(57)【要約】【課題】被測定物に接触して移動する移動体の変位量を高精度に検出すること。【解決手段】基準器２０６からの外力がプローブ２３２に作用していないときにプローブ２３２の平面ミラー２５３が被当接部材２３４に当接して基準位置で支持されている。プローブ２３２が支持機構２３３の付勢力に抗してＺ方向に移動したときに平面ミラー２５３が被当接部材２３４から離間する。センサコントローラ２３６は、距離センサ２３５によるプローブ２３２のＺ方向の変位に応じた測定値に対して演算処理を施し、プローブ２３２のＺ方向の変位量を求める。その際、センサコントローラ２３６は、プローブ２３２が基準位置にあるときの距離センサ２３５による測定値から基準値を設定し、プローブ２３２が被当接部材２３４から離間したときの距離センサ２３５による測定値を基準値により補正することで、変位量を求める。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に接触する接触部と、移動方向の基準位置を規定する基準部とを有する移動体と、
前記移動体が被測定物から受ける外力によって前記移動方向に移動するように支持し、前記移動体が外力により前記移動方向に移動したときに前記移動方向とは反対方向に前記移動体に付勢力を付与する支持部と、
被測定物からの外力が前記移動体に作用していないときに前記移動体の前記基準部が当接して前記移動体を前記基準位置に位置決めし、前記移動体が前記支持部の付勢力に抗して前記移動方向に移動したときに前記移動体の前記基準部に対して離間する被当接部材と、
前記移動体の前記移動方向の変位に応じた測定値を出力する距離センサと、
前記距離センサによる測定値に対して演算処理を施して、前記移動体の前記移動方向の変位量を求める演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記移動体が前記基準位置にあるときの前記距離センサによる測定値から基準値を設定する基準値設定処理と、
前記移動体が前記被当接部材から離間したときの前記距離センサによる測定値を前記基準値により補正することで、前記変位量を求める変位量演算処理と、を行うことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記距離センサにより順次サンプリングした測定値を取得し、前記基準値設定処理として、前記移動体が前記基準位置にあるときの前記距離センサから取得した複数の測定値の平均値を求め、該平均値を前記基準値に設定することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記基準値設定処理として、前記距離センサから測定値を取得した数をカウントし、カウント数が第１所定数を超えたとき、今回の測定値に対して前記第１所定数の分過去に取得した測定値から数えて、前記第１所定数よりも少ない第２所定数の分の複数の測定値から前記平均値を求めることを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記基準値設定処理として、今回の測定値が、前記平均値と予め設定した閾値とを加算した加算値を、前記カウントを開始してから最初に超えたとき、前記平均値を前記基準値に設定することを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記基準値設定処理として、前記距離センサから測定値を取得した数をカウントし、カウント数が第１所定数を超えたとき、今回の測定値に対して前記第１所定数の分過去に取得した測定値から数えて、前記第１所定数よりも少ない第２所定数の分の複数の測定値から前記平均値を求め、
前記基準値が未設定の場合は、前記平均値を前記基準値に設定し、前記基準値が設定済みの場合は、今回の測定値が、前記平均値と予め設定した閾値とを加算した加算値を、前記カウントを開始してから最初に超えたとき、前記平均値を前記基準値に再設定することを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記演算部は、前記距離センサから測定値を取得した際に、該測定値に対してフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記フィルタ処理は、所定周波数を超える周波数成分を除去するローパスフィルタ処理であることを特徴とする請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記距離センサは、レーザ変位計、静電容量変位計又はレーザ干渉計であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記支持部は、前記移動方向に間隔をあけて配置され、前記移動体に固定された複数の板ばねであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記基準部は、前記被当接部材に当接する当接面を有し、
前記距離センサは、前記当接面に対向する側に配置され、前記当接面の変位を測定することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
ワークを支持するワーク架台と、
ワークを加工する工具と、
前記工具を支持する工具架台と、
前記ワーク架台及び前記工具架台のうち一方の架台に固定された、被測定物である基準器と、
前記ワーク架台及び前記工具架台のうち他方の架台に固定され、前記基準器の位置を測定する測定装置と、
ワーク架台及び前記工具架台のうち少なくとも一方を移動させて、前記工具をワークに対して相対的に移動させる移動機構と、
前記測定装置による測定結果により前記移動機構の動作を制御する制御部と、を備え、
前記測定装置が、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の位置検出装置を少なくとも１つ有することを特徴とする加工装置。
【請求項１２】
前記支持部、前記被当接部材及び前記距離センサが、前記他方の架台に固定された固定部材に支持され、
前記固定部材及び前記被当接部材と、前記他方の架台との線膨張係数の差が、１．０×１０−６［１／Ｋ］以下であることを特徴とする請求項１１に記載の加工装置。
【請求項１３】
前記移動体の線膨張係数が、２．０×１０−６［１／Ｋ］以下であることを特徴とする請求項１２に記載の加工装置。
【請求項１４】
被測定物に接触する接触部と移動方向の基準位置を規定する基準部とを有する移動体が、被測定物から受ける外力によって前記移動方向に移動するように支持部に支持され、前記支持部が前記移動方向とは反対方向に前記移動体に付勢力を付与し、被測定物からの外力が前記移動体に作用していないときに前記移動体の前記基準部が被当接部材に当接して前記基準位置に位置決めされ、前記移動体が前記移動方向に移動したときに前記移動体の前記基準部が前記被当接部材から離間し、距離センサによる前記移動体の前記移動方向の変位に応じた測定値に対して演算処理を施して、前記移動体の前記移動方向の変位量を求める位置検出方法であって、
前記距離センサから測定値を取得する測定値取得工程と、
前記移動体が前記基準位置にあるときの前記距離センサによる測定値から基準値を設定する基準値設定工程と、
前記移動体が前記被当接部材から離間したときの前記距離センサによる測定値を前記基準値により補正することで、前記変位量を求める変位量演算工程と、を備えたことを特徴とする位置検出方法。
【請求項１５】
前記測定値取得工程では、前記距離センサから順次サンプリングした測定値を取得し、
前記基準値設定工程では、前記移動体が前記基準位置にあるときの前記距離センサから取得した複数の測定値の平均値を求め、該平均値を前記基準値に設定することを特徴とする請求項１４に記載の位置検出方法。
【請求項１６】
前記基準値設定工程では、前記距離センサから測定値を取得した数をカウントし、カウント数が第１所定数を超えたとき、今回の測定値に対して前記第１所定数の分過去に取得した測定値から数えて、前記第１所定数よりも少ない第２所定数の分の複数の測定値から前記平均値を求めることを特徴とする請求項１５に記載の位置検出方法。
【請求項１７】
前記基準値設定工程では、今回の測定値が、前記平均値と予め設定した閾値とを加算した加算値を、前記カウントを開始してから最初に超えたとき、前記平均値を前記基準値に設定することを特徴とする請求項１６に記載の位置検出方法。
【請求項１８】
前記基準値設定工程では、前記距離センサから測定値を取得した数をカウントし、カウント数が第１所定数を超えたとき、今回の測定値に対して前記第１所定数の分過去に取得した測定値から数えて、前記第１所定数よりも少ない第２所定数の分の複数の測定値から前記平均値を求め、
前記基準値が未設定の場合は、前記平均値を前記基準値に設定し、前記基準値が設定済みの場合は、今回の測定値が、前記平均値と予め設定した閾値とを加算した加算値を、前記カウントを開始してから最初に超えたとき、前記平均値を前記基準値に再設定することを特徴とする請求項１５に記載の位置検出方法。
【請求項１９】
前記測定値取得工程では、前記距離センサから測定値を取得した際に、該測定値に対してフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の位置検出方法。
【請求項２０】
前記フィルタ処理は、所定周波数を超える周波数成分を除去するローパスフィルタ処理であることを特徴とする請求項１９に記載の位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物に接触した移動体の移動方向の変位量を検出する位置検出装置、位置検出装置を備えた加工装置、及び被測定物に接触した移動体の移動方向の変位量を検出する位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークに加工を施す加工装置は、ワークに対して工具を相対的に移動させる移動機構（例えばステージ）を備えている。工具の加工領域よりも広い被加工領域を有するワークを加工する場合、ワークの前段被加工領域を加工した後、ワークを移設してワークの後段被加工領域を加工する。
【０００３】
ワークにおける前段被加工領域と後段被加工領域とを精密に繋ぎ加工を行う際には、後段加工すべき位置を、前段加工形状に合わせてワーク上で厳密に決めて、加工を行う必要がある。このためには、ワークに対する工具の相対的な位置関係を正確に把握しなければならない。一般的な加工装置では、ワーク又は工具を搭載しているステージの位置（例えばＸ軸方向やＹ軸方向の位置）をリニアスケール等の測長器を用いて測定し、得られたステージの位置からワークと工具との相対位置を算出していた。しかし、より高精度に加工すべき位置をワーク上で決めなければならない場合は、何らかの方法によって直接的にワークと工具との相対位置を把握する手段が必要であった。
【０００４】
従来、ワークに対する工具の相対的な位置を直接的に検出する技術として、特許文献１が提案されている。特許文献１には、放電加工機の加工動作に関する技術が開示されている。この特許文献１によれば、ワーク側或いは工具側のステージに設置した位置検出装置にて、工具である電極、或いはワークの位置を測定することで、ワークに対する工具の相対的な位置を測定してから加工を行う。
【０００５】
位置検出装置としては、接触式のプローブ等の移動体を被測定物に接触させ、移動体の移動方向の変位を、レーザ変位計等の距離センサを用いて検出する方式としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−７７１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の位置検出装置を利用した測定では、距離センサを構成する部材又は距離センサを支持する部材等が、周辺の環境の温度変化に伴って変形することがある。このため、距離センサの測定値が温度変化の影響を受けるため、位置検出装置の移動体の変位量、即ち工具とワークとの相対的な位置を、高精度に（例えばナノメートルオーダで）検出することは困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、移動体の変位量を高精度に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の位置検出装置は、被測定物に接触する接触部と、移動方向の基準位置を規定する基準部とを有する移動体と、前記移動体が被測定物から受ける外力によって前記移動方向に移動するように支持し、前記移動体が外力により前記移動方向に移動したときに前記移動方向とは反対方向に前記移動体に付勢力を付与する支持部と、被測定物からの外力が前記移動体に作用していないときに前記移動体の前記基準部が当接して前記移動体を前記基準位置に位置決めし、前記移動体が前記支持部の付勢力に抗して前記移動方向に移動したときに前記移動体の前記基準部に対して離間する被当接部材と、前記移動体の前記移動方向の変位に応じた測定値を出力する距離センサと、前記距離センサによる測定値に対して演算処理を施して、前記移動体の前記移動方向の変位量を求める演算部と、を備え、前記演算部は、前記移動体が前記基準位置にあるときの前記距離センサによる測定値から基準値を設定する基準値設定処理と、前記移動体が前記被当接部材から離間したときの前記距離センサによる測定値を前記基準値により補正することで、前記変位量を求める変位量演算処理と、を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の位置検出方法は、被測定物に接触する接触部と移動方向の基準位置を規定する基準部とを有する移動体が、被測定物から受ける外力によって前記移動方向に移動するように支持部に支持され、前記支持部が前記移動方向とは反対方向に前記移動体に付勢力を付与し、被測定物からの外力が前記移動体に作用していないときに前記移動体の前記基準部が被当接部材に当接して前記基準位置に位置決めされ、前記移動体が前記移動方向に移動したときに前記移動体の前記基準部が前記被当接部材から離間し、距離センサによる前記移動体の前記移動方向の変位に応じた測定値に対して演算処理を施して、前記移動体の前記移動方向の変位量を求める位置検出方法であって、前記距離センサから測定値を取得する測定値取得工程と、前記移動体が前記基準位置にあるときの前記距離センサによる測定値から基準値を設定する基準値設定工程と、前記移動体が前記被当接部材から離間したときの前記距離センサによる測定値を前記基準値により補正することで、前記変位量を求める変位量演算工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、移動体の変位量を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態に係る加工装置を示す正面図である。（ｂ）は、本発明の実施形態に係る加工装置を示す上面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る位置検出装置を示す構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る位置検出方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る加工装置を示す正面図である。図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係る加工装置を示す上面図である。なお、図１（ａ）において、紙面左右方向がＸ軸方向であり、紙面奥行方向が、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向であり、紙面上下方向が、Ｘ，Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向である。
【００１４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す加工装置１００は、加工対象物であるワークＷに対して加工（例えば切削加工）を施して部品（例えば光学部品又は金型）を製造するものである。加工装置１００は、加工装置本体２００と、制御部である制御装置（上位コントローラ）３００と、を備えている。加工装置本体２００は、装置ベース２０１と、装置ベース２０１に対して互いに直交する３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向）に移動する移動機構である移動ステージ２０２と、を備えている。更に、加工装置本体２００は、工具２０３、工具架台２０４、ワーク架台２０５、被測定物である基準器２０６及び測定装置２０７を備えている。
【００１５】
移動ステージ２０２は、本実施形態では、水平方向（Ｘ，Ｙ軸方向）に移動する２軸のステージ２１１，２１２と垂直方向（Ｚ軸方向）に移動する１軸のステージ２１３からなる。具体的には移動ステージ２０２は、装置ベース２０１に対して、Ｘ軸方向に移動するＸステージ２１１と、Ｙ軸方向に移動するＹステージ２１２と、Ｚ軸方向に移動するＺステージ２１３と、を有する。
【００１６】
Ｙステージ２１２及びＺステージ２１３は、装置ベース２０１に移動可能に支持されて、装置ベース２０１に対してＹ，Ｚ軸方向に移動する。Ｘステージ２１１は、Ｚステージ２１３に移動可能に支持されて、Ｚステージ２１３（即ち、装置ベース２０１）に対してＸ軸方向に移動する。
【００１７】
工具２０３は、ワークＷに加工（例えば切削加工）を施すための刃を有し、工具架台２０４に支持（固定）されている。工具架台２０４は、Ｙステージ２１２に固定されている。したがって、工具２０３は、Ｙステージ２１２の動作により、工具架台２０４と一体に装置ベース２０１に対してＹ軸方向に移動する。
【００１８】
ワーク架台２０５は、加工作業時及び移設時にワークＷがワーク架台２０５に対して移動しないようにワークＷを支持（固定）するものである。ワーク架台２０５は、Ｘステージ２１１上にＸ軸方向（及び／又はＹ軸方向）に移設可能に固定されている。ワーク架台２０５の移設時には、ワーク架台２０５に支持（固定）されているワークＷがワーク架台２０５と一体に移設される。ワークＷの移設により、工具２０３によって加工が可能な加工可能範囲（ワークＷに対する工具２０３の相対的なＸ，Ｙ軸方向の可動範囲）と重なるワークＷの被加工領域を変更することができる。ワークＷは、ワーク架台２０５に支持されているので、ワーク架台２０５と一体に、Ｘステージ２１１の動作により装置ベース２０１に対してＸ軸方向に移動し、Ｚステージ２１３の動作により装置ベース２０１に対してＺ軸方向に移動する。
【００１９】
以上の移動ステージ２０２の構成で、移動ステージ２０２は、工具２０３及びワークＷのうち少なくとも一方（本実施形態では、工具２０３をＹ軸方向、ワークＷをＸ，Ｚ軸方向）を移動させて、工具２０３をワークＷに対して相対的に移動させるものである。ここで、工具２０３をワークＷに対して相対的に移動させるとは、ワークＷを工具２０３に対して相対的に移動させることと同義である。
【００２０】
ワーク架台２０５及び工具架台２０４のうち一方（本実施形態では、工具架台２０４）には、基準器２０６が固定され、ワーク架台２０５及び工具架台２０４のうち他方（本実施形態では、ワーク架台２０５）には、測定装置２０７が固定されている。測定装置２０７については、測定が可能な測定可能領域（測定レンジ）が存在する。測定装置２０７は、測定可能領域内に位置する基準器２０６の位置（本実施形態では姿勢を含む）を測定するものである。
【００２１】
ワーク架台２０５は、架台本体２０５Ａと、架台本体２０５Ａに設けられたアタッチメント２０５Ｂと、を有し、アタッチメント２０５Ｂに測定装置２０７が取り付けられている。
【００２２】
測定装置２０７がワーク架台２０５に固定されているので、ワーク架台２０５（ワークＷ）に対する測定装置２０７の相対的な位置及び姿勢が一定に保たれている。また、基準器２０６が工具架台２０４に固定されているので、工具架台２０４（工具２０３）に対する基準器２０６の相対的な位置及び姿勢が一定に保たれている。よって、測定装置２０７は、ワーク架台２０５（ワークＷ）と一体に移動し、また、基準器２０６は、工具架台２０４（工具２０３）と一体に移動する。
【００２３】
測定装置２０７の測定対象である基準器２０６は、直方体状の物体であり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に垂直な３面を有するように工具架台２０４に固定されている。つまり、基準器２０６の３面は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に向いている。
【００２４】
測定装置２０７は、少なくとも１つ（本実施形態では６つ）の位置検出装置２０８を有する。位置検出装置２０８は、アタッチメント２０５Ｂに取り付けられている。位置検出装置２０８は、測定対象が測定レンジ（測定可能領域）外に移動しても、再び測定レンジ内に位置したときに引き続き測定が可能な方式である必要がある。本実施形態では、位置検出装置２０８は、接触式の変位計であり、位置検出装置２０８の移動体（プローブ）が接触により押し込まれる量を変位として検出する。
【００２５】
各位置検出装置２０８は、基準器２０６の３面のいずれかの変位を測定し得る位置（本実施形態では接触式であるので、いずれかに接触し得る位置）に配置されている。これら６個の位置検出装置２０８により、基準器２０６のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の変位と、各変位の測定結果を利用して計算することで求まるθＸ，θＹ，θＺ方向の姿勢と、が測定可能となっている。ここで、θＸ方向とはＸ軸を中心とするＸ軸まわりの回転方向であり、θＹ方向とはＹ軸を中心とするＹ軸まわりの回転方向であり、θＺ方向とはＺ軸を中心とするＺ軸まわりの回転方向である。
【００２６】
本実施形態では、ワークＷに対する工具２０３の１自由度の姿勢を測定する際、同じ面内に存在する２つの位置検出装置２０８の測定値を差分して算出する。例えばθＺ方向の姿勢を測定する場合は、同じＸＹ平面内において、Ｘ軸方向或いはＹ軸方向を測定する２つの位置検出装置２０８の位置関係と測定値から傾きを算出することによって行う。このようにすることで、位置の測定と姿勢の測定を同じ位置検出装置２０８を用いて行うことができる。なお、姿勢の測定に関してオートコリメータ等の別の手段を用いてもよい。
【００２７】
以上、測定装置２０７は、ワークＷに対する工具２０３の相対的な位置を測定する測定装置（測定手段）である。ここで、ワークＷに対する工具２０３の相対的な位置とは、工具２０３に対するワークＷの相対的な位置と同義、即ち工具２０３とワークＷとの相対的な位置である。
【００２８】
基準器２０６は、低熱膨張セラミックや低熱膨張ガラス等（例えば窒化珪素セラミック）の低熱膨張材で形成されている。低熱膨張材とは、線膨張係数が２．０×１０−６［１／Ｋ］以下のものとする。これによって、基準器２０６は、加工空間内の温度変化に伴う熱膨張による変形が低減する。基準器２０６の３面（位置検出装置２０８によって測定可能な方向を向いている３つの面）については、λ／２０以下の面精度まで研磨されている。
【００２９】
工具架台２０４は、一部又は全部（本実施形態では全部）が低熱膨張鋳鉄等の低熱膨張材によって形成されている。これによって、加工空間内の温度変化に伴う工具架台２０４の熱膨張による変形が低減され、基準器２０６と工具２０３との一体性が担保される。
【００３０】
また、ワーク架台２０５の一部又は全部（本実施形態では全部）は、低熱膨張鋳鉄等の低熱膨張材によって形成されている。これにより、加工空間内の温度変化に伴うワーク架台２０５の熱膨張による変形が低減され、ワークＷと測定装置２０７（位置検出装置２０８）の一体性が担保される。
【００３１】
以上、基準器２０６、工具架台２０４及びワーク架台２０５の少なくとも一つ（本実施形態では全部）が、低熱膨張材で形成されているので、基準器２０６の測定による工具２０３の位置及び姿勢を高精度に測定可能としている。
【００３２】
ワーク架台２０５（ワークＷ）の移設の際、ワーク架台２０５は、Ｘステージ２１１上に別途搭載した追加のステージ（不図示）或いは手動によって、ワークＷや測定装置２０７ごとＸステージ２１１上を移動させられることになる。
【００３３】
また、移設する距離がＸステージ２１１上だけでは確保できない場合、或いはワーク架台２０５の移動に必要な軸受けやステージを搭載する等の事情に対応するため、Ｘステージ２１１上にワーク架台２０５を搭載可能な追加の架台を搭載してもよい。
【００３４】
加工中においては、ワーク架台２０５はＸステージ２１１上、或いは前述した追加の架台（不図示）に固定されている。固定の方法はボルト締結でもよいが、移設の際における脱着の利便性を考慮して磁石や真空吸引等を利用してもよい。
【００３５】
本実施形態の加工装置１００では、Ｘステージ２１１とＺステージ２１３でワークＷの位置を移動させ、工具２０３の刃先がワークＷに切り込んだ状態でＹステージ２１２を移動させることで、ワークＷに切削加工を施す。
【００３６】
ワークＷの全被加工領域（工具２０３により加工する領域）は、移動ステージ２０２の移動による工具２０３の加工可能範囲（可動範囲）よりも広い。そして、ワークＷの全被加工領域が、前段被加工領域と、これに連続する後段被加工領域との２つの領域からなる。そして、作業者が、Ｘステージ２１１上或いは不図示の追加の架台上でワーク架台２０５を移設することで、工具２０３による加工可能範囲内に位置するワークＷの領域を、前段被加工領域から後段被加工領域に変更することで、繋ぎ加工を行うことができる。
【００３７】
即ち、制御装置３００は、ワークＷの前段被加工領域を加工するための移動ステージ２０２の動作を規定する前段加工プログラムに従って、ワークＷの前段被加工領域を工具２０３により加工するよう移動ステージ２０２を制御する。また、制御装置３００は、ワークＷ移設後、ワークＷの後段被加工領域を加工するための移動ステージ２０２の動作を規定する後段加工プログラムに従って、ワークＷの後段被加工領域を工具２０３により加工するよう移動ステージ２０２を制御する。
【００３８】
具体的には、制御装置３００は、前段加工プログラムに従って移動ステージ２０２を動作させて、工具２０３の加工可能範囲内に位置するワークＷの前段被加工領域を加工する。また、制御装置３００は、ワークＷ移設前後の測定装置２０７の測定結果に基づき、後段加工プログラムを補正する。そして、制御装置３００は、補正した後段加工プログラムに従って移動ステージ２０２を動作させて、工具２０３の加工可能範囲内に位置するワークＷの後段被加工領域を加工する。
【００３９】
測定装置２０７の位置検出装置２０８は、ワーク架台２０５に固定され、工具架台２０４に設けられた基準器２０６を測定することで、位置基準検出を行う。このことにより、ワーク架台２０５と工具架台２０４との相対的な位置を測定することが可能となる。従って、工具２０３とワークＷとの相対的な位置を測定することができる。位置基準検出は断続する加工の後段加工開始時に、後述する位置検出方法によって得られる測定値が、前段加工終了時に行った測定値と一致するように移動ステージ２０２を動作させることによって行う。これにより、前段加工終了時と後段加工開始時の工具２０３とワークＷとの相対的な位置関係を再現させることができる。
【００４０】
前述の加工制御に用いられる測定装置２０７の位置検出装置２０８について詳細に説明する。図２は、本発明の実施形態に係る位置検出装置を示す構成図である。
【００４１】
ここで、工具架台２０４及びワーク架台２０５のうち、一方の架台（本実施形態では、工具架台２０４）に、被測定物である基準器２０６が固定され、他方の架台（本実施形態では、ワーク架台２０５）には、位置検出装置２０８が固定されている。
【００４２】
位置検出装置２０８は、固定部材２３１、移動体であるプローブ２３２、支持部である支持機構２３３、被当接部材２３４、距離センサ２３５、及び演算部であるセンサコントローラ２３６を有する。
【００４３】
固定部材２３１は、ワーク架台２０５に固定された剛体である。固定部材２３１は、ワーク架台２０５に固定された本体２４１と、本体２４１に固定された支持部材２４２，２４３と、を有する。
【００４４】
移動体であるプローブ２３２は、支持機構２３３によって移動方向（図２中、Ｚ方向）に移動可能に支持されている。プローブ２３２は、軸状のプローブ本体２５１と、プローブ本体２５１の軸方向（Ｚ方向）の先端に固定された、被測定物である基準器２０６に接触する接触部２５２とを有する。また、プローブ２３２は、プローブ本体２５１の軸方向（Ｚ方向）の基端に固定された基準部である平面ミラー２５３を有する。
【００４５】
プローブ本体２５１は、軸方向（Ｚ方向）の先端に向かって先細る先細り形状に形成された剛体である。接触部２５２は、球形状に形成された剛体であり、プローブ本体２５１の先端に固定されている。
【００４６】
平面ミラー２５３は、プローブ２３２の移動方向（Ｚ方向）の基準位置を規定するものであり、軸方向（移動方向、Ｚ方向）に直交する方向に、プローブ本体２５１よりも突出して形成されている。平面ミラー２５３は、距離センサ２３５の測定対象である被測定部材と、被当接部材２３４に当接する当接部材とを兼ねている。
【００４７】
支持機構２３３は、プローブ２３２が基準器２０６から受ける外力によって移動方向（Ｚ方向）に移動するように支持し、プローブ２３２が外力によりＺ方向に移動したときにＺ方向とは反対方向にプローブ２３２に付勢力を付与するものである。具体的には、支持機構２３３は、プローブ２３２の平面ミラー２５３を被当接部材２３４に押し付けるようにＺ方向とは反対方向にプローブ２３２に付勢力を付与する。これにより、プローブ２３２に外力が作用していないときには、平面ミラー２５３は被当接部材２３４に押し付けられている。そして、プローブ２３２が外力によりＺ方向に変位すると、プローブ２３２の変位量に応じて、プローブ２３２に付与される付勢力が変化する。より詳細には、プローブ２３２の変位量が増加するほどプローブ２３２に付与される付勢力が増加する。
【００４８】
支持機構２３３は、本体２４１に固定されており、プローブ２３２は、基準器２０６から受ける外力により、固定部材２３１、即ちワーク架台２０５に対してＺ方向に移動する。
【００４９】
支持機構２３３は、本実施形態では、Ｚ方向に互いに間隔をあけて平行に配置された複数（例えば２枚）の板ばね２６１，２６２からなる。板ばね２６１，２６２の一端部は、本体２４１に固定され、板ばね２６１，２６２の他端部は、プローブ２３２のプローブ本体２５１に固定されている。
【００５０】
案内である板ばね２６１，２６２は、プローブ２３２の平面ミラー２５３を被当接部材２３４に押しつける付勢手段も兼ねている。板ばね２６１，２６２の中立位置から被当接部材２３４を押込む初期変位を与えることで、板ばね２６１，２６２にばね力を発生させ、プローブ２３２を付勢している。なお、他方の架台が、工具架台２０４であっても、相対的な動きは同じである。また、支持機構２３３の構成は、これに限定するものではなく、例えば空気軸受と板ばねとからなる場合であってもよい。
【００５１】
被当接部材２３４は、支持部材２４２に固定（支持）された剛体である。被当接部材２３４は、例えば球形状に形成されている。被当接部材２３４は、基準器２０６からの外力がプローブ２３２に作用していないときにプローブ２３２の平面ミラー２５３が当接して基準位置でプローブ２３２を支持する。即ち、被当接部材２３４は、平面ミラー２５３が当接することで、プローブ２３２を基準位置に位置決めする。換言すれば、平面ミラー２５３が被当接部材２３４に当接しているときのプローブ２３２のＺ方向の位置が基準位置である。また、被当接部材２３４は、プローブ２３２が支持機構２３３の付勢力に抗してＺ方向に移動したときにプローブ２３２の平面ミラー２５３に対して離間する。換言すれば、プローブ２３２がＺ方向に移動することで、プローブ２３２の平面ミラー２５３が被当接部材２３４から離間する。
【００５２】
距離センサ２３５は、プローブ２３２のＺ方向の変位に応じた測定値を出力するものである。距離センサ２３５は、本実施形態では、レーザ変位計の場合について説明する。距離センサ２３５は、例えば干渉式のレーザ変位計である。なお、距離センサ２３５は、レーザ変位計に限定するものではなく、静電容量変位計又はレーザ干渉計（例えばヘテロダインレーザ干渉計）であってもよい。
【００５３】
距離センサ２３５は、支持部材２４３に固定されている。よって、距離センサ２３５は、固定部材２３１（ワーク架台２０５）に対するプローブ２３２のＺ方向の距離を測定可能となっている。
【００５４】
被当接部材２３４が当接する当接部材と、距離センサ２３５の測定対象となる被測定部材とは、異なる部材で構成されていてもよいが、本実施形態では、１つの部材、即ち平面ミラー２５３で構成されている。
【００５５】
平面ミラー２５３は、被当接部材２３４に当接する当接面２５３Ａを有している。距離センサ２３５は、当接面２５３ＡにＺ方向で対向する側に配置され、当接面２５３ＡのＺ方向の変位（距離）を測定する。
【００５６】
即ち、平面ミラー２５３の当接面２５３Ａは、案内されるＺ方向に対して直交するように、プローブ本体２５１の基端に取り付けられている。非測定時は、平面ミラー２５３の当接面２５３Ａが被当接部材２３４に当接することで、プローブ２３２が固定部材２３１に対して静止することになる。平面ミラー２５３の当接面２５３Ａは研磨面としている。被当接部材２３４が球形状であるため、平面ミラー２５３の当接面２５３Ａと被当接部材２３４との当接は点接触であり、当接の度に接触点が変化することを防いでいる。測定時に、接触部２５２に基準器２０６が接触し、プローブ２３２がＺ方向に移動すると、平面ミラー２５３が被当接部材２３４から離間ように支持機構２３３に支持されている。
【００５７】
図２では、距離センサ２３５は、プローブ２３２がＺ方向にいくら押込まれても平面ミラー２５３と衝突することがないように、平面ミラー２５３の当接面２５３Ａに対向するように配置されている。このため、距離センサ２３５の測定対象となるように、平面ミラー２５３の当接面２５３Ａをミラー面としている。このミラー面は研磨面であり、増反射アルミコートを施してある。
【００５８】
なお、距離センサ２３５は、平面ミラー２５３の当接面２５３Ａとは反対側の面２５３ＢにＺ方向で対向するように配置されていてもよく、この場合、プローブ２３２がＺ方向に移動した際に、平面ミラー２５３に干渉（衝突）しない位置に配置すればよい。即ち、距離センサ２３５の作動距離が十分長く、平面ミラー２５３との間に必要なクリアランスが取れる、或いは押込まれたプローブ２３２を止める十分なストッパーがあれば、距離センサ２３５をプローブ２３２の後端側の離れた位置に配置してもよい。この場合、平面ミラー２５３の面２５３Ｂをミラー面（研磨面）とすればよい。
【００５９】
一方、距離センサ２３５は、演算部であるセンサコントローラ２３６に接続され、得られた測定値を、所定のサンプリング間隔（例えば、１［ｍｓ］）でセンサコントローラ２３６に送信している。センサコントローラ２３６は、得られた測定値に対し、蓄積やフィルタ処理等の演算処理を施して、プローブ２３２のＺ方向の変位量（移動量）を求め、変位量を示すデータを制御装置３００に送信する。制御装置３００は、センサコントローラ２３６に接続され、センサコントローラ２３６に対して測定開始・終了の命令や結果の表示を行うほか、センサコントローラ２３６から変位量を示すデータを受信する。
【００６０】
本実施形態では、固定部材２３１及び被当接部材２３４と、ワーク架台２０５との線膨張係数の差が、１．０×１０−６［１／Ｋ］以下である。これにより、ワーク架台２０５、固定部材２３１及び被当接部材２３４の一体性を担保している。固定部材２３１、被当接部材２３４及びワーク架台２０５を、同じ材料で形成するのが好ましいが、環境制御等の手段により温度変化が小さく、温度変化に伴う変形の影響が要求する精度よりも十分小さい場合はこの限りではない。
【００６１】
プローブ本体２５１、接触部２５２及び平面ミラー２５３の温度変化に伴う変形も測定時に誤差の要因となるため、より温度変化に伴う変形の少ない構造であることが好ましい。そこで、プローブ本体２５１はスーパーインバー、接触部２５２は窒化珪素、平面ミラー２５３は合成石英としている。これにより、プローブ２３２の線膨張係数は、２．０×１０−６［１／Ｋ］以下となる。なお、線膨張係数が負となるように構成されたＣＦＲＰ等と線膨張係数が正のチタン等の組み合わせによって、プローブ２３２を正味の線膨張係数が２．０×１０−６［１／Ｋ］以下となるよう構成してもよい。
【００６２】
図３は、センサコントローラ２３６による位置検出方法を示すフローチャートである。この図３に示すフローチャートは、加工装置１００を動作させて基準値を測定する際の位置検出方法の各工程を示している。具体的には、距離センサ２３５で得られた測定値をセンサコントローラ２３６で処理する工程を示している。なお、これらの工程では、測定可能状態になるまでは非測定状態、即ちプローブ２３２は基準器２０６には接触せず、被当接部材２３４に当接している状態である。
【００６３】
まず、センサコントローラ２３６は、位置検出装置により測定の工程を行った回数を示すカウント数ｎの値を０にリセットする（Ｓ１）。
【００６４】
次に、センサコントローラ２３６は、距離センサ２３５から測定値を取得する（Ｓ２：測定値取得処理、測定値取得工程）。
【００６５】
その際、センサコントローラ２３６は、ステップＳ２において得られた測定値に対してフィルタ処理を施す（Ｓ３）。本実施形態では、フィルタ処理は、所定周波数を超える周波数成分を除去するローパスフィルタ処理である。これにより、電気ノイズ等の高周波のノイズを除去する。
【００６６】
次に、センサコントローラ２３６は、ステップＳ３においてフィルタ処理を施した測定値を処理値として不図示のメモリに保存する（Ｓ４）。
【００６７】
次に、センサコントローラ２３６は、予め設定された第１所定数をｐとしたとき、カウント数ｎが第１所定数ｐを上回ったか否か、即ち平均処理が可能な状態か否かを判断する（Ｓ５）。センサコントローラ２３６は、カウント数ｎが第１所定数ｐを上回らない場合、即ちｎ≦ｐの場合（Ｓ５：Ｎｏ）、カウント数ｎを１つカウントアップし（Ｓ６）、ステップＳ２の処理に戻る。
【００６８】
ステップＳ２にて、センサコントローラ２３６は、距離センサ２３５から所定のサンプリング間隔（例えば１［ｍｓ］）で順次サンプリングした測定値を取得する。また、ステップＳ６にて、センサコントローラ２３６は、距離センサ２３５から測定値を取得した数ｎをカウントしていることとなる。これらステップＳ２〜Ｓ６を繰り返すことにより、（ｐ＋１）個の処理値（フィルタ処理した測定値）が得られる。
【００６９】
センサコントローラ２３６は、カウント数ｎが第１所定数ｐを超えた場合、即ちｎ＞ｐの場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、複数の処理値の平均値を求める平均処理を行う（Ｓ７）。具体的に説明すると、センサコントローラ２３６は、今回（最新）の処理値に対して第１所定数ｐの分過去に取得した処理値から数えて、第１所定数ｐよりも少ない第２所定数ｋの分の複数の処理値から平均値を求める。第２所定数ｋ（＜ｐ）は予め決められた値である。つまり、センサコントローラ２３６は、（ｎ−ｐ）回目から（ｎ−ｐ＋ｋ）回目までの複数の処理値を平均処理して平均値を算出する。換言すると、センサコントローラ２３６は、保存されたｐ個の処理値のうち、古いものからｋ個について平均値を算出する。なお、本実施形態において、平均値と名称を付したが、平均値とは平均の測定値のことである。これにより、ｎ回目の測定が行われている時点（今回の処理値）から、一定時間過去の測定結果の直流値を算出することができる。これは、プローブ２３２が閾値を越えない程度に移動したときの距離センサ２３５の測定値（処理値）が基準値に含まれてしまうのを防ぐ処置である。また、平均処理により環境の変動などの影響を除去することができる。
【００７０】
次に、センサコントローラ２３６は、基準値が未設定であるか否かを判断する（Ｓ８）。センサコントローラ２３６は、基準値が未設定の場合（Ｓ８：Ｙｅｓ）、ステップＳ７で算出した平均値を基準値に設定する（Ｓ９）。以上のステップＳ７〜Ｓ９（基準値設定処理，基準値設定工程）により、センサコントローラ２３６は、プローブ２３２が基準位置にあるときの距離センサ２３５から取得した複数の処理値の平均値を求め、この平均値を基準値に設定する。これにより、基準値を、プローブ２３２の平面ミラー２５３が被当接部材２３４に当接した状態での処理値（測定値）に基づく平均値とすることができる。したがって、プローブ２３２の状態に無関係な初期値が基準値となることを防ぐことができる。
【００７１】
次に、センサコントローラ２３６は、ステップＳ４にて得られたｎ回目、即ち今回（最新）の処理値について、ステップＳ９で設定した基準値により補正することで、プローブ２３２の変位量を求める（Ｓ１０：変位量演算処理、変位量演算工程）。具体的には、センサコントローラ２３６は、今回（最新）の処理値から基準値を減算する補正を行うことで、プローブ２３２のＺ方向の変位量を求める。即ち、プローブ２３２の平面ミラー２５３が被当接部材２３４に当接している状態を０（原点）として、プローブ２３２のＺ方向の変位量を求めていることになる。このように、測定値（処理値）を基準値で補正することで、プローブ２３２のＺ方向の移動量（変位量）を高精度に検出することができる。
【００７２】
次に、センサコントローラ２３６は、測定終了しているか否かを判断する（Ｓ１１）。是であれば（Ｓ１１：Ｙｅｓ）そのまま測定を終了する。否であれば（Ｓ１１：Ｎｏ）、ステップＳ６の処理に移行する。測定終了の指令は制御装置３００から送信される。
【００７３】
センサコントローラ２３６は、ステップＳ８にて、基準値が未設定ではない、即ち基準値が設定済みの場合（Ｓ８：Ｎｏ）、位置検出装置による測定が可能であることを示す信号を制御装置３００に送信する。これにより、センサコントローラ２３６は、測定可能状態とする（Ｓ１２）。
【００７４】
次に、センサコントローラ２３６は、ｎ回目（今回）の処理値が、平均値と予め設定した閾値とを加算した加算値を、カウントを開始してから最初に超えたか否かを判断する（Ｓ１３）。つまり、（ｎ−１）回目、即ち前回の処理値において、得られた処理値が平均値に閾値を加えたものよりも小さく、且つ、ｎ回目、即ち今回の処理値において、得られた処理値が平均値に閾値を加えたものよりも大きいか否かを判断する。これは、今回の処理値が、平均値に閾値を加えたものを越えた瞬間を検出するものである。即ち、プローブ２３２の接触部２５２が基準器２０６に接触し、それに伴ってプローブ２３２の平面ミラー２５３が被当接部材２３４から離間したか否かを検出している。
【００７５】
センサコントローラ２３６は、ｎ回目（今回）の処理値が、平均値と予め設定した閾値とを加算した加算値を、カウントを開始してから初めて超えたと判断した場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ９の処理へ移行する。ステップＳ９において、センサコントローラ２３６は、ステップＳ７で求めた最新の平均値を、基準値に再設定する。したがって、今回のステップＳ９の工程以前に距離センサ２３５の移動等に伴って生じた誤差を除去することができる。
【００７６】
つまり、距離センサ２３５の温度変位により平均値が変動することがあり、最新の平均値を基準値に設定すれば、プローブ２３２の変位量をより高精度に検出することができる。
【００７７】
センサコントローラ２３６は、ステップＳ１３で否と判断した場合、即ち、平面ミラー２５３が未だ被当接部材２３４に当接している、又は平面ミラー２５３が既に被当接部材２３４から離間していると判断した場合は、ステップＳ１０の処理へ移行する。
【００７８】
センサコントローラ２３６は、ステップＳ１０において、プローブ２３２が被当接部材２３４から離間したときの距離センサ２３５による処理値を基準値により補正することで変位量を求める（変位量演算処理、変位量演算工程）。
【００７９】
以上が位置検出方法の計測工程のループであり、本実施形態では１ループあたりの周期が１［ｍｓ］である。また、平均処理を行うために集める測定値の数について、第１所定数ｐは１０００、第２所定数ｋは５００としている。即ち、処理値（測定値）が平均値に閾値を加えたものを越えた瞬間に対し、１秒前と０．５秒前との間に取得した複数の測定値の平均値が、プローブ２３２の平面ミラー２５３が被当接部材２３４に当接している状態であるとしている。これは、実際にプローブ２３２の平面ミラー２５３が被当接部材２３４から離れた時点から、処理値が平均値に閾値を加えたものを越える時点までは遅れが存在し、その影響を除去するための処置である。したがって、加工装置の動作速度によって、適切な第１所定数ｐと第２所定数ｋを選択すればよい。
【００８０】
以上、本実施形態によれば、被測定物である基準器２０６にプローブ２３２の接触部２５２に接触していないとき、即ち非測定時には、プローブ２３２が支持機構２３３に付勢されてプローブ２３２の平面ミラー２５３が被当接部材２３４に当接する。このとき、プローブ２３２は、被当接部材２３４との物理的接触により、位置が変化しないので、このときの距離センサ２３５の測定値（本実施形態ではフィルタ処理した測定値である処理値の平均値）を基準値として用いる。そして、プローブ２３２の接触部２５２が基準器２０６に当接し、プローブ２３２が変位したとき、基準位置に位置しているときの基準値で距離センサ２３５の測定値を補正する（測定値から基準値を減算する）ことで、プローブ２３２の変位量を求める。したがって、距離センサ２３５が環境の温度変化に伴って固定部材２３１に対して変位することによって発生する測定誤差の影響を低減することができ、高精度にプローブ２３２の変位量を求めることができる。また、時間経過により距離センサ２３５がずれてしまっても、同じ測定動作をした際に同じ値を再現させる再現性を高めることができる。
【００８１】
ここで、距離センサ２３５によるプローブ２３２の位置の測定分解能は、距離センサ２３５の測定分解能に依存することになる。距離センサ２３５としては、レーザ変位計、静電容量変位計やレーザ干渉計等のナノメートルオーダの分解能を達成しているものを利用することで、プローブ２３２の位置の測定分解能もナノメートルオーダとすることができる。
【００８２】
加工装置１００の位置基準を検出する際には、ワークＷ側或いは工具２０３側の移動ステージ２０２に配置された基準器２０６に対して、一度基準となる測定を行う。それ以降は位置確認を行う際に、最初に求めた基準の値と一致するように移動ステージ２０２を動作させることによって行う。このような、比較対象となる基準の値との僅かな差を評価する測定であれば、距離センサ２３５のリニアリティー誤差の影響も無視できるほど小さくなる。従って、以上のような構成を用いた加工装置１００において、基準となるワークＷと工具２０３との相対的な位置関係を一度測定すれば、同じ相対位置関係をナノメートルオーダで再現させることが可能となる。以上の様な位置基準検出を利用することで、前段加工終了後のワークＷと工具２０３との相対的な位置関係を基準としておけば、後段加工開始前に同じ相対位置関係をナノメートルオーダで再現することができるようになる。そして、前段加工と後段加工の加工形状をナノメートルオーダの差で繋ぐ加工が可能となる。
【００８３】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【００８４】
上記実施形態では、距離センサから取得した測定値に対してフィルタ処理を行う場合について説明したが、これに限定するものではなく、フィルタ処理は省略してもよい。この際、図３のステップＳ３の処理は省略され、図３の各ステップの説明における処理値は、フィルタ処理を施していない測定値ということになる。
【００８５】
また、上記実施形態では、複数の測定値の平均値を基準値に設定したが、複数の測定値の中の１つの測定値を基準値に設定してもよい。即ち、平均値とすることで、測定値に含まれる誤差を除去することができ、その結果、プローブ２３２の変位量の検出精度がより向上するが、誤差の影響が少ない場合には、平均処理を行わなくてもよい。この際、ステップＳ７では、（ｎ−ｐ）回目から（ｎ−ｐ＋ｋ）回目までの測定値（フィルタ処理を行っている場合は処理値）の中から１つの測定値（処理値）を選択すればよい。そして、ステップＳ９では、選択した測定値（処理値）を基準値に設定すればよい。つまり、ステップＳ９では、センサコントローラ２３６は、プローブ２３２が基準位置にあるときの少なくとも１つ測定値から基準値を設定することとなる。また、ステップＳ１３では、平均値ではなく、選択した測定値（処理値）とすればよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、図３のステップＳ８において、基準値が未設定であると判断した場合は、ステップＳ９にて平均値を基準値に設定した。そして、ステップＳ８において、基準値が設定済みと判断した場合は、今回の測定値が、平均値と予め設定した閾値とを加算した加算値を、カウントを開始してから初めて超えたとき、平均値を基準値に再設定した。しかし、本発明は、これに限定するものではない。今回の測定値が、平均値と閾値とを加算した加算値を、カウントを開始してから最初に超えたときにだけ、平均値を基準値に設定してもよい。また、プローブ２３２（平面ミラー２５３）が基準位置にあるときは、毎回演算される平均値を、その都度、基準値に設定更新してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１００…加工装置、２０２…移動ステージ（移動機構）、２０３…工具、２０４…工具架台、２０５…ワーク架台、２０６…基準器（被測定物）、２０７…測定装置、２０８…位置検出装置、２３２…プローブ（移動体）、２３３…支持機構（支持部）、２３４…被当接部材、２３５…距離センサ、２３６…センサコントローラ（演算部）、２５２…接触部、２５３…平面ミラー（基準部）、３００…制御装置（制御部）
【図１】
2016156785.tif 000003
【図２】
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【図３】
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