(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザーダイオードＬＤの発振波長の調整を自動化して、人為的なミスや個人差による偏りを防ぐ対向平面平行度測定装置の自動調整方法を提供する。【解決手段】ＬＤを用いた光源１２と、光源から、対向配置された一対の被測定面４１、４２にそれぞれ平行光を導くと共に、被測定面への平行光の照射によって形成された干渉像を各被測定面方向からそれぞれ異なる光学経路を介して導く干渉光学系１８と、各光学経路を介して導かれた干渉像をそれぞれ撮像する撮像手段１９，２０とを備えた対向平面平行度測定装置１において、取得した干渉画像から、干渉縞のコントラストが最もよく出ているＬＤ駆動電流を求め、ＬＤ駆動電流を最初の画像のＬＤ駆動電流として保存し、干渉縞を１本分ずらした時のＬＤ駆動電流を最後の画像のＬＤ駆動電流として保存し、最初の画像のＬＤ駆動電流と最後の画像のＬＤ駆動電流の間を等分して中間の画像のＬＤ駆動電流を求める。【選択図】図２
2015004652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーダイオードを用いた光源と、
該光源から、対向配置された一対の被測定面にそれぞれ平行光を導くと共に、前記被測定面への平行光の照射によって形成された干渉像を各被測定面方向からそれぞれ異なる光学経路を介して導く干渉光学系と、
前記各光学経路を介して導かれた干渉像をそれぞれ撮像する撮像手段とを備えた対向平面平行度測定装置において、
取得した干渉画像から、干渉縞のコントラストが最もよく出ているレーザーダイオード駆動電流を求め、
該レーザーダイオード駆動電流を最初の画像のレーザーダイオード駆動電流として保存し、
干渉縞を１本分ずらした時のレーザーダイオード駆動電流を求め、
該レーザーダイオード駆動電流を最後の画像のレーザーダイオード駆動電流として保存し、
前記最初の画像のレーザーダイオード駆動電流と最後の画像のレーザーダイオード駆動電流の間を等分して中間の画像のレーザーダイオード駆動電流を求めることを特徴とする対向平面平行度測定装置の自動調整方法。
【請求項２】
レーザーダイオードを用いた光源と、
該光源から、対向配置された一対の被測定面にそれぞれ平行光を導くと共に、前記被測定面への平行光の照射によって形成された干渉像を各被測定面方向からそれぞれ異なる光学経路を介して導く干渉光学系と、
前記各光学経路を介して導かれた干渉像をそれぞれ撮像する撮像手段とを備えた対向平面平行度測定装置において、
取得した干渉画像から、干渉縞のコントラストが最もよく出ているレーザーダイオード駆動電流を求める手段と、
該レーザーダイオード駆動電流を最初の画像のレーザーダイオード駆動電流として保存する手段と、
干渉縞を１本分ずらした時のレーザーダイオード駆動電流を求める手段と、
該レーザーダイオード駆動電流を最後の画像のレーザーダイオード駆動電流として保存する手段と、
前記最初の画像のレーザーダイオード駆動電流と最後の画像のレーザーダイオード駆動電流の間を等分して中間の画像のレーザーダイオード駆動電流を求める手段と、
を備えたことを特徴とする対向平面平行度測定装置の自動調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向平面平行度測定装置の自動調整方法及び装置に係り、例えば、マイクロメータのアンビルとスピンドルのような一対の対向平面の平面度及び平行度を、人為的なミスや個人差による偏りなく高精度で測定することが可能な対向平面平行度測定装置の自動調整方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロメータは、寸法測定を行う物体を、アンビル先端面（固定側平面）と回転しながら線形移動するスピンドル先端面（回転側平面）との間に挟持して、両平面間の距離を測定することで物体の寸法を測定するものである。
【０００３】
従来、このような一対の対向平面の平面度や平行度を高精度に測定する検査方法として、ＪＩＳ  Ｂ７５０２−１９９４に規定されているように、オプチカルパラレルを用いた方法が知られている。この方法は、図１に例示する如く、検査すべきマイクロメータ２の被測定面に、両面が平行且つ平面となるように光学的な研磨が施されたガラス製のオプチカルパラレル４０を、通常の測定と同様に挟み込んで密着させ、白色光によりオプチカルパラレル４０の測定面とマイクロメータ２の固定被測定面（アンビル４１の先端面）及び回転被測定面（スピンドル４２の先端面）との接触面に発生する赤色干渉縞（いわゆるニュートン縞又はニュートンリング）の数を目視で読取って、被測定面の平面度や平行度を評価する方法である。
【０００４】
しかし、上述した従来のオプチカルパラレルを用いた検査方法では、オプチカルパラレルの両面に現れた干渉縞を目視で読取って、平面度と平行度の判断を行っているため、判定された測定値に作業者による個人差が生じ、正確な測定が難しいという問題がある。また、従来の方式は測定作業に熟練を要し、誰にでも行える作業ではないため、工数及びコスト削減が難しい。
【０００５】
また、従来のニュートン縞による平面度、平行度測定は、画像処理による測定が難しく、目視観察によって合否判定を行っているので、測定データを平面度、平行度に関する詳細なデータとして蓄積することが難しく、生産工程における不具合や不良の早期発見といった問題に対処することができず、組立及び検査工程を自動化していく上での障害ともなっていた。
【０００６】
このような点に鑑み、熟練を必要とせずに高精度の対向平面の平面度及び平行度の測定を行うことができ、自動化に容易に対応することができる対向平面平行度測定装置を、出願人は特許文献１で提案している。
【０００７】
この対向平面平行度測定装置は、レーザーダイオード（ＬＤとも称する）を干渉光源として使用し、位相シフト法を用いて平面度と平面の傾斜データを求め、平行度を算出している。この際、５枚の位相をずらした干渉画像を取得するため、ＬＤの発振波長を微少量変化させる手法を採用することが考えられる。更に、発振波長の調整は、制御・解析ソフトウェア上の干渉画像を目視しながら、ソフトウェア上のスライドバーなどを手動で動かすことによりＬＤ駆動電流を変化させ、干渉縞１本分、１／４波長ずつずらして５画像を取得する際の電流値を求めることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１８３１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、目視での調整により、人為的なミスや個人差による偏りが生じていた。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、レーザーダイオードの発振波長の調整を自動化して、人為的なミスや個人差による偏りを防止することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、レーザーダイオードを用いた光源と、該光源から、対向配置された一対の被測定面にそれぞれ平行光を導くと共に、前記被測定面への平行光の照射によって形成された干渉像を各被測定面方向からそれぞれ異なる光学経路を介して導く干渉光学系と、前記各光学経路を介して導かれた干渉像をそれぞれ撮像する撮像手段とを備えた対向平面平行度測定装置において、取得した干渉画像から、干渉縞のコントラストが最もよく出ているレーザーダイオード駆動電流を求め、該レーザーダイオード駆動電流を最初の画像のレーザーダイオード駆動電流として保存し、干渉縞を１本分ずらした時のレーザーダイオード駆動電流を求め、該レーザーダイオード駆動電流を最後の画像のレーザーダイオード駆動電流として保存し、前記最初の画像のレーザーダイオード駆動電流と最後の画像のレーザーダイオード駆動電流の間を等分して中間の画像のレーザーダイオード駆動電流を求めることにより、前記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明は、又、レーザーダイオードを用いた光源と、該光源から、対向配置された一対の被測定面にそれぞれ平行光を導くと共に、前記被測定面への平行光の照射によって形成された干渉像を各被測定面方向からそれぞれ異なる光学経路を介して導く干渉光学系と、前記各光学経路を介して導かれた干渉像をそれぞれ撮像する撮像手段とを備えた対向平面平行度測定装置において、取得した干渉画像から、干渉縞のコントラストが最もよく出ているレーザーダイオード駆動電流を求める手段と、該レーザーダイオード駆動電流を最初の画像のレーザーダイオード駆動電流として保存する手段と、干渉縞を１本分ずらした時のレーザーダイオード駆動電流を求める手段と、該レーザーダイオード駆動電流を最後の画像のレーザーダイオード駆動電流として保存する手段と、前記最初の画像のレーザーダイオード駆動電流と最後の画像のレーザーダイオード駆動電流の間を等分して中間の画像のレーザーダイオード駆動電流を求める手段と、を備えたことを特徴とする対向平面平行度測定装置の自動調整装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レーザーダイオードの発振波長の調整を、目視によらず自動的に行うことができる。従って、人為的なミスや個人差による偏りを生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のオプチカルパラレルを用いた測定方法を示す正面図
【図２】本発明の実施形態に係る対向平面平行度測定装置を適用したマイクロメータの自動測定システムの構成を示す全体図
【図３】前記実施形態における干渉光学系の詳細を示す図
【図４】同じく測定圧付加機構の詳細を示す斜視図
【図５】同じくレーザーダイオードの駆動電流と光出力及び波長の関係の例を示す図
【図６】同じく信号処理系を示すブロック図
【図７】同じく制御基板と光源部の詳細を示すブロック図
【図８】同じく本発明による調整手順を示す流れ図
【図９】同じくＬＤ駆動電流と画像相関の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を好適に実施するための形態（以下、実施形態と称する）につき、詳細に説明する。
【００１６】
なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組合せてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００１７】
図２は、この発明の一実施形態に係る対向平面平行度測定装置を用いたマイクロメータの自動測定システムの構成を示す全体図である。測定対象であるマイクロメータ２は、製造最終工程又は検査工程において、マイクロ搬送・プローブ（センサとも称する）支持機構３によって搬送される。本実施形態の対向平面平行度測定装置１は、マイクロメータ２と一緒にマイクロ搬送・プローブ支持機構３によって搬送されるプローブ本体１１と、このプローブ本体１１に光を供給するＬＤ（レーザーダイオード）光源回路１２と、マイクロメータ２の被測定面に適度な測定圧を加えるための測定圧付加機構１３と、これら各部やマイクロ搬送・プローブ支持機構３を制御すると共に測定に必要な演算処理を実行するコントローラ１４とを備えて構成されている。ＬＤ光源回路１２とプローブ本体１１とは、偏波面保持光ファイバ１５を介して光学的に接続されている。測定圧付加機構１３とプローブ本体１１とはワイヤ１６を介して機械的に接続されている。
【００１８】
プローブ本体１１は、ＬＤ光源回路１２から延びる偏波面保持光ファイバ１５を光ファイバコネクタ１７を介して接続し、内部に各被測定面を計測するための別々の光学経路を形成する干渉光学系１８を形成すると共に、この干渉光学系１８を介して抽出された干渉像をそれぞれ撮像する撮像手段であるＣＣＤカメラ１９、２０を設けたものである。プローブ本体１１の図中下端部に後述する測定ヘッド部２７が形成され、この測定ヘッド部２７の両側端に被測定面であるマイクロメータ２のアンビル４１の先端面とスピンドル４２の先端面とを挟み込んで測定が行われる。
【００１９】
図３は、干渉光学系１８の一例を示す図である。ここでは干渉光学系１８としてフィゾー型干渉計を用いた例を示している。ＬＤ光源回路１２から出射された光は、偏波面保持光ファイバ１５を介して筐体２１の内部に導入される。導入された光は、まずコリメータレンズ２２で直径約７ｍｍ程度の光束にコリメートされる。コリメータレンズ２２からの平行光は、偏光ビームスプリッタ２３に入射され、ここで一部が透過し、残りが反射して進行方向を９０度曲げられる。９０度進行方向を曲げられた光は、直角プリズム２４にて再度９０度進行方向を曲げられる。これにより、平行光は、平行な２つの光学経路Ｃ１、Ｃ２に分割される。各光学経路Ｃ１、Ｃ２を進行する平行光は、偏光ビームスプリッタ２５、２６をそれぞれ透過して、筐体２１の下端部に形成された測定ヘッド部２７に導入される。測定ヘッド部２７には直角プリズム２８が装着されており、測定ヘッド部２７に導入された光は、この直角プリズム２８でそれぞれ進行方向を９０度曲げられて互いに逆方向で外向きに進行する。
【００２０】
筐体２１の測定ヘッド部２７の両側壁は、光が透過できるように開口されている。この開口を塞ぐように透明の平面基準板３１、３２が側壁外面にそれぞれ添接されている。平面基準板３１、３２は、例えばガラスで形成されており、その測定ヘッド部２７に密着する面には、被測定面Ｍ１、Ｍ２の反射率に応じた反射コーティングが施され、この面が基準平面Ｓ１、Ｓ２となる。例えば、測定対象がマイクロメータ２のアンビル４１とスピンドル４２の挟持面である場合、基準平面Ｓ１、Ｓ２には被測定面Ｍ１、Ｍ２を形成する超硬合金の反射率に適合させた、金属膜によるハーフミラーコーティングが施される。フィゾー型干渉計は、この基準平面Ｓ１、Ｓ２と被測定面Ｍ１、Ｍ２とで反射された２つの光を干渉させる干渉計である。
【００２１】
この装置では、２枚の平面基準板３１、３２を密着固定する測定ヘッド部２７の平面基準板固定面をゲージブロック並の良好な平行平面にラッピング加工し、その上で平面基準板３１、３２の基準平面をリンギングによって固定している。このため、基準平面Ｓ１、Ｓ２は、極めて高精度な干渉計の平行基準面として用いることができる。それぞれの平面基準板３１、３２の干渉画像に基づいた各被測定面の傾斜を測定し、加算すれば、被測定面Ｍ１、Ｍ２の平行度が求められる。
【００２２】
測定ヘッド部２７の左側の平面基準板３１には、中央部に測定用の開口部を有する固定保護板３３がリンギングによって添接されている。固定保護板３３は、焼き入れされた鋼又は超硬合金を用い、平面基準板３１の基準平面Ｓ１と平行になるように高精度にラッピング加工されている。一方、測定ヘッド部２７の右側の平面基準板３２には、中央部に測定用の開口部を有する可動加圧板３４が設けられている。
【００２３】
この可動加圧板３４は、例えば図４に示すように、測定ヘッド部２７の筐体２１の図中前面及び後面に形成されたリニアガイド５１、５２にスライド自在に装着されたスライダ５３、５４の一方の端部に支持されている。スライダ５３、５４には、ワイヤ１６ａ、１６ｂの一端が接続され、その端部の近傍の可撓性パイプが固定部材５５、５６で固定されている。ワイヤ１６ａ、１６ｂの他端は、測定圧付加機構１３に接続されている。測定圧付加機構１３は、エアーシリンダ６１の先端の往復動を連結部材６２を介してワイヤ１６ａ、１６ｂの接続端に伝達する。エアーシリンダ６１の先端及び各ワイヤ１６ａ、１６ｂの先端は、連結部材６２に回転可能に連結される。これにより、エアーシリンダ６１の往復動に伴って、左右のワイヤ１６ａ、１６ｂの張力がバランスをとりながら増加又は減少し、これがスライダ５３、５４に伝えられる。このため、スライダ５３、５４は左右で均等になるようにスライド動作する。この機構により、可動加圧板３４を被測定面間で動かし、測定ヘッド部２７の幅を拡げることで、固定保護板３３を固定側の被測定面Ｍ１に密着させることができ、且つ適切な測定圧を被測定面Ｍ１、Ｍ２に加えることができる。なお、張力伝達機構のワイヤ１６は、引っ張り方向で、可動加圧板３４を拡げることができるため、目的に応じて十分強力な測定圧力を作用させることができる。
【００２４】
平面基準板３１、３２の各基準平面Ｓ１、Ｓ２とアンビル４１及びスピンドル４２の被測定面Ｍ１、Ｍ２とで反射されることによって生じた干渉像は、直角プリズム２８の方へ逆方向に進み、直角プリズム２８で反射して進行方向を９０度曲げられ、偏光ビームスプリッタ２５、２６で反射され、ＣＣＤカメラ１９、２０の各撮像素子１９ａ、２０ａに撮像される。ＣＣＤカメラ１９、２０でそれぞれ撮像された干渉像は、コントローラ１４に入力されて解析処理に供せられる。
【００２５】
コントローラ１４は、例えばＬＤ光源回路１２をコントロールして、ＬＤ光源回路１２からの光の波長を微小に変化させる。光波長を微小変化させると、光学的な位相シフトが生じ、観測される干渉縞が移動する。そこで、光波長を変化させて、異なる既知の３つの波長による測定を行って、３画像以上の位相シフト画像を用いて高精度に平面形状を求める。
【００２６】
ＬＤ光源回路１２は、ＬＤ７１、温度センサ７２及びペルチェ素子７３が光源部７４としてモジュール化されている。電流制御指令値を変化させてＬＤ７１の駆動電流を、例えば約１０ｍＡの範囲で変化させることにより、図５に例示する如く、光出力Ｐｏをほぼ一定に保ちながら、標準波長６３５ｎｍ〜７８０ｎｍという極めて微小な光波長λの変化を生じさせることができる。従って、コントローラ１４から、電流制御指令値を、必要な位相シフト画像の数だけ与えれば、その度に位相シフトした干渉縞の画像がＣＣＤカメラ１９、２０より得られることになる。なお、ＬＤ７１は、温度制御を行って、レーザ光の波長が環境の変動の影響を受けないようにしておくことが望ましい。従って、例えばサーミスタでなる温度センサ７２によってＬＤ７１の温度を常時モニタし、コントローラ１４から与えられる温度制御指令値と温度センサ７２の出力値との差分をＣＰＵ８１で求め、この差分に基づいてペルチェ素子７３を制御することにより、温度制御を行う。
【００２７】
本実施形態では、ＪＩＳ  Ｄ７５０２−１９９４に規定された測定面の平面度の測定方法に合わせて、図６に示す如く、４板のオプチカルパラレルのそれぞれの厚みに対応する４つのセンサ１１−１〜４が設けられている。各センサ１１−１〜４には、ＬＤ７１−１〜４、温度センサ７２−１〜４、撮像素子１９＋２０−１〜４が設けられている。各撮像素子１９＋２０−１〜４の出力は、アンプ７５−１〜４を介して前記コントローラ１４に送られる。
【００２８】
センサ数と同じ４チャンネルのコントローラ１４には、制御基板７０−１〜４と、前記アンプ７５−１〜４から入力される画像信号を処理する映像コンバータ７６が備えられ、さらに、測定・承認ボタン、リトライボタン、終了ボタンなどの外部スイッチ６８が接続されている。
【００２９】
各制御基板７０には、図７に詳細に示す如く、電流制御指令値に応じて光源部７４のＬＤ７１を駆動するためのレーザーダイオード駆動部８０と、ＬＤ７１の温度を測定する温度センサ７２の出力に応じて、ＬＤ７１の温度を温度制御指令値に維持するための温度制御部９０が含まれている。
【００３０】
前記レーザーダイオード駆動部８０は、電流制御指令値が入力されるＣＰＵ８１と、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）８２と、デジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）８３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）８４と、定電流回路となるＬＤドライバ８５とを備えている。
【００３１】
前記温度制御部９０は、前記温度センサ７２の入力を増幅するアンプ９１と、ＣＰＵ９２と、該ＣＰＵ９２の出力により、前記ペルチェ素子７３を、例えばＰＩ制御により駆動するフルブリッジドライバ９３とを備えている。
【００３２】
前記コントローラ１４の出力は、図６に示した如く、平行度測定ソフトウェア１０２が内蔵された測定部ＰＣ（例えばノートＰＣ）１００に送られて処理される。この測定部ＰＣ１００の出力は、例えば、イーサネット（登録商標）を介してワーク着脱制御ソフトウェア１１２が内蔵されたホストＰＣ１１０に送られ、図２に示したマイクロ搬送・プローブ支持機構３によりセンサ（プローブ）の切換が行われる。
【００３３】
以下、図８を参照して、自動調整方法を詳細に説明する。
【００３４】
まず、ステップ１０００で、センサ本体１１をマイクロメータ２に取付ける。
【００３５】
次いで、ステップ１０１０でスピンドル４２を前後させて、アンビル面とスピンドル面をなじませ、遊隙を取る。
【００３６】
次いでステップ１０２０に進み、干渉画像を取得する。
【００３７】
次いでステップ１０３０に進み、ＬＤ駆動電流の可変範囲か否か（例えば上限以下か）を判定する。判定結果が正である場合には、ステップ１０４０に進み、ＬＤ駆動電流を調整して（例えば、増加させて）、ステップ１０２０に戻る。
【００３８】
ステップ１０３０の判定結果が否であり、可変範囲内を走査したと判断される場合は、ステップ１０５０に進み、取得した干渉画像から、図９に例示する如く、干渉縞のコントラストが最もよく出ているＬＤ駆動電流を求める。
【００３９】
次いでステップ１０６０に進み、ステップ１０５０で求めたＬＤ駆動電流を出力し、最初の画像である１画像目のＬＤ駆動電流として保存する。
【００４０】
次いでステップ１０７０に進み、１画像目の干渉画像を取得する。
【００４１】
次いでステップ１０８０に進み、干渉縞１本分ずらしたか否かを判定する。判定結果が否である場合には、ステップ１０９０に進み、ＬＤ駆動電流を調整する（例えば増加させる）。
【００４２】
ステップ１０８０の判定結果が正である場合には、ステップ１１００に進み、ステップ１０５０で取得した干渉画像との相関を求め、最後の画像である５画像目のＬＤ駆動電流とし、図９に示した如く、その間を４等分して、中間の２、３、４画像目のＬＤ駆動電流として保存する。なお、５画像目は干渉縞１本分ずらした干渉画像となるので、終了時のＬＤ駆動電流を保存して、終了する。
【００４３】
検査に際しては、ステップ１１００で求められたＬＤ駆動電流となるように電流を調整すれば、図５に示した如く波長が変化するので、発振波長を的確に自動調整できる。
【００４４】
なお、前記実施形態においては、ＪＩＳに対応して画像数が５とされていたが、画像数はこれに限定されない。撮像手段もＣＣＤカメラに限定されずＣＭＯＳカメラであってもよい。温度制御手段もペルチェ素子に限定されず、温度センサもサーミスタに限定されない。
【符号の説明】
【００４５】
１…対向平面平行度測定装置
２…マイクロメータ
１１、１１−１〜４…プローブ（センサ）本体
１２…ＬＤ光源回路
１４…コントローラ
１８…干渉光学系
１９、２０、１９＋２０−１〜４…ＣＣＤカメラ
７０、７０−１〜４…制御基板
７１、７１−１〜４…ＬＤ（レーザーダイオード）
７２、７２−１〜４…温度センサ
７４…光源部
８０…レーザーダイオード駆動部
９０…温度制御部
１００、１１０…ＰＣ
１０２…平行度測定ソフトウェア
【図１】
2015004652.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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