ナノメートル分解能の三次元座標測定機の改良と精度評価手法の確立

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555070
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高増 潔 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70154896)
• 研究分担者: 古谷 涼秋 東京電機大学, 工学部, 教授 (50219119)
• キーワード: ナノメートル計測 / 三次元座標測定機 / ステージ / 校正手法

研究概要

ナノメートル分解能の三次元測定機(nano-CMM)の基本的な構成と精度評価手法を確立し,今後の実用化への方向性を示すことができた.
1.nano-CMMのプロトタイプの改良
前年度までの詳細設計に基づいて,低熱膨張材料を用いてnano-CMMの新しいプロトタイプを製作した.主な改良点は以下の部分である.
(1)全体の部材として低熱膨張材料(低熱膨張鋳鉄)を用いた.
(2)スケール部分には,低熱膨張ガラスを用いた分解能10nmのスケールを使用した.
(3)駆動系として,摩擦駆動(フリクションドライブ)機構を用いた.
2.nano-CMMの移動ステージの評価
製作され移動ステージに対して,以下の試験を行いその性能を評価した.
(1)スケールとしてナノメートルスケールシステム,プローブとして三次元プローブシステムを使ったシステムを評価した.
(2)各軸のヨーイング,ピッチング,ローリングなどの回転の影響を調べた.結果として,真直度40nm,繰り返し精度10nmを達成できた。
(3)オプティカルフラットおよび非球面レンズの測定により,形状測定機としての能力を評価した.
3.nano-CMMの温度ドリフトの評価
温度ドリフトの評価を行った.
(1)通常の恒温室の条件で温度ドリフトを評価し,1度あたり200nmの温度ドリフトがあることが分かった.
(2)温度をより安定させるケースを適応することで,0.1度あたり20nmの温度ドリフトに押さえることができた.
以上の実験より,提案したnano-CMMの方式が,一般的な恒温室+特別なケースという環境で,十分実用化できる実現可能性が証明できた.

研究成果

• [文献書誌] 佐藤理, 下嶋賢, 古谷涼秋, 高増潔: "パラレルメカニズムのアーティファクト校正(第1報)-緩い束縛条件を用いた運動学パラメータの校正-"精密工学会誌. 70・1. (2004)
• [文献書誌] 高増潔, 下嶋賢, 古谷涼秋, 佐藤理: "座標測定機のアーティファクト校正(第2報)-冗長座標測定機の自己校正-"精密工学会誌. 70・5. (2004)
• [文献書誌] 佐藤理, Gheorghe Olea, 平木雅彦, 高増潔: "パラレルメカニズムを用いた三次元測定機の校正-複数のリンクセットを用いた校正-"精密工学会誌. 70・2. (2004)
• [文献書誌] I.Misumi, S.Gonda, T.Kurosawa, Y.Tanimura, N.Ochiai, J.Kitta, F.Kubota, M.Yamada, Y.Fujiwara, Y.Nakayama, K.Takamasu: "Submicrometre-pitch intercomparison between optical diffraction, scanning electron microscope and atomic force microscope"Meas.Sci.Technol.. 14・12. (2003)
• [文献書誌] M.Abbe, K.Takamasu, S.Ozono: "Reliability on calibration of CMM"Measurement. 33・4. 359-368 (2003)
• [文献書誌] 江並和宏, 臼杵深, 平木雅彦, 高橋哲, 高増潔, 大園成夫: "リングビームを用いた三次元変位測定法(第1報)-理論解析と基礎実験-"精密工学会誌. 69・12. 1764-1768 (2003)
• [文献書誌] 高増潔, 野坂健一郎, 阿部誠, 古谷涼秋, 大園成夫: "形体計測における不確かさの見積り(第2報)-円形体の計測における形状偏差の寄与-"精密工学会誌. 69・5. 693-697 (2003)
• [文献書誌] 下嶋賢, 古谷涼秋, 大園成夫, 高増潔, 平木雅彦, 荒木健司: "3次元測定機の不確かさ推定に関する研究(第1報)-多関節型3次元測定機の機構パラメータの算出と不確かさ推定-"精密工学会誌. 69・6. 841-845 (2003)
• [文献書誌] 郭志徹, 高増潔, 山本明弘, 和田智之, 洲之内啓, 加瀬究, 田代英夫: "波長走査干渉計における信号処理"精密工学会誌. 69・6. 831-835 (2003)
• [文献書誌] 高増潔, 下嶋賢, 古谷涼秋, 佐藤理: "座標測定機のアーティファクト校正(第1報)-運動学パラメータの校正-"精密工学会誌. 69・6. 851-855 (2003)