JPS62261908A - レ−ザスペツクル振動歪計測法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はタービン翼及びエンジン等の強度研究での歪計
測、ボイラ、船舶等各種構造物の歪計測及びセラミック
スやＣＦＲＰ等の新素材強度実験における歪計測等に適
用されるレーザスペックル振動歪計測法に関する。

〔従来の技術〕

第２図は従来の歪計測法を説明するための図であり、第
２図において、０１は試験片、０２は固定治具で試験片
０１を固着する。０３はおもシで、試験片０１に荷重を
かける。０４はコンピュータで後述の第１及び第２のイ
メージセンサ０１１゜０１４の出力信号を受信し、相互
相関関数を算出し、スペックル移動などを求める。０５
は入出力装置で、コンピュータ０４の操作及び計算の結
果の表示を行う。０６は第１のレーザで、例えばＨｅ−
Ｎｅレーザで赤色（波長０．６３２　ｓμｍ）のレーザ
光線を発生し、試験片０１上の測定点Ｐを入射角度θで
平面鏡０８を介して照射する。

０７は第２のレーザで、例えばアルゴンレーザで青色（
波長０．４８８０μ属）のレーザ光線を発生し、試験片
０１上の測定点Ｐを入射角度−〇で、平面／ａ０９を介
して照射する。０８，０９は、第１及び第２の平面鏡で
ある。０１０は第１及び第２のレーザの電源で、電力を
供給する。０１１は第１のイメージセンナで、上記測定
点Ｐの法線上に、かつ距離Ｌ０だけ離れて設置され、後
述の第１フイルタ０１３を介してスペックル模様の光強
度分布を検出し、コンビエータ０４に送信する。０１２
は第２のイメージセンナで、上記測定点Ｐの法線上に、
かつ、距＠Ｌ０だけ離れて設置され、後述の第２フイル
タ０１４を介して、スペックル模様の光強度分布を検出
し、コンピュータ０４に送信する。

０１３．０１４は第１及び第２のフィルタで、それぞれ
、第１及び第２のレーザかも発生のレーザ光線だけを通
過させる。０１５はビームスプリッタで、上記第１及び
第２のレーザより発生のレーザ光線で照射された測定点
からの反射光を二つに分割して、その一方を第１のイメ
ージセンサ０１１の方へ、他方を第２のイメージセンサ
０１２の方へ送信するようになされている。

第２の装置を用いて歪計測手順を説明すると次のように
なる。

（イ）、試験片変形前のスペックル模様の強度分布測定
として、第１のレーザ例えば）（ｅ−ＮｅレーザよＱ発
生の赤色レーザ光線（波長０．６３２８μ肩）で平面鏡
０８を介して測定点Ｐを照射するのと同時に第２のレー
ザ例えばアルゴンレーザよシ発生の青色レーザ光線（波
長０．４８８０μｍ）で、平面鏡０９を介して！ｊＩＩ
Ｉ’定点Ｐを照射する。その反射光は赤色と青色が混じ
った光であるが、これをビームスプリッタ０１５で二つ
に分け、その透過光は第１のフィルタ０１３を介して赤
色光だけにして第１のイメージセンナ０１１に到達し、
その赤色レーザ光のスペックル模様の光強度分布を検出
し、コンる。

上記赤色レーザ光のスペックルの記録と同時に、上記ビ
ームスプリッタ０１５の反射光の方は渠２のフィルタ０
１４を介して青色光だけにして、第２のイメージセンナ
０１２に到達し、その青色レーザ光のスペックル模様の
光強度分布を検出し、（ロ）、試験片変形後のスペック
ル模様の光強度分布測定として、試験片が変形したあと
、上記（イ）と同様にして、第１のイメージセンサ０１
１により、赤色レーザ光のスペックル模様工！■をコン
ビエータ０４に記憶させるのと同時に、第２のイメージ
センサ０１２によシ青色レーザ光のスペックル模様Ｉｔ
　００をコンピュータ０４に記憶させる。

（ハ）、上記（（イ）及び（ロ）で測定した試験片変形
前後でのスペックル模様ＩｔｏＯとＩｔＯ’０−及びＩ
ｘｏｏとＩｘｏｏを用いて、それぞれの相互間関数をコ
ンピュータ０４で箪出し、そのピーク値よりスペックル
移動入Ｘ（θ）及びＡｘ（−〇）を求める。

（−４、上記Ｖ１のスペックル移動入Ｘ（の及び入Ｘ（
−〇）から、スペックル移動の差ΔＡｘ及び歪１直Ｅｘ
ｘ’Ｉｘｘ　＝　−４４ｘ　／　２　Ｌｏｓｉｎθをコ
ンピュータ０４で計算してその結果を入出力装置０５に
表示することによフ、非接触方式で歪を計測するように
なされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の方法では、歪を測定するのに物体の変形前後で定
常的にレーザビームを照射し、歪値算出の計算を行って
いるため、振動歪など高速度で変化する歪を計測する場
合、スペックル模様検出中にそのスペックル模様が移動
してしまうため、高速度で変形する物体の計測が困難で
ある。

本発明は上記従来の問題点を解消し、高速度で変化する
振動歪をも計測することができるレーザスペックル振動
歪計測法を提供することを目的とする。

〔間チ虱点を解決するための手段〕

本発明によるレーザスペックル振動歪計測法は、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、その
ビームが作シ出すスペックル模様の移動の差より物体の
歪を測定する方法において、上記物体の振動を検出し、
上記スペックル模様を該検出された振動の山と谷近傍に
おいてのみ堰シ出して振動歪を求めることを特徴とする
。

〔作用〕 本発明によれば、物体にレーザビームを照射しその反射
光により生じるスペックル模様の移動の差から歪を測定
する方法において、物の振動を、咲出しながらその振動
の山と谷の時にスペックル模様を取り出すようにするこ
とにより、この山および谷の近傍ではスペックル模様の
変化は小さくなるため、検出精度が良くなる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を説明するための図であシ、
１は試験片、２は試験片１を固着する固定治具、３は試
験片に荷重をかける荷重装置、４は後述の第１及び第２
のイメージセンサ１０　、　Ｊ　２の出力信号を受信し
、相互相関関数を算出し、ス出力装置、６は例えばＨｅ
−Ｎｅレーザ赤色（波長０．６３２８μｍ）のレーザ光
線を発生し、試験片１上の測定点Ｐｉｔ入射角度θで照
射する第１のレーザ。

７は例えばアルゴンレーザで青色（波長０．４８８０μ
ｍ）のレーザ光線を発生し、試験片１上の測定点Ｐを入
射角度（−θ）で照射する第２のレーザ。

１０は上記測定点Ｐの法線上にかつ距離Ｌ０だけ雅れで
設置され、後述の第１のフィルタ１２を介して、スペッ
クル模様の強度分布を検出し、コンビコータ４に送信す
る第１のイメージセンサ、９は上記測定点Ｐの法線上に
かつ、距離り。だけ離れて設置され、後述の第２のフィ
ルタ１３を介して、スペックル模様の光強度分布を検出
し、コンピュータ４に送信する第２のイメージセンナ、
１２゜１３はそれぞれ第１及び第２のレーザ６．７よシ
発生するレーザ光線で照射された測定点からの反射光を
二つに分割して、その一方を第１のイメージセンサ１０
の方へ、他方を第２のイメージセンサ１１の方へ送する
第１および第２のフィルタ。

１５．１６はそれぞれ第１及び第２のレーザ６゜７よ）
発生するレーザ光線を後述のシャッタが駆動装置１１７
によって開閉するシャッタ、１７は振動計１８からの情
報を受傷し、その情報をもとにして、シャッタ１５．１
６を開閉させるシャッタ駆動装置である。

第３図は本発明の一実施例におけるレーザビーム照射時
間を示すもので、縦軸は物体の振動量、横軸は時間を示
す。

第１の配置を用いて歪計測平頂を説明すると次のように
なる。

（イ）、試験片変形前のスペックル模様の強度分布とし
て、シャッタ１５．１６を開き、第１のレーザ６例えば
Ｈｅ−Ｎｅレーザよシ発生の赤色レーザ光線（波長０．
６３２８μｍ）で測定点Ｐを照射するのと同時に第２の
レーザ７例えばアルゴンレーザより発生の青色レーザ光
線（波長０．４８８０μｍ）で測定点Ｐを照、射する。

その反射光は赤色と青色が混じった光であるが、これを
半透鏡１４で二つに分けその透過光は第１のフィルタ１
２を介して赤色光だけにしてＷＪｌのイメージセンナ１
０に到達し、その赤色レーザ光のスペックル模様の光強
度分布を検出し、コンピュータ４に送信して記憶させる
。

なお、この場合のスペックル模様をＩ、（Ｘ）とする。

上記赤色レーザ光のスペックルの記録と同時に、上記半
透鏡１４の反射光の方は第２のフィルタ１３を介して青
色光だけにして、第２のイメージセンナ１１に到達し、
その青色レーザ光のスペックル模様の光強度分布を検出
し、コンピュータ４に送信して記憶させる。

なお、この場合のスペックル模様を工□閃とする。

（口Ｊ１試験片変形後のスペックル模様の光強度分布測
定として、試験片が変形したあと、上記（イ）と同様に
して、第１のイメージセンサ１０によシ、赤色レーザ光
のスペックル模！　Ｉ　！　ＣＸ）　’！ｒコンピュー
タ４に記憶させるのと同時に第２のイメージセンナによ
り、青色レーザ光のスペックル摸様工！囚をコンピュー
タ４に記憶させる。

←→、１９は振動センサ、１８は振動計で、試験片の振
動量を検出し、クヤッタ駆動装置１７に送信する。シャ
ッタ駆動装置１７では、試験片の振動量の絶対直が波高
１であるときのみ、シャッタ１５．１６を開く。

コンピュータ４では、上記（イ］、（ロ）及び段記（−
４，（ホ）の動作を行い、歪籠を算出する。

に）、上記（イ）及び（ロ）で測定した試験片変形前後
でのスペックル模様ｌ５（Ｘ）とＩｔＯＱ及びエフ囚と
工２００　　を用いてそれぞれの相互相関関数をコンピ
ュータ４で遅出し、そのピーク値よシ、スペックル移動
Ａｘ（θ〕及びＡｘ（−θ）を求める。

（ホ）、上記に）のスペックル移動ＡＸＬθ）及びＡｘ
（−θ）から、スペックル移動の差ΔＡＸ及び歪値εｘ
ｘεｘｘ＝−ΔＡ　ｘ　／　２　Ｌｏｓｉｎθをコンピ
ュータ４で計算してその結果を入出力装置５に表示する
。

以上の方法で歪を計測すれば、例えば第３図に示すよう
に振動波形の変曲点でレーザを照射するので、スペック
ル模様検出中にスペックル模様が静止していることにな
る。

以上のように本発明によれば、振動センナ１個を取り付
けるだけで非接触方式で物体の高速振動歪計測ができる
。

なお、上記実施例では、シャッタ１５．１６をレーザ６
．７の照射光路上に配、置し、物体１に同けて連続的に
照射されているレーザ光を遮ぎるようにするものについ
て説明したが、これに変えて、物体１からのレーザ光の
反射光路上にシャッタを配置し、このシャッタを振動セ
ンサ１９の出力により開閉するようにしても良い。この
場合には、１つの７ヤツタで済む利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の方法では計測が困難であった高
速度で変化する振動歪の計測への適用が可能となり、振
動歪計測の適用範囲を拡大することができる等の優れた
効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用いられる一実施例とし
てのスペックル歪計の構成図、第２図は従来例を示す図
、第３図は本発明の一実施例におけるレーザビーム照射
時間を示す図である。 １・・・試験片、４・・・コンピュータ、５・・・入出
力装置、６・・・ｇｌのレーザ、７・・・第２のレーザ
、１０・・・第１のイメージセンサ、１ノ・・・第２の
イメージセンナ、１５．１６・・・シャッタ、１７・・
・クヤッタ駆動Ｉ装置、１８・・・振動計、１９・・・
振動センサ。

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レーザビームで照射し
   、そのビームが作り出すスペックル模様の移動の差より
   物体の歪を測定する方法において、上記物体の振動を検
   出し、上記スペックル模様を該検出された振動の山と谷
   近傍においてのみ取り出して振動歪を求めることを特徴
   とするレーザスペックル振動歪計測法。