JPS6076604A - 位相変調スペックル干渉計による粗面物体の変形測定法および測定装置 - Google Patents

位相変調スペックル干渉計による粗面物体の変形測定法および測定装置

Info

Publication number
JPS6076604A
JPS6076604A JP18493283A JP18493283A JPS6076604A JP S6076604 A JPS6076604 A JP S6076604A JP 18493283 A JP18493283 A JP 18493283A JP 18493283 A JP18493283 A JP 18493283A JP S6076604 A JPS6076604 A JP S6076604A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
deformation
phase
laser beam
measured
interference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP18493283A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH052924B2 (ja
Inventor
Suezo Nakatate
中楯 末三
Katsuhisa Tsutsumi
勝久 堤
Toyohiko Yatagai
豊彦 谷田貝
Hiroyoshi Saito
斎藤 弘義
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN
Original Assignee
RIKEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RIKEN filed Critical RIKEN
Priority to JP18493283A priority Critical patent/JPS6076604A/ja
Publication of JPS6076604A publication Critical patent/JPS6076604A/ja
Publication of JPH052924B2 publication Critical patent/JPH052924B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/161Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means
    • G01B11/162Measuring 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02094Speckle interferometers, i.e. for detecting changes in speckle pattern
    • G01B9/02095Speckle interferometers, i.e. for detecting changes in speckle pattern detecting deformation from original shape

Landscapes

  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、位相変訓スペックル干渉計により粗面物体の
変形11を自重!+ jlll定する測定方法およびそ
の測定装置に関する。
物体の変形t1を計測ずることは、工学、医学、歯学な
どの広範囲の学問分IIIrばかりでなく、電気電子機
器、炉空や衿合旧和などの製造業にとっても、イ販めて
重要な計8111となっている。特に製造業では、構造
物の変形解析は、目ヒ物の基本的な設計思想をも決定す
るものであるので、実時間で簡便な言1測法に対ずる請
求はヴ!;い。現在の変形測定法の主流は、歪ケ゛−ジ
からの多次元14;気信号を処理、解析するものである
。しかし、物体の変形が複雑になる場合では、このよう
な多点言t iliでは不十分となり、偵1情報を得る
ことが不可欠となる。
また医学などの分野では対象物が柔らかく、歪ゲージを
張り付けるのが不可能となる。このような要求を満たす
測定法としてスペックル干渉法があるが、従来は変形量
の等高純を表わす縞模様を観察するだけの定性的測定法
であった。
本発明は上記に鑑みなされたものであって、位相変調ス
ペックル干渉法と計q機システムを用いて、変形量を自
動解析する手法および自動解析装置を提供することを目
的とする。
この目的は、以下に述べる方法および@信により達成す
ることができる。
変形前の被測定物体の表面からの物体レーザー光と、位
相の異なる参照レーザー光とを干渉させて少なくとも3
枚の第/の干渉スペックル像をつくって変形前のスペッ
クル像の位相θ,をめ、変形後の被測定物体からの物体
レーザー光と位相の異なる参照レーザー光とを干渉させ
て少な《とも3枚の第2の干渉スペックル像をつくって
変形後のスペックル像の位相θ2 をめ、そして被側定
物体の変形量を02−01として決定することができる
。第一の方法は、物体変形前の被測定物体の表面からの
物体レーザー光と、参照レーザー光とを干渉させて第l
の干渉スペックル像I,をつくり、変形後の被測定物体
の表面からの物体レーザー光と、位相の異なる参照レー
ザー光とを干渉させて、少なくとも3枚の第一の干渉ス
ペックル像をつくり、第一の干渉スペックル像と第1の
干渉スペックル像との差の自乗をめ、そしてこれらの差
の自兜から被沖1定物体の変形量を決定することができ
る。
第1図は本発明を達hlt、−j−るためのブロック図
の7例である。レーザー沖1からのレーザー光2をミラ
ー3及び対物レンズ4により広げ、半透鏡5により光路
6および光M7に分ける。光路6のレーザー光は被測定
物体8を照明し、光路7のレーザー光は参照面9を照明
する。被測定面8および参照面9より散乱した光10.
11を再び半透鏡5により重ね合わせ、光1イ゛変換装
僧(TVカメラCODカメラなど)12に結像する。こ
こで移相装置(PZT、ファラデーローチーター、半波
長板など)13その駆動装置14(高圧電源、回転駆動
回路など)により参照光110位相をφだけ変化させる
とすると、光電変換装g#12での光強度Iは、I=α
+βcos(θ、+φ)と書ける。ここで、φをi/N
(rad)(N≧3)ずつN回変えて、このIを表わす
光電変換装置12の出力信号をメモリ15に記録した後
、信号処理・演算装置16を通して、大容量メモリ17
に記録する0ここで01 は干渉スペックル像の位相で
ある。大容量メモリ17のデータを用いて偏量fX4装
g!、 16により演算を行ない、スペックル像の位相
θ、をめる。φを2π外〔rad〕ずつN回かえて、ス
ペックル形後12、φを2π外[:rad’]ずつN回
かえて、ス(ックル像1’1z 1’2+・・・・・・
・・・IlNをつくり、演算を行なうことにより、変形
後のスペックル像の位相θ2 がまる。そして、θ2−
01を!1勺−すると、これが被測定物体の変形量とな
る。
さらに、第1図に示したシステムを用いて、次のような
方法によっても変形量を自動解析することができる。物
体変形前の被測定物体の表面8からの散乱光10と、参
照面9で散乱される光11とを光電変換装P112の中
で干渉させ、スRツクル像■、シ得る。こitを光電ψ
換装置^°12により電気信号とし、メモリ15に記録
した後に演巽装wt16を介して太容1層メモリ17に
記録する。次に、物体8が変形の徒に、移相装置13お
よびその駆動回路14を用いて参照レーザー光11の位
dを:ln/N[rad’J(N > 3 ) 4’つ
N回メ:えて、N枚の第一の干渉スペックル像11. 
、 P2・・・・・・・・・IINをつくり、光電変換
装g112 Kよりそれらの光強11’を表わす電気信
号に変換した後メモリl 5に記録し、演算装置16を
介し゛〔大容量メモリ17に記録する。これら太容」メ
モリ17に記録されたデータをもとに言1Nするのであ
るが、まず、/+−(+、−t、)2(+=1.2.・
・・・・・・・・、N)を計算し、N枚のスペックル干
渉縞を形成する。このとき、スペックル干渉縞f1 は
、物体変形前後の位相差を02−〇、と(2πI/N 
) l/(Σflcos(2πlΔ0)〕を行なうこと
によ1=1 りめられる。この計装結果は、まだ雑音を含んでいるの
で、演ヤ・処理装置16により、空間フィルタリング、
メディアンフィルタ、および空間微分操作などを行なっ
て、変形量、i、応力、曲すモーメントなどを表示装置
18に出力する。
実施例 変形する対象物8として直径、20πm1埋さθ、/即
のアルミ円板を用い、その表面は白色スプレーを塗装し
た。この物体の外周を固定し、中心に直径31umのP
ZTを接着し、高電圧を加えることにより変形を与えた
。レーザー源1としてはSθmWのHe −Neレーザ
ーを用い、移相装置13としてはPZTに表面を白色塗
装したアクリル平板を接着したものを用い、このPZT
の出動装@14として高電圧回路を用い、参照レーザー
光J1の位相を変えた。光電変換装置12とし−(はT
Vカメラを用い、メモリ15としては/フレーム分のT
V画像を記録するディジタルフレームメモリ、演η・処
理装置16としてはミニコンピユータを、大容量メモリ
17としては磁り(ディスクを用いた。
TV左カメラ2からの出力信号はVD変換した。
出力表示装置18としてはグロツターを用いた。
第2図が出力結果を等変位線として示したものであり、
線間隔は0.3μm の面外変位に相当する。
第3図が第2図と同じ出力を鳥徹図として表現したもの
であり、対象物の変形のようすが浪くわかる。
以上詳述したように、本発明は対象物の累形針を非接触
でかつ自動的にオンライン割泪11できる手法および装
置を提供するものであるので、製造品特に航空用のタイ
ヤやICなどの熱変形による破損および複合拐料の異常
検出など、品)内管理、工程制御などの迅速化、高精度
化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を鮨、明するためのブロック図、第一回
及び第3図は本発明の実施例で得られた変位量の等高線
図及び鳥睡図である。 図中の符号:1・・・・・・レーザー装面“、2161
7.10.11・・・・・・レーザー光、 4・・・・
・・対物レンズ、5・・・・・・半透鏡、8・・・・・
・対象物、9・・・・・・参照面、 12・・・・・・
光重変換装置、13・・・・・・移相装置、14・・・
・・・多相装置り駆動製餡、15・・・・・・メモリ、
16・・・・・・演算・処理装置、17・・・・・・大
容量メモリ、18・・・・・・表示装置。 第2図 第3図 昭和 年 月 日 1、事件の表示 昭和58年特許願第184932号3
、補正をする者 事件との関係 出願人 名称 (679)理化学研究所 4、代理人 5、補正命令の日付 自 発 6、補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄7、補正
の内容 別紙記、91N、 特許請求の範囲 (1)変形前の被測定物体の表面からの物体レーザー光
き、位相の異なる参照レーザー光とを干渉させて、少な
くとも3枚の第1の干渉スペックル像をつくって変形前
のスペックル像の位相θ1をめ、変形後の被測定物体か
らの物体レーザー光と、位相の異なる参照レーザー光と
を干渉させて少なくとも3枚の第2の干渉スペックル像
をつくって変形後のスペックル像の位相θ2をめ、そし
て、被測定物体の変形量を02−θ1として決定するこ
とを特徴とした物体の変形測定法。 (2) 参照レーザー光の位相を2πハ[rad ] 
(N≧3)ずつN回度化させ、それに対応したN枚の第
1の干渉スペックル像1. 、L 、・・・ IM を
つくって変形前のスペックル像の位相θ1を変形後に、
参照光の位相を2πハ[rad ]ずつN回変化させて
、それに対応したN枚の第2の干渉スペックル像1’、
、I’2 、・・・ l′2をつくり、変形後のスペッ
クル像の位相θ2をjE I ′3 cos(2πj 
/N) ) ]から決定し、そJ=1 して、被測定物体の変形量をθ2〜θ1 として決定す
る特許請求の範囲第1項に記載の物体の変形測定法。 (3)物体変形前の被測定物体の表面からの物体レーザ
ー光と、参照レーザー光とを干渉させて第1の干渉スペ
ックル像11 をつくり、変形後の被測定物体の表面か
らの物体レーザー光と、位相の異なる参照レーザー光と
を干渉させて、少なくとも3枚の第2の干渉スペックル
像をつくり、第2の干渉スペックル像と第1の干渉スペ
ックル像との差の自乗をめ、そしてこれらの差の自乗か
ら被測定物体の変形量を決定することを特徴とした物体
の変形測定法。 〔4)物体変形後に、参照レーザー光の位相を360 
” /N(N≧1)ずつN回変化させて、それに対応し
たN枚の第2の干渉スペックル像1′1゜1′2.・・
・ I′oをつくり、第2の干渉スペックル像と第1°
の干渉スペックル像との差の自乗f1−(ド、 、+、
>2. f2=(ド、 −+、)”。 ・・・、fN=(1′w +、f をめ、そして被測定
物体の変形量を 特許請求の範囲第4項に記載の物体の変形測定法。 (5〕 レーザー光源から被測定物体の表面に至り、そ
して被測定物体の表面から撮像管に至る第1の光路、レ
ーザー光源から移相手段を介して撮像管に至る第2の光
路、及び前記の移相手段を駆動する駆動装置を備えた物
体の干渉スペックル像をつくる装置。 (6) 前記の移相手段が振動反射面である特許請求の
範囲第7項に記載の装置。 (7) 前記の移相手段が電気制御されるファラデイー
ローチーターである特許請求の範囲第7項1ご記載の装
置。 (8) 前記の移相手段が回転する半波長板である’P
?許請求の範囲第7項に記載の装置。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)変形前の被測定物体の表面からの物体レーザー光
    と、位相の異なる参照レーザー光とを干渉させて、少な
    くとも3枚の第1の干渉スペックル像をつくって変形前
    のスペックル像の位相θ1をめ、変形後の被測定物体か
    らの物体レーザー光と、位相の異なる参照レーザー光と
    を干渉させて少なくとも3枚の第2の干渉スペックル像
    をつくって変形後のスペックル像の位相θ2をめ、そし
    て、被測定物体の変形量を02−01として決定するこ
    とを特徴とした物体の変形測定法。
  2. (2)参照レーザー光の位相を2い(’rad〕(N乏
    3)ずつN回変化させ、それに対応したN枚の第1の干
    渉スペックル(& 11 r 12 +・・・・・・・
    ・・INをつくって変形前のスペックル像の位相θ、を (2πI/N ) ) )かも決定し、物体変形後に、
    参照光の位相を2yr/N〔r ad )ずつN回変化
    させて、それに対応したN枚の第コの干渉スペックル像
    ■′1゜■′2・・・・・・・・・ILNをつくり、変
    形後のスペックル像の位相θ2を (2πI/N月〕から決定し、そして、被測定物体の変
    形量を02−〇、として決定する特許請求の範囲第1項
    に記載の物体の変形測定法。
  3. (3)物体変形前の被測定物体の表面からの物体レーザ
    ー光と、参照レーザー光とを干渉させて第1の干渉スペ
    ックル像11 をつ(す、変形後の被測定物体の表面か
    らの物体レーザー光と、位相の異なる参照レーザー光と
    を干渉させて、少なくとも3枚の第ユの干渉スペックル
    像をつくり、第コの干渉スペックル像と第1の干渉スペ
    ックル像との差の自乗をめ、そしてこれらの差の自乗か
    ら被測定物体の変形量を決定することを特徴とした物体
    の変形測定法。
  4. (4)物体変形後に、参照レーザー光の位相を3 A 
    Oc/NCN≧グ)ずつN回変化させて、それに対応し
    たN枚の第一の干渉スペックル像I′、。 1/ 、・・・・・・・・・1′、をつくり、第2の干
    渉スペックル像と第1の干渉スペックル像との差の自乗
    /、=(1’1− t、)2+ 72−(1’2−1.
    )2.・・・・・・、 /N−(T’、−1をめ、そし
    て被測定物体の変形量を として決定する特許請求の範囲第11項に記載の物体の
    変形測定法。
  5. (5) レーザー光源から被測定物体の表面に至り、そ
    して被測定物体の表面から撮像管に至る第1の光路隻レ
    ーザー光源から移相手段を介して撮像管に至る第一の光
    路、及び前記の移相手段を一駆動する駆動装置を備えた
    物体の干渉スペックル像をつくる装置。
  6. (6)前記の移相手段が据%反射面である特許請求の範
    囲第7項に記載の@貿。
  7. (7) 前記の移相手段がlh、覚制御されるファラデ
    イーローチーターである特許請求の範囲第7項に記載の
    製箔。
  8. (8)前記の移相手段が回転する半沢;艮板である特許
    請求の範囲 1)
JP18493283A 1983-10-03 1983-10-03 位相変調スペックル干渉計による粗面物体の変形測定法および測定装置 Granted JPS6076604A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18493283A JPS6076604A (ja) 1983-10-03 1983-10-03 位相変調スペックル干渉計による粗面物体の変形測定法および測定装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18493283A JPS6076604A (ja) 1983-10-03 1983-10-03 位相変調スペックル干渉計による粗面物体の変形測定法および測定装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6076604A true JPS6076604A (ja) 1985-05-01
JPH052924B2 JPH052924B2 (ja) 1993-01-13

Family

ID=16161864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18493283A Granted JPS6076604A (ja) 1983-10-03 1983-10-03 位相変調スペックル干渉計による粗面物体の変形測定法および測定装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6076604A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03502008A (ja) * 1988-09-02 1991-05-09 ブリティッシュ・テクノロジー・グループ・リミテッド インターフェロメトリー
EP0915317A1 (en) * 1997-11-04 1999-05-12 European Community Method of improving the contrast of images obtained using the pulsed image-addition ESPI technique
JP2008045922A (ja) * 2006-08-11 2008-02-28 Toyama Univ レーザスペックルによるナノメートル変位測定方法と装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03502008A (ja) * 1988-09-02 1991-05-09 ブリティッシュ・テクノロジー・グループ・リミテッド インターフェロメトリー
EP0915317A1 (en) * 1997-11-04 1999-05-12 European Community Method of improving the contrast of images obtained using the pulsed image-addition ESPI technique
WO1999023446A1 (en) * 1997-11-04 1999-05-14 European Community Method of improving the contrast of images obtained using the pulsed image-addition espi technique
US6362873B1 (en) 1997-11-04 2002-03-26 European Community Method of improving the contrast of images obtained using the pulsed image-addition ESPI technique
JP2008045922A (ja) * 2006-08-11 2008-02-28 Toyama Univ レーザスペックルによるナノメートル変位測定方法と装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPH052924B2 (ja) 1993-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sirohi Optical methods of measurement: wholefield techniques
Hung et al. Unified approach for holography and shearography in surface deformation measurement and nondestructive testing
Sciammarella The moiré method—a review: The main developments in the area of moiré as a tool to measure displacements, contours, slopes and strains are reviewed and some typical applications are shown
Zhu et al. Real-time monitoring of phase maps of digital shearography
JPS6176906A (ja) 物体の表面形状決定方法及び装置
Shang et al. Surface profiling using shearography
Shellabear et al. Application of ESPI to three-dimensional vibration measurements
Sciammarella Overview of optical techniques that measure displacements: Murray lecture
Takezaki et al. Direct measurement of flexural strains in plates by shearography
Parks The range of speckle metrology: Estimates of the largest and smallest displacements measurable with speckle methods are drawn from the literature and laboratory studies
JPS6076604A (ja) 位相変調スペックル干渉計による粗面物体の変形測定法および測定装置
Dwivedi et al. On-machine tool wear estimation using a portable digital holographic camera
Miroshnichenko et al. Novel optical interference means to measure small linear and angular displacements of control object surfaces
JPH08122210A (ja) 光学素子の屈折率分布の測定方法および装置
Zhu et al. Simultaneous 2D in-plane deformation measurement using electronic speckle pattern interferometry with double phase modulations
KR100686923B1 (ko) 스펙클패턴 전단간섭법에 있어서 파장판을 이용한 위상천이방법 및 이를 이용한 계측시스템
Tay et al. New method for measuring dynamic response of small components by fringe projection
Koichi Mizutani et al. Optical measurement of sound fields information using Mach-Zehnder interferometer
Almeida Magalhaes et al. New numerical methods for the photoelastic technique with high accuracy
Talbot et al. Animations of a disc brake generating noise
Shellabear et al. Three-dimensional vibration analysis using electronic speckle pattern interferometry (ESPI)
CN101320003A (zh) 一种提高相干梯度敏感测量精度的方法
Pryputniewicz Quantitative holographic analysis of small components
O’Donoughue et al. Post-processing deflectometry grid images using particle image velocimetry analysis
Sirat et al. Conoscopic probes are set to transform industrial metrology