JP6388384B2 - Measuring device and processing device - Google Patents
Measuring device and processing device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6388384B2 JP6388384B2 JP2014163292A JP2014163292A JP6388384B2 JP 6388384 B2 JP6388384 B2 JP 6388384B2 JP 2014163292 A JP2014163292 A JP 2014163292A JP 2014163292 A JP2014163292 A JP 2014163292A JP 6388384 B2 JP6388384 B2 JP 6388384B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- processing unit
- signal processing
- measurement
- control unit
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
本発明は、計測装置、および処理装置に関する。 The present invention, the measuring device, about your and processing equipment.
非接触プローブ(第1の計測装置)を有するプローブヘッドを3軸駆動ステージや回転ヘッドなどの空間移動可能な機構に搭載した多軸駆動の非接触3次元計測装置(処理装置)は、被検物を非接触状態で測長できることから高速計測に好適である。このような処理装置では、例えば、測長光の高速スキャンを実現する機構として、ガルバノミラーのような高速回転ミラーを採用することが多い。一般的なガルバノミラーは、回転軸に取り付けたミラーの位置情報を取得するエンコーダ(第2の計測装置)を有し、エンコーダは、処理装置内の制御部から入力されたデータ取得トリガ信号に応じて位置情報を出力する。制御部は、3軸駆動ステージや回転ヘッドなどの機構に取り付けられたエンコーダからの各軸の位置情報(計測情報)と非接触プローブからの測長情報(計測情報)とを同期して取得し、これらのデータから被検物の形状データを生成する。 A multi-axis non-contact three-dimensional measurement device (processing device) in which a probe head having a non-contact probe (first measurement device) is mounted on a spatially movable mechanism such as a three-axis drive stage or a rotary head is Since the object can be measured in a non-contact state, it is suitable for high-speed measurement. In such a processing apparatus, for example, a high-speed rotating mirror such as a galvanometer mirror is often employed as a mechanism for realizing high-speed scanning of length measuring light. A general galvanometer mirror has an encoder (second measuring device) that acquires position information of a mirror attached to a rotating shaft, and the encoder responds to a data acquisition trigger signal input from a control unit in the processing device. Position information. The control unit acquires the position information (measurement information) of each axis from an encoder attached to a mechanism such as a three-axis drive stage and a rotary head in synchronization with the length measurement information (measurement information) from a non-contact probe. From these data, the shape data of the test object is generated.
しかしながら、エンコーダや非接触プローブは、フォトトランジスタなどのセンサ、増幅段などのアナログ回路またはデジタル変換器などを含む処理回路を有し、信号増幅等のアナログ的な信号処理が実行されることになるため、その間に遅延時間が生じ得る。このような遅延時間は、エンコーダや非接触プローブごとの回路構成の違いや温度変化など経時的変化によって異なる。したがって、エンコーダの位置情報を取得する各軸のタイミングや非接触プローブの測長情報を取得するタイミングに相対的なずれが生じ、このずれに起因して計測精度に誤差が発生し得る。 However, the encoder and the non-contact probe have a processing circuit including a sensor such as a phototransistor, an analog circuit such as an amplification stage or a digital converter, and analog signal processing such as signal amplification is executed. Therefore, a delay time may occur between them. Such a delay time varies depending on changes over time such as a difference in circuit configuration for each encoder and non-contact probe and a temperature change. Therefore, a relative shift occurs in the timing of each axis for acquiring the position information of the encoder and the timing of acquiring the length measurement information of the non-contact probe, and an error may occur in measurement accuracy due to this shift.
そこで、特許文献1は、取得した位置データからタイミング遅延分の誤差を推測し、取得した位置情報に推測した誤差を加算することで、遅延による影響を取り除くエンコーダを開示している。特許文献2は、エンコーダ内のサンプリング動作タイミングに関連した信号を制御部に送信し、この信号の時間を計測することで、遅延時間を補正するシステムを開示している。また、特許文献3は、干渉信号の周波数変化が引き起こすフィルタ回路の遅延を調整するレーザー測長装置を開示している。
Therefore,
ここで、特許文献1および2に開示されている技術では、制御部からの情報要求パルスに対するエンコーダ内のサンプリング動作タイミングのずれを校正する。しかしながら、フォトトランジスタの特性変動や増幅段などのアナログ部の遅延時間を厳密に調整することは難しい。一方、特許文献3に開示されている技術では、干渉信号の周波数の差が生じるフィルタ回路の遅延を調整することはできる。しかしながら、内部にトリガ信号と実際のデジタル変換のタイミングとの差の計測を行い、その差を考慮したトリガ信号やクロック信号の相対的ずれを調整することはしないため、精度面で改善の余地がある。
Here, in the techniques disclosed in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、計測精度の点で有利な計測装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a measurement device that is advantageous in terms of measurement accuracy, for example.
上記課題を解決するために、本発明は、センサの出力に基づいて被検物の位置を計測する計測装置であって、トリガ信号に応じてセンサの出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換してデジタル信号を出力する第1信号処理部と、計測要求信号に基づいてトリガ信号を第1信号処理部に出力し、トリガ信号に応じて第1信号処理部から出力されたデジタル信号を受ける第2信号処理部と、を有し、第2信号処理部は、トリガ信号のタイミングと、第1信号処理部によりトリガ信号に応じてアナログ信号から変換されて出力されるデジタル信号のタイミングとの差の分だけ、計測要求信号よりも前にトリガ信号を第1信号処理部に出力することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a measuring device that measures the position of a test object based on the output of a sensor, and converts an analog signal that is the output of the sensor into a digital signal in response to a trigger signal. A first signal processing unit that outputs a digital signal and a trigger signal that is output to the first signal processing unit based on the measurement request signal and a digital signal that is output from the first signal processing unit in response to the trigger signal. The second signal processing unit includes a difference between the timing of the trigger signal and the timing of the digital signal converted from the analog signal according to the trigger signal by the first signal processing unit and output. Therefore, the trigger signal is output to the first signal processing unit before the measurement request signal.
本発明によれば、例えば、計測精度の点で有利な計測装置を提供することができる。 According to the present invention, for example, it is possible to provide a measurement device that is advantageous in terms of measurement accuracy.
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態に係る計測装置と、この計測装置を含む処理装置とについて説明する。図1は、本実施形態に係る計測装置を複数含み得る処理装置1の構成を示す概略斜視図である。処理装置1は、部品、または部品を製造するための金型などを被検物(被計測物)Wとし、被検物Wの位置を非接触で測長(計測)する非接触3次元計測装置である。なお、以下の各図において、被検物Wが定盤2上に載置された状態での平面内に互いに直交するX軸およびY軸を取り、XY平面に垂直(本実施形態ではプローブヘッド11と被検物Wとが向かい合う方向)にZ軸を取っている。処理装置1は、駆動ステージと、制御部12とを有する。
(First embodiment)
First, the measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention and a processing apparatus including the measurement apparatus will be described. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a
駆動ステージは、プローブヘッド11をXYZの3軸方向に移動自在とし、被検物Wを搭載する定盤2と、Yキャリッジ3と、Xスライダー4と、Zスピンドル5とを含む。Yキャリッジ3は、Z軸方向に延びる一対の脚部を有し、互いの上端部(Z軸方向プラス側)は、Xビーム6で連結している。Yキャリッジ3の各脚部の下端部(Z軸方向マイナス側)は、定盤2の両側に配置されたエアガイドに連結し、このエアガイドは、Yキャリッジ3をY軸方向に移動自在に支持する。Xビーム6は、Xスライダー4を、エアガイドを介してX軸方向に移動自在に支持する。Xスライダー4は、Zスピンドル5を、エアガイドを介してZ軸方向に移動自在に支持する。Zスピンドル5は、その下端部に、回転ヘッド10を介してプローブヘッド11を支持する。
The drive stage includes a
また、駆動ステージは、プローブヘッド11のXYZの位置座標を読み取るための本実施形態に係る第1の計測装置として、Y座標計測用のリニアエンコーダ7と、不図示であるがX座標計測用とZ座標計測用との各リニアエンコーダとを有する。Y座標計測用のリニアエンコーダ7は、Yキャリッジ3の一方の脚部近傍に設置されている。X座標計測用のリニアエンコーダは、Xビーム6に設置されている。Z座標計測用のリニアエンコーダは、Zスピンドル5に設置されている。
The drive stage is a first measuring device according to the present embodiment for reading the XYZ position coordinates of the
また、Yキャリッジ3をY軸方向に移動させるための駆動部として、駆動ステージは、定盤2に設置されるYシャフト13と、Yキャリッジ3に設置されるY可動部8とを有する。Xスライダー4をX軸方向に移動させるための駆動部として、駆動ステージは、Yキャリッジ3に設置されるXシャフト14と、Xスライダー4に設置されるX可動部9とを有する。Zスピンドル5をZ軸方向に移動させるための駆動部として、駆動ステージは、Xスライダー4に設置される不図示のZシャフトと、Zスピンドル5に設置される不図示のZ可動部とを有する。また、駆動ステージは、Zスピンドル5の先端部に、プローブヘッド11の姿勢を変化させるための回転ヘッド10を有する。回転ヘッド10は、Z軸周りの回転(ωZ)を可能とし、不図示であるが、回転量ωZを計測する本実施形態に係る第2の計測装置としてのロータリーエンコーダを含む。そして、回転ヘッド10の先端には、本実施形態に係る第3の計測装置としての測長ユニット(非接触プローブ)を含むプローブヘッド11が設置される。なお、各エンコーダおよび測長ユニットについては、以下で詳説する。また、上記の駆動ステージの構成は一例であって、例えば、このうちの一部の機構のみで構成されるものであってもよい。
In addition, as a drive unit for moving the
制御部12は、各軸方向用の各駆動部、回転ヘッド10およびプローブヘッド11に駆動指令を送信して、それらの動作に伴って得られた各軸の計測情報を取得、解析し、最終的に被検物Wの形状を求める。図2は、制御部12の構成を示すブロック図である。制御部12は、ユーザーインタフェース(UI)24と、温度や振動などの環境情報を取得する環境計測部39と、主制御部29と、演算制御部15と、X軸制御部16と、Y軸制御部17と、Z軸制御部18と、回転ヘッド制御部(ωZ軸制御部)19とを含む。また、制御部12は、プローブヘッド11内の偏向機構を制御するω1軸制御部20およびω2軸制御部21と、測長値を取得する測長ユニット制御部22とを含む。
The
主制御部29は、制御部12に含まれる各構成要素(回路)に電気的に接続され、各処理を統括する。特に本実施形態では、主制御部29は、各エンコーダおよび測長ユニットを用いた本計測において、計測情報の取得を開始するために、計測要求開始信号を各駆動部等に送信する。
The
演算制御部15は、ユーザーインタフェース24から入力される情報に基づいて、Yキャリッジ3、Xスライダー4、Zスピンドル5および回転ヘッド10の各制御量や、プローブヘッド11内の偏向機構や測長値を取得するタイミングを算出する。ここで、ユーザーインタフェース24から入力される情報としては、CAD情報や計測条件などがある。また、演算制御部15は、X軸制御部16、Y軸制御部17、Z軸制御部18、回転ヘッド制御部19、ω1軸制御部20、ω2軸制御部21および測長ユニット制御部22に、算出した制御量や動作タイミングを指令値として送信する。X軸制御部16、Y軸制御部17、Z軸制御部18および回転ヘッド制御部19は、それぞれ演算制御部15から指示された制御量に基づいて、Y可動部8、X可動部9、Z軸可動部および回転ヘッド10を駆動させる。ω1軸制御部20およびω2軸制御部21は、それぞれ演算制御部15から指示された制御量に基づいて、ω1軸可動部およびω2軸可動部を駆動させる。測長ユニット制御部22は、演算制御部15から指示された制御信号に基づいて、測長ユニットに測長情報(測長値)を取得させる。演算制御部15は、各軸の指示値および測長情報に基づいて、環境計測部39が取得した情報を参照して補正しつつ、計測点の位置座標および被検物Wの形状値を算出する。演算制御部15は、このような動作を繰り返すことで最終的に被検物Wの形状(面形状)データを取得し得る。
Based on information input from the
次に、測長ユニットを含むプローブヘッド11について説明する。図3は、プローブヘッド11の構成および動作を説明する図である。図3(a)は、プローブヘッド11の構成を示す概略図である。プローブヘッド11は、測長ユニット40と、それぞれ高速で回転可能な偏向機構としてのω1軸可動部25およびω2軸可動部26とを含む。測長ユニット40は、光源部41からの光(ビーム)を測長光23として出射するとともに、被検物Wに照射して反射された光を検出し演算することで、被検物Wの位置、より具体的には被検物W上の被検面28までの距離を計測する非接触プローブである。測長ユニット40から出射された測長光23は、ω1軸可動部25のミラー面25Aで反射された後、さらにω2軸可動部26のミラー面26Aで反射され、被検面28に照射される。被検面28で反射された光は、この逆の光路を辿って測長ユニット40に戻る。図3(b)は、ω1軸可動部25およびω2軸可動部26の回転角度についてのタイミングチャートである。また、図3(c)は、図3(b)のタイミングチャートに基づく動作により得られる被検面28上の走査軌跡を示す図である。図3(b)に従い、ω1軸可動部25の回転角度をω1cからω1dまで回転させ、かつ、ω2軸可動部26の回転角度をω2aからω2bまでの間を往復させると、図3(c)に示すようなY軸方向に進みX軸方向で往復を繰り返す2次元走査が可能となる。
Next, the
図4は、測長ユニット40の構成を示すブロック図である。このうち、図4(a)は、測長ユニット40全体の構成を示すブロック図である。測長ユニット40としては、接触式、光学式または静電容量式の検出部を有するプローブを採用可能であるが、ここでは、高精度かつ高速で計測するのに好適な光学式の非接触プローブとする。また、レーザー干渉計の原理を用いた計測方法で、被検物Wまでの距離をナノメートルからマイクロメートルまでのオーダーの精度で計測(測長)することができるヘテロダイン干渉計を用いるものとする。測長ユニット40は、光源部41と、センサ信号処理部42と、デジタル信号処理部43と、入力回路44と、出力回路45とを含む。光源部41は、LEDまたはレーザーなどを発光させ、所望の光を生成する。センサ信号処理部(第1信号処理部)42は、光源部41で生成された周波数frで変調された基準光と、周波数frで変調されかつ被検物Wの測長情報を含む測長光とを電気信号に変換処理する。デジタル信号処理部(第2信号処理部)43は、センサ信号処理部42で得られたデジタル信号を演算処理、分割処理、補正処理、一時記憶およびクロック制御などを実行する。入力回路44は、デジタル信号処理部43からの信号を受信する。出力回路45は、測長ユニット制御部22へデジタル信号を出力する。ここで、デジタル信号処理部43としては、デジタル信号を高速に処理することが可能なFPGA、ASICまたはDSPなどが採用可能であり、さらにマイクロプロセッサやロジックICなどを併用してもよい。なお、FPGAは、Field Programable Gate Arrayの略語である。ASICは、Application Specific Integrated Circuitの略語である。DSPは、Digital Signal Processorの略語である。また、入力回路44および出力回路45は、ロジックICを用いたり、またはデジタル信号処理部43内に同等の機能を備えさせて代用するものとしてもよい。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the
図4(b)は、センサ信号処理部42の構成を示すブロック図である。センサ信号処理部42は、センサ50と、信号制御部51と、電流電圧変換回路52と、増幅回路53と、ローパスフィルタ54と、A/D変換部55とを含む。センサ50は、光、変位または温度などを検出して被検物Wの形状に応じた電流を発生させる。センサ50としては、高精度な測長に有利なフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどの光電変換素子を採用し得る。信号制御部(第3信号処理部)51は、センサ50の出力側に設置され、センサ50で発生した電流の導通を外部信号により制御する。信号制御部51としては、外部信号に基づいて高速でスイッチング(切り換え)できるものが望ましく、例えばトランジスタやMOSFETなど半導体素子が好適である。電流電圧変換回路52は、信号制御部51から出力された電流を電圧値のアナログ信号に変換する。増幅回路53は、電流電圧変換回路52から送信されたアナログ信号を増幅する。ローパスフィルタ54は、増幅回路53から送信された増幅後のアナログ信号に含まれるノイズを除去する。A/D変換部55は、ローパスフィルタ54を通過したアナログ信号を外部から与えられる所定のタイミングでサンプリングし、デジタル信号digに変換する。
FIG. 4B is a block diagram illustrating a configuration of the sensor
次に、Y可動部8、X可動部9、Z軸可動部(不図示)、回転ヘッド10、ω1軸可動部25またはω2軸可動部26に使用され得るエンコーダの代表として、ω2軸可動部26の位置を検出するためのエンコーダ30について説明する。
Next, as a representative of an encoder that can be used for the Y
図5は、エンコーダ30の構成を示すブロック図である。このうち、図5(a)は、エンコーダ30全体の構成を示すブロック図である。エンコーダ30としては、光学式、磁気式または静電容量式などのエンコーダが採用可能であるが、ここでは、高精度で応答性が良く、高速で駆動する可動部に対応させるのに好適な光学式のエンコーダ(ロータリーエンコーダ)とする。エンコーダ30は、光源部31と、円盤32と、センサ信号処理部33と、デジタル信号処理部34と、入力回路35と、出力回路36とを含む。光源部31は、LEDまたはレーザーなどの発光素子38(図5(b)参照)を発光させ、所望の光を生成する。円盤32は、中心軸回りに回転自在であり、放射状にスリットを有する。センサ信号処理部(第1信号処理部)33は、円盤32のスリットを通過した光を受光して、受光状態に応じた所望の信号に処理する。エンコーダ30は、A相とB相との互いに90°位相が異なる2つの信号出力から位置情報を算出する。デジタル信号処理部(第2信号処理部)34は、センサ信号処理部33で得られたデジタル信号を演算処理、分割処理、補正処理、一時記憶およびクロック制御などを実行する。入力回路35は、ω2軸制御部21からの信号を受信する。出力回路36は、ω2軸制御部21へデジタル信号を出力する。なお、Y可動部8、X可動部9およびZ軸可動部は、ロータリエンコーダではなくリニアエンコーダを採用し、この場合、円盤32に換えて反射型または透過型のリニアスケールを用いることとなり、それぞれこれに合わせた発光素子および受光素子を配置する。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the
図5(b)は、センサ信号処理部33の構成を示すブロック図である。なお、A相とB相とのセンサ信号処理部33は、基本構成は同一であるので、以下、A相のものを代表して説明する。センサ信号処理部33は、センサ60と、信号制御部61と、電流電圧変換回路62と、増幅回路63と、ローパスフィルタ64と、A/D変換部65とを含む。センサ60は、光源部31内の発光素子38からの光を受光し、受光量に応じた電流を発生させる光電変換素子である。信号制御部(第3信号処理部)61は、センサ60で発生した電流の導通を外部信号により制御する。信号制御部61としては、外部信号に基づいて高速でスイッチングできるものが望ましく、例えばトランジスタやMOSFETなど半導体素子が好適である。電流電圧変換回路62は、信号制御部61から出力された電流を電圧値のアナログ信号に変換する。増幅回路63は、電流電圧変換回路62から送信されたアナログ信号を増幅する。ローパスフィルタ64は、増幅回路63から送信された増幅後のアナログ信号に含まれるノイズを除去する。A/D変換部65は、ローパスフィルタ64を通過したアナログ信号を外部から与えられる所定のタイミングでサンプリングし、デジタル信号digに変換する。
FIG. 5B is a block diagram illustrating a configuration of the sensor
次に、処理装置1と、各計測装置(一例としてのエンコーダ30および測長ユニット40)との動作について説明する。図6は、処理装置1の一連の動作の流れを示すフローチャートである。まず、制御部12は、電源やエアー等の動力源の投入に伴い、立ち上げシーケンスを実行する(装置立ち上げ工程:ステップS100)。次に、制御部12は、装置状態が安定した後、例えば定盤2上に設置されている基準器100(図1参照)を計測する。そして、制御部12は、基準器100の計測値を参照して各駆動部の校正や測長ユニット40の計測情報(位置情報または測長情報)取得タイミングの調整などの装置校正を実行する(装置校正工程:ステップS200)。ここで、ユーザーが定盤2上に被検物Wを設置した後、次に、制御部12は、被検物Wについての計測条件等を確認する(被検物設置工程:ステップS300)。次に、制御部12は、本計測(通常計測)を実施させ(本計測工程:ステップS400)、計測結果の演算処理やディスプレイへの表示、計測情報の保存などのデータ処理を実行する(データ処理工程:ステップS500)。ここでの計測が終了した後、次に、制御部12は、引き続き別の計測を実施させるかどうかを判断する(計測終了判断工程:ステップS600)。ここで、制御部12は、別の計測を実施させると判断した場合には(Yes)、新たにステップS300にて定盤2上の被検物Wを交換し、ステップS400以降の工程を繰り返す。一方、制御部12は、別の計測は実施させず、ここで計測を終了すると判断した場合には(No)、被検物Wの定盤2からの取り外し後、動力源を遮断する立ち下げシーケンスを実行し(装置立ち下げ工程:ステップS700)、一連の動作を終了させる。
Next, the operation of the
ここで、エンコーダ30を一例とし、本計測中の動作と、本計測中に生じ得る計測データ取得タイミングの遅延とについて、図5を参照しつつ説明する。まず、エンコーダ30の本計測では、主制御部29は、位置情報の取得を開始するために、計測要求開始信号req_startをω2軸制御部21に送信する。次に、ω2軸制御部21は、計測要求開始信号req_startを受信した後、位置要求パルス(第1の計測要求信号)req_w2をエンコーダ30の入力回路35に送信する。入力回路35から出力された位置要求パルスreq_w2eは、デジタル信号処理部34に入力される。次に、デジタル信号処理部34は、パルスreq_w2eと同期したサンプリングクロック(サンプリングクロック信号)sclkを生成する。デジタル信号処理部34で生成されたサンプリングクロックsclkは、A/D変換部65に入力される。そして、A/D変換部65は、位置情報信号であるアナログ信号sg_shをサンプリングする。
Here, taking the
しかしながら、本計測では、アナログ信号sg_shには、センサ60の出力信号sg_ptがA/D変換部65に至るまでの間に信号増幅等のアナログ的な信号処理が施されるため、遅延時間td_eが生じ得る。このような遅延時間は、何ら対策を取らない場合には、エンコーダの位置情報を取得する各軸のタイミング(または測長ユニットの測長情報を取得するタイミング)に相対的なずれを生じさせ、このずれに起因して計測精度に誤差を発生させ得る。そこで、本実施形態では、位置要求パルスreq_w2eが入力された時点の正確な位置情報をサンプリングするために、パルスreq_w2eとサンプリングまでの遅延時間とを予め計測し、パルスreq_w2eに先行してサンプリングした値を取得する。
However, in this measurement, the analog signal sg_sh is subjected to analog signal processing such as signal amplification until the output signal sg_pt of the
図7は、図6に示すステップS200の装置校正工程の流れを示すフローチャートである。装置校正工程を開始する段階、すなわち以下に示す遅延時間の調整を実施する前の本計測工程では、エンコーダ30内の信号回路は、閉の状態となっている(ステップS210)。この状態では、センサ60の受光量に応じたアナログ信号sg_shは、A/D変換部65にて所定のサンプリングクロックsclkでデジタル変換される(図5(b)参照)。具体的には、デジタル信号処理部34は、位置要求パルスreq_w2eのタイミングに応じて内部で生成するトリガ信号(第1のトリガ信号)trigをセンサ信号処理部33へ出力する。そして、センサ信号処理部33は、トリガ信号を受けたとき(入力タイミング)のサンプリングクロックsclkの立ち上がりの時にデジタル信号への変換を実行する。変換されたデジタル信号digを受けたデジタル信号処理部34は、エンコーダ30が取得した位置情報としてω2軸制御部21に出力する。
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the apparatus calibration process in step S200 shown in FIG. In the stage of starting the apparatus calibration process, that is, in the main measurement process before adjusting the delay time described below, the signal circuit in the
ステップS210の終了後、信号制御部61は、遅延時間調整工程を実行する(ステップS220)。図8は、本実施形態における遅延時間調整工程の流れを示すフローチャートである。図9は、エンコーダ30の動作に関する各信号のタイミングチャートである。本実施形態における遅延時間調整工程では、まず、A/D変換部65は、サンプリングクロックsclkでアナログ信号sg_shをデジタル信号digに変換を開始する(ステップS221)。ただし、すでにA/D変換部65がデジタル変換を開始している場合には、そのまま継続する。次に、デジタル信号処理部34は、図9に示すように信号制御部61を開から閉とするトリガ信号(第2のトリガ信号)trigを信号制御部61に送信し(図5(b)参照)、アナログ信号を変化させる(ステップS222)。具体的には、デジタル信号処理部34は、外部から位置要求パルスreq_w2eを取得し(第1工程)、得られた位置要求パルスreq_w2eと立ち上がりエッジが同じトリガ信号trigで信号制御部61を閉とする(第2工程)。次に、デジタル信号処理部34は、トリガ信号trigを与えたタイミング(エッジ)と、アナログ信号の変化に対応してデジタル信号digを検出したタイミングとの差Δtをカウントし、この差を遅延時間td_eとする。そして、デジタル信号処理部34は、外部から与えられる位置要求パルスreq_w2eよりも遅延時間td_eだけ前にずらした新たな位置要求パルス(第2の計測要求信号)req_w2mを生成する(第3工程:ステップS223)。このように、遅延時間調整工程におけるトリガ信号trig、すなわち第2のトリガ信号は、上記の第1のトリガ信号とは異なり、各タイミングとの差Δtを得るための基準に用いられる特有の信号である。
After step S210 is completed, the
ステップS220の終了後、デジタル信号処理部34は、遅延時間の調整を反映した本計測工程として、新たな位置要求パルスreq_w2mのタイミングに応じて、トリガ信号(第1のトリガ信号)trigを生成(更新)し、センサ信号処理部33へ出力する。そして、センサ信号処理部33は、このときのトリガ信号を受けたときのサンプリングクロックsclkの立ち上がりの時にデジタル信号への変換を実行する。変換されたデジタル信号を受けたデジタル信号処理部34は、デジタル信号digをエンコーダ30の位置情報として出力する(ステップS230)。次に、制御部12は、さらにその他の装置校正工程として、ステップS220で実行される遅延時間調整工程以外の校正を要する場合にはその校正工程を実行し(ステップS240)、装置校正工程内の一連の工程を終了する。
After the end of step S220, the digital
なお、遅延時間調整工程は、図7に示す例では、図6に示すステップS200の装置校正工程で実行されるものとしているが、例えば、図6に示すステップS400の本計測工程の最中に実行されるものとしてもよい。また、上記の説明では、信号制御部61は、ステップS222において、トリガ信号trigを受けて回路を開から閉とするものとしたが、回路を閉から開とするものとしてもよい。
In the example shown in FIG. 7, the delay time adjustment process is executed in the apparatus calibration process in step S200 shown in FIG. 6. For example, during the main measurement process in step S400 shown in FIG. It may be executed. Further, in the above description, the
このように、本実施形態に係る計測装置は、まず、デジタル信号処理部から送信されるトリガ信号(第2のトリガ信号)を用いて信号制御部でアナログ信号を動的に変動させ、その変動が反映されたデジタル信号を用いてタイミング差を計測する。したがって、従来成し得なかったフォトトランジスタ(センサ)の特性変動や増幅段などのアナログ信号の電気的な時間遅延によるずれを補正する計測装置の校正が好適に実現される。そして、計測装置は、センサからデジタル変換までの回路遅延や、デジタル変換のサンプリングタイミングのずれ量の計測または補正が可能となるので、計測精度が高く(計測誤差が少なく)なる。さらに、計測装置は、例えば環境計測部39からの情報を反映させることで、さらに温度変化や長時間の計測にも耐え得るものとなり得る。
As described above, the measurement apparatus according to the present embodiment first dynamically varies the analog signal in the signal control unit using the trigger signal (second trigger signal) transmitted from the digital signal processing unit, and the variation. The timing difference is measured using a digital signal reflecting the above. Therefore, it is possible to suitably realize calibration of a measuring apparatus that corrects a deviation due to an electrical time delay of an analog signal such as a variation in characteristics of a phototransistor (sensor) and an amplification stage, which could not be achieved conventionally. The measuring device can measure or correct the circuit delay from the sensor to the digital conversion and the deviation amount of the sampling timing of the digital conversion, so that the measurement accuracy is high (the measurement error is small). Furthermore, the measurement apparatus can withstand temperature changes and long-time measurement by reflecting information from the
なお、本実施形態では、処理装置1が被検物Wの位置を非接触で計測する非接触3次元計測装置であるものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、処理装置1は、被検物Wをレーザー光の照射等で所望の形状に加工する3次元加工装置であってもよい。この場合、プローブヘッド11は、測長ユニット40に換えて、例えばレーザー加工ユニットを設置することになる。また、本実施形態では、センサは、光源部内の発光素子からの光を受光する光電変換素子(受光素子)としているが、各計測装置の計測方式を異なるものとするならば変更してもよい。例えば、センサを、熱や磁気などを検出対象とする素子とし、それに合わせて、光源部を、熱や磁気などを発する素子としてもよい。
In the present embodiment, the
以上のように、本実施形態によれば、計測精度の点で有利な計測装置を提供することができる。また、本実施形態に係る計測装置を有する処理装置によれば、計測対象物や加工対象物を処理(計測や加工等)するに際し、少なくとも処理精度の面で有利となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a measurement device that is advantageous in terms of measurement accuracy. Moreover, according to the processing apparatus having the measuring apparatus according to the present embodiment, it is advantageous at least in terms of processing accuracy when processing (measurement, processing, etc.) the measurement target object and the processing target object.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る計測装置について説明する。第1実施形態に係る計測装置では、ω2軸可動部26のエンコーダ30を参照すると、デジタル信号処理部34からのトリガ信号(第1実施形態における第2のトリガ信号に相当)trigは、センサ信号処理部33内の信号制御部61に入力される。すなわち、トリガ信号trigを受信する信号制御部は、制御回路側に存在する。これに対して、本実施形態に係る計測装置の特徴は、トリガ信号trigを受信する信号制御部を、制御回路側ではなく、光源部31すなわち光照射側に設置する点にある。この特徴も、第1実施形態において計測装置として示した、Y可動部8、X可動部9、Z軸可動部、回転ヘッド10またはω1軸可動部25に使用され得るエンコーダや、プローブヘッド11に使用され得る測長ユニットにも適用され得る。以下、第1実施形態と同様に、一例としてω2軸可動部26のエンコーダ30に本実施形態の特徴を適用する場合について説明する。また、以下の説明では、第1実施形態に係る計測装置1の各構成要素および各信号に対応するものについては同一の符号を付し、説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. In the measurement apparatus according to the first embodiment, referring to the
図10は、図5(b)に示す第1実施形態におけるセンサ信号処理部33および光源部31にそれぞれ対応した、本実施形態におけるセンサ信号処理部66および光源部67の構成を示すブロック図である。なお、本図においても、A相とB相とのセンサ信号処理部66のうちA相のものを代表して説明する。センサ信号処理部66は、第1実施形態と異なり、その内部に信号制御部を有さない。これに対して、光源部31は、発光素子38に連設され、デジタル信号処理部34からのトリガ信号trigを受信する信号制御部(第3信号処理部)68を有する。信号制御部68としては、第1実施形態における信号制御部61と同様に、例えばトランジスタやMOSFETなど半導体素子が好適である。信号制御部68は、光源部31に入力されたトリガ信号により開閉を実行し、発光素子38のON/OFFを制御する。
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the sensor
図11は、第1実施形態における図7に示す遅延時間調整工程(ステップS220)に適用される本実施形態の場合の流れを示すフローチャートである。図12は、本実施形態におけるエンコーダ30に関する各信号のタイミングチャートである。なお、エンコーダ30の遅延時間調整工程に入る前の本計測では、信号制御部68は、閉であり、発光素子38は、発光する状態となっている。
FIG. 11 is a flowchart showing a flow in the case of this embodiment applied to the delay time adjustment step (step S220) shown in FIG. 7 in the first embodiment. FIG. 12 is a timing chart of each signal related to the
本実施形態における遅延時間調整工程では、まず、A/D変換部65は、位置要求パルスreq_w2eと立ち上がりエッジが同期したサンプリングクロックsclk−1でアナログ信号sg_shをデジタル信号digに変換する。さらに、デジタル信号処理部34は、図12に示すように、立ち上がりエッジが位置要求パルスreq_w2eと同じトリガ信号trigを信号制御部68に送信し、信号制御部68を開から閉とする(第1工程および第2工程:ステップS224)。次に、デジタル信号処理部34は、トリガ信号trigのエッジの時点からデジタル信号dig−1が変化する時点までの基準時間Tを、リファレンスクロック(リファレンスクロック信号)refclkを用いてカウントする(ステップS225)。このときの状態は、図12中の「状態1(trig−1、dig−1)」に対応している。次に、デジタル信号処理部34は、サンプリングクロックsclkをリファレンスクロックrefclkの1クロックずつ遅延させて、A/D変換部65にA/D変換を開始させる。さらに、デジタル信号処理部34は、トリガ信号trigを信号制御部68に送信し、信号制御部68を開から閉とする(ステップS226)。次に、デジタル信号処理部34は、トリガ信号trigのエッジの時点からデジタル信号digが変化する時点までの時間Tsを、リファレンスクロックrefclkを用いてカウントする(ステップS227)。次に、デジタル信号処理部34は、ステップS227でカウントしたときに、タイミングT1から基準時間Tまで(基準時間T未満)の時間でデジタル信号digに変化があるか、すなわちTs<Tの関係を満たすかどうかを判断する(ステップS228)。ここで、デジタル信号処理部34は、デジタル信号digに変化がない、すなわちTs<Tの関係を満たさないと判断した場合には(No)、ステップS226に戻ってサンプリングクロックsclkを遅延させ、ステップS228までの工程を繰り返す。このときの状態は、図12中の「状態2(trig−2、dig−2)」から「状態4(trig−4、dig−4)」までに対応している。一方、デジタル信号処理部34は、ステップS228においてデジタル信号digが変化した、すなわちTs<Tの関係を満たすと判断した場合には(Yes)、その時間T2までの遅延量Δtを遅延時間td_eとする(ステップS229)。次に、デジタル信号処理部34は、位置要求パルスreq_w2e(サンプリングクロックsclk−1)の立ち上がりエッジからT−Δtを遅延させた(Δtだけ前にずらした)新たな位置要求パルスreq_w2mを生成する(第3工程:ステップS229)。このときの状態は、図12中の「状態5(trig−5、dig−5)」に対応している。そして、エンコーダ30の遅延時間調整工程が終了した後の本計測では、デジタル信号処理部34は、位置要求パルスreq_w2mに応じてエンコーダ30の位置情報を出力する。
In the delay time adjustment step in the present embodiment, first, the A /
このように、本実施形態によれば、計測装置においてデジタル信号処理部からトリガ信号を受信する信号制御部の配置を第1実施形態の場合と異ならせたとしても、第1実施形態と同様の効果を奏する。 Thus, according to the present embodiment, even if the arrangement of the signal control unit that receives the trigger signal from the digital signal processing unit in the measurement apparatus is different from that in the first embodiment, the same as in the first embodiment. There is an effect.
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る計測装置について説明する。本実施形態に係る計測装置の特徴は、トリガ信号(上記の各実施形態における第2のトリガ信号に相当)trigを受信する信号制御部を、センサ信号処理部内で、第1実施形態の場合と異なる位置に配置する点にある。この特徴も、第1実施形態において計測装置として示した、Y可動部8、X可動部9、Z軸可動部、回転ヘッド10、ω1軸可動部25またはω2軸可動部26に使用され得るエンコーダや、プローブヘッド11に使用され得る測長ユニットに適用され得る。以下、第1実施形態と同様に、一例としてω2軸可動部26のエンコーダ30に本実施形態の特徴を適用する場合について説明する。また、以下の説明では、第1実施形態に係る計測装置1の各構成要素および各信号に対応するものについては同一の符号を付し、説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a measurement apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. A feature of the measurement apparatus according to the present embodiment is that a signal control unit that receives a trigger signal (corresponding to the second trigger signal in each of the above embodiments) trig is included in the sensor signal processing unit in the case of the first embodiment. The point is that they are placed at different positions. This feature is also an encoder that can be used for the Y
図13は、図5(b)に示す第1実施形態におけるセンサ信号処理部33に対応した、本実施形態におけるセンサ信号処理部69の構成を示すブロック図である。なお、本図においても、A相とB相とのセンサ信号処理部66のうちA相のものを代表して説明する。センサ信号処理部69は、センサ60で発生した電流の導通を外部信号により制御する第1実施形態における信号制御部61とは異なり、センサ60の入力側に設置され、センサ60へのバイアス電流の導通を外部信号により制御する信号制御部70を有する。信号制御部70としては、第1実施形態における信号制御部61と同様に、例えばトランジスタやMOSFETなど半導体素子が好適である。
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a sensor
この場合、図11に示す第2実施形態における遅延時間調整工程の流れを参照しつつ説明すると、まず、エンコーダ30の遅延時間調整工程に入る前の本計測では、信号制御部70は、開であり、バイアス電流が流れない状態となっている。このとき、A/D変換部65は、センサ60からの受光量に応じたアナログ信号sg_shを、位置要求パルスreq_w2eのタイミングに同期したサンプリングクロックsclk−1でデジタル化する。そして、デジタル信号処理部34は、入力されたデジタル信号を処理し、エンコーダ30の位置情報として出力する。本実施形態における遅延時間調整工程では、まず、デジタル信号処理部34は、信号制御部70を閉から開とするトリガ信号trigを信号制御部70に送信する。そして、信号制御部70は、センサ60にバイアス電流を流し、センサ60からのアナログ信号をトリガ信号により変化させ、第1実施形態の場合と同様に遅延量td_eを計測する。なお、バイアス電流は、順バイアス電流でも、逆バイアス電流でもよく、受光素子であるセンサ60を破壊しないように、かつ、アナログ信号に変化をさせられるように与えられる。例えば、センサ60に対し、受光状態にしない状態で逆バイアス電流がかかるようにするなどの制御は、デジタル信号処理部34または主制御部29などが実行する。そして、エンコーダ30の遅延時間調整工程が終了した後の本計測では、デジタル信号処理部34は、まず、A/D変換部65でサンプリングされたデジタルデータを数クロック分蓄積しておく。次に、デジタル信号処理部34は、外部から与えられる位置要求パルスreq_w2eよりこの遅延時間td_e分だけ前に取得されたデータをエンコーダ30の位置情報として出力する。
In this case, referring to the flow of the delay time adjustment process in the second embodiment shown in FIG. 11, first, in the main measurement before entering the delay time adjustment process of the
このように、本実施形態によれば、計測装置内の特にセンサ信号処理部においてデジタル信号処理部からトリガ信号を受信する信号制御部の配置を第1実施形態の場合と異ならせたとしても、第1実施形態と同様の効果を奏する。 Thus, according to this embodiment, even if the arrangement of the signal control unit that receives the trigger signal from the digital signal processing unit in the sensor signal processing unit in the measurement device is different from that in the first embodiment, The same effect as the first embodiment is achieved.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
30 エンコーダ
33 センサ信号処理部
34 デジタル信号処理部
40 測長ユニット
42 センサ信号処理部
43 デジタル信号処理部
30
Claims (11)
トリガ信号に応じて前記センサの出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換して前記デジタル信号を出力する第1信号処理部と、
計測要求信号に基づいて前記トリガ信号を前記第1信号処理部に出力し、前記トリガ信号に応じて前記第1信号処理部から出力された前記デジタル信号を受ける第2信号処理部と、を有し、
前記第2信号処理部は、前記トリガ信号のタイミングと、前記第1信号処理部により前記トリガ信号に応じて前記アナログ信号から変換されて出力される前記デジタル信号のタイミングとの差の分だけ、前記計測要求信号よりも前に前記トリガ信号を前記第1信号処理部に出力する、
ことを特徴とする計測装置。 A measuring device that measures the position of an object based on the output of a sensor,
A first signal processing unit that converts an analog signal output from the sensor into a digital signal in response to a trigger signal and outputs the digital signal;
A second signal processing unit that outputs the trigger signal to the first signal processing unit based on a measurement request signal and receives the digital signal output from the first signal processing unit in response to the trigger signal. And
The second signal processing unit is equivalent to the difference between the timing of the trigger signal and the timing of the digital signal that is converted from the analog signal according to the trigger signal by the first signal processing unit and output. Outputting the trigger signal to the first signal processing unit before the measurement request signal;
A measuring device characterized by that.
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の計測装置を備え、
前記計測装置が計測した前記被検物の位置に基づいて、前記計測または前記加工を行うことを特徴とする処理装置。 A processing device for measuring or processing,
A measuring device according to any one of claims 1 to 10, comprising:
A processing apparatus that performs the measurement or the processing based on the position of the test object measured by the measurement apparatus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014163292A JP6388384B2 (en) | 2014-08-11 | 2014-08-11 | Measuring device and processing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014163292A JP6388384B2 (en) | 2014-08-11 | 2014-08-11 | Measuring device and processing device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016038347A JP2016038347A (en) | 2016-03-22 |
JP6388384B2 true JP6388384B2 (en) | 2018-09-12 |
Family
ID=55529512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014163292A Expired - Fee Related JP6388384B2 (en) | 2014-08-11 | 2014-08-11 | Measuring device and processing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6388384B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6836563B2 (en) * | 2018-09-25 | 2021-03-03 | ファナック株式会社 | Encoder and encoder control system |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3367260B2 (en) * | 1995-03-24 | 2003-01-14 | 三菱電機株式会社 | Encoder device and servo motor control device |
JP5892844B2 (en) * | 2012-04-25 | 2016-03-23 | Dmg森精機株式会社 | Position detection device |
-
2014
- 2014-08-11 JP JP2014163292A patent/JP6388384B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016038347A (en) | 2016-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6419261B2 (en) | Method for operating a coordinate measuring device | |
EP3260811B1 (en) | Method for operating a coordinate measuring machine | |
JP4776473B2 (en) | Optical axis deflection laser interferometer, its calibration method, correction method, and measurement method | |
US9074865B2 (en) | Contour and surface texture measuring instrument and contour and surface texture measuring method | |
US10001360B2 (en) | Shape measurement device and shape measurement method | |
CN101140161A (en) | Surface-profile measuring instrument | |
EP3289314B1 (en) | Method of determining sub-divisional error | |
JP6341631B2 (en) | Encoder | |
US20170131540A1 (en) | Controlling opening angle of a resonating mirror | |
JP5182309B2 (en) | POSITION DATA CORRECTION DEVICE, ENCODER, MOTOR SYSTEM, AND POSITION DATA CORRECTION METHOD | |
US20150092182A1 (en) | Rotary laser emitting apparatus and laser measurement system | |
JP6388384B2 (en) | Measuring device and processing device | |
KR101854177B1 (en) | Processing implement position alignment device for component and method thereof | |
US9557730B2 (en) | Driving apparatus and article processing apparatus | |
JP6629376B2 (en) | Method of operating a coordinate measuring device | |
JP4202751B2 (en) | Method for position setting and position measuring device for carrying out this method | |
JP6172465B2 (en) | Stage position control apparatus and method | |
JP2003254784A (en) | Method and device for calibrating displacement | |
JP6829108B2 (en) | Altimeter and altitude detection method | |
JP5858673B2 (en) | Position measuring device, optical component manufacturing method, and mold manufacturing method | |
JP2004347504A (en) | Optical encoder | |
JP2010169635A (en) | Shape measurement device | |
JP6341325B2 (en) | Stage position control device | |
JP2009002903A (en) | Method of compensating laser encoder parameters | |
JP2005257562A (en) | Method and device for calibrating displacement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170608 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180418 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180508 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180705 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180709 |
|
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: 20180717 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180810 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6388384 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |