DE102013224814A1

DE102013224814A1 - Konturformmessverfahren

Info

Publication number: DE102013224814A1
Application number: DE102013224814.8A
Authority: DE
Inventors: Akinori Miyata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-06-12
Also published as: US9134105B2; JP2014132264A; JP6289061B2; GB2508737A8; GB2508737A; US20140157564A1; GB2508737B; GB201321211D0

Abstract

Ein Konturformmessverfahren ist geschaffen worden, das genau einen zu messenden Gegenstand zu einer vorbestimmten Position ausrichten kann, um eine Hochpräzisionsauswertung sogar in einem Zustand zu ermöglichen, bei dem eine Sensormessachse und eine Tischdrehachse nicht mit einer ausreichenden Genauigkeit übereinstimmen. Eine räumliche Position der Tischdrehachse relativ zu der Sensormessachse wird als ein Drehachsenvektor erlangt. Die Ausrichtdaten, die in zumindest zwei Richtungen erlangt werden, werden um den Drehachsenvektor koordinatentransformiert, um synthetisierte Ausrichtdaten zu bilden. Der Gegenstand wird auf der Basis der synthetisierten Ausrichtdaten ausgerichtet. Da dreidimensionale Daten einer zu messenden Fläche des Gegenstands berechnet werden können, kann der Gegenstand direkt zu der Sensormessachse ausgerichtet werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Konturformmessverfahren zum genauen Messen einer Form eines optischen Elements oder einer Herstellform zum Herstellen eines optischen Elements.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Eine Formmessvorrichtung der Sensorart wird weitgehend verwendet zum Messen einer Form einer zu messenden Oberfläche eines zu messenden Gegenstands, wie beispielsweise ein optisches Element oder eine Herstellform. Ein Beispiel der Formmessvorrichtung der Sensorart ist die in der japanischen Patentanmeldung JP H08-29153 A offenbarte Formmessvorrichtung. Diese Formmessvorrichtung misst die Form der Oberfläche, indem eine Abtastung mit einem Sensor entlang der Form der Oberfläche ausgeführt wird und gleichzeitig eine Schwingungsinformation des Sensors in chronologischer Reihenfolge erlangt wird. Eine Linie, die mit dem Sensor auf der Oberfläche abgetastet wird, wird als eine ”Abtastlinie” bezeichnet. Durch eine derartige Struktur wird die Form der Oberfläche entlang der Abtastlinie als Messdaten erlangt.
Typischer Weise wird eine Linie, die auf der Oberfläche gemessen werden soll, gemäß der Gestaltungsform der Oberfläche festgelegt. Als ein Beispiel ist die Linie, die gemessen werden soll, eine Linie, die für die Auswertung durch ein Leistungsauswertwerkzeug, wie beispielsweise ein optischer Simulator, geeignet ist. Als ein anderes Beispiel ist die Linie, die gemessen werden soll, eine Linie, die für ein Prozessverfahren durch eine Prozessmaschine zum Abwandeln des optischen Elements geeignet ist. Erwünschte Messdaten werden erlangt, indem die Abtastlinie mit der Linie, die gemessen werden soll, in Übereinstimmung gebracht wird. Die Messdaten werden dann mit der Gestaltungsform der Linie, die gemessen werden soll, verglichen. Die Form der Oberfläche kann in dieser Weise ausgewertet werden.
Es ist aus der vorstehend dargelegten Beschreibung klar, dass selbst in dem Fall, bei dem eine Oberfläche mit der gleichen Form gemessen wird, die erhaltenen Messdaten unterschiedlich sind, wenn die Abtastlinie verschieden ist. Wenn die Messdaten und die Gestaltungsform der Linie, die gemessen werden soll, für eine Auswertung in einem Zustand verglichen werden, bei dem die Abtastlinie nicht mit der Linie, die gemessen werden soll, übereinstimmt, kann die Form der Oberfläche nicht korrekt wiedererkannt werden. Das heißt, selbst wenn die Oberfläche korrekt gemäß der Gestaltungsform geformt ist, wird die Form der Oberfläche unkorrekt als von der Gestaltungsform abweichend wiedererkannt. Dies ist ein Messfehler. Ein derartiger Messfehler muss für eine Hochgenauigkeitsmessung reduziert werden.
Um die Form der Oberfläche unter Verwendung einer Konturformmessvorrichtung, bei der die Abtastlinie des Sensors uniaxial ist, genau zu messen, muss die Abtastlinie mit der Linie, die gemessen werden soll, mit einer ausreichenden Genauigkeit übereinstimmen. Eine erforderliche Bedingung dafür ist es, den Gegenstand an einer vorbestimmten Position auf der Vorrichtung anzuordnen. Ein Vorgang zum Einstellen des Gegenstands zu der vorbestimmten Position auf der Vorrichtung wird als ”Ausrichtung” bezeichnet.
Die Referenz für das Ausrichten des Gegenstands auf der Vorrichtung kann hauptsächlich in folgende zwei Gruppen eingeteilt werden: die eine ist die Oberfläche, die auf der Außenseite des Gegenstands ausgebildet wird; und die andere ist die Oberfläche, die von dem Gegenstand gemessen wird. In dem Fall, bei dem der Umstand, wie sich die Form der Oberfläche, die zu messen ist, von der Gestaltungsoberfläche unterscheidet, ausgewertet werden soll, ist es eher wünschenswert, die zu messende Oberfläche als die Referenz zu verwenden.
Als ein Verfahren zum Ausrichten in Bezug auf die zu messende Oberfläche gibt es ein Verfahren, das in der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP S62-272186 A offenbart ist. In diesem Verfahren wird der Gegenstand auf einem Drehtisch angeordnet und zu der Drehung des Drehtisches ausgerichtet.
Ein Gegenstand mit einer achsensymmetrischen asphärischen Oberfläche wird hierbei als ein Beispiel verwendet. Die Gestaltungsform der achsensymmetrischen asphärischen Oberfläche wird typischer Weise durch einen Polynomausdruck repräsentiert, der die Höhenrichtung in Bezug auf die radiale Richtung von der Mitte zu dem Umfang anzeigt. Demgemäß ist es, um die Messdaten mit der Gestaltungsform, die durch den Polynomausdruck repräsentiert wird, zu vergleichen, erwünscht, dass die Linie, die gemessen werden soll, durch die Mitte der zu messenden Oberfläche tritt und in der radialen Richtung läuft, wie dies in der Form des Ausdrucks der Gestaltungsform der Fall ist.
Beim Behandeln eines optischen Elements mit einer achsensymmetrischen asphärischen Oberfläche wird ein Verfahren zum Behandeln des optischen Elements durch ein Bewegen eines Prozesswerkzeugs in der radialen Richtung gemäß einem Befehl während einer Drehung des optischen Elements um seine Mittelachse angewendet. Der Befehl ist in diesem Fall der Polynomausdruck der Gestaltungsform oder ein Polynomausdruck, der erzeugt wird, indem ein Korrekturbetrag zu der Gestaltungsform addiert wird. Der Korrekturbetrag wird üblicherweise aus den Messdaten erzeugt. Es ist daher erwünscht, dass die Linie, die gemessen werden soll, durch die Mitte der zu messenden Oberfläche tritt und in der radialen Richtung wie in dem Behandlungsverfahren ist.
Hierbei wird die Achse zum Abtasten mit dem Sensor in der Formmessvorrichtung als ”Sensorabtastachse” bezeichnet. Beim Abtasten mit dem Sensor entlang der Sensorabtastachse schwingt der Sensor gemäß der Form der zu messenden Oberfläche. Im Hinblick auf diese Schwingungsachse wird eine Achse, die sich mit der Sensorabtastachse schneidet und die in der Richtung entlang des Sensors läuft, spezifisch als ”Sensormessachse” bezeichnet. Darüber hinaus wird eine Symmetrieachse der achsensymmetrischen asphärischen Oberfläche in dem Gegenstand als ”Gegenstandsmittelachse” bezeichnet. Wenn der Gegenstand so ausgerichtet ist, dass die Achsenmittelachse mit der Sensormessachse übereinstimmt, kann das Abtasten ausgeführt werden, indem der Sensor durch die Mitte der zu messenden Oberfläche in der radialen Richtung tritt.
In der herkömmlichen Technik wird der Gegenstand zu der Drehung des Drehtisches ausgerichtet. Das heißt, der Gegenstand wird so ausgerichtet, dass die Gegenstandsmittelachse mit der Drehachse (Tischdrehachse) des Drehtisches übereinstimmt. Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP S62-272186 A beschreibt, dass die Sensormessachse und die Tischdrehachse im Wesentlichen parallel sind. Folglich stimmt die Gegenstandsmittelachse indirekt mit der Sensormessachse überein.
Jedoch ist es unter den Umständen, bei denen eine höhere Genauigkeit in zunehmendem Maße bei der Ausrichtung erforderlich ist, wenn die Genauigkeit der Formmessung zunimmt, schwierig gewesen, die Sensormessachse und die Tischdrehachse als im Wesentlichen parallel zu erachten. Wenn die Formmessung mit einer hohen Genauigkeit ausgeführt wird, ist eine axiale Fehlausrichtung zwischen der Sensormessachse und der Tischdrehachse nicht vernachlässigbar. Selbst wenn der Gegenstand unter Verwendung der herkömmlichen Technik ausgerichtet ist, ist es schwierig sicherzustellen, dass die Gegenstandsmittelachse mit der Sensormessachse übereinstimmt. In dem Zustand, bei dem die Gegenstandsmittelachse und die Sensormessachse nicht mit ausreichender Genauigkeit übereinstimmen, stimmen die Abtastlinie und die Linie, die gemessen werden soll, nicht überein, und somit ist eine Hochgenauigkeitsmessung nicht möglich.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Konturformmessverfahren zu schaffen, das einen zu messenden Gegenstand an einer vorbestimmten Position genau ausrichten kann, um eine Hochpräzisionsmessung sogar in einem solchen Zustand zu ermöglichen, bei dem eine Sensormessachse und eine Tischdrehachse nicht mit einer ausreichenden Genauigkeit übereinstimmen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Konturformmessverfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann ein Konturformmessverfahren zum Messen einer Konturform einer zu messenden Oberfläche vorsehen, bei dem, nach einem Drehen der Oberfläche in Bezug auf einen Sensor in derartiger Weise, dass eine Sensorabtastachse und eine Messrichtung der Oberfläche übereinstimmen, eine Abtastung mit dem Sensor entlang der Sensorabtastachse ausgeführt wird, während der Sensor entlang der Form der Oberfläche in einer Richtung einer Sensormessachse bewegt wird, um Messdaten (gemessene Daten) zu erlangen, wobei das Konturformmessverfahren die folgenden Schritte aufweist: Erlangen einer räumlichen Position einer Achse zum Drehen der Oberfläche in Bezug auf den Sensor als einen Drehachsenvektor relativ zu der Sensormessachse; Erlangen von Ausrichtdaten, die die Messdaten in der Ausrichtrichtung sind, in zumindest zwei Richtungen; Koordinaten-Umwandeln von jedem Satz an Ausrichtdaten um den Drehachsenvektor herum durch eine Richtungsdifferenz zwischen einer Messrichtung und einer entsprechenden Ausrichtrichtung, und Synthetisieren der im Hinblick auf die Koordinaten umgewandelten Sätze an Ausrichtdaten zum Ausbilden von synthetisierten Ausrichtdaten; Berechnen einer räumlichen Position der synthetisierten Ausrichtdaten durch ein Anpassen der synthetisierten Ausrichtdaten an einen Polynomausdruck; Berechnen einer Differenz zwischen einer räumlichen Position der Oberfläche und der räumlichen Position der synthetisierten Ausrichtdaten, an der die Sensorabtastachse durch einen vorbestimmten Abschnitt der Oberfläche tritt, als einen Einstellfehler; Bewegen eines zu messenden Gegenstands zu einer räumlichen Position, die den Einstellfehler reduziert; und Erlangen der Messdaten nach dem Bewegen des Gegenstands.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehend dargelegten Beschreibung von beispielartigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Konturformmessverfahrens gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Darstellung einer Formmessvorrichtung der Sensorart gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Darstellung eines Anfangszustands vor dem Ausrichten.
4 zeigt eine Zustandsübergangsdarstellung einer zu messenden Fläche gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
Die 5A und 5B zeigen Darstellungen zur Beschreibung des Effekts gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Prozesses zum Erlangen eines Drehachsenvektors unter Verwendung einer asphärischen Norm.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Konturformmessverfahrens gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine Darstellung einer Formmessvorrichtung der Sensorart gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
Der Aufbau einer Formmessvorrichtung 1 der Sensorart gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung ist nachstehend zunächst unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Ein Sensor 10, der zum Abtasten entlang einer zu messenden Oberfläche 20a eines zu messenden Gegenstands 20 verwendet wird, ist durch ein Gehäuse 12 über flache Federn 11 gestützt. Zwei flache Federn 11 sind parallel angeordnet. Indem sie in dieser Weise angeordnet sind, wirken die flachen Federn 11 als eine Linearführung zum Bewegen des Sensors 10 in einer uniaxialen Richtung in Bezug auf das Gehäuse 12.
Die flachen Federn 11 wirken auch als ein Federelement zum Erzeugen einer Kraft gemäß der Relativposition des Sensors 10 und des Gehäuses 12. Hierbei kann ein Luftlager oder dergleichen als die lineare Führungsfunktion angewendet werden. Darüber hinaus kann eine magnetische Feder, die eine Magnetkraft oder dergleichen anwendet, als die Federelementfunktion angewendet werden. Obwohl ein Aufbau, bei dem der Sensor linear bewegt wird, hierbei beschrieben ist, kann ein Sensor, der in der Form eines L gebogen ist, in einer derartigen Weise angewendet werden, dass ein Ende des Sensors mit der Fläche 20a in Kontakt steht und der Sensor um das andere Ende herum gedreht wird. Das Gehäuse 12 ist an einem Z-Schlitten 13 angebracht. Das Gehäuse 12 kann in der Richtung Z bewegt werden, indem der Z-Schlitten 13 angetrieben wird.
In Bezug auf die Relativposition des Sensors 10 und des Gehäuses 12 wird eine Position, bei der die auf den Sensor 10 einwirkende Schwerkraft durch die Kraft ausgeglichen wird, die durch die flachen Federn 11 erzeugt wird, nachstehend spezifisch als ”neutrale Position” definiert. Wenn das Gehäuse 12 von der neutralen Position in einen Zustand, bei dem der Sensor 10 mit der Fläche 20a in Kontakt steht, gedrückt wird, wird eine Kraft, die dem Drückbetrag entspricht, auf den Sensor 10 aufgebracht. Diese Kraft, die auf den Sensor 10 aufgebracht wird, wird als ”Kontaktkraft” bezeichnet. In einem stationären Zustand wird die gleiche Kraft wie die Kontaktkraft, die auf den Sensor 10 aufgebracht wird, auch auf die Fläche 20a aufgebracht. Der Drückbetrag, um den das Gehäuse 12 aus der neutralen Position gedrückt wird, wird als ”Drückbetrag” bezeichnet. Selbst wenn die Höhe der Fläche 20a sich ändert, kann, indem der Z-Schlitten 13 so angetrieben wird, dass der Drückbetrag annähernd konstant gestaltet wird, die auf den Sensor 10 aufgebrachte Kontaktkraft konstant gehalten werden.
Da der Z-Schlitten 13 so angetrieben wird, dass der Drückbetrag annähernd konstant gestaltet wird, variiert die Relativposition des Sensors 10 und des Gehäuses 12 geringfügig. Folglich wird die Bewegungsachse des Sensors 10 so erachtet, dass sie mit der Bewegungsachse (Richtung Z) des Gehäuses 12 übereinstimmt. Im Hinblick darauf kann die Position des Sensors 10 in der Richtung Z gemessen werden, indem der Drückbetrag und der Antriebsbetrag des Z-Schlittens 13 erlangt werden.
Der Drückbetrag und der Antriebsbetrag des Z-Schlittens 13 können unter Verwendung eines Linearsensors erlangt werden. Verschiedene Linearsensoren sind im Handel erhältlich.
Ein anderes Verfahren zum Messen der Position des Sensors 10 in der Richtung Z ist ein Verfahren, bei dem eine fixierte Referenzebene in der Vorrichtung festgelegt wird und der Relativabstand des Sensors 10 von der fixierten Ebene durch einen Laser gemessen wird.
Der Z-Schlitten 13 ist an einem X-Schlitten 40 befestigt. Der X-Schlitten 40 treibt den Z-Schlitten 13 entlang einer Sensorabtastachse A4 an. Dies ermöglicht eine Abtastung mit dem Sensor 10 entlang der Fläche 20a. Die Bewegungsachse (Richtung Z) des Sensors 10, die sich mit einer vorbestimmten Position an der Sensorabtastachse A4 schneidet, wird als ”Sensormessachse A1” bezeichnet. Die Sensorabtastachse A4 ist so festgelegt, dass sie in einer Richtung (Richtung X) senkrecht zu der Sensormessachse A1 (Richtung Z) läuft. Der Antriebsbetrag des X-Schlittens 40 wird unter Verwendung eines Linearsensors erlangt.
Der Antriebsbetrag des X-Schlittens 40 zeigt außerdem die Position des Sensors 10 in der Richtung X an. Indem diese mit der Position in der Richtung Z kombiniert wird, ist es möglich, die Position des Sensors 10 auf der Ebene XZ zu erlangen. Als ein Ergebnis des Erlangens der Position des Sensors 10 in chronologischer Reihenfolge während des Abtastens mit dem Sensor 10 entlang der Fläche 20a kann die Konturform, wenn die Fläche 20a entlang der Ebene XZ geschnitten wird, erlangt werden.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Sensormessachse A1 und die Sensorabtastachse A4 sich nicht unter rechtem Winkel schneiden. In einem derartigen Fall, wird die Orthogonalität der beiden Achsen berechnet und als ein XZ-Wert in einem orthogonalen Zustand korrigiert. Was das Verfahren zum Berechnen der Orthogonalität der beiden Achsen anbelangt, so ist das folgende Verfahren anwendbar. Ein Hochpräzisionsstandard, der ideal als eine sphärische Fläche erachtet werden kann, wird gemessen, und die Orthogonalität wird aus dem Betrag der Abweichung der gemessenen Daten von der sphärischen Fläche berechnet. Alternativ wird der zu messende Gegenstand auf 0 Grad und 180 Grad gedreht, und das gleiche Teil wird in der hin- und hergehenden Richtung gemessen. Die Orthogonalität wird aus der Differenz der gemessenen Daten berechnet, die in der hin- und hergehenden Richtung erlangt werden.
Der X-Tisch 40 ist an einer Basis 42 über eine Abstützung 41 befestigt. Ein Drehtisch 30 ist auf die Basis 42 gesetzt. Ein Gegenstandsausrichttisch 31 ist auf den Drehtisch 30 gesetzt. Der Gegenstand 20 wird auf dem Gegenstandsausrichttisch 31 angeordnet. Beispielsweise kann der Gegenstandsausrichttisch 31 einen Aufbau haben, bei dem ein xyz-Tisch und ein Biaxial-Neigungs-Tisch (θx und θy sind Variablen) überlappen. Obwohl der Gegenstandsausrichttisch 31 nicht auf den vorstehend erwähnten Aufbau beschränkt ist, muss der Aufbau des Gegenstandsausrichttisches 31 derart sein, dass die Position und Stellung des Gegenstands 20 relativ zu dem Drehtisch 30 geändert werden können und als ein Ergebnis die Position und die Stellung des Gegenstands 20 relativ zu der Sensormessachse A1 eingestellt werden können.
Der Drehtisch 30 ist dazu in der Lage, den Gegenstandsausrichttisch 31 um die Tischdrehachse A3 zu drehen. Die Richtung des Gegenstands 20 kann in dieser Weise geändert werden. Die Richtung zum Zeitpunkt der Messung wird spezifisch als ”Messrichtung” bezeichnet. Darüber hinaus wird die Richtung zum Zeitpunkt des Erlangens der nachstehend erwähnten Ausrichtdaten als ”Ausrichtrichtung” bezeichnet. Die Antriebsposition des Drehtisches wird unter Verwendung eines Drehsensors erlangt.
Es wird angenommen, dass die Fläche 20a des Gegenstands 20 eine achsensymmetrische asphärische Fläche ist. Die aus der Form der achsensymmetrischen asphärischen Fläche berechnete Achse wird als ”Gegenstandsmittelachse A2” bezeichnet.
Ein Problem bei der Vorrichtungsstruktur ist nachstehend beschrieben. Zunächst werden verschiedene Fälle hierbei angenommen. Der erste Fall ist ein Fall, bei dem die Sensormessachse A1 und die Tischdrehachse A3 perfekt übereinstimmen. Außerdem wird angenommen, dass die Form der Fläche 20a eine ideale achsensymmetrische asphärische Fläche ist, wobei außerdem angenommen wird, dass die Gegenstandsmittelachse A2 perfekt mit der Sensormessachse A1 und der Tischdrehachse A3 übereinstimmt. In einem derartigen Zustand werden die gemessenen Formdaten unverändert belassen unabhängig davon, in welcher Richtung die Konturform der Fläche 20a gemessen wird durch ein Drehen des Drehtisches. Das heißt, eine Hochpräzisionsmessung ist in jede Richtung möglich.
Der zweite Fall ist ein Fall, bei dem eine axiale Fehlausrichtung zwischen der Sensormessachse A1 und der Tischdrehachse A3 auftritt. Die hierbei erwähnte axiale Fehlausrichtung zeigt einen Zustand an, bei dem die beiden Achsen nicht übereinstimmen, das heißt einen Zustand, bei dem die beiden Achsen sich nicht miteinander schneiden, sondern in einer schiefen (schrägen) Beziehung oder einer parallelen Beziehung sind, oder einen Zustand, bei dem die beiden Achsen sich lediglich an einem Punkt schneiden. Es wird angenommen, dass die Gegenstandsmittelachse A2 mit der Sensormessachse A1 in einer Richtung übereinstimmt. Es wird vorausgesetzt, dass der Drehtisch gedreht wird, um die Richtung in diesem Zustand zu ändern. Als ein Ergebnis stimmt die Gegenstandsmittelachse A2 nicht länger mit der Sensormessachse A1 überein. Dies bedeutet, dass ein Ändern der Richtung verursacht, dass unterschiedliche Formdaten gemessen werden. Somit tritt ein Messfehler auf. Um den Messfehler, der durch ein Ändern der Richtung verursacht wird, auf Nanometer zu reduzieren, ist es erforderlich, die axiale Fehlausrichtung in der Translationsrichtung auf Mikrometer zu begrenzen und die axiale Fehlausrichtung in der Drehrichtung auf ungefähr 1/100 zu begrenzen. Die Herstellung einer Vorrichtung, die derartige Anforderungen erfüllt, verursacht jedoch eine signifikante Kostenzunahme. Es ist sehr vorteilhaft, wenn eine Hochpräzisionsmessung möglich ist, während der Zustand toleriert wird, bei dem die axiale Fehlausrichtung zwischen der Sensormessachse A1 und der Tischdrehachse A3 auftritt. Der vorstehend erwähnte zweite Fall ist der Fall, der durch die vorliegende Erfindung angesprochen wird.
Der Gegenstandsausrichttisch 31 kann den Gegenstand 20 in zwei Translationsachsen in der Richtung X und in der Richtung Y und in zwei Drehachsen der Achsen X und Y einstellen.
Es wird angenommen, dass die Linie, die gemessen werden soll, durch die Gegenstandsmittelachse A2 der Fläche 20a tritt und in der radialen Richtung verläuft. Damit die Abtastlinie und die Linie, die gemessen werden soll, übereinstimmen, wird der Gegenstand 20 so ausgerichtet, dass die Gegenstandsmittelachse A2 mit der Sensormessachse A1 mit einer ausreichenden Genauigkeit übereinstimmt.
Das Konturformmessverfahren ist nachstehend unter Bezugnahme auf das in 1 gezeigte Flussdiagramm beschrieben. Die Richtung der Linie, die gemessen werden soll, wird auf 0 Grad für das Lesen des Drehtisches festgelegt. Für die Ausrichtrichtung werden zumindest zwei Richtungen festgelegt. Obwohl zwei Richtungen von 0 Grad und 90 Grad in diesem Ausführungsbeispiel angewendet werden, können andere Richtungen festgelegt werden, und zwei oder mehr Richtungen können zusätzlich festgelegt werden.
Bei dem Schritt S101 beginnt die Messung. Bei dem Schritt S102 wird die räumliche Position der Tischdrehachse A3 als ein Drehachsenvektor erlangt. Der hierbei erwähnte Drehachsenvektor (der A3 entspricht) ist relativ zu der Sensormessachse A1 und wird für den nachstehend erwähnten Prozess verwendet. In dem Schritt S103 wird der Drehtisch 30 in der Ausrichtrichtung gedreht. In dem Fall, bei dem die erste Ausrichtrichtung 0 Grad ist, wird der Drehtisch 30 in der Richtung gedreht, in der der Drehwinkel des Drehtisches 30 0 Grad beträgt. Bei dem Schritt S104 wird die Abtastung mit dem Sensor entlang der zu messenden Fläche ausgeführt, um die Ausrichtdaten zu erlangen. Die Ausrichtdaten in der ersten Richtung werden nachstehend spezifisch als ”Ausrichtdaten 1” bezeichnet.
Ein asphärischer Standard, der zuvor mit einer Referenzform vorgesehen worden ist, die eine achsensymmetrische asphärische Form ist, die in Bezug auf die Referenzachse (A2) symmetrisch ist, wird bei dem Schritt S102 verwendet. Hierbei werden, nachdem die Referenzachse (A2) so bewegt worden ist, dass sie mit der Achse (A3) zum Drehen der zu messenden Fläche übereinstimmt, die Messdaten erlangt, und eine bewertete Form einer signifikanten Fläche wird an die Messdaten angepasst, um die räumliche Position der Referenzachse zu berechnen. Die berechnete räumliche Position der Referenzachse wird als der Drehachsenvektor (der A3 entspricht) erlangt.
In dem Schritt S105 wird bestimmt, ob die vorbestimmten Ausrichtdaten erlangt werden oder nicht. Da die Ausrichtdaten in zwei Richtungen zu erlangen sind, wird ”NEIN” gewählt, und die Prozedur kehrt zu Schritt S103 zurück. Bei dem Schritt S103 wird der Drehtisch 30 in der Richtung von 90 Grad für das Lesen des Drehtisches 30 gedreht. Bei dem Schritt S104 werden Ausrichtdaten 2 als die Ausrichtdaten in der zweiten Richtung erlangt. Bei dem Schritt S105 wird ”JA” gewählt, wenn die Ausrichtdaten in den beiden Richtungen von 0 Grad und 90 Grad erhalten werden. Die Prozedur geht dann zu dem Schritt S106 weiter.
Bei dem Schritt S106 wird der Drehtisch in der Messrichtung gedreht. Da die Messrichtung 0 Grad ist, wird der Drehtisch 30 in der Richtung von 0 Grad als der Drehwinkel des Drehtisches gedreht. Bei dem Schritt S107 werden die Ausrichtdaten um den Drehachsenvektor durch die Richtungsdifferenz von der Messrichtung koordinatentransformiert. Was die Ausrichtdaten 1 anbelangt, sind die Ausrichtrichtung und die Messrichtung beide 0 Grad, sodass die Richtungsdifferenz 0 Grad beträgt. Demgemäß müssen die Ausrichtdaten 1 nicht koordinatentransformiert werden. Andererseits beträgt die Ausrichtrichtung der Ausrichtdaten 2 90 Grad. Da die Richtungsdifferenz von der Messrichtung von 0 Grad 90 Grad beträgt, werden die Ausrichtdaten 2 um den Drehachsenvektor um –90 Grad koordinatentransformiert. Die Koordinatentransformation wird berechnet, indem die Ausrichtdaten mit einer Koordinatentransformationsmatrix multipliziert werden. Daraufhin folgend werden die Ausrichtdaten 1 und die Ausrichtdaten 2, die um den Drehachsenvektor koordinatentransformiert sind, wie dies vorstehend aufgezeigt ist, synthetisiert, um synthetisierte Ausrichtdaten zu bilden. Ein Prozess zum Kombinieren von Felddaten der Ausrichtdaten 1 und der Ausrichtdaten 2 zum Erzeugen eines Satzes an Ausrichtdaten wird in der Ausrichtdatensynthese ausgeführt.
In dem Schritt S108, werden die synthetisierten Ausrichtdaten an eine Funktion angepasst, um einen Einstellfehler zu berechnen. Die Funktion kann beispielsweise ein polynomialer Ausdruck (Polynomausdruck) sein. Der Polynomausdruck umfasst einen mehrwertigen Polynomausdruck und einen Polynomausdruck einer trigonometrischen Funktion. Der Polynomausdruck ist ein Ausdruck, der erlangt wird, indem die Gestaltungsform der zu messenden Fläche oder das Ergebnis des partiellen Änderns der Koeffizienten der Gestaltungsform mit der Koordinatentransformationsmatrix multipliziert wird. Das heißt, der Polynomausdruck entspricht der Gestaltungsform der zu messenden Fläche oder den Formdaten, die erzeugt werden durch ein Ändern der Gestaltungsformen. Der Einstellfehler ist die Differenz zwischen der Position des Gegenstands, an dem die Ausrichtung angestrebt wird, und der Position des Gegenstands in einem ursprünglichen Zustand vor der Ausrichtung. Die Position des Gegenstands, an dem die Ausrichtung angestrebt wird, ist die Position des Gegenstands, bei der die Abtastlinie und die Linie, die gemessenen werden soll, übereinstimmen, wie dies vorstehend erwähnt ist.
Der Einstellfehler wird als räumliche Position der Gegenstandsmittelachse A2 relativ zu der Sensormessachse A1 ausgedrückt. Somit kann der Einstellfehler als Daten ausgedrückt werden, die der Differenz in der Relativposition und Stellung zwischen der Sensormessachse A1 und der Gegenstandsmittelachse A2 entsprechen. Für den Prozess zum Anpassen der synthetisierten Ausrichtdaten an dem Polynomausdruck wird beispielsweise der folgende Prozess ausgeführt. Die Quadratwurzel der Variation (sum of squares) der Differenz zwischen den synthetisierten Ausrichtdaten und dem Polynomausdruck wird als eine Auswertungsfunktion festgelegt. Es wird angenommen, dass die synthetisierten Ausrichtdaten an dem Polynomausdruck besser angepasst sind, wenn die Auswertungsfunktion kleiner ist. Der Polynomausdruck umfasst die Koordinatentransformationsmatrix, und ein Ändern des Parameters der Koordinatentransformationsmatrix bewirkt ein Ändern der Auswertungsfunktion. Folglich wird eine Optimierungsberechnung mit der Methode des steilsten Abstiegs ausgeführt, um den Parameter der Koordinatentransformationsmatrix zu berechnen, der die Auswertungsfunktion minimiert. Das heißt, der Parameter der Koordinatentransformationsmatrix repräsentiert die räumliche Position der synthetisierten Ausrichtdaten.
Bei dem Schritt S109 wird der Einstellfehler berechnet. Im Detail wird die Differenz zwischen der erwünschten räumlichen Position der zu messenden Fläche, die durch den Anwender bestimmt wird, und der räumlichen Position der synthetisierten Ausrichtdaten als der Einstellfehler berechnet. In dem Schritt S110 wird der zu messende Gegenstand zu einer derartigen Position bewegt, bei dem der Einstellfehler reduziert ist. Genauer gesagt wird der Gegenstand in der Richtung bewegt, in der die Sensormessachse A1 und die Gegenstandsmittelachse A2 übereinstimmen, indem der Gegenstandsausrichttisch 31 angetrieben wird. In dem Schritt S111 wird die Abtastung mit dem Sensor entlang der Sensorabtastachse A4 ausgeführt, um die Messdaten zu erlangen. In dem Schritt S112 werden die Messdaten mit der Gestaltungsform der Linie, die gemessen werden soll, verglichen und abgeschätzt. In dem Schritt S113 endet die Messung.
3 zeigt eine Darstellung des Anfangszustands des zu messenden Gegenstands, des Sensors und des Drehtisches vor der Ausrichtung. Die räumlichen Positionen der Sensormessachse A1, der Gegenstandsmittelachse A2, der Tischdrehachse A3 und der Sensorabtastachse A4 sind schematisch auf der Ebene XY und der Ebene XZ dargestellt. Eine axiale Fehlausrichtung ergibt sich zwischen der Sensormessachse A1 und Tischdrehachse A3, wie dies vorstehend erwähnt ist. In dem Anfangszustand vor der Ausrichtung ist die Gegenstandmittelachse A2 außerdem zu sowohl der Sensormessachse A1 als auch der Tischdrehachse A3 fehlausgerichtet. Wenn die Abtastung mit dem Sensor entlang der Sensorabtastachse A4 in diesem Zustand ausgeführt wird, werden die Messdaten der Abtastlinie D0 erhalten. Die Abtastlinie D0 stimmt nicht mit der Linie, die gemessen werden soll, überein. Es ist daher nicht möglich, die Form der zu messenden Fläche 20a in diesem Zustand genau auszuwerten.
4 zeigt eine Zustandsübergangsdarstellung der zu messenden Fläche gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Unter (a) ist in 4 der Zustand dargestellt, bei dem die Ausrichtrichtung auf 0 Grad festgelegt ist. Eine axiale Fehlausrichtung ergibt sich zwischen der Sensormessachse A1 und der Gegenstandsmittelachse A2. Eine Richtung p ist als eine Markierung dargestellt, die die Richtung an der zu messenden Fläche zeigt. Der Zustand, bei dem die Richtung p in der Richtung X ist, ist als eine 0-Grad-Richtung festgelegt. Die Ausrichtdaten 1 der Abtastlinie D1 werden in der 0-Grad-Richtung erlangt. Da die Messrichtung auch die 0-Grad-Richtung ist, müssen die Ausrichtdaten 1 nicht koordinatentransformiert werden.
Unter (b) ist in 4 der Zustand gezeigt, bei dem die Ausrichtrichtung auf 90 Grad festgelegt ist. Als ein Ergebnis des Drehens des Drehtisches um die Tischdrehachse wird die Position der Richtung p, die die Richtung des zu messenden Gegenstands auf der zu messenden Fläche anzeigt, um 90 Grad im Gegenuhrzeigersinn gedreht. Da der Drehtisch von 0 Grad zu 90 Grad um die Tischdrehachse gedreht wird, unterscheidet sich der Zustand der axialen Fehlausrichtung zwischen der Sensormessachse A1 und der Gegenstandsmittelachse A2 von dem Zustand in der 0-Grad-Richtung. Die Ausrichtdaten 2 einer Abtastlinie D2 werden in der 90-Grad-Richtung erhalten.
Unter (c) ist in 4 der Zustand gezeigt, bei dem die Ausrichtdaten 2 um den Drehachsenvektor um –90 Grad koordinatentransformiert sind. Die Position der Richtung p ist zu der Position zu der 0-Grad-Richtung zurückgekehrt. Unter (d) ist in 4 der Zustand gezeigt, bei dem die Ausrichtdaten 1 und die Ausrichtdaten 2 synthetisiert sind. Wenn die Tischdrehachse A3 mit der Drehachse bei der Datenverarbeitung übereinstimmt, befindet sich die Gegenstandsmittelachse A2 an der gleichen Position in (a) und (c) in 4. Das heißt, die zu messende virtuelle Fläche passt. Indem die Ausrichtdaten 1 und die Ausrichtdaten 2 synthetisiert werden, ist es möglich, dreidimensionale Formdaten der zu messenden Fläche zu erlangen. Wenn die dreidimensionalen Formdaten der Fläche erst einmal erlangt worden sind, können die dreidimensionalen Formdaten an den Polynomausdruck angepasst werden, um den Einstellfehler zu berechnen.
Nachstehend ist der Fall eines Ausführens einer Ausrichtung durch ein anderes Verfahren beschrieben. Beispielsweise werden die Ausrichtdaten um die Sensormessachse um –90 Grad koordinatentransformiert. Wenn die Ausrichtdaten in dieser Weise gedreht werden, befindet sich die Gegenstandsmittelachse A2 nicht auf der gleichen Position in dem Schritt bei (a) in 4 und bei dem Schritt bei (c) in 4. Anders ausgedrückt wird die zu messende virtuelle Fläche nicht eindeutig bestimmt. Demgemäß ist es selbst dann, wenn die Ausrichtdaten 1 und die Ausrichtdaten 2 synthetisiert sind, nicht möglich, die genaue Form der zu messenden Fläche zu erlangen. Wenn die genaue Form der Fläche nicht erlangt werden kann, kann der genaue Einstellfehler nicht berechnet werden. Somit ist es zum Erlangen der dreidimensionalen Formdaten der zu messenden Fläche erforderlich, den Drehachsenvektor zu erlangen und die Ausrichtdaten um den Drehachsenvektor zu koordinatentransformieren. Das Verfahren zum Erlangen des Drehachsenvektors ist nachstehend beschrieben.
Nachstehend ist der vorteilhafte Effekt des Berechnens der synthetisierten Ausrichtdaten und des Erlangens der dreidimensionalen Formdaten beschrieben. Die Ausrichtdaten 1 und die Ausrichtdaten 2, die in der Struktur dieses Ausführungsbeispiels erlangt werden, sind zweidimensionale Formdaten auf der Ebene XZ. Mit allein den zweidimensionalen Formdaten ist es normalerweise nicht möglich, zu erkennen, welchem Teil an dem dreidimensionalen Raum der zu messenden Fläche die Formdaten entsprechen. Demgemäß besteht beim Auswerten der zweidimensionalen Formdaten ein Bedarf an einem zuvor erfolgenden Erkennen, welchem Teil an der zu messenden Fläche die Formdaten entsprechen. Dies ist, wie dies vorstehend beschrieben ist, die Aufgabe zum Ausführen einer Ausrichtung.
Andererseits kann in dem Fall der dreidimensionalen Formdaten durch Berechnung bestimmt werden, welchem Teil an dem dreidimensionalen Raum der zu messenden Fläche die Formdaten entsprechen. Beispielsweise wird ein Berechnungsprozess zum Anpassen der Formdaten an das Polynom ausgeführt, wie dies vorstehend erwähnt ist. Die räumliche Position, an die die Formdaten dem Polynom am besten angepasst werden können, wird in dieser Weise berechnet. Indem die berechnete räumliche Position als die Ist-Position der zu messenden Fläche erachtet wird, kann bestimmt werden, welchem Teil an dem dreidimensionalen Raum der zu messenden Fläche die Formdaten entsprechen. Dies bedeutet, es gibt – anders als in dem Fall des Behandelns von zweidimensionalen Formdaten – keine Einschränkung dahingehend, dass zuvor bestimmt werden muss, welchem Teil die Abtastlinie entspricht. In der Tat sind die Formdaten, die bei jedem Schritt bis zu (d) in 4 erlangt werden, die Daten während der Ausrichtung, und so ist zuvor nicht bekannt, welchem Teil der zu messenden Fläche jede der Abtastlinien D1 und D2 (D2r) entspricht. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die genaue Form der zu messenden Fläche als dreidimensionale Formdaten erhalten werden, womit ermöglicht wird, dass der Einstellfehler berechnet wird.
Unter (e) in 4 ist der Zustand nach der Ausrichtung gezeigt. Da der Einstellfehler mit den synthetisierten Ausrichtdaten berechnet werden kann, wird der Gegenstandsausrichttisch 31 auf der Basis des Einstellfehlers angetrieben. Genauer gesagt wird die Ausrichtung so ausgeführt, dass die Gegenstandsmittelachse A2 und die Sensormessachse A1 übereinstimmen.
Die 5A und 5B zeigen Darstellungen zur Beschreibung des vorteilhaften Effekts gemäß der vorliegenden Erfindung. 5A zeigt den Ausrichtzustand gemäß der herkömmlichen Technik. In der herkömmlichen Technik wird die zu messende Fläche an der Drehung des Drehtisches ausgerichtet. Das heißt, die Gegenstandsmittelachse A2 und Tischdrehachse A3 stimmen überein. Außerdem ist die Sensormessachse A1 zu sowohl der Gegenstandsmittelachse A2 als auch der Tischdrehachse A3 fehlausgerichtet. Wenn die Abtastung mit dem Sensor entlang der Sensorabtastachse A4 in diesem Zustand ausgeführt wird, werden die Messdaten einer Abtastlinie Dm erhalten. Während die Linie, die gemessen werden soll, durch die Mitte der zu messenden Fläche tritt und in der radialen Richtung läuft, gilt dies nicht für die Abtastlinie.
5B zeigt den Ausrichtzustand gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Die Gegenstandsmittelachse A2 und die Sensormessachse A1 stimmen überein. Außerdem stimmt die Tischdrehachse A3 nicht mit sowohl der Gegenstandsmittelachse A2 als auch der Sensormessachse A1 überein. Die Abtastlinie Dm in diesem Zustand tritt durch die Mitte der zu messenden Fläche und läuft in der radialen Richtung. Somit stimmen die Abtastlinie und die Linie, die gemessen werden soll, überein, sodass die Form der zu messenden Fläche genauer ausgewertet werden kann als in dem Zustand, bei dem die Abtastlinie und die Linie, die gemessen werden soll, nicht übereinstimmen.
Das Verfahren zum Erlangen des Drehachsenvektors (A3) ist nachstehend beschrieben. Mehrere Verfahren stehen für das Verfahren zum Erlangen des Drehachsenvektors zur Verfügung. Eines dieser Verfahren ist ein Verfahren unter Verwendung eines asphärischen Standards. Die Fläche (Standardfläche) des asphärischen Standards ist so geformt, dass sie eine achsensymmetrische asphärische Fläche ist, und die gesamte Form der Standardfläche wird durch eine andere Messvorrichtung oder dergleichen ausgewertet. Der asphärische Standard wird auf dem Gegenstandsausrichttisch in der gleichen Weise wie der zu messende Gegenstand angeordnet. Der Drehtisch wird gedreht, während die Standardfläche mit dem Sensor in Kontakt steht. In diesem Zustand wird der Gegenstandsausrichttisch angetrieben, und die Position des asphärischen Standards wird so eingestellt, dass die Schwingung des Sensors in der Richtung Z reduziert wird. Wenn die Schwingung reduziert wird, kann bestimmt werden, dass die Mittelachse der Standardfläche und die Tischdrehachse des Drehtisches übereinstimmen. Danach wird die Standardfläche abgetastet, um die Formdaten der Standardfläche zu erlangen.
Die Abtastlinie wird durch die Beziehung zwischen der Sensormessachse und der Tischdrehachse bestimmt, und ist somit zu diesem Zeitpunkt unbekannt. Außerdem ist die Form der Standardfläche bekannt. Demgemäß wird der Berechnungsprozess zum Anpassen der Formdaten an die bekannte Form der Standardfläche ausgeführt. 6 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung des Prozesses zum Erlangen des Drehachsenvektors unter Verwendung des asphärischen Standards, und zeigt das Ergebnis des Berechnungsprozesses zum Anpassen der Formdaten 50 an eine Standardflächenform 51. Somit kann, da die Form bekannt ist, der Zustand, bei dem die Formdaten 50 an die Standardflächenform 51 am besten angepasst sind, sogar mit zweidimensionalen Daten berechnet werden.
Dies ermöglicht es, die dreidimensionale Position der Mittelachse der Standardfläche zu berechnen.
Da die Berechnung auf den Messdaten basiert, wird die Mittelachse der Standardfläche als der Wert relativ zu der Sensormessachse erhalten. Im Übrigen stimmt die Mittelachse der Standardfläche mit der Tischdrehachse überein, wie dies vorstehend erwähnt ist. Das heißt, die dreidimensionale Position der Sensormessachse und der Tischdrehachse wird als Daten der Achse relativ zu der Sensormessachse erlangt. Diese Daten der Achse sind als ”Drehachsenvektor” definiert.
Der Drehachsenvektor wird als ein repräsentativer Punkt x1, y1, z1 und eine axiale Neigung θx1, θy1 ausgedrückt. Alternativ wird der Drehachsenvektor als zwei repräsentative Punkte x1, y1, z1 und x2, y2, z2 ausgedrückt.
Ein anderes Verfahren ist das Verfahren mit einer Verwendung einer säulenartigen Einspanneinrichtung und einer geneigten Einspannrichtung. Die säulenartige Einspanneinrichtung ist wie ein quadratisches Prisma oder ein Zylinder geformt und hat eine Seitenfläche als eine Referenzfläche. Die geneigte Einspanneinrichtung ist so geformt, dass eine flache Referenzfläche in Bezug auf eine Bodenkontaktfläche geneigt ist. Zunächst wird die säulenartige Einspanneinrichtung auf dem Drehtisch so angeordnet, dass die Referenzfläche der säulenartigen Einspanneinrichtung zu der Tischdrehachse parallel ist. Ein Versatzsensor, der dazu in der Lage ist, den Versatz der Referenzfläche zu der säulenartigen Einspanneinrichtung und dem Z-Tisch in der Richtung XY zu messen, ist an dem Z-Tisch befestigt. Die Neigungsdaten der Referenzfläche der säulenartigen Einspanneinrichtung werden von der Messung des Versatzsensors beim Antreiben des Z-Tisches in der Richtung Z erlangt, während der Drehtisch gedreht wird. Die säulenartige Einspanneinrichtung wird entfernt und die geneigte Einspanneinrichtung wird so angeordnet, dass die Referenzfläche der geneigten Einspanneinrichtung bei einer spezifischen Neigung zu der Tischdrehachse ist. Der Drehtisch wird gedreht, während die Referenzfläche mit dem Sensor in Kontakt steht. Der Sensor schwingt bei der Amplitude gemäß der Kontaktposition und der Neigung der Referenzfläche. Repräsentative Punktdaten auf der Drehachse werden aus der Schwingungsamplitude berechnet. Der Drehachsenvektor wird aus den Neigungsdaten der säulenartigen Einspanneinrichtung und den Repräsentationspunktdaten der geneigten Einspanneinrichtung definiert.
Alternativ kann der Drehachsenvektor definiert werden, indem zwei Sätze an Repräsentationspunktdaten unter Verwendung einer geneigten Einspanneinrichtung mit zwei Referenzflächen mit unterschiedlichen Höhen erlangt werden.
Ein wiederum anderes Verfahren ist ein Verfahren mit einer Verwendung eines Sensors, dessen Kontaktpunkt mit der zu messenden Fläche in der Richtung Y versetzt ist. Die Anwendung eines derartigen Sensors ermöglicht es, Messdaten, die in der Richtung Y versetzt sind, zu erhalten, wobei als ein Ergebnis davon dreidimensionale Messdaten erlangt werden können und der Drehachsenvektor definiert werden kann. Als eine Alternative ist außerdem ein Verfahren anwendbar, das einen Sensor nutzt, der zu einem Erlangen von Neigungsinformationen der Messfläche in der Lage ist.
Der Drehachsenvektor kann durch ein Beliebiges der vorstehend beschriebenen Verfahren erlangt werden.
Das Verfahren zum Festlegen der Messrichtung ist nachstehend beschrieben. In Ausführungsbeispiel 1 ist die Richtung, in der das Lesen des Drehtisches 0 Grad beträgt, als die Messrichtung festgelegt. In ähnlicher Weise kann die Messrichtung auf eine Richtung des Lesens festgelegt werden, die sich von 0 Grad unterscheidet. Alternativ kann die Messrichtung auf der Basis der Schwingungsinformation des Sensors festgelegt werden, während der Drehtisch in dem Zustand dreht, bei dem der zu messende Gegenstand angeordnet ist und der Sensor mit der zu messenden Fläche in Kontakt steht. Beispielsweise können der Bereich, bei dem die Schwingung am höchsten ist, und der Bereich, bei dem die Schwingung am niedrigsten ist, gemessen werden. Der Bereich, bei dem die Schwingung am höchsten ist, und der Bereich, bei dem die Schwingung am niedrigsten ist, können als in den Richtungen vorhanden erachtet werden, in denen der nicht achsensymmetrische Fehler der zu messenden Fläche signifikant ist.
Die Ausrichtrichtung ist nachstehend beschrieben. Die Ausrichtrichtung wird festgelegt, um die synthetisierten Ausrichtdaten zu erlangen, die die dreidimensionalen Formdaten sind. Zumindest zwei Richtungen sind dafür erforderlich. In dem Fall des Erlangens der Ausrichtdaten in zwei Richtungen ist es insbesondere erwünscht, dass die beiden Richtungen sich um 90 Grad unterscheiden. Es ist des Weiteren erwünscht, drei oder mehr Richtungen zu verwenden, wenn eine lange Zeitspanne, die für die Ausrichtung erforderlich ist, toleriert werden kann.
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel den Gegenstand beschreibt, der die achsensymmetrische asphärische Fläche hat, ist ein beliebiger Gegenstand in gleicher Weise anwendbar, der eine Achse hat, die die Form der zu messenden Fläche definiert. Beispielsweise kann eine Fläche mit einer elliptischen Konturlinie in Bezug auf die Mittelachse durch Berechnung gemessen werden, während die Richtung der Fläche berücksichtigt wird.
Obwohl die Ausrichtung so ausgeführt wird, dass die Gegenstandsmittelachse mit der Sensormessachse übereinstimmt, ist die Ausrichtung zu anderen Positionen in gleicher Weise anwendbar. Beispielsweise wird der Fall berücksichtigt, bei dem die Linie, die gemessen werden soll, an einer Position ist, die von der Gegenstandsmittelachse um einen vorbestimmten Abstand versetzt ist. Selbst in einem derartigen Fall muss, solange es möglich ist, dass die Gegenstandsmittelachse und die Sensormessachse übereinstimmen, der Gegenstand lediglich von jener Position um den bestimmten Abstand bewegt werden.
(Verfahren zum Herstellen des Gegenstands)
Ein Gegenstand kann effizient hergestellt werden, indem die folgenden Schritte ausgeführt werden: Behandeln eines zu messenden Gegenstands; und Messen einer Konturform einer zu messenden Fläche durch das Konturformmessverfahren.
Durch das Konturformmessverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Gegenstandsmittelachse vor der Ausrichtung berechnet werden, indem die synthetisierten Ausrichtdaten gebildet werden, die die virtuelle dreidimensionale Form der zu messenden Fläche repräsentieren. Dies ermöglicht die Ausrichtung zu der Position, an der die Gegenstandsmittelachse mit der Sensormessachse übereinstimmt, oder zu einer beliebigen anderen vorbestimmten Position. Somit kann sogar in dem Zustand, bei dem die Sensormessachse und die Tischdrehachse nicht mit einer ausreichenden Genauigkeit übereinstimmen, der zu messende Gegenstand noch genauer zu der vorbestimmten Position ausgerichtet werden, um eine Auswertung der gemessenen Daten mit einer hohen Präzision zu ermöglichen.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielartige Ausführungsbeispiele beschrieben ist, sollte verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten beispielartigen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Der Umfang der beigefügten Ansprüche ist in der breitesten Interpretation so zu verstehen, dass sämtliche Abwandlungen und gleichwertige Strukturen und Funktionen umfasst sind.
Das Konturformessverfahren ist geschaffen worden, das genau einen zu messenden Gegenstand zu einer vorbestimmten Position ausrichten kann, um eine Hochpräzisionsauswertung sogar in einem Zustand zu ermöglichen, bei dem eine Sensormessachse und eine Tischdrehachse nicht mit einer ausreichenden Genauigkeit übereinstimmen. Eine räumliche Position der Tischdrehachse relativ zu der Sensormessachse wird als ein Drehachsenvektor erlangt. Die Ausrichtdaten, die in zumindest zwei Richtungen erlangt werden, werden um den Drehachsenvektor koordinatentransformiert, um synthetisierte Ausrichtdaten zu bilden. Der Gegenstand wird auf der Basis der synthetisierten Ausrichtdaten ausgerichtet. Da dreidimensionale Daten einer zu messenden Fläche des Gegenstands berechnet werden können, kann der Gegenstand direkt zu der Sensormessachse ausgerichtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 08-29153 A [0002]
JP 62-272186 A [0007, 0011]

Claims

Konturformmessverfahren zum Messen einer Konturform einer zu messenden Fläche durch Bewegen eines Sensors entlang der Fläche in einer Sensorabtastrichtung (A4), um Messdaten der Fläche zu erlangen, wobei das Konturformmessverfahren die folgenden Schritte aufweist: Erlangen einer räumlichen Position einer Achse (A3) zum Drehen der Fläche in Bezug auf den Sensor (10) als einen Drehachsenvektor relativ zu der Sensormessachse (A1); Erlangen von Sätzen an Ausrichtdaten, die die Messdaten der Fläche in zumindest zwei verschiedenen Ausrichtrichtungen sind; Koordinatentransformieren von jedem Satz an Ausrichtdaten um den Drehachsenvektor durch eine Richtungsdifferenz zwischen einer Messrichtung und der entsprechenden Ausrichtrichtung, und Zusammenfassen der koordinatentransformierten Sätze an Ausrichtdaten, um zusammengefasste Ausrichtdaten zu bilden; Berechnen einer räumlichen Position der zusammengefassten Ausrichtdaten, indem die zusammengefassten Ausrichtdaten in eine Funktion gesetzt werden, die einer Gestaltungsform der Fläche oder einer Form, die durch Ändern der Gestaltungsform erzeugt wird, entspricht; Berechnen einer Differenz zwischen einer räumlichen Position der Fläche, bei der eine Linie, die gemessen werden soll, mit der Sensorabtastachse übereinstimmt, und der räumlichen Position der zusammengefassten Ausrichtdaten, als ein Einstellfehler; Bewegen eines zu messenden Gegenstands zu einer räumlichen Position, die den Einstellfehler verringert; und Erlangen der Messdaten der Fläche nach dem Bewegen des Gegenstands.
Konturformmessverfahren gemäß Anspruch 1, wobei bei dem Erlangen des Drehachsenvektors, nachdem ein asphärischer Standard mit einer Form einer signifikanten Fläche, die eine asphärische Form ist, die symmetrisch zu einer Referenzachse ist, die zuvor ausgewertet worden ist, so bewegt wird, dass die Referenzachse mit der Achse zum Drehen der Fläche und des Sensors übereinstimmt, die Messdaten erlangt werden und die ausgewertete Form der effektiven Fläche in die Messdaten eingesetzt wird, um eine räumliche Position der Referenzachse zu berechnen, und die berechnete räumliche Position der Referenzachse als der Drehachsenvektor festgelegt wird.
Konturformmessverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die zu messende Fläche eine achsensymmetrische asphärische Fläche hat.
Konturformmessverfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zu messende Fläche eine elliptische Konturlinie in Bezug auf eine Mittelachse hat.
Konturformmessverfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausrichtung so ausgeführt wird, dass eine Mittelachse des zu messenden Gegenstands mit der Sensormessachse übereinstimmt.
Konturformmessverfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausrichtung so ausgeführt wird, dass eine Mittelachse des zu messenden Gegenstands von der Sensormessachse um einen vorbestimmten Abstand versetzt ist.
Herstellverfahren mit den folgenden Schritten: Behandeln eines zu messenden Gegenstands; und Messen einer Konturform einer zu messenden Fläche durch ein Konturformmessverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Herstellverfahren gemäß Anspruch 7, wobei der zu messende Gegenstand ein optisches Element ist.
Verfahren gemäß der Beschreibung und Darstellung der 1 bis 6.