JPS62105004A - 光学式測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、測定対象物の拡大像を評価して測定対象物の
形状や寸法等を測定する光学式測定装置に関する。詳し
くは、評価すべき拡大像の測定部位を自動的に選択すべ
く、測定対象物を載置する載物台を駆動させる駆動装置
の改良に関する。

〔背景技術とその問題点〕

載物台上の測定対象物の全部または一部を光学的に拡大
し、その拡大像を評価して測定対象物の形状や寸法等を
測る光学式測定装置は、高分解能測定ができる等の利点
から精密化時代にあって益々昔及されつつある。

従来、このような光学式測定装置は、例えば拡大投影機
の場合、測定対象物を載置する載物台と、こ゛の載物台
上の測定対象物を光学的に拡大してスクリーン上に投影
する拡大光学系とを含み、この拡大光学系によって得ら
れた拡大像を評価して測定対象物の形状や寸法等を求め
るよう構成されている。

ここに、この種の測定装置を能率よく稼動させるために
は、拡大像の移動つまり拡大投影機の場合には載物台の
移動を迅速化し、さらにこれを測定プログラム（これに
は、測定箇所、エツジ検出方向、測定個数、寸法演算方
式等が各測定ステップ毎に決められている。）に従って
一連的にかつ自動的に駆動させることが望まれている。

このため、載物台の移動を行う駆動装置を、直流サーボ
モータやステップモータ等で構成することが提案されて
いる。

ところで、この種の測定装置では、ＮＣ機械の如く目標
値に正確に位置付は制御するのではなく、その目標値を
含む広域の目安的目標域を通過させなければならぬ測定
装置固有の理由があり、またオーブンループでよいこと
から、駆動制御上はステップモータを採用することが一
般的に有利である。

しかしながら、従来のステップモータ採用の駆動装置で
は、次のような問題点があった。

■例えば、１パルスあたりのステップ角が１゜８°の１
−２相励磁方式を採用する場合、移動速度は単位時間当
たりの供給パルス数に比例するが、目標値が固定化され
ていないので、そのパルス供給周期をスローダウン、ス
ローアップする時点の把握が困難である。その結果、ス
ローダウンへの切り換え時期が早すぎると、低速移動期
間が長（作業性に欠ける一方、遅すぎると、測定箇所の
通過速度が速すぎ評価測定不能等を招く。

■上記１−２相励磁方式は、１パルスあたりのステップ
角度が１．８°と大きく、移動分解能が粗いので、評価
測定可能な範囲を狭くし、適用できる測定対象物が制限
されるばかりでなく、低速移動時に振動を誘発し評価測
定精度を低下させる原因となった。

■さらに、定電流チョッパによる励磁方式のため、常に
定格電流が流れることにより発熱を生じるので、測定装
置本体側の構造にこの影響を回避すべき特殊な負担をか
けなければならない。この問題は、高速化すればする程
、内部インダクタンスの変化により大電流化または低ト
ルク化をもたらしより劣悪化する。

■一方、上記■、■の問題点を解決するため、相隣接さ
れるコイルの電流比を段階的に変化させ、ステップ角度
をより小さくした、いわゆるミニステップ駆動方式が知
られているが、これでは、本来的高速性が達成できず、
極小型の測定装置に採用されているにとどまっていた。

〔発明の目的〕 ここに、本発明の目的は、測定装置固有の問題、つまり
一般的に高速から低速、低速から高速への切り換えが同
一方向において行われるのに対し、測定装置では切り換
えと同時に逆方向移動しなければならない場合があると
いう問題を勘案しつつ、上記問題を解消することにある
。

〔問題点を解決するための手段および作用〕そのため、
本発明では、駆動装置によって移動される載物台と、こ
の載物台上の測定対象物の拡大像を得る光学系とを備え
、この光学系によって得られた拡大像を評価して測定対
象物の形状、寸法等を求める光学式測定装置において、
前記駆動装置を、前記載物台の駆動軸に連結されたステ
ップモータと、このステップモータを基準ステップ角度
づつ歩進させる高速駆動回路および基準ステップ角度よ
り小さいミニステップ角度づつ歩進させる低速駆動回路
と、この高速駆動回路と低速駆動回路とを駆動プログラ
ムの指令に基づき切り換える駆動切換回路と、前記ステ
ップモータの現在励磁相を検出する現在相検出回路と、
この現在相検出回路によって検出された現在励磁相と駆
動プログラムの次工程指令１ｎ報とを比較して前記高速
駆動回路または低速駆動回路による次工程の当初励磁相
を特定する次相特定回路と、を含み構成した、ことを特
徴としている。

要するに、ステップモータを駆動させる高速駆動回路と
低速駆動回路とを駆動プログラムの指令に基づき切り換
え、このときのステップモータの現在励磁相を現在励磁
相検出回路で検出し、これと駆動プログラムの情報とか
らステップモータの次に励磁する相を特定し、これによ
り高速から低速、低速から高速への切り換えを円滑に行
って上記各問題を解消しようとするものである。

〔実施例〕

以下、本発明を拡大投影装置に適用した一実施例につい
て説明する。第１図は装置全体の正面を、第２図は投影
機本体の側面を、それぞれ示している。

同装置は、投影機本体１１と、この投影機本体１１の可
動部の駆動を制御するコントロールボックス２１と、こ
のコントロールボックス２１を介して前記可動部を予め
設定された順序に従って移Ｕｊさせつつ、測定対象物の
形状や寸法等を求めるデータ処理装置３１とからなる。

前記投影機本体１１は、測定対象物を載置する載物台１
２と、スクリーン１３と、前記載物台１２上の測定対象
物からの反射光または透過光を拡大し前記スクリーン１
３上へ投影する拡大光学系１４とを備える。載物台１２
は、第３図にも示す如く、Ｘ軸系駆動装置２３によって
光軸に対して゛直交する軸方向（Ｘ軸方向）へ移動され
るＸテーブル１５と、Ｙ軸系駆動装置２４によって光軸
およびＸ軸に対して直交する軸方向（Ｙ軸方向）へ移動
されるＹテーブル１６とを含む。これら各テーブル１５
．１６の移動量は、それぞれの変位検出装置１７．１８
によって検出された後、前記データ処理装置３１へ与え
られている。なお、各変位検出装置１７．１８は２．第
４図に示す如く、固定側部材および各テーブル１５．１
６のいずれが一方に設けられたメインスケールと他方に
設けられたインデックススケールとから両者の相対移動
量を電気的信号として検出する検出へノド１９からの信
号を増幅するアンプ２０Ａと、このアンプ２０Ａからの
出力を波形成形する波形成形回路２０Ｂと、この波形成
形回路２０Ｂからの信号をカウントするカウンタ２０Ｃ
とから構成されている。

前記コントロールボックス２１には、前記Ｘ軸系駆動袋
Ｕ２３およびＹ軸系駆動装置２４のほかに、エツジ検出
回路２２が設けられている。エツジ検出回路２２は、例
えばエツジ検出センサ２２Ａで検出される光量変化を捉
えて拡大像のエツジを検出するもので、拡大光学系１４
によって得られた測定対象物の拡大像のエツジがエツジ
検出センサ２２Ａを通過したとき、エツジ検出信号を前
記データ処理装置３１へ与える。

前記データ処理装置３１は、キーボード３２と、ＣＲＴ
３３と、データ処理部３４とを含む。データ処理部３４
は、予め設定された駆動プログラムに従ってＸ軸系駆動
装置２３およびＹ軸系駆動装置２４を介してＸテーブル
１５およびＹテーブル１６を駆動させるとともに、エツ
ジ検出回路２２からエツジ検出信号が与えられたとき、
Ｘ軸系変位検出装置１７およびＹ軸系変位検出装置１８
からのデータを取り込み、これらのデータに基づき測定
対象物の形状や寸法等を演算し、これをＣＲＴ３３へ出
力するようになっている。

第４図は前記データ処理部３４とＸ軸系駆動装置２３と
の具体的回路構成を示している。なお、Ｘ軸系駆動装置
２４とＸ軸系駆動装置２３とは同一構成であるため、以
下の説明では一方、ここではＸ軸系駆動装置２４のみに
ついて説明する。

データ処理部３４は、予め設定された測定プログラムお
よび駆動プログラムを記憶したメモリ６ＩＡ、６１Ｂと
、これらメモリ６１Ａ、６１Ｂのプログラムに基づき駆
動装置２３．２４を駆動させるとともに、エツジ検出回
路２２からのエツジ検出信号および変位検出装置１７．
１８からのデータを基に測定対象物の形状や寸法等を演
算する中央処理装置６２とを含む。

Ｘ軸系駆動装置２３は、前記Ｘテーブル１５の駆動軸で
ある送りねじ軸１５Ａに連結されたステップモータ４１
と、前記データ処理部３４の中央処理装置６２から与え
られる駆ｆＩＪＪパルスに応じて前記ステップモータ４
１を基準ステ、ブ角度づつ歩進させる高速駆動回路４２
と、前記データ処理部３４の中央処理装置６２から与え
られる駆動パルスに応じて前記ステップモータ４工を基
準ステップ角度より小さいミニステップ角度づつ歩進さ
せる低速駆動回路４３と、この高速駆動回路４２と低速
駆動回路４３とを駆動プログラムの指令に基づき切り換
える駆動切換回路４４と、ステップモータ４１の現在励
磁相を検出する現在相検出回路４５と、この現在相検出
回路４５によって検出された現在励磁相と中央処理装置
６２から与えられる駆動プログラムの次工程指令情報と
を比較して前記高速駆動回路４２または低速駆動回路４
３による次工程の当初励磁相を特定する次相特定回路４
６とから構成されている。

前記高速駆動回路４２は、チョフバ用高圧電源４２Ａと
、ステップモータ４１の基準ステップ角度をθ、とする
定電流励磁方式の定電流チョッパ駆動回路４２Ｂとを含
む。また、前記低速駆動回路４３は、ミニステップ用電
源４３Ａと、ステップモータ４１のステップ角度が基準
ステップ角度θ、より小さくかつ基準ステップ角度θ、
をｎ等分するミニステップ角度θ、となるよう前記ステ
ップモータ４１の相隣接するコイルの印加電流比を段階
的に切り換えて励磁するミニステップ駆動回路４３Ｂと
を含む。

ミニステップ駆動回路４３Ｂは、第５図に示す如く、前
記データ処理部３４の中央処理装置６２から与えられる
プリセット信号により所定値にプリセットされかつデー
タ処理部３４から与えられる駆動パルスの数がブリセン
ト値に達する毎に再計数するリングカウンタ５１と、こ
のリングカウンタ５１のカウント値に対応してステップ
モータ４１の所定コイルに所定の電流を印加するよう指
令する指令回路としてのＲＯＭ５２と、このＲＯＭ５２
から出力されるデジタル信号を対応するアナログ信号に
変換するＤ／Ａ変換器５３と、このＤ／Ａ変換器５３で
変換されたアナログ信号を増幅し前記駆動切換回路４４
を通して前記ステップモータ４１の所定コイルに印加す
るアンプ５４とから構成されている。前記リングカウン
タ５【からの出力は、低速駆動回路４３によるステップ
モータ４１の低速運転中における現在励磁相を識別する
位置情報として現在相検出回路４５に与えられている。

現在相検出回路４５は、前記高速駆動回路４２によるス
テップモータ４１の高速運転中は駆動切換回路４４を通
じて前記ステップモータ４１の励磁相から現在励磁相を
検出する一方、低速駆動回路４３によるステップモータ
４１の低速運転中は前記ミニステップ駆動回路４３Ｂの
リングカウンタ５１からの位置情報により現在励磁相を
検出するようになっている。

次に、本実施例の作用を説明する。いま、載物台１２上
に測定対象物がセントされた状態において、この測定対
象物の一部を拡大する拡大光学系１４と載物台１２との
位置関係が初期状態にあるとする。

ここで、メモリ６１Ａに記（１された測定プログラムか
ら第１の測定ステップが選択されると、中央処理装置６
２は、それに対応する駆動プログラムに従って次の目標
値までの距離に相当する所定の駆動パルス数と回転方向
指令とを高速駆動回路４２の定電流チョッパ駆動回路４
２Ｂへ与える。

定電流チョッパ駆動回路４２Ｂは、与えられる駆動パル
スと回転方向指令とに基づき、駆動切換回路４４を介し
てステップモータ４１をダブル１−２相励磁駆動（０，
４５”／パルス）させる。すると、ステップモータ４１
に連結された送りねじ軸１５Ａの回転により、Ｘテーブ
ル１５がＸ軸方向へ高速移動される。

やがて、Ｘテーブル１５が駆動プログラムによって予め
定めれた地点（測定対象物のエツジ検出箇所手前）に達
すると、中央処理装置６２は、駆動切換回路４４に切換
指令を与え、高速駆動回路４２から低速駆動回路４３へ
切換えるとともに、高速駆動回路４２の定電流チョッパ
駆動回路４２Ｂへの駆動パルスの送出を停止する。これ
と前後して、現在相検出回路４５は、駆動切換回路４４
を通じてステップモータ４１の現在励磁相を検知し、こ
の情報を次相特定回路４６へ与える。次相特定回路４６
は、現在相検出回路４５からの情報と中央処理装置６２
から与えられる次工程指令情報とから次の励磁相を特定
し、これを駆動切換回路４４へ指令する。

ここで、中央処理装置６２は、低速駆動回路４３のミニ
ステップ駆動回路４３Ｂに駆動パルスと回転方向指令と
を与える。すると、ミニステップ駆動回路４３Ｂは、中
央処理装置６２から与えられる駆動パルス数と回転方向
指令とに基づき、駆動切換回路４４を介してステップモ
ータ４１を低速駆動させる。これにより、ステップモー
タ４１は、高速から低速へパルスをとばすことなく円滑
に切換られ、また振動や発熱等がない状態で低速移動さ
れる。

すなわち、ステップモータ４１の停止位置は、第６図（
Ａ）に示す如く、ダブル１−２相励磁駆動の場合は図中
１〜１６の位置であるが、ミニステ、ブ駆動の場合は一
周期がさらに細分化され、ダブルｌ−２相励磁駆動の場
合の停止位置と停止位置との間にも停止位置を有する。

いま、ダブル１−２相励磁駆動からミニステップ駆動へ
の切り換えにあたって、ダブル１−２相励磁駆動力式で
ステップモータ４１の駆動が終了した場合、その停止位
置は１〜１６のいずれかの位置で停止することになる。

仮に、第６図（Ｂ）のＡ点で停止したとすると、そのＡ
点はミニステップ駆動の停止位置に含まれるからミニス
テップ駆動の励磁パターンをＡ点位置の励６ｎパターン
にセットした後、高速駆動回路４２から低速駆動回路４
３へ切り換えれば、指令方向へパルスをとばすことなく
高速移動から低速移動へ円滑に切換ることができる。

逆に、ミニステップ駆動からダブル１−２相励磁駆動へ
の切り換えにあたって、ミニステップ駆動でステップモ
ータ４１の駆動が終了したとき、仮に第６図（Ｃ）のＡ
゛点で停止したとすると、ミニステップ駆動からダブル
１−２相励磁駆動への切り換え時に、次工程指令上方に
基づきダブル１−２相励磁駆動の励磁パターンを停止位
置ＣまたはＢにセットした後、低速駆動回路４３がら高
速駆動回路４２へ切り換えれば、指令方向へパルスをと
ばすことなく高速移動から低速移動へ円滑に切換ること
ができる。

さて、振動や発熱等のない低速移動中において、エツジ
検出センサ２２Ａと測定対象物の拡大像の当該測定ステ
ップ内の所定エツジとがクロスすると、エツジ検出回路
２２は、そのクロス時点を検知し、エツジ検出信号を中
央処理装置６２へ与える。すると、中央処理装置６２は
、エツジ検出信号が与えられた時点の変位検出装置１７
．１８の出力信号を取り込み、これを記憶させる。そし
て、測定対象物の対応するエツジについても同様にして
エツジを検出した後、その再記憶データから測定対象物
の当該測定箇所の寸法等を求め、これをＣＲＴ３３へ表
示する。これで、第１の測定ステップの処理が終了する
。

続いて、メモリ６１Ａに記憶された測定プログラムから
第２の測定ステップが選択されると、中央処理装置６２
は、それに対応する駆動プログラムに従って第１の測定
ステップと同様にして第２の測定ステップを処理する。

このようにして、最後の測定ステップまで同様にして測
定を行い、一連の測定作業を終える。

従って、本実施例によれば、現在相検出回路４５によっ
てステップモータ４１の現在励磁相を検出し、これと次
工程指令情報とを比較して次工程の当初励磁相を特定し
つつ、高速駆動回路４２と低速駆動回路４３とを切り換
えるようにしたので、切換と同時に逆方向へ移動しなけ
ればならない場合があるという測定装置固有の問題にも
対処しつつ、上記従来の問題を解消できる。

すなわち、高速駆動回路４２によって高速性を達成でき
、一方低速駆動回路４３による低速運転中はステップ角
度が小さく高分解能移動であるから、エツジ検出可能範
囲が制限されることがない上、エツジ検出精度が低下す
ることもなく、また振動や発熱の問題も解消できる。

なお、実施にあたって、載物台としては、上記実施例で
述べたＸ、Ｙテーブルの構造に限られるものでなく、少
なくとも一方向に移動できるものであればいずれでもよ
い。

また、変位検出装置としては、上記実施例で述べた光電
式に限らず、例えば電磁式あるいは静電容量式等いずれ
でもよい。

また、エツジ検出回路としては、上記実施例で述べたよ
うに光量変化から測定対象物のエツジを検出する方式に
限らず、測定対象物のエツジを非接触で検知できるもの
であればいずれでもよい。

また、ステップモータとしては、上記実施例で述べた回
転型に限らず、リニアステップモータでもよい。

また、上記実施例では、高速駆動回路４２による高速運
転中はステップモータ４１の励磁相から、低速駆動回路
４３による低速運転中はリングカウンタ５１からの位置
情報から、ステップモータ４１の現在励磁相を検出する
ようにしたが、駆動プログラムに基づき供給駆動パルス
数から現在励磁相を判断するようにしてもよい。

なお、上記実施例では、拡大投影装置について述べたが
、本発明は、これに限らず、例えば測定対象物を拡大し
、その拡大像を評価して測定対象物の形状や寸法等を求
める光学式測定装置一般に応用できる。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、光学式測定装置固有の問
題に対処しつつ、高速移動および低速高分解能移動が達
成できる光学式測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は全体を示
す正面図、第２図は投影機本体を示す側面図、第３図は
装置全体の回路構成を示すブロック図、第４図は第３図
における要部を示すブロック図、第５図はミニステップ
駆動回路を示すブロック図、第６図はステップモータの
動作説明図である。 １２・・・載物台、１４・・・拡大光学系、１５Ａ・・
・駆動軸としての送りねじ軸、２３・・・Ｘ軸系駆動装
置、２４・・・Ｙ軸系駆動装置、３１・・・データ処理
装置、４１・・・ステップモータ、４２・・・高速駆動
回路、４３・・・低速駆動回路、４４・・・駆動切換回
路、４５・・・現在相検出回路、４６・・・次相特定回
路、５１・・・リングカウンタ、５２・・・指令回路と
してのＲＯＭ　。 ５３・・・Ｄ／Ａ変換器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動装置によって移動される載物台と、この載物
   台上の測定対象物の拡大像を得る光学系とを備え、この
   光学系によって得られた拡大像を評価して測定対象物の
   形状、寸法等を求める光学式測定装置において、 前記駆動装置を、 前記載物台の駆動軸に連結されたステップモータと、 このステップモータを基準ステップ角度づつ歩進させる
   高速駆動回路および基準ステップ角度より小さいミニス
   テップ角度づつ歩進させる低速駆動回路と、 この高速駆動回路と低速駆動回路とを駆動プログラムの
   指令に基づき切り換える駆動切換回路と、前記ステップ
   モータの現在励磁相を検出する現在相検出回路と、 この現在相検出回路によって検出された現在励磁相と駆
   動プログラムの次工程指令情報とを比較して前記高速駆
   動回路または低速駆動回路による次工程の当初励磁相を
   特定する次相特定回路と、を含み構成した、 ことを特徴とする光学式測定装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記高速駆動回
   路は、基準ステップ角度をθ＿５とする定電流励磁方式
   とされ、前記低速駆動回路は、ステップ角度が前記基準
   ステップ角度θ＿５より小さく、かつこの基準ステップ
   角度θ＿５をｎ等分するミニステップ角度θ＿ｍとなる
   よう前記ステップモータの相隣接するコイルの印加電流
   比を段階的に切り換えて励磁するよう構成されているこ
   とを特徴とする光学式測定装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項において、前記低速駆動回
   路は、入力される駆動パルスが所定数に達する毎に再計
   数するリングカウンタと、このリングカウンタの計数値
   に対応してステップモータの所定コイルに所定の電流を
   印加するよう指令する指令回路と、この指令回路から出
   力されるデジタル信号を対応するアナログ信号に変換す
   るＤ／Ａ変換器とを含み形成されていることを特徴とす
   る光学式測定装置。
4. （４）特許請求の範囲第３項において、前記現在相検出
   回路は、前記高速駆動回路による高速運転中は前記ステ
   ップモータの励磁相から現在励磁相を検出する一方、低
   速駆動回路による低速運転中は低速駆動回路のリングカ
   ウンタから現在励磁相を検出するよう構成されているこ
   とを特徴とする光学式測定装置。