JP2696604B2 - 非接触式直径計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、棒状ワークの軸方向各ポイントでの直径を
連続的に、且つリアルタイムに計測する非接触式直径計
測装置に関する。

（従来の技術） 例えば、半導体分野において、単結晶引上装置によっ
て引き上げられた単結晶インゴット（アズグロン結晶）
の軸方向位置における直径はノギスを用いて計測されて
いた。

一方、単結晶引上装置では、引き上げ中の単結晶の直
径がイメージセンサーによって光学的に検出されてお
り、引き上げられた単結晶インゴットの直径実測データ
（ノギスによて計測されたデータ）は単結晶引上装置に
フィードバックされてイメージセンサーの調整（電圧の
零点調整等）に供されている。

しかしながら、上記計測方法では、計測する人によっ
て計測値にバラツキが生じ、信頼し得る高精度なデータ
が得られない。このことに加えて計測の能率が悪いため
にワークの軸方向位置における計測ポイント数を多くと
ることができず、計測データ不足のために直径の実測値
（ノギスによって計測された直径値）と単結晶引上装置
でのイメージセンサーによる直径検出値との誤差を詳細
に比較することができず、イメージセンサーの適切な調
整が不可能となって単結晶引上装置での単結晶の直径制
御を高精度に行なうことができなかった。

そこで、本出願人は第３図に示す測定原理を用いた非
接触式直径計測装置を先に提案した（特願平１−7165
9）。この装置は、ワーク受台106上にセットされた第３
図の紙面垂直方向に長い棒状ワークＷ（W₁,W₂,W₃,W₄）
の上下にイメージセンサー121、高周波蛍光灯から成る
発光部110をそれぞれ設置し、これらのイメージセンサ
ー121と発光部110を棒状ワークＷの軸方向（第３図の紙
面垂直方向）に一体的に移動させながら棒状ワークＷ
（以下、棒状ワークをワークと略記することがある）の
軸方向の各ポイントでの直径を非接触で連続的に、且つ
リアルタイムに計測するものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記直径計測装置においては、発光部
110がワークＷの下方に配されるため、ワークＷを透明
なガラス板100上にセットする必要があり、ガラス板100
の破損等を考慮すると直径の大きな重いワークをセット
してこれの直径を計測することができないばかりか、ガ
ラス板100の汚れ等に起因して計測値に誤差が生ずる等
の問題があった。

又、単一のイメージセンサー121を用いていたため、
特に大直径のワークの計測精度が悪いという問題もあっ
た。

更に、イメージセンサー121がワークＷの上方に設置
されているため、イメージセンサー121の焦点距離を一
定に保つために直径の異なるワークW₁,W₂,W₃,W₄に対し
て図示の距離ｌを一定に保つ必要があり、このためにワ
ーク受台106を各サイズのワークW₁,W₂,W₃,W₄毎に準備し
ておかねばならず、ワークＷの直径が異なる毎にワーク
受台106を交換しなければならず、作業能率が悪いとい
う問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的
とする処は、大直径で高重量のワークに対してもその直
径を高精度、且つ能率良く計測することができる非接触
式直径計測装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するべく本発明（請求項１）は、発光
部を案内・移動させる移動路と、光学式直径計測部を案
内・移動させる移動路とを、これらの移動路相互間に適
宜間隔をあけて互いに平行、且つ水平方向に設け、前記
一対の移動路間の所定位置に棒状ワークを前記一対の移
動路に平行にセットし、前記発光部と前記光学式直径計
測部とを前記一対の移動路に沿って一体的に移動させる
とともに、前記発光部からの光を前記光学式直径計測部
により受けて棒状ワークの直径を非接触、且つリアルタ
イムに計測する非接触式直径計測装置であって、前記光
学式直径計測部は上下方向に隔設した２個のイメージセ
ンサーを含んで構成し、棒状ワークを水平方向に載置し
て棒状ワーク処理工程間で搬送する搬送台車を前記一対
の移動路間に搬入することにより、棒状ワークを前記一
対の移動路間の所定位置に前記所定の姿勢でセットしう
るようにしたことを特徴とする非接触式直径計測装置で
ある。

この計測装置では、前記一対の移動路を、床上に載置
されるベースの上方に設けられたレールとし、前記ベー
スの上面には、前記一対のレールに平行で水平なガイド
を設け、前記搬送台車は、前記ガイドに案内されて前記
一対のレール間に搬入・搬出されるものとする（請求項
２）ことが好ましい。

（作用） 請求項１の非接触式直径計測装置では、光学式直径計
測部を、上下方向に隔設した２個のイメージセンサーを
含んで構成し、該イメージセンサーと発光部とを互いに
水平方向に対向させて設置し、発光部がワークの軸方向
に走査するように構成したので、従来の計測装置とは違
って、ワークを透明なガラス板上に載置する必要がな
く、従って大直径で高重量のワークであっても、その直
径を計測することができ、ガラス板の汚れ等に起因して
発生していた計測誤差の問題も解消する。

又、光学式直径計測部は上下２段のイメージセンサー
を用いた所謂２眼法によってワークの直径計測を行なう
ため、大直径のワークでもその直径を高精度に計測する
ことができる。そして、イメージセンサーはワークの軸
線に平行に移動して走査するため、ワークの直径が変わ
っても（例えば小直径ワークの直径計測から、大直径ワ
ークの直径計測に切り替えても）、各イメージセンサー
の焦点距離が常に一定に保たれ、従来とは違って、直径
の異なる各ワークに専用のワーク受台を用意する必要が
なく、ワークの直径が異なる毎にワーク受台を交換する
必要がなくなり、能率的に作業を進めることができる。

更に、請求項１の非接触式直径計測装置では、棒状ワ
ークを水平方向に載置して棒状ワーク処理工程間（ワー
クが例えば単結晶インゴットである場合には、例えば単
結晶引上装置と円筒研削装置との間）で搬送する搬送台
車を一対の移動路間（イメージセンサー・発光部間の対
向間隙）に搬入・セットすることにより、ワークを所定
位置に所定の姿勢で、すなわち一対の移動路に平行にセ
ットしうるようにしたため、ワークをその搬送装置（例
えば単結晶インゴットのローラコンベア）から、特別な
ハンドリング装置によりこの非接触式直径計測装置にセ
ットする面倒な操作が不要となり、ワークを載せた搬送
台車を所定位置に搬入・セットすれば、このままの状態
で直ちに直径計測操作を開始することができる。従っ
て、このことによっても計測作業の省力化、能率化を図
ることができる。これに加えて、棒状ワークを取り扱う
作業者の安全を確保することができるという、非常に有
用な効果も得られる。すなわち高重量の棒状ワーク（棒
状ワークが単結晶インゴットである場合、その重量は軽
いもので30kg、重いものでは100kg以上にも達する。）
を直径計測装置の所定部位にセットする場合、その作業
にはかなりの危険が伴うことは避けられなかったが、請
求項１の計測装置では、このような危険性はなく安全、
且つ能率良く上記セット作業を行なうことができる。

更に、請求項２の非接触式直径計測装置においては、
発光部および光学式直径計測部を、床上に載置されるベ
ースの上方に設けられた一対の水平レール上を移動する
ものとしたので、ワークの軸線に沿う発光部および光学
式直径計測部の移動を正確・円滑に行なうことができ
る。また、前記搬送台車を、前記ベース上面に設けた水
平ガイドで案内して前記一対の水平レール間に搬入・搬
出するようにしたので、搬送台車を簡単な操作で正確に
当該非接触式直径計測装置にセットすることができる。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明に係る非接触式直径計測装置の全体構
成を示す斜視図、第２図は同装置での直径計測原理を説
明するための図である。

先ず、第１図に基づいて非接触式直径計測装置の構成
を概説すると、図中、１は床上に設置されたベースであ
り、このベース１の上方には左右一対のレール2,3が互
いに平行、且つ水平に設置されている。又、ベース１の
上面には２本のガイド4,4が前記レール2,3の方向に沿っ
て互いに平行、且つ水平に形成されており、同ベース１
上にはキャスター付きの搬送台車５がガイド4,4に案内
されて両レール2,3の間に搬入、セットされている。そ
して、搬送台車５上にはワーク受台6,6を介して被測定
物たる丸棒状の単結晶インゴット（アズグロン結晶）Ｗ
が水平に載置されている。尚、単結晶インゴットＷは不
図示の単結晶引上装置によって引き上げられたものであ
る。又、前記ワーク受台6,6は板状部材からなるもの
で、その表面はワークの直径方向に沿っている。従っ
て、後記する光学式直径計測部20が発光部10からの光を
受ける際に、これらのワーク受台6,6が邪魔になること
はない。

一方、前記レール2,3上には門形の計測アーム７が支
持されており、該計測アーム７はスライドブロック８内
に収納された不図示の駆動機構によってレール2,3に沿
って単結晶インゴットＷの軸方向に移動せしめられる。
尚、駆動機構は制御部９によって駆動、制御される。

而して、前記計測アーム７の単結晶インゴットＷを挟
む左右には発光部10と光学式直径計測部20が設けられて
おり、発光部10は発光源としての高周波蛍光灯を含んで
構成されている。又、光学式直径計測部20は上下２段に
設置されたイメージセンサー21,22を含んで構成され、
これらイメージセンサー21,22は受光部を発光部10側に
向かって水平方向に向けており、上段のイメージセンサ
ー21はその高さ調整が可能に構成されている。

ところで、上記イメージセンサー21,22はこれらの計
測動作を制御する前記制御部９に電気的に接続されてお
り、該制御部９には不図示のインターフェースを介して
コンピュータ（CPU）30が接続されており、コンピュー
タ30には計測データを表示するCRTディスプレイ31と計
測データをプリントアウトするプリンタ32が接続されて
いる。

次に、本非接触式直径計測装置の作用を説明する。

まず、単結晶引上装置で引き上げられた単結晶インゴ
ットＷを、この計測装置の所定位置に所定の姿勢でセッ
トする。それには、引き上げられた単結晶インゴットＷ
を適宜の手段により前記搬送台車５のワーク受台6,6上
に寝かせた姿勢で載置し、この搬送台車５を前記ベース
１の直前まで手作業で移動させる。ついで、搬送台車５
を押してそのキャスターをガイド4,4に沿って転動さ
せ、搬送台車５をレール2,3の対向間隙の所定位置で停
止させる。これにより単結晶インゴットＷは、レール2,
3と平行に（水平に）所定の位置にセットされ、単結晶
インゴットＷの軸線がレール2,3と平行になる。

つぎに、制御部９の制御操作によってスライドブロッ
ク８内に収納された不図示の駆動機構が駆動されると、
第１図の実線位置、即ち、単結晶インゴットＷの端部か
ら外れた位置に待機していた計測アーム７がレール2,3
に沿って単結晶インゴットＷの軸方向（第１図の矢印方
向）に移動せしめられる。すると、計測アーム７に一体
的に組み込まれた発光部10と光学式直径計測部20のイメ
ージセンサー21,22も単結晶インゴットＷの左右の横を
矢印方向に水平移動する。

而して、上記の発光部10とイメージセンサー21,22の
移動中において制御部９は所定のタイミングでイメージ
センサー21,22に計測指令信号を送る。すると、イメー
ジセンサー21,22は第２図に示すように単結晶インゴッ
トＷを隔てて相対向して位置する発光部10の高周波蛍光
灯から照射される光Ｌを受け、単結晶インゴットＷによ
って光Ｌが遮られた領域を検出し、検出信号を制御部９
及びインターフェースを経てコンピュータ30に送る。

コンピュータ30では、イメージセンサー21,22からの
検出信号に基づいて光Ｌが単結晶インゴットＷによって
遮られた領域の長さを算出してこれを単結晶インゴット
Ｗの直径Ｄとし、これを直径の実測データとして保管す
る。尚、必要ならば、この実測データをCRTディスプレ
イ31に表示し、或いはプリンタ32にプリントアウトする
こともできる。

以上の動作を単結晶インゴットＷの軸方向における各
計測ポイントに対して繰り返せば、単結晶インゴットＷ
の各計測ポイントにおける直径Ｄがリアルタイムに計測
されるが、この直径実測データには人による計測誤差が
介入する余地がないため、計測値にバラツキが生じず、
正確な実測データが安定して得られる。

又、単結晶インゴットＷの軸方向における計測ポイン
トの数は必要に応じて任意に設定することができるた
め、必要十分な実測データ量が確保され、コンピュータ
30に保管された実測データをプリンタ32に出力し、これ
を基礎データとして該実測データと単結晶引上装置のイ
メージセンサーにて得られる直径検出データとの誤差を
細かく比較することができる。

以上において、本実施例では、発光部10は単結晶イン
ゴットＷを横方向から照射するため、従来とは違ってワ
ークを透明なガラス板上に載置する必要がなく、従って
第２図に示す大直径で高重量の単結晶インゴットW₁であ
っても、その直径D₁を計測することができ、ガラス板の
汚れ等に起因する計測誤差の問題も発生しない。尚、大
直径の単結晶インゴットW₁の直径計測には、上段のイメ
ージセンサー21を第２図の鎖線位置に移動させればよ
い。

又、光学式直径計測部20は上下２段のイメージセンサ
ー21、22を用いて所謂２眼法によって単結晶インゴット
Ｗの直径計測を行なうため、大直径の単結晶インゴット
W₁であっても、その直径D₁が高精度に計測され得る。そ
して、イメージセンサー21,22は単結晶インゴットＷの
横を移動するため、第２図に示すように単結晶インゴッ
トＷが直径D₁,D₂,D₃,D（D₁＞Ｄ＞D₂＞D₃＞D₄）の単結晶
インゴットW₁,W₂,W₃,W₄に変わっても、図示の距離ｌが
一定に保たれ、従来とは違って直径の異なる各ワークに
専用のワーク受台を用意する必要がなく、ワーク受台6,
6を全ての単結晶インゴットW,W₁〜W₄に共用することが
でき、単結晶インゴットW,W₁〜W₄の直径D,D₁〜D₄が異な
る毎にワーク受台6,6を交換する必要がなくなり、能率
的に作業を進めることができる。

更に、従来では単結晶インゴットをその搬送装置から
非接触式直径計測装置の所定位置に移し替える必要があ
ったが、本実施例においては、単結晶インゴットＷを載
せた搬送台車５をレール2,3の対向間隙の所定位置に搬
入・セットするだけで、直ちに直径計測操作を開始する
ことができる。すなわち、単結晶インゴットＷを搬送台
車５に載せたままで直径計測操作を行なうことができ、
計測終了後には搬送台車５をこの非接触式直径計測装置
から引き出して、次のインゴット処理工程に搬送するこ
とができる。

更に、本実施例によれば、イメージセンサー21,22お
よび発光部10を、ベース１の上方に設けたレール2,3上
を移動させるようにしたので、これらイメージセンサー
および発光部を、単結晶インゴットＷの軸線に沿って正
確・円滑に移動させることができる。又、ベース１の上
面に設けたガイド４で搬送台車５を案内してこれをレー
ル2,3間に搬入・搬出するようにしたので、棒状ワーク
を簡単な操作で正確にこの非接触式直径計測装置にセッ
トすることができる。

尚、以上は本発明装置を特に単結晶インゴットの直径
計測に適用した実施例を述べたが、本発明装置はその他
の棒状ワークの直径計測に適用し得ることは勿論であ
る。又、上記実施例では光源として高周波蛍光灯の光を
用いたが、その他レーザー光等を用いることもできる。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の非接
触式直径計測装置によれば、光学式直径計測部を、上下
方向に隔設した２個のイメージセンサーを含んで構成
し、該イメージセンサーと発光部とを互いに水平方向に
対向させて設置し、発光部がワークの軸方向に走査する
ように構成したので、ワークを透明なガラス板上に載置
する必要がなくなり、大直径で高重量のワークであって
も、その直径を計測することができ、ガラス板の汚れ等
に起因して発生していた計測誤差の問題も解消する。

又、光学式直径計測部は上下２段のイメージセンサー
を用いた所謂２眼法によってワークの直径計測を行なう
ため、大直径のワークでもその直径を高精度に計測する
ことができる。そして、イメージセンサーはワークの軸
線に平行に移動して走査するため、ワークの直径が変わ
っても、各イメージセンサーの焦点距離が常に一定に保
たれ、ワークの直径が異なる毎にワーク受台を交換する
必要がなくなり、能率的に作業を進めることができる。

更に、請求項１の非接触式直径計測装置では、ワーク
を載せた搬送台車を一対の移動路間に搬入すれば、この
ままの状態で直径計測操作を行なうことができる。

更に、請求項２の非接触式直径計測装置によれば、発
光部および光学式直径計測部を、床上に載置されるベー
スの上方に設けられた、互いに対向する一対の水平レー
ル上を移動するものとしたので、ワークの軸線に沿う発
光部および光学式直径計測部の移動を正確・円滑に行な
うことができ、又、前記搬送台車を、前記ベース上面に
設けた水平ガイドで案内して前記一対の水平レール間に
搬入・搬出するようにしたので、搬送台車を簡単な操作
で正確に当該非接触式直径計測装置にセットすることが
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る非接触式直径計測装置の全体構成
を示す斜視図、第２図は同装置での直径計測原理を説明
するための図、第３図は従来装置での直径計測原理を説
明するための図である。 １……ベース、2,3……レール、４……ガイド、５……
搬送台車、６……ワーク受台、７……計測アーム、８…
…スライドブロック、９……制御部、10……発光部、20
……光学式直径計測部、21,22……イメージセンサー、
Ｗ……単結晶インゴット（棒状ワーク）。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光部を案内・移動させる移動路と、光学
   式直径計測部を案内・移動させる移動路とを、これらの
   移動路相互間に適宜間隔をあけて互いに平行、且つ水平
   方向に設け、前記一対の移動路間の所定位置に棒状ワー
   クを前記一対の移動路に平行にセットし、前記発光部と
   前記光学式直径計測部とを前記一対の移動路に沿って一
   体的に移動させるとともに、前記発光部からの光を前記
   光学式直径計測部により受けて棒状ワークの直径を非接
   触、且つリアルタイムに計測する非接触式直径計測装置
   であって、前記光学式直径計測部は上下方向に隔設した
   ２個のイメージセンサーを含んで構成し、棒状ワークを
   水平方向に載置して棒状ワーク処理工程間で搬送する搬
   送台車を前記一対の移動路間に搬入することにより、棒
   状ワークを前記一対の移動路間の所定位置に前記所定の
   姿勢でセットしうるようにしたことを特徴とする非接触
   式直径計測装置。
2. 【請求項２】前記一対の移動路は、床上に載置されるベ
   ースの上方に設けられたレールであり、前記ベースの上
   面には、前記一対のレールに平行で水平なガイドが設け
   られ、前記搬送台車は、前記ガイドに案内されて前記一
   対のレール間に搬入・搬出されるものであることを特徴
   とする請求項１に記載の非接触式直径計測装置。