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2010 年度 実績報告書

回折光干渉型シングル計測ポイントXYZ3軸サーフェスエンコーダに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 21360057
研究機関東北大学

研究代表者

高 偉  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70270816)

研究分担者 荒井 義和  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (20455801)
キーワード多軸計測 / 微細格子 / 平面ステージ / 回折光
研究概要

本研究は,シングル計測ポイントからXYZ3軸変位をsub-nmの分解能で一括計測できるXYZ3軸サーフェスエンコーダを開発することを最大の目的としている.提案する計測原理では,シングルレーザビームをサーフェス微細格子に入射し,入射点からの回折光をセンサヘッド内の微細サーフェス参照格子からの回折光と干渉させ,生じる干渉信号からXYZ3軸変位を算出する.本年度は,XYZ3軸サーフェスエンコーダの精度評価と性能向上を中心に研究を遂行した.
まず,XYZ3軸においてサブnmの分解能が達成できるかについて評価を行うために,スケール用格子を分解能サブnmのXYZ3軸ピエゾステージ上に載せ,固定したセンサヘッドに対して相対変位を与えた.その結果,試作のサーフェスエンコーダは3軸ともサブnmの分解能を持つことを確認した.また,サーフェスエンコーダの計測誤差の傾斜成分と非線形成分について,それぞれ低減を試みた.計測誤差の傾斜成分の要因として,センサヘッド,スケール及びステージ間の取り付け誤差が及ぼす影響を考察し,適切な調整により20mmの計測範囲における3軸サーフェスエンコーダ計測誤差の傾斜成分の再現性が12nmまで向上することを確認した.一方,計測誤差の非線形成分の要因として,スケールである2軸回折格子の形状誤差,すなわち格子全面に渡る平面度と2軸方向の格子ピッチばらつきについて検討した.さらに,2軸回折格子の形状誤差を短時間で評価できる方法を新たに考案し,得られた評価結果を基に20mmの計測範囲における3軸サーフェスエンコーダの計測誤差の非線形成分を補正したところ,±50nm以内まで低減できることを実証した.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 回折光干渉型多軸サーフェスエンコーダ2011

    • 著者名/発表者名
      木村彰秀, 細野幸治, 金于載, 荒井義和, 高偉
    • 雑誌名

      光アライアンス

      巻: 2011-3 ページ: 49-52

  • [雑誌論文] Position and out-of-straightness measurement of a precision linear air-bearing stage by using a two-degree-of-freedom linear encoder2010

    • 著者名/発表者名
      Akihide Kimura, Wei Gao, Zeng Lijiang
    • 雑誌名

      Measurement Science and Technology

      巻: Vol.21, No.5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A fast evaluation method for pitch deviation and out-of-flatness of a planar scale grating2010

    • 著者名/発表者名
      W.Gao, A.Kimura
    • 雑誌名

      Annals of the CIRP

      巻: 59-1 ページ: 505-508

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 多軸サーフェスエンコーダの基礎2010

    • 著者名/発表者名
      木村彰秀, 高偉
    • 雑誌名

      精密工学会誌

      巻: 76-7 ページ: 759-762

  • [学会発表] A Surface Encoder for Mosaic XY Grating2010

    • 著者名/発表者名
      Koji Hosono, Akihide Kimura, Wei Gao, Lijiang Zeng
    • 学会等名
      International Symposium on Measurement and Quality Control 2010
    • 発表場所
      日本・大阪市
    • 年月日
      2010-09-06
  • [学会発表] Sensors and Measuring Systems for Ultra-Precision Manufacturing2010

    • 著者名/発表者名
      Wei Gao
    • 学会等名
      The Sixth International Symposium on Precision Engineering Measurements and Instrumentation
    • 発表場所
      中国・杭州市(招待講演)
    • 年月日
      2010-08-09
  • [学会発表] Micro and Nano Measurement Instruments2010

    • 著者名/発表者名
      Wei Gao
    • 学会等名
      欧州精密工学会euspen 2010
    • 発表場所
      オランダ・デルフト市(招待講演)
    • 年月日
      2010-06-03
  • [図書] Precision Nanometrology2010

    • 著者名/発表者名
      Wei Gao
    • 総ページ数
      355
    • 出版者
      Springer
  • [備考]

    • URL

      www.nano.mech.tohoku.ac.jp

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公開日: 2013-06-26  

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