JP2004053299A - 板状材ワークの厚さ測定機 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークに汚れや傷をつけることがなく、ワークの材質や面の状態による影響がなく、測定範囲も広く、その上種々の形状の反りを有するワークであっても容易に測定することができる板状材の厚さ測定機を提供すること。
【解決手段】下側検出ノズル51を用いて検出したワーク下面の位置の変化を電気量に変換するA/E変換器52を有するエアーマイクロメータ50でワークWの下面の位置を測定するようにし、ワーク上面の位置を、上側検出ノズルでワークWの上面に向けてエアを噴射し、ワーク上面との隙間を一定に保ったまま浮上して、その移動量を変位センサ30で測定する浮上式測長器20によって測定するようにし、両者の測定値から管制部70によって厚さを演算するようにした。
【選択図】 図1
【解決手段】下側検出ノズル51を用いて検出したワーク下面の位置の変化を電気量に変換するA/E変換器52を有するエアーマイクロメータ50でワークWの下面の位置を測定するようにし、ワーク上面の位置を、上側検出ノズルでワークWの上面に向けてエアを噴射し、ワーク上面との隙間を一定に保ったまま浮上して、その移動量を変位センサ30で測定する浮上式測長器20によって測定するようにし、両者の測定値から管制部70によって厚さを演算するようにした。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はワークの厚さ測定機に係り、特に反りのあるウエーハ等のワークを非接触で測定する厚さ測定機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、板状材の厚さの測定は、種々の接触式の測定器を用いるか、あるいは光、電気、エア等による非接触式の測定器を用いていた。また、板状材で若干反りのあるワークの場合には、ワークを3点で支持し測定点の下面を球面で受け、反対側のワーク上面から前記した接触式の測定器、あるいは非接触式の測定器で測定していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、接触式の測定器の場合は、ワークに汚れや傷が付くという問題がある。また、光を用いた測定器の場合は、測定するワークの面の状態や粗さ等の影響を受けやすく、誤差要因となるかあるいは測定不可となることがある。更に、静電センサや渦電流センサのような電気的非接触測定器の場合は、ワークの材質の影響が大きく測定できないものもあり、更に測定範囲が狭いという欠点がある。また、エアージェットのようなエアを用いた測定器も測定範囲が狭く、種々の厚さのワークを測定するには段取り替えが大変であった。
【0004】
更に、半導体ウエーハのような種々の形状の反りを持ったワークを測定する場合、ワークを3点で支持し測定点の下面を球面で受ける方式の厚さ測定機では、そりの形状によってはワークの下面が球面に接触しない場合も生じ、このようなワークの場合は測定が不可能であった。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ワークに汚れや傷をつけることがなく、ワークの材質や面の状態による影響がなく、測定範囲も広く、その上種々の形状の反りを有するワークであっても容易に測定することができる板状材の厚さ測定機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、板状材のワークの厚さを非接触で測定する厚さ測定機において、ワークを載置する載置台と、該載置台の上面に垂直に配置され、前記ワークの上面に向けてエアを噴射する上側検出ノズルを有し、該上側検出ノズルと前記ワークの上面との隙間を所定の値に保ちながら、前記ワークの上面の位置を測定する浮上式測長器と、前記ワークを挟んで前記上側検出ノズルと対向して設けられ、前記ワークの下面に向けてエアを噴射する下側検出ノズルを有し、該下側検出ノズルと前記ワークの下面との隙間を測定するエアーマイクロメータと、前記浮上式測長器の測定値と前記エアーマイクロメータの測定値とから、前記ワークの厚さを演算する管制部と、が設けられていることを特徴としている。
【0007】
請求項1の発明によれば、ワークの下面の位置がエアーマイクロメータで測定され、ワーク上面の位置が、ワークの上面との隙間を一定の値に保ちながら浮上する浮上式測長器によって測定され、両者の測定値から管制部によって厚さが演算されるので、ワークに汚れや傷をつけることがなく、ワークの材質や面の状態による影響がなく、測定範囲も広くとれ、その上種々の形状の反りを有するワークであっても容易に測定することができる。
【0008】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の板状材ワークの厚さ測定機において、前記浮上式測長器は、上部圧力室と下部圧力室とを有するシリンダと、該シリンダに滑動自在に挿嵌されたピストンと、該ピストンに結合されるとともに、先端に前記上側検出ノズルが組込まれたピストン棒と、該ピストン棒の移動量を測定する変位センサと、前記シリンダに圧力エアを供給するエアー供給手段と、を有し、前記上側検出ノズルと前記シリンダの下部圧力室とはエアー通路によって連通され、前記シリンダに圧力エアが供給された時に前記ピストン棒は、前記上側検出ノズルと前記ワークの上面との隙間を所定の値に保ったまま浮上するように構成されていることを特徴としている。
【0009】
請求項2の発明によれば、浮上式測長器は、上側検出ノズルでワークの上面に向けてエアを噴射し、ワークの上面との隙間を一定に保ったまま浮上して、その移動量を変位センサで測定しているので、ワークに汚れや傷をつけることがなく、ワークの材質や面の状態による影響がなく、測定範囲も広くとれ、容易にワークの上面位置を検出することができる。
【0010】
更に、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の板状材ワークの厚さ測定機において、前記エアーマイクロメータは、前記下側検出ノズルを用いて検出した前記ワークの下面の位置の変化を電気量に変換するA/E変換器を有していること、を特徴としている。
【0011】
請求項3の発明によれば、下側検出ノズルを用いて検出したワークの下面位置の微小変化を電気量に変換しているので、測定部がシンプルで頑丈でありその上使いやすいという空気マイクロメータの長所と、応答速度が速く多様な出力信号が得られるという電気マイクロメータの長所との、両者の特徴を最大限に生かすことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る板状材ワークの厚さ測定機の好ましい実施の形態について詳説する。尚各図において、同一の部材については同一の番号又は符号を付している。
【0013】
図1、及び図2は、本発明に係る板状材ワークの厚さ測定機を表わす構成図である。図1は正面図で、図2は側面図である。厚さ測定機10は、図1、及び図2に示すように、マシンベース11、コラム12、アーム13の支持構造と、ワークWの下面の位置を測定するエアーマイクロメータ50と、ワークWの上面の位置を測定する浮上式測長器20と、エアーマイクロメータ50による測定値と浮上式測長器20による測定値とからワークWの厚さを演算する管制部70と、エアーマイクロメータ50と浮上式測長器20にエアを供給するエアー供給手段60とから構成されている。
【0014】
マシンベース11上にはワークWを載置する載置台14が取付けられ、載置台14の上面には円周上に等間隔に配置された3個の鋼球14A、14A、14Aが設けられ、ワークWの下面を受けるようになっている。
【0015】
浮上式測長器20は、図2に示すように、マシンベース11に立設するコラム12から水平に伸びるアーム13に保持され、載置台14に対して垂直に取付けられている。また、浮上式測長器20の横には、浮上式測長器20の上側検出ノズル24を測定位置と上方退避位置とに移動するリトラクトユニット40が設けられている。このリトラクトユニット40は、エアーシリンダ41と、シリンダーシャフト41Aの先端に取付けられ、上側検出ノズル24に係合したリトラクトアーム42とから成っている。
【0016】
図3は、浮上式測長器20の測定原理を説明する概念図である。浮上式測長器20では、シリンダ21の圧力室内をピストン22が移動するようになっている。ピストン22には先端に上側検出ノズル24を備えたピストン棒23が一体に形成されている。ピストン22の移動量は変位センサであるディジタル測長器30で測定される。
【0017】
図3に示すように、シリンダ21の上部圧力室21Aと下部圧力室21Bにエアが供給されると、下部圧力室21Bと上側検出ノズル24とは連通しているので、上部圧力室21Aに供給するエアの圧力を調整することにより、上側検出ノズル24はワークとの隙間を一定にして浮上しバランスする。
【0018】
上部圧力室21Aに供給する圧力をPu、下部圧力室21Bに供給する圧力をPlとし、ピストン22の有効受圧面積をAe、ピストン部の自重とディジタル測長器30の測定圧力との和をM、上側検出ノズル24からエアを噴射してバランスした時の測定反力をFとすると、このバランス状態は次式(1)
【0019】
【数1】
F+Pl×Ae=M+Pu×Ae …(1)
で表わされる。
【0020】
本実施の形態では、上側検出ノズル24のノズル径をΦ0.6にし、ピストン部に供給するエアー圧力を0.25MPaとし、測定力調整絞りを調整して測定力Fを0.1N以下にした。この時上側検出ノズル24とワークWの上面との隙間が20〜40μmの範囲内の一定値でバランスするようにした。
【0021】
また、測定にあたっては、最初に既知の厚さを有するマスタを用いて零点校正を行い、以後はワークWの上面位置がそのまま検出される。
【0022】
図4に浮上式測長器20の実際の構造を示す。浮上式測長器20は図4に示すように、シリンダ21、ピストン22、ピストン棒23、上側検出ノズル24、及びディジタル測長器30等からなっている。シリンダ21にはピストン22で仕切られた上部圧力室21A、下部圧力室21Bがあり、ピストン22はシリンダ21内を上下に移動するようになっている。ピストン22には大径部と小径部とを有するピストン棒23が固定され、ピストン棒23の下端にはワークWに向けてエアを噴射する上側検出ノズル24が取付けられている。
【0023】
上側検出ノズル24は、ピストン棒23に形成されたエアー通路23A、及び孔23Bを通じて下部圧力室21Bに連通されている。上部圧力室21A、及び下部圧力室21Bには夫々継手21Eを介してエアが供給される。
【0024】
シリンダ21の上端側と下端側には、エアーベアリング21D、21Dが形成され、継手21Eを介して供給されるエアによってピストン棒23の大径部を自動調心するとともに、上下動自在に支持している。また、シリンダ21の上端には長手方向に形成された溝部を有する回り止めブロック28が取付けられ、取付け材29に設けられた回り止めピン28Aが回り止めブロック28の溝部に係合している。
【0025】
ピストン棒23の小径部の上側検出ノズルの上部には上側ストッパ26が取付けられ、ピストン棒23の上昇限界位置を決めている。また、ピストン棒23の小径部の回り止めブロック28の取付けられている下部には、下側ストッパ27が取付けられ、ピストン棒23の下降限界位置を決めている。
【0026】
シリンダ21の中央部のやや下方には、ダンパー室21Cが形成され、このダンパー室21C内のピストン棒23の小径部には、ダンパー室21Cの内径より若干小径の外形を有するダンパー板25が取付けられている。このダンパー室21Cは内部の空気の粘性を利用したダンパーで、ピストン棒23の上下動作を鈍感にし、振動による測定の不安定さを抑制している。なお、ダンパー室21C内にシリコンオイル等をダンパー液として封入してもよい。
【0027】
ピストン棒23の上端には、取付け材29で保持された変位センサであるディジタル測長器30の測定子が当接し、ピストン棒23のの移動量を測定するようになっている。
【0028】
ディジタル測長器30は、モアレスケール等の光学的リニアスケールが内臓された長変位ディジタル測長器で、本実施の形態では測定ストローク10mmのものが使用されている。
【0029】
エアーマイクロメータ50は、図1に示すように、下側検出ノズル51と、下側検出ノズル51を用いて検出したワークWの下面位置の微小変化を電気量に変換するA/E変換器52とで構成されている。
【0030】
図5は、載置台14回りの拡大図である。下側検出ノズル51は、図5に示すように、載置台14に設けられた3個の鋼球14A、14A、14Aの頂点で形成される平面より若干低い位置に取付けられている。これはワークWが逆方向に反っている時に下側検出ノズル51に接触しないようにするためである。
【0031】
図6は、A/E変換器52の原理を表わしている。A/E変換器52は、図6に示すように、供給されたエアはA経路52CとB経路52Dとに分岐される。B経路52Dは下側検出ノズル51に連結されるとともに、ベローズ52A内に連結されている。また、A経路52Cはベローズ格納室に連結されるとともに、零位調整弁52Eを介して大気開放されている。下側検出ノズル51とワークWの検出面とのギャップの大きさによって背圧が変化し、A経路52CとB経路52Dとに差圧が生じる。この差圧によるベローズ52Aの変位を差動変圧器52Bで検出するようになっている。
【0032】
このエアーマイクロメータ50も測定に先立って、平面度の良好なマスタを鋼球14A、14A、14A上に置き、零点を校正する。
【0033】
エアー供給手段60は、図1に示すように、コンプレッサ61、レギュレータユニット62、エアーバランサ用絞りユニット63、切替えバルブ64等から構成されている。レギュレータユニット62は、ドレインキャッチ62Cと、エアーマイクロメータ50、浮上式測長器20、及びリトラクトユニット40に供給するエアの各経路に夫々設けられたレギュレータ62A及び圧力計62Bを有している。
【0034】
次に、このように校正された厚さ測定機10の作用について説明する。測定に先立って、反りのない平面を有したマスタを載置台14の鋼球14A、14A、14Aで形成される3点球座に載置し、エアーマイクロメータ50の校正をする。次いで既知の厚さで剛性のあるマスタを用いて浮上式測長器20の校正も同様にして行う。
【0035】
次に測定すべき板状材のワークWを載置台14の3点球座に載置する。この時切替バルブ64でリトラクトユニット40のエアー入力を切替え、浮上式測長器20の上側検出ノズル24を退避位置に上昇させてワークWを載置し、載置後切替バルブ64を切替えて上側検出ノズル24を測定位置に位置付ける。
【0036】
次にエアーマイクロメータ50の下側検出ノズル51からエアをワークWの下面に噴射し、その位置をA/E変換器52で測定する。測定値は電気信号で出力され、管制部70に送られてメモリに記憶される。
【0037】
それと同時に、浮上式測長器20の上側検出ノズル24からエアがワークWの上面に噴射される。上側検出ノズル24からエアが噴射されると、上側検出ノズル24は、ワークWの上面との隙間を所定の値に保持した位置に浮上してバランスする。この時、浮上式測長器20のピストン棒23はエアーベアリング21D、 21Dで自動調心されるとともに、上下動自在に支持される。また、ピストン棒23の動きに応じてシリンダ21内のダンパー室に封入された空気ダンパーが作用し、振動が生じにくい。このワークWの上面との隙間を所定の値に保持した位置に浮上している上側検出ノズル24の位置がディジタル測長器30で測定され、測定値が管制部70に送られる。
【0038】
管制部70では、エアーマイクロメータ50によるワークWの下面位置の測定値と、浮上式測長器20によるワークWの上面位置の測定値とからワークWの厚さを演算する。このように、エアーマイクロメータ50によるワークWの下面位置の測定値と、浮上式測長器20によるワークWの上面位置の測定値とからワークWの厚さを演算するようにしたので、板状材ワークに反りがあっても、正確に厚さを測定することができる。また、浮上式測長器20の測定範囲が広いので、種々の厚さのワークWに対応できる。
【0039】
尚、本実施の形態では、ワークWの下面位置はエアーマイクロメータ50で測定し、上面位置は浮上式測長器20で測定したが、両面とも浮上式測長器20で測定するように構成してもよい。また、浮上式測長器20に用いたディジタル測長器は光学式のリニアスケールであったが、これに限らず、磁気スケールを用いた測長器やその他長変位の測長器なら使用することができる。また、測定に用いるエアは圧縮空気に限らず、N2 ガス等を用いてもよい。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の板状材ワークの厚さ測定機によれば、板状材ワークの両面からエア式の測定器で夫々の面の位置を測定し、両方の測定値から板状材ワークの厚さを演算するようにしたので、ワークに反りがあっても測定することができ、またワークに汚れや傷をつけることがなく、なおかつワークの材質や面の状態に左右されることなく非接触で測定することができる。更に、ワークの上面側はエア式の測定器であっても測定範囲の広い浮上式測長機を用いているので、種々の厚さのワークに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る板状材ワークの厚さ測定機を表わす正面図
【図2】本発明の実施の形態に係る板状材ワークの厚さ測定機を表わす側面図
【図3】浮上式測長器の原理を説明する概念図
【図4】浮上式測長器の構造を説明する断面図
【図5】載置台回りの拡大図
【図6】A/E変換器の原理を説明する概念図
【符号の説明】
10…厚さ測定機、14…載置台、20…浮上式測長器、21…シリンダ、21A…上部圧力室、21B…下部圧力室、22…ピストン、23…ピストン棒、23A…エアー通路、24…上側検出ノズル、30…ディジタル測長器(変位センサ)、50…エアーマイクロメータ、51…下側検出ノズル、52…A/E変換器、60…エアー供給手段、70…管制部
【発明の属する技術分野】
本発明はワークの厚さ測定機に係り、特に反りのあるウエーハ等のワークを非接触で測定する厚さ測定機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、板状材の厚さの測定は、種々の接触式の測定器を用いるか、あるいは光、電気、エア等による非接触式の測定器を用いていた。また、板状材で若干反りのあるワークの場合には、ワークを3点で支持し測定点の下面を球面で受け、反対側のワーク上面から前記した接触式の測定器、あるいは非接触式の測定器で測定していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、接触式の測定器の場合は、ワークに汚れや傷が付くという問題がある。また、光を用いた測定器の場合は、測定するワークの面の状態や粗さ等の影響を受けやすく、誤差要因となるかあるいは測定不可となることがある。更に、静電センサや渦電流センサのような電気的非接触測定器の場合は、ワークの材質の影響が大きく測定できないものもあり、更に測定範囲が狭いという欠点がある。また、エアージェットのようなエアを用いた測定器も測定範囲が狭く、種々の厚さのワークを測定するには段取り替えが大変であった。
【0004】
更に、半導体ウエーハのような種々の形状の反りを持ったワークを測定する場合、ワークを3点で支持し測定点の下面を球面で受ける方式の厚さ測定機では、そりの形状によってはワークの下面が球面に接触しない場合も生じ、このようなワークの場合は測定が不可能であった。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ワークに汚れや傷をつけることがなく、ワークの材質や面の状態による影響がなく、測定範囲も広く、その上種々の形状の反りを有するワークであっても容易に測定することができる板状材の厚さ測定機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、板状材のワークの厚さを非接触で測定する厚さ測定機において、ワークを載置する載置台と、該載置台の上面に垂直に配置され、前記ワークの上面に向けてエアを噴射する上側検出ノズルを有し、該上側検出ノズルと前記ワークの上面との隙間を所定の値に保ちながら、前記ワークの上面の位置を測定する浮上式測長器と、前記ワークを挟んで前記上側検出ノズルと対向して設けられ、前記ワークの下面に向けてエアを噴射する下側検出ノズルを有し、該下側検出ノズルと前記ワークの下面との隙間を測定するエアーマイクロメータと、前記浮上式測長器の測定値と前記エアーマイクロメータの測定値とから、前記ワークの厚さを演算する管制部と、が設けられていることを特徴としている。
【0007】
請求項1の発明によれば、ワークの下面の位置がエアーマイクロメータで測定され、ワーク上面の位置が、ワークの上面との隙間を一定の値に保ちながら浮上する浮上式測長器によって測定され、両者の測定値から管制部によって厚さが演算されるので、ワークに汚れや傷をつけることがなく、ワークの材質や面の状態による影響がなく、測定範囲も広くとれ、その上種々の形状の反りを有するワークであっても容易に測定することができる。
【0008】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の板状材ワークの厚さ測定機において、前記浮上式測長器は、上部圧力室と下部圧力室とを有するシリンダと、該シリンダに滑動自在に挿嵌されたピストンと、該ピストンに結合されるとともに、先端に前記上側検出ノズルが組込まれたピストン棒と、該ピストン棒の移動量を測定する変位センサと、前記シリンダに圧力エアを供給するエアー供給手段と、を有し、前記上側検出ノズルと前記シリンダの下部圧力室とはエアー通路によって連通され、前記シリンダに圧力エアが供給された時に前記ピストン棒は、前記上側検出ノズルと前記ワークの上面との隙間を所定の値に保ったまま浮上するように構成されていることを特徴としている。
【0009】
請求項2の発明によれば、浮上式測長器は、上側検出ノズルでワークの上面に向けてエアを噴射し、ワークの上面との隙間を一定に保ったまま浮上して、その移動量を変位センサで測定しているので、ワークに汚れや傷をつけることがなく、ワークの材質や面の状態による影響がなく、測定範囲も広くとれ、容易にワークの上面位置を検出することができる。
【0010】
更に、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の板状材ワークの厚さ測定機において、前記エアーマイクロメータは、前記下側検出ノズルを用いて検出した前記ワークの下面の位置の変化を電気量に変換するA/E変換器を有していること、を特徴としている。
【0011】
請求項3の発明によれば、下側検出ノズルを用いて検出したワークの下面位置の微小変化を電気量に変換しているので、測定部がシンプルで頑丈でありその上使いやすいという空気マイクロメータの長所と、応答速度が速く多様な出力信号が得られるという電気マイクロメータの長所との、両者の特徴を最大限に生かすことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る板状材ワークの厚さ測定機の好ましい実施の形態について詳説する。尚各図において、同一の部材については同一の番号又は符号を付している。
【0013】
図1、及び図2は、本発明に係る板状材ワークの厚さ測定機を表わす構成図である。図1は正面図で、図2は側面図である。厚さ測定機10は、図1、及び図2に示すように、マシンベース11、コラム12、アーム13の支持構造と、ワークWの下面の位置を測定するエアーマイクロメータ50と、ワークWの上面の位置を測定する浮上式測長器20と、エアーマイクロメータ50による測定値と浮上式測長器20による測定値とからワークWの厚さを演算する管制部70と、エアーマイクロメータ50と浮上式測長器20にエアを供給するエアー供給手段60とから構成されている。
【0014】
マシンベース11上にはワークWを載置する載置台14が取付けられ、載置台14の上面には円周上に等間隔に配置された3個の鋼球14A、14A、14Aが設けられ、ワークWの下面を受けるようになっている。
【0015】
浮上式測長器20は、図2に示すように、マシンベース11に立設するコラム12から水平に伸びるアーム13に保持され、載置台14に対して垂直に取付けられている。また、浮上式測長器20の横には、浮上式測長器20の上側検出ノズル24を測定位置と上方退避位置とに移動するリトラクトユニット40が設けられている。このリトラクトユニット40は、エアーシリンダ41と、シリンダーシャフト41Aの先端に取付けられ、上側検出ノズル24に係合したリトラクトアーム42とから成っている。
【0016】
図3は、浮上式測長器20の測定原理を説明する概念図である。浮上式測長器20では、シリンダ21の圧力室内をピストン22が移動するようになっている。ピストン22には先端に上側検出ノズル24を備えたピストン棒23が一体に形成されている。ピストン22の移動量は変位センサであるディジタル測長器30で測定される。
【0017】
図3に示すように、シリンダ21の上部圧力室21Aと下部圧力室21Bにエアが供給されると、下部圧力室21Bと上側検出ノズル24とは連通しているので、上部圧力室21Aに供給するエアの圧力を調整することにより、上側検出ノズル24はワークとの隙間を一定にして浮上しバランスする。
【0018】
上部圧力室21Aに供給する圧力をPu、下部圧力室21Bに供給する圧力をPlとし、ピストン22の有効受圧面積をAe、ピストン部の自重とディジタル測長器30の測定圧力との和をM、上側検出ノズル24からエアを噴射してバランスした時の測定反力をFとすると、このバランス状態は次式(1)
【0019】
【数1】
F+Pl×Ae=M+Pu×Ae …(1)
で表わされる。
【0020】
本実施の形態では、上側検出ノズル24のノズル径をΦ0.6にし、ピストン部に供給するエアー圧力を0.25MPaとし、測定力調整絞りを調整して測定力Fを0.1N以下にした。この時上側検出ノズル24とワークWの上面との隙間が20〜40μmの範囲内の一定値でバランスするようにした。
【0021】
また、測定にあたっては、最初に既知の厚さを有するマスタを用いて零点校正を行い、以後はワークWの上面位置がそのまま検出される。
【0022】
図4に浮上式測長器20の実際の構造を示す。浮上式測長器20は図4に示すように、シリンダ21、ピストン22、ピストン棒23、上側検出ノズル24、及びディジタル測長器30等からなっている。シリンダ21にはピストン22で仕切られた上部圧力室21A、下部圧力室21Bがあり、ピストン22はシリンダ21内を上下に移動するようになっている。ピストン22には大径部と小径部とを有するピストン棒23が固定され、ピストン棒23の下端にはワークWに向けてエアを噴射する上側検出ノズル24が取付けられている。
【0023】
上側検出ノズル24は、ピストン棒23に形成されたエアー通路23A、及び孔23Bを通じて下部圧力室21Bに連通されている。上部圧力室21A、及び下部圧力室21Bには夫々継手21Eを介してエアが供給される。
【0024】
シリンダ21の上端側と下端側には、エアーベアリング21D、21Dが形成され、継手21Eを介して供給されるエアによってピストン棒23の大径部を自動調心するとともに、上下動自在に支持している。また、シリンダ21の上端には長手方向に形成された溝部を有する回り止めブロック28が取付けられ、取付け材29に設けられた回り止めピン28Aが回り止めブロック28の溝部に係合している。
【0025】
ピストン棒23の小径部の上側検出ノズルの上部には上側ストッパ26が取付けられ、ピストン棒23の上昇限界位置を決めている。また、ピストン棒23の小径部の回り止めブロック28の取付けられている下部には、下側ストッパ27が取付けられ、ピストン棒23の下降限界位置を決めている。
【0026】
シリンダ21の中央部のやや下方には、ダンパー室21Cが形成され、このダンパー室21C内のピストン棒23の小径部には、ダンパー室21Cの内径より若干小径の外形を有するダンパー板25が取付けられている。このダンパー室21Cは内部の空気の粘性を利用したダンパーで、ピストン棒23の上下動作を鈍感にし、振動による測定の不安定さを抑制している。なお、ダンパー室21C内にシリコンオイル等をダンパー液として封入してもよい。
【0027】
ピストン棒23の上端には、取付け材29で保持された変位センサであるディジタル測長器30の測定子が当接し、ピストン棒23のの移動量を測定するようになっている。
【0028】
ディジタル測長器30は、モアレスケール等の光学的リニアスケールが内臓された長変位ディジタル測長器で、本実施の形態では測定ストローク10mmのものが使用されている。
【0029】
エアーマイクロメータ50は、図1に示すように、下側検出ノズル51と、下側検出ノズル51を用いて検出したワークWの下面位置の微小変化を電気量に変換するA/E変換器52とで構成されている。
【0030】
図5は、載置台14回りの拡大図である。下側検出ノズル51は、図5に示すように、載置台14に設けられた3個の鋼球14A、14A、14Aの頂点で形成される平面より若干低い位置に取付けられている。これはワークWが逆方向に反っている時に下側検出ノズル51に接触しないようにするためである。
【0031】
図6は、A/E変換器52の原理を表わしている。A/E変換器52は、図6に示すように、供給されたエアはA経路52CとB経路52Dとに分岐される。B経路52Dは下側検出ノズル51に連結されるとともに、ベローズ52A内に連結されている。また、A経路52Cはベローズ格納室に連結されるとともに、零位調整弁52Eを介して大気開放されている。下側検出ノズル51とワークWの検出面とのギャップの大きさによって背圧が変化し、A経路52CとB経路52Dとに差圧が生じる。この差圧によるベローズ52Aの変位を差動変圧器52Bで検出するようになっている。
【0032】
このエアーマイクロメータ50も測定に先立って、平面度の良好なマスタを鋼球14A、14A、14A上に置き、零点を校正する。
【0033】
エアー供給手段60は、図1に示すように、コンプレッサ61、レギュレータユニット62、エアーバランサ用絞りユニット63、切替えバルブ64等から構成されている。レギュレータユニット62は、ドレインキャッチ62Cと、エアーマイクロメータ50、浮上式測長器20、及びリトラクトユニット40に供給するエアの各経路に夫々設けられたレギュレータ62A及び圧力計62Bを有している。
【0034】
次に、このように校正された厚さ測定機10の作用について説明する。測定に先立って、反りのない平面を有したマスタを載置台14の鋼球14A、14A、14Aで形成される3点球座に載置し、エアーマイクロメータ50の校正をする。次いで既知の厚さで剛性のあるマスタを用いて浮上式測長器20の校正も同様にして行う。
【0035】
次に測定すべき板状材のワークWを載置台14の3点球座に載置する。この時切替バルブ64でリトラクトユニット40のエアー入力を切替え、浮上式測長器20の上側検出ノズル24を退避位置に上昇させてワークWを載置し、載置後切替バルブ64を切替えて上側検出ノズル24を測定位置に位置付ける。
【0036】
次にエアーマイクロメータ50の下側検出ノズル51からエアをワークWの下面に噴射し、その位置をA/E変換器52で測定する。測定値は電気信号で出力され、管制部70に送られてメモリに記憶される。
【0037】
それと同時に、浮上式測長器20の上側検出ノズル24からエアがワークWの上面に噴射される。上側検出ノズル24からエアが噴射されると、上側検出ノズル24は、ワークWの上面との隙間を所定の値に保持した位置に浮上してバランスする。この時、浮上式測長器20のピストン棒23はエアーベアリング21D、 21Dで自動調心されるとともに、上下動自在に支持される。また、ピストン棒23の動きに応じてシリンダ21内のダンパー室に封入された空気ダンパーが作用し、振動が生じにくい。このワークWの上面との隙間を所定の値に保持した位置に浮上している上側検出ノズル24の位置がディジタル測長器30で測定され、測定値が管制部70に送られる。
【0038】
管制部70では、エアーマイクロメータ50によるワークWの下面位置の測定値と、浮上式測長器20によるワークWの上面位置の測定値とからワークWの厚さを演算する。このように、エアーマイクロメータ50によるワークWの下面位置の測定値と、浮上式測長器20によるワークWの上面位置の測定値とからワークWの厚さを演算するようにしたので、板状材ワークに反りがあっても、正確に厚さを測定することができる。また、浮上式測長器20の測定範囲が広いので、種々の厚さのワークWに対応できる。
【0039】
尚、本実施の形態では、ワークWの下面位置はエアーマイクロメータ50で測定し、上面位置は浮上式測長器20で測定したが、両面とも浮上式測長器20で測定するように構成してもよい。また、浮上式測長器20に用いたディジタル測長器は光学式のリニアスケールであったが、これに限らず、磁気スケールを用いた測長器やその他長変位の測長器なら使用することができる。また、測定に用いるエアは圧縮空気に限らず、N2 ガス等を用いてもよい。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の板状材ワークの厚さ測定機によれば、板状材ワークの両面からエア式の測定器で夫々の面の位置を測定し、両方の測定値から板状材ワークの厚さを演算するようにしたので、ワークに反りがあっても測定することができ、またワークに汚れや傷をつけることがなく、なおかつワークの材質や面の状態に左右されることなく非接触で測定することができる。更に、ワークの上面側はエア式の測定器であっても測定範囲の広い浮上式測長機を用いているので、種々の厚さのワークに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る板状材ワークの厚さ測定機を表わす正面図
【図2】本発明の実施の形態に係る板状材ワークの厚さ測定機を表わす側面図
【図3】浮上式測長器の原理を説明する概念図
【図4】浮上式測長器の構造を説明する断面図
【図5】載置台回りの拡大図
【図6】A/E変換器の原理を説明する概念図
【符号の説明】
10…厚さ測定機、14…載置台、20…浮上式測長器、21…シリンダ、21A…上部圧力室、21B…下部圧力室、22…ピストン、23…ピストン棒、23A…エアー通路、24…上側検出ノズル、30…ディジタル測長器(変位センサ)、50…エアーマイクロメータ、51…下側検出ノズル、52…A/E変換器、60…エアー供給手段、70…管制部
Claims (3)
- 板状材のワークの厚さを非接触で測定する厚さ測定機において、
ワークを載置する載置台と、
該載置台の上面に垂直に配置され、前記ワークの上面に向けてエアを噴射する上側検出ノズルを有し、該上側検出ノズルと前記ワークの上面との隙間を所定の値に保ちながら、前記ワークの上面の位置を測定する浮上式測長器と、
前記ワークを挟んで前記上側検出ノズルと対向して設けられ、前記ワークの下面に向けてエアを噴射する下側検出ノズルを有し、該下側検出ノズルと前記ワークの下面との隙間を測定するエアーマイクロメータと、
前記浮上式測長器の測定値と前記エアーマイクロメータの測定値とから、前記ワークの厚さを演算する管制部と、
が設けられていることを特徴とする板状材ワークの厚さ測定機。 - 前記浮上式測長器は、
上部圧力室と下部圧力室とを有するシリンダと、
該シリンダに滑動自在に挿嵌されたピストンと、
該ピストンに結合されるとともに、先端に前記上側検出ノズルが組込まれたピストン棒と、
該ピストン棒の移動量を測定する変位センサと、
前記シリンダに圧力エアを供給するエアー供給手段と、を有し、
前記上側検出ノズルと前記シリンダの下部圧力室とはエアー通路によって連通され、
前記シリンダに圧力エアが供給された時に前記ピストン棒は、前記上側検出ノズルと前記ワークの上面との隙間を所定の値に保ったまま浮上するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の板状材ワークの厚さ測定機。 - 前記エアーマイクロメータは、
前記下側検出ノズルを用いて検出した前記ワークの下面の位置の変化を電気量に変換するA/E変換器を有していること、を特徴とする請求項1に記載の板状材ワークの厚さ測定機。
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JP2004053299A true JP2004053299A (ja) | 2004-02-19 |
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ID=31932319
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008151261A (ja) * | 2006-12-18 | 2008-07-03 | Ckd Corp | エアベアリングユニット |
JP2012064803A (ja) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Nikon Corp | 表面検出装置、露光装置、表面検出方法、露光方法、及びデバイス製造方法 |
US20150083449A1 (en) * | 2013-09-23 | 2015-03-26 | Nidec-Read Corporation | Contact apparatus |
-
2002
- 2002-07-17 JP JP2002208075A patent/JP2004053299A/ja active Pending
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