JP3998589B2 - 音圧測定装置及び圧測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば、超音波を液体中に照射して被洗浄物を洗浄する洗浄装置に備えられ、その超音波音圧を測定する音圧測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、液晶表示装置の製造装置や、半導体装置の製造装置などでは、ワークとしての液晶ガラス基板や半導体ウエハなどの被洗浄物を高い清浄度で洗浄する工程が要求される。
【0003】
被洗浄物を洗浄する方式としては、洗浄液中に複数枚の被洗浄物を浸漬するデイップ方式や、被洗浄物に向けて洗浄液を噴射して一枚づつ洗浄する枚葉方式などがある。
【0004】
一方、洗浄液に超音波振動を付与し、その振動作用によって被洗浄物から微粒子を高率よく除去する方式も実用化されている。
【0005】
この場合、洗浄液に付与する振動については、一般的には、周波数20〜100kHz程度の超音波を利用するが、液晶用のガラス基板や半導体ウェハなどでは、600〜2000kHz程度の周波数帯域を利用する超音波洗浄装置が用いられている。
【0006】
このような超音波洗浄装置では、振動板に振動子を取り付け、この振動子に超音波発振器の発振出力を供給している。この供給により、振動子が超音波振動し、それが振動板を介して洗浄液に付与される。
【0007】
このような超音波洗浄装置においては、装置内の超音波の音圧を音圧センサを用いて測定するようにしている。この音圧センサは、超音波を検出する圧電素子をピックアップとして用い、このピックアップで検出した超音波の大きさに比例した電圧信号を検波回路で検出し、この検波回路で検出した電圧信号でメータを振らせるようにしている。
【0008】
ところで、音圧センサに用いられているピックアップの感度には、バラツキがあるため、感度を補正する補正回路を備えている。
【0009】
即ち、音圧センサを有するプローブに当該プローブに関する校正用のデータを記憶する記憶部を設け、この記憶部の内容をモニタ側で読み出し、その読出結果に応じて可変ゲインアンプの増幅率を調整する(例えば、特許文献1参照。)。
【0010】
【特許文献1】
特開2001−21412号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開2001−21412号公報に開示されるものは、音圧センサを有するプローブに当該プローブに関する校正用のデータを記憶する記憶部を設けるため、プローブの構成が複雑化するとともに、劣化などによりプローブを交換する場合には、コスト的な無駄も大きくなるという不都合がある。
【0012】
また、一般的に、音圧センサは受振する周波数によっても感動が変動するため、測定対象の周波数に合わせた補正が必要となる。
【0013】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、各周波数毎の補正係数を格納する格納部を測定手段に設け、測定手段によって測定された音圧の波形周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いて音圧値を補正することにより、センサ手段の構成を簡略化し、センサ手段を交換してもコスト的な無駄を低減できるようにした上で、より高精度に音圧を測定できる音圧測定装置及び御圧測定方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載のものは、超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定するとともに、その音圧波形の周波数を算出し、該周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正する測定手段と、この測定手段によって補正された音圧値を表示する音圧表示手段とを具備する。
【0015】
請求項4記載のものは、超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定する測定手段と、この測定手段によって測定された音圧値を表示する音圧表示手段と、前記測定手段に周波数を入力する入力手段とを具備し、前記測定手段は、前記入力手段から入力された周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正し、前記音圧表示手段は前記補正された音圧値を表示する。
【0016】
請求項5記載のものは、発振電源から電力が供給されることにより発振する超音波振動子、この超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定するとともに、前記発振電源の発振波形から前記音圧波形の周波数を算出し、該周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正する測定手段と、この補正手段によって補正された音圧値を表示する音圧表示手段とを具備する。
【0017】
請求項6記載のものは、液体を介して伝搬してきた超音波を受振し電圧に変換する工程と、受振した超音波の周波数を検出する工程と、検出した周波数に対応した補正係数に基づき変換された電圧に対応した音圧を補正する工程とを有する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図1及び図2に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。
【0019】
図1は超音波洗浄装置を示す概略的構成図である。
【0020】
図中1は洗浄槽で、この洗浄槽1内には液体としての純水10が満たされているとともに被洗浄物15が収容されている。洗浄槽1の底面部には振動子2が設けられている。振動子2には発振電源3が接続されている。
【0021】
一方、洗浄槽1の上部側には、石英製の受振手段としての受振棒4が設けられている。受振棒4は洗浄槽1内の純水を介して振動子2と対向されている。受振棒4の先端の受波面4aはその全面が純水中に浸漬されている。
【0022】
受振棒4の受波面4aの上部側には順次、円柱部4b,円錐部4c,円柱部4dが形成され、受波面4aと反対側の上面部には変換手段としての圧電素子6が接着されている。圧電素子6は受波面4aに入射した音圧に対し相対的に比例関係にある電圧を出力する。受振棒4と圧電素子6とによりセンサ手段としてのセンサユニット16が構成されている。
【0023】
圧電素子6には測定手段としての測定部9が電気的に接続されている。測定部9は、圧電素子6から出力された電圧から音圧を測定するとともに、その音圧波形の周波数を算出するものである。この測定部9は、音圧波形の周波数を図2或いは図3に示すように一定時間測定し、この間において最も出現率の高い周波数が、事前に設定した出現率以上であるとき、その周波数を補正すべき特定周波数として用いるようになっている。
【0024】
図2は最も出現率の高い周波数が事前に設定した出現率(例えば70%)以上である場合を示す。図3は最も出現率の高い周波数が事前に設定した出現率(例えば70%)以下である場合を示し、この場合には補正すべき特定周波数として用いることはできない。
【0025】
測定部9には格納部9aが設けられ、この格納部9aには後述する補正テーブル11が格納されるようになっている。
【0026】
測定部9には音圧表示手段としての音圧表示部7が接続されている。音圧表示部7は前記測定部9によって測定された音圧値、前記測定部9によって算出された特定周波数、及び後述する補正された音圧値をそれぞれ表示するものである。
【0027】
測定部9には、パーソナルコンピュータ8が接続されている。パーソナルコンピュータ8は、音圧測定条件を設定するとともに、音圧測定値を連続的に取り込み保存し、また、後述する補正テーブル11を格納部9aに転送するようになっている。
【0028】
図4は、パーソナルコンピュータ8によって格納部9aに転送される補正テーブル11を示すものである。
【0029】
補正テーブル11は、各周波数669〜677(kHz)毎の補正係数であるGainK1、OffsetK2を有している。
【0030】
これら補正係数は、先ず、各周波数において、所定の相対音圧値に対応する音圧値を複数測定し、図6に示すような近似式をそれぞれ作成する。次に、これら各近似式における傾き(Gain)及び切片(Offset)を図5に示すようにグラフ化し、ある基準値(例えば、図6におけるA線(図5においては、傾き3.00E+0.8、切片0(ゼロ)と一致させるための補正係数として予め算出しておく。
【0031】
次に、上記した超音波洗浄装置の動作について説明する。
【0032】
まず、発振電源3から電力を供給して超音波振動子2を発振させる。これにより、洗浄槽1内の純水10中に超音波が供給され、この超音波により被洗浄物15が洗浄される。この超音波は受振棒4の受波面4aに入射して圧電素子6に送られ、この圧電素子6で圧電変換されて音圧に相当する電圧が出力される。この出力電圧に相当する音圧が測定部9にて測定され、その測定値が音圧表示部7に表示される。
【0033】
ところで、測定部9では、圧電変換された電圧の波形間時間を測定して、周波数を算出する。そして、この算出を一定時間行って周波数の分布を検定し、最も出現率の高い周波数が、事前に設定した出現率以上である場合に、その周波数を補正すべき周波数(特定周波数)とする。この周波数値は音圧表示部7に表示される。
【0034】
一方、格納部9aには、パーソナルコンピュータ8から転送された補正テーブル11が格納されており、測定部9では、補正テーブル11から補正すべき周波数に対応する一次補正係数である傾き(Gain)と切片(Offset)を選択し、測定部9で測定された音圧測定値Xに対してGain×X+Offsetの計算を行って音圧値を補正する。この補正された音圧値は音圧表示部7に表示される。
【0035】
オペレータは、音圧表示部7に表示された補正された音圧値が既定値になるように発振電源3の出力電力を調整する。
【0036】
上記したように、この実施の形態によれば、測定部9に各周波数毎の補正係数K1,K2を格納する格納部9aを設け、測定した音圧値をその周波数に対応する補正係数を格納部9aから選択的に用いて補正するため、センサユニット16に格納部を必要とすることがなく、その構成を簡略化でき、センサユニット16の交換コストも低減できる利点がある。
【0037】
なお、超音波の発振周波数が事前に既知である場合や、図3に示すように自動周波数測定時に周波数の検定率が低く、測定値にふらつきがあるような場合には、パーソナルコンピュータ8により手動で周波数を入力して補正を行うこともできる。
【0038】
また、補正式は一次ではなく、指数など他の演算式を用いても良い。
【0039】
さらに、音圧波形から周波数を算出するのではなく、発振電源3のモニタ出力などの発振波形から周波数を算出してもよい。
【0040】
また、洗浄装置としては、デイップ槽式のものに限られることなく、ノズル型やスリット型の超音波ユニットにおいて、超音波印加された流水部に音圧受振部を設置し、発振周波数に応じた感度補正を行って音圧相当値を表示するようにしても良い。
【0041】
また、音圧計の機差補正も同様に補正項に機差分を考慮することで行える。
【0042】
その他、本発明はその要旨の範囲内で種々変形実施可能なことは勿論である。
【0043】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、測定手段に各周波数毎の補正係数を格納する格納部を設け、測定した音圧値をその周波数に対応する補正係数を格納部から選択的に用いて補正するため、センサ手段に格納部を必要とすることなくその構成を簡略化できるとともに、センサ手段の交換コストも低減できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態である音圧測定装置を示す概略的構成図。
【図2】 同実施形態の周波数の分布を示すグラフ図。
【図3】 同実施形態の周波数の分布を示すグラフ図。
【図4】 同実施形態の圧電素子の感度のバラツキを補正するための補正テーブルを示す図。
【図5】 同実施形態の周波数毎の傾きと切片を示すグラフ図。
【図6】 同実施形態の周波数毎の相対音圧値と測定音圧値の関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
2…超音波振動子、3…発振電源、4…受振棒(受振部)、6…圧電素子(変換部)、7…音圧表示部(音圧表示手段)、K1,K2…補正係数、9a…格納部、9…測定部(測定手段)、K1…倍率(Gain)、K2…切片(Offset)、8…パーソナルコンピュータ(入力手段)、10…純水(液体)、14…センサユニット(センサ手段)。
Claims (7)
- 超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、
各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定するとともに、その音圧波形の周波数を算出し、該周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正する測定手段と、
この測定手段によって補正された音圧値を表示する音圧表示手段と、
を具備することを特徴とする音圧測定装置。 - 前記測定手段は、前記音圧波形の周波数を一定時間測定し、この間において最も出現率の高い周波数が、事前に設定した出現率以上であるとき、その周波数に対応する補正係数を用いて補正することを特徴とする請求項1記載の音波測定装置。
- 前記補正係数は、一次補正係数である傾き(Gain)と切片(Offset)で、
前記測定手段によって測定された音圧値をXとしたとき、
前記補正すべき音圧値は、
Gain×X+Offsetの計算式によって求められることを特徴とする請求項1記載の音圧測定装置。 - 超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、
各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定する測定手段と、
この測定手段によって測定された音圧値を表示する音圧表示手段と、
前記測定手段に周波数を入力する入力手段と、
を具備し、
前記測定手段は、前記入力手段から入力された周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正し、
前記音圧表示手段は前記補正された音圧値を表示することを特徴とする音圧測定装置。 - 発振電源から電力が供給されることにより発振する超音波振動子、この超音波振動子から発振された超音波を液体を介して受振する受振部及びこの受振部によって受振された超音波振動を圧電変換する変換部からなるセンサ手段と、
各周波数毎の補正係数を格納する格納部を有し、前記センサ手段の変換部によって変換された電圧値から音圧値を測定するとともに、前記発振電源の発振波形から前記音圧波形の周波数を算出し、該周波数に対応する補正係数を前記格納部から選択して用いることにより前記測定された音圧値を補正する測定手段と、
この補正手段によって補正された音圧値を表示する音圧表示手段と、
を具備することを特徴とする音圧測定装置。 - 液体を介して伝搬してきた超音波を受振し電圧に変換する工程と、
受振した超音波の周波数を検出する工程と、
検出した周波数に対応した補正係数に基づき変換された電圧に対応した音圧を補正する工程とを有することを特徴とする音圧測定方法。 - 前記周波数の検出は、所定時間内に受振した周波数分布から所定割合の出現率を超えた周波数とするこを特徴とする請求項6記載の音圧測定方法。
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