JP2019219359A

JP2019219359A - 測定装置および測定方法

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Publication number: JP2019219359A
Application number: JP2018119127A
Authority: JP
Inventors: 武史川端; Takeshi Kawabata; 日高　和彦; Kazuhiko Hidaka; 和彦日高
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-12-26
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: US11092422B2; DE102019004376A1; CN110631448A; CN110631448B; JP7072990B2; US20190390947A1

Abstract

【課題】高精度かつ短時間で対象物の表面を測定することができる測定装置および測定方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様は、第１方向および第１方向と直交する第２方向について対象物の表面の位置を測定する測定装置である。測定装置は、対象物を載置する載置部と、互いに同一平面上にない第１面および第２面と、を有する可動体と、第１面を押圧するよう設けられ、第１面の法線方向に平行な第１スケール軸に沿った位置である第１スケール位置を測定する第１スケール部と、第２面を押圧するよう設けられ、第２面の法線方向に平行な第２スケール軸に沿った位置である第２スケール位置を測定する第２スケール部と、位置測定の基準点が、第２方向に平行なプローブ軸上であって第１スケール軸と第２スケール軸との交点に設定された第１プローブと、プローブ軸に沿った位置を測定する第２プローブと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、測定装置および測定方法に関し、より詳しくは、対象物の表面の位置を高精度かつ短時間に測定できる測定装置および測定方法に関するものである。

対象物の表面形状を測定する測定装置は、例えば、プローブの先端に設けられたスタイラス球を測定点に接触させて、測定点の３次元座標を得る装置である。例えば、特許文献１には、アッベの原理を利用した測定装置が開示されている。アッベの原理は、測られるものと標準尺とが、測定方向において一直線上に配置されていることを言う。この原理に従うことで、測定精度を高めることができる。

また、対象物の上側の面および下側の面のそれぞれについて測定を行うことができる測定装置が特許文献２、３に開示されている。この測定装置では、２つの測定プローブが測定物を挟んで互いに向かい合うように配置されている。このような構成により、対象物を裏返すことなく短時間で対象物の上下面を測定することができる。

また、特許文献４、５および６には、３つの基準球（参照球）を測定することで高精度な校正を行う測定装置が開示されている。

欧州特許第２２４４０５２号明細書特許第４２６０１８０号公報特許第３４８６５４６号公報特許第３８２７４９３号公報特許第４５８４０２９号公報特許第４９８６５３０号公報

対象物の表面の形状（座標）を取得する場合、アッベの原理を利用した測定によって高精度な測定結果を得ることができる。その一方、対象物の表面の多点について高精度に測定を行うには十分な測定時間が必要となる。測定装置においては、測定精度とともに測定時間が短いことも重要な要素となる。

本発明は、高精度かつ短時間で対象物の表面を測定することができる測定装置および測定方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、第１方向および第１方向と直交する第２方向について対象物の表面の位置を測定する測定装置である。測定装置は、対象物を載置する載置部と、互いに同一平面上にない第１面および第２面と、を有する可動体と、第１面を押圧するよう設けられ、第１面の法線方向に平行な第１スケール軸に沿った位置である第１スケール位置を測定する第１スケール部と、第２面を押圧するよう設けられ、第２面の法線方向に平行な第２スケール軸に沿った位置である第２スケール位置を測定する第２スケール部と、位置測定の基準点が、第２方向に平行なプローブ軸上であって第１スケール軸と第２スケール軸との交点に設定された第１プローブと、プローブ軸に沿った位置を測定する第２プローブと、を備える。

この測定装置においては、第１スケール部および第２スケール部の駆動によって可動体を第１方向および第２方向に移動させ、基準点を対象物の一方側の表面における第１測定点に合わせた際の第１スケール位置および第２スケール位置に基づき第１測定点の第１方向および第２方向の座標値を得るとともに、第２プローブで対象物の他方側の表面における第２測定点のプローブ軸に沿った位置を測定し、当該測定の結果基づき第２測定点の第１方向および第２方向の座標値を得る、ことを特徴とする。

このような構成によれば、第１プローブによって対象物の一方側の表面の位置を測定し、第２プローブによって対象物の他方側の表面の位置を測定することができる。この際、第１プローブの位置測定の基準点が第１スケール軸と第２スケール軸との交点に設定されていることから、第１プローブの基準点によってアッベの原理を利用した高精度な位置測定を行うことができる。また、第２プローブによってプローブ軸に沿った位置を測定するため、第１プローブの基準点を基準とした高精度な位置測定を行うことができる。すなわち、アッベの原理を利用した高精度な位置測定について、第１プローブおよび第２プローブによって対象物の一方側および他方側の両面を短時間で測定することができる。

上記測定装置において、可動体における載置部には貫通孔が設けられ、この貫通孔を介して第２プローブが対象物の他方側の表面の位置測定を行うよう設けられていてもよい。これにより、対象物を載置部に載置した状態で、一方側の表面の位置を第１プローブで測定し、対象物を載せ替えることなく、他方側の表面の位置を貫通孔を介して第２プローブで測定することができる。

また、第１方向および第２方向と直交する方向を第３方向として、可動体は、第１面および第２面とそれぞれ非平行な第３面を有し、第３面を押圧するよう設けられ、前記第３面の法線方向に平行な第３スケール軸に沿った位置である第３スケール位置を測定する第３スケール部をさらに備えていてもよい。

この測定装置において、第１プローブの基準点が、第１スケール軸、第２スケール軸および第３スケール軸の交点に設定される。そして、第１スケール部、第２スケール部および第３スケール部の駆動によって可動体を第１方向、第２方向および第３方向に移動させ、基準点を第１測定点に合わせた際の第１スケール位置、第２スケール位置および第３スケール位置に基づき第１測定点の第１方向、第２方向および第３方向の座標値を得るとともに、第２プローブでの測定の結果に基づき対象物の他方側の表面における第２測定点の第１方向、第２方向および第３方向の座標値を得ることができる。

上記測定装置において、第２プローブは、プローブ軸に沿って移動可能に設けられていてもよい。これにより、第１プローブの位置を基準として第２プローブを対象物の測定点に合わせ、座標値を得ることができる。

上記測定装置において、第１プローブを固定する固定フレームと、固定フレームを基準としてプローブ軸に沿って移動可能に設けられた可動フレームと、をさらに備えていてもよい。この測定装置において、第２プローブは、可動フレームに取り付けられ、可動フレームとともにプローブ軸上を移動可能に設けられる。これにより、第１プローブが固定された固定フレームによって可動フレームが安定して支持され、第２プローブによる位置測定精度が向上する。

本発明の他の一態様は、第１方向および前記第１方向と直交する第２方向について対象物の表面の位置を測定する測定方法であって、対象物を載置する載置部と、互いに同一平面上にない第１面および第２面と、を有する可動体と、第１面を押圧するよう設けられ、第１面の法線方向に平行な第１スケール軸に沿った位置である第１スケール位置を測定する第１スケール部と、第２面を押圧するよう設けられ、第２面の法線方向に平行な第２スケール軸に沿った位置である第２スケール位置を測定する第２スケール部と、位置測定の基準点が、第２方向に平行なプローブ軸上であって第１スケール軸と第２スケール軸との交点に設定された第１プローブと、プローブ軸に沿った位置を測定する第２プローブと、を備えた測定装置を用いる測定方法である。

そして、この測定方法は、載置部に対象物を載置する工程と、第１スケール部および第２スケール部の駆動によって可動体を第１方向および第２方向に移動させ、第１プローブの基準点を対象物の一方側の表面における第１測定点に合わせる工程と、基準点を第１測定点に合わせた際の第１スケール位置および第２スケール位置に基づき第１測定点の第１方向および第２方向の座標値を得るとともに、第２プローブで対象物の他方側の表面における第２測定点のプローブ軸に沿った位置を測定し、当該測定の結果に基づき第２測定点の第１方向および第２方向の座標値を得る工程と、を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、第１プローブの基準点によってアッベの原理を利用した高精度な位置測定を行うとともに、対象物を置き換えることなく第２プローブによって第１プローブの基準点を基準とした第２方向の位置を高精度に測定することができる。

本発明の他の一態様は、第１方向、第１方向と直交する第２方向、第１方向および前記第２方向と直交する第３方向について対象物の表面の位置を測定する測定方法であって、対象物を載置する載置部と、互いに同一平面上にない第１面、第２面および第３面と、を有する可動体と、第１面を押圧するよう設けられ、第１面の法線方向に平行な第１スケール軸に沿った位置である第１スケール位置を測定する第１スケール部と、第２面を押圧するよう設けられ、第２面の法線方向に平行な第２スケール軸に沿った位置である第２スケール位置を測定する第２スケール部と、第３面を押圧するよう設けられ、第３面の法線方向に平行な第３スケール軸に沿った位置である第３スケール位置を測定する第３スケール部と、位置測定の基準点が、第２方向に平行なプローブ軸上であって第１スケール軸と第２スケール軸との交点に設定された第１プローブと、プローブ軸に沿った位置を測定する第２プローブと、を備えた測定装置を用いる測定方法である。

そして、この測定方法は、載置部に対象物を載置する工程と、第１スケール部、第２スケール部および第３スケール部の駆動によって可動体を第１方向、第２方向および第３方向に移動させ、基準点を対象物の一方側の表面における第１測定点に合わせる工程と、基準点を第１測定点に合わせた際の第１スケール位置、第２スケール位置および第３スケール位置に基づき第１測定点の第１方向、第２方向および第３方向の座標値を得るとともに、第２プローブで対象物の他方側の表面における第２測定点のプローブ軸に沿った位置を測定し、当該測定の結果に基づき第２測定点の第１方向、第２方向および第３方向の座標値を得る工程と、を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、第１プローブの基準点によってアッベの原理を利用した高精度な３次元位置測定を行うとともに、対象物を置き換えることなく第２プローブによって第１プローブの基準点を基準とした高精度な３次元位置測定を行うことができる。

本実施形態に係る測定装置を例示する模式断面図である。本実施形態に係る測定装置を例示する模式平面図である。可動体を移動させた状態の一例を示す模式断面図である。第２実施形態に係る測定装置を例示する模式断面図である。第２実施形態に係る測定装置の可動体を移動させた状態の一例を示す模式断面図である。校正方法を例示する模式断面図である。校正におけるマスターボールとスタイラス球との関係を例示する模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る測定装置を例示する模式断面図である。
図２は、本実施形態に係る測定装置を例示する模式平面図である。
図１および図２に示すように、本実施形態に係る測定装置１は、対象物Ｗの表面の位置（座標）を測定する装置である。ここで、本実施形態では、第１方向をＸ方向、第１方向と直交する第２方向をＺ方向、第１方向および第２方向と直交する第３方向をＹ方向として説明を行う。また、Ｚ方向は、上下方向および厚さ方向とも言うことにする。測定装置１は、予め設定された原点を基準として、対象物Ｗの表面のＸ，Ｙ，Ｚ座標を測定することができる。

測定装置１は、対象物Ｗを載置する載置部１１と、互いに同一平面上にない第１面１０１、第２面１０２および第３面１０３と、を有する可動体１０を備える。載置部１１は、可動体１０の上面に設けられる。載置部１１には、対象物Ｗを固定するための固定片１１１が設けられる。可動体１０の下方側には、互いに法線方向の異なる第１面１０１、第２面１０２および第３面１０３が設けられている。なお、第１面１０１、第２面１０２および第３面１０３のそれぞれの法線方向は互いに直交している必要はない。第１面１０１、第２面１０２および第３面１０３のそれぞれは下方側に向くように設けられる。

可動体１０は、第１スケール部２１、第２スケール部２２および第３スケール部２３のそれぞれの進退動作によってＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能となっている。第１スケール部２１、第２スケール部２２および第３スケール部２３のそれぞれは、リニアスケールを備える。

第１スケール部２１は、第１面１０１を押圧するように設けられ、第１面１０１の法線方向に平行な第１スケール軸ＳＣ１に沿った位置である第１スケール位置を測定する。すなわち、第１スケール部２１におけるリニアスケールは、第１スケール軸ＳＣ１に沿って配置される。第１スケール部２１の押圧面は第１面１０１に固定されておらず、第１面１０１に沿ってスライド可能に設けられる。

第２スケール部２２は、第２面１０２を押圧するように設けられ、第２面１０２の法線方向に平行な第２スケール軸ＳＣ２に沿った位置である第２スケール位置を測定する。すなわち、第２スケール部２２におけるリニアスケールは、第２スケール軸ＳＣ２に沿って配置される。第２スケール部２２の押圧面は第２面１０２に固定されておらず、第２面１０２に沿ってスライド可能に設けられる。

第３スケール部２３は、第３面１０３を押圧するように設けられ、第３面１０３の法線方向に平行な第３スケール軸ＳＣ３沿った位置である第３スケール位置を測定する。すなわち、第３スケール部２３におけるリニアスケールは、第３スケール軸ＳＣ３に沿って配置される。第３スケール部２３の押圧面は第３面１０３に固定されておらず、第３面１０３に沿ってスライド可能に設けられる。

ここで、第１スケール軸ＳＣ１、第２スケール軸ＳＣ２および第３スケール軸ＳＣ３のそれぞれは、第１方向（Ｘ方向）、第２方向（Ｚ方向）および第３方向（Ｙ方向）のそれぞれと平行である必要はない。
本実施形態に係る測定装置１において、第１スケール軸ＳＣ１、第２スケール軸ＳＣ２および第３スケール軸ＳＣ３は、可動体１０の上方の１点（交点Ａ）で交差するように設けられる。対象物Ｗの上方には第１プローブ３１が設けられ、対象物Ｗの下方には第２プローブ３２が設けられる。

第１プローブ３１の先端には第１スタイラス球３１１が設けられる。第１スタイラス球３１１の中心は位置測定の基準点となる。この基準点は、Ｚ方向に平行なプローブ軸ＰＡ上であって、第１スケール軸ＳＣ１、第２スケール軸ＳＣ２および第３スケール軸ＳＣ３の交点Ａに配置される。このように、第１プローブ３１の位置測定の基準点が第１スケール軸ＳＣ１、第２スケール軸ＳＣ２および第３スケール軸ＳＣ３の交点Ａに設定されることで、第１プローブ３１の基準点によってアッベの原理を利用した高精度な位置測定を行うことができる。

第２プローブ３２は、プローブ軸ＰＡに沿った位置を測定する。第２プローブ３２の先端には第２スタイラス球３２１が設けられる。第２プローブ３２はプローブ軸ＰＡに沿って進退可能（移動可能）に設けられる。第２プローブ３２における第２スタイラス球３２１のプローブ軸ＰＡに沿った位置（プローブ位置）は、プローブ用スケール部３２０によって測定される。プローブ用スケール部３２０は、プローブ軸ＰＡに沿って配置されるリニアスケールを備える。本実施形態では、可動体１０における載置部１１に貫通孔１１ｈが設けられ、この貫通孔１１ｈを介して第２プローブ３２によって対象物Ｗの表面の位置測定を行うことができる。

このような構成を備えた測定装置１においては、第１スケール部２１、第２スケール部２２および第３スケール部２３の駆動によって可動体１０をＸ，Ｙ，Ｚのそれぞれの方向に移動させ、第１プローブ３１の基準点を対象物Ｗの一方側の表面における第１測定点に合わせる。そして、この際の第１スケール位置、第２スケール位置および第３スケール位置に基づき第１測定点のＸ，Ｙ，Ｚ方向の座標値を得る。さらに、第２プローブ３２のプローブ位置に基づき対象物Ｗの他方側の表面における第２測定点のＸ，Ｙ，Ｚ方向の座標値を得る。

〔測定方法〕
先ず、可動体１０の載置部１１に対象物Ｗを載置する。対象物Ｗは固定片１１１によって載置部１１に固定される。次に、第１スケール部２１、第２スケール部２２および第３スケール部２３の駆動によって可動体１０を適宜Ｘ，Ｙ，Ｚのそれぞれの方向に移動させる。ここで、第１スケール部２１は第１スケール軸ＳＣ１に沿って進退可能であり、第２スケール部２２は第２スケール軸ＳＣ２に沿って進退可能であり、第３スケール部２３は第３スケール軸ＳＣ３に沿って進退可能である。これらのスケール部の進退のバランスによって、可動体１０をＸ，Ｙ，Ｚのそれぞれの方向に移動させることができる。

例えば、第１スケール部２１、第２スケール部２２および第３スケール部２３の全てを上方に移動させると、可動体１０をＺ方向に上昇する。反対に、第１スケール部２１、第２スケール部２２および第３スケール部２３の全てを下方に移動させると、可動体１０はＺ方向に下降する。また、例えば、第１スケール部２１を上方に移動させ、第２スケール部２２を下方に移動させると、可動体１０はＸ方向に移動する。これらのスケール部の進退のバランスを制御することで、可動体１０をＸ，Ｙ，Ｚのそれぞれの方向へ任意の量だけ移動させることができる。

このように可動体１０を移動することで、第１プローブ３１の基準点を対象物Ｗの一方側の表面における第１測定点に合わせる。ここで、第１プローブ３１の基準点を第１測定点に合わせるとは、第１プローブ３１の基準点を位置基準とした測定体勢を整えることを言う。本実施形態では、可動体１０を移動させることで対象物Ｗの第１測定点と、第１プローブ３１の第１スタイラス球３１１とを接触させる。

第１スタイラス球３１１が対象物Ｗの表面に接触すると、感圧素子（ピエゾ素子）などの検知部によって接触したことを検知することができる。この検知のタイミングで、第１スケール部２１によって第１スケール軸ＳＣ１上の位置（第１スケール位置）を測定し、第２スケール部２２によって第２スケール軸ＳＣ２上の位置（第２スケール位置）を測定し、第３スケール部２３によって第３スケール軸ＳＣ３上の位置（第３スケール位置）を測定する。これらのスケール位置に基づき、演算によって基準点のＸ，Ｙ，Ｚ座標を求めることができる。

次に、この状態で、第２プローブ３２をＺ方向に上昇させて、第２スタイラス球３２１を対象物Ｗの他方側の表面における第２測定点に合わせる。ここで、第２スタイラス球３２１を第２測定点に合わせるとは、第２スタイラス球３２１の中心点を位置基準とした測定体勢を整えることを言う。本実施形態では、第２スタイラス球３２１を対象物Ｗの他方側の表面における第２測定点に接触させる。

第２スタイラス球３２１が対象物Ｗの表面に接触すると、第１スタイラス球３１１と同様に感圧素子（ピエゾ素子）などの検知部によって接触したことを検知することができる。この検知のタイミングで、プローブ用スケール部３２０によって第２プローブ３２のプローブ位置を測定する。第２プローブ３２の測定位置は、第１プローブ３１の基準点、すなわちアッベの原理に基づく交点Ａを基準としたＺ方向の距離として得られる。これにより、対象物Ｗの他方側の表面における第２測定点のＸ，Ｙ，Ｚ方向の座標値を得ることができる。

第１測定点および第２測定点における測定が完了した後は、第２プローブ３２を一旦下降させ、可動体１０を移動させて次の測定点の測定を同様に行う。
図３は、可動体を移動させた状態の一例を示す模式断面図である。
例えば、第１スケール部２１を上方に移動し、第２スケール部２２を下方に移動する。これにより、可動体１０がＸ方向に平行移動することになる。その後、第１スケール部２１、第２スケール部２２および第３スケール部２３を上方に移動して、可動体１０をＺ方向に移動させる。そして、対象物Ｗの一方側の表面が第１スタイラス球３１１に接触した位置で可動体１０の移動を停止する。そして、この際の第１スケール位置、第２スケール位置および第３スケール位置を測定し、測定点のＸ，Ｙ，Ｚ座標を演算する。

その後、先と同様に、第２プローブ３２をＺ方向に上昇させ、第２スタイラス球３２１を対象物Ｗの他方側の表面に接触させる。そして、この際の第２プローブ３２のプローブ位置を測定することにより、対象物Ｗの他方側の表面における測定点のＸ，Ｙ，Ｚ方向の座標値を得る。

このような可動体１０の移動および第１プローブ３１および第２プローブ３２による測定の動作を繰り返すことで、対象物Ｗの一方側の表面と他方側の表面との両面の３次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標）を測定することができる。

本実施形態では、第１プローブ３１の位置測定の基準点が第１スケール軸ＳＣ１、第２スケール軸ＳＣ２および第３スケール軸ＳＣ３の交点Ａに設定されていることから、第１プローブ３１の基準点によってアッベの原理を利用した高精度な位置測定を行うことができる。すなわち、測定点を変える場合には可動体１０（対象物Ｗ）が移動するため、第１プローブ３１の基準点はスケール軸の交点Ａのまま変わらない。したがって、どの測定点においてもアッベの原理によって第１スケール位置、第２スケール位置および第３スケール位置を測定できる。これにより、高精度な位置測定を行うことができる。

しかも、本実施形態では、第１プローブ３１によって対象物Ｗの一方側の表面の位置測定を行った状態で、第２プローブ３２によって対象物Ｗの他方側の表面の位置測定を行うことができる。第２プローブ３２では、プローブ軸ＰＡに沿ったプローブ位置を測定することから、第１プローブ３１の基準点を基準とした高精度な位置測定を行うことができる。また、貫通孔１１ｈを介して第２プローブ３２による位置測定ができるため、対象物Ｗの一方側の表面および他方側の表面の両面について、対象物Ｗを載せ替えることなく両面の位置測定を行うことが可能となる。

〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態に係る測定装置を例示する模式断面図である。
図４に示すように、本実施形態に係る測定装置１Ｂは、第１プローブ３１を固定する固定フレーム４１と、固定フレーム４１を基準としてプローブ軸ＰＡに沿って移動可能に設けられた可動フレーム４２と、をさらに備える。

固定フレーム４１にはプローブ軸ＰＡに沿ってプローブ用スケール部３２０が設けられ、可動フレーム４２のプローブ軸ＰＡに沿った位置を測定できるようになっている。可動フレーム４２は、可動体１０の移動とは干渉しないような形状に設けられ、可動体１０の下方側まで延在している。可動フレーム４２は、例えば貫通孔１１ｈを介して可動体１０の上下に渡るよう設けられていてもよい。可動フレーム４２の下端側には第２プローブ３２が固定されている。これにより、可動フレーム４２の移動に伴い、第２プローブ３２をプローブ軸ＰＡに沿って移動させることができる。

このような測定装置１Ｂでは、第１プローブ３１が固定された固定フレーム４１によって可動フレーム４２が安定して支持され、この可動フレーム４２とともに第２プローブ３２をプローブ軸ＰＡに沿って安定して移動させることができる。これにより、第２プローブ３２による位置測定の精度を向上させることができる。また、第１プローブ３１が設けられる固定フレーム４１にプローブ用スケール部３２０も設けられるため、プローブ用スケール部３２０が備えるリニアスケールがプローブ軸ＰＡからずれることを抑制することができる。

図５は、第２実施形態に係る測定装置の可動体を移動させた状態の一例を示す模式断面図である。
例えば、第１スケール部２１を上方に移動し、第２スケール部２２を下方に移動する。これにより、可動体１０がＸ方向に平行移動することになる。その後、第１スケール部２１、第２スケール部２２および第３スケール部２３を上方に移動して、可動体１０をＺ方向に移動させる。そして、対象物Ｗの一方側の表面が第１スタイラス球３１１に接触した位置で可動体１０の移動を停止する。そして、この際の第１スケール位置、第２スケール位置および第３スケール位置を測定し、測定点のＸ，Ｙ，Ｚ座標を演算する。

その後、可動フレーム４２をプローブ軸ＰＡに沿って移動させることで第２プローブ３２をＺ方向に上昇させ、第２スタイラス球３２１を対象物Ｗの他方側の表面に接触させる。そして、この際の第２プローブ３２のプローブ位置を測定することにより、対象物Ｗの他方側の表面における測定点のＸ，Ｙ，Ｚ方向の座標値を得る。

この動作を繰り返すことで、対象物Ｗの一方側の表面と他方側の表面との両面の３次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標）を測定することができる。
本実施形態に係る測定装置１Ｂでは、固定フレーム４１および可動フレーム４２によって第２プローブ３２のプローブ軸ＰＡに沿った移動の精度が向上し、第２プローブ３２による位置測定の精度を向上させることができる。

〔校正方法〕
次に、本実施形態に係る測定装置１による校正方法の一例について説明する。
図６は、校正方法を例示する模式断面図である。
図７は、校正におけるマスターボールとスタイラス球との関係を例示する模式図である。
図６に示すように、測定装置１の校正にはマスターボール２００が用いられる。マスターボール２００は既知の球直径Ｄ_Ｍを有する校正用の球体である。マスターボール２００はホルダー２１０の先端に取り付けられている。

本実施形態に係る測定装置１の校正を行うには、マスターボール２００が取り付けられたホルダー２１０を可動体１０の載置部１１に載置する。次に、可動体１０を移動して、第１プローブ３１の第１スタイラス球３１１をマスターボール２００に接触させる。この際に測定した第１プローブ３１による測定値（座標値）と、マスターボール２００の既知の球直径Ｄ_Ｍとに基づき、第１スタイラス球３１１の球直径Ｄ_１が確定する。第１プローブ３１による校正は、マスターボール２００の数カ所のポイントで実施することが好ましい。

次に、第２プローブ３２を移動して、第２プローブ３２の第２スタイラス球３２１をマスターボール２００に接触させる。この際に測定した第２プローブ３２による測定値（座標値）と、マスターボール２００の既知の球直径Ｄ_Ｍとに基づき、第２スタイラス球３２１の球直径Ｄ_２が確定する。第２プローブ３２による校正は、マスターボール２００の数カ所のポイントで実施することが好ましい。

なお、上記では、マスターボール２００によって第１スタイラス球３１１の球直径Ｄ_１と第２スタイラス球３２１の球直径Ｄ_２のそれぞれを確定する例を説明したが、マスターボール２００によって第１スタイラス球３１１の球直径Ｄ_１のみを確定するようにしてもよい。この場合、球直径Ｄ_１を確定した後、第１プローブ３１で第２プローブ３２の第２スタイラス球３２１を測定して、球直径Ｄ_２を確定すればよい。

中心間距離の確定では、既にマスターボール２００によって第１スタイラス球３１１の球直径Ｄ_１と、第２スタイラス球３２１の球直径Ｄ_２とが確定している状態で測定するため、厚さがゼロの場合の測定値を高精度に把握することができる。

以上説明したように、実施形態によれば、第１プローブ３１によってアッベの原理を利用した高精度な位置測定を行うことができるとともに、第１プローブ３１および第２プローブ３２のそれぞれによって対象物Ｗの両面を測定することができ、対象物Ｗの表面全体を高精度かつ短時間で測定することが可能となる。

〔実施形態の変形〕
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態では、第１プローブ３１および第２プローブ３２として接触式の場合を説明したが、これらの少なくとも一方が非接触式で位置測定を行うプローブであってもよい。非接触式のプローブとしては、軸上色収差を利用した波長コンフォーカル方式のセンサを備えるプローブを用いることが、対象物Ｗの表面の傾斜が比較的大きい場合でも測定が可能である点で好ましい。
また、上記の実施形態では、Ｘ，Ｙ，Ｚの３次元位置を測定する例を示したが、Ｘ，Ｚの２次元位置を測定する場合であっても適用可能である。
また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

以上のように、本発明は、３次元形状測定装置など対象物Ｗの表面形状を測定する装置に好適に利用できる。

１，１Ｂ…測定装置
１０…可動体
１１…載置部
１１ｈ…貫通孔
２１…第１スケール部
２２…第２スケール部
２３…第３スケール部
３１…第１プローブ
３２…第２プローブ
４１…固定フレーム
４２…可動フレーム
１０１…第１面
１０２…第２面
１０３…第３面
１１１…固定片
２００…マスターボール
２１０…ホルダー
３１１…第１スタイラス球
３２０…プローブ用スケール部
３２１…第２スタイラス球
Ａ…交点
ＰＡ…プローブ軸
ＳＣ１…第１スケール軸
ＳＣ２…第２スケール軸
ＳＣ３…第３スケール軸
Ｗ…対象物

Claims

第１方向および前記第１方向と直交する第２方向について対象物の表面の位置を測定する測定装置であって、
前記対象物を載置する載置部と、互いに同一平面上にない第１面および第２面と、を有する可動体と、
前記第１面を押圧するよう設けられ、前記第１面の法線方向に平行な第１スケール軸に沿った位置である第１スケール位置を測定する第１スケール部と、
前記第２面を押圧するよう設けられ、前記第２面の法線方向に平行な第２スケール軸に沿った位置である第２スケール位置を測定する第２スケール部と、
位置測定の基準点が、前記第２方向に平行なプローブ軸上であって前記第１スケール軸と前記第２スケール軸との交点に設定された第１プローブと、
前記プローブ軸に沿った位置を測定する第２プローブと、
を備え、
前記第１スケール部および前記第２スケール部の駆動によって前記可動体を前記第１方向および前記第２方向に移動させ、前記基準点を前記対象物の一方側の表面における第１測定点に合わせた際の前記第１スケール位置および前記第２スケール位置に基づき前記第１測定点の前記第１方向および前記第２方向の座標値を得るとともに、前記第２プローブで前記対象物の他方側の表面における第２測定点の前記プローブ軸に沿った位置を測定し、当該測定の結果に基づき前記第２測定点の前記第１方向および前記第２方向の座標値を得る、ことを特徴とする測定装置。
前記可動体における前記載置部には貫通孔が設けられ、
前記貫通孔を介して前記第２プローブが前記対象物の前記他方側の表面の位置測定を行うよう設けられた、ことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
前記第１方向および前記第２方向と直交する方向を第３方向として、
前記可動体は、前記第１面および前記第２面とそれぞれ非平行な第３面を有し、
前記第３面を押圧するよう設けられ、前記第３面の法線方向に平行な第３スケール軸に沿った位置である第３スケール位置を測定する第３スケール部をさらに備え、
前記第１プローブの前記基準点が、前記第１スケール軸、前記第２スケール軸および前記第３スケール軸の交点に設定され、
前記第１スケール部、前記第２スケール部および前記第３スケール部の駆動によって前記可動体を前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向に移動させ、前記基準点を前記第１測定点に合わせた際の前記第１スケール位置、前記第２スケール位置および前記第３スケール位置に基づき前記第１測定点の前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向の座標値を得るとともに、前記第２プローブでの測定の結果に基づき前記第２測定点の前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向の座標値を得る、ことを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
前記第２プローブは、前記プローブ軸に沿って移動可能に設けられた、請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置。
前記第１プローブを固定する固定フレームと、
前記固定フレームを基準として前記プローブ軸に沿って移動可能に設けられた可動フレームと、をさらに備え、
前記第２プローブは、前記可動フレームに取り付けられ、前記可動フレームとともに前記プローブ軸上を移動可能に設けられた、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の測定装置。
第１方向および前記第１方向と直交する第２方向について対象物の表面の位置を測定する測定方法であって、
前記対象物を載置する載置部と、互いに同一平面上にない第１面および第２面と、を有する可動体と、
前記第１面を押圧するよう設けられ、前記第１面の法線方向に平行な第１スケール軸に沿った位置である第１スケール位置を測定する第１スケール部と、
前記第２面を押圧するよう設けられ、前記第２面の法線方向に平行な第２スケール軸に沿った位置である第２スケール位置を測定する第２スケール部と、
位置測定の基準点が、前記第２方向に平行なプローブ軸上であって前記第１スケール軸と前記第２スケール軸との交点に設定された第１プローブと、
前記プローブ軸に沿った位置を測定する第２プローブと、
を備えた測定装置を用い、
前記載置部に前記対象物を載置する工程と、
前記第１スケール部および前記第２スケール部の駆動によって前記可動体を前記第１方向および前記第２方向に移動させ、前記基準点を前記対象物の一方側の表面における第１測定点に合わせる工程と、
前記基準点を前記第１測定点に合わせた際の前記第１スケール位置および前記第２スケール位置に基づき前記第１測定点の前記第１方向および前記第２方向の座標値を得るとともに、前記第２プローブで前記対象物の他方側の表面における第２測定点の前記プローブ軸に沿った位置を測定し、当該測定の結果に基づき前記第２測定点の前記第１方向および前記第２方向の座標値を得る工程と、
を備えたことを特徴とする測定方法。
第１方向、前記第１方向と直交する第２方向、前記第１方向および前記第２方向と直交する第３方向について対象物の表面の位置を測定する測定方法であって、
前記対象物を載置する載置部と、互いに同一平面上にない第１面、第２面および第３面と、を有する可動体と、
前記第１面を押圧するよう設けられ、前記第１面の法線方向に平行な第１スケール軸に沿った位置である第１スケール位置を測定する第１スケール部と、
前記第２面を押圧するよう設けられ、前記第２面の法線方向に平行な第２スケール軸に沿った位置である第２スケール位置を測定する第２スケール部と、
前記第３面を押圧するよう設けられ、前記第３面の法線方向に平行な第３スケール軸に沿った位置である第３スケール位置を測定する第３スケール部と、
位置測定の基準点が、前記第２方向に平行なプローブ軸上であって前記第１スケール軸、前記第２スケール軸および前記第３スケール軸の交点に設定された第１プローブと、
前記プローブ軸に沿った位置を測定する第２プローブと、
を備えた測定装置を用い、
前記載置部に前記対象物を載置する工程と、
前記第１スケール部、前記第２スケール部および前記第３スケール部の駆動によって前記可動体を前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向に移動させ、前記基準点を前記対象物の一方側の表面における第１測定点に合わせる工程と、
前記基準点を前記第１測定点に合わせた際の前記第１スケール位置、前記第２スケール位置および前記第３スケール位置に基づき前記第１測定点の前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向の座標値を得るとともに、前記第２プローブで前記対象物の他方側の表面における第２測定点の前記プローブ軸に沿った位置を測定し、当該測定の結果に基づき前記第２測定点の前記第１方向、前記第２方向および前記第３方向の座標値を得る工程と、
を備えたことを特徴とする測定方法。