JP2012093225A - 形状測定装置、形状測定制御プログラム及び形状測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】形状測定装置LMSは、被測定物Wと第1、第2プローブ光とを相体移動させるワーク移動ユニット10及びミラーユニット30と、被測定物Wの測定面に照射位置が所定間隔離れた第1,第2プローブ光を照射するとともに、反射光の位置に応じた第1,第2受光信号を出力する光学入ニット20と、これらの作動を制御する制御ユニット50とを備える。制御ユニット50は、測定面の測定部位を測定ラインに沿って前記所定間隔と同程度離間した位置に順次移動させ、各測定部位ごとに第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度を算出させ、算出された複数の測定部位の傾斜角度情報に基づいて測定ラインに沿った測定面の形状を導出するように構成される。
【選択図】図1
Description
形状測定装置LMSは、大別的には、被測定物(ワーク)Wをx,y,zの各軸方向に移動させるワーク移動ユニット10と、形状測定用のプローブ光PL(第1プローブ光PL1,第2プローブ光PL2)を出射する光学ユニット20と、光学ユニット20から出射されたプローブ光PLを反射して被測定物に照射するミラーユニット30と、オペレータの操作に基づいてワーク移動ユニット10、光学ユニット20、ミラーユニット30等の各部の作動を制御する制御ユニット50などから構成される。
次に、光学ユニット20について、図5を参照して説明する。光学ユニット20は、レーザ光を出射する光源部21、光源部21から出射されたレーザ光を所定のビーム間隔で平行に延びる複数のプローブ光にして出射するプローブ光生成部22、プローブ光生成部22から出射され被測定物Wの測定面Wsで反射された反射光を受光する受光部25などを主体として構成される。光学ユニット20は、原理的には、測定面Wsの傾斜角度を測定するオートコリメータ方式の角度測定装置に相当する。
次に、制御ユニット50装置の構成について、図2を再度参照して、もう少し詳しく説明する。概要説明したように、制御ユニット50は、オペレータが作動操作を行う操作部51、被測定物Wの基準形状等を記憶する記憶部52、各種の演算処理を行う演算部53、演算部53から出力される指令信号に基づいてx,y,z,θz,θyの各ステージ11,12,13,14,35の作動を制御するステージ制御部54、演算部53から出力される指令信号に基づいて光学ユニット20の作動を制御する計測制御部55、外部と信号の入出力を行うI/O部56などを備えて構成される。
上記のようにして一定の光路長で測定面Wsに垂直入射される第1,第2プローブ光PL1,PL2は、測定面上においてx軸方向に延びる測定ラインLに沿って所定間隔d離れて照射される。図9(a)は、測定面Wsに照射された第1,第2プローブ光PL1,PL2を模式的に示した平面図であり、二つのプローブ光が一組になってステージの駆動により一体的に移動する測定部位が形成される。図では便宜的に第1,第2プローブ光PL1,PL2を囲む楕円で測定部位を表している。
S1=D11−k1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
S2=D22−k2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
S2+T2=D21−k2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
S3+T2=D32−k3 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
ここで、測定点2の現実の傾斜角度S2は(2)式により求められており既知である。そのため(3)式から測定部位IIにおける誤差成分の総和T2が下記(3)′式により求められ、求めたT2を(4)式に代入して
T2=D21−k2−S2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)′
S3=D32−k3−T2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)′
次に、形状測定装置LMSによる形状測定の流れについて説明する。オペレータは、操作部51において被測定物Wのタイプや測定パターンを選択するとともに、測定面Wsの基準形状のデータを読み込んで記憶部52に記憶させる。次に、操作部51において「アライメント」を選択して実行し、ワークホルダ15に保持された被測定物のアライメントを行わせる。
11 xステージ
12 yステージ
13 zステージ
14 θzステージ
15 ワークホルダ
20 光学ユニット
21 光源部(211 レーザ光源)
22 プローブ光生成部
25 受光部(255 受光素子)
30 ミラーユニット
35 θyステージ
50 制御ユニット
52 記憶部
53 演算部
54 ステージ制御部
55 計測制御部
I,II,III,IV… 測定部位
d 測定面上における第1,第2プローブ光のビーム間隔
F 形状測定の制御プログラムのフローチャート
L(L1〜L3) 測定ライン
LMS 形状測定装置
LS1 第1受光信号
LS2 第2受光信号
PL1 第1プローブ光
PL2 第2プローブ光
W(W1,W2) 被測定物
Ws 測定面
S10 ステージ位置の算出処理を行うステップ
S20 ステージ移動処理を行うステップ
S30 第1、第2受光信号の取得処理を行うステップ
S40 傾斜角度の算出処理を行うステップ
S50 測定ライン上の全測定点完了か否かを判断するステップ
S60 測定ラインに沿った測定面の形状を導出処理するステップ
S61 基準傾斜角度及び測定傾斜角度の読出し処理を行うステップ
S63 各測定部位の誤差成分の総和と現実の各測定点の傾斜角度を算出するステップ
S65 測定ラインに沿った測定面の形状の導出処理を行うステップ
S70 測定面上の全測定ライン完了か否かを判断するステップ
S75 被測定物を次の測定ラインの角度位置に位置決めステップ
S80 測定面全体の形状の導出処理を行うステップ
S90 測定面の形状データを出力するステップ
Claims (13)
- 被測定物の形状を光学的に測定する形状測定装置であって、
前記被測定物の測定面に照射位置が測定ラインに沿って所定間隔離れた第1プローブ光及び第2プローブ光を照射するプローブ光照射手段と、
前記測定面で反射された前記第1、第2プローブ光の反射光を受光して受光位置に応じた第1受光信号、第2受光信号を出力する反射光受光手段と、
前記反射光受光手段から出力された前記第1、第2受光信号に基づいて前記測定面における前記第1、第2プローブ光の各照射位置の傾斜角度を算出する角度算出手段と、
前記被測定物と前記第1、第2プローブ光とを相体移動させて前記測定面における前記第1、第2プローブ光による傾斜角度の測定部位を移動させる照射位置移動手段と、
前記プローブ光照射手段、前記反射光受光手段、前記角度算出手段及び前記照射位置移動手段の作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記照射位置移動手段により前記測定部位を前記測定ラインに沿って前記所定間隔と同程度離間した位置に順次移動させ、各測定部位ごとに前記角度算出手段により前記第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度を算出させ、算出された複数の測定部位の傾斜角度情報に基づいて前記測定ラインに沿った前記測定面の形状を導出するように構成したことを特徴とする形状測定装置。 - 前記制御手段は、第1の前記測定部位において算出された前記第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度と、前記第1の測定部位に隣接する第2の前記測定部位において算出された前記第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度とに基づいて前記第2または第1の測定部位における傾斜角度の誤差成分を算出し、当該誤差成分を補正して前記測定ラインに沿った前記測定面の形状を導出するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。
- 前記測定ラインに沿った前記測定面の基準形状を予め設定記憶する基準形状記憶手段と、前記基準形状記憶手段に設定記憶された前記基準形状を基準傾斜角度に変換する角度変換手段とを有し、
前記制御手段は、前記測定部位を前記測定ラインに沿って移動させ前記第1、第2プローブ光を前記測定面に照射する際に、前記角度変換手段により算出された前記基準傾斜角度に基づいて、当該測定部位に照射される前記第1プローブ光が前記測定面に垂直入射するように、前記照射位置移動手段の作動を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の形状測定装置。 - 前記プローブ光照射手段は、
前記第1、第2プローブ光を出射する光学ユニットと、水平に延びる軸回りに揺動可能に設けられ前記光学ユニットから出射された前記第1、第2プローブ光を反射して前記被測定物の前記測定面に照射するミラーとを備え、
前記照射位置移動手段は、
前記被測定物が保持されるワークホルダと、前記ワークホルダを水平面内で直交する二軸方向に移動させるX−Yステージと、前記ワークホルダの上方に設けられた前記ミラーを揺動させて前記光学ユニットから出射された第1、第2プローブ光を前記ワークホルダに保持された前記被測定物の測定面上で前記測定ラインに沿って移動させる走査機構とを備え、
前記測定部位を前記測定ラインに沿って順次移動させる作動が、前記走査機構により前記ミラーを揺動させることにより行われ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形状測定装置。 - 前記照射位置移動手段に前記ワークホルダを上下に移動させるZステージを有し、
前記制御手段は、前記光学ユニットから出射され前記測定面に照射される前記第1、第2プローブ光の光路長が、各測定部位において略同一となるように前記照射位置移動手段の作動を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 前記被測定物と前記測定ラインとを上下に延びる旋回軸回りに相対回動させる旋回機構を備え、前記ワークホルダに保持された前記被測定物を前記旋回軸回りに相対回動させることにより、前記被測定物における任意の旋回角度位置の測定ラインに沿った形状を導出可能に構成したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の形状測定装置。
- 前記旋回機構により前記ワークホルダに保持された前記被測定物を前記旋回軸回りに所定の角度ピッチで相対回動させて複数の旋回角度位置の測定ラインに沿った形状を測定することにより、前記測定面の形状を導出するように構成したことを特徴とする請求項6に記載の形状測定装置。
- 被測定物の測定面に照射位置が測定ラインに沿って所定間隔離れた第1プローブ光及び第2プローブ光を照射するプローブ光照射手段と、前記測定面で反射された前記第1、第2プローブ光の反射光を受光して受光位置に応じた第1受光信号、第2受光信号を出力する反射光受光手段と、前記反射光受光手段から出力された前記第1、第2受光信号に基づいて前記測定面における前記第1、第2プローブ光の各照射位置の傾斜角度を算出する角度算出手段と、前記被測定物と前記第1、第2プローブ光とを相体移動させて前記測定面における前記第1、第2プローブ光による傾斜角度の測定部位を移動させる照射位置移動手段と、前記プローブ光照射手段、前記反射光受光手段、前記角度算出手段及び前記照射位置移動手段の作動を制御する制御手段とを備えて構成される形状測定装置において前記制御手段が実行する形状測定制御プログラムであって、
前記照射位置移動手段により前記測定部位を前記測定ラインに沿って前記所定間隔と同程度離間した位置に順次移動させるステップと、
前記各測定部位において前記反射光受光手段から出力される前記第1、第2受光信号を取得するステップと、
取得された前記第1、第2受光信号から前記角度算出手段により前記第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度を算出させるステップと、
算出された複数の測定部位の傾斜角度情報に基づいて前記測定ラインに沿った前記測定面の形状を導出するステップと、
導出された前記測定ラインに沿った前記測定面の形状を出力するステップとを有して構成されることを特徴とする形状測定制御プログラム。 - 複数の測定部位の傾斜角度情報に基づいて前記測定ラインに沿った前記測定面の形状を導出するステップは、
第1の前記測定部位において算出された前記第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度と、前記第1の測定部位に隣接する第2の前記測定部位において算出された前記第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度とを取得するステップと、
前記第1、第2の測定部位において前記第1、第2プローブ光の照射位置が重複する位置について算出された二つの傾斜角度に基づいて前記第2または第1の測定部位における傾斜角度の誤差成分を算出するステップと、
算出された誤差成分に基づいて前記第2または前記第1の測定部位における前記第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度の算出値を補正するステップとを有して構成されることを特徴とする請求項8に記載の形状測定制御プログラム。 - 前記形状測定装置には、前記測定ラインに沿った前記測定面の基準形状を予め設定記憶する基準形状記憶手段と、前記基準形状記憶手段に設定記憶された前記基準形状を基準傾斜角度に変換する角度変換手段とを有し、
前記照射位置移動手段により前記測定部位を前記測定ラインに沿って前記所定間隔と同程度離間した位置に順次移動させるステップには、
前記角度変換手段により算出された前記基準傾斜角度に基づいて、当該測定部位に照射される前記第1プローブ光が前記測定面に垂直入射するように、前記照射位置移動手段を作動させるステップを有することを特徴とする請求項8または9に記載の形状測定制御プログラム。 - 被測定物の形状を光学的に測定する形状測定方法であって、
プローブ光照射手段により、前記被測定物に測定ラインに沿って所定間隔離れた第1プローブ光及び第2プローブ光を照射し、
反射光受光手段により、前記測定面で反射された前記第1、第2プローブ光の反射光を受光して、前記反射光受光手段から受光位置に応じて出力される第1受光信号、第2受光信号に基づいて角度算出手段により前記測定面における前記第1、第2プローブ光の各照射位置の傾斜角度を算出し、
照射位置移動手段により、前記被測定物と前記第1、第2プローブ光とを相体移動させて前記測定面における前記第1、第2プローブ光による傾斜角度の測定部位を前記測定ラインに沿って前記所定間隔と同程度離間した位置に順次移動させ、
各測定部位において前記反射光受光手段及び前記角度算出手段により前記第1、第2プローブ光の各照射位置の傾斜角度を算出して、
算出された複数の測定部位の傾斜角度情報に基づいて前記測定ラインに沿った前記測定面の形状を導出することを特徴とする形状測定方法。 - 前記複数の測定部位の傾斜角度情報に基づいて前記測定ラインに沿った前記測定面の形状を導出する際に、
第1の前記測定部位において算出された前記第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度と、前記第1の測定部位に隣接する第2の前記測定部位において算出された前記第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度とを取得し、
前記第1、第2の測定部位において前記第1、第2プローブ光の照射位置が重複する位置について算出された二つの傾斜角度に基づいて前記第2または第1の測定部位における傾斜角度の誤差成分を算出し、
算出された誤差成分に基づいて前記第2または前記第1の測定部位における前記第1、第2プローブ光の照射位置の傾斜角度の算出値を補正して前記測定ラインに沿った前記測定面の形状を導出することを特徴とする請求項11に記載の形状測定方法。 - 前記照射位置移動手段により前記測定部位を前記測定ラインに沿って前記所定間隔と同程度離間した位置に順次移動させる際に、
前記測定ラインに沿った前記測定面の基準形状を基準傾斜角度に変換し、
前記基準傾斜角度に基づいて、当該測定部位に照射される前記第1プローブ光が前記測定面に垂直入射するように、前記照射位置移動手段により前記被測定物を移動させることを特徴とする請求項11または12に記載の形状測定方法。
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