JP2008058133A - Measuring device for curvature radius of long tool edge and its method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラスチックフィルム押出成形機や薄膜塗布工具などの主要部品であるフラットダイなど長尺工具先端のエッジ部の曲率半径を高速高精度に計測する装置とその方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the radius of curvature of the edge of a long tool such as a flat die, which is a main part of a plastic film extrusion molding machine and a thin film coating tool, with high speed and high accuracy.
フィルム成形や薄膜塗布などの分野で、長さ数ｍに及ぶ高精度な超長尺工具が必要とされている。その代表として例えばプラスチックフィルム押出成形機の主要部品であるフラットダイあるいはＴダイといわれる工具が挙げられる。Ｔダイは、図１に示すように、長さＬが最大８ｍにもなる長尺工具である。Ｔダイ１０は、対称な２つの工具１１と工具１２が隙間ｔを保って対向しているもので、その隙間に樹脂を流し込むことにより、工具１１および工具１２の先端部、すなわち工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａの間からフィルム１５を成型し、矢印３１の方向に取り出すことができるようになっている。図２は、Ｔダイ１０の長さ方向と直交する面の要部断面図であり、工具１１と工具１２の間には隙間ｔの流路１３が形成されており、工具エッジ１１ａおよび工具エッジ１２ａの断面は、各々クサビ形状になっている。 In fields such as film forming and thin film coating, a highly accurate ultra-long tool having a length of several meters is required. A typical example is a tool called a flat die or a T die which is a main part of a plastic film extrusion molding machine. As shown in FIG. 1, the T die is a long tool having a length L of up to 8 m. The T die 10 has two symmetrical tools 11 and 12 facing each other with a gap t, and by pouring resin into the gap, the tips of the tool 11 and the tool 12, that is, the tool edge 11a, The film 15 can be molded from between the tool edges 12a and taken out in the direction of the arrow 31. FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a surface orthogonal to the length direction of the T die 10, and a flow path 13 with a gap t is formed between the tool 11 and the tool 12, and the tool edge 11a and the tool edge are formed. Each of the cross sections 12a has a wedge shape.
このようなＴダイ１０により成型されるフィルム１５の品質は、工具１１および工具１２内部の面形状や工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａの形状の影響を直接受けるため、生産現場において工具フィルム成形面の真直度や成型面の傷・へこみ、工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａの曲率半径を定量的に評価することが重要な課題となっている。特に、工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａはフィルム１５を最終的に成型する極めて重要な部分であり、フィルム１５厚さの均一性やフィルム１５表面の粗さなどに直接影響を与える。従って、長尺工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａの曲率半径を高精度に計測する技術の開発が要求されている。 The quality of the film 15 formed by such a T-die 10 is directly affected by the surface shape inside the tool 11 and the tool 12 and the shape of the tool edge 11a and the tool edge 12a. Quantitative evaluation of straightness, scratches / dents on the molding surface, and the curvature radii of the tool edge 11a and the tool edge 12a are important issues. In particular, the tool edge 11a and the tool edge 12a are extremely important parts for finally forming the film 15, and directly affect the uniformity of the thickness of the film 15 and the roughness of the surface of the film 15. Therefore, development of a technique for measuring the curvature radii of the long tool edge 11a and the tool edge 12a with high accuracy is required.
工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａの曲率半径は、長尺工具の長さＬに渡って、数μｍから数十μｍ程度の範囲で分布することが知られており、また、Ｔダイ１０の使用済み後工具エッジ１１ａ、１２ａの曲率半径は、摩耗のため数百μｍにまで増大することが知られている。 It is known that the radius of curvature of the tool edge 11a and the tool edge 12a is distributed in the range of several μm to several tens of μm over the length L of the long tool. It is known that the radius of curvature of the rear tool edges 11a, 12a increases to several hundred μm due to wear.
エッジ部形状の測定手法には、まず、接触式の形状測定機として、原子間力顕微鏡を初めとする走査型プローブ顕微鏡がある。これらは、精度、分解能共に十分であるものの、長さ数ｍに渡って測定するには測定時間が現実的でないくらい掛かり、また、測定レンジが短く、エッジの曲率半径によっては、エッジのほんの一部分しか計測出来ないという問題点がある。また、非接触の測定手法として、レーザー形状測定機（キーエンス製LT-9000）や共焦点型レーザー顕微鏡（レーザーテック製1LM21HD、キーエンス製VK-9500）、非接触３次元測定機（三鷹光器製NH-3SP）などがあるが、横方向の分解能が足りなかったり、装置の大きさが１ｍ３程度であったりするため、長さ数ｍの長尺工具のエッジを全長に渡って測定するには不向きである。 The edge portion shape measuring method includes a scanning probe microscope such as an atomic force microscope as a contact type shape measuring device. Although both accuracy and resolution are sufficient, it takes an unrealistic measurement time to measure over several meters in length, and the measurement range is short, and depending on the radius of curvature of the edge, only a small part of the edge is required. There is a problem that it can only be measured. Non-contact measurement methods include laser profilometer (Keyence LT-9000), confocal laser microscope (Lasertec 1LM21HD, Keyence VK-9500), and non-contact three-dimensional measuring machine (Mitaka Kogyo NH). -3SP) Although the like, may not have enough lateral resolution, since the size of the device or of the order of 1 m 3, the edges of the long tool length of several m to be measured over the entire length It is unsuitable.
本発明はこのような技術的課題に基づいてなされたもので、長尺工具エッジの曲率半径の測定を高速かつ高精度に行うことのできる計測装置および計測方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a measuring apparatus and a measuring method capable of measuring the curvature radius of a long tool edge at high speed and with high accuracy.
本発明によれば、長尺工具エッジを、該長尺工具の長手方向に直交して臨むように設置されるラインカメラと、該ラインカメラを前記長尺工具の長手方向と平行に駆動するＸ軸移動ステージ並びに前記長尺工具エッジに前記ラインカメラの焦点を合わせるためのＹ軸移動ステージを有するカメラステージを備え、該カメラステージ上に前記ラインカメラを載架したことを特徴とする長尺工具エッジの曲率半径の計測装置が得られる。 According to the present invention, a line camera installed so that the long tool edge faces perpendicularly to the longitudinal direction of the long tool, and the line camera is driven in parallel with the longitudinal direction of the long tool. A long tool comprising an axis moving stage and a camera stage having a Y axis moving stage for focusing the line camera on the long tool edge, and the line camera is mounted on the camera stage. A device for measuring the radius of curvature of the edge is obtained.
また、前記Ｘ軸移動ステージにより前記ラインカメラを走査し、該ラインカメラにより前記長尺工具エッジの撮影を所定長に渡って順次行うプロセスを、前記Ｙ軸移動ステージのＹ軸方向の複数の位置について各々行わせ、一連の撮影画像から合焦画像のみを取り出すようにしたことを特徴とする長尺工具エッジの曲率半径の計測装置を提供する。 Further, a process of scanning the line camera with the X-axis moving stage and sequentially photographing the long tool edge over the predetermined length with the line camera is performed at a plurality of positions in the Y-axis direction of the Y-axis moving stage. A measuring device for the radius of curvature of a long tool edge is provided, wherein only a focused image is extracted from a series of captured images.
さらに、前記Ｘ軸移動ステージの走査と前記Ｙ軸移動ステージの駆動を組み合わせ、前記ラインカメラの移動軌跡が前記長尺工具傾斜方向に沿うようにしたことを特徴とする長尺工具エッジの曲率半径の計測装置を提供する。 Further, the radius of curvature of the long tool edge is characterized in that the scanning of the X-axis moving stage and the driving of the Y-axis moving stage are combined so that the movement trajectory of the line camera is along the inclination direction of the long tool. A measuring device is provided.
また本発明によれば、長尺工具エッジを撮影したラインカメラ画像の輝度分布を多項式で近似し、前記ラインカメラ画像より長尺工具のエッジ幅を算出するステップと、前記エッジ幅を基準ゲージの曲率半径で校正するステップを備えたことを特徴とする長尺工具エッジの曲率半径の計測方法が得られる。 According to the present invention, the luminance distribution of the line camera image obtained by photographing the long tool edge is approximated by a polynomial, the edge width of the long tool is calculated from the line camera image, and the edge width is calculated using a reference gauge. A method for measuring the radius of curvature of a long tool edge, characterized in that it comprises a step of calibrating with a radius of curvature.
本発明によれば、ラインカメラが長尺工具エッジを長尺工具の長手方向に直交して臨むようにしたので、１次元方向にのみ非常に多くの画素が連なっているラインカメラの特性を利用して、高分解能と広い測定範囲を同時に実現できる。しかも、ラインカメラのスキャンレートの大きさを利用して、長尺工具エッジに対しラインカメラを走査しながらエッジの撮影を順次行うことが可能である。従って、ラインカメラを長尺工具の長手方向と平行に駆動するＸ軸移動ステージにより走査しながら撮影を行い、長尺工具エッジの曲率半径の測定を全長に渡って高速に、かつ高精度に行うことができる。加えて、Ｙ軸移動ステージにより長尺工具エッジにラインカメラの焦点を調整することができるので、高倍率のレンズを使用して微小微細なエッジ形状についても適切な合焦画像が得られる。 According to the present invention, since the line camera faces the long tool edge perpendicularly to the longitudinal direction of the long tool, the characteristic of the line camera in which a large number of pixels are connected only in the one-dimensional direction is used. Thus, high resolution and a wide measurement range can be realized simultaneously. In addition, it is possible to sequentially capture edges while scanning the line tool with respect to the long tool edge using the magnitude of the scan rate of the line camera. Therefore, photographing is performed while scanning the line camera with an X-axis moving stage that is driven in parallel with the longitudinal direction of the long tool, and the curvature radius of the long tool edge is measured at high speed and with high accuracy over the entire length. be able to. In addition, since the focus of the line camera can be adjusted to the long tool edge by the Y-axis moving stage, an appropriate focused image can be obtained even for a minute edge shape using a high-power lens.
また、Ｘ軸移動ステージによりラインカメラを走査し、長尺工具エッジの撮影を所定長に渡って順次行うプロセスを、Ｙ軸移動ステージのＹ軸方向の複数の位置について各々行うと、長尺工具が傾いている場合や長尺工具形状に歪みがある場合、Ｘ軸移動ステージに運動誤差がある場合でも、工具全体のエッジに対し、確実に焦点の合った撮影画像が得られる。このとき、撮影画像がＸ軸のどの位置で撮影されたものなのか関連づけるために、Ｘ軸移動ステージにはエンコーダ等が取り付けられているのが望ましい。 Further, when the process of scanning the line camera with the X-axis moving stage and sequentially photographing the long tool edge over a predetermined length is performed for each of a plurality of positions in the Y-axis direction of the Y-axis moving stage, the long tool is obtained. Even when the shape of the tool is tilted or the shape of the long tool is distorted, or even when there is a motion error in the X-axis moving stage, it is possible to obtain a captured image that is reliably focused on the edge of the entire tool. At this time, it is desirable that an encoder or the like is attached to the X axis movement stage in order to relate to which position on the X axis the captured image is captured.
これらの手順で撮影が終了した後、任意のＸ軸座標で撮影された一連の画像に着目する。画像焦点が合っていない領域では画像がぼやけているため、比較的エッジ幅が大きく、合焦画像はエッジ幅が最も小さい。従って、任意のＸ軸座標で撮影された複数の画像のうち、エッジ幅が最も小さい画像を選択することで、一連の撮影画像から合焦画像のみを取り出すことができる。この合焦画像から求められる当該Ｘ軸座標におけるエッジ幅を使用すれば、当該Ｘ軸座標におけるエッジの曲率半径が計測できる。このようにして一連の撮影画像から全長に渡って合焦画像のみを取り出すことで、ステージの走査軸に対して長尺工具が傾いている場合、長尺工具形状に歪みがある場合あるいはＸ軸移動ステージに運動誤差がある場合などに生じるデフォーカスによる測定誤差を低減し、エッジの曲率半径を高精度で計測することができる。尚、ラインカメラのＸ軸移動ステージによる走査制御、Ｙ軸移動ステージによる長尺エッジ方向の変位制御、一連の画像の記録、画像から得られるエッジ幅の比較、合焦画像の選択などはコンピュータを用いて行えば、正確にしかも迅速に処理が可能である。 After imaging is completed by these procedures, attention is paid to a series of images captured at an arbitrary X-axis coordinate. Since the image is blurred in a region where the image is not in focus, the edge width is relatively large, and the focused image has the smallest edge width. Therefore, by selecting an image having the smallest edge width from among a plurality of images photographed at an arbitrary X-axis coordinate, only the focused image can be extracted from the series of photographed images. If the edge width at the X-axis coordinate obtained from the focused image is used, the radius of curvature of the edge at the X-axis coordinate can be measured. In this way, by extracting only the in-focus image from the series of captured images over the entire length, when the long tool is inclined with respect to the scanning axis of the stage, when the long tool shape is distorted, or the X axis Measurement errors due to defocus that occur when there is a motion error in the moving stage can be reduced, and the curvature radius of the edge can be measured with high accuracy. In addition, the scanning control by the X-axis moving stage of the line camera, the displacement control in the long edge direction by the Y-axis moving stage, the recording of a series of images, the comparison of the edge width obtained from the images, the selection of the focused image, etc. If used, it can be processed accurately and quickly.
さらに、Ｘ軸移動ステージの走査とＹ軸移動ステージの駆動を組み合わせ、ラインカメラの移動軌跡が長尺工具傾斜に沿うようにすると、ステージの走査軸に対して長尺工具が傾いている場合であっても、より短時間で全長に渡ってデフォーカスによる測定誤差を低減し、曲率半径を高精度で計測することができる。 Furthermore, when the scanning of the X axis moving stage and the driving of the Y axis moving stage are combined so that the movement trajectory of the line camera follows the inclination of the long tool, the long tool is inclined with respect to the scanning axis of the stage. Even in this case, the measurement error due to defocusing can be reduced over the entire length in a shorter time, and the radius of curvature can be measured with high accuracy.
また本発明によれば、長尺工具エッジを撮影したラインカメラ画像の輝度分布を多項式で近似し、ラインカメラ画像より長尺工具のエッジ幅を算出するステップと、エッジ幅を基準ゲージの曲率半径で校正するステップを備えたので、エッジ幅の校正により、曲率半径を高精度で計測することができる。輝度分布の多項式近似、エッジ幅の算出などは、コンピュータを用いて正確にしかも迅速に処理が可能である。基準ゲージとしては穴径の評価に用いられている高精度ピンゲージなどが使用可能である。 Further, according to the present invention, the step of calculating the edge width of the long tool from the line camera image by approximating the luminance distribution of the line camera image obtained by photographing the long tool edge with a polynomial, and the curvature width of the reference gauge as the edge width. Therefore, the curvature radius can be measured with high accuracy by calibrating the edge width. The polynomial approximation of the luminance distribution, the calculation of the edge width, and the like can be processed accurately and quickly using a computer. As the reference gauge, a high precision pin gauge used for the evaluation of the hole diameter can be used.
まず、本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置において曲率半径を求める原理について説明する。図３は、長尺工具のエッジ幅を用いて曲率半径を求める原理の説明図であり、図中１１ａは図１に示した工具１１の工具エッジ１１ａと同じもので、その要部拡大断面を示している。ここで、図３に示すように工具エッジ１１ａのエッジライン１１ｂで示される断面形状は円と直線で表されると仮定し、工具エッジ１１ａの曲率半径をＲ、Ｙ軸方向からの入射光１００ａに対する反射光１００ｂの角度をθとする。工具エッジ１１ａをＹ軸方向からラインカメラで観察する際、エッジライン１１ｂの頂点Ｑ近傍が最も輝度が大きくなり、逆に、頂点Ｑから離れるにつれて輝度が低くなる。入射光１００ａの光軸に対する反射光１００ｂの角度θが大きいと画像素子まで光が戻ってこないためである。 First, the principle for obtaining the curvature radius in the measuring device for the curvature radius of the long tool edge according to the present invention will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram of the principle of obtaining the radius of curvature using the edge width of a long tool, in which 11a is the same as the tool edge 11a of the tool 11 shown in FIG. Show. Here, as shown in FIG. 3, it is assumed that the cross-sectional shape indicated by the edge line 11b of the tool edge 11a is represented by a circle and a straight line, and the radius of curvature of the tool edge 11a is R and incident light 100a from the Y-axis direction. The angle of the reflected light 100b with respect to is θ. When the tool edge 11a is observed with a line camera from the Y-axis direction, the luminance is the highest in the vicinity of the vertex Q of the edge line 11b, and conversely, the luminance decreases as the distance from the vertex Q increases. This is because if the angle θ of the reflected light 100b with respect to the optical axis of the incident light 100a is large, the light does not return to the image element.
このとき、０＜θ＜θ0の範囲の反射光１００ｂがラインカメラの画像素子に入射するものとすると、ラインカメラで観察される工具エッジ１１ａの幅Ｗは次式（１）のように求められる。 At this time, assuming that the reflected light 100b in the range of 0 <θ <θ 0 is incident on the image element of the line camera, the width W of the tool edge 11a observed by the line camera is obtained by the following equation (1). It is done.
すなわち、エッジ幅Ｗは曲率半径Ｒに比例することが分かる。しかしながら、ラインカメラの撮影をしただけでθ0を求めることは大変難しい。そこで、式(２)の比例係数をラインカメラ画像の校正を行うことにより求めることができれば、エッジ幅Ｗから曲率半径Ｒを求めることが出来る。校正は穴径の評価に用いられている高精度ピンゲージを基準として行うことが可能である。ピンゲージの形状精度はサブμｍオーダのものが市販されているため、目標精度からすると十分なものが用意できる。以上のように、式(２)の比例係数はラインカメラ画像の校正を行うことにより求め、エッジ幅Ｗから曲率半径Ｒを求めることとする。 That is, it can be seen that the edge width W is proportional to the radius of curvature R. However, it is very difficult to obtain θ 0 just by shooting with a line camera. Therefore, if the proportionality coefficient of Equation (2) can be obtained by calibrating the line camera image, the radius of curvature R can be obtained from the edge width W. Calibration can be performed based on a high-precision pin gauge used for the evaluation of the hole diameter. Since the pin gauge shape accuracy is on the order of sub-μm, sufficient accuracy can be prepared from the target accuracy. As described above, the proportionality coefficient of Expression (2) is obtained by calibrating the line camera image, and the curvature radius R is obtained from the edge width W.
次に、このような原理を用いた本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図４は、本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の構成を示すＸＹ面の正面概略図である。同図において、２０はラインカメラで、ラインカメラ２０がＴダイ１０の工具エッジ１１ａに対し垂直に設置されている。ラインカメラ２０は、長さが数ｍに及ぶ長尺工具の工具エッジ１１ａの幅Ｗを測定することができるように、ラインカメラ２０を長手方向に走査させる機構とラインカメラ２０の焦点を合わせる機構を合わせ持つカメラステージ５０に搭載させている。カメラステージ５０は、基台５１上にＸ軸移動ステージ５２とＹ軸移動ステージ５３を２段重ねしたもので、Ｘ軸移動ステージ５２はラインカメラ２０を長尺工具長手方向に走査する役目を持ち、Ｙ軸移動ステージ５３はラインカメラ２０を工具１１の工具エッジ１１ａにフォーカスさせる役目を持つ。尚、図示を省略しているが、Ｘ軸移動ステージ５２にはその移動量を検出するためのエンコーダが取り付けられている。 Next, an embodiment of a measuring device for the radius of curvature of a long tool edge according to the present invention using such a principle will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic front view of the XY plane showing the configuration of the embodiment of the measuring device for the radius of curvature of the long tool edge of the present invention. In the figure, reference numeral 20 denotes a line camera, and the line camera 20 is installed perpendicular to the tool edge 11 a of the T die 10. The line camera 20 has a mechanism for scanning the line camera 20 in the longitudinal direction and a mechanism for focusing the line camera 20 so that the width W of the tool edge 11a of a long tool having a length of several meters can be measured. Is mounted on a camera stage 50 having both. The camera stage 50 is obtained by stacking two stages of an X-axis moving stage 52 and a Y-axis moving stage 53 on a base 51. The X-axis moving stage 52 has a role of scanning the line camera 20 in the longitudinal direction of the long tool. The Y-axis moving stage 53 serves to focus the line camera 20 on the tool edge 11a of the tool 11. Although not shown, the X-axis moving stage 52 is attached with an encoder for detecting the amount of movement.
ラインカメラ２０は、そのレンズ２１の先端に同軸落射照明ユニット２２が取り付けられている。同軸落射照明ユニット２２は、ラインカメラ２０の光軸と同軸方向の光を作り出して、工具１１の工具エッジ１１ａを照射するものである。この場合同軸方向の光は、光源２４から導光ガイド２３を通して導かれたラインカメラ２０の光軸に垂直な方向の光を利用して作り出される。 The line camera 20 has a coaxial epi-illumination unit 22 attached to the tip of the lens 21. The coaxial epi-illumination unit 22 generates light in the direction coaxial with the optical axis of the line camera 20 and irradiates the tool edge 11 a of the tool 11. In this case, the light in the coaxial direction is generated using light in a direction perpendicular to the optical axis of the line camera 20 guided from the light source 24 through the light guide 23.
図５はラインカメラ２０の構成を示すＹＺ断面の概略図を示す。ラインカメラ２０には、Ｚ軸の１次元方向にのみ非常に多くの画素が連なっているＣＣＤアレイ２５が設けられている。照明ユニット２２内部には偏光ビームスプリッタ(以下、ＰＢＳと記す)２６が取り付けられており、導光ガイド２３を通してラインカメラ２０の光軸に垂直な方向から光１００を入射すると、光１００はＰＢＳ２６の偏光板２６ａにて反射された後、工具１１の工具エッジ１１ａに入射光１００ａとして入射し、再びＰＢＳ２６に向かって反射光１００ｂとして反射される。ＰＢＳ２６に到達した反射光１００ｂは、偏光板２６ａを透過した後レンズ２１を通ってＣＣＤアレイ２５に入射する。このように、ＰＢＳ２６と光源２４から導光するためのガイド２３を一体型にして、同軸落射照明ユニット２２が同軸方向の光を作り出すので、同軸落射照明ユニット２２とラインカメラ２０は常に同一軸上に配置でき、光軸の精密な調整は不必要になる。また、ラインカメラ２０を工具１１に対して垂直に設置できるため、必要な設置スペースは最小限になる。 FIG. 5 is a schematic diagram of a YZ cross section showing the configuration of the line camera 20. The line camera 20 is provided with a CCD array 25 in which a great number of pixels are continuous only in the one-dimensional direction of the Z axis. A polarization beam splitter (hereinafter referred to as PBS) 26 is attached inside the illumination unit 22, and when the light 100 is incident from a direction perpendicular to the optical axis of the line camera 20 through the light guide 23, the light 100 is supplied to the PBS 26. After being reflected by the polarizing plate 26a, the light enters the tool edge 11a of the tool 11 as incident light 100a, and is reflected again toward the PBS 26 as reflected light 100b. The reflected light 100b that has reached the PBS 26 passes through the polarizing plate 26a and then enters the CCD array 25 through the lens 21. Thus, the coaxial epi-illumination unit 22 and the line camera 20 are always on the same axis because the coaxial epi-illumination unit 22 produces light in the coaxial direction by integrating the PBS 26 and the guide 23 for guiding light from the light source 24. Therefore, precise adjustment of the optical axis becomes unnecessary. Moreover, since the line camera 20 can be installed perpendicularly to the tool 11, the required installation space is minimized.
このような本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置は、まずＹ軸移動ステージ５３にてラインカメラ２０と工具エッジ１１ａの距離を調整し、ラインカメラ２０の焦点を工具エッジ１１ａに合わせる。その後、Ｘ軸移動ステージ５２にてラインカメラ２０を長手方向に走査しながら所定の移動量毎に工具エッジ１１ａの撮影を行い、その撮影画像から工具エッジ１１ａの幅Ｗの測定を行う。ラインカメラ２０のＸ軸移動ステージ５２による走査制御、Ｙ軸移動ステージ５３による変位制御、一連の画像の記録、画像からのエッジ幅Ｗの測定などはコンピュータのプログラム処理により行うものである。 In such a long tool edge curvature radius measuring apparatus of the present invention, first, the distance between the line camera 20 and the tool edge 11a is adjusted by the Y-axis moving stage 53, and the line camera 20 is focused on the tool edge 11a. . Thereafter, the X-axis moving stage 52 scans the line camera 20 in the longitudinal direction, images the tool edge 11a for each predetermined movement amount, and measures the width W of the tool edge 11a from the captured image. Scan control by the X-axis moving stage 52 of the line camera 20, displacement control by the Y-axis moving stage 53, recording of a series of images, measurement of the edge width W from the images, and the like are performed by computer program processing.
また、式(２)の比例係数をラインカメラ２０画像の校正を行うことにより予め求めておき、その比例係数を含む式(２)の演算プログラムがコンピュータに組み込まれているので、エッジ幅Ｗから曲率半径Ｒを求めることが出来る。 Further, since the proportionality coefficient of the equation (2) is obtained in advance by calibrating the image of the line camera 20, and the calculation program of the equation (2) including the proportionality coefficient is incorporated in the computer, the edge width W is calculated. The radius of curvature R can be obtained.
次に、このような本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態における校正方法について説明する。 Next, a calibration method in the embodiment of the measuring device for the radius of curvature of the long tool edge of the present invention will be described.
図６は高精度ピンゲージを用いた校正方法を説明するための説明図である。ここでは工具１１の代わりにピンゲージ４０をラインカメラ２０直下に固定する。次いで、Ｙ軸移動ステージ５３によりラインカメラ２０を一定距離ずつ矢印３２に沿ってピンゲージ４０側に走査する。このとき、Ｙ軸移動ステージ５３の１ステップ毎にラインカメラ２０によるピンゲージ４０撮影を行い、それぞれのステップにおけるエッジ幅を算出する。焦点が合っていない領域では画像がぼやけているため、比較的エッジ幅が大きく求められる。すなわち、エッジ幅の最小値がピンゲージ４０を観察したときのエッジ幅となる。このようにして求めたエッジ幅と、ピンゲージ４０径の半径の関係を求めることにより、エッジ幅の校正を行うことができる。 FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a calibration method using a high precision pin gauge. Here, the pin gauge 40 is fixed directly below the line camera 20 instead of the tool 11. Next, the line camera 20 is scanned to the pin gauge 40 side along the arrow 32 by a certain distance by the Y axis moving stage 53. At this time, the pin gauge 40 is photographed by the line camera 20 for each step of the Y-axis moving stage 53, and the edge width at each step is calculated. Since the image is blurred in the out-of-focus area, a relatively large edge width is required. That is, the minimum edge width is the edge width when the pin gauge 40 is observed. The edge width can be calibrated by determining the relationship between the edge width thus determined and the radius of the pin gauge 40 diameter.
この校正手順は長尺工具測定に先立って行ってもよいし、工具測定の後に行っても良い。また、ラインカメラ２０の焦点が合う位置で撮影を行うためには、Ｙ軸移動ステージ５３の１ステップ毎の移動量がレンズ２１の焦点深度よりも十分小さい必要がある。更に、ラインカメラ２０の焦点位置を、図中ｊ＝１に示すようにピンゲージ４０より十分遠い位置に設置した後、図中ｊ＝Ｋに示すようにラインカメラ２０の焦点位置がピンゲージ４０を通り過ぎるまで、上記のプロセスをＫ回繰り返すことで、ピンゲージ４０の合焦画像を確実に撮影することができる。 This calibration procedure may be performed prior to the long tool measurement or after the tool measurement. Further, in order to perform photographing at a position where the line camera 20 is in focus, the amount of movement of the Y-axis moving stage 53 for each step needs to be sufficiently smaller than the focal depth of the lens 21. Further, after the focal position of the line camera 20 is set at a position sufficiently far from the pin gauge 40 as indicated by j = 1 in the drawing, the focal position of the line camera 20 passes through the pin gauge 40 as indicated by j = K in the drawing. Until the above process is repeated K times, a focused image of the pin gauge 40 can be reliably captured.
上記ピンゲージ４０を用いた校正方法を用いてレンズ２１の焦点深度を求めることができる。即ち、Ｙ軸ステージ５３のステップ毎にエッジ幅を求め、エッジ幅が最小値を取る点の近傍において、最小値との差が一定値以下のステージ駆動範囲を焦点深度とすることができる。 The depth of focus of the lens 21 can be obtained using a calibration method using the pin gauge 40. That is, the edge width is obtained for each step of the Y-axis stage 53, and the stage drive range in which the difference from the minimum value is a certain value or less can be set as the focal depth in the vicinity of the point where the edge width takes the minimum value.
ついで、このような本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の他の動作について説明する。長さ数ｍに渡る長尺工具のエッジの観察では、ラインカメラの走査に伴い、焦点が徐々にずれる問題が生じる。これはステージの走査軸に対する長尺工具の傾斜や走査ステージの運動誤差、及び長尺工具長手方向の形状が原因である。工具の長さは数ｍであるため、微小な傾斜でさえも容易にカメラのデフォーカスの大きな要因になる。 Next, another operation of the embodiment of the measuring device for the radius of curvature of the long tool edge of the present invention will be described. When observing the edge of a long tool over a length of several meters, there arises a problem that the focus gradually shifts with the scanning of the line camera. This is due to the inclination of the long tool with respect to the scanning axis of the stage, the movement error of the scanning stage, and the shape of the long tool in the longitudinal direction. Since the length of the tool is several meters, even a slight inclination easily becomes a major factor in camera defocusing.
図７は、このようなデフォーカスの影響を低減させるために行う動作の説明図である。図７において、ラインカメラ２０、カメラステージ５０などは、図４に示したものと同じものを用いており、それと異なる点は図示を省略したコンピュータの動作にある。つまりラインカメラ２０のＸ軸移動ステージ５２による走査制御、Ｙ軸移動ステージ５３による変位制御、一連の画像の記録、画像から得られるエッジ幅の比較、合焦画像の選択、エッジ幅Ｗの測定、曲率半径Ｒの算出などは、コンピュータのプログラムを変えて動作させるものである。尚、図７において工具１１のみについては、便宜上、斜視図を用いて示している。 FIG. 7 is an explanatory diagram of an operation performed to reduce the influence of such defocusing. In FIG. 7, the line camera 20 and the camera stage 50 are the same as those shown in FIG. 4, and a different point is the operation of the computer not shown. That is, scanning control by the X-axis moving stage 52 of the line camera 20, displacement control by the Y-axis moving stage 53, recording of a series of images, comparison of edge widths obtained from images, selection of focused images, measurement of edge width W, The calculation of the radius of curvature R is performed by changing a computer program. In FIG. 7, only the tool 11 is shown using a perspective view for convenience.
従って、ここではその動作説明を中心に説明する。まずＹ軸移動ステージ５３にてラインカメラ２０を図中j＝１に示す初期ステップ位置に設定し、Ｘ軸移動ステージ５２で1回目の走査を行う。その後、Ｙ軸移動ステージ５３にてラインカメラ２０を一定距離だけ変位させ、図中ｊ＝２に示す位置に設定する。このときの変位量Δｙは、前述の方法より求めた焦点深度と等しい値にすれば良い。その後、再びＸ軸移動ステージ５２にて２回目の走査を行う。これらのステップを工具１１の全長に渡って観察し終わるまでＭ回繰り返し、それぞれの図中ｉ＝１・・・Ｎにて示すＸ軸座標において、ｊ=１〜Ｍに関してエッジ幅が最小になる値を探し出せば、焦点が合った画像を評価することができる。 Therefore, here, the description will focus on the operation. First, the line camera 20 is set to the initial step position indicated by j = 1 in the figure on the Y-axis moving stage 53, and the first scanning is performed on the X-axis moving stage 52. Thereafter, the line camera 20 is displaced by a predetermined distance on the Y-axis moving stage 53, and is set to a position indicated by j = 2 in the drawing. The displacement amount Δy at this time may be set to a value equal to the focal depth obtained by the above method. Thereafter, the second scan is performed again on the X-axis moving stage 52. These steps are repeated M times until the entire length of the tool 11 is observed, and the edge width is minimized with respect to j = 1 to M in the X-axis coordinates indicated by i = 1. Finding the value makes it possible to evaluate the focused image.
このようなデフォーカスの影響を低減させるために行う測定時間の更なる短縮のためには、複数走査の走査回数を減らせばよい。つまり、Ｘ軸移動ステージの走査軸に対して長尺工具の傾斜がある場合、走査回数を減らすためには、工具１１の、Ｘ軸移動ステージ走査軸に対する傾斜を補正しながら測定を行うことが効果的である。工具１１の傾斜測定は、エッジ幅測定に先立って行われる必要がある。 In order to further reduce the measurement time performed to reduce the influence of such defocusing, the number of scans of a plurality of scans may be reduced. That is, when the long tool is inclined with respect to the scanning axis of the X-axis moving stage, in order to reduce the number of scans, the measurement can be performed while correcting the inclination of the tool 11 with respect to the X-axis moving stage scanning axis. It is effective. The inclination measurement of the tool 11 needs to be performed prior to the edge width measurement.
図８は、本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の他の実施の形態の構成を示すＸＹ面の正面概略図である。ここで用いる本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の構成は、図４に示した長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の構成に一部変更を加えたものである。即ち、カメラステージ５５のＸ軸移動ステージ５７の形状をＸ軸移動ステージ５２より大きくし、Ｘ軸移動ステージ５７上に変位センサ６０をラインカメラ２０と平行に搭載するとともにコンピュータの動作プログラムを変更したしたものである。その他、図４に示した長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の構成要素と同じものには同じ符号を附し、その説明を省略する。 FIG. 8 is a schematic front view of the XY plane showing the configuration of another embodiment of the measuring device for the radius of curvature of the long tool edge of the present invention. The configuration of the embodiment of the long tool edge curvature radius measuring device of the present invention used here is partially changed to the configuration of the long tool edge curvature radius measuring device embodiment shown in FIG. It is added. That is, the shape of the X-axis movement stage 57 of the camera stage 55 is made larger than that of the X-axis movement stage 52, the displacement sensor 60 is mounted on the X-axis movement stage 57 in parallel with the line camera 20, and the computer operation program is changed. It is a thing. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as embodiment of the measuring device of the curvature radius of the long tool edge shown in FIG. 4, and the description is abbreviate | omitted.
Ｘ軸移動ステージ５７の走査軸、即ちＸ軸に対する長尺工具の傾斜測定は次のように行う。矢印３４に沿う方向にＸ軸移動ステージ５７を走査させると、変位センサ６０は、レーザー光を発し、その反射光により変位センサ６０の端から工具１１の工具エッジ１１ａ表面までの距離６１を順次計測する。変位センサ６０の出力値を直線近似することで、工具１１、即ち工具エッジ１１ａのＸ軸移動ステージ５７の走査方向に対する傾斜を求めることができる。 The inclination measurement of the long tool with respect to the scanning axis of the X axis moving stage 57, that is, the X axis is performed as follows. When the X-axis moving stage 57 is scanned in the direction along the arrow 34, the displacement sensor 60 emits a laser beam, and sequentially measures the distance 61 from the end of the displacement sensor 60 to the tool edge 11a surface of the tool 11 by the reflected light. To do. By linearly approximating the output value of the displacement sensor 60, the inclination of the tool 11, that is, the tool edge 11a with respect to the scanning direction of the X-axis moving stage 57 can be obtained.
Ｘ軸移動ステージ５７の走査軸に対する長尺工具の傾斜測定が得られたら、その傾斜データを基に、ラインカメラの移動軌跡が長尺工具傾斜に沿うようにＸ軸移動ステージの走査とＹ軸移動ステージの走査を組み合わせ、カメラステージ５５およびカメラ２０の制御プログラムを得る。 When the inclination measurement of the long tool with respect to the scanning axis of the X-axis moving stage 57 is obtained, based on the inclination data, the scanning of the X-axis moving stage and the Y-axis are performed so that the movement trajectory of the line camera follows the long tool inclination. A control program for the camera stage 55 and the camera 20 is obtained by combining scanning of the moving stage.
続いて、このような制御プログラムに従い、カメラステージ５５およびカメラ２０を操作する。図９は、このような工具１１によるデフォーカスの影響を低減させ、測定時間を短縮させることを目的に行われる他の動作の説明図である。図９に示すように、Ｘ軸移動ステージ５７の走査と同時にＹ軸移動ステージ５３も駆動させ、ラインカメラ２０の軌跡が矢印３５で示される工具１１の傾斜に沿う方向に、ラインカメラ２０を移動させると、デフォーカス要因、即ち焦点ずれ要因のうち最大の工具１１の傾斜によるものは、この段階で取り除かれる。 Subsequently, the camera stage 55 and the camera 20 are operated according to such a control program. FIG. 9 is an explanatory diagram of another operation performed for the purpose of reducing the influence of defocusing by the tool 11 and shortening the measurement time. As shown in FIG. 9, the Y-axis moving stage 53 is driven simultaneously with the scanning of the X-axis moving stage 57, and the line camera 20 moves in the direction in which the locus of the line camera 20 follows the inclination of the tool 11 indicated by the arrow 35. As a result, the defocusing factor, that is, the defocusing factor due to the maximum inclination of the tool 11 is removed at this stage.
従って、走査ステージの運動誤差及び長尺工具長手方向の形状が原因するデフォーカスの影響を取り除く測定だけを行えば十分であり、Ｙ軸移動ステージ５３のステップ数Ｐを、図７に示したＭよりより少なくすることができる。つまり、Ｙ軸移動ステージ５３にてラインカメラ２０を図中j＝１に示す初期ステップ位置に設定し、Ｘ軸移動ステージ５７とＹ軸移動ステージ５３の駆動を組み合わせて矢印３５と平行に1回目の走査を行う。その後、Ｙ軸移動ステージ５３にてラインカメラ２０を一定距離だけ変位させ、図中ｊ＝２に示す位置に設定する。その後、再びＸ軸移動ステージ５７とＹ軸移動ステージ５３の駆動を組み合わせて矢印３５と平行に２回目の走査を行う。これらのステップを工具１１の全長に渡って観察し終わるまでＰ回繰り返し、それぞれの図中ｉ＝１・・・Ｎにて示すＸ軸座標において、ｊ=１〜Ｐに関してエッジ幅が最小になる値を探し出せば、焦点が合った画像を評価することができる。このようにして、工具１１の傾斜によるデフォーカスを防ぎながら測定を行えば、複数走査の走査回数を減らしながら曲率半径Ｒを計測することができる。 Therefore, it is sufficient to perform only the measurement to remove the influence of the defocus caused by the movement error of the scanning stage and the shape of the long tool in the longitudinal direction, and the number of steps P of the Y-axis moving stage 53 is indicated by M in FIG. Can be less. In other words, the line camera 20 is set to the initial step position indicated by j = 1 in the figure by the Y-axis moving stage 53, and the X-axis moving stage 57 and the Y-axis moving stage 53 are combined for the first time in parallel with the arrow 35. Scan. Thereafter, the line camera 20 is displaced by a predetermined distance on the Y-axis moving stage 53, and is set to a position indicated by j = 2 in the drawing. Thereafter, the second scanning is performed in parallel with the arrow 35 by combining the driving of the X-axis moving stage 57 and the Y-axis moving stage 53 again. These steps are repeated P times until the entire length of the tool 11 is observed, and the edge width is minimized with respect to j = 1 to P in the X-axis coordinates indicated by i = 1. Finding the value makes it possible to evaluate the focused image. In this way, if the measurement is performed while preventing defocus due to the inclination of the tool 11, the radius of curvature R can be measured while reducing the number of scans.
続いて、本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測方法の実施の形態について説明する。まず、長尺工具のエッジ撮影画像の輝度分布を多項式で近似し、その多項式を利用して長尺工具のエッジ幅を算出するステップを説明する。図４に示したものと同じ計測装置を利用するが、コンピュータの処理プログラムは次の処理が行えるように変更されている。 Subsequently, an embodiment of a method for measuring a radius of curvature of a long tool edge according to the present invention will be described. First, the steps of approximating the luminance distribution of the edge photographed image of the long tool with a polynomial and calculating the edge width of the long tool using the polynomial will be described. The same measuring device as that shown in FIG. 4 is used, but the computer processing program is changed so that the following processing can be performed.
図１０は、長尺工具エッジを観察した画像を示す。図中画像中心に明るく見える部分１６がエッジ画像であり、長手方向に伸びるエッジ画像１６は図中上下方向に向いている。このカメラ画像から長手方向に直交する面１７で１ライン分切り出し、輝度分布をプロットした結果を図１１に示す。図１１においてエッジ観察画像の輝度分布は、曲線Ｌ０に示すように、エッジ画像１６中心近傍で最大輝度値Ｉｍａｘを取り、エッジ画像１６中心から遠ざかるにつれ輝度値が減少する傾向にあることが分かる。尚、図中縦軸は輝度を、横軸はＺ方向、即ち長手方向に直交する方向の変位を各々示す。この輝度値変化の傾向を利用し、以下の手順でエッジ幅Ｗを算出する。 FIG. 10 shows an image obtained by observing the long tool edge. A portion 16 that appears bright in the center of the image in the figure is an edge image, and the edge image 16 that extends in the longitudinal direction is in the vertical direction in the figure. FIG. 11 shows the result of plotting the luminance distribution by cutting out one line from the camera image at a plane 17 orthogonal to the longitudinal direction. In FIG. 11, the luminance distribution of the edge observation image has a maximum luminance value I max in the vicinity of the center of the edge image 16 as shown by the curve L 0 , and the luminance value tends to decrease as the distance from the center of the edge image 16 increases. I understand. In the figure, the vertical axis represents luminance, and the horizontal axis represents displacement in the Z direction, that is, the direction orthogonal to the longitudinal direction. The edge width W is calculated by the following procedure using the tendency of the luminance value change.
手順１： 輝度値の最大値Ｉｍａｘ及び、そのときの画素Ｚｍを求める。
手順２：ｚ＞Ｚｍの範囲を多項式ｙ＝ｆ１(ｚ)で近似し、ｚ＜Ｚｍの範囲を多項式ｙ＝ｆ２(ｚ)で多項式近似する。
手順３： 閾値Ｔｈを定め、f１(Ｚ１)＝ f２(Ｚ２)＝ＴｈとなるようなＺ１、Ｚ２を求める。
手順４：Ｚ１とＺ２の差を式（３）により求め、エッジ幅Ｗとする。
Procedure 1: The maximum luminance value I max and the pixel Z m at that time are obtained.
Procedure 2: The range of z> Z m is approximated by a polynomial y = f 1 (z), and the range of z <Z m is approximated by a polynomial y = f 2 (z).
Procedure 3: A threshold value Th is determined, and Z 1 and Z 2 are determined such that f 1 (Z 1 ) = f 2 (Z 2 ) = Th.
Procedure 4: The difference between Z 1 and Z 2 is obtained by equation (3) and is defined as the edge width W.
次に、エッジ幅Ｗを基準ゲージの曲率半径で校正するステップは、図６を用いて説明した校正方法と同じものを用いることができるので、ここではその説明を省略する。このようにしてエッジ幅Ｗを求め、それに基づき曲率半径Ｒの計測が可能である。 Next, the step of calibrating the edge width W with the radius of curvature of the reference gauge can be the same as the calibration method described with reference to FIG. In this way, the edge width W is obtained, and the radius of curvature R can be measured based on the edge width W.
図６を用いて説明した高精度ピンゲージの校正方法の実施例について説明する。穴径の評価に用いられている高精度ピンゲージを基準として、エッジ幅の校正実験を行った。その結果を以下に示す。使用したピンゲージは、それぞれ直径が50μｍ、75μｍ、100μｍ、150μｍ、200μｍのものを用いた。それぞれのピンゲージに対して図６にて説明した方法でエッジ幅の算出を行った。Ｙ軸ステージを1ステップあたり10μｍ駆動させ、ステップ毎にカメラの撮影を31回行った。図１２にその結果を示す。それぞれ、図１２(a)の曲線Ｌ１がφ50μｍ、図１２(b) の曲線Ｌ２がφ75μｍ、図１２(c) の曲線Ｌ３がφ100μｍ、図１２(d) の曲線Ｌ４がφ150μｍ、図１２(e) の曲線Ｌ５がφ200μｍの結果である。図中縦軸がそれぞれの画像より求めたエッジ幅であり、横軸がステージの移動量である。 An embodiment of the high precision pin gauge calibration method described with reference to FIG. 6 will be described. An edge width calibration experiment was performed using the high-precision pin gauge used in the evaluation of the hole diameter as a reference. The results are shown below. The pin gauges used had diameters of 50 μm, 75 μm, 100 μm, 150 μm, and 200 μm, respectively. The edge width was calculated for each pin gauge by the method described in FIG. The Y axis stage was driven at 10 μm per step, and the camera was photographed 31 times for each step. FIG. 12 shows the result. Each curve L 1 is φ50μm of FIG. 12 (a), the curve L 2 is φ75μm in FIG. 12 (b), the curve L 3 in FIG. 12 (c) φ100μm, curve L 4 in FIG. 12 (d) φ150μm, curve L 5 in FIG. 12 (e) is the result of Fai200myuemu. In the figure, the vertical axis represents the edge width obtained from each image, and the horizontal axis represents the amount of movement of the stage.
全てのピンゲージにてエッジ幅の最小値が検出されており、数値を比較すると、ゲージ径が太くなるとエッジ幅も同様に広くなることが分かる。これを用いて曲率半径Ｒ−エッジ幅Ｗの校正曲線を求めると、図１３の直線Ｌ６のようになる。図１３の横軸はエッジ幅Ｗを、縦軸はピンゲージの曲率半径Ｒを各々示す。直線Ｌ６は、エッジ幅Ｗのデータセットを最小自乗法で直線近似し校正曲線を求めたもので、式（４）のようになる。 The minimum value of the edge width is detected in all the pin gauges, and comparing the numerical values, it can be seen that the edge width increases as the gauge diameter increases. When obtaining the calibration curve of the curvature radius R- edge width W with reference to this, so that the straight line L 6 in FIG. The horizontal axis in FIG. 13 indicates the edge width W, and the vertical axis indicates the radius of curvature R of the pin gauge. The straight line L 6 is obtained by linearly approximating the data set of the edge width W by the method of least squares to obtain a calibration curve, and is represented by Expression (4).
続いて、レーザー顕微鏡を用いて、校正結果の有効性を確認する実験を行った。まず、ラインカメラで試料のエッジを撮影しエッジ幅Ｗを求め、校正結果より曲率半径Ｒを算出する。次に、同じ試料の曲率半径Ｒをレーザー顕微鏡で測定し、ラインカメラ画像より求めた曲率半径Ｒとの比較を行う。試料にはサイズがＸ方向長さ２０ｍｍｘＹ方向高さ１０ｍｍｘＺ方向幅１０ｍｍのテストピースを用いた。テストピースは本発明で対象としている長尺工具と同様のプロセスで加工されており、エッジ部は、曲率半径Ｒが数十μｍ〜数百μｍ程度に加工されている。試料は９個用意し、それぞれNo．１〜No．９とナンバリングした。 Subsequently, an experiment for confirming the effectiveness of the calibration result was performed using a laser microscope. First, the edge of the sample is photographed with a line camera to determine the edge width W, and the radius of curvature R is calculated from the calibration result. Next, the radius of curvature R of the same sample is measured with a laser microscope and compared with the radius of curvature R obtained from the line camera image. A test piece having a size of 20 mm in the X direction, 10 mm in the Y direction, and 10 mm in the Z direction was used as the sample. The test piece is processed by the same process as the long tool used in the present invention, and the edge portion is processed to have a curvature radius R of about several tens to several hundreds of μm. Nine samples were prepared. 1-No. Numbered 9.
ラインカメラによる測定では、Ｘ軸移動ステージを駆動させながら連続的に5000ライン撮影を行い、Ｘ軸方向に約３ｍｍの範囲を測定した。撮影範囲内の1ラインに対しそれぞれエッジ幅を算出し、その平均値を求めることにより、試料のエッジ幅とした。 In the measurement with the line camera, 5000 lines were photographed continuously while driving the X-axis moving stage, and a range of about 3 mm in the X-axis direction was measured. The edge width was calculated for each line in the imaging range, and the average value was obtained to obtain the edge width of the sample.
次に、レーザー顕微鏡(キーエンス製：VK-9500)にて各試料エッジ部の形状測定を行った。対物レンズの倍率を50倍にし、観察視野は250μｍ (Ｘ軸方向) x 100μｍ(Ｙ軸方向)で測定した。図１４は、試料一つに関し、レーザー顕微鏡にて測定した試料エッジの形状プロファイルを示す図であり、エッジの観察画像から得られたエッジの形状プロファイルは、図１４のＬ１０の通りである。エッジの形状プロファイルＬ１０から曲率半径Ｒを求める手順は次のようにした。図１４に示すように、エッジの形状のエッジプロファイルＬ１０から、形状の傾きが10°以内の範囲ΔＺのデータに対して最小自乗近似円を求める。その半径を曲率半径Ｒとした。尚、図１４において、横軸はＺ軸方向の変位を示し、縦軸はＹ軸方向の変位を示している。 Next, the shape of each sample edge was measured with a laser microscope (manufactured by Keyence: VK-9500). The magnification of the objective lens was 50 times, and the observation field was measured at 250 μm (X-axis direction) × 100 μm (Y-axis direction). Figure 14 relates to sample one, is a diagram showing a shape profile of a sample edge was measured with a laser microscope, the shape profile of the resulting edges from the edge of the observation image is as L 10 in FIG. 14. Instructions from the shape profile L 10 of edge finding the curvature radius R was as follows. As shown in FIG. 14, the edge profile L 10 of the edge of the shape, the inclination of the shape determining the least square approximation circle for the data range ΔZ within 10 °. The radius was defined as a radius of curvature R. In FIG. 14, the horizontal axis indicates the displacement in the Z-axis direction, and the vertical axis indicates the displacement in the Y-axis direction.
ラインカメラにて求めた曲率半径Ｒと、レーザー顕微鏡により測定した曲率半径Ｒとを比較した。その結果を図１５に示す。ラインカメラ画像から求めた曲率半径Ｒとレーザー顕微鏡により求めた曲率半径Ｒの差は、±２０μｍ以内であった。従って、本装置を用いて、マイクロメートルオーダーの精度で工具エッジの曲率半径を評価することができたと言える。図１５において、横軸は試料番号を、縦軸は工具エッジの曲率半径を各々示し、Ｌ１１がラインカメラ画像から求めた曲率半径Ｒを、Ｌ１２がレーザー顕微鏡により求めた曲率半径Ｒを各々示している。 The radius of curvature R obtained with a line camera was compared with the radius of curvature R measured with a laser microscope. The result is shown in FIG. The difference between the curvature radius R obtained from the line camera image and the curvature radius R obtained by the laser microscope was within ± 20 μm. Therefore, it can be said that the radius of curvature of the tool edge could be evaluated with the accuracy of the micrometer order using this apparatus. In FIG. 15, the horizontal axis indicates the sample number, the vertical axis indicates the radius of curvature of the tool edge, L 11 indicates the radius of curvature R obtained from the line camera image, and L 12 indicates the radius of curvature R determined by the laser microscope. Show.
また、長さ５１００ｍｍに渡る長尺工具の曲率半径Ｒを、図７に示した方法を用いて評価した。図１６にその結果を示す。Ｙ軸移動ステージ５３の1ステップあたりの変位量は、１０μｍとし、また、すべての工具エッジを観察し終わるまで１４回繰り返し走査を行った。1回の走査に掛かる時間は２分で、測定に掛かった総時間は２８分であった。図１６の曲線Ｌ１３に示されるように、工具全域に渡って、曲率半径Ｒが数十〜数百μｍの範囲で分布していることが確認できた。図１６において、横軸はＸ方向の変位を、縦軸は工具エッジの曲率半径を各々示す。 Moreover, the curvature radius R of the long tool over 5100 mm in length was evaluated using the method shown in FIG. FIG. 16 shows the result. The displacement amount per step of the Y-axis moving stage 53 was 10 μm, and scanning was repeated 14 times until all the tool edges were observed. The time required for one scan was 2 minutes, and the total time required for the measurement was 28 minutes. As indicated by the curve L 13 in FIG. 16, over the tool throughout, it was confirmed that the radius of curvature R is distributed in a range of several tens to several hundreds of [mu] m. In FIG. 16, the horizontal axis indicates the displacement in the X direction, and the vertical axis indicates the radius of curvature of the tool edge.
１０ Ｔダイ
１１、１２ 工具
１１ａ、１２ａ 工具エッジ
１５ フィルム
２０ ラインカメラ
２１ レンズ
２２ 照明ユニット
２３ 導光ガイド
２４ 光源
２５ ＣＣＤアレイ
２６ 偏光ビームスプリッタ
４０ ピンゲージ
５０、５５ カメラステージ
５１ 基台
５２、５７ Ｘ軸移動ステージ
５３ Ｙ軸移動ステージ
６０ 変位センサ
10 T-die 11, 12 Tool 11a, 12a Tool edge 15 Film 20 Line camera 21 Lens 22 Illumination unit 23 Light guide 24 Light source 25 CCD array 26 Polarizing beam splitter 40 Pin gauge 50, 55 Camera stage 51 Base 52, 57 X axis Moving stage 53 Y-axis moving stage 60 Displacement sensor
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