2018 Fiscal Year Research-status Report
Ultra-precise machine system based on 6-dof motion measurement with laser interferometry-based trackers
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17K06116
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
大岩 孝彰 静岡大学, 工学部, 教授 (00223727)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | レーザトラッカ / 三次元座標計測 / レーザ干渉測長 / パラレルメカニズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終目標は，加工や計測のための超精密な機械システムを開発することにある．このシステムでは，機械のツールとワーク間の位置決め精度および運動精度向上のために，内・外乱（外力・熱など）の影響を受けずにワークの載る定盤とツール主軸（スピンドル）との間の６自由度相対運動を６台の追尾式レーザ干渉計（レーザトラッカ）を利用して正確に非接触で計測しフィードバック補正を行う．本研究計画では，１台のレーザトラッカを試作し，その２点間距離計測精度の検証を行う．
空間内での距離計測や３Ｄ座標計測に用いられるレーザ干渉式トラッキングシステムでは，従来はジンバルメカニズムや３自由度球面モータで駆動されるミラーによってレーザ照射方向を変化させてターゲットミラーを追尾してきた．本研究計画では先ず，球面ジョイントで支持されるムービングプラットフォーム上に設置したレーザ光源を２台の直動アクチュエータとリンク機構で駆動する空間２自由度回転形パラレルメカニズムを考案した．この２自由度パラレルメカニズムは２台の直動アクチュエータ（ＶＣＭ：ボイスコイルモータ）で駆動する．ＶＣＭの制御は，リトロレフレクタからの戻り光をヘッド直前に置いたビームスプリッタにて４分割フォトダイオード(QPD)に導き，ビームが常に４分割フォトダイオードの中央に戻ってくるように２台のＶＣＭをPID制御する．これにより常にレーザヘッドがターゲットを追尾することが可能となる．平成30年度は，平成29年度に製作・動作確認を行なったＶＣＭ駆動によるパラレルマニピュレータのムービングプラットフォームにレーザ干渉測長センサヘッドおよび戻り光変位検出用QPDを搭載し，ターゲットであるリトロレフレクタを追尾するトラッカを完成させた．さらに，ターゲットを空間内でＺ方向に10mm移動した際の変位計測を行い，±1μｍ程度の計測精度であることを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ボイルコイルリニアモータで駆動する２自由度パラレルマニピュレータにレーザ干渉測長センサを搭載し，ターゲットミラーを追尾しながら測長する実験を行った．本トラッカによって，ターゲットまでの距離の変化を±１μｍ程度の精度で計測することが可能であることを確認した．よって概ね順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度に製作したレーザトラッカのセンサヘッドにはレニショー社製RLDヘッドを使用した．しかし，このヘッドではレーザ発信器からの光ファイバ導入用および信号配線用の2本のフレキ管が接続されているため，トラッカの動きが阻害されていることが判明した．またムービングプラットフォームを指示している球面ジョイントの運動誤差もトラッカの測長精度を悪化させていることが判明した．
そこで，本年度は上記２つの改良を行なう．まず前者では，センサヘッドをatto社（平成29年度備品購入）へと換装し，ヘッドの軽量化と同時に，ヘッド運動を阻害していた要因を取り除く．さらに球面ジョイントへは測長方向に渦電流式変位計を内蔵させ，球面ジョイントの運動誤差をリアルタイムで計測し，これを補正することにより測長精度向上を図る．
続いて，ターゲットを空間内で移動させた場合のトラッカの距離計測精度および室温変動の影響を評価する．具体的には，現有設備である直交座標形三次元座標測定機（ＣＭＭ，B&S社）のプローブの替わりにターゲットミラーを取付け，測定定盤上に設置したレーザトラッカにて距離計測を行う．ＣＭＭの各移動軸の変位（ＸＹＺ）を正しい値として，距離計測値の評価を行う．移動範囲は最終的に搭載予定の試作機のそれ（300x300x300）程度とする．また室温を変化させた際にも同様の計測を行い，温度依存性を評価する．
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Research Products
(2 results)
