JP2009092486A - 平面度測定装置および平面度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定機構（測定子）などに振動や機械的歪みが生じても、正確に被測定材の平面度を測定することができる平面度測定装置および測定方法を提供すること。
【解決手段】被測定材３の表面の変位を測定する第一の変位測定手段１１と、表面の平行度および／または表面のプロフィールが既知である標準プレート１５ａと、標準プレート１５ａの表面の変位を測定する第二の変位測定手段１２と、を備え、第一の変位測定手段１１と前記第二の変位測定手段１２は一体的に結合しており、第一の変位測定手段１１による被測定材３の表面の変位の測定と前記第二の変位測定手段１２による標準プレート１５ａの表面に変位の測定とは同時に行うことができるとともに、前記第一の変位測定手段１１の測定値に前記第二の変位測定手段の測定値１２を加算および／または減算し、該加算結果または該減算結果から被測定材３の平面度を算出する平面度演算手段をさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面度測定装置および平面度測定方法に関するものであり、詳しくは、レーザなどによって、ワークの表面の平面度を測定する平面度測定装置および平面度測定方法に関するものである。

鋼材などの被測定材の表面の平行度を測定する装置および方法としては、たとえばレーザ干渉計方式の平面度測定装置および測定方法が用いられている（特許文献１参照）。レーザ干渉計方式の平面度測定装置および測定方法は、レーザの光路長の変化に対応する干渉縞の変化から変位を測定することにより、被測定材の平面度を測定するというものである。レーザ干渉計方式の平面度測定装置および測定方法によれば、高精度に被測定材の平面度を測定することができる。

しかしながら、レーザ干渉計方式による平面度測定装置および測定方法は、クリーンルーム内などの、特定の環境下でしか用いることができないものがある。また、レーザ干渉計方式による平面度測定装置には、測定レンジ（測定面の広さ、高さ方向の測定範囲）などに制限があることがある。このほか、レーザ干渉計方式による平面度測定装置は、一般的に高価である。

被測定材の平面度を測定する平面度測定装置としては、変位計がＸ−Ｙステージに装着された構成のものがある（特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６参照）。このような構成の平面度測定装置においては、この変位計によって変位（すなわち被測定材の表面の凹凸）を測定することにより、被測定材の平面度を測定することができる。

平面度の測定の精度を向上を図る構成としては、たとえば特許文献５に記載のような構成がある。特許文献５に記載の構成は、面内移動部の誤差を補正するための補正ユニットを備え、この補正手段が被測定材との真の距離を演算することにより、測定精度の向上を図るものである。また、Ｘ軸方向とＹ軸方向に移動できる測定機構を備える構成において、測定治具の熱膨張による測定誤差や機械的な誤差を排除して精密な測定ができるような計算を行うものがある。

このような構成によれば、被測定材の平面度を精度よく測定することができる。しかしながらこれらの測定装置および測定方法においては、Ｘ−Ｙステージの振動（すなわち測定機構の振動）などの影響による誤差が考慮されていない。このため、測定機構と被測定材との間の距離が（時間的に）変化することがある。したがって、Ｘ−Ｙステージなどに振動が生じると、測定誤差が生じるおそれがある。また、ステージ自体に機械的な歪みが生じると、測定結果に悪影響を与えるおそれもある。

特開２００６−０２３２６３号公報 特開２００５−０２５６９４号公報 特開２００３−２１４８４３号公報 特開２００１−３３０４３０号公報 特開２００１−２８９６２２号公報 特開２００１−１５９５１５号公報

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、測定機構（測定子）などに振動や機械的歪みが生じても、正確に被測定材の平面度を測定することができる平面度測定装置および測定方法を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、被測定材の表面の変位を測定する第一の変位測定手段と、表面の平行度および／または表面のプロフィールが既知である標準プレートと、該標準プレートの表面の変位を測定する第二の変位測定手段と、を備え、前記第一の変位測定手段と前記第二の変位測定手段は一体的に結合しており、前記第一の変位測定手段による被測定材の表面の変位の測定と前記第二の変位測定手段による標準プレートの表面に変位の測定とは同時に行うことができるとともに、前記第一の変位測定手段の測定値に前記第二の変位測定手段の測定値を加算および／または減算し、該加算結果または該減算結果から被測定材の平面度を算出する平面度演算手段をさらに備えること要旨とするものである。

ここで、前記第二の変位測定手段は前記標準プレートに対向するように配設されるとともに、前記第一の変位測定手段の測定方向は、前記第二の変位測定手段の測定方向と１８０°異なる方向であることが好ましい。

また、前記標準プレートは光エネルギを透過できる材料からなり、第一の変位測定手段と第二の変位測定手段の測定方向は同じであり、第一の変位測定手段は標準プレートを透過して被測定材の表面の変位を測定できるものであってもよい。

また、前記標準プレートは、特定の波長の光エネルギを反射できるように表面処理が施してなり、前記第一の変位測定手段は前記特定の波長とは異なる波長の光エネルギを照射して前記標準プレートを透過して前記被測定材の表面の変位を測定できるとともに、前記第二の変位測定手段は、前記特定の波長の光エネルギを照射して前記標準プレートの前記表面処理が施された面の変位を測定できることが好ましい。

ここで、前記第一の変位測定手段および第二の変位測定手段には、レーザ式変位計が適用できる。

本発明は、第一の変位測定手段によって被測定材の表面の変位を行うと同時に、第二の変位測定手段によって表面の平行度および／または表面のプロフィールが既知である標準プレートの表面の変位を測定し、平面度演算手段によって、前記第一の変位測定手段の測定値に前記第二の変位測定手段の測定値を加算または減算し、該加算結果または減算結果から被測定材の平面度を算出することを要旨とするものである。

本発明によれば、第一の変位測定手段と第二の変位測定手段の振動などによる変位は相殺されるから、測定誤差を少なくすることができ、平面度を正確に測定することができる。

以下に、本発明の各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第一実施形態にかかる平面度測定装置１ａの要部の構成を、模式的に示した外観斜視図である。図１に示すように、本発明の第一実施形態にかかる平面度測定装置１ａは、第一の変位測定手段１１と、第二の変位測定手段１２と、Ｘ軸スライダ１３と、Ｙ軸スライダ１４と、標準プレート１５ａと、被測定材載置台１６と、を備える。

第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２は、それぞれ対象物（それぞれ被測定材３と標準プレート１５ａ）の表面の変位を測定することができる。具体的には、たとえばレーザ式の変位計が適用できる。レーザ変位計のレーザとしては、たとえば青色レーザ（波長：４０８ｎｍ）や赤色レーザ（波長：６７０ｎｍ）などが適用できる。そして、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２には同じ変位計が適用でき、背中合わせに（すなわち、第一の変位測定手段と第二の変位測定手段とでは、測定方向が１８０°異なるように）一体的に結合される。このため、それぞれ反対向きにレーザを照射して所定の対象物の表面の変位を測定することができる。そして、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とは、一体的に結合されているから、一体的に変位や振動をする。

Ｘ軸スライダ１３、Ｙ軸スライダ１４は、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２との結合体を、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させることができる。これらＸ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４には、サーボモータなどで駆動する公知の各種スライダが適用できる。したがって、詳細な説明は省略する。

標準プレート１５ａは、既知の平面度または既知の表面プロフィールを有する面をもつ部材である。そしてこの既知の平面度又は既知の表面プロフィールを有する面が、第二の変位測定手段１２に対向するように（すなわち、第二の変位測定手段１２によって、その表面の変位が測定できるように）設けられる。この標準プレート１５ａには、各種定盤やセラミックプレートなどが適用できる。なお、この標準プレート１５ａは、表面の平面度又は表面プロフィールが既知な部材であればよく、材質、材料は限定されるものではない。この標準プレート１５ａは、図略のフレームなどに固定される。

被測定材載置台１６は、平面度の測定対象である被測定材３を載置するための台である。この被測定材載置台１６は、被測定材３が載置された状態において、載置された被測定材３と標準プレート１５ａとが、平行に対向するように構成される。この被測定材載置台１６も、図略のフレームなどに固定される。なお、この被測定材載置台１６は、載置された被測定材３をＺ軸方向に移動させることができる。この被測定材載置台１６には、公知の各種Ｚ軸ステージ（高さを調整できるステージ）などが適用できる。

このように、本発明の第一実施形態にかかる平面度測定装置１ａは、Ｘ−Ｙ平面に平行に標準プレート１５ａ（の既知の平面度又は既知の表面プロフィールを有する面）が配設されるとともに、被測定材３も、その測定対象面がＸ−Ｙ平面に平行になるように、被測定材載置台１６に載置することができる。

そして、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とが、標準プレート１５ａと被測定材載置台１６（すなわち被測定材３）との間に配設され、Ｘ−Ｙ平面に平行な面内を移動することができる。したがって、第一の変位測定手段１１は、被測定材載置台１６に載置された被測定材３の表面の変位を、たとえばＸ軸方向に走査しつつ測定することができる。一方、第二の変位測定手段１２は、標準プレート１５ａの表面の変位を走査しつつ測定することができる。なお、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２は、同時に被測定材３または標準プレート１５ａの表面の変位の測定を行うことができる。

図２は、本発明の第一実施形態にかかる平面度測定装置１ａの構成を模式的に示したブロック図である。本発明の第一実施形態にかかる平面度測定装置１ａは、さらに、第一の記憶手段１７と、第二の記憶手段１８と、平面度演算手段１９と、出力手段２０とを備える。

第一の記憶手段１７は、第一の変位測定手段１１から得られた被測定材３の表面の変位を記憶することができる。第二の記憶手段１８は、第二の変位測定手段１２から得られた標準プレート１５ａの表面の変位を測定することができる。平面度演算手段１９は、第一の記憶手段１７と第二の記憶手段１８に記憶される被測定材３の表面の変位と標準プレート１５ａの表面の変位とを足し合わすことができる。換言するとこの平面度演算手段１９は、被測定材３の表面プロフィールと、標準プレート１５ａの表面プロフィールとを合成したプロフィールを計算することができる。これらの第一の記憶手段１７、第二の記憶手段１８、平面度演算手段１９、出力手段２０は、たとえば、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭやＲＯＭ）、表示装置などを備えるパーソナルコンピュータによって実現することができる。

出力手段２０は、平面度演算手段１９の計算結果を出力することができる。この出力手段には、前記パーソナルコンピュータの表示装置（ディスプレイ）やプリンタなどが適用できる。

本発明の第一実施形態にかかる平面度測定装置１ａを用いた平面度測定方法（すなわち本発明の第一実施形態にかかる平面度測定方法）は、次のとおりである。本発明の第一実施形態にかかる平面度測定方法は、振動を補正する段階と、ひずみを補正する段階とを有する。

『振動を補正する段階』においては、第一の変位測定手段１１および第二の変位測定手段１２の振動に起因する測定誤差を補正する。『ひずみを補正する段階』においては、Ｘ軸スライダやＹ軸スライダのひずみに起因するひずみを補正する。

まず、『振動を補正する段階』について説明する。図３は、第一の変位測定手段１１、第二の変位測定手段１２、標準プレート１５ａ、被測定材３の相互の位置関係を模式的に示した図である。図３中の矢印ａは、平面度測定時における第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２の理想的な軌跡を示す。矢印ｂは、平面度測定時においてＸ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４が振動した場合の第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２の軌跡を模式的に示す。

被測定材３の平面度を正確に測定するためには、第一の変位測定手段１１を、矢印ａに示すようにＸ−Ｙ平面内に平行な面内を移動させることが好ましい。すなわち、平面度測定時において、第一の変位測定手段１１はＺ軸方向に変位しないことが好ましい。しかしながら、実際には、Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４の振動などにより、第一の変位測定手段１１がＺ軸方向に変位することがある（図中の無印の矢印は、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２のＺ方向の振動を模式的に示すものである）。すなわち、第一の変位測定手段１１が、図３中の矢印ｂに示すような軌跡に沿って移動することがある。

図４（ａ）は、第一の変位測定手段１１が取得した、被測定材３の模式的な表面の変位を示し、図４（ｂ）は、第二の変位測定手段１２が取得した、標準プレート１５ａの模式的な表面の変位を示す。また、図４（ｃ）は、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２が取得した表面の変位を足し合わせた（合成した）変位を示す。

Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４に振動などが生じると、第一の変位測定手段１１から得られる被測定材３の表面の変位は、振動などが生じていない場合における変位（すなわち現実の表面の変位）に、振動などによる変位を加算した変位となる。同様に第二の変位測定手段１２から得られる標準プレート１５ａの表面の変位も、振動などが生じていない場合における表面の変位（すなわち現実の表面の変位）に、振動などによる変位を加算した距離となる。

第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とは一体的に結合されているから、Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４に振動などが生じた場合には、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２は一体的に変位する。すなわち、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２の変位量の絶対値は略等しい。そして、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とは背中合わせに配設されているから、第一の変位測定手段１１が被測定材３に近付く向きに変位すると、第二の変位測定手段１２は標準プレート１５ａから離れる向きに変位し、第一の変位測定手段１１が被測定材３から離れる向きに変位すると、第二の変位測定手段１２は標準プレート１５ａに近付く向きに変位する。

ここで、第一の変位測定手段１１については、被測定材３から離れる向きの変位をプラスの変位とし、第二の変位測定手段１２については、標準プレート１５ａから離れる向きの変位をマイナスの変位とする。そうすると、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２が振動などした場合における変位量の絶対値は略等しく、変位量のプラス・マイナスが逆になる。すなわち、第一の変位測定手段１１が被測定材３に対して＋ｎ（単位は高さ。ｍｍやμｍなど）だけ変位すると、第二の変位測定手段１２は標準プレート１５ａに対して−ｎ（単位は高さ。ｍｍやμｍなど）だけ変位することになる。

したがって、第一の変位測定手段１１が取得する被測定材３の表面の変位と、第二の変位測定手段１２が取得する標準プレート１５ａまでの距離を足し合わせると、振動などによる変位の分は打ち消しあってゼロになり、正確な合算値（すなわち現実の表面表面の変位の合算値）が得られる。前記のように、レーザとして波長が４０８ｎｍの青色レーザや、波長が６７０ｎｍの赤色レーザを適用すると、±１０μｍ程度の振動を相殺することができる。

そこで、平面度演算手段１９は、第一の変位測定手段１１から得られて第一の記憶手段１７に記憶される被測定材３の表面の変位と、第二の変位測定手段１２から得られて第二の記憶手段１８に記憶される標準プレート１５ａの表面の変位を足し合わせる。足し合わされた値は、前記のように、Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４の振動や歪みなどによる変位が相殺された値である。標準プレート１５ａの平面度（または表面プロフィール）は既知であるから、合算された値から標準プレート１５ａの表面の変位を差し引くと、Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４の振動やひずみなどによる変位の影響が除去された被測定材の表面の変位が算出される。

そして平面度演算手段１９は、このようにして算出された被測定材３までの表面の変位に基づいて、平面度を計算する。図５は、平面度の測定方法を模式的に示した斜視図である。平面度は、ＪＩＳ Ｂ０１８２−３２０によると、「平面でなければならない機械部分の表面の幾何学的平面からの狂いの大きさ。指定された測定面内で、その面上のすべての点が、面の代表平面に平行な二つの平面内にあり、かつ、この平面の間の距離が最小となるときの二つの面の間の距離で表す。この距離が許容値内にあるとき、この面は平面であると見なす。」と定義される。したがって、ここでは、図５に示すように、被測定材３の四隅のうちの３点（ａ、ｂ、ｃ）を通る平面を代表平面Ｈとし、この代表面Ｈに平行でかつ被測定材３の最も高い点を通る平面Ｈ_ｈと、この代表面Ｈに平行でかつ被測定材３の最も低い点を通る平面Ｈ_ｌとの範囲ｔをもって平面度とする。

したがって、平面度は、被測定材３の四隅のうちの３点の変位（すなわちＺ軸方向位置）と、被測定材３の表面変位（または表面プロフィール）から算出される。すなわち、被測定材３の各点において、測定された変位から代表平面の変位を差し引くと、各点における代表平面からの変位が算出される。この算出結果に基づいて、最も大きい変位と、最も小さい変位との差ｔを算出する。この値ｔが被測定材３のＺ方向の範囲であり、平面度となる。

次に『ひずみを補正する段階』について説明する。図６は、ひずみの補正を模式的に示した図であり、図６（ａ）は第一の変位測定手段１１および第二の変位測定手段１２のＸ軸方向の軌跡ｃを模式的に示した図、図６（ｂ）は、第一の変位測定手段１１により得られた変位を示した図、図６（ｃ）は第二の変位測定手段１２により得られた変位を示した図、図６（ｄ）は、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２の変位を合成（合算）した図であり、図６（ｂ）と図６（ｃ）の値を足し合わせた図である。

Ｘ軸スライダ１３のひずみによって、第一の変位測定手段１１および第二の変位測定手段１２の軌跡が直線にならない場合がある。このような場合には、第一の変位測定手段１１および第二の変位測定手段１２は、たとえば図６（ａ）に示すような軌跡ｃを描くことになる。そうすると、第二の変位測定手段１２から得られる変位（すなわち標準プレート１５ａまでの距離）は、図６（ｂ）に示すように円弧状の曲線となる。また、第一の変位測定手段１１から得られる変位（すなわち被測定材３までの距離）は、図６（ｃ）に示すように、第二の変位測定手段１２とは反対側に凸となるような（すなわち上下反対の）円弧状の曲線となる。

そして、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２から得られた変位を足し合わせても、図６（ｄ）に示すように曲線となる。そこで、この合算値（すなわちＺ軸方向の変位）がＸ軸方向の各位置において、理想的な直線（すなわち、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２の理想的な軌跡）からどの程度離れているかの『ずれ』をあらかじめ算出しておく。

そして、実際に測定された変位から、前記『ずれ』量を差し引く。そうすると、Ｘ軸スライダ１３のひずみによる測定誤差を相殺することができ、正確な測定を行うことができる。なお、Ｙ軸スライダ１４についても同様にずれの補正を行ってもよい。

このように、平面度は、Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４の振動やひずみなどによる変位の影響が除去された測定値に基づいて算出されることになる。したがって、誤差のないまたは誤差の少ない正確な平面度を計算することができる。

なお、標準プレート１５ａの傾きの度合があらかじめ分かっている場合、つまり、周知の測長センサ等を用いて基準面からの傾きが測定できている場合には、その値を差し引くことで、傾きを補正することができる。

次に、本発明の第二実施形態にかかる平面度測定装置１ｂおよび平面度測定方法について説明する。図７は、本発明の第二実施形態にかかる平面度測定装置１ｂの要部の構成を、模式的に示した外観斜視図である。

図７に示すように、本発明の第二実施形態にかかる平面度測定装置１ｂは、第一の変位測定手段１１と、第二の変位測定手段１２と、Ｘ軸スライダ１３と、Ｙ軸スライダ１４と、標準プレート１５ｂと、被測定材載置台１６と、を備える。なお、第一実施形態にかかる平面度測定装置１ａと共通する構成については、第一実施形態と同じ符号を付して示し、説明は省略する。

第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２は、それぞれ、対象物の表面の変位を測定することができる。たとえばレーザ式の変位計が適用できる。第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とは、一体的に固定されており、それぞれ同じ向きにレーザを照射して対象物（標準プレート１５ｂと被測定材３）までの距離を測定することができる。

標準プレート１５ｂは、既知の平面度または既知のプロフィールを有する面をもつ部材である。そして、既知の平面度または既知の表面プロフィールを有する面が、第二の変位測定手段１２に対向するように設けられる。この標準プレート１５ｂには、ガラスなどの透明な材料からなる部材が適用される。この標準プレート１５ｂは、図略のフレームなどに固定される。

このように、本発明の第二実施形態にかかる平面度測定装置１ｂは、Ｘ−Ｙ平面に平行となるように標準プレート１５ｂが設けられるとともに、Ｘ−Ｙ平面に平行となるように被測定材３を被測定材載置台１６に載置することができる。すなわち、本発明の第二実施形態にかかる平面度測定装置１ｂは、被測定材３が被測定材載置台１６に載置された状態において、標準プレート１５ｂの既知の平面度または既知の表面プロフィールを有する面と、被測定材３の測定面とが平行になるように構成される。

そして、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とが、被測定材載置台１６（すなわち被測定材３）と標準プレート１５ｂの上方に配設され、Ｘ−Ｙ平面内を移動することができる。第一の変位測定手段１１は、標準プレート１５ｂを透過して被測定材載置台１６に載置された被測定材３の表面の変位を測定することができる。一方、第二の変位測定手段１２は、標準プレート１５ｂの表面の変位を測定することができる。

このほか、本発明の第二実施形態にかかる平面度測定装置１ｂは、第一の記憶手段１７、第二の記憶手段１８、平面度演算手段１９、出力手段２０などを備えるが、これらは、第一実施形態にかかる平面度測定装置１ａと同じ構成が適用できるため、説明は省略する。

本発明の第二実施形態にかかる平面度測定装置１ｂを用いた平面度測定方法は、次のとおりである。

Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４に振動やひずみが生じると、第一の変位測定手段１１から得られる被測定材３までの距離は、被測定材３の本来の表面の変位に、振動などによる変位を加算した値となる。一方、第二の変位測定手段１２から得られる標準プレート１５ｂの表面の変位も、標準プレート１５ｂの本来の表面の変位に、振動などによる変位を加算した値となる。

第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とは一体的に結合されているから、Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４が振動などにより変位した場合において、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とは一体的に変位する。すなわち、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２の変位量は、絶対値も略等しく、変位の向きも同じである。

そこで、平面度演算手段１９は、第一の変位測定手段１１から得られて第一の記憶手段１７に記憶される被測定材３の表面の変位から、第二の変位測定手段１２から得られて第二の記憶手段１８に記憶される標準プレート１５ｂの表面の変位を差し引く演算処理を行う。

そうすると、平面度演算手段１９により演算された値は、Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４の振動や歪みによる測定誤差が打ち消された値となっている。すなわち前記のとおり、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とは一体的に結合されているから、Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４の振動や歪みによる測定誤差は、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とで同じ値となる。したがって、第一の変位測定手段１１から得られて第一の記憶手段１７に記憶される被測定材３の表面の変位から、第二の変位測定手段１２から得られて第二の記憶手段１８に記憶される標準プレート１５ｂの表面の変位を差し引くと、前記測定誤差も差し引かれ、測定誤差が打ち消される。

そして平面度演算手段１９は、このようにして算出された被測定材３の表面の変位に基づいて、被測定材３の表面の平面度を計算する。このように、平面度は、Ｘ軸スライダ１３やＹ軸スライダ１４の振動やひずみなどによる変位の影響が除去された測定値に基づいて算出されることになる。したがって、誤差のないまたは誤差の少ない正確な平面度を計算することができる。

なお、Ｘ軸スライダ１３のひずみの補正については、第一の実施形態と同じ構成が適用できる。したがって、説明は省略する。

次に、本発明の第三実施形態にかかる平面度測定装置１ｃおよび平面度測定方法について説明する。本発明の第三実施形態にかかる平面度測定装置１ｃおよび平面度測定方法は、本発明の第二実施形態にかかる平面度測定装置１ｂおよび平面度測定方法の変形形態である。したがって、第二の実施形態と異なる部分について説明し、共通する部分は説明を省略する。

標準プレート１５ｃは、既知の平面度または既知の表面プロフィールを有する面をもつ部材である。そして、既知の平面度または既知の表面プロフィールを有する面が、第二の変位測定手段１２に対向するように設けられる。この標準プレート１５ｃは、ガラスなどからなる透明な材料からなる。そして、既知の平面度または既知の表面プロフィールを有する面には、特定の波長の光エネルギを反射し、特定の波長の光エネルギは透過するような処理が施してある。たとえば、第二の変位測定手段１２に対向する側の表面に、誘導体反射膜がコーティングされてなる。この誘導体反射膜の厚さは、たとえば６００ｎｍ以上の波長のレーザ光を透過し、それ以下の波長のレーザ光を反射する厚みに設定される。

第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２は、それぞれ、対象物の表面の変位を測定することができる。たとえば、レーザ式の変位計が適用できる。そして、第一の変位測定手段１１が照射するレーザ光には、前記標準プレート１５ｃを透過することができる波長のレーザ光が適用される。たとえば波長が６７０ｎｍの赤色レーザが適用される。一方、第二の変位測定手段１２が照射するレーザ光には、標準プレート１５ｃの前記処理が施された表面で反射する波長のレーザ光が適用される。たとえば、波長が４０８ｎｍの青色レーザが適用される。すなわち、第一の変位測定手段１１が発するレーザ（赤色レーザ）は、前記誘導体反射膜を透過し、第二の変位測定手段１２が発するレーザ（青色レーザ）は、前記誘導体反射膜で反射する。

このような構成によれば、第一の変位測定手段１１は、標準プレート１５ｃの下方に配設される被測定材３の表面の変位を測定することができる。また、第二の変位測定手段１２は、標準プレート１５ｃの表面（前記処理が施された面）の変位を測定することができる。

このように、本発明の第三実施形態にかかる平面度測定装置１ｃは、Ｘ−Ｙ平面に平行となるように標準プレート１５ｃが設けられるとともに、Ｘ−Ｙ平面に平行となるように被測定材３を被測定材載置台１６に載置することができる。すなわち、本発明の第三実施形態にかかる平面度測定装置１ｃは、標準プレート１５ｃの既知の平面度または既知の表面プロフィールを有し、かつ特定の波長の光エネルギを反射する面と、被測定材３の測定面とが平行になるように構成される。

そして、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２とが、被測定材載置台１６（すなわち被測定材３）と標準プレート１５ｃの上方に配設され、Ｘ−Ｙ平面内を移動することができる。第一の変位測定手段１１は、標準プレート１５ｃを透過して被測定材載置台１６に載置された被測定材３の表面の変位を測定することができる。一方、第二の変位測定手段１２は、標準プレート１５ｃの表面（前記処理が施された面）の変位を測定することができる。

本発明の第三実施形態にかかる平面度測定装置１ｃを用いた平面度測定方法は、第二実施形態にかかる平面度測定方法と略同じであるので、説明は省略する。第三実施形態にかかる平面度測定装置１ｃにおいては、標準プレート１５ｃと被測定材３とが比較的近接して配設されることになる。このため、第二の変位測定手段１２の測定レンジが広い場合、受光したレーザが被測定材３の表面で反射したものか、標準プレート１５ｃの表面で反射したものかの区別が困難となる場合がある。しかしながら、前記のように標準プレート１５ｃの表面に誘導体反射膜がコーティングされてなると、第二の変位測定手段１２から発せられたレーザ光（青色レーザ）は、標準プレート１５ｃの表面で確実に反射する。したがって、第二の変位測定手段１２の測定レンジが広い場合であっても、適切な測定を行うことができる。

このように、本発明の第三実施形態にかかる平面度測定装置１ｃとこれを用いた平面度測定方法（すなわち本発明の第二実施形態にかかる平面度測定方法）によれば、第一実施形態または第二実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

以上、本発明の各種実施形態および実施例について説明したが、本発明は、前記実施形態または実施例に何ら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることはいうまでもない。

本発明の第一実施形態にかかる平面度測定装置の要部の構成を模式的に示した外観斜視図である。 本発明の第一実施形態にかかる平面度測定装置の構成を示したブロック図である。 第一の変位測定手段、第二の変位測定手段、標準プレート、被測定材の相互の位置関係を模式的に示した図であり、矢印ａは、平面度測定時における第一の変位測定手段と第二の変位測定手段の理想的な軌跡を示し、矢印ｂは、平面度測定時においてＸ軸スライダやＹ軸スライダが振動した場合の第一の変位測定手段と第二の変位測定手段の軌跡を模式的に示す。 （ａ）は、第一の変位測定手段が取得した被測定材の模式的な表面の変位を示し、（ｂ）は、第二の変位測定手段が取得した標準プレートの模式的な表面の変位を示し、（ｃ）は、第一の変位測定手段と第二の変位測定手段が取得した表面の変位を足し合わせた（合成した）変位を示す。 平面度の測定方法を模式的に示した斜視図である。 ひずみの補正を模式的に示した図であり、（ａ）は第一の変位測定手段１１および第二の変位測定手段１２のＸ軸方向の軌跡を模式的に示した図、（ｂ）は、第一の変位測定手段１１により得られた変位を示した図、（ｃ）は第二の変位測定手段１２により得られた変位を示した図、（ｄ）は、第一の変位測定手段１１と第二の変位測定手段１２の変位を合成（合算）した図である。 本発明の第二実施形態にかかる平面度測定装置の要部の構成を、模式的に示した外観斜視図である。

符号の説明

１ａ 第一実施形態にかかる平面度測定装置
１１ 第一の変位測定手段
１２ 第二の変位測定手段
１３ Ｘ軸スライダ
１４ Ｙ軸スライダ
１５a 第一実施形態にかかる平面度測定装置の標準プレート
１６ 被測定材載置台
１７ 第一の記憶手段
１８ 第二の記憶手段
１９ 平面度演算手段
２０ 出力手段
３ 被測定材

Claims (6)

1. 被測定材の表面の変位を測定する第一の変位測定手段と、表面の平行度および／または表面のプロフィールが既知である標準プレートと、該標準プレートの表面の変位を測定する第二の変位測定手段と、を備え、前記第一の変位測定手段と前記第二の変位測定手段は一体的に結合しており、前記第一の変位測定手段による被測定材の表面の変位の測定と前記第二の変位測定手段による標準プレートの表面に変位の測定とは同時に行うことができるとともに、前記第一の変位測定手段の測定値に前記第二の変位測定手段の測定値を加算および／または減算し、該加算結果または該減算結果から被測定材の平面度を算出する平面度演算手段をさらに備えることを特徴とする平面度測定装置。
2. 前記第二の変位測定手段は前記標準プレートに対向するように配設されるとともに、前記第一の変位測定手段の測定方向は、前記第二の変位測定手段の測定方向と１８０°異なる方向であることを特徴とする請求項１に記載の平面度測定装置。
3. 前記標準プレートは光エネルギを透過できる材料からなり、第一の変位測定手段と第二の変位測定手段の測定方向は同じであり、第一の変位測定手段は標準プレートを透過して被測定材の表面の変位を測定できることを特徴とする請求項１に記載の平面度測定装置。
4. 前記標準プレートは、特定の波長の光エネルギを反射できるように表面処理が施してなり、前記第一の変位測定手段は前記特定の波長とは異なる波長の光エネルギを照射して前記標準プレートを透過して前記被測定材の表面の変位を測定できるとともに、前記第二の変位測定手段は、前記特定の波長の光エネルギを照射して前記標準プレートの前記表面処理が施された面の変位を測定できることを特徴とする請求項３に記載の平面度測定装置。
5. 前記第一の変位測定手段および第二の変位測定手段は、レーザ式変位計であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の平面度測定装置。
6. 第一の変位測定手段によって被測定材の表面の変位を行うと同時に、第二の変位測定手段によって表面の平行度および／または表面のプロフィールが既知である標準プレートの表面の変位を測定し、平面度演算手段によって、前記第一の変位測定手段の測定値に前記第二の変位測定手段の測定値を加算または減算し、該加算結果または減算結果から被測定材の平面度を算出することを特徴とする平面度測定方法。

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