ｄ
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
Ｄ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
ピツチ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、スペツ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。従つて、最小分解能が光電変換素
子のピツチによつ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、デイジタル信号処理
プロセツ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フレーム時
間に演算可能な高速で動作するマイクロプロセツサ又は
デイジタル信号処理プロセツサとそのソフトウエアで代
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によるソフトウエアによつて実行す
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、38C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′を出力ポート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をマイクロプロセツサ
のソフトウエアにより実行した。 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Ｏは、１ピクセルの分解能でステツプ状になる
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。従つて、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、40B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2
8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Ｄを求め、該補正値Ｄ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値Ｂ−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つてもよ
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。
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
ツクルパターン（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
するためのレーザ源22と、該物体20の表面で反射した反
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、該一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26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
後にわたつて該物体20の表面にレーザ光Ｌを照射し、そ
の表面からの反射光に含まれるスペツクルパターンを前
記一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ツチ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、上記ピツチ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Ｄを算出し、該補正値Ｄ
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
Ｄ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
ピツチ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、スペツ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。従つて、最小分解能が光電変換素
子のピツチによつ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、デイジタル信号処理
プロセツ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フレーム時
間に演算可能な高速で動作するマイクロプロセツサ又は
デイジタル信号処理プロセツサとそのソフトウエアで代
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によるソフトウエアによつて実行す
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、38C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′を出力ポート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をマイクロプロセツサ
のソフトウエアにより実行した。 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Ｏは、１ピクセルの分解能でステツプ状になる
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。従つて、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、40B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2
8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Ｄを求め、該補正値Ｄ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値Ｂ−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つてもよ
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、スペツ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、スペツ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）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ一次元イメ
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、従来のスペツ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。 20……物体、22……レーザ源、24……一次元イメージセ
ンサ、26……相関器、28……補正器、30……加減算器、
40A、40B……減算器。
す概略構成図、 第２図は、スペツ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、スペツ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）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ一次元イメ
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、従来のスペツ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。 20……物体、22……レーザ源、24……一次元イメージセ
ンサ、26……相関器、28……補正器、30……加減算器、
40A、40B……減算器。
Claims (2)
- 【請求項１】変形前後の物体表面の一部をレーザビーム
で照射してスペツクル模様を現出し、該変形前後のスペ
ツ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ツ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。 - 【請求項２】変形前後の物体表面の一部をレーザビーム
で照射してスペツクル模様を現出し、該変形前後のスペ
ツ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ツ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 JPH04131705A (ja) | 1992-05-06 |
| JPH0758169B2 true 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) |
Families Citing this family (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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04131705A (ja) | 1992-05-06 |
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