JPS6141933A - 物体内の応力測定方法および装置 - Google Patents
物体内の応力測定方法および装置Info
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- JPS6141933A JPS6141933A JP16358684A JP16358684A JPS6141933A JP S6141933 A JPS6141933 A JP S6141933A JP 16358684 A JP16358684 A JP 16358684A JP 16358684 A JP16358684 A JP 16358684A JP S6141933 A JPS6141933 A JP S6141933A
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- Japan
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- light
- stress
- optical path
- path difference
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/241—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet by photoelastic stress analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、物体内の応力分布を非破壊で測定する測定方
法および装置に関するものである。
法および装置に関するものである。
従来、透明物体内の応力を測定する方法としては、光弾
性偏光器を用いる方法、すなわち、被測定物と１／４波
長板を、偏光子と検光子の間に挟み、物体内の主応力差
を透過光の光の強度に変換して測定する方法がある。
性偏光器を用いる方法、すなわち、被測定物と１／４波
長板を、偏光子と検光子の間に挟み、物体内の主応力差
を透過光の光の強度に変換して測定する方法がある。
〔発明がＷ６決しようとする問題点〕
上記のような従来の測定方法では、被測定物か平板状、
あるいは軸対称性を有している必要があり、軸対称でな
い３次元物体の場合には、被測定物を平板状１こ加工し
なければならず、被測定物を破壊してしまうという問題
があった。また、受光方法として写真撮影やフォトダイ
オードをスキャンする方法を用いているため、データの
解析や測定に時間がかかり、精度もあまりよくないとい
う問題もあった。
あるいは軸対称性を有している必要があり、軸対称でな
い３次元物体の場合には、被測定物を平板状１こ加工し
なければならず、被測定物を破壊してしまうという問題
があった。また、受光方法として写真撮影やフォトダイ
オードをスキャンする方法を用いているため、データの
解析や測定に時間がかかり、精度もあまりよくないとい
う問題もあった。
本発明は、これら従来の問題を解決するものである。
本発明の物体内の応力測定方法は、発光源から被測定物
Ｉζ光線を照射し、応力が物体に与える複屈折性によっ
て透過光に生じる直交する偏光間の光路差を、被測定物
を回転させながら受光装置で検出し、それらのデータに
基づいて、被測定物の断面内における該断面に垂直な応
力成分分布を求めることを特徴とす。
Ｉζ光線を照射し、応力が物体に与える複屈折性によっ
て透過光に生じる直交する偏光間の光路差を、被測定物
を回転させながら受光装置で検出し、それらのデータに
基づいて、被測定物の断面内における該断面に垂直な応
力成分分布を求めることを特徴とす。
また、本発明の物体内の応力測定ｇｃ置は、レーザ光源
部、該レーザ光源の出力光を被測定物の大きさ以上の広
がりを有する平行光線に変換するレンズ系と、該平行光
線を直線偏光とするための偏亮子とによって光源部を構
成すると共に、被測定物の外周部屈折率と等しい屈折率
を有するマツチングオイルを充てんできかつ該被測定物
を所望の角度で回転できる回転台を備え、かつビディコ
ンと、該ビディコン上に被測定物の像を結像するレンズ
と、被測定物を通過したレーザ光を直線偏光とするため
のλ／４板と、偏光面のずれを検出するための検光子と
から受光部を構成し、さらにビディコンからの出力を処
理して所望の応力分布を求めるデータ処理部を備えて成
ることを特徴とする。
部、該レーザ光源の出力光を被測定物の大きさ以上の広
がりを有する平行光線に変換するレンズ系と、該平行光
線を直線偏光とするための偏亮子とによって光源部を構
成すると共に、被測定物の外周部屈折率と等しい屈折率
を有するマツチングオイルを充てんできかつ該被測定物
を所望の角度で回転できる回転台を備え、かつビディコ
ンと、該ビディコン上に被測定物の像を結像するレンズ
と、被測定物を通過したレーザ光を直線偏光とするため
のλ／４板と、偏光面のずれを検出するための検光子と
から受光部を構成し、さらにビディコンからの出力を処
理して所望の応力分布を求めるデータ処理部を備えて成
ることを特徴とする。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の測定装置の構成例を表わす。
図中１はレーザ、２ａ、２ｂ、２ｃはレンズ、３は偏光
子、４は被測定物であり、レンズ２ａ 、 ２ｂは、レ
ーザ１の出力光を被測定物４の大きさ以上の広がりをも
つ平行光線に変換するレンズ系を成し、また偏光子３は
平行光線を直線偏光とするものである。これら、レーザ
１．レンズ２ａ、２ｂ１および偏光子３は光源部を構成
している。被測定物４は試料回転台５に固定されている
。この回転台５は、マツチングオイル６を充填でき、か
つ被測定物４を所望の角度回転できるものである。マツ
チングオイル６は、被測定物４の外周部の屈折率と等し
い屈折率を有する液体であり、光線が屈折によって曲が
ることを防ぐ。
子、４は被測定物であり、レンズ２ａ 、 ２ｂは、レ
ーザ１の出力光を被測定物４の大きさ以上の広がりをも
つ平行光線に変換するレンズ系を成し、また偏光子３は
平行光線を直線偏光とするものである。これら、レーザ
１．レンズ２ａ、２ｂ１および偏光子３は光源部を構成
している。被測定物４は試料回転台５に固定されている
。この回転台５は、マツチングオイル６を充填でき、か
つ被測定物４を所望の角度回転できるものである。マツ
チングオイル６は、被測定物４の外周部の屈折率と等し
い屈折率を有する液体であり、光線が屈折によって曲が
ることを防ぐ。
また、７は１／４ Ｍ、長板、８は検光子％ ９はビデ
イコンであり、これらは前出したレンズ２ａと共に受光
部を構成している。レンズ２ａは、被測定物４の像をビ
デイコン９上に結像するように配置さｎている。１／４
波長板７は、被測定物４を通過したレーザ光を直線偏光
するものであり、また検光子８は、偏光面のずれを検出
するものである。
イコンであり、これらは前出したレンズ２ａと共に受光
部を構成している。レンズ２ａは、被測定物４の像をビ
デイコン９上に結像するように配置さｎている。１／４
波長板７は、被測定物４を通過したレーザ光を直線偏光
するものであり、また検光子８は、偏光面のずれを検出
するものである。
また、１０は画像メモリ装置、１１は電子計算機、１２
は出力装置であり、これらはビデイコン９からの出力を
処理して所望の応力分布を求めるデータ処理部を成して
いる。
は出力装置であり、これらはビデイコン９からの出力を
処理して所望の応力分布を求めるデータ処理部を成して
いる。
次に、上記装置による応力の測定方法について説明する
。
。
まず、被ｄす宝物４を試料回転台５に固定し、その回転
角をある角度θ０に設定する。この状態において、偏光
子３により直線偏光となったレーザ１からのレーザ光を
被測定物４に入射する。この入射光は、物体内の応力分
布１こ起因する複屈折性により互いに直交する偏波面を
持つ２つの成分に分かれて、それぞれの成分が異った伝
播速度で進むため、物体を透過した光には光路差＆が生
じ、光線は清円偏波となる。光路差几は、光線の入射位
ｉｆＸと回転台の回転角θ０の関数から次式で与えられ
る。
角をある角度θ０に設定する。この状態において、偏光
子３により直線偏光となったレーザ１からのレーザ光を
被測定物４に入射する。この入射光は、物体内の応力分
布１こ起因する複屈折性により互いに直交する偏波面を
持つ２つの成分に分かれて、それぞれの成分が異った伝
播速度で進むため、物体を透過した光には光路差＆が生
じ、光線は清円偏波となる。光路差几は、光線の入射位
ｉｆＸと回転台の回転角θ０の関数から次式で与えられ
る。
Ｒ（Ｘ、θ０）＝Ｃｆ″’ｒｚｄＹ −・・・・・
（１）ここで、Ｃは光弾性定数、Ｙは光層の進行方向
、σ２はＸ−Ｙ面に垂直な方向の物体内の応力であり、
被測定物４はＺ方向に一欣な形状および応力状をｑを有
するとしている（第２図）。この光路差を持つ光線が１
／４波長板７を通過すると、偏波面の角度が入射光の偏
光面よりΔφ＝πＢ、／λだけずれた直線偏光となる。
（１）ここで、Ｃは光弾性定数、Ｙは光層の進行方向
、σ２はＸ−Ｙ面に垂直な方向の物体内の応力であり、
被測定物４はＺ方向に一欣な形状および応力状をｑを有
するとしている（第２図）。この光路差を持つ光線が１
／４波長板７を通過すると、偏波面の角度が入射光の偏
光面よりΔφ＝πＢ、／λだけずれた直線偏光となる。
ただし、λは光の波長。
そこで、検光子８の光軸１を回転させながらビディコン
９上の画像データを画像メモリ１０に読みとり、計算＋
Ｒ１１を用いて透過光の強度が最小となる検光子８の回
転角からΔφを求め、（１式の光路差ＩＩ、 （Ｘ 、
θ０）のデータをル＝Δφλ／πより求める。
９上の画像データを画像メモリ１０に読みとり、計算＋
Ｒ１１を用いて透過光の強度が最小となる検光子８の回
転角からΔφを求め、（１式の光路差ＩＩ、 （Ｘ 、
θ０）のデータをル＝Δφλ／πより求める。
次に、試料回転台５をある角度回転させて角度θ１とし
、上記と同じ操作によりＲ（Ｘ、θ１ ）のデータを得
る。この手順を試料回転台５が１回転するまで繰り返し
行なう。物体内の２方向の応力σ２はこのＩＬ （Ｘ
、θ０）ｔＲ（Ｘ、θＩＬ”’Ｒ（Ｘ、０ｎ）（ｎは任
意の数）のデータより次式を用いて計算機１１により計
算する。
、上記と同じ操作によりＲ（Ｘ、θ１ ）のデータを得
る。この手順を試料回転台５が１回転するまで繰り返し
行なう。物体内の２方向の応力σ２はこのＩＬ （Ｘ
、θ０）ｔＲ（Ｘ、θＩＬ”’Ｒ（Ｘ、０ｎ）（ｎは任
意の数）のデータより次式を用いて計算機１１により計
算する。
ｄ曽〕ｄθ
Ｆ（ｗ−θ、ＷｓＩｒＩＯ）＝ｆ）Ｌ（Ｘ、θ）ｅｘｐ
（−ｉｗｘ）ｄＸｍ ３ （ａ）図は、実際に本装置を
用いて、応力付与形ｔｔｉｉｌ波保存元ファイバの一層
で断面形状が第３図中）のファイバ（通称・「ＰＡＮＬ
ＩＡファイバ」）１３のＴｌｆｒ面内の応力分布を測定
して、高さを応力の大きさとして３次元表示したもので
ある。このファイバ１３は、第３図（ｂ）中斜線で示し
た部分の熱膨張係数がその周囲に比べて大きくなるよう
に作られており、その斜線で示した部分で大きな熱応力
が生じるような構造となっている。その熱応力が第３
（ａ）図中の２つの山として表示されている。ファイバ
１３は、外径が１２５μｍ、１度と細く軸対称性もない
ためその２方向の応力を測定することは従来の方法では
極めて困難であった力ξ本発明の方法によれば簡単１こ
精度よく、かつ非破壊で測定することが可能となる。
（−ｉｗｘ）ｄＸｍ ３ （ａ）図は、実際に本装置を
用いて、応力付与形ｔｔｉｉｌ波保存元ファイバの一層
で断面形状が第３図中）のファイバ（通称・「ＰＡＮＬ
ＩＡファイバ」）１３のＴｌｆｒ面内の応力分布を測定
して、高さを応力の大きさとして３次元表示したもので
ある。このファイバ１３は、第３図（ｂ）中斜線で示し
た部分の熱膨張係数がその周囲に比べて大きくなるよう
に作られており、その斜線で示した部分で大きな熱応力
が生じるような構造となっている。その熱応力が第３
（ａ）図中の２つの山として表示されている。ファイバ
１３は、外径が１２５μｍ、１度と細く軸対称性もない
ためその２方向の応力を測定することは従来の方法では
極めて困難であった力ξ本発明の方法によれば簡単１こ
精度よく、かつ非破壊で測定することが可能となる。
なお、本実施例では、受光装置としてビディコン９２画
像メモリ１０を用いているため、透過光のデータを一度
に精度よく収集・記憶して、そのまま計算１機処理する
ことができ、応力測定の一層の高精度化、および、％連
化を図ることができる。
像メモリ１０を用いているため、透過光のデータを一度
に精度よく収集・記憶して、そのまま計算１機処理する
ことができ、応力測定の一層の高精度化、および、％連
化を図ることができる。
以上説明したようｌこ、本発明によれば、被測定物を透
過してきた光に光弾性効果によって生じる光路差を、ｖ
ｌ、測定物を回転させながら測定して、ｖ！ｔｌＩＩｌ
ｌ定吻の断面内の応力分布・３求めるにめ、ある一つの
方間に一様な形状と応力分布をもつ物体の内部の応力分
布を、非破壊でかつ篇速に測定することができる。
過してきた光に光弾性効果によって生じる光路差を、ｖ
ｌ、測定物を回転させながら測定して、ｖ！ｔｌＩＩｌ
ｌ定吻の断面内の応力分布・３求めるにめ、ある一つの
方間に一様な形状と応力分布をもつ物体の内部の応力分
布を、非破壊でかつ篇速に測定することができる。
第１図は本発明の応力測定装置の一例を表わす概略構成
図、り１２図は測定原理の幌、明図、２４３図（ａ）は
実測結果の一例を表わす図、第３図（ｂ）は被測定物と
したファイバの断面図である。 １・・・・・・レーザ（レーザ光源）、２ａ 、 ２ｂ
、 ２ｃ・・・・・・レンズ、３・・・・・・偏光子
、４・・・・・・被測定物、５・・・・・・試料回転台
、６・・・・・・マツチングオイル、７・・・・・・１
／４波長版、８・・・・・・検光子、９・・・・・・ビ
ディコン、１０・・・・・・画像メモリ、１１・・・・
・パ電子計カニ機、１２・・・・・・出力装置％ １３
・・・・・・ファイバ。 第１図 第２図
図、り１２図は測定原理の幌、明図、２４３図（ａ）は
実測結果の一例を表わす図、第３図（ｂ）は被測定物と
したファイバの断面図である。 １・・・・・・レーザ（レーザ光源）、２ａ 、 ２ｂ
、 ２ｃ・・・・・・レンズ、３・・・・・・偏光子
、４・・・・・・被測定物、５・・・・・・試料回転台
、６・・・・・・マツチングオイル、７・・・・・・１
／４波長版、８・・・・・・検光子、９・・・・・・ビ
ディコン、１０・・・・・・画像メモリ、１１・・・・
・パ電子計カニ機、１２・・・・・・出力装置％ １３
・・・・・・ファイバ。 第１図 第２図
Claims (2)
- （１）発光源から被測定物に光線を照射し、応力が物体
に与える複屈折性によって透過光に生じる直交する偏光
間の光路差を、被測定物を回転させながら受光装置で検
出し、それらのデータに基づいて、被測定物の断面内に
おける該断面に垂直な応力成分分布を求めることを特徴
とする物体内の応力測定方法。 - （２）レーザ光源と、該レーザ光源の出力光を被測定物
の大きさ以上の広がりを有する平行光線に変換するレン
ズ系と、該平行光線を直線偏光とするための偏光子とに
よって光源部を構成すると共に、被測定物の外周部屈折
率と等しい屈折率を有するマッチングオイルを充てんで
きかつ該被測定物を所望の角度で回転できる回転台を備
え、かつビディコンと、該ビディコン上に被測定物の像
を結像するレンズと、被測定物を通過したレーザ光を直
線偏光とするための１／４波長板と、偏光面のずれを検
出するための検光子とから受光部を構成し、さらにビデ
ィコンからの出力を処理して所望の応力分布を求めるデ
ータ処理部を備えて成ることを特徴とする物体内の応力
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16358684A JPS6141933A (ja) | 1984-08-03 | 1984-08-03 | 物体内の応力測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16358684A JPS6141933A (ja) | 1984-08-03 | 1984-08-03 | 物体内の応力測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6141933A true JPS6141933A (ja) | 1986-02-28 |
| JPH0369059B2 JPH0369059B2 (ja) | 1991-10-30 |
Family
ID=15776728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16358684A Granted JPS6141933A (ja) | 1984-08-03 | 1984-08-03 | 物体内の応力測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6141933A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6325341U (ja) * | 1986-08-01 | 1988-02-19 | ||
| JP2007121174A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Univ Nagoya | 応力検出装置 |
| JP2009168813A (ja) * | 2008-01-14 | 2009-07-30 | Gwangju Inst Of Science & Technology | 光ファイバの残留応力測定装置 |
| WO2011065175A1 (ja) * | 2009-11-27 | 2011-06-03 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | 応力計測装置及び応力計測方法 |
| CN103091014A (zh) * | 2011-11-02 | 2013-05-08 | 财团法人工业技术研究院 | 光学测量装置 |
| CN103115705A (zh) * | 2013-01-19 | 2013-05-22 | 清华大学 | 基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪及测量方法 |
-
1984
- 1984-08-03 JP JP16358684A patent/JPS6141933A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6325341U (ja) * | 1986-08-01 | 1988-02-19 | ||
| JP2007121174A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Univ Nagoya | 応力検出装置 |
| JP2009168813A (ja) * | 2008-01-14 | 2009-07-30 | Gwangju Inst Of Science & Technology | 光ファイバの残留応力測定装置 |
| WO2011065175A1 (ja) * | 2009-11-27 | 2011-06-03 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | 応力計測装置及び応力計測方法 |
| CN103091014A (zh) * | 2011-11-02 | 2013-05-08 | 财团法人工业技术研究院 | 光学测量装置 |
| CN103115705A (zh) * | 2013-01-19 | 2013-05-22 | 清华大学 | 基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪及测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0369059B2 (ja) | 1991-10-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |