JP2011033451A - 突出形状測定装置および突出形状測定方法およびプログラム - Google Patents
突出形状測定装置および突出形状測定方法およびプログラム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】測定対象の突部の突出形状を容易かつ精度良く測定する。
【解決手段】ロータリーダイカッター10のダイカットロール20の刃型22の突出形状を測定する突出形状測定装置1は、ロータリーダイカッター10が載置された走査ステージ16をダイカットロール20の回転軸線Nの軸線方向に移動させる駆動装置14と、走査時に変位計11から逐次出力される変位出力Yおよび受光量LIの走査位置xに応じた変化を検出する変位出力取得部52および受光量取得部53と、受光量LIが最大の走査位置xでの変位出力Yにより刃型22の刃先突出高さを検出する突出高さ算出部54と、走査位置xに応じた受光量LIの変化に係る状態量の検出値と、刃型22の刃先幅および状態量をパラメータとして作成したモデルデータとを比較し、状態量の検出値に対応するモデルデータから刃先幅を検出する突出幅算出部55とを備える。
【選択図】図1
Description
このロータリーダイカッターでは、ダイカットロールの刃型は、突出方向先端側に向かうことに伴い近接する一対の側壁部と突出方向先端で突出方向に直交するように延在する刃先平坦部とを備えて構成され、高速輪郭切断工具としての所望の加工精度および寿命を確保するために、刃型の刃先平坦部の幅(刃先幅)および高さ(刃先突出高さ)などの突出形状を精度良く測定する必要がある。
例えば接触式変位計による刃先突出高さの測定では、ダイカットロールの軸線方向での所望の走査速度による高速の走査時に測定範囲の長さ(例えば、数百mmなど)に起因した走査運動誤差の増大などにより測定誤差が増大してしまうと共に接触式変位計により刃型が損傷してしまう虞がある。しかも、接触式変位計では、刃先平坦部の小さい刃先幅(例えば、数10μmなど)を精度良く測定するために必要とされる所望の分解能を確保することが困難である。
また、例えばカメラの撮像では、所望の精度を確保することが困難であると共に、煩雑な画像処理が必要となって測定に要する時間が嵩むという問題が生じる。
しかも、測定対象に対して非接触で突出高さを検出可能であり、変位計と測定対象との相対移動を高速としても、運動誤差に起因する検出精度の低下を防止することができる。
しかも、反射波の強度の変化に係る状態量に対して検出値とモデルデータとを比較することから、例えば反射波の強度の変化自体に対して検出値とモデルデータとを比較する場合に比べて、より円滑かつ容易に比較を行なうことができ、突出幅の検出精度および検出結果の信頼性を向上させることができる。
しかも、反射波の強度の変化に係る状態量に対して検出値とモデルデータとを比較することから、例えば反射波の強度の変化自体に対して検出値とモデルデータとを比較する場合に比べて、より円滑かつ容易に比較を行なうことができ、突出幅の検出精度および検出結果の信頼性を向上させることができる。
しかも、複数の異なる状態量の検出値の数を増大させることに伴い、突部の突出幅および電磁波の照射範囲の大きさの検出精度および検出結果の信頼性を向上させることができる。
しかも、測定対象に対して非接触で突出高さを検出可能であり、変位計と測定対象との相対移動を高速としても、運動誤差に起因する検出精度の低下を防止することができる。
しかも、反射波の強度の変化に係る状態量に対して検出値とモデルデータとを比較することから、例えば反射波の強度の変化自体に対して検出値とモデルデータとを比較する場合に比べて、より円滑かつ容易に比較を行なうことができ、突出幅の検出精度および検出結果の信頼性を向上させることができる。
しかも、反射波の強度の変化に係る状態量に対して検出値とモデルデータとを比較することから、例えば反射波の強度の変化自体に対して検出値とモデルデータとを比較する場合に比べて、より円滑かつ容易に比較を行なうことができ、突出幅の検出精度および検出結果の信頼性を向上させることができる。
しかも、複数の異なる状態量の検出値の数を増大させることに伴い、突部の突出幅および電磁波の照射範囲の大きさの検出精度および検出結果の信頼性を向上させることができる。
しかも、測定対象に対して非接触で突出高さを検出可能であり、変位計と測定対象との相対移動を高速としても、運動誤差に起因する検出精度の低下を防止することができる。
しかも、反射波の強度の変化に係る状態量に対して検出値とモデルデータとを比較することから、例えば反射波の強度の変化自体に対して検出値とモデルデータとを比較する場合に比べて、より円滑かつ容易に比較を行なうことができ、突出幅の検出精度および検出結果の信頼性を向上させることができる。
しかも、反射波の強度の変化に係る状態量に対して検出値とモデルデータとを比較することから、例えば反射波の強度の変化自体に対して検出値とモデルデータとを比較する場合に比べて、より円滑かつ容易に比較を行なうことができ、突出幅の検出精度および検出結果の信頼性を向上させることができる。
しかも、複数の異なる状態量の検出値の数を増大させることに伴い、突部の突出幅および電磁波の照射範囲の大きさの検出精度および検出結果の信頼性を向上させることができる。
この突出形状測定装置1は、例えば図1に示すように、測定対象に電磁波を照射し、この電磁波の反射波に基づき、反射位置までの距離を検出する変位計として、例えばレーザ光を電磁波として用いるレーザ式変位計などの変位計11と、変位計11から出力されるデータを処理する処理装置12と、制御装置13と、制御装置13により制御され、ロータリーダイカッター10と変位計11とを相対移動させる駆動装置14と、ステージ15とを備えて構成されている。
なお、変位計11はレーザ式変位計に限定されず、レーザ光の代わりに他の電磁波を用いる変位計であってもよい。
なお、この電極シートS(金属箔)の厚さStは、例えばSt=数10μmとされ、電極シートS(金属箔)の幅Swは、例えばSw=数百mmとされている。
そして、ロータリーダイカッター10は、各回転軸線M、Nの軸線方向に延びる多段円柱状をなすダイカットロール20およびアンビルロール30と、ハウジング40とを備えて構成されている。
また、刃先平坦部24の高さ、つまりダイカットロール20の外周面20Aからの刃型22の突出高さ(刃先突出高さ)Hは、例えば数10mmなどに形成されている。
また、概略正方形状の刃型22の軸線方向の長さは、例えば数百mmなどに形成されている。
さらに、変位計固定部材17は、手動などにより鉛直方向(Z方向)に移動可能な移動ステージ17aを備え、変位計11は移動ステージ17a上に固定されている。
そして、ロータリーダイカッター10のダイカットロール20の刃型22の突出形状が測定される場合には、ロータリーダイカッター10は、各回転軸線M、Nの軸線方向が走査ステージ16の移動方向(つまりX方向)に平行となるようにして、走査ステージ16上に載置され、変位計11はダイカットロール20の外周面20Aに対向配置される。
受光素子45は、例えば1次元のPSD(光位置センサ:Position Sensitive Detector)などであって、光の受光位置に応じた2つの光電流I1,I2を出力する。この受光位置は、例えば変位計11から測定対象での反射光の反射位置までの距離に応じて変化することから、2つの光電流I1,I2の組み合わせに応じて反射位置を検出可能である。
なお、例えば図5に示す変位計11は、測定対象で反射される反射光のうち、特に正反射成分を受光するセンサ構造を有しており、測定対象に対向配置される変位計11の対向方向に対して所定の照射角度θ(0<θ<90°)が設定されている。
変位計11は、受光素子45から出力される2つの光電流I1,I2に基づき、例えば下記数式(1)に示すように、所定係数k1,k2により、変位計11から反射光の反射位置までの距離に係る変位出力Yと、反射光の受光量LIとを算出し、これらの算出結果の信号を出力する。
例えばダイカットロール20の適宜の回転位置θにおけるX方向の適宜の位置xでの刃型22の刃先突出高さh(x,θ)に対して、変位計11の変位出力mは、例えば下記数式(2)に示すように、各誤差e1,e2,e3に係る誤差e1(θ),x・e2(θ),e3(x)を含んでいる。
この測定対象物60は、例えばロータリーダイカッター10のダイカットロール20の軸線方向の長さLと同一の軸線方向長さを有する円筒部材などであって、軸線方向が走査ステージ16の移動方向(つまりX方向)に平行となるようにして、走査ステージ16上に載置される。
先ず、例えば図8(A)に示す第1の測定によれば、例えば下記数式(5)に示すように、X方向の適宜の位置xでの一方の変位計11(P1)の出力m1(x)は、測定対象物60の一方の直線部の形状f(x)と、走査ステージ16の移動真直度誤差e3(x)とを含み、他方の変位計11(P2)の出力m2(x)は、測定対象物60の他方の直線部の形状g(x)と、走査ステージ16の移動真直度誤差e3(x)とを含む。
次に、走査ステージ16上で測定対象物60の配置を軸線方向に対して180°だけ回転させて配置状態を変更した後において、例えば図8(B)に示す第2の測定によれば、例えば下記数式(6)に示すように、X方向の適宜の位置xでの一方の変位計11(P1)の出力m1(x)´は、測定対象物60の他方の直線部の形状g(x)と、走査ステージ16の移動真直度誤差e3(x)とを含み、他方の変位計11(P2)の出力m2(x)´は、測定対象物60の一方の直線部の形状f(x)と、走査ステージ16の移動真直度誤差e3(x)とを含む。
受光量取得部53は、走査時つまりロータリーダイカッター10が載置された走査ステージ16をX方向に移動させた状態で変位計11から逐次出力される受光量LIを取得し、誤差検出部51により検出された各誤差(例えば、各誤差e1,e2,e3など)を補正し、補正後の受光量LIを出力する。
例えば図9(A)に示すように、楕円形のレーザスポットの長径2rが刃先幅に比べて小さい場合には、刃先平坦部24に対応する走査位置xにおいて、変位出力Yおよび受光量LIが一定となる。この場合には、この変位出力Yの一定値が刃先突出高さに対応する値として、また、変位出力Yが一定値となる走査位置xの幅が刃先幅に対応する値として検出される。
一方、例えば図9(B)に示すように、楕円形のレーザスポットの長径2rが刃先幅に比べて大きい場合には、刃先平坦部24に対応する走査位置xであっても変位出力Yは単調減少傾向に変化する。
つまり、レーザスポットSが刃先幅に比べて大きい場合に変位出力Yが走査位置xに対して単調減少傾向に変化することは、レーザスポットSにおける光量分布がガウス分布に近似されること、および、変位出力Yおよび受光量LIがレーザスポットの重心Scに対して算出されること、および、レーザスポットの重心Scと刃先平坦部24での実際の照射領域の重心Rcとが相違することに起因している。そして、レーザスポットの重心Scと刃先平坦部24での実際の照射領域の重心Rcとが一致する場合に、走査位置xに応じて変化する受光量LIが最大値となる。
次に、受光量LIが最大値LImaxとなる走査位置Xaに対応する変位出力Yaを取得する。具体的には、走査位置Xa周辺での走査位置xに応じた変位出力Yのデータを適宜の関数によりフィッティングし、この関数から走査位置xaに対応する変位出力Yaを取得する。
突出幅算出部55は、例えば図15から検出される50%受光量幅T(50)の検出値に対応する刃先幅を、例えば図16に示す50%受光量幅T(50)と刃先幅とによる2次元のモデルデータから取得する。
そして、このような刃先幅とスポット長辺半径rとによる2次元のデータを、複数の異なる状態量の検出値、例えば最大値LImaxの25%、50%、90%の各値に対応する2つの走査位置間の距離(受光量幅)である25%受光量幅T(25)、50%受光量幅T(50)、90%受光量幅T(90)などに対して形成する。これにより、例えば図20に示すように、複数の異なる状態量の検出値毎に対して、刃先幅とスポット長辺半径rとによる2次元のデータが形成される。これらの複数の2次元のデータは、例えば図15に示す同一のデータ(つまり、走査位置xに応じた受光量LIの変化)に基づき検出された複数の異なる状態量に対応するものであることから、刃先幅とスポット長辺半径rとの適宜の組み合わせにおいて、互いに一致することになる。突出幅算出部55は、この一致点(例えば、図20での一致点P)でのスポット長辺半径rおよび刃先幅を検出する。
そして、ステップS03においては、走査ステージ16をX方向に移動させた状態で変位計11から逐次出力される変位出力Yおよび受光量LIを取得し、移動真直度誤差e3などの誤差を補正し、補正後の変位出力Yおよび受光量LIを記憶する。
この判定結果が「NO」の場合には、上述したステップS03に戻る。
一方、この判定結果が「YES」の場合には、ステップS05に進む。
そして、ステップS06においては、受光量LIのデータにフィッティングされた関数から受光量LIの最大値LImaxおよび最大値LImaxに対応する走査位置xaを取得する。
そして、ステップS08においては、取得した変位出力Yaを刃型22の刃先突出高さとする。
そして、ステップS10においては、複数の異なる状態量の検出値毎に対して、刃先幅とスポット長辺半径rとによる2次元のモデルデータ(マップ)をシミュレーションにより演算する。
そして、複数のモデルデータ(マップ)同士間において、刃先幅およびスポット長辺半径rの対応関係が一致する一致点でのスポット長辺半径rおよび刃先幅を検出し、エンドに進む。
しかも、変位計11のレーザスポットSの大きさが測定対象に設けられた突部の大きさ(例えば、ダイカットロール20の刃型22の刃先幅)よりも大きい場合であっても、突出形状を精度良く検出することができ、走査速度を高速としても、運動誤差に起因する検出精度の低下を防止することができる。
なお、上述した本実施の形態においては、駆動装置14によってロータリーダイカッター10を移動させるとしたが、これに限定されず、各変位計11をX方向に移動させてもよい。
また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記憶されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
11 変位計
14 駆動装置(移動手段)
16 走査ステージ(移動手段)
20 ダイカットロール(測定対象)
22 刃型(突部)
51 誤差検出部(移動真直度誤差算出手段)
52 変位出力取得部(変化検出手段、補正手段)
53 受光量取得部(変化検出手段、強度変化検出手段、補正手段)
54 突出高さ算出部(突出高さ検出手段)
55 突出幅算出部(突出幅検出手段)
Claims (15)
- 測定対象に設けられた突部の突出形状を測定する突出形状測定装置であって、
前記突部の突出方向に平行な方向において前記測定対象に対して対向配置され、前記測定対象に照射した電磁波の反射波に基づき、前記反射波の反射位置との間の距離および前記反射波の強度を検出し、検出結果の信号を出力する変位計と、
前記変位計と前記測定対象とを前記突出方向に直交する方向に相対移動させる移動手段と、
前記移動手段による前記相対移動の実行時に前記変位計から出力される前記信号に基づき、前記変位計と前記突部との相対位置の変化に応じた前記距離および前記強度の変化を検出する変化検出手段と、
前記変化検出手段により検出された前記相対位置の変化に応じた前記距離および前記強度の変化に基づき、前記強度が最大の前記相対位置での前記距離により前記突部の突出高さを検出する突出高さ検出手段と
を備えることを特徴とする突出形状測定装置。 - 前記変化検出手段により検出された前記相対位置の変化に応じた前記強度の変化に係る状態量の検出値と、少なくとも前記突部の突出幅および前記状態量をパラメータとして作成したモデルデータとを比較し、前記状態量の検出値に対応する前記モデルデータから前記突部の突出幅を検出する突出幅検出手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の突出形状測定装置。
- 測定対象に設けられた突部の突出形状を測定する突出形状測定装置であって、
前記突部の突出方向に平行な方向において前記測定対象に対して対向配置され、前記測定対象に照射した電磁波の反射波に基づき、前記反射波の反射位置との間の距離および前記反射波の強度を検出し、検出結果の信号を出力する変位計と、
前記変位計と前記測定対象とを前記突出方向に直交する方向に相対移動させる移動手段と、
前記移動手段による前記相対移動の実行時に前記変位計から出力される前記信号に基づき、前記変位計と前記突部との相対位置の変化に応じた前記強度の変化を検出する強度変化検出手段と、
前記強度変化検出手段により検出された前記相対位置の変化に応じた前記強度の変化に係る状態量の検出値と、少なくとも前記突部の突出幅および前記状態量をパラメータとして作成したモデルデータとを比較し、前記状態量の検出値に対応する前記モデルデータから前記突部の突出幅を検出する突出幅検出手段と
を備えることを特徴とする突出形状測定装置。 - 前記モデルデータは前記突部の突出幅と前記電磁波の照射範囲の大きさと前記状態量とをパラメータとして作成され、
前記突出幅検出手段は、複数の異なる所定の前記状態量の検出値に対応する複数の前記モデルデータ同士間において前記突部の突出幅と前記電磁波の照射範囲の大きさとの対応関係が一致する場合での前記突部の突出幅を検出することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の突出形状測定装置。 - 前記移動手段による前記相対移動の移動真直度誤差を算出する移動真直度誤差算出手段と、
前記移動真直度誤差算出手段により検出された前記移動真直度誤差に基づき、前記移動手段による前記相対移動の実行時に前記変位計から出力される前記信号を補正する補正手段とを備えることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1つに記載の突出形状測定装置。 - 測定対象に設けられた突部の突出形状を測定する突出形状測定方法であって、
前記突部の突出方向に平行な方向において前記測定対象に対して対向配置され、前記測定対象に照射した電磁波の反射波に基づき、前記反射波の反射位置との間の距離および前記反射波の強度を検出し、検出結果の信号を出力する変位計と、前記測定対象とを前記突出方向に直交する方向に相対移動させる移動ステップと、
前記移動ステップによる前記相対移動の実行時に前記変位計から出力される前記信号に基づき、前記変位計と前記突部との相対位置の変化に応じた前記距離および前記強度の変化を検出する変化検出ステップと、
前記変化検出ステップにより検出された前記相対位置の変化に応じた前記距離および前記強度の変化に基づき、前記強度が最大の前記相対位置での前記距離により前記突部の突出高さを検出する突出高さ検出ステップと
を含むことを特徴とする突出形状測定方法。 - 前記変化検出ステップにより検出された前記相対位置の変化に応じた前記強度の変化に係る状態量の検出値と、少なくとも前記突部の突出幅および前記状態量をパラメータとして作成したモデルデータとを比較し、前記状態量の検出値に対応する前記モデルデータから前記突部の突出幅を検出する突出幅検出ステップを含むことを特徴とする請求項6に記載の突出形状測定方法。
- 測定対象に設けられた突部の突出形状を測定する突出形状測定方法であって、
前記突部の突出方向に平行な方向において前記測定対象に対して対向配置され、前記測定対象に照射した電磁波の反射波に基づき、前記反射波の反射位置との間の距離および前記反射波の強度を検出し、検出結果の信号を出力する変位計と、前記測定対象とを前記突出方向に直交する方向に相対移動させる移動ステップと、
前記移動ステップによる前記相対移動の実行時に前記変位計から出力される前記信号に基づき、前記変位計と前記突部との相対位置の変化に応じた前記強度の変化を検出する強度変化検出ステップと、
前記強度変化検出ステップにより検出された前記相対位置の変化に応じた前記強度の変化に係る状態量の検出値と、少なくとも前記突部の突出幅および前記状態量をパラメータとして作成したモデルデータとを比較し、前記状態量の検出値に対応する前記モデルデータから前記突部の突出幅を検出する突出幅検出ステップと
を含むことを特徴とする突出形状測定方法。 - 前記モデルデータは前記突部の突出幅と前記電磁波の照射範囲の大きさと前記状態量とをパラメータとして作成され、
前記突出幅検出ステップは、複数の異なる所定の前記状態量の検出値に対応する複数の前記モデルデータ同士間において前記突部の突出幅と前記電磁波の照射範囲の大きさとの対応関係が一致する場合での前記突部の突出幅を検出することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の突出形状測定方法。 - 前記移動手段による前記相対移動の移動真直度誤差を算出する移動真直度誤差算出ステップと、
前記移動真直度誤差算出ステップにより検出された前記移動真直度誤差に基づき、前記移動手段による前記相対移動の実行時に前記変位計から出力される前記信号を補正する補正ステップとを含むことを特徴とする請求項6から請求項9の何れか1つに記載の突出形状測定方法。 - コンピュータを、測定対象に設けられた突部の突出形状を測定する手段として機能させるためのプログラムであって、
前記突部の突出方向に平行な方向において前記測定対象に対して対向配置され、前記測定対象に照射した電磁波の反射波に基づき、前記反射波の反射位置との間の距離および前記反射波の強度を検出し、検出結果の信号を出力する変位計と、前記測定対象とを前記突出方向に直交する方向に相対移動させる移動手段と、
前記移動手段による前記相対移動の実行時に前記変位計から出力される前記信号に基づき、前記変位計と前記突部との相対位置の変化に応じた前記距離および前記強度の変化を検出する変化検出手段と、
前記変化検出手段により検出された前記相対位置の変化に応じた前記距離および前記強度の変化に基づき、前記強度が最大の前記相対位置での前記距離により前記突部の突出高さを検出する突出高さ検出手段と
して機能させることを特徴とするプログラム。 - コンピュータを、
前記変化検出手段により検出された前記相対位置の変化に応じた前記強度の変化に係る状態量の検出値と、少なくとも前記突部の突出幅および前記状態量をパラメータとして作成したモデルデータとを比較し、前記状態量の検出値に対応する前記モデルデータから前記突部の突出幅を検出する突出幅検出手段として機能させることを特徴とする請求項11に記載のプログラム。 - コンピュータを、測定対象に設けられた突部の突出形状を測定する手段として機能させるためのプログラムであって、
前記突部の突出方向に平行な方向において前記測定対象に対して対向配置され、前記測定対象に照射した電磁波の反射波に基づき、前記反射波の反射位置との間の距離および前記反射波の強度を検出し、検出結果の信号を出力する変位計と、前記測定対象とを前記突出方向に直交する方向に相対移動させる移動手段と、
前記移動手段による前記相対移動の実行時に前記変位計から出力される前記信号に基づき、前記変位計と前記突部との相対位置の変化に応じた前記強度の変化を検出する強度変化検出手段と、
前記強度変化検出手段により検出された前記相対位置の変化に応じた前記強度の変化に係る状態量の検出値と、少なくとも前記突部の突出幅および前記状態量をパラメータとして作成したモデルデータとを比較し、前記状態量の検出値に対応する前記モデルデータから前記突部の突出幅を検出する突出幅検出手段と
して機能させることを特徴とするプログラム。 - 前記モデルデータは前記突部の突出幅と前記電磁波の照射範囲の大きさと前記状態量とをパラメータとして作成され、
前記突出幅検出手段は、複数の異なる所定の前記状態量の検出値に対応する複数の前記モデルデータ同士間において前記突部の突出幅と前記電磁波の照射範囲の大きさとの対応関係が一致する場合での前記突部の突出幅を検出することを特徴とする請求項12または請求項13に記載のプログラム。 - コンピュータを、
記移動手段による前記相対移動の移動真直度誤差を算出する移動真直度誤差算出手段と、
前記移動真直度誤差算出手段により検出された前記移動真直度誤差に基づき、前記移動手段による前記相対移動の実行時に前記変位計から出力される前記信号を補正する補正手段として機能させることを特徴とする請求項11から請求項14の何れか1つに記載のプログラム。
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