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2012 年度 実施状況報告書

フェムト秒レーザを用いた生産環境のトレーサブル絶対三次元空間化

研究課題

研究課題/領域番号 23656175
研究機関東京大学

研究代表者

高増 潔  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70154896)

キーワード超精密計測 / トレーサビリティ / 三次元測定 / フェムト秒レーザ
研究概要

2009年7月にフェムト秒レーザを利用した光周波数コム装置が,計量法で定める長さの国家標準(特定標準器)となった.従来の特定標準器より精度が300倍になっただけでなく,長さ計測を直接的に計量トレーサビリティ制度へリンクすることができるようになった.開発しているフェムト秒コム距離計は,高精度(例えば100mを10μmの精度),高速(10kHz以上)に絶対距離を計測できる新しいシステムであり,国家標準と直接つながっている.
この距離計をファイバネットワークおよびスキャナーに接続することで,生産環境においていつでもどこでもトレーサブルな絶対三次元計測を可能にするという挑戦的な提案である.生産環境を絶対三次元空間化できれば,工場のライン配置のための位置計測,工作機器等の設置,組立部品位置の管理,大型構造物の計測などを簡単に絶対的,三次元的かつ低価格で行うことができ,日本の次世代のものづくりの高度化,環境負荷の低減,安全安心の確保などを飛躍的に推進することができる.
本年度は,フェムト秒レーザにより絶対距離計を構成し,パルス間隔(1.5m)の整数倍の距離における測距の基礎実験を行った.この基礎実験により研究の目的に対応できることが確認できた.つぎに,ファイバーエタロンにより,パルス間隔を短くする実験を行い,20mmのパルス間隔で計測が行えることを確認した.
以上の検討により,広い範囲で高精度の絶対距離計測が可能なことを示し,基本計画のフィジビリティを確認することができた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

目的に対して,本年度の研究は以下の2つの点に絞って行った.まず,概念設計として,フェムト秒コム距離系を使ったフェムト秒レーザランの基本的な構成を検討し,そのフィジビリティ(測定精度,測定時間,コスト,環境)の検証を行った.既存のフェムト秒レーザを用いて,基本実験を行い,広い範囲の絶対距離計測の検証を行えた.
つぎに,三次元化のための検討を行った.現状のフェムト秒コム距離計は1次元的な距離計測にのみ使用されている.これを三次元化する場合に必要となるため,スキャナーとCCDカメラの基礎研究を行った.
これらの成果により,概念設計およびフィジビリティの評価を行うことができた.

今後の研究の推進方策

平成24年度の成果を利用して,スキャナーによる三次元絶対位置計測の方法の基礎実験を行う.キャッツアイを対象としての高精度測定と,粗面に対する適用を新しい課題として行う.
2つのタイプの検討を行う.まず,大型な設備,機械に対して,粗面として三次元絶対位置および形状が絶対測定できることを確認する.つぎに,キャッツアイを利用した工場内の三次元絶対空間化の手法を検討する.CCDカメラおよびスキャナーの校正については,自己校正を用いた方法が有力である.この手法を適用することで,三次元空間の絶対的な計測を高精度で行うことが可能となる.

次年度の研究費の使用計画

主な設備は,既存のものが利用できるため,スキャナー関係が設備としては必要となる.まずは,粗面を対象とするためスキャナー自体の精度はそれほど必要としない.
実験の結果が順調に推移しているため,広い場所での精度確認実験を行い,この分野での主要学会等での発表を積極的に行うことを計画している.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A study of the possibility of using an adjacent pulse repetition interval length as a scale using a Helium-Neon interferometer Original Research Article2013

    • 著者名/発表者名
      D. Wei, K. Takamasu, H. Matsumoto
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 37 ページ: 694-698

    • DOI

      10.1016/j.precisioneng.2013.02.001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spatial positioning measurements up to 150 m using temporal coherence of optical frequency comb2013

    • 著者名/発表者名
      X. Wang, S. Takahashi, K. Takamasu, H. Matsumoto
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 37 ページ: 635-639

    • DOI

      10.1016/j.precisioneng.2013.01.008

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temporal coherence shaping based on spectral-domain destructive interference of pulses with different self-phase modulations2013

    • 著者名/発表者名
      D. Wei, K. Takamasu, H. Matsumoto
    • 雑誌名

      Journal of the European Optical Society

      巻: 8 ページ: 13018(1-6)

    • DOI

      10.2971/jeos.2013.13018

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a non-contact precision measurement technique using optical frequency combs2012

    • 著者名/発表者名
      T. Onoe, S. Takahashi, K. Takamasu, H. Matsumoto
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 523-524 ページ: 877-882

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/KEM.523-524.877

    • 査読あり
  • [雑誌論文] New Non-contact Measurement of Small Inside-diameter Using Tandem Low-coherence Interferometer and Optical Fiber Devices2012

    • 著者名/発表者名
      Kenta Matsui, Hirokazu Matsumoto, Satoru Takahashi, Kiyoshi Takamasu
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 523-524 ページ: 871-876

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/KEM.523-524.871

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthetic adjacent pulse repetition interval length method to solve integer ambiguity problem: theoretical analysis2012

    • 著者名/発表者名
      D. Wei, K. Takamasu, H. Matsumoto
    • 雑誌名

      Journal of the European Optical Society

      巻: 8 ページ: 13016 1-6

    • DOI

      10.2971/jeos.2013.13016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Remote Internal Diameter Measurement of Ring Gauge based on a Low-coherence Tandem Scheme2011

    • 著者名/発表者名
      D. Wei, N. Wu, K. Takamasu, H. Matsumoto
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 516 ページ: 533-538

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/KEM.516.533

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Absolute measurement of gauge block without wringing using tandem low-coherence interferometry2011

    • 著者名/発表者名
      A. Winarno, S. Takahashi, A. Hirai, K. Takamasu, H. Matsumoto
    • 雑誌名

      Meas. Sci. Technol

      巻: 23 ページ: 125001(1-8)

    • DOI

      10.1088/0957-0233/23/12/125001

    • 査読あり
  • [学会発表] 光周波数コムを用いた絶対距離計測2012

    • 著者名/発表者名
      高増潔
    • 学会等名
      精密工学会 大規模環境の3次元計測と認識・モデル化技術専門委員会
    • 発表場所
      東京大学,東京
    • 年月日
      20121026-20121026
    • 招待講演
  • [学会発表] Step Gauge Measurement Using High-Frequency Repetitions of a Mode-Locked Fiber Laser2012

    • 著者名/発表者名
      C. Narin, S. Takahashi, K. Takamasu, H. Matsumoto
    • 学会等名
      XX IMEKO World Congress
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      20120909-20120914
  • [学会発表] Super-heterodyne Interferometer for Length-Measurement Using the Beat Signal of Laser Diodes and the Optical Frequency Comb2012

    • 著者名/発表者名
      X. N. Wang, S. Takahashi, K. Takamasu, H. Matsumoto
    • 学会等名
      12th euspen International Conference
    • 発表場所
      Stockholm, Sweden
    • 年月日
      20120604-20120608
  • [学会発表] Length measurement based on Pulse repetition interval of a femtosecond optical frequency comb2012

    • 著者名/発表者名
      Dong Wei, Kiyoshi Takamasu, Hirokazu Matsumoto
    • 学会等名
      12th euspen International Conference
    • 発表場所
      Stockholm, Sweden
    • 年月日
      20120604-20120608
  • [学会発表] Absolute Measurement of Base Lines up to 400 m Using Temporal Coherence Heterodyne Interferometer of Optical Frequency Comb2012

    • 著者名/発表者名
      H. Matsumoto, X. Wang, K. Takamasu
    • 学会等名
      XX IMEKO World Congress
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      2012-09-12
  • [学会発表] Comparison Experiment for Pulse Repetition Interval Based Length Measurement Linked to a Femtosecond Optical Frequency Comb2012

    • 著者名/発表者名
      D. Wei, K. Takamasu, H. Matsumoto
    • 学会等名
      XX IMEKO World Congress
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 年月日
      2012-09-12
  • [備考] Takamasu - Takahashi Lab

    • URL

      www.nanolab.t.u-tokyo.ac.jp

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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