JP5350170B2 - Surface texture measuring machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定物の表面形状や表面粗さ等を測定する表面性状測定機に関する。詳しくは、スタイラスを有する接触式検出器と画像プローブとを備えた表面性状測定機に関する。 The present invention relates to a surface texture measuring instrument for measuring the surface shape, surface roughness and the like of an object to be measured. More specifically, the present invention relates to a surface texture measuring instrument including a contact detector having a stylus and an image probe.
被測定物の表面にスタイラスを接触させた状態において、スタイラスを被測定物の表面に沿って移動させ、このとき、被測定物の表面形状や表面粗さによって生じるスタイラスの変位を検出し、このスタイラスの変位から被測定物の表面形状や表面粗さ等の表面性状を測定する表面性状測定機が知られている(例えば、特許文献1参照)。 While the stylus is in contact with the surface of the object to be measured, the stylus is moved along the surface of the object to be measured. At this time, the displacement of the stylus caused by the surface shape and surface roughness of the object to be measured is detected. 2. Description of the Related Art A surface property measuring machine that measures surface properties such as a surface shape and surface roughness of an object to be measured from a stylus displacement is known (see, for example, Patent Document 1).
従来、表面性状測定機において、被測定物の表面形状や表面粗さ等を測定する場合、測定者は、目視で、スタイラスの先端と被測定物の測定箇所の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセットし、この後、スタイラスを被測定物の表面に沿って相対移動させる。すると、被測定物の表面形状や表面粗さ等によってスタイラスが上下に変位するから、そのスタイラスの上下変位から被測定物の表面形状や表面粗さ等の表面性状が測定される。 Conventionally, when measuring the surface shape, surface roughness, etc. of an object to be measured with a surface texture measuring instrument, the measurer visually adjusts the relative position between the tip of the stylus and the measurement location of the object to be measured while measuring the stylus. Is set at the measurement start position of the object to be measured, and then the stylus is relatively moved along the surface of the object to be measured. Then, since the stylus is displaced up and down depending on the surface shape and surface roughness of the object to be measured, the surface properties such as the surface shape and surface roughness of the object to be measured are measured from the vertical displacement of the stylus.
近年、被測定物の微細化、細線化の流れのなかで、被測定物や測定箇所が微細化している今日、上述したスタイラスのセッティング作業は、非常に困難で、かつ、時間が掛かることから、測定者への負担も大きい。
また、被測定物によっては、スタイラスと被測定物とが干渉(衝突)し、スタイラスや被測定物の破損を招く場合も想定される。
In recent years, the measurement objects and measurement locations have become finer in the process of miniaturization and thinning of objects to be measured, and the above-described stylus setting work is very difficult and takes time. The burden on the measurer is also great.
In addition, depending on the object to be measured, there may be a case where the stylus and the object to be measured interfere (collision) and the stylus or the object to be measured is damaged.
本発明の目的は、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止でき、しかも、垂直面に形成された孔の内面の表面性状も測定可能な表面性状測定機を提供することにある。 The object of the present invention is to reduce the burden on the measurer, to prevent interference between the stylus and the object to be measured, and to measure the surface property of the inner surface of the hole formed in the vertical surface. Is to provide.
本発明の表面性状測定機は、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機において、前記被測定物を載置するステージと、前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで取得された画像データを処理する制御装置とを備え、前記画像プローブは、プローブ本体と、このプローブ本体の先端に支持され前記被測定物の画像を撮像可能なプローブヘッドとを含んで構成され、前記プローブヘッドは、前記スタイラスが前記被測定物に接触した状態において前記接触式検出器と前記ステージとが相対移動する方向および前記スタイラスの変位方向に対して直交する軸を中心として旋回可能に前記プローブ本体に取り付けられ、前記相対移動機構は、前記接触式検出器を前記軸と平行な軸を中心として旋回させる旋回機構を有し、前記制御装置は、前記画像プローブによって取り込まれた前記被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構の移動軌跡を算出して記憶する移動軌跡算出手段と、この移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って前記旋回機構を含む前記相対移動機構を動作させるスタイラスセット手段とを含んで構成されている、ことを特徴とする。 The surface texture measuring machine according to the present invention is a surface texture measuring machine for measuring the surface texture of an object to be measured, and a contact type having a stage on which the object to be measured is placed and a stylus that is in contact with the surface of the object to be measured. A detector, an image probe that captures a surface image of the object to be measured, a relative movement mechanism that relatively moves the contact detector and the image probe, and the stage; and controls the driving of the relative movement mechanism A control device for processing the measurement data obtained from the contact detector and the image data acquired by the image probe, the image probe being supported by a probe main body and a tip of the probe main body, constructed an image of the object and a capturing probe capable head, the probe head is in a state in which the stylus is in contact with the object to be measured Serial contact-type detector and said stage is mounted to pivotally the probe body about an axis perpendicular to the direction of displacement of direction and the stylus moves relative, the relative movement mechanism, the contact-type detector the has a pivoting mechanism for pivoting about an axis parallel to the said shaft, said control device, when the measurement starting position on the basis of the image of the measured object taken by the image probe is designated, the contact In accordance with the movement trajectory calculated by the movement trajectory calculating means, the movement trajectory calculating means for calculating and storing the movement trajectory of the relative movement mechanism so that the stylus of the detector is in contact with the measurement start position of the object to be measured. And stylus setting means for operating the relative movement mechanism including the turning mechanism .
このような構成によれば、まず、画像プローブによって被測定物の画像を取り込んだ後、この取り込まれた被測定物の画像を基に測定開始位置を指定すると、移動軌跡算出手段によって、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構の移動軌跡が算出されて記憶される。こののち、測定を実行すると、移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って相対移動機構が動作される。つまり、相対移動機構が記憶された移動軌跡に従って動作され、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接触される。
従って、接触式検出器のスタイラスを被測定物の測定開始位置に自動的にセッティングできるから、つまり、従来のように、測定者が、目視でスタイラスの先端と被測定物の測定開始位置の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセッティングしなくてもよいから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止できる。
According to such a configuration, first, after the image of the object to be measured is captured by the image probe, the measurement start position is designated based on the captured image of the object to be measured. The movement locus of the relative movement mechanism is calculated and stored so that the stylus of the detector contacts the measurement start position of the object to be measured. After that, when the measurement is executed, the relative movement mechanism is operated according to the movement locus obtained by the movement locus calculating means. That is, the relative movement mechanism is operated according to the stored movement trajectory, and the stylus of the contact detector is brought into contact with the measurement start position of the object to be measured.
Therefore, since the stylus of the contact detector can be automatically set to the measurement start position of the object to be measured, that is, as in the past, the measurer can visually compare the tip of the stylus and the measurement start position of the object to be measured. Since it is not necessary to set the tip of the stylus to the measurement start position of the object to be measured while adjusting the position, the burden on the measurer can be reduced and interference between the stylus and the object to be measured can be prevented.
特に、画像プローブは、プローブ本体と、このプローブ本体の先端に支持され被測定物の画像を撮像可能なプローブヘッドとを含んで構成され、プローブヘッドは、スタイラスが被測定物に接触した状態において接触式検出器とステージとが相対移動する方向(つまり、トレース方向)およびスタイラスの変位方向に対して直交する軸を中心として旋回可能に、プローブ本体に取り付けられているから、プローブヘッドを軸を中心として旋回させて、プローブヘッドの向きをスタイラスの変位方向およびこれに対して直交する方向へ姿勢変更させることができる。
従って、プローブヘッドの向きをスタイラスの変位方向へ姿勢変更すれば、例えば、被測定物の水平面の画像を取得でき、また、プローブヘッドの向きをスタイラスの変位方向に対して直交する方向へ姿勢変更すれば、被測定物の垂直面の画像を取得できる。そのため、被測定物の垂直面に形成された孔の内面性状を測定するにも、被測定物の垂直面の画像を画像プローブで取得することにより、垂直面に形成された孔の内面にスタイラスを正確に位置させることができるから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止できる。
In particular, the image probe includes a probe body and a probe head that is supported at the tip of the probe body and can capture an image of the object to be measured. The probe head is in a state where the stylus is in contact with the object to be measured. The probe head is attached to the probe body so that it can be swiveled around an axis perpendicular to the direction in which the contact detector and the stage move relative to each other (that is, the trace direction) and the stylus displacement direction. By turning around the center, the orientation of the probe head can be changed in the stylus displacement direction and the direction orthogonal thereto.
Therefore, if the orientation of the probe head is changed to the stylus displacement direction, for example, an image of the horizontal surface of the object to be measured can be acquired, and the orientation of the probe head can be changed to a direction orthogonal to the stylus displacement direction. Then, an image of the vertical surface of the object to be measured can be acquired. Therefore, even when measuring the inner surface properties of the hole formed on the vertical surface of the object to be measured, the image of the vertical surface of the object to be measured is acquired with an image probe, so that the stylus is formed on the inner surface of the hole formed on the vertical surface. Therefore, the burden on the measurer can be reduced and the interference between the stylus and the object to be measured can be prevented.
本発明の表面性状測定機において、前記相対移動機構は、前記ステージを水平面内の一方向へ移動させる第1移動機構と、コラムと、このコラムに上下方向へ移動可能に設けられた昇降部材と、この昇降部材を上下方向へ移動させる第2移動機構と、前記昇降部材に前記旋回機構を介して前記ステージの移動方向と平行な軸を中心として旋回可能に設けられた旋回プレートと、この旋回プレートに前記ステージの移動方向および前記昇降部材の昇降方向に対して直交する方向へ移動可能に設けられたスライド部材と、このスライド部材を移動させる第3移動機構とを備え、前記スライド部材には、前記接触式検出器および前記画像プローブが取り付けられ、前記プローブヘッドは、前記ステージの移動方向と平行な軸を中心として旋回可能に設けられている、ことが好ましい。 In the surface texture measuring instrument according to the present invention, the relative movement mechanism includes a first movement mechanism that moves the stage in one direction within a horizontal plane, a column, and an elevating member provided on the column so as to be movable in the vertical direction. A second movement mechanism for moving the elevating member in the vertical direction, a revolving plate provided on the elevating member so as to be rotatable about an axis parallel to the moving direction of the stage via the revolving mechanism, and the revolving plate A slide member provided on the plate so as to be movable in a direction orthogonal to the moving direction of the stage and the lifting direction of the lifting member; and a third moving mechanism for moving the sliding member. The contact detector and the image probe are attached, and the probe head is pivotable about an axis parallel to the moving direction of the stage. It has been kicked, it is preferable.
このような構成によれば、第1〜第3移動機構を動作させると、接触式検出器および画像プローブとステージとを三次元方向へ相対移動させることができる。しかも、接触式検出器および画像プローブは、共に、スライド部材にオフセットして取り付けられているから、接触式検出器および画像プローブを別々に移動させる機構を設ける場合に比べ、構造を簡素化でき、安価に構成できる。
特に、旋回プレートが旋回機構を介してステージの移動方向と平行な軸を中心として旋回可能に設けられているから、旋回プレートを旋回動作させることにより、接触式検出器の姿勢や画像プローブの向きを変更することができる。
従って、被測定物の傾斜面に形成された孔の内面性状を測定する場合、画像プローブの向きを被測定物の傾斜面に正対した向きに変更して、被測定物の傾斜面の画像を取得することができる。これにより取得された画像からスタイラスを接触させる位置を指定するとともに、旋回プレートを旋回動作させることにより、接触式検出器の姿勢を被測定物の傾斜面に形成された孔の傾斜と一致させると、傾斜面に形成された孔の内面にスタイラスを正確に位置させることができる。よって、傾斜面に形成された孔の内面の表面性状の測定にあたっても、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラスと被測定物との干渉を防止できる。
According to such a configuration, when the first to third moving mechanisms are operated, the contact detector, the image probe, and the stage can be relatively moved in the three-dimensional direction. Moreover, since the contact detector and the image probe are both attached to the slide member with an offset, the structure can be simplified compared to the case where a mechanism for separately moving the contact detector and the image probe is provided. Can be configured at low cost.
In particular, since the swivel plate is provided so as to be able to swivel around an axis parallel to the moving direction of the stage via the swivel mechanism, the swiveling motion of the swivel plate can change the orientation of the contact detector and the orientation of the image probe. Can be changed.
Therefore, when measuring the inner surface properties of the hole formed in the inclined surface of the object to be measured, the image of the inclined surface of the object to be measured is changed by changing the direction of the image probe to the direction facing the inclined surface of the object to be measured. Can be obtained. When the position where the stylus is brought into contact is designated from the acquired image and the swivel plate is swung, the position of the contact-type detector coincides with the slant of the hole formed on the slant surface of the object to be measured. The stylus can be accurately positioned on the inner surface of the hole formed in the inclined surface. Therefore, when measuring the surface properties of the inner surface of the hole formed in the inclined surface, the burden on the measurer can be reduced and interference between the stylus and the object to be measured can be prevented.
本発明の表面性状測定機において、前記画像プローブは、対物レンズと、この対物レンズの外周に配置された光源と、前記対物レンズを透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するCCDセンサとを含んで構成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、被測定物の表面画像を対物レンズを通じてCCDセンサで高精度に取得できる。しかも、対物レンズの周囲に光源が配置されているから、照明装置を別途設ける場合に比べ、コンパクト化できる。
In the surface texture measuring instrument according to the present invention, the image probe receives an object lens, a light source disposed on the outer periphery of the object lens, and reflected light from the object to be measured that has passed through the object lens, and It is preferable to include a CCD sensor that captures an image.
According to such a configuration, the surface image of the object to be measured can be acquired with high accuracy by the CCD sensor through the objective lens. And since the light source is arrange | positioned around the objective lens, it can reduce in size compared with the case where an illuminating device is provided separately.
本発明の表面性状測定機において、前記接触式検出器のスタイラスと前記画像プローブとは、これらいずれか一方の測定時に他方が邪魔にならない位置にオフセットされて配置され、前記接触式検出器のスタイラス先端と前記画像プローブとのオフセット量を記憶したオフセット量記憶手段を備え、前記移動軌跡算出手段は、前記オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を考慮して前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構の移動軌跡を算出する、ことが好ましい。
このような構成によれば、接触式検出器のスタイラスと画像プローブとは、これらいずれか一方の測定時に他方が邪魔にならない位置にオフセットされて配置されているから、それぞれの測定時に他を退避させる機構を付けなくても、測定に支障を与えることがない。
しかも、接触式検出器のスタイラス先端と画像プローブとのオフセット量はオフセット量記憶手段に記憶され、このオフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を考慮して、接触式検出器のスタイラスが被測定物の測定開始位置に接触されるから、画像プローブで取得した画像を基に、接触式検出器のスタイラスを被測定物の測定開始位置に正確に接触させることができる。
In the surface texture measuring instrument according to the present invention, the stylus of the contact-type detector and the image probe are arranged offset to a position where the other does not get in the way during the measurement of one of them, and the stylus of the contact-type detector An offset amount storage means for storing an offset amount between the tip and the image probe is provided, and the movement trajectory calculation means takes the offset amount stored in the offset amount storage means into consideration when the stylus of the contact detector is It is preferable to calculate a movement locus of the relative movement mechanism so as to come into contact with a measurement start position of the object to be measured.
According to such a configuration, the stylus and the image probe of the contact type detector are arranged so as to be offset so that the other does not get in the way during the measurement of one of them, so that the other is retracted during each measurement. Even if no mechanism is attached, measurement will not be hindered.
Moreover, the offset amount between the stylus tip of the contact detector and the image probe is stored in the offset amount storage means, and the stylus of the contact detector is measured in consideration of the offset amount stored in the offset amount storage means. Since the object is brought into contact with the measurement start position of the object, the stylus of the contact-type detector can be brought into contact with the measurement start position of the object to be measured accurately based on the image acquired by the image probe.
<表面性状測定機の説明(図1〜図5参照)>
本実施形態に係る表面性状測定機は、図1および図2に示すように、設置台1と、この設置台1の上面に固定されたベース2と、このベース2上に載置され上面に被測定物を載置するステージ10と、被測定物の表面に接触されるスタイラス24を有する接触式検出器20と、被測定物の表面画像を撮像する画像プローブ30と、接触式検出器20および画像プローブ30とステージ10とを相対移動させる相対移動機構40と、制御装置50とを備える。
<Description of surface texture measuring instrument (see FIGS. 1 to 5)>
As shown in FIGS. 1 and 2, the surface texture measuring machine according to the present embodiment has an installation base 1, a
相対移動機構40は、ベース2とステージ10との間に設けられステージ10を水平方向の一方向(Y軸方向)へ移動させる第1移動機構としてのY軸駆動機構41と、ベース2の上面に立設されたコラム42と、このコラム42に上下方向(Z軸方向)へ移動可能に設けられた昇降部材としてのZスライダ43と、このZスライダ43を上下方向へ昇降させる第2移動機構としてのZ軸駆動機構44と、Zスライダ43に旋回機構45(図5参照)を介してY軸を中心として旋回可能に設けられた旋回プレート46と、この旋回プレート46に設けられステージ10の移動方向(Y軸方向)およびZスライダ43の昇降方向(Z軸方向)に対して直交する方向(X軸方向)へ移動可能に設けられたスライド部材としてのXスライダ47と、このXスライダ47をX軸方向へ移動させる第3移動機構としてのX軸駆動機構48とを備える。
The
本実施形態では、接触式検出器20および画像プローブ30が、Xスライダ47に取り付けられている。従って、相対移動機構40は、ステージ10をY軸方向へ移動させるY軸駆動機構41と、接触式検出器20および画像プローブ30をZ軸方向へ移動させるZ軸駆動機構44と、接触式検出器20および画像プローブ30をX軸方向へ移動させるX軸駆動機構48とを含む三次元移動機構によって構成されている。
In the present embodiment, the
Y軸駆動機構41およびZ軸駆動機構44は、図示省略されているが、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
X軸駆動機構48は、駆動機構本体48AにX軸方向と平行に設けられXスライダ47を移動可能に支持したガイドレール48Bと、このガイドレール48Bに沿ってXスライダ47を往復移動させる駆動源(図示省略)等を含んで構成されている。
The Y-
The
接触式検出器20は、図3に示すように、Xスライダ47に吊り下げ支持された検出器本体21と、この検出器本体21にX軸方向と平行に支持された接触式プローブ22とを備える。接触式プローブ22は、プローブ本体23と、このプローブ本体23に揺動可能に支持され先端にスタイラス24を有するアーム25と、このアーム25の揺動量を検出する検出部26とから構成されている。
As shown in FIG. 3, the
画像プローブ30は、連結部材31を介して、Xスライダ47に接触式検出器20とともに一体的に連結された筒状のプローブ本体32と、このプローブ本体32の先端にスタイラス24が被測定物に接触した状態において接触式検出器20とステージ10とが相対移動する方向(X軸方向)およびスタイラス24の変位方向(Z軸方向:上下方向)に対して直交する軸(Y軸)を中心として旋回可能に支持されたプローブヘッド33と、このプローブヘッド33を旋回動作させるモータなどのヘッド首振機構34とを備える。
プローブヘッド33は、図4に示すように、対物レンズ35と、この対物レンズ35の外周に配置された光源としてのLED36と、対物レンズ35を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するCCDセンサ37と、LED36の周囲を覆うカバー38とを含んで構成されている。
The
As shown in FIG. 4, the
画像プローブ30は、接触式検出器20に対してオフセットされた位置に配置されている。具体的には、図2に示すように、画像プローブ30の対物レンズ35の焦点位置が、Z軸方向において、接触式検出器20のスタイラス24の先端よりもオフセット量OFzだけ下方位置に、また、Y軸方向において、スタイラス24の軸線よりもオフセット量OFyだけ後方へずれた位置に配置されている。なお、X軸方向においては、スタイラス24の軸線と同じ位置、つまり、オフセット量OFx=0の位置に配置されている。
The
制御装置50には、図5に示すように、相対移動機構40、接触式検出器20、画像プローブ30のほかに、入力装置51、表示装置52、記憶装置53が接続されている。
入力装置51は、例えば、携帯型のキーボードやジョイスティックなどによって構成され、各種動作指令やデータの入力のほか、画像プローブ30で取得した画像から、スタイラス24をセットする位置(測定開始位置)を指定できるようになっている。
表示装置52には、画像プローブ30で取得した画像が表示されるとともに、接触式検出器20によって得られた形状や粗さデータが表示される。
記憶装置53には、測定プログラム等を記憶したプログラム記憶部54、接触式検出器20のスタイラス24と画像プローブ30のオフセット量OFz、OFyを記憶したオフセット記憶手段としてのオフセット量記憶部55、および、測定時に取り込んだ画像データや測定データなどを記憶するデータ記憶部56などが設けられている。
As shown in FIG. 5, in addition to the
The
The
The
制御装置50は、プログラム記憶部54に記憶された測定プログラムに従って、画像プローブ30によって取り込まれた被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、接触式検出器20のスタイラス24が被測定物の測定開始位置に接するように、相対移動機構40の移動軌跡を算出して記憶する移動軌跡算出手段と、この移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って相対移動機構40を動作させるスタイラスセット手段と、接触式検出器20のスタイラス24と被測定物とが接触された状態において、相対移動機構40を動作させて接触式検出器20と被測定物とを相対移動させながら被測定物の表面性状を測定する測定実行手段とを備える。
When the measurement start position is designated on the basis of the measurement object image captured by the
更に、制御装置50は、画像プローブ30によって取り込まれた被測定物の画像から被測定物のエッジを検出するエッジ検出機能や、被測定物の高さ方向(Z軸方向)の面に対物レンズの焦点位置が一致するように、対物レンズ35を高さ方向へ変位させて、この変位量から被測定物の高さ方向の位置を検出するオートフォーカス機能を備える。エッジ検出機能としては、公知の検出原理を用いることができるが、例えば、画像プローブ30の検出方向に対して直交する方向の平均濃度(明るさの濃度)を求め、この平均濃度が予め設定された閾値以下の位置をエッジとして検出する方法でもよい。
Furthermore, the
<測定方法の説明(図6〜図9参照)>
例えば、図6に示す被測定物60を測定する例について説明する。
被測定物60は、水平壁61と、この水平壁61の一端に直角に立設された垂直壁62と、これらの水平壁61と垂直壁62との間に傾斜状に形成された傾斜壁63とを有する形状である。傾斜壁63を挟んだ垂直壁62の両側には4つの孔62A〜62Dが形成され、水平壁61の両側には2つの孔61A,61Bが形成されている。傾斜壁63の中央位置には、1つの孔63Aが傾斜壁63に対して直角に形成されている。
<Description of measurement method (see FIGS. 6 to 9)>
For example, the example which measures the to-
An object to be measured 60 includes a
(垂直壁62の孔62A〜62Dを形状測定する例)
まず、図7(A)に示すように、入力装置51からの指令で、画像プローブ30のプローブヘッド33を水平な姿勢に保持し、この状態において、画像プローブ30によって被測定物60の垂直壁62の画像を取得する。すると、被測定物60の垂直壁62の画像データがデータ記憶部56に格納されたのち、表示装置52に表示される。
(Example of measuring the shape of the
First, as shown in FIG. 7A, the
ここで、表示装置52に表示された垂直壁62の画像を基に、入力装置51から測定開始位置(接触式検出器20のスタイラス24を最初に接触させる位置)を指定すると、例えば、孔62Aの下側内周面を指定すると、制御装置50は、オフセット量記憶部55に記憶されたオフセット量OFz、OFyを考慮して、接触式検出器20のスタイラス24が被測定物60の孔62Aの下側内周面に接するように、相対移動機構40の移動軌跡を算出してプログラム記憶部54に記憶する。
その後、測定開始指令が出されると、プログラム記憶部54に記憶された移動軌跡に従って相対移動機構40を動作させる。つまり、図7(B)に示すように、指定した位置(孔62Aの下側内周面)に接触式検出器20のスタイラス24が接触するように、相対移動機構40を動作させる。
Here, based on the image of the
Thereafter, when a measurement start command is issued, the
接触式検出器20のスタイラス24が孔62Aの下側内周面位置にセットされると、制御装置50は、X軸駆動機構48を動作させる。すると、接触式検出器20のスタイラス24が指定された位置からX軸方向へ移動される。これにより、スタイラス24が接触している被測定物60の表面粗さに応じてスタイラス24が上下に変位され、その変位量が検出部26で検出される結果、この変位量とX軸方向への移動量とから、被測定物60の孔62Aの表面粗さが測定される。
When the
(傾斜壁63の孔63Aを形状測定する例)
まず、図8(A)に示すように、入力装置51からの指令で、画像プローブ30のプローブヘッド33を回転させ、プローブヘッド33が傾斜壁63に対して対向する姿勢に保持した状態において、画像プローブ30によって被測定物60の傾斜壁63の画像を取得する。すると、被測定物60の傾斜壁63の画像データがデータ記憶部56に格納されたのち、表示装置52に表示される。
(Example of measuring the shape of the
First, as shown in FIG. 8A, in response to a command from the
ここで、表示装置52に表示された傾斜壁63の画像を基に、入力装置51から測定開始位置を指定すると、例えば、孔63Aの下側内周面位置を指定すると、制御装置50は、オフセット量記憶部55に記憶されたオフセット量OFz、OFyを考慮して、接触式検出器20のスタイラス24が被測定物60の孔63Aの下側内周面に接するように、相対移動機構40の移動軌跡を算出してプログラム記憶部54に記憶する。
その後、測定開始指令が出されると、プログラム記憶部54に記憶された移動軌跡に従って相対移動機構40を動作させる。つまり、図8(B)に示すように、旋回機構45を回転させてX軸駆動機構48を傾斜させ、孔63Aの傾斜とX軸駆動機構48の移動方向とを一致させる。この後、相対移動機構40を動作させ、指定した孔63Aの下側内周面に接触式検出器20のスタイラス24を接触させる。
Here, when the measurement start position is specified from the
Thereafter, when a measurement start command is issued, the
接触式検出器20のスタイラス24が指定された位置にセットされると、制御装置50は、X軸駆動機構48を動作させる。すると、接触式検出器20のスタイラス24が指定された位置から孔63Aの軸方向へ移動される。これにより、スタイラス24が接触している被測定物60の表面粗さに応じてスタイラス24が上下に変位され、その変位量が検出部26で検出される結果、この変位量と軸方向への移動量とから、被測定物60の孔63Aの表面粗さが測定される。
When the
(水平壁61の孔61A,61Bを画像測定する例)
まず、図9に示すように、入力装置51からの指令で、画像プローブ30のプローブヘッド33を回転させ、プローブヘッド33が下向きの姿勢に保持した状態において、画像プローブ30によって被測定物60の水平壁61の画像を取得すると、被測定物60の水平壁61の画像データがデータ記憶部56に格納されたのち、表示装置52に表示される。
ここで、制御装置50は、データ記憶部56に格納された被測定物60の水平壁61の画像を、画像処理して、孔61A,61Bの形状や大きさなどを測定する。
(Example of measuring images of the
First, as shown in FIG. 9, in response to a command from the
Here, the
<実施形態の効果>
本実施形態によれば、被測定物の表面に接触されるスタイラス24を有する接触式検出器20と、被測定物の表面画像を撮像する画像プローブ30とを備えたので、画像プローブ30によって被測定物の画像を取り込んだのち、この取り込んだ画像を基に、接触式検出器20のスタイラス24を被測定物の測定箇所に自動的に接触させるようにしたので、従来のように、測定者が、目視でスタイラスの先端と被測定物の測定箇所の相対位置を調整しながら、スタイラスの先端を被測定物の測定開始位置にセッティングしなくてもよいから、測定者への負担を軽減できるとともに、スタイラス24と被測定物との干渉を防止できる。
<Effect of embodiment>
According to the present embodiment, the
また、接触式検出器20のスタイラス24と画像プローブ30とは、Z軸方向およびY軸方向にオフセット量OFz、OFyだけずれて配置されているから、それぞれの測定時に他を退避させる機構を付けなくても、測定に支障を与えることがない。
しかも、接触式検出器20のスタイラス24の先端と画像プローブ30とのオフセット量OFz、OFyはオフセット量記憶部55に記憶され、このオフセット量記憶部55に記憶されたオフセット量を考慮して、接触式検出器20のスタイラス24が被測定物の測定開始位置に接触するように、相対移動機構40の移動軌跡が算出され、この移動軌跡に従って相対移動機構40が動作されるから、接触式検出器20のスタイラス24を被測定物の測定開始位置に正確に接触させることができる。
Further, since the
Moreover, the offset amounts OFz and OFy between the tip of the
また、画像プローブ30を備えたので、画像プローブ30の単独使用による測定も可能である。
例えば、画像プローブ30によって取得した画像から、線幅や孔径などを測定することができるほか、画像プローブ30のオートフォーカス機能を用いて、対物レンズ35の光軸方向の寸法(段差寸法)なども測定できる。
In addition, since the
For example, the line width and the hole diameter can be measured from the image acquired by the
また、画像プローブ30は、Xスライダ47に接触式検出器20とともに一体に連結された筒状のプローブ本体32と、このプローブ本体32の先端にY軸と平行な軸を中心として旋回可能に支持されたプローブヘッド33と、このプローブヘッド33を旋回動作させるモータなどのヘッド首振機構34とを有する構成であるから、ヘッド首振機構34によってプローブヘッド33の向きを下向きから水平向きへ変更できる。
そのため、被測定物の水平面に限らず、垂直面や任意の傾斜面の画像を取得することができ、これらの面に設けられた孔や突起などの形状を接触式検出器20によって測定することができる。
In addition, the
Therefore, not only the horizontal surface of the object to be measured but also images of vertical surfaces and arbitrary inclined surfaces can be acquired, and the shapes of holes and protrusions provided on these surfaces are measured by the
また、相対移動機構40は、被測定物を載置するステージ10をY軸方向へ移動させるY軸駆動機構41と、接触式検出器20および画像プローブ30をX軸方向およびZ軸方向へ移動させるX軸駆動機構48およびZ軸駆動機構44とを含んで構成されているから、被測定物と接触式検出器20および画像プローブ30とを三次元方向、つまり、互いに直交するX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向へ移動させることができる。従って、被測定物の測定部位がどのような向きや姿勢であっても形状や表面粗さを測定できる。
しかも、接触式検出器20および画像プローブ30は、共に、Xスライダ47にオフセットして取り付けられているから、接触式検出器20および画像プローブ30を別々に移動させる機構を設ける場合に比べ、構造を簡素化でき、安価に構成できる。
The
In addition, since both the
また、画像プローブ30は、対物レンズ35と、この対物レンズ35の外周に配置された光源としてのLED36と、対物レンズ35を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するCCDセンサ37とを含んで構成されているから、被測定物の表面画像を対物レンズ35を通じてCCDセンサ37で高精度に取得できる。しかも、対物レンズ35の周囲にLED36が配置されているから、照明装置を別途設ける場合に比べ、コンパクト化できる。
The
<変形例>
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
接触式検出器20は、先端にスタイラス24を有するアーム25と、このアーム25の揺動量を検出する検出部26とを有する接触式プローブ22を含んで構成されていたが、スタイラス24が被測定物に表面に接触しながら、被測定物の表面形状や粗さなどを測定できる機構であれば、他の構造であってもよい。
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
The contact-
画像プローブ30は、対物レンズ35と、この対物レンズ35の外周に配置された光源としてのLED36と、対物レンズ35を透過した被測定物からの反射光を受光し被測定物の画像を撮像するCCDセンサ37とを有するプローブヘッド33を含んで構成されていたが、これに限られない。
例えば、光源としてのLED36は、画像プローブとは別に設けてもよい。また、対物レンズ35を交換可能にして、倍率の異なる対物レンズ35に交換できるようにすれば、被測定物の測定箇所の大きさに応じて最適な作業が実施できる。
The
For example, the
相対移動機構40は、ステージ10をY軸方向へ、接触式検出器20および画像プローブ30をX軸方向およびZ軸方向へ移動可能に構成したが、これに限られない。要するに、ステージ10と接触式検出器20および画像プローブ30とが三次元方向へ移動可能であれば、どちらが移動する構造であっても構わない。
また、接触式検出器20と画像プローブ30とを別々の相対移動機構によって独立的に移動させるようにしてもよい。
Although the
Further, the
本発明は、例えば、機械加工された複雑形状の被測定物の形状や表面粗さを自動測定する場合などに利用できる。 The present invention can be used, for example, when automatically measuring the shape and surface roughness of a machined object having a complex shape.
10…ステージ、
20…接触式検出器、
24…スタイラス、
30…画像プローブ、
32…プローブ本体、
33…プローブヘッド、
35…対物レンズ、
36…LED(光源)
37…CCDセンサ
40…相対移動機構、
41…Y軸駆動機構(第1移動機構)、
42…コラム、
43…Zスライダ、
44…Z軸駆動機構(第2移動機構)、
47…Xスライダ(スライド部材)、
48…X軸駆動機構(第3移動機構)
55…オフセット量記憶部(オフセット量記憶手段)
60…被測定物。
10 ... stage,
20 ... contact type detector,
24 ... Stylus,
30: Image probe,
32 ... probe body,
33 ... probe head,
35 ... objective lens,
36 ... LED (light source)
37 ...
41 ... Y-axis drive mechanism (first movement mechanism),
42 ... Column,
43 ... Z slider,
44 ... Z-axis drive mechanism (second movement mechanism),
47 ... X slider (sliding member),
48 ... X-axis drive mechanism (third movement mechanism)
55. Offset amount storage unit (offset amount storage means)
60: An object to be measured.
Claims (4)
前記被測定物を載置するステージと、
前記被測定物の表面に接触されるスタイラスを有する接触式検出器と、
前記被測定物の表面画像を撮像する画像プローブと、
前記接触式検出器および前記画像プローブと前記ステージとを相対移動させる相対移動機構と、
前記相対移動機構の駆動を制御するとともに、前記接触式検出器から得られる測定データおよび前記画像プローブで取得された画像データを処理する制御装置とを備え、
前記画像プローブは、プローブ本体と、このプローブ本体の先端に支持され前記被測定物の画像を撮像可能なプローブヘッドとを含んで構成され、
前記プローブヘッドは、前記スタイラスが前記被測定物に接触した状態において前記接触式検出器と前記ステージとが相対移動する方向および前記スタイラスの変位方向に対して直交する軸を中心として旋回可能に前記プローブ本体に取り付けられ、
前記相対移動機構は、前記接触式検出器を前記軸と平行な軸を中心として旋回させる旋回機構を有し、
前記制御装置は、前記画像プローブによって取り込まれた前記被測定物の画像を基に測定開始位置が指定されると、前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構の移動軌跡を算出して記憶する移動軌跡算出手段と、この移動軌跡算出手段で求められた移動軌跡に従って前記旋回機構を含む前記相対移動機構を動作させるスタイラスセット手段とを含んで構成されている、
ことを特徴とする表面性状測定機。 In a surface texture measuring machine that measures the surface texture of an object to be measured,
A stage on which the object to be measured is placed;
A contact detector having a stylus that contacts the surface of the object to be measured;
An image probe for capturing a surface image of the object to be measured;
A relative movement mechanism for relatively moving the contact detector and the image probe and the stage;
A controller for controlling the driving of the relative movement mechanism and processing measurement data obtained from the contact detector and image data obtained by the image probe;
The image probe includes a probe main body and a probe head supported at the tip of the probe main body and capable of capturing an image of the object to be measured.
The probe head is pivotally said about an axis wherein the stylus is orthogonal to the direction of displacement of the direction and the stylus and the contact-type detector in a state of being in contact with the object to be measured and the stage are moved relative to Attached to the probe body,
The relative movement mechanism has a turning mechanism for turning the contact detector around an axis parallel to the axis,
Said control device, said when the captured by the image probe measurement start position based on the image of the object to be measured is designated as the stylus of the contact-type detector is in contact with the measurement starting position of the object to be measured Movement trajectory calculating means for calculating and storing a movement trajectory of the relative movement mechanism, and stylus setting means for operating the relative movement mechanism including the turning mechanism according to the movement trajectory obtained by the movement trajectory calculation means. Consists of
A surface texture measuring machine characterized by that.
前記相対移動機構は、前記ステージを水平面内の一方向へ移動させる第1移動機構と、コラムと、このコラムに上下方向へ移動可能に設けられた昇降部材と、この昇降部材を上下方向へ移動させる第2移動機構と、前記昇降部材に前記旋回機構を介して前記ステージの移動方向と平行な軸を中心として旋回可能に設けられた旋回プレートと、この旋回プレートに前記ステージの移動方向および前記昇降部材の昇降方向に対して直交する方向へ移動可能に設けられたスライド部材と、このスライド部材を移動させる第3移動機構とを備え、
前記スライド部材には、前記接触式検出器および前記画像プローブが取り付けられ、
前記プローブヘッドは、前記ステージの移動方向と平行な軸を中心として旋回可能に設けられている、
ことを特徴とする表面性状測定機。 In the surface texture measuring machine according to claim 1,
The relative movement mechanism includes a first movement mechanism that moves the stage in one direction within a horizontal plane, a column, a lifting member that is movable in the vertical direction on the column, and a movement of the lifting member in the vertical direction. a second moving mechanism for the the movement direction of the stage via a turning mechanism and a pivot plate provided rotatably about an axis parallel to the moving direction and the said stage to the pivot plate to the lifting member A slide member provided movably in a direction orthogonal to the raising / lowering direction of the raising / lowering member, and a third movement mechanism for moving the slide member;
The contact type detector and the image probe are attached to the slide member,
The probe head is provided so as to be pivotable about an axis parallel to the moving direction of the stage.
A surface texture measuring machine characterized by that.
前記画像プローブは、対物レンズと、この対物レンズの外周に配置された光源と、前記対物レンズを透過した前記被測定物からの反射光を受光し前記被測定物の画像を撮像するCCDセンサとを含んで構成されている、ことを特徴とする表面性状測定機。 In the surface texture measuring machine according to claim 1 or 2,
The image probe includes an objective lens, a light source disposed on an outer periphery of the objective lens, a CCD sensor that receives reflected light from the object to be measured that has passed through the objective lens, and captures an image of the object to be measured; A surface texture measuring machine characterized by comprising.
前記接触式検出器のスタイラスと前記画像プローブとは、これらいずれか一方の測定時に他方が邪魔にならない位置にオフセットされて配置され、
前記接触式検出器のスタイラス先端と前記画像プローブとのオフセット量を記憶したオフセット量記憶手段を備え、
前記移動軌跡算出手段は、前記オフセット量記憶手段に記憶されたオフセット量を考慮して前記接触式検出器のスタイラスが前記被測定物の測定開始位置に接するように、前記相対移動機構の移動軌跡を求める、ことを特徴とする表面性状測定機。 In the surface texture measuring instrument according to any one of claims 1 to 3,
The stylus of the contact-type detector and the image probe are arranged offset at a position where the other does not get in the way when measuring one of these,
An offset amount storing means for storing an offset amount between the stylus tip of the contact detector and the image probe;
The movement trajectory calculating means takes the offset amount stored in the offset amount storage means into consideration so that the stylus of the contact detector contacts the measurement start position of the object to be measured. A surface texture measuring machine characterized by:
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