JPS5952963B2 - 変形の測定方法 - Google Patents
変形の測定方法Info
- Publication number
- JPS5952963B2 JPS5952963B2 JP10247379A JP10247379A JPS5952963B2 JP S5952963 B2 JPS5952963 B2 JP S5952963B2 JP 10247379 A JP10247379 A JP 10247379A JP 10247379 A JP10247379 A JP 10247379A JP S5952963 B2 JPS5952963 B2 JP S5952963B2
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- Japan
- Prior art keywords
- deformation
- amount
- speckle pattern
- speckle
- movement
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はスペックル模様の移動量から物体の変形を測定
する方法に関する。
する方法に関する。
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。このスペックル模様の
移動量から物体の変形量を測定する方法として、スペッ
クル写真法がある。スペックル写真法は、物体の変形前
・後のスペックル模様。を写真フィルムに二重露光し、
これを現像処理したネガフィルムをレーザビームで照射
して、ネガフィルムの後方に配置したスクリーン上に現
出する縞模様の間隔からスペックル模様の移動量を求め
、この移動量から物体の変形量を測定するものである。
し力士、この従来公知のスペックル写真法では次のよう
な問題がある。１ 物体の変形を実時間測定できず、測
定の自動化も困難である。
の微小な変形によつて移動する。このスペックル模様の
移動量から物体の変形量を測定する方法として、スペッ
クル写真法がある。スペックル写真法は、物体の変形前
・後のスペックル模様。を写真フィルムに二重露光し、
これを現像処理したネガフィルムをレーザビームで照射
して、ネガフィルムの後方に配置したスクリーン上に現
出する縞模様の間隔からスペックル模様の移動量を求め
、この移動量から物体の変形量を測定するものである。
し力士、この従来公知のスペックル写真法では次のよう
な問題がある。１ 物体の変形を実時間測定できず、測
定の自動化も困難である。
２ スペックル模様の移動量の符号が求められないので
、物体の変形量を完全に決定することができない。
、物体の変形量を完全に決定することができない。
３ スペックルの平均径以下の移動量は検知できないの
で、物体の変形の測定範囲が狭く制約を受ける。
で、物体の変形の測定範囲が狭く制約を受ける。
本発明は上記に鑑みなされたものであつて、物体の変形
前後におけるスペックル模様を光電変換し、得られる信
号間の相互相関関数の極値の位置として求められるスペ
ックル模様の移動量から物体の変形量を測定する方法を
提供するものである。
前後におけるスペックル模様を光電変換し、得られる信
号間の相互相関関数の極値の位置として求められるスペ
ックル模様の移動量から物体の変形量を測定する方法を
提供するものである。
以下、添付図面により本発明を詳しく説明する。
第１図は本発明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Ｏ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レンズ４を介して
照射し、得られるスペックル模様を観察面５で観察する
。こ・で、物体面上の座標軸：ｘ、、ｙ、、２、レーザ
ビームの発散点の距離■０５■Ｌｓ、発散点の方向：ｌ
ｓｘ、、ｌｓｙ、、ｌｓ２、物体面と観察面の距離：Ｌ
ｏ、観察点Ｐの方向：ｌｘ、、ｌｙ、ｌ２、レーザビー
ムで照射した領域における物体の並進、回転、歪の成分
をそれぞれ： （ａｘ、ａｙ、ａ２）、 （ΩＸ、Ωｙ
）Ωｚ）、 （εＸＸ）εＸｙ）εｙｙ）とする。
図示の如く、物体面１の測定領域Ｏ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レンズ４を介して
照射し、得られるスペックル模様を観察面５で観察する
。こ・で、物体面上の座標軸：ｘ、、ｙ、、２、レーザ
ビームの発散点の距離■０５■Ｌｓ、発散点の方向：ｌ
ｓｘ、、ｌｓｙ、、ｌｓ２、物体面と観察面の距離：Ｌ
ｏ、観察点Ｐの方向：ｌｘ、、ｌｙ、ｌ２、レーザビー
ムで照射した領域における物体の並進、回転、歪の成分
をそれぞれ： （ａｘ、ａｙ、ａ２）、 （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
察点でのスペックル模様の強度分布ｌ、（ｘ、、ｙ）と
１２（ｘ、、ｙ）の間の相互相関関数すなわち、Ｃ（ｘ
、ｙ） ＝＜１１（ｘ、、ｙ）１２（ｘ＋−ｘｙ＋（た
だし、〈〉は集合平均を意味する。
察点でのスペックル模様の強度分布ｌ、（ｘ、、ｙ）と
１２（ｘ、、ｙ）の間の相互相関関数すなわち、Ｃ（ｘ
、ｙ） ＝＜１１（ｘ、、ｙ）１２（ｘ＋−ｘｙ＋（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・では省略するが、結果的には
Ｃ（Ｘ．ｙ）はｘ＝Ａｘ．ｙＡｙ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。スペツクルの移動量
Ａｘ．Ａｙの測定は次のようにして行う。
Ｃ（Ｘ．ｙ）はｘ＝Ａｘ．ｙＡｙ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。スペツクルの移動量
Ａｘ．Ａｙの測定は次のようにして行う。
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。
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１が物体の変形量を示す。
なお、図中８は相関計であつて、第５図に示す相互相関
関数の形を与えるために特に配置したもので必ずしも必
要でない。なお、（１）、（２）式からも明らかなよう
に、物体の並進（Ａｘ．ａｙ．ａｚ）、回転（Ωｘ、Ω
ｙ、ΩＪｚ）、歪（εＸｘ、εＸｙ、εＹｙ）が同時に
生ずる場合には、それらの未知数の数に応じてレーザビ
ームの発散点Ｓの位置ないしイメージセンサー６の位置
を変えて相互相関関数の最犬値を求め連立方程式を解く
ことにより並進、回転、歪を求めるｊ必要がある。例え
ば、第２図の測定系において半導体イメージセンサー６
に１次元のセンサーを用い、物体が走査方向に対する並
進Ａｘと、それに直角な軸のまわりの面外回転Ωｙを行
う場合には、（１）式及びζ（２）式で表わされるスペ
ツクルの移動量Ａｘ．Ａｙは次式で与えられる。
なお、図中８は相関計であつて、第５図に示す相互相関
関数の形を与えるために特に配置したもので必ずしも必
要でない。なお、（１）、（２）式からも明らかなよう
に、物体の並進（Ａｘ．ａｙ．ａｚ）、回転（Ωｘ、Ω
ｙ、ΩＪｚ）、歪（εＸｘ、εＸｙ、εＹｙ）が同時に
生ずる場合には、それらの未知数の数に応じてレーザビ
ームの発散点Ｓの位置ないしイメージセンサー６の位置
を変えて相互相関関数の最犬値を求め連立方程式を解く
ことにより並進、回転、歪を求めるｊ必要がある。例え
ば、第２図の測定系において半導体イメージセンサー６
に１次元のセンサーを用い、物体が走査方向に対する並
進Ａｘと、それに直角な軸のまわりの面外回転Ωｙを行
う場合には、（１）式及びζ（２）式で表わされるスペ
ツクルの移動量Ａｘ．Ａｙは次式で与えられる。
こ・でθ８はビームの入射角である。したがつて、この
場合には未知数がＡｘ、Ωｙの２つであるので、それら
を分離して求めるためには、２つの異つた入射角θ５又
は距離ＬＯに対してイメージセンサー６の出力信号の相
互相関関数の最大位置を得る必要がある。
場合には未知数がＡｘ、Ωｙの２つであるので、それら
を分離して求めるためには、２つの異つた入射角θ５又
は距離ＬＯに対してイメージセンサー６の出力信号の相
互相関関数の最大位置を得る必要がある。
実施例
レーザビームとして出力５ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザを用
い、金属板の面内変位１ａｘ１＝２５μｍ〜１．０ｍｍ
、面外回転Ωｙ＝０．０１〜０．４０ｄｅｇの各変形が
単独に起る場合についてそれぞれ測定した結果、第３図
及び第４図を得た。
い、金属板の面内変位１ａｘ１＝２５μｍ〜１．０ｍｍ
、面外回転Ωｙ＝０．０１〜０．４０ｄｅｇの各変形が
単独に起る場合についてそれぞれ測定した結果、第３図
及び第４図を得た。
なお半導体イメージセンサーとして素子数１０２４で分
解能１５μｍの１次元イメージセンサー、マイクロコン
ピユータとして１６ＫＷのメモリ容量のものを用いた。
第３図及び第４図の測定結果からも明らかなように、面
内変位及び面外回転がいずれも精度よく測定されている
ことが理解される。なお、参考のためＡｘ＝１００μｍ
の面内変位に対して得られたイメージセンサーの出力の
相互相関関数を第５図に示す。遅延がＯしたがつて、ｘ
−０に対応する位置は中央にとつてあるので、中央から
極値の位置までの時間τ１がスペツクル移動量Ａｘに比
例し、スペツクル模様が正の方向に動いたことが分る。
以上詳述したように、本発明は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、得られる信号間の相互
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である。
解能１５μｍの１次元イメージセンサー、マイクロコン
ピユータとして１６ＫＷのメモリ容量のものを用いた。
第３図及び第４図の測定結果からも明らかなように、面
内変位及び面外回転がいずれも精度よく測定されている
ことが理解される。なお、参考のためＡｘ＝１００μｍ
の面内変位に対して得られたイメージセンサーの出力の
相互相関関数を第５図に示す。遅延がＯしたがつて、ｘ
−０に対応する位置は中央にとつてあるので、中央から
極値の位置までの時間τ１がスペツクル移動量Ａｘに比
例し、スペツクル模様が正の方向に動いたことが分る。
以上詳述したように、本発明は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、得られる信号間の相互
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である。
そのため、実時間測定ができ、測定系の配置も簡単でし
かも自動化が容易である。スペツクル模様の移動量の符
号が求められるので、物体の変形量を完全に知ることが
できる。イメージセンサーの受光面でのスペツクルの平
均径はλＬｄ（た・゛し、λはレーザビームの波長、ｄ
は物体面上でのビーム径）に等しいので、センサーの分
解能をこの値より小さくすればよく、測定範囲も広くな
る。
かも自動化が容易である。スペツクル模様の移動量の符
号が求められるので、物体の変形量を完全に知ることが
できる。イメージセンサーの受光面でのスペツクルの平
均径はλＬｄ（た・゛し、λはレーザビームの波長、ｄ
は物体面上でのビーム径）に等しいので、センサーの分
解能をこの値より小さくすればよく、測定範囲も広くな
る。
第１図は本発明を説明するための測定系の一例を示す。
第２図は本発明の実施例に用いた測定系の一例を示す。
第３図と第４図は本発明の実施例で得られたスペツクル
模様の移動量に対する物体の面内変位又は面外回転の関
係を示すグラフ。第５図は本発明の実施例における物体
の面内変位に対して得られたイメージセンサーの出力の
相互相関関数を示す。図中の符号：１・・・・・・物体
面、３・・・・・ルーザビーム、５・・・・・・観察面
、６・・・・・・イメージセンサー ７・・・・・・マ
イコン、Ｌｓ・・・・・・点光源の距離、ＬＯ・・・・
・・物体面と観察面の距離、Ａｘ・・・・・・スペツク
ルの移動量。
第３図と第４図は本発明の実施例で得られたスペツクル
模様の移動量に対する物体の面内変位又は面外回転の関
係を示すグラフ。第５図は本発明の実施例における物体
の面内変位に対して得られたイメージセンサーの出力の
相互相関関数を示す。図中の符号：１・・・・・・物体
面、３・・・・・ルーザビーム、５・・・・・・観察面
、６・・・・・・イメージセンサー ７・・・・・・マ
イコン、Ｌｓ・・・・・・点光源の距離、ＬＯ・・・・
・・物体面と観察面の距離、Ａｘ・・・・・・スペツク
ルの移動量。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 変形前・後の物体表面の一部をレーザビームで照射
してスペックル模様を現出し、この変形前・後のスペッ
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
求められるスペックル模様の移動量から物体の変形量を
決定することを特徴とする測定方法。 ２ 前記の変形が物体の並進、回転、歪のいずれかまた
はそれらの組合せにより生ずることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の測定方法。 ３ 前記の光電変換が半導体イメージセンサーにより行
われることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10247379A JPS5952963B2 (ja) | 1979-08-09 | 1979-08-09 | 変形の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10247379A JPS5952963B2 (ja) | 1979-08-09 | 1979-08-09 | 変形の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5626208A JPS5626208A (en) | 1981-03-13 |
| JPS5952963B2 true JPS5952963B2 (ja) | 1984-12-22 |
Family
ID=14328413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10247379A Expired JPS5952963B2 (ja) | 1979-08-09 | 1979-08-09 | 変形の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5952963B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11900591B2 (en) | 2021-04-27 | 2024-02-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement meter, storage medium, manufacturing system, and method for manufacturing articles |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01320411A (ja) * | 1988-06-22 | 1989-12-26 | Hamamatsu Photonics Kk | 変形の測定方法 |
| JP2771594B2 (ja) * | 1989-05-11 | 1998-07-02 | 株式会社キーエンス | 物体の変位測定方法及び装置 |
| JPH047939U (ja) * | 1990-05-10 | 1992-01-24 | ||
| JP2525922Y2 (ja) * | 1990-07-12 | 1997-02-12 | 極東開発工業株式会社 | クレーン付ダンプ車における安全装置 |
| US6642506B1 (en) | 2000-06-01 | 2003-11-04 | Mitutoyo Corporation | Speckle-image-based optical position transducer having improved mounting and directional sensitivities |
| US6873422B2 (en) | 2000-12-08 | 2005-03-29 | Mitutoyo Corporation | Systems and methods for high-accuracy displacement determination in a correlation based position transducer |
| JP4741367B2 (ja) * | 2005-12-28 | 2011-08-03 | ハスクバーナ・ゼノア株式会社 | 枝葉木粉砕機 |
-
1979
- 1979-08-09 JP JP10247379A patent/JPS5952963B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11900591B2 (en) | 2021-04-27 | 2024-02-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement meter, storage medium, manufacturing system, and method for manufacturing articles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5626208A (en) | 1981-03-13 |
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