JPS61259136A - 形状変化測定装置 - 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〉 本発明は両端が支点支持された梁の荷重によるたわみ量
やヤング率を高精度に求めるための測定装置に関する。

〈従来技術〉 第６図、第７図により従来技術を説明する。１は距離ｔ
を隔てて両端部を支点２，２′で水平支持された梁で、
中央に下向きの力Ｆを作用させた時のたわみ量りよりヤ
ング率Ｅを求める場合の概念図である。第６図（ａ）は
Ｃｂ）のごとく等価的に考えることができ、たわみ量り
は、ヤング率をＥ、梁１の厚さｄ、Ｉｌｂとするとき、 で表わされる。これよりヤング率Ｅは、で求められる。

たわみ量りの精密測定方法としてはｋｏｎｉｇ法がよく
用いられる。即ち、第７図のくとく、梁１の両端上部に
鏡３，３′を対向配置し、梁に対して直角方向に配置し
たスケール４の目盛変化をこれら鈍の反射を介して望遠
鏡５で読み取り、これにより梁の水平位置からの傾きθ
を測定し、これよりｈを求める。θがわかればヤング＊
Ｅは、で表わされる。

しかしながらこの方法ではスケールの読みを人間の目視
に頼っており、当然視差が生ずる。又梁の中心ｔ／２位
置を決める場合にも測定の誤差が生ずるので、測定の精
度には限界がある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は人間の視差や中心の位置決めによる誤差の発生
しない形状変化の測定手段を提供することを目的とする
。

〈丁問題点を解決するだめの手段〉 本発明装置の構成十の特徴は、両端が支点支持されその
途中に荷重が印加される梁と、この梁の両端部に梁の水
平面に対して同一角度をもって対向的に固定された一対
のミラー手段と、これらミラー（Ｃ対して上記梁と直角
方向にスポットビームを供給する光源と、上記夫々のミ
ラーよりの反射ビームが直交する位１を検出する光セン
サ手段とを具備せし、めた点にちる。

〈作用〉 梁に荷重を印加しない状態で２個の反射ビームの交点を
光学センサ手段で求め１次に荷重を印加した場合の交点
位置の変化（ｘ＋ｙ方向）を光を７、・す手段の移動距
離（Ｘ方向）及び交点のずれ（Ｘ方向）を求め、これら
パラメータより梁の両４の傾きを計算し、この傾き角度
よりヤング率又はたわみ置を求める、３ 〈実施例〉 第】図に本発明装置の一実施例を示す。第７図と同一要
素には同一符号を付して説明を省略せる。

６は光線Ｂを発生させる半導体レーザー等の光源、７は
光線Ｂを平行光線に変換するレンズ、８は１：１ハーフ
ミラ−で反射光は第１のアパーチャー９に、透過光は全
反射ミラーＩＯＫ導かれその反射光ｄ第２のアパーチャ
ー９′に導かれる。アパーチャー９．り’を通過した光
線は平行乙スポットビームＢ、ｖとなる。１１．１１’
は梁ｌの両端上端部に、梁の水平面とθ。の角度をなし
て対向して固定された全反射ミラーでちり、スポットビ
ームＢ、Ｂ’を受けてこれを反射させる。反射したスポ
ットビームＢ、Ｂ’は一点ａで交差する。

１２はスポットビームＢ、Ｂ’が当るように粱ｌにに平
行に配置された光センサ手段で、複数個の光センサ−２
、１２，・・・・・・１２ｎがライン状に配列され、ス
ポットビームＢ、Ｂ’が当った光センサの位置が適当な
表示手段１３を介して読みとることが可能とされている
。

１４は光セ〉す手段１２を梁１に対して直角方向（Ｘ方
向）に駆動するための移動手段で、手動のマイクロメー
タ手段や、ステップモータ等の電動駆動手段で実現され
、その移動Ｉは目盛で読み取りが可能か又は電気信号に
変換されて表示手段１３で読み取られる構成となってい
る。

このような構成において、梁ｌ上の任意位１ｉ１Ｇ点に
下方向の力Ｆを作用させた場合は、梁１は第２図の点線
１′に示すごとく下方にたわむ。支点２゜２′間の距離
を１％０点の支点２からの距離をＬｌ、支点２′からの
距離ｔ２、Ｇ点でのたわみ量をｖｔｌで示す。このたわ
みの結果全反射ミラー１１．１１’の角度θは変化し、
１１の角度はθよりθ１に、１１’の角度はθ０より０
２に変化している。この角度変化によ抄、スポットビー
ムＢ、Ｂ’の反射角も点線で示すように変化し、交点の
位置ａは３′に変化する。点線で示す１２′は光センサ
手段１２を下方向（矢印Ｘで示す）Ｋ移動させて、ａ′
点を一点で受光した場合の位置を示し、Ｘ方向の移動量
と、ａ点の位置を基準としたＸと直角方向のａ′の移動
ｉｔ（矢印ｙで示す）を読み取る。現在実現可能な精度
は、スポットビームの径を１０１１ｍ以下、光センサ手
段の分解能１１０１Ｊ、移動手段の分解能１１ｎ程度で
ちる。

第３図はこの取み取りの手順を示す説明図で、第１図（
４）（イ）は初期状態を示し、スポットビームの交点ａ
に光センサ手段がセットされ、ビームＢ。

Ｂ′の交点ａの受光出力は（ロ）に示すごとく一本のス
ベクルて表わされる。この位置をＸ方向の０位置とする
。

第３図ω）（イ）はＧ点に力Ｆを作用させ、光センサ手
段を下方向に移動させる途中を示し、スポットビームは
光センサ手段１２に２点で当るので、受光のスペクトル
は（ロ）に示すごとく２本のスペクトルで表わされる。

第３図（Ｃ）は光セ／す手段１２を更に下方に移動させ
て３７点を１点で受光した場合であり、（ロ）に示すご
とく受光スペクトルは再び一本となる。このスペクトル
のｙ方向０泣置からの移動量ｙと光センサ手段の移動量
Ｘはこのような手順で測定される。

＆にこのように測定されるパラメータＸ＋ｙを用いてた
わみ量とヤング率を求めるプロ七スを説明する。

余弦定理を用いて全反射ミラー１１．１１’の変化角度
Δθ　、Δθ２は、Ｘ＋　ｙ＋　ｔ＋θ０を用いて、と
表わさせる。

一方Ｇ点に力Ｆを作用させた場合の梁の角度を０１、θ
２とすると、一般的々梁の式よりと表わされる。ここで
　■は梁の断面２次モーメントで既知の値である。

従って、（４）式又は（５）式で計算されるΔθ１．Δ
θ２を（６）式又は（７）式のθ　、θ　とすればＦ、
ｔ、ｔｌ。

ｔ２．は既知の値であるからヤング率Ｅは簡単に計算す
ることができる。

又たわみ量Ｖ　ｔｘは。

で与えられるので、（６）　、　（７）式で計算された
ヤング率Ｅを用いてたわみ量Ｖｌ□も簡単に計算するこ
とが可能である。

（４）式７（８）式の計算は、電卓等で手計算すること
も出来るが、マイクロコンピュータを用いて、パラメー
タを入力して自動計算させることも容易である。

又、光学センサ手段の移動方法はマイクロメータ等の手
動操作の他、受光スペクトルの間隔が最小（一致）する
ようがサーボ系を構成して自動追従させ、追従量に基づ
いて移動量を自動的に求めるような構成も容易である。

第４図、第５図はスポットビームＢ、Ｂ’を得るための
変形実施例で、第４図はアパーチャー９をレンズ７の直
後に置いて１個でスポットビームを形成するようにした
もの。ｆ４５図はレンズ７に代えてセルフォックスレン
ズ（屈折率階段形ファイバ）を用い、ビームの中心部に
当る部分をスポットビームとして取出すようにして、ア
パーチャーを省いた例を示す。

く効果〉 以上説明したようＫ、本発明によれば梁の角度変化を計
算するパラメータを視差による影響を受けずに高精度で
測定することができ、ヤング率やたわみ量を高精度で計
算することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図り第３
図はその動作説明図、第４図、第５図は光源の他の実施
例を示す構成図、第６図、第７図は従来装置の一例を示
す構成図である。 １・・・梁、２，２′・・・支点、６・・・光源、７・
・・レンズ、８・・・半透過ミラー、９．９’・・・ア
パーチャー、１０・・・全反射ミラー、１１．１１’・
・・全反射ミラー、１２・・・光センサ手段、１３・・
・表示手段、１４・・・移動手段。 代理人　　　弁理士　　小　沢　信　助第２図 Ｌ−一一一り一一一 第４図 第５図 第す図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 両端部が支点支持されその途中に荷重が印加される梁と
   、この梁の両端部に梁の水平面に対して同一角度をもっ
   て対向的に固定された一対のミラー手段と、これらミラ
   ーに対して上記梁と直角方向にスポットビームを供給す
   る光源と、上記夫々のミラーよりの反射ビームが直交す
   る位置を検出する光センサ手段とを具備した形状変化測
   定装置。