JPH01320411A - 変形の測定方法 - Google Patents
変形の測定方法Info
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- JPH01320411A JPH01320411A JP63154297A JP15429788A JPH01320411A JP H01320411 A JPH01320411 A JP H01320411A JP 63154297 A JP63154297 A JP 63154297A JP 15429788 A JP15429788 A JP 15429788A JP H01320411 A JPH01320411 A JP H01320411A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
- G01B11/161—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means
- G01B11/162—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means by speckle- or shearing interferometry
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、変形の測定方法に係り、特に、変形前後の物
体表面の一部をレーザビームで照射してスペックル模様
を現出し、該変形前後のスペックル模様をそれぞれ光電
変換して得られる信号間の相互相関関数を求め、該相互
相関関数の極値の位置として求められるスペックル模様
の移動量から物体の変形量を決定する変形の測定方法の
改良に関するものである。
体表面の一部をレーザビームで照射してスペックル模様
を現出し、該変形前後のスペックル模様をそれぞれ光電
変換して得られる信号間の相互相関関数を求め、該相互
相関関数の極値の位置として求められるスペックル模様
の移動量から物体の変形量を決定する変形の測定方法の
改良に関するものである。
レーザビームを粗面に当てた時、拡散光の干渉によって
生ずるスペックル模様は、表面に変位や変形が起きると
、徐々に変形しながら移動する。 そこで、スペックル模様を光電的に走査し、得られる信
号の相関ピーク位置からスペックル移動を求め、このス
ペックル移動と表面の変位や変形との関係を利用して、
物体の並進、回転、歪み等による微小な変形を測定する
、いわゆるスペックル相関法が提案されている（特公昭
５９−５２９６３、レーザー科学研究Ｎｏ、６ （１９
８４）ｐＤＩ ５２〜１５４、最新精密計測技術（昭和
６２年７月１日） ｐｐ２４ ｉ〜２４４）。 このスペックル相関法で、最も実用に近いのは、第７図
に示す如く、−次元イメージセンサ１５とマイクロコン
ピュータ１６を用いたものであり、これによって、７μ
ｍ以上の平行移動と１０−５ｒａｄ程度の回転が測定さ
れている。 この装置においては、物体１０上の測定点を、レーザｉ
ｔ！１２で発生した、直径１ ｍ＋＋程度のレーザビー
ム１３で、必要に応じて拡大レンズ１４を介して照射し
、その拡散反射光の中に一次元イメージセンサ１５を配
置しておく。その際、ビーム径Ｗとセンサ距離ＬＯを調
節して、およそλＬＯ／Ｗ （λはレーザビームの波長
）で与えられるセンサ１５上でのスペックルの平均径を
、そのピッチ（１０〜２０μｍ）より大きくとっておく
。又、−次元イメージセンサ１５の軸は、光学系と物体
変位の種類（平行移動、回転、歪みの方向）で決まるス
ペックル移動の方向に合致させておく。 −次元イメージセンサ１５の出力をＡ／Ｄ変換してマイ
クロコンピュータ１６に入れ、相関器１８で物体の変形
前後の出力の間の相互相関関数を計拝すると、そのピー
ク位置としてスペックル移動がほぼ実時間で求められる
。この際、相関関数の計算時間を短縮するために、−次
元イメージセンサ７５の出力信号をその平均値に関して
２値化し、いわゆる特性相関を計算することも提案され
ている。スペックルのコントラストが高いので、こうし
て得られるピーク位置は通常の相関関数のそれと常に一
致する。従って、相互相関関数の極値の位置からスペッ
クル移動を検出することができる。 しかしながら、従来の装置においては、−次元イメージ
センサ１５として、通常の、受光素子の形状が正方形に
近いものを用いていたため、−次元イメージセンサ１５
を構成する受光素子列がなず軸と、スペックル模様の移
動する方向が一致しない場合には、正しい相互相関関数
の極値の位置が求められなかった。従って、常にスペッ
クル模様の移動方向と受光素子列がなす軸を一致させる
という操作が必要であり、測定操作が繁雑なものであっ
た。又、スペックル移動の移動の向きを検出することは
不可能であった。
生ずるスペックル模様は、表面に変位や変形が起きると
、徐々に変形しながら移動する。 そこで、スペックル模様を光電的に走査し、得られる信
号の相関ピーク位置からスペックル移動を求め、このス
ペックル移動と表面の変位や変形との関係を利用して、
物体の並進、回転、歪み等による微小な変形を測定する
、いわゆるスペックル相関法が提案されている（特公昭
５９−５２９６３、レーザー科学研究Ｎｏ、６ （１９
８４）ｐＤＩ ５２〜１５４、最新精密計測技術（昭和
６２年７月１日） ｐｐ２４ ｉ〜２４４）。 このスペックル相関法で、最も実用に近いのは、第７図
に示す如く、−次元イメージセンサ１５とマイクロコン
ピュータ１６を用いたものであり、これによって、７μ
ｍ以上の平行移動と１０−５ｒａｄ程度の回転が測定さ
れている。 この装置においては、物体１０上の測定点を、レーザｉ
ｔ！１２で発生した、直径１ ｍ＋＋程度のレーザビー
ム１３で、必要に応じて拡大レンズ１４を介して照射し
、その拡散反射光の中に一次元イメージセンサ１５を配
置しておく。その際、ビーム径Ｗとセンサ距離ＬＯを調
節して、およそλＬＯ／Ｗ （λはレーザビームの波長
）で与えられるセンサ１５上でのスペックルの平均径を
、そのピッチ（１０〜２０μｍ）より大きくとっておく
。又、−次元イメージセンサ１５の軸は、光学系と物体
変位の種類（平行移動、回転、歪みの方向）で決まるス
ペックル移動の方向に合致させておく。 −次元イメージセンサ１５の出力をＡ／Ｄ変換してマイ
クロコンピュータ１６に入れ、相関器１８で物体の変形
前後の出力の間の相互相関関数を計拝すると、そのピー
ク位置としてスペックル移動がほぼ実時間で求められる
。この際、相関関数の計算時間を短縮するために、−次
元イメージセンサ７５の出力信号をその平均値に関して
２値化し、いわゆる特性相関を計算することも提案され
ている。スペックルのコントラストが高いので、こうし
て得られるピーク位置は通常の相関関数のそれと常に一
致する。従って、相互相関関数の極値の位置からスペッ
クル移動を検出することができる。 しかしながら、従来の装置においては、−次元イメージ
センサ１５として、通常の、受光素子の形状が正方形に
近いものを用いていたため、−次元イメージセンサ１５
を構成する受光素子列がなず軸と、スペックル模様の移
動する方向が一致しない場合には、正しい相互相関関数
の極値の位置が求められなかった。従って、常にスペッ
クル模様の移動方向と受光素子列がなす軸を一致させる
という操作が必要であり、測定操作が繁雑なものであっ
た。又、スペックル移動の移動の向きを検出することは
不可能であった。
【発明が達成しようとする１題】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、スペックル模様の移動方向と受光素子列がなす軸
を合わせ込む操作が不要な変形の測定方法を提供するこ
とを第１の目的とする。 本発明は、更に、スペックル模様の任意の移動の向きと
大きさを検出することができる変形の測定方法を提供す
ることを第２の目的とする。
ので、スペックル模様の移動方向と受光素子列がなす軸
を合わせ込む操作が不要な変形の測定方法を提供するこ
とを第１の目的とする。 本発明は、更に、スペックル模様の任意の移動の向きと
大きさを検出することができる変形の測定方法を提供す
ることを第２の目的とする。
本発明は、変形前後の物体表面の一部をレーザビームで
照射してスペックル模様を現出し、該変形前後のスペッ
クル模様をそれぞれ光電変換して得られる信号間の相互
相関関数を求め、該相互相関関数の極値の位置として求
められるスペックル模様の移ｖＪ１から物体の変形１を
決定する変形の測定方法において、第１図に示す如く、
前記光電変換を行う受光素子列（２０）の各素子（・・
・２ Ｏｎ−＋、２Ｏｎ、２０ｎｏ”・）の形状を短冊
型とすることによって、前記第１の目的を達成したもの
である。 又、本発明は、前記受光素子列を、列がなす角度を変え
て複数列配置することによって、前記第２の目的を達成
したものである。
照射してスペックル模様を現出し、該変形前後のスペッ
クル模様をそれぞれ光電変換して得られる信号間の相互
相関関数を求め、該相互相関関数の極値の位置として求
められるスペックル模様の移ｖＪ１から物体の変形１を
決定する変形の測定方法において、第１図に示す如く、
前記光電変換を行う受光素子列（２０）の各素子（・・
・２ Ｏｎ−＋、２Ｏｎ、２０ｎｏ”・）の形状を短冊
型とすることによって、前記第１の目的を達成したもの
である。 又、本発明は、前記受光素子列を、列がなす角度を変え
て複数列配置することによって、前記第２の目的を達成
したものである。
第２図に示す如く、物体１０の測定領域０を、レーザ源
１２からのレーザビーム１３で必要に応じて拡大レンズ
１４を介して照射し、得られるスペックル模様を観察面
３ｏで観察する場合を考える。 ここで、物体面上の座標軸をｘ、ｙ、ｚ、レーザビーム
１３の発散点の距離０８−Ｌｓ 、発散点の方向をＡ
ｓｘ、 １２ ｓｙ、 Ｊ２ ｓｚ、物体面と観察面３
０の距離をＬＯ１観察点Ｐの方向を兎ｘ、Ａｙ、Ｒ２、
レーザビーム１３で照射した領域における物体１０の並
進、回転、歪みの成分をそれぞれ（ａＸ。 ａｙＳａｚ）、（Ωｘ１Ωｙ１Ω２）、（εｘｘ、εｙ
ｘ。 εｙｙ）とする。 この条件下で、物体１０が変形を受ける前後における観
察点Ｐでのスペックル模様の強度分布Ｉ＋（Ｘ、’／ｌ
とＩｚ（Ｘ、Ｖ）の間の相互相関関数Ｃ（ｘ 、 ｙ
）を計算する。 Ｃ（ＸＳ１／）＝＜１＋ （ＸＳＶ）Ｘ Ｉ ２ （
ｘ ＋Ｘｙ＋ｙ ） ＞・（１）ここで、く〉は集合平
均を意味する。 この（１）式を計算すると、Ｃ（ｘ Ｓｙ ）が、ｘ
−Ａｘ 、 ｙ−Ａｙで最大値をとることがわかる。 ここでＡＸ ＳＡＶは、次式で与えられ、物理的には物
体変形によるスペックル模様の移動量に相当する。 ＡＸ −−ａＸ、［（ＬＯ／ＬＳ ） （Ｊ２ｓＸ２
−１ ）＋λｘ ２ ＋ ｉ ］ −ａｙ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ）λ５Ｊｓｙ＋ｆｘ ｉＶ
］−ａｚ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ） Ａｓｘｆｆ１ｓｚ＋ｆ
ｘ Ｊ２Ｚ ］−ＬＯ［−Ω２ （ぶｓｙ＋λｙ） −〇ｌ／ （Ｊ２ｓＺ＋、ｇＺ ）＋εｘｘ（λｓｘ
＋Ａｘ）＋εｘｙ （１ｓｙ＋βＭ＞］ ・・・・
・・（２）ＡＶ ＝ −ａＸ［（１０／１３ ） （
ＡＳＶＪ２ｓｘ＋にＩＶ Ｊ２ｘ ］ −ａｙ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ） （ｆｓｙ’ −１）十
βｙ２−１コ −ａＺ［（Ｌｏ ／ＬＳ ）Ｊ２ｓｙλｓｚ＋ｉｘ
、ｇｚ ］−ＬＯ［−ΩＺ ｌ！ＳＸ＋ｊ２Ｘ
）−Ω× （ぶｓｚ＋ｉｚ＞ ＋εｙｙ（に！、ｓ
ｙ＋ｐｙ ）＋εｘｙ（βＳＸ＋βＸ）］ ・・
・・・・ （３）従って、前記観察面３０に一次元イメ
ージセンサを配置してスペックルの移動ＷＡＸ 、Ａｙ
を観測すれば、該−次元イメージセンサの出力波形は、
物体変位前後で第３図（Ａ）に示す如く変化し、その自
己相関波形は、第３図（Ｂ）に示す如くとなり、相互相
関波形は第３図（Ｃ）に示す如くと“なる。 このような装置を用いて物体の変形を測定するに際して
、従来は前記観察面３０に配置する一次元イメージゼン
サの受光素子の形状が正方形に近いものであったが、本
発明では、第１図に示した如く、−次元イメージセンサ
を構成する受光素子列２０の各受光素子（’ ・” ２
２ｎ−＋１２２ｎ、２２ ｎ＋＋・・・）の形状を、例
えば短辺が１３μｍ、長辺が２．５ｎの短冊型とする。 なお、各受光素子の配設ピッチは、例えば２５μｍとす
る。 ここで、受光素子列２０がなす軸をｘ１短冊型の各受光
素子の長辺の方向をｙ軸とし、スペックル模様のうち、
ｙ軸方向に移動する成分のみについて考える。 すると、移動後の受光素子の出力の大部分は、移動前の
スペックル模様の光強度の受光素子面積積分に比例する
出力である。移動前と異なる出力成分は、受光素子の受
光範囲より出てしまったスペックル模様と、新たに入っ
てきたスペックル模様の差となるために、全体の出力成
分に対する割合は少ない。 更に、この異なる出力成分は、ｙ軸方向の移動量が大き
い場合には、全体の出力成分に対する割合が増大するが
、スペックル模様の性質から、受光面積が広くなるほど
、得られる出力の均一性が向上する。従って、本発明の
ように、受光素子の形状を短冊状としてその受光面積を
大とした場合、受光素子の受光範囲より出てしまった光
量と新たに入ってきた先回が、前記出力の均一性により
等しくなるように働くので、移動量が大きい場合でも、
出力の変化は少なくなる。 従って、スペックル模様のｙ軸成分の移動による受光素
子列２０の出力変化は無視できるものとなり、スペック
ル模様の移動方向と受光素子列がなす軸が一致していな
くても、受光素子列がなすＸ軸の成分の移動の効果のみ
を得ることができる。 即ち、スペックル模様のＸ軸に対する移動の向きをθと
すると、ＣＯＳθ成分のみを抽出して、その方向の物体
の変形量を測定することができることになる。 更に、前記受光素子列を、列がなす角度を変えて複数列
配置した場合には、スペックル模様の移動の、各受光素
子列の軸の方向に対する成分をそれぞれ抽出することが
できる。従って、任意の向きと大きさを持つスペックル
模様の移動を検出して、物体の変形量を精度良く測定す
ることができる。特に、短冊型受光素子列が互いに直角
をなすように配置した場合には、スペックル模様の移動
のＸ成分、ｙ成分が独立に得られる。
１２からのレーザビーム１３で必要に応じて拡大レンズ
１４を介して照射し、得られるスペックル模様を観察面
３ｏで観察する場合を考える。 ここで、物体面上の座標軸をｘ、ｙ、ｚ、レーザビーム
１３の発散点の距離０８−Ｌｓ 、発散点の方向をＡ
ｓｘ、 １２ ｓｙ、 Ｊ２ ｓｚ、物体面と観察面３
０の距離をＬＯ１観察点Ｐの方向を兎ｘ、Ａｙ、Ｒ２、
レーザビーム１３で照射した領域における物体１０の並
進、回転、歪みの成分をそれぞれ（ａＸ。 ａｙＳａｚ）、（Ωｘ１Ωｙ１Ω２）、（εｘｘ、εｙ
ｘ。 εｙｙ）とする。 この条件下で、物体１０が変形を受ける前後における観
察点Ｐでのスペックル模様の強度分布Ｉ＋（Ｘ、’／ｌ
とＩｚ（Ｘ、Ｖ）の間の相互相関関数Ｃ（ｘ 、 ｙ
）を計算する。 Ｃ（ＸＳ１／）＝＜１＋ （ＸＳＶ）Ｘ Ｉ ２ （
ｘ ＋Ｘｙ＋ｙ ） ＞・（１）ここで、く〉は集合平
均を意味する。 この（１）式を計算すると、Ｃ（ｘ Ｓｙ ）が、ｘ
−Ａｘ 、 ｙ−Ａｙで最大値をとることがわかる。 ここでＡＸ ＳＡＶは、次式で与えられ、物理的には物
体変形によるスペックル模様の移動量に相当する。 ＡＸ −−ａＸ、［（ＬＯ／ＬＳ ） （Ｊ２ｓＸ２
−１ ）＋λｘ ２ ＋ ｉ ］ −ａｙ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ）λ５Ｊｓｙ＋ｆｘ ｉＶ
］−ａｚ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ） Ａｓｘｆｆ１ｓｚ＋ｆ
ｘ Ｊ２Ｚ ］−ＬＯ［−Ω２ （ぶｓｙ＋λｙ） −〇ｌ／ （Ｊ２ｓＺ＋、ｇＺ ）＋εｘｘ（λｓｘ
＋Ａｘ）＋εｘｙ （１ｓｙ＋βＭ＞］ ・・・・
・・（２）ＡＶ ＝ −ａＸ［（１０／１３ ） （
ＡＳＶＪ２ｓｘ＋にＩＶ Ｊ２ｘ ］ −ａｙ［（Ｌｏ ／Ｌｓ ） （ｆｓｙ’ −１）十
βｙ２−１コ −ａＺ［（Ｌｏ ／ＬＳ ）Ｊ２ｓｙλｓｚ＋ｉｘ
、ｇｚ ］−ＬＯ［−ΩＺ ｌ！ＳＸ＋ｊ２Ｘ
）−Ω× （ぶｓｚ＋ｉｚ＞ ＋εｙｙ（に！、ｓ
ｙ＋ｐｙ ）＋εｘｙ（βＳＸ＋βＸ）］ ・・
・・・・ （３）従って、前記観察面３０に一次元イメ
ージセンサを配置してスペックルの移動ＷＡＸ 、Ａｙ
を観測すれば、該−次元イメージセンサの出力波形は、
物体変位前後で第３図（Ａ）に示す如く変化し、その自
己相関波形は、第３図（Ｂ）に示す如くとなり、相互相
関波形は第３図（Ｃ）に示す如くと“なる。 このような装置を用いて物体の変形を測定するに際して
、従来は前記観察面３０に配置する一次元イメージゼン
サの受光素子の形状が正方形に近いものであったが、本
発明では、第１図に示した如く、−次元イメージセンサ
を構成する受光素子列２０の各受光素子（’ ・” ２
２ｎ−＋１２２ｎ、２２ ｎ＋＋・・・）の形状を、例
えば短辺が１３μｍ、長辺が２．５ｎの短冊型とする。 なお、各受光素子の配設ピッチは、例えば２５μｍとす
る。 ここで、受光素子列２０がなす軸をｘ１短冊型の各受光
素子の長辺の方向をｙ軸とし、スペックル模様のうち、
ｙ軸方向に移動する成分のみについて考える。 すると、移動後の受光素子の出力の大部分は、移動前の
スペックル模様の光強度の受光素子面積積分に比例する
出力である。移動前と異なる出力成分は、受光素子の受
光範囲より出てしまったスペックル模様と、新たに入っ
てきたスペックル模様の差となるために、全体の出力成
分に対する割合は少ない。 更に、この異なる出力成分は、ｙ軸方向の移動量が大き
い場合には、全体の出力成分に対する割合が増大するが
、スペックル模様の性質から、受光面積が広くなるほど
、得られる出力の均一性が向上する。従って、本発明の
ように、受光素子の形状を短冊状としてその受光面積を
大とした場合、受光素子の受光範囲より出てしまった光
量と新たに入ってきた先回が、前記出力の均一性により
等しくなるように働くので、移動量が大きい場合でも、
出力の変化は少なくなる。 従って、スペックル模様のｙ軸成分の移動による受光素
子列２０の出力変化は無視できるものとなり、スペック
ル模様の移動方向と受光素子列がなす軸が一致していな
くても、受光素子列がなすＸ軸の成分の移動の効果のみ
を得ることができる。 即ち、スペックル模様のＸ軸に対する移動の向きをθと
すると、ＣＯＳθ成分のみを抽出して、その方向の物体
の変形量を測定することができることになる。 更に、前記受光素子列を、列がなす角度を変えて複数列
配置した場合には、スペックル模様の移動の、各受光素
子列の軸の方向に対する成分をそれぞれ抽出することが
できる。従って、任意の向きと大きさを持つスペックル
模様の移動を検出して、物体の変形量を精度良く測定す
ることができる。特に、短冊型受光素子列が互いに直角
をなすように配置した場合には、スペックル模様の移動
のＸ成分、ｙ成分が独立に得られる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本実施例は、第４図に示す如く、物体１０の表面にレー
ザビーム１３を照射してスペックル模様を発生させるレ
ーザ源１２を備えている。このレーザ８！１２によって
発生されたスペックル模様を光電変換するための受光素
子としては、前出第１図に示したような短冊型の受光素
子を有する受光素子列２０．２４が、列をなす角度を変
えて２組配設されている。 該２組の受光素子列２０．２４で、それぞれ光電変換さ
れたスペックル模様は、それぞれ相関器４０．４２に入
力され、スペックル模様の移動の前後の相互相関関数の
極値の位置の変化が検出される。相関器４０．４２で検
出された極値の位置の変化はコンピュータ４４に入力さ
れ、データ処理を行って、スペックル模様の移動口から
検出すべき変形量を算出する。 コンピュータ４４は、ステッピングモータコントローラ
４６に指令を与えて、物体１ｏが載置されているリニア
ステージ４８をＸ軸方向に移動させ、スペックル模球を
Ｘ軸方向に移動させると共に、タイミング、回路５０を
介して、前記相関器４０１４２に必要なタイミング信号
を入力する。 受光素子列２４を、Ｘ軸に対して１０°ずつ角度をなす
ように配置し、リニアステージ４８を６ｕ１０．５秒の
速度で６１ｍ移動させてスペックル模様を一定１移動さ
せた時の、受光素子列２４上の移動量を第５図に示す。 相関器４２を介した受光素子列２４の出力と比較するた
め、Ｘ軸と平行に配置した短冊型受光素子列２０の出力
を相関器４ｏを用いて検出し、スペックル模様の移動を
監視するようにした。第５図から明らかな如く、スペッ
クル模様の移動量が一定であるにも拘わらず、設置角を
変えることによって、受光素子列２４上のスペックル模
様の移動量が変化していることが明らかである。このデ
ータを整理し、最終的に得られた移動量により受光素子
列２４のＸ軸に対する角度を算出した例を第６図に示す
。第６図から、受光素子列２４で検出された移動量Ｂは
、Ｘ軸に対するＣＯＳθ成分を抽出したものになってい
ることがわかる。 従って、このような短冊型受光素子列を例えば直角をな
すように配置すれば、スペックル模様の移動のＸ成分、
ｙ成分が独立に得られるため、任意の向きと大きさを持
つスペックル模様の移動を算出することができることが
わかる。 本実施例においては、短冊型受光素子列を２組配置して
いるので、最小の組数でスペックル模様の移動の向きと
大きさを検出することができる。 なお、受光素子列の組数は２つに限定されず、所定のＸ
軸方向の移動成分のみを抽出すればよい時には、１組の
みとしてもよい。又、３組以上設けて、更に高精度の測
定を行うことも可能である。
る。 本実施例は、第４図に示す如く、物体１０の表面にレー
ザビーム１３を照射してスペックル模様を発生させるレ
ーザ源１２を備えている。このレーザ８！１２によって
発生されたスペックル模様を光電変換するための受光素
子としては、前出第１図に示したような短冊型の受光素
子を有する受光素子列２０．２４が、列をなす角度を変
えて２組配設されている。 該２組の受光素子列２０．２４で、それぞれ光電変換さ
れたスペックル模様は、それぞれ相関器４０．４２に入
力され、スペックル模様の移動の前後の相互相関関数の
極値の位置の変化が検出される。相関器４０．４２で検
出された極値の位置の変化はコンピュータ４４に入力さ
れ、データ処理を行って、スペックル模様の移動口から
検出すべき変形量を算出する。 コンピュータ４４は、ステッピングモータコントローラ
４６に指令を与えて、物体１ｏが載置されているリニア
ステージ４８をＸ軸方向に移動させ、スペックル模球を
Ｘ軸方向に移動させると共に、タイミング、回路５０を
介して、前記相関器４０１４２に必要なタイミング信号
を入力する。 受光素子列２４を、Ｘ軸に対して１０°ずつ角度をなす
ように配置し、リニアステージ４８を６ｕ１０．５秒の
速度で６１ｍ移動させてスペックル模様を一定１移動さ
せた時の、受光素子列２４上の移動量を第５図に示す。 相関器４２を介した受光素子列２４の出力と比較するた
め、Ｘ軸と平行に配置した短冊型受光素子列２０の出力
を相関器４ｏを用いて検出し、スペックル模様の移動を
監視するようにした。第５図から明らかな如く、スペッ
クル模様の移動量が一定であるにも拘わらず、設置角を
変えることによって、受光素子列２４上のスペックル模
様の移動量が変化していることが明らかである。このデ
ータを整理し、最終的に得られた移動量により受光素子
列２４のＸ軸に対する角度を算出した例を第６図に示す
。第６図から、受光素子列２４で検出された移動量Ｂは
、Ｘ軸に対するＣＯＳθ成分を抽出したものになってい
ることがわかる。 従って、このような短冊型受光素子列を例えば直角をな
すように配置すれば、スペックル模様の移動のＸ成分、
ｙ成分が独立に得られるため、任意の向きと大きさを持
つスペックル模様の移動を算出することができることが
わかる。 本実施例においては、短冊型受光素子列を２組配置して
いるので、最小の組数でスペックル模様の移動の向きと
大きさを検出することができる。 なお、受光素子列の組数は２つに限定されず、所定のＸ
軸方向の移動成分のみを抽出すればよい時には、１組の
みとしてもよい。又、３組以上設けて、更に高精度の測
定を行うことも可能である。
第１図は、本発明に係る変形の洞室方法で用いられる受
光素子列の例を示す正面図、第２図は、スペックル相関
法の測定原理を説明するための斜視図、第３図＜Ａ＞、
’（Ｂ）、（Ｃ）は、同じく一次元イメージセンサの出
力波形、自己相関波形及び相互相関波形をそれぞれ示す
線図、第４図は、本発明を実施するための測定装置の実
施例の構成を示す、一部ブロック線図を含む斜視図、第
５図は、前記実施例における経過時間（リニアステージ
移動量）とスペックル模様の移！！ＩＩ量の関係を、設
置角をパラメータとして示す線図、第６図は、２つの受
光素子列によって得られる移動量と設置角の関係の例を
示す図表、第７図は、従来のスペックル相関法による測
定装置の一例の構成を示す斜視図である。 １０・・・物体、 １２・・・レーザ源、１
３・・・レーザビーム、 ２０．２４・・・受光素子列、 ２２旧、２２ｎ、２２ｎ＋＋・・・受光素子、４０．４
２・・・相関器、 ４４・・・コンピュータ、４８・
・・リニアステージ。
光素子列の例を示す正面図、第２図は、スペックル相関
法の測定原理を説明するための斜視図、第３図＜Ａ＞、
’（Ｂ）、（Ｃ）は、同じく一次元イメージセンサの出
力波形、自己相関波形及び相互相関波形をそれぞれ示す
線図、第４図は、本発明を実施するための測定装置の実
施例の構成を示す、一部ブロック線図を含む斜視図、第
５図は、前記実施例における経過時間（リニアステージ
移動量）とスペックル模様の移！！ＩＩ量の関係を、設
置角をパラメータとして示す線図、第６図は、２つの受
光素子列によって得られる移動量と設置角の関係の例を
示す図表、第７図は、従来のスペックル相関法による測
定装置の一例の構成を示す斜視図である。 １０・・・物体、 １２・・・レーザ源、１
３・・・レーザビーム、 ２０．２４・・・受光素子列、 ２２旧、２２ｎ、２２ｎ＋＋・・・受光素子、４０．４
２・・・相関器、 ４４・・・コンピュータ、４８・
・・リニアステージ。
Claims (2)
- （１）変形前後の物体表面の一部をレーザビームで照射
してスペックル模様を現出し、該変形前後のスペックル
模様をそれぞれ光電変換して得られる信号間の相互相関
関数を求め、該相互相関関数の極値の位置として求めら
れるスペックル模様の移動量から物体の変形量を決定す
る変形の測定方法において、 前記光電変換を行う受光素子列の各素子の形状を短冊型
とすることを特徴とする変形の測定方法。 - （２）請求項１に記載の変形の測定方法において、前記
受光素子列を、列がなす角度を変えて複数列配置するこ
とを特徴とする 変形の測定方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63154297A JPH01320411A (ja) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | 変形の測定方法 |
| US07/367,599 US5061860A (en) | 1988-06-22 | 1989-06-19 | Deformation measuring method and device using comb-type photosensitive element array |
| EP89111388A EP0347911B1 (en) | 1988-06-22 | 1989-06-22 | Deformation measuring method and device using photosensitive element array |
| DE68918006T DE68918006T2 (de) | 1988-06-22 | 1989-06-22 | Deformationsmessverfahren und Vorrichtung mit Photoelementdetektoren. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63154297A JPH01320411A (ja) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | 変形の測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01320411A true JPH01320411A (ja) | 1989-12-26 |
Family
ID=15581054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63154297A Pending JPH01320411A (ja) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | 変形の測定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5061860A (ja) |
| EP (1) | EP0347911B1 (ja) |
| JP (1) | JPH01320411A (ja) |
| DE (1) | DE68918006T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112200785A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-08 | 北京科技大学 | 基于随机散点关系拓扑匹配函数的改进数字图像相关方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5907152A (en) * | 1992-10-05 | 1999-05-25 | Logitech, Inc. | Pointing device utilizing a photodetector array |
| US5426498A (en) * | 1994-04-04 | 1995-06-20 | University Of New Mexico | Method and apparatus for real-time speckle interferometry for strain or displacement of an object surface |
| WO1997000482A1 (en) * | 1995-06-15 | 1997-01-03 | The Regents Of The University Of Michigan | Method and apparatus for composition and display of three-dimensional image from two-dimensional ultrasound |
| DE19650325A1 (de) * | 1996-12-04 | 1998-06-10 | Ettemeyer Gmbh & Co Mes Und Pr | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Verformungen und Dehnungen an gekrümmten Körpern |
| US6529184B1 (en) | 2000-03-22 | 2003-03-04 | Microsoft Corporation | Ball pattern architecture |
| US7773070B2 (en) * | 2004-05-21 | 2010-08-10 | Cypress Semiconductor Corporation | Optical positioning device using telecentric imaging |
| CN104964647A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-10-07 | 李跃伟 | 阵列光敏电阻激光准直变形测量方法及其装置 |
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| JPS5626208A (en) * | 1979-08-09 | 1981-03-13 | Rikagaku Kenkyusho | Malformation measuring method |
| JPS58225303A (ja) * | 1982-06-25 | 1983-12-27 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 光学式機械量測定装置 |
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| US4678920A (en) * | 1985-06-17 | 1987-07-07 | General Motors Corporation | Machine vision method and apparatus |
| US4794262A (en) * | 1985-12-03 | 1988-12-27 | Yukio Sato | Method and apparatus for measuring profile of three-dimensional object |
| KR900006577B1 (ko) * | 1986-10-03 | 1990-09-13 | 엔티티 기쥬쯔이덴 가부시끼가이샤 | 형상 측정기 |
-
1988
- 1988-06-22 JP JP63154297A patent/JPH01320411A/ja active Pending
-
1989
- 1989-06-19 US US07/367,599 patent/US5061860A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-06-22 EP EP89111388A patent/EP0347911B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-06-22 DE DE68918006T patent/DE68918006T2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112200785A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-08 | 北京科技大学 | 基于随机散点关系拓扑匹配函数的改进数字图像相关方法 |
| CN112200785B (zh) * | 2020-10-14 | 2023-12-29 | 北京科技大学 | 基于随机散点关系拓扑匹配函数的改进数字图像相关方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE68918006T2 (de) | 1995-01-05 |
| US5061860A (en) | 1991-10-29 |
| EP0347911B1 (en) | 1994-09-07 |
| EP0347911A2 (en) | 1989-12-27 |
| DE68918006D1 (de) | 1994-10-13 |
| EP0347911A3 (en) | 1990-07-25 |
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