JP2586633Y2 - 平面度測定機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、ガラス、金属、または
セラミックスなどの角盤や円盤の平面度を測定する装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より平面度測定機としては、オプチ
カルフラットや三次元測定機が用いられていた。オプチ
カルフラットを用いる方法は、図４に示すように、定盤
３１上に被測定物Ａを載置し、該被測定物Ａの上方に全
面を覆うように平面度の高いガラス（オプチカルフラッ
ト）３２を真空密着（リンキング）させることにより測
定する。このようにすると、両者間の隙間に応じた光の
干渉によって縞模様が現れ、その縞３３の本数や曲率半
径によって被測定物Ａの平面度を測定することができ
る。この方法により測定すると、容易に高精度の測定を
行うことができ、平面度を読み取る分解能は０．３μｍ
である。

【０００３】一方、三次元測定機は、図５に示すよう
に、定盤４１上にゲート型の支持体４２を配置し、該支
持体４２の一部である縦軸４３が定盤４１の前後方向に
自由に移動できるように構成し、かつ支持体４２のガイ
ド軸４４に枠型の移動体４５を軸着させて、移動体４５
が定盤４１の左右方向に移動できるように構成してなる
ものである。そして、上記移動体４５に上下方向に移動
可能としたセンサ４６を備えることにより、３軸方向に
自由に移動可能となるセンサ４６を被測定物に接触させ
ながら走行させることにより被測定物の形状などを測定
する。これにより、被測定物の各点のセンサ出力を得
て、その立体的な位置座標を記憶し、その値から平面度
を求めることもできる。

【０００４】また、二次元形状測定装置や干渉計を応用
した表面形状測定機等も使用されているが、これらは上
記オプチカルフラットや画像処理技術を応用してさらに
精度を向上させている装置であり、基本的構造は上記の
装置や原理と同様である。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】ところが、図４に示す
オプチカルフラット３２を使用して大型の被測定物Ａを
測定する場合、大型のオプチカルフラット３２は研磨が
困難で高精度加工に時間がかかり、非常に高価なものと
なるため、直径が１００ｍｍ程度の小型の被測定物Ａし
か測定できないという問題点があった。また、光の干渉
などの光学式の測定を行う場合には、被測定物Ａの材質
や表面形状、さらには反射率などの要因により縞３３の
現れ方に大きな違いが生じるために測定不可能な被測定
物があるという問題点もあった。

【０００６】一方、図５に示す三次元測定機は、大型の
被測定物に用いることができるが、支持体４２の縦軸４
３とガイド軸４４の真直精度が測定精度に大きく影響す
るため、製作上±３μｍ程度の測定精度が出てしまうと
いう問題点があった。また、三次元測定機は立体形状を
測定できる優れた測定機ではあるが、平面しか測定しな
い場合でも、穴間のピッチや直角度を測定するなどの余
分な付加機能が多く、装置が大がかりで複雑となるとい
う問題点もあった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案は、上記問題点に
鑑みてなされたものであり、被測定物の平面度を測定す
る平面度測定機において、被測定物を載置するための定
盤上に、高さ検出用センサを備えたフロートテーブルを
移動可能に配置し、該センサの上面に映像機を備えて成
り、上記フロートテーブルを定盤上で移動させて、セン
サで検出した被測定物の高さ信号と、映像機による測定
点の映像を画像処理装置により処理した平面上の位置信
号とにより平面度を測るようにしたものである。

【０００８】なお、高さ検出用センサとしては、接触型
あるいは非接触型センサのどちらでもよく、例えば、接
触型センサの場合にはプランジャー式やてこ式の差動ト
ランス方式のセンサがある。

【０００９】

【作用】本考案によれば、定盤上を移動可能としたフロ
ートテーブルに備えた高さ検出用センサを被測定物上で
移動させて、センサで検出した被測定物の高さ信号と、
映像機による測定点の映像を画像処理装置により処理し
た平面上の位置信号とにより得られたデータにより回帰
平面を求め、その最大値と最小値の差より平面度を求め
ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本考案の実施例を詳細に説明する。

【００１１】図１に示すように、平面度測定機は、定盤
１上に任意に移動自在なフロートテーブル２と被測定物
Ａを載置し、被測定物Ａの上方に測定点を映す映像機と
してＣＣＤカメラ３、そのカメラ３による測定点の映像
を平面上の位置（Ｘ−Ｙ方向）として検出するための画
像処理装置（不図示）を設けて構成されている。ここ
で、カメラ３は定盤１に固定された支柱４を上下自由に
移動する上下移動体５に取り付けてある。また、フロー
トテーブル２には延長棒６が固定され、その延長棒６の
先端には被測定物Ａの高さ（Ｚ方向）を検出するてこ式
の差動トランス方式のセンサ７を備え、後端にはセンサ
７の出力である高さを読み取るためのコード８がつなが
れている。

【００１２】そして、平面度測定機による測定方法は、
まず定盤１上のフロートテーブル２を手で移動させるこ
とにより、センサ７を被測定物Ａ上の予め設定されてい
る測定点に置き、センサ７の出力によって測定点の高さ
（Ｚ方向）を検出すると同時に、カメラ３により測定点
を映し、その測定点の映像を画像処理装置により測定点
の平面上の位置（Ｘ−Ｙ方向）として検出する。さらに
続けて、フロートテーブル２を手で移動させ、センサ７
を被測定物Ａ上の先に設定してある各測定点に置き、各
測定点の高さ（Ｚ方向）と平面上の位置（Ｘ−Ｙ方向）
の信号を記憶していく。そして、各測定点のデータから
回帰平面を求め、高さの最大値と最小値の差より平面度
を求めることができる。例えば、図２に示すように、円
盤状の被測定物Ａをてこ式の差動トランス方式のセンサ
７により測定する場合には、延長棒６の先端にネジ９な
どによりセンサ７を取り付け、センサ７の先端球１０を
被測定物Ａの目的とする各測定点に置いた時点で、セン
サ７により高さ（Ｚ方向）を検出し、かつ画像処理装置
により平面上の位置（Ｘ−Ｙ方向）を検出すればよい。

【００１３】このような平面度測定機によれば、既存の
技術であるカメラ３とそれにつながれている画像処理装
置、そしてセンサ７を使用して、平面度を求めることが
でき、簡単な装置で容易に測定することができる。さら
に、フロートテーブル２を手により移動させることがで
きるために、複雑な移動装置を一切必要としない測定機
となる。

【００１４】ここで、定盤１はムラナイトや斑糲岩に代
表されるような石やセラミックスを使用することが好ま
しいが、被測定物Ａの平面度の測定精度は定盤１の平面
度に大きく依存するために、高精度が要求される測定機
の場合には、平面度が１．０μｍ以下であることが好ま
しい。また、延長棒６は直径が小さくて長いためにステ
ンレス鋼などの材質が好ましいが、より高精度を追求す
る場合には剛性の高いセラミックスがより好ましい。

【００１５】さらに、上記フロートテーブル２は、定盤
１に傷を与えずに滑らかに移動できる材質から成り、手
で持ちやすい形状とすればよく、定盤１と接触する底面
部は高精度が要求される場合には、定盤１と同様に平面
度が１．０μｍ以下であることが好ましい。また、定盤
１との接触面積を小さくするために、フロートテーブル
２の底面部に溝を設けたり、あるいは底面部に平面度の
高い板を取り付けることにより、滑りを良くすることが
できる。

【００１６】そして、フロートテーブル２をより滑らか
に移動させ、かつ高精度の測定を行うようにするために
は、図３（ａ）の斜視図と（ｂ）の断面図に示すよう
に、角盤状のプレート部２１にバネ２２を介して枠型の
ガイド部２３を設け、プレート部２１にホース挿入孔２
４、空気噴出部２５、ホルダー２６を設けてフロートテ
ーブル２を構成することもできる。上記ホース挿入孔２
４は、プレート部２１の表面上に形成され、圧縮空気を
送出するためのホース２７をつなぐための孔であり、底
面部の空気噴出部２５とつながっている。また、ホルダ
ー２６は、プレート部２１の表面上に形成され、延長棒
６を固定するための挿入孔２８と延長棒６を固定するた
めのネジ溝２９が設けられてなる。

【００１７】上記のように構成されたフロートテーブル
２によると、ホース２７から圧縮空気を送られた場合
に、ホース挿入孔２４を通り、底面部の空気噴出部２５
へ空気が常時供給されるために、フロートテーブル２の
プレート部２１が浮上し、定盤１上を滑らかに移動する
ことができる。また、プレート部２１とガイド部２３間
にバネ２２を介することにより、ガイド部２３からの多
少の振動であればバネ２２が吸収するために、ガイド部
２３を手により移動させた場合でもプレート部２１は平
行に移動することとなり、測定精度に影響を与えずに済
むようになる。

【００１８】なお、プレート部２１はある程度の圧縮空
気により浮く程度の材質であればよいが、耐久性があ
り、かつ平面度の高いものとすることができる材質がよ
り好ましく、例えば、セラミックスなどがよい。また、
ガイド部２３は定盤１と接触して移動するため、定盤１
に傷を与えずに滑らかに移動できる材質が好ましく、例
えばセラミックスよりなり、かつ底面部の平面度を１．
０μｍ以下としたものがより好ましいが、定盤１との接
触面積を小さくするために、ガイド部２３の底面部に溝
を設けてもよい、あるいは図３（ｂ）の断面図に示すよ
うなガイド部２３の底面部にセラミックス等の材質より
なり、かつ平面度の高い補助板３０を取り付けることに
より、より滑らかな移動が可能となる。そして、ガイド
部２３、プレート部２１、またはホルダー部２６の高さ
は、被測定物Ａの高さに応じて好ましい高さのものを使
用すればよい。

【００１９】さらに、上記実施例では、プレート部２１
とガイド部２３の間にバネ２２を介しているが、ガイド
部２３を手で動かしてもプレート部２１に影響がないよ
うに構成されていればよく、例えば隙間にスポンジやゴ
ムなどの弾状体を介在させてもよい。また、上記実施例
では、角盤状のプレート部２１を使用したが、ホース挿
入孔２４、空気噴出部２５、ホルダー２６が備えられて
いればどのような形状でもよく、手で持ちやすい形状と
すればよい。

【００２０】実施例 ここで、上記実施例による平面度測定機を使用して、実
際に測定を行った。

【００２１】実施の際には、定盤１は横が１ｍ、縦が８
０ｃｍ、厚さが１０ｃｍ、平面度が１μｍのムラナイト
とし、フロートテーブル２は図３に示す構造のものと
し、全体の大きさは横が１０ｃｍ、縦が７ｃｍ、高さが
２ｃｍ、ガイド部２３の底面部の平面度が１μｍのアル
ミナセラミックスとし、延長棒６は長さが３０ｃｍ、直
径が３ｃｍのアルミナセラミックスとし、被測定物Ａと
して３０ｃｍ角、厚さ２ｃｍのガラスからなる角盤を使
用して、各測定点を３ｃｍ間隔に設定した。また、映像
機としては３６万画素のＣＣＤカメラ３を使用した。さ
らに、測定時にホース１１より４ｋｇｆ／ｃｍ² の圧縮
空気を送出して、プレート部２１を２０μｍを浮上させ
るようにした。

【００２２】測定の結果、カメラ３の位置分解能は約
０．５ｍｍであり、被測定物Ａが小さい場合はカメラ３
の位置を上下移動体５により下げることにより位置分解
能は向上し、例えば被測定物Ａが直径６０ｍｍの円盤を
測定した場合の位置分解能は約０．１ｍｍとなった。ま
た、センサ７の測定精度は±１．０μｍ以下となり、三
次元測定機よりも精度の良い測定を行えることがわかっ
た。さらに、定盤１の平面度をさらに高くすれば、それ
に比例して測定精度がよくなることがわかった。

【００２３】

【考案の効果】以上のように、本考案に係わる平面度測
定機によれば、被測定物を載置するための定盤上に、高
さ検出用センサを備えたフロートテーブルを移動可能に
配置し、該センサの平面上に映像機を備えて成り、上記
フロートテーブルを定盤上で移動させて、センサで検出
した被測定物の高さ信号と、映像機による測定点の映像
を画像処理装置により処理した平面上の位置信号とによ
り平面度を測定するようにしたことによって、複雑なシ
ステムや移動装置は一切必要とせず、かつ容易に平面度
を高精度に測定することができる平面度測定機を提供す
ることができる。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の平面度測定機を示す斜視図である。

【図２】本考案の平面度測定機のセンサ部分を示す一部
拡大平面図である。

【図３】（ａ）は本考案の平面度測定機の一部であるフ
ロートテーブルを示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の
Ｘ−Ｘ線断面図である。

【図４】（ａ）は従来のオプチカルフラットを用いた平
面度測定機を示す正面図であり、（ｂ）は平面図であ
る。

【図５】従来の三次元測定機を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，３１，４１：定盤 ２ ：フロートテーブル ３ ：カメラ ４ ：支柱 ５ ：上下移動体 ６ ：延長棒 ７，４６：センサ ８ ：コード ９ ：ネジ １０：先端球 ２１：プレート部 ２２：バネ ２３：ガイド部 ２４：ホース挿入孔 ２５：空気噴出部 ２６：ホルダー ２７：ホース ２８：挿入孔 ２９：ネジ溝 ３０：補助板 ３２：オプチカルフラット ３３：縞 ４２：支持体 ４３：縦軸 ４４：ガイド軸 ４５：移動体 Ａ ：被測定物

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物の平面度を測定する平面度測定機
   において、被測定物を載置するための定盤上に、高さ検
   出用センサを備えたフロートテーブルを移動可能に配置
   し、該センサの上面に映像機を備えて成り、上記フロー
   トテーブルを定盤上で移動させて、センサで検出した被
   測定物の高さ信号と、映像機による測定点の映像を画像
   処理装置により処理した平面上の位置信号とにより平面
   度を測定するようにしたことを特徴とする平面度測定
   機。