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

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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．