オンマシン表面評価機能を有する超精密加工システム

具有在机表面评价功能的超精密加工系统

• 批准号: 13J07543
• 负责人: 清水 一力
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 2014
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J07543/
• 关键词: 表面テクスチャ評価; オンマシン測定; レーザスペックル; 微細表面構造; 非破壊評価; 非接触構造; アクティブ除振; ロバスト性; 表面品位評価; 超精密加工面; 表面粗さ; 表面異方性; 残留応力分布; 弾性表面波

超精密加工面のオンマシン表面評価の実現を目的として, 表面テクスチャの様々な特性を非破壊かつ高能率に評価する方法の確立および振動外乱などによる測定誤差を抑制可能な光学系支持機構の提案を行った. さらに, これらの提案に基づく表面テクスチャ評価システムを構築し, その性能評価を行った.まず, 表面テクスチャの評価法については, 前年度までの研究成果に基づき, 試料面におけるレーザ散乱光が形成するレーザスペックルを解析することでナノメートルオーダの表面テクスチャの様々な特性を評価する方法を確立した. 具体的には, 1枚のレーザスペックル画像から算術平均粗さ, 平均長さ, 異方性など表面テクスチャの複数の特性を多角的に評価する方法を示した. さらに, 走査機構を用いて試料を走査することにより, 評価対象面における表面テクスチャの分布評価を実現した.続いて, 非接触構造を有する低剛性アクティブ除振ユニット2台によって両端を支持した梁でレーザスペックル検出ユニットを支持することにより外乱伝達および共振による測定誤差の発生を抑制する光学系支持機構を提案した. 本機構で採用した非接触構造アクティブ除振ユニットは当該研究員が提案するコンセプトに基づく除振ユニットであり, ベースと支持対象の間の機械的接触を完全に排除するとともに加速度信号に基づくアクティブ振動制御を行うことにより共振を抑制する.最後に, 上記の提案に基づく走査形表面テクスチャ評価システムを構築した. 構築したシステムは超精密切削加工面の表面テクスチャ分布を高い繰返し性で推定可能であり, さらに外乱光および振動外乱に対してロバスト性を有することを確認した. 以上より, 本研究で提案する表面テクスチャ評価システムが超精密加工システムに搭載するオンマシン表面評価システムとして有用であり, 次世代の高付加価値加工の実現に貢献可能であることを確認した.

以实现超精密加工表面的在机表面评估为目标，建立了一种无损、高效评估各种表面纹理特性的方法，并提出了一种可以抑制振动干扰引起的测量误差的光学系统支撑机构此外，我们基于这些建议构建了表面纹理评估系统并评估了其性能。首先，关于表面纹理评估方法，基于前一年的研究成果，我们建立了一种通过分析样品表面上激光散射光形成的激光散斑来评估纳米级表面纹理的各种特征的方法，具体而言，我们从单个激光散斑图像中计算出算术平均值，并演示了一种多方面评估的方法。表面纹理的多种特征，例如粗糙度、平均长度和各向异性。此外，通过使用扫描机构扫描样品，我们实现了待评价表面表面纹理的分布评价。接下来，我们通过两个非接触结构的低刚性主动隔振单元支撑两端的横梁来支撑激光散斑检测单元，以减少干扰我们提出了一种光学系统支撑机构，可以抑制由于传输和共振而产生的测量误差。通过完全消除底座和支撑物体之间的机械接触并根据加速度信号进行主动振动控制来抑制共振。最后，构建了基于上述建议的扫描表面纹理评估系统，我们证实所构建的系统可以估计振动。超精密加工表面的表面纹理分布具有高重复性，并且对外部光和振动干扰也具有鲁棒性。我们确认，本研究中提出的表面纹理评估系统作为安装在超精密加工系统中的机上表面评估系统是有用的，并且可以为实现下一代高附加值加工做出贡献。

项目成果

Multi-dimensional assessment of precision machined surface texture based on laser speckle pattern analysis

基于激光散斑分析的精密加工表面纹理多维评估

• 发表时间: 2014
• 作者: M. Shimizu;H. Sawano;H. Yoshioka;H. Shinno
• 通讯作者: H. Shinno