2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of distance and speed simultaneous measurement sensor using self-coupled signal
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17K06470
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| Research Institution | Aichi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
津田 紀生 愛知工業大学, 工学部, 教授 (20278229)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
五島 敬史郎 愛知工業大学, 工学部, 准教授 (00550146)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 自己結合信号 / 距離速度同時測定 / FPGA / FFT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多軸ロボットアームは一般的に等速度で移動させることが難しい。一方、半導体レーザは、小型軽量という特徴があるが、反射光が半導体レーザの活性層内に戻ると、戻り光ノイズを発生するという欠点が存在した。しかし、半導体レーザの戻り光ノイズには距離の情報も含まれる為、半導体レーザとレンズのみでセンサ部を構成でき、小型軽量でロボットアームの先端にも設置可能となる。
この実験に用いる半導体レーザは、光の干渉を利用するため、単一波長で発振し、電流の変化に比例して発振波長が線形的に変化し、戻り光ノイズを測定する為のフォトダイオードを内蔵したものである。一般的にVCSELは、単一波長で発振させる事が可能で、電流変調で発振波長を線形的に変化させることが出来るが、フォトダイオードを内蔵させることは難しく、単一波長で発振させるために、光出力が大きくできないと言う欠点があった。そこで、半導体レーザを恒温槽内で温度変化させながら様々な条件で発振させ、光出力以外の上記条件を満たす半導体レーザを探し出した。そこで、半導体レーザの駆動回路、戻り光ノイズの増幅回路を作成し、距離・速度同時測定装置を作成した。センサを取り付ける予定のロボットアームは手元に無い為、センサを固定し、ベルトコンベア上にレーザ照射し、ベルトコンベア上を流れる物体を距離・速度の同時計測実験を行った。戻り光ノイズ内に含まれる距離の情報を含む自己結合信号の信号処理は、FPGAのPS内にFFTを構築し信号処理を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
フォトダイオードを内蔵したVCSELを使用し、半導体レーザ自己結合効果を利用した距離・速度同時測定装置を作成し、ベルトコンベア上を流れる物体の計測実験を行った。実験は、ベルトコンベアまでの距離15cm、半導体レーザの照射角度75度とし、自己結合信号の信号処理は、FPGAでFFTを構築し自己結合信号の信号処理を行った。自己結合信号は、半導体レーザの戻り光ノイズを含んでいる。その為、距離と速度の同時計測は出来たが、まだ測定のばらつきが大きく、リアルタイム測定は実現できていない。また、FPGAで構築したFFTの精度についても検討する必要があると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在の実験装置で生じている問題であるFFTの精度について確認し、修正する予定である。また、現在のFPGAボードは、自己結合信号を取り込むには、メモリ容量が少なく、処理速度が遅いので、FPGAのPS部で行っている信号処理を、PL部で行えるよう改良を行う予定である。また、光出力が大きく、電流変化に対して波長変化の直線性が良く、フォトダイオードを内蔵している半導体レーザを引き続き探す。
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| Causes of Carryover |
今回、実験で使用した半導体レーザの静電気耐性が高く実験中に壊れなかった為、当初購入を予定していたフォトダイオード内蔵半導体レーザを新たに購入せずに済んだ為。
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