光波画像計測研究室





研究内容

位相シフトデジタルホログラフィによるサブナノメートル微小変位分布計測・ひずみ分布計測手法の開発

世界一の計測分解能で,構造物の変位分布・ひずみ分布が非接触で短時間に計測できます.
研究目的
 あらゆる製造分野では製品のより高品質化を実現するために、非接触でひずみの分布を高分解能に計測する手法が求められている.短時間で効率よく、かつ高精度にそれを可能とする技術開発と実用化,適用範囲の拡大を行う.
研究成果の概要
  1. レーザーのスペックルノイズの影響をほぼ完全に取り除く手法を開発した.
    これにより,サブナノメートルの分解能で変位分布を計測することが可能になった.
  2. 高精度に得られた変位分布からひずみ分布を解析するソフトウェアを開発した.
  3. 従来と比べて,格段に高分解能な計測結果を得ることができる
    (変位でサブナノメートル.ひずみで5マイクロストレイン(1Mpa))


位相シフトデジタルホログラフィの原理

変形前後の位相差から変位量が得られる.
位相2πは,光の波長オーダー(サブミクロン)の変位量を表す.

   

1/1000の分解能で位相解析を行うことで,サブナノメートルの分解能が得られる.

位相差平均化手法

複素平面上で位相差の平均値を求める.強度を重みとする.

移動窓関数を用いたノイズ除去手法

強度の大きいスペックルの部分ほど信頼性がある.
   
各画素ごとに信頼性の高いデータを使うようにする.(位相差平均化手法)
   
分割数を多くすることで信頼性が高くなる.(誤差が低減する).

面外変位計測例

スペックルの影響がなくなることにより,サブナノメートルの分解能が得られる.

面内変位計測例


面内変位計測例 ひずみ分布計測例
亀裂検出例
変位分布,ひずみ分布で亀裂を検出できる.
■実験条件
・計測試料は長さ60mm, 幅10mm ,厚さ10mmの片持ちはり.
・はりの先端に約365gのおもりをのせて変形させる.
・分割数n=16でノイズを除去.

三次元変位計測
x,y,z方向それぞれの変位分布とひずみ分布が計測できる.

■実験条件
・計測試料は長さ60mm, 幅10mm ,厚さ10mmのカギ型の片持ちはり.
・図のように約365gのおもりをのせて変形させる.
・分割数n=16でノイズを除去.

フーリエ変換を用いた多光束同時解析



■フーリエ変換位相シフト法
 位相シフト回数を多くし,フーリエ変換を用いることで高次のノイズ成分を除去し精度よく位相を求めることができる手法.


■同時解析法
 2つの波の合成波を取り込んで,フーリエ変換をおこない,得られたスペクトルの周波数成分を別々に抽出することで同時解析が可能.



3つの波が合成された周期で位相シフトをする.
   
フーリエスペクトルの各周波数成分を別々に抽出する.
   
1度(9枚)の撮影で同時に3方向の位相情報を得ることができる.

利用産業分野

検査,試験,研究開発などへの利用が可能です.
金属部品加工メーカー,電子部品製造,機器製造,各種構造物製造,非破壊検査分野,マイクロマシン関連分野,計測機器開発,材料試験
周辺技術の開発
実用化に向けて,周辺技術の開発を進めています.
  • 球面波による計測手法 → コンパクト化
  • 計測範囲の拡大
  • 縮小 → コンパクト化
  • 位相シフト手法の改良 → コンパクト化,廉価化
  • 三方向同時計測手法  → コンパクト化,高速化
  • ノイズ除去アルゴリズムの改良 → 高速化
  • ひずみ算出アルゴリズムの改良 → 高精度化
  • キャリブレーション手法    → 高精度化
  • 距離分布計測         → 対象の拡大


位相シフトデジタルホログラフィの他に,格子投影法やレーザー干渉法など,光を用いた全視野計測手法の研究を行っています.
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