(57)【要約】【課題】より厳しい環境、厳しい条件でも測定対象物の歪を計測することができること。【解決手段】測定対象物の歪を計測するレーザスペックル歪計測装置であって、測定対象物のスペックル画像を取得する画像取得部と、画像取得部の動作を制御しかつスペックル画像を処理する入出力装置と、を有し、画像取得部によって、設定した時間間隔でスペックル画像を取得し、取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像とを比較してスペックル画像に含まれるスペックルの移動量を算出し、算出したスペックルの移動量に基づいて、測定対象物の歪を算出することを特徴とする。【選択図】図１
2014232041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の歪を計測するレーザスペックル歪計測装置であって、
測定対象物のスペックル画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部の動作を制御しかつスペックル画像を処理する入出力装置と、を有し、
前記入出力装置は、前記画像取得部によって、設定した時間間隔でスペックル画像を取得し、取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像とを比較して前記スペックル画像に含まれるスペックルの移動量を算出し、算出したスペックルの移動量に基づいて、前記測定対象物の歪を算出することを特徴とするレーザスペックル歪計測装置。
【請求項２】
前記測定対象物は、前記画像取得部がスペックル画像を撮影する側の面に形成された酸化防止膜をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のレーザスペックル歪計測装置。
【請求項３】
前記酸化防止膜は、６５０℃で酸化防止機能が維持され、常温で前記測定対象物の表面に形成可能である材料で形成されることを特徴とする請求項２に記載のレーザスペックル歪計測装置。
【請求項４】
前記設定した時間間隔は、取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像との相関係数が、０．８以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザスペックル歪計測装置。
【請求項５】
前記設定した時間間隔は、１０秒以内であることを特徴とする請求項４に記載のレーザスペックル歪計測装置。
【請求項６】
前記入出力装置は、算出したスペックルの移動量を、算出済みの移動量を用いて平均化し、平均化したスペックルの移動量を、算出したスペックルの移動量とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザスペックル歪計測装置。
【請求項７】
前記入出力装置は、３点平均でスペックルの移動量を、平均化することを特徴とする請求項６に記載のレーザスペックル歪計測装置。
【請求項８】
前記画像取得部は、第１の波長のレーザ光を前記測定対象物に向けて出力する第１レーザ出力部と、
第２の波長のレーザ光を前記測定対象物に向けて出力する第２レーザ出力部と、
前記測定対象物で拡散した光のうち、第１の波長の光を受光する第１レーザ受光部と、
前記測定対象物で拡散した光のうち、第２の波長の光を受光する第２レーザ受光部と、
前記第１レーザ受光部で取得した第１の波長の前記測定対象物の画像と、前記第２レーザ受光部で取得した第２の波長の前記測定対象物の画像とを処理して、前記測定対象物のスペックル画像を取得する処理部と、を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザスペックル歪計測装置。
【請求項９】
前記画像取得部は、前記測定対象物で拡散された光を分光するハーフミラーをさらに有し、
前記第１レーザ受光部は、前記ハーフミラーを透過した光と前記ハーフミラーで拡散された光の一方を受光し、
前記第２レーザ受光部は、前記ハーフミラーを透過した光と前記ハーフミラーで拡散された光の他方を受光することを特徴とする請求項８に記載のレーザスペックル歪計測装置。
【請求項１０】
測定対象物の歪を計測するレーザスペックル歪計測方法であって、
設定した時間間隔でスペックル画像を取得するステップと、
取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像とを比較して前記スペックル画像に含まれるスペックルの移動量を算出するステップと、
算出したスペックルの移動量に基づいて、前記測定対象物の歪を算出するステップと、
を有することを特徴とするレーザスペックル歪計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザスペックル歪計測装置及びレーザスペックル歪計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の歪（ひずみ）を計測する装置としては、レーザスペックル歪計測装置がある。レーザスペックル歪計測装置は、測定対象物にレーザ光を照射し、測定対象物で拡散されたレーザ光の干渉で生じる縞模様であるスペックルを含む画像（スペックル画像）を取得する。測定対象物に変位、回転及び変形（歪，せん断歪）等が生じると、表面の形状が変化するためスペックル画像に含まれるスペックルの形状が変化する。レーザスペックル歪計測装置は、スペックル画像を取得し、スペックルの変化を計測することで、測定対象物の歪を計測する（特許文献１参照）。レーザスペックル歪計測装置は、非接触で計測可能であり、計測に用いる領域であるゲージ長が短い（φ１ｍｍ程度）ため、高温部や歪ゲージの貼付等が困難な部位の歪の計測が可能となる。
【０００３】
特許文献１には、物体の表面（測定対象物の表面）に対して、２方向から波長の異なるレーザ光線を照射し、物体の表面でレーザの反射光（拡散光）をビームスプリッタで分離して、それぞれの波長の光におけるスペックル画像を取得し、それぞれのスペックル画像のスペックルの移動量の差に基づいて、歪の変化を計測するレーザスペックル歪計測装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１５０１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のレーザスペックル歪計測装置は、２方向から波長の異なるレーザ光線を入射させることで、振動歪などの高速度で変化する歪も計測することができ、適用範囲をより広くすることができる。
【０００６】
ここで、測定対象物の歪の計測として、測定対象物の歪を長い期間計測する場合がある。つまり、測定対象物の歪を長期間モニタリングすることが求められる場合がある。しかしながら、長時間のモニタリングに適用する場合、計測精度が維持できない場合がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より厳しい環境、厳しい条件でも測定対象物の歪を計測することができるレーザスペックル歪計測装置及びレーザスペックル歪計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定対象物の歪を計測するレーザスペックル歪計測装置であって、測定対象物のスペックル画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部の動作を制御しかつスペックル画像を処理する入出力装置と、を有し、前記入出力装置は、前記画像取得部によって、設定した時間間隔でスペックル画像を取得し、取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像とを比較して前記スペックル画像に含まれるスペックルの移動量を算出し、算出したスペックルの移動量に基づいて、前記測定対象物の歪を算出することを特徴とする。
【０００９】
また、前記測定対象物は、前記画像取得部がスペックル画像を撮影する側の面に形成された酸化防止膜をさらに有することが好ましい。
【００１０】
また、前記酸化防止膜は、６５０℃で酸化防止機能が維持され、常温で前記測定対象物の表面に形成可能である材料で形成されることが好ましい。
【００１１】
また、前記設定した時間間隔は、取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像との相関係数が、０．８以上であることが好ましい。
【００１２】
また、前記設定した時間間隔は、１０秒以内であることが好ましい。
【００１３】
また、前記入出力装置は、算出したスペックルの移動量を、算出済みの移動量を用いて平均化し、平均化したスペックルの移動量を、算出したスペックルの移動量とすることが好ましい。
【００１４】
また、前記入出力装置は、３点平均でスペックルの移動量を、平均化することが好ましい。
【００１５】
また、前記画像取得部は、第１の波長のレーザ光を前記測定対象物に向けて出力する第１レーザ出力部と、第２の波長のレーザ光を前記測定対象物に向けて出力する第２レーザ出力部と、前記測定対象物で拡散した光のうち、第１の波長の光を受光する第１レーザ受光部と、前記測定対象物で拡散した光のうち、第２の波長の光を受光する第２レーザ受光部と、前記第１レーザ受光部で取得した第１の波長の前記測定対象物の画像と、前記第２レーザ受光部で取得した第２の波長の前記測定対象物の画像とを処理して、前記測定対象物のスペックル画像を取得する処理部と、を有することが好ましい。
【００１６】
また、前記画像取得部は、前記測定対象物で拡散された光を分光するハーフミラーをさらに有し、前記第１レーザ受光部は、前記ハーフミラーを透過した光と前記ハーフミラーで拡散された光の一方を受光し、前記第２レーザ受光部は、前記ハーフミラーを透過した光と前記ハーフミラーで拡散された光の他方を受光することが好ましい。
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定対象物の歪を計測するレーザスペックル歪計測方法であって、設定した時間間隔でスペックル画像を取得するステップと、取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像とを比較して前記スペックル画像に含まれるスペックルの移動量を算出するステップと、算出したスペックルの移動量に基づいて、前記測定対象物の歪を算出するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るレーザスペックル歪計測装置及びレーザスペックル歪計測方法は、設定した時間間隔でスペックル画像を取得し、取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像とを比較してスペックル画像に含まれるスペックルの移動量を算出し、算出したスペックルの移動量に基づいて、測定対象物の歪を算出することで、厳しい環境、厳しい条件で生じる歪以外のスペックルの変化の要因である表面酸化等の影響を容易かつ安価に低減または除外することができる。これにより、より厳しい環境、厳しい条件でも測定対象物の歪を計測することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施形態に係るレーザスペックル歪計測装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、レーザスペックル歪計測装置の入出力装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、レーザスペックル歪計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図４は、取得したスペックル画像の一例を示す説明図である。
【図５】図５は、取得したスペックル画像の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と歪との関係の一例を示すグラフである。
【図７】図７は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と相関係数との関係の一例を示すグラフである。
【図８】図８は、相関係数の算出方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、相関係数の算出方法の一例を説明するための説明図である。
【図１０】図１０は、測定対象物の温度と酸化スケール成長速度との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】図１１は、他の実施形態に係るレーザスペックル歪計測装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、取得したスペックル画像の一例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、取得したスペックル画像の一例を示す説明図である。
【図１４】図１４は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と歪との関係の一例を示すグラフである。
【図１５】図１５は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と相関係数との関係の一例を示すグラフである。
【図１６】図１６は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と歪との関係の一例を示すグラフである。
【図１７】図１７は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と相関係数との関係の一例を示すグラフである。
【図１８】図１８は、レーザスペックル歪計測装置の演算処理の他の例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係るレーザスペックル歪計測装置及びレーザスペックル歪計測方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。ここで、本実施形態のレーザスペックル歪計測装置及びレーザスペックル歪計測方法は、歪を生じる各種部材を測定対象物とすることができる。
【００２１】
まず、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係るレーザスペックル歪計測装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るレーザスペックル歪計測装置の構成を示す概略図である。図２は、レーザスペックル歪計測装置の入出力装置の概略構成を示すブロック図である。レーザスペックル歪計測装置１０は、測定対象物８の測定対象位置の歪を計測する。レーザスペックル歪計測装置１０は、測定対象物８の測定領域のスペックル画像を取得する画像取得部（スペックル画像取得部）１１と、画像取得部１１の動作を制御し、かつ、画像取得部１１で取得したスペックル画像を処理して歪を算出する入出力装置２８と、測定対象物８を保持する保持ユニット３０と、を有する。
【００２２】
測定対象物８は、歪を測定する対象の部材である。図１に示す測定対象物８は、棒状の試験片であり、後述する保持ユニット３０によって保持されている。測定対象物８は、少なくとも歪を測定する領域に酸化防止膜７０が形成されている。酸化防止膜７０は、測定対象物８の酸化を防止する、つまり、測定対象物８の歪を測定する領域の変質を防止する機能を有する膜である。酸化防止膜７０は、測定対象物８の表面に酸化防止剤を塗布したり、付着させたりすることで形成される。酸化防止剤は、高温（例えば、６５０℃）でも安定した酸化防止性能を有し、常温乾燥が可能（つまり焼成が不要）であることが好ましい。また、酸化防止剤は、容易に塗布が可能、具体的には、スプレーや刷毛等で測定対象物８に塗布することが可能な材料であることが好ましい。また、酸化防止剤は、測定対象物８の表面に酸化防止膜７０として、形成された後、計測対象物８の変位に追従することが好ましい。つまり、酸化防止膜７０は、計測対象物８とともに変形する機能を備えることが好ましい。酸化防止剤としては、例えばＳＣＷ−４を用いることができる。酸化防止膜７０は、上記性能を備える酸化防止剤で形成することで、測定対象物８に形成しやすくすることができる。また、酸化防止膜７０は、上記性能を備える酸化防止剤で形成することで、測定対象物８の酸化等の変質を抑制することができる。ここで、本実施形態は、測定対象物８を試験片としたが、これに限定されない。測定対象物８は、歪が測定する領域が露出した形状であればよい。例えば、配管や筐体等を測定対象物８とすることもできる。
【００２３】
保持ユニット３０は、測定対象物８を保持する機構であり、保持部３２と、加熱部３４と、温度計３６と、を有する。保持部３２は、測定対象物８を所定の位置に固定する保持機構である。保持部３２は、測定対象物８の端部（本実施形態では鉛直方向上側）を挟み込んで保持している。加熱部３４は、測定対象物８を加熱する。加熱部３４は、測定対象物８を非接触で加熱する機構、例えば、ヒータであることが好ましい。温度計３６は、測定対象物８の温度を計測する。温度計３６は、計測した結果を入出力装置２８に送る。保持ユニット３０は、温度計３６の測定結果を用いて、後述する入出力装置２８によって、加熱部３４の動作を制御し、測定対象物８を所定温度に維持する。保持ユニット３０は、測定の条件によっては、測定対象物８に所定の応力（引っ張り応力、圧縮応力）を付与するようにしてもよい。この場合、保持ユニット３０は、測定対象物８の両端を保持部３２で保持しつつ、保持部３２を相対移動させて応力を付与する。なお、本実施形態のレーザスペックル歪計測装置１０は、測定対象物８を試験片としたため、保持ユニット３０を設けたが、測定対象物８を各種装置の一部とした場合、保持ユニット３０を設ける必要はない。
【００２４】
画像取得部１１は、測定対象物８の測定領域のスペックル画像を取得する機構であり、第１レーザ出力部１２と、第２レーザ出力部１４と、ハーフミラー１６と、第１フィルタ１８と、第１レーザ受光部２０と、第２フィルタ２２と、第２レーザ受光部２４と、処理部２６と、を有する。
【００２５】
第１レーザ出力部１２は、第１の波長のレーザ光を出力する光源である。第１レーザ出力部１２は、測定対象物８の測定領域に向けて第１の波長のレーザ光（以下「第１レーザ光」という。）を照射する。第１レーザ出力部１２は、測定対象物８の測定領域に対する入射角度がθとなる向きで第１レーザ光を測定対象物８の測定領域に入射させる。第２レーザ出力部１４は、第１の波長とは異なる第２の波長のレーザ光を出力する光源である。第２レーザ出力部１４は、測定対象物８の測定領域に向けて第２の波長のレーザ光（以下「第２レーザ光」という。）を照射する。第２レーザ出力部１４は、測定対象物８の測定領域に対する入射角度が−θとなる向き、つまり、測定対象物８の測定領域に直交する軸を中心として、第１レーザ光とは反対側にθ傾斜した向きで第２レーザ光を測定対象物８の測定領域に入射させる。したがって、第１レーザ光と第２レーザ光とは、測定対象物８の測定領域に直交する軸を基準として対称な角度から測定対象物８の測定領域にそれぞれ入射される。
【００２６】
ハーフミラー１６は、測定対象物８の測定領域に直交する軸上に配置されている。ハーフミラー１６は、測定対象物８の測定領域に入射された第１レーザ光と第２レーザ光との拡散光の一部が入射する。ハーフミラー１６は、入射した拡散光の一部を透過させ、一部を反射させる。
【００２７】
第１フィルタ１８は、ハーフミラー１６で反射された拡散光の光路上に配置されている。第１フィルタ１８は、第１の波長の光を選択的に透過させるフィルタである。例えば、第１フィルタ１８は、第１の波長の光の透過率が所定の割合（例えば９０％）以上であり、少なくとも第２の波長の光の透過率が所定の割合（例えば５％）以下である。これにより、第１フィルタ１８は、ハーフミラー１６で反射された拡散光のうち、第１の波長の光を透過させ、第２の波長の光を遮る。第１レーザ受光部２０は、ハーフミラー１６で反射された拡散光の光路上の第１フィルタ１８よりも下流側に配置されている。第１レーザ受光部２０は、受光素子（ＣＭＯＳ、ＣＣＤ）が二次元配列されたイメージセンサである。第１フィルタ１８を透過した拡散光を受光することで、測定対象物８の測定領域で拡散された第１の波長の光を受光する。第１レーザ受光部２０は、受光した光の信号を画像信号に変換して処理部２６に送る。
【００２８】
第２フィルタ２２は、ハーフミラー１６を透過した拡散光の光路上に配置されている。第２フィルタ２２は、第２の波長の光を選択的に透過させるフィルタである。例えば、第２フィルタ２２は、第２の波長の光の透過率が所定の割合（例えば９０％）以上であり、少なくとも第１の波長の光の透過率が所定の割合（例えば５％）以下である。これにより、第２フィルタ２２は、ハーフミラー１６を透過した拡散光のうち、第２の波長の光を透過させ、第１の波長の光を遮る。第２レーザ受光部２４は、ハーフミラー１６を透過した拡散光の光路上の第２フィルタ２２よりも下流側に配置されている。第２レーザ受光部２４は、受光素子（ＣＭＯＳ、ＣＣＤ）が二次元配列されたイメージセンサである。第２フィルタ２２を透過した拡散光を受光することで、測定対象物８の測定領域で拡散された第２の波長の光を受光する。第２レーザ受光部２４は、受光した光の信号を画像信号に変換して処理部２６に送る。なお，測定対象物８から第１レーザ受光部２０までの光路長Ｌと、測定対象物８から第２レーザ受光部２４まで光路長Ｌａとは、等しい距離となるように設定されている。
【００２９】
処理部２６は、第１レーザ受光部２０から送られた画像信号を処理して、測定対象物８の測定領域における第１波長の光のスペックル画像を作成し、第２レーザ受光部２４から送られた画像信号を処理して、測定対象物８の測定領域における第２波長の光のスペックル画像を作成する。
【００３０】
第１の波長は、例えば緑色の波長であり、第２の波長は、例えば赤色の波長である。第１波長と第２波長とは、所定の距離以上の差があればよく、その波長は特に限定されない。なお、第１の波長は、第２フィルタ２２の透過率が所定の割合（例えば５％）以下のとなる波長である。第２の波長は、第１フィルタ１８の透過率が所定の割合（例えば５％）以下のとなる波長である。
【００３１】
画像取得部１１は、以上のように、第１レーザ出力部１２と第２レーザ出力部１４のそれぞれから第１レーザ光、第２レーザ光を測定対象物８の測定領域に向けて照射する。画像取得部１１は、測定対象物８の測定領域に第１レーザ光、第２レーザ光が照射されることで生じる拡散光のうち、ハーフミラー１６と第１フィルタ１８を通過した第１波長の光を第１レーザ受光部２０で受光し、ハーフミラー１６と第２フィルタ２２を通過した第２波長の光を第２レーザ受光部２４で受光する。さらに、画像取得部１１は、第１レーザ受光部２０と第２レーザ受光部２４が受光した光に基づいて生成した信号を処理部２６で処理することで、それぞれ波長における測定領域のスペックル画像、つまり２枚のスペックル画像を取得することができる。
【００３２】
入出力装置２８は、画像取得部１１の動作を制御し、かつ、画像取得部１１で取得したスペックル画像を処理して歪を算出する。入出力装置２８は、入力部５０と、出力部５２と、通信部５４と、制御部５６と、記憶部５８と、を有する。
【００３３】
入力部５０は、キーボード、マウス、タッチパネル等、ユーザ、オペレータが操作を入力する機器である。出力部５２は、文字や図形等の各種情報を出力する機器である。出力部５２は、液晶パネルや有機ＥＬ（Organic Electro−Luminescence）パネル、プロジェクタ等の表示装置や、印刷装置等である。通信部５４は、所定の通信プロトコルに基づいて、他の装置との間での情報の送受信を制御する。通信部５４は、入力部５０及び出力部５２と同様に入出力部としても用いることができる。
【００３４】
制御部５６は、演算手段であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶手段であるメモリとを備え、これらのハードウェア資源を用いてプログラムを実行することによって各種の機能を実現する。具体的には、制御部５６は、記憶部５８に記憶されているプログラムを読み出してメモリに展開し、メモリに展開されたプログラムに含まれる命令をＣＰＵに実行させる。そして、制御部５６は、ＣＰＵによる命令の実行結果に応じて、メモリ及び記憶部５８に対してデータの読み書きを行ったり、通信部５４等の動作を制御したりする。
【００３５】
記憶部５８は、磁気記憶装置や半導体記憶装置等の不揮発性を有する記憶装置からなり、各種のプログラムやデータを記憶する。記憶部５８に記憶されるプログラムには、レーザスペックル歪計測評価プログラムが含まれる。なお、図２において記憶部５８が記憶することとしているプログラム及びデータの一部または全ては、入出力装置２８がネットワークを介して通信可能な他の装置に記憶され、必要に応じて入出力装置２８にダウンロードされることとしてもよい。また、図２において記憶部５８が記憶することとしているプログラム及びデータの一部または全ては、記憶媒体に記憶され、必要に応じて媒体読取部によって読み取られることとしてもよい。
【００３６】
次に、図３から図１０を用いて、レーザスペックル歪計測装置１０の処理動作、具体的には、歪の計測動作、つまり、レーザスペックル歪計測方法を説明する。図３は、レーザスペックル歪計測装置の動作を示すフローチャートである。図４及び図５は、それぞれ取得したスペックル画像の一例を示す説明図である。図６は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と歪との関係の一例を示すグラフである。図７は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と相関係数との関係の一例を示すグラフである。図８は、相関係数の算出方法の一例を示すフローチャートである。図９は、相関係数の算出方法の一例を説明するための説明図である。図１０は、測定対象物の温度と酸化スケール成長速度との関係の一例を示すグラフである。
【００３７】
まず、レーザスペックル歪計測装置１０は、保持ユニットに測定対象物８が取り付けられる。その後、レーザスペックル歪計測装置１０は、測定条件を決定し（ステップＳ１２）、測定つまり、歪の測定を開始する（ステップＳ１４）。ここで、測定条件は、測定時の温度や、後述する所定時間（計測間隔）等である。測定条件は、測定対象物８の情報を取得し、その情報に基づいて決定しても、入力部５０に入力された条件に基づいて決定してもよい。
【００３８】
レーザスペックル歪計測装置１０は、測定を開始したら、スペックル画像を取得する（ステップＳ１６）。レーザスペックル歪計測装置１０は、測定を開始したら、画像取得部１１で１枚目のスペックル画像を取得する。これにより、レーザスペックル歪計測装置１０は、判定の基準となる１枚目の測定対象物のスペックル画像を取得する。
【００３９】
レーザスペックル歪計測装置１０は、スペックル画像を取得したら、所定時間を経過したかを判定する（ステップＳ１８）。具体的には、スペックル画像を取得してからの経過時間が閾値時間以上となったかを判定する。レーザスペックル歪計測装置１０は、所定時間が経過していない（ステップＳ１８でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ１８に戻る。レーザスペックル歪計測装置１０は、所定時間が経過するまで、ステップＳ１８の判定を繰り返す。
【００４０】
レーザスペックル歪計測装置１０は、所定時間が経過した（ステップＳ１８でＹｅｓ）と判定した場合、画像取得部１１でスペックル画像を取得する（ステップＳ２０）。レーザスペックル歪計測装置１０は、スペックル画像を取得してから所定時間が経過した後のスペックル画像を取得することができる。レーザスペックル歪計測装置１０は、スペックル画像を取得したら、直近のスペックル画像と比較し、スペックル移動量を算出し（ステップＳ２２）、算出結果を保存する（ステップＳ２４）。レーザスペックル歪計測装置１０は、取得したスペックル画像と直近のスペックル画像とを比較して、類似する位置を特定し、特定した類似する位置が２つの画像間で移動している量を、スペックル移動量とする。レーザスペックル歪計測装置１０は、算出したスペックル移動量を記憶部５８に記憶させる。
【００４１】
レーザスペックル歪計測装置１０は、算出結果を保存したら、算出結果に基づいて歪を算出する（ステップＳ２６）。レーザスペックル歪計測装置１０は、算出したスペックル移動量を積算し、積算値を歪として算出する。なお、スペックル移動量に基づいて歪を算出する方法は、単に積算することに限定されず、補正処理を行ってもよい。
【００４２】
レーザスペックル歪計測装置１０は、算出結果に基づいて歪を算出したら、測定終了かを判定する（ステップＳ２８）。レーザスペックル歪計測装置１０は、測定終了ではない（ステップＳ２８でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ１８に戻る。レーザスペックル歪計測装置１０は、測定が終了するまで、つまり設定した計測時間が経過するまで、スペックル画像を取得し、スペックル移動量を算出し、スペックル移動量に基づいて歪を算出する処理を繰り返す。レーザスペックル歪計測装置１０は、測定終了と判定した場合（ステップＳ２８でＹｅｓ）と判定したら、本処理を終了する。
【００４３】
レーザスペックル歪計測装置１０は、図３に示すように、所定時間が経過する毎にスペックル画像を取得し、つまり、所定の時間間隔でスペックル画像を取得する。レーザスペックル歪計測装置１０は、例えば、５分毎にスペックル画像を取得することで、図４に示すように、スペックル画像を一定時間間隔で複数取得することができる。図４に示すスペックル画像は、４０時間３０分の間測定を行ったうち、５分から３０分の間に取得したスペックル画像と、４０時間５分から４０時間３０分の間に取得したスペックル画像と、を示している。レーザスペックル歪計測装置１０は、例えば、１０秒毎にスペックル画像を取得することで、図５に示すように、スペックル画像を一定時間間隔で複数取得することができる。図５に示すスペックル画像は、４０時間１分の間測定を行ったうち、１０秒から６０秒の間に取得したスペックル画像と、４０時間１０秒から４０時間１分の間に取得したスペックル画像と、を示している。なお、図４、図５は、いずれも測定対象物８をクロムモリブデン鋼鋼管、具体的にはＳＴＢＡ２４（ボイラ熱交換器用合金鋼管（ＪＩＳ  Ｇ  ３４６２）の規格）で形成し、表面に酸化防止膜７０をＳＣＷ−４で形成した。また、測定対象物８の温度を６５０℃として計測を行った。
【００４４】
レーザスペックル歪計測装置１０は、疲労試験、熱サイクル試験等で歪を計測する場合、スペックル画像を取得する時間間隔（サンプリング間隔）を、例えば、１０ｓ（秒）以内と短くすることが好ましい。レーザスペックル歪計測装置１０は、長時間クリープ試験で歪を計測する場合、スペックル画像を取得する時間間隔（サンプリング間隔）を、例えば、５ｍｉｎ（分）等と長くすることが好ましい。
【００４５】
レーザスペックル歪計測装置１０は、スペックル画像を、直近に取得したスペックル画像つまり所定の時間間隔前に取得したスペックル画像と比較して、スペックル移動量を算出する処理をスペックル画像毎に行い、算出した複数のスペックル移動量を積算して歪を算出する。
【００４６】
レーザスペックル歪計測装置１０は、スペックル画像を所定時間間隔で取得し、直前に取得したスペックル画像と比較して、スペックル移動量を算出し、そのスペックル移動量に基づいて歪を算出することで、測定開始と測定終了時とで測定対象物８の測定領域が変質していても、各位置の相対関係の変化を特定することができ、高い精度で計測を行うことができる。つまり、レーザスペックル歪計測装置１０は、厳しい環境、厳しい条件で生じる歪以外のスペックルの変化の要因である表面酸化等の影響を容易かつ安価に低減または除外することができる。これにより、より厳しい環境、厳しい条件でも測定対象物の歪を計測することができるという効果を奏する。レーザスペックル歪計測装置１０は、演算処理により、測定精度を高くすることが出来るため、容易かつ安価に、表面酸化等の影響を低減、除外することが可能となる。
【００４７】
また、レーザスペックル歪計測装置１０は、酸化防止膜７０を測定対象物８の測定領域に設けることで、測定領域の変質、特に酸化を抑制することができる。これにより、スペックル画像のスペックルを比較しやすくなり、計測の精度をより高くすることができる。
【００４８】
具体的には、レーザスペックル歪計測装置１０は、図４に示すように５分毎にスペックル画像を取得し、取得した結果に基づいて、歪を算出した場合、図６に示すように、歪の時間変化を計測することができた。図６は、横軸が時間（ｈ）であり、縦軸が歪（ひずみ％ε）である。図６に示すように、１０時間経過時に歪が計測されていないことがわかる。図６に示す計測が、応力が付与されていない状態で保持されているため、歪が生じないので、高い精度で計測できている。
【００４９】
図６の歪の計測を行った際の相関係数を図７に示す。図７は、横軸が時間（ｈ）であり、縦軸が相関係数である。相関係数は、スペックル移動量を算出する際に比較する２つの画像の相関性を示す指標であり、１に近づくほど相関性が高く、つまり対応する領域の形状が似ている状態となる。相関係数が高いほど、つまり１に近いほど、２つの画像の対応位置を高い精度で比較することが可能となるため、スペックル移動量及び歪を高い精度で計測することができる。本実施形態は、図７に示すように、相関係数が高い状態、具体的には０．８以上である状態が維持されている。したがって、図６に示す計測は精度が高いことがわかる。
【００５０】
ここで、図８及び図９を用いて、スペックル移動量及び相関係数の算出方法の一例について説明する。なお、図８に示す処理は、レーザスペックル歪計測装置１０で行ってもよいし、スペックル画像を取り込んで解析することで行ってもよい。以下は、レーザスペックル歪計測装置１０で行った場合として説明する。
【００５１】
レーザスペックル歪計測装置１０は、Ｄｏ  Ｌｏｏｐステートメントで行う繰り返し処理の条件であるＸＹ座標における探索範囲を特定する（ステップＳ４０）。つまり、レーザスペックル歪計測装置１０は、２つのスペックル画像を比較する条件の設定を行う。
【００５２】
次に、レーザスペックル歪計測装置１０は、Ｘ方向の移動量ＩとＹ方向の移動量Ｊを決定し、相関順列の範囲ＶＶ１（Ｘ，Ｙ）、ＶＶ２（Ｘ，Ｙ）を決定する（ステップＳ４２）。範囲ＶＶ１（Ｘ，Ｙ）は、図９に示すように直近のスペックル画像の範囲であり、範囲ＶＶ２（Ｘ，Ｙ）は、図９に示すようにスペックル画像（直近のスペックル画像の次に取得したスペックル画像）の範囲である。ＶＶ１（Ｘ，Ｙ）、ＶＶ２（Ｘ，Ｙ）は、同じ大きさの範囲である。
【００５３】
次に、レーザスペックル歪計測装置１０は、決定した範囲ＶＶ１（Ｘ，Ｙ）、範囲ＶＶ２（Ｘ，Ｙ）を比較し、比較結果に基づいて相関係数ｒを算出する（ステップＳ４４）。具体的には、図９に示す範囲ＶＶ１（Ｘ，Ｙ）と範囲ＶＶ２（Ｘ，Ｙ）の範囲内の同じ位置の画素を、下記式を用いて比較し、相関係数ｒを算出する。
【００５４】
【数１】
2014232041.tif 000003
【００５５】
レーザスペックル歪計測装置１０は、相関係数ｒを算出したら、探索範囲の計算を終了したかを判定する（ステップＳ４６）。レーザスペックル歪計測装置１０は、ステップＳ４０で設定した探索範囲の全域についての相関関数ｒを算出したと判定した場合、探索範囲の計算を終了であると判定する。レーザスペックル歪計測装置１０は、探索範囲の計算を終了していない（ステップＳ４６でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ４２に戻り、移動量Ｉと移動量Ｊを変更して、ステップＳ４２、ステップＳ４４の処理を行う。
【００５６】
レーザスペックル歪計測装置１０は、探索範囲の計算を終了した（ステップＳ４６でＹｅｓ）と判定した場合、対象の２つのスペックル画像間での移動量Ｉ、移動量Ｊ及び相関関数ｒを出力し（ステップＳ４８）、本処理を終了する。レーザスペックル歪計測装置１０は、繰り返し計算で算出した相関係数ｒのうち最も１に近い、つまり最大の値となる条件の相関係数ｒを対応する対象の２つのスペックル画像間での相関関数ｒとする。また、レーザスペックル歪計測装置１０は、この条件のときの移動量Ｉ、移動量Ｊに基づいて、スペックル移動量を算出する。
【００５７】
レーザスペックル歪計測装置１０は、図８に示す処理で、相関係数ｒ及びスペックル移動量Ｉ，Ｊを算出することで、スペックル移動量を高い精度で算出することができ、結果として歪を高い精度で算出することができる。
【００５８】
ここで、レーザスペックル歪計測装置１０は、取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像との相関係数が、０．８以上となる時間間隔で、スペックル画像を取得することが好ましい。つまり、スペックル画像を取得する時間間隔を、相関係数０．８以上となる条件とすることが好ましい。また、レーザスペックル歪計測装置１０は、取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像との相関係数が、０．９以上となる時間間隔で、スペックル画像を取得することがより好ましい。レーザスペックル歪計測装置１０は、相関関数を０．８以上、より好ましくは、０．９以上となる条件で、スペックル画像を比較することで、スペックル移動量を高い精度で計測することができる。
【００５９】
ここで、レーザスペックル歪計測装置１０は、酸化防止膜７０を測定対象物に設ける場合、スペックル画像を取得する時間間隔を５分以下とすることが好ましい。図６及び図７に示すように、スペックル画像を取得する時間間隔を５分以下とすることで、相関係数を高く維持することができ、スペックル移動量を高い精度で計測することができる。
【００６０】
また、レーザスペックル歪計測装置１０は、加熱部３４で測定対象物を加熱しつつ、計測を行うことが好ましい。レーザスペックル歪計測装置１０は、加熱部３４で測定対象物を加熱し、実際の使用条件よりも高い温度条件で計測を行うことで、加速試験を行うことができる。例えば、図１０に示すように、５５０℃で使用されるＳＴＢＡ２４の測定対象物を６５０℃に加熱して計測することで、１００倍の速度で酸化スケールを成長させることができる。これにより、４０時間の計測で、実機の４０００時間、約半年の影響を計測することができる。また、上記実施形態では、ＳＴＢＡ２４の場合で説明したが、ＨＣＭ２Ｓ、Ｔ９１等他の材料の測定対象物の場合も同様である。例えば、Ｔ９１で製造された測定対象物が５５０℃で使用される場合、約７００℃で計測を行うことで、１００倍に加速した試験を行うことができる。
【００６１】
次に、図１１から図１７を用いて、他の実施形態のレーザスペックル歪計測装置について説明する。図１１は、他の実施形態に係るレーザスペックル歪計測装置の構成を示すブロック図である。図１２及び図１３は、それぞれ取得したスペックル画像の一例を示す説明図である。図１４は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と歪との関係の一例を示すグラフである。図１５は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と相関係数との関係の一例を示すグラフである。図１６は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と歪との関係の一例を示すグラフである。図１７は、レーザスペックル歪計測装置が計測した時間と相関係数との関係の一例を示すグラフである。
【００６２】
上記実施形態のレーザスペックル歪計測装置１０は、測定対象物８の測定領域に酸化防止膜７０を形成することで、測定対象物８の表面の酸化等を抑制することができ、計測精度を高くすることができるが、本発明はこれに限定されない。図１１に示すレーザスペックル歪計測装置１０ａは、測定対象物８ａの表面に酸化防止膜７０を形成していない。なおレーザスペックル歪計測装置１０ａは、測定対象物８ａの表面に酸化防止膜７０を形成していない以外は、同様の構成であるので、装置構成の説明は省略する。
【００６３】
レーザスペックル歪計測装置１０ａも、レーザスペックル歪計測装置１０と同様に、スペックル画像を所定時間間隔で取得し、直前に取得したスペックル画像と比較して、スペックル移動量を算出し、そのスペックル移動量に基づいて歪を算出することで、測定開始と測定終了時とで測定対象物８ａの測定領域が変質していても、各位置の相対関係の変化を特定することができ、高い精度で計測を行うことができる。つまり、レーザスペックル歪計測装置１０ａは、厳しい環境、厳しい条件で生じる歪以外のスペックルの変化の要因である表面酸化等の影響を容易かつ安価に低減または除外することができる。これにより、より厳しい環境、厳しい条件でも測定対象物８ａの歪を計測することができるという効果を奏する。レーザスペックル歪計測装置１０ａは、演算処理により、測定精度を高くすることが出来るため、容易かつ安価に、表面酸化等の影響を低減、除外することが可能となる。
【００６４】
ここで、レーザスペックル歪計測装置１０ａも、スペックル画像を取得する時間間隔を、取得したスペックル画像と少なくとも直前のスペックル画像との相関係数が、０．８以上となる時間間隔とすることが好ましく、０．９以上とすることが好ましい。一例として、レーザスペックル歪計測装置１０ａは、スペックル画像を取得する時間間隔を１０秒以内とすることが好ましい。レーザスペックル歪計測装置１０ａは、スペックル画像を取得する時間間隔を、相関係数が０．８以上となる時間間隔、一例としては、１０秒以内とすることで、表面に酸化防止膜７０を形成していない場合でも、表面の変質の影響により計測精度が低下することを抑制することができ、高い精度で歪の計測を行うことができる。
【００６５】
以下、図１２から図１７を用いて、具体例とともに説明する。レーザスペックル歪計測装置１０ａは、所定時間が経過する毎にスペックル画像を取得し、つまり、所定の時間間隔でスペックル画像を取得する。レーザスペックル歪計測装置１０ａは、例えば、５分毎にスペックル画像を取得することで、図１２に示すように、スペックル画像を一定時間間隔で複数取得することができる。図１２に示すスペックル画像は、４０時間３０分の間測定を行ったうち、５分から３０分の間に取得したスペックル画像と、４０時間５分から４０時間３０分の間に取得したスペックル画像と、を示している。レーザスペックル歪計測装置１０ａは、例えば、１０秒毎にスペックル画像を取得することで、図１３に示すように、スペックル画像を一定時間間隔で複数取得することができる。図１３に示すスペックル画像は、４０時間１分の間測定を行ったうち、１０秒から６０秒の間に取得したスペックル画像と、４０時間１０秒から４０時間１分の間に取得したスペックル画像と、を示している。なお、図１２、図１３は、いずれも測定対象物８ａをクロムモリブデン鋼鋼管、具体的にはＳＴＢＡ２４（ボイラ熱交換器用合金鋼管（ＪＩＳ  Ｇ  ３４６２）の規格）で形成した。また、測定対象物８ａの温度を６５０℃として計測を行った。
【００６６】
レーザスペックル歪計測装置１０ａは、図１３に示すように１０秒毎にスペックル画像を取得し、取得した結果に基づいて、歪を算出した場合、図１４に示すように、歪の時間変化を計測することができた。図１４は、横軸が時間（ｈ）であり、縦軸が歪（ひずみ％ε）である。図１４に示すように、０．７時間経過時に歪が計測されていないことがわかる。図１４に示す計測が、応力が付与されていない状態で保持されているため、歪が生じないので、高い精度で計測できている。また、画像では、０時間経過時と、０．６時間経過時でスペックルパターンが変化していることが確認された。
【００６７】
次に、図１４の歪の計測を行った際の相関係数を図１５に示す。図１５は、横軸が時間（ｈ）であり、縦軸が相関係数である。図１５に示すように、１０秒毎にスペックル画像を取得することで、相関係数が高い状態、具体的には０．８以上である状態が維持されている。したがって、１０秒毎にスペックル画像を取得することで、計測の精度を高くできることがわかる。
【００６８】
これに対して、図１２に示すように５分毎にスペックル画像を取得し、取得した結果に基づいて、歪を算出した場合、図１６に示すように、歪の時間変化を計測することができた。図１６は、横軸が時間（ｈ）であり、縦軸が歪（ひずみ％ε）である。図１６に示すように、１０時間経過時に歪が計測されていないことがわかる。
【００６９】
図１６の歪の計測を行った際の相関係数を図１７に示す。図１７は、横軸が時間（ｈ）であり、縦軸が相関係数である。図１７に示すように、５分毎にスペックル画像を取得した場合、相関係数が０．４以下となることがわかる。したがって、測定対象物の測定領域に酸化防止膜を形成しない場合、スペックル画像を取得する時間間隔を１０秒よりも長くすると、計測は精度が低下することがわかる。以上より、レーザスペックル歪計測装置１０ａは、１０秒毎にスペックル画像を取得することで、計測の精度を高くできることがわかる。
【００７０】
また、上記実施形態では、スペックル移動量を算出し、算出したスペックル移動量を積算して、歪を算出する変化量積算法で歪を算出したが、本発明はこれに限定されない。レーザスペックル歪計測装置は、スペックル移動量の算出値と、直近のスペックル移動量や、直近に算出した歪や、各種平均値を用いて、スペックル移動量の算出値や、歪の算出値を補正してもよい。例えば、レーザスペックル歪計測装置は、直近の２点のスペックル移動量の算出値と、スペックル移動量の算出値の平均値の３点を用いた、３点平均でスペックル移動量を算出してもよい。
【００７１】
ここで、図１８は、レーザスペックル歪計測装置の演算処理の他の例を説明するための説明図である。図１８は、上述した歪が０の状態で算出した値のスペックル移動量及び積算値と時間との関係を示している。積算値は、相対値（スペックル移動量を直近の２つのスペックル画像から算出した値）を積算した値である。図１８に示すように、３点平均化して、スペックル移動量を算出することで、相対値よりも０に近い値、つまり、実際の値に近い値を算出できていることがわかる。したがって、レーザスペックル歪計測装置は、スペックル移動量に補正処理を行うことで、積算に伴う誤差の蓄積を低減でき、計測の精度をより高くすることができる。
【００７２】
また、上記実施形態は、より高い精度でスペックル画像を取得できるため、画像取得部（スペックル画像取得部）において２つの波長が異なるレーザを測定対象物に照射して、スペックル画像を取得する構成としたが、これに限定されない。画像取得部は、スペックル画像を取得する種々の構成を用いることができる。
【符号の説明】
【００７３】
８、８ａ  測定対象物
１０、１０ａ  レーザスペックル歪計測装置
１１  画像取得部（スペックル画像取得部）
１２  第１レーザ出力部
１４  第２レーザ出力部
１６  ハーフミラー
１８  第１フィルタ
２０  第１レーザ受光部
２２  第２フィルタ
２４  第２レーザ受光部
２６  処理部
２８  入出力装置
３０  保持ユニット
３２  保持部
３４  加熱部
３６  温度計  
５０  入力部
５２  出力部
５４  通信部
５６  制御部
５８  記憶部
７０  酸化防止膜
【図１】
2014232041.tif 000004
【図２】
2014232041.tif 000005
【図３】
2014232041.tif 000006
【図４】
2014232041.tif 000007
【図５】
2014232041.tif 000008
【図６】
2014232041.tif 000009
【図７】
2014232041.tif 000010
【図８】
2014232041.tif 000011
【図９】
2014232041.tif 000012
【図１０】
2014232041.tif 000013
【図１１】
2014232041.tif 000014
【図１２】
2014232041.tif 000015
【図１３】
2014232041.tif 000016
【図１４】
2014232041.tif 000017
【図１５】
2014232041.tif 000018
【図１６】
2014232041.tif 000019
【図１７】
2014232041.tif 000020
【図１８】
2014232041.tif 000021