広視野レーザ顕微鏡による高速円筒全面観察と形状測定新潟大学工学部機械システム工学科教授新田勇 1 研究背景熱膨張係数の異なる2つの部材の高精度な締りばめを可能にする，新しい機械要素シュリンクフィッタを開発した．シュリンクフィッタ技術は，レーザ走査用レンズであるｆ qレンズを組立てに利用すると，性能を発揮する．その技術を利用して，視野が広いレーザ顕微鏡を開発してきた．鏡筒シュリンクフィッタレンズシュリンクフィッタにより複数枚のレンズの光軸中心が温度変化によらず常に一致する 2 広視野レーザ顕微鏡とは？分解能 1m 1mm 広い領域を一度に観察したい光学顕微鏡投影機実体顕微鏡広視野レーザ顕微鏡 SEM 1μm レーザ顕微鏡 1nm 電子顕微鏡 10μm 1mm 視野幅：10 mm 20,000 ×16,000 =320 Ｍピクセル 1m 観察視野 3 広視野レーザ顕微鏡での観察例一度に１０mm幅の範囲を高精度測定することが可能で測定することにするとが必要 4 広視野レーザ顕微鏡の観察 10mm幅にわたるアルミナセラミックスの観察例 1mm 50μm 5 広視野レーザ顕微鏡の観察 500円硬貨のマイクロ文字広視野なので見つけやすい 50μm 広い領域の中から欠陥を検出することに向いている 6 新技術の基となる研究成果・技術各種機械要素の円筒鏡面の測定エンドミル無給油ブシュニードルバルブ円筒ころ軸受(転送面) 7 新技術の基となる研究成果・技術４枚刃エンドミルの観察結果大きな凹凸でも観察可能 0° ① ② 180° ③ ④ 5mm 360° テレセントリックなレーザ光のため展開図の画像に歪みがない 8 新技術の基となる研究成果・技術４枚刃エンドミルの観察結果拡大図刃先の摩耗 500μm 9 新技術の基となる研究成果・技術各種機械要素の円筒鏡面の測定摩耗エンドミル無給油ブシュニードルバルブ円筒ころ軸受(転送面) 10 新技術の基となる研究成果・技術 • 円筒ころ軸受転送面内輪転送面摩耗刃先の摩耗円筒ころ軸受外輪転送面 11 新技術の基となる研究成果・技術広視野レーザ顕微鏡による平面観察レーザ干渉技術をプラスすることで深さ方向の測定精度が向上する参照板無参照板有鏡面以外でも干渉画像を取得することが可能であり，表面画像と干渉画像を同時取得することができる． 12 新技術の基となる研究成果・技術アクリル？矢印部裏面矢印部表面近傍流入部裏面流入部表面近傍透明体の傷の検査や，射出成型時の材料の流動？ 13 新技術の内容紹介について本手法は、シュリンクフィッタ技術による広視野レーザ顕微鏡により，円筒表面を高速に観察する技術である． ①他の方法に比べてコントラストの高いデジタル画像を取得することが可能 ②円筒形状の表面全体の微細なキズ等を短時間で計測可能 ③画像歪みのない円筒面の平面展開図の作成が可能 ④レーザ干渉により高精度な形状測定が可能 14 従来技術とその問題点円筒面を観察する方法として，既に実用化されているものには，ラインセンサーによる方法等があるが，ラインセンサの他に照明装置が必要，一度に全範囲を照明するためにコントラストが低下せざるを得ない，レーザ干渉が利用できないので高精度な高さデータが計測できない等の改良すべき問題がある． 15 新技術の特徴・従来技術との比較 • 従来技術の観察方法では難しかった，エンドミルのように凹凸が大きな円筒面であっても短時間で画像取得が可能である． • 円筒表面のデジタル画像を歪みのない展開図に変換できるので，円筒面上の寸法計測が高精度に行える． • 円筒面全体の表面画像とレーザ干渉画像を同時に取得することで，高精度な非接触形状計測が実現できる． 16 想定される用途 • 本技術の特徴を活かすためには，転がり軸受やスピンドルのような高精度円筒形状部品の形状や傷の検査などに適用することで検査効率のメリットが大きいと考えられる． • 上記以外に，シリンドリカルレンズなど通常の方法では難しい透明体の形状測定などに効果が大きいことも期待される． • また，達成された円筒面レーザ干渉技術に着目すると，高精度円筒形状金型の微細形状の検査などの分野や用途に展開することも可能と思われる． 17 想定される業界 • 利用者・対象ベアリングや加工工具，高精度金型および，レンズ製造メーカーの加工工場ロール・ツー・ロール生産方式の研究所等 18 実用化に向けた課題 • 現在，円筒面観察について，基本的な観察が可能なところまで開発済み。しかし，観察スピードについては，適用先の要望に応じて改良する必要がある． • 今後，レーザ干渉画像から取得する高さデータの精度改善を行い，高精度ロール形状測定に適用していく場合の条件設定を行っていく． • 実用化に向けて，高さデータの精度を可能な限り向上できるよう技術を付加する必要がある。 19 企業への期待 • 広い円筒面を高精度に測定しなければならないという課題を抱えている企業（ベアリングメーカー，工具メーカー，金型製造メーカー，レンズ製造メーカー），ロール・ツー・ロール製造分野への展開を考えている企業には，本技術の導入が有効と思われる． • 本技術は，新しい計測方法なので，上記想定以外の使い方を教えて頂ければありがたい． 20 本技術に関する知的財産権 • • • • 発明の名称：円筒面の形状計測方法出願番号：特願2010-090007 出願人：新潟大学発明者：新田勇 21 産学連携の経歴 • • • • 2001年2003年-2005年 2006年-2007年 2006年- 大学発ベンチャー㈱オプセル設立 JST都市エリア産学連携促進事業 JST顕在化ステージ事業に採択５社と共同研究実施（これ以前も共同研究多数実施） 22 お問い合わせ先新潟大学地域共同研究センター産学官連携コーディネーター長濱，後藤，定塚ＴＥＬ 025－262 － 7554 ＦＡＸ 025－262 － 7550 e-mail kenkyu＠ccr.niigata-u.ac.jp 23