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TWO-DIRECTIONAL APPARATUS USING SPECKLE FOR SIMULTANEOUSLY MEASURING DEFORMATION achieved

Patent code P110002915
File No. RSP53P09
Posted date Jun 8, 2011
Application number P2001-316771
Publication number P2003-121120A
Patent number P3858056
Date of filing Oct 15, 2001
Date of publication of application Apr 23, 2003
Date of registration Sep 29, 2006
Inventor
  • (In Japanese)内野 正和
Applicant
  • (In Japanese)福岡県
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title TWO-DIRECTIONAL APPARATUS USING SPECKLE FOR SIMULTANEOUSLY MEASURING DEFORMATION achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-dimensional apparatus for simultaneously measuring deformation through the use of speckles capable of measuring the amount of deformation and the direction of deformation by shining laser light simultaneously from two different directions.
SOLUTION: The two-directional apparatus for measuring deformation comprises a laser light irradiating means 14 for simultaneously irradiating a body 11 with beams of laser light L1 and L2 of different wavelengths from two different directions; a scattering laser light detecting means 16 for detecting the beams of laser light L1 and L2 wavelength by wavelength, from scattering laser light 15 generated when the beams of laser light L1 and L2 are simultaneously scattered at the surface of the body 11; a first deformation amount computing means 45 for forming speckle interference fringes from each of the beams of laser light L1 and L2 detected by the scattering laser light detecting means 16 wavelength by wavelength, obtaining the phase difference of the speckle interference fringes, and obtaining the apparent amount of deformation of the body 11 in each of the two different directions; and a second deformation amount computing means 46 for computing the true amount of deformation which occurs in the body 11 and the direction of deformation from each apparent amount of deformation in each of the two different directions obtained by the first deformation amount computing means 45.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


レーザ光が物体表面の粗面等によって散乱反射することで生じるスペックルパターンを利用した変形量の計測は、一般的に粗面で構成される実構造物の表面の変形量の計測に非常に適している。また、レーザ光の可干渉性を利用しているため、高温又は低温下での物体の変形量の計測、静的及び動的な荷重が加えられる環境下での物体の変形量の計測が可能となっている。更に、理論的には、広範囲領域から微小領域に到るまでの変形量の計測が可能である。
スペックルパターンを利用した変形量の計測は、分解能が数十μmと比較的粗いスペックル相関法と、分解能が1μm以下となるスペックル干渉法に大別される。スペックル相関法は、直接スペックルパターンの移動より変形量を計測するため、変形方向を含めた変形量の絶対値計測が可能になるという利点があるが、分解能が粗いため精度の高い計測や微小な変形量の計測には適さないという問題がある。このため、精度の高い計測や微小な変形量の計測には、分解能が1μm以下となるスペックル干渉法が採用されている。
しかし、スペックル干渉法では物体の変形方向の変形量を直接計測することができず、スペックル干渉縞を形成するために照射するレーザ光の照射方向に関する変形量しか計測できないという問題がある、そのため、一般的な変形(物体の変形方向が照明方向からずれている)の場合は、物体に対して異なる2つの方向からレーザ光をそれぞれ照射して計測を行ない、各計測方向における計測結果を合成して、物体としての真の変形量と、その変形方向を求める必要があった。従って、スペックル干渉法を用いて物体の変形量を計測する場合は、レーザ光を異なる2方向から別々に照射する照射切替機構を計測装置に設けて、レーザ光の照射方向を切り換えながら、それぞれの方向の変形量を計測していた。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、物体の表面に異なる2方向からレーザ光を照射して得られるスペックルパターンを用いてスペックル干渉縞を形成して物体の変形量と変形方向の計測を同時に行うことが可能なスペックルを用いた2方向変形同時計測装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
物体に2つの異なる方向からそれぞれ異なる波長のレーザ光L1、L2を同時に照射するレーザ光照射手段と、
前記各レーザ光L1、L2が前記物体の表面で同時に散乱して生じた散乱レーザ光から波長別に前記レーザ光L1、L2を検知する散乱レーザ光検知手段と、
前記散乱レーザ光検知手段で波長別に検知された前記各レーザ光L1、L2からそれぞれスペックル干渉縞を形成して該スペックル干渉縞の位相差を求めて2つの異なる方向別に前記物体の見掛けの変形量を求める第1の変形量演算手段と、前記第1の変形量演算手段で求めた前記各見掛けの変形量から前記物体に生じている真の変形量及び変形方向を演算する第2の変形量演算手段とを有し、
前記レーザ光L1は2つの異なる光路を経由して水平方向から、前記レーザ光L2は2つの異なる光路を経由して垂直方向から同時に前記物体に照射され、前記物体の見掛けの変形量は水平方向及び垂直方向別に求められることを特徴とするスペックルを用いた2方向変形同時計測装置。

【請求項2】
 
請求項1記載のスペックルを用いた2方向変形同時計測装置において、前記散乱レーザ光検知手段には、前記散乱レーザ光を前記波長別のレーザ光L1、L2に分離する波長分離器と、前記波長分離器により分離された各レーザ光L1、L2をそれぞれ検知する2台の受光器が設けられていることを特徴とするスペックルを用いた2方向変形同時計測装置。

【請求項3】
 
請求項2記載のスペックルを用いた2方向変形同時計測装置において、前記波長分離器は干渉によりレーザ光の波長の選択を行う第1~第3の波長選択フィルターを有し、前記第1の波長選択フィルターは前記物体の表面の法線に対して所定の角度をなして設けられ前記散乱レーザ光から前記レーザ光L1を選択透過させて前記レーザ光L2を反射し、前記第2の波長選択フィルターは前記レーザ光L1を検知する前記受光器の受光窓に取付けられ前記レーザ光L1のみを透過し、前記第3の波長選択フィルターは前記レーザ光L1を検知する前記受光器の受光窓に取付けられ前記レーザ光L2のみを透過することを特徴とするスペックルを用いた2方向変形同時計測装置。

【請求項4】
 
請求項1記載のスペックルを用いた2方向変形同時計測装置において、前記散乱レーザ光検知手段には、前記散乱レーザ光を一括して受光し、受光した前記散乱レーザ光から波長別に前記レーザ光L1、L2を選択検知してその検知信号を出力することが可能な波長識別受光器が設けられていることを特徴とするスペックルを用いた2方向変形同時計測装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2001316771thum.jpg
State of application right Registered
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