JP2020056735A - Shape measurement method, shape measurement device, and article manufacturing method - Google Patents

Shape measurement method, shape measurement device, and article manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2020056735A
JP2020056735A JP2018188694A JP2018188694A JP2020056735A JP 2020056735 A JP2020056735 A JP 2020056735A JP 2018188694 A JP2018188694 A JP 2018188694A JP 2018188694 A JP2018188694 A JP 2018188694A JP 2020056735 A JP2020056735 A JP 2020056735A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measured
measurement data
shape
measurement
circumference
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018188694A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
保坂 光太郎
Kotaro Hosaka
光太郎 保坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2018188694A priority Critical patent/JP2020056735A/en
Publication of JP2020056735A publication Critical patent/JP2020056735A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

To provide a shape measurement method capable of performing precise shape measurement capable of effectively using multiple measurement results with different measurement directions such as a cross-section measurement, a circumference measurement for example while ensuring the measurement accuracy.SOLUTION: The shape measurement device has a linear stage, a rotary stage, and a probe. Using the shape measurement device, a piece of circumference measurement data is acquired by measuring along the multiple circumferential directions around the rotation axis of an object to be measured as the center (S201). Also, using the shape measurement device, a piece of diameter measurement data is acquired by measuring along multiple diameter directions at the indexing angle of multiple around the rotation axis of an object to be measured (S202). Using the circumference measurement data, an error in the diameter measurement data is corrected (S204, S205), and using the corrected data, an error in the circumference measurement data is corrected(S206).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、被測定物を直線移動させる直動ステージと、被測定物を回転軸を中心に回転移動させる回転ステージと、被測定物を倣い測定するプローブと、を用いて形状測定を行う形状測定方法、形状測定装置、および物品の製造方法に関する。   The present invention provides a shape for performing shape measurement using a translation stage that linearly moves an object to be measured, a rotary stage that rotationally moves the object to be measured around a rotation axis, and a probe that traces the object to be measured. The present invention relates to a measuring method, a shape measuring device, and a method for manufacturing an article.

一般に、回転対称な形状を有する光学素子、例えば非球面レンズの表面形状を測定する場合、接触ないし非接触式のプローブをレンズ表面に倣い移動させ、その移動軌跡から表面形状を測定する形状測定装置が知られている。この種の形状測定装置は、例えばワーク表面を移動させる軸と、ワークの表面にプローブを位置決めする軸、のように最低2軸を備えた門型のステージと、その下部に配置されたワークを回転させる回転軸とを備える。   In general, when measuring the surface shape of an optical element having a rotationally symmetric shape, for example, an aspherical lens, a shape measuring device that moves a contact or non-contact type probe along the lens surface and measures the surface shape from the movement locus. It has been known. This type of shape measuring apparatus includes, for example, a portal stage having at least two axes such as an axis for moving a work surface and an axis for positioning a probe on the work surface, and a work arranged at a lower part thereof. And a rotating shaft for rotating.

この種の形状測定装置では、図15に示すようにプローブをワーク1509に接触させ、X軸ステージスライダを駆動してプローブを表面に倣い移動させ、ワークの断面測定を行う。続いて、回転ステージを任意の角度だけ駆動し、ワークを回転させ、同様にX軸ステージスライダを駆動してワークの断面測定を行う。この回転ステージの駆動とX軸ステージスライダの駆動を任意の回数繰り返して、例えば、回転ステージを半回転分回転させると、図15に示すようにワークに対して複数本の断面測定が実施される。   In this type of shape measuring apparatus, as shown in FIG. 15, a probe is brought into contact with a work 1509, and an X-axis stage slider is driven to move the probe following a surface, thereby measuring a cross section of the work. Subsequently, the rotary stage is driven by an arbitrary angle to rotate the work, and similarly, the X-axis stage slider is driven to measure the cross section of the work. The drive of the rotary stage and the drive of the X-axis stage slider are repeated an arbitrary number of times. For example, when the rotary stage is rotated by a half turn, a plurality of cross-sectional measurements are performed on the work as shown in FIG. .

また、別の手法によると、図16に示すようにX軸ステージスライダとZ軸ステージスライダを駆動して、プローブを例えばワーク1509のほぼ外周近くに接触させる。そして回転ステージを駆動しワーク1509を回転させて一周させ、一周分の周測定データに相当するものとして、回転ステージの回転角度データとZ軸ステージスライダの位置データを取得する。続いて、X軸ステージスライダを駆動してプローブをワーク1509の中心方向へ任意の量を移動させる。そして、同様に回転ステージを回転駆動し、プローブにワーク1509を一周させ、回転ステージの回転角度データとZ軸ステージスライダの位置データを取得する。以上のX軸ステージスライダの移動と回転ステージの回転を繰り返すことにより、図16に示すように同心円状の複数本の周測定の形態で、ワーク1509の面測定が行われる。   Further, according to another method, as shown in FIG. 16, the X-axis stage slider and the Z-axis stage slider are driven to bring the probe into contact with, for example, substantially the outer periphery of the work 1509. Then, the rotary stage is driven to rotate the work 1509 to make one rotation, and the rotation angle data of the rotary stage and the position data of the Z-axis stage slider are acquired as equivalent to the circumference measurement data for one rotation. Subsequently, the X-axis stage slider is driven to move the probe by an arbitrary amount toward the center of the work 1509. Then, similarly, the rotary stage is driven to rotate, the probe makes the work 1509 make one round, and the rotation angle data of the rotary stage and the position data of the Z-axis stage slider are acquired. By repeating the movement of the X-axis stage slider and the rotation of the rotary stage, the surface measurement of the workpiece 1509 is performed in the form of a plurality of concentric circumference measurements as shown in FIG.

しかし、上記のような従来の測定手法によると、時間経過、それに伴なうドリフトによって形状に誤差が生じてしまう可能性がある。この点に鑑み、下記の特許文献1、2のように、対象ワーク表面をプローブがトレースする間に温度等のドリフトで生じる形状誤差を補正する手法が提案されている。   However, according to the conventional measurement method as described above, there is a possibility that an error occurs in the shape due to the passage of time and the accompanying drift. In view of this point, as described in Patent Documents 1 and 2 below, a method for correcting a shape error caused by a drift such as a temperature while a probe traces the surface of a target work has been proposed.

また、上記のような従来の測定手法によると、ワークの面測定のZ軸と、ワークの回転軸が厳密に一致していない場合に誤差が発生する可能性がある。この回転軸の不一致により形状測定に誤差が発生するため、下記の特許文献3のように、断面測定の座標における周回転の回転軸の位置を特定し、補正する手法が提案されている。   Further, according to the above-described conventional measurement method, an error may occur when the Z axis of the surface measurement of the work does not exactly coincide with the rotation axis of the work. Since an error occurs in the shape measurement due to the inconsistency of the rotation axes, a method of identifying and correcting the position of the rotation axis of the circumferential rotation in the coordinates of the cross-section measurement has been proposed as in Patent Document 3 below.

特開2004−286507号公報JP 2004-286507 A 特開2002−054921号公報JP-A-2002-054921 特開2014−132264号公報JP 2014-132264 A

上記の特許文献1の構成では、面を測定する軌跡データに対して交差するように被測定面を測定し、その交点に対して誤差を求め、面データ全体の補正を行う。ところが、特許文献1の構成では、補正用に測定したデータは面データとして使用しておらず、無駄な面データ測定を行っている問題がある。そのために、高密度な面測定を行えていない可能性がある。補正に関しても交点での近傍の誤差を全体の誤差として処理を行うので、例えば交点付近にゴミなどの補正の必要のない誤差が存在する場合、全体の補正に影響し、かえって誤差が増える可能性があった。   In the configuration of Patent Document 1, the surface to be measured is measured so as to intersect with the trajectory data for measuring the surface, an error is obtained for the intersection, and the entire surface data is corrected. However, the configuration of Patent Document 1 has a problem in that data measured for correction is not used as surface data, and wasteful surface data measurement is performed. Therefore, high-density surface measurement may not be performed. As for the correction, the error near the intersection is processed as the entire error, so if there is an error near the intersection that does not require correction such as dust, it may affect the overall correction and increase the error. was there.

上記の特許文献2の構成では、面測定を行う第2のパターンと補正を行うための第1のパターンの測定を行い、第1の走査パターン領域では補間関数を使うことにより交点の誤差を削減することにより、比較的、高精度にドリフト補正を行える可能性がある。しかしながら、特許文献2の場合も補正用に測定したデータは面データとして使用しておらず、上記同様に無駄な面データ測定を行っている問題がある。   In the configuration of Patent Document 2, the second pattern for performing the surface measurement and the first pattern for performing the correction are measured, and the error of the intersection is reduced by using the interpolation function in the first scanning pattern area. By doing so, there is a possibility that drift correction can be performed with relatively high accuracy. However, in the case of Patent Document 2, the data measured for correction is not used as the surface data, and there is a problem that useless surface data measurement is performed as described above.

上記の特許文献3の構成では、回転ステージの回転軸はワークの割出位置決めのみに使用しており、非球面形状を用いて、回転軸の算出を行う。しかしながら、回転ステージの回転軸には割出停止している場合と回転駆動している場合で動的な振れの差が発生し、動的な振れの差により、ワークに位置ずれが発生する可能性がある。回転軸の動的な振れの差とは、回転軸を一定角度で割り出して一旦停止させ、これを繰り返しながら回転させる時の回転軸と、回転軸を一定の速度で連続回転させる時の回転軸とに差が生じることを言う。そのため、断面測定と周測定のどちらも行い、円周データと断面データとを同じ面形状のデータとして合成するような用途では、回転軸の差によるワークの位置ずれが一部の測定データに含まれていると、これにより測定誤差が大きくなる可能性があった。   In the configuration of Patent Document 3 described above, the rotation axis of the rotary stage is used only for indexing and positioning of the work, and the rotation axis is calculated using an aspherical shape. However, a difference in dynamic runout occurs when the indexing is stopped and when the rotary drive is driven to rotate on the rotating shaft of the rotary stage, and the difference in the dynamic runout can cause a positional shift in the work. There is. The difference in the dynamic runout of the rotating shaft is defined as the rotating shaft when the rotating shaft is indexed at a certain angle, temporarily stopped, and rotated while repeating this, and the rotating shaft when the rotating shaft is continuously rotated at a constant speed. And that there is a difference. Therefore, in applications where both cross-section measurement and circumference measurement are performed and the circumference data and cross-section data are combined as data of the same surface shape, the positional displacement of the workpiece due to the difference in the rotation axis is included in some of the measurement data. If so, this could increase the measurement error.

以上に鑑み、本発明の課題は、測定方向の異なる、例えば断面測定、周測定のような複数の測定結果を無駄なく利用でき、測定精度の低下を抑制し、高精度な形状測定を行えるようにすることにある。   In view of the above, an object of the present invention is to make it possible to use a plurality of measurement results having different measurement directions, such as cross-section measurement and circumference measurement, without waste, to suppress a decrease in measurement accuracy, and to perform highly accurate shape measurement. It is to make.

上記課題を解決するため、本発明においては、プローブを被測定物の表面に倣って走査させて、前記被測定物の形状を測定する形状測定方法において、所定の回転軸を中心とし、前記回転軸からの距離が互いに異なる複数の周方向に前記プローブを走査させ、前記被測定物の周測定データを取得する周測定工程と、前記被測定物の互いに交差する複数の径方向に前記プローブを走査させ、前記被測定物の径測定データを取得する径測定工程と、前記周測定データおよび前記径測定データのいずれか一方によって、前記径測定データおよび前記周測定データの他方の誤差を補正し、補正後の前記径測定データまたは前記周測定データによって、補正していない方の前記周測定データまたは前記径測定データの誤差を補正する補正工程と、を含む構成を採用した。   In order to solve the above problems, in the present invention, in a shape measuring method for scanning a probe following a surface of an object to be measured and measuring a shape of the object to be measured, the probe may be rotated around a predetermined rotation axis. A circumference measurement step of scanning the probe in a plurality of circumferential directions whose distances from the axis are different from each other, and acquiring the circumference measurement data of the object to be measured, and the probe in a plurality of radial directions crossing each other of the object to be measured. Scan, the diameter measurement step of acquiring the diameter measurement data of the object to be measured, and one of the circumference measurement data and the diameter measurement data, to correct the other error of the diameter measurement data and the circumference measurement data. And correcting the error of the uncorrected circumference measurement data or the diameter measurement data with the corrected diameter measurement data or the circumference measurement data. It was adopted formed.

上記構成によれば、測定方向の異なる、断面測定および周測定のような複数の測定結果を無駄なく利用し、測定精度の低下を抑制し、高精度な形状測定を行うことができる。   According to the above configuration, a plurality of measurement results such as a cross-section measurement and a circumference measurement having different measurement directions can be used without waste, a decrease in measurement accuracy can be suppressed, and a highly accurate shape measurement can be performed.

本発明を実施した形状測定装置、さらにそれを利用した生産システムの構成を示した説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing which showed the shape measuring apparatus which implemented this invention, and the structure of the production system using the same. 本発明を実施した形状測定装置で、実施形態1のメインプログラムの流れを示したフローチャート図である。FIG. 2 is a flowchart illustrating a flow of a main program according to the first embodiment in the shape measuring apparatus embodying the present invention. 本発明を実施した形状測定装置で、実施形態2の部分プログラムの流れを示したフローチャート図である。FIG. 9 is a flowchart illustrating a flow of a partial program according to a second embodiment in the shape measuring apparatus embodying the present invention. 本発明を実施した形状測定装置で、実施形態2の部分プログラムの流れを示したフローチャート図である。FIG. 9 is a flowchart illustrating a flow of a partial program according to a second embodiment in the shape measuring apparatus embodying the present invention. 複数の周測定を実施した被測定物のトレース状況を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the trace situation of the to-be-measured object which performed several circumference measurement. 複数の断面測定を実施した被測定物のトレース状況を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the trace situation of the to-be-measured object which performed several cross-section measurement. 複数の周測定の際に生じるドリフト誤差発生要因を示した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a drift error generation factor that occurs in a plurality of circumference measurements. 周測定の際に被測定物に生じるドリフト誤差を示したZ方向からの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram from a Z direction showing a drift error occurring in an object to be measured at the time of circumference measurement. 周測定の際に被測定物に生じるドリフト誤差を示したY方向からの説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram from a Y direction showing a drift error occurring in a measured object at the time of circumference measurement. 複数の断面測定を実施する際に生じるドリフト誤差発生要因を示した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing drift error occurrence factors that occur when performing a plurality of cross-section measurements. 断面測定を実施する際に被測定物に生じるドリフト誤差をY方向から示した説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a drift error occurring in the object to be measured when performing a cross-section measurement from a Y direction. 断面測定を実施したときに被測定物に生じるドリフト誤差を鳥瞰視によって示した説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a drift error occurring in an object to be measured when performing a cross-sectional measurement from a bird's-eye view. 断面測定データの位置誤差を示した説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a position error of the cross-sectional measurement data. 周測定データの位置誤差を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the position error of circumference measurement data. 一般的な測定装置で複数の断面測定を実施した被測定物のトレース状況を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the tracing situation of the to-be-measured object which performed several cross-section measurement with the general measuring device. 一般的な測定装置で複数の周測定を実施した被測定物のトレース状況を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the trace situation of the to-be-measured object which performed several circumference measurement with the general measuring device. 周測定と断面測定を組み合わせて面データを生成した状態を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the state which produced | generated the surface data by combining the circumference measurement and the cross-section measurement. 回転軸の駆動時と停止時の動的な振れの差とワークの誤差を模式的に示した説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a difference between a dynamic run-out at the time of driving and a stop of a rotating shaft and an error of a work. 本発明を実施した形状測定装置で、実施形態3のメインプログラムの流れを示したフローチャート図である。FIG. 9 is a flowchart illustrating a flow of a main program according to a third embodiment in the shape measuring apparatus embodying the present invention. 本発明を実施した形状測定装置で、実施形態3の座標変化量の算出方法を表したフローチャート図である。FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of calculating a coordinate change amount according to a third embodiment in the shape measuring device embodying the present invention. 本発明の実施形態に係る三次元形状測定を適用可能な、回転対称な非球面形状を有する測定対象のワークとして非球面レンズの構成を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of an aspheric lens as a work to be measured having a rotationally symmetric aspherical shape to which a three-dimensional shape measurement according to an embodiment of the present invention can be applied. 本発明の実施形態に係る三次元形状測定に用いられる制御系の構成を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a control system used for three-dimensional shape measurement according to the embodiment of the present invention.

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す構成はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The configuration described below is merely an example, and for example, a detailed configuration can be appropriately changed by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Also, the numerical values taken up in the present embodiment are reference numerical values and do not limit the present invention.

<実施形態1>
次に、本発明を実施した形状測定装置の実施形態について、図を参照して説明する。図1は本実施形態の形状測定装置の構成例を示している。図1において、形状計測装置100の基部を構成する装置本体定盤101は、装置本体に振動を伝えない役割を果す除振台102、装置本体全体を支える架台103上に設置されている。
<First embodiment>
Next, an embodiment of a shape measuring device embodying the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration example of a shape measuring apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, an apparatus main body surface plate 101 constituting a base of the shape measuring apparatus 100 is installed on a vibration isolating table 102 which plays a role of not transmitting vibration to the apparatus main body and a gantry 103 which supports the entire apparatus main body.

装置本体定盤101上には、2本の柱状のフレーム104によってX軸ステージガイド105が支持されている。この形態はいわゆる門型の形状である。X軸ステージガイド105は、X軸方向に走査可能なX軸ステージスライダ121を支持する。このX軸ステージスライダ121は、被測定物を直線移動させる直動ステージを構成する。   An X-axis stage guide 105 is supported on the apparatus main body platen 101 by two columnar frames 104. This form is a so-called portal shape. The X-axis stage guide 105 supports an X-axis stage slider 121 that can scan in the X-axis direction. The X-axis stage slider 121 constitutes a translation stage for linearly moving an object to be measured.

X軸ステージスライダ121には、Z軸ステージガイド106が装着され、このZ軸ステージガイド106にはZ軸方向に移動可能なZ軸ステージスライダ107が支持されている。   A Z-axis stage guide 106 is mounted on the X-axis stage slider 121, and a Z-axis stage slider 107 that can move in the Z-axis direction is supported on the Z-axis stage guide 106.

図1では、Z軸ステージスライダ107には被測定物109を倣い測定するプローブ手段として接触式プローブ108が装着されている。本実施形態では、プローブ手段として接触式プローブ108を例示するが、プローブ手段として非接触式の光学プローブなどを用いる場合でも、後述の測定技術は実施することができる。   In FIG. 1, a contact probe 108 is mounted on the Z-axis stage slider 107 as probe means for scanning and measuring the object 109 to be measured. In the present embodiment, the contact type probe 108 is exemplified as the probe means. However, even when a non-contact type optical probe or the like is used as the probe means, the measurement technique described later can be implemented.

X軸ステージスライダ121はZ軸ステージガイド106を搭載し、X軸ステージガイド105に搭載されていて、X軸方向に移動が可能である。Z軸ステージスライダ107はZ軸ステージガイド106に搭載されていてZ軸方向に移動が可能である。接触式プローブ108はZ軸スライダ107に搭載されており、X軸ステージスライダ121の移動並びにZ軸スライダ107の駆動によって、X軸方向およびZ軸方向に移動可能である。本実施形態において、X軸は第1のステージ軸、Z軸は第2のステージ軸に対応する。   The X-axis stage slider 121 has a Z-axis stage guide 106 mounted thereon, and is mounted on the X-axis stage guide 105, and can move in the X-axis direction. The Z-axis stage slider 107 is mounted on the Z-axis stage guide 106 and can move in the Z-axis direction. The contact probe 108 is mounted on the Z-axis slider 107, and is movable in the X-axis direction and the Z-axis direction by moving the X-axis stage slider 121 and driving the Z-axis slider 107. In the present embodiment, the X axis corresponds to the first stage axis, and the Z axis corresponds to the second stage axis.

X軸ステージガイド105には不図示の駆動モータ、たとえばシャフトモーターなどによりX軸ステージスライダ121をX軸方向に移動させる駆動機構が搭載されている。Z軸ステージガイド106には図中の上下方向、即ちZ軸方向にZ軸ステージスライダ107を駆動する不図示の駆動モータ、たとえばリニアモーターなどが搭載されている。さらに、Z軸ステージスライダ107のZ軸方向位置を計測するための不図示のスケールが組み込まれている。このスケールは、レーザスケールやリニアエンコーダなどによって構成される(下記の他軸方向のスケールも同様)。   The X-axis stage guide 105 is provided with a drive mechanism for moving the X-axis stage slider 121 in the X-axis direction by a drive motor (not shown) such as a shaft motor. A drive motor (not shown) for driving the Z-axis stage slider 107 in the vertical direction in the drawing, that is, the Z-axis direction, for example, a linear motor is mounted on the Z-axis stage guide 106. Further, a scale (not shown) for measuring the position of the Z-axis stage slider 107 in the Z-axis direction is incorporated. This scale is composed of a laser scale, a linear encoder, and the like (the same applies to other axial scales described below).

また、装置本体定盤101上には、X軸ステージスライダ121のX軸方向の位置を測定するための第1のX軸スケール114がX軸スケールフレーム113を介して支持されている。第1のX軸スケール114および第1のX軸スケールを支えるX軸スケールフレーム113は、X軸ステージガイド105の下方に配置されている。また、例えば位相の異なる測定信号を得るため、装置本体定盤101上には、第2のX軸スケール116が、X軸スケールフレーム115によって支持されている。第2のX軸スケールフレーム115は、装置本体定盤101上に設置され、第2のX軸スケール116を支持する。第2のX軸スケール116および第2のX軸スケールを支持するX軸スケールフレーム115はX軸ステージガイド105の下方に配置されている。   A first X-axis scale 114 for measuring the position of the X-axis stage slider 121 in the X-axis direction is supported on the apparatus main body platen 101 via an X-axis scale frame 113. The first X-axis scale 114 and the X-axis scale frame 113 supporting the first X-axis scale are arranged below the X-axis stage guide 105. Further, for example, in order to obtain measurement signals having different phases, a second X-axis scale 116 is supported by an X-axis scale frame 115 on the apparatus main body platen 101. The second X-axis scale frame 115 is installed on the apparatus main body platen 101, and supports the second X-axis scale 116. The second X-axis scale 116 and the X-axis scale frame 115 supporting the second X-axis scale are arranged below the X-axis stage guide 105.

第1のX軸スケールヘッド117は、第1のX軸スケール114と協働し、また、X軸ステージスライダ121のX軸方向の位置データを出力する。第1のX軸スケールヘッド117は、第1のX軸スケールヘッドフレーム118を介してX軸ステージスライダ121の下部に装着されている。   The first X-axis scale head 117 cooperates with the first X-axis scale 114 and outputs position data of the X-axis stage slider 121 in the X-axis direction. The first X-axis scale head 117 is mounted below the X-axis stage slider 121 via the first X-axis scale head frame 118.

同様の構造は、第2のX軸スケールフレーム115と協働する不図示の第2のスケールヘッドについても設けられる。この不図示の第2のスケールヘッドは、第2のX軸スケールヘッドフレーム120を介して、装置本体定盤101上に設置されている。第2のX軸スケールヘッドフレーム120は、X軸ステージスライダ121の下部に設置され、不図示の第2のX軸スケールヘッドを支持する。   A similar structure is provided for a second scale head (not shown) that cooperates with the second X-axis scale frame 115. The second scale head (not shown) is installed on the apparatus main body platen 101 via the second X-axis scale head frame 120. The second X-axis scale head frame 120 is installed below the X-axis stage slider 121, and supports a second X-axis scale head (not shown).

詳細不図示であるが、接触式プローブ108は、例えば球形の接触子と、この接触子を被測定物109の方向に付勢する付勢手段として、例えば板バネを備える。この板バネを介して、接触式プローブ108の接触子が被測定物109の表面に接触した時の接触子の接触圧を調節することができる。   Although not shown in detail, the contact probe 108 includes, for example, a spherical contact, and, for example, a leaf spring as urging means for urging the contact in the direction of the measured object 109. Through this leaf spring, the contact pressure of the contact when the contact of the contact probe 108 comes into contact with the surface of the object to be measured 109 can be adjusted.

例えば、接触子には接触式プローブ108の筐体に対する接触子位置を計測する不図示の変位センサを搭載しておく。そして、倣い測定においては、接触式プローブ108の接触子を被測定物109に接触させて、変位センサの変位量が一定値を指示するようにZ軸ステージ107のZ軸位置を制御することで板バネのたわみ量を一定に制御できる。このような機構により、倣い測定における被測定物109に対する接触子の接触圧を一定に制御することができる。   For example, a displacement sensor (not shown) that measures the position of the contact with respect to the housing of the contact probe 108 is mounted on the contact. In the scanning measurement, the Z-axis position of the Z-axis stage 107 is controlled such that the contact of the contact probe 108 is brought into contact with the object 109 and the displacement of the displacement sensor indicates a constant value. The amount of deflection of the leaf spring can be controlled to be constant. With such a mechanism, the contact pressure of the contact with the DUT 109 in the scanning measurement can be controlled to be constant.

図1の構成では、被測定物109を傾斜させるティルトステージ110が設けられ、このティルトステージ110は概略直交方向にティルトが可能なように2軸分搭載されている。また、ティルトステージ110は、XYステージ111上に配置される。このXYステージ111によって、被測定物109およびティルトステージ110を互いに概略直交方向に平行移動させることができる。さらに、XYステージ111、ティルトステージ110は、θ回転ステージ112上に設置されている。   In the configuration shown in FIG. 1, a tilt stage 110 for tilting the object to be measured 109 is provided, and the tilt stage 110 is mounted on two axes so as to tilt in a substantially orthogonal direction. The tilt stage 110 is arranged on the XY stage 111. With the XY stage 111, the DUT 109 and the tilt stage 110 can be translated in a direction substantially orthogonal to each other. Further, the XY stage 111 and the tilt stage 110 are installed on the θ rotation stage 112.

θ回転ステージ112は、いわゆる割り出し動作、ないし連続的な回転移動を行うことができる。このθ回転ステージ112は、被測定物を所定の回転軸を中心に回転移動させる回転ステージを構成する。このθ回転ステージ112の回転角度位置は不図示のエンコーダによって測定することができる。   The θ rotation stage 112 can perform a so-called indexing operation or a continuous rotational movement. The θ rotation stage 112 constitutes a rotation stage for rotating and moving an object to be measured about a predetermined rotation axis. The rotation angle position of the θ rotation stage 112 can be measured by an encoder (not shown).

形状計測装置100の測定処理は、例えば図1の下部に示すような制御装置によって制御される。図1の下部に示した制御系は、回転対称の非球面形状を有する物品、例えば、研削、研磨された非球面光学素子(例えばレンズやミラー)の形状測定、非球面光学素子を成形するための型(金型)の形状測定を行うために利用される。また、図1の下部に示した制御系は、形状測定の結果に基づき、これらの物品の良否判定や、非球面レンズやミラー、ないしその型(金型)を研削、研磨する加工装置500の駆動制御を行うことができる。例えば、形状測定データと、設計形状データとの誤差データに基づき、良否判定を行ったり、加工装置500を駆動制御したりすることにより、被測定物としてのこれらの物品を設計形状に加工することができる。即ち、図1の下部に示した制御系と、加工装置500を用いて、回転対称の非球面形状を有する物品を製造する、あるいは、検査する生産ラインを構成することができる。   The measurement process of the shape measuring device 100 is controlled by a control device as shown in the lower part of FIG. 1, for example. The control system shown in the lower part of FIG. 1 is used for measuring the shape of an article having a rotationally symmetric aspherical shape, for example, a ground or polished aspherical optical element (for example, a lens or a mirror), and for shaping the aspherical optical element. It is used to measure the shape of the mold (die). The control system shown in the lower part of FIG. 1 determines the quality of these articles based on the results of the shape measurement and the processing apparatus 500 for grinding and polishing an aspherical lens or mirror, or a mold (die) thereof. Drive control can be performed. For example, based on the error data between the shape measurement data and the design shape data, pass / fail judgment is performed, and the drive of the processing device 500 is controlled to process these articles as objects to be measured into the design shape. Can be. That is, using the control system shown in the lower part of FIG. 1 and the processing apparatus 500, a production line for manufacturing or inspecting an article having a rotationally symmetric aspherical shape can be configured.

図21に、本実施形態の形状計測装置100によって形状測定可能な回転対象かつ非球面形状の被測定物の一例として、例えば1つの凸面が非球面で構成された非球面レンズの断面形状を示す。例えば、非球面レンズでは、同図に示すように光軸(レンズ中心:一点鎖線)付近の形状が球面(二点鎖線:半径R)に近く、周辺部の形状がその球面から逸脱した非球面部位となっているものがある。   FIG. 21 shows a cross-sectional shape of an aspherical lens in which one convex surface is formed as an aspherical surface, for example, as an example of an object to be rotated and has an aspherical shape whose shape can be measured by the shape measuring apparatus 100 of the present embodiment. . For example, in the case of an aspherical lens, as shown in the figure, the shape near the optical axis (lens center: one-dot chain line) is close to a spherical surface (two-dot chain line: radius R), and the shape of the peripheral portion deviates from the spherical surface. Some are parts.

このような非球面レンズの面形状は、例えば光軸(レンズ中心:一点鎖線)からの距離rに応じた高さ(Z)などによって定義される。なお、ここでは、凸面が非球面で構成された非球面レンズを示した。しかし、本実施形態の構成により測定可能な回転対象な非球面形状としては、凸面のみならず、凹面や、反射鏡などにおいて用いられる双曲面や放物面などの形状も含まれる。また、本実施形態で測定(あるいは製造)可能なワークとしては、研削、研磨などにより成形される非球面形状を有するレンズや反射鏡の他、非球面形状を有するレンズや反射鏡をモールド成形するための型(金型)が考えられる。   The surface shape of such an aspherical lens is defined by, for example, a height (Z) corresponding to a distance r from an optical axis (lens center: dashed line). Here, an aspheric lens having a convex surface formed of an aspheric surface is shown. However, the aspherical shape to be rotated that can be measured by the configuration of the present embodiment includes not only a convex surface but also a concave surface, and a shape such as a hyperboloid or a paraboloid used in a reflector. In addition, as a work that can be measured (or manufactured) in the present embodiment, a lens or a reflector having an aspherical shape formed by grinding, polishing, or the like, or a lens or a reflector having an aspherical shape is molded. Mold (mold) is conceivable.

図1の下部に示した制御系において、電装ラック122は、形状計測装置100の駆動系を備える。この駆動系には、例えばX軸ステージガイド105に搭載されたX軸ステージスライダ121およびZ軸ステージガイド106に搭載されたZ軸ステージスライダ107を駆動するためのドライバを備える。また、電装ラック122は、2軸のティルトステージ110、XYステージ111およびθ回転ステージ112を駆動するためのドライバを備える。さらに、電装ラック122は、第1のX軸スケールヘッド117、第2のX軸スケールヘッドが出力する第1、第2のX軸スケール位置のデータを読み取るボードを備える。また、このボードは、Z軸ステージガイド106に組み込まれた不図示のスケールが出力するデータを取り込むことができる。また、このボードは、θ回転ステージ112の不図示のエンコーダが出力するデータ、接触式プローブ108の変位センサが出力するデータを取り込むことができる。   In the control system shown in the lower part of FIG. 1, the electrical equipment rack 122 includes a drive system of the shape measuring device 100. This drive system includes, for example, a driver for driving an X-axis stage slider 121 mounted on the X-axis stage guide 105 and a Z-axis stage slider 107 mounted on the Z-axis stage guide 106. The electrical rack 122 includes a driver for driving the two-axis tilt stage 110, the XY stage 111, and the θ rotation stage 112. Further, the electrical equipment rack 122 includes a board that reads data of the first and second X-axis scale positions output by the first X-axis scale head 117 and the second X-axis scale head. Further, this board can take in data output by a scale (not shown) incorporated in the Z-axis stage guide 106. Further, this board can take in data output by an encoder (not shown) of the θ rotation stage 112 and data output by a displacement sensor of the contact probe 108.

測定制御コンピュータ123は、電装ラック122を介して形状計測装置100の測定処理を制御する。測定制御コンピュータ123は、X軸ステージガイド105に搭載したX軸ステージスライダ121、Z軸ステージスライダ107の移動位置等を電装ラック122に搭載の各ドライバへ指令するプログラムを搭載している。また、測定制御コンピュータ123は、ティルトステージ110、XYステージ111およびθ回転ステージ112の移動、回転位置等を電装ラック122に搭載の各ドライバへ指令するプログラムを搭載している。また、測定制御コンピュータ123は、電装ラック122のデータ取り込みボードから各スケールやエンコーダ、変位センサのデータを取り込むプログラムを搭載している。なお、図1では、測定制御コンピュータ123と、電装ラック122が別体である構成を示しているが、測定制御コンピュータ123と、電装ラック122と、は一体の制御装置として構成されていてもよい。   The measurement control computer 123 controls the measurement processing of the shape measuring device 100 via the electrical equipment rack 122. The measurement control computer 123 has a program for instructing each of the drivers mounted on the electrical equipment rack 122 about the movement position and the like of the X-axis stage slider 121 and the Z-axis stage slider 107 mounted on the X-axis stage guide 105. The measurement control computer 123 has a program for instructing each driver mounted on the electrical rack 122 about the movement, rotation position, and the like of the tilt stage 110, the XY stage 111, and the θ rotation stage 112. In addition, the measurement control computer 123 has a program for loading data of each scale, encoder, and displacement sensor from the data loading board of the electrical equipment rack 122. Although FIG. 1 shows a configuration in which the measurement control computer 123 and the electrical equipment rack 122 are separate bodies, the measurement control computer 123 and the electrical equipment rack 122 may be configured as an integrated control device. .

データ処理コンピュータ124は、マンマシンインターフェイスの機能を備えている。データ処理コンピュータ124は、例えばシステム管理者などのユーザによる測定条件パラメータなどに関する操作入力を取り込み、あるいは、形状測定結果を表示(あるいはプリント)出力するためのユーザーインターフェースを構成する。このデータ処理コンピュータ124が管理する形状測定条件としては、測定範囲、測定回数、測定速度、測定種類、被測定物の設計値形状などがある。データ処理コンピュータ124がこれらのパラメータを処理して測定手順データとし、測定パラメータと共に測定制御コンピュータ123に送る測定プログラムを搭載する。また、データ処理コンピュータ124は、各軸のスケールのデータおよび変位センサのデータを測定制御コンピュータ123から取り込むデータ取り込みプログラムを搭載する。   The data processing computer 124 has a man-machine interface function. The data processing computer 124 constitutes a user interface for taking in an operation input relating to a measurement condition parameter or the like by a user such as a system administrator or displaying (or printing) a shape measurement result. The shape measurement conditions managed by the data processing computer 124 include a measurement range, the number of measurements, a measurement speed, a measurement type, and a design value shape of the measured object. A data processing computer 124 processes these parameters to obtain measurement procedure data, and includes a measurement program to be sent to the measurement control computer 123 together with the measurement parameters. Further, the data processing computer 124 is equipped with a data acquisition program for acquiring the data of the scale of each axis and the data of the displacement sensor from the measurement control computer 123.

また、データ処理コンピュータ124は、形状計測装置100から取り込んだ各スケールデータ、エンコーダデータおよび変位センサデータから被測定物109の表面形状を算出する形状データ算出プログラムを搭載する。また、データ処理コンピュータ124は、算出した被測定物109の形状データと、被測定物109の設計値形状から被測定物109の設計値からの誤差を算出する誤差算出プログラムを搭載する。さらに、非球面形状を有する物品の製造システムにおいては、データ処理コンピュータ124は、誤差算出プログラムで算出した被測定物109の設計値からの誤差に基づき、被測定物109の良否判定を行うよう構成されていてもよい。あるいはさらに、データ処理コンピュータ124は、被測定物109の算出した形状データや誤差算出プログラムで算出した被測定物109の設計値からの誤差を加工装置500に出力できるよう構成されていてもよい。これにより、加工装置500は、数値制御によって、被測定物109、例えば非球面レンズやその型(金型)を設計形状に加工する物品の製造動作を行うことができる。   Further, the data processing computer 124 has a shape data calculation program for calculating the surface shape of the workpiece 109 from each scale data, encoder data, and displacement sensor data taken in from the shape measurement device 100. Further, the data processing computer 124 has an error calculation program for calculating an error from a design value of the measured object 109 based on the calculated shape data of the measured object 109 and a design value shape of the measured object 109. Further, in the manufacturing system for an article having an aspherical shape, the data processing computer 124 is configured to judge the quality of the DUT 109 based on an error from a design value of the DUT 109 calculated by the error calculation program. It may be. Alternatively, the data processing computer 124 may be configured to be able to output to the processing apparatus 500 the calculated shape data of the measured object 109 and the error from the design value of the measured object 109 calculated by the error calculation program. Thus, the processing apparatus 500 can perform an operation of manufacturing an article for processing the object to be measured 109, for example, an aspheric lens or its mold (die) into a designed shape by numerical control.

さらに、データ処理コンピュータ124は、算出した被測定物109の形状データから、被測定物109が装置の原点および座標、或いは任意原点および座標に対して置かれている三次元位置を算出する形状位置算出プログラムを搭載する。   Further, the data processing computer 124 calculates, from the calculated shape data of the DUT 109, a shape position for calculating the three-dimensional position where the DUT 109 is placed with respect to the origin and coordinates of the apparatus or an arbitrary origin and coordinates. Equipped with a calculation program.

なお、図1では、データ処理コンピュータ124、測定制御コンピュータ123を別体で図示しているが、データ処理コンピュータ124と測定制御コンピュータ123とは一体のコンピュータとして実装されていてもよい。さらに、データ処理コンピュータ124と測定制御コンピュータ123とは、電装ラック122と一体のコンピュータとして実装されていてもよい。   Although the data processing computer 124 and the measurement control computer 123 are shown separately in FIG. 1, the data processing computer 124 and the measurement control computer 123 may be implemented as an integrated computer. Further, the data processing computer 124 and the measurement control computer 123 may be implemented as a computer integrated with the electrical equipment rack 122.

ここで、データ処理コンピュータ124、測定制御コンピュータ123、電装ラック122、あるいはこれらの任意の組合せで一体に構成された制御装置の制御回路として用いることができる構成を図22に示す。図22に示した制御装置1000は、CPU1601と、このCPU1601廻りに配置された各ブロックから成る構成である。   Here, FIG. 22 shows a configuration that can be used as a control circuit of a data processing computer 124, a measurement control computer 123, an electrical rack 122, or a control device integrally formed by an arbitrary combination of these. The control device 1000 shown in FIG. 22 has a configuration including a CPU 1601 and each block disposed around the CPU 1601.

図22の制御装置1000は、主制御手段としてのCPU1601、記憶装置としてのROM1602、およびRAM1603を備える。ROM1602には、後述する制御手順を実現するためのCPU1601の制御プログラムや定数情報などを格納しておくことができる。また、RAM1603は、後述する制御手順を実行する時にCPU1601のワークエリアなどとして使用される。   The control device 1000 in FIG. 22 includes a CPU 1601 as main control means, a ROM 1602 as a storage device, and a RAM 1603. The ROM 1602 can store a control program of the CPU 1601 for realizing a control procedure described later, constant information, and the like. The RAM 1603 is used as a work area of the CPU 1601 when executing a control procedure described later.

図22の構成が、データ処理コンピュータ124や、測定制御コンピュータ123である場合には、ユーザーインターフェース装置として、例えばディスプレイ1608、および操作部1609がインターフェース1607に接続される。操作部1609は、例えばフルキーボードおよびポインティングデバイスなどから構成することができ、作業者のためのユーザーインターフェースを構成する。   When the configuration in FIG. 22 is the data processing computer 124 or the measurement control computer 123, for example, a display 1608 and an operation unit 1609 are connected to the interface 1607 as user interface devices. The operation unit 1609 can be composed of, for example, a full keyboard and a pointing device, and constitutes a user interface for an operator.

図22の制御装置1000は、ネットワークNWを介して通信する通信手段としてネットワークインターフェース1605を備える。制御装置1000は、データ処理コンピュータ124、測定制御コンピュータ123、電装ラック122の制御部を構成することができる。その場合、これら122、123、124、あるいはさらに加工装置500はネットワークインターフェース1605〜ネットワークNWを介して他の装置(図中の1001A、1001B)と相互に通信することができる。例えば、データ処理コンピュータ124、測定制御コンピュータ123、電装ラック122の間では、各軸スライダの位置データを送受信することができる。また、データ処理コンピュータ124と加工装置500の間では、良否情報や、誤差算出プログラムで算出した形状誤差データなどを送受信することができる。ネットワークインターフェース1605は、例えばIEEE 802.3のような有線通信、IEEE 802.11、802.15のような無線通信による通信規格によって構成することができる。ただし、ネットワークNWの通信規格やプロトコルには、上記以外の任意の通信規格、プロトコルを採用しても構わない。   The control device 1000 in FIG. 22 includes a network interface 1605 as communication means for communicating via a network NW. The control device 1000 can configure a control unit of the data processing computer 124, the measurement control computer 123, and the electrical equipment rack 122. In that case, these 122, 123, and 124 or the processing device 500 can mutually communicate with other devices (1001A and 1001B in the figure) via the network interface 1605 to the network NW. For example, position data of each axis slider can be transmitted and received among the data processing computer 124, the measurement control computer 123, and the electrical equipment rack 122. In addition, pass / fail information, shape error data calculated by an error calculation program, and the like can be transmitted and received between the data processing computer 124 and the processing apparatus 500. The network interface 1605 can be configured by a communication standard based on wired communication such as IEEE 802.3 and wireless communication such as IEEE 802.11 and 802.15. However, any communication standard or protocol other than the above may be adopted as the communication standard or protocol of the network NW.

なお、後述の制御手順を実現するためのCPU1601の制御プログラムは、HDDやSSDなどから成る外部記憶装置1604や、ROM1602(の例えばEEPROM領域)のような記憶部に格納しておくこともできる。その場合、後述の制御手順を実現するためのCPU1601の制御プログラムは、ネットワークインターフェース1605を介して、上記の各記憶部に供給し、また新しい(別の)プログラムに更新することができる。あるいは、後述の制御手順を実現するためのCPU1601の制御プログラムは、各種の磁気ディスクや光ディスク、フラッシュメモリなどの記憶手段と、そのためのドライブ装置を経由して、上記の各記憶部に供給し、またその内容を更新することができる。上述の制御手順を実現するためのCPU1601の制御プログラムを格納した状態における各種の記憶手段や記憶部は、本発明の制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成することになる。   Note that a control program of the CPU 1601 for implementing a control procedure to be described later can be stored in a storage unit such as an external storage device 1604 including an HDD or an SSD or a ROM 1602 (for example, an EEPROM area). In that case, a control program of the CPU 1601 for realizing a control procedure described later can be supplied to each of the above storage units via the network interface 1605 and updated to a new (another) program. Alternatively, a control program of the CPU 1601 for realizing a control procedure to be described later is supplied to each of the above storage units via various storage means such as a magnetic disk, an optical disk, and a flash memory, and a drive device therefor. Also, the contents can be updated. Various storage units and storage units in a state in which the control program of the CPU 1601 for implementing the above control procedure is stored constitute a computer-readable recording medium storing the control procedure of the present invention.

また、図22の制御装置は、加工装置500の制御部として用いることができる。その場合、加工装置500の駆動系、例えば不図示のモータやソレノイドなどのためのドライバ回路は、インターフェース1606に接続される。   The control device in FIG. 22 can be used as a control unit of the processing device 500. In that case, a drive system of the processing apparatus 500, for example, a driver circuit for a motor or a solenoid (not shown) is connected to the interface 1606.

図2は、本発明を実施した図1の形状測定装置における被測定物109の面形状測定を実現する制御手順の流れを示している。図2の制御手順は図1のデータ処理コンピュータ124に面測定プログラムとして実装される。その場合、図22の構成では、具体的なプログラムは、外部記憶装置1604やROM1602に格納しておくことができる。   FIG. 2 shows a flow of a control procedure for realizing the surface shape measurement of the DUT 109 in the shape measuring apparatus of FIG. 1 embodying the present invention. The control procedure of FIG. 2 is implemented as a surface measurement program in the data processing computer 124 of FIG. In that case, in the configuration of FIG. 22, a specific program can be stored in the external storage device 1604 or the ROM 1602.

ここで、図1、図2を参照して、例えばデータ処理コンピュータ124で実行される面測定シーケンスを説明する。図2においてステップS201は、被測定物109の表面を概略円周方向に複数周測定する周測定処理である。   Here, a surface measurement sequence executed by the data processing computer 124 will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, step S201 is a circumference measurement process for measuring a plurality of circumferences of the surface of the measured object 109 in a substantially circumferential direction.

ステップS201では、まず、ユーザが図1のデータ処理コンピュータ124が測定開始を指示すると、この時、被測定物109(例えば非球面レンズなど)の設計データや測定範囲、移動速度などのデータを取得する。続いて、読み込んだ各種設定データおよびパラメータからX軸ステージスライダ121の移動位置やZ軸ステージスライダ107の移動位置を測定制御コンピュータ123へ送る。これに応じて、測定制御コンピュータ123は、X軸ステージガイド105に搭載したX軸ステージスライダ121を一番目のX軸位置へ移動するように電装ラック122のX軸ドライバに指令する。これにより、形状計測装置100は、X軸ステージスライダ121を被測定物109の一番目の測定X座標へ移動させる。   In step S201, first, when the data processing computer 124 in FIG. 1 instructs the start of measurement, at this time, data such as design data, a measurement range, and a moving speed of the DUT 109 (for example, an aspherical lens) is obtained. I do. Subsequently, the moving position of the X-axis stage slider 121 and the moving position of the Z-axis stage slider 107 are sent to the measurement control computer 123 from the read various setting data and parameters. In response to this, the measurement control computer 123 instructs the X-axis driver of the electrical equipment rack 122 to move the X-axis stage slider 121 mounted on the X-axis stage guide 105 to the first X-axis position. Thereby, the shape measuring apparatus 100 moves the X-axis stage slider 121 to the first measured X coordinate of the measured object 109.

上記のX軸移動が完了すると、測定制御コンピュータ123は、Z軸ステージスライダ107を駆動するZ軸ドライバに下降を指令する。これに応じて、形状計測装置100は、接触式プローブ108を被測定物109の表面に接触させる。一方、Z軸ステージスライダ107の下降によって接触式プローブ108の接触子が被測定物109の表面に接触すると、測定制御コンピュータ123は、不図示の変位センサの出力を介してこの事象を検出する。その後、測定制御コンピュータ123、または電装ラック122は、不図示の変位センサからの出力が一定になるようにZ軸ステージスライダ107を制御する。   When the X-axis movement is completed, the measurement control computer 123 instructs the Z-axis driver that drives the Z-axis stage slider 107 to descend. In response, the shape measuring device 100 causes the contact probe 108 to contact the surface of the object 109 to be measured. On the other hand, when the contact of the contact probe 108 comes into contact with the surface of the workpiece 109 due to the lowering of the Z-axis stage slider 107, the measurement control computer 123 detects this event via the output of a displacement sensor (not shown). Thereafter, the measurement control computer 123 or the electrical equipment rack 122 controls the Z-axis stage slider 107 so that the output from the displacement sensor (not shown) becomes constant.

次に、測定制御コンピュータ123から電装ラック122に対して、θ回転ステージ112を一周、回転させる指令を出力し、電装ラック122は、形状計測装置100のθ回転ステージ112を一周、回転させる。これにより、形状計測装置100では、接触式プローブ108が被測定物109の表面に接触しながらθ回転ステージ112が回転する。これにより、被測定物109の表面を概略、円周方向に沿って倣い測定で走査する周測定が行われる。なお、この間、図示しない変位センサからの出力がほぼ一定になるようにZ軸ステージ107を制御し、接触式プローブ108の接触子の被測定物109に対する接触状態がほぼ一定に保たれる。   Next, the measurement control computer 123 outputs a command to the electrical equipment rack 122 to rotate the θ rotation stage 112 one round, and the electrical equipment rack 122 rotates the θ rotary stage 112 of the shape measuring device 100 one round. As a result, in the shape measuring apparatus 100, the θ-rotation stage 112 rotates while the contact probe 108 contacts the surface of the workpiece 109. Thus, a circumference measurement for scanning the surface of the object to be measured 109 by scanning measurement along the circumferential direction is performed. During this time, the Z-axis stage 107 is controlled so that the output from a displacement sensor (not shown) becomes substantially constant, and the contact state of the contact of the contact probe 108 with the object 109 is kept substantially constant.

この周測定の間、電装ラック122を介して、測定制御コンピュータ123は第1のX軸スケール114に対するX軸ステージスライダ121の位置データを、第1のX軸スケールヘッド117から読み込む。同時にθ回転軸ステージの図示しないエンコーダから回転角度を読み込む。また、同時に不図示のZ軸スケールからのデータ、および変位センサから取り込んだデータが電装ラック122を介して、測定制御コンピュータ123に読み込まれる。   During the circumference measurement, the measurement control computer 123 reads the position data of the X-axis stage slider 121 with respect to the first X-axis scale 114 from the first X-axis scale head 117 via the electrical equipment rack 122. At the same time, the rotation angle is read from an encoder (not shown) of the θ rotation axis stage. At the same time, data from a Z-axis scale (not shown) and data taken from a displacement sensor are read into the measurement control computer 123 via the electrical equipment rack 122.

これら各スケールおよび変位センサのデータは、電装ラック122の各スケールやエンコーダおよび変位センサ用ボードを経由して測定制御コンピュータ123に読み込まれる。1周の周測定が完了すると、測定制御コンピュータ123はZ軸を上昇させるよう、電装ラック122のZ軸ドライバに指令を出力し、Z軸ステージ107を上昇させる。以上のようにして1周分の周測定が行われる。   The data of these scales and displacement sensors are read into the measurement control computer 123 via the scales, encoders and displacement sensor boards of the electrical equipment rack 122. When one circumference measurement is completed, the measurement control computer 123 outputs a command to the Z-axis driver of the electrical equipment rack 122 to raise the Z-axis, and raises the Z-axis stage 107. The circumference measurement for one round is performed as described above.

次の周、例えば2番(周)目の周測定を行うために、測定制御コンピュータ123は、X軸ステージガイド105に搭載したX軸ステージスライダ121を二番目のX軸位置へ移動するように電装ラック122のX軸ドライバに指令する。これにより、形状計測装置100は、X軸ステージスライダ121を被測定物109の二番目のX座標へ移動させる。その後、上記同様にZ軸ステージスライダ107を駆動し、接触式プローブ108を被測定物109の表面に接触させる。続いて、上記同様に接触式プローブ108を被測定物109の表面に接触させながらθ回転ステージ112を回転させることにより、被測定物109の表面の二番(周)目の周測定を行うことができる。   The measurement control computer 123 moves the X-axis stage slider 121 mounted on the X-axis stage guide 105 to the second X-axis position in order to perform the next circumference, for example, the second (round) circumference measurement. A command is issued to the X-axis driver of the electrical equipment rack 122. Thereby, the shape measuring apparatus 100 moves the X-axis stage slider 121 to the second X coordinate of the measured object 109. Thereafter, the Z-axis stage slider 107 is driven in the same manner as described above, and the contact probe 108 is brought into contact with the surface of the object 109 to be measured. Subsequently, the second (circumferential) circumference measurement of the surface of the object 109 is performed by rotating the θ rotation stage 112 while the contact probe 108 is in contact with the surface of the object 109 in the same manner as described above. Can be.

上述の処理を必要な周測定の回数分繰り返すことによって、ステップS201が完了し、これにより被測定物109の複数周による測定が完了する。図5は、周測定が理想的に行われた場合の測定結果の軌跡を模式的に示している。同図では、矢印で示すように被測定物109の異なる個所を4周、周測定している。   Step S201 is completed by repeating the above-described processing for the required number of times of the circumference measurement, whereby the measurement of the DUT 109 over a plurality of circumferences is completed. FIG. 5 schematically shows the trajectory of the measurement result when the circumference measurement is ideally performed. In the figure, four different circumferences are measured at different locations of the DUT 109 as indicated by arrows.

図7は、図2のステップS201の周測定で得られる周測定面測定データにおいて、発生し得るドリフト誤差を説明するものである。図7は、Y軸方向からの側面図の形式で、図1の被測定物109と接触式プローブ108の位置関係を示している。なお、本実施形態の測定技術は、特に被測定物109が回転対称な非球面形状を有する場合に大きな効果を奏するが、以下で測定処理を説明するために示す被測定物109は、図21を除き、簡略化を意図して、ほぼ球面の断面を有するものとして図示する。   FIG. 7 illustrates a drift error that may occur in the circumference measurement surface measurement data obtained in the circumference measurement in step S201 of FIG. FIG. 7 shows the positional relationship between the DUT 109 and the contact probe 108 in FIG. 1 in the form of a side view from the Y-axis direction. Note that the measurement technique of the present embodiment has a great effect particularly when the DUT 109 has a rotationally symmetric aspherical shape. However, the DUT 109 described below for explaining the measurement processing is described in FIG. Are shown as having a substantially spherical cross section for simplicity.

図7においてCは被測定物109を回転させる回転中心軸、AはCから見た接触式プローブ108の初期位置(実線)、Bは接触式プローブ108のドリフト後の位置(破線)をそれぞれ示している。このような接触式プローブ108のX軸方向に関する位置のドリフトは、例えば環境温度の経時変化などに影響されて、機構の構成部材の寸法が変化することによって生じる。   In FIG. 7, C indicates a rotation center axis for rotating the object to be measured 109, A indicates an initial position (solid line) of the contact probe 108 viewed from C, and B indicates a position (dashed line) of the contact probe 108 after drift. ing. Such a drift of the position of the contact probe 108 in the X-axis direction is caused, for example, by a change in the size of a component of the mechanism due to a change over time of the environmental temperature.

ここで、図7のCを中心として被測定物109を回転させた時の動作を考える。その場合、接触式プローブ108のX軸方向に関する位置のドリフトの有、無によって図8の801(実線)と802(破線)に示す円周のように被測定物109の表面を倣い測定する走査の半径が異なったものとなる。これによって、測定制御コンピュータ123が例えば801(実線)の周位置を周測定していると認識している時に、実際には802(破線)の周位置を周測定しているのであれば、図9の破線で示すような測定誤差が生じる。図9は図8の走査状態の被測定物109を側方から示している。   Here, an operation when the DUT 109 is rotated about C in FIG. 7 will be considered. In this case, scanning for scanning the surface of the object to be measured 109 as shown by the circles 801 (solid line) and 802 (dashed line) in FIG. 8 depending on the presence or absence of the drift of the position of the contact probe 108 in the X-axis direction. Have different radii. Thus, if the measurement control computer 123 recognizes that the circumference position of 801 (solid line) is being measured, for example, and if the measurement control computer 123 is actually measuring the circumference position of 802 (broken line), the figure is as follows. A measurement error occurs as indicated by the broken line 9. FIG. 9 shows the object to be measured 109 in the scanning state of FIG. 8 from the side.

図8のようなドリフトがある状態で各周の周走査を行うと、実際には測定制御コンピュータ123が意図しているよりも外周側にずれたZ軸方向の高さが低い、被測定物109の周位置を周走査することになる。このため、この例では、各周で実際よりもZ軸方向の高さは低く測定され、実線の半円で示す実形状に対して、破線の半円で示す形状を有するものとして測定されてしまう。なお、この単純化されたドリフトの例では、誤差はほぼZ方向のみに生じており、XやY方向の位置誤差はほぼ発生していない。   When the circumference scan of each circumference is performed in a state where there is a drift as shown in FIG. 8, the height of the measured object in the Z-axis direction shifted to the outer circumference side is lower than the measurement control computer 123 actually intends. A circumferential scan of the circumferential position 109 is performed. For this reason, in this example, the height in the Z-axis direction is measured lower than actual in each circumference, and is measured as having a shape indicated by a broken semicircle with respect to an actual shape indicated by a solid semicircle. I will. In the simplified drift example, the error occurs almost only in the Z direction, and the position error in the X and Y directions hardly occurs.

再び、図2の制御手順において、ステップS201に続き、ステップS202の断面測定を実行する。ステップS202は被測定物109の表面の概略中心を通り、互いに交差する径方向に沿って測定を行う断面測定(径測定)処理である。この断面測定(径測定)では、被測定物109の回転角度を割り出して複数の断面を測定する。なお、本明細書において、回転角度の「割り出し」は、異なる径方向の断面測定を行うために、θ回転ステージ112を所定の「割り出し角度」を単位として回転させる操作を指す。これに対して、上記の周測定では、θ回転ステージ112は、例えば一定の角速度で、連続的に回転駆動される。   Again in the control procedure of FIG. 2, following step S201, the cross-section measurement of step S202 is performed. Step S202 is a cross-section measurement (diameter measurement) process of measuring along the radial direction that passes through the approximate center of the surface of the object 109 and crosses each other. In this cross section measurement (diameter measurement), a plurality of cross sections are measured by determining the rotation angle of the object 109 to be measured. In this specification, “indexing” of a rotation angle refers to an operation of rotating the θ rotation stage 112 in units of a predetermined “index angle” in order to perform cross-sectional measurements in different radial directions. On the other hand, in the circumference measurement described above, the θ rotation stage 112 is continuously driven to rotate at a constant angular velocity, for example.

図2のステップS202において、例えば図1のデータ処理コンピュータ124が測定開始を指示すると、被測定物109の設計データや測定範囲、移動速度などのデータを取得する。被測定物109の設計データに関しては、ステップS201で既に必要なデータが取得されている場合には、そのデータが用いられる。続いて、読み込んだ各種設定データおよびパラメータからX軸ステージスライダ121の移動位置やZ軸ステージスライダ107の移動位置などがデータ処理コンピュータ124から測定制御コンピュータ123へ出力される。これに応じて、測定制御コンピュータ123は、X軸ステージガイド105に搭載したX軸ステージスライダ121をX軸測定開始位置へ移動するように電装ラック122のX軸ドライバに指令する。これにより、形状計測装置100は、X軸ステージスライダ121を被測定物109の測定開始X座標へ移動させる。同時に測定制御コンピュータ123はθ回転ステージの一番目の割り出し回転位置(割り出し角度)に回転するように指令する。これにより、形状計測装置100は、θ回転ステージ112を回転させ、被測定物109が一番目の回転位置(割り出し角度)に移動させる。   In step S202 in FIG. 2, for example, when the data processing computer 124 in FIG. 1 instructs to start the measurement, the data such as the design data, the measurement range, and the moving speed of the DUT 109 are acquired. Regarding the design data of the device under test 109, if necessary data has already been acquired in step S201, the data is used. Subsequently, the movement position of the X-axis stage slider 121 and the movement position of the Z-axis stage slider 107 are output from the data processing computer 124 to the measurement control computer 123 based on the read various setting data and parameters. In response, the measurement control computer 123 instructs the X-axis driver of the electrical rack 122 to move the X-axis stage slider 121 mounted on the X-axis stage guide 105 to the X-axis measurement start position. As a result, the shape measuring apparatus 100 moves the X-axis stage slider 121 to the measurement start X coordinate of the workpiece 109. At the same time, the measurement control computer 123 instructs the θ rotation stage to rotate to the first index rotation position (index angle). Thereby, the shape measuring apparatus 100 rotates the θ rotation stage 112 to move the device under test 109 to the first rotation position (index angle).

X軸移動とθ回転ステージの移動が完了すると、測定制御コンピュータ123はZ軸ステージスライダ107駆動用Z軸ドライバに下降を指令する。これに応じて、形状計測装置100は、接触式プローブ108を被測定物109の表面に接触させる。一方、Z軸ステージスライダ107の下降によって接触子が被測定物109の表面に接触すると、測定制御コンピュータ123は、不図示の変位センサの出力を介してこの事象を検出する。   When the X-axis movement and the movement of the θ rotation stage are completed, the measurement control computer 123 instructs the Z-axis driver for driving the Z-axis stage slider 107 to descend. In response, the shape measuring device 100 causes the contact probe 108 to contact the surface of the object 109 to be measured. On the other hand, when the contact comes into contact with the surface of the workpiece 109 due to the lowering of the Z-axis stage slider 107, the measurement control computer 123 detects this event via the output of a displacement sensor (not shown).

次に、測定制御コンピュータ123はX軸ステージスライダ121をX軸方向に測定終了位置まで移動するように電装ラック122のX軸ドライバに指令し、これに応じて形状計測装置100は、X軸ステージスライダ121をX軸方向に移動する。これにより、接触式プローブ108が被測定物109を径方向に倣い測定する(断面測定)。即ち、接触式プローブ108が被測定物109の表面に接触しながらX軸ステージスライダ121がX軸方向に移動する。この間、測定制御コンピュータ123、または電装ラック122は、不図示の変位センサからの出力が一定になるようにZ軸ステージスライダ107を制御する。   Next, the measurement control computer 123 instructs the X-axis driver of the electrical equipment rack 122 to move the X-axis stage slider 121 to the measurement end position in the X-axis direction. The slider 121 is moved in the X-axis direction. As a result, the contact probe 108 follows the object 109 in the radial direction and measures (cross-section measurement). That is, the X-axis stage slider 121 moves in the X-axis direction while the contact probe 108 contacts the surface of the object 109 to be measured. During this time, the measurement control computer 123 or the electrical equipment rack 122 controls the Z-axis stage slider 107 so that the output from a displacement sensor (not shown) becomes constant.

この断面測定の間、第1のX軸スケール114に対するX軸ステージスライダ121の位置データが第1のX軸スケールヘッド117から読み込まれる。同時に第2のX軸スケール116に対するX軸ステージスライダ121の位置データが第2のX軸スケールヘッドから読み込まれる。また、同時に図示していないZ軸スケールからのデータ、および変位センサ等から取り込んだデータを読み込む。また、θ回転ステージ112の割り出し角度が、不図示のエンコーダを介して検出され、電装ラック122を介して、測定制御コンピュータ123に読み込まれる。   During this cross-sectional measurement, the position data of the X-axis stage slider 121 with respect to the first X-axis scale 114 is read from the first X-axis scale head 117. At the same time, the position data of the X-axis stage slider 121 with respect to the second X-axis scale 116 is read from the second X-axis scale head. At the same time, data from a Z-axis scale (not shown) and data taken from a displacement sensor or the like are read. The index angle of the θ rotation stage 112 is detected via an encoder (not shown), and is read into the measurement control computer 123 via the electrical equipment rack 122.

これら各スケールやエンコーダおよび変位センサのデータは、電装ラック122の各スケールやエンコーダおよび変位センサ用ボードから測定制御コンピュータ123に読み込まれる。測定終了位置へのX軸移動が完了すると、測定制御コンピュータ123は、測定制御コンピュータ123はZ軸を上昇させるよう、電装ラック122のZ軸ドライバに指令を出力し、Z軸ステージ107を上昇させる。以上のようにして径1本分の断面測定が行われる。1本の断面測定の間、X軸が移動する間に取り込んだ各スケールやエンコーダおよび変位センサのデータは、測定制御コンピュータ123からデータ処理コンピュータ124に転送される。   The data of these scales, encoders and displacement sensors are read into the measurement control computer 123 from the scales, encoders and displacement sensor boards of the electrical equipment rack 122. When the X-axis movement to the measurement end position is completed, the measurement control computer 123 outputs a command to the Z-axis driver of the electrical equipment rack 122 and raises the Z-axis stage 107 so that the measurement control computer 123 raises the Z-axis. . As described above, the cross-section of one diameter is measured. Data of each scale, encoder, and displacement sensor taken during the movement of the X-axis during the measurement of one section is transferred from the measurement control computer 123 to the data processing computer 124.

以上の制御により、データ処理コンピュータ124は、接触式プローブ108が被測定物109の表面を倣い移動している間の接触式プローブ108の移動軌跡座標を取り込むことができる。以上で一番(本)目の断面測定が完了する。   With the above control, the data processing computer 124 can capture the movement trajectory coordinates of the contact probe 108 while the contact probe 108 moves while following the surface of the object 109 to be measured. Thus, the first (final) cross-sectional measurement is completed.

次に二番(本)目の断面測定を行うため、測定制御コンピュータ123がθ回転ステージ112を二番目の割り出し位置へ回転させる指令を電装ラック122のθ回転軸ドライバに出力する。これにより、形状計測装置100は、θ回転ステージ112を回転駆動し、二番(本)目のθ回転割り出し位置へ移動させる。その後、一番(本)目と同様にZ軸ステージスライダ107を駆動し、接触式プローブ108を被測定物109の表面に接触させる。続いて同様に接触式プローブ108を被測定物109の表面に接触させながらX軸ステージスライダ121を移動させることによって、被測定物109の表面の二番(本)目の断面測定を行うことができる。   Next, the measurement control computer 123 outputs a command to rotate the θ rotation stage 112 to the second indexing position to the θ rotation axis driver of the electrical equipment rack 122 in order to perform the second (final) cross section measurement. As a result, the shape measuring apparatus 100 rotates and drives the θ rotation stage 112 to move the θ rotation stage 112 to the second (real) θ rotation indexing position. Thereafter, the Z-axis stage slider 107 is driven in the same manner as the first (final) one, and the contact probe 108 is brought into contact with the surface of the object 109 to be measured. Subsequently, by moving the X-axis stage slider 121 while similarly bringing the contact probe 108 into contact with the surface of the object to be measured 109, the second (final) cross-sectional measurement of the surface of the object to be measured 109 can be performed. it can.

以上の処理を必要な断面測定の回数分繰り返すことにより図2のステップS202が完了し、被測定物109の複数断面による測定が完了する。図6は、周測定が理想的に行われた場合の測定結果の軌跡を模式的に示している。同図では、矢印で示すように被測定物109の異なる直径上の位置を4本、断面測定している。   By repeating the above process for the required number of times of the cross-section measurement, step S202 in FIG. 2 is completed, and the measurement of the object to be measured 109 on a plurality of cross-sections is completed. FIG. 6 schematically shows the locus of the measurement result when the circumference measurement is ideally performed. In the drawing, four positions on different diameters of the DUT 109 are measured in cross section as indicated by arrows.

図10は、図2のステップS202の断面測定で得られる断面測定面測定データにおいて、発生し得るドリフト誤差を説明するものである。図10は、図7と同等の形式で、図1の被測定物109と接触式プローブ108の位置関係を示している。   FIG. 10 illustrates a drift error that may occur in the cross-section measurement plane measurement data obtained in the cross-section measurement in step S202 in FIG. FIG. 10 shows the positional relationship between the DUT 109 and the contact probe 108 in FIG.

図10においてCは被測定物109の中心座標、AはCから見た接触式プローブ108の初期位置(実線)、Bは接触式プローブ108のドリフト後の位置(破線)をそれぞれ示している。上述の通り、このような接触式プローブ108のX軸方向に関する位置のドリフトは、例えば環境温度の経時変化などに影響されて、機構の構成部材の寸法が変化することによって生じる。   In FIG. 10, C indicates the center coordinates of the object 109 to be measured, A indicates the initial position of the contact probe 108 (solid line) viewed from C, and B indicates the position of the contact probe 108 after drift (dashed line). As described above, such a drift in the position of the contact probe 108 in the X-axis direction is caused by a change in the dimensions of the components of the mechanism due to, for example, changes over time in the environmental temperature.

図10において、Bのように接触式プローブ108のドリフトが生じている時に、断面測定を行うと、被測定物109はC軸を中心としてX方向に相対的に移動するので、図10の破線のように被測定物109がX方向に移動したかのように測定される。図11は断面測定を4本分、繰り返した状態を模式的に示しており、被測定物109はX方向の位置が順次ずれて測定することになる。図12は、被測定物109の4つの割り出し角度において、図11の4本分の断面測定を行なった時の、被測定物109上のトレース位置の例を斜視様式で示している。図12に示すように、4つの割り出し角度における各断面データはドリフトの誤差によって結果的にXY方向に移動したように測定される。なお、断面移動中の時間は、十分短いので各断面データのZ方向のドリフト誤差は、ごく小さく、ほぼ発生していないとみなして差し仕えない。   In FIG. 10, when the cross section measurement is performed when the drift of the contact probe 108 occurs as shown in B, the measured object 109 relatively moves in the X direction around the C axis. Is measured as if the device under test 109 has moved in the X direction. FIG. 11 schematically shows a state where the cross-section measurement is repeated for four lines, and the object to be measured 109 is measured with its position in the X direction shifted sequentially. FIG. 12 is a perspective view showing an example of trace positions on the object to be measured 109 when four cross-sections of FIG. 11 are measured at four index angles of the object to be measured 109. As shown in FIG. 12, each cross-sectional data at four index angles is measured as if the data has moved in the X and Y directions due to drift errors. Since the time during the cross-section movement is sufficiently short, the drift error in the Z-direction of each cross-section data is extremely small, and it cannot be assumed that the drift error hardly occurs.

以上のように、ステップS201およびステップS202が終了した時点で、被測定物109に対する周測定、および断面測定、の2種類の面測定が完了する。なお、図2は、ステップS201、ステップS202のように、周測定、続いて断面測定行うよう構成されているが、ステップS201とステップS202は順番が逆であっても構わない。   As described above, when step S201 and step S202 are completed, two types of surface measurement, that is, the circumference measurement and the cross-section measurement for the object to be measured 109 are completed. Although FIG. 2 is configured to perform the circumference measurement and then the cross-section measurement as in steps S201 and S202, the order of steps S201 and S202 may be reversed.

本実施形態では、以下、説明するように、図2のステップS201で得た周測定面データと、ステップS202で得た断面測定データ(径測定データ)の誤差成分を補正して、被測定物109の面データ(形状データ)を生成する。図2のステップS203は、ステップS201で測定した周測定面データの位置ズレを計算する処理で、このステップS203ではフィッティング処理を行う。   In the present embodiment, as described below, the error component between the circumference measurement surface data obtained in step S201 of FIG. 2 and the cross-section measurement data (diameter measurement data) obtained in step S202 is corrected, and Then, surface data (shape data) 109 is generated. Step S203 in FIG. 2 is a process for calculating the positional deviation of the circumference measurement surface data measured in step S201, and in this step S203, a fitting process is performed.

このフィッティング処理とは、被測定物109の表面形状測定データと、被測定物109の設計形状データを比較し、その差が最小になる被測定物109の表面形状データ位置移動量を計算するものである。一般に、このフィッティング処理のための補正演算には最小二乗法が用いられる。例えば、表面形状測定データを平行移動、および傾き移動させる座標変換式から、最小二乗法を用いて表面形状測定データと表面形状設計データとの差の二乗和が最小となる表面形状データの平行移動位置量および傾き移動位置量を求めることができる。このようなフィッティング処理によって位置誤差を修正した被測定物109の周測定面データが求まる。   The fitting process compares the surface shape measurement data of the object 109 with the design shape data of the object 109, and calculates the position movement amount of the surface shape data of the object 109 at which the difference is minimized. It is. Generally, the least square method is used for the correction operation for the fitting process. For example, from a coordinate transformation formula that translates and tilts the surface shape measurement data, the least square method is used to convert the surface shape measurement data and the surface shape design data to minimize the sum of squares of the surface shape data. The position amount and the tilt movement position amount can be obtained. The circumference measurement surface data of the DUT 109 whose position error has been corrected by such fitting processing is obtained.

次にステップS204において、ステップS202で得た断面測定データをステップS203で得た周測定面データによって、例えばドリフトに起因して発生した誤差を補正する処理を行う。ここでは、FSを周測定面データ、FDnを断面測定面データのn番目のデータとしたとき、下式(1)のEnが最小となる各断面のxy並進方向の位置誤差dx、dyと、各断面の傾き誤差wx、wyを求める。この場合も補正演算には、例えば最小二乗法を利用できる。   Next, in step S204, a process of correcting an error generated due to, for example, a drift is performed using the cross-section measurement data obtained in step S202 and the circumference measurement surface data obtained in step S203. Here, when FS is the circumference measurement plane data and FDn is the n-th data of the cross-section measurement plane data, the position errors dx and dy in the xy translation direction of each cross-section where En of the following equation (1) is minimized; The inclination errors wx and wy of each section are obtained. Also in this case, for example, the least square method can be used for the correction calculation.

Figure 2020056735
そして、式(1)によるEnが最小となるdx、dy、wx、wyを求める処理を断面測定割り出しの回数分、n回行う。図13は、補正すべき断面データ1301と、その補正量に相当する、上記の位置誤差dx、dyおよび傾き誤差wx、wyを示している。
Figure 2020056735
Then, a process for obtaining dx, dy, wx, wy that minimizes En according to the equation (1) is performed n times for the number of times of the cross-section measurement index. FIG. 13 shows the cross-sectional data 1301 to be corrected, and the position errors dx and dy and the tilt errors wx and wy corresponding to the correction amount.

ステップS201の周測定面データには非対称成分、即ちXY方向のドリフト誤差はごく僅かしか存在しない。そのため、上記の処理によってステップS202の断面測定データに含まれている、例えばドリフトに起因するXY方向位置誤差を精度よく求めることができる。   There is very little asymmetric component, that is, drift error in the XY directions in the circumference measurement plane data in step S201. For this reason, the XY direction position error caused by the drift, for example, included in the cross-sectional measurement data in step S202 can be accurately obtained by the above processing.

次に、ステップS205では、ステップS204でドリフトによる位置誤差を求めた断面測定データから形状(面)データを生成する。ステップS205では各断面のデータFDnを各断面の位置誤差dx、dy、傾き誤差wx、wyを用いて座標変換する。これにより、各断面データから位置誤差を補正した形状(面)データを生成することができる。このようにして、ステップS205の演算によってドリフトを補正した断面測定データに基づく形状(面)データを得ることができる。   Next, in step S205, shape (plane) data is generated from the cross-sectional measurement data for which the position error due to the drift has been obtained in step S204. In step S205, the coordinates FDn of each section are converted using the position errors dx and dy and the inclination errors wx and wy of each section. Thus, shape (plane) data in which the position error is corrected can be generated from each cross-sectional data. In this way, it is possible to obtain shape (surface) data based on the cross-section measurement data whose drift has been corrected by the calculation in step S205.

続いて、ステップS206において、ステップS201で測定した周測定データの例えばドリフトに起因する誤差を、ステップS205で位置誤差を補正した断面測定面データを使って補正する。ここでは、例えば、FSmを周測定面データのm番目のデータ、FDfをドリフト補正済みの断面測定面データ、dzを各周のZ方向(高さ方向)の位置誤差としたとき、下式(2)のEmが最小となる誤差dzを求める。   Subsequently, in step S206, an error due to, for example, drift of the circumference measurement data measured in step S201 is corrected using the cross-section measurement plane data in which the position error has been corrected in step S205. Here, for example, when FSm is the m-th data of the circumference measurement plane data, FDf is the cross-section measurement plane data after drift correction, and dz is the position error of each circumference in the Z direction (height direction), the following equation ( An error dz that minimizes Em in 2) is obtained.

Figure 2020056735
この場合も、誤差dzを求めるには例えば最小二乗法を利用できる。この式(2)のEmが最小となる誤差dzを求める処理を周測定の回数分、m回、行って、各断面測定データのZ方向の位置誤差dzを求めることができる。図14は、補正すべき周データ1401と、その補正量に相当する、上記のZ方向に関する位置誤差dzの方向を示している。さらに、各周測定データFSmを各周の位置誤差dzで座標変換することにより、位置誤差を補正した周測定データに変換することができる。
Figure 2020056735
Also in this case, for example, the least square method can be used to obtain the error dz. The process of finding the error dz that minimizes Em in the equation (2) is performed m times, the number of times of the circumference measurement, and the position error dz in the Z direction of each section measurement data can be found. FIG. 14 shows the circumference data 1401 to be corrected and the direction of the position error dz in the Z direction corresponding to the correction amount. Further, by performing coordinate conversion of each circumference measurement data FSm with the position error dz of each circumference, the circumference measurement data FSm can be converted into circumference measurement data in which the position error is corrected.

ステップS202で得た断面測定データには、Z方向の誤差はごく僅かしか存在しないため、上記のステップS206の処理によって、周測定面データのドリフトによる位置誤差dzを精度よく補正することができる。   Since there is very little error in the Z direction in the cross-section measurement data obtained in step S202, the position error dz due to the drift of the circumference measurement surface data can be accurately corrected by the processing in step S206.

以上のように、図2の測定処理によれば、周測定および断面測定のドリフト誤差を互いに除去し、補正された周測定および断面測定による面(形状)データを取得し、補正後の周測定と断面測定を組み合わせて、高精度に面(形状)データを生成できる。本実施形態の測定処理では、面測定と断面測定に作用する測定誤差が異なることを利用して、周測定と断面測定で得た測定データを相互に精度よく補正することができる。即ち、本実施形態では、面測定では非対称成分、即ちXY方向のドリフト誤差がごく僅かであり、一方、断面測定ではZ方向の誤差はごく僅かである点を利用している。   As described above, according to the measurement processing of FIG. 2, drift errors of the circumference measurement and the cross-section measurement are removed from each other, surface (shape) data obtained by the corrected circumference measurement and the cross-section measurement are acquired, and the corrected circumference measurement is performed. And the cross-section measurement can be combined to generate surface (shape) data with high accuracy. In the measurement processing of the present embodiment, the measurement data obtained in the circumference measurement and the cross-section measurement can be mutually accurately corrected by utilizing the fact that the measurement error acting on the surface measurement and the cross-section measurement are different. That is, the present embodiment utilizes the point that the asymmetric component, that is, the drift error in the XY directions is very small in the surface measurement, while the error in the Z direction is very small in the cross-sectional measurement.

そして、本実施形態の測定処理によれば、周測定と断面測定で得た面(形状)データを無駄なく利用することができ、従来技術におけるように、補正ないし校正の目的のみに利用される測定シーケンスを実行しないで済む。従って、本実施形態によれば、測定方向の異なる、例えば断面測定、周測定のような複数の測定結果を無駄なく利用でき、ドリフトや回転軸ずれなどによる測定精度の低下を抑制し、高精度かつ高密度な形状測定を行うことができる。   According to the measurement processing of the present embodiment, the surface (shape) data obtained by the circumference measurement and the cross-section measurement can be used without waste, and is used only for the purpose of correction or calibration as in the related art. It is not necessary to execute the measurement sequence. Therefore, according to the present embodiment, a plurality of measurement results having different measurement directions, such as a cross-section measurement and a circumference measurement, can be used without waste. And high-density shape measurement can be performed.

なお、以上に示した処理例では、周測定データによって、断面(表面)測定データの誤差を補正し(第1の補正工程)、補正後の断面(表面)測定データによって周測定データを補正する(第2の補正工程)処理順序を例示した。しかしながら、補正に用いる測定データはこの逆であってもよい。   In the processing example described above, the error of the cross-section (surface) measurement data is corrected by the circumference measurement data (first correction step), and the circumference measurement data is corrected by the corrected cross-section (surface) measurement data. (Second Correction Step) The processing order has been exemplified. However, the measurement data used for correction may be reversed.

例えば、断面(径)測定データのフィッティングを行ってから、断面(径)測定データで周測定データの誤差を補正し(第1の補正工程)、補正後の周測定データで断面(表面)測定データを補正する(第2の補正工程)処理順序を採用してもよい。即ち、周測定データまたは断面測定データの一方によって、断面(径)データまたは周測定データの他方の誤差を補正する。そして、補正後の断面(径)データまたは周測定データによって、補正していない方の周測定データまたは断面(径)データの誤差を補正するのである。いずれの処理順序であっても、周測定データと、断面(表面)測定データとに作用する誤差が互いに異なっているため、上記と同等の作用効果を期待することができる。   For example, after fitting the cross-section (diameter) measurement data, the error of the circumference measurement data is corrected by the cross-section (diameter) measurement data (first correction step), and the cross-section (surface) measurement is performed by the corrected circumference measurement data. A processing order for correcting data (second correction step) may be adopted. That is, one of the circumference measurement data and the cross-section measurement data corrects the other error of the cross-section (diameter) data or the circumference measurement data. Then, the error of the uncorrected circumference measurement data or cross-section (diameter) data is corrected based on the corrected cross-section (diameter) data or circumference measurement data. Regardless of the processing order, the errors acting on the circumference measurement data and the cross-section (surface) measurement data are different from each other, so that the same operation and effect as described above can be expected.

<実施形態2>
本実施形態2では、図2の測定処理において、ステップS204、S206で実施可能な異なる演算処理について処理内容を説明する。ハードウェア的な構成と、図2のステップS204、S206以外の部分のソフトウェア的な構成は実施形態1と同様である。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, in the measurement processing of FIG. 2, processing contents of different calculation processing that can be performed in steps S <b> 204 and S <b> 206 will be described. The hardware configuration and the software configuration other than steps S204 and S206 in FIG. 2 are the same as in the first embodiment.

図3は、図2のステップS204として実行する本実施形態の演算処理を、図4は、図2のステップS206として実行する本実施形態の演算処理をそれぞれ示している。図2のステップS201からステップS203までは上述の実施形態1と同様に実施される。   FIG. 3 shows the arithmetic processing of this embodiment executed as step S204 of FIG. 2, and FIG. 4 shows the arithmetic processing of this embodiment executed as step S206 of FIG. 2, respectively. Steps S201 to S203 in FIG. 2 are performed in the same manner as in the first embodiment.

図2のステップS204として実行される図3の処理手順において、まず、ステップS301では、ステップS201で測定した周データとステップS202で測定した断面データを関数に置き換える関数変換を行う。ここでは、例えば、周データをツェルニケ関数に置き換え、断面データは、被測定物109の設計値関数に置き換えることができる。この場合、両方置き換えても良いし、どちらか一方のみ置き換える手法を採ってもよい。   In the processing procedure of FIG. 3 executed as step S204 of FIG. 2, first, in step S301, a function conversion is performed in which the circumference data measured in step S201 and the cross-sectional data measured in step S202 are replaced with functions. Here, for example, the circumference data can be replaced with a Zernike function, and the cross-section data can be replaced with a design value function of the DUT 109. In this case, both may be replaced, or a method of replacing only one of them may be adopted.

この関数への置き換えには、関数の係数を変数として測定データとの差分の式を作り、その式の二乗和が最小となる変数を求める最小二乗法を用いることができる。   This function can be replaced by a least-squares method in which an equation for the difference from the measured data is created using the coefficient of the function as a variable, and a variable that minimizes the sum of squares of the equation can be used.

次に、ステップS302では、ステップS301で関数化した周データを用いて関数変換後の断面データのドリフトを補正する処理を行う。ここでは、FSkを関数化した周測定面データ、FDknを関数化した断面測定面データのn番目のデータとしたとき、下式(3)のEknが最小となる各断面の位置誤差dx、dyと、各断面の傾き誤差wx、wyを求める。この場合も例えば最小二乗法を利用できる。   Next, in step S302, a process of correcting the drift of the cross-sectional data after the function conversion is performed using the circumference data converted into a function in step S301. Here, assuming that the circumference measurement plane data obtained by converting FSk into a function and the FDkn becomes the nth data of the cross-section measurement plane data obtained by a function, the position errors dx and dy of the respective cross sections where Ekn in the following equation (3) is minimized. And the inclination errors wx and wy of each section are obtained. Also in this case, for example, the least square method can be used.

Figure 2020056735
そして、式(3)によるEknが最小となる上記のdx、dy、wx、wyを求める処理を断面測定割り出しの回数分、n回行う。
Figure 2020056735
Then, the processing for obtaining the above dx, dy, wx, wy that minimizes Ekn by the equation (3) is performed n times for the number of times of the section measurement index.

上述の通り、ステップS201の周測定面データには非対称成分、即ちXY方向のドリフト誤差はごく僅かしか存在しない。そのため、上記の処理によってステップS202の断面測定データに含まれている、例えばドリフトに起因するXY方向位置誤差を精度よく求めることができる。   As described above, the circumference measurement plane data in step S201 has very little asymmetric component, that is, drift error in the XY directions. For this reason, the XY direction position error caused by the drift, for example, included in the cross-sectional measurement data in step S202 can be accurately obtained by the above processing.

続いて、ステップS303では、ステップS302でドリフトに起因する位置誤差を補正した断面測定データから面データを生成する。このステップS303では、各断面のデータFDknを各断面の位置誤差dx、dy、傾き誤差wx、wyによって座標変換し、位置誤差を補正した断面データに変換する。上記のステップS303の演算により、ドリフトに起因する誤差を補正可能な各断面測定データの位置誤差データを得ることができる。   Subsequently, in step S303, surface data is generated from the cross-sectional measurement data in which the position error caused by the drift in step S302 has been corrected. In this step S303, the coordinates FDkn of each section are converted according to the position errors dx, dy and the inclination errors wx, wy of each section, and converted into section data in which the position errors have been corrected. By the calculation in the above step S303, it is possible to obtain position error data of each cross-section measurement data capable of correcting an error caused by the drift.

続いて、実施形態1と同じ、図2のステップS205の処理を実行する。このステップS205では、図3のステップS301〜S303でドリフトによる位置誤差を補正した断面測定データから面データを生成する。このステップS205では、各断面のデータFDknを各断面の位置誤差dx、dy、傾き誤差wx、wyにより座標変換し、位置誤差を補正した断面データに変換する。このようにして、ステップS205の演算によってドリフトを補正した断面測定データに基づく形状(面)データを得ることができる。   Subsequently, the process of step S205 in FIG. 2 is executed as in the first embodiment. In step S205, surface data is generated from the cross-sectional measurement data in which the position error due to the drift has been corrected in steps S301 to S303 in FIG. In this step S205, the coordinates FDkn of each section are converted based on the position errors dx and dy and the tilt errors wx and wy of each section, and the data FDkn is converted into section data in which the position error is corrected. In this way, it is possible to obtain shape (surface) data based on the cross-section measurement data whose drift has been corrected by the calculation in step S205.

続いて、図2のステップS206として図4の処理手順を実行する。ここでは、まず、ステップS401では、ステップS201で測定した周測定データを、ステップS205で位置誤差を補正した断面測定面データを用いて、例えばドリフトに起因する誤差を補正する。   Subsequently, the processing procedure of FIG. 4 is executed as step S206 of FIG. Here, first, in step S401, for example, an error caused by drift is corrected using the circumference measurement data measured in step S201 and the cross-section measurement surface data in which the position error has been corrected in step S205.

このステップS401では、例えば、FSkmを関数変換した周測定面データのm番目のデータ、FDkfをドリフト補正済みの関数変換した断面測定面データとしたとき、下式(4)のEkmが最小となるdzを求める。この場合も例えば最小二乗法を利用できる。   In step S401, for example, assuming that the m-th data of the circumference measurement plane data obtained by converting the function of FSkm and the FDkf is the cross-section measurement plane data obtained by performing function correction after drift correction, Ekm of the following equation (4) is minimized. Find dz. Also in this case, for example, the least square method can be used.

Figure 2020056735
そして、式(4)によるEkmが最小となるdzを求める処理を周測定の回数分、m回行う。これにより、各断面測定データのZ方向位置誤差dzを求めることができる。
Figure 2020056735
Then, the processing for obtaining dz at which Ekm is minimized by the equation (4) is performed m times for the number of circumference measurements. Thereby, the Z-direction position error dz of each section measurement data can be obtained.

さらに、ステップS402では、各周測定データFSkmを各周の位置誤差dzを用いて座標変換し、位置誤差を補正した周測定データに変換する。   Further, in step S402, each circumference measurement data FSkm is subjected to coordinate conversion using the position error dz of each circumference, and is converted into circumference measurement data in which the position error is corrected.

上述の通り、ステップS202の断面測定データにはZ方向の誤差はごく僅かしか存在しないため、上記のステップS401、S402の処理によって、ステップS201の周測定面データのドリフトによる位置誤差を精度よく補正することができる。   As described above, there is very little error in the Z direction in the cross-sectional measurement data in step S202. Therefore, the processing in steps S401 and S402 accurately corrects the position error due to the drift of the circumference measurement surface data in step S201. can do.

図17は、以上のようにして周測定と断面測定を組み合わせて面データを生成した状態を模式的に示した説明図である。同図では、矢印で示すように4周の周測定と4本の径方向の断面測定を行って得た周データと断面データから被測定物の形状測定を行う処理を示している。   FIG. 17 is an explanatory diagram schematically showing a state in which surface data is generated by combining the circumference measurement and the cross-section measurement as described above. The figure shows a process of measuring the shape of the object to be measured from the circumferential data and the cross-sectional data obtained by performing four circumferential measurements and four radial cross-sectional measurements as indicated by arrows.

上述の図2、図3、図4に示した測定処理によれば、周および断面測定のドリフト誤差を互いに除去し、補正された周および断面測定による面(形状)データを取得し、補正後の周測定と断面測定を組み合わせて、高精度に面(形状)データを生成できる。本実施形態の測定処理では、面測定と断面測定に作用する測定誤差が異なることを利用して、周測定と断面測定で得た測定データを相互に精度よく補正することができる。即ち、本実施形態では、面測定では非対称成分、即ちXY方向のドリフト誤差がごく僅かであり、一方、断面測定ではZ方向の誤差はごく僅かである点を利用している。   According to the above-described measurement processing shown in FIGS. 2, 3, and 4, drift errors in the circumference and cross-section measurement are removed from each other, and corrected surface (shape) data is obtained by the circumference and cross-section measurement. The surface (shape) data can be generated with high accuracy by combining the circumference measurement and the cross-section measurement. In the measurement processing of the present embodiment, the measurement data obtained in the circumference measurement and the cross-section measurement can be mutually accurately corrected by utilizing the fact that the measurement error acting on the surface measurement and the cross-section measurement are different. That is, the present embodiment utilizes the point that the asymmetric component, that is, the drift error in the XY directions is very small in the surface measurement, while the error in the Z direction is very small in the cross-sectional measurement.

そして、本実施形態の測定処理によれば、周測定と断面測定で得た面(形状)データを無駄なく利用することができ、従来技術におけるように、補正ないし校正の目的のみに利用される測定シーケンスを実行しないで済む。従って、本実施形態によれば、測定方向の異なる、例えば断面測定、周測定のような複数の測定結果を無駄なく利用でき、ドリフトや回転軸ずれなどによる測定精度の低下を抑制し、高精度かつ高密度な形状測定を行うことができる。   According to the measurement processing of the present embodiment, the surface (shape) data obtained by the circumference measurement and the cross-section measurement can be used without waste, and is used only for the purpose of correction or calibration as in the related art. It is not necessary to execute the measurement sequence. Therefore, according to the present embodiment, a plurality of measurement results having different measurement directions, such as a cross-section measurement and a circumference measurement, can be used without waste. And high-density shape measurement can be performed.

また、本実施形態では、関数変換(図3のS301)したデータを用いて測定処理を行う。そのため、周測定と断面(径)測定の交点付近に不規則な誤差が乗っているような場合でも、測定結果が影響を受ける可能性を低減することができる。   In the present embodiment, the measurement process is performed using the data obtained by performing the function conversion (S301 in FIG. 3). Therefore, even when an irregular error is present near the intersection between the circumference measurement and the cross-section (diameter) measurement, the possibility that the measurement result is affected can be reduced.

<実施形態3>
本実施形態では、周測定、および断面測定の割り出しの回転軸の動的な誤差を考慮した形状測定処理を示す。本実施形態における形状計測装置100ないし測定(製造)システムのハードウェア構成は実施形態1、2の図1と同様である。本実施形態では、図1のデータ処理コンピュータ124によって、図19、図20に示すような形状測定処理を行う。
<Embodiment 3>
In the present embodiment, a shape measurement process taking into account a dynamic error of the rotation axis for indexing the circumference measurement and the cross-section measurement will be described. The hardware configuration of the shape measuring device 100 or the measurement (manufacturing) system in the present embodiment is the same as that in FIG. In the present embodiment, the shape measurement processing as shown in FIGS. 19 and 20 is performed by the data processing computer 124 of FIG.

図19において、ステップS2001は図2のステップS201と同様の周測定処理、ステップS2002は図2のステップS202と同様の断面測定処理である。本実施形態では、ステップS2001、S2002に続き、ステップS2003を実施する。ステップS2003では各断面測定結果に対して、動的な振れの差の分の座標変換を行う。   19, step S2001 is a circumference measurement process similar to step S201 in FIG. 2, and step S2002 is a cross-section measurement process similar to step S202 in FIG. In the present embodiment, step S2003 is performed following steps S2001 and S2002. In step S2003, coordinate conversion is performed for each cross-sectional measurement result by the amount of the dynamic shake difference.

図18(a)〜(c)は、ワーク回転軸の停止時と駆動時の動的な変動、振れの差に起因するワーク位置ずれを模式的に示している。図18(a)において1901は回転軸であり、1902は停止時の回転テーブル、1903は停止時のワーク位置である。また、図18(b)において1904、1905は回転駆動中の例えば0度位相の回転テーブルとワーク位置をそれぞれ示す。また、図18(c)において1906、1907は駆動中の例えば180度位相の回転テーブルとワーク位置をそれぞれ示す。図18(a)〜(c)において、1903と1904、1905との角度差Θが動的なワーク位置のずれに相当する。   FIGS. 18A to 18C schematically show a work position shift caused by a difference between a dynamic fluctuation and a run-out when the work rotating shaft is stopped and when it is driven. In FIG. 18A, reference numeral 1901 denotes a rotating shaft, 1902 denotes a rotary table when stopped, and 1903 denotes a work position when stopped. Also, in FIG. 18B, reference numerals 1904 and 1905 denote, for example, a 0-degree phase rotation table and a work position during rotation driving, respectively. In FIG. 18C, reference numerals 1906 and 1907 denote a rotating table and a work position, for example, having a phase of 180 degrees during driving. 18A to 18C, the angle difference 190 between 1903, 1904, and 1905 corresponds to a dynamic shift of the work position.

上記のような動的な回転軸の誤差は、図20に示すような座標変換を含む測定処理を行うことにより補正することができる。   The error of the dynamic rotation axis as described above can be corrected by performing a measurement process including coordinate conversion as shown in FIG.

図20のステップS2101では、回転対称かつ非球面形状のワークをθ回転ステージ112の上部にセットする。このワークの形状は既知の設計形状に対して誤差が十分小さい方が好ましい。ステップS2102では、回転軸の割り出しを伴なって、複数回の断面測定を行う。この時の、断面測定の制御は、図2のステップS202と同じでよい。座標変換量をより正確に算出するためには、できるだけ多くの断面を測定し、また、同じ断面を複数回測定して平均化処理をする、などの措置を講じることができる。   In step S2101 in FIG. 20, a rotationally symmetric and aspherical work is set on the θ rotation stage 112. It is preferable that the shape of the work has a sufficiently small error with respect to the known design shape. In step S2102, a plurality of cross-section measurements are performed with indexing of the rotation axis. The control of the cross-section measurement at this time may be the same as step S202 in FIG. In order to calculate the coordinate transformation amount more accurately, measures such as measuring as many cross sections as possible, and performing averaging processing by measuring the same cross section a plurality of times can be taken.

続いて、ステップS2103では、複数の断面測定の結果を面データとして処理し、非球面ワークのXYZ直交座標系での位置を算出する。この時、例えば、特許文献3に記載されるように、各測定断面を事前に既知の回転軸を中心に断面測定した割出角度で回転させ、それら全てを0度方位へ座標変換して戻すことにより非球面ワークのXYZ直交座標系での位置を算出することができる。   Subsequently, in step S2103, the results of the plurality of cross-section measurements are processed as surface data, and the position of the aspherical workpiece in the XYZ orthogonal coordinate system is calculated. At this time, for example, as described in Patent Literature 3, each measurement section is rotated at an index angle obtained by measuring the section about a known rotation axis in advance, and all of them are coordinate-transformed back to the 0-degree azimuth. Thus, the position of the aspherical workpiece in the XYZ orthogonal coordinate system can be calculated.

ここでは、FAを設計形状(または既知形状)データ、FDを0度方位に戻した場合の複数断面の測定データとしたとき、下式(5)のEDが最小となる0度方位での並進設置誤差、dxD、dyD、および0度方位でのワーク傾き誤差wxD、wyDを求める。この演算は、例えば最小二乗法によって行うことができる。   Here, assuming that FA is the design shape (or known shape) data and FD is the measurement data of a plurality of cross sections when the FD is returned to the 0-degree azimuth, the translation in the 0-degree azimuth at which the ED of the following equation (5) is minimum An installation error, dxD, dyD, and a work inclination error wxD, wyD at the 0-degree azimuth are determined. This calculation can be performed by, for example, the least squares method.

Figure 2020056735
Figure 2020056735

続いて、図20のステップS2104において、複数の周測定を行う。この周測定の制御は、図2のステップS201と同じでよい。座標変換量をより正確に算出するためには、できるだけ多くの周を測定し、また、同じ周を複数回測定して平均化処理をする、などの措置を講じることができる。なお、ステップS2102〜2104の間では、ワーク着脱などのステージ上でのワークの設置位置が変化することは実施しないものとする。   Subsequently, in step S2104 in FIG. 20, a plurality of circumference measurements are performed. The control of this circumference measurement may be the same as step S201 in FIG. In order to calculate the coordinate transformation amount more accurately, measures such as measuring as many circumferences as possible and performing averaging processing by measuring the same circumference a plurality of times can be taken. Note that, between steps S2102 and S2104, it is not assumed that the installation position of the work on the stage is changed, such as when the work is attached or detached.

次にステップS2105にて、複数周測定の結果を面データとして処理し、非球面ワークのXYZ直交座標系での位置を算出する。事前に既知の回転軸を中心に周測定をした結果をRΘZ座標系からXYZ直交座標系に変換し、0度方位を基準とした測定結果を得る。   Next, in step S2105, the result of the multiple circumference measurement is processed as surface data, and the position of the aspherical workpiece in the XYZ orthogonal coordinate system is calculated. The result of measuring the circumference around a known rotation axis in advance is converted from the RΘZ coordinate system to the XYZ orthogonal coordinate system, and a measurement result based on the 0-degree azimuth is obtained.

ここでは、FAを設計形状(または既知形状)データ、FSを複数周の測定データとする。そして、下式(6)のESが最小となる0度方位での並進設置誤差dxS、dyS、0度方位でのワーク傾き誤差wxS、wySを求める。この演算は、例えば最小二乗法によって行うことができる。   Here, FA is the design shape (or known shape) data, and FS is the measurement data of a plurality of rounds. Then, the translational installation errors dxS, dyS at the 0-degree azimuth at which ES of the following equation (6) is minimum, and the work inclination errors wxS, wyS at the 0-degree azimuth are obtained. This calculation can be performed by, for example, the least squares method.

Figure 2020056735
Figure 2020056735

次にステップS2106にて断面測定によって算出されたdxD、dyD、wxD、wyDと、周測定によって算出されたdxS、dyS、wxS、wySとの差分を算出する。算出した差分、即ち座標変化量は、断面測定と周測定の座標変化量としてデータ処理コンピュータ124に記憶させる。この座標変化量のデータは、例えばRAM1603や外部記憶装置1604などに格納する。また、図20の座標変化量の算出は形状測定の度に行っても良いし、あるいは装置立上げ時や定期的な校正時に行ってもよい。ステップS2003で求める座標変換量は、断面測定から周測定位置への変換量として求めてもよく、また、周測定から断面測定位置への逆変換を行う変換量として求めてもよい。このように取得した座標変化量を周測定データまたは径測定データに対して加算する座標変換を行うことにより、補正された形状測定データを得ることができる。   Next, in step S2106, a difference between dxD, dyD, wxD, wyD calculated by the cross-sectional measurement and dxS, dyS, wxS, wyS calculated by the circumference measurement is calculated. The calculated difference, that is, the coordinate change amount is stored in the data processing computer 124 as the coordinate change amount of the cross-section measurement and the circumference measurement. The coordinate change amount data is stored in, for example, the RAM 1603 or the external storage device 1604. The calculation of the coordinate change amount in FIG. 20 may be performed each time the shape is measured, or may be performed at the time of starting the apparatus or at the time of periodic calibration. The coordinate conversion amount obtained in step S2003 may be obtained as a conversion amount from the cross-section measurement to the circumference measurement position, or may be obtained as a conversion amount for performing an inverse conversion from the circumference measurement to the cross-section measurement position. By performing coordinate transformation for adding the coordinate change amount thus acquired to the circumference measurement data or the diameter measurement data, corrected shape measurement data can be obtained.

以上のように、本実施形態によれば、図19、および図20に示した測定処理によって、周測定と断面測定の間の動的な軸振れの差を取り除いた周測定と断面測定を合わせた面データを生成することができる。即ち、本実施形態によれば、図1、図2、図3、図4および図20に示した形状測定装置によって、被測定物の非球面、球面等からなるレンズに代表される光学素子、またはそれに類する構造物の表面形状を正確に求めることが可能となる。本発明は、上述の実施例の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。   As described above, according to the present embodiment, by the measurement processing shown in FIGS. 19 and 20, the circumference measurement and the cross-section measurement in which the difference in the dynamic shaft runout between the circumference measurement and the cross-section measurement is removed are combined. Plane data can be generated. That is, according to the present embodiment, the shape measuring apparatus shown in FIGS. 1, 2, 3, 4, and 20 allows an optical element typified by an aspherical surface, a spherical surface, or the like of an object to be measured, Alternatively, it is possible to accurately determine the surface shape of a similar structure. The present invention supplies a program for realizing one or more functions of the above-described embodiments to a system or an apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or the apparatus read and execute the program. This processing can be realized. Further, it can also be realized by a circuit (for example, an ASIC) that realizes one or more functions.

100…形状測定装置、102…除振台、103…架台、104…フレーム、105…X軸ステージガイド、106…Z軸ステージガイド、107…Z軸ステージスライダ、108…接触式プローブ、109…被測定物、110…ティルトステージ、111…XYステージ、112…θ回転ステージ、122…電装ラック、123…測定制御コンピュータ、124…データ処理コンピュータ。   Reference Signs List 100: Shape measuring device, 102: Anti-vibration table, 103: Stand, 104: Frame, 105: X-axis stage guide, 106: Z-axis stage guide, 107: Z-axis stage slider, 108: Contact probe, 109 ... Measurement object, 110: tilt stage, 111: XY stage, 112: θ rotation stage, 122: electrical equipment rack, 123: measurement control computer, 124: data processing computer.

Claims (20)

プローブを被測定物の表面に倣って走査させて、前記被測定物の形状を測定する形状測定方法において、
所定の回転軸を中心とし、前記回転軸からの距離が互いに異なる複数の周方向に前記プローブを走査させ、前記被測定物の周測定データを取得する周測定工程と、
前記被測定物の互いに交差する複数の径方向に前記プローブを走査させ、前記被測定物の径測定データを取得する径測定工程と、
前記周測定データおよび前記径測定データのいずれか一方によって、前記径測定データおよび前記周測定データの他方の誤差を補正し、補正後の前記径測定データまたは前記周測定データによって、補正していない方の前記周測定データまたは前記径測定データの誤差を補正する補正工程と、を含む形状測定方法。
In the shape measuring method for scanning the probe following the surface of the object to be measured and measuring the shape of the object to be measured,
A circumference measurement step of scanning the probe in a plurality of circumference directions whose distances from the rotation axis are different from each other around a predetermined rotation axis, and obtaining circumference measurement data of the measured object,
A diameter measurement step of scanning the probe in a plurality of radial directions intersecting each other of the object to be measured, and acquiring diameter measurement data of the object to be measured,
Either the circumference measurement data or the diameter measurement data corrects the other error of the diameter measurement data and the circumference measurement data, and is not corrected by the corrected diameter measurement data or the circumference measurement data. A correcting step of correcting an error between the circumference measurement data or the diameter measurement data.
プローブを被測定物の表面に倣って走査させて、前記被測定物の形状を測定する形状測定方法において、
所定の回転軸を中心とし、前記回転軸からの距離が互いに異なる複数の周方向に前記プローブを走査させ、前記被測定物の周測定データを取得する周測定工程と、
前記被測定物の互いに交差する複数の径方向に前記プローブを走査させ、前記被測定物の径測定データを取得する径測定工程と、
前記周測定データによって、前記径測定データの誤差を補正する第1の補正工程と、
前記第1の補正工程で補正された補正後の径測定データによって前記周測定データの誤差を補正する第2の補正工程と、を含む形状測定方法。
In the shape measuring method for scanning the probe following the surface of the object to be measured and measuring the shape of the object to be measured,
A circumference measurement step of scanning the probe in a plurality of circumference directions whose distances from the rotation axis are different from each other around a predetermined rotation axis, and obtaining circumference measurement data of the measured object,
A diameter measurement step of scanning the probe in a plurality of radial directions intersecting each other of the object to be measured, and acquiring diameter measurement data of the object to be measured,
A first correction step of correcting an error of the diameter measurement data by the circumference measurement data;
A second correction step of correcting an error in the circumference measurement data using the corrected diameter measurement data corrected in the first correction step.
請求項2に記載の形状測定方法において、前記第1または第2の補正工程の前に、前記周測定データおよび前記径測定データの少なくとも一方を関数変換し、関数変換された前記周測定データおよび/または前記径測定データを用いて前記第1または第2の補正工程を実行する形状測定方法。   3. The shape measurement method according to claim 2, wherein, before the first or second correction step, at least one of the circumference measurement data and the diameter measurement data is function-converted, and the function-converted circumference measurement data and And / or a shape measurement method for executing the first or second correction step using the diameter measurement data. 請求項2または3に記載の形状測定方法において、前記第1または第2の補正工程における補正を最小二乗法による補正演算により行う形状測定方法。   4. The shape measuring method according to claim 2, wherein the correction in the first or second correction step is performed by a correction operation using a least squares method. 請求項2から4のいずれか1項に記載の形状測定方法において、前記第1の補正工程において、前記周測定データによって、前記径測定データの並進方向の位置誤差と、各断面の傾き誤差を補正する形状測定方法。   5. The shape measuring method according to claim 2, wherein, in the first correction step, a position error in a translation direction of the diameter measurement data and a tilt error of each cross section are determined by the circumference measurement data. 6. Shape measurement method to be corrected. 請求項2から5のいずれか1項に記載の形状測定方法において、前記第2の補正工程において、補正後の前記径測定データによって、前記周測定データの高さ方向の位置誤差を補正する形状測定方法。   The shape measuring method according to any one of claims 2 to 5, wherein in the second correction step, a position error in the height direction of the circumference measurement data is corrected by the corrected diameter measurement data. Measuring method. 請求項2から6のいずれか1項に記載の形状測定方法において、前記第1の補正工程の前に、前記周測定データを、前記周測定データと前記被測定物の設計形状データを比較するフィッティング処理によって補正する形状測定方法。   7. The shape measurement method according to claim 2, wherein the circumference measurement data is compared with the circumference measurement data and the design shape data of the object to be measured before the first correction step. Shape measurement method to be corrected by fitting processing. 請求項1から7のいずれか1項に記載の形状測定方法において、前記被測定物が回転対象な非球面形状を有する形状測定方法。   The shape measuring method according to claim 1, wherein the object has an aspherical shape to be rotated. 請求項1から8のいずれか1項に記載の形状測定方法において、前記被測定物が回転対称な非球面光学素子、または回転対称な非球面光学素子の成形に用いる型である形状測定方法。   The shape measuring method according to claim 1, wherein the object to be measured is a rotationally symmetric aspherical optical element or a mold used for molding a rotationally symmetric aspherical optical element. プローブを被測定物の表面に倣って走査させて、前記被測定物の形状を測定する形状測定方法において、
所定の回転軸を中心とし、前記回転軸からの距離が互いに異なる複数の周方向に前記プローブを走査させ、前記被測定物の周測定データを取得する周測定工程と、
前記被測定物の互いに交差する複数の径方向に前記プローブを走査させ、前記被測定物の径測定データを取得する径測定工程と、
前記周測定データおよび前記径測定データから、前記回転軸の変動に起因する座標変化量を演算する演算工程と、
前記周測定データまたは前記径測定データに対して前記座標変化量を加算する座標変換工程と、を含む形状測定方法。
In the shape measuring method for scanning the probe following the surface of the object to be measured and measuring the shape of the object to be measured,
A circumference measurement step of scanning the probe in a plurality of circumference directions whose distances from the rotation axis are different from each other around a predetermined rotation axis, and obtaining circumference measurement data of the measured object,
A diameter measurement step of scanning the probe in a plurality of radial directions intersecting each other of the object to be measured, and acquiring diameter measurement data of the object to be measured,
From the circumference measurement data and the diameter measurement data, a calculation step of calculating a coordinate change amount caused by the fluctuation of the rotation axis,
A coordinate conversion step of adding the coordinate change amount to the circumference measurement data or the diameter measurement data.
請求項10に記載の形状測定方法において、前記座標変化量が、前記周測定工程で得られた周測定データおよび前記径測定工程で得られた径測定データの差分である形状測定方法。   11. The shape measuring method according to claim 10, wherein the coordinate change amount is a difference between the circumference measurement data obtained in the circumference measurement step and the diameter measurement data obtained in the diameter measurement step. 被測定物を直線移動させる直動ステージと、前記被測定物を回転軸を中心に回転移動させる回転ステージと、前記被測定物を倣い測定するプローブと、前記被測定物の形状測定を制御する制御装置と、を備える形状計測装置の前記制御装置を構成するコンピュータに読み込ませることにより、請求項1から11のいずれか1項に記載の形状測定方法の各工程を実行させる制御プログラム。   A translation stage for linearly moving the object to be measured, a rotary stage for rotating and moving the object to be measured around a rotation axis, a probe for scanning and measuring the object to be measured, and controlling a shape measurement of the object to be measured. A control program for executing each step of the shape measuring method according to any one of claims 1 to 11 by causing a computer constituting the control device of the shape measuring device including the control device to read the computer. 請求項12に記載の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium storing the control program according to claim 12. 被測定物を直線移動させる直動ステージと、前記被測定物を回転軸を中心に回転移動させる回転ステージと、前記被測定物を倣い測定するプローブと、前記被測定物の形状測定を制御する制御装置と、を備え、前記被測定物の形状を測定する形状測定装置において、
前記制御装置が、前記直動ステージにより前記プローブを前記回転軸を中心とした複数の周位置に移動させ、それぞれの周位置で前記プローブによって前記被測定物を倣い測定させ、複数の周測定データを取得する周測定工程と、前記回転ステージを前記回転軸を中心とした複数の割り出し角度に回転移動させ、それぞれの割り出し角度で前記プローブによって前記被測定物を倣い測定させ、複数の径測定データを取得する径測定工程と、を実行し、
前記制御装置が、前記周測定データおよび前記径測定データのいずれか一方によって、前記径測定データおよび前記周測定データの他方の誤差を補正し、補正後の前記径測定データまたは前記周測定データによって、補正していない方の前記周測定データまたは前記径測定データの誤差を補正する形状測定装置。
A translation stage for linearly moving the object to be measured, a rotary stage for rotating and moving the object to be measured around a rotation axis, a probe for scanning and measuring the object to be measured, and controlling a shape measurement of the object to be measured. And a control device, comprising: a shape measuring device for measuring the shape of the object to be measured,
The control device moves the probe to a plurality of circumferential positions around the rotation axis by the translation stage, causes the probe to follow and measure the object to be measured at each circumferential position, and obtains a plurality of circumferential measurement data. A circumference measurement step of obtaining the rotation stage, rotating the rotation stage at a plurality of index angles around the rotation axis, causing the probe to trace the object under each index angle, and measuring a plurality of diameter measurement data. Performing a diameter measuring step to obtain
The control device corrects the other error of the diameter measurement data and the circumference measurement data by one of the circumference measurement data and the diameter measurement data, and corrects the diameter measurement data or the circumference measurement data. A shape measuring apparatus for correcting an error of the circumference measurement data or the diameter measurement data that has not been corrected.
被測定物を直線移動させる直動ステージと、前記被測定物を回転軸を中心に回転移動させる回転ステージと、前記被測定物を倣い測定するプローブと、前記被測定物の形状測定を制御する制御装置と、を備え、前記被測定物の形状を測定する形状測定装置において、
前記制御装置が、前記直動ステージにより前記プローブを前記回転軸を中心とした複数の周位置に移動させ、それぞれの周位置で前記プローブによって前記被測定物を倣い測定させ、複数の周測定データを取得する周測定工程と、前記回転ステージを前記回転軸を中心とした複数の割り出し角度に回転移動させ、それぞれの割り出し角度で前記プローブによって前記被測定物を倣い測定させ、複数の径測定データを取得する径測定工程と、を実行し、
前記制御装置が、前記周測定データによって、前記径測定データの誤差を補正し、補正後の径測定データによって前記周測定データを補正する形状測定装置。
A translation stage for linearly moving the object to be measured, a rotary stage for rotating and moving the object to be measured around a rotation axis, a probe for scanning and measuring the object to be measured, and controlling a shape measurement of the object to be measured. And a control device, comprising: a shape measuring device for measuring the shape of the object to be measured,
The control device moves the probe to a plurality of circumferential positions around the rotation axis by the translation stage, causes the probe to follow and measure the object to be measured at each circumferential position, and obtains a plurality of circumferential measurement data. A circumference measurement step of obtaining the rotation stage, rotating the rotation stage at a plurality of index angles around the rotation axis, causing the probe to trace the object under each index angle, and measuring a plurality of diameter measurement data. Performing a diameter measuring step to obtain
A shape measuring device, wherein the control device corrects an error in the diameter measurement data with the circumference measurement data, and corrects the circumference measurement data with the corrected diameter measurement data.
被測定物を直線移動させる直動ステージと、前記被測定物を回転軸を中心に回転移動させる回転ステージと、前記被測定物を倣い測定するプローブと、前記被測定物の形状測定を制御する制御装置と、を備え、前記被測定物の形状を測定する形状測定装置において、
前記制御装置が、前記直動ステージにより前記プローブを前記回転軸を中心とした複数の周位置に移動させ、それぞれの周位置で前記プローブによって前記被測定物を倣い測定させ、複数の周測定データを取得する周測定工程と、前記回転ステージを前記回転軸を中心とした複数の割り出し角度に回転移動させ、それぞれの割り出し角度で前記プローブによって前記被測定物を倣い測定させ、複数の径測定データを取得する径測定工程と、を実行し、
前記制御装置が、前記周測定データおよび前記径測定データから、前記回転軸の変動に起因する座標変化量を演算し、前記周測定データまたは前記径測定データに対して前記座標変化量を加算する形状測定装置。
A translation stage for linearly moving the object to be measured, a rotary stage for rotating and moving the object to be measured around a rotation axis, a probe for scanning and measuring the object to be measured, and controlling a shape measurement of the object to be measured. And a control device, comprising: a shape measuring device for measuring the shape of the object to be measured,
The control device moves the probe to a plurality of circumferential positions around the rotation axis by the translation stage, causes the probe to follow and measure the object to be measured at each circumferential position, and obtains a plurality of circumferential measurement data. A circumference measurement step of obtaining the rotation stage, rotating the rotation stage at a plurality of index angles around the rotation axis, causing the probe to trace the object under each index angle, and measuring a plurality of diameter measurement data. Performing a diameter measuring step to obtain
The control device calculates a coordinate change amount due to the fluctuation of the rotation axis from the circumference measurement data and the diameter measurement data, and adds the coordinate change amount to the circumference measurement data or the diameter measurement data. Shape measuring device.
請求項14から16のいずれか1項に記載の形状測定装置を用いて物品を検査する検査方法において、前記形状測定装置で前記物品を前記被測定物として形状測定した形状測定結果と、前記物品の設計形状データとの誤差データに基づき前記物品を検査する検査方法。   17. An inspection method for inspecting an article using the shape measuring apparatus according to any one of claims 14 to 16, wherein the shape measurement result obtained by measuring the shape of the article as the object to be measured by the shape measuring apparatus; An inspection method for inspecting the article based on error data with respect to the design shape data. 請求項17に記載の検査方法によって物品を検査し、物品を製造する製造方法において、前記形状測定結果と、前記物品の設計形状データとの誤差データに基づき前記物品を加工する加工装置を駆動制御する物品の製造方法。   18. A manufacturing method for inspecting an article by the inspection method according to claim 17 and manufacturing the article, wherein drive control of a processing apparatus for processing the article based on error data between the shape measurement result and the design shape data of the article. Manufacturing method of articles to be made. 請求項18に記載の物品の製造方法において、前記被測定物として形状測定される物品が回転対称な非球面光学素子、または回転対称な非球面光学素子の成形に用いる型である物品の製造方法。   19. The method for manufacturing an article according to claim 18, wherein the article to be measured as the object to be measured is a rotationally symmetric aspheric optical element or a mold used for molding a rotationally symmetric aspheric optical element. . 請求項14から16のいずれか1項に記載の形状測定装置と、前記被測定物として形状測定される物品の加工装置と、を含み、前記形状測定装置で前記物品を前記被測定物として形状測定した形状測定結果と、前記物品の設計形状データとの誤差データに基づき前記加工装置が駆動制御される物品の製造システム。   A shape measuring device according to any one of claims 14 to 16, and a processing device for an article whose shape is to be measured as the object to be measured, wherein the shape is measured by the shape measuring device as the object to be measured. An article manufacturing system in which the processing device is driven and controlled based on error data between a measured shape measurement result and design article shape data.
JP2018188694A 2018-10-03 2018-10-03 Shape measurement method, shape measurement device, and article manufacturing method Pending JP2020056735A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018188694A JP2020056735A (en) 2018-10-03 2018-10-03 Shape measurement method, shape measurement device, and article manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018188694A JP2020056735A (en) 2018-10-03 2018-10-03 Shape measurement method, shape measurement device, and article manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020056735A true JP2020056735A (en) 2020-04-09

Family

ID=70107076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018188694A Pending JP2020056735A (en) 2018-10-03 2018-10-03 Shape measurement method, shape measurement device, and article manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020056735A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10751883B2 (en) Robot system with supplementary metrology position coordinates determination system
JP5998058B2 (en) Correction of errors in measured values obtained using a coordinate positioning device
US10871366B2 (en) Supplementary metrology position coordinates determination system for use with a robot
JP2013503380A (en) Calibration method for machine tools
US10913156B2 (en) Robot system with end tool metrology position coordinates determination system
TW201439502A (en) Method and apparatus for measuring a part
JP2013218684A (en) Device for correcting error for cnc (computer numerical control) machine tool
JPH1183438A (en) Position calibration method for optical measuring device
US10578414B2 (en) Inner-wall measuring instrument and offset-amount calculation method
KR20060113967A (en) Method for calibrating the geometry of a multi-axis metrology system
JP5297906B2 (en) Image probe calibration method and shape measuring machine
JP2019105615A (en) Spatial accuracy correction method, and spatial accuracy correction device
JP2003114117A (en) Calibration method and calibration program for probe
CN106796095B (en) Method for operating a coordinate measuring device, coordinate measuring device and computer program
JP4646520B2 (en) Three-dimensional shape measuring method and apparatus
JP2020056735A (en) Shape measurement method, shape measurement device, and article manufacturing method
JP6800442B2 (en) 3D shape measurement system
CN110849266B (en) Telecentric lens telecentricity debugging method of image measuring instrument
JP6757391B2 (en) Measuring method
CN109732643B (en) Calibration device and method for mechanical arm
CN105180872B (en) The measurement method and device of high-precision mirror interval adjustment ring
JP2022160171A (en) Shape measurement method, article inspection method, article manufacturing method, shape measurement apparatus, article inspection system, article manufacturing system, program, and recording medium
US11609083B2 (en) Apparatus and method for contactless checking of the dimensions and/or shape of a complex-shaped body
JPH10332349A (en) Three-dimensional shape measuring method
EP3467430A1 (en) Method and system for optically scanning and measuring objects

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20200206

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20200207