WO2021201240A1 - Installation strength measurement device - Google Patents
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Abstract
According to a conventional method for determining a resonance frequency, vibration of an implant or the like is caused using light, and the state of the vibration is subjected to frequency analysis. However, the method requires the use of a strong light source, and therefore imposes a lot of burden when used. This installation strength measurement device is characterized by comprising: a vibration-causing light generator for irradiating a measurement object with light having varying intensity; a vibration measuring instrument for measuring at least the vibration intensity of the measurement object between the vibration frequency and vibration intensity of the measurement object; and a controller for obtaining information pertaining to the installation strength of the measurement object by causing the vibration-causing light generator to irradiate the measurement object with the light at a plurality of irradiation cycles, obtaining the amplitude intensity from the vibration measuring instrument at each irradiation cycle, and selecting a vibration frequency providing the highest vibration intensity. The installation strength measurement device is usable without any restriction and imposes least burden on a user, because the installation strength measurement device determines the resonance frequency of a fixed object using weak light.
Description
本発明は、インプラント等の設置強度を測定する測定装置に関するものである。
The present invention relates to a measuring device for measuring the installation strength of an implant or the like.
インプラントは、人体の中でも骨に対する施術の際に利用される、主として金属製の部材である。固定する対象が骨組織であるので、強すぎる固定は組織に負担が大きく、また閉術後に緩んでしまっては施術の効果が失われる。
Implants are mainly metal members used in the treatment of bones in the human body. Since the object to be fixed is bone tissue, too strong fixation puts a heavy burden on the tissue, and if it loosens after closure, the effect of the treatment is lost.
しかし、従来インプラントの固定の程度を測定する適当な装置がなかった。そのため、いくつかの提案がなされてきた。特許文献１には、インプラントインプラントなどの保持体に部材を接触させておき、その部材の少なくとも１の共振周波数を非接触で検知することで、保持の取付度を検知する発明が開示されている。
However, there has been no suitable device for measuring the degree of implant fixation in the past. Therefore, some proposals have been made. Patent Document 1 discloses an invention in which a member is brought into contact with a holding body such as an implant and the resonance frequency of at least one of the members is detected in a non-contact manner to detect the degree of attachment of the holding. ..
ここでの非接触での検知には部材を磁性とすることで検出が行われる。そして、保持体の振動には、手動若しくは電気励振器を用いて振動を与えている。しかし、磁気による共振周波数の検出は、磁性体を保持体（インプラント）に取り付ける必要があり、施行に制約が必要であった。
For non-contact detection here, detection is performed by making the member magnetic. Then, the vibration of the holding body is given manually or by using an electric exciter. However, the detection of the resonance frequency by magnetism requires that the magnetic material be attached to the holder (implant), which requires restrictions on implementation.
特許文献２では、より簡便で実施に制約のないインプラント設置強度評価方法が開示されている。ここでは、インプラントを光で振動させておき、その振動を測定し、そこから得られるデータを周波数分析することでインプラントの共振周波数を得ようとしたものである。
Patent Document 2 discloses an implant installation strength evaluation method that is simpler and has no restrictions on implementation. Here, the implant is vibrated by light, the vibration is measured, and the data obtained from the vibration is frequency-analyzed to obtain the resonance frequency of the implant.
特許文献２では、インプラント等に振動のための部材を付ける必要がなく、特許文献１よりも身体用として使いやすい局面も増えると考えられる。しかしながら、インプラントを光で振動させ、その振動を周波数分析するため、強い強度のレーザーが必要となる。これは実際に使用される医療局面では、防護眼鏡が必要であったり、使用の許諾が必要になるといった、使用に際する煩雑な課題が残っていた。
In Patent Document 2, it is not necessary to attach a member for vibration to the implant or the like, and it is considered that there will be more situations in which it is easier to use for the body than in Patent Document 1. However, a strong laser is required to vibrate the implant with light and frequency analyze the vibration. This left a complicated problem in use, such as the need for protective goggles and the need for permission to use in the medical aspect in which it is actually used.
また、強い強度のレーザーでは、照射対象の表面でアブレーションが生じ、デブリが発生する可能性がある。これは、照射対象の表面を傷つけるだけでなく、感染症の原因になる場合もある。また、照射対象が生体組織近傍にある場合は、誤照射によって、生体組織に被害が起こる場合も考えられる。
Also, with a strong laser, ablation may occur on the surface of the irradiation target and debris may occur. This not only damages the surface of the irradiated object, but can also cause infections. In addition, when the irradiation target is in the vicinity of the living tissue, it is possible that the living tissue may be damaged due to erroneous irradiation.
本発明は上記課題に鑑みて想到されたものであり、出力の低いレーザーを用いてもインプラント等の被測定体の共振周波数を求め、設置強度を推定することができる設置強度測定装置を提供するものである。
The present invention has been conceived in view of the above problems, and provides an installation intensity measuring device capable of obtaining the resonance frequency of an object to be measured such as an implant and estimating the installation intensity even by using a laser having a low output. It is a thing.
より具体的に本発明に係る設置強度測定装置は、
被測定体に強度が変化する光を照射する加振用光発生器と、
前記被測定体の振動数および振動強度のうち、少なくとも振動強度を測定する振動測定器と、
前記加振用光発生器に複数の照射周期で前記被測定体に光を照射させ、
前記照射周期毎に前記振動測定器から前記振幅強度を得て、
前記振動強度の最も大きい振動数を選択することで前記被測定体の設置強度に係る情報を得る制御器を有することを特徴とする。 More specifically, the installation strength measuring device according to the present invention is
A light generator for vibration that irradiates the object to be measured with light whose intensity changes,
A vibration measuring device that measures at least the vibration intensity of the frequency and vibration intensity of the object to be measured, and a vibration measuring device.
The vibration light generator is made to irradiate the object to be measured with light at a plurality of irradiation cycles.
The amplitude intensity is obtained from the vibration measuring device for each irradiation cycle, and the amplitude intensity is obtained.
It is characterized by having a controller that obtains information on the installation strength of the object to be measured by selecting the frequency having the highest vibration strength.
被測定体に強度が変化する光を照射する加振用光発生器と、
前記被測定体の振動数および振動強度のうち、少なくとも振動強度を測定する振動測定器と、
前記加振用光発生器に複数の照射周期で前記被測定体に光を照射させ、
前記照射周期毎に前記振動測定器から前記振幅強度を得て、
前記振動強度の最も大きい振動数を選択することで前記被測定体の設置強度に係る情報を得る制御器を有することを特徴とする。 More specifically, the installation strength measuring device according to the present invention is
A light generator for vibration that irradiates the object to be measured with light whose intensity changes,
A vibration measuring device that measures at least the vibration intensity of the frequency and vibration intensity of the object to be measured, and a vibration measuring device.
The vibration light generator is made to irradiate the object to be measured with light at a plurality of irradiation cycles.
The amplitude intensity is obtained from the vibration measuring device for each irradiation cycle, and the amplitude intensity is obtained.
It is characterized by having a controller that obtains information on the installation strength of the object to be measured by selecting the frequency having the highest vibration strength.
本発明に係る設置強度測定装置は、被測定体に強度が変化する光を照射し、その際の被測定体の振動を測定する。照射する光の強度が低くても、被測定体の共振周波数であれば、被測定体の振動強度（振動幅）は大きくなり、被測定体の共振周波数を得ることができる。したがって、目を防護する必要はなく、また、レーザーを使用する許諾もレベルの低い規制で使用することができる。すなわち、実際の使用局面においては、導入しやすく安全な設置強度測定装置を提供することができる。
The installation intensity measuring device according to the present invention irradiates the object to be measured with light whose intensity changes, and measures the vibration of the object to be measured at that time. Even if the intensity of the irradiated light is low, if the resonance frequency of the object to be measured, the vibration intensity (vibration width) of the object to be measured becomes large, and the resonance frequency of the object to be measured can be obtained. Therefore, there is no need to protect the eyes, and the license to use the laser can be used with lower level regulations. That is, it is possible to provide a safe installation strength measuring device that is easy to introduce in an actual use situation.
以下に本発明に係る設置強度測定装置について図面および実施例を示しながら説明する。なお、以下の説明は本発明を限定するものではない。本発明は発明の主旨を逸脱しない範囲で以下の説明を改変することができる。
The installation strength measuring device according to the present invention will be described below with reference to drawings and examples. The following description does not limit the present invention. The present invention may modify the following description without departing from the gist of the invention.
図１に本発明に係る設置強度測定装置の構成を示す。設置強度測定装置１は、固定対象体５２を固定母体５０に固定体５４で固定する際の固定体５４の設置強度に係る情報を取得するものである。ここで設置強度に係る情報とは、固定体５４が固定対象体５２を固定した状態での共振周波数を求めることである。そこで、以下固定体５４は被測定体５４とも呼ぶ。固定体５４が計測対象になるからである。
FIG. 1 shows the configuration of the installation strength measuring device according to the present invention. The installation strength measuring device 1 acquires information related to the installation strength of the fixed body 54 when the fixing target body 52 is fixed to the fixed base body 50 by the fixed body 54. Here, the information related to the installation strength is to obtain the resonance frequency in a state where the fixed body 54 fixes the fixed target body 52. Therefore, hereinafter, the fixed body 54 is also referred to as a measured body 54. This is because the fixed body 54 is the measurement target.
設置強度測定装置１は、加振用光発生器１０と、振動測定器１２と、制御器１４で構成されている。加振用光発生器１０は、被測定体５４に強度が時間的に変化する加振光ＭＬを照射する。図１では、加振用光発生器１０が、光源２０と、光変調器２２で構成された場合を示している。
The installation strength measuring device 1 is composed of a vibration measuring device 10, a vibration measuring device 12, and a controller 14. The vibration light generator 10 irradiates the object to be measured 54 with the vibration light ML whose intensity changes with time. FIG. 1 shows a case where the vibration light generator 10 is composed of a light source 20 and an optical modulator 22.
＜加振用光発生器＞
光源２０としては、レーザーや発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等が好適に利用できる。出力は１～１０ｍＷ程度のものであってよい。もちろん、固定母体５０と固定対象体５２が生体以外のより硬度の高いものである場合は、より出力が高いものを用いてもよい。 <Light generator for vibration>
As thelight source 20, a laser, a light emitting diode (LED: Light Emitting Diode), or the like can be preferably used. The output may be about 1 to 10 mW. Of course, when the fixed mother body 50 and the fixed object body 52 have higher hardness other than the living body, those having higher output may be used.
光源２０としては、レーザーや発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等が好適に利用できる。出力は１～１０ｍＷ程度のものであってよい。もちろん、固定母体５０と固定対象体５２が生体以外のより硬度の高いものである場合は、より出力が高いものを用いてもよい。 <Light generator for vibration>
As the
加振光ＭＬの波長は特に限定されないが、被測定体５４への照射位置を確認するために、可視光帯域の波長であるのが好ましい。
The wavelength of the vibrating light ML is not particularly limited, but it is preferably a wavelength in the visible light band in order to confirm the irradiation position on the object to be measured 54.
光変調器２２は、光源２０からの光の強度を変調する。ここで、光の強度が変化するとは、被測定体５４から見た加振用光生成器１０の照射光の強度が時間的に変化する意味である。強度を変調する方法は特に限定されない。例えば、被測定体５４に照射する光路を周期的に変調する方法、任意の周波数で波長（光の周波数）を操作し、別に用意した操作をしていない参照光と干渉させることで強弱をつける方法などが考えられる。
The light modulator 22 modulates the intensity of the light from the light source 20. Here, the change in the light intensity means that the intensity of the irradiation light of the vibration light generator 10 seen from the object to be measured 54 changes with time. The method of modulating the intensity is not particularly limited. For example, a method of periodically modulating the optical path to irradiate the object to be measured 54, the wavelength (frequency of light) is manipulated at an arbitrary frequency, and the strength is adjusted by interfering with the reference light which has not been prepared separately. The method etc. can be considered.
また、光源２０自体がパルスレーザー（半導体レーザー）やＬＥＤのように、発光強度を供給電力の強弱で制御できる照射強度可変光源で構成されていれば、光変調器２２を特に必要としない。加振用光発生器１０自体が強度の変化させた光を照射することができるからである。つまり、加振用光発生器１０は、必ずしも光源２０と、光変調器２２で構成されていなくてもよい。
Further, if the light source 20 itself is configured by an irradiation intensity variable light source such as a pulse laser (semiconductor laser) or an LED that can control the emission intensity by the strength of the supplied power, the light modulator 22 is not particularly required. This is because the vibration light generator 10 itself can irradiate light having a changed intensity. That is, the vibration light generator 10 does not necessarily have to be composed of the light source 20 and the light modulator 22.
なお、加振用光発生器１０から出力される加振光ＭＬは、光ファイバを通して被測定体５４まで誘導されてもよい。
The vibration light ML output from the vibration light generator 10 may be guided to the object to be measured 54 through an optical fiber.
図２（ａ）には、光変調器２２の具体的な構成例を示す。加振用光発生器１０は光源２０と光変調器２２で構成されているが、光変調器２２は、ピエゾ素子などの振動素子２３とミラー２４で構成される。光源２０からの発生光ＯＬは、ミラー２４で反射して、被測定体５４に当たるように光路を調整しておく。ミラー２４には、振動素子２３が貼り付けてある。振動素子２３が振動することで、発生光ＯＬの光路が曲げられ、被測定体５４に対しては、光が照射される期間と照射されない期間が生じる（図２（ｂ））。ミラー２４は、光路変更器と言ってもよい。
FIG. 2A shows a specific configuration example of the optical modulator 22. The vibration light generator 10 is composed of a light source 20 and an optical modulator 22, and the light modulator 22 is composed of a vibration element 23 such as a piezo element and a mirror 24. The light OL generated from the light source 20 is reflected by the mirror 24, and the optical path is adjusted so as to hit the object to be measured 54. A vibrating element 23 is attached to the mirror 24. When the vibrating element 23 vibrates, the optical path of the generated light OL is bent, and the object to be measured 54 has a period in which the light is irradiated and a period in which the light is not irradiated (FIG. 2B). The mirror 24 may be called an optical path changer.
図２（ｂ）を参照する。横軸は時間であり、縦軸は被測定体５４から見た加振光ＭＬの光強度（任意単位）である。ミラー２４による光路が被測定体５４に当たる場合は、光強度が高くなり、光路が変わると、光は当たらなくなる。
Refer to FIG. 2 (b). The horizontal axis is time, and the vertical axis is the light intensity (arbitrary unit) of the vibrating light ML as seen from the object to be measured 54. When the optical path by the mirror 24 hits the object to be measured 54, the light intensity becomes high, and when the optical path changes, the light does not hit.
このように被測定体５４から見て、照射される光の強度に大小があれば、加振用光発生器１０は、加振光ＭＬを照射したと言ってよい。なお、加振光ＭＬの照射周波数をｆ（したがって周期は１／ｆ（ｓｅｃ））とし、光強度をＡ（任意単位）とする。つまり、加振光ＭＬは被測定体５４に対して１秒間にｆ回の強弱のついた光パルスを照射する。
If the intensity of the emitted light varies from the object to be measured 54 in this way, it can be said that the excitation light generator 10 has irradiated the excitation light ML. The irradiation frequency of the vibration light ML is f (hence, the period is 1 / f (sec)), and the light intensity is A (arbitrary unit). That is, the vibrating light ML irradiates the object to be measured 54 with light pulses with strength and weakness f times per second.
図３（ａ）には、加振用光発生器１０がＬＥＤ２５で構成された場合を示している。ＬＥＤ２５は、正弦波電流で駆動されるとすると、ＬＥＤ２５の出力も正弦波となる（図３（ｂ））。これは被測定体５４からみれば、強度が変化する加振光ＭＬとすることができる。
FIG. 3A shows a case where the vibration light generator 10 is composed of the LED 25. Assuming that the LED 25 is driven by a sine wave current, the output of the LED 25 also becomes a sine wave (FIG. 3 (b)). From the viewpoint of the body to be measured 54, this can be a vibrating light ML whose intensity changes.
本明細書においては、このように加振光ＭＬの強度がアナログ的に変換する場合も「光パルス」と言えるものとする。なお、図３（ａ）の加振用光発生器１０を半導体レーザーで構成すると、半導体レーザーの閾値電流特性によって図２（ｂ）のような出力を得ることができる。もちろん、この場合も加振光ＭＬを得ることができる。
In the present specification, even when the intensity of the vibrating light ML is converted in an analog manner in this way, it can be said to be an "optical pulse". When the excitation light generator 10 shown in FIG. 3A is composed of a semiconductor laser, an output as shown in FIG. 2B can be obtained due to the threshold current characteristics of the semiconductor laser. Of course, in this case as well, the vibrating light ML can be obtained.
図４は、光変調器２２を干渉ミラーで構成した場合を示す。図４（ａ）を参照し、光変調器２２は、光分割ミラー２６ａ、光変調ミラー２６ｂ、参照ミラー２６ｃ、光合成ミラー２６ｄの４枚のミラーを有する。光分割ミラー２６ｓと光合成ミラー２６ｄはハーフミラーである。光変調ミラー２６ｂと参照ミラー２６ｃは全反射ミラーである。光変調ミラー２６ｂが、周期的に振動すると、光変調ミラー２６ｂを通過した光は、ドップラー効果によって、波長変調が生じる。
FIG. 4 shows a case where the light modulator 22 is configured by an interference mirror. With reference to FIG. 4A, the light modulator 22 has four mirrors: an optical split mirror 26a, an optical modulation mirror 26b, a reference mirror 26c, and a photosynthetic mirror 26d. The optical split mirror 26s and the photosynthetic mirror 26d are half mirrors. The light modulation mirror 26b and the reference mirror 26c are total reflection mirrors. When the light modulation mirror 26b vibrates periodically, the light passing through the light modulation mirror 26b is wavelength-modulated by the Doppler effect.
光源２０から照射された光は、光分割ミラー２６ａで２方向に分けられる。一方は、参照ミラー２６ｃで反射され、位相がπ／２周り、光合成ミラー２６ｄに向かう。他方の光は、光変調ミラー２６ｂで反射され光合成ミラー２６ｄに向かう。それぞれのパスを通過した光は光合成ミラー２６ｄで、合成され、照射光となる。
The light emitted from the light source 20 is divided into two directions by the light dividing mirror 26a. One is reflected by the reference mirror 26c and has a phase around π / 2 toward the photosynthetic mirror 26d. The other light is reflected by the light modulation mirror 26b and directed toward the photosynthetic mirror 26d. The light that has passed through each path is combined by the photosynthetic mirror 26d to become irradiation light.
図４（ｂ１）から（ｂ３）および（ｃ１）から（ｃ３）には、図４（ａ）のＡ点と、Ｂ点と被測定体５４からみた照射光の波形を示す。それぞれのグラフは横軸が時間であり、縦軸は光の振幅（電界強度）を表す。
4 (b1) to (b3) and (c1) to (c3) show waveforms of irradiation light as seen from points A, B, and the object to be measured 54 in FIG. 4 (a). In each graph, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents light amplitude (electric field strength).
まず、光変調ミラー２６ｂが振動していない場合の各点における波形を説明する。図４（ｂ１）から（ｂ３）を参照して、Ａ点での波形が図４（ｂ１）であるとすると、Ｂ点の波形は図４（ｂ２）で示すように位相がπ／２だけズレた光となる。結果、光合成ミラー２６ｄから出射される照射光を被測定体５４から見ると、図４（ｂ３）に示すように、Ａ点およびＢ点の光は互いに打ち消し合い真っ暗な光となる。
First, the waveform at each point when the optical modulation mirror 26b is not vibrating will be described. Assuming that the waveform at point A is FIG. 4 (b1) with reference to FIGS. 4 (b1) to (b3), the waveform at point B has only π / 2 in phase as shown in FIG. 4 (b2). The light will be out of alignment. As a result, when the irradiation light emitted from the photosynthetic mirror 26d is viewed from the object to be measured 54, the lights at points A and B cancel each other out and become pitch black as shown in FIG. 4 (b3).
次に光変調ミラー２６ｂが振動した際には、Ａ点の光は図４（ｃ１）のように、ドップラー効果がかかった箇所（図４では「＊」でしめした。）ところで周波数が変化する。参照ミラー２６ｃで反射した光は、図４（ｂ２）の場合と変化しない（図４（ｃ２））。その結果、光合成ミラー２６ｄから出射される照射光は、打ち消し合わない時間領域で振幅が生じる。もちろん、これは加振光ＭＬと言ってよい。
Next, when the light modulation mirror 26b vibrates, the frequency of the light at point A changes at the place where the Doppler effect is applied (indicated by "*" in FIG. 4) as shown in FIG. 4 (c1). .. The light reflected by the reference mirror 26c does not change from the case of FIG. 4 (b2) (FIG. 4 (c2)). As a result, the irradiation light emitted from the photosynthetic mirror 26d has an amplitude in a time domain that does not cancel each other out. Of course, this can be called vibration light ML.
＜振動測定器＞
設置強度測定装置１は、被測定体５４の振動を測定する振動測定器１２を有する。振動測定器１２も、被測定体５４の振動を測定できるものであれば特に限定されない。図１では、被測定体５４に貼り付ける測定素子３０と測定器本体３２で振動測定器１２が構成されている場合を示している。 <Vibration measuring instrument>
The installationstrength measuring device 1 has a vibration measuring device 12 for measuring the vibration of the body to be measured 54. The vibration measuring device 12 is also not particularly limited as long as it can measure the vibration of the object to be measured 54. FIG. 1 shows a case where the vibration measuring device 12 is composed of the measuring element 30 attached to the body to be measured 54 and the measuring device main body 32.
設置強度測定装置１は、被測定体５４の振動を測定する振動測定器１２を有する。振動測定器１２も、被測定体５４の振動を測定できるものであれば特に限定されない。図１では、被測定体５４に貼り付ける測定素子３０と測定器本体３２で振動測定器１２が構成されている場合を示している。 <Vibration measuring instrument>
The installation
しかし、構成はこれに限定されるものではない。被測定体５４の振動を非接触で測定するレーザードップラー振動測定器等を利用してもよい。この場合は測定素子３０が不要となる。また、測定素子としては歪ゲージ、加速度センサー等が好適に利用できる。それぞれ測定原理は異なり、測定するもの（変位、加速度等）が異なるが、適宜積分若しくは微分することで所望の物理単位を得ることができる。
However, the configuration is not limited to this. A laser Doppler vibration measuring device or the like that measures the vibration of the object to be measured 54 in a non-contact manner may be used. In this case, the measuring element 30 becomes unnecessary. Further, as the measuring element, a strain gauge, an acceleration sensor or the like can be preferably used. The measurement principle is different for each, and what is measured (displacement, acceleration, etc.) is different, but a desired physical unit can be obtained by appropriately integrating or differentiating.
＜制御器＞
制御器１４は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ Ｕｎｉｔ）とメモリで構成することができる。制御器１４は少なくとも振動測定器１２と、加振用光発生器１０に接続されており、加振用光発生器１０に対して加振光ＭＬの照射周波数等を指示し、振動測定器１２から被測定体５４の振動データを取得する。ここで振動データとは、被測定体５４の振動強度Ｗ（μｍ）および振動数Ｖ（Ｈｚ）である。なお、少なくとも振動強度Ｗは、必ず取得する必要がある。また、振動強度Ｗは、被測定体５４の速度若しくは加速度で代用してもよい。 <Control>
Thecontroller 14 can be composed of an MPU (Micro Processer Unit) and a memory. The controller 14 is connected to at least the vibration measuring device 12 and the vibration measuring device 10, and instructs the vibration measuring device 10 of the irradiation frequency of the vibration light ML and the like, and the vibration measuring device 12 The vibration data of the object to be measured 54 is acquired from. Here, the vibration data is the vibration intensity W (μm) and the frequency V (Hz) of the object to be measured 54. It is necessary to obtain at least the vibration intensity W without fail. Further, the vibration intensity W may be substituted by the speed or acceleration of the object to be measured 54.
制御器１４は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ Ｕｎｉｔ）とメモリで構成することができる。制御器１４は少なくとも振動測定器１２と、加振用光発生器１０に接続されており、加振用光発生器１０に対して加振光ＭＬの照射周波数等を指示し、振動測定器１２から被測定体５４の振動データを取得する。ここで振動データとは、被測定体５４の振動強度Ｗ（μｍ）および振動数Ｖ（Ｈｚ）である。なお、少なくとも振動強度Ｗは、必ず取得する必要がある。また、振動強度Ｗは、被測定体５４の速度若しくは加速度で代用してもよい。 <Control>
The
また、制御器１４には、入出力器１５が接続されており、利用者が、設置強度測定装置１自体への指示ができ、また結果の表示ができるのが好ましい。
Further, it is preferable that the input / output device 15 is connected to the controller 14 so that the user can instruct the installation strength measuring device 1 itself and display the result.
＜換算テーブル＞
制御器１４は内部に換算テーブルＴｂを保持していることが望ましい。換算テーブルＴｂは、固定母体５０に被測定体５４を設置した際の設置強度Ｆと、その時の被測定体５４の最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）の関係を示したテーブルである。設置強度Ｆは数値化若しくは関係式であることが望ましいが、数値化されていなくてもよく、経験的な表現であってもよい。制御器１４は、被測定体５４の最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）を求め、この換算テーブルＴｂに基づいて設置強度Ｆを求める。 <Conversion table>
It is desirable that thecontroller 14 holds the conversion table Tb inside. The conversion table Tb is a table showing the relationship between the installation strength F when the measured body 54 is installed on the fixed base body 50 and the maximum amplitude frequency Max (V) of the measured body 54 at that time. The installation strength F is preferably quantified or a relational expression, but it may not be quantified and may be an empirical expression. The controller 14 obtains the maximum amplitude frequency Max (V) of the body to be measured 54, and obtains the installation strength F based on the conversion table Tb.
制御器１４は内部に換算テーブルＴｂを保持していることが望ましい。換算テーブルＴｂは、固定母体５０に被測定体５４を設置した際の設置強度Ｆと、その時の被測定体５４の最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）の関係を示したテーブルである。設置強度Ｆは数値化若しくは関係式であることが望ましいが、数値化されていなくてもよく、経験的な表現であってもよい。制御器１４は、被測定体５４の最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）を求め、この換算テーブルＴｂに基づいて設置強度Ｆを求める。 <Conversion table>
It is desirable that the
＜装置の動作＞
次に設置強度測定装置１の動作について図５のフローに基づいて説明する。なお、以下のフローは制御器１４によって行われる。本発明に係る設置強度測定装置１を動作させると（ステップＳ１００）、終了判定が行われる（ステップＳ１０２）。終了判定は、測定すべき対象がなくなる、若しくは設置強度測定装置１の強制終了等が考えられる。終了する場合（ステップＳ１０２のＹ分岐）は、設置強度測定装置１の動作は停止する（ステップＳ１０４）。そうでない場合は（ステップＳ１０２のＮ分岐）は、処理を進める。 <Operation of device>
Next, the operation of the installationstrength measuring device 1 will be described based on the flow of FIG. The following flow is performed by the controller 14. When the installation strength measuring device 1 according to the present invention is operated (step S100), the end determination is performed (step S102). For the end determination, it is conceivable that there is no object to be measured, or the installation strength measuring device 1 is forcibly terminated. When finished (Y branch in step S102), the operation of the installation strength measuring device 1 is stopped (step S104). If not (N branch in step S102), the process proceeds.
次に設置強度測定装置１の動作について図５のフローに基づいて説明する。なお、以下のフローは制御器１４によって行われる。本発明に係る設置強度測定装置１を動作させると（ステップＳ１００）、終了判定が行われる（ステップＳ１０２）。終了判定は、測定すべき対象がなくなる、若しくは設置強度測定装置１の強制終了等が考えられる。終了する場合（ステップＳ１０２のＹ分岐）は、設置強度測定装置１の動作は停止する（ステップＳ１０４）。そうでない場合は（ステップＳ１０２のＮ分岐）は、処理を進める。 <Operation of device>
Next, the operation of the installation
次に初期設定が行われる（ステップＳ１０６）。初期設定としては、照射する加振光ＭＬの照射周波数ｆと光強度Ｉである。照射周波数ｆは照射する周波数の範囲を分割した複数の照射周波数ｆを設定するのがよい。加振光ＭＬの照射周波数ｆを細かく設定するほど、被測定体５４の最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）は正確に求まるからである。
Next, the initial setting is performed (step S106). The initial settings are the irradiation frequency f and the light intensity I of the vibrating light ML to be irradiated. For the irradiation frequency f, it is preferable to set a plurality of irradiation frequencies f in which the range of the irradiation frequency is divided. This is because the maximum amplitude frequency Max (V) of the object to be measured 54 can be obtained more accurately as the irradiation frequency f of the vibrating light ML is set finer.
設定の仕方としては、照射する加振光ＭＬの全周波数を指定してもよいし、初期値となる周波数と、増加させる周波数を指定し、増加させる周波数を都度加えながら測定するようにしてもよい。以下の説明では、ｎ個の照射周波数ｆが指定されたものとし、それぞれｆ１、ｆ２、・・・、ｆｋ・・、ｆｎのように、任意の照射周波数をｆｋとする添え字「ｋ」を付けて各周波数を表す。したがって、初期設定（ステップＳ１０６）では、少なとも「ｋ＝１」に設定される。
As a setting method, the entire frequency of the vibrating light ML to be irradiated may be specified, or the frequency to be the initial value and the frequency to be increased may be specified, and the measurement may be performed while adding the frequency to be increased each time. good. In the following description, it is assumed that n irradiation frequencies f are specified, and the subscript "k" with an arbitrary irradiation frequency as fk, such as f1, f2, ..., Fk ..., Fn, respectively, is used. Attach to indicate each frequency. Therefore, in the initial setting (step S106), at least "k = 1" is set.
次に制御器１４は、加振用光発生器１０に、ｋ番目の照射周波数ｆｋの加振光ＭＬｋを照射させる（ステップＳ１０８）。これによって１秒間にｆｋ回の強弱のついた光パルスが被測定体５４に照射される。
Next, the controller 14 causes the vibration light generator 10 to irradiate the vibration light MLk having the kth irradiation frequency fk (step S108). As a result, the light pulse with the intensity of fk times per second is applied to the object to be measured 54.
次に被測定体５４の振動数Ｖｋと振動強度Ｗｋを振動測定器１２から振動データとして取得する（ステップＳ１１０）。振動数Ｖｋと振動強度Ｗｋを「測定対」とも呼ぶ。なお、ここでは、振動強度Ｗｋだけを測定してもよい。加振光ＭＬの照射周波数ｆｋはわかっているからである。ここで取得された振動強度Ｗ（被測定体５４の振動数Ｖｋを含めてもよい）と加振光ＭＬの周波数ｆｋおよび強度Ａは、制御器１４のメモリに記憶される。なお、少なくとも被測定体５４の振動強度Ｗと、加振光ＭＬの照射周波数ｆｋは記憶される。
Next, the frequency Vk and the vibration intensity Wk of the object to be measured 54 are acquired as vibration data from the vibration measuring device 12 (step S110). The frequency Vk and the vibration intensity Wk are also called "measurement pairs". Here, only the vibration intensity Wk may be measured. This is because the irradiation frequency fk of the vibration light ML is known. The vibration intensity W (the frequency Vk of the object to be measured 54 may be included), the frequency fk of the vibration light ML, and the intensity A acquired here are stored in the memory of the controller 14. At least the vibration intensity W of the body to be measured 54 and the irradiation frequency fk of the vibration light ML are stored.
振動データの取得が終了したらｋに１を加える（ステップＳ１１２）。そして、加振光ＭＬの照射周波数ｆがｎ個目を超えたか否かを判断する（ステップＳ１１４）。ｎ個目を超えていなかったら（ステップＳ１１４のＮ分岐）、ステップＳ１０８に戻り、以下の処理を繰り返す。
When the acquisition of vibration data is completed, 1 is added to k (step S112). Then, it is determined whether or not the irradiation frequency f of the excitation light ML exceeds the nth (step S114). If the number does not exceed the nth (N branch in step S114), the process returns to step S108, and the following processing is repeated.
ｎ個を超えていたら（ステップＳ１１４のＹ分岐）、取得すべき振動データは測定し終わったことを意味する。そして、測定した振動データのうち、最も大きな振動強度Ｗに対応する最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）を求める（ステップＳ１１６）。ここで、基本的に被測定体５４の振動数Ｖｋと加振光ＭＬの照射周波数ｆｋは同じであるので、振動数Ｖｋを照射周波数ｆｋとして求めてもよい。なお、最大振幅周波数Ｍａｘ（Ｖ）は、固定対象体５２を固定する固定体５４の設置強度に係る情報であり、共振周波数と考えてもよい。
If the number exceeds n (Y branch in step S114), it means that the vibration data to be acquired has been measured. Then, the maximum amplitude frequency Max (V) corresponding to the largest vibration intensity W among the measured vibration data is obtained (step S116). Here, since the frequency Vk of the object to be measured 54 and the irradiation frequency fk of the vibrating light ML are basically the same, the frequency Vk may be obtained as the irradiation frequency fk. The maximum amplitude frequency Max (V) is information related to the installation strength of the fixed body 54 that fixes the fixed target body 52, and may be considered as a resonance frequency.
そして、設置強度Ｆと最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）の関係を表す換算テーブルＴｂに基づいて最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）の時の設置強度Ｆｋを求める（ステップ１１８）。この設置強度Ｆｋは入出力器１５に表示されるのが望ましい。そして処理のフローは終了判定（ステップＳ１０２）まで戻る。
Then, the installation strength Fk at the maximum amplitude frequency Max (V) is obtained based on the conversion table Tb showing the relationship between the installation strength F and the maximum amplitude frequency Max (V) (step 118). It is desirable that this installation strength Fk be displayed on the input / output device 15. Then, the processing flow returns to the end determination (step S102).
例えば、一定の設置強度Ｆを施した固定体５４に対して上記の手順で最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）を求めた結果が換算テーブルＴｂから得られる設置強度Ｆの望ましい値になっていなければ、さらに設置強度Ｆを加減し、再度設置強度Ｆを求める。つまり、初期値設定（ステップＳ１０６）から繰り返す。
For example, if the result of obtaining the maximum amplitude frequency Max (V) for the fixed body 54 to which the constant installation strength F is applied by the above procedure is not the desired value of the installation strength F obtained from the conversion table Tb. Further, the installation strength F is adjusted, and the installation strength F is obtained again. That is, the initial value setting (step S106) is repeated.
以上のように本発明に係わる設置強度測定装置１は、被測定体５４の設置強度Ｆに係る情報（最大振幅振動数若しくは共振周波数）を調べることができる。さらに、制御器１４内に換算テーブルＴｂを有していれば、被測定体５４の設置強度ｗ求めることができる。
As described above, the installation strength measuring device 1 according to the present invention can examine the information (maximum amplitude frequency or resonance frequency) related to the installation strength F of the object to be measured 54. Further, if the conversion table Tb is provided in the controller 14, the installation strength w of the object to be measured 54 can be obtained.
（実施例１）
図６に本実施例（実施例１）の固定体５４について示す。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）はＣ－Ｃの断面図である。貫通孔が施された真鍮製の土台６０を固定対象体５２とし、ステンレス製の直径６ｍｍの六角ボルト６２をワッシャ６４とナット６６で固定した。六角ボルト６２が固定体５４（被測定体５４）である。また、締結トルクは４．１Ｎｍ（ニュートンメートル）とした。 (Example 1)
FIG. 6 shows the fixedbody 54 of this embodiment (Example 1). FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line CC. A brass base 60 having a through hole was used as a fixing target body 52, and a stainless steel hexagon bolt 62 having a diameter of 6 mm was fixed with a washer 64 and a nut 66. The hexagon bolt 62 is a fixed body 54 (measured body 54). The fastening torque was 4.1 Nm (Newton meter).
図６に本実施例（実施例１）の固定体５４について示す。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）はＣ－Ｃの断面図である。貫通孔が施された真鍮製の土台６０を固定対象体５２とし、ステンレス製の直径６ｍｍの六角ボルト６２をワッシャ６４とナット６６で固定した。六角ボルト６２が固定体５４（被測定体５４）である。また、締結トルクは４．１Ｎｍ（ニュートンメートル）とした。 (Example 1)
FIG. 6 shows the fixed
図７に本実施例で用いた設置強度測定装置１の構成を示す。加振用光発生器１０として、レーザーダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用いた。レーザーダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、印加電流の周波数を変更することで、照射周波数ｆを可変することができる。六角ボルト６２に集光させるために集光レンズ２７を配置した。六角ボルト６２には、振動測定器１２として、加速度センサーおよびその本体を用いた。加速度センサーは図１の測定素子３０に相当し、本体は測定器本体３２に相当する。なお、本実施例では、制御器１４、入出力器１５は省略し、測定者がこの代わりを行った。
FIG. 7 shows the configuration of the installation strength measuring device 1 used in this embodiment. A laser diode-pumped Nd: YAG laser was used as the excitation light generator 10. Laser diode excitation Nd: The YAG laser can change the irradiation frequency f by changing the frequency of the applied current. A condensing lens 27 was arranged to condense light on the hexagon bolt 62. For the hexagon bolt 62, an accelerometer and its main body were used as the vibration measuring device 12. The accelerometer corresponds to the measuring element 30 in FIG. 1, and the main body corresponds to the measuring instrument main body 32. In this embodiment, the controller 14 and the input / output device 15 are omitted, and the measurer replaces them.
図８には、振動測定器１２で得られた信号の結果を示す。図８（ａ）は照射周波数を１０ｋＨｚとした場合であり、図８（ｂ）は照射周波数を１１．４５ｋＨｚとした場合である。共に、横軸は加速度センサーによる六角ボルト６２の振動数（Ｈｚ）であり、縦軸は加速度センサーの出力強度（任意単位）である。なお、加速度センサーの出力は、１回積分すれば速度になり、２回積分すれば、変位となるので、振動強度を測定しているとみなせる。
FIG. 8 shows the result of the signal obtained by the vibration measuring instrument 12. FIG. 8A shows a case where the irradiation frequency is set to 10 kHz, and FIG. 8B shows a case where the irradiation frequency is set to 11.45 kHz. In both cases, the horizontal axis is the frequency (Hz) of the hexagon bolt 62 by the acceleration sensor, and the vertical axis is the output intensity (arbitrary unit) of the acceleration sensor. It should be noted that the output of the accelerometer becomes a velocity when integrated once, and a displacement when integrated twice, so that it can be regarded as measuring the vibration intensity.
図８（ａ）の場合も図８（ｂ）の場合も照射周波数の時だけ照射周波数と同じ振動数で、加速度センサーの出力は最大となり（黒矢印で示した。）、照射周波数以外の振動数では出力はノイズレベルであった。つまり、被測定体５４は、照射周波数の振動数だけで振動しているのが分かった。
In both cases of FIG. 8 (a) and FIG. 8 (b), the output of the accelerometer is maximized (indicated by the black arrow) at the same frequency as the irradiation frequency only at the irradiation frequency, and vibrations other than the irradiation frequency. In terms of numbers, the output was at the noise level. That is, it was found that the object to be measured 54 vibrates only at the frequency of the irradiation frequency.
また、図８（ａ）と図８（ｂ）の場合で加速度センサーの出力の最大値自体を比較すると、照射周波数が１１．４５ｋＨｚの場合の方が１０ｋＨｚの場合よりも高かった。つまり、六角ボルト６２の振動強度は照射周波数が１１．４５ｋＨｚの場合の方が１０ｋＨｚの場合より強かった。
Comparing the maximum value of the output of the accelerometer in the cases of FIGS. 8 (a) and 8 (b), the irradiation frequency of 11.45 kHz was higher than that of 10 kHz. That is, the vibration intensity of the hexagon bolt 62 was stronger when the irradiation frequency was 11.45 kHz than when it was 10 kHz.
そこで照射周波数を１０ｋＨｚから１２ｋＨｚまで５００Ｈｚずつ変えながら加速度（振動強度に相当）を測定した。結果を図９に示す。図９を参照して、横軸は照射周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は加速度センサーの出力（任意単位）である。
Therefore, the acceleration (corresponding to the vibration intensity) was measured while changing the irradiation frequency from 10 kHz to 12 kHz in increments of 500 Hz. The results are shown in FIG. With reference to FIG. 9, the horizontal axis is the irradiation frequency (Hz), and the vertical axis is the output (arbitrary unit) of the acceleration sensor.
図９を参照して、六角ボルト６２は照射周波数１１．４５ｋＨｚの場合と、１１．２ｋＨｚの場合でピークを有するのが分かった。つまり、真鍮台に４．１Ｎｍのトルクで設置した場合の六角ボルト６２の最大振幅振動数のパターンを図９のように得ることができたと言える。
With reference to FIG. 9, it was found that the hexagon bolt 62 had a peak at an irradiation frequency of 11.45 kHz and at an irradiation frequency of 11.2 kHz. That is, it can be said that the pattern of the maximum amplitude frequency of the hexagon bolt 62 when installed on the brass table with a torque of 4.1 Nm can be obtained as shown in FIG.
図１０（ａ）には、締結トルク９．２Ｎｍの場合、図１０（ｂ）には締結トルクが３．０Ｎｍの場合の共振周波数のパターンを示す。測定方法は締結トルクが４．１Ｎｍの場合と同じである。照射周波数が増加する方向で最初に現れるピークを換算テーブルＴｂにおける最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）とすると、締結トルクが３．０Ｎｍの場合は１０．５ｋＨｚ、４．１Ｎｍの場合は１１．２ｋＨｚ，９．２Ｎｍの場合は、１１．７５ｋＨｚと、締結トルクが高くなるに従い、得られる最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）も高くなった。
FIG. 10A shows a resonance frequency pattern when the fastening torque is 9.2 Nm, and FIG. 10B shows a resonance frequency pattern when the fastening torque is 3.0 Nm. The measuring method is the same as when the fastening torque is 4.1 Nm. Assuming that the peak that first appears in the direction in which the irradiation frequency increases is the maximum amplitude frequency Max (V) in the conversion table Tb, 10.5 kHz when the fastening torque is 3.0 Nm, 11.2 kHz when the fastening torque is 4.1 Nm, In the case of 9.2 Nm, the maximum amplitude frequency Max (V) obtained increased as the fastening torque increased to 11.75 kHz.
したがって、この最大振幅振動数Ｍａｘ（Ｖ）と締結トルク（設置強度）の関係を示す換算テーブルＴｂを用意しておけば、任意の締結状態の六角ボルト６２の締結トルク（設置強度）を測定することができる。
Therefore, if a conversion table Tb showing the relationship between the maximum amplitude frequency Max (V) and the fastening torque (installation strength) is prepared, the fastening torque (installation strength) of the hexagon bolt 62 in an arbitrary fastening state can be measured. be able to.
（実施例２）
図１１に本実施例（実施例２）の実験系を説明する。加振用光発生器としてファイバーレーザー１１を用いた。２枚の高反射レーザー用ミラー５７と集光レンズ２７で発光側を構成した。なお、ファイバーレーザー１１は光源として用い、発光パルス幅や発光周波数を調節できるようにした。また集光レンズ２７の調節によってスポット径を調節できるようにした。 (Example 2)
An experimental system of this example (Example 2) will be described with reference to FIG. Afiber laser 11 was used as a light generator for vibration. The light emitting side was composed of two high-reflection laser mirrors 57 and a condenser lens 27. The fiber laser 11 was used as a light source so that the emission pulse width and the emission frequency could be adjusted. Further, the spot diameter can be adjusted by adjusting the condenser lens 27.
図１１に本実施例（実施例２）の実験系を説明する。加振用光発生器としてファイバーレーザー１１を用いた。２枚の高反射レーザー用ミラー５７と集光レンズ２７で発光側を構成した。なお、ファイバーレーザー１１は光源として用い、発光パルス幅や発光周波数を調節できるようにした。また集光レンズ２７の調節によってスポット径を調節できるようにした。 (Example 2)
An experimental system of this example (Example 2) will be described with reference to FIG. A
被測定体５６は、直角三角形の斜辺を除く長さ５０ｍｍの２辺が支持された厚さ３ｍｍのアルミ板である。周囲が支持される金属板の振動は、インプラントにおける股関節に埋設する人工関節カップ（シェル）に類似しており、当該インプラントを想定した試験と言える。レーザーの照射位置は斜辺中点より３ｍｍ内側の点とした。
The object to be measured 56 is an aluminum plate having a thickness of 3 mm in which two sides having a length of 50 mm excluding the diagonal sides of a right-angled triangle are supported. The vibration of the metal plate that supports the surroundings is similar to the artificial joint cup (shell) embedded in the hip joint in the implant, and it can be said that the test assumes the implant. The laser irradiation position was set to a point 3 mm inside the midpoint of the hypotenuse.
測定器としては、加速度センサー３１を用いた。加速度センサー３１は、被測定体５６の照射スポットの裏側に両面テープで貼りつけた。
The accelerometer 31 was used as the measuring instrument. The acceleration sensor 31 was attached to the back side of the irradiation spot of the object to be measured 56 with double-sided tape.
図１２（ａ）には、被測定体５６をインパルスハンマーにより物理的に加振した振動を加速度センサーで測定し、その測定値をフーリエ変換した出力を示す。これは加速度センサーが出力する電圧の最大および最小値の差に相当する。また、図１２（ｂ）には、出力６００ｍＷでパルス幅２７０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数を９．５ｋＨｚ～１１．５ｋＨｚ、２０Ｈｚずつ周波数を変更しながら測定した加速度センサーの出力を示す。なお、照射時間は合計で２秒であった。
FIG. 12A shows an output obtained by measuring the vibration of the object to be measured 56 physically excited by an impulse hammer with an acceleration sensor and Fourier transforming the measured value. This corresponds to the difference between the maximum and minimum values of the voltage output by the accelerometer. Further, FIG. 12B shows the output of the accelerometer measured with an output of 600 mW, a pulse width of 270 nsec, a repetition frequency of 9.5 kHz to 11.5 kHz, and a frequency of 20 Hz. The total irradiation time was 2 seconds.
図１２（ａ）、図１２（ｂ）とも、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は強度（任意単位）を表す。ピーク周波数Ｐｆ、ピーク強度Ｐｉを両グラフに示した。なお、ピーク強度Ｐｉ同士は比較できない。また、図１２（ｂ）では、レーザー周波数の掃引範囲ＳＲも示した。
In both FIGS. 12 (a) and 12 (b), the horizontal axis represents frequency (Hz) and the vertical axis represents intensity (arbitrary unit). The peak frequency Pf and the peak intensity Pi are shown in both graphs. The peak intensities Pi cannot be compared with each other. In addition, FIG. 12B also shows the sweep range SR of the laser frequency.
両グラフより、同じ周波数でピーク周波数を観測することができていた。このピーク周波数が被測定体５６の共振周波数と判断できる。この事より、インパルスハンマーによる物理的な加振測定と、レーザーの周波数を掃引しながら振動強度を測定する本発明に係る方法は同様の結果を得られることが確認できた。
From both graphs, it was possible to observe the peak frequency at the same frequency. It can be determined that this peak frequency is the resonance frequency of the object to be measured 56. From this, it was confirmed that the physical vibration measurement by the impulse hammer and the method according to the present invention for measuring the vibration intensity while sweeping the frequency of the laser can obtain the same result.
図１３（ａ）にはパルス幅、図１３（ｂ）にはスポットサイズについて調べた結果を示す。測定した実験系は図１１で示したものを用いた。図１３（ａ）を参照して、横軸はパルス幅（ｎｓｅｃ）であり、縦軸はピーク強度（任意単位）である。レーザー出力は６００ｍＷとした。パルス幅を７ｎｓｅｃから５００ｎｓｅｃまで変化させたが、ピーク強度はほぼ同じであった。パルス幅の下限はレーザーパルスの投入エネルギー量により振動強度が決定されるので、どれだけ短くてもピーク強度は変化しないが、短時間にエネルギーが集中することはアブレーションに繋がってしまうため好ましくはない。
FIG. 13 (a) shows the pulse width, and FIG. 13 (b) shows the result of examining the spot size. The measured experimental system used was that shown in FIG. With reference to FIG. 13A, the horizontal axis is the pulse width (nsec) and the vertical axis is the peak intensity (arbitrary unit). The laser output was 600 mW. The pulse width was changed from 7 nsec to 500 nsec, but the peak intensities were almost the same. Since the lower limit of the pulse width is determined by the amount of energy input to the laser pulse, the peak intensity does not change no matter how short it is, but concentration of energy in a short time is not preferable because it leads to ablation. ..
一方、パルス幅の上限は測定する対象振動の時間より短く（周波数が高く）なければ測定ができない。たとえば、被測定体５６が１０ｋＨｚ（周期０．１ｍｓ）の振動をする場合、少なくともパルス幅は０．１ｍｓより短いパルス幅である必要がある。従って、１ｎｓｅｃ～０．１ｍｓが好適なパルス幅の範囲となる。
On the other hand, the upper limit of the pulse width cannot be measured unless it is shorter (higher frequency) than the time of the target vibration to be measured. For example, when the object to be measured 56 vibrates at 10 kHz (period 0.1 ms), the pulse width must be at least 0.1 ms shorter than the pulse width. Therefore, 1 nsec to 0.1 ms is a suitable pulse width range.
図１３（ｂ）は横軸がエネルギー密度（「Ｆｌｕｅｎｃｅ」と表記（Ｊ／ｃｍ２））であり、縦軸はピーク強度（任意単位）である。なお、エネルギー密度が小さいということはレーザーのスポット径が大きいことを意味する。
In FIG. 13B, the horizontal axis is the energy density (denoted as “Fluence” (J / cm 2 )), and the vertical axis is the peak intensity (arbitrary unit). The low energy density means that the spot diameter of the laser is large.
スポット径の下限は、小さすぎるとアブレーションが生じるエネルギー密度となる。図１３（ｂ）において線形に信号強度が変化するのはアブレーションが生じるエネルギー密度の範囲のためである。また、被照射物の表面状態の影響が大きくなり、平均化されないので、信号の変動が大きくなる。
The lower limit of the spot diameter is the energy density at which ablation occurs if it is too small. The linear change in signal strength in FIG. 13B is due to the range of energy densities at which ablation occurs. In addition, the influence of the surface condition of the irradiated object becomes large, and since it is not averaged, the fluctuation of the signal becomes large.
一方、スポットサイズの上限は、レーザーパルスの投入エネルギー量により決定されるため、原理上、被照射対象物より小さければ大きさに依存せず一定となる。従って、図１３（ｂ）において一定の信号強度なっている。以上のことより、スポットサイズの好適な範囲の上限は被照射対象部のサイズより小さく、下限はエネルギー密度が０．０１Ｊ／ｃｍ２を超えないサイズまでと設定される。
On the other hand, since the upper limit of the spot size is determined by the amount of energy input of the laser pulse, in principle, if it is smaller than the object to be irradiated, it will be constant regardless of the size. Therefore, the signal strength is constant in FIG. 13 (b). From the above, the upper limit of the preferable range of the spot size is set to be smaller than the size of the irradiated portion, and the lower limit is set to the size where the energy density does not exceed 0.01 J / cm 2.
図１４（ａ）にはレーザーエネルギー、図１４（ｂ）には、信号の積算時間について調べた結果を示す。測定した実験系は図１１で示したものを用いた。図１４（ａ）を参照して、横軸は照射エネルギー（μＪ）であり、縦軸はピーク強度（任意単位）である。照射エネルギーを高くするほどピーク強度も高くなるのが判る。
FIG. 14 (a) shows the laser energy, and FIG. 14 (b) shows the result of examining the signal integration time. The measured experimental system used was that shown in FIG. With reference to FIG. 14A, the horizontal axis is the irradiation energy (μJ) and the vertical axis is the peak intensity (arbitrary unit). It can be seen that the higher the irradiation energy, the higher the peak intensity.
レーザーエネルギーの下限は、レーザーパルスの投入エネルギー量により決定されるため、図１４（ａ）の通り線形の依存性がある。測定器の検出限界以上の信号が得られるエネルギーであればよい。
Since the lower limit of the laser energy is determined by the amount of input energy of the laser pulse, there is a linear dependence as shown in FIG. 14 (a). Any energy may be used as long as the energy can obtain a signal exceeding the detection limit of the measuring instrument.
一方、レーザーエネルギーは、高すぎるとアブレーションが生じてしまうため、信号が安定しにくい。アブレーションが生じない程度に高いのが好適である。従って、０．１μＪ～１０ｍＪが好適な範囲と言える。
On the other hand, if the laser energy is too high, ablation will occur, making it difficult for the signal to stabilize. It is preferably high enough that ablation does not occur. Therefore, it can be said that 0.1 μJ to 10 mJ is a suitable range.
図１４（ｂ）を参照して、横軸は信号の積算時間（ｓｅｃ）であり、縦軸はピーク強度（任意単位）である。信号の時間が長くなればピーク強度も大きくなった。つまり、１つの周波数の信号を長い時間測定することで、信号の強度を強く観測できる。
With reference to FIG. 14B, the horizontal axis is the signal integration time (sec) and the vertical axis is the peak intensity (arbitrary unit). The longer the signal time, the higher the peak intensity. That is, by measuring a signal of one frequency for a long time, the strength of the signal can be strongly observed.
信号の積算時間の下限は、原理上、測定対象振動の周期（厳密に言えばナイキスト周波数の周期）まで短くできる。例えば、１０ｋＨｚ（０．１ｍｓ）の信号を取得するには、０．１ｍｓ（ナイキスト周波数考慮で０．２ｍｓ）以上の時間が必要である。
In principle, the lower limit of the signal integration time can be shortened to the period of the vibration to be measured (strictly speaking, the period of the Nyquist frequency). For example, in order to acquire a signal of 10 kHz (0.1 ms), a time of 0.1 ms (0.2 ms in consideration of the Nyquist frequency) or more is required.
一方、信号の積算時間の上限は、長いほど信号強度が強く得られるので、長いほど良い。用途で許容される測定時間とのトレードオフとなる。従って、０．１ｍｓｅｃ～１０ｓｅｃが好適な範囲である。
On the other hand, the longer the signal integration time is, the stronger the signal strength can be obtained, so the longer it is, the better. It is a trade-off with the measurement time allowed for the application. Therefore, 0.1 msec to 10 sec is a suitable range.
図１５には、照射エネルギーの測定限界を調べた結果を示す。測定した実験系は図１１で示したものを用いた。図１５を参照して、横軸は照射エネルギー（μＪ）（同時に照射パワー（ｍＷ）も示す。）であり、縦軸はピーク強度（任意単位）である。
FIG. 15 shows the result of examining the measurement limit of irradiation energy. The measured experimental system used was that shown in FIG. With reference to FIG. 15, the horizontal axis is the irradiation energy (μJ) (the irradiation power (mW) is also shown at the same time), and the vertical axis is the peak intensity (arbitrary unit).
レーザーポインターや３次元ライダー等の保護メガネなしでの使用が期待できる近赤外光１０ｍＷ以下での信号でも十分なピーク強度を得ることができる点を確認できた。
It was confirmed that sufficient peak intensity can be obtained even with a signal of near infrared light of 10 mW or less, which can be expected to be used without protective glasses such as a laser pointer or a 3D rider.
以上のように本発明に係る設置強度測定装置は、インプラントの設置強度を検査する場合に用いるだけでなく、ボルト締結部材を使用する工業・産業・建築・土木分野等の幅広い領域への適用が可能である。
As described above, the installation strength measuring device according to the present invention is not only used for inspecting the installation strength of implants, but can also be applied to a wide range of fields such as industry, industry, construction, and civil engineering where bolt fastening members are used. It is possible.
１ 設置強度測定装置
１０ 加振用光発生器
１２ 振動測定器
１４ 制御器
１５ 入出力器
２０ 光源
２２ 光変調器
２３ 振動素子
２４ ミラー
２５ ＬＥＤ
２７ 集光レンズ
３０ 測定素子
３１ 加速度センサー
３２ 測定器本体
５０ 固定母体
５２ 固定対象体
５４ 固定体
５４ 被測定体
６０ 真鍮製の土台
６２ 六角ボルト
６４ ワッシャ
６６ ナット
ＭＬ 加振光
ＯＬ 発生光
Ｗ 振動強度
Ｖ 振動数
Ｔｂ 換算テーブル
Ｆ 設置強度
Ｍａｘ（Ｖ） 最大振幅振動数
ｆ 照射周波数
Ｉ 光強度
1 Installationstrength measuring device 10 Vibration measuring device 12 Vibration measuring device 14 Controller 15 Input / output device 20 Light source 22 Light modulator 23 Vibration element 24 Mirror 25 LED
27Condensing lens 30 Measuring element 31 Accelerometer 32 Measuring instrument body 50 Fixed base body 52 Fixed target body 54 Fixed body 54 Measured body
60Brass base 62 Hexagon bolt 64 Washer 66 Nut ML Vibration light OL Generated light W Vibration intensity V Frequency Tb conversion table F Installation strength Max (V) Maximum amplitude frequency f Irradiation frequency I Light intensity
１０ 加振用光発生器
１２ 振動測定器
１４ 制御器
１５ 入出力器
２０ 光源
２２ 光変調器
２３ 振動素子
２４ ミラー
２５ ＬＥＤ
２７ 集光レンズ
３０ 測定素子
３１ 加速度センサー
３２ 測定器本体
５０ 固定母体
５２ 固定対象体
５４ 固定体
５４ 被測定体
６０ 真鍮製の土台
６２ 六角ボルト
６４ ワッシャ
６６ ナット
ＭＬ 加振光
ＯＬ 発生光
Ｗ 振動強度
Ｖ 振動数
Ｔｂ 換算テーブル
Ｆ 設置強度
Ｍａｘ（Ｖ） 最大振幅振動数
ｆ 照射周波数
Ｉ 光強度
1 Installation
27
60
Claims (5)
- 被測定体に強度が変化する光を照射する加振用光発生器と、
前記被測定体の振動数および振動強度のうち、少なくとも振動強度を測定する振動測定器と、
前記加振用光発生器に複数の照射周期で前記被測定体に光を照射させ、
前記照射周期毎に前記振動測定器から前記振幅強度を得て、
前記振動強度の最も大きい振動数を選択することで前記被測定体の設置強度に係る情報を得る制御器を有することを特徴とする設置強度測定装置。 A light generator for vibration that irradiates the object to be measured with light whose intensity changes,
A vibration measuring device that measures at least the vibration intensity of the frequency and vibration intensity of the object to be measured, and a vibration measuring device.
The vibration light generator is made to irradiate the object to be measured with light at a plurality of irradiation cycles.
The amplitude intensity is obtained from the vibration measuring device for each irradiation cycle, and the amplitude intensity is obtained.
An installation strength measuring device comprising a controller for obtaining information on the installation strength of the object to be measured by selecting the frequency having the highest vibration strength. - 前記振動数と前記被測定体の設置強度の関係を示す換算テーブルをさらに有することを特徴とする請求項１に記載された設置強度測定装置。 The installation strength measuring device according to claim 1, further comprising a conversion table showing the relationship between the frequency and the installation strength of the object to be measured.
- 前記加振用光発生器は、
光源と、
前記被測定体と前記光源の間に配置され、所定の周期で前記光源から前記被測定体の間の光路を変更する光変調器を有することを特徴とする請求項１または２の何れかの請求項に記載された設置強度測定装置。 The vibration light generator is
Light source and
Any one of claims 1 or 2, wherein the light modulator is arranged between the light source and the light source and changes the optical path between the light source and the light source at a predetermined cycle. The installation strength measuring device according to the claim. - 前記加振用光発生器は、
供給電力に応じて照射される光強度が変化する照射強度可変光源であることを特徴とする請求項１または２の何れかの請求項に記載された設置強度測定装置。 The vibration light generator is
The installation intensity measuring device according to any one of claims 1 or 2, wherein the light source has a variable irradiation intensity whose irradiation intensity changes according to the supplied power. - 前記加振用光発生器は、
光源と、
前記光源からの光を２つに分割し、一方の光にドップラー効果を与えることで、他方の光と合成した際に干渉によって光強度に強弱のつく照射光を放出する光変調器を有することを特徴とする請求項１または２の何れかの請求項に記載された設置強度測定装置。
The vibration light generator is
Light source and
Having an optical modulator that divides the light from the light source into two and gives the Doppler effect to one of the lights to emit irradiation light whose light intensity becomes stronger or weaker due to interference when combined with the other light. The installation strength measuring device according to any one of claims 1 or 2, wherein the installation strength measuring device is characterized.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2022511139A JPWO2021201240A1 (en) | 2020-04-02 | 2021-04-01 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020-066447 | 2020-04-02 | ||
| JP2020066447 | 2020-04-02 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021201240A1 true WO2021201240A1 (en) | 2021-10-07 |
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ID=77929565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/014198 WO2021201240A1 (en) | 2020-04-02 | 2021-04-01 | Installation strength measurement device |
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| WO (1) | WO2021201240A1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003524475A (en) * | 1999-09-16 | 2003-08-19 | インテグレイシヨン・ダイアグノステイツクス・リミテツド | Method and apparatus for establishing implant or unit stability |
| JP2009156700A (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Canon Inc | Method for detecting vibrating condition of swingable body and method for adjusting resonance frequency |
| WO2013183438A1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-12 | 株式会社ニコン | Microscope device |
| JP2017211403A (en) * | 2016-05-23 | 2017-11-30 | セイコーエプソン株式会社 | Electro-optic device and electronic apparatus |
| WO2019054442A1 (en) * | 2017-09-14 | 2019-03-21 | 学校法人慶應義塾 | Implant installation strength evaluation method, implant installation strength evaluation device, and program |
-
2021
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003524475A (en) * | 1999-09-16 | 2003-08-19 | インテグレイシヨン・ダイアグノステイツクス・リミテツド | Method and apparatus for establishing implant or unit stability |
| JP2009156700A (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Canon Inc | Method for detecting vibrating condition of swingable body and method for adjusting resonance frequency |
| WO2013183438A1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-12 | 株式会社ニコン | Microscope device |
| JP2017211403A (en) * | 2016-05-23 | 2017-11-30 | セイコーエプソン株式会社 | Electro-optic device and electronic apparatus |
| WO2019054442A1 (en) * | 2017-09-14 | 2019-03-21 | 学校法人慶應義塾 | Implant installation strength evaluation method, implant installation strength evaluation device, and program |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ANONYMOUS: "Mach–Zehnder interferometer ", WIKIPEDIA, 3 May 2019 (2019-05-03), XP055923892, Retrieved from the Internet <URL:https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mach–Zehnder_interferometer&oldid=895285446> [retrieved on 20220523] * |
| KURODA KAZUO: "Chapter 7 Interference", OPTICS LECTURE NOTES, 2 March 2019 (2019-03-02), XP055923891, Retrieved from the Internet <URL:http://qopt.iis.u-tokyo.ac.jp/optics/7interferenceU_A4.pdf> [retrieved on 20220523] * |
Also Published As
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