JP3828532B2

JP3828532B2 - 検査装置および検査方法

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Publication number: JP3828532B2
Application number: JP2003368464A
Authority: JP
Inventors: 健一早見; 正明金子
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP2005134174A; CN1612222A; US20050094542A1; US7576769B2; CN1288632C

Description

本発明は、平板状の部材に対して形成された凸面部分における頂部と、当該凸面の裏面となる凹面部分の最深部とのＸＹ方向における位置ずれを検査する装置および検査方法に関する。

例えば、平板上の金属に対して突出部分を形成する場合、金型の雄型および雌型を用いるプレス成型等の手法が用いられる。また、比較的融点の低い材料を用いて平板状に突出部分を有する形状からなる部材を形成する場合、金型の雄型および雌型を用いた射出成型等の手法が用いられる。通常これら成型方法を通じて得られる突出部分は、当該突出部分が形成される平板がＸＹ座標を規定する平面であると仮定した場合、凸面側頂部のＸＹ座標と凹面側最深部のＸＹ座標とは一致していると考えられている。またこれら座標において位置ずれが生じた場合であっても、その影響の実害はほとんど無視できるものとして、得られた部材が使用されている。

具体的にプレス成型によって得られる金属板上の突出部分としては、ハードディスクドライブの磁気ヘッドに形成されているディンプルが例示される（特許文献１或いは２参照）。当該ディンプルは、ロードビームと呼ばれるバネ乗数の大きい金属薄板に対してプレス成型を行うことで得られる、略球面の一部分を構成する形状からなる突起である。当該ディンプルは、ハードディスクドライブにおいて、磁気記録媒体と極微小の間隔を空けてこの上に浮上した状態にて当該磁気記録媒体との間で情報の記録および再生の操作を行う磁気ヘッドスライダの浮上姿勢を安定化させる働きを有している。

特開平０６−２１５５１１号公報特開平１１−１８５４１６号公報

先に述べた磁気ヘッドのディンプルを例に取れば、当該ディンプルが支持する磁気ヘッドスライダは近年小型化、軽量化が進められている。この小型軽量の部材を安定に支持するためには、ディンプル凸面の頂部の例えばＸＹ座標を正確に測定し、これを磁気ヘッドスライダの中心のＸＹ座標と一致させることが求められる。しかし、磁気ヘッドの構成上、磁気ヘッドスライダ搭載時にディンプル頂部を直接測定することは困難であり、このＸＹ座標に替えて測定容易なディンプル凹面の最深部のＸＹ座標が用いられる場合がある。

先にも述べたように、このディンプルの凸面頂部と凹面最深部とのＸＹ座標は、僅かではあるが互いにずれている可能性がある。磁気ヘッドスライダの浮上量が更に狭くなり且つその浮上時での姿勢安定性を更に向上させることが求められた場合、このずれ量を評価し、その値を勘案した上で磁気ヘッドスライダの搭載工程を行う必要がある。

以上磁気ヘッドのディンプルを例として、平板状の部材に突出部分を形成した場合の凸面頂部と凹面最深部との位置ずれの評価の必要性について述べた。しかしながら、このような突出部分によって他の部材の固定位置、取り付け状態、姿勢等を制御しようとした場合、実際に他の部材の固定位置等を制御する際には突出部分が他の部材と接触する或いは他の部材により隠される等して、突出部分の凸面頂部を直接測定することは通常困難となる場合が多い。従って、求められる固定位置等の精度が高くなれば、上述したような突出部分に関する凸面頂部と凹面最深部とのＸＹ座標上の関係を予め得ておき制御時には測定容易な凹面最深部の実測値から必要な凸面頂部のＸＹ座標を得るといった操作が必然的に行われる必要があると考えられる。

また、このような凸面頂部と凹面最深部とのＸＹ座標上の位置ずれを無くそう或いは低減しようとした場合、例えばプレス工程においては雄型と雌型のプレス状態での位置精度を向上させる必要がある。しかし、プレス状態での雄型の凸面頂部と雌型の凹面最深部との位置精度を直接求めることは困難であり、実際にプレス成型品を得、当該成型品によってその位置精度を評価する方法が最も簡便且つ効率的と思われる。このような成型品の凸面頂部と凹面最深部とは、単一のカメラで同時に撮影してその配置を得る、或いは単一の測定系にて個々の位置を得ることは通常容易ではない。また、このような位置精度が厳しく要求されることがそれほど無かったこともあり、その測定方法はこれまで確立されていなかった。

本発明は、上記状況に鑑みて為されたものであり、平板状の部材に形成された突出部分に関し、当該突出部分の凸面頂部と、当該凸面の裏面となる凹面最深部とのＸＹ方向における位置ずれを容易且つ簡便に検査することが可能な装置および検査方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る検査装置は、平板状部材に対して形成された突出部の凸面部分における頂部と、当該凸面の裏面となる凹面部分の最深部との所定のＸＹ平面における位置ずれを検査する装置であって、突出部分の凹面の中心と想定される部分の略下方に配置され且つ所定のＸＹ平面に垂直な撮影光軸を有する下カメラと、所定のＸＹ平面と平行な光軸であって平板状部材に向かう撮影光軸を有する正面カメラと、所定のＸＹ平面と平行な光軸であって平板状部材に向かうと共に正面カメラの撮影光軸に垂直な撮影光軸を有する横カメラと、下カメラ、正面カメラおよび横カメラにより得られた影像を所定のＸＹ平面上の座標に配置して位置データを得る制御手段とを有することを特徴としている。

なお、上述した検査装置においては、正面カメラおよび横カメラの撮影光軸は同一の平面上に存在すれば良く、個々の光軸が直交しなくとも良い。また、上述した検査装置においては、下カメラの撮影光軸を中心とするリング状の発光領域を有する、移動可能なリング状光源を更に有することが好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明にかかる検査方法は、平板状部材に対して形成された突出部の凸面部分における頂部と、当該凸面の裏面となる凹面部分の最深部との所定のＸＹ平面における位置ずれを検査する方法であって、突出部分の凹面の中心と想定される部分の略下方であって且つ所定のＸＹ平面に垂直な方向から凹面に対して光を照射し、凹面によって光が反射されて得られる像を撮影する工程と、像に基づいて凹面の最深部についての所定のＸＹ平面上の座標を得る工程と、所定のＸＹ平面と平行であって平板状部材に向かう撮影光軸を有する正面カメラによって突出部分の凸面を撮影する工程と、正面カメラによって撮影された影像に基づいて凸面の頂部の所定のＸＹ平面におけるＹ座標を得る工程と、所定のＸＹ平面と平行な光軸であって平板状部材に向かうと共に正面カメラの撮影光軸に垂直な撮影光軸を有する横カメラによって突出部分の凸面を撮影する工程と、横カメラによって撮影された影像に基づいて凸面の頂部の所定のＸＹ平面におけるＸ座標を得る工程と、凹面最深部の所定のＸＹ平面における座標と凸面頂部の所定のＸＹ平面における座標とを比較する工程とを有することを特徴としている。なお、上述した検査方法においては、正面カメラおよび横カメラの撮影光軸は同一の平面上に存在すれば良く、個々の光軸が直交しなくとも良い。

本発明によれば、平板状の部材に形成された突出部分に関し、当該突出部分の凸面頂部と、当該凸面の裏面となる凹面最深部とのＸＹ方向における位置ずれおよびずれ方向を容易且つ簡便に検査し評価することが可能となる。従って、例えば磁気へッドの製造工程等においても、測定容易な凹面最深部を実測することで、磁気ヘッドスライダの中心部分のＸＹ座標をディンプル凸面の頂部のＸＹ座標と容易に一致させ、またその整列方向を所定の方向とすることが可能となる。なお、後述する実施の形態等においては、主に凸面側を位置決め等に用いる場合について例示しているが、本発明の対象は当該凸面部分だけではなく凹面部分を位置決め等に用いる場合についても適用可能である。

また、実際の成型品について本発明による位置ずれ評価等を行い、その結果を金型等にフィードバックすることも可能である。プレス成型機等を用いて平板状の部材に対して突出部分を形成する場合、或いは射出成型機等を用いて突出部分を有する平板状の部材を形成する場合等において、このフィードバックを行って雄型と雌型との配置を調節することにより、成型品の位置ずれを低減し成型品の品質を向上させることが可能となる。

本発明に係る検査装置の実施の形態について、以下図面を参照して以下に説明する。図１は、平板状の部材７に形成された突出部１１に関して、その表側（凸面）での頂部１１ｂと裏側（凹面）での最も窪んだ最深部１１ａとの間の位置ずれを求めるため構成された、本発明に係る実施の形態を示している。本発明は、下カメラ２１、横カメラ２３(図４参照)および正面カメラ２５の各カメラ、これらから得られた画像を解析する制御手段３５、および制御手段３５により得られたデータを記憶する記憶手段４１を有している。また、制御手段３５は、必要に応じて、得られたデータ等を表示する、或いはこれらデータ等を用いて更なる工程を実施する外部装置４３にも接続されている。

下カメラ２１は、突出部分１１の凹面の中心と想定される部分の略下方に配置され且つ平板状部材７の延在平面に略垂直な撮影光軸を有している。正面カメラ２５は、平板状部材７の延在平面に含まれる或いはこれと平行な光軸であって平板状部材７に向かう撮影光軸を有している。また横カメラ２３は、平板状部材７の延在平面に含まれる或いはこれと平行な光軸であって、平板状部材７に向かうと共に正面カメラ２５の撮影光軸に垂直な撮影光軸を有している。また、下カメラ２１の周囲にはリング状の光源２２（図３参照）もしくは図示されていない同軸光源が配置されており、この光源２２によって突出部１１をその裏面側から照らすことにより、図２に示す影像が得られる。

突出部１１の凹面を照らす光は、凹面の最も窪んだ部分(最深部１１ａ)或いはその近傍によって反射され、当該凹面の内部に環円状の像１２を形成する。当該影像においては、凹面の外周１１Ｃが環状の暗部の外周として示され、照明光の光軸に対して略垂直となる最深部１１ａが暗部の中の輝点(像１２)として示される。突出部１１の凹面はその周囲である平板状部材７裏面と同じ材料からなることから本来は影像としてその境界等を識別することは困難であるが、この像１２を用いることで、当該凹面における最深部１１ａのＸＹ座標を容易に求めることが可能となる。

なお、図３にその取り付け状態の概略を示すリング状光源２２は移動可能であり、この移動によって円状像１２の位置を探索して最深部１１ａのＸＹ座標の算出を容易とすることができる。また、下カメラ２１は光源２２と共に板状部材７の延在平面と平行に平行移動が可能であり、凹面が正確な球面形状でない場合であっても、光の照射位置等を調整することで最深部１１ａの検出が可能となる画像が得られる。このようにして得られた画像は、解析手段３５において解析され、凹面最深部１１ａのＸＹ座標が求められる。

また、図４において本発明の構成の平面図として示すように、突出部１１を挟んで正面カメラ２５と対向する位置に略平板状の正面光源２６を配置し、突出部１１を挟んで横カメラ２３と対向する位置に略平板状の横光源２４を配置することが好ましい。これら光源を配置することによって突出部１１の輪郭を明瞭化する効果が得られ、各々のカメラによってより明確な画像を撮影することが可能となる。これら正面カメラ２５および横カメラ２３により得られた画像は、制御手段３５において解析され、凸面頂部１１ｂのＸ座標およびＹ座標がそれぞれ求められる。

各カメラによって得られた画像から算出された凸面頂部１１ｂのＸＹ座標および凹面最深部１１ａのＸＹ座標から、更に各々のずれ量、ずれ方向等が求められる。得られた各ＸＹ座標、ずれ量等のデータは、それぞれ記憶手段に記憶され、その後この平板状部材を用いる各工程において随時用いられる。以上の構成からなる本発明に係る検査装置を用いることにより、平板状部材７における突出部１１の形成精度を把握することが可能となり、実際に当該部材を用いる際に、再検出容易な例えば凹面の最深部１１ａの形成位置に関するデータを得ることで検出不可能な状態にある凸面頂部のＸＹ座標等を把握することが可能となる。また、下カメラが配置される方向も、本形態の如く平板状部材７の鉛直下方である必要は無く、当該部材の上方或いはこれに角度をつける等して、突出部分の形状、突出方向等に応じて適宜設定されることが好ましい。

なお、本実施の形態においては、ＸＹ座標を規定するＸＹ平面が平板状部材の延在する平面であるとして以上の説明を行っている。しかしながら、本発明におけるＸＹ座標系は当該平面に限定されず、突出部分の形状、突出方向等に応じて、所定のＸＹ平面として任意に設定されることが好ましい。また、横カメラと正面カメラとの光軸は、各々所定のＸＹ平面と平行であれば良く、互いの撮影光軸が直交することを要しない。また、下カメラは突出部分の下方に配置されて、その撮影光軸が所定のＸＹ平面に対して任意の角度を持つこととしても良い。すなわち、対象物の配置或いはカメラと照明部材の位置関係に応じて個々のカメラの配置を定めることとし、各々の撮影視野における座標系の相互関係を予め得ることとすれば良い。

次に、上述した構成を用いて、実際に凸面頂部と凹面最深部とのずれ量およびずれ方向を検出する方法について述べる。図５は、この検出方法における各工程を示すフローチャートである。まず、ステップ１において、各カメラの撮影光軸が略一致する位置に突起部１１が位置するように平板状部材７を固定し、実際の検出工程がスタートする。

実際の工程においては、ステップ２において、突起部１１の凹面部分が光源２２によって照らされた状態にて、下カメラ２１によって当該凹面部分の撮影が行なわれる。この撮影操作によって図２に示す形態で得られた凹面中の環状像１２に基づいて、制御装置３５はディンプル凹面最深部１１ａのＸＹ座標を求める。続くステップ３においてこのＸＹ座標が特定できたかどうかを判定する。特定できなかった場合には光源２２の移動等を行って、得られる環状象１２を変化させ、再度ステップ２に戻って最深部１１ａのＸＹ座標を求める操作を繰り返す。当該ＸＹ座標が得られたら、続くステップに移って凸面頂部の座標検出を行う。

ステップ５においては、横カメラ２３による凸面の撮影が行われ、得られた影像から凸面頂部の、当該カメラの撮影光軸と垂直に交わるＸ軸上のＸ座標が求められる。その後ステップ６において正面カメラ２５による凸面の撮影が行われ、得られた影像から凸面頂部の、当該カメラの撮影光軸と垂直に交わるＹ軸上のＹ座標が求められる（ステップ７）。得られた各ＸＹ座標を用いて、凸面頂部１１ｂと凹面最深部１１ａとのずれ量とずれ方向等が求められる。以上述べたように各工程を経ることによって、平板状の部材に形成された突出部分に関し、当該突出部分の凸面頂部と、当該凸面の裏面となる凹面最深部とのＸＹ方向における位置ずれを容易且つ簡便に検査することが可能となる。

本発明は、平板状の部材に形成された突出部分の凸面部の頂部とその裏面となる凹面の最深部との位置関係を求めるものであり、用いる対象として磁気ヘッドにおけるディンプルを例として挙げている。しかしながら、本発明が適用される対象は磁気ヘッドに限定されず、微小且つ小型の部材を高精度に位置決め等する必要があり且つこの位置決め等が突出部分によってなされる構成であれば適用することが可能である。

本発明の実施の形態を示す概略構成図である。下カメラにより凹面部分を照らした際に得られる影像を模式的に示す図である。下カメラおよびリング状光源の位置関係を示す図である。本発明の実施の形態を上面から示した概略構成図である。本発明に係る検査方法を示すフローチャートである。

符号の説明

７：平板状部材
１１：突出部
１２：環状像
２１：下カメラ
２２：リング状光源
２３：横カメラ
２４：横光源
２５：正面カメラ
２６：正面光源
３５：制御手段
４１：記憶手段
４３：外部装置

Claims

平板状部材に対して形成された突出部の凸面部分における頂部と、当該凸面の裏面となる凹面部分の最深部との所定のＸＹ平面における位置ずれを検査する装置であって、
前記突出部分の凹面の中心と想定される部分の下方に配置され且つ前記所定のＸＹ平面に向かう撮影光軸を有する下カメラと、
前記所定のＸＹ平面と平行な光軸であって前記平板状部材に向かう撮影光軸を有する正面カメラと、
前記所定のＸＹ平面と平行な光軸であって、前記平板状部材に向かうと共に前記正面カメラの撮影光軸とは異なる撮影光軸を有する横カメラと、
前記下カメラ、正面カメラおよび横カメラにより得られた影像を前記所定のＸＹ平面上の座標に配置して位置データを得る制御手段とを有することを特徴とする検査装置。
前記下カメラの撮影光軸を中心とするリング状の発光領域を有し、移動可能なリング状光源を更に有することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
平板状部材に対して形成された突出部の凸面部分における頂部と、当該凸面の裏面となる凹面部分の最深部との所定のＸＹ平面における位置ずれを検査する方法であって、
前記突出部分の凹面の中心と想定される部分の下方であって且つ前記所定のＸＹ平面に向かう方向から前記凹面に対して光を照射し、前記光が反射されて得られる像を撮影する工程と、
前記像に基づいて前記凹面の最深部についての前記所定のＸＹ平面上の座標を得る工程と、
前記所定のＸＹ平面と平行であって前記平板状部材に向かう撮影光軸を有する正面カメラによって、前記突出部分の凸面を撮影する工程と、
前記正面カメラによって撮影された影像に基づいて、前記凸面の頂部の前記所定のＸＹ平面における座標を得る工程と、
前記所定のＸＹ平面と平行な光軸であって前記平板状部材に向かうと共に前記正面カメラの撮影光軸とは異なる撮影光軸を有する横カメラによって、前記突出部分の凸面を撮影する工程と、
前記横カメラによって撮影された影像に基づいて、前記凸面の頂部の前記所定のＸＹ平面における座標を得る工程と、
前記凹面最深部の前記所定のＸＹ平面における座標と前記凸面頂部の前記所定のＸＹ平面における座標とを比較する工程とを有することを特徴とする検査方法。