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OptoCombの光コム技術で研究現場から製造現場まで、様々な課題を解決

OptoCombは世界で初めて光コム技術の産業応用に成功しました

 

パルスレーザーを用いた距離測定の代表的な方式に、飛行時間測定法(TOF法)があります。物体に照射したパルス光が反射して戻るまでの時間を測定することで距離を求める、最もシンプルな手法です。しかし、μmオーダーの高精度測定を行うにはフェムト秒スケールの時間分解能が必要となり、実用的な検出器では対応できないという課題がありました。このため、TOF法は精度面で限界があり、実用化が難しい方式でした。

 

OptoCombはこの課題に対し、光コムと光の干渉によるビート現象を利用した距離測定技術を開発しました。反射光の情報量を保持したまま時間軸を拡張することで、市販の検出器でも検出可能な干渉信号を取得し、従来のTOF法と比べて約5万倍の測定精度を実現しています。

 

この光コム距離測定技術を発展させ、立体形状を測定する3次元計測へ応用したものが、現在のOptoComb光コムセンサーの原型です。光学系、電子回路、機械設計、ソフトウェアまでを統合的に開発し、2016年には光コム技術の世界初の産業応用を実現しました。これが、OptoCombの光コム3次元センサーおよび3次元検査システムです。

Effect

光コム技術のもたらす効果

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3次元定量検査により過検出、誤検出を抑制し歩留まりを改善

3次元定量化による部品組合せの最適化で性能バラつきを低減

Optcomb

光コム技術とは

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光コムは、周波数スペクトルが等間隔に歯が並んだ櫛(くし)のような形状をしていることから、光の櫛(Optical frequency comb;Optocomb)と呼ばれるようになった特殊なレーザーです。周波数と時間を測る「世界で最も精度の高いものさし」ともいわれています。

光コムの概念はOptoComb現取締役の興梠が、 1993年に発見しました。興梠は光コムの第一人者として研究を続ける中、2005年ノーベル物理学賞を受賞したジョン・ホール氏とテオドール・ヘンシュ氏の研究(その中で光コムは非常に重要な役割を果たしていますが)において、光コム技術の面から貢献しました。

光コムは単色レーザーとしての性質と同時に複数周波数(波長)を含んだ白色光の性質を持つような特殊な光となります。
そのため、下記のような特徴を持ちます。

-多数の周波数の光が含まれている
-各周波数の光は、スペクトル幅の狭いレーザー
-各レーザーの周波数間隔が全て同じ
-各レーザー周波数の位相がそろっている

その光コムの波形は、上図に示したように、非常に短い1ps(ピコ秒:1兆分の1秒)以下の幅、数十ps間隔の周期的な鋭いパルス波ということもできます。興梠は、光コムのこれらの性質に着目し、高精度に時間を測定できるのであれば、高精度な距離測定に応用できる可能性があると考えました。

光コムとは-_説明図 1

Reason

OptoCombが選ばれる4つの理由

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01

複雑形状に対応

上述の通り、光コム3次元センサーは同軸光学系であるため、他の非接触検査方式と異なり、凹凸のある複雑な形状でも死角のない3次元プロファイルを得ることができます。 加えて、長いワーキングディスタンス、焦点深度の範囲の広さが、自動車部品などで多い中型・大型の部品の検査を容易にします。

伏線形状に対応

02

ミクロン精度での検査

光コムでの3次元検査は特に優れたZ方向分解能/計測精度を持ち、数ミクロン単位の微小な欠陥を精度よく検査、測定することが可能です。これにより、キズやバリといった立体的な欠陥を定量評価することが可能となります。

03

外乱光に強い

製造現場では完全に防ぐことが難しい外乱光ですが、光コム3次元検査器はその影響を受けずに3次元プロファイルを得ることができます。特に光学カメラなどでの検査画像と比較すると、外乱光に強いという特長が明らかです。

04

高速自動化

光コム計測技術では高速な信号処理ユニットを搭載しており、最速で毎秒50万点の計測が可能です。高速な自動検査が可能となります。

Solution

代表的なソリューション

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Superiority

既存技術との優位性

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光コム法
白色干渉法 光切断法
複雑形状 凹凸に強い 凹凸が苦手 死角が多い
高速検査 50,000点/秒で計測 測定に数十分必要 測定は早い
外乱光 環境光の影響を受けない 影響を受ける 影響を受ける
比較軸