(57)【要約】【課題】長尺工具エッジの曲率半径の測定を高速かつ高精度に行うことのできる計測装置および計測方法を提供する。【解決手段】長尺工具エッジ１１をその長手方向に直交して臨むようにラインカメラ２０が設置される。ラインカメラ２０を長尺工具の長手方向と平行に駆動するＸ軸移動ステージ５２と長尺工具エッジ１１にラインカメラ２０の焦点を合わせるためのＹ軸移動ステージ５３を有するカメラステージ５０がある。カメラステージ５０上にラインカメラ２０を載架する。【選択図】図４
2008058133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺工具エッジを、該長尺工具の長手方向に直交して臨むように設置されるラインカメラと、該ラインカメラを前記長尺工具の長手方向と平行に駆動するＸ軸移動ステージ並びに前記長尺工具エッジに前記ラインカメラの焦点を合わせるためのＹ軸移動ステージを有するカメラステージを備え、該カメラステージ上に前記ラインカメラを載架したことを特徴とする長尺工具エッジの曲率半径の計測装置。
【請求項２】
前記Ｘ軸移動ステージにより前記ラインカメラを走査し、該ラインカメラにより前記長尺工具エッジの撮影を所定長に渡って順次行うプロセスを、前記Ｙ軸移動ステージのＹ軸方向の複数の位置について各々行わせ、一連の撮影画像から合焦画像のみを取り出すようにしたことを特徴とする請求項１に記載の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置。
【請求項３】
前記Ｘ軸移動ステージの走査と前記Ｙ軸移動ステージの駆動を組み合わせ、前記ラインカメラの移動軌跡が前記長尺工具傾斜方向に沿うようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置。
【請求項４】
長尺工具エッジを撮影したラインカメラ画像の輝度分布を多項式で近似し、前記ラインカメラ画像より長尺工具のエッジ幅を算出するステップと、前記エッジ幅を基準ゲージの曲率半径で校正するステップを備えたことを特徴とする長尺工具エッジの曲率半径の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックフィルム押出成形機や薄膜塗布工具などの主要部品であるフラットダイなど長尺工具先端のエッジ部の曲率半径を高速高精度に計測する装置とその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィルム成形や薄膜塗布などの分野で、長さ数ｍに及ぶ高精度な超長尺工具が必要とされている。その代表として例えばプラスチックフィルム押出成形機の主要部品であるフラットダイあるいはＴダイといわれる工具が挙げられる。Ｔダイは、図１に示すように、長さＬが最大８ｍにもなる長尺工具である。Ｔダイ１０は、対称な２つの工具１１と工具１２が隙間ｔを保って対向しているもので、その隙間に樹脂を流し込むことにより、工具１１および工具１２の先端部、すなわち工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａの間からフィルム１５を成型し、矢印３１の方向に取り出すことができるようになっている。図２は、Ｔダイ１０の長さ方向と直交する面の要部断面図であり、工具１１と工具１２の間には隙間ｔの流路１３が形成されており、工具エッジ１１ａおよび工具エッジ１２ａの断面は、各々クサビ形状になっている。
【０００３】
このようなＴダイ１０により成型されるフィルム１５の品質は、工具１１および工具１２内部の面形状や工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａの形状の影響を直接受けるため、生産現場において工具フィルム成形面の真直度や成型面の傷・へこみ、工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａの曲率半径を定量的に評価することが重要な課題となっている。特に、工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａはフィルム１５を最終的に成型する極めて重要な部分であり、フィルム１５厚さの均一性やフィルム１５表面の粗さなどに直接影響を与える。従って、長尺工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａの曲率半径を高精度に計測する技術の開発が要求されている。
【０００４】
工具エッジ１１ａと工具エッジ１２ａの曲率半径は、長尺工具の長さＬに渡って、数μｍから数十μｍ程度の範囲で分布することが知られており、また、Ｔダイ１０の使用済み後工具エッジ１１ａ、１２ａの曲率半径は、摩耗のため数百μｍにまで増大することが知られている。
【０００５】
エッジ部形状の測定手法には、まず、接触式の形状測定機として、原子間力顕微鏡を初めとする走査型プローブ顕微鏡がある。これらは、精度、分解能共に十分であるものの、長さ数ｍに渡って測定するには測定時間が現実的でないくらい掛かり、また、測定レンジが短く、エッジの曲率半径によっては、エッジのほんの一部分しか計測出来ないという問題点がある。また、非接触の測定手法として、レーザー形状測定機（キーエンス製LT-9000）や共焦点型レーザー顕微鏡（レーザーテック製1LM21HD、キーエンス製VK-9500）、非接触３次元測定機（三鷹光器製NH-3SP）などがあるが、横方向の分解能が足りなかったり、装置の大きさが１ｍ３程度であったりするため、長さ数ｍの長尺工具のエッジを全長に渡って測定するには不向きである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような技術的課題に基づいてなされたもので、長尺工具エッジの曲率半径の測定を高速かつ高精度に行うことのできる計測装置および計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、長尺工具エッジを、該長尺工具の長手方向に直交して臨むように設置されるラインカメラと、該ラインカメラを前記長尺工具の長手方向と平行に駆動するＸ軸移動ステージ並びに前記長尺工具エッジに前記ラインカメラの焦点を合わせるためのＹ軸移動ステージを有するカメラステージを備え、該カメラステージ上に前記ラインカメラを載架したことを特徴とする長尺工具エッジの曲率半径の計測装置が得られる。
【０００８】
また、前記Ｘ軸移動ステージにより前記ラインカメラを走査し、該ラインカメラにより前記長尺工具エッジの撮影を所定長に渡って順次行うプロセスを、前記Ｙ軸移動ステージのＹ軸方向の複数の位置について各々行わせ、一連の撮影画像から合焦画像のみを取り出すようにしたことを特徴とする長尺工具エッジの曲率半径の計測装置を提供する。
【０００９】
さらに、前記Ｘ軸移動ステージの走査と前記Ｙ軸移動ステージの駆動を組み合わせ、前記ラインカメラの移動軌跡が前記長尺工具傾斜方向に沿うようにしたことを特徴とする長尺工具エッジの曲率半径の計測装置を提供する。
【００１０】
また本発明によれば、長尺工具エッジを撮影したラインカメラ画像の輝度分布を多項式で近似し、前記ラインカメラ画像より長尺工具のエッジ幅を算出するステップと、前記エッジ幅を基準ゲージの曲率半径で校正するステップを備えたことを特徴とする長尺工具エッジの曲率半径の計測方法が得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ラインカメラが長尺工具エッジを長尺工具の長手方向に直交して臨むようにしたので、１次元方向にのみ非常に多くの画素が連なっているラインカメラの特性を利用して、高分解能と広い測定範囲を同時に実現できる。しかも、ラインカメラのスキャンレートの大きさを利用して、長尺工具エッジに対しラインカメラを走査しながらエッジの撮影を順次行うことが可能である。従って、ラインカメラを長尺工具の長手方向と平行に駆動するＸ軸移動ステージにより走査しながら撮影を行い、長尺工具エッジの曲率半径の測定を全長に渡って高速に、かつ高精度に行うことができる。加えて、Ｙ軸移動ステージにより長尺工具エッジにラインカメラの焦点を調整することができるので、高倍率のレンズを使用して微小微細なエッジ形状についても適切な合焦画像が得られる。
【００１２】
また、Ｘ軸移動ステージによりラインカメラを走査し、長尺工具エッジの撮影を所定長に渡って順次行うプロセスを、Ｙ軸移動ステージのＹ軸方向の複数の位置について各々行うと、長尺工具が傾いている場合や長尺工具形状に歪みがある場合、Ｘ軸移動ステージに運動誤差がある場合でも、工具全体のエッジに対し、確実に焦点の合った撮影画像が得られる。このとき、撮影画像がＸ軸のどの位置で撮影されたものなのか関連づけるために、Ｘ軸移動ステージにはエンコーダ等が取り付けられているのが望ましい。
【００１３】
これらの手順で撮影が終了した後、任意のＸ軸座標で撮影された一連の画像に着目する。画像焦点が合っていない領域では画像がぼやけているため、比較的エッジ幅が大きく、合焦画像はエッジ幅が最も小さい。従って、任意のＸ軸座標で撮影された複数の画像のうち、エッジ幅が最も小さい画像を選択することで、一連の撮影画像から合焦画像のみを取り出すことができる。この合焦画像から求められる当該Ｘ軸座標におけるエッジ幅を使用すれば、当該Ｘ軸座標におけるエッジの曲率半径が計測できる。このようにして一連の撮影画像から全長に渡って合焦画像のみを取り出すことで、ステージの走査軸に対して長尺工具が傾いている場合、長尺工具形状に歪みがある場合あるいはＸ軸移動ステージに運動誤差がある場合などに生じるデフォーカスによる測定誤差を低減し、エッジの曲率半径を高精度で計測することができる。尚、ラインカメラのＸ軸移動ステージによる走査制御、Ｙ軸移動ステージによる長尺エッジ方向の変位制御、一連の画像の記録、画像から得られるエッジ幅の比較、合焦画像の選択などはコンピュータを用いて行えば、正確にしかも迅速に処理が可能である。
【００１４】
さらに、Ｘ軸移動ステージの走査とＹ軸移動ステージの駆動を組み合わせ、ラインカメラの移動軌跡が長尺工具傾斜に沿うようにすると、ステージの走査軸に対して長尺工具が傾いている場合であっても、より短時間で全長に渡ってデフォーカスによる測定誤差を低減し、曲率半径を高精度で計測することができる。
【００１５】
また本発明によれば、長尺工具エッジを撮影したラインカメラ画像の輝度分布を多項式で近似し、ラインカメラ画像より長尺工具のエッジ幅を算出するステップと、エッジ幅を基準ゲージの曲率半径で校正するステップを備えたので、エッジ幅の校正により、曲率半径を高精度で計測することができる。輝度分布の多項式近似、エッジ幅の算出などは、コンピュータを用いて正確にしかも迅速に処理が可能である。基準ゲージとしては穴径の評価に用いられている高精度ピンゲージなどが使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置において曲率半径を求める原理について説明する。図３は、長尺工具のエッジ幅を用いて曲率半径を求める原理の説明図であり、図中１１ａは図１に示した工具１１の工具エッジ１１ａと同じもので、その要部拡大断面を示している。ここで、図３に示すように工具エッジ１１ａのエッジライン１１ｂで示される断面形状は円と直線で表されると仮定し、工具エッジ１１ａの曲率半径をＲ、Ｙ軸方向からの入射光１００ａに対する反射光１００ｂの角度をθとする。工具エッジ１１ａをＹ軸方向からラインカメラで観察する際、エッジライン１１ｂの頂点Ｑ近傍が最も輝度が大きくなり、逆に、頂点Ｑから離れるにつれて輝度が低くなる。入射光１００ａの光軸に対する反射光１００ｂの角度θが大きいと画像素子まで光が戻ってこないためである。
【００１７】
このとき、０＜θ＜θ0の範囲の反射光１００ｂがラインカメラの画像素子に入射するものとすると、ラインカメラで観察される工具エッジ１１ａの幅Ｗは次式（１）のように求められる。
【００１８】
【数１】
2008058133.tif 000003
ここで式(１)を変形すると次式(２)が得られる。
【００１９】
【数２】
2008058133.tif 000004
【００２０】
すなわち、エッジ幅Ｗは曲率半径Ｒに比例することが分かる。しかしながら、ラインカメラの撮影をしただけでθ0を求めることは大変難しい。そこで、式(２)の比例係数をラインカメラ画像の校正を行うことにより求めることができれば、エッジ幅Ｗから曲率半径Ｒを求めることが出来る。校正は穴径の評価に用いられている高精度ピンゲージを基準として行うことが可能である。ピンゲージの形状精度はサブμｍオーダのものが市販されているため、目標精度からすると十分なものが用意できる。以上のように、式(２)の比例係数はラインカメラ画像の校正を行うことにより求め、エッジ幅Ｗから曲率半径Ｒを求めることとする。
【００２１】
次に、このような原理を用いた本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図４は、本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の構成を示すＸＹ面の正面概略図である。同図において、２０はラインカメラで、ラインカメラ２０がＴダイ１０の工具エッジ１１ａに対し垂直に設置されている。ラインカメラ２０は、長さが数ｍに及ぶ長尺工具の工具エッジ１１ａの幅Ｗを測定することができるように、ラインカメラ２０を長手方向に走査させる機構とラインカメラ２０の焦点を合わせる機構を合わせ持つカメラステージ５０に搭載させている。カメラステージ５０は、基台５１上にＸ軸移動ステージ５２とＹ軸移動ステージ５３を２段重ねしたもので、Ｘ軸移動ステージ５２はラインカメラ２０を長尺工具長手方向に走査する役目を持ち、Ｙ軸移動ステージ５３はラインカメラ２０を工具１１の工具エッジ１１ａにフォーカスさせる役目を持つ。尚、図示を省略しているが、Ｘ軸移動ステージ５２にはその移動量を検出するためのエンコーダが取り付けられている。
【００２２】
ラインカメラ２０は、そのレンズ２１の先端に同軸落射照明ユニット２２が取り付けられている。同軸落射照明ユニット２２は、ラインカメラ２０の光軸と同軸方向の光を作り出して、工具１１の工具エッジ１１ａを照射するものである。この場合同軸方向の光は、光源２４から導光ガイド２３を通して導かれたラインカメラ２０の光軸に垂直な方向の光を利用して作り出される。
【００２３】
図５はラインカメラ２０の構成を示すＹＺ断面の概略図を示す。ラインカメラ２０には、Ｚ軸の１次元方向にのみ非常に多くの画素が連なっているＣＣＤアレイ２５が設けられている。照明ユニット２２内部には偏光ビームスプリッタ(以下、ＰＢＳと記す)２６が取り付けられており、導光ガイド２３を通してラインカメラ２０の光軸に垂直な方向から光１００を入射すると、光１００はＰＢＳ２６の偏光板２６ａにて反射された後、工具１１の工具エッジ１１ａに入射光１００ａとして入射し、再びＰＢＳ２６に向かって反射光１００ｂとして反射される。ＰＢＳ２６に到達した反射光１００ｂは、偏光板２６ａを透過した後レンズ２１を通ってＣＣＤアレイ２５に入射する。このように、ＰＢＳ２６と光源２４から導光するためのガイド２３を一体型にして、同軸落射照明ユニット２２が同軸方向の光を作り出すので、同軸落射照明ユニット２２とラインカメラ２０は常に同一軸上に配置でき、光軸の精密な調整は不必要になる。また、ラインカメラ２０を工具１１に対して垂直に設置できるため、必要な設置スペースは最小限になる。
【００２４】
このような本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置は、まずＹ軸移動ステージ５３にてラインカメラ２０と工具エッジ１１ａの距離を調整し、ラインカメラ２０の焦点を工具エッジ１１ａに合わせる。その後、Ｘ軸移動ステージ５２にてラインカメラ２０を長手方向に走査しながら所定の移動量毎に工具エッジ１１ａの撮影を行い、その撮影画像から工具エッジ１１ａの幅Ｗの測定を行う。ラインカメラ２０のＸ軸移動ステージ５２による走査制御、Ｙ軸移動ステージ５３による変位制御、一連の画像の記録、画像からのエッジ幅Ｗの測定などはコンピュータのプログラム処理により行うものである。
【００２５】
また、式(２)の比例係数をラインカメラ２０画像の校正を行うことにより予め求めておき、その比例係数を含む式(２)の演算プログラムがコンピュータに組み込まれているので、エッジ幅Ｗから曲率半径Ｒを求めることが出来る。
【００２６】
次に、このような本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態における校正方法について説明する。
【００２７】
図６は高精度ピンゲージを用いた校正方法を説明するための説明図である。ここでは工具１１の代わりにピンゲージ４０をラインカメラ２０直下に固定する。次いで、Ｙ軸移動ステージ５３によりラインカメラ２０を一定距離ずつ矢印３２に沿ってピンゲージ４０側に走査する。このとき、Ｙ軸移動ステージ５３の１ステップ毎にラインカメラ２０によるピンゲージ４０撮影を行い、それぞれのステップにおけるエッジ幅を算出する。焦点が合っていない領域では画像がぼやけているため、比較的エッジ幅が大きく求められる。すなわち、エッジ幅の最小値がピンゲージ４０を観察したときのエッジ幅となる。このようにして求めたエッジ幅と、ピンゲージ４０径の半径の関係を求めることにより、エッジ幅の校正を行うことができる。
【００２８】
この校正手順は長尺工具測定に先立って行ってもよいし、工具測定の後に行っても良い。また、ラインカメラ２０の焦点が合う位置で撮影を行うためには、Ｙ軸移動ステージ５３の１ステップ毎の移動量がレンズ２１の焦点深度よりも十分小さい必要がある。更に、ラインカメラ２０の焦点位置を、図中ｊ＝１に示すようにピンゲージ４０より十分遠い位置に設置した後、図中ｊ＝Ｋに示すようにラインカメラ２０の焦点位置がピンゲージ４０を通り過ぎるまで、上記のプロセスをＫ回繰り返すことで、ピンゲージ４０の合焦画像を確実に撮影することができる。
【００２９】
上記ピンゲージ４０を用いた校正方法を用いてレンズ２１の焦点深度を求めることができる。即ち、Ｙ軸ステージ５３のステップ毎にエッジ幅を求め、エッジ幅が最小値を取る点の近傍において、最小値との差が一定値以下のステージ駆動範囲を焦点深度とすることができる。
【００３０】
ついで、このような本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の他の動作について説明する。長さ数ｍに渡る長尺工具のエッジの観察では、ラインカメラの走査に伴い、焦点が徐々にずれる問題が生じる。これはステージの走査軸に対する長尺工具の傾斜や走査ステージの運動誤差、及び長尺工具長手方向の形状が原因である。工具の長さは数ｍであるため、微小な傾斜でさえも容易にカメラのデフォーカスの大きな要因になる。
【００３１】
図７は、このようなデフォーカスの影響を低減させるために行う動作の説明図である。図７において、ラインカメラ２０、カメラステージ５０などは、図４に示したものと同じものを用いており、それと異なる点は図示を省略したコンピュータの動作にある。つまりラインカメラ２０のＸ軸移動ステージ５２による走査制御、Ｙ軸移動ステージ５３による変位制御、一連の画像の記録、画像から得られるエッジ幅の比較、合焦画像の選択、エッジ幅Ｗの測定、曲率半径Ｒの算出などは、コンピュータのプログラムを変えて動作させるものである。尚、図７において工具１１のみについては、便宜上、斜視図を用いて示している。
【００３２】
従って、ここではその動作説明を中心に説明する。まずＹ軸移動ステージ５３にてラインカメラ２０を図中j＝１に示す初期ステップ位置に設定し、Ｘ軸移動ステージ５２で1回目の走査を行う。その後、Ｙ軸移動ステージ５３にてラインカメラ２０を一定距離だけ変位させ、図中ｊ＝２に示す位置に設定する。このときの変位量Δｙは、前述の方法より求めた焦点深度と等しい値にすれば良い。その後、再びＸ軸移動ステージ５２にて２回目の走査を行う。これらのステップを工具１１の全長に渡って観察し終わるまでＭ回繰り返し、それぞれの図中ｉ＝１・・・Ｎにて示すＸ軸座標において、ｊ=１〜Ｍに関してエッジ幅が最小になる値を探し出せば、焦点が合った画像を評価することができる。
【００３３】
このようなデフォーカスの影響を低減させるために行う測定時間の更なる短縮のためには、複数走査の走査回数を減らせばよい。つまり、Ｘ軸移動ステージの走査軸に対して長尺工具の傾斜がある場合、走査回数を減らすためには、工具１１の、Ｘ軸移動ステージ走査軸に対する傾斜を補正しながら測定を行うことが効果的である。工具１１の傾斜測定は、エッジ幅測定に先立って行われる必要がある。
【００３４】
図８は、本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の他の実施の形態の構成を示すＸＹ面の正面概略図である。ここで用いる本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の構成は、図４に示した長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の構成に一部変更を加えたものである。即ち、カメラステージ５５のＸ軸移動ステージ５７の形状をＸ軸移動ステージ５２より大きくし、Ｘ軸移動ステージ５７上に変位センサ６０をラインカメラ２０と平行に搭載するとともにコンピュータの動作プログラムを変更したしたものである。その他、図４に示した長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の構成要素と同じものには同じ符号を附し、その説明を省略する。
【００３５】
Ｘ軸移動ステージ５７の走査軸、即ちＸ軸に対する長尺工具の傾斜測定は次のように行う。矢印３４に沿う方向にＸ軸移動ステージ５７を走査させると、変位センサ６０は、レーザー光を発し、その反射光により変位センサ６０の端から工具１１の工具エッジ１１ａ表面までの距離６１を順次計測する。変位センサ６０の出力値を直線近似することで、工具１１、即ち工具エッジ１１ａのＸ軸移動ステージ５７の走査方向に対する傾斜を求めることができる。
【００３６】
Ｘ軸移動ステージ５７の走査軸に対する長尺工具の傾斜測定が得られたら、その傾斜データを基に、ラインカメラの移動軌跡が長尺工具傾斜に沿うようにＸ軸移動ステージの走査とＹ軸移動ステージの走査を組み合わせ、カメラステージ５５およびカメラ２０の制御プログラムを得る。
【００３７】
続いて、このような制御プログラムに従い、カメラステージ５５およびカメラ２０を操作する。図９は、このような工具１１によるデフォーカスの影響を低減させ、測定時間を短縮させることを目的に行われる他の動作の説明図である。図９に示すように、Ｘ軸移動ステージ５７の走査と同時にＹ軸移動ステージ５３も駆動させ、ラインカメラ２０の軌跡が矢印３５で示される工具１１の傾斜に沿う方向に、ラインカメラ２０を移動させると、デフォーカス要因、即ち焦点ずれ要因のうち最大の工具１１の傾斜によるものは、この段階で取り除かれる。
【００３８】
従って、走査ステージの運動誤差及び長尺工具長手方向の形状が原因するデフォーカスの影響を取り除く測定だけを行えば十分であり、Ｙ軸移動ステージ５３のステップ数Ｐを、図７に示したＭよりより少なくすることができる。つまり、Ｙ軸移動ステージ５３にてラインカメラ２０を図中j＝１に示す初期ステップ位置に設定し、Ｘ軸移動ステージ５７とＹ軸移動ステージ５３の駆動を組み合わせて矢印３５と平行に1回目の走査を行う。その後、Ｙ軸移動ステージ５３にてラインカメラ２０を一定距離だけ変位させ、図中ｊ＝２に示す位置に設定する。その後、再びＸ軸移動ステージ５７とＹ軸移動ステージ５３の駆動を組み合わせて矢印３５と平行に２回目の走査を行う。これらのステップを工具１１の全長に渡って観察し終わるまでＰ回繰り返し、それぞれの図中ｉ＝１・・・Ｎにて示すＸ軸座標において、ｊ=１〜Ｐに関してエッジ幅が最小になる値を探し出せば、焦点が合った画像を評価することができる。このようにして、工具１１の傾斜によるデフォーカスを防ぎながら測定を行えば、複数走査の走査回数を減らしながら曲率半径Ｒを計測することができる。
【００３９】
続いて、本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測方法の実施の形態について説明する。まず、長尺工具のエッジ撮影画像の輝度分布を多項式で近似し、その多項式を利用して長尺工具のエッジ幅を算出するステップを説明する。図４に示したものと同じ計測装置を利用するが、コンピュータの処理プログラムは次の処理が行えるように変更されている。
【００４０】
図１０は、長尺工具エッジを観察した画像を示す。図中画像中心に明るく見える部分１６がエッジ画像であり、長手方向に伸びるエッジ画像１６は図中上下方向に向いている。このカメラ画像から長手方向に直交する面１７で１ライン分切り出し、輝度分布をプロットした結果を図１１に示す。図１１においてエッジ観察画像の輝度分布は、曲線Ｌ０に示すように、エッジ画像１６中心近傍で最大輝度値Ｉｍａｘを取り、エッジ画像１６中心から遠ざかるにつれ輝度値が減少する傾向にあることが分かる。尚、図中縦軸は輝度を、横軸はＺ方向、即ち長手方向に直交する方向の変位を各々示す。この輝度値変化の傾向を利用し、以下の手順でエッジ幅Ｗを算出する。
【００４１】
手順１： 輝度値の最大値Ｉｍａｘ及び、そのときの画素Ｚｍを求める。
手順２：ｚ＞Ｚｍの範囲を多項式ｙ＝ｆ１(ｚ)で近似し、ｚ＜Ｚｍの範囲を多項式ｙ＝ｆ２(ｚ)で多項式近似する。
手順３： 閾値Ｔｈを定め、f１(Ｚ１)＝ f２(Ｚ２)＝ＴｈとなるようなＺ１、Ｚ２を求める。
手順４：Ｚ１とＺ２の差を式（３）により求め、エッジ幅Ｗとする。
【００４２】
【数３】
2008058133.tif 000005
このような手順に従ってエッジ幅Ｗが算出できる。
【００４３】
次に、エッジ幅Ｗを基準ゲージの曲率半径で校正するステップは、図６を用いて説明した校正方法と同じものを用いることができるので、ここではその説明を省略する。このようにしてエッジ幅Ｗを求め、それに基づき曲率半径Ｒの計測が可能である。
【実施例】
【００４４】
図６を用いて説明した高精度ピンゲージの校正方法の実施例について説明する。穴径の評価に用いられている高精度ピンゲージを基準として、エッジ幅の校正実験を行った。その結果を以下に示す。使用したピンゲージは、それぞれ直径が50μｍ、75μｍ、100μｍ、150μｍ、200μｍのものを用いた。それぞれのピンゲージに対して図６にて説明した方法でエッジ幅の算出を行った。Ｙ軸ステージを1ステップあたり10μｍ駆動させ、ステップ毎にカメラの撮影を31回行った。図１２にその結果を示す。それぞれ、図１２(a)の曲線Ｌ１がφ50μｍ、図１２(b) の曲線Ｌ２がφ75μｍ、図１２(c) の曲線Ｌ３がφ100μｍ、図１２(d) の曲線Ｌ４がφ150μｍ、図１２(e) の曲線Ｌ５がφ200μｍの結果である。図中縦軸がそれぞれの画像より求めたエッジ幅であり、横軸がステージの移動量である。
【００４５】
全てのピンゲージにてエッジ幅の最小値が検出されており、数値を比較すると、ゲージ径が太くなるとエッジ幅も同様に広くなることが分かる。これを用いて曲率半径Ｒ−エッジ幅Ｗの校正曲線を求めると、図１３の直線Ｌ６のようになる。図１３の横軸はエッジ幅Ｗを、縦軸はピンゲージの曲率半径Ｒを各々示す。直線Ｌ６は、エッジ幅Ｗのデータセットを最小自乗法で直線近似し校正曲線を求めたもので、式（４）のようになる。
【００４６】
【数４】
2008058133.tif 000006
【００４７】
続いて、レーザー顕微鏡を用いて、校正結果の有効性を確認する実験を行った。まず、ラインカメラで試料のエッジを撮影しエッジ幅Ｗを求め、校正結果より曲率半径Ｒを算出する。次に、同じ試料の曲率半径Ｒをレーザー顕微鏡で測定し、ラインカメラ画像より求めた曲率半径Ｒとの比較を行う。試料にはサイズがＸ方向長さ２０ｍｍｘＹ方向高さ１０ｍｍｘＺ方向幅１０ｍｍのテストピースを用いた。テストピースは本発明で対象としている長尺工具と同様のプロセスで加工されており、エッジ部は、曲率半径Ｒが数十μｍ〜数百μｍ程度に加工されている。試料は９個用意し、それぞれNo．１〜No．９とナンバリングした。
【００４８】
ラインカメラによる測定では、Ｘ軸移動ステージを駆動させながら連続的に5000ライン撮影を行い、Ｘ軸方向に約３ｍｍの範囲を測定した。撮影範囲内の1ラインに対しそれぞれエッジ幅を算出し、その平均値を求めることにより、試料のエッジ幅とした。
【００４９】
次に、レーザー顕微鏡(キーエンス製：VK-9500)にて各試料エッジ部の形状測定を行った。対物レンズの倍率を50倍にし、観察視野は250μｍ (Ｘ軸方向) x 100μｍ(Ｙ軸方向)で測定した。図１４は、試料一つに関し、レーザー顕微鏡にて測定した試料エッジの形状プロファイルを示す図であり、エッジの観察画像から得られたエッジの形状プロファイルは、図１４のＬ１０の通りである。エッジの形状プロファイルＬ１０から曲率半径Ｒを求める手順は次のようにした。図１４に示すように、エッジの形状のエッジプロファイルＬ１０から、形状の傾きが10°以内の範囲ΔＺのデータに対して最小自乗近似円を求める。その半径を曲率半径Ｒとした。尚、図１４において、横軸はＺ軸方向の変位を示し、縦軸はＹ軸方向の変位を示している。
【００５０】
ラインカメラにて求めた曲率半径Ｒと、レーザー顕微鏡により測定した曲率半径Ｒとを比較した。その結果を図１５に示す。ラインカメラ画像から求めた曲率半径Ｒとレーザー顕微鏡により求めた曲率半径Ｒの差は、±２０μｍ以内であった。従って、本装置を用いて、マイクロメートルオーダーの精度で工具エッジの曲率半径を評価することができたと言える。図１５において、横軸は試料番号を、縦軸は工具エッジの曲率半径を各々示し、Ｌ１１がラインカメラ画像から求めた曲率半径Ｒを、Ｌ１２がレーザー顕微鏡により求めた曲率半径Ｒを各々示している。
【００５１】
また、長さ５１００ｍｍに渡る長尺工具の曲率半径Ｒを、図７に示した方法を用いて評価した。図１６にその結果を示す。Ｙ軸移動ステージ５３の1ステップあたりの変位量は、１０μｍとし、また、すべての工具エッジを観察し終わるまで１４回繰り返し走査を行った。1回の走査に掛かる時間は２分で、測定に掛かった総時間は２８分であった。図１６の曲線Ｌ１３に示されるように、工具全域に渡って、曲率半径Ｒが数十〜数百μｍの範囲で分布していることが確認できた。図１６において、横軸はＸ方向の変位を、縦軸は工具エッジの曲率半径を各々示す。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】測定対象となる長尺工具であるＴダイの概略図である。
【図２】図１に関連したＴダイ１０の要部断面図である。
【図３】長尺工具のエッジ幅を用いて曲率半径を求める原理の説明図である。
【図４】本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の実施の形態の構成を示すＸＹ面の正面概略図である。
【図５】図１に関連したラインカメラ２０の構成を示すＹＺ断面の概略図である。
【図６】高精度ピンゲージを用いた校正方法を説明するための説明図である。
【図７】図４に関連したデフォーカスの影響を低減させるために行う動作の説明図である。
【図８】本発明の長尺工具エッジの曲率半径の計測装置の他の実施の形態の構成を示すＸＹ面の正面概略図である。
【図９】図８に関連したデフォーカスの影響を低減させるために行う動作の説明図である。
【図１０】長尺工具エッジを観察した画像である。
【図１１】図１０に関連した画像から切り出された１ライン分の輝度分布を示す図である。
【図１２】図６に関連したピンゲージのエッジ幅測定結果を示す図である。
【図１３】図１２に関連しピンゲージの曲率半径Ｒとエッジ幅Ｗの関係を示す図である。
【図１４】レーザー顕微鏡にて測定した試料エッジの形状プロファイルを示す図である。
【図１５】試料の曲率半径Ｒをラインカメラで求めた結果とレーザー顕微鏡で求めた結果を比較した図である。
【図１６】長尺工具の曲率半径Ｒを工具全体に渡って求めた結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０              Ｔダイ
１１、１２        工具
１１ａ、１２ａ    工具エッジ
１５              フィルム
２０              ラインカメラ
２１              レンズ
２２              照明ユニット
２３              導光ガイド
２４              光源
２５              ＣＣＤアレイ
２６              偏光ビームスプリッタ
４０              ピンゲージ
５０、５５        カメラステージ
５１              基台
５２、５７        Ｘ軸移動ステージ
５３              Ｙ軸移動ステージ
６０              変位センサ
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１０】
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