小型超高速回転主軸の光学式回転精度測定技術の開発

小型かつ超高速の回転主軸の回転精度は、従来の方法で正確に測定・評価することが困難である。本研究は、そのような回転主軸に対応可能な回転精度測定技術の開発を目指したものである。本研究で提案した測定方法では、測定する回転主軸の先端に反射球を取り付け、それに対して光を照射し、そこから反射する光の動きを捉えることで回転主軸の振れの検出を行う。この方法は、光をレンズで絞ることで微小な反射球に対してもターゲットとすることが可能であり、さらに反射光の動きを4分割フォトダイオードにおける4つの出力のバランスから得ることで非常に広い応答帯域を実現できることから、小型かつ超高速の回転主軸の測定に適している。本研究では、提案した測定方法の原理に基づいて製作した光学式測定装置に搭載するためのフォトセンサボードの小型化・安定化を図ると共に、反射球表面の反射率のむらに起因する測定誤差の補正アルゴリズムの有効性について実験的に確認を行った。その結果、擬似逆行列を用いることで補正アルゴリズムの計算方法を最適化し、計算結果に対してセンサ出力に生じた偶然誤差の伝搬を最小に抑えられることを明らかにした。さらに、表面が清浄でない反射球に対して、製作した光学式測定装置および比較対象である静電容量型変位計によって同時に回転精度の測定を行い、光学式測定装置の測定結果に対して本補正アルゴリズムを適用することで、反射球の表面が清浄な場合と同程度に測定精度を向上できることを明らかにした。

小型かつ超高速の回転主軸の回転精度は、従来の方法で正確に測定・評価することが困難である。本研究は、そのような回転主軸に対応可能な回転精度測定技術の開発を目指したものである。本研究で提案した測定方法では、測定する回転主軸の先端に反射球を取り付け、それに対して光を照射し、そこから反射する光の動きを捉えることで回転主軸の振れの検出を行う。この方法は、光をレンズで絞ることで微小な反射球に対してもターゲットとすることが可能であり、さらに反射光の動きを4分割フォトダイオードにおける4つの出力のバランスから得ることで非常に広い応答帯域を実現できることから、小型かつ超高速の回転主軸の測定に適している。本研究では、提案した測定方法の原理に基づいて製作した光学式測定装置に搭載するためのフォトセンサボードの小型化・安定化を図ると共に、反射球表面の反射率のむらに起因する測定誤差の補正アルゴリズムの有効性について実験的に確認を行った。その結果、擬似逆行列を用いることで補正アルゴリズムの計算方法を最適化し、計算結果に対してセンサ出力に生じた偶然誤差の伝搬を最小に抑えられることを明らかにした。さらに、表面が清浄でない反射球に対して、製作した光学式測定装置および比較対象である静電容量型変位計によって同時に回転精度の測定を行い、光学式測定装置の測定結果に対して本補正アルゴリズムを適用することで、反射球の表面が清浄な場合と同程度に測定精度を向上できることを明らかにした。