JP2638157B2 - 形状測定装置及びその方法 - Google Patents
形状測定装置及びその方法Info
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- JP2638157B2 JP2638157B2 JP28798988A JP28798988A JP2638157B2 JP 2638157 B2 JP2638157 B2 JP 2638157B2 JP 28798988 A JP28798988 A JP 28798988A JP 28798988 A JP28798988 A JP 28798988A JP 2638157 B2 JP2638157 B2 JP 2638157B2
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- Japan
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- force
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、面の形状を測定する三次元測定機に関し、
プローブを有するＺ移動部を、重力の影響を受けず、可
動質量を軽くし、微細な面形状測定も、例えば0.01μｍ
という超高精度で、応答性よく早く測定できる形状測定
装置およびその方法に関するものである。
プローブを有するＺ移動部を、重力の影響を受けず、可
動質量を軽くし、微細な面形状測定も、例えば0.01μｍ
という超高精度で、応答性よく早く測定できる形状測定
装置およびその方法に関するものである。
従来の技術 三次元測定機における上下方向（Ｚ方向）に移動する
Ｚ移動部は重量を支持しなければならない点で、XY移動
部とは異なる。支持方法はネジによる支持、バランスウ
エイトによる支持、バネ支持等がある。
Ｚ移動部は重量を支持しなければならない点で、XY移動
部とは異なる。支持方法はネジによる支持、バランスウ
エイトによる支持、バネ支持等がある。
ネジによる支持ではモータでネジを回し、一回転でこ
のネジの一ピッチ分が動く直線運動に変換される駆動方
式なので、応答性良く、早く、高い精度で動かすのは難
しい。バランスウエイトによる支持では、滑車とチェー
ン状のものが必要なので、可動質量が２倍になり、チェ
ーン状のものの剛性を上げられないので、やはり応答性
を上げるのは難しい。
のネジの一ピッチ分が動く直線運動に変換される駆動方
式なので、応答性良く、早く、高い精度で動かすのは難
しい。バランスウエイトによる支持では、滑車とチェー
ン状のものが必要なので、可動質量が２倍になり、チェ
ーン状のものの剛性を上げられないので、やはり応答性
を上げるのは難しい。
バネによる支持では、可動質量は最小にでき、応答性
のよいリニアモータ駆動方式を採用することができる。
しかし、バネ支持ではバネ力と重力がバランスする平衡
位置からのずれに比例して復原力が働くので、任意位置
で止められず、高さによって条件が変わるので、操作
性，精度共、問題となる。さらに、バネ定数が非常に小
さい巻とり式のバネも一部使われているが、移動部に重
さ変化がある場合は使えない。
のよいリニアモータ駆動方式を採用することができる。
しかし、バネ支持ではバネ力と重力がバランスする平衡
位置からのずれに比例して復原力が働くので、任意位置
で止められず、高さによって条件が変わるので、操作
性，精度共、問題となる。さらに、バネ定数が非常に小
さい巻とり式のバネも一部使われているが、移動部に重
さ変化がある場合は使えない。
一方、従来、非球面レンズの形状測定のように0.1μ
ｍ以下の精度で測定しなければならない用途に使える適
切な測定器はなかった。即ち、接触型プローブを備えた
三次元測定機は測定精度が不十分であったし、トワトマ
ングリーンとかフィゾー等の干渉計では測定精度は高く
ても球面しか測れない等の問題があった。
ｍ以下の精度で測定しなければならない用途に使える適
切な測定器はなかった。即ち、接触型プローブを備えた
三次元測定機は測定精度が不十分であったし、トワトマ
ングリーンとかフィゾー等の干渉計では測定精度は高く
ても球面しか測れない等の問題があった。
そこで、測定精度が十分高く、非球面も測定できる測
定機として考えられたものが特願昭57−189761号や特願
昭60−148715号に記されている被測定面上に光を集光
し、反射光から面形状を測定する光プローブを利用した
測定機である。
定機として考えられたものが特願昭57−189761号や特願
昭60−148715号に記されている被測定面上に光を集光
し、反射光から面形状を測定する光プローブを利用した
測定機である。
発明が解決しようとする課題 上記の測定機においては、レーザ光を被測定面上に集
光し、フォーカスサーボをかけている。Ｚ移動部はバネ
支持にしているが、平衡位置からずれると、バネの復原
力に相当する電流を常にフォーカス駆動コイルに流さね
ばならない為、フォーカス誤差信号にフォーカス駆動電
圧をサーボゲインで割った誤差電圧をかけておかねばな
らなかった。従って、この誤差電圧を発生させる為のフ
ォーカス誤差が常に残り、超高精度な測定における測定
誤差発生の原因となっていた。又バネによって吊された
Ｚ移動部の、重力との平衡位置からのずれに比例して発
生するバネ力によって平衡位置に引き戻される力があ
り、高さによって測定条件が変わるので測定がしにく
く、さらに、フォーカスサーボをかける方式では測定誤
差が発生する。本発明はこの問題を解決し、さらに、重
さ変化によって平衡位置が変わる問題をも解決しようと
するものである。
光し、フォーカスサーボをかけている。Ｚ移動部はバネ
支持にしているが、平衡位置からずれると、バネの復原
力に相当する電流を常にフォーカス駆動コイルに流さね
ばならない為、フォーカス誤差信号にフォーカス駆動電
圧をサーボゲインで割った誤差電圧をかけておかねばな
らなかった。従って、この誤差電圧を発生させる為のフ
ォーカス誤差が常に残り、超高精度な測定における測定
誤差発生の原因となっていた。又バネによって吊された
Ｚ移動部の、重力との平衡位置からのずれに比例して発
生するバネ力によって平衡位置に引き戻される力があ
り、高さによって測定条件が変わるので測定がしにく
く、さらに、フォーカスサーボをかける方式では測定誤
差が発生する。本発明はこの問題を解決し、さらに、重
さ変化によって平衡位置が変わる問題をも解決しようと
するものである。
課題を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決する為に、平衡位置からの
Ｚ移動部の変位を示す位置信号を駆動手段に伝達し、バ
ネ力につりあう力を駆動手段に発生させるバネ力補正手
段を持つ。これによりＺ移動部に対するバネの復原力の
影響を実質的になくすことができる。
Ｚ移動部の変位を示す位置信号を駆動手段に伝達し、バ
ネ力につりあう力を駆動手段に発生させるバネ力補正手
段を持つ。これによりＺ移動部に対するバネの復原力の
影響を実質的になくすことができる。
測定面上にフォーカスサーボをかけるＺ移動部におい
ては、フォーカス駆動信号に前記バネ力補正手段である
補正信号を足し合わせる手段とより構成される。
ては、フォーカス駆動信号に前記バネ力補正手段である
補正信号を足し合わせる手段とより構成される。
また、本発明の形状測定方法は、バネによって吊さ
れ、上下方向へ駆動手段を備えたＺ移動部と前記バネの
張力との重力がつりあう平衡位置からの前記Ｚ移動部の
位置の変位を検出して位置信号を発生し、前記位置信号
を前記駆動手段に伝達し、前記平衡位置からの変位に比
例して発生するバネ力に大きさがほぼ等しく方向が逆の
駆動力を前記駆動手段によって発生させるものである。
れ、上下方向へ駆動手段を備えたＺ移動部と前記バネの
張力との重力がつりあう平衡位置からの前記Ｚ移動部の
位置の変位を検出して位置信号を発生し、前記位置信号
を前記駆動手段に伝達し、前記平衡位置からの変位に比
例して発生するバネ力に大きさがほぼ等しく方向が逆の
駆動力を前記駆動手段によって発生させるものである。
作用 これによりバネ力の影響及びフォーカス誤差の両者を
計算に入れたＺ移動部の動きが可能になり、フォーカス
誤差が完全にゼロになるまでＺ移動部を動かすことがで
きる。
計算に入れたＺ移動部の動きが可能になり、フォーカス
誤差が完全にゼロになるまでＺ移動部を動かすことがで
きる。
Ｚ移動部に重さの変化やバネ定数の変化が考えられる
場合は、前記駆動力を検出する駆動力検出手段と、フォ
ーカスサーボがかかった状態での駆動力検出手段から得
られる駆動力信号と、初期状態での前記位置信号から前
記駆動手段にかかる駆動信号との差信号を検知する差動
増幅器と、前記差信号を前記駆動手段に伝達する差信号
伝達手段をもつ。これにより、Ｚ移動部の重さ変化やバ
ネ張力の経時変化によって発生するフォーカス誤差もな
くする作用を有する。
場合は、前記駆動力を検出する駆動力検出手段と、フォ
ーカスサーボがかかった状態での駆動力検出手段から得
られる駆動力信号と、初期状態での前記位置信号から前
記駆動手段にかかる駆動信号との差信号を検知する差動
増幅器と、前記差信号を前記駆動手段に伝達する差信号
伝達手段をもつ。これにより、Ｚ移動部の重さ変化やバ
ネ張力の経時変化によって発生するフォーカス誤差もな
くする作用を有する。
実 施 例 第１図に本発明の第一実施例の形状測定装置の構成図
を示す。本実施例では上下方向（Ｚ方向）に移動するＺ
移動部３には対物レンズ６が取りつけられ、測定面７に
光を集光して測定面の面形状を測定する装置である。リ
ニアモータ２でＺ方向に駆動でき、バネ１によって吊り
下げられている。第２図は本実施例の説明図であるが、
リニアモータによる力がなければ、Ｚ移動部には第２図
ａで示すような重力−バネ力の力が働くので、放ってお
くと平衡位置まで戻ってしまう。
を示す。本実施例では上下方向（Ｚ方向）に移動するＺ
移動部３には対物レンズ６が取りつけられ、測定面７に
光を集光して測定面の面形状を測定する装置である。リ
ニアモータ２でＺ方向に駆動でき、バネ１によって吊り
下げられている。第２図は本実施例の説明図であるが、
リニアモータによる力がなければ、Ｚ移動部には第２図
ａで示すような重力−バネ力の力が働くので、放ってお
くと平衡位置まで戻ってしまう。
そこで、位置検出器４によって平衡位置からのずれに
比例した電圧を発生させサーボ回路５を通じてリニアモ
ータ２を駆動させる。この駆動力は第２図に示す駆動力
ｂと、Ｚ移動部の重力−バネ力ａの和をゼロとなるよう
にすることによって、Ｚ移動部の動きはバネ力や重力に
影響されずフリーとなる。
比例した電圧を発生させサーボ回路５を通じてリニアモ
ータ２を駆動させる。この駆動力は第２図に示す駆動力
ｂと、Ｚ移動部の重力−バネ力ａの和をゼロとなるよう
にすることによって、Ｚ移動部の動きはバネ力や重力に
影響されずフリーとなる。
本実施例では測定面上に光を集光しているが、対物レ
ンズ６のかわりに接触型のプローブを使用してもよい。
ンズ６のかわりに接触型のプローブを使用してもよい。
第３図は本発明第二実施例を示す。Ｚ移動部３にはフ
ォーカス誤差信号検出手段８が内蔵され、誤差信号はサ
ーボ回路５を通じてリニアモータ２を駆動し、常に測定
面７上に光が集光するようフォーカスサーボがかけられ
る。フォーカス誤差信号を増幅した駆動電流のみをリニ
アモータに流すと、バネ力につり合う駆動力を発生させ
るだけの駆動電流を流さねばならない為、一定のフォー
カス誤差信号が必要となり、必然的にフォーカス誤差を
発生する。そこで、第一の実施例同様、バネ力の影響を
なくすだけの駆動電流を位置信号を増幅して得ることに
よって、フォーカス誤差が完全にゼロになるまでＺ移動
部を動かすことができる。
ォーカス誤差信号検出手段８が内蔵され、誤差信号はサ
ーボ回路５を通じてリニアモータ２を駆動し、常に測定
面７上に光が集光するようフォーカスサーボがかけられ
る。フォーカス誤差信号を増幅した駆動電流のみをリニ
アモータに流すと、バネ力につり合う駆動力を発生させ
るだけの駆動電流を流さねばならない為、一定のフォー
カス誤差信号が必要となり、必然的にフォーカス誤差を
発生する。そこで、第一の実施例同様、バネ力の影響を
なくすだけの駆動電流を位置信号を増幅して得ることに
よって、フォーカス誤差が完全にゼロになるまでＺ移動
部を動かすことができる。
第４図は本発明第３実施例の説明図である。第３実施
例は、Ｚ移動部に重量の変化があったりバネの常数に変
化があった場合の対策を施したものである。例えばＺ移
動部が重くなった場合、Ｚ移動部には常に下向きの力が
かかり、やはり、フォーカス誤差が発生する。そこで、
第４図に示すように、位置信号の電圧と、リニアモータ
に実際に流れた電流量を電圧に変換したものを比較し、
この差を加算した電流をリニアモータに流す。Ｚ移動部
の重さ変動等がなければ、減算器10の出力はゼロになる
よう調節しておく。このようにして初期設定値から重さ
やバネ力がずれた場合でも常にこの力を補正する為の電
流を減算器10の系統からリニアモータ２に流すことがで
きるので、フォーカス誤差信号はゼロとなるまでＺ移動
部を動かせ、フォーカス誤差は発生しない。
例は、Ｚ移動部に重量の変化があったりバネの常数に変
化があった場合の対策を施したものである。例えばＺ移
動部が重くなった場合、Ｚ移動部には常に下向きの力が
かかり、やはり、フォーカス誤差が発生する。そこで、
第４図に示すように、位置信号の電圧と、リニアモータ
に実際に流れた電流量を電圧に変換したものを比較し、
この差を加算した電流をリニアモータに流す。Ｚ移動部
の重さ変動等がなければ、減算器10の出力はゼロになる
よう調節しておく。このようにして初期設定値から重さ
やバネ力がずれた場合でも常にこの力を補正する為の電
流を減算器10の系統からリニアモータ２に流すことがで
きるので、フォーカス誤差信号はゼロとなるまでＺ移動
部を動かせ、フォーカス誤差は発生しない。
発明の効果 このように本発明は面の形状を測定する三次元測定機
に関し、レーザ光を測定面上に集光し、この反射光から
フォーカスサーボをかけ、測定面の形状を0.01μｍ台の
超高精度で測定する光学プローブ等で、Ｚ移動部をバネ
で吊しリニアモータで駆動する方式で、バネの復原力の
影響を実質的になくし、フォーカス誤差等をなくし、高
い測定精度と良好な操作性を達成できるという大きな効
果を有する。
に関し、レーザ光を測定面上に集光し、この反射光から
フォーカスサーボをかけ、測定面の形状を0.01μｍ台の
超高精度で測定する光学プローブ等で、Ｚ移動部をバネ
で吊しリニアモータで駆動する方式で、バネの復原力の
影響を実質的になくし、フォーカス誤差等をなくし、高
い測定精度と良好な操作性を達成できるという大きな効
果を有する。
第１図は本発明の第１実施例の形状測定装置の要部構成
図、第２図は第１実施例の説明図、第３図は本発明の第
２実施例の要部構成図、第４図は本発明の第３実施例の
信号系の説明図である。 １……バネ、２……リニアモータ、３……Ｚ移動部、４
……位置検出器、５……サーボ回路、６……対物レン
ズ、７……測定面、８……誤差信号検出手段、13……電
圧調整器。
図、第２図は第１実施例の説明図、第３図は本発明の第
２実施例の要部構成図、第４図は本発明の第３実施例の
信号系の説明図である。 １……バネ、２……リニアモータ、３……Ｚ移動部、４
……位置検出器、５……サーボ回路、６……対物レン
ズ、７……測定面、８……誤差信号検出手段、13……電
圧調整器。
Claims (6)
- 【請求項１】バネによって吊され、上下方向へ駆動手段
を備えたＺ移動部と、前記バネの張力と前記Ｚ移動部の
重力がつりあう平衡位置からの前記Ｚ移動部の位置の変
位を検出し位置信号を発生する位置検出手段と、前記位
置信号を前記駆動手段に伝達し、前記平衡位置からの変
位に比例して発生するバネ力に大きさがほぼ等しく方向
が逆の駆動力を前記駆動手段によって発生させるバネ力
補正手段を備えた形状測定装置。 - 【請求項２】Ｚ移動部に光を測定面上に集光する為の対
象レンズを少なくとも内蔵し、測定面からの反射光を受
光し、フォーカス誤差信号を検出する誤差信号検出手段
と、前記誤差信号検出手段から発生する誤差信号を駆動
手段に伝達し、前記Ｚ移動部を前記光が前記測定面上に
集光するように駆動させるフォーカスサーボ手段を備え
ると共に、バネ力補正手段によって前記バネ力によって
発生するフォーカスサーボ誤差を除去した請求項１記載
の形状測定装置。 - 【請求項３】駆動力を検出する駆動力検出手段と、フォ
ーカスサーボがかかっているときにこの駆動力検出手段
から得られる駆動力信号と位置信号から駆動手段に伝達
される駆動信号との差信号を検知する差動増幅器と、前
記差信号を前記駆動手段に伝達する差信号伝達手段を備
え、Ｚ移動部の重さ変化や前記バネ張力の経時変化等に
よって発生するフォーカス誤差をなくした請求項２記載
の形状測定装置。 - 【請求項４】バネによって吊され、上下方向へ駆動手段
を備えたＺ移動部と前記バネの張力との重力がつりあう
平衡位置からの前記Ｚ移動部の位置の変位を検出して位
置信号を発生し、前記位置信号を前記駆動手段に伝達
し、前記平衡位置からの変位に比例して発生するバネ力
に大きさがほぼ等しく方向が逆の駆動力を前記駆動手段
によって発生させる形状測定方法。 - 【請求項５】光を測定面上に集光し、前記測定面からの
反射光を受光して、フォーカス誤差信号を検出し、この
誤差信号を駆動手段に伝達し、前記Ｚ移動部を前記光が
前記測定面上に集光するように駆動させると共に、バネ
力補正手段によって前記バネ力によって発生するフォー
カスサーボ誤差を除去した請求項４記載の形状測定方
法。 - 【請求項６】駆動力を検出し、フォーカスサーボがかか
っているときにこの駆動力信号と位置信号から駆動手段
に伝達される駆動信号との差信号を検知し、前記差信号
を前記駆動手段に伝達し、Ｚ移動部の重さ変化や前記バ
ネ張力の経時変化等によって発生するフォーカス誤差を
なくした請求項５記載の形状測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28798988A JP2638157B2 (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | 形状測定装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28798988A JP2638157B2 (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | 形状測定装置及びその方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02134506A JPH02134506A (ja) | 1990-05-23 |
| JP2638157B2 true JP2638157B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=17724356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28798988A Expired - Lifetime JP2638157B2 (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | 形状測定装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2638157B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2973637B2 (ja) * | 1991-09-27 | 1999-11-08 | 松下電器産業株式会社 | 三次元測定装置 |
-
1988
- 1988-11-15 JP JP28798988A patent/JP2638157B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02134506A (ja) | 1990-05-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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