JPH0676811U - 平面度測定機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】被測定物Ａを載置するための定盤１上に、高さ
検出用センサ７を備えたフロートテーブル２を移動可能
に配置し、該センサ７の平面上に映像機３を備えて成
り、上記フロートテーブル２を定盤１上で移動させて、
センサ７で検出した被測定物Ａの高さ信号と、映像機３
による測定点の映像を画像処理装置により処理した平面
上の位置信号とにより平面度を測定するようにする。 【効果】複雑なシステムや移動装置は一切必要とせず、
かつ容易に平面度を高精度に測定することができる平面
度測定機を提供することができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ガラス、金属、またはセラミックスなどの角盤や円盤の平面度を測 定する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来より平面度測定機としては、オプチカルフラットや三次元測定機が用いら れていた。オプチカルフラットを用いる方法は、図４に示すように、定盤３１上 に被測定物Ａを載置し、該被測定物Ａの上方に全面を覆うように平面度の高いガ ラス（オプチカルフラット）３２を真空密着（リンキング）させることにより測 定する。このようにすると、両者間の隙間に応じた光の干渉によって縞模様が現 れ、その縞３３の本数や曲率半径によって被測定物Ａの平面度を測定することが できる。この方法により測定すると、容易に高精度の測定を行うことができ、平 面度を読み取る分解能は０．３μｍである。

【０００３】 一方、三次元測定機は、図５に示すように、定盤４１上にゲート型の支持体４ ２を配置し、該支持体４２の一部である縦軸４３が定盤４１の前後方向に自由に 移動できるように構成し、かつ支持体４２のガイド軸４４に枠型の移動体４５を 軸着させて、移動体４５が定盤４１の左右方向に移動できるように構成してなる ものである。そして、上記移動体４５に上下方向に移動可能としたセンサ４６を 備えることにより、３軸方向に自由に移動可能となるセンサ４６を被測定物に接 触させながら走行させることにより被測定物の形状などを測定する。これにより 、被測定物の各点のセンサ出力を得て、その立体的な位置座標を記憶し、その値 から平面度を求めることもできる。

【０００４】 また、二次元形状測定装置や干渉計を応用した表面形状測定機等も使用されて いるが、これらは上記オプチカルフラットや画像処理技術を応用してさらに精度 を向上させている装置であり、基本的構造は上記の装置や原理と同様である。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、図４に示すオプチカルフラット３２を使用して大型の被測定物Ａを 測定する場合、大型のオプチカルフラット３２は研磨が困難で高精度加工に時間 がかかり、非常に高価なものとなるため、直径が１００ｍｍ程度の小型の被測定 物Ａしか測定できないという問題点があった。また、光の干渉などの光学式の測 定を行う場合には、被測定物Ａの材質や表面形状、さらには反射率などの要因に より縞３３の現れ方に大きな違いが生じるために測定不可能な被測定物があると いう問題点もあった。

【０００６】 一方、図５に示す三次元測定機は、大型の被測定物に用いることができるが、 支持体４２の縦軸４３とガイド軸４４の真直精度が測定精度に大きく影響するた め、製作上±３μｍ程度の測定精度が出てしまうという問題点があった。また、 三次元測定機は立体形状を測定できる優れた測定機ではあるが、平面しか測定し ない場合でも、穴間のピッチや直角度を測定するなどの余分な付加機能が多く、 装置が大がかりで複雑となるという問題点もあった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被測定物の平面度を測定 する平面度測定機において、被測定物を載置するための定盤上に、高さ検出用セ ンサを備えたフロートテーブルを移動可能に配置し、該センサの上面に映像機を 備えて成り、上記フロートテーブルを定盤上で移動させて、センサで検出した被 測定物の高さ信号と、映像機による測定点の映像を画像処理装置により処理した 平面上の位置信号とにより平面度を測るようにしたものである。

【０００８】 なお、高さ検出用センサとしては、接触型あるいは非接触型センサのどちらで もよく、例えば、接触型センサの場合にはプランジャー式やてこ式の差動トラン ス方式のセンサがある。

【０００９】

【作用】

本考案によれば、定盤上を移動可能としたフロートテーブルに備えた高さ検出 用センサを被測定物上で移動させて、センサで検出した被測定物の高さ信号と、 映像機による測定点の映像を画像処理装置により処理した平面上の位置信号とに より得られたデータにより回帰平面を求め、その最大値と最小値の差より平面度 を求めることができる。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の実施例を詳細に説明する。

【００１１】 図１に示すように、平面度測定機は、定盤１上に任意に移動自在なフロートテ ーブル２と被測定物Ａを載置し、被測定物Ａの上方に測定点を映す映像機として ＣＣＤカメラ３、そのカメラ３による測定点の映像を平面上の位置（Ｘ−Ｙ方向 ）として検出するための画像処理装置（不図示）を設けて構成されている。ここ で、カメラ３は定盤１に固定された支柱４を上下自由に移動する上下移動体５に 取り付けてある。また、フロートテーブル２には延長棒６が固定され、その延長 棒６の先端には被測定物Ａの高さ（Ｚ方向）を検出するてこ式の差動トランス方 式のセンサ７を備え、後端にはセンサ７の出力である高さを読み取るためのコー ド８がつながれている。

【００１２】 そして、平面度測定機による測定方法は、まず定盤１上のフロートテーブル２ を手で移動させることにより、センサ７を被測定物Ａ上の予め設定されている測 定点に置き、センサ７の出力によって測定点の高さ（Ｚ方向）を検出すると同時 に、カメラ３により測定点を映し、その測定点の映像を画像処理装置により測定 点の平面上の位置（Ｘ−Ｙ方向）として検出する。さらに続けて、フロートテー ブル２を手で移動させ、センサ７を被測定物Ａ上の先に設定してある各測定点に 置き、各測定点の高さ（Ｚ方向）と平面上の位置（Ｘ−Ｙ方向）の信号を記憶し ていく。そして、各測定点のデータから回帰平面を求め、高さの最大値と最小値 の差より平面度を求めることができる。例えば、図２に示すように、円盤状の被 測定物Ａをてこ式の差動トランス方式のセンサ７により測定する場合には、延長 棒６の先端にネジ９などによりセンサ７を取り付け、センサ７の先端球１０を被 測定物Ａの目的とする各測定点に置いた時点で、センサ７により高さ（Ｚ方向） を検出し、かつ画像処理装置により平面上の位置（Ｘ−Ｙ方向）を検出すればよ い。

【００１３】 このような平面度測定機によれば、既存の技術であるカメラ３とそれにつなが れている画像処理装置、そしてセンサ７を使用して、平面度を求めることができ 、簡単な装置で容易に測定することができる。さらに、フロートテーブル２を手 により移動させることができるために、複雑な移動装置を一切必要としない測定 機となる。

【００１４】 ここで、定盤１はムラナイトや斑糲岩に代表されるような石やセラミックスを 使用することが好ましいが、被測定物Ａの平面度の測定精度は定盤１の平面度に 大きく依存するために、高精度が要求される測定機の場合には、平面度が１．０ μｍ以下であることが好ましい。また、延長棒６は直径が小さくて長いためにス テンレス鋼などの材質が好ましいが、より高精度を追求する場合には剛性の高い セラミックスがより好ましい。

【００１５】 さらに、上記フロートテーブル２は、定盤１に傷を与えずに滑らかに移動でき る材質から成り、手で持ちやすい形状とすればよく、定盤１と接触する底面部は 高精度が要求される場合には、定盤１と同様に平面度が１．０μｍ以下であるこ とが好ましい。また、定盤１との接触面積を小さくするために、フロートテーブ ル２の底面部に溝を設けたり、あるいは底面部に平面度の高い板を取り付けるこ とにより、滑りを良くすることができる。

【００１６】 そして、フロートテーブル２をより滑らかに移動させ、かつ高精度の測定を行 うようにするためには、図３（ａ）の斜視図と（ｂ）の断面図に示すように、角 盤状のプレート部２１にバネ２２を介して枠型のガイド部２３を設け、プレート 部２１にホース挿入孔２４、空気噴出部２５、ホルダー２６を設けてフロートテ ーブル２を構成することもできる。上記ホース挿入孔２４は、プレート部２１の 表面上に形成され、圧縮空気を送出するためのホース２７をつなぐための孔であ り、底面部の空気噴出部２５とつながっている。また、ホルダー２６は、プレー ト部２１の表面上に形成され、延長棒６を固定するための挿入孔２８と延長棒６ を固定するためのネジ溝２９が設けられてなる。

【００１７】 上記のように構成されたフロートテーブル２によると、ホース２７から圧縮空 気を送られた場合に、ホース挿入孔２４を通り、底面部の空気噴出部２５へ空気 が常時供給されるために、フロートテーブル２のプレート部２１が浮上し、定盤 １上を滑らかに移動することができる。また、プレート部２１とガイド部２３間 にバネ２２を介することにより、ガイド部２３からの多少の振動であればバネ２ ２が吸収するために、ガイド部２３を手により移動させた場合でもプレート部２ １は平行に移動することとなり、測定精度に影響を与えずに済むようになる。

【００１８】 なお、プレート部２１はある程度の圧縮空気により浮く程度の材質であればよ いが、耐久性があり、かつ平面度の高いものとすることができる材質がより好ま しく、例えば、セラミックスなどがよい。また、ガイド部２３は定盤１と接触し て移動するため、定盤１に傷を与えずに滑らかに移動できる材質が好ましく、例 えばセラミックスよりなり、かつ底面部の平面度を１．０μｍ以下としたものが より好ましいが、定盤１との接触面積を小さくするために、ガイド部２３の底面 部に溝を設けてもよい、あるいは図３（ｂ）の断面図に示すようなガイド部２３ の底面部にセラミックス等の材質よりなり、かつ平面度の高い補助板３０を取り 付けることにより、より滑らかな移動が可能となる。そして、ガイド部２３、プ レート部２１、またはホルダー部２６の高さは、被測定物Ａの高さに応じて好ま しい高さのものを使用すればよい。

【００１９】 さらに、上記実施例では、プレート部２１とガイド部２３の間にバネ２２を介 しているが、ガイド部２３を手で動かしてもプレート部２１に影響がないように 構成されていればよく、例えば隙間にスポンジやゴムなどの弾状体を介在させて もよい。また、上記実施例では、角盤状のプレート部２１を使用したが、ホース 挿入孔２４、空気噴出部２５、ホルダー２６が備えられていればどのような形状 でもよく、手で持ちやすい形状とすればよい。

【００２０】 実施例 ここで、上記実施例による平面度測定機を使用して、実際に測定を行った。

【００２１】 実施の際には、定盤１は横が１ｍ、縦が８０ｃｍ、厚さが１０ｃｍ、平面度が １μｍのムラナイトとし、フロートテーブル２は図３に示す構造のものとし、全 体の大きさは横が１０ｃｍ、縦が７ｃｍ、高さが２ｃｍ、ガイド部２３の底面部 の平面度が１μｍのアルミナセラミックスとし、延長棒６は長さが３０ｃｍ、直 径が３ｃｍのアルミナセラミックスとし、被測定物Ａとして３０ｃｍ角、厚さ２ ｃｍのガラスからなる角盤を使用して、各測定点を３ｃｍ間隔に設定した。また 、映像機としては３６万画素のＣＣＤカメラ３を使用した。さらに、測定時にホ ース１１より４ｋｇｆ／ｃｍ² の圧縮空気を送出して、プレート部２１を２０μ ｍを浮上させるようにした。

【００２２】 測定の結果、カメラ３の位置分解能は約０．５ｍｍであり、被測定物Ａが小さ い場合はカメラ３の位置を上下移動体５により下げることにより位置分解能は向 上し、例えば被測定物Ａが直径６０ｍｍの円盤を測定した場合の位置分解能は約 ０．１ｍｍとなった。また、センサ７の測定精度は±１．０μｍ以下となり、三 次元測定機よりも精度の良い測定を行えることがわかった。さらに、定盤１の平 面度をさらに高くすれば、それに比例して測定精度がよくなることがわかった。

【００２３】

【考案の効果】

以上のように、本考案に係わる平面度測定機によれば、被測定物を載置するた めの定盤上に、高さ検出用センサを備えたフロートテーブルを移動可能に配置し 、該センサの平面上に映像機を備えて成り、上記フロートテーブルを定盤上で移 動させて、センサで検出した被測定物の高さ信号と、映像機による測定点の映像 を画像処理装置により処理した平面上の位置信号とにより平面度を測定するよう にしたことによって、複雑なシステムや移動装置は一切必要とせず、かつ容易に 平面度を高精度に測定することができる平面度測定機を提供することができる。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の平面度測定機を示す斜視図である。

【図２】本考案の平面度測定機のセンサ部分を示す一部
拡大平面図である。

【図３】（ａ）は本考案の平面度測定機の一部であるフ
ロートテーブルを示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の
Ｘ−Ｘ線断面図である。

【図４】（ａ）は従来のオプチカルフラットを用いた平
面度測定機を示す正面図であり、（ｂ）は平面図であ
る。

【図５】従来の三次元測定機を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，３１，４１：定盤 ２ ：フロートテーブル ３ ：カメラ ４ ：支柱 ５ ：上下移動体 ６ ：延長棒 ７，４６：センサ ８ ：コード ９ ：ネジ １０：先端球 ２１：プレート部 ２２：バネ ２３：ガイド部 ２４：ホース挿入孔 ２５：空気噴出部 ２６：ホルダー ２７：ホース ２８：挿入孔 ２９：ネジ溝 ３０：補助板 ３２：オプチカルフラット ３３：縞 ４２：支持体 ４３：縦軸 ４４：ガイド軸 ４５：移動体 Ａ ：被測定物

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物の平面度を測定する平面度測定機
   において、被測定物を載置するための定盤上に、高さ検
   出用センサを備えたフロートテーブルを移動可能に配置
   し、該センサの上面に映像機を備えて成り、上記フロー
   トテーブルを定盤上で移動させて、センサで検出した被
   測定物の高さ信号と、映像機による測定点の映像を画像
   処理装置により処理した平面上の位置信号とにより平面
   度を測定するようにしたことを特徴とする平面度測定
   機。