JPH07181037A - プローブ走査型形状測定装置及び方法 - Google Patents
プローブ走査型形状測定装置及び方法Info
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- JPH07181037A JPH07181037A JP32721593A JP32721593A JPH07181037A JP H07181037 A JPH07181037 A JP H07181037A JP 32721593 A JP32721593 A JP 32721593A JP 32721593 A JP32721593 A JP 32721593A JP H07181037 A JPH07181037 A JP H07181037A
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- measured
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、面傾斜の大きな被測定面の形状を
精度よく測定できる、プローブ走査型形状測定装置およ
び測定方法を提供することを目的としている。 【構成】 本発明の測定装置は、被測定物１とプローブ
３との間に相対回転運動を与える回転台７と、回転台の
回転角度を測定する角度測定手段８と、回転台の回転中
心とプローブとを半径方向に相対的に変位させる移動台
９と、各変位を測定する変位測定手段５，１０，１１を
設けている。被測定面１ａの一測定断面を回転台７を回
転して測定し、次に、移動台９でｘ，ｚ方向に若干変位
させ、同じ測定断面を２回以上Ｎ回測定する。円弧走査
による測定でも、回転半径を正確に求めることができ、
面傾斜の大きな物体でもその形状を精度良く測定でき
る。
精度よく測定できる、プローブ走査型形状測定装置およ
び測定方法を提供することを目的としている。 【構成】 本発明の測定装置は、被測定物１とプローブ
３との間に相対回転運動を与える回転台７と、回転台の
回転角度を測定する角度測定手段８と、回転台の回転中
心とプローブとを半径方向に相対的に変位させる移動台
９と、各変位を測定する変位測定手段５，１０，１１を
設けている。被測定面１ａの一測定断面を回転台７を回
転して測定し、次に、移動台９でｘ，ｚ方向に若干変位
させ、同じ測定断面を２回以上Ｎ回測定する。円弧走査
による測定でも、回転半径を正確に求めることができ、
面傾斜の大きな物体でもその形状を精度良く測定でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定面の形状を測定
する技術に関し、特に、非球面形状を含む三次元自由曲
面の測定に適した装置及び方法に関する。
する技術に関し、特に、非球面形状を含む三次元自由曲
面の測定に適した装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】三次元自由曲面を有する被測定面の形状
を測定するものとして、従来使用されてきた装置とし
て、接触式あるいは非接触式のプローブ走査型形状測定
装置がある。このプローブ走査型形状測定装置は、さら
に、走査方式により、直線走査方式と円弧走査方式の二
つに大別できる。
を測定するものとして、従来使用されてきた装置とし
て、接触式あるいは非接触式のプローブ走査型形状測定
装置がある。このプローブ走査型形状測定装置は、さら
に、走査方式により、直線走査方式と円弧走査方式の二
つに大別できる。
【０００３】直線走査方式は、物体面上の座標を、直交
座標系における座標として測定する方法である。図５に
その一例を示す。同図において、１は被測定物で、Ｘス
テージ２上に固定されている。３は接触式プローブで、
先端が被測定物１の表面、すなわち被測定面１ａにばね
等の弾性体４によって軽く圧接している。
座標系における座標として測定する方法である。図５に
その一例を示す。同図において、１は被測定物で、Ｘス
テージ２上に固定されている。３は接触式プローブで、
先端が被測定物１の表面、すなわち被測定面１ａにばね
等の弾性体４によって軽く圧接している。
【０００４】この状態でＸステージ２を駆動すると、被
測定面１ａの形状に応じてプローブ３はｚ方向に変位
し、その変位量はプローブ３の後方に設けられた変位測
定手段５によって測定される。また、Ｘステージ２の移
動距離もリニアエンコーダ等からなる変位測定装置６に
よって測定され、これらの結果から、被測定面１ａの形
状がｘｚ面内の曲線あるいは点列として表される。
測定面１ａの形状に応じてプローブ３はｚ方向に変位
し、その変位量はプローブ３の後方に設けられた変位測
定手段５によって測定される。また、Ｘステージ２の移
動距離もリニアエンコーダ等からなる変位測定装置６に
よって測定され、これらの結果から、被測定面１ａの形
状がｘｚ面内の曲線あるいは点列として表される。
【０００５】この方式は、一般に測定精度は高いが、そ
の反面、プローブ３と被測定面１ａとの接触角度の制限
があるため、被測定面１ａに急な斜面がある場合の測定
には適さない。
の反面、プローブ３と被測定面１ａとの接触角度の制限
があるため、被測定面１ａに急な斜面がある場合の測定
には適さない。
【０００６】次に、円弧走査方式は、被測定物とプロー
ブを相対的に回転させながら被測定面を走査する方式で
ある。図６にその一例を示す。被測定物１は、回転台７
上に固定され、回転台７はその中心軸７ａの回りに回動
自在である。接触式プローブ３は、図５の場合と同様に
ばね等の弾性体４によって付勢され、先端を被測定面１
ａに軽く圧接している。
ブを相対的に回転させながら被測定面を走査する方式で
ある。図６にその一例を示す。被測定物１は、回転台７
上に固定され、回転台７はその中心軸７ａの回りに回動
自在である。接触式プローブ３は、図５の場合と同様に
ばね等の弾性体４によって付勢され、先端を被測定面１
ａに軽く圧接している。
【０００７】この状態で回転台７を回動すると、プロー
ブ３は被測定面１ａの形状に応じて回転台７の半径方向
に変位し、その変位量（ΔＲ）は、変位測定手段５によ
り測定される。また、同時に、回転台７の回転角度
（Θ）は、回転台７に設けられたロータリーエンコーダ
等からなる角度測定手段８によって測定される。このよ
うに円弧走査方式では、円弧からの形状偏差が測定され
ることになる。また、被測定面１ａに急な斜面があって
も測定可能である。
ブ３は被測定面１ａの形状に応じて回転台７の半径方向
に変位し、その変位量（ΔＲ）は、変位測定手段５によ
り測定される。また、同時に、回転台７の回転角度
（Θ）は、回転台７に設けられたロータリーエンコーダ
等からなる角度測定手段８によって測定される。このよ
うに円弧走査方式では、円弧からの形状偏差が測定され
ることになる。また、被測定面１ａに急な斜面があって
も測定可能である。
【０００８】しかし、絶対形状を求めるには円弧の曲率
半径Ｒｏの値が必要になるが、Ｒｏを正確に求めること
はむずかしく、したがって、絶対形状の測定精度に関し
ては、直線走査方式に劣る。
半径Ｒｏの値が必要になるが、Ｒｏを正確に求めること
はむずかしく、したがって、絶対形状の測定精度に関し
ては、直線走査方式に劣る。
【０００９】一方、最近は、各種光学機器に非球面光学
素子が多く用いられるようになってきた。これらの中に
は、面傾斜が非常に大きいものもあり、こうした急な傾
斜面を有する非球面の絶対形状を精度良く測定するの
は、上述した従来の装置では非常に困難であった。
素子が多く用いられるようになってきた。これらの中に
は、面傾斜が非常に大きいものもあり、こうした急な傾
斜面を有する非球面の絶対形状を精度良く測定するの
は、上述した従来の装置では非常に困難であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術が有する問題の解決を図ったもので、面傾斜の
大きな被測定面の形状にも適用でき、しかも、絶対形状
を精度良く測定できるプローブ走査型形状測定装置およ
び測定方法を提供することを目的としている。
従来技術が有する問題の解決を図ったもので、面傾斜の
大きな被測定面の形状にも適用でき、しかも、絶対形状
を精度良く測定できるプローブ走査型形状測定装置およ
び測定方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、接触式又は非接触式のプローブを、被測
定面上に沿って走査させて被測定面の形状を測定する、
プローブ走査型形状測定装置において、被測定物とプロ
ーブとの間に相対回転運動を与える回転台と、該回転台
の回転角度を測定する角度測定手段と、該回転台の回転
中心とプローブとを半径方向に相対的に変位させる移動
台と、を設けた構成を特徴としている。
めに本発明は、接触式又は非接触式のプローブを、被測
定面上に沿って走査させて被測定面の形状を測定する、
プローブ走査型形状測定装置において、被測定物とプロ
ーブとの間に相対回転運動を与える回転台と、該回転台
の回転角度を測定する角度測定手段と、該回転台の回転
中心とプローブとを半径方向に相対的に変位させる移動
台と、を設けた構成を特徴としている。
【００１２】また、前記移動台による変位を測定する変
位測定装置を設けた構成や、前記移動台が、前記回転台
の回転中心とプローブとを相対的に半径方向と直交する
方向にも変位可能で、該半径方向と直交する方向の変位
量を測定する変位測定手段を設けた構成とすることが望
ましい。前記被測定物が前記移動台に保持される構成
や、前記プローブが前記移動台に保持される構成として
もよい。
位測定装置を設けた構成や、前記移動台が、前記回転台
の回転中心とプローブとを相対的に半径方向と直交する
方向にも変位可能で、該半径方向と直交する方向の変位
量を測定する変位測定手段を設けた構成とすることが望
ましい。前記被測定物が前記移動台に保持される構成
や、前記プローブが前記移動台に保持される構成として
もよい。
【００１３】また、方法としては、被測定物とプローブ
とを曲率半径Ｒｏで相対的に回転させ、被測定面上の１
ライン上に並ぶ点列を、Ｒｏからのプローブの変位量Δ
Ｒと、回転角度Θで表すプローブ走査型形状測定方法に
おいて、回転台の回転中心と、被測定物又はプローブと
の相対位置関係を、予め２以上のＮ通り定め、物体面の
同一ラインを構成する点列の変位ΔＲと回転角度Θとを
各々の相対位置関係について測定し、Ｎ個の点列データ
が同一ラインを表すようにＲｏを推定する構成を特徴と
している。
とを曲率半径Ｒｏで相対的に回転させ、被測定面上の１
ライン上に並ぶ点列を、Ｒｏからのプローブの変位量Δ
Ｒと、回転角度Θで表すプローブ走査型形状測定方法に
おいて、回転台の回転中心と、被測定物又はプローブと
の相対位置関係を、予め２以上のＮ通り定め、物体面の
同一ラインを構成する点列の変位ΔＲと回転角度Θとを
各々の相対位置関係について測定し、Ｎ個の点列データ
が同一ラインを表すようにＲｏを推定する構成を特徴と
している。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて以下に説明す
る。図１は本発明の測定装置の構成を示す図で、従来例
と同じ構成については、同じ符号を用いている。被測定
物１は、回転台７の上に直接ではなく、回転台７の上に
固定された移動台９上に固定される。この移動台９は、
同図のｘ方向及びｚ方向に被測定物１を変位させること
ができ、ｘ方向の変位を変位測定手段１０で、ｚ方向の
変位を変位測定手段１１で測定する。そして、角度測定
手段８で測定した回転角度をΘ、変位測定手段５で測定
した変位量をΔＲ、移動台９のｘ方向の変位量をε、ｚ
方向の変位量をδとする。
る。図１は本発明の測定装置の構成を示す図で、従来例
と同じ構成については、同じ符号を用いている。被測定
物１は、回転台７の上に直接ではなく、回転台７の上に
固定された移動台９上に固定される。この移動台９は、
同図のｘ方向及びｚ方向に被測定物１を変位させること
ができ、ｘ方向の変位を変位測定手段１０で、ｚ方向の
変位を変位測定手段１１で測定する。そして、角度測定
手段８で測定した回転角度をΘ、変位測定手段５で測定
した変位量をΔＲ、移動台９のｘ方向の変位量をε、ｚ
方向の変位量をδとする。
【００１５】図２は、図１の要部を図式化したものであ
る。図２(a) は、測定を開始する前の初期状態を示す。
曲線Ｗは、被検面１ａの一測定断面の曲線、Ｏ点は回転
台７の回転中心（図６の軸７ａに相当）、Ｐ点はプロー
ブ３の先端を示す。点Ｏを通りプローブ３の変位方向に
ｚ軸をとり、このｚ軸と垂直にｘ軸をとる。またξはｚ
軸とプローブのオフセット量、Ｒｏは曲線Ｗの基準とな
る参照円弧の曲率半径を表す。
る。図２(a) は、測定を開始する前の初期状態を示す。
曲線Ｗは、被検面１ａの一測定断面の曲線、Ｏ点は回転
台７の回転中心（図６の軸７ａに相当）、Ｐ点はプロー
ブ３の先端を示す。点Ｏを通りプローブ３の変位方向に
ｚ軸をとり、このｚ軸と垂直にｘ軸をとる。またξはｚ
軸とプローブのオフセット量、Ｒｏは曲線Ｗの基準とな
る参照円弧の曲率半径を表す。
【００１６】図２(b) は、移動台９により被測定面１ａ
をｘ方向にε、ｚ方向にδだけ移動させた状態を表して
いる。この移動に伴いプローブはΔＲｏだけ変位する。
をｘ方向にε、ｚ方向にδだけ移動させた状態を表して
いる。この移動に伴いプローブはΔＲｏだけ変位する。
【００１７】図２(c) は、(b) の状態から、被測定面１
ａをΘだけ回転した状態を表している。このとき測定点
Ｐの極座標（Ｒ，θ）、及び直交座標（ｘ，ｚ）は、次
式(1) によって与えられる。式中で、ξとＲｏが未知数
であるが、これらを求めることによって絶対形状が求ま
る。
ａをΘだけ回転した状態を表している。このとき測定点
Ｐの極座標（Ｒ，θ）、及び直交座標（ｘ，ｚ）は、次
式(1) によって与えられる。式中で、ξとＲｏが未知数
であるが、これらを求めることによって絶対形状が求ま
る。
【００１８】
【数１】
【００１９】次に、測定手順の例を図３のフローチャー
トを用いて説明する。測定開始の指示がされると、プロ
ーブ３の先端が、たとえば、図２(a) に示すように被検
面１ａに当接する。この状態で、角度測定手段８、各変
位測定手段５，１０，１１等のゼロ・リセットを行う
（＃１）。
トを用いて説明する。測定開始の指示がされると、プロ
ーブ３の先端が、たとえば、図２(a) に示すように被検
面１ａに当接する。この状態で、角度測定手段８、各変
位測定手段５，１０，１１等のゼロ・リセットを行う
（＃１）。
【００２０】次に、変位測定手段１０，１１で、ε，
δ，ΔＲｏを測定し（＃２）、さらに角度測定手段８で
角度Θを測定し、変位測定手段５でΔＲを測定する（＃
３）。もっとも、最初は移動台９や回転台７が全く作動
していないので、初回のε，δ，Θ，ΔＲｏ及びΔＲは
ゼロ・セットのときと同じ値である。
δ，ΔＲｏを測定し（＃２）、さらに角度測定手段８で
角度Θを測定し、変位測定手段５でΔＲを測定する（＃
３）。もっとも、最初は移動台９や回転台７が全く作動
していないので、初回のε，δ，Θ，ΔＲｏ及びΔＲは
ゼロ・セットのときと同じ値である。
【００２１】次に、回転台７を若干回転して止め（＃
４，＃５）、その状態で回転角Θと、点Ｐの変位量ΔＲ
を測定する（＃３）。再び回転台７を若干回転し、Θと
ΔＲを測定し、Ｗについての測定が完了したら、移動台
９を作動して被測定物１にεとδの変位を与え（＃
７）、＃２に戻る。
４，＃５）、その状態で回転角Θと、点Ｐの変位量ΔＲ
を測定する（＃３）。再び回転台７を若干回転し、Θと
ΔＲを測定し、Ｗについての測定が完了したら、移動台
９を作動して被測定物１にεとδの変位を与え（＃
７）、＃２に戻る。
【００２２】以降、＃２から＃７を繰り返し、Ｎ回の測
定が終了したら、データ解析（＃８）を行い終了する。
移動台９の変位量ε，δを変えて、一測定断面Ｗについ
てＮ回（Ｎ≧２）の走査を行う点が通常の円弧走査方式
と相違している。
定が終了したら、データ解析（＃８）を行い終了する。
移動台９の変位量ε，δを変えて、一測定断面Ｗについ
てＮ回（Ｎ≧２）の走査を行う点が通常の円弧走査方式
と相違している。
【００２３】＃８のデータ解析では、各測定によって得
られたε，δ，Θ，ΔＲｏ及びΔＲの値を前記の式(1)
に代入して一測定断面に対してＮ個の絶対形状データを
求め、それらの差が最小になるように最適なＲｏとξを
収束計算で求める。以上のようにして、円弧走査方式に
より測定した形状偏差データ（ΔＲ，Θ）を、絶対形状
データ（Ｒ，θ）又は（ｘ，ｚ）に正確に変換すること
ができる。
られたε，δ，Θ，ΔＲｏ及びΔＲの値を前記の式(1)
に代入して一測定断面に対してＮ個の絶対形状データを
求め、それらの差が最小になるように最適なＲｏとξを
収束計算で求める。以上のようにして、円弧走査方式に
より測定した形状偏差データ（ΔＲ，Θ）を、絶対形状
データ（Ｒ，θ）又は（ｘ，ｚ）に正確に変換すること
ができる。
【００２４】以上、図１に示した実施例について説明し
たが、この実施例におけるプローブ３が非接触式であっ
ても、同様に測定可能であることは説明するまでもない
であろう。また、図１に示す移動台９がｘ，ｚのいずれ
か一方の変位しか与えられなくても良い。その場合、変
位測定手段１０，１１もいずれか一つで良いことにな
る。移動台９がｚ方向の変位しか生じない場合には、プ
ローブ３の変位を検出する変位測定手段５で代用するこ
とも可能である。
たが、この実施例におけるプローブ３が非接触式であっ
ても、同様に測定可能であることは説明するまでもない
であろう。また、図１に示す移動台９がｘ，ｚのいずれ
か一方の変位しか与えられなくても良い。その場合、変
位測定手段１０，１１もいずれか一つで良いことにな
る。移動台９がｚ方向の変位しか生じない場合には、プ
ローブ３の変位を検出する変位測定手段５で代用するこ
とも可能である。
【００２５】図４は、本発明の第２の実施例である。こ
の実施例ではプローブ３を取付ける弾性体４の支持部を
移動台１２とし、これによってプローブ３をｘ，ｚ方向
に移動できるようにしている。移動台１２のｘ方向の変
位εは変位測定手段１０で、ｚ方向の変位δは変位測定
手段１１でそれぞれ測定される。
の実施例ではプローブ３を取付ける弾性体４の支持部を
移動台１２とし、これによってプローブ３をｘ，ｚ方向
に移動できるようにしている。移動台１２のｘ方向の変
位εは変位測定手段１０で、ｚ方向の変位δは変位測定
手段１１でそれぞれ測定される。
【００２６】測定手順は、図３で説明した前記の実施例
と同じである。ただし、測定点の極座標（Ｒ，θ）又は
直交座標（ｘ，ｚ）は、次の式(2) で与えられる。
と同じである。ただし、測定点の極座標（Ｒ，θ）又は
直交座標（ｘ，ｚ）は、次の式(2) で与えられる。
【数２】 Ｒｏとξの求め方は、前記の実施例と同じである。
【００２７】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
円弧走査による測定でも、回転半径を正確に求めること
ができるので、面傾斜の大きな物体でもその絶対形状を
精度良く測定できる。
円弧走査による測定でも、回転半径を正確に求めること
ができるので、面傾斜の大きな物体でもその絶対形状を
精度良く測定できる。
【図１】本発明の測定装置の構成を示す図で、(a) は平
面図、(b) は正面図である。
面図、(b) は正面図である。
【図２】本発明の測定方法を説明する図で、(a) は初期
状態、(b) は移動台による移動を行った状態、(c) は回
転台により回転を与えた状態を示す図である。
状態、(b) は移動台による移動を行った状態、(c) は回
転台により回転を与えた状態を示す図である。
【図３】本発明の測定手順を説明するフローチャートで
ある。
ある。
【図４】本発明の他の実施例の構成を示す図で、(a) は
平面図、(b) は正面図である。
平面図、(b) は正面図である。
【図５】従来の直線走査方式の測定装置の構成を示す図
で、(a) は平面図、(b) は正面図である。
で、(a) は平面図、(b) は正面図である。
【図６】従来の円弧走査方式の測定装置の構成を示す図
で、(a) は平面図、(b) は正面図である。
で、(a) は平面図、(b) は正面図である。
１ 被測定物 １ａ 被測定面 ３ プローブ ４ 弾性体 ５ 変位測定手段 ７ 回転台 ８ 角度測定手段 ９ 移動台 １０ 変位測定手段 １１ 変位測定手段 １２ 移動台
Claims (6)
- 【請求項１】 接触式又は非接触式のプローブを、被測
定面上に沿って走査させて被測定面の形状を測定する、
プローブ走査型形状測定装置において、 被測定物とプローブとの間に相対回転運動を与える回転
台と、 該回転台の回転角度を測定する角度測定手段と、 該回転台の回転中心とプローブとを半径方向に相対的に
変位させる移動台と、を設けたことを特徴とするプロー
ブ走査型形状測定装置。 - 【請求項２】 前記移動台による変位を測定する変位測
定装置を設けたことを特徴とする請求項１記載のプロー
ブ走査型形状測定装置。 - 【請求項３】 前記移動台が、前記回転台の回転中心と
プローブとを相対的に半径方向と直交する方向にも変位
可能で、該半径方向と直交する方向の変位量を測定する
変位測定手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２
記載のプローブ走査型形状測定装置。 - 【請求項４】 前記被測定物が前記移動台に保持される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプ
ローブ走査型形状測定装置。 - 【請求項５】 前記プローブが前記移動台に保持される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプ
ローブ走査型形状測定装置。 - 【請求項６】 被測定物とプローブとを未知の曲率半径
Ｒｏで相対的に回転させ、被測定面上の１ライン上に並
ぶ点列を、Ｒｏからのプローブの変位量ΔＲと、回転角
度Θで表すプローブ走査型形状測定方法において、 回転台の回転中心と、被測定物又はプローブとの相対位
置関係を、予め２以上のＮ通り定め、物体面の同一ライ
ンを構成する点列の変位ΔＲと回転角度Θとを各々の相
対位置関係について測定し、 Ｎ個の点列データが同一ラインを表すようにＲｏを推定
することを特徴とするプローブ走査型形状測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32721593A JPH07181037A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | プローブ走査型形状測定装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32721593A JPH07181037A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | プローブ走査型形状測定装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07181037A true JPH07181037A (ja) | 1995-07-18 |
Family
ID=18196604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32721593A Withdrawn JPH07181037A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | プローブ走査型形状測定装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07181037A (ja) |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32721593A patent/JPH07181037A/ja not_active Withdrawn
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