JPH09280834A - 形状測定装置 - Google Patents

形状測定装置

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JPH09280834A
JPH09280834A JP8858996A JP8858996A JPH09280834A JP H09280834 A JPH09280834 A JP H09280834A JP 8858996 A JP8858996 A JP 8858996A JP 8858996 A JP8858996 A JP 8858996A JP H09280834 A JPH09280834 A JP H09280834A
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JP
Japan
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measured
contact displacement
scanning speed
displacement meter
shape
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Application number
JP8858996A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Izeki
敏之 井関
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オペレータの勘と経験に頼らずに走査速度を
自動的に設定し、測定効率を向上させる。 【解決手段】 制御・演算手段6は、オペレータが走査
速度を設定すると、コントローラドライバ4aに対して
設定した走査速度に応じた速度パラメータを出力し、X
ステージ2aは設定した走査速度で走査を開始する。こ
れと同時に非接触変位計1と被測定物7の表面との距離
を一定に保ちながら倣い動作をするようにYステージ2
bを動作させる。被測定面の曲率半径及び/又は傾斜角
度から速度パラメータを自動的に求め、適正な走査速度
を自動的に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、形状測定装置、よ
り詳細には、物体表面の形状を非接触・高精度で測定で
きる形状測定装置、特に、非球面形状測定装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、非接触変位計を形状測定用プ
ローブとして用いた形状測定装置が数多く提案されてい
る。その原理は、非接触変位計を被測定物表面に倣い動
作させ、そのときの動作軌跡を測定することによって、
被測定面の形状を間接的に測定するというものである。
【0003】図1は、本発明が適用された形状測定装置
の一例を説明するための図で、図1(A)は全体を構成
する側面図であり、図1(B)は図1(A)のB−B線
方向から視た平面図であるが、図1(A)に示すよう
に、本発明の形状測定装置は、形状測定用プローブとし
て用いる非接触変位計1と、該非接触変位計1をX軸方
向に移動させるXステージ2aおよびY軸方向に移動さ
せるYステージ2bと、Xステージ2aを駆動するアク
チュエータ3aおよびYステージ2bを駆動するアクチ
ュエータ3bと、アクチュエータ3aを制御するコント
ローラドライバ4aおよびアクチュエータ3bを制御す
るコントローラドライバ4bと、Xステージ2aの移動
量を測定する測長手段5aおよびYステージ2bの移動
量を測定する測長手段5bと、Xステージ2aおよびY
ステージ2bの制御や測定データの解析を行う制御・演
算手段6とにより構成され、図2(B)に示すように、
非接触変位計1は、Xステージ2aによりX軸方向に移
動し、Yステージ2bによりY軸方向に移動しながら、
所定の位置にセットされた被測定物7の表面の形状を間
接的に測定する。
【0004】図2は、本発明が適用された形状測定装置
の測定動作手順の一例を説明するための図で、以下、図
2を参照しながら、測定動作手順を説明する。 被測定物7をセットし、非接触変位計1をX方向(点
線位置から実線位置)に移動させて測定開始点Sに合わ
せる(図2(A))。 測定開始点Sにおいて、非接触変位計1の測定範囲内
に被測定物7の表面が位置するように、非接触変位計1
と被測定物7の表面とのY軸方向の距離を微調整する
(図2(B))。 制御・演算手段6は、オペレータが走査速度を設定す
ると、コントローラドライバ4aに対して設定した走査
速度に応じた速度パラメータを出力し、Xステージ2a
は設定速度で走査を開始する。これと同時に、非接触変
位計1と被測定物7の表面との距離を一定に保ちながら
倣い動作をするようにYステージ2bを動作させる(図
2(C))。 測長手段5a,5bの出力を、逐次、制御・演算手段
6に取り込むことによって、倣い動作中のX,Yステー
ジの動作軌跡を測定する。 測定終了後、動作軌跡、すなわち被測定物の表面の形
状を、制御・演算手段6を用いて解析する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述の測定動作手順
において、設定したX軸方向の走査速度が早すぎるとY
軸方向の動作が追いつかず、被測定面が非接触プローブ
の測定範囲外となってしまい、倣い動作が不可能にな
る。走査速度の適正値は被測定面の傾きや曲率によって
異なるが、従来は、オペレータの勘と経験に頼って走査
速度を設定するので、設定した走査速度が遅すぎて時間
が余計にかかってしまったり、逆に、走査速度が早すぎ
て倣い動作が不可能になるなどの不具合が生じていた。
【0006】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、オペレータの勘と経験に頼らずに走査速度
を自動的に設定し、測定効率の向上をはかるとともに、
被測定物の形状が既知でない場合でも走査速度を自動的
に設定し、測定効率を向上させることを目的とするもの
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、非接
触変位計を形状測定用プローブとして用い、該非接触変
位計の出力を用いて、被測定物表面を倣い動作させ、動
作軌跡を測定することによって被測定面の形状を間接的
に測定する形状測定装置において、前記非接触変位計の
走査速度を、前記被測定面の曲率の関数とすることを特
徴とし、もって、従来は、オペレータの勘と経験に頼っ
て設定していた走査速度を自動的に設定するようにし、
測定効率を向上させるようにしたものである。
【0008】請求項2の発明は、非接触変位計を形状測
定用プローブとして用い、該非接触変位計の出力を用い
て、被測定物表面を倣い動作させ、動作軌跡を測定する
ことによって被測定面の形状を間接的に測定する形状測
定装置において、前記非接触変位計の走査速度を、前記
被測定面の傾斜角度の関数とすることを特徴とし、もっ
て、従来は、オペレータの勘と経験に頼って設定してい
た走査速度を自動的に設定するようにし、測定効率を向
上させるようにしたものである。
【0009】請求項3の発明は、非接触変位計を形状測
定用プローブとして用い、該非接触変位計の出力を用い
て、測定物表面を倣い動作させ、動作軌跡を測定するこ
とによって被測定面の形状を間接的に測定する形状測定
装置において、前記非接触変位計の走査速度を、前記被
測定面の曲率および傾斜角度の関数とすることを特徴と
し、もって、曲率のみ、あるいは、傾斜角度のみから走
査速度を決定する場合に比し、より適正な速度を設定す
ることができるようにしたものである。
【0010】請求項4の発明は、請求項1又は3の発明
において、測定された動作軌跡から被測定面の曲率の近
似値を演算によって求め、求めた曲率に基づいて前記非
接触変位計の走査速度を変化させることを特徴とし、も
って、測定面の曲率を測定データから逐次求めるように
し、測定面の曲率が未知の場合でも、走査速度を自動的
に設定でき、測定効率を向上させることができるように
したものである。
【0011】請求項5の発明は、請求項2又は3の発明
において、測定された動作軌跡から被測定面の傾斜角度
の近似値を演算によって求め、求めた傾斜角度に基づい
て前記非接触変位計の走査速度を変化させることを特徴
とし、もって、被測定面の傾斜角を測定データから逐次
求めるようにし、測定面の形状が未知の場合でも、走査
速度を自動的に設定でき、測定効率を向上させることが
できるようにしたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
(請求項1の発明)図1において、被測定物7の曲率半
径をRとするとき、制御・演算手段6からコントローラ
ドライバ4a(または4b)に出力される速度パラメー
タを曲率半径Rの関数、たとえば、Rに比例する値とし
て、あるいは(LogR)4に比例する値として決定す
る。仮に、R=20mmの場合の走査速度の最適値が0.
5mm/secとし、速度パラメータをRに比例する値とする
と、R=200mmの場合の走査速度は5mm/secに自動的
に設定される。また、速度パラメータを(LogR)4
比例する値とすると、R=200mmの場合の走査速度は
4.9mm/secに、R=2000mmの場合の走査速度は2
0.7mm/secに自動的に設定される。これ以外にも様々
な関数が適用可能であることはいうまでもない。
【0013】(請求項2の発明)被測定面の傾斜角度に
よっても走査速度の最適値は変化する。すなわち傾斜角
度の急な部分では走査速度を下げ、傾斜角度の緩やかな
部分では走査速度を上げることが望ましい。従って、制
御・演算手段6からコントローラドライバ4a(または
4b)に出力される速度パラメータを傾斜角度θの関
数、たとえば、(cosθ)4に比例する値として自動的に
決定すれば、曲率半径が同一で、測定範囲すなわち走査
距離のみが異なる場合であっても、より適正な走査速度
を設定できる。これ以外にも様々な関数が適用可能であ
ることはいうまでもない。
【0014】(請求項3の発明)一般に、被測定物の曲
率半径や測定範囲は様々である。従って、より適正な走
査速度を求めるためには、曲率半径と傾斜角度の両方を
考慮して決定する必要がある。制御・演算手段6からコ
ントローラドライバ4aまたは4bに出力される速度パ
ラメータを曲率半径Rと傾斜角度θの関数、たとえば、
(LogR×cosθ)4に比例する値として決定する。
【0015】(請求項4の発明)走査速度を曲率半径R
の関数として決定するためには、曲率半径Rがあらかじ
め求められている必要があるが、場合によっては被測定
物のRが未知の場合もある。この場合には、以下に説明
する方法で対処することが可能である。すなわち、 あらかじめ想定されるすべての測定対象物に対して倣
い動作を可能にするだけの十分に低い走査速度で走査を
開始する。 少なくとも3点以上の測定点の座標を円弧近似してR
を求める。近似方法としては、例えば、曲率半径Rの円
弧は(1)式で近似できることを利用する。 y=(1/(2R))×x2 (1) 測定した3点の座標を2次関数近似したときの2次の係
数をA2とすると、(1)式よりRは次式のように求め
られる。 R=1/(2A2) (2) 求めたRに基づき、走査速度を決定する。
【0016】(請求項5の発明)走査速度を傾斜角度θ
の関数として決定するためには、測定点の傾斜角度θが
常にわかっていることが必要である。被測定物の形状が
既知である場合には、既知の形状をもとに測定点の傾斜
角度θを求めることが可能である。被測定物の形状が未
知である場合にも、以下に説明する方法で対処すること
が可能である。すなわち、 あらかじめ想定されるすべての測定対象物に対して倣
い動作が可能なだけの十分低い走査速度で走査を開始す
る。 少なくとも2点以上の測定点の座標を直線近似してθ
を逐次求める。 求めたθに基づき、走査速度を決定する。
【0017】
【発明の効果】請求項1の発明によると、非接触変位計
を形状測定用プローブとして用い、該非接触変位計の出
力を用いて、被測定物表面を倣い動作させ、動作軌跡を
測定することによって被測定面の形状を間接的に測定す
る形状測定装置において、前記非接触変位計の走査速度
を、前記被測定面の曲率の関数としたので、従来は、オ
ペレータの勘と経験に頼って設定していた走査速度を自
動的に設定でき、測定効率を向上させることができる。
【0018】請求項2の発明によると、非接触変位計を
形状測定用プローブとして用い、該非接触変位計の出力
を用いて、被測定物表面を倣い動作させ、動作軌跡を測
定することによって被測定面の形状を間接的に測定する
形状測定装置において、前記非接触変位計の走査速度
を、前記被測定面の傾斜角度の関数としたので、従来
は、オペレータの勘と経験に頼って設定していた走査速
度を自動的に設定でき、測定効率を向上させることがで
きる。
【0019】請求項3の発明によると、非接触変位計を
形状測定用プローブとして用い、該非接触変位計の出力
を用いて、測定物表面を倣い動作させ、動作軌跡を測定
することによって被測定面の形状を間接的に測定する形
状測定装置において、前記非接触変位計の走査速度を、
前記被測定面の曲率および傾斜角度の関数としたので、
曲率のみ、あるいは、傾斜角度のみから走査速度を決定
するよりも、更に適正な走査速度を設定することができ
る。
【0020】請求項4の発明によると、請求項1又は3
の発明において、測定された動作軌跡から被測定面の曲
率の近似値を演算によって求め、求めた曲率に基づいて
前記非接触変位計の走査速度を変化させるようにしたの
で、被測定面の曲率が未知の場合でも、走査速度を自動
的に設定でき、測定効率を向上させることができる。
【0021】請求項5の発明によると、請求項2又は3
の発明において、測定された動作軌跡から被測定面の傾
斜角度の近似値を演算によって求め、求めた傾斜角度に
基づいて前記非接触変位計の走査速度を変化させるよう
にしたので、被測定面の形状が未知の場合でも、走査速
度を自動的に設定でき、測定効率の向上をはかることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用された形状測定装置の一例を説
明するための図である。
【図2】 本発明が適用された形状測定装置の測定動作
手順の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
1…非接触変位計、2a…Xステージ、2b…Yステー
ジ、3a…Xステージのアクチュエータ、3b…Yステ
ージのアクチュエータ、4a…Xステージのコントロー
ラドライバ、4b…Yステージのコントローラドライ
バ、5a…Xステージの移動量を測定する測長手段、5
b…Yステージの移動量を測定する測定手段、6…制御
・演算手段、7…被測定物。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非接触変位計を形状測定用プローブとし
    て用い、該非接触変位計の出力を用いて、被測定物表面
    を倣い動作させ、動作軌跡を測定することによって被測
    定面の形状を間接的に測定する形状測定装置において、
    前記非接触変位計の走査速度を、前記被測定面の曲率の
    関数とすることを特徴とする形状測定装置。
  2. 【請求項2】 非接触変位計を形状測定用プローブとし
    て用い、該非接触変位計の出力を用いて、被測定物表面
    を倣い動作させ、動作軌跡を測定することによって被測
    定面の形状を間接的に測定する形状測定装置において、
    前記非接触変位計の走査速度を、前記被測定面の傾斜角
    度の関数とすることを特徴とする形状測定装置。
  3. 【請求項3】 非接触変位計を形状測定用プローブとし
    て用い、該非接触変位計の出力を用いて、測定物表面を
    倣い動作させ、動作軌跡を測定することによって被測定
    面の形状を間接的に測定する形状測定装置において、前
    記非接触変位計の走査速度を、前記被測定面の曲率およ
    び傾斜角度の関数とすることを特徴とする形状測定装
    置。
  4. 【請求項4】 測定された動作軌跡から被測定面の曲率
    の近似値を演算によって求め、求めた曲率に基づいて前
    記非接触変位計の走査速度を変化させることを特徴とす
    る請求項1または3記載の形状測定装置。
  5. 【請求項5】 測定された動作軌跡から被測定面の傾斜
    角度の近似値を演算によって求め、求めた傾斜角度に基
    づいて前記非接触変位計の走査速度を変化させることを
    特徴とする請求項2または3記載の形状測定装置。
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