2019 Fiscal Year Annual Research Report
A new method for precision displacement measurement based on the heat-flow detection by a micro thermal sensor combined with grating pattern structures
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18K18798
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
清水 裕樹 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70606384)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱収支場 / エンコーダ / マイクロパターン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，自己ジュール発熱により微小間隙に安定熱収支場を生成してその変化を高精度に検知するマイクロ熱検知素子を用い，高精度マイクロパターン（スケール）の3次元形状を読み取ることで，超コンパクトな形態での高精度・多軸変位計測を実現する「マイクロ熱収支場検知式エンコーダ」の基礎原理を確立することである．熱検知素子およびスケール格子パターン3次元形状を踏まえた微小間隙間熱収支場の学術的モデルを確立し，これをもとに最適化設計した熱検知素子とマイクロパターンスケールによりエンコーダプロトタイプを構築して超コンパクト・高安定な形態での多自由度変位検出を実現し，精密位置決め技術に革新をもたらす．
計画最終年度となる令和元年度は，前年度に試作したマイクロ熱検知素子プロトタイプのデザインを踏襲して，ガラス基板上に等間隔に並ぶ多素子マイクロ熱検知センサを配置して構成した読み取りヘッドを試作するとともに，前年度に構築した熱収支理論モデルをもとに算出したパターン間隔を有する線状レジストパターンを有する変位検出用リニアスケールを試作し，これらを組み合わせて安定マイクロ熱収支場検知式エンコーダの原理検証実験装置を構築した．また，読み取りヘッド上の多素子マイクロ熱検知センサからの読み取り信号を同時に処理する信号変換回路を試作するとともに，これにフィルタ機能を付与して低ノイズ化を図った．ガラススケールを精密リニアスライド上に配置し，これに位置調整機構に搭載した読み取りヘッドを近接した状態でガラススケールを走査した際に得られる多素子マイクロ熱検知センサ出力を確認し，検出した変位の方向弁別に必須となる位相が異なる正弦波状信号が得られることを確認した．さらに，これら複数素子から得られた信号をもとに内挿処理を試み，提案手法によるサブマイクロメートル級測定分解能の実現可能を実験的に明らかにした．
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