JP2006292584A - 厚み測定装置および厚み測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 固定触針の先端と移動触針の先端とがずれた場合でも、被測定物の厚みを高精度で測定できる厚み測定装置を提供すること。
【解決手段】 厚み測定装置１は、固定触針１４１を有するベース部１０と、このベース部１０の固定触針１４１に対向配置されたスピンドル２２１と、ベース部１０に設けられスピンドル２２１を固定触針１４１に接近、離隔させるダイヤルゲージ本体２２２と、このスピンドル２２１の移動距離を測定する表示部２２３と、を備える。ベース部１０は、ステージ１４と、スピンドル２２１の移動方向に対して交差する方向にステージ１４を移動可能なステージ移動装置１２と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、ガラスなどの平板状の厚みを測定する厚み測定装置および厚み測定方法に関する。

近年、平板状の被測定物の厚みを測定する方法として、触針式厚み測定装置が知られている。この触針式厚み測定装置は、例えば、以下のような構成である（特許文献１参照）。
図７は、本発明の従来例に係る触針式厚み測定装置７０の拡大正面図である。
触針式厚み測定装置７０は、固定触針７２を有するベース部７１と、このベース部７１の固定触針７２に対向配置された移動触針７３と、ベース部７１に設けられて移動触針７３を図７中矢印方向に移動させることにより固定触針７２に接近、離隔させる移動装置７４と、この移動触針７３の移動距離を測定する測定装置７５と、を備える。
この触針式厚み測定装置７０によれば、まず、図８中実線で示すように、固定触針７２に移動触針７３を当接させて、移動触針７３の原点を設定する。この状態では、固定触針７２の軸線は、移動触針７３の軸線上に位置している。次に、固定触針７２と移動触針７３との間に被測定物を挟み込む。その後、移動触針７３の原点からの移動距離を測定装置７５で測定すると、この測定値は、被測定物の厚みとなる。
特開平９−２２９６６３号公報

しかしながら、上述した触針式厚み測定装置７０では、被測定物の測定作業を繰り返すと、図８中破線で示すように、固定触針７２の軸線と移動触針７３の軸線とがずれる場合がある。この場合、固定触針の移動触針に対する相対位置を補正できないため、固定触針７２の先端が移動触針７３の先端からずれてしまい、被測定物の厚みを正確に測定することが困難になる。

そこで、本発明は、固定触針の先端と移動触針の先端とがずれた場合でも、被測定物の厚みを高精度で測定できる厚み測定装置および厚み測定方法を提供することを目的とする。

本発明の厚み測定装置は、固定触針を有するベース部と、このベース部の固定触針に対向配置された移動触針と、前記ベース部に設けられ前記移動触針を前記固定触針に接近、離隔させる触針移動装置と、この移動触針の移動距離を測定する測定装置と、を備える厚み測定装置であって、前記ベース部は、ステージと、前記移動触針の移動方向に対して交差する方向に前記ステージを移動可能なステージ移動装置と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、まず、触針移動装置で移動触針を固定触針に当接させ、移動触針の原点を設定する。次に、移動触針を固定触針から離して、固定触針と移動触針との間に被測定物を挟み込む。その後、測定装置で、移動触針の原点からの移動距離を測定する。
ここで、ステージおよびステージ移動装置を含んでベース部を構成したので、移動触針の原点を設定する際に、移動触針の移動方向に対して交差する方向に固定触針を移動させることにより、移動触針の軸線上に固定触針を配置して、固定触針の位置を補正する。これにより、固定触針の先端と移動触針の先端とがずれた場合でも、被測定物の厚みを高精度で測定できる。

本発明では、前記固定触針および移動触針の先端部は、略球面であることが好ましい。

この発明によれば、以下の手順で、固定触針の位置補正および移動触針の原点の設定を行う。すなわち、まず、固定触針に移動触針を当接させる。次に、この状態で、測定装置で測定しながら、ステージ移動装置を操作することにより、移動触針の移動方向に対して交差する方向に固定触針を移動する。すると、固定触針および移動触針の先端部は略球面なので、移動触針は、固定触針の先端に押されて上下動する。測定装置の測定値が最も小さくなる位置を探し出すことで、移動触針がステージに対して最も離れた状態となる位置を探し出す。移動触針がステージに対して最も離れた状態では、移動触針の先端と固定触針の先端とが当接していることになるから、このときの移動触針の位置を原点とする。したがって、固定触針の位置を容易に補正できるうえに、移動触針の原点を簡単に設定できる。

また、固定触針や移動触針の先端部を略平面とした場合に比べ、固定触針の軸線と移動触針の軸線とがずれても、誤差が急激に大きくなることはないので、測定誤差を低減できる。なお、固定触針や移動触針の先端部の曲率半径を、なるべく大きくすることにより、上述した測定誤差をより低減できる。

本発明では、前記ステージは、前記固定触針とともに被測定物を支持する支持突起をさらに備えることが好ましい。
本発明では、前記支持突起は、２つであり、前記固定触針とともに３点で被測定物を支持することが好ましい。

この発明によれば、固定触針および２つの支持突起の３点で被測定物を支持したので、被測定物が多少いびつな形状であっても、ぐらつきがなく確実に支持できる。

本発明では、前記ステージは、前記ステージ移動装置に着脱可能であり、前記固定触針および前記支持突起の位置が異なる複数のステージの中から選択されたものであることが好ましい。

この発明によれば、被測定物の大きさや形状に応じてステージを選択することにより、被測定物を確実に支持して、厚みを正確に測定できる。

本発明では、前記支持突起の先端部は、略球面であることが好ましい。

この発明によれば、支持突起の先端部を略平面とした場合に比べ、一点で被測定物に接触することになるから、確実に被測定物を支持できる。

本発明では、前記ベース部は、前記ステージの傾斜角度を変更可能なステージ傾斜調整装置をさらに有することが好ましい。

この発明によれば、ステージ傾斜調整装置で固定触針の傾斜角度を変更することにより、固定触針の姿勢を調整する。例えば、厚みが判明している基準測定物を用意し、この基準測定物を移動触針と固定触針との間に挟み込む。この状態で、測定装置で基準測定物の厚みを測定する。この測定値が基準測定物の実際の厚みより大きい場合には、固定触針が移動触針に対して傾斜していることになる。そこで、測定装置の測定値が基準測定物の厚みと略一致するように、ステージ傾斜調整装置を操作する。これにより、被測定物の厚みをさらに高精度で測定できる。

本発明の厚み測定方法（請求項８、９）は、上述した厚み測定装置（請求項１〜請求項７）を、厚み測定方法として展開したものである。この厚み測定方法によれば、上述した厚み測定装置で述べた効果と同様の効果を奏することができる。

本発明の厚み測定装置および厚み測定方法によれば、次の効果が得られる。
ステージおよびステージ移動装置を含んでベース部を構成したので、移動触針の原点を設定する際に、移動触針の移動方向に対して交差する方向に固定触針を移動させることにより、移動触針の移動方向の軸線上に固定触針を配置して、固定触針の位置を補正する。これにより、固定触針の先端と移動触針の先端とがずれた場合でも、被測定物の厚みを高精度で測定できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る厚み測定装置１の全体斜視図である。
厚み測定装置１は、ベース部１０と、このベース部１０に設けられた測定部２０と、を有する。

測定部２０は、ベース部１０の後述する支持ベース１１に固定された支柱２１と、この支柱２１に取り付けられたダイヤルゲージ２２と、を備える。

ダイヤルゲージ２２は、後述するベース部１０の固定触針１４１に対向配置された移動触針としてのスピンドル２２１と、このスピンドル２２１を固定触針１４１に接近、離隔させる触針移動装置としてのダイヤルゲージ本体２２２と、スピンドル２２１の原点からの移動距離を測定する測定装置としての表示部２２３と、を備える。
このスピンドル２２１は、先端部が略球面であり、上下方向、つまり図１中矢印方向に移動することにより、下方に位置するベース部１０に向かって進退する。表示部２２３には、スピンドル２２１の原点からの移動距離が表示される。

図２は、厚み測定装置１のベース部１０の拡大正面図であり、図３は、ベース部１０の分解斜視図である。
ベース部１０は、下から順に、支持ベース１１、ステージ移動装置１２、ステージ傾斜調整装置１３、およびステージ１４が積層されて構成される。このうち、ステージ移動装置１２は、下から順に、下側ステージ移動機構１２Ａと、上側ステージ移動機構１２Ｂとが積層されて構成される。

支持ベース１１は、平面矩形状であり、図示しない机面上に載置されている。
各ステージ移動機構１２Ａ、１２Ｂは、それぞれ、矩形平板状の下側基板１２１と、この下側基板１２１上を所定方向に摺動可能な矩形平板状の上側基板１２２と、上側基板１２２を下側基板１２１に対して所定寸法だけ相対移動させる精密送りねじ１２４と、を有する。

精密送りねじ１２４は、シンブルの回転に応じて、スピンドル１２５が精密送りねじ本体１２６に対して進退するものである。この精密送りねじ本体１２６は、下側基板１２１に支持され、スピンドル１２５は、上側基板１２２に取り付けられている。よって、シンブルを回転させるだけで、スピンドル１２５が進退し、上側基板１２２が下側基板１２１に対して相対移動する。

ステージ移動機構１２Ａ、１２Ｂは、移動触針の移動方向をＺ方向とすると、このＺ方向に対して交差するＸ方向およびＹ方向にステージ１４を移動可能となっている。具体的には、下側ステージ移動機構１２Ａの相対移動方向をＸ方向とすると、上側ステージ移動機構１２Ｂの相対移動方向は、Ｘ方向に直交する方向、つまりＹ方向である。つまり、各ステージ移動機構１２Ａ、１２Ｂは、上側基板１２２と下側基板１２１との相対移動の方向が異なっている。
また、下側ステージ移動機構１２Ａの下側基板１２１は、支持ベース１１上に固定され、上側ステージ移動機構１２Ｂの下側基板１２１は、下側ステージ移動機構１２Ａの上側基板１２２上に固定される。

ステージ傾斜調整装置１３は、矩形平板状の傾斜調整基板１３１と、この傾斜調整基板１３１の対角線上の角部に設けられた２個の送りねじ１３２と、この傾斜調整基板１３１の残る対角線上の角部に設けられた可変支持部材１３３と、で構成される。傾斜調整基板１３１は、上側ステージ移動機構１２Ｂの上側基板１２２の上面に固定されている。送りねじ１３２は、傾斜調整基板１３１の上面に螺合されるとともに、ステージ１４の下面に螺合される。各送りねじ１３２を回転させると、この送りねじ１３２の回転に応じて、傾斜調整基板１３１とステージ１４とが接近または離隔し、ステージ１４の傾斜調整基板１３１に対する角度が変化する。このとき、可変支持部材１３３は、適宜変形してステージ１４の姿勢を安定させる。

図４は、ステージ１４の部分拡大断面図である。
ステージ１４は、矩形平板状であり、被測定物、ここではガラスが載置される。このステージ１４上には、固定触針１４１と、４つの支持突起１４２とが設けられており、これら固定触針１４１および４つの支持突起１４２のうちの２つの３点で被測定物を支持する。ここで、固定触針１４１および支持突起１４２の先端部は、略球面となっている。

また、ステージ１４は、ステージ傾斜調整装置１３に着脱可能であり、固定触針１４１および支持突起１４２の位置が異なる複数のステージ１４の中から選択されたものである。

本発明の厚み測定装置は、以下のように動作する。
まず、ダイヤルゲージ２２のスピンドル２２１の原点を設定する。具体的には、最初に、図５中破線で示すように、スピンドル２２１を固定触針１４１に当接させる。次に、この状態で、スピンドル２２１の原点を仮に設定し、表示部２２３で値を読みながら、ステージ移動装置１２の２つの精密送りねじ１２４を操作することにより、ステージ１４を略水平移動する。つまり、スピンドル２２１の移動方向（Ｚ方向）に対して交差する方向（Ｘ、Ｙ方向）に固定触針１４１を移動する。すると、固定触針１４１およびスピンドル２２１の先端部は略球面なので、スピンドル２２１は、固定触針１４１の先端に押されて上下動する。表示部２２３の値が最も小さくなる位置を探し出すことで、図５中実線で示すように、スピンドル２２１がステージ１４に対して最も離れた状態となる位置を探し出す。スピンドル２２１がステージ１４に対して最も離れた状態では、スピンドル２２１の先端と固定触針１４１の先端とが当接していることになるので、このときのスピンドル２２１の位置を原点とする。

次に、厚みｔ０が判明している基準となる被測定物、ここではガラス３１を用意し、この基準測定物３１をスピンドル２２１と固定触針１４１との間に挟み込む。この状態で、表示部２２３で基準測定物３１の厚みを測定する。図６に示すように、この測定値が基準測定物３１の厚みｔ０よりも大きい値ｔ１である場合には、固定触針１４１がスピンドル２２１に対して傾斜していることになる。そこで、表示部２２３で表示される値が基準測定物３１の実際の厚みｔ０と略一致するように、ステージ傾斜調整装置１３を操作する。

次に、スピンドル２２１を固定触針１４１から離して、固定触針１４１とスピンドル２２１との間に被測定物を挟み込み、表示部２２３で、スピンドル２２１の原点からの移動距離を測定する。

本発明によれば、以下のような効果がある。
（１）ステージ１４およびステージ移動装置１２を含んでベース部１０を構成したので、スピンドル２２１の原点を設定する際に、スピンドル２２１の移動方向（Ｚ方向）に対して交差する方向（Ｘ、Ｙ方向）に固定触針１４１を移動させることにより、スピンドル２２１の軸線上に固定触針１４１を配置して、固定触針１４１の位置を補正する。これにより、固定触針１４１の先端とスピンドル２２１の先端とがずれた場合でも、被測定物の厚みを高精度で測定できる。

（２）固定触針１４１やスピンドル２２１の先端部を略球面としたので、固定触針１４１の位置を容易に補正できるうえに、スピンドル２２１の原点を簡単に設定できる。
また、固定触針１４１やスピンドル２２１の先端部を略平面とした場合に比べ、固定触針１４１の軸線と移動触針の軸線とがずれても、誤差が急激に大きくなることはないので、測定誤差を低減できる。なお、固定触針や移動触針の先端部の曲率半径を、なるべく大きくすることにより、上述した測定誤差をより低減できる。

（３）固定触針１４１および２つの支持突起１４２の３点で被測定物であるガラスを支持したので、ガラスが多少いびつな形状であっても、ぐらつきがなく確実に支持できる。

（４）ステージ１４を、ステージ傾斜調整装置１３に着脱可能とし、固定触針１４１および支持突起１４２の位置が異なる複数のステージの中から選択したので、被測定物の大きさや形状に応じてステージ１４を選択することにより、被測定物を確実に支持して、厚みを正確に測定できる。

（５）支持突起１４２の先端部を略球面としたので、支持突起１４２の先端部を略平面とした場合に比べ、一点で被測定物に接触することになるから、確実に被測定物を支持できる。

（６）ベース部１０にステージ１４の傾斜角度を変更可能なステージ傾斜調整装置１３を設けたので、ステージ傾斜調整装置１３で固定触針１４１の傾斜角度を変更することにより、固定触針１４１の姿勢を調整する。これにより、被測定物の厚みをさらに高精度で測定できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、被測定物は、ガラスに限らず、めっきなどの薄膜、金属、セラミック等でもよい。
本発明において、被測定物の移送、触針の移動、測定などの工程は、手動で行っても自動で行ってもよい。例えば、特開２００３−２２８４３６号公報に記載の自動化装置と組み合わせて、自動で行ってもよい。また、被測定物を移送する際に、特開平１１−２３２０６号公報に示すようなアームを用いてもよい。

本発明の一実施形態に係る厚み測定装置の全体斜視図である。 前記実施形態に係る厚み測定装置のベース部の拡大正面図である。 前記実施形態に係るベース部の分解斜視図である。 前記実施形態に係るステージの部分拡大面図である。 前記実施形態に係る厚み測定装置の移動触針の原点を設定する手順を説明するための図である。 前記実施形態に係る厚み測定装置のステージの傾斜を調整する手順を説明するための図である。 本発明の従来例に係る触針式厚み測定装置の拡大正面図である。 前記従来例に係る触針式厚み測定装置の移動触針の原点を設定する手順を説明するための図である。

符号の説明

１ 厚み測定装置
１０ ベース部
１２ ステージ移動装置
１３ ステージ傾斜調整装置
１４ ステージ
１４１ 固定触針
１４２ 支持突起
２２１ スピンドル（移動触針）
２２２ ダイヤルゲージ本体（触針移動装置）
２２３ 表示部（測定装置）

Claims (9)

1. 固定触針を有するベース部と、このベース部の固定触針に対向配置された移動触針と、前記ベース部に設けられ前記移動触針を前記固定触針に接近、離隔させる触針移動装置と、この移動触針の移動距離を測定する測定装置と、を備える厚み測定装置であって、
   前記ベース部は、ステージと、前記移動触針の移動方向に対して交差する方向に前記ステージを移動可能なステージ移動装置と、を有することを特徴とする厚み測定装置。
2. 請求項１に記載の厚み測定装置において、
   前記固定触針および移動触針の先端部は、略球面であることを特徴とする厚み測定装置。
3. 請求項１または２に記載の厚み測定装置において、
   前記ステージは、前記固定触針とともに被測定物を支持する支持突起をさらに備えることを特徴とする厚み測定装置。
4. 請求項３に記載の厚み測定装置において、
   前記支持突起は、２つであり、前記固定触針とともに３点で被測定物を支持することを特徴とする厚み測定装置。
5. 請求項３または４に記載の厚み測定装置において、
   前記ステージは、前記ステージ移動装置に着脱可能であり、前記固定触針および前記支持突起の位置が異なる複数のステージの中から選択されたものであることを特徴とする厚み測定装置。
6. 請求項３から５のいずれかに記載の厚み測定装置において、
   前記支持突起の先端部は、略球面であることを特徴とする厚み測定装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の厚み測定装置において、
   前記ベース部は、前記ステージの傾斜角度を変更可能なステージ傾斜調整装置をさらに有することを特徴とする厚み測定装置。
8. 固定触針を有するベース部と、このベース部の固定触針に対向配置された移動触針と、前記ベース部に設けられ前記移動触針を前記固定触針に接近、離隔させる触針移動装置と、この移動触針の移動距離を測定する測定装置と、を備える厚み測定装置を用いて、被測定物の厚みを測定する厚み測定方法であって、
   前記固定触針に前記移動触針を当接させて、前記移動触針の原点を設定する原点設定手順と、
   前記固定触針と前記移動触針との間に前記被測定物を挟み込む被測定物挟み込み手順と、
   前記測定部で、前記移動触針の前記原点からの移動距離を測定する移動距離測定手順と、を含み、
   前記原点設定手順では、前記移動触針の移動方向に対して交差する方向に前記固定触針を移動させることにより、前記固定触針を前記移動触針の移動方向の延長線上に配置して、前記固定触針の位置を補正することを特徴とする厚み測定方法。
9. 請求項８に記載の厚み測定方法において、
   前記原点設定手順では、前記固定触針の傾斜角度を変更することにより、前記固定触針の姿勢を調整することを特徴とする厚み測定方法。

Images