機上測定用3×3センサアレイの開発と冗長データを活用する平面形状測定法の提案

开发用于车载测量的3×3传感器阵列并提出利用冗余数据的平面形状测量方法

• 批准号: 21K03791
• 负责人: 清水 浩貴
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03791/
• 关键词: 走査形状測定; 平面形状測定; 機上計測; 多点法; 多点法形状計測; 誤差分離; MEMS; 機械加工面; 平面計測; ソフトウェアデータム

本研究は変位計を3×3に配置した計測ユニットを加工機のステージで走査し，それにより得られた冗長度の高いデータを接続して高精度な機上平面測定を実現しようとするものである．2022年度にはセンサユニットを1ステップ走査した際にオーバーラップする2×3ないし3×2点の６点のデータの接続法に関して，偶然誤差の累積のモンテカルロシミュレーションを進めた．センサの偶然誤差による精度低下を軽減するため，従前は並進運動誤差については4つ，ピッチング誤差については3つ，ローリング誤差については3つの推定値を求めて平均する方法をとっていたが，最小二乗法による運動誤差推定を新たに取り入れた結果，11点×11点の平面測定シミュレーションで誤差が最大となる点において約20％誤差を低減できることを示した．さらに，3×3配置では測定開始点から終点に至るデータ経路が多数あることを利用し，それらを平均して偶然誤差の影響を低減する手法についてのシミュレーションを実施した．その結果，最終点において約17%誤差を低減できることを明らかにした一方，測定開始点付近では逆に精度が低下することを確認した．この原因について検討したところ，接続回数の多い経路も平均をとる対象とした場合にばらつきが増加し，その影響が測定始点付近で大きいことを確認した．この結果から，接続数の少ない経路のみの平均をとるシミュレーションを行い，平均する経路数は16通りと少ないにも関わらずさらに約18%誤差が低減できることを示した．デバイスの製作については長さの異なる探針を組みあわせ，片持ち梁式の変位センサで3×3配置を実現できる斜め9点法レイアウトを検討した．また，多点同時計測デバイス製作上のポイントとなる深堀RIEの条件出しを行った．

这项研究旨在扫描一个测量单元，并在加工机阶段将位移仪放置在3x3处，并通过连接它来获得高度冗余的数据，以实现机器上高度准确的平面测量。在2022财年，我们进行了蒙特卡洛模拟，该模拟与连接六个数据点（2x3至3x2）的方法相关的误差，当扫描传感器单元时，该方法重叠。为了减少传感器意外误差引起的准确性损失，我们先前使用了一种计算和平均四个翻译运动误差，三个倾斜误差和三个滚动误差的方法。但是，使用最小二乘法的新运动误差估计表明，在平面测量模拟11分x 11点中，误差最大值的位置可以减少误差约20％。此外，在3x3布置中，我们使用了从起点到终点的大量数据路径，并进行了模拟以平均这些数据，并偶然地减少了错误的影响。结果，据揭示了在最后点可以减少误差约17％，而确认准确性可以在最近的测量起始点下降低。当我们研究其原因时，我们确认当平均有大量连接的路线时，变化增加，并且在测量开始时效果很大。从这些结果中，我们进行了一个模拟，即平均只有很少的连接路线，并表明，即使平均路线的数量低至16，但可能会减少约18％的误差。对于设备制造，我们研究了一个9点的对角线布局，该布局结合了不同长度的探针，可以使用悬臂位移传感器进行3x3布置。此外，设置了Deep Bori Rie的条件，这是制作多点同时测​​量设备的关键。

项目成果

3×3正方形配置センサユニットを用いた平面形状測定－測定データ接続法の比較－

使用3×3方形传感器单元进行平面形状测量 - 测量数据连接方法的比较 -

• 发表时间: 2023
• 作者: Fujiwara Ryotaro;Shimizu Hiroki;謝 恵君，鄒 艶華;村山 凌太郎，小武内清貴，大窪 和也;時實 拓紀，野田 樹生，田丸 雄摩，清水 浩貴
• 通讯作者: 時實 拓紀，野田 樹生，田丸 雄摩，清水 浩貴

A MEMS Device Integrating Multiple Cantilever Displacement Sensors to Evaluate Flat Machined Surfaces

集成多个悬臂位移传感器以评估平面加工表面的 MEMS 器件

• DOI: 10.20965/ijat.2022.p0582
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Automation Technology
• 影响因子: 1.1
• 作者: Shimizu Hiroki、Graduate School of Engineering;Kyushu Institute of Technology 1-1 Sensui-cho;Tobata-ku;Kitakyushu-shi;Fukuoka 804-8550;Japan、Tamiya Koichi、Mizukami Shoichiro、Tamaru Yuuma
• 通讯作者: Japan、Tamiya Koichi、Mizukami Shoichiro、Tamaru Yuuma

Feasibility study of multi-point two-dimensional profile measurement by 3-2-1 and 3×3 sensor layout

3-2-1和3×3传感器布局多点二维轮廓测量可行性研究

• DOI: 10.1016/j.measen.2021.100358
• 发表时间: 2021
• 期刊: Measurement: Sensors
• 作者: Fujiwara Ryotaro;Shimizu Hiroki
• 通讯作者: Shimizu Hiroki