JP5645349B2 - Shape measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、レンズ、ミラー、プリズムなどの光学素子及び光学素子用金型の形状を測定するための形状測定装置に関するものである。 The present invention relates to an optical element such as a lens, a mirror, and a prism, and a shape measuring device for measuring the shape of a mold for the optical element.
従来、レンズ、ミラー、プリズムなどの高精度な形状精度が必要とされる光学素子及びその金型の形状は、接触式のプローブを有する形状測定装置によって、一般に測定されている。接触式の形状測定装置は、XYZ空間上で移動可能なプローブを被測定物の被測定面に一定力で押し当てながら、XY方向に走査させ、走査中のプローブ位置をレーザ測長機などにより測定することによって、被測定面の形状データをXYZ座標値として得ている。一般的なプローブ構造としては、XYZ空間においてZ方向のみ摺動可能なようにエアーベアリングなどでプローブシャフトを保持し、自重を補償するために、上下方向に力を発生する剛性要素をハウジングとプローブシャフトの間に設けて弾性的に支持される。 2. Description of the Related Art Conventionally, optical elements such as lenses, mirrors, prisms, and the like that require high shape accuracy and shapes of molds thereof are generally measured by a shape measuring device having a contact probe. The contact-type shape measuring device scans in the XY direction while pressing the probe movable in the XYZ space against the measurement surface of the object to be measured with a constant force, and the probe position during the scanning is measured by a laser length measuring device or the like. By measuring, the shape data of the surface to be measured is obtained as XYZ coordinate values. As a general probe structure, the probe shaft is held by an air bearing or the like so that it can slide only in the Z direction in the XYZ space, and a rigid element that generates a force in the vertical direction is used to compensate for its own weight. It is provided between the shafts and is elastically supported.
プローブシャフト先端には、真球度の高いプローブ球を配置し、これを被測定面に一定力で押し当てて測定動作を行う。 A probe ball having a high sphericity is arranged at the tip of the probe shaft, and this is pressed against the surface to be measured with a constant force to perform a measurement operation.
レンズなどの高精度な形状精度が必要とされる光学素子や光学素子用金型の測定には、被測定面の形状だけではなく、素子上に規定された基準位置から面位置の測定をすることが重要となってきている。すなわち、光学素子上の端面などを基準位置として、端面と被測定面の相対位置や姿勢を保証することが、これらの素子の測定には必須の項目となってきている。 For measuring optical elements and molds for optical elements that require high precision, such as lenses, measure not only the shape of the surface to be measured but also the surface position from the reference position defined on the element. It has become important. That is, ensuring the relative position and orientation of the end surface and the surface to be measured using the end surface on the optical element as a reference position has become an essential item for measurement of these elements.
しかしながら、光学面の形状測定と、光学素子上の基準位置を決定する端面の測定を同時に1つの形状測定プローブで行うことは、大変に難しい。なぜなら、光学面測定に要するプローブの構成要件と端面測定に要するプローブの構成要件が相反するものであるからである。すなわち、XYZ空間上において、被測定物の光学面がXY面に平行であり、端面がXZ面とYZ面に平行な面であったとしたなら、前述したようにプローブシャフトは、光学面測定のためには、シャフトが倒れる方向の剛性は、非常高くする必要がある。剛性が弱いと、プローブシャフトの倒れが大きくなり、高精度な光学面測定が行えなくなるからである。他方、基準位置を決定する端面の測定は、プローブシャフト先端に設けたプローブ球を端面に横方向である、X方向もしくはY方向から押し当てて、プローブシャフトの倒れを検知する方法で測定を行っている。そのために、極端にシャフトの倒れる方向の剛性を高くすると測定する時に被測定面に与える測定圧が高くなり、測定精度に悪影響を与えてしまうからである。 However, it is very difficult to simultaneously measure the shape of the optical surface and measure the end surface for determining the reference position on the optical element with one shape measuring probe. This is because the configuration requirements of the probe required for optical surface measurement and the configuration requirements of the probe required for end surface measurement are contradictory. That is, in the XYZ space, if the optical surface of the object to be measured is parallel to the XY plane and the end surface is parallel to the XZ plane and the YZ plane, as described above, the probe shaft performs optical surface measurement. For that purpose, the rigidity in the direction in which the shaft falls is required to be very high. This is because if the rigidity is weak, the probe shaft is greatly tilted and high-precision optical surface measurement cannot be performed. On the other hand, the measurement of the end face that determines the reference position is performed by a method in which the probe ball provided at the tip of the probe shaft is pressed against the end face from the X direction or the Y direction, which is the lateral direction, and the probe shaft is tilted. ing. For this reason, if the rigidity in the direction in which the shaft falls is extremely increased, the measurement pressure applied to the surface to be measured at the time of measurement increases, which adversely affects measurement accuracy.
従来例としては、例えば、特許文献1に開示されたように、被測定物の端面の測定が可能なプローブを提案している。これは、図4に示すように、XYZ空間上で、YZ方向に平行な端面を測定するときには、先端にスタイラス101を備えたアーム部103と板バネ105からなるプローブをX方向から近づけていく。そして、プローブと被測定物の端面の接触による板バネ105の変形を、ミラー102を用いた変位センサにより検知することにより、端面位置の測定を行うものである。
As a conventional example, as disclosed in
また、特許文献2に開示されたものは、図5に示すように、素子の端面の測定が可能なプローブとして、スタイラス212とアーム222からなるプローブを揺動部材220に支持させ、プローブと測定面251を接触させる。そして、プローブの倒れをミラー232を用いた変位センサで検知し、その時のプローブ位置を別途変位センサにより測定し、高精度に端面の測定を行う。
Further, as disclosed in
しかしながら、上記従来例では、以下のような問題点があった。 However, the above conventional example has the following problems.
特許文献1に開示された構成では、例えば、XYZ上空間上において、YZ面に平行又はほぼ平行な端面を測定するようにプローブを装置に配置した場合、YZ面に平行な端面のみを測定可能で、XZ面に平行な端面を測定できない。XZ面に平行な端面を測定するには、測定素子の固定方向を変更するか、XZ面を測定可能な方向にプローブを付け替えるか、もしくは、別途もう一つ設けるなどの手段を講じなければならず、測定精度、装置コスト、測定時間に対して悪影響を及ぼす。
In the configuration disclosed in
また、この構成では、通常XY面に対して0度から60度の傾斜内で形成されている光学面の場合は、測定することができず、別途、これを測定する目的のプローブを設けるか、違う装置で測定しなければならない。 In addition, in this configuration, in the case of an optical surface that is normally formed within an inclination of 0 to 60 degrees with respect to the XY plane, measurement cannot be performed. You have to measure with a different device.
特許文献2に提案されたプローブは、YZ面に平行な面、もしくは、XZ面に平行な面のどちらかしか測定できない、という課題は解決できるが、通常XY面に対して0度から60度の傾斜内で形成されている光学面を測定することができない。
The probe proposed in
本発明は、光学素子形状の測定と基準面を決定する端面の測定の両方を一つのプローブで高精度に行うことができる形状測定装置を提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus capable of performing both measurement of an optical element shape and measurement of an end face for determining a reference surface with a single probe with high accuracy.
本発明の形状測定装置は、3次元的に移動可能なプローブハウジングと、前記プローブハウジングに対して相対移動可能に保持されたプローブと、を有し、被測定物の表面に対する前記プローブの倣い制御を行いながら、前記被測定物の表面形状を表わす前記プローブの座標位置を測定する形状測定装置において、前記プローブハウジングに対する、前記プローブの、前記プローブの長手方向と直交する方向における相対的な変位である並進変位を測定する測定手段と、前記プローブに対して並進力を発生させる前記プローブの長手方向に対して1箇所に配置された力発生手段と、前記測定手段の出力に基づいて、前記力発生手段による並進力を制御すると共に、前記被測定物の表面測定と前記被測定物の端面測定とで並進力を変更することで前記プローブと前記プローブハウジングとの間の剛性と粘性が設定される手段と、を備えたことを特徴とする。 The shape measuring apparatus of the present invention includes a probe housing that can be moved three-dimensionally, and a probe that is held so as to be relatively movable with respect to the probe housing, and the scanning control of the probe with respect to the surface of the object to be measured. In the shape measuring device for measuring the coordinate position of the probe representing the surface shape of the object to be measured, the relative displacement of the probe with respect to the probe housing in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the probe Based on the output of the measuring means for measuring a certain translational displacement, the force generating means arranged at one place with respect to the longitudinal direction of the probe for generating the translational force on the probe, and the output of the measuring means controls the translational force by generating means, said changing the translational force at the end surface measurement of the object to be measured and the surface measurement of the object to be measured Characterized by comprising a means for rigid and viscosity are set between the probe and the probe housing.
プローブハウジングとプローブの間の機械的特性を、力発生手段によって被測定物の表面測定と被測定物の端面測定とで変更することができるため、被測定物の表面形状の測定と、基準面を決定する端面形状の測定の両方を一つのプローブで高精度に行うことができる。 Since the mechanical characteristics between the probe housing and the probe can be changed between the surface measurement of the object to be measured and the end surface measurement of the object to be measured by the force generating means, the measurement of the surface shape of the object to be measured and the reference surface Both of the measurement of the end face shape that determines the above can be performed with high accuracy by one probe.
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、実施例1による形状測定装置は、プローブ球1とプローブシャフト2からなるプローブと、Z方向のプローブ軸に垂直なX、Y方向の並進力及び回転力を発生させるヨーク3a、3b、磁性体3c、3d及びコイル等を有する。これらは、プローブハウジング4に支持される。さらに、Z方向の力を発生するヨーク5a、マグネット5b、コイル5cと、測定手段である変位計6a、6b、7等を備える。
As shown in FIG. 1, the shape measuring apparatus according to the first embodiment includes a probe including a
プローブシャフト2は、プローブハウジング4に対して自由(相対移動可能)に配置され、その先端には、Zミラー10と、非常に真球度の高い精密球であるプローブ球1が固設されている。プローブハウジング4は、プローブベース12と支柱14を介してZ軸テーブル15に設置されており、プローブベース12には、X1干渉計13とX2干渉計11が配置されており、それぞれ干渉計とX基準ミラー20と間の距離を測定する。また、プローブベース12上には、Y1干渉計(不図示)、Y2干渉計(不図示)が設置されており、Y基準ミラー(不図示)との間の距離を測定する。Z軸テーブル15上には、Z干渉計16が設置されており、これにより、Z基準ミラー21との間の距離を測定する。
The
Z軸テーブル15は、Z軸ステージ17、Y軸ステージ18、X軸ステージ19に接続されており、これらのステージにより、3次元的に移動可能である。Z軸テーブル15の移動量は、上述したX1干渉計13、X2干渉計11、Y1干渉計、Y2干渉計、Z干渉計16を用いて、X基準ミラー20とY基準ミラー、Z基準ミラー21を基準にして、測定する。また、上記のステージはベース23上に配置され、ベース23上には、上記のステージのほかに、X基準ミラー20、Z基準ミラー21を保持している基準ミラー保持部材22が固定されている。また、被測定物Wが取り外し可能なように固定されている。
The Z-axis table 15 is connected to a Z-
プローブハウジング4には、X1変位計6aとX2変位計6bが固定されており、それぞれの変位計は、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間のX方向の相対的な変位を測定している。2つのX方向の変位を測定する変位計を設けたことで、プローブシャフト2の変位及び姿勢(並進変位及び回転変位)を測定することができる。
An X1 displacement meter 6 a and an
また、不図示ではあるが、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間のY方向の相対的な変位を測定する測定手段であるY1変位計、Y2変位計もプローブハウジング4に固定されている。さらに、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間のZ方向の相対的な変位を測定するZ変位計7もプローブハウジング4に固設されている。
Although not shown, the Y1 displacement meter and the Y2 displacement meter, which are measuring means for measuring the relative displacement in the Y direction between the
プローブハウジング4からプローブシャフト2に対して、Z方向の力を作用させるZ力発生機構は、プローブハウジング4に固定されたヨーク5a及びコイル5cと、プローブシャフト2に固定されたマグネット5bとにより構成される。コイル5cに電流を通電することにより、マグネット5bとヨーク5aの間の磁界密度が変化してZ上下方向の力をプローブシャフト2に加えることができる。
A Z force generation mechanism that applies a force in the Z direction from the
プローブシャフト2に対して、X方向の並進力及び回転力を発生させる力発生手段であるX力発生機構は、プローブハウジング4に固定されたヨーク3a、3bとプローブシャフト2に固定された磁性体3c、3dから構成される。ヨーク3a、3bには、コイルが巻かれており、このコイルに電流を流すことにより、ヨーク3a、3bと磁性体3c、3dの間の吸引力が変化し、プローブシャフトに2に対して、X方向の力を作用させることができる。また、X力発生機構は、プローブシャフト2の上下2箇所に設置されており、この2つを組み合わせて力を作用させることで、プローブシャフト2に回転力を作用させることができる。また、不図示ではあるが、Y方向にも、X方向と同様な力発生手段であるY力発生機構が配置されている。
An X force generating mechanism, which is a force generating means for generating a translational force and a rotational force in the X direction with respect to the
次に、装置の信号の流れについて説明する。 Next, the signal flow of the apparatus will be described.
まず、装置の最上位コントローラとして、メインコントローラ(不図示)がある。メインコントローラから指令を受ける下位コントローラとして、計測コントローラ24とステージコントローラ26と力コントローラ25の3つのコントローラがある。
First, there is a main controller (not shown) as the highest level controller of the apparatus. There are three controllers, a
計測コントローラ24は、メインコントローラからの指示に基づき、X1干渉計13、X2干渉計11、Y1干渉計、Y2干渉計、Z干渉計16、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7の変位データを同時にラッチする。そして、取得した変位データ(出力)をメインコントローラへ伝達する。
Based on an instruction from the main controller, the
ステージコントローラ26は、メインコントローラからの指示に基づき、X軸ステージ19、Y軸ステージ18、Z軸ステージ17の制御を行う。それぞれのステージの位置制御を行うほか、Z変位計7の値を一定にするZ軸ステージ制御を行ったり、X1変位計6a、X2変位計6bの値を一定にするX軸ステージ制御、Y1変位計、Y2変位計の値を一定にするY軸ステージ制御を行う。
The
力コントローラ25は、メインコントローラからの指示に基づき、X1変位計6a、X2変位6b、Y1変位計、Y2変位計の出力から、Z力発生機構、X力発生機構、Y力発生機構の発生力を制御する。
Based on an instruction from the main controller, the
次に、以上のように構成された形状測定装置を用いて行う測定動作を図2のフローチャートを用いて説明する。 Next, a measurement operation performed using the shape measuring apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
最初に、ステージコントローラ26によりZ軸ステージ17を位置制御系にする。すなわち、Z軸ステージ17の位置が一定になるように制御し、そして、安全位置、すなわち、プローブ球1が最も被測定物Wから離れる方向にZ軸ステージ17を退避させる(ステップS01)。
First, the
そして、力コントローラ25により、光学面(表面)Waを有する被測定物Wの基準面(端面)Wbの測定に適した、プローブシャフト2とプローブハウジング4との間の剛性、粘性を設定する(ステップS02)。
Then, the
例えば、プローブ球1における、X並進方向、Y並進方向の剛性を10mN/mm、X回転方向、Y回転方向の剛性を10mN/mm、各方向の粘性を減衰率0.7程度に設定し、Z並進方向の剛性を10N/mmに設定する。このように設定すれば、非常に弱い力で基準面Wbの測定が行え、かつ、移動中のステージ振動やその他の外乱振動によるプローブシャフト2とプローブハウジング4との間の相対振動が抑制される。
For example, in the
なお、剛性や粘性は、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7、X力発生機構、Z力発生機構、Y力発生機構、力コントローラ25により実現するが、具体的な制御方法については後述する。
The rigidity and viscosity are realized by the X1 displacement meter 6a, the
最初の基準面の測定点の上に来るようにX軸ステージ19、Y軸ステージ18を移動させる(ステップS03)。
The
次に、Z軸ステージ17をさげて、プローブ球1と測定する被測定物Wの端面である基準面Wbの高さを一致させる(ステップS04)。
Next, the Z-
さらに、X軸ステージ19及びY軸ステージ18により、プローブ球1を基準面Wbに近づけて、プローブ球1と基準面Wbを接触させる(ステップS05)。プローブ球1と基準面Wbの接触は、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計を観察することで、検知できる。すなわち、プローブ球1をXプラス方向からXマイナス方向に移動させて基準面Wbに接近させた場合は、接触時に、X1変位計6a、X2変位計6bの出力が、マイナス方向へ触れるので、これを検知することによって、接触を検知できる。
Further, the
接触を検知したら、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7が一定になるように、ステージコントローラ26によりX軸ステージ19、Y軸ステージ18、Z軸ステージ17を制御する(ステップS06)。そして、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7、X1干渉計13、X2干渉計11、Y1干渉計、Y2干渉計、Z干渉計16の出力から測定点におけるプローブの座標位置を測定する(ステップS07)。座標の算出の仕方は後述する。
When contact is detected, the
座標測定の後に、X軸ステージ19及びY軸ステージ18により、プローブ球1を測定点から退避させ(ステップS08)、さらに、Z軸ステージ17により、プローブ球1と被測定物Wがもっとも離れた安全位置へ退避させる(ステップS09)。
After the coordinate measurement, the
そして、基準面Wbの測定(端面形状の測定)が終了していれば、光学面測定に移行し、もし途中であればステップS03に戻り、次の基準面の測定を行う(ステップS10)。 If measurement of the reference surface Wb (end surface shape measurement) has been completed, the process proceeds to optical surface measurement, and if it is in the middle, the process returns to step S03 to measure the next reference surface (step S10).
光学面Waの測定(表面形状の測定)に移行する場合は、X軸ステージ19及びY軸ステージ18により、光学面測定の開始位置へ移動する(ステップS11)。そして、力コントローラ25により、光学面測定に適した、プローブシャフト2とプローブハウジング4との間の剛性、粘性を設定する。例えば、プローブ球1における、X並進方向、Y並進方向、X回転方向、Y回転方向の剛性を200mN/mmに設定し、Z並進方向の剛性を10mN/mmに設定する(ステップS12)。その後、プローブ接触判定モードにして、かつ、Z軸ステージ17を下げて、プローブ球1と被測定物Wの光学面Waを接触させる。プローブ球1と被測定物Wの接触は、Z変位計7を監視することにより検知できる。すなわち、プローブ球1と被測定物Wが接触するとプローブシャフト2がZ+方向へ押し上げられるので、Z変位計7の出力が+方向へ変化するので接触を検知できる。
When shifting to the measurement of the optical surface Wa (surface shape measurement), the optical surface Wa is moved to the optical surface measurement start position by the
プローブ球1と被測定物Wが接触したら、プローブ接触判定モードを解除し(ステップS14)、被測定物Wへの押し付け力が一定になるように、Z軸ステージ17の針圧制御を行う(ステップS15)。そのまま、X軸ステージ19、Y軸ステージ18により全測定領域を走査する(ステップS16)。全測定領域を走査し終わったら、Z軸ステージを位置制御系に切り替えて、安全位置に退避させ(ステップS17)、測定を終了する。
When the
次に、座標測定の算出方法について説明する。 Next, a calculation method for coordinate measurement will be described.
まず、プローブハウジング4と基準ミラー保持部材22の相対位置は、X1干渉計13、X2干渉計11、Z干渉計16、Y1干渉計、Y2干渉計により測定される。また、プローブハウジング4とプローブシャフト2の相対位置は、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7により測定される。X1干渉計13、X2干渉計11、Z干渉計16、Y1干渉計、Y2干渉計の出力を、それぞれ、mx1、mx2、my1、my2、mzとする。また、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7の出力をそれぞれ、px1、px2、py1、py2、pzとする。
First, the relative positions of the
X軸ステージ19、Y軸ステージ18のX方向以外、Y方向以外の他方向への傾き誤差を考慮したプローブ球1中心とX基準ミラー20、Y基準ミラー、Z基準ミラー21との相対位置は、下記のMで表現される。X1干渉計13、X2干渉計11、プローブ球1の中心位置との間隔、及び、Y1干渉計、Y2干渉計、プローブ球1の中心位置との間隔、をそれぞれ、l1、l2とすると、
The relative positions of the center of the
プローブハウジング4とプローブ球1中心の相対位置Pは、プローブシャフト2の傾きを考慮すると、X1変位計6a、X2変位計6b、プローブ球1の中心位置との間隔、及び、Y1変位計、Y2変位計、プローブ球1の中心位置との間隔を、m1、m2とすると、
The relative position P between the
次に、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間の剛性及び粘性の設定方法について説明する。
Next, a method for setting rigidity and viscosity between the
例えば、X並進方向、Y並進方向、Z並進方向、X回転方向、Y回転方向の剛性、粘性をそれぞれ、 For example, the X translation direction, Y translation direction, Z translation direction, X rotation direction, Y rotation direction stiffness, viscosity, respectively,
なお、ここで、Fx1、Fy1は上部のX力発生機構、Y力発生機構の発生力を表し、Fx2、Fy2は下部のX力発生機構、Y力発生機構の発生力を表している。 Here, Fx1 and Fy1 represent generated forces of the upper X force generating mechanism and Y force generating mechanism, and Fx2 and Fy2 represent generated forces of the lower X force generating mechanism and Y force generating mechanism.
Z力発生機構が発生する力は、上記Fzをそのまま出力すればよい。 The force generated by the Z force generation mechanism may be output as it is.
図3に示すように、実施例2による形状測定装置は、プローブ球1とプローブシャフト2からなるプローブと、Z方向のプローブ軸に垂直なX、Y方向の並進力を発生する力発生手段を構成するヨーク3a、磁性体3c、及びコイル等を有する。これらはプローブハウジング4に支持される。また、Z方向の力発生手段を構成するヨーク5a、マグネット5b、コイル5cと、測定手段である変位計6、7等を備える。
As shown in FIG. 3, the shape measuring apparatus according to the second embodiment includes a probe composed of a
プローブシャフト2は、プローブハウジング4に対して自由に配置され、その先端には、Zミラー10と、非常に真球度の高い精密球であるプローブ球1が固設されている。プローブハウジング4は、プローブベース12と支柱14を介してZ軸テーブル15に設置されており、プローブベース12には、X1干渉計13とX2干渉計11が配置されており、それぞれ干渉計とX基準ミラー20と間の距離を測定する。また、プローブベース12上には、Y1干渉計(不図示)、Y2干渉計(不図示)が設置されており、Y基準ミラー(不図示)との間の距離を測定する。Z軸テーブル15上には、Z干渉計16が設置されており、これにより、Z基準ミラー21との間の距離を測定する。
The
Z軸テーブル15は、Z軸ステージ17、Y軸ステージ18、X軸ステージ19に接続されており、これらのステージにより、3次元的に動作可能である。Z軸テーブル15の移動量は、上述したX1干渉計13、X2干渉計11、Y1干渉計、Y2干渉計、Z干渉計16を用いて、X基準ミラー20とY基準ミラー、Z基準ミラー21を基準にして、測定する。上記のステージはベース23上に配置され、ベース23上には、上記のステージのほかに、X基準ミラー20、Z基準ミラー21を保持している基準ミラー保持部材22が固定されている。また、被測定物Wが取り外し可能なように固定されている。
The Z-axis table 15 is connected to a Z-
プローブハウジング4には、X変位計6が固定されており、この変位計は、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間のX方向の相対的な変位(並進変位)を測定している。
An X displacement meter 6 is fixed to the
また、不図示ではあるが、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間のY方向の相対的な変位(並進変位)を測定する測定手段であるY変位計もプローブハウジング4に固定されている。さらに、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間のZ方向の相対的な変位を測定するZ変位計7もプローブハウジング4に固設されている。
Although not shown, a Y displacement meter, which is a measuring means for measuring the relative displacement (translational displacement) in the Y direction between the
また、プローブハウジング4からプローブシャフト2に対して、力を作用させる力発生機構が配置されている。プローブシャフト2に対して、Z方向の力を発生させる力発生手段であるZ力発生機構は、プローブハウジング4に固定されたヨーク5a及びコイル5cと、プローブシャフト2に固定されたマグネット5bとにより構成される。コイル5cに電流を通電することにより、マグネット5bとヨーク5aの間の磁界密度が変化してZ上下方向の力をプローブシャフト2に加えることができる。
In addition, a force generation mechanism for applying a force from the
プローブシャフト2に対して、X方向の力を発生させる力発生手段であるX力発生機構は、プローブハウジング4に固定されたヨーク3aとプローブシャフト2に固定された磁性体3cから構成される。ヨーク3aには、コイルが巻かれており、このコイルに電流を流すことにより、ヨーク3aと磁性体3cの間の吸引力が変化し、プローブシャフトに2に対して、X方向の力を作用させることができる。
An X force generating mechanism that is a force generating means for generating a force in the X direction with respect to the
不図示ではあるが、Y方向にも、X方向と同様なY力発生機構が配置されており、プローブシャフト2に対してY方向の力(並進力)を作用(発生)させる力発生手段を構成する。
Although not shown, a Y force generation mechanism similar to that in the X direction is also arranged in the Y direction, and force generation means for applying (generating) a force in the Y direction (translational force) to the
次に、装置の信号の流れについて説明する。 Next, the signal flow of the apparatus will be described.
まず、装置の最上位コントローラとして、メインコントローラ(不図示)がある。メインコントローラから指令を受ける下位コントローラとして、計測コントローラ24とステージコントローラ26と力コントローラ25の3つのコントローラがある。
First, there is a main controller (not shown) as the highest level controller of the apparatus. There are three controllers, a
計測コントローラ24は、メインコントローラからの指示に基づき、X1干渉計13、X2干渉計11、Y1干渉計、Y2干渉計、Z干渉計16、X変位計6、Y変位計、Z変位計7の変位データを同時にラッチする。そして、取得した変位データをメインコントローラへ伝達する。
The
ステージコントローラ26は、メインコントローラからの指示に基づき、X軸ステージ19、Y軸ステージ18、Z軸ステージ17の制御を行う。それぞれのステージの位置制御を行うほか、Z変位計7の値を一定にするZ軸ステージ制御を行ったり、X変位計6の値を一定にするX軸ステージ制御、Y変位計の値を一定にするY軸ステージ制御を行う。
The
力コントローラ25は、メインコントローラからの指示に基づき、X変位計6、Y変位計の出力から、Z力発生機構、X力発生機構、Y力発生機構の発生力を制御する。
The
次に、以上のように構成された形状測定装置を用いて行う測定動作を図2のフローチャートを用いて説明する。 Next, a measurement operation performed using the shape measuring apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
最初に、ステージコントローラ26によりZ軸ステージ17を位置制御系にする。すなわち、Z軸ステージ17の位置が一定になるように制御し、そして、安全位置、すなわち、プローブ球1が最も被測定物Wから離れる方向にZ軸ステージ17を退避させる(ステップS01)。
First, the
そして、力コントローラ25により、光学面(表面)Waを有する被測定物Wの基準面(端面)Wbの測定に適した、プローブシャフト2とプローブハウジング4との間の剛性、粘性を設定する(ステップS02)。
Then, the
例えば、プローブ球1における、X並進方向、Y並進方向の剛性を10mN/mm、各方向の粘性を減衰率0.7程度に設定し、Z並進方向の剛性を10N/mmに設定する。このように設定すれば、非常に弱い力で基準面Wbの測定が行え、かつ、移動中のステージ振動やその他の外乱振動によるプローブシャフト2とプローブハウジング4との間の相対振動が抑制される。
For example, the stiffness in the X translation direction and the Y translation direction in the
なお、剛性や粘性は、X変位計6、Y変位計、Z変位計7、X力発生機構、Z力発生機構、Y力発生機構、力コントローラ25により実現するが、具体的な制御方法については後述する。
The rigidity and viscosity are realized by the X displacement meter 6, the Y displacement meter, the Z displacement meter 7, the X force generation mechanism, the Z force generation mechanism, the Y force generation mechanism, and the
最初の基準面の測定点の上に来るようにX軸ステージ19、Y軸ステージ18を移動させる(ステップS03)。
The
次に、Z軸ステージ17をさげて、プローブ球1と測定する被測定物Wの端面である基準面Wbの高さを一致させる(ステップS04)。
Next, the Z-
さらに、X軸ステージ19及びY軸ステージ18により、プローブ球1を基準面Wbに近づけて、プローブ球1と基準面Wbを接触させる(ステップS05)。プローブ球1と基準面Wbの接触は、X変位計6、Y変位計を観察することで、検知できる。すなわち、プローブ球1をXプラス方向からXマイナス方向に移動させて基準面Wbに接近させた場合は、接触時に、X変位計6の出力が、マイナス方向へ触れるので、これを検知することによって、接触を検知できる。
Further, the
接触を検知したら、X変位計6、Y変位計、Z変位計7が一定になるように、ステージコントローラ26によりX軸ステージ19、Y軸ステージ18、Z軸ステージ17を制御する(ステップS06)。そして、X変位計6、Y変位計、Z変位計7、X1干渉計13、X2干渉計11、Y1干渉計、Y2干渉計、Z干渉計16の出力から測定点の座標(プローブの座標位置)を測定する(ステップS07)。座標の算出の仕方は後述する。
When the contact is detected, the
座標測定の後に、X軸ステージ19及びY軸ステージ18により、プローブ球1を測定点から退避させ(ステップS08)、さらに、Z軸ステージ17により、プローブ球1と被測定物Wがもっとも離れた安全位置へ退避させる(ステップS09)。
After the coordinate measurement, the
そして、基準面Wbの測定(端面形状の測定)が終了していれば、光学面測定(表面形状の測定)に移行し、もし途中であればステップS03に戻り、次の基準面の測定を行う(ステップS10)。 If the measurement of the reference surface Wb (end surface shape measurement) has been completed, the process proceeds to the optical surface measurement (surface shape measurement). If in the middle, the process returns to step S03 to measure the next reference surface. It performs (step S10).
光学面Waの測定に移行する場合は、X軸ステージ19及びY軸ステージ18により、光学面測定の開始位置へ移動する(ステップS11)。そして、力コントローラ25により、光学面測定に適した、プローブシャフト2とプローブハウジング4との間の剛性、粘性を設定する。例えば、プローブ球1における、X並進方向、Y並進方向の剛性を200mN/mmに設定し、Z並進方向の剛性を10mN/mmに設定する(ステップS12)。その後、プローブ接触判定モードにして、かつ、Z軸ステージ17を下げて、プローブ球1と被測定物Wの光学面Waを接触させる。プローブ球1と被測定物Wの接触は、Z変位計7を監視することにより検知できる。すなわち、プローブ球1と被測定物Wが接触するとプローブシャフト2がZ+方向へ押し上げられるので、Z変位計7の出力が+方向へ変化するので接触を検知できる。
When shifting to the measurement of the optical surface Wa, the
プローブ球1と被測定物Wが接触したら、プローブ接触判定モードを解除し(ステップS14)、被測定物Wへの押し付け力が一定になるように、Z軸ステージ17の針圧制御を行う(ステップS15)。そのまま、X軸ステージ19、Y軸ステージ18により全測定領域を走査する(ステップS16)。全測定領域を走査し終わったら、Z軸ステージを位置制御系に切り替えて、安全位置に退避させ(ステップS17)、測定を終了する。
When the
次に、座標測定の算出方法について説明する。 Next, a calculation method for coordinate measurement will be described.
まず、プローブハウジング4と基準ミラー保持部材22の相対位置は、X1干渉計13、X2干渉計11、Z干渉計16、Y1干渉計、Y2干渉計により測定される。また、プローブハウジング4とプローブシャフト2の相対位置は、X変位計6、Y変位計、Z変位計7により測定される。X1干渉計13、X2干渉計11、Z干渉計16、Y1干渉計、Y2干渉計の出力を、それぞれ、mx1、mx2、my1、my2、mzとする。また、X変位計6、Y変位計、Z変位計7の出力をそれぞれ、px2、py2、pzとする。
First, the relative positions of the
X軸ステージ19、Y軸ステージ18のX方向以外、Y方向以外の他方向への傾き誤差を考慮したプローブ球1中心とX基準ミラー20、Y基準ミラー、Z基準ミラー21との相対位置は、下記のMで表現される。X1干渉計13、X2干渉計11、プローブ球1の中心位置との間隔、及び、Y1干渉計、Y2干渉計、プローブ球1の中心位置との間隔、をそれぞれ、l1、l2とすると、
The relative positions of the center of the
次に、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間の剛性及び粘性の設定方法について説明する。
Next, a method for setting rigidity and viscosity between the
例えば、X並進方向、Y並進方向、Z並進方向の剛性、粘性をそれぞれ、 For example, X translational direction, Y translational direction, the rigidity of the Z translation Direction, viscosity, respectively,
Z力発生機構が発生する力は、上記Fzをそのまま出力すればよい。 The force generated by the Z force generation mechanism may be output as it is.
実施例3は、図1の構成を用いる。プローブシャフト2は、プローブハウジング4に対して自由に配置され、その先端には、Zミラー10と、非常に真球度の高い精密球であるプローブ球1が固設されている。プローブハウジング4は、プローブベース12と支柱14を介してZ軸テーブル15に設置されており、プローブベース12には、X1干渉計13とX2干渉計11が配置されており、それぞれ干渉計とX基準ミラー20と間の距離を測定する。また、プローブベース12上には、Y1干渉計(不図示)、Y2干渉計(不図示)が設置されており、Y基準ミラー(不図示)との間の距離を測定する。Z軸テーブル15上には、Z干渉計16が設置されており、これにより、Z基準ミラー21との間の距離を測定する。
Example 3 uses the configuration of FIG. The
Z軸テーブル15は、Z軸ステージ17、Y軸ステージ18、X軸ステージ19に接続されており、これらのステージにより、3次元的に動作可能である。Z軸テーブルの移動量は、上述したX1干渉計13、X2干渉計11、Y1干渉計、Y2干渉計、Z干渉計16を用いて、X基準ミラー20とY基準ミラー、Z基準ミラー21を基準にして、測定する。上記のステージはベース23上に配置され、ベース23上には、上記のステージのほかに、X基準ミラー20、Z基準ミラー21を保持している基準ミラー保持部材22が固定されている。また、被測定物Wが取り外し可能なように固定されている。
The Z-axis table 15 is connected to a Z-
また、プローブハウジング4には、X1変位計6aとX2変位6bが固定されており、それぞれの変位計は、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間のX方向の相対的な変位を測定している。2つのX方向の変位を測定する変位計を設けたことで、プローブシャフト2の姿勢(回転変位)を測定する測定手段を構成する。
An X1 displacement meter 6a and an
また、不図示ではあるが、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間のY方向の相対的な変位を測定する測定手段であるY1変位計、Y2変位計もプローブハウジング4に固定されている。さらに、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間のZ方向の相対的な変位を測定するZ変位計7もプローブハウジング4に固設されている。
Although not shown, the Y1 displacement meter and the Y2 displacement meter, which are measuring means for measuring the relative displacement in the Y direction between the
プローブハウジング4とプローブシャフト3には、プローブハウジング4からプローブシャフト2に対して、力を作用させる力発生機構が配置されている。プローブシャフト2に対して、Z方向の力を発生させるZ力発生機構は、プローブハウジング4に固定されたヨーク5aとコイル5cとプローブシャフト2に固定されたマグネット5bにより構成される。コイル5cに電流を通電することにより、マグネット5bとヨーク5aの間の磁界密度が変化してZ上下方向の力をプローブシャフト2に加えることができる。
The
プローブシャフト2に対して、X方向の力を発生させるX力発生機構は、プローブハウジング4に固定されたヨーク3a、3bとプローブシャフト2に固定された磁性体3c、3dから構成される。ヨーク3a、3bには、コイルが巻かれており、このコイルに電流を流すことにより、ヨーク3a、3bと磁性体3c、3dの間の吸引力が変化し、プローブシャフトに2に対して、X方向の力を作用させることができる。また、X力発生機構は、プローブシャフト2の上下2箇所に設置されており、この2つを組み合わせて力を作用させることで、プローブシャフト2に回転力を作用(発生)させる力発生手段を構成する。また、不図示ではあるが、Y方向にも、X方向と同様なY力発生機構が配置されており、プローブシャフト4に対して回転力を作用させる。
An X force generation mechanism that generates a force in the X direction with respect to the
次に、装置の信号の流れについて説明する。 Next, the signal flow of the apparatus will be described.
まず、装置の最上位コントローラとして、メインコントローラがある。メインコントローラから指令を受ける下位コントローラとして、計測コントローラ24とステージコントローラ26と力コントローラ25の3つのコントローラがある。
First, there is a main controller as the highest controller of the apparatus. There are three controllers, a
計測コントローラ24は、メインコントローラからの指示に基づき、X1干渉計13、X2干渉計11、Y1干渉計、Y2干渉計、Z干渉計16、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7の変位データを同時にラッチする。そして、取得した変位データをメインコントローラへ伝達する。
Based on an instruction from the main controller, the
ステージコントローラ26は、メインコントローラからの指示に基づき、X軸ステージ19、Y軸ステージ18、Z軸ステージ17の制御を行う。それぞれのステージの位置制御を行うほか、Z変位計7の値を一定にするZ軸ステージ制御を行ったり、X1変位計6a、X2変位計6bの値を一定にするX軸ステージ制御、Y1変位計、Y2変位計の値を一定にするY軸ステージ制御を行う。
The
力コントローラ25は、メインコントローラからの指示に基づき、X1変位計6a、X2変位6b、Y1変位計、Y2変位計の出力から、Z力発生機構5、X力発生機構3、Y力発生機構の発生力を制御する。
Based on an instruction from the main controller, the
次に、以上のように構成された形状測定装置を用いて行う測定動作を図2のフローチャートを用いて説明する。 Next, a measurement operation performed using the shape measuring apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
最初に、ステージコントローラ26によりZ軸ステージ17を位置制御系にする。すなわち、Z軸ステージ17の位置が一定になるように制御し、そして、安全位置、すなわち、プローブ球1が最も被測定物Wから離れる方向にZ軸ステージ17を退避させる(ステップS01)。
First, the
そして、力コントローラ25により、光学面(表面)Waを有する被測定物Wの基準面(端面)Wbの測定に適した、プローブシャフト2とプローブハウジング4との間の剛性、粘性を設定する(ステップS02)。
Then, the
例えば、プローブ球1における、X回転方向、Y回転方向の剛性を10mN/mm、各方向の粘性を減衰率0.7程度に設定し、Z並進方向の剛性を10N/mmに設定する。このように設定すれば、非常に弱い力で基準面Wbの測定が行え、かつ、移動中のステージ振動やその他の外乱振動によるプローブシャフト2とプローブハウジング4との間の相対振動が抑制される。
For example, in the
なお、剛性や粘性は、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7、X力発生機構、Z力発生機構、Y力発生機構、力コントローラ25により実現するが、具体的な制御方法については後述する。
The rigidity and viscosity are realized by the X1 displacement meter 6a, the
最初の基準面の測定点の上に来るようにX軸ステージ19、Y軸ステージ18を移動させる(ステップS03)。
The
次に、Z軸ステージ17をさげて、プローブ球1と測定する被測定物Wの端面である基準面Wbの高さを一致させる(ステップS04)。
Next, the Z-
さらに、X軸ステージ19及びY軸ステージ18により、プローブ球1を基準面Wbに近づけて、プローブ球1と基準面Wbを接触させる(ステップS05)。プローブ球1と基準面Wbの接触は、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計を観察することで、検知できる。すなわち、プローブ球1をXプラス方向からXマイナス方向に移動させて基準面Wbに接近させた場合は、接触時に、X1変位計6a、X2変位計6bの出力が、マイナス方向へ触れるので、これを検知することによって、接触を検知できる。
Further, the
接触を検知したら、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7が一定になるように、ステージコントローラ26によりX軸ステージ19、Y軸ステージ18、Z軸ステージ17を制御する(ステップS06)。そして、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7、X1干渉計13、X2干渉計11、Y1干渉計、Y2干渉計、Z干渉計16の出力から測定点の座標測定する(ステップS07)。座標の算出の仕方は後述する。
When contact is detected, the
座標測定の後に、X軸ステージ19及びY軸ステージ18により、プローブ球1を測定点から退避させ(ステップS08)、さらに、Z軸ステージ17により、プローブ球1と被測定物Wがもっとも離れた安全位置へ退避させる(ステップS09)。
After the coordinate measurement, the
そして、基準面Wbの測定(端面形状の測定)が終了していれば、光学面測定(表面形状の測定)に移行し、もし途中であればステップS03に戻り、次の基準面の測定を行う(ステップS10)。 If the measurement of the reference surface Wb (end surface shape measurement) has been completed, the process proceeds to the optical surface measurement (surface shape measurement). If in the middle, the process returns to step S03 to measure the next reference surface. It performs (step S10).
光学面Waの測定に移行する場合は、X軸ステージ19及びY軸ステージ18により、光学面測定の開始位置へ移動する(ステップS11)。そして、力コントローラ25により、光学面測定に適した、プローブシャフト2とプローブハウジング4との間の剛性、粘性を設定する。例えば、プローブ球1における、X回転方向、Y回転方向の剛性を200mN/mmに設定し、Z並進方向の剛性を10mN/mmに設定する(ステップS12)。その後、プローブ接触判定モードにして、かつ、Z軸ステージ17を下げて、プローブ球1と被測定物Wの光学面Waを接触させる。プローブ球1と被測定物Wの接触は、Z変位計7を監視することにより検知できる。すなわち、プローブ球1と被測定物Wが接触するとプローブシャフト2がZ+方向へ押し上げられるので、Z変位計7の出力が+方向へ変化するので接触を検知できる。
When shifting to the measurement of the optical surface Wa, the
プローブ球1と被測定物Wが接触したら、プローブ接触判定モードを解除し(ステップS14)、被測定物Wへの押し付け力が一定になるように、Z軸ステージ17の針圧制御を行う(ステップS15)。そのまま、X軸ステージ19、Y軸ステージ18により全測定領域を走査する(ステップS16)。全測定領域を走査し終わったら、Z軸ステージを位置制御系に切り替えて、安全位置に退避させ(ステップS17)、測定を終了する。
When the
次に、座標測定の算出方法について説明する。 Next, a calculation method for coordinate measurement will be described.
まず、プローブハウジング4と基準ミラー保持部材22の相対位置は、X1干渉計13、X2干渉計11、Z干渉計16、Y1干渉計、Y2干渉計により測定される。また、プローブハウジング4とプローブシャフト2の相対位置は、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7により測定される。X1干渉計13、X2干渉計11、Z干渉計16、Y1干渉計、Y2干渉計の出力を、それぞれ、mx1、mx2、my1、my2、mzとする。また、X1変位計6a、X2変位計6b、Y1変位計、Y2変位計、Z変位計7の出力をそれぞれ、px1、px2、py1、py2、pzとする。
First, the relative positions of the
X軸ステージ19、Y軸ステージ18のX方向以外、Y方向以外の他方向への傾き誤差を考慮したプローブ球1中心とX基準ミラー20、Y基準ミラー、Z基準ミラー21との相対位置は、下記のMで表現される。X1干渉計13、X2干渉計11、プローブ球1の中心位置との間隔、及び、Y1干渉計、Y2干渉計、プローブ球1の中心位置との間隔、をそれぞれ、l1、l2とすると、
The relative positions of the center of the
プローブハウジング4とプローブ球1中心の相対位置Pは、プローブシャフト2の傾きを考慮し、X1変位計6a、X2変位計6b、プローブ球1の中心位置との間隔、及び、Y1変位計、Y2変位計、プローブ球1の中心位置との間隔を、m1、m2とすると、
The relative position P between the
次に、プローブハウジング4とプローブシャフト2の間の剛性及び粘性の設定方法について説明する。
Next, a method for setting rigidity and viscosity between the
例えば、Z並進方向、X回転方向、Y回転方向の剛性、粘性をそれぞれ、 For example, the rigidity and viscosity in the Z translation direction, X rotation direction, and Y rotation direction are
なお、ここで、Fx1、Fy1は上部のX力発生機構、Y力発生機構の発生力を表し、Fx2、Fy2は下部のX力発生機構、Y力発生機構の発生力を表している。
Z力発生機構が発生する力は、上記Fzをそのまま出力すればよい。
Here, Fx1 and Fy1 represent generated forces of the upper X force generating mechanism and Y force generating mechanism, and Fx2 and Fy2 represent generated forces of the lower X force generating mechanism and Y force generating mechanism.
The force generated by the Z force generation mechanism may be output as it is.
1 プローブ球
2 プローブシャフト
3a、3b ヨーク
3c、3d 磁性体
4 プローブハウジング
5a ヨーク
5b マグネット
5c コイル
6 X変位計
6a X1変位計
6b X2変位計
7 Z変位計
10 Zミラー
11 X2干渉計
12 プローブベース
13 X1干渉計
14 支柱
15 Z軸テーブル
16 Z干渉計
17 Z軸ステージ
18 Y軸ステージ
19 X軸ステージ
20 X基準ミラー
21 Z基準ミラー
22 基準ミラー保持部材
23 ベース
24 計測コントローラ
25 力コントローラ
26 ステージコントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記プローブハウジングに対する、前記プローブの、前記プローブの長手方向と直交する方向における相対的な変位である並進変位を測定する測定手段と、
前記プローブに対して並進力を発生させる前記プローブの長手方向に対して1箇所に配置された力発生手段と、
前記測定手段の出力に基づいて、前記力発生手段による並進力を制御すると共に、前記被測定物の表面測定と前記被測定物の端面測定とで並進力を変更することで前記プローブと前記プローブハウジングとの間の剛性と粘性が設定される手段と、を備えたことを特徴とする形状測定装置。 A device having a probe housing that can be moved three-dimensionally, and a probe that is held so as to be movable relative to the probe housing, and performing the scanning control of the probe with respect to the surface of the device to be measured. In the shape measuring device for measuring the coordinate position of the probe representing the surface shape of
Measuring means for measuring a translational displacement, which is a relative displacement of the probe with respect to the probe housing in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the probe ;
Force generating means arranged in one place with respect to the longitudinal direction of the probe for generating a translational force on the probe ;
The probe and the probe are controlled by controlling the translation force by the force generation means based on the output of the measurement means and changing the translation force between the surface measurement of the object to be measured and the end face measurement of the object to be measured. A shape measuring device comprising: means for setting rigidity and viscosity between the housing and the housing .
前記並進力を変更する手段は、前記被測定物の表面測定の場合におけるX並進方向及びY並進方向の剛性よりも、前記被測定物の端面測定の場合におけるX並進方向及びY並進方向の剛性を小さく設定し、前記設定した剛性に基づいて前記力発生手段による並進力を制御することで、前記被測定物の表面測定と前記被測定物の端面測定とで並進力を変更することを特徴とする請求項1記載の形状測定装置。 The axial direction of the probe is the Z direction, and the directions perpendicular to the Z direction are the X direction and the Y direction,
The means for changing the translation force is more rigid in the X translation direction and the Y translation direction in the case of measuring the end face of the measurement object than in the X translation direction and the Y translation direction in the measurement of the surface of the measurement object. The translational force is changed between the surface measurement of the object to be measured and the end surface measurement of the object to be measured by controlling the translational force by the force generating means based on the set rigidity. The shape measuring apparatus according to claim 1.
前記プローブハウジングに対する、前記プローブの、前記プローブの長手方向と直交する方向における前記長手方向の2箇所の相対的な変位である回転変位を測定する測定手段と、
前記プローブに対して回転力を発生させる前記プローブの長手方向に対して異なる位置2カ所に配置された力発生手段と、
前記測定手段の出力に基づいて、前記力発生手段による回転力を制御すると共に、前記被測定物の表面測定と前記被測定物の端面測定とで回転力を変更することで前記プローブと前記プローブハウジングとの間の剛性と粘性が設定される手段と、を備えたことを特徴とする形状測定装置。 A device having a probe housing that can be moved three-dimensionally, and a probe that is held so as to be movable relative to the probe housing, and performing the scanning control of the probe with respect to the surface of the device to be measured. In the shape measuring device for measuring the coordinate position of the probe representing the surface shape of
Measuring means for measuring a rotational displacement, which is a relative displacement of the probe in two locations in the longitudinal direction in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the probe, with respect to the probe housing;
Force generating means disposed at two different positions with respect to the longitudinal direction of the probe for generating a rotational force with respect to the probe ;
The probe and the probe are controlled by controlling the rotational force by the force generating means based on the output of the measuring means and changing the rotational force between the surface measurement of the object to be measured and the end face measurement of the object to be measured. A shape measuring device comprising: means for setting rigidity and viscosity between the housing and the housing .
前記回転力を変更する手段は、前記被測定物の表面測定の場合におけるX回転方向及びY回転方向の剛性よりも、前記被測定物の端面測定の場合におけるX回転方向及びY回転方向の剛性を小さく設定し、前記設定した剛性に基づいて前記力発生手段による回転力を制御することで、前記被測定物の表面測定と前記被測定物の端面測定とで回転力を変更することを特徴とする請求項4記載の形状測定装置。 The axial direction of the probe is the Z direction, and the directions perpendicular to the Z direction are the X direction and the Y direction,
The means for changing the rotational force is more rigid in the X rotation direction and Y rotation direction in the case of measuring the end surface of the measurement object than in the X rotation direction and Y rotation direction in the case of measuring the surface of the measurement object. Is set small, and the rotational force by the force generation means is controlled based on the set rigidity, thereby changing the rotational force between the surface measurement of the object to be measured and the end face measurement of the object to be measured. The shape measuring apparatus according to claim 4.
前記プローブハウジングに対する、前記プローブの、前記プローブの長手方向と直交する方向における相対的な変位である並進変位、及び前記プローブの長手方向と直交する方向における前記長手方向の2箇所の相対的な変位である回転変位を測定する測定手段と、
前記プローブに対して並進力及び回転力を発生させる前記プローブの長手方向に対して異なる位置2箇所に配置された力発生手段と、
前記測定手段の出力に基づいて、前記力発生手段による並進力及び回転力を制御すると共に、前記被測定物の表面測定と前記被測定物の端面測定とで並進力及び回転力を変更することで前記プローブと前記プローブハウジングとの間の剛性と粘性が設定される手段と、を備えたことを特徴とする形状測定装置。 A device having a probe housing that can be moved three-dimensionally, and a probe that is held so as to be movable relative to the probe housing, and performing the scanning control of the probe with respect to the surface of the device to be measured. In the shape measuring device for measuring the coordinate position of the probe representing the surface shape of
Translational displacement of the probe relative to the probe housing in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the probe, and relative displacement at two locations in the longitudinal direction in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the probe measuring means for measuring the rotational displacement is,
Force generating means arranged at two different positions with respect to the longitudinal direction of the probe for generating a translational force and a rotational force with respect to the probe ;
Based on the output of the measuring means, to control the translational force and rotational force by said force generating means, wherein changing the translational force and rotational force in the end face measurement of said object to be measured and the surface measurement of the object to be measured And a means for setting rigidity and viscosity between the probe and the probe housing .
前記回転力を変更する手段は、前記被測定物の表面測定の場合におけるX並進方向、Y並進方向、X回転方向、及びY回転方向の剛性よりも、前記被測定物の端面測定の場合におけるX並進方向、Y並進方向、X回転方向、及びY回転方向の剛性を小さく設定し、前記設定した剛性に基づいて前記力発生手段による並進力及び回転力を制御することで、前記被測定物の表面測定と前記被測定物の端面測定とで並進力及び回転力を変更することを特徴とする請求項7記載の形状測定装置。 The axial direction of the probe is the Z direction, and the directions perpendicular to the Z direction are the X direction and the Y direction,
The means for changing the rotational force is more suitable in the case of measuring the end face of the object to be measured than the rigidity in the X translation direction, the Y translation direction, the X rotation direction, and the Y rotation direction in the case of measuring the surface of the object to be measured. By setting the rigidity in the X translation direction, the Y translation direction, the X rotation direction, and the Y rotation direction to be small, and controlling the translation force and the rotation force by the force generating means based on the set rigidity, the device under test is measured. The shape measuring apparatus according to claim 7, wherein the translational force and the rotational force are changed between the surface measurement and the end face measurement of the object to be measured.
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