JPS6127681B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6127681B2 JPS6127681B2 JP11560380A JP11560380A JPS6127681B2 JP S6127681 B2 JPS6127681 B2 JP S6127681B2 JP 11560380 A JP11560380 A JP 11560380A JP 11560380 A JP11560380 A JP 11560380A JP S6127681 B2 JPS6127681 B2 JP S6127681B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- speckle pattern
- movement
- distortion
- determined
- deformation
- 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.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02094—Speckle interferometers, i.e. for detecting changes in speckle pattern
- G01B9/02095—Speckle 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)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はスペツクル模様の移動量から物体の歪
を測定する方法及び装置に関する。
を測定する方法及び装置に関する。
物体をレーザビームで照射したときに生ずるス
ペツクル模様は、物体の並進、回転、歪などによ
る物体の微小な変形によつて移動する。本発明者
は先に、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ツクル模様を現出し、この変
形前・後のスペツ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、その相
互相関関数の極値の位置として求められるスペツ
クル模様の移動量から物体の変形量を測定する方
法について、特許出願を行つた（特願昭54−
102473号）。第１図はこの測定法を説明するため
の測定系の一例である。図示の如く、物体面１の
測定領域０を、レーザ源２からのレーザビーム３
で必要に応じて拡大又は縮小レンズ４を介して照
射し、得られるスペツクル模様を観察面５で観察
する。６はスペツクル模様を光電変換する光検出
器であつて、観察面内に配置されている。
ペツクル模様は、物体の並進、回転、歪などによ
る物体の微小な変形によつて移動する。本発明者
は先に、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ツクル模様を現出し、この変
形前・後のスペツ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、その相
互相関関数の極値の位置として求められるスペツ
クル模様の移動量から物体の変形量を測定する方
法について、特許出願を行つた（特願昭54−
102473号）。第１図はこの測定法を説明するため
の測定系の一例である。図示の如く、物体面１の
測定領域０を、レーザ源２からのレーザビーム３
で必要に応じて拡大又は縮小レンズ４を介して照
射し、得られるスペツクル模様を観察面５で観察
する。６はスペツクル模様を光電変換する光検出
器であつて、観察面内に配置されている。
ここで、物体面上の座標軸：ｘ，ｙ，ｚ，レー
ザビームの発散点の距離：OS＝Ｌs、物体面と観
察面の距離：Ｌp、レーザビームの入射角：〓s、
物体法線と光検出器６のなす角（観察方向のなす
角）：〓c、レーザビームで照射した領域におけ
る物体の並進、回転、歪の各成分：（ａx，ａy，
ａz）、（Ωx，Ωy，Ωz）、（εxx，εxy，εyy）と
する。
ザビームの発散点の距離：OS＝Ｌs、物体面と観
察面の距離：Ｌp、レーザビームの入射角：〓s、
物体法線と光検出器６のなす角（観察方向のなす
角）：〓c、レーザビームで照射した領域におけ
る物体の並進、回転、歪の各成分：（ａx，ａy，
ａz）、（Ωx，Ωy，Ωz）、（εxx，εxy，εyy）と
する。
以下の条件下で、物体が変形を受ける前・後に
おける観察点でのスペツクル模様の強度分布I1
（ｘ，ｙ）とI2（ｘ，ｙ）の間の相互相関関数す
なわち Ｃ（，） ＝＜I1（Ｘ，Ｙ）I2（Ｘ＋，Ｙ＋）＞ （ただし、＜＞は集合平均を意味する。） を計算する。計算過程は複雑なためここでは省略
するが、結果的にはＣ（，）は＝AX，
＝AYで最大値をとる。ＡX，ＡYは次式で与えら
れ、物理的には物体変形によるスペツクル模様の
移動量に相当する。
おける観察点でのスペツクル模様の強度分布I1
（ｘ，ｙ）とI2（ｘ，ｙ）の間の相互相関関数す
なわち Ｃ（，） ＝＜I1（Ｘ，Ｙ）I2（Ｘ＋，Ｙ＋）＞ （ただし、＜＞は集合平均を意味する。） を計算する。計算過程は複雑なためここでは省略
するが、結果的にはＣ（，）は＝AX，
＝AYで最大値をとる。ＡX，ＡYは次式で与えら
れ、物理的には物体変形によるスペツクル模様の
移動量に相当する。
ＡX＝ａxcos2〓s−ａzcos〓psin〓p
−Ｌp〔εxx（sin〓s＋sin〓p）
−Ωy（cos〓s＋cos〓p）〕 ……(1)
ＡY＝−Ｌp〔εxy（sin〓s＋sin〓p）
−Ωx（cos〓s＋cos〓p）
−Ωz（sin〓s＋sin〓p）〕 ……(2)
ただし、レーザビームの発散点の距離Ｌsは物
体面と観察面の距離Ｌpに較べて十分大きいもの
とする。
体面と観察面の距離Ｌpに較べて十分大きいもの
とする。
そしてスペツクルの移動量ＡX，ＡYの測定は次
のようにして行う。
のようにして行う。
第２図に示す如く、半導体イメージセンサー６
を第１図のＰ点に対応する位置に配置して、物体
が変形を受ける前・後のスペツクル模様を光電変
換し、その出力信号をＡ／Ｄ変換してマイクロコ
ンピユータ７のメモリーに格納し、信号間の相互
相関関数を計算する。得られる関数の最大値の位
置がスペツクルの移動量を示す。
を第１図のＰ点に対応する位置に配置して、物体
が変形を受ける前・後のスペツクル模様を光電変
換し、その出力信号をＡ／Ｄ変換してマイクロコ
ンピユータ７のメモリーに格納し、信号間の相互
相関関数を計算する。得られる関数の最大値の位
置がスペツクルの移動量を示す。
本発明は上述したスペツクル模様の移動量から
物体の変形量を測定する方法に基づくものであつ
て、物体の変形量のうち歪のみを分離して測定す
る方法を提供することを目的とする。
物体の変形量を測定する方法に基づくものであつ
て、物体の変形量のうち歪のみを分離して測定す
る方法を提供することを目的とする。
この目的は、変形を生じる物体の表面の一部
を、そこでの表面法線に関して対称な２本のレー
ザビームで照射し、前記各ビームがつくり出すス
ペツクル模様の移動の差より入射面に平行な方向
の物体の歪εxxを決定することにより達成され
る。更にこの目的は、変形を生じる物体の表面の
一部をレーザビームで照射してスペツクル模様を
出現させ、レーザビームの照射点における表面法
線に関して対称な２方向にある観察面でのスペツ
クル模様の移動の差より入射面に平行な方向の物
体の歪εxxを決定することによつて達成される。
を、そこでの表面法線に関して対称な２本のレー
ザビームで照射し、前記各ビームがつくり出すス
ペツクル模様の移動の差より入射面に平行な方向
の物体の歪εxxを決定することにより達成され
る。更にこの目的は、変形を生じる物体の表面の
一部をレーザビームで照射してスペツクル模様を
出現させ、レーザビームの照射点における表面法
線に関して対称な２方向にある観察面でのスペツ
クル模様の移動の差より入射面に平行な方向の物
体の歪εxxを決定することによつて達成される。
ここで、前記のスペツクル模様の移動はイメー
ジセンサの出力の相互相関関数のピーク位置とし
て、又はイメージセンサの代りに配置した格子の
全透過光量の繰り返し計数として求められる。
ジセンサの出力の相互相関関数のピーク位置とし
て、又はイメージセンサの代りに配置した格子の
全透過光量の繰り返し計数として求められる。
以下、本発明を詳しく説明する。前述した(1)，
(2)式において、歪εxxによる項を並進ａx，ａzと
回転Ωyの項から分離するには二つの方法が考え
られる。
(2)式において、歪εxxによる項を並進ａx，ａzと
回転Ωyの項から分離するには二つの方法が考え
られる。
(1) レーザビーム入射角〓sを、物体の表面法線
に関して対称に変えたときのスペツクル模様の
移動量の差△Ａxは、 △Ａx＝Ａx（〓s，〓p）−Ａx（−〓s，〓p） ＝−２εxxＬpsin〓s ……(3) となり、入射面に平行な方向の歪εxxが求めら
れる。すなわち、具体的には第３図又は第４図
に自すように、変形を生じる物体１の表面の一
部Ｏを、そこでの表面法線Ｆに関して対称な２
本のレーザビーム３，３′で照射し、各ビーム
がつくり出す物体の変形前・後のスペツクル模
様の移動Ａx（〓s，〓p）、Ａx（−〓s，〓p）を光
検出器６で検出し、その差△Ａxを求めること
により、(3)式から入射面に平行な方向（両ビー
ムを含む面に平行な方向であり、図示の例では
Ｘ方向）の物体の歪εxxを決定することができ
る。なお、第３図は二つのレーザ源２，２を用
いて、第４図は一つのレーザ源２とハーフミラ
ー９を用いてそれぞれ２本のレーザビームで照
射する場合を示す。又各ビームを交互に照射す
るために、シヤツター８を用いる。
に関して対称に変えたときのスペツクル模様の
移動量の差△Ａxは、 △Ａx＝Ａx（〓s，〓p）−Ａx（−〓s，〓p） ＝−２εxxＬpsin〓s ……(3) となり、入射面に平行な方向の歪εxxが求めら
れる。すなわち、具体的には第３図又は第４図
に自すように、変形を生じる物体１の表面の一
部Ｏを、そこでの表面法線Ｆに関して対称な２
本のレーザビーム３，３′で照射し、各ビーム
がつくり出す物体の変形前・後のスペツクル模
様の移動Ａx（〓s，〓p）、Ａx（−〓s，〓p）を光
検出器６で検出し、その差△Ａxを求めること
により、(3)式から入射面に平行な方向（両ビー
ムを含む面に平行な方向であり、図示の例では
Ｘ方向）の物体の歪εxxを決定することができ
る。なお、第３図は二つのレーザ源２，２を用
いて、第４図は一つのレーザ源２とハーフミラ
ー９を用いてそれぞれ２本のレーザビームで照
射する場合を示す。又各ビームを交互に照射す
るために、シヤツター８を用いる。
(2) レーザビームの入射角θsを一定にして、観
察方向を変えたときのスペツクル模様の移動量
の差△Ａx′は、 △Ａx′ ＝Ａx（θs，θp）−Ａx（θs，−θp） ＝−２（ａzcos〓p＋εxxＬp）sin〓s
……(4) となる。この場合は縦方向（ｚ方向）の並進の
効果2az cos〓pが重なるが、物体と観察面の距
離Ｌpを大きくする場合には｜ａz｜≪｜εｘｘ｜Ｌｐ／
ｃｏｓθｐ の条件が成立してａzを無視することができ、物
体の歪εxxを求めることができる。
察方向を変えたときのスペツクル模様の移動量
の差△Ａx′は、 △Ａx′ ＝Ａx（θs，θp）−Ａx（θs，−θp） ＝−２（ａzcos〓p＋εxxＬp）sin〓s
……(4) となる。この場合は縦方向（ｚ方向）の並進の
効果2az cos〓pが重なるが、物体と観察面の距
離Ｌpを大きくする場合には｜ａz｜≪｜εｘｘ｜Ｌｐ／
ｃｏｓθｐ の条件が成立してａzを無視することができ、物
体の歪εxxを求めることができる。
すなわち、具体的には第５図に示すように、変
形を生じる物体１の表面の一部０をレーザビーム
で照射してスペツクル模様を出現させ、レーザビ
ームの照射点における表面法線Ｆに関して対称な
２方向に配置した二つの光検出器６，６′で、（物
体の変形前・後の）スペツクル模様の移動Ａx
（〓s，〓p）、Ａx（〓s，−〓p）を検出し、その差△
Ａx′を求めることにより、、(4)式から物体の歪εx
ｘを求めることができる。
形を生じる物体１の表面の一部０をレーザビーム
で照射してスペツクル模様を出現させ、レーザビ
ームの照射点における表面法線Ｆに関して対称な
２方向に配置した二つの光検出器６，６′で、（物
体の変形前・後の）スペツクル模様の移動Ａx
（〓s，〓p）、Ａx（〓s，−〓p）を検出し、その差△
Ａx′を求めることにより、、(4)式から物体の歪εx
ｘを求めることができる。
第３図〜第５図に示した光検出器６，６′とし
て、線形イメージセンサを用いる場合には、その
出力信号を第２図に示す如くコンピユータに入力
し、相互相関関数を計算してスペツクル模様の移
動を求める。又通常の光電子検出器を用いる場合
には、スペツクル移動の方向に垂直な格子線を有
する格子（格子間隔ｄ）を介して格子の全透過光
量の繰り返し計数Ｎとしてスペツクル模様の移動
Ａx＝Ａdを求めればよい。後者の場合には連続的
な物体の歪を高速で測定することができる。
て、線形イメージセンサを用いる場合には、その
出力信号を第２図に示す如くコンピユータに入力
し、相互相関関数を計算してスペツクル模様の移
動を求める。又通常の光電子検出器を用いる場合
には、スペツクル移動の方向に垂直な格子線を有
する格子（格子間隔ｄ）を介して格子の全透過光
量の繰り返し計数Ｎとしてスペツクル模様の移動
Ａx＝Ａdを求めればよい。後者の場合には連続的
な物体の歪を高速で測定することができる。
実施例
第３図の配置において、物体１として真鍮の引
張り試験片をビーム径１mmのHe―Neレーザ
（5mW）で照射し、光検出器６として１次元イメ
ージセンサ（ピツチ15μｍ、素子数1024）を用
い、スペツクル模様の移動をセンサの出力信号の
相関から求め、照射点の裏に貼つた抵抗線歪（ゲ
ージによる歪の値との対応関係をしらべた。な
お、レーザビームの入射角θs＝44゜、試験片と
イメージセンサの距離Ｌp＝40.5cmである。
張り試験片をビーム径１mmのHe―Neレーザ
（5mW）で照射し、光検出器６として１次元イメ
ージセンサ（ピツチ15μｍ、素子数1024）を用
い、スペツクル模様の移動をセンサの出力信号の
相関から求め、照射点の裏に貼つた抵抗線歪（ゲ
ージによる歪の値との対応関係をしらべた。な
お、レーザビームの入射角θs＝44゜、試験片と
イメージセンサの距離Ｌp＝40.5cmである。
その結果、第６図に示すように、抵抗線歪計の
読みε（マイクロストレイン）とスペツクル移動
の差１△Ａx１（μｍ）と良く対応し、本発明が
高精度の歪測定法であることを確認することがで
きた。
読みε（マイクロストレイン）とスペツクル移動
の差１△Ａx１（μｍ）と良く対応し、本発明が
高精度の歪測定法であることを確認することがで
きた。
以上詳述したように本発明は、物体の変形によ
つて生ずるスペツクル模様の移動量の差より物体
の歪を測定する方法であり、その特徴を列挙すれ
ば次のとおりである。
つて生ずるスペツクル模様の移動量の差より物体
の歪を測定する方法であり、その特徴を列挙すれ
ば次のとおりである。
(1) 物体の歪を非接触で測定できる。（塗料、被
膜、格子等を物体に貼り付ける必要がない。） (2) 抵抗線歪ゲージの装着できない材料、例え
ば、プラスチツク、ゴム、紙、木材、コンクリ
ート等の歪測定に適用できる。
膜、格子等を物体に貼り付ける必要がない。） (2) 抵抗線歪ゲージの装着できない材料、例え
ば、プラスチツク、ゴム、紙、木材、コンクリ
ート等の歪測定に適用できる。
(3) 歪検出感度は光学的な方法では最も高い。
(4) 測定系の配置が簡単である。
(5) 高温あるいは低温の物体の歪測定に適用でき
る。
る。
第１図と第２図は先願のスペツクルによる物体
の変形測定法を説明するための測定系の一例を示
す。第３図〜第５図は本発明による歪測定法を説
明するための測定系の例を示す。第６図は本発明
の実施例で得られたスペツクル移動量の差と抵抗
線歪計の読みとの関係を示すグラフ。 図中の符号：１……物体、２……レーザ源、３
……レーザビーム、５……観察面、６……光検出
器、Ｌs……レーザビームの発散点の距離、Ｌp…
…物体面と観察面の距離、Ｏ……照射点、Ｆ……
表面法線、θs……レーザビームの入射角。
の変形測定法を説明するための測定系の一例を示
す。第３図〜第５図は本発明による歪測定法を説
明するための測定系の例を示す。第６図は本発明
の実施例で得られたスペツクル移動量の差と抵抗
線歪計の読みとの関係を示すグラフ。 図中の符号：１……物体、２……レーザ源、３
……レーザビーム、５……観察面、６……光検出
器、Ｌs……レーザビームの発散点の距離、Ｌp…
…物体面と観察面の距離、Ｏ……照射点、Ｆ……
表面法線、θs……レーザビームの入射角。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 変形を生じる物体の表面の一部を、そこでの
表面法線に関して対称な２本のレーザビームで照
射し、前記各ビームがつくり出すスペツクル模様
の移動を光電変換に基づく光検出器により検出
し、その差から入射面に平行な方向の物体の歪を
決定することを特徴とする物体の測定方法。 ２ 前記スペツクル模様の移動をイメージセンサ
の出力の相互相関関数のピーク位置として求める
特許請求の範囲第１項記載の物体の歪の測定方
法。 ３ 前記スペツクル模様の移動を格子透過光量の
繰り返し係数として求める特許請求の範囲第１項
記載の物体の歪の測定方法。 ４ 変形を生じる物体の表面の一部をレーザビー
ムで照射してスペツクル模様を出現させ、レーザ
ビームの照射点における表面法線に関して対称な
２方向でのスペツクル模様の移動を前記物体から
十分に距離を離した光電変換に基づく光検出器に
より検出し、その差から入射面に平行な方向の物
体の歪を決定することを特徴とする物体の歪の測
定方法。 ５ 前記スペツクル模様の移動をイメージセンサ
の出力の相互相関関数のピーク位置として求める
特許請求の範囲第４項記載の物体の歪の測定方
法。 ６ 前記スペツクル模様の移動を格子透過光量の
繰り返し係数として求める特許請求の範囲第４項
記載の物体の歪の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11560380A JPS5740603A (en) | 1980-08-22 | 1980-08-22 | Distortion measurement of object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11560380A JPS5740603A (en) | 1980-08-22 | 1980-08-22 | Distortion measurement of object |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5740603A JPS5740603A (en) | 1982-03-06 |
| JPS6127681B2 true JPS6127681B2 (ja) | 1986-06-26 |
Family
ID=14666709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11560380A Granted JPS5740603A (en) | 1980-08-22 | 1980-08-22 | Distortion measurement of object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5740603A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8613635D0 (en) * | 1986-06-05 | 1986-07-09 | Tyrer J R | Optical inspection |
| JP2692599B2 (ja) * | 1994-07-27 | 1997-12-17 | 株式会社島津製作所 | レーザー非接触伸び計 |
-
1980
- 1980-08-22 JP JP11560380A patent/JPS5740603A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5740603A (en) | 1982-03-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3679307A (en) | Non-contacting optical probe | |
| EP0279347A2 (en) | Optical axis displacement sensor | |
| JPH06509415A (ja) | 探触子 | |
| CN103759675A (zh) | 一种用于光学元件非球面微结构的同步检测方法 | |
| US3671126A (en) | Noncontacting optical probe | |
| GB2158228A (en) | Astigmatic non-contact optical probe | |
| Asundi et al. | Optical strain sensor using position-sensitive detector and diffraction grating: error analysis | |
| ATE92616T1 (de) | Optischer messfuehler ohne kontakt. | |
| CN109668525B (zh) | 基于反射光栅的高精度三维角度测量方法与装置 | |
| Yamaguchi et al. | Accelerated laser speckle strain gauge | |
| US5061860A (en) | Deformation measuring method and device using comb-type photosensitive element array | |
| CN119124008A (zh) | 非接触式的配电线路塔基位移测量光学装置及其测量方法 | |
| Pierce et al. | A novel laser triangulation technique for high precision distance measurement | |
| JPH0654220B2 (ja) | レ−ザスペツクル歪計測装置 | |
| JPS5952963B2 (ja) | 変形の測定方法 | |
| DE69535479D1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur positions- und bewegungsmessung | |
| JPH0226164B2 (ja) | ||
| JPS5796203A (en) | Contactless displacement detector employing optical fiber | |
| CN223940215U (zh) | 一种光强补偿式位移传感器 | |
| Zhuang et al. | Precision laser triangulation range sensor with double detectors for measurement on CMMs | |
| JPH02114146A (ja) | 構造部品や試験片における亀裂長さやひずみを測定する方法とその装置 | |
| CN116336971B (zh) | 一种光栅分束镜、角度测量装置及方法 | |
| JPH03142305A (ja) | 表面粗度測定装置 | |
| JPH0439522Y2 (ja) | ||
| US4077723A (en) | Method of measuring thickness |