JP2016511829A - 領域の表面精度の定量的測定のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
・ 自動車、例えば、トランクの蓋、ライトのカバー、レンズ等のプラスチック部品用の金型の研磨;
・ エンジンの部品、例えばカムシャフト;
・ 医療用インプラント、例えば人工腰関節の表面;
・ 光学部品、例えば、安全ガラスやコンタクトレンズ用の射出成型金型
・ 長い動作距離:ターゲット領域から70〜800mmに配置可能;
・ 大きな表面を同時に:高速測定;
・ 研磨プロセスへのフィードバックとしての大領域にわたる定量的データ。
ΔL=z1+Δz1+Δl
ここで、Δz1は、平面からの表面のずれ(オフセット)であり、
z1=x1×tan(φ)
Δl=(z1+Δz)/cos(Θ)
Δg=(x1+Δx1)×sin(Θ)
ここで、
Δx1=(z1+Δz1)×tan(Θ)
δ(x)=2π(ΔL(x)−Δg(x))/λ
δ(x)=2π(ΔL(x)−Δg(x)+f(x))/λ
V(focalarea)=ΣxΣyV(x,y)
IX,Y(α,β)=<V(X,Y)*V(X,Y)*>T
ここで、Tは強度についての平均化時間であり、X,Yはサンプルに対する焦点平面上の焦点領域の位置であり、αは放出光の天頂角であり、βは方位角である。
δ(x,y)=2π(x*tan(φx)+Δz(x,y)+f(x,y))/λ
1. 傾斜角φx、
2. 表面変化Δz(x,y)、及び
3. 形状因子f(x,y)
器具表面を機械で又は人力で研磨する。研磨プロセスは、所定の平滑さを達成するための研磨プロセスの進め方を決定することができるようにするため、表面粗さを表す表面領域の測定を要する。ここでは、4mm×4mmのブロックの対象を、2000nmの焦点分解能において2000×2000画素で調べる。光は、635nmの波長でレーザーダイオードから放出される。
1. (u=0,v=0)における中心ピーク(S1)は、領域の全反射強度である。
2. 大きなバルジ(***部)(S3)は、ランダムに分布する強度変化に対応する。
3. ピークS1は、同様の強度を有する近隣画素に対応するペデスタル(台部)(S2)を有する。
4. 孤立したピーク(S4)は、大規模な線形構造に対応する。
5. S3は楕円形(非対称)であり、強度が、構造角Φに沿った一方向においてより規則的であることを示す。
・ どこにおいても傾斜角φx=0、Δz=0及びf=0の完全鏡は、単一のピークS1のみを有する。
・ 直線的な線(つまり、以前のホーニングステップによって生じたもの)は、孤立したピークS4として表れる。
・ 一方向研磨は、主軸位置角Φgaussを有する楕円分布ノイズS3と比較して、一方向によりランダムな特徴を示す。
・ 粗い表面は、傾斜角φxにおいて大きな変化を有し、大きなガウス型分布S3を示す。
・ 傾斜角φxが大抵の焦点領域について同様である表面は、小さなS3及び大きなS2を示す。これは、光沢表面のように見えるが、鏡ほどではない。
・ また、光沢は、角度Φglossにおいて一方向でより大きくなり、他方向においてより鏡状になり得る。
・ 最後に、焦点領域の形状が平坦になると、つまりΔz及びfが両方とも小さくなると(<λ/10)、表面は鏡になる。
主軸切断面:a1p,a2p,a3p,a4p(図3);
短軸切断面:a1m,a2m,a3m。
1. amax−a3p=ガウスノイズ部分、つまり、全戻り強度と比較した広帯域ノイズの量
2. (amax−a3p)/(amax−a3m)=ガウスノイズの非対称性
3. Φgauss=非対称構造の角度
4. a4p−a3p=ガウスノイズと比較した構造線の量
5. a2p−a3p=光沢。
2 ビームエキスパンダー
3 ビームスプリッター
4 対象表面
5 集束レンズ
6 カメラ
Claims (14)
- 領域の表面精度の定量的測定のための方法であって、
単色光平面波を所定の表面領域に向けるステップと、
前記表面領域に焦点を合わせたカメラ及びレンズシステムを用いて反射光の画像を記録するステップと、
記録された前記画像から表面精度パラメータを導出するステップとを備え、
前記表面精度パラメータが、
記録された前記画像のフーリエ変換を得ることと、
前記フーリエ変換のフーリエスペクトルに、所定のフーリエ成分をフィッティングすることと、
前記フーリエ成分から前記表面領域の表面精度パラメータを決定することとによって決定され、
前記フーリエ成分が、前記フーリエ変換の主軸に沿って且つ短軸にわたって、大きなガウス成分及びスペクトルのピークとして少なくとも決定されることを特徴とする方法。 - 前記単色光平面波が前記表面領域に垂直に又は6度未満の角度で向けられる、請求項1に記載の方法。
- 前記カメラ及びレンズシステムが前記表面領域に垂直に又は6度未満の角度で配置される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記反射光と前記カメラ及びレンズシステムの光軸との間の角度差が6度未満である、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 更なる成分が、
ピークの基礎としての幅広のガウス成分、
中心の最大値の外側の成分ピーク
として主軸に沿ってフィッティングされる、請求項1に記載の方法。 - 更なる成分が、
大きなガウス成分の主軸及び短軸の割当、
主軸の方向、
最大値の中心の外側の成分ピークの方向
として主軸及び短軸にフィッティングされる、請求項1に記載の方法。 - 前記主軸に沿った大きなガウス成分を中心ピークの最大値で割った値が、研磨の質を定める、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- ピーク付近の幅広のガウス成分を大きなガウス成分で割った値が、表面の光沢を定める、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記主軸に沿った大きなガウス成分を前記短軸に沿った大きなガウス成分で割った値が、表面の対称性を定める、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記主軸の方向が、表面の構造線の方向を示し、中心の最大ピークの外側の成分ピークのサイズが構造線を示す、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 焦点画素領域の直径が100波長よりも小さい、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 表面観測撮像領域の直径が4000波長よりも大きい、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 光が300〜1500ナノメートルの光学波長又は赤外波長にある、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 領域の表面精度の定量的測定のための装置であって、
光路に沿って向けられる光のビームを生じさせるための光源と、
前記光源の下流に前記光路に沿って配置されたビームエキスパンダーと、
前記ビームエキスパンダーの下流の前記光路内に物質を位置決めするための位置決め手段と、
前記物質の下流に前記光路に沿って配置された、反射ビームを検出するための撮像検出器とを備えた装置。
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