自己校正型ロータリエンコーダを利用した大口径三次元絶対形状測定システムの開発

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H04901
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 近藤 余範 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (10586316)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 角度 / 三次元形状 / 自由曲面 / 平面度 / オートコリメータ / 自己校正型ロータリエンコーダ / 平行平板

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、測定範囲Φ800 mmで、平面から数m程度までの曲率を持つ表面形状（自由曲面）をナノメートルレベルの絶対精度で測定できる形状測定機（3D-SDP：3D-scanning deflectometric profiler）を世界で初めて開発に成功した。物体表面の局所的な角度分布を測定し、得られた角度分布を積分して物体表面の形状（凹凸）を得るというシンプルな原理に基づく測定法であり、①参照面を必要としない、②大口径の形状も測定可能、といった特徴がある。従来二次元（ライン）形状に限定された形状測定装置に試料回転ステージを搭載し、放射状に取得した各ライン形状から三次元形状を算出するシステムを構築した。オートコリメーターと呼ばれる角度測定装置を用い、そこから出射される角度測定用の光ビームを、ペンタゴンミラーを介して試料表面に当てる。ペンタゴンミラーを直線移動させて試料表面上で光ビームの当たる位置を走査し、反射光ビームの位置から、局所的な角度分布を測定する。ペンタゴンミラーを用いることで、走査に伴う運動誤差を除去できるため、高精度な角度測定ができる。得られた角度分布を積分すると、試料表面のライン形状が取得できる。また、試料を回転させて測定することで、放射状に複数のライン形状が取得できる。放射状の各ライン形状は800 mmまで測定可能である。また、ペンタゴンミラーを利用して角度測定ビームを垂直入射させていた為、透明材料を測定対象とする場合、裏面からの反射ビームが測定ビームと重なってしまい、測定不能となる領域が存在する。そこで、ペンタゴンミラーを改良した Dual mirror pair (DMP)を導入し、裏面反射ビームを空間的に分離する斜入射光学系システムも開発した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。