レ-ザ-・スペックル歪計の実用化の研究

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63850016
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 山口 一郎 理化学研究所, 光工学研究室, 主任研究員 (70087443)
• 研究分担者: 竹森 民樹 浜松ホトニクス(株)中央研究所第4研究室, 専任部員 ; 小林 幸一 (株)東洋精機製作所技術部, 研究員
• キーワード: レ-ザ-計測 / 非接触変位・歪計測 / 干渉計測 / スペックル応用計測 / 相関・解析 / オプトエレクトロニクス

研究概要

第1年度に完成した高速相関計を利用して、各種の実用化試験を行ない、良好な結果を得た。イメ-ジ・センサ-はピッチ15μm、幅300μm、素子数1024である。相関の計算速度は毎秒1000フレ-ム、点数は48点である。レ-ザ-には出力10mW半導体レ-ザ-、または160mWのYAGレ-ザ-を使った。まず抵抗線歪ゲ-ジを装着できない高分子材料のテ-プを周期的に引張った時の歪を測定した。中心部を測定した時のスペクトル歪計の出力が、引張り端の変位から求めた平均歪と良く一致した。引張りの周波数をDCから100Hzまで変えた時の、両者の関係を調べ、十分な応答性を確認した。
次に二つの歪計を直交させて配置し、二軸方向の歪を同時に測定した。サンプルの引張り方向の歪とそれに直交する方向の歪の比をとることにより材料のポアソン比を高精度で自動測定した。これらの実験を実用の引張り試験機で行い、ゲ-ジ長1mm、最小感度33μstrain、最大は200%程度までを測定できた。引張り試験機の振動の影響は無視できることがわかった。
同じイメ-ジ・センサ-と相関計を1組だけ使い、面内の平行移動量および円筒の回転角の高感度測定を行った。ピッチ15μm、素子数1024のイメ-ジ・センサ-で面内移動に対して0.5μm、回転に対して1/500°の最小感度が得られた。
赤外線加熱装置と真空排気槽を組み合わせた熱歪測定装置を試作し、自由熱膨張の測定を行った。加熱や測温方法の検討を行い、各種金属材料の熱膨張係数を求めた。真空中で加熱することによって表面の酸化や空気ゆらぎが除去され、従来は300℃程度以下であった金属の熱膨張の測定が600℃まで向上した。
以上の結果から本歪計の実用化への見通しが十分に明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Ichirou Yamaguchi and Tadashige Fujita: "Laser speckle rotary encoder" Applied Optics. 28. 4401-4406 (1989)
• [文献書誌] Ichirou Yamaguchi: "Encoder and Strain Gauge Using Laser Speckle" Optics and Lasers in Engineering. 11. 223-232 (1989)
• [文献書誌] Ichirou Yamaguchi, Koichi Kobayashi,and Shigesumi Kuwashima: "A stabilizes laser speckle strain gauge" Proc.SPIE Vol.1084 Stress and Vibration:Recent Developments in Industrial Measurement and Analysis. 1084. 45-52 (1989)
• [文献書誌] Ichirou Yamaguchi,Tamiki Takemori,and Koichi Kobayashi: "Stabilized and accelerated speckle strain gauge" Proc.SPIE Vol.1162 Laser Interferometry-Quantitative Analysis of Interferograms. 1162. (1990)
• [文献書誌] Ichirou Yamaguchi and Tadashige Fujita: "Linear and rotary encoders using electronic speckle correlation" Proc.SPIE Vol.1162 Laser Interferometry-Quantitative Analysis of Interferograms. 1162. (1990)