JP2013250074A - Shape measurement device - Google Patents
Shape measurement device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013250074A JP2013250074A JP2012122976A JP2012122976A JP2013250074A JP 2013250074 A JP2013250074 A JP 2013250074A JP 2012122976 A JP2012122976 A JP 2012122976A JP 2012122976 A JP2012122976 A JP 2012122976A JP 2013250074 A JP2013250074 A JP 2013250074A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coordinate
- coordinate system
- unit
- probe
- respect
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
本発明は、レンズ、金型等の形状を高精度に測定するための形状測定装置に関するものである。 The present invention relates to a shape measuring apparatus for measuring the shape of a lens, a mold or the like with high accuracy.
従来の形状測定装置は、測定用のプローブを被測定物の被測定面である表面に接触させて表面に沿って走査することにより、プローブが表面に追従しながら表面の形状に応じてZ軸方向に駆動される(特許文献1参照)。レーザ測長光学系は、測定用のプローブなどと共に移動体上に固定的に設けられて、周知の光干渉法によりZ参照ミラーを基準としたプローブのZ座標の距離を測長する。同様に、レーザ測長光学系は、X参照ミラー及びY参照ミラーをそれぞれ基準としたプローブのX座標及びY座標の距離を測長する。 The conventional shape measuring apparatus is configured to contact the surface of the object to be measured, which is the surface to be measured, and scan along the surface, so that the probe follows the surface while the probe follows the surface. Driven in the direction (see Patent Document 1). The laser length measurement optical system is fixedly provided on the moving body together with a measurement probe and the like, and measures the distance of the Z coordinate of the probe based on the Z reference mirror by a known optical interference method. Similarly, the laser measuring optical system measures the distance between the X coordinate and the Y coordinate of the probe based on the X reference mirror and the Y reference mirror, respectively.
上記のX参照ミラー、Y参照ミラー及びZ参照ミラーは、支持部を介して石定盤上に固定されている。Xステージ及びYステージは、移動体をX軸方向及びY軸方向にそれぞれ移動させる。以上の構成により、プローブは被測定物の表面の形状に追従しながらX,Y軸方向に走査される。そして、プローブのXY座標の走査位置でのZ座標データの列を求め、このZ座標データの列に基づいて被測定物の表面の形状測定を行う。 Said X reference mirror, Y reference mirror, and Z reference mirror are being fixed on the stone surface plate via the support part. The X stage and the Y stage move the moving body in the X axis direction and the Y axis direction, respectively. With the above configuration, the probe is scanned in the X and Y axis directions while following the shape of the surface of the object to be measured. Then, a column of Z coordinate data at the scanning position of the XY coordinates of the probe is obtained, and the shape of the surface of the object to be measured is measured based on the column of Z coordinate data.
しかしながら、上記特許文献1に記載の従来例では、参照ミラーを基準とした座標の測長について記載されているが、参照ミラー等の基準構造物を基準としてプローブの位置決めをするフィードバック制御を行なうものではない。これでは、例えばDVDやBlu−rayディスク用のピックアップレンズのような小型の被測定物において、プローブで狙った位置を高精度に走査することが難しい。 However, although the conventional example described in Patent Document 1 describes the measurement of the coordinates with reference to the reference mirror, feedback control is performed to position the probe with reference to a reference structure such as a reference mirror. is not. This makes it difficult to scan the target position with a probe with high accuracy in a small object to be measured such as a pickup lens for a DVD or Blu-ray disc.
また、X参照ミラー、Y参照ミラー及びZ参照ミラーを基準とした座標系では、参照ミラーの直交度誤差を含むため、理想的なXYZ直交座標系ではない。つまり、基準構造物に対するプローブの距離の測定結果に基づいてプローブの位置座標を求めた場合、このプローブの位置座標は理想の座標系を基準としたものではなく、基準構造物の座標系を基準としたものとなる。そのため、基準構造物を基準とした位置決めのみでは、理想的なXYZ直交座標系においてプローブで狙った位置を走査することが難しい。 Further, the coordinate system based on the X reference mirror, the Y reference mirror, and the Z reference mirror includes an orthogonality error of the reference mirror, and is not an ideal XYZ orthogonal coordinate system. In other words, when the probe position coordinates are obtained based on the measurement results of the probe distance to the reference structure, the probe position coordinates are not based on the ideal coordinate system, but are based on the reference structure coordinate system. It becomes that. For this reason, it is difficult to scan the position aimed by the probe in an ideal XYZ orthogonal coordinate system only by positioning based on the reference structure.
そこで、本発明は、プローブを目標の位置に高精度に走査させて、被測定物の表面形状の測定精度を向上させた形状測定装置を提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus that improves the measurement accuracy of the surface shape of an object to be measured by scanning a probe at a target position with high accuracy.
本発明は、被測定物の表面の形状を測定する形状測定装置において、前記被測定物の表面を走査するプローブと、前記被測定物を支持する第1ステージ部と、前記プローブを支持する第2ステージ部と、前記第1ステージ部及び前記第2ステージ部のうち少なくとも一方を駆動して、前記プローブを前記被測定物の表面に対して相対的に走査させる駆動部と、前記第1ステージ部に支持された基準構造物と、前記基準構造物の基準面に対する前記プローブの走査方向の距離を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づき、前記基準構造物で規定される第1座標系を基準とした前記プローブの位置座標を求める位置座標演算部と、第2座標系を基準とした前記プローブの前記走査方向の目標位置座標を設定する目標座標設定部と、前記第1座標系及び前記第2座標系のうちのいずれか一方の座標系を基準とするように、前記位置座標演算部で求められた前記位置座標又は前記目標座標設定部で設定された前記目標位置座標を座標変換する座標変換部と、前記一方の座標系を基準とする前記位置座標が前記一方の座標系を基準とする前記目標位置座標に追従するように前記駆動部をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を備えたことを特徴とする。 The present invention relates to a shape measuring apparatus for measuring the shape of the surface of an object to be measured, a probe that scans the surface of the object to be measured, a first stage that supports the object to be measured, and a first stage that supports the probe. A drive unit for driving at least one of the two stage unit, the first stage unit, and the second stage unit to scan the probe relative to the surface of the object to be measured; and the first stage A reference structure supported by the unit, a measurement unit for measuring a distance in the scanning direction of the probe with respect to a reference plane of the reference structure, and a first structure defined by the reference structure based on a measurement result of the measurement unit A position coordinate calculation unit for obtaining a position coordinate of the probe with reference to one coordinate system; a target coordinate setting unit for setting a target position coordinate in the scanning direction of the probe with reference to a second coordinate system; The position coordinates obtained by the position coordinate calculation unit or the target position coordinates set by the target coordinate setting unit so as to be based on either one of the coordinate system and the second coordinate system And a feedback control unit that feedback-controls the drive unit so that the position coordinates based on the one coordinate system follow the target position coordinates based on the one coordinate system. And.
本発明によれば、プローブを被測定物の狙った位置に高精度に走査させることができるので、被測定物の表面形状を高精度に測定することができる。 According to the present invention, since the probe can be scanned with high accuracy to the target position of the device under test, the surface shape of the device under test can be measured with high accuracy.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す説明図である。形状測定装置100は、接触式のプローブ21を備え、プローブ21の先端をワーク(被測定物)Wの表面に接触させた状態でプローブ21をワークWの表面に対して相対的に走査して、ワークWの表面の形状を測定するものである。なお、図1中、直交座標系(XYZ直交座標系)におけるX軸方向とX軸方向に直交するY軸方向とは、走査方向を示し、これらX軸方向及びY軸方向に直交するZ軸方向は、走査方向に直交する方向を示している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The
形状測定装置100は、基部を構成する除振台10a,10b,10cを備え、除振台10a,10b,10c上には、装置全体の基台となるベッド11が配置され、ベッド11は、これら除振台10a,10b,10cにより3ヶ所で支持されている。ベッド11はベース定盤1を支持するための支持面26を有し、この支持面26上の3ヵ所においてベース定盤1を支持する。第1の支持点は、ベース定盤1の底面及び支持面26の両方に略円錐形状の窪み27が設けられ、これら窪み27,27で球29aを挟んで構成されている。第2の支持点は、第1の支持点を通るY軸に平行な直線上に位置し、ベース定盤1の底面及び支持面26の両方に、Y軸方向に稜線の方向を一致させた略3角柱形状の窪み28が設けられ、これら窪み28,28で球29bを挟んで構成されている。第3の支持点は、第1及び第2の支持点からX軸方向に所定距離だけ離間した位置にあり、ベース定盤1の底面及び支持面26の両方の平面の間に球29cを挟んで構成されている。
The
ベース定盤1は、ワークWを支持する固定ステージ部(第1ステージ部)である。ベース定盤1の上面には、ワークWが固定される。 The base surface plate 1 is a fixed stage portion (first stage portion) that supports the workpiece W. A workpiece W is fixed to the upper surface of the base surface plate 1.
また、ベース定盤1の上面には、3本の支柱5a,5b,5cが固定され、これら支柱5a,5b,5c上の3ヵ所において、メトロロジフレーム25を支持する。第1の支柱5a上の第1の支持点22には、メトロロジフレーム25が堅固に固定されている。第2の支柱5b上の第2の支持点24は、第1の支持点22を通るY軸に平行な直線上にあり、断面がX軸方向に長くY軸方向に薄い四角柱状(薄板状)に形成されている。また、第3の支持点23は、第1の支持点22からX軸方向に所定距離だけ離間した位置にあり、直径の小さい円柱状に形成されている。
Further, three
メトロロジフレーム25には、基準構造物としてのX参照ミラー7、Y参照ミラー8及びZ参照ミラー9が固定されている。つまり、X参照ミラー7、Y参照ミラー8及びZ参照ミラー9は、メトロロジフレーム25及び3本の支柱5a,5b,5cを介してベース定盤1に支持されている。
In the
ベッド11上にはX軸スライドガイド12が固定されており、X軸スライドガイド12上には、Xスライド3がX軸方向にスライド自在に支持されている。Xスライド3は、駆動部としてのX軸スライド駆動用モータ13及びボールねじ14によりスライド駆動される。Xスライド3には、Y軸方向に沿ってY軸スライドガイド15が固定されており、Y軸スライドガイド15には、Yスライド2がY軸方向にスライド自在に支持されている。Yスライド2は、駆動部としてのY軸スライド駆動用モータ16及びボールねじ17によりスライド駆動される。さらに、Yスライド2には、Z軸方向に沿ってZ軸スライドガイド18が固定されており、Z軸スライドガイド18には、Zスライド4がZ軸方向にスライド自在に支持されている。Zスライド4は、Z軸スライド駆動用モータ19及びボールねじ20によりスライド駆動される。Zスライド4にはプローブ21が固定されている。
An
以上の構成により、プローブ21をベッド11に対してXYZ軸方向に3次元的に動かすことができる。つまり、Xスライド3は、Zスライド4及びYスライド2を介してプローブ21を支持する移動ステージ部であり、Yスライド2は、Zスライド4を介してプローブ21を支持する移動ステージ部である。そして、X軸スライド駆動用モータ13は、Xスライド3を駆動して、プローブ21をワークWの表面に対して相対的にX軸方向に走査させる。また、Y軸スライド駆動用モータ16は、Yスライド2を駆動して、プローブ21をワークWの表面に対して相対的にY軸方向に走査させる。
With the above configuration, the
図2は、各参照ミラーの配置を示す説明図である。各X参照ミラー7、Y参照ミラー8及びZ参照ミラー9は、各反射面7a,8a,9aを有し、これら反射面7a,8a,9aは、平面状に形成されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the arrangement of the reference mirrors. Each X reference mirror 7,
X参照ミラー7の反射面7aとY参照ミラー8の反射面8aとは概略互いに直交するようにメトロロジフレーム25に取り付けられている。また、Z参照ミラー9の反射面9aとX参照ミラー7の反射面7a及びY参照ミラー8の反射面8aとは概略互いに直交するようにメトロロジフレーム25に取り付けられている。これらX参照ミラー7、Y参照ミラー8及びZ参照ミラー9の反射面7a,8a,9aを、測定の基準面として使用する。
The
図3は、形状測定装置の制御ブロック図である。形状測定装置100は、図3に示すように、電装ユニット200と、5つの光干渉計201X1,201X2,201Y1,201Y2,201Z(201)と、を備えている。また、形状測定装置100は、各モータ13,16,19に設けられた3つのエンコーダ205,206,207を備えている。
FIG. 3 is a control block diagram of the shape measuring apparatus. As shown in FIG. 3, the
図1に示すZスライド4の先端部には、X参照ミラー7の反射面7a(図2)に対するプローブ21のX軸方向(走査方向)の距離X1,X2の測定に用いられる図3に示す2つの光干渉計201X1,201X2が設けられている。また、Zスライド4の先端部には、Y参照ミラー8の反射面8a(図2)に対するプローブ21のY軸方向(走査方向)の距離Y1,Y2の測定に用いられる図3に示す2つの光干渉計201Y1,201Y2が設けられている。また、Zスライド4の先端部には、Z参照ミラー9の反射面9a(図2)に対するプローブ21のZ軸方向の距離Zの測定に用いられる図3に示す光干渉計201Zが設けられている。
As shown in FIG. 3, the tip of the Z slide 4 shown in FIG. 1 is used for measuring the distances X1 and X2 in the X-axis direction (scanning direction) of the
電装ユニット200には、各光干渉計201の干渉信号をそれぞれ取り込むための5つのレーザ測長ボード202X1,202X2,202Y1,202Y2,202Z(202)が搭載されている。レーザ測長ボード202は、光干渉計201から得られた干渉信号に基づいて、距離X1,X2,Y1,Y2,Zを求める。
The
本第1実施形態では、光干渉計201X1及びレーザ測長ボード202X1により、第1測長器としての第1レーザ測長器203X1が構成されている。また、光干渉計201X2及びレーザ測長ボード202X2により、第2測長器としての第2レーザ測長器203X2が構成されている。また、光干渉計201Y1及びレーザ測長ボード202Y1により、第1測長器としての第1レーザ測長器203Y1が構成されている。また、光干渉計201Y2及びレーザ測長ボード202Y2により、第2測長器としての第2レーザ測長器203Y2が構成されている。また、光干渉計201Z及びレーザ測長ボード202Zにより、測長器としてのレーザ測長器203Zが構成されている。 In the first embodiment, the optical interferometer 201 X1 and the laser length measurement board 202 X1 constitute a first laser length measurement device 203 X1 as a first length measurement device. The optical interferometer 201 X2 and the laser length measurement board 202 X2 constitute a second laser length measurement device 203 X2 as a second length measurement device. The optical interferometer 201 Y1 and the laser length measuring board 202 Y1 constitute a first laser length measuring device 203 Y1 as a first length measuring device. The optical interferometer 201 Y2 and the laser length measuring board 202 Y2 constitute a second laser length measuring device 203 Y2 as a second length measuring device. The optical interferometer 201 Z and the laser length measurement board 202 Z constitute a laser length measurement device 203 Z as a length measurement device.
第1レーザ測長器203X1は、基準面上であるX参照ミラー7の反射面7a上の第1点PX1に対するプローブ21の走査方向であるX軸方向の第1距離X1を測定する。第2レーザ測長器203X2は、第1点PX1に対してZ軸方向にずれたX参照ミラー7の反射面7a上の第2点PX2に対するプローブ21のX軸方向の第2距離X2を測定する。
The first laser length measuring device 203 X1 measures the first distance X1 in the X-axis direction that is the scanning direction of the
また、第1レーザ測長器203Y1は、基準面上であるY参照ミラー8の反射面8a上の第1点PY1に対するプローブ21の走査方向であるY軸方向の第1距離Y1を測定する。第2レーザ測長器203Y2は、第1点PY1に対してZ軸方向にずれたY参照ミラー8の反射面8a上の第2点PY2に対するプローブ21のY軸方向の第2距離Y2を測定する。
The first laser measurement device 203 Y1 is measured first distance Y1 in the Y axis direction is the scanning direction of the
また、レーザ測長器203Zは、Z参照ミラー9の反射面9a上の点PZに対するプローブ21の走査方向と直交する方向であるZ軸方向の距離Zを測定する。
Further, the laser length measuring device 203 Z measures a distance Z in the Z-axis direction that is a direction orthogonal to the scanning direction of the
各レーザ測長器203で測定した距離のデータは、測定用コンピュータ204に出力され処理される。また、各レーザ測長器203で測定した距離のデータは、Xスライド3、Yスライド2及びZスライド4を制御するNCコントローラ208にも出力される。
The distance data measured by each laser length measuring device 203 is output to the
更に、各エンコーダ205,206,207の位置データもNCコントローラ208に出力される。エンコーダ205は、X軸スライド駆動用モータ13の回転位置を検出するエンコーダである。エンコーダ206は、Y軸スライド駆動用モータ16の回転位置を検出するエンコーダであり、エンコーダ207は、Z軸スライド駆動用モータ19の回転位置を検出するエンコーダである。
Further, the position data of each
NCコントローラ208から出力された各駆動信号は各モータドライバ209,210,211に入力され、各モータドライバ209,210,211によって各モータ13,16,19が駆動される。
The drive signals output from the
モータドライバ209はX軸スライド駆動用モータ13、モータドライバ210はY軸スライド駆動用モータ16、モータドライバ211はZ軸スライド駆動用モータ19の駆動を制御する駆動制御部である。
The
本第1実施形態では、第1レーザ測長器203X1及び第2レーザ測長器203X2により、X参照ミラー7の反射面7aに対するプローブ21の走査方向の距離を測定する測定部221が構成されている。また、第1レーザ測長器203Y1及び第2レーザ測長器203Y2により、Y参照ミラー8の反射面8aに対するプローブ21の走査方向の距離を測定する測定部222が構成されている。
In the first embodiment, the
なお、図2中、長さL1は、Z参照ミラー9から距離X1,Y1の測定軸の高さまでの距離とする。長さL2は、距離X1,Y1の測定軸と距離X2,Y2の測定軸との高さの差とする。長さL3は、距離X2,Y2の測定軸の高さからプローブ21のシャフト21aに取り付けられた参照ミラー21bまでの距離とする。長さL4は、プローブ21の参照ミラー21bからプローブ21の先端21cまでの距離とする。
In FIG. 2, the length L1 is a distance from the
図4は、本発明の第1実施形態に係る形状測定装置のNCコントローラの機能を示す機能ブロック図である。図4に示した制御ブロックは、NCコントローラ208により構成されている。なお、ここでは、X軸方向に移動させるXスライド3(第2ステージ部)を駆動するX軸スライド駆動用モータ13の制御をメインに説明する。
FIG. 4 is a functional block diagram showing functions of the NC controller of the shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The control block shown in FIG. 4 is configured by an
NCコントローラ208は、目標座標設定部301、座標変換部としての直交度補正部302、減算部303、位置制御部304、減算部305、位置制御部306、及び位置座標演算部としてのピッチング補正部307の機能を有している。本第1実施形態では、減算部303、位置制御部304、減算部305及び位置制御部306によりフィードバック制御部309が構成されている。このフィードバック制御部309では、エンコーダ205の位置をフィードバック制御するマイナーループを構成し、さらに参照ミラーを基準とした位置をフィードバック制御するメジャーループを構成する。
The
ピッチング補正部307は、測定部221からの測定結果に基づいて、X参照ミラー7、Y参照ミラー8及びZ参照ミラー9で規定される座標系(第1座標系)を基準としたプローブ21のX軸方向の位置座標Xpを求める。この第1座標系は、参照ミラー7,8,9の取付状態によって決まる、参照ミラー7,8,9を基準とした直交度誤差を含む現実の座標系である。なお、本第1実施形態では、ピッチング補正部307は、測定部222からの測定結果に基づいて、第1座標系を基準としたプローブ21のY軸方向の位置座標Ypを求める。更に、本第1実施形態では、ピッチング補正部307は、図4で図示は省略するが、測定部としてのレーザ測長器203Zの測定結果に基づいて、第1座標系を基準としたプローブ21のZ軸方向の位置座標Zpを求める。つまり、ピッチング補正部307は、3次元の位置座標P(Xp,Yp,Zp)を求める。
On the basis of the measurement result from the
一方、目標座標設定部301は、予め規定された3次元の直交座標系(第2座標系)を基準としたプローブ21のX軸方向の目標位置座標X0p *、具体的には、3次元の目標位置座標P0*(X0p *,Y0p *,Z0p *)を設定する。この座標系は、直交度誤差を含まない理想の座標系である。つまり、第1座標系と第2座標系とは互いに異なる座標系となる。
On the other hand, the target coordinate setting
そこで、直交度補正部302は、目標座標設定部301で設定された目標位置座標P0*(X0p *,Y0p *,Z0p *)を、X参照ミラー7、Y参照ミラー8及びZ参照ミラー9で規定される座標系(第1座標系)を基準とするように座標変換する。
Therefore,
具体的には、直交度補正部302は、座標変換行列Hを用いて、第1座標系を基準とした目標位置座標P0*(X0p *,Y0p *,Z0p *)を、第2座標系を基準とした目標位置座標P*(Xp *,Yp *,Zp *)に変換する。つまり、直交度補正部302は、P*=H・P0*の演算を行う。
Specifically,
この目標位置座標P0*(X0p *,Y0p *,Z0p *)と、目標位置座標P*(Xp *,Yp *,Zp *)との間には、以下の式(1)の関係が成り立つ。 The target position coordinates P0 * (X0 p *, Y0 p *, Z0 p *) and the target position coordinate P * (X p *, Y p *, Z p *) between the following equations (1 ).
ここで、座標変換行列H中のθxy,θzx,θzyは、X参照ミラー7、Y参照ミラー8、Z参照ミラー9の相対的な傾き誤差である。直交度補正部302でこの補正量を目標位置座標P0*(X0p *,Y0p *,Z0p *)に演算することで直交度補正を行い、その結果を減算部303へ出力する。なお、直交度補正に使用する数式は式(1)以外の数式であってもよい。
Here, θxy, θzx, and θzy in the coordinate transformation matrix H are relative tilt errors of the X reference mirror 7, the
X参照ミラー7、Y参照ミラー8、Z参照ミラー9の相対的な傾き誤差は、例えば文献(根岸真人、修正研磨による自由曲面創成に関する研究、博士学位論文、東京大学、2004、第5章)に記載されている方法によって求めておく。文献に記載されている方法によると、凸面または凹面の球面原器を測定した結果から、球面原器の真球度誤差に影響されないX参照ミラー7、Y参照ミラー8、Z参照ミラー9の相対的な傾き誤差を得られる。
The relative tilt errors of the X reference mirror 7, the
減算部303は、ピッチング補正部307により求められた第1座標系を基準とするプローブ21のX軸方向の位置座標Xpと、直交度補正部302により求められた第1座標系を基準とするプローブ21のX軸方向の目標位置座標Xp *との差分を求める。位置制御部304は、減算部303により求められた差分に基づき、例えばPID演算を行って指令値を生成する。このように、参照ミラー7,8,9を基準とした位置制御ループにより生成された指令値は、次段の減算部305に出力される。
減算部305は、位置制御部304から得た指令値と、エンコーダ205からの回転位置との差分を求める。位置制御部306は、減算部305により求められた差分に基づき、例えばPID演算を行ってモータ13の回転位置を示す指令値を生成する。このエンコーダの位置制御ループにより生成された指令値は、モータドライバ209に出力され、モータ13が駆動される。
The
つまり、フィードバック制御部309は、第1座標系を基準とする位置座標Xpが第1座標系を基準とする目標位置座標Xp *に追従するようにモータ13をフィードバック制御する。
In other words, the
なお、Y軸方向に移動させるYスライド2(第2ステージ部)を駆動するY軸スライド駆動用モータ16の制御も同様であり、説明を省略する。また、図4への図示を省略しているが、Z軸方向に移動させるZスライド4を駆動するZ軸スライド駆動用モータ19の制御も同様である。
The control of the Y-axis
以上、本第1実施形態では、理想の座標系を基準とした目標位置座標P0*を参照ミラーの座標系を基準とした目標位置座標P*に補正し、参照ミラーの座標系を基準としたプローブ21の位置座標Pを目標位置座標P*に追従させるフィードバック制御を行う。したがって、プローブ21をワークWの狙った位置に高精度に走査させることができ、ワークWの表面形状を高精度に測定することができる。
As described above, in the first embodiment, the target position coordinate P0 * based on the ideal coordinate system is corrected to the target position coordinate P * based on the reference mirror coordinate system, and the reference mirror coordinate system is used as a reference. Feedback control is performed so that the position coordinate P of the
ここで、Xスライド3及びYスライド2は、これらの重量により、ベース定盤1に対して傾く、ピッチングが生じる。
Here, the
本第1実施形態では、ピッチング補正部307は、プローブ21のX軸方向の位置座標Xpとして、第1レーザ測長器203X1の測長データと第2レーザ測長器203X2の測長データとを用いてピッチング補正することで求めている。同様に、ピッチング補正部307は、プローブ21のY軸方向の位置座標Ypとして、第1レーザ測長器203Y1の測長データと第2レーザ測長器203Y2の測長データとを用いてピッチング補正することで求めている。
In the first embodiment, the
以下、具体的に説明すると、ピッチング補正部307は、第1レーザ測長器203X1の測長データである第1距離X1と第2レーザ測長器203X2の測長データである第2距離X2とから、プローブ21のX軸方向の位置座標Xpを、式(2)を用いて計算する。プローブ21のY軸方向の位置座標Ypも同様に、第1レーザ測長器203Y1の測長データである第1距離Y1と第2レーザ測長器203Y2の測長データである第2距離Y2とから、式(2)を用いて計算される。
More specifically, the
つまり、位置座標演算部であるピッチング補正部307は、第2距離X2から第1距離X1を差し引いた差分(X2−X1)に応じたX参照ミラー7に対するプローブ21の傾き量(X2−X1)・(L2+L3+L4)/L2を求める。そして、ピッチング補正部307は、第1距離X1を傾き量で補正した値、即ち、第1距離X1に傾き量を加算した値を、第1座標系を基準としたプローブ21の位置座標Xpとして求める。なお、位置座標Ypも同様に求められるが、座標基準の関係上、マイナスの符号が付してある。
That is, the
以上、本第1実施形態では、Xスライド3及びYスライド2のピッチング(傾き)に基づいてプローブ21の位置座標Pを補正しているので、プローブ21をワークWの狙った位置により高精度に走査させることができる。したがって、ワークWの表面形状をより高精度に測定することができる。
As described above, in the first embodiment, the position coordinate P of the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る形状測定装置について説明する。図5は、本発明の第2実施形態に係る形状測定装置のNCコントローラの機能を示す機能ブロック図である。なお、上記第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a shape measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a functional block diagram showing functions of the NC controller of the shape measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. In addition, about the structure similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
上記第1実施形態では、エンコーダ205(206)の位置をフィードバック制御するマイナーループを有しているが、これに限定するものでなない。 In the first embodiment, the minor loop that feedback-controls the position of the encoder 205 (206) is provided. However, the present invention is not limited to this.
本第2実施形態では、図5に示すように、エンコーダ205(206)の位置をフィードバック制御するマイナーループを持たずに、参照ミラーを基準とした位置のフィードバック制御のみとしている。つまり、フィードバック制御部309Aは、上記第1実施形態で説明した減算部303及び位置制御部304からなるものである。
In the second embodiment, as shown in FIG. 5, only the position feedback control based on the reference mirror is used without having a minor loop for feedback control of the position of the encoder 205 (206). That is, the
この場合であっても、プローブを被測定物の狙った位置に高精度に走査させることができ、被測定物の表面形状を高精度に測定することができる。 Even in this case, the probe can be scanned to the target position of the object to be measured with high accuracy, and the surface shape of the object to be measured can be measured with high accuracy.
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る形状測定装置について説明する。図6は、本発明の第3実施形態に係る形状測定装置のNCコントローラの機能を示す機能ブロック図である。なお、上記第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a shape measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a functional block diagram showing functions of the NC controller of the shape measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. In addition, about the structure similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
上記第1実施形態では、座標変換部である直交度補正部302は、目標座標設定部301で設定された目標位置座標P0*を、第1座標系を基準とするように目標位置座標P*に座標変換する場合について説明した。そして、フィードバック制御部309は、第1座標系を基準とする位置座標Pが第1座標系を基準とする目標位置座標P*に追従するようにモータ13(16)をフィードバック制御する場合について説明した。
In the first embodiment, the
本第3実施形態では、座標変換部である直交度補正部302Bは、位置座標演算部であるピッチング補正部307で求められた位置座標P(Xp,Yp,Xp)を、第2座標系を基準とする位置座標P0(X0p,Y0p,Z0p)に座標変換する。この場合、直交度補正部302Bは、以下の式(3)に示す、上記第1実施形態の座標変換行列Hの逆行列H−1を用いて座標変換すればよい。
In the third embodiment, the
そして、フィードバック制御部309は、第2座標系を基準とする位置座標P0が第2座標系を基準とする目標位置座標P0*に追従するようにモータ13(16)をフィードバック制御する。
Then, the
つまり、直交度補正部302,302Bは、第1座標系及び第2座標系のうちのいずれか一方の座標系を基準とするように、ピッチング補正部307で求められた位置座標又は目標座標設定部301で設定された目標位置座標を座標変換すればよい。そして、フィードバック制御部309は、一方の座標系を基準とする位置座標が一方の座標系を基準とする目標位置座標に追従するようにモータ13(16)をフィードバック制御すればよい。
That is, the
このように、予め測定しておいた直交度補正量を制御系に加え、さらにピッチング補正を加えることで理想的な直交座標系での高精度なプローブの位置決めが実現できる。 Thus, by adding the orthogonality correction amount measured in advance to the control system and further adding the pitching correction, it is possible to realize highly accurate probe positioning in the ideal orthogonal coordinate system.
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications can be made by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention.
上記第3実施形態では、フィードバック制御部309がエンコーダ205(206)のマイナーフィードバックループを有する場合について説明したが、上記第2実施形態と同様、マイナーループを持たないフィードバック制御部309Aとしてもよい。
Although the case where the
また、上記第1〜第3実施形態では、被測定物であるワークWを支持するベース定盤1を固定し、Xスライド3及びYスライド2を移動させてプローブ21をワークWに対して相対的に走査させる場合について説明したがこれに限定するものではない。プローブ21を固定ステージ部に固定し、ベース定盤1をXY軸方向に移動させることにより、プローブ21をワークWに対して相対的に走査させるようにしてもよい。また、ベース定盤1、Xスライド3及びYスライド2をXY軸方向に移動させて、プローブ21をワークWに対して相対的に走査させるようにしてもよい。
Moreover, in the said 1st-3rd embodiment, the base surface plate 1 which supports the workpiece | work W which is a to-be-measured object is fixed, the
また、上記第1〜第3実施形態では、接触式のプローブを用いた場合について説明したが、非接触式のプローブであっても本発明は適用可能である。非接触式のプローブを用いた場合、プローブから例えばレーザ光を被測定物の表面に向けて照射し、被測定物の表面からの反射光によりプローブに対する被測定物の表面の距離を測定し、この測定距離が一定となるようにZスライドをZ軸方向に移動させればよい。そして、被測定物の表面に対するプローブの走査は、プローブを保持したXスライド及びYスライドをXY軸方向に移動させてもよいし、ベース定盤をXY軸方向に移動させてもよいし、ベース定盤、Xスライド及びYスライドをXY軸方向に移動させてもよい。 Moreover, although the case where the contact type probe was used was demonstrated in the said 1st-3rd embodiment, this invention is applicable even if it is a non-contact type probe. When a non-contact type probe is used, for example, a laser beam is irradiated from the probe toward the surface of the object to be measured, and the distance of the surface of the object to be measured with respect to the probe is measured by reflected light from the surface of the object to be measured. The Z slide may be moved in the Z-axis direction so that this measurement distance is constant. The scanning of the probe with respect to the surface of the object to be measured may be performed by moving the X slide and Y slide holding the probe in the XY axis direction, moving the base surface plate in the XY axis direction, The surface plate, the X slide, and the Y slide may be moved in the XY axis direction.
1…ベース定盤(第1ステージ部)、2…Yスライド(第2ステージ部)、3…Xスライド(第2ステージ部)、7…X参照ミラー(基準構造物)、7a…反射面(基準面)、8…Y参照ミラー(基準構造物)、8a…反射面(基準面)、13…X軸スライド駆動用モータ(駆動部)、16…Y軸スライド駆動用モータ(駆動部)、21…プローブ、100…形状測定装置、203X1…第1レーザ測長器、203X2…第2レーザ測長器、203Y1…第1レーザ測長器、203Y2…第2レーザ測長器、221…測定部、222…測定部、301…目標座標設定部、302…直交度補正部(座標変換部)、307…ピッチング補正部(位置座標演算部)、309…フィードバック制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base surface plate (1st stage part), 2 ... Y slide (2nd stage part), 3 ... X slide (2nd stage part), 7 ... X reference mirror (reference | standard structure), 7a ... Reflecting surface ( Reference surface), 8 ... Y reference mirror (reference structure), 8a ... Reflecting surface (reference surface), 13 ... X-axis slide drive motor (drive unit), 16 ... Y-axis slide drive motor (drive unit), DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記被測定物の表面を走査するプローブと、
前記被測定物を支持する第1ステージ部と、
前記プローブを支持する第2ステージ部と、
前記第1ステージ部及び前記第2ステージ部のうち少なくとも一方を駆動して、前記プローブを前記被測定物の表面に対して相対的に走査させる駆動部と、
前記第1ステージ部に支持された基準構造物と、
前記基準構造物の基準面に対する前記プローブの走査方向の距離を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づき、前記基準構造物で規定される第1座標系を基準とした前記プローブの位置座標を求める位置座標演算部と、
第2座標系を基準とした前記プローブの前記走査方向の目標位置座標を設定する目標座標設定部と、
前記第1座標系及び前記第2座標系のうちのいずれか一方の座標系を基準とするように、前記位置座標演算部で求められた前記位置座標又は前記目標座標設定部で設定された前記目標位置座標を座標変換する座標変換部と、
前記一方の座標系を基準とする前記位置座標が前記一方の座標系を基準とする前記目標位置座標に追従するように前記駆動部をフィードバック制御するフィードバック制御部と、
を備えたことを特徴とする形状測定装置。 In the shape measuring device that measures the shape of the surface of the object to be measured,
A probe that scans the surface of the object to be measured;
A first stage portion for supporting the object to be measured;
A second stage portion for supporting the probe;
A driving unit that drives at least one of the first stage unit and the second stage unit to scan the probe relative to the surface of the object to be measured;
A reference structure supported by the first stage portion;
A measurement unit for measuring a distance in a scanning direction of the probe with respect to a reference surface of the reference structure;
Based on the measurement result of the measurement unit, a position coordinate calculation unit that obtains the position coordinate of the probe with reference to the first coordinate system defined by the reference structure;
A target coordinate setting unit for setting a target position coordinate in the scanning direction of the probe with reference to a second coordinate system;
The position coordinate determined by the position coordinate calculation unit or the target coordinate setting unit set so as to be based on any one of the first coordinate system and the second coordinate system A coordinate conversion unit for converting the target position coordinates;
A feedback control unit that feedback-controls the drive unit such that the position coordinates based on the one coordinate system follow the target position coordinates based on the one coordinate system;
A shape measuring apparatus comprising:
前記フィードバック制御部は、前記第1座標系を基準とする前記位置座標が前記第1座標系を基準とする前記目標位置座標に追従するように前記駆動部をフィードバック制御することを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。 The coordinate conversion unit converts the target position coordinates set by the target coordinate setting unit so as to be based on the first coordinate system,
The feedback control unit feedback-controls the driving unit so that the position coordinate with respect to the first coordinate system follows the target position coordinate with respect to the first coordinate system. Item 2. The shape measuring apparatus according to Item 1.
前記フィードバック制御部は、前記第2座標系を基準とする前記位置座標が前記第2座標系を基準とする前記目標位置座標に追従するように前記駆動部をフィードバック制御することを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。 The coordinate conversion unit converts the position coordinates obtained by the position coordinate calculation unit so as to be based on the second coordinate system,
The feedback control unit feedback-controls the driving unit so that the position coordinate with respect to the second coordinate system follows the target position coordinate with respect to the second coordinate system. Item 2. The shape measuring apparatus according to Item 1.
前記位置座標演算部は、前記第2距離から前記第1距離を差し引いた差分に応じた前記基準構造物に対する前記プローブの傾き量を求め、前記第1距離を前記傾き量で補正した値を用いて、前記基準構造物の座標系を基準とした前記プローブの位置座標を求めることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の形状測定装置。 The measurement unit includes a first length measuring device that measures a first distance X1 of the probe in the scanning direction with respect to a first point on a reference plane of the reference structure, and the scanning direction with respect to the first point. A second length measuring device that measures a second distance X2 in the scanning direction of the probe with respect to a second point on the reference plane of the reference structure that is shifted in an orthogonal direction;
The position coordinate calculation unit obtains an inclination amount of the probe with respect to the reference structure according to a difference obtained by subtracting the first distance from the second distance, and uses a value obtained by correcting the first distance by the inclination amount. 4. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein position coordinates of the probe are obtained with reference to a coordinate system of the reference structure. 5.
前記第1測長器及び前記第2測長器は、前記参照ミラーの反射面に対する前記走査方向の距離を測定するレーザ測長器であることを特徴とする請求項4に記載の形状測定装置。 The reference structure is a reference mirror having a planar reflecting surface;
The shape measuring apparatus according to claim 4, wherein the first length measuring device and the second length measuring device are laser length measuring devices that measure a distance in the scanning direction with respect to a reflection surface of the reference mirror. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012122976A JP6080389B2 (en) | 2012-05-30 | 2012-05-30 | Shape measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012122976A JP6080389B2 (en) | 2012-05-30 | 2012-05-30 | Shape measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013250074A true JP2013250074A (en) | 2013-12-12 |
JP6080389B2 JP6080389B2 (en) | 2017-02-15 |
Family
ID=49848919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012122976A Expired - Fee Related JP6080389B2 (en) | 2012-05-30 | 2012-05-30 | Shape measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6080389B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0510751A (en) * | 1991-07-03 | 1993-01-19 | Mitsutoyo Corp | Evaluating method for measured value |
JPH0784619A (en) * | 1993-09-13 | 1995-03-31 | Mitsutoyo Corp | Three-dimensional position control system |
JPH1019504A (en) * | 1996-07-02 | 1998-01-23 | Canon Inc | Three-dimensional shape measuring device |
JPH10206142A (en) * | 1996-12-21 | 1998-08-07 | Carl Zeiss:Fa | Controlling method of coordinate measuring device and coordinate measuring device |
-
2012
- 2012-05-30 JP JP2012122976A patent/JP6080389B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0510751A (en) * | 1991-07-03 | 1993-01-19 | Mitsutoyo Corp | Evaluating method for measured value |
JPH0784619A (en) * | 1993-09-13 | 1995-03-31 | Mitsutoyo Corp | Three-dimensional position control system |
JPH1019504A (en) * | 1996-07-02 | 1998-01-23 | Canon Inc | Three-dimensional shape measuring device |
JPH10206142A (en) * | 1996-12-21 | 1998-08-07 | Carl Zeiss:Fa | Controlling method of coordinate measuring device and coordinate measuring device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6080389B2 (en) | 2017-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jywe et al. | Non-bar, an optical calibration system for five-axis CNC machine tools | |
JP4504818B2 (en) | Workpiece inspection method | |
CN108351203B (en) | Method for providing accurate coordinate measurement, independent reference module and coordinate measuring machine | |
JP4791118B2 (en) | Image measuring machine offset calculation method | |
JP3678915B2 (en) | Non-contact 3D measuring device | |
JPWO2014084131A1 (en) | Shape measuring device, structure manufacturing system, stage system, shape measuring method, structure manufacturing method, recording medium recording program | |
TWI248850B (en) | Determination of a movable gantry position | |
JP6147022B2 (en) | Spatial accuracy measuring method and spatial accuracy measuring apparatus for machine tool | |
US7142313B2 (en) | Interaxis angle correction method | |
US11442427B2 (en) | Multiaxis machining device and compensation method thereof | |
JP2006266972A (en) | Reference member for inspection master in optical three-dimensional measuring machine | |
CN105066897A (en) | Thin substrate deformation measuring method eliminating influence of gravity | |
JP5059700B2 (en) | DUT shape measuring jig and three-dimensional shape measuring method | |
JP4570437B2 (en) | Surface roughness / contour shape measuring device | |
JP5693662B2 (en) | Automatic centering method of displacement measuring instrument and machine tool having displacement measuring function | |
JP4571256B2 (en) | Shape accuracy measuring device by sequential two-point method and laser displacement meter interval measuring method for shape accuracy measurement by sequential two-point method | |
JP5059699B2 (en) | DUT shape measuring jig and three-dimensional shape measuring method | |
JP5441302B2 (en) | Shape measuring device | |
JP2016191663A (en) | Calibration method of optical sensor, and three-dimensional coordinate measuring instrument | |
JP6080389B2 (en) | Shape measuring device | |
JP6054134B2 (en) | Ultra-precision shape measuring device | |
JP2010201581A (en) | Workpiece attitude control device of machine tool | |
JP4494189B2 (en) | Accuracy measurement method and calibration method of non-contact image measuring machine | |
JP2020082231A (en) | Measurement method | |
TWI495839B (en) | Scanning touch probe with 5-axis measuring functions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150528 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160519 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160524 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160721 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161220 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170117 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6080389 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |