JPH09243304A - 形状測定装置、及びそれを用いた被測定面の位置決め方法 - Google Patents
形状測定装置、及びそれを用いた被測定面の位置決め方法Info
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- JPH09243304A JPH09243304A JP4625196A JP4625196A JPH09243304A JP H09243304 A JPH09243304 A JP H09243304A JP 4625196 A JP4625196 A JP 4625196A JP 4625196 A JP4625196 A JP 4625196A JP H09243304 A JPH09243304 A JP H09243304A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｚ軸回りに非対称な形状を持つ被測定面の高
精度な位置決めができない。 【解決手段】 ３次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に基づ
いて位置基準治具３に形成されたマーク３Ａ，３Ｂ及び
３Ｃをプローブ５のスタイラス５ａで１回走査し、この
マーク位置検出信号に基づいて基準面２と測定座標系と
を一致させる。
精度な位置決めができない。 【解決手段】 ３次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に基づ
いて位置基準治具３に形成されたマーク３Ａ，３Ｂ及び
３Ｃをプローブ５のスタイラス５ａで１回走査し、この
マーク位置検出信号に基づいて基準面２と測定座標系と
を一致させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非球面レンズ等の
複雑な曲面形状を有する被測定面の３次元形状、或いは
その断面形状を測定する形状測定装置、及びそれを用い
た被測定面の位置決め方法に関し、特に、非対称な形状
を有する被測定面であっても高精度な形状測定が可能
で、かつ、速やかな位置決めを可能とする形状測定装
置、及びそれを用いた被測定面の位置決め方法に関す
る。
複雑な曲面形状を有する被測定面の３次元形状、或いは
その断面形状を測定する形状測定装置、及びそれを用い
た被測定面の位置決め方法に関し、特に、非対称な形状
を有する被測定面であっても高精度な形状測定が可能
で、かつ、速やかな位置決めを可能とする形状測定装
置、及びそれを用いた被測定面の位置決め方法に関す
る。
【０００２】
【従来技術】従来、測定した非球面形状を精密に評価す
るには、測定器の測定方向に基づいて定義される測定座
標系と、被測定面の設計形状に基づいて定義される設計
座標系を一致させていた。これによって、非球面形状の
設計形状と測定結果を対応させることが可能になる。
るには、測定器の測定方向に基づいて定義される測定座
標系と、被測定面の設計形状に基づいて定義される設計
座標系を一致させていた。これによって、非球面形状の
設計形状と測定結果を対応させることが可能になる。
【０００３】３次元座標における自由度には、ｘ，ｙ，
ｚ軸方向への並進移動と、各軸を中心とする回転の６つ
の自由度がある。測定座標系と設計座標系を一致させる
ためのアライメント調整を容易に行うには、ある自由度
について最も測定結果が設計形状に一致するようにコン
ピュータ上に取り込まれた形状測定結果自体のアライメ
ントを調整する方法があり、被測定物が測定位置に配置
されたときの設計座標系における測定座標系の原点の
ｘ，ｙ座標値とｚ軸回りの回転量、即ち、ｘｙ平面上に
おける２つの座標系の原点位置と姿勢を設計座標系に対
応した基準に基づいて一致させ、残りのｚ軸座標値、及
びｘ，ｙ軸回りの回転量は、測定結果自体のアライメン
トを調整することによって両座標系を一致させている。
ｚ軸方向への並進移動と、各軸を中心とする回転の６つ
の自由度がある。測定座標系と設計座標系を一致させる
ためのアライメント調整を容易に行うには、ある自由度
について最も測定結果が設計形状に一致するようにコン
ピュータ上に取り込まれた形状測定結果自体のアライメ
ントを調整する方法があり、被測定物が測定位置に配置
されたときの設計座標系における測定座標系の原点の
ｘ，ｙ座標値とｚ軸回りの回転量、即ち、ｘｙ平面上に
おける２つの座標系の原点位置と姿勢を設計座標系に対
応した基準に基づいて一致させ、残りのｚ軸座標値、及
びｘ，ｙ軸回りの回転量は、測定結果自体のアライメン
トを調整することによって両座標系を一致させている。
【０００４】図７は、従来のプローブ走査型形状測定器
を示し、この形状測定器１０は、被測定物１１の被測定
面１１ａをプローブ１０Ａで走査することによって被測
定面１１ａの形状を測定する。
を示し、この形状測定器１０は、被測定物１１の被測定
面１１ａをプローブ１０Ａで走査することによって被測
定面１１ａの形状を測定する。
【０００５】図８は、被測定物１１の被測定面１１ａを
示し、被測定面１１ａにプローブ１０Ａのスタイラス１
０Ｂを接触させ、このスタイラス１０Ｂ、及び被測定面
１１ａを少なくとも２方向（例えば、ｘ及びｙ方向）に
相対移動させて被測定面１１ａを走査する。この走査に
基づいて被測定面１１ａの中心Ｏを探索する。光学レン
ズの場合、一般に設計式の原点は被測定面の中心に定義
されていることから、この被測定面１１ａの中心Ｏが設
計式の測定原点となり、この測定原点が測定座標系の測
定開始位置に来るように座標変換を行って被測定面の位
置決めを行う。一般に、設計式の原点は極大値（トッ
プ）或いは極小値（ボトム）となっている。
示し、被測定面１１ａにプローブ１０Ａのスタイラス１
０Ｂを接触させ、このスタイラス１０Ｂ、及び被測定面
１１ａを少なくとも２方向（例えば、ｘ及びｙ方向）に
相対移動させて被測定面１１ａを走査する。この走査に
基づいて被測定面１１ａの中心Ｏを探索する。光学レン
ズの場合、一般に設計式の原点は被測定面の中心に定義
されていることから、この被測定面１１ａの中心Ｏが設
計式の測定原点となり、この測定原点が測定座標系の測
定開始位置に来るように座標変換を行って被測定面の位
置決めを行う。一般に、設計式の原点は極大値（トッ
プ）或いは極小値（ボトム）となっている。
【０００６】このように、被測定面の形状に基づいて測
定における原点を求めるものとして、半導体レーザから
被測定面に照射されたレーザ光の反射光を用いる構成が
特開平２−２５４３０７号公報に開示されている。ま
た、参照光束が形成する輝点と被測定面で反射された被
検光束に基づく輝点を一致させることによって位置決め
を行う構成が特開平５−１５７５３１号公報に開示され
ている。
定における原点を求めるものとして、半導体レーザから
被測定面に照射されたレーザ光の反射光を用いる構成が
特開平２−２５４３０７号公報に開示されている。ま
た、参照光束が形成する輝点と被測定面で反射された被
検光束に基づく輝点を一致させることによって位置決め
を行う構成が特開平５−１５７５３１号公報に開示され
ている。
【０００７】また、被測定物の基準軸上、或いはその近
傍に設けられた位置確認用光源から出射されるレーザ光
によって撮像素子上に形成される像の位置を検出し、こ
の位置に基づいて被検レンズの位置決めを行う構成が特
開平４−４００２４号公報に開示されている。
傍に設けられた位置確認用光源から出射されるレーザ光
によって撮像素子上に形成される像の位置を検出し、こ
の位置に基づいて被検レンズの位置決めを行う構成が特
開平４−４００２４号公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の被測定
面の位置決めによると、被測定面を接触走査するか、或
いは、被測定面で反射された反射光に基づいて頂点付近
の形状を測定し、この測定結果に基づいて測定原点を探
索しているため、測定原点付近の形状の変化率が小であ
る場合には測定原点の検出精度が低下して高精度な位置
決めを行うことができない。また、特開平４−４００２
４号公報の方法によると、ｚ軸回りの回転方向に対して
非対称な形状を有する被測定面では姿勢によって設計断
面が異なるため、測定原点、及び被測定面の姿勢を同時
に設定できないと正確な形状測定ができないという問題
がある。従って、本発明の目的は、被測定面の形状情報
によらずにｚ軸回りの回転方向に対して非対称な形状を
有する被測定物であっても高精度かつ速やかな被測定面
の位置決めを実現する形状測定装置、及びそれを用いた
被測定面の位置決め方法を提供することにある。
面の位置決めによると、被測定面を接触走査するか、或
いは、被測定面で反射された反射光に基づいて頂点付近
の形状を測定し、この測定結果に基づいて測定原点を探
索しているため、測定原点付近の形状の変化率が小であ
る場合には測定原点の検出精度が低下して高精度な位置
決めを行うことができない。また、特開平４−４００２
４号公報の方法によると、ｚ軸回りの回転方向に対して
非対称な形状を有する被測定面では姿勢によって設計断
面が異なるため、測定原点、及び被測定面の姿勢を同時
に設定できないと正確な形状測定ができないという問題
がある。従って、本発明の目的は、被測定面の形状情報
によらずにｚ軸回りの回転方向に対して非対称な形状を
有する被測定物であっても高精度かつ速やかな被測定面
の位置決めを実現する形状測定装置、及びそれを用いた
被測定面の位置決め方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、３次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に基づく
基準面、及び前記基準面に対して既知の座標位置を有す
る複数のマークを形成された走査面を有するデータム
と、前記データムの前記走査面を走査することにより前
記マークを検出してマーク検出信号を出力する走査手段
と、前記マーク検出信号に基づいて被測定物の形状を測
定するための測定座標系と前記３次元直交座標系（ｘ，
ｙ，ｚ）との位置関係を演算する演算手段と、前記基準
面を前記位置関係に基づいて前記測定座標系に一致させ
る一致手段を有する形状測定装置を提供する。
成するため、３次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に基づく
基準面、及び前記基準面に対して既知の座標位置を有す
る複数のマークを形成された走査面を有するデータム
と、前記データムの前記走査面を走査することにより前
記マークを検出してマーク検出信号を出力する走査手段
と、前記マーク検出信号に基づいて被測定物の形状を測
定するための測定座標系と前記３次元直交座標系（ｘ，
ｙ，ｚ）との位置関係を演算する演算手段と、前記基準
面を前記位置関係に基づいて前記測定座標系に一致させ
る一致手段を有する形状測定装置を提供する。
【００１０】上記の形状測定装置において、データムの
基準面は、被測定物を実際に使用するときに用いる被測
定物の基準面と整合する構成であることが好ましく、デ
ータムのマークは少なくとも２本の平行な線分と、線分
と所定の角度を有する他の線分とを含む構成であること
が好ましい。また、マークは走査面上に形成されたＶ字
型の溝、或いは逆Ｖ字型の突起であり、演算手段はマー
ク検出信号が極大値、或いは極小値になる位置をマーク
の位置として演算する構成であっても良く、或いは、マ
ークが走査面上に形成された段差であり、演算手段はマ
ーク検出信号が走査方向において一定の値を有する第１
のレベルと、走査方向において値が変化する第２のレベ
ルの境界位置をマークの位置として演算する構成であっ
ても良く、或いは、マークが主走査面上の隣接する領域
と異なる反射率を有する反射マークであり、演算手段は
マーク検出信号が走査方向において一定の値を有する第
１のレベルから主走査方向において一定の値を有する第
２のレベルへ変化し、更に、第２のレベルから第１のレ
ベルへ変化するとき、第１のレベルと第２のレベルの間
の２つの境界位置の中心点をマークの位置として演算す
る構成であっても良い。
基準面は、被測定物を実際に使用するときに用いる被測
定物の基準面と整合する構成であることが好ましく、デ
ータムのマークは少なくとも２本の平行な線分と、線分
と所定の角度を有する他の線分とを含む構成であること
が好ましい。また、マークは走査面上に形成されたＶ字
型の溝、或いは逆Ｖ字型の突起であり、演算手段はマー
ク検出信号が極大値、或いは極小値になる位置をマーク
の位置として演算する構成であっても良く、或いは、マ
ークが走査面上に形成された段差であり、演算手段はマ
ーク検出信号が走査方向において一定の値を有する第１
のレベルと、走査方向において値が変化する第２のレベ
ルの境界位置をマークの位置として演算する構成であっ
ても良く、或いは、マークが主走査面上の隣接する領域
と異なる反射率を有する反射マークであり、演算手段は
マーク検出信号が走査方向において一定の値を有する第
１のレベルから主走査方向において一定の値を有する第
２のレベルへ変化し、更に、第２のレベルから第１のレ
ベルへ変化するとき、第１のレベルと第２のレベルの間
の２つの境界位置の中心点をマークの位置として演算す
る構成であっても良い。
【００１１】また、本発明は上記の目的を達成するた
め、３次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて基準面
を作成し、前記基準面に対して既知の座標位置を有する
複数のマークを前記基準面と一体の走査面上に形成し、
測定座標系の中でｚ方向に変位しながら前記走査面上を
走査する走査プローブを提供し、前記走査プローブによ
って前記複数のマークを走査することによって被測定物
の形状を測定するための測定座標系の前記３次元直交座
標系（ｘ，ｙ，ｚ）に対する位置関係を演算し、前記基
準面を前記位置関係に基づいて前記測定座標系に一致さ
せる形状測定装置における被測定面の位置決め方法を提
供する。
め、３次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて基準面
を作成し、前記基準面に対して既知の座標位置を有する
複数のマークを前記基準面と一体の走査面上に形成し、
測定座標系の中でｚ方向に変位しながら前記走査面上を
走査する走査プローブを提供し、前記走査プローブによ
って前記複数のマークを走査することによって被測定物
の形状を測定するための測定座標系の前記３次元直交座
標系（ｘ，ｙ，ｚ）に対する位置関係を演算し、前記基
準面を前記位置関係に基づいて前記測定座標系に一致さ
せる形状測定装置における被測定面の位置決め方法を提
供する。
【００１２】上記の形状測定装置における被測定面の位
置決め方法において、複数のマークの形成は走査面上に
Ｖ溝、或いは逆Ｖ字型の溝を形成することによって行わ
れ、位置関係の演算はマーク検出信号が極大値、或いは
極小値になる位置をマークの位置として行われても良
い。また、複数のマークの形成は走査面上に段差を形成
することによって行われ、位置関係の演算はマーク検出
信号が走査方向において一定の値を有する第１のレベル
と、走査方向において変化する第２のレベルの境界位置
をマークの位置として行われても良い。また、複数のマ
ークの形成は走査面上に隣接する領域と異なる反射率の
領域を形成することによって行われ、位置関係の演算は
マーク検出信号が走査方向において一定の値を有する第
１のレベルから主走査方向において一定の値を有する第
２のレベルへ変化し、更に、第２のレベルから第１のレ
ベルへ変化するとき、第１のレベルと第２のレベルの間
の２つの境界位置の中心点をマークの位置として行われ
ても良い。
置決め方法において、複数のマークの形成は走査面上に
Ｖ溝、或いは逆Ｖ字型の溝を形成することによって行わ
れ、位置関係の演算はマーク検出信号が極大値、或いは
極小値になる位置をマークの位置として行われても良
い。また、複数のマークの形成は走査面上に段差を形成
することによって行われ、位置関係の演算はマーク検出
信号が走査方向において一定の値を有する第１のレベル
と、走査方向において変化する第２のレベルの境界位置
をマークの位置として行われても良い。また、複数のマ
ークの形成は走査面上に隣接する領域と異なる反射率の
領域を形成することによって行われ、位置関係の演算は
マーク検出信号が走査方向において一定の値を有する第
１のレベルから主走査方向において一定の値を有する第
２のレベルへ変化し、更に、第２のレベルから第１のレ
ベルへ変化するとき、第１のレベルと第２のレベルの間
の２つの境界位置の中心点をマークの位置として行われ
ても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の形状測定装置、及
びそれを用いた被測定面の位置決め方法を図面を参照し
つつ説明する。
びそれを用いた被測定面の位置決め方法を図面を参照し
つつ説明する。
【００１４】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る形状測定装置の構成を示し、被測定面１ａを有する被
測定物１と、被測定物１を所定の姿勢に配置する基準面
２を有する位置基準治具３と、位置基準治具３の上面に
設けられる位置基準用のマーキング３Ａ，３Ｂ、及び３
Ｃと、位置基準治具３を測定座標系（ｘM ，ｙM ，
ｚ M ）におけるｘｙ方向に移動させる駆動部４と、マー
キング３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃを走査するスタイラス５ａ
を有するプローブ５と、プローブ５、及び駆動部４から
の出力に基づいて被測定面１ａの位置、及び姿勢の演算
を行う演算部６を有する。
る形状測定装置の構成を示し、被測定面１ａを有する被
測定物１と、被測定物１を所定の姿勢に配置する基準面
２を有する位置基準治具３と、位置基準治具３の上面に
設けられる位置基準用のマーキング３Ａ，３Ｂ、及び３
Ｃと、位置基準治具３を測定座標系（ｘM ，ｙM ，
ｚ M ）におけるｘｙ方向に移動させる駆動部４と、マー
キング３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃを走査するスタイラス５ａ
を有するプローブ５と、プローブ５、及び駆動部４から
の出力に基づいて被測定面１ａの位置、及び姿勢の演算
を行う演算部６を有する。
【００１５】図２は、位置基準治具３を示し、位置基準
治具３は、設計座標系（ｘD ，ｙD，ｚD ）におけるｘ
ｙ平面，ｘｚ平面、及びｙｚ平面によって構成される基
準面２と、基準面２に隣接した上面に３本に直線状のマ
ーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃを有しており、マーク３Ｃは
他のマーク３Ａ、及び３Ｂに対して角度θを有するよう
に設けられている。このマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃと
基準面２の位置関係は既知であり、基準面２のｘｙ平
面，ｘｚ平面、及びｙｚ平面に被測定物１の側面、及び
底面を当接させることによって、被測定面１ａの測定原
点とマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃが所定の位置関係に設
定される。
治具３は、設計座標系（ｘD ，ｙD，ｚD ）におけるｘ
ｙ平面，ｘｚ平面、及びｙｚ平面によって構成される基
準面２と、基準面２に隣接した上面に３本に直線状のマ
ーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃを有しており、マーク３Ｃは
他のマーク３Ａ、及び３Ｂに対して角度θを有するよう
に設けられている。このマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃと
基準面２の位置関係は既知であり、基準面２のｘｙ平
面，ｘｚ平面、及びｙｚ平面に被測定物１の側面、及び
底面を当接させることによって、被測定面１ａの測定原
点とマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃが所定の位置関係に設
定される。
【００１６】図３は、位置基準治具３に設けられたマー
ク３Ａを走査するプローブ５を示し、プローブ５のスタ
イラス５ａが、（ａ）に示されるように矢印方向に移動
しながらＶ字型の溝状に形成されたマーク３Ａを横切る
と、演算部６には（ｂ）の測定値に示されるように、マ
ーク３Ａの断面形状に応じた測定値が出力される。図３
（ｂ）においては、走査方向の測定値が最も低くなる位
置を直線定義位置としているが、マークを突起状に形成
して最も高くなる位置を直線定義位置としても良い。ま
た、マーク３Ａの長さは５ｍｍ程度の長さを有していれ
ば良い。
ク３Ａを走査するプローブ５を示し、プローブ５のスタ
イラス５ａが、（ａ）に示されるように矢印方向に移動
しながらＶ字型の溝状に形成されたマーク３Ａを横切る
と、演算部６には（ｂ）の測定値に示されるように、マ
ーク３Ａの断面形状に応じた測定値が出力される。図３
（ｂ）においては、走査方向の測定値が最も低くなる位
置を直線定義位置としているが、マークを突起状に形成
して最も高くなる位置を直線定義位置としても良い。ま
た、マーク３Ａの長さは５ｍｍ程度の長さを有していれ
ば良い。
【００１７】以下に、本実施の形態の動作を説明する。
まず、位置基準治具３に被測定物１を搭載して基準面２
に側面、及び底面を当接させた後、駆動部４を設計座標
系（ｘD ，ｙD ，ｚD ）におけるｘ方向、ｙ方向、及び
ｚ方向に移動させて位置基準治具３の上面に形成されて
いるマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃがプローブ５のスタイ
ラス５ａの走査可能範囲に来るように位置基準治具３を
移動させる。被測定物１の基準面は、実際に使用すると
きに用いられる基準面を基準面２に当接させる。
まず、位置基準治具３に被測定物１を搭載して基準面２
に側面、及び底面を当接させた後、駆動部４を設計座標
系（ｘD ，ｙD ，ｚD ）におけるｘ方向、ｙ方向、及び
ｚ方向に移動させて位置基準治具３の上面に形成されて
いるマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃがプローブ５のスタイ
ラス５ａの走査可能範囲に来るように位置基準治具３を
移動させる。被測定物１の基準面は、実際に使用すると
きに用いられる基準面を基準面２に当接させる。
【００１８】次に、プローブ５のスタイラス５ａを位置
基準治具３の上面に接触させ、測定座標系原点Ｏ
（ｘM0，ｙM0）から測定座標系（ｘM ，ｙM ，ｚM ）の
ｘ方向に沿って移動させてマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃ
を横切るように走査する。この走査に基づいてマーク３
Ａ，３Ｂ、及び３Ｃの位置に応じた測定値がプローブ５
から演算部６に出力される。
基準治具３の上面に接触させ、測定座標系原点Ｏ
（ｘM0，ｙM0）から測定座標系（ｘM ，ｙM ，ｚM ）の
ｘ方向に沿って移動させてマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃ
を横切るように走査する。この走査に基づいてマーク３
Ａ，３Ｂ、及び３Ｃの位置に応じた測定値がプローブ５
から演算部６に出力される。
【００１９】ここで、測定座標系原点Ｏからマーク３Ｃ
までの走査長をＬ1 ，マーク３ Ｃからマーク３Ｂまで
の走査長をＬ2 ，マーク３Ｂからマーク３Ａまでの走査
長をＬ3 とし、測定座標系原点Ｏからマーク３Ｃまでの
距離をＤ1 ，マーク３Ｂから被測定物１の端面までの距
離をＤ2 ，基準面２のｘｚ平面から被測定面１ａの測定
原点Ｏ’までのｙ方向成分をＤ3 として、Ｄ1 ＝２０ｍ
ｍ，Ｄ2 ＝５ｍｍ，Ｄ 3 ＝４．５ｍｍ，マーク３Ｃがマ
ーク３Ａ、及び３Ｂに対して有する角度θが３０度であ
るときに、設計座標系に対する測定座標系原点Ｏ
（ｘM0，ｙM0）、及び測定座標系の設計座標系に対する
傾きθM0は以下の式 θM0＝ａｒｃｃｏｓ（２０／Ｌ3 ） −−−（１） ｘM0＝−１０−（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）ｃｏｓθ −−−（２） ｙM0＝（Ｌ2 ｃｏｓθ−５）／ｔａｎ３０＋４．５−Ｌ1 ｓｉｎθ −−−（３） で表される。
までの走査長をＬ1 ，マーク３ Ｃからマーク３Ｂまで
の走査長をＬ2 ，マーク３Ｂからマーク３Ａまでの走査
長をＬ3 とし、測定座標系原点Ｏからマーク３Ｃまでの
距離をＤ1 ，マーク３Ｂから被測定物１の端面までの距
離をＤ2 ，基準面２のｘｚ平面から被測定面１ａの測定
原点Ｏ’までのｙ方向成分をＤ3 として、Ｄ1 ＝２０ｍ
ｍ，Ｄ2 ＝５ｍｍ，Ｄ 3 ＝４．５ｍｍ，マーク３Ｃがマ
ーク３Ａ、及び３Ｂに対して有する角度θが３０度であ
るときに、設計座標系に対する測定座標系原点Ｏ
（ｘM0，ｙM0）、及び測定座標系の設計座標系に対する
傾きθM0は以下の式 θM0＝ａｒｃｃｏｓ（２０／Ｌ3 ） −−−（１） ｘM0＝−１０−（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）ｃｏｓθ −−−（２） ｙM0＝（Ｌ2 ｃｏｓθ−５）／ｔａｎ３０＋４．５−Ｌ1 ｓｉｎθ −−−（３） で表される。
【００２０】上記した（１）〜（３）式に基づいて測定
座標系原点Ｏ（ｘM0，ｙM0）と、座標軸の傾きθM0が求
められる。被測定物１の被測定面１ａとマーク３Ａ，３
Ｂ、及び３Ｃの位置関係は既知であるので、測定座標系
原点Ｏ、及び傾きθM0の演算結果に基づいて駆動部４を
設計座標系（ｘD ，ｙD ，ｚD ）におけるｘ方向，ｙ方
向、及びｚ軸回りの回転方向に移動させて被測定面１ａ
の測定原点Ｏ’を測定座標系原点Ｏに一致させる。
座標系原点Ｏ（ｘM0，ｙM0）と、座標軸の傾きθM0が求
められる。被測定物１の被測定面１ａとマーク３Ａ，３
Ｂ、及び３Ｃの位置関係は既知であるので、測定座標系
原点Ｏ、及び傾きθM0の演算結果に基づいて駆動部４を
設計座標系（ｘD ，ｙD ，ｚD ）におけるｘ方向，ｙ方
向、及びｚ軸回りの回転方向に移動させて被測定面１ａ
の測定原点Ｏ’を測定座標系原点Ｏに一致させる。
【００２１】このように、位置基準治具３の上面に設け
られているマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃを横切るように
１回走査することによって、マーク３Ａ，３Ｂ、及び３
Ｃの測定座標系（ｘM ，ｙM ，ｚM ）のｘ−ｙ平面にお
ける位置関係、及び姿勢が求められる。つまり、設計座
標系（ｘD ，ｙD ，ｚD ）の位置関係、及び姿勢関係は
測定座標系原点Ｏ（ｘM0，ｙM0）の値と座標軸の傾き成
分で定義される。この場合、求めなければならない未知
数は３つであり、これらの未知数はマーク３Ａ，３Ｂ、
及び３Ｃを測定した得た各直線の距離、及び測定座標系
原点Ｏから最初の直線までの距離が３つあれば、連立方
程式を用いて未知数を明らかにすることができることか
ら測定座標系と設計座標系の位置関係、及び姿勢関係を
高精度で求められ、被測定面１ａの位置決めに要する時
間を短縮することができる。
られているマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃを横切るように
１回走査することによって、マーク３Ａ，３Ｂ、及び３
Ｃの測定座標系（ｘM ，ｙM ，ｚM ）のｘ−ｙ平面にお
ける位置関係、及び姿勢が求められる。つまり、設計座
標系（ｘD ，ｙD ，ｚD ）の位置関係、及び姿勢関係は
測定座標系原点Ｏ（ｘM0，ｙM0）の値と座標軸の傾き成
分で定義される。この場合、求めなければならない未知
数は３つであり、これらの未知数はマーク３Ａ，３Ｂ、
及び３Ｃを測定した得た各直線の距離、及び測定座標系
原点Ｏから最初の直線までの距離が３つあれば、連立方
程式を用いて未知数を明らかにすることができることか
ら測定座標系と設計座標系の位置関係、及び姿勢関係を
高精度で求められ、被測定面１ａの位置決めに要する時
間を短縮することができる。
【００２２】次に、被測定面１ａの測定原点Ｏ’にスタ
イラス５ａを配置し、測定座標系（ｘM ，ｙM ，ｚM ）
におけるｘ方向、及びｙ方向にスタイラス５ａを移動さ
せて被測定面１ａを接触走査することにより被測定面１
ａの形状の測定を行う。
イラス５ａを配置し、測定座標系（ｘM ，ｙM ，ｚM ）
におけるｘ方向、及びｙ方向にスタイラス５ａを移動さ
せて被測定面１ａを接触走査することにより被測定面１
ａの形状の測定を行う。
【００２３】上記の方法によると、駆動部４を操作して
被測定面１ａの測定原点Ｏ’を測定座標系原点Ｏに一致
させているが、測定座標系原点Ｏを被測定面１ａの測定
原点Ｏ’に一致させるようにプローブ５を移動させるこ
とも可能である。この場合には、測定座標系（ｘM ，ｙ
M ，ｚM ）におけるｚ軸回りの傾きθM0を設計座標系
（ｘD ，ｙD ，ｚD ）において修正することが望まし
い。
被測定面１ａの測定原点Ｏ’を測定座標系原点Ｏに一致
させているが、測定座標系原点Ｏを被測定面１ａの測定
原点Ｏ’に一致させるようにプローブ５を移動させるこ
とも可能である。この場合には、測定座標系（ｘM ，ｙ
M ，ｚM ）におけるｚ軸回りの傾きθM0を設計座標系
（ｘD ，ｙD ，ｚD ）において修正することが望まし
い。
【００２４】第１の実施の形態では、位置基準治具３に
被測定物１を搭載してからマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃ
を測定する方法について説明したが、位置基準治具３に
被測定物１を搭載せずにマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃを
測定した得た各直線の距離、及び測定座標系原点Ｏから
最初の直線までの距離を求め、この後に被測定物１を位
置基準治具３に搭載して測定座標系と被測定物の設計座
標系を一致させることもできる。
被測定物１を搭載してからマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃ
を測定する方法について説明したが、位置基準治具３に
被測定物１を搭載せずにマーク３Ａ，３Ｂ、及び３Ｃを
測定した得た各直線の距離、及び測定座標系原点Ｏから
最初の直線までの距離を求め、この後に被測定物１を位
置基準治具３に搭載して測定座標系と被測定物の設計座
標系を一致させることもできる。
【００２５】図４は、位置基準治具３の他の構成を示
し、プローブ５のスタイラス５ａが、（ａ）に示される
ように矢印方向に移動しながら段差状に形成されたマー
ク７を横切ると、演算部６には（ｂ）の測定値に示され
るように、マーク７の断面形状に応じた測定値が出力さ
れる。図４（ｂ）においては、スタイラス５ａの先端形
状に基づいて直線定義位置を設定している。
し、プローブ５のスタイラス５ａが、（ａ）に示される
ように矢印方向に移動しながら段差状に形成されたマー
ク７を横切ると、演算部６には（ｂ）の測定値に示され
るように、マーク７の断面形状に応じた測定値が出力さ
れる。図４（ｂ）においては、スタイラス５ａの先端形
状に基づいて直線定義位置を設定している。
【００２６】図５は、位置基準治具３の他の構成を示
し、位置基準治具３の上面に位置基準治具３と異なる反
射率のマーク９を設けており、非接触型のプローブ８
が、（ａ）に示されるように矢印方向に移動しながらマ
ーク９を光学的に検出すると、演算部６には（ｂ）の測
定値に示されるように、マーク９の反射率に応じた測定
値が出力される。図５（ｂ）においては、マーク９の走
査に基づく反射率が低下する走査方向の範囲の中心を直
線定義位置としている。
し、位置基準治具３の上面に位置基準治具３と異なる反
射率のマーク９を設けており、非接触型のプローブ８
が、（ａ）に示されるように矢印方向に移動しながらマ
ーク９を光学的に検出すると、演算部６には（ｂ）の測
定値に示されるように、マーク９の反射率に応じた測定
値が出力される。図５（ｂ）においては、マーク９の走
査に基づく反射率が低下する走査方向の範囲の中心を直
線定義位置としている。
【００２７】図６は、第２の実施の形態における測定座
標系原点と被測定物の設計座標系の測定原点のズレを検
出する測定プロセスのフローチャートを示し、測定座標
系原点と測定原点のズレは、以下に示すステップ１〜４
によって測定することができる。
標系原点と被測定物の設計座標系の測定原点のズレを検
出する測定プロセスのフローチャートを示し、測定座標
系原点と測定原点のズレは、以下に示すステップ１〜４
によって測定することができる。
【００２８】ステップ１では、測定座標系原点と測定原
点とを一致させた後、プローブ５のスタイラス５ａを設
計座標系の測定原点から位置基準治具３に形成されてい
るマーク３Ａ，３Ｂ，或いは３Ｃが存在する座標に移動
させる。
点とを一致させた後、プローブ５のスタイラス５ａを設
計座標系の測定原点から位置基準治具３に形成されてい
るマーク３Ａ，３Ｂ，或いは３Ｃが存在する座標に移動
させる。
【００２９】ステップ２では、マーク３Ａ，３Ｂ，或い
は３Ｃが存在する座標に移動させたスタイラス５ａを微
小量移動させて位置基準治具３を走査する。このとき、
スタイラス５ａは、マーク３Ａ，３Ｂ，或いは３Ｃを横
切る方向に微小量移動させることが好ましい。
は３Ｃが存在する座標に移動させたスタイラス５ａを微
小量移動させて位置基準治具３を走査する。このとき、
スタイラス５ａは、マーク３Ａ，３Ｂ，或いは３Ｃを横
切る方向に微小量移動させることが好ましい。
【００３０】ステップ３では、スタイラス５ａのｚ方向
変位を測定する。このとき、測定されたｚ方向変位が極
小値を示すとき、スタイラス５ａはマーク３Ａ，３Ｂ，
或いは３Ｃを検出しており、測定座標系原点と被測定物
の設計座標系の測定原点のズレはないことになる。
変位を測定する。このとき、測定されたｚ方向変位が極
小値を示すとき、スタイラス５ａはマーク３Ａ，３Ｂ，
或いは３Ｃを検出しており、測定座標系原点と被測定物
の設計座標系の測定原点のズレはないことになる。
【００３１】一方、スタイラス５ａのｚ方向変位が極小
値でないときは、プローブ５を更に微小量移動させた後
にスタイラス５ａで位置基準治具３を走査する。このと
き、スタイラス５ａで最初に測定した位置の座標と、ス
タイラス５ａを微小量移動させることによってｚ方向変
位の極小値を示す位置の座標のズレが被測定面１ａにお
ける測定原点の位置ズレに相当する。このようにしてス
タイラス５ａがｚ方向変位の極小値を示す座標を検出す
る。
値でないときは、プローブ５を更に微小量移動させた後
にスタイラス５ａで位置基準治具３を走査する。このと
き、スタイラス５ａで最初に測定した位置の座標と、ス
タイラス５ａを微小量移動させることによってｚ方向変
位の極小値を示す位置の座標のズレが被測定面１ａにお
ける測定原点の位置ズレに相当する。このようにしてス
タイラス５ａがｚ方向変位の極小値を示す座標を検出す
る。
【００３２】ステップ４では、スタイラス５ａがｚ方向
変位の極小値を示す座標を検出すると、その座標から最
初にプローブ５を移動させた移動量と同じ量で逆方向に
プローブ５を移動させることにより、スタイラス５ａが
補正された測定原点に配置される。
変位の極小値を示す座標を検出すると、その座標から最
初にプローブ５を移動させた移動量と同じ量で逆方向に
プローブ５を移動させることにより、スタイラス５ａが
補正された測定原点に配置される。
【００３３】上記した測定原点の補正方法では、マーク
３Ａ，３Ｂ，或いは３Ｃの位置の検出結果に誤差が混入
しにくいため、第１の実施の形態における演算によって
得られた測定原点の位置ズレを高精度で検出し、その検
出結果に基づいて駆動部を駆動することによって補正す
ることが可能になる。
３Ａ，３Ｂ，或いは３Ｃの位置の検出結果に誤差が混入
しにくいため、第１の実施の形態における演算によって
得られた測定原点の位置ズレを高精度で検出し、その検
出結果に基づいて駆動部を駆動することによって補正す
ることが可能になる。
【００３４】また、本実施の形態では、位置基準治具に
形成されたマークを検出する検出器として、プローブ等
の接触型センサ、或いは非接触型のセンサを用いている
が、これらを一体化した検出器によって光学的、及び接
触的にマークを検出する構成としても良く、マークにつ
いても３本以上であっても良い。
形成されたマークを検出する検出器として、プローブ等
の接触型センサ、或いは非接触型のセンサを用いている
が、これらを一体化した検出器によって光学的、及び接
触的にマークを検出する構成としても良く、マークにつ
いても３本以上であっても良い。
【００３５】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明の形状測定装
置、及びそれを用いた被測定面の位置決め方法による
と、データムに形成され、被測定面と所定の位置関係を
有するマークをプローブのスタイラスで１回走査して得
たマーク位置検出信号に基づいて３次元直交座標系
（ｘ，ｙ，ｚ）に対する位置関係を演算し、この位置関
係に基づいて作成された基準面を測定座標系に一致させ
るようにしたため、被測定面の形状情報によらずにｚ軸
回りの回転方向に対して非対称な形状を有する被測定物
であっても高精度かつ速やかな被測定面の位置決めを実
現することができる。
置、及びそれを用いた被測定面の位置決め方法による
と、データムに形成され、被測定面と所定の位置関係を
有するマークをプローブのスタイラスで１回走査して得
たマーク位置検出信号に基づいて３次元直交座標系
（ｘ，ｙ，ｚ）に対する位置関係を演算し、この位置関
係に基づいて作成された基準面を測定座標系に一致させ
るようにしたため、被測定面の形状情報によらずにｚ軸
回りの回転方向に対して非対称な形状を有する被測定物
であっても高精度かつ速やかな被測定面の位置決めを実
現することができる。
【図１】第１の実施の形態における形状測定装置を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】第１の実施の形態における位置基準治具３を示
す説明図である。
す説明図である。
【図３】第１の実施の形態におけるマーク３Ａの検出動
作を示す説明図である。
作を示す説明図である。
【図４】位置基準治具３の他の構成、及びマーク７の検
出動作を示す説明図である。
出動作を示す説明図である。
【図５】位置基準治具３の他の構成、及びマーク８の検
出動作を示す説明図である。
出動作を示す説明図である。
【図６】測定座標系原点と被測定物の設計座標系の測定
原点のズレを検出する測定プロセスの流れを示すフロー
チャートである。
原点のズレを検出する測定プロセスの流れを示すフロー
チャートである。
【図７】従来の形状測定装置を示す説明図である。
【図８】従来の形状測定装置の動作を示す説明図であ
る。
る。
１，被測定物 １ａ，被測定面 ２，基準面 ３，位置基準治具 ３Ａ，マーク ３Ｂ，マーク ３Ｃ，マーク ４，駆動部 ５，プローブ ５ａ，スタイラス ６，計算部 ７，マーク ８，プローブ ９，マーク １０，形状測定器 １０Ａ，プローブ １０Ｂ，スタイラス １１，被測定物 １１ａ，被測定面
Claims (10)
- 【請求項１】 ３次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に基づ
く基準面、及び前記基準面に対して既知の座標位置を有
する複数のマークを形成された走査面を有するデータム
と、 前記データムの前記走査面を走査することにより前記マ
ークを検出してマーク検出信号を出力する走査手段と、 前記マーク検出信号に基づいて被測定物の形状を測定す
るための測定座標系と前記３次元直交座標系（ｘ，ｙ，
ｚ）との位置関係を演算する演算手段と、 前記基準面を前記位置関係に基づいて前記測定座標系に
一致させる一致手段を有することを特徴とする形状測定
装置。 - 【請求項２】 前記データムの基準面は、前記被測定物
を実際に使用するときに用いる前記被測定物の基準面と
整合する構成の請求項第１項記載の形状測定装置。 - 【請求項３】 前記データムの前記マークは、少なくと
も２本の平行な線分と、前記線分と所定の角度を有する
他の線分とを含む構成の請求項第１項記載の形状測定装
置。 - 【請求項４】 前記データムの前記マークは、前記走査
面上に形成されたＶ字型の溝、或いは逆Ｖ字型の突起で
あり、 前記演算手段は、前記マーク検出信号が極大値、或いは
極小値になる位置を前記マークの位置として演算する構
成の請求項第１項記載の形状測定装置。 - 【請求項５】 前記データムの前記マークは、前記走査
面上に形成された段差であり、 前記演算手段は、前記マーク検出信号が走査方向におい
て一定の値を有する第１のレベルと、走査方向において
値が変化する第２のレベルの境界位置を前記マークの位
置として演算する構成の請求項第１項記載の形状測定装
置。 - 【請求項６】 前記データムの前記マークは、前記主走
査面上の隣接する領域と異なる反射率を有する反射マー
クであり、 前記演算手段は、前記マーク検出信号が走査方向におい
て一定の値を有する第１のレベルから主走査方向におい
て一定の値を有する第２のレベルへ変化し、更に、前記
第２のレベルから前記第１のレベルへ変化するとき、前
記第１のレベルと前記第２のレベルの間の２つの境界位
置の中心点を前記マークの位置として演算する構成の請
求項第１項記載の形状測定装置。 - 【請求項７】 ３次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に基づ
いて基準面を作成し、 前記基準面に対して既知の座標位置を有する複数のマー
クを前記基準面と一体の走査面上に形成し、 測定座標系の中でｚ方向に変位しながら前記走査面上を
走査する走査プローブを提供し、 前記走査プローブによって前記複数のマークを走査する
ことによって被測定物の形状を測定するための測定座標
系の前記３次元直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に対する位置
関係を演算し、 前記基準面を前記位置関係に基づいて前記測定座標系に
一致させることを特徴とする形状測定装置における被測
定面の位置決め方法。 - 【請求項８】 前記複数のマークの形成は、前記走査面
上にＶ溝、或いは逆Ｖ字型の突起を形成することによっ
て行われ、 前記位置関係の演算は、前記マーク検出信号が極大値、
或いは極小値になる位置を前記マークの位置として行わ
れる請求項第７項記載の形状測定装置における被測定面
の位置決め方法。 - 【請求項９】 前記複数のマークの形成は、前記走査面
上に段差を形成することによって行われ、 前記位置関係の演算は、前記マーク検出信号が走査方向
において一定の値を有する第１のレベルと、走査方向に
おいて変化する第２のレベルの境界位置を前記マークの
位置として行われる請求項第７項記載の形状測定装置に
おける被測定面の位置決め方法。 - 【請求項１０】 前記複数のマークの形成は、前記走査
面上に隣接する領域と異なる反射率の領域を形成するこ
とによって行われ、 前記位置関係の演算は、前記マーク検出信号が走査方向
において一定の値を有する第１のレベルから主走査方向
において一定の値を有する第２のレベルへ変化し、更
に、前記第２のレベルから前記第１のレベルへ変化する
とき、前記第１のレベルと前記第２のレベルの間の２つ
の境界位置の中心点を前記マークの位置として行われる
請求項第７項記載の形状測定装置における被測定面の位
置決め方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4625196A JPH09243304A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | 形状測定装置、及びそれを用いた被測定面の位置決め方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4625196A JPH09243304A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | 形状測定装置、及びそれを用いた被測定面の位置決め方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09243304A true JPH09243304A (ja) | 1997-09-19 |
Family
ID=12741960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4625196A Pending JPH09243304A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | 形状測定装置、及びそれを用いた被測定面の位置決め方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09243304A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009122125A (ja) * | 2003-03-10 | 2009-06-04 | Hoya Corp | レンズの偏心測定装置及びレンズの偏心測定方法 |
| JP2013238509A (ja) * | 2012-05-16 | 2013-11-28 | Mitsutoyo Corp | てこ式プローブ用の基準器、てこ式プローブの位置情報および姿勢情報を取得する方法 |
| JP2015537217A (ja) * | 2012-11-20 | 2015-12-24 | ディーシージー システムズ、 インコーポライテッドＤｃｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ． | ナノプロービング時の迅速で非破壊のサンプルのナビゲーションのためのサンプルの３次元事前特性評価における非接触顕微鏡検査のシステム及び方法 |
-
1996
- 1996-03-04 JP JP4625196A patent/JPH09243304A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009122125A (ja) * | 2003-03-10 | 2009-06-04 | Hoya Corp | レンズの偏心測定装置及びレンズの偏心測定方法 |
| JP2013238509A (ja) * | 2012-05-16 | 2013-11-28 | Mitsutoyo Corp | てこ式プローブ用の基準器、てこ式プローブの位置情報および姿勢情報を取得する方法 |
| JP2015537217A (ja) * | 2012-11-20 | 2015-12-24 | ディーシージー システムズ、 インコーポライテッドＤｃｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ． | ナノプロービング時の迅速で非破壊のサンプルのナビゲーションのためのサンプルの３次元事前特性評価における非接触顕微鏡検査のシステム及び方法 |
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