JP2016166873A - Shape measurement apparatus, processing device and calibration method of shape measurement apparatus - Google Patents

Shape measurement apparatus, processing device and calibration method of shape measurement apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape measurement apparatus capable of easily executing calibration of a fitting position of a displacement gauge, and capable of highly accurately measuring a surface shape of a measurement object.SOLUTION: A shape measurement apparatus scans a measurement object by a detector with three displacement gauges arranged in line, and measures a surface shape of the measurement object. The detector includes: off-set amount calculation means configured to calculate an off-set amount at a fixing position of the three displacement gauges from data obtained by scanning a sample for calibration; and calibration means configured to compensate, with the off-set amount, data obtained by scanning the measurement object by the detector and calibrate positional deviation of the displacement gauges.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、形状計測装置、加工装置及び形状計測装置の校正方法に関する。   The present invention relates to a shape measuring device, a processing device, and a calibration method for the shape measuring device.

3つの変位計を用いて逐次3点法により計測対象物の真直形状を求める方法が知られている。このような方法により真直形状を高精度に求めるためには、3つの変位計の取り付け位置のばらつきを校正する必要がある。   There is known a method of obtaining a straight shape of a measurement object by a sequential three-point method using three displacement meters. In order to obtain a straight shape with high accuracy by such a method, it is necessary to calibrate variations in the mounting positions of the three displacement meters.

そこで、3つの変位計と3つの円板とを対向配置し、円板の所定回転位置における変位計の測定値と、円板の所定回転位置から180度回転した位置における変位計の測定値とに基づいて、変位計の相互位置を校正する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, the three displacement meters and the three discs are arranged opposite to each other, the measured value of the displacement meter at a predetermined rotational position of the disc, and the measured value of the displacement meter at a position rotated 180 degrees from the predetermined rotational position of the disc, Based on the above, a method for calibrating the mutual position of the displacement meter is disclosed (for example, see Patent Document 1).

特開2010−286430号公報JP 2010-286430 A

しかしながら、特許文献1に係る方法では、円板の設置位置、回転角度等が高精度に校正されている必要がある。また、求められた位置ずれ量に基づいて変位計の位置調整を行うには、非常に煩雑な作業が必要になる可能性がある。特に、形状計測の分解能を上げて高精度な計測を行う場合には、より厳密に校正する必要があり、さらに煩雑な作業が必要になる可能性がある。   However, in the method according to Patent Document 1, the installation position, rotation angle, and the like of the disk need to be calibrated with high accuracy. Moreover, in order to adjust the position of the displacement meter based on the obtained positional deviation amount, a very complicated operation may be required. In particular, when performing high-precision measurement by increasing the resolution of shape measurement, it is necessary to calibrate more strictly, and further complicated work may be required.

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、変位計の取り付け位置の校正を容易に実行可能であり、計測対象物の表面形状を高精度に計測可能な形状計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides a shape measuring device that can easily calibrate the mounting position of a displacement meter and can measure the surface shape of a measurement object with high accuracy. Objective.

本発明の一態様によれば、3つの変位計が一列に配設された検出器で計測対象物を走査し、前記計測対象物の表面形状を計測する形状計測装置であって、前記検出器が校正用試料を走査して得られるデータから前記3つの変位計の取り付け位置のオフセット量を算出するオフセット量算出手段と、前記検出器が前記計測対象物を走査して得られるデータを前記オフセット量により補正し、前記変位計の位置ずれを校正する校正手段と、を備える。   According to an aspect of the present invention, there is provided a shape measuring apparatus that scans a measurement object with a detector in which three displacement meters are arranged in a row and measures a surface shape of the measurement object, the detector Offset amount calculating means for calculating the offset amount of the mounting position of the three displacement gauges from data obtained by scanning the calibration sample, and the offset obtained by scanning the measurement object by the detector Correction means for correcting by a quantity and calibrating the displacement of the displacement meter.

本発明の実施形態によれば、変位計の取り付け位置の校正を容易に実行可能であり、計測対象物の表面形状を高精度に計測可能な形状計測装置が提供される。   According to the embodiment of the present invention, there is provided a shape measuring apparatus that can easily calibrate the mounting position of a displacement meter and can measure the surface shape of a measurement object with high accuracy.

実施形態における加工装置を例示する図である。It is a figure which illustrates the processing apparatus in an embodiment. 実施形態における形状計測装置の構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the composition of the shape measuring device in an embodiment. 実施形態におけるセンサヘッドの構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the composition of the sensor head in an embodiment. 実施形態における形状計測を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shape measurement in embodiment. 変位センサの取り付け位置ばらつき及び校正用試料表面の凹凸について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mounting position dispersion | variation of a displacement sensor and the unevenness | corrugation of the sample surface for a calibration. 実施形態におけるオフセット量算出処理のフローチャートを例示する図である。It is a figure which illustrates the flowchart of the offset amount calculation process in embodiment. 実施形態における校正用試料のギャップデータを例示する図である。It is a figure which illustrates the gap data of the sample for calibration in an embodiment. 実施形態における形状計測処理のフローチャートを例示する図である。It is a figure which illustrates the flowchart of the shape measurement process in embodiment.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

(加工装置の構成)
図1は、本実施形態に係る形状計測装置が搭載された加工装置200の構成を例示する図である。
(Configuration of processing equipment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a processing apparatus 200 on which a shape measuring apparatus according to this embodiment is mounted.

加工装置200は、図1に示されるように、可動テーブル10、テーブル案内機構11、砥石ヘッド15、砥石16、案内レール18、制御装置20、表示装置40を有する。なお、以下の図面において、X方向は可動テーブル10の移動方向、Y方向はX方向に直交する砥石ヘッド15の移動方向、Z方向はX方向及びY方向に直交する高さ方向である。   As shown in FIG. 1, the processing device 200 includes a movable table 10, a table guide mechanism 11, a grindstone head 15, a grindstone 16, a guide rail 18, a control device 20, and a display device 40. In the following drawings, the X direction is the moving direction of the movable table 10, the Y direction is the moving direction of the grindstone head 15 orthogonal to the X direction, and the Z direction is the height direction orthogonal to the X and Y directions.

可動テーブル10は、テーブル案内機構11によってX方向に移動可能に設けられており、加工対象及び計測対象となる物体12が載置される。テーブル案内機構11は、可動テーブル10をX方向に移動させる。   The movable table 10 is provided so as to be movable in the X direction by a table guide mechanism 11, and an object 12 to be processed and a measurement target is placed thereon. The table guide mechanism 11 moves the movable table 10 in the X direction.

砥石ヘッド15は、下端部に砥石16が設けられており、X方向に移動可能且つZ方向に昇降可能に案内レール18に設けられている。案内レール18は、砥石ヘッド15をX方向及びZ方向に移動させる。砥石16は、円柱形状を有し、その中心軸がY方向に平行になるように砥石ヘッド15の下端部に回転可能に設けられている。砥石16は、砥石ヘッド15と共にX方向及びZ方向に移動し、回転して物体12の表面を研削する。   The grindstone head 15 is provided with a grindstone 16 at the lower end, and is provided on the guide rail 18 so as to be movable in the X direction and movable up and down in the Z direction. The guide rail 18 moves the grindstone head 15 in the X direction and the Z direction. The grindstone 16 has a cylindrical shape and is rotatably provided at the lower end of the grindstone head 15 so that the central axis thereof is parallel to the Y direction. The grindstone 16 moves in the X and Z directions together with the grindstone head 15 and rotates to grind the surface of the object 12.

制御装置20は、可動テーブル10及び砥石ヘッド15の位置を制御し、砥石16を回転させることで、物体12の表面を研削するように加工装置200の各部を制御する。   The control device 20 controls the positions of the movable table 10 and the grindstone head 15 and rotates the grindstone 16 to control each part of the processing device 200 so as to grind the surface of the object 12.

表示装置40は、例えば液晶ディスプレイ等である。表示装置40は、制御装置20によって制御され、例えば物体12の加工条件等が表示される。   The display device 40 is, for example, a liquid crystal display. The display device 40 is controlled by the control device 20, and displays, for example, processing conditions of the object 12.

(形状計測装置の構成)
図2は、加工装置200に搭載されている形状計測装置100の構成を例示する図である。図2に示されるように、形状計測装置100は、制御装置20、センサヘッド30、表示装置40を含む。
(Configuration of shape measuring device)
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the shape measuring apparatus 100 mounted on the processing apparatus 200. As shown in FIG. 2, the shape measuring apparatus 100 includes a control device 20, a sensor head 30, and a display device 40.

制御装置20は、上記したように、物体12の表面を研削するように加工装置200の各部を制御すると共に、センサヘッド30の各変位センサ31a,31b,31cから出力される測定値に基づいて、物体12の表面形状を求める。   As described above, the control device 20 controls each part of the processing device 200 so as to grind the surface of the object 12, and based on the measurement values output from the displacement sensors 31a, 31b, and 31c of the sensor head 30. The surface shape of the object 12 is obtained.

制御装置20は、センサデータ取得部21、ギャップデータ算出部23、オフセット量算出部25、校正部27、形状算出部29を有する。制御装置20は、例えばCPU,ROM,RAM等を含み、CPUがRAMと協働してROMに記憶されている制御プログラムを実行することで各部の機能が実現される。   The control device 20 includes a sensor data acquisition unit 21, a gap data calculation unit 23, an offset amount calculation unit 25, a calibration unit 27, and a shape calculation unit 29. The control device 20 includes, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and the functions of each unit are realized by the CPU executing a control program stored in the ROM in cooperation with the RAM.

センサデータ取得部21は、取得手段の一例であり、センサヘッド30に設けられている各変位センサ31a,31b,31cからセンサデータを取得する。ギャップデータ算出部23は、ギャップ算出手段の一例であり、センサデータ取得部21が取得したセンサデータからギャップデータを算出する。オフセット量算出部25は、オフセット量算出手段の一例であり、校正用試料を用いて得られるギャップデータの平均値を求め、求めた平均値を変位センサ31a,31b,31cの取り付け位置のオフセット量とする。校正部27は、算出されたオフセット量を用いてギャップデータを補正することで、変位センサ31a,31b,31cの位置ずれを校正する。形状算出部29は、形状算出手段の一例であり、校正部27によって校正されたギャップデータに基づいて物体12の表面形状を算出する。制御装置20の各部において実行される処理については後述する。   The sensor data acquisition unit 21 is an example of an acquisition unit, and acquires sensor data from the displacement sensors 31a, 31b, and 31c provided in the sensor head 30. The gap data calculation unit 23 is an example of a gap calculation unit, and calculates gap data from the sensor data acquired by the sensor data acquisition unit 21. The offset amount calculation unit 25 is an example of an offset amount calculation unit, obtains an average value of gap data obtained using a calibration sample, and uses the obtained average value as an offset amount of the attachment position of the displacement sensors 31a, 31b, 31c. And The calibration unit 27 calibrates the displacement of the displacement sensors 31a, 31b, and 31c by correcting the gap data using the calculated offset amount. The shape calculation unit 29 is an example of a shape calculation unit, and calculates the surface shape of the object 12 based on the gap data calibrated by the calibration unit 27. Processing executed in each unit of the control device 20 will be described later.

センサヘッド30は、検出器の一例であり、第1変位センサ31a、第2変位センサ31b、第3変位センサ31cを備え、加工装置200の砥石ヘッド15の下端に設けられている。図3は、実施形態に係るセンサヘッド30の構成を例示する図である。   The sensor head 30 is an example of a detector, includes a first displacement sensor 31a, a second displacement sensor 31b, and a third displacement sensor 31c, and is provided at the lower end of the grindstone head 15 of the processing apparatus 200. FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the sensor head 30 according to the embodiment.

センサヘッド30は、図3に示されるように、第1変位センサ31a、第2変位センサ31b、第3変位センサ31cがX方向に一列に配設されている。   As shown in FIG. 3, the sensor head 30 includes a first displacement sensor 31a, a second displacement sensor 31b, and a third displacement sensor 31c arranged in a row in the X direction.

第1変位センサ31a、第2変位センサ31b、第3変位センサ31cは、変位計の一例であり、例えばレーザ変位計である。第1変位センサ31a、第2変位センサ31b、第3変位センサ31cは、測定点が物体12の表面上においてX方向に平行な直線状に等間隔で並ぶように配設され、それぞれ物体12の表面上の測定点との間の距離を測定する。物体12が可動テーブル10に載せられてX方向に移動すると、センサヘッド30が物体12に対して相対移動し、各変位センサ31a,31b,31cが物体12の表面を走査して測定値を出力する。   The first displacement sensor 31a, the second displacement sensor 31b, and the third displacement sensor 31c are examples of a displacement meter, for example, a laser displacement meter. The first displacement sensor 31a, the second displacement sensor 31b, and the third displacement sensor 31c are arranged so that the measurement points are arranged in a straight line parallel to the X direction on the surface of the object 12 at equal intervals. Measure the distance between the measuring points on the surface. When the object 12 is placed on the movable table 10 and moves in the X direction, the sensor head 30 moves relative to the object 12, and each displacement sensor 31a, 31b, 31c scans the surface of the object 12 and outputs a measurement value. To do.

表示装置40は、制御装置20により制御され、例えば形状算出部29によって求められた表面形状の計測結果等が表示される。   The display device 40 is controlled by the control device 20 and displays, for example, a measurement result of the surface shape obtained by the shape calculation unit 29.

なお、本実施形態では、形状計測装置100と加工装置200とが、制御装置20及び表示装置40を共用する構成になっているが、形状計測装置100及び加工装置200のそれぞれに制御装置と表示装置とが設けられてもよい。また、可動テーブル10が物体12と共にX方向に移動する構成になっているが、センサヘッド30が物体12に対してX方向に移動する構成であってもよい。   In the present embodiment, the shape measuring device 100 and the processing device 200 are configured to share the control device 20 and the display device 40. However, the shape measuring device 100 and the processing device 200 each have a control device and a display. A device may be provided. Further, although the movable table 10 is configured to move in the X direction together with the object 12, the sensor head 30 may be configured to move in the X direction with respect to the object 12.

(形状計測の基本原理)
次に、形状計測装置100において物体12の表面形状を求める方法について説明する。図4は、表面形状の計測方法について説明するための図である。
(Basic principle of shape measurement)
Next, a method for obtaining the surface shape of the object 12 in the shape measuring apparatus 100 will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining a surface shape measurement method.

変位センサ31a,31b,31cは、図4に示されるように、間隔PでX方向に一列に配設され、それぞれ物体12表面のa点、b点、c点との距離を測定する。変位センサ31a,31b,31cによって求められる各変位センサ31a,31b,31cと物体12の表面との距離をそれぞれA,B,Cとすると、図4(A)に示されるZ方向におけるb点からa点とc点とを結ぶ直線との距離g(ギャップ)は、以下の式(1)により求められる。   As shown in FIG. 4, the displacement sensors 31a, 31b, and 31c are arranged in a line in the X direction at intervals P, and measure the distances from points a, b, and c on the surface of the object 12, respectively. Assuming that the distances between the displacement sensors 31a, 31b, and 31c obtained by the displacement sensors 31a, 31b, and 31c and the surface of the object 12 are A, B, and C, respectively, from the point b in the Z direction shown in FIG. A distance g (gap) between a line connecting point a and point c is obtained by the following equation (1).

Figure 2016166873
次に、物体12表面のb点における変位zの2階微分(dz/dx)は、b点の曲率(1/r)であり、図4(B)に示されるように、a点とb点とを結ぶ直線の傾き(dzab/dx)と、b点とc点とを結ぶ直線の傾き(dzbc/dx)とを用いて、以下の式(2)により表される。
Figure 2016166873
Next, the second derivative (d 2 z / dx 2 ) of the displacement z at the point b on the surface of the object 12 is the curvature (1 / r) of the point b, and as shown in FIG. Using the slope of the straight line connecting the point b and the point b (dz ab / dx) and the slope of the straight line connecting the point b and the point c (dz bc / dx), the following equation (2) is used. .

Figure 2016166873
式(2)に、以下の式(3),(4)を代入し、さらに式(1)を用いると、式(5)で表されるように、変位zの2階微分である曲率をギャップg及びセンサ間の距離Pから求められることが分かる。
Figure 2016166873
Substituting the following formulas (3) and (4) into the formula (2) and further using the formula (1), the curvature, which is the second derivative of the displacement z, is expressed as expressed by the formula (5). It can be seen from the gap g and the distance P between the sensors.

Figure 2016166873
Figure 2016166873

Figure 2016166873
Figure 2016166873

Figure 2016166873
センサ間の距離Pは予め定められているため、各変位センサ31a,31b,31cによるセンサデータから式(1)に基づいてギャップgを求め、式(5)により求められる曲率を積分ピッチで2階積分することで、任意のx点における変位zを求めることができる。積分ピッチは、例えば走査時におけるX方向の各変位センサ31a,31b,31cのデータ取得間隔等である。
Figure 2016166873
Since the distance P between the sensors is determined in advance, the gap g is obtained from the sensor data by the displacement sensors 31a, 31b, and 31c based on the equation (1), and the curvature obtained by the equation (5) is 2 with an integral pitch. The displacement z at an arbitrary x point can be obtained by the step integration. The integration pitch is, for example, a data acquisition interval of each displacement sensor 31a, 31b, 31c in the X direction during scanning.

ここで、3つの変位センサ31a,31b,31cを、例えば数十nmレベルの範囲内で厳密に一直線上に並ぶように高さを調整してセンサヘッド30に取り付けるのは非常に難しい。したがって、変位センサ31a,31b,31cは、図5に示されるように、センサヘッド30への取り付け位置にZ方向における僅かなばらつきを有する。なお、図5では、説明のために取り付け位置のばらつきが拡大して示されている。   Here, it is very difficult to attach the three displacement sensors 31a, 31b, and 31c to the sensor head 30 by adjusting the height so as to be strictly aligned in a range of several tens of nanometers, for example. Therefore, the displacement sensors 31a, 31b, and 31c have slight variations in the Z direction at the attachment positions to the sensor head 30, as shown in FIG. In FIG. 5, the variation in the attachment position is shown enlarged for the sake of explanation.

図5に示される例では、第2変位センサ31bの取り付け位置と、第1変位センサ31aの取り付け位置と第3変位センサ31cの取り付け位置とを結ぶ直線とが、Z方向においてgだけオフセットしている。 In the example shown in FIG. 5, the attachment position of the second displacement sensor 31b and the straight line connecting the attachment position of the first displacement sensor 31a and the attachment position of the third displacement sensor 31c are offset by g 0 in the Z direction. ing.

このように変位センサ31a,31b,31cの取り付け位置にばらつきがあると、測定値に基づいて式(1)により求められるギャップgがオフセット量gを含む値となり、物体12の表面形状にいわゆる放物線形状誤差が生じる。 Thus displacement sensors 31a, 31b, when there is variation in the mounting position of 31c, the gap g obtained by the equation (1) becomes a value including the offset amount g 0 on the basis of the measured values, so-called the surface shape of the object 12 A parabolic shape error occurs.

そこで、本実施形態に係る形状計測装置100では、以下で説明するオフセット量算出処理により、変位センサ31a,31b,31cのオフセット量gを求め、表面形状の計測時にオフセット量gを用いた校正を行う。 Therefore, in the shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment, the offset amount g 0 of the displacement sensors 31a, 31b, and 31c is obtained by the offset amount calculation process described below, and the offset amount g 0 is used when measuring the surface shape. Perform calibration.

(オフセット量算出処理)
図6は、実施形態におけるオフセット量算出処理のフローチャートを例示する図である。
(Offset amount calculation process)
FIG. 6 is a diagram illustrating a flowchart of offset amount calculation processing in the embodiment.

図6に示されるように、オフセット量算出処理を行う場合には、まずステップS101にて、可動テーブル10に校正用試料13を載置し、センサヘッド30に校正用試料13の表面を走査させる。校正用試料13としては、例えばオプチカルフラットのように、平面度がゼロに近く、面粗さが小さい試料を好ましく用いることができる。また、曲率が一定で形状データが既知の試料を用いることもできる。センサヘッド30による走査距離は、例えば10mmから100mmの間に設定されるが、これに限られるものではない。   As shown in FIG. 6, when performing the offset amount calculation process, first, in step S <b> 101, the calibration sample 13 is placed on the movable table 10, and the sensor head 30 is caused to scan the surface of the calibration sample 13. . As the calibration sample 13, a sample having a flatness close to zero and a small surface roughness such as an optical flat can be preferably used. A sample with a constant curvature and known shape data can also be used. The scanning distance by the sensor head 30 is set, for example, between 10 mm and 100 mm, but is not limited thereto.

次にステップS102にて、センサデータ取得部21が、各変位センサ31a,31b,31cからセンサデータを取得する。ここで、センサデータ取得部21がセンサデータを取得する間隔は、図5に示される校正用試料13の表面の走査方向(X方向)における表面粗さの波形に含まれる最大空間周波数の周期の1/2以下であることが好ましい。   Next, in step S102, the sensor data acquisition unit 21 acquires sensor data from each of the displacement sensors 31a, 31b, 31c. Here, the interval at which the sensor data acquisition unit 21 acquires the sensor data is the period of the maximum spatial frequency included in the surface roughness waveform in the scanning direction (X direction) of the surface of the calibration sample 13 shown in FIG. It is preferable that it is 1/2 or less.

センサデータ取得部21は、例えば、センサヘッド30の走査速度に基づいてセンサデータの取得時間間隔を適宜設定することで、センサデータ取得間隔を適宜調整できる。センサデータ取得部21は、例えばセンサヘッド30の走査方向において10μm間隔でセンサデータを取得するように設定されるが、センサデータ取得間隔は計測条件等に応じて適宜設定される。   For example, the sensor data acquisition unit 21 can appropriately adjust the sensor data acquisition interval by appropriately setting the sensor data acquisition time interval based on the scanning speed of the sensor head 30. For example, the sensor data acquisition unit 21 is set to acquire sensor data at intervals of 10 μm in the scanning direction of the sensor head 30, and the sensor data acquisition interval is appropriately set according to measurement conditions and the like.

センサデータ取得部21のセンサデータ取得間隔を、校正用試料13表面の(X方向)における表面粗さの波形に含まれる最大空間周波数の周期の1/2以下にすることで、後述するオフセット量gを精度良く求めることが可能になる。 By setting the sensor data acquisition interval of the sensor data acquisition unit 21 to ½ or less of the period of the maximum spatial frequency included in the waveform of the surface roughness (in the X direction) of the surface of the calibration sample 13, an offset amount to be described later the g 0 it is possible to determine accurately.

次にステップS103にて、ギャップデータ算出部23が、センサデータ取得部21によって取得されたセンサデータから、式(1)に基づいてギャップデータを算出する。図7は、校正用試料13から得られたギャップデータを例示する図である。   Next, in step S103, the gap data calculation unit 23 calculates gap data from the sensor data acquired by the sensor data acquisition unit 21 based on Expression (1). FIG. 7 is a diagram illustrating gap data obtained from the calibration sample 13.

校正用試料13から得られるギャップgは、センサ31a,31b,31cのオフセット量gに略等しい値となる。しかし、校正用試料13から得られるギャップデータは、表面粗さの影響により図7に示されるように平均値を中心にばらついている。このため、任意の一点の測定結果をオフセット量gとして採用すると、オフセット量gがばらつき幅の中でばらつくため、その値を使用して求めた物体12の真直度測定結果もばらつき信頼性が低い結果となる可能性がある。 Gap g obtained from the calibration sample 13, sensor 31a, 31b, is substantially equal to the offset amount g 0 of 31c. However, the gap data obtained from the calibration sample 13 varies around the average value as shown in FIG. 7 due to the influence of the surface roughness. Thus, when employing the measurement result of any one point as the offset amount g 0, the offset amount g 0 varies within a variation width, variations reliability straightness measurements of object 12 as determined using the value May result in low results.

そこで、ステップS104にて、オフセット量算出部25が、ギャップデータ算出部23によって算出されたギャップデータの平均値を算出する。ギャップデータの平均値をオフセット量gとすることで、校正用試料13の表面粗さの影響を低減し、変位センサ31a,31b,31cのオフセット量gを高精度に求めることが可能になる。但し、求められたオフセット量gには校正試料13の曲率成分g0rも含まれるので、予め校正試料13の曲率を別手段で測定し減算する必要がある。 Therefore, in step S104, the offset amount calculation unit 25 calculates the average value of the gap data calculated by the gap data calculation unit 23. By setting the average value of the gap data to the offset amount g 0 , the influence of the surface roughness of the calibration sample 13 can be reduced, and the offset amount g 0 of the displacement sensors 31 a, 31 b, 31 c can be obtained with high accuracy. Become. However, the offset amount g 0 obtained since also includes curvature component g 0r calibration sample 13, it is necessary to advance the curvature of the calibration sample 13 is measured by another means subtraction.

このようにオフセット量算出部25によって求められたオフセット量gを用いてギャップデータを補正することで、センサ位置ずれを校正して計測対象物である物体12の表面形状を高精度に計測することが可能になる。 By correcting the gap data using this way the offset amount g 0 determined by the offset amount calculating section 25, for measuring the surface shape of the object 12 is the measurement object by calibrating the sensor positional deviation with high accuracy It becomes possible.

なお、上記したオフセット量算出処理は、例えば形状計測装置100が物体12の表面形状の計測を実行する度に実行されてもよく、形状計測装置100の起動時や、オフセット量算出処理後に設定された時間の経過後等に適宜実行されてもよい。   Note that the offset amount calculation process described above may be executed, for example, every time the shape measurement apparatus 100 measures the surface shape of the object 12, and is set when the shape measurement apparatus 100 is started or after the offset amount calculation process. It may be executed as appropriate after the elapse of time.

オフセット量算出部25は、上記したように、センサ31a,31b,31cが校正用試料13を走査して得られるデータから、センサ31a,31b,31cの取り付け位置のオフセット量を算出する。なお、オフセット量算出部25がオフセット量を算出する方法は、本実施形態において例示した方法に限定されるものではない。   As described above, the offset amount calculation unit 25 calculates the offset amounts of the attachment positions of the sensors 31a, 31b, and 31c from the data obtained by the sensors 31a, 31b, and 31c scanning the calibration sample 13. Note that the method by which the offset amount calculation unit 25 calculates the offset amount is not limited to the method exemplified in this embodiment.

(形状計測処理)
図8は、実施形態における形状計測処理のフローチャートを例示する図である。
(Shape measurement process)
FIG. 8 is a diagram illustrating a flowchart of the shape measurement process in the embodiment.

図8に示されるように、物体12の表面形状を計測する場合には、まずステップS201にて、計測対象物である物体12が可動テーブル10に載置されている状態で、センサヘッド30が物体12の表面を走査する。次にステップS202にて、センサデータ取得部21が、センサヘッド30と共に物体12の表面を走査する各変位センサ31a,31b,31cから、設定されているサンプリング周期でセンサデータを取得する。続いてステップS203にて、ギャップデータ算出部23が、センサデータ取得部21によって取得されたセンサデータから、式(1)に基づいてギャップgを算出し、走査範囲の複数の測定点におけるギャップgを含むギャップデータを得る。   As shown in FIG. 8, when measuring the surface shape of the object 12, first, in step S <b> 201, the sensor head 30 is placed in a state where the object 12 as the measurement target is placed on the movable table 10. The surface of the object 12 is scanned. Next, in step S202, the sensor data acquisition unit 21 acquires sensor data from the displacement sensors 31a, 31b, and 31c that scan the surface of the object 12 together with the sensor head 30 at a set sampling cycle. Subsequently, in step S203, the gap data calculation unit 23 calculates the gap g from the sensor data acquired by the sensor data acquisition unit 21 based on the formula (1), and the gap g at a plurality of measurement points in the scanning range. Gap data including

ステップS204では、校正部27が、オフセット量算出処理において求められたオフセット量gを用いてギャップデータを補正する。具体的には、ギャップデータに含まれるギャップgの各値からオフセット量gを減算する。 In step S204, the calibration unit 27 corrects the gap data using the offset amount g 0 determined in offset amount calculation processing. Specifically, the offset amount g 0 is subtracted from each value of the gap g included in the gap data.

次にステップS205では、形状算出部29が、校正部27によってオフセット量gで校正されたギャップデータから式(5)によって2階微分値を算出し、この値を積分ピッチで2階積分することでZ変位を求め、Z,Xの散布図から物体12の真直形状を算出する。オフセット量gでギャップデータを補正することで、変位センサ31a,31b,31cの取り付け位置ばらつきを校正し、物体12の表面形状を高精度に計測することが可能になる。また、形状算出部29によって算出された物体12の表面形状が、表示装置40に表示される。 In step S205, the shape calculating unit 29 calculates the second-order differential value from the calibrated gap data offset amount g 0 by equation (5) by the calibration unit 27, to second-order integration of the value in the integral pitch Thus, the Z displacement is obtained, and the straight shape of the object 12 is calculated from the scatter diagram of Z and X. By correcting the gap data with the offset amount g 0, calibrated displacement sensors 31a, 31b, the mounting position variations of 31c, it becomes possible to measure the surface shape of the object 12 with high accuracy. In addition, the surface shape of the object 12 calculated by the shape calculation unit 29 is displayed on the display device 40.

校正部27は、上記したように、センサ31a,31b,31cが物体12を走査して得られるデータをオフセット量により補正し、センサ31a,31b,31cの位置ずれを校正する。なお、校正部27がオフセット量を用いてセンサ31a,31b,31cのデータを補正する方法は、本実施形態において例示した方法に限られるものではない。   As described above, the calibration unit 27 corrects the data obtained by the sensors 31a, 31b, and 31c scanning the object 12 with the offset amount, and calibrates the positional deviation of the sensors 31a, 31b, and 31c. Note that the method by which the calibration unit 27 corrects the data of the sensors 31a, 31b, and 31c using the offset amount is not limited to the method exemplified in this embodiment.

以上で説明したように、本実施形態に係る形状計測装置100によれば、校正用試料13のギャップデータの平均値を算出することで、変位センサ31a,31b,31cのオフセット量gを精度良く求めることができる。また、このように高精度に求められたオフセット量gを用いて計測対象物である物体12のギャップデータを補正することで、変位センサ31a,31b,31cの取り付け位置ばらつきを容易且つ高精度に校正し、物体12の表面形状を精度良く計測することが可能になる。 As explained above, according to the shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment, by calculating the average value of the gap data of the calibration sample 13, the displacement sensors 31a, 31b, the offset amount g 0 of 31c accuracy You can ask well. Also, this way, by correcting the gap data of the object 12 is a measurement object by using the offset amount g 0 obtained with high accuracy, the displacement sensors 31a, 31b, easily and highly accurately mounting position variations of 31c The surface shape of the object 12 can be accurately measured.

また、本実施形態に係る形状計測装置100が搭載された加工装置200は、物体12の表面を研削した後、物体12を可動テーブル10に載せたまま形状計測装置100によって実行される表面形状計測結果に基づいて、補正加工等を行うことができる。したがって、物体12の加工を効率良く、高精度に行うことができる。   Further, the processing apparatus 200 equipped with the shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment grinds the surface of the object 12 and then performs surface shape measurement performed by the shape measuring apparatus 100 while the object 12 is placed on the movable table 10. Correction processing or the like can be performed based on the result. Therefore, the object 12 can be processed efficiently and with high accuracy.

以上、実施形態に係る形状計測装置、加工装置及び形状計測装置の校正方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。   As described above, the shape measuring device, the processing device, and the calibration method for the shape measuring device according to the embodiment have been described. Is possible.

例えば、形状計測装置100は、本実施形態とは異なる構成で物体12の研削等の加工を行う加工装置に搭載されてもよい。   For example, the shape measuring apparatus 100 may be mounted on a processing apparatus that performs processing such as grinding of the object 12 with a configuration different from that of the present embodiment.

12 物体(計測対象物)
13 校正用試料
20 制御装置
21 センサデータ取得部(取得手段)
23 ギャップデータ算出部(ギャップ算出手段)
25 オフセット量算出部(オフセット量算出手段)
27 校正部(校正手段)
29 形状算出部(形状算出手段)
30 センサヘッド(検出器)
31a 第1変位センサ(変位計)
31b 第2変位センサ(変位計)
31c 第3変位センサ(変位計)
100 形状計測装置
200 加工装置
12 objects (objects to be measured)
13 Calibration Sample 20 Control Device 21 Sensor Data Acquisition Unit (Acquisition Means)
23 Gap data calculation unit (gap calculation means)
25 Offset amount calculation unit (offset amount calculation means)
27 Calibration section (calibration means)
29 Shape calculation unit (shape calculation means)
30 Sensor head (detector)
31a First displacement sensor (displacement meter)
31b Second displacement sensor (displacement meter)
31c Third displacement sensor (displacement meter)
100 shape measuring device 200 processing device

Claims (5)

3つの変位計が一列に配設された検出器で計測対象物を走査し、前記計測対象物の表面形状を計測する形状計測装置であって、
前記検出器が校正用試料を走査して得られるデータから前記3つの変位計の取り付け位置のオフセット量を算出するオフセット量算出手段と、
前記検出器が前記計測対象物を走査して得られるデータを前記オフセット量により補正し、前記変位計の位置ずれを校正する校正手段と、を備える
ことを特徴とする形状計測装置。
A shape measuring device that scans a measurement object with a detector in which three displacement meters are arranged in a row and measures a surface shape of the measurement object,
An offset amount calculating means for calculating an offset amount of the attachment positions of the three displacement meters from data obtained by scanning the calibration sample by the detector;
A shape measuring apparatus comprising: calibration means for correcting data obtained by the detector scanning the measurement object with the offset amount and calibrating a displacement of the displacement meter.
前記3つの変位計からそれぞれの測定値を取得する取得手段と、
前記3つの変位計のうち中央の変位計による測定値と他の変位計による測定値との差異に基づいてギャップデータを求めるギャップ算出手段と、を備え、
前記オフセット量算出手段は、前記検出器が校正用試料を走査して得られる前記ギャップデータの平均値を、前記オフセット量として算出し、
前記校正手段は、前記検出器が前記計測対象物を走査して得られる前記ギャップデータを前記オフセット量により補正し、前記変位計の位置ずれを校正する
ことを特徴とする請求項1に記載の形状計測装置。
Obtaining means for obtaining respective measured values from the three displacement meters;
Gap calculating means for obtaining gap data based on a difference between a measured value by a central displacement meter and a measured value by another displacement meter among the three displacement meters,
The offset amount calculating means calculates an average value of the gap data obtained by scanning the calibration sample by the detector as the offset amount,
2. The calibration unit according to claim 1, wherein the detector corrects the gap data obtained by scanning the measurement object by the detector using the offset amount, and calibrates the displacement of the displacement meter. Shape measuring device.
前記取得手段は、前記検出器が前記校正用試料を走査する場合、前記3つの変位計からそれぞれの測定値を取得する間隔が、前記校正用試料表面の走査方向における表面粗さの波形に含まれる最大空間周波数の周期の1/2以下である
ことを特徴とする請求項2に記載の形状計測装置。
When the detector scans the calibration sample, the acquisition means includes an interval of acquiring each measurement value from the three displacement meters in the surface roughness waveform in the scanning direction of the calibration sample surface. The shape measuring apparatus according to claim 2, wherein the shape measuring apparatus is ½ or less of a period of a maximum spatial frequency.
請求項1から3の何れか一項に記載の形状計測装置を備えることを特徴とする加工装置。   A processing apparatus comprising the shape measuring apparatus according to claim 1. 3つの変位計が一列に配設された検出器で計測対象物を走査し、前記計測対象物の表面形状を計測する形状計測装置の校正方法であって、
前記検出器が校正用試料を走査して得られるデータから前記3つの変位計の取り付け位置のオフセット量を算出するオフセット量算出ステップと、
前記検出器が前記計測対象物を走査して得られる前記ギャップデータを前記オフセット量により補正し、前記変位計の位置ずれを校正する校正ステップと、を備える
ことを特徴とする形状計測装置の校正方法。
A method for calibrating a shape measuring apparatus that scans a measurement object with a detector in which three displacement meters are arranged in a row and measures the surface shape of the measurement object,
An offset amount calculating step of calculating an offset amount of the attachment position of the three displacement meters from data obtained by scanning the calibration sample by the detector;
A calibration step of correcting the gap data obtained by scanning the measurement object by the detector with the offset amount and calibrating the displacement of the displacement meter, Method.
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