JP2012220339A - Shape measuring device, shape measuring method, and program therefor - Google Patents

Shape measuring device, shape measuring method, and program therefor Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape measuring device capable of improving measurement speed when measurement is performed by moving a detection part relative to a tested object and stopping the detection part at each measurement position.SOLUTION: A shape measuring device comprises: a detection part (20) for detecting a shape of a surface of a tested object when a relative position to the tested object is changed; a determination part (motionlessness determination part 58) for determining whether or not the detection part remains motionless relatively to the tested object based on information indicating a displacement of the shape of the surface of the tested object detected by the detection part; and a calculation part (coordinate calculation part 53) for calculating shape data of the surface of the tested object based on the shape for when the detection part is determined to be relatively motionless by the determination part.

Description

本発明は、形状測定装置、形状測定方法、及びそのプログラムに関する。   The present invention relates to a shape measuring device, a shape measuring method, and a program thereof.

被検物の三次元形状を測定する形状測定装置には、検出部から被検物までの距離を保ち、被検物の形状に沿って、検出部を移動させて測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、このような三次元形状を測定する方法として、被検物にライン状の測定光を照射して被検物の断面形状に対応して形成される光切断線から被検物の三次元形状を測定する光切断法が知られている。   Some shape measuring devices that measure the three-dimensional shape of an object to be measured measure the distance from the detection unit to the object to be detected and move the detector along the shape of the object to be measured (for example, , See Patent Document 1). In addition, as a method for measuring such a three-dimensional shape, a three-dimensional shape of the test object is obtained from a light cutting line formed corresponding to the cross-sectional shape of the test object by irradiating the test object with a line-shaped measurement light. An optical cutting method for measuring a shape is known.

特開２０１０−１６００８４号公報JP 2010-160084 A

しかしながら、形状測定装置において、検出部を被検物に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合、停止させた際に移動によって生じる残留振動により検出部を支持する各構造体に撓みが生じ、アッベの誤差が発生する場合がある。そのため、形状測定装置において、この停止させた際に生じる残留振動による影響を削減するために、検出部を被検物に対して停止させた後、該残留振動が充分に減衰するまで余裕を持った時間待ってから測定した場合、測定に時間がかかるという問題がある。   However, in the shape measuring device, when the detection unit is moved with respect to the test object and stopped at each measurement position, measurement is performed on each structure that supports the detection unit due to residual vibration caused by the movement when stopped. Deflection may occur and Abbe error may occur. For this reason, in the shape measuring device, in order to reduce the influence of the residual vibration generated when it is stopped, there is a margin until the residual vibration is sufficiently attenuated after the detection unit is stopped with respect to the test object. When measuring after waiting for a long time, there is a problem that the measurement takes time.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、検出部を被検物に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる形状測定装置、形状測定方法、及びそのプログラムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to improve the measurement speed when measuring by moving the detection unit with respect to the object to be measured and stopping at each measurement position. An object is to provide a shape measuring apparatus, a shape measuring method, and a program thereof.

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明は、被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出部と、を備えることを特徴とする形状測定装置である。   The present invention has been made to solve the above-described problems. The present invention relates to a detection unit that detects the shape of the surface of the test object by changing the relative position with respect to the test object, and the detection. A determination unit that determines whether or not the detection unit is relatively stationary with respect to the test object based on information indicating the displacement of the shape of the surface of the test object detected by the unit; and A calculation unit that calculates shape data of the surface of the test object based on the shape when the determination unit determines that the detection unit is relatively stationary. It is a measuring device.

また、本発明は、形状測定装置における形状測定方法であって、被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、を備えることを特徴とする形状測定方法である。   Further, the present invention is a shape measuring method in a shape measuring apparatus, wherein a detection procedure for detecting a shape of a surface of the test object by changing a relative position with respect to the test object, and detection by the detection procedure A determination procedure for determining whether or not the detection unit is relatively stationary with respect to the test object based on the information indicating the displacement of the shape of the surface of the test object, and the determination procedure A shape measuring method comprising: a calculation procedure for calculating shape data of the surface of the test object based on the shape when it is determined that the detection unit is relatively stationary. is there.

また、本発明は、形状測定装置が備えるコンピュータに、被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、を実行させるためのプログラムである。   Further, the present invention provides a computer provided in the shape measuring device, a detection procedure for detecting a shape of the surface of the test object by changing a relative position with respect to the test object, and the detection detected by the detection procedure. Based on information indicating the displacement of the shape of the surface of the test object, a determination procedure for determining whether or not the detection unit is relatively stationary with respect to the test object, and the detection unit according to the determination procedure Is a program for executing a calculation procedure for calculating shape data of the surface of the test object based on the shape when it is determined that is relatively stationary.

この発明によれば、形状測定装置は、検出部を被検物に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる。   According to this invention, the shape measuring apparatus can improve the measurement speed in the case where measurement is performed by moving the detection unit with respect to the test object and stopping the measurement unit at each measurement position.

本発明の一実施形態による三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the three-dimensional shape measuring apparatus by one Embodiment of this invention. 本実施形態による測定機本体と制御ユニットとのブロック図である。It is a block diagram of the measuring machine main body and control unit by this embodiment. アッベの誤差を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the error of Abbe. 本実施形態による形状測定処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the shape measurement process by this embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による三次元形状測定装置（形状測定装置）１００の概略構成を示す模式図である。
三次元形状測定装置１００は、測定機本体１と制御ユニット４０（図２）とを備えている。
図２は、本発明の一実施形態による測定機本体１と制御ユニット４０とのブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus (shape measuring apparatus) 100 according to an embodiment of the present invention.
The three-dimensional shape measuring apparatus 100 includes a measuring machine main body 1 and a control unit 40 (FIG. 2).
FIG. 2 is a block diagram of the measuring machine main body 1 and the control unit 40 according to an embodiment of the present invention.

図１に示されるように、測定機本体１は、水平な上面（基準面）を備えている基台２と、この基台２上に設けられ、測定ヘッド（支持部）１３を支持して移動させる移動部１０と、基台２上に設けられ被検物３を載置する支持装置３０とを備えている。
この基台２の基準面を基準とする直交座標系を定義する。互いに直交するＸ軸とＹ軸とが基準面に対して平行に定められ、Ｚ軸が基準面に対して直交する方向に定められている。また、基台２には、Ｙ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に延びるガイドレール（不図示）が設けられている。 As shown in FIG. 1, the measuring machine main body 1 is provided with a base 2 having a horizontal upper surface (reference surface) and a measurement head (support portion) 13 provided on the base 2. The moving part 10 to move is provided, and the support apparatus 30 which is provided on the base 2 and mounts the to-be-tested object 3 is provided.
An orthogonal coordinate system based on the reference surface of the base 2 is defined. The X axis and the Y axis that are orthogonal to each other are determined in parallel to the reference plane, and the Z axis is determined in a direction that is orthogonal to the reference plane. In addition, the base 2 is provided with a guide rail (not shown) extending in the Y direction (a direction perpendicular to the paper surface, which is the front-rear direction).

移動部１０は、そのガイドレール上をＹ方向に移動自在に設けられ、支柱１０ａと、支柱１０ａと対をなす支柱１０ｂとの間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム１０ｃとを備え、門型の構造体を形成している。また、移動部１０は、水平フレーム１０ｃにおいて、Ｘ方向（左右方向）に移動自在に設けられたキャリッジ（不図示）を備えており、そのキャリッジに対してＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられた測定ヘッド１３を備えている。   The moving part 10 is provided on the guide rail so as to be movable in the Y direction, and includes a support column 10a and a horizontal frame 10c spanned between the support column 10a and a support column 10b paired with the support column 10a. , Forming a gate-shaped structure. Further, the moving unit 10 includes a carriage (not shown) that is movable in the X direction (left and right direction) in the horizontal frame 10c, and is movable in the Z direction (up and down direction) with respect to the carriage. A provided measuring head 13 is provided.

測定ヘッド１３の下部には、被検物３の形状を検出する検出部２０が設けられている。この検出部２０は、検出部２０の下方に配置される被検物３との距離を検出するように、測定ヘッド１３に支持されている。測定ヘッド１３の位置を制御することにより、検出部２０の位置を移動させることができる。   A detection unit 20 that detects the shape of the test object 3 is provided below the measurement head 13. The detection unit 20 is supported by the measurement head 13 so as to detect a distance from the test object 3 disposed below the detection unit 20. By controlling the position of the measurement head 13, the position of the detection unit 20 can be moved.

また、移動部１０の内部には、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させるヘッド駆動部１４（図２）と、測定ヘッド１３の座標を検出し測定ヘッド１３の座標値を示す信号を出力するヘッド位置検出部（移動位置検出部）１５（図２）と、が設けられている。   Further, inside the moving unit 10, a head driving unit 14 (FIG. 2) that electrically moves the measuring head 13 in three directions (X, Y, and Z directions) based on an input driving signal, and the measuring head 13. A head position detector (moving position detector) 15 (FIG. 2) that detects coordinates and outputs a signal indicating the coordinate value of the measuring head 13 is provided.

基台２上には、支持装置３０が設けられている。支持装置３０は、被検物３を載置して把持するステージ（設置部）３１と、直交する２方向の回転軸周りにステージ３１を回転（揺動）可能に支持することによりステージ３１を基準面に対して傾斜または水平回転させる支持テーブル（傾斜回転部）３２とを備えている。支持テーブル３２は、垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸θを中心として水平面内で回転（揺動）可能、且つ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として回転（揺動）可能（基準面に対して傾斜可能）にステージ３１を支持している。また、支持装置３０には、入力される駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ、φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部３３（図２）と、ステージ３１の座標を検出し、ステージ座標値を示す信号を出力するステージ位置検出部（傾斜回転位置検出部）３４（図２）とが設けられている。   A support device 30 is provided on the base 2. The support device 30 places the stage 31 on a stage (installation unit) 31 that places and holds the test object 3 and supports the stage 31 so as to be rotatable (swingable) around two orthogonal rotation axes. And a support table (tilt rotating unit) 32 that is tilted or horizontally rotated with respect to the reference surface. The support table 32 can rotate (swing) in a horizontal plane around a rotation axis θ extending vertically (Z-axis direction), and can rotate (swing) about a rotation axis φ extending horizontally (X-axis direction). The stage 31 is supported as much as possible (can tilt with respect to the reference plane). Further, the support device 30 detects the coordinates of the stage 31 and the stage drive unit 33 (FIG. 2) that electrically drives the stage 31 to rotate about the rotation axes θ and φ based on the input drive signal. A stage position detector (tilt rotation position detector) 34 (FIG. 2) that outputs a signal indicating a coordinate value is provided.

制御ユニット４０は、制御部４１と、入力装置４２と、ジョイスティック４３と、モニタ４４とを備える。
制御部４１は、測定機本体１を制御する。その詳細は後述する。入力装置４２は、各種指示情報を入力するキーボードなどである。ジョイスティック４３は、測定ヘッド１３の位置及びステージ３１の回転位置を指定する情報を入力するための入力装置である。モニタ４４は、計測画面、指示画面、計測結果等を表示する。 The control unit 40 includes a control unit 41, an input device 42, a joystick 43, and a monitor 44.
The control unit 41 controls the measuring machine main body 1. Details thereof will be described later. The input device 42 is a keyboard or the like for inputting various instruction information. The joystick 43 is an input device for inputting information specifying the position of the measuring head 13 and the rotational position of the stage 31. The monitor 44 displays a measurement screen, an instruction screen, a measurement result, and the like.

続いて、図２を参照し、測定機本体１の構成について説明する。
測定機本体１は、駆動部１６と、位置検出部１７と、検出部２０とを備えている。 Next, the configuration of the measuring machine main body 1 will be described with reference to FIG.
The measuring machine main body 1 includes a drive unit 16, a position detection unit 17, and a detection unit 20.

駆動部１６は、前述のヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とを備えている。
ヘッド駆動部１４は、支柱１０ａ、１０ｂをＹ方向に駆動するＹ軸用モータ、キャリッジをＸ方向に駆動するＸ軸用モータ、及び測定ヘッド１３をＺ方向に駆動するＺ軸用モータを備えている。ヘッド駆動部１４は、後述の駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ヘッド駆動部１４は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。 The driving unit 16 includes the head driving unit 14 and the stage driving unit 33 described above.
The head drive unit 14 includes a Y-axis motor that drives the columns 10a and 10b in the Y direction, an X-axis motor that drives the carriage in the X direction, and a Z-axis motor that drives the measurement head 13 in the Z direction. Yes. The head drive unit 14 receives a drive signal supplied from a drive control unit 54 described later. The head drive unit 14 electrically moves the measurement head 13 in three directions (X, Y, and Z directions) based on the drive signal.

ステージ駆動部３３は、ステージ３１を回転軸θ回りに回転駆動するロータリ軸用モータ及び回転軸φ回りに回転駆動するチルト軸用モータを備える。ステージ駆動部３３は、駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ステージ駆動部３３は、その駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ、φ回りに、電動でそれぞれ回転させる。   The stage drive unit 33 includes a rotary shaft motor that rotates the stage 31 around the rotation axis θ and a tilt shaft motor that rotates around the rotation axis φ. The stage drive unit 33 receives a drive signal supplied from the drive control unit 54. The stage drive unit 33 electrically rotates the stage 31 about the rotation axes θ and φ based on the drive signal.

位置検出部１７は、前述のヘッド位置検出部１５と、ステージ位置検出部３４とを備えている。
ヘッド位置検出部１５は、測定ヘッド１３のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の位置をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、及びＺ軸用エンコーダを備えている。ヘッド位置検出部１５は、それらのエンコーダによって測定ヘッド１３の座標を検出し、測定ヘッド１３の座標値を示す信号を後述の座標検出部５１へ供給する。 The position detection unit 17 includes the head position detection unit 15 and a stage position detection unit 34 described above.
The head position detection unit 15 includes an X-axis encoder, a Y-axis encoder, and a Z-axis encoder that detect the positions of the measurement head 13 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, respectively. The head position detection unit 15 detects the coordinates of the measurement head 13 using these encoders, and supplies a signal indicating the coordinate value of the measurement head 13 to the coordinate detection unit 51 described later.

ステージ位置検出部３４は、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エンコーダ及びチルト軸用エンコーダを備えている。ステージ位置検出部３４は、それらのエンコーダを用いて、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置を検出し、検出した回転位置を表す信号を座標検出部５１へ供給する。   The stage position detector 34 includes a rotary axis encoder and a tilt axis encoder that detect the rotational positions of the stage 31 about the rotation axes θ and φ, respectively. The stage position detector 34 uses these encoders to detect the rotational position of the stage 31 around the rotation axes θ and φ, and supplies a signal representing the detected rotational position to the coordinate detector 51.

検出部２０は、被検物３に対しての相対位置が変更されて、三次元形状を有している被検物３の表面形状を検出する。
検出部２０は、次に示す検出手段のうちの少なくとも１つの検出手段を備える。
第１の検出手段では、備えている光切断型の光プローブ２０Ａを用いて検出する。光プローブ２０Ａは、光切断方式により被検物３の表面形状を求めるために、照射部２１と、撮像部２２とを備えて構成される。照射部２１は、後述の間隔調整部５２から供給される光の照射を制御する制御信号に基づき、被検物３に直線上の光があたるように、被検物３に直線状のスリット光（ライン状の計測光）を照射する。
撮像部２２は、照射部２１の照射方向に対して、光軸を所定角度ずらして配置される。撮像部２２は、照射部２１からの照射光により被検物３の表面に形成される光切断線（スリット光が照射されている部分）を撮像する。ここで、光切断線は、被検物３の断面形状に応じて形成される。撮像部２２は、被検物３の表面に形成される陰影パターンを撮像し、撮像した画像情報を間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。撮像部２２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ｃ−ＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの個体撮像素子を備えている。 The detection unit 20 detects the surface shape of the test object 3 having a three-dimensional shape by changing the relative position with respect to the test object 3.
The detection unit 20 includes at least one detection means of the following detection means.
In the first detection means, detection is performed using the provided light-cutting optical probe 20A. The optical probe 20A includes an irradiation unit 21 and an imaging unit 22 in order to obtain the surface shape of the test object 3 by a light cutting method. The irradiation unit 21 linearly slits light on the test object 3 so that the test object 3 is irradiated with light on a straight line based on a control signal that controls irradiation of light supplied from the interval adjustment unit 52 described later. Irradiate (line-shaped measuring light).
The imaging unit 22 is arranged with the optical axis shifted by a predetermined angle with respect to the irradiation direction of the irradiation unit 21. The imaging unit 22 images a light cutting line (a portion irradiated with slit light) formed on the surface of the test object 3 by the irradiation light from the irradiation unit 21. Here, the light cutting line is formed according to the cross-sectional shape of the test object 3. The imaging unit 22 images a shadow pattern formed on the surface of the test object 3 and supplies the captured image information to the interval adjustment unit 52. Thereby, the control unit 40 acquires shape measurement data. The imaging unit 22 includes an individual imaging element such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (C-MOS) sensor.

第２の検出手段では、備えている取得画像変換型のＳＳＦプローブ２０Ｂを用いて検出する。ＳＳＦプローブ２０Ｂは、被検物３の形状を撮像した画像データを間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。ＳＳＦプローブ２０Ｂに関する詳細の説明は、例えば、次の参考文献を参照する（［参考文献］国際公開第２００９／０９６４２２号パンフレット）。   In the second detection means, detection is performed using the acquired image conversion type SSF probe 20B provided. The SSF probe 20B supplies image data obtained by imaging the shape of the test object 3 to the interval adjustment unit 52. Thereby, the control unit 40 acquires shape measurement data. For details of the SSF probe 20B, refer to, for example, the following reference ([Reference] International Publication No. 2009/096422 pamphlet).

第３の検出手段では、備えている接触型の接触プローブ２０Ｃを用いて検出する。接触プローブ２０Ｃは、被検物３に接触することにより検出した情報（位置情報）を間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。
検出部２０は、上記の検出手段のいずれか１つを備える代わりに、複数の検出手段を備え、選択された検出手段によって検出することとしてもよい。以下の説明では、光プローブ２０Ａを例に説明する。 In the third detection means, detection is performed using the contact-type contact probe 20C provided. The contact probe 20 </ b> C supplies information (position information) detected by contacting the object 3 to the interval adjustment unit 52. Thereby, the control unit 40 acquires shape measurement data.
The detection unit 20 may include a plurality of detection units instead of including any one of the detection units described above, and may detect the selected detection unit. In the following description, the optical probe 20A will be described as an example.

続いて、制御ユニット４０について説明する。
入力装置４２は、ユーザが各種指示情報を入力するキーボードなどを備えている。入力装置４２は、入力された指示情報を検出し、検出した指示情報を記憶部５５に書き込み記憶させる。 Next, the control unit 40 will be described.
The input device 42 includes a keyboard and the like for a user to input various instruction information. The input device 42 detects the input instruction information, and writes and stores the detected instruction information in the storage unit 55.

ジョイスティック４３は、ユーザの操作を受けて、その操作に応じて測定ヘッド１３やステージ３１を駆動させる制御信号を生成して駆動制御部５４へ供給する。例えば、ジョイスティック４３は、ユーザの操作に応じて、測定領域において光プローブ２０Ａを配置させる状態を示す情報を制御指令情報として検出する。そして、ジョイスティック４３は、検出した制御指令情報に基づいて光プローブ２０Ａを配置させるように、測定ヘッド１３やステージ３１を駆動させる制御信号を生成して駆動制御部５４へ供給する。   The joystick 43 receives a user operation, generates a control signal for driving the measurement head 13 and the stage 31 in accordance with the operation, and supplies the control signal to the drive control unit 54. For example, the joystick 43 detects information indicating a state in which the optical probe 20A is arranged in the measurement region as control command information in accordance with a user operation. The joystick 43 generates a control signal for driving the measurement head 13 and the stage 31 so as to arrange the optical probe 20A based on the detected control command information, and supplies the control signal to the drive control unit 54.

モニタ４４は、データ出力部５７から供給された測定データ（全測定ポイントの座標値）等を受け取る。モニタ４４は、受け取った測定データ（全測定ポイントの座標値）等を表示する。また、モニタ４４は、計測画面、指示画面等を表示する。   The monitor 44 receives measurement data (coordinate values of all measurement points) and the like supplied from the data output unit 57. The monitor 44 displays the received measurement data (coordinate values of all measurement points) and the like. The monitor 44 displays a measurement screen, an instruction screen, and the like.

制御部４１は、座標検出部５１と、間隔調整部５２と、座標算出部（算出部）５３と、駆動制御部５４と、記憶部５５と、移動指令部５６と、データ出力部５７と、静止判定部（判定部）５８とを備えている。   The control unit 41 includes a coordinate detection unit 51, an interval adjustment unit 52, a coordinate calculation unit (calculation unit) 53, a drive control unit 54, a storage unit 55, a movement command unit 56, a data output unit 57, A stillness determination unit (determination unit) 58.

座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１５から出力される座標信号により、ヘッド位置検出部１５に支持されている光プローブ２０Ａの位置、すなわち水平方向における観察位置（光軸中心位置）と上下方向における観察位置とを検知する。また、座標検出部５１は、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す信号により、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置を検知する。座標検出部５１は、それぞれ検知された水平方向における観察位置（光軸中心位置）と上下方向における観察位置の情報と、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す情報（ステージ３１の回転位置情報）とから、座標情報を検出する。そして、座標検出部５１は、光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とを座標算出部５３へ供給する。
また、座標検出部５１は、光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とに基づいて、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な移動経路、移動速度、移動が停止しているか否かなどの情報を検出し、検出した情報を移動指令部５６へ供給する。 The coordinate detection unit 51 uses the coordinate signal output from the head position detection unit 15 to position the optical probe 20A supported by the head position detection unit 15, that is, the observation position (optical axis center position) in the horizontal direction and the vertical direction. The observation position at is detected. Further, the coordinate detection unit 51 detects the rotation position around the rotation axes θ and φ of the stage 31 based on the signal indicating the rotation position output from the stage position detection unit 34. The coordinate detection unit 51 includes information on the detected observation position (optical axis center position) in the horizontal direction and observation position in the vertical direction, and information indicating the rotation position output from the stage position detection unit 34 (rotation of the stage 31). Coordinate information is detected from (position information). Then, the coordinate detection unit 51 supplies the coordinate information of the optical probe 20 </ b> A and the rotational position information of the stage 31 to the coordinate calculation unit 53.
The coordinate detection unit 51 also determines whether the relative movement path, movement speed, and movement between the optical probe 20A and the stage 31 are stopped based on the coordinate information of the optical probe 20A and the rotational position information of the stage 31. Such information is detected, and the detected information is supplied to the movement command unit 56.

間隔調整部５２は、座標計測開始前に記憶部５５からサンプリング周波数を指定するデータを読み出す。間隔調整部５２は、そのサンプリング周波数で、撮像部２２から画像情報を受け取る。そして、間隔調整部５２は、該画像情報から被検物３の表面の形状データを算出するためのフレームを間引いた画像情報を、座標算出部５３に供給する。   The interval adjustment unit 52 reads data specifying the sampling frequency from the storage unit 55 before starting coordinate measurement. The interval adjustment unit 52 receives image information from the imaging unit 22 at the sampling frequency. Then, the interval adjusting unit 52 supplies image information obtained by thinning out the frame for calculating the shape data of the surface of the test object 3 from the image information to the coordinate calculating unit 53.

座標算出部５３は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状に基づいて、被検物３の表面の形状データ、すなわち三次元形状データを算出する。
座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給されたフレームが間引かれた画像情報を受け取る。座標算出部５３は、座標検出部５１から供給された光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とを受け取る。座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給された画像情報と、光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とに基づき、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出する。 The coordinate calculation unit 53 calculates shape data of the surface of the test object 3, that is, three-dimensional shape data, based on the shape of the surface of the test object 3 detected by the optical probe 20A.
The coordinate calculation unit 53 receives image information in which frames supplied from the interval adjustment unit 52 are thinned out. The coordinate calculation unit 53 receives the coordinate information of the optical probe 20 </ b> A supplied from the coordinate detection unit 51 and the rotational position information of the stage 31. The coordinate calculation unit 53 is based on the image information supplied from the interval adjustment unit 52, the coordinate information of the optical probe 20A, and the rotational position information of the stage 31, and the coordinate value (three-dimensional coordinate value) of each measurement point. Calculate group data.

具体的な算出方法は以下の通りである。まず、座標算出部５３は、受け取った光プローブ２０Ａの座標から、光プローブ２０Ａに固定された照射部２１の座標と、撮像部２２の座標を算出する。
ここで、照射部２１は光プローブ２０Ａに固定されているので、照射部２１の照射角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。また、撮像部２２も光プローブ２０Ａに固定されているので、撮像部２２の撮像角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。 A specific calculation method is as follows. First, the coordinate calculation unit 53 calculates the coordinates of the irradiation unit 21 fixed to the optical probe 20A and the coordinates of the imaging unit 22 from the received coordinates of the optical probe 20A.
Here, since the irradiation unit 21 is fixed to the optical probe 20A, the irradiation angle of the irradiation unit 21 is fixed to the optical probe 20A. Further, since the imaging unit 22 is also fixed to the optical probe 20A, the imaging angle of the imaging unit 22 is fixed with respect to the optical probe 20A.

座標算出部５３は、照射した光が被検物３にあたった点の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。ここで、照射した光が被検物３にあたった点の座標は、照射部２１の座標から照射部２１の照射角度で描画される直線と、撮像部２２の座標から撮像部２２の撮像角度で描画される直線（光軸）とが交わる点の座標である。なお、上記の撮像された画像は、測定位置に配置された光プローブ２０Ａによって検出された画像を示す。
これにより、被検物に照射されるスリット光を所定の方向に走査させることにより、光が照射された位置の座標を算出することができる。 The coordinate calculation unit 53 calculates the coordinates of the point where the irradiated light hits the object 3 using triangulation for each pixel of the captured image. Here, the coordinates of the point where the irradiated light hits the object 3 are a straight line drawn from the coordinates of the irradiation unit 21 to the irradiation angle of the irradiation unit 21 and the imaging angle of the imaging unit 22 from the coordinates of the imaging unit 22. This is the coordinates of the point where the straight line (optical axis) drawn at. In addition, said imaged image shows the image detected by optical probe 20A arrange | positioned at a measurement position.
Thereby, the coordinate of the position where light was irradiated can be calculated by scanning the slit light irradiated to the test object in a predetermined direction.

また、被検物３は、ステージ３１に支持されている。被検物３は、ステージ３１が回転軸周りに回転することにより、ステージ３１の回転軸を中心に一緒に回転する。つまり、算出された光が照射された位置の座標は、ステージ３１の回転軸中心に回転したことによって姿勢が傾けられた被検物３の表面の位置を示す情報である。よって、座標算出部５３は、光が照射された位置の座標を、ステージ３１の傾き、即ち回転軸周りの回転位置情報に基づいて、ステージ３１の傾きを補正することにより、実際の被検物３の表面形状データを算出することができる。
また、座標算出部５３は、算出した被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを記憶部５５に保存する。 Further, the test object 3 is supported by the stage 31. The test object 3 rotates together around the rotation axis of the stage 31 as the stage 31 rotates around the rotation axis. That is, the calculated coordinates of the position irradiated with light are information indicating the position of the surface of the test object 3 whose posture is tilted by rotating around the rotation axis of the stage 31. Therefore, the coordinate calculation unit 53 corrects the coordinates of the position irradiated with light based on the tilt of the stage 31, that is, the rotation position information about the rotation axis, thereby correcting the actual test object. 3 surface shape data can be calculated.
In addition, the coordinate calculation unit 53 stores point cloud data of three-dimensional coordinate values, which is the calculated surface shape data of the test object 3, in the storage unit 55.

記憶部５５には、入力装置４２またはジョイスティック４３から入力された各種指示情報や、予め設定された各種指示情報が保持される。この各種指示情報は、制御部４１が所定の測定制御を実行するための測定条件や測定手順等を示す情報である。例えば、記憶部５５には、被検物３の測定範囲を示す測定ポイントの座標値、被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、測定ポイントの移動方向、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータなどが各種指示情報として保持される。   The storage unit 55 holds various instruction information input from the input device 42 or the joystick 43 and various instruction information set in advance. The various instruction information is information indicating measurement conditions and measurement procedures for the control unit 41 to execute predetermined measurement control. For example, the storage unit 55 stores the coordinate value of the measurement point indicating the measurement range of the test object 3, and the coordinates of the measurement start position (first measurement point) and the measurement end position (last measurement point) of the test object 3. Data indicating a value, a moving direction of the measurement point, and a distance interval between the measurement points (for example, a measurement pitch of a constant distance interval) are stored as various instruction information.

例えば、被検物３の測定ポイントの座標値は、次に示す処理により算出される。
被検物３の測定ポイントの座標値は、ユーザによって入力された情報に基づいて、測定ヘッド１３及びステージ３１が駆動されて、被検物３及び光プローブ２０Ａが所望の姿勢になるようにそれぞれ位置決めされた位置により算出される。 For example, the coordinate value of the measurement point of the test object 3 is calculated by the following process.
The coordinate values of the measurement points of the test object 3 are respectively determined so that the measurement head 13 and the stage 31 are driven based on information input by the user so that the test object 3 and the optical probe 20A are in a desired posture. It is calculated from the positioned position.

より具体的には、座標検出部５１は、ユーザによって入力された情報に基づいて駆動制御部５４により駆動された座標情報（測定ヘッド１３の座標情報及びステージ３１の回転位置情報）を検出する。そして、座標算出部５３は、座標検出部５１により検出された測定ポイントの座標情報に基づいて、被検物３の測定ポイントの座標値を算出する。座標算出部５３が算出する当該測定ポイントの座標値は、入力装置４２による当該座標値のキー入力の他、予めジョイスティック４３の操作によって駆動制御部５４が測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させ、被検物３及び光プローブ２０Ａを所望の姿勢に位置決めした位置により算出される。   More specifically, the coordinate detection unit 51 detects coordinate information (coordinate information of the measurement head 13 and rotational position information of the stage 31) driven by the drive control unit 54 based on information input by the user. Then, the coordinate calculation unit 53 calculates the coordinate value of the measurement point of the test object 3 based on the coordinate information of the measurement point detected by the coordinate detection unit 51. The coordinate value of the measurement point calculated by the coordinate calculation unit 53 is obtained by driving the measurement head 13 and the stage 31 by the drive control unit 54 in advance by operating the joystick 43 in addition to key input of the coordinate value by the input device 42. It is calculated from the position where the inspection object 3 and the optical probe 20A are positioned in a desired posture.

また、記憶部５５には、座標算出部５３から供給された三次元座標値の点群データが測定データとして保持される。また、記憶部５５には、座標検出部５１から供給された各測定ポイントの座標情報が保持される。また、記憶部５５には、設計データ（ＣＡＤデータ）が保持される。   Further, the storage unit 55 holds the point group data of the three-dimensional coordinate values supplied from the coordinate calculation unit 53 as measurement data. In addition, the storage unit 55 holds coordinate information of each measurement point supplied from the coordinate detection unit 51. The storage unit 55 holds design data (CAD data).

駆動制御部５４は、ジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、または、移動指令部５６からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４及びステージ駆動部３３に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３及びステージ３１の駆動制御を行う。
また、駆動制御部５４は、ジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、登録位置として設定された測定ヘッド１３及びステージ３１の位置情報を記憶部５５に書き込み記憶させる。つまり、駆動制御部５４は、測定ヘッド１３に支持されている光プローブ２０Ａの位置を間接的に取得することができる。 The drive control unit 54 outputs a drive signal to the head drive unit 14 and the stage drive unit 33 based on an operation signal from the joystick 43 or based on a command signal from the movement command unit 56, and the measurement head 13. And the drive control of the stage 31 is performed.
Further, the drive control unit 54 writes and stores the position information of the measurement head 13 and the stage 31 set as registration positions in the storage unit 55 based on the operation signal from the joystick 43. That is, the drive control unit 54 can indirectly acquire the position of the optical probe 20 </ b> A supported by the measurement head 13.

移動指令部５６は、記憶部５５から被検物３の測定範囲を示す測定ポイントの座標値、被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、測定ポイントの移動方向、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータ等を読み出す。移動指令部５６は、上記読み出したデータに基づいて、被検物３に対するスキャンの移動経路を算出する。そして、移動指令部５６は、算出した移動経路及び記憶部５５から読み出した各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）等に従って、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。   The movement command unit 56 stores the coordinate value of the measurement point indicating the measurement range of the test object 3 from the storage unit 55, the measurement start position (first measurement point) and the measurement end position (last measurement point) of the test object 3. Data indicating the coordinate value, the moving direction of the measurement point, and the distance interval of each measurement point (for example, the measurement pitch of a constant distance interval) are read out. The movement command unit 56 calculates the scanning movement path for the test object 3 based on the read data. Then, the movement command unit 56 commands to drive the measurement head 13 and the stage 31 according to the calculated movement path and the distance interval of each measurement point read from the storage unit 55 (for example, the measurement pitch of a constant distance interval). A signal is supplied to the drive control unit 54 to cause the head drive unit 14 and the stage drive unit 33 to drive the measurement head 13 and the stage 31.

例えば、移動指令部５６は、移動経路及び測定ピッチに従って、測定ヘッド１３の移動または移動の停止と、ステージ３１の回転または回転の停止を駆動させる指令信号を供給して、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な位置を移動させて測定ポイント毎に停止させる。また、移動指令部５６は、この指令信号を間隔調整部５２、及び静止判定部５８に供給する。   For example, the movement command unit 56 supplies a command signal for driving movement or stop of the measurement head 13 and rotation or stop of rotation of the measurement head 13 according to the movement path and the measurement pitch, and the optical probe 20A and the stage 31 are supplied. The relative position is moved and stopped at each measurement point. Further, the movement command unit 56 supplies this command signal to the interval adjustment unit 52 and the stillness determination unit 58.

データ出力部５７は、記憶部５５から測定データ（全測定ポイントの座標値）等を読み出す。データ出力部５７は、その測定データ（全測定ポイントの座標値）等をモニタ４４に供給する。また、データ出力部５７は、測定データ（全測定ポイントの座標値）等をプリンタ（不図示）へ出力する。   The data output unit 57 reads measurement data (coordinate values of all measurement points) and the like from the storage unit 55. The data output unit 57 supplies the measurement data (coordinate values of all measurement points) and the like to the monitor 44. The data output unit 57 outputs measurement data (coordinate values of all measurement points) and the like to a printer (not shown).

静止判定部５８は、ステージ３１に載置されて把持されている被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。具体的には、静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の変位を示す情報、例えば単位時間あたりの変位量（ゆらぎ）に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。   The stationary determination unit 58 determines whether or not the optical probe 20 </ b> A is relatively stationary with respect to the test object 3 placed and held on the stage 31. Specifically, the stationary determination unit 58 is based on information indicating the displacement of the shape of the surface of the test object 3 detected by the optical probe 20A, for example, a displacement amount (fluctuation) per unit time. It is determined whether or not the optical probe 20A is relatively stationary.

例えば、間隔調整部５２は、所定のサンプリング周波数で光プローブ２０Ａにより被検物３の表面に照射されるスリット光（ライン状の計測光）によって形成される陰影パターンを撮像した画像情報を受け取る。座標算出部５３は、この画像情報に基づいて、照射した光が被検物３にあたった点（陰影パターン上の点）の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。そして、座標算出部５３は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に、陰影パターンの座標値の点群データを算出して静止判定部５８に供給する。静止判定部５８は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に算出されて供給される陰影パターンの座標値の点群データ（被検物３の表面の形状）に基づいて、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出する。静止判定部５８は、この変位量の大きさによって、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定し、判定した結果を座標算出部５３及び移動指令部５６に供給する。   For example, the interval adjustment unit 52 receives image information obtained by imaging a shadow pattern formed by slit light (line-shaped measurement light) irradiated on the surface of the test object 3 by the optical probe 20A at a predetermined sampling frequency. Based on this image information, the coordinate calculation unit 53 uses the triangulation for the coordinates of the point (point on the shadow pattern) where the irradiated light hits the test object 3 for each pixel of the captured image. calculate. Then, the coordinate calculation unit 53 calculates point group data of the coordinate values of the shadow pattern for each piece of image information captured at a predetermined sampling frequency, and supplies the point group data to the stillness determination unit 58. The stationary determination unit 58 is based on the point cloud data (the shape of the surface of the test object 3) of the coordinate values of the shadow pattern calculated and supplied for each piece of image information captured at a predetermined sampling frequency. The amount of displacement per unit time of the shape of the surface 3 is detected. The stationary determination unit 58 determines whether or not the optical probe 20A is relatively stationary with respect to the test object 3 based on the magnitude of the displacement, and the determination result is used as the coordinate calculation unit 53 and the movement command unit. 56.

次に、本実施形態における処理の概要を説明する。
本実施形態の三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａの相対位置を移動させ、測定ポイント毎に相対位置を停止させて被検物３の表面の形状を検出する。この場合、相対位置を停止させる制御をした場合であっても、残留振動の影響により光プローブ２０Ａを支持する移動部１０などの各構造体に撓みなどが発生し、アッベの誤差が生じることがある。 Next, an outline of processing in the present embodiment will be described.
The three-dimensional shape measuring apparatus 100 of the present embodiment detects the shape of the surface of the test object 3 by moving the relative position of the optical probe 20A with respect to the test object 3 and stopping the relative position for each measurement point. . In this case, even when control is performed to stop the relative position, each structure such as the moving unit 10 that supports the optical probe 20A may bend due to the influence of residual vibration, and Abbe's error may occur. is there.

図３は、アッベの誤差を説明する模式図であって、三次元形状測定装置１００を上面視した場合の簡略図である。この図において、移動部１０の支柱１０ａは、軸３０１に沿って（Ｙ軸に沿って）ガイドレール上を移動される。また、測定ヘッド１３に支持されている光プローブ２０Ａは、支柱１０ａ及び水平フレーム１０ｃにより支持されており、移動部１０の支柱１０ａがＹ軸に沿って移動されるのに応じて、同様にＹ軸に沿って移動される。この図においては、移動部１０の支柱１０ａと対をなす支柱１０ｂは、説明を容易にするため省略している。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the Abbe error, and is a simplified diagram when the three-dimensional shape measuring apparatus 100 is viewed from above. In this figure, the column 10a of the moving unit 10 is moved on the guide rail along the axis 301 (along the Y axis). Further, the optical probe 20A supported by the measurement head 13 is supported by the support column 10a and the horizontal frame 10c, and in the same manner as the support column 10a of the moving unit 10 is moved along the Y axis, Y Moved along the axis. In this figure, the column 10b paired with the column 10a of the moving unit 10 is omitted for the sake of easy explanation.

また、図３は、三次元形状測定装置１００において支柱１０ａのＹ軸方向の移動を値Ｙ１の位置で停止させた際に、水平フレーム１０ｃに撓みが発生していない場合と発生している場合との一例を示している。例えば、水平フレーム１０ｃに撓みが発生していない場合、水平フレーム１０ｃは、Ｙ軸と直交するように停止する。つまり、水平フレーム１０ｃは、Ｘ軸に平行な線分３０２と重なる位置にあり、水平フレーム１０Ｃ上を移動する光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置が支柱１０ａと同じ値Ｙ１である。   Also, FIG. 3 shows the case where the horizontal frame 10c is not bent and when the movement of the column 10a in the Y-axis direction is stopped at the position of the value Y1 in the three-dimensional shape measuring apparatus 100. An example is shown. For example, when the horizontal frame 10c is not bent, the horizontal frame 10c stops so as to be orthogonal to the Y axis. That is, the horizontal frame 10c overlaps the line segment 302 parallel to the X axis, and the position of the optical probe 20A moving on the horizontal frame 10C in the Y axis direction is the same value Y1 as that of the support column 10a.

一方、水平フレーム１０ｃに撓みが発生している場合、支柱１０ａの位置と光プローブ２０Ａの位置とが撓みによりＹ軸方向の同じ位置にならない場合がある。例えば、水平フレーム１０ｃが撓みにより線分３０２に対して支柱１０ａを中心に角度α分ずれた線分３０３と重なる位置にあるとした場合、支柱１０ａのＹ軸方向の位置が値Ｙ１であるのに対して、光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置は値Ｙ２である（撓みは一般的に曲線状になるように発生するが、説明しやすくするため直線状の線分３０３として表している）。このように、三次元形状測定装置１００は、支柱１０ａの位置として検出されるＹ軸方向の位置により光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置を値Ｙ１と検出する。しかし、水平フレーム１０ｃに撓みが発生している場合、実際の光プローブ２０ＡのＹ軸方向の位置は値Ｙ２であることから、この値Ｙ１と値Ｙ２との差分Ｅｒｒがアッベの誤差として生じる。   On the other hand, when the horizontal frame 10c is bent, the position of the column 10a and the position of the optical probe 20A may not be the same position in the Y-axis direction due to the bending. For example, if the horizontal frame 10c is located at a position overlapping the line segment 303 that is displaced by an angle α with respect to the line segment 302 with respect to the line segment 302 due to bending, the position in the Y-axis direction of the column 10a is the value Y1. On the other hand, the position of the optical probe 20A in the Y-axis direction is the value Y2 (the deflection generally occurs in a curved shape, but is represented as a straight line segment 303 for ease of explanation). . As described above, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 detects the position in the Y-axis direction of the optical probe 20A as the value Y1 based on the position in the Y-axis direction detected as the position of the column 10a. However, when the horizontal frame 10c is bent, the actual position of the optical probe 20A in the Y-axis direction is the value Y2, and thus the difference Err between the value Y1 and the value Y2 is generated as an Abbe error.

このアッベの誤差は、Ｙ軸方向の位置を検出するＹ軸用エンコーダを有する支柱１０ａと、光プローブ２０Ａの位置とが同一のＹ軸上にないことにより生じるものである。そして、Ｙ軸用エンコーダによって検出される支柱１０ａのＹ軸上の位置に対して、光プローブ２０Ａの位置がＹ軸上から離れる（支柱１０ａと光プローブ２０Ａとの距離Ｌが大きくなる）のに応じて、水平フレーム１０ｃの撓みによる誤差への影響が大きくなる。つまり、撓みによって生じる上述の角度αが同じであれば、距離Ｌが大きくなるのに応じて差分Ｅｒｒが大きくなる。一般的に、光プローブ２０Ａを支持して移動させる移動部１０のスケール軸上（空間座標それぞれの軸方向の位置がエンコーダにより検出される軸上）に、被検物３を設置して測定することは困難である。そのため、三次元形状測定装置１００において、スケール軸上から離れた位置の光プローブ２０Ａにより被検物３を測定することになり、上述のアッベの誤差が生じることになる。
ここで、アッベの誤差は、簡易的に「Ｅｒｒ＝ｓｉｎα×Ｌ」により表される。 This Abbe error is caused by the fact that the column 10a having the Y-axis encoder for detecting the position in the Y-axis direction and the position of the optical probe 20A are not on the same Y-axis. Then, the position of the optical probe 20A moves away from the Y-axis with respect to the position on the Y-axis of the column 10a detected by the Y-axis encoder (the distance L between the column 10a and the optical probe 20A increases). Accordingly, the influence on the error due to the bending of the horizontal frame 10c increases. That is, if the above-mentioned angle α generated by the bending is the same, the difference Err increases as the distance L increases. In general, the test object 3 is installed and measured on the scale axis (on the axis where the position of each spatial coordinate in the axial direction is detected by the encoder) of the moving unit 10 that supports and moves the optical probe 20A. It is difficult. Therefore, in the three-dimensional shape measuring apparatus 100, the test object 3 is measured by the optical probe 20A at a position away from the scale axis, and the above-described Abbe error occurs.
Here, the Abbe error is simply expressed by “Err = sin α × L”.

また、図３においては、Ｙ軸方向への移動において生じる残留振動によるＹ軸方向への水平フレーム１０ｃの撓みの影響のみについて説明したが、支柱１０ａの撓みの影響もある。また、その他に、移動部１０のＸ軸方向、またはＺ軸方向への移動においてもそれぞれの方向に移動部１０の各部の撓みの影響がある。また、撓み以外にも捩れにより回転方向への影響もある。更に、ステージ３１の回転駆動において生じる残留振動によっても同様にアッベの誤差が生じる場合がある。よって、従来の三次元形状測定装置は、残留振動によって生じるアッベの誤差を低減させるために、各測定ポイントにおいて残留振動が検出精度に影響しないレベルに減衰するまで余裕を持った時間が経過してから検出する必要があった。   Further, in FIG. 3, only the influence of the deflection of the horizontal frame 10c in the Y-axis direction due to the residual vibration generated in the movement in the Y-axis direction has been described, but there is also the influence of the deflection of the column 10a. In addition, even when the moving unit 10 moves in the X-axis direction or the Z-axis direction, the respective parts of the moving unit 10 are affected by bending in the respective directions. In addition to bending, there is an influence on the rotational direction due to twisting. Further, Abbe error may occur in the same manner due to residual vibration generated in the rotational drive of the stage 31. Therefore, in order to reduce Abbe's error caused by residual vibration, the conventional three-dimensional shape measuring apparatus has a sufficient time until the residual vibration is attenuated to a level that does not affect the detection accuracy at each measurement point. It was necessary to detect from.

本実施形態の三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量（ゆらぎ）に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。そして、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された状態において検出された被検物３の表面の形状に基づいて形状データを算出することにより、アッベの誤差による影響を低減する。   The three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment uses the optical probe for the test object 3 based on the displacement amount (fluctuation) per unit time of the shape of the surface of the test object 3 detected by the optical probe 20A. It is determined whether 20A is relatively stationary. Then, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 calculates shape data based on the shape of the surface of the test object 3 detected in a state in which it is determined that the optical probe 20A is relatively stationary. Reduce the effects of errors.

つまり、三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していることを判定して被検物３の表面における測定ポイント毎の形状を検出する。よって、三次元形状測定装置１００は、残留振動が充分に減衰してから測定するために余裕を持った時間が経過してから検出する必要がない。これにより、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａを被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる。   That is, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 determines that the optical probe 20A is relatively stationary with respect to the test object 3, and detects the shape of each measurement point on the surface of the test object 3. Therefore, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 does not need to detect after a sufficient time has passed for measurement after the residual vibration is sufficiently attenuated. Thereby, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 can improve the measurement speed when the optical probe 20A is moved with respect to the test object 3 and stopped at each measurement position for measurement.

次に、制御部４１により静止判定して形状測定する処理についての詳細を説明する。
制御部４１の静止判定部５８は、ステージ３１に載置されて把持されている被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。具体的には、静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。 Next, the details of the process of determining the stillness by the control unit 41 and measuring the shape will be described.
The stationary determination unit 58 of the control unit 41 determines whether or not the optical probe 20 </ b> A is relatively stationary with respect to the test object 3 placed and gripped on the stage 31. Specifically, the stationary determination unit 58 determines that the optical probe 20A is relative to the test object 3 based on the amount of displacement per unit time of the shape of the surface of the test object 3 detected by the optical probe 20A. It is determined whether or not it is stationary.

例えば、静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下であると判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定する。一方、静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下でない（閾値より大きい）と判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しておらず、相対位置が移動している可能性がある（例えば、残留振動がある）と判定する。ここで予め定められた閾値は、形状測定する際に求められる測定精度に対して単位時間あたりの変位量が充分小さい変位量（許容誤差範囲内の変位量）である値が閾値として設定されている。例えば、測定精度に対して１／１０程度の値が閾値として設定されている。   For example, the stationary determination unit 58 determines whether or not the amount of displacement per unit time of the shape of the surface of the test object 3 detected by the optical probe 20A is equal to or less than a predetermined threshold value. The stationary determination unit 58 determines that the optical probe 20 </ b> A is relatively stationary with respect to the test object 3 when determining that the amount of displacement is equal to or less than a predetermined threshold. On the other hand, when the stationary determination unit 58 determines that the amount of displacement is not less than or equal to a predetermined threshold (greater than the threshold), the optical probe 20A is not stationary relative to the test object 3, and the relative It is determined that the position may have moved (for example, there is residual vibration). Here, the predetermined threshold value is set as a threshold value that is a displacement amount (a displacement amount within an allowable error range) whose displacement amount per unit time is sufficiently small with respect to the measurement accuracy required when measuring the shape. Yes. For example, a value of about 1/10 of the measurement accuracy is set as the threshold value.

制御部４１は、静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、光プローブ２０Ａに被検物３の表面の形状を検出させる。
例えば、制御部４１は、光プローブ２０Ａの相対的な移動を停止させるように制御して、ヘッド位置検出部１５により測定ヘッド１３の移動が停止したことが検出され、且つステージ位置検出部３４によりステージ３１の傾斜または回転が停止したことが検出されたことを検出する。その後、制御部４１は、静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、光プローブ２０Ａに被検物３の表面の形状を検出させる制御をする。 When the stationary determination unit 58 determines that the optical probe 20A is relatively stationary with respect to the test object 3, the control unit 41 causes the optical probe 20A to detect the shape of the surface of the test object 3.
For example, the control unit 41 controls to stop the relative movement of the optical probe 20A, the head position detection unit 15 detects that the movement of the measurement head 13 has stopped, and the stage position detection unit 34 It is detected that the tilt or rotation of the stage 31 has been stopped. Thereafter, when the stationary determination unit 58 determines that the optical probe 20A is relatively stationary with respect to the test object 3, the control unit 41 detects the shape of the surface of the test object 3 on the optical probe 20A. To control.

具体的には、移動指令部５６は、移動経路及び測定ピッチに従って、測定ヘッド１３の移動または移動の停止とステージ３１の回転または回転の停止とを駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給して、測定ヘッド１３とステージ３１との相対的な位置を移動させて測定ポイント毎に停止させる。これにより、移動指令部５６は、測定ヘッド１３に支持されている光プローブ２０Ａの被検物３に対する相対的な移動を停止させるように制御する。そして、座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１５から出力される座標信号により、測定ヘッド１３の移動が停止したことを検出し、且つステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す信号により、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したことを検出する。座標検出部５１は、これら検出した情報を移動指令部５６へ供給する。そして、座標検出部５１により測定ヘッド１３の移動が停止したことが検出され、且つステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したことが検出された場合、移動指令部５６は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを静止判定部５８に判定させる。   Specifically, the movement command unit 56 sends a command signal for driving the movement or stop of the measurement head 13 and the rotation or stop of the rotation of the stage 31 to the drive control unit 54 according to the movement path and the measurement pitch. Then, the relative position between the measurement head 13 and the stage 31 is moved and stopped at each measurement point. Thereby, the movement command unit 56 controls to stop the relative movement of the optical probe 20 </ b> A supported by the measurement head 13 with respect to the test object 3. Then, the coordinate detection unit 51 detects that the movement of the measurement head 13 has stopped based on the coordinate signal output from the head position detection unit 15, and uses a signal indicating the rotational position output from the stage position detection unit 34. Then, it is detected that the rotation (tilt or rotation) around the rotation axes θ and φ of the stage 31 is stopped. The coordinate detection unit 51 supplies the detected information to the movement command unit 56. When the coordinate detection unit 51 detects that the movement of the measuring head 13 has stopped and the rotation of the stage 31 about the rotation axes θ and φ (inclination or rotation) is detected, the movement command unit 56 causes the stationary determination unit 58 to determine whether or not the optical probe 20 </ b> A is relatively stationary with respect to the test object 3.

例えば、間隔調整部５２は、所定のサンプリング周波数で光プローブ２０Ａにより被検物３の表面に照射されるスリット光（ライン状の計測光）によって形成される陰影パターンを撮像した画像情報を受け取る。座標算出部５３は、この画像情報に基づいて、照射した光が被検物３にあたった点（陰影パターン上の点）の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。そして、座標算出部５３は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に、陰影パターンの座標値の点群データを算出して静止判定部５８に供給する。   For example, the interval adjustment unit 52 receives image information obtained by imaging a shadow pattern formed by slit light (line-shaped measurement light) irradiated on the surface of the test object 3 by the optical probe 20A at a predetermined sampling frequency. Based on this image information, the coordinate calculation unit 53 uses the triangulation for the coordinates of the point (point on the shadow pattern) where the irradiated light hits the test object 3 for each pixel of the captured image. calculate. Then, the coordinate calculation unit 53 calculates point group data of the coordinate values of the shadow pattern for each piece of image information captured at a predetermined sampling frequency, and supplies the point group data to the stillness determination unit 58.

静止判定部５８は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に算出されて供給される陰影パターンの座標値の点群データ（被検物３の表面の形状）に基づいて、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出する。静止判定部５８は、この変位量の大きさによって、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定し、判定した結果を座標算出部５３及び移動指令部５６に供給する。   The stationary determination unit 58 is based on the point cloud data (the shape of the surface of the test object 3) of the coordinate values of the shadow pattern calculated and supplied for each piece of image information captured at a predetermined sampling frequency. The amount of displacement per unit time of the shape of the surface 3 is detected. The stationary determination unit 58 determines whether or not the optical probe 20A is relatively stationary with respect to the test object 3 based on the magnitude of the displacement, and the determination result is used as the coordinate calculation unit 53 and the movement command unit. 56.

静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合（すなわち残留振動の影響が無い場合）、座標算出部５３は、間隔調整部５２を介して光プローブ２０Ａにより検出された画像情報、及び座標検出部５１により検出された光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とに基づき、被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出して記憶部５５に保存する。また、移動指令部５６は、静止判定部５８により被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、間隔調整部５２が光プローブ２０Ａを介して被検物３の表面の形状を検出した画像情報を受け取った後に、移動経路に従って次の測定ポイントへ移動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給する。   When it is determined by the stationary determination unit 58 that the optical probe 20A is relatively stationary with respect to the test object 3 (that is, when there is no influence of residual vibration), the coordinate calculation unit 53 causes the interval adjustment unit 52 to 3D which is the surface shape data of the test object 3 based on the image information detected by the optical probe 20A via the coordinate information of the optical probe 20A detected by the coordinate detection unit 51 and the rotational position information of the stage 31. The point cloud data of the coordinate value is calculated and stored in the storage unit 55. Further, when the movement command unit 56 determines that the optical probe 20A is relatively stationary with respect to the test object 3 by the stationary determination unit 58, the interval adjustment unit 52 performs the test via the optical probe 20A. After receiving the image information in which the shape of the surface of the object 3 is detected, a command signal for moving to the next measurement point according to the movement path is supplied to the drive control unit 54.

図４は、本実施形態における形状測定処理の一例を示すフローチャートである。
以下、図４が示すフローチャートを用いて、三次元形状測定装置１００が被検物３に対する光プローブ２０Ａの静止判定をして形状測定を実行する処理について説明する。 FIG. 4 is a flowchart showing an example of the shape measurement process in the present embodiment.
Hereinafter, the process in which the three-dimensional shape measuring apparatus 100 performs the shape measurement by determining the stationary state of the optical probe 20A with respect to the test object 3 will be described using the flowchart shown in FIG.

最初に、ユーザは、被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を入力装置４２から入力して設定する。入力装置４２は、入力された測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を記憶部５５に記憶させる（ステップＳ１）。また、ユーザは、被検物３の測定ポイントの距離間隔を入力装置４２から入力して設定する。入力装置４２は、入力された測定ポイントの距離間隔を記憶部５５に記憶させる（ステップＳ２）。移動指令部５６は、記憶部５５から入力されて設定された情報である測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータや、予め設定された情報である測定範囲を示す測定ポイントの座標値、及び測定ポイントの移動方向等を読み出す。移動指令部５６は、上記読み出したデータに基づいて、被検物３に対するスキャンの移動経路を算出する。   First, the user inputs and sets the measurement start position (first measurement point) and measurement end position (last measurement point) of the test object 3 from the input device 42. The input device 42 stores the input measurement start position (first measurement point) and measurement end position (last measurement point) in the storage unit 55 (step S1). Further, the user inputs and sets the distance between measurement points of the test object 3 from the input device 42. The input device 42 stores the distance distance between the input measurement points in the storage unit 55 (step S2). The movement command unit 56 is a coordinate value between a measurement start position (first measurement point) and a measurement end position (last measurement point), which is information input from the storage unit 55 and set, and a distance interval between the measurement points. Data indicating (for example, measurement pitches at constant distance intervals), coordinate values of measurement points indicating measurement ranges, which are preset information, moving directions of measurement points, and the like are read. The movement command unit 56 calculates the scanning movement path for the test object 3 based on the read data.

次に、移動指令部５６は、算出した移動経路に基づいて、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。これにより、移動指令部５６は、測定ヘッド１３とステージ３１との相対的な位置を移動させて光プローブ２０Ａを被検物３の測定開始位置（最初の測定ポイント）に移動させた後に停止させる（ステップＳ３）。   Next, the movement command unit 56 supplies a command signal for driving the measuring head 13 and the stage 31 to the drive control unit 54 based on the calculated movement path, and sends the command signal to the head driving unit 14 and the stage driving unit 33. The measurement head 13 and the stage 31 are driven. Thereby, the movement command unit 56 moves the relative position between the measurement head 13 and the stage 31 to move the optical probe 20A to the measurement start position (first measurement point) of the test object 3 and then stops it. (Step S3).

続いて、座標検出部５１は、移動指令部５６が指令信号を駆動制御部５４に供給して制御した測定ヘッド１３の移動、及びステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したか否かを検出する。座標検出部５１は、これら検出した情報を移動指令部５６へ供給する。そして、座標検出部５１により測定ヘッド１３の移動が停止したことが検出され、且つステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転（傾斜または回転）が停止したことが検出された場合、移動指令部５６は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを静止判定部５８に判定させる。静止判定部５８は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に算出されて供給される陰影パターンの座標値の点群データ（被検物３の表面の形状）に基づいて、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出する（ステップＳ４）。   Subsequently, the coordinate detection unit 51 moves the measurement head 13 controlled by the movement command unit 56 supplying a command signal to the drive control unit 54 and rotates the stage 31 around the rotation axes θ and φ (tilt or rotation). Detect whether or not stopped. The coordinate detection unit 51 supplies the detected information to the movement command unit 56. When the coordinate detection unit 51 detects that the movement of the measuring head 13 has stopped and the rotation of the stage 31 about the rotation axes θ and φ (inclination or rotation) is detected, the movement command unit 56 causes the stationary determination unit 58 to determine whether or not the optical probe 20 </ b> A is relatively stationary with respect to the test object 3. The stationary determination unit 58 is based on the point cloud data (the shape of the surface of the test object 3) of the coordinate values of the shadow pattern calculated and supplied for each piece of image information captured at a predetermined sampling frequency. The displacement amount per unit time of the shape of the surface 3 is detected (step S4).

静止判定部５８は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下であると判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定し、判定した結果を座標算出部５３に供給する（ステップＳ６に処理を進める）。一方、静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下でない（閾値より大きい）と判定した場合、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しておらず、相対位置が移動している可能性がある（例えば、残留振動がある）と判定して、ステップＳ４に処理を戻す。例えば、静止判定部５８は、この変位量が予め定められた閾値以下であると判定するまで、すなわち被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止されるまで、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量を検出して静止判定処理を繰り返す。   The stationary determination unit 58 determines whether or not the displacement amount per unit time of the shape of the surface of the test object 3 detected by the optical probe 20A is equal to or less than a predetermined threshold value (step S5). When it is determined that the amount of displacement is equal to or less than a predetermined threshold, the stationary determination unit 58 determines that the optical probe 20 </ b> A is relatively stationary with respect to the test object 3, and coordinates the determined result as coordinates. It supplies to the calculation part 53 (a process is advanced to step S6). On the other hand, when the stationary determination unit 58 determines that the amount of displacement is not less than or equal to a predetermined threshold (greater than the threshold), the optical probe 20A is not stationary relative to the test object 3, and the relative It is determined that the position may have moved (for example, there is residual vibration), and the process returns to step S4. For example, until the stationary determination unit 58 determines that the amount of displacement is equal to or less than a predetermined threshold value, that is, until the optical probe 20 </ b> A is relatively stationary with respect to the subject 3. The amount of displacement per unit time of the surface shape is detected and the stillness determination process is repeated.

ステップＳ５において、変位量が予め定められた閾値以下であると判定された場合、すなわち被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、間隔調整部５２は、光プローブ２０Ａを介して被検物３の表面の形状を検出し、検出した画像情報を座標算出部５３へ供給する。また、座標検出部５１は、位置検出部１７より光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とを検出し、検出した情報を座標算出部５３へ供給する（ステップＳ６）。   When it is determined in step S5 that the displacement amount is equal to or less than a predetermined threshold value, that is, when it is determined that the optical probe 20A is relatively stationary with respect to the test object 3, the interval adjusting unit 52 Detects the shape of the surface of the test object 3 via the optical probe 20 </ b> A and supplies the detected image information to the coordinate calculation unit 53. Further, the coordinate detection unit 51 detects the coordinate information of the optical probe 20A and the rotational position information of the stage 31 from the position detection unit 17, and supplies the detected information to the coordinate calculation unit 53 (step S6).

座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給された画像情報、及び座標検出部５１から供給された光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とに基づき、測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出して記憶部５５に保存する（ステップＳ７）。   The coordinate calculation unit 53 is based on the image information supplied from the interval adjustment unit 52, the coordinate information of the optical probe 20 </ b> A supplied from the coordinate detection unit 51, and the rotational position information of the stage 31. The point cloud data (original coordinate values) is calculated and stored in the storage unit 55 (step S7).

次に、移動指令部５６は、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
ステップＳ８において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）でない（測定終了位置以外の測定ポイントである）と判定された場合、移動指令部５６は、次の測定ポイントに光プローブ２０Ａを移動させた後停止させる。例えば、移動指令部５６は、移動経路に従って次の測定ポイントへ移動させるために、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる（ステップＳ９）。そして、移動指令部５６は、ステップＳ４に制御を戻し、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを静止判定部５８に判定させる。 Next, the movement command unit 56 determines whether or not the measurement point measured immediately before is the measurement end position (last measurement point) (step S8).
In step S8, when it is determined that the measurement point measured immediately before is not the measurement end position (the last measurement point) (the measurement point other than the measurement end position), the movement command unit 56 applies light to the next measurement point. The probe 20A is moved and then stopped. For example, the movement command unit 56 supplies a command signal for driving the measurement head 13 and the stage 31 to the drive control unit 54 to move to the next measurement point according to the movement path, and drives the head driving unit 14 and the stage. The measurement head 13 and the stage 31 are driven by the unit 33 (step S9). Then, the movement command unit 56 returns the control to step S4, and causes the stationary determination unit 58 to determine whether or not the optical probe 20A is relatively stationary with respect to the test object 3.

一方、ステップＳ８において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であると判定された場合、座標算出部５３は、各測定ポイントにおいて算出した測定ポイント毎の座標値（三次元座標値）の点群データに基づいて、被検物３の表面形状データを算出する。例えば、座標算出部５３は、間隔調整部５２を介して光プローブ２０Ａにより検出された画像情報、及び座標検出部５１により検出された光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とに基づいて測定ポイントことに算出された座標値（三次元座標値）の点群データを、記憶部５５から読み出して被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出して記憶部５５に保存する（ステップＳ１０）。   On the other hand, when it is determined in step S8 that the measurement point measured immediately before is the measurement end position (last measurement point), the coordinate calculation unit 53 calculates the coordinate value (third order) for each measurement point calculated at each measurement point. Based on the point group data of the original coordinate values), the surface shape data of the test object 3 is calculated. For example, the coordinate calculation unit 53 uses the image information detected by the optical probe 20A via the interval adjustment unit 52, the coordinate information of the optical probe 20A detected by the coordinate detection unit 51, and the rotational position information of the stage 31. The point group data of the coordinate values (three-dimensional coordinate values) calculated based on the measurement points is read from the storage unit 55 to calculate the point group data of the three-dimensional coordinate values that are the surface shape data of the test object 3. And stored in the storage unit 55 (step S10).

以上のように、本実施形態における三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａにより検出された被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量（ゆらぎ）に基づいて、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止しているか否かを判定する。そして、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された状態において検出された被検物３の表面の形状に基づいて形状データを算出する。
つまり、三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止している場合、被検物３の表面における測定ポイントの形状を検出するため、残留振動が充分に減衰するまで余裕を持った時間待ってから検出する必要がない。これにより、三次元形状測定装置１００は、光プローブ２０Ａを被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を向上させることができる。 As described above, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment is based on the displacement amount (fluctuation) per unit time of the shape of the surface of the test object 3 detected by the optical probe 20A. It is determined whether or not the optical probe 20A is relatively stationary. Then, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 calculates shape data based on the shape of the surface of the test object 3 detected in a state where it is determined that the optical probe 20A is relatively stationary.
That is, since the three-dimensional shape measuring apparatus 100 detects the shape of the measurement point on the surface of the test object 3 when the optical probe 20A is relatively stationary with respect to the test object 3, the residual vibration is sufficient. It is not necessary to wait for a sufficient amount of time to decay before detection. Thereby, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 can improve the measurement speed when the optical probe 20A is moved with respect to the test object 3 and stopped at each measurement position for measurement.

例えば、三次元形状測定装置１００は、被検物３に対して光プローブ２０Ａの相対位置を移動させ、測定ポイント毎に相対位置を停止させて被検物３の表面の形状を検出する。三次元形状測定装置１００は、測定ポイント毎に相対位置を停止させた場合に生じる残留振動の影響を、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していることを判定した後に測定することで、該残留振動の影響により発生する場合があるアッベの誤差を低減させることができる。   For example, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 detects the shape of the surface of the test object 3 by moving the relative position of the optical probe 20A with respect to the test object 3 and stopping the relative position for each measurement point. After determining that the optical probe 20 </ b> A is stationary relative to the test object 3, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 determines the influence of residual vibration that occurs when the relative position is stopped for each measurement point. By measuring, Abbe's error that may occur due to the influence of the residual vibration can be reduced.

また、三次元形状測定装置１００は、測定ポイント毎に相対位置を停止させた際に生じる残留振動が残っている状態であったとしても、被検物３に対して光プローブ２０Ａが相対的に静止していると判定された場合、すなわち、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が小さく測定精度に影響が無い範囲である場合、残留振動の減衰を待つことなく測定することができるため、アッベの誤差を低減させるとともに測定速度を向上させることができる。   Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus 100, even if the residual vibration generated when the relative position is stopped for each measurement point remains, the optical probe 20A is relatively positioned with respect to the test object 3. When it is determined that the object is stationary, that is, when the displacement per unit time of the surface shape of the test object 3 is small and does not affect the measurement accuracy, the measurement is performed without waiting for the attenuation of the residual vibration. Therefore, Abbe's error can be reduced and the measurement speed can be improved.

また、被検物３の表面の形状の単位時間あたりの変位量が小さい場合には、残留振動が大きくても残留振動の方向や形状によって被検物３の表面の形状に変位が発生しない場合がある（例えば、残留振動の方向に対して平面が続くような形状の場合等）。この場合、残留振動による影響の無い測定が可能であるため、三次元形状測定装置１００は、被検物３の形状によって大幅に測定速度を向上させることができる。   Further, when the displacement amount per unit time of the shape of the surface of the test object 3 is small, even if the residual vibration is large, the displacement of the surface shape of the test object 3 does not occur depending on the direction and shape of the residual vibration. (For example, a shape in which a plane continues in the direction of residual vibration). In this case, since measurement without influence by residual vibration is possible, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 can greatly improve the measurement speed depending on the shape of the test object 3.

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
例えば、制御部４１は、検出部２０（光プローブ２０Ａ）の相対的な移動を停止させるように制御して、ヘッド位置検出部（移動位置検出部）１５により測定ヘッド（支持部）１３の移動が停止したことが検出され且つステージ位置検出部（傾斜回転位置検出部）１４によりステージ（設置部）３１の傾斜または回転が停止したことが検出された後、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止していると判定された場合、検出部２０に被検物３の表面の形状を検出させる制御をする例について説明したが、これに限られるものではない。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention.
For example, the control unit 41 controls the detection unit 20 (optical probe 20A) to stop relative movement, and the head position detection unit (movement position detection unit) 15 moves the measurement head (support unit) 13. Is detected, and the stage position detector (tilt rotation position detector) 14 detects that the tilt or rotation of the stage (installation unit) 31 is stopped, and then the stationary determination unit (determination unit) 58 Although it has been described that the control unit 20 controls the detection unit 20 to detect the shape of the surface of the test object 3 when it is determined that the detection unit 20 is relatively stationary, the present invention is not limited to this.

制御部４１は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御して、ヘッド位置検出部（移動位置検出部）１５により測定ヘッド（支持部）１３の移動が停止したことが検出された後、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止していると判定された場合、検出部２０に被検物３の表面の形状を検出させる制御をしてもよい。例えば、被検物３を把持するステージ３１の姿勢が固定であるような形状測定装置の場合、検出部２０の移動が停止したことを検出した後、静止判定部（判定部）５８は、検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。これにより、三次元形状測定装置１００は、検出部２０を被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を、同様に向上させることができる。   The control unit 41 controls to stop the relative movement of the detection unit 20, and the head position detection unit (movement position detection unit) 15 detects that the movement of the measurement head (support unit) 13 has stopped. After that, when the stationary determination unit (determination unit) 58 determines that the detection unit 20 is relatively stationary, the detection unit 20 may be controlled to detect the shape of the surface of the test object 3. . For example, in the case of a shape measuring apparatus in which the posture of the stage 31 that holds the test object 3 is fixed, after detecting that the movement of the detection unit 20 has stopped, the stationary determination unit (determination unit) 58 detects It may be determined whether the unit 20 is relatively stationary. As a result, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 can similarly improve the measurement speed when the detection unit 20 is moved with respect to the test object 3 and stopped at each measurement position for measurement.

また、制御部４１は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御した後、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止していると判定された場合、検出部２０に被検物３の表面の形状を検出させる制御をしてもよい。例えば、検出部２０の移動の停止やステージ３１の傾斜または回転の停止を検出しなくても、静止判定部（判定部）５８は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御した後、検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。この場合においても、三次元形状測定装置１００は、検出部２０を被検物３に対して移動させて測定位置毎に停止させて測定する場合の測定速度を、同様に向上させることができる。   In addition, the control unit 41 performs control so as to stop the relative movement of the detection unit 20, and then determines that the detection unit 20 is relatively stationary by the stationary determination unit (determination unit) 58. You may control to make the detection part 20 detect the shape of the surface of the to-be-tested object 3. FIG. For example, the stationary determination unit (determination unit) 58 is controlled to stop the relative movement of the detection unit 20 without detecting the stop of the movement of the detection unit 20 or the stop of the tilt or rotation of the stage 31. Thereafter, it may be determined whether or not the detection unit 20 is relatively stationary. Even in this case, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 can similarly improve the measurement speed when the detection unit 20 is moved with respect to the test object 3 and stopped at each measurement position for measurement.

また、制御部４１は、検出部２０の相対的な移動を停止させるように制御した後に限らずその他の期間においても、所定のサンプリング周期で検出部２０により検出された画像情報に基づいて、静止判定部（判定部）５８により検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。   Further, the control unit 41 is not limited to the stationary movement based on the image information detected by the detection unit 20 at a predetermined sampling period, not only after the control to stop the relative movement of the detection unit 20 but also in other periods. The determination unit (determination unit) 58 may determine whether or not the detection unit 20 is relatively stationary.

また、座標算出部５３は、算出した各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データに、静止判定部５８が検出した変位量のデータを関連付けて記憶部５５に記憶させてもよい。例えば、座標算出部５３は、静止判定部５８による検出部２０の相対的な静止判定結果によらず、検出部２０により検出された画像情報などに基づいて、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出し、検出時の静止判定結果を関連付けて記憶させてもよい。そして、座標算出部５３は、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データに基づいて被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出する際に、記憶部５５から読み出した各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データのうち、検出時の静止判定結果により測定精度を満足している座標値のみに基づいて、被検物３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出する制御をしてもよい。   In addition, the coordinate calculation unit 53 may associate the displacement value data detected by the stationary determination unit 58 with the calculated point group data of the coordinate values (three-dimensional coordinate values) of each measurement point and store them in the storage unit 55. Good. For example, the coordinate calculation unit 53 does not depend on the relative stillness determination result of the detection unit 20 by the stillness determination unit 58, but based on the image information detected by the detection unit 20 and the like (three-dimensional) Point group data (coordinate values) may be calculated, and the stationary determination result at the time of detection may be stored in association with each other. The coordinate calculation unit 53 calculates the point group data of the three-dimensional coordinate values that are the surface shape data of the test object 3 based on the point group data of the coordinate values (three-dimensional coordinate values) of the respective measurement points. The test object is based on only the coordinate values satisfying the measurement accuracy according to the stationary determination result at the time of detection among the point cloud data of the coordinate values (three-dimensional coordinate values) of the respective measurement points read from the storage unit 55. Control may be performed to calculate point group data of three-dimensional coordinate values, which is the surface shape data 3.

なお、上記実施形態において、検出部２０が変位センサを備えている構成としてもよい。この場合、検出部２０が備えている変位センサが被検物３に対する検出部２０の変位量を検出することにより、静止判定部（判定部）５８は、検出部２０が相対的に静止しているか否かを判定してもよい。
ここで、検出部２０が備えている変位センサは、例えば、加速度センサ、または各速度センサ等、であってもよい。
また、静止判定部（判定部）５８は、単位時間に関わらず所定の閾値を超える変位量を検出した場合には静止していないと判定してもよい。また、静止判定部（判定部）５８は、判定には変位量を用いずに、例えば撮像部２２が撮像する画素情報を用いて静止しているか否かの判定を行うこともできる。 In the above embodiment, the detection unit 20 may include a displacement sensor. In this case, when the displacement sensor provided in the detection unit 20 detects the amount of displacement of the detection unit 20 with respect to the test object 3, the stationary determination unit (determination unit) 58 makes the detection unit 20 relatively stationary. It may be determined whether or not.
Here, the displacement sensor provided in the detection unit 20 may be, for example, an acceleration sensor or each speed sensor.
Stillness determination part (determination part) 58 may determine that it is not stationary when it detects a displacement amount exceeding a predetermined threshold regardless of unit time. The stillness determination unit (determination unit) 58 can also determine whether or not the image is stationary using, for example, pixel information captured by the imaging unit 22 without using a displacement amount for the determination.

なお、図１における制御部４１は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリ及びＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、制御部４１の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。   The control unit 41 in FIG. 1 may be realized by dedicated hardware, and is configured by a memory and a CPU (central processing unit), and a program for realizing the function of the control unit 41 is provided. The function may be realized by loading it into a memory and executing it.

また、上述の制御部４１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述の制御部４１の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。   Further, the above-described control unit is recorded by recording a program for realizing the functions of the above-described control unit 41 on a computer-readable recording medium, causing the computer system to read and execute the program recorded on the recording medium. You may perform 41 processes. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。 Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.

１０…移動部、１３…測定ヘッド（支持部）、１５…ヘッド位置検出部（移動位置検出部）２０…検出部、３１…ステージ（設置部）、３２…支持テーブル（傾斜回転部）、３４…ステージ位置検出部（傾斜回転位置検出部）、４１…制御部、５３…座標算出部（算出部）、５８…静止判定部（判定部）、１００…三次元形状測定装置（形状測定装置）   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Moving part, 13 ... Measuring head (support part), 15 ... Head position detection part (moving position detection part) 20 ... Detection part, 31 ... Stage (installation part), 32 ... Support table (tilt rotation part), 34 ... Stage position detection unit (tilt rotation position detection unit), 41 ... control unit, 53 ... coordinate calculation unit (calculation unit), 58 ... stationary determination unit (determination unit), 100 ... three-dimensional shape measurement device (shape measurement device)

Claims (9)

被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。 A detection unit that detects the shape of the surface of the test object by changing a relative position with respect to the test object;
A determination unit that determines whether or not the detection unit is relatively stationary with respect to the test object based on information indicating the displacement of the shape of the surface of the test object detected by the detection unit; ,
Based on the shape when the determination unit determines that the detection unit is relatively stationary, a calculation unit that calculates shape data of the surface of the test object;
A shape measuring apparatus comprising: 前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる制御部、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。 When the determination unit determines that the detection unit is relatively stationary, a control unit that causes the detection unit to detect the shape of the surface of the test object,
The shape measuring device according to claim 1, comprising: 前記制御部は、
前記被検物に対する前記検出部の相対的な移動を停止させるように制御した後、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる
ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。 The controller is
After controlling to stop the relative movement of the detection unit with respect to the test object, when the determination unit determines that the detection unit is relatively stationary, the detection unit receives the test The shape measuring device according to claim 2, wherein the shape of the surface of the object is detected. 前記検出部を支持する支持部と、
前記支持部を移動させる移動部と、
前記支持部の位置を検出する移動位置検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記検出部の相対的な移動を停止させるように制御して、前記移動位置検出部により前記支持部の移動が停止したことが検出された後、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の形状測定装置。 A support unit for supporting the detection unit;
A moving part for moving the support part;
A moving position detector for detecting the position of the support;
With
The controller is
Control is performed to stop the relative movement of the detection unit, and after the movement position detection unit detects that the movement of the support unit has stopped, the detection unit is relatively stationary by the determination unit. The shape measuring apparatus according to claim 2 or 3, wherein when it is determined that the surface of the test object is detected, the shape of the surface of the test object is detected by the detection unit. 前記被検物が設置されて前記被検物を把持する設置部と、
前記設置部を傾斜または回転させる傾斜回転部と、
前記設置部の傾斜位置または回転位置を検出する傾斜回転位置検出部と、
を備え、
前記制御部は、
前記検出部の相対的な移動を停止させるように制御して、前記移動位置検出部により前記支持部の移動が停止したことが検出され且つ前記傾斜回転位置検出部により前記設置部の傾斜または回転が停止したことが検出された後、前記判定部により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合、前記検出部に前記被検物の表面の形状を検出させる
ことを特徴とする請求項４に記載の形状測定装置。 An installation section in which the test object is installed and grips the test object;
A tilt rotating unit that tilts or rotates the installation unit;
An inclination rotation position detection unit for detecting an inclination position or a rotation position of the installation unit;
With
The controller is
Control is performed to stop the relative movement of the detection unit, the movement position detection unit detects that the movement of the support unit has stopped, and the tilt rotation position detection unit tilts or rotates the installation unit. When the determination unit determines that the detection unit is relatively stationary after it is detected that the detection unit has stopped, the detection unit is configured to detect the shape of the surface of the test object. The shape measuring apparatus according to claim 4. 前記判定部は、
前記検出部により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報が予め定められた閾値以下であるか否かを判定し、予め定められた閾値以下であると判定した場合、前記検出部が相対的に静止していると判定する
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の形状測定装置。 The determination unit
When it is determined whether the information indicating the displacement of the shape of the surface of the test object detected by the detection unit is equal to or less than a predetermined threshold, and when determined to be equal to or less than a predetermined threshold, The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the detection unit is determined to be relatively stationary. 前記検出部は、
前記被検物に照射されたライン状の計測光によって前記被検物の表面に形成される陰影パターンに基づいて、前記被検物の表面の形状を検出する
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の形状測定装置。 The detector is
The shape of the surface of the test object is detected based on a shadow pattern formed on the surface of the test object by the line-shaped measurement light irradiated to the test object. The shape measuring apparatus according to claim 6. 形状測定装置における形状測定方法であって、
被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、
前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、
前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、
を備えることを特徴とする形状測定方法。 A shape measuring method in a shape measuring device,
A detection procedure in which a relative position with respect to the test object is changed to detect the shape of the surface of the test object;
A determination procedure for determining whether or not the detection unit is relatively stationary with respect to the test object based on information indicating the displacement of the shape of the surface of the test object detected by the detection procedure; ,
A calculation procedure for calculating shape data of the surface of the test object based on the shape when the detection unit is determined to be relatively stationary by the determination procedure;
A shape measuring method comprising: 形状測定装置が備えるコンピュータに、
被検物に対しての相対位置が変更されて前記被検物の表面の形状を検出する検出手順と、
前記検出手順により検出された前記被検物の表面の形状の変位を示す情報に基づいて、前記被検物に対して前記検出部が相対的に静止しているか否かを判定する判定手順と、
前記判定手順により前記検出部が相対的に静止していると判定された場合の前記形状に基づいて、前記被検物の表面の形状データを算出する算出手順と、
を実行させるためのプログラム。 In the computer with the shape measuring device,
A detection procedure in which a relative position with respect to the test object is changed to detect the shape of the surface of the test object;
A determination procedure for determining whether or not the detection unit is relatively stationary with respect to the test object based on information indicating the displacement of the shape of the surface of the test object detected by the detection procedure; ,
A calculation procedure for calculating shape data of the surface of the test object based on the shape when the detection unit is determined to be relatively stationary by the determination procedure;
A program for running
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