JP2005037184A - 形状測定装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率がよく、高精度で安全な測定ができる形状測定装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】プローブとプローブを搭載したステージ機構を備え、プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるようにステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、プローブの軌跡の座標を取得することによって被測定物の表面の形状を測定し、形状測定時のプローブの変位出力値が目標値から所定の範囲にある変位領域から外れたとき、ステージ機構が所定の動作をするようにし、変位領域の範囲を変更できる動作制御部５５を備える。
【選択図】 図５
【解決手段】プローブとプローブを搭載したステージ機構を備え、プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるようにステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、プローブの軌跡の座標を取得することによって被測定物の表面の形状を測定し、形状測定時のプローブの変位出力値が目標値から所定の範囲にある変位領域から外れたとき、ステージ機構が所定の動作をするようにし、変位領域の範囲を変更できる動作制御部５５を備える。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触式形状測定装置や非接触式形状測定装置のように、被測定物の表面を走査するプローブからの変位出力値を一定に保とうとしながらプローブを搭載したステージを駆動して形状を測定する形状測定装置及びその制御方法に係り、特に、プローブの変位出力値が推移する変位領域の範囲を変更することができる形状測定装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズや金型の形状を高精度に測定する装置として、接触式もしくは非接触式プローブによって被測定物表面を走査する形状測定装置が知られている。例えば、特開平２−２５４３０６号公報の光学測定装置や、特開２０００−２９８０１４公報の形状測定装置の測定原点探索方法や、特許第３２７２９５２号公報の３次元形状測定装置が提案されている。
【特許文献１】特開平２−２５４３０６号公報
【特許文献２】特開２０００−２９８０１４公報
【特許文献３】特許第３２７２９５２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば凸レンズを測定するときの方法としては、細かなピッチでレンズの表面を走査・測定し、測定された座標データを解析し、レンズ表面の曲率半径やうねりなどを評価する方法や、特許文献１記載の光学測定装置や、特許文献２記載の形状測定装置の測定原点探索方法のようにレンズの頂点位置を求め、これを測定原点と定め、この測定原点を通るように走査・測定を行い、測定された座標データを解析し、レンズ表面の曲率半径やうねりなどを評価する方法がある。
しかしながら、細かなピッチでレンズを走査・測定し、表面の曲率半径やうねりなどを評価する方法では、測定原点が求められていなくても複数の座標データを３次元的に解析することによってレンズの形状を解析することが可能であるが、多くの座標データを必要とするため、計測時間及び解析時間が多大となる問題がある。
一方、測定原点を通るように走査・測定を行い、表面の曲率半径やうねりなどを評価する方法では、曲率半径やうねりの評価は２次元的な解析でできるため、前者の方法と比較して大幅な計測時間の短縮及び解析時間の短縮が可能であるが、測定原点を通るように正しく測定できない場合、レンズの頂点を通らないため、求められた曲率半径は実際の形状よりも小さなものとなってしまう。
特許文献１に記載された光学測定装置の実施例には測定原点を求める方法の記載がある。この場合、レンズ曲率半径が小さい場合は問題ないが、レンズ曲率半径が大きいほど、また、測定する距離が短いほど頂点座標を正確に推定できないという問題が生じる。頂点座標を正確に推定できない理由はたとえば特許文献２にも記載されている。
したがって、被測定物がレーザプリンタやデジタルコピーの書き込み光学系に搭載されている長尺レンズや長尺ミラーの場合、曲率半径が大きく走査距離が短い短手方向の頂点座標を正確に求めることができない。
【０００４】
これに対して、特許文献２の形状測定装置の測定原点探索方法のように、レンズの端面の座標を求め、端面基準で測定原点を求める方法が考えられる。この技術は被測定物の端面座標を正確に求めることで測定原点を求める処理方法に関するものである。しかし、被測定物の端面は表面の傾きが急激に変化する部分であるため表面に追従していたプローブの出力も急激に変化し、それに追従しようとプローブを搭載した追従ステージも急激な動作をし、大きな加速度が発生して、追従ステージが急停止できなくなる場合がある。このため、プローブが被測定物の取付け治具等に衝突し、破壊されるという問題が生じる。
【０００５】
特許文献３の３次元形状測定装置では、被測定物の端面部分を認識するための技術として、被測定物表面の傾斜を算出し、その値に基づいて被測定物端部付近と判定し、装置を停止させる手段に関する記載がある。しかし、上述の測定原点を用いた測定方法に活用できるような端面情報を検出することはできない。また、端面と判定するまでの時間的要素に適切な制約がないので、例えば端面判定までに時間がかかるような設定になっている場合には、追従ステージの停止までに時間を要し、プローブが被測定物の取付け治具等に衝突してしまい、破壊される可能性がある。逆に端面を判定するまでの時間が短すぎる設定では、被測定物表面の傷やゴミ、被測定物表面の形状、走査条件等によって、誤認識が生じやすくなる。この場合、測定時の追従動作が停止するので測定効率が悪くなるという問題が起こる。
さらに、特許文献３の３次元形状測定装置は、プローブの変位出力の値が所定の範囲から外れたときに動作を切換え、退避させる発明であるが、プローブが何らかの不具合で摺動しない状態や被測定物から外れる状態となってしまうと、プローブの出力は間違った出力となる。プローブの変位出力値のみでステージの動作を制御していると、追従ステージがプローブの間違った出力に追従しようとするため暴走してしまい装置を破壊してしまう恐れがある。特に追従系の追従性能が高いと問題である。
そこで、本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、効率がよく、高精度で安全な測定ができる形状測定装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定し、形状測定時の前記プローブの変位出力値が前記目標値から所定の範囲にある変位領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするようになされた形状測定装置であって、前記変位領域の範囲を変更できる第１の制御手段を備えた形状測定装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記第１の制御手段は前記プローブの変位出力値が前記変位領域から外れたとき、前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換える形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記第１の制御手段は前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、前記停止動作を行う直前の位置に前記プローブが復帰するように探索動作を行う形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記プローブの変位出力値が前記変位領域から外れた場合、追従異常と判定する第１の追従判定手段を備えた形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記第１の制御手段によって、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した形状測定装置を主要な特徴とする。
【０００７】
請求項６記載の発明では、前記プローブの変位出力値が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記変位領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第１の端面判定手段を備えた形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置において、形状測定における前記プローブによる走査時に前記ステージ機構の追従時の移動速度を検出し、前記移動速度が予め設定された所定の範囲の速度領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするように制御する第２の制御手段を備えた形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記第２の制御手段は前記速度領域を変更できる形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、前記第２の制御手段は前記移動速度が前記速度領域から外れた場合、前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換える形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、前記第２の制御手段は前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、前記停止動作を行う直前の位置に前記プローブが復帰するように探索動作を行う形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項１１記載の発明では、前記移動速度が前記速度領域から外れた場合、追従異常と判定する第２の追従判定手段を備えた形状測定装置を主要な特徴とする。
【０００８】
請求項１２記載の発明では、前記第２の制御手段によって、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項１３記載の発明では、前記移動速度が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記速度領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第２の端面判定手段を備えた形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項１４記載の発明では、プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定し、形状測定時の前記プローブの変位出力値が前記目標値から所定の範囲にある変位領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするようになされた形状測定装置の制御方法であって、前記変位領域の範囲を変更できる第１の制御方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項１５記載の発明では、前記プローブの変位出力値が前記変位領域から外れた場合、追従異常と判定する第１の追従判定方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項１６記載の発明では、前記第１の制御方法において、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項１７記載の発明では、前記プローブの変位出力値が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記変位領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第１の端面判定方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
【０００９】
請求項１８記載の発明では、プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置の制御方法において、形状測定における前記プローブによる走査時に前記ステージ機構の追従時の移動速度を検出し、前記移動速度が予め設定された所定の範囲の速度領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするように制御する第２の制御方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項１９記載の発明では、前記第２の制御方法によって前記速度領域を変更できる形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項２０記載の発明では、前記移動速度が前記速度領域から外れた場合、追従異常と判定する第２の追従判定方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項２１記載の発明では、前記第２の制御方法において、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項２２記載の発明では、前記移動速度が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記速度領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第２の端面判定方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態である形状測定装置と形状測定装置の制御方法を図面により詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態である形状測定装置の要部（触針式プローブ８）の部品構成を示す平面図であり、図２は形状測定装置の概観を示す平面図である。なお、ここでは、触針式プローブを採用した形状測定装置の例について説明するが、フォーカス信号や、静電容量を使用した比接触式プローブを採用した場合であっても、プローブ出力を所定の値にするように追従ステージによって追従しながら、走査ステージによって走査し、形状を測定していく基本的な動作は同じである。
図１に示すように、触針式プローブ８は真球１、触針子（プローブ）２、ハウジング４、静圧空気軸受５、給気孔６、ばね７とで構成されている。真球１は被測定面に接触する部材であり、触針子２の先端に取り付けられている。触針子２は給気孔６から給気される静圧空気軸受け５によって非接触支持され、横方向には拘束され、上下方向には摺動抵抗なく動くことができる。触針子２はハウジング４に固定されたばね７によって支持されている。ハウジング４は触針子２の変位方向と同方向に駆動される不図示の移動ステージに搭載される。
測定時には、触針子２の先端の真球１が被測定面に押し付けられ、触針子２は、ばね７のばね力と被測定面からの反力とが釣り合う位置に移動する。そのとき、後述する変位計９の出力が変化する。この出力が常に一定となるようにハウジングを搭載した移動ステージが制御される。ばね７が線形ばねである場合、微小変位ｄＺと接触力は比例関係にある。
なお、触針子２を支持するばね７はコイルばね、板ばね、ヒンジ、空気ばね、磁気式ばね等、形式を問わず、変位によって力が発生する機構であればよい。また、触針子２の横方向の支持機構は静圧空気軸受けに限定されず、平行板ばね等の横方向剛性の高い支持機構であれば良い。
【００１１】
次に、本実施の形態の形状測定装置の測定原理の一例を図２を用いて説明する。Ｘ軸ステージ２７、Ｙ軸ステージ２９上にこれに対して垂直方向に移動するＺ軸ステージ２４が搭載されている（特許請求の範囲において、これら各軸ステージをステージ機構と称す）。Ｚ軸ステージ２４上には触針式プローブ８が搭載されている。また、触針子２の微小変位ｄＺを検出するためにこの例では光学式の変位計９が搭載されている。変位計９は静電容量式、作動トランス式等の形式であってもよい。また、ステージの変位を検出するためにＺ軸ステージ上には、Ｘ軸用レーザ測長器１２とＹ軸用レーザ測長器１３とＺ軸用レーザ測長器１４が搭載されている。また、Ｘ軸レーザ測長器１２用の基準ミラー１５、Ｙ軸レーザ測長器１３用の基準ミラー１６、Ｚ軸レーザ測長器１４用の基準ミラー１７がそれぞれの測長器に対向して配設されている。
このようになされた形状測定装置では、Ｘ軸、Ｙ軸の位置検出は、図示していないがモータ軸上のロータリエンコーダもしくはリニアエンコーダによって行い、この位置の値を使用した位置決め制御系によりＸ軸、Ｙ軸は駆動される。また、Ｚ軸はリニアエンコーダ１１によって位置検出され、この値を使用した位置決め制御系によって駆動される。測定時には被測定物取付治具１９上に取り付けられた被測定物２０に触針子２を接触させ、Ｚ軸の制御を変位計９の出力を使用した追従制御系に切換えて変位計９の出力が予め設定された目標値となるようにする。このＺ軸追従制御の状態で、Ｘ軸もしくはＹ軸ステージを駆動し、被測定物２０上を走査させる。このときの軌跡をＺ軸ステージ上のＸ軸用レーザ測長器１２、Ｙ軸用レーザ測長器１３、Ｚ軸用レーザ測長器１４によって検出し、その値を被測定物の表面形状とする。
【００１２】
次に、本発明の実施の形態である形状測定装置の制御回路について図３のブロック図を用いて説明する。制御回路の主要部は形状測定装置の動作指令を行うホストＰＣ３５と、ホストＰＣ３５の指令に応じて各ステージの制御を行うＺ軸制御部２６、Ｘ軸制御部２８、Ｙ軸制御部３０と、Ｚ軸ステージ２４、Ｘ軸ステージ２７、Ｙ軸ステージ２９と、Ｚ軸ステージ上２４に取り付けられたＸ軸Ｙ軸Ｚ軸のレーザ測長器１２〜１４の３次元座標データを取得する座標データ取得部２２から構成される。
ホストＰＣ３５は座標データ記憶部２３と、動作指令部３１と、測定条件設定部３４とで構成され、動作指令部３１は第１の追従判定手段としての追従異常判定部３２と第２の追従判定手段としての速度異常判定部３３とを備えている。追従異常判定部３２は形状測定モードにおいてプローブの変位出力値が予め設定された目標値から所定の範囲にある変位領域から外れたことを判定するためのものであり、後述する第１の追従判定方法を実現する手段である。
また、速度異常判定部３３は形状測定モードにおいてＺ軸ステージの移動速度が予め設定された所定の範囲の速度領域から外れたことを判定するためのものであり、後述する第２の追従判定方法を実現する手段である。追従異常判定部３２、速度異常判定部３３はＺ軸制御部２６からのデータを受けて判定を行っている。
【００１３】
ホストＰＣ３５から動作命令を受けたＺ軸制御部２６は、動作命令に応じたＺ軸ステージ２４の制御を行う。Ｚ軸制御部２６の指令値に応じてＺ軸ドライバ３７はＺ軸ステージ２４のアクチュエータを駆動し、Ｚ軸ステージ２４は動作を行う。Ｚ軸ステージ２４の動きは、Ｚ軸エンコーダ３６によって検出され、Ｚ軸制御部２６へフィードバックされる。Ｘ軸ステージ、Ｙ軸ステージについても同様な構成で駆動される。各軸ステージのアクチュエータは、回転モータ、リニアモータ、ピエゾアクチュエータ等である。Ｚ軸制御部２６、Ｘ軸制御部２８、Ｙ軸制御部３０、座標データ取得部２２とホストＰＣ３５の間は、共有メモリやパラレルＩ／Ｏ、もしくはシリアルＩ／Ｏ等によって動作命令やデータの授受が行われる（図４）。
なお、ここの説明では、閉ループのサーボ機構を例にしたが、パルスモータ等の開ループ機構であっても成立する。また、各軸ステージの位置検出をエンコーダに代えて、前記レーザ測長器の出力を使用することも可能である。形状測定モード時は、Ｚ軸ステージ２４のＺ軸エンコーダ３６をプローブ出力２５に切り換えて、被測定物表面をプローブで倣う追従制御を行う。また、本装置では、各駆動軸の制御部２６、２８、３０を分離した構成としているが、ホストＰＣ３５に相当する演算処理部に処理能力がある場合は、ここで処理することも可能である。本装置では、ホストＰＣ３５の負荷を低減する目的と、座標データのサンプリング間隔の正確さと高速化、各軸制御系のリアルタイム性を実現するために、別構成としている。また、ここでは、ホストＰＣ３５が動作の統括をしている例を説明したが、ワークステーションやシーケンサ、専用ハードウェアによって動作の統括をしてもよい。
図３では、追従異常判定部３２と速度異常判定部３３の両方をホストＰＣ３５内に構築した例を示したが、追従異常判定部３２、速度異常判定部３３のいずれか一方もしくは両方をＺ軸制御部２６内に構築することも可能であり、この場合は、判定結果をホストＰＣ３５が受けて、異常判定時の動作命令処理を行うことになる。Ｚ軸制御部２６内部で、追従異常判定と速度異常判定の２つの異常判定を行うことにより、異常判定の高速化が可能となる。
【００１４】
次に図１に示した触針式プローブを使用する場合のＺ軸制御部２６の動作について図５のブロック線図、図６のフローチャート及び図７のＺ軸変位と時間の関係図を用いて説明する。なお、図５の破線で囲まれた部分が図３のＺ軸制御部２６に相当する。まず、図５によって位置決めモードの場合と形状測定モードの場合について説明し、次に、図６及び図７によって動作の詳細について説明する。Ｚ軸ステージを所定の位置へ移動させる通常の位置決めモードでは、ホストＰＣ３５の動作命令を受け、第１の制御手段としての動作制御部５５が切換器４７を切り換えることによって、Ｚ軸エンコーダ５２を使用する位置決めモードに切り換える。同時に、目標位置４２にＺｒｅｆをセットする。
目標位置４２のＺｒｅｆとＺ軸エンコーダ３６の値Ｚは、比較器４３で比較され、偏差（比較値）は補償器４８へ入力される。Ｚ軸ドライバ３７は補償器４８の演算出力に応じた電流もしくは電圧をＺ軸アクチュエータ５０に流し、Ｚ軸ステージ２４が目標位置へ位置決めされる。なお、図５は速度フィードバックループがない形であるが、位置フィードバックループの内側に、速度フィードバックループを備えてもよい。
形状測定モードでは、ホストＰＣ３５の動作命令を受け、動作制御部５５は切換器４７をプローブの変位計９の出力ｄＺを使用する追従モードに切り換える。同時に、目標荷重４４にｆｐｒｅｆをセットする。目標荷重４４にセットされたｆｐｒｅｆは１／Ｋｐｎｏｍ４５においてバネ定数Ｋｐｎｏｍで除算され、目標変位ｄＺｒｅｆが算出される。目標変位ｄＺｒｅｆと、変位計の出力ｄＺからプローブの初期値ｄＺ０を除いた値、すなわちプローブ変位ｄＺ−ｄＺ０は比較器４６で比較され、補償器４８へ入力される。Ｚ軸ドライバ３７は補償器４８の演算出力に応じた電流もしくは電圧をＺ軸アクチュエータ５０に流し、Ｚ軸ステージ２４はプローブの出力が目標変位ｄＺｒｅｆとなるように制御される。Ｚ軸エンコーダの出力Ｚ及び変位計出力ｄＺは動作制御部５５で検出され、ホストＰＣへ伝達される。
動作制御部５５の内部に備えられた追従異常判定部は形状測定モードにおける追従モード時に比較器４６の出力の偏差もしくはプローブ変位ｄＺ−ｄＺ０を監視し、その値が所定の範囲を外れた場合、追従モードから位置決めモードに切り換える。同時に、追従異常を判定しホストＰＣ３５へ伝達する（第１の追従判定方法）。追従異常を判定するための所定の値についての説明は後述する。なお、目標荷重４４にセットされるｆｐｒｅｆや追従異常判定の所定の範囲はホストＰＣ３５より動作制御部５５へ伝達される。
【００１５】
動作の詳細を図６のフローチャートで説明する。追従モードでは、まず、ステップＳ１でＸＹ軸ステージ走査を行い、触針式プローブによって被測定物の表面を走査する。そして、ステップＳ２でｄＺが所定の範囲外にあるか判定を行う。ｄＺが範囲内である場合は（ステップＳ２でＮＯ）、ステップＳ１に戻ってステージの走査を行い、範囲を外れた場合は（ステップＳ２でＹＥＳ）、Ｚ軸は位置決めモードに切り換えられ同時にＸＹＺ軸ステージを停止させる（ステップＳ３）。次に、追従エラーをホストＰＣ３５へ伝達し（ステップＳ４）、Ｚ軸ステージを退避させる（ステップＳ５）。
一般的にｄＺが所定範囲から外れる大きな原因は、被測定物表面のゴミであるため、ゴミを避けることができれは、測定を続けられる。継続して測定を行うために、ステップＳ６でＺ軸を駆動させてｄＺ探索動作を行う。ｄＺの検出判定を行い（ステップＳ７）、検出できた場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、Ｚ軸を追従モードに切り換えＸＹ軸ステージを走査させて（ステップＳ８）、測定を再開する。ｄＺを検出できない場合は（ステップＳ７でＮＯ）、ステップＳ９へ移ってｄＺの探索範囲外であるか判定し、範囲内であれば（ステップＳ９でＮＯ）、ステップＳ６へ戻ってｄＺ探索動作を行う。一方、探索範囲を外れた場合は（ステップＳ９でＹＥＳ）、ｄＺ探索エラーをホストＰＣへ伝達する（ステップＳ１０）。
【００１６】
図７はＺ軸の動きと時間との関係を示したものである。図６のフローチャートで説明した動作を図７を用いて説明すると、被測定物表面の走査中にプローブの変位出力値が所定の範囲から外れたことが検出されると（異常検出）、プローブは被測定物表面から離れる方向に退避する（退避動作）。プローブは制定動作の後、退避動作を行う前の地点を探索し（探索動作）、同地点が検出できた場合は測定の継続を開始する。
追従異常を判定するための所定の値について図８を用いて説明する。追従モードにおける目標変位ｄＺｒｅｆは目標荷重ｆｐｒｅｆをバネ定数Ｋｐｎｏｍで除算した値となる。目標荷重は被測定物が傷つかない程度の荷重を設定する。例えば、プラスチックレンズ等では０．２ｍＮ〜１ｍＮ程度の低荷重を選定する。測定精度を上げる場合、走査時の接触荷重のばらつきも問題になるため前記所定の範囲に相当する目標変位からの許容偏差は小さくする必要ある。しかし、許容偏差を小さくすると、Ｚ軸の追従遅れや、微小なゴミ、プローブの微小振動等によって、追従異常となってしまう。
本実施の形態の形状測定装置では、要求される測定精度や走査速度に応じて、動作制御部５５が許容偏差を広げたり狭めたり変化させることができる（第１の制御方法）。その構成は、Ｚ軸制御部２６とホストＰＣ３５間のデータの授受によって行われる。データの授受は、上述したように、図４記載の共有メモリやパラレルＩ／Ｏ、もしくはシリアルＩ／Ｏ等によって行われ、Ｚ軸制御部２６がそのデータを読み込むことによって、追従判定の所定の値が設定される。
【００１７】
図８において、ホストＰＣ３５は通常の走査モード（測定モード）では正方向の許容偏差をδＵ０、負方向の許容偏差をδＬ０として設定する。走査モードにおいて、ｄＺ−ｄＺ０がこの範囲を外れた場合、追従異常となりステージは停止する。しかし、被測定物の端面を検出するエッジ検出モードでは、安全のためエッジを検出した瞬間に瞬間的にステージを停止させたい。よって、変位領域としての正方向の許容偏差δＵ０および負方向の許容偏差δＬ０よりも許容偏差を小さくした正方向の許容偏差δＵ１、負方向の許容偏差δＬ１を使用することによって、変位領域の範囲を狭く設定し、より速くステージを停止できるようになる。
この実施の形態の形状測定装置では、追従異常判定部は被測定物のエッジ（端面）を検出するための第１の端面判定手段としての機能も備えている。図９のように急峻な端面であれば、プローブ出力も急激に変動するためエッジの検出は容易であるが、面取りやＲのある端面では、Ｚ軸ステージがプローブ出力に追従してしまうため、プローブ出力の変動も小さくなり、エッジ検出は困難になってくる。そこで、追従異常判定でも使用する目標値の所定の許容範囲を狭めることにより、エッジを検出しやすくしている。
ホストＰＣは追従モードの正方向の許容偏差δＵ０、負方向の許容偏差δＬ０に代えて、許容偏差を小さくした正方向の許容偏差δＵ１、負方向の許容偏差δＬ１を動作制御部に伝達する（第１の制御方法）。動作制御部にある追従異常判定部は、ｄＺ−ｄＺ０が設定範囲を外れた場合、エッジ検出完了をホストＰＣ３５へ伝達する。ホストＰＣ３５はステージを停止させる（第１の端面判定方法）。
【００１８】
図１０のフローチャートを用いて説明すると、まず、ステップＳ１３でＸＹ軸ステージ走査を行い、触針式プローブによって被測定物の表面を走査する。そして、ステップＳ１４でｄＺが所定の範囲外にあるか判定を行う。ｄＺが範囲内である場合は（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１３に戻ってステージの走査を行い、範囲を外れた場合は（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５でエッジ検出完了をホストＰＣ３５へ伝達し、ＸＹＺ軸ステージを停止させる（ステップＳ１６）。
したがって、Ｚ軸制御部２６に追従異常判定部を備えた場合の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法では、予め設定されたプローブの変位出力の目標値から所定の範囲にある変位領域の範囲を変更できる動作制御部５５を備えたことによって、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、変位領域の範囲を変更し、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
また、プローブの変位出力値が変位領域から外れたとき、ステージ機構の追従及び走査動作から停止動作に切換える動作制御部５５を備えたことによって、測定中の異常確認時に測定動作を停止できる。その結果、安全な測定動作を行うことができる。
また、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、停止動作を行う直前の位置にプローブが復帰するように探索動作を行う動作制御部５５を備えたことによって、測定中の異常によって測定動作を停止しても、再度測定を続けることができるようになる。その結果、測定動作を最初からやり直す必要がなくなり、安全性と測定の高効率化を両立する動作を行うことができる。
また、プローブの変位出力値が変位領域から外れた場合、追従異常と判定する追従異常判定部を備えたことによって、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
【００１９】
また、被測定物の表面を走査して端面を検出するために変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定する動作制御部５５を備えたことによって、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激にプローブの変位出力値が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
また、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した変位領域からプローブの変位出力値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定する追従異常判定部を備えたことにより、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、形状測定装置側で被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
また、第１の制御方法において、予め設定されたプローブの変位出力の目標値から所定の範囲にある変位領域の範囲を変更できるようにしたので、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、変位領域の範囲を変更し、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
また、第１の追従判定方法において、プローブの変位出力値が変位領域から外れた場合、追従異常と判定するようにしたので、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
また、第１の制御方法において、被測定物の表面を走査して端面を検出するために変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定するようにしたので、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激にプローブの変位出力値が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
また、第１の端面判定方法において、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した変位領域からプローブの変位出力値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定するようにしたので、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、形状測定装置側で被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
【００２０】
続いて、速度異常判定部を備えた場合のＺ軸制御部２６の動作について図１１のブロック線図及び図１２のフローチャートを用いて説明する。図１１において、破線で囲まれた部分が図３のＺ軸制御部２６に相当する。この場合は図５の動作制御部５５を第２の制御手段としての動作制御部５８に置き換え、さらに、Ｚ軸の速度検出をするｄｕ／ｄｔ５９が備えられる。ｄｕ／ｄｔ５９から出力される速度信号ｖＺは動作制御部５８内に備えられた速度異常判定部において監視され、所定の範囲を外れた場合、速度異常を判定しホストＰＣ３５へ伝達する（第２の追従判定方法）。追従モード時に速度異常を判定した場合、追従モードから位置決めモードに切り換える（第２の制御方法）。速度異常を判定するための所定の値についての説明は後述する。なお、速度異常判定の所定の範囲はホストＰＣ３５より動作制御部５８へ伝達される。
【００２１】
動作の詳細を図１２のフローチャートで説明する。追従モードでは、まず、ステップＳ２１でＸＹ軸ステージ走査を行い、触針式プローブによって被測定物の表面を走査する。そして、ステップＳ２２でｖＺが所定の範囲外にあるか判定を行う。ｖＺが範囲内である場合は（ステップＳ２２でＮＯ）、ステップＳ２１に戻ってステージの走査を行い、範囲を外れた場合は（ステップＳ２２でＹＥＳ）、Ｚ軸は位置決めモードに切り換えられ同時にＸＹＺ軸ステージを停止させる（ステップＳ２３）。次に、速度エラーをホストＰＣ３５へ伝達し（ステップＳ２４）、Ｚ軸ステージを退避させる（ステップＳ２５）。
継続して測定を行うために、ステップＳ２６でＺ軸を駆動させてｄＺ探索動作を行う。ｄＺの検出判定を行い、検出できた場合（ステップＳ２７でＹＥＳ）、Ｚ軸を追従モードに切り換えＸＹ軸ステージを走査させて（ステップＳ２８）、測定を再開する。一方、ｄＺを検出できない場合は（ステップＳ２７でＮＯ）、ステップＳ２９へ移ってｄＺの探索範囲外であるか判定し、範囲内であれば（ステップＳ２９でＮＯ）、ステップＳ２６へ戻ってｄＺ探索動作を行う。探索範囲を外れた場合は（ステップＳ２９でＹＥＳ）、ｄＺ探索エラーをホストＰＣ３５へ伝達する（ステップＳ３０）。
【００２２】
速度異常を判定するための所定の値について図１３を用いて説明する。追従モード時のＺ軸の速度は、被測定物表面の形状と走査速度に依存したものとなるため、その速度を大きく外れる場合は、Ｚ軸の追従に異常がある可能性がある。また、上述したようなエッジ検出においては瞬間的にステージを停止させたい。追従異常判定に加えて、速度異常判定を加えた場合は、２重の安全対策をすることもできる。
本実施の形態の形状測定装置では、要求される測定精度や走査速度に応じて、動作制御部５８が許容速度を変化させることができる（第２の制御方法）。その構成は、Ｚ軸制御部とホストＰＣ間のデータの授受によって行われる。データの授受は、上記で説明したように、図４記載の共有メモリやパラレルＩ／Ｏ、もしくはシリアルＩ／Ｏ等によって行われ、Ｚ軸制御部がそのデータを読み込むことによって、速度異常判定の所定の値が設定される。
図１３はその一例である。ホストＰＣ３５は通常の走査モード（測定モード）では正方向の許容速度をｖＺＵ０、負方向の許容速度をｖＺＬ０として設定する。走査モードにおいて、ｖＺがこの範囲を外れた場合、速度異常となりステージは停止する。しかし、被測定物の端面を検出するエッジ検出モードでは、安全のためエッジを検出した瞬間に瞬間的にステージを停止させたい。よって、前記正方向の許容速度ｖＺＵ０、負方向の許容速度ｖＺＬ０よりも許容速度を小さくした正方向の許容速度ｖＺＵ１、負方向の許容速度ｖＺＬ１を使用することによって、速度領域の範囲を狭く設定し、より速くステージを停止できるようになる。この実施の形態の形状測定装置では、速度異常判定部は被測定部のエッジ（端面）を検出するための第２の端面判定手段としての機能も備えている。ホストＰＣ３５は追従モードの正方向の正方向の許容速度をｖＺＵ０、負方向の許容速度をｖＺＬ０に代えて、許容速度を小さくした正方向の許容速度ｖＺＵ１、負方向の許容速度ｖＺＬ１を動作制御部に伝達する（第２の制御方法）。動作制御部にある速度異常判定部は、ｖＺが設定範囲を外れた場合、エッジ検出完了をホストＰＣ３５へ伝達する。ホストＰＣ３５はステージを停止させる（第２の端面判定方法）。
【００２３】
図１４のフローチャートを用いて説明すると、まず、ステップＳ３３でＸＹ軸ステージ走査を行い、触針式プローブによって被測定物の表面を走査する。そして、ステップＳ３４でｖＺが所定の範囲外にあるか判定を行う。ｖＺが範囲内である場合は（ステップＳ３４でＮＯ）、ステップＳ３３に戻ってステージの走査を行い、範囲を外れた場合は（ステップＳ３４でＹＥＳ）、エッジ検出完了をホストＰＣ３５へ伝達し（ステップＳ３５）、ＸＹＺ軸ステージを停止させる（ステップＳ３６）。
したがって、Ｚ軸制御部２６に速度異常判定部を備えた場合の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法では、プローブを被測定物表面に追従させるステージ機構の追従時の移動速度を検出し、予め設定された所定の範囲の速度領域から移動速度が外れたとき、ステージ機構が所定の動作をするように制御する動作制御部５８を備えたことによって、測定時の追従異常を検出し、所定の異常回避動作を行うことができる。その結果、安全で高精度な測定動作を行うことが可能となる。また、プローブの変位出力だけでは検出できない異常も検出できるようになる。
また、ステージ機構の追従時の移動速度の速度領域の範囲を変更できる動作制御部５８を備えることによって、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、また、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
また、追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換える動作制御部５８を備えたことによって、測定中の異常確認時に測定動作を停止できる。その結果、安全な測定動作を行うことができる。
【００２４】
また、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、停止動作を行う直前の位置にプローブが復帰するように探索動作を行う動作制御部５８を備えたことによって、測定中の異常によって測定動作を停止しても、再度測定を続けることができるようになる。その結果、測定動作を最初からやり直す必要がなくなり、安全性と測定の高効率化を両立する動作を行うことができる。
また、ステージ機構の追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、追従異常と判定する速度異常判定部を備えたことによって、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
また、被測定物の表面を走査して端面を検出するためにステージ機構の移動速度の速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定する動作制御部５８を備えたことによって、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激に移動速度が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
また、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した速度領域からステージ機構の移動速度の値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定する速度異常判定部を備えたことにより、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
【００２５】
また、第２の制御方法において、プローブを被測定物表面に追従させるステージ機構の追従時の移動速度を検出し、予め設定された所定の範囲の速度領域から移動速度が外れたとき、ステージ機構が所定の動作をするようにしたので、測定時の追従異常を検出し、所定の異常回避動作を行うことができる。その結果、安全で高精度な測定動作を行うことが可能となる。また、プローブの変位出力だけでは検出できない異常も検出できるようになる。
また、第２の制御方法において、ステージ機構の追従時の移動速度の速度領域の範囲を変更できるようにしたので、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、また、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
また、第２の追従判定方法において、ステージ機構の追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、追従異常と判定するようにしたので、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
また、第２の制御方法において、被測定物の表面を走査して端面を検出するためにステージ機構の移動速度の速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定するようにしたので、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激に移動速度が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
また、第２の端面判定方法において、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した速度領域からステージ機構の移動速度の値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定するようにしたので、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
なお、この実施の形態では、追従異常判定部を備えた構成と、速度異常判定部を備えた構成を分けて説明したが、１つの装置内部に構築することが可能であり、それにより安全性をより高めることができる。また、Ｚ軸制御部２６、Ｘ軸制御部２８、Ｙ軸制御部３０における動作はアナログ回路やデジタル回路で構築可能であるが、ＣＰＵやＤＳＰによるソフトウェアでも構築できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、予め設定されたプローブの変位出力の目標値から所定の範囲にある変位領域の範囲を変更できる第１の制御手段を備えたことによって、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、変位領域の範囲を変更し、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、安全で高精度な測定動作を行うことができる。請求項２によれば、プローブの変位出力値が変位領域から外れたとき、ステージ機構の追従及び走査動作から停止動作に切換える第１の制御手段を備えたことによって、測定中の異常確認時に測定動作を停止できる。その結果、安全な測定動作を行うことができる。
請求項３によれば、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、停止動作を行う直前の位置にプローブが復帰するように探索動作を行う第１の制御手段を備えたことによって、測定中の異常によって測定動作を停止しても、再度測定を続けることができるようになる。その結果、測定動作を最初からやり直す必要がなくなり、安全性と測定の高効率化を両立する動作を行うことができる。
請求項４によれば、プローブの変位出力値が変位領域から外れた場合、追従異常と判定する第１の追従判定手段を備えたことによって、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
請求項５によれば、被測定物の表面を走査して端面を検出するために変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定する第１の制御手段を備えたことによって、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激にプローブの変位出力値が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
請求項６によれば、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した変位領域からプローブの変位出力値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定する第１の端面判定手段を備えたことにより、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、形状測定装置側で被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
請求項７によれば、プローブを被測定物表面に追従させるステージ機構の追従時の移動速度を検出し、予め設定された所定の範囲の速度領域から移動速度が外れたとき、ステージ機構が所定の動作をするように制御する第２の制御手段を備えたことによって、測定時の追従異常を検出し、所定の異常回避動作を行うことができる。その結果、安全で高精度な測定動作を行うことが可能となる。また、プローブの変位出力だけでは検出できない異常も検出できるようになる。
【００２７】
請求項８によれば、ステージ機構の追従時の移動速度の速度領域の範囲を変更できる第２の制御手段を備えることによって、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、また、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
請求項９によれば、追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換える第２の制御手段を備えたことによって、測定中の異常確認時に測定動作を停止できる。その結果、安全な測定動作を行うことができる。
請求項１０によれば、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、停止動作を行う直前の位置にプローブが復帰するように探索動作を行う第２の制御手段を備えたことによって、測定中の異常によって測定動作を停止しても、再度測定を続けることができるようになる。その結果、測定動作を最初からやり直す必要がなくなり、安全性と測定の高効率化を両立する動作を行うことができる。
請求項１１によれば、ステージ機構の追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、追従異常と判定する第２の追従判定手段を備えたことによって、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
請求項１２によれば、被測定物の表面を走査して端面を検出するためにステージ機構の移動速度の速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定する第２の制御手段を備えたことによって、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激に移動速度が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
請求項１３によれば、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した速度領域からステージ機構の移動速度の値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定する第２の端面判定手段を備えたことにより、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
【００２８】
請求項１４によれば、第１の制御方法において、予め設定されたプローブの変位出力の目標値から所定の範囲にある変位領域の範囲を変更できるようにしたので、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、変位領域の範囲を変更し、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
請求項１５によれば、第１の追従判定方法において、プローブの変位出力値が変位領域から外れた場合、追従異常と判定するようにしたので、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
請求項１６によれば、第１の制御方法において、被測定物の表面を走査して端面を検出するために変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定するようにしたので、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激にプローブの変位出力値が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
請求項１７によれば、第１の端面判定方法において、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した変位領域からプローブの変位出力値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定するようにしたので、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、形状測定装置側で被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
請求項１８によれば、第２の制御方法において、プローブを被測定物表面に追従させるステージ機構の追従時の移動速度を検出し、予め設定された所定の範囲の速度領域から移動速度が外れたとき、ステージ機構が所定の動作をするようにしたので、測定時の追従異常を検出し、所定の異常回避動作を行うことができる。その結果、安全で高精度な測定動作を行うことが可能となる。また、プローブの変位出力だけでは検出できない異常も検出できるようになる。
請求項１９によれば、第２の制御方法において、ステージ機構の追従時の移動速度の速度領域の範囲を変更できるようにしたので、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、また、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
【００２９】
請求項２０によれば、第２の追従判定方法において、ステージ機構の追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、追従異常と判定するようにしたので、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
請求項２１によれば、第２の制御方法において、被測定物の表面を走査して端面を検出するためにステージ機構の移動速度の速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定するようにしたので、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激に移動速度が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
請求項２２によれば、第２の端面判定方法において、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した速度領域からステージ機構の移動速度の値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定するようにしたので、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】形状測定装置の要部（触針式プローブ８）の部品構成を示す平面図である。
【図２】形状測定装置の正面図である。
【図３】形状測定装置の制御回路を示すブロック図である。
【図４】各軸の制御部及び座標データ取得部２２とホストＰＣ３５の間のデータの授受を説明する図である。
【図５】追従異常判定部を備えた場合のＺ軸制御部２６の動作を説明するブロック線図である。
【図６】追従異常判定部を備えた場合のＺ軸制御部２６の動作を説明するフローチャートである。
【図７】Ｚ軸変位と時間の関係を示す図である。
【図８】追従異常を判定するための所定の変位領域を示す説明図である。
【図９】エッジ（端面）検出時のプローブの動きを示す図である。
【図１０】追従異常判定部によって端面を検出するときの動作を示すフローチャートである。
【図１１】速度異常判定部を備えた場合のＺ軸制御部２６の動作を説明するブロック線図である。
【図１２】速度異常判定部を備えた場合のＺ軸制御部２６の動作を説明するフローチャートである。
【図１３】速度異常を判定するための所定の変位領域を示す説明図である。
【図１４】速度異常判定部によって端面を検出するときの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 真球、２ 触針子、４ ハウジング、５ 静圧空気軸受、６ 吸気孔、７ばね、８ 触針式プローブ、９ 変位計、１１ リニアエンコーダ、１２ Ｘ軸用レーザ測長器、１３ Ｙ軸用レーザ測長器、１４ Ｚ軸用レーザ測長器、１５、１６、１７ 基準ミラー、１９ 被測定物取付治具、２０ 被測定物、２２座標データ取得部、２３ 座標データ記憶部、２４ Ｚ軸ステージ、２５ プローブ出力、２６ Ｚ軸制御部、２７ Ｘ軸ステージ、２８ Ｘ軸制御部、２９Ｙ軸ステージ、３０ Ｙ軸制御部、３１ 動作指令部、３２ 追従異常判定部、３３ 速度異常判定部、３４ 測定条件設定部、３５ ホストＰＣ、３６ Ｚ軸エンコーダ、３７ Ｚ軸ドライバ、４２ 目標位置、４３、４６ 比較器、４４ 目標荷重、４５ １／Ｋｐｎｏｍ、４７ 切換器、４８ 補償器、５０ Ｚ軸アクチュエータ、５２ Ｚ軸エンコーダ、５５、５８ 動作制御部、５９ ｄｕ／ｄｔ
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触式形状測定装置や非接触式形状測定装置のように、被測定物の表面を走査するプローブからの変位出力値を一定に保とうとしながらプローブを搭載したステージを駆動して形状を測定する形状測定装置及びその制御方法に係り、特に、プローブの変位出力値が推移する変位領域の範囲を変更することができる形状測定装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズや金型の形状を高精度に測定する装置として、接触式もしくは非接触式プローブによって被測定物表面を走査する形状測定装置が知られている。例えば、特開平２−２５４３０６号公報の光学測定装置や、特開２０００−２９８０１４公報の形状測定装置の測定原点探索方法や、特許第３２７２９５２号公報の３次元形状測定装置が提案されている。
【特許文献１】特開平２−２５４３０６号公報
【特許文献２】特開２０００−２９８０１４公報
【特許文献３】特許第３２７２９５２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば凸レンズを測定するときの方法としては、細かなピッチでレンズの表面を走査・測定し、測定された座標データを解析し、レンズ表面の曲率半径やうねりなどを評価する方法や、特許文献１記載の光学測定装置や、特許文献２記載の形状測定装置の測定原点探索方法のようにレンズの頂点位置を求め、これを測定原点と定め、この測定原点を通るように走査・測定を行い、測定された座標データを解析し、レンズ表面の曲率半径やうねりなどを評価する方法がある。
しかしながら、細かなピッチでレンズを走査・測定し、表面の曲率半径やうねりなどを評価する方法では、測定原点が求められていなくても複数の座標データを３次元的に解析することによってレンズの形状を解析することが可能であるが、多くの座標データを必要とするため、計測時間及び解析時間が多大となる問題がある。
一方、測定原点を通るように走査・測定を行い、表面の曲率半径やうねりなどを評価する方法では、曲率半径やうねりの評価は２次元的な解析でできるため、前者の方法と比較して大幅な計測時間の短縮及び解析時間の短縮が可能であるが、測定原点を通るように正しく測定できない場合、レンズの頂点を通らないため、求められた曲率半径は実際の形状よりも小さなものとなってしまう。
特許文献１に記載された光学測定装置の実施例には測定原点を求める方法の記載がある。この場合、レンズ曲率半径が小さい場合は問題ないが、レンズ曲率半径が大きいほど、また、測定する距離が短いほど頂点座標を正確に推定できないという問題が生じる。頂点座標を正確に推定できない理由はたとえば特許文献２にも記載されている。
したがって、被測定物がレーザプリンタやデジタルコピーの書き込み光学系に搭載されている長尺レンズや長尺ミラーの場合、曲率半径が大きく走査距離が短い短手方向の頂点座標を正確に求めることができない。
【０００４】
これに対して、特許文献２の形状測定装置の測定原点探索方法のように、レンズの端面の座標を求め、端面基準で測定原点を求める方法が考えられる。この技術は被測定物の端面座標を正確に求めることで測定原点を求める処理方法に関するものである。しかし、被測定物の端面は表面の傾きが急激に変化する部分であるため表面に追従していたプローブの出力も急激に変化し、それに追従しようとプローブを搭載した追従ステージも急激な動作をし、大きな加速度が発生して、追従ステージが急停止できなくなる場合がある。このため、プローブが被測定物の取付け治具等に衝突し、破壊されるという問題が生じる。
【０００５】
特許文献３の３次元形状測定装置では、被測定物の端面部分を認識するための技術として、被測定物表面の傾斜を算出し、その値に基づいて被測定物端部付近と判定し、装置を停止させる手段に関する記載がある。しかし、上述の測定原点を用いた測定方法に活用できるような端面情報を検出することはできない。また、端面と判定するまでの時間的要素に適切な制約がないので、例えば端面判定までに時間がかかるような設定になっている場合には、追従ステージの停止までに時間を要し、プローブが被測定物の取付け治具等に衝突してしまい、破壊される可能性がある。逆に端面を判定するまでの時間が短すぎる設定では、被測定物表面の傷やゴミ、被測定物表面の形状、走査条件等によって、誤認識が生じやすくなる。この場合、測定時の追従動作が停止するので測定効率が悪くなるという問題が起こる。
さらに、特許文献３の３次元形状測定装置は、プローブの変位出力の値が所定の範囲から外れたときに動作を切換え、退避させる発明であるが、プローブが何らかの不具合で摺動しない状態や被測定物から外れる状態となってしまうと、プローブの出力は間違った出力となる。プローブの変位出力値のみでステージの動作を制御していると、追従ステージがプローブの間違った出力に追従しようとするため暴走してしまい装置を破壊してしまう恐れがある。特に追従系の追従性能が高いと問題である。
そこで、本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、効率がよく、高精度で安全な測定ができる形状測定装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定し、形状測定時の前記プローブの変位出力値が前記目標値から所定の範囲にある変位領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするようになされた形状測定装置であって、前記変位領域の範囲を変更できる第１の制御手段を備えた形状測定装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記第１の制御手段は前記プローブの変位出力値が前記変位領域から外れたとき、前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換える形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記第１の制御手段は前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、前記停止動作を行う直前の位置に前記プローブが復帰するように探索動作を行う形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記プローブの変位出力値が前記変位領域から外れた場合、追従異常と判定する第１の追従判定手段を備えた形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記第１の制御手段によって、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した形状測定装置を主要な特徴とする。
【０００７】
請求項６記載の発明では、前記プローブの変位出力値が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記変位領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第１の端面判定手段を備えた形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置において、形状測定における前記プローブによる走査時に前記ステージ機構の追従時の移動速度を検出し、前記移動速度が予め設定された所定の範囲の速度領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするように制御する第２の制御手段を備えた形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記第２の制御手段は前記速度領域を変更できる形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、前記第２の制御手段は前記移動速度が前記速度領域から外れた場合、前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換える形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、前記第２の制御手段は前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、前記停止動作を行う直前の位置に前記プローブが復帰するように探索動作を行う形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項１１記載の発明では、前記移動速度が前記速度領域から外れた場合、追従異常と判定する第２の追従判定手段を備えた形状測定装置を主要な特徴とする。
【０００８】
請求項１２記載の発明では、前記第２の制御手段によって、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項１３記載の発明では、前記移動速度が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記速度領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第２の端面判定手段を備えた形状測定装置を主要な特徴とする。
請求項１４記載の発明では、プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定し、形状測定時の前記プローブの変位出力値が前記目標値から所定の範囲にある変位領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするようになされた形状測定装置の制御方法であって、前記変位領域の範囲を変更できる第１の制御方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項１５記載の発明では、前記プローブの変位出力値が前記変位領域から外れた場合、追従異常と判定する第１の追従判定方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項１６記載の発明では、前記第１の制御方法において、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項１７記載の発明では、前記プローブの変位出力値が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記変位領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第１の端面判定方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
【０００９】
請求項１８記載の発明では、プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置の制御方法において、形状測定における前記プローブによる走査時に前記ステージ機構の追従時の移動速度を検出し、前記移動速度が予め設定された所定の範囲の速度領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするように制御する第２の制御方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項１９記載の発明では、前記第２の制御方法によって前記速度領域を変更できる形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項２０記載の発明では、前記移動速度が前記速度領域から外れた場合、追従異常と判定する第２の追従判定方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項２１記載の発明では、前記第２の制御方法において、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
請求項２２記載の発明では、前記移動速度が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記速度領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第２の端面判定方法を備えた形状測定装置の制御方法を主要な特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態である形状測定装置と形状測定装置の制御方法を図面により詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態である形状測定装置の要部（触針式プローブ８）の部品構成を示す平面図であり、図２は形状測定装置の概観を示す平面図である。なお、ここでは、触針式プローブを採用した形状測定装置の例について説明するが、フォーカス信号や、静電容量を使用した比接触式プローブを採用した場合であっても、プローブ出力を所定の値にするように追従ステージによって追従しながら、走査ステージによって走査し、形状を測定していく基本的な動作は同じである。
図１に示すように、触針式プローブ８は真球１、触針子（プローブ）２、ハウジング４、静圧空気軸受５、給気孔６、ばね７とで構成されている。真球１は被測定面に接触する部材であり、触針子２の先端に取り付けられている。触針子２は給気孔６から給気される静圧空気軸受け５によって非接触支持され、横方向には拘束され、上下方向には摺動抵抗なく動くことができる。触針子２はハウジング４に固定されたばね７によって支持されている。ハウジング４は触針子２の変位方向と同方向に駆動される不図示の移動ステージに搭載される。
測定時には、触針子２の先端の真球１が被測定面に押し付けられ、触針子２は、ばね７のばね力と被測定面からの反力とが釣り合う位置に移動する。そのとき、後述する変位計９の出力が変化する。この出力が常に一定となるようにハウジングを搭載した移動ステージが制御される。ばね７が線形ばねである場合、微小変位ｄＺと接触力は比例関係にある。
なお、触針子２を支持するばね７はコイルばね、板ばね、ヒンジ、空気ばね、磁気式ばね等、形式を問わず、変位によって力が発生する機構であればよい。また、触針子２の横方向の支持機構は静圧空気軸受けに限定されず、平行板ばね等の横方向剛性の高い支持機構であれば良い。
【００１１】
次に、本実施の形態の形状測定装置の測定原理の一例を図２を用いて説明する。Ｘ軸ステージ２７、Ｙ軸ステージ２９上にこれに対して垂直方向に移動するＺ軸ステージ２４が搭載されている（特許請求の範囲において、これら各軸ステージをステージ機構と称す）。Ｚ軸ステージ２４上には触針式プローブ８が搭載されている。また、触針子２の微小変位ｄＺを検出するためにこの例では光学式の変位計９が搭載されている。変位計９は静電容量式、作動トランス式等の形式であってもよい。また、ステージの変位を検出するためにＺ軸ステージ上には、Ｘ軸用レーザ測長器１２とＹ軸用レーザ測長器１３とＺ軸用レーザ測長器１４が搭載されている。また、Ｘ軸レーザ測長器１２用の基準ミラー１５、Ｙ軸レーザ測長器１３用の基準ミラー１６、Ｚ軸レーザ測長器１４用の基準ミラー１７がそれぞれの測長器に対向して配設されている。
このようになされた形状測定装置では、Ｘ軸、Ｙ軸の位置検出は、図示していないがモータ軸上のロータリエンコーダもしくはリニアエンコーダによって行い、この位置の値を使用した位置決め制御系によりＸ軸、Ｙ軸は駆動される。また、Ｚ軸はリニアエンコーダ１１によって位置検出され、この値を使用した位置決め制御系によって駆動される。測定時には被測定物取付治具１９上に取り付けられた被測定物２０に触針子２を接触させ、Ｚ軸の制御を変位計９の出力を使用した追従制御系に切換えて変位計９の出力が予め設定された目標値となるようにする。このＺ軸追従制御の状態で、Ｘ軸もしくはＹ軸ステージを駆動し、被測定物２０上を走査させる。このときの軌跡をＺ軸ステージ上のＸ軸用レーザ測長器１２、Ｙ軸用レーザ測長器１３、Ｚ軸用レーザ測長器１４によって検出し、その値を被測定物の表面形状とする。
【００１２】
次に、本発明の実施の形態である形状測定装置の制御回路について図３のブロック図を用いて説明する。制御回路の主要部は形状測定装置の動作指令を行うホストＰＣ３５と、ホストＰＣ３５の指令に応じて各ステージの制御を行うＺ軸制御部２６、Ｘ軸制御部２８、Ｙ軸制御部３０と、Ｚ軸ステージ２４、Ｘ軸ステージ２７、Ｙ軸ステージ２９と、Ｚ軸ステージ上２４に取り付けられたＸ軸Ｙ軸Ｚ軸のレーザ測長器１２〜１４の３次元座標データを取得する座標データ取得部２２から構成される。
ホストＰＣ３５は座標データ記憶部２３と、動作指令部３１と、測定条件設定部３４とで構成され、動作指令部３１は第１の追従判定手段としての追従異常判定部３２と第２の追従判定手段としての速度異常判定部３３とを備えている。追従異常判定部３２は形状測定モードにおいてプローブの変位出力値が予め設定された目標値から所定の範囲にある変位領域から外れたことを判定するためのものであり、後述する第１の追従判定方法を実現する手段である。
また、速度異常判定部３３は形状測定モードにおいてＺ軸ステージの移動速度が予め設定された所定の範囲の速度領域から外れたことを判定するためのものであり、後述する第２の追従判定方法を実現する手段である。追従異常判定部３２、速度異常判定部３３はＺ軸制御部２６からのデータを受けて判定を行っている。
【００１３】
ホストＰＣ３５から動作命令を受けたＺ軸制御部２６は、動作命令に応じたＺ軸ステージ２４の制御を行う。Ｚ軸制御部２６の指令値に応じてＺ軸ドライバ３７はＺ軸ステージ２４のアクチュエータを駆動し、Ｚ軸ステージ２４は動作を行う。Ｚ軸ステージ２４の動きは、Ｚ軸エンコーダ３６によって検出され、Ｚ軸制御部２６へフィードバックされる。Ｘ軸ステージ、Ｙ軸ステージについても同様な構成で駆動される。各軸ステージのアクチュエータは、回転モータ、リニアモータ、ピエゾアクチュエータ等である。Ｚ軸制御部２６、Ｘ軸制御部２８、Ｙ軸制御部３０、座標データ取得部２２とホストＰＣ３５の間は、共有メモリやパラレルＩ／Ｏ、もしくはシリアルＩ／Ｏ等によって動作命令やデータの授受が行われる（図４）。
なお、ここの説明では、閉ループのサーボ機構を例にしたが、パルスモータ等の開ループ機構であっても成立する。また、各軸ステージの位置検出をエンコーダに代えて、前記レーザ測長器の出力を使用することも可能である。形状測定モード時は、Ｚ軸ステージ２４のＺ軸エンコーダ３６をプローブ出力２５に切り換えて、被測定物表面をプローブで倣う追従制御を行う。また、本装置では、各駆動軸の制御部２６、２８、３０を分離した構成としているが、ホストＰＣ３５に相当する演算処理部に処理能力がある場合は、ここで処理することも可能である。本装置では、ホストＰＣ３５の負荷を低減する目的と、座標データのサンプリング間隔の正確さと高速化、各軸制御系のリアルタイム性を実現するために、別構成としている。また、ここでは、ホストＰＣ３５が動作の統括をしている例を説明したが、ワークステーションやシーケンサ、専用ハードウェアによって動作の統括をしてもよい。
図３では、追従異常判定部３２と速度異常判定部３３の両方をホストＰＣ３５内に構築した例を示したが、追従異常判定部３２、速度異常判定部３３のいずれか一方もしくは両方をＺ軸制御部２６内に構築することも可能であり、この場合は、判定結果をホストＰＣ３５が受けて、異常判定時の動作命令処理を行うことになる。Ｚ軸制御部２６内部で、追従異常判定と速度異常判定の２つの異常判定を行うことにより、異常判定の高速化が可能となる。
【００１４】
次に図１に示した触針式プローブを使用する場合のＺ軸制御部２６の動作について図５のブロック線図、図６のフローチャート及び図７のＺ軸変位と時間の関係図を用いて説明する。なお、図５の破線で囲まれた部分が図３のＺ軸制御部２６に相当する。まず、図５によって位置決めモードの場合と形状測定モードの場合について説明し、次に、図６及び図７によって動作の詳細について説明する。Ｚ軸ステージを所定の位置へ移動させる通常の位置決めモードでは、ホストＰＣ３５の動作命令を受け、第１の制御手段としての動作制御部５５が切換器４７を切り換えることによって、Ｚ軸エンコーダ５２を使用する位置決めモードに切り換える。同時に、目標位置４２にＺｒｅｆをセットする。
目標位置４２のＺｒｅｆとＺ軸エンコーダ３６の値Ｚは、比較器４３で比較され、偏差（比較値）は補償器４８へ入力される。Ｚ軸ドライバ３７は補償器４８の演算出力に応じた電流もしくは電圧をＺ軸アクチュエータ５０に流し、Ｚ軸ステージ２４が目標位置へ位置決めされる。なお、図５は速度フィードバックループがない形であるが、位置フィードバックループの内側に、速度フィードバックループを備えてもよい。
形状測定モードでは、ホストＰＣ３５の動作命令を受け、動作制御部５５は切換器４７をプローブの変位計９の出力ｄＺを使用する追従モードに切り換える。同時に、目標荷重４４にｆｐｒｅｆをセットする。目標荷重４４にセットされたｆｐｒｅｆは１／Ｋｐｎｏｍ４５においてバネ定数Ｋｐｎｏｍで除算され、目標変位ｄＺｒｅｆが算出される。目標変位ｄＺｒｅｆと、変位計の出力ｄＺからプローブの初期値ｄＺ０を除いた値、すなわちプローブ変位ｄＺ−ｄＺ０は比較器４６で比較され、補償器４８へ入力される。Ｚ軸ドライバ３７は補償器４８の演算出力に応じた電流もしくは電圧をＺ軸アクチュエータ５０に流し、Ｚ軸ステージ２４はプローブの出力が目標変位ｄＺｒｅｆとなるように制御される。Ｚ軸エンコーダの出力Ｚ及び変位計出力ｄＺは動作制御部５５で検出され、ホストＰＣへ伝達される。
動作制御部５５の内部に備えられた追従異常判定部は形状測定モードにおける追従モード時に比較器４６の出力の偏差もしくはプローブ変位ｄＺ−ｄＺ０を監視し、その値が所定の範囲を外れた場合、追従モードから位置決めモードに切り換える。同時に、追従異常を判定しホストＰＣ３５へ伝達する（第１の追従判定方法）。追従異常を判定するための所定の値についての説明は後述する。なお、目標荷重４４にセットされるｆｐｒｅｆや追従異常判定の所定の範囲はホストＰＣ３５より動作制御部５５へ伝達される。
【００１５】
動作の詳細を図６のフローチャートで説明する。追従モードでは、まず、ステップＳ１でＸＹ軸ステージ走査を行い、触針式プローブによって被測定物の表面を走査する。そして、ステップＳ２でｄＺが所定の範囲外にあるか判定を行う。ｄＺが範囲内である場合は（ステップＳ２でＮＯ）、ステップＳ１に戻ってステージの走査を行い、範囲を外れた場合は（ステップＳ２でＹＥＳ）、Ｚ軸は位置決めモードに切り換えられ同時にＸＹＺ軸ステージを停止させる（ステップＳ３）。次に、追従エラーをホストＰＣ３５へ伝達し（ステップＳ４）、Ｚ軸ステージを退避させる（ステップＳ５）。
一般的にｄＺが所定範囲から外れる大きな原因は、被測定物表面のゴミであるため、ゴミを避けることができれは、測定を続けられる。継続して測定を行うために、ステップＳ６でＺ軸を駆動させてｄＺ探索動作を行う。ｄＺの検出判定を行い（ステップＳ７）、検出できた場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、Ｚ軸を追従モードに切り換えＸＹ軸ステージを走査させて（ステップＳ８）、測定を再開する。ｄＺを検出できない場合は（ステップＳ７でＮＯ）、ステップＳ９へ移ってｄＺの探索範囲外であるか判定し、範囲内であれば（ステップＳ９でＮＯ）、ステップＳ６へ戻ってｄＺ探索動作を行う。一方、探索範囲を外れた場合は（ステップＳ９でＹＥＳ）、ｄＺ探索エラーをホストＰＣへ伝達する（ステップＳ１０）。
【００１６】
図７はＺ軸の動きと時間との関係を示したものである。図６のフローチャートで説明した動作を図７を用いて説明すると、被測定物表面の走査中にプローブの変位出力値が所定の範囲から外れたことが検出されると（異常検出）、プローブは被測定物表面から離れる方向に退避する（退避動作）。プローブは制定動作の後、退避動作を行う前の地点を探索し（探索動作）、同地点が検出できた場合は測定の継続を開始する。
追従異常を判定するための所定の値について図８を用いて説明する。追従モードにおける目標変位ｄＺｒｅｆは目標荷重ｆｐｒｅｆをバネ定数Ｋｐｎｏｍで除算した値となる。目標荷重は被測定物が傷つかない程度の荷重を設定する。例えば、プラスチックレンズ等では０．２ｍＮ〜１ｍＮ程度の低荷重を選定する。測定精度を上げる場合、走査時の接触荷重のばらつきも問題になるため前記所定の範囲に相当する目標変位からの許容偏差は小さくする必要ある。しかし、許容偏差を小さくすると、Ｚ軸の追従遅れや、微小なゴミ、プローブの微小振動等によって、追従異常となってしまう。
本実施の形態の形状測定装置では、要求される測定精度や走査速度に応じて、動作制御部５５が許容偏差を広げたり狭めたり変化させることができる（第１の制御方法）。その構成は、Ｚ軸制御部２６とホストＰＣ３５間のデータの授受によって行われる。データの授受は、上述したように、図４記載の共有メモリやパラレルＩ／Ｏ、もしくはシリアルＩ／Ｏ等によって行われ、Ｚ軸制御部２６がそのデータを読み込むことによって、追従判定の所定の値が設定される。
【００１７】
図８において、ホストＰＣ３５は通常の走査モード（測定モード）では正方向の許容偏差をδＵ０、負方向の許容偏差をδＬ０として設定する。走査モードにおいて、ｄＺ−ｄＺ０がこの範囲を外れた場合、追従異常となりステージは停止する。しかし、被測定物の端面を検出するエッジ検出モードでは、安全のためエッジを検出した瞬間に瞬間的にステージを停止させたい。よって、変位領域としての正方向の許容偏差δＵ０および負方向の許容偏差δＬ０よりも許容偏差を小さくした正方向の許容偏差δＵ１、負方向の許容偏差δＬ１を使用することによって、変位領域の範囲を狭く設定し、より速くステージを停止できるようになる。
この実施の形態の形状測定装置では、追従異常判定部は被測定物のエッジ（端面）を検出するための第１の端面判定手段としての機能も備えている。図９のように急峻な端面であれば、プローブ出力も急激に変動するためエッジの検出は容易であるが、面取りやＲのある端面では、Ｚ軸ステージがプローブ出力に追従してしまうため、プローブ出力の変動も小さくなり、エッジ検出は困難になってくる。そこで、追従異常判定でも使用する目標値の所定の許容範囲を狭めることにより、エッジを検出しやすくしている。
ホストＰＣは追従モードの正方向の許容偏差δＵ０、負方向の許容偏差δＬ０に代えて、許容偏差を小さくした正方向の許容偏差δＵ１、負方向の許容偏差δＬ１を動作制御部に伝達する（第１の制御方法）。動作制御部にある追従異常判定部は、ｄＺ−ｄＺ０が設定範囲を外れた場合、エッジ検出完了をホストＰＣ３５へ伝達する。ホストＰＣ３５はステージを停止させる（第１の端面判定方法）。
【００１８】
図１０のフローチャートを用いて説明すると、まず、ステップＳ１３でＸＹ軸ステージ走査を行い、触針式プローブによって被測定物の表面を走査する。そして、ステップＳ１４でｄＺが所定の範囲外にあるか判定を行う。ｄＺが範囲内である場合は（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１３に戻ってステージの走査を行い、範囲を外れた場合は（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５でエッジ検出完了をホストＰＣ３５へ伝達し、ＸＹＺ軸ステージを停止させる（ステップＳ１６）。
したがって、Ｚ軸制御部２６に追従異常判定部を備えた場合の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法では、予め設定されたプローブの変位出力の目標値から所定の範囲にある変位領域の範囲を変更できる動作制御部５５を備えたことによって、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、変位領域の範囲を変更し、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
また、プローブの変位出力値が変位領域から外れたとき、ステージ機構の追従及び走査動作から停止動作に切換える動作制御部５５を備えたことによって、測定中の異常確認時に測定動作を停止できる。その結果、安全な測定動作を行うことができる。
また、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、停止動作を行う直前の位置にプローブが復帰するように探索動作を行う動作制御部５５を備えたことによって、測定中の異常によって測定動作を停止しても、再度測定を続けることができるようになる。その結果、測定動作を最初からやり直す必要がなくなり、安全性と測定の高効率化を両立する動作を行うことができる。
また、プローブの変位出力値が変位領域から外れた場合、追従異常と判定する追従異常判定部を備えたことによって、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
【００１９】
また、被測定物の表面を走査して端面を検出するために変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定する動作制御部５５を備えたことによって、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激にプローブの変位出力値が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
また、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した変位領域からプローブの変位出力値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定する追従異常判定部を備えたことにより、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、形状測定装置側で被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
また、第１の制御方法において、予め設定されたプローブの変位出力の目標値から所定の範囲にある変位領域の範囲を変更できるようにしたので、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、変位領域の範囲を変更し、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
また、第１の追従判定方法において、プローブの変位出力値が変位領域から外れた場合、追従異常と判定するようにしたので、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
また、第１の制御方法において、被測定物の表面を走査して端面を検出するために変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定するようにしたので、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激にプローブの変位出力値が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
また、第１の端面判定方法において、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した変位領域からプローブの変位出力値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定するようにしたので、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、形状測定装置側で被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
【００２０】
続いて、速度異常判定部を備えた場合のＺ軸制御部２６の動作について図１１のブロック線図及び図１２のフローチャートを用いて説明する。図１１において、破線で囲まれた部分が図３のＺ軸制御部２６に相当する。この場合は図５の動作制御部５５を第２の制御手段としての動作制御部５８に置き換え、さらに、Ｚ軸の速度検出をするｄｕ／ｄｔ５９が備えられる。ｄｕ／ｄｔ５９から出力される速度信号ｖＺは動作制御部５８内に備えられた速度異常判定部において監視され、所定の範囲を外れた場合、速度異常を判定しホストＰＣ３５へ伝達する（第２の追従判定方法）。追従モード時に速度異常を判定した場合、追従モードから位置決めモードに切り換える（第２の制御方法）。速度異常を判定するための所定の値についての説明は後述する。なお、速度異常判定の所定の範囲はホストＰＣ３５より動作制御部５８へ伝達される。
【００２１】
動作の詳細を図１２のフローチャートで説明する。追従モードでは、まず、ステップＳ２１でＸＹ軸ステージ走査を行い、触針式プローブによって被測定物の表面を走査する。そして、ステップＳ２２でｖＺが所定の範囲外にあるか判定を行う。ｖＺが範囲内である場合は（ステップＳ２２でＮＯ）、ステップＳ２１に戻ってステージの走査を行い、範囲を外れた場合は（ステップＳ２２でＹＥＳ）、Ｚ軸は位置決めモードに切り換えられ同時にＸＹＺ軸ステージを停止させる（ステップＳ２３）。次に、速度エラーをホストＰＣ３５へ伝達し（ステップＳ２４）、Ｚ軸ステージを退避させる（ステップＳ２５）。
継続して測定を行うために、ステップＳ２６でＺ軸を駆動させてｄＺ探索動作を行う。ｄＺの検出判定を行い、検出できた場合（ステップＳ２７でＹＥＳ）、Ｚ軸を追従モードに切り換えＸＹ軸ステージを走査させて（ステップＳ２８）、測定を再開する。一方、ｄＺを検出できない場合は（ステップＳ２７でＮＯ）、ステップＳ２９へ移ってｄＺの探索範囲外であるか判定し、範囲内であれば（ステップＳ２９でＮＯ）、ステップＳ２６へ戻ってｄＺ探索動作を行う。探索範囲を外れた場合は（ステップＳ２９でＹＥＳ）、ｄＺ探索エラーをホストＰＣ３５へ伝達する（ステップＳ３０）。
【００２２】
速度異常を判定するための所定の値について図１３を用いて説明する。追従モード時のＺ軸の速度は、被測定物表面の形状と走査速度に依存したものとなるため、その速度を大きく外れる場合は、Ｚ軸の追従に異常がある可能性がある。また、上述したようなエッジ検出においては瞬間的にステージを停止させたい。追従異常判定に加えて、速度異常判定を加えた場合は、２重の安全対策をすることもできる。
本実施の形態の形状測定装置では、要求される測定精度や走査速度に応じて、動作制御部５８が許容速度を変化させることができる（第２の制御方法）。その構成は、Ｚ軸制御部とホストＰＣ間のデータの授受によって行われる。データの授受は、上記で説明したように、図４記載の共有メモリやパラレルＩ／Ｏ、もしくはシリアルＩ／Ｏ等によって行われ、Ｚ軸制御部がそのデータを読み込むことによって、速度異常判定の所定の値が設定される。
図１３はその一例である。ホストＰＣ３５は通常の走査モード（測定モード）では正方向の許容速度をｖＺＵ０、負方向の許容速度をｖＺＬ０として設定する。走査モードにおいて、ｖＺがこの範囲を外れた場合、速度異常となりステージは停止する。しかし、被測定物の端面を検出するエッジ検出モードでは、安全のためエッジを検出した瞬間に瞬間的にステージを停止させたい。よって、前記正方向の許容速度ｖＺＵ０、負方向の許容速度ｖＺＬ０よりも許容速度を小さくした正方向の許容速度ｖＺＵ１、負方向の許容速度ｖＺＬ１を使用することによって、速度領域の範囲を狭く設定し、より速くステージを停止できるようになる。この実施の形態の形状測定装置では、速度異常判定部は被測定部のエッジ（端面）を検出するための第２の端面判定手段としての機能も備えている。ホストＰＣ３５は追従モードの正方向の正方向の許容速度をｖＺＵ０、負方向の許容速度をｖＺＬ０に代えて、許容速度を小さくした正方向の許容速度ｖＺＵ１、負方向の許容速度ｖＺＬ１を動作制御部に伝達する（第２の制御方法）。動作制御部にある速度異常判定部は、ｖＺが設定範囲を外れた場合、エッジ検出完了をホストＰＣ３５へ伝達する。ホストＰＣ３５はステージを停止させる（第２の端面判定方法）。
【００２３】
図１４のフローチャートを用いて説明すると、まず、ステップＳ３３でＸＹ軸ステージ走査を行い、触針式プローブによって被測定物の表面を走査する。そして、ステップＳ３４でｖＺが所定の範囲外にあるか判定を行う。ｖＺが範囲内である場合は（ステップＳ３４でＮＯ）、ステップＳ３３に戻ってステージの走査を行い、範囲を外れた場合は（ステップＳ３４でＹＥＳ）、エッジ検出完了をホストＰＣ３５へ伝達し（ステップＳ３５）、ＸＹＺ軸ステージを停止させる（ステップＳ３６）。
したがって、Ｚ軸制御部２６に速度異常判定部を備えた場合の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法では、プローブを被測定物表面に追従させるステージ機構の追従時の移動速度を検出し、予め設定された所定の範囲の速度領域から移動速度が外れたとき、ステージ機構が所定の動作をするように制御する動作制御部５８を備えたことによって、測定時の追従異常を検出し、所定の異常回避動作を行うことができる。その結果、安全で高精度な測定動作を行うことが可能となる。また、プローブの変位出力だけでは検出できない異常も検出できるようになる。
また、ステージ機構の追従時の移動速度の速度領域の範囲を変更できる動作制御部５８を備えることによって、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、また、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
また、追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換える動作制御部５８を備えたことによって、測定中の異常確認時に測定動作を停止できる。その結果、安全な測定動作を行うことができる。
【００２４】
また、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、停止動作を行う直前の位置にプローブが復帰するように探索動作を行う動作制御部５８を備えたことによって、測定中の異常によって測定動作を停止しても、再度測定を続けることができるようになる。その結果、測定動作を最初からやり直す必要がなくなり、安全性と測定の高効率化を両立する動作を行うことができる。
また、ステージ機構の追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、追従異常と判定する速度異常判定部を備えたことによって、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
また、被測定物の表面を走査して端面を検出するためにステージ機構の移動速度の速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定する動作制御部５８を備えたことによって、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激に移動速度が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
また、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した速度領域からステージ機構の移動速度の値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定する速度異常判定部を備えたことにより、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
【００２５】
また、第２の制御方法において、プローブを被測定物表面に追従させるステージ機構の追従時の移動速度を検出し、予め設定された所定の範囲の速度領域から移動速度が外れたとき、ステージ機構が所定の動作をするようにしたので、測定時の追従異常を検出し、所定の異常回避動作を行うことができる。その結果、安全で高精度な測定動作を行うことが可能となる。また、プローブの変位出力だけでは検出できない異常も検出できるようになる。
また、第２の制御方法において、ステージ機構の追従時の移動速度の速度領域の範囲を変更できるようにしたので、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、また、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
また、第２の追従判定方法において、ステージ機構の追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、追従異常と判定するようにしたので、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
また、第２の制御方法において、被測定物の表面を走査して端面を検出するためにステージ機構の移動速度の速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定するようにしたので、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激に移動速度が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
また、第２の端面判定方法において、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した速度領域からステージ機構の移動速度の値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定するようにしたので、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
なお、この実施の形態では、追従異常判定部を備えた構成と、速度異常判定部を備えた構成を分けて説明したが、１つの装置内部に構築することが可能であり、それにより安全性をより高めることができる。また、Ｚ軸制御部２６、Ｘ軸制御部２８、Ｙ軸制御部３０における動作はアナログ回路やデジタル回路で構築可能であるが、ＣＰＵやＤＳＰによるソフトウェアでも構築できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、予め設定されたプローブの変位出力の目標値から所定の範囲にある変位領域の範囲を変更できる第１の制御手段を備えたことによって、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、変位領域の範囲を変更し、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、安全で高精度な測定動作を行うことができる。請求項２によれば、プローブの変位出力値が変位領域から外れたとき、ステージ機構の追従及び走査動作から停止動作に切換える第１の制御手段を備えたことによって、測定中の異常確認時に測定動作を停止できる。その結果、安全な測定動作を行うことができる。
請求項３によれば、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、停止動作を行う直前の位置にプローブが復帰するように探索動作を行う第１の制御手段を備えたことによって、測定中の異常によって測定動作を停止しても、再度測定を続けることができるようになる。その結果、測定動作を最初からやり直す必要がなくなり、安全性と測定の高効率化を両立する動作を行うことができる。
請求項４によれば、プローブの変位出力値が変位領域から外れた場合、追従異常と判定する第１の追従判定手段を備えたことによって、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
請求項５によれば、被測定物の表面を走査して端面を検出するために変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定する第１の制御手段を備えたことによって、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激にプローブの変位出力値が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
請求項６によれば、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した変位領域からプローブの変位出力値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定する第１の端面判定手段を備えたことにより、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、形状測定装置側で被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
請求項７によれば、プローブを被測定物表面に追従させるステージ機構の追従時の移動速度を検出し、予め設定された所定の範囲の速度領域から移動速度が外れたとき、ステージ機構が所定の動作をするように制御する第２の制御手段を備えたことによって、測定時の追従異常を検出し、所定の異常回避動作を行うことができる。その結果、安全で高精度な測定動作を行うことが可能となる。また、プローブの変位出力だけでは検出できない異常も検出できるようになる。
【００２７】
請求項８によれば、ステージ機構の追従時の移動速度の速度領域の範囲を変更できる第２の制御手段を備えることによって、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、また、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
請求項９によれば、追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換える第２の制御手段を備えたことによって、測定中の異常確認時に測定動作を停止できる。その結果、安全な測定動作を行うことができる。
請求項１０によれば、ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、停止動作を行う直前の位置にプローブが復帰するように探索動作を行う第２の制御手段を備えたことによって、測定中の異常によって測定動作を停止しても、再度測定を続けることができるようになる。その結果、測定動作を最初からやり直す必要がなくなり、安全性と測定の高効率化を両立する動作を行うことができる。
請求項１１によれば、ステージ機構の追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、追従異常と判定する第２の追従判定手段を備えたことによって、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
請求項１２によれば、被測定物の表面を走査して端面を検出するためにステージ機構の移動速度の速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定する第２の制御手段を備えたことによって、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激に移動速度が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
請求項１３によれば、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した速度領域からステージ機構の移動速度の値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定する第２の端面判定手段を備えたことにより、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
【００２８】
請求項１４によれば、第１の制御方法において、予め設定されたプローブの変位出力の目標値から所定の範囲にある変位領域の範囲を変更できるようにしたので、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、変位領域の範囲を変更し、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
請求項１５によれば、第１の追従判定方法において、プローブの変位出力値が変位領域から外れた場合、追従異常と判定するようにしたので、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
請求項１６によれば、第１の制御方法において、被測定物の表面を走査して端面を検出するために変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定するようにしたので、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激にプローブの変位出力値が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
請求項１７によれば、第１の端面判定方法において、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した変位領域からプローブの変位出力値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定するようにしたので、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、形状測定装置側で被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
請求項１８によれば、第２の制御方法において、プローブを被測定物表面に追従させるステージ機構の追従時の移動速度を検出し、予め設定された所定の範囲の速度領域から移動速度が外れたとき、ステージ機構が所定の動作をするようにしたので、測定時の追従異常を検出し、所定の異常回避動作を行うことができる。その結果、安全で高精度な測定動作を行うことが可能となる。また、プローブの変位出力だけでは検出できない異常も検出できるようになる。
請求項１９によれば、第２の制御方法において、ステージ機構の追従時の移動速度の速度領域の範囲を変更できるようにしたので、走査条件もしくは測定条件に応じた安全な動作設定が可能となる。その結果、走査速度重視の測定条件、測定精度重視の測定条件等の設定ができ、また、安全で高精度な測定動作を行うことができる。
【００２９】
請求項２０によれば、第２の追従判定方法において、ステージ機構の追従時の移動速度が所定の速度領域から外れたとき、追従異常と判定するようにしたので、プローブの走査状態を監視することができる。その結果、走査状態に対応して所望の動作設定が可能となり、安全性を向上させることができる。
請求項２１によれば、第２の制御方法において、被測定物の表面を走査して端面を検出するためにステージ機構の移動速度の速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定するようにしたので、通常の形状測定時よりもプローブの異常検知が厳しくなる。その結果、急激に移動速度が変化する場合の被測定物端面を早いタイミングで検出でき、安全な端面検出動作を行うことができる。
請求項２２によれば、第２の端面判定方法において、通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した速度領域からステージ機構の移動速度の値が外れた場合、被測定物の端面を検出したと判定するようにしたので、端面を検出した判定ができるようになる。その結果、被測定物の端面を早いタイミングで検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】形状測定装置の要部（触針式プローブ８）の部品構成を示す平面図である。
【図２】形状測定装置の正面図である。
【図３】形状測定装置の制御回路を示すブロック図である。
【図４】各軸の制御部及び座標データ取得部２２とホストＰＣ３５の間のデータの授受を説明する図である。
【図５】追従異常判定部を備えた場合のＺ軸制御部２６の動作を説明するブロック線図である。
【図６】追従異常判定部を備えた場合のＺ軸制御部２６の動作を説明するフローチャートである。
【図７】Ｚ軸変位と時間の関係を示す図である。
【図８】追従異常を判定するための所定の変位領域を示す説明図である。
【図９】エッジ（端面）検出時のプローブの動きを示す図である。
【図１０】追従異常判定部によって端面を検出するときの動作を示すフローチャートである。
【図１１】速度異常判定部を備えた場合のＺ軸制御部２６の動作を説明するブロック線図である。
【図１２】速度異常判定部を備えた場合のＺ軸制御部２６の動作を説明するフローチャートである。
【図１３】速度異常を判定するための所定の変位領域を示す説明図である。
【図１４】速度異常判定部によって端面を検出するときの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 真球、２ 触針子、４ ハウジング、５ 静圧空気軸受、６ 吸気孔、７ばね、８ 触針式プローブ、９ 変位計、１１ リニアエンコーダ、１２ Ｘ軸用レーザ測長器、１３ Ｙ軸用レーザ測長器、１４ Ｚ軸用レーザ測長器、１５、１６、１７ 基準ミラー、１９ 被測定物取付治具、２０ 被測定物、２２座標データ取得部、２３ 座標データ記憶部、２４ Ｚ軸ステージ、２５ プローブ出力、２６ Ｚ軸制御部、２７ Ｘ軸ステージ、２８ Ｘ軸制御部、２９Ｙ軸ステージ、３０ Ｙ軸制御部、３１ 動作指令部、３２ 追従異常判定部、３３ 速度異常判定部、３４ 測定条件設定部、３５ ホストＰＣ、３６ Ｚ軸エンコーダ、３７ Ｚ軸ドライバ、４２ 目標位置、４３、４６ 比較器、４４ 目標荷重、４５ １／Ｋｐｎｏｍ、４７ 切換器、４８ 補償器、５０ Ｚ軸アクチュエータ、５２ Ｚ軸エンコーダ、５５、５８ 動作制御部、５９ ｄｕ／ｄｔ
Claims (22)
- プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定し、形状測定時の前記プローブの変位出力値が前記目標値から所定の範囲にある変位領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするようになされた形状測定装置であって、
前記変位領域の範囲を変更できる第１の制御手段を備えたことを特徴とする形状測定装置。 - 前記第１の制御手段は前記プローブの変位出力値が前記変位領域から外れたとき、前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えることを特徴とする請求項１記載の形状測定装置。
- 前記第１の制御手段は前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、前記停止動作を行う直前の位置に前記プローブが復帰するように探索動作を行うことを特徴とする請求項２記載の形状測定装置。
- 前記プローブの変位出力値が前記変位領域から外れた場合、追従異常と判定する第１の追従判定手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の形状測定装置。
- 前記第１の制御手段によって、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の形状測定装置。
- 前記プローブの変位出力値が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記変位領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第１の端面判定手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の形状測定装置。
- プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置において、
形状測定における前記プローブによる走査時に前記ステージ機構の追従時の移動速度を検出し、前記移動速度が予め設定された所定の範囲の速度領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするように制御する第２の制御手段を備えたことを特徴とする形状測定装置。 - 前記第２の制御手段は前記速度領域を変更できることを特徴とする請求項７記載の形状測定装置。
- 前記第２の制御手段は前記移動速度が前記速度領域から外れた場合、前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の形状測定装置。
- 前記第２の制御手段は前記ステージ機構の追従及び走査動作を停止動作に切換えた後、前記停止動作を行う直前の位置に前記プローブが復帰するように探索動作を行うことを特徴とする請求項９記載の形状測定装置。
- 前記移動速度が前記速度領域から外れた場合、追従異常と判定する第２の追従判定手段を備えたことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の形状測定装置。
- 前記第２の制御手段によって、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定したことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の形状測定装置。
- 前記移動速度が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記速度領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第２の端面判定手段を備えたことを特徴とする請求項１２記載の形状測定装置。
- プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定し、形状測定時の前記プローブの変位出力値が前記目標値から所定の範囲にある変位領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするようになされた形状測定装置の制御方法であって、
前記変位領域の範囲を変更できる第１の制御方法を備えたことを特徴とする形状測定装置の制御方法。 - 前記プローブの変位出力値が前記変位領域から外れた場合、追従異常と判定する第１の追従判定方法を備えたことを特徴とする請求項１４記載の形状測定装置の制御方法。
- 前記第１の制御方法において、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記変位領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定したことを特徴とする請求項１４から請求項１５のいずれかに記載の形状測定装置の制御方法。
- 前記プローブの変位出力値が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記変位領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第１の端面判定方法を備えたことを特徴とする請求項１６記載の形状測定装置の制御方法。
- プローブと前記プローブを搭載したステージ機構を備え、前記プローブの変位出力の値が予め設定された目標値となるように前記ステージ機構が被測定物の表面を追従及び走査し、前記プローブの軌跡の座標を取得することによって前記被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置の制御方法において、
形状測定における前記プローブによる走査時に前記ステージ機構の追従時の移動速度を検出し、前記移動速度が予め設定された所定の範囲の速度領域から外れたとき、前記ステージ機構が所定の動作をするように制御する第２の制御方法を備えたことを特徴とする形状測定装置の制御方法。 - 前記第２の制御方法によって前記速度領域を変更できることを特徴とする請求項１８記載の形状測定装置の制御方法。
- 前記移動速度が前記速度領域から外れた場合、追従異常と判定する第２の追従判定方法を備えたことを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の形状測定装置の制御方法。
- 前記第２の制御方法において、前記被測定物の表面を走査し前記被測定物の端面を検出するために前記速度領域の範囲を通常の形状測定の走査時よりも狭く設定したことを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれかに記載の形状測定装置の制御方法。
- 前記移動速度が通常の形状測定の走査時よりも狭く設定した前記速度領域の範囲から外れた場合、前記被測定物の端面を検出したと判定する第２の端面判定方法を備えたことを特徴とする請求項２１記載の形状測定装置の制御方法。
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