(57)【要約】【課題】大型液晶用マスク基板、大型機械加工面、大型定盤基準面などの長尺での真直度測定では、超精密駆動基準軸や超精密水準器、レーザー反射式コリメータなどが使用されている。特に、大型マスク基板での１ｍを越す長尺測定では超精密駆動基準軸は高価格であり、水準器やコリメータでは被測定物との接触が問題となる。そこで、低価格で非接触式の高精度測定システムが求められている。  【解決手段】本発明は、従来の遂次3点測定法の欠点である多数点測定での累積誤差の増大、測定ピッチの制限を改良した。遂次３点測定での累積誤差は測定点数の２乗に比例している。本発明では長尺の全長を数ブロックに分割し、ブロック間を３個のセンサー21,22,23による従来の３点法で計測し、ブロック内は４個目のセンサー24で同時信号処理にて測定し、累積誤差の大幅な軽減化と測定ピッチの任意化が可能となった。 【選択図】  図６
2007333556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
精密機構及び部品の真直度測定において、距離センサーを4個以上設置し、等ピッチ間隔で遂次多点測定を特徴とする真直度測定方法と装置。
【請求項２】
距離センサー3個で大ピッチのブロックポイントを計測し、4個目以上の距離センサーでブロック間の小ピッチを計測することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
距離センサーのデータ取り込みを静的状態および動的状態で行えることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
各距離センサーのゼロ基準を設定するための基準原器を設置していることを特徴とする請求項1〜３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
各距離センサーからの信号を同時に処理し、振動などの外乱要因を排除することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
遂次多点ソフト処理による真直度測定を特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺測定を必要とする大型液晶用マスク基板、機械加工面、定盤基準面などの真直度を測定する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
<従来の技術> 
従来、長尺物の真直度測定は精密水準器による連鎖法、レーザー反射による精密角度計測による連鎖法、静圧軸受けなどの高精度基準軸をベースとした手法などが用いられている。
【０００３】
これらの技術では、水準器と被測定物との接触、レーザー反射ミラーと被測定物との接触などが液晶関連機器で問題となっており、非接触状態での測定システムが待望されている。
【０００４】
また、静圧軸受けなどの基準軸をベースとした手法では１ｍを超える高精度基準軸の製作が高コストとなり、低コストでの測定手法が製造現場から要求されている。
【０００５】
従来技術として、例えば、特許文献１による直交２周波レーザーと遂次3点法を用いた測定手法は、ナノオーダーでも測定可能な発明である。しかし、本発明では長尺に対して、測定点が多数になり累積誤差が大きくなる。また、遂次３点法ではセンサー幅よりも小さなピッチの測定が不可能である。
【０００６】
遂次3点法では、累積誤差が測定点数の２乗で増加するため、測定点数を最小限にする必要がある。式（１）は最大累積誤差：Zmax、測定点数：N、測定誤差：δｚ
の関係式である。
Zmax＝N２×δｚ／８  ――――  （１）
【０００７】
【特許文献１】特許公開２００１−１６５６４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の如く、従来技術に係る長尺物の真直度測定において、非接触状態での測定、低コストな高精度基準軸の利用、任意な測定ピッチの選定、累積誤差の低減などが不可能である。
【０００９】
本発明は、このような問題状況に対応するために、遂次3点測定法を改善し、低コストなガイド軸の利用、非接触での計測、センサー形状に左右されない測定ピッチの選択、累積誤差の軽減化などを可能とした真直度測定技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成する本発明の真直度測定方式は、従来の高精度軸を基準とした母性原理の測定法に代って、市販の高精度リニアガイドベアリングとボールねじの組み合わせによる搬送機構などを使用し、大ピッチ用の距離センサー3個で大きなブロック間を計測し、４〜５個目の距離センサーでブロック内の小ピッチの測定を同時信号処理で行い、累積誤差の低減を図ることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の測定方式は多点の距離センサーからの信号を同時に処理するため機械的振動などの外乱に強い測定法である。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、市販の高精度リニアガイドベアリングとボールねじの組み合わせによる搬送機構を使用し、非接触方式の距離センサーを5個設置した遂次多点方式で距離測定データをソフト処理することにより、簡便な機構の非接触状態で長尺物の真直度を高速に計測することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。本発明では、遂次３点法を改良した遂次４点法、5点法が発明ポイントであるが、説明が煩雑であるため、まず最初に3点法の概略を説明し、続いて本発明の内容を説明する。
【００１４】
図１〜図５は従来の遂次3点計測法の測定手法とソフト処理の概略説明である。図６〜８は本発明の第一の実施の形態に係り、図６はピッチ可変型遂次４点測定ユニット、図７は測定ピッチ可変型遂次4点真直度測定法、図８は遂次４点法のデータ取得とデータはめ込みである。    
図９〜１０は本発明の第二の実施の形態に係り、図９はピッチ可変型遂次5点測定ユニット、図１０は遂次５点真直度測定法でのデータ取得とデータはめ込みである。
図１１は遂次４点真直度測定システムのモデル図である。
<遂次３点法>
【００１５】
本発明では、遂次３点法を改良した遂次４点法、5点法が発明ポイントであるが、説明が煩雑であるため、まず最初に3点法の概略を説明する。
図１は遂次3点法での測定ユニット１であり、距離センサー２１、２２、２３の３個が取り付け板５に測定ピッチPで設置されている。
【００１６】
図２は距離センサー２１，２２，２３の零点設定を説明しており、高精度な基準ブロック６の平面上で各センサーまでの距離S1,S2,S3を零点と定める。
【００１７】
図３は遂次3点真直度の測定方法であり、測定ポイントP1〜P6までの測定手法である。第１ステップとして、測定ユニット１で測定ポイントP1,P2,P3までの距離S1,S2,S3を計測する。第２ステップとして、測定ユニット１を測定方向３にPだけ移動し、測定ポイントP2,P3,P4までの新たな距離S1,S2,S3を計測する。第３ステップとして、測定ユニット１を測定方向３にPだけ移動し、測定ポイントP3,P4,P5までの新たな距離S1,S2,S3を計測する。以下同様の手法でP6まで遂次に測定を行う。
【００１８】
図４は遂次３点真直度測定での座標計算方法である。本図では測定ポイントP1,P2,P3の座標が既知であり、P４の座標の求め方を説明している。距離センサーＤ1のＹ軸座標D1yは測定ポイントP2のＹ軸座標P2yに距離S1を加えたものである。同様に距離センサーD2のＹ軸座標D2yは測定ポイントP3のＹ軸座標P3yに距離S2を加えたものである。
線D1D2の勾配aは（D2y−D1y）／Ｐである。距離センサーＤ3のＹ軸座標D3yは（D2y＋a×Ｐ）となり、Ｐ4のＹ軸座標はD3yから距離センサーS3の距離S3を減じたものである。
【００１９】
以下同様の手法で、測定ポイントP5,P6のＹ軸座標を計算することができ、Ｐ1〜Ｐ6の真直度を座標表示することが出来る。この手法は測定ポイント間の勾配aを遂次測定しており、図３における各ステップでのユニット位置のＹ方向の平行誤差は許容される。したがって、高精度軸を使用した母性原理に基づいた測定法では無く、測定ユニットの搬送精度に高精度を要求されないのが特徴である。
【００２０】
しかし、遂次3点法では式（１）で示したように累積誤差が測定点数の２乗で増加するため、長尺物を小ピッチで測定するような測定点数の多い場合は不利である。
【００２１】
図５は測定ポイント数９の場合のユニットポジションと距離データのはめ込み状況の説明図である。ユニットポジション１で測定ポイントP1,P2,P3の距離が測定できる。ユニットポジション２で測定ポイントP2,P3,P4の距離が測定できる。以下、遂次ユニットポジション７まで測定する。
これらの距離データと図４の座標計算方法により、ユニットポジション２ではP4、ユニットポジション3ではP5の各座標が決定できる。以下、ユニットポジション7での測定ポイントP9まで遂次計算し、全ポイントの座標を決定できる。
<遂次４点法>
【００２２】
図６からは本発明の趣旨である。従来の遂次３点法では測定の累積誤差が測定点数のベキ乗になる欠点があるため、測定点数を少なくして累積誤差を軽減する必要がある。そこで長尺物測定において、大ピッチの３点法で数ブロックを計測し、各ブロックを境界条件としてブロック内をさらに小さなピッチで計測する手法を確立した。本手法ではブロック内での計測ポイントで小ピッチ間をデータ処理するため、累積誤差を大幅に軽減することが可能である。
【００２３】
図６はピッチ可変型遂次４点測定ユニットの構成図である。ユニット１には従来の３点手法と同様な距離センサー21,22,23が大ピッチＰで取り付け板５に設置されている。さらに、４個目の距離センサー24は距離センサー21の隣に小ピッチδＰの位置に設置されている。
【００２４】
図７は距離センサーの零点設定後の逐次４点真直度測定方法である。第１ステップとして、測定ユニット１Aで測定ポイントP1,P2,P4,P7までの距離を計測する。第２ステップとして、測定ユニットを測定方向３にδPだけ移動し、測定ポイントP2,P3,P5,P8までの新たな距離を計測する。第３ステップとして、測定ユニットを測定方向３にδPだけ移動し、測定ポイントP3,P4,P6,P9までの新たな距離を計測する。以下同様の手法でP16まで遂次に測定を行う。
【００２５】
図８は遂次４点真直度測定法でのP1〜P13までの距離データ取得とデータはめ込みの相関図である。（１）図は上述の図５で説明したユニットポジションと測定ポイントをパターン図で表している。黒色の枠は図６での距離センサー21,22,23のピッチＰでの測定データであり、灰色枠は図６での距離センサー24でのピッチδＰでの測定データである。
【００２６】
（２）図は測定ポイントの座標決定手順の説明図である。ユニットポジション1,4,７
のデータと図４の座標計算方法により、測定ポイントP1,P4,P7,P10,P13の座標が決定できる。これは大ピッチで４分割にブロック化したことに相当する。同時に小ピッチδＰでの測定ポイントP2,P5,P8の座標も図４の方法を応用して決定される。
【００２７】
次に、すでに決定された座標を足がかりとして、各ブロック内の各測定ポイントの座標を決定することができる。
ユニットポジション2でのP2,P5の距離データよりP3,P8の座標、
ユニットポジション5での測定ポイントP5,P8よりP6,P11の座標、
ユニットポジション6での測定ポイントP6,P7よりP9,P12の座標
が決定でき、P1〜P13の全座標を決定できる。
【００２８】
しかし、遂次４点法では距離センサーの幅寸法ＢがδＰの最小限界値となり、さらに小さなピッチでのデータ取得は困難となる欠点がある。
< 遂次５点法 >
【００２９】
図９は本発明の第二の実施の形態に係り、遂次４点法を改善した遂次５点法での測定ユニットの構成図である。ユニット１には従来の遂次３点法と同様な距離センサー21,22,23が大ピッチＰで取り付け板５に設置されている。
４個目の距離センサー24は距離センサー21の隣に小ピッチδＰの２倍の位置に設置され、５個目の距離センサー25は距離センサー22よりδＰの3倍の位置に設置されている。
但し、δＰ＜Ｂ  である。
【００３０】
図９でのδＰは距離センサーの取り付け幅寸法Ｂよりも小さくすることができる。例えば、Ｂ＝２５ｍｍの場合でもδＰ＝２０ｍｍが可能である。その場合、距離センサー24、25はそれぞれ隣のセンサーよりも４０ｍｍ、６０ｍｍの位置に設置される。
【００３１】
図１０は遂次５点真直度測定法でのP1〜P19までの距離データの取得とデータはめ込みの説明図である。（１）図はユニットポジションと測定ポイントをパターン図で表している。
黒色の枠は図９での距離センサー21,22,23での測定データであり、灰色枠は図９での距離センサー24及び25での測定データである。
【００３２】
（２）図は測定ポイントの座標決定手法の説明図である。ユニットポジション1,7のデータより、従来の遂次３点法によって測定ポイントP1,P7,P13,P19の座標が決定できる。これは大ピッチで3分割にブロック化したことに相当する。同時に小ピッチδＰでの測定ポイントP3,P9,P10,P16も決定される。
【００３３】
次にすでに決定された測定ポイントを足がかりとして、各ブロック内の各測定ポイントの座標を、上述の図８での説明と同様の手法で決定することができる。
ユニットポジション3での測定ポイントP3,P9よりP5,P12,P15の座標、
ユニットポジション4での測定ポイントP10,P16よりP4,P6の座標、
ユニットポジション6での測定ポイントP6,P12よりP8,P18の座標、
ユニットポジション2での測定ポイントP4,P8よりP2,P11,P14の座標、
ユニットポジション5での測定ポイントP5,P11よりP17の座標が決定でき、
P1〜P19の全座標を決定できる。
【００３４】
以上説明したように本発明によれば、
測定系の運動基準に高精度な母性基準が不要であり、
複数の距離センサーの信号処理を同時に処理するため振動などの外乱に強く、
ブロック分割法の採用による累積誤差の軽減
などにより、長尺物を高精度に測定できる。
【実施例】
【００３５】
図１１は遂次４点真直度測定システムのモデル図であり、測定ユニット１、１軸駆動ユニット４、ゼロ設定用基準ブロック６、被測定物７から構成されている。測定ユニット１は距離センサー２１，２２，２３，２４とセンサー取り付け板５から構成されている。さらに、１軸ユニット４にはボールねじが内蔵されており、モーター８の回転によって測定ユニット１を測定方向３に搬送できる機構となっている。
【００３６】
距離センサーからのデータは、まず最初に測定ユニット１をゼロ設定用基準ブロック６のポジションに設定して距離センサー４個のゼロ点設定をおこなう。次に測定ユニット１を被測定物７に向かって測定方向３の方向に駆動させ、連続移動をさせながら測定ポイントのピッチδＰごとに４台の距離センサーからのデータを同時に取得する。
【００３７】
これまで、搬送系に並級リニアガイドベアリング、距離センサーに分解能０．１μｍの高精度CCD搭載型レーザ変位計、距離センサー間ピッチ：P=100ｍｍとした実験装置において、長さ５５０mm（真直度０．２μｍ）の高精度基準ブロックを被測定物として真直度の測定を行い、１００mm/secの高速測定度条件でも、約１μｍの測定精度を得た。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、長尺測定を必要とする大型液晶用マスク基板、機械加工面、定盤基準面などの製造分野における、真直度を測定する検査工程で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】遂次3点真直度測定での距離センサーの配列を説明した測定ユニットである。
【図２】各距離センサーの零点設定法の説明図である。
【図３】遂次3点真直度測定の測定方法の説明図である。
【図４】遂次3点真直度測定での座標計算方法である
【図５】遂次3点真直度測定におけるユニットポジションでの距離データの取得と座標データのはめ込みの説明図である
【図６】ピッチ可変型遂次４点真直度測定での距離センサーの配列を説明した測定ユニットである。
【図７】距離センサーの零点設定後の逐次４点真直度測定の方法である。
【図８】遂次４点真直度測定法での距離データの取得と座標データはめ込みの相関図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態に係り、遂次４点法を改善した遂次５点法での測定ユニットの構成図である。
【図１０】遂次５点真直度測定法での距離データの取得と座標データはめ込みの相関図である。
【図１１】遂次４点真直度測定システムのモデル図である。
【符号の説明】
【００４０】
１      センサーユニット
１Ａ    センサーユニット
１Ｂ    センサーユニット
１Ｃ    センサーユニット
２１    距離センサー
２２    距離センサー
２３    距離センサー
２４    距離センサー
２５    距離センサー
３      測定方向
４      １軸駆動ユニット
５      センサー取り付け板
６      ゼロ点設定用基準ブロック
７      被測定物
８      モーター
【図１】
2007333556.tif 000003
【図２】
2007333556.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図５】
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【図８】
2007333556.tif 000011
【図１０】
2007333556.tif 000012
【図１１】
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