JP2009139089A

JP2009139089A - 温度分布計測装置

Info

Publication number: JP2009139089A
Application number: JP2007297533A
Authority: JP
Inventors: Tatsuaki Onishi; 辰明大西; Yasuhiro Namikata; 康博浪方
Original assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】計測準備が簡素化できるとともに、計測結果の信頼性が高い温度分布計測装置を提供すること。
【解決手段】空気の温度を検出する温度センサ３をワークＷの表面付近に予め定められた複数の温度計測点Ｐ_１〜Ｐ_９を経由するように移動させるＸ軸駆動機構５及びＹ軸駆動機構６と、該温度センサ３からの検出信号に基づいて各温度計測点Ｐ_１〜Ｐ_９における空気の温度を計測する温度計測部６３を内蔵した温度分布計測装置本体７とを備えるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの表面付近における空気の温度分布を計測する温度分布計測装置に関し、特に、精密加工品の表面付近における空気の温度分布を高精度に計測する温度分布計測装置に関するものである。

例えば、液晶の製造装置や検査装置において、装置を適正に稼働させるためには、装置周囲の空気、特に、ワーク（加工品、検査品）の表面付近の空気が精密に温調されていることが必要である。
液晶のガラス基板の検査を行う例では、ガラス基板表面付近の空気温度が±０．１℃以内の温度分布であることを要求されることがあり、要求温度分布を満足していることを検証する必要がある。

従来、液晶ガラス基板のような精密加工品（以下、単に「ワーク」という。）の表面付近における空気の温度分布を計測する温度分布計測装置としては、図６に示すようなものがある。
図６に示す温度分布計測装置１００は、空気の温度を検出する複数の温度センサ１０１をワークＷの表面付近に予め定められた複数の温度計測点に固定し、温度分布計測器１０２が各温度センサ１０１からの検出信号に基づいて各温度計測点における空気の温度を計測するようにしている。

このため、この温度分布計測装置１００は、以下の（１）〜（３）のような問題があった。
（１）複数の温度センサ１０１のそれぞれを各温度計測点に固定しなければならず、また複数の温度センサ１０１のそれぞれについて補正を行わなければならないため、計測準備作業に手間がかかる。
（２）温度分布計測器１０２に対する温度センサ１０１の接続可能本数を超えて温度計測点の数が増えた場合には、１台の温度分布計測器１０２で温度分布計測を行うことができない。
（３）各々の温度センサ１０１の精度にバラツキがある場合に、温度分布を正確に計測できず、信頼性が低下する。

なお、特許文献１には、温度分布検知カメラを用いて温度分布を計測するという技術が開示されているが、この特許文献１に係る技術では、空気の温度を直接的に検出して温度分布を計測するものでないため、計測精度が低いという問題がある。
特開２００１−１２４６２８号公報

本発明は、上記従来の温度分布計測装置の有する問題点に鑑み、計測準備が簡素化できるとともに、計測結果の信頼性が高い温度分布計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の温度分布計測装置は、ワークの表面付近における空気の温度分布を計測する温度分布計測装置であって、空気の温度を検出する温度センサをワークの表面付近に定められた複数の温度計測点を経由するように移動させる駆動機構と、該温度センサからの検出信号に基づいて各温度計測点における空気の温度を計測する温度計測部とを備えたことを特徴とする。

この場合において、駆動機構の駆動源をワークの高さ位置よりも低い高さ位置に配置するものとすることができる。

本発明の温度分布計測装置によれば、ワークの表面付近に定められた複数の温度計測点を経由するように温度センサが移動され、該温度センサからの検出信号に基づいて各温度計測点における空気の温度が計測されるので、ワークの表面付近における空気の温度分布を単一の温度センサで計測することができる。

これにより、以下の（１）〜（３）のような効果を奏する。
（１）従来は複数の温度センサを用いていたため手間がかかっていた計測準備作業を容易かつ短時間で行うことができる。
（２）温度計測点が増えても温度センサの移動経路の変更で対応することができる。
（３）単一の温度センサで温度計測を行うことができるので、複数の温度センサを用いる場合のように各々の温度センサの精度のバラツキの影響を受けず、計測結果に対する信頼性を向上させることができる。

また、駆動機構の駆動源を複数の温度計測点よりも下側に配置することにより、駆動源から発せられる熱の影響による温度分布の乱れを確実に防ぐことができる。

以下、本発明の温度分布計測装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図５に、本発明の温度分布計測装置の一実施例を示す。
この温度分布計測装置１は、図示されないクリーンブース内に設置される検査装置２上に載置された液晶ガラス基板Ｗ（以下、単に「ワークＷ」という。）の表面付近の空気の温度分布を計測するものである。

図１に示すように、この温度分布計測装置１は、空気の温度を検出する温度センサ３と、検査装置２及びワークＷを内包するように設置される架台４と、架台４に組み付けられるＸ軸駆動機構５及びＹ軸駆動機構６と、図示されないクリーンブースの外側に設置される温度分布計測装置本体７とを備えている。

架台４は、前後左右に所定間隔を存して配置される左前側脚部材１１、左後側脚部材１２、右前側脚部材１３及び右後側脚部材１４と、これら脚部材１１〜１４によって支持される天井枠フレーム１５とより構成されている。
天井枠フレーム１５は、左右に配される左側縦梁部材１６及び右側縦梁部材１７と、前後に配される前側横梁部材１８及び後側横梁部材１９とが組まれて構成されている。
ここで、前側横梁部材１８（後側横梁部材１９）の長手方向をＸ軸方向と定め、左側縦梁部材１６（右側縦梁部材１７）の長手方向をＹ軸方向と定めるものとすることとする。

Ｘ軸駆動機構５は、左側縦梁部材１６と右側縦梁部材１７との間に跨るように左右方向（Ｘ軸方向）に延設されてそれら縦梁部材１６，１７上に設置される第１フレーム２１と、この第１フレーム２１の右側端部から垂れ下がるように上下方向に延設されてその第１フレーム２１に一体結合される第２フレーム２２とを備えている。

第１フレーム２１において、その右側端部には第１従動歯付きプーリ２３が支承されるとともに、その左側端部には第２従動歯付きプーリ２４が支承されている。
第２フレーム２２の下側端部には、Ｘ軸サーボモータ２５によって回転駆動される駆動歯付きプーリ２６が支承されている。
駆動歯付きプーリ２６と第１従動歯付きプーリ２３との間には、駆動タイミングベルト２７が巻き掛け装着されている。
第１従動歯付きプーリ２３と第２従動歯付きプーリ２４との間には、従動タイミングベルト２８が巻き掛け装着されている。
第１フレーム２１上には、温度センサ３の取付台としてのセンサベース２９が設置され、このセンサベース２９は、図示されない固定具を介して従動タイミングベルト２８に固着されている。

Ｙ軸駆動機構６は、架台４の上下方向中間位置においてその架台４とＸ軸駆動機構５における第２フレーム２２との間に配されるフレーム３０を備えている。
このフレーム３０は、右前側脚部材１３と右後側脚部材１４との間に掛け渡されるように前後方向（Ｙ軸方向）に延設されてそれら脚部材１３，１４に固着されている。
このフレーム３０において、その後側端部にはＹ軸サーボモータ３１によって回転駆動される駆動歯付きプーリ３２が支承されるとともに、その前側端部には従動歯付きプーリ３３が支承されている。
これら駆動歯付きプーリ３２と従動歯付きプーリ３３との間には、駆動タイミングベルト３４が巻き掛け装着されている。
Ｘ軸駆動機構５における第２フレーム２２において、駆動タイミングベルト３４と対向する側の面には固定プレート３５が固着され、この固定プレート３５は、図示されない固定具を介して駆動タイミングベルト３４に固着されている。

ここで、Ｘ軸駆動機構５の駆動源であるＸ軸サーボモータ２５及びＹ軸駆動機構６の駆動源であるＹ軸サーボモータ３１は、いずれもワークＷの高さ位置よりも十分に低い高さ位置に配置されている。
こうして、Ｘ軸サーボモータ２５及びＹ軸サーボモータ３１から発せられる熱の影響による温度分布の乱れを確実に防ぐことができる。

Ｘ軸駆動機構５における第１フレーム２１と、左側縦梁部材１６及び右側縦梁部材１７との間には、第１フレーム２１をＹ軸方向に案内する直動案内手段３６，３６′が介設されている。
Ｘ軸駆動機構５における第１フレーム２１と、センサベース２９との間には、センサベース２９をＸ軸方向に案内する直動案内手段３７，３７′が介設されている。
直動案内手段３６としては、例えば、図２（ａ）に示すような直動案内機構３８、図２（ｂ）に示すような直動案内機構３９又は図２（ｃ）に示すような直動案内機構４０のいずれを採用してもよい。

図２（ａ）に示す直動案内機構３８は、左側縦梁部材１６の上面に取り付けられ、Ｙ軸方向に延びる溝付きレール４１と、第１フレーム２１の下面に取り付けられた軸サポート部材４２によって支持されるシャフト４３に支承され、溝付きレール４１の溝部に接触して転動するローラ４４とよりなるものである。
また、図２（ｂ）に示す直動案内機構３９は、左側縦梁部材１６の上面に取り付けられ、Ｙ軸方向に延びるレール４５と、第１フレーム２１の下面に取り付けられた軸サポート部材４６によって支持されるシャフト４７に支承され、レール４５の両側を挟むように両端部に鍔が設けられて該レール４５の上面と接触して転動する両端鍔付きローラ４８とよりなるものである。
また、図２（ｃ）に示す直動案内機構４０は、左側縦梁部材１６の上面に取り付けられ、Ｙ軸方向に延びるレール４９と、第１フレーム２１の下面に取り付けられ、レール４９に対し摺動自在なブロック５０とよりなるものである。
直動案内手段３６′，３７，３７′についても、図２（ａ）〜（ｃ）に示す直動案内機構３８，３９，４０と同様のものの中から適宜選択することができる。

図１に示すＸ軸駆動機構５において、Ｘ軸サーボモータ２５の回転力は、駆動歯付きプーリ２６から駆動タイミングベルト２７を介して第１従動歯付きプーリ２３に伝達される。
これにより、第１従動歯付きプーリ２３が回転駆動され、これに伴って、この第１従動歯付きプーリ２３と第２従動歯付きプーリ２４との間に巻き掛けられている従動タイミングベルト２８が駆動される。
したがって、Ｘ軸サーボモータ２５を正逆回転作動させると、従動タイミングベルト２８に固定されているセンサベース２９がＸ軸方向に往復移動され、センサベース２９に組み付けられた温度センサ３がＸ軸方向に往復移動されることになる。

Ｙ軸駆動機構６において、Ｙ軸サーボモータ３１の回転により、駆動タイミングベルト３４が駆動される。
したがって、Ｙ軸サーボモータ３１を正逆回転作動させると、固定プレート３５がＹ軸方向に往復移動され、固定プレート３５と結合された第２フレーム２２が第１フレーム２１と共にＹ軸方向に往復移動され、第１フレーム２１に設けられたセンサベース２９に組み付けの温度センサ３がＹ軸方向に往復移動されることになる。

温度分布計測装置本体７は、マイクロコンピュータを主体に構成されるものであって、温度センサ３からの検出信号が入力されるようになっている。
この温度分布計測装置本体７には、計測結果等を表示する表示器５１が設けられている。

図３に示すように、温度分布計測装置本体７は、プログラム指令部６１と、記憶部６２と、温度計測部６３と、表示信号出力部６４と、位置指令信号出力部６５と、Ｘ軸サーボモータ制御部６６と、Ｙ軸サーボモータ制御部６７と、トリガ信号出力部６８とを備えている。
なお、Ｘ軸サーボモータ２５には、温度センサ３のＸ軸方向における現在位置を示すＸ軸方向位置信号を出力するエンコーダ２５ａが付設されており、このエンコーダ２５ａからのＸ軸方向位置信号はＸ軸方向位置フィードバック信号としてＸ軸サーボモータ制御部６６に与えられる。
同様に、Ｙ軸サーボモータ３１には、温度センサ３のＹ軸方向における現在位置を示すＹ軸方向位置信号を出力するエンコーダ３１ａが付設されており、このエンコーダ３１ａからのＹ軸方向位置信号はＹ軸方向位置フィードバック信号としてＹ軸サーボモータ制御部６７に与えられる。

ここで、プログラム指令部６１は、プログラムの実行に関わる各種指令を出力する。
記憶部６２は、図５のフローチャートに示すアルゴリズムを有する温度分布計測処理プログラムや、演算処理等に必要な各種データなどを記憶する。
温度計測部６３は、温度センサ３からの検出信号に基づいて空気の温度を計測する。
表示信号出力部６４は、表示器５１に表示させるべき表示内容に応じた表示信号を生成・出力する。
位置指令信号出力部６５は、予め記憶部６２に記憶されている温度計測点の二次元（Ｘ−Ｙ平面）の位置座標に基づいて位置指令信号を生成・出力する。
Ｘ軸サーボモータ制御部６６は、位置指令信号出力部６５からの位置指令信号と、Ｘ軸サーボモータ２５に付設のエンコーダ２５ａからのＸ軸方向位置フィードバック信号とに基づいて、Ｘ軸サーボモータ２５に出力すべき駆動制御信号を演算し、この演算結果に基づくＸ軸サーボモータ駆動制御信号によりＸ軸サーボモータ２５の回転を制御する。
Ｙ軸サーボモータ制御部６７は、位置指令信号出力部６５からの位置指令信号と、Ｙ軸サーボモータ３１に付設のエンコーダ３１ａからのＹ軸方向位置フィードバック信号とに基づいて、Ｙ軸サーボモータ３１に出力すべき駆動制御信号を演算し、この演算結果に基づくＹ軸サーボモータ駆動制御信号によりＹ軸サーボモータ３１の回転を制御する。
トリガ信号出力部６８は、温度センサ３によって連続的に検出される温度検出信号のある瞬間における温度検出信号を保持するタイミングを与えるためのトリガ信号を出力する。
温度計測部６３、表示信号出力部６４、位置指令信号出力部６５、Ｘ軸サーボモータ制御部６６、Ｙ軸サーボモータ制御部６７及びトリガ信号出力部６８の各種機能部は、温度分布計測処理プログラムがＣＰＵで実行されることによりその機能が実現される。

本実施例においては、図４に示すように、ワークＷの上面から所定高さＨを隔てた位置にあるＸ−Ｙ平面６９内に、互いに所定間隔を存して縦横に、第１温度計測点Ｐ_１（ｘ_１，ｙ_１）、第２温度計測点Ｐ_２（ｘ_２，ｙ_２）、第３温度計測点Ｐ_３（ｘ_３，ｙ_３）、第４温度計測点Ｐ_４（ｘ_４，ｙ_４）、第５温度計測点Ｐ_５（ｘ_５，ｙ_５）、第６温度計測点Ｐ_６（ｘ_６，ｙ_６）、第７温度計測点Ｐ_７（ｘ_７，ｙ_７）、第８温度計測点Ｐ_８（ｘ_８，ｙ_８）及び第９温度計測点Ｐ_９（ｘ_９，ｙ_９）がそれぞれ定められている。
温度センサ３は、Ｘ軸駆動機構５とＹ軸駆動機構６の駆動制御により、図４中のＸ−Ｙ平面６９内における矢印で示された経路に沿ってそれら９箇所の温度計測点Ｐ_１〜Ｐ_９を経由するように移動される。

次に、温度分布計測動作について、主に図３のブロック図及び図５のフローチャートを用いて以下に説明する。
なお、図５中記号「Ｓ」はステップを表わす。

（ステップＳ１〜ステップＳ３の処理内容）
まず、位置指令信号出力部６５は、ステップＳ１において、温度センサ３を位置させるべき温度計測点Ｐ_Ｎを第１温度計測点Ｐ_１に定め、ステップＳ２において、その第１温度計測点Ｐ_１の位置座標（ｘ_１，ｙ_１）を記憶部６２から読み出す。
そして、ステップＳ３において、位置指令信号出力部６５は、ステップＳ２で読み出した位置座標（ｘ_１，ｙ_１）に基づいて位置指令信号を生成し、生成された位置指令信号をＸ軸サーボモータ制御部６６及びＹ軸サーボモータ制御部６７に向けて出力する。

（ステップＳ４の処理内容）
Ｘ軸サーボモータ制御部６６は、位置指令信号出力部６５からの位置指令信号と、Ｘ軸サーボモータ２５に付設のエンコーダ２５ａからのＸ軸方向位置フィードバック信号とに基づいて、Ｘ軸サーボモータ２５に出力すべき駆動制御信号を演算し、この演算結果に基づくＸ軸サーボモータ駆動制御信号をＸ軸サーボモータ２５に向けて出力する。
一方、Ｙ軸サーボモータ制御部６７は、位置指令信号出力部６５からの位置指令信号と、Ｙ軸サーボモータ３１に付設のエンコーダ３１ａからのＹ軸方向位置フィードバック信号とに基づいて、Ｙ軸サーボモータ３１に出力すべき駆動制御信号を演算し、この演算結果に基づくＹ軸サーボモータ駆動制御信号をＹ軸サーボモータ３１に向けて出力する。
こうして、温度センサ３が第１温度計測点Ｐ_１（ｘ_１，ｙ_１）に位置決めされる。

（ステップＳ５の処理内容）
例えば、時刻ｔ_１において温度センサ３が第１温度計測点Ｐ_１（ｘ_１，ｙ_１）に位置決めされたとき、トリガ信号出力部６８は、温度センサ３によって連続的に検出される温度検出信号の時刻ｔ_１における温度検出信号Ｔ_１を保持するタイミングを与えるためのトリガ信号を温度計測部６３に向けて出力する。
これにより、温度計測部６３は、時刻ｔ_１における温度検出信号Ｔ_１を保持することになる。

（ステップＳ６の処理内容）
ステップＳ６において、温度計測部６３は、ステップＳ５で保持した温度検出信号Ｔ_１に基づいて第１温度計測点Ｐ_１（ｘ_１，ｙ_１）における空気の温度を計測し、計測結果を記憶部６２に記憶させる。
その後、温度計測部６３は、計測値をゼロクリアして次の計測に備えて待機する。

（ステップＳ７〜ステップＳ８での判断が「ＮＯ」の場合の処理内容）
ステップＳ７において、位置指令信号出力部６５は、温度センサ３を位置させるべき温度計測点Ｐ_Ｎを第２温度計測点Ｐ_２に定め、ステップＳ２において、その第２温度計測点Ｐ_２の位置座標（ｘ_２，ｙ_２）を記憶部６２から読み出す。
以下、第２温度計測点Ｐ_２に関して、ステップＳ３〜ステップＳ６の処理を実行する。
また、第３温度計測点Ｐ_３、第４温度計測点Ｐ_４、第５温度計測点Ｐ_５、第６温度計測点Ｐ_６、第７温度計測点Ｐ_７、第８温度計測点Ｐ_８及び第９温度計測点Ｐ_９のそれぞれに関してもステップＳ３〜ステップＳ６の処理を実行する。

（ステップＳ８での判断が「ＹＥＳ」の場合の処理内容）
第１温度計測点Ｐ_１〜第９温度計測点Ｐ_９の各温度計測点における空気の温度計測の１サイクル動作が全て終了したとき、表示信号出力部６４は、この温度計測の１サイクル動作によって得られた温度分布の計測結果内容を示す表示信号を生成し、生成された表示信号を表示器５１に向けて出力する。
これにより、温度分布の計測結果内容が表示器５１に表示される。

以下、温度分布の検証に必要な量の温度分布計測データが得られるまで、所定のサイクルタイムで図５のフローチャートに示す温度分布計測処理を繰り返し実行する。

本実施例の温度分布計測装置１によれば、ワークＷの表面付近に定められた第１温度計測点Ｐ_１〜第９温度計測点Ｐ_９を経由するように温度センサ３が移動され、該温度センサ３からの検出信号に基づいて各温度計測点Ｐ_１〜Ｐ_９における空気の温度が計測されるので、ワークＷの表面付近における空気の温度分布を単一の温度センサ３で計測することができる。

これにより、以下の（１）〜（３）のような効果を奏する。
（１）従来は複数の温度センサを用いていたため手間がかかっていた計測準備作業を容易かつ短時間で行うことができる。
（２）Ｘ軸サーボモータ制御部６６及びＹ軸サーボモータ制御部６７による温度センサ３の位置制御内容の変更で温度センサ３の移動経路を簡単に変更することができるので、温度計測点が増えても温度センサ３の移動経路の変更で容易に対応することができる。
（３）単一の温度センサ３で温度計測を行うので、温度センサ３の絶対温度に対するバラツキが減り、計測結果に対する信頼性を向上させることができる。

以上、本発明の温度分布計測装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、例えば、Ｘ軸駆動機構５及びＹ軸駆動機構６に加え、鉛直方向のＺ軸駆動機構を備えることによって、三次元の位置座標に基づいて任意の温度計測点Ｐ_Ｎ（ｘ_Ｎ，ｙ_Ｎ，ｚ_Ｎ）を設定するようにしたり、温度センサの駆動機構として、上記実施例において用いているサーボモータ、タイミングベルト等による駆動方式以外の任意の駆動方式、例えば、ボールねじ等の直動アクチュエータやＶベルト、丸ベルト等の伝動機構を採用することができる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の温度分布計測装置は、ワークの表面付近における空気の温度分布を単一の温度センサで高精度に計測することができるという特性を有していることから、精密加工品等の表面付近における空気の温度分布計測の用途に好適に用いることができる。

本発明の温度分布計測装置の一実施例を示す全体外観斜視図である。直動案内手段の説明図である。温度分布計測装置の制御システムを説明するブロック図である。温度計測点の配置を説明する図である。温度分布計測処理プログラムの処理内容を説明するフローチャートである。従来の温度分布計測装置の概略構成を説明する模式図である。

符号の説明

１温度分布計測装置
３温度センサ
５Ｘ軸駆動機構
６Ｙ軸駆動機構
７温度分布計測装置本体
６３温度計測部
Ｗワーク
Ｐ_１〜Ｐ_９温度計測点

Claims

ワークの表面付近における空気の温度分布を計測する温度分布計測装置であって、空気の温度を検出する温度センサをワークの表面付近に定められた複数の温度計測点を経由するように移動させる駆動機構と、該温度センサからの検出信号に基づいて各温度計測点における空気の温度を計測する温度計測部とを備えたことを特徴とする温度分布計測装置。
駆動機構の駆動源をワークの高さ位置よりも低い高さ位置に配置するものとしたことを特徴とする請求項１記載の温度分布計測装置。