JP2005326344A - Three-dimensional shape measuring method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional shape measuring method capable of acquiring highly-reliable shape measuring result. <P>SOLUTION: In this three-dimensional shape measuring method, a correction value measuring step for measuring from the direction orthogonal to the rotation axis direction of a measuring object has at least a step for measuring by using the position relation between a holding member 3 of the measuring object 2 and a rotation mechanism 5 as the first relative position, and the second step for measuring by using the second relative position which is different from the first relative position. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、被測定面上でプローブを走査させて、被測定物の表面形状を測定する3次元形状測定方法に関する。   The present invention relates to a three-dimensional shape measuring method for measuring the surface shape of an object to be measured by scanning a probe on the surface to be measured.

被測定物を回転させるための回転ステージを持ち、被測定物の被測定面上をプローブが走査し、光学部品や金型などの表面形状を測定する3次元形状測定装置として、例えば、特許文献1に記載のものがある。
特開2003−337018号公報
As a three-dimensional shape measuring apparatus having a rotating stage for rotating the object to be measured, a probe scanning the surface to be measured of the object to be measured, and measuring the surface shape of an optical component or a mold, for example, Patent Document 1 is described.
JP 2003-337018 A

特許文献1に記載の3次元形状測定装置は、図18に示すように、回転ステージ101、R軸ステージ102、Z軸ステージ103、プローブ104、回転ステージ基準ミラー105、運動誤差検出用基準ミラー106、測長器107を備えている。ここで、回転ステージ101は、被測定物100を矢印方向へ回転させるために用いられる。回転ステージ101の回転軸は被測定物100の回転対称軸と一致している。また、R軸ステージ102はプローブ104を被測定物100の半径方向(R方向)に移動させるのに用いられる。この移動方向は、回転ステージ101の回転軸と直交する方向である。また、Z軸ステージ103は、プローブ104を回転ステージ101の回転軸方向(Z方向)に移動させるのに用いられる。また、プローブ104は、被測定物100の表面形状に追従する。さらに、回転ステージ基準ミラー105は、回転ステージ101上に形成された円筒面形状108の端面(アキシャル側)及び側面(ラジアル側)に位置している。また、運動誤差検出用基準ミラー106は、回転ステージ101の運動には影響を受けないように保持されている。ここで、測長器107は、回転ステージ基準ミラー105と運動誤差検出用基準ミラー106との間の相対距離変動を測定している。   As shown in FIG. 18, the three-dimensional shape measuring apparatus described in Patent Document 1 includes a rotary stage 101, an R-axis stage 102, a Z-axis stage 103, a probe 104, a rotary stage reference mirror 105, and a motion error detection reference mirror 106. A length measuring device 107 is provided. Here, the rotary stage 101 is used for rotating the DUT 100 in the direction of the arrow. The rotation axis of the rotary stage 101 coincides with the rotational symmetry axis of the object 100 to be measured. The R-axis stage 102 is used to move the probe 104 in the radial direction (R direction) of the object 100 to be measured. This moving direction is a direction orthogonal to the rotation axis of the rotary stage 101. The Z-axis stage 103 is used to move the probe 104 in the rotation axis direction (Z direction) of the rotation stage 101. Further, the probe 104 follows the surface shape of the DUT 100. Further, the rotation stage reference mirror 105 is located on the end surface (axial side) and side surface (radial side) of the cylindrical surface shape 108 formed on the rotation stage 101. The motion error detection reference mirror 106 is held so as not to be affected by the motion of the rotary stage 101. Here, the length measuring device 107 measures the relative distance fluctuation between the rotary stage reference mirror 105 and the motion error detection reference mirror 106.

以上の構成より、プローブ104を被測定物100の表面上で移動させ、その時のプローブ104の変位により3次元形状を測定し、さらに、回転ステージ101の回転中に生じる運動誤差成分を検出し、被測定物100の表面形状測定結果から、回転ステージ101の運動誤差成分の影響を除去するように補正するものである。   With the above configuration, the probe 104 is moved on the surface of the object to be measured 100, the three-dimensional shape is measured by the displacement of the probe 104 at that time, and the motion error component generated during the rotation of the rotary stage 101 is detected. The correction is made so as to remove the influence of the motion error component of the rotary stage 101 from the surface shape measurement result of the object 100 to be measured.

ところで、上記従来装置には、次のような問題点がある。即ち、この従来装置では、回転ステージの運動誤差は、回転ステージ基準ミラーを基準として算出されている。しかしながら、回転ステージ基準ミラーには、形状誤差があるため、この形状誤差を算出し補正する必要がある。
そこで、この従来装置では、被測定物の代わりに基準平面及び基準球を設置し、基準平面を利用してステージ基準ミラーのアキシャル側の形状誤差を、基準球を利用してステージ基準ミラーのラジアル側の形状誤差を算出している。しかしながら、基準平面及び基準球にも、少なからず形状誤差がある。このため、回転ステージ基準ミラーの形状誤差に基準平面及び基準球の形状誤差が加算されてしまう。そのため、その値を利用して回転ステージ基準ミラーの形状誤差を補正しても、回転ステージの運動誤差に関する算出結果の信頼性は低くなる。
このため、被測定物の表面形状測定結果に対して、回転ステージの運動誤差成分の影響を除去するための補正をしても、測定結果の信頼性は低くなってしまう可能性がある。
By the way, the conventional apparatus has the following problems. That is, in this conventional apparatus, the motion error of the rotary stage is calculated with reference to the rotary stage reference mirror. However, since the rotation stage reference mirror has a shape error, it is necessary to calculate and correct this shape error.
Therefore, in this conventional apparatus, a reference plane and a reference sphere are installed instead of the object to be measured, and the axial side error of the stage reference mirror is determined using the reference plane, and the stage reference mirror radial is determined using the reference sphere. The side shape error is calculated. However, the reference plane and the reference sphere also have a shape error. For this reason, the shape error of the reference plane and the reference sphere is added to the shape error of the rotation stage reference mirror. Therefore, even if the shape error of the rotary stage reference mirror is corrected using the value, the reliability of the calculation result regarding the motion error of the rotary stage is lowered.
For this reason, even if it correct | amends for removing the influence of the motion error component of a rotation stage with respect to the surface shape measurement result of a to-be-measured object, the reliability of a measurement result may become low.

本発明は、上記のような従来装置の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the problems of the conventional apparatus as described above, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result. is there.

上記の目的を達成するために、本発明による3次元形状測定方法は、被測定物を回転させながら回転軸方向から測定を行う形状測定ステップと、前記回転軸方向と直交する方向から測定を行う補正値測定ステップと、前記形状測定ステップの測定結果と前記補正値測定ステップの測定結果から前記被測定物の3次元形状を得る算出ステップとを備えた3次元形状測定方法であって、前記補正値測定ステップは、保持部材と回転機構の位置関係を第1の相対位置にして測定を行う第1サブステップと、前記第1の位置関係とは異なる第2の相対位置にして測定を行う第2サブステップを少なくとも有することを特徴としている。   In order to achieve the above object, a three-dimensional shape measurement method according to the present invention performs a shape measurement step of measuring from a rotation axis direction while rotating the object to be measured, and a measurement from a direction orthogonal to the rotation axis direction. A three-dimensional shape measuring method comprising: a correction value measuring step; and a calculation step of obtaining a three-dimensional shape of the object to be measured from the measurement result of the shape measuring step and the measurement result of the correction value measuring step, The value measurement step includes a first sub-step for performing measurement with the positional relationship between the holding member and the rotation mechanism set to the first relative position, and a second for performing measurement with a second relative position different from the first positional relationship. It has at least two substeps.

本発明による3次元形状測定方法は、前記補正値測定ステップにおける測定が、前記回転軸に沿う所定の位置で行われ、前記第2の位置関係における前記保持部材の位置は、前記第1の位置関係における前記保持部材の位置から、前記回転軸の周りに前記保持部材を180度回転させた位置であり、前記第1のサブステップにおける測定と前記第2のサブステップにおける測定が、時間差を伴って行われることを特徴としている。   In the three-dimensional shape measurement method according to the present invention, the measurement in the correction value measurement step is performed at a predetermined position along the rotation axis, and the position of the holding member in the second positional relationship is the first position. A position obtained by rotating the holding member 180 degrees around the rotation axis from the position of the holding member in the relationship, and the measurement in the first sub-step and the measurement in the second sub-step are accompanied by a time difference. It is characterized by being performed.

また、本発明による3次元形状測定方法は、前記補正値測定ステップにおける測定が更に別の位置を含む2つの位置で行なわれ、前記別の位置は、前記所定の位置から前記回転軸方向に沿って所定の距離だけ離れた位置であることを特徴としている。   In the three-dimensional shape measurement method according to the present invention, the measurement in the correction value measurement step is performed at two positions including another position, and the another position is along the rotation axis direction from the predetermined position. It is characterized by being a position separated by a predetermined distance.

また、本発明による3次元形状測定方法は、前記第1の位置関係及び前記第2の位置関係とは異なる第3の位置関係にして測定を行う第3サブステップを備え、前記補正値測定ステップにおける測定は前記回転軸に沿う所定の位置で行われ、前記第2の位置関係における前記保持部材の位置は前記第1の位置関係における前記保持部材の位置から前記回転軸の周りに前記保持部材をΦ度回転させた位置であり、前記第3の位置関係における前記保持部材の位置は前記第1の位置関係における前記保持部材の位置から前記回転軸の周りに前記保持部材を2Φ度回転させた位置であり、前記第1のサブステップにおける測定、前記第2のサブステップにおける測定及び前記第3のサブステップにおける測定が、時間差をもって行なわれることを特徴としている。   In addition, the three-dimensional shape measurement method according to the present invention includes a third sub-step for performing measurement in a third positional relationship different from the first positional relationship and the second positional relationship, and the correction value measuring step Is measured at a predetermined position along the rotation axis, and the position of the holding member in the second positional relationship is from the position of the holding member in the first positional relationship around the rotation axis. Is rotated by Φ degrees, and the position of the holding member in the third positional relationship is rotated by 2Φ degrees around the rotation axis from the position of the holding member in the first positional relationship. The measurement in the first sub-step, the measurement in the second sub-step, and the measurement in the third sub-step are performed with a time difference. It is said.

また、本発明による3次元形状測定方法は、被測定物を回転させながら回転軸方向から測定を行う形状測定ステップと、前記回転軸方向と直交する方向から測定を行う補正値測定ステップと、前記形状測定ステップの測定結果と前記補正値測定ステップの測定結果から前記被測定物の3次元形状を得る算出ステップとを備えた3次元形状測定方法において、前記補正値測定ステップは、第1の方向から測定を行う第1サブステップと、前記第1の方向とは異なる第2の方向から測定を行う第2サブステップを少なくとも有し、前記補正値測定ステップにおける測定は前記回転軸に沿う所定の位置で行われ、前記第1のサブステップにおける測定と前記第2のサブステップにおける測定が同時に行われることを特徴としている。   Further, the three-dimensional shape measuring method according to the present invention includes a shape measuring step for measuring from the rotation axis direction while rotating the object to be measured, a correction value measuring step for measuring from a direction orthogonal to the rotation axis direction, In the three-dimensional shape measurement method comprising a measurement result of a shape measurement step and a calculation step of obtaining a three-dimensional shape of the object to be measured from the measurement result of the correction value measurement step, the correction value measurement step includes a first direction. And at least a second sub-step for measuring from a second direction different from the first direction, and the measurement in the correction value measuring step is performed at a predetermined level along the rotation axis. The measurement is performed at a position, and the measurement in the first sub-step and the measurement in the second sub-step are performed simultaneously.

また、本発明による3次元形状測定方法は、前記第1の方向と前記第2の方向が互いに平行で、いずれも前記回転軸と交差することを特徴としている。   The three-dimensional shape measuring method according to the present invention is characterized in that the first direction and the second direction are parallel to each other and both intersect the rotation axis.

また、本発明による3次元形状測定方法は、前記補正値測定ステップが前記第1の方向及び前記第2の方向とは異なる第3の方向から測定を行う第3サブステップを有し、前記第1の方向、前記第2の方向及び前記第3の方向がいずれも前記回転軸と交差し、前記第1のサブステップにおける測定、前記第2のサブステップにおける測定及び前記第3のサブステップにおける測定が同時に行われることを特徴としている。   The three-dimensional shape measurement method according to the present invention may further include a third sub-step in which the correction value measurement step performs measurement from a third direction different from the first direction and the second direction. 1 direction, the second direction, and the third direction all intersect the rotation axis, and the measurement in the first sub-step, the measurement in the second sub-step, and the third sub-step It is characterized by the fact that measurements are made simultaneously.

また、本発明による3次元形状測定方法は、前記補正値測定ステップが前記回転軸に沿う異なる位置において測定を行う第4サブステップを少なくとも有し、該第4サブステップは、第1サブステップと第2サブステップ及び第3サブステップとを同時に行うことを特徴としている。   In the three-dimensional shape measurement method according to the present invention, the correction value measurement step includes at least a fourth substep in which measurement is performed at different positions along the rotation axis, and the fourth substep includes the first substep and The second sub-step and the third sub-step are performed simultaneously.

また、本発明による3次元形状測定方法は、被測定物を回転させながら回転軸方向から測定を行う形状測定ステップと、前記形状測定ステップと同じ方向から測定を行う補正値測定ステップと、前記形状測定ステップの測定結果と前記補正値測定ステップの測定結果から前記被測定物の3次元形状を得る算出ステップとを備えた3次元形状測定方法において、前記補正値測定ステップは前記形状測定ステップで行う測定領域の周辺部を測定し、前記形状測定ステップにおける測定と前記補正値測定ステップにおける測定が同時に行われることを特徴としている。   The three-dimensional shape measuring method according to the present invention includes a shape measuring step for measuring from the direction of the rotation axis while rotating the object to be measured, a correction value measuring step for measuring from the same direction as the shape measuring step, and the shape In the three-dimensional shape measurement method comprising a measurement result of the measurement step and a calculation step of obtaining a three-dimensional shape of the object to be measured from the measurement result of the correction value measurement step, the correction value measurement step is performed in the shape measurement step. A peripheral portion of the measurement region is measured, and the measurement in the shape measurement step and the measurement in the correction value measurement step are performed simultaneously.

また、本発明による3次元形状測定方法は、前記補正値測定ステップが、前記周辺部における4つの位置を測定することを特徴としている。   The three-dimensional shape measuring method according to the present invention is characterized in that the correction value measuring step measures four positions in the peripheral portion.

また、本発明による3次元形状測定方法は、前記補正値測定ステップにより、真円度形状誤差やラジアル方向の運動誤差を算出することを特徴としている。   The three-dimensional shape measuring method according to the present invention is characterized in that a roundness shape error and a radial movement error are calculated by the correction value measuring step.

また、本発明による3次元形状測定方法は、前記所定の位置における測定が、前記保持部材を測定する位置であることを特徴としている。   In the three-dimensional shape measuring method according to the present invention, the measurement at the predetermined position is a position where the holding member is measured.

また、本発明による3次元形状測定方法は、前記別の位置における測定が、前記回転機構を測定する位置であることを特徴としている。   Further, the three-dimensional shape measuring method according to the present invention is characterized in that the measurement at the different position is a position at which the rotation mechanism is measured.

本発明によれば、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。より詳細には、以下のとおりである。
請求項1に記載の本発明によれば、回転機構の運動誤差を検出するために、保持部材と回転機構の位置関係を第1の相対位置にして測定を行う第1サブステップと、前記第1の位置関係とは異なる第2の相対位置にして測定を行う第2サブステップをもつことで、回転機構に設置した保持部材(治具)の回転誤差検出面の形状誤差データを、基準物なしで精度よく算出できる。このため、その算出結果を利用して、被測定物の測定中における回転機構の運動誤差を算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して、被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result. In more detail, it is as follows.
According to the first aspect of the present invention, in order to detect a movement error of the rotation mechanism, a first sub-step for performing measurement with the positional relationship between the holding member and the rotation mechanism as a first relative position; By having a second sub-step for performing measurement at a second relative position different from the positional relationship of 1, the shape error data on the rotation error detection surface of the holding member (jig) installed in the rotation mechanism is used as a reference object. It can be calculated accurately without any. For this reason, it is possible to calculate the motion error of the rotating mechanism during the measurement of the object to be measured using the calculation result. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the movement error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated movement error. it can.

請求項2に記載の本発明によれば、回転機構の運動誤差を検出する際、保持部材と回転機構の位置関係を第1の相対位置より、保持部材だけ回転軸の周りに180度回転させた第2の相対位置にして、それぞれの相対位置で測定をする。これにより、真円度測定に用いられる反転法を利用することができるため、回転機構に設置した保持部材(治具)の回転誤差検出面の形状誤差データを、基準物なしで精度よく算出できる。このため、その算出結果を利用して被測定物の測定中における回転機構の運動誤差を算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the second aspect of the present invention, when detecting the movement error of the rotation mechanism, the positional relationship between the holding member and the rotation mechanism is rotated 180 degrees around the rotation axis by the holding member from the first relative position. The measurement is performed at each of the second relative positions. Thereby, since the reversal method used for roundness measurement can be used, the shape error data of the rotation error detection surface of the holding member (jig) installed in the rotation mechanism can be accurately calculated without a reference object. . For this reason, it is possible to calculate the motion error of the rotating mechanism during measurement of the object to be measured using the calculation result. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the motion error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated motion error. .

請求項3に記載の本発明によれば、回転機構の運動誤差を検出する際、回転機構に設置した保持部材(治具)の回転誤差検出面だけでなく、回転機構の回転誤差検出面も同時に測定する。これにより、真円度測定に用いられる改良型反転法を利用することができるため、回転機構に設置した治具の回転誤差検出面の形状誤差データを、基準物なしで精度よく算出できる。このため、その算出結果を利用して、被測定物の測定中における回転機構の運動誤差を算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して、被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the third aspect of the present invention, not only the rotation error detection surface of the holding member (jig) installed in the rotation mechanism but also the rotation error detection surface of the rotation mechanism when detecting the motion error of the rotation mechanism. Measure at the same time. Thereby, since the improved inversion method used for roundness measurement can be used, the shape error data of the rotation error detection surface of the jig installed in the rotation mechanism can be accurately calculated without a reference object. For this reason, it is possible to calculate the motion error of the rotating mechanism during the measurement of the object to be measured using the calculation result. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the movement error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated movement error. it can.

請求項4に記載の本発明によれば、回転機構の運動誤差を検出する際、第1のサブステップにおける測定、第2のサブステップにおける測定、第3のサブステップにおける測定を行うことで、真円度測定に用いられる位相差法を利用することができるため、回転機構に設置した保持部材(治具)の回転誤差検出面の形状誤差データを、基準物なしで精度よく算出できる。このため、その算出結果を利用して、被測定物の測定中における回転機構の運動誤差を算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して、被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, when detecting the motion error of the rotation mechanism, by performing the measurement in the first sub-step, the measurement in the second sub-step, and the measurement in the third sub-step, Since the phase difference method used for roundness measurement can be used, the shape error data of the rotation error detection surface of the holding member (jig) installed in the rotation mechanism can be accurately calculated without a reference object. For this reason, it is possible to calculate the motion error of the rotating mechanism during the measurement of the object to be measured using the calculation result. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the movement error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated movement error. it can.

請求項5に記載の本発明によれば、回転機構の運動誤差を検出する際、第1のサブステップと第2のサブステップにおける測定が、同時に行われることで真円度測定に用いられる2点法及び3点法などのマルチプローブ法を利用することができる。このため、回転機構に設置した保持部材(治具)の回転誤差検出面の形状誤差データや、回転機構の回転誤差検出面の形状誤差を、基準物なしで精度よく算出できる。また、被測定物の形状測定と同時に測定することができるため、回転機構の非同期運動誤差や、経時変化による変位をも算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して、被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, when detecting the motion error of the rotating mechanism, the measurement in the first sub-step and the second sub-step is performed at the same time and used for roundness measurement. A multi-probe method such as a point method or a three-point method can be used. Therefore, the shape error data of the rotation error detection surface of the holding member (jig) installed in the rotation mechanism and the shape error of the rotation error detection surface of the rotation mechanism can be accurately calculated without a reference object. Further, since measurement can be performed simultaneously with measurement of the shape of the object to be measured, an asynchronous motion error of the rotation mechanism and a displacement due to a change with time can be calculated. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the movement error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated movement error. it can.

請求項6に記載の本発明によれば、回転機構の運動誤差を検出する際、第1の検出方向と第2の検出方向が平行で、回転軸に対して交差するようにすることにより、真円度測定に用いられる2点法を利用することができる。このため、回転機構に設置した保持部材(治具)の運動誤差検出面の真円度形状誤差や回転機構の運動誤差検出面の真円度形状誤差を、基準物なしで精度よく算出できる。このため、その算出結果を利用して、被測定物の測定中における回転機構の運動誤差を算出することができる。さらに、この算出したラジアル方向の運動誤差を利用して、被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, when detecting the motion error of the rotation mechanism, the first detection direction and the second detection direction are parallel and intersect the rotation axis. A two-point method used for roundness measurement can be used. For this reason, the roundness shape error of the motion error detection surface of the holding member (jig) installed in the rotation mechanism and the roundness shape error of the motion error detection surface of the rotation mechanism can be accurately calculated without a reference object. For this reason, it is possible to calculate the motion error of the rotating mechanism during the measurement of the object to be measured using the calculation result. Furthermore, a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the movement error from the shape measurement result of the measured object using the calculated radial direction movement error is provided. can do.

請求項7に記載の本発明によれば、請求項5に記載の発明において、回転機構の運動誤差を検出する際、第3の検出方向を追加することで真円度測定法に用いられるマルチプローブ法を利用することができる。このため、基準物なしに被測定物の測定中における回転機構の運動誤差を精度良く算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, in the invention according to the fifth aspect, when detecting a motion error of the rotation mechanism, a multi-path used in the roundness measurement method is added by adding a third detection direction. A probe method can be used. For this reason, it is possible to accurately calculate the motion error of the rotating mechanism during measurement of the object to be measured without a reference object. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the motion error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated motion error. .

請求項8に記載の本発明によれば、請求項7に記載の発明において、回転機構の運動誤差を検出する際、回転軸に沿う異なる位置での測定ステップを追加することで、真円度測定に用いられるマルチプローブ法を応用することができる。このため、校正された球面や平面などの基準物を使わずに、信頼性の高いラジアル方向の運動誤差とアンギュラ方向の運動誤差を算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して、被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the present invention described in claim 8, in the invention described in claim 7, when detecting a motion error of the rotation mechanism, a roundness is obtained by adding measurement steps at different positions along the rotation axis. A multi-probe method used for measurement can be applied. For this reason, it is possible to calculate a radial motion error and an angular motion error with high reliability without using a calibrated spherical or flat reference object. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the movement error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated movement error. it can.

請求項9に記載の本発明によれば、回転機構の運動誤差を検出する際、形状測定ステップと同じ方向に検出軸を配置することで、基準物なしで回転機構のアキシャル方向の運動誤差を精度良く算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して、被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the ninth aspect of the present invention, when detecting the movement error of the rotation mechanism, the detection axis is arranged in the same direction as the shape measurement step, thereby reducing the movement error in the axial direction of the rotation mechanism without a reference object. It is possible to calculate with high accuracy. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the movement error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated movement error. it can.

請求項10に記載の本発明によれば、回転機構の運動誤差を検出する際、4つの位置検出器を配置することで、真円度測定に用いられるマルチプローブ法を利用できる。このため、基準物なしで被測定物の測定中における回転機構のアキシャル方向の運動誤差を精度良く算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して、被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the tenth aspect of the present invention, when detecting the motion error of the rotation mechanism, the multi-probe method used for roundness measurement can be used by arranging four position detectors. For this reason, it is possible to accurately calculate a motion error in the axial direction of the rotating mechanism during measurement of the object to be measured without a reference object. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the movement error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated movement error. it can.

請求項11に記載の本発明によれば、請求項1〜8のいずれか一項に記載した発明において、補正値測定ステップは、回転誤差検出面の真円度形状誤差や、回転機構の運動誤差(ラジアル方向)を基準物なしで精度よく算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して、被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the invention described in claim 11, in the invention described in any one of claims 1-8, the correction value measuring step includes the roundness shape error of the rotation error detection surface and the motion of the rotation mechanism. The error (radial direction) can be accurately calculated without a reference object. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the movement error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated movement error. it can.

請求項12に記載の本発明によれば、請求項2、4及び5のいずれか一項に記載した発明において、所定の位置における測定が保持部材であるので、保持部材の回転誤差検出面の真円度形状誤差を精度よく測定することが可能である。そして、その算出結果を利用して、被測定物の測定中における回転機構の運動誤差を算出することができる。さらに、この算出した運動誤差を利用して、被測定物の形状測定結果から運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the twelfth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the second, fourth, and fifth aspects, since the measurement at the predetermined position is the holding member, the rotation error detection surface of the holding member is It is possible to accurately measure the roundness shape error. Then, using the calculation result, it is possible to calculate the motion error of the rotating mechanism during the measurement of the object to be measured. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the movement error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated movement error. .

請求項13に記載の本発明によれば、請求項3又は5に記載した発明において、別の位置における測定が、回転機構を測定する位置で行なわれるので、回転機構の回転誤差検出面の真円度形状誤差及び回転機構の運動誤差を精度よく測定することが可能である。さらに、この算出した運動誤差を利用して被測定物の形状測定結果から、運動誤差を取り除くことにより、信頼性の高い形状測定結果を得ることができる3次元形状測定方法を提供することができる。   According to the invention described in claim 13, in the invention described in claim 3 or 5, since the measurement at another position is performed at the position where the rotation mechanism is measured, the trueness of the rotation error detection surface of the rotation mechanism is measured. It is possible to accurately measure the circular shape error and the movement error of the rotation mechanism. Furthermore, it is possible to provide a three-dimensional shape measurement method capable of obtaining a highly reliable shape measurement result by removing the motion error from the shape measurement result of the object to be measured using the calculated motion error. .

次に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第1実施例
図1は、第1実施例にかかる3次元形状測定方法を実施するための装置であって、主要部を概略的に示した斜視図である。図2は、図1の装置の処理部のブロック図である。図3は、第1実施例の測定手順を示すフローチャートである。
本測定装置12は、図1に示すように、鉛直方向をZ軸方向、水平方向をX軸方向としている。この座標系において、エアースピンドル5はZ軸方向を回転軸とし、定盤11の上に設置されている。また、被測定物2はエアースピンドル5に設置された治具3上に配置されている。P及びP’は治具3及びエアースピンドル5の位置の目印である。プローブ4はZステージ9上に設置されており、被測定物2の被測定面の形状に追従して動くようになっている。Zステージ9はXステージ7上に移動可能に設置されている。したがって、プローブ4は、X軸方向及びZ軸方向に移動可能である。プローブ4のX軸方向及びZ軸方向の位置は、それぞれXステージ7に設けたリニアスケール8及びZステージ9に設けたリニアスケール10により測定される。エアースピンドル5の回転角度θは、ロータリーエンコーダ6により測定される。また、エアースピンドル5の運動誤差を検出するために、エアースピンドル5の回転軸に対して直交する方向に検出軸を持つ位置検出器1が設置されている。
本装置において、位置検出器1によって検出する検出面(以下、被検出面)は、治具3の側面(円筒面)である。ただし、エアースピンドル5以外の円筒面であれば、例えば被測定物2のコバなどであっても良い。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment FIG. 1 is an apparatus for carrying out a three-dimensional shape measuring method according to the first embodiment, and is a perspective view schematically showing main parts. FIG. 2 is a block diagram of a processing unit of the apparatus of FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the measurement procedure of the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the measuring device 12 has a vertical direction as a Z-axis direction and a horizontal direction as an X-axis direction. In this coordinate system, the air spindle 5 is installed on the surface plate 11 with the Z-axis direction as the rotation axis. The object to be measured 2 is disposed on a jig 3 installed on the air spindle 5. P and P ′ are marks of the positions of the jig 3 and the air spindle 5. The probe 4 is installed on the Z stage 9 and moves following the shape of the surface to be measured of the object 2 to be measured. The Z stage 9 is movably installed on the X stage 7. Accordingly, the probe 4 is movable in the X axis direction and the Z axis direction. The positions of the probe 4 in the X-axis direction and the Z-axis direction are measured by a linear scale 8 provided on the X stage 7 and a linear scale 10 provided on the Z stage 9, respectively. The rotation angle θ of the air spindle 5 is measured by the rotary encoder 6. Further, in order to detect a motion error of the air spindle 5, a position detector 1 having a detection axis in a direction perpendicular to the rotation axis of the air spindle 5 is installed.
In the present apparatus, the detection surface (hereinafter, detected surface) detected by the position detector 1 is the side surface (cylindrical surface) of the jig 3. However, if it is a cylindrical surface other than the air spindle 5, it may be the edge of the object 2 to be measured, for example.

図2に示すように、処理部は、制御手段21、記憶手段23、座標変換手段24、エアースピンドル運動誤差算出手段22を備えている。この処理部は、測定装置12と一体であっても、別体であっても構わない。制御手段21は装置全体の制御を行い、記憶手段23は形状測定データ等の各種データを記憶する。エアースピンドル運動誤差算出手段22は、位置検出器1の測定データを元に、治具3の側面の真円度形状誤差とエアースピンドル5のラジアル方向(X軸方向)運動誤差の分離を行う。ここで、治具3の側面は、円筒面である。よって、真円度形状誤差は、理想的な円筒面に対する、測定した円筒面の形状誤差になる。座標変換手段24は、座標変換及びエアースピンドル5の運動誤差の補正を形状測定データに対して行なう。   As shown in FIG. 2, the processing unit includes control means 21, storage means 23, coordinate conversion means 24, and air spindle motion error calculation means 22. This processing unit may be integrated with the measuring apparatus 12 or may be a separate body. The control means 21 controls the entire apparatus, and the storage means 23 stores various data such as shape measurement data. The air spindle motion error calculation means 22 separates the roundness shape error of the side surface of the jig 3 from the radial direction (X-axis direction) motion error of the air spindle 5 based on the measurement data of the position detector 1. Here, the side surface of the jig 3 is a cylindrical surface. Therefore, the roundness shape error is a shape error of the measured cylindrical surface with respect to the ideal cylindrical surface. The coordinate conversion means 24 performs coordinate conversion and correction of the motion error of the air spindle 5 on the shape measurement data.

次に、具体的な測定方法について図3を用いて説明する。本実施例では、まず被測定物2が設置された治具3を、エアースピンドル5の上に固定する(ステップSl)。ここで、治具3の側面の真円度形状誤差を、位置検出器1により検出する。位置検出器1による真円度形状誤差の検出方法は、真円度測定に用いられている反転法または位相差法を用いる。これらの方法を用いることで、真円度が保証された基準物の表面を被検面としなくても、治具3の側面(被検出面)の真円度形状誤差を精度良く検出することが出来る。なお、治具3の側面の真円度形状誤差は、エアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差が取り除かれているので、より正確な値となる。また、被検出面は、校正された球面や平面でなくてもよい。又は回転軸に対して、真円度が保証されていないものでもよい。よって、特別に基準物を用意する必要が無い。
本実施例では、治具3の側面の真円度形状誤差を算出するステップを被測定物の形状測定前に行ったが、被測定物の形状測定後に行っても良い。
Next, a specific measurement method will be described with reference to FIG. In this embodiment, first, the jig 3 on which the object to be measured 2 is installed is fixed on the air spindle 5 (step Sl). Here, the roundness shape error of the side surface of the jig 3 is detected by the position detector 1. As a method of detecting the roundness shape error by the position detector 1, an inversion method or a phase difference method used for roundness measurement is used. By using these methods, it is possible to accurately detect the roundness shape error of the side surface (detected surface) of the jig 3 without using the reference surface with guaranteed roundness as the test surface. I can do it. Note that the roundness shape error of the side surface of the jig 3 is a more accurate value since the radial movement error of the air spindle 5 is removed. Further, the detected surface may not be a calibrated spherical surface or flat surface. Alternatively, the roundness may not be guaranteed with respect to the rotation axis. Therefore, it is not necessary to prepare a reference object.
In this embodiment, the step of calculating the roundness shape error of the side surface of the jig 3 is performed before measuring the shape of the object to be measured, but may be performed after measuring the shape of the object to be measured.

次に、反転法と位相差法による真円度形状誤差の算出方法を説明する。まず、反転法について説明する。図4(a)に示すようにエアースピンドル5を制御手段21により回転させ、その状態で位置検出器1の出力を記憶手段23に保存する。ここで位置検出器1により出力される信号は以下のようになる。
m(θ)=r(θ)+ex(θ) (1)
但し、θは0〜2π、m(θ)は位置検出器1の出力、r(θ)は被検出面、ここでは治具3の側面の真円度形状誤差、ex(θ)はエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差である。
Next, a method for calculating the roundness shape error by the inversion method and the phase difference method will be described. First, the inversion method will be described. As shown in FIG. 4A, the air spindle 5 is rotated by the control means 21, and the output of the position detector 1 is stored in the storage means 23 in this state. Here, the signal output by the position detector 1 is as follows.
m (θ) = r (θ) + e x (θ) (1)
However, θ is 0 to 2π, m (θ) is the output of the position detector 1, r (θ) is the detected surface, here the roundness shape error of the side surface of the jig 3, and e x (θ) is air This is a movement error of the spindle 5 in the radial direction.

次に、図4(b)に示すようにエアースピンドル5を固定したまま、治具3と位置検出器1を、エアースピンドル5の回転軸を中心に180度反転させる。この状態でエアースピンドル5を制御手段21により回転させ、その状態で位置検出器1の出力を記憶手段23に保存する。ここで位置検出器1により出力される信号は以下の様になる。
m’(θ)=r(θ)−ex(θ) (2)
但し、θは0〜2π、m’(θ)は位置検出器1の出力である。
上記式(1)と(2)を用いて、出力された値m(θ)及びm’(θ)から、被検出面、ここでは治具3の側面の真円度形状誤差r(θ)とラジアル方向の運動誤差ex(θ)を分離して求めることができる。算出方法は、資料:「形状誤差と運動誤差の分離による回転精度のナノ計測」精密工学会誌 Vol.67,No.7,2001,p1067〜p1071を参考にする。
Next, as shown in FIG. 4B, the jig 3 and the position detector 1 are reversed 180 degrees around the rotation axis of the air spindle 5 while the air spindle 5 is fixed. In this state, the air spindle 5 is rotated by the control means 21, and the output of the position detector 1 is stored in the storage means 23 in this state. Here, the signal output by the position detector 1 is as follows.
m ′ (θ) = r (θ) −e x (θ) (2)
However, θ is 0 to 2π, and m ′ (θ) is an output of the position detector 1.
Using the above formulas (1) and (2), from the output values m (θ) and m ′ (θ), the roundness shape error r (θ) of the detected surface, here, the side surface of the jig 3 And the radial motion error e x (θ) can be obtained separately. The calculation method is as follows: Document: “Nano-measurement of rotational accuracy by separating shape error and motion error” Journal of Precision Engineering Vol. 67, No. Refer to 7, 2001, p1067 to p1071.

次に、位相差法について説明する。図5(a)、図5(b)及び図5(c)に示すように、位置検出器1及びエアースピンドル5を固定したまま、治具3の位置を、円周方向に△Φ(=2π/N)ずつN回ずらす。そして、ずらした時のそれぞれの位置で、エアースピンドル5を回して、位置検出器1による測定を行う。ここで、治具3の側面の形状における位相差が、それぞれ△Φであるとする。この場合、N回の各測定工程における位置検出器1の出力は、式(3)のようになる。
mi(θ)=r(θ−i△Φ)+ex(θ) (3)
但し、m(θ)は位置検出器1の出力、iは測定工程数(1〜N)である。
上記式(3)を利用して、被検出面、ここでは治具3の側面の真円度形状誤差r(θ)とラジアル方向の運動誤差ex(θ)を算出できる。算出方法は、資料:「形状誤差と運動誤差の分離による回転精度のナノ計測」精密工学会誌 Vol.67,No.7,2001,p1067〜p1071を参考にする。
Next, the phase difference method will be described. As shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, the position of the jig 3 is set to ΔΦ (= Shift 2 times by 2π / N). Then, the air spindle 5 is rotated at each position when shifted, and the measurement by the position detector 1 is performed. Here, it is assumed that the phase difference in the shape of the side surface of the jig 3 is ΔΦ. In this case, the output of the position detector 1 in each of the N measurement steps is expressed by Equation (3).
m i (θ) = r (θ−i △ Φ) + e x (θ) (3)
Where m (θ) is the output of the position detector 1 and i is the number of measurement steps (1 to N).
Using the above equation (3), the roundness shape error r (θ) and radial motion error e x (θ) of the surface to be detected, here, the side surface of the jig 3, can be calculated. The calculation method is as follows: Document: “Nano-measurement of rotational accuracy by separating shape error and motion error” Journal of Precision Engineering Vol. 67, No. Refer to 7, 2001, p1067 to p1071.

算出された治具3の側面の真円度形状誤差r(θ)を、記憶手段23に記憶させる(ステップS2)。
次に、制御手段21の制御に基づき、被測定物2をエアースピンドル5により回転させる。そして、この状態で、被測定物2の被測定面の形状変化に合わせて、Zステージ9によりプローブ4をZ軸方向に移動させる。このとき、同時に、Xステージ7により、プローブ4をX軸方向に移動させる。そして、このときのX軸におけるプローブ4の位置、及びZ軸におけるプローブ4の位置(以下(x1,z1))を、リニアエンコーダ8及び10で測定する。さらに、エアースピンドル5の回転角度(θ)を、ロータリーエンコーダ6で測定する。また、同時に位置検出器1の出力(E)も測定する。このようにすることで、被測定物2の形状測定データ(x1,z1,θ,E)を点列データとして取得し、記憶手段23に記憶させる(ステップS3)。
The calculated roundness shape error r (θ) of the side surface of the jig 3 is stored in the storage means 23 (step S2).
Next, the device under test 2 is rotated by the air spindle 5 based on the control of the control means 21. In this state, the probe 4 is moved in the Z-axis direction by the Z stage 9 in accordance with the shape change of the measurement surface of the DUT 2. At the same time, the probe 4 is moved in the X-axis direction by the X stage 7 at the same time. At this time, the position of the probe 4 on the X axis and the position of the probe 4 on the Z axis (hereinafter referred to as (x 1 , z 1 )) are measured by the linear encoders 8 and 10. Further, the rotation angle (θ) of the air spindle 5 is measured by the rotary encoder 6. At the same time, the output (E) of the position detector 1 is also measured. In this way, the shape measurement data (x 1 , z 1 , θ, E) of the DUT 2 is acquired as point sequence data and stored in the storage means 23 (step S3).

次に、座標変換手段24により、ステップS2で取得した治具3の側面の真円度形状誤差を用いて、ステップS3で取得した形状測定データを補正する。すなわち、エアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差ex(θ)を取り除いた形状測定データ(x2,z2,θ)を、下記の算出式を用いて算出する。
ex(θ)=E−r(θ) (4)
x2=x1−ex(θ), z2=z1, θ=θ (5)
上記式(4)及び式(5)より、形状測定データ(x2, z2,θ)を得る(ステップS4)。
Next, the coordinate measurement unit 24 corrects the shape measurement data acquired in step S3 using the roundness shape error of the side surface of the jig 3 acquired in step S2. That is, the shape measurement data (x 2 , z 2 , θ) from which the radial movement error e x (θ) of the air spindle 5 is removed is calculated using the following calculation formula.
e x (θ) = E−r (θ) (4)
x 2 = x 1 −e x (θ), z 2 = z 1 , θ = θ (5)
Shape measurement data (x 2 , z 2 , θ) is obtained from the above equations (4) and (5) (step S4).

上記のように、第1実施例では、エアースピンドル5の回転軸に直交する方向に位置検出器1を取り付けて、治具3の側面(エアースピンドル5以外の面)を反転法または位相差法で測定している。このようにすることで、治具3の側面の真円度形状誤差を精度よく検出できる。よって、測定中に生じるエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差を、精度よく算出することが可能となる。その結果、被測定物2の形状測定データから、この運動誤差を取り除くことができるようになるので、第1実施例では、信頼性の高い形状測定データを取得することができる。   As described above, in the first embodiment, the position detector 1 is attached in a direction orthogonal to the rotation axis of the air spindle 5 and the side surface (surface other than the air spindle 5) of the jig 3 is reversed or phase-differenced. It is measured by. By doing in this way, the roundness shape error of the side surface of the jig 3 can be detected with high accuracy. Therefore, it is possible to accurately calculate the radial movement error of the air spindle 5 that occurs during measurement. As a result, since this movement error can be removed from the shape measurement data of the DUT 2, shape measurement data with high reliability can be acquired in the first embodiment.

図6は、変形例である。この変形例では、エアースピンドル5の運動誤差を算出するために、真円度測定に用いられる改良型反転法を利用している。この変形例は、第1実施例と比較すると、治具3の側面の変位を測定する位置検出器Aのほかに、位置検出器Bを追加した点が異なっている。この位置検出器Bは、エアースピンドル5の側面(円筒面)の変位を測定するためのものである。位置検出器Bは、位置検出器Aと同様に、エアースピンドル5の回転軸に対して直交する方向に、検出軸が位置するように設置されている。このような配置により、エアースピンドル5の側面(円筒面)を測定できる位置に配置されている。
このような構成とすることで、再現性の無いエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差を検出できる。よって、治具3の側面(円筒面)の真円度形状誤差を算出する際に、このような誤差を除くことができるので、信頼性の高い結果を得ることができる。
FIG. 6 is a modification. In this modification, in order to calculate the motion error of the air spindle 5, an improved inversion method used for roundness measurement is used. This modification differs from the first embodiment in that a position detector B is added in addition to the position detector A that measures the displacement of the side surface of the jig 3. This position detector B is for measuring the displacement of the side surface (cylindrical surface) of the air spindle 5. Similarly to the position detector A, the position detector B is installed such that the detection shaft is positioned in a direction orthogonal to the rotation axis of the air spindle 5. With this arrangement, the air spindle 5 is arranged at a position where the side surface (cylindrical surface) can be measured.
With such a configuration, it is possible to detect a radial movement error of the air spindle 5 without reproducibility. Therefore, when calculating the roundness shape error of the side surface (cylindrical surface) of the jig 3, such an error can be eliminated, and a highly reliable result can be obtained.

次に、改良型反転法による被検出面の真円度形状誤差算出方法、及び形状測定方法と、形状測定データの補正法について説明する。
図7は改良型反転法を利用した治具3の側面の真円度形状誤差算出の原理図である。また、図8は改良型反転法を利用した形状測定のフローチャートである。図7に示すように、改良反転法では、エアースピンドル5の側面(円筒面)の変位をも測定する。そのため、この構成では、回転軸に対して直交する方向に検出軸が位置するように、位置検出器Bを配置している。また、本測定装置12’に用いられる処理部は、第1実施例の処理部と同様であるので説明は省略する。
Next, a roundness shape error calculation method, a shape measurement method, and a shape measurement data correction method for a surface to be detected by an improved inversion method will be described.
FIG. 7 is a principle diagram for calculating the roundness shape error of the side surface of the jig 3 using the improved inversion method. FIG. 8 is a flowchart of shape measurement using the improved inversion method. As shown in FIG. 7, in the improved inversion method, the displacement of the side surface (cylindrical surface) of the air spindle 5 is also measured. Therefore, in this configuration, the position detector B is arranged so that the detection axis is positioned in a direction orthogonal to the rotation axis. Further, since the processing unit used in the measurement apparatus 12 ′ is the same as the processing unit of the first embodiment, description thereof is omitted.

以下、具体的な測定方法について、図8を用いて説明する。ステップSllは、第1実施例のステップSlと同様であるので説明を省略する。次に、治具3の側面(円筒面)の真円度形状誤差を、位置検出器Aにより算出する。治具3の側面における真円度形状誤差の算出は、以下の手順で行う。まず、図7(a)に示すように、エアースピンドル5を制御手段21により回転させ、その状態で位置検出器A及び位置検出器Bの出力を、記憶手段23に保存する。ここで位置検出器A及び位置検出器Bにより出力される信号は以下のようになる。
A(θ)=rA(θ)+ex(θ), mB(θ)=rB(θ)+ex(θ) (6−1)
但し、θは0〜2π、mA(θ)は位置検出器Aの出力であり、rA(θ)は被検出面、ここでは治具3の側面(円筒面)の真円度形状誤差、ex(θ)はラジアル方向の運動誤差である。また、mB(θ)は位置検出器Bの出力であり、rB(θ)はエアースピンドル5の側面(円筒面)の真円度形状誤差である。
Hereinafter, a specific measurement method will be described with reference to FIG. Step Sll is the same as Step S1 in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. Next, the roundness shape error of the side surface (cylindrical surface) of the jig 3 is calculated by the position detector A. The roundness shape error on the side surface of the jig 3 is calculated according to the following procedure. First, as shown in FIG. 7A, the air spindle 5 is rotated by the control means 21, and the outputs of the position detector A and the position detector B are stored in the storage means 23 in this state. Here, the signals output by the position detector A and the position detector B are as follows.
m A (θ) = r A (θ) + e x (θ), m B (θ) = r B (θ) + e x (θ) (6-1)
However, θ is 0 to 2π, m A (θ) is the output of the position detector A, r A (θ) is the roundness error of the detected surface, here the side surface (cylindrical surface) of the jig 3 , E x (θ) is a radial motion error. M B (θ) is the output of the position detector B, and r B (θ) is the roundness shape error of the side surface (cylindrical surface) of the air spindle 5.

次に、図7(b)に示すように、エアースピンドル5を固定したまま、治具3と位置検出器Aのみを180度反転させる。この状態で、エアースピンドル5を、制御手段21により回転させる。そして、回転させながら、位置検出器A及び位置検出器Bの出力を記憶手段23に保存する。ここで、位置検出器A及び位置検出器Bにより出力される信号は以下のようになる。
m'A(θ)=rA(θ)−e'x(θ),m'B(θ)=rB(θ)+e'x(θ) (6−2)
但し、θは0〜2π、m'A(θ)は位置検出器Aの出力、rA(θ)は被検出面、ここでは治具3の側面(円筒面)の真円度形状誤差、e'x(θ)はラジアル方向の運動誤差、m'B(θ)は位置検出器Bの出力、rB(θ)はエアースピンドル5の側面(円筒面)の真円度形状誤差である。
Next, as shown in FIG. 7B, only the jig 3 and the position detector A are reversed 180 degrees while the air spindle 5 is fixed. In this state, the air spindle 5 is rotated by the control means 21. And the output of the position detector A and the position detector B is preserve | saved in the memory | storage means 23, rotating. Here, the signals output by the position detector A and the position detector B are as follows.
m ′ A (θ) = r A (θ) −e ′ x (θ), m ′ B (θ) = r B (θ) + e ′ x (θ) (6-2)
However, θ is 0 to 2π, m ′ A (θ) is the output of the position detector A, r A (θ) is the detected surface, here the roundness shape error of the side surface (cylindrical surface) of the jig 3, e ′ x (θ) is the radial motion error, m ′ B (θ) is the output of the position detector B, and r B (θ) is the roundness shape error of the side surface (cylindrical surface) of the air spindle 5. .

上記式(6−1)及び(6−2)に示すように、出力された値mA(θ),mB(θ)及びm'A(θ) ,m'B(θ)から、エアースピンドル5の再現しないラジアル方向の運動誤差を除くことができる。すなわち、治具3の側面の真円度形状誤差rA(θ)とエアースピンドル5の側面(円筒面)の真円度形状誤差rB(θ)だけを算出し、記憶手段23に保存する(ステップS12)。算出方法は、資料:「形状誤差と運動誤差の分離による回転精度のナノ計測」精密工学会誌 Vol.67,No.7,2001,p1067〜p1071を参考にする。 From the output values m A (θ), m B (θ) and m ′ A (θ), m ′ B (θ), as shown in the above equations (6-1) and (6-2), the air It is possible to eliminate a radial motion error that the spindle 5 does not reproduce. That is, to calculate only the roundness shape error r B roundness shape error r A (theta) and air spindle 5 of side surfaces of the jig 3 (cylindrical surface) (theta), stored in the storage means 23 (Step S12). The calculation method is as follows: Document: “Nano-measurement of rotational accuracy by separating shape error and motion error” Journal of Precision Engineering Vol. 67, No. Refer to 7, 2001, p1067 to p1071.

次に、制御手段21の制御に基づき、被測定物2をエアースピンドル5により回転させる。そして、この状態で、被測定物2の被測定面の形状変化に合わせて、Zステージ9によりプローブ4をZ軸方向へ移動させる。また、同時に、Xステージ7によりプローブ4をX軸方向へ移動させる。そして、このときのX軸におけるプローブ4の位置及びZ軸におけるプローブ4の位置(以下(x1,z1))を、リニアエンコーダ8及び10で測定する。更に、エアースピンドル5の回転角度(θ)を、ロータリーエンコーダ6で測定する。また、同時に位置検出器Aでも、治具3の側面の変位(EA)を測定する。このようにすることで、被測定物2の被測定面の形状測定データと治具3の側面の変位測定結果を合わせて測定データ(x1,z1,θ, EA)を点列データとして取得し、記憶手段23に記憶させる。 Next, the device under test 2 is rotated by the air spindle 5 based on the control of the control means 21. In this state, the probe 4 is moved in the Z-axis direction by the Z stage 9 in accordance with the change in the shape of the measurement surface of the DUT 2. At the same time, the probe 4 is moved in the X-axis direction by the X stage 7. At this time, the position of the probe 4 on the X axis and the position of the probe 4 on the Z axis (hereinafter referred to as (x 1 , z 1 )) are measured by the linear encoders 8 and 10. Further, the rotation angle (θ) of the air spindle 5 is measured by the rotary encoder 6. At the same time, the position detector A also measures the displacement (E A ) of the side surface of the jig 3. In this way, the measurement data (x 1 , z 1 , θ, E A ) is converted into point sequence data by combining the shape measurement data of the measurement surface of the DUT 2 and the displacement measurement result of the side surface of the jig 3. And is stored in the storage means 23.

次に、座標変換手段24により、ステップS13で取得した測定データ(x1,z1,θ, EA)より、ステップS12で取得した治具3の側面(円筒面)の真円度形状誤差rA(θ)を取り除き,エアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差 ex(θ)を算出する。算出式を以下に示す。
ex(θ)=EA−rA(θ) (7)
Next, the roundness shape error of the side surface (cylindrical surface) of the jig 3 acquired in step S12 from the measurement data (x 1 , z 1 , θ, E A ) acquired in step S13 by the coordinate conversion unit 24. r A (θ) is removed, and the radial motion error e x (θ) of the air spindle 5 is calculated. The calculation formula is shown below.
e x (θ) = E A −r A (θ) (7)

さらに、上記式(7)で算出したエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差eX(θ)を利用して、その運動誤差を取り除いた形状測定データ(x2,z2,θ)を算出する(ステップS14)。算出式を以下に示す。
2=x1− ex(θ) z2=z1 θ=θ (8)
Further, the shape measurement data (x 2 , z 2 , θ) from which the motion error is removed is calculated using the radial motion error e X (θ) calculated by the equation (7). (Step S14). The calculation formula is shown below.
x 2 = x 1 −e x (θ) z 2 = z 1 θ = θ (8)

ステップS13において、形状測定をする際に位置検出器Aの出力を保存したが、位置検出器Aの出力の代わりに、位置検出器Bの出力を用いても良い。その際は、エアースピンドル5の運動誤差ex(θ)は、エアースピンドル5の側面(円筒面)の真円度形状誤差rB(θ)を利用して算出する。 In step S13, the output of the position detector A is stored when measuring the shape, but the output of the position detector B may be used instead of the output of the position detector A. At this time, the motion error e x (θ) of the air spindle 5 is calculated using the roundness shape error r B (θ) of the side surface (cylindrical surface) of the air spindle 5.

上記の変形例によれば、円筒面の真円度形状誤差を精度よく検出できる。このため、この真円度形状誤差算出結果を利用して、表面形状測定中のエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差を算出することができる。そして、この運動誤差を、形状測定データから取り除くことで、信頼性のある3次元形状測定データを取得することができる。   According to the above modification, the roundness shape error of the cylindrical surface can be accurately detected. For this reason, it is possible to calculate the radial movement error of the air spindle 5 during the surface shape measurement using the roundness shape error calculation result. Then, by removing this motion error from the shape measurement data, reliable three-dimensional shape measurement data can be obtained.

図9は、他の変形例である。この変形例では、エアースピンドル5の運動誤差を算出するために、真円度測定に用いられる2点法を利用している。本変形例は、第1実施例と比較すると、治具3の側面の変位を測定する位置検出器A'のほかに、回転軸を挟んで対向する方向(180度回動した方向)に、治具3の側面の変位を測定する位置検出器B'を追加したことが異なる。位置検出器B’は、位置検出器A'と同様に、エアースピンドル5の回転軸に対して直交する方向に、検出軸が位置するように設置されている。このような構成とすることで、エアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差を検出することができる。よって、治具3の側面(円筒面)の真円度形状誤差を算出する際に、このような誤差を除くことができるので、信頼性の高い結果を得ることができる。   FIG. 9 shows another modification. In this modification, in order to calculate the motion error of the air spindle 5, a two-point method used for roundness measurement is used. Compared with the first embodiment, this modification has a position opposite to the position of the detector A ′ that measures the displacement of the side surface of the jig 3 (a direction rotated 180 degrees) across the rotation axis. The difference is that a position detector B ′ for measuring the displacement of the side surface of the jig 3 is added. Similarly to the position detector A ′, the position detector B ′ is installed so that the detection axis is positioned in a direction orthogonal to the rotation axis of the air spindle 5. With such a configuration, it is possible to detect a movement error in the radial direction of the air spindle 5. Therefore, when calculating the roundness shape error of the side surface (cylindrical surface) of the jig 3, such an error can be eliminated, and a highly reliable result can be obtained.

2点法による被検出面の真円度形状誤差の算出方法、形状測定方法、及び形状測定データの補正法について説明する。
図9は、2点法を利用した治具3の側面の真円度形状誤差算出の原理図である。図9に示すように、この構成では、回転軸に対して位置検出器A'とは対向する方向(180度回動した方向)に位置検出器B'が配置されている。この位置検出器B'は、回転軸に対して直交する方向に検出軸が位置するように、配置されている。また、本測定装置12”に用いられる処理部は、第1実施例の場合と同様であるので説明は省略する。また、測定方法は、第1実施例の場合(図3)とほぼ同様である。ただし、図3のステップS2で行われる治具3の側面の真円度形状誤差算出方法と、ステップS3で行われる形状測定方法に特徴があるため、ステップS2及びステップS3のみについて説明し、他のステップについては説明を省略する。
A method for calculating the roundness shape error of the surface to be detected by the two-point method, a shape measurement method, and a method for correcting the shape measurement data will be described.
FIG. 9 is a principle diagram for calculating the roundness shape error of the side surface of the jig 3 using the two-point method. As shown in FIG. 9, in this configuration, the position detector B ′ is arranged in a direction (a direction rotated by 180 degrees) opposite to the position detector A ′ with respect to the rotation axis. The position detector B ′ is arranged so that the detection axis is positioned in a direction orthogonal to the rotation axis. The processing unit used in the measuring apparatus 12 ″ is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. The measuring method is almost the same as that in the first embodiment (FIG. 3). However, since the method of calculating the roundness shape error of the side surface of the jig 3 performed in step S2 of Fig. 3 and the shape measuring method performed in step S3 are characteristic, only steps S2 and S3 will be described. Description of other steps is omitted.

本変形例の2点法による、治具3の側面の真円度形状誤差の算出は、以下の手順で行う。
まず、図9に示すように、エアースピンドル5を制御手段21により回転させる。そして、その状態で、位置検出器A’及び位置検出器B'の出力を記憶手段23に保存する。ここで位置検出器A'及び位置検出器B'により出力される信号は、以下の様になる。
A'(θ)=r (θ)+ ex(θ) ,mB'(θ)=r (θ−180)− ex(θ) (9−1)
但し、θは0〜2π、mA'(θ)は位置検出器A'の出力であり、r (θ)は被検出面、治具3の側面(円筒面)の真円度形状誤差、ex(θ)はラジアル方向の運動誤差、mB'(θ)は位置検出器B'の出力である。
Calculation of the roundness shape error of the side surface of the jig 3 by the two-point method of this modification is performed according to the following procedure.
First, as shown in FIG. 9, the air spindle 5 is rotated by the control means 21. In this state, the outputs of the position detector A ′ and the position detector B ′ are stored in the storage means 23. Here, the signals output by the position detector A ′ and the position detector B ′ are as follows.
m A ' (θ) = r (θ) + e x (θ), m B ' (θ) = r (θ−180) − e x (θ) (9-1)
Where θ is 0 to 2π, m A ′ (θ) is the output of the position detector A ′, and r (θ) is the detected surface, roundness shape error of the side surface (cylindrical surface) of jig 3, e x (θ) is the radial motion error, m B ' (θ) is the output of position detector B' It is.

次にエアースピンドル5の運動誤差ex(θ)を除去するためにmA(θ)とmB(θ)の差をとると、差動出力mAB(θ)は次のようになる。
mAB(θ)=mA'(θ)−mB'(θ)=r (θ)−r (θ−180) (9−2)
Next, when the difference between m A (θ) and m B (θ) is taken to remove the motion error e x (θ) of the air spindle 5, the differential output m AB (θ) is as follows.
m AB (θ) = m A ′ (θ) −m B ′ (θ) = r (θ) −r (θ-180) (9-2)

次に、式(9−2)に対して、治具3の側面の真円度形状誤差r (θ)の一階微分m’AB(θ)と、算出されたm’AB(θ)に対して一階積分を行う。このようにすることで、エアースピンドル5の運動誤差を取り除いた治具3の側面の真円度形状誤差を算出することができる(ステップS2')。 Next, with respect to equation (9-2), the roundness shape error r of the side surface of the jig 3 First-order integration is performed on the first derivative m ′ AB (θ) of (θ) and the calculated m ′ AB (θ). By doing so, the roundness shape error of the side surface of the jig 3 from which the motion error of the air spindle 5 is removed can be calculated (step S2 ′).

次に、制御手段21の制御に基づき、被測定物2をエアースピンドル5により回転させる。そして、この状態で、被測定物2の被測定面の形状変化に合わせて、Zステージ9によりプローブ4をZ軸方向に移動させる。同時に、Xステージ7により、プローブ4をX軸方向に移動させる。そして、そのときのX軸におけるプローブ4の位置、及びZ軸におけるプローブ4の位置(以下(x1,z1))を、リニアエンコーダ8及び10で測定する。さらに、エアースピンドル4の回転角度(θ)を、ロータリーエンコーダ6で測定する。また、同時に位置検出器A’でも治具3の側面の変位(E)を測定する。このようにすることで、被測定物2の被測定面の形状測定データと治具3の変位を合わせた測定データ(x1,z1,θ,E)を点列データとして取得し、記憶手段23に記憶する(ステップS3')。 Next, the device under test 2 is rotated by the air spindle 5 based on the control of the control means 21. In this state, the probe 4 is moved in the Z-axis direction by the Z stage 9 in accordance with the shape change of the measurement surface of the DUT 2. At the same time, the probe 4 is moved in the X-axis direction by the X stage 7. Then, the position of the probe 4 on the X axis and the position of the probe 4 on the Z axis (hereinafter (x 1 , z 1 )) are measured by the linear encoders 8 and 10. Further, the rotation angle (θ) of the air spindle 4 is measured by the rotary encoder 6. At the same time, the position detector A ′ also measures the displacement (E) of the side surface of the jig 3. In this way, measurement data (x 1 , z 1 , θ, E) obtained by combining the shape measurement data of the measurement surface of the DUT 2 and the displacement of the jig 3 is acquired as point sequence data and stored. The information is stored in the means 23 (step S3 ′).

上記した変形例によれば、治具3の側面の真円度形状誤差を精度よく検出できる。このため、この真円度形状誤差の算出結果を利用して、表面形状測定中のエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差を算出することができる。そして、この誤差を、形状測定データから取り除くことで、信頼性のある3次元形状測定データを取得することができる。   According to the above-described modification, the roundness shape error of the side surface of the jig 3 can be detected with high accuracy. For this reason, it is possible to calculate the radial motion error of the air spindle 5 during the surface shape measurement using the calculation result of the roundness shape error. Then, by removing this error from the shape measurement data, reliable three-dimensional shape measurement data can be acquired.

第2実施例
図10は、第2実施例にかかる3次元形状測定方法を実施するための装置であって、主要部を概略的に示した斜視図である。図11は、第2実施例の測定手順を示すフローチャートである。
以下、図10及び図11を参照して、第2実施例を説明する。本実施例においても、第1実施例と同様に鉛直方向をZ軸方向、水平方向をX軸方向としている。この座標系において、エアースピンドル5はZ軸方向を回転軸とし、定盤11の上に設置されている。また、被測定物2は、エアースピンドル5に設置された治具3上に配置されている。さらに、3つの位置検出器(A1,A2,A3)を、検出軸が回転軸に対して直交する面内で、それぞれθ方向で違う角度位置に検出軸が位置するように設置されている。
Second Embodiment FIG. 10 is an apparatus for carrying out the three-dimensional shape measuring method according to the second embodiment, and is a perspective view schematically showing the main part. FIG. 11 is a flowchart showing the measurement procedure of the second embodiment.
The second embodiment will be described below with reference to FIGS. Also in this embodiment, the vertical direction is the Z-axis direction and the horizontal direction is the X-axis direction, as in the first embodiment. In this coordinate system, the air spindle 5 is installed on the surface plate 11 with the Z-axis direction as the rotation axis. Further, the DUT 2 is disposed on a jig 3 installed on the air spindle 5. Further, the three position detectors (A1, A2, A3) are installed such that the detection axes are located at different angular positions in the θ direction within the plane in which the detection axes are orthogonal to the rotation axis.

本実施例の測定装置13は、第1実施例と比較して、被測定物2の被測定面の形状測定中におけるエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差を算出する手段として、真円度測定に用いられているマルチプローブ法を利用することが特徴である。
本実施例において、この位置検出器(A1,A2,A3)によって検出する検出面(以下、被検出面とする。)は、治具3の側面(円筒面)である。なお、この被検出面は、例えば、被測定物2のコバやエアースピンドル5本体の側面(円筒面)であっても良い。なお、他の構成は第1実施例と同様である。また、本測定装置13に用いられる処理部は、第1実施例と同様であるので説明は省略する。
Compared with the first embodiment, the measuring device 13 of the present embodiment measures roundness as means for calculating the radial motion error of the air spindle 5 during the measurement of the shape of the surface to be measured 2 of the device under test 2. It is characterized by using the multi-probe method used in
In this embodiment, a detection surface (hereinafter referred to as a detection surface) detected by the position detectors (A1, A2, A3) is a side surface (cylindrical surface) of the jig 3. The detected surface may be, for example, the edge of the object to be measured 2 or the side surface (cylindrical surface) of the air spindle 5 main body. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Further, since the processing unit used in the measurement apparatus 13 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

次に、第2実施例の具体的な測定方法について図11を用いて説明する。
まず、ステップS21は、第1実施例のステップSlと同様なので説明を省略する。ステップS22は、被測定物2の形状測定の工程である。この形状測定工程では、制御手段21の制御に基づき、被測定物2をエアースピンドル5により回転させる。そして、この状態で、被測定物2の被測定面の形状変化に合わせて、Zステージ9によりプローブ4をZ軸方向に移動させる。同時に、Xステージ7により、プローブ4をX軸方向に移動させる。そして、このときのX軸におけるプローブ4の位置、及びZ軸におけるプローブ4の位置(x1,z1)をリニアエンコーダ8及び10で測定する。さらに、エアースピンドル5の回転角度(θ)を、ロータリーエンコーダ6で測定する。また、同時に3つの位置検出器(A1,A2,A3)の出力(E1,E2,E3)も測定する。このようにすることで、被測定物2の被測定面の形状測定データ(x1,z1,θ,E1,E2,E3)を点列データとして取得し、記憶手段に記憶する(ステップS22)。
Next, a specific measurement method of the second embodiment will be described with reference to FIG.
First, step S21 is the same as step S1 in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. Step S22 is a process for measuring the shape of the DUT 2. In this shape measuring step, the device under test 2 is rotated by the air spindle 5 based on the control of the control means 21. In this state, the probe 4 is moved in the Z-axis direction by the Z stage 9 in accordance with the shape change of the measurement surface of the DUT 2. At the same time, the probe 4 is moved in the X-axis direction by the X stage 7. At this time, the position of the probe 4 on the X axis and the position (x 1 , z 1 ) of the probe 4 on the Z axis are measured by the linear encoders 8 and 10. Further, the rotation angle (θ) of the air spindle 5 is measured by the rotary encoder 6. At the same time, the outputs (E 1 , E 2 , E 3 ) of the three position detectors (A1, A2, A3) are also measured. In this way, the shape measurement data (x 1 , z 1 , θ, E 1 , E 2 , E 3 ) of the measurement surface of the DUT 2 is acquired as point sequence data and stored in the storage means. (Step S22).

次に、ステップS22で取得した形状測定データの3つの位置検出器の出力(E1,E2,E3)を利用して、測定中のエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差ex(θ)を算出する。算出方法は、真円度測定で用いられるマルチプローブ法を用い、資料(「精度診断技術の研究」日本機械学会論文集(C編)48巻425号(昭57−1)p115〜p123三井公之)を参考にする(ステップS23)。
さらに、得られたエアースピンドル5の運動誤差ex(θ)により、形状測定データに対して補正を行う。そして、エアースピンドル5の運動誤差ex(θ)を取り除いた、信頼性の高い形状測定データ(x2,z2,θ)を得る(ステップS24)。形状測定データの補正方法は、第1実施例で補正式(5)を用いて行なったのと同様であるので、説明を省略する。
Next, using the outputs (E 1 , E 2 , E 3 ) of the three position detectors of the shape measurement data acquired in step S22, the radial motion error e x (θ of the air spindle 5 being measured is measured. ) Is calculated. The calculation method uses the multi-probe method used in roundness measurement, and the document (“Study on Accuracy Diagnosis Technology”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C), Vol. 48, No. 425 (Sho 57-1), p115-p123, Ko Mitsui No.) is referred to (step S23).
Further, the shape measurement data is corrected based on the obtained motion error e x (θ) of the air spindle 5. Then, highly reliable shape measurement data (x 2 , z 2 , θ) from which the motion error e x (θ) of the air spindle 5 has been removed is obtained (step S24). The method for correcting the shape measurement data is the same as that performed by using the correction formula (5) in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

本実施例によれば、3つの位置検出器(A1,A2,A3)の検出軸がエアースピンドル5の回転軸に対して直交する面内で、それぞれθ方向で違う角度位置に検出軸が位置するように設置している。このことにより、被測定物2の形状測定中に生じるエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差を、マルチプローブ法により算出することが可能となる。マルチプローブ法では、円筒面の経時変化による影響を取り除いた状態でのエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差を測定できる。そのため、マルチプローブ法により求めたエアースピンドル5の運動誤差を、被測定物2の形状測定データから取り除くことで、より信頼性の高い形状測定データを取得することができる。   According to this embodiment, the detection axes of the three position detectors (A1, A2, A3) are positioned at different angular positions in the θ direction within the plane orthogonal to the rotation axis of the air spindle 5. It is installed to do. As a result, the radial movement error of the air spindle 5 that occurs during the shape measurement of the DUT 2 can be calculated by the multi-probe method. In the multi-probe method, it is possible to measure the radial movement error of the air spindle 5 in a state where the influence of the cylindrical surface over time is removed. Therefore, by removing the movement error of the air spindle 5 obtained by the multi-probe method from the shape measurement data of the object 2 to be measured, more reliable shape measurement data can be acquired.

図12は、第2実施例の変形例である。この変形例では、エアースピンドル5のXZ方向の傾き(アンギュラ方向)の運動誤差をも算出している。そして、その運動誤差算出結果を利用して、被測定物2の形状測定データからエアースピンドル5のアンギュラ方向の運動誤差を取り除いている。このようにすることで、より信頼性の高い形状測定データを取得できる。図13は、本変形例の形状測定のフローチャート図である。また、図14及び図15は、形状測定データ補正法について説明した図である。   FIG. 12 is a modification of the second embodiment. In this modification, the motion error of the inclination (angular direction) of the air spindle 5 in the XZ direction is also calculated. Then, the motion error in the angular direction of the air spindle 5 is removed from the shape measurement data of the DUT 2 using the motion error calculation result. By doing in this way, more reliable shape measurement data can be acquired. FIG. 13 is a flowchart of shape measurement according to this modification. 14 and 15 are diagrams for explaining the shape measurement data correction method.

以下、本変形例での運動誤差算出方法、形状測定方法、及び形状測定データ補正法について説明する。
本変形例は、図12に示すように、第2実施例と同様に、3つの位置検出器を用いている。ただし、それぞれの位置検出器を設置するにあたって、エアースピンドル5の回転軸に対する高さがそれぞれ異なるようにしている点で、第2実施例とは異なる。このような構成とすることで、図11のステップS23でのエアースピンドル5の運動誤差算出方法において、ラジアル方向のみでなくアンギュラ方向の運動誤差も算出できる。アンギュラ方向の運動誤差算出方法、形状測定方法、形状測定データ補正方法について、図14及び図15を利用して説明する。
Hereinafter, the motion error calculation method, the shape measurement method, and the shape measurement data correction method in this modification will be described.
As shown in FIG. 12, the present modification uses three position detectors as in the second embodiment. However, it differs from the second embodiment in that each position detector is installed such that the height relative to the rotation axis of the air spindle 5 is different. With such a configuration, in the method for calculating the motion error of the air spindle 5 in step S23 of FIG. 11, not only the radial direction but also the angular direction motion error can be calculated. An angular direction motion error calculation method, shape measurement method, and shape measurement data correction method will be described with reference to FIGS.

本変形例の3次元形状測定機の処理部は、図2に示した第1実施例の処理部とほぼ同じである。また、エアースピンドルの運動誤差算出手段22がエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差のみでなく、アンギュラ方向の運動誤差をも算出できるようになっている。その他の処理部の構成及び作用は第1実施例と同じであるので、図示と説明を省略する。   The processing unit of the three-dimensional shape measuring machine of this modification is almost the same as the processing unit of the first embodiment shown in FIG. The air spindle motion error calculating means 22 can calculate not only the radial motion error of the air spindle 5 but also the angular motion error. Since the configuration and operation of the other processing units are the same as those in the first embodiment, illustration and description are omitted.

まず、測定方法について図13を用いて説明する。ステップS31は、第1実施例のステップS1と同様なので説明を省略する。ステップS32は、被測定物2の形状測定の工程である。この工程では、プローブ4の位置(x1,z1)をリニアエンコーダ8及び10で測定する。さらに、エアースピンドル5の回転角度(θ)を、ロータリーエンコーダ6で測定する。また、同時に6つの位置検出器(A1,A2,A3)及び(B1,B2,B3)の出力(EA1,EA2,EA3)及び(EB1,EB2,EB3)を測定する。ここで、プローブ4のZ軸方向の位置z1は、位置検出器(A1,A2,A3)の検出高さを基準としている。
このようにして、被測定物2の被測定面の形状測定データ(x1,z1,θ,EA1,EA2,EA3,EB1,EB2,EB3)を点列データとして取得し、記憶手段23に記憶させる(ステップS32)。
First, the measurement method will be described with reference to FIG. Since step S31 is the same as step S1 of the first embodiment, description thereof is omitted. Step S32 is a process of measuring the shape of the DUT 2. In this step, the position (x 1 , z 1 ) of the probe 4 is measured by the linear encoders 8 and 10. Further, the rotation angle (θ) of the air spindle 5 is measured by the rotary encoder 6. At the same time, the outputs (E A1 , E A2 , E A3 ) and (E B1 , E B2 , E B3 ) of the six position detectors (A1, A2, A3) and (B1, B2, B3 ) are measured. Here, the position z 1 in the Z-axis direction of the probe 4 are based on the detection height position detector (A1, A2, A3).
In this way, the shape measurement data (x 1 , z 1 , θ, E A1 , E A2 , E A3 , E B1 , E B2 , E B3 ) of the measured surface of the DUT 2 is acquired as point sequence data. Then, it is stored in the storage means 23 (step S32).

次に、エアースピンドルのラジアル方向の運動誤差とアンギュラ方向の運動誤差を算出する。算出方法を以下に示す。
まず、ステップS32で取得した形状測定データの3つの位置検出器(A1,A2,A3)の出力(EA1,EA2,EA3)を利用して、測定中のエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差eAx(θ)を算出する。算出方法は、真円度測定で用いられるマルチプローブ法を用いる。算出方法は、資料(「精度診断技術の研究」日本機械学会論文集(C編)48巻425号(昭57−1)p115〜p123三井公之)を参考にする。さらに、高さの違う位置に設置した3つの位置検出器(B1,B2,B3)の出力(EB1,EB2,EB3)を利用して、測定中のエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差eBx(θ)を同様に算出する。
Next, the radial motion error and the angular motion error of the air spindle are calculated. The calculation method is shown below.
First, using the output (E A1 , E A2 , E A3 ) of the three position detectors (A1, A2, A3) of the shape measurement data acquired in step S32, the radial direction of the air spindle 5 being measured A motion error e Ax (θ) is calculated. As a calculation method, a multi-probe method used in roundness measurement is used. For the calculation method, reference is made to the material ("Study on Accuracy Diagnosis Technology", Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C), Vol. 48, No. 425 (Akira 57-1, p115-p123) Furthermore, using the outputs (E B1 , E B2 , E B3 ) of three position detectors (B1, B2, B3) installed at different heights, the radial movement of the air spindle 5 being measured The error e Bx (θ) is calculated similarly.

高さの違う位置でそれぞれ測定されたエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差eAx(θ)、eBx(θ)により、アンギュラ方向の運動誤差ea(θ)を算出する。アンギュラ方向の運動誤差ea(θ)の算出方法について図14を利用して説明する。
図14に示すように、位置検出器(A1,A2,A3)及び(B1,B2,B3)の設置高さの差をLAB、ラジアル方向の運動誤差の差をeAB(θ)とする。アンギュラ方向に運動誤差が無い場合は、eAB(θ)=0になる。アンギュラ方向に運動誤差がある場合、アンギュラ方向の運動誤差ea(θ)は、次の式で算出することができる(ステップS33)。
ea(θ)= Sin―1(eAB(θ)/LAB) (10)
さらに、得られたエアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差eAx(θ)及びアンギュラ方向の運動誤差ea(θ)により、形状測定データに対して補正を行う。すなわち、エアースピンドル5の運動誤差を取り除いた、信額性の高い形状測定データ(x2,z2,θ)を得る(ステップS34)。
The angular movement error e a (θ) is calculated from the radial movement errors e Ax (θ) and e Bx (θ) of the air spindle 5 measured at different heights. A method of calculating the angular direction motion error e a (θ) will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 14, the difference in installation height of the position detectors (A1, A2, A3) and (B1, B2, B3) is L AB , and the difference in motion error in the radial direction is e AB (θ). . When there is no motion error in the angular direction, e AB (θ) = 0. If there is a motion error in the angular direction, the motion error e a (θ) in the angular direction can be calculated by the following equation (step S33).
e a (θ) = Sin – 1 (e AB (θ) / L AB ) (10)
Further, the shape measurement data is corrected by the radial motion error e Ax (θ) and the angular motion error e a (θ) of the air spindle 5 obtained. That is, highly reliable shape measurement data (x 2 , z 2 , θ) is obtained by removing the motion error of the air spindle 5 (step S34).

次に、エアースピンドル5の運動誤差を取り除く手順を以下に示す。
まず、形状測定データに対して、ラジアル方向の運動誤差補正を行う。ラジアル方向の運動誤差補正は次の式で表すことができる。
x1'=x1−eAx(θ) , z1'=z1 ,θ=θ (11)
Next, the procedure for removing the motion error of the air spindle 5 is shown below.
First, radial error correction is performed on the shape measurement data. The motion error correction in the radial direction can be expressed by the following equation.
x 1 '= x 1 −e Ax (θ), z 1 ' = z 1 , θ = θ (11)

次に、上記式(11)より算出されたラジアル方向の運動誤差補正後の測定データ(x1',z1',θ)に対して、アンギュラ方向の運動誤差補正を行う。補正方法は図15を参考にして行う。算出されたラジアル方向の運動誤差補正後の測定データ(x1',z1',θ)に対して、エアースピンドル5のアンギュラ方向の運動誤差ea(θ)を取り除いたデータ(x2,z2,θ)は、次式で求められる。 Next, the motion error correction in the angular direction is performed on the measurement data (x 1 ′, z 1 ′, θ) after the correction of the motion error in the radial direction calculated from the above equation (11). The correction method is performed with reference to FIG. Data (x 2 , x 2 , x 1 , z 1 ′, θ) after removing the motion error e a (θ) in the angular direction of the air spindle 5 from the calculated measurement data (x 1 ′, z 1 ′, θ) after correcting the radial direction motion error. z 2 , θ) is obtained by the following equation.

まず、説明のために、エアースピンドル5の回転軸をtZ(0)とする。また、アンギュラ方向の運動誤差ea(θ)を含んだときの回転軸をtZ(e)とする。ここで、位置検出器(A1,A2,A3)の高さと、エアースピンドル5の回転軸tZ(0)との交点を原点0とする。さらに、回転軸tZ(e)は原点0を軸としてアンギュラ方向の運動誤差ea(θ)分だけ傾いている。また、原点0からエアースピンドル5の回転軸tZ(0)に直交する方向をtX(0)とし、アンギュラ方向の運動誤差ea(θ)を含んだときの回転軸に直交する方向tX(e)とする。 First, for explanation, it is assumed that the rotation axis of the air spindle 5 is t Z (0). Also, let t Z (e) be the rotation axis when the angular motion error e a (θ) is included. Here, the origin 0 is the intersection of the height of the position detector (A1, A2, A3) and the rotation axis t Z (0) of the air spindle 5. Further, the rotation axis t Z (e) is inclined by an angular motion error e a (θ) about the origin 0 as an axis. The direction perpendicular to the rotation axis t Z (0) of the air spindle 5 from the origin 0 is defined as t X (0), and the direction t orthogonal to the rotation axis when the angular motion error e a (θ) is included. Let X (e).

次にプローブ4から、エアースピンドル5の回転軸tZ(e)に垂線を下ろした時に、回転軸tZ(0)と交わる点をVとする。また、回転軸tZ(0)とz1'との交点をWとする。さらに、点WとV間の距離をZ1、Vと原点0との距離をZ2とすると、
z2=cos(ea(θ))×(Z2
ここで、z1'=Z1+Z2より
z2=cos(ea(θ))×(z1'− Z1
Z1=x1'×tan(ea(θ))より
z2=z1'×cos(ea(θ))−x1'×tan(ea(θ)) (12)
Next, when a perpendicular is drawn from the probe 4 to the rotation axis t Z (e) of the air spindle 5, the point that intersects the rotation axis t Z (0) is set to V. Also, let W be the intersection of the rotation axis t Z (0) and z 1 ′. Furthermore, if the distance between points W and V is Z 1 , and the distance between V and origin 0 is Z 2 ,
z 2 = cos (e a (θ)) × (Z 2 )
Where z 1 '= Z 1 + Z 2
z 2 = cos (e a (θ)) × (z 1 '−Z 1 )
From Z 1 = x 1 '× tan (e a (θ))
z 2 = z 1 ′ × cos (e a (θ)) − x 1 ′ × tan (e a (θ)) (12)

また、プローブ4から、エアースピンドル5の回転軸tZ(e)に直交する方向tX(e)に垂線を下ろした時に、交わる点をWXとする。また、VからtX(e)への垂線の交点をVXとする。さらに、交点VXと原点0との距離をX1、交点VXとWX間の距離をX2とすると、
x2=X1+X2
ここでX2=x1'/cos(ea(θ))
また、X1=Z2×sin(ea(θ))
2=z1'−Z1
より、X1=(z1'− Z1)×sin(ea(θ))
さらに、Z1=x1'×tan(ea(θ))
よって、X1=z1'×sin(ea(θ))−x1'×sin2(ea(θ))/cos(ea(θ))
以上より、x2=[z1'×sin(ea(θ))−x1'×sin2(ea(θ))/cos(ea(θ))]
+[x1'/cos(ea(θ))] (13)
上記式(12)及び式(13)より、形状測定データ(x2,z2,θ)を算出することができる。
Further, when a perpendicular is drawn from the probe 4 in the direction t X (e) perpendicular to the rotation axis t Z (e) of the air spindle 5, the point of intersection is defined as W X. Also, let V X be the intersection of perpendicular lines from V to t X (e). Furthermore, if the distance between the intersection V X and the origin 0 is X 1 and the distance between the intersection V X and W X is X 2 ,
x 2 = X 1 + X 2
Where X 2 = x 1 '/ cos (e a (θ))
Also, X 1 = Z 2 × sin (e a (θ))
Z 2 = z 1 '−Z 1
X 1 = (z 1 '−Z 1 ) × sin (e a (θ))
Furthermore, Z 1 = x 1 '× tan (e a (θ))
Therefore, X 1 = z 1 ′ × sin (e a (θ)) − x 1 ′ × sin 2 (e a (θ)) / cos (e a (θ))
From the above, x 2 = [z 1 ′ × sin (e a (θ)) − x 1 ′ × sin 2 (e a (θ)) / cos (e a (θ))]
+ [X 1 '/ cos (e a (θ))] (13)
From the above equations (12) and (13), the shape measurement data (x 2 , z 2 , θ) can be calculated.

以上の説明より明らかなように、本変形例によれば、第2実施例と同様な作用、効果が得られると共に、エアースピンドル5のラジアル方向の運動誤差のみでなく、アンギュラ方向の運動誤差をも、被測定物2の形状測定データから取り除くことができる。そのため、より信頼性の高い形状測定データを取得することができる。   As is clear from the above description, according to this modification, the same operation and effect as the second embodiment can be obtained, and not only the radial motion error of the air spindle 5 but also the angular motion error. Can also be removed from the shape measurement data of the DUT 2. Therefore, more reliable shape measurement data can be acquired.

第3実施例
図16は、第3実施例にかかる3次元形状測定方法を実施するための装置の主要部を概略的に示した斜視図である。図17は第3実施例の測定手順を示すフローチャートである。
以下、図16及び図17を参照して、第3実施例を説明する。本実施例においても、第1実施例と同様に鉛直方向をZ軸方向、水平方向をX軸方向としている。この座標系において、エアースピンドル5はZ軸方向を回転軸とし、定盤11の上に設置されている。また、被測定物2はエアースピンドル5に設置された治具3上に配置されている。さらに、4つの位置検出器(C1,C2,C3,C4)は、各検出軸が回転軸と平行する方向で、回転軸に対して同心円上に、互いにθ方向に異なる角度位置に設置されている。ここで、位置検出器のうち一つは角度センサーなどの、角度を測定できるものである。
Third Embodiment FIG. 16 is a perspective view schematically showing a main part of an apparatus for carrying out a three-dimensional shape measuring method according to a third embodiment. FIG. 17 is a flowchart showing the measurement procedure of the third embodiment.
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG. Also in this embodiment, the vertical direction is the Z-axis direction and the horizontal direction is the X-axis direction, as in the first embodiment. In this coordinate system, the air spindle 5 is installed on the surface plate 11 with the Z-axis direction as the rotation axis. The object to be measured 2 is disposed on a jig 3 installed on the air spindle 5. Further, the four position detectors (C1, C2, C3, C4) are installed in directions where each detection axis is parallel to the rotation axis, concentric with the rotation axis, and at different angular positions in the θ direction. Yes. Here, one of the position detectors can measure an angle such as an angle sensor.

本実施例の3次元形状測定装置14は、第1実施例及び第2の実施例と比較して、4つの位置検出器(C1,C2,C3,C4)を設置している点で異なる。この4つの位置検出器(C1,C2,C3,C4)により、被測定物2の被測定面の形状測定中におけるエアースピンドル5のアキシャル方向(Z軸方向)の運動誤差を算出している。そして、その運動誤差の算出結果を利用して、被測定物2の形状測定データからエアースピンドル5のアキシャル方向の運動誤差を取り除き、より信頼性の高い測定データを取得できるようにしている。
なお、他の構成は第1実施例及び第2実施例と同様であるので、それらについての図示と説明は省略する。また、本実施例の処理部は、図2に示した第1実施例の処理部とほぼ同じである。ただし、エアースピンドル運動誤差算出手段22がエアースピンドル5のアキシャル方向の運動誤差を算出できるようになっている点が、第1実施例の処理部と異なる。
The three-dimensional shape measuring apparatus 14 of this embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in that four position detectors (C1, C2, C3, C4) are installed. The four position detectors (C1, C2, C3, C4) calculate the motion error in the axial direction (Z-axis direction) of the air spindle 5 during the shape measurement of the surface to be measured of the device under test 2. Then, using the calculation result of the motion error, the motion error in the axial direction of the air spindle 5 is removed from the shape measurement data of the object to be measured 2 so that more reliable measurement data can be acquired.
Since other configurations are the same as those of the first and second embodiments, illustration and description thereof are omitted. Further, the processing unit of the present embodiment is almost the same as the processing unit of the first embodiment shown in FIG. However, the air spindle motion error calculating means 22 is different from the processing unit of the first embodiment in that the motion error in the axial direction of the air spindle 5 can be calculated.

次に具体的な測定方法について図17を用いて説明する。
まず、ステップS41は、第1実施例のステップSlと同様なので説明を省略する。ステップS42は、被測定物2の形状測定の工程である。この形状測定工程では、制御手段21の制御に基づき、被測定物2をエアースピンドル5により回転させる。そして、この状態で、被測定物2の被測定面の形状変化に合わせて、Zステージ9によりプローブ4をZ軸方向に移動させる。同時に、Xステージ7により、プローブ4をX軸方向に移動させる。そして、このときのX軸におけるプローブ4の位置、及びZ軸におけるプローブ4の位置(x1,z1)をリニアエンコーダ8及び10で測定する。さらに、エアースピンドル5の回転角度(θ)を、ロータリーエンコーダ6で測定する。また、同時に4つの位置検出器(C1,C2,C3,C4)の出力(EC1, EC2, EC3, EC4)も測定する。このようにすることで、被測定物2の形状測定データ(x1,z1,θ, EC1, EC2, EC3, EC4)を点列データとして取得し、記憶手段23に記憶させる(ステップS42)。
Next, a specific measurement method will be described with reference to FIG.
First, step S41 is the same as step S1 in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. Step S42 is a process for measuring the shape of the DUT 2. In this shape measuring step, the device under test 2 is rotated by the air spindle 5 based on the control of the control means 21. In this state, the probe 4 is moved in the Z-axis direction by the Z stage 9 in accordance with the shape change of the measurement surface of the DUT 2. At the same time, the probe 4 is moved in the X-axis direction by the X stage 7. At this time, the position of the probe 4 on the X axis and the position (x 1 , z 1 ) of the probe 4 on the Z axis are measured by the linear encoders 8 and 10. Further, the rotation angle (θ) of the air spindle 5 is measured by the rotary encoder 6. At the same time, the outputs (E C1 , E C2 , E C3 , E C4 ) of the four position detectors (C1, C2, C3, C4 ) are also measured. In this way, the shape measurement data (x 1 , z 1 , θ, E C1 , E C2 , E C3 , E C4 ) of the DUT 2 is acquired as point sequence data and stored in the storage means 23. (Step S42).

次に、ステップS42で取得した形状測定データの4つの位置検出器出力( EC1, EC2, EC3, EC4)を利用して、測定中のエアースピンドル5のアキシャル方向の運動誤差eZ(θ)を算出する。算出方法は、超精密加工に用いられる旋盤主軸のアキシャル方向の運動誤差算出方法である混合法などを用いる。算出方法は、資料(「多点法による工作機械回転主軸のアキシャルおよびアンギュラモーションエラーの精密測定に関する研究」精密工学会誌Vol.67,No.7,2001,p1120〜p1124小倉一郎 岡崎祐一)を参考にする(ステップS43)。 Next, using the four position detector outputs (E C1 , E C2 , E C3 , E C4 ) of the shape measurement data acquired in step S42, the motion error e Z of the air spindle 5 being measured is measured in the axial direction. (Θ) is calculated. As a calculation method, a mixing method that is a method of calculating a motion error in the axial direction of a lathe spindle used for ultra-precision machining is used. For the calculation method, refer to the document ("Research on precision measurement of axial and angular motion errors of machine tool rotation spindles by the multipoint method" Journal of Precision Engineering Vol. 67, No. 7, 2001, p1120 to p1124 Ichiro Ogura, Yuichi Okazaki) (Step S43).

さらに、得られたエアースピンドル5の運動誤差eZ(θ)により、形状測定データに対して補正を行い、エアースピンドル5の運動誤差を取り除いた、形状測定データ(x2,z2,θ)を得る(ステップS44)。
形状測定データの補正式を以下に示す。
x2=x1 , z2=z1− eZ(θ), θ=θ (14)
Further, the shape measurement data (x 2 , z 2 , θ) is obtained by correcting the shape measurement data based on the obtained motion error e Z (θ) of the air spindle 5 and removing the motion error of the air spindle 5. Is obtained (step S44).
The correction formula for the shape measurement data is shown below.
x 2 = x 1 , z 2 = z 1 −e Z (θ), θ = θ (14)

本実施例によれば、4つの位置検出器(C1,C2,C3,C4)の検出軸がエアースピンドル5の回転軸に対して平行する方向で、さらに回転軸に対して同心円上の互いにθ方向に違う角度で設置したことで、被測定物2の形状測定中に生じるエアースピンドル3のアキシャル方向の運動誤差を混合法により算出することが可能となる。混合法では、円筒面の経時変化や形状誤差などに影響されないでエアースピンドル5のアキシャル方向の運動誤差を測定できるため、混合法により求めたエアースピンドル5のアキシャル方向運動誤差を、被測定物2の形状測定データから取り除くことができ、より信頼性の高い形状測定データを取得することができる。   According to the present embodiment, the detection axes of the four position detectors (C1, C2, C3, C4) are parallel to the rotation axis of the air spindle 5, and are further concentric with each other on the concentric circle with respect to the rotation axis. By installing at different angles in the direction, it is possible to calculate the axial movement error of the air spindle 3 that occurs during the shape measurement of the object 2 to be measured by the mixing method. In the mixing method, the movement error in the axial direction of the air spindle 5 can be measured without being affected by changes in the cylindrical surface over time, shape errors, etc., so the axial movement error of the air spindle 5 obtained by the mixing method is Therefore, more reliable shape measurement data can be obtained.

本発明による3次元形状測定方法の第1実施例を説明するための測定装置の主要部を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the principal part of the measuring apparatus for demonstrating 1st Example of the three-dimensional shape measuring method by this invention. 第1実施例の測定方法を実施するための処理部のブロック図である。It is a block diagram of the process part for implementing the measuring method of 1st Example. 第1実施例の測定方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measuring method of 1st Example. (a)及び(b)は反転法による眞円度形状誤差の算出方法を説明するための図である。(a) And (b) is a figure for demonstrating the calculation method of the roundness shape error by the inversion method. (a),(b)及び(c)は位相差法による眞円度形状誤差の算出方法を説明するための図である。(a), (b), (c) is a figure for demonstrating the calculation method of the roundness shape error by a phase difference method. 第1実施例の変形例を示す図1と同様の斜視図である。It is a perspective view similar to FIG. 1 which shows the modification of 1st Example. (a)及び(b)は改良型反転法による眞円度形状誤差の算出方法を説明するための図である。(a) And (b) is a figure for demonstrating the calculation method of the roundness shape error by the improved inversion method. 改良型反転法を利用した形状測定方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the shape measuring method using the improved inversion method. 第1実施例の他の変形例を示す図1と同様の斜視図である。It is a perspective view similar to FIG. 1 which shows the other modification of 1st Example. 本発明による3次元形状測定方法の第2実施例を説明するための測定装置の主要部を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the principal part of the measuring apparatus for demonstrating 2nd Example of the three-dimensional shape measuring method by this invention. 第2実施例の測定方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measuring method of 2nd Example. 第2実施例の変形例を示す要部斜視図である。It is a principal part perspective view which shows the modification of 2nd Example. 図12の変形例を利用した形状測定方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the shape measuring method using the modification of FIG. 形状測定データの補正法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correction method of shape measurement data. 形状測定データの補正法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the correction method of shape measurement data. 本発明による3次元形状測定方法の第3実施例を説明するための測定装置の主要部を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the principal part of the measuring apparatus for demonstrating 3rd Example of the three-dimensional shape measuring method by this invention. 第3実施例の測定方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measuring method of 3rd Example. 従来の3次元形状測定装置の1例の主要部を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the principal part of one example of the conventional three-dimensional shape measuring apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 位置検出器
2 被測定物
3 治具
4 プローブ
5 エアスピンドル
6 ロータリーエンコーダ
7 Xステージ
8、10 リニアスケール
9 Zステージ
11 定盤
12、12'、12"、13、14 3次元形状測定装置
21 制御手段
22 エアスピンドル運動誤差算出手段
23 記憶手段
24 座標変換手段
A、A'、A1〜A3、B1〜B3、C1〜C4 位置検出器
P、P' 位置の目印
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Position detector 2 Measured object 3 Jig 4 Probe 5 Air spindle 6 Rotary encoder 7 X stage 8, 10 Linear scale 9 Z stage 11 Surface plates 12, 12 ', 12 ", 13, 14 Three-dimensional shape measuring device 21 Control means 22 Air spindle motion error calculation means 23 Storage means 24 Coordinate conversion means A, A ′, A1 to A3, B1 to B3, C1 to C4 Position detectors P and P ′ Position markers

Claims (13)

被測定物を回転させながら回転軸方向から測定を行う形状測定ステップと、前記回転軸方向と直交する方向から測定を行う補正値測定ステップと、前記形状測定ステップの測定結果と前記補正値測定ステップの測定結果から前記被測定物の3次元形状を得る算出ステップとを備えた3次元形状測定方法であって、
前記補正値測定ステップは、保持部材と回転機構の位置関係を第1の相対位置にして測定を行う第1サブステップと、前記第1の位置関係とは異なる第2の相対位置にして測定を行う第2サブステップを少なくとも有することを特徴とする3次元形状測定方法。
A shape measuring step for measuring from the rotation axis direction while rotating the object to be measured, a correction value measuring step for measuring from a direction orthogonal to the rotation axis direction, a measurement result of the shape measuring step, and the correction value measuring step A three-dimensional shape measuring method comprising a calculation step of obtaining a three-dimensional shape of the object to be measured from the measurement result of
In the correction value measurement step, measurement is performed at a first sub-step in which measurement is performed with the positional relationship between the holding member and the rotation mechanism as a first relative position, and at a second relative position that is different from the first positional relationship. A three-dimensional shape measuring method comprising at least a second sub-step to be performed.
前記補正値測定ステップにおける測定は、前記回転軸に沿う所定の位置で行われ、前記第2の位置関係における前記保持部材の位置は、前記第1の位置関係における前記保持部材の位置から、前記回転軸の周りに前記保持部材を180度回転させた位置であり、前記第1のサブステップにおける測定と前記第2のサブステップにおける測定が、時間差を伴って行われることを特徴とする請求項1に記載の3次元形状測定方法。   The measurement in the correction value measuring step is performed at a predetermined position along the rotation axis, and the position of the holding member in the second positional relationship is determined from the position of the holding member in the first positional relationship. The position at which the holding member is rotated 180 degrees around the rotation axis, and the measurement in the first sub-step and the measurement in the second sub-step are performed with a time difference. 3. The three-dimensional shape measuring method according to 1. 前記補正値測定ステップにおける測定は更に別の位置を含む2つの位置で行われ、前記別の位置は、前記所定の位置から前記回転軸方向に沿って所定の距離だけ離れた位置であることを特徴とする請求項2に記載の3次元形状測定方法。   The measurement in the correction value measurement step is performed at two positions including another position, and the other position is a position separated from the predetermined position by a predetermined distance along the rotation axis direction. The three-dimensional shape measuring method according to claim 2, wherein: 前記第1の位置関係及び前記第2の位置関係とは異なる第3の位置関係にして測定を行う第3サブステップを備え、前記補正値測定ステップにおける測定は前記回転軸に沿う所定の位置で行われ、前記第2の位置関係における前記保持部材の位置は前記第1の位置関係における前記保持部材の位置から前記回転軸の周りに前記保持部材をΦ度回転させた位置であり、前記第3の位置関係における前記保持部材の位置は前記第1の位置関係における前記保持部材の位置から前記回転軸の周りに前記保持部材を2Φ度回転させた位置であり、前記第1のサブステップにおける測定、前記第2のサブステップにおける測定及び前記第3のサブステップにおける測定が、時間差をもって行われることを特徴とする請求項1に記載の3次元形状測定方法。   A third sub-step for performing measurement in a third positional relationship different from the first positional relationship and the second positional relationship, wherein the measurement in the correction value measuring step is performed at a predetermined position along the rotation axis; And the position of the holding member in the second positional relationship is a position obtained by rotating the holding member around the rotation axis by Φ degrees from the position of the holding member in the first positional relationship. The position of the holding member in the positional relationship of 3 is a position obtained by rotating the holding member around the rotation axis by 2Φ degrees from the position of the holding member in the first positional relationship, and in the first sub-step The three-dimensional shape measuring method according to claim 1, wherein the measurement, the measurement in the second sub-step, and the measurement in the third sub-step are performed with a time difference. 被測定物を回転させながら回転軸方向から測定を行う形状測定ステップと、前記回転軸方向と直交する方向から測定を行う補正値測定ステップと、前記形状測定ステップの測定結果と前記補正値測定ステップの測定結果から前記被測定物の3次元形状を得る算出ステップとを備えた3次元形状測定方法において、
前記補正値測定ステップは、第1の方向から測定を行う第1サブステップと、
前記第1の方向とは異なる第2の方向から測定を行う第2サブステップを少なくとも有し、
前記補正値測定ステップにおける測定は前記回転軸に沿う所定の位置で行われ、
前記第1のサブステップにおける測定と前記第2のサブステップにおける測定が同時に行われることを特徴とする3次元形状測定方法。
A shape measuring step for measuring from the rotation axis direction while rotating the object to be measured, a correction value measuring step for measuring from a direction orthogonal to the rotation axis direction, a measurement result of the shape measuring step, and the correction value measuring step A three-dimensional shape measuring method comprising a calculation step of obtaining a three-dimensional shape of the object to be measured from the measurement result of
The correction value measuring step includes a first sub-step of measuring from a first direction;
At least a second sub-step for measuring from a second direction different from the first direction;
The measurement in the correction value measurement step is performed at a predetermined position along the rotation axis,
The three-dimensional shape measuring method, wherein the measurement in the first sub-step and the measurement in the second sub-step are performed simultaneously.
前記第1の方向と前記第2の方向が互いに平行で、いずれも前記回転軸と交差することを特徴とする請求項5に記載の3次元形状測定方法。   6. The three-dimensional shape measuring method according to claim 5, wherein the first direction and the second direction are parallel to each other and both intersect the rotation axis. 前記補正値測定ステップは前記第1の方向及び前記第2の方向とは異なる第3の方向から測定を行う第3サブステップを有し、
前記第1の方向、前記第2の方向及び前記第3の方向がいずれも前記回転軸と交差し、
前記第1のサブステップにおける測定、前記第2のサブステップにおける測定及び前記第3のサブステップにおける測定が同時に行われることを特徴とする請求項5に記載の3次元形状測定方法。
The correction value measuring step includes a third sub-step of measuring from a third direction different from the first direction and the second direction;
The first direction, the second direction, and the third direction all intersect the rotation axis,
6. The three-dimensional shape measurement method according to claim 5, wherein the measurement in the first sub-step, the measurement in the second sub-step, and the measurement in the third sub-step are performed simultaneously.
前記補正値測定ステップは、前記回転軸に沿う異なる位置において測定を行う第4サブステップを少なくとも有し、
該第4サブステップは、第1サブステップと第2サブステップ及び第サブ3ステップとを同時に行うことを特徴とする請求項7に記載の3次元形状測定方法。
The correction value measuring step includes at least a fourth sub-step of performing measurement at different positions along the rotation axis,
The three-dimensional shape measuring method according to claim 7, wherein the fourth sub-step performs the first sub-step, the second sub-step, and the third sub-3 step simultaneously.
被測定物を回転させながら回転軸方向から測定を行う形状測定ステップと、前記形状測定ステップと同じ方向から測定を行う補正値測定ステップと、前記形状測定ステップの測定結果と前記補正値測定ステップの測定結果から前記被測定物の3次元形状を得る算出ステップとを備えた3次元形状測定方法において、
前記補正値測定ステップは前記形状測定ステップで行う測定領域の周辺部を測定し、
前記形状測定ステップにおける測定と前記補正値測定ステップにおける測定が同時に行われることを特徴とする3次元形状測定方法。
A shape measuring step for measuring from the rotation axis direction while rotating the object to be measured, a correction value measuring step for measuring from the same direction as the shape measuring step, a measurement result of the shape measuring step, and a correction value measuring step. In a three-dimensional shape measurement method comprising a calculation step of obtaining a three-dimensional shape of the object to be measured from a measurement result,
The correction value measurement step measures a peripheral portion of the measurement region performed in the shape measurement step,
3. The three-dimensional shape measurement method, wherein the measurement in the shape measurement step and the measurement in the correction value measurement step are performed simultaneously.
前記補正値測定ステップは、前記周辺部における4つの位置を測定することを特徴とする請求項9に記載の3次元形状測定方法。   The three-dimensional shape measuring method according to claim 9, wherein the correction value measuring step measures four positions in the peripheral portion. 前記補正値測定ステップにより、真円度形状誤差やラジアル方向の運動誤差を算出することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の3次元形状測定方法。   9. The three-dimensional shape measurement method according to claim 1, wherein a roundness shape error and a radial direction motion error are calculated in the correction value measurement step. 前記所定の位置における測定が、前記保持部材を測定する位置であることを特徴とする請求項2、4及び5のいずれか1項に記載の3次元形状測定方法。   6. The three-dimensional shape measuring method according to claim 2, wherein the measurement at the predetermined position is a position at which the holding member is measured. 前記別の位置における測定が、前記回転機構を測定する位置であることを特徴とする請求項3又は5に記載の3次元形状測定方法。








6. The three-dimensional shape measuring method according to claim 3, wherein the measurement at the different position is a position at which the rotation mechanism is measured.








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