JP7076803B2

JP7076803B2 - 平坦度測定装置

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Publication number: JP7076803B2
Application number: JP2019120410A
Authority: JP
Inventors: 孝雄飯濱
Original assignee: TAIYO.CO.,LTD
Current assignee: TAIYO.CO.,LTD
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2022-05-30
Anticipated expiration: 2039-06-27
Also published as: JP2021004868A

Description

本発明は、磁気ディスクやウエハーなどの板状部材の表面の平坦度を測定する平坦度測定装置に関するものである。

従来、この種の板状部材として、電子装置等に使用されるハードディスクの磁気ディスクや、半導体素子を形成するウエハーなどがある。

また、前記板状部材の表面の平坦度を非接触で測定する平坦度測定装置として、被測定部材を着脱自在に支持する測定台と、前記測定台に沿ってこれに支持された前記被測定部材の表面に対して所定の隙間を隔てて相対的に移動自在に設けられたセンサヘッドと、前記センサヘッドに設けられ、前記被測定部材に渦電流を発生させて前記被測定部材の表面の変位を検出する複数の渦電流変位センサと、前記センサヘッドと前記被測定部材との相対位置の信号と、前記それぞれの渦電流変位センサからの信号とに基づいて前記被測定部材の表面の平坦度マップを求めて出力部にマップデータを出力する制御部とを有するもの（例えば特許文献１）がある。

近年、磁気ディスクはハードディスクドライブの大容量化に伴って薄肉になっており、平坦度の測定が益々重要になっており、レーザーなどの測定光を用いた干渉縞により板状部材の平坦度を測定する平坦度測定装置（例えば特許文献２）が知られているが、装置が高価になると共に、測定に時間が掛かる上に、自動化が難しいという問題がある。

前記特許文献２の干渉縞を用いる装置に比べて、前記特許文献１の平坦度測定装置は安価となるが、渦電流変位センサは相互の間隔を狭くして配置すると、コイルの磁束による相互作用による影響を受けるため間隔を狭めることができず、配置に制約を受けると共に、渦電流変位センサの測定部の一部が板状部材の縁部から外れると、静電容量から算出される測定値が実際のデータより小さくなるため、板状部材の外周縁部及び内周縁部を測定することができず、板状部材の全面の平坦度を正確に測定することができない問題がある。

また、レーザーを用いたセンサは渦電流変位センサに比べて相互の間隔を狭くすることができるが、渦電流変位センサと同様に板状部材の外周縁部及び内周縁部を測定することができず、しかも、センサが高額になるという問題がある。

特開平１１－１８３１１５号公報特開２００１－１２４５３２号公報

そこで、本発明は上述した問題点に鑑み、間隔を置いて複数配置した距離センサを用いて板状部材の表面の平坦度を正確に求めることができる平坦度測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、被測定部材の表面に対して所定の隙間を隔てて相対的に移動自在に設けられたセンサヘッドと、前記センサヘッドに前記移動自在の移動方向と交差方向に間隔を置いて複数設けられ、前記被測定部材との距離を前記移動方向に沿って検出する距離センサと、前記被測定部材に対する前記距離センサの前記移動方向の位置と、前記距離センサからの信号とに基づいて前記被測定部材の表面の高さを複数の検出位置で検出して前記被測定部材の表面の平坦度を求める制御部とを備えた平坦度測定装置において、前記制御部は、前記被測定部材の内周縁部に近接する第１と第２の前記検出位置の勾配から前記内周縁部に近接する第１と第２の検出位置を結ぶ延長線上の前記内周縁部の高さを検出する縁部高さ検出部を備えることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、前記縁部高さ検出部は、前記被測定部材の外周縁部に近接する第１と第２の前記検出位置の勾配から前記外周縁部に近接する第１と第２の検出位置を結ぶ延長線上の前記外周縁部の高さを検出することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、前記内周縁部に近接する第１と第２の検出位置は、前記移動方向又は／及び前記交差方向に並ぶことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、前記外周縁部に近接する第１と第２の検出位置は、前記移動方向又は／及び前記交差方向に並ぶことを特徴とする。

請求項１の構成によれば、複数の距離センサからの信号に基づいて被測定部材の表面を求めることができ、被測定部材の内周縁部に近接する第１と第２の検出位置の検出データを用いて、距離センサで測定できない内周縁部の高さを検出することができる。

また、請求項２の構成によれば、外周縁部の高さを検出することができる。

また、請求項３の構成によれば、距離センサの移動方向両側の内周縁部の高さを検出することができ、又は距離センサの移動方向と交差する方向の両側の内周縁部の高さを検出することができる。

また、請求項４の構成によれば、距離センサの移動方向両側の外周縁部の高さを検出することができ、又は距離センサの移動方向と交差する方向の両側の外周縁部の高さを検出することができる。

本発明の実施例１を示すセンサヘッドの平面図である。同上、装置の背面図である。同上、測定台の断面図である。同上、ブロック図である。同上、外周縁部の検出を説明する被測定部材の平面説明図である。同上、外周縁部の検出を説明する被測定部材の一部の拡大平面説明図である。同上、搬入手段と搬出手段の開閉爪を示し、図７（Ａ）は被測定部材の貫通孔に対をなす開閉爪の先端側を遊挿した状態の底面図、図７（Ｂ）は開閉爪を開いて被測定部材の貫通孔に係止した状態の断面図を示す。同上、移動方向と交差方向に並んだ第１と第２の検出位置を用いた外周縁部の検出を説明する被測定部材の平面説明図である。本発明の実施例２を示す内周縁部の検出を説明する被測定部材の平面説明図である。同上、内周縁部の検出を説明する被測定部材の一部の拡大平面説明図である。同上、移動方向と交差方向に並んだ第１と第２の検出位置を用いた内周縁部の検出を説明する被測定部材の平面説明図である。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。

図１～図８に示すように、平坦度測定装置１の装置本体２はベース体３を備え、このベース体３には、被測定部材であるディスク１０１を保持するための測定台４が設けられている。尚、前記測定台４は位置固定されている。

前記ディスク１０１は中心部に貫通孔１０２を有し外周が円形となっており、前記測定台４はディスク１０１の外周に比べて小径な略円柱形をなし、図３などに示すように前記測定台４の上面にはディスク１０１を載置する円形の載置面４Ａが設けられ、この載置面４Ａの中央にはディスク１０１の貫通孔１０２に嵌合する円形の突起部５を有している。したがって、ディスク１０１はその貫通孔１０２の部分を前記突起部５に嵌合させることによって、測定台４の上に着脱自在に位置決め固定される。尚、ディスク１０１の外周と貫通孔１０２は同心円である。また、前記突起部５の上面周囲には面取り状のテーパー面５Ｃが形成され、このテーパー面５Ｃにより突起部５の先端が上方に向かって径小になるように形成され、そのテーパー面５Ｃにより貫通孔１０２に突起部５をスムーズに挿入することができる。

図２に示すように、前記装置本体２には、ベース体３の左右両側に縦方向の移動腕部６，６が配置され、これら左右の移動腕部６，６は図示しない案内部材によりベース体３の前後方向で直線方向に往復動自在に装着されており、それら左右の移動腕部６，６の上部にセンサヘッド７が固定され、このセンサヘッド７は、前記測定台４の上方に位置する。

前記平坦度測定装置１は、マイクロコンピュータなどの制御部１１の制御により駆動すると共に、この制御部１１により、ディスク１０１に対する距離センサの移動方向の位置と、前記距離センサからの信号とに基づいてディスク１０１の表面１０３の高さを前記移動方向に間隔を置いた複数の検出位置で検出してディスク１０１の表面１０３の平坦度を得ることができる。

また、前記平坦度測定装置１は、前記センサヘッド７を前記ベース体３に沿って直線状に前後方向に往復動させる往復駆動手段１２と、後述するエンコーダの検出に基づいて前記センサヘッド７の位置を検出する位置検出部１３を備え、この例では位置検出部１３は前記制御部１１に設けられている。尚、センサヘッド７の前後方向が該センサヘッド７の移動方向であり、図１において右側を前側、左側を後側とする。

前記往復駆動手段１２は、前記センサヘッド７を直線方向に往復動させるために、前記ベース体３にボールねじ１５が回転自在に取り付けられており、このボールねじ１５にねじ結合されるナット体（図示せず）が前記移動腕部６，６を介して前記センサヘッド７に連結されている。前記ボールねじ１５の端部には回転駆動手段たるステップモータ１６が連結されている。従って、ステップモータ１６が回動すると、前記ナット体がボールねじ１５の長さ方向に移動する。

図２に示すように、前記センサヘッド７は、前記測定台４上に保持された前記ディスク１０１の表面１０３に対して所定の間隔を置いて配置される取付ベース８を備え、この取付ベース８には、距離センサたる渦電流変位センサ２１が左右方向に等間隔で複数取り付けられており、複数の渦電流変位センサ２１，２１・・・はディスク１０１の左右中央の中心線１０１Ｓを挟んだ線対象の位置にある。そして、複数の渦電流変位センサ２１，２１・・・は、その先端の検出部が前記ディスク１０１の表面１０３と所定の間隔を保持するように前記取付ベース８に取り付けられている。尚、左右方向の一方の外側から他方の外側に向かって第１～第１０の渦電流変位センサ２１，２１・・・が並んでいる。

この例では、渦電流変位センサ２１，２１・・・は、相互の干渉の問題により必要所定間隔である９ｍｍの間隔を置いて１０個配置されており、ディスク１０１の外径（直径）が９５ｍｍの場合、左右方向における第１及び第１０の渦電流変位センサ２１とディスク１０１の外周縁部１０１Ｇとの間隔は、それぞれ７ｍｍとなる（図５参照）。尚、この例の渦電流変位センサ２１，２１は９ｍｍの間隔を置くことにより相互の干渉を起こさず、ディスク１０１の表面１０３との距離を測定できる。

また、図１及び図２に示すように、前記取付ベース８には、第８と第９の渦電流変位センサ２１，２１の中央で前後方向一側（前側）に、距離センサたる渦電流変位センサ２１Ａが配置されると共に、第２と第３の渦電流変位センサ２１，２１の中央で前後方向一側（前側）に、距離センサたる渦電流変位センサ２１Ａが配置されている。尚、渦電流変位センサ２１Ａは位置が異なる以外は渦電流変位センサ２１と同一構成である。また、前記渦電流変位センサ２１Ａ，２１Ａは近接する渦電流変位センサ２１から必要所定間隔以上離れている。そして、前記渦電流変位センサ２１Ａ，２１Ａの間隔は５４ｍｍであり、前記渦電流変位センサ２１Ａ，２１Ａと第３～第８の渦電流変位センサ２１，２１・・・を用いて、外径の異なる例えば６５ｍｍのディスク（図示せず）の平坦度を測定することができる。

前記取付ベース８の左右方向中央には、後と前（図１で左側と右側）に並んで測定開始センサ２２，２２Ａが設けられている。これら測定開始センサ２２，２２Ａは、誘導形近接センサ，静電容量形近接センサや磁気近接センサなどからなり、渦電流変位センサ２１の位置に対して、移動方向後と前に開始位置用所定間隔だけ離れた位置に配置されている。尚、センサヘッド７の前後方向の移動と前後逆方向の移動の双方において渦電流変位センサ２１による測定を行うことができるから、センサヘッド７の１回の走査が終わったら、ディスク１０１を反転させたり、他のディスク１０１に交換したりすることができる。

この例では、図５に示すように、外径９５ｍｍのディスク１０１に対して、渦電流変位センサ２１は、その移動方向に２.２５ｍｍピッチの４０箇所の検出位置Ｐ１～Ｐ４０でディスク１０１の表面１０３と該センサ２１の先端との間隔を測定し、この間隔により制御部１１が表面１０３の高さを検出する。また、渦電流変位センサ２１はディスク１０１を測定可能な位置において２.２５ｍｍピッチで３９箇所の高さを検出するから、前記検出位置Ｐ１，Ｐ４０の間隔は、８７.７５ｍｍとなり、外径９５ｍｍから８７.７５ｍｍを引いた値の１／２である３.６２５ｍｍが前記開始位置用所定間隔となる。

そして、この例では、渦電流変位センサ２１の外径（直径）が３．８ｍｍであり、所定間隔３．６２５ｍｍから渦電流変位センサ２１の半径である１.９ｍｍを引いた１.７２５ｍｍが、前記検出位置Ｐ１，Ｐ４０における渦電流変位センサ２１の外径とディスク１０１の外周縁部１０１Ｇとの間隔となる。尚、前記ピッチは、前記渦電流変位センサ２１，２１の必要所定間隔より小さく、好ましくは前記ピッチを前記必要所定間隔の１／３以下とすることにより、ディスク１０１の平坦度を正確に求めることができる。

前記開始位置用所定間隔である３．６２５ｍｍだけ移動方向後側と前側に測定開始センサ２２，２２Ａの位置をずらすことにより、センサヘッド７を後側に移動（図１で右側から左側）すると、移動方向後側の測定開始センサ２２がディスク１０１の外周縁部１０１Ｇを検出した位置で、中心の両側の渦電流変位センサ２１，２１により外周縁部１０１Ｇから前記開始位置用所定間隔だけ離れた第１の検出位置Ｐ１においてディスク１０１の高さの検出が行われる。

また、位置検出部１３により渦電流変位センサ２１の位置を検出し、制御部１１の制御により検出位置Ｐ２～Ｐ４０で渦電流変位センサ２１によりディスク１０１の高さの検出が行われる。具体的には、前記位置検出部１３は、前記ボールねじ１５を回転駆動するためのステップモータ１６の回転数をカウントしてセンサヘッド７の位置を検出するエンコーダ１４からの検出信号が、中央演算処理装置ＣＰＵなどを有する前記制御部１１に送られるとともに、各検出位置Ｐ１～Ｐ４０で渦電流変位センサ２１，２１・・・による検出が行われると共に、１０個の渦電流変位センサ２１，２１・・・からのディスク１０１の表面１０３までの距離に係る信号がそれぞれ前記制御部１１に送られるようになっている。これらの信号によって、ディスプレイやプリンタなどの表示手段に測定された平坦度の値や分布状態などの平坦度マップが出力される。

このように渦電流変位センサ２１は、図１，図５及び図８において右側から左側に向かって、センサヘッド７をベース体３の長さ方向に移動させると、渦電流変位センサ２１は図５及び図８の横線で示す位置を移動することになり、ディスク１０１の表面１０３を走査してその表面１０３の変位から平坦度を測定することきができる。この際、上述したようにセンサヘッド７を移動すると、移動方向後側の測定開始センサ２２がディスク１０１の外周縁部１０１Ｇを検出した位置で、渦電流変位センサ２１により外周縁部１０１Ｇから前記所定間隔の検出位置Ｐ１においてディスク１０１の高さの検出が行われ、このように正しい位置から渦電流変位センサ２１による検出が行われる。

尚、図１及び図２に示すように、前記突起部５の上面中央には、距離センサの移動方向の溝部５Ａが凹設され、この溝部５Ａは相互に平行をなす左右の縦壁部５Ｂ，５Ｂを有し、前記センサヘッド７の移動時に前記第５，第６の渦電流変位センサ２１，２１及び前記測定開始センサ２２，２２Ａの下端側が前記溝部５Ａ内を通過する。尚、溝部５Ａの底面は、測定台４の上面の高さ以下が好ましい。また、測定台４にディスク１０１を載置した状態で、突起部５の上端はディスク１０１の表面１０３から突出する。

また、平坦度測定装置１は、前記測定台４にディスク１０１を供給・排出する供給手段３１を備える。この供給手段３１は、前記ディスク１０１を水平に保持する保持手段３２と、この保持手段３２を反転する反転手段３３と、前記保持手段３２を昇降する保持昇降手段３４と、前記保持手段３２からディスク１０１を受け取って昇降する略リング状の昇降受け皿３５と、この昇降体たる昇降受け皿３５を昇降する昇降体昇降手段３６と、ディスク搬入保管場所（図示せず）から上昇位置の前記昇降受け皿３５上にディスク１０１を受け渡す搬入手段３７と、測定後に上昇位置に戻った前記昇降受け皿３５上のディスク１０１をディスク搬出保管場所（図示せず）に搬出する搬出手段３８とを備える。尚、リング状の前記昇降受け皿３５の中央の貫通孔（図示せず）は、前記測定台４を遊挿可能な大きさを有する。

図２に示すように、前記保持手段３２は、前記ディスク１０１の外周縁部１０１Ｇを挟んで保持する開閉式外周保持部として一対の開閉腕部３２Ａ，３２Ａを備え、これら開閉腕部３２Ａ，３２Ａは相互の間隔が開いたり閉じたりすることにより開閉して前記ディスク１０１の外周縁部１０１Ｇを挟んで保持し、この保持した状態で前記反転手段３３が駆動し、ディスク１０１をその直径を中心として１８０度反転させることができる。尚、保持手段３２は測定台４の上方で昇降する。

また、図２に示す平坦度測定装置１は、図示しないが左右に並んで２台設けられており、左右に並んで２台の装置１,１の左右方向（２台の装置１，１が並んだ方向）一側にディスク１０１を保管する前記ディスク搬入保管場所が左右に間隔を置いて設けられると共に、左右方向他側にディスク１０１を保管する前記ディスク搬出保管場所が左右に間隔を置いて設けられている。即ち、ディスク保管場所には、左右の平坦度測定装置１，１の測定台４，４の間隔に対応して、２枚のディスク１０１，１０１が収納される。また、前記搬入手段３７及び搬出手段３８は、図７に示すように、ディスク１０１の貫通孔１０２に係脱可能な対をなす開閉爪３９，３９を備え、これら対をなす開閉爪３９，３９も前記左右の平坦度測定装置１，１の測定台４，４の間隔に対応して二対設けられており、前記対をなす開閉爪３９，３９の間隔を狭めた状態で貫通孔１０２に遊挿（図７（Ａ））し、対をなす開閉爪３９，３９の間隔を開くことにより貫通孔１０２に係止（図７（Ｂ））してディスク１０１を保持することができる。また、開閉爪３９の先端には、貫通孔１０２の周囲の外面に係止するフランジ状の係止部３９Ａが設けられており、この係止部３９Ａによりディスク１０１の抜け出しを防止することができ、また、開閉爪３９の外周面は貫通孔１０２に対応して円弧状に形成されている。尚、前記対をなす開閉爪３９，３９が前記ディスク１０１の貫通孔１０２に係脱して保持する開閉式貫通孔保持部である。

ディスク１０１の表面１０３を平坦度測定装置１によって測定するには、開閉腕部３２Ａ，３２Ａを水平方向のディスク１０１が通過可能になるように開き、搬入手段３７によりディスク１０１を開閉腕部３２Ａ，３２Ａの間を通し、そのディスク１０１を測定台４の上方の昇降受け皿３５の上に載置するように受け渡す。受け渡し後、搬入手段３７はディスク搬入保管場所に戻って次のディスク１０１を保持する。ディスク１０１を受け取った昇降受け皿３５は、測定台４の上面より下方に降下し、この降下の際に貫通孔１０２が前記突起部５に嵌合し、ディスク１０１が測定台４上に位置決め載置され、ディスク１０１の一方の表面１０３の測定を行うことができる。尚、左右の平坦度測定装置１，１は同期して駆動する。

このようにして、ディスク１０１の一方の表面１０３の平坦度を測定した後に、昇降受け皿３５が上昇し、突起部５と貫通孔１０２の嵌合が解除された後、昇降受け皿３５が停止し、この停止位置まで前記保持手段３２が降下し、開閉腕部３２Ａ,３２Ａが閉まって昇降受け皿３５上のディスク１０１を保持し、保持後、保持手段３２が反転しても装置と干渉しない位置まで上昇し、反転手段３３により保持手段３２が反転し、反転後、保持手段３２が降下して測定台４の上方の昇降受け皿３５の上にディスク１０１を載置するように受け渡すと共に、載置後に開閉腕部３２Ａ，３２Ａを開いた後、保持手段３２が上方に戻り、ディスク１０１を受け取った昇降受け皿３５は、上述したように測定台４の上面より下方に降下し、この降下の際に貫通孔１０２が前記突起部５に嵌合し、ディスク１０１は測定台４上に位置決め載置され、反対の表面１０３の平坦度を測定することができる。反対の表面１０３の測定が終了したら、昇降受け皿３５が上昇し、突起部５と貫通孔１０２の嵌合が解除された後、昇降受け皿３５が停止し、上方から搬出手段３８が降下し、搬出手段３８の二対の開閉爪３９，３９，３９，３９が貫通孔１０２，１０２により両平坦度測定装置１，１のディスク１０１，１０１を保持し、保持後、搬出手段３８が上昇し、さらに、横移動して前記ディスク搬出保管場所にディスク１０１，１０１を受け渡す。尚、反対の表面１０３の測定は、センサヘッド７を逆方向に移動して行われ、この場合は、移動方向後側の測定開始センサ２２Ａがディスク１０１の外周縁部１０１Ｇを検出した位置で、渦電流変位センサ２１により外周縁部１０１Ｇから前記所定間隔の検出位置Ｐ４０においてディスク１０１の高さの検出が行われる。

ここで測定するディスク１０１の外径と内径の値を前記制御部１１に入力し、あるいはそれらの値を予め入力して記憶させ、上記の間隔の第１～第１０の渦電流変位センサ２１，２１・・・を用いると共に、上記の第１～第４０の検出位置Ｐ１～Ｐ４０でディスク１０１の高さの検出を行い、以下のように外周縁部１０１Ｇと内周縁部１０１Ｎの高さを算出して平坦度の測定に用いる。

前記制御部１１は、被測定部材たるディスク１０１の縁部に近接する第１と第２の検出位置の勾配から第１と第２の検出位置を結ぶ延長線上の前記縁部の高さを算出する。具体的に、制御部１１は、ディスク１０１の縁部たる外周縁部１０１Ｇ，内周縁部１０１Ｎに近接する第１と第２の検出位置Ｘ１，Ｘ２の勾配と、前記第１と第２の検出位置Ｘ１，Ｘ２を結ぶ延長線上の前記縁部と前記第１の検出位置Ｘ１の間隔と、前記第１の検出位置Ｘ１の高さＺ１とから前記延長線上の前記外周縁部１０１Ｇ，内周縁部１０１Ｎの高さを検出する縁部高さ検出部１１Ａを備える。

外周縁部１０１Ｇの高さを求める例について、図５，図８及び表１を用いて説明する。図５及び図８は外径９５ｍｍのディスク１０１の平面説明図であり、図５及び図８において、前記第１～第１０の渦電流変位センサ２１，２１・・・の位置に、１～１０のセンサ位置を記載すると共に横線を付し、これら横線の間隔は実施例で示した渦電流変位センサ２１，２１の間隔である９ｍｍに対応する。即ち、測定の際、センサヘッド７が移動すると、第１～第１０の渦電流変位センサ２１，２１・・・が対応する横線に沿って移動する。また、図５及び図８の縦線は前記検出位置Ｐ１～Ｐ４０に対応して、２.２５ｍｍピッチで記載されている。

上記表１において、上段左側の「センサ」の列は、外周縁部１０１Ｇの検出位置を示し、例えば「１（右）」の行は、ディスク１０１の前後方向中央（図中では左右方向中央）の中心線Ｓの右側で、１のセンサ位置の横線と交わる外周縁部１０１Ｇの位置の測定に係る。同様に「６（左）」の行は、ディスク１０１の前後方向中央の中心線１０１Ｓの左側で、６のセンサ位置の横線と交わる外周縁部１０１Ｇの位置の測定に係る。

表１において、上段の「第１の検出位置」の列と「第２の検出位置」の列は、外周縁部１０１Ｇの検出位置の高さを検出するために用いる渦電流変位センサ２１の第１と第２の検出位置を示す。「１（右）」では、第１の検出位置が前記検出位置Ｐ１１であり、第２の検出位置が前記検出位置Ｐ１２である。同様に「６（左）」では、第１の検出位置が前記検出位置Ｐ４０であり、第２の検出位置が前記検出位置Ｐ３９である。尚、図５では理解を容易にするため、第１の検出位置の符号を上側、第２の検出位置の符号を下側に付している。

また、表１において、「Ｘ１」の列は、第１の検出位置の中心線Ｓからの距離、「Ｘ２」の列は第２の検出位置の中心線Ｓからの距離、「Ｘ」の列は、対応する外周縁部１０１Ｇの中心線１０１Ｓからの距離を示す。尚、単位はｍｍである。そして、横線が第１の検出位置と第２の検出位置を結ぶ延長線であり、この延長線上に前記外周縁部１０１Ｇの検出位置が位置する。

前記「Ｘ１」と「Ｘ２」は前記ピッチ（２．２５ｍｍ）から計算で求め、前記「Ｘ」は中心線１０１Ｓから横線と外周縁部１０１Ｇの交点迄の距離であり、計算により求めた。尚、図６の拡大図にそれらＸ１，Ｘ２，Ｘを付した。また、渦電流変位センサ２１の検出データに基いて前記制御部１１が、「Ｘ１」「Ｘ２」の高さＺ１，Ｚ２を検出する。そして、Ｚを「Ｘ」における高さとすると、Ｚは下記の数１から導かれ、前記縁部高さ検出部１１Ａが前記高さＺを算出する。

尚、数１において、（Ｚ２－Ｚ１）／（Ｘ２－Ｘ１）が被測定部材の縁部に近接する第１と第２の検出位置の勾配である。

このように被接触式のセンサである渦電流変位センサ２１では測定できない縁部の前記移動方向（Ｘ方向）両側の高さを計算により求めて補間することができる。

図８は距離センサの移動方向と交差方向に並んだ第１と第２の検出位置を用いた外周縁部１０１Ｇの高さ検出を説明するものであり、左右方向中央（図中では上下方向中央）の中心線Ｓから第１及び第２の検出位置迄の距離が「Ｘ１」「Ｘ２」である。前記交差方向の場合、渦電流変位センサ２１，２１の間隔が９ｍｍであるから、この例では「Ｘ１」は３１．５（９×３－９／２）ｍｍ、「Ｘ２」は４０．５ｍｍである。また、「Ｘ」は中心線１０１Ｓから縦線と外周縁部１０１Ｇの交点迄の距離であり、計算により求めることができる。尚、この場合は縦線が第１の検出位置と第２の検出位置を結ぶ延長線である。

このように、この例では、検出位置Ｐ１１～Ｐ３０の表面１０３の高さのデータから、上記数１を用いて、検出位置Ｐ１１～Ｐ３０間の外周縁部１０１Ｇの高さを算出することができる。

このようにＸ方向における検出データを用いて、前記交差方向（Ｙ軸方向）の縁部の両側の高さを計算により算出することができる。

このように本実施例では、請求項２に対応して、被測定部材たるディスク１０１の表面１０３に対して所定の隙間を隔てて相対的に移動自在に設けられたセンサヘッド７と、センサヘッド７に前記移動自在の移動方向と交差方向に間隔を置いて複数設けられ、ディスク１０１との距離を前記移動方向に沿って検出する距離センサたる渦電流変位センサ２１と、ディスク１０１に対する渦電流変位センサ２１の前記移動方向の位置と、渦電流変位センサ２１からの信号とに基づいてディスク１０１の表面１０３の高さを複数の検出位置Ｐ１～Ｐ４０で検出してディスク１０１の表面１０３の平坦度を求める制御部１１とを備えた平坦度測定装置１において、制御部１１は、ディスク１０１の縁部たる外周縁部１０１Ｇに近接する第１と第２の検出位置の勾配（Ｚ２－Ｚ１）／（Ｘ２－Ｘ１）から外周縁部１０１Ｇに近接する第１と第２の検出位置を結ぶ延長線上の外周縁部１０１Ｇの高さＸを検出する縁部高さ検出部１１Ａを備えるから、複数の渦電流変位センサ２１，２１・・・からの外周縁部１０１Ｇに基づいてディスク１０１の表面１０３を求めることができ、ディスク１０１の縁部に近接する第１と第２の検出位置の検出データを用いて、渦電流変位センサ２１で測定できない外周縁部１０１Ｇの高さＺを検出することができる。

このように本実施例では、請求項２に対応して、前記縁部は、被測定部材たるディスク１０１の外周縁部１０１Ｇであるから、外周縁部１０１Ｇの高さＺを検出することができる。

このように本実施例では、請求項４に対応して、前記外周縁部１０１Ｇに近接する第１と第２の検出位置は、前記移動方向又は／及び前記交差方向に並ぶから、渦電流変位センサ２１の移動方向両側の外周縁部１０１Ｇの高さＺを検出することができ、又は渦電流変位センサ２１の移動方向と交差する方向の両側の縁部たる外周縁部１０１Ｇの高さＺを検出することができる。

以下、実施例上の効果として、取付ベース８の左右方向中央には、後と前に並んで測定開始センサ２２，２２Ａが設けられ、渦電流変位センサ２１の位置に対して、移動方向後と前に開始位置用所定間隔だけ離れた位置に配置されているから、測定開始センサ２２，２２Ａがディスク１０１の外周縁部１０１Ｇを検出した位置で、渦電流変位センサ２１により外周縁部１０１Ｇから前記所定間隔の検出位置Ｐ１においてディスク１０１の高さの検出が行われる。また、被測定部材たるディスク１０１の縁部たる外周縁部１０１Ｇ，内周縁部１０１Ｎに近接する第１と第２の前記検出位置の勾配（Ｚ２－Ｚ１）／（Ｘ２－Ｘ１）と、第１と第２の検出位置を結ぶ延長線上の外周縁部１０１Ｇと前記第１の検出位置の間隔（Ｘ－Ｘ１）と、第１の検出位置の高さＺ１とから延長線上の外周縁部１０１Ｇ，内周縁部１０１Ｎの高さＸを検出する平坦度測定方法であるから、ディスク１０１の外周縁部１０１Ｇ，内周縁部１０１Ｎに近接する第１と第２の検出位置の検出データを用いて、渦電流変位センサ２１で直接的に測定できない外周縁部１０１Ｇの高さＺを検出することができる。

また、Ｘ方向の１回の走査により、共通する高さデータにより前記交差方向の両側の外周縁部１０１Ｇの高さを算出することができる。特に、間隔の制約のある距離センサでは、Ｘ方向の間隔は例えば実施例のように２．２５ｍｍピッチで測定を行うことができるが、円形のディスク１０１の外周縁部１０１Ｇに対して直線移動で検出する場合、交差方向両側の検出位置が少なくなるが、その部分を計算により補間することができる。また、左右方向中央の２つの渦電流変位センサ２１，２１はディスク１０１の左右中央の中心線１０１Ｓを挟んだ線対象の位置にあるから、外周縁部１０１Ｇと内周縁部１０１Ｎの間に、複数の渦電流変位センサ２１，２１・・・を効率よく配置することができる。さらに、前記渦電流変位センサ２１Ａ，２１Ａを設けたから、外径の異なる複数種類のディスクの平坦度を測定することができる。

また、測定台４の上面に、貫通孔１０２に嵌合する位置決め用の突起部５を設け、この突起部５の上面に、測定時に複数のセンサ２１，２１，２２，２２Ａが通過する溝部５Ａを設けたから、ディスク１０１を位置決めする突起部５の大きさ及び高さを確保しながら、突起部５がセンサによる測定の邪魔になることがない。さらに、保持手段３２は、一対の開閉腕部３２Ａ，３２Ａによりディスク１０１を外周縁部１０１Ｇ側から挟んで保持し、一方、搬入手段３７及び搬出手段３８は、前記開閉爪３９，３９の間隔を狭めた状態で貫通孔１０２に遊挿し、対をなす開閉爪３９，３９を開くことにより貫通孔１０２に係止してディスク１０１を保持するから、ディスク１０１の受け渡しを円滑に行うことができる。また、供給手段３１を備えることにより、装置１の測定位置たる測定台４へのディスク１０１の搬入・搬出を自動化することができる。

図９～図１１は、本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。同図は非接触式センサである距離センサを用いて直接測定できない内周縁部１０１Ｎの高さを算出する例を示す。

図９及び図１０は、距離センサの移動方向に並ぶ第１と第２の検出位置を用いた内周縁部１０１Ｎの検出を説明するものであり、横線上において貫通孔１０２の内周縁部１０１Ｎに近接する検出位置Ｐ１４，Ｐ１３が第１，第２の検出位置であり、同検出位置Ｐ２７，Ｐ２８が１，第２の検出位置である。

ディスク１０１の前後方向中央（図中では左右方向中央）の中心線１０１Ｓから第１及び第２の検出位置迄の距離が「Ｘ１」「Ｘ２」である。また、「Ｘ」は中心線１０１Ｓから横線と外周縁部１０１Ｇの交点迄の距離であり、計算により求めることができる。尚、この場合は横線が第１の検出位置と第２の検出位置を結ぶ延長線である。

したがって、この例では、５，６のセンサ位置の渦電流変位センサ２１，２１による検出位置Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ２７，Ｐ２８の表面１０３の高さのデータから、上記数１を用いて、５，６のセンサ位置の内周縁部１０１Ｎの高さＺを算出することができる。

図１１は距離センサの移動方向と交差方向に並んだ第１と第２の検出位置を用いた内周縁部１０１Ｎの検出を説明するものであり、左右方向中央（図中では上下方向中央）の中心線Ｓから第１及び第２の検出手段迄の距離が「Ｘ１」「Ｘ２」である。前記交差方向の場合、渦電流変位センサ２１，２１の間隔が９ｍｍであるから、「Ｘ１」は１３．５ｍｍ、「Ｘ２」は２２．５ｍｍである。また、「Ｘ」は中心線１０１Ｓから縦線と内周縁部１０１Ｎの交点迄の距離であり、計算により求めることができる。尚、この場合は縦線が第１の検出位置と第２の検出位置を結ぶ延長線である。

したがって、この例では、検出位置Ｐ１６，Ｐ１７，Ｐ１８，Ｐ１９,Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４，Ｐ２５の表面１０３の高さのデータから、上記数１を用いて、同検出位置の内周縁部１０１Ｎの高さＺを算出することができる。

このように本実施例では、制御部１１は、ディスク１０１の縁部たる内周縁部１０１Ｎに近接する第１と第２の検出位置の勾配（Ｚ２－Ｚ１）／（Ｘ２－Ｘ１）と、第１と第２の検出位置を結ぶ延長線上の内周縁部１０１Ｎと前記第１の検出位置の間隔（Ｘ－Ｘ１）と、第１の検出位置の高さＺ１とから延長線上の内周縁部１０１Ｎの高さＸを検出する縁部高さ検出部１１Ａを備えるから、請求項１に対応して、上記実施例１と同様な作用・効果を奏する。

このように本実施例では、請求項３に対応して、前記内周縁部１０１Ｎに近接する第１と第２の検出位置は、前記移動方向又は／及び前記交差方向に並ぶから、渦電流変位センサ２１の移動方向両側の内周縁部１０１Ｎの高さＺを検出することができ、又は渦電流変位センサ２１の移動方向と交差する方向の両側の縁部たる内周縁部１０１Ｎの高さＺを検出することができる。

また、実施例上の効果として、Ｘ方向の１回の走査により、共通する高さデータにより内周縁部１０１Ｎの高さを算出することができる。

尚、本発明は、本実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、距離センサの間隔は実施例に限定されず、適宜選定可能である。また、実施例では、距離センサを交差方向に一直線状に配置したが、渦電流変位センサ２１，２１Ａのように一直線状に配置しなくてもよい。さらに、被測定部材の大きさも実施例に限定されず、適宜選定可能である。また、位置検出部はステップモータとエンコーダを用いたものに限らず、各種タイプのものを用いることができる。さらに、保持昇降手段，搬入手段及び搬出手段も実施例に限定されずに各種の手段を用いることができ、また、好ましくは、保持手段は被測定部材の外周を挟んで保持する各種のものを用いることができ、好ましくは、搬入手段及び搬出手段は貫通孔に係脱して保持する各種のものを用いることができる。

１平坦度測定装置
１１制御部
１１Ａ縁部高さ検出部
２１渦電流変位センサ（距離センサ）
１０１ディスク（被測定部材）
１０１Ｇ外周縁部（縁部）
１０１Ｎ内周縁部（縁部）
１０３表面
Ｚ縁部の高さ

Claims

被測定部材の表面に対して所定の隙間を隔てて相対的に移動自在に設けられたセンサヘッドと、
前記センサヘッドに前記移動自在の移動方向と交差方向に間隔を置いて複数設けられ、前記被測定部材との距離を前記移動方向に沿って検出する距離センサと、
前記被測定部材に対する前記距離センサの前記移動方向の位置と、前記距離センサからの信号とに基づいて前記被測定部材の表面の高さを複数の検出位置で検出して前記被測定部材の表面の平坦度を求める制御部とを備えた平坦度測定装置において、
前記制御部は、前記被測定部材の内周縁部に近接する第１と第２の前記検出位置の勾配から前記内周縁部に近接する第１と第２の検出位置を結ぶ延長線上の前記内周縁部の高さを検出する縁部高さ検出部を備えることを特徴とする平坦度測定装置。
前記縁部高さ検出部は、前記被測定部材の外周縁部に近接する第１と第２の前記検出位置の勾配から前記外周縁部に近接する第１と第２の検出位置を結ぶ延長線上の前記外周縁部の高さを検出することを特徴とする請求項１記載の平坦度測定装置。
前記内周縁部に近接する第１と第２の検出位置は、前記移動方向又は／及び前記交差方向に並ぶことを特徴とする請求項１又は２記載の平坦度測定装置。
前記外周縁部に近接する第１と第２の検出位置は、前記移動方向又は／及び前記交差方向に並ぶことを特徴とする請求項２記載の平坦度測定装置。