(57)【要約】      （修正有）【課題】微小工具やワイヤなどの線状体の振れを高精度に測定することができる線状体振れ測定装置を提供する。【解決手段】線状体２の測定位置にて線状体２を軸回りに回転可能に支持する支持部６と、測定位置に支持された線状体２との間にスリット７を形成するスリット形成部８と、スリット７に向けて光を投光する投光部１と、投光部１から投光されてスリット７を通過した光を受光する受光部５と、投光部１から投光された光のうち、測定位置に支持された線状体２を挟んでスリット７と反対側を通過する光が受光部５に到達するのを遮蔽する遮蔽部３とを備えている。遮蔽部３におけるスリット７側の端部３ａは、測定位置に支持された線状体２を挟んで投光部１と反対側においてスリット７を通過した光を遮蔽しない位置に配置されるとともに、投光方向から見て測定位置に支持された線状体２と重なる位置に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状体の振れを測定する装置であって、
線状体の測定位置にて当該線状体を軸回りに回転可能に支持する支持部と、
測定位置に支持された線状体との間にスリットを形成するスリット形成部と、
前記スリットに向けて光を投光する投光部と、
投光部から投光されて前記スリットを通過した光を受光する受光部と、
投光部から投光された光のうち、測定位置に支持された線状体を挟んで前記スリットと反対側を通過する光が前記受光部に到達するのを遮蔽する遮蔽部と
を備えており、
前記遮蔽部におけるスリット側の端部は、測定位置に支持された線状体を挟んで前記投光部と反対側において前記スリットを通過した光を遮蔽しない位置に配置されるとともに、投光方向から見て前記測定位置に支持された線状体と重なる位置に配置されている、線状体振れ測定装置。
【請求項２】
測定位置に支持された線状体の軸回りの回転位相と、当該回転位相において受光部材が受光した光の一次回折光に基づき算出されるスリットの幅と、の関係に基づいて当該線状体の振れ量を算出する算出部を更に備えている、請求項１に記載の線状体振れ測定装置。
【請求項３】
前記遮蔽部の前記端部付近であって前記投光部と対向する部分は、当該部分に照射された光を吸収する光吸収部を備えている、請求項１または請求項２に記載の線状体振れ測定装置。
【請求項４】
前記遮蔽部の前記端部付近であって前記投光部と対向する部分は、当該部分に照射された光を前記受光部が受光不能な方向に反射する光反射部を備えている、請求項１または請求項２に記載の線状体振れ測定装置。
【請求項５】
請求項１記載の線状体振れ測定装置を用いて線状体の振れを測定する方法であって、
第１の位置で支持部に支持された線状体と、スリット形成部との間に形成された第１のスリットに向けて投光部から光を投光し、受光部が受光した光の一次回折光に基づいて前記第１のスリットの幅を算出する第１算出工程と、
前記第１の位置と回転位相が異なる少なくとも１つの位置まで、前記支持部により線状体を軸周りに回転させ、当該少なくとも１つの位置における線状体と、スリット形成部との間に形成された第２のスリットに向けて投光部から光を投光し、受光部が受光した光の一次回折光に基づいて前記第２のスリットの幅を算出する第２算出工程と、
前記第１算出工程および第２算出工程で算出された複数のスリット幅の大きさに基づいて線状体の振れを判定する判定工程と
を含む、線状体振れ測定方法。
【請求項６】
前記線状体は断面円形であり、前記判定工程は、前記複数のスリット幅のうち、最大値と最小値との差が所定の閾値よりも大きい場合に線状体が振れていると判定する、請求項５に記載の線状体振れ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は線状体の振れを測定する装置および方法に関する。さらに詳しくは、微小工具やワイヤなどの線状体の振れを測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細電子部品やオプトメカトロニクス部品のための金型を製造するには、精密な切削加工や研削加工が必要となるが、近年、電子部品などの小型化はますます進んでおり、それに伴い加工技術の微細化および高精度化への要求も高くなっている。
【０００３】
このような精密加工には微小径の工具が用いられるが、加工技術の微細化および高精度化を実現するためには、工作機械の精度だけでなく、工具自体の寸法の小型化、高精度化が必要である。
【０００４】
工具寸法の高精度化を達成するためには、微小な工具の寸法を測定する必要があり、従来、微小径の工具の寸法（直径）を測定する方法として、工具にレーザビームを照射し、当該工具によって回折した光を検出し、その光回折パターンにおける１次光ピークの間隔から工具の直径を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３２４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、工具の寸法（直径）については従来の測定方法を利用するなどして公差内に加工できたとしても、工具軸の偏心などに起因して工具に振れが発生すると、当該工具により製造される金型の品質を保証することができなくなる。すなわち、精密な切削加工や研削加工を実現するためには、工具の寸法だけでなく、工具の形状も高精度化する必要がある。
【０００７】
ところが、工具の振れについては、従来、上記のような客観的な測定方法は提案されておらず、例えば工業顕微鏡観察により行われているなど、工具形状の高精度化を確保することが難しかった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、微小工具やワイヤなどの線状体の振れを高精度に測定することができる線状体振れ測定装置および方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の線状体振れ測定装置（以下、単に「測定装置」ともいう）は、線状体の振れを測定する装置であって、
線状体の測定位置にて当該線状体を軸回りに回転可能に支持する支持部と、
測定位置に支持された線状体との間にスリットを形成するスリット形成部と、
前記スリットに向けて光を投光する投光部と、
投光部から投光されて前記スリットを通過した光を受光する受光部と、
投光部から投光された光のうち、測定位置に支持された線状体を挟んで前記スリットと反対側を通過する光が前記受光部に到達するのを遮蔽する遮蔽部と
を備えており、
前記遮蔽部におけるスリット側の端部は、測定位置に支持された線状体を挟んで前記投光部と反対側において前記スリットを通過した光を遮蔽しない位置に配置されるとともに、投光方向から見て前記測定位置に支持された線状体と重なる位置に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の測定装置では、スリット形成部と測定位置に支持された線状体との間に形成されるスリットの幅を測定することで間接的に当該線状体の振れを測定することができる。すなわち、スリット幅測定時において、スリット形成部と支持部とは固定位置にある。また、線状体の寸法（断面寸法。断面円形の線状体の場合は直径であり、断面が楕円の線状体の場合は、楕円の長径と短径である。）は既知であるので、例えば測定されたスリット幅と、線状体の軸心から前記スリットを形成する縁までの寸法との和を前記線状体の複数の回転位相で算出することで、当該線状体に振れが生じているか否かを判定することができる。線状体が断面円形の場合、当該線状体の軸心からスリットを形成する縁までの寸法とは、線状体の半径のことである。
なお、本発明において対象とする線状体は、その断面寸法が所定の公差内に収まっている線状体である。線状体の断面寸法に大きな誤差があると、この誤差によってもスリット幅が変動するため、かかる変動が線状体の振れに起因すると判定することができなくなる。
【００１１】
（２）前記（１）の測定装置において、測定位置に支持された線状体の軸回りの回転位相と、当該回転位相において受光部材が受光した光の一次回折光に基づき算出されるスリットの幅と、の関係に基づいて当該線状体の振れ量を算出する算出部を更に備えていてもよい。
【００１２】
（３）前記（１）または（２）の測定装置において、前記遮蔽部の前記端部付近であって前記投光部と対向する部分は、当該部分に照射された光を吸収する光吸収部を備えていてもよい。
【００１３】
（４）前記（１）または（２）の測定装置において、前記遮蔽部の前記端部付近であって前記投光部と対向する部分は、当該部分に照射された光を前記受光部が受光不能な方向に反射する光反射部を備えていてもよい。
【００１４】
（５）本発明の線状体振れ測定方法（以下、単に「測定方法」ともいう）は、前記（１）の測定装置を用いて線状体の振れを測定する方法であって、
第１の位置で支持部に支持された線状体と、スリット形成部との間に形成された第１のスリットに向けて投光部から光を投光し、受光部が受光した光の一次回折光に基づいて前記第１のスリットの幅を算出する第１算出工程と、
前記第１の位置と回転位相が異なる少なくとも１つの位置まで、前記支持部により線状体を軸周りに回転させ、当該少なくとも１つの位置における線状体と、スリット形成部との間に形成された第２のスリットに向けて投光部から光を投光し、受光部が受光した光の一次回折光に基づいて前記第２のスリットの幅を算出する第２算出工程と、
前記第１算出工程および第２算出工程で算出された複数のスリット幅の大きさに基づいて線状体の振れを判定する判定工程と
を含むことを特徴としている。
【００１５】
本発明の測定方法では、スリット形成部と測定位置に支持された線状体との間に形成されるスリットの幅を測定することで間接的に当該線状体の振れを測定することができる。すなわち、スリット幅測定時において、スリット形成部と支持部とは固定位置にある。また、線状体の寸法（断面寸法。断面円形の線状体の場合は直径であり、断面が楕円の線状体の場合は、楕円の長径と短径である。）は既知であるので、第１算出工程および第２算出工程で算出された複数のスリット幅に基づいて線状体の振れを判定することができる。例えば、線状体の断面寸法が円形の場合、複数の回転位相で算出された複数のスリット幅を比較することで、当該線状体に振れが生じているか否かを判定することができる。
【００１６】
（６）前記（５）の測定方法において、前記線状体は断面円形であり、前記判定工程は、前記複数のスリット幅のうち、最大値と最小値との差が所定の閾値よりも大きい場合に線状体が振れていると判定してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の測定装置および方法によれば、微小工具やワイヤなどの線状体の振れを高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の測定装置の一実施の形態の説明図である。
【図２】図１の工具付近の拡大説明図である。
【図３】光回折を利用してスリット幅を測定する原理を説明する図である。
【図４】線状体の振れ判定の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の測定装置および方法の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る測定装置の説明図であり、図２は、図１の工具付近の拡大説明図である。
【００２０】
〔測定装置〕
図１において、１は、ライン状のレーザビームを照射ないし投光し得る、投光部であるレーザ光源であり、このレーザ光源１の前方に線状体である微小工具２、遮蔽部３、レンズ４および受光部５が、この順に配設されている。微小工具２は、当該微小工具２の軸周りに回転可能なように支持部６により支持されている。支持部６は、図示しない駆動部を備えており、この駆動部を駆動させることにより微小工具２を所定角度だけ回転させることができる。また、支持部６は、測定対象であるスリットを形成する微小工具２がレーザビームに照射される前方位置と、レーザビームに照射されない後方位置との間を前後動（図１において、紙面貫通方向）可能に構成されている。なお、微小工具２の先端部は刃部（図示せず）とされており、この刃部により被加工物である金型などの研削や切削加工などが行われる。
【００２１】
図１において微小工具２の下方には、測定位置に支持された当該微小工具２との間にスリット７を形成するスリット形成部８が配設されている。本実施の形態におけるスリット形成部８は、レーザビームの照射方向から見て矩形であり、珪素などからなる板材で作製されている。微小工具２と対向して配置され当該微小工具２との間にスリット７を形成するスリット形成部８の辺ないし縁８ａは、先端が尖った鋭利な形状とされている。スリット形成部８は、測定対象であるスリットを形成する縁８ａがレーザビームに照射される上方位置と、レーザビームに照射されない下方位置との間を上下動（図１において、上下方向）可能に構成されている。微小工具２とスリット形成部８と間に形成されるスリット７の幅は、本発明において特に限定されるものではないが、通常、１０〜１００μｍ程度である。この範囲内のスリット幅になるようにスリット形成部８の上下位置が調整される。
【００２２】
遮蔽部３は、レーザ光源１から投光されたレーザビームのうち、測定位置に支持された微小工具２を挟んで前記スリット７と反対側（図１において、微小工具２の上側）を通過するレーザビームが前記受光部５に到達するのを遮蔽するものであり、金属などからなる板材で作製されている。
【００２３】
遮蔽部３におけるスリット側（図１において下側）の端部３ａは、測定位置に支持された微小工具２を挟んで前記レーザ光源１と反対側に位置している。また、端部３ａは、スリット７を通過したレーザビームを遮蔽しない位置に配置されている。換言すれば、端部３ａの先端３ａ１が、スリット７を形成する微小工具２の最下端２ａよりも、図１において下方に位置しないように遮蔽部３が配設されている。さらに、前記端部３ａは、投光方向から見て（図１において左側から見て）、測定位置に支持された微小工具２と重なる位置に配置されている。具体的に、微小工具２の最下端２ａと遮蔽部３の先端３ａ１とのなす角度をθとすると、前述した微小工具２の位置とするためには、概ね１５°≦θ≦２０°とする必要がある。
【００２４】
遮蔽部３の端部３ａのうち、レーザ光源側の面は、測定位置に支持された微小工具２を囲む形状の曲面３ｂにされている。本実施の形態における曲面３ｂは放物線状であるが、円弧状など他の形状の曲面を採用することもできる。この曲面３ｂには、当該曲面３ｂに照射されたレーザビームを吸収することができる光吸収部である光吸収層３ｂ１が形成されている。この光吸収層３ｂ１は、例えば酸化鉄およびシリカの薄膜をコーティングすることで前記曲面３ｂに形成することができる。
【００２５】
受光部５はラインセンサなどからなり、撮像部であるＣＭＯＳカメラ１１内に装備されている。また、測定位置に支持された微小工具２の側面を観察することができる位置には、当該微小工具２の回転を検知することができる回転検知器９が配設されている。
【００２６】
制御部１０は、前記レーザ光源１、受光部５および回転検知器９と通信可能に接続されており、レーザ光源１に動作信号を送信したり、受光部５や回転検知器９からの信号を受信したりする。また、制御部１０には後述する算出部１２が含まれている。
【００２７】
〔測定方法〕
つぎに本発明の一実施の形態に係る測定方法について説明する。
図１〜２に示される測定装置において、支持部６により測定位置に支持された微小工具２、より詳細には微小工具２の先端部分とスリット形成部８との間に形成されたスリット７にレーザ光源１からレーザビームが照射されると、光回折現象が生じ、回折光はフーリエ変換レンズであるレンズ４によって集光され、当該レンズ４の焦点距離ｆにある焦点面で前記受光部５によって回折パターンが同時に取得される。
【００２８】
そして、取得された回折パターンについて、＋１次回折光と、−１次回折光のピークを検出し、そのピーク間隔Ｗを測定する。ついで、このピーク間隔Ｗと、既知であるレンズ３の焦点距離ｆおよびレーザビームの波長λを用いて、次の式（１）からスリット７の幅ｘが求められる。このスリット幅の算出は、制御部１０の算出部１２において実行される。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
本実施の形態において、１次回折光の信号を検出しやすくするために、０次回折光を遮蔽するための遮光板１３を、前記受光部５におけるレーザビームが照射される側（図１において左側）に配設することができる。遮光板１３としては、非透光性の金属板などを用いることができる。遮光板１３は、実質的に０次回折光のパターンだけを遮蔽することができるように、その形状及びサイズが選定される。
【００３１】
以上のようにしてスリット幅を算出することができるが、本発明では、微小工具２の少なくとも２つの回転位置でスリット幅を算出する。すなわち、振れを測定する微小工具２を支持部６に装着した最初の回転位置でスリット幅（第１のスリットの幅）を算出する（第１算出工程）とともに、当該最初の位置と回転位相が異なる少なくとも１つの位置でスリット幅（第２のスリットの幅）を算出する（第２算出工程）。この第２算出工程では、例えば、最初の位置から微小工具２を９０°回転させた位置、１８０°回転させた位置、および２７０°回転させた位置の３つの位置におけるスリット幅を算出する。
【００３２】
スリット形成部８、および微小工具２を支持する支持部６は、スリット幅測定時には固定位置にあるので、断面円形の微小工具２の場合、当該微小工具２に振れがなければ、前記のようにして算出された４つのスリット幅は実質的に同じ大きさである。しかし、微小工具２に振れがあると、スリットを形成する一方の要素である微小工具２の位置が当該微小工具２の回転位相により変動するので、結果として、スリットの幅が微小工具２の回転位相により変動する。したがって、算出された複数のスリット幅のうちの最大値と最小値との差が所定の閾値よりも大きい場合に当該微小工具２に振れが生じていると判定することができる。この閾値は、微小工具２の直径や用途などに応じて設定することができる。
【００３３】
また、微小工具２の断面が他の形状、例えば楕円形状の場合は、以下のようにして当該微小工具２の振れを判定することができる。
図４は、断面が楕円形状の線状体の振れ判定の説明図である。図４の（ａ）は、楕円の長径方向が鉛直方向にある場合を示しており、（ｂ）は楕円の長径方向が水平方向にある場合を示している。（ａ）の状態を９０°回転移動させると（ｂ）の状態になる。
【００３４】
スリット幅測定時において、微小工具２を支持する支持部６とスリット形成部８とは固定位置にあるので、スリットを形成するスリット形成部８の辺８ａと微小工具２の軸心２ｂとの間の距離は、本来、一定値である。しかし、微小工具２に振れが発生していると、当該微小工具２の回転位置のよって異なる値となる。すなわち、楕円の長径をＤ、短径をｄとすると、図４において、測定されたスリット幅ｘ１＋Ｄ／２と、ｘ２＋ｄ／２とが異なる値となる。したがって、その差が所定の閾値よりも大きい場合に、微小工具２に振れが生じていると判定することができる。
【００３５】
〔その他の変形例〕
なお、今回開示された実施の形態はすべての点において単なる例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【００３６】
例えば、前述した実施の形態では、第２算出工程において、９０°間隔でずれた３つの位置でスリット幅を算出しているが、これに限らず、例えば６０°間隔でずれた５つの位置でスリット幅を算出することもできる。
【００３７】
また、前述した実施の形態では、スリットを通過したレーザビーム以外のレーザビームが受光部に到達するのを防止するために、遮蔽部３の曲面３ｂに光吸収層３ｂ１を形成しているが、この光吸収層３ｂ１に代えて、前記曲面３ｂに到達したレーザビームを受光部５が受光不能な方向に反射する光反射層を形成することもできる。この光反射層は、例えば滑面に反射金属をコーティングすることで形成することができる。
【００３８】
また、前述した実施の形態では、回転検知器を用いて線状体の回転位相ないし回転状態を検知しているが、線状体の回転をパルスモータで行う場合、パルス数で当該線状体の回転位相ないし回転状態を求めることもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１      レーザ光源（投光部）
２      微小工具
３      遮蔽部
３ａ    端部
３ｂ    曲面
３ｂ１  光吸収層
４      レンズ
５      受光部
６      支持部
７      スリット
８      スリット形成部
９      回転検知器
１０      制御部
１２      算出部
【図１】
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【図２】
2014215130.tif 000005
【図３】
2014215130.tif 000006
【図４】
2014215130.tif 000007