JP2005106549A - Profile measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子、金型等における被測定面の形状を接触式プローブを用いて測定する形状測定装置に関する。 The present invention relates to a shape measuring device that measures the shape of a surface to be measured in an optical element, a mold or the like using a contact probe.
従来より、光学素子、金型等における被測定面の形状を測定するために、接触式プローブを用いた形状測定装置が開発されている。 Conventionally, in order to measure the shape of a surface to be measured in an optical element, a mold or the like, a shape measuring apparatus using a contact probe has been developed.
図5(A)は、形状測定装置に用いられる接触式プローブの一例を示す縦断面図である。 FIG. 5A is a longitudinal sectional view showing an example of a contact probe used in the shape measuring apparatus.
同図において、触針子2の先端には、被測定物と接触する真球1が取り付けられている。この触針子2の変位を検出するための検出部として、変位計3が、触針子2の上端と対面する位置に配置されている。
In the figure, a
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、ハウジング4内に非接触状態で支持されている。ここで、この触針子2は、横方向には拘束され、かつ上下方向には摺動抵抗無く変位可能となっている。また、触針子2の上端には、該触針子2を支持し、ハウジング4に固定されているバネ7がある。
The
次に、この接触式プローブを用いた形状測定装置の基本動作を説明する。 Next, the basic operation of the shape measuring apparatus using the contact probe will be described.
真球1が被測定面に接触していない状態では、触針子2及び真球1の自重とバネ7のバネ力が釣合っている。これが初期位置となる。
When the
この状態から、図示しない被測定面の形状を測定する。まず、触針子2の先端の真球1を、被測定面に接触させる。これにより、触針子2は、バネ7によるバネ力と被測定面からの反力が釣合う位置に移動する。よって、初期位置から、上記位置に触針子2が移動したときの変位が上記変位計3により得られる。この変位量が一定になるように接触式プローブの上下方向の位置を制御することにより、触針子2の接触荷重を一定量に制御できる。こうして触針子2の接触荷重を一定に保った状態で、被測定面を走査することにより、被測定面の形状を測定することができる。
From this state, the shape of the surface to be measured (not shown) is measured. First, the
上述したような原理の接触式プローブでは、触針子2が機械共振周波数で振動し易い。特に、測定開始前の接触式プローブにおいては、真球1は被測定面と非接触状態であり、非常に共振し易い。一方、被測定面の形状を正確に測定するためには、触針子2の接触荷重を所望の接触荷重にする必要がある。そして、所望の接触荷重を得るためには、触針子2の初期位置を正確に把握する必要がある。しかしながら、触針子2が機械共振周波数で振動している状態では、触針子2の初期位置を検出できないという問題があった。
In the contact probe of the principle as described above, the
このような接触式プローブの問題を解決する形状測定装置が各種提案されており、例えば、特許文献1は、このような形状測定装置の一つを開示している。
Various shape measuring devices that solve the problem of such a contact probe have been proposed. For example,
この形状測定装置も、図5(A)の構造において、初期位置に位置する触針子2の変位を変位計3によって検出している。ただし、この形状測定装置は、図5(B)に示すように、この検出信号に対して演算処理を行う演算処理手段8を有している。
This shape measuring apparatus also detects the displacement of the
図5(C)は、変位計3の出力信号のサンプリング周期を例示するグラフである。ここでは、触針子2の変位dzを、所定サンプリング時間tsにてサンプリングしている。また、図6(A)及び(B)は、図5(C)に示すような変位計3の出力信号に対して、演算処理として平均化処理を用いた例を示している。即ち、図6(A)は、変位dzの振動の振幅が時間とともに減衰していく過程を示す。このような変位dzを所定サンプリング時間tsでサンプリングし、所定の回数mだけ移動平均化処理をした結果が図6(B)であり、所定時間後(約4秒)を触針子2の初期位置としている。
FIG. 5C is a graph illustrating the sampling period of the output signal of the
また、図7(A)及び(B)は、図5(C)に示すような変位計3の出力信号に対して、演算処理としてローパスフィルタを用いた例を示している。即ち、図7(A)に示すような時間とともに振幅が減衰していく変位dzに対して、ローパスフィルタとしてアナログ処理またはデジタル処理を用いている。その場合のフィルタリング後のデータを、図7(B)に示す。ここでは、所定時間後(約3秒)を触針子2の初期位置としている。
7A and 7B show an example in which a low-pass filter is used as a calculation process for the output signal of the
また、図8は、図6(A)に示す変位dzに対して、演算処理として不偏分散σ2を求める例を示す。触針子2の振動が収束方向に向かうと、不偏分散σ2は減少する。そして、この不偏分散σ2が所定の値より小さくなったときを初期位置としている。
図6(A)乃至図8に示した従来技術では、いずれの場合も、機械共振周波数で振動する触針子2の振動を変位計3で検出して、演算処理手段8で演算している。このようにすることにより、振動が減衰して収束したことを判断して、このときの触針子2の位置を初期位置とみなしている。従って、触針子2の所望の接触荷重を得るためには、触針子2の振動が減衰して収束し、触針子2の初期位置を把握できるまで待つ必要がある。
In any of the conventional techniques shown in FIGS. 6A to 8, the vibration of the
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、機械共振周波数で振動している触針子の振動が減衰するのを待つことなく、所望の触針子の接触荷重を得ることができる形状測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can obtain a desired stylus contact load without waiting for the vibration of the stylus vibrating at the mechanical resonance frequency to attenuate. An object is to provide a shape measuring apparatus.
上記の目的を達成するために、本発明による形状測定装置は、
触針子と、この触針子の変位を検出する検出部とを備えた形状測定装置において、
前記検出部の出力信号を電気信号に変換する電気変換回路と、
この電気変換回路の出力信号に含まれる周波数を電圧に変換する周波数/電圧変換回路と、
この周波数/電圧変換回路の出力信号と、第1の所定の電圧とを比較する第1の比較器と、
前記周波数/電圧変換回路の出力信号と、第2の所定の電圧とを比較する第2の比較器と、
前記電気変換回路の出力信号に含まれる直流成分を抽出する直流抽出回路と、
この直流抽出回路の出力信号と、第3の所定の電圧とを比較する第3の比較器と、
前記第1乃至第3の比較器の出力を判定する処理部と、
を具備し、
前記処理部は、
(機械共振周波数で振動している前記触針子の振動が減衰するのを待つことなく)前記触針子を被測定面に向けて下降していき、
前記第1の比較器の出力に基づいて、前記触針子の下降を減速し、
前記第2の比較器の出力に基づいて、前記触針子の接触圧力(即ち上下方向位置)の微調整を開始し、
前記第3の比較器の出力に基づいて、前記触針子の下降を停止すると共に、測定を開始する、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a shape measuring apparatus according to the present invention comprises:
In a shape measuring device comprising a stylus and a detection unit for detecting the displacement of the stylus,
An electrical conversion circuit for converting an output signal of the detection unit into an electrical signal;
A frequency / voltage conversion circuit that converts a frequency contained in the output signal of the electrical conversion circuit into a voltage;
A first comparator for comparing the output signal of the frequency / voltage conversion circuit with a first predetermined voltage;
A second comparator for comparing the output signal of the frequency / voltage conversion circuit with a second predetermined voltage;
A DC extraction circuit for extracting a DC component contained in the output signal of the electrical conversion circuit;
A third comparator for comparing the output signal of the DC extraction circuit with a third predetermined voltage;
A processing unit for determining an output of the first to third comparators;
Comprising
The processor is
The stylus is lowered toward the surface to be measured (without waiting for the vibration of the stylus vibrating at the mechanical resonance frequency to attenuate),
Based on the output of the first comparator, the descending of the stylus is decelerated,
Based on the output of the second comparator, fine adjustment of the contact pressure (i.e., the vertical position) of the stylus is started,
Based on the output of the third comparator, the descent of the stylus is stopped and measurement is started.
It is characterized by that.
本発明によれば、機械共振周波数で振動している触針子の振動が減衰するのを待つことなく、所望の接触荷重を得ることができる形状測定装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the shape measuring apparatus which can obtain a desired contact load can be provided, without waiting for the vibration of the stylus vibrating at the mechanical resonance frequency to attenuate.
従って、実際の測定を開始するまでの待ち時間が不要となり、測定完了までのトータルの時間の短縮が図れる。 Therefore, the waiting time until the actual measurement is started becomes unnecessary, and the total time until the measurement is completed can be shortened.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図3は、本実施形態に係る形状測定装置に用いられる接触式プローブと、このプローブの変位計の出力信号を処理する処理回路とを示す概念図である。なお、接触式プローブの構造については、先に背景技術で説明したものと同一のため、その説明を省略する。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing a contact probe used in the shape measuring apparatus according to this embodiment and a processing circuit for processing an output signal of a displacement meter of the probe. Since the structure of the contact probe is the same as that described in the background art, its description is omitted.
図3において、変位計3は、接触式プローブにおける触針子2の変位を検出する検出部である。また、電圧変換回路は、該変位計3の出力信号に変換する回路である。
In FIG. 3, a
この変位計3の出力端は、電圧変換回路10の入力端に接続される。この電圧変換回路10の出力端は、F/Vコンバータ11に接続される。ここで、F/Vコンバータ11は、該電圧変換回路10の出力信号(b)に含まれる周波数を電圧に変換する。そして、このF/Vコンバータ11の出力端は、第1の比較器としての比較器12の一方の入力端と、第2の比較器としての比較器13の一方の入力端に接続されている。ここで、比較器12の他方の入力端には、第1の所定の電圧(c)が与えられている。よって、該比較器12は、上記F/Vコンバータ11の出力信号(d)と、この第1の所定の電圧(c)との比較を行う。また、比較器13の他方の入力端には第2の所定の電圧(f)が与えられている。よって、該比較器13は、上記F/Vコンバータ11の出力信号(d)と、この第2の所定の電圧(f)との比較を行う。
The output terminal of the
一方、上記電圧変換回路10の出力端は、更に、直流抽出回路14に接続されている。この直流抽出回路14は、該電圧変換回路10の出力信号(b)に含まれる直流成分を抽出する。なおここで、該直流抽出回路14は、直流成分除去ユニット15と、減算器16とから構成されている。このうち、直流成分除去ユニット15は、上記電圧変換回路10の出力信号(b)の直流成分を除去する。また、減算器16は、該直流成分除去ユニット15の出力信号(h)と上記電圧変換回路10の出力信号(b)との差分を出力する。この直流抽出回路14の出力端、つまり減算器16の出力端は、第3の比較器としての比較器17の一方の入力端に接続されている。ここで、該比較器17の他方の入力端には、第3の所定の電圧(j)が与えられている。よって、該比較器17は、上記直流抽出回路14の出力信号、つまり減算器16の出力信号(i)とこの第3の所定の電圧(j)との比較を行う。 On the other hand, the output terminal of the voltage conversion circuit 10 is further connected to a DC extraction circuit 14. The DC extraction circuit 14 extracts a DC component contained in the output signal (b) of the voltage conversion circuit 10. Here, the DC extraction circuit 14 includes a DC component removing unit 15 and a subtracter 16. Among these, the DC component removing unit 15 removes the DC component of the output signal (b) of the voltage conversion circuit 10. The subtractor 16 outputs a difference between the output signal (h) of the DC component removal unit 15 and the output signal (b) of the voltage conversion circuit 10. The output terminal of the DC extraction circuit 14, that is, the output terminal of the subtractor 16 is connected to one input terminal of a comparator 17 as a third comparator. Here, a third predetermined voltage (j) is applied to the other input terminal of the comparator 17. Therefore, the comparator 17 compares the output signal of the DC extraction circuit 14, that is, the output signal (i) of the subtractor 16 with the third predetermined voltage (j).
図4は、図3に示した処理回路の各出力信号の状態を示すタイミングチャート図である。ここでは、接触式プローブを被測定面に接触させ、所望の接触荷重を得るまでの過程が示されている。なお、図3の処理回路の各出力信号を示す符号(b),(c),…は、図4の符号(b),(c),…と同一である。また、図4において、所望の接触荷重を得るまでの過程としては、以下の(ア)〜(ウ)がある。すなわち、被測定面とは非接触状態である接触式プローブを不図示の駆動部により等速度で下降させ、触針子2の真球1が被測定面に接触するまでの過程(ア)と、真球1が被測定面に接触した時点(t1)から所望の接触荷重に到達するまでの過程(イ)と、所望の接触荷重に到達した時点(t2)から接触荷重を一定に制御するサーボ動作に移行する過程(ウ)である。
FIG. 4 is a timing chart showing the state of each output signal of the processing circuit shown in FIG. Here, a process until a contact probe is brought into contact with a surface to be measured and a desired contact load is obtained is shown. 3 are the same as the symbols (b), (c),... In FIG. Moreover, in FIG. 4, as a process until obtaining a desired contact load, there are the following (A) to (C). That is, a process (a) in which a contact type probe that is not in contact with the surface to be measured is lowered at a constant speed by a drive unit (not shown) until the
まず測定に先立って、図示しない駆動部により接触式プローブをゆっくりと移動させ、真球1を非接触状態から被測定面に接触した状態にする。続いて、真球1に荷重をかけ、接触式プローブの変位に対応した触針圧の関係を予め求めておく。
First, prior to the measurement, the contact probe is slowly moved by a driving unit (not shown) to bring the
その後、図示しない駆動部により、接触式プローブを被測定面とは接触してない状態(非接触状態)に戻す。このとき、触針子は機械共振周波数で振動している。 Thereafter, the drive probe (not shown) returns the contact probe to a state where it is not in contact with the surface to be measured (non-contact state). At this time, the stylus vibrates at the mechanical resonance frequency.
本実施形態では、この触針子の振動が減衰するのを待つことなく、接触式プローブを等速度で下降させていく。 In this embodiment, the contact-type probe is lowered at a constant speed without waiting for the vibration of the stylus to attenuate.
このとき、接触式プローブの変位計3の出力信号は、電圧変換回路10によって、変位が電圧変換されている。そして、このように等速下降している過程(ア)においては、プローブの触針子2は、バネ7の力が非常に小さいため、機械共振周波数で振動する。初期位置における状態(振動が無い状態)の電圧変換回路10の出力信号を0Vとすると、このように機械共振周波数で振動する状態の信号(b)の波形は、0Vを中心に振動する。
At this time, the displacement of the output signal of the
そして、被測定面と真球1とが接触した時(t1)、真球1は被測定面と弾性衝突をするので、触針子2は外力を受ける。そのため、電圧変換回路10の出力信号(b)は、高調波成分の信号が重畳される。
When the measured surface and the
上記電圧変換回路10の出力信号(b)に含まれる周波数成分は、F/Vコンバータ11により電圧に変換される。このF/Vコンバータ11の出力信号(d)としては、過程(ア)においては、触針子2の機械共振周波数に対応した電圧が出力される。そして、測定面に真球1が接触した時(t1)には、出力信号(b)において高周波成分が発生する。この高調波成分は、F/Vコンバータ11の出力信号(d)において、大きな電圧変化としてあらわれる(t1における電圧変化)。従って、この出力信号(d)の電圧と、ある所定の電圧(第1の所定電圧(c))とを比較器12を用いて比較し、F/Vコンバータ11の出力電圧がその所定の電圧(c)よりも大きくなったことを検出することで、真球1が被測定面に接触した時を瞬時に検出できる。
The frequency component included in the output signal (b) of the voltage conversion circuit 10 is converted into a voltage by the F /
而して、上記等速下降の開始後、上記比較器12の出力信号(e)をモニタし、該比較器12の出力信号(e)により真球1が被測定面と接触したことを検出したならば、接触式プローブの駆動速度を減速させる。
Thus, after the constant velocity descent starts, the output signal (e) of the
なお、接触式プローブを等速下降させる際の最大速度は、真球1が被測定面に接触した時点から下降速度を減速して停止する時点までに接触式プローブが移動する距離よりも、触針子2がハウジング4の中で移動可能な距離(ストローク)の1/2のほうが、長くなるような速度でなければならない。例えば、接触式プローブの下降速度が初期速度V0から速度Vに変化したとすると、
V<2−V0 2=2aS
ここでa:プローブの加速度
S:プローブの移動距離
という関係が成り立つ。そして、触針子2のストロークをxとすると、接触式プローブが停止したとき(V=0のとき)に、触針子2の移動量がストロークの1/2以下となるためには、
−V0 2≦2×a×(x/2) …(式1)
を満足する必要がある。従って、接触式プローブは、a≧(−V0 2)/xの加速度で減速する必要がある。
The maximum speed at which the contact probe is lowered at a constant speed is greater than the distance that the contact probe moves from the time when the
V <2-V 0 2 = 2aS
Where a: acceleration of the probe
S: The relationship of the probe moving distance is established. When the stroke of the
−V 0 2 ≦ 2 × a × (x / 2) (Formula 1)
Need to be satisfied. Therefore, the contact type probe needs to decelerate at an acceleration of a ≧ (−V 0 2 ) / x.
このような加速度で減速している期間、つまり過程(イ)においては、真球1が被測定面に接触しているので、機械共振周波数が変化する。更に、被測定面と接触しているため、触針子2の振動は急激に減衰する。よって、電圧変換回路10の出力信号(b)も同様に減衰する。このとき、F/Vコンバータ11の出力電圧(d)も、過程(イ)に示すように徐々に小さくなるように変化する。そして、共振周波数が小さくなって動作範囲外になると、出力を停止する(ウ)。従って、このF/Vコンバータ11の出力電圧(d)と、ある所定の電圧(第2の所定電圧(f))とを比較器13を用いて比較し、F/Vコンバータ11の出力電圧が所定の電圧以下になったことを検出することで、触針子2が安定したことを確認できる。
In a period during which the acceleration is decelerated, that is, in the process (A), since the
而して、上記減速を開始した後、上記比較器13の出力信号(g)をモニタし、該比較器13の出力信号(g)により触針子2が安定したことを確認できるのを待つ。
Thus, after starting the deceleration, the output signal (g) of the comparator 13 is monitored, and it is waited that the
一方、上記電圧変換回路10の出力信号(b)に含まれる直流成分のみを抽出する直流抽出回路14においては、直流成分除去ユニット15により、電圧変換回路10の出力信号(b)の直流成分が除去される。そして、該直流成分除去ユニット15の出力信号(h)と上記電圧変換回路10の出力信号(b)との差分を、減算器16によって求めるようになっている。この減算器16の出力信号が、該直流抽出回路14の出力信号(i)となる。このように、出力信号(i)は、触針子2の変位が電圧変換回路10で電圧変換された信号(b)に含まれる直流成分のみの信号である。
On the other hand, in the DC extraction circuit 14 that extracts only the DC component contained in the output signal (b) of the voltage conversion circuit 10, the DC component of the output signal (b) of the voltage conversion circuit 10 is converted by the DC component removal unit 15. Removed. The subtracter 16 obtains the difference between the output signal (h) of the DC component removal unit 15 and the output signal (b) of the voltage conversion circuit 10. The output signal of the subtracter 16 becomes the output signal (i) of the DC extraction circuit 14. Thus, the output signal (i) is a signal of only a direct current component included in the signal (b) obtained by converting the displacement of the
過程(イ)では、変位計3に対して触針子2が近づく方向に変位するため、直流抽出回路14の出力信号(i)は変化していく。そこで、この直流抽出回路14の出力信号(i)と所定の電圧(第3の所定電圧(j))とを比較器17により比較する。ここで、この所定の電圧(j)とは、所望の接触荷重となる電圧変換回路10の出力電圧に相当するものである。この所定の電圧(j)は、上述したように、本測定動作に先立って、予め、触針子2と被測定面との距離を変えて、非接触状態からゆっくりと接触状態とすることにより、接触荷重と電圧変換回路10の出力電圧の関係を測定することにより求めた値を用いる。
In the process (A), since the
而して、比較器17の出力信号(k)をモニタし、減算器16の出力信号である電圧(i)が所定の電圧(j)と一致したとき、所望の接触荷重が得られたものとして、接触式プローブの下降を停止する。 Thus, the output signal (k) of the comparator 17 is monitored, and when the voltage (i) which is the output signal of the subtractor 16 matches the predetermined voltage (j), a desired contact load is obtained. Then, the descent of the contact type probe is stopped.
そして、以降の過程(ウ)において、接触荷重が一定になるように接触式プローブを上下方向に駆動するサーボ動作を行う。 Then, in the subsequent process (c), a servo operation is performed to drive the contact probe in the vertical direction so that the contact load is constant.
次に、図1を用いて、本実施形態に係る形状測定装置について説明する。本実施形態に係る形状測定装置は、図3に示したような接触式プローブとこのプローブの変位計の出力信号を処理する処理回路とを有する。 Next, the shape measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The shape measuring apparatus according to the present embodiment includes a contact probe as shown in FIG. 3 and a processing circuit that processes an output signal of a displacement meter of the probe.
図1において、接触式プローブ104の構成は、基本的に図3の接触式プローブと同様の構成であるので、変更部分のみ説明をする。接触式プローブ104では、図3の変位計3の代わりに、リニアスケール100を触針子に取り付けてあると共に、このリニアスケール100の変位を読み込むエンコーダヘッド101をプローブ104内に設けている。また、図3の電圧変換回路10の代わりに、エンコーダヘッド101の出力信号をデジタル化するカウンタ回路105と、この出力を電圧に変換するD/Aコンバータ106とを設けている。このD/Aコンバータ106の出力信号を処理するF/V変換回路107と、比較器108及び比較器110は、図3のF/Vコンバータ11、比較器12,13と同様のものである。比較器108には上記第1の所定電圧(c)に相当する所定の電圧109が、また、比較器110には上記第2の所定電圧(f)に相当する所定の電圧111が、それぞれ入力されている。
In FIG. 1, the configuration of the
また、上記D/Aコンバータ106の出力信号に含まれる直流成分を抽出するために、所定のユニットと減算器16が設けられている。所定のユニットは、図3の直流成分除去ユニットに対応するもので、コンデンサ113、抵抗114及びバッファ112,115からなる。減算回路116は、このユニットの出力信号と上記D/Aコンバータ106の差信号を求めるもので、図3の減算器16に相当する。いずれもOPアンプを用いて構成している。更に、図3の比較器17に相当するものとして、比較器117がある。この比較器117には、上記減算回路116の出力信号と、第3の所定電圧(j)に相当する所定の電圧118とが入力される。
In addition, a predetermined unit and a subtracter 16 are provided in order to extract a DC component included in the output signal of the D /
そして、上記3つの比較器108,110,117の出力信号(e),(g),(k)、並びに、上記減算回路116の出力信号(i)が処理部119に供給されるようになっている。この処理部119として、専用の処理装置を組み込んでも良いし、パソコン等を利用することも可能である。
Then, the output signals (e), (g), (k) of the three
一方、上記接触式プローブ104は、上下方向に移動するZ軸ステージ103に固定されている。このZ軸ステージ103のリニアスケール102は、Z軸ステージ103の移動量を管理するために設けられている。
On the other hand, the
また、被測定面は、図示しないXYステージを用いて自在に移動できるようになっている。このXYステージには、図示しないリニアエンコーダがあり、このリニアエンコーダの出力を用いて、位置決め制御する。 Further, the surface to be measured can be freely moved using an XY stage (not shown). The XY stage has a linear encoder (not shown), and positioning control is performed using the output of the linear encoder.
被測定面を移動するXYステージのX座標及びY座標と、Z軸ステージ103のZ座標は、図示しないX軸レーザ測長器、Y軸レーザ測長器、Z軸レーザ測長器によって測定される。これらの各測長器のデータは、処理部119で同時に取り込み、形状データとして保存する。
The X and Y coordinates of the XY stage moving on the surface to be measured and the Z coordinate of the
このような構成の形状測定装置の動作を、図2(A)のフローチャートを参照して説明する。 The operation of the shape measuring apparatus having such a configuration will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、接触式プローブ104を非接触状態からゆっくりと接触状態にして、接触式プローブ104に荷重をかける。そして、触針子の変位(リニアスケール100とエンコーダヘッド101の相対的な変位)に対応したD/Aコンバータ106の電圧値との関係(接触荷重と電圧値との相関)を、予め求めておく。
First, the
その後、被測定面の形状測定を開始する前においては、非接触状態で位置するよう、接触式プローブ104を被測定面上部の位置に戻しておく。
Thereafter, before the measurement of the shape of the surface to be measured is started, the
そして、処理部119は、図示しない駆動部を制御して、そのように被測定面とは非接触状態にある接触式プローブ104を等速度で下降させる(ステップS1)。このとき、接触式プローブ104の降下は、機械共振周波数で振動している触針子の振動が減衰するのを待つことなく行なわれる。
Then, the
接触式プローブ104先端の真球が被測定面と接触したことは、F/V変換回路107の出力信号と所定の電圧109とを比較することで検出する。すなわち、比較器108の出力信号(e)を用いて判断することができる。ここで、比較器108の出力信号(e)は、図4の信号波形(e)に対応している。即ち、処理部119は、この出力信号(e)がアクティブになった時、接触式プローブ104の先端(真球)が被測定面に接触したと判断する(ステップS2)。そして、そのような接触検出に応じて、処理部119は、図示しない駆動部を制御して、接触式プローブ104の下降速度を減速させる(ステップS3)。
The contact of the true sphere at the tip of the
処理部119は、このように下降速度の減速を開始した後、接触式プローブ104の触針子が安定したことを確認できるのを待つ(ステップS4)。接触式プローブ104の触針子が安定したか否かは、F/V変換回路107の出力信号と所定の電圧111とを比較することで判断できる。すなわち、比較器110の出力信号(g)を用いて判断する。ここで、この比較器110の出力信号(g)は、図4の信号波形(g)に対応する。
After starting the deceleration of the descending speed in this way, the
一方、直流成分を除去するユニットでは、まずコンデンサ113を用いてD/Aコンバータ106の出力信号に含まれる直流成分をカットし、交流成分のみにする。なお、抵抗114は、コンデンサ113の放電用である。時定数は、2〜3Hz程度で十分である。この交流信号とD/Aコンバータ106の出力信号との差信号を減算回路116へ入力し、直流成分のみを抽出する。
On the other hand, in the unit that removes the DC component, first, the
減算回路116の出力信号(i)が、触針子の変位(リニアスケール100とエンコーダヘッド101の相対的な変位)である。この出力信号(i)と所定の電圧118から比較器117を用いて出力信号(k)を得る。この出力信号(k)がアクティブになった時が、所望の接触荷重である。
The output signal (i) of the
而して、処理部119は、この比較器117の出力信号(k)により所望の接触荷重が得られたことを確認すると(ステップS5)、接触式プローブ104の下降を停止する(ステップS6)。
Thus, when the
こうして、接触式プローブ104の下降を停止した後、処理部119は、実際の測定動作に入る(ステップS7)。即ち、まず、D/Aコンバータ106の値を図示しない記憶部に記憶し、この値が一定になるようにZ軸ステージ103の上下方向の位置を制御するサーボ動作を開始する。このZ軸ステージのサーボ動作を開始したならば、次に、被測定面をXY方向に移動する。被測定面をXY方向に移動すると、被測定面の高さ(Z方向)の変化により、接触式プローブのエンコーダヘッド101の出力(D/Aコンバータ106の出力)が変化する。この時、この値が一定となるように、サーボ動作を行う。これにより、接触式プローブ104を接触荷重を一定に保ったまま、被測定面に追従させることができる。そして、被測定面のX座標及びY座標をX軸レーザ測長器及びY軸レーザ測長器で測定し、このときの接触式プローブ104のZ座標をZ軸レーザ測長器で測定することにより、被測定面の形状を測定する。
Thus, after stopping the descent of the
このようにして、本実施形態の形状測定装置では、機械共振周波数で振動している触針子の振動が減衰するのを待つことなく、所望の接触荷重を得ることができる。従って、実際の測定を開始するまでの待ち時間が不要となり、測定完了までのトータルの時間の短縮が図れる。 Thus, in the shape measuring apparatus of this embodiment, a desired contact load can be obtained without waiting for the vibration of the stylus vibrating at the mechanical resonance frequency to attenuate. Therefore, the waiting time until the actual measurement is started becomes unnecessary, and the total time until the measurement is completed can be shortened.
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are naturally possible within the scope of the gist of the present invention.
なお、外部振動や接触式プローブを駆動する不図示の駆動部(モータ)によるノイズなどによって、変位計3やエンコーダヘッド101の出力信号にノイズが重畳することがある。
Note that noise may be superimposed on the output signals of the
例えば、F/Vコンバータ11またはF/V変換回路107の出力信号(d)に高周波成分が重畳したとする。この場合は、図2(B)に示すように、比較器12または比較器108の出力信号(e)による接触検出に応じて、接触式プローブの下降速度を減速する(ステップS2)。そして、減算器16または減算回路116の出力信号(i)である直流成分の信号が変位しているかを確認する(ステップS11)。触針子が非接触状態であれば、この出力信号(i)は変化しない。従ってこの場合には、ステップS1に戻って上記等速下降を再び行う。そして、ステップS11において、上記減算器16または減算回路116の出力信号(i)の変化が確認できれば、接触状態であると判断でき、その場合には、上記ステップS4に進んで、上述したような動作を行う。
For example, it is assumed that a high frequency component is superimposed on the output signal (d) of the F /
このような処理を加えることにより、ノイズ等外乱に対して強い処理回路とすることができ、誤動作を防止することができる。 By adding such processing, a processing circuit that is strong against disturbance such as noise can be obtained, and malfunction can be prevented.
1…真球、 2…触針子、 3…変位計、 4…ハウジング、 5…静圧空気軸受け、 6…給気孔、 7…バネ、 8…演算処理手段、 10…電圧変換回路、 11…F/Vコンバータ、 12,13,17,108,110,117…比較器、 14…直流抽出回路、 15…直流成分除去ユニット、 16…減算器、 100,102…リニアスケール、 101…エンコーダヘッド、 103…Z軸ステージ、 104…接触式プローブ、 105…カウンタ回路、 106…D/Aコンバータ、 107…F/V変換回路、 109,111,118…所定の電圧、 112,115…バッファ、 113…コンデンサ、 114…抵抗、 116…減算回路、 119…処理部。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記検出部の出力信号を電気信号に変換する電気変換回路と、
この電気変換回路の出力信号に含まれる周波数を電圧に変換する周波数/電圧変換回路と、
この周波数/電圧変換回路の出力信号と、第1の所定の電圧とを比較する第1の比較器と、
前記周波数/電圧変換回路の出力信号と、第2の所定の電圧とを比較する第2の比較器と、
前記電気変換回路の出力信号に含まれる直流成分を抽出する直流抽出回路と、
この直流抽出回路の出力信号と、第3の所定の電圧とを比較する第3の比較器と、
前記第1乃至第3の比較器の出力を判定する処理部と、
を具備し、
前記処理部は、
前記触針子を被測定面に向けて下降していき、
前記第1の比較器の出力に基づいて、前記触針子の下降を減速し、
前記第2の比較器の出力に基づいて、前記触針子の接触圧力の微調整を開始し、
前記第3の比較器の出力に基づいて、前記触針子の下降を停止すると共に、測定を開始する、
ことを特徴とする形状測定装置。 In a shape measuring device comprising a stylus and a detection unit for detecting the displacement of the stylus,
An electrical conversion circuit for converting an output signal of the detection unit into an electrical signal;
A frequency / voltage conversion circuit that converts a frequency contained in the output signal of the electrical conversion circuit into a voltage;
A first comparator for comparing the output signal of the frequency / voltage conversion circuit with a first predetermined voltage;
A second comparator for comparing the output signal of the frequency / voltage conversion circuit with a second predetermined voltage;
A DC extraction circuit for extracting a DC component contained in the output signal of the electrical conversion circuit;
A third comparator for comparing the output signal of the DC extraction circuit with a third predetermined voltage;
A processing unit for determining an output of the first to third comparators;
Comprising
The processor is
The stylus is lowered toward the surface to be measured,
Based on the output of the first comparator, the descending of the stylus is decelerated,
Based on the output of the second comparator, start fine adjustment of the contact pressure of the stylus,
Based on the output of the third comparator, the descent of the stylus is stopped and measurement is started.
A shape measuring apparatus characterized by that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003338487A JP2005106549A (en) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | Profile measuring system |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019002831A (en) * | 2017-06-16 | 2019-01-10 | 株式会社ミツトヨ | Indicator inspection machine, inspection method thereof, and inspection program, |
JP2020535419A (en) * | 2017-09-26 | 2020-12-03 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニーRenishaw Public Limited Company | Measurement probe device and method |
-
2003
- 2003-09-29 JP JP2003338487A patent/JP2005106549A/en not_active Withdrawn
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JP2020535419A (en) * | 2017-09-26 | 2020-12-03 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニーRenishaw Public Limited Company | Measurement probe device and method |
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