JP5947406B2 - 変形計測装置並びにシート処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート状もしくは平面状の測定対象の変形を計測する変形計測方法及び装置に関する。更には、変形計測の測定結果を用いて、シートもしくは平面状の測定対象上に、パターン形成などの処理を行うシート処理方法及び装置に関する。

平面状基材、特に厚さの薄いシート部材上において、高精度な位置決めが必要なプロセスでは、平面状基材やシート部材（以下これらを総称して単にシートという）の変形形状を正確に計測することが必須となる。

更には、シート状部材は、張力などによって容易に形状変形を生じることから、変形を正確に計測し、それに合わせた処理位置の補正を行うことが必要である。特に、微細な電子回路などをシート上に形成するためには、シートの微小変形（歪量で１０−４クラス）を正確に計測し、それに合わせた処理位置制御が必須となる。

特許文献１から特許文献４は、これらのシートを取り扱う上での測定技術の一例を開示している。

特開２００３−２００４１３号公報 特開２０１１−１４３３９０号公報 特開２００５−１１６６１１号公報 特開２００５−６２１６５号公報

平面状基材、特に厚さの薄いシート部材は、微小な張力差や変化、さらには前段プロセスによっても、変形を生じる。

特に、微細な電子回路などをシート上に形成する装置類においては、１０ｃｍ〜１ｍ程度のパターン内で、１μｍオーダの位置合わせが問題となるために、歪量として１０−４〜１０−５程度の変形を計測する必要がある。

このレベルの変形は、処理領域に対して均一ではなく、シートに与えられる張力の左右差や前段プロセス（インクジェットなどによる部分液塗布による膨潤変形など）によって、処理領域内部でも差が生じており、これを計測することが、昨今非常に重要となってきている。

これ等の課題に対して前述の特許文献１は、処理領域全体の伸びや歪を測定するものであり、局部的（２次元的）シート変形を観測できない。特許文献２は、インクジェットヘッド１つと１つのカメラを１つの移動筺体に固定し移動するものであるが、ヘッド処理領域内部でシートの局所変形は勘案されていない。特許文献３は、特許文献１と同様に処理領域全体の伸びや歪を測定するものであり、局部的（２次元的）シート変形を観測できない。特許文献４は、目的は異なるが幅方向に複数のカメラを配置した特許である。シート全域の変形を計測するためには、特許文献４のように、多数のカメラが必要となるが、装置構成を複雑とし、コストアップにつながる懸念がある。

簡単な装置構成でシート全域の変形を計測するためには、特許文献２のように、測定領域内で、カメラを移動させる方式が有効である。しかしながら、この方式では、移動ステージのガイドレールなどの微妙な歪みなどにより、カメラの測定箇所がずれてしまうという問題点を持ち、シート全域での、高精度なシート変形計測を実現することができない。

以上のことから本発明では、シートの変形量を簡単、正確に計測し、さらにはシートの変形処理を行うことが可能な変形計測装置並びにシート処理装置を提供することを目的とする。

また本発明では、複数のパターンを記したシート状の測定対象の変形量を計測する変形計測装置であって、シート状の測定対象の表面を撮影する複数のカメラを固定配置しているカメラ保持筺体と、カメラ保持筺体をシート状の測定対象の表面に平行な面上で移動させるカメラ保持筺体移動手段と、カメラ保持筺体移動手段をシート状の測定対象の表面に平行な面上で位置制御するカメラ保持筺体位置制御手段と、カメラ保持筺体位置制御手段が定めた位置の情報とカメラの撮影した撮影情報を用いてシート状の測定対象の変形量を算出する変形状態解析手段とを備えていることを特徴とする。

また本発明では、複数のパターンを記したシート状の測定対象を搬送して、変形量を計測して、シート処理を実行するために、張力制御部と、変形計測部と、シート処理部を備えたシート処理装置であって、張力制御部は、複数のパターンを記したシート状の測定対象の搬送方向の張力を制御する張力調整手段を備え、変形計測部は、シート状の測定対象の表面を撮影する複数のカメラを固定配置しているカメラ保持筺体と、カメラ保持筺体をシート状の測定対象の表面に平行な面上で移動させるカメラ保持筺体移動手段と、カメラ保持筺体移動手段をシート状の測定対象の表面に平行な面上で位置制御するカメラ保持筺体位置制御手段と、カメラ保持筺体位置制御手段が定めた位置の情報とカメラの撮影した撮影情報を用いてシート状の測定対象の変形量を算出する変形状態解析手段と、変形状態解析手段で求めた変形量に応じてシート張力を定め張力調整手段に与えるシート張力演算部と、変形状態解析手段で求めた変形量に応じてシート位置を修正する修正位置情報をシート処理部に与えるシート位置修正演算部を備え、シート処理部は、変形状態解析手段のシート位置修正演算部が求めたシート上の処理位置を定めて所定の処理を実行する処理手段を備えている。

上記構成によれば、同一筺体内の一組のカメラは、測定カメラ移動時に生ずるガイドレールの微妙な歪みなどによる測定位置ずれは、一組のカメラ間で同一となる。これによって、各カメラの測定位置誤差を、ほぼ打消すことが可能となる。

このため、測定領域内で、カメラを動かす場合においても、各部の変形を高精度に計測可能とならしめることを可能とするものである。

本発明の第１実施例に係るシートの変形計測装置２の配置構成例を示す図。 変形計測装置２が備えるべき手段や機能の全体構成を示した図。 変形計測装置２を用いて変形を計測する過程を示したフロー図。 測定対象７上のパターン８の配置関係の一例を示す図。 複数の位置検出カメラ３の配置関係の一例を示す図。 ４台の位置検出カメラにより撮像したパターンの模式例を示した図。 カメラ保持筐体４が傾斜した時のパターン８の計測位置を示す図。 変形計測装置２を含むシート搬送機構１０１の構成例を示す図。 シート搬送機構１０１によるシートＳへの描画パターン形成の手順を示す図。 シート搬送機構１０１による処理の過程を示したフロー図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の第１実施例に係るシートの変形計測装置２の配置構成図例である。図１に示すように測定対象であるシート７の上部には、変形計測装置２が配置されている。シートの変形を計測する変形計測装置２には、２台以上の位置検出カメラ３と、これらを一体に保持するカメラ保持筐体４が備えられている。また複数台の位置検出カメラ３は、同一のカメラ保持筺体４により、格子状に規定の距離Ｌ離れた状態を保つように配置されている。なお本実施例では、カメラ保持筐体４に４台の位置検出カメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが格子状に等間隔で設置されているが、位置検出カメラ３は位置が固定されていれば設置位置は任意であってよい。

さらに変形計測装置２には、カメラ保持筐体４を移動するカメラ保持筺体稼動手段５と、カメラ保持筐体４の絶対位置を記録し制御するカメラ保持筐体位置制御手段６（図１には図示せず）が備えられている。カメラ保持筐体稼動手段５とカメラ保持筐体位置制御手段６により、カメラ保持筐体４を所望の位置まで移動制御できる。カメラ保持筺体稼動手段５は、図１のＸ方向に移動させるための稼動手段５Ｘと、Ｘ方向に直行するＹ方向に移動させるための稼動手段５Ｙとで構成され、必要であれば高さ方向の稼動手段５Ｚ（図１には図示せず）を備えてもよい。但し、Ｘ、Ｙ方向で定まるＸＹ平面は、測定対象であるシート７の表面に対する水平面とされる。

これに対し変形計測装置２の計測対象であるシートまたは面状体の測定対象７の表面には、測定対象７の位置情報を判別できる複数個のパターン８が形成されている。本実施例では、パターン８の形状が円形状となっているが、三角形状、四角形状、十字形状、文字形状などと形状は任意で、かつ複数個のパターン８間で形状が異なっていても構わない。

図２は、変形計測装置２が備えるべき手段や機能の全体構成を示している。この手段や機能は、カメラ３を備えたカメラ保持筺体４、カメラ保持筺体稼働手段５、カメラ保持筺体位置制御手段６、変形状態解析手段８０で構成される。なお、変形計測装置２のこれ等機能は、支持枠などにより測定対象７の表面に対向する上部空間に配置される必要があるが、例えば変形状態解析手段８０は上部空間とは別の個所に配置されていてもよい。

これらの構成によれば、カメラ３を搭載するカメラ保持筺体４をカメラ保持筺体稼働手段５により、ＸＹ平面上の任意位置に移動させる。移動位置はカメラ保持筺体位置制御手段６により決定される。

変形状態解析手段８０では、当該位置で撮影した複数の位置検出カメラ３の情報を用いて、測定対象７の変形を計測する。この計測のために、変形状態解析手段８０は８１から８９の機能、手段を備えている。

具体的に述べると、変形状態解析手段８０は、測定対象７上に予め形成したパターン８の形状の情報をパターン形状記憶手段８１に記憶しており、他方で位置検出カメラ３により撮像した画像をカメラ３から取り込んで撮像画像記録手段８２に記録する。ここで、予め形成したパターン８の形状の情報は、歪みや、ひずみを持たないシート７の理想的な状態を反映したものであり、かつ既知の情報である。従ってカメラ３から取り込んだ撮像画像との対比により、歪みや、ひずみを識別可能とする。この識別は以下のように実行される。

変形状態解析手段８０では、パターン形状記憶手段８１に記憶したパターン形状をもとに、同一形状のパターン８の中心位置を撮像画像記録手段８２に撮像した画像から検出し、撮像した画像の中心位置からのパターン８への距離を画像内パターン位置特定手段８３により算出する。

さらに変形状態解析手段８０は、画像内パターン位置特定手段８３により算出した画像中心位置からのパターン８の中心位置への距離と、複数台の位置検出カメラ３間の既知の設置距離から、パターン８間の相対位置をパターン位置同定手段８４により同定し、撮像時のパターン８の相対位置情報をパターン検出位置記録手段８５に記録する。

パターン検出位置記録手段８５に記録されたパターン検出位置の情報を用いて変形量演算手段８７では変形量を求め、これを変形量記録手段８８に記録する。なお、パターン一記録手段８６は、カメラ保持筺体位置制御手段６がカメラ保持筺体稼働手段５の位置制御を実行する時の位置情報を入力しており、この位置情報はパターン検出位置記録手段８５や変形量記録手段８８の記録情報を測定対象７状の位置情報に関連付けて記録するのに利用している。

また変形状態解析手段８０は、変形量記録手段８８に記録された、測定対象７の複数箇所での変形情報をもとに、測定対象７の観測面全体の変形データを生成する測定対象変形解析手段８９を備えている。測定対象変形解析手段８９より生成された変形データをもとに、測定対象７の局所的な歪みも考慮した測定対象７の高精度な位置決めを可能とする。

上記構成により、パターン８の位置情報を同定することが可能である。なお本実施例では、パターン８の検出位置は、パターン８の中心位置としているが、パターン８の特定位置を検出できれば任意の場所でよい。また本実施例では、撮像画像内で撮像画像の中心位置を基準に、撮像画像の中心からのパターン８の中心位置の距離を算出することで、パターン８の画像内の位置を検出しているが、基準となる位置は撮像画像の中心位置でなく任意の位置でよい。

図３は、図２の変形計測装置２を用いて変形を計測する過程を示したフロー図である。図３の変形計測方法は、計算機の周期的な処理により実行されるものであり、これにより本発明の変形計測方法の一連の手順を説明する。

図３の最初の処理ステップＳ１では、カメラ保持筺体４をカメラ保持筺体稼動手段５により所望の位置まで移動させる。ここで所望の位置の意味する事柄について説明しておく。そのためには、その前提としてあらかじめ固定に定められている測定対象７上のパターン８の配置関係と、複数の位置検出カメラ３の配置関係を例示し、理解しておく必要がある。

このうち測定対象７上のパターン８の配置関係の一例を図４に示している。測定対象７上には予め円形状パターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが刻印されている。また、パターン形成時における４つの円形状パターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの相対形成位置は、４台の位置検出カメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを測定対象７の面方向へ平行方向に、カメラ保持筺体稼動手段５によりパターン８上に移動させた時に、撮像範囲内に４つのパターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ全てが同時に収まるような相対位置間隔で形成されている。パターン８の数及びパターン８間の相対位置は上記条件を満たす限り任意である。但し、Ｘ軸方向とＹ軸方向は、それぞれ図１に示すように、測定対象面に平行でかつ互いに直行していることとする。

図４に示す本事例におけるパターン形成時のパターン８の位置座標は、パターン８ａの位置をＸ−Ｙ座標上の（Ｘ_８ａ、Ｙ_８ａ）とし、他の３つのパターン８ｂ、８ｃ、８ｄは格子状に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に距離Ｍ離れた位置（Ｘ_８ａ＋Ｍ、Ｙ_８ａ）、（Ｘ_８ａ、Ｙ_８ａ＋Ｍ）、（Ｘ_８ａ＋Ｍ、Ｙ_８ａ＋Ｍ）に形成されているとする。

他方、複数の位置検出カメラ３の配置関係の一例を図５に示している。本事例では、測定対象７上に位置検出カメラ３がそれぞれ平行に配置している時の位置検出カメラ３の座標が示されている。位置検出カメラ３ａの位置座標をＸ−Ｙ座標上の（Ｘ_３ａ、Ｙ_３ａ）とした時、他の３台の位置検出カメラ３ｂ、３ｃ、３ｄは、（Ｘ_３ａ＋Ｌ、Ｙ_３ａ）、（Ｘ_３ａ、Ｙ_３ａ＋Ｌ）、（Ｘ_３ａ＋Ｌ、Ｙ_３ａ＋Ｌ）の位置に配置されているとする。

また図４において、位置検出カメラ３によりシート７の表面を撮影したときの位置検出カメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの視野は、夫々１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの範囲であるとする。

パターン８と位置検出カメラ３の上記の配置関係を前提とするときに、複数の位置検出カメラ３の夫々の視野の中にパターン８が入ってくるように位置検出カメラ３を移動させたときの位置状態が、先に述べた所望の位置に移動させたことを意味している。

この所望の位置において、図３の処理ステップＳ２では複数台の位置検出カメラ３により複数個のパターン８を撮像する。撮像されたパターン８は、図２の変形形状解析手段８０に取り込まれる。

図６は、４台の位置検出カメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにより撮像した円形状パターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを示した模式図例である。図６で、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、４台の位置検出カメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの視野（画像）であり、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは視野の中心位置である。また図６の視野１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの中心１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ間の距離は、図５の距離Ｌであり、例えば円形の視野１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの中にそれぞれ円形状パターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが視認されている。

写真撮影後の円形状パターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ間の距離は、図４の配置関係を理想とし距離Ｍを保つべきであるが、図６の例では明らかに距離Ｍが保たれていない。以後の処理では、撮像情報から歪みやひずみを検知していく。

このための画像処理の最初の処理ステップＳ３では、画像内パターン位置特定手段８３により、撮像した画像内の複数個のパターン８の中心位置を検出する。なおこの前提として図６の場合には、撮像した視野１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの中心１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの位置と、中心位置間の距離Ｌが図５のように知られている。位置検出カメラ３をカメラ保持筺体４に取り付けたときに、この位置関係が成立するようにされている。

撮像した視野１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ内の各パターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの中心１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの位置は、例えば図６の左下の位置検出カメラの視野１４ａで例示したように視野の中心１５ａ位置を原点（０、０）とするＸ−Ｙ座標の位置として把握される。視野１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの中心１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの位置を夫々の原点（０、０）とするときの、パターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの中心位置座標を、それぞれ（ｄＸ_ａ、ｄＹ_ａ）、（ｄＸ_ｂ、ｄＹ_ｂ）、（ｄＸ_ｃ、ｄＹ_ｃ）、（ｄＸ_ｄ、ｄＹ_ｄ）とする。

処理ステップＳ４ではパターン位置同定手段８４によりパターン８間の相対位置座標を演算する。処理ステップＳ５では、求めた相対位置座標をパターン検出位置記録手段８５に記録する。この処理は、図４のパターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの相互の距離を相対的に把握したものである。

この相対的位置把握では、例えば視野３ａの中心位置をＸ−Ｙ座標の原点（０、０）として把握されるので、パターン８ａの相対位置は（ｄＸ_ａ、ｄＹ_ａ）である。これに対し、
各視野の中心位置間距離は図５に示した距離Ｌであるので、８ｂの相対位置は（ｄＸ_ｂ＋Ｌ、ｄＹ_ｂ）、８ｃの相対位置は（ｄＸ_ｃ、ｄＹ_ｃ＋Ｌ）、８ｄの相対位置は（ｄＸ_ｄ＋Ｌ、ｄＹ_ｄ＋Ｌ）で表される。このようにして算出された相対位置情報がパターン８の位置情報を記録するパターン位置記録手段８６に記録される。

次いで処理ステップＳ６では変形量演算手段８７により測定箇所の変形状態を演算し、変形量記録手段８８に変形状態を記録する。ここで、シートに変形が存在しない理想的な状態では、撮影されたパターン８間の距離は図４の距離Ｍを保つことになる。簡便に図４の距離と図５の距離Ｌが等しいとして考えると、図６のパターン８間の距離はＬであるはずが、この例では明らかに距離Ｌを保ってはいない。この場合に、距離Ｌとの偏差が変形量を意味する。

このことから、測定対象７の変形量は、パターン８ａ、８ｂ間では、Ｘ軸方向とＹ軸方向、それぞれδａｂｘ、δ_ａｂｙとすると、変形量演算手段８７により、（１）式により算出することができる。なお（１）式では距離Ｍと距離Ｌが等しくない一般的な式で表している。
［数１］
δ_ａｂｘ＝ｄＸ_ａ＋ｄＸ_ｂ＋Ｍ−Ｌ
δ_ａｂｙ＝ｄＹ_ａ＋ｄＹ_ｂ （１）
同様にして、パターン８ａと８ｃの間の変形量δａｃｘ、δ_ａｃｙ、８ｃと８ｄの間の変形量δｃｄｘ、δ_ｃｄｙ、８ｄと８ｂの間の変形量δｄｂｘ、δ_ｄｂｙを算出することができる。

処理ステップＳ７では複数の計測箇所についての計測が終了するまで上記の処理を繰り返し実行し、終了後に処理ステップＳ８において、変形量記録手段８８に記録された複数観測箇所の変形状態から、測定対象７の計測エリア全面の変形データを生成する。

また、測定箇所の変形量から、さらに歪み率を算出して変形量記録手段８８に記録する。例えばパターン８ａ、８ｂ間のＸ軸方向とＹ軸方向の歪み率、Δａｂｘ、Δ_ａｂｙを算出すると、変形量δａｂｘ、δ_ａｂｙを用いて（２）式により算出できる。
［数２］
Δ_ａｂｘ＝（ｄＸ_ａ＋ｄＸ_ｂ＋Ｍ−Ｌ）／Ｍ
Δ_ａｂｙ＝（ｄＹ_ａ＋ｄＹ_ｂ）／Ｍ
同様にして、パターン８ａと８ｃの間の変形量Δ_ａｃｘ、Δ_ａｃｙ、８ｃと８ｄの間の変形量Δ_ｃｄｘ、Δ_ｃｄｙ、８ｄと８ｂの間の変形量Δ_ｄｂｘ、Δ_ｄｂｙを算出することができる。

このようにして、４つのパターン８間の変形量もしくは、歪み率から測定対象７の歪み形状も求めることができる。算出した変形量、歪み率、歪み形状などの情報は変形量記録手段８８に記録される。

ところで図１の変形計測装置２において、カメラ保持筐体４を移動させると、カメラ保持筺体稼動手段５上のガイドレールなどの歪みなどにより、カメラ保持筐体４は測定対象７の面に対して傾斜することが想定される。カメラ保持筐体４の位置検出カメラ３が傾斜することで、位置検出カメラ３によるパターン８の位置検出結果に誤差が生じる。この問題とその対策を、図７を用いて説明する。

図７は、カメラ保持筐体４が傾斜した時のパターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの計測位置を示す図である。４台の位置検出カメラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に格子状にそれぞれ距離Ｌ離れ配置されている。カメラ保持筐体４と測定対象７との距離をＨとし、カメラ保持筐体４はＸ軸方向にθｘ、Ｙ軸方向にθ_ｙ傾斜しているとする。図７はこのうち、位置検出カメラ３ａ、３ｂがパターン８ａ、８ｂを観測するときの、Ｙ軸方向の傾斜θ_ｙの様子を示している。

この場合、カメラ保持筐体４の傾斜により生じる、位置検出カメラ３ａのパターン８ａのＸ方向における検出位置の誤差δ_ａｘとＹ方向における検出位置の誤差δ_ａｙは、（３）式で示される。
［数３］
δ_ａｘ＝（（Ｈ＋Ｌ／２（ｓｉｎθｘ＋ｓｉｎθｙ））ｔａｎθ_ｙ）
＋Ｌ／２（１−ｃｏｓθｙ）
δ_ａｙ＝（（Ｈ＋Ｌ／２（ｓｉｎθｘ＋ｓｉｎθｙ））ｔａｎθ_ｘ）
＋Ｌ／２（１−ｃｏｓθ_ｘ） （３）
同様に、パターン８ｂのＸ軸方向とＹ軸方向の検出位置の誤差δｂｘ、δ_ｂｙは、（４）式で示される。
［数４］
δ_ｂｘ＝（（Ｈ＋Ｌ／２（ｓｉｎθｘ−ｓｉｎθｙ））ｔａｎθ_ｙ）
−Ｌ／２（１−ｃｏｓθｙ）
δ_ｂｙ＝（（Ｈ＋Ｌ／２（ｓｉｎθｘ−ｓｉｎθｙ））ｔａｎθ_ｘ）
＋Ｌ／２（１−ｃｏｓθ_ｘ） （４）
となる。

この場合に、変形量及び歪み率は、特定位置の２点間の距離及び距離の変化より求められる。位置検出カメラ３ａ、３ｂはカメラ保持筐体４に固定されているため、位置検出カメラ３ａ、３ｂの傾斜角は等しくなる。そのため、位置検出カメラ３ａ、３ｂの傾斜によるパターン８ａ、８ｂ間の検出位置の誤差は、同じ方向にほぼ等しい量現れる。そのため、パターン８ａ、８ｂ間の距離を求める場合、パターン８ａ、８ｂ間の検出位置座標の差分から求めるため、検出位置の誤差はほぼ相殺される。カメラ保持筐体４の傾斜によるＸ軸方向とＹ軸方向の変形量の計測誤差δａｂｘ及びδ_ａｂｙは、（５）式で示される。
［数５］
δａｂｘ＝Ｌｓｉｎθｙｔａｎθｙ＋Ｌ（１−ｃｏｓθｙ）
δａｂｙ＝Ｌｓｉｎθｙｔａｎθ_ｘ （５）
一方、１台の位置検出カメラ３により、パターン８ａ、８ｂ間の変形を計測する場合を考える。パターン８ａの計測時におけるＸ軸方向のカメラ傾斜角をθ_１ａｘ、Ｙ軸方向のカメラ傾斜角をθ_１ａｙとすると、パターン８ａのＸ軸方向の検出位置の誤差δ_１ａｘとＹ軸方向の検出位置の誤差δ_１ａｙは、（６）式で示される。
［数６］
δ１ａｘ＝Ｈｓｉｎθ１ａｙ
δ１ａｙ＝Ｈｓｉｎθ_１ａｘ （６）
パターン８ａの計測後、パターン８ｂを計測するため、位置検出カメラ３はパターン８ｂ上に移動するため、移動により位置検出カメラ３傾斜角が変化する。パターン８ｂ計測時のＸ軸方向のカメラ傾斜角をθ_１ｂｘ、Ｙ軸方向のカメラ傾斜角をθ_１ｂｙとするとし、パターン８ｂのＸ軸方向の検出位置の誤差δ_１ｂｘとＹ軸方向の検出位置の誤差δ_１ｂｙは、（７）式で示される。
［数７］
δ１ｂｘ＝Ｈｓｉｎθ１ｂｙ
δ１ｂｙ＝Ｈｓｉｎθ_１ｂｘ （７）
よって、１台の位置検出カメラ３により求めたパターン８ａ、８ｂ間の変形量の計測誤差δ１ａｂｘとδ_１ａｂｙは、（８）式で示される。
［数８］
δ１ａｂｘ＝Ｈｓｉｎθ１ａｙ＋Ｈｓｉｎθ１ｂｙ
δ１ａｃｘ＝Ｈｓｉｎθ１ａｘ＋Ｈｓｉｎθ_１ｂｘ （８）
ここで、カメラ保持筐体４及び位置検出カメラ３の傾斜角が、例えば１度以下と微小な場合を考える。角度θが微小の場合、ｓｉｎθ、ｃｏｓθ、ｔａｎθは、（９）式で示される。
［数９］
ｓｉｎθ≒θ
ｃｏｓθ≒１−θθ／２
ｔａｎθ≒θ （９）
よって、パターン８ａ、８ｂの距離、つまり変形量の計測誤差は、（１０）式で示される。
［数１０］
δａｂｘ≒３Ｌθｙθｙ／２
δａｂｙ≒ Ｌθｙθ_ｘ （１０）
一方、１台の位置検出カメラ３により測定した時に生じるパターン８ａ、８ｂ間の距離、つまり変形量の計測誤差は、（１１）式で示される。
［数１１］
δ１ａｂｘ≒Ｈ（θ１ａｙ＋θ１ｂｙ）
δ１ａｃｘ≒Ｈ（θ１ａｘ＋θ_１ｂｘ） （１１）
ここで、変形量もしくは歪み率の計測誤差を定量的に考えてみる。位置検出カメラ３と測定対象７との距離Ｈとパターン形成時におけるパターン８ａ、８ｂ間の距離Ｍが仮に等しいとする。複数台の位置検出カメラ３をカメラ保持筐体４に固定保持した状態で計測すると、カメラ保持筐体４の傾斜角θｘとθ_ｙを約０．００３ｒａｄ以下、つまり、約０．１７度以下に抑えることにより、カメラ保持筐体４が傾斜したことによる測定対象７の変形量もしくは歪み率の計測誤差を比率にして１０−５レベル以下に抑えることができる。

一方、１台の位置検出カメラ３により歪み計測をした場合を考える。位置検出カメラ３の移動量はパターン８ａ、８ｂ間の距離Ｍとほぼ等しいと考えられるので、それをもとに計測誤差を計算する。この場合、測定対象７の変形量または歪み率の計測誤差を、比率にして１０−５レベル以下に抑えるためには、カメラ傾斜角（θ１ｂｘ、θ_１ｂｙ）をそれぞれ、約１０−５ｒａｄ以下に、つまり、約５．７×１０−４度以下とオーダにして３、４桁小さな値に抑える必要がある。

ここから、カメラ保持筐体４に複数台の位置検出カメラ３を固定保持することで、複数の観測点で、位置検出カメラ３を移動させ計測したときの変形量または歪み率の計測誤差を小さくできることがわかる。また、位置検出カメラ３の傾斜により生じる変形量と歪み率の計測誤差は、カメラ保持筐体４に位置検出カメラ３を固定保持することで、位置検出カメラ３と測定対象７間の距離Ｈの影響を受けなくなり、位置検出カメラ３と測定対象７間との距離が離れた場合においても変形量及び歪み率の計測誤差に影響しない、または少ないことがわかる。

よって、変形計測装置２により、所望位置で測定対象７の変形量または歪み率を高精度に計測できる。

図８は、変形計測装置２を含むシート搬送機構１０１の構成図の例である。本発明で取り扱うシート状もしくは平面状の測定対象（以下シートＳという）は、帯状に形成されており、ローラに挟まれて搬送され、加工部分に送られる。また加工部分に送られる前に本発明の変形計測装置２により変形を計測され、計測結果が加工部分での加工に反映される。このため、シート搬送機構１０１には、シートＳを搬送する搬送モータ１０２及び
搬送モータ１０２によって駆動されるローラ（１２１、１２２、１３１、１３２）が複数台備え付けられている。図８のシート搬送機構１０１において、測定対象７であるシートＳは、搬送モータ１０２によって、図８中の左から右へ搬送される。なお、本発明のシート搬送機構１０１の適用事例はこの例に限らない。要するに搬送の途中、加工の前段に変形計測装置２を含み、その検出した変形を後段の加工に反映させるものであれば何でもよい。

図示のシート搬送機構１０１は、シートＳを固定保持し、シートＳの変形を保持したままシートＳの変形を計測し搬送するシート位置決め部１１０と、シート位置決め部１１０の後段に位置し絶縁膜や電気配線などの描画パターンを形成するパターン形成部１８０と、シートＳの搬送に対し上流側と下流側の２箇所に配置されシートＳの張力をその前後で遮断する張力遮断部１２０と、シートＳの張力Ｔを制御する張力制御部１３０から構成されている。

シート位置決め部１１０は、シートまたは面状体の変形計測装置１を備える。シートまたは面状体の変形計測装置１は、シートＳの変形を計測する変形計測装置２を有するとともに、シートＳの変形計測前にシートＳの変形状態を固定保持するシート固定保持部１１１を有する。

本実施例では、変形計測装置２は、カメラ保持筐体４とシートＳとの距離を測定する距離センサ９を有するとともに、距離センサ９はカメラ保持筐体４に固定され、カメラ保持筐体４とともに移動できる。カメラ保持筐体４をカメラ保持筺体稼動手段５で動かすことで、任意の位置でシートＳの面外方向の変形を計測できる。距離センサ９の計測結果を、変形状態解析手段８０に取り込み演算させることで、シートＳの面内変形のデータだけでなく、面外変形も含めた３次元の変形を計測することができる。

また、変形状態解析手段８０は、シートＳの変形状態からパターン形成部１８０で形成する描画パターンの形成位置の補正データを演算し、パターン形成部１８０のパターン形成位置制御手段１８４に送付するパターン形成位置演算部９０と、シートＳの変形状態から変形を所定範囲内に留めるよう変更する張力の値を演算し、張力制御部１３０の張力調整ローラ位置調整手段１３４に伝達するシート張力演算機構９１を有する。

カメラ保持筐体稼動手段５は、シートＳ面に平行移動するだけでなく、シートＳ面に対し垂直移動せしめるカメラ保持筐体垂直稼動手段１０を有するのが好都合である。カメラ保持筐体垂直稼動手段１０によるカメラ保持筐体４の移動は、カメラ保持筐体位置制御手段６（図２に図示）によって制御される。垂直稼働手段１０を備えることで、シート位置決め部１１０内のカメラ保持筐体４と干渉する位置に搬送ローラやパターン形成部１８０などの干渉物が存在または移動しても、カメラ保持筐体４との干渉をカメラ保持筐体垂直稼動手段１０によってカメラ保持筐体４を垂直移動することで回避できる。また、シートＳの搬送経路により、シートＳ面の高さが異なる場所が存在しても、カメラ保持筐体垂直稼動手段１０により、カメラ保持筐体４を垂直移動させ、距離センサ９の面外方向の計測結果をもとに、カメラ保持筐体４とシートＳ面との距離Ｈを所定距離内に保ったままパターン８を計測することが可能となる。

シート固定保持部１１１は、シートＳを固定保持した状態で、シートＳとともにシート固定保持部１１１を搬送できるシート固定保持部駆動手段１１２を備えるのがよい。シート固定保持部駆動手段１１２によって、計測したシートＳの変形状態を保ったまま、パターン形成部１８０などのシートＳを処理するエリアへ搬送できる。

パターン形成部１８０は、シートＳに描画パターンを形成するパターン形成手段１８１とパターン形成手段１８１を制御するパターン形成位置制御手段１８４を有する。なおパターン形成手段１８１には、パターン形成手段１８１を駆動するパターン形成手段移動機構と、パターン形成手段１８１からの描画パターンの形成位置を調整するパターン形成位置調整手段とが含まれる。パターン形成位置制御手段１８４は、所定の位置に描画パターンが形成されるように、パターン形成手段移動機構とパターン形成位置調整手段を制御する。

張力遮断部１２０は、表面が例えばゴム等の高摩擦部で成る高摩擦ローラ１２１と、高摩擦ローラ１２１に対抗した位置に配置されシートＳを狭持する圧接ローラ１２２を有する。これら高摩擦ローラ１２１と圧接ローラ１２２による圧接部によって、シートＳ間に作用する張力Ｔが遮断される。図８のように、張力遮断部１２０をシート搬送機構１０１の上流側と下流側にそれぞれ備えることにより、２つの張力遮断部１２０間におけるシートＳの張力Ｔは、更に上流側もしくは下流側の他の領域のシートＳの張力の影響を受けなくさせることができる。

張力制御部１３０は、張力調整ローラ１３１と、ガイドローラ１３２と、張力調整ローラ駆動手段１３３と張力調整ローラ位置制御手段１３４を有する。隣接した張力遮断部１２０の圧接ローラ１２２とガイドローラ１３２間のシートＳに、張力調整ローラ１３１が接触している。張力調整ローラ１３１を、張力調整ローラ位置制御手段１３４により、規定の張力Ｔがかかるよう張力調整ローラ駆動手段１３３により張力調整ローラ１３１を動かすことで、シートＳに作用する張力Ｔを任意に調整することが可能となっている。

以下、本実施例におけるシート搬送機構１０１の動作の説明をする。図９は、シート搬送機構１０１によるシートＳへの描画パターン形成の手順についてまとめた表である。図９の実線矢印の順に、シートＳは各主要機構を通り搬送される。

シートＳは、実線矢印のシートＳ搬送経路に示すように、まず上流側から張力遮断部１２０と、張力制御部１３０を通り、シート位置決め部１１０に搬送される。

シート位置決め部１１０に搬送されたシートＳは、その内部のシート固定保持部１１１により固定保持される。そしてシートＳを固定保持した状態で、シートＳの変形を変形計測装置２により計測する。変形状態解析手段８０では、この解析の結果を制御処理に反映させる。ここでの制御処理はパターン形成位置演算部９０によるものと、シート張力演算機構９１によるものとがある。

解析の結果、シートＳにかかる張力ＴによってシートＳが所定形状より大きく形状が異なると判断した場合は、シート張力演算機構９１が働く。点線矢印の情報伝達経路２００に示すように、シートＳの固定保持を解除し、シート張力演算機構９１により演算された適正張力の情報を、張力調整ローラ位置制御手段１３４に送ることで、張力制御手段部１３０で、適正な張力Ｔがかかるようを調整する。この場合、シートＳを固定保持し変形を計測する手順を繰り返す。

シートＳの変形計測かつ張力制御を終えた後、シートＳは、シート固定保持部１１１に形状を固定されたまま、パターン形成部１８０に搬送される。またシートＳの描画パターン形成前に、シートＳの変形計測結果であるシートＳの変形に合わせた描画パターンの形状を、パターン形成位置制御手段１８４に伝達する。このラインが図９点線矢印の情報伝達経路３００に示されたパターン形成位置演算部９０の出力である。このパターン形成位置演算部９０の機能は、要するにシート上の加工処理すべき位置を、変形量に応じて修正した修正位置の情報として与えたものである。このため、パターン形成位置演算部９０は、一般にはシート位置修正演算部と捉えることができる。

パターン形成位置制御手段１８４は、その描画パターン形成情報をもとに、パターン形成手段移動機構によりパターン形成手段１８１を移動させることで描画パターンの形成位置を調整、あるいは、パターン形成位置調整手段で描画パターンの形成位置を調整する。

描画パターン形成後、シートＳのシート固定保持部１１１の固定保持を解除し、シートＳの描画パターンを形成した部分を下流側の張力遮断部１２０を介し、シートＳを搬送しつつ、シート固定保持部１１１をシート位置決め部１１０まで戻す。

以上の操作を繰り返すことで、シート搬送機構１０１において、シートまたは面状体の変形計測装置１によりシートＳの変形を計測しパターン形成部に変形を保持したシートを搬送し、また変形データを送ることで、高精度にシートＳを位置決めし、描画パターンを高精度に形成することができる。

本実施例では、張力制御部１３０において、張力Ｔを張力調整ローラ１３１の位置調整により制御しているが、他の張力調整手段として、例えば、各搬送モータ１０２間でシートＳの搬送速度に差を持たせ、張力Ｔを調整する手段等も考えられるが、張力制御方法は任意の方法でよい。

本実施例では、シート固定保持部１１１の数について記述はないが、数は任意の数でよい。

なお図１０は、図８のシート搬送機構１０１による処理の過程を示したフロー図である。図１０のシート搬送方法は、計算機の周期的な処理により実行されるものであり、これにより本発明のシート搬送方法の一連の手順を説明する。

図１０の最初の処理ステップＳ１１では、シートＳの描画パターン形成面をシート位置決め部１１０まで搬送し、処理ステップＳ１２ではシートＳの描画パターン形成面の形状を固定保持部１１１で固定する。処理ステップＳ１３では固定後に変形計測装置２により、描画パターン形成面の変形を計測する。また処理ステップＳ１４ではシートＳ各部における変形状態の計測結果を集約して、描画パターン形成面の変形データを作成する。ここまでの処理は、図３の一連の処理を利用して実施することができる。

処理ステップＳ１５では、シートＳの搬送方向と幅方向の変形データを比較して、シートＳの張力Ｔによる伸縮量を算出する。例えば、搬送方向の変形が幅方向の変形に対して大きい場合に、張力が影響している可能性大であり、この時の伸縮量のデータを求める。処理ステップＳ１６では、伸縮量が適正範囲か確認し、適正であれば次の処理ステップＳ１９に移り、適正でない（張力により変形が過大になっている状態）場合には、処理ステップＳ１７に移る。

処理ステップＳ１７では、変形量を所定範囲内に抑制するための張力を算出し、固定保持部１１１によるシートＳの固定を解除する。さらに、算出した張力の値を張力制御部１３０に伝達して張力を制御する。これ等の処理を通じてシートＳの張力が適正に保たれ、シートＳの張力が適正に保たれた状態で、先の処理ステップＳ１２から処理ステップＳ１５の計測と判断を再実行する。張力が適正な条件下での変形量を新たな変形量として取り扱う。

この結果、処理ステップＳ１９以降の処理では、張力の影響が所定の範囲内にあるケースの変形量のみが取り扱われる。具体的な処理ステップＳ１９の処理では、まずシートＳの描画パターン形成面をパターン形成部１８０に搬送する。次いで、シートＳの変形データから求めた変形に合わせた描画パターンの形成位置を演算して、パターン形成部１８０に伝達する。

処理ステップＳ２０では、変形に合わせた描画パターンの形成位置に応じてシートＳに描画パターンを形成する。形成後は、処理ステップＳ２１においてシート固定保持部１１１によるシートＳの固定を解除しシートＳを搬送する。またシート固定保持部１１１をシート位置決め部１１０に戻し、次の変形計測に備える。

１：シートまたは面状体の変形計測装置，２：変形計測装置，３：位置検出カメラ，４：カメラ保持筺体，５：カメラ保持筺体稼動手段，６：カメラ保持筺体位置制御手段，７：測定対象，８：パターン，９：距離センサ，１０：カメラ保持筐体垂直移動手段，８０：変形状態解析手段，８１：パターン形状記憶手段，８２：撮像画像記録手段，８３：画像内パターン位置特定手段，８４：パターン位置同定手段，８５：パターン検出位置記録手段，８６：パターン位置記録手段，８７：変形量演算手段，８８：変形量記録手段，８９：測定対象変形解析手段，９０：パターン形成位置演算部，９１：シート張力演算機構，１０１：シート搬送機構，１０２：搬送モータ，１１０：シート位置決め部，１１１：シート固定保持部，１１２：シート固定保持駆動手段，１２０：張力遮断部，１２１：高摩擦ローラ，１２２：圧接ローラ，１３０：張力制御部，１３１：張力調整ローラ，１３２：ガイドローラ，１３３：張力調整ローラ駆動手段，１３４：張力調整ローラ位置制御手段，１８０：パターン形成部，１８１：パターン形成手段，１８４：パターン形成位置制御手段，Ｓ：シート

Claims (11)

1. 複数のパターンを記したシート状の測定対象の変形量を計測する変形計測装置であって、
   前記シート状の測定対象の表面を撮影する複数のカメラを固定配置しているカメラ保持筺体と、該カメラ保持筺体を前記シート状の測定対象の表面に平行な面上で移動させるカメラ保持筺体移動手段と、該カメラ保持筺体移動手段を前記シート状の測定対象の表面に平行な面上で位置制御するカメラ保持筺体位置制御手段と、該カメラ保持筺体位置制御手段が定めた位置の情報と前記カメラの撮影した撮影情報を用いて前記シート状の測定対象の変形量を算出する変形状態解析手段とを備えていることを特徴とする変形計測装置。
2. 請求項１記載の変形計測装置であって、
   前記カメラ保持筺体位置制御手段は、前記複数のカメラの視野内に前記パターンが入る位置に位置制御することを特徴とする変形計測装置。
3. 請求項２記載の変形計測装置であって、
   前記シート状の測定対象の表面に記された複数のパターン間の距離、及び前記複数のカメラ間の距離が予め知られており、前記変形状態解析手段は前記複数のカメラの視野内に撮影された前記パターン間の相対距離に応じて前記シート状の測定対象の変形量を計測することを特徴とする変形計測装置。
4. 請求項３記載の変形計測装置であって、
   前記カメラによる撮影、及び撮影情報を用いた変形量算出処理を、前記シート状の測定対象の複数個所で実施し、前記シート状の測定対象の変形量を得ることを特徴とする変形計測装置。
5. 複数のパターンを記したシート状の測定対象を搬送して、変形量を計測して、シート処理を実行するために、張力制御部と、変形計測部と、シート処理部を備えたシート処理装置であって、
   前記張力制御部は、前記複数のパターンを記したシート状の測定対象の搬送方向の張力を制御する張力調整手段を備え、
   前記変形計測部は、前記シート状の測定対象の表面を撮影する複数のカメラを固定配置しているカメラ保持筺体と、該カメラ保持筺体を前記シート状の測定対象の表面に平行な面上で移動させるカメラ保持筺体移動手段と、該カメラ保持筺体移動手段を前記シート状の測定対象の表面に平行な面上で位置制御するカメラ保持筺体位置制御手段と、該カメラ保持筺体位置制御手段が定めた位置の情報と前記カメラの撮影した撮影情報を用いて前記シート状の測定対象の変形量を算出する変形状態解析手段と、該変形状態解析手段で求めた変形量に応じてシート張力を定め前記張力調整手段に与えるシート張力演算部と、前記変形状態解析手段で求めた変形量に応じてシート位置を修正する修正位置情報を前記シート処理部に与えるシート位置修正演算部を備え、
   前記シート処理部は、前記変形状態解析手段のシート位置修正演算部が求めたシート上の処理位置を定めて所定の処理を実行する処理手段を備えていることを特徴とするシート処理装置。
6. 請求項５記載のシート処理装置であって、
   前記カメラ保持筺体移動手段は、前記シート状の測定対象の表面に平行な面上での移動を含む３次元の移動を行うことを特徴とするシート処理装置。
7. 請求項５、または請求項６記載のシート処理装置であって、
   前記変形計測部において変形を計測する時の前記シートは、シート固定保持部により固定されており、計測したシートの変形状態を保ったまま、後段の前記シート処理部へ搬送されることを特徴とするシート処理装置。
8. 請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のシート処理装置であって、
   前記変形計測部を含む搬送過程の前後に張力遮断部を備え、更に上流側もしくは下流側の他の領域でのシートの張力の影響を排除することを特徴とするシート処理装置。
9. 請求項１記載の変形計測装置であって、
   測定対象の面外方向の位置を計測可能な距離センサを有し、該距離センサは前記測定対象の表面に平行に移動可能な距離センサ移動手段を有することを特徴とする変形計測装置。
10. 請求項９記載の変形計測装置であって、
    測定対象の表面に平行に移動可能な距離センサ移動手段と、前記カメラ保持筺体移動手段が同一体に組み込まれていることを特徴とする変形計測装置。
11. 請求項１記載の変形計測装置であって、
    前記カメラ保持筺体移動手段が、移動可能に構成された範囲内において、前記測定対象を平面固定保持する測定対象平面保持手段を有することを特徴とする変形計測装置。

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