JPH0729445U - 材料試験機における光学式伸び測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試験片の伸びを非接触で精度よく測定する光
学式試験片伸び測定装置を提供する。 【構成】 この考案の光学式試験片伸び測定装置は、試
験片に対して光源部からの光を照射しその反射光を検出
部にて検出して試験片の伸びを測定する装置において、
光源部からの照射光と反射光の検出部への案内を行う光
ファイバーを試験片と光源部および検出部との間に設置
したもの。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、材料試験機において試験片の伸び（変位）を光学的に測定する光 学式伸び測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

この種の光学式伸び測定装置としては、試験片の標線に対して光源部からの光 を照射し、その反射光を検出部例えばＣＣＤ素子などにより検出し、その出力を 一定にするよう光源部の変位を制御して光源部の変位から試験片の伸びを測定す る方式が行われている。また最近では、光源部としてレーザ光発生装置が適用さ れその照射による反射のスペックルパターンを半導体イメージセンサーに検出し 測定する方式も実施されている。このレーザ光のスペックルパターン利用方式は 例えば特公昭５９−５２９６３号「変形の測定方法」公報に明示されるように、 レーザを照射したときに発生するスペックルパターン（スペックル模様）がその 照射物体の変位によって移動する原理を利用するものである。このスペックルパ ターンの移動量から照射物体の変位量を測定する方法は、照射物体の変位前後の スペックルパターンを光電変換し、得られる信号間の相互相関関数からのスペッ クルパターンの移動量を求め、試験片の変位を測定するものである。このように 光学式伸び測定装置としては、通常の光を利用し標線の変位を追従測定する方式 と、スペックルパターン計測方式などが活用されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

光源部からの照射光は直進することから一般的に光源部はその発生光が試験片 に照射できる位置に設置する必要があり、またその反射光を検出する検出部も同 様の位置に設置する必要がある。したがって試験機の上下チャックに把持された 小さい空間内にこれら光源部と検出部を設置する必要がある。しかも加熱炉内の 試験片伸び測定装置においてはこの問題は尚更深刻である。スペックルパターン 計測方式の伸び測定装置の場合はレーザ光を利用するので測定精度は高いものの 例えば加熱炉内の試験片伸び測定装置においては高温加熱による空気流の発生で レーザ光に揺らぎが発生し、正常なスペックルパターンが生じない場合が起こり 測定精度を低下させる。

【０００４】 この考案は、上述の問題点を解決する試験片搬送装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この考案が提供する試験片伸び測定装置は、試験片に対して光源部からの光を 照射しその反射光を検出部にて検出して試験片の伸びを測定する装置であって、 光源部からの照射光と反射光の検出部への案内を行う光ファイバーを試験片と光 源部および検出部との間に設置したものである。

【０００６】

【作用】

この考案が提供する試験片の光学式伸び測定装置によれば、光ファイバーが可 堯性を有するので、光源部と検出部を試験片位置に対して直線的な位置関係に制 約されない。また高温加熱による空気流の発生は、光ファイバー内の光に何等の 影響も与えない。

【０００７】

【実施例】

以下、この考案を図面に示す実施例にしたがって説明する。 図面に示す実施例は、上述のスペックルパターン計測方式の伸び測定装置に、 この考案を適用した光学式の試験片伸び測定装置である。図１は装置の原理的構 成を示す図であり、図２は試験片に対応する光ファイバーの先端部の形状を示す 図である。 図において１は試験片であって、上下はチャック２，３を介して図示しない負 荷機構に連結され、例えば引張負荷を受けて上下に引っ張られる。５と６はその 先端面が試験片の面の近接して対応するようにそれぞれ設置された光ファイバー で、光ファイバー５は試験片１の上方側標線に対応し、光ファイバー６は試験片 １の下側標線に対応して設置されている。両光ファイバー５，６の他端側は、そ れぞれレーザ光源９，１０に接続される照射用光ファイバー５１、６１と、試験 片１からの反射光をそれぞれのイメージセンサー７，８に伝送する反射用光ファ イバー５２、６２に分技されている。レーザ光源９，１０はたとえば半導体レー ザ（異種レーザ）が使用される。各光ファイバー５，６の先端は図２に示すよう に形成されていて、反射用光ファイバー５２は矩形状の端面を有し、他の面は照 射用光ファイバー５１の端面である。両光ファイバー５，６は固定台に立設され た支柱４によって固定支持されている。

【０００８】 したがって半導体レーザ９，１０からのレーザ光は光ファイバー５，６の先端 の端面５１，６１から試験片１に対して照射される。そしてこの照射による反射 光（散乱光）はスペックルパターンが生じる。このスペックルパターンは、光フ ァイバーの反射用光ファイバー５２，６２の端面から光ファイバーを介してイメ ージセンサー７，８に伝送される。イメージセンサー７，８ではスペックルパタ ーンが光電変換され、この場合試験片１が負荷によって変位するときその変位の 前後におけるスペックルパターンの光電変換値から相互相関関数が求められる。 この相互相関関数の極値としての位置として求められるスペックルパターンの移 動量から、試験片１の変位が計測される。このスペックルパターンの光電変換は 反射用光ファイバー５２，６２の端面からのスペックルパターンがイメージセン サー７，８にて取り込まれる。これら計測の原理は上述の特公昭５９−５２９６ ３号「変形の測定方法」公報に明示されているとおりである。

【０００９】 なお、図１において１２はレーザ光源９，１０とイメージセンサー７，８を載 置する台であり、１１はコントローラである。そして１３はこれらを支持する支 持台で、たとえば後述するように試験機の固定枠に設置される。コントローラ１ １にはレーザ光源の電力制御、イメージセンサーの作動制御を行う機能を有する とともに、変位量が表示部１９にディジタル表示される。

【００１０】 図３は具体的な試験機にこの考案を実施した斜視図で、支持台１３は試験機の 機枠１４に凸設されている。上チャック２はロードセル１７を介してクロスヘッ ド１６に吊設され、下チャック３は固定枠１５に垂設されている。図４は高温域 における試験を行う試験機にこの考案を実施した斜視図で、加熱炉１８が設置さ れている。２０は加熱用ヒータである。光ファイバー５，６はこの加熱炉１８の 炉壁を貫通して内方にある試験片１の面にその先端面が対応している。加熱炉１ ８の炉内における熱気流が発生しても光ファイバーによって照射光や反射光はゆ らぐことはない。ただ、光ファイバー５，６を加熱炉１８の炉壁を貫通させるに ついては、その貫通孔部に光ファイバーを頑丈に固定保持する保持機構を設置す ることが必要である。 この考案による光学式試験片伸び測定装置具は、以上のようなスペックルパタ ーン計測方式に限定されるものではなく、例えば試験片１に付された標線を識別 してその標線が変位したときその変位に光ファイバーを追従させる方式を適用す ることも可能である。そしてその追従量から試験片１の変位量すなわち伸び量を 測定するものである。このような光ファイバーの追従方式における追従の機構と しては、ファイバーをねじ送り機構にてサーボ制御しながら追従移動させる方式 である。すなわち、例えば実開昭６３−１１３９３９号「引張試験装置」、実開 平２−１４１８１１号「光学式伸び計」、実開平３−１７５４４号「光学式伸び 計」の公報に記載された機構等が適用される。これらに示される追従移動機構は 光源部と検出部を一体的に移動するものであるが、この考案ではファイバーのみ を移動させればよい。ねじ送り機構を駆動するモータの回転制御は検出部からの 出力を制御回路に導きその信号で行われる。

【００１１】 この考案が提供する光学式試験片伸び測定装置は以上説明したとおりであるが 、上記ならびに図示例に限定されず、種々の変形実施例を包含するものである。 まず、光ファイバーの構造については、図１に示すような分技形のみに限定され るものではない。例えば光源部とイメージセンサー部を一つの函体に収納したも のであれば光ファイバーを分技形にする必要がない。光源もレーザ光源には限定 されない。また、図示例では光ファイバーの先端は図２に示すように照射光ファ イバーが矩形をなし、反射光受入れ光ファイバー面がその他の領域としたもので あるが、反射光受入れ光ファイバー面をも矩形とすることもできる。矩形でなく 、同心円の二重構造とすることもできよう。検出部の構造もスペックルパターン 計測方式の場合とそうでない場合では異なる。この考案はこれら全てを包含する ものである。

【００１２】

【考案の効果】

この考案が提供する材料試験機における光学式試験片伸び測定装置は以上説明 したとおりであるから、伸び測定装置を試験片の近傍に設置する必要はなくなり 、測定装置の設置を容易にするとともに構造の簡略化を図ることができる。また 、高温域において試験する場合においても熱気流による空気のゆらぎの影響を受 けることはなく、精度よく非接触式の伸び測定を保障するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による伸び測定装置の原理的構成を斜
視的に示す図である。

【図２】この考案の要部を示す図である。

【図３】この考案を実施した具体的な試験機を斜視的に
示す図である。

【図４】この考案を実施した具体的な試験機を斜視的に
示す図である。

【符号の説明】

１…試験片 ２，３…チャック ４…支柱 ５，６…光ファイバー ７，８…イメージセンサー ９，１０…レーザ光源 １１…コントローラ １８…加熱炉

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】試験片に対して光源部からの光を照射しそ
   の反射光を検出部にて検出して試験片の伸びを測定する
   装置において、光源部からの照射光と反射光の検出部へ
   の案内を行う光ファイバーを試験片と光源部および検出
   部との間に設置したことを特徴とする材料試験機におけ
   る光学式伸び測定装置。