JP2004325120A - Probe scanning type shape-measuring apparatus provided with straightness correction function - Google Patents

Probe scanning type shape-measuring apparatus provided with straightness correction function Download PDF

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JP2004325120A
JP2004325120A JP2003116994A JP2003116994A JP2004325120A JP 2004325120 A JP2004325120 A JP 2004325120A JP 2003116994 A JP2003116994 A JP 2003116994A JP 2003116994 A JP2003116994 A JP 2003116994A JP 2004325120 A JP2004325120 A JP 2004325120A
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Koji Tenjinbayashi
孝二 天神林
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make measurable an object to be measured 1 with high measuring accuracy even if the object 1 is long and a linearly advancing mechanism to be a reference also becomes long in a probe scanning type shape-measuring apparatus. <P>SOLUTION: The results of measurement on scanning straightness measured by a probe scanning device are corrected by a straightness correction device, on the basis of variable components in X-axis and Y-axis directions on a linearly advancing stage detected by a mirror optical device for error detection; a location in a Z-axis direction; and rotational variations each on the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定プローブヘッドで走査して、表面粗さ等の形状を測定する精密測定機器に関し、特に測定プローブヘッドの走査真直度を測定して測定結果を補正(校正)する真直度補正機能を備えたプローブ走査型形状測定器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のプローブ走査型形状測定器は、あらかじめ高い精度で製作された直進機構を基準としてプローブを走査し、形状を測定するものであった(例えば、特許文献1〜3参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−312538号公報
【特許文献2】
特開平11−211427号公報
【特許文献3】
特開2001−141443号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプローブ走査型形状測定器では、測定物が短い場合は基準となる直進機構が短くてすむため、高い測定精度を保てる。ところが、測定物が長くなると、基準となる直進機構も高い精度で製作することが困難となる。また、仮に製作できたとしても、それを保持する方法が難しく、いずれにしろ現状では長い測定対象の形状を高い精度で測定することは大変困難である。
【0005】
本発明は、上記従来の問題点を解決することを目的とし、プローブ走査型形状測定器において長い測定対象の形状を高い精度で測定することを課題とするものである。
【0006】
ところで、本発明者は、直進ステージの真直度測定理論の提案と、真直度成分のうちの回転誤差3成分の測定実験についてはすでに実施し、「レーザービームを用いた直進テーブルの真直度計測、天神林、古川、Optics Japan2000講演予稿集pp331−332」及び「リニアステージの真直度計測−回転誤差成分の計測実験−天神林、Optics Japan2001講演予稿集pp153−154」に発表している。
【0007】
しかしながら、これは単に直進ステージの真直度の計測をする技術にすぎない。本発明者は、プローブ走査型形状測定器において長い測定対象の形状を高い精度で測定可能とする研究開発を鋭意進めていく課程において、直進ステージ上に形状測定用測定プローブヘッドを固定して走査した場合、プローブの真直度が測定できることを想到するに至ったのである。
【0008】
従って、本発明は、測定プローブヘッドを走査させて測定物1の形状を測定しながら、同時に走査真直度を測定し、得られた真直度データによって形状測定データを補正することによって、高精度の基準直進機構無しに、長い測定物の形状を高い精度で測定可能とするプローブ走査型形状測定器を実現することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、直進ガイド上に直進ステージがZ軸方向に走行可能に設けられており、該直進ステージ上に測定プローブヘッドが設けられており、該直進ステージ上及び該直進ステージ外に真直度誤差検出用光学装置及び形状解析装置が設けられて成る真直度補正機能を備えたプローブ走査型形状測定器であって、上記測定プローブヘッドと測定物の表面との間の距離を測定し、上記該直進ステージ上の真直度誤差検出用光学装置は、コーナーキューブミラーと平行二面鏡とを有し、上記コーナーキューブミラーは、直進ステージのX軸及びY軸方向の並進誤差成分並びに直進ステージZ軸方向の位置を検出するためのものであり、上記平行二面鏡は、直進ステージのX軸周り、Y軸周り及びZ軸周りの夫々の回転誤差成分を検出するためのものであり、上記測定プローブヘッドの走査真直度を検出して、該測定距離を、上記誤差検出用光学装置により検出した直進ステージに係る上記X軸及びY軸方向の並進誤差変動成分、Z軸方向の位置、並びに、X軸周り、Y軸周り及びZ軸周りの夫々の回転誤差成分に基づいて、上記形状解析装置で補正することによって形状を高い精度で測定することを特徴とする真直度補正機能を備えたプローブ走査型形状測定器を提供する。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明に係る真直度補正機能を備えたプローブ走査型形状測定器の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下説明する。
【0011】
図1は、本発明に係る真直度補正機能を備えたプローブ走査型形状測定器の概念を説明する図である。直進ガイド5上に直進ステージ4が走行可能に設けられており、この直進ステージ4上に測定プローブヘッド2が設けられている。直進ステージ4を走行させて、測定対象である測定物1と測定プローブヘッド2との間の距離を測定し、同時に直進ステージ4の走査誤差を真直度測定ユニット27で測定して補正し、測定物1の表面形状を高い精度で測定する。
【0012】
直進ステージ4が直線ガイド5に沿って長い距離を移動する時は真直度誤差が生じる。本発明は、この直進ステージ4の走査誤差を計測して、この計測値に基づいて、真直度の誤差を補正する真直度補正機能を備えたプローブ走査型形状測定器である。
【0013】
図2は、直進ステージ4の真直度の成分を、XYZ座標を基準にして示す図である。直進ステージ4の進行方向をZ方向とし、進行方向に対して直交する方向のうち、水平方向をX方向とし、鉛直方向をY方向とする。このXYZ座標を基準にして示す真直度誤差は、進行方向に対して直交する水平及び鉛直方向の並進とXYZ軸周りの回転である次の5つの成分である。
【0014】
真直度誤差の並進成分は、水平方向成分のΔX、鉛直方向成分のΔYである。又、真直度誤差の回転成分は、X軸周りの回転ξ(ピッチ)、Y軸周りの回転η(ヨー)、Z軸周りの回転ζ(ロール)である。本発明では、これらの真直度誤差を全て計測して、前述の通り測定プローブヘッド2による測定値を補正するものである。
【0015】
(実施例)
図3は、本発明に係る真直度補正機能を備えたプローブ走査型形状測定器の実施例を説明する図である。このプローブ走査型形状測定器は、測定プローブヘッド2、及び真直度測定ユニット27を有する。図3において、本発明に係る真直度補正機能を備えたプローブ走査型形状測定器は、直進ガイド5上に直進ステージ4が走行可能に設けられており、この直進ステージ4上に、真直度誤差検出光学ユニット26(図1参照)が設けられている。
【0016】
真直度測定ユニット27は、真直度誤差検出用光学ユニット26、直進ステージ位置検出用干渉計10、レーザービーム発生ユニット23、レーザービーム検出ユニット24、レーザービーム位置検出ユニット25及び形状解析装置28とからなる。
【0017】
ここで形状解析装置28は、レーザービーム検出ユニット24およびレーザービーム位置検出ユニット25の出力信号から真直度を計算し、測定プローブヘッド2と測定物1の表面との間の距離を補正して測定物表面の形状を算出する計算機である。
【0018】
測定プローブヘッド2は、Y軸方向に向けて真直度誤差検出用光学ユニット26に取り付けられており、例えば、測定プローブヘッド2(投光した光の反射強度を検出する光測定プローブヘッド)等の手段が採用される。この測定プローブヘッド2により、測定プローブヘッド2と測定物1の表面との間の距離を測定することができる。
【0019】
直進ステージ4を走行させて、測定プローブヘッド2で測定物1の表面を走査して、測定物1の表面との距離を連続的に測定し、この測定値に基づき測定対象である測定物1の表面形状を測定する。
【0020】
図1に示す真直度誤差検出用光学ユニット26は図3に示すように、並進誤差及び位置検出用コーナーキューブミラー7と二組の回転角度誤差検出用平行二面鏡ユニット13とからなる。
【0021】
本発明の装置では検出器として次の▲1▼〜▲4▼の検出器が設けられている。
▲1▼並進誤差検出用レーザービーム位置検出器8
▲2▼直進ステージ位置検出用レーザー検出器11
▲3▼垂直平行二面鏡反射レーザービーム位置検出器14
▲4▼水平平行二面鏡反射レーザービーム位置検出器16
【0022】
図4は本発明に係る真直度補正装置を備えたプローブ走査型形状測定器の原理を説明するブロック図である。この図4によると、測定プローブ光3及び測定プローブヘッド2によって測定物とプローブヘッドの間の距離を測定し、プローブ測定データが得られる。
【0023】
そしてこのプローブ測定データについて、並進誤差検出用レーザービーム位置検出器8によって得られる並進誤差と、垂直平行二面鏡反射レーザービーム位置検出器14、水平平行二面鏡反射レーザービーム位置検出器16で得られる回転角度誤差と直進ステージ位置検出用レーザー検出器11とから、プローブ走査真直度補正(校正)が行われ、真の形状データが得られる。
【0024】
図5、6は、直進ステージ4の真直度誤差の5成分を検出する、ための、レーザービームに対する鏡の作用を夫々説明する図であり、この図に従って、各真直度誤差成分の検出について説明する。
【0025】
並進誤差及び位置検出用コーナーキューブミラーユニット7は、コーナーキューブミラー18を有している。図5(a)(b)はそれぞれコーナーキューブミラー18の平面図、側面図を示している。コーナーキューブミラー18は、直進ステージ4の並進誤差及び直進ステージの位置を検出するためのものであり、周知のコーナーキューブミラーを利用する。
【0026】
並進誤差及び位置検出用コーナーキューブミラーユニット7は、並進誤差検出用レーザービーム6を、コーナーキューブミラー18で受光して、その反射光を並進誤差検出用レーザービーム位置検出器8で検出し、測定プローブヘッド2の水平方向及び鉛直方向の並進誤差ΔX及びΔYを検出する。
【0027】
さらに、並進誤差及び位置検出用コーナーキューブミラーユニット7は、直進ステージ位置検出用レーザービーム9を、直進ステージ位置検出用干渉計10のビームスプリッタによって二つのレーザービームに分割し、一方のレーザービームをコーナーキューブミラー18で受光して、その反射光を直進ステージ位置検出用干渉計10を通して直進ステージ位置検出用レーザー検出器11で受光する。
【0028】
他方のレーザービームは、直進ステージ位置検出用干渉計10の内部の平面鏡で反射し、もとの光路を戻り、上記一方のレーザービームと重なり合って干渉光となり、直進ステージ位置検出用レーザー検出器11で受光される。この干渉光の縞の数を数えることによって測定プローブヘッドのZ方向の位置を検出する。このようにして、並進誤差検出用レーザービーム位置検出器8、直進ステージ位置検出用レーザー検出器で、直進ステージ4の並進誤差ΔX、ΔYと位置Zを検出することができる。
【0029】
回転角度誤差検出用平行二面鏡ユニット13は、二組の平行二面鏡を有する。図6(a)(b)はそれぞれ二面鏡の平面図、側面図を示している。この二組の平行二面鏡は具体的には水平平行二面鏡の一枚目、二枚目の鏡19a、19bと垂直平行二面鏡の一枚目、二枚目の鏡20a、20bを有する。これらの二組の平行二面鏡により、X軸周り回転変動(ピッチ)、Y軸周りの回転変動(ヨー)、及びZ軸周りの回転変動(ロール)を検出する。
【0030】
回転角度誤差検出用平行二面鏡ユニット13は、回転角度誤差検出用垂直平行二面鏡入射レーザービーム12と回転角度誤差検出用水平平行二面鏡入射レーザービーム15を受光し、それぞれ図6(a)(b)に示すように、垂直平行二面鏡20a、20b及び水平平行二面鏡19a、19bで反射してから、垂直平行二面鏡入射レーザービーム位置検出器14及び水平平行二面鏡入射レーザービーム位置検出器16で検出する。これにより、X軸周りの垂直面内での回転変動(ピッチ)、Y軸周りの回転変動(ヨー)、及びZ軸周りの回転変動(ロール)を検出する。
【0031】
直進ステージ位置検出用干渉計10は、コーナーキューブミラー18を有し、直進ステージ位置検出用レーザービーム9を受光して、その干渉光を直進ステージ位置検出用レーザービーム位置検出器11で検出し、測定プローブヘッド2のZ方向位置を検出するものである。
【0032】
以上、本発明に係る真直度補正装置を備えたプローブ走査型形状測定器の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明は、このような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【0033】
【発明の効果】
以上の構成から成る本発明によれば、プローブ走査型形状測定器において、測定物が長く、基準となる直進機構が長くなっても、高い測定精度で測定可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本的概念を説明するための図である。
【図2】本発明に係るプローブ走査型形状測定器の測定プローブヘッドによる検出の誤差の起因となる並進誤差成分及び回転誤差成分を説明する図である。
【図3】本発明に係る真直度補正装置を備えたプローブ走査型形状測定器の実施例を説明する図である。
【図4】実施例のプローブ走査型形状測定器の測定の原理を説明するための図である。
【図5】実施例のプローブ走査型形状測定器の要部及びその作用を説明する図である。
【図6】実施例のプローブ走査型形状測定器の要部及びその作用を説明する図である。
【符号の説明】
1 測定物
2 測定プローブヘッド
3 測定プローブ光
4 直進ステージ
5 直進ガイド
6 並進誤差検出用レーザービーム
7 並進誤差及び位置検出用コーナーキューブミラーユニット
8 並進誤差検出用レーザービーム位置検出器
9 直進ステージ位置検出用レーザービーム
10 直進ステージ位置検出用干渉計
11 直進ステージ位置検出用レーザー検出器
12 回転角度誤差検出用垂直平行二面鏡入射レーザービーム
13 回転角度誤差検出用平行二面鏡ユニット
14 垂直平行二面鏡反射レーザービーム位置検出器
15 回転角度誤差検出用水平平行二面鏡入射レーザービーム
16 水平平行二面鏡反射レーザービーム位置検出器
17 コーナーキューブミラー頂点
18 コーナーキューブミラー
19a 水平平行二面鏡の一枚目の鏡
19b 水平平行二面鏡の二枚目の鏡
20a 垂直平行二面鏡の一枚目の鏡
20b 垂直平行二面鏡の二枚目の鏡
23 レーザービーム発生ユニット
24 レーザービーム検出ユニット
25 レーザービーム位置検出ユニット
26 真直度検出用光学ユニット
27 真直度測定ユニット
28 形状解析装置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a precision measuring device that measures a shape such as surface roughness by scanning with a measurement probe head, and in particular, a straightness correction function for measuring the scanning straightness of a measurement probe head and correcting (calibrating) the measurement result. The present invention relates to a probe scanning type shape measuring instrument provided with
[0002]
[Prior art]
A conventional probe scanning type shape measuring device measures a shape by scanning a probe based on a straight moving mechanism manufactured in advance with high accuracy (for example, see Patent Documents 1 to 3).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-31538 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-211427 [Patent Document 3]
JP 2001-141443 A
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional probe scanning type shape measuring device, when the object to be measured is short, the reference straight moving mechanism can be short, so that high measurement accuracy can be maintained. However, when the object to be measured is long, it is difficult to manufacture a linear movement mechanism as a reference with high accuracy. Even if it can be manufactured, it is difficult to hold it, and in any case at present, it is very difficult to measure the shape of a long measurement target with high accuracy.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above conventional problems and to measure the shape of a long measuring object with high accuracy in a probe scanning type shape measuring instrument.
[0006]
By the way, the present inventor has already carried out the proposal of the straightness measurement theory of the rectilinear stage and the measurement experiment of the rotation error 3 component among the straightness components, and said, Tenjinbayashi, Furukawa, Optics Japan2000 Lecture Proceedings pp331-332 and "Linear Stage Straightness Measurement-Rotation Error Component Measurement Experiment-Tenjinbayashi Optics Japan2001 Lecture Proceedings pp153-154".
[0007]
However, this is merely a technique for measuring the straightness of the straight traveling stage. The inventor of the present invention has been engaged in research and development of a probe scanning type shape measuring instrument capable of measuring the shape of a long measurement target with high accuracy. In this case, they came to think that the straightness of the probe could be measured.
[0008]
Therefore, the present invention measures the straightness of the scanning object at the same time while scanning the measuring probe head to measure the shape of the workpiece 1, and corrects the shape measurement data with the obtained straightness data, thereby achieving high accuracy. An object of the present invention is to realize a probe scanning shape measuring instrument capable of measuring the shape of a long measurement object with high accuracy without a reference rectilinear mechanism.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in order to solve the above-described problems, a straight-moving stage is provided on a straight-moving guide so as to be able to travel in the Z-axis direction, and a measurement probe head is provided on the straight-moving stage. A probe scanning type shape measuring instrument having a straightness correction function in which a straightness error detecting optical device and a shape analyzing device are provided outside a straight-moving stage, wherein a probe-scanning shape measuring device is provided between the measuring probe head and the surface of the workpiece. The optical device for measuring the distance and detecting the straightness error on the straight-moving stage has a corner cube mirror and a parallel two-sided mirror, and the corner cube mirror translates the straight-moving stage in the X-axis and Y-axis directions. The parallel dihedral mirror is for detecting an error component and a position of the rectilinear stage in the Z-axis direction. For detecting the minutes, detecting the straightness of scanning of the measuring probe head, and detecting the measured distance by the error detecting optical device in the X-axis and Y-axis directions relating to the rectilinear stage. To measure the shape with high accuracy by correcting with the shape analysis device based on the error variation component, the position in the Z-axis direction, and the rotational error components around the X-axis, around the Y-axis, and around the Z-axis. The present invention provides a probe scanning type shape measuring instrument having a straightness correction function.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a probe scanning type shape measuring instrument having a straightness correction function according to the present invention will be described below based on examples with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a view for explaining the concept of a probe scanning type shape measuring instrument having a straightness correction function according to the present invention. The rectilinear stage 4 is provided so as to be able to run on the rectilinear guide 5, and the measuring probe head 2 is provided on the rectilinear stage 4. The straight stage 4 is run to measure the distance between the object 1 to be measured and the measurement probe head 2, and at the same time, the scanning error of the straight stage 4 is measured and corrected by the straightness measuring unit 27, and the measurement is performed. The surface shape of the object 1 is measured with high accuracy.
[0012]
When the rectilinear stage 4 moves a long distance along the linear guide 5, a straightness error occurs. The present invention is a probe scanning shape measuring instrument having a straightness correction function for measuring a scanning error of the straight moving stage 4 and correcting a straightness error based on the measured value.
[0013]
FIG. 2 is a diagram showing a straightness component of the straight traveling stage 4 with reference to XYZ coordinates. The traveling direction of the rectilinear stage 4 is defined as the Z direction, and among the directions orthogonal to the traveling direction, the horizontal direction is defined as the X direction, and the vertical direction is defined as the Y direction. The straightness errors indicated on the basis of the XYZ coordinates are the following five components that are translation in the horizontal and vertical directions orthogonal to the traveling direction and rotation around the XYZ axis.
[0014]
The translation components of the straightness error are ΔX of the horizontal component and ΔY of the vertical component. The rotation components of the straightness error are rotation で (pitch) around the X axis, rotation η (yaw) around the Y axis, and rotation ζ (roll) around the Z axis. In the present invention, all of these straightness errors are measured, and the measurement value by the measurement probe head 2 is corrected as described above.
[0015]
(Example)
FIG. 3 is a view for explaining an embodiment of a probe scanning type shape measuring instrument having a straightness correction function according to the present invention. This probe scanning type shape measuring instrument has a measuring probe head 2 and a straightness measuring unit 27. In FIG. 3, a probe scanning type shape measuring instrument having a straightness correction function according to the present invention is provided with a straight traveling stage 4 on a straight traveling guide 5 so as to be able to travel. A detection optical unit 26 (see FIG. 1) is provided.
[0016]
The straightness measuring unit 27 includes a straightness error detecting optical unit 26, a straight-moving stage position detecting interferometer 10, a laser beam generating unit 23, a laser beam detecting unit 24, a laser beam position detecting unit 25, and a shape analyzing device 28. Become.
[0017]
Here, the shape analyzer 28 calculates the straightness from the output signals of the laser beam detection unit 24 and the laser beam position detection unit 25 and corrects the distance between the measurement probe head 2 and the surface of the workpiece 1 for measurement. It is a calculator that calculates the shape of the object surface.
[0018]
The measurement probe head 2 is attached to a straightness error detection optical unit 26 in the Y-axis direction, and includes, for example, a measurement probe head 2 (an optical measurement probe head for detecting the reflection intensity of emitted light). Means are employed. With this measurement probe head 2, the distance between the measurement probe head 2 and the surface of the measurement object 1 can be measured.
[0019]
By moving the rectilinear stage 4 and scanning the surface of the measurement object 1 with the measurement probe head 2, the distance to the surface of the measurement object 1 is continuously measured, and the measurement object 1 to be measured is measured based on the measured value. Is measured.
[0020]
As shown in FIG. 3, the straightness error detection optical unit 26 shown in FIG. 1 includes a translation error and position detection corner cube mirror 7 and two sets of parallel dihedral mirror units 13 for detecting rotation angle errors.
[0021]
In the apparatus of the present invention, the following detectors (1) to (4) are provided as detectors.
(1) Laser beam position detector 8 for detecting translation errors
(2) Laser detector 11 for linear stage position detection
(3) Vertical parallel two-sided mirror reflected laser beam position detector 14
(4) Horizontal parallel two-sided mirror reflected laser beam position detector 16
[0022]
FIG. 4 is a block diagram for explaining the principle of a probe scanning type shape measuring device provided with the straightness correcting device according to the present invention. According to FIG. 4, the distance between the measurement object and the probe head is measured by the measurement probe light 3 and the measurement probe head 2, and probe measurement data is obtained.
[0023]
With respect to the probe measurement data, the translation error obtained by the translation error detection laser beam position detector 8 and the vertical parallel dihedral mirror reflected laser beam position detector 14 and the horizontal parallel dihedral mirror reflected laser beam position detector 16 are used. Probe rotation straightness correction (calibration) is performed from the obtained rotation angle error and the laser detector 11 for detecting the straight-moving stage position, and true shape data is obtained.
[0024]
FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining the action of the mirror on the laser beam for detecting the five components of the straightness error of the rectilinear stage 4, respectively. The detection of each straightness error component will be described with reference to FIGS. I do.
[0025]
The corner cube mirror unit 7 for translation error and position detection has a corner cube mirror 18. 5A and 5B are a plan view and a side view of the corner cube mirror 18, respectively. The corner cube mirror 18 is for detecting the translation error of the rectilinear stage 4 and the position of the rectilinear stage, and uses a well-known corner cube mirror.
[0026]
The translation error and position detection corner cube mirror unit 7 receives the translation error detection laser beam 6 by the corner cube mirror 18 and detects the reflected light by the translation error detection laser beam position detector 8 for measurement. The horizontal and vertical translation errors ΔX and ΔY of the probe head 2 are detected.
[0027]
Further, the corner cube mirror unit 7 for translation error and position detection divides the laser beam 9 for linear stage position detection into two laser beams by the beam splitter of the interferometer 10 for linear stage position detection, and splits one of the laser beams. The light is received by the corner cube mirror 18, and the reflected light is received by the laser detector 11 for detecting the position of the rectilinear stage through the interferometer 10 for detecting the position of the rectilinear stage.
[0028]
The other laser beam is reflected by a plane mirror inside the interferometer 10 for detecting the position of the rectilinear stage, returns to the original optical path, and overlaps with the one laser beam to form interference light. Is received at. The position of the measurement probe head in the Z direction is detected by counting the number of stripes of the interference light. In this manner, the translation errors ΔX, ΔY and the position Z of the translation stage 4 can be detected by the translation error detection laser beam position detector 8 and the translation stage position detection laser detector.
[0029]
The parallel dihedral mirror unit 13 for detecting a rotation angle error has two sets of parallel dihedral mirrors. FIGS. 6A and 6B are a plan view and a side view of the two-sided mirror, respectively. Specifically, the two sets of parallel dihedral mirrors are the first and second mirrors 19a and 19b and the first and second mirrors 20a and 20b, respectively. Having. These two sets of parallel dihedral mirrors detect rotation fluctuation around the X axis (pitch), rotation fluctuation around the Y axis (yaw), and rotation fluctuation around the Z axis (roll).
[0030]
The parallel dihedral mirror unit 13 for detecting a rotation angle error receives the laser beam 12 incident on the vertical parallel dihedral mirror for detecting the rotation angle error and the laser beam 15 incident on the horizontal parallel dihedral mirror for detecting the rotation angle error. a) As shown in (b), after being reflected by the vertical parallel two-sided mirrors 20a and 20b and the horizontal parallel two-sided mirrors 19a and 19b, the vertical parallel two-sided mirror incident laser beam position detector 14 and the horizontal parallel two-sided mirror It is detected by a mirror incident laser beam position detector 16. Thus, rotation fluctuation (pitch) in a vertical plane around the X axis, rotation fluctuation (yaw) around the Y axis, and rotation fluctuation (roll) around the Z axis are detected.
[0031]
The linear stage position detecting interferometer 10 has a corner cube mirror 18, receives the linear stage position detecting laser beam 9, and detects the interference light with the linear stage position detecting laser beam position detector 11. The position of the measurement probe head 2 in the Z direction is detected.
[0032]
As described above, the embodiment of the probe scanning type shape measuring device provided with the straightness correction device according to the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to such embodiments, and claims are not limited thereto. It goes without saying that there are various embodiments within the scope of the technical matters described in the above.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention having the above-described configuration, in the probe scanning type shape measuring device, it is possible to perform measurement with high measurement accuracy even when the object to be measured is long and the reference linear movement mechanism is long.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic concept of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a translation error component and a rotation error component that cause an error in detection by a measurement probe head of the probe scanning shape measuring instrument according to the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining an embodiment of a probe scanning type shape measuring device provided with the straightness correction device according to the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining the principle of measurement by the probe scanning type shape measuring instrument of the embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a main part of a probe scanning type shape measuring device according to the embodiment and an operation thereof.
FIG. 6 is a diagram illustrating a main part of a probe scanning type shape measuring device according to the embodiment and an operation thereof.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement object 2 Measurement probe head 3 Measurement probe light 4 Straight stage 5 Straight guide 6 Laser beam 7 for translation error detection Corner cube mirror unit 8 for translation error and position detection Laser beam position detector 9 for translation error detection 9 Straight stage position detection Laser beam 10 for linear stage position detection interferometer 11 Laser detector for linear stage position detection 12 Vertical parallel two-sided mirror incident laser beam for rotation angle error detection Parallel two-sided mirror unit for rotation angle error detection 14 Vertical parallel two sided Mirror reflected laser beam position detector 15 Horizontal parallel two-sided mirror incident laser beam 16 for detecting rotation angle error Horizontal parallel two-sided mirror reflected laser beam position detector 17 Corner cube mirror vertex 18 Corner cube mirror 19a One of the horizontal parallel two-sided mirror Mirror 19b Horizontal parallel double mirror Second mirror 20a First parallel mirror 20b First mirror 20b Second mirror of vertical parallel two-sided mirror 23 Laser beam generation unit 24 Laser beam detection unit 25 Laser beam position detection unit 26 For straightness detection Optical unit 27 Straightness measuring unit 28 Shape analyzer

Claims (1)

直進ガイド上に直進ステージがZ軸方向に走行可能に設けられており、該直進ステージ上に測定プローブヘッドが設けられており、該直進ステージ上及び該直進ステージ外に真直度誤差検出用光学装置及び形状解析装置が設けられて成る真直度補正機能を備えたプローブ走査型形状測定器であって、
上記測定プローブヘッドと測定物の表面との間の距離を測定し、上記該直進ステージ上の真直度誤差検出用光学装置は、コーナーキューブミラーと平行二面鏡とを有し、上記コーナーキューブミラーは、直進ステージのX軸及びY軸方向の並進誤差成分並びに直進ステージZ軸方向の位置を検出するためのものであり、上記平行二面鏡は、直進ステージのX軸周り、Y軸周り及びZ軸周りの夫々の回転誤差成分を検出するためのものであり、上記測定プローブヘッドの走査真直度を検出して、該測定距離を、上記誤差検出用光学装置により検出した直進ステージに係る上記X軸及びY軸方向の並進誤差成分、Z軸方向の位置、並びに、X軸周り、Y軸周り及びZ軸周りの夫々の回転誤差成分に基づいて、上記形状解析装置で補正することによって形状を高い精度で測定することを特徴とする真直度補正機能を備えたプローブ走査型形状測定器。
A rectilinear stage is provided on the rectilinear guide so as to be able to travel in the Z-axis direction, a measuring probe head is provided on the rectilinear stage, and an optical device for detecting a straightness error on the rectilinear stage and outside the rectilinear stage. And a probe scanning type shape measuring device having a straightness correction function provided with a shape analysis device,
An optical device for measuring a straightness error on the rectilinear stage, which measures a distance between the measurement probe head and the surface of the object, has a corner cube mirror and a parallel two-sided mirror, and the corner cube mirror Is for detecting a translation error component of the rectilinear stage in the X-axis and Y-axis directions and a position of the rectilinear stage in the Z-axis direction. The parallel dihedral mirror is provided around the X-axis, the Y-axis, and This is for detecting each rotation error component around the Z axis, detecting the scanning straightness of the measurement probe head, and measuring the measurement distance by the error detection optical device. The correction is performed by the shape analysis device based on the translation error components in the X-axis and Y-axis directions, the position in the Z-axis direction, and the rotation error components around the X-axis, around the Y-axis, and around the Z-axis. Probe scanning shape measuring device having a straightness correction function and measuring a shape with high accuracy Te.
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