KR20140137303A

KR20140137303A - 간극측정장치

Info

Publication number: KR20140137303A
Application number: KR20140058340A
Authority: KR
Inventors: 히데키 히라바야시; 히로키 하나오카; 사토시 기요노
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈; 사토시 기요노
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2014-12-02
Also published as: CN104180764A; TWI631313B; TW201510474A; US20140347679A1; US9163934B2; DE102014107142A1; JP2014228393A

Abstract

(과제)
본 발명은, 넓어짐이 있는 간극의 특정한 점으로부터의 빛을 간극 근방에 마스크를 배치하지 않고 수광할 수 있는 간극측정장치를 제안하는 것.
(해결수단)
간극측정장치(1)는, 측정대상의 간극(3)을 조사하는 광원(5)과, 간극(3)의 투과광에 의한 간극형상(3A)을 결상면(7)에 결상시키는 렌즈광학기구(6)와, 렌즈광학기구(6)의 결상면(7)상에 형성되는 간극형상(3A)을 수광하는 수광소자(9)를 구비하고 있다. 결상면(7)상에는, 소정의 구경의 광통과용의 구멍(8a)을 구비한 구멍구비 마스크(8)가 배치되고, 수광소자(9)는 구멍(8a)을 통하여 간극형상(3A)을 수광한다. 넓어짐이 있는 간극의 형상을 렌즈광학기구(6)로 결상시켜서, 당해 렌즈광학기구(6)의 결상면(7)상에 있어서 측정하고 싶은 점에 구멍구비 마스크(8)의 구멍(8a)을 둠으로써 간극(3)에 있어서의 측정대상의 점의 간극치수를 측정할 수 있다.

Description

간극측정장치{GAP MEASUREMENT DEVICE}

본 발명은, 측정대상물의 피측정면(被測定面)과 측정용 마스터(測定用 master) 사이에 형성되는 간극(間隙)을 조사(照射)해서 얻어지는 간극형상)(間隙形像)을 수광소자(受光素子)에 의하여 수광하고, 그 수광량에 의거하여 간극간격(間隙間隔)을 측정하는 광학식 간극측정법(光學式間隙測定法)으로 불리는 간극측정장치(間隙測定裝置)에 관한 것이다.

이런 종류의 광학식 간극측정법에 의한 간극측정장치는, 본 발명자 등에 의하여 특허문헌1, 2에 있어서 제안되어 있다.

; 일본국 공개특허 특개2010-156630호 공보 ; 일본국 공개특허 특개2009-229312호 공보

광학식 간극측정법에 있어서 소정의 방향으로 연장되는 간극(넓어짐이 있는 간극)에 있어서의 특정한 점에서, 간극간격을 측정할 필요가 발생하는 경우가 있다. 이 경우에 간극의 근방에 핀홀(pinhole)이나 윈도우(window) 등을 구비한 마스크(mask)를 배치하여 목적의 점 이외의 간극 부분으로부터의 빛을 차단하는 방법이 사용된다. 또는 간극에 근접한 특정한 목적점에 점광원(點光源)을 두고, 주변의 간극 부분으로부터의 빛이 발생하지 않도록 하는 방법이 사용된다.

그러나 전자(前者)에 있어서 간극 바로 뒤에 마스크를 두는 방법에서는 마스크를 통과하는 빛에 회절(回折)이 발생한다. 이 대책으로서 회절패턴(回折pattern)을 해석해서 간극의 크기를 아는 방법을 생각할 수 있지만, 해석이 곤란하다는 문제점이 있다. 또한 마스크를 간극에 근접하여 배치하는 것이 곤란한 상황도 발생할 수 있다.

후자(後者)의 점광원을 사용하는 방법에서는, 측정하고자 하는 부분이 작은 경우에 목표한 부분에 광원으로부터의 사출광(射出光)을 맞추는 것이 곤란한 경우가 있다. 또한 두께가 있는 측정물의 경우에는, 광원을 비스듬히 맞추는 등의 연구를 할 필요가 있어 공간적인 제약이 발생한다.

본 발명의 과제는, 넓어짐이 있는 간극의 특정한 점으로부터의 빛을 간극 근방에 마스크를 배치하지 않고 수광할 수 있는 간극측정장치를 제안하는 것이다.

또한 본 발명의 과제는, 2차원 혹은 3차원적으로 간극을 측정할 수 있는 간극측정장치를 제안하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 간극측정장치는, 측정대상의 간극을 조사하는 광원과, 상기 간극을 조사함으로써 얻어지는 간극형상을 소정의 위치에 결상시키는 렌즈광학기구와, 상기 렌즈광학기구의 결상면상에 형성되는 상기 간극형상을 수광하는 수광소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

여기에서 상기 결상면상에 소정의 구경의 광통과용의 구멍을 구비한 구멍구비 마스크를 배치하고, 상기 구멍을 상기 간극형상의 굵기방향에 있어서 당해 간극형상의 굵기 이상의 크기의 구멍으로 하고, 상기 수광소자는 상기 구멍을 통하여 상기 간극형상을 수광하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 넓어짐이 있는 간극의 형상을 렌즈광학기구로 결상시켜서, 당해 렌즈광학기구의 결상면상에 있어서 특정한 점에 개구(開口)(수광소자의 수광면 혹은 구멍구비 마스크의 구멍)를 둠으로써, 간극에 있어서의 원하는 점(측정대상의 간극의 위치)으로부터의 빛만을 수광소자로 수광할 수 있다. 이에 따라 간극의 바로 뒤에 핀홀(pinhole) 등을 구비한 마스크를 배치할 필요가 없다.

본 발명에 있어서 상기 렌즈광학기구는, 상기 간극의 투과광을 평행광으로 하는 집광렌즈와, 당해 집광렌즈로부터의 평행광을 상기 결상면에 수렴시키는 결상렌즈를 구비한 구성으로 할 수 있다.

본 구성에 의하면, 렌즈광학기구의 회절한계까지 간극에 있어서 원하는 점의 촛점을 맞출 수 있다. 따라서 수광소자는, 간극치수의 작은 변화를 광량변화로서 정밀하게 파악할 수 있다.

또한 이 렌즈광학기구의 채용에 의하여, 렌즈광학기구, 구멍구비 마스크 및 수광소자를 일체화해서 유닛으로 하고, 당해 유닛을 렌즈광학기구의 광축과 직교하는 이차원방향 또는 광축과 직교하는 방향 및 광축과 평행한 방향의 3차원방향으로 이동시키는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 헤리칼 기어(helical gear) 등의 복잡한 형상의 측정에 본 발명의 간극측정장치를 사용할 수 있다.

또한 이 렌즈광학기구를 채용함으로써 반드시 간극이 집광렌즈(대물렌즈)의 초점위치에 있을 필요가 없다. 간극이 초점위치의 근방이면, 넓어짐이 작은 간극 전체로부터의 광선을 효율적으로 집광해서 결상시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 간극측정장치의 기본구성을 나타내는 설명도이다.
도2는 이동 가능한 유닛을 구비한 간극측정장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도3은 간극측정장치의 렌즈광학기구의 구성예를 나타내는 설명도이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 간극측정장치(間隙測定裝置)의 실시형태에 관하여 설명한다.

도1은 본 발명을 적용한 간극측정장치의 기본구성을 나타내는 설명도이다. 간극측정장치(1)는, 측정대상물의 피측정면(被測定面)(물체면)(2)에 있어서 측정대상물과의 사이에 소정의 간극(3)을 형성하는 측정용 마스터(測定用 master)(4)를 구비하고 있다. 측정용 마스터(4)는 측정대상물의 형상에 따라 미리 제작된다. 간극(3)의 간격을 측정함으로써 피측정면(2)에 있어서의 측정대상물의 윤곽형상 오차 등을 산출할 수 있다.

간극측정장치(1)는, 간극(3)을 일방(一方)의 측으로부터 조사(照射)하는 광원(光源)(5)과, 간극(3)의 타방(他方)의 측에 배치된 렌즈광학기구(Lens光學器具)(6)를 구비하고 있다. 렌즈광학기구(6)는, 광원(5)에 의하여 간극(3)을 조사함으로써 형성되는 간극형상(間隙形像)(3A)을 광축(光軸)(6a)상의 소정의 위치에 있는 결상면(結像面)(7)상에 결상시키는 렌즈광학기구이다.

또한 간극측정장치(1)는, 결상면(7)상에 배치된 구멍구비 마스크(8)와, 당해 구멍구비 마스크(8)의 구멍(8a)을 통과하는 빛을 수광하는 수광소자(受光素子)(9)를 구비하고 있다. 구멍(8a)은 예를 들면 원형구멍이며, 결상면(7)상에 있어서의 간극형상(3A)의 굵기 이상의 크기의 구멍이다. 수광소자(9)의 수광면(受光面)(9a)은 구멍(8a)의 배면(背面)에 배치되어 있다. 광파이버(光fiber) 등의 도광부재(導光部材)를 사용하여 구멍(8a)의 투과광(透過光)을 떨어진 위치에 있는 수광소자(9)의 수광면(9a)으로 인도하는 것도 가능하다.

도2는, 간극측정장치(1)의 수광측의 부위를 유닛화(unit化)하여, 그 광축(6a)과 직교하는 방향으로 이동 가능하게 한 구성을 나타내는 설명도이다. 이 도면에 나타나 있는 바와 같이 측정용 마스터(4)를 제외하고, 렌즈광학기구(6), 구멍구비 마스크(8) 및 수광소자(9)는 일체화된 유닛(10)으로 되어 있다. 유닛(10)은, 렌즈광학기구(6)의 광축(6a)과 직교하는 방향으로 이동 가능한 상태에서 도면에 나타내지 않은 장치설치대(裝置設置臺)에 탑재되어 있으며, 도면에 나타내지 않은 1축 구동기구(1軸驅動機構)에 의하여 광축(6a)과 직교하는 직교면상에 있어서 이동 가능하게 되어 있다.

예를 들면 도2에 나타나 있는 바와 같이 피측정면(2)과 측정용 마스터(4)에 의한 간극(3)에 대응하는 간극형상(3A)이 결상면(7)상에 형성된다. 구멍구비 마스크(8)의 구멍(8a)의 위치가 측정점이 된다. 유닛(10)을 화살표(A1)로 나타나 있는 바와 같이 간극형상(3A)을 따라 이동시키면, 구멍(8a)도 간극형상(3A)을 따라 이동하여 측정하고 싶은 점의 수광량(受光量)을 수광소자(9)에 의하여 수광할 수 있다. 이에 따라 측정하고 싶은 점의 간극치수를 측정할 수 있다.

도3은 렌즈광학기구(6)의 일례를 나타내는 설명도이다. 렌즈광학기구(6)는, 간극(3)의 투과광을 평행광(平行光)으로 하는 집광렌즈(集光lens)(11)와, 당해 집광렌즈(11)로부터의 평행광을 결상면(7)상에 수렴시키는 결상렌즈(12)를 구비하고 있다. 이 구성에 의하면 넓어짐이 작은 간극 전체로부터의 광선을 효율적으로 집광해서 결상시킬 수 있다. 또한 유닛(10)을 광축(6a)을 따른 방향으로 이동시킴으로써 광축(6a)의 방향에 있어서 다른 위치(A, B, C)에 있는 피측정면(2)상에서의 간극의 측정이 가능하다. 유닛(10)의 이동에 의하여 결상면(7)상의 마스크(8)를 위치(A, B, C)의 간극형상의 결상위치(A', B', C')로 이동시킬 수 있다.

1 ; 간극측정장치
2 ; 피측정면(물체면)
3 ; 간극
3A ; 간극형상
4 ; 측정용 마스터
5 ; 광원
6 ; 렌즈광학기구
6a ; 광축
7 ; 결상면
8 ; 구멍구비 마스크
8a ; 구멍
9 ; 수광소자
9a ; 수광면
10 ; 유닛
11 ; 집광렌즈
12 ; 결상렌즈

Claims

측정대상의 간극(間隙)을 조사(照射)하는 광원(光源)과,
상기 간극을 조사함으로써 얻어지는 간극형상(間隙形像)을 소정의 위치에 결상(結像)시키는 렌즈광학기구(Lens光學器具)와,
상기 렌즈광학기구의 결상면(結像面)상에 형성되는 상기 간극형상을 수광하는 수광소자(受光素子)를
구비하고 있는 것을 특징으로 하는 간극측정장치(間隙測定裝置).
제1항에 있어서,
상기 결상면상에 배치된 소정의 구경(口徑)의 광통과용(光通過用)의 구멍을 구비한 구멍구비 마스크를 구비하고,
상기 구멍은, 상기 간극형상의 굵기방향에 있어서, 상기 간극형상의 굵기 이상의 크기의 구멍이고,
상기 수광소자는, 상기 구멍을 통하여 상기 간극형상을 수광하는 것을 특징으로 하는 간극측정장치.
제2항에 있어서,
상기 렌즈광학기구는, 상기 간극의 투과광(透過光)을 평행광(平行光)으로 하는 집광렌즈(集光lens)와, 상기 집광렌즈로부터의 평행광을 상기 결상면에 수렴시키는 결상렌즈(結像lens)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 간극측정장치.
제3항에 있어서,
상기 구멍구비 마스크는, 상기 결상면상에 있어서, 상기 간극형상에 있어서의 측정하고 싶은 간극위치로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 간극측정장치.
제4항에 있어서,
상기 렌즈광학기구, 상기 구멍구비 마스크 및 상기 수광소자는 일체화되어 유닛(unit)을 형성하고 있고,
상기 유닛은, 상기 렌즈광학기구의 광축(光軸)과 직교하는 이차원방향 또는 상기 광축과 직교하는 방향 및 상기 광축과 평행한 방향의 3차원방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 간극측정장치.