JP2009014384A - 試料の表面形状の稜線位置検出装置及び稜線位置検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】所定の基準面から試料の表面の各位置までの高さを各々検出することによって試料の表面形状を測定する表面形状測定機にて、1回の走査で試料の表面形状の稜線の位置を検出する。
【解決手段】表面形状測定機10にて試料Wの表面形状の稜線Lの位置を検出する稜線位置検出装置100は、試料Wの表面上の所定の閉じたループC上の各位置においてそれぞれの位置までの高さを測定したときに高さが極大となる極大点P1、P3を検出する極大点検出部103と、極大点検出部により検出した2つの極大点P1、P3を結ぶ直線の位置を、試料Wの表面形状の稜線Lの位置として算出する稜線位置算出部106と、を備える。
【選択図】図3
【解決手段】表面形状測定機10にて試料Wの表面形状の稜線Lの位置を検出する稜線位置検出装置100は、試料Wの表面上の所定の閉じたループC上の各位置においてそれぞれの位置までの高さを測定したときに高さが極大となる極大点P1、P3を検出する極大点検出部103と、極大点検出部により検出した2つの極大点P1、P3を結ぶ直線の位置を、試料Wの表面形状の稜線Lの位置として算出する稜線位置算出部106と、を備える。
【選択図】図3
Description
本発明は、表面形状測定機において試料の表面形状の稜線を検出する稜線検出装置及び稜線検出方法に関する。
試料の表面に触針を摺動させその形状を測定する、表面粗さ測定機、輪郭形状測定機及び真円度測定機(以下、これらの測定機をまとめて「表面形状測定機」と示す)においては、円柱形状の試料を測定するとき、試料の母線の方向すなわち円柱形状の中心軸線の方向や、これら母線や軸線と直交する方向が、測定機による触針の移動方向に合うように、試料の位置及び姿勢を決める必要がある。
試料の母線の位置を定める従来の方法としては、下記特許文献1に開示される方法がある。この方法では複数の異なる走査線に沿って試料を触針で走査し、各走査で得られた測定値の頂点を結ぶ線を算出することにより、試料の母線の位置を決定する。
上記従来の方法では母線の位置を定めるために試料を複数回走査する必要がある。ここで走査回数が複数に及ぶと、1回の走査と走査の間に、例えば試料と測定子の相対位置を変える等によって測定位置を変更するための時間が必要になり、実際の走査時間以外の補助動作に必要な時間が加わるため、測定時間を余分に要していた。
そこで本発明は、1回の走査で試料の表面形状の稜線の位置を検出することを可能とする表面形状の稜線位置検出装置及び稜線位置検出方法を提供することを目的とする。
そこで本発明は、1回の走査で試料の表面形状の稜線の位置を検出することを可能とする表面形状の稜線位置検出装置及び稜線位置検出方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、試料の表面上の所定の閉じたループ上の各位置において、ある基準面からの高さをそれぞれ測定して高さが極大となる極大点を検出し、2つの極大点を結ぶ直線の位置を試料の表面形状の稜線の位置として算出する。
試料の表面形状の稜線が直線であり、また試料の表面上に定めた閉じたループの内側を横切っている場合には、ループ上にある各点のうち稜線との2つの交点において高さが極大になるので、このような極大点同士を結ぶ直線を求めることにより、試料の表面形状の稜線を決定することができる。
試料の表面形状の稜線が直線であり、また試料の表面上に定めた閉じたループの内側を横切っている場合には、ループ上にある各点のうち稜線との2つの交点において高さが極大になるので、このような極大点同士を結ぶ直線を求めることにより、試料の表面形状の稜線を決定することができる。
また本発明は、試料が円柱形状を有しかつその母線の向きが上記基準面に対して平行になるように置かれている場合に、この母線の位置を検出するために使用することが可能である。この場合には、上記のように検出した極大点の数が1個であっても母線の位置を検出できる。極大点の検出数が1個である場合には、本発明では、上記の所定の閉じたループ上の各位置においてそれぞれの位置までの高さを測定したときに高さが極小となる極小点を検出する。そして、この極大点と極小点とを通る直線上において試料の表面形状の頂点を検出し、この頂点を検出した直線に直交しかつこの頂点を通る直線の位置を、試料の表面形状の稜線、すなわちこの試料の母線の位置として算出する。
ループの内側を試料の表面形状の稜線が横切っていない場合に極大点の検出数は1個となる。このときループ上にある各点のうち稜線に最も近い点で高さが極大になり、稜線に最も遠い点で高さが極小になる。これら極大点と極小点を結んだ直線は稜線と直交し、その上には必ず稜線が存在するので、この直線上で頂点を求めれば稜線の位置を決定することができる。また、頂点を求めるための移動により測定子は稜線上に位置するので、稜線に沿っての測定を直ちに開始できる。
ループの内側を試料の表面形状の稜線が横切っていない場合に極大点の検出数は1個となる。このときループ上にある各点のうち稜線に最も近い点で高さが極大になり、稜線に最も遠い点で高さが極小になる。これら極大点と極小点を結んだ直線は稜線と直交し、その上には必ず稜線が存在するので、この直線上で頂点を求めれば稜線の位置を決定することができる。また、頂点を求めるための移動により測定子は稜線上に位置するので、稜線に沿っての測定を直ちに開始できる。
本発明の第1形態によれば、所定の基準面から試料の表面の各位置までの高さを各々検出することによって試料の表面形状を測定する表面形状測定機にて、試料の表面形状の稜線の位置を検出する稜線位置検出装置が提供される。本稜線位置検出装置は、試料の表面上の所定の閉じたループ上の各位置においてそれぞれの位置までの高さを測定したときに高さが極大となる極大点を検出する極大点検出部と、極大点検出部により検出した2つの極大点を結ぶ直線の位置を、試料の表面形状の稜線の位置として算出する稜線位置算出部と、を備える。
本発明の第2形態によれば、所定の基準面から試料の表面の各位置までの高さを各々検出することによって試料の表面形状を測定する表面形状測定機にて、試料の表面形状の稜線の位置を検出する稜線位置検出方法が提供される。本稜線位置検出方法では、試料の表面上の所定の閉じたループ上の各位置においてそれぞれの位置までの高さを測定したときに高さが極大となる極大点を検出し、検出した2つの極大点を結ぶ直線の位置を、試料の表面形状の稜線の位置として算出する。
本発明により、試料の表面形状の稜線が直線状である場合には、試料の表面を測定子で1回走査すれば稜線の位置を検出することが可能となり、円柱形状の試料の母線の位置決定に要する時間を短縮される。
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図1は、本発明の実施例による稜線位置検出装置が組み込まれた表面形状測定機の全体構成図である。この表面形状測定機10は、試料であるワークWを載置するためのワークテーブル12を有し、ワークWの表面を触針14でX軸方向に走査し、その触針14のZ軸方向の変位を変位検出器16で検出して、ワークWの表面形状を測定する。
水平に設置された定盤18上には、支柱20が垂直に立設されている。支柱20にはZテーブル22が摺動自在に支持されており、図示しないZテーブル駆動手段に駆動されて垂直に上下動する。
Zテーブル22には、Xアーム24が水平に支持されている。Xアーム24は、図示しないXアーム駆動手段に駆動されてX軸方向に進退移動する。変位検出器16は、このXアーム24の先端に設けられている。そして、このXアーム24が軸方向に進退移動することにより、触針14がX軸に沿って往復動する。
ここで、定盤18の表面をX−Y平面とし、このX−Y平面において、触針14が移動する直線をX軸とする。そして、このX−Y平面において、X軸に直交する直線をY軸とし、このY軸とX軸との交点(原点O)を通り、X−Y平面に直交する直線をZ軸とする。このように設定された空間直交座標系をO−XYZ座標系とする。
触針14はX軸に沿って移動し、そのときのZ軸方向の変位が変位検出器16によって検出される。円柱形状のワークWを保持するために、ワークテーブル12は、好適には直方体のブロック状に形成され、その上面にV溝が形成されている(いわゆる「Vブロック」)。ワークWはこのV溝内に載置される。このワークテーブル12は、位置決め装置30を介して定盤18上に設置されている。
位置決め装置30は、定盤18上をY軸方向に沿って摺動するYテーブル32と、そのYテーブル32上でワークテーブル12をZ軸回りに回転させる回転ユニット34とで構成されている。
位置決め装置30は、定盤18上をY軸方向に沿って摺動するYテーブル32と、そのYテーブル32上でワークテーブル12をZ軸回りに回転させる回転ユニット34とで構成されている。
また表面形状測定機10は、Zテーブル22を駆動する図示しないZテーブル駆動手段と、Xアーム24を駆動する図示しないXアーム駆動手段と、Yテーブル32を駆動する図示しないYテーブル駆動手段と、回転ユニット34を回転させる図示しない回転ユニット駆動手段へ駆動信号を出力する制御部100を備える。
また制御部100は、検出器60からの検出信号に基づいて、上記のO−XYZ座標系における触針14の先端のZ方向位置を検出する。
また制御部100は、検出器60からの検出信号に基づいて、上記のO−XYZ座標系における触針14の先端のZ方向位置を検出する。
図2は、図1に示す制御部100を構成するブロック図である。制御部100は、Zテーブル22、Xアーム24、Yテーブル32及び回転ユニット34を各々駆動する各駆動手段への駆動信号を生成する駆動信号生成部101と、駆動信号生成部101から受信したZテーブル22の位置情報と、検出器60から受信した検出信号に基づいて、上記のO−XYZ座標系における触針14のZ方向位置を決定するZ方向位置決定部102を備えている。
また制御部100は、ワークテーブル12に載置されたワークWの稜線の位置を検出する稜線位置検出部103を備える。
稜線位置検出部103は、ワークWの稜線の位置を検出する際に、第1の測定動作指示命令を駆動信号生成部101に出力する。第1の測定動作指示命令を受信した駆動信号生成部101は、ワークWの表面上で触針14が閉ループに沿って摺動するように、Xアーム24、Yテーブル32及び回転ユニット34を駆動させる。例えば、駆動信号生成部101は、回転ユニット34の回転軸のX−Y平面内位置と、触針14のX−Y平面内位置とが異なるように触針14とワークWとの相対位置関係を決定した状態で、触針14をワークWに接触させてから、ワークテーブル12を回転させる。このようにXアーム24、Yテーブル32及び回転ユニット34の動作を制御することで、触針14はワークWの表面上で閉曲線に沿って摺動する。
稜線位置検出部103は、ワークWの稜線の位置を検出する際に、第1の測定動作指示命令を駆動信号生成部101に出力する。第1の測定動作指示命令を受信した駆動信号生成部101は、ワークWの表面上で触針14が閉ループに沿って摺動するように、Xアーム24、Yテーブル32及び回転ユニット34を駆動させる。例えば、駆動信号生成部101は、回転ユニット34の回転軸のX−Y平面内位置と、触針14のX−Y平面内位置とが異なるように触針14とワークWとの相対位置関係を決定した状態で、触針14をワークWに接触させてから、ワークテーブル12を回転させる。このようにXアーム24、Yテーブル32及び回転ユニット34の動作を制御することで、触針14はワークWの表面上で閉曲線に沿って摺動する。
Z方向位置決定部102は、触針14が上記の閉ループに沿って移動する間に時々刻々変化する触針14のO−XYZ座標系におけるZ方向位置を検出することにより、閉ループ上の各位置におけるワークWの表面のZ方向位置を測定する。かかるワークWの表面のZ方向位置データは、極大点検出部104及び極小点検出部105に順次受信される。
極大点検出部104は、閉ループ上の各位置におけるワークWの表面のそれぞれのZ方向位置のうち値が極大となる極大点を検出する。
また極小点検出部105は、閉ループ上の各位置におけるワークWの表面のそれぞれのZ方向位置のうち値が極小となる極小点を検出する。
これら極大点データ及び極小点データは稜線位置検出部103に入力される。
また極小点検出部105は、閉ループ上の各位置におけるワークWの表面のそれぞれのZ方向位置のうち値が極小となる極小点を検出する。
これら極大点データ及び極小点データは稜線位置検出部103に入力される。
触針14が移動する閉ループがワークWの稜線を横切っている場合には、極大点検出部104は極大点を2つ検出する。稜線位置検出部103は、極大点検出部104から2個の極大点データを得ると、これらのデータにしたがって、ワークWの表面形状に存在する直線上の稜線の位置を決定する。ワークWが円柱形状である場合、この稜線は円柱の母線を示す。
閉ループがワークWの稜線を横切っていない場合には、極大点検出部104は極大点を1つ検出する。このような場合でも、ワークWが円柱形状をなし、かつワークテーブル12によってワークWの母線がX−Y平面に平行になるようにワークWが支持されていれば、稜線位置検出部103は、ワークWの母線の位置を決定することができる。
すなわち、稜線位置検出部103は、極大点検出部104から1個の極大点データしか入力しなかった場合には、第2の測定動作指示命令を駆動信号生成部101に出力する。第2の測定動作指示命令を受信した駆動信号生成部101は、ワークWの表面上で触針14が、極小点から極大点へ向かう直線の延長線に沿って摺動するように、Xアーム24及びYテーブル32を駆動させる。この間にZ方向位置決定部102は、時々刻々変化する触針14のO−XYZ座標系におけるZ方向位置、すなわち閉ループ上の各位置におけるワークWの表面のZ方向位置を決定する。
閉ループがワークWの稜線を横切っていない場合には、極大点検出部104は極大点を1つ検出する。このような場合でも、ワークWが円柱形状をなし、かつワークテーブル12によってワークWの母線がX−Y平面に平行になるようにワークWが支持されていれば、稜線位置検出部103は、ワークWの母線の位置を決定することができる。
すなわち、稜線位置検出部103は、極大点検出部104から1個の極大点データしか入力しなかった場合には、第2の測定動作指示命令を駆動信号生成部101に出力する。第2の測定動作指示命令を受信した駆動信号生成部101は、ワークWの表面上で触針14が、極小点から極大点へ向かう直線の延長線に沿って摺動するように、Xアーム24及びYテーブル32を駆動させる。この間にZ方向位置決定部102は、時々刻々変化する触針14のO−XYZ座標系におけるZ方向位置、すなわち閉ループ上の各位置におけるワークWの表面のZ方向位置を決定する。
触針14が上記の延長線に沿って移動する間に、時々刻々変化する触針14のO−XYZ座標系におけるZ方向位置を検出することにより、かかる延長線上の各位置におけるワークWの表面のZ方向位置を測定する。このワークWの表面のZ方向位置データは頂点検出部106に順次受信される。
頂点検出部106は、延長線上の各位置においてワークWの表面の位置が最も高くなる点、すなわち頂点を検出する。頂点検出部106は、極大点検出部104、極小点検出部105及び頂点検出部106から入力した極大点、極小点及び頂点に基づいて、ワークWの表面形状に存在する直線上の稜線の位置を決定する。
以下、図3〜図9を参照して、制御部100による稜線位置の決定方法について説明する。
以下、図3〜図9を参照して、制御部100による稜線位置の決定方法について説明する。
図3は、制御部100の動作を説明する本発明の実施例による稜線位置検出方法のフローチャートである。
ステップS1において、ワークWの稜線の位置の検出に先立って、稜線位置検出部103は、第1の測定動作指示命令を駆動信号生成部101に出力する。第1の測定動作指示命令を受信した駆動信号生成部101は、回転ユニット34の回転軸のX−Y平面内位置と、触針14のX−Y平面内位置とが異なるように触針14とワークWとの相対位置関係を決定することにより、回転ユニット34の回転軸すなわちワークテーブル12の回転軸を触針14の位置から偏心させる。
ステップS2において、駆動信号生成部101は、触針14をワークWに接触させてからワークテーブル12を回転させる。こうしてワークWの表面上において摺動する触針14の軌跡を、ワークWとともに回転しかつX−Y平面と平行な平面の上へ投射すると、回転ユニット34の回転軸を中心としかつ触針14と回転軸との間の距離を半径とする円となる。触針14は、この円をワークWの表面へ投影した閉ループ曲線に沿って摺動する。
ステップS1において、ワークWの稜線の位置の検出に先立って、稜線位置検出部103は、第1の測定動作指示命令を駆動信号生成部101に出力する。第1の測定動作指示命令を受信した駆動信号生成部101は、回転ユニット34の回転軸のX−Y平面内位置と、触針14のX−Y平面内位置とが異なるように触針14とワークWとの相対位置関係を決定することにより、回転ユニット34の回転軸すなわちワークテーブル12の回転軸を触針14の位置から偏心させる。
ステップS2において、駆動信号生成部101は、触針14をワークWに接触させてからワークテーブル12を回転させる。こうしてワークWの表面上において摺動する触針14の軌跡を、ワークWとともに回転しかつX−Y平面と平行な平面の上へ投射すると、回転ユニット34の回転軸を中心としかつ触針14と回転軸との間の距離を半径とする円となる。触針14は、この円をワークWの表面へ投影した閉ループ曲線に沿って摺動する。
ステップS3では、閉ループ曲線C上を摺動する触針14の先端のZ方向位置、すなわち閉ループ曲線C上の各位置におけるワークWの表面のZ方向位置を、Z方向位置決定部102が各時刻において検出する。極大点検出部104は、このように得られた各Z方向位置のうち値が極大となる極大点を検出する。
このとき、触針14が描く閉ループ曲線と稜線との間の位置関係によって、検出される極大点の数は2個又は1個となる。図4は、2個の極大点P1及びP3が2個検出される状態を示す図である。
このとき、触針14が描く閉ループ曲線と稜線との間の位置関係によって、検出される極大点の数は2個又は1個となる。図4は、2個の極大点P1及びP3が2個検出される状態を示す図である。
図4に示す状態では、直線上の稜線Lが閉ループ曲線Cを横切っており、閉ループ曲線Cと稜線Lとの交点が極大点P1及びP3となる。したがってこのような極大点P1及びP2同士を結ぶ直線を求めることにより、ワークWの表面形状の稜線Lを決定することができる。
このためステップS4において、稜線位置検出部103は、極大点検出部104が検出した極大点の数を判定し、極大点が2つである場合には、ステップS5において2つ極大点P1及びP3を結ぶ直線の位置を算出し、ワークWの表面形状の稜線Lの位置として決定する。
このためステップS4において、稜線位置検出部103は、極大点検出部104が検出した極大点の数を判定し、極大点が2つである場合には、ステップS5において2つ極大点P1及びP3を結ぶ直線の位置を算出し、ワークWの表面形状の稜線Lの位置として決定する。
例えば、ステップS5において極大点検出部104及び稜線位置検出部103は、以下のとおりワークWの表面形状の稜線Lの位置を決定する。極大点P1及びP3と稜線Lとの位置関係の例を図5に示す。図5において、触針14の位置Sは回転ユニット34の中心位置OからX軸Ax方向に距離r離れた位置にあり、極大点P1は回転ユニット34が第1の測定動作指示命令によって初期角から角度θ1回転したときに検出され、同様に極大点P3は回転ユニット34が初期角から角度θ3回転したときに検出されたものとする。このとき、Z方向位置決定部102が検出する触針14の変位データを図6に示す。
図6に示すとおり、触針14の変位、すなわち閉ループ曲線Cに沿って測定したワークWの表面のZ方向位置は、回転ユニット34が初期角から角度θ2回転したときに最低となり、この最低点を挟む角度θ1及びθ3のときに極大値となる。極大点検出部104は最低点を挟む2つの極大値を検出する。
図5に戻り、回転ユニット34の中心位置O及び触針14の位置SのX−Y平面内位置は既知であるから、極大点検出部104は、極大値を検出した各角度θ1及びθ3を用いて、2つの極大点P1及びP3のX−Y平面内座標を決定することができる。
そして稜線位置検出部103は、2つの極大点P1及びP3の座標を結ぶ直線のX−Y平面内位置を算出して、こうして得られる直線の位置をワークWの稜線LのX−Y平面内位置として決定する。
図3に戻りステップS10では、制御部100は、測定時における触針14の移動方向、例えばXアーム24の移動方向と、ステップS5にて決定した稜線L又はその直角方向とが合致するように、ワークWの位置を合わせる。
図5に戻り、回転ユニット34の中心位置O及び触針14の位置SのX−Y平面内位置は既知であるから、極大点検出部104は、極大値を検出した各角度θ1及びθ3を用いて、2つの極大点P1及びP3のX−Y平面内座標を決定することができる。
そして稜線位置検出部103は、2つの極大点P1及びP3の座標を結ぶ直線のX−Y平面内位置を算出して、こうして得られる直線の位置をワークWの稜線LのX−Y平面内位置として決定する。
図3に戻りステップS10では、制御部100は、測定時における触針14の移動方向、例えばXアーム24の移動方向と、ステップS5にて決定した稜線L又はその直角方向とが合致するように、ワークWの位置を合わせる。
図7は、ステップS3にて1個の極大点P1のみが検出される状態を示す図である。図7に示す状態では、直線上の稜線Lが閉ループ曲線Cを横切っておらず、このため極大点を2つ検出することができない。
このような場合でも稜線位置検出部103は、ワークWが円柱形状をなし、かつワークテーブル12によってワークWの母線がX−Y平面に平行になるようにワークWが支持されているという条件の下で、ワークWの母線の位置を決定することができる。
上記条件の下では、閉ループ曲線上にある各点のうち稜線Lに最も近い点P1で高さが極大になり、稜線に最も遠い点P2で高さが極小になる。
これら極大点P1及び極小点P2をX−Y平面に投影した各点を通過する直線L1は、稜線LをX−Y平面に投影した直線L’と直交するので、この直線L1をワークWの表面上に投影した線L1’に沿って触針14を摺動させてワークWの表面の頂点P3を求めれば稜線Lの位置を決定することができる。
このような場合でも稜線位置検出部103は、ワークWが円柱形状をなし、かつワークテーブル12によってワークWの母線がX−Y平面に平行になるようにワークWが支持されているという条件の下で、ワークWの母線の位置を決定することができる。
上記条件の下では、閉ループ曲線上にある各点のうち稜線Lに最も近い点P1で高さが極大になり、稜線に最も遠い点P2で高さが極小になる。
これら極大点P1及び極小点P2をX−Y平面に投影した各点を通過する直線L1は、稜線LをX−Y平面に投影した直線L’と直交するので、この直線L1をワークWの表面上に投影した線L1’に沿って触針14を摺動させてワークWの表面の頂点P3を求めれば稜線Lの位置を決定することができる。
ステップS4における判定において、極大点検出部104が1つの極大点P1のみを検出したとき、処理をステップS6に移す。ステップS6では、極小点検出部105は、Z方向位置決定部102が各時刻において検出した閉ループ曲線C上の各位置におけるワークWの表面のZ方向位置のうち、極小となる極小点P2を検出する。
ステップS7では、稜線位置検出部103は、極大点P1及び極小点P2をX−Y平面に投影した点P1’及びP2’を結ぶ直線L1を算出して、第2の測定動作指示命令を駆動信号生成部101に出力する。
第2の測定動作指示命令を受信した駆動信号生成部101は、触針14のX−Y座標がが、点P2’から点P1’へ向かう直線を延長した延長線L1に沿って移動するようにXアーム24及びYテーブル32を駆動させて、触針14の先端をワークWの表面で摺動させる。
ステップS8では、この延長線L1に沿って移動する触針14の先端のZ方向位置、すなわち延長線L1上にある各XY座標におけるワークWの表面のZ方向位置を、Z方向位置決定部102が各時刻において検出する。頂点検出部106は、このように得られた各Z方向位置のうち値が最大となる点、すなわち頂点P3を検出する。
ステップS9では、直線L1に直交しかつ頂点P3を通過する直線の位置を算出し、ワークWの表面形状の稜線Lの位置として決定する。
ステップS7では、稜線位置検出部103は、極大点P1及び極小点P2をX−Y平面に投影した点P1’及びP2’を結ぶ直線L1を算出して、第2の測定動作指示命令を駆動信号生成部101に出力する。
第2の測定動作指示命令を受信した駆動信号生成部101は、触針14のX−Y座標がが、点P2’から点P1’へ向かう直線を延長した延長線L1に沿って移動するようにXアーム24及びYテーブル32を駆動させて、触針14の先端をワークWの表面で摺動させる。
ステップS8では、この延長線L1に沿って移動する触針14の先端のZ方向位置、すなわち延長線L1上にある各XY座標におけるワークWの表面のZ方向位置を、Z方向位置決定部102が各時刻において検出する。頂点検出部106は、このように得られた各Z方向位置のうち値が最大となる点、すなわち頂点P3を検出する。
ステップS9では、直線L1に直交しかつ頂点P3を通過する直線の位置を算出し、ワークWの表面形状の稜線Lの位置として決定する。
例えば、ステップS6〜S9において、稜線位置検出部103、極大点検出部104、極小点検出部105、及び頂点検出部106は、以下のとおりワークWの表面形状の稜線Lの位置を決定する。
極大点P1及び極小点P2及び頂点P3と稜線Lとの位置関係の例を図8に示す。図5において、触針14の位置Sは回転ユニット34の中心位置OからX軸Ax方向に距離r離れた位置にあり、極大点P1は回転ユニット34が第1の測定動作指示命令によって初期角から角度θ1回転したときに検出され、同様に極小点P2は回転ユニット34が初期角から角度θ2回転したときに検出されたものとする。このとき、Z方向位置決定部102が検出する触針14の変位データを図9に示す。
極大点P1及び極小点P2及び頂点P3と稜線Lとの位置関係の例を図8に示す。図5において、触針14の位置Sは回転ユニット34の中心位置OからX軸Ax方向に距離r離れた位置にあり、極大点P1は回転ユニット34が第1の測定動作指示命令によって初期角から角度θ1回転したときに検出され、同様に極小点P2は回転ユニット34が初期角から角度θ2回転したときに検出されたものとする。このとき、Z方向位置決定部102が検出する触針14の変位データを図9に示す。
図9に示すとおり、触針14の変位、すなわち閉ループ曲線Cに沿って測定したワークWの表面のZ方向位置は、回転ユニット34が初期角から角度θ1回転したときに極大となり、初期角から角度θ2回転したときに極小となる。
極小点検出部105は、既知の回転ユニット34の中心位置O及び触針14の位置SのX−Y平面内位置を用いて極小点P2のX−Y平面内座標を決定する。
稜線位置検出部103は、極大点P1及び極小点P2の座標を結ぶ直線L1のX−Y平面内位置を算出し、この直線L1に沿って触針14によってワークWの表面を走査させ、頂点P3を検出する。
そして稜線位置検出部103は、検出した頂点P3のX−Y座標を通り、かつ直線L1に直交する直線のX−Y平面内位置を算出して、こうして得られる直線の位置をワークWの稜線LのX−Y平面内位置として決定する。ここで、直線L1に直交する稜線Lの方向は、既知の回転ユニット34の中心位置Oから見て極大点P1の方位と極小点P2の方位の中間にある。したがって、稜線Lの方向を、図9に示す極大点P1の検出角度θ1と極小点P2の検出角度θ2の平均値を算出することによって決定してもよい。
極小点検出部105は、既知の回転ユニット34の中心位置O及び触針14の位置SのX−Y平面内位置を用いて極小点P2のX−Y平面内座標を決定する。
稜線位置検出部103は、極大点P1及び極小点P2の座標を結ぶ直線L1のX−Y平面内位置を算出し、この直線L1に沿って触針14によってワークWの表面を走査させ、頂点P3を検出する。
そして稜線位置検出部103は、検出した頂点P3のX−Y座標を通り、かつ直線L1に直交する直線のX−Y平面内位置を算出して、こうして得られる直線の位置をワークWの稜線LのX−Y平面内位置として決定する。ここで、直線L1に直交する稜線Lの方向は、既知の回転ユニット34の中心位置Oから見て極大点P1の方位と極小点P2の方位の中間にある。したがって、稜線Lの方向を、図9に示す極大点P1の検出角度θ1と極小点P2の検出角度θ2の平均値を算出することによって決定してもよい。
図3に戻りステップS10では、制御部100は、測定時における触針14の移動方向、例えばXアーム24の移動方向と、ステップS9にて決定した稜線L又はその直角方向とが合致するように、ワークWの位置を合わせる。この時、測定子は稜線上に位置しており、稜線に沿っての測定を直ちに開始できる。
本発明は、試料の表面に触針を摺動させその形状を測定する、表面粗さ測定機、輪郭形状測定機及び真円度測定機に利用可能である。
10 表面形状測定機
12 ワークテーブル
14 触針
16 変位検出器
18 定盤
20 支柱
22 Zテーブル
24 Xアーム
32 Yテーブル
34 回転ユニット
100 制御部
W ワーク
12 ワークテーブル
14 触針
16 変位検出器
18 定盤
20 支柱
22 Zテーブル
24 Xアーム
32 Yテーブル
34 回転ユニット
100 制御部
W ワーク
Claims (10)
- 所定の基準面から試料の表面の各位置までの高さを各々検出することによって前記試料の表面形状を測定する表面形状測定機にて、前記試料の表面形状の稜線の位置を検出する稜線位置検出装置であって、
前記試料の表面上の所定の閉じたループ上の各位置においてそれぞれの位置までの高さを測定したときに高さが極大となる極大点を検出する極大点検出部と、
前記極大点検出部により検出した2つの極大点を結ぶ直線の位置を、前記試料の表面形状の稜線の位置として算出する稜線位置算出部と、
を備えることを特徴とする稜線位置検出装置。 - 前記試料を支持する支持手段と、
前記支持手段に支持された前記試料の表面上の点の前記基準面からの高さを測定する測定子と、
前記試料と前記測定子とを前記基準面に平行な2次元方向に相対運動させることにより、前記試料の表面上を前記測定子で走査する移動機構と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の稜線位置検出装置。 - 前記所定の閉じたループは円周であって、
前記移動機構は、前記基準面に直交する軸を回転軸として前記試料を回転させる回転手段を含み、
前記移動機構が前記測定子による測定点からずれた位置を中心に前記試料を回転させることにより、前記円周に沿って前記測定子による測定点が移動する、
ことを特徴とする請求項2に記載の稜線位置検出装置。 - 前記試料は円柱形状を有し、
前記稜線位置算出部は、前記試料の母線の向きが前記基準面に対して平行になるように支持された前記試料の稜線をなす母線の位置を算出することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の稜線位置検出装置。 - 前記所定の閉じたループ上の各位置においてそれぞれの位置までの高さを測定したときに高さが極小となる極小点を検出する極小点検出部と、
前記極大点検出部により検出される極大点と前記極小点検出部により検出した極小点とを通る直線上において頂点を検出する頂点検出部と、
をさらに備え、
前記稜線位置算出部は、前記極大点検出部により検出される極大点の数が1個であるとき、前記頂点検出部により頂点を検出した前記直線に直交しかつ該頂点を通る直線の位置を、前記母線の位置として算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の稜線位置検出装置。 - 所定の基準面から試料の表面の各位置までの高さを各々検出することによって前記試料の表面形状を測定する表面形状測定機にて、前記試料の表面形状の稜線の位置を検出する稜線位置検出方法であって、
前記試料の表面上の所定の閉じたループ上の各位置においてそれぞれの位置までの高さを測定したときに高さが極大となる極大点を検出し、
検出した2つの前記極大点を結ぶ直線の位置を、前記試料の表面形状の稜線の位置として算出する、
ことを特徴とする稜線位置検出方法。 - 所定の支持手段に支持された前記試料の表面上の点の前記基準面からの高さを、所定の測定子によって測定し、
前記試料と前記測定子とを前記基準面に平行な2次元方向に相対運動させることにより、前記試料の表面上を前記測定子で走査する、
ことを特徴とする請求項6に記載の稜線位置検出方法。 - 前記所定の閉じたループは円周であって、
前記測定子による測定点からずれた位置を中心に、かつ前記基準面に直交する軸を回転軸として前記試料を回転させることにより、前記円周に沿って前記測定子による測定点を移動させる、
ことを特徴とする請求項7に記載の稜線位置検出方法。 - 前記試料は円柱形状を有し、
前記試料の母線の向きが前記基準面に対して平行になるように支持される前記試料の稜線をなす母線の位置を算出することを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の稜線位置検出方法。 - 前記所定の閉じたループ上の各位置においてそれぞれの位置までの高さを測定したときに高さが極小となる極小点を検出し、
前記極大点の検出数が1個であるとき、
検出された前記極大点と検出した前記極小点とを通る直線上において前記試料の表面形状の頂点を検出し、
前記頂点を検出した前記直線に直交しかつ該頂点を通る直線の位置を、前記試料の母線の位置として算出する、
ことを特徴とする請求項9に記載の稜線位置検出方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007173983A JP2009014384A (ja) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | 試料の表面形状の稜線位置検出装置及び稜線位置検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007173983A JP2009014384A (ja) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | 試料の表面形状の稜線位置検出装置及び稜線位置検出方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2009014384A true JP2009014384A (ja) | 2009-01-22 |
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ID=40355485
Family Applications (1)
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JP2007173983A Pending JP2009014384A (ja) | 2007-07-02 | 2007-07-02 | 試料の表面形状の稜線位置検出装置及び稜線位置検出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2009014384A (ja) |
-
2007
- 2007-07-02 JP JP2007173983A patent/JP2009014384A/ja active Pending
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