JPH09101249A - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ソフト的に２つの標点を追尾するレーザ非接
触伸び計を備え、しかも、比較的安価で簡単な構成のも
とに、伸びの大きな試験体の引張試験に際しても、その
伸びを広い範囲にわたって高精度に計測することのでき
る、材料試験機を提供する。 【解決手段】 固定側の掴み具４ａに対して移動側の掴
み具４ｂを離反させる向きに移動することにより、試験
体Ｗに引張荷重を与える材料試験機において、レーザ非
接触伸び計の照射光学系１１やイメージセンサ１３等か
らなるカメラユニットＣを、２つの標点Ａ１，Ａ２の中
点Ｃの移動に追随して移動させることにより、レーザ光
照射領域の中心を常に２つの標点間の中点上に位置さ
せ、２つの標点の追尾範囲を広げて伸びの計測範囲を広
くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は材料試験機に関し、
更に詳しくは、レーザ光を用いて非接触のもとに試験体
の伸びを計測することのできる伸び計を備えた材料試験
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】試験体の引張試験を行うための材料試験
機においては、一般に、試験体の両端部をそれぞれ把持
する一対の掴み具を備えるとともに、その各掴み具のう
ち、一方はベッドに対して固定され、他方は例えばクロ
スヘッド等のベッドに対して変位自在の部材に装着さ
れ、固定された掴み具に対して接近・離反する方向に移
動可能となっている。そして、その移動側の掴み具を固
定側の掴み具に対して離反させる向きに移動させること
によって、試験体に引張負荷を与えるように構成されて
いる。

【０００３】ところで、試料の表面にレーザ光を照射し
て得られるスペックルパターンを利用して、その試料の
変位情報を非接触のもとに測定する方法が知られてい
る。このようなスペックルパターンを利用して変位情報
を得る場合、基本的には、試料の測定対象面からのレー
ザ光の散乱光を、イメージセンサによって光電変換して
スペックルパターンに応じた電気信号を刻々と得るとと
もに、その刻々の信号の相互相関関数を求めることによ
り、スペックルパターンの移動量を求め、そのスペック
ルパターンの移動量から試料の変位情報を得る。また、
このような原理を用いて、試料の２箇所におけるスペッ
クルパターンの移動量を個別に求めるとともに、その差
を算出することにより、その２箇所間における試料の伸
び（または縮み）量を求めることができ、材料試験にお
ける試験体の伸びを非接触のもとに計測することのでき
る伸び計が得られる。

【０００４】ここで、試験体の２箇所間における伸びを
計測する場合、スポット状のレーザ光を試験体表面に固
定的に照射し、その各箇所からの散乱光のスペックルパ
ターンの移動量からそれぞれ変位情報を得ると、計測さ
れた伸びはＪＩＳに規定された伸びの概念とは異なるも
のとなる。すなわち、試験体に対する２箇所のレーザ光
の照射位置を固定して得られた各変位量の差によって得
た伸びは、その照射位置間の距離をＧＬとすると、互い
に距離ＧＬを隔てて固定された観察点を横切った試験体
の移動量の積分値となるのに対し、ＪＩＳの引張試験等
に規定された伸びは、当初に設定した２つの点（標点）
間の距離が、試験後にどのように変化したかを表す距離
の変化量まはた率である。

【０００５】このようなＪＩＳ準拠の伸びを非接触のも
とに計測するために、試験体上に初期設定した２つの観
察点を、試験体の伸びに追随して追尾していく必要があ
る。このような追尾を、ソフト的に行う方法として、図
１に模式的斜視図を示すように、試験体Ｗの表面に対
し、その伸び方向にライン状に伸びる照射面Ｐが得られ
るよう、レーザ光源Ｌからの出力光をライン状に拡張す
るためのシリンドリカルレンズ等を用いたビームエキス
パンタＥを設けるとともに、そのライン状の照射面Ｐか
らの散乱光を結像光学系Ｉを介して１次元イメージセン
サＳで受光し、その各チャンネルデータのうち、初期設
定された２つの観察点に対応する２領域Ａ１，Ａ２から
の散乱光を受光している２群の各複数チャンネル分のデ
ータを観察点データとして用い、それぞれにスペックル
パターンの移動量を算出するとともに、その各移動量が
規定量に達するごとに、観察点データ源としているチャ
ンネルを伸び方向にシフトすることにより、試験体上に
初期設定された２つの観察点（標点）Ａ１，Ａ２を追尾
する方法が既に提案されている。この場合、各観察点の
変位量は、それぞれ、刻々のスペックルパターンの移動
量と、チャンネルシフト量の試験体上での距離換算量と
の和となり、また、試験体の伸びは、両観察点の変位量
の差から求めることができ、得られた伸びはＪＩＳ準拠
のものとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように試験体表
面に対してライン状にレーザ光を照射し、その散乱光の
なかから、２つの標点に対応する各領域からの散乱光の
光電変換信号のみを観察点データとして用い、かつ、各
標点の変位に従ってその観察点データ源としてのチャン
ネル群をシフトしていく、ソフト的な追尾方法を採用す
る場合、ライン状のレーザ光照射領域の広がりが追尾の
限界、ひいては伸びの計測範囲の限界を決定する。

【０００７】ここで、例えばゴム等の軟質材料において
は、伸びが１０００％にも及ぶものがあり、このような
場合、図２に模式的に示すように、当初に設定された上
下の標点Ａ１，Ａ２間の距離ＧＬを２０ｍｍに設定した
とき、試験体Ｗの伸びに従ってその標点間距離ＧＬは２
００ｍｍに達し、しかも、試験体Ｗへの引張荷重の付与
方法は、前記したように、一方の掴み具、例えば試験体
Ｗの下端を把持する掴み具を固定して、上端側の掴み具
を上方に移動させることによって、試験体Ｗに引張負荷
を与えることから、試験体Ｗの伸びに伴って下方の標点
Ａ２も上方に移動する。従って、このような試験におけ
る伸びの計測を可能とするためには、下方の標点Ａ２の
移動量を１００ｍｍとしたとき、レーザ光の照射領域を
上下に３００ｍｍの広がりを持たせる必要がある。

【０００８】このような長い照射領域を得るべく、図３
（Ａ）に例示するように、１つの半導体レーザＬからの
出力光をシリンドリカルレンズ等を用いたビームエキス
パンダＥを用いて拡張する場合、大出力のレーザを用い
なければ十分な密度のレーザ光が得られないばかりでな
く、レーザ光の密度分布が一様でなくなり、得られるス
ペックルパターンは、同図（Ｂ）に示すように、その強
度が不均一なものとなってしまう。

【０００９】そこで、図４に例示するように、多数の半
導体レーザＬ・・Ｌと、それぞれに対応した多数のビーム
エキスパンダＥ・・Ｅを設けて、個々の半導体レーザＬの
出力光をさほど広げることなく、全体として長い照射領
域を得る対策が考えられるが、この場合には、半導体レ
ーザＬとビームエキスパンダの数に比例してコストが増
大する。

【００１０】ここで、図５に示すように、一方の標点、
例えば上側の標点Ａ１がレーザ光の照射領域Ｐから逸脱
した後、その標点Ａ１については追尾を停止するととも
に、レーザ照射領域Ｐの上端部分に固定した観察点領域
Ａ１′を設定し、その領域Ａ１′からのスペックルパタ
ーンの移動量を求めることにより、その観察点領域Ａ
１′を横切った試験体の移動量から、標点Ａ１の移動量
を推定演算し、他方の標点Ａ２の移動量の実測値と併せ
て標点間の伸びを算出して計測を継続することができる
が、このような方式を採用した場合においても、下側の
標点Ａ２が観察点領域Ａ１′に近づくと、実際の標点間
距離に比して極めて短い領域Ｑからの情報を基に伸びが
推定演算されることになり、その精度は悪化し、実質的
に計測の継続は不可能となる。

【００１１】本発明の目的は、ソフト的に各標点を追尾
するレーザ非接触伸び計を備え、しかも、比較的簡単な
構成のもとに、伸びの大きな試験体の引張試験に際して
も、その伸びを広い範囲にわたって高精度に計測するこ
とのできる、材料試験機を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の材料試験機は、その実施の形態を表す図
６，図８に示すように、固定側の掴み具４ａとこれに対
向して接近・離反自在の移動側の掴み具４ｂを備え、試
験体Ｗの両端部分をこれらの一対の掴み具４ａ，４ｂで
把持した状態で、移動側の掴み具４ｂを固定側の掴み具
４ａに対して離反させる向きに移動させていくことによ
り、試験体Ｗに引張荷重を与える材料試験機において、
試験体Ｗの表面に対し、引張荷重の付与方向に所定長さ
にわたる広がりを持つレーザ光を照射する照射光学系１
１と、そのレーザ光の試験体Ｗの表面による散乱光を結
像光学系１２を介して受光するイメージセンサ１３と、
そのイメージセンサ１３の出力を用いて、試験体Ｗの表
面上で引張荷重の付与方向に互いに所定の距離を隔てた
２つの標点に対応する領域Ａ１，Ａ２からの散乱光に含
まれるスペックルパターンの移動量を個別に算出し、そ
の算出結果に基づいて標点間の伸びを算出する演算部１
７とを有してなるレーザ非接触伸び計１０を備えている
とともに、試験体Ｗの伸びに伴う２つの標点間の中点の
移動に追随して、照射光学系１１、結像光学系１２およ
びイメージセンサ１３からなるカメラユニットＣＵを同
方向に移動させる移動機構（ガイド棒５、支持台６、滑
車７、ワイヤ８）を備えていることによっで特徴づけら
れる。

【００１３】

【作用】試験体Ｗの一端を固定して他端を移動させるこ
とによって引張荷重を与える場合、試験体Ｗの伸びに伴
って２つの標点は互いに同じ方向に移動していく。図９
に例示するように、この２つの標点Ａ１，Ａ２を試験体
Ｗの中央部分に設定しておくと、これらの間の中点Ｃも
同方向に移動するが、試験体Ｗの伸びに伴い、この中点
Ｃに対して各標点Ａ１，Ａ２は互いに等量ずつ逆向きに
遠ざかっていく。

【００１４】本発明はこの点を利用したものであり、レ
ーザ非接触伸び計１０の照射光学系１１を含むカメラユ
ニットＣＵが、引張荷重による試験体Ｗの伸びに伴う２
つの標点（Ａ１，Ａ２）間の中点Ｃの移動に追随して同
方向に移動していく。照射光学系１１による試験体Ｗの
表面へのレーザ光の照射領域Ｐの初期位置を、その広が
りの中心が中点Ｃに一致するように設定しておけば、引
張試験の進行に伴う試験体Ｗの伸びに追随して、その照
射領域Ｐは常に２つの標点Ａ１，Ａ２間の中点Ｃを中心
とする広がりを持つように移動していくことになる。従
って、各標点Ａ１，Ａ２は、見かけ上照射領域Ｐの両端
に向かって移動していくことになり、レーザ光の照射領
域Ｐを有効に使って各標点Ａ１，Ａ２の追尾が可能とな
り、伸びの計測範囲が広くなる。

【００１５】また、標点Ａ１，Ａ２がレーザ光の照射領
域Ｐを逸脱した後において、観察点領域を固定して推定
演算によって各標点Ａ１，Ａ２の移動量を求めて伸びを
算出する場合においても、各標点Ａ１，Ａ２は上述のよ
うに見かけ上照射領域Ｐの両端に向かって移動していく
から、それぞれに対応する固定観察点をレーザ光の照射
領域Ｐの両端部分に設定することができ、図５に示した
ような試験の進行に伴って伸びの推定演算に用いる領域
Ｑが次第に狭くなっていくことがなく、より高精度の推
定演算をより長期にわたって行うことが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図６は本発明の実施の形態の斜視
図で、図７はその要部の正面図であり、図８はそのレー
ザ非接触伸び計１０の構成図である。

【００１７】ベッド１上に左右のヨーク２ａ，２ｂが鉛
直に固定されており、クロスヘッド３はその左右の両端
がこれらのヨーク２ａ，２ｂにガイドされた状態で、駆
動機構（図示せず）によって上下動される。

【００１８】ベッド１およびクロスヘッド３には、それ
ぞれ互いに対向するように一対の掴み具４ａ，４ｂが設
けられており、試験体Ｗの両端をこれらの掴み具４ａ，
４ｂに把持した状態で、クロスヘッド３を上方に移動さ
せることによって、その試験体Ｗに引張荷重を与えるこ
とができる。

【００１９】一方のヨーク２ａに隣接して鉛直のガイド
棒５が設けられており、このガイド棒５に沿って摺動自
在に支承された支持台６の上に、後述するレーザ非接触
伸び計１０のカメラユニットＣＵが載せられている。そ
して、その支持台６には滑車７が支承されており、その
滑車７には、一端がヨーク２ａ，２ｂの頂部を連結する
クロスビーム１ａに固着され、他端がクロスヘッド３に
固着されたワイヤ８が掛け回されている。

【００２０】以上の構成により、クロスヘッド３が上下
動すると、ワイヤ８が滑車７を介して支持台６を同方向
に上下動させるが、滑車７は動滑車となっているため、
図７に示すようにクロスヘッド３がΔだけ移動すると、
支持台６はΔ／２だけ移動することになる。

【００２１】レーザ非接触伸び計１０は、図８に示すよ
うに、試験体Ｗの表面に伸びの計測方向に所定長さにわ
たる広がりを持つレーザ光を照射する照射光学系１１
と、そのレーザ光の試験体Ｗの表面による散乱光を集光
レンズ１２を介して受光する複数チャンネルのイメージ
センサ１３と、そのイメージセンサ１３からの出力を用
いて後述するような演算によって２つの標点Ａ１，Ａ２
間の伸びを算出する演算部１７を主たる構成要素として
おり、このうち、照射光学系１１と集光レンズ１２およ
びイメージセンサ１３がカメラユニットＣＵとして１つ
のケース内に収容され、前記したようにガイド棒５に沿
って摺動変位自在の支持台６上に載せられている。

【００２２】照射光学系１１は、半導体レーザ１１ａと
その出力光を上下方向に広げるためのシリンドリカルレ
ンズを用いたビームエキスパンダ１１ｂによって構成さ
れ、試験体Ｗの表面に伸びの計測方向、つまり試験体Ｗ
の引張負荷方向にライン状に広がるレーザ光の照射領域
Ｐを形成することができる。

【００２３】照射光学系１１からのレーザ光の試験体Ｗ
表面による散乱光は、集光レンズ１２を介してイメージ
センサ１３の受光面に結像される。イメージセンサ１３
は、例えば４０００個の画素が上下に配列された４００
０チャンネルの１次元イメージセンサであり、試験体Ｗ
へのレーザ光の照射領域Ｐの全長にわたる散乱像が結像
される。

【００２４】イメージセンサ１３の各チャンネルからの
出力は、増幅器１４で増幅された後、Ａ−Ｄ変換器１５
によってデジタル化され、メモリ１６に格納される。メ
モリ１６には、イメージセンサ１３の各チャンネルごと
にデータの格納アドレスが設定されており、各チャンネ
ルからのデータはそれぞれ該当のアドレスに格納され
る。このメモリ１６内の各チャンネルデータは、後述す
る各観察点における参照データを除いて、データが到来
するごとに演算部１７に刻々と読みだされて、その一部
が後述する演算に供された後、全データが直ちに捨てら
れ、イメージセンサ１３からの次のデータの到来を待つ
ようになっている。

【００２５】演算部１７は実際には高速演算処理回路と
ＣＰＵによって構成されており、この演算部１７には、
イメージセンサ１３の各チャンネルからのデータのう
ち、試験開始当初に試験体Ｗの２つの標点に該当する２
領域Ａ１，Ａ２からの散乱光データを、それぞれ観察点
データとして初期設定するための設定器１８が接続され
ている。この設定器１８により、イメージセンサ１３の
第１〜第４０００チャンネルのうち、初期観察点データ
源として、例えば第１８０１〜第１９００チャンネルを
第１の観察点データ源、第２１０１〜第２２００チャン
ネルを第２の観察点データ源として設定する。これらの
観察点データ源には、試験体Ｗの表面からの散乱光のう
ち、図８においてＡ１，Ａ２で示した領域からの散乱光
が入射し、このＡ１およびＡ２が２つの標点となる。

【００２６】演算部１７では、設定器１８によって初期
設定された上下の２領域Ａ１，Ａ２からの散乱光データ
である、第１８０１〜第１９００チャンネルからのデー
タ群と、第２１０１〜第２２００チャンネルからのデー
タ群とを、それぞれ当初の観察点における参照データと
して、以後の刻々の同チャンネル群からのデータとの相
互相関関数を算出し、領域Ａ１，Ａ２からのスペックル
パターンを個別に求めるとともに、その移動量が規定
量、例えば３０チャンネル相当分に達するごとに、観察
点データ源としてのチャンネルを同チャンネル分ずつシ
フトしていき、また、そのシフト時点でそれまで用いて
いた参照データを捨て、シフト後の最初のデータ群を参
照データとして記憶しなおす。そして、各領域Ａ１，Ａ
２について、スペックルパターンの移動量と、観察点デ
ータ源としてのチャンネル群のシフト量の試験体Ｗの表
面での距離換算量との刻々の積算値から、各領域Ａ１，
Ａ２、つまり２つ標点Ａ１，Ａ２の刻々の移動量を算出
する。すなわち、設定器１８によって初期設定された２
つの標点Ａ１，Ａ２は、イメージセンサ１３の各チャン
ネルからの出力のうち、観察点データ源として用いるチ
ャンネル群をそれぞれ各標点Ａ１，Ａ２の移動に追随し
て逐次シフトすることによってソフト的に追尾されつ
つ、その各移動量が刻々と求められる。そして、２つの
標点Ａ１，Ａ２間の伸びは、その各移動量の差によって
算出され、伸びの計測結果として出力される。

【００２７】さて、以上の本発明の実施の形態におい
て、上下の掴み具４ａ，４ｂに試験体Ｗの両端を把持し
た状態で、クロスヘッド３を上方に移動させることによ
って試験体Ｗに引張荷重を加えると、試験体Ｗは図９
（Ａ）〜（Ｃ）に示すように変形していく。このとき、
一般に試験体Ｗはその全長にわたって一様な伸びを示す
から、試験体Ｗの伸び方向への中央位置の点は、移動側
の掴み具４ｂの移動量の１／２ずつ上方に移動してい
く。また、このクロスヘッド３の移動により、ワイヤ８
が滑車７を介して支持台６を上方に移動させるが、前記
したように滑車７が動滑車となっているため、その刻々
の移動量、つまり移動速度はクロスヘッド３の１／２と
なる。

【００２８】試験開始当初に設定器１８によって設定さ
れる２つの標点Ａ１，Ａ２を、試験体Ｗの中央部分に設
定するとともに、図９（Ａ）のように、レーザ非接触伸
び計１０の照射光学系１１による試験体Ｗの表面に対す
るレーザ光の照射領域Ｐの広がりの中心位置が、その２
つの標点Ａ１，Ａ２の中点Ｃと一致するよう、ワイヤ８
の長さを調整して支持台６を位置決めしておく。

【００２９】このような設定によると、２つの標点Ａ
１，Ａ２の中点Ｃは前記した試験体Ｗの中央位置の点に
一致するから、試験の進行に伴って試験体Ｗが図９
（Ｂ）〜（Ｃ）に示すように伸びていったとき、その中
点Ｃは移動側の掴み具ｂの移動量の１／２ずつ上方に移
動していき、また、レーザ光の照射領域Ｐの移動量も前
記した通りそれと同じ量だけ同じ向きに移動していくた
め、レーザ光の照射領域Ｐの中心位置は常に中点Ｃ上に
位置する。また、２つの標点Ａ１，Ａ２は、試験体Ｗの
中央位置を挟んで対称な位置にあるため、試験体Ｗの伸
びに伴って中点Ｃから互いに等量ずつ遠ざかっていく。
レーザ光の照射領域Ｐは、上記のように試験体Ｗの伸び
に追随して常に試験体Ｗの中点Ｃを中心として広がるよ
うに移動していくから、各標点Ａ１，Ａ２は試験体Ｗか
伸びるに従って、見かけ上照射領域Ｐの両端に向かって
移動していくことになる。図９（Ｂ）のようにレーザ光
の照射領域Ｐを有効に使って各標点Ａ１，Ａ２を追尾す
ることができ、図２に示した照射方法に比して追尾範囲
が囲が広くなる。

【００３０】また、標点Ａ１，Ａ２が照射領域Ｐを逸脱
した後において、その追尾を停止して固定観察点を設け
てそれぞれの移動量を推定演算して伸びを算出する方式
を採用する場合、各標点Ａ１，Ａ２がレーザ光の照射領
域Ｐの両端部に向かって移動していくことから、図９
（Ｃ）に示すように、これらの各標点Ａ１，Ａ２にそれ
ぞれ対応する固定観察点Ａ１′，Ａ２′はその照射領域
Ｐの両端部に設定されることになる。このことは、試験
体Ｗがどのように伸びても、伸びの算出するために用い
る情報源領域Ｑが不変で、しかもレーザ光の照射領域Ｐ
の全域にわたる長さとなることを意味し、図５に示した
従来の同方式の計測の場合に比して、より広い領域から
の情報に基づいて伸びを算出することが可能となり、よ
り正確な推定演算を長期にわたって継続できることがで
きる。

【００３１】ここで、以上の本発明の実施の形態におい
て、照射光学系１１は、集光レンズ１２およびイメージ
センサ１３とともにカメラユニットＣＵごと移動される
ため、仮にその移動に伴うスペックルパターンの移動量
の算出値に誤差が生じたとしても、伸びは２つの標点Ａ
１，Ａ２に対応する２つの領域の移動量の算出結果の差
によって求められるが故に、各標点の移動量に含まれる
誤差は互いにキャンセルされ、伸びの計測結果には現れ
ない。

【００３２】なお、以上の実施の形態において、試験開
始当初に、レーザ光の照射領域Ｐの中心を試験体Ｗの中
点Ｃに合致させるべく、ワイヤ８の長さを調整する方法
としては、例えば図１０に示すように、その一端を巻き
取る機構８１を、ワイヤ８のいずれかの端部の固着部に
設ける方法、あるいは、ワイヤ８のいずれかの端部の固
着部分をねじによって上下動自在とするような方法を採
用することができる。

【００３３】また、このような照射領域Ｐの中心の位置
合わせを容易にするために、レーザ光の照射領域Ｐの中
心部分の微小領域は２つの標点Ａ１，Ａ２の間に位置す
ることになり、実質的に使用されないことを利用して、
図１１（Ａ）に示すように、その照射領域Ｐの中心部分
に暗い部分Ｐｂを設けたり、あるいは同図（Ｂ）に示す
ように、照射領域Ｐの中心部分を横切るようなビームＰ
ｈを作る等の対策を採ることが好ましい。

【００３４】ここで、以上の例では、レーザ非接触伸び
計１０のカメラユニットＣＵを、２つの標点間の中点の
移動に追随して移動させる機構として、クロスヘッド３
の移動量の１／２の量だけ移動させる動滑車機構を用
い、クロスヘッド３の移動を利用することによってカメ
ラユニットＣＵの移動用のアクチュエータを不要とした
例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、他
の公知の機構を採用し得ることは勿論である。例えば、
図１２に例示するように、ガイド棒５に隣接してネジ棹
７１を配置するとともに、支持台６にはそのネジ棹７２
にねじ込まれるナット７２を固着して、ネジ棹７１をモ
ータ７３によって回動させることで、支持台６を上下動
させる機構を採用することができる。

【００３５】この場合、モータ７３の制御方法として、
上記した実施の形態に準じて、クロスヘッド３の移動量
の１／２ずつ支持台６を刻々と移動させるべくその回転
数を制御する方法のほか、レーザ光の照射領域Ｐの中心
が中点Ｃを段階的に追うように、支持台６をある一定の
距離ずつ間欠的に移動させる方法を採用することがで
き、更に、以下のようにモータ７３による支持台６の移
動をよりインテリジェント化することもできる。

【００３６】すなわち、演算部１７において算出される
２つの標点Ａ１，Ａ２の刻々の移動量を用いて、その中
点Ｃの刻々の移動量を推定演算し、その演算結果に応じ
てモータ７３を制御することにより、カメラユニットＣ
Ｕが常に２つの標点Ａ１，Ａ２間の中点Ｃを追尾するよ
うに移動させる方式を採用することができる。この方法
は特にプラスチック等の引張試験に適用して有効であ
る。何故ならば、プラスチック等においては、引張試験
の進行に伴ってある部分が局所的に大きな伸びを示す、
いわゆるネッキングと呼ばれる現象が生じることがあ
る。このようなネッキングが２つの標点Ａ１，Ａ２の範
囲外で発生したとき、クロスヘッド３（移動側の掴み具
４ｂ）が移動しているにも係わらず、２つの標点Ａ１，
Ａ２は殆ど移動しない。このような場合、カメラユニッ
トＣＵをクロスヘッド３の移動量の１／２ずつ移動させ
ていく前記した実施の形態によれば、カメラユニットＣ
Ｕは標点間の中点Ｃからずれてしまうのに対し、２つの
標点Ａ１，Ａ２の各移動量からその中点Ｃの刻々の位置
を算出し、その結果に応じてカメラユニットＣＵを移動
させるべくモータ７３を制御する方式ではそのようなず
れは生じず、常に正確に２つの標点間の中点Ｃにレーザ
光の照射領域Ｐの中心位置を合致させることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、固定側
の掴み具に対して移動側の掴み具を離反させるように移
動させることによって、試験体に引張荷重を与える材料
試験機において、レーザ非接触伸び計のレーザ光の照射
光学系を、結像光学系並びにイメージセンサとともに、
移動側の掴み具の移動速度の１／２の速度で同方向に移
動させるように構成しているから、試験体の伸びに追随
して常にレーザ光の照射領域の中心を試験体の中点上に
位置させることが可能となり、その照射領域の全域を有
効に使って２つの標点を追尾することが可能となり、伸
びの計測範囲をより広くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験体表面に対してライン状にレーザ光を照射
し、その散乱光に含まれるスペックルパターンのうち、
２つの標点に対応する部分を用いて各標点の移動量を算
出しつつ、その算出結果に応じて各標点をソフト的に追
尾する方式のレーザ非接触伸び計の光学的構成の模式的
斜視図

【図２】従来の材料試験機によって伸びの大きな試験体
の引張試験を行ったときの２つの標点の移動の状況の説
明図

【図３】１つのレーザ光源からの出力光をビームエキス
パンダで拡張して広い照射領域を得る場合の光学的構成
例（Ａ）と、その場合に得られるスペックルパターンの
データ例の説明図（Ｂ）

【図４】多数のレーザ光源とビームエキスパンダを用い
て広い照射領域を得る場合の光学的構成の説明図

【図５】レーザ非接触伸び計において、一方の標点がレ
ーザ光の照射領域を逸脱した後に、固定観察点を設けて
その標点の移動量を推定演算する方式の説明図

【図６】本発明の実施の形態の正面図

【図７】図６の要部正面図

【図８】本発明の実施の形態のレーザ非接触伸び計１０
の構成図

【図９】本発明の実施の形態の作用説明図

【図１０】本発明の他の実施の形態におけるワイヤ８の
長さ調整機構の例の説明図

【図１１】本発明の更にまた他の実施の形態におけるレ
ーザ光の照射パターンの例の説明図

【図１２】本発明のまた更に他の実施の形態のカメラユ
ニットＣＵの移動機構を表す正面図

【符号の説明】

１ ベッド １ａ ビーム ２ａ，２ｂ ヨーク ３ クロスヘッド ４ａ，４ｂ 掴み具 ５ ガイド棒 ６ 支持台 ７ 滑車 ８ ワイヤ １０ レーザ非接触伸び計 １１ 照射光学系 １２ 集光レンズ １３ イメージセンサ １７ 演算部 ＣＵ カメラユニット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定側の掴み具とこれに対向して接近・
   離反自在の移動側の掴み具を備え、試験体の両端部分を
   これらの一対の掴み具で把持した状態で、移動側の掴み
   具を固定側の掴み具に対して離反させる方向に移動させ
   ていくことにより、試験体に引張荷重を与える材料試験
   機において、 試験体表面に対し、引張荷重の付与方向に所定長さにわ
   たる広がりを持つレーザ光を照射する照射光学系と、そ
   のレーザ光の試験体表面による散乱光を結像光学系を介
   して受光するイメージセンサと、そのイメージセンサの
   出力を用いて、試験体表面上で引張荷重の付与方向に互
   いに所定の距離を隔てた２つの標点に対応する領域から
   の散乱光に含まれるスペックルパターンの移動量を個別
   に算出し、その算出結果に基づいて標点間の伸びを算出
   する演算部とを有してなるレーザ非接触伸び計を備える
   とともに、 試験体の伸びに伴う上記２つの標点間の中点の移動に追
   随して、上記照射光学系、結像光学系およびイメージセ
   ンサからなるカメラユニットを同方向に移動させる移動
   機構を備えていることを特徴とする、 材料試験機。