光コム次元変換光学とその場自律校正法の創出によるサブアトム級３次元超精密計測

光梳尺寸转换光学器件创建及原位自主标定方法实现亚原子级三维超精密测量

• 批准号: 20H00211
• 负责人: 高 偉
• 金额: $ 28.79万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00211/
• 关键词: 超精密計測; 光応用計測; ３次元計測; 精度; トレーサビリティ; 光周波数コム; 自律校正; 形状; 変位; 角度; 位置; 分解能; 生産工学; 加工学; 絶対計測

次世代「つながる」超精密ものづくり実現に必須となる3次元超精密「絶対」形状計測基盤確立のために，不等ピッチ絶対グリッドおよび色収差レンズの分光作用をもとに，XYZ3軸絶対位置情報を光コム光源の光周波数情報に次元変換して検出する，極高感度絶対型XYZ位置コムを開発することを研究の目的としている．本年度は当初計画の通り，前年度までに作成した２軸不等ピッチ絶対グリッド製作システムにおいて，高価でサイズ及び精度にも限界がある従来型非球面ミラーの代わりに，平面ミラーに荷重を加えて変形を与えることで非球面ミラー形状を創成させる新しい手法を提案し，２軸不等ピッチ絶対グリッド製作の大面積化と最適化を試みた．平面ミラーの変形量と荷重大きさ，荷重位置およびミラー材質などとの関係を理論的に検討し，シミュレーションを行うことによって最適なパラメーターを決定した．露光実験の結果，２軸不等ピッチ絶対グリッドが製作可能なことを確認した．また，絶対型Z位置コム光学系光学読み取りヘッドの光源として用いる光ファイバ型コム光源のスペクトル帯域，および不等ピッチ絶対グリッドのピッチ変動幅を考慮して，±1次反射回折光を捕捉する差動型ファイバ受光光学系を設計し，実際に光学系の構築を行った．±1次回折光のスペクトルから絶対位置を差動検出する信号処理システムを製作し，±1次回折光を重ね合わせる干渉光学系を光ファイバベースで実現した．その干渉信号をもとに絶対位置検出を内挿して信号処理アルゴリズムを開発し，絶対型Z位置コム光学系の性能を分解能，安定性，非線形誤差，不確かさなどの観点から評価した．また，当初計画にない光周波数コムファブリペロー干渉計を用いた角変位コム及び第二高調波発生を利用した非線形光学Z位置コムを新たに提案し，その実証実験を行い，提案手法の有効性を確認した．

The next generation "つながる" ultra-precision ものづくり実成ににとなる 3-dimensional ultra-precision "Juetsu" form The shape measurement base is established, and the unequal chromatic aberration and chromatic aberration of the unequal spectroscopic effectをもとに, XYZ 3-axis absolute position information を光コムlight source のoptical frequency wave number information にdimensional change して検The purpose of research on the extremely high-sensitivity absolute XYZ position コムをkaiすることを is としている． This year's plan was originally planned, and the previous year's production was completed by the 2-axis unequal rectangular film.ステムにおいて, 高価でサイズ and びprecision にもlimited がある従 came type aspherical ミラーの代わりに, flat ミラーに load を plus えて変shaped を and えることでaspherical ミラーshape をcreated させる新The method is proposed, the 2-axis unequal system is produced, the large area is optimized, and the test is carried out. The theory of the relationship between the shape of the plane and the weight of the load and the location of the load and the material of the plane. The most suitable one is the one that is suitable for the most suitable one. The result of revealing the light is not enough, the 2-axis unequal ピッチ Juehuoグリッドが production is possible and the confirmation is した.また, the absolute type Z position コム optical system is used for optics and りヘッドのlight source としている光ファイバType コム光源のスペクトル帯区, および无码ピッチ极対The グリッドのピッチ剉剉 amplitude is considered, the ±1 reflection back refraction is captured, the differential type ファイバ light receiving optical system is designed, and the construction of the optical system is performed. ±1 times refractive index signal processing system As a result, ±1 times of refractive light, heavy ね合, わ せ る dry 渉 optical system を light ファ イ バ ベ ー ス で 実 appear し た.その干渉signalをもとにJue対position検出をinterpolationしてsignal processingアルゴリズムを开発し, absolute type Z The performance of the position コム optical system is the resolution, stability, nonlinear error, and uncertainty.また, the original plan was to use the いた角変 Position コム and the second high-profile wave 発生をUtilizing the non-linear optical Z position, a new proposal is proposed, and the validity of the proposed method is confirmed.

项目成果

High-Precision Cutting Edge Radius Measurement of Single Point Diamond Tools Using an Atomic Force Microscope and a Reverse Cutting Edge Artifact

• DOI: 10.3390/app10144799
• 发表时间: 2020-07
• 期刊: Applied Sciences
• 作者: Kai Zhang;Yindi Cai;Y. Shimizu;H. Matsukuma;W. Gao

A new method for evaluation of the pitch deviation of a linear scale grating by an optical angle sensor

• DOI: 10.1016/j.precisioneng.2020.09.008
• 发表时间: 2021-01-01
• 期刊: PRECISION ENGINEERING-JOURNAL OF THE INTERNATIONAL SOCIETIES FOR PRECISION ENGINEERING AND NANOTECHNOLOGY
• 影响因子: 3.6
• 作者: Quan, Lue;Shimizu, Yuki;Gao, Wei
• 通讯作者: Gao, Wei

Uncertainty analysis of roundness measurement of a small cylinder based on the stitching linear-scan method

基于拼接线扫描法的小圆柱体圆度测量不确定度分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Qiaolin Li;Hiraku Matukuma;Yuki Shimizu;Wei Gao
• 通讯作者: Wei Gao

Self-calibration for variable line spacing gratings by a lateral distance with Fizeau interferometer

利用斐索干涉仪通过横向距离对可变线距光栅进行自校准

• 发表时间: 2022
• 作者: Chenguang Yin;Wei Gao;Xin Xiong;Ryo Sato;Hiraku Matsukuma
• 通讯作者: Hiraku Matsukuma

Surface Metrology for Micro- and Nanofabrication

微米和纳米制造的表面计量

• 发表时间: 2020
• 作者: Yamasaki Yusuke;Chauvet Nicolas;Shiga Nobuyasu;Yasuda Satoshi;Takizawa Kenichi;Horisaki Ryoichi;Naruse Makoto;Wei Gao
• 通讯作者: Wei Gao