JP6294111B2 - Surface shape measuring device - Google Patents

Surface shape measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP6294111B2
JP6294111B2 JP2014048778A JP2014048778A JP6294111B2 JP 6294111 B2 JP6294111 B2 JP 6294111B2 JP 2014048778 A JP2014048778 A JP 2014048778A JP 2014048778 A JP2014048778 A JP 2014048778A JP 6294111 B2 JP6294111 B2 JP 6294111B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shape measuring
holder
surface shape
legs
measuring device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014048778A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015172541A (en
Inventor
光樹夫 栗田
光樹夫 栗田
武志 板津
武志 板津
清野 慧
慧 清野
仁志 所
仁志 所
高橋 啓介
啓介 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyoto University
Nagase Integrex Co Ltd
Original Assignee
Kyoto University
Nagase Integrex Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyoto University, Nagase Integrex Co Ltd filed Critical Kyoto University
Priority to JP2014048778A priority Critical patent/JP6294111B2/en
Publication of JP2015172541A publication Critical patent/JP2015172541A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6294111B2 publication Critical patent/JP6294111B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、表面形状計測装置に関する。   The present invention relates to a surface shape measuring apparatus.

表面形状測定する技術は、例えば、特許文献1、特許文献2が公知である。
特許文献1の表面形状計測装置は、移動体と、測定物の被検面に接触する触針と、前記触針を移動体に対して支持する荷重制御機構と、前記荷重制御機構に含まれる弾性体と、移動体の変位を検出する変位検出手段を有する。また、前記表面形状計測装置は、前記変位検出手段の前記弾性体及び前記移動体の変位の検出に応じて前記荷重制御機構を制御する制御装置を有する。前記制御装置は、前記移動体の移動により前記被検面に前記触針を接触させつつ設定荷重まで荷重を印加して前記移動体の変位量と前記弾性体の変位量との差が前記設定荷重に相当する変位量と等しくなるように移動体の位置を制御するようにしている。特許文献1では、上記のように構成することにより、被検面の形状変化への追従性が向上する利点がある。
For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 are known as techniques for measuring the surface shape.
The surface shape measuring device of Patent Document 1 is included in a moving body, a stylus that contacts a surface to be measured, a load control mechanism that supports the stylus with respect to the moving body, and the load control mechanism. It has an elastic body and a displacement detection means for detecting the displacement of the moving body. In addition, the surface shape measuring device includes a control device that controls the load control mechanism in accordance with detection of displacement of the elastic body and the moving body of the displacement detection means. The control device applies a load up to a set load while bringing the stylus into contact with the surface to be examined by moving the moving body, and the difference between the displacement amount of the moving body and the displacement amount of the elastic body is the set value. The position of the moving body is controlled so as to be equal to the amount of displacement corresponding to the load. In patent document 1, there exists an advantage which the followability to the shape change of a to-be-tested surface improves by comprising as mentioned above.

特許文献2の表面形状計測装置は、被測定物表面を測定子が走査する際に前記測定子に作用する作用力を検出する作用力センサと、作用力センサが検出した作用力に基づいて前記測定子の変位情報を算出する変位情報算出回路を有する。また、特許文献2の表面形状計測装置は、前記変位情報算出回路により得られた前記測定子の前記変位情報に基づいて前記作用力が一定となるように前記測定子を変位させる駆動機構を駆動制御するようにしている。特許文献2では上記のように構成することにより、測定データのばらつき幅を小さくして測定速度を向上できる利点がある。   The surface shape measuring apparatus of Patent Literature 2 is based on an acting force sensor that detects an acting force acting on the measuring element when the measuring element scans the surface of the object to be measured, and the acting force detected by the acting force sensor. It has a displacement information calculation circuit for calculating displacement information of the measuring element. Further, the surface shape measuring apparatus of Patent Document 2 drives a drive mechanism that displaces the measuring element so that the acting force is constant based on the displacement information of the measuring element obtained by the displacement information calculating circuit. I try to control it. Patent Document 2 has an advantage that the measurement speed can be improved by reducing the variation width of the measurement data by configuring as described above.

特許第2966214号Japanese Patent No. 2966214 特許第4167031号Japanese Patent No. 4167031

ところが、特許文献1では、移動体の位置制御(すなわち、触針の位置制御)と、触針の力制御を共に行う必要があり、制御が難しくなる問題がある。また、特許文献2では、測定子の力制御が必要となる問題がある。   However, in Patent Document 1, it is necessary to perform both position control of the moving body (that is, position control of the stylus) and force control of the stylus, which makes it difficult to control. Moreover, in patent document 2, there exists a problem which requires force control of a probe.

本発明の目的は、測定物の被検面の形状検出を行う変位センサの力制御が必要でなく、簡単な構成により測定物の被検面を測定することができる表面形状計測装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a surface shape measuring apparatus that does not require force control of a displacement sensor that detects the shape of the surface to be measured of the object to be measured and can measure the surface to be measured of the object to be measured with a simple configuration. There is.

上記問題点を解決するために、本発明の表面形状計測装置は、測定物の被検面に点接触する3つの脚を有するホルダと、測定時の走査方向において離間する2つの前記脚間に位置するように前記ホルダに設けられるとともに、前記被検面の形状を計測する変位センサと、前記ホルダに対し有弾性の連結部材を介して連結される剛体部材とを有し、前記連結部材は、前記ホルダと前記測定物とが前記走査方向に相対移動する間、前記剛体部材に連結状態で前記ホルダを引きずるとともに前記剛体部材からの振動を吸収するものである。   In order to solve the above problems, a surface shape measuring apparatus according to the present invention includes a holder having three legs that are in point contact with the surface to be measured of the object to be measured and two legs that are spaced apart in the scanning direction during measurement. A displacement sensor that is provided on the holder so as to be positioned, and that measures a shape of the test surface; and a rigid member that is coupled to the holder via an elastic coupling member. While the holder and the object to be measured move relative to each other in the scanning direction, the holder is dragged while being connected to the rigid member, and vibrations from the rigid member are absorbed.

また、前記連結部材を板バネで形成してもよい。
また、前記連結部材をコイルバネで形成してもよい。
また、前記脚は前記測定物に点接触する部位が曲面を有することが好ましい。
Further, the connecting member may be formed of a leaf spring.
Further, the connecting member may be formed by a coil spring.
Further, it is preferable that the leg has a curved surface at a point contact point with the measurement object.

また、前記ホルダ及び脚が、低熱膨張材質からなることが好ましい。
また、上記表面形状計測装置を曲面形状計測装置としてもよい。
The holder and the leg are preferably made of a low thermal expansion material.
The surface shape measuring device may be a curved surface shape measuring device.

本発明によれば、測定物の被検面の形状検出を行う変位センサの力制御が必要でなく、簡単な構成により測定物の被検面を測定することができる。   According to the present invention, it is not necessary to control the force of a displacement sensor that detects the shape of the surface to be measured, and the surface to be measured can be measured with a simple configuration.

一実施形態の表面形状計測装置の側面図。The side view of the surface shape measuring apparatus of one Embodiment. ホルダの底面図。The bottom view of a holder. 表面形状計測装置により複数回測定した測定値の平均値からのばらつきを示す特性図。The characteristic view which shows the dispersion | variation from the average value of the measured value measured in multiple times by the surface shape measuring apparatus. 他の実施形態の表面形状計測装置の側面図。The side view of the surface shape measuring apparatus of other embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した一実施形態の表面形状計測装置を図1〜図3を参照して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a surface shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、表面形状計測装置10は、ホルダ20と、ホルダ20の下面に設けられた3つの脚30、40、50と、ホルダ20に取付けられた変位センサ60を有する。ホルダ20は、熱膨張が極めて低い低熱膨張材質にて形成されている。低熱膨張材質のものとしては、例えば、低熱膨張金属、低熱膨張ガラス、低熱膨張セラミックス等を挙げることができる。なお、前記低熱膨張材質の代わりに、常温付近では熱膨張がないゼロ熱膨張ガラスとしてもよい。また、低熱膨張ガラス、ゼロ熱膨張ガラスとしては、レンズガラスを挙げることができる。低熱膨張金属は、例えば、インバー、スーパーインバー、或いは、コバール等を挙げることができる。本実施形態では、ホルダ20はスーパーインバーにて構成されている。   As shown in FIG. 1, the surface shape measuring apparatus 10 includes a holder 20, three legs 30, 40, 50 provided on the lower surface of the holder 20, and a displacement sensor 60 attached to the holder 20. The holder 20 is formed of a low thermal expansion material with extremely low thermal expansion. Examples of the low thermal expansion material include low thermal expansion metals, low thermal expansion glass, and low thermal expansion ceramics. Note that, instead of the low thermal expansion material, zero thermal expansion glass having no thermal expansion near room temperature may be used. Moreover, lens glass can be mentioned as low thermal expansion glass and zero thermal expansion glass. Examples of the low thermal expansion metal include Invar, Super Invar, and Kovar. In the present embodiment, the holder 20 is composed of a super invar.

図2に示すように脚30、40、50は、三角形の頂点にそれぞれ位置するように配置されている。前記三角形は、正三角形、二等辺三角形に限ることなく、ホルダ20を測定物100の被検面100aに対して載置した場合、安定できる適宜の形状であればよい。   As shown in FIG. 2, the legs 30, 40, 50 are arranged so as to be located at the vertices of the triangle, respectively. The triangle is not limited to an equilateral triangle or an isosceles triangle, and may be any appropriate shape that can be stabilized when the holder 20 is placed on the test surface 100a of the measurement object 100.

前記脚30、40、50は、測定物100の被検面100aに対して点接触する形状が好ましい。点接触する形状としては、曲面を有するものが好ましく、球面を有する球形状(円球、半円球状等を含む)であれば、さらに好ましい。また、前記脚30、40、50は、円錐または角錐であってもよい。円錐または角錐の場合は、それらの頂点が、被検面100aに点接触するようにホルダ20の下面に対して円錐または角錐の底面を固定すればよい。本実施形態では、脚30、40、50は、球面を有する半球状に形成されている。   The legs 30, 40, 50 preferably have a shape that makes point contact with the test surface 100 a of the measurement object 100. The point-contacting shape is preferably a curved surface, and more preferably a spherical shape (including a spherical shape and a semi-spherical shape). Further, the legs 30, 40, 50 may be cones or pyramids. In the case of a cone or a pyramid, the bottom surface of the cone or the pyramid may be fixed to the lower surface of the holder 20 so that the apexes of the cone or the pyramid are in point contact with the test surface 100a. In the present embodiment, the legs 30, 40, 50 are formed in a hemispherical shape having a spherical surface.

また、前記脚30、40、50は、低熱膨張ガラス、低熱膨張セラミックスまたは低熱膨張金属等の熱膨張が極めて低い低熱膨張材質から形成されていることが好ましい。なお、低熱膨張材質の代わりに、常温付近では熱膨張がないゼロ熱膨張ガラスとしてもよい。低熱膨張ガラス、ゼロ熱膨張ガラスとしては、レンズガラスを挙げることができる。   The legs 30, 40, 50 are preferably made of a low thermal expansion material such as a low thermal expansion glass, a low thermal expansion ceramic, or a low thermal expansion metal. Instead of the low thermal expansion material, zero thermal expansion glass having no thermal expansion near room temperature may be used. Examples of the low thermal expansion glass and zero thermal expansion glass include lens glass.

脚30、40、50が前述した低熱膨張材質から形成されているとともに、前記ホルダ20が低熱膨張金属により形成されていることにより、測定時の環境温度による熱膨張に起因した測定誤差をなくすることができる。   The legs 30, 40, and 50 are formed of the above-described low thermal expansion material, and the holder 20 is formed of a low thermal expansion metal, thereby eliminating measurement errors due to thermal expansion due to environmental temperature during measurement. be able to.

図1、図2に示されているX軸方向は、表面形状計測装置の走査方向と同一方向である。また、走査方向はホルダ20を後述する連結部材80を介して剛体部材70により引きずられる引きずり方向でもある。なお、XYZの直交座標は、右手系である。そして、脚30、40は、ホルダ20の走査方向において離間するように配置されている。また、変位センサ60は、被検面100aに対する脚30、40の点接触間を結ぶ直線上において、脚30、40間に位置するように配置されている。本実施形態では、変位センサ60は、脚30、40の点接触する部位の離間距離2Lの半分の位置に位置するように配置されている。変位センサ60は、接触式変位センサ、または非接触式変位センサのいずれであってもよい。接触式変位センサは、例えば電気マイクロメータで構成されたものがある。また、非接触式変位センサでは例えばレーザ式の変位センサ、静電容量型センサがある。これらの変位センサにより、測定物100の被検面100aの形状の高さを検出することが可能である。本実施形態では、非接触式変位センサであるレーザ式の変位センサからなる。   The X-axis direction shown in FIGS. 1 and 2 is the same direction as the scanning direction of the surface shape measuring apparatus. The scanning direction is also a drag direction in which the holder 20 is dragged by the rigid member 70 via a connecting member 80 described later. Note that the XYZ orthogonal coordinates are a right-handed system. The legs 30 and 40 are arranged so as to be separated from each other in the scanning direction of the holder 20. Further, the displacement sensor 60 is disposed so as to be positioned between the legs 30 and 40 on a straight line connecting the point contacts of the legs 30 and 40 with respect to the test surface 100a. In the present embodiment, the displacement sensor 60 is disposed so as to be located at a position that is half of the separation distance 2 </ b> L of the point contact portions of the legs 30 and 40. The displacement sensor 60 may be either a contact type displacement sensor or a non-contact type displacement sensor. A contact type displacement sensor includes, for example, an electric micrometer. Non-contact displacement sensors include, for example, laser displacement sensors and capacitive sensors. With these displacement sensors, it is possible to detect the height of the shape of the test surface 100a of the measurement object 100. In this embodiment, it consists of a laser type displacement sensor which is a non-contact type displacement sensor.

図1に示すように前記ホルダ20は、引きずり方向側に位置する剛体部材70に対して有弾性の連結部材80を介して連結されている。前記連結部材80は、ホルダ20を重力方向に支持しないように剛体部材70に対して連結されている。   As shown in FIG. 1, the holder 20 is connected to a rigid member 70 located on the drag direction side via an elastic connecting member 80. The connecting member 80 is connected to the rigid member 70 so as not to support the holder 20 in the direction of gravity.

図1に示す剛体部材70は、測定物100が載せられるテーブル200に対して相対移動可能な関係にあればよい。
例えば、テーブル200をXYテーブルにした場合、剛体部材70は、前記XYテーブルを移動自在に支持する図示しないベースと一体に固定されたものでよい。また、テーブル200を固定テーブルにした場合、X軸方向に往復動自在に設けられた図示しないガントリーと、前記ガントリーに対してY軸方向に往復動自在に設けられた図示しない移動部材に対して前記剛体部材70が装着されていてもよい。
The rigid member 70 shown in FIG. 1 only needs to be in a relatively movable relationship with respect to the table 200 on which the measurement object 100 is placed.
For example, when the table 200 is an XY table, the rigid member 70 may be fixed integrally with a base (not shown) that supports the XY table movably. Further, when the table 200 is a fixed table, a gantry (not shown) that is reciprocally movable in the X-axis direction and a moving member (not shown) that is reciprocally movable in the Y-axis direction with respect to the gantry. The rigid member 70 may be attached.

上記のように剛体部材70とテーブル200との相対移動の関係により、テーブル200に載せられた測定物100の被検面100aの形状測定が可能である。
前記連結部材80は例えば板バネからなる。連結部材80は、剛体部材70とテーブル200とが走査方向において相対移動した際、前記ホルダ20を引きずるとともに、前記剛体部材70からの振動を吸収するものである。
As described above, the shape of the test surface 100a of the measurement object 100 placed on the table 200 can be measured based on the relative movement relationship between the rigid member 70 and the table 200.
The connecting member 80 is made of, for example, a leaf spring. The connecting member 80 drags the holder 20 and absorbs vibration from the rigid member 70 when the rigid member 70 and the table 200 relatively move in the scanning direction.

本実施形態の表面形状計測装置10は、測定物100の被検面100aが曲面である形状を測定する曲面形状計測装置としている。
(実施形態の作用)
上記のように構成された表面形状計測装置10を逐次3点法で測定物100の被検面100aを測定する場合について説明する。
The surface shape measuring apparatus 10 of the present embodiment is a curved surface shape measuring apparatus that measures a shape in which the test surface 100a of the measurement object 100 is a curved surface.
(Operation of the embodiment)
A case where the surface shape measuring apparatus 10 configured as described above sequentially measures the test surface 100a of the measurement object 100 by the three-point method will be described.

まず、変位センサ60による出力値S(x)について説明する。
剛体部材70と、測定物100を載せたテーブル200とを走査方向に相対移動させた場合、測定物100の被検面100aに対する脚30、40の点接触のX座標は、それぞれ(x−L)と(x+L)となる。この脚30、40の点接触を結ぶ直線は、両点接触のZ軸方向の高さの差により決定される。ここで直線上の点xは、変位センサ60のX軸上における位置を示している。前記直線が予め設定された基準水平面に含まれる場合は、変位センサ60が位置するZ軸方向における原点位置となる。
First, the output value S (x) from the displacement sensor 60 will be described.
When the rigid member 70 and the table 200 on which the measurement object 100 is placed are relatively moved in the scanning direction, the X coordinates of the point contact of the legs 30 and 40 with respect to the test surface 100a of the measurement object 100 are (xL ) And (x + L). The straight line connecting the point contacts of the legs 30 and 40 is determined by the difference in height between the two point contacts in the Z-axis direction. Here, the point x on the straight line indicates the position of the displacement sensor 60 on the X axis. When the straight line is included in a preset reference horizontal plane, it is the origin position in the Z-axis direction where the displacement sensor 60 is located.

そして、測定時において前記基準水平面に対する前記直線の傾斜があって、点xにおける変位センサ60の原点の移動がある場合、変位センサ60の出力値S(x)と、測定物100の被検面100aの断面形状f(x)とは、式(1)の関係である。
S(x)=f(x)−{f(x−L)+f(x+L)}/2 +a ……(1)
上記式(1)は、逐次3点法を実行した場合において、3つの変位センサから取得した走査における運動誤差を除去して断面形状に関する量だけを示すときの差動出力と同じことを意味している。なお、逐次3点法で計測を行う場合、変位センサ60が脚30、40の点接触する部位の離間距離2Lの半分を移動する毎の出力値を採用すればよい。
When there is an inclination of the straight line with respect to the reference horizontal plane at the time of measurement and there is a movement of the origin of the displacement sensor 60 at the point x, the output value S (x) of the displacement sensor 60 and the test surface of the measurement object 100 The cross-sectional shape f (x) of 100a is the relationship of Formula (1).
S (x) = f (x) − {f (x−L) + f (x + L)} / 2 + a (1)
The above equation (1) means the same as the differential output when the three-point method is executed sequentially and the motion error in the scan acquired from the three displacement sensors is removed to show only the amount related to the cross-sectional shape. ing. In the case of performing measurement by the sequential three-point method, an output value may be employed every time the displacement sensor 60 moves half of the separation distance 2L of the part where the legs 30 and 40 are in point contact.

なお、上記式(1)中のaは、逐次3点法における変位センサ間のゼロ点誤差に相当するものである。このゼロ点誤差aは、既知である直線形状に沿って脚30、40、50を当接させて引きずり移動させた際に取得した変位センサ60の値に基づいて校正を行うことができる。   Note that a in the above formula (1) corresponds to a zero point error between the displacement sensors in the sequential three-point method. This zero point error a can be calibrated based on the value of the displacement sensor 60 acquired when the legs 30, 40, 50 are brought into contact with each other along the known linear shape and dragged.

次に、表面形状計測装置10を使用して、実物の測定物100の被検面100aの表面形状を測定した場合の、連結部材80による効果の確認を行った結果を図3に示す。
変位センサ60は下記のものを使用した。
Next, FIG. 3 shows the result of confirming the effect of the connecting member 80 when the surface shape of the test surface 100a of the actual measurement object 100 is measured using the surface shape measuring apparatus 10.
The displacement sensor 60 used the following.

SI−F01:株式会社KEYENCE製
測定範囲 :0.05〜1.1mm
スポット径 :φ20μm
分解能 :0.001μm
上記の変位センサ60をホルダ20に装着して、走査速度20mm/sで走査を行うとともに、サンプル間隔を1mm当たり1点とし、測定物100の被検面100aの同一箇所を20回計測した。測定物100の被検面100aは、凸形状の鏡面を有するものであるが、表面形状は未知のものである。
SI-F01: manufactured by KEYENCE Co., Ltd. Measurement range: 0.05 to 1.1 mm
Spot diameter: φ20μm
Resolution: 0.001 μm
The displacement sensor 60 was mounted on the holder 20 and scanned at a scanning speed of 20 mm / s. The sample interval was set to one point per 1 mm, and the same portion of the test surface 100a of the measurement object 100 was measured 20 times. The test surface 100a of the measurement object 100 has a convex mirror surface, but the surface shape is unknown.

なお、ホルダ20は、連結部材80を介して平面研削盤の上部構造物の剛体を剛体部材70として使用し、前記平面研削盤の可動テーブルをテーブル200として使用した。
図3は、測定物100上において、幅200mmの距離を前述した20回計測したときの測定値の平均値からのばらつきを示している。図3において、横軸が走査距離で単位はmmである。また、縦軸は、計測した測定値の平均値からの偏差で単位はマイクロメートルである。
In addition, the holder 20 used the rigid body of the superstructure of the surface grinding machine via the connecting member 80 as the rigid body member 70, and used the movable table of the surface grinding machine as the table 200.
FIG. 3 shows the variation from the average value of the measured values when the distance of 200 mm on the measured object 100 is measured 20 times as described above. In FIG. 3, the horizontal axis is the scanning distance, and the unit is mm. The vertical axis is the deviation from the average value of the measured values, and the unit is micrometer.

図3において、40mm付近の形状が劣化している場所を除いて、標準偏差が0.5nmを実現している。これは、テーブル200と剛体部材70とを相対移動した場合に、連結部材80を介してホルダ20が引きずり移動するが、剛体部材70からの振動が連結部材80により吸収された結果によるものと思われる。   In FIG. 3, the standard deviation is 0.5 nm except for the place where the shape around 40 mm is deteriorated. This is probably because the holder 20 is dragged and moved through the connecting member 80 when the table 200 and the rigid member 70 are moved relative to each other, but the vibration from the rigid member 70 is absorbed by the connecting member 80. It is.

本実施形態では、下記の特徴を有する。
(1) 本実施形態の表面形状計測装置10は、測定物100の被検面100aに点接触する3つの脚30,40、50を有するホルダ20を有する。前記ホルダ20には、測定時の走査方向において離間する2つの脚30、40間に位置するように被検面100aの形状を計測する変位センサ60を備える。また、ホルダ20に対し有弾性の連結部材80を介して連結される剛体部材70を有する。また、連結部材80は、ホルダ20と測定物100とが走査方向に相対移動する間、剛体部材70に連結状態でホルダを引きずるとともに剛体部材70からの振動を吸収するようにした。
This embodiment has the following features.
(1) The surface shape measuring apparatus 10 of the present embodiment includes a holder 20 having three legs 30, 40, and 50 that are in point contact with the test surface 100 a of the measurement object 100. The holder 20 includes a displacement sensor 60 that measures the shape of the test surface 100a so as to be positioned between the two legs 30 and 40 that are separated in the scanning direction at the time of measurement. Moreover, it has the rigid member 70 connected with the holder 20 through the elastic connection member 80. As shown in FIG. Further, the connecting member 80 drags the holder in a connected state to the rigid member 70 and absorbs vibration from the rigid member 70 while the holder 20 and the measurement object 100 are relatively moved in the scanning direction.

この結果、本実施形態によれば、測定物の被検面の形状検出を行う変位センサの力制御が必要でなく、簡単な構成により測定物の被検面を測定することができる。また、本実施形態では、ホルダ20を引きずるだけであるため、ホルダをガイドするガイド部材は必要でない。   As a result, according to the present embodiment, it is not necessary to control the force of the displacement sensor for detecting the shape of the surface to be measured, and the surface to be measured can be measured with a simple configuration. In this embodiment, since only the holder 20 is dragged, a guide member for guiding the holder is not necessary.

(2)本実施形態の表面形状計測装置10の連結部材80を板バネとした。この結果、本実施形態によれば、剛体部材70からの振動を連結部材80により吸収して、精度の高い計測を行うことができる。   (2) The connecting member 80 of the surface shape measuring apparatus 10 of this embodiment is a leaf spring. As a result, according to the present embodiment, vibration from the rigid member 70 can be absorbed by the connecting member 80, and highly accurate measurement can be performed.

(3)本実施形態の表面形状計測装置10の脚30、40、50は、測定物100に点接触する部位に曲面を有するようにした。この結果、本実施形態によれば、測定時に脚30、40、50が測定物100の被検面100aに対して曲面で点接触するため、被検面100aに対して傷つきを抑制できる。   (3) The legs 30, 40, 50 of the surface shape measuring apparatus 10 according to the present embodiment have a curved surface at a portion that makes point contact with the measurement object 100. As a result, according to the present embodiment, the legs 30, 40, and 50 make point contact with the test surface 100a of the measurement object 100 at a curved surface during measurement, so that damage to the test surface 100a can be suppressed.

(4)本実施形態の表面形状計測装置10のホルダ20及び脚30、40、50が、低熱膨張材質からなる。この結果、測定時の環境温度によるホルダ20及び脚30、40、50の熱膨張に起因した測定誤差をなくすることができる。   (4) The holder 20 and the legs 30, 40, 50 of the surface shape measuring apparatus 10 of this embodiment are made of a low thermal expansion material. As a result, a measurement error due to thermal expansion of the holder 20 and the legs 30, 40, 50 due to the environmental temperature at the time of measurement can be eliminated.

(5)本実施形態の表面形状計測装置10を、曲面形状計測装置とした。この結果、本実施形態では、測定物100の被検面100aが曲面の形状を測定する際に、上記(1)の効果を奏することができる。   (5) The surface shape measuring device 10 of the present embodiment is a curved surface shape measuring device. As a result, in this embodiment, when the test surface 100a of the measurement object 100 measures the shape of the curved surface, the effect (1) can be achieved.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態の表面形状計測装置10を図4を参照して説明する。なお、第1実施形態の表面形状計測装置10と同一または相当する構成については、同一符号を付してその詳細説明を省略し、異なる構成について説明する。
(Second Embodiment)
Next, the surface shape measuring apparatus 10 of 2nd Embodiment is demonstrated with reference to FIG. In addition, about the structure which is the same as that of the surface shape measuring apparatus 10 of 1st Embodiment, or equivalent, the same code | symbol is attached | subjected, the detailed description is abbreviate | omitted, and a different structure is demonstrated.

第1実施形態の表面形状計測装置10は、連結部材80を板バネにより構成したが、本実施形態の連結部材180は、コイルバネにより構成されているところが異なっている。また、第1実施形態では、図1に示すようにホルダ20は、引きずり方向側に位置する剛体部材70に対して有弾性の連結部材80を介して連結した。これに対して、本実施形態では、図4に示すように、ホルダ20の上方に剛体部材70を配置するとともに、前記剛体部材70と連結部材180とを連結したところが異なっている。   In the surface shape measuring apparatus 10 of the first embodiment, the connecting member 80 is configured by a leaf spring, but the connecting member 180 of the present embodiment is configured by a coil spring. Moreover, in 1st Embodiment, as shown in FIG. 1, the holder 20 was connected with the rigid member 70 located in the drag direction side via the elastic connection member 80. As shown in FIG. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the rigid member 70 is disposed above the holder 20 and the rigid member 70 and the connecting member 180 are connected.

このように表面形状計測装置10を構成しても、第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
Even if the surface shape measuring apparatus 10 is configured in this manner, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
In addition, embodiment of this invention is not limited to the said embodiment, You may change as follows.

・前記実施形態では、脚30、40、50を低熱膨張ガラスまたは低熱膨張金属から形成した。しかし、測定物100の被検面100aの測定環境温度が一定温度にコントロールされている環境下であれば、脚30、40、50の材質は、低熱膨張ガラスまたは低熱膨張金属に限定する必要はない。この場合は、測定環境温度が一定であるため、脚30、40、50が熱膨張の悪影響を受けることなく、測定物100の被検面100aの表面形状を測定できる。   In the above embodiment, the legs 30, 40, 50 are formed from low thermal expansion glass or low thermal expansion metal. However, if the measurement environment temperature of the surface 100a to be measured 100 is controlled to a constant temperature, the material of the legs 30, 40, and 50 need not be limited to low thermal expansion glass or low thermal expansion metal. Absent. In this case, since the measurement environment temperature is constant, the surface shape of the test surface 100a of the measurement object 100 can be measured without the leg 30, 40, 50 being adversely affected by thermal expansion.

・前記実施形態では、変位センサ60を、脚30、40の点接触間を結ぶ直線上において、脚30、40間に位置するように配置するとともに、脚30、40から等距離となるように配置したが、この位置に限定するものではない。例えば、脚30、40の点接触間を結ぶ直線上において、脚30、40のいずれか一方が他方よりも近位となるように変位センサ60を配置してもよい。この場合は、前記式(1)において、脚30と変位センサ60間の距離と、脚40と変位センサ60の距離の比率に応じて、変位センサ60の出力値S(x)を算出すればよい。この場合においても、被検面100aが曲面である場合においても、断面形状の計測が可能である。   In the above-described embodiment, the displacement sensor 60 is disposed so as to be positioned between the legs 30 and 40 on the straight line connecting the point contacts of the legs 30 and 40 and is equidistant from the legs 30 and 40. Although arranged, it is not limited to this position. For example, the displacement sensor 60 may be arranged so that one of the legs 30 and 40 is more proximal than the other on a straight line connecting the point contacts of the legs 30 and 40. In this case, if the output value S (x) of the displacement sensor 60 is calculated according to the ratio of the distance between the leg 30 and the displacement sensor 60 and the distance between the leg 40 and the displacement sensor 60 in the equation (1). Good. Even in this case, the cross-sectional shape can be measured even when the test surface 100a is a curved surface.

・前記実施形態では、表面形状計測装置10を曲面形状計測装置としたが、測定物100の被検面100aが平面を計測することも可能である。この場合には、表面形状計測装置10は、平面形状計測装置になる。   In the embodiment, the surface shape measuring device 10 is a curved surface shape measuring device, but the test surface 100a of the measurement object 100 can also measure a flat surface. In this case, the surface shape measuring device 10 is a planar shape measuring device.

平面形状計測装置にする場合、脚30と脚50とを走査方向とは直交する線(以下、第1直線という)上に並べるとともに、脚40を前記第1直線とは直交する線(以下、第2直線という)上に配置してもよい。そして、第2直線上において、第2直線と第1直線の交点・脚40間に、変位センサ60を配置してもよい。   When the planar shape measuring device is used, the leg 30 and the leg 50 are arranged on a line orthogonal to the scanning direction (hereinafter referred to as a first straight line), and the leg 40 is orthogonal to the first straight line (hereinafter referred to as the first straight line). You may arrange | position on a 2nd straight line. Then, the displacement sensor 60 may be disposed between the intersection point / leg 40 of the second straight line and the first straight line on the second straight line.

・第1実施形態の連結部材80を板バネの代わりにコイルバネとしてもよい。また、第2実施形態の連結部材180をコイルバネの代わりに板バネとしてもよい。また、連結部材80、180は、板バネ、またはコイルバネに限定するものではなくこれら以外の他の弾性部材であってもよい。   -It is good also considering the connection member 80 of 1st Embodiment as a coil spring instead of a leaf | plate spring. Further, the connecting member 180 of the second embodiment may be a leaf spring instead of the coil spring. The connecting members 80 and 180 are not limited to leaf springs or coil springs, and may be other elastic members.

・第1実施形態では、被検面100aに対する脚30、40の点接触間を結ぶ直線上において、変位センサ60を脚30、40間に位置するように配置した。この代わりに、被検面100aに対する脚30、40の点接触間を結ぶ円弧線上において、変位センサ60を脚30、40間に位置するように配置してもよい。なお、前記円弧線は、予め曲率半径が設定されたものである。また、変位センサ60の前記円弧線上の位置は、脚30、40間において適宜の位置でよく、例えば、脚30、40間の円弧線上の離間距離の1/2となる位置に配置すればよい。   In the first embodiment, the displacement sensor 60 is disposed so as to be positioned between the legs 30 and 40 on a straight line connecting the point contacts of the legs 30 and 40 with the test surface 100a. Instead of this, the displacement sensor 60 may be disposed between the legs 30 and 40 on an arc line connecting the point contacts of the legs 30 and 40 with the test surface 100a. The arc line has a radius of curvature set in advance. Further, the position of the displacement sensor 60 on the arc line may be an appropriate position between the legs 30 and 40, for example, it may be arranged at a position that is ½ of the separation distance on the arc line between the legs 30 and 40. .

このようにすると、脚30、変位センサ60、及び脚40が、前記円弧線上における被検面上の同じ点上に順に移動して、変位センサ60が前記同じ点を計測していくことにより、逐次3点法による被検面の断面形状の計測が可能となる。   In this way, the leg 30, the displacement sensor 60, and the leg 40 sequentially move onto the same point on the test surface on the arc line, and the displacement sensor 60 measures the same point, The cross-sectional shape of the surface to be measured can be measured by the sequential three-point method.

10…表面形状計測装置、20…ホルダ、30,40,50…脚、
60…変位センサ、70…剛体部材、80…連結部材、
100…測定物、100a…被検面、200…テーブル。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Surface shape measuring device, 20 ... Holder, 30, 40, 50 ... Leg,
60 ... Displacement sensor, 70 ... Rigid member, 80 ... Connecting member,
100: Measurement object, 100a: Test surface, 200: Table.

Claims (6)

測定物の被検面に点接触する3つの脚を有するホルダと、
測定時の走査方向において離間する2つの前記脚間に位置するように前記ホルダに設けられるとともに、前記被検面の形状を計測する変位センサと、
前記ホルダに対し有弾性の連結部材を介して連結される剛体部材とを有し、
前記連結部材は、前記ホルダと前記測定物とが前記走査方向に相対移動する間、前記剛体部材に連結状態で前記ホルダを前記被検面に3つの脚を当接させて引きずるとともに前記剛体部材からの振動を吸収する表面形状計測装置。
A holder having three legs in point contact with the surface to be measured;
A displacement sensor that is provided on the holder so as to be positioned between the two legs that are spaced apart in the scanning direction at the time of measurement, and that measures the shape of the test surface;
A rigid member connected to the holder via an elastic connecting member;
While the holder and the object to be measured move relative to each other in the scanning direction, the connecting member drags the holder with the three members abutting on the test surface while being connected to the rigid member, and the rigid member. Surface shape measuring device that absorbs vibration from the surface.
前記連結部材は板バネからなる請求項1に記載の表面形状計測装置。   The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the connecting member is a leaf spring. 前記連結部材はコイルバネである請求項1に記載の表面形状計測装置。   The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the connecting member is a coil spring. 前記脚は、前記測定物に点接触する部位が曲面を有する請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載の表面形状計測装置。   The surface shape measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein a portion of the leg that makes point contact with the measurement object has a curved surface. 前記ホルダ及び脚が、低熱膨張材質からなる請求項1乃至請求項4のうちいずれか1項に記載の表面形状計測装置。   The surface shape measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the holder and the leg are made of a low thermal expansion material. 請求項1乃至請求項5うちいずれか1項に記載の表面形状計測装置が曲面形状計測装置である表面形状計測装置。   A surface shape measuring device, wherein the surface shape measuring device according to any one of claims 1 to 5 is a curved surface shape measuring device.
JP2014048778A 2014-03-12 2014-03-12 Surface shape measuring device Active JP6294111B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014048778A JP6294111B2 (en) 2014-03-12 2014-03-12 Surface shape measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014048778A JP6294111B2 (en) 2014-03-12 2014-03-12 Surface shape measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015172541A JP2015172541A (en) 2015-10-01
JP6294111B2 true JP6294111B2 (en) 2018-03-14

Family

ID=54259959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014048778A Active JP6294111B2 (en) 2014-03-12 2014-03-12 Surface shape measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6294111B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2610494B2 (en) * 1988-09-21 1997-05-14 株式会社東京精密 Ingot end face shape measurement method
JP2855500B2 (en) * 1993-01-18 1999-02-10 株式会社ミツトヨ Surface roughness measuring device
JP2000227322A (en) * 1999-02-08 2000-08-15 Nikon Corp Method and system for measuring radius of curvature

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015172541A (en) 2015-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4486682B2 (en) Measuring probe for use in coordinate measuring instruments
US9080867B2 (en) Measuring method for an articulated-arm coordinate measuring machine
JP5324214B2 (en) Surface detection device with optical sensor
JP2004286751A (en) Apparatus for detecting position of probe element in multi-coordinate measuring instrument
JP5902485B2 (en) Method for evaluating the probe shape of a scanning probe microscope
JP5838370B2 (en) Probe for 3D shape measuring equipment
JP6488073B2 (en) Stage apparatus and charged particle beam apparatus using the same
JP2010286475A (en) Probe for three-dimensional shape measuring apparatus, and three-dimensional shape measuring apparatus
JP2017181135A (en) Scanning type probe microscope and method for detecting the probe contact
JP5158791B2 (en) measuring device
JP5371532B2 (en) CMM
JP6294111B2 (en) Surface shape measuring device
JP6611582B2 (en) Measuring device and measuring method
JP2017096906A (en) Method of measuring topographic profile and/or topographic image
JP2013142685A (en) Shape measuring device
JP7072990B2 (en) Measuring device and measuring method
JP2014149247A (en) Measurement method, determination method, and measurement instrument
JP5645349B2 (en) Shape measuring device
JP7033844B2 (en) Shape measuring method and shape measuring device
JP6879997B2 (en) Positioning arm and method for placing the scanning head on the support surface
JP2011164023A (en) Surface shape measuring device
Dontsov et al. Measurements of Three-Dimensional Freeform and Aspheric Geometries
JP2017015534A (en) Measurement device

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20151009

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20151009

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161222

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171019

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171024

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171220

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180116

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180215

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6294111

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250