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上 下 振 動 の 影 響 を受 け ない高 精 度 粗 さ 測 定 法 (第 2 報) *

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Academic year: 2022

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(1)1088. JSPE‑56‑06 '90‑06‑1088. 研究 論文. 上 下 振 動 の 影 響 を受 け ない高 精 度 粗 さ 測 定 法 (第 2 報) * 完 全 な平 面 を 必 要 と し ない 断 面 形 状 の測定 法 安 達 正 明**. Precision. 三 木 秀 司***. Profiling. 鈴 木 紀 生***. 中井 康秀 †. Method Insensitive to Vertical Vibrations A Method Need not a Perfect-flat Plane. 川 口. 格† †. (2nd Report). Masaaki ADACHI,Hideshi MIKI, Norio SUZUKI, Yasuhide NAKAIand Itaru KAWAGUCHI When one will measure the precision profiles of super smooth surfaces using an optical interferometer, a perfect-flat reference mirror should be used. However, it is impossible to obtain such a mirror. For the case using a stylus method, a perfectly-straight-moving slide table should be used. It is impossible to obtain that table too. In this paper, We propose the optical precision profiling method which does not need a perfect-flat plane. This method is developed on the optical skid method previously reported (the 1st report). For the surface data obtained using the optical skid method, the amplitude of low spatial-frequency components were attenuated noticeably and the data were used as the roughness profiles. This paper will make it clear that : (1) One can theoretically calculate the exact attenuation rate of frequency component from the positions and the sizes of the photo-detectors used in the sensor head of the optical skid method. (2) One can completely retrieve the surface profile by the digital filtering using the calculated attenuation rate. In an experiment, a profile of a step height standard is retrieved using the method mentioned above. And a waviness profile of a mirror obtained using this method is compared with the profile measured using Talystep. Key words : optical method, profile measurement, smooth surface, digital filtering, vertical vibration. 1.. 緒. らす べ て の 装 置 は そ の 方 式 を 問 わ ず 高 精 度 測 定 を実 現. 言. す る た め に 非 常 に 平 面 性 の 良 い 面,す. 析 か ら行 う方 法 と し て は,フ. なわ ち生産 時に. お い て メ ー カ が 大 量 供 給 可 能 な最 も理 想 的 な 平 面 を 一. 断面 形 状 の測定 を移 動機 構 を用 いず に光 干渉 像 の解. 部 に 使 用 し て い る.前 者 で は そ れ を 基 準 参 照 面 と し. ィ ゾ ー干 渉 計 や トワ イ マ. ン グ リー ン 干 渉 計 等 を 用 い る 方 法 が 知 られ て お り1),. て,後. 一 部 は 製 品 化 も な さ れ て い る2).一 方,移. り,こ れ ら の 完 全 な 平 面 か ら の ず れ は,直 接 に測 定 誤. い る方 法 で は,接 ク等 が,そ. 触 式 と し て は タ リサ ー フや デ ク タ ッ. サ ー フ コ ム920A4)等. し て知 ら れ て い る.次. 測 定 を 行 う場 合,こ. が測 定 装置 と. 中 は高 精 度. れ ら の 誤 差 を 抑 え る た め の工 夫 が. も し,理 想 的 な 平 面 を 用 い ず に こ の 断 面 形 状 を 高 精 度 に 測 定 で き る よ うに なれ ば,加. ら発 表 予 定 と さ れ る ナ ノ サ ー フ2 5)は 移 動 し て,こ. え に,田. 重 要 に な る こ と を 指 摘 し て い る 6).. 世 代 の表 面 粗 さ 測 定 器 と し て 英. 機 構 を 用 い る 接 触 式 装 置 に 属 し て い る.そ. 者 で は そ れ を 移 動 基 準 ガ イ ド面 と して 用 い て お. 差 と し て 影 響 す る か らで あ る.ゆ. して 非 接 触 式 と して は 非 接 触 微 細 形 状 測 定. 器(HIPOSS)3)や. 国NPLか. 動機 構 を用. は 大 き い と 思 わ れ る.例. れ. 工 技 術 に 与 え る影 響. えば この測 定 法 を フ ィー ド. バ ッ ク制 御 や フ ィ ー ドフ ォ ワ ー ド制 御 と組 み 合 わ せ る *. * * * * *. † ††. 原稿 受付 平成 元年7月28日.昭 和63年 度精 密工 学会 秋季大会学 術講演会(昭 和63年10月5日)に て発表. と,上 下 変 動 や 傾 斜 変 動 を 持 つ 送 り機 構 で あ っ て も非. 正 会 員 金 沢 大 学 工 学 部(金 正 会 員(株)神 戸 製 鋼 所(神. 常 に 高 精 度 に 加 工 物 を 仕 上 げ る こ とが で き,コ ス トパ. (株)レ オ技 研(神. 正 会 員. 沢 市 小 立 野 2‑40‑20) 戸 市 西 区高 塚 台 1‑5‑5). フ ォーマ ンスの 良 い高精度 形状 加工技 術 が工業 的に可. 戸 市 垂 水 区 神 稜 台 5‑22‑8). 大阪府立大学工 学部(堺 市百舌 鳥梅町 4‑804). 能 と な る か らで あ る. 130.

(2) 1089. 安 達 ・三 木 ・鈴 木 ・中 井 ・川 口:上 下 振 動 の影 響 を 受 け な い高 精 度 粗 さ測 定 法 (第 2 報). Fig. 1. Fig.. 2. Schematic illustration about a cutoff effect of low spatial-frequency components due to the optical skid method : hp is the surface profile and XD is the output of the optical skid method. Fig.. 3. Arrangement of photo-detectors in a new sensor head. A lower curved surface is a sinusoidal surface model which is used to calculate the exact attenuation rate for the optical skid method. Principle of the profile measurement for the optical skid method. Q is a surface vibrating with the amplitude V (t) R is a static plane. II, (i = A, B, C, D) is the distance between them. XD is the output of the optical skid method. 本 論 文 で は第1報. で 述 ベ た「 上 下 振 動 の影 響 を受 け. な い高 精 度 粗 さ 測 定 法 一. オ プ テ ィ カ ル ス キ ッ ド法 の. 提案 」7)を断 面 形 状 の 測 定 が 可 能 な 方 法 へ と発 展 さ せ て い る.こ. の方 法 は,上. 下 振 動 の 影 響 を 受 け ず,さ. ら. に用 い る 移 動 テ ー ブル の上 下 変 動 や 傾 斜 の 変 動 に も影 響 され な い で,断 面 形 状 の 測 定 を 行 う こ とが で き る も の で あ る.実 験 で は 標 準 段 差 試 料 の 測 定 や 光 学 ミ ラ ー 面 の うね り曲 線 の 測 定 を 行 っ た.た. だ し,測. 定長は. テ ー ブル の移 動 長 と コ ン ピ ュ ー タ メ モ リー の 制 限 か ら 最大 で4mmと. な っ て い る. 2.. 第1報7)で. 断面 曲線 の測定 原理. は上下振 動 の影響 を受 けず に粗 さ曲線 を. 高精 度 に 測 定 す る た め の オ プ テ ィ カ ル ス キ ッ ド法 と呼 ぶ新 しい 方 法 を 提 案 し た.こ. の 方 法 は 図1に. 示す よう. 理 論 的 な 計 算 を 以 下 に 行 った.た. だ し,当 面 は 測 定 対. に,測 定 面 を 右 方 向 に 動 か し な が ら,測 定 領 域 の 中 心. 象 と す る 面 は 測 定 方 向 に の み 高 さ が 変 化 し,測 定 方 向. 部 の 一 点Dに. 周 辺 部 の A, B, C に お. と垂 直 方 向 に は 変 化 し て い な い 一 次 元 平 面 で あ る とす. を光 干 渉 を利 用 して光. る.こ. お け る高 さhDと. け る平 均 高 さ (hA+hB+hc)/3 セ ン サ で 測 定 し,そ. れ ら の 差 {XD=hD(hA+hB+. hc)/3} を 取 る こ と を 測 定 原 理 と し た.ゆ 法 は,図2に. る.セ. 第1報. れ を カ ッ トオ フ特 性 と呼 ぼ う.. で 用 い た セ ン サ ヘ ッ ドは 図1の. よ うに,周. 辺. 部 の 高 さ を 計 算 す るた め の hA, hB, hc の 測 定 領 域 が 測. 我 々 は 任 意 の 波 長 に 対 し こ の カ ッ トオ フ特 性 を 正 確. えた.す な わ ち,こ. ン サ ヘ ッ ドを特 定 の 形 状 に 変 え る こ と に よ り,. 最 終 的 に は この 条 件 を 取 り除 く こ と が で き る。. 示 す よ う に 実 際 の 断 面 形 状 編 に 対 し,. に求 め る こ と が で き れ ぽ,次. 験 で 用 い る セ ン サ ヘ ッ ドの 形 状 を. そ の ま ま 以 下 の 理 論 で 扱 うこ と に し た と こ ろ か ら 生 じ. え に こ の方. 測定 され る信 号 為 の 低 周 波 数 成 分 が 減 衰 す る 効 果 を 与 えた.こ. の 条 件 は,実. 定 点Dに. 対 し て 等 距 離 ・等 角 度 と な る場 合 で あ っ た.. こ の ヘ ッ ドの 形 状 の ま ま で は,断. の こ とが 可 能 に な る と考. の効果 を コン ピュー タを使用 した. 面形 状 の測 定 は難 し. くカ ヅ トオ フ特 性 の 計 算 も複 雑 に な る.そ. デ ィジ タル フ ィル タ リソ グ処 理 を 用 い て 打 ち 消 す こ と. 用 い た セ ン サ ヘ ッ ドは 製 作,計. に よ り,測 定 さ れ た 粗 さ 曲 線 為 か ら 断 面 曲 線hDを. の 構 造 に した.こ. 求 め る こ と が で き る と.. ら 求 め,hA. そ こで オ プ テ ィ カル ス キ ッ ド法 の カ ッ トオ フ 特 性 の. の 場 合,周. 辺 部 の 高 さ は hB と hc か. は hB, hc と あ わ せ て 測 定 面 と参 照 面 を 平. 行 に す る制 御7)に 用 い る だ け で あ る. 131. こで 本 報 で. 算 共 に 簡 単 に な る 図3.

(3) 1090. 精 密 工 学 会 誌56/6/1990. (a). (b) Fig. 5. Fig.. 4. The. areas. of asinusoidal. surface. photo‑detectors in the new new sensor head. 2W is the photo‑detectors them.(b) sinusoidal ψ is the β are. phase. phase. and. measured. sensor lateral. この 二 つ の 光 セ ン サ が 測 定 す る 平 均 高 さ は (HB+hc). by. head, (a) size of the. 2 で あ る.ゆ. of the. sinusoidal for. W. change.α and. 最 初 に この セ ン サ ヘ ッ ドを 用 い て,図. and. S. (3). の よ う に振 幅. 1を 持 ち 単 一 波 長 の 正 弦 波 型 変 化 を 横 方 向 に 持 つ 面 を 測 定 し た 時 の XD=hD‑(hB+hc)/2. を 計 算 し た.図. に お い て,測. 定 面 の 正 弦 波 型 変 化 の 波 長 を ん,ま. 位 置 に お け る正 弦 波 形 の 位 相 を ψ,そ. し て 四 角 形 の 大 き な 測 定 域 を 持 つ 光 セ ン サB,. 測 定 面 はEの. 方 向 に 移 動 す る と し た.そ. β=2πS/λw. を 用 い る と,図. た. と書 け る た め,T. し,. し て,XD. ま α=2πW/λw. 1‑sinα. ・cosβ/α. とす る と. (4). Cの 横. た B と C の 間 隔 を2Sと. 波 長 に よ る 影 響 を 調 べ た.い. そ こ でT (λW)=. 4. 光 セ ン サDの. 方 向 の 検 出 幅 を 2W,ま. /. え に この レ ベ ル を ゼ ロ と す る 為 は 次 式. と な る.. 2S is the space between surface of wavelength λw.. differences. A filtering function T (A) calculated from the space S = 186 pm and lateral size W = 88 tan for the photo-detectors, whose values are converted at the surface plane. ッ トオ フ特 性 を表 す 関 数)と. T (λw)に,実. 験 で 用 い る 光 セ ン サB,. ズ 2W=3.5mm,. の. (λw)は 波 長 λwに 関 す る フ ィル タ リ. ン グ 関 数(カ. 換 算 し たWとSの. 2S=7.44mmを. に お い て光 セ ンサ B が 測. あ る).こ. 定 す る 平 均 高 さ hB は次 の よ うに 計 算 で き る.. 観 測 面 上 の寸 法 に. 値 W=88μm,8=186μmを. 入 し 図 示 す る と 図5と. な らびに. な る.こ の. Cの 物 理 的 サ イ. な る(レ. の 図 に お い てx軸. 代. ン ズ の 倍 率 は 20 倍 で. は 1/S で 規 格 化 さ れ て い. る 空 間 周 波 数 で あ り, S/λwが 小 さ く な る と T(λw)は ゼ ロ に近 づ き,ま た S/λwが 大 き くな る と振 動 し な が ら 1 に近 づ く こ とが 分 か る. と こ ろ で,図5は. 測定 面が単 一波 長 の正弦波 型変化. を持 つ と し て 計 算 した フ ィル タ リン グ関 数 で あ る.一 般 に,任. 意 の 形 状 は フ ー リエ変 換 理 論 に よ る と正 弦 波. 型 変 化 の 有 限 個 も し く は 無 限 個 の 和 で 与 え ら れ る.正 弦 波 型 変 化 の 和 と な る場 合 に お い て も,式(1)で. (1) ゆ え に,Bの. た 積 分 は 和 と の交 換 法 則 を 満 た す.ゆ. 中 心部 の一 点 に おい て元 の波形 が持 つ振. 幅sin(ψ‑β)がsinα/α 同 じ く光 セ ン サCが. 用い. え に,上 記 の 議. 論 は 各 フ ー リエ 成 分 に 関 して そ の ま ま成 立 す る.こ の. 倍 に 減 衰 す る こ と が 分 か る.. た め T(λw) は 任 意 の 形 状 に 関 し,こ. 測 定 す る 高 さ 信 号 は 次 式 と な る.. の セ ンサ ヘ ッド. の カ ッ トオ フ特 性 を 正 確 に 表 す 関 数 と な る. そ こ で, T(λw). (2). を コ ン ピ ュ ー タ 内 で 発 生 させ,こ. の 関 数 の マ イ ナ ス1乗 132. と な る 関 数 を 計 算 し, FFT.

(4) 安 達 ・三 木 ・鈴 木 ・中 井 ・川 口 二上 下 振 動 の 影 響 を受 け な い 高 精 度 粗 さ測 定 法 (第 2 報). Fig. 6. 1091. A schematic block diagram for the method of obtaining the profile hp(x) from the output XD(x) of the optical skid method. (高速 フ ー リエ 変 換)を. 用 い て 得 ら れ る XD(x). リエ ス ペ ク トル に これ を 掛 け,さ. のフー. ら に 逆FFTを. 行 う. と低 周 波 数 成 分 が 回 復 で き断 面 曲線 が 得 ら れ る.こ らの 処 理 を ブロ ック 図 で 示 す と 図6に. な る.す. れ. なわ. ち,矩 形 の 凹 凸 を 有 す る hD(x) を オ プ テ ィ カ ル ス キ ッ ド法 を 用 い て 測 定 す る と,フ. ィル タ リン グ関 数. T(λw) の カ ッ トオ フ 特 性 に よ り,XD(x) 周 波 数 成 分 が 減 る.し. か し,コ. と な り,低. ン ピュー タを 用 い て. T‑1 (λw) の フ ィル タ リ ン グ を 行 う と,低. Fig.. 周波数成分. 7 Optical. this. を 回 復 で き元 の hD(x) を 得 る.. lamp. し くは 図4の. セ ンサ ヘ ッ ドの形 状. (3) piezo. specimen of. では 夕方 向 に も変 化 を持 つ 凹 凸面 の x 方 向 の断 面 曲. table,. a. center. の 理 由 は,D. The. light. (λ=546nm),(2) (4) linear. sensor. photo‑detector (2) image. instrument. lamp.. positioners,. (6) new. photo‑detectors,. 線 は 求 め る こ と が で き な い.こ. of a profiling mercury. is interference filtered. objective,. と こ ろ で,図3も. system. (1) extra‑high‑pressure. from Mirau. actuator,. (5). head. which. is composed. and. three. surrounding. plane. は y 方. 向 に広 が りを 持 た な い一 点 の 高 さの 測 定 で あ り, B, C は広 が りを持 つ 領 域 の 平 均 高 さ の 測 定 だ か ら で あ る. す な わ ち,B,. (a). Cの 測 定 値 に そ の 測 定 域 で 積 分 平 均 さ. れ て 影 響 す る y 方 向 の 変 化 の 中 に,測. 定面 が x 方 向. に沿 って S だ け 移 動 し て D の 所 に 来 た 時, D の 測 定 値 に 影 響 し な い 凹 凸 成 分 が 存 在 す る か ら.し B, Cと. か し,. して y 方 向 に D と 同 じ広 が りを 持 つ 光 セ ン サ. を 用 い れ ぽ,す べ て の セ ンサ は 完 全 に 同 じ領 域 を 測 定 し,断 面 形 状 の 測 定 は 可 能 と な る.こ. の こ とは,こ. (b). れ. まで に述 べ て きた 議 論 か ら明 らか で あ る. さ ら に,以 上 の 測 定 に お い て 入 力 デ ー タ は 測 定 点 の 高 さ と周 辺 部 の 高 さ の 差 で あ る.こ. の た め,移. Fig.. 動テー. (a) XD (x) hD (x). ブル の直 進 に伴 う上 下 の 変 動 や 傾 斜 の 変 化 は全 く影 響 しな い.す. なわ ち,移. 3.1. 実. a step. using. the. the. height. standared. optical. skid. digital. filtering. 3.2. method, of. (b). T‑1 (λw). 験. 示 す.詳. 細 は 本 報 で は 省 く.. 測 定 結 果. x方 向 に の み 大 き な変 化 を 持 つ 試 料 と し て 標 準 段 差 試 料 を 測 定 し た 時 の 結 果 を 図8に. 実 験 で 用 い た 測 定 装 置 は,ミ. ロ ウ型 対 物 レ ン ズ( 光. 干 渉 の た め の 参 照 面 を レ ン ズ の 内 部 に持 つ)を. だ し,セ. obtained. by. using. 装 置 の 概 要 図 を 図7に. 測 定 装 置. も の で,第1報7)で. Profiles measured. 動 テ ー ブル の 直 進 性 に影 響 され. な い で 超 精 密 面 の 断 面 曲 線 の 測 定 が 行 い得 る. 3.. 8. 用 いる. hD(x). 述 ベ た も の と ほ ぼ 同 じ で あ る. た. ン サ ヘ ッ ド形 状 の み が 異 な っ て い る.用. 示 す.(a)は. XD (x). で あ り,(b)は XD る (x) の 低 周 波 数 成 分 を 回 復 し た で あ る.こ. の 試 料 は ほ ぼ階 段 状 の形 状 変 化 を. 持 っ て い る8).(b)で. いた. る.ゆ 133. え に,こ. は この形 状 が ほぼ 回 復 で きて い. の 結 果 か ら断 面 曲 線 の 測 定 が 正 し く行.

(5) 1092. 精 密 工 学 会 誌 56/6/1990. Fig.. い 得 る こ とが 分 か る.と. 9. こ ろ で,階. The. waviness. profile. derived. from. proposed. method. 段 状 の形 状 変 化 は. フ ー リエ 変 換 理 論 に よ る と,空 間 波 長 が 異 な る 各 種 の 成 分 を 持 つ こ と が 知 られ て い る.そ. こ で,こ. の測定 結. 果 は 階 段 形 状 以 外 の 各 種 の 形 状 変 化 に も この 方 法 が 有 効 で あ る こ とを 示 す. 次 に,こ. の セ ン サ ヘ ッ ドの ま ま で xy 面 内 に 等 方 的. な 変 化 を 持 つ 超 精 密 試 料 の うね り曲 線 の 測 定 を 行 っ た.等. 方 的 な 変 化 を 持 つ 超 精 密 面 で は,セ. ン サ B, C. の y 方 向 の 広 が りの 範 囲 で は 凹 凸 に 大 き な 変 化 は な い と考 え られ る.こ 取 っ て も,B. の た め,測. Fig.. 10. Double scan data an optical flat. 定方 向を任 意 の方 向 に. about. a waviness. profile. of. と C が 測 定 す る 平 均 高 さ は, y 方 向 の. 輻 が非 常 に小 さい場 合 の B と C が 測定 す る高 さ と近. の 良 い こ とが こ の うね り測 定 法 で 必 要 な 条 件 と な る.. 似 的 に 同 じ と考 え られ る か ら で あ る.. 通 常 の 測 定 に お け る電 気 雑 音 に 関 し て は,熱. 光 学 ミ ラ ー面 を 測 定 し て 得 られ た 低 周 波 数 成 分 が 減 衰 した ま ま の Xd (x),な. ら び に 散 弾 雑 音10),そ. ら び に タ リス テ ッ プ を 用 い. られ て い る.こ れ ら の 中 で プ リ ッ カ雑 音 は低 周 波 数 成. て ほ ぼ 同 じ領 域 を 測 定 し て 得 られ た 断 面 曲 線 を 図 9 に. 分 が 相 対 的 に 大 き く,最. 示 す.タ. し か し,図10を. リス テ ッ プ測 定 値 に は 大 き な うね り成 分 が 見. ら れ る が, XD (x) に は あ ま り 見 ら れ な い.そ デ ィジ タ ル フ ィル タ リ ン グ 処 理 で, XD. こで. も影 響 す る よ うに 思 わ れ る.. 見 る限 り測 定 結 果 の 再 現 性 は 良 く,. あ ま り影 響 が な い よ うで あ る.そ の ほ か に影 響 が考 え. (x) の す ベ て. の 低 周 波 数 成 分 を 回 復 す る と 同 時 に200μm以. 雑 音 9)な. し て ブ リ ッカ 雑 音 11)が良 く知. られ る も の と し て は,超. 下 の周. 低 周 波 数 雑 音 の 一 種 と考 える. こ と もで き る信 号 増 幅 回 路 の ド リフ トが あ る。 この影. 期 を 持 つ 高 周 波 数 成 分 を 除 去 し て 得 ら れ る うね り曲 線. 響 は 図10の. を タ リス テ ッ プ測 定 結 果 に 重 ね て示 し た.両. しか し,超 低 ド リ フ ト仕 様 の オ ペ ア ン プ等 の 使 用 に よ. 者 は全 く. 同 じ箇 所 の 測 定 で は な い の で 細 部 が 異 な る が,う. ね り. り,こ の 種 の雑 音 は 基 本 的 に 防 げ る と考 え られ る.. 成 分 は ほ ぼ 同 じ情 報 を 持 つ と 見 る こ とが で き る. ま た,オ XD (x),な. の 影 響 を 考 え る.こ. ら び に 図9の. る干 渉 光 は,一. 度 為 (x) を 測 定 し,こ 同 じ く図10に. る.測. 次 に ミ ロ ウ 型 対 物 レ ン ズ 内 の参 照 面 の 粗 さや うね り. プ テ ィ カ ル フ ラ ッ ト面 を 測 定 して 得 ら れ た 場 合 と 同 様 な 方 法 で 為 ( x). か ら 得 られ た うね り 曲 線 を 図10に. て お り,こ. 繰 返 し測 定 に は 現 れ に く い も の で あ る.. ミ ロ ウ の 参 照 面 の 一 点 と か ら作 り出 さ れ る が,参 照 面. れ か ら 得 ら れ た うね り 曲 線 を. の 一 点 は 粗 さ 計 測 中 ず っ と同 じ部 分 が 使 わ れ る.こ の. ぼ 同 じ形 状 が 得 られ. た め,参. の測 定 法 が 再 現 性 の 良 い こ とを 示 し て い. 定 領 域 は 約 4mm 4.. 方 向 に 移 動 し変 化 す る測 定 面 の 一 点 と. 分 後 に再. 点 線 で 示 し た.ほ. 示 す.数. の 方 法 で は 光 セ ンサ D が 測 定 す. で あ る. 考. 分 が 使 わ れ る.こ. 影 響 し な い.光. セ ン サ B,. の 場 合,参. 照 面 の粗 さ は セ ン サ面 内. で の 光 路 差 の 分 布 に 影 響 す る.し か し粗 さ 計 測 に お い 察. て は, B, Cは 光 路 差 の 面 内 分 布 で は な く光 路 差 の 平. 本 章 で 用 い た デ ィジ タ ル フ ィル タ リン グ処 理 は 図 5 で 示 さ れ る T(λw) の 値 を1に. 照 面 の 粗 さ はhDに. C が 測 定 す る干 渉 光 で は参 照 面 の あ る大 き さ を 持 つ 部. 均 を 測 定 し て い る.ゆ. 戻 す 処 理 を 行 うた め,. に影 響 し に く い.参. え に,参. 照面 の粗 さは測定結果. 照 面 に うね りが あ る 場 合 は XD =. 低 い空 間 周 波 数 成 分 に 関 し て 大 き な増 幅 を 行 う.こ の. hD‑(hB+hc)/2. 結 果,低. 分 が 余 分 に 加 算 され た よ う な効 果 を 与 え る.こ の 成 分. 周 波 数 成 分 の S/N. (信 号 強 度 対 雑 音 強 度 比) 134. は測 定 域 全 体 に対 して一 定 の直 流成.

(6) 1093. 安 達 ・三 木 ・鈴 木 ・中 井 ・川 口:上 下 振 動 の影 響 を 受 け な い高 精 度 粗 さ測 定 法 (第 2 報). は逆 FFT. を 行 った 段 階 で 測 定 面 全 域 が 一 定 の 曲 率 半. 径 を有 す る か の よ うな誤 差 を 生 じ させ る.し. を 測 定 し た 場 合 の カ ッ トオ フ 特 性 を 計 算 す る方 法 を 示 した.. か し, こ. の 誤差 は 装 置 が 同 じで あ れ ば 常 に 一 定 で あ り,形 状 の. (2). こ の カ ッ トオ フ 特 性 は コ ン ピ ュ ー タ に よ る. 分 か って い る長 い試 料 を 測 定 し た 結 果 を 用 い て 補 正 す. デ ィ ジ タ ル フ ィル タ リン グ処 理 に よ っ て 回 復 で き. る こ とが 可 能 と考 え る.. る こ と を 理 論 的 に 示 した.. 最後 に セ ンサ ヘ ッ ドの 製 作 過 程 で 光 セ ンサ の 配 置 に 狂 い が 生 じ,W. (3). 合 を 考 え る.こ. れ は 真 の T(λw) が 存 在 す る が,そ. は あ らか じ め 分 か っ て い な く,コ. (4). れ. ン ピ ュー タ 内 で 真 の. T(λw) を 発 生 で き な い 場 合 に 相 当 す る.こ. x方 向 に の み 変 化 す る 試 料 の 形 状 測 定 が 上 記. の 方 法 で 実 際 に 可 能 で あ る こ と を 実 験 で 示 した.. や S が 設 計 値 と異 な っ て し ま った 場. xy方. 向 に 変 化 を 持 つ 面 に 関 し て も,そ. の面が. 超 精 密 面 で あ り変 化 が 等 方 的 で あ る な らば,う. の場 合 は. ね. り成 分 を 測 定 で き る こ とを 実 験 で 示 した.. 配 置 の 誤 差 補 正 を 目的 と し た 測 定 実 験 に よ り T(λw) を 求 め る こ とが で き る.す. な わ ち,す. 数 成 分 が ゼ ロ で な い特 定 の 試 料 を 測 定 し た 時 の 為 他 の 手 段 で 求 め たhDか. 最 後 に,本. べ て の空間 周波. 研 究 の相 当部分 は著者 の一 人 が兵庫 県 立. 工 業 試 験 場 に 勤 務 して い た 時 に 行 わ れ た も の で あ り,. と. ら T(λw) の 測 定 を 行 うの で あ. 本研 究 の遂 行 に種 々の協 力 を頂 きま した試験 場 の皆 様 に深 く感 謝 の 意 を 表 し ま す.. る. 以 上 の 議 論 か ら分 か る よ うに,こ. の方 法 を用 い る と. 参. 考. 文. 献. 完 全 な平 面 を用 い な い で 断 面 形 状 を 測 定 で き る と考 え られ る.完 全 な 形 状 計 測 を 実 現 す る た め に は 厳 密 に は. 1). 細 か い種 々 の 問 題 点 は ま だ 残 る.し. 2). か し少 な く と も,. 高 精 度 形 状 計 測 に お い て こ れ ま で 必 要 と考 え られ て き た完 全 平 面(機 条 件 が,オ. 3). 械 加 工 で は基 本 的 に 実 現 が 不 可 能) の. プ テ ィカ ル ス キ ッ ド法 と デ ー タ 処 理 を 組 み. 合 わ せ て 解 決 で き る こ とを 示 し得 た と我 々 は 考 え る. 5. 一般 に. 結. 4) 5). 言. 6). ,超 精 密 面 の 形 状 を高 精 度 に測 定 し よ うとす. る場 合 は 理 想 的 な平 面 が 必 要 と な る.し か し,そ れ ら を得 る こ と は 現 実 に は非 常 に 難 し い.こ. 7). こで述 べた方. 法 は,理 想 的 な参 照 ミ ラ ー面 を 必 要 と せ ず,さ. ら に移. 動型 試 料 テ ー ブ ル の 直 進 性 な ら び に 床 振 動 の 影 響 を 受. 8). け な い で,超. 9). 精密 面 の断面形 状 を高精 度 に測定 す る方. 法 に つ い て で あ る.内 (1). 容 を ま と め る と以 下 に な る。 10) 11). 断 面 形 状 測 定 用 の セ ン サ ヘ ッ ドを 提 案 し, こ. の ヘ ッ ドと オ プ テ ィ カ ル ス キ ッ ド法 を 用 い て 形 状. 135. 谷 田貝 豊 彦:光 干 渉計 測 法 の 最 近 の進 歩,精 密 機 械, 51, 4 (1985) 695. 例 えばIR 3 シ ステ ム,WYKO 社 製造,松 貿機 器(株)が 販 売. (株)小坂研究所 が販 売.研 究 論文 は小沢則光,河 野嗣 男, 三 井公之,武 者 徹,宮 本紘 三:非 接 触光 学式 微細 形状 測 定 ヘ ッ ド(HIPOSS‑1),精 密 工 学 会 誌 52, 12 (1986) 2080. (株)東京精 密が販売. 宮 田威男:超 精 密加工 技術 と短波 長光 学部 品 への応 用, 応用物理, 58, 6 (1989) 842. 田中 充:最 近 のナ ノ メー トル計 測技術,光 波 干渉 計 に つ いて,応 用物理, 56, 6 (1987) 734. 安 達正 明,三 木 秀 司,中 井 康秀,川 口 格:上 下 振動 の 影響 を受け ない高精度粗 さ測 定法(第1報)― オ プテ ィ カ ル スキ ッド法 の 提 案,精 密工 学 会誌 56, 1 (1990) 140. STEP HEIGHT STANDARD, VLSI Standard Incorporated, Model No. SHS-0440 A, Serial No.278-003-004 C. 玉 虫 文 一 ほ か 二理 化 学 辞 典(第3版 (1981) 998. 同 上, p. 527. 同 上, p. 1176.. 増 補 版),岩. 波書 店.

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参照

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