JPH02120607A - 形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定物又は変位計のいずれか一方を計測方
向と直交するように移動させて披７１１１１定物の表面
形状をΔＰ１定する形状測定装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図及び第４図は形状ｆｌｌｌｌｌｌｌｌ−例の構成
図であって、第３図は正面図、第４図は側面図である。

同図において１はベースであって、このベース１上には
ステージ２及び基板３が設けられている。ステージ２の
上面には被測定物４が載置され、一方基板３にはＬ字形
状のスライダ５が基板３に対して摺動可能に取付けられ
ている。つまり、スライダ５は基板３に設けられた２本
の直線形状の案内レール６．７とベアリング８．９とを
用いて摺動可能に取付けられている。そして、このスラ
イダ５にはボールねじ１０が螺合した状態で貫通してい
る。このボールねじ１０の一端にはモータ１１の回転軸
がモータ取付はブラケット１２及びカップリング１３を
介して連結され、又他端はハンジング１４で回転自在に
支持されている。従って、スライダ５はモータ１１の駆
動によって案内レール６．７に沿って走行する。なお、
モータ】１にはエンコーダ１５が取付けられて走行位置
が分るようになっている。そうして、前記スライダ５に
おけるステージ２の上方部分にはレーザ光を用いた非接
触型の変位計１６が設けられている。

この変位５１１６はレーザ光を彼Ａｐ１定物４に所定角
度で照射してその反射レーザ光を受光し、この反射レー
ザ光の受光位置の違いをポジションセンサで検出するも
のとなっている。つまり、被測定物４の変位計１６に対
する位置が変化すると、この変化に応ｌ二で反射レーザ
光の受光位置が変化することを応用して披」１定物４の
表面位置が測定されるものとなっている。従って、スラ
イダ５が案内レール６．７に従って一定方向に走行して
いる状態に変位計１６の計測出力を記録することによっ
て被測定物４の表面形状が測定される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記装置では変位計１６をスライダ５によっ
て走行させているためにこの走行軌跡を直線とする必要
がある。ところが、スライダ５は案内レール６．７及び
ベアリング８，９等によって走行させているために実際
に直線的に走行することが困難となっている。つまり、
案内レール６゜７は直線に形成されておらず曲りがあり
、又ベアリング８，９のボールの転がりにより微震動が
発生する。このため、変位計１６は第５図に示すように
微震動しながらかつ案内レール６．７の曲りに従って走
行してしまう。なお、第５図は変位計１６を速度５０Ｉ
Ｉｉ／ｓで走行させた場合で１目盛０．２μｍの変位を
示している。このように変位計１６の位置が上下方向に
変動すると、変位計１６の計１１ＰＩ出力を記録しても
高精度に表面形状をハ［定することは困難となる。又、
各案内レール６．７を高精度に直線形状に形成すると、
非常に高価となってしまう。

表面形状ｉｐｊ定磯の測定誤差は、変位計の精度に依存
することはもとより、上記のように移動装置の運動精度
に大きな影響を受けている。従来は移動装置の運動も１
度の影響を軽減するために形状測定機の変位計で平板の
基準面をｉ’１ｌｌｌ定してその値を補正値としてメモ
リしておき、被測定物を測定するときにこの補正値で補
正する方法をとっていた。

しかし、この方法の欠点は温度変化により移動装置の運
動精度が変化した場合にメモリしである補正値と形状４
ト１定時の移動装置の計測方向の動き量が異なるため形
状測定誤差が大となる。或いはボールの転がり等による
微振動などは再現性がないためリアルタイムで計測方向
の動き量を計Ｊｌｌｌ　Ｌない限り補正することは不可
能である。

そこで本発明は、被測定物又は変位計のいずれか一方を
計測方向と直交するように移動させたとき、被測定物を
載置したステージ又は変位計が計測方向に微小な移動を
伴ったとしても高精度に表面形状を１１１１１定できる
形状ＪＦＩ定装蓋装置供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、被測定物又は変位計のどちらか一方を計測方
向と直交するように移動させながら被測定物の表面形状
を測定する形状Ａｌ１１定装置において、変位計の計測
軸の延長線上にその計測軸が一致するように配置した補
正用変位計と、基準面が計測方向と略垂直となるように
配置した平板とを具備し、変位計、被測定物、平板及び
補正用変位計の順に配置し、かつ被Ａｌ１ｊ定物と平板
の相対位置及び変位計と補正用変位計との相対位置のい
ずれもが変化しないよう被測定物と平板又は変位計と補
正用変位計との各一対のいずれか一方を計測方向と直交
するように移動させたとき補正用変位計と平板の基準面
との距離を補正値として変位計の計測出力を補正する補
正手段と備えて上記目的を達成しようとする形状測定装
置である。

〔作用〕

このような手段を備えたことにより、被測定物又は変位
計のいずれか一方を計ハ１方向と直交するように移動さ
せると、移動装置の移動時の動きのうち計測方向の動き
、すなわち被測定物の表面形状測定時に誤差を補正変位
計と基準平面との距離を計測することにより求めること
ができる。しかして、補正手段は補正用変位計で計測さ
れた基準平面との距離を補正値として変位計の計測出力
を補正する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図及び第２図は形状＋１１１１定装置の構成図であ
って、第１図は正面図、第２図は側面図である。

同図において２０はベースであって、このベース２０上
にはステージ２１及び基ｌＮ２２が設けられている。ス
テージ２１の上面には被測定物２３が載置され、一方基
板２２にはコ字形状のスライダ２４がステージ２１を挟
む位置で基板２２に対して摺動可能に取付けられている
。つまり、スライダ２４は基板２２に設けられた２本の
直線の案内レール２５．２６とベアリング２７．２８と
で摺動可能に取付けられている。そして、このスライダ
２４にはボールねじ２９が螺合した状態で貫通している
。このボールねじ２９の一端にはモータ３０の回転軸が
モータ取付はブラケット３１及びカップリング３２を介
して連結され、又他端はノーンジング３３で回転自在に
支持されている。なお、モータ３０にはエンコーダ３４
が取付けられて走行位置が分るようになっている。さて
、前記スライダ２４における互いに対向する各端部２４
ａ。

２４ｂのうち端部２４ａにはレーザ光を用いた非接触型
の変位計３５が設けられている。この変位計３５はレー
ザ光を被測定物２３に所定角度で放射してその反射レー
ザ光を受光し、この反射レーザ光の受光位置の違いをポ
ジションセンサで検出するものとなっている。一方、端
部２４ｂには変位計３５と同タイプの補正用変位計３６
が設けられている。ところで、この補正用変位計３６は
その計測中心が、変位計３５の計測中心を通る軸ｇに一
致して設けられている。一つまり、補正用変位計３６は
変位計３５に対してアツベの原理を満足させるように配
置されている。又、ステージ２１の下面には基準平面と
しての棒ミラー３７が各案内レール２５．２６に対して
平行にかつ補正用変位計３６から放射された光を受けて
再び補正用変位計３６に向けて反射する位置すなわち補
正用変位計３６の計１定範囲内に設けられている。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。

モータ３０が駆動すると、スライダ２４は各案内レール
２５．２６に従って走行する。この場合、スライダ２４
を各案内レール２５．２６の一端側に配置してすれば、
この一端側から他端側（矢印（イ）方向）へ向かって一
定速度で走行する。従って、変位計３５及び補正用変位
計３６は共に配置位置がずれずに一体となって走行する
。そうして、変位計３５の位置が被ΔＩｌｌ定物２３の
上方に到達すると、変位計３５はレーザ光を放射して計
測動作を開始したり、又スライダ２４の走行開始ととも
に計測動作を開始してもよい。一方、補正用変位計３６
は変位計３５の計ｎ１動作開始と同時に計測動作を開始
したり、又スライダ２４の走行開始とともに計測動作を
開始してもよい。しかるに、変位計３５はレーザ光を放
射して被測定物２３からの反射レーザ光をポジションセ
ンサで受光し、このポジションセンサでの受光位置から
被測定物２３の位置を求めてこれを測定信号として出力
する。又、補正用変位計３６はレーザ光を棒ミラー３７
に放射してその反射レーザ光をポジションセンサで受光
し、このポジションセンサでの受光位置から補正用変位
計３６と棒ミラー３７との距離を求め、これを距離信号
として出力する。ところで、変位計３５は各案内レール
２５．２６の曲り及び各ベアリング２７．２８のボール
の転がりの微震動を受けてその位置が第７図に示すよう
に変動しながら走行している。従って、棒ミラー３７の
表面は極めて平面に形成されているので、補正用変位計
３６から出力される計ｎ１信号は各案内レール２５．２
６の曲り及びベアリング２７．２８のボールの転がりに
よる微震動に応じたものとなる。しかるに、補正手段３
８は変位計３５からの計ａ−Ｊ信号を受けるとともに補
正用変位計３６からの計測信号を受ける。そして、この
補正手段３８は、変位計３５が計ｉｌ？ｊ動作を開始し
たときの補正用変位計３６の計測信号を基準とし、この
基準に対する補正用変位計のＪｉ計測信号偏差を用いて
変位計３５の計測信号を補正する。そうして、このよう
に補正を行って変位計３５が被測定物２３の他端に到達
すると変位計３５のｉｌ測動作は停止する。このとき、
補正手段３８は、変位計３５の計７１１１１動作開始時
と停止時とにおける変位計３５の計測信号から変位計３
５の走行方向に対する被測定物２３及び棒ミラー３７の
表面の傾きを求め、次に変位計３５からの計ΔＰＪ　ｔ
ｚ号を連続して受けることにより青られる被測定物２３
の表面形状データを前記傾きで補正する。この結果、補
正手段３８からは披ｉ’ｌＦＩ定物２３の表面形状のデ
ータＱが出力される。

このように上記一実施例においては、変位計３５が各案
内レール２５．２６に沿って走行したとき補正用変位計
３６は変位計３５と一体となって走行して補正用ミラー
３７との間の距離を計測し、この距離を補正値として変
位計３５の計測出力を補正するようにしたので、変位計
３５の走行位置が変動したとしてもこの変動に影響され
ずに被測定物２３の表面形状を高精度に測定できる。

特に変位計３５の変動が、案内レール２５．２６の曲り
やベアリング２７．２８のボールの転がりによるＷＬ震
動であってもその影響が除去でき、被ＡＰｌ定物２３の
表面形状を示す信号のみ得ることができる。又、被測定
物２３に対する測定の毎に補正が行われるので、測定毎
に変位計３５の変動が異なっても確実に各案内レール２
５．２６の曲り及び各ベアリング２７．２８のボールの
転がりによるｍ震動の影響を除去できる。又、変位計３
５の走行方向が被測定物２３及び棒ミラー２７に対して
傾いていてもこの傾きを補正できる。従って、各案内レ
ール２５．２６を多少粗く作製しても高精度な表面形状
の測定ができ安価となる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでない。

例えば、第６図に示すようにスライダ２４が図示しない
移動手段により直交する２輔の走行を行なう場合には棒
ミラー３７に換えてオプチカルフラット３９などの基準
平面を使用すればよい。又、第７図に示すように変位計
３５と補正用変位計３６を固定し被測定物２３をステー
ジ２】に裁せてステージを１軸又は直交する２軸の方向
に移動させてもよい。又、被測定物又は変位計の移動手
段は案内レールとベアリングに限らず他の手段で移動さ
せてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、現状製作可能な最
高精度のオプチカルフラットを平板の基準面とし、補正
用変位計として高精度な干渉測長器を使い、これと同等
以上の高精度な変位計を用いれば、０．０１μｍ以内の
精度で表面形状を測定できる。

しかるに、このように使用する変位計と補正用変位計及
び平板の基準面精度の最適な組合わせを行なうことで所
要の精度の形状測定装置を提供できる。

び第４図は従来技術の構成図、第５図は変位計の変動を
示す図、第６図及び第７図は変形例を説明するための図
である。

２０・・・ベース、２１・・・ステージ、２２・・・基
板、２３・・・被測定物、２４・・・スライダ、２５．
２６・・・案内レール、２７．２８・・・ベアリング、
２９・・・ボールねじ、３０・・・モータ、３５・・・
変位計、３６・・補正用変位計、３７・・・棒ミラー　
３８・・・補正手段、３９・・・オプチカルフラット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定物又は変位計のどちらか一方を計測方向と直交す
   るように移動させながら前記被測定物の表面形状を測定
   する形状測定装置において、前記変位計の計測軸の延長
   線上にその計測軸が一致するように配置した補正用変位
   計と、基準面が計測方向と略垂直となるように配置した
   平板とを具備し、前記変位計、前記被測定物、前記平板
   及び前記補正用変位計の順に配置し、かつ前記被測定物
   と前記平板の相対位置及び前記変位計と前記補正用変位
   計との相対位置のいずれもが変化しないよう前記被測定
   物と前記平板又は前記変位計と前記補正用変位計との各
   一対のいずれか一方を計測方向と直交するように移動さ
   せたとき前記補正用変位計と前記平板の基準面との距離
   を補正値として前記変位計の計測出力を補正する補正手
   段とを具備したことを特徴とする形状測定装置。