JPH074928A - 歪測定装置 - Google Patents
歪測定装置Info
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- JPH074928A JPH074928A JP14366693A JP14366693A JPH074928A JP H074928 A JPH074928 A JP H074928A JP 14366693 A JP14366693 A JP 14366693A JP 14366693 A JP14366693 A JP 14366693A JP H074928 A JPH074928 A JP H074928A
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- Japan
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- amount
- strain
- test body
- laser
- speckle pattern
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-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザー光を利用した非接触の測定で、しか
も従来のスペックルパターンを利用した測定に比してよ
り広範囲な領域での平均的な歪みの測定が可能で、か
つ、従来の伸び計等を用いた測定結果との関連づけが容
易なデータを得ることのできる歪測定装置を提供する。 【構成】 試験体Ｗに対し測定すべき歪み方向に所定距
離隔てた２箇所にレーザービームＢ1,Ｂ2 を照射する光
学系と、その各照射位置からの反射光を独立的に入力し
てそれぞれのスペックルパターンを測定するイメージセ
ンサ１２，２２と、その各スペックルパターンデータの
相互相関をそれぞれ計算してそのスペックルパターンの
移動量を個別に算出し、その各移動量の差から試験体Ｗ
の２箇所間の歪み量を算出する演算手段３０を設ける。
も従来のスペックルパターンを利用した測定に比してよ
り広範囲な領域での平均的な歪みの測定が可能で、か
つ、従来の伸び計等を用いた測定結果との関連づけが容
易なデータを得ることのできる歪測定装置を提供する。 【構成】 試験体Ｗに対し測定すべき歪み方向に所定距
離隔てた２箇所にレーザービームＢ1,Ｂ2 を照射する光
学系と、その各照射位置からの反射光を独立的に入力し
てそれぞれのスペックルパターンを測定するイメージセ
ンサ１２，２２と、その各スペックルパターンデータの
相互相関をそれぞれ計算してそのスペックルパターンの
移動量を個別に算出し、その各移動量の差から試験体Ｗ
の２箇所間の歪み量を算出する演算手段３０を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は歪測定装置に関し、更に
詳しくは、例えば材料試験機等における試験体の伸縮量
を、レーザー光を用いて非接触で測定することのできる
歪測定装置に関する。
詳しくは、例えば材料試験機等における試験体の伸縮量
を、レーザー光を用いて非接触で測定することのできる
歪測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザー光等の干渉性のよい光を物体の
表面に照射したときに得られるスペックルパターンを利
用することにより、物体の微小な変位や変形量等を測定
できることは古くから知られている。
表面に照射したときに得られるスペックルパターンを利
用することにより、物体の微小な変位や変形量等を測定
できることは古くから知られている。
【０００３】このようなスペックルパターンを利用し
て、物体の所望方向への歪み量ないしは移動量等を、非
接触でしかもほぼリアルタイムで測定する方法が既に提
案されている（特公昭５９−５２９６３号，特公昭６１
−２７６８１号）。
て、物体の所望方向への歪み量ないしは移動量等を、非
接触でしかもほぼリアルタイムで測定する方法が既に提
案されている（特公昭５９−５２９６３号，特公昭６１
−２７６８１号）。
【０００４】これらの提案方法においては、物体の被測
定部位にレーザービームを照射して得られる反射光をイ
メージセンサ等によって光電変換してスペックルパター
ンに応じた電気信号を得るようにするとともに、物体の
変形前後の信号の相関関数を求めることによってスペッ
クルパターンの移動量を求めるが、上述の提案のうち後
者のものでは、スペックルパターンの移動量から物体の
歪み量のみを抽出することを目的として、物体の被測定
部位の同一点に対して表面法線を挟んで互いに対称な角
度で２本のレーザービームを照射し、それぞれのビーム
が作るスペックルパターンの移動量の差を求め、あるい
は、被測定部位に対して１本のレーザービームを照射し
てその反射光を２方向で観察し、各観察点で同様にして
得られたスペックルパターンの移動量の差を求めること
により、物体の歪み量を求めている。
定部位にレーザービームを照射して得られる反射光をイ
メージセンサ等によって光電変換してスペックルパター
ンに応じた電気信号を得るようにするとともに、物体の
変形前後の信号の相関関数を求めることによってスペッ
クルパターンの移動量を求めるが、上述の提案のうち後
者のものでは、スペックルパターンの移動量から物体の
歪み量のみを抽出することを目的として、物体の被測定
部位の同一点に対して表面法線を挟んで互いに対称な角
度で２本のレーザービームを照射し、それぞれのビーム
が作るスペックルパターンの移動量の差を求め、あるい
は、被測定部位に対して１本のレーザービームを照射し
てその反射光を２方向で観察し、各観察点で同様にして
得られたスペックルパターンの移動量の差を求めること
により、物体の歪み量を求めている。
【０００５】すなわち、後者の提案においては、物体の
１箇所において２種のスペックルパターンを測定し、そ
れぞれの相互相関関数を求めることによって各スペック
ルパターンの移動量を算出し、それらの差を求めること
により、スペックルパターンの各移動量の算出結果に含
まれる並進量に関する情報ををキャンセルして、レーザ
ースポット内の歪み量のみを残している。
１箇所において２種のスペックルパターンを測定し、そ
れぞれの相互相関関数を求めることによって各スペック
ルパターンの移動量を算出し、それらの差を求めること
により、スペックルパターンの各移動量の算出結果に含
まれる並進量に関する情報ををキャンセルして、レーザ
ースポット内の歪み量のみを残している。
【０００６】また、このようなスペックルパターンの移
動を利用したものとは別に、ドップラー効果を利用して
試験体の歪み量を計測する装置がある。すなわち、試験
体の同一箇所に異なる波長を持つ２種のレーザービーム
を互いにある角度２θをもって照射する。これにより干
渉縞が生じ、その強度は２つのレーザービームの周波数
差Δｆで変調されることになる。この状態で試験体が移
動すると、ドップラー効果によって干渉縞の強度の変調
周波数はΔｆからΔｆ＋Ｖ／ｄへとＶ／ｄだけシフトす
る。ここでＶは試験体の移動速度、ｄは干渉縞の間隔で
あって、レーザー波長をλとするとｄ＝λ／2sinθで与
えられる。速度Ｖを時間で積分すると試験体のレーザー
ビーム照射位置での移動量が求められるが、実際の装置
では、レーザー照射位置からの散乱光をポイントセンサ
に集光し、その出力と、基準となるビート信号Δｆとの
位相差が等価的に移動量に相当することから、その位相
差を電気的に検出することによって移動量を求めてい
る。この場合、３６０°の位相差が干渉縞１周期ｄに相
当する。
動を利用したものとは別に、ドップラー効果を利用して
試験体の歪み量を計測する装置がある。すなわち、試験
体の同一箇所に異なる波長を持つ２種のレーザービーム
を互いにある角度２θをもって照射する。これにより干
渉縞が生じ、その強度は２つのレーザービームの周波数
差Δｆで変調されることになる。この状態で試験体が移
動すると、ドップラー効果によって干渉縞の強度の変調
周波数はΔｆからΔｆ＋Ｖ／ｄへとＶ／ｄだけシフトす
る。ここでＶは試験体の移動速度、ｄは干渉縞の間隔で
あって、レーザー波長をλとするとｄ＝λ／2sinθで与
えられる。速度Ｖを時間で積分すると試験体のレーザー
ビーム照射位置での移動量が求められるが、実際の装置
では、レーザー照射位置からの散乱光をポイントセンサ
に集光し、その出力と、基準となるビート信号Δｆとの
位相差が等価的に移動量に相当することから、その位相
差を電気的に検出することによって移動量を求めてい
る。この場合、３６０°の位相差が干渉縞１周期ｄに相
当する。
【０００７】以上のような原理を用いて、試験体の２箇
所それぞれに上記したような２種のレーザービームを照
射して、その各照射位置における移動量を求めることに
より、試験体の２箇所間の伸びまたは縮み量が得られ
る。
所それぞれに上記したような２種のレーザービームを照
射して、その各照射位置における移動量を求めることに
より、試験体の２箇所間の伸びまたは縮み量が得られ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、スペックル
パターンを利用した前述の２つの提案においては、いず
れも、物体の１箇所にレーザービームを照射して得られ
るスペックルパターンを用いるため、例えばこの方法を
材料試験機等による引張（または圧縮）試験等に適用し
て試験体の伸び（または縮み）を測定しようとした場
合、試験体の伸び（縮み）はレーザースポット内の伸び
量（縮み量）が試験体全体の伸び（縮み）を代表したも
のとなり、他所でクラック等が生じたとしてもその情報
はデータに反映されないばかりでなく、得られたデータ
は、従来の伸び計等を用いたＪＩＳ準拠の測定結果とか
け離れたものとなり、相互の関連を求めることが困難で
あるという欠点がある。
パターンを利用した前述の２つの提案においては、いず
れも、物体の１箇所にレーザービームを照射して得られ
るスペックルパターンを用いるため、例えばこの方法を
材料試験機等による引張（または圧縮）試験等に適用し
て試験体の伸び（または縮み）を測定しようとした場
合、試験体の伸び（縮み）はレーザースポット内の伸び
量（縮み量）が試験体全体の伸び（縮み）を代表したも
のとなり、他所でクラック等が生じたとしてもその情報
はデータに反映されないばかりでなく、得られたデータ
は、従来の伸び計等を用いたＪＩＳ準拠の測定結果とか
け離れたものとなり、相互の関連を求めることが困難で
あるという欠点がある。
【０００９】また、スペックルパターンを利用したもの
のうち後者の提案においては、測定部位に対する２本の
レーザービームの照射角度または観察点の角度を相当大
きくしないと正確な歪みを得ることができず、例えば雰
囲気中での試験のようにチャンバ内に試験体を収容した
状態で、チャンバに設けられた窓を介して歪みを測定す
る場合には、窓を相当大きくしないと測定できない、ま
たは複数個の窓を取り付けなければならない、という問
題もある。
のうち後者の提案においては、測定部位に対する２本の
レーザービームの照射角度または観察点の角度を相当大
きくしないと正確な歪みを得ることができず、例えば雰
囲気中での試験のようにチャンバ内に試験体を収容した
状態で、チャンバに設けられた窓を介して歪みを測定す
る場合には、窓を相当大きくしないと測定できない、ま
たは複数個の窓を取り付けなければならない、という問
題もある。
【００１０】更に、レーザードップラーを利用して試験
体の２箇所間の歪みを計測する装置では、その２箇所間
の歪みが得られるものの、その２箇所間の距離は固定さ
れたものであり、試験体の変形前後において一定となっ
ている。しかし、ＪＩＳ準拠の測定にあっては、試験体
上に設定した２点（標点）間が試験によってどれだけ伸
びた（縮んだ）かを測定する必要があり、この方式でも
ＪＩＳに準拠したデータが得られるものではない。
体の２箇所間の歪みを計測する装置では、その２箇所間
の歪みが得られるものの、その２箇所間の距離は固定さ
れたものであり、試験体の変形前後において一定となっ
ている。しかし、ＪＩＳ準拠の測定にあっては、試験体
上に設定した２点（標点）間が試験によってどれだけ伸
びた（縮んだ）かを測定する必要があり、この方式でも
ＪＩＳに準拠したデータが得られるものではない。
【００１１】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、第１の発明の目的は、レーザー光の照射による
スペックルパターンを利用した非接触の測定で、しか
も、試験体のより広範囲な領域における平均的な伸び
（縮み）を得ることができ、その領域内でのクラックの
発生等をデータに反映させることが可能で、かつ、従来
の伸び計等を用いた測定結果と容易に関連づけ可能なデ
ータを得ることのできるレーザー歪計を提供することに
ある。
もので、第１の発明の目的は、レーザー光の照射による
スペックルパターンを利用した非接触の測定で、しか
も、試験体のより広範囲な領域における平均的な伸び
（縮み）を得ることができ、その領域内でのクラックの
発生等をデータに反映させることが可能で、かつ、従来
の伸び計等を用いた測定結果と容易に関連づけ可能なデ
ータを得ることのできるレーザー歪計を提供することに
ある。
【００１２】また、第２の発明の目的は、レーザービー
ムを用いた非接触の測定で、スペックルパターンまたは
レーザードップラー効果を利用したいずれの方式におい
ても、ＪＩＳに準拠した標点間での伸び（縮み）を直ち
に得ることのできるレーザー歪み計を提供することにあ
る。
ムを用いた非接触の測定で、スペックルパターンまたは
レーザードップラー効果を利用したいずれの方式におい
ても、ＪＩＳに準拠した標点間での伸び（縮み）を直ち
に得ることのできるレーザー歪み計を提供することにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、第１の発明のレーザー歪計は、試験体に対してその
測定すべき歪み方向に所定の距離を隔てた２箇所にそれ
ぞれレーザービームを照射する光学系と、その各照射位
置からの反射光をそれぞれ独立的に入力してそれぞれの
スペックルパターンを測定するためのイメージセンサ
と、そのイメージセンサからの各照射位置におけるスペ
ックルパターンデータの相互相関関数をそれぞれ計算す
ることにより各照射位置でのスペックルパターンの移動
量を個別に求めるとともに、その各移動量の差から試験
体の上記２箇所間における歪みの量を算出する演算手段
を備えたことによって特徴づけられる。
め、第１の発明のレーザー歪計は、試験体に対してその
測定すべき歪み方向に所定の距離を隔てた２箇所にそれ
ぞれレーザービームを照射する光学系と、その各照射位
置からの反射光をそれぞれ独立的に入力してそれぞれの
スペックルパターンを測定するためのイメージセンサ
と、そのイメージセンサからの各照射位置におけるスペ
ックルパターンデータの相互相関関数をそれぞれ計算す
ることにより各照射位置でのスペックルパターンの移動
量を個別に求めるとともに、その各移動量の差から試験
体の上記２箇所間における歪みの量を算出する演算手段
を備えたことによって特徴づけられる。
【００１４】また、第２の発明のレーザー歪み計は、試
験体に対してその測定すべき歪み方向に所定の距離を隔
てた２箇所にそれぞれレーザービームを照射する光学系
と、その各照射位置からの反射光をそれぞれ独立的に入
力するセンサと、そのセンサからの出力を採り込んで、
上記各照射位置における試験体の変位量を求める変位量
算出手段と、その変位量算出手段による算出結果を導入
して、各レーザービームが当初の照射位置を追尾するよ
う当該レーザービームを走査するビーム走査手段を有
し、そのビーム走査手段による各ビームの走査量と変位
量算出手段による算出結果とから、試験体の上記２箇所
間における歪み量を算出する演算手段を備えたことによ
って特徴づけられる。
験体に対してその測定すべき歪み方向に所定の距離を隔
てた２箇所にそれぞれレーザービームを照射する光学系
と、その各照射位置からの反射光をそれぞれ独立的に入
力するセンサと、そのセンサからの出力を採り込んで、
上記各照射位置における試験体の変位量を求める変位量
算出手段と、その変位量算出手段による算出結果を導入
して、各レーザービームが当初の照射位置を追尾するよ
う当該レーザービームを走査するビーム走査手段を有
し、そのビーム走査手段による各ビームの走査量と変位
量算出手段による算出結果とから、試験体の上記２箇所
間における歪み量を算出する演算手段を備えたことによ
って特徴づけられる。
【００１５】
【作用】第１の発明では、２種のスペックルパターンの
移動量に含まれる歪みと並進情報から、従来の提案のよ
うに並進情報をキャンセルするのではなく、歪みの情報
をキャンセルする。そして、２種のスペックルパターン
は試験体の１箇所から得るのではなく、歪みを測定すべ
き方向に所定距離隔てた２箇所から個別に得る。これに
より、その２箇所間の試験体の歪み（伸びまはた縮み）
量が得られる。
移動量に含まれる歪みと並進情報から、従来の提案のよ
うに並進情報をキャンセルするのではなく、歪みの情報
をキャンセルする。そして、２種のスペックルパターン
は試験体の１箇所から得るのではなく、歪みを測定すべ
き方向に所定距離隔てた２箇所から個別に得る。これに
より、その２箇所間の試験体の歪み（伸びまはた縮み）
量が得られる。
【００１６】すなわち、スペックルパターンの移動量Ａ
X は、簡単のためにレーザービームが試験体に対して垂
直に入射したとし、その反射光を、試験体の表面法線に
対して sinθ0 の方向に置かれ、かつ、反射面からＬ0
の距離にあるイメージセンサで検出し、更に試験体には
所定方向（ｘ方向）への並進ａX と歪みεXX以外の回転
等の成分がないとすると、 ＡX ＝ａX −Ｌ0 εXX sinθ0 ・・・・（１） で表される。
X は、簡単のためにレーザービームが試験体に対して垂
直に入射したとし、その反射光を、試験体の表面法線に
対して sinθ0 の方向に置かれ、かつ、反射面からＬ0
の距離にあるイメージセンサで検出し、更に試験体には
所定方向（ｘ方向）への並進ａX と歪みεXX以外の回転
等の成分がないとすると、 ＡX ＝ａX −Ｌ0 εXX sinθ0 ・・・・（１） で表される。
【００１７】特公昭６１−２７６８１号では、１箇所で
の反射光を例えばθ0 および−θ0の方向で検出し、そ
の２種のスペックルパターンの移動量の算出結果の差を
とることにより、その箇所における歪み量ΔＡを ΔＡ＝（ａX −Ｌ0 εXX sinθ0 ）−｛ａX −Ｌ0 εXX sin（−θ0 ）｝ ＝−２εXXＬ0 sin θ0 ・・・・（２） として求めている。この式から明らかなように、θ0 を
相当大きくしないと正確な歪みを得ることができない。
の反射光を例えばθ0 および−θ0の方向で検出し、そ
の２種のスペックルパターンの移動量の算出結果の差を
とることにより、その箇所における歪み量ΔＡを ΔＡ＝（ａX −Ｌ0 εXX sinθ0 ）−｛ａX −Ｌ0 εXX sin（−θ0 ）｝ ＝−２εXXＬ0 sin θ0 ・・・・（２） として求めている。この式から明らかなように、θ0 を
相当大きくしないと正確な歪みを得ることができない。
【００１８】これに対し第１の発明では、試験体の測定
すべき歪みの方向（ｘ方向）に所定距離隔たった２箇所
でそれぞれスペックルパターンの移動量ＡX1およびＡX2
を算出する。
すべき歪みの方向（ｘ方向）に所定距離隔たった２箇所
でそれぞれスペックルパターンの移動量ＡX1およびＡX2
を算出する。
【００１９】この場合、それぞれの反射光をθ01とθ02
の方向で観察し、各箇所におけるｘ方向への並進量およ
び歪み量を、それぞれａX1とａX2、およびεXX1 とε
XX2 とすると、 ＡX1＝ａX1−Ｌ0 εXX1sinθ01 ・・・・（３） ＡX2＝ａX2−Ｌ0 εXX2sinθ02 ・・・・（４） となる。θ01およびθ02をそれぞれ小さくし、かつ、θ
01≒θ02とするとともに、レーザースポット径が充分に
小さいとすると、（３）および（４）式の右辺第２項は
ａX1ないしはａX2に比して小さくなる。従って、各照射
位置におけるスペックル移動量ＡX1とＡX2の差ΔＡX ΔＡX ＝ＡX1−ＡX2 ・・・・（５） を求めると、（３）式および（４）式の各右辺第２項、
つまり各レーザースポット内における歪み量情報は実質
的にキャンセルされ、その値ΔＡは各レーザースポット
間における試験体の歪み量（伸びまたは縮み）を表すこ
とになり、所期の目的を達成できる。
の方向で観察し、各箇所におけるｘ方向への並進量およ
び歪み量を、それぞれａX1とａX2、およびεXX1 とε
XX2 とすると、 ＡX1＝ａX1−Ｌ0 εXX1sinθ01 ・・・・（３） ＡX2＝ａX2−Ｌ0 εXX2sinθ02 ・・・・（４） となる。θ01およびθ02をそれぞれ小さくし、かつ、θ
01≒θ02とするとともに、レーザースポット径が充分に
小さいとすると、（３）および（４）式の右辺第２項は
ａX1ないしはａX2に比して小さくなる。従って、各照射
位置におけるスペックル移動量ＡX1とＡX2の差ΔＡX ΔＡX ＝ＡX1−ＡX2 ・・・・（５） を求めると、（３）式および（４）式の各右辺第２項、
つまり各レーザースポット内における歪み量情報は実質
的にキャンセルされ、その値ΔＡは各レーザースポット
間における試験体の歪み量（伸びまたは縮み）を表すこ
とになり、所期の目的を達成できる。
【００２０】また、θ01，θ02を小さくするということ
は、レーザーの近くにイメージセンサ配置することであ
り、その分、装置をコンパクトに設計することができ、
装置の設置場所に対する制約も減少するなどの効果に繋
がる。また、試験体がチャンバー内にある場合、必要な
窓の大きさ等に対する要求も厳しくないという効果にも
繋がる。
は、レーザーの近くにイメージセンサ配置することであ
り、その分、装置をコンパクトに設計することができ、
装置の設置場所に対する制約も減少するなどの効果に繋
がる。また、試験体がチャンバー内にある場合、必要な
窓の大きさ等に対する要求も厳しくないという効果にも
繋がる。
【００２１】一方、第２の発明では、試験体の２箇所に
照射したレーザービームの反射光をそれぞれ入力するセ
ンサからの出力を用いて、上述の第１の発明のように各
照射位置でのスペックルパターンを利用して、あるい
は、レーザードップラー方式に基づいて各照射位置での
試験体の変位量を算出するのに加え、その算出された変
位量に基づいて各レーザービームを走査して当初の照射
位置を追尾する。これにより、当初にレーザービームを
照射した２箇所が、それぞれどこまで変位したかを知る
ことができ、ＪＩＳの伸び（または縮み）という概念に
等価な歪み量を得ることが可能となる。
照射したレーザービームの反射光をそれぞれ入力するセ
ンサからの出力を用いて、上述の第１の発明のように各
照射位置でのスペックルパターンを利用して、あるい
は、レーザードップラー方式に基づいて各照射位置での
試験体の変位量を算出するのに加え、その算出された変
位量に基づいて各レーザービームを走査して当初の照射
位置を追尾する。これにより、当初にレーザービームを
照射した２箇所が、それぞれどこまで変位したかを知る
ことができ、ＪＩＳの伸び（または縮み）という概念に
等価な歪み量を得ることが可能となる。
【００２２】
【実施例】図１は第１の発明の実施例の構成を示すブロ
ック図である。試験体Ｗに対して、その歪みを測定すべ
き方向（ｘ方向）に互いに所定の距離ＧＬだけ離れた位
置に、それぞれ半導体レーザー１１および２１からのレ
ーザービームＢ1 およびＢ2 がそれぞれ試験体Ｗの表面
に対して垂直に照射される。この各半導体レーザー１１
と２１はその出力光の波長が互いに異なり、例えば一方
の半導体レーザー１１の波長は６７０ｎｍで他方の半導
体レーザー２１の波長は７８０ｎｍである。
ック図である。試験体Ｗに対して、その歪みを測定すべ
き方向（ｘ方向）に互いに所定の距離ＧＬだけ離れた位
置に、それぞれ半導体レーザー１１および２１からのレ
ーザービームＢ1 およびＢ2 がそれぞれ試験体Ｗの表面
に対して垂直に照射される。この各半導体レーザー１１
と２１はその出力光の波長が互いに異なり、例えば一方
の半導体レーザー１１の波長は６７０ｎｍで他方の半導
体レーザー２１の波長は７８０ｎｍである。
【００２３】各レーザービームＢ1 およびＢ2 の照射位
置からの反射光（散乱光）は、それぞれの位置に対応し
て、試験体Ｗの表面に対して互いに同一の角度で、か
つ、同一の距離だけ離れた位置に置かれたＳi フォトダ
イオードアレイ等からなる１次元イメージセンサ１２お
よび２２に入射し、これらによって各照射位置でのスペ
ックルパターンが独立的に検出されるが、各イメージセ
ンサ１２および２２の入射面には、各反射光が混同しな
いように、それぞれ対応するレーザー波長のみを通過さ
せるバンドパスフィルタ１３および２３が設けられてい
る。
置からの反射光（散乱光）は、それぞれの位置に対応し
て、試験体Ｗの表面に対して互いに同一の角度で、か
つ、同一の距離だけ離れた位置に置かれたＳi フォトダ
イオードアレイ等からなる１次元イメージセンサ１２お
よび２２に入射し、これらによって各照射位置でのスペ
ックルパターンが独立的に検出されるが、各イメージセ
ンサ１２および２２の入射面には、各反射光が混同しな
いように、それぞれ対応するレーザー波長のみを通過さ
せるバンドパスフィルタ１３および２３が設けられてい
る。
【００２４】各イメージセンサ１２および２２の出力は
Ａ−Ｄ変換器１４ないしは２４によってデジタル化され
た後、コンピュータ３０のメモリに格納される。コンピ
ュータ３０では、各イメージセンサ１２および２２から
の出力データを用いて、それぞれのデータの相互相関を
刻々と個別に算出し、その算出結果から公知の手法によ
って各レーザービームＢ1 およびＢ2 の照射位置でのス
ペックルパターンの移動量ＡX1およびＡX2を求める。そ
して、そのＡX1およびＡX2の差を求め、その値ΔＡを試
験体ＷのレーザービームＢ1 とＢ2 の照射位置間の歪み
量として表示器３１に刻々と表示し、あるいはプロッタ
３２にプロットする。
Ａ−Ｄ変換器１４ないしは２４によってデジタル化され
た後、コンピュータ３０のメモリに格納される。コンピ
ュータ３０では、各イメージセンサ１２および２２から
の出力データを用いて、それぞれのデータの相互相関を
刻々と個別に算出し、その算出結果から公知の手法によ
って各レーザービームＢ1 およびＢ2 の照射位置でのス
ペックルパターンの移動量ＡX1およびＡX2を求める。そ
して、そのＡX1およびＡX2の差を求め、その値ΔＡを試
験体ＷのレーザービームＢ1 とＢ2 の照射位置間の歪み
量として表示器３１に刻々と表示し、あるいはプロッタ
３２にプロットする。
【００２５】前記した（３）〜（５）式に示すように、
各スペックルパターンの移動量ＡX1およびＡX2には、そ
れぞれのレーザースポット内での試験体Ｗの歪み量と並
進量の情報が含まれるが、各レーザービームＢ1 とＢ2
のスポット径を小さくし、それぞれの反射光をほぼ同一
の角度で観察して、ＡX1とＡX2の差ΔＡをとることによ
って、それぞれの歪み量情報がキャンセルされる結果、
ΔＡは各照射位置の並進量の差を表すことになり、表示
器３１ないしはロッタ３２には試験体Ｗの距離ＧＬ間の
歪み量（伸びまたは縮み量）が刻々と表示ないしはプロ
ットされることになる。
各スペックルパターンの移動量ＡX1およびＡX2には、そ
れぞれのレーザースポット内での試験体Ｗの歪み量と並
進量の情報が含まれるが、各レーザービームＢ1 とＢ2
のスポット径を小さくし、それぞれの反射光をほぼ同一
の角度で観察して、ＡX1とＡX2の差ΔＡをとることによ
って、それぞれの歪み量情報がキャンセルされる結果、
ΔＡは各照射位置の並進量の差を表すことになり、表示
器３１ないしはロッタ３２には試験体Ｗの距離ＧＬ間の
歪み量（伸びまたは縮み量）が刻々と表示ないしはプロ
ットされることになる。
【００２６】ここで、以上の実施例のように各イメージ
センサ１２およひ２２の入射面に設けたバンドパスフィ
ルタ１３および２３は、例えば高温の試験体の測定に際
して特に影響の強い輻射光をはじめとした、バックグラ
ウンド光の影響を除去できるという利点がある。
センサ１２およひ２２の入射面に設けたバンドパスフィ
ルタ１３および２３は、例えば高温の試験体の測定に際
して特に影響の強い輻射光をはじめとした、バックグラ
ウンド光の影響を除去できるという利点がある。
【００２７】図２は第１の発明の他の実施例の要部構成
を示すブロック図である。この実施例の特徴は、試験体
Ｗに対して互いに距離ＧＬだけ離れた位置に照射すべき
レーザービームＢ1 およびＢ2 を、１個の半導体レーザ
ー１１の出力ビームを時分割的に用いる点にある。
を示すブロック図である。この実施例の特徴は、試験体
Ｗに対して互いに距離ＧＬだけ離れた位置に照射すべき
レーザービームＢ1 およびＢ2 を、１個の半導体レーザ
ー１１の出力ビームを時分割的に用いる点にある。
【００２８】すなわち、半導体レーザー１１の出力ビー
ムの光路上に、可動ミラー４１とこれに対向する固定ミ
ラー４２が設けられており、可動ミラー４１はコンピュ
ータ３０からのタイミング信号により制御されるミラー
駆動機構４１ａによって、半導体レーザー１１からのビ
ームを通過させてそのまま試験体Ｗの所定位置にレーザ
ービームＢ1 として照射させるる位置と、同ビームを反
射させて固定ミラー４２を介してレーザービームＢ2 と
して試験体Ｗに照射させる位置に交互に変位するように
なっている。この各レーザービームＢ1 およびＢ2 は、
先の例と同様に試験体Ｗに対してそれぞれ垂直であり、
各ビームの照射位置はＧＬだけ隔たった位置である。
ムの光路上に、可動ミラー４１とこれに対向する固定ミ
ラー４２が設けられており、可動ミラー４１はコンピュ
ータ３０からのタイミング信号により制御されるミラー
駆動機構４１ａによって、半導体レーザー１１からのビ
ームを通過させてそのまま試験体Ｗの所定位置にレーザ
ービームＢ1 として照射させるる位置と、同ビームを反
射させて固定ミラー４２を介してレーザービームＢ2 と
して試験体Ｗに照射させる位置に交互に変位するように
なっている。この各レーザービームＢ1 およびＢ2 は、
先の例と同様に試験体Ｗに対してそれぞれ垂直であり、
各ビームの照射位置はＧＬだけ隔たった位置である。
【００２９】各照射位置からの反射光はそれぞれに対応
して設けられた１次元のイメージセンサ１２および２２
よって検出され、それぞれＡ−Ｄ変換器１４ないしは２
４によってデジタル化された後にコンピュータ３０に採
り込まれるが、コンピュータ３０からの光路切り換え用
のタイミング信号は各Ａ−Ｄ変換器１４および２４にも
供給され、半導体レーザー１１からのビームがレーザー
ビームＢ1 として試験体Ｗに照射されているときにのみ
それに対応するイメージセンサ１２の出力が採り込ま
れ、レーザービームＢ2 として照射されているときには
それに対応するイメージセンサ２２の出力が採り込まれ
るようになっている。これにより、それぞれの照射位置
からの反射光に他方からの反射光の影響が及ばないよう
になっている。
して設けられた１次元のイメージセンサ１２および２２
よって検出され、それぞれＡ−Ｄ変換器１４ないしは２
４によってデジタル化された後にコンピュータ３０に採
り込まれるが、コンピュータ３０からの光路切り換え用
のタイミング信号は各Ａ−Ｄ変換器１４および２４にも
供給され、半導体レーザー１１からのビームがレーザー
ビームＢ1 として試験体Ｗに照射されているときにのみ
それに対応するイメージセンサ１２の出力が採り込ま
れ、レーザービームＢ2 として照射されているときには
それに対応するイメージセンサ２２の出力が採り込まれ
るようになっている。これにより、それぞれの照射位置
からの反射光に他方からの反射光の影響が及ばないよう
になっている。
【００３０】そして、このようにして得られた各スペッ
クルパターンデータは、先の例と同様にして個別に相互
相関関数の算出によりそれぞれ移動量ＡX1およびＡX2の
算出に供され、これらの差ΔＡからＧＬ間の歪み量が求
められる。
クルパターンデータは、先の例と同様にして個別に相互
相関関数の算出によりそれぞれ移動量ＡX1およびＡX2の
算出に供され、これらの差ΔＡからＧＬ間の歪み量が求
められる。
【００３１】この実施例では、半導体レーザーを１個し
か必要としないため、半導体レーザーが高価な場合には
有効である。なお、以上の各本発明実施例において、レ
ーザービームＢ1 とＢ2 の各照射位置を個別に、あるい
はその間隔ＧＬを、機械的に可変とした構成としておけ
ば、いわゆる標点間距離をユーザーが任意に設定するこ
とが可能となり、各種材質の試験に対応できる。
か必要としないため、半導体レーザーが高価な場合には
有効である。なお、以上の各本発明実施例において、レ
ーザービームＢ1 とＢ2 の各照射位置を個別に、あるい
はその間隔ＧＬを、機械的に可変とした構成としておけ
ば、いわゆる標点間距離をユーザーが任意に設定するこ
とが可能となり、各種材質の試験に対応できる。
【００３２】ところで、以上の各実施例において得られ
る歪み量ΔＡは、図３（Ａ）に示すように互いに距離Ｇ
Ｌを隔てて固定された観測点を横切った試験体の移動量
の積分値であって、例えばＪＩＳの引張試験における伸
びの測定における規格で定まっている伸び、つまり図３
（Ｂ）に示すようにＧＬがどこまで変化したかの率、と
は若干異なる。
る歪み量ΔＡは、図３（Ａ）に示すように互いに距離Ｇ
Ｌを隔てて固定された観測点を横切った試験体の移動量
の積分値であって、例えばＪＩＳの引張試験における伸
びの測定における規格で定まっている伸び、つまり図３
（Ｂ）に示すようにＧＬがどこまで変化したかの率、と
は若干異なる。
【００３３】この相違を埋めて、本発明の各実施例によ
り得られる測定結果をＪＩＳに規定された伸びの定義に
一致させる手法について述べる。今、図３（Ｃ）に示す
ように、試験体Ｗの伸びが均一であるとしてその伸び率
がａであるとし、このときの微小伸び率をｄａとする
と、観測点を通過する微小変位は
り得られる測定結果をＪＩＳに規定された伸びの定義に
一致させる手法について述べる。今、図３（Ｃ）に示す
ように、試験体Ｗの伸びが均一であるとしてその伸び率
がａであるとし、このときの微小伸び率をｄａとする
と、観測点を通過する微小変位は
【００３４】
【数１】
【００３５】で表される。これを０から最終の伸び率α
まで積分すると、
まで積分すると、
【００３６】
【数２】
【００３７】となる。この（７）式のαはＪＩＳの規定
する伸びに相当する値であり、一方、本発明実施例によ
り得られる伸び率α′は
する伸びに相当する値であり、一方、本発明実施例によ
り得られる伸び率α′は
【００３８】
【数３】
【００３９】より求まる。伸び率α′からαを求めるに
は、
は、
【００４０】
【数４】
【００４１】この（８），（９）式をコンピュータ３０
に記憶させておき、ΔＡをＧＬ×αに換算して表示する
と、ＪＩＳの準拠した伸び（歪み）を直ちに得ることが
可能となる。
に記憶させておき、ΔＡをＧＬ×αに換算して表示する
と、ＪＩＳの準拠した伸び（歪み）を直ちに得ることが
可能となる。
【００４２】さて、以上の各実施例では、試験体Ｗの歪
み量の測定限界は、レーザービームＢ1 とＢ2 のスポッ
ト径の大きさによって決まり、試験体Ｗがいずれかのス
ポット径を越えて歪んだときには測定できない。この測
定限界を拡張し、しかもＪＩＳに規定する伸び（ないし
は縮み）に相当する値により近いデータを直ちに得るこ
とのできる構成を以下に述べる。
み量の測定限界は、レーザービームＢ1 とＢ2 のスポッ
ト径の大きさによって決まり、試験体Ｗがいずれかのス
ポット径を越えて歪んだときには測定できない。この測
定限界を拡張し、しかもＪＩＳに規定する伸び（ないし
は縮み）に相当する値により近いデータを直ちに得るこ
とのできる構成を以下に述べる。
【００４３】図４はその構成例を示す概念図で、第２の
発明を第１の発明に適用したものである。この例では、
図１の例と同様に互いに波長の異なる２つの半導体レー
ザー１１および２１を用いて試験体Ｗの互いに距離ＧＬ
だけ離れた位置Ｐ1 およびＰ2 にレーザービームＢ1 お
よびＢ2 を照射するが、各レーザービームＢ1 およびＢ
2と試験体Ｗの間にはそれぞれ可動ミラー５１ないし５
２が介在している。この各可動ミラー５１および５２
は、それぞれコンピュータ３０からの指令に基づいてミ
ラー駆動機構５１ａおよび５２ａによってその角度が変
更されるようになっている。
発明を第１の発明に適用したものである。この例では、
図１の例と同様に互いに波長の異なる２つの半導体レー
ザー１１および２１を用いて試験体Ｗの互いに距離ＧＬ
だけ離れた位置Ｐ1 およびＰ2 にレーザービームＢ1 お
よびＢ2 を照射するが、各レーザービームＢ1 およびＢ
2と試験体Ｗの間にはそれぞれ可動ミラー５１ないし５
２が介在している。この各可動ミラー５１および５２
は、それぞれコンピュータ３０からの指令に基づいてミ
ラー駆動機構５１ａおよび５２ａによってその角度が変
更されるようになっている。
【００４４】各レーザービームＢ1 およびＢ2 に対応し
てそれぞれの反射光を各レーザー波長に対応したバンド
パスフィルタ１３および２３を介して入力するイメージ
センサ１２および２２の出力は、図１の実施例と同様に
Ａ−Ｄ変換器１４および２４によってデジタル化された
後にコンピュータ３０に採り込まれ、コンピュータ３０
において各Ａ−Ｄ変換器１４および２４からのスペック
ルパターンデータの相互相関関数を求めてそれぞれの照
射位置におけるスペックルパターンの移動量を算出する
が、この例においてコンピュータ３０では、その各移動
量があらかじめ設定された一定距離値、例えば各レーザ
ービームＢ1 ないしはＢ2 のスポット径の大きさ程度を
越えたとき、ミラー駆動機構５１ａないしは５２ａに駆
動指令を発して、図５に示すように該当の可動ミラー５
１または５２の角度を変更し、レーザービームＢ1 ない
しはＢ2 のスポット位置を上記した一定距離だけスペッ
クルパターンの移動の向きに移動させる。この移動の間
は、イメージセンサ１１ないし２１上のスペックルパタ
ーンが変化するので、スペックルパターンの移動量を算
出する機能は停止させておく。この構成により、試験体
Ｗの歪む速度に比して、ミラー５１ないし５２の角度変
化速度が充分に速い限り誤差を無視することができ、当
初の照射位置Ｐ1 およびＰ2 をレーザースポットが追尾
することが可能となり、歪み量の測定限界を大幅に拡張
することができ、しかも、レーザースポットは当初の照
射位置Ｐ1 およびＰ2 の移動に呼応して変位するから、
ＪＩＳに定義された伸びを表すデータが直ちに得られる
ことになる。
てそれぞれの反射光を各レーザー波長に対応したバンド
パスフィルタ１３および２３を介して入力するイメージ
センサ１２および２２の出力は、図１の実施例と同様に
Ａ−Ｄ変換器１４および２４によってデジタル化された
後にコンピュータ３０に採り込まれ、コンピュータ３０
において各Ａ−Ｄ変換器１４および２４からのスペック
ルパターンデータの相互相関関数を求めてそれぞれの照
射位置におけるスペックルパターンの移動量を算出する
が、この例においてコンピュータ３０では、その各移動
量があらかじめ設定された一定距離値、例えば各レーザ
ービームＢ1 ないしはＢ2 のスポット径の大きさ程度を
越えたとき、ミラー駆動機構５１ａないしは５２ａに駆
動指令を発して、図５に示すように該当の可動ミラー５
１または５２の角度を変更し、レーザービームＢ1 ない
しはＢ2 のスポット位置を上記した一定距離だけスペッ
クルパターンの移動の向きに移動させる。この移動の間
は、イメージセンサ１１ないし２１上のスペックルパタ
ーンが変化するので、スペックルパターンの移動量を算
出する機能は停止させておく。この構成により、試験体
Ｗの歪む速度に比して、ミラー５１ないし５２の角度変
化速度が充分に速い限り誤差を無視することができ、当
初の照射位置Ｐ1 およびＰ2 をレーザースポットが追尾
することが可能となり、歪み量の測定限界を大幅に拡張
することができ、しかも、レーザースポットは当初の照
射位置Ｐ1 およびＰ2 の移動に呼応して変位するから、
ＪＩＳに定義された伸びを表すデータが直ちに得られる
ことになる。
【００４５】なお、図４の実施例においてレーザースポ
ットを移動させる間にも試験体Ｗの変位情報が必要な場
合には、それぞれの照射位置に対してレーザービームを
２本づつ照射し、一方のビームが移動している間には他
方のビームを固定し、その固定されている側のビームに
よるスペックルパターンの移動量を算出すればよい。
ットを移動させる間にも試験体Ｗの変位情報が必要な場
合には、それぞれの照射位置に対してレーザービームを
２本づつ照射し、一方のビームが移動している間には他
方のビームを固定し、その固定されている側のビームに
よるスペックルパターンの移動量を算出すればよい。
【００４６】また、レーザービームを移動させる手段と
しては、上記した例のようなミラーのほか、各レーザー
とそれに対応するイメージセンサの対をそれぞれ一体的
に支持する支持体を、それぞれボールネジ等の直動機構
によって平行移動させるような手段を採用することがで
きる。
しては、上記した例のようなミラーのほか、各レーザー
とそれに対応するイメージセンサの対をそれぞれ一体的
に支持する支持体を、それぞれボールネジ等の直動機構
によって平行移動させるような手段を採用することがで
きる。
【００４７】以上のような追尾機構を設けた構造におけ
る他の制御方法としては、スペックルパターンの移動量
が常に０になるようにレーザービーム位置にフィードバ
ックをかける、いわゆる零位法に基づく方法を採用する
ことができる。この場合、各レーザービームの移動量か
ら直ちに試験体の標点間の歪みを得ることができる。
る他の制御方法としては、スペックルパターンの移動量
が常に０になるようにレーザービーム位置にフィードバ
ックをかける、いわゆる零位法に基づく方法を採用する
ことができる。この場合、各レーザービームの移動量か
ら直ちに試験体の標点間の歪みを得ることができる。
【００４８】ところで、２つのレーザースポットを試験
体の変形に伴って移動させ、当初の照射位置を追尾する
第２の発明は、スペックルパターンを利用した測定方式
に限らず、ドップラー効果を利用した測定方式にも適用
できる。
体の変形に伴って移動させ、当初の照射位置を追尾する
第２の発明は、スペックルパターンを利用した測定方式
に限らず、ドップラー効果を利用した測定方式にも適用
できる。
【００４９】図６は第２の発明をドップラー効果を利用
した測定方式に適用した実施例の構成を示すブロック図
である。２波長レーザー６１は、例えばゼーマン効果を
利用したヘリウムネオンレーザーであって、互いに異な
る波長の２種のレーザービームを同軸上に出力する。こ
の２波長レーザー６１からの２種のレーザービームは、
カルサイトクリスタル６２を経てそれぞれの波長のビー
ムに分離された後、ビームスプリッタ６３ａおよび６３
ｂに導かれる。ここで、カルサイトクリスタル６２によ
り分離されたビームのうちの一方については、光路長を
整えるために１／２波長板８０を通過させるようになっ
ている。ビームスプリッタ６３ａと６３ｂで反射した各
波長のビームは、第１の集光レンズ６４によって集光さ
れて試験体Ｗの位置Ｐ1 に互いに所定の角度２θをもっ
て照射される。一方、ビームスプリッタ６３ａないしは
６３ｂを通過した各波長のビームはミラー６５ａないし
は６５ｂによって反射された後、第２の集光レンズ６６
によって集光され、Ｐ1 から所定の距離ＧＬだけ離れた
位置Ｐ2 に同じく互いに角度２θを開けた状態で照射さ
れる。
した測定方式に適用した実施例の構成を示すブロック図
である。２波長レーザー６１は、例えばゼーマン効果を
利用したヘリウムネオンレーザーであって、互いに異な
る波長の２種のレーザービームを同軸上に出力する。こ
の２波長レーザー６１からの２種のレーザービームは、
カルサイトクリスタル６２を経てそれぞれの波長のビー
ムに分離された後、ビームスプリッタ６３ａおよび６３
ｂに導かれる。ここで、カルサイトクリスタル６２によ
り分離されたビームのうちの一方については、光路長を
整えるために１／２波長板８０を通過させるようになっ
ている。ビームスプリッタ６３ａと６３ｂで反射した各
波長のビームは、第１の集光レンズ６４によって集光さ
れて試験体Ｗの位置Ｐ1 に互いに所定の角度２θをもっ
て照射される。一方、ビームスプリッタ６３ａないしは
６３ｂを通過した各波長のビームはミラー６５ａないし
は６５ｂによって反射された後、第２の集光レンズ６６
によって集光され、Ｐ1 から所定の距離ＧＬだけ離れた
位置Ｐ2 に同じく互いに角度２θを開けた状態で照射さ
れる。
【００５０】各集光レンズ６４および６６の光軸上に
は、それぞれレンズ６７と第１のポイントセンサ６８、
および、レンズ６９と第２のポイントセンサ７０が配設
されており、試験体Ｗの各ビーム照射位置Ｐ1 およびＰ
2 からの反射光はそれぞれ各ポイントセンサ６８ないし
は７０の受光面に入射する。各反射光は、２種の波長を
持つレーザービームの波長の差、つまり周波数差に応じ
たビートが生じており、各ポイントセンサ６８および７
０からはそのビートの間隔に応じた強弱を持つ波形出力
が得られる。
は、それぞれレンズ６７と第１のポイントセンサ６８、
および、レンズ６９と第２のポイントセンサ７０が配設
されており、試験体Ｗの各ビーム照射位置Ｐ1 およびＰ
2 からの反射光はそれぞれ各ポイントセンサ６８ないし
は７０の受光面に入射する。各反射光は、２種の波長を
持つレーザービームの波長の差、つまり周波数差に応じ
たビートが生じており、各ポイントセンサ６８および７
０からはそのビートの間隔に応じた強弱を持つ波形出力
が得られる。
【００５１】第１のポイントセンサ６８からの出力は第
１の位相差検出回路７１に入力され、第２のポイントセ
ンサ７０からの出力は第２の位相差検出回路７２に入力
される。第１および第２の位相検出回路７１および７２
には、２波長レーザー６１からの２波長のレーザービー
ムの周波数差Δｆと同じ周波数の基準ビート信号がそれ
ぞれ供給されており、この基準ビート信号と各ポイント
センサ６８および７０からの各出力信号との位相差が求
められる。このようにして得られた各ビーム照射位置Ｐ
1 およびＰ2 からの反射光の干渉縞の基準ビート信号に
対する位相差は、前記した従来のドップラー効果を利用
した測定方式と同様に各照射位置Ｐ1 およびＰ2 での試
験体Ｗの移動量に相当する値となる。
１の位相差検出回路７１に入力され、第２のポイントセ
ンサ７０からの出力は第２の位相差検出回路７２に入力
される。第１および第２の位相検出回路７１および７２
には、２波長レーザー６１からの２波長のレーザービー
ムの周波数差Δｆと同じ周波数の基準ビート信号がそれ
ぞれ供給されており、この基準ビート信号と各ポイント
センサ６８および７０からの各出力信号との位相差が求
められる。このようにして得られた各ビーム照射位置Ｐ
1 およびＰ2 からの反射光の干渉縞の基準ビート信号に
対する位相差は、前記した従来のドップラー効果を利用
した測定方式と同様に各照射位置Ｐ1 およびＰ2 での試
験体Ｗの移動量に相当する値となる。
【００５２】一方のビーム照射位置Ｐ1 に対応して設け
られた第１の集光レンズ６５、ビームスプリッタ６３ａ
と６３ｂ、レンズ６７、およびポイントセンサ６８が第
１のステージ７３上に配置され、また、他方のビーム照
射位置Ｐ2 に対応して設けられた第２の集光レンズ６
６、ミラー６５ａと６５ｂ、レンズ６９およびポイント
センサ７０が第２のステージ７４上に配置されている。
各ステージ７３および７４は、それぞれ例えばボールネ
ジあるいはリニアステージ等の直動機構７５および７６
によって互いに独立的に試験体Ｗの歪み方向、つまりＰ
1 とＰ2 とを結ぶ方向に変位可能となっており、各直動
機構７５および７６はそれぞれ制御回路７７からの信号
によって駆動制御される。
られた第１の集光レンズ６５、ビームスプリッタ６３ａ
と６３ｂ、レンズ６７、およびポイントセンサ６８が第
１のステージ７３上に配置され、また、他方のビーム照
射位置Ｐ2 に対応して設けられた第２の集光レンズ６
６、ミラー６５ａと６５ｂ、レンズ６９およびポイント
センサ７０が第２のステージ７４上に配置されている。
各ステージ７３および７４は、それぞれ例えばボールネ
ジあるいはリニアステージ等の直動機構７５および７６
によって互いに独立的に試験体Ｗの歪み方向、つまりＰ
1 とＰ2 とを結ぶ方向に変位可能となっており、各直動
機構７５および７６はそれぞれ制御回路７７からの信号
によって駆動制御される。
【００５３】制御回路７７では、第１および第２の位相
差検出回路７１および７２からの出力に基づき、各照射
位置Ｐ1 およびＰ2 の移動量に応じて各直動機構７５お
よび７６を駆動する。これにより、レーザービームは試
験体Ｗの当初の照射位置Ｐ1およびＰ2 を追尾すること
になる。この追尾の仕方は、例えば各照射位置Ｐ1 およ
びＰ2 がビームのスポット径を越えない所定距離Ｄだけ
移動するごとに段階的に距離Ｄずつ追尾するように設定
することができる。
差検出回路７１および７２からの出力に基づき、各照射
位置Ｐ1 およびＰ2 の移動量に応じて各直動機構７５お
よび７６を駆動する。これにより、レーザービームは試
験体Ｗの当初の照射位置Ｐ1およびＰ2 を追尾すること
になる。この追尾の仕方は、例えば各照射位置Ｐ1 およ
びＰ2 がビームのスポット径を越えない所定距離Ｄだけ
移動するごとに段階的に距離Ｄずつ追尾するように設定
することができる。
【００５４】制御回路７７による各直動機構７５および
７６の駆動量、すなわち各ビーム照射位置Ｐ1 およびＰ
2 の移動量は、第１および第２の位相差検出回路７１お
よび７２の出力とともに演算回路７８に導入される。演
算回路７８では、第１および第２の位相差検出回路７１
および７２の出力から各照射位置Ｐ1 およびＰ2 の移動
量ＡおよびＢを算出するとともに、直動機構７５および
７６を駆動して各照射位置Ｐ1 およびＰ2 を段階的に追
尾させるごとに、その移動量ＤをＡないしはＢから減じ
る。そして、例えば位置Ｐ1 についてはｎ回の追尾があ
ったとすると、その位置Ｐ1 の実際の移動量としてｎＤ
＋Ａを、また、位置Ｐ2 についてはｍ回の移動があった
とすると、位置Ｐ2 の実際の移動量としてｍＤ＋Ｂを算
出する。更に、位置Ｐ1 とＰ2 間の試験体Ｗの歪み量
を、（ｎＤ＋Ａ）−（ｍＤ＋Ｂ）によって算出する。
７６の駆動量、すなわち各ビーム照射位置Ｐ1 およびＰ
2 の移動量は、第１および第２の位相差検出回路７１お
よび７２の出力とともに演算回路７８に導入される。演
算回路７８では、第１および第２の位相差検出回路７１
および７２の出力から各照射位置Ｐ1 およびＰ2 の移動
量ＡおよびＢを算出するとともに、直動機構７５および
７６を駆動して各照射位置Ｐ1 およびＰ2 を段階的に追
尾させるごとに、その移動量ＤをＡないしはＢから減じ
る。そして、例えば位置Ｐ1 についてはｎ回の追尾があ
ったとすると、その位置Ｐ1 の実際の移動量としてｎＤ
＋Ａを、また、位置Ｐ2 についてはｍ回の移動があった
とすると、位置Ｐ2 の実際の移動量としてｍＤ＋Ｂを算
出する。更に、位置Ｐ1 とＰ2 間の試験体Ｗの歪み量
を、（ｎＤ＋Ａ）−（ｍＤ＋Ｂ）によって算出する。
【００５５】このようにして得られた歪み量は、試験体
Ｗが歪む前に設定した２点Ｐ1 およびＰ2 間、つまり標
点間が試験によってどのように歪んだかを表す量とな
り、ＪＩＳの伸び（または縮み）の概念と一致したもの
となる。
Ｗが歪む前に設定した２点Ｐ1 およびＰ2 間、つまり標
点間が試験によってどのように歪んだかを表す量とな
り、ＪＩＳの伸び（または縮み）の概念と一致したもの
となる。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、試験体に対してその測定すべき歪み方向に所定の距
離を隔てた２箇所にそれぞれレーザービームを照射する
とともに、その各照射位置からの反射光をそれぞれ独立
的に入力してそれぞれのスペックルパターンを測定する
ためのイメージセンサを設け、そのイメージセンサから
の各照射位置におけるスペックルパターンデータの相互
相関関数をそれぞれ計算することにより各照射位置での
スペックルパターンの移動量を個別に求め、かつ、その
各移動量の差から試験体の上記２箇所間における歪みの
量を算出する演算手段を備えた構成としているので、非
接触で前処理なしの歪み測定が可能で、操作が簡単で熟
練を要しないとともに、従来のスペックルパターンを利
用した歪み測定方式に比して試験体のより広範囲な領域
における平均的な伸び（縮み）を得ることができ、その
領域内にクラックが発生してもその情報がデータに反映
される。また、従来の伸び計等を用いたＪＩＳ準拠の測
定結果との関連づけも容易であり、この第１の発明を用
いても過去のデータを無駄にすることがない。
ば、試験体に対してその測定すべき歪み方向に所定の距
離を隔てた２箇所にそれぞれレーザービームを照射する
とともに、その各照射位置からの反射光をそれぞれ独立
的に入力してそれぞれのスペックルパターンを測定する
ためのイメージセンサを設け、そのイメージセンサから
の各照射位置におけるスペックルパターンデータの相互
相関関数をそれぞれ計算することにより各照射位置での
スペックルパターンの移動量を個別に求め、かつ、その
各移動量の差から試験体の上記２箇所間における歪みの
量を算出する演算手段を備えた構成としているので、非
接触で前処理なしの歪み測定が可能で、操作が簡単で熟
練を要しないとともに、従来のスペックルパターンを利
用した歪み測定方式に比して試験体のより広範囲な領域
における平均的な伸び（縮み）を得ることができ、その
領域内にクラックが発生してもその情報がデータに反映
される。また、従来の伸び計等を用いたＪＩＳ準拠の測
定結果との関連づけも容易であり、この第１の発明を用
いても過去のデータを無駄にすることがない。
【００５７】また、第２の発明によれば、同様にして試
験体に対してその歪み方向に所定の間隔を隔てた２箇所
にそれぞれレーザービームを照射し、その各位置からの
反射光を用いて各照射位置での試験体の移動量を求める
とともに、その移動量に応じてレーザービームを当初の
照射位置を追尾するように移動させ、その追尾量と各照
射位置での試験体の移動量とから当初のレーザービーム
の照射位置間の歪み量を求めるように構成しているの
で、試験前に設定した標点間距離が試験によってどのよ
うに伸びたか（あるいは縮んだか）を表す、ＪＩＳに準
拠した伸び（または縮み）に係るデータを直ちに得るこ
とが可能となった。
験体に対してその歪み方向に所定の間隔を隔てた２箇所
にそれぞれレーザービームを照射し、その各位置からの
反射光を用いて各照射位置での試験体の移動量を求める
とともに、その移動量に応じてレーザービームを当初の
照射位置を追尾するように移動させ、その追尾量と各照
射位置での試験体の移動量とから当初のレーザービーム
の照射位置間の歪み量を求めるように構成しているの
で、試験前に設定した標点間距離が試験によってどのよ
うに伸びたか（あるいは縮んだか）を表す、ＪＩＳに準
拠した伸び（または縮み）に係るデータを直ちに得るこ
とが可能となった。
【図１】第１の発明の実施例の構成を示すブロック図
【図２】第１の発明の他の実施例の要部構成を示すブロ
ック図
ック図
【図３】第１の発明の各実施例により得られるデータと
従来の伸び計による標点間の伸びとの関係の説明図
従来の伸び計による標点間の伸びとの関係の説明図
【図４】第１の発明に第２の発明を適用した実施例の構
成を示す概念図
成を示す概念図
【図５】その作用説明図
【図６】第２の発明の他の実施例の構成を示すブロック
図
図
１１，２１ 半導体レーザー １２，２２ イメージセンサ １３，２３ バンドパスフィルタ １４，２４ Ａ−Ｄ変換器 ３０ コンピュータ ３１ 表示器 ３２ プロッタ ６１ ２波長レーザー ６２ カルサイトクリスタル ６３ａ，６３ｂ ビームスプリッタ ６４ 第１の集光レンズ ６５ａ，６５ｂ ミラー ６６ 第２の集光レンズ ６７，６９ レンズ ６８ 第１のポイントセンサ ７０ 第２のポイントセンサ ７１ 第１の位相差検出回路 ７２ 第２の位相差検出回路 ７３ 第１のステージ ７４ 第２のステージ ７５，７６ 直動機構 ７７ 制御回路 ７８ 演算回路 ８０ １／２波長板
Claims (2)
- 【請求項１】 試験体表面に対して、その測定すべき歪
み方向に所定の距離を隔てた２箇所にそれぞれレーザー
ビームを照射する光学系と、その各照射位置からの反射
光をそれぞれ独立的に入力してそれぞれのスペックルパ
ターンを測定するためのイメージセンサと、そのイメー
ジセンサからの各照射位置におけるスペックルパターン
データの相互相関関数を算出することにより各照射位置
でのスペックルパターンの移動量を個別に求めるととも
に、その各移動量の差から試験体の上記２箇所間におけ
る歪み量を算出する演算手段を備えた歪測定装置。 - 【請求項２】 試験体表面に対して、その測定すべき歪
み方向に所定の距離を隔てた２箇所にそれぞれレーザー
ビームを照射する光学系と、その各照射位置からの反射
光をそれぞれ独立的に入力するセンサと、そのセンサか
らの出力を採り込んで、上記各照射位置における試験体
の変位量を求める変位量算出手段と、その変位量算出手
段による算出結果を導入して、上記各レーザービームが
当初の照射位置を追尾するよう当該レーザービームを走
査するビーム走査手段を有し、そのビーム走査手段によ
る各ビームの走査量と上記変位量算出手段による算出結
果とから、試験体の上記２箇所間における歪み量を算出
する演算手段を備えた歪測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14366693A JPH074928A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 歪測定装置 |
| CN 94106981 CN1101713A (zh) | 1993-06-15 | 1994-06-10 | 应变测定装置 |
| DE69422088T DE69422088D1 (de) | 1993-06-15 | 1994-06-14 | Deformationsmessinstrument |
| EP19940304294 EP0629835B1 (en) | 1993-06-15 | 1994-06-14 | Strain measuring instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14366693A JPH074928A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 歪測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH074928A true JPH074928A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=15344115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14366693A Pending JPH074928A (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 歪測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0629835B1 (ja) |
| JP (1) | JPH074928A (ja) |
| CN (1) | CN1101713A (ja) |
| DE (1) | DE69422088D1 (ja) |
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- 1993-06-15 JP JP14366693A patent/JPH074928A/ja active Pending
-
1994
- 1994-06-10 CN CN 94106981 patent/CN1101713A/zh active Pending
- 1994-06-14 EP EP19940304294 patent/EP0629835B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-06-14 DE DE69422088T patent/DE69422088D1/de not_active Expired - Lifetime
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| CN1101713A (zh) | 1995-04-19 |
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