JPS6344105A - 試験片の長さ変化を非接触で測定する方法とその装置 - 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〕 本発明はレーザ光源および信号処理装置によって試験片
の長さ変化を非接触で測定する方法およびこの方法を実
施するための装置に関する。

〔従来の技術〕

ヨーロッパ特許第００２３６４３号公報において、場所
の変位を伴う歪の経過を、特に光散乱面、不透明な面あ
るいは透明の面をした材料あるいは対象物における引張
試験において光電気式で非接触測定する方法が知られて
いる。この場合照明装置によって照明光線例えば大きな
密度のレーザ光線が発生され、表面における投光器によ
って走査箇所が発生される。複雑な走査および判別方法
によって歪の経過が再現される。

回転対称物体例えばタイヤの真円度を非接触式に測定す
る方法において、平行な光線束例えばレーザ光線源が回
転対称物体に接線方向に向けられる（ドイツ連邦共和国
特許出願公開 第３３３４９７６号公報参照）。光線束の陰影の変動か
ら、回転対称物体の真円度が求められる。

この方法は歪測定には適用できない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、複雑な走査手段および判別装置を用い
ないレーザ光線および信号処理装置によって試験片にお
ける長さ変化を非接触式に化１定する簡単な方法とその
ｇ２置を提供することにある。

［問題点の解決手段］ 本発明はレーザ光線が少なくとも１つの絞りに導かれ、
この絞りの横断面積あるいは測定隙間が試験片の長さ変
化によって左右され、その長さ変化が絞り横断面積によ
って影響される光の強さによって検出され、電気信号に
変換され、長さ変化として判別されることを特徴とする
特 〔作　用〕 本発明は、絞りの横断面積あるいは隙間の変化によって
透過する光の強さが変化し、その変化が変形の大きさと
して評価できるという認識に基づいている。横断面積あ
るいは隙間が測定すべき長さ変化によって影響されるよ
うな絞りを使用すること、絞りの横断面積によって影響
される光線束の光の強さを検出すること、および光の強
さに左右される変形量としての電気信号を発生すること
によって、多方面で利用できる長さ変化の検出方法が得
られる。本発明に基づく方法は非接触で作動するので、
試験片に有害な力は生じない。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

第１図において、レーザ光源１の光線１′は光線分配器
２で転向され、そこで一様に２つの分割光線に分割され
、可撓性の光導体４，４′で伝達される。光導体４，４
′の端部に拡散レンズ５゜５′が配置されている。拡散
レンズ５．５′は、光線を後置された測定隙間の面積全
体を工うように扇形に広げる作用をする。レーザ光線源
１および光線分配器２として、市販の製品が使用される
。

第１図に示されていない試験片に、絞り、ないし測定隙
間６．６′が設けられており、拡散レンズ５，５′から
やって来る光線はこの測定隙間６゜６′に向けられる。

測定隙間６，６′　は例えば試験片に接続された絞り６
ａ、６ａ’　およびスタンドに接続された絞り６ｂ、６
ｂ’　によって形成されている（第２図も参照）。この
配置構造は、材料試験において常に必要であるような２
点間の相対的な変位の測定を可能にしている。絞りない
し測定隙間の間隔Ａは任意に選定できる。これによって
ｕｌ定装置は材料試験の種々の要求に合わされる。

絞りないしＡＦＩ定隙間６，６′の後方に、集光レンズ
７．７′が配置されており、これらの集光レンズ７．７
′　はｐｊ定定量間通過する光線を可撓性の光導体４ａ
、４ａ’　を介して光線加算器８に導く。光線は測定隙
間６．６′において試験片の変形に相応して輪郭がつけ
られる。即ち絞りないし隙間の面積およびそれに伴って
隙間ないし絞りを通過する残留光線量は、試験片の変形
量に相応している。

光線は光線加算器８から、レーザ光源１の波長だけの光
線を通過させる選択フィルタ９（これによって特に高温
での検査の際における散乱光線による測定の狂いが防止
される）を通してフォト電気要素あるいはフォトダイオ
ード１０に到達し、そこで先の強さが電気信号に変換さ
れる。この電気信号は電子判別回路あるいは信号処理装
置１２に導かれ、そこで光の強さおよびそれに伴って試
験片の変形口に１目応した電圧が発生される。歪に比例
した信号処理装置１２の出力電気信号は表示器１５に表
示され、実際値として制御器に導かれる（矢印参照）か
、あるいは別の方法で更に利用されるか処理される。

測定系の光強さの変動を補償するために、絞り６ｂに所
定の断面積の隙間ないし括り絞り６Ｃがある。この隙間
ないし２１！、準絞り６Ｃは拡散レンズ５の部分光線量
によって通過され、集光レンズ７ａで集合され、光導体
４ｂを介して選択フィルタ９およびフォトセンサー１０
′に導かれる。フォトセンサー１０′によって発生され
た電気信号は判別回路１２において基準値と比較される
。その差はフォトダイオード１０の測定値に対する補正
信号として用いられる。

温度補償装置１３を介して測定系の温度の影響が補正さ
れる。

マイクロプロセッサ−１４において、信号処理装置１２
からやって来る変形に対する測定電気信号は、速度ある
いは加速度に比例した信号に変換される。

第２図には、縦方向の歪Ｍｊ定装置が概略的に示されて
いる。試験片３に、絞り６ａ、６ａ’が押圧ばね２０で
点状に固定されている（第２ａ図参照）。基準間隔Ａは
自由に選択できる。試験機フレームに固定されているス
タン、ド２１は絞り６ｂ。

６ｂ’を支し’ｊシている。試験片３およびスタンド２
１における絞りは互いに、測定隙間６，６′　を形成す
るように配置されている。スタンド２１には拡散レンズ
５．５’　、集光レンズ７．７′および場合によっては
第１図における測定系の別の部品も配置される。信号処
理装置１２は試験室の外側に置くこともできる。

測定装置を例えば種々の測定経路に最適に合わせるため
に、絞りは種々の形に形成できる。第２ｂ図には、絞り
に対して数個の絞り形状２２が示されている。

第３図は横方向の歪；ｉｐ１定装置を示している。この
場合原理的には縦方向の歪測定装置と同じ構造が利用さ
れている。第３図における絞り６ａ。

６ａ′は単に試験片３の外側縁ないし外側輪郭で形成さ
れており、測定隙間６，６′は試験片３および絞り６ｂ
、６ｂ’　によって生ずる。測定系の残りの要素は第１
図および第２図における実施例に類似して配置されてい
る。

第４ａ図および第４ｂ図には、亀裂の幅を測定する方式
が概略的に示されている。原理的には縦方向の歪測定装
置の場合に相応している。亀裂の幅は例えば隙間２３の
中で直接、あるい隙間端で測定される。第４ａ図は、試
験片３に固定された絞り６ａ、６ａ’　およびこれらの
絞りと一緒に測定隙間６，６′を形成するスタンド２１
に固定された絞り６ｂによって隙間端において亀裂の幅
を測定する装置を示している。第４ｂ図は隙間２３の中
において幅を測定する装置を示している。この場合第３
図における横方向の歪を測定する場合と同様の配置構造
が利用され、その場合隙間２３の輪郭が絞りを形成する
。

一ヒ述した測定装置は、炉および環境室における歪／１
１１１定にも、その構造部品に適当な窓が設けられてい
る場合に利用できる。第５図には、試験片３をａする炉
２４が断面図で示されている。この炉２４は窓２５．２
５ａを有している。絞り６ａは試験片３に固定されてい
るか、あるいは試験片自体によって形成されている。絞
り６ｂは炉２４の内部あるいは外部に配置される。拡散
レンズ５、集光レンズ７および光導体４，４ａは炉２４
の外部にある。この測定装置は、腐蝕性あるいは類似し
た媒体の中における歪の計１定に対しても、その媒体が
光を透過する場合には適用できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、試験片の前における
光線の分配および後方における光線の加算によって、試
験機の固何変形による測定の狂いは補正ないし防＋トさ
れ、かつ測定装置は、振動に敏感なばね、質量系を形成
しないので、大きな試験周波数および試験速度まで正確
な測定が行える。

更に種々の光透過性媒体の中において高；Ｒあるいは低
温において検査する場合にも採用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく測定装置の概略配置構成図、第
２図は縦方向の歪を測定する方法を実施する装置の概略
構成図、第２ａ図は絞りが設置された試験片の側面図、
第２ｂ図は種々の隙間形状を持った絞りの側面図、第３
図は横方向の歪を測定する方法を実施する装置の概略構
成図、第４ａ図および第４ｂ図は亀裂の幅を測定する方
法を実施する装置のそれぞれ異なった実施例の側面図、
第５図は炉および環境室における歪を測定する方法を実
施する装置の断面図である。 １・・・レーザ光線、２・・・光線分配器、３・・・試
験片、４・・・光導体、４′・・・光導体、５・・・拡
散レンズ、６ａ・・・絞り。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 Ｆ　Ｉ　Ｇ、　１ Ｅｈ’！’＋’　　　　　　　４’　　　　　　２　１
’　　　＋６ｂ　　　５　　　　　　４ Ｆ　Ｉ　Ｇ、　３ Ｆ　Ｉ　Ｇ、　４ａ ＦＩＧ、４ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光源（１）および信号処理装置 （１２）によって試験片の長さ変化を非接触で測定する
   方法において、光源（１）の光線（１′）が少なくとも
   １つの絞り（６ａ／６ｂ，６ａ′／６ｂ′）に導かれ、
   この絞りの横断面積あるいは測定隙間（６，６′）が測
   定すべき長さ変化によって左右され、その長さ変化が絞
   り横断面積によって影響される光の強さによって検出さ
   れ、電気信号に変換され、長さ変化として判別されるこ
   とを特徴とする試験片の長さ変化を非接触で測定する方
   法。 ２、光線（１′）が光線分配器（２）を介して２つの絞
   り（６ａ／６ｂ，６ａ′／６ｂ′）に導かれ、これらの
   絞りが試験片（３）においてその出発位置で所定の間隔
   に規定され、光線が絞り（６ａ／６ｂ，６ａ′／６ｂ′
   ）の後方で光線加算器（８）において集合されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、光源（１）の光線（１′）が補助的に基準絞り（６
   ｃ）に導かれ、基準絞り（６ｃ）の光強さが、測定系の
   光強さの変動を補正するために用いられることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４、光源（１）の光線（１′）が少なくとも１つの絞り
   （６ａ／６ｂ，６ａ′／６ｂ′）に導かれ、この絞りの
   横断面積あるいは測定隙間（６，６′）が測定すべき長
   さ変化によって左右され、その長さ変化が絞り横断面積
   によって影響される光の強さによって検出され、電気信
   号に変換され、長さ変化として判別されるようにして試
   験片の長さ変化を非接触で測定する方法を実施するため
   の装置において、光源（１）の光線（１′）が光導体（
   ４，４′）を介して拡散レンズ（５，５′）に導かれ、
   拡散レンズ（５，５′）の後方に２つの部分から成る絞
   り（６ａ／６ｂ，６ａ′／６ｂ′）が配置され、その一
   方が試験片（３）に配置されているかこの試験片（３）
   自体によって形成され、他方が固定点に接続され、絞り
   （６ａ／６ｂ，６ａ′／６ｂ′）の後方に集光レンズ（
   ７，７′）が配置され、集光レンズ（７，７′）が、光
   強さを信号処理装置（１２）に導かれる電気信号に変換
   するフォト電気要素あるいはフォトダイオード（１０）
   に光導体（４ａ，４ａ′）を介して接続されていること
   を特徴とする試験片の長さ変化を非接触で測定する装置
   。 ５、光源（１）の光線（１′）が光線分配器（２）を介
   して拡散レンズ（５／５′）および集光レンズ（７／７
   ′）を持った２つの絞り（６ａ／６ｂ，６ａ′／６ｂ′
   ）に導かれ、これらの絞りが試験片（３）においてその
   出発位置で所定の間隔に規定され、光線がフォト電気要
   素（１０）の前で光線加算器（８）によって集合される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の装置。 ６、絞り（６ｂ）に補助的な基準絞り（６ａ）が設けら
   れており、その光強さが光導体（４ｂ）および別のフォ
   ト電気要素（１０′）を介して、信号処理装置（１２）
   に導かれ基準信号と比較される電気信号に変換され、電
   気信号と基準信号との差が補正量として使用されること
   を特徴とする特許請求の範囲第４項または第５項記載の
   装置。 ７、フォト電気要素（１０）の前にフィルタ（９）が配
   置されていることを特徴とする特許請求の範囲第４項な
   いし第６項のいずれか１つに記載の装置。 ８、温度補償装置（１３）が信号処理装置 （１２）に接続されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項ないし第７項のいずれか１つに記載の装置。 ９、絞り（６ａ／６ｂ，６ａ′／６ｂ′）が種々の隙間
   形状（２２）を有していることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項ないし第８項のいずれか１つに記載の装置。 １０、縦方向の歪測定、横方向の歪測定、亀裂の幅測定
   、炉および環境室内の歪測定および変形速度の測定に使
   用されることを特徴とする特許請求の範囲第４項ないし
   第９項のいずれか１つに記載の装置。