JP2007232649A - Method and device for measuring flat plate flatness - Google Patents

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Yuichi Sasano
祐一 佐々野
Toshinori Domoto
寿紀 堂本
Hiroyuki Nakayama
博之 中山
Hideaki Murata
英明 村田
Satoshi Chazono
聡 茶園
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for measuring the flatness of a flat plate while minimizing errors by having the inherent errors of equipment being scaling errors and spatial torsion in a non-contact three-dimensional measuring instrument. <P>SOLUTION: The method for measuring the flat plate flatness comprises installing a calibration plate arranging a known sphere as a known measured point in a coordinate by center coordinates and radiuses of at least three points at positions for measuring the flatness for instance, storing calibration values of the inherent measuring errors in the three-dimensional measuring instrument on the basis of results measuring the calibration plate by the three-dimensional measuring instrument, and measuring the flatness of a specimen by calibrating the measured result of the specimen by the calibration values stored to a storing means. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、平板の平面度測定方法及び装置に係り、特に、大型の平板の平面度を精度良く測定できるようにした平板平面度測定方法及び装置に関するものである。   The present invention relates to a flat plate flatness measuring method and apparatus, and more particularly, to a flat plate flatness measuring method and apparatus capable of measuring the flatness of a large flat plate with high accuracy.

例えば図17(A)に一部破断した概略斜視図を、(B)に概略断面構造図を示した一体積層型燃料電池90は、用いられているインターコネクタ91や発電膜92などがセラミックで構成され、シール材93に燃料の送り込み口94や空気の送り込み口95が設けられている。そしてこの燃料電池の発電性能は、インターコネクタ91や発電膜92などの隙間をコントロールすることによって出すわけであるが、こういったインターコネクタ91や発電膜92などに反りや凹凸があると、隙間が大きくなったり小さくなったりするために発電性能が出ないという問題が生じる。   For example, FIG. 17A is a partially cutaway schematic perspective view, and FIG. 17B is a schematic cross-sectional structural view. In the integrated laminated fuel cell 90, the interconnector 91 and the power generation film 92 used are ceramic. The sealing material 93 is provided with a fuel inlet 94 and an air inlet 95. The power generation performance of the fuel cell is achieved by controlling the gap between the interconnector 91 and the power generation film 92. If the interconnector 91 and the power generation film 92 have warpage or unevenness, the gap The problem arises that the power generation performance does not come out due to the increase or decrease in the size.

そのため、インターコネクタ91の平面度を測定して分類し、仕分けすることによって発電性能を高められるようにしたいという要望がある。こういった平板の平面度の測定は、例えば特許文献1に、測定対象物の表面上の測定点からの距離を検出する測定点変位計と測定対象物とを相対的に移動させて測定対象物の表面を相対的に走査し、その走査軌跡上の測定点からの距離の変化を測定点変位計により検出して測定対象物の表面形状を測定する3次元表面形状測定装置が示されている。   Therefore, there is a demand for improving the power generation performance by measuring, classifying, and sorting the flatness of the interconnector 91. The flatness of such a flat plate is measured by, for example, in Patent Document 1 by relatively moving a measurement point displacement meter that detects a distance from a measurement point on the surface of the measurement object and the measurement object. A three-dimensional surface shape measuring apparatus is shown that relatively scans the surface of an object and detects a change in distance from a measurement point on the scanning locus by a measurement point displacement meter to measure the surface shape of the measurement object. Yes.

また特許文献2には、被測定面が当接する設置面と、被測定面に相対して配設した複数の接触型変位検出器と、変位検出器から得られた被測定面の測定値に基づいて被測定面に関する近似平面を算出し、その近似平面に基づいて被測定面の平面度を算出する演算部とを有する形状測定装置が示されている。   Further, Patent Document 2 discloses an installation surface with which a surface to be measured comes into contact, a plurality of contact-type displacement detectors disposed relative to the surface to be measured, and measured values of the surface to be measured obtained from the displacement detector. There is shown a shape measuring apparatus including an arithmetic unit that calculates an approximate plane related to a surface to be measured based on the calculated plane and calculates flatness of the surface to be measured based on the approximate plane.

さらに特許文献3には、試料の表面を走査する探針と、試料と探針の間隔に係る変位を検出する変位検出手段とを備え、試料表面に沿って試料・探針間の相対的位置を変化させ、試料と探針の関係が一定状態に保持されるように制御しながら表面特性を測定する表面測定装置が示されている。   Further, Patent Document 3 includes a probe that scans the surface of the sample, and a displacement detection unit that detects a displacement related to the distance between the sample and the probe, and a relative position between the sample and the probe along the sample surface. A surface measuring device is shown that measures surface characteristics while controlling the relationship between the sample and the probe to be maintained in a constant state.

しかしながら、大型の燃料電池に用いられるインターコネクタ91はそれだけ大型であり、これら特許文献1乃至3に示されているような接触式の3次元測定器では、時間がかかってインプロセス計測が出来なかった。また、平面形状の測定に時間が掛かるため、積層化のプロセスに反映できないために組合せを試行し、それによって組み立てるということが行われている。   However, the interconnector 91 used in a large fuel cell is so large that the contact-type three-dimensional measuring device as shown in these Patent Documents 1 to 3 takes time and cannot perform in-process measurement. It was. In addition, since it takes time to measure the planar shape, it cannot be reflected in the lamination process, so that a combination is tried and assembled.

そのため、例えば特許文献4に、干渉計を用いた絶対平面度測定方法として示されている技術や、特許文献5に、レンジファインダと称されてスリット投影法(光切断法ともいう)として示され、その概略を図18に示したような技術、及び、レーザ光などで被検体を走査し、レーザ光の反射時間を見て測定する図19(A)に示したような方法などの、非接触型の3次元測定器で測定することが望まれている。   Therefore, for example, Patent Document 4 discloses a technique shown as an absolute flatness measurement method using an interferometer, and Patent Document 5 shows a slit projection method (also referred to as an optical cutting method) called a range finder. 18, such as the technique shown in FIG. 18 and the method shown in FIG. 19A in which the subject is scanned with a laser beam or the like and the reflection time of the laser beam is measured. It is desired to measure with a contact type three-dimensional measuring device.

なお、図18に於いて100はスリット状レーザ投光器、101はガルバノミラー102を回転又は回動させる駆動源、103は撮像装置、104は撮像装置の撮像した被検体の画像入力手段、105はスリット光の画像位置を抽出する手段であり、画像から抽出されたスリット光は106で示したように、図示していない被検体に反りや凹凸などがあると段差が生じるため、それを測定することでどの程度の反りや凹凸があるかを検出することができる。   In FIG. 18, reference numeral 100 denotes a slit laser projector, 101 denotes a driving source for rotating or rotating the galvano mirror 102, 103 denotes an imaging device, 104 denotes an image input means for a subject imaged by the imaging device, and 105 denotes a slit. This is a means for extracting the image position of the light. As shown by 106, the slit light extracted from the image is measured by measuring the step as a step occurs if there is a warp or unevenness on the subject (not shown). It is possible to detect how much warpage or unevenness is present.

また、図19(A)において110はレーザなどの投光器、111、113は駆動源112、114により回転又は回動する反射ミラー、115は図示していない被検体の走査位置であり、反射ミラー111でレーザ光を被検体における例えば水平方向に振って走査しながら、反射ミラー113で垂直方向に振って被検体からの反射時間で被検体の凹凸を測定するものである。   In FIG. 19A, 110 is a projector such as a laser, 111 and 113 are reflection mirrors that are rotated or rotated by drive sources 112 and 114, and 115 is a scanning position of a subject (not shown). Then, while the laser beam is swung and scanned in the horizontal direction in the subject, for example, the reflection mirror 113 is swung in the vertical direction and the unevenness of the subject is measured by the reflection time from the subject.

特開2002−250620号公報JP 2002-250620 A 特開2003−214843号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-214843 特許第3667143号公報Japanese Patent No. 3667143 特開平11−37742号公報JP 11-37742 A 特開平10−124646号公報JP-A-10-124646

しかしながら、図18、図19(A)に示したような非接触式の3次元測定器では、図18、図19(A)に示した反射ミラー102、111、113などに歪みがあったり平面度が悪い場合や、これらのミラーを駆動する駆動源101、112、114の駆動系の歪み、撮像装置による測定画面の画像認識の誤差などで、例えば図19(B)に示したように実際の距離に対して大きくなったり小さくなるスケーリング誤差や、図20に示したような平面が波を打っているように見える空間歪みが生じるという問題がある。   However, in the non-contact type three-dimensional measuring device as shown in FIGS. 18 and 19A, the reflecting mirrors 102, 111, and 113 shown in FIGS. For example, as shown in FIG. 19B, the degree of error is low, the distortion of the drive system of the drive sources 101, 112, and 114 that drive these mirrors, the error in image recognition of the measurement screen by the imaging device, or the like. There is a problem that a scaling error that becomes larger or smaller with respect to the distance and a spatial distortion in which a plane as shown in FIG.

すなわち、図19(B)のグラフは横軸が回転角度の指令値で、縦軸が実際の回転角度であり、入力した回転角より実際の回転角が大きい場合で、この場合は実際の距離よりも測定結果が小さく出てしまう。また、図20(A)は、120で示した平面が121で示したように波を打っているように見える場合であり、これは、図20(B)に示したように指令回転角に対して実際の回転角が直線的に変化していく場合は120で示したように平面として認識されるが、図20(C)のように指令値xに対して回転角θがある関数(θ=F(x))に従って変化する場合、121で示したように波打って認識されてしまうことを示している。なお、この図20(B)、(C)のグラフで横軸は回転角度の指令値で、縦軸は実際の回転角度である。   That is, in the graph of FIG. 19B, the horizontal axis is the rotation angle command value, the vertical axis is the actual rotation angle, and the actual rotation angle is larger than the input rotation angle. In this case, the actual distance Results in a smaller measurement result. Further, FIG. 20A shows a case where the plane indicated by 120 appears to wave as indicated by 121, and this corresponds to the command rotation angle as shown in FIG. 20B. On the other hand, when the actual rotation angle changes linearly, it is recognized as a plane as indicated by 120, but a function having a rotation angle θ with respect to the command value x as shown in FIG. In the case of changing according to θ = F (x)), it indicates that the wave is recognized as indicated by 121. In the graphs of FIGS. 20B and 20C, the horizontal axis is the command value of the rotation angle, and the vertical axis is the actual rotation angle.

また、特許文献4に示された技術は3面合わせ方法を用いていて、本願のインターコネクタのような大型の平板の平面度測定には向かず、特許文献5に示された技術も、こういったスケーリング誤差や空間歪みに対処する方法は示されていない。   In addition, the technique shown in Patent Document 4 uses a three-surface alignment method, and is not suitable for measuring the flatness of a large flat plate such as the interconnector of the present application. A method for dealing with such a scaling error and spatial distortion is not shown.

そのため本発明においては、非接触式3次元測定器を用い、簡単な構成で、こういったスケーリング誤差や空間歪みによる誤差を最小にしながら平面度の測定ができる平板平面度測定方法及び装置を提供することが課題である。   Therefore, in the present invention, a flatness measuring method and apparatus capable of measuring flatness while using a non-contact type three-dimensional measuring instrument and having a simple configuration while minimizing errors due to scaling errors and spatial distortions are provided. It is a problem to do.

上記課題を解決するため本発明になる平板平面度測定方法は、
測定位置に平板からなる被検体を設置し、非接触式3次元測定器で測定して平面度を測定する平板平面度測定方法であって、
予め、少なくとも3点以上の座標が既知の測定点を有する校正板を前記測定位置に設置し、前記3次元測定器により前記測定点を測定して前記3次元測定器における固有の測定誤差を校正した後、前記測定位置に被検体を設置して平面度を測定することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the flatness measuring method according to the present invention is as follows.
A flat plate flatness measuring method in which a flat specimen is set at a measurement position and measured with a non-contact type three-dimensional measuring instrument to measure flatness,
A calibration plate having measurement points whose known coordinates are at least three or more is set in advance at the measurement position, and the measurement points are measured by the three-dimensional measuring device to calibrate inherent measurement errors in the three-dimensional measuring device. Then, the object is placed at the measurement position and the flatness is measured.

また、この方法を実施するための本発明になる平板平面度測定装置は、
測定位置に設置した平板からなる被検体を測定する非接触式3次元測定器からなる平板平面度測定装置であって、
前記平板平面度測定装置は、前記測定位置に少なくとも3点以上の座標が既知の測定点を有する校正板を設置し、測定した前記測定点の座標をもとに算出した前記3次元測定器における固有の測定誤差の校正値を記憶する記憶手段を有し、前記被検体の測定結果を前記記憶手段に記憶した校正値で校正して被検体の平面度を測定することを特徴とする。
In addition, the flatness measuring apparatus according to the present invention for carrying out this method,
A flat plate flatness measuring device comprising a non-contact type three-dimensional measuring instrument for measuring an object comprising a flat plate installed at a measurement position,
In the three-dimensional measuring instrument, the flatness measuring apparatus is provided with a calibration plate having at least three known measurement points at the measurement position, and calculated based on the measured coordinates of the measurement points. It has a storage means for storing a calibration value of an inherent measurement error, and measures the flatness of the subject by calibrating the measurement result of the subject with the calibration value stored in the storage means.

このように、予め校正板を前記測定位置に設置して3次元測定器により測定し、3次元測定器における前記したようなスケーリング誤差や空間歪みなどの固有の測定誤差を校正した後、被検体を設置して平面度を測定することで、誤差の少ない平面度測定を実施できる。   In this way, after the calibration plate is set in advance at the measurement position and measured by a three-dimensional measuring instrument, and the inherent measurement error such as scaling error and spatial distortion in the three-dimensional measuring instrument is calibrated, the subject is By measuring the flatness by installing the flatness, it is possible to measure the flatness with few errors.

そして、前記校正板は、前記測定点として中心座標と半径とが既知の球を配し、前記球は、前記校正板における中心と対角線上、及び前記中心の上下左右に配され、前記校正は、前記球の中心座標を求めて異なる球の中心座標間距離から前記3次元測定器における駆動機構の非線形性に起因するスケーリング誤差を校正することで、球は表面座標が分かれば中心座標を容易に求めることができるから、それによって2つの球の中心座標間を求めればスケーリング誤差を校正することができる。更にこの球を、校正板の中心と対角線上、及び前記中心の上下左右に配することで、燃料電池のインターコネクタは、平面のそりが生じやすく、また、3次元座標は前記図18乃至図20に示した回転角度によるθが変わり易いので、このように中心から軸対称に90度づつ1つずつ配置することで、これらの誤差を確実に校正することができる平板平面度測定方法及び装置を提供することができる。   The calibration plate is arranged with a sphere whose center coordinates and radius are known as the measurement point, the sphere is arranged diagonally with the center of the calibration plate, and above, below, left and right of the center, and the calibration is performed By calibrating the scaling error caused by the nonlinearity of the driving mechanism in the three-dimensional measuring device from the distance between the center coordinates of different spheres by obtaining the center coordinates of the spheres, the center coordinates can be easily obtained if the surface coordinates are known. Therefore, if the distance between the center coordinates of the two spheres is obtained, the scaling error can be calibrated. Further, by arranging this sphere on the diagonal line with the center of the calibration plate and on the top, bottom, left and right of the center, the interconnector of the fuel cell is likely to warp in a plane, and the three-dimensional coordinates are shown in FIGS. Since the θ according to the rotation angle shown in FIG. 20 is easily changed, the flatness measurement method and apparatus can reliably calibrate these errors by arranging them one by one 90 degrees axisymmetrically from the center. Can be provided.

また、前記校正板は、前記測定点として中心軸座標と半径が既知の円筒を配し、前記円筒は少なくとも3本用意され、それぞれの中心軸は他の円筒の中心軸と交わるようにされており、前記校正は、前記円筒の中心軸座標と前記中心軸の交点座標とを求め、前記3次元測定器における駆動機構の非線形性に起因するスケーリング誤差を前記交点座標間距離から、空間歪みを前記中心軸の座標によって校正することで、円筒は表面座標が分かれば中心軸座標と交点を容易に算出でき、それによってスケーリング誤差と空間歪みの両方を校正できる平板平面度測定方法及び装置を提供することができる。   The calibration plate is provided with a cylinder whose center axis coordinates and radius are known as the measurement point. At least three cylinders are prepared, and each center axis intersects with the center axis of another cylinder. In the calibration, the center axis coordinates of the cylinder and the intersection coordinates of the center axes are obtained, and the scaling error due to the nonlinearity of the driving mechanism in the three-dimensional measuring device is calculated from the distance between the intersection coordinates. By calibrating with the coordinates of the central axis, if the surface coordinates of the cylinder are known, the central axis coordinates and intersections can be easily calculated, thereby providing a flatness measuring method and apparatus that can calibrate both scaling error and spatial distortion. can do.

さらに、前記校正板は、平面座標が既知の平面に、前記測定点として中心座標と半径とが既知の球を配し、前記球は、前記校正板における中心と対角線上、及び前記中心の上下左右に配され、前記校正は、前記球の中心座標と前記平面の座標とを求め、前記3次元測定器における駆動機構の非線形性に起因するスケーリング誤差を異なる球の中心座標間距離から、空間歪みを前記平面における任意方向座標の値を求めて校正することで、球は表面座標が分かれば中心座標を容易に求めることができると共に、それによって2つの球の中心座標間を求めることで、スケーリング誤差と空間歪みの両方を校正できる平板平面度測定方法及び装置を提供することができる。   Further, the calibration plate has a sphere having a known center coordinate and a radius as the measurement point on a plane having a known plane coordinate, and the sphere is diagonal to the center of the calibration plate and above and below the center. The calibration is performed on the left and right, and the calibration obtains the coordinates of the center of the sphere and the coordinates of the plane, and the scaling error due to the nonlinearity of the driving mechanism in the three-dimensional measuring device is determined from the distance between the coordinates of the centers of the different spheres. By calibrating the distortion by obtaining the value of the arbitrary direction coordinate in the plane, the sphere can easily determine the center coordinate if the surface coordinate is known, and thereby by determining between the center coordinates of the two spheres, A flat plate flatness measuring method and apparatus capable of calibrating both scaling error and spatial distortion can be provided.

そして、前記3次元測定器は被検体の表裏のそれぞれ対応させて用意され、前記校正板の測定により前記両3次元測定器の測定座標系を統一する座標変換パラメータを算出した後、前記測定位置に被検体を設置して平面度を測定し、そのために、前記3次元測定器を被検体の表裏のそれぞれ対応させて配置し、前記校正板の測定により算出した前記両3次元測定器の測定座標系を統一する座標変換パラメータを前記記憶手段に記憶し、被検体の測定結果を前記記憶手段に記憶した座標変換パラメータにより校正して被検体の平面度を測定することで、同時に被検体の表裏を正確に測定できる平板平面度測定方法及び装置を提供することができる。   The three-dimensional measuring device is prepared corresponding to each of the front and back sides of the subject, and after calculating a coordinate conversion parameter that unifies the measurement coordinate system of both the three-dimensional measuring devices by measuring the calibration plate, the measurement position The object is placed on the surface and the flatness is measured. For this purpose, the three-dimensional measuring devices are arranged corresponding to the front and back of the subject, and the measurement of both the three-dimensional measuring devices calculated by measuring the calibration plate is performed. Coordinate transformation parameters that unify the coordinate system are stored in the storage means, and the measurement result of the subject is calibrated with the coordinate transformation parameters stored in the storage means to measure the flatness of the subject. A flat plate flatness measuring method and apparatus capable of accurately measuring the front and back surfaces can be provided.

また、前記測定位置に前記被検体又は校正板を保持して回転させ、表裏を単一の3次元測定器で測定できるようにした回転ステージを用意し、前記校正板を前記回転ステージに取り付けて前記3次元測定器における固有の測定誤差を校正した後、被検体を前記回転ステージに取り付けて回転させて表裏の測定を行ない、そのために、前記被検体又は校正板を保持して回転させ、該回転により前記被検体の表裏を測定できるようにした回転ステージを備えたことで、被検体の表裏を単一の3次元測定器で測定することができ、それだけ平板平面度測定装置を安価に構成することができる。   In addition, a rotation stage is prepared by holding the subject or the calibration plate at the measurement position and rotating it so that the front and back can be measured with a single three-dimensional measuring instrument. The calibration plate is attached to the rotation stage. After calibrating the inherent measurement error in the three-dimensional measuring instrument, the subject is attached to the rotating stage and rotated to measure the front and back, and for that purpose, the subject or calibration plate is held and rotated, By providing a rotating stage that can measure the front and back of the subject by rotation, the front and back of the subject can be measured with a single three-dimensional measuring instrument, and the flatness measurement device can be configured at a low cost. can do.

さらに、前記校正板は、前記回転ステージにおける回転軸を中心として取り付け可能で半径が既知の円筒に取り付けた平面座標が既知の平面と、該平面に中心座標と半径とが既知の球を配し、前記校正は、前記円筒の中心軸座標と球の中心座標、及び前記平面の座標とを求め、前記3次元測定器における駆動機構の非線形性に起因するスケーリング誤差を異なる球の中心座標間距離から、空間歪みを前記円筒の中心軸座標と前記平面における任意方向座標の値を求めて校正することで、スケーリング誤差と空間歪みの両方を校正できる平板平面度測定方法及び装置を提供することができる。   Further, the calibration plate has a plane having a known plane coordinate attached to a cylinder having a known radius and a sphere having a known center coordinate and a radius on the plane, which can be mounted around the rotation axis of the rotary stage. In the calibration, the center axis coordinates of the cylinder, the center coordinates of the sphere, and the coordinates of the plane are obtained, and the scaling error due to the non-linearity of the driving mechanism in the three-dimensional measuring instrument is determined. From the above, it is possible to provide a flatness measuring method and apparatus capable of calibrating both a scaling error and a spatial distortion by obtaining and calibrating a spatial distortion by obtaining a value of a central axis coordinate of the cylinder and an arbitrary direction coordinate in the plane. it can.

そして、前記非接触式3次元測定器は撮像装置を有し、前記測定位置を該撮像装置における光軸の延長上とすると共に前記撮像装置光軸を挟んで対称に、前記測定位置に配置した被検体の表裏からの光を前記撮像装置に送る反射ミラーを用意し、平面度を測定し、そのために、前記平板平面度測定装置は撮像装置を有した非接触式3次元測定器と、該撮像装置の光軸の延長上に設けた前記測定位置と、前記撮像装置光軸を挟んで対称に設けられて前記測定位置に配置した被検体の表裏からの光を前記撮像装置に送る反射ミラーとで構成されていることで、単一の3次元測定器で被検体の表裏両面を同時に測定することができる平板平面度測定方法及び装置を提供することができる。   The non-contact type three-dimensional measuring instrument has an imaging device, and the measurement position is on an extension of the optical axis of the imaging device and is arranged at the measurement position symmetrically across the optical axis of the imaging device. A reflection mirror for sending light from the front and back of the subject to the imaging device is prepared, and the flatness is measured. For this purpose, the flat plate flatness measuring device includes a non-contact type three-dimensional measuring instrument having an imaging device, A reflection mirror that is provided symmetrically across the optical axis of the imaging apparatus and that transmits light from the front and back of the subject placed at the measurement position on the extension of the optical axis of the imaging apparatus to the imaging apparatus Therefore, it is possible to provide a flatness measuring method and apparatus capable of simultaneously measuring both the front and back surfaces of a subject with a single three-dimensional measuring instrument.

さらに、前記非接触式3次元測定器は、前記撮像装置の光軸上に位置させた投光器と該投光器から発した光を振るミラーとをさらに有し、該投光器から発して前記ミラーにより振られた光を測定位置に送る前記撮像装置光軸を挟んで対称に設けられた第2の反射ミラーを用意し、そのため、前記非接触式3次元測定器は、前記撮像装置の光軸上に位置させた投光器と該投光器から発した光を振るミラーとをさらに有し、該投光器から発して前記ミラーにより振られた光を測定位置に送る前記撮像装置光軸を挟んで対称に設けられた第2の反射ミラーを有して構成することで、光切断法などを用いた3次元測定器でも、単一の3次元測定器で被検体の表裏両面を同時に測定することができる平板平面度測定方法及び装置を提供することができる。   Further, the non-contact type three-dimensional measuring device further includes a projector positioned on the optical axis of the imaging device and a mirror that swings light emitted from the projector, and is emitted from the projector and is swung by the mirror. A second reflecting mirror provided symmetrically across the optical axis of the imaging device that sends the measured light to the measurement position is prepared, so that the non-contact type three-dimensional measuring device is positioned on the optical axis of the imaging device And a mirror for oscillating the light emitted from the projector, and provided symmetrically across the optical axis of the imaging device that sends the light emitted from the projector and oscillated by the mirror to the measurement position. Flatness measurement that can measure both front and back surfaces of a subject at the same time with a single three-dimensional measuring device, even with a three-dimensional measuring device using a light cutting method, etc. Methods and apparatus can be provided

そして、上記課題を解決するため本発明になる平板平面度測定方法は、
測定位置に平板からなる被検体を設置し、非接触式3次元測定器で測定して平面度を測定する平板平面度測定方法であって、
前記被検体が正多角形の場合、該被検体を前記正多角形の中心を中心として各角部が重なるよう回転させて前記非接触式3次元測定器で測定し、各測定ポイント毎に測定結果を加算して平均値を算出し、前記各測定結果から該平均値を減じた値のうちの最大値と最小値との差を前記測定ポイントの平面度とする。
And in order to solve the said subject, the flatness flatness measuring method which becomes this invention is the following.
A flat plate flatness measuring method in which a flat specimen is set at a measurement position and measured with a non-contact type three-dimensional measuring instrument to measure flatness,
When the subject is a regular polygon, the subject is rotated around the center of the regular polygon so that each corner is overlapped, and measured by the non-contact type three-dimensional measuring device, and measured at each measurement point. The average value is calculated by adding the results, and the difference between the maximum value and the minimum value among the values obtained by subtracting the average value from each measurement result is defined as the flatness of the measurement point.

また、この方法を実施するための本発明になる平板平面度測定装置は、
測定位置に設置した平板からなる被検体を測定する非接触式3次元測定器からなる平板平面度測定装置であって、
前記被検体を回転させる機構と、被検体を回転させて測定した前記非接触式3次元測定器の測定結果を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶した測定結果を加算して平均値を算出し、前記各測定結果から該平均値を減じた値のうちの最大値と最小値との差を前記測定ポイントの平面度とする演算手段とを備えたことを特徴とする。
In addition, the flatness measuring apparatus according to the present invention for carrying out this method,
A flat plate flatness measuring device comprising a non-contact type three-dimensional measuring instrument for measuring an object comprising a flat plate installed at a measurement position,
A mechanism for rotating the subject; storage means for storing the measurement result of the non-contact type three-dimensional measuring instrument measured by rotating the subject; and adding the measurement results stored in the storage means to obtain an average value And calculating means for calculating the flatness of the measurement point as a difference between a maximum value and a minimum value of values obtained by subtracting the average value from the measurement results.

このように被検体を回転させ、それぞれの測定結果を用いて加工することで、実際の各測定結果には空間歪みの成分と測定対象の情報が含まれているが、そのうちの空間歪みの成分を相殺することができ、校正板などを用いずに容易に被検体の平面度を測定する方法及び装置を提供することができる。   By rotating the subject in this way and processing it using each measurement result, each actual measurement result contains spatial distortion components and information about the measurement target, of which spatial distortion components Therefore, it is possible to provide a method and apparatus for easily measuring the flatness of a subject without using a calibration plate or the like.

さらに、前記正多角形の被検体の被検体における中心と角部を結ぶ中点を中心とし、前記正多角形の隣り合う角部が被検体の中心となす角度で回転させて前記非接触式3次元測定器で測定することを全角部について実施して、被検体の平面度を測定することで、被検体表面に一定のオフセットが載っている場合、すなわち、例えば四隅が同じ方向に撓む事が分かっている被検物に対しても、正多角形の被検体の被検体における中心と角部を結ぶ中点を中心とした部分を前記した空間歪みの成分を相殺することができ、校正板などを用いずに容易に被検体の平面度を測定する方法及び装置を提供することができる。   Further, the non-contact type is configured such that the regular polygonal object is rotated at an angle formed by connecting an adjacent corner of the regular polygon to the center of the object with a center point connecting a center and a corner of the object as a center. When measuring with a three-dimensional measuring device is performed for all corners and measuring the flatness of the subject, a certain offset is placed on the subject surface, for example, the four corners bend in the same direction. Even for a test object that is known, it is possible to cancel the spatial distortion component described above with respect to the center point connecting the center and the corner of the test object of a regular polygon. A method and apparatus for easily measuring the flatness of a subject without using a calibration plate or the like can be provided.

また、上記課題を解決するため本発明になる平板平面度測定方法は、
測定位置に平板からなる被検体を設置し、非接触式3次元測定器で測定して平面度を測定する平板平面度測定方法であって、
前記被検体が正多角形の場合、予め前記正多角形に外接する円を含む大きさの校正板を用意し、該校正板を回転させながら前記非接触式3次元測定器で測定して各測定ポイント毎に測定結果を加算し、平均値を算出して該平均値を前記3次元測定器の歪み成分として記憶させた後、被検体を前記非接触式3次元測定器で測定して該測定結果から前記歪み成分を除去し、得られた結果を被検体の平面度とすることを特徴とする。
Moreover, in order to solve the above problems, the flatness measuring method according to the present invention is as follows.
A flat plate flatness measuring method in which a flat specimen is set at a measurement position and measured with a non-contact type three-dimensional measuring instrument to measure flatness,
When the subject is a regular polygon, a calibration plate having a size that includes a circle circumscribing the regular polygon is prepared in advance, and measured with the non-contact type three-dimensional measuring device while rotating the calibration plate. The measurement results are added for each measurement point, an average value is calculated, and the average value is stored as a distortion component of the three-dimensional measuring device. Then, the subject is measured by the non-contact type three-dimensional measuring device. The distortion component is removed from the measurement result, and the obtained result is used as the flatness of the subject.

このように被検体を測定する前に、被検体に外接する円を含む大きさの校正板を用意して3次元測定器における歪み成分を記憶させることで、被検体を回転させることなく被検体の平面度を評価することができ、短時間で、容易に被検体の平面度を測定する方法及を提供することができる。   Before measuring the subject in this way, a calibration plate having a size including a circle circumscribing the subject is prepared, and the distortion component in the three-dimensional measuring device is stored, so that the subject is not rotated. Therefore, it is possible to provide a method for easily measuring the flatness of a subject in a short time.

以上記載のごとく本発明による平板平面度測定方法及び装置は、簡単な構成で、非接触式3次元測定器を用いたときに生じるスケーリング誤差や空間歪みによる誤差を、最小にしながら平板の平面度測定ができる平板平面度測定方法及び装置を提供することができ、燃料電池のインターコネクタなどの平面度測定に用いることで大きな効果を得ることができる。   As described above, the flatness measurement method and apparatus according to the present invention have a simple configuration and flatness of the flat plate while minimizing errors caused by scaling errors and spatial distortions when using a non-contact type three-dimensional measuring instrument. A flat plate flatness measuring method and apparatus capable of measurement can be provided, and a great effect can be obtained by using it for flatness measurement of an interconnector of a fuel cell.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.

図1は本発明になる平板平面度測定方法及び装置の実施例1を実施する構成を示した図であり、図中1と4は光切断法や、レーザ光などで被検体(平板)を走査してレーザ光の反射時間により被検体の平面度を測定し、前記したようにスケーリング誤差や空間歪みを有する非接触型の3次元測定器で、2、5は測定結果の記憶装置、3、6は演算出段を有する制御装置、7は被検体(平板)または校正板である。本発明になる平板平面度測定方法は、基本的にこのように被検体7の表裏の測定を同時に実施するが、表と裏を別々に測定しても良い。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration for carrying out a first embodiment of a flat plate flatness measuring method and apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numerals 1 and 4 denote an object (flat plate) by a light cutting method or laser light. The non-contact type three-dimensional measuring device that scans and measures the flatness of the subject based on the reflection time of the laser beam and has a scaling error and a spatial distortion as described above, 2 and 5 are measurement result storage devices, 3 , 6 is a control device having a calculation stage, and 7 is a subject (flat plate) or a calibration plate. In the flatness measuring method according to the present invention, the front and back of the subject 7 are basically measured simultaneously as described above, but the front and back may be measured separately.

図2は、図1に1と4で示した3次元測定器を校正する校正板の実施例1であり、図中20は校正板、21から29はそれぞれの中心座標と半径Rが既知の真球で、燃料電池のインターコネクタ91は、平面のそりが生じやすく、また、3次元座標は回転角度によるθが変わり易いので、校正板20の中心と対角線上、及び前記中心の上下左右に軸対称に90度おきに1つずつ配置することで、これらの誤差を確実に校正するようにしたものである。   FIG. 2 is a first embodiment of a calibration plate for calibrating the three-dimensional measuring device indicated by 1 and 4 in FIG. 1, in which 20 is a calibration plate, 21 to 29 are known in the center coordinates and the radius R, respectively. Since the fuel cell interconnector 91 is a true sphere, plane warpage is likely to occur, and θ in the three-dimensional coordinates is easily changed by the rotation angle. These errors are reliably calibrated by arranging them one by one every 90 degrees in axial symmetry.

本発明においては、図2に示したように少なくとも3点以上の座標が既知の測定点を有する校正板20を、前記図1に7で示した測定位置に位置させ、まず、校正板20における各球(測定点)の表面座標を3次元測定器1、4で測定する。そしてその測定結果を記憶装置2、5に記憶すると共に、その結果を用いて制御装置3、6に含まれる演算手段で誤差を算出し、誤差を校正する座標変換行列を算出して記憶装置2、5に記憶し、その後、測定位置に被検体であるインターコネクタ91を設置して平面度を測定するようにしたものである。   In the present invention, as shown in FIG. 2, the calibration plate 20 having at least three known measurement points is positioned at the measurement position indicated by 7 in FIG. The surface coordinates of each sphere (measurement point) are measured by the three-dimensional measuring devices 1 and 4. Then, the measurement result is stored in the storage devices 2 and 5, the error is calculated by the calculation means included in the control devices 3 and 6 using the result, and a coordinate transformation matrix for calibrating the error is calculated and the storage device 2. 5, and thereafter, the interconnector 91 as the subject is installed at the measurement position to measure the flatness.

このうち、図1に1、4で示した3次元測定器を図2に示した校正板20を用いて校正するフローが図3であり、この図3で(A)は校正処理のメインフロー、(B)は校正処理部分のフローである。   Among them, FIG. 3 shows a flow for calibrating the three-dimensional measuring device shown by 1 and 4 in FIG. 1 using the calibration plate 20 shown in FIG. 2, and FIG. 3A shows the main flow of the calibration process. , (B) is a flow of the calibration processing part.

まず、図3(A)におけるメインフローのステップS1で座標変換行列Tの校正処理がスタートすると、ステップS2で3次元測定器1の校正処理を行うため、処理が図3(B)のステップS10に行く。そしてステップS11で、校正板20が被検体の平面度を測定する3次元測定器1、4で測定される。この測定は、前記したように光切断法を用いたり、レーザ光などで被検体(平板)を走査し、レーザ光の被検体からの反射時間によりおこない、校正板20や各球21乃至29の3次元座標が計算されて記憶装置2、5に記憶される。   First, when the calibration process of the coordinate transformation matrix T is started in step S1 of the main flow in FIG. 3A, the calibration process of the three-dimensional measuring device 1 is performed in step S2, so the process is step S10 of FIG. 3B. go to. In step S11, the calibration plate 20 is measured by the three-dimensional measuring devices 1 and 4 that measure the flatness of the subject. This measurement is performed by using a light cutting method as described above, scanning a subject (flat plate) with a laser beam or the like, and reflecting the reflection time of the laser beam from the subject. Three-dimensional coordinates are calculated and stored in the storage devices 2 and 5.

そしてステップS12で、この記憶装置2、5に記憶された測定結果を用いて校正板20がいくつかの領域に分割され、次のステップS13で分割した各領域中の球面が判定される。そしてステップS14で既知の半径を元に球面が当てはめられ、中心座標が計算されて、ステップS15で3次元測定器1の誤差関数eが計算される。 In step S12, the calibration plate 20 is divided into several regions using the measurement results stored in the storage devices 2 and 5, and the spherical surface in each region divided in the next step S13 is determined. In step S14, the spherical surface is fitted based on the known radius, the center coordinates are calculated, and in step S15, the error function e1 of the three-dimensional measuring device 1 is calculated.

この誤差関数eは、
n :用いられている球の個数
Pn :測定結果により計算された球面の中心座標
Pn :球の中心座標の校正済みの真値
としたとき、
This error function e 1 is
n: number of spheres used Pn: center coordinates of spherical surface calculated from measurement results
0 Pn: When the corrected true value of the center coordinate of the sphere is assumed,

Figure 2007232649
となる。
Figure 2007232649
It becomes.

そのため、次のステップS16でこの誤差関数eの評価が行われ、評価の結果、この値が妥当でなければステップS17に進んで非線形最小二乗法を用いた検量線パラメータの補正が行われ、妥当ということであればステップS18に進んで終了する。 Therefore, evaluation of the error function e 1 in the next step S16 is carried out, and the results of evaluation, correction of calibration curve parameters using nonlinear least-squares method proceeds to step S17 if the value is not valid performed, If valid, the process proceeds to step S18 and ends.

ここでいう検量線パラメータは、例えば図18に示した光切断法において、スリット光画像位置(I,J)から球面上の測定点Qの3次元座標(X,Y,Z)を算出する場合、その時のミラー回転角指令値xに対して図20(C)に示すように、実際のミラー回転角がθ=F(x)で示す高次多項式等で表されるとき、下記式(2)に含まれる係数をいう。 The calibration curve parameters used here are, for example, the three-dimensional coordinates (X i , Y i , Z i ) of the measurement point Q i on the sphere from the slit light image position (I, J) in the light cutting method shown in FIG. , When the actual mirror rotation angle is represented by a high-order polynomial represented by θ = F (x), as shown in FIG. 20C, with respect to the mirror rotation angle command value x at that time, The coefficient included in the following formula (2).

Figure 2007232649
Figure 2007232649

そのため、ステップS17における「非線形最小二乗法を用いた検量線パラメータの補正」では、まず、スリット光画像位置(I,J)とミラー回転角θ等のパラメータを用い、ステップS11の場合と同様、球面領域のデータで3次元座標を計算し、領域分割(ステップS12)により、球面上の測定点と判断された3次元座標Qから、次式の誤差eを最小にする球の中心座標P(X,Y,Zを、既知のLevenberg−Marquardt法やPowell法等を用いて非線形最小二乗法で求める(ステップS14と同じ)。但し、Rは事前に校正済みの値である。 Therefore, in “correction of calibration curve parameters using the nonlinear least square method” in step S17, first, parameters such as the slit light image position (I, J) and the mirror rotation angle θ are used, as in step S11. The three-dimensional coordinates are calculated from the data of the spherical area, and the center coordinates of the sphere that minimize the error e 0 of the following equation from the three-dimensional coordinates Q i determined as the measurement points on the spherical surface by area division (step S12). P n (X 0 , Y 0 , Z 0 ) n is obtained by a nonlinear least square method using the known Levenberg-Marquardt method, the Powell method, or the like (same as step S14). However, R is a value calibrated in advance.

=Σ|(X−X2+(Y−Y2+(Z−Z2−R2| ……(3)
そして、校正済みの球面間距離と、求めた球面間距離との誤差関数eを計算(ステップS15と同じ)するわけである。
e 0 = Σ | (X 0 −X i ) 2 + (Y 0 −Y i ) 2 + (Z 0 −Z i ) 2 −R 2 | (3)
Then, an error function e 1 between the calibrated inter-spherical distance and the obtained inter-spherical distance is calculated (same as step S15).

こうして3次元測定器1の校正処理が終わると図3(A)のステップS2の処理が終わったわけで、次に処理がステップS3の3次元測定器2の校正処理に進み、3次元測定器1の校正処理と同様図3(B)のステップS10に行き、前記したようにして式(1)を用いて3次元測定器2の誤差関数eが計算される。 When the calibration process of the three-dimensional measuring instrument 1 is completed in this way, the process of step S2 in FIG. 3A is completed. Next, the process proceeds to the calibration process of the three-dimensional measuring instrument 2 in step S3. Similar to the calibration process of FIG. 3, the process goes to step S10 in FIG. 3B, and the error function e2 of the three-dimensional measuring instrument 2 is calculated using the equation (1) as described above.

そして3次元測定器2の誤差関数eが計算されて処理が図3(A)ステップS4に進むと、3次元測定器1、4の座標系を合わせるため、非線形最小二乗法を用いた下記(2)式による座標変換行列Tの計算が行われ、ステップS5でそれが記憶装置2、5に記憶されて保存され、ステップS6で終了する。 The following three-dimensional measuring instrument error function e 2 of 2 is computed processed using Proceeding to FIG. 3 (A) step S4, to match the coordinate system of the three-dimensional measuring device 1 and 4, the nonlinear least square method The coordinate transformation matrix T is calculated according to the equation (2), and is stored and stored in the storage devices 2 and 5 in step S5, and the process ends in step S6.

Figure 2007232649
Figure 2007232649

このようにして座標変換行列Tが記憶装置2、5に記憶されたら、次に図1の7で示した位置に被検体である平板を設置し、3次元測定器1、4で表面の平面座標を測定し、それを記憶装置2、5に記憶された座標変換行列Tにより変換して、被検体7の平面度を測定する。   After the coordinate transformation matrix T is stored in the storage devices 2 and 5 in this way, a flat plate as the subject is then placed at the position indicated by 7 in FIG. The coordinates are measured and converted by the coordinate transformation matrix T stored in the storage devices 2 and 5 to measure the flatness of the subject 7.

このように、予め校正板20を測定位置に設置して3次元測定器1、4により測定し、3次元測定器1、4における前記したようなスケーリング誤差などの固有の測定誤差を校正した後、被検体7を設置して平面度を測定することで、誤差の少ない平面度測定を実施できる。   As described above, after the calibration plate 20 is installed in the measurement position in advance and measured by the three-dimensional measuring devices 1 and 4, the inherent measurement error such as the scaling error as described above in the three-dimensional measuring devices 1 and 4 is calibrated. By installing the subject 7 and measuring the flatness, the flatness measurement with less error can be performed.

図4は、本発明になる平板平面度測定方法及び装置に用いる前記図1に1、4で示した3次元測定器における、スケーリング誤差と空間歪みを校正する校正板の実施例2であり、図中30は校正板、31、33、35はそれぞれの中心軸32、34、36の座標と半径Rが既知の円筒であり、それぞれの中心軸32、34、36は互いに他の中心軸と交わるように配置されている。なお、この図4に示した例では円筒31、33、35を3本としたが、この数はスケーリング誤差と空間歪みの両方を校正するため少なくとも3本必要であり、多い分にはもっと多くしても良い。   FIG. 4 is a second embodiment of the calibration plate for calibrating the scaling error and the spatial distortion in the three-dimensional measuring instrument indicated by 1 and 4 in FIG. 1 used in the flatness measuring method and apparatus according to the present invention. In the figure, 30 is a calibration plate, 31, 33, and 35 are cylinders whose coordinates and radius R of each of the center axes 32, 34, and 36 are known, and each of the center axes 32, 34, and 36 is mutually different from the other center axis. It is arranged to cross. In the example shown in FIG. 4, the number of cylinders 31, 33, and 35 is three. However, this number is required to calibrate both the scaling error and the spatial distortion. You may do it.

図5はこの図4に示した実施例2の校正板30を用い、図1に1、4で示した3次元測定器を校正するためのフロー図であり、図3(B)で説明した校正処理詳細フローに相当する。なお、前記図3(A)で説明したフローは共通のために省いてある。   FIG. 5 is a flow chart for calibrating the three-dimensional measuring instrument indicated by 1 and 4 in FIG. 1 using the calibration plate 30 of the embodiment 2 shown in FIG. 4, and has been described with reference to FIG. This corresponds to the detailed calibration processing flow. Note that the flow described in FIG. 3A is omitted for common purposes.

前記図2に示した実施例1の校正板20の場合と同様、まず、図3(A)におけるメインフローのステップS1で座標変換行列Tの校正処理がスタートすると、ステップS2で3次元測定器1の校正処理を行うため、処理が図5のステップS20に行く。そしてステップS21で、校正板30が被検体の平面度を測定する3次元測定器1、4で測定される。この測定は、前記したように光切断法を用いたり、レーザ光などで被検体(平板)を走査し、レーザ光の被検体からの反射時間により実施して、被検体の平面度を測定するようにした3次元測定器1、4で測定され、校正板30や各円筒3、33、35の3次元座標が計算されて記憶装置2、5に記憶される。   As in the case of the calibration plate 20 of the first embodiment shown in FIG. 2, first, when the calibration process of the coordinate transformation matrix T is started in step S1 of the main flow in FIG. 3A, a three-dimensional measuring device is obtained in step S2. In order to perform the calibration process 1, the process goes to step S <b> 20 in FIG. 5. In step S21, the calibration plate 30 is measured by the three-dimensional measuring devices 1 and 4 that measure the flatness of the subject. This measurement is performed by using the light cutting method as described above, or by scanning the subject (flat plate) with laser light or the like, and performing the reflection time of the laser light from the subject to measure the flatness of the subject. The measurement is performed by the three-dimensional measuring devices 1 and 4 as described above, and the three-dimensional coordinates of the calibration plate 30 and the cylinders 3, 33, and 35 are calculated and stored in the storage devices 2 and 5.

そしてステップS22で、この記憶装置2、5に記憶された測定結果を用いて校正板30がいくつかの領域に分割され、次のステップS23で分割した各領域中の円筒面が判定される。そしてステップS24で既知の半径を元に円筒面が当てはめられ、中心座標が計算されてステップS25で中心軸32、34、36の交点が計算され、さらにステップS26で3次元測定器1の誤差関数eが計算される。   In step S22, the calibration plate 30 is divided into several regions using the measurement results stored in the storage devices 2 and 5, and the cylindrical surface in each region divided in the next step S23 is determined. In step S24, the cylindrical surface is fitted based on the known radius, the central coordinates are calculated, the intersection of the central axes 32, 34, and 36 is calculated in step S25, and the error function of the three-dimensional measuring instrument 1 is further calculated in step S26. e is calculated.

この誤差関数eは、
e=e+e …………………………………………(5)
であり、eは前記と同様
Pn:円筒面同士の中心軸の交点
This error function e is
e = e 1 + e 2 ………………………………………… (5)
Where e 1 is the same as above Pn: intersection of the central axes of the cylindrical surfaces

Figure 2007232649
とすると、
Figure 2007232649
Then,

Figure 2007232649
で、eは、
Pk:円筒表面に属する点の3次元座標
D(Pk):円筒面との距離
とすると、
Figure 2007232649
And e 2 is
Pk: three-dimensional coordinates of a point belonging to the cylindrical surface D (Pk): a distance from the cylindrical surface,

Figure 2007232649
となる。
Figure 2007232649
It becomes.

そのため、次のステップS27でこの誤差関数eの評価を行い、評価の結果、この値が妥当でなければステップS28に進んで非線形最小二乗法を用いた検量線パラメータの補正が行われ、妥当ということであればステップS29に進んで終了する。   Therefore, the error function e is evaluated in the next step S27, and if the value is not valid as a result of the evaluation, the process proceeds to step S28, and the calibration curve parameter is corrected using the nonlinear least squares method. If so, the process proceeds to step S29 and ends.

このとき、検量線パラメータの補正は前記と同様にして行うが、3次元座標計算については、円筒面領域のデータのみとなる。そのため、ステップS28における「非線形最小二乗法を用いた検量線パラメータの補正」では、まず、スリット光画像位置(I,J)とミラー回転角θ等のパラメータを用い、ステップS21の場合と同様、円筒面領域のデータで3次元座標を計算し、領域分割(ステップS22)により、円筒面上の測定点と判断された3次元座標Qから、下記(7)式の誤差eを最小にする3行×4列の座標変換行列Tの成分を既知のLevenberg−Marquardt法やPowell法等を用いて非線形最小二乗法で求める(ステップS24と同じ)。但し、tij(i=1〜3、j=1〜4)は円筒面の中心点を通り、中心軸がZ軸と一致する座標変換行列Tの成分、Rは校正済みの円柱面の半径である。 At this time, the calibration curve parameter is corrected in the same manner as described above, but only the data of the cylindrical surface region is obtained for the three-dimensional coordinate calculation. Therefore, in “correction of calibration curve parameters using nonlinear least square method” in step S28, first, parameters such as the slit light image position (I, J) and mirror rotation angle θ are used, as in step S21. The three-dimensional coordinates are calculated from the data of the cylindrical surface area, and the error e 1 of the following equation (7) is minimized from the three-dimensional coordinates Q i determined as the measurement points on the cylindrical surface by area division (step S22). The components of the coordinate transformation matrix T of 3 rows × 4 columns to be obtained are obtained by the nonlinear least square method using the known Levenberg-Marquardt method, the Powell method, or the like (same as step S24). However, t ij (i = 1~3, j = 1~4) passes through the center point of the cylindrical surface, the components of the coordinate transformation matrix T central axis coincides with the Z axis, R represents the radius of the calibrated cylindrical surface It is.

=Σ|(t11+t12+t13+t14)2
(t21+t22+t23+t24)2−R2| …………(7)
e 1 = Σ | (t 11 X i + t 12 Y i + t 13 Z i + t 14 ) 2 +
(t 21 X i + t 22 Y i + t 23 Z i + t 24) 2 -R 2 | ............ (7)

そして求めた座標変換行列から、下記式(8)で求まる円筒面の中心座標(X,Y,Z)と、中心軸の単位方向ベクトル(l,m,n)で表される直線同士の交点間距離eを計算する。そして検量線パラメータを補正しながらこの処理を繰り返し、求めた誤差関数e+eを評価関数とするわけである。 A straight line represented by the center coordinates (X 0 , Y 0 , Z 0 ) of the cylindrical surface obtained by the following formula (8) and the unit direction vector (l, m, n) of the center axis from the obtained coordinate transformation matrix. The distance e 2 between the intersections is calculated. This process is repeated while correcting the calibration curve parameters, and the obtained error function e 1 + e 2 is used as the evaluation function.

Figure 2007232649
Figure 2007232649

こうして3次元測定器1の校正処理が終わると図3(A)のステップS2の処理が終わったわけで、次に処理がステップS3の3次元測定器2の校正処理に進み、3次元測定器1の校正処理と同様図5のステップS20に行き、前記したようにして式(1)、(5)、(6)を用いて3次元測定器2の誤差関数eが計算される。   When the calibration process of the three-dimensional measuring instrument 1 is completed in this way, the process of step S2 in FIG. 3A is completed. Next, the process proceeds to the calibration process of the three-dimensional measuring instrument 2 in step S3. Similar to the calibration process of FIG. 5, the process goes to step S20 in FIG. 5, and the error function e of the three-dimensional measuring instrument 2 is calculated using the equations (1), (5), and (6) as described above.

そして処理が図3(A)のステップS4に進むと、3次元測定器1、4の座標系を合わせるため、前記と同様、非線形最小二乗法を用いた下記(4)式による座標変換行列Tの計算が行われ、ステップS5でそれが記憶装置2、5に記憶されて保存され、ステップS6で終了する。   Then, when the processing proceeds to step S4 in FIG. 3A, the coordinate transformation matrix T according to the following equation (4) using the nonlinear least square method is used as described above to match the coordinate systems of the three-dimensional measuring instruments 1 and 4. Is calculated and stored in the storage devices 2 and 5 in step S5, and the process ends in step S6.

Figure 2007232649
Figure 2007232649

このようにして座標変換行列Tが記憶装置2、5に記憶されたら、次に図1の7で示した位置に被検体である平板を設置し、3次元測定器1、4で表面の平面座標を測定し、それを記憶装置2、5に記憶された座標変換行列Tにより変換して、被検体7の平面度を測定することは前記図3で説明したとおりである。   After the coordinate transformation matrix T is stored in the storage devices 2 and 5 in this way, a flat plate as the subject is then placed at the position indicated by 7 in FIG. As described with reference to FIG. 3, the coordinates are measured and converted by the coordinate transformation matrix T stored in the storage devices 2 and 5 to measure the flatness of the subject 7.

このように、予め校正板20を測定位置に設置して3次元測定器1、4により測定し、3次元測定器1、4における前記したようなスケーリング誤差などの固有の測定誤差を校正した後、被検体7を設置して平面度を測定することで、誤差の少ない平面度測定を実施できる。   As described above, after the calibration plate 20 is installed in the measurement position in advance and measured by the three-dimensional measuring devices 1 and 4, the inherent measurement error such as the scaling error as described above in the three-dimensional measuring devices 1 and 4 is calibrated. By installing the subject 7 and measuring the flatness, the flatness measurement with less error can be performed.

図6は、本発明になる平板平面度測定方法及び装置に用いる、前記図1に1、4で示した3次元測定器におけるスケーリング誤差と空間歪みを校正する校正板の実施例3であり、図中40は校正板で、この校正板40は、その板自身の座標が既知であり、その板に前記したように校正板40の中心と対角線上、及び前記中心の上下左右に軸対称に90度おきに1つずつ、41から49の番号を付した中心座標と半径Rが既知の真球がはめ込まれ、スケーリング誤差と空間歪みの両方を校正できるようにしたものである。   FIG. 6 is a third embodiment of the calibration plate for calibrating the scaling error and the spatial distortion in the three-dimensional measuring instrument shown by 1 and 4 in FIG. 1 used in the flatness measuring method and apparatus according to the present invention. In the figure, reference numeral 40 denotes a calibration plate. The calibration plate 40 has known coordinates, and as described above, the calibration plate 40 is symmetrical with respect to the center of the calibration plate 40 and diagonally with respect to the center of the calibration plate 40. A true sphere whose center coordinates and radius R are known, one by one every 90 degrees, is fitted, so that both scaling error and spatial distortion can be calibrated.

図7はこの図6に示した実施例3の校正板40を用い、図1に1、4で示した3次元測定器を校正するためのフロー図であり、図3(B)で説明した校正処理詳細フローに相当する。なお、前記図3(A)で説明したフロー図は、実施例2の場合と同様共通であるため省いてある。   FIG. 7 is a flow chart for calibrating the three-dimensional measuring instrument indicated by 1 and 4 in FIG. 1 using the calibration plate 40 of Example 3 shown in FIG. 6, and has been described with reference to FIG. This corresponds to the detailed calibration processing flow. Note that the flowchart described with reference to FIG. 3A is omitted because it is the same as that in the second embodiment.

前記図2に示した実施例1及び図4に示した実施例2と同様、まず、図3(A)におけるメインフローのステップS1で座標変換行列Tの校正処理がスタートすると、ステップS2で3次元測定器1の校正処理を行うため、処理が図7のステップS30に行く。そしてステップS31で、校正板40が被検体の平面度を測定する3次元測定器1、4で測定される。この測定は、前記したように光切断法を用いたり、レーザ光などで被検体(平板)を走査し、レーザ光の被検体からの反射時間により実施して、被検体の平面度を測定するようにした3次元測定器1、4で測定され、校正板40や各球41〜49の3次元座標が計算されて記憶装置2、5に記憶される。   As in the first embodiment shown in FIG. 2 and the second embodiment shown in FIG. 4, first, when the calibration process of the coordinate transformation matrix T is started in step S1 of the main flow in FIG. 3A, 3 in step S2. In order to perform the calibration process of the dimension measuring instrument 1, the process goes to step S30 in FIG. In step S31, the calibration plate 40 is measured by the three-dimensional measuring instruments 1 and 4 that measure the flatness of the subject. This measurement is performed by using the light cutting method as described above, or by scanning the subject (flat plate) with laser light or the like, and performing the reflection time of the laser light from the subject to measure the flatness of the subject. The measurement is performed by the three-dimensional measuring devices 1 and 4 as described above, and the three-dimensional coordinates of the calibration plate 40 and the spheres 41 to 49 are calculated and stored in the storage devices 2 and 5.

そしてステップS32で、この記憶装置2、5に記憶された測定結果を用いて校正板40がいくつかの領域に分割され、次のステップS33で、球面で校正するか、校正板40自身の平面で校正するかが選択され、例えば球面で校正する場合はステップS34に行って前記実施例1の時と同様球面が当てはめられ、ステップS35で誤差関数eが計算される。また、校正板40自身の平面で校正する場合はステップS36に進んで平面が当てはめられ、ステップS37で誤差関数eが計算される。 In step S32, the calibration plate 40 is divided into several regions using the measurement results stored in the storage devices 2 and 5, and in the next step S33, the calibration plate 40 is calibrated with a spherical surface or the calibration plate 40 itself is flat. or calibration is selected in, for example, in the case of calibration sphere the same spherical surface fitted to the case of example 1 performed step S34, the error function e 1 is calculated in step S35. In the case of calibration the calibration plate 40 itself planes planes fitted proceeds to step S36, the error function e 2 is calculated in step S37.

そして誤差関数eは、前記したように
e=e+e …………………………………………(5)
であり、まずeは、
Pn:球面の中心座標
Pn:球の中心座標の校正済みの真値
とすると、前記と同様
The error function e is e = e 1 + e 2 as described above.
First, e 1 is
Pn: spherical center coordinates
0 Pn: When the true value of the center coordinate of the sphere is calibrated, the same as above

Figure 2007232649
となる。また、
Pk:平面領域に属する点の3次元座標
D(Pk):平面との距離
とするとeは、
Figure 2007232649
It becomes. Also,
Pk: three-dimensional coordinates of a point belonging to a plane area D (Pk): e 2

Figure 2007232649
となる。
Figure 2007232649
It becomes.

そのため、次のステップS38でこの誤差関数eの評価を行い、次のステップS39で評価の結果、この値が妥当でなければステップS40に進んで非線形最小二乗法を用いた検量線パラメータの補正が行われ、妥当ということであればステップS41に進んで終了する。   Therefore, the error function e is evaluated in the next step S38, and if the value is not valid as a result of the evaluation in the next step S39, the process proceeds to step S40 to correct the calibration curve parameter using the nonlinear least square method. If yes, go to step S41 and end.

このとき、検量線パラメータの補正は前記と同様にして行うが、3次元座標計算するのは球面領域、及び平面領域のデータであり、そのため、ステップS40における「非線形最小二乗法を用いた検量線パラメータの補正」では、まず、スリット光画像位置(I,J)とミラー回転角θ等のパラメータを用い、ステップS31の場合と同様球面領域のデータで3次元座標を計算し、領域分割(ステップS32)により、球面上の測定点と判断された3次元座標Qから、次式の誤差eを最小にする球の中心座標P(X,Y,Zを、既知のLevenberg−Marquardt法やPowell法等を用いて非線形最小二乗法で求める(ステップS35と同じ)。但し、Rは事前に校正済みの値である。 At this time, the calibration curve parameters are corrected in the same manner as described above, but the three-dimensional coordinate calculation is the data of the spherical region and the planar region. For this reason, the “calibration curve using the nonlinear least square method” in step S40. In the “parameter correction”, first, parameters such as the slit light image position (I, J) and the mirror rotation angle θ are used to calculate the three-dimensional coordinates with the data of the spherical area as in the case of step S31, and to divide the area (step The center coordinate P n (X 0 , Y 0 , Z 0 ) n of the sphere that minimizes the error e 0 of the following equation is known from the three-dimensional coordinate Q i determined as the measurement point on the spherical surface by S32). The Levenberg-Marquardt method, the Powell method, or the like is used to obtain the nonlinear least square method (same as step S35). However, R is a value calibrated in advance.

=Σ|(X−X2+(Y−Y2+(Z−Z2−R2| ……(3) e 0 = Σ | (X 0 -X i) 2 + (Y 0 -Y i) 2 + (Z 0 -Z i) 2 -R 2 | ...... (3)

そして、校正済みの球面間距離と、求めた球面間距離との誤差関数eを計算(ステップS15と同じ)するわけである。またeは、前記ステップS36、37と同様、平面上の測定点として判断された3次元座標Qに対し、ガウス消去法等といった最小二乗法を用いて式(6)で算出される。 Then, an error function e 1 between the calibrated inter-spherical distance and the obtained inter-spherical distance is calculated (same as step S15). Similarly to steps S36 and S37, e 2 is calculated by the formula (6) using a least square method such as a Gaussian elimination method for the three-dimensional coordinates Q i determined as the measurement point on the plane.

こうして3次元測定器1の校正処理が終わると図3(A)のステップS2の処理が終わったわけで、次に処理がステップS3の3次元測定器2の校正処理に進み、3次元測定器1の校正処理と同様図7のステップS30に行き、前記したようにして式(1)、(5)、(6)を用いて3次元測定器2の誤差関数eが計算される。   When the calibration process of the three-dimensional measuring instrument 1 is completed in this way, the process of step S2 in FIG. 3A is completed. Next, the process proceeds to the calibration process of the three-dimensional measuring instrument 2 in step S3. As in the calibration process of FIG. 7, the process goes to step S30 in FIG. 7, and the error function e of the three-dimensional measuring instrument 2 is calculated using the equations (1), (5), and (6) as described above.

そして3次元測定器2の誤差関数eが計算されて処理が図3(A)ステップS4に進むと、3次元測定器1、4の座標系を合わせるため、非線形最小二乗法を用いた下記(4)式による座標変換行列Tの計算が行われ、ステップS5でそれが記憶装置2、5に記憶されて保存され、ステップS6で終了する。   Then, when the error function e of the three-dimensional measuring instrument 2 is calculated and the process proceeds to step S4 in FIG. 3A, the following (using the nonlinear least square method is used to match the coordinate systems of the three-dimensional measuring instruments 1 and 4 ( 4) The coordinate transformation matrix T is calculated according to the equation. In step S5, it is stored and stored in the storage devices 2 and 5, and the process ends in step S6.

Figure 2007232649
Figure 2007232649

このようにして座標変換行列Tが記憶装置2、5に記憶されたら、次に図1の7で示した位置に被検体である平板を設置し、3次元測定器1、4で表面の平面座標を測定し、それを記憶装置2、5に記憶された座標変換行列Tにより変換して、被検体7の平面度を測定することは前記図3で説明したとおりである。   After the coordinate transformation matrix T is stored in the storage devices 2 and 5 in this way, a flat plate as the subject is then placed at the position indicated by 7 in FIG. As described with reference to FIG. 3, the coordinates are measured and converted by the coordinate transformation matrix T stored in the storage devices 2 and 5 to measure the flatness of the subject 7.

このように、予め校正板40を測定位置に設置して3次元測定器1、4により測定し、3次元測定器1、4における前記したようなスケーリング誤差、空間歪みなどの固有の測定誤差を校正した後、被検体7を設置して平面度を測定することで、誤差の少ない平面度測定を実施できる。   In this way, the calibration plate 40 is set in advance at the measurement position and measured by the three-dimensional measuring devices 1 and 4, and the inherent measurement errors such as the scaling error and the spatial distortion as described above in the three-dimensional measuring devices 1 and 4 are measured. After calibration, the flatness measurement with few errors can be performed by installing the subject 7 and measuring the flatness.

図8は、本発明になる平板平面度測定方法及び装置の実施例4であり、今までの実施例1乃至3では、被検体の表裏を同時に測定するため、3次元測定器を2つ用いたが、この実施例4では、校正板と被検体である平板を保持して回転できる回転ステージ58を用意し、1つの3次元測定器59で表裏が測定できるようにしたものである。   FIG. 8 is a fourth embodiment of the flatness measuring method and apparatus according to the present invention. In the first to third embodiments so far, two two-dimensional measuring instruments are used to simultaneously measure the front and back of the subject. However, in the fourth embodiment, a rotation stage 58 that can hold and rotate a calibration plate and a flat plate that is a subject is prepared, and a single three-dimensional measuring device 59 can measure the front and back sides.

また、この実施例4で使用する校正板50には、回転ステージ58における回転軸を回転中心として取り付け可能で、半径が既知の円筒57に取り付けた平面座標が既知の平面と、さらにその平面に中心座標と半径とが既知の球51〜56を配し、校正にあたっては、3次元測定器59における駆動機構の非線形性に起因するスケーリング誤差を、異なる球51〜56の中心座標間距離から、空間歪みを円筒57の中心軸座標と平面における任意方向座標の値により校正するようにしたものである。   Further, the calibration plate 50 used in the fourth embodiment can be attached with the rotation axis of the rotary stage 58 as the rotation center, and the plane coordinates attached to the cylinder 57 with the known radius are the known plane, and further to the plane. The spheres 51 to 56 whose center coordinates and radius are known are arranged, and in the calibration, the scaling error due to the non-linearity of the driving mechanism in the three-dimensional measuring device 59 is determined from the distance between the center coordinates of the different spheres 51 to 56. The spatial distortion is calibrated by the values of the central axis coordinates of the cylinder 57 and the arbitrary direction coordinates on the plane.

図9はこの図8に示した実施例4の校正板50を用い、59で示した3次元測定器を校正するため回転軸の校正処理を行うためのフロー図であり、図3(B)で説明した校正処理詳細フローに相当する。なお、前記図3(A)で説明したフロー図は、ステップS3が必要ない点が異なるが実施例2、実施例3の場合と同様共通であるため省いてある。   FIG. 9 is a flowchart for performing the calibration process of the rotating shaft in order to calibrate the three-dimensional measuring instrument 59 shown in FIG. 3 using the calibration plate 50 of the fourth embodiment shown in FIG. This corresponds to the detailed flow of the calibration process described above. The flow chart described in FIG. 3A is omitted because it is the same as in the second and third embodiments, except that step S3 is not necessary.

前記図2、図4、図6に示した実施例1乃至3と同様、まず、図3(A)におけるメインフローのステップS1で座標変換行列Tの校正処理がスタートすると、ステップS2で3次元測定器1の校正処理を行うため、最初に、回転軸の校正処理を行うために処理が図9のステップS50に行く。そしてステップS51で、例えば回転ステージ58の回転角をφとした場合、φ=0°と設定されて、次のステップS52でφ+Δφがφと置き代えられ、3次元測定器59で校正板50における円筒57の3次元座標が計算され、図示していない記憶装置に記憶される。   As in the first to third embodiments shown in FIGS. 2, 4, and 6, first, when the calibration process of the coordinate transformation matrix T is started in step S1 of the main flow in FIG. In order to perform the calibration process of the measuring instrument 1, first, the process goes to step S50 in FIG. 9 to perform the calibration process of the rotating shaft. In step S51, for example, when the rotation angle of the rotary stage 58 is φ, φ = 0 ° is set, and in the next step S52, φ + Δφ is replaced with φ, and the three-dimensional measuring instrument 59 uses the calibration plate 50. The three-dimensional coordinates of the cylinder 57 are calculated and stored in a storage device (not shown).

そしてステップS53で、この記憶装置に記憶された測定結果を用いて校正板50がいくつかの領域に分割され、次のステップS54で円柱面が当てはめられて、ステップS55で中心軸線Lφが計算される。 In step S53, the calibration plate 50 is divided into several regions using the measurement result stored in the storage device, the cylindrical surface is fitted in the next step S54, and the central axis is calculated in step S55. Is done.

この円筒57の中心軸線Lφの計算は、前記図4に示した実施例2における円筒31、33、35の中心座標を求める場合と同じであり、まず、スリット光画像位置(I,J)とミラー回転角θ等のパラメータを用い、円筒面領域のデータで3次元座標を計算し、領域分割により円筒面上の測定点と判断された3次元座標Qから、下記(7)式の誤差eを最小にする3行×4列の座標変換行列Tの成分を既知のLevenberg−Marquardt法やPowell法等を用いて非線形最小二乗法で求める。但し、tij(i=1〜3、j=1〜4)は円筒面の中心点を通り、中心軸がZ軸と一致する座標変換行列Tの成分、Rは校正済みの円柱面の半径である。 Calculation of the center axis L phi of the cylinder 57 is the same as the case of obtaining the center coordinates of the cylinder 31, 33, 35 in the second embodiment shown in FIG. 4, first, the slit light image position (I, J) And the parameters such as the mirror rotation angle θ are used to calculate the three-dimensional coordinates from the cylindrical surface area data, and from the three-dimensional coordinates Q i determined as the measurement points on the cylindrical surface by the area division, the components of the coordinate transformation matrix T of 3 rows × 4 columns of the error e 1 minimizes using known Levenberg-Marquardt method, Powell method, or the like obtained by a nonlinear least-squares method. Where t ij (i = 1 to 3, j = 1 to 4) is a component of the coordinate transformation matrix T that passes through the center point of the cylindrical surface and the center axis coincides with the Z axis, and R is the radius of the calibrated cylindrical surface It is.

=Σ|(t11+t12+t13+t14)2
(t21+t22+t23+t24)2−R2| …………(7)
e 1 = Σ | (t 11 X i + t 12 Y i + t 13 Z i + t 14 ) 2 +
(t 21 X i + t 22 Y i + t 23 Z i + t 24) 2 -R 2 | ............ (7)

そして求めた座標変換行列から、下記式(8)で求まる円筒面の中心座標(X,Y,Z)と中心軸の単位方向ベクトル(l,m,n)を求め、それを図示していない記憶装置に記憶する。こうしてφ+Δφにおける円筒の中心座標が求まると、次のステップS56で、角度φがφmax(例えば360°)になったかどうかの判断がなされ、φmaxになっていない場合はステップS52に戻って同じ処理が繰り返される。 Then, from the obtained coordinate transformation matrix, the center coordinates (X 0 , Y 0 , Z 0 ) of the cylindrical surface obtained by the following formula (8) and the unit direction vector (l, m, n) of the center axis are obtained and shown in FIG. Store in a storage device not shown. When the center coordinates of the cylinder at φ + Δφ are obtained in this way, in the next step S56, it is determined whether or not the angle φ is φmax (for example, 360 °). If it is not φmax, the process returns to step S52 and the same processing is performed. Repeated.

Figure 2007232649
Figure 2007232649

また、角度φがφmaxになっている場合は、ステップS57でφ=0〜φの間のΔφ毎に算出した各中心の直線群の交点位置(X,Y,Z)を最小二乗法等で計算し、交点位置を通り、各直線群との内積値の分散が最小になる方向ベクトルを、回転軸の方向ベクトルとしてPowell法等のアルゴリズムを用いて計算する。 If the angle φ is φmax, the intersection position (X c , Y c , Z c ) of each central line group calculated for each Δφ between φ i = 0 and φ in step S57 is minimized. A direction vector that is calculated by the square method or the like, passes through the intersection point position, and minimizes the variance of the inner product value with each straight line group is calculated as an orientation vector of the rotation axis using an algorithm such as the Powell method.

そしてステップS58でそれが保存され、円筒57の中心軸線Lφの計算が終了して、さらに前記実施例3で説明したように、球面で校正するか、校正板50自身の平面で校正するかが選択され、例えば球面で校正する場合は前記実施例1の時と同様球面が当てはめられて誤差関数eが計算される。また、校正板50自身の平面で校正する場合は平面が当てはめられて誤差関数eが計算される。 And saved it in step S58, the one ends the calculation of the center axis L phi cylinder 57, as further described in Example 3, or to calibrate a spherical, calibrated with the calibration plate 50 itself planes For example, when calibrating with a spherical surface, the spherical function is fitted as in the first embodiment, and the error function e 1 is calculated. In the case of calibration the calibration plate 50 itself planes error function e 2 are fitting plane are computed.

そして誤差関数eは、前記したように
e=e+e …………………………………………(5)
であるからこの誤差関数eの評価が行われ、この値が妥当でなければ非線形最小二乗法を用いた検量線パラメータの補正が行われ、妥当ということであれば終了してそれが図示していない記憶装置に記憶されて保存され、終了する。
The error function e is e = e 1 + e 2 as described above.
Therefore, the error function e is evaluated, and if this value is not valid, the calibration curve parameter is corrected using the nonlinear least squares method. Not stored in storage device and saved and exit.

そして校正板50の代わりに被検体である平板を設置し、3次元測定器59で表面の平面座標を測定して、被検体の平面度を測定することは前記したとおりであり、回転ステージ58を用いることで、被検体の表裏を単一の3次元測定器59で測定することができ、それだけ平板平面度測定装置を安価に構成することができる。   As described above, the flat plate of the subject is installed instead of the calibration plate 50, the plane coordinates of the surface are measured by the three-dimensional measuring device 59, and the flatness of the subject is measured. By using this, the front and back of the subject can be measured with a single three-dimensional measuring device 59, and the flatness measuring apparatus can be configured at a low cost.

図10、図11は、本発明になる平板平面度測定方法及び装置の実施例5であり、今までの実施例1乃至4では、被検体の表裏を同時に測定するため、3次元測定器を2つ用いたり、校正板や被検体を回転ステージに取り付けて測定を行うようにしていたが、この実施例5では、3次元測定器に用いられる撮像装置の光軸の延長上に被検体や校正板を置き、その被検体や校正板を挟んで対称に、被検体の表裏の像を撮像装置に送る反射ミラーを用意し、1つの3次元測定器で被検体の表裏が一度に測定できるようにしたものである。   FIGS. 10 and 11 show a fifth embodiment of the flatness measuring method and apparatus according to the present invention. In the first to fourth embodiments so far, a three-dimensional measuring instrument is used to simultaneously measure the front and back of the subject. Two are used, or a calibration plate and a subject are attached to a rotary stage for measurement, but in this Example 5, the subject and the optical axis of the imaging device used for the three-dimensional measuring instrument are extended on the extension. A calibration plate is placed, and a reflection mirror that sends images of the front and back of the subject to the imaging device is provided symmetrically across the subject and the calibration plate, and the front and back of the subject can be measured at once with a single three-dimensional measuring instrument. It is what I did.

まず図10の構成について説明すると、図中60は被検体または校正板、61は撮像装置を用いた3次元測定器、62、63は被検体または校正板60の像を撮像装置61に送る反射ミラーであり、61A、61Bは反射ミラー62、63によって形成される仮想3次元測定器の位置である。   First, the configuration of FIG. 10 will be described. In the figure, reference numeral 60 denotes a subject or calibration plate, 61 denotes a three-dimensional measuring device using an imaging device, and 62 and 63 denote reflections that send an image of the subject or calibration plate 60 to the imaging device 61. 61A and 61B are positions of the virtual three-dimensional measuring device formed by the reflection mirrors 62 and 63.

それぞれの構成要素の関係は、被検体から仮想3次元測定器61A、61Bまでの距離をH、反射ミラー62の中心から被検体までの距離をL、同じく反射ミラー62の中心から仮想3次元測定器61A、61Bまでの距離をL、3次元測定器61から被検体60までの距離をL、仮想3次元測定器61A、61Bから被検体60を見込む角をτ、反射ミラー62、63の中心を通って仮想3次元測定器61A、61Bから被検体60へ引いた直線が被検体60となす角度をθ、3次元測定器61の光軸と、3次元測定器61と反射ミラー62、63の中心を結ぶ線とがなす角度をδ、反射ミラー62、63が被検体60となす角度をφ、被検体60の長さをW、反射ミラーの長さをBとすると、
H=W(cosτ−cos2θ)/sinτ
=(H/sinθ)−L
δ=sin−1(Lsinθ/L
φ=0.5(180−θ−δ)
The relationship between each component is as follows: the distance from the subject to the virtual three-dimensional measuring devices 61A and 61B is H, the distance from the center of the reflecting mirror 62 to the subject is L 1 , and the virtual three-dimensional from the center of the reflecting mirror 62 is also the same. The distance from the measuring devices 61A and 61B is L 2 , the distance from the three-dimensional measuring device 61 to the subject 60 is L 3 , the angle at which the subject 60 is viewed from the virtual three-dimensional measuring devices 61A and 61B is τ, the reflection mirror 62, The angle formed by the straight line drawn from the virtual three-dimensional measuring devices 61A and 61B to the subject 60 through the center of the 63 with the subject 60 is θ, the optical axis of the three-dimensional measuring device 61, the three-dimensional measuring device 61, and the reflection mirror. If the angle between the line connecting the centers of 62 and 63 is δ, the angle between the reflection mirrors 62 and 63 and the subject 60 is φ, the length of the subject 60 is W, and the length of the reflection mirror is B,
H = W (cosτ−cos2θ) / sinτ
L 2 = (H / sin θ) −L 1
δ = sin −1 (L 1 sin θ / L 2 )
φ = 0.5 (180−θ−δ)

Figure 2007232649
となる。
Figure 2007232649
It becomes.

そのため、まず60の位置に前記した実施例1、2、3で説明したように校正板を置き、3次元測定器61のスケーリング誤差や空間歪みなどの固有の誤差を校正した後、被検体を置いて測定することで、一度に被検体の表裏の測定が可能となる。   Therefore, a calibration plate is first placed at the position 60 as described in the first, second, and third embodiments, and the inherent error such as the scaling error and spatial distortion of the three-dimensional measuring device 61 is calibrated. By placing and measuring, the front and back of the subject can be measured at once.

また、図11の構成は、図10の構成に加えて光切断法などが使えるよう、さらに3次元測定器71を構成する撮像装置の光軸上で、3次元測定器71の被検体70とは逆側に、投光器72を被検体70とは逆の方を向けて設置し、その投光器からの光を振るガルバノミラー77のような被検体70を走査するためのミラーを設けると共に、その光を被検体70側に送る第2の反射ミラー75、76を設けたものである。なお、この図11に於いて、73、74は被検体70の像を3次元測定器72に送るための第1の反射ミラー、71A、71Bは仮想3次元測定器、72A、72Bは仮想投光器である。   In addition to the configuration of FIG. 10, the configuration of FIG. 11 further includes the subject 70 of the three-dimensional measuring device 71 on the optical axis of the imaging device that configures the three-dimensional measuring device 71 so that the light cutting method or the like can be used. On the opposite side, a projector 72 is installed with the opposite direction to the subject 70, and a mirror for scanning the subject 70 such as a galvanometer mirror 77 that shakes light from the projector is provided, and the light Are provided with second reflecting mirrors 75 and 76 for sending the image to the subject 70 side. In FIG. 11, 73 and 74 are first reflecting mirrors for sending an image of the subject 70 to the three-dimensional measuring device 72, 71A and 71B are virtual three-dimensional measuring devices, and 72A and 72B are virtual projectors. It is.

このように被検体70に対する投光器72を3次元測定器71を構成する撮像装置の光軸上に設け、ガルバノミラー77で振って被検体70の表裏を同時に走査するようにすることで、光切断法を用いて被検体70の表裏の平面度を一度で測定することができる。なお、3次元測定器71の校正方法は前記した実施例1乃至3の方法を用いれば良く、またガルバノミラー77は、他の方式の走査用ミラー、例えばポリゴンミラーなどを用いても良いことはもちろんである。   As described above, the light projector 72 for the subject 70 is provided on the optical axis of the imaging device constituting the three-dimensional measuring device 71 and is shaken by the galvano mirror 77 so that the front and back of the subject 70 are simultaneously scanned. The flatness of the front and back of the subject 70 can be measured at a time using the method. It should be noted that the calibration method of the three-dimensional measuring device 71 may be the method of the first to third embodiments, and the galvano mirror 77 may be a scanning mirror of another type, such as a polygon mirror. Of course.

図12、図13、図14は、本発明になる平板平面度測定方法及び装置の実施例6である。今まで説明してきた実施例では、3次元測定器のスケーリング誤差や空間歪みを校正するため、測定位置に校正板をおいて3次元測定器で測定し、その測定結果を用いてこれらの誤差を校正して実際に平板の平面度を測定すると説明してきた。しかしこの実施例6では、被検体が例えば正方形などの正多角形の場合、正多角形の中心を中心として各角部が重なるよう回転させて3次元測定器で測定し、各測定ポイント毎に測定結果を加算して平均値を算出し、各測定結果からこの平均値を減じた値のうちの最大値と最小値との差を前記測定ポイントの平面度とすることで、特別な校正用の測定をしなくても済む平板平面度測定方法を提供するものである。   FIGS. 12, 13 and 14 are Embodiment 6 of the flatness measuring method and apparatus according to the present invention. In the embodiments described so far, in order to calibrate the scaling error and spatial distortion of the three-dimensional measuring instrument, a calibration plate is placed at the measurement position, and the three-dimensional measuring instrument is used to measure these errors. It has been explained that the flatness of a flat plate is actually measured after calibration. However, in the sixth embodiment, when the subject is a regular polygon such as a square, for example, each corner is overlapped with the center of the regular polygon and measured with a three-dimensional measuring device. The average value is calculated by adding the measurement results, and the difference between the maximum and minimum values obtained by subtracting the average value from each measurement result is taken as the flatness of the measurement point. The present invention provides a method for measuring the flatness of a flat plate that does not require measurement.

図12(A)は、この実施例6の平板平面度測定方法及び装置を説明するための図であり、82で示したZ(i,j)は被検体を3次元測定器で測定した測定結果でN×Nの配列となる場合、この測定結果82は、80で示した被検体における対象表面の実際の反りや凹凸の成分T(i,j)と、81で示した被検体を測定する3次元測定器が持っている前記したスケーリング誤差や空間歪みなど、センサ(3次元測定器)の空間歪み成分D(i,j)とを加え合わせた結果であることを示している。なお、これら成分のiは横方向のインデックス、jは縦方向のインデックスとする。   FIG. 12A is a diagram for explaining the flat plate flatness measuring method and apparatus of the sixth embodiment. Z (i, j) indicated by 82 is a measurement of the subject measured with a three-dimensional measuring instrument. When the result is an N × N array, the measurement result 82 is obtained by measuring the actual warp or uneven component T (i, j) of the target surface of the subject indicated by 80 and the subject indicated by 81. This is a result of adding the spatial distortion component D (i, j) of the sensor (three-dimensional measuring instrument) such as the above-described scaling error and spatial distortion of the three-dimensional measuring instrument. Note that i of these components is a horizontal index, and j is a vertical index.

そのためこの実施例6では、被検体における対象表面の実際の反りや凹凸がランダムに発生しているとした場合、例えば、正方形の被検体を3次元測定器で測定した結果82のN×Nの配列を記憶装置に格納し、さらに被検体を90度ピッチで回転させながら測定してそれぞれの測定結果を記憶装置に格納する。するとM×N(正方形の場合M=2〜4)の測定結果が得られ、次に示すようなM×N個の関係式が得られる。 Therefore, in this sixth embodiment, when the actual warpage or unevenness of the target surface in the subject is randomly generated, for example, N × N of the result 82 obtained by measuring a square subject with a three-dimensional measuring instrument. The array is stored in the storage device, and the subject is measured while being rotated at a 90-degree pitch, and each measurement result is stored in the storage device. Then, the measurement result of M × N 2 (M = 2 to 4 in the case of a square) is obtained, and the following M × N 2 relational expressions are obtained.

正対(0°)させて測定した結果 : Z(i,j)=T(i,j)+D(i,j)
90°回転させて測定した結果 : Z(i,j)=T(i,j)+D(i,j)
180°回転させて測定した結果 : Z(i,j)=T(i,j)+D(i,j)
270°……………
……………
Results of measurement with the opposite (0 °): 1 Z (i, j) = T (i, j) + D (i, j)
Measurement result after rotating 90 °: 2 Z (i, j) = T (i, j) + D (i, j)
Result measured by rotating 180 °: 3 Z (i, j) = T (i, j) + D (i, j)
270 ° ……………
……………

そのため、前記したように被検体の反りや凹凸がランダムに発生しているとした場合、各測定ポイントにおける測定値の平均値   Therefore, as described above, when it is assumed that the subject is warped or uneven randomly, the average value of the measured values at each measurement point

Figure 2007232649
を作成し、各測定結果Z(i,j)から差し引いた値ΔZ(i,j)の最大値と最小値との差を、その測定ポイントにおける局所的な平面度Δ(i,j)とする。
Figure 2007232649
And the difference between the maximum value and the minimum value of the value m ΔZ (i, j) subtracted from each measurement result m Z (i, j) is used as the local flatness Δ (i, j at the measurement point. ).

すなわち、   That is,

Figure 2007232649
Figure 2007232649

Figure 2007232649
として、平面度Δを測定ポイントにおける局所的な平面度の最大値として次式で評価し、合否を判定する。
Figure 2007232649
Then, the flatness Δ is evaluated as the maximum value of the local flatness at the measurement point by the following formula, and pass / fail is determined.

Δ=max|Δ(i,j|         Δ = max | Δ (i, j |

そして、この処理を示したのが図13のフロー図である。まず、ステップS60で平面度の評価処理がスタートすると、3次元測定器の図示していない制御装置はステップS62で被検体を例えば図14に示したような被検体80を把持する機構86でその中心を把持し、前記したように正方形の場合は90度ピッチで回転させる制御装置のI/Fに指示して被検体を所定角度に設定する。なお、この図14においては、被検体80の把持位置が被検体80の中心からずれて描かれているが、同様にして中心位置を把持すればよい。   This process is shown in the flowchart of FIG. First, when the flatness evaluation process is started in step S60, a control device (not shown) of the three-dimensional measuring device uses a mechanism 86 for holding the subject 80 as shown in FIG. The center is grasped, and if the shape is a square as described above, the I / F of the control device that rotates at a pitch of 90 degrees is instructed to set the subject at a predetermined angle. In FIG. 14, the gripping position of the subject 80 is depicted as being shifted from the center of the subject 80, but the center position may be gripped in the same manner.

そしてステップS63で、3次元測定器により被検体全体を測定し、ステップS64で記憶装置に保存する。そして以上の処理を例えば被検体を90°ずつ回転させながらさらに3回繰り返す。それが済んだらステップS66で前処理し、ステップS67で測定値の平均値

Figure 2007232649
を算出する。そして前記した式に基づき、局所的な平面度Δ(i,j)を作成する。そしてステップS69で前記式に基づき、平面度Δの評価を行い、その合否をステップS70で外部に表示すると共に、不合格の場合はステップS61に戻り、合格の場合はステップS71で終了する。 In step S63, the entire object is measured by the three-dimensional measuring device, and stored in the storage device in step S64. The above processing is repeated three more times, for example, while rotating the subject by 90 °. When that is done, pre-process in step S66, and in step S67, the average value of the measured values
Figure 2007232649
Is calculated. Based on the above formula, a local flatness Δ (i, j) is created. In step S69, the flatness Δ is evaluated based on the above expression, and the pass / fail result is displayed to the outside in step S70. If it fails, the process returns to step S61, and if it passes, the process ends in step S71.

このようにすることにより、実際の各測定結果に含まれる3次元測定器の空間歪みの成分を相殺することができ、校正板などを用いずに容易に被検体の平面度を測定する平板平面度測定方法及び装置を提供することができる。   By doing so, the spatial distortion component of the three-dimensional measuring device included in each actual measurement result can be canceled, and a flat plate surface that can easily measure the flatness of the subject without using a calibration plate or the like. A degree measuring method and apparatus can be provided.

なお、被検体表面に一定のオフセットが載る場合、例えば前記した正方形の平板の四隅が同じ方向に撓む事が分かっている場合、以上の手法では空間歪みが除去できない。その場合、図12(B)に示したように、被検体83における回転中心84を被検体における中心と角部を結ぶ中点とし、その回転中心を含む1/4の範囲を以上説明した方法で測定することを、各1/4の領域について83A、83Bで示したように繰り返し、それによって全ての領域の平板平面度測定を行うようにすると、このような場合でも対処できる。   When a certain offset is placed on the surface of the object, for example, when it is known that the four corners of the square flat plate bend in the same direction, the above method cannot remove the spatial distortion. In that case, as shown in FIG. 12B, the rotation center 84 of the subject 83 is a midpoint connecting the center and the corner of the subject, and the method described above covers a quarter range including the rotation center. In this case, it is possible to measure the flatness of the flat area of all the areas by repeating the measurement in (1) as shown in 83A and 83B for each 1/4 area.

図15、図16は、本発明になる平板平面度測定方法及び装置の実施例7を説明するための図で、図15は実施例7における平面度評価する被検体の測定領域を示した図、図16はその平面度評価処理フロー図である。   FIGS. 15 and 16 are diagrams for explaining a seventh embodiment of the flatness measuring method and apparatus according to the present invention, and FIG. 15 is a diagram showing a measurement region of a subject to be evaluated for flatness in the seventh embodiment. FIG. 16 is a flowchart of the flatness evaluation process.

以上説明してきた実施例6では、正多角形の被検体毎に被検体の各角部が重なるよう回転させて3次元測定器で測定し、各測定ポイント毎に測定結果を加算して平均値を算出した後、各測定結果からこの平均値を減じて平板平面度測定を実施したが、平面度評価する被検体と同じ材質・表面処理で作成した被検体を校正板として予め用意し、任意の角度ピッチで回転させて測定した測定結果の平均値により、3次元測定器の歪み成分D(i,j)を求めて被検体毎の回転測定を不要にするようにしたのが実施例7である。   In the sixth embodiment described above, each regular polygonal subject is rotated so that the corners of the subject overlap each other and measured with a three-dimensional measuring instrument, and the measurement results are added at each measurement point to obtain an average value. After the calculation, the average value was subtracted from each measurement result to measure the flatness of the flat plate.A specimen prepared with the same material and surface treatment as the specimen to be evaluated for flatness was prepared in advance as a calibration plate. In the seventh embodiment, the distortion component D (i, j) of the three-dimensional measuring instrument is obtained from the average value of the measurement results measured by rotating at an angular pitch of 6 to eliminate the need for rotational measurement for each subject. It is.

すなわち、平面度評価する被検体と同じ材質・表面処理で作成した校正板としての被検体を、測定位置において任意の角度ピッチで回転させてその測定結果の平均値   In other words, rotate the subject as a calibration plate created with the same material and surface treatment as the subject to be evaluated for flatness at an arbitrary angular pitch at the measurement position, and average the measurement results.

Figure 2007232649
を算出し、この値が、3次元測定器の歪み成分D(i,j)と同一であるとして保存しておくことで、平面度評価する被検体の測定結果Z(i,j)からこの歪み成分D(i,j)を差し引けば、その結果Z’(i,j)は被検体の反りや凹凸の成分であるとすることができるから、それによって平面度を評価することが可能となり、校正板の測定以後は、被検体を回転させることなく平面度評価が可能となる。
Figure 2007232649
And this value is stored as being the same as the distortion component D (i, j) of the three-dimensional measuring instrument, so that this is obtained from the measurement result Z (i, j) of the subject to be evaluated for flatness. If the distortion component D (i, j) is subtracted, as a result, Z ′ (i, j) can be regarded as a component of warping or unevenness of the subject, so that the flatness can be evaluated. Thus, after the measurement of the calibration plate, the flatness can be evaluated without rotating the subject.

図15は、前記したようにこの実施例7における平面度評価する被検体の測定領域を示した図であり、この実施例7では、平面度評価する被検体の測定領域80を任意角度回転しても測定が可能なように、被検体の測定領域80に外接する円と同じ大きさの円板87、またはこの円87を内接する平板88を校正板とする。   FIG. 15 is a diagram showing the measurement region of the subject to be evaluated for flatness in Example 7, as described above. In Example 7, the measurement region 80 for the subject to be evaluated for flatness is rotated by an arbitrary angle. However, in order to enable measurement, a disk 87 having the same size as a circle circumscribing the measurement region 80 of the subject or a flat plate 88 inscribed in the circle 87 is used as a calibration plate.

そして、この校正板87または88を前記したように図14に示した被検体の把持装置に取り付け、前記したようにして測定し、3次元測定器の歪み成分D(i,j)を算出する。そのフロー図が図16に示したフロー図である。この図16のフロー図において、図13に示した実施例6と同じ内容のフローには同一番号が付してある。   Then, the calibration plate 87 or 88 is attached to the object gripping apparatus shown in FIG. 14 as described above, and measured as described above to calculate the distortion component D (i, j) of the three-dimensional measuring instrument. . The flowchart is the flowchart shown in FIG. In the flowchart of FIG. 16, the same numbers are assigned to the flows having the same contents as those in the sixth embodiment shown in FIG.

ステップS80で処理がスタートすると、最初に3次元測定器の歪み成分D(i,j)が算出される。すなわち、3次元測定器の図示していない制御装置はステップS62で被検物たる校正板を、例えば図14に示したような被検体80を把持する機構86でその中心を把持し、前記したように正方形の場合は90度ピッチで回転させる制御装置のI/Fに指示して被検体を所定角度に設定する。   When the processing starts in step S80, first, a distortion component D (i, j) of the three-dimensional measuring device is calculated. That is, the control device (not shown) of the three-dimensional measuring instrument grips the center of the calibration plate as the test object in step S62, for example, with the mechanism 86 that holds the test object 80 as shown in FIG. Thus, in the case of a square, the subject is set at a predetermined angle by instructing the I / F of the control device to rotate at a pitch of 90 degrees.

そして、ステップS63で3次元測定器により被検体全体を測定し、ステップS66で前処理した後、ステップS81で測定値を次式(9)に従って加算処理する。   Then, in step S63, the entire subject is measured by the three-dimensional measuring instrument, and after preprocessing in step S66, the measured value is added according to the following equation (9) in step S81.

Figure 2007232649
そしてこの処理を例えば被検体(校正板)が正方形や長方形の場合は90°ずつ回転させて実施し、ステップS67で測定値の平均値
Figure 2007232649
For example, if the subject (calibration plate) is square or rectangular, this process is performed by rotating 90 ° at a time. In step S67, the average value of the measured values is measured.

Figure 2007232649
を算出する。そしてこの値をステップS82でステップS84に示したように歪み成分データとして保存し、ステップS83で校正板の計測と歪み成分の算出を終了する。
Figure 2007232649
Is calculated. This value is stored as distortion component data in step S82 as shown in step S84, and calibration plate measurement and distortion component calculation are terminated in step S83.

このようにして3次元測定器の歪み成分が算出、保存されたら、今度はステップS60から被検体の平面度評価を行う。この処理は、前記と同様ステップS63で3次元測定器により被検体全体を測定し、ステップS66で前処理した後、ステップS85で次式(10)に従い、測定値の歪み補正処理を行う。   When the distortion component of the three-dimensional measuring device is calculated and stored in this manner, the flatness of the subject is evaluated from step S60. In this process, the whole object is measured by the three-dimensional measuring device in step S63 as described above, and after preprocessing in step S66, the distortion correction process of the measured value is performed in accordance with the following equation (10) in step S85.

Figure 2007232649
そしてその値によって局所的な平面度Δ(i,j)を作成する。そしてステップS69で下記式(11)に基づいて平面度Δの評価を行い、ステップS86で終了する。
Figure 2007232649
Then, a local flatness Δ (i, j) is created based on the value. In step S69, the flatness Δ is evaluated based on the following equation (11), and the process ends in step S86.

Δ=max(Z’)−min(Z’) ………………(11)         Δ = max (Z ′) − min (Z ′) (11)

このようにすることにより、予め3次元測定器の空間歪みの成分がわかっているから、単に被検体の測定を行って平面度を測定することができる平板平面度測定方法を提供することができる。   By doing so, since the spatial distortion component of the three-dimensional measuring device is known in advance, it is possible to provide a flatness measuring method that can measure the flatness simply by measuring the object. .

以上種々述べてきたように本発明によれば、非接触式3次元測定器を用い、簡単な構成で、3次元測定器が有するスケーリング誤差や空間歪みによる誤差を最小にしながら平面度の測定ができ、平板平面度の測定が容易となってインプロセス計測が可能になり、大きな効果を得ることができる。   As described above, according to the present invention, flatness can be measured using a non-contact type three-dimensional measuring device with a simple configuration while minimizing a scaling error and a spatial distortion error of the three-dimensional measuring device. Therefore, the flatness of the flat plate can be easily measured, and in-process measurement can be performed, so that a great effect can be obtained.

本発明になる平板平面度測定方法及び装置を実施する構成を示した図である。It is the figure which showed the structure which implements the flat-plate flatness measuring method and apparatus which become this invention. 本発明になる平板平面度測定方法及び装置における実施例1で3次元測定器の校正に用いる校正板である。5 is a calibration plate used for calibration of a three-dimensional measuring instrument in Example 1 in the flatness measuring method and apparatus according to the present invention. 実施例1の校正処理フロー図であり、(A)は校正処理のメインフロー、(B)は校正処理部分のみのフロー図である。FIG. 2 is a flowchart of calibration processing according to the first embodiment, where (A) is a main flow of calibration processing, and (B) is a flowchart of only the calibration processing portion. 本発明になる平板平面度測定方法及び装置における実施例2で3次元測定器の校正に用いる校正板である。It is a calibration board used for the calibration of a three-dimensional measuring device in Example 2 in the flatness measuring method and apparatus which become this invention. 実施例2の校正処理部分のみのフロー図である。FIG. 10 is a flowchart of only the calibration processing part of the second embodiment. 本発明になる平板平面度測定方法及び装置における実施例3で3次元測定器の校正に用いる校正板である。It is a calibration board used for the calibration of a three-dimensional measuring device in Example 3 in the flatness measuring method and apparatus which become this invention. 実施例3の校正処理部分のみのフロー図である。FIG. 10 is a flowchart of only the calibration processing part of the third embodiment. 本発明になる平板平面度測定方法及び装置の実施例4の構成概略である。It is a structure outline of Example 4 of the flatness flatness measuring method and apparatus which become this invention. 実施例4における回転ステージの回転軸の校正処理のフロー図である。FIG. 10 is a flowchart of a calibration process of a rotation axis of a rotation stage in Embodiment 4. 本発明になる平板平面度測定方法及び装置の実施例5の構成概略で、単一の3次元測定器で被検体の表裏両面を同時に測定するようにした構成の概略である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of Embodiment 5 of the flatness measuring method and apparatus according to the present invention, and is a schematic configuration in which both front and back surfaces of a subject are simultaneously measured with a single three-dimensional measuring device. 図10の構成に加え、光切断法などが使えるよう、投光器とガルバノミラーとを3次元測定器の光軸上に配した構成の概略である。In addition to the configuration of FIG. 10, it is an outline of a configuration in which a projector and a galvanometer mirror are arranged on the optical axis of a three-dimensional measuring device so that a light cutting method or the like can be used. 本発明になる平板平面度測定方法及び装置の実施例6を説明するための図である。It is a figure for demonstrating Example 6 of the flatness measuring method and apparatus which become this invention. 実施例6の平面度評価処理フロー図である。FIG. 10 is a flowchart illustrating a flatness evaluation process according to the sixth embodiment. 実施例6で用いる被検体の把持装置の一例概略斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view of an example of a subject grasping apparatus used in Example 6; 実施例7における平面度評価する被検体の測定領域を示した図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a measurement region of a subject to be evaluated for flatness in Example 7. 実施例7の平面度評価処理フロー図である。FIG. 10 is a flowchart of flatness evaluation processing according to the seventh embodiment. 一体積層型燃料電池における一部破断した概略斜視図(A)と概略断面構造図(B)である。FIG. 2 is a partially broken schematic perspective view (A) and a schematic cross-sectional structure diagram (B) in an integrated stacked fuel cell. 光切断法による測定方法の概略を説明するための図で、(A)は光切断法を実施する一構成概略を示した図、(B)は測定方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline of the measuring method by an optical cutting method, (A) is the figure which showed one structure outline which implements an optical cutting method, (B) is a figure for demonstrating a measuring method. (A)はレーザ光を振って被検体を走査する非接触型3次元測定器の一構成概略を示した図、(B)はスケーリング誤差を示したグラフである。(A) is a diagram showing an outline of the configuration of a non-contact type three-dimensional measuring device that scans a subject by oscillating a laser beam, and (B) is a graph showing a scaling error. (A)空間歪みを説明するための図で、(B)は空間歪みが起きない場合、(C)は空間歪みが起きる場合の指令値とミラーの回転角の関係を示したグラフである。(A) It is a figure for demonstrating a spatial distortion, (B) is a graph which showed the relationship between the command value when a spatial distortion generate | occur | produces, and the rotation angle of a mirror when a spatial distortion occurs.

符号の説明Explanation of symbols

1、4 3次元測定器
2、5 記憶装置
3、6 制御装置
7 被検体(平板)または校正板
20 校正板
21〜29 半径と中心座標が既知の真球
1, 4 3D measuring device 2, 5 Storage device 3, 6 Control device 7 Subject (flat plate) or calibration plate 20 Calibration plate 21-29 True sphere with known radius and center coordinates

Claims (32)

測定位置に平板からなる被検体を設置し、非接触式3次元測定器で測定して平面度を測定する平板平面度測定方法であって、
予め、少なくとも3点以上の座標が既知の測定点を有する校正板を前記測定位置に設置し、前記3次元測定器により前記測定点を測定して前記3次元測定器における固有の測定誤差を校正した後、前記測定位置に被検体を設置して平面度を測定することを特徴とする平板平面度測定方法。
A flat plate flatness measuring method in which a flat specimen is set at a measurement position and measured with a non-contact type three-dimensional measuring instrument to measure flatness,
A calibration plate having measurement points whose known coordinates are at least three or more is set in advance at the measurement position, and the measurement points are measured by the three-dimensional measuring device to calibrate inherent measurement errors in the three-dimensional measuring device. Then, the flatness is measured by installing a subject at the measurement position and measuring the flatness.
前記校正板は、前記測定点として中心座標と半径とが既知の球を配して用意することを特徴とする請求項1に記載した平板平面度測定方法。   The flatness measuring method according to claim 1, wherein the calibration plate is prepared by arranging a sphere having a known center coordinate and radius as the measurement point. 前記球は、前記校正板における中心と対角線上、及び前記中心の上下左右に配されて用意されていることを特徴とする請求項2に記載した平板平面度測定方法。   The flatness measuring method according to claim 2, wherein the spheres are prepared by being arranged diagonally with respect to the center of the calibration plate and on the top, bottom, left and right of the center. 前記校正は、前記球の中心座標を求めて異なる球の中心座標間距離から前記3次元測定器における駆動機構の非線形性に起因するスケーリング誤差を校正することを特徴とする請求項2または3に記載した平板平面度測定方法。   4. The calibration according to claim 2, wherein the calibration obtains a center coordinate of the sphere and calibrates a scaling error caused by nonlinearity of a driving mechanism in the three-dimensional measuring device from a distance between center coordinates of different spheres. The flat plate flatness measuring method described. 前記校正板は、前記測定点として中心軸座標と半径が既知の円筒を配して用意することを特徴とする請求項1に記載した平板平面度測定方法。   2. The flat plate flatness measuring method according to claim 1, wherein the calibration plate is prepared by arranging a cylinder whose center axis coordinate and radius are known as the measurement point. 前記円筒は少なくとも3本用意され、それぞれの中心軸は他の円筒の中心軸と交わるよう用意されていることを特徴とする請求項5に記載した平板平面度測定方法。   The flatness measuring method according to claim 5, wherein at least three cylinders are prepared, and each center axis is prepared so as to intersect with a center axis of another cylinder. 前記校正は、前記円筒の中心軸座標と前記中心軸の交点座標とを求め、前記3次元測定器における駆動機構の非線形性に起因するスケーリング誤差を前記交点座標間距離から、空間歪みを前記中心軸の座標によって校正することを特徴とする請求項5または6に記載した平板平面度測定方法。   The calibration obtains a center axis coordinate of the cylinder and an intersection coordinate of the center axis, and determines a scaling error caused by nonlinearity of a drive mechanism in the three-dimensional measuring device from a distance between the intersection coordinates, and a spatial distortion as the center. The flatness measuring method according to claim 5 or 6, wherein calibration is performed based on the coordinates of the axis. 前記校正板は、平面座標が既知の平面に、前記測定点として中心座標と半径とが既知の球を配して用意することを特徴とする請求項1に記載した平板平面度測定方法。   2. The flatness measuring method according to claim 1, wherein the calibration plate is prepared by arranging a sphere having a known center coordinate and radius as the measurement point on a plane having a known plane coordinate. 前記球は、前記校正板における中心と対角線上、及び前記中心の上下左右に配されて用意されていることを特徴とする請求項8に記載した平板平面度測定方法。   The flatness measuring method according to claim 8, wherein the spheres are prepared by being arranged diagonally with respect to the center of the calibration plate and on the top, bottom, left and right of the center. 前記校正は、前記球の中心座標と前記平面の座標とを求め、前記3次元測定器における駆動機構の非線形性に起因するスケーリング誤差を異なる球の中心座標間距離から、空間歪みを前記平面における任意方向座標の値を求めて校正することを特徴とする請求項8または9に記載した平板平面度測定方法。   In the calibration, the center coordinates of the sphere and the coordinates of the plane are obtained, and the scaling error due to the non-linearity of the driving mechanism in the three-dimensional measuring device is calculated from the distance between the center coordinates of different spheres, and the spatial distortion is calculated in the plane. The flatness measuring method according to claim 8 or 9, wherein a value of an arbitrary direction coordinate is obtained and calibrated. 前記3次元測定器は被検体の表裏のそれぞれ対応させて用意され、前記校正板の測定により前記両3次元測定器の測定座標系を統一する座標変換パラメータを算出した後、前記測定位置に被検体を設置して平面度を測定することを特徴とする請求項1乃至10に記載した平板平面度測定方法。   The three-dimensional measuring device is prepared corresponding to each of the front and back sides of the subject, and after calculating coordinate conversion parameters that unify the measurement coordinate system of both the three-dimensional measuring devices by measuring the calibration plate, the three-dimensional measuring device is measured at the measurement position. The flatness measurement method according to claim 1, wherein the flatness is measured by installing a specimen. 前記測定位置に前記被検体又は校正板を保持して回転させ、表裏を単一の3次元測定器で測定できるようにした回転ステージを用意し、前記校正板を前記回転ステージに取り付けて前記3次元測定器における固有の測定誤差を校正した後、被検体を前記回転ステージに取り付けて回転させて表裏の測定を行うことを特徴とする請求項1に記載した平板平面度測定方法。   A rotating stage is prepared by holding the subject or the calibration plate at the measurement position and rotating it so that the front and back can be measured with a single three-dimensional measuring device. The calibration plate is attached to the rotating stage and the 3 2. The flatness measurement method according to claim 1, wherein after the measurement error inherent in the dimension measuring instrument is calibrated, the object is attached to the rotating stage and rotated to measure the front and back sides. 前記校正板は、前記回転ステージにおける回転軸を中心として取り付け可能で半径が既知の円筒に取り付けた平面座標が既知の平面と、該平面に中心座標と半径とが既知の球を配して用意することを特徴とする請求項12に記載した平板平面度測定方法。   The calibration plate is prepared by attaching a plane having a known plane coordinate attached to a cylinder having a known radius and a sphere having a known center coordinate and a radius on the plane, which can be attached around the rotation axis of the rotary stage. The flat plate flatness measuring method according to claim 12. 前記校正は、前記円筒の中心軸座標と球の中心座標、及び前記平面の座標とを求め、前記3次元測定器における駆動機構の非線形性に起因するスケーリング誤差を異なる球の中心座標間距離から、空間歪みを前記円筒の中心軸座標と前記平面における任意方向座標の値を求めて校正することを特徴とする請求項13に記載した平板平面度測定方法。   The calibration obtains the center axis coordinates of the cylinder, the center coordinates of the sphere, and the coordinates of the plane, and the scaling error due to the non-linearity of the drive mechanism in the three-dimensional measuring device is determined from the distance between the center coordinates of different spheres. 14. The flat plate flatness measuring method according to claim 13, wherein the spatial distortion is calibrated by obtaining a value of a central axis coordinate of the cylinder and an arbitrary direction coordinate in the plane. 前記非接触式3次元測定器は撮像装置を有し、前記測定位置を該撮像装置における光軸の延長上とすると共に前記撮像装置光軸を挟んで対称に、前記測定位置に配置した被検体の表裏からの光を前記撮像装置に送る反射ミラーを用意し、平面度を測定することを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載した平板平面度測定方法。   The non-contact type three-dimensional measuring instrument has an imaging device, and the subject is placed at the measurement position symmetrically across the optical axis of the imaging device while the measurement position is on an extension of the optical axis in the imaging device The flatness measurement method according to claim 1, wherein a reflection mirror that sends light from the front and back of the image sensor to the imaging device is prepared and the flatness is measured. 前記非接触式3次元測定器は、前記撮像装置の光軸上に位置させた投光器と該投光器から発した光を振るミラーとをさらに有し、該投光器から発して前記ミラーにより振られた光を測定位置に送る前記撮像装置光軸を挟んで対称に設けられた第2の反射ミラーを用意することを特徴とする請求項15に記載した平板平面度測定方法。   The non-contact type three-dimensional measuring device further includes a projector positioned on the optical axis of the imaging device, and a mirror that swings light emitted from the projector, and light emitted from the projector and swung by the mirror 16. The flat plate flatness measuring method according to claim 15, wherein a second reflecting mirror provided symmetrically with respect to the optical axis of the image pickup device is prepared. 測定位置に平板からなる被検体を設置し、非接触式3次元測定器で測定して平面度を測定する平板平面度測定方法であって、
前記被検体が正多角形の場合、該被検体を前記正多角形の中心を中心として各角部が重なるよう回転させて前記非接触式3次元測定器で測定し、各測定ポイント毎に測定結果を加算して平均値を算出し、前記各測定結果から該平均値を減じた値のうちの最大値と最小値との差を前記測定ポイントの平面度とすることを特徴とする平板平面度測定方法。
A flat plate flatness measurement method in which a flat specimen is set at a measurement position and measured by a non-contact type three-dimensional measuring instrument to measure flatness,
When the subject is a regular polygon, the subject is rotated around the center of the regular polygon so that each corner is overlapped, and measured by the non-contact type three-dimensional measuring device, and measured at each measurement point. An average value is calculated by adding the results, and the flatness of the measurement point is defined as the difference between the maximum value and the minimum value among the values obtained by subtracting the average value from the measurement results. Degree measurement method.
前記正多角形の被検体の被検体における中心と角部を結ぶ中点を中心とし、前記正多角形の隣り合う角部が被検体の中心となす角度で回転させて前記非接触式3次元測定器で測定することを全角部について実施して、被検体の平面度を測定することを特徴とする請求項17に記載した平板平面度測定方法。   The non-contact type three-dimensional object is rotated by an angle formed by an adjacent corner of the regular polygon and the center of the subject around a midpoint connecting a center and a corner of the subject of the regular polygon. The flatness measurement method according to claim 17, wherein the flatness of the subject is measured by performing measurement with a measuring instrument on all corners. 測定位置に平板からなる被検体を設置し、非接触式3次元測定器で測定して平面度を測定する平板平面度測定方法であって、
前記被検体が正多角形の場合、予め前記正多角形に外接する円を含む大きさの校正板を用意し、該校正板を回転させながら前記非接触式3次元測定器で測定して各測定ポイント毎に測定結果を加算し、平均値を算出して該平均値を前記3次元測定器の歪み成分として記憶させた後、被検体を前記非接触式3次元測定器で測定して該測定結果から前記歪み成分を除去し、得られた結果を被検体の平面度とすることを特徴とする平板平面度測定方法。
A flat plate flatness measuring method in which a flat specimen is set at a measurement position and measured with a non-contact type three-dimensional measuring instrument to measure flatness,
When the subject is a regular polygon, a calibration plate having a size that includes a circle circumscribing the regular polygon is prepared in advance, and measured with the non-contact type three-dimensional measuring device while rotating the calibration plate. The measurement results are added for each measurement point, an average value is calculated, and the average value is stored as a distortion component of the three-dimensional measuring device. Then, the subject is measured by the non-contact type three-dimensional measuring device. A flat plate flatness measuring method, wherein the distortion component is removed from the measurement result, and the obtained result is used as the flatness of the subject.
測定位置に設置した平板からなる被検体を測定する非接触式3次元測定器からなる平板平面度測定装置であって、
前記平板平面度測定装置は、前記測定位置に少なくとも3点以上の座標が既知の測定点を有する校正板を設置し、測定した前記測定点の座標をもとに算出した前記3次元測定器における固有の測定誤差の校正値を記憶する記憶手段を有し、前記被検体の測定結果を前記記憶手段に記憶した校正値で校正して被検体の平面度を測定することを特徴とする平板平面度測定装置。
A flat plate flatness measuring device comprising a non-contact type three-dimensional measuring instrument for measuring an object comprising a flat plate installed at a measurement position,
In the three-dimensional measuring instrument, the flatness measuring apparatus is provided with a calibration plate having at least three known measurement points at the measurement position, and calculated based on the measured coordinates of the measurement points. A flat plate plane having storage means for storing a calibration value of an inherent measurement error, and measuring the flatness of the object by calibrating the measurement result of the object with the calibration value stored in the storage means Degree measuring device.
前記校正板は、前記測定点として中心座標と半径とが既知の球を配してあることを特徴とする請求項19に記載した平板平面度測定装置。   20. The flatness measuring apparatus according to claim 19, wherein the calibration plate is provided with a sphere having a known center coordinate and radius as the measurement point. 前記球は、前記校正板における中心と対角線上、及び前記中心の上下左右に配されていることを特徴とする請求項20に記載した平板平面度測定装置。   21. The flatness measuring apparatus according to claim 20, wherein the spheres are arranged diagonally with respect to the center of the calibration plate and on the top, bottom, left and right of the center. 前記校正板は、前記測定点として中心軸座標と半径が既知の円筒を配してあることを特徴とする請求項19に記載した平板平面度測定装置。   The flatness measuring apparatus according to claim 19, wherein the calibration plate is provided with a cylinder whose center axis coordinate and radius are known as the measurement point. 前記円筒は少なくとも3本用意され、それぞれの中心軸は他の円筒の中心軸と交わるよう配されていることを特徴とする請求項22に記載した平板平面度測定装置。   The flatness measuring apparatus according to claim 22, wherein at least three cylinders are prepared, and each central axis is arranged to intersect with a central axis of another cylinder. 前記校正板は、平面座標が既知の平面に、前記測定点として中心座標と半径とが既知の球を配してあることを特徴とする請求項19に記載した平板平面度測定装置。   The flatness measuring apparatus according to claim 19, wherein the calibration plate has a sphere with a known center coordinate and radius as the measurement point on a plane with a known plane coordinate. 前記球は、前記校正板における中心と対角線上、及び前記中心の上下左右に配されていることを特徴とする請求項24に記載した平板平面度測定装置。   25. The flatness measuring apparatus according to claim 24, wherein the spheres are arranged diagonally to the center of the calibration plate and on the top, bottom, left and right of the center. 前記3次元測定器を被検体の表裏のそれぞれ対応させて配置し、前記校正板の測定により算出した前記両3次元測定器の測定座標系を統一する座標変換パラメータを前記記憶手段に記憶し、被検体の測定結果を前記記憶手段に記憶した座標変換パラメータにより校正して被検体の平面度を測定することを特徴とする請求項19乃至25に記載した平板平面度測定装置。   The three-dimensional measuring device is arranged corresponding to each of the front and back sides of the subject, and coordinate conversion parameters that unify the measurement coordinate system of both the three-dimensional measuring devices calculated by measuring the calibration plate are stored in the storage means, 26. The flatness measuring apparatus according to claim 19, wherein the flatness of the subject is measured by calibrating the measurement result of the subject using the coordinate conversion parameter stored in the storage means. 前記被検体又は校正板を保持して回転させ、該回転により前記被検体の表裏を測定できるようにした回転ステージを備えたことを特徴とする請求項19に記載した平板平面度測定装置。   The flatness measuring apparatus according to claim 19, further comprising a rotation stage that holds and rotates the subject or the calibration plate so that the front and back of the subject can be measured by the rotation. 前記校正板は、前記回転ステージにおける回転軸を中心として取り付け可能に校正した半径が既知の円筒と、該円筒に取り付けた平面座標が既知の平面と、該平面に中心座標と半径とが既知の球を配してあることを特徴とする請求項27に記載した平板平面度測定装置。   The calibration plate includes a cylinder with a known radius that is calibrated so as to be attachable around the rotation axis of the rotary stage, a plane with a known plane coordinate attached to the cylinder, and a center coordinate and a radius known to the plane. A flatness measuring apparatus according to claim 27, wherein a sphere is arranged. 前記平板平面度測定装置は撮像装置を有した非接触式3次元測定器と、該撮像装置の光軸の延長上に設けた前記測定位置と、前記撮像装置光軸を挟んで対称に設けられて前記測定位置に配置した被検体の表裏からの光を前記撮像装置に送る反射ミラーとで構成されていることを特徴とする請求項19乃至25のいずれかに記載した平板平面度測定装置。   The flatness measuring device is provided symmetrically with a non-contact type three-dimensional measuring device having an imaging device, the measurement position provided on the extension of the optical axis of the imaging device, and the optical axis of the imaging device. The flatness measuring apparatus according to any one of claims 19 to 25, further comprising: a reflection mirror that transmits light from the front and back of the subject arranged at the measurement position to the imaging apparatus. 前記非接触式3次元測定器は、前記撮像装置の光軸上に位置させた投光器と該投光器から発した光を振るミラーとをさらに有し、該投光器から発して前記ミラーにより振られた光を測定位置に送る前記撮像装置光軸を挟んで対称に設けられた第2の反射ミラーを有することを特徴とする請求項29に記載した平板平面度測定装置。   The non-contact type three-dimensional measuring device further includes a projector positioned on the optical axis of the imaging device, and a mirror that swings light emitted from the projector, and light emitted from the projector and swung by the mirror 30. The flatness measuring apparatus according to claim 29, further comprising a second reflection mirror provided symmetrically across the optical axis of the imaging apparatus that sends the image to the measurement position. 測定位置に設置した平板からなる被検体を測定する非接触式3次元測定器からなる平板平面度測定装置であって、
前記被検体を回転させる機構と、被検体を回転させて測定した前記非接触式3次元測定器の測定結果を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶した測定結果を加算して平均値を算出し、前記各測定結果から該平均値を減じた値のうちの最大値と最小値との差を前記測定ポイントの平面度とする演算手段とを備えたことを特徴とする平板平面度測定装置。
A flat plate flatness measuring device comprising a non-contact type three-dimensional measuring instrument for measuring an object comprising a flat plate installed at a measurement position,
A mechanism for rotating the subject; storage means for storing the measurement result of the non-contact type three-dimensional measuring instrument measured by rotating the subject; and adding the measurement results stored in the storage means to obtain an average value A flatness measurement of flatness, comprising: an arithmetic means for calculating and calculating a difference between a maximum value and a minimum value among values obtained by subtracting the average value from each measurement result. apparatus.
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