JPH0996510A

JPH0996510A - レーザ非接触伸び計

Info

Publication number: JPH0996510A
Application number: JP25297595A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kamegawa; 正之亀川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】【課題】コストを増大させることなく、伸びの計測範
囲を広くしてゴム等の伸びの大きな試験体に適用可能な
レーザ非接触伸び計を提供する。【解決手段】試験体Ｗの表面に設定された２つの標点
Ａ１，Ａ２に対応して各２組の照射ユニットＵ₁₁，Ｕ₁₂
およびＵ₂₁，Ｕ₂₂を設け、２組の照射ユニットによる照
射領域を交互に、かつ、段階的に変化させることで、各
標点に常に１つのユニットからの静止状態のレーザビー
ムを照射することで、各標点を追尾してレーザ光の照射
領域を変化させていく構成を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試験体の表面に対
して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、試験体の伸びを非接触のもとに計測すること
のできる、レーザ非接触伸び計に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定試料の表面にレーザ光を照射する
ことによっ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計測する方法が知
られている。

【０００３】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
料試験機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】ところで、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、引張試験は、通常、試験体Ｗ
の上下両端を均等に移動させるのではなく、例えば下方
の端部を固定して上方の端部のみを上方に移動させて引
張荷重を加えることから、試験体Ｗの伸びに伴って下方
の標点Ａ２が上方に移動する。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】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、コストをさほど増大させることなく、伸びの計
測範囲を広くすることができ、もってゴム等の伸びの大
きな試験体にも対応可能なレーザ非接触伸び計の提供を
目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、その実施の形態を表す図５を参照しつつ説
明すると、本発明のレーザ非接触伸び計は、試験体Ｗの
２つの標点に対応する２領域Ａ１，Ａ２に対応して、光
学系１１ａ（１２ａ，２１ａ，２２ａ）と照射位置変更
機構１１ｂ（１２ｂ，２１ｂ，２２ｂ）とからなる照射
ユニットＵ₁₁〜Ｕ₂₂をそれぞれ２組ずつ設けて、これら
によって、試験体Ｗの表面にレーザ光を照射する照射光
学系１を構成し、その各ユニットＵ₁₁〜Ｕ₂₂において光
学系１１ａ（１２ａ，２１ａ，２２ａ）は、伸びの計測
方向に所定の広がりを持つレーザビームを生成する一
方、照射位置変更機構１１ｂ（１２ｂ，２１ｂ，２２
ｂ）は、その光学系１１ａ（１２ａ，２１ａ，２２ａ）
からのレーザビームの試験体Ｗの表面に対する照射位置
を伸びの計測方向に移動させるように構成し、そして各
ユニットＵ₁₁〜Ｕ₂₂の照射位置変更機構１１ｂ（１２
ｂ，２１ｂ，２２ｂ）は、演算部７で求められた各領域
Ａ１，Ａ２それぞれの変位情報に基づき、各領域Ａ１，
Ａ２ごとに、２つのユニットＵ₁₁，Ｕ₁₂またはＵ₂₁，Ｕ
₂₂のうち一方のユニットからのレーザビームのみが該当
の領域を照射するよう、２つのユニットＵ₁₁，Ｕ₁₂また
はＵ₂₁，Ｕ₂₂からのレーザビームの照射位置を交互に試
験体の伸び方向に段階的に移動させていくことによって
特徴づけられる。

【００１２】

【作用】本発明は、試験体Ｗの表面に対して、その伸び
の計測範囲全体をカバーするような長いライン状のレー
ザ光照射領域を定常的に設けるのではなく、２つの標点
に対応する２領域Ａ１，Ａ２のそれぞれに対応して、伸
びの計測方向にある程度の広がりを持つレーザビームを
生成し、かつ、そのビーム照射位置を移動させ得る２つ
のずつの照射ユニットＵ₁₁，Ｕ₁₂とＵ₂₁，Ｕ₂₂を設け
て、その２つの照射ユニットＵ₁₁，Ｕ₁₂とＵ₂₁，Ｕ₂₂に
よって、該当の領域を交互に、かつ、段階的に追いかけ
ることにより、各領域の近傍に常に１つのユニットから
の静止状態のレーザビームの照射を続けつつ、その各領
域の試験体Ｗの伸びに伴う移動を追尾することで、所期
の目的を達成しようとするものである。

【００１３】すなわち、図７に模式的に示すように、例
えば領域Ａ１は、それに対応して設けられた２つの照射
ユニットＵ₁₁，Ｕ₁₂のうちの一方のユニットＵ₁₁からの
静止状態のレーザビームＢ₁₁がある時点において照射さ
れるが、領域Ａ１は試験体Ｗの伸びに伴って図中矢印で
示すように上方に移動し、やがてその静止ビームＢ₁₁の
照射領域ＩＲ₁₁から逸脱する。その逸脱前に、他方のユ
ニットＵ₁₂からのレーザビームＢ₁₂を、ビームＢ₁₁の照
射領域ＩＲ₁₁の直上に静止状態で照射しておくことによ
り、領域Ａ１はレーザビームＢ₁₂の照射領域ＩＲ₁₂に入
る。領域Ａ１が更に移動してビームＢ₁₂の照射領域ＩＲ
₁₂から逸脱する前に、ユニットＵ₁₁からのレーザビーム
Ｂ₁₁を段階的に移動させて、照射領域ＩＲ₁₂の直上に照
射しておけば、領域Ａ１はそのビームＢ₁₁の新たな照射
領域ＩＲ₁₂′に入る。このような繰り返しにより、各領
域Ａ１，２を、その移動に係わらず、常にいずれかのユ
ニットからの静止状態のレーザビームで照射することが
可能となる。

【００１４】ここで、各領域Ａ１，Ａ２に対して、それ
ぞれに１つのスポット状のレーザビームを照射して、そ
のスポット光の照射位置をＡ１，Ａ２の移動に追随させ
て移動させた場合、そのスポット照射光の移動によって
各領域Ａ１，Ａ２からの散乱光が乱れ、スペックルパタ
ーンの移動量の算出が不可能になるが、本発明のよにう
に２つのレーザビームを交互に段階的に移動させつつ、
常に静止状態のレーザ光のみが各領域を照射するように
構成することによって、このような問題は生じない。

【００１５】また、スポット状のレーザ光をハード的に
移動させることによって各標点を追尾し、そのスポット
光の移動量とスペックルパターンの移動量とから各標点
の変位情報を得る方式では、スポット光を移動させるた
めのメカニズムの誤差がそのまま変位情報の誤差に繋が
るが、本発明では、各標点の追尾を、各標点からのスペ
ックルパターンのイメージセンサへの結像位置の変化に
対して観察点データ源としてのチャンネルをシフトする
ことによってソフト的に行うため、各ユニットからのレ
ーザビームの照射位置の移動誤差は、各標点の変位情報
の誤差には全く影響を及ぼさず、要は、各標点それぞれ
が常に静止状態のレーザビームで照射される状態として
おくことにより、ライン状の長いレーザ光照射領域を形
成した場合と全く同等のスペックルパターンが得られ、
求められる各標点の変位情報も全く同等の精度となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図５は本発明の実施の形態の全体
構成図で、光学系並びにその付随機構の模式図と電気的
構成のブロック図とを併記して示す図である。

【００１７】試験体Ｗは、例えば材料試験機の上下の掴
み具によってその上下両端が把持され、下方の掴み具を
固定した状態で上方の掴み具を上方に移動させることに
よって、図中上下への引張荷重が加えられる。この試験
体Ｗの表面には、後述する上下２組ずつの照射ユニット
Ｕ₁₁，Ｕ₁₂およびＵ₂₁，Ｕ₂₂によって構成された照射光
学系１からのレーザ光が照射される。

【００１８】照射光学系１からのレーザ光の試験体Ｗの
表面による散乱光は、結像光学系としての集光レンズ２
によってイメージセンサ３の受光面上に結像される。イ
メージセンサ３は、例えば上下に４０００個の画素が配
列された４０００チャンネルの１次元イメージセンサで
ある。

【００１９】イメージセンサ３の各チャンネルからの出
力は、増幅器４で増幅された後、Ａ−Ｄ変換器５によっ
てデジタル化され、メモリ６に格納される。メモリ６に
は、イメージセンサ３の各チャンネルごとにデータの格
納アドレスがが設定されており、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６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７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３からの次のデータの到来を待つようになっている。

【００２０】演算部７は実際には高速演算処理回路とＣ
ＰＵによって構成されており、この演算部７には、イメ
ージセンサ３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Ａ
１，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８が接続されている。
この設定器８により、イメージセンサ３の第１〜第４０
００チャンネルのうち、初期観察点データ源として、例
えば第２１〜第１２０チャンネルを第１の観察点データ
源、第２２１〜第３２０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、図中Ａ１およびＡ２
で示した領域からの散乱光が入射し、このＡ１およびＡ
２が２つの標点となる。

【００２１】演算部７では、設定器８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２１〜第１２０チャンネルからのデータ群と、第
２２１〜第３２０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
々の同チャンネルからのデータ群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の移動
量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，Ａ２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つの標点Ａ１，Ａ２の刻々の移動量を算出する。
すなわち、設定器８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３の各チャンネルからの
出力のうち、観察点データ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、その各点の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。

【００２２】さて、各標点Ａ１，Ａ２のそれぞれに対応
して２組ずつ設けられた照射ユニットＵ₁₁，Ｕ₁₂および
Ｕ₂₁，Ｕ₂₂は、それぞれ、光学系１１ａ（１２ａ，２１
ａ，２２ａ）と照射位置変更機構１１ｂ（１２ｂ，２１
ｂ，２２ｂ）によって構成されている。そして、その各
光学系１１ａ（１２ａ，２１ａ，２２ａ）は、半導体レ
ーザＬとその出力光を伸びの計測方向に所定広がりを持
つレーザビームに成形するビームエキスパンダＥと、そ
のビームエキスパンダＥを経たレーザビームを通過／遮
断するためのシャッタＳＨによって構成され、また、各
照射位置変更機構１１ｂ（１２ｂ，２１ｂ，２２ｂ）
は、各光学系１１ａ（１２ａ，２１ａ，２２ａ）からの
レーザビームを反射させて試験体Ｗの表面に導くミラー
Ｍと、そのミラーＭの角度を変更する角度変更機構Ｄに
よって構成されている。なお、各角度変更機構Ｄは、実
際にはミラーＭの角度を変更するためのアクチュエータ
としてのモータとそのドライバによって構成されてい
る。

【００２３】各照射ユニットＵ₁₁，Ｕ₁₂およびＵ₂₁，Ｕ
₂₂の角度変更機構Ｄは、それぞれ演算部７から供給され
る各標点Ａ１，Ａ２の変位情報（移動量の算出結果）に
基づく信号によって制御され、以下に説明するように、
ユニットＵ₁₁とＵ₁₂によって標点Ａ１を、ユニット
Ｕ₂₁，Ｕ₂₂によって標点Ａ２をそれぞれ段階的に追尾
し、各標点Ａ１，Ａ２にそれぞれ静止状態のレーザビー
ムを常に照射するよう、それぞれに対応するミラーＭの
角度をステップ状に変更する。また、各光学系１１ａ
（１２ａ，２１ａ，２２ａ）内のシャッタＳＨは、図示
は省略しているが演算部７からの指令により開閉され、
角度変更機構Ｄに対して駆動指令が供給されるのと同期
して同じユニット内のものが閉じられる。

【００２４】図６は一方の標点Ａ１を例にとって、ユニ
ットＵ₁₁，Ｕ₁₂の各角度変更機構Ｄに対して供給される
駆動信号の例を示すタイムチャートである。演算部７に
おいてイメージセンサ３からの出力データを基に算出し
た標点Ａ１の移動量が、一定値εに達するごとに、ユニ
ットＵ₁₁とＵ₁₂の角度変更機構Ｄに対して交互に駆動指
令が発せられる。この駆動指令が供給された角度変更機
構Ｄは、対応するミラーＭの角度をステップ状に変更
し、光学系１１ａまたは１２ａからのレーザビームの試
験体Ｗの表面への照射位置を２εだけ上方、つまり試験
体Ｗの伸び方向に移動させる。この２εの距離は、各ユ
ニットの光学系１１ａ，１２ａからのレーザビームの試
験体Ｗの表面への照射領域の上下方向への広がり量εの
２倍に相当する。また、各光学系１１ａ，１２ａのシャ
ッタＳＨは、その出力ビームが静止している状態におい
ては開かれているが、その照射位置が移動される直前に
閉じられ、移動の完了後に再び開かれる。

【００２５】図７は、伸びの計測中における標点Ａ１の
移動と、それに対応する２つのユニットＵ₁₁，Ｕ₂₂の上
述の動作による試験体Ｗの表面へのレーザビームの照射
領域の移動状況の説明図である。

【００２６】今、ある時点において標点Ａ１の位置が図
示の通りであったとし、その標点Ａ１が一方のユニット
Ｕ₁₁からのレーザビームＢ₁₁による照射領域ＩＲ₁₁内に
存在しているとする。この状態において、他方のユニッ
トＵ₁₂からのレーザビームＢ ₁₂による照射領域ＩＲ
₁₂は、ＩＲ₁₁の直上に位置している。引張試験の進行に
よる試験体Ｗの伸びにより、標点Ａ１が矢印の通り移動
し、ユニットＵ₁₂による照射領域ＩＲ₁₂に入った時点
で、ユニットＵ₁₁に対して駆動指令が発せられ、そのレ
ーザビームＢ₁₁はシャッタＳＨによって遮られた状態
で、２εだけ段階的に上方に移動され、照射領域ＩＲ₁₂
の直上に新たな照射領域ＩＲ₁₁′を形成する。そして、
更なる試験の進行に伴い、標点Ａ１がユニットＵ₁₂によ
る照射領域ＩＲ₁₂外に出て照射領域ＩＲ₁₁′に入った時
点で、ユニットＵ₁₂に対して駆動指令が発せられ、上記
と同様に、そのレーザビームＢ₁₂はシャッタＳＨによっ
て遮られた状態で、２εだけ段階的に上方に移動され、
新たな照射領域ＩＲ₁₂′を形成する。

【００２７】このような繰り返しにより、標点Ａ１に
は、試験の進行に伴う移動にも係わらず、常にユニット
Ｕ₁₁またはＵ₁₂のいずれか一方からの静止状態のレーザ
ビームによって照射される。

【００２８】このような動作は他方の標点Ａ２に対応す
るユニットＵ₂₁，Ｕ₂₂についても全く同様であり、試験
体Ｗの表面に初期設定された２つの標点Ａ１とＡ２は、
それぞれに対応して設けられた２つの照射ユニットＵ₁₁
とＵ₁₂、および、Ｕ₂₁とＵ₂₂によって実質的に追尾され
ながら、常に静止状態のレーザビームによって照射され
る。

【００２９】以上の本発明の実施の形態よれば、半導体
レーザＬとビームエキスパンダＥ等からなる光学系と、
その出力光の照射位置の変更機構とからなる照射ユニッ
トを４個設けることにより、試験体Ｗの伸びによって移
動する２つの標点Ａ１とＡ２のそれぞれに対し、常に静
止状態のレーザビームを照射することができ、その照射
範囲は実質的に制限がなく、ゴム等の伸びの大きな試験
体に対しても、十分に使用することができる。

【００３０】ここで、図７においては、２つの照射ユニ
ットＵ₁₁，Ｕ₁₂からのレーザビームによる各照射領域Ｉ
Ｒ₁₁，ＩＲ₁₂とが互いに重ならずに接した状態で示して
いるが、これらはある程度重複していてもよい。この場
合、重複部分におけるレーザビームの強度が他の部分に
比して大きくなるが、イメージセンサ３の出力が飽和し
ない状態であれば、スペックルパターンの移動量の算出
に支障を来すことはない。また、この場合、標点Ａ１の
位置が重複部分に存在している状態ではレーザビームの
移動を禁じる必要があることは勿論であり、一方のユニ
ットによる照射領域から重複部分を経て他方のユニット
による照射領域にＡ１が移動した後に、一方の照射ユニ
ットのレーザビームを遮断して移動させればよい。

【００３１】また、以上の実施の形態においては、各ユ
ニットのレーザビームの移動に際して、その移動中のビ
ームが各標点を照射してスプックルパターンを乱すこと
を防止する目的で、そのビームをシャッタＳＨで遮蔽し
たが、シャッタＳＨを設けることなく、ビームを横に振
った状態で上下方向に移動させ、あるいは半導体レーザ
への給電を停止した状態でミラーＭの角度を変更する等
の方式を採用することもできる。

【００３２】更に、各ユニットの照射位置変更機構につ
いては、上記した例に限られることなく、ミラーを設け
ず、例えは光学系の全体をステージ上に載せ、そのステ
ージの角度を変更する機構等、他の機構を採用し得るこ
とは言うまでもない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試験体表面にレーザ光を照射して得られる散乱光を結像
光学系を介して複数チャンネルのイメージセンサで受光
し、そのイメージセンサの各チャンネル出力のうち、試
験体表面に初期設定された２つの標点に対応する２領域
からのレーザ散乱光を受光する２群のチャンネル群から
らのデータを観察点データとしてそれぞれのスペックル
パターンの移動量を算出するとともに、その各移動量が
所定量に達するごとに、観察点データ源としてのチャン
ネル群をシフトすることによって各標点をソフト的に追
尾する方式を採用したレーザ非接触伸び計において、各
標点に対応してそれぞれ２組の照射ユニットを設け、各
照射ユニットからのレーザビームを、各標点の移動に追
随して、交互に段階的に移動させ、各標点には常に静止
状態のレーザビームを照射するように構成したから、４
個のレーザ照射光学系とその照射位置の変更機構によっ
て、各標点を実質的に無制限に追尾することが可能とな
り、多数の光学系配置してその全体で長い照射領域を形
成する場合に比して、コストを増大させることなく、伸
びの計測範囲を広くすることが可能となる。

【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】伸びの大きな試験体の引張試験時における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範囲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（Ｂ）の説明図

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

【図５】本発明の実施の形態の全体構成図で、光学系並
びにその付随機構の模式図と電気的構成のブロック図と
を併記して示す図

【図６】図５における照射ユニットＵ₁₁，Ｕ₁₂の各角度
変更機構Ｄに対して供給される駆動信号の例を示すタイ
ムチャート

【図７】伸びの計測中における標点Ａ１の移動と、それ
に対応する２つの照射ユニットＵ₁₁，Ｕ₂₂による試験体
Ｗの表面へのレーザビームの照射領域の移動状況の説明
図

【符号の説明】

１照射光学系Ｕ₁₁，Ｕ₁₂，Ｕ₂₁，Ｕ₂₂ 照射ユニット１１ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ光学系Ｌ半導体レーザＥビームエキスパンダＳＨシャッタ１１ｂ，１２ｂ，２１ｂ，２２ｂ照射位置変更機構ＭミラーＤ角度変更機構２集光レンズ３イメージセンサ７演算部８設定器Ｗ試験体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試験体表面に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し、その散乱光に含まれるスペック
ルパターンを検出する複数チャンネルのイメージセンサ
と、そのイメージセンサからの出力データのうち、試験
体上で伸びの計測方向に所定距離だけ離れた位置に初期
設定された２つの領域に対応する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、試験体上の上記２領
域からのスペックルパターンの移動量を算出するととも
に、その各領域のスペックルパターンの刻々の移動量算
出結果に応じて、各領域を追尾すべく上記各観察点デー
タとして用いるチャンネル群を逐次シフトしつつ、初期
設定された２領域それぞれの刻々の変位情報を得て、そ
の各変位情報からその２領域間の刻々の伸びを算出する
演算部を備えた伸び計において、上記２つの領域それぞれに対応して、光学系とその照射
位置変更機構とからなる照射ユニットが２組ずつ設けら
れ、これらによって上記照射光学系が構成されていると
ともに、その各ユニットにおいて、光学系は、伸びの計測方向に
所定の広がりを持つレーザビームを生成する一方、照射
位置変更機構は、その光学系からのビームの試験体表面
に対する照射位置を伸びの計測方向に沿って移動させ、その各ユニットの照射位置変更機構は、上記演算部で求
められた各領域それぞれの変位情報に基づき、各領域ご
とに、２つのユニットのうち一方のユニットからの静止
状態のレーザビームが該当の領域を照射するよう、２つ
のユニットからのレーザビームの照射位置を交互に試験
体の伸び方向に段階的に移動させていくことを特徴とす
る、レーザ非接触伸び計。