粗・微動連動制御機構による表面形状計測に関する研究

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導電性物質以外の測定対象に適用し得るように、ダイヤモンドの触針を用いたピックアップを開発した。具体的には、ダイヤモンド深針をアルミニウム合金製の片持ち梁の先端に取り付け、深針の接触力による梁のごくわずかなたわみ量を、梁に組み込んだ静電容量型変位計にて測定する。この結果、接触式の測定となるが、触針圧を現状の触針式表面粗さ計の約4mNより小さくすることで、表面に傷をつけることなく測定ができるようになった。静電容量型変位計の分解能はおよそ100nmとなっている。試作した測定装置により、表面粗さ計校正用の三角形状の測定試料、旋削加工面、フライス加工面など種々の表面形状を持つ試料の測定を行い、市販の表面粗さ測定装置による測定結果と比較することにより本測定法の有効性を確認することができた。シミュレーションにより、触針の反力が粗動機構の平面ばねにノイズとして作用し、これが制御系の安定性に大きな影響を与えることが明らかとなり、粗動機構の変位出力の微分値を粗動機構用圧電素子ドライブアンプの入力にフィードバックすることにより、系のノイズに対する安定性を高めるとともに、粗さ測定装置の周波数特性を向上させ得ることを示し、実験的にも確認した。さらに、微動系の周波数特性を高めるためには、微動機構の圧電素子ドライブアンプの前段に配置するアンプのゲインを高めることが効果的なことを確認した。