JPS62150110A - 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

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JPS62150110A
JPS62150110A JP29039885A JP29039885A JPS62150110A JP S62150110 A JPS62150110 A JP S62150110A JP 29039885 A JP29039885 A JP 29039885A JP 29039885 A JP29039885 A JP 29039885A JP S62150110 A JPS62150110 A JP S62150110A
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JP
Japan
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speckle
laser
laser beam
strain
test piece
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Masayoshi Murata
正義 村田
Seiichi Nishida
西田 聖一
Ichiro Yamaguchi
一郎 山口
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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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、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。
〔従来の技術〕
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、lは試液片であり、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制御器であり、後述
するイメージセンサ13の出力信号を受信し相互相関関
数を算出し、スペックル移動々どを演算制御するもので
ある。5は入出力装置であり、演算制御器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。6.7は第
1.第2のレーザ光源であり、これらは通常0.632
8μmの波長のレーザ光を発生するHe −Neレーザ
などが用いられる。8.9は第1.第2の平面鏡であり
、前記レーザ光源6,7から発したレーザ光線を試験片
1上の測定点Pに対し法線とθなる角度をもって照射す
るものとなっている。10はレーザ用電源であり、一対
の固体素子リレー11.12を介して前記レーザ光源6
.1へ電力を供給する。固体素子リレー11.12は演
算制御器4により制御されて電源IQからの電力の通電
、シゃ断を行なうスイッチング機能を有している。
イメージセンサ13は測定点Pの法線上であって、かつ
測定点PからLoなる距離だけ離れた位置に設置されて
いる。
第3図は第2図に示した装置による測定原理を示す図で
ある。第3図において、Sはレーザ光源、Mは物体面、
Nはスペックル観測面、を示している。上記物体面Mば
x−7面上にあり、レーザ光線入射面はx−z面上にあ
り、スペックル観測面NはX−Y面上にある。
第3図に示すように、レーザ光源Sから発した光は測定
点Pで2方向に反射し、その反射光のビーム径に対し十
分大きな距離り。たけ離れた位置にある観測面Nに達す
る。観測面N上に生じたスペックルはイメージセンサ1
3で検出される。測定点Pの並進ベクトルを(ax、a
アl ’ z ) 1回転ベクトルを(Ω工、Ωア、Ω
2)、歪をεXXとすれば、上記観測面NでのX方向の
ス4 ツクル移動A工は次式で与えられる。
−L0[gxxsinθ−Ωy(cos#、+1 ) 
)   ・”(1)ただし、L、は入射ビームの波面の
曲率半径、θはレーザ光線の入射角である。
なお、スペックル移動AxFi、例えば観測面NのX方
向に置いた一次元イメージセ/すにより測定した物体変
形前後のスペックル模様の相互相関関数のピーク位置か
ら容易に求めることができる。
歪εXXを求めるには、次のようにする。上記(1)式
の関係よりレーザ光線の入射角θおよび(−〇)につい
て、スペックル移wJA!(θ)とAx(−のを測定し
、その差ΔAxすなわち ΔAx=AX(θ)−Ax(−〇) =” Lo ’zz sinθ      −・−(2
)を算出する。そうすると、 となる。したがって、スペックル移動の差ΔAxを求め
て、第(3)式より歪を算出すればよい。
次に測定の手順を第2図について具体的に説明する。
0)試験片1の変形前のスペックル模様の光強度分布測
定を行なうべく、先ず、演算制御器4により第1の固体
素子リレー1ノを通電状態となし、第1のレーザ光源6
だけを作動させ、レーザ光線を平面′a8を介して測定
点Pに照射する。スペックル模様をイメージセンサ13
で検出し、演算制御器4に記憶させる。この場合のスペ
ックル模様をI 、 (X)とする。
0次に、演算制御器4により、第2の固体素子リレー1
2を通電状態となし、第2のレーザ光源7だけを作動さ
せ、レーザ光線を平面鏡9を介して測定点Pに照射する
。そして、スペックル模様をイメージセンサ13で検出
し、演算制御装置4に記憶させる。この場合のスペック
ル模様をr’、(x)とする。
■試験片1の変形後のスペックル模様の光強度分布測定
を行なうべく試験片1が変形したあと、上記■と同様に
して、スペックル模様工2(y:Jを演算制御器4に記
憶させる。
■上記■と同じ状態にある試験片1について、上記■と
同様にして、スペックル模様r′2(x)を演算制御器
4に記憶させる。
■上記■ないし■で測定した試験片1の変形前後でのス
(ツクル模様I 、(X)とr’ (x) 、およびI
 2 (X)とI’2(X)を用いて、それぞれの相互
相関関数を演算制御器4で算出させ、そのピーク値より
、スペックル移動Ax(θ)およびAx(−〇)を求め
る。
■上記■のスペックル移動AX(θ)およびAx(−〇
)から、スペックル移動の差ΔAXおよび第(3)式の
’XXすなわち、 を演算制御器4に計算させ、その結果を入出力装置5に
て表示する。
以上述べたように、第2図の装置によれば試験片1にス
トレンダ−ジム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Rツクルを
利用して、歪を非接触方式で計測可能な特徴がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに上述した従来のレーザスペックル歪計測装置で
は、歪を測定するのに、物体の変形前後でレーザ光線を
交互に切換えて照射する必要がある。したがって振動歪
など高速度で変化する歪の計測への適用が困難であると
いう問題があった。
そこで本発明は、振動歪などの高速度で変化する歪をも
計測可能な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。
〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は上
記問題点を解決し目的を達成するために1次の如き手段
を講じたことを特徴としている。
(1)第1.第2の二つのレーザ光源から、例えば赤色
と青色といった波長の異なる第1.第2のレーザ光線を
出射させ、これを物体の表面へ、正負同一の入射角θ、
−〇で照射する。
(2)物体表面から法線方向へ反射した第1のレーザ光
線と第2のレーザ光線との合成レーザ反射光をビームス
プリッタで二方向に分割する。
(3)分割された一方の光に含まれる前記第1のレーザ
光線のみを第1のフィルタで透過抽出する。
(4)第1のフィルタで透過抽出した第1のレーザ光線
のスペックルを、第1のスペックル検出器で検出する。
(5)前記ビームスプリッタで分割された他方の光に含
まれる前記第2のレーザ光線のみを、第2のフィルタで
透過抽出する。
(6)第2のフィルタで透過抽出した第2のレーザ光を
、測定点からの距離が前記第1のスペックル検出器と等
距離に配置された第2のスペックル検出器で検出する。
(7)第1.第2のスペックル検出器で検出したスペッ
クルの移alの差に基いて前記物体における歪の変化を
演算手段によシ算出する。
〔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。
第1図において、21.22は第1.第2のレーザ光源
である。第1のレーザ光源21は、例えばHe−Noレ
ーザであシ、赤色(波長0.6328μm)の第1のレ
ーザ光線を発生する。この第1のレーザ光線は平面鏡8
′t−介して試験片1上の測定点Pへ入射角度θで照射
する。第2のレーザ光源22は、例えばArレーザであ
シ、青色(波長0.4880μm)の第2のレーザ光線
を発生する。この第2のレーザ光線は平面鏡9を介して
試験片1上の測定点Pへ入射角度−〇で照射する。
30はビームスプリッタであシ、測定点Pの法線上に設
置され、測定点Pからの合成されたレーザ反射光の一部
を透過し、他の一部を直角方向に反射することによシ、
二分割する。31は第1のフィルタであシ、上記ビーム
スグリツタ透過光のうち、例えば赤色の第1のレーザ光
のみ全透過抽出し、第1のスペックル検出器であるイメ
ージセンサ41へ入射させる。32は第2のフィルタで
あり、上記ビームスグリツタ反射光のうち、例えば青色
の第2のレーザ光のみを透過抽出し、第2のスペックル
検出器でちるイメージセンサ42へ入射させる。第1.
第2のイメージセンサ41,42は測定点Pからいずれ
もLoだけ離れた位置に配置され、スペックル模様の光
強度分布全検出し、それぞれ演算制御器4へ送信する。
このように構成された本装置は次のように作動する。
(1)試験片1の変形前のスペックル模様の光強度分布
測定を行なうべく、第1のレーザ光源すなわちHc −
N aレーザ光源21を作動させ、発生した赤色の第1
のレーザ光線を平面鏡8に介して測定点Pに照射すると
同時に、第2のレーザ光源すなわちArレーザ光源22
を作動させ、発生した第2のレーザ光線を平面鏡9を介
して測定点Pに照射する。そうすると測定点Pから赤色
と青色とが混りた合成レーザ反射光が法線方向に反射す
る。この反射光はビームスプリッタ3Qで二分割される
。二分割された一方の光つまシビームスグリッタ透過光
は、第1のフィルタ31によシ赤色光だけつまシ第1の
レーザ光線だけが透過抽出され、第1のイメージセンサ
41に到達する。かくしてそのスペックル模様すなわち
赤色レーザ光のスペックルの光強度分布が検出され、演
算制御器4に記憶される。
この場合のスペックル模様を工100とする。前記二分
割された他方の光つまシビームスゾリッタ反射光は、第
2のフィルタ32によシ青色光だけつまシ第2のレーザ
光線だけ透過抽出され、第2のイメージセンサ42に到
達する。かくしてそのスペックル模様すなわち青色レー
ザ光のスペックルの光強度分布が検出され、演算制御器
4に記憶される。この場合のスペックル模様全I’、(
X)とする。
(2ン  試験片1の変形後のスペックル模様の光強度
分布を測定すべく試験片1が変形したあと、上記(1)
と同様にして、第1のイメージセンサ41により、検出
した赤色レーザ光のスペックル模様工200を演算制御
器4に記憶させるのと同時に、第2のイメージセンサ4
2によシ検出した青色レーザ光のスペックル模様工達虎
演算制御器4に記憶させる。
(3)  上記(1)及び(2)で測定した試験片1の
変形前後でのスペックル模様I、00と工′、(3)、
および工2(3)とI′200を用いて、それぞれの相
互相関関数を演算制御器4で算出し、そのピーク値よシ
、スペックル移動Ax(の及びAx(−〇)を求める。
(4)上記(3)のスペックル移wJAx(θ)及びA
x(−〇)から、スペックル移動の差ΔAX及び第(3
)式のεxxすなわち ?演算制御器4で計算して、その結果を入出力装置5に
表示する。
以上の如く1本装置によれば、従来の装置のように、2
方向からのレーザ光線照射を交互に変える必要がない。
なお1本発明は前記実施例に限定されるものではない。
たとえば前記実施例ではスペックル詩測定するようにし
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、二方向からのレーザ光線の照射切換え
が不要なので、従来のレーザスペックル歪計測装置では
計測できなかった振動歪などの高速度で変化する歪をも
計測することができ、適用範囲が広〈産業上の利用価値
の高いレーザスペックル歪計測装置全提供できる。
【図面の簡単な説明】
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図は第2図に示す装置
の歪計測原理を示す図である。 1・・・試験片、2・・・固定治具、3・・・重シ、4
・・・演算制御器(コンピュータ)、5・・・入出力装
置。 6.7・・・レーザ光源、8,9・・・平面鏡、21゜
22・・・第1.第2のレーザ光源、30・・・ビーム
スプリッタ、31.32・・・第1.第2のフィルタ、
41.42−・・第1.第2のイメーゾセンサ(スペッ
クル検出器)。 出願人復代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 物体の表面へ正、負同一の入射角で二方向から波長の異
    なる第1、第2のレーザ光線をそれぞれ照射する第1、
    第2のレーザ光源と、この第1、第2のレーザ光源から
    発した第1、第2のレーザ光線による前記物体表面から
    法線方向に反射した合成レーザ反射光を二方向に分割す
    るビームスプリッタと、このビームスプリッタにて分割
    された一方の光に含まれる前記第1のレーザ光線のみを
    透過する第1のフィルタと、この第1のフィルタを透過
    した第1のレーザ光線のスペックルを検出する第1のス
    ペックル検出器と、前記ビームスプリッタにて分割され
    た他方の光に含まれる前記第2のレーザ光線のみを透過
    する第2のフィルタと、この第2のフィルタを透過した
    第2のレーザ光線のスペックルを検出する第2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
    れぞれ検出された光のスペックル移動量の差に基いて前
    記物体における歪の変化を算出する演算手段とを具備し
    たことを特徴とするレーザスペックル歪計測装置。
JP29039885A 1985-12-25 1985-12-25 レ−ザスペツクル歪計測装置 Granted JPS62150110A (ja)

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JPH0566963B2 JPH0566963B2 (ja) 1993-09-22

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6188483B1 (en) 1997-12-03 2001-02-13 Dr. Ettemeyer Gmbh & Co. Method and apparatus for determining deformation and elongation on curved bodies
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US8708547B2 (en) 2007-10-22 2014-04-29 Air Liquide Industrial U.S. Lp System and process for introducing a rigid lance into a concrete mixing truck using an articulated arm

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