JP2007057308A - Contact type probe - Google Patents

Contact type probe Download PDF

Info

Publication number
JP2007057308A
JP2007057308A JP2005241068A JP2005241068A JP2007057308A JP 2007057308 A JP2007057308 A JP 2007057308A JP 2005241068 A JP2005241068 A JP 2005241068A JP 2005241068 A JP2005241068 A JP 2005241068A JP 2007057308 A JP2007057308 A JP 2007057308A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
force
measurement
shaft
moving member
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005241068A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeo Maruyama
健男 丸山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2005241068A priority Critical patent/JP2007057308A/en
Publication of JP2007057308A publication Critical patent/JP2007057308A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a probe which scans stably even if refuse exists on the measuring object surface, in shape measurement by a contact type probe. <P>SOLUTION: A force generation means for applying a force to a probe shaft in the fixed state to a housing is provided, and the force applied to the probe shaft is changed by displacement or speed between the housing and the probe shaft, to thereby enable stable scanning. Namely, when tracing is performed normally, a force as a weak spring element is applied to the probe shaft, and when being sprung up by refuse or the like, the probe is returned quickly onto the measuring surface by enhancing rigidity of the spring element. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

3次元測定装置は、被測定物の形状をトレースするプローブと、そのプローブの位置を測定する座標測定手段の2つに分けて、構成を考えることができる。この時、プローブにとって重要なことは、被測定物の表面位置を座標測定可能な部材にうつしとることである。プローブが被測定物表面に対してトレースする時の誤差をトレース誤差と呼ぶ。従来、このプローブの構成として、特許公開平6−265340号に開示されているように、エアー軸受けを用いて上下に移動可能にプローブシャフトを設け、ばねで自重を支えている。また、1992年度精密工学会春期大会学術講演論文集p697にも、やはりエアー軸受けを用いて上下に移動可能にプローブシャフトを設け、ばねで自重を支える構成が提案されている。   The three-dimensional measuring apparatus can be divided into two types: a probe that traces the shape of the object to be measured and a coordinate measuring means that measures the position of the probe. At this time, what is important for the probe is to pass the surface position of the object to be measured to a member capable of measuring coordinates. An error when the probe traces the surface of the object to be measured is called a trace error. Conventionally, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-265340, a probe shaft is provided so as to be movable up and down using an air bearing, and its own weight is supported by a spring. In addition, the 1992 Precision Engineering Society Spring Conference Academic Lecture Proceedings p697 also proposes a configuration in which a probe shaft is provided so that it can be moved up and down using an air bearing and its own weight is supported by a spring.

このようなプローブを用いて形状をトレースする場合、前述したトレース誤差が生じる。トレース誤差があってもプローブの押しつけ力誤差にならないように十分弱いばね、つまりばね定数が十分小さい必要がある。なぜなら、トレース誤差にばね定数を掛けた量が押しつけ力の誤差になるからである。   When tracing a shape using such a probe, the aforementioned trace error occurs. A sufficiently weak spring, that is, a spring constant needs to be sufficiently small so that a probe pressing force error does not occur even if there is a trace error. This is because the amount obtained by multiplying the trace error by the spring constant is an error in the pressing force.

また,別の従来例として,特許公開2003−42742には磁力を利用してプローブの自重をキャンセルする方法が開示されている。これは、ヨーク、永久磁石およびコイルからなる磁気回路をヨークがプローブを挟むように固定し,ヨークとプローブの間に発生する磁力により自重をキャンセルするものであった。   As another conventional example, Japanese Patent Publication No. 2003-42742 discloses a method of canceling the weight of a probe using magnetic force. In this method, a magnetic circuit composed of a yoke, a permanent magnet and a coil is fixed so that the yoke sandwiches the probe, and its own weight is canceled by a magnetic force generated between the yoke and the probe.

また、プローブはしばしば、スタイラス、触針子、フィーラーと呼ばれることがあるが、本明細書ではプローブに統一する。
特開平06−265340号公報 特開2003−42742号公報
In addition, the probe is often called a stylus, a stylus, or a feeler.
Japanese Patent Laid-Open No. 06-265340 JP 2003-42742 A

しかしながら、前記従来例では測定物表面のゴミなどの影響をうけやすいという問題があった。   However, the conventional example has a problem that it is easily affected by dust on the surface of the measurement object.

図5は従来の接触式プローブを模式的に示す図であり、3次元的に移動可能な測定軸等の移動部材123の先端部に一方向に移動可能にプローブ122を配設し、プローブ122は、その先端に球121を有し、ばね124によって移動部材123に吊下げられている。このばね124は、トレース誤差を生じないように、非常に弱いばねである。   FIG. 5 is a diagram schematically showing a conventional contact probe. A probe 122 is movably arranged in one direction at the tip of a moving member 123 such as a measurement axis that can be moved three-dimensionally. Has a sphere 121 at its tip and is suspended from a moving member 123 by a spring 124. This spring 124 is a very weak spring so as not to cause a trace error.

このようなプローブを使用して被測定物を走査すると、測定面表面に付着しているゴミ、チリ等とプローブ先端が衝突し、プローブが測定面上方に跳ね上げられる事が考えられる。跳ね上げられると、プローブ質量とばね係数から計算される固有振動数で振動する。押し付け力を小さくするために、ばね剛性を弱くしていると、プローブが測定面に再び戻ってくるのに時間がかかる。飛んでいる区間のデータは異常値となり、測定結果として使用する事ができない。飛んでいる区間を短くするには、走査速度を落とす必要があるが、これは、測定時間を引き延ばし、結果として、測定精度劣化や測定コスト上昇といった問題を引き起こす。   When the object to be measured is scanned using such a probe, it can be considered that dust, dust or the like adhering to the surface of the measurement surface collides with the tip of the probe, and the probe jumps up above the measurement surface. When it is flipped up, it vibrates at the natural frequency calculated from the probe mass and the spring coefficient. If the spring stiffness is reduced in order to reduce the pressing force, it takes time for the probe to return to the measurement surface again. The data in the flying section becomes an abnormal value and cannot be used as a measurement result. In order to shorten the flying section, it is necessary to reduce the scanning speed. However, this extends the measurement time, resulting in problems such as deterioration in measurement accuracy and increase in measurement cost.

さらに、トレース制御の調整は、プローブと測定面が正しくコンタクトしている状態で実施されているために、プローブと測定面が離れた状態がある時間以上続くと、制御系が破綻し、測定続行不能となり、測定を最初からやり直さなければならなくなる。これは、測定コストの上昇につながる。   Furthermore, since the trace control adjustment is performed with the probe and measurement surface in contact correctly, if the probe and measurement surface are separated for a certain period of time, the control system will break down and measurement will continue. It becomes impossible and the measurement has to be repeated from the beginning. This leads to an increase in measurement cost.

例えば、プローブ質量を10g、ばね定数をK=0.001mN/μmであるとすると、プローブ部分の固有振動数は、sqrt(K/M)/2π =1.6Hzと非常に低い。跳ね上げられて、再び測定面にプローブが戻ってくるのは、固有振動数周期の半分であると考えると、いったん跳ね上げられると、1/1.6Hz/2≒0.3S程度、測定面からプローブが離れている事になる。例えば、走査速度10mm/sで走査しているとすると、その間にプローブは走査方向に3mm程度はなれている事になり、この区間で得られた測定結果は異常値として用いる事ができない。   For example, if the probe mass is 10 g and the spring constant is K = 0.001 mN / μm, the natural frequency of the probe portion is very low, sqrt (K / M) /2π=1.6 Hz. If it is considered that it is half of the natural frequency period that the probe is returned to the measurement surface again, it will be about 1 / 1.6Hz / 2 ≒ 0.3S. The probe is away from. For example, if scanning is performed at a scanning speed of 10 mm / s, the probe is about 3 mm apart in the scanning direction during that time, and the measurement result obtained in this section cannot be used as an abnormal value.

本発明の目的は、このような状況を鑑みてなされたものであり、測定物表面のゴミなどの影響を、軽減する事である。   An object of the present invention has been made in view of such a situation, and is to reduce the influence of dust on the surface of a measurement object.

本発明の作用を、図4を用いて説明する。   The operation of the present invention will be described with reference to FIG.

図に示したように、移動部材123に対し一方向(図4ではZ方向)に移動可能にプローブ122を設け,移動部材123に対してプローブ122を移動方向に懸架する。また、磁石113、コイル114から構成されるボイスコイルレスモータを設け、移動部材123からプローブ122にプローブ移動方向に力を作用させる事が可能な構成になっている。ここで、コイル114、磁石113から構成されるボイスコイルレスモータは電流制御装置115を用いて以下の制御則により制御する。   As shown in the figure, the probe 122 is provided so as to be movable in one direction (Z direction in FIG. 4) with respect to the moving member 123, and the probe 122 is suspended from the moving member 123 in the moving direction. In addition, a voice coilless motor including a magnet 113 and a coil 114 is provided so that force can be applied from the moving member 123 to the probe 122 in the probe moving direction. Here, the voice coilless motor including the coil 114 and the magnet 113 is controlled by the following control law using the current control device 115.

Figure 2007057308
Figure 2007057308

ただし、Fはボイスコイルレスモータの発生力、Kは設定ばね定数、Cは設定粘性係数、xは移動部材123とプローブ122との間の相対変位を表している。   Here, F represents the generated force of the voice coilless motor, K represents the set spring constant, C represents the set viscosity coefficient, and x represents the relative displacement between the moving member 123 and the probe 122.

上式中の設定ばね定数K、設定粘性係数Cは、ソフトウェア的に自由に設定できる。また、測定中のいろんな状況に応じて、値を切り替える事も可能である。   The set spring constant K and set viscosity coefficient C in the above equation can be freely set by software. It is also possible to switch the value according to various situations during measurement.

例えば、正常に被測定物表面を走査できているときは、設定ばね定数Kを弱い値に設定しておけば、トレース誤差の影響を受けずに精度よく走査ができるので都合がよい。   For example, when the surface of the object to be measured can be normally scanned, it is convenient if the set spring constant K is set to a weak value because scanning can be performed accurately without being affected by the trace error.

しかしながら、ごみ等により、プローブが跳ね上げられて、被測定面と離れた場合は、設定ばね剛性が弱いままであると、プローブが再び測定面に戻ってくるのに時間がかかる。これを防ぐためには、跳ね上げられた時だけ、設定剛性、設定粘性を変更すれば、都合よいことは、明らかである。例えば、跳ね上げられた時だけ、設定剛性を強くしてやれば、プローブの固有振動数が上がるので、素早く測定面にプローブを戻す事ができる。また、設定粘性と設定剛性は自由に設定できるので、減衰比も結局設定可能なわけであるが、減衰比が大きくなるようにしてやれば、測定面にプローブが戻ったとき、再びプローブが跳ね上がる事もなくなる。   However, when the probe is flipped up by dust or the like and separated from the surface to be measured, it takes time for the probe to return to the measurement surface again if the set spring rigidity remains weak. In order to prevent this, it is clear that it is convenient to change the set rigidity and the set viscosity only when it is flipped up. For example, if the set rigidity is increased only when the probe is flipped up, the natural frequency of the probe increases, so that the probe can be quickly returned to the measurement surface. In addition, since the set viscosity and set stiffness can be set freely, the attenuation ratio can be set after all. However, if the attenuation ratio is increased, the probe will jump up again when the probe returns to the measurement surface. Also disappear.

以上説明したように、本発明によれば、プローブに付加した力発生機構により、ばね要素的な力や、粘性要素的な力をプローブに対して状況に応じて作用させる事ができる。また、プローブ変位により、ばね要素的な力の設定剛性や、粘性要素的な力の設定粘性を切り替える事でトレースを安定させる事ができる。すなわち、正常に、測定面表面をトレースしている時には、弱いばね要素として動作させ、測定面上のごみ等によりプローブが跳ね上げられた時には、設定剛性を変化させて固有振動数を上昇させてプローブを素早く測定面に戻し、また、設定粘性を調節する事で着地時にプローブが再び跳ね上がらないようにする事ができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to apply a spring-like force or a viscous-like force to the probe according to the situation by the force generation mechanism added to the probe. Moreover, the trace can be stabilized by switching the set stiffness of the spring element force and the set viscosity of the viscous element force by the probe displacement. That is, when the measurement surface is normally traced, it operates as a weak spring element, and when the probe is flipped up by dust on the measurement surface, the set frequency is changed to increase the natural frequency. By returning the probe to the measurement surface quickly and adjusting the set viscosity, it is possible to prevent the probe from jumping up again upon landing.

(実施例1)
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
Example 1
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態の接触式プローブを組み込んだ形状測定装置を一部破断して示す構成図で、図2は、その測定フローであり、図3は、プローブシャフトに組み込まれた力発生要素の制御フローである。   FIG. 1 is a block diagram showing a partially broken shape measuring apparatus incorporating a contact probe according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a measurement flow thereof, and FIG. 3 is incorporated in a probe shaft. It is a control flow of a force generation element.

図1において、球1を取り付けるための円錐状の先端を持ったプローブチップ2を、スペーサ3を挟んで、プローブシャフト4の下側にねじ込み固定する。また、ミラー6をミラー固定駒5に接着固定し、2つの永久磁石18を両端に接着した鉄心19を挿入した鉄心ホルダを挟んで、プローブシャフト4の上側にねじ込み固定する。   In FIG. 1, a probe tip 2 having a conical tip for attaching a sphere 1 is screwed and fixed to the lower side of the probe shaft 4 with a spacer 3 interposed therebetween. Further, the mirror 6 is bonded and fixed to the mirror fixing piece 5, and is fixed by screwing on the upper side of the probe shaft 4 with an iron core holder inserted with an iron core 19 having two permanent magnets 18 bonded to both ends.

また、ヨーク17が、第2のハウジング16に対してヨーク連結治具7を介して固定されている。ヨーク17は箱型の構成をとっており、永久磁石18、鉄心19、ヨーク17によって磁気回路を形成するようになっている。また、永久磁石と対向するヨークの内面にはプローブ移動方向において曲率が設けられている。   Further, the yoke 17 is fixed to the second housing 16 via the yoke connecting jig 7. The yoke 17 has a box-like configuration, and a magnetic circuit is formed by the permanent magnet 18, the iron core 19, and the yoke 17. Further, the inner surface of the yoke facing the permanent magnet is provided with a curvature in the probe moving direction.

ここで、磁気回路の作用について詳細に説明はしないが、ヨーク17を適当な形状にする事によって、磁気回路は、以下に示すような力を発生する事ができる。   Here, although the operation of the magnetic circuit will not be described in detail, the magnetic circuit can generate the following force by making the yoke 17 an appropriate shape.

F = +0.06467−11.14z(ただし、F[N]、Z[m])
式(1)
となる。ただし、式中、zはプローブシャフト4とハウジング10との相対変位である。
F = + 0.06467-11.14z (however, F [N], Z [m])
Formula (1)
It becomes. In the equation, z is a relative displacement between the probe shaft 4 and the housing 10.

式(1)における第1項は、定数でプローブシャフト4の自重を支える力を発生させる項である。第2項は、プローブシャフト4の移動量zを含み、zが大きくなればなるほど力が減少することを示している。プローブシャフトが変位するにしたがって発生力がかわるので、機械的なばねを形成しているといえる。   The first term in Equation (1) is a term that generates a force that supports the weight of the probe shaft 4 with a constant value. The second term includes the amount of movement z of the probe shaft 4 and indicates that the force decreases as z increases. Since the generated force changes as the probe shaft is displaced, it can be said that a mechanical spring is formed.

プローブシャフト4は、薄い空気膜を介して非接触に支持する手段いわゆる空気軸受け11を介して、ハウジング10に対して上下方向に移動可能に支持されており、ハウジング10には、空気軸受け11に圧縮空気を導くための圧縮空気穴12が穿設してある。これらの圧縮空気穴12は、ドリルで片面からあけ必要に応じて穴の表面部分をネジ止めや接着材等で塞ぐなどすれば、ハウジング10内部を自由に引き回すことができる。この圧縮空気穴12は圧縮空気配管13に接続され、さらに図示しない圧縮空気源に接続されている。この構成により、プローブシャフト4は上下方向に摩擦なしに自由に移動することができる。   The probe shaft 4 is supported so as to be movable in the vertical direction with respect to the housing 10 via a so-called air bearing 11 that supports the probe shaft 4 in a non-contact manner through a thin air film. A compressed air hole 12 is formed to guide the compressed air. These compressed air holes 12 can be freely drawn around the inside of the housing 10 by drilling from one side with a drill and closing the surface portion of the hole with screws or an adhesive as necessary. The compressed air hole 12 is connected to a compressed air pipe 13 and further connected to a compressed air source (not shown). With this configuration, the probe shaft 4 can freely move in the vertical direction without friction.

ハウジング10にはその下面部に突起状の下側ストッパー10bが設けられており、スペーサ3と衝突することによってプローブシャフト4の上方向への過剰な動きを規制する。下方向への過剰な動きに対しても同様に、突起状の上側ストッパー10aがハウジング10の上面部に設けられており、プローブシャフト4に設けられた突起に突き当たるようになっている。ハウジング10は、測定軸15に固定された第2のハウジング16に固定され支持されている。   The housing 10 is provided with a protruding lower stopper 10 b on the lower surface thereof, and restricts excessive movement of the probe shaft 4 in the upward direction by colliding with the spacer 3. Similarly, a protrusion-shaped upper stopper 10a is provided on the upper surface of the housing 10 for excessive movement in the downward direction, and abuts against a protrusion provided on the probe shaft 4. The housing 10 is fixed and supported by a second housing 16 fixed to the measurement shaft 15.

また、プローブシャフト4には永久磁石72が、ハウジング10にはコイル73が配設されている。コイル73は、電流制御装置71に接続されており、コイルに電流を流す事ができる。コイル71に通電する事によりプローブシャフト4をZ方向に駆動する力を発生できる。電流制御装置71には、後述のポジションセンサ23から出力を電気信号に変換するセンサーアンプ14からの出力が一部分岐して接続され、ハウジング10とプローブシャフト4の間の位置決め制御が可能なようになっている。   The probe shaft 4 is provided with a permanent magnet 72, and the housing 10 is provided with a coil 73. The coil 73 is connected to the current control device 71 and can pass a current through the coil. By energizing the coil 71, a force for driving the probe shaft 4 in the Z direction can be generated. An output from a sensor amplifier 14 that converts an output from an after-mentioned position sensor 23 into an electrical signal is connected to the current control device 71 in a branched manner so that positioning control between the housing 10 and the probe shaft 4 is possible. It has become.

測定軸15は、プローブシャフト4と同じ方向に、すなわち上下方向(Z方向)に、ガイド31を用いて移動可能にXYテーブル28に対して支持され、ボールネジ36とサーボモータ29で駆動される。XYテーブル28は、図示しない定盤に対してXおよびY方向に移動可能にガイドされ、サーボモータ(不図示)で位置決めされる。測定軸15を駆動するサーボモータ29はサーボアンプ32に接続され、サーボアンプ32は、制御系切り替え装置33に接続される。サーボモータ29の回転軸にはエンコーダ30が接続してあり、その出力を位置制御補償回路35に接続する。制御系切り替え装置33が位置制御系に接続している時は、測定軸15の位置を制御することができる。この制御系切り替え装置33は図示していないコントローラで自動制御され、図2に示すフローチャートにしたがって測定動作が行われる。   The measurement shaft 15 is supported by the XY table 28 using a guide 31 in the same direction as the probe shaft 4, that is, in the vertical direction (Z direction), and is driven by a ball screw 36 and a servo motor 29. The XY table 28 is guided so as to be movable in the X and Y directions with respect to a surface plate (not shown), and is positioned by a servo motor (not shown). A servo motor 29 that drives the measuring shaft 15 is connected to a servo amplifier 32, and the servo amplifier 32 is connected to a control system switching device 33. An encoder 30 is connected to the rotation shaft of the servo motor 29, and its output is connected to the position control compensation circuit 35. When the control system switching device 33 is connected to the position control system, the position of the measurement shaft 15 can be controlled. The control system switching device 33 is automatically controlled by a controller (not shown), and a measurement operation is performed according to the flowchart shown in FIG.

また、干渉計27は、測定軸15に固定され、その上方に基準ミラー26を配置し、基準ミラー26はフレーム25に固定する。この構成により、干渉計27はミラー6とミラー26の間の距離を測定することができる。フレーム25の下方部分には被測定物の載置台(不図示)が設けられ、この載置台に被測定物24が固定される。   Further, the interferometer 27 is fixed to the measurement axis 15, a reference mirror 26 is disposed above it, and the reference mirror 26 is fixed to the frame 25. With this configuration, the interferometer 27 can measure the distance between the mirror 6 and the mirror 26. A mounting table (not shown) for an object to be measured is provided in a lower portion of the frame 25, and the object to be measured 24 is fixed to the mounting table.

ポジションセンサ23は、センサーアンプ14に接続され、プローブシャフト4とハウジング10の相対位置を電気信号に変換する。センサーアンプ14は針圧制御補償回路34に接続され、さらに制御系切り替え装置33に接続されている。この制御系切り替え装置33が針圧制御系に接続されているときは、センサーアンプ14の出力が一定になるように、サーボモータを制御する。   The position sensor 23 is connected to the sensor amplifier 14 and converts the relative position between the probe shaft 4 and the housing 10 into an electrical signal. The sensor amplifier 14 is connected to a needle pressure control compensation circuit 34 and further connected to a control system switching device 33. When the control system switching device 33 is connected to the needle pressure control system, the servo motor is controlled so that the output of the sensor amplifier 14 becomes constant.

次に、以上のように構成された形状測定装置を用いて行う測定動作を図2のフローチャートを用いて説明する。   Next, a measurement operation performed using the shape measuring apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.

最初に、制御系切替え装置33を位置制御系に設定し、すなわち、測定軸15の位置が一定になるようにフィードバック制御系を選択し、そして、安全位置、すなわち、プローブが最も被測定物24から離れる方向に測定軸15を退避させる(ステップS01)。   First, the control system switching device 33 is set to the position control system, that is, the feedback control system is selected so that the position of the measurement shaft 15 is constant, and the safe position, that is, the probe is the most to be measured 24. The measuring shaft 15 is retracted in a direction away from the position (step S01).

そして、最初の測定点の上に来るようにXY軸28を移動させる(ステップS02)。   Then, the XY axis 28 is moved so as to be on the first measurement point (step S02).

次に、測定軸15をさげて、プローブとワークを接触させる(ステップ04)。   Next, the measurement shaft 15 is lowered to bring the probe into contact with the workpiece (step 04).

プローブとワークが接触したら、プローブポジションセンサ23が所定の位置になるまで測定軸をさげる(ステップ06)。   When the probe comes into contact with the workpiece, the measurement axis is lowered until the probe position sensor 23 reaches a predetermined position (step 06).

ここで、先端の球1が、被測定物に接触して反力を受けると、プローブシャフト4が押し上げられる。プローブシャフト4が押し上げられると、式(1)中のzがプラス側に増える。すると、磁気回路の発生する力が弱まるので、プローブの先端球1が被測定物等を押しつける力がその分だけ次第に増える。これはばね要素がそこにあるのと同じ作用である。したがって、ポジションセンサアンプ14の出力は、プローブの押しつけ力を表している。   Here, when the ball 1 at the tip contacts the object to be measured and receives a reaction force, the probe shaft 4 is pushed up. When the probe shaft 4 is pushed up, z in the formula (1) increases to the plus side. Then, since the force generated by the magnetic circuit is weakened, the force with which the tip sphere 1 of the probe presses the object to be measured and the like gradually increases. This is the same effect as the spring element is there. Therefore, the output of the position sensor amplifier 14 represents the pressing force of the probe.

プローブの先端球と被測定物等の接触は、プローブの変位測定信号、すなわち、センサーアンプ14の信号をモニタしていれば判別できる。   The contact between the tip sphere of the probe and the object to be measured can be determined by monitoring the displacement measurement signal of the probe, that is, the signal of the sensor amplifier 14.

そして、制御系切り替えスイッチ33を針圧制御系に切り替えて、ポジションセンサ23の値が一定になるように制御する(ステップS06)。そのまま、被測定物の測定領域をXY軸を用いて走査(トレース)し、同時に測定軸の位置を図示しない座標測定装置で測定する(ステップS07)。   Then, the control system changeover switch 33 is switched to the needle pressure control system to control the value of the position sensor 23 to be constant (step S06). As it is, the measurement area of the object to be measured is scanned (traced) using the XY axes, and at the same time, the position of the measurement axis is measured by a coordinate measuring device (not shown) (step S07).

また、プローブの上下方向については、ミラー6と参照ミラー26の間の距離を測定する干渉計27で直接測定する。全測定領域を走査したら、制御系切り替え装置33を再び位置制御系に切り替え、測定軸を安全位置に退避し(ステップS08)、測定を終了する。   Further, the vertical direction of the probe is directly measured by an interferometer 27 that measures the distance between the mirror 6 and the reference mirror 26. When the entire measurement area is scanned, the control system switching device 33 is switched to the position control system again, the measurement axis is retracted to the safe position (step S08), and the measurement is terminated.

針圧制御中のボイルコイルレスモータ制御について図3を用いて説明する。   The boil coilless motor control during the needle pressure control will be described with reference to FIG.

ボイスコイルモータ制御の基本的な考え方は、
1.測定面とプローブが離れている間だけ、ボイスコイルモータを制御し、積極的に、プローブを測定面にもどすような力をプローブに作用させる。
The basic idea of voice coil motor control is
1. The voice coil motor is controlled only while the measurement surface and the probe are separated, and a force is applied to the probe to positively return the probe to the measurement surface.

2.ボイスコイルレスモータの制御式は、F=−Kx−Cdx/dt(A式)とする。   2. The control equation for the voice coilless motor is F = −Kx−Cdx / dt (A equation).

3.A式中のK、C値を、適宜変化させる事により、プローブを測定面に戻す時間を短縮する。   3. The time for returning the probe to the measurement surface is shortened by appropriately changing the K and C values in the formula A.

4.測定面から離れたかどうかの判断は、針圧制御の偏差から判断する。   4). Judgment as to whether or not the measurement surface is separated from the deviation of the needle pressure control.

5.一旦、測定面から離れたら、その後Δtだけ、プローブに力を作用させる。   5. Once away from the measurement surface, a force is applied to the probe by Δt thereafter.

以下、順を追って説明する。   In the following, description will be given in order.

まず、ステップS06(図2中)で、プローブが針圧制御に切り替えられると、図示しない通信手段により、それを検知し(S11)、制御に用いるパラメータを初期化する(S12)。   First, in step S06 (in FIG. 2), when the probe is switched to needle pressure control, it is detected by communication means (not shown) (S11), and parameters used for control are initialized (S12).

次に、現状のプローブ変位xを取得する(S13)。すなわち、ハウジング10とプローブシャフト4の相対変位をポジションセンサセンサ23によって取得する。   Next, the current probe displacement x is acquired (S13). That is, the relative displacement between the housing 10 and the probe shaft 4 is acquired by the position sensor sensor 23.

次に、タイマカウントtとあらかじめ決められた閾値Δtの大小を比較する(S14)。タイマカウントtがΔtよりも大なら、S15にすすみ、小ならS18にすすむ。S14における場合分けは、大なら、針圧制御が良好にかかっている事を意味している。小なら、針圧制御がうまくいっていないことを意味する。   Next, the timer count t is compared with a predetermined threshold value Δt (S14). If the timer count t is larger than Δt, the process proceeds to S15, and if it is smaller, the process proceeds to S18. If the case classification in S14 is large, it means that the needle pressure control is satisfactorily applied. If it is small, it means that the needle pressure control is not working properly.

S15では、針圧制御の制御偏差の大きさとあらかじめ設定していたΔeとの比較を行う。すなわち、S15において比較した結果が大なら、測定面表面上のごみ等により、プローブが測定面と離れてしまっているとして、ボイスコイルレスモータにより、積極的にプローブを測定面に戻すように制御をおこなう。   In S15, the magnitude of the control deviation of the needle pressure control is compared with a preset Δe. In other words, if the result of comparison in S15 is large, it is assumed that the probe has been moved away from the measurement surface due to dust on the measurement surface. To do.

S17においてタイマカウントtを0に設定すると、図3にしめす制御ループ(S13〜S22)の次のターンからΔtだけS14における比較の結果が小となって、S18にすすむようにする。S18では、A式中の設定ばね定数Kと設定粘性定数Cを設定し、その後、S19でタイマカウントを一つ進める。   When the timer count t is set to 0 in S17, the comparison result in S14 becomes smaller by Δt from the next turn of the control loop (S13 to S22) shown in FIG. 3, and the process proceeds to S18. In S18, the set spring constant K and the set viscosity constant C in the formula A are set, and then the timer count is advanced by one in S19.

S15の結果が小なら、S16へすすみ、設定ばね定数K、設定粘性係数Cを0とする。   If the result of S15 is small, proceed to S16 and set the set spring constant K and the set viscosity coefficient C to zero.

S20では、K、C、x、dx/dtからボイスコイルレスモータの発生力Fを算出する。   In S20, the generated force F of the voice coilless motor is calculated from K, C, x, dx / dt.

算出した発生力になるようにボイスコイルレスモータへ電流を流す(S21)。   A current is supplied to the voice coilless motor so that the calculated generated force is obtained (S21).

その後、針圧制御終了有無を確認し(S22)、終了していたら、設定ばね定数、設定粘性定数K、Cを0に設定し、終了する。   Thereafter, it is confirmed whether or not the needle pressure control is finished (S22). If the needle pressure control is finished, the set spring constant and the set viscosity constants K and C are set to 0 and the process is finished.

例えば、いまプローブ質量Mを10gとして、磁気回路によるばねの定数を0.001mN/μmだとすると、プローブが自由振動するときの固有振動数fは、sqrt(K/M)/2・/πから1.6HZとなる。すなわち、プローブが走査中に測定面表面のごみ等によって跳ね上げられると、固有振動数の1周期の半分である1/1.6HZ/2=0.3sは、プローブは測定面から離れた状態となってしまう。離れた状態のデータは、測定データとして用いる事ができない。走査速度が10mm/sであると、10mm/s×0.3s=3mmも測定できない区間ができてしまう。さらに、最悪の場合には、プローブと測定面が離れている間に制御系が破綻してその時点で測定を停止してしまう事もある。   For example, assuming that the probe mass M is 10 g and the spring constant by the magnetic circuit is 0.001 mN / μm, the natural frequency f when the probe freely vibrates is 1 from sqrt (K / M) / 2 · / π. .6HZ. That is, when the probe is flipped up by dust on the surface of the measurement surface during scanning, 1 / 1.6 Hz / 2 = 0.3 s, which is half of one period of the natural frequency, is in a state where the probe is separated from the measurement surface. End up. Remote data cannot be used as measurement data. If the scanning speed is 10 mm / s, a section in which 10 mm / s × 0.3 s = 3 mm cannot be measured is formed. Furthermore, in the worst case, the control system may fail while the probe is away from the measurement surface, and the measurement may be stopped at that time.

そこで、本実施例のように、針圧制御中の偏差を監視して、それが、設定された閾値Δeを超えたら、測定面とプローブが離れたと判断して、離れていればボイスコイルレスモータを用いて、プローブ移動方向のばね定数を擬似的に大きくしてやれば、プローブを測定面に早く戻すことができる。例えば、S18で設定する設定ばね定数を、1mN/μmと設定してやれば、プローブの固有振動周波数f‘は、sqrt(K/M)/2/πから50.3Hzとなる。測定面にもどる時間は、周期の半分であると考えられるから、当初0.3Sであった時間が10msまで短縮される。この場合、S14における閾値Δtは、10msよりも長い値、例えば、30msに設定すればよい。   Therefore, as in this embodiment, the deviation during the needle pressure control is monitored, and if it exceeds the set threshold value Δe, it is determined that the measurement surface and the probe are separated. If the spring constant in the probe moving direction is artificially increased using a motor, the probe can be quickly returned to the measurement surface. For example, if the set spring constant set in S18 is set to 1 mN / μm, the natural vibration frequency f ′ of the probe becomes sqrt (K / M) / 2 / π to 50.3 Hz. Since the time to return to the measurement surface is considered to be half of the cycle, the time that was initially 0.3 S is reduced to 10 ms. In this case, the threshold value Δt in S14 may be set to a value longer than 10 ms, for example, 30 ms.

また、S18で設定する設定粘性定数を適当な値に設定すれば、プローブが測定面にスムースに着地できる事はいうまでもない。例えば、設定粘性定数を4.42N/(m/s)程度に設定すれば、減衰比ζが0.7となり、ちょうど測定面にもどってきたプローブが測定面ではねることなくスムースに着地できる。   Needless to say, if the set viscosity constant set in S18 is set to an appropriate value, the probe can smoothly land on the measurement surface. For example, if the set viscosity constant is set to about 4.42 N / (m / s), the damping ratio ζ becomes 0.7, and the probe that has just returned to the measurement surface can land smoothly without bouncing on the measurement surface.

以上、説明してきたように、本実施例によれば、コイル73、永久磁石72から構成される力発生要素により、プローブシャフト4に対して、ばね要素的な力や、粘性要素的な力を状況に応じて作用させることできる。その結果、測定面上のごみ等によりプローブが跳ね上げられた時も、測定面からプローブが離れる時間を短縮させる事ができる。また、測定面にもどってきたプローブを測定面ではねることなくスムースに着地させる事ができる。   As described above, according to the present embodiment, a force generating element composed of the coil 73 and the permanent magnet 72 applies a force like a spring element or a force like a viscous element to the probe shaft 4. Can act according to the situation. As a result, even when the probe is flipped up by dust on the measurement surface, the time for the probe to leave the measurement surface can be shortened. Further, the probe that has returned to the measurement surface can be smoothly landed without splashing on the measurement surface.

本発明の実施形態の接触式プローブを組み込んだ形状測定装置を一部破断して示す構成図である。It is a lineblock diagram showing a shape measuring device incorporating a contact type probe of an embodiment of the present invention partially broken. 本発明の実施形態の接触式プローブを組み込んだ形状測定装置の測定動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the measurement operation | movement of the shape measuring apparatus incorporating the contact-type probe of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の接触式プローブを組み込んだ形状測定装置の針圧動作中の力発生要素の制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining control of the force generation element in the needle pressure operation | movement of the shape measuring apparatus incorporating the contact type probe of embodiment of this invention. 本実施形態の接触式プローブを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the contact-type probe of this embodiment. 従来の接触式プローブを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the conventional contact type probe.

符号の説明Explanation of symbols

1 球
2 プローブチップ
3 スペーサ
4 プローブシャフト
4a プローブシャフト突起
5 ミラー固定駒
6 ミラー
7 ヨーク連結治具
10 ハウジング
10a、10b ストッパー
10 ハウジング
11 空気軸受
12 圧縮空気穴
13 圧縮配管
14 ポジションセンサアンプ
15 測定軸
16 第2ハウジング
17 ヨーク
18 永久磁石
19 鉄心
20 鉄心ホルダ
23 ポジションセンサ
24 ワーク
25 フレーム
26 基準ミラー
27 干渉計
28 XY軸
29 モータ
30 エンコーダ
31 ガイド
32 モータアンプ
33 制御系切替え装置
34 針圧制御補償回路
35 位置制御補償回路
36 ボールネジ
71 電流制御装置
72 永久磁石
73 コイル
113 永久磁石
114 コイル
115 電流制御装置
121 球
122 プローブ
123 移動部材
124 ばね
131 ポジションセンサ
132 センサアンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sphere 2 Probe tip 3 Spacer 4 Probe shaft 4a Probe shaft protrusion 5 Mirror fixing piece 6 Mirror 7 Yoke coupling jig 10 Housing 10a, 10b Stopper 10 Housing 11 Air bearing 12 Compressed air hole 13 Compressed pipe 14 Position sensor amplifier 15 Measurement axis 16 Second housing 17 Yoke 18 Permanent magnet 19 Iron core 20 Iron core holder 23 Position sensor 24 Work 25 Frame 26 Reference mirror 27 Interferometer 28 XY axis 29 Motor 30 Encoder 31 Guide 32 Motor amplifier 33 Control system switching device 34 Needle pressure control compensation circuit 35 Position Control Compensation Circuit 36 Ball Screw 71 Current Controller 72 Permanent Magnet 73 Coil 113 Permanent Magnet 114 Coil 115 Current Controller 121 Ball 122 Probe 123 Moving Unit 124 spring 131 position sensor 132 sensor amplifier

Claims (7)

ベース部材に固定して、3次元的に移動可能な移動部材を有し、移動部材の先端に一方向に移動可能に設けたプローブを有し、プローブを被測定物に接触させ、その時の座標位置を測定する形状測定装置において、
プローブとベース部材の相対変位を測定するプローブ変位測定手段を有する事と、
ベース部材に固定してプローブ移動方向に対してプローブに作用する力を発生する力発生手段を有する事と、
前記、力発生手段を制御する制御手段を有する事と、
プローブ変位測定手段から取得した情報から前記力発生手段と前記制御手段によってプローブに作用させる力を変化させる事
を特徴とする形状測定プローブ。
It has a moving member that is fixed to the base member and can be moved three-dimensionally. It has a probe that can be moved in one direction at the tip of the moving member. In the shape measuring device that measures the position,
Having probe displacement measuring means for measuring the relative displacement between the probe and the base member;
Having a force generating means for generating a force acting on the probe with respect to the probe moving direction by being fixed to the base member;
Having control means for controlling the force generation means;
A shape measuring probe characterized in that the force applied to the probe by the force generating means and the control means is changed from information acquired from the probe displacement measuring means.
請求項1記載のプローブにおいて、力発生手段によってプローブに作用させる力が移動部材とプローブの相対変位に比例する事を特徴とする形状測定プローブ。   2. The probe according to claim 1, wherein the force applied to the probe by the force generating means is proportional to the relative displacement between the moving member and the probe. 請求項1記載のプローブにおいて、力発生手段によってプローブに作用させる力が移動部材とプローブの相対速度に比例する事を特徴とする形状測定プローブ。   2. The probe according to claim 1, wherein the force applied to the probe by the force generating means is proportional to the relative speed between the moving member and the probe. 請求項2もしくは3記載のプローブにおいて、比例係数を切り替える事を特徴とする形状測定プローブ。   4. The probe according to claim 2, wherein the proportional coefficient is switched. 請求項4記載のプローブにおいて、移動部材とプローブの相対変位の値により比例係数を切り替える事を特徴とする形状測定プローブ。   5. The shape measuring probe according to claim 4, wherein the proportional coefficient is switched depending on a relative displacement value between the moving member and the probe. 請求項4記載のプローブにおいて、時間により比例係数を切り替える事を特徴とする形状測定プローブ。   5. The probe according to claim 4, wherein the proportionality coefficient is switched according to time. 請求項2もしくは3記載のプローブにおいて、プローブと移動部材の減衰比が0.7以上になるように力発生手段によりプローブに力を作用させる事を特徴とする形状測定プローブ。   4. The probe according to claim 2, wherein a force is applied to the probe by force generating means so that an attenuation ratio between the probe and the moving member is 0.7 or more.
JP2005241068A 2005-08-23 2005-08-23 Contact type probe Withdrawn JP2007057308A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005241068A JP2007057308A (en) 2005-08-23 2005-08-23 Contact type probe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005241068A JP2007057308A (en) 2005-08-23 2005-08-23 Contact type probe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007057308A true JP2007057308A (en) 2007-03-08

Family

ID=37920940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005241068A Withdrawn JP2007057308A (en) 2005-08-23 2005-08-23 Contact type probe

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007057308A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009011307A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-22 Ulvac, Inc. Method for measuring surface profile of sample and apparatus for measuring surface profile of sample
JP2010145118A (en) * 2008-12-16 2010-07-01 Institute Of Physical & Chemical Research Shape measuring probe
EP2458320A1 (en) 2010-11-24 2012-05-30 Canon Kabushiki Kaisha Contact type shape measuring apparatus

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009011307A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-22 Ulvac, Inc. Method for measuring surface profile of sample and apparatus for measuring surface profile of sample
JP2009020050A (en) * 2007-07-13 2009-01-29 Ulvac Japan Ltd Method and apparatus for measuring surface shape of specimen
KR101278763B1 (en) 2007-07-13 2013-06-28 가부시키가이샤 아루박 Method for measuring surface profile of sample and apparatus for measuring surface profile of sample
US8474147B2 (en) 2007-07-13 2013-07-02 Ulvac, Inc. Method and apparatus for measuring surface profile of sample
JP2010145118A (en) * 2008-12-16 2010-07-01 Institute Of Physical & Chemical Research Shape measuring probe
EP2458320A1 (en) 2010-11-24 2012-05-30 Canon Kabushiki Kaisha Contact type shape measuring apparatus
JP2012112780A (en) * 2010-11-24 2012-06-14 Canon Inc Contact-type shape measuring device
US9016106B2 (en) 2010-11-24 2015-04-28 Canon Kabushiki Kaisha Contact type shape measuring apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1857775B1 (en) Method and device for controlling the measuring operation of a contour measuring instrument
JP5173292B2 (en) Measuring method of surface shape of sample
KR100478527B1 (en) Dustproof device
CN112815901A (en) Coordinate measuring machine, probe system and method of compensating for forces at a probe element
JP2012189361A (en) Surface property measuring instrument
JP2006226964A (en) Method and instrument for measuring surface shape of sample
JP2007109810A (en) Stage device and control method thereof
JP5355122B2 (en) Parameter estimation device
WO2016199695A1 (en) Liquid coating unit and liquid coating device
US6922905B2 (en) Probe head for a coordinate measuring apparatus
JP6381902B2 (en) Application needle holder
KR20110094120A (en) Method for improving motion times of a stage
JP4557466B2 (en) Contact probe
KR20030001338A (en) Paste coating apparatus
JP2007057308A (en) Contact type probe
JP5002359B2 (en) Pressurizing device
JP2010151831A (en) Contact probe
JP2012112780A (en) Contact-type shape measuring device
JP5284683B2 (en) Precision positioning device
JP4557657B2 (en) Contact type probe and shape measuring device
JP5438995B2 (en) Shape measuring machine and scanning probe device
JP2011013825A (en) Stage device and stage positioning control method
JP3602434B2 (en) High precision moving mechanism
JP2006078354A (en) Probe controller and shape measuring instrument
JP2011064464A (en) Shape measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20081104