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光周波数コムの次元変換で実現する次世代XYZ3軸「絶対」位置極高精度計測への挑戦

Research Project

Project/Area Number 22KJ0173
Project/Area Number (Other) 21J20652 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

佐藤 遼  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords光周波数コム / フェムト秒レーザ / 共焦点光学系 / サーフェスエンコーダ / 精密計測 / 絶対位置測定
Outline of Research at the Start

継続課題のため,記入しない.

Outline of Annual Research Achievements

本研究では,不等ピッチ2軸格子の分光次元変換作用をもとに,光コムからXY2軸位置コムを創出し,これまでに構築しているZ位置コムと融合することで,従来は困難であった国家標準に直結した形態で信頼性が保証された極高精度多軸「絶対」位置検出を実現することが本研究の目的である.
まず,XY位置コムとの融合に向け,これまでに開発しているZ絶対位置コム光学系に対してレーザオートコリメーション法の原理を新たに導入し,測定面傾斜角に影響を受けないZ位置計測の実現を検討する.その後,「不等ピッチ」2軸格子の分光作用により計測点のXY軸絶対位置情報を±1次反射回折光デジタル光周波数に次元変換し差動検出するとともに,±1次光で生成する光干渉信号を用いてXY2軸絶対位置を極高感度検出する,XY絶対位置コム光学系を構築する.最後に,上記2つの光学系を組み合わせてXYZ3軸「絶対」位置コムを構築し,その性能を実験的に明らかにする.
計画最終年度となる令和5年度は,当初の計画とおり,昨年度に測定面傾斜角によらず対象物光軸Z位置を高精度に測定可能な新たな原理として,Z位置コムに非線形光学現象である第二次高調波発生(SHG)媒質であるBBO結晶を検出フィルタとして新たに採用したSHG共焦点光学系に関する基礎特性評価実験を実施し,測定対象物表面傾斜角と表面光軸Z位置を同時に測定可能であることを実証した.また,XY絶対位置コムを創出するために,ファイバー内干渉光学系から空間干渉光学系へと変更を行うことで,位置検出を高分解能に行える特徴を有しつつ,干渉信号から移動方向を同時に検出可能とし,その有効性について実験的に評価した.

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] Bremen Institute for Metrology/Automation and Quality Science (BIMAQ)/University of Bremen(ドイツ)

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Bremen Institute for Metrology/Automation and Quality Science (BIMAQ)/University of Bremen(ドイツ)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Design of an Optical Head with Two Phase-Shifted Interference Signals for Direction Detection of Small Displacement in an Absolute Surface Encoder2024

    • Author(s)
      Sato Ryo、Liu Tao、Maehara Satoru、Okimura Ryota、Matsukuma Hiraku、Gao Wei
    • Journal Title

      International Journal of Automation Technology

      Volume: 18 Issue: 2 Pages: 249-256

    • DOI

      10.20965/ijat.2024.p0249

    • ISSN
      1881-7629, 1883-8022
    • Year and Date
      2024-03-05
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Signal Processing and Artificial Intelligence for Dual-Detection Confocal Probes2023

    • Author(s)
      Sato Ryo、Li Xinghui、Fischer Andreas、Chen Liang-Chia、Chen Chong、Shimomura Rintaro、Gao Wei
    • Journal Title

      International Journal of Precision Engineering and Manufacturing

      Volume: 25 Issue: 1 Pages: 199-223

    • DOI

      10.1007/s12541-023-00842-3

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Confocal probe based on the second harmonic generation for measurement of linear and angular displacements2023

    • Author(s)
      Sato Ryo、Shimizu Yuki、Shimizu Hiroki、Matsukuma Hiraku、Gao Wei
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 31 Issue: 7 Pages: 11982-11982

    • DOI

      10.1364/oe.486421

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Influence of Surface Tilt Angle on a Chromatic Confocal Probe with a Femtosecond Laser2022

    • Author(s)
      Sato Ryo、Shimizu Yuki、Matsukuma Hiraku、Gao Wei
    • Journal Title

      Applied Sciences

      Volume: 12 Issue: 9 Pages: 4736-4736

    • DOI

      10.3390/app12094736

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Measurement Range Expansion of Chromatic Confocal Probe with Supercontinuum Light Source2021

    • Author(s)
      Matsukuma Hiraku、Department of Finemechanics, Tohoku University 6-6-01 Aramaki Aza Aoba, Aoba-ku, Sendai, Miyagi 980-8579, Japan、Sato Ryo、Shimizu Yuki、Gao Wei
    • Journal Title

      International Journal of Automation Technology

      Volume: 15 Issue: 4 Pages: 529-536

    • DOI

      10.20965/ijat.2021.p0529

    • NAID

      130008062461

    • ISSN
      1881-7629, 1883-8022
    • Year and Date
      2021-07-05
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] モード同期フェムト秒レーザを用いた絶対位置エンコーダに関する研究 -原理提案と理論数値計算に基づく検討-2023

    • Author(s)
      佐藤 遼,松隈 啓,高 偉
    • Organizer
      2023年度精密工学会秋季大会学術講演会論文集
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of angle measurement based on confocal probe employing second harmonic generation2023

    • Author(s)
      Ryo Sato, Yuki Shimiz, Hiraku Matsukuma, Wei Gao
    • Organizer
      The 15th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments (ISMTII2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 第二次高調波共焦点プローブに関する研究 -角度計測に関する検討-2023

    • Author(s)
      佐藤 遼,清水 裕樹,清水 浩貴,松隈 啓,高 偉
    • Organizer
      2023年度精密工学会春季大会学術講演会論文集(講演番号 D49)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Feasibility study of precise angle measurements with a dual-differentical confocal probe2022

    • Author(s)
      Ryo Sato, Hiraku Matsukuma, Yuki Shimizu, Wei Gao, Andreas Fischer
    • Organizer
      The 8th International Conference on Nanomanufacturing (nanoMan2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] モード同期フェムト秒レーザ共焦点プローブに関する研究 -測定対象物チルト角が極小点追跡法へ与える影響の調査-2022

    • Author(s)
      佐藤 遼,松隈 啓,高 偉
    • Organizer
      2022年度精密工学会東北支部学術講演会講演論文集(C03)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] An absolute surface encoder with a femtosecond laser and a planar scale grating of variable periods2021

    • Author(s)
      Satoru Maehara, Ryo Sato, Hiraku Matsukuma, Yuki Shimizu, Wei Gao
    • Organizer
      The 7th International Conference on Nanomanufacturing (nanoMan2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation of Measurement Range of a Differential Chromatic Confocal Probe employing a Mode-Locked Femtosecond Laser2021

    • Author(s)
      Ryo SATO, Hiraku MATSUKUMA, Yuki SHIMIZU, Wei GAO, Andreas FISCHER
    • Organizer
      The 10th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century(LEM21)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フェムト秒レーザを用いた絶対位置計測に関する研究2021

    • Author(s)
      前原 智,佐藤 遼,松隈 啓,清水 裕樹,高 偉
    • Organizer
      2021年度精密工学会東北支部学術講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] モード同期フェムト秒レーザ共焦点プローブに関する研究-極小点追跡法を用いた合焦波長検出に関する検討-2021

    • Author(s)
      佐藤 遼,松隈 啓,清水 裕樹,高 偉
    • Organizer
      2021年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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