オンマシン表面評価機能を有する超精密加工システム

具有在机表面评价功能的超精密加工系统

• 批准号: 13J07543
• 负责人: 清水 一力
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 2014
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J07543/
• 关键词: 表面テクスチャ評価; オンマシン測定; レーザスペックル; 微細表面構造; 非破壊評価; 非接触構造; アクティブ除振; ロバスト性; 表面品位評価; 超精密加工面; 表面粗さ; 表面異方性; 残留応力分布; 弾性表面波

超精密加工面のオンマシン表面評価の実現を目的として, 表面テクスチャの様々な特性を非破壊かつ高能率に評価する方法の確立および振動外乱などによる測定誤差を抑制可能な光学系支持機構の提案を行った. さらに, これらの提案に基づく表面テクスチャ評価システムを構築し, その性能評価を行った.まず, 表面テクスチャの評価法については, 前年度までの研究成果に基づき, 試料面におけるレーザ散乱光が形成するレーザスペックルを解析することでナノメートルオーダの表面テクスチャの様々な特性を評価する方法を確立した. 具体的には, 1枚のレーザスペックル画像から算術平均粗さ, 平均長さ, 異方性など表面テクスチャの複数の特性を多角的に評価する方法を示した. さらに, 走査機構を用いて試料を走査することにより, 評価対象面における表面テクスチャの分布評価を実現した.続いて, 非接触構造を有する低剛性アクティブ除振ユニット2台によって両端を支持した梁でレーザスペックル検出ユニットを支持することにより外乱伝達および共振による測定誤差の発生を抑制する光学系支持機構を提案した. 本機構で採用した非接触構造アクティブ除振ユニットは当該研究員が提案するコンセプトに基づく除振ユニットであり, ベースと支持対象の間の機械的接触を完全に排除するとともに加速度信号に基づくアクティブ振動制御を行うことにより共振を抑制する.最後に, 上記の提案に基づく走査形表面テクスチャ評価システムを構築した. 構築したシステムは超精密切削加工面の表面テクスチャ分布を高い繰返し性で推定可能であり, さらに外乱光および振動外乱に対してロバスト性を有することを確認した. 以上より, 本研究で提案する表面テクスチャ評価システムが超精密加工システムに搭載するオンマシン表面評価システムとして有用であり, 次世代の高付加価値加工の実現に貢献可能であることを確認した.

为了实现超精确加工表面的机上表面评估，我们建立了一种方法来评估以非破坏性且高效的方式评估表面纹理的各种特性，并提出了一种可以抑制由于振动障碍而抑制测量误差的光学支持机制。此外，我们基于这些建议构建了一个表面纹理评估系统，并评估了其绩效。首先，我们建立了一种方法，可以根据上一年的研究结果分析样品表面上激光散射的激光散射形成的激光斑点，以评估纳米表面纹理的各种特性。具体而言，我们显示了一种评估表面纹理的多种特性的方法，例如单个激光斑点图像，例如算术平均粗糙度，平均长度和各向异性。此外，通过使用扫描机制扫描样品，我们实现了对要评估表面表面纹理的分布评估。接下来，我们提出了一种光学支持机制，该机制通过支撑激光斑点检测单元来抑制由于干扰传播和共振而产生的测量误差，并由两个低尺度的主动振动隔离单元在两端支撑的光束上都具有非接触结构。该机制中采用的非接触结构主动振动隔离单元是基于研究人员提出的概念的振动隔离单元，完全消除了基座和支撑物之间的机械接触，并通过基于加速度信号进行主动振动控制来抑制共振。最后，我们根据上述建议构建了一个扫描表面纹理评估系统。构造的系统可以估计具有高可重复性的超精确切割表面的表面纹理分布，并且对扰动的光​​线和振动干扰具有稳健性。从上面，本研究中提出的表面纹理评估系统可用作安装在超精确加工系统中的机上表面评估系统。我们已经确认，它可以有助于实现下一代高增值加工。

项目成果

Multi-dimensional assessment of precision machined surface texture based on laser speckle pattern analysis

基于激光散斑分析的精密加工表面纹理多维评估

• 发表时间: 2014
• 作者: M. Shimizu;H. Sawano;H. Yoshioka;H. Shinno
• 通讯作者: H. Shinno