JP3580960B2 - 三次元形状測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元形状測定装置に関し、詳しくは、非球面レンズや半導体ＬＳＩチップ等の三次元形状を測定することができ、さらに、高精度な位置決めが要求される各種自動生産機械や精密加工機械等にも適用することができる三次元形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの主の三次元形状測定装置としては、例えば、特開平４−２９９２０６号公報または特開平７−２１８２４７号公報に記載されるものがある。このものは、定盤上に設けられ、水平方向で互いに直交するＸ−Ｙ方向に移動するＸ−Ｙステージと、該Ｘ−Ｙステージ上に設けられ、水平方向と直交するＺ方向に移動するＺステージと、該Ｚステージに取付けられたプローブと、からなるブリッジ移動型の移動ステージを備えており、定盤上に設けられた被測定物を測定する際にプローブの出力を一定に保つようにプローブを被測定物に沿って移動させたときの動作軌跡を測定・解析することによって測定面の形状を測定するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような三次元形状測定装置にあっては、Ｘ−Ｙ方向に移動する大型のＸ−Ｙステージが必要になってしまうため、Ｘ−Ｙステージを高速に移動させる際にこのＸ−Ｙステージの重心位置に大きな慣性力が作用してしまい、構造物の撓みや振動が生じ易かった。このため、被測定物の形状を高精度に測定することが困難であるという問題があった。
【０００４】
また、Ｘ−Ｙステージの移動量を大きくしようとすると、大きな定盤を設けなければならないため、装置の軽量化と測定精度の確保を優先した場合には測定範囲を広げることができないという問題があった。
【０００５】
また、Ｘ−Ｙステージを案内するガイドとして空気軸受を用いているため、移動系全体の振動減衰性が大幅に低下してしまい、プローブを搭載したＺステージを支持するＸ−Ｙステージの剛性を高めることができず、プローブを高速に走査することができないという問題があった。
【０００６】
また、Ｚ方向に配設したＺ軸を制御するに際しては、重力の影響を受けるため、制御帯域を上げることができず、サーボゲインを上げることができなかった。このため、サーボ剛性や振動減衰性のために機構そのものの高速運動を行なうことができず、プローブを高速に走査することができないという問題があった。
【０００７】
また、プローブの移動量を計測する光学部品を用いる場合に、圧倒的に横向きの状態で組込まれている場合が多く、製品に組込まれているのと同じ状態（クランプ方式も含む）での計測が望まれるが、従来のブリッジ移動型のステージではプローブを移動させるＺステージ上に光学部品を設けると横方向に計測し難いと不具合が発生してしまった。
【０００８】
そこで本発明は、移動手段を下方からＸ−Ｚ−Ｙ方向に移動する直交三軸機構から構成することにより、移動テーブル全体を小型化することができるとともに、プローブを重力の作用しないＹテーブルに搭載することで高速高性能に被測定物の形状を測定することができる三次元形状測定装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、定盤に取付けられるとともに被測定物の形状測定用のプローブを搭載し、被測定物に対してプローブを三次元方向に移動させる移動手段と、該移動手段の移動量を測定する測定手段と、該測定手段の出力に基づいて移動手段の移動量を解析する解析手段とを備え、前記プローブの出力を一定に保つようにプローブを被測定物に沿って移動させたときの動作軌跡を測定・解析することによって被測定物の形状を測定するようにした三次元形状測定装置において、前記移動手段を、定盤上に設けられ水平方向に延在するＸテーブルガイド軸と、該Ｘテーブルガイド軸に案内されてＸ方向に移動可能に設けられたＸテーブルと、該Ｘテーブル上に水平方向と上下方向に直交するＺ方向に延在するように立設されたＺテーブルガイド軸と、該Ｚテーブルガイド軸に案内されてＺ方向に移動可能に設けられたＺテーブルと、該Ｚテーブル上に設けられ、水平方向においてＸ方向と直交するＹ方向に配線されたＹテーブルガイド軸と、該Ｙテーブルガイド軸に沿ってＹ方向に移動可能に設けられるとともに前記プローブが搭載されたＹテーブルとを有して下方からＸ−Ｚ−Ｙ方向に移動する直交三軸機構から構成し、前記Ｘテーブル上に互いに平行な４つの突出基端部を有する一体構造のＺ軸ベースを設け、前記Ｚテーブルガイド軸を前記Ｚ軸ベースの突出基端部に嵌合させて立設された４本の軸から構成したことを特徴としている。
【００１０】
その場合、高性能な追従位置決め機構が必要とされるＹテーブルに粗微動機構の構成を設けなくて良いため、移動手段を小型化することができるとともに、定盤上の制御軸をＸ軸のみにすることができ、装置のコストを低減することができる。また、プローブを重力の作用しないＹテーブルに搭載することで高速高性能に被測定物の形状を測定することができる。
【００１１】
また、Ｚテーブルガイド軸の剛性を向上させるとともに平行度を高めるようにして、装置の固有振動数を高めることができ、プローブを高速、かつ高精度に走査することができる。
【００１２】
また、本発明は、上記課題を解決するために、前記Ｚテーブルはダイレクトドライブモータによって駆動されるボールネジによってＺ方向に昇降自在に案内され、前記定盤は、Ｘ方向に亘って延在する溝部を有し、該溝部には、ダイレクトドライブモータおよび該ダイレクトドライブモータをＺテーブルの下方に設置する支持部材が収納されることを特徴としている。
【００１３】
その場合、ダイレクトドライブモータの中空部内をボールネジが昇降するため、Ｚテーブルの移動機構の小型化を図ることができ、移動手段の省スペース化を図ることができる。また、ダイレクトドライブモータを使用することにより送り分解能を小さく、かつ駆動力を確保し易くすることができる。これに加えて、モータの駆動力の伝達中に発生するバックラッシュを減速機を用いた場合に比べてかなり小さくすることができる。この結果、昇降動作における微小精密送りを可能にすることができ、高速高精度な測定を行なうことができる。
また、移動手段の高さを低くすることができるようにして、装置のより一層の小型化を図ることができる。このため、装置の固有振動数を高めてプローブを高速に走査することができるとともに、装置の剛性を下げることなく装置重量の軽量化を図ることができる。
また、本発明は、上記課題を解決するために、前記測定手段が、定盤上に固定されたＸ、Ｙ、Ｚ３方向の測定基準としての３つの平面ミラーと、Ｙテーブル上に固定されＸ、Ｙ、Ｚの三軸方向にレーザ光を照射する３つのレーザ光源、該レーザ光源からの光を平面ミラーに反射する３つの反射ミラーと、平面ミラーから反射ミラーを介して入射したレーザ光の干渉縞を検出する３つのレーザ干渉器とから構成され、前記Ｙ方向にレーザ光が通過する平面ミラーと反射ミラーの間に光を通過させる通過手段を介装し、該通過手段は、Ｙテーブルに取付けられた第１中空部材と、Ｚテーブルに取付けられ、第１中空部材の外周部または内周部に摺動自在に設けられた第２中空部材からなり、ＹテーブルがＹ方向に移動するのに伴って第１中空部材および第２中空部材を伸縮させるようにしたことを特徴としている。
【００１４】
その場合、プローブの測定点を原点としてテーブルの移動量を被測定物の形状に沿ったものとして高精度に測定することができ、各テーブルの組付け精度の不足やテーブルの移動によって生じる運動精度の不足等が生じた場合にも被測定物の形状を正確に測定することができる。
また、簡単な構成でＹ方向の反射ミラーとＹ方向の平面ミラーの間の測定経路に生じる空気の揺らぎを少なくすることができ、測定上最も重要なＹ方向の測定精度を高めて高精度な測定を行なうことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜３は本発明に係る三次元形状測定の一実施形態を示す図である。なお、図１は三次元形状測定装置の上面図、図２は三次元形状測定装置の正面図、図３は図２のＡーＡ矢視断面図である。
【００１６】
まず、構成を説明する。図１〜３において、１は三次元形状測定装置の定盤であり、この定盤１は空気ばね式の防振台２によって支持されている。この防振台２上には全体ベース３が取付けられており、この全体ベース３にはＸテーブルガイド軸（以下、Ｘ軸という）４ａ、４ｂが水平方向に平行に延在している。このＸ軸４ａ、４ｂはＸテーブル５をＸ方向に移動可能に案内するようになっており、このＸテーブル５は無端状に連接された円筒コロからなる転がり軸受（図示略）を介してＸ軸４ａ、４ｂに連結されている。
【００１７】
また、Ｘテーブル５はステッピングモータ６によって駆動されるボールネジ７に噛合される図示しない溝が形成されており、ボールネジ７の正・逆回転に伴ってＸ方向に往復移動するようになっている。
【００１８】
また、Ｘテーブル５上には一体構造のＺ軸ベース８が設けられており、このＺ軸ベース８はＸテーブル５上に固定され互いに平行な４つの突出基端部８ａ〜８ｄを有し、この突出基端部８ａ〜８ｄには４本のＺテーブルガイド軸（以下、Ｚ軸という）９ａ〜９ｄが嵌合されて立設されている。なお、突出基端部８ａ〜８ｄは機械加工精度より５μm程度の平行度に加工されている。
【００１９】
また、Ｚ軸９ａ、９ｃには側板10ａが摺動自在に嵌合されているとともにＺ軸９ｂ、９ｄには側板10ｂが摺動自在に嵌合されており、この側板10ａ、10ｂはＺテーブル11によって連結されている。したがって、Ｚテーブル11は側板10ａ、10ｂがＺ軸９ａ〜９ｄにガイドされてＺ方向に摺動することによりＺ方向に移動するようになっている。また、Ｚテーブル11によって連結される側板10ａ、10ｂは無端状に連接された円筒コロからなる図示しない転がり軸受を介してＺ軸９ａ〜９ｄに支持されている。
【００２０】
また、定盤１にはＸ方向に亘って延在する溝部１ｃが形成されており、この溝部１ｃには支持部材12が収納されている。この支持部材12は筒状に形成されるとともにＸテーブル５の下側に固定されており、内部でダイレクトドライブモータ13を支持している。
【００２１】
このモータ13はアウタロータ（外側回転）型のものから構成されており、固定部分が支持部材12に支持されている。また、このモータ13は回転部分にＺ軸フランジ14が設けられており、このＺ軸フランジ14にボールネジ15が噛合している。このボールネジ15は一端部が自由端を構成するとともに、他端部がＺテーブル11に固定されたナット16に噛合しており、モータ13の回転によってＺ軸フランジ14が回転すると、ボールネジ15が上下方向に移動することにより、Ｚテーブル11をＺ方向に移動するようになっている。
【００２２】
また、Ｚテーブル11にはＸ方向と水平面内で直交するＹ軸方向に延在するＹテーブルガイド軸（以下、単にＹ軸という）17ａ、17ｂが設けられており、このＹ軸17ａ、17ｂには空気軸受を介してＹテーブル18がＹ方向に摺動自在に設けられている。また、このＹテーブル18はサーボモータ19によって駆動される図示しないボールネジに噛合される溝が形成されており、ボールネジの正・逆回転に伴ってＹ方向に往復移動するようになっている。このため、本実施形態では、各テーブル５、11、18がＸ−Ｚ−Ｙ方向に移動する直交三軸機構から構成される。
【００２３】
一方、Ｙテーブル18上には形状測定用のプローブ20が搭載されており、このプローブ20は被測定物であるワーク21に光を照射するようになっている。ワーク21は定盤１上に設けられたワーク取付け台22に載置、固定されるようになっている。
【００２４】
また、定盤１上にはＸ、Ｙ、Ｚ３方向の測定基準としての３つの平面ミラーとして、Ｘ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24およびＺ平面ミラー25が取付けられている。なお、Ｚ平面ミラー25は定盤１の柱部材40に固定されている。
【００２５】
また、Ｙテーブル18上にはＸ、Ｙ、Ｚの三軸方向にレーザ光を照射する３つの図示しないＸレーザ光源、Ｙレーザ光源、Ｚレーザ光源が取付けられており、このレーザ光源からの光はＹテーブル18に固定された３つのＸ反射ミラー26、Ｙ反射ミラー27およびＺ反射ミラー28によってそれぞれＸ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24およびＺ平面ミラー25に反射されるようになっている。
【００２６】
また、Ｙテーブル18上にはＸ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24およびＺ平面ミラー25からＸ反射ミラー26、Ｙ反射ミラー27およびＺ反射ミラー28を介して反射されるレーザ光が入射する３つのＸレーザ干渉器29、Ｙレーザ干渉器30およびＺレーザ干渉器31が設けられており、これら各干渉器29〜31は入射したレーザ光の干渉縞を検出するようになっている。この検出結果は図示しないコントローラに出力されるようになっており、このコントローラはこの検出結果に基づいて各テーブル５、11、18の移動量を解析するようになっている。また、コントローラ、プローブ20、各モータ６、13、19、各レーザ干渉器29〜31、レーザ光源等の電気または光系統の配線や空気軸受の空気系統の配線等は全体ベース３上に設けられたＸ軸ケーブルベア32によって一括して処理されるようになっている。なお、図１においてＺ反射ミラー28は図示しない支持部材によって柱部材40に取付けられている。
【００２７】
また、Ｙ平面ミラー24とＹ反射ミラー27の間には、レーザ光を通過させる通過手段が介装されている。この通過手段はＹテーブル18に取付けられた細径の第１中空部材33と、Ｚテーブル11に取付けられ第１中空部材33の外周部に摺動自在に設けられた太径の第２中空部材34から構成されており、Ｙテーブル18がＹ方向に移動するのに伴って第１中空部材33および第２中空部材34が伸縮するようになっている。このとき、レーザ光は第１中空部材33によって覆われることにより、第１、２中空部材33、34の内部を通過するようになっている。
【００２８】
なお、本実施形態では、Ｘテーブル５、Ｚテーブル11、Ｙテーブル18、Ｘ軸４ａ、４ｂ、Ｚ軸９ａ〜９ｄ、Ｙ軸17ａ、17ｂ、各モータ６、13、19が移動手段を構成し、Ｘ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24、Ｚ平面ミラー25、Ｘレーザ光源、Ｙレーザ光源、Ｚレーザ光源、Ｘ反射ミラー26、Ｙ反射ミラー27、Ｚ反射ミラー28、Ｘレーザ干渉器29、Ｙレーザ干渉器30およびＺレーザ干渉器31が測定手段を構成し、コントローラが解析手段を構成している。
【００２９】
次に、ワーク21の形状を測定する方法について説明する。
まず、ワーク21をワーク取付け台22に載置、固定した後、各テーブル５、11、18の退避位置からダイレクトドライブモータ13およびサーボモータ19を駆動してＺテーブル11およびＹテーブル18を移動させることにより、ワーク21に対してプローブ20を測定可能な測定開始点まで移動させ、測定を開始する。
【００３０】
この測定に際しては、ステッピングモータ６によってＸテーブル５を主走査方向であるＸ方向に走査させながら、プローブ20を搭載したＹテーブル18の移動量を測定し、プローブ20とワーク21の間の距離を一定に保つように、すなわち、プローブ20の出力が常に一定になるようにサーボモータ19でＹテーブル18を移動させることにより、プローブ20をワーク21に沿って移動させる。
【００３１】
このとき、Ｙテーブル18の移動量δ1およびプローブ20が測定したプローブ20とワーク21の間の正確な距離δ2を合計した値によってワーク21の形状の計測を行なう。なお、このＹテーブル18の移動量は、Ｘレーザ光源、Ｙレーザ光源、Ｚレーザ光源からＸ反射ミラー26、Ｙ反射ミラー27、Ｚ反射ミラー28によってそれぞれＸ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24およびＺ平面ミラー25に反射されたレーザ光をＸ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24、Ｚ平面ミラー25からＸ反射ミラー26、Ｙ反射ミラー27、Ｚ反射ミラー28を介してＸレーザ干渉器29、Ｙレーザ干渉器30、Ｚレーザ干渉器31に入力させたときに各干渉器29〜31がレーザ光の干渉縞を検出し、この検出結果をコントローラによって解析することにより行なわれる。
【００３２】
このように本実施形態では、プローブ20を移動させる機構を下方からＸ−Ｚ−Ｙ方向に移動するＸテーブル５、Ｙテーブル11およびＺテーブル18からなる直交三軸機構から構成したため、高性能な追従位置決め機構が必要とされるＹテーブル18に粗微動機構の構成を設けなくて良いため、移動手段を小型化することができるとともに、定盤１上の制御軸をＸ軸４ａ、４ｂのみにすることができ、三次元形状測定装置のコストを低減することができる。また、プローブ20を重力の作用しないＹテーブル18に搭載することで高速高性能にワーク21の形状を測定することができる。
【００３３】
特に、直交三軸機構とすることでサブミクロン（測定分解能0.01μm、微小送り分解能0.05μm程度）での測定を行なうことができ、Ｘテーブル５の移動量もＸ方向で300mm、Ｚテーブル11およびＹテーブル18の移動量もＺ方向およびＹ方向で100mm程度の広い範囲に設定することができる。この結果、微細な形状から中形の形状のものまで測定対象とすることができ、測定対象部品の精度を三次元で総合的に評価することができる。
【００３４】
また、測定手段を、定盤上に固定されたＸ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24、Ｚ平面ミラー25と、Ｙテーブル18上に設けられたＸレーザ光源、Ｙレーザ光源、Ｚレーザ光源、Ｘ反射ミラー26と、Ｙ平面ミラー27、Ｚ反射ミラー28、Ｘレーザ干渉器29、Ｙレーザ干渉器30およびＺレーザ干渉器31から構成したため、プローブ20の測定点を原点として各テーブル５、11、18の移動量をワーク21の形状に沿ったものとして高精度に測定することができ、各テーブル５、11、18の組付け精度の不足やテーブル５、11、18の移動によって生じる運動精度の不足等が生じた場合にもワーク21の形状を正確に測定することができる。
【００３５】
また、Ｘテーブル５を無端状に連接された円筒コロからなる転がり軸受を介してＸ軸４ａ、４ｂに支持するとともに、Ｘテーブル５をステッピングモータ６によって回転されるボールネジ７によってＸ方向に移動させるようにしたため、Ｘテーブル５の案内剛性と振動減衰性を大幅に向上させることができるとともに、Ｘテーブル５の移動量を増大させることができる。
【００３６】
また、Ｚテーブル11を無端状に連接された円筒コロからなる転がり軸受を介してＺ軸９ａ〜９ｄに支持したため、Ｚテーブル11の案内剛性と振動減衰性を大幅に向上させることができるとともに、Ｚテーブル11の移動量を増大させることができる。
【００３７】
また、Ｘテーブル５上に平行な４つの突出基端部８ａ〜８ｄを有する一体構造のＺ軸ベース８を設け、Ｚ軸９ａ〜９ｄをＺ軸ベース８の突出基端部８ａ〜８ｄに嵌合させて立設された４本の軸から構成したため、Ｚ軸９ａ〜９ｄの剛性を向上させるとともに平行度を高めるようにして、装置の固有振動数を高めることができ、プローブ20を高速、かつ高精度に走査することができる。
【００３８】
また、Ｚテーブル11をダイレクトドライブモータ13によって駆動されるボールネジ15によってＺ方向に昇降自在に案内したため、ダイレクトドライブモータ13の中空部内をボールネジ15を昇降させ、Ｚテーブル11の移動機構の小型化を図ることができ、移動手段の省スペース化を図ることができる。また、ダイレクトドライブモータ13を使用することにより送り分解能を小さく、かつ駆動力を確保し易くすることができる。これに加えて、モータ13からの駆動力の伝達中に発生するバックラッシュを、減速機を用いた場合に比べてかなり小さくすることができる。この結果、昇降動作における微小精密送りを可能にすることができ、高速高精度測定を行なうことができる。
【００３９】
また、Ｙテーブル18を空気軸受けによってＹ軸17ａ、17ｂに案内するとともに、サーボモータ19によって駆動されるボールネジによってＹ方向に案内したため、Ｙテーブル18を高速移動させるようにして高速測定を行なうことができる。この結果、測定時間を大幅に短縮することができ、測定された高精度部品の性能の評価やその価値を保証することができる。
【００４０】
また、定盤１にＸ方向に亘って延在する溝部１ｃを形成し、溝部１ｃにダイレクトドライブモータ13およびこのモータ13をＺテーブル11の下方に設置する支持部材12を収納したため、移動手段の高さを低くすることができ、装置のより一層の小型化を図ることができる。このため、装置の固有振動数を高めてプローブ20を高速に走査することができるとともに、装置の剛性を下げることなく装置重量の軽量化を図ることができる。
【００４１】
さらに、Ｙ平面ミラー24とＹ反射ミラー27の間に光を通過させる細径の第１中空部材33および大径の第２中空部材34を介装し、第１中空部材33をＹテーブル18に取付けるとともに第２中空部材34をＺテーブル11に取付け、第１中空部材33を第２中空部材34の内周部に収納してＹテーブル18がＹ方向に移動するのに伴って第１中空部材33および第２中空部材 34を伸縮させるようにしたため、簡単な構成でＹ平面ミラー24とＹ反射ミラー27の間の測定経路に生じる空気の揺らぎを少なくすることができ、測定上最も重要なＹ軸17ａ、17ｂの測定精度を高めて高精度な測定を行なうことができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１中空部材33を細径にするとともに第２中空部材34を大径にして第１中空部材33を第２中空部材34の内周部に収納しているが、これに限らず、第１中空部材33を大径にするとともに第２中空部材34を細径にして第２中空部材34を第１中空部材33の内周部に収納しても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、高性能な追従位置決め機構が必要とされるＹテーブルに粗微動機構の構成を設けなくて良いため、移動手段を小型化することができるとともに、定盤上の制御軸をＸ軸のみにすることができ、装置のコストを低減することができる。また、プローブを重力の作用しないＹテーブルに搭載することで高速高性能に被測定物の形状を測定することができる。
【００４４】
また、Ｚテーブルガイド軸の剛性を向上させるとともに平行度を高めるようにして、装置の固有振動数を高めることができ、プローブを高速、かつ高精度に走査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る三次元形状測定装置の一実施形態を示すその上面図である。
【図２】一実施形態の三次元形状測定装置の正面図である。
【図３】図２のＡーＡ矢視断面図である。
【符号の説明】
１ 定盤
１ｃ 溝部
４ａ、４ｂ Ｘテーブルガイド軸（移動手段）
５ Ｘテーブル（移動手段）
６ ステッピングモータ（移動手段）
７ ボールネジ
８ Ｚ軸ベース
８ａ〜８ｄ 突出基端部
９ａ〜９ｄ Ｚテーブルガイド軸（移動手段）
11 Ｚテーブル（移動手段）
12 支持部材
13 ダイレクトドライブモータ（移動手段）
15 ボールネジ
17ａ、17ｂ Ｙテーブルガイド軸（移動手段）
18 Ｙテーブル（移動手段）
19 サーボモータ（移動手段）
20 プローブ
21 ワーク（被測定物）
23 Ｘ平面ミラー（測定手段）
24 Ｙ平面ミラー（測定手段）
25 Ｚ平面ミラー（測定手段）
26 Ｘ反射ミラー（測定手段）
27 Ｙ反射ミラー（測定手段）
28 Ｚ反射ミラー（測定手段）
29 Ｘレーザ干渉器（測定手段）
30 Ｙレーザ干渉器（測定手段）
31 Ｚレーザ干渉器（測定手段）
33 第１中空部材（通過手段）
34 第２中空部材（通過手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元形状測定装置に関し、詳しくは、非球面レンズや半導体ＬＳＩチップ等の三次元形状を測定することができ、さらに、高精度な位置決めが要求される各種自動生産機械や精密加工機械等にも適用することができる三次元形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの主の三次元形状測定装置としては、例えば、特開平４−２９９２０６号公報または特開平７−２１８２４７号公報に記載されるものがある。このものは、定盤上に設けられ、水平方向で互いに直交するＸ−Ｙ方向に移動するＸ−Ｙステージと、該Ｘ−Ｙステージ上に設けられ、水平方向と直交するＺ方向に移動するＺステージと、該Ｚステージに取付けられたプローブと、からなるブリッジ移動型の移動ステージを備えており、定盤上に設けられた被測定物を測定する際にプローブの出力を一定に保つようにプローブを被測定物に沿って移動させたときの動作軌跡を測定・解析することによって測定面の形状を測定するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような三次元形状測定装置にあっては、Ｘ−Ｙ方向に移動する大型のＸ−Ｙステージが必要になってしまうため、Ｘ−Ｙステージを高速に移動させる際にこのＸ−Ｙステージの重心位置に大きな慣性力が作用してしまい、構造物の撓みや振動が生じ易かった。このため、被測定物の形状を高精度に測定することが困難であるという問題があった。
【０００４】
また、Ｘ−Ｙステージの移動量を大きくしようとすると、大きな定盤を設けなければならないため、装置の軽量化と測定精度の確保を優先した場合には測定範囲を広げることができないという問題があった。
【０００５】
また、Ｘ−Ｙステージを案内するガイドとして空気軸受を用いているため、移動系全体の振動減衰性が大幅に低下してしまい、プローブを搭載したＺステージを支持するＸ−Ｙステージの剛性を高めることができず、プローブを高速に走査することができないという問題があった。
【０００６】
また、Ｚ方向に配設したＺ軸を制御するに際しては、重力の影響を受けるため、制御帯域を上げることができず、サーボゲインを上げることができなかった。このため、サーボ剛性や振動減衰性のために機構そのものの高速運動を行なうことができず、プローブを高速に走査することができないという問題があった。
【０００７】
また、プローブの移動量を計測する光学部品を用いる場合に、圧倒的に横向きの状態で組込まれている場合が多く、製品に組込まれているのと同じ状態（クランプ方式も含む）での計測が望まれるが、従来のブリッジ移動型のステージではプローブを移動させるＺステージ上に光学部品を設けると横方向に計測し難いと不具合が発生してしまった。
【０００８】
そこで本発明は、移動手段を下方からＸ−Ｚ−Ｙ方向に移動する直交三軸機構から構成することにより、移動テーブル全体を小型化することができるとともに、プローブを重力の作用しないＹテーブルに搭載することで高速高性能に被測定物の形状を測定することができる三次元形状測定装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、定盤に取付けられるとともに被測定物の形状測定用のプローブを搭載し、被測定物に対してプローブを三次元方向に移動させる移動手段と、該移動手段の移動量を測定する測定手段と、該測定手段の出力に基づいて移動手段の移動量を解析する解析手段とを備え、前記プローブの出力を一定に保つようにプローブを被測定物に沿って移動させたときの動作軌跡を測定・解析することによって被測定物の形状を測定するようにした三次元形状測定装置において、前記移動手段を、定盤上に設けられ水平方向に延在するＸテーブルガイド軸と、該Ｘテーブルガイド軸に案内されてＸ方向に移動可能に設けられたＸテーブルと、該Ｘテーブル上に水平方向と上下方向に直交するＺ方向に延在するように立設されたＺテーブルガイド軸と、該Ｚテーブルガイド軸に案内されてＺ方向に移動可能に設けられたＺテーブルと、該Ｚテーブル上に設けられ、水平方向においてＸ方向と直交するＹ方向に配線されたＹテーブルガイド軸と、該Ｙテーブルガイド軸に沿ってＹ方向に移動可能に設けられるとともに前記プローブが搭載されたＹテーブルとを有して下方からＸ−Ｚ−Ｙ方向に移動する直交三軸機構から構成し、前記Ｘテーブル上に互いに平行な４つの突出基端部を有する一体構造のＺ軸ベースを設け、前記Ｚテーブルガイド軸を前記Ｚ軸ベースの突出基端部に嵌合させて立設された４本の軸から構成したことを特徴としている。
【００１０】
その場合、高性能な追従位置決め機構が必要とされるＹテーブルに粗微動機構の構成を設けなくて良いため、移動手段を小型化することができるとともに、定盤上の制御軸をＸ軸のみにすることができ、装置のコストを低減することができる。また、プローブを重力の作用しないＹテーブルに搭載することで高速高性能に被測定物の形状を測定することができる。
【００１１】
また、Ｚテーブルガイド軸の剛性を向上させるとともに平行度を高めるようにして、装置の固有振動数を高めることができ、プローブを高速、かつ高精度に走査することができる。
【００１２】
また、本発明は、上記課題を解決するために、前記Ｚテーブルはダイレクトドライブモータによって駆動されるボールネジによってＺ方向に昇降自在に案内され、前記定盤は、Ｘ方向に亘って延在する溝部を有し、該溝部には、ダイレクトドライブモータおよび該ダイレクトドライブモータをＺテーブルの下方に設置する支持部材が収納されることを特徴としている。
【００１３】
その場合、ダイレクトドライブモータの中空部内をボールネジが昇降するため、Ｚテーブルの移動機構の小型化を図ることができ、移動手段の省スペース化を図ることができる。また、ダイレクトドライブモータを使用することにより送り分解能を小さく、かつ駆動力を確保し易くすることができる。これに加えて、モータの駆動力の伝達中に発生するバックラッシュを減速機を用いた場合に比べてかなり小さくすることができる。この結果、昇降動作における微小精密送りを可能にすることができ、高速高精度な測定を行なうことができる。
また、移動手段の高さを低くすることができるようにして、装置のより一層の小型化を図ることができる。このため、装置の固有振動数を高めてプローブを高速に走査することができるとともに、装置の剛性を下げることなく装置重量の軽量化を図ることができる。
また、本発明は、上記課題を解決するために、前記測定手段が、定盤上に固定されたＸ、Ｙ、Ｚ３方向の測定基準としての３つの平面ミラーと、Ｙテーブル上に固定されＸ、Ｙ、Ｚの三軸方向にレーザ光を照射する３つのレーザ光源、該レーザ光源からの光を平面ミラーに反射する３つの反射ミラーと、平面ミラーから反射ミラーを介して入射したレーザ光の干渉縞を検出する３つのレーザ干渉器とから構成され、前記Ｙ方向にレーザ光が通過する平面ミラーと反射ミラーの間に光を通過させる通過手段を介装し、該通過手段は、Ｙテーブルに取付けられた第１中空部材と、Ｚテーブルに取付けられ、第１中空部材の外周部または内周部に摺動自在に設けられた第２中空部材からなり、ＹテーブルがＹ方向に移動するのに伴って第１中空部材および第２中空部材を伸縮させるようにしたことを特徴としている。
【００１４】
その場合、プローブの測定点を原点としてテーブルの移動量を被測定物の形状に沿ったものとして高精度に測定することができ、各テーブルの組付け精度の不足やテーブルの移動によって生じる運動精度の不足等が生じた場合にも被測定物の形状を正確に測定することができる。
また、簡単な構成でＹ方向の反射ミラーとＹ方向の平面ミラーの間の測定経路に生じる空気の揺らぎを少なくすることができ、測定上最も重要なＹ方向の測定精度を高めて高精度な測定を行なうことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜３は本発明に係る三次元形状測定の一実施形態を示す図である。なお、図１は三次元形状測定装置の上面図、図２は三次元形状測定装置の正面図、図３は図２のＡーＡ矢視断面図である。
【００１６】
まず、構成を説明する。図１〜３において、１は三次元形状測定装置の定盤であり、この定盤１は空気ばね式の防振台２によって支持されている。この防振台２上には全体ベース３が取付けられており、この全体ベース３にはＸテーブルガイド軸（以下、Ｘ軸という）４ａ、４ｂが水平方向に平行に延在している。このＸ軸４ａ、４ｂはＸテーブル５をＸ方向に移動可能に案内するようになっており、このＸテーブル５は無端状に連接された円筒コロからなる転がり軸受（図示略）を介してＸ軸４ａ、４ｂに連結されている。
【００１７】
また、Ｘテーブル５はステッピングモータ６によって駆動されるボールネジ７に噛合される図示しない溝が形成されており、ボールネジ７の正・逆回転に伴ってＸ方向に往復移動するようになっている。
【００１８】
また、Ｘテーブル５上には一体構造のＺ軸ベース８が設けられており、このＺ軸ベース８はＸテーブル５上に固定され互いに平行な４つの突出基端部８ａ〜８ｄを有し、この突出基端部８ａ〜８ｄには４本のＺテーブルガイド軸（以下、Ｚ軸という）９ａ〜９ｄが嵌合されて立設されている。なお、突出基端部８ａ〜８ｄは機械加工精度より５μm程度の平行度に加工されている。
【００１９】
また、Ｚ軸９ａ、９ｃには側板10ａが摺動自在に嵌合されているとともにＺ軸９ｂ、９ｄには側板10ｂが摺動自在に嵌合されており、この側板10ａ、10ｂはＺテーブル11によって連結されている。したがって、Ｚテーブル11は側板10ａ、10ｂがＺ軸９ａ〜９ｄにガイドされてＺ方向に摺動することによりＺ方向に移動するようになっている。また、Ｚテーブル11によって連結される側板10ａ、10ｂは無端状に連接された円筒コロからなる図示しない転がり軸受を介してＺ軸９ａ〜９ｄに支持されている。
【００２０】
また、定盤１にはＸ方向に亘って延在する溝部１ｃが形成されており、この溝部１ｃには支持部材12が収納されている。この支持部材12は筒状に形成されるとともにＸテーブル５の下側に固定されており、内部でダイレクトドライブモータ13を支持している。
【００２１】
このモータ13はアウタロータ（外側回転）型のものから構成されており、固定部分が支持部材12に支持されている。また、このモータ13は回転部分にＺ軸フランジ14が設けられており、このＺ軸フランジ14にボールネジ15が噛合している。このボールネジ15は一端部が自由端を構成するとともに、他端部がＺテーブル11に固定されたナット16に噛合しており、モータ13の回転によってＺ軸フランジ14が回転すると、ボールネジ15が上下方向に移動することにより、Ｚテーブル11をＺ方向に移動するようになっている。
【００２２】
また、Ｚテーブル11にはＸ方向と水平面内で直交するＹ軸方向に延在するＹテーブルガイド軸（以下、単にＹ軸という）17ａ、17ｂが設けられており、このＹ軸17ａ、17ｂには空気軸受を介してＹテーブル18がＹ方向に摺動自在に設けられている。また、このＹテーブル18はサーボモータ19によって駆動される図示しないボールネジに噛合される溝が形成されており、ボールネジの正・逆回転に伴ってＹ方向に往復移動するようになっている。このため、本実施形態では、各テーブル５、11、18がＸ−Ｚ−Ｙ方向に移動する直交三軸機構から構成される。
【００２３】
一方、Ｙテーブル18上には形状測定用のプローブ20が搭載されており、このプローブ20は被測定物であるワーク21に光を照射するようになっている。ワーク21は定盤１上に設けられたワーク取付け台22に載置、固定されるようになっている。
【００２４】
また、定盤１上にはＸ、Ｙ、Ｚ３方向の測定基準としての３つの平面ミラーとして、Ｘ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24およびＺ平面ミラー25が取付けられている。なお、Ｚ平面ミラー25は定盤１の柱部材40に固定されている。
【００２５】
また、Ｙテーブル18上にはＸ、Ｙ、Ｚの三軸方向にレーザ光を照射する３つの図示しないＸレーザ光源、Ｙレーザ光源、Ｚレーザ光源が取付けられており、このレーザ光源からの光はＹテーブル18に固定された３つのＸ反射ミラー26、Ｙ反射ミラー27およびＺ反射ミラー28によってそれぞれＸ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24およびＺ平面ミラー25に反射されるようになっている。
【００２６】
また、Ｙテーブル18上にはＸ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24およびＺ平面ミラー25からＸ反射ミラー26、Ｙ反射ミラー27およびＺ反射ミラー28を介して反射されるレーザ光が入射する３つのＸレーザ干渉器29、Ｙレーザ干渉器30およびＺレーザ干渉器31が設けられており、これら各干渉器29〜31は入射したレーザ光の干渉縞を検出するようになっている。この検出結果は図示しないコントローラに出力されるようになっており、このコントローラはこの検出結果に基づいて各テーブル５、11、18の移動量を解析するようになっている。また、コントローラ、プローブ20、各モータ６、13、19、各レーザ干渉器29〜31、レーザ光源等の電気または光系統の配線や空気軸受の空気系統の配線等は全体ベース３上に設けられたＸ軸ケーブルベア32によって一括して処理されるようになっている。なお、図１においてＺ反射ミラー28は図示しない支持部材によって柱部材40に取付けられている。
【００２７】
また、Ｙ平面ミラー24とＹ反射ミラー27の間には、レーザ光を通過させる通過手段が介装されている。この通過手段はＹテーブル18に取付けられた細径の第１中空部材33と、Ｚテーブル11に取付けられ第１中空部材33の外周部に摺動自在に設けられた太径の第２中空部材34から構成されており、Ｙテーブル18がＹ方向に移動するのに伴って第１中空部材33および第２中空部材34が伸縮するようになっている。このとき、レーザ光は第１中空部材33によって覆われることにより、第１、２中空部材33、34の内部を通過するようになっている。
【００２８】
なお、本実施形態では、Ｘテーブル５、Ｚテーブル11、Ｙテーブル18、Ｘ軸４ａ、４ｂ、Ｚ軸９ａ〜９ｄ、Ｙ軸17ａ、17ｂ、各モータ６、13、19が移動手段を構成し、Ｘ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24、Ｚ平面ミラー25、Ｘレーザ光源、Ｙレーザ光源、Ｚレーザ光源、Ｘ反射ミラー26、Ｙ反射ミラー27、Ｚ反射ミラー28、Ｘレーザ干渉器29、Ｙレーザ干渉器30およびＺレーザ干渉器31が測定手段を構成し、コントローラが解析手段を構成している。
【００２９】
次に、ワーク21の形状を測定する方法について説明する。
まず、ワーク21をワーク取付け台22に載置、固定した後、各テーブル５、11、18の退避位置からダイレクトドライブモータ13およびサーボモータ19を駆動してＺテーブル11およびＹテーブル18を移動させることにより、ワーク21に対してプローブ20を測定可能な測定開始点まで移動させ、測定を開始する。
【００３０】
この測定に際しては、ステッピングモータ６によってＸテーブル５を主走査方向であるＸ方向に走査させながら、プローブ20を搭載したＹテーブル18の移動量を測定し、プローブ20とワーク21の間の距離を一定に保つように、すなわち、プローブ20の出力が常に一定になるようにサーボモータ19でＹテーブル18を移動させることにより、プローブ20をワーク21に沿って移動させる。
【００３１】
このとき、Ｙテーブル18の移動量δ1およびプローブ20が測定したプローブ20とワーク21の間の正確な距離δ2を合計した値によってワーク21の形状の計測を行なう。なお、このＹテーブル18の移動量は、Ｘレーザ光源、Ｙレーザ光源、Ｚレーザ光源からＸ反射ミラー26、Ｙ反射ミラー27、Ｚ反射ミラー28によってそれぞれＸ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24およびＺ平面ミラー25に反射されたレーザ光をＸ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24、Ｚ平面ミラー25からＸ反射ミラー26、Ｙ反射ミラー27、Ｚ反射ミラー28を介してＸレーザ干渉器29、Ｙレーザ干渉器30、Ｚレーザ干渉器31に入力させたときに各干渉器29〜31がレーザ光の干渉縞を検出し、この検出結果をコントローラによって解析することにより行なわれる。
【００３２】
このように本実施形態では、プローブ20を移動させる機構を下方からＸ−Ｚ−Ｙ方向に移動するＸテーブル５、Ｙテーブル11およびＺテーブル18からなる直交三軸機構から構成したため、高性能な追従位置決め機構が必要とされるＹテーブル18に粗微動機構の構成を設けなくて良いため、移動手段を小型化することができるとともに、定盤１上の制御軸をＸ軸４ａ、４ｂのみにすることができ、三次元形状測定装置のコストを低減することができる。また、プローブ20を重力の作用しないＹテーブル18に搭載することで高速高性能にワーク21の形状を測定することができる。
【００３３】
特に、直交三軸機構とすることでサブミクロン（測定分解能0.01μm、微小送り分解能0.05μm程度）での測定を行なうことができ、Ｘテーブル５の移動量もＸ方向で300mm、Ｚテーブル11およびＹテーブル18の移動量もＺ方向およびＹ方向で100mm程度の広い範囲に設定することができる。この結果、微細な形状から中形の形状のものまで測定対象とすることができ、測定対象部品の精度を三次元で総合的に評価することができる。
【００３４】
また、測定手段を、定盤上に固定されたＸ平面ミラー23、Ｙ平面ミラー24、Ｚ平面ミラー25と、Ｙテーブル18上に設けられたＸレーザ光源、Ｙレーザ光源、Ｚレーザ光源、Ｘ反射ミラー26と、Ｙ平面ミラー27、Ｚ反射ミラー28、Ｘレーザ干渉器29、Ｙレーザ干渉器30およびＺレーザ干渉器31から構成したため、プローブ20の測定点を原点として各テーブル５、11、18の移動量をワーク21の形状に沿ったものとして高精度に測定することができ、各テーブル５、11、18の組付け精度の不足やテーブル５、11、18の移動によって生じる運動精度の不足等が生じた場合にもワーク21の形状を正確に測定することができる。
【００３５】
また、Ｘテーブル５を無端状に連接された円筒コロからなる転がり軸受を介してＸ軸４ａ、４ｂに支持するとともに、Ｘテーブル５をステッピングモータ６によって回転されるボールネジ７によってＸ方向に移動させるようにしたため、Ｘテーブル５の案内剛性と振動減衰性を大幅に向上させることができるとともに、Ｘテーブル５の移動量を増大させることができる。
【００３６】
また、Ｚテーブル11を無端状に連接された円筒コロからなる転がり軸受を介してＺ軸９ａ〜９ｄに支持したため、Ｚテーブル11の案内剛性と振動減衰性を大幅に向上させることができるとともに、Ｚテーブル11の移動量を増大させることができる。
【００３７】
また、Ｘテーブル５上に平行な４つの突出基端部８ａ〜８ｄを有する一体構造のＺ軸ベース８を設け、Ｚ軸９ａ〜９ｄをＺ軸ベース８の突出基端部８ａ〜８ｄに嵌合させて立設された４本の軸から構成したため、Ｚ軸９ａ〜９ｄの剛性を向上させるとともに平行度を高めるようにして、装置の固有振動数を高めることができ、プローブ20を高速、かつ高精度に走査することができる。
【００３８】
また、Ｚテーブル11をダイレクトドライブモータ13によって駆動されるボールネジ15によってＺ方向に昇降自在に案内したため、ダイレクトドライブモータ13の中空部内をボールネジ15を昇降させ、Ｚテーブル11の移動機構の小型化を図ることができ、移動手段の省スペース化を図ることができる。また、ダイレクトドライブモータ13を使用することにより送り分解能を小さく、かつ駆動力を確保し易くすることができる。これに加えて、モータ13からの駆動力の伝達中に発生するバックラッシュを、減速機を用いた場合に比べてかなり小さくすることができる。この結果、昇降動作における微小精密送りを可能にすることができ、高速高精度測定を行なうことができる。
【００３９】
また、Ｙテーブル18を空気軸受けによってＹ軸17ａ、17ｂに案内するとともに、サーボモータ19によって駆動されるボールネジによってＹ方向に案内したため、Ｙテーブル18を高速移動させるようにして高速測定を行なうことができる。この結果、測定時間を大幅に短縮することができ、測定された高精度部品の性能の評価やその価値を保証することができる。
【００４０】
また、定盤１にＸ方向に亘って延在する溝部１ｃを形成し、溝部１ｃにダイレクトドライブモータ13およびこのモータ13をＺテーブル11の下方に設置する支持部材12を収納したため、移動手段の高さを低くすることができ、装置のより一層の小型化を図ることができる。このため、装置の固有振動数を高めてプローブ20を高速に走査することができるとともに、装置の剛性を下げることなく装置重量の軽量化を図ることができる。
【００４１】
さらに、Ｙ平面ミラー24とＹ反射ミラー27の間に光を通過させる細径の第１中空部材33および大径の第２中空部材34を介装し、第１中空部材33をＹテーブル18に取付けるとともに第２中空部材34をＺテーブル11に取付け、第１中空部材33を第２中空部材34の内周部に収納してＹテーブル18がＹ方向に移動するのに伴って第１中空部材33および第２中空部材 34を伸縮させるようにしたため、簡単な構成でＹ平面ミラー24とＹ反射ミラー27の間の測定経路に生じる空気の揺らぎを少なくすることができ、測定上最も重要なＹ軸17ａ、17ｂの測定精度を高めて高精度な測定を行なうことができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１中空部材33を細径にするとともに第２中空部材34を大径にして第１中空部材33を第２中空部材34の内周部に収納しているが、これに限らず、第１中空部材33を大径にするとともに第２中空部材34を細径にして第２中空部材34を第１中空部材33の内周部に収納しても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、高性能な追従位置決め機構が必要とされるＹテーブルに粗微動機構の構成を設けなくて良いため、移動手段を小型化することができるとともに、定盤上の制御軸をＸ軸のみにすることができ、装置のコストを低減することができる。また、プローブを重力の作用しないＹテーブルに搭載することで高速高性能に被測定物の形状を測定することができる。
【００４４】
また、Ｚテーブルガイド軸の剛性を向上させるとともに平行度を高めるようにして、装置の固有振動数を高めることができ、プローブを高速、かつ高精度に走査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る三次元形状測定装置の一実施形態を示すその上面図である。
【図２】一実施形態の三次元形状測定装置の正面図である。
【図３】図２のＡーＡ矢視断面図である。
【符号の説明】
１ 定盤
１ｃ 溝部
４ａ、４ｂ Ｘテーブルガイド軸（移動手段）
５ Ｘテーブル（移動手段）
６ ステッピングモータ（移動手段）
７ ボールネジ
８ Ｚ軸ベース
８ａ〜８ｄ 突出基端部
９ａ〜９ｄ Ｚテーブルガイド軸（移動手段）
11 Ｚテーブル（移動手段）
12 支持部材
13 ダイレクトドライブモータ（移動手段）
15 ボールネジ
17ａ、17ｂ Ｙテーブルガイド軸（移動手段）
18 Ｙテーブル（移動手段）
19 サーボモータ（移動手段）
20 プローブ
21 ワーク（被測定物）
23 Ｘ平面ミラー（測定手段）
24 Ｙ平面ミラー（測定手段）
25 Ｚ平面ミラー（測定手段）
26 Ｘ反射ミラー（測定手段）
27 Ｙ反射ミラー（測定手段）
28 Ｚ反射ミラー（測定手段）
29 Ｘレーザ干渉器（測定手段）
30 Ｙレーザ干渉器（測定手段）
31 Ｚレーザ干渉器（測定手段）
33 第１中空部材（通過手段）
34 第２中空部材（通過手段）
Claims (3)
- 定盤に取付けられるとともに被測定物の形状測定用のプローブを搭載し、被測定物に対してプローブを三次元方向に移動させる移動手段と、
該移動手段の移動量を測定する測定手段と、
該測定手段の出力に基づいて移動手段の移動量を解析する解析手段とを備え、
前記プローブの出力を一定に保つようにプローブを被測定物に沿って移動させたときの動作軌跡を測定・解析することによって被測定物の形状を測定するようにした三次元形状測定装置において、
前記移動手段を、定盤上に設けられ水平方向に延在するＸテーブルガイド軸と、該Ｘテーブルガイド軸に案内されてＸ方向に移動可能に設けられたＸテーブルと、
該Ｘテーブル上に水平方向と上下方向に直交するＺ方向に延在するように立設されたＺテーブルガイド軸と、該Ｚテーブルガイド軸に案内されてＺ方向に移動可能に設けられたＺテーブルと、該Ｚテーブル上に設けられ、水平方向においてＸ方向と直交するＹ方向に配線されたＹテーブルガイド軸と、該Ｙテーブルガイド軸に沿ってＹ方向に移動可能に設けられるとともに前記プローブが搭載されたＹテーブルとを有して下方からＸ−Ｚ−Ｙ方向に移動する直交三軸機構から構成し、
前記Ｘテーブル上に互いに平行な４つの突出基端部を有する一体構造のＺ軸ベースを設け、前記Ｚテーブルガイド軸を前記Ｚ軸ベースの突出基端部に嵌合させて立設された４本の軸から構成したことを特徴とする三次元形状測定装置。 - 前記Ｚテーブルはダイレクトドライブモータによって駆動されるボールネジによってＺ方向に昇降自在に案内され、
前記定盤は、Ｘ方向に亘って延在する溝部を有し、該溝部には、ダイレクトドライブモータおよび該ダイレクトドライブモータをＺテーブルの下方に設置する支持部材が収納されることを特徴とする請求項１記載の三次元形状測定装置。 - 前記測定手段が、定盤上に固定されたＸ、Ｙ、Ｚ３方向の測定基準としての３つの平面ミラーと、Ｙテーブル上に固定されＸ、Ｙ、Ｚの三軸方向にレーザ光を照射する３つのレーザ光源、該レーザ光源からの光を平面ミラーに反射する３つの反射ミラーと、平面ミラーから反射ミラーを介して入射したレーザ光の干渉縞を検出する３つのレーザ干渉器とから構成され、
前記Ｙ方向にレーザ光が通過する平面ミラーと反射ミラーの間に光を通過させる通過手段を介装し、該通過手段は、Ｙテーブルに取付けられた第１中空部材と、Ｚテーブルに取付けられ、第１中空部材の外周部または内周部に摺動自在に設けられた第２中空部材からなり、ＹテーブルがＹ方向に移動するのに伴って第１中空部材および第２中空部材を伸縮させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の三次元形状測定装置。
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