JP2964259B2 - 微小寸法穴形状を中心にもつ部材の穴寸法測定方法 - Google Patents
微小寸法穴形状を中心にもつ部材の穴寸法測定方法Info
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- JP2964259B2 JP2964259B2 JP14306190A JP14306190A JP2964259B2 JP 2964259 B2 JP2964259 B2 JP 2964259B2 JP 14306190 A JP14306190 A JP 14306190A JP 14306190 A JP14306190 A JP 14306190A JP 2964259 B2 JP2964259 B2 JP 2964259B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は微小寸法穴形状をミリ波等の波長の短い電磁
波を用いて非接触により計測する方法に関するものであ
る。
波を用いて非接触により計測する方法に関するものであ
る。
従来、例えば内径が100〜200μｍで深さが内径にくら
べ十分に長い微小穴径の寸法を正確に測定する方法とし
て、 （１） 顕微鏡やTVカメラを用いて端面の像を拡大し
て、その寸法穴形状を基準スケールと比較して求める。
べ十分に長い微小穴径の寸法を正確に測定する方法とし
て、 （１） 顕微鏡やTVカメラを用いて端面の像を拡大し
て、その寸法穴形状を基準スケールと比較して求める。
（２） 被測定物の微小穴に近い寸法を有するピンゲー
ジを用いて、そのゲージが通過するか否かの可否をもっ
て判断する。
ジを用いて、そのゲージが通過するか否かの可否をもっ
て判断する。
等がとられていた。しかし、前者は微小穴の入口のみの
形状寸法しか計測することしかできず、長さ方向の穴形
状寸法の情報は得られないという欠点を有する。一方、
後者は微小穴の長さ方向全体の寸法形状、すなわち長さ
方向にわたる最小径を求められるものの、穴径が1mm以
下のものを測定しようとするとピンゲージは極めて細く
なってしまい、被測定物の穴内へ挿入することが特別の
技能を必要とする等困難となり、ゲージの摩耗や被損も
加わる恐れも出てくる。
形状寸法しか計測することしかできず、長さ方向の穴形
状寸法の情報は得られないという欠点を有する。一方、
後者は微小穴の長さ方向全体の寸法形状、すなわち長さ
方向にわたる最小径を求められるものの、穴径が1mm以
下のものを測定しようとするとピンゲージは極めて細く
なってしまい、被測定物の穴内へ挿入することが特別の
技能を必要とする等困難となり、ゲージの摩耗や被損も
加わる恐れも出てくる。
このように、従来の微小穴の測定法は、長さ方向の寸
法形状を再現性良く速くしかも正確に測定するには困難
な面が多くかつ作業者の熟練度に大きく左右される等、
実用上多くの問題があった。
法形状を再現性良く速くしかも正確に測定するには困難
な面が多くかつ作業者の熟練度に大きく左右される等、
実用上多くの問題があった。
そこで、この発明は測定の簡易化と高精度化を図るこ
とを目的とする。
とを目的とする。
上記課題を達成するため、長さ方向に連続して形成さ
れた微小寸法穴形状部を有する被測定物の微小寸法穴を
測定するにあたり、微小寸法穴形状部内にミリ波あるい
はサブミリ波を伝播させ、固有伝播モードがもつ最小寸
法穴形状によって決まる遮断周波数を検出することによ
り求めることにある。
れた微小寸法穴形状部を有する被測定物の微小寸法穴を
測定するにあたり、微小寸法穴形状部内にミリ波あるい
はサブミリ波を伝播させ、固有伝播モードがもつ最小寸
法穴形状によって決まる遮断周波数を検出することによ
り求めることにある。
以下、この発明に係わる測定法の原理を示す。すなわ
ち、第１図において、円形導波管１の真中に内径2R1を
有する一様導波管２（以下、カットオフ部と呼ぶ）があ
り、その両端にテーパ部3,3が接続されて内径が拡げら
れ入出力端の内径はそれぞれ2R2となっている。
ち、第１図において、円形導波管１の真中に内径2R1を
有する一様導波管２（以下、カットオフ部と呼ぶ）があ
り、その両端にテーパ部3,3が接続されて内径が拡げら
れ入出力端の内径はそれぞれ2R2となっている。
このとき、円形導波管の中に通常良く用いられる励振
方法により基本モードである円形TE11モードを伝播させ
たとすると、そのときのカットオフ部２の内径2R1によ
る固有のカットオフ周波数fcは以下の式で与えられる。
方法により基本モードである円形TE11モードを伝播させ
たとすると、そのときのカットオフ部２の内径2R1によ
る固有のカットオフ周波数fcは以下の式で与えられる。
ただし、X11′＝1.84118、R1はカットオフ部２の半径
（mm）、ｖは光速度（2.998×1011mm/s）である。
（mm）、ｖは光速度（2.998×1011mm/s）である。
この結果、第２図に示すように円形導波管１を通過す
る波はカットオフ周波数fcを境にして大きく減衰し、他
方、円形導波管１を通過し中央のカットオフ部２で反射
する波はカットオフ周波数fcより高い周波数ですべて戻
るという、いわゆる高域通過フィルタ（カットオフフィ
ルタ）の作用が見られる。
る波はカットオフ周波数fcを境にして大きく減衰し、他
方、円形導波管１を通過し中央のカットオフ部２で反射
する波はカットオフ周波数fcより高い周波数ですべて戻
るという、いわゆる高域通過フィルタ（カットオフフィ
ルタ）の作用が見られる。
そこで、カットオフ部２の内径2R1を異ならせること
でカットオフ周波数fcが異なってくることに着目して未
知の微小穴径2R1を求めることが可能となる。
でカットオフ周波数fcが異なってくることに着目して未
知の微小穴径2R1を求めることが可能となる。
たとえば、カットオフ部の内径2R1が125μｍの場合、
TE11モードにおけるカットオフ波長fcは1405.6GHzとな
る。いま、小径穴の径を±0.1μｍの精度でみようとす
るとカットオフ周波数fcに対し1.4GHzの変化を読みと
ることになる。
TE11モードにおけるカットオフ波長fcは1405.6GHzとな
る。いま、小径穴の径を±0.1μｍの精度でみようとす
るとカットオフ周波数fcに対し1.4GHzの変化を読みと
ることになる。
第３図は実際の測定系を示しているが、逓倍器等によ
り希望するサブミリ波を発生する発振器４のあとにフィ
ルタ５および円形TE11モードへの変換器６を介してテー
パ導波管３とカットオフ導波管２で構成される被測定導
波管１を接続し、この後に被測定導波管１を通過してき
た波を受ける検出器７を配する構成となっている。
り希望するサブミリ波を発生する発振器４のあとにフィ
ルタ５および円形TE11モードへの変換器６を介してテー
パ導波管３とカットオフ導波管２で構成される被測定導
波管１を接続し、この後に被測定導波管１を通過してき
た波を受ける検出器７を配する構成となっている。
この場合、被測定導波管１を透過して検出器７へ入る
光パワーから透過損失を測定すると第４図に示す直線ａ
のようになる。ここで、カットオフ周波数fc0は透過損
失が3dBとなる点で定義される。もし、上記で示したよ
うにカットオフ部2R1の径が初期の値より0.1μｍ程度大
きい場合は、直線ｂに示す如く透過直線は左側に移りカ
ットオフ周波数fc1は1.4GHz低い周波数となる。一方、
径が0.1μｍ程度小さい場合は、直線ｃに示す如く透過
直線は右側に移りカットオフ周波数fc2は1.4GHz高い周
波数となる。
光パワーから透過損失を測定すると第４図に示す直線ａ
のようになる。ここで、カットオフ周波数fc0は透過損
失が3dBとなる点で定義される。もし、上記で示したよ
うにカットオフ部2R1の径が初期の値より0.1μｍ程度大
きい場合は、直線ｂに示す如く透過直線は左側に移りカ
ットオフ周波数fc1は1.4GHz低い周波数となる。一方、
径が0.1μｍ程度小さい場合は、直線ｃに示す如く透過
直線は右側に移りカットオフ周波数fc2は1.4GHz高い周
波数となる。
このように、わずかな径の違いをＧHzオーダという分
光可能な周波数で読み変えることで求めることができ
る。
光可能な周波数で読み変えることで求めることができ
る。
実際には、微小穴を持つパイプの穴寸法形状測定する
場合、第３図のカットオフ導波管２に見立てて測定系を
構成することで、求めようとする寸法を±0.1μｍ以下
の精度で計測が可能となる。
場合、第３図のカットオフ導波管２に見立てて測定系を
構成することで、求めようとする寸法を±0.1μｍ以下
の精度で計測が可能となる。
一般に被測定物の穴径寸法の絶対値を測定することも
さることながら、基準品（マスター）に対するバラツキ
を見ることが多いが、その場合、発振器の周波数を掃引
して第４図に示す直線ｂ〜ｃの透過損失が3dBになる点
を常時モニターすることで選別することができる。
さることながら、基準品（マスター）に対するバラツキ
を見ることが多いが、その場合、発振器の周波数を掃引
して第４図に示す直線ｂ〜ｃの透過損失が3dBになる点
を常時モニターすることで選別することができる。
ここでは、励振モードとして円形TE11モードで説明し
たが、この他、伝播可能な高次モードである円形TE11,
円形TE12モード等を励振器６で励振することにより、同
様の測定を行うことができる。ただし、その場合、カッ
トオフ周波数は当然円形TE11モードと異なることと、カ
ットオフ周波数fcは円形TE11モードのそれと比べさらに
高くなることを考慮に入れる必要がある。さらに、丸穴
の他に微少な正方形，方形，多角形等の複雑な形状を有
する被測定物についての寸法穴形状およびばらつきにつ
いても同様の測定手法により実現可能である。
たが、この他、伝播可能な高次モードである円形TE11,
円形TE12モード等を励振器６で励振することにより、同
様の測定を行うことができる。ただし、その場合、カッ
トオフ周波数は当然円形TE11モードと異なることと、カ
ットオフ周波数fcは円形TE11モードのそれと比べさらに
高くなることを考慮に入れる必要がある。さらに、丸穴
の他に微少な正方形，方形，多角形等の複雑な形状を有
する被測定物についての寸法穴形状およびばらつきにつ
いても同様の測定手法により実現可能である。
なお、ここでは被測定物はすべて金属体であるとして
述べてきたが、金属以外の誘電体材料（セラミック，ガ
ラス，プラスチック等）についても適用可能となる。た
だし、誘電体材料の場合、カットオフ周波数fcは金属の
それに比べ約10％低い方へ移ることを考慮しなければな
らない。
述べてきたが、金属以外の誘電体材料（セラミック，ガ
ラス，プラスチック等）についても適用可能となる。た
だし、誘電体材料の場合、カットオフ周波数fcは金属の
それに比べ約10％低い方へ移ることを考慮しなければな
らない。
また、被測定物の穴径が小さいので、被測定物を測定
回路中へ挿入する場合はできるだけ各部品間の中心軸を
一致させ軸ずれを少なくし、検出器へ波を入れる必要が
ある。しかし、多少の軸ずれ等が発生しても受光器への
電力が減少するのみでカットオフ周波数fcの違いにつな
がる要因にはならない利点をもっている。長さの限界に
ついても、伝播モードや表皮効果を含め10mm程度の長さ
のものに対し十分適用可能となる。
回路中へ挿入する場合はできるだけ各部品間の中心軸を
一致させ軸ずれを少なくし、検出器へ波を入れる必要が
ある。しかし、多少の軸ずれ等が発生しても受光器への
電力が減少するのみでカットオフ周波数fcの違いにつな
がる要因にはならない利点をもっている。長さの限界に
ついても、伝播モードや表皮効果を含め10mm程度の長さ
のものに対し十分適用可能となる。
以上説明したように、本測定法を用いることにより、
微小穴寸法を有する部材を非接触により高精度で再現性
良く穴径の測定をすることができ、しかも微細な形状精
度を含む長手方向の情報を網羅して得られる特徴を有し
ている。
微小穴寸法を有する部材を非接触により高精度で再現性
良く穴径の測定をすることができ、しかも微細な形状精
度を含む長手方向の情報を網羅して得られる特徴を有し
ている。
第１図および第２図は本発明の基本原理を説明するため
の構成および特性図、第３図は本発明に係わる微小穴寸
法を有する部材の測定系を示す図、第４図は本発明に係
わる測定法によって得られる出力特性図である。 １……円形導波管 ２……微小寸法穴 ４……サブミリ波発振器 ５……波長フィルタ ６……モード変換器 ７……検出器
の構成および特性図、第３図は本発明に係わる微小穴寸
法を有する部材の測定系を示す図、第４図は本発明に係
わる測定法によって得られる出力特性図である。 １……円形導波管 ２……微小寸法穴 ４……サブミリ波発振器 ５……波長フィルタ ６……モード変換器 ７……検出器
Claims (1)
- 【請求項１】長手方向に連続して形成された微小寸法穴
形状を有する被測定物の微小寸法穴を測定するため、該
微小寸法穴形状部内にミリ波あるいはサブミリ波を伝播
させ、固有伝播モードがもつ最小寸法穴形状によって決
まる遮断周波数を検出することにより求めることを特徴
とする微小寸法穴測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14306190A JP2964259B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 微小寸法穴形状を中心にもつ部材の穴寸法測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14306190A JP2964259B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 微小寸法穴形状を中心にもつ部材の穴寸法測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0436608A JPH0436608A (ja) | 1992-02-06 |
| JP2964259B2 true JP2964259B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=15330006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14306190A Expired - Fee Related JP2964259B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 微小寸法穴形状を中心にもつ部材の穴寸法測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2964259B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3950722B2 (ja) | 2002-03-19 | 2007-08-01 | 株式会社日立製作所 | 磁気ディスクまたは磁気ヘッドの検査装置および検査方法 |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP14306190A patent/JP2964259B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0436608A (ja) | 1992-02-06 |
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