JP4540505B2 - 3D shape measuring device - Google Patents

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JP4540505B2 JP2005060052A JP2005060052A JP4540505B2 JP 4540505 B2 JP4540505 B2 JP 4540505B2 JP 2005060052 A JP2005060052 A JP 2005060052A JP 2005060052 A JP2005060052 A JP 2005060052A JP 4540505 B2 JP4540505 B2 JP 4540505B2
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Description

本発明は、光学部品や金型等の被測定物における測定面の、例えば基準位置からの高さ情報等の位置情報を、例えばナノメートルのオーダーの超高精度にて測定可能な三次元形状測定装置に関する。   The present invention is a three-dimensional shape capable of measuring position information, such as height information from a reference position, of an object to be measured such as an optical component or a mold, for example, with ultra-high accuracy on the order of nanometers, for example. It relates to a measuring device.

例えばレンズ等の光学部品や、金型などの非球面物体の表面形状を、ナノメートルのオーダーの高精度にて測定するものとして、三次元形状測定装置の利用が広く知られている。
被測定物用測定器を有する三次元形状測定装置は、一般的に、上記被測定物用測定器を被測定物に接触させ、該接触力がほぼ一定になるように上記被測定物用測定器のZ方向位置を制御しつつ、上記被測定物用測定器を上記被測定物の測定面に沿って移動させて、上記被測定物用測定器と基準面との位置関係に基づき、上記測定面の表面形状を測定、演算するものである。このような測定装置の一つとして、レーザ測長器と基準平面ミラーとを利用した三次元形状測装置が知られており、測定を行うときの被測定物用測定器及び被測定物の動作方法として、大別して以下の2つの方法がある。
For example, the use of a three-dimensional shape measuring apparatus is widely known as a device for measuring the surface shape of an optical component such as a lens or an aspherical object such as a mold with high accuracy on the order of nanometers.
In general, a three-dimensional shape measuring apparatus having a measurement device for a measurement object is configured so that the measurement device for the measurement object is brought into contact with the measurement object, and the measurement for the measurement object is performed so that the contact force is substantially constant. While controlling the Z-direction position of the measuring instrument, the measuring instrument for the object to be measured is moved along the measuring surface of the object to be measured, and based on the positional relationship between the measuring instrument for the object to be measured and the reference surface, The surface shape of the measurement surface is measured and calculated. As one of such measuring devices, a three-dimensional shape measuring device using a laser length measuring device and a reference plane mirror is known, and the measuring device for the measuring object and the operation of the measuring object when performing the measurement The methods are roughly divided into the following two methods.

第1の方法は、被測定物を固定して、被測定物用測定器をX軸、Y軸、及びZ軸の全方向に移動させる方法である。その代表例について図8を参照して説明する。(例えば、特許文献1参照。)   The first method is a method in which the object to be measured is fixed and the measuring instrument for the object to be measured is moved in all directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis. A representative example will be described with reference to FIG. (For example, refer to Patent Document 1.)

図8は、従来の三次元形状測定装置の構造を示しており、従来の三次元形状測定装置50は、被測定物1を固定し、被測定物1の形状測定をする被測定物用測定器2をX軸、Y軸、及びZ軸の全方向に移動させて被測定物1の測定面1aの形状測定を行う装置であり、装置を覆うカバー3と、本体前面に設けられ開閉自在のドア4と、各種機構部材を載置する石定盤5と、石定盤5を載置する架台34とを備えている。石定盤5上には、石定盤5に固定された台板19が設置され、該台板19上にはXY−テーブル35が設置され、該XY−テーブル35上には取付パネル37が設置される。ここで、XY−テーブル35は、台板19上に設置されY軸方向に摺動して移動可能なY−テーブル21と、Y−テーブル21上に設置されY軸方向に直交するX軸方向に摺動して移動可能なX−テーブル24とを有する。取付パネル37には、レーザ光発生装置10と、該レーザ光発生装置10から発生したレーザ光14を誘導、分岐、検出する光学部品を有する測定機構12と、Z方向へ移動可能なZテーブル18が設置されたブラケット36とが設置されている。尚、図示を省略しているが、測定機構12は、測定面1aにおける測定点のX,Y,Z軸方向の各座標値を求めるため、レーザ光発生装置10から発生したレーザ光14を4つに分岐してそれぞれを誘導する光学系と、該光学系にて導かれたレーザ光に基づき上記各座標値を求める検出部とを有する。又、Zテーブル18の下部には、測定面1aに接触するスタイラスを有し測定面1aにおける測定点のZ軸方向における位置座標を求めるための上記被測定物用測定器2が設置されている。Zテーブル18の上方には、分岐された4つの内の一つのレーザ光14が照射される基準面7aを形成した基準板7が、石定盤5に設置されたブリッジ状の部材(不図示)に取り付けられている。上記基準板7へのレーザ光14の照射は、被測定物1の形状測定時に移動するXY−テーブル35自体のZ軸方向への変位量を補償する情報を得るためものである。   FIG. 8 shows the structure of a conventional three-dimensional shape measuring apparatus, and the conventional three-dimensional shape measuring apparatus 50 fixes the object 1 to be measured and measures the shape of the object 1 to be measured. Is a device for measuring the shape of the measurement surface 1a of the DUT 1 by moving the device 2 in all directions of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, and is provided on the front surface of the body 3 with a cover 3 covering the device. Door 4, a stone surface plate 5 on which various mechanism members are placed, and a gantry 34 on which the stone surface plate 5 is placed. A base plate 19 fixed to the stone surface plate 5 is installed on the stone surface plate 5, an XY-table 35 is installed on the base plate 19, and a mounting panel 37 is installed on the XY-table 35. Installed. Here, the XY-table 35 is installed on the base plate 19 and can be moved by sliding in the Y-axis direction, and the X-axis direction installed on the Y-table 21 and orthogonal to the Y-axis direction. And an X-table 24 that can slide and move. The mounting panel 37 includes a laser beam generator 10, a measurement mechanism 12 having optical components for guiding, branching, and detecting the laser beam 14 generated from the laser beam generator 10, and a Z table 18 that is movable in the Z direction. And a bracket 36 on which is installed. Although not shown, the measurement mechanism 12 uses four laser beams 14 generated from the laser beam generator 10 in order to obtain respective coordinate values in the X, Y, and Z axis directions of measurement points on the measurement surface 1a. An optical system that divides the light into two and guides each of the optical systems; and a detector that obtains the coordinate values based on the laser light guided by the optical system. Also, below the Z table 18, the measuring object measuring device 2 having a stylus that contacts the measurement surface 1a and for obtaining the position coordinates in the Z-axis direction of the measurement point on the measurement surface 1a is installed. . Above the Z table 18, a reference plate 7 having a reference surface 7a on which one of the four branched laser beams 14 is irradiated is a bridge-like member (not shown) installed on the stone surface plate 5. ). The reference plate 7 is irradiated with the laser beam 14 in order to obtain information for compensating for the amount of displacement in the Z-axis direction of the XY-table 35 itself that moves when measuring the shape of the DUT 1.

このように構成される従来の三次元形状測定装置50による被測定物1の測定動作は、以下のように行われる。
被測定物用測定器2に備わる上記スタイラスが被測定物1の測定面1aに接触し、XY−テーブル35がX−Y平面上で任意の方向に移動する。このとき、上記スタイラスと測定面1aとの接触力がほぼ一定になるように、Zテーブル18はZ方向に位置制御される。さらに、XY−テーブル35の移動により上記スタイラスが測定面1aに沿って移動し、レーザ光発生装置10から発射されたレーザ光14を測定機構12により検出することで、被測定物用測定器2と基準面7aとのX、Y、及びZ軸方向における位置関係が求まり、該位置関係から測定面1aの表面形状が演算測定される。
The measurement operation of the DUT 1 by the conventional three-dimensional shape measuring apparatus 50 configured as described above is performed as follows.
The stylus provided in the measurement object measuring instrument 2 contacts the measurement surface 1a of the measurement object 1, and the XY-table 35 moves in an arbitrary direction on the XY plane. At this time, the position of the Z table 18 is controlled in the Z direction so that the contact force between the stylus and the measurement surface 1a is substantially constant. Further, the stylus is moved along the measurement surface 1 a by the movement of the XY-table 35, and the laser beam 14 emitted from the laser beam generator 10 is detected by the measurement mechanism 12. And the reference surface 7a in the X, Y, and Z axis directions are obtained, and the surface shape of the measurement surface 1a is calculated and measured from the positional relationship.

次に、第2の方法として、被測定物をX軸及びY軸方向に移動させ、被測定物用測定器をZ軸方向に移動させる方法がある。その代表例について、図9〜図13を参照して説明する(例えば、特許文献2参照。)。尚、図9〜図13において、図8に示す構成部分と同様の機能を有する構成部分については同じ符号を付し、その説明を省略する。   Next, as a second method, there is a method in which the object to be measured is moved in the X-axis and Y-axis directions, and the measuring instrument for the object to be measured is moved in the Z-axis direction. A typical example will be described with reference to FIGS. 9 to 13 (see, for example, Patent Document 2). 9 to 13, components having the same functions as those shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図9は、別タイプの従来の三次元形状測定装置60の正面図であり、図10は、図9に示すE−E部における断面図である。尚、図10でY軸方向摺動部の図示は省略している。三次元形状測定装置60は、被測定物1がX軸及びY軸方向に移動し、被測定物用測定器2がZ軸方向に移動する装置であり、装置を覆うカバー3と、本体前面に開閉自在のドア4と、各種機構部材を載置する石定盤5と、石定盤5を載置する架台34で構成されている。   FIG. 9 is a front view of another type of conventional three-dimensional shape measuring apparatus 60, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line EE shown in FIG. In addition, illustration of the Y-axis direction sliding part is abbreviate | omitted in FIG. The three-dimensional shape measuring device 60 is a device in which the device under test 1 moves in the X-axis and Y-axis directions, and the device for measuring device 2 moves in the Z-axis direction. The door 4 can be freely opened and closed, the stone surface plate 5 on which various mechanism members are placed, and the mount 34 on which the stone surface plate 5 is placed.

図11は、図9に示すE−E部におけるXY−テーブル38の断面詳細図であり、図12は図10に示すF−F部におけるXY−テーブル38の断面詳細図である。尚、図11では、Y軸方向摺動部の図示は省略し、図12では、X軸方向摺動部の図示は省略している。図11及び図12において、XY−テーブル38は、石定盤5上に設置され、石定盤5に固定された台板19と、Y−テーブル21と、X−テーブル24と、保持台8とを有する。Y−テーブル21は、台板19の上にコロ軸受け39を介しY軸方向に摺動して移動可能であり、X−テーブル24は、Y−テーブル21上にコロ軸受け40を介してY軸方向に直交するX軸方向に摺動して移動可能であり、保持台8は、裏面側に基準面7aを形成している基準板7が取り付けられ、表面側に被測定物1を載置する板材にてなり、X−テーブル24上に載置される。   11 is a detailed cross-sectional view of the XY-table 38 at the EE portion shown in FIG. 9, and FIG. 12 is a detailed cross-sectional view of the XY-table 38 at the FF portion shown in FIG. In FIG. 11, the Y-axis direction sliding portion is not shown, and in FIG. 12, the X-axis direction sliding portion is not shown. 11 and 12, the XY-table 38 is installed on the stone surface plate 5, the base plate 19 fixed to the stone surface plate 5, the Y-table 21, the X-table 24, and the holding table 8. And have. The Y-table 21 is slidable and movable in the Y-axis direction on the base plate 19 via a roller bearing 39, and the X-table 24 is Y-axis on the Y-table 21 via a roller bearing 40. The holding table 8 is attached with a reference plate 7 having a reference surface 7a on the back side, and the object 1 to be measured is placed on the front side. And is placed on the X-table 24.

又、三次元形状測定装置60では、コロ軸受け40を用いていることから、各テーブル21,24の剛性を確保するため、各テーブル21,24の肉厚を厚くする必要がある。よって、XY−テーブル38の内側に空間を形成するのは困難であり、XY−テーブル38の内側に各テーブル21,24の駆動機構を設置することはできない。よって、Y−テーブル21及びX−テーブル24のY軸方向及びX軸方向への移動は、図13に示すように、XY−テーブル38の外側に設置したステッピングモータ45を有するボールネジ機構46にて行われている。尚、ボールネジ機構46を構成するボールネジ46aの振動が直接にテーブル21,24に伝わらないように、ボールネジ46aに係合するナット部46bは、振動吸収部材として機能する板バネ47を介して各テーブル21,24と接続されている。   Further, since the three-dimensional shape measuring apparatus 60 uses the roller bearing 40, it is necessary to increase the thickness of the tables 21 and 24 in order to ensure the rigidity of the tables 21 and 24. Therefore, it is difficult to form a space inside the XY-table 38, and the drive mechanisms for the tables 21 and 24 cannot be installed inside the XY-table 38. Therefore, the Y-table 21 and the X-table 24 are moved in the Y-axis direction and the X-axis direction by a ball screw mechanism 46 having a stepping motor 45 installed outside the XY-table 38, as shown in FIG. Has been done. In order to prevent the vibration of the ball screw 46a constituting the ball screw mechanism 46 from being directly transmitted to the tables 21 and 24, the nut portion 46b that engages with the ball screw 46a is connected to each table via a plate spring 47 that functions as a vibration absorbing member. 21 and 24.

尚、図8に示す三次元形状測定装置50では、レーザ光発生装置10、測定機構12、及び被測定物用測定器2を有するZテーブル18の全てが移動に際しうねりを生じるXY−テーブル35に設置されていることから、上記うねりの測定に供される基準板7は、固定され測定に関して変位しない装置本体に設置している。一方、図9等の三次元形状測定装置60では、レーザ光発生装置10、測定機構12、及びZテーブル18は、測定に関し変位しない石定盤5に設置していることから、移動に際しうねりを生じるXY−テーブル38に基準板7が設置される。   In the three-dimensional shape measuring apparatus 50 shown in FIG. 8, all of the Z table 18 having the laser beam generator 10, the measuring mechanism 12, and the measuring instrument 2 for the object to be measured are formed on the XY-table 35 that generates undulations during movement. Since it is installed, the reference plate 7 used for the measurement of the swell is installed on the apparatus main body which is fixed and does not displace with respect to the measurement. On the other hand, in the three-dimensional shape measuring apparatus 60 shown in FIG. 9 and the like, the laser beam generator 10, the measuring mechanism 12, and the Z table 18 are installed on the stone surface plate 5 that is not displaced with respect to measurement. The reference plate 7 is placed on the resulting XY-table 38.

図10に示すように、石定盤5上には、Z軸方向へ移動可能なZ−テーブル18が設置された門型部材41と、レーザ光発生装置10及びレーザ光14を誘導、分岐、検出する測定機構12を装着した取付パネル42とが載置されている。又、Z−テーブル18の下部には、被測定物用測定器2が設置されている。   As shown in FIG. 10, on the stone surface plate 5, the portal member 41 on which the Z-table 18 movable in the Z-axis direction is installed, and the laser beam generator 10 and the laser beam 14 are guided, branched, A mounting panel 42 equipped with a measuring mechanism 12 to be detected is placed. Further, the measuring object measuring device 2 is installed below the Z-table 18.

以上のように構成される従来の三次元形状測定装置60による被測定物1の測定動作は、以下のように行われる。
被測定物用測定器2のスタイラスを被測定物1の測定面1aに接触させ、XY−テーブル38をX−Y平面上で任意の方向に移動させる。このとき、XY−テーブル38上の保持台8の裏面に設けられ基準面7aを形成している基準板7も同時に移動する。又、被測定物用測定器2のスタイラスと測定面1aとの接触力がほぼ一定になるように、Z−テーブル18がZ方向に位置制御される。該位置制御に基づいて測定面1aのZ軸方向における変位量が測定され、さらに、レーザ光発生装置10から発射されたレーザ光14の、被測定物1のX−Y軸方向における移動に伴い測定機構12による検出結果に基づいて、被測定物1の表面形状が演算測定される。
特開平5−87540号公報 特開平10−170243号公報
The measurement operation of the DUT 1 by the conventional three-dimensional shape measuring apparatus 60 configured as described above is performed as follows.
The stylus of the measurement object measuring instrument 2 is brought into contact with the measurement surface 1a of the measurement object 1, and the XY-table 38 is moved in an arbitrary direction on the XY plane. At this time, the reference plate 7 provided on the back surface of the holding table 8 on the XY-table 38 and forming the reference surface 7a also moves simultaneously. Further, the position of the Z-table 18 is controlled in the Z direction so that the contact force between the stylus of the measuring instrument 2 to be measured and the measurement surface 1a becomes substantially constant. Based on the position control, the amount of displacement of the measurement surface 1a in the Z-axis direction is measured, and further, the laser light 14 emitted from the laser light generator 10 moves along with the movement of the DUT 1 in the XY axis direction. Based on the detection result by the measurement mechanism 12, the surface shape of the DUT 1 is calculated and measured.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-87540 JP-A-10-170243

しかしながら、上述した従来の三次元形状測定装置50では、図8からも明らかなように、被測定物用測定器2をZ軸方向に駆動させるZ−テーブル18がXY−テーブル35から前部の測定空間側へ大きく突出している。よって、X軸、Y軸、Z軸の全方向に超高精度にて移動させるためには、XY−テーブル35の剛性を向上させる必要があり、XY−テーブル35を大きくせざるを得ない。結果的に、装置全体が大きくなってしまう。又、レーザ光発生装置10からの発熱による上昇気流による空気の揺らぎに起因して、レーザ光に揺らぎが生じる可能性があり、より高精度な測定を妨げかねない。   However, in the above-described conventional three-dimensional shape measuring apparatus 50, as is apparent from FIG. 8, the Z-table 18 for driving the measuring object measuring device 2 in the Z-axis direction is located at the front portion from the XY-table 35. It protrudes greatly toward the measurement space. Therefore, in order to move the X-axis, Y-axis, and Z-axis in all directions with high accuracy, it is necessary to improve the rigidity of the XY-table 35, and the XY-table 35 must be enlarged. As a result, the entire apparatus becomes large. In addition, the laser beam may fluctuate due to the fluctuation of the air due to the rising air flow due to the heat generated from the laser beam generator 10, which may hinder the measurement with higher accuracy.

又、上述した従来の三次元形状測定装置60では、被測定物1をXY−テーブル38上の保持台8に保持させたことで、被測定物用測定器2及びZ−テーブル18を、XY−テーブル38から切り離すことができ、三次元形状測定装置50における課題は解決され装置全体の小型化を図ることはできた。しかしながら、基準板7へレーザ光14を導くため、石定盤5の下方に反射ミラー15,16を設けたことから、反射ミラー設置用の空間を石定盤5との間に確保するための架台34が必要となり、装置全体の、特に下部のサイズの小型化を妨げている。又、石定盤5に設けたレーザ光14を通す孔5aを通して上昇気流が生じ、レーザ光14に揺らぎが生じ、三次元形状測定装置50の場合と同様に、より高精度な測定を妨げかねない。   In the above-described conventional three-dimensional shape measuring apparatus 60, the object to be measured 2 and the Z-table 18 are moved to the XY by holding the object to be measured 1 on the holding table 8 on the XY-table 38. -It can be separated from the table 38, the problem in the three-dimensional shape measuring apparatus 50 is solved, and the entire apparatus can be reduced in size. However, since the reflecting mirrors 15 and 16 are provided below the stone surface plate 5 in order to guide the laser beam 14 to the reference plate 7, a space for installing the reflecting mirror is ensured between the stone surface plate 5. The gantry 34 is required, which hinders the downsizing of the entire apparatus, particularly the lower size. In addition, ascending air current is generated through the hole 5a through which the laser beam 14 provided on the stone surface plate 5 passes, and the laser beam 14 fluctuates, which may hinder higher-precision measurement as in the case of the three-dimensional shape measuring apparatus 50. Absent.

さらに又、石定盤5の下方に設置した反射ミラー15,16は、XY−テーブル38の保持台8の裏面に設けた基準板7にレーザ光14を照射し、基準板7にて反射したレーザ光を検出部が備わる測定機構12へ正確に戻す必要がある。よって、反射ミラー15,16の角度調整は、精度良く行う必要があるが、図からも明らかなように調整作業場所が狭く、調整作業性には改善の余地があった。   Further, the reflection mirrors 15 and 16 installed below the stone surface plate 5 irradiate the reference plate 7 provided on the back surface of the holding table 8 of the XY-table 38 with the laser beam 14 and reflect it by the reference plate 7. It is necessary to accurately return the laser light to the measurement mechanism 12 provided with the detection unit. Therefore, the angle adjustment of the reflection mirrors 15 and 16 needs to be performed with high accuracy, but as is apparent from the drawing, the adjustment work place is narrow and there is room for improvement in the adjustment workability.

尚、三次元形状測定装置60において、反射ミラー15,16を石定盤5上に設置して装置の小型化を実現する構成も考えられる。該構成を採るには、台板19上で基準板7の下方に、角度調整機構を付属した反射ミラー16用の設置用スペース44をY−テーブル21の内側部分に確保する必要がある。しかしながら、XY−テーブル38は、水平方向つまりX軸及びY軸方向へ与圧を付与することで摺動部となる軸受け部分のガタツキを抑えるコロ軸受け40を用いている。よって、台板19及びY−テーブル21では、内側への圧力によって保持台8における高平面度を劣化させない程度の剛性が要求され、台板19及びY−テーブル21における水平方向への肉厚は厚くせざるを得ない。したがって、測定精度の理由から設置用スペース44を確保するのは困難である。   In addition, in the three-dimensional shape measuring apparatus 60, the structure which implement | achieves size reduction of an apparatus by installing the reflective mirrors 15 and 16 on the stone surface plate 5 is also considered. In order to adopt this configuration, it is necessary to secure an installation space 44 for the reflection mirror 16 with an angle adjustment mechanism in the inner portion of the Y-table 21 below the reference plate 7 on the base plate 19. However, the XY-table 38 uses a roller bearing 40 that suppresses rattling of a bearing portion that becomes a sliding portion by applying pressure in the horizontal direction, that is, the X-axis and Y-axis directions. Therefore, the base plate 19 and the Y-table 21 are required to have such rigidity that the high flatness of the holding base 8 is not deteriorated by the pressure inside, and the thickness of the base plate 19 and the Y-table 21 in the horizontal direction is as follows. It must be thick. Therefore, it is difficult to secure the installation space 44 for reasons of measurement accuracy.

又、従来の三次元形状測定装置50,60では、レーザ光発生装置10、及びレーザ光を誘導、分岐、検出する測定機構12が同一の取付けパネル上に設置されていたため、レーザ光発生装置10からの発熱により、上記取付けパネル自体が熱変形したり、上記取付けパネル上の上記測定機構12が熱変形する可能性もあり、レーザ光の光軸ズレを生じ、より高精度な測定を妨げる可能性もあった。
本発明は、上述したような問題点を改善するためになされたもので、測定精度が良く小型化された三次元形状測定装置を提供することを目的とする。
Further, in the conventional three-dimensional shape measuring apparatuses 50 and 60, the laser light generating apparatus 10 and the measuring mechanism 12 for guiding, branching, and detecting the laser light are installed on the same mounting panel. The mounting panel itself may be thermally deformed due to heat generated from the light, or the measurement mechanism 12 on the mounting panel may be thermally deformed, resulting in an optical axis misalignment of the laser beam and hindering more accurate measurement. There was also sex.
The present invention has been made to improve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus that is small in size with high measurement accuracy.

上記目的を達成するために本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第1態様の三次元形状測定装置は、レーザ光を発生させるレーザ光発生部と、
上記レーザ光を複数に分岐する光学系と、
定盤上に設置され互いに直交する第1方向及び第2方向に移動する測定テーブルと、
上記測定テーブルに載置された被測定物の測定面の形状を上記分岐されたレーザ光の一部を用いて測定する検出部と、
上記測定テーブルの前記被測定物が載置される面と反対側の面に配置された基準板と、
上記光学系に備わり上記分岐されたレーザ光の他の一部を上記基準板に導く基準板用光学系とを備え、
上記基準板用光学系の上記基準板と対向する反射ミラーが、上記定盤と上記測定テーブルとの間の内側空間に配置されており、
上記測定テーブルは、当該測定テーブルを上記第1方向に滑動させる第1滑動機構と、上記第2方向に滑動させる第2滑動機構とを備え、
上記第1滑動機構は、上記基準板への上記レーザ光が通過する隙間を形成する2本の平行に敷設された第1ガイドレールと、各第1ガイドレール上にそれぞれ係合して上記第1ガイドレールに沿って滑動する第1台座部材とを有し、
上記第2滑動機構は、上記第1ガイドレールと直交して平行に敷設される2本の第2ガイドレールと、各第2ガイドレール上にそれぞれ係合して上記第2ガイドレールに沿って滑動する第2台座部材とを有する、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first aspect of the present invention includes a laser light generator that generates laser light,
An optical system for branching the laser beam into a plurality of parts;
A measurement table installed on a surface plate and moving in a first direction and a second direction orthogonal to each other;
A detector that measures the shape of the measurement surface of the object to be measured placed on the measurement table using a part of the branched laser beam;
A reference plate disposed on the surface of the measurement table opposite to the surface on which the object to be measured is placed;
A reference plate optical system that is provided in the optical system and guides another part of the branched laser light to the reference plate;
A reflection mirror facing the reference plate of the optical system for the reference plate is disposed in an inner space between the surface plate and the measurement table ;
The measurement table includes a first sliding mechanism for sliding the measurement table in the first direction, and a second sliding mechanism for sliding in the second direction,
The first sliding mechanism is engaged with two first guide rails laid in parallel to form a gap through which the laser beam passes to the reference plate, and the first guide rails, respectively. A first pedestal member that slides along one guide rail,
The second sliding mechanism is engaged with two second guide rails laid in parallel to each other perpendicular to the first guide rail, and on each second guide rail, along the second guide rail. A second base member that slides;
It is characterized by that.

又、2本の平行に敷設された上記第1ガイドレール間を上記測定テーブルの外側から上記内側空間まで延在し、上記反射ミラーの傾斜角度を上記測定テーブルの外側から調整する傾斜角度調整機構をさらに備えるようにしてもよい。   An inclination angle adjusting mechanism that extends between the two first guide rails laid in parallel from the outside of the measurement table to the inside space and adjusts the inclination angle of the reflection mirror from the outside of the measurement table. May be further provided.

又、上記定盤上に、上記測定テーブルを有する第1領域と上記レーザ光発生部を有する第2領域とに分割する分割部材をさらに備えるように構成してもよい。   Moreover, you may comprise so that the division member divided | segmented into the 1st area | region which has the said measurement table, and the 2nd area | region which has the said laser beam generation part may be further provided on the said surface plate.

又、上記三次元形状測定装置は、以下のように構成することもできる。
定盤上に設置され平面上で互いに直交するX軸方向及びY軸方向に移動するXY−テーブルと、該XY−テーブルに載置された被測定物の測定面の形状を測定する測定機構部とを備えた三次元形状測定装置であって、
上記XY−テーブルは、当該XY−テーブルの内側で上記定盤に対向して配置される基準板で、当該XY−テーブルの移動時における当該XY−テーブル自体のうねりを測定するための基準板を有し、
上記定盤上に設置されレーザ光を発生するレーザ光発生部と、
上記定盤上に設置され、上記レーザ光を上記基準板に導く基準板用光学系であって、上記定盤上で上記XY−テーブルの内側の空間にて上記基準板に対応して配置されて上記レーザ光を上記基準板に導く反射ミラーを有する基準板用光学系と、
を備えたことを特徴とする。
The three-dimensional shape measuring apparatus can also be configured as follows.
An XY-table that is installed on a surface plate and moves in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other on a plane, and a measurement mechanism unit that measures the shape of the measurement surface of the measurement object placed on the XY-table A three-dimensional shape measuring apparatus comprising:
The XY-table is a reference plate disposed inside the XY-table so as to face the surface plate. A reference plate for measuring the swell of the XY-table itself when the XY-table is moved. Have
A laser beam generator that is installed on the surface plate and generates a laser beam;
An optical system for a reference plate that is installed on the surface plate and guides the laser light to the reference plate, and is disposed on the surface plate corresponding to the reference plate in a space inside the XY-table. An optical system for a reference plate having a reflection mirror for guiding the laser beam to the reference plate;
It is provided with.

上記XY−テーブルは、上記定盤と当該XY−テーブルとの間に設置され上記定盤に対して当該XY−テーブルを上記X軸方向又は上記Y軸方向に滑動させ、かつ上記内側空間を形成する第1滑動機構を有し、該第1滑動機構は、上記基準板への上記レーザ光が通過する隙間を形成する2本の平行に敷設された第1ガイドレールと、各第1ガイドレール上にそれぞれ係合して上記XY−テーブルを支持しながら各第1ガイドレールに沿って滑動する第1台座部材とを有するように構成してもよい。   The XY-table is installed between the surface plate and the XY-table, and slides the XY-table with respect to the surface plate in the X-axis direction or the Y-axis direction, and forms the inner space. The first sliding mechanism includes two first guide rails laid in parallel to form a gap through which the laser beam passes to the reference plate, and each first guide rail. You may comprise so that it may have a 1st base member which slides along each 1st guide rail, respectively engaging, and supporting the said XY-table.

上記XY−テーブルは、さらに、Y−テーブルと、X−テーブルと、Y駆動機構と、X駆動機構と、第2滑動機構とを有し、
上記Y−テーブルは、上記定盤上に上記第1滑動機構を介して設置され、上記XY−テーブルの上記内側空間に位置して当該Y−テーブルを上記Y軸方向に移動させる上記Y駆動機構を有し、
上記X−テーブルは、上記Y−テーブル上に上記第2滑動機構を介して設置され、当該X−テーブルを上記X軸方向に移動させる上記X駆動機構を有し、
上記第2滑動機構は、上記Y−テーブル上に平行に敷設される2本の第2ガイドレールと、各第2ガイドレール上にそれぞれ係合して上記X−テーブルを支持しながら各第2ガイドレールに沿って滑動する第2台座部材とを有し、上記X−テーブルと上記Y−テーブルとの間に上記X駆動機構を配置させるための空間を形成する機構であるように構成してもよい。
The XY-table further includes a Y-table, an X-table, a Y drive mechanism, an X drive mechanism, and a second sliding mechanism,
The Y-table is installed on the surface plate via the first sliding mechanism and is located in the inner space of the XY-table and moves the Y-table in the Y-axis direction. Have
The X-table is installed on the Y-table via the second sliding mechanism, and has the X driving mechanism for moving the X-table in the X-axis direction,
The second sliding mechanism includes two second guide rails laid in parallel on the Y-table and each second guide rail engaging with each second guide rail to support the X-table. A second base member that slides along the guide rail, and is configured to form a space for placing the X drive mechanism between the X-table and the Y-table. Also good.

2本の平行に敷設された上記第1ガイドレール間を上記XY−テーブルの外側から上記内側空間まで延在し、上記内側空間に配置されている上記反射ミラーの傾斜角度を上記XY−テーブルの外側から調整する傾斜角度調整機構をさらに備えることもできる。   Between the two first guide rails laid in parallel from the outer side of the XY-table to the inner space, the inclination angle of the reflecting mirror disposed in the inner space is set to the angle of the XY-table. An inclination angle adjusting mechanism that adjusts from the outside can be further provided.

上記定盤上に立設され、当該三次元形状測定装置内を、上記XY−テーブルを有する第1領域と上記レーザ光発生部を有する第2領域とに分割し上記レーザ光発生部から生じる熱による上記測定面の形状測定への影響を低減する分割部材をさらに備えることもできる。   The heat generated from the laser light generation unit by standing on the surface plate and dividing the inside of the three-dimensional shape measuring apparatus into a first region having the XY-table and a second region having the laser light generation unit. It is also possible to further include a dividing member that reduces the influence on the shape measurement of the measurement surface.

上記第2領域において、上記分割部材は、鉛直方向における上部にて上記レーザ光発生部を取り付ける第1取付用部材と、上記第1取付用部材とは分離され上記第1取付用部材の下方にて上記測定機構部を取り付ける第2取付用部材とを有するように構成してもよい。   In the second region, the dividing member is separated from the first mounting member and the first mounting member to which the laser light generation unit is attached at an upper portion in the vertical direction, and is below the first mounting member. And a second mounting member for mounting the measurement mechanism section.

本発明の第1態様における三次元形状測定装置によれば、基準板用光学系を定盤上に配置し、測定テーブルに設置されている基準板へ定盤上にてレーザ光を照射するように構成した。したがって、従来の装置における、上昇気流を生じる部分にレーザ光を通すという構成は不要となり、レーザ光に揺らぎが生じることはなくなり、測定面の形状測定精度を従来に比べて向上させることができる。又、基準板用光学系を定盤上に配置したことから、従来装置で必要であった架台が不要となる。よって、従来に比べて装置全体を小型化することが可能となる。   According to the three-dimensional shape measuring apparatus in the first aspect of the present invention, the optical system for the reference plate is arranged on the surface plate, and the reference plate installed on the measurement table is irradiated with the laser beam on the surface plate. Configured. Therefore, the configuration of passing the laser beam through the portion where the upward air flow is generated in the conventional apparatus is unnecessary, and the laser beam is not fluctuated, and the shape measurement accuracy of the measurement surface can be improved as compared with the conventional device. In addition, since the optical system for the reference plate is arranged on the surface plate, the gantry necessary for the conventional apparatus is not necessary. Therefore, it is possible to reduce the size of the entire apparatus as compared with the conventional case.

又、第1ガイドレールと第1台座部材とを有する第1滑動機構を用いたことから、従来、XY−テーブルの摺動部分に用いていたコロ軸受けを用いる必要がなくなる。よって、コロ軸受けを用いるが故に必要であった水平方向への与圧が不要となることから、測定テーブルの剛性を従来のように高める必要が無く、測定テーブルの肉厚を従来に比べて薄くすることができる。したがって、測定テーブルの内側に、上記基準板用光学系に備わる反射ミラーを設置可能な空間を形成することが可能となり、上述したように、基準板用光学系を定盤上に配置することができることから、測定精度の向上、及び装置の小型化を図ることができる。   Further, since the first sliding mechanism having the first guide rail and the first pedestal member is used, it is not necessary to use a roller bearing conventionally used for the sliding portion of the XY-table. This eliminates the need for horizontal pressurization, which is necessary because of the use of roller bearings, so there is no need to increase the rigidity of the measurement table as in the past, and the thickness of the measurement table is thinner than before. can do. Accordingly, it is possible to form a space in which the reflection mirror provided in the optical system for the reference plate can be installed inside the measurement table. As described above, the optical system for the reference plate can be arranged on the surface plate. Therefore, the measurement accuracy can be improved and the apparatus can be downsized.

又、上記第1滑動機構は、2本の第1ガイドレールを平行に配置した構成を有することから、各第1ガイドレール間には、隙間が形成される。よって、該隙間を利用して、測定テーブルの上記内側空間に配置された反射ミラーへレーザ光を導くことが可能となる。   In addition, since the first sliding mechanism has a configuration in which two first guide rails are arranged in parallel, a gap is formed between the first guide rails. Therefore, it is possible to guide the laser beam to the reflection mirror disposed in the inner space of the measurement table using the gap.

又、上記第1滑動機構を設けることで、測定テーブルを構成するY−テーブルと定盤との間に隙間を形成でき、さらに、上記第1滑動機構と同様に、2本の第2ガイドレールと第2台座部材を有する第2滑動機構を用いることで、測定テーブルを構成するY−テーブルとX−テーブルとの間にも隙間を形成することができる。よって、Y−テーブルと定盤との間の隙間を利用して、Y−テーブルを駆動するY駆動機構を測定テーブルの内側に設置することが可能となり、同様に、Y−テーブルとX−テーブルとの間の隙間を利用して、X−テーブルを駆動するX駆動機構を測定テーブルの内側に設置することが可能となる。よって、従来、測定テーブルの外側に駆動機構を設けていたのに比べて、装置全体の小型化を図ることができる。   In addition, by providing the first sliding mechanism, a gap can be formed between the Y-table constituting the measurement table and the surface plate, and two second guide rails can be formed as in the first sliding mechanism. By using the second sliding mechanism having the second pedestal member, a gap can also be formed between the Y-table and the X-table constituting the measurement table. Therefore, it becomes possible to install a Y drive mechanism for driving the Y-table inside the measurement table by utilizing the gap between the Y-table and the surface plate, and similarly, the Y-table and the X-table. It is possible to install an X drive mechanism for driving the X-table inside the measurement table using the gap between the measurement table and the table. Therefore, compared with the conventional case where a drive mechanism is provided outside the measurement table, the overall size of the apparatus can be reduced.

又、上述のように第1滑動機構を設けることで、各第1ガイドレール間には隙間が形成されることから、上記内側空間に配置されている上記反射ミラーの傾斜角度を調整する傾斜角度調整機構を、上記隙間を利用して設置することができる。よって、測定テーブルの外側から、つまり作業性の良好な状態で反射ミラーの傾斜角度調整を行うことができ、測定精度の向上、装置の小型化を図ることができる。   In addition, since the first sliding mechanism is provided as described above, a gap is formed between the first guide rails, so that the inclination angle for adjusting the inclination angle of the reflection mirror disposed in the inner space is adjusted. The adjustment mechanism can be installed using the gap. Therefore, it is possible to adjust the tilt angle of the reflection mirror from the outside of the measurement table, that is, in a good workability state, and it is possible to improve the measurement accuracy and downsize the apparatus.

又、分割部材を定盤上に設置したことから、熱源となるレーザ光発生部を測定テーブルから分離でき、レーザ光発生部から生じた熱が測定面の形状測定に悪影響を与えるのを防止することができる。よって、従来に比べて測定精度の向上を図ることが可能となる。   In addition, since the split member is installed on the surface plate, the laser beam generation unit that is a heat source can be separated from the measurement table, and the heat generated from the laser beam generation unit is prevented from adversely affecting the shape measurement of the measurement surface. be able to. Therefore, it is possible to improve the measurement accuracy compared to the conventional case.

又、分割部材には、レーザ光発生部及び測定機構部が取り付けられるが、それぞれを取り付けるための取付用部材を別々の部材とした。これにより、レーザ光発生部から生じた熱が測定機構部へ伝導するのを防止することができる。よって、測定機構部において長さ変動や歪を起こすことがなく、従来に比べて測定精度の向上を図ることが可能となる。   In addition, the split member is attached with the laser beam generation unit and the measurement mechanism unit, and the attachment members for attaching each of them are separate members. Thereby, it is possible to prevent the heat generated from the laser beam generation unit from being conducted to the measurement mechanism unit. Therefore, length variation and distortion do not occur in the measurement mechanism section, and it is possible to improve measurement accuracy as compared with the conventional case.

本発明の実施形態である三次元形状測定装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同じ構成部分については同じ符号を付している。
図1に示すように、本実施形態の三次元形状測定装置101は、図9に示す測定装置と同様に、平面上で互いに直交するX軸方向及びY軸方向に移動するXY−テーブル130に載置された被測定物1の測定面1aの形状を、測定面1aに探触子を接触させながら測定を行う測定装置である。尚、上記X軸方向は例えば第2方向に相当し、上記Y軸方向は例えば第1方向に相当する。第1方向及び第2方向は、相互に変更可能である。又、XY−テーブル130は、測定テーブルとしての機能を果たす一例である。又、本実施形態において、被測定物1としては例えばデジタルスチルカメラ用のレンズ等が該当し、三次元形状測定装置101は、測定面1aが最大約200mm四方までの大きさにてなる被測定物1を測定対象とし、又、測定面1aにおける接線方向と水平方向との交差角度θにて最大で約60度までの曲面を有する測定面1aをナノメートルオーダーの精度にて測定可能な装置である。
A three-dimensional shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same component.
As shown in FIG. 1, the three-dimensional shape measuring apparatus 101 of the present embodiment is arranged on an XY-table 130 that moves in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other on a plane, like the measuring apparatus shown in FIG. This is a measuring device that measures the shape of the measurement surface 1a of the object 1 to be measured while bringing a probe into contact with the measurement surface 1a. The X-axis direction corresponds to, for example, the second direction, and the Y-axis direction corresponds to, for example, the first direction. The first direction and the second direction can be changed from each other. The XY-table 130 is an example that functions as a measurement table. In this embodiment, the object 1 to be measured corresponds to a lens for a digital still camera, for example, and the three-dimensional shape measuring apparatus 101 has a measurement surface 1a having a maximum size of about 200 mm square. An apparatus capable of measuring a measuring surface 1a having a curved surface up to about 60 degrees at a crossing angle θ between a tangential direction and a horizontal direction on the measuring surface 1a with a precision of nanometer order. It is.

図1及び図2に示すように、三次元形状測定装置101は、大きく分けて、測定面1aの形状測定に関係し以下に説明する、例えばXY−テーブル130等の各種構成部分と、上記各種構成部分の一部を載置する石定盤105とを備え、より詳しくは、当該測定装置101を覆うカバー103と、装置本体の操作面に相当する前面にてカバー103に設けられ開閉自在のドア104と、石定盤105とカバー103とで囲まれた空間106を、装置本体の操作側に相当する前部領域106aと、非操作側に相当する後部領域106bとに2分する、門型形状でなく一枚板状で、例えば石等の低熱膨張材料にてなる分割部材160とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the three-dimensional shape measuring apparatus 101 is roughly divided into various components such as an XY-table 130, which will be described below in relation to the shape measurement of the measurement surface 1a, and the above various types. And a stone surface plate 105 on which a part of the component is placed. More specifically, the cover 103 covers the measuring device 101 and the front surface corresponding to the operation surface of the device main body is provided on the cover 103 and can be opened and closed. A gate 106 that divides a space 106 surrounded by the door 104, the stone surface plate 105, and the cover 103 into a front region 106a corresponding to the operation side of the apparatus main body and a rear region 106b corresponding to the non-operation side. A split plate 160 made of a low thermal expansion material such as stone, for example, is provided in a single plate shape instead of a mold shape.

前部領域106aには、主に、XY−テーブル130と、該XY−テーブル130の上方に配置され測定面1aのZ軸座表値を測定するための機構であるZ−テーブル140とが備わる。一方、後部領域106bには、形状測定用のレーザ光111を発生するレーザ光発生部110と、測定機構部120とが備わる。これらの各構成部分について以下に説明する。   The front area 106a mainly includes an XY-table 130 and a Z-table 140 that is disposed above the XY-table 130 and is a mechanism for measuring the Z-axis seating value of the measurement surface 1a. . On the other hand, the rear region 106b includes a laser beam generator 110 that generates a laser beam 111 for shape measurement, and a measurement mechanism unit 120. Each of these components will be described below.

図3及び図4に示すように、XY−テーブル130は、Y−テーブル131と、第1滑動機構133と、X−テーブル132と、第2滑動機構134と、Y駆動機構135と、X駆動機構136と、測定物載置板138とを有する。   3 and 4, the XY-table 130 includes a Y-table 131, a first sliding mechanism 133, an X-table 132, a second sliding mechanism 134, a Y driving mechanism 135, and an X driving. A mechanism 136 and a measurement object placing plate 138 are provided.

石定盤105上には、台板107が取り付けられ、該台板107上には、平板状にてなるY−テーブル131をY軸方向に滑動可能とする第1滑動機構133が設置されている。尚、台板107は、無くても良い。第1滑動機構133は、下記の第2滑動機構134と同一の機構にてなり、図4に示すように、Y軸方向に沿って平行に敷設された2本の第1ガイドレール1331と、それぞれの第1ガイドレール1331上に係合しY−テーブル131を支持する第1台座部材1332とを有す。第1台座部材1332は、第1ガイドレール1331を抱き抱えるような凹状にてなり、1本の第1ガイドレール1331上に所定間隔にて2つ取り付けられ、第1ガイドレール1331に沿って滑動する。よって合計4つの第1台座部材1332にてY−テーブル131は支持され、第1ガイドレール1331に沿ってY軸方向に滑動自在となる。   A base plate 107 is mounted on the stone surface plate 105, and a first sliding mechanism 133 that allows the flat Y-table 131 to slide in the Y-axis direction is installed on the base plate 107. Yes. Note that the base plate 107 may be omitted. The first sliding mechanism 133 is the same mechanism as the second sliding mechanism 134 described below, and as shown in FIG. 4, two first guide rails 1331 laid in parallel along the Y-axis direction, The first pedestal member 1332 that engages on each first guide rail 1331 and supports the Y-table 131 is provided. The first pedestal member 1332 has a concave shape so as to hold the first guide rail 1331, and is attached to the first guide rail 1331 at a predetermined interval, and slides along the first guide rail 1331. To do. Therefore, the Y-table 131 is supported by a total of four first base members 1332 and can slide along the first guide rail 1331 in the Y-axis direction.

このような構造にてなる第1滑動機構133は、従来のように水平方向に与圧を必要とするコロ軸受けではない。よって、従来に比べてY−テーブル131の剛性を考慮する必要がなくなり、Y−テーブル131の肉厚を薄くすることができる。又、上述のように第1滑動機構133は、第1ガイドレール1331上を第1台座部材1332が滑動するという構造にてなる。これらのことから、石定盤105、つまり台板107と、Y−テーブル131との間に第1滑動機構133を設置することで、台板107とY−テーブル131との間に、Z軸方向に空間151が形成可能となる。該空間151の形成により、Y駆動機構135及び後述の反射ミラー1221をXY−テーブル130の内側に配置することが可能となり、又、2本の第1ガイドレール1331の間の隙間1511には、上記反射ミラー1221へレーザ光111dを導く光路が形成可能である。又、詳細後述するが、反射ミラー1221には、反射ミラー1221の傾斜角度を調整するための傾斜角度調整機構170が取り付けられており、上記空間151は、傾斜角度調整機構170をもXY−テーブル130の内側に配置可能とする。
尚、Y−テーブル131の中央部分には、上記反射ミラー1221と入、反射されるレーザ光111dを通過可能とする開口131aが形成されている。
The first sliding mechanism 133 having such a structure is not a roller bearing that requires pressure in the horizontal direction as in the prior art. Therefore, it is not necessary to consider the rigidity of the Y-table 131 compared to the conventional case, and the thickness of the Y-table 131 can be reduced. Further, as described above, the first sliding mechanism 133 has a structure in which the first base member 1332 slides on the first guide rail 1331. For these reasons, by installing the first sliding mechanism 133 between the stone surface plate 105, that is, the base plate 107 and the Y-table 131, the Z-axis between the base plate 107 and the Y-table 131 is set. A space 151 can be formed in the direction. The formation of the space 151 makes it possible to dispose the Y drive mechanism 135 and a reflection mirror 1221 described later on the inside of the XY-table 130, and in the gap 1511 between the two first guide rails 1331, An optical path for guiding the laser beam 111d to the reflection mirror 1221 can be formed. As will be described in detail later, the reflection mirror 1221 is provided with an inclination angle adjustment mechanism 170 for adjusting the inclination angle of the reflection mirror 1221, and the space 151 includes both the inclination angle adjustment mechanism 170 and the XY-table. It can be arranged inside 130.
An opening 131a is formed in the center of the Y-table 131 so as to allow the laser beam 111d that enters and reflects the reflection mirror 1221 to pass therethrough.

上記Y駆動機構135は、図7に示すように、Y軸方向に延在し固定されたシャフト1351と、該シャフト1351に非接触にてシャフト1351に沿って滑動するモータ部1352とを有するリニアモータにて構成される。モータ部1352はY−テーブル131と固定され、シャフト1351は台板107に固定される。よって、シャフト1351に対してモータ部1352が移動することで、Y−テーブル131がY軸方向に移動する。   As shown in FIG. 7, the Y drive mechanism 135 includes a shaft 1351 extending and fixed in the Y-axis direction, and a linear unit having a motor unit 1352 that slides along the shaft 1351 without contact with the shaft 1351. Consists of a motor. The motor unit 1352 is fixed to the Y-table 131, and the shaft 1351 is fixed to the base plate 107. Therefore, when the motor unit 1352 moves with respect to the shaft 1351, the Y-table 131 moves in the Y-axis direction.

上述のように構成されるY−テーブル131上には、上述の第1滑動機構133と同一の構成にてなる第2滑動機構134が設置される。つまり、第2滑動機構134は、図3に示すように、X軸方向に沿って平行に敷設された2本の第2ガイドレール1341と、それぞれの第2ガイドレール1341上に係合しX−テーブル132を支持する第2台座部材1342とを有す。
よって合計4つの第2台座部材1342にて、板状のX−テーブル132は支持され、第2ガイドレール1341に沿ってX軸方向に滑動自在となる。尚、X−テーブル132の中央部分には、上記反射ミラー1221にて反射されるレーザ光111dを通過可能とする開口132aが形成されている。
On the Y-table 131 configured as described above, a second sliding mechanism 134 having the same configuration as that of the first sliding mechanism 133 described above is installed. That is, as shown in FIG. 3, the second sliding mechanism 134 is engaged with two second guide rails 1341 laid in parallel along the X-axis direction and the respective second guide rails 1341. A second pedestal member 1342 that supports the table 132;
Therefore, the plate-like X-table 132 is supported by the total of the second pedestal members 1342 and is slidable along the second guide rail 1341 in the X-axis direction. Note that an opening 132 a through which the laser beam 111 d reflected by the reflection mirror 1221 can pass is formed at the center of the X-table 132.

このようにY−テーブル131とX−テーブル132との間に第2滑動機構134を設けたことで、第1滑動機構133を設けたことによる効果と同一の効果、即ち、X−テーブル132の肉厚を薄くすることができ、Y−テーブル131とX−テーブル132との間にZ軸方向に空間1512を形成でき、X駆動機構136をXY−テーブル130の内側に設置することができる。尚、X駆動機構136は、上述のY駆動機構135と同一の構成にてなり、X軸方向に延在し固定されたシャフト1361と、該シャフト1361に非接触にてシャフト1361に沿って滑動するモータ部1362とを有するリニアモータにて構成される。よって、シャフト1361に対してモータ部1362が移動することで、X−テーブル132がX軸方向に移動する。   By providing the second sliding mechanism 134 between the Y-table 131 and the X-table 132 in this way, the same effect as that obtained by providing the first sliding mechanism 133, that is, the X-table 132 has the same effect. The wall thickness can be reduced, a space 1512 can be formed in the Z-axis direction between the Y-table 131 and the X-table 132, and the X drive mechanism 136 can be installed inside the XY-table 130. The X drive mechanism 136 has the same configuration as the Y drive mechanism 135 described above, and slides along the shaft 1361 in a non-contact manner with the shaft 1361 extending and fixed in the X-axis direction. And a linear motor having a motor unit 1362. Therefore, when the motor unit 1362 moves with respect to the shaft 1361, the X-table 132 moves in the X-axis direction.

上記測定物載置板138は、X−テーブル132の上面132bに、円周上に等間隔にて例えば3箇所に配置された支持球1381を介して支持され、その上面138aの中央部に被測定物1が載置され保持される。又、上面138aには、XY−テーブル130のX軸方向及びY軸方向における移動量、つまり測定面1aのX軸方向及びY軸方向における移動量を検出するため、X軸方向に直交し鏡面にてなる基準面137Xaを有するX軸基準板137X、及びY軸方向に直交し鏡面にてなる基準面137Yaを有するY軸基準板137Yが取り付けられている。さらに、XY−テーブル130の移動時にXY−テーブル130に生じるZ軸方向におけるXY−テーブル130の、いわゆるうねり成分を検出するための基準板137Zが、被測定物1に対向するように、測定物載置板138の裏面138bの中央部に設けられている。基準板137Zは、レーザ光111dが照射され鏡面にてなる基準面137Zaを鉛直方向に直交するようにして、かつ基準面137aの向きを調整可能にして、上記裏面138bに突設した断面L字状のアーム材1382にて支持される。よって、XY−テーブル130がX,Y軸方向に移動することで、基準板137ZもX,Y軸方向に移動する。
各基準板137X、137Y、137Zの基準面137Xa、137Ya、137Zaは、平坦度が0.01ミクロンオーダーにてなる。
The measurement object mounting plate 138 is supported on the upper surface 132b of the X-table 132 via support balls 1381 arranged at, for example, three locations on the circumference at equal intervals, and is placed on the center of the upper surface 138a. The measurement object 1 is placed and held. In addition, the upper surface 138a has a mirror surface orthogonal to the X-axis direction to detect the movement amount of the XY-table 130 in the X-axis direction and the Y-axis direction, that is, the movement amount of the measurement surface 1a in the X-axis direction and the Y-axis direction. An X-axis reference plate 137X having a reference surface 137Xa and a Y-axis reference plate 137Y having a reference surface 137Ya that is perpendicular to the Y-axis direction and is a mirror surface are attached. Further, the measurement object is set such that the reference plate 137Z for detecting a so-called swell component of the XY-table 130 in the Z-axis direction generated in the XY-table 130 when the XY-table 130 moves is opposed to the object 1 to be measured. It is provided at the center of the back surface 138 b of the mounting plate 138. The reference plate 137Z has an L-shaped cross section projecting from the back surface 138b so that the reference surface 137Za, which is a mirror surface irradiated with the laser beam 111d, is orthogonal to the vertical direction and the orientation of the reference surface 137a is adjustable. Is supported by the arm member 1382. Therefore, when the XY-table 130 moves in the X and Y axis directions, the reference plate 137Z also moves in the X and Y axis directions.
The reference surfaces 137Xa, 137Ya, and 137Za of the respective reference plates 137X, 137Y, and 137Z have a flatness on the order of 0.01 microns.

上記Z−テーブル140は、上述のXY−テーブル130の上方で、Z軸方向に沿って移動可能にして上記分割部材160に取り付けられ、又、Z−テーブル140の下部には、測定面1aに接触するスタイラスを有する探触子の鉛直方向における微動を検出する、即ち、測定面1aのZ軸方向における形状を検出する被測定物用測定器102が設けられている。このようなZ−テーブル140は、被測定物用測定器102のスタイラスが測定面1aにほぼ一定の接触力にて接触するように、Z軸方向に位置制御される。   The Z-table 140 is mounted on the dividing member 160 so as to be movable along the Z-axis direction above the XY-table 130, and below the Z-table 140, on the measurement surface 1a. A measuring object measuring device 102 is provided for detecting fine movement in the vertical direction of a probe having a stylus in contact therewith, that is, detecting the shape of the measurement surface 1a in the Z-axis direction. The position of the Z-table 140 is controlled in the Z-axis direction so that the stylus of the measurement object measuring device 102 contacts the measurement surface 1a with a substantially constant contact force.

次に上記傾斜角度調整機構170について説明する。図5に示すように、傾斜角度調整機構170は、可動なミラー取付ブロック171と、上記台板107に固定される延長用ブロック172と、調整部173とを有する。ミラー取付ブロック171は、Z軸方向に対して約45度の角度にて傾斜したテーパ部1711に上記反射ミラー1221を取り付けた部材であり、上述のようにXY−テーブル130の内側空間151に位置する。延長用ブロック172は、内側空間151に配置されているミラー取付ブロック171のテーパ部1711の傾斜角度、即ち反射ミラー1221の傾斜角度をXY−テーブル130の外側から変更可能とするための部材であり、図1及び図4に示すように、敷設される2本の第1ガイドレール1331の間に、第1ガイドレール1331に沿って配置されて台板107に固定される。又、延長用ブロック172には、調整部173が取り付けられる。調整部173は、一つの支持球1731と、1本の引張部材1732と、2本の調整用ネジ1733,1734とを有する。引張部材1732は、固定されている延長用ブロック172に対して、支持球1731を支点及び中心として首振り可能にしてミラー取付ブロック171を保持する部材であり、バネ1732aを有しミラー取付ブロック171を延長用ブロック172側へバネ1732aの復元力にて引っ張る。又、引張部材1732は、支持球1731、調整用ネジ1733,1734にてなる三角形の重心位置に配置されている。調整用ネジ1733,1734は、延長用ブロック172に螺合し、引張部材1732にて延長用ブロック172側へ引っ張られているミラー取付ブロック171に先端を当接させ、そのねじ込み量を調整することで上記首振りを行わせ反射ミラー1221の角度を調整するためのネジである。   Next, the tilt angle adjusting mechanism 170 will be described. As shown in FIG. 5, the tilt angle adjustment mechanism 170 includes a movable mirror mounting block 171, an extension block 172 fixed to the base plate 107, and an adjustment unit 173. The mirror mounting block 171 is a member in which the reflection mirror 1221 is mounted on a tapered portion 1711 inclined at an angle of about 45 degrees with respect to the Z-axis direction, and is positioned in the inner space 151 of the XY-table 130 as described above. To do. The extension block 172 is a member for changing the inclination angle of the taper portion 1711 of the mirror mounting block 171 disposed in the inner space 151, that is, the inclination angle of the reflection mirror 1221 from the outside of the XY-table 130. As shown in FIGS. 1 and 4, the first guide rail 1331 is arranged between the two first guide rails 1331, and is fixed to the base plate 107. An adjustment unit 173 is attached to the extension block 172. The adjustment unit 173 includes one support ball 1731, one tension member 1732, and two adjustment screws 1733 and 1734. The tension member 1732 is a member that holds the mirror mounting block 171 in such a manner that it can swing with respect to the fixed extension block 172 with the support ball 1731 as a fulcrum and a center, and has a spring 1732a. Is pulled to the extension block 172 side by the restoring force of the spring 1732a. Further, the tension member 1732 is disposed at the center of gravity of the triangle formed by the support ball 1731 and the adjusting screws 1733 and 1734. The adjusting screws 1733 and 1734 are screwed into the extension block 172, and the tip is brought into contact with the mirror mounting block 171 pulled to the extension block 172 side by the tension member 1732, thereby adjusting the screwing amount. This is a screw for adjusting the angle of the reflection mirror 1221 by swinging the head.

このように構成される傾斜角度調整機構170について、反射ミラー1221の角度調整は、調整用ネジ1733,1734の少なくとも一方を、XY−テーブル130の外側から回転させてY軸方向に前後させることで、ミラー取付ブロック171を支持球1731を支点にし、首振り動作、つまり、Z軸を回転中心したあおり、又はX軸を回転中心したあおりの動作をさせることで行う。尚、ミラー取付ブロック171つまり反射ミラー1221は、調整用ネジ1733,1734に設けた固定用ナット1735による固定、及びバネ1732aの復元力により、調整位置を保持することができる。   With respect to the tilt angle adjusting mechanism 170 configured as described above, the angle of the reflection mirror 1221 is adjusted by rotating at least one of the adjusting screws 1733 and 1734 from the outside of the XY-table 130 and moving back and forth in the Y-axis direction. The mirror mounting block 171 is moved by swinging around the support ball 1731, that is, tilting about the Z axis or tilting about the X axis. The mirror mounting block 171, that is, the reflection mirror 1221 can hold the adjustment position by fixing with the fixing nut 1735 provided on the adjusting screws 1733 and 1734 and the restoring force of the spring 1732 a.

尚、本実施形態の三次元形状測定装置101では、台板107上には第1滑動機構133を介してY−テーブル131を配置したが、該構成に限定されず、台板107上に第2滑動機構134を介してX−テーブル132を配置し、該X−テーブル132上に第1滑動機構133を介してY−テーブル131を配置してもよい。   In the three-dimensional shape measuring apparatus 101 according to the present embodiment, the Y-table 131 is disposed on the base plate 107 via the first sliding mechanism 133. However, the configuration is not limited thereto, and the first table on the base plate 107 is used. The X-table 132 may be arranged via the two sliding mechanisms 134, and the Y-table 131 may be arranged on the X-table 132 via the first sliding mechanism 133.

次に、分割部材160は、前部領域106aと後部領域106bとを分割し、該分割により、後部領域106bにて生じる熱が前部領域106aに影響を与えるのを抑制する部材である。このように分割部材160は、測定面1aの測定精度の向上に寄与することができる。又、分割部材160には、以下に説明する各レーザ光111a〜111dを、後部領域106bと前部領域106aとの間で往復させるための4つの貫通穴162a〜162dが設けられている。   Next, the dividing member 160 is a member that divides the front region 106a and the rear region 106b and suppresses heat generated in the rear region 106b from affecting the front region 106a due to the division. Thus, the division member 160 can contribute to the improvement of the measurement accuracy of the measurement surface 1a. The split member 160 is provided with four through holes 162a to 162d for reciprocating laser beams 111a to 111d described below between the rear region 106b and the front region 106a.

後部領域106bに備わる上記レーザ光発生部110は、形状測定用のレーザ光111として、本実施形態では一つの周波数にて発振するHe−Ne周波数安定化レーザを発生する。尚、使用されるレーザ光は、二つの周波数を有するものであってもよい。該レーザ光発生部110は、分割部材160に取り付けられた第1取付用部材161に設置される。   The laser beam generator 110 provided in the rear region 106b generates a He—Ne frequency stabilized laser that oscillates at one frequency in this embodiment as the laser beam 111 for shape measurement. The laser beam used may have two frequencies. The laser beam generator 110 is installed on a first mounting member 161 that is mounted on the split member 160.

後部領域106bに備わる上記測定機構部120は、上記レーザ光111を4つに分岐してそれぞれを誘導する光学系1201a〜1201dと、該光学系1201a〜1201dにて導かれたレーザ光111a〜111dに基づいて、測定面1aの測定点におけるX軸、Y軸、及びZ軸方向における各座標値を求めるための検出部121a〜121dとを有する。測定機構部120は、分割部材160に取り付けられた第1取付用部材161とは分離され、かつZ軸方向においてレーザ光発生部110よりも下方にて分割部材160に取り付けられた第2取付用部材163に設置される。   The measurement mechanism unit 120 provided in the rear region 106b includes optical systems 1201a to 1201d that divide the laser beam 111 into four parts and guide them, and laser beams 111a to 111d guided by the optical systems 1201a to 1201d. , And detecting units 121a to 121d for obtaining coordinate values in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions at the measurement points on the measurement surface 1a. The measurement mechanism 120 is separated from the first attachment member 161 attached to the split member 160 and is attached to the split member 160 below the laser light generator 110 in the Z-axis direction. Installed on the member 163.

熱源となるレーザ光発生部110を、上述のように測定機構部120より上方に配置し、かつ第1取付用部材161と第2取付用部材163とを分離したことにより、レーザ光発生部110にて生じた熱の測定機構部120への影響を低減することができる。したがって、測定面1aの形状測定精度を従来に比べて向上させることができる。   As described above, the laser light generation unit 110 serving as a heat source is disposed above the measurement mechanism unit 120 and the first mounting member 161 and the second mounting member 163 are separated. It is possible to reduce the influence of the heat generated in the step 120 on the measurement mechanism unit 120. Therefore, the shape measurement accuracy of the measurement surface 1a can be improved as compared with the conventional case.

上記検出部121aは、レーザ光111aに関し、被測定物用測定器102へ照射されたレーザ光及び反射した反射レーザ光に基づき測定面1aの測定点におけるZ軸座標値を検出するための部分である。上記検出部121bは、レーザ光111bに関し、X軸基準板137Xへ照射されたレーザ光及び反射した反射レーザ光に基づき測定面1aの測定点におけるX軸座標値を検出するための部分である。上記検出部121cは、レーザ光111cに関し、Y軸基準板137Yへ照射されたレーザ光及び反射した反射レーザ光に基づき測定面1aの測定点におけるY軸座標値を検出するための部分である。上記検出部121dは、レーザ光111dに関し、基準板137Zへ照射されたレーザ光及び反射した反射レーザ光に基づき測定面1aの測定点におけるZ軸方向における上記うねり成分を検出するための部分である。   The detection unit 121a is a part for detecting the Z-axis coordinate value at the measurement point on the measurement surface 1a based on the laser beam irradiated to the measuring object measuring device 102 and the reflected laser beam reflected with respect to the laser beam 111a. is there. The detection unit 121b is a part for detecting the X-axis coordinate value at the measurement point of the measurement surface 1a based on the laser beam irradiated to the X-axis reference plate 137X and the reflected laser beam reflected with respect to the laser beam 111b. The detection unit 121c is a part for detecting the Y-axis coordinate value at the measurement point of the measurement surface 1a based on the laser beam irradiated to the Y-axis reference plate 137Y and the reflected laser beam reflected with respect to the laser beam 111c. The detection unit 121d is a part for detecting the swell component in the Z-axis direction at the measurement point of the measurement surface 1a based on the laser beam irradiated to the reference plate 137Z and the reflected laser beam reflected with respect to the laser beam 111d. .

尚、基準板137Zと測定機構部120との間における上記レーザ光111dに関する光学系1201dを基準板用光学系122とする。該基準板用光学系122には、上述した反射ミラー1221が備わる。又、基準板137Zに関するレーザ光111dは、上記貫通穴162d、及び第1滑動機構133にて形成される隙間1511及び空間151を通り、反射ミラー1221へ導かれる。このように、本実施形態では、基準板用光学系122は、石定盤105上に設置され、従来のように石定盤を貫通してレーザ光が通過する構成を採っていない。したがって、従来発生したようなレーザ光の揺らぎ等の問題は生じないことから、従来に比べて高い精度にて測定面1aの形状測定を行うことができる。
又、本実施形態では、石定盤の下方に光学系を配置する必要がないことから、従来存在した、石定盤を載置する架台を除去することができる。これにより、装置全体の小型化も可能となる。但し、必要に応じて架台を追加することも自由である。
The optical system 1201d related to the laser beam 111d between the reference plate 137Z and the measurement mechanism unit 120 is referred to as a reference plate optical system 122. The reference plate optical system 122 includes the reflection mirror 1221 described above. In addition, the laser beam 111d related to the reference plate 137Z is guided to the reflection mirror 1221 through the through hole 162d and the gap 1511 and the space 151 formed by the first sliding mechanism 133. As described above, in the present embodiment, the reference plate optical system 122 is installed on the stone surface plate 105 and does not adopt a configuration in which laser light passes through the stone surface plate unlike the conventional case. Therefore, problems such as fluctuations in laser light that have occurred in the past do not occur, and the shape of the measurement surface 1a can be measured with higher accuracy than in the past.
Moreover, in this embodiment, since it is not necessary to arrange | position an optical system under the stone surface plate, the stand which mounts the stone surface plate which existed conventionally can be removed. As a result, the entire apparatus can be reduced in size. However, it is free to add a pedestal if necessary.

尚、各基準面137Xa、137Ya、137Zaと、レーザ光111とを用いた測定機構部120による測定面1aの形状測定方法は、上記特許文献2に記載されるように、上記各基準面に反射した反射レーザ光の位相の変化を、上記各基準面へ照射するレーザ光と、上記反射レーザ光との干渉信号を計数することで検出するという、公知のレーザ測長方法を用いる。このようなレーザ測長方法は、例えば特開平4−1503号公報に開示されるように、上記基準面へ照射されるレーザ光をプリズム等の分岐部材にて参照光と測定光とに分け、かつ上記参照光と測定光との位相を90度ずらす。そして測定光を上記基準面へ照射し反射させ、戻って来た反射光と上記参照光とにおける上記位相のずれによる干渉光を電気的に検出して、得られた干渉縞信号から作成するリサージュ図形に基づき基準点と上記基準面との距離が測定される。このような測長方法が、上記検出部121a〜121dのそれぞれにて行われ、検出結果に基づき測定面1aの形状が測長演算装置にて演算される。   Note that, as described in Patent Document 2, the shape measurement method of the measurement surface 1a by the measurement mechanism unit 120 using the respective reference surfaces 137Xa, 137Ya, 137Za and the laser beam 111 is reflected on the respective reference surfaces. A known laser length measurement method is used in which the phase change of the reflected laser beam is detected by counting interference signals between the laser beam irradiated to each reference surface and the reflected laser beam. Such a laser length measurement method, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-1503, divides the laser light irradiated onto the reference surface into reference light and measurement light by a branching member such as a prism, In addition, the phases of the reference light and the measurement light are shifted by 90 degrees. Then, Lissajous is produced from the interference fringe signal obtained by irradiating and reflecting the measurement light on the reference surface, electrically detecting the interference light due to the phase shift in the reflected light and the reference light that have returned. The distance between the reference point and the reference surface is measured based on the figure. Such a length measurement method is performed in each of the detection units 121a to 121d, and the shape of the measurement surface 1a is calculated by the length measurement calculation device based on the detection result.

以上説明したように構成される本実施形態の三次元形状測定装置101は、以下のように動作する。
測定面1aの形状測定のときには、被測定物用測定器102が測定面1aに接触し、XY−テーブル130がX軸方向及びY軸方向で任意の方向に移動する。よって、X−テーブル132上に載置されている測定物載置板138に保持される基準板137Zも同時に移動する。又、被測定物用測定器102と測定面1aとの接触力がほぼ一定になるようにZ−テーブル140をZ軸方向に位置制御しながら、被測定物用測定器102は測定面1aに沿って移動する。
又、XY−テーブル130の移動とともに、上述したように、各レーザ光111a〜111dが測定機構部120と各基準板137X、137Y、137Zとの間で往復して、測定面1aの表面形状が演算測定される。
The three-dimensional shape measuring apparatus 101 of the present embodiment configured as described above operates as follows.
When measuring the shape of the measurement surface 1a, the measuring object measuring device 102 contacts the measurement surface 1a, and the XY-table 130 moves in any direction in the X-axis direction and the Y-axis direction. Therefore, the reference plate 137Z held by the measurement object placing plate 138 placed on the X-table 132 also moves simultaneously. Further, while the position of the Z-table 140 is controlled in the Z-axis direction so that the contact force between the measurement object measuring device 102 and the measurement surface 1a is substantially constant, the measurement object measuring device 102 is placed on the measurement surface 1a. Move along.
As the XY-table 130 moves, as described above, the laser beams 111a to 111d reciprocate between the measurement mechanism unit 120 and the reference plates 137X, 137Y, and 137Z, so that the surface shape of the measurement surface 1a is changed. Measured.

以上説明したように本実施形態の三次元形状測定装置101によれば、以下のような効果が得られる。
即ち、XY−テーブルについて、従来のコロ軸受けを排除し第1滑動機構133及び第2滑動機構134を採用したことから、上記コロ軸受けにおけるガタツキを防止するための、X軸方向及びY軸方向への与圧が不要となり、Y−テーブル131及びX−テーブル132においてX軸方向及びY軸方向への肉厚を薄くすることができる。よって、XY−テーブル130の内側に空間151を形成することが可能となり、該空間151に反射ミラー1221を配置することが可能となる。したがって、石定盤105上に反射ミラー1221を含む基準板用光学系122を配置することが可能となり、従来のような石定盤の貫通穴にレーザ光を通すという構成を排除することができる。したがって、石定盤下部からの上昇気流が無くなり、レーザ光の揺らぎを防ぐことができ、高精度な測定を実現することができる。
As described above, according to the three-dimensional shape measuring apparatus 101 of the present embodiment, the following effects can be obtained.
That is, with respect to the XY-table, since the first sliding mechanism 133 and the second sliding mechanism 134 are adopted without the conventional roller bearings, in the X-axis direction and the Y-axis direction to prevent rattling in the roller bearings. Therefore, the thickness of the Y-table 131 and the X-table 132 in the X-axis direction and the Y-axis direction can be reduced. Therefore, the space 151 can be formed inside the XY-table 130, and the reflection mirror 1221 can be arranged in the space 151. Therefore, the reference plate optical system 122 including the reflection mirror 1221 can be disposed on the stone surface plate 105, and the conventional configuration of passing the laser beam through the through hole of the stone surface plate can be eliminated. . Therefore, the ascending air current from the lower part of the stone platen is eliminated, the fluctuation of the laser beam can be prevented, and high-accuracy measurement can be realized.

又、第1滑動機構133及び第2滑動機構134を採用したことから、石定盤105とY−テーブル131との間、及びY−テーブル131とX−テーブル132との間に空間151を形成可能であり、XY−テーブル130の内側にY−テーブル131及びX−テーブル132の駆動源を設置することができる。したがって、装置全体の小型化を図ることができる。   Further, since the first sliding mechanism 133 and the second sliding mechanism 134 are employed, a space 151 is formed between the stone surface plate 105 and the Y-table 131 and between the Y-table 131 and the X-table 132. The drive source of the Y-table 131 and the X-table 132 can be installed inside the XY-table 130. Therefore, it is possible to reduce the size of the entire apparatus.

又、三次元形状測定装置101では、(1)Z−テーブル140とXY−テーブル130とを別設した構造を採った点、(2)分割部材160の上方にレーザ光発生部110を第1取付用部材161を介して取り付け、さらに、レーザ光発生部110の下方に測定機構部120を配置しかつ第1取付用部材161とは分離した第2取付用部材163を介して分割部材160に取り付けた点、及び(3)石定盤105上に基準板用光学系122を設けた点、の3点から、装置全体の小型化を図ることができる。   In the three-dimensional shape measuring apparatus 101, (1) the Z-table 140 and the XY-table 130 are provided separately, and (2) the laser beam generator 110 is placed above the dividing member 160. It is attached to the split member 160 via the second attachment member 163 which is attached via the attachment member 161 and further has the measurement mechanism part 120 disposed below the laser light generation part 110 and separated from the first attachment member 161. The overall size of the apparatus can be reduced from the three points of the mounting point and (3) the point plate optical system 122 provided on the stone surface plate 105.

又、一枚状の分割部材160にて、三次元形状測定装置101内の空間106を前部領域106aと後部領域106bとに2分したことで、レーザ光発生部110からの発熱による上昇気流の空気の揺らぎの発生を後部領域106b側のみとすることができ、空気の揺らぎから生じるレーザ光の揺らぎを防ぐことができる。よって、より高精度な測定を実現することができる。   Further, the space 106 in the three-dimensional shape measuring apparatus 101 is divided into the front region 106 a and the rear region 106 b by the single divided member 160, so that the rising air flow due to heat generated from the laser light generation unit 110 is divided. The occurrence of the air fluctuation can be made only on the rear region 106b side, and the laser light fluctuation caused by the air fluctuation can be prevented. Therefore, more accurate measurement can be realized.

又、Z軸方向において測定機構部120の上方にレーザ光発生部110を配置し、かつ第1取付用部材161と第2取付用部材163とを分離したことで、第1取付用部材161から第2取付用部材163への熱伝導を低減できる。よって、測定機構部120を取り付ける第2取付用部材163における熱膨張による長さ変動や歪をなくすことができ、レーザ光軸ズレ等をなくすことができる。このように、測定機構部120の熱変形を極力小さく抑えることができ、より高精度な測定を実現することができる。   Further, the laser beam generation unit 110 is disposed above the measurement mechanism unit 120 in the Z-axis direction, and the first mounting member 161 and the second mounting member 163 are separated from each other. The heat conduction to the second mounting member 163 can be reduced. Therefore, length variation and distortion due to thermal expansion in the second attachment member 163 to which the measurement mechanism unit 120 is attached can be eliminated, and laser optical axis misalignment and the like can be eliminated. Thus, the thermal deformation of the measurement mechanism unit 120 can be suppressed as much as possible, and more accurate measurement can be realized.

又、石定盤105上に基準板用光学系122を設けたことから、石定盤105上の明るく広い場所に反射ミラー1221を配置することができ、よって、反射ミラー1221の角度調整作業が容易となり、正確な角度調整が可能となった。   Further, since the reference plate optical system 122 is provided on the stone surface plate 105, the reflection mirror 1221 can be disposed in a bright and wide place on the stone surface plate 105, and therefore the angle adjustment work of the reflection mirror 1221 can be performed. Easy and accurate angle adjustment is possible.

本発明は、光学部品や金型等の被測定物における被測定面を例えばナノメートルのオーダーの超高精度にて測定可能な三次元形状測定装置に適用可能である。   The present invention can be applied to a three-dimensional shape measuring apparatus capable of measuring a surface to be measured on an object to be measured such as an optical component or a mold with ultra-high accuracy on the order of nanometers, for example.

本発明の実施形態における三次元形状測定装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the three-dimensional shape measuring apparatus in embodiment of this invention. 図1に示す三次元形状測定装置の正面図である。It is a front view of the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. 図1に示す三次元形状測定装置のB−B部における断面図である。It is sectional drawing in the BB part of the three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. 図1に示すXY−テーブル辺りのX軸方向における断面図である。It is sectional drawing in the X-axis direction around XY-table shown in FIG. 図1に示す傾斜角度調整機構の断面図である。It is sectional drawing of the inclination angle adjustment mechanism shown in FIG. 図5に示す傾斜角度調整機構のD−D部における断面図である。It is sectional drawing in the DD part of the inclination-angle adjustment mechanism shown in FIG. 図1に示すY駆動機構、及びX駆動機構の詳細図である。FIG. 2 is a detailed view of a Y drive mechanism and an X drive mechanism shown in FIG. 1. 従来の三次元形状測定装置の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional three-dimensional shape measuring apparatus. 図8とは別のタイプの三次元形状測定装置の正面図である。It is a front view of the type of three-dimensional shape measuring apparatus different from FIG. 図9に示す従来の三次元形状測定装置の構造を示し、図9のE−E部における断面図である。FIG. 10 shows a structure of the conventional three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. 9 and is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 9. 図9に示す従来の三次元形状測定装置に備わるXY−テーブルのY軸方向における断面図である。It is sectional drawing in the Y-axis direction of the XY-table with which the conventional three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. 9 is equipped. 図9に示す従来の三次元形状測定装置に備わるXY−テーブルのX軸方向における断面図である。It is sectional drawing in the X-axis direction of the XY-table with which the conventional three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. 9 is equipped. 図9に示す従来の三次元形状測定装置に備わるXY−テーブルの駆動部を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing an XY-table driving unit provided in the conventional three-dimensional shape measuring apparatus shown in FIG. 9.

符号の説明Explanation of symbols

1…被測定物、1a…測定面、
101…三次元形状測定装置、105…石定盤、
106a…第1領域、106b…第2領域、
110…レーザ光発生部、111…レーザ光、122…基準板用光学系、
130…XY−テーブル、131…Y−テーブル、132…X−テーブル、
133…第1滑動機構、134…第2滑動機構、135…Y駆動機構、
136…X駆動機構、137Z…基準板、138…測定物載置板、
151…内側空間、160…分割部材、161…第1取付用部材、
163…第2取付用部材、170…傾斜角度調整機構、
1221…反射ミラー、1331…第1ガイドレール、1332…第1台座部材、
1341…第2ガイドレール、1342…第2台座部材、1511…隙間、
1512…空間。

1 ... object to be measured, 1a ... measurement surface,
101 ... Three-dimensional shape measuring device, 105 ... Stone surface plate,
106a ... 1st area | region, 106b ... 2nd area | region,
110 ... Laser light generator, 111 ... Laser light, 122 ... Optical system for reference plate,
130 ... XY-table, 131 ... Y-table, 132 ... X-table,
133 ... 1st sliding mechanism, 134 ... 2nd sliding mechanism, 135 ... Y drive mechanism,
136 ... X drive mechanism, 137Z ... reference plate, 138 ... measurement object placement plate,
151 ... Inner space, 160 ... Dividing member, 161 ... First mounting member,
163 ... second mounting member, 170 ... tilt angle adjustment mechanism,
1221 ... Reflecting mirror, 1331 ... First guide rail, 1332 ... First pedestal member,
1341 ... 2nd guide rail, 1342 ... 2nd base member, 1511 ... Clearance,
1512 ... Space.

Claims (3)

レーザ光を発生させるレーザ光発生部と、
上記レーザ光を複数に分岐する光学系と、
定盤上に設置され互いに直交する第1方向及び第2方向に移動する測定テーブルと、
上記測定テーブルに載置された被測定物の測定面の形状を上記分岐されたレーザ光の一部を用いて測定する検出部と、
上記測定テーブルの前記被測定物が載置される面と反対側の面に配置された基準板と、
上記光学系に備わり上記分岐されたレーザ光の他の一部を上記基準板に導く基準板用光学系とを備え、
上記基準板用光学系の上記基準板と対向する反射ミラーが、上記定盤と上記測定テーブルとの間の内側空間に配置されており、
上記測定テーブルは、当該測定テーブルを上記第1方向に滑動させる第1滑動機構と、上記第2方向に滑動させる第2滑動機構とを備え、
上記第1滑動機構は、上記基準板への上記レーザ光が通過する隙間を形成する2本の平行に敷設された第1ガイドレールと、各第1ガイドレール上にそれぞれ係合して上記第1ガイドレールに沿って滑動する第1台座部材とを有し、
上記第2滑動機構は、上記第1ガイドレールと直交して平行に敷設される2本の第2ガイドレールと、各第2ガイドレール上にそれぞれ係合して上記第2ガイドレールに沿って滑動する第2台座部材とを有する、
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
A laser light generator for generating laser light;
An optical system for branching the laser beam into a plurality of parts;
A measurement table installed on a surface plate and moving in a first direction and a second direction orthogonal to each other;
A detector that measures the shape of the measurement surface of the object to be measured placed on the measurement table using a part of the branched laser beam;
A reference plate disposed on the surface of the measurement table opposite to the surface on which the object to be measured is placed;
A reference plate optical system that is provided in the optical system and guides another part of the branched laser light to the reference plate;
A reflection mirror facing the reference plate of the optical system for the reference plate is disposed in an inner space between the surface plate and the measurement table ;
The measurement table includes a first sliding mechanism for sliding the measurement table in the first direction, and a second sliding mechanism for sliding in the second direction,
The first sliding mechanism is engaged with two first guide rails laid in parallel to form a gap through which the laser beam passes to the reference plate, and the first guide rails, respectively. A first pedestal member that slides along one guide rail,
The second sliding mechanism is engaged with two second guide rails laid in parallel to each other perpendicular to the first guide rail, and on each second guide rail, along the second guide rail. A second base member that slides;
A three-dimensional shape measuring apparatus.
2本の平行に敷設された上記第1ガイドレール間を上記測定テーブルの外側から上記内側空間まで延在し、上記反射ミラーの傾斜角度を上記測定テーブルの外側から調整する傾斜角度調整機構をさらに備えた、請求項1記載の三次元形状測定装置。 An inclination angle adjusting mechanism that extends between the two first guide rails laid in parallel from the outside of the measurement table to the inside space, and adjusts the inclination angle of the reflection mirror from the outside of the measurement table; The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1 provided . 上記定盤上に、上記測定テーブルを有する第1領域と上記レーザ光発生部を有する第2領域とに分割する分割部材をさらに備えた、請求項1又は2記載の三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a dividing member that divides the surface plate into a first region having the measurement table and a second region having the laser light generation unit .
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