JP2004226305A

JP2004226305A - 座標校正方法

Info

Publication number: JP2004226305A
Application number: JP2003016158A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Iijima; 仁飯島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】高精度な球面、非球面の製作には修正加工が必須である。これには高精度な測定が可能である干渉計測定による形状データを元に、修正加工を行うことが必要となる。この為には干渉計の形状データと加工機の基準からの絶対的な位置あわせを高精度に行うことを目的としている。また、干渉計座標ゆがみの校正を干渉計のみで行うことを他の目的としている。
【解決手段】被測定ワーク１０１に特徴的な形状を持たせ、かつ基準マーク球１０２を被測定ワーク１０１に取り付けることにより、干渉計の光学系における座標ゆがみの校正のほか、干渉計による形状データの加工機の基準からの絶対的な位置関係を求めることができる。また、球１０２をアレイ状に配列し、干渉計でこれらの球１０２の中心座標を求めることで、三次元座標測定機を用いずに干渉計の光学系による座標ゆがみを校正することが出来る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は平面、球面および非球面形状の高精度な形状計測、加工に係る座標校正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術では、球面の形状計測にはフィゾー干渉計やトワイマン・グリーン干渉計が用いられてきた。また、非球面の形状計測に関しては設計非球面形状の波面を生成する素子いわゆるヌル素子を用いたり、被測定ワークと球面波発生用光学素子との距離を変化させて干渉縞が疎の部分のみを測定してデータをつなぎ合わせることで全体の形状を求めている。このようにして求められた形状は設計値と比較して形状誤差データを求め、これをもとに加工機にて修正加工を行うという工程を繰り返すことにより所望の形状に仕上げる。
【０００３】
この際、フィゾーレンズや集光レンズ等の干渉計の光学系による座標ゆがみはサインコンディションを満足するように光学系を構成して被測定ワーク状の測定点とＣＣＤ上での座標が比例関係になるようにしている。また、光学設計の制約上、サインコンディションが満足できない場合は光線追跡シミュレーション等で求めた座標変換係数を用いて横座標の校正を行っている。しかしながら、フィゾーレンズや集光レンズを含む干渉計の光学系による座標のゆがみが不明な場合においては、横座標を校正する手段がなくなってしまう。これに対して三次元形状計測器と干渉計の測定結果をフィッティングさせることで測定データの横座標の校正を行う方法が提案されている（下記、特許文献１参照。）。
【０００４】
従来例を図５に示す。干渉計３０１でこの干渉計で測定された干渉計データ（誤差形状）１ａは座標校正演算機３０６に取り込まれる。また３次元座標測定器２で測定された座標測定データ（誤差形状）２ａも座標校正演算機３０６に取り込まれる。座標演算校正機３０６では、それぞれの測定結果に存在が確認される頂点部５ａ或いは谷底部５ｂ等の特徴的な形状誤差を位置あわせ点として着目して、その干渉測定データ１ａの横座標が座標測定機３０３の座標と等しくなる、或いは画素倍率を求めた上で中心や外周部に対する位置関係が等しくなるように校正する。通常、干渉測定時の座標ゆがみはほぼ回転対象であるので、中心から距離が等しい同心円状の座標は同様の座標校正を行えばよい。また、上記のように位置合わせ点を用いずに、被検面全体の特徴を抽出して座標測定データ２ａにフィッティングさせても良い。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−９７６５３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来技術では、被測定ワーク面内の干渉計における光学系のディストーション、倍率等による座標のゆがみの校正を行うことは出来るが、修正加工のための加工機の座標基準との絶対位置の位置あわせを行うことが出来ない。
【０００７】
したがって干渉計と加工機で共通の座標を持たないため、修正加工時に干渉計での測定データと加工機の座標間において位置誤差を生じるため形状の収束が悪くなる可能性がある。また、座標の校正に通常の被測定ワークを用いているため、形状の特徴が乏しく三次元形状計測機と干渉計のデータフィッティングの精度を向上させることが困難である。
【０００８】
また、干渉計における光学系の座標ゆがみの校正においては、三次元の座標測定機が必須となっている。
【０００９】
本発明では、干渉計の形状データの座標と加工機の基準からの座標の絶対的な位置あわせを行うことができ、さらに干渉計の光学系による座標ゆがみの校正を三次元の座標測定機を用いずに行うことのできる座標校正方法の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る座標校正方法は、上記課題を解決するために以下の構成を備える。
【００１１】
被測定ワークに特徴的な形状誤差を持たせ、かつ基準マークを被測定ワークに取り付ける。ワークの特徴的な形状と基準マークを三次元座標測定機で測定し、干渉計の形状データと三次元座標測定機の測定データから測定座標の位置あわせを行う。さらに三次元座標計測機により基準マークと被測定ワークの測定面データとの位置関係を求める。干渉計と加工機上には、突き当て等の位置決め機構により常に同じ位置に被測定ワークを取り付けることが出来るワークホルダを設けているため、干渉計と加工機で基準マークを介して共通の座標を用いることが出来る。これにより干渉計の光学系における座標ゆがみの校正に加え、干渉計による形状データの加工機の座標基準からの絶対的な位置関係を求めることができる。
【００１２】
また、干渉計で測定が可能な曲率半径の球をアレイ上に配列した物を被測定ワークとして測定し、その球の中心の座標を計算することにより座標測定機を用いずに干渉計の光学系におけるディストーションの校正、倍率の校正を高精度に行うことが出来る。
【００１３】
上記構成を、改めて以下（１）〜（９）に整理して示す。
【００１４】
（１）干渉計で測定された形状データと、三次元の位置計測が可能な座標測定機で測定された形状データ、および被測定ワーク固定された基準を用いることにより、干渉計で測定された形状データの各座標と、加工機上での基準からの絶対的な位置関係を求めることを特徴とする座標校正方法。
【００１５】
（２）上記（１）において、被測定ワークに設ける基準として突き当てをかねる３つの球を用いることを特徴とした座標校正方法。
【００１６】
（３）上記（１）において、干渉計、座標測定機、加工機において共通で使用するワークホルダに基準を設けたことを特徴とする座標校正方法。
【００１７】
（４）上記（１）において、被測定ワークに特徴のある形状をもたせたことを特徴とする座標校正方法。
【００１８】
（５）上記（１）において、被測定ワークに干渉計で測定可能な形状を持つ物体を貼り付けることにより、特徴のある形状を持たせたことを特徴とする座標校正方法。
【００１９】
（６）上記（１）において、被測定ワークの三ヶ所に形状誤差を持たせたことを特徴とする座標校正方法。
【００２０】
（７）上記（１）において、被測定ワークに格子状の形状誤差を持たせたことを特徴とする座標校正方法。
【００２１】
（８）被測定ワークに等しい曲率半径の球を配列したものを用いて、その球の中心座標を求めることにより、干渉計における光学系の座標ゆがみの校正を行うことを特徴とする座標校正方法。
【００２２】
（９）上記（８）において、等しい曲率半径の球を配列したワークを干渉計の光軸と垂直方向に移動させて、その球の中心座標を求めることにより干渉計における光学系の座標ゆがみの校正を行うことを特徴とする座標校正方法。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を、実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。
【００２４】
【実施例１】
図１に本発明の第１の実施例を示す。また、測定の流れを図２に示す。被測定ワーク１０１には突き当てと基準マークをかねる３つの球１０２が固定されている。被測定ワーク１０１は三次元座標計測機で３つの球１０２の位置と被測定面１０４の形状データを取得する。基準マークは干渉計、加工機の基準からの距離が確定するものであれば球以外でもかまわない。また本実施例では３つの球１０２は被測定ワーク１０１自体に取り付けられているが、この基準マークは被測定ワークに固定されており干渉計、三次元座標計測機、加工機において常に被測定ワークに固定されて動かないのであれば被測定ワーク自体に固定していなくとも良い。例えば図１（ｂ）の様なホルダ１０７で被測定ワーク１０１を固定しても良い。この３つの球１０２の測定結果より球の中心と曲率半径を求める。これより３つの球１０２で作られる座標と加工機上の突き当て基準面１０３との位置関係Ａが確定される。次に干渉計で被測定面を測定する。このとき干渉計には前述の突き当て基準面１０５が設置してある。ここで干渉計の測定データ１０６と三次元座標測定機の被測定面の測定データをフィッティングする。これにより干渉計での測定データの座標と三次元座標計測機の座標のずれＢを算出する。これにより被測定面１０４内の干渉計で測定している領域の位置と干渉計の光学系による座標のゆがみを算出する。さらに先に測定した三次元座標測定機の基準マーク球１０２で作られる座標と被測定面１０４の位置関係Ｃから、干渉計での測定データ１０６の座標と基準マーク球１０２で作られる座標との位置関係を算出する。ここで、３つの球１０２は突き当てをかねており、かつ曲率半径が既知であるため加工機の座標基準からの干渉計による測定データ１０６の座標の絶対位置が求められる。被測定ワーク１０１は平面、球面または非球面でもかまわないが、データのフィッティング精度を向上させるためには意図的に特徴的な形状誤差を被測定ワーク１０１に与えておく。本実施例では被測定面１０４内に３つの山の誤差形状があるようなワークを用いている。これは位置合わせ精度を向上させる形状誤差かつ干渉計で測定可能な形状誤差であれば３つの山の形状誤差以外でもかまわない。例えば図１（ｃ）の様な格子状の形状誤差を持たせても良い。また一度、干渉計、加工機の基準からの測定面内の座標を求めた後であれば、修正加工によってこの特徴的な形状誤差が除去されてもかまわない。従って、被測定面１０４に干渉計で測定可能な形状を持つ物を貼り付け、干渉計の形状データの座標と加工機の基準からの絶対的な位置関係を取得した後にこの貼り付けた物を取り去ってもよい。
【００２５】
このようにして求められた形状誤差データより加工機で修正加工を行い、干渉計で測定する。この干渉計で測定した形状誤差データを元にして加工機で修正加工を行うというサイクルを繰り返し、所望の形状誤差になるまで繰り返す。
【００２６】
【実施例２】
図３に本発明の第２の実施例を示す。被測定ワークとして干渉計で測定可能な曲率半径を持つ球を配列したワークを用いる（図３（ａ））。このとき球の曲率半径は干渉計で検出可能な範囲内で小さくし、球の配列数を出来るだけ多くする方がよい。このワークを干渉計で測定し、得られた形状データから球の中心の位置を算出する。
【００２７】
図３（ｂ）に示してある図は破線が実際の球の中心を結んだ線で、実線が干渉計で測定し求められた球の中心を結んだ線を示している。なお図３（ｂ）の座標ゆがみは説明の為に誇張して示している。球の曲率半径は別途測定しておくか精度の補償された物を用いる。従って球の中心の間隔は既知となるため、形状データから求められた球の中心の座標から干渉計の光学系におけるディストーションの校正、倍率の校正を行うことが出来る。この方法を使用することで、三次元座標測定機を用いなくとも干渉計の光学系における座標ゆがみを校正することが出来る。
【００２８】
また、上記方法に加えて図４に示すように、球を配列した被測定ワークを干渉計の光軸と垂直方向に一定距離ずつ移動させ、同様の測定を行う。被測定ワークの移動はステージ等で干渉計のＣＣＤカメラの横分解能以下の精度で行うことは容易である。また、変位径等を用いてステージの移動量、傾き変化を検出しても良い。これにより球の配列数が少ない場合においても球の中心座標の数を増やすことが可能となるため高精度に干渉計の光学系によるディストーションの校正、倍率の校正を行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、干渉計による測定データの加工機の基準からの絶対的な位置合わせを高精度に行うことが出来るため、高精度な平面、球面・被球面の生産に寄与することが出来る。
【００３０】
また、球をアレイ上に配列したものを干渉計で測定することにより座標測定機を用いずに高精度に干渉計の光学系の座標ゆがみを校正することができる。さらに、このワークを干渉計の光軸と垂直方向に移動させて球の中心の座標を求めることにより、球の配列数が少ない場合においても精度良く干渉計の光学系の座標ゆがみを校正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の第１の実施例を示す図
【図２】本発明の第１の実施例におけるフローチャート
【図３】本発明の第２の実施例を示す図
【図４】本発明の第２の実施例の応用を示す図
【図５】従来例を示す図
【符号の説明】
１０１被測定ワーク
１０２基準マーク球（球）
１０３加工機の突き当て基準面
１０４被測定面
１０５干渉計の突き当て基準面
１０６干渉計での測定データ
１０７ワークホルダ（ホルダ）
３０１干渉計
３０２干渉計データ
３０３座標測定機
３０４座標測定データ
３０５校正された干渉測定データ
３０６座標校正演算機
１ａ干渉測定データ（誤差形状）
２ａ座標測定データ（誤差形状）
５ａ形状誤差の頂点部
５ｂ形状誤差の谷底部

Claims

干渉計で測定された形状データと、三次元の位置計測が可能な座標測定機で測定された形状データ、および被測定ワーク固定された基準を用いることにより、干渉計で測定された形状データの各座標と、加工機上での基準からの絶対的な位置関係を求めることを特徴とする座標校正方法。
請求項１記載の座標校正方法において、被測定ワークに設ける基準として突き当てをかねる３つの球を用いることを特徴とした座標校正方法。
請求項１記載の座標校正方法において、干渉計、座標測定機、加工機において共通で使用するワークホルダに基準を設けたことを特徴とする座標校正方法。
請求項１記載の座標校正方法において、被測定ワークに特徴のある形状をもたせたことを特徴とする座標校正方法。
請求項１記載の座標校正方法において、被測定ワークに干渉計で測定可能な形状を持つ物体を貼り付けることにより、特徴のある形状を持たせたことを特徴とする座標校正方法。
請求項１記載の座標校正方法において、被測定ワークの三ヶ所に形状誤差を持たせたことを特徴とする座標校正方法。
請求項１記載の座標校正方法において、被測定ワークに格子状の形状誤差を持たせたことを特徴とする座標校正方法。
被測定ワークに等しい曲率半径の球を配列したものを用いて、その球の中心座標を求めることにより、干渉計における光学系の座標ゆがみの校正を行うことを特徴とする座標校正方法。
請求項８記載の座標校正方法において、等しい曲率半径の球を配列したワークを干渉計の光軸と垂直方向に移動させて、その球の中心座標を求めることにより干渉計における光学系の座標ゆがみの校正を行うことを特徴とする座標校正方法。