JP2008241571A - Profile measuring device and method for controlling profile measuring device - Google Patents

Profile measuring device and method for controlling profile measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP2008241571A
JP2008241571A JP2007084701A JP2007084701A JP2008241571A JP 2008241571 A JP2008241571 A JP 2008241571A JP 2007084701 A JP2007084701 A JP 2007084701A JP 2007084701 A JP2007084701 A JP 2007084701A JP 2008241571 A JP2008241571 A JP 2008241571A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
contact load
measuring
probe
measurement probe
amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2007084701A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kobayashi
宏史 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2007084701A priority Critical patent/JP2008241571A/en
Publication of JP2008241571A publication Critical patent/JP2008241571A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a profile measuring device capable of setting the control of contact load of a measuring probe in the optimum condition, by considering an object to be measured, profile data of an edge end of a measuring probe and physical characteristics. <P>SOLUTION: The profile measuring device includes a displacement measuring means for measuring a push-in amount of a measuring probe 1; a contact load storing means for storing relation of the push-in amount and the contact load of the measuring probe 1; a physical information storing means for storing the object to be measured, the profile data of the edge part of the measuring probe 1 and a physical constant; a contact load calculation means for calculating the contact load of the measuring probe 1 from the stored profile data and the physical constant and an allowable range of the contact load; and a control mechanism 8 for controlling the push-in amount of the measuring probe 1 so that the contact load of the measuring probe 1 is in the contact load calculated with the contact load calculation means and the allowable range of the contact load based on the relationship of the push-in amount and the contact load of the measuring probe 1 stored to the contact load storing means. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、接触式の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法に関するものである。   The present invention relates to a contact-type shape measuring apparatus and a method for controlling the shape measuring apparatus.

被測定物の形状を測定するための接触式の形状測定装置としては、例えば特許文献1に記載されている。ここで、図6は同公報に記載された形状測定装置の構成を示した図である。   As a contact-type shape measuring apparatus for measuring the shape of the object to be measured, for example, Patent Document 1 describes. Here, FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the shape measuring apparatus described in the publication.

この形状測定装置は、測定用プローブ101と、光学式変位計102と、レーザ測長器104と、接触荷重測定手段105で構成されている。ここで、測定用プローブ101は、図6に示すように、被測定物の形状を測定するための触針子100を有する。光学式変位計102は、測定用プローブ101の押し込み量(以下、押し込み量とは測定用プローブの変位のことを意味する)を測定する。レーザ測長器104は、各軸における測定用プローブ101の位置を測定する。接触荷重測定手段105は、測定用プローブ101の接触荷重の測定を行う。   This shape measuring apparatus includes a measuring probe 101, an optical displacement meter 102, a laser length measuring device 104, and a contact load measuring means 105. Here, the measuring probe 101 has a stylus 100 for measuring the shape of the object to be measured, as shown in FIG. The optical displacement meter 102 measures the pushing amount of the measuring probe 101 (hereinafter, the pushing amount means the displacement of the measuring probe). The laser length measuring device 104 measures the position of the measurement probe 101 on each axis. The contact load measuring means 105 measures the contact load of the measurement probe 101.

この形状測定装置では、接触荷重制御により、被測定物に対して測定用プローブ101の接触荷重を一定にした状態で、形状を測定することができるので、測定精度を向上させることができる。   In this shape measuring apparatus, the shape can be measured with the contact load of the measuring probe 101 fixed to the object to be measured by the contact load control, so that the measurement accuracy can be improved.

ここで、被測定物に対する測定用プローブ101の接触荷重が大きくなりすぎると、被測定物の弾性変形が大きくなり、正確な形状を測定することができない。また、場合によっては、被測定物の表面に傷をつけてしまう可能性が出てくる。
このような場合には、接触荷重を極力一定に保つために、測定用プローブの押し込み量の制御を行うサーボ機構の制御を厳密に行うことが考えられる。すなわち、測定用プローブの被測定物に対するロバスト性を向上させて、どんな被測定物に対しても接触荷重が一定となる条件で測定できるようにすることが考えられる。
特開2004−108959号公報
Here, if the contact load of the measurement probe 101 with respect to the object to be measured becomes too large, the elastic deformation of the object to be measured becomes large and an accurate shape cannot be measured. In some cases, the surface of the object to be measured may be damaged.
In such a case, in order to keep the contact load as constant as possible, it is conceivable to strictly control the servo mechanism that controls the pressing amount of the measurement probe. That is, it is conceivable to improve the robustness of the measurement probe with respect to the object to be measured so that any object to be measured can be measured under the condition that the contact load is constant.
JP 2004-108959 A

ところが、このようにロバスト性を向上させた測定用プローブでは、被測定物によらず、測定用プローブの押し込み量の制御を厳密に行うために、過剰なサーボ制御による振動ノイズが測定結果に乗りやすくなって測定精度が悪化するという問題が発生する。また、被測定物によらず、測定スピードが制限されるなど測定条件に制約が生じる。   However, in such a measurement probe with improved robustness, vibration noise due to excessive servo control is added to the measurement result in order to strictly control the push-in amount of the measurement probe regardless of the object to be measured. A problem arises that the measurement accuracy becomes worse due to the ease. In addition, measurement conditions are limited regardless of the object to be measured, such as limiting the measurement speed.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定スピードや測定精度を向上させることができる形状測定装置及び形状測定装置の制御方法を提供することである。   This invention is made | formed in view of this situation, The place made into the objective is providing the control method of the shape measuring apparatus which can improve a measurement speed and measurement accuracy, and a shape measuring apparatus.

前記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載された発明は、測定用プローブと、
前記測定用プローブの押し込み量を測定する変位測定手段と、前記測定用プローブに加わる接触荷重と前記押し込み量との関係を記憶する接触荷重記憶手段と、被測定物並びに前記測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数を記憶する物理情報記憶手段と、
前記物理情報記憶手段に記憶された前記形状データ及び物理定数とから、前記測定用プローブの接触荷重と該接触荷重の許容範囲とを算出する接触荷重演算手段と、
前記接触荷重記憶手段に記憶された前記測定用プローブの押し込み量と前記接触荷重との関係に基づいて、前記測定用プローブの接触荷重が前記接触荷重演算手段によって算出された接触荷重と該接触荷重の許容範囲に入るように、前記測定用プローブの押し込み量を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 of the present invention includes a measurement probe,
Displacement measuring means for measuring the pushing amount of the measuring probe, contact load storing means for storing the relationship between the contact load applied to the measuring probe and the pushing amount, the object to be measured, and the tip of the measuring probe Physical information storage means for storing the shape data and physical constants of
A contact load calculating means for calculating a contact load of the measuring probe and an allowable range of the contact load from the shape data and physical constant stored in the physical information storage means;
The contact load of the measurement probe calculated by the contact load calculation means and the contact load based on the relationship between the pressing amount of the measurement probe stored in the contact load storage means and the contact load And a control means for controlling the pushing amount of the measurement probe so as to fall within the allowable range.

また、本発明の請求項2に記載された発明は、被測定物の表面に所定の接触荷重で測定用プローブを接触させ、走査した位置での被測定物の表面形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係を測定して、該測定データを接触荷重記憶手段に記憶する工程と、被測定物並びに前記測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数を物理情報記憶手段に記憶する工程と、前記接触荷重記憶手段に記憶された被測定物並びに前記測定用プローブの形状データ及び物理定数とから前記測定用プローブの接触荷重と該接触荷重の許容範囲とを算出する工程と、前記接触荷重記憶手段に記憶された前記測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係に基づいて、前記測定用プローブの接触荷重が前記接触荷重演算手段で算出された接触荷重と該接触荷重の許容範囲に入るように、前記測定用プローブの押し込み量を制御する工程とからなることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a shape measuring device for measuring the surface shape of the object to be measured at the scanned position by bringing the measuring probe into contact with the surface of the object to be measured with a predetermined contact load. Control method,
Measuring the relationship between the pressing amount of the measurement probe and the contact load, storing the measurement data in the contact load storage means, and the shape data and physical constants of the object to be measured and the tip of the measurement probe; From the step of storing in the physical information storage means, the object to be measured and the shape data and physical constants of the measurement probe stored in the contact load storage means, the contact load of the measurement probe and the allowable range of the contact load And the contact load of the measurement probe calculated by the contact load calculation means based on the relationship between the pressing amount of the measurement probe stored in the contact load storage means and the contact load. And a step of controlling the pushing amount of the measuring probe so as to fall within an allowable range of the load and the contact load.

本発明の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法では、被測定物や測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数から、被測定物に合わせた最適な接触荷重及び接触荷重の許容範囲を算出している。そしてその算出結果を利用して、測定用プローブの押し込み量と押し込み量の制御範囲の最適な制御が可能となる。そのため本発明の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法によれば、測定用プローブの追随性が最適化されるので、測定スピードや測定精度を上げることができる。   In the shape measuring apparatus and the method for controlling the shape measuring apparatus according to the present invention, the optimum contact load and the allowable range of the contact load according to the object to be measured are determined from the shape data and physical constants of the object to be measured and the tip of the measurement probe. Calculated. Then, using the calculation result, it is possible to optimally control the pressing amount of the measurement probe and the control range of the pressing amount. Therefore, according to the shape measuring apparatus and the method for controlling the shape measuring apparatus of the present invention, the followability of the measurement probe is optimized, so that the measurement speed and measurement accuracy can be increased.

次に、図面に基づいて、本発明の一実施例を説明する。
図1は本発明の形状測定装置の側面図である。図2は本発明中の制御手段と接触荷重演算手段であるコンピュータとの関係を示すブロック図である。図3はコンピュータの内部構成を示すブロック図である。図4は測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係を示すグラフである。図5は本発明の形状測定装置の制御方法の動作を示すフローチャートである。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view of the shape measuring apparatus of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the relationship between the control means and the computer which is the contact load calculation means in the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the computer. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the pressing amount of the measurement probe and the contact load. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the control method of the shape measuring apparatus of the present invention.

本発明の形状測定装置は、図1に示すように、測定用プローブ1と、自重キャンセル機構2と、サーボモータ3と、測長部4と、検出部5と、XY移動機構6と、圧力センサ7と、制御機構8と、コンピュータ9とで構成されている。   As shown in FIG. 1, the shape measuring apparatus of the present invention includes a measuring probe 1, a dead weight canceling mechanism 2, a servo motor 3, a length measuring unit 4, a detecting unit 5, an XY moving mechanism 6, and a pressure. A sensor 7, a control mechanism 8, and a computer 9 are included.

測定用プローブ1は、被測定物の形状を測定するための接触部を有している。自重キャンセル機構2は、プローブの自重をキャンセルするためのもので、例えば板ばねが用いられる。サーボモータ3は、ボールねじを介して検出軸のZ軸方向に、測定用プローブ1を動かす。測長手段である測長部4は、Z軸方向における測定用プローブ1の位置を測定する。検出手段である検出部5は、測定用プローブ1の押し込み量を測定するもので、例えばリニアスケールで構成されている。制御手段であるXY移動機構6は、被測定物をZ軸と直交したX軸方向又はY軸方向に移動させる。圧力センサ7は、測定用プローブ1の接触荷重を測定するもので、XY移動機構6に着脱自在になっている。従って、圧力センサ7は、測定用プローブ1の押し込み量と接触荷重との関係を測定する時のみに使用され、形状測定の邪魔になる場合は、XY移動機構6から取り外される。制御機構8は、測定用プローブ1の位置をサーボ制御するための制御手段である。
また、図2に示すようにコンピュータ9には、検出部5、測長部4、圧力センサ7とが接続されている。そして、各構成要素から信号がコンピュータ9に入力される。また、制御機構8、XY移動機構6も接続され、コンピュータ9から制御信号を送ることができるようになっている。
The measurement probe 1 has a contact portion for measuring the shape of the object to be measured. The dead weight canceling mechanism 2 is for canceling the dead weight of the probe, and for example, a leaf spring is used. The servo motor 3 moves the measurement probe 1 in the Z-axis direction of the detection axis via a ball screw. The length measuring unit 4 that is a length measuring means measures the position of the measurement probe 1 in the Z-axis direction. The detection unit 5 serving as detection means measures the amount of pressing of the measurement probe 1 and is constituted by, for example, a linear scale. The XY moving mechanism 6 that is a control means moves the object to be measured in the X-axis direction or the Y-axis direction orthogonal to the Z-axis. The pressure sensor 7 measures the contact load of the measuring probe 1 and is detachable from the XY moving mechanism 6. Therefore, the pressure sensor 7 is used only when measuring the relationship between the pressing amount of the measuring probe 1 and the contact load, and is removed from the XY moving mechanism 6 when it disturbs the shape measurement. The control mechanism 8 is a control means for servo-controlling the position of the measurement probe 1.
Further, as shown in FIG. 2, a detection unit 5, a length measurement unit 4, and a pressure sensor 7 are connected to the computer 9. Then, a signal is input from each component to the computer 9. A control mechanism 8 and an XY movement mechanism 6 are also connected so that a control signal can be sent from the computer 9.

また、コンピュータ9は、接触荷重算出手段としての機能を有すると共に、接触荷重記憶手段である接触荷重記憶部と、物理情報記憶手段である物理情報記憶部を有している。   The computer 9 has a function as a contact load calculation unit, and also includes a contact load storage unit that is a contact load storage unit and a physical information storage unit that is a physical information storage unit.

接触荷重記憶部は、測定用プローブ1の押し込み量と圧力センサ7の出力値である接触荷重との関係をデータとして入力して記憶する。接触荷重記憶部に記憶されるデータの一例を図4(a)に示す。なお、ここに記憶されるデータは実測されたデータでも、線形近似および多項式近似されたデータでもよい。   The contact load storage unit inputs and stores the relationship between the amount of pressing of the measurement probe 1 and the contact load that is the output value of the pressure sensor 7 as data. An example of data stored in the contact load storage unit is shown in FIG. Note that the data stored here may be actually measured data, or linear approximation and polynomial approximation data.

また、物理情報記憶部は、被測定物と測定用プローブ1の先端部に関して、形状データや物理定数を記憶している。物理定数記憶部に記憶される内容は、例えば、被測定物のヤング率やポアソン比、ビッカース硬度、降伏圧力、摩擦係数、面形状の設計式などの物理定数である。また、測定用プローブ1の先端部の形状の設計式や、ヤング率、ポアソン比、ビッカース硬度、降伏応力、摩擦係数などの物理定数も入力して記憶させることができる。また、物理情報記憶部は、複数の被測定物や測定用プローブの物理情報を保存できることは言うまでもない。   The physical information storage unit stores shape data and physical constants with respect to the object to be measured and the tip of the measurement probe 1. The contents stored in the physical constant storage unit are physical constants such as Young's modulus, Poisson's ratio, Vickers hardness, yield pressure, friction coefficient, and surface shape design formula of the object to be measured. Further, a design formula for the shape of the tip of the measurement probe 1 and physical constants such as Young's modulus, Poisson's ratio, Vickers hardness, yield stress, and friction coefficient can be input and stored. Needless to say, the physical information storage unit can store physical information of a plurality of objects to be measured and measurement probes.

また、コンピュータ9は、物理情報記憶部に記憶されたデータ及び物理定数を利用して、接触荷重とその接触荷重の許容範囲を算出する。例えば、コンピュータ9は、一般的なヘルツの接触公式から、被測定物の弾性変形限界内に収まる接触荷重とその接触荷重の許容範囲を算出する。あるいは、測定中に被測定物が塑性変形を起こし、傷が付いたりすることを防止するために、被測定物に最適な接触荷重とその接触荷重の許容範囲を算出する。なお、弾性変形限界とは、被測定物が塑性変形を生じる直前の状態のことである。また、弾性変形限界内とは、被測定物が塑性変形を生じない状態のことである。   Further, the computer 9 calculates the contact load and the allowable range of the contact load by using data and physical constants stored in the physical information storage unit. For example, the computer 9 calculates a contact load that falls within the elastic deformation limit of the object to be measured and an allowable range of the contact load from a general Hertz contact formula. Alternatively, in order to prevent the measured object from being plastically deformed and scratched during the measurement, the optimum contact load for the measured object and the allowable range of the contact load are calculated. The elastic deformation limit is a state immediately before the object to be measured undergoes plastic deformation. In addition, within the elastic deformation limit is a state in which the object to be measured does not cause plastic deformation.

また、コンピュータ9は、測定用プローブ1の押し込み量とその押し込み量の最適な制御範囲を決定する。この決定は、算出された最適な接触荷重とその接触荷重の許容範囲と、接触荷重記憶部に記憶された測定用プローブ1の押し込み量と接触荷重との関係に基づいて行われる。そして、この決定に基づいて、制御機構8がサーボモータ3へ駆動信号を送り、測定用プローブ1の押し込み量の制御を行う。   Further, the computer 9 determines the pushing amount of the measuring probe 1 and the optimum control range of the pushing amount. This determination is made based on the relationship between the calculated optimum contact load, the allowable range of the contact load, and the pressing amount of the measurement probe 1 stored in the contact load storage unit and the contact load. Based on this determination, the control mechanism 8 sends a drive signal to the servo motor 3 to control the push-in amount of the measurement probe 1.

以下にコンピュータ9での計算内容について数式を使って、上記決定の詳細を説明する。   The details of the determination will be described below using mathematical formulas for calculation contents in the computer 9.

まず、初期条件として、被測定物における弾性変形の許容値を設定する。例えば、被測定物を弾性変形限界内で測定するという条件や、弾性変形量を10nm以下まで許容するという条件などの、数値的な計算条件を設定する。   First, as an initial condition, an allowable value of elastic deformation in the object to be measured is set. For example, numerical calculation conditions such as a condition for measuring an object to be measured within the elastic deformation limit and a condition for allowing an elastic deformation amount to 10 nm or less are set.

この他に初期条件として、被測定物と測定用プローブの摩擦についての条件や、原子の違いによる原子間力の制御方法についての条件を設定した場合は、それに適する一般的に知られている物理公式を用いればよい。   In addition, as initial conditions, if conditions for the friction between the object to be measured and the probe for measurement and conditions for controlling the atomic force due to the difference in atoms are set, generally known physics suitable for them Use the formula.

次に、測定用プローブ1の接触荷重とその接触荷重の許容範囲の算出を行う。ここでは一般的なヘルツの接触公式を利用して説明する。はじめに、測定用プローブと被測定物のヤング率等の各係数を次のように表記する。   Next, the contact load of the measurement probe 1 and the allowable range of the contact load are calculated. Here, explanation will be made using a general Hertz contact formula. First, each coefficient such as Young's modulus of the measurement probe and the object to be measured is expressed as follows.

測定用プローブの先端部の物理定数と形状については、以下のとおりである。
E1 :ヤング率
ν1 :ポアソン比
R1 :設計半径
The physical constant and shape of the tip of the measurement probe are as follows.
E1: Young's modulus ν1: Poisson's ratio R1: Design radius

また、被測定物の物理定数と形状については、以下のとおりである。
E2 :ヤング率
ν2 :ポアソン比
R2 :設計半径
σy2:降伏応力
The physical constant and shape of the object to be measured are as follows.
E2: Young's modulus ν2: Poisson's ratio R2: Design radius σy2: Yield stress

そして、計算される接触荷重等を次のように表記する。
W: 接触荷重
Pmax : 理論最大接触荷重
P: 理論接触荷重
τmax :最大せん断応力 (τmax =σy2/2)
δ:弾性変形量
a:接触領域の半径
And the contact load etc. which are calculated are described as follows.
W: Contact load Pmax: Theoretical maximum contact load P: Theoretical contact load τmax: Maximum shear stress (τmax = σy2 / 2)
δ: elastic deformation amount a: radius of contact area

ヘルツの接触公式により計算すると、以下のようになる。
a={3/4・W[(1−ν12)/E1 +(1−ν22)/E2 ]×
[(R1 ・R2 )/(R1 +R2 )]}1/3 ・・・(1)
Pmax =3W/(2πa2 ) ・・・(2)
P=Pmax ×(1−x2 /a2 )1/2 ・・・(3)
δ={9/16・W2 [(1−ν12)/E1 +(1−ν22)/E2 ]2 ×
[(R1 +R2 )/(R1 ・R2 )]}1/3 ・・・(4)
τmax =S×Pmax ・・・(5)
なお、(5)式において
S=0.614−0.234×(1+ν2 )
である。
Calculated according to the Hertz contact formula:
a = {3/4 · W [(1-ν12) / E1 + (1-ν2) / E2] ×
[(R 1 · R 2) / (R 1 + R 2)]} 1/3 (1)
Pmax = 3W / (2πa2) (2)
P = Pmax × (1−x2 / a2) 1/2 (3)
δ = {9/16 · W2 [(1-ν12) / E1 + (1-ν22) / E2] 2 ×
[(R 1 + R 2) / (R 1 · R 2)]} 1/3 (4)
τmax = S × Pmax (5)
In the equation (5), S = 0.614−0.234 × (1 + ν 2)
It is.

ここで、被測定物がプラスチックのような軟硝材だとする。このような軟硝材では、測定の際に測定用プローブの接触荷重により、表面が傷付けられる可能性がある。そこで、このような場合、次の計算条件により測定用プローブの接触荷重とその接触荷重の許容範囲が決定される。   Here, it is assumed that the object to be measured is a soft glass material such as plastic. In such a soft glass material, the surface may be damaged by the contact load of the measurement probe during measurement. In such a case, the contact load of the measurement probe and the allowable range of the contact load are determined according to the following calculation conditions.

弾性変形領域内での測定用プローブの接触荷重とその接触荷重の許容範囲の計算を行う際の条件は次のとおりである。
τmax ≦σy2/2
(5)式より
Pmax =τmax /S
∴ Pmax ≦σy2/(2S)
となる。
The conditions for calculating the contact load of the measuring probe in the elastic deformation region and the allowable range of the contact load are as follows.
τmax ≦ σy2 / 2
From equation (5), Pmax = τmax / S
∴ Pmax ≤σy2 / (2S)
It becomes.

また、
A=(1−ν12)/E1 +(1−ν22)/E2
B=(R1 ・R2 )/(R1 +R2 )
とすると、(2)式より
Pmax =3W/(2πa2 )
であるから、(1)式より
3W=Pmax ×2π×((3/4)・W・A・B)2/3
3W/W2/3 =Pmax ×2π×((3/4)・A・B)2/3
3(W)1/3 =Pmax ×2π×((3/4)・A・B)2/3
W=[(2π/3)×Pmax ×((3/4)・A・B)2/3 ]3
となる。
Also,
A = (1-.nu.12) / E1 + (1-.nu.22) / E2.
B = (R1 · R2) / (R1 + R2)
Then, from equation (2), Pmax = 3W / (2πa2)
Therefore, from the formula (1), 3W = Pmax × 2π × ((3/4) · W · A · B) 2/3
3W / W2 / 3 = Pmax × 2π × ((3/4) · A · B) 2/3
3 (W) 1/3 = Pmax × 2π × ((3/4) · A · B) 2/3
W = [(2π / 3) × Pmax × ((3/4) · A · B) 2/3] 3
It becomes.

さらに、Wに対して安全係数kと、余裕接触荷重(安全接触荷重)Ws を考慮すると実際の接触荷重Wk は、次式で計算される。
Wk =kW±Ws ・・・(6)
ここで余裕接触荷重(安全接触荷重)Ws は、理論値と実測値とをより一致させるための補助的なパラメータである。余裕接触荷重(安全接触荷重)Ws は、被測定物を実測して傷が付いたり、不具合が生じた場合に、経験的な値を設定する。この余裕接触荷重(安全接触荷重)Ws は、通常はゼロでよい。
Further, when the safety factor k and the marginal contact load (safe contact load) Ws are taken into consideration for W, the actual contact load Wk is calculated by the following equation.
Wk = kW ± Ws (6)
Here, the marginal contact load (safe contact load) Ws is an auxiliary parameter for making the theoretical value and the actually measured value more coincident. The marginal contact load (safe contact load) Ws is set to an empirical value when the object to be measured is actually scratched or defective. This marginal contact load (safe contact load) Ws is usually zero.

次の例は、初期条件として、例えば被測定物の弾性変形量を10nm以下とした例である。この例における測定用プローブ1の接触荷重とその接触荷重の許容範囲を決める方法について、以下に説明する。   The following example is an example in which the amount of elastic deformation of the object to be measured is set to 10 nm or less as an initial condition. A method for determining the contact load of the measurement probe 1 and the allowable range of the contact load in this example will be described below.

被測定物の弾性変形量をδ、その許容量をΔδとすると、
(4)式より
δ={9/16・W2 [(1−ν12)/E1 +(1−ν22)/E2 ]2 ×
[(R1 +R2 )/(R1 ・R2 )]}1/3
となる。
When the elastic deformation amount of the object to be measured is δ and the allowable amount is Δδ,
From the equation (4) δ = {9/16 · W2 [(1-ν12) / E1 + (1-ν22) / E2] 2 ×
[(R1 + R2) / (R1 · R2)]} 1/3
It becomes.

ここで、
A=(1−ν12)/E1 +(1−ν22)/E2
B=(R1 ・R2 )/(R1 +R2 )
とすると
δ=((9/16)・W2 ・A2 /B)1/3
δ/W2/3 =((9/16)・A2 /B)1/3
1/W2/3 =[((9/16)・A2 /B)1/3 ]/δ
W=[δ/((9/16)・A2 /B)1/3 ]3/2
となる。
here,
A = (1-.nu.12) / E1 + (1-.nu.22) / E2.
B = (R1 · R2) / (R1 + R2)
Then, δ = ((9/16) · W2 · A2 / B) 1/3
δ / W2 / 3 = ((9/16) · A2 / B) 1/3
1 / W2 / 3 = [((9/16) · A2 / B) 1/3] / δ
W = [δ / ((9/16) · A2 / B) 1/3] 3/2
It becomes.

ここで、弾性変形量がΔδだけ変化したときの接触荷重Wの許容量をΔWとすると、上式は、
W±ΔW=[(δ±Δδ)/((9/16)・A2 /B)1/3 ]3/2
となる。
Here, if the allowable amount of the contact load W when the amount of elastic deformation changes by Δδ is ΔW, the above equation is
W ± ΔW = [(δ ± Δδ) / ((9/16) · A2 / B) 1/3] 3/2
It becomes.

以上より、接触荷重とその接触荷重の許容範囲は
W±ΔW として求まる。
From the above, the contact load and the allowable range of the contact load are obtained as W ± ΔW.

次に、測定用プローブの押し込み量とその押し込み量の制御範囲を決定する方法について説明する。   Next, a method for determining the push amount of the measurement probe and the control range of the push amount will be described.

測定用プローブの押し込み量とその押し込み量の制御範囲は、例えば図4(a)に示すような接触荷重記憶部に記憶された測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係と、コンピュータ9で算出された接触荷重とその接触荷重の許容範囲の結果から決定する。   The pressing amount of the measuring probe and the control range of the pressing amount are determined by the computer 9 and the relationship between the pressing amount of the measuring probe and the contact load stored in the contact load storage unit as shown in FIG. It is determined from the result of the calculated contact load and the allowable range of the contact load.

例えば、算出された接触荷重が50mgfでその接触荷重の許容範囲が±10mgfである場合には、図4(b)に示すように、測定用プローブの押し込み量はL1mmで、押し込み量の制御範囲は±△1mmとなる。また、接触荷重20mgfでその接触荷重の許容範囲が±5mgfである場合には、図4(c)に示すように、測定用プローブの押し込み量はL2mmで、その押し込み量の制御範囲は±△2mmとなる。   For example, when the calculated contact load is 50 mgf and the allowable range of the contact load is ± 10 mgf, as shown in FIG. 4B, the push amount of the measurement probe is L1 mm, and the push amount control range. Is ± Δ1 mm. Further, when the contact load is 20 mgf and the allowable range of the contact load is ± 5 mgf, as shown in FIG. 4C, the push amount of the measurement probe is L2 mm, and the control range of the push amount is ± Δ. 2 mm.

次に、決定された測定用プローブの押し込み量とその押し込み量の制御範囲を、制御機構8に制御信号として送る。制御機構8では、この制御信号をもとに、サーボモータ3の移動量と、制御パラメータ(例えば、サーボ制御ループにおける位置ループゲインや速度ループゲイン)を設定する。この設定に基づき、サーボモータ3を駆動し、測定用プローブ1を被測定物に押し込み量L1mm(図4(b)の場合)で接触させることができる。また、測定中は、押し込み量の変化が±△1mm内となるように、測定用プローブ1を制御する。   Next, the determined pushing amount of the measurement probe and the control range of the pushing amount are sent to the control mechanism 8 as a control signal. The control mechanism 8 sets the movement amount of the servo motor 3 and control parameters (for example, position loop gain and speed loop gain in the servo control loop) based on this control signal. Based on this setting, the servo motor 3 can be driven to bring the measuring probe 1 into contact with the object to be measured with a pushing amount L1 mm (in the case of FIG. 4B). Further, during the measurement, the measurement probe 1 is controlled so that the change in the push amount is within ± Δ1 mm.

本実施例によれば、被測定物の弾性変形量を考慮して、測定用プローブの押し込み量とその押し込み量の制御範囲を決定している。そのため、被測定物の硬度に応じて、測定用プローブの押し込み量を適切に設定すると共に、その押し込み量の制御範囲も適切に設定できる。これにより、測定用プローブの追随性が最適化されるので、測定スピードを上げることができる。また、押し込み量の制御範囲を適切に設定できるので、過剰なサーボ制御による振動ノイズを低減できる。   According to the present embodiment, the pressing amount of the measuring probe and the control range of the pressing amount are determined in consideration of the elastic deformation amount of the object to be measured. Therefore, according to the hardness of the object to be measured, the pressing amount of the measurement probe can be set appropriately, and the control range of the pressing amount can also be set appropriately. As a result, the followability of the measurement probe is optimized, so that the measurement speed can be increased. In addition, since the control range of the push amount can be set appropriately, vibration noise due to excessive servo control can be reduced.

また、ここでいうサーボとはクローズドループ制御でなくてもよく、例えばパルスモータなどを用いたオープンループ制御などであってもよい。   Further, the servo here does not have to be closed loop control, and may be open loop control using a pulse motor, for example.

次に、本発明の形状測定装置の制御方法を実施例1で用いた図1〜4及び図5に示すフローチャートに基づいて説明する。   Next, the control method of the shape measuring apparatus of the present invention will be described based on the flowcharts shown in FIGS.

[ステップS01]
まず、被測定物並びに測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数を入力して、式(6)に従い、接触荷重とその接触荷重の許容範囲を算出する。
また、被測定物の接触荷重が既知である場合には、その接触荷重とその接触荷重の許容範囲を入力する。
[Step S01]
First, shape data and physical constants of the object to be measured and the probe for measurement are input, and a contact load and an allowable range of the contact load are calculated according to Equation (6).
When the contact load of the object to be measured is known, the contact load and the allowable range of the contact load are input.

次に、測定用プローブ1の押し込み量と接触荷重との関係を測定して、接触荷重記憶手段に記憶させる工程に移る。   Next, the process proceeds to the step of measuring the relationship between the pressing amount of the measuring probe 1 and the contact load and storing it in the contact load storage means.

[ステップS02]
まず、測定用プローブ1を測定装置の上端に移動する。そして、測定用プローブ1の下に位置するXY移動機構6の上に圧力センサ7を配置する。
[Step S02]
First, the measurement probe 1 is moved to the upper end of the measurement apparatus. Then, the pressure sensor 7 is disposed on the XY moving mechanism 6 positioned below the measurement probe 1.

[ステップS03]
測定用プローブ1を圧力センサ7に接触するまで下に下げる。測定用プローブ1が圧力センサ7に接触したか否かの判別は、測定用プローブ1に設けられた検出部からの検出結果により判断する。測定用プローブ1が圧力センサ7に接触するまで、検出部5はゼロを示しているが、接触後は測定用プローブ1の押し込み量を示す。
[Step S03]
The measurement probe 1 is lowered until it contacts the pressure sensor 7. Whether or not the measurement probe 1 is in contact with the pressure sensor 7 is determined based on a detection result from a detection unit provided in the measurement probe 1. Until the measurement probe 1 comes into contact with the pressure sensor 7, the detection unit 5 indicates zero, but after the contact, the amount of pressing of the measurement probe 1 is indicated.

[ステップS04]
測定用プローブ1が圧力センサ7に接触後、ここから測定用プローブ1の押し込み量と圧力センサ7の出力値を、コンピュータ9内にある接触荷重記憶部に記憶させる。記憶させるデータは、測定用プローブ1をさらに押し込んだときの押し込み量と、その位置での圧力センサ7の出力値である。
[Step S04]
After the measurement probe 1 comes into contact with the pressure sensor 7, the pressing amount of the measurement probe 1 and the output value of the pressure sensor 7 are stored in a contact load storage unit in the computer 9. The data to be stored are the push amount when the measurement probe 1 is further pushed and the output value of the pressure sensor 7 at that position.

ここで、測定用プローブ1をある一定の位置まで押し込むと、自重キャンセル機構の限界のストロークとなるので、ここで、接触荷重記憶部に記憶する手順を終了する。なお、この測定用プローブ1の押し込み量と接触荷重とを測定して記憶するための工程は、測定装置の立ち上げ時や、測定用プローブを変更した際に行えばよく、測定毎に行う必要はない。   Here, when the measuring probe 1 is pushed down to a certain position, the stroke of the limit of the self-weight canceling mechanism is reached, and thus the procedure for storing in the contact load storage unit ends here. In addition, the step for measuring and storing the push-in amount and the contact load of the measurement probe 1 may be performed when the measurement apparatus is started up or when the measurement probe is changed, and needs to be performed for each measurement. There is no.

[ステップS05]
測定用プローブ1の押し込み量と接触荷重の測定データの記憶が完了した後は、被測定物に最適な測定用プローブ1の押し込み量とその押し込み量の制御範囲を決定する。この決定は、ステップS01の結果とステップS04の結果を用いて決定する。
[Step S05]
After the measurement data of the push-in amount of the measurement probe 1 and the measurement data of the contact load are completed, the push-in amount of the measurement probe 1 and the control range of the push-in amount that are optimum for the measurement object are determined. This determination is made using the result of step S01 and the result of step S04.

例えば、被測定物の接触荷重が50mgfでその接触荷重の制御範囲が±10mgfの制御が必要な場合は、図4(b)に示す測定用プローブ1の押し込み量とその押し込み量の制御範囲が測定条件を満たすものであるということがコンピュータ9で判断される。また、被測定物の接触荷重が20mgfでその接触荷重の制御範囲が±5mgfの制御が必要な場合は、図4(c)に示す測定用プローブ1の押し込み量とその押し込み量の制御範囲が測定条件を満たすものである。
次に、測定用プローブ1を測定装置の上部に移動し、XY移動機構6の上に設置した圧力センサ7を外して、代わりに被測定物(図示せず)を設置する。
For example, when the contact load of the object to be measured is 50 mgf and the control range of the contact load needs to be ± 10 mgf, the pressing amount of the measuring probe 1 and the control range of the pressing amount shown in FIG. The computer 9 determines that the measurement condition is satisfied. Further, when the contact load of the object to be measured is 20 mgf and the control range of the contact load needs to be ± 5 mgf, the pressing amount of the measuring probe 1 and the control range of the pressing amount shown in FIG. It meets the measurement conditions.
Next, the measuring probe 1 is moved to the upper part of the measuring apparatus, the pressure sensor 7 installed on the XY moving mechanism 6 is removed, and an object to be measured (not shown) is installed instead.

[ステップS06]
被測定物を設置後、測定用プローブ1を接触させて測定する。この測定の際は、測定用プローブ1が、上記ステップS05で算出した押し込み量とその押し込み量の制御範囲内になるように、制御機構8がサーボモータ3を駆動させる。
[Step S06]
After setting the object to be measured, the measurement probe 1 is brought into contact with the object to be measured. At the time of this measurement, the control mechanism 8 drives the servo motor 3 so that the measurement probe 1 is within the push amount calculated in step S05 and the control range of the push amount.

被測定物の所定の測定領域を走査したら、測定用プローブ1は退避され、被測定物の測定が完了する。   After scanning a predetermined measurement area of the object to be measured, the measurement probe 1 is withdrawn, and the measurement of the object to be measured is completed.

本発明は、レンズやミラー等の被測定物の表面に所定の接触荷重で測定用プローブを接触させ、走査した位置での前記測定プローブの変位を検出することによって被測定物の表面形状を測定するための接触式の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法に関するものである。   The present invention measures the surface shape of an object to be measured by bringing a measuring probe into contact with the surface of the object to be measured such as a lens or a mirror with a predetermined contact load and detecting the displacement of the measuring probe at the scanned position. The present invention relates to a contact-type shape measuring device and a method for controlling the shape measuring device.

本発明の形状測定装置の側面図である。It is a side view of the shape measuring apparatus of this invention. 本発明の形状測定装置の制御手段と接触荷重演算手段であるコンピュータとの関係を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the relationship between the control means of the shape measuring apparatus of this invention, and the computer which is a contact load calculating means. コンピュータの内部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure of a computer. 測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pushing amount of the probe for a measurement, and a contact load. 本発明の形状測定装置の制御方法の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control method of the shape measuring apparatus of this invention. 従来の形状測定装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional shape measuring apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 測定用プローブ
2 自重キャンセル機構
3 サーボモータ
4 測長部
5 検出部
6 XY移動機構
7 圧力センサ
8 制御機構
9 コンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measuring probe 2 Self weight cancellation mechanism 3 Servo motor 4 Length measuring part 5 Detection part 6 XY movement mechanism 7 Pressure sensor 8 Control mechanism 9 Computer

Claims (2)

測定用プローブと、
前記測定用プローブの押し込み量を測定する変位測定手段と、
前記測定用プローブに加わる接触荷重と前記押し込み量との関係を記憶する接触荷重記憶手段と、
被測定物並びに前記測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数を記憶する物理情報記憶手段と、
前記物理情報記憶手段に記憶された前記形状データ及び物理定数とから、前記測定用プローブの接触荷重と該接触荷重の許容範囲とを算出する接触荷重演算手段と、
前記接触荷重記憶手段に記憶された前記測定用プローブの押し込み量と前記接触荷重との関係に基づいて、前記測定用プローブの接触荷重が前記接触荷重演算手段によって算出された接触荷重と該接触荷重の許容範囲に入るように、前記測定用プローブの押し込み量を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする形状測定装置。
A measurement probe;
A displacement measuring means for measuring the pushing amount of the measuring probe;
Contact load storage means for storing the relationship between the contact load applied to the measurement probe and the push-in amount;
Physical information storage means for storing shape data and physical constants of the object to be measured and the tip of the measurement probe;
A contact load calculating means for calculating a contact load of the measuring probe and an allowable range of the contact load from the shape data and physical constant stored in the physical information storage means;
The contact load of the measurement probe calculated by the contact load calculation means and the contact load based on the relationship between the pressing amount of the measurement probe stored in the contact load storage means and the contact load And a control means for controlling the push-in amount of the measurement probe so as to fall within the allowable range.
被測定物の表面に所定の接触荷重で測定用プローブを接触させ、走査した位置での表面形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係を測定して、該測定データを接触荷重記憶手段に記憶する工程と、被測定物並びに前記測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数を物理情報記憶手段に記憶する工程と、前記接触荷重記憶手段に記憶された被測定物並びに前記測定用プローブの形状データ及び物理定数とから前記測定用プローブの接触荷重と該接触荷重の許容範囲とを算出する工程と、前記接触荷重記憶手段に記憶された前記測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係に基づいて、前記測定用プローブの接触荷重が前記接触荷重演算手段で算出された接触荷重と該接触荷重の許容範囲に入るように、前記測定用プローブの押し込み量を制御する工程とからなることを特徴とする形状測定装置の制御方法。
A method for controlling a shape measuring apparatus for measuring a surface shape at a scanned position by bringing a measuring probe into contact with a surface of a measurement object with a predetermined contact load,
Measuring the relationship between the pressing amount of the measurement probe and the contact load, storing the measurement data in the contact load storage means, and the shape data and physical constants of the object to be measured and the tip of the measurement probe; From the step of storing in the physical information storage means, the object to be measured and the shape data and physical constants of the measurement probe stored in the contact load storage means, the contact load of the measurement probe and the allowable range of the contact load And the contact load of the measurement probe calculated by the contact load calculation means based on the relationship between the pressing amount of the measurement probe stored in the contact load storage means and the contact load. A control method for a shape measuring apparatus, comprising: a step of controlling a pressing amount of the measuring probe so as to fall within an allowable range of a load and the contact load.
JP2007084701A 2007-03-28 2007-03-28 Profile measuring device and method for controlling profile measuring device Withdrawn JP2008241571A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007084701A JP2008241571A (en) 2007-03-28 2007-03-28 Profile measuring device and method for controlling profile measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007084701A JP2008241571A (en) 2007-03-28 2007-03-28 Profile measuring device and method for controlling profile measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008241571A true JP2008241571A (en) 2008-10-09

Family

ID=39913094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007084701A Withdrawn JP2008241571A (en) 2007-03-28 2007-03-28 Profile measuring device and method for controlling profile measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008241571A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104697461A (en) * 2015-03-16 2015-06-10 深圳市中图仪器科技有限公司 Thread contour scanning device
JP2019168356A (en) * 2018-03-23 2019-10-03 株式会社東京精密 Surface shape measuring device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104697461A (en) * 2015-03-16 2015-06-10 深圳市中图仪器科技有限公司 Thread contour scanning device
CN104697461B (en) * 2015-03-16 2017-12-26 深圳市中图仪器股份有限公司 Thread contour scanning means
JP2019168356A (en) * 2018-03-23 2019-10-03 株式会社東京精密 Surface shape measuring device
JP7259198B2 (en) 2018-03-23 2023-04-18 株式会社東京精密 Surface shape measuring device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7171320B2 (en) Coordinate measuring system and method of correcting coordinates measured in coordinate measuring machine
JP4320018B2 (en) Micro hardness measurement method and micro hardness tester
JP2007309684A (en) Measurement controller, surface property measuring instrument, and measurement control method
US9298178B2 (en) Shape measuring apparatus
JP2017024108A (en) Machine tool thermal displacement correction apparatus
US7788820B2 (en) Method and device for contacting a surface point on a workpiece
EP2017570A1 (en) Shape measuring device and method with regulated scanning force based on monitoring the position of a resiliently mounted probe with several interferometers.
JP5816475B2 (en) Industrial machinery
EP2141445A1 (en) Measuring instrument
JP2008064577A (en) Caliper
JP2014115105A (en) Shape measurement method and shape measurement device
JP2008241571A (en) Profile measuring device and method for controlling profile measuring device
JP5031609B2 (en) Scanning probe microscope
JP5697416B2 (en) Contact-type shape measuring device
JP2016206094A (en) Hardness measurement device
JP4923441B2 (en) Shape measuring instrument
US20150073740A1 (en) Measurement apparatus, measurement method, and method of manufacturing article
RU2510009C1 (en) Device to measure parameters of surface relief and mechanical properties of materials
EP3572764B1 (en) Shape measuring probe
JP7339577B2 (en) Shape measuring machine and measuring force adjustment method
JP5301778B2 (en) Surface shape measuring device
JP4151778B2 (en) Groove surface shape measuring apparatus, groove surface shape measuring method and program
Ohmori et al. An ultraprecision on-machine measurement system
JPH10197433A (en) Surface hardness measuring instrument
WO2022137600A1 (en) Probe assessment method and spm

Legal Events

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20100601