JP2020020647A - Method and device for measuring shape - Google Patents

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Abstract

To provide a method and a device for measuring a shape which can measure the shape of the surface of a measuring target object without using a reference member for correction.SOLUTION: The present invention includes the steps of: equipping a first probe to probe supporting means and obtaining first surface shape data of a measuring target object supported by measuring target object supporting means (S1); equipping a second probe to the probe supporting means and obtaining second surface shape data of a measuring target object supported by the measuring target object supporting means (S2); obtaining third surface shape data of the first probe supported by the measuring target object supporting means with the second probe being equipped to the probe supporting means (S3); equipping the second probe to the probe supporting means with at least one of the second probe and the measuring target object positioned in a changed direction and obtaining fourth surface shape data of the measuring target object supported by the measuring target object supporting means (S4); and calculating the surface shape of the measuring target object on the basis of the first to fourth surface shape data (S5).SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、形状測定方法および形状測定装置に関する。   The present invention relates to a shape measuring method and a shape measuring device.

例えば、カメラ、顕微鏡等の様々な光学機器に用いられる光学素子の素子表面の製造誤差は、必要な光学性能を得るため、許容範囲内に抑制される必要がある。このため、光学素子の製造工程において、光学素子の素子表面あるいは光学素子を製造する成形型の表面形状などの被測定面を高精度に測定する必要がある。   For example, a manufacturing error of an element surface of an optical element used for various optical devices such as a camera and a microscope needs to be suppressed within an allowable range in order to obtain necessary optical performance. For this reason, in the manufacturing process of the optical element, it is necessary to measure the surface to be measured such as the element surface of the optical element or the surface shape of the mold for manufacturing the optical element with high accuracy.

表面形状を測定する形状測定装置として、触針プローブを表面に追従させて被測定物の表面形状を測定する装置が知られている(例えば、特許文献1および特許文献2を参照)。特許文献1に記載の形状測定装置では、高精度に形成された基準球を被測定物として測定することにより、基準球を基準としてスタイラス(プローブ)の表面の形状誤差を被測定物との接触角に応じて計測しておく。そして、製作誤差が未知の被測定物の面形状を測定する場合には、基準球の測定に基づくスタイラスの表面の形状誤差の大きさを、各測定データから補正する。   2. Description of the Related Art As a shape measuring apparatus for measuring a surface shape, an apparatus for measuring a surface shape of an object to be measured by causing a stylus probe to follow the surface is known (for example, see Patent Documents 1 and 2). In the shape measuring device described in Patent Literature 1, by measuring a reference sphere formed with high accuracy as an object to be measured, the shape error of the surface of the stylus (probe) with the object to be measured is determined with reference to the reference sphere. Measure according to the angle. Then, when measuring the surface shape of the DUT whose manufacturing error is unknown, the magnitude of the shape error of the surface of the stylus based on the measurement of the reference sphere is corrected from each measurement data.

また、特許文献2に記載の形状測定装置および形状測定方法では、設計形状が既知の軸対称非球面形状を有する被測定物と、設計形状が既知の球面形状である第1のプローブおよび第2のプローブとを用いて、3種類の面形状測定を行う。これにより、被測定物、第1のプローブ、および第2のプローブの少なくとも1つの真の表面形状を測定する。   Further, in the shape measuring device and the shape measuring method described in Patent Literature 2, an object to be measured having an axisymmetric aspherical shape having a known design shape, a first probe and a second probe having a known designable spherical shape are provided. , Three types of surface shape measurements are performed. Thereby, the true surface shape of at least one of the DUT, the first probe, and the second probe is measured.

特許第4794753号公報Japanese Patent No. 479,753 特許第4766851号公報Japanese Patent No. 4766851

特許文献1に記載の形状測定装置では、スタイラスの形状誤差が、基準球の形状測定に基づいて求められる。そのため、基準球の表面形状の製作誤差は極めて微小であることが前提になっている。しかしながら、現実には、基準球の製作誤差をなくすことはできないため、スタイラスの形状誤差の補正に基準球の製作誤差が付加されてしまうという問題がある。   In the shape measuring device described in Patent Literature 1, the shape error of the stylus is obtained based on the shape measurement of the reference sphere. For this reason, it is assumed that the manufacturing error of the surface shape of the reference sphere is extremely small. However, in reality, it is not possible to eliminate the manufacturing error of the reference sphere, and there is a problem that the manufacturing error of the reference sphere is added to the correction of the stylus shape error.

さらに、スタイラスの校正は、スタイラスを替えるごとに行う必要がある。このため、基準球は、取り扱いおよび経年変化等によって、表面形状が変化しないように厳重に管理する必要があるという問題がある。また、そのような管理が難しい場合には、スタイラスの校正の度に、基準球の表面形状のデータを更新する必要があるため、校正作業に時間がかかってしまうという問題がある。   Furthermore, stylus calibration must be performed each time the stylus is changed. For this reason, there is a problem that the reference sphere needs to be strictly managed so that the surface shape does not change due to handling and aging. Further, when such management is difficult, it is necessary to update the data of the surface shape of the reference sphere every time the stylus is calibrated, so that there is a problem that the calibration work takes time.

特許文献2に記載の技術によれば、基準球のような形状誤差が微小な校正治具を用いる必要がなく、形状測定装置のみを使用して、高精度な測定が可能になる。しかし、特許文献2に記載の技術は、軸対称非球面形状を有する被測定物を被測定面の面頂を通る2次元断面のみに適用される。そのため、被測定物の三次元形状を測定する場合には、被測定面の面頂を通る多数の2次元断面で測定を行う必要がある。このため、1断面における各測定で、3種類の面形状測定が必要になるため、測定に時間がかかるという問題がある。   According to the technique described in Patent Literature 2, it is not necessary to use a calibration jig having a small shape error such as a reference sphere, and high-precision measurement can be performed using only a shape measuring device. However, the technique described in Patent Literature 2 is applied to an object to be measured having an axisymmetric aspherical shape only to a two-dimensional cross section passing through the top of the surface to be measured. Therefore, when measuring the three-dimensional shape of the object to be measured, it is necessary to perform measurement on a large number of two-dimensional cross sections passing through the top of the surface to be measured. For this reason, three types of surface shape measurement are required for each measurement in one cross section, and there is a problem that the measurement takes time.

さらに、プローブによる測定経路が、被測定物の面頂を外れて測定されると、測定誤差になるため、高精度の三次元測定が行えないおそれがあるという問題もある。また、特許文献2に記載の技術では、例えば、自由曲面など、軸対称非球面以外の形状の被測定物は測定できないという問題がある。   Furthermore, if the measurement path by the probe is measured off the top of the object to be measured, a measurement error occurs, and there is a problem that high-precision three-dimensional measurement may not be performed. In addition, the technique described in Patent Document 2 has a problem that an object to be measured having a shape other than an axisymmetric aspheric surface, such as a free-form surface, cannot be measured.

本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであり、形状誤差が測定対象の形状誤差に比べて微小に形成された校正用基準部材を使用しなくても、設計形状が既知の種々の三次元面形状を有する被測定物の面形状が高精度に測定できる形状測定方法および形状測定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-described problems, and the design shape is known without using a calibration reference member having a small shape error compared to the shape error of the measurement target. It is an object of the present invention to provide a shape measuring method and a shape measuring device capable of measuring the surface shape of an object to be measured having various three-dimensional surface shapes with high accuracy.

上記の課題を解決するために、本発明の1態様に係る形状測定方法は、設計形状が既知である被測定物にプローブを接触させて、被測定物の表面を少なくとも異なる2方向に走査して三次元表面形状を評価する形状測定方法において、前記プローブを支持するプローブ支持手段に第1のプローブを装着し、前記被測定物を支持する被測定物支持手段に支持された被測定物の三次元表面形状を測定して第1面形状データを得る第1の三次元形状測定工程と、前記プローブ支持手段に第2のプローブを装着し、前記被測定物支持手段に支持された前記被測定物の三次元表面形状を測定して第2面形状データを得る第2の三次元測定工程と、前記プローブ支持手段に前記第2のプローブを装着した状態で、前記被測定物支持手段に支持された前記第1のプローブの三次元形状を測定して第3面形状データを得る第3の三次元測定工程と、前記第2のプローブと前記被測定物の少なくとも一方の向きを変えた状態で、前記プローブ支持手段に前記第2のプローブを装着し、前記被測定物支持手段に支持された前記被測定物の三次元表面形状を測定して第4面形状データを得る第4の三次元形状測定工程と、前記第1面形状データ、前記第2面形状データ、前記第3面形状データ、および前記第4面形状データに基づいて、前記被測定物の表面形状を算出する演算工程と、を備える。   In order to solve the above-described problems, a shape measurement method according to one embodiment of the present invention is to scan a surface of a measured object in at least two different directions by bringing a probe into contact with the measured object having a known design shape. In the shape measuring method for evaluating a three-dimensional surface shape by mounting, a first probe is attached to probe supporting means for supporting the probe, and the object to be measured supported by the object supporting means for supporting the object to be measured. A first three-dimensional shape measuring step of measuring a three-dimensional surface shape to obtain first surface shape data, and mounting the second probe on the probe support means and supporting the object supported by the object support means. A second three-dimensional measurement step of measuring a three-dimensional surface shape of the object to obtain second surface shape data; and attaching the second probe to the probe support means, The said supported A third three-dimensional measurement step of measuring a three-dimensional shape of the probe to obtain third surface shape data, and supporting the probe in a state in which at least one of the second probe and the object to be measured is changed in direction. Attaching the second probe to the means, measuring the three-dimensional surface shape of the object to be measured supported by the object support means, and obtaining fourth surface shape data; Calculating a surface shape of the object to be measured based on the first surface shape data, the second surface shape data, the third surface shape data, and the fourth surface shape data.

前記演算工程において、前記第1面形状データ、前記第2面形状データ、前記第3面形状データ、および前記第4面形状データに対して複数のアフィン変換を施した結果の加重平均から前記被測定物の表面形状を算出してもよい。   In the calculating step, the weighted average of a result of performing a plurality of affine transformations on the first surface shape data, the second surface shape data, the third surface shape data, and the fourth surface shape data is used. The surface shape of the measurement object may be calculated.

前記第4の三次元形状測定工程において、前記第2のプローブと前記被測定物の少なくとも一方は、中心軸周りに90°回転または−90°回転している状態であってもよい。   In the fourth three-dimensional shape measurement step, at least one of the second probe and the object to be measured may be rotated by 90 ° or −90 ° around a central axis.

本発明の1態様に係る形状測定装置は、設計形状が既知の被測定面を有する被測定物に設計形状が既知のプローブ面を有するプローブを接触させて、前記被測定面の三次元的な表面形状を測定する形状測定装置であって、第1表面を有する第1ワークを保持する第1保持部と、凸形状の第2表面を有する第2ワークを保持する第2保持部と、前記第1保持部および前記第2保持部を、測定基準面の法線である測定基準軸線に沿う方向および前記測定基準軸線に直交し互いに交差する少なくとも2方向に相対平行移動可能に移動する移動機構と、前記第1表面に前記第2表面を当接させた状態で前記第1ワークおよび前記第2ワークを相対平行移動させ、前記第2ワークの代表点の3次元的な移動軌跡を前記第2表面の設計形状に基づいて換算することによって前記第1表面の面形状データを取得する面形状データ取得部と、前記第1ワークとして前記被測定面を前記第1表面とする前記被測定物が前記第1保持部に保持され、前記第2ワークとして設計形状が既知の凸面で構成された第1プローブ面を前記第2表面として有する第1プローブを前記被測定物に対して第1測定姿勢で前記第2保持部に保持された場合に、前記面形状データである第1面形状データを取得し、前記第1ワークとして前記被測定面を前記第1表面とする前記被測定物が前記第1保持部に保持され、前記第2ワークとして設計形状が既知の凸面で構成された第2プローブ面を前記第2表面として有する第2プローブを前記被測定物に対して第2測定姿勢で前記第2保持部に保持された場合に、前記面形状データである第2面形状データを取得し、前記第1面形状データの取得時の前記第1表面に対する相対平行移動の各正方向と、前記第2面形状データの取得時の前記第2表面に対する相対平行移動の各正方向とが、互いに一致するように、前記第1ワークとして前記第1プローブを、前記第2ワークとして第2プローブを、それぞれ保持された場合に、前記面形状データである第3面形状データを取得し、前記第2のプローブと前記被測定物の少なくとも一方の向きを変えた状態で、前記第1ワークとして前記被測定物が前記第1保持部に保持され、前記第2ワークとして前記第2プローブを前記被測定物に対して第3測定姿勢で前記第2保持部に保持された場合に、前記面形状データである第4面形状データを取得する、測定制御部と、前記第1面形状データ、前記第2面形状データ、および前記第3面形状データをそれぞれ記憶する記憶部と、前記第1面形状データ、前記第2面形状データ、および前記第3面形状データを、各測定位置における設計上の法線と前記測定基準軸線とのなす角である接触角の関数に変換する変数変換処理部と、前記変数変換処理部によって変数変換された前記第1面形状データ、前記第2面形状データ、および前記第3面形状データを演算処理することによって、前記被測定面、第1プローブ面、および前記第2プローブ面の少なくとも一つの真の面形状を推定する面形状推定処理部と、を備える。   The shape measuring apparatus according to one aspect of the present invention includes a probe having a design surface with a known design surface brought into contact with a measurement target having a design surface with a known design shape, and a three-dimensional shape of the measurement surface. A shape measuring device for measuring a surface shape, wherein the first holding portion holds a first work having a first surface; a second holding portion holds a second work having a second surface having a convex shape; A moving mechanism that moves the first holding unit and the second holding unit in a direction parallel to the measurement reference axis that is a normal line of the measurement reference plane and in at least two directions that are orthogonal to the measurement reference axis and intersect with each other. The first work and the second work are relatively translated in a state where the second surface is in contact with the first surface, and the three-dimensional movement trajectory of the representative point of the second work is defined by the second work. 2 Conversion based on surface design shape A surface shape data acquisition unit that acquires surface shape data of the first surface, and the object to be measured having the surface to be measured as the first surface as the first work is held by the first holding unit. Holding a first probe having, as the second surface, a first probe surface having a convex shape having a known design shape as the second workpiece in the first measurement posture with respect to the object to be measured by the second holding portion; In this case, first surface shape data that is the surface shape data is obtained, and the object to be measured having the surface to be measured as the first surface as the first work is held by the first holding unit, A second probe having, as the second surface, a second probe surface, which is a convex surface having a known design shape as the second workpiece, is held by the second holding portion in a second measurement posture with respect to the workpiece. The surface shape data The second surface shape data is acquired, the respective positive directions of relative translation with respect to the first surface at the time of acquiring the first surface shape data, and the second surface at the time of acquiring the second surface shape data. When the first probe is held as the first work and the second probe is held as the second work so that the respective positive directions of the relative translation relative to In a state in which certain third surface shape data is obtained and at least one of the direction of the second probe and the object to be measured is changed, the object to be measured is held by the first holding unit as the first work, When the second probe is held by the second holding unit in the third measurement posture with respect to the object to be measured as the second workpiece, fourth surface shape data that is the surface shape data is acquired. A control unit; A storage unit that stores the one-surface shape data, the second-surface shape data, and the third-surface shape data, and stores the first-surface shape data, the second-surface shape data, and the third-surface shape data, A variable conversion processing unit that converts into a function of a contact angle that is an angle between a design normal and the measurement reference axis at each measurement position, and the first surface shape data that is variable-converted by the variable conversion processing unit; A surface shape for estimating at least one true surface shape of the measured surface, the first probe surface, and the second probe surface by arithmetically processing the second surface shape data and the third surface shape data And an estimation processing unit.

本発明の形状測定方法および形状測定装置によれば、形状誤差が測定対象の形状誤差に比べて微小に形成された校正用基準部材を使用しなくても、設計形状が既知の種々の三次元面形状を有する被測定物の面形状が高精度に測定できる。
また、本発明は、干渉計を用いた非接触原理の三次元形状測定にも同様に適用でき、被測定物の面形状が高精度に測定できる。
According to the shape measuring method and the shape measuring apparatus of the present invention, without using a calibration reference member in which the shape error is minutely formed compared to the shape error of the measurement target, various three-dimensional shapes whose design shapes are known can be used. The surface shape of an object to be measured having a surface shape can be measured with high accuracy.
Further, the present invention can be similarly applied to non-contact three-dimensional shape measurement using an interferometer, and the surface shape of an object to be measured can be measured with high accuracy.

本発明の第1の実施形態の形状測定装置の構成例を示す模式的な正面図である。It is a typical front view showing the example of composition of the shape measuring device of a 1st embodiment of the present invention. 図1におけるA視の平面図である。FIG. 2 is a plan view as viewed from A in FIG. 1. 本発明の第1の実施形態の形状測定装置におけるX軸方向の測定時の様子を示す模式的な平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing a state at the time of measurement in the X-axis direction in the shape measuring device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の形状測定装置に用いるプローブの構成例を示す模式的な正面図である。It is a typical front view showing the example of composition of the probe used for the shape measuring device of a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の形状測定装置のプローブ測定時の構成例を示す模式的な正面図である。FIG. 2 is a schematic front view illustrating a configuration example at the time of probe measurement of the shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の形状測定装置のプローブ測定時の第1保持部を示す模式的な正面図である。It is a typical front view showing the 1st holding part at the time of the probe measurement of the shape measuring device of a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の形状測定装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram illustrating a functional configuration of a control unit of the shape measuring device according to the first embodiment of the present invention. 同実施例における形状測定装置の測定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement procedure of the shape measuring apparatus in the same Example. 図8の各測定ステップの様子を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a state of each measurement step in FIG. 8. (a)(b)はワークとプローブ、(c)はプローブとプローブが接触する場合の接触角の説明図である。(A), (b) is an explanatory view of a contact angle between the workpiece and the probe, and (c) is a contact angle between the probe and the probe.

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and the common description is omitted, even when the embodiments are different.

本発明の第1の実施形態の形状測定装置について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態の形状測定装置1の構成例を示す模式的な正面図である。図2は、図1におけるA視の平面図である。図3は、本発明の第1の実施形態の形状測定装置におけるX軸方向の測定時の様子を示す模式的な平面図である。図4は、本発明の第1の実施形態の形状測定装置に用いるプローブの構成例を示す模式的な正面図である。図5は、本発明の第1の実施形態の形状測定装置のプローブ測定時の構成例を示す模式的な正面図である。図6は、本発明の第1の実施形態の形状測定装置のプローブ測定時の第1保持部を示す模式的な正面図である。図7は、本発明の第1の実施形態の形状測定装置の制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
A shape measuring device according to a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic front view showing a configuration example of a shape measuring apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view as viewed from A in FIG. FIG. 3 is a schematic plan view showing a state at the time of measurement in the X-axis direction in the shape measuring device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic front view illustrating a configuration example of a probe used in the shape measuring device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic front view showing a configuration example at the time of probe measurement of the shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic front view showing the first holding unit during probe measurement of the shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a functional block diagram showing a functional configuration of a control unit of the shape measuring device according to the first embodiment of the present invention.

形状測定装置1は、第1表面を有する第1ワークを支持する支持部3と、第2表面を有する第2ワークを保持して第1ワークの面形状測定を行う測定部2と、を備えている。支持部3および測定部2は、基台4の上に対向して配置されている。さらに、形状測定装置1は、形状測定装置1の各装置部分を制御する制御ユニット(後述)を備えている。
図1に示すように、測定時には、第1ワークとしては被測定物Wが、第2ワークとしてはプローブP1(第1プローブ)またはプローブP2(第2プローブ)が用いられる。
The shape measuring device 1 includes a support unit 3 that supports a first work having a first surface, and a measurement unit 2 that holds a second work having a second surface and measures the surface shape of the first work. ing. The support unit 3 and the measurement unit 2 are arranged on the base 4 so as to face each other. Further, the shape measuring device 1 includes a control unit (described later) that controls each device part of the shape measuring device 1.
As shown in FIG. 1, at the time of measurement, the workpiece W is used as the first work, and the probe P1 (first probe) or the probe P2 (second probe) is used as the second work.

以下では、形状測定装置1における方向を参照する場合に、図1に示すXYZ直交座標系(以下、XYZ座標系という)が用いられる場合がある。
図示のXYZ座標系では、Y軸が鉛直軸線に平行である。ZX平面は水平面に平行である。支持部3および測定部2は、Z軸方向(Z軸に沿う方向)において互いに対向している。
XYZ座標系における各軸方向の正負は右手系の規約に従う。図1においては、X軸正方向は図示の紙面手前から奥側に向かう紙面垂直方向である。Y軸正方向は鉛直上方向(紙面の下側から上側に向かう方向)である。Z軸正方向は図示左側から右側に向かう方向である。
XYZ直交座標系は、形状測定装置1に固定された固定座標系である。
Hereinafter, when referring to the direction in the shape measuring device 1, an XYZ orthogonal coordinate system (hereinafter, referred to as an XYZ coordinate system) shown in FIG. 1 may be used.
In the illustrated XYZ coordinate system, the Y axis is parallel to the vertical axis. The ZX plane is parallel to the horizontal plane. The support unit 3 and the measurement unit 2 face each other in the Z-axis direction (direction along the Z-axis).
The sign of each axis direction in the XYZ coordinate system follows the rule of the right-handed system. In FIG. 1, the positive X-axis direction is a direction perpendicular to the paper surface from the near side to the far side in the drawing. The positive direction of the Y axis is a vertically upward direction (a direction from the lower side to the upper side in the drawing). The positive direction of the Z axis is a direction from the left side to the right side in the figure.
The XYZ rectangular coordinate system is a fixed coordinate system fixed to the shape measuring device 1.

被測定物Wは、第1表面として適宜の三次元形状からなる被測定面Wsを有する。被測定面Wsの設計形状は、形状測定装置1による測定開始前に知られている。被測定面Wsの設計形状は、1方向に沿って測定用のプローブが接触可能であれば、凸面でもよいし凹面でもよい。被測定面Wsは、凸面および凹面が混在した面形状でもよい。例えば、被測定面Wsは、球面等の2次曲面、軸対称非球面、およびこれら以外の自由曲面であってもよい。
被測定面Wsは、適宜の関数で記述された数式で知られていてもよいし、被測定面Ws上の多数の点座標の集合によって知られていてもよい。例えば、被測定面Wsの設計値が多数の点座標の集合によって知られている場合、各点を通る補間処理によって、設計系所を表す連続関数が得られる。
以下では、被測定面Wsの設計形状が、z=Hd(x,y)で表されるものとして説明する。ここで、変数x、yは、被測定物Wに固定されたx右手直交座標系(以下、単にx座標系という)におけるx座標、y座標である。zは、点(x,y)における被測定面Wsのz座標を表す。
座標系の向きおよび原点は、被測定面Wsの形状に応じて、関数Hd(x,y)が簡素になるように適宜設定される。例えば、被測定物Wが回転対称な形状であれば、回転対称軸がz軸に選ばれることがより好ましい。この場合、被測定物Wのz軸は、Z軸に平行に配置される。
The object to be measured W has a surface to be measured Ws having an appropriate three-dimensional shape as the first surface. The design shape of the measured surface Ws is known before the measurement by the shape measuring device 1 starts. The design shape of the surface to be measured Ws may be a convex surface or a concave surface as long as the probe for measurement can be contacted along one direction. The measured surface Ws may have a surface shape in which a convex surface and a concave surface are mixed. For example, the measured surface Ws may be a quadratic surface such as a spherical surface, an axisymmetric aspheric surface, or a free-form surface other than these.
The measured surface Ws may be known by a mathematical expression described by an appropriate function, or may be known by a set of a large number of point coordinates on the measured surface Ws. For example, when the design value of the surface to be measured Ws is known by a set of a large number of point coordinates, a continuous function representing the design site is obtained by interpolation processing passing through each point.
Hereinafter, the description will be made assuming that the design shape of the surface to be measured Ws is represented by z 1 = Hd (x 1 , y 1 ). Here, the variable x 1, y 1 is, x 1 coordinate in the x 1 y 1 z 1 right-handed orthogonal coordinate system fixed to the object to be measured W (hereinafter, simply referred to x 1 y 1 z 1 coordinate system), y 1 Coordinates. z 1 represents the z 1 coordinate of the measured surface Ws at the point (x 1 , y 1 ).
The direction and the origin of the x 1 y 1 z 1 coordinate system are appropriately set according to the shape of the measured surface Ws so that the function Hd (x 1 , y 1 ) is simplified. For example, if the workpiece W is rotationally symmetric shape, it is more preferable that the rotation symmetry axis is chosen z 1 axis. In this case, z 1 axis of the workpiece W is arranged parallel to the Z axis.

測定部2は、測定機台7、測定機板6、および測定ユニット5を備える。
測定機台7は、測定機板6および測定ユニット5を下方から支持する。測定機台7は、第1移動ステージ25を介して基台4上に配置されている。
第1移動ステージ25は、測定機台7をX軸方向(X軸に沿う方向)に往復移動させる。図3に示すように、第1移動ステージ25は、支持部3において第1ワークが配されるX軸方向の幅よりも広い範囲で、測定機台7をX軸方向に平行移動させることができる。
図1に示すように、測定機台7のZ軸負方向側の基台4上には、測定機台7のX軸方向の位置を検出する第1軸測長器43が配置されている。
第1軸測長器43の具体的な構成としては、測定機台7のX軸方向の位置計測が行えれば,特に限定されない。例えば、第1軸測長器43として、基準スケールと、基準ケールの移動量を読み取る読み取りヘッドと、を備えた構成が用いられてもよい。この場合、基準スケール20bは、測定機台7に固定される。
第1軸測長器43の検出出力は、後述する制御ユニットに送出される。
The measuring section 2 includes a measuring machine base 7, a measuring machine plate 6, and a measuring unit 5.
The measuring machine base 7 supports the measuring machine plate 6 and the measuring unit 5 from below. The measuring machine stand 7 is arranged on the base 4 via the first moving stage 25.
The first moving stage 25 reciprocates the measuring machine base 7 in the X-axis direction (the direction along the X-axis). As shown in FIG. 3, the first moving stage 25 can move the measuring machine base 7 in the X-axis direction in a range wider than the width in the X-axis direction in which the first work is arranged on the support unit 3. it can.
As shown in FIG. 1, a first axis length measuring device 43 for detecting the position of the measuring machine stand 7 in the X-axis direction is arranged on the base 4 on the Z-axis negative direction side of the measuring machine stand 7. .
The specific configuration of the first axis measuring device 43 is not particularly limited as long as the position of the measuring machine stand 7 in the X-axis direction can be measured. For example, as the first axis length measuring device 43, a configuration including a reference scale and a reading head that reads the movement amount of the reference scale may be used. In this case, the reference scale 20b is fixed to the measuring machine stand 7.
The detection output of the first axis length measuring device 43 is sent to a control unit described later.

測定機板6は、測定機台7とともにX軸方向に平行移動し、後述する測定ユニット5を下方から支持する板状部材である。
測定機板6は、駆動部24a、24bを介して測定機台7上に固定されている。
駆動部24a、24bは、測定機板6をY軸方向(Y軸に沿う方向)にそれぞれ独立に駆動する軸状部材である。駆動部24a、24bは、Z軸方向において支持部3から遠ざかる方向にこの順に配置されている。図1では、駆動部24a、24bは、それぞれ1つずつ描かれているが、駆動部24a、24bの個数は、測定機板6の姿勢を安定して保持することができれば、特に限定されない。例えば、駆動部24a、24bは、それぞれ2以上設けられていてもよい。
駆動部24a、24bの各駆動量は、後述する制御部によって制御される。
駆動部24a、24bは、測定機板6のY軸方向の位置調整、測定機板6の傾斜姿勢の調整などに用いられる。例えば、後述する制御部によって駆動部24a、24bの各駆動量が変更されると、測定機板6がX軸回りに回動する。このため、測定機板6がZX平面に対して、YZ平面内で傾斜できるようになっている。
The measuring device plate 6 is a plate-like member that moves in parallel with the measuring device stand 7 in the X-axis direction and supports a measuring unit 5 described below from below.
The measuring machine plate 6 is fixed on the measuring machine base 7 via the driving units 24a and 24b.
The driving units 24a and 24b are shaft-shaped members that independently drive the measuring instrument plate 6 in the Y-axis direction (the direction along the Y-axis). The drive units 24a and 24b are arranged in this order in a direction away from the support unit 3 in the Z-axis direction. In FIG. 1, each of the driving units 24 a and 24 b is illustrated one by one, but the number of the driving units 24 a and 24 b is not particularly limited as long as the posture of the measuring instrument plate 6 can be stably held. For example, two or more drive units 24a and 24b may be provided respectively.
The driving amounts of the driving units 24a and 24b are controlled by a control unit described later.
The driving units 24a and 24b are used for adjusting the position of the measuring instrument plate 6 in the Y-axis direction, adjusting the inclination posture of the measuring instrument board 6, and the like. For example, when each of the driving amounts of the driving units 24a and 24b is changed by a control unit described later, the measuring instrument plate 6 rotates around the X axis. For this reason, the measuring instrument plate 6 can be inclined in the YZ plane with respect to the ZX plane.

測定ユニット5は、第1ワークの第1表面の面形状を測定する装置部分である。測定ユニット5は、測定機板6の上面に設けられている。以下では、特に断らない限り、測定ユニット5の構成および位置関係に関して、測定機板6の上面がZX平面に平行になっている場合の例で説明する。
測定ユニット5は、Z軸方向に延びる柱状に形成されたエアスライド軸8と、略直方体形状のエアスライド軸受9と、を備えている。
The measurement unit 5 is a device part that measures the surface shape of the first surface of the first work. The measuring unit 5 is provided on the upper surface of the measuring instrument plate 6. Hereinafter, unless otherwise specified, the configuration and the positional relationship of the measuring unit 5 will be described with an example in which the upper surface of the measuring instrument plate 6 is parallel to the ZX plane.
The measurement unit 5 includes an air slide shaft 8 formed in a column shape extending in the Z-axis direction, and an air slide bearing 9 having a substantially rectangular parallelepiped shape.

エアスライド軸受9は、Z軸方向に貫通する貫通孔(不図示)が形成されており、その貫通孔が支持部3に向けられた状態で、測定機板6の上に固定されている。この貫通孔には、エアスライド軸8が挿通されている。エアスライド軸受9の貫通孔内の内壁面には、複数の吹出孔(不図示)が形成されている。エアスライド軸8と上記内壁面との間には、圧縮したクリーンでドライな圧縮空気が吹出孔から噴出されることにより、数μmの微小な隙間を形成されるようになっている。吹出孔からの圧縮空気の噴出によって、エアスライド軸8は、エアスライド軸受9によって、エアスライド軸受9の内壁面と接触することなく浮動支持される。
エアスライド軸受9は、エアスライド軸8の中心軸線Cに沿う方向において、エアスライド軸8を往復移動可能に支持している。
さらに、貫通孔内には、貫通孔の長手方向に延びる図示略の突条部が形成されている。この突条部は、エアスライド軸8の外周部においてエアスライド軸8の長手方向に延びて形成された図示略の凹条部に摺動可能に嵌合するように構成されている。このような突条部と凹条部との嵌合により、エアスライド軸8が中心軸線Cに沿って移動する場合に、エアスライド軸8の中心軸線C回りの回転は抑制されている。
The air slide bearing 9 is formed with a through hole (not shown) penetrating in the Z-axis direction, and is fixed on the measuring instrument plate 6 with the through hole facing the support portion 3. The air slide shaft 8 is inserted into this through hole. A plurality of outlet holes (not shown) are formed on the inner wall surface inside the through hole of the air slide bearing 9. A small gap of several μm is formed between the air slide shaft 8 and the inner wall surface by blowing compressed clean and dry compressed air from a blowing hole. The air slide shaft 8 is floatingly supported by the air slide bearing 9 without being in contact with the inner wall surface of the air slide bearing 9 due to the ejection of the compressed air from the blowout hole.
Air slide bearing 9, in the direction along the central axis C 8 air slide shaft 8, and the air slide shaft 8 is reciprocably supported.
Further, a not-shown ridge is formed in the through hole and extends in the longitudinal direction of the through hole. The protruding ridge portion is configured to slidably fit into a not-shown concave ridge portion formed in the outer peripheral portion of the air slide shaft 8 so as to extend in the longitudinal direction of the air slide shaft 8. The fitting of such a ridge and concave portion, if the air slide shaft 8 is moved along the central axis C 8, the rotation of the central axis C 8 around the air slide shaft 8 is suppressed .

例えば、測定機板6の上面がZX平面に平行になっている場合には、中心軸線Cは、Z軸に平行に配置されている。ただし、駆動部24aの高さが、駆動部24bの高さよりも低くなるように、駆動部24a、24bが駆動されている場合、測定機板6がZ軸方向正方向から負方向に向かって下がるように傾斜するため、エアスライド軸8は、自重によって、支持部3に近づくとともに下方に傾斜する方向に移動する。 For example, if the upper surface of the measuring plate 6 is parallel to the ZX plane, the central axis C 8 is arranged parallel to the Z axis. However, when the driving units 24a and 24b are driven such that the height of the driving unit 24a is lower than the height of the driving unit 24b, the measuring instrument plate 6 moves from the positive direction in the Z-axis direction to the negative direction. Since the air slide shaft 8 is inclined so as to descend, the air slide shaft 8 moves in a direction in which the air slide shaft 8 approaches the support portion 3 and is inclined downward by its own weight.

エアスライド軸8のZ軸負方向側の端部(先端部)には、第2ワークが着脱可能に装着できるようになっている。
本実施形態では、エアスライド軸8の先端部には、一例として、第2ワークを保持するため、中心軸線Cと平行な中心軸を有する雌ねじ部8a(第2保持部)が形成されている。
エアスライド軸8の先端部外周面の上部には、基準マーク8bが設けられている。
基準マーク8bは、第2ワークが雌ねじ部8aに装着される際に、中心軸線C回りの第2ワークの回転位置を位置合わせするための参照マークになっている。
以下では、一例として、基準マーク8bは、中心軸線CとY軸方向に対向する位置に形成されている場合の例で説明する。
基準マーク8bの構成は、測定者が第2ワークを位置決めして取り付けることができれば特に限定されない。例えば、基準マーク8bは、エアスライド軸8の外表面と色が異なる適宜形状の図形で形成されたマーク、エアスライド軸8の外表面に形成された刻印、溝、突起などで形成されたマークなどであってもよい。
A second work can be detachably attached to the end (tip) of the air slide shaft 8 on the Z-axis negative direction side.
In this embodiment, the distal end of the air slide shaft 8, as an example, to hold the second workpiece, the female screw portion 8a (the second holding portion) having a center axis parallel to the center axis C 8 is formed I have.
A reference mark 8b is provided above the outer peripheral surface of the distal end portion of the air slide shaft 8.
Reference marks 8b, the second workpiece is in reference marks for aligning upon being mounted on the female screw portion 8a, the rotational position of the second workpiece central axis C 8 around.
In the following, as an example, the reference mark 8b will be described an example in the case of being formed at a position facing the central axis C 8 and Y-axis direction.
The configuration of the reference mark 8b is not particularly limited as long as the measurer can position and attach the second work. For example, the reference mark 8b is a mark formed by a figure of an appropriate shape having a different color from the outer surface of the air slide shaft 8, a mark formed by a stamp, a groove, a protrusion, or the like formed on the outer surface of the air slide shaft 8. And so on.

ここで、雌ねじ部8aによって保持される第2ワークの例であるプローブP1、P2の構成について説明する。
プローブP1は、中心軸CP1に沿って延びる柱状に形成されたプローブ軸10cの長手方向の第1端部(図示の左端部)に雄ねじ部10bが設けられ、第2端部(図示の右端部)に球状部10aが設けられている。
雄ねじ部10bは、雌ねじ部8aと螺合するねじ形状を有する。雄ねじ部10bは、中心軸線CP1と同軸に形成されている。このため、雄ねじ部10bおよび雌ねじ部8aの螺合によって、プローブP1は、エアスライド軸8のZ軸負方向側の端部に着脱可能に固定される。プローブP1の装着時には、プローブP1はエアスライド軸8の中心軸線Cと同軸になっている。
Here, the configuration of the probes P1 and P2, which are examples of the second work held by the female screw portion 8a, will be described.
Probe P1 has a first end portion in the longitudinal direction of the central axis C P1 probe shaft 10c formed in a columnar shape extending along the (left end shown) male thread portion 10b is provided on the second end (shown right end Part) is provided with a spherical part 10a.
The male screw part 10b has a screw shape to be screwed with the female screw part 8a. Male thread portion 10b is formed in the central axis line C P1 coaxially. Therefore, the probe P1 is detachably fixed to the end of the air slide shaft 8 on the negative side in the Z-axis direction by screwing the male screw portion 10b and the female screw portion 8a. When mounting the probes P1, the probe P1 is in a coaxial and central axis C 8 air slide shaft 8.

球状部10aは、中心軸線CP1に沿う方向の先端部において、形状測定時に測定対象と接触可能な範囲に球面からなる表面SP1(第1表面)を有する。以下では簡単のため、プローブ軸10cとの接続部を除く球状部10aの表面全体が表面SP1からなる場合の例で説明する。
表面SP1の設計形状は、中心軸線CP1上の中心OP1から半径がRP1の球面である。プローブP1における中心OP1の位置およびRP1の大きさは予め知られている。ただし、表面SP1の表面の製作誤差は知られていなくてもよい。
表面SP1の半径は、被測定物Wの被測定面Ws上の各点で、被測定面Wsと点接触可能な球面を構成できる大きさであれば、特に限定されない。
球状部10aの材料は特に限定されない。例えば、球状部10aは、精密に加工されたルビー球などで形成されてもよい。
The spherical portion 10a has a surface SP1 (first surface) formed of a spherical surface in a range in which the spherical portion 10a can come into contact with a measurement target at the time of shape measurement at a front end portion along the central axis CP1 . Hereinafter, for simplicity, an example in which the entire surface of the spherical portion 10a except the connection portion with the probe shaft 10c is formed of the surface SP1 will be described.
Design shape of the surface S P1 is the radius from the center O P1 on the center axis C P1 is spherical in R P1. The size of the position and R P1 of the center O P1 in the probe P1 is known in advance. However, the production error of the surface of the surface SP1 may not be known.
The radius of the surface S P1 at each point on the measurement surface Ws of the measurement object W, if it is large enough to be able configure the measurement surface Ws and the point-contactable sphere is not particularly limited.
The material of the spherical portion 10a is not particularly limited. For example, the spherical portion 10a may be formed of a precisely processed ruby ball or the like.

プローブ軸10cの表面には、例えば、エアスライド軸8への固定時などに、中心軸線CP1回りの位置合わせを行うための第1マーク40aと、第2マーク40bと、が形成されている。
第1マーク40aは、プローブ軸10cの表面において周方向の定位置に形成されている。
第2マーク40bは、プローブ軸10cの表面において中心軸線CP1を挟んで第1マーク40aと対向する位置に形成されている。
第1マーク40aおよび第2マーク40bの構成は、測定者がプローブP1を位置決めして取り付けることができれば特に限定されない。例えば、第1マーク40aおよび第2マーク40bは、基準マーク8bの構成例として例示されたのと同様なマークなどであってもよい。
On the surface of the probe shaft 10c, for example, such as during fixation to the air slide shaft 8, and the first mark 40a for aligning the central axis C P1 around, a second mark 40b, are formed .
The first mark 40a is formed at a fixed position in the circumferential direction on the surface of the probe shaft 10c.
The second mark 40b is formed on the surface of the probe shaft 10c at a position facing the first mark 40a with the center axis CP1 interposed therebetween.
The configuration of the first mark 40a and the second mark 40b is not particularly limited as long as the measurer can position and attach the probe P1. For example, the first mark 40a and the second mark 40b may be marks similar to those exemplified as the configuration example of the reference mark 8b.

プローブP1は、その雄ねじ部10bがエアスライド軸8の雌ねじ部8aに予め決められた長さだけ螺合され、かつY軸負方向に見て第1マーク40aが基準マーク8bと同一直線上に配列された状態で、エアスライド軸8に固定される。   In the probe P1, the male thread 10b is screwed into the female thread 8a of the air slide shaft 8 by a predetermined length, and the first mark 40a is aligned with the reference mark 8b in the Y-axis negative direction. In the arranged state, it is fixed to the air slide shaft 8.

プローブP2は、プローブP1の球状部10aに代えて、球状部10dを備える。以下、プローブP1と異なる点を中心に説明する。
球状部10dは、プローブP2の中心軸線CP2に沿う方向の先端部において、形状測定時に測定対象と接触可能な範囲に球面からなる表面SP2(第2表面)を有する。以下では簡単のため、プローブ軸10cとの接続部を除く球状部10dの表面全体が表面SP2からなる場合の例で説明する。
表面SP2の設計形状は、中心軸線CP2上の中心OP2から半径がRP2の球面である。プローブP2における中心OP2の位置および半径RP2の大きさは予め知られている。ただし、表面SP2の製作誤差は知られていなくてもよい。
表面SP1と同様、表面SP2の半径は、被測定物Wの被測定面Ws上の各点で、被測定面Wsと点接触可能な球面を構成できる大きさであれば、特に限定されない。
P2の大きさは、上述のRP1に等しくてもよいし、RP1とは異なっていてもよい。
P1=RP2の場合、表面SP1、SP2の設計形状は互いに同一であるが、一般には、表面SP1、SP2の製作誤差大きさおよび製作誤差の分布は異なる。
球状部10aと同様、球状部10dの材料は特に限定されない。例えば、球状部10dは、精密に加工されたルビー球などで形成されてもよい。
The probe P2 includes a spherical portion 10d instead of the spherical portion 10a of the probe P1. Hereinafter, the points different from the probe P1 will be mainly described.
Spherical portion 10d has at the distal end of the direction along the central axis C P2 probe P2, the surface S P2 consisting of spherical surface extent possible contact with the measurement target at the time of shape measurement (the second surface). For simplicity in the following description an example of a case where the entire surface of the spherical portion 10d excluding the connection portion of the probe shaft 10c is made of a surface S P2.
Design shape of the surface S P2 is the radius from the center O P2 on the central axis C P2 is spherical in R P2. Position and size of the radius R P2 of the center O P2 in the probe P2 is known in advance. However, the manufacturing error of the surface SP2 may not be known.
Similarly to the surface S P1, the radius of the surface S P2 are at each point on the measurement surface Ws of the measurement object W, if it is large enough to be able configure the measurement surface Ws and the point-contactable sphere is not particularly limited .
The size of R P2 may be equal to the above-described R P1, may be different from the R P1.
When R P1 = R P2 , the design shapes of the surfaces S P1 and S P2 are the same as each other, but generally, the magnitudes of the production errors and the distributions of the production errors of the surfaces S P1 and S P2 are different.
Like the spherical portion 10a, the material of the spherical portion 10d is not particularly limited. For example, the spherical portion 10d may be formed of a precisely processed ruby ball or the like.

プローブP2は、その雄ねじ部10bがエアスライド軸8の雌ねじ部8aに予め決められた長さだけ螺合され、かつY軸負方向に見て第1マーク40aが基準マーク8bと同一直線上に配列された状態で、エアスライド軸8に固定される。   In the probe P2, the male thread 10b is screwed into the female thread 8a of the air slide shaft 8 by a predetermined length, and the first mark 40a is aligned with the reference mark 8b when viewed in the negative Y-axis direction. In the arranged state, it is fixed to the air slide shaft 8.

ここで、エアスライド軸8の構成の説明に戻る。
図1、2に示すように、エアスライド軸8の後端部(Z軸正方向側の端部)には、プローブ軸測長器20を位置決めして固定するための段差部21が形成されている。
プローブ軸測長器20は、中心軸線Cに沿う方向のエアスライド軸8の基準位置からの移動量を測定することよって、エアスライド軸8の先端部に装着された第2ワークの位置検出を行う装置部分である。
プローブ軸測長器20の具体的な構成としては、中心軸線Cに沿う方向の位置計測が行えれば,特に限定されない。例えば、プローブ軸測長器20として、板状部材からなるガラススケール(基準スケール)20bと、測定機板6に固定されたガラススケールヘッド20aと、を備えた構成が用いられてもよい。この場合、ガラススケール20bは、その一端が例えば、ねじ止めなどによって段差部21に固定されている。
ガラススケールヘッド20aには、ガラススケール20bが往復移動可能に挿通されている。ガラススケールヘッド20aは、ガラススケール20bの移動位置を逐次検出し、後述する制御ユニットに出力する。
このため、プローブ軸測長器20によって、Z軸方向における測定機板6に対するエアスライド軸8の移動位置が検出できるようになっている。
Here, the description returns to the configuration of the air slide shaft 8.
As shown in FIGS. 1 and 2, a step portion 21 for positioning and fixing the probe axis length measuring device 20 is formed at a rear end portion (an end portion in the positive direction of the Z axis) of the air slide shaft 8. ing.
The probe axis length measuring device 20 detects the position of the second work mounted on the tip of the air slide shaft 8 by measuring the amount of movement of the air slide shaft 8 from the reference position in the direction along the central axis C 8 . This is the part of the device that performs.
As a specific configuration of the probe shaft length measuring devices 20, if Okonaere the position measurement in the direction along the central axis C 8, are not particularly limited. For example, a configuration including a glass scale (reference scale) 20 b made of a plate-like member and a glass scale head 20 a fixed to the measuring instrument plate 6 may be used as the probe axis length measuring device 20. In this case, one end of the glass scale 20b is fixed to the step portion 21 by, for example, screwing.
A glass scale 20b is inserted into the glass scale head 20a so as to be able to reciprocate. The glass scale head 20a sequentially detects the movement position of the glass scale 20b and outputs the detected position to a control unit described later.
For this reason, the probe axis length measuring device 20 can detect the moving position of the air slide shaft 8 with respect to the measuring instrument plate 6 in the Z-axis direction.

エアスライド軸8の段差部21の近傍には、中心軸線Cと直交する方向に延びる棒状のストッパハネ22が固定されている。ストッパハネ22は、図2に示すように、X軸方向の長さがエアスライド軸8のX軸方向の幅より長い。ストッパハネ22は、エアスライド軸8に固定された状態では、ストッパハネ22の長手方向の両端はエアスライド軸8よりもX軸正方向およびX軸負方向においてそれぞれ外側に突出している。
ストッパハネ22の近傍において、エアスライド軸8よりもX軸正方向側の測定機板6上には、ストッパ23が設けられている。
図1に示すように、ストッパ23は、X軸方向から見て、Y軸正方向に開口した略U字状(コの字状)に形成されている。ストッパ23の開口の内側には、ストッパハネ22のX軸正方向側の端部が延びている。
このため、ストッパ23は、中心軸線Cに沿う方向にエアスライド軸8が往復移動可能な移動範囲を規制している。これにより、中心軸線Cに沿う方向におけるエアスライド軸8の移動可能範囲は、ストッパ23の両内側壁23aの内側におけるストッパハネ22の移動可能範囲に一致している。
このため、測定機板6が傾斜されたときに、エアスライド軸8が傾斜方向に移動しても、エアスライド軸8がエアスライド軸受9から抜け出すことが防止されている。
In the vicinity of the step portion 21 of the air slide shaft 8, rod-shaped Sutoppahane 22 extending in a direction perpendicular to the center axis C 8 is fixed. 2, the length of the stopper spring 22 in the X-axis direction is longer than the width of the air slide shaft 8 in the X-axis direction. When the stopper spring 22 is fixed to the air slide shaft 8, both ends in the longitudinal direction of the stopper spring 22 project outward from the air slide shaft 8 in the X-axis positive direction and the X-axis negative direction, respectively.
A stopper 23 is provided on the measuring plate 6 near the stopper slide 22 on the X-axis positive direction side of the air slide shaft 8.
As shown in FIG. 1, the stopper 23 is formed in a substantially U-shape (U-shape) opened in the Y-axis positive direction when viewed from the X-axis direction. Inside the opening of the stopper 23, the end of the stopper spring 22 on the X-axis positive direction side extends.
Therefore, the stopper 23, air slide shaft 8 is to restrict the range of movement capable of reciprocating in a direction along the center line C 8. Thus, the movable range of the air slide shaft 8 in the direction along the central axis C 8 is coincident with the movable range of Sutoppahane 22 inside the both inner walls 23a of the stopper 23.
Therefore, even when the air slide shaft 8 moves in the tilt direction when the measuring instrument plate 6 is tilted, the air slide shaft 8 is prevented from falling out of the air slide bearing 9.

図1に示すように、支持部3は、第2移動ステージ27と、保持壁部28と、を備える。
第2移動ステージ27は、基台4上に固定され、保持壁部28を下方から支持している。さらに第2移動ステージ27は、保持壁部28をY軸方向に往復移動させる。第2移動ステージ27は、被測定物Wのy軸方向の幅よりも広い範囲で、保持壁部28をY軸方向に平行移動させることができる。
第2移動ステージ27のZ軸負方向側の基台4上には、第2移動ステージ27のY軸方向の位置を検出する第2軸測長器41が配置されている。
第2軸測長器41の具体的な構成としては、第2移動ステージ27のY軸方向の位置計測が行えれば,特に限定されない。例えば、第2軸測長器41は、第1軸測長器43と同様な構成を有していてもよい。
第2軸測長器41の検出出力は、後述する制御ユニットに送出される。
As shown in FIG. 1, the support unit 3 includes a second moving stage 27 and a holding wall 28.
The second moving stage 27 is fixed on the base 4 and supports the holding wall 28 from below. Further, the second moving stage 27 reciprocates the holding wall portion 28 in the Y-axis direction. Second moving stage 27, in a range wider than the width of the y 1 axially of the workpiece W, it can be moved parallel to the retaining wall portion 28 in the Y-axis direction.
On the base 4 on the Z-axis negative direction side of the second moving stage 27, a second axis length measuring device 41 for detecting the position of the second moving stage 27 in the Y-axis direction is arranged.
The specific configuration of the second axis measuring device 41 is not particularly limited as long as the position of the second moving stage 27 in the Y-axis direction can be measured. For example, the second axis length measuring device 41 may have the same configuration as the first axis length measuring device 43.
The detection output of the second axis length measuring device 41 is sent to a control unit described later.

保持壁部28は、直方体状に形成され、第2移動ステージ27の上部に固定されている。保持壁部28の外壁面のうち、X軸正方向側の側面である前面28aには、第1ワークを保持する第1保持部を取り付けるための取付部28bが設けられている。
取付部28bの具体的な構成は、第1保持部を精度よく着脱できれば、特に制限されない。例えば、取付部28bは、位置決め用の係合部と雌ねじとの組み合わせであってもよいし、位置決めの凹凸嵌合部を含む適宜のマウントで構成されてもよい。
形状測定装置1において、第1保持部は、第1ワークの種類に応じて複数用意されている。いずれの第1保持部も取付部28bと着脱可能に固定する装着部を有している。
The holding wall 28 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and is fixed to an upper portion of the second moving stage 27. A mounting portion 28b for mounting a first holding portion for holding the first work is provided on a front surface 28a, which is a side surface on the X-axis positive direction side, of the outer wall surface of the holding wall portion 28.
The specific configuration of the mounting portion 28b is not particularly limited as long as the first holding portion can be accurately attached and detached. For example, the mounting portion 28b may be a combination of a positioning engaging portion and a female screw, or may be formed of an appropriate mount including a positioning uneven fitting portion.
In the shape measuring device 1, a plurality of first holding units are prepared according to the type of the first work. Each of the first holding portions has a mounting portion that is detachably fixed to the mounting portion 28b.

例えば、図1に示す被測定物ホルダ29は、第1ワークとして被測定物Wを保持するための第1保持部である。以下、被測定物ホルダ29に関連する位置関係については、図1に示すように被測定物ホルダ29が保持壁部28に装着された姿勢に基づいて説明する。   For example, the DUT holder 29 shown in FIG. 1 is a first holder for holding the DUT W as a first work. Hereinafter, the positional relationship related to the DUT holder 29 will be described based on the posture in which the DUT holder 29 is mounted on the holding wall portion 28 as shown in FIG.

被測定物ホルダ29を介して被測定物Wを保持壁部28に取り付けると、被測定物Wは、測定部2側に突出した状態で着脱可能に保持されるようになっている。被測定物Wは軸対称である必要はなく、自由曲面形状のように設計形状が既知のものであればよい。これにより、被測定物ホルダ29によって被測定物Wが保持されると、被測定物Wと測定部2側に設けられたプローブP1とが対向して配されるようになっている。被測定物Wは支持部3を介してy軸移動機構(第2移動ステージ)27によりY軸方向への移動が可能になっている。この被測定物Wの動きを、支持部3近傍に設けられたy測長器(第2軸測長器)41が検出し、この検出結果を後述する演算部(演算手段)26に向けて逐一出力するようになっている。取付部28bには、被測定物ホルダ29を取り外して、図5のようにプローブP1を保持するプローブホルダ30が取り付けられるようになっている。   When the DUT W is attached to the holding wall portion 28 via the DUT holder 29, the DUT W is detachably held while protruding toward the measuring section 2. The DUT W does not need to be axially symmetric, and may have a known design shape such as a free-form surface shape. Thus, when the DUT W is held by the DUT holder 29, the DUT W and the probe P1 provided on the measurement section 2 side are arranged to face each other. The device under test W can be moved in the Y-axis direction by a y-axis moving mechanism (second moving stage) 27 via the support 3. The movement of the object W is detected by a y-length measuring device (second axis length measuring device) 41 provided in the vicinity of the support portion 3 and the detection result is sent to a calculating portion (calculating means) 26 to be described later. They are output one by one. The probe holder 30 holding the probe P1 is attached to the attachment portion 28b by removing the device holder 29, as shown in FIG.

被測定物ホルダ29は、被測定物Wのx軸、y軸、z軸が、それぞれ、形状測定装置1のX軸、Y軸、Z軸に平行になるように、被測定物Wを保持する。
被測定物ホルダ29における被測定物Wの保持手段は特に限定されない。例えば、被測定物ホルダ29は、被測定物Wの外形を把持するチャッキング機構を備えていてもよい。
図示は省略するが、被測定物ホルダ29は、取付部28bに着脱可能に固定するための装着部を有する。
DUT holder 29, x 1 axis of the object W, y 1 axis, z 1 axis, respectively, X-axis of the shape measuring apparatus 1, Y-axis, to be parallel to the Z-axis, the object to be measured Hold W.
The means for holding the DUT W in the DUT holder 29 is not particularly limited. For example, the DUT holder 29 may include a chucking mechanism that grips the outer shape of the DUT W.
Although not shown, the DUT holder 29 has a mounting portion for detachably fixing to the mounting portion 28b.

例えば、図5に示すプローブホルダ30は、第1ワークとしてプローブP1を保持するための第1保持部である。以下、プローブホルダ30の位置関係については、図1に示すようにプローブホルダ30が保持壁部28に装着された姿勢に基づいて説明する。
プローブホルダ30は、プローブP1の球状部10aがZ軸正方向に向いた姿勢で、中心軸線CP1が形状測定装置1のZ軸に平行になるようにプローブP1を保持する。
図6に示すように、プローブホルダ30は、プローブP1の雄ねじ部10bを螺合する雌ねじ部30bを有することによって、プローブP1を保持する。雌ねじ部30bの中心軸線は、プローブホルダ30が保持壁部28に装着された状態では、Z軸に平行になっている。
図示は省略するが、プローブホルダ30は、雌ねじ部30bが形成された側面と反対側の側面に、取付部28bに着脱可能に固定するための装着部を有する。
For example, the probe holder 30 shown in FIG. 5 is a first holding unit for holding the probe P1 as a first work. Hereinafter, the positional relationship of the probe holder 30 will be described based on the posture in which the probe holder 30 is mounted on the holding wall 28 as shown in FIG.
The probe holder 30 holds the probe P1 such that the central axis CP1 is parallel to the Z-axis of the shape measuring device 1 with the spherical portion 10a of the probe P1 facing the positive direction of the Z-axis.
As shown in FIG. 6, the probe holder 30 holds the probe P1 by having the female screw portion 30b into which the male screw portion 10b of the probe P1 is screwed. The center axis of the female screw portion 30b is parallel to the Z axis when the probe holder 30 is mounted on the holding wall portion 28.
Although not shown, the probe holder 30 has a mounting portion on the side surface opposite to the side surface on which the female screw portion 30b is formed for detachably fixing the mounting portion 28b.

プローブホルダ30のZ軸正方向側の側面において、雌ねじ部30bに対するY軸正方向側には、基準マーク30aが設けられている。
基準マーク30aは、プローブP1が雌ねじ部30bに装着される際に、中心軸線CP1回りのプローブP1の回転位置を位置合わせするための参照マークになっている。
以下では、一例として、基準マーク30aは、雌ねじ部30bの中心軸線CとY軸方向に対向する位置に形成されている場合の例で説明する。
On the side surface of the probe holder 30 on the positive side in the Z-axis direction, a reference mark 30a is provided on the positive side in the Y-axis direction with respect to the female screw portion 30b.
Reference mark 30a, the probe P1 is in reference marks for aligning upon being mounted on the female screw portion 30b, a rotational position of the center axis C P1 around the probe P1.
In the following, as an example, the reference mark 30a will be described using an example in the case of being formed at a position facing the central axis C 8 and Y-axis direction of the female screw portion 30b.

例えば、図3に示すように、プローブP1の第1マーク40aがY軸正方向に向くように周方向に基準マーク8bと位置合わせされて、プローブP1がエアスライド軸8に固定された状態を第1取り付け状態と称する。図6に示すように、プローブP1の第2マーク40bがY軸正方向に向くように周方向に基準マーク30aと位置合わせされてプローブホルダ30に固定された状態を第2取り付け状態と称する。
この場合、第2取り付け状態の表面SP1の姿勢は、第1取り付け状態の表面SP1をY軸回りに180°回転した後、Z軸回りに180°回転して得られる姿勢に等しい。このため、第2取り付け状態の表面SP1を適宜平行移動すれば、第2取り付け状態の表面SP1と、第1取り付け状態の表面SP1とは互いに点対称の位置関係になっている。
For example, as shown in FIG. 3, a state where the first mark 40a of the probe P1 is circumferentially aligned with the reference mark 8b so as to face the positive direction of the Y axis, and the probe P1 is fixed to the air slide shaft 8 is shown. This is referred to as a first attachment state. As shown in FIG. 6, a state in which the second mark 40b of the probe P1 is circumferentially aligned with the reference mark 30a and fixed to the probe holder 30 so as to face the positive direction of the Y axis is referred to as a second mounting state.
In this case, the posture of the surface SP1 in the second mounted state is equal to the posture obtained by rotating the surface SP1 in the first mounted state by 180 ° around the Y axis and then by 180 ° around the Z axis. Therefore, if properly translate the surface S P1 of the second mounted state, the surface S P1 of the second mounted state, the surface S P1 of the first mounted state has a positional relationship of point symmetry to each other.

図7に示すように、制御ユニット100は、測定制御部101、面形状データ取得部102、記憶部103、変数変換処理部104、および面形状推定処理部105を備える。
測定制御部101は、形状測定装置1における測定動作全体を制御する。
例えば、測定制御部101は、第1移動ステージ25、第2移動ステージ27、および駆動部24a、24bと通信可能に接続されており、測定制御部101は、第1移動ステージ25、第2移動ステージ27、および駆動部24a、24bに制御信号を送出することによって、それぞれの駆動制御を行う。
As shown in FIG. 7, the control unit 100 includes a measurement control unit 101, a surface shape data acquisition unit 102, a storage unit 103, a variable conversion processing unit 104, and a surface shape estimation processing unit 105.
The measurement control unit 101 controls the entire measurement operation in the shape measurement device 1.
For example, the measurement control unit 101 is communicably connected to the first movement stage 25, the second movement stage 27, and the driving units 24a and 24b, and the measurement control unit 101 is connected to the first movement stage 25 and the second movement stage. By transmitting control signals to the stage 27 and the driving units 24a and 24b, respective driving controls are performed.

次に、上述のように構成された本実施例における形状測定装置1の作用について説明する。本実施例では、2本のスタイラスと1つの被検サンプルを用いた4通りの測定により、被検物形状(スタイラス真球誤差)を抽出する。
本実施例における形状測定装置1の測定手順を概説すると以下のようになる。図8は測定手順のフローチャートであり、図9は、各測定ステップの様子を示す図である。
まず、スタイラスA(プローブP1)により被検サンプル(ワークW)を測定する(第1の三次元測定工程S1)。
続いて、スタイラスB(プローブP2)により同じ被検サンプル(ワークW)を測定する(第2の三次元測定工程S2)。
そして、スタイラスA(プローブP1)をスタイラスB(プローブP2)によって測定する(第3の三次元測定工程S3)。
さらに、スタイラスB(プローブP2)の向きを変え、被検サンプル(ワークW)を所定角度で回転させ、回転後の被検サンプル(ワークW)を測定する(第4の三次元測定工程S4)。
このようにして、4通りの測定で4個の測定結果を得る。
次に、アフィン変換で28個(上述の4個の測定結果×7個のアフィン変換)のデータを作り出す。7個のアフィン変換の条件としては、例えば、−90°回転、90°回転、180°回転、水平方向ミラー反転、垂直方向ミラー反転、水平方向ミラー反転後の−90°回転、水平方向ミラー反転後の90°回転である。
そして、全32個(4個+28個)の測定結果と32個の重みづけ係数の組合せから、制御ユニット100が所定の演算を行うことにより、ワークWの形状を表す真の値に近い値が算出される(演算工程S5)。重み付け係数は、残渣が最小となるように連立方程式を解くことで決定する。
このように、アスコマや球面収差といった典型的な表面形状の誤差を与え係数を求めることで、レンズ加工工程で生じるより現実的なパターンを効果的に抽出することができる。
Next, the operation of the shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment configured as described above will be described. In this embodiment, the shape of the test object (stylus spherical error) is extracted by four types of measurements using two styluses and one test sample.
The outline of the measurement procedure of the shape measuring apparatus 1 in the present embodiment is as follows. FIG. 8 is a flowchart of the measurement procedure, and FIG. 9 is a diagram showing a state of each measurement step.
First, the test sample (work W) is measured by the stylus A (probe P1) (first three-dimensional measurement step S1).
Subsequently, the same test sample (work W) is measured by the stylus B (probe P2) (second three-dimensional measurement step S2).
Then, stylus A (probe P1) is measured by stylus B (probe P2) (third three-dimensional measurement step S3).
Further, the direction of the stylus B (probe P2) is changed, the test sample (work W) is rotated at a predetermined angle, and the rotated test sample (work W) is measured (fourth three-dimensional measurement step S4). .
In this way, four measurement results are obtained in four different measurements.
Next, 28 data (the above four measurement results × 7 affine transformations) are created by affine transformation. Conditions for the seven affine transformations include, for example, -90 ° rotation, 90 ° rotation, 180 ° rotation, horizontal mirror inversion, vertical mirror inversion, -90 ° rotation after horizontal mirror inversion, horizontal mirror inversion. A later 90 ° rotation.
Then, the control unit 100 performs a predetermined operation from the combination of all 32 (4 + 28) measurement results and the 32 weighting coefficients, so that a value close to the true value representing the shape of the work W is obtained. It is calculated (calculation step S5). The weighting coefficient is determined by solving a simultaneous equation so as to minimize the residue.
As described above, a more realistic pattern generated in the lens processing step can be effectively extracted by obtaining a coefficient giving a typical surface shape error such as ascoma or spherical aberration.

なお、アフィン変換の条件は上述のものに限定されない。例えば、180°きざみ、120°きざみ、60°きざみ、45°刻みで行ってもよい。また、アフィン変換の個数は7個に限定されない。   Note that the affine transformation conditions are not limited to those described above. For example, the process may be performed in steps of 180 °, 120 °, 60 °, or 45 °. Further, the number of affine transformations is not limited to seven.

ここで、上記のようにプローブP1,P2を用いてワークWを測定し、その測定結果を求めるための作用について詳説する。   Here, the operation for measuring the work W using the probes P1 and P2 as described above and obtaining the measurement result will be described in detail.

(第1の三次元測定工程)
最初に、雌ねじ部8aに雄ねじ部10bを螺合させることにより、エアスライド軸8にプローブP1を取り付ける。このとき、基準マーク8bとマーキング40とが一致する位置、すなわちマーキング40が上方を向く位置にプローブP1を配置する。また、測定しようとする第1のワークWを被測定物ホルダ29を介して保持壁部28に取り付ける。するとワークWとプローブP1とは、図2に示すように、両者が対向した状態になる。この状態で、駆動部を駆動すると、駆動部24bが駆動させられ、測定機板6が支持部3に向けて傾斜させられると同時に、測定ユニット5もプローブP1側の一端が斜め下方に、プローブ軸測長器20側の他端が斜め上方を向くように傾けられる。そのため、エアスライド軸8が軸方向に沿ってプローブP1側に移動させられると同時に、ストッパハネ22もストッパ23の両内側壁23aの間を移動させられる。
(First three-dimensional measurement step)
First, the probe P1 is attached to the air slide shaft 8 by screwing the male thread 10b into the female thread 8a. At this time, the probe P1 is arranged at a position where the reference mark 8b and the marking 40 match, that is, at a position where the marking 40 faces upward. Further, the first work W to be measured is attached to the holding wall portion 28 via the workpiece holder 29. Then, as shown in FIG. 2, the workpiece W and the probe P1 face each other. In this state, when the driving unit is driven, the driving unit 24b is driven, and the measuring instrument plate 6 is tilted toward the support unit 3, and at the same time, the measuring unit 5 also has the probe P1 side obliquely downward at one end. The other end on the axis length measuring device 20 side is inclined so as to face obliquely upward. Therefore, the air slide shaft 8 is moved toward the probe P1 along the axial direction, and at the same time, the stopper spring 22 is also moved between the inner side walls 23a of the stopper 23.

そして、ストッパハネ22がプローブP1側の内側壁23aに接触すると、エアスライド軸8の移動が止められる。この位置は、プローブP1が、ワークWの表面に最初に接触する初期接触ポイントから、水平方向側方に離された地点となる。つまり、初期状態では、エアスライド軸8が最大ストローク突出したとき、プローブP1が、ワークWの中心を通り且つ軸線Lを含む鉛直平面(以下、基準面という。)から水平方向(図4に示す矢印A方向)側方、すなわち基準面から所定の距離だけ離されたワークWの側方に配置される。そして、この状態、すなわちワークWの側方から、測定機台7が、矢印A方向に基準面側に向けて水平移動を開始する。測定機台7は、一定の距離を高速移動し、所定の地点から低速移動に切り替えられて、さらに、基準面側、すなわちプローブP1が上記初期接触ポイントに向かうよう水平移動しつづける。   When the stopper splash 22 comes into contact with the inner wall 23a on the probe P1 side, the movement of the air slide shaft 8 is stopped. This position is a point at which the probe P1 is horizontally separated from the initial contact point where the probe P1 first contacts the surface of the work W. In other words, in the initial state, when the air slide shaft 8 protrudes the maximum stroke, the probe P1 passes through the center of the work W and extends horizontally from a vertical plane including the axis L (hereinafter, referred to as a reference plane) (see FIG. 4). It is arranged on the side of the work W which is separated from the reference plane by a predetermined distance (in the direction of arrow A). Then, from this state, that is, from the side of the workpiece W, the measuring machine base 7 starts horizontal movement in the direction of arrow A toward the reference plane side. The measuring stand 7 moves at a high speed over a certain distance, is switched from a predetermined point to a low speed movement, and further keeps moving horizontally so that the probe P1 moves toward the initial contact point on the reference plane side.

その結果、プローブP1の球状部10aが、あるタイミングでワークWの初期接触ポイントに所定の接触角を持って接触する。ここで、接触角とは図10(a)に示すように、接触ポイントにおける法線Nと、軸線Lとのなす角θ1を意味している。そして、接触後は、ワークWのなめらかな突出面にならってプローブP1が移動させられる。このプローブP1の移動に合わせて両者の接触ポイントが移動させられるとともに、P1のワークWに対する接触角θ1も漸次変化することになる。そしてプローブP1が所定の地点に到達すると、プローブ軸測長器20によって測定が開始される。さらに、測定機台7の移動により、プローブP1はワークWの最突出部分を通過し、測定の終端方向に向かって水平移動させられる。これら移動により、接触ポイントはプローブP1の球状部10aの表面に一定の軌跡を描くことになる。また、プローブP1はワークWの突出面にならって移動させられるので、エアスライド軸8もそれに応じて軸線L方向に直線移動させられる。   As a result, the spherical portion 10a of the probe P1 contacts the initial contact point of the workpiece W at a certain timing with a predetermined contact angle. Here, the contact angle means an angle θ1 between the normal line N and the axis L at the contact point, as shown in FIG. Then, after the contact, the probe P1 is moved following the smooth protruding surface of the work W. The contact point between the two is moved in accordance with the movement of the probe P1, and the contact angle θ1 of P1 with respect to the work W is also gradually changed. Then, when the probe P1 reaches a predetermined point, measurement is started by the probe axis length measuring device 20. Further, the probe P1 passes through the most protruding portion of the work W and is horizontally moved toward the end of the measurement by the movement of the measuring machine stand 7. By these movements, the contact point draws a fixed trajectory on the surface of the spherical portion 10a of the probe P1. Further, since the probe P1 is moved along the projecting surface of the work W, the air slide shaft 8 is also moved linearly in the direction of the axis L accordingly.

本実施例では、例えば、直径20mmの凸形状のワークWに対して基準面から相対距離10mmになるまで、プローブP1が早送り速度でワークWの側方から水平移動させられる。その地点に到達すると、より低速な毎分2.5mmのアプローチ速度に切り替えられる。そして、基準面から9mm離れた地点でプローブP1がワークWに接触する。このときの接触力は、プローブP1を含む部材の自重の軸方向成分のみによって生じるものとなる。すなわち、プローブP1、エアスライド軸8、ストッパハネ22、ガラス測長器20の総重量が52gf、傾斜角を2分としているので、
52(gf)×sin(2/60)=0.03(gf)
すなわち、約30mgfの接触力となる。
In the present embodiment, for example, the probe P1 is horizontally moved from the side of the workpiece W at a rapid traverse speed until the relative distance from the reference plane to the workpiece W of 20 mm in diameter is 10 mm. Upon reaching that point, the approach speed is switched to a lower approach speed of 2.5 mm per minute. Then, the probe P1 comes into contact with the workpiece W at a point 9 mm away from the reference plane. The contact force at this time is generated only by the axial component of the own weight of the member including the probe P1. That is, since the total weight of the probe P1, the air slide shaft 8, the stopper spring 22, and the glass length measuring device 20 is 52 gf and the inclination angle is 2 minutes,
52 (gf) × sin (2/60) = 0.03 (gf)
That is, the contact force is about 30 mgf.

さらにプローブP1は、ワークWに接触しながら相対移動を続け、ワークWの凸形状によりエアスライド軸8が2mm押し戻された地点でプローブ軸測長器20による測定が開始される。このときには、エアスライド軸8が押し戻されていることから、ストッパハネ22は両内側壁23aから離された状態となる。その後も、プローブP1は、基準面をはさんだ反対側方向に向けて自重の軸方向成分のみによりワークWに接触しながら相対移動を続け、その反対側の所定の地点でワークWから離される。その間、プローブ軸測長器20はエアスライド軸8の位置を検出し続け、制御ユニット100に逐一その情報が出力される。さらに、測定機台7の矢印A方向の移動は、第2軸測長器41によりその位置が検知され、上記と同様、その情報が逐一制御ユニット100に出力される。   Further, the probe P1 continues to relatively move while being in contact with the workpiece W, and measurement by the probe axis length measuring device 20 is started at a point where the air slide shaft 8 is pushed back by 2 mm due to the convex shape of the workpiece W. At this time, since the air slide shaft 8 is pushed back, the stopper spring 22 is in a state of being separated from both inner side walls 23a. Thereafter, the probe P1 keeps moving relative to the work W only in the axial direction of its own weight in the opposite direction across the reference plane while contacting the work W, and is separated from the work W at a predetermined point on the opposite side. During that time, the probe shaft length measuring device 20 continues to detect the position of the air slide shaft 8, and the information is output to the control unit 100 one by one. Further, the position of the movement of the measuring machine stand 7 in the direction of arrow A is detected by the second axis length measuring device 41, and the information is output to the control unit 100 one by one in the same manner as described above.

そして制御ユニット100により、第2軸測長器41からの出力情報が接触角θ1の変化に対応させられることによって、プローブ軸測長器20からの出力情報と第2軸測長器41からの出力情報との関係は、プローブ軸測長器20からの出力情報と接触角θ1との関係に変換され、ワークWの測定結果が接触角θ1に関する関数M(θ1)として求められる。 Then, the output information from the second axis length measuring device 41 and the output information from the second axis length measuring device 41 are made to correspond to the change in the contact angle θ1 by the control unit 100. The relationship with the output information is converted into the relationship between the output information from the probe axis length measuring device 20 and the contact angle θ1, and the measurement result of the work W is obtained as a function M 1 (θ1) related to the contact angle θ1.

測長座標xと接触角度θは、次式で換算できる。ここでRは被測定物の曲率半径を示している。
θ=sin−1(R/x)
尚、接触角θに代替できる変数としては微分係数を用いることができる。自由曲面など曲率半径を持たない被測定物に適用する場合に有効な手段となる。被測定物の三次元形状f(x、y)が既知であれば、微分係数f´(x、y)が接触角θに相当する変数になる。
The measurement coordinate x and the contact angle θ can be converted by the following equation. Here, R indicates the radius of curvature of the measured object.
θ = sin −1 (R / x)
Note that a derivative coefficient can be used as a variable that can be substituted for the contact angle θ. This is an effective means when applied to an object to be measured having no radius of curvature such as a free-form surface. If the three-dimensional shape f (x, y) of the measured object is known, the differential coefficient f ′ (x, y) becomes a variable corresponding to the contact angle θ.

(第2の三次元測定工程)
次いで、プローブP1を雌ねじ部8aから取り外し、プローブP2を取り付ける。そして、プローブP2を用いて、ワークWを再度、上記と同様の作用により測定する。これにより得られた測定結果を制御ユニット100が処理することにより、ワークWの測定結果がプローブP2とワークWとの接触点におけるプローブP2の接触角θ2(図10(b)参照)に関する関数M(θ2)として求められる。
(Second three-dimensional measurement step)
Next, the probe P1 is removed from the female screw portion 8a, and the probe P2 is attached. Then, using the probe P2, the work W is measured again by the same operation as described above. The control unit 100 processes the measurement result obtained by this, and the measurement result of the work W becomes a function M related to the contact angle θ2 of the probe P2 at the contact point between the probe P2 and the work W (see FIG. 10B). 2 (θ2).

(第3の三次元測定工程)
その後、ワークWを保持壁部28から取り外し、その代わりに上記の測定の際に用いたプローブP1をプローブホルダ30を介して改めて取り付ける。このときも、ホルダ用マーキング(基準マーク)30aとマーキング40とが一致する位置、すなわちマーキング40が上方を向く位置にプローブP1を配置する。これにより、プローブP1は、エアスライド軸8およびプローブホルダ30への取り付けに際して、常にマーキング40が上方を向くように取り付けられる。そのため、両プローブP1,P2を用いてワークWを測定するときの両プローブP1,P2のワークWへのそれぞれの接触ポイントと、プローブP2を用いてプローブP1を測定するときの互いの接触ポイントとがそれぞれ等しくなり、それら接触ポイントが、球状部10aの表面において、同一軌跡上を移動することになる。つまり、両プローブP1,P2は、測定の際、常に同じ軌跡上で接触させられる。プローブP1を保持壁部ホルダ28に取り付けると、このプローブP1とエアスライド軸8に取り付けられているプローブP2とは、図1に示すように、両者が対向するように配される。この状態から、プローブP1を上記と同様の作用により測定する。
(Third three-dimensional measurement step)
Thereafter, the workpiece W is removed from the holding wall portion 28, and the probe P1 used for the above measurement is attached again via the probe holder 30 instead. Also at this time, the probe P1 is arranged at a position where the holder marking (reference mark) 30a and the marking 40 match, that is, at a position where the marking 40 faces upward. Thus, the probe P1 is attached such that the marking 40 always faces upward when the probe P1 is attached to the air slide shaft 8 and the probe holder 30. Therefore, the respective contact points of the probes P1 and P2 with the workpiece W when measuring the workpiece W using both probes P1 and P2, and the mutual contact points when measuring the probe P1 using the probe P2. Are equal, and the contact points move on the same trajectory on the surface of the spherical portion 10a. That is, the probes P1 and P2 are always brought into contact on the same trajectory during measurement. When the probe P1 is mounted on the holding wall holder 28, the probe P1 and the probe P2 mounted on the air slide shaft 8 are arranged so as to face each other as shown in FIG. From this state, the probe P1 is measured by the same operation as described above.

測定原理上プローブ曲率半径の制約は設けないが、プローブ同士を測定する状態を鑑みて、いずれかひとつのプローブ曲率半径は0.5mm以上あることが望ましい。その場合、もう他方のプローブは曲率半径2umのダイヤスタイラスとすることが望ましい。また、プローブは球体に特定する必要はない。被測定物同様に既知の設計形状であれば本測定原理が適用できる。これにより得られた測定結果を制御ユニット100が処理することにより、プローブP1の測定結果がプローブP2とプローブP1との接触点におけるプローブP2の接触角θ3(図10(c)参照)に関する関数M(θ3)として求められる。 Although there is no restriction on the radius of curvature of the probe in terms of the measurement principle, it is preferable that any one of the probes has a radius of curvature of 0.5 mm or more in view of the state of measurement between probes. In this case, it is desirable that the other probe is a diamond stylus having a radius of curvature of 2 μm. Also, the probe need not be specific to a sphere. The present measurement principle can be applied to a known design shape similarly to the measured object. The control unit 100 processes the measurement result obtained by this, and the measurement result of the probe P1 becomes a function M related to the contact angle θ3 of the probe P2 at the contact point between the probe P2 and the probe P1 (see FIG. 10C). 3 (θ3).

(第4の三次元測定工程)
次に、スタイラスB(プローブP2)の向きを変え(反転し)、被検サンプル(ワークW)を所定角度で回転させた後、スタイラスB(プローブP2)により回転後の被検サンプル(ワークW)を測定し、上記と同様の作用により測定する。これにより得られた測定結果を制御ユニット100が処理することにより、ワークWの測定結果がプローブP2とワークWとの接触点におけるプローブP2の接触角θ4に関する関数M(θ4)として求められる。
(Fourth three-dimensional measurement step)
Next, the direction of the stylus B (probe P2) is changed (reversed), the test sample (work W) is rotated at a predetermined angle, and then the test sample (work W) rotated by the stylus B (probe P2). ) Is measured, and measured by the same operation as described above. The control unit 100 processes the obtained measurement result, and the measurement result of the work W is obtained as a function M 4 (θ4) relating to the contact angle θ4 of the probe P2 at the contact point between the probe P2 and the work W.

なお、被検サンプル(ワークW)を回転させる角度は、例えばZ軸中心で180°または90°である。なお、第4面形状データを得る測定方法は、これに限定されない。例えば、スタイラスBと被検サンプルWの少なくとも一方が90°回転または−90°回転していてもよい。
すなわち、第4の三次元測定工程では、スタイラスB(プローブP2)と被検サンプル(ワークW)の少なくとも一方の向きを変えた状態で、スタイラスB(プローブP2)により被検サンプル(ワークW)を測定する。
The angle at which the test sample (work W) is rotated is, for example, 180 ° or 90 ° around the Z-axis. The measuring method for obtaining the fourth surface shape data is not limited to this. For example, at least one of the stylus B and the test sample W may be rotated 90 ° or −90 °.
That is, in the fourth three-dimensional measurement step, the sample (work W) is detected by the stylus B (probe P2) in a state where at least one of the stylus B (probe P2) and the sample to be tested (work W) is turned. Is measured.

次に、上記の作用により求められた4個の測定結果(第1〜第4面形状データ)の各々に対応する4個の関数M〜Mから、ワークWの真の値を演算するための処理について説明する。
プローブP1,P2の球状部10aには、製造上、微細な真球度の誤差、すなわち球状部10aの設計形状に対する形状誤差が発生しているおそれがある。そのため、測定結果としての4個の関数は、これら形状誤差が含まれたものとなる。また、ワークWにも、設計形状に対して形状誤差が生じている。
Next, the four function M 1 ~M 4 corresponding to each of the above four measurement results obtained by the action (first to fourth surface shape data), calculates the true value of the work W Will be described.
The spherical portions 10a of the probes P1 and P2 may have a small sphericity error due to manufacturing, that is, a shape error with respect to the design shape of the spherical portion 10a. Therefore, the four functions as measurement results include these shape errors. The workpiece W also has a shape error with respect to the design shape.

以下の実施例では、MからMすべての測定において、スタイラス側(上部につく側)はY軸周りに180°回転させたように動かし、触針としての使用を前提とした。また、被検サンプル側(object side)はM〜Mまでは回転せず、Mで被検サンプルをZ軸中心に回転させた状態での測定とした。この姿勢に応じた測定結果M〜Mは以下のように表現することができる。 In the following examples, in the measurement from M 1 M 4 in all, the stylus side (the side to get the top) is moved as rotated by 180 ° about the Y axis, based on the use of a stylus. Further, the test sample side (object side) does not rotate until M 1 ~M 3, was measured in a state where the test sample is rotated in the Z-axis center at M 4. The measurement results M 1 to M 4 according to this posture can be expressed as follows.

Figure 2020020647
Figure 2020020647

ここでθx、θyはプローブ接触点における接触角で、f(x,y)は設計形状である。また、曲率半径の異なる大きさのものを測定するので、演算する場合にはx−y座標ではなく、以下の式を用いて傾斜角度θに換算(変換)した座標で行う。   Here, θx and θy are contact angles at the probe contact point, and f (x, y) is a design shape. In addition, since the measurement is performed for the one having a different radius of curvature, the calculation is performed not by the xy coordinate but by the coordinate converted (converted) into the inclination angle θ using the following equation.

Figure 2020020647
Figure 2020020647

〜Mは、4個の測定結果(第1〜第4面形状データ)の各々に対応する関数である。AはスタイラスAに対応する関数であり、BはスタイラスBに対応する関数であり、Cは被検サンプルWに対応する関数である。本実施例では、関数M〜Mと関数A〜Cとの対応は、以下の表のようになる。 M 1 to M 4 are functions corresponding to each of the four measurement results (first to fourth surface shape data). A is a function corresponding to the stylus A, B is a function corresponding to the stylus B, and C is a function corresponding to the test sample W. In this embodiment, the correspondence between the function M 1 ~M 4 and functions A~C is given by the following table.

Figure 2020020647
Figure 2020020647

(第1面形状データ)は、スタイラスAをY軸まわりに180°回転して、スタイラスAで被検サンプルWを測定することにより得ている。
(第2面形状データ)は、スタイラスBをY軸まわりに180°回転して、スタイラスBで被検サンプルWを測定することにより得ている。
(第3面形状データ)は、スタイラスAをY軸まわりに180°回転して、スタイラスAでスタイラスBを測定することにより得ている。
(第4面形状データ)は、被検サンプルWをZ軸まわりに−90°回転して、スタイラスで被検サンプルWを測定することにより得ている。なお、Mの測定方法は、これに限定されない。
M 1 (first surface shape data) is obtained by rotating the stylus A by 180 ° around the Y axis and measuring the test sample W with the stylus A.
M 2 (second surface shape data) is obtained by rotating the stylus B by 180 ° around the Y axis and measuring the test sample W with the stylus B.
M 3 (third surface shape data) is obtained by rotating stylus A by 180 ° around the Y axis and measuring stylus B with stylus A.
M 4 (fourth surface shape data) is obtained by rotating the test sample W by −90 ° around the Z axis and measuring the test sample W with a stylus. The measurement method of M 4 is not limited thereto.

(演算工程)
上記の作用により求められた4個の測定結果に対して、7通りのアフィン変換を行い、元のデータ(測定データ)4個+アフィン変換で得られた数値データ28個の合計32個のデータを得る。元のデータ(測定データ)を、移動しない(無変換の)アフィン変換を行ったものであると考えると、8通りのアフィン変換を行ったと考えることもできる。
(Calculation process)
Seven kinds of affine transformations are performed on the four measurement results obtained by the above operation, and a total of 32 data of 4 original data (measurement data) +28 numerical data obtained by the affine transformation Get. If it is considered that the original data (measurement data) is obtained by performing an affine transformation that does not move (no conversion), it can be considered that eight kinds of affine transformations have been performed.

4個の測定データ(M〜M)の各々に対して8通りのアフィン変換(測定データ+7通りのアフィン変換)を施した結果の加重平均から被測定物Wの形状Cを求める式を、以下のように定義する。 Four measurement data (M 1 ~M 4) each determine the shape C of the workpiece W from the weighted average of the results obtained by performing the affine transformation of the eight (affine transformation of the measured data +7 patterns) with respect to the formula Is defined as follows.

Figure 2020020647
Figure 2020020647

i,jは重みづけ係数である。被測定物Wの形状Cを求めるには、重みづけ係数wi,jを決定する必要がある。ここで(X、Y)は90度と反転を組み合わせた放射状に位置する8つの座標の一つを表している。
以下の式(4)におけるX、Yは、無変換(元のデータ)、180°回転、X反転(水平方向ミラー反転)、Y反転(垂直方向ミラー反転)、+90°回転、−90°回転、X反転+90°(水平方向ミラー反転後の+90°回転)、X反転−90°(水平方向ミラー反転後の−90°回転)の8通りのアフィン変換に相当する座標である。jは8通りのアフィン変換に対応するインデックスである。
w i, j is a weighting coefficient. In order to determine the shape C of the device under test W, it is necessary to determine the weighting coefficients w i, j . Here, (X 1 , Y 1 ) represents one of eight radially located coordinates obtained by combining 90 degrees and inversion.
X and Y in the following equation (4) are no conversion (original data), 180 ° rotation, X inversion (horizontal mirror inversion), Y inversion (vertical mirror inversion), + 90 ° rotation, and −90 ° rotation. , X inversion + 90 ° (+ 90 ° rotation after horizontal mirror inversion), and X inversion −90 ° (−90 ° rotation after horizontal mirror inversion). j is an index corresponding to eight affine transformations.

Figure 2020020647
Figure 2020020647

以下の表2におけるf、mx、my、rp、rm、rot、mxp、mxmは、それぞれ、無変換(元のデータ)、X反転(水平方向ミラー反転)、Y反転(垂直方向ミラー反転)、+90°回転、−90°回転、180°回転、X反転と90°回転の組合せ、X反転と-90度回転の組合せ、の8通りのアフィン変換に相当するインデックス変換である。   In Table 2 below, f, mx, my, rp, rm, rot, mxp, and mxm represent no conversion (original data), X inversion (horizontal mirror inversion), Y inversion (vertical mirror inversion), Index conversion corresponding to eight types of affine transformations of + 90 ° rotation, −90 ° rotation, 180 ° rotation, a combination of X inversion and 90 ° rotation, and a combination of X inversion and −90 ° rotation.

Figure 2020020647
Figure 2020020647

式(1)を用いて式(2)のCを展開すると、以下の式(5)のようになる。   Expanding C in equation (2) using equation (1) gives equation (5) below.

Figure 2020020647
Figure 2020020647

式(5)を、A、B、Cそれぞれについてまとめると、以下の式(6)のようになる。   Formula (5) can be summarized as the following formula (6) for each of A, B, and C.

Figure 2020020647
Figure 2020020647

式(6)は恒等式なので、以下の式(7)を満たす。   Since the equation (6) is an identity, the following equation (7) is satisfied.

Figure 2020020647
Figure 2020020647

同様に、C(Xk、Yk)(k=2,3,…,8)について3式を導出することで、全192通りの連立方程式が得られる。最小二乗法により、これら条件過多連立方程式を解くことで重みづけ係数wi,jを決定し、被測定物Wの形状Cを求める式が完成する。そして、全32個の測定結果と32個の重みづけ係数の組合せから、制御ユニット100が所定の演算を行うことにより、被測定物(ワーク)Wの形状Cを表す真の値に近い値が算出される。 Similarly, by deriving three equations for C (X k , Y k ) (k = 2, 3,..., 8), a total of 192 simultaneous equations can be obtained. By solving the simultaneous equations with excessive conditions by the least-squares method, the weighting coefficients w i, j are determined, and the formula for obtaining the shape C of the DUT W is completed. Then, the control unit 100 performs a predetermined calculation from the combination of all 32 measurement results and 32 weighting coefficients, so that a value close to the true value representing the shape C of the workpiece (work) W is obtained. Is calculated.

上述の説明では、7通りのアフィン変換を施す場合について説明したが、アフィン変換の個数は7個に限定されない。アフィン変換の種類についても、上述の例に限定されない。また、上述の演算方法および数式は一例であり、本発明は上述の演算方法および数式に限定されない。   In the above description, a case has been described in which seven types of affine transformations are performed, but the number of affine transformations is not limited to seven. The type of affine transformation is not limited to the above example. Further, the above-described calculation method and mathematical formula are examples, and the present invention is not limited to the above-described calculation method and mathematical formula.

本実施例においては、基準球を用いたプローブ形状の校正などを行なわずとも、直接ワークWの形状を求めることができるという利点がある。また、形状誤差を有するプローブを用いて行なった測定結果から、簡単な演算によりワークWの形状を求めることができるという利点も有する。   In the present embodiment, there is an advantage that the shape of the workpiece W can be directly obtained without performing calibration of the probe shape using the reference sphere. Further, there is an advantage that the shape of the workpiece W can be obtained by a simple calculation from a measurement result performed using a probe having a shape error.

以上より、本実施例における形状測定装置1によれば、基準球を使わずに、ワークWの形状を表す真の値の近似値を容易に算出することができる。また、必ずしも同一測定座標を用いなくともよい。
なお、上記各実施形態の説明において、プローブP1、プローブP2は入れ替え可能である。
プローブP1およびプローブP2の先端は尖っていてもよいし、ボール状(球状部が設けられている)であってもよい。ただし、プローブP1およびプローブP2の両方の先端が尖っている場合は、第3の三次元測定工程を行うことが難しいので、不適当である。
As described above, according to the shape measuring apparatus 1 of the present embodiment, an approximate value of a true value representing the shape of the workpiece W can be easily calculated without using the reference sphere. Further, it is not always necessary to use the same measurement coordinates.
In the description of each of the above embodiments, the probe P1 and the probe P2 are interchangeable.
The tips of the probes P1 and P2 may be pointed or may be ball-shaped (provided with a spherical portion). However, if the tips of both the probe P1 and the probe P2 are sharp, it is inappropriate because the third three-dimensional measurement step is difficult to perform.

以上、本発明の好ましい各実施形態、各実施例を説明したが、本発明はこれらの各実施形態、各実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
The preferred embodiments and examples of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments and examples. Additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configuration can be made without departing from the spirit of the present invention.
The present invention is not limited by the above description but is limited only by the appended claims.

1…形状測定装置、2…測定部、3…支持部、4…基台、5…測定ユニット、6…測定機板、7…測定機台、8…エアスライド軸、8a…雌ねじ部(第2保持部)、8b…基準マーク、9…エアスライド軸受、10a…球状部、10b…雄ねじ部、10c…プローブ軸、10d…球状部10、20…プローブ軸測長器(ガラス測長器)、20a…ガラススケールヘッド、20b…基準スケール(ガラススケール)、21…段差部、22…ストッパハネ、23…ストッパ、23a…両内側壁、24a、24b…駆動部、25…第1移動ステージ、26…演算部(演算手段)、27…第2移動ステージ(y軸移動機構)、28…保持壁部(保持壁部ホルダ)、28a…前面、28b…取付部、29…被測定物ホルダ(第1保持部)、30…プローブホルダ(第1保持部)、30a…基準マーク(ホルダ用マーキング)、30b…雌ねじ部、40…マーキング、40a…第1マーク、40b…第2マーク、41…第2軸測長器(y測長器)、43…第1軸測長器、100…制御ユニット、101…測定制御部、102…面形状データ取得部、103…記憶部、104…変数変換処理部、105…面形状推定処理部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Shape measuring device, 2 ... Measuring part, 3 ... Support part, 4 ... Base, 5 ... Measuring unit, 6 ... Measuring machine board, 7 ... Measuring machine stand, 8 ... Air slide shaft, 8a ... Female screw part (No. 2b) Reference mark, 9b Air slide bearing, 10a spherical part, 10b male screw part, 10c probe axis, 10d spherical part 10, 20 probe length measuring instrument (glass measuring instrument) , 20a: glass scale head, 20b: reference scale (glass scale), 21: stepped portion, 22: stopper spring, 23: stopper, 23a: both inner side walls, 24a, 24b: drive unit, 25: first moving stage, 26 ... Arithmetic operation unit (arithmetic means), 27 second moving stage (y-axis moving mechanism), 28 holding wall (holding wall holder), 28a front surface, 28b mounting unit, 29 subject holder (second 1 holding part), 30 ... pro Holder (first holding part), 30a: reference mark (marker for holder), 30b: female screw part, 40: marking, 40a: first mark, 40b: second mark, 41: second axis measuring device (y measurement) 43 ... first axis length measuring device, 100 ... control unit, 101 ... measurement control unit, 102 ... surface shape data acquisition unit, 103 ... storage unit, 104 ... variable conversion processing unit, 105 ... surface shape estimation process Department

Claims (4)

設計形状が既知である被測定物にプローブを接触させて、被測定物の表面を少なくとも異なる2方向に走査して三次元表面形状を評価する形状測定方法において、
前記プローブを支持するプローブ支持手段に第1のプローブを装着し、前記被測定物を支持する被測定物支持手段に支持された被測定物の三次元表面形状を測定して第1面形状データを得る第1の三次元形状測定工程と、
前記プローブ支持手段に第2のプローブを装着し、前記被測定物支持手段に支持された前記被測定物の三次元表面形状を測定して第2面形状データを得る第2の三次元測定工程と、
前記プローブ支持手段に前記第2のプローブを装着した状態で、前記被測定物支持手段に支持された前記第1のプローブの三次元形状を測定して第3面形状データを得る第3の三次元測定工程と、
前記第2のプローブと前記被測定物の少なくとも一方の向きを変えた状態で、前記プローブ支持手段に前記第2のプローブを装着し、前記被測定物支持手段に支持された前記被測定物の三次元表面形状を測定して第4面形状データを得る第4の三次元形状測定工程と、
前記第1面形状データ、前記第2面形状データ、前記第3面形状データ、および前記第4面形状データに基づいて、前記被測定物の表面形状を算出する演算工程と、
を備える形状測定方法。
In a shape measurement method for evaluating a three-dimensional surface shape by bringing a probe into contact with a measured object whose design shape is known, and scanning the surface of the measured object in at least two different directions.
A first probe is mounted on probe support means for supporting the probe, and a three-dimensional surface shape of the object to be measured supported by the object support means for supporting the object is measured to obtain first surface shape data. A first three-dimensional shape measurement step of obtaining
A second three-dimensional measuring step of attaching a second probe to the probe support means and measuring a three-dimensional surface shape of the object supported by the object support means to obtain second surface shape data When,
A third tertiary method for measuring a three-dimensional shape of the first probe supported by the object-to-be-measured in a state where the second probe is mounted on the probe supporting means to obtain third surface shape data; Original measurement process,
With the direction of at least one of the second probe and the device under test changed, the second probe is mounted on the probe support means, and the device under test supported by the device under test support is A fourth three-dimensional shape measurement step of measuring a three-dimensional surface shape to obtain fourth surface shape data;
A calculating step of calculating a surface shape of the DUT based on the first surface shape data, the second surface shape data, the third surface shape data, and the fourth surface shape data;
A shape measuring method comprising:
前記演算工程において、前記第1面形状データ、前記第2面形状データ、前記第3面形状データ、および前記第4面形状データに対して複数のアフィン変換を施した結果の加重平均から前記被測定物の表面形状を算出する、請求項1に記載の形状測定方法。   In the calculating step, the weighted average of a result of performing a plurality of affine transformations on the first surface shape data, the second surface shape data, the third surface shape data, and the fourth surface shape data is used. The shape measuring method according to claim 1, wherein a surface shape of the measurement object is calculated. 前記第4の三次元形状測定工程において、前記第2のプローブと前記被測定物の少なくとも一方は、中心軸周りに90°回転または−90°回転している状態である、請求項1に記載の形状測定方法。   The at least one of the second probe and the object to be measured in the fourth three-dimensional shape measuring step is in a state of being rotated 90 ° or −90 ° around a central axis. Shape measurement method. 設計形状が既知の被測定面を有する被測定物に設計形状が既知のプローブ面を有するプローブを接触させて、前記被測定面の三次元的な表面形状を測定する形状測定装置であって、
第1表面を有する第1ワークを保持する第1保持部と、
凸形状の第2表面を有する第2ワークを保持する第2保持部と、
前記第1保持部および前記第2保持部を、測定基準面の法線である測定基準軸線に沿う方向および前記測定基準軸線に直交し互いに交差する少なくとも2方向に相対平行移動可能に移動する移動機構と、
前記第1表面に前記第2表面を当接させた状態で前記第1ワークおよび前記第2ワークを相対平行移動させ、前記第2ワークの代表点の3次元的な移動軌跡を前記第2表面の設計形状に基づいて換算することによって前記第1表面の面形状データを取得する面形状データ取得部と、
前記第1ワークとして前記被測定面を前記第1表面とする前記被測定物が前記第1保持部に保持され、前記第2ワークとして設計形状が既知の凸面で構成された第1プローブ面を前記第2表面として有する第1プローブを前記被測定物に対して第1測定姿勢で前記第2保持部に保持された場合に、前記面形状データである第1面形状データを取得し、
前記第1ワークとして前記被測定面を前記第1表面とする前記被測定物が前記第1保持部に保持され、前記第2ワークとして設計形状が既知の凸面で構成された第2プローブ面を前記第2表面として有する第2プローブを前記被測定物に対して第2測定姿勢で前記第2保持部に保持された場合に、前記面形状データである第2面形状データを取得し、
前記第1面形状データの取得時の前記第1表面に対する相対平行移動の各正方向と、前記第2面形状データの取得時の前記第2表面に対する相対平行移動の各正方向とが、互いに一致するように、前記第1ワークとして前記第1プローブを、前記第2ワークとして第2プローブを、それぞれ保持された場合に、前記面形状データである第3面形状データを取得し、
前記第2プローブと前記被測定物の少なくとも一方の向きを変えた状態で、前記第1ワークとして前記被測定物が前記第1保持部に保持され、前記第2ワークとして前記第2プローブを前記被測定物に対して第3測定姿勢で前記第2保持部に保持された場合に、前記面形状データである第4面形状データを取得する、
測定制御部と、
前記第1面形状データ、前記第2面形状データ、および前記第3面形状データをそれぞれ記憶する記憶部と、
前記第1面形状データ、前記第2面形状データ、および前記第3面形状データを、各測定位置における設計上の法線と前記測定基準軸線とのなす角である接触角の関数に変換する変数変換処理部と、
前記変数変換処理部によって変数変換された前記第1面形状データ、前記第2面形状データ、および前記第3面形状データを演算処理することによって、前記被測定面、第1プローブ面、および前記第2プローブ面の少なくとも一つの真の面形状を推定する面形状推定処理部と、
を備える形状測定装置。
A shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional surface shape of the measured surface, by contacting a probe having a known probe surface with the designed shape having a known measured surface having a known measured shape,
A first holding unit that holds a first work having a first surface;
A second holding unit that holds a second work having a convex second surface;
Movement for moving the first holding part and the second holding part so as to be relatively parallel movable in a direction along a measurement reference axis which is a normal line of a measurement reference plane and in at least two directions orthogonal to the measurement reference axis and intersecting each other. Mechanism and
The first work and the second work are relatively translated in a state where the second surface is in contact with the first surface, and a three-dimensional movement locus of a representative point of the second work is defined on the second surface. A surface shape data acquisition unit that acquires surface shape data of the first surface by converting based on the design shape of
The object to be measured having the surface to be measured as the first surface as the first work is held by the first holding portion, and the first probe surface formed by a convex surface having a known design shape is used as the second work. When the first probe having the second surface is held in the second holding unit in the first measurement posture with respect to the object to be measured, first surface shape data that is the surface shape data is obtained;
The object to be measured having the surface to be measured as the first surface as the first work is held by the first holding portion, and the second probe surface formed by a convex surface having a known design shape is used as the second work. When the second probe having the second surface is held by the second holding portion in the second measurement posture with respect to the object to be measured, second surface shape data that is the surface shape data is obtained;
Each positive direction of relative translation with respect to the first surface when acquiring the first surface shape data and each positive direction of relative translation with respect to the second surface when acquiring the second surface shape data are mutually different. In order to match, when the first probe is held as the first work and the second probe is held as the second work, third surface shape data that is the surface shape data is acquired,
In a state in which at least one of the second probe and the object to be measured is turned, the object to be measured is held as the first work by the first holding unit, and the second probe is used as the second work. Acquiring the fourth surface shape data, which is the surface shape data, when the object to be measured is held by the second holding unit in the third measurement posture.
A measurement control unit;
A storage unit that stores the first surface shape data, the second surface shape data, and the third surface shape data,
The first surface shape data, the second surface shape data, and the third surface shape data are converted into a function of a contact angle, which is an angle between a design normal at each measurement position and the measurement reference axis. A variable conversion processing unit;
By subjecting the first surface shape data, the second surface shape data, and the third surface shape data subjected to variable conversion by the variable conversion processing unit to arithmetic processing, the measured surface, the first probe surface, and the A surface shape estimation processing unit that estimates at least one true surface shape of the second probe surface;
A shape measuring device comprising:
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