JP2009074931A

JP2009074931A - 二次元座標測定機

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Publication number: JP2009074931A
Application number: JP2007244214A
Authority: JP
Inventors: Naoki Hatakeyama; 直樹畠山; Yukihito Suma; 幸仁須磨
Original assignee: Sokkia Topcon Co Ltd
Current assignee: Sokkia Topcon Co Ltd
Priority date: 2007-09-20
Filing date: 2007-09-20
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-20
Also published as: JP5017034B2

Abstract

【課題】Ｘ軸フレームの両端にサーボモータを備えた二次元座標測定機において、Ｘ軸フレームのヨーイング角に起因する測定座標の誤差が出ないようにする。
【解決手段】測定物を載置するテーブル（２１）と、測定物上の測定点を検出する検出器（１８）と、検出器を軸方向に移動可能に支持するＸ軸フレーム（１４）と、Ｘ軸フレームの両端にそれぞれ設けられたＹ軸移動用のサーボモータと、検出器及びＸ軸フレームの動作を制御するとともに測定点の位置を算出する演算制御部とを備えた二次元座標測定機において、テーブルの４隅にはそれぞれマーク（Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４）が付されており、演算制御部は、設置調整直後のマークと、サーボモータをサーボロックした直後のマークの座標を算出して、Ｘ軸フレームのヨーイング角（δ）を算出し、このヨーイング角を用いて測定座標の補正を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、測定物上の測定点の座標を高精度に測定できる二次元座標測定機に関する。

集積回路やプリント配線板の製造に使用されるフォトマスクは、微細なパターンがフィルムに焼付け形成されていて、その寸法形状を高精度に保つ必要性がある。ところで、フィルムに焼き付けられているこの種のパターンは、使用する前に、その寸法及び形状が設計図面と正確に一致しているかどうかの検査が行なわれる。

この検査には、例えば、下記特許文献１に開示されているような二次元座標測定機が用いられる。このような二次元座標測定機では、図１に示したように、基台１０上に載置したガラス製のテーブル２１上にフォトマスク等の測定物を載置し、テーブル２１の下方又は落射照明から照明光を照射し、測定物の上面側に、ＣＣＤカメラ等の検出器１８を設置し、検出器１８により透過光を受光して、パターンの形状や寸法を高精度に測定できる。

上述した検出器１８は、二次元座標測定機に固定した直交座標系のＸ軸に平行なＸ軸フレーム１４上をスライド可能になっている。また、Ｘ軸フレーム１４は、Ｘ軸と直交するＹ軸と平行な一対のガイドレール１２にガイドされてＹ軸方向へも移動可能になっている。こうして、検出器１８は、テーブル２１上の任意の点へ自在に移動可能になっている。

Ｘ軸とＹ軸とを正確に直交させるためには、二次元座標測定機の最初の設置調整時に、従来基準の直交パターンのガラス板をテーブル２１の上に置き、前記直交パターンを機械座標軸のＸ軸又はＹ軸に一致させ、検出器１８をＸ軸又はＹ軸に沿って移動させて、機械座標軸のＸ軸又はＹ軸と直交パターンとの差を検出して、この差を調整することにより、直交度を調整していた。

なお、前述の二次元座標測定機では、Ｘ軸フレーム１４を移動させるＹ軸駆動部１６は、モータ１６ａで駆動されるボールねじ１６ｂと、このボールねじ１６ｂに螺合するとともにＸ軸フレーム１４の下部に設けられた連結板３０とからなる。これに対して、最近では、Ｘ軸フレーム１４の両端それぞれにリニアモータ等のサーボモータを設置して、Ｘ軸フレーム１４を移動可能にしたものも出てきた。
特許第２８８９０８３号公報

ところで、前述の直交パターンのガラス板（原板）で直交度を調整する方法は、原板の作成に多大な費用がかかり、そのガラス板の設置時にも再度調整しなければならないことから、時間とコストがかかる。また、Ｘ軸フレーム１４の両端それぞれにリニアモータ等のサーボモータを設置した二次元座標測定機では、検出器１８を原点復帰（イニシャライズ）させて、Ｙ軸移動用のサーボモータをサーボロックし、検出器１８をＸ軸フレーム１４に沿って移動させると、図２に示したように、そのときのＸ軸フレーム１４の真のＸ軸からのヨーイング角（水平面内での揺動角）δをそれ以後保持することになる。このヨーイング角δは、極めて小さな角度であるが、Ｘ軸フレーム１４とＹ軸方向との直交度又はＸ軸フレーム１４と真のＸ軸方向の平行度が変化して、Ｘ軸フレーム１４が真のＸ軸からずれるので、高精度が要求される最近の二次元座標測定機では、ヨーイング角δに起因する測定座標の誤差が無視できない問題となってきた。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、Ｘ軸フレームの両端にサーボモータを備えた二次元座標測定機において、Ｘ軸フレームのヨーイング角に起因する測定座標の誤差が出ないようにすることを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、測定物を載置するテーブルと、前記測定物上の測定点を検出する検出器と、該検出器を軸方向に移動可能に支持するＸ軸フレームと、該Ｘ軸フレームをＹ軸方向に移動させるため前記Ｘ軸フレームの両端にそれぞれ設けられたサーボモータと、前記検出器及び前記Ｘ軸フレームの動作を制御するとともに前記測定点の位置を算出する演算制御部とを備えた二次元座標測定機において、前記テーブルには少なくとも２つのマークが付されており、前記演算制御部は、前記二次元座標測定機の設置調整直後に前記マークの座標を算出して記憶しておき、前記サーボモータをサーボロックした直後にも前記マークの座標を算出しておき、測定物上の測定点の座標を算出する際には、少なくとも２つのマークの座標の前記設置調整直後と前記サーボロック直後の変化から、Ｘ軸フレームの真のＸ軸方向からのヨーイング角を算出し、該ヨーイング角を用いて測定座標の補正を行うことを特徴とする。

請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、前記テーブルの４隅には、それぞれマークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４が付されており、前記演算制御部は、測定物の測定点の座標を算出する際には、前記設置調整後における２つのマークＭ_１、Ｍ_２の座標Ｐ_１、Ｐ_２を通る直線のＸ軸となす角α_１と、前記調整直後における別の２つのマークＭ₃、Ｍ_４の座標Ｐ_３、Ｐ_４を通る直線のＸ軸とからなす角α_２と、前記角α_１とα_２の平均αと、前記サーボロック直後における２つのマークＭ_１、Ｍ_２の座標Ｑ_１、Ｑ_２を通る直線のＸ軸となす角β_１と、前記サーボロック直後における別の２つのマークＭ_３、Ｍ_４の座標Ｑ_３、Ｑ_４を通る直線のＸ軸となす角β_２と、前記角β_１とβ_２の平均βと、Ｘ軸フレームの真のＸ軸方向からのヨーイング角β−αを順次算出し、該ヨーイング角β−αを用いて測定座標の補正をすることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項１又は２に係る発明において、前記各マークは、大小２つの十字線からなることを特徴とする。

請求項１に係る発明の二次元座標測定機によれば、テーブルには少なくとも２つのマークが付されているので、この二次元座標測定機の設置調整直後とサーボロック直後に、これらのマークの座標を測定することにより、サーボロック直後のＸ軸フレームの真のＸ軸方向からのヨーイング角を算出して、該ヨーイング角を用いて測定座標の補正を行うことができるので、Ｘ軸フレームのヨーイング角に起因する測定座標の誤差を取り除くことができる。しかも、テーブルにマークを付す以外には、演算制御部の行う処理プログラムを若干変更するだけであるから、極めて安価に本発明を実施できる。

請求項２に係る発明の二次元座標測定機によれば、さらに、テーブルの４隅には、それぞれマークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４が付されており、演算制御部は、測定物の測定点の座標を算出する際には、二次元座標測定機の設置調整直後における２つのマークＭ_１、Ｍ_２の座標Ｐ_１、Ｐ_２を通る直線のＸ軸となす角α_１と、前記設置調整直後における別の２つのマークＭ₃、Ｍ_４の座標Ｐ_３、Ｐ_４を通る直線のＸ軸となす角α_２と、前記角α_１とα_２の平均αと、サーボロック直後における２つのマークＭ_１、Ｍ_２の座標Ｑ_１、Ｑ_２を通る直線のＸ軸となす角β_１と、前記サーボロック直後における別の２つのマークＭ_３、Ｍ_４の座標Ｑ_３、Ｑ_４を通る直線のＸ軸となす角β_２と、前記角β_１とβ_２の平均βと、Ｘ軸フレームの真のＸ軸方向からのヨーイング角β−αを順次算出し、該ヨーイング角β−αを用いて測定座標の補正をするから、角α_１とα_２の平均αと角β_１とβ_２の平均βをとったことにより、温度変化によるテーブルの膨張収縮による測定座標の誤差を小さくできる。

請求項３に係る発明の二次元座標測定機によれば、さらに、大きな十字線を迅速に検出して、小さな十字線で正確な座標を求めることができるので、迅速に高精度な測定が可能になる。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、添附図面を参照して詳細に説明する。
まず、図３〜図５を参照して、本発明の第１の実施例に係る二次元座標測定機について説明する。図３は、この二次元座標測定機の平面図である。図４は、前記二次元座標測定機のテーブルに付されたマークを説明する図である。図５は、前記二次元座標測定機の原理を説明する図である。

この二次元座標測定機は、図３に示したように、従来のものと同様にＸ軸フレーム１４をＹ軸方向に移動させるものであるが、Ｘ軸フレーム１４の両端には、それぞれＹ軸移動用のサーボモータとして図示しないリニアモータを備えている。また、テーブル２１の４隅には、Ｘ軸フレーム１４の真のＸ軸方向からのずれ角であるヨーイング角δを検出器１８で検出するためのマークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４が付されている。さらに、この二次元座標測定機は、Ｘ軸フレーム１４及び検出器１８の動作を制御するとともに、検出器１８で捉えた画像から測定物上の測定点の位置を算出するための図示しない演算制御部（ＣＰＵ）を備えている。この演算制御部は、後述するように、Ｘ軸フレーム１４の真のＸ軸方向となすヨーイング角δを算出して、Ｘ軸フレーム１４に生じたヨーイング角δによる測定座標の誤差を補正することも行っている。

テーブル２１の４隅に付されたマークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４は、図４に示したように、テーブル２１の４隅に設けられた丸孔３０内にカラス製の鍔３２のついた円筒３４を下側から挿入して、円筒３４の上面３６に十字線３８をクロム蒸着によって付着させることによって形成される。十字線３８の表面はテーブル２１の表面より、わずかに内側にされる。なお、これらのマークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４は、必ずしも十字線にする必要はなく、三角形、正方形等、中心等の特定位置を算出できる形状であれば、任意の形状と色が可能である。また、これらのマークは、正確に位置決めする必要はなく、単純にテーブル２１表面に目印を付着させるだけでもよい。

この二次元座標測定機では、最初にＸ軸フレーム１４を真のＸ軸に平行に設置調整した直後に、図５の（Ａ）に示したように、各マークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４の基準位置としての座標Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を算出して、これらの座標Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を演算制御部に記憶する。そして、マークＭ_１、Ｍ_２の座標Ｐ_１、Ｐ_２から、マークＭ_１、Ｍ_２を通る直線のＸ軸方向からなす角α_１を算出する。同様に、マークＭ_３、Ｍ_４の座標Ｐ_３、Ｐ_４から、マークＭ_３、Ｍ_４を通る直線のＸ軸方向からなす角α_２を算出する。そして、角α_１と角α_２の平均αを求める。平均をとるのは、温度変化等によるテーブル２１の熱膨張等による誤差を軽減するためである。

測定物の測定に際しては、まず、検出器１８を原点復帰させてＹ軸移動用のサーボモータをサーボロックした直後に、検出器１８をＸ軸に沿って移動させて、図５の（Ｂ）に示したように、各マークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４の座標Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、Ｑ_４を算出する。そして、マークＭ_１、Ｍ_２の座標Ｑ_１、Ｑ_２から、マークＭ_１、Ｍ_２を通る直線のＸ軸方向からなす角β_１を算出する。同様に、マークＭ_３、Ｍ_４の座標Ｑ_３、Ｑ_４から、座標Ｑ_３、Ｑ_４を通る直線のＸ軸方向からなす角β_２を算出する。そして、角β_１と角β_２の平均βを求める。本実施例では、予め角α_１と角α_２を求めて、この平均αを求めているが、この段階で、角α_１と角α_２を求めて、この平均αを求めてもよい。

演算制御部は、Ｘ軸フレーム１４が真のＸ軸と平行であること前提にして、前述の角α_１、α_２、β_１、β_２を算出している。このことから、二次元座標測定機の設置調整直後の２つのマークを結ぶ直線とＸ軸フレーム１４とのなす角の平均がαであり、サーボロック後の２つのマークを結ぶ直線とＸ軸フレーム１４とのなす角の平均がβであることが分かる。さらに、二次元座標測定機の設置調整直後には、Ｘ軸フレーム１４が真のＸ軸と平行になっているから、サーボロック後には、Ｘ軸フレーム１４がヨーイング角δ＝β−αだけ真のＸ軸からずれていることも分かる。

したがって、この二次元座標測定機で得られた測定座標については、Ｘ軸フレーム１４がヨーイング角δ＝β−αだけ真のＸ軸からずれているとして、測定座標の補正を行うことによって、正確な座標を算出することができる。

本実施例によれば、前述したように、サーボロック直後にＸ軸フレーム１４の真のＸ軸方向からのヨーイング角δ＝β−αを算出しておき、該ヨーイング角δを用いて測定座標の補正を行うので、Ｘ軸フレーム１４のヨーイング角δに起因する測定座標の誤差を取り除くことができる。また、テーブル２１にマークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４を付す以外には、演算制御部の行う処理プログラムを若干変更するだけであるから、極めて安価に本実施例を実施できる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例では、テーブル２１の４隅に付された各マークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４が、図６に示したように、上面３６に大小２つの十字線３８ａ、３８ｂを設けた円筒３４からなる。本実施例では、Ｘ軸に平行に２つの十字線３８ａ、３８ｂを配列するか、Ｙ軸に平行に２つの十字線３８ａ、３８ｂを配列する。もちろん、２つの十字線３８ａ、３８ｂは、その他の適当な配置であってもよい。ここで、大きい十字線３８ａはサーチ用であり、小さい十字線３８ｂは座標測定用である。この他は、前記第１の実施例と同じである。本実施例によれば、大きな十字線３８ａを迅速に検出して、小さな十字線３８ｂで正確な座標を求めることができ、迅速に高精度な測定が可能になる。

ところで、本発明は前記実施例に限られるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、前記実施例では、テーブル２１の４隅にマークを付したが、定温室に設置されていて、温度変化によるテーブル２１の熱膨張を無視できる場合には、マークは測定のじゃまにならない適宜位置に２つ付すだけでもよい。

従来の二次元座標測定機の斜視図である。従来の二次元座標測定機のＸ軸フレームの両端にリニアモータを備えたものの問題を説明する図である。本発明の第１の実施例に係る二次元座標測定機の平面図である。前記二次元座標測定機のテーブルに付されたマークを説明する図である。前記二次元座標測定機の原理を説明する図である。本発明の第２の実施例に係る二次元座標測定機のテーブルに付されたマークを説明する図である。

符号の説明

１４Ｘ軸フレーム
１８検出部
２１テーブル
３８十字線
Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４マーク
Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４設置調整直後のマークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４の座標
Ｑ_１、Ｑ_２、Ｑ_３、Ｑ_４Ｙ軸移動用サーボモータのサーボロック直後のマークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４の座標
ＸＸ軸
ＹＹ軸
α_１設置調整直後のＸ軸と座標Ｐ_１、Ｐ_２を結ぶ直線のなす角
α_２設置調整直後のＸ軸と座標Ｐ_３、Ｐ_４を結ぶ直線のなす角
α α_１とα_２の平均
β_１Ｙ軸移動用サーボモータのサーボロック直後のＸ軸と座標Ｑ_１、Ｑ_２を結ぶ直線のなす角
β_２Ｙ軸移動用サーボモータのサーボロック直後のＸ軸と座標Ｑ_３、Ｑ_４を結ぶ直線のなす角
β β_１とβ_２の平均
δ ヨーイング角

Claims

測定物を載置するテーブルと、前記測定物上の測定点を検出する検出器と、該検出器を軸方向に移動可能に支持するＸ軸フレームと、該Ｘ軸フレームをＹ軸方向に移動させるため前記Ｘ軸フレームの両端にそれぞれ設けられたサーボモータと、前記検出器及び前記Ｘ軸フレームの動作を制御するとともに前記測定点の位置を算出する演算制御部とを備えた二次元座標測定機において、
前記テーブルには少なくとも２つのマークが付されており、
前記演算制御部は、前記二次元座標測定機を設置調整直後に前記マークの座標を算出して記憶しておき、前記サーボモータをサーボロックした直後にも前記マークの座標を算出して記憶しておき、測定物の測定点の座標を算出する際には、少なくとも２つのマークの座標の前記設置調整直後と前記サーボロック直後の変化から、Ｘ軸フレームの真のＸ軸方向からのヨーイング角を算出し、該ヨーイング角を用いて測定座標の補正を行うことを特徴とする二次元座標測定機。
前記テーブルの４隅には、それぞれマークＭ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４が付されており、
前記演算制御部は、測定物の測定点の座標を算出する際には、前記設置調整直後における２つのマークＭ_１、Ｍ_２の座標Ｐ_１、Ｐ_２を通る直線のＸ軸となす角α_１と、前記設置調整後における別の２つのマークＭ₃、Ｍ_４の座標Ｐ_３、Ｐ_４を通る直線のＸ軸とからなす角α_２と、前記角α_１とα_２の平均αと、前記サーボロック直後における２つのマークＭ_１、Ｍ_２の座標Ｑ_１、Ｑ_２を通る直線のＸ軸となす角β_１と、前記サーボロック直後における別の２つのマークＭ_３、Ｍ_４の座標Ｑ_３、Ｑ_４を通る直線のＸ軸となす角β_２と、前記角β_１とβ_２の平均βと、Ｘ軸フレームの真のＸ軸方向からのヨーイング角β−αを順次算出し、該ヨーイング角β−αを用いて測定座標の補正をすることを特徴とする請求項１に記載の二次元座標測定機。
前記各マークは、大小２つの十字線からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次元座標測定機。