JP2014130059A - Contact type three-dimensional shape measuring apparatus and probe control method - Google Patents

Contact type three-dimensional shape measuring apparatus and probe control method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a contact type three-dimensional shape measuring apparatus and a probe control method capable of minimizing adverse effects on measurement accuracy of a measuring instrument by reducing deviation amplitude without generating a pressing pressure deviation of probe control.SOLUTION: The contact type three-dimensional measuring apparatus includes: a probe control part for controlling pressing pressure of a contact type probe to an object to be measured; a guide for driving a stage for moving the contact type probe in a pressing direction according to control of the control part; a displacement meter for detecting a position of the stage; a frequency characteristic measuring instrument for previously obtaining mechanical resonance frequency characteristics; a filter device for suppressing control vibration due to a mechanical resonance frequency; means for obtaining inclination information of the object to be measured; means for obtaining a filter parameter corresponding to an inclination from the inclination information of the object to be measured and the mechanical resonance frequency characteristics; and means for setting the filter parameter in the filter device.

Description

本発明は接触式三次元形状測定装置及びプローブ制御方法に関する。   The present invention relates to a contact type three-dimensional shape measuring apparatus and a probe control method.

接触式のプローブを被測定物に対して接触させつつ走査するとともにプローブの三次元的な位置を計測することで、被測定物の形状を計測する形状測定装置が知られている。このような形状測定装置では、プローブの移動に伴う形状測定装置の機械共振の影響で振動的な測定誤差が生じるという問題がある。このため、従来では例えば、ハイカットフィルタや、ノッチフィルタ等のフィルタを適用することで測定誤差を低減させていた。従来の形状測定装置の制御システムとしては、例えば特許文献1に記載されているような測定器がある。その構造を図8に示す。図8において、ホストコンピュータは測定機本体を制御するためのものであり、駆動制御部と測定値取得部とフィルタ装置とを備える。フィルタ装置は測定値取得部にて取得される測定値にデジタルフィルタを適用して測定機本体のメカ共振周波数特性に基づく測定誤差の影響を低減する。フィルタ装置はパラメータ取得部と、フィルタ設計部と、フィルタ処理部とを備える。   2. Description of the Related Art Shape measuring apparatuses that measure a shape of an object to be measured by scanning a contact-type probe while making contact with the object to be measured and measuring a three-dimensional position of the probe are known. Such a shape measuring apparatus has a problem that a vibration measurement error occurs due to the influence of mechanical resonance of the shape measuring apparatus accompanying the movement of the probe. For this reason, conventionally, for example, a measurement error is reduced by applying a filter such as a high cut filter or a notch filter. As a conventional control system for a shape measuring apparatus, for example, there is a measuring instrument as described in Patent Document 1. The structure is shown in FIG. In FIG. 8, the host computer is for controlling the main body of the measuring instrument, and includes a drive control unit, a measurement value acquisition unit, and a filter device. The filter device applies a digital filter to the measurement value acquired by the measurement value acquisition unit to reduce the influence of measurement error based on the mechanical resonance frequency characteristic of the measuring machine body. The filter device includes a parameter acquisition unit, a filter design unit, and a filter processing unit.

パラメータ取得部は、プローブの種類、測定位置、測定機の姿勢、及び被測定物に対して付加する測定力に代表される測定条件など、測定機本体のメカ共振周波数特性を変化させる条件を取得する。測定機本体のメカ共振周波数特性は、このようにプローブの種類や測定条件等によってメカ共振周波数特性が変化する。
フィルタ設計部は、パラメータ取得部にてプローブの種類や測定条件等に基づいて、測定機のメカ共振周波数特性の変化に追従するデジタルフィルタを設計する。フィルタ処理部はフィルタ設計部にて設計されたデジタルフィルタを測定値取得部にて取得される測定値に適用する。
The parameter acquisition unit acquires conditions that change the mechanical resonance frequency characteristics of the main body of the measuring instrument, such as the probe type, measuring position, measuring instrument attitude, and measuring conditions represented by the measuring force applied to the measurement object. To do. As described above, the mechanical resonance frequency characteristic of the main body of the measuring machine changes depending on the type of probe, measurement conditions, and the like.
The filter design unit designs a digital filter that follows the change in the mechanical resonance frequency characteristics of the measuring machine based on the type of probe, measurement conditions, and the like in the parameter acquisition unit. The filter processing unit applies the digital filter designed by the filter design unit to the measurement value acquired by the measurement value acquisition unit.

このような構成で、測定条件に応じて変化する測定機のメカ共振周波数特性を推定し、推定した測定機のメカ共振周波数特性の変化に追従するフィルタ処理をすることで測定誤差を低減させることができる。   With such a configuration, the mechanical resonance frequency characteristic of the measuring machine that changes according to the measurement conditions is estimated, and the measurement error is reduced by performing a filtering process that follows the estimated change in the mechanical resonance frequency characteristic of the measuring machine. Can do.

特開2010−38779号公報JP 2010-38779 A

上記特許文献1に記載の従来例では、プローブの種類、測定位置、測定機の姿勢、被測定物に対して付加する測定力などの測定条件に応じて変化する測定機のメカ共振周波数特性の変動には対応できる。   In the conventional example described in Patent Document 1, the mechanical resonance frequency characteristic of the measuring instrument that changes according to the measurement conditions such as the type of probe, the measurement position, the attitude of the measuring instrument, and the measuring force applied to the object to be measured. Can handle fluctuations.

しかしながら、測定機のメカ共振周波数の影響を受けて発生する制御振動に関してプローブと被測定物との傾斜角度及び方向によってXY方向の制御振動がZ方向であるプローブ押付け方向の制御振動に加わることへの対応は困難である。   However, regarding the control vibration generated under the influence of the mechanical resonance frequency of the measuring machine, the control vibration in the XY direction is added to the control vibration in the probe pressing direction which is the Z direction depending on the inclination angle and direction of the probe and the object to be measured. This is difficult.

測定機のメカ共振周波数特性に起因するプローブ押付け方向の周波数特性及び振幅特性、つまり制御振動特性は、プローブと被測定物との接触位置及び接触角度に依存して変化する。そのような特性を持った制御振動がプローブ押付け方向へ加わった場合、プローブ押付け圧に偏差が発生する。   The frequency characteristic and amplitude characteristic in the probe pressing direction due to the mechanical resonance frequency characteristic of the measuring machine, that is, the control vibration characteristic changes depending on the contact position and contact angle between the probe and the object to be measured. When a control vibration having such characteristics is applied in the probe pressing direction, a deviation occurs in the probe pressing pressure.

このプローブ押付け圧の偏差が発生することに関係する以下のような問題点がある。プローブ制御系によってプローブを被測定物に対して押し付け圧を一定に保ちながら被測定物の表面形状に応じて速やかに移動制御する。しかしながら、連続的に被測定物表面を走査する場合にプローブ押し付け圧が変化することでプローブ押付け圧の偏差が発生して、プローブ押付け圧の変化に伴って被測定物の表面形状の変化や変形、プローブの倒れといった姿勢の変化、及びプローブの変形が生じる。プローブの位置をもって被測定物表面の形状とする三次元形状測定装置では、被測定物の表面形状の変化や変形、プローブの姿勢の倒れといった姿勢の変化及びプローブの変形が直接的に測定精度を低下させてしまう。   There are the following problems related to the occurrence of the deviation of the probe pressing pressure. The probe control system quickly controls the movement of the probe according to the surface shape of the object to be measured while keeping the pressure against the object to be measured constant. However, when the surface of the object to be measured is continuously scanned, the probe pressing pressure changes, resulting in a deviation of the probe pressing pressure. As the probe pressing pressure changes, the surface shape of the object to be measured changes or deforms. Then, the posture changes such as the probe falling, and the probe is deformed. In a three-dimensional shape measuring device that uses the position of the probe as the shape of the surface of the object to be measured, the change in the surface shape of the object to be measured and deformation, the change in posture such as the tilt of the probe posture, and the deformation of the probe directly increase the measurement accuracy. It will decrease.

制御振動に対しては帯域阻止フィルタが有効であるが、周波数及び振幅を固定にしてフィルタを設計するため、特性が変化する制御振動に対しては効果が薄い。   The band rejection filter is effective for the control vibration, but the filter is designed with the frequency and amplitude fixed, and thus the effect is small for the control vibration whose characteristics change.

本発明の目的は傾斜角に依存して測定機のメカ共振周波数特性が変化する条件下でもプローブ制御の押付け圧の偏差を発生させることなく、また偏差振幅が小さくするよう安定的な制御にすることで、測定機の測定精度への影響を最小限に抑えることである。   It is an object of the present invention to achieve stable control without causing a deviation in the pressing pressure of the probe control and reducing the deviation amplitude even under conditions in which the mechanical resonance frequency characteristic of the measuring machine changes depending on the tilt angle. This is to minimize the influence on the measurement accuracy of the measuring machine.

さらに被測定物の傾斜角に依存して周波数特性・振幅特性が変化する制御振動に対応した追従型のフィルタ処理をすることでプローブ偏差の発生を抑え、直接的に測定誤差を低減させることのできる接触式三次元形状測定装置及びプローブ制御方法を提供することを目的とするものである。   Furthermore, the tracking type filter processing corresponding to the control vibration whose frequency characteristics and amplitude characteristics change depending on the tilt angle of the object to be measured can suppress the occurrence of probe deviation and reduce the measurement error directly. An object of the present invention is to provide a contact-type three-dimensional shape measuring apparatus and a probe control method.

本発明の接触式三次元形状測定装置は、接触式プローブで被測定物の表面を走査することによって前記被測定物の三次元形状を測定する接触式三次元形状測定装置であって、被測定物に対する前記接触式プローブの押し付け圧を制御するプローブ制御部と、前記制御部の制御に応じて押し付け方向に前記接触式プローブを移動させるためのステージを駆動するガイドと、前記ステージの位置を検出する変位計と、メカ共振周波数特性を予め得る周波数特性計測器と、メカ共振周波数による制御振動を抑えるフィルタ装置と、前記被測定物の傾斜情報を得る手段と、前記被測定物の傾斜情報と前記メカ共振周波数特性から傾斜に応じたフィルタパラメータを得る手段と、前記フィルタパラメータを前記フィルタ装置に設定する手段と、を備えることを特徴とする。   The contact-type three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention is a contact-type three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the three-dimensional shape of the object to be measured by scanning the surface of the object to be measured with a contact probe, A probe control unit for controlling the pressing pressure of the contact probe against an object, a guide for driving a stage for moving the contact probe in the pressing direction according to the control of the control unit, and detecting the position of the stage A displacement characteristic meter, a frequency characteristic measuring device for obtaining mechanical resonance frequency characteristics in advance, a filter device for suppressing control vibration caused by the mechanical resonance frequency, means for obtaining inclination information of the object to be measured, and inclination information of the object to be measured. Means for obtaining a filter parameter corresponding to an inclination from the mechanical resonance frequency characteristic, and means for setting the filter parameter in the filter device. And wherein the door.

また、本発明のプローブ制御方法は、接触式プローブで被測定物の表面を走査することによって前記被測定物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置において前記接触式プローブを制御する、プローブ制御方法であって、被測定物に対する前記接触式プローブの押し付け圧を制御すること、前記制御工程での制御量に応じて押し付け方向に前記接触式プローブを移動させるためのステージを駆動すること、前記ステージの移動量を検出すること、予め得たメカ共振周波数特性を基に、メカ共振周波数による制御振動をフィルタ装置によって抑えること、前記被測定物の傾斜情報を得ること、前記被測定物の傾斜情報と前記メカ共振周波数特性から傾斜に応じたフィルタパラメータを得ること、得られた前記フィルタパラメータを前記フィルタ装置に設定することを備え、それにより前記メカ共振周波数の制御振動を抑制することを特徴とする。   Further, the probe control method of the present invention is a probe that controls the contact probe in a three-dimensional shape measuring apparatus that measures the three-dimensional shape of the measurement object by scanning the surface of the measurement object with a contact probe. A control method for controlling a pressing pressure of the contact probe against an object to be measured; driving a stage for moving the contact probe in a pressing direction according to a control amount in the control step; Detecting the amount of movement of the stage, suppressing control vibration due to the mechanical resonance frequency by a filter device based on the mechanical resonance frequency characteristic obtained in advance, obtaining tilt information of the object to be measured, A filter parameter corresponding to the inclination is obtained from the inclination information and the mechanical resonance frequency characteristic, and the obtained filter parameter is obtained as the filter parameter. It provided to set the motor unit, thereby characterized by inhibiting the control vibration of the mechanical resonance frequency.

以上説明したように、本発明のプローブ制御方法によれば、予め角度情報及びスキャン制御系のXY位置指令情報を基にプローブ制御部がプローブと被測定物との接触角度及び接触方向を把握できる。   As described above, according to the probe control method of the present invention, the probe control unit can grasp the contact angle and the contact direction between the probe and the object to be measured based on the angle information and the XY position command information of the scan control system in advance. .

それによって、メカ共振周波数の影響を受けて発生するプローブ制御振動を帯域阻止する帯域阻止フィルタを設定することができる。さらにプローブと被測定物との接触角度及び接触方向の変化に伴う制御振動周波数及び振幅の変化に追従した帯域阻止フィルタを設定してプローブ制御が可能となる。それにより、プローブと被測定物との接触角度及び接触方向の変化に伴う制御振動を常に抑制するので、従来よりも更にプローブ制御のロバスト性が向上し、測定機の形状測定データ誤差を低減する効果を奏する。   As a result, it is possible to set a band rejection filter that band-rejects probe control vibration that occurs under the influence of the mechanical resonance frequency. Further, probe control can be performed by setting a band rejection filter that follows changes in the control vibration frequency and amplitude accompanying changes in the contact angle and contact direction between the probe and the object to be measured. As a result, the control vibration associated with changes in the contact angle and contact direction between the probe and the object to be measured is always suppressed, so that the probe control is more robust than before and the shape measurement data error of the measuring machine is reduced. There is an effect.

本発明の実施例に係るプローブ制御方法の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the probe control method which concerns on the Example of this invention. 接触式三次元形状測定装置と接触式プローブの構造を示す俯瞰図である。It is an overhead view which shows the structure of a contact-type three-dimensional shape measuring apparatus and a contact-type probe. 接触式三次元形状測定装置と接触式プローブの構造を示す概略側断面図である。It is a schematic sectional side view which shows the structure of a contact-type three-dimensional shape measuring apparatus and a contact-type probe. 接触式三次元形状測定装置と接触式プローブ位置計測方法の構造を示す俯瞰図である。It is an overhead view which shows the structure of a contact type three-dimensional shape measuring apparatus and a contact type probe position measuring method. 接触式三次元形状測定装置のメカ共振周波数特性を取得可能とする構造の側断面図とメカ共振周波数を示すグラフである。It is a graph which shows the side sectional view and mechanical resonance frequency of the structure which can acquire the mechanical resonance frequency characteristic of a contact-type three-dimensional shape measuring apparatus. 接触式プローブおよび被測定物のモデルとプローブ接触角度および接触方向変化の様子を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the mode of a contact probe and a to-be-measured object, a probe contact angle, and a contact direction change. 接触式三次元形状測定装置のプローブ制御周波数特性を取得可能とする構造の側断面図とプローブ制御周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the side sectional view and probe control frequency characteristic of the structure which can acquire the probe control frequency characteristic of a contact type three-dimensional shape measuring apparatus. 従来の形状測定装置の制御システムブロック図である。It is a control system block diagram of the conventional shape measuring apparatus.

以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明を適用できるプローブ制御方法の制御ブロックである。図1において、プローブ制御ブロック11はフィルタ設定部12とプローブ制御部13で構成されている。   FIG. 1 is a control block of a probe control method to which the present invention can be applied. In FIG. 1, the probe control block 11 includes a filter setting unit 12 and a probe control unit 13.

プローブ制御方法は、後述する接触式三次元形状測定装置200に適用可能である。フィルタ設定部12は、XYスキャン軸制御装置121が指令するスキャン方向位置指令のX方向指令122とY方向指令123と測定管理装置124の被測定物の傾斜情報が保持する被測定物の傾斜角を入力するのに適用可能な傾斜演算部125を備える。被測定物の傾斜情報は、傾斜角度及び傾斜方向を含む。   The probe control method can be applied to a contact-type three-dimensional shape measuring apparatus 200 described later. The filter setting unit 12 includes an X-direction command 122 and a Y-direction command 123 of the scan direction position command commanded by the XY scan axis control device 121 and the tilt angle of the measured object held by the tilt information of the measured object of the measurement management device 124. Is provided with an inclination calculation unit 125 applicable to input. The tilt information of the object to be measured includes a tilt angle and a tilt direction.

フィルタ設定部12は、さらにXYZ方向によって振幅成分および周波数成分が異なるメカ共振周波数をX方向、Y方向、Z方向それぞれに帯域阻止できる帯域阻止フィルタのパラメータを保持するフィルタテーブル126を備える。   The filter setting unit 12 further includes a filter table 126 that holds parameters of a band rejection filter capable of band-rejecting mechanical resonance frequencies having different amplitude components and frequency components depending on the XYZ directions in the X direction, the Y direction, and the Z direction.

フィルタテーブル126について、複数のメカ共振周波数を同時に帯域阻止するために、複数の帯域阻止フィルタ(バンドストップフィルタ、帯域除去フィルタとも称する)のパラメータをフィルタテーブル126の一パターンに持たせることも可能である。フィルタテーブル126は、後述する接触式プローブ228と被測定物26との接触角度及び接触方向によって変化するメカ共振周波数を最適にした状態で、帯域阻止可能な帯域阻止フィルタのパラメータをXYZ方向と傾斜角度および傾斜方向でパターン化して保持している。
以下、本発明の実施形態では「フィルタパラメータ」の語は、例えば帯域阻止フィルタにおける阻止帯域など、フィルタ装置におけるフィルタリング機能の設定値を指す用語として説明を行う。
なお、上述の先行技術1における「パラメータ」の語は、プローブの種類、測定位置、測定機の姿勢、及び被測定物に対して付加する測定力に代表される測定条件など測定機本体のメカ共振周波数特性を変化させる条件を指している点で全く異なる。
With respect to the filter table 126, it is also possible to provide a single pattern of the filter table 126 with parameters of a plurality of band rejection filters (also referred to as a band stop filter and a band elimination filter) in order to simultaneously band reject a plurality of mechanical resonance frequencies. is there. The filter table 126 tilts the parameters of the band rejection filter capable of band rejection with respect to the XYZ directions while optimizing the mechanical resonance frequency that changes depending on the contact angle and the contact direction between the contact probe 228 and the measured object 26 described later. Patterned and held in angle and tilt direction.
Hereinafter, in the embodiments of the present invention, the term “filter parameter” will be described as a term indicating a set value of a filtering function in a filter device, such as a stop band in a band stop filter.
Note that the term “parameter” in the above-mentioned prior art 1 means the mechanism of the measuring machine body such as the type of probe, the measuring position, the attitude of the measuring machine, and the measurement conditions represented by the measuring force applied to the object to be measured. It is completely different in that it indicates a condition for changing the resonance frequency characteristic.

帯域阻止フィルタのパラメータ取得及び前記パラメータのパターン化に際しては、接触式三次元形状測定装置200のメカ共振周波数の特性を予め測定・分析してフィルタパラメータを得ることが必要である。   In obtaining the parameters of the band rejection filter and patterning the parameters, it is necessary to measure and analyze the characteristics of the mechanical resonance frequency of the contact type three-dimensional shape measuring apparatus 200 in advance to obtain the filter parameters.

プローブ制御部13は、現在のプローブ押付け圧を測定するのに適用可能なスケール(SCL)131とスケール131の値をディジタル値へ変換する変換部132、ディジタル値に変換された現在のプローブ押付け圧133をフィードバックするフィードバックループを備える。   The probe control unit 13 includes a scale (SCL) 131 applicable for measuring the current probe pressing pressure, a conversion unit 132 for converting the value of the scale 131 into a digital value, and the current probe pressing pressure converted into a digital value. A feedback loop for feeding back 133 is provided.

プローブ制御部13は、さらに現在のプローブ押付け圧と目標プローブ押付け圧134からプローブ押付け圧偏差135を得る減算器136を備える。プローブ制御部13は、プローブ押付け圧偏差135からプローブ押付け圧操作量137を演算するのに適用可能なプローブ操作量の制御演算部138を備える。プローブ制御部13は、プローブ押付け圧操作量140から特定のメカ共振周波数を低いレベルに減衰させる帯域阻止フィルタ処理をするフィルタ部139をさらに備える。   The probe control unit 13 further includes a subtracter 136 that obtains a probe pressing pressure deviation 135 from the current probe pressing pressure and the target probe pressing pressure 134. The probe control unit 13 includes a probe operation amount control calculation unit 138 that can be applied to calculate the probe pressing pressure operation amount 137 from the probe pressing pressure deviation 135. The probe control unit 13 further includes a filter unit 139 that performs a band rejection filter process for attenuating a specific mechanical resonance frequency from the probe pressing pressure operation amount 140 to a low level.

フィルタ部139は、傾斜演算部138によってXY方向指令パルスと被測定物情報から求められるプローブと被測定物26との接触傾斜角度及び傾斜方向を基に最適な帯域阻止フィルタのフィルタパラメータをフィルタテーブル126から選択する。   The filter unit 139 sets the filter parameter of the optimum band rejection filter based on the contact tilt angle and the tilt direction between the probe and the measured object 26 obtained from the XY direction command pulse and measured object information by the tilt calculating unit 138 as a filter table. 126 is selected.

フィルタ部139により選択された帯域阻止フィルタパラメータを、プローブ制御開始前にフィルタ部139に設定し、プローブ制御部13の制御ループ内でフィルタ処理をさせる。   The band rejection filter parameter selected by the filter unit 139 is set in the filter unit 139 before the probe control is started, and the filter processing is performed in the control loop of the probe control unit 13.

本発明のプローブ制御方法を適用可能な接触式三次元形状測定装置200においては、XYスキャン動作時にX方向指令値、Y方向指令値からプローブと被測定物26との接触傾斜角度および接触傾斜方向を算出する。例えば接触傾斜角度および接触傾斜方向によってメカ共振周波数が変化した場合でも、その変化に追従する。   In the contact-type three-dimensional shape measuring apparatus 200 to which the probe control method of the present invention can be applied, the X-direction command value during the XY scan operation, the contact tilt angle and the contact tilt direction between the probe and the measurement object 26 from the Y-direction command value. Is calculated. For example, even when the mechanical resonance frequency changes according to the contact inclination angle and the contact inclination direction, the change follows.

プローブ制御部13は、フィルタ部139によってフィルタ処理されたフィルタ処理後のプローブ押付け圧操作量140をアナログ変換処理する変換部141と、ステージ操作量142を生成するのに適用可能なアンプ143を備える。接触式プローブ228を押し付け方向に移動させるためのステージを操作して得られるステージ操作量142を接触式プローブ228が取り付けられたZ軸に伝えることで一定のプローブ押付け量を制御することが可能なアクチュエータ(M)144を備える構成となっている。   The probe control unit 13 includes a conversion unit 141 that performs an analog conversion process on the probe pressing pressure manipulated variable 140 that has been filtered by the filter unit 139, and an amplifier 143 that can be used to generate the stage manipulated variable 142. . A constant probe pressing amount can be controlled by transmitting a stage operation amount 142 obtained by operating a stage for moving the contact probe 228 in the pressing direction to the Z-axis to which the contact probe 228 is attached. The actuator (M) 144 is provided.

X方向指令値、Y方向指令値からプローブ228と被測定物26との接触傾斜角度および接触傾斜方向を算出するタイミングは、例えばリアルタイムに行ってもよい。   The timing for calculating the contact inclination angle and the contact inclination direction between the probe 228 and the DUT 26 from the X direction command value and the Y direction command value may be performed in real time, for example.

帯域阻止フィルタをフィルタ設定部12のフィルタテーブル126からプローブ制御部13のフィルタ部139に設定するタイミングは、例えばリアルタイムに行ってもよい。   The timing for setting the band rejection filter from the filter table 126 of the filter setting unit 12 to the filter unit 139 of the probe control unit 13 may be performed in real time, for example.

図2及び図3は、本発明を適用及び本発明のプローブ制御方法の効果を確認可能な接触式三次元形状測定装置と接触式プローブの構造を示すものである。図2は、本発明の実施形態となる3次元形状測定装置の構成を示す斜視図であり、図3は、図2の概略側断面図である。   2 and 3 show the structures of a contact type three-dimensional shape measuring apparatus and a contact type probe that can apply the present invention and confirm the effects of the probe control method of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic sectional side view of FIG.

図2及び図3において、3次元形状測定装置200の基部を構成する除振台215a,215b,215c上には、装置全体の基台となるベッド216が配置され、これらの除振台215a,215b,215cにより3ヶ所で支持されている。この構造により床面の微小制御振動は減衰し、ベッド216までは伝わらない。   2 and 3, a bed 216 serving as a base for the entire apparatus is disposed on the vibration isolation tables 215a, 215b, and 215c constituting the base of the three-dimensional shape measuring apparatus 200, and these vibration isolation tables 215a, 215a, It is supported at three locations by 215b and 215c. With this structure, minute control vibrations on the floor surface are attenuated and are not transmitted to the bed 216.

ベッド216はベース定盤21を支持するための支持面244を有し、この支持面244上の3ヵ所の支持点においてベース定盤21を支持する。第1の支持点はベース定盤21の底面と支持面244の両方に略円錐形状の窪み245を設け、球247aを挟む。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21の底面と支持面244の両方に、Y軸の方向に稜線の方向を一致させた略3角柱形状の窪み246を設け、球247bを挟む。第3の支持点は、第1及び第2の支持点からXX軸方向に所定距離だけ離間した位置にあり、ベース定盤21の底面と支持面244の両方の平面の間に球247cを挟む。   The bed 216 has a support surface 244 for supporting the base surface plate 21, and supports the base surface plate 21 at three support points on the support surface 244. The first support point is provided with a substantially conical recess 245 on both the bottom surface of the base surface plate 21 and the support surface 244, and sandwiches the sphere 247a. The second support point is located on a straight line passing through the first support point and parallel to the Y axis, and the direction of the ridge line is aligned with the direction of the Y axis on both the bottom surface of the base surface plate 21 and the support surface 244. A substantially triangular prism-shaped recess 246 is provided to sandwich the sphere 247b. The third support point is located at a predetermined distance from the first and second support points in the XX axis direction, and the sphere 247c is sandwiched between both the bottom surface of the base surface plate 21 and the support surface 244. .

この構成により、第1の支持点においてはXYZ方向を拘束し、第2の支持点においてはXZ方向を拘束し、第3の支持点においてはZ方向を拘束する。ここで、ベッド216が変形し、3つの支持点間の距離が変化した場合を考える。第1の支持点と第2の支持点間の距離の変化に対しては、第2の支持点に配置された球247bが3角柱形状の窪み246に沿って移動するため、ベース定盤21には、ベッド216の変形によって引き起こされる不要な力が伝達されない。   With this configuration, the XYZ direction is constrained at the first support point, the XZ direction is constrained at the second support point, and the Z direction is constrained at the third support point. Here, consider a case where the bed 216 is deformed and the distance between the three support points is changed. In response to a change in the distance between the first support point and the second support point, the sphere 247b arranged at the second support point moves along the depression 246 having a triangular prism shape. In this case, unnecessary force caused by the deformation of the bed 216 is not transmitted.

また、ベッド216の第2の支持点と第3の支持点間の距離、及び第1の支持点と第3の支持点間の距離が変化しても、ベース定盤21の第3の支持点はベッド216に対してXY平面内で自由に移動可能であるため、ベース定盤21にベッド216の変形によって引き起こされる不要な力が伝達されない。従って、ベッド216が変形しても、ベース定盤21が変形することが防止できる。   Further, even if the distance between the second support point and the third support point of the bed 216 and the distance between the first support point and the third support point are changed, the third support of the base surface plate 21 is changed. Since the point can move freely in the XY plane with respect to the bed 216, unnecessary force caused by the deformation of the bed 216 is not transmitted to the base surface plate 21. Therefore, even if the bed 216 is deformed, the base surface plate 21 can be prevented from being deformed.

ベース定盤21上には、被測定物26を固定し、また3本の支柱25a、25b、25cを固定し、この支柱上の3ヵ所において基準鏡保持フレーム232を支持する。第1の支柱25a上の第1の支持部229では、基準鏡保持フレーム232を堅固に固定する。第2の支柱25b上の第2の支持部231は、第1の支持部229を通るY軸に平行な直線上にあり、断面がXX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の支持部230は、第1の支持部229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。   An object to be measured 26 is fixed on the base surface plate 21, and three columns 25a, 25b, and 25c are fixed, and a reference mirror holding frame 232 is supported at three positions on the column. In the first support part 229 on the first support column 25a, the reference mirror holding frame 232 is firmly fixed. The second support portion 231 on the second support column 25b is on a straight line passing through the first support portion 229 and parallel to the Y axis, and the cross section is long in the XX axis direction and thin in the Y axis direction (thin plate shape). ). Further, the third support portion 230 is located at a position separated from the first support portion 229 by a predetermined distance in the X-axis direction, and is formed in a columnar shape having a small diameter.

この構成により、第1の支持部229においては、ベース定盤21に対して基準鏡保持フレーム232をXYZ方向に拘束し、第2の支持部231においては、第2の支持部231を構成する薄板状の柱がY方向に容易に曲げ変形するのでXZ方向を拘束する。さらに、第3の支持部230においては、第3の支持部230を構成する細い円柱状の柱がX方向及びY方向に容易に曲げ変形するためZ方向のみを拘束する。   With this configuration, the first support portion 229 restrains the reference mirror holding frame 232 in the XYZ directions with respect to the base surface plate 21, and the second support portion 231 constitutes the second support portion 231. Since the thin plate-like column is easily bent and deformed in the Y direction, the XZ direction is constrained. Further, in the third support portion 230, the thin columnar column constituting the third support portion 230 is easily bent and deformed in the X direction and the Y direction, so that only the Z direction is constrained.

ここで、ベース定盤21が被測定物26の自重などの影響により変形し、3ヵ所の支持点間の距離が変化した場合を考える。第1の支持点と第2の支持点間の距離の変化に対しては、第2の支持点がY方向に移動可能であるため、基準鏡保持フレーム232には、ベース定盤21の変形によって引き起こされる不要な力が伝達されない。また、第2の支持点と第3の支持点間の距離、及び第1の支持点と第3の支持点間の距離が変化しても、第3の支持点はベース定盤21に対してXY平面内で容易に移動可能であるため、基準鏡保持フレーム232にベース定盤21の変形によって引き起こされる不要な力が伝達されない。従って、ベース定盤21が変形しても、基準鏡保持フレーム232が変形することが抑制できる。   Here, a case is considered where the base surface plate 21 is deformed by the influence of the weight of the object to be measured 26 and the distance between the three support points is changed. Since the second support point is movable in the Y direction with respect to the change in the distance between the first support point and the second support point, the reference mirror holding frame 232 has a deformation of the base surface plate 21. Unnecessary force caused by is not transmitted. In addition, even if the distance between the second support point and the third support point and the distance between the first support point and the third support point are changed, the third support point is relative to the base surface plate 21. Therefore, unnecessary force caused by the deformation of the base surface plate 21 is not transmitted to the reference mirror holding frame 232. Therefore, even if the base surface plate 21 is deformed, it is possible to suppress the deformation of the reference mirror holding frame 232.

基準鏡保持フレーム232には、3つのX基準鏡27、Y基準鏡28、Z基準鏡29が取り付けられる。   Three X reference mirrors 27, a Y reference mirror 28, and a Z reference mirror 29 are attached to the reference mirror holding frame 232.

次に、被測定物26に接触して被測定物26の表面形状を測定するための測定子の構成について説明する。   Next, the configuration of a probe for measuring the surface shape of the measurement object 26 in contact with the measurement object 26 will be described.

図2及び図3において、ベッド216上にはX軸スライドガイド217が固定されており、X軸スライドガイド217上には、Xスライド23がX軸方向に摺動自在に支持されている。Xスライド23は、Xスライド駆動用モータ218とボールネジ219により摺動駆動される。Xスライド23には、Y軸方向に沿ってY軸スライドガイド220が固定されており、Y軸スライドガイドには、Yスライド22がY軸方向にスライド自在に支持されている。   2 and 3, an X-axis slide guide 217 is fixed on a bed 216, and an X-slide 23 is supported on the X-axis slide guide 217 so as to be slidable in the X-axis direction. The X slide 23 is driven to slide by an X slide drive motor 218 and a ball screw 219. A Y-axis slide guide 220 is fixed to the X slide 23 along the Y-axis direction, and a Y-slide 22 is supported by the Y-axis slide guide so as to be slidable in the Y-axis direction.

Yスライド22は、Yスライド駆動用モータ221とボールネジ222により摺動駆動される。さらに、Yスライド22には、Z軸方向に沿ってZ軸スライドガイド223が固定されており、Z軸スライドガイド223には、Zスライド24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24は、Zスライド駆動用モータ224とボールネジ225により摺動駆動される。Zスライド駆動用モータ224には、このモータの回転角を検出するエンコーダ245が設けられている。さらにZスライド24には、接触式プローブ228が支持されたハウジング226が固定されている。以上の構成により、接触式プローブ228を、ベッド216に対してXYZ方向に3次元的に動かすことができる。   The Y slide 22 is driven to slide by a Y slide drive motor 221 and a ball screw 222. Further, a Z-axis slide guide 223 is fixed to the Y slide 22 along the Z-axis direction, and the Z-slide 24 is supported by the Z-axis slide guide 223 so as to be slidable in the Z-axis direction. The Z slide 24 is slidably driven by a Z slide drive motor 224 and a ball screw 225. The Z slide drive motor 224 is provided with an encoder 245 for detecting the rotation angle of the motor. Further, a housing 226 that supports a contact probe 228 is fixed to the Z slide 24. With the above configuration, the contact probe 228 can be moved three-dimensionally in the XYZ directions with respect to the bed 216.

接触式プローブ228は、被測定物26の表面に接触して被測定物表面のZ軸方向の高さを測定する。接触式プローブ228は平行板バネ227a〜227dを介してZ軸方向にのみ移動可能にハウジング226に支持されている。接触式プローブ228の下端には形状精度が高いことが補償されている球であるマスターボール240が取り付けられ、上部には鏡241が設けられている。Zスライド24の接触式プローブ228の直上方の位置には光干渉計である変位計214が設けられており、Z基準鏡28とプローブ228の上部の鏡229との間の距離Z1(図4)を測定する。   The contact probe 228 contacts the surface of the object to be measured 26 and measures the height of the surface of the object to be measured in the Z-axis direction. The contact probe 228 is supported by the housing 226 so as to be movable only in the Z-axis direction via parallel leaf springs 227a to 227d. A master ball 240, which is a sphere compensated for high shape accuracy, is attached to the lower end of the contact probe 228, and a mirror 241 is provided on the upper part. A displacement meter 214, which is an optical interferometer, is provided at a position directly above the contact probe 228 on the Z slide 24, and a distance Z1 between the Z reference mirror 28 and the mirror 229 above the probe 228 (FIG. 4). ).

ハウジング226には、鏡229の位置を検出する変位センサー(不図示)が設けられており、ハウジング226に対する接触式プローブ228の相対変位を検出する。変位センサーの出力信号は、不図示の接触圧制御回路に入力され、接触圧制御回路は、変位センサーが検出するプローブ228の相対変位量に基づいて平行板バネ227a〜227dの変形量を検出し、プローブ228の被測定物26への押付け圧が一定になる様にZスライド24の位置を制御する信号を出力する。この制御信号は、不図示のモータ用アンプに入力され、このモータ用アンプを介してZスライド駆動モータ224が駆動される。   The housing 226 is provided with a displacement sensor (not shown) that detects the position of the mirror 229 and detects the relative displacement of the contact probe 228 with respect to the housing 226. The output signal of the displacement sensor is input to a contact pressure control circuit (not shown), and the contact pressure control circuit detects the deformation amount of the parallel leaf springs 227a to 227d based on the relative displacement amount of the probe 228 detected by the displacement sensor. Then, a signal for controlling the position of the Z slide 24 is output so that the pressing pressure of the probe 228 against the object to be measured 26 becomes constant. This control signal is input to a motor amplifier (not shown), and the Z slide drive motor 224 is driven through this motor amplifier.

また、エンコーダ245の出力信号は、Zスライド24のZ軸方向の位置を制御する図示しない位置制御回路に入力され、図示しない位置制御回路は、エンコーダ245が検出するZスライド駆動モータ224の回転角に基づいて、Zスライド24の位置を制御する信号を出力する。この制御信号は、モータ用アンプ(不図示)に入力され、このアンプを介してZスライド駆動モータ224が駆動される。   The output signal of the encoder 245 is input to a position control circuit (not shown) that controls the position of the Z slide 24 in the Z-axis direction. The position control circuit (not shown) rotates the rotation angle of the Z slide drive motor 224 detected by the encoder 245. Based on the above, a signal for controlling the position of the Z slide 24 is output. This control signal is input to a motor amplifier (not shown), and the Z slide drive motor 224 is driven through this amplifier.

上記の接触式プローブ228の接触圧を制御する状態と、Zスライド24の位置を制御する状態とは、図示しないスイッチにより切り替えられる。そして、図示しないスイッチの動作は、さらに装置全体の制御を行う図示しない総合制御装置により制御される。   The state of controlling the contact pressure of the contact probe 228 and the state of controlling the position of the Z slide 24 are switched by a switch (not shown). The operation of the switch (not shown) is further controlled by a general controller (not shown) that controls the entire apparatus.

Zスライド24の先端部には、Zスライド24のX方向の距離を測定するための光干渉計である変位計210,211(図4参照)が設けられており、Zスライド24の上下の2ヶ所の点とX基準鏡27との間の距離X1,X2を測定する。Y方向についても同様な光干渉計である変位計212,213(図4参照)が設けられており、Zスライド24の上下の2ヶ所の点とYY基準鏡28との間の距離を測定する。   Displacement meters 210 and 211 (see FIG. 4) that are optical interferometers for measuring the distance in the X direction of the Z slide 24 are provided at the tip of the Z slide 24. The distances X1 and X2 between the points and the X reference mirror 27 are measured. Displacement meters 212 and 213 (see FIG. 4), which are similar optical interferometers, are also provided in the Y direction, and measure the distance between two points above and below the Z slide 24 and the YY reference mirror 28. .

ここで、図4に示すようにX1の測定軸とY1の測定軸はZ1の測定軸上の点C1で交わり、X2の測定軸とY2の測定軸はZ1の測定軸上の点C2で交わる様に各測定軸を設定する。C1とC2の間の距離をL1とし、C2とプローブ228の上端に固定した鏡241の間の距離をL2とし、そこからプローブ先端のマスターボール240の中心C3までの距離をL3とする。   Here, as shown in FIG. 4, the measurement axis of X1 and the measurement axis of Y1 intersect at a point C1 on the measurement axis of Z1, and the measurement axis of X2 and the measurement axis of Y2 intersect at a point C2 on the measurement axis of Z1. Set each measurement axis in the same way. The distance between C1 and C2 is L1, the distance between C2 and the mirror 241 fixed to the upper end of the probe 228 is L2, and the distance from there to the center C3 of the master ball 240 at the probe tip is L3.

この条件のもとにおいて、プローブ228の先端のマスターボール240の中心位置座標(Xp,Yp,Zp)は、次の式によりもとめられる。
Xp=X1+(X2−X1)×(L1+L2+L3)÷L1+δX (1)
Yp=−Y1−(Y2−Y1)×(L1+L2+L3)÷L1+δY(2)
Zp=−Z1+δZ (3)
ただし、δX,δY,δZは定数である。
Under this condition, the center position coordinate (Xp, Yp, Zp) of the master ball 240 at the tip of the probe 228 is obtained by the following equation.
Xp = X1 + (X2-X1) × (L1 + L2 + L3) ÷ L1 + δX (1)
Yp = −Y1− (Y2−Y1) × (L1 + L2 + L3) ÷ L1 + δY (2)
Zp = −Z1 + δZ (3)
However, δX, δY, and δZ are constants.

ここで、上記の式の意味について説明する。既に説明したような、Xスライド、Yスライド、Zスライドを用いた3次元移動機構においては、プローブ228を移動させるとき、各スライドの移動誤差により、Zスライドには移動誤差が生ずる。一般に移動誤差とは軸の移動によって定義される次の6つの誤差である。
(A)位置誤差
3次元位置の誤差で、XYZ方向の3種類があり、ΔX,ΔY,ΔZと記述する。
(B)姿勢誤差
姿勢誤差とは、回転に関する誤差でXYZ軸回りの3種類があり、ΔθX,ΔθY,ΔθZと記述する。
Here, the meaning of the above formula will be described. In the three-dimensional movement mechanism using the X slide, Y slide, and Z slide as described above, when the probe 228 is moved, a movement error occurs in the Z slide due to the movement error of each slide. In general, the movement error is the following six errors defined by the movement of the axis.
(A) Position error
There are three types of errors in the XYZ directions, and are described as ΔX, ΔY, ΔZ.
(B) Posture error
Attitude errors are rotation-related errors of three types around the XYZ axes, and are described as ΔθX, ΔθY, and ΔθZ.

以上の6種類の移動誤差成分が、XYZスライドのそれぞれに関して生じるため、その先端に配置されているプローブの位置及び姿勢は、それらの移動誤差の積み重ねに影響され、XYZ軸の移動にともなって変化する。   Since the above six types of movement error components are generated for each of the XYZ slides, the position and posture of the probe arranged at the tip thereof are affected by the accumulation of the movement errors and change with the movement of the XYZ axes. To do.

上記の式(1)乃至式(3)を用いてプローブの位置を算出することにより、この移動誤差に影響されずにプローブ先端のマスターボールの中心位置を測定できることを以下に示す。
(位置誤差について)
XYZ方向の位置誤差ΔX,ΔYは、そのまま光干渉計などの変位計で測定する長さX1,X2に反映されるので、プローブ位置の測定誤差にはならない。また、変位計の測定する長さZ1は、プローブとZ基準鏡との間の距離であるため、ΔZはZ方向の測定値に影響しない。
(姿勢誤差について)
例えば、Y軸回りの姿勢誤差ΔθYが生じると、点C1の位置からみてマスターボール230の中心位置(点C3)はΔθY×(L1+L2+L3)だけX方向にずれる。従って、マスターボール中心(点C3)のX方向の正しい位置Xpは、点C1のX方向位置がX1なので、
Xp=X1+ΔθY×(L1+L2+L3)+δX (4)
と表わされる。ここで、δXは、被測定物26の取り付け位置誤差等に起因する誤差であり、変化するものではなく定数である。
It will be shown below that the center position of the master ball at the tip of the probe can be measured without being affected by this movement error by calculating the position of the probe using the above equations (1) to (3).
(About position error)
Since the position errors ΔX and ΔY in the XYZ directions are reflected on the lengths X1 and X2 measured by a displacement meter such as an optical interferometer as they are, they do not constitute a probe position measurement error. Further, since the length Z1 measured by the displacement meter is the distance between the probe and the Z reference mirror, ΔZ does not affect the measured value in the Z direction.
(Attitude error)
For example, when a posture error ΔθY about the Y axis occurs, the center position (point C3) of the master ball 230 is shifted in the X direction by ΔθY × (L1 + L2 + L3) when viewed from the position of the point C1. Therefore, the correct position Xp in the X direction of the center of the master ball (point C3) is that the X direction position of the point C1 is X1,
Xp = X1 + ΔθY × (L1 + L2 + L3) + δX (4)
It is expressed as Here, δX is an error caused by an attachment position error of the object to be measured 26, and is a constant rather than a change.

一方、点C1の位置から見ると、姿勢誤差ΔθYにより点C2もΔθY×L1だけX方向にずれることになる。ここで、点C2のX方向位置は、変位計によりX2として測定されるので、点C2のX方向のズレ量ΔθY×L1は、
ΔθY×L1=(X2−X1)と表わされる。この式からΔθYを求めると、
ΔθY=(X2−X1)÷L1となる。これを、上記の式(4)に代入すれば、Xpは、
Xp=X1+(X2−X1)×(L1+L2+L3)÷L1+δX
となり、上記の式(1)が求められることとなる。
X軸回りの姿勢誤差ΔθXについても、同様に考えれば、マスターボール中心のY方向の正しい位置は、式(2)の様に求められる。
さらに、Z軸回りの姿勢誤差ΔθZについては、プローブの先端が球であるので、測定誤差にはならない。
On the other hand, when viewed from the position of the point C1, the point C2 is also shifted in the X direction by ΔθY × L1 due to the attitude error ΔθY. Here, since the position in the X direction of the point C2 is measured as X2 by a displacement meter, the amount of deviation ΔθY × L1 in the X direction of the point C2 is
ΔθY × L1 = (X2−X1). When ΔθY is obtained from this equation,
ΔθY = (X2−X1) ÷ L1. If this is substituted into the above equation (4), Xp becomes
Xp = X1 + (X2-X1) × (L1 + L2 + L3) ÷ L1 + δX
Thus, the above equation (1) is obtained.
If the attitude error ΔθX around the X axis is considered in the same way, the correct position in the Y direction of the center of the master ball can be obtained as shown in Equation (2).
Further, the posture error ΔθZ around the Z axis does not cause a measurement error because the tip of the probe is a sphere.

なお、式(1),(2),(3)において、δX,δY,δZは、被測定物26の取り付け位置誤差等に起因する定数誤差であり、未知であるが、被測定物26の形状を測定する目的のためには相対的な位置が分かれば十分なので問題はない。言い換えれば、被測定物が、測定基準である3つの基準鏡に対してどこに固定されているかは正確に知る必要はない。   In equations (1), (2), and (3), δX, δY, and δZ are constant errors caused by attachment position errors of the object to be measured 26 and are unknown, There is no problem because the relative position is sufficient for the purpose of measuring the shape. In other words, it is not necessary to know exactly where the object to be measured is fixed with respect to the three reference mirrors as the measurement reference.

このように、上記の式(1)乃至(3)を用いれば、移動軸の移動誤差に影響されないで、プローブの3次元位置を測定することができる。   As described above, by using the above equations (1) to (3), the three-dimensional position of the probe can be measured without being affected by the movement error of the moving axis.

次に、上記の構成において、被測定物26の形状を測定する手順について説明する。
まず、被測定物26をベース定盤21に取り付ける。この際、ベース定盤21は被測定物26の重量により変形する。しかし、前述した様に3ヶ所の支持点229,230,231の作用により、基準鏡保持フレーム232は変形が抑制され、従って、3次元形状測定装置の位置の基準である3つの基準鏡27,28,29の相対的な位置は変化しない。また、環境温度の変化によるベース定盤21の変形に対しても同様の作用により、基準鏡保持フレーム232は変形が抑制される。
Next, a procedure for measuring the shape of the DUT 26 in the above configuration will be described.
First, the device under test 26 is attached to the base surface plate 21. At this time, the base surface plate 21 is deformed by the weight of the object 26 to be measured. However, as described above, the deformation of the reference mirror holding frame 232 is suppressed by the action of the three support points 229, 230, and 231. Therefore, the three reference mirrors 27, which are the reference of the position of the three-dimensional shape measuring apparatus are suppressed. The relative positions of 28 and 29 do not change. Further, the deformation of the base mirror holding frame 232 is suppressed by the same action against the deformation of the base surface plate 21 due to the change of the environmental temperature.

次に、図示しないスイッチにより、図示しない位置制御回路を選択し、プローブ228のZ軸方向の位置を被測定物26から離れた所定の位置に制御する(ステップS1)。次に、Xスライド23及びYスライド22を駆動して、被測定物26の最初の測定ポイントの上方にプローブ228を移動させる(ステップS2)。このとき、X及びYスライドの移動にともなって、スライド22の重量がベッド216に作用する位置が変化するため、ベッド216が変形する。しかし、前述した様に3ヶ所の支持点245,246,247の作用により、ベース定盤21は変形しない。これはZスライドが移動した場合も同様であり、Zスライドの移動にともなってベッド216が変形しても、ベース定盤21は変形しない。さらに、環境温度の変化によるベッド216の変形に対しても、同様の作用によりベース定盤21は変形しない。   Next, a position control circuit (not shown) is selected by a switch (not shown), and the position of the probe 228 in the Z-axis direction is controlled to a predetermined position away from the measured object 26 (step S1). Next, the X slide 23 and the Y slide 22 are driven to move the probe 228 above the first measurement point of the measurement object 26 (step S2). At this time, as the X and Y slides move, the position at which the weight of the slide 22 acts on the bed 216 changes, so that the bed 216 is deformed. However, as described above, the base surface plate 21 is not deformed by the action of the three support points 245, 246, and 247. The same applies to the case where the Z slide is moved. Even if the bed 216 is deformed as the Z slide is moved, the base surface plate 21 is not deformed. Furthermore, the base surface plate 21 is not deformed by the same action even when the bed 216 is deformed due to a change in environmental temperature.

次に、Zスライド24を駆動して被測定物26の表面にプローブ228の先端が接触するまで、下降させる(ステップS3)。このとき、変位センサー231の出力をモニターし、平行板バネ227a〜227dの変位量、言い換えればプローブ228の被測定物26への接触圧が所定の値になるまでZスライド24を下降させる(ステップS4)。平行板バネ227a〜227dの変位量が所定値になったところで、図示しないスイッチを切り替えて接触圧制御回路239を選択し、変位センサー231の出力が一定になる様に、言い換えればプローブ228の接触圧が一定になる様にZスライド24の位置を制御する(ステップS5)。   Next, the Z slide 24 is driven and lowered until the tip of the probe 228 comes into contact with the surface of the object to be measured 26 (step S3). At this time, the output of the displacement sensor 231 is monitored, and the Z slide 24 is lowered until the displacement amount of the parallel leaf springs 227a to 227d, in other words, the contact pressure of the probe 228 to the object to be measured 26 reaches a predetermined value (step). S4). When the displacement amount of the parallel leaf springs 227a to 227d reaches a predetermined value, the contact pressure control circuit 239 is selected by switching a switch (not shown) so that the output of the displacement sensor 231 becomes constant, in other words, the contact of the probe 228. The position of the Z slide 24 is controlled so that the pressure becomes constant (step S5).

次に、光干渉計である変位計210,211,212,213,214の出力から、式(1)乃至(3)を用いてプローブ先端のマスターボール230の位置を算出する(ステップS6)。そして、この算出した座標位置を図示しない総合制御装置内のメモリに保存する(ステップS7)。   Next, the position of the master ball 230 at the tip of the probe is calculated from the outputs of the displacement meters 210, 211, 212, 213, and 214, which are optical interferometers, using equations (1) to (3) (step S6). Then, the calculated coordinate position is stored in a memory in the general control apparatus (not shown) (step S7).

次に、Xスライド23及びYスライド22を駆動して、プローブ228を被測定物26の表面に接触した状態で走査しながら、プローブ228の位置を順次測定し、総合制御装置290内のメモリに記憶していく(ステップS8)。そして、全部の測定領域を走査し終えたかを判定し(ステップS9)、走査が終了していなければステップS6に戻り、走査が終了していればステップS10に進む。ステップS10では、図示しないスイッチを切り替えて、プローブ228を位置制御の状態とし、さらにプローブ228を被測定物26から退避させて測定を終了する(ステップS11)。   Next, the X slide 23 and the Y slide 22 are driven, and the position of the probe 228 is sequentially measured while scanning the probe 228 while being in contact with the surface of the object 26 to be measured. Store it (step S8). Then, it is determined whether or not the entire measurement area has been scanned (step S9). If scanning has not been completed, the process returns to step S6, and if scanning has been completed, the process proceeds to step S10. In step S10, a switch (not shown) is switched to place the probe 228 in the position control state, and the probe 228 is further retracted from the object to be measured 26 to complete the measurement (step S11).

以上説明した様に、上記の実施形態によれば、ベッド216に対して、ベース定盤21を3点で支持し、そのうちの1点では、ベース定盤21を強固に固定し、他の1点ではY軸方向のみに可動に支持し、残りの1点ではXY方向に可動に支持することにより、ベッド216の変形がベース定盤21に伝達されず、高精度な測定が可能となる。   As described above, according to the above-described embodiment, the base surface plate 21 is supported at three points with respect to the bed 216, and at one point, the base surface plate 21 is firmly fixed, and the other 1 The point is movably supported only in the Y-axis direction, and the remaining one point is movably supported in the XY direction, so that the deformation of the bed 216 is not transmitted to the base surface plate 21, and high-precision measurement is possible.

また、ベース定盤21に対して、基準鏡保持フレーム232を3点で支持し、そのうちの1点では、基準鏡保持フレーム232を強固に固定し、他の1点ではY軸方向のみに可動に支持し、残りの1点ではXY方向に可動に支持することにより、ベース定盤21の変形が基準鏡保持フレーム232に伝達されず、高精度な測定が可能となる。   Also, the reference mirror holding frame 232 is supported at three points with respect to the base surface plate 21, and at one point, the reference mirror holding frame 232 is firmly fixed, and at the other point, it is movable only in the Y-axis direction. The remaining one point is movably supported in the XY directions, so that the deformation of the base surface plate 21 is not transmitted to the reference mirror holding frame 232, and high-precision measurement is possible.

基準鏡27,28,29を3ヶ所の押し当て点と、3ヶ所以上の引っ張り点で基準鏡保持フレーム232に保持しているので、基準鏡の自重による変形を小さくすることができ、高精度な測定が可能となる。   Since the reference mirrors 27, 28, and 29 are held on the reference mirror holding frame 232 at three pressing points and at three or more pulling points, deformation due to the weight of the reference mirror can be reduced, and high precision Measurement is possible.

また、ベース、基準鏡保持フレーム、及び基準鏡を熱膨張係数の小さい材料を用いて形成することにより、環境温度が変化した場合でも、これらの部材の変形量を小さく抑えることができ、高精度な測定が可能となる。   In addition, by forming the base, the reference mirror holding frame, and the reference mirror using a material with a small coefficient of thermal expansion, even when the environmental temperature changes, the amount of deformation of these members can be kept small, and high precision Measurement is possible.

また、Zスライドの位置を5ヶ所の変位計で測定しているので、これらの測定値を用いることにより、X軸、Y軸及びZ軸の移動誤差に影響されない高精度な位置測定が可能となる。   In addition, since the position of the Z slide is measured with five displacement meters, it is possible to measure the position with high accuracy without being affected by the movement error of the X, Y, and Z axes by using these measured values. Become.

Z軸の基準鏡29の鏡面が下向きに配置されているので、空気中の塵等の堆積により基準鏡の性能が劣化することを防止できる。   Since the mirror surface of the Z-axis reference mirror 29 is arranged downward, it is possible to prevent the performance of the reference mirror from being deteriorated due to accumulation of dust or the like in the air.

また、XYZ移動機構の末端部に設けられた最も重量の軽いZスライド24が、プローブ228を被測定物26の高さ方向に追従させるため、被測定物26の高さ方向へのプローブの追従性能が高く、高速で精度の高い測定が可能となる。   In addition, since the lightest Z slide 24 provided at the end of the XYZ moving mechanism causes the probe 228 to follow the height direction of the measurement object 26, the probe follows the height direction of the measurement object 26. High performance, high speed and high accuracy measurement.

なお、上記の実施形態においては、第3の支持点230を細い円柱状に形成する様に説明したが、断面積が小さければ、正方形などの正多角形の断面の柱でも同じことである。また、第2の支持点231を薄板状に形成する様に説明したが、これに限らず、Y方向に変形しやすい断面形状であればよく、楕円形の断面の柱などでもよい。   In the above embodiment, the third support point 230 is described as being formed in a thin cylindrical shape. However, if the cross-sectional area is small, the same applies to a pillar having a regular polygonal cross section such as a square. In addition, the second support point 231 has been described as being formed in a thin plate shape, but is not limited thereto, and may be a cross-sectional shape that is easily deformable in the Y direction, or may be an elliptical cross-sectional column.

また、上記の実施形態では5つの光干渉計等の変位計を用いて測定した5つの長さを位置測定のよりどころとしているが、干渉計で測定する長さの精度は、使用する光源の波長に依存している。そこで、市販されている波長補正用の干渉計を加えて6つの干渉計のシステムとすれば、形状測定中の気温、気圧の変動による波長の変化にも影響されない形状測定が可能となる。   In the above embodiment, five lengths measured using a displacement meter such as five optical interferometers are used as the basis for position measurement. The accuracy of the length measured by the interferometer depends on the light source used. It depends on the wavelength. Therefore, if a system of six interferometers is added by adding a commercially available interferometer for wavelength correction, shape measurement that is not affected by changes in wavelength due to changes in temperature and pressure during shape measurement becomes possible.

また、変位センサー231の出力をフィードバック回路239及び図示しないスイッチを介してZ軸駆動用モータ224に導く回路は、プローブ228の押付け力を一定に保つために必要なものであり、前述した様に高い応答性が必要である。そこで、Z軸の応答性能を高めるために、例えば、スライドガイド223をエアーベアリングとして摩擦を低減したり、回転するモータとボールネジによる駆動方式をリニアモータに置き換え、バックラッシュなど非線形的な要素をなくす構成としてもよい。   In addition, the circuit that guides the output of the displacement sensor 231 to the Z-axis drive motor 224 via the feedback circuit 239 and a switch (not shown) is necessary to keep the pressing force of the probe 228 constant. High responsiveness is required. Therefore, in order to improve the response performance of the Z axis, for example, the slide guide 223 is used as an air bearing to reduce friction, or the driving system using a rotating motor and a ball screw is replaced with a linear motor, thereby eliminating non-linear elements such as backlash. It is good also as a structure.

また、本実施形態では、プローブの移動にXYZ軸の3軸を用い、被測定物の表面を2次元的に走査する様にしているが、X軸を省略し、Y軸、Z軸のみを用いて被測定物表面の1断面のみ走査する構成でもよい。   In this embodiment, three axes of the XYZ axes are used to move the probe, and the surface of the object to be measured is scanned two-dimensionally. However, the X axis is omitted, and only the Y axis and the Z axis are scanned. A configuration may be used in which only one section of the surface of the object to be measured is scanned.

また本発明の測定機への適用事例を挙げたが、測定機に限定しなくても構わず、測定機と近似した構成をもつ装置例えば加工機への適用も可能である。   Moreover, although the application example to the measuring machine of this invention was mentioned, it does not need to be limited to a measuring machine and can be applied to an apparatus having a configuration similar to the measuring machine, such as a processing machine.

図5は、接触式三次元形状測定装置のメカ共振周波数特性を取得可能とする構造の側断面図であり、予めメカ共振周波数の計測及びメカ共振周波数を分析して帯域阻止可能な帯域阻止フィルタのパラメータを取得可能とする装置構成である。図6はそのメカ共振周波数を示すグラフであり、接触式三次元形状測定装置、メカ共振周波数分析用周辺機器および、接触式三次元形状測定装置において取得可能なメカ共振周波数特性の特性例を示す。   FIG. 5 is a side cross-sectional view of a structure capable of acquiring mechanical resonance frequency characteristics of a contact-type three-dimensional shape measuring apparatus, and a band rejection filter capable of band rejection by measuring the mechanical resonance frequency and analyzing the mechanical resonance frequency in advance. This is a device configuration that can acquire the parameters. FIG. 6 is a graph showing the mechanical resonance frequency, and shows a characteristic example of the mechanical resonance frequency characteristic that can be acquired by the contact-type three-dimensional shape measurement device, the peripheral device for mechanical resonance frequency analysis, and the contact-type three-dimensional shape measurement device. .

図5において、接触式三次元形状測定装置は少なくとも三次元形状測定動作時には使用しないメカ共振周波数を測定可能とする外部計測機器であるXYZ方向加速度センサー250と周波数特性計測器251を接続する。   In FIG. 5, the contact-type three-dimensional shape measuring apparatus connects an XYZ direction acceleration sensor 250, which is an external measuring device capable of measuring a mechanical resonance frequency that is not used at least during a three-dimensional shape measurement operation, and a frequency characteristic measuring device 251.

メカ共振周波数特性の測定のため、Z方向可動ステージを被測定物とは接触しないある位置で位置制御した状態で、図示しない加振器のスイープサイン波形アナログ信号252を加算器253によってZ方向アクチュエータ−駆動用アンプ出力信号に加算する。アンプ出力信号にアナログ信号を加算することでアクチュエータ224をスイープサイン波形状に回転し、回転力が直動方向に変換されることによりZ方向可動ステージ24をプローブ押付け方向にスイープサイン波形状に移動する。   In order to measure the mechanical resonance frequency characteristics, the Z-direction movable stage is position-controlled at a certain position where it does not come into contact with the object to be measured. -Add to the drive amplifier output signal. By adding an analog signal to the amplifier output signal, the actuator 224 is rotated into a sweep sine wave shape, and the rotational force is converted into a linear motion direction, thereby moving the Z-direction movable stage 24 in a sweep sine wave shape in the probe pressing direction. To do.

そのとき、XYZ方向加速度センサーをプローブ支持体のプローブ先端に限りなく近い側で取り付け可能な位置に取り付けたXYZ方向加速度センサーからのXYZ方向加速度信号出力254をコンディショナー255によって増幅する。   At that time, the conditioner 255 amplifies the XYZ direction acceleration signal output 254 from the XYZ direction acceleration sensor attached at a position where the XYZ direction acceleration sensor can be attached as close as possible to the probe tip of the probe support.

その状態で、Z方向可動ステージ24がプローブ押付け方向にスイープサイン波形状に動いている状態で発生するXYZ方向加速度信号を取得する。そのとき、XYZ方向加速度センサーのXYZ方向加速度信号とスイープサイン波形アナログ信号を周波数特性計測器251に入力し、XYZ方向加速度信号とスイープサイン波形アナログ信号とを周波数特性計測器251によってFFT解析する。   In this state, an XYZ direction acceleration signal generated in a state where the Z direction movable stage 24 is moving in a sweep sine wave shape in the probe pressing direction is acquired. At that time, the XYZ direction acceleration signal and the sweep sine waveform analog signal of the XYZ direction acceleration sensor are input to the frequency characteristic measuring device 251, and the XYZ direction acceleration signal and the sweep sine waveform analog signal are FFT-analyzed by the frequency characteristic measuring device 251.

それにより、接触式三次元形状測定装置のXYZ方向メカ共振周波数を取得できる。図5(a)は、接触式三次元形状測定装置のX方向に取得したメカ共振周波数をボード線図で表示したものである。図5(b)は、接触式三次元形状測定装置のY方向に取得したメカ共振周波数をボード線図で表示したものである図5(c)は、接触式三次元形状測定装置のZ方向に取得したメカ共振周波数をボード線図で表示したものである。さらに前記フィルタテーブルの調整設定手順として、フィルタテーブルには帯域阻止フィルタを5ないし6個を上限に複数パターン設定できる。すなわち最適に帯域阻止可能な帯域阻止フィルタを図5(a)(b)(c)からメカ共振周波数のうち、振幅が大きいものを傾斜角度及び傾斜方向に合わせて組み合わせることでフィルタテーブルに実装できる。   Thereby, the XYZ direction mechanical resonance frequency of a contact-type three-dimensional shape measuring apparatus can be acquired. FIG. 5A is a Bode diagram showing the mechanical resonance frequency acquired in the X direction of the contact type three-dimensional shape measuring apparatus. FIG. 5B is a Bode diagram showing the mechanical resonance frequency acquired in the Y direction of the contact type 3D shape measuring apparatus. FIG. 5C is the Z direction of the contact type 3D shape measuring apparatus. The mechanical resonance frequency acquired in the above is displayed in a Bode diagram. Further, as the adjustment setting procedure of the filter table, a plurality of patterns can be set in the filter table up to 5 to 6 band rejection filters. That is, a band rejection filter capable of optimal band rejection can be mounted on the filter table by combining a mechanical resonance frequency having a large amplitude in accordance with the inclination angle and the inclination direction from FIGS. 5 (a), 5 (b), and 5 (c). .

上述の説明において、ばねは、例えば板ばねであり、ガイドは、例えばリニアガイドである。また、Z方向アクチュエータは、例えばサーボモーターであり、変位計は、例えば非接触式レーザー変位計である。更に、周波数特性計測器は、例えばFFTアナライザであり、図示しない加振器は、例えばFFTアナライザが備える。   In the above description, the spring is, for example, a leaf spring, and the guide is, for example, a linear guide. The Z-direction actuator is, for example, a servo motor, and the displacement meter is, for example, a non-contact type laser displacement meter. Further, the frequency characteristic measuring instrument is, for example, an FFT analyzer, and the vibrator (not shown) is provided, for example, in the FFT analyzer.

図6は、接触式プローブおよび被測定物のモデルとプローブ接触角度および接触方向変化の様子を示す概念図である。図7は、接触式三次元形状測定装置のプローブ制御周波数特性を取得可能とする構造の側断面図とプローブ制御周波数特性を示すグラフである。図6において、例えば凹球形状の被測定物26を接触式プローブ228にて三次元形状測定する場合に、被測定物と接触式プローブ228との接触角度および接触方向状態が被測定物26のXYZ位置によって変化する。このような状態においても最適にメカ共振周波数の帯域阻止をするため、予めa1からh4までの32パターンの傾斜角度及び傾斜方向によってフィルタパラメータを用意する。   FIG. 6 is a conceptual diagram showing a contact-type probe and a model of an object to be measured, and how the probe contact angle and contact direction change. FIG. 7 is a side cross-sectional view of a structure that enables acquisition of probe control frequency characteristics of a contact-type three-dimensional shape measuring apparatus and a graph showing probe control frequency characteristics. In FIG. 6, for example, when measuring the three-dimensional shape of the object 26 having a concave sphere shape with the contact probe 228, the contact angle and the contact direction state between the object to be measured and the contact probe 228 are the same as those of the object 26 to be measured. It changes depending on the XYZ position. Even in such a state, in order to optimally block the mechanical resonance frequency band, filter parameters are prepared in advance according to 32 patterns of inclination angles and inclination directions from a1 to h4.

フィルタパラメータは、被測定物26および接触式プローブ228とのX方向接触角度の正接を積算した値、すなわちプローブ押付け方向へ変換された値が、プローブ押付け方向へ図5(b)のX方向メカ共振周波数特性による制御振動が加わることを阻止するように設定される。   The filter parameter is a value obtained by integrating the tangent of the X direction contact angle between the DUT 26 and the contact type probe 228, that is, a value converted into the probe pressing direction into the probe pressing direction. It is set so as to prevent the control vibration due to the resonance frequency characteristic from being applied.

同様にフィルタパラメータは、被測定物26および接触式プローブ228とのY方向接触角度の正接を積算した値、すなわちプローブ押付け方向へ変換された値が、プローブ押付け方向へ図5(c)のY方向メカ共振周波数特性による制御振動が加わることを阻止する。同様にフィルタパラメータは、被測定物26および接触式プローブ228とのZ方向接触角度の正弦で除算した値、すなわちプローブ押付け方向へ変換された値が、プローブ押付け方向へ図5(d)のZ方向メカ共振周波数特性による制御振動が加わることを阻止する。   Similarly, the filter parameter is a value obtained by integrating the tangent of the Y-direction contact angle between the DUT 26 and the contact probe 228, that is, the value converted into the probe pressing direction into the probe pressing direction as shown in FIG. The control vibration due to the directional mechanical resonance frequency characteristic is prevented from being applied. Similarly, the filter parameter is a value obtained by dividing the sine of the Z-direction contact angle between the DUT 26 and the contact probe 228, that is, a value converted into the probe pressing direction into the probe pressing direction as shown in FIG. The control vibration due to the directional mechanical resonance frequency characteristic is prevented from being applied.

図6において、例えば被測定物26から606という断面を抽出すると、位置602で得られる接触角度及び接触方向は凹面形状のXY水平位置によって位置603、604、605のように変化する。位置602においてはフィルタパラメータのパターンa1が最も帯域阻止の効果を発揮するが、位置603ではフィルタパラメータのパターンa2が最も効果を発揮して帯域阻止する。   In FIG. 6, for example, when a cross section of 606 is extracted from the object to be measured 26, the contact angle and the contact direction obtained at the position 602 change like positions 603, 604, and 605 depending on the concave XY horizontal position. At the position 602, the filter parameter pattern a1 exhibits the most effective band rejection. At the position 603, the filter parameter pattern a2 exhibits the most effective band rejection.

このように傾斜角演算部が接触角度及び接触方向の二つのパラメータを基にフィルタパラメータをフィルタ部に設置することで、被測定物26の測定中にメカ共振周波数の影響を受けて発生するプローブの押付け方向制御振動を抑止することを可能とする。   As described above, the probe that is generated under the influence of the mechanical resonance frequency during the measurement of the object to be measured 26 by installing the filter parameter in the filter unit based on the two parameters of the contact angle and the contact direction by the tilt angle calculation unit. It is possible to suppress vibrations in the pressing direction control.

上述の説明では、一例として凹球形状被測定物によって説明したが、凸球形状、非球面形状など被測定物の形状に依らず適用可能である。   In the above description, the concave spherical object is described as an example, but the present invention can be applied regardless of the shape of the object such as a convex spherical shape or an aspherical shape.

被測定物26は、剛体物体で例えばガラスレンズや金型である。   The DUT 26 is a rigid object such as a glass lens or a mold.

フィルタテーブルは、例えば32パターンに分けたが、プローブ制御部を処理する図示しない制御機器の処理能力が許す限りの個数を設定しても構わない。   The filter table is divided into 32 patterns, for example, but the number may be set as long as the processing capability of a control device (not shown) that processes the probe control unit allows.

また、フィルタテーブルは、例えば被測定物26の直径方向にパターン分けをしたが、どのようなパターンの分け方をしても構わず、被測定物26に応じてどのようなパターン分けをしても構わない。   Further, the filter table is divided into patterns in the diameter direction of the object to be measured 26, for example. However, any pattern may be divided, and any pattern may be divided according to the object to be measured 26. It doesn't matter.

次に、図7を参照して接触式三次元形状測定装置200の接触式プローブ228の周波数特性を取得可能な構成を説明する。   Next, a configuration capable of acquiring the frequency characteristics of the contact probe 228 of the contact three-dimensional shape measuring apparatus 200 will be described with reference to FIG.

図7(a)において、被測定物26の面に接触式プローブ228を接触させてプローブ制御を掛けた状態で周波数特性計測器251の図示しない加振器のスイープサイン波形アナログ信号252を加算器253によってZ方向アクチュエータ−駆動用アンプ出力信号に加算する。アンプ出力信号にアナログ信号を加算することでアクチュエータ224をスイープサイン波形状に回転し、回転力が直動方向に変換されることによりZ方向可動ステージ24をプローブ押付け方向にスイープサイン波形状に移動する。そのときプローブ変位を検出する変位計214が出力するプローブ変位信号256を、信号変換部257を経由して周波数特性計測器251に取り込む。変位計のプローブ変位信号とスイープサイン波形アナログ信号を周波数特性計測器251に入力し、プローブ変位信号とスイープサイン波形アナログ信号とを周波数特性計測器251によってFFT解析する。それによって接触式三次元形状測定装置200の接触式プローブ制御の周波数特性を取得できる。   In FIG. 7 (a), a sweep sine waveform analog signal 252 of a vibrator (not shown) of the frequency characteristic measuring instrument 251 is added with the contact type probe 228 brought into contact with the surface of the object to be measured 26 and the probe control is applied. By 253, it is added to the Z direction actuator-drive amplifier output signal. By adding an analog signal to the amplifier output signal, the actuator 224 is rotated into a sweep sine wave shape, and the rotational force is converted into a linear motion direction, thereby moving the Z-direction movable stage 24 in a sweep sine wave shape in the probe pressing direction. To do. At that time, the probe displacement signal 256 output from the displacement meter 214 that detects the probe displacement is taken into the frequency characteristic measuring device 251 via the signal converter 257. The probe displacement signal and the sweep sine waveform analog signal of the displacement meter are input to the frequency characteristic measuring device 251, and the probe displacement signal and the sweep sine waveform analog signal are subjected to FFT analysis by the frequency characteristic measuring device 251. Thereby, the frequency characteristic of the contact probe control of the contact three-dimensional shape measuring apparatus 200 can be acquired.

例えば図7(b)において、例えば被測定物26の凹面の傾斜地点AからH、凹面の頂点となる平面地点Iに接触式プローブ228を接触させたときに得られるプローブ制御周波数特性を図7(c)(d)のようにボード線図で得ることができる。   For example, in FIG. 7B, for example, the probe control frequency characteristics obtained when the contact type probe 228 is brought into contact with the flat point I which is the peak of the concave surface from the inclined points A to H of the concave surface of FIG. (C) It can be obtained by a Bode diagram as in (d).

図7(c)は、メカ共振周波数を考慮せず、フィルタテーブルを作成せずに帯域阻止フィルタをフィルタ部に設定して得たボード線図である。   FIG. 7C is a Bode diagram obtained by setting the band rejection filter in the filter unit without considering the mechanical resonance frequency and without creating the filter table.

図7(d)では、メカ共振周波数を考慮してフィルタテーブルを作成して帯域阻止フィルタをフィルタ部に設定して得たボード線図である。   FIG. 7D is a Bode diagram obtained by creating a filter table in consideration of the mechanical resonance frequency and setting the band rejection filter in the filter unit.

メカ共振周波数を考慮しない場合は、変位計214をフィードバック信号として周波数解析したデータを基に、固定の一パターンで帯域阻止フィルタを設計してフィルタをプローブ制御部で機能させる。しかしながら、その場合にはメカ共振周波数の影響を受けた制御振動モードが多く、制御振動モードが発振状態のものが残存する。つまり接触式三次元形状測定装置200の接触式プローブ228の周波数特性から帯域阻止フィルタを固定の一パターンで設定するだけでは、接触式プローブ制御を安定状態にできない。   When the mechanical resonance frequency is not taken into consideration, a band rejection filter is designed with a fixed pattern based on data obtained by frequency analysis using the displacement meter 214 as a feedback signal, and the filter is caused to function by the probe control unit. However, in that case, there are many control vibration modes affected by the mechanical resonance frequency, and the control vibration mode remains in the oscillation state. That is, the contact probe control cannot be brought into a stable state simply by setting the band rejection filter in a fixed pattern based on the frequency characteristics of the contact probe 228 of the contact three-dimensional shape measuring apparatus 200.

これに対してメカ共振周波数を考慮した場合は、前述のとおりメカ共振周波数から帯域阻止フィルタを前記フィルタテーブルで設計しフィルタ部へ設定してフィルタをプローブ制御部で機能させる。その場合、メカ共振周波数を考慮しない従来方法と比べてメカ共振周波数による制御振動モードがなくなり、接触式プローブ制御を安定状態にできる。   On the other hand, when the mechanical resonance frequency is considered, as described above, the band rejection filter is designed from the mechanical resonance frequency by the filter table and set in the filter unit, and the filter is operated by the probe control unit. In that case, compared with the conventional method which does not consider the mechanical resonance frequency, the control vibration mode by the mechanical resonance frequency is eliminated, and the contact probe control can be made stable.

周波数特性の安定状態を確認できない場合、フィルタテーブルのフィルタパラメータの組み合わせを調整することで、図7(d)のように接触式プローブ制御を安定状態にできる。   When the stable state of the frequency characteristic cannot be confirmed, the contact type probe control can be made stable as shown in FIG. 7D by adjusting the combination of the filter parameters in the filter table.

取得したフィルタパラメータを、接触式プローブと被測定物との接触角度及び接触方向と関連付けてパターン化してフィルタテーブル126へ記録することで、周波数特性を常に安定にできるフィルタテーブルを作成できる。   By patterning the acquired filter parameters in association with the contact angle and the contact direction between the contact probe and the object to be measured and recording them in the filter table 126, it is possible to create a filter table that can always stabilize the frequency characteristics.

帯域阻止フィルタは、例えば5ないし6個を上限としたが、プローブ制御部を処理する図示しない制御機器の処理能力が許す限りの個数を設定しても構わない。   For example, 5 to 6 band rejection filters are set as the upper limit, but the number may be set as long as the processing capability of a control device (not shown) that processes the probe control unit allows.

11 プローブ制御ブロック
12 フィルタ設定部
13 プローブ制御部
26 被測定物
121 XYスキャン軸制御装置
122 X方向指令
123 Y方向指令
124 被測定物情報
125 傾斜演算部
126 フィルタテーブル
131 プローブ用スケール
132 スケール変換部
133 現在のプローブ押し付け圧
134 目標プローブ押し付け圧
135 プローブ押付け圧偏差
136 減算器
137 プローブ押付け圧操作量
138 制御演算部
139 フィルタ部
140 プローブ押付け圧操作量
141 アナログ変換部
142 ステージ操作量
143 アンプ
144 アクチュエータ
200 接触式三次元形状測定装置
228 接触式プローブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Probe control block 12 Filter setting part 13 Probe control part 26 Measured object 121 XY scan axis control device 122 X direction command 123 Y direction command 124 Measured object information 125 Inclination calculation part 126 Filter table 131 Probe scale 132 Scale conversion part 133 Current probe pressing pressure 134 Target probe pressing pressure 135 Probe pressing pressure deviation 136 Subtractor 137 Probe pressing pressure operation amount 138 Control calculation unit 139 Filter unit 140 Probe pressing pressure operation amount 141 Analog conversion unit 142 Stage operation amount 143 Amplifier 144 Actuator
200 Contact-type three-dimensional shape measuring device 228 Contact-type probe

Claims (8)

接触式プローブで被測定物の表面を走査することによって前記被測定物の三次元形状を測定する接触式三次元形状測定装置であって、
被測定物に対する前記接触式プローブの押し付け圧を制御するプローブ制御部と、
前記制御部の制御に応じて前記接触式プローブを移動可能に支持するステージと、
前記プローブの位置を検出する変位計と、
メカ共振周波数による制御振動を抑えるフィルタ装置と、
前記被測定物の傾斜情報を得る手段と、
前記被測定物の傾斜情報と前記メカ共振周波数特性から傾斜に応じたフィルタパラメータを得る手段と、
前記フィルタパラメータを前記フィルタ装置に設定する手段と、を備えることを特徴とする接触式三次元形状測定装置。
A contact-type three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape of the measurement object by scanning the surface of the measurement object with a contact probe,
A probe control unit for controlling the pressing pressure of the contact-type probe against an object to be measured;
A stage that movably supports the contact probe according to the control of the control unit;
A displacement meter for detecting the position of the probe;
A filter device that suppresses control vibration caused by the mechanical resonance frequency;
Means for obtaining tilt information of the object to be measured;
Means for obtaining a filter parameter corresponding to the inclination from the inclination information of the object to be measured and the mechanical resonance frequency characteristic;
And a means for setting the filter parameter in the filter device.
前記傾斜情報は、傾斜角度及び傾斜方向を含むことを特徴とする請求項1に記載の
接触式三次元形状測定装置。
The contact type three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the tilt information includes a tilt angle and a tilt direction.
メカ共振周波数の特性を予め得る周波数特性計測器を更に備えた請求項1に記載の
接触式三次元形状測定装置
The contact-type three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a frequency characteristic measuring device for obtaining a characteristic of a mechanical resonance frequency in advance.
前記変位計は、非接触式レーザー変位計であることを特徴とする請求項1に記載の
接触式三次元形状測定装置。
The contact type three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the displacement meter is a non-contact type laser displacement meter.
前記周波数特性計測器は、FFTアナライザであることを特徴とする請求項3に記載の接触式三次元形状測定装置。   The contact-type three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 3, wherein the frequency characteristic measuring instrument is an FFT analyzer. 前記FFTアナライザは加振器を備えていることを特徴とする請求項5に記載の接触式三次元形状測定装置。   The contact type three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 5, wherein the FFT analyzer includes a vibrator. 接触式プローブの位置を検出するとともに前記接触式プローブで被測定物の表面を走査することによって前記被測定物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置において前記接触式プローブを制御する、接触式三次元形状測定方法であって、
被測定物に対する前記接触式プローブの押し付け圧を制御し、
前記接触式プローブを移動させるためのステージを駆動し、
取得した前記被測定物の傾斜情報と三次元形状測定装置の前記メカ共振周波数特性から前記被測定物の傾斜に応じたフィルタパラメータを得て、
得られた前記フィルタパラメータを前記フィルタ装置に設定し、それにより前記メカ共振周波数の制御振動を抑制する接触式三次元形状測定方法。
The contact type probe controls the contact type probe in a three-dimensional shape measuring apparatus that detects the position of the contact type probe and measures the three-dimensional shape of the object to be measured by scanning the surface of the object to be measured with the contact type probe. A three-dimensional shape measurement method,
Control the pressing pressure of the contact probe against the object to be measured;
Driving a stage for moving the contact probe;
Obtaining a filter parameter corresponding to the inclination of the measurement object from the acquired inclination information of the measurement object and the mechanical resonance frequency characteristic of the three-dimensional shape measuring apparatus,
A contact-type three-dimensional shape measuring method for setting the obtained filter parameter in the filter device and thereby suppressing control vibration of the mechanical resonance frequency.
前記傾斜情報は、傾斜角度及び傾斜方向を含むことを特徴とする請求項7に記載の
接触式三次元形状測定方法。
The contact type three-dimensional shape measuring method according to claim 7, wherein the tilt information includes a tilt angle and a tilt direction.
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