製造業においてどの程度正確な測定が行われているか疑問に思ったことはありますか?
答えは干渉計と呼ばれる強力なツールにあります。この技術により、ナノメートルレベルに至るまで非常に正確な測定が可能となり、航空宇宙、光学、半導体製造などの分野で不可欠なツールとなっています。
より小型でより複雑なコンポーネントへの需要が高まるにつれ、正確な測定の必要性がかつてないほど緊急になっています。
この記事では、干渉法の魅力的な世界と、それが計測分野にどのような革命をもたらしているかを探っていきます。
干渉法の威力に驚かされる準備をしましょう!
干渉計は、表面トポグラフィーを非常に高精度で検査するために使用される多用途の測定技術です。これは、天文学、光ファイバー、工学計測学、光学計測学、海洋学、地震学、分光法、量子力学、核および素粒子物理学、プラズマ物理学、生体分子相互作用、表面プロファイリング、マイクロ流体工学、機械的応力/などの多くの分野で重要な調査手法です。ひずみ測定、速度測定、検眼、ホログラムの作成など。
寸法測定では、干渉計を使用して光学部品の長さと形状をナノメートルの精度で測定します。干渉計は、現存する測長装置の中で最も高精度です。
干渉法の種類
- マイケルソン干渉計: これは最も一般的なタイプの干渉計で、ビーム スプリッターを使用して光ビームを 2 つの経路に分割します。次に、2 つのビームが再結合されて干渉縞が生成され、これを光路長の差の測定に使用できます。
- ラムゼイ干渉法: このタイプの干渉法は、原子遷移の頻度を測定するために使用されます。
- サニャック干渉計: このタイプの干渉計は回転速度の測定に使用され、慣性航法システムで一般的に使用されます。
- 干渉顕微鏡: このタイプの干渉法では、マイケルソン、ミラウ、リンニクの 3 種類の干渉対物レンズを使用します。光学部品の形状をナノメートルの精度で測定するために使用されます。
寸法測定における干渉法の利点
- 高精度: 干渉計は、現存する中で最も高精度な長さ測定器であり、光学部品の長さと形状をナノメートルの精度で測定できます。
- 非接触測定: 干渉法は非接触測定技術であり、測定対象との物理的接触を必要としません。そのため、繊細な物体や繊細な物体の測定に最適です。
- 高感度: 干渉計は、通常はナノメートル単位で測定される表面トポグラフィーに対して非常に高い感度を持っています。
- 柔軟性: 干渉計を使用してさまざまな種類の光学機器をテストし、光学平面、前面ミラー、およびガラスを分析できます。
- 多軸同期測定機能: ヘテロダイン干渉計には多軸同期測定機能という利点があり、動的システムの測定に役立ちます。
- 広い視野: 白色光干渉計はより広い視野を捕捉するため、測定値は表面全体のテクスチャーをよりよく表し、複数の測定値の平均化によりより堅牢になります。
- 高い精度と再現性: レーザー干渉計は高い精度と再現性を備えており、ナノメートル以内の測定が可能です。
干渉法の限界
- 限られた範囲: 測定対象の長さが長くなるほど、距離を移動すると干渉計の計測がますます現実的ではなくなるため、干渉計は長距離の測定には非現実的です。
- 量子ノイズ: 量子ノイズは干渉測定の感度を制限し、究極の感度である「標準量子限界」につながります。
- レーザーのノイズ特性: レーザー干渉計の精度と分解能の制限要因の 1 つは、測定に電力を供給するレーザーのノイズ特性によって表されます。
- コスト: 干渉計は高価な場合があるため、一部のアプリケーションではアクセスが制限される場合があります。
- 複雑さ: 干渉計には高度な技術的専門知識と特殊な機器が必要であり、設定によっては実装が困難になる場合があります。
寸法測定の干渉法で精度が重要な理由
寸法測定では精度が重要です。干渉分光法は、光波の干渉を利用して正確な測定を行う技術で、正確な結果を得るには精度に大きく依存します。
測定値にわずかな誤差やばらつきがあると、最終結果に大きな差異が生じる可能性があります。
そのため、干渉計は、高品質の光学コンポーネントと高度なソフトウェア アルゴリズムを使用して、エラーとノイズを最小限に抑えながら、極めて正確に設計されています。
干渉計の精度はハードウェアとソフトウェアに限定されるものではなく、オペレーターの専門知識にも依存します。
熟練したオペレーターは、最も正確で精密な測定値を得る上で大きな違いを生むことができます。
つまり、精度は干渉法の基礎であり、信頼性の高い寸法測定を実現するために非常に重要です。
詳細については：
その他の寸法測定方法
干渉法に加えて、次のような寸法測定方法が他にもいくつかあります。
- 光学顕微鏡: この方法では、可視光を使用して小さなオブジェクトを拡大し、寸法を測定します。
- 共焦点顕微鏡: この方法では、レーザーを使用して物体の表面をスキャンし、3D 画像を作成します。
- スペクトルドメイン干渉法: この方法では、光波を使用して物体の厚さと屈折率を測定します。
- 2 点回折干渉法: この方法では、回折パターンを使用して、物体の絶対 xyz 座標を測定します。
- 表面計測技術: これには、触針形状測定法、原子間力顕微鏡法、干渉法や共焦点顕微鏡などの光学的方法などのさまざまな方法が含まれます。
産業における干渉法の応用
干渉計は、産業界で次のような寸法測定の幅広い用途に使用されています。
- 機械のキャリブレーション: 干渉計は機械のキャリブレーションに使用されます。これは、機械が最適なレベルで動作していることを確認するために重要です。
- 光学テスト: 干渉計は、テストビームと参照ビームを簡単に分離できるため、IR アプリケーションで一般的な高反射率部品の測定に役立ちます。
- 表面計測: 干渉法は、プロセス内の表面計測、粗さ測定、および表面プロファイリングに使用されます。
- 幾何学的測定: 干渉法を使用すると、表面の平坦度、平行度、面平行部品のサイズ (厚さ) などの工業用部品の幾何学的寸法を 1 回の測定で測定できます。
- オンライン/プロセス内表面検査: 干渉計は、変位、振動、角度、距離、圧力、屈折率、温度の測定などのオンライン/プロセス内表面検査に使用できます。
寸法測定のための干渉法の進歩
近年、寸法測定のための干渉法技術には次のようないくつかの進歩がありました。
- 高分解能変位測定干渉計: 測定の精度、直線性、再現性を決定する高分解能変位測定干渉計の最近の進歩がレビューされています。
- 工業用部品の幾何学的寸法測定用の光学干渉法: 1 Ïf ゲージまでの 1 回の測定で、面平行部品の表面の平坦度、平行度、サイズ (厚さ) を測定する装置が開発されました。
- 2D/3D での超小型形状寸法用のソフトウェア: 最新のソフトウェアは、Points From Focus (PFF) などのさまざまなセンシング技術により、2D/3D で超小型形状寸法を取得できます。
- デジタル ホログラフィック干渉計: デジタル ホログラフィック干渉計は、変形や応力、サンプル プロファイル、その他のアプリケーションの高精度分析のためのコヒーレント光学測定の強力な技術です。
全体として、干渉法は現存する測長機器の中で最も高精度な測長機器の 1 つとなっており、その寸法測定への応用は新しい技術や技法によって進歩し続けています。
最終分析とその影響
干渉法は、寸法測定に革命をもたらした魅力的な計測分野です。光波の干渉パターンの微細な変化を測定できる機能により、精密測定のまったく新しい世界が開かれました。しかし、他のテクノロジーと同様に、限界と比較が必要です。
干渉法の最も重大な制限の 1 つは、温度、湿度、振動などの環境要因に対する感度です。これらの要因により干渉パターンが変化し、不正確な測定につながる可能性があります。座標測定機 (CMM) などの他の測定技術と比較すると、干渉法の方が正確ではあるものの、汎用性が低いことがわかります。
干渉法には限界があるにもかかわらず、半導体製造、航空宇宙、光学などの分野で幅広い用途が見出されています。これらの分野で干渉法を使用する場合の課題には、クリーンルーム、特殊な機器、熟練したオペレーターの必要性が含まれます。しかし、非破壊検査のメリットと干渉法技術の進歩により、それは品質管理と研究にとって貴重なツールとなっています。
干渉法の話題を振り返ると、この分野の信じられないほどの精度と複雑さに驚かされます。ナノスケールで寸法を測定できることは、人間の創意工夫と好奇心の証です。しかし、テクノロジーの限界と、あらゆる測定におけるコンテキストの重要性も思い出させられます。可能性の限界を押し広げ続けるとき、なぜ何かを測定するのか、何を達成したいのかを自問することも忘れないでください。干渉計は強力なツールですが、それは大きなパズルの一部にすぎません。最終的に、テクノロジーの真の価値を決めるのは、人間の価値のためにテクノロジーを使用する私たちの能力です。
計測測定単位の理解
ヒント: 必要に応じて、キャプション ボタンをオンにします。英語に慣れていない場合は、設定ボタンで「自動翻訳」を選択してください。お気に入りの言語を翻訳できるようにするには、まずビデオの言語をクリックする必要がある場合があります。
リンクと参考文献
このテーマに関する私の記事:
自分へのリマインダー: (記事のステータス: 概要)
共有…
