KR20160108192A - shape measuring device, processing device and reforming method of shape measuring device - Google Patents

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KR20160108192A
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

The present invention relates to a shape measurement device capable of easily performing correction of a mounting position of a displacement meter and capable of measuring the surface shape of a measurement object with high precision. The shape measurement device which scans a measurement object by a detector in which three displacement meters are disposed in line, to measure the surface shape of the measurement object, comprises: an acquisition means which acquires measurement values of the three displacement meters; a gap calculation means which calculates gap data on the basis of difference between the measurement value based on the center displacement meter of the three displacement meters and the measurement values based on the other displacement meters; an offset calculation means which calculates an average value of the gap data obtained by scanning a correction sample by the detector, as an offset amount of mounting positions of the three displacement meters; a correction means which corrects the gap data obtained by scanning the measurement object by the detector by using the offset amount, to correct position deviation of the displacement meters; and a shape calculation means which calculates the surface shape of the measurement object on the basis of the gap data corrected by the offset amount.

Description

형상계측장치, 가공장치 및 형상계측장치의 교정방법 {shape measuring device, processing device and reforming method of shape measuring device}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a shape measuring device, a processing device, and a shape measuring device,

본 출원은 2015년 3월 4일에 출원된 일본 특허출원 제2015-042694호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.The present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-042694 filed on March 4, 2015. The entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 발명은, 형상계측장치, 가공장치 및 형상계측장치의 교정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a shape measuring apparatus, a machining apparatus, and a calibration method of a shape measuring apparatus.

3개의 변위계를 이용하여 축차 3점법에 의하여 계측대상물의 진직(眞直)형상을 구하는 방법이 알려져 있다. 이와 같은 방법에 의하여 진직형상을 고정밀도로 구하기 위해서는, 3개의 변위계의 장착위치의 편차를 교정할 필요가 있다.There is known a method of obtaining a straight line shape of a measurement object by three-point sequential method using three displacement gauges. In order to obtain the shape of the yarn-like shape with high accuracy by such a method, it is necessary to correct the deviation of the mounting positions of the three displacement meters.

따라서, 3개의 변위계와 3개의 원판을 대향 배치하고, 원판의 소정 회전위치에 있어서의 변위계의 측정값과, 원판의 소정 회전위치로부터 180도 회전한 위치에 있어서의 변위계의 측정값에 근거하여, 변위계의 상호위치를 교정하는 방법이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).Therefore, based on the measurement value of the displacement meter at the predetermined rotation position of the disk and the measurement value of the displacement meter at the position rotated 180 degrees from the predetermined rotation position of the disk, the three displacement meters and the three disks are arranged to face each other, A method of calibrating a mutual position of a displacement meter is disclosed (see, for example, Patent Document 1).

일본 공개특허공보 2010-286430호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2010-286430

그러나, 특허문헌 1에 관한 방법에서는, 원판의 설치위치, 회전각도 등이 고정밀도로 교정되어 있을 필요가 있다. 또, 구해진 위치 어긋남량에 근거하여 변위계의 위치조정을 행하려면, 매우 번잡한 작업이 필요하게 될 가능성이 있다. 특히, 형상계측의 분해능을 높여 고정밀도의 계측을 행하는 경우에는, 보다 엄밀하게 교정할 필요가 있고, 더 번잡한 작업이 필요하게 될 가능성이 있다.However, in the method according to Patent Document 1, it is necessary that the installation position and rotation angle of the original plate are calibrated with high accuracy. Further, in order to adjust the position of the displacement meter on the basis of the obtained positional displacement, there is a possibility that a very complicated operation is required. Particularly, in the case of performing measurement with high accuracy by increasing the resolution of the shape measurement, it is necessary to more strictly calibrate and there is a possibility that more troublesome work may be required.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 변위계의 장착위치의 교정을 용이하게 실행 가능하고, 계측대상물의 표면형상을 고정밀도로 계측 가능한 형상계측장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus capable of easily calibrating the mounting position of a displacement meter and measuring the surface shape of the measurement object with high precision.

본 발명의 일 태양(態樣)에 의하면, 3개의 변위계가 일렬로 배치된 검출기로 계측대상물을 주사(走査: scan)하여, 상기 계측대상물의 표면형상을 계측하는 형상계측장치로서, 상기 3개의 변위계로부터 각각의 측정값을 취득하는 취득수단과, 상기 3개의 변위계 중 중앙의 변위계에 의한 측정값과 다른 변위계에 의한 측정값의 차이에 근거하여 갭데이터를 구하는 갭산출수단과, 상기 검출기가 교정용 시료를 주사하여 얻어지는 상기 갭데이터의 평균값을, 상기 3개의 변위계의 장착위치의 옵셋량으로서 산출하는 옵셋량 산출수단과, 상기 검출기가 상기 계측대상물을 주사하여 얻어지는 상기 갭데이터를 상기 옵셋량을 이용하여 보정하여, 상기 변위계의 위치 어긋남을 교정하는 교정수단과, 상기 옵셋량을 이용하여 보정된 상기 갭데이터에 근거하여 상기 계측대상물의 표면형상을 산출하는 형상산출수단을 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a shape measuring apparatus for measuring a surface shape of a measurement object by scanning an object to be measured with a detector in which three displacement meters are arranged in a row, A gap calculating means for obtaining gap data based on a difference between a measured value by a central displacement meter and a measured value by another displacement meter among the three displacement meters, An offset amount calculating means for calculating an average value of the gap data obtained by scanning the sample for each of the three displacement meters as an offset amount of the mounting positions of the three displacement meters; Correction means for correcting the displacement of the displacement gauge by using the offset amount, and correcting means for correcting, based on the gap data corrected using the offset amount, And shape calculating means for calculating the surface shape of the measurement object.

본 발명의 실시형태에 의하면, 변위계의 장착위치의 교정을 용이하게 실행 가능하고, 계측대상물의 표면형상을 고정밀도로 계측 가능한 형상계측장치가 제공된다.According to the embodiment of the present invention, there is provided a shape measuring apparatus capable of easily calibrating a mounting position of a displacement gauge and measuring the surface shape of the measurement object with high accuracy.

도 1은 실시형태에 있어서의 가공장치를 예시하는 도이다.
도 2는 실시형태에 있어서의 형상계측장치의 구성을 예시하는 도이다.
도 3은 실시형태에 있어서의 센서헤드의 구성을 예시하는 도이다.
도 4는 실시형태에 있어서의 형상계측을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 변위센서의 장착위치 편차 및 교정용 시료 표면의 요철에 대하여 설명하기 위한 도이다.
도 6은 실시형태에 있어서의 옵셋량 산출처리의 플로차트를 예시하는 도이다.
도 7은 실시형태에 있어서의 교정용 시료의 갭데이터를 예시하는 도이다.
도 8은 실시형태에 있어서의 형상계측처리의 플로차트를 예시하는 도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a machining apparatus according to an embodiment. FIG.
2 is a diagram illustrating the configuration of a shape measuring apparatus according to the embodiment.
3 is a diagram illustrating the configuration of the sensor head in the embodiment.
Fig. 4 is a view for explaining the shape measurement in the embodiment. Fig.
5 is a view for explaining the mounting position deviation of the displacement sensor and the unevenness of the surface of the calibration sample.
6 is a diagram illustrating a flowchart of an offset amount calculating process in the embodiment.
Fig. 7 illustrates gap data of a calibration sample in the embodiment. Fig.
8 is a diagram illustrating a flowchart of a shape measurement process in the embodiment.

이하, 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same constituent parts are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations may be omitted.

(가공장치의 구성)(Construction of Processing Apparatus)

도 1은, 본 실시형태에 관한 형상계측장치가 탑재된 가공장치(200)의 구성을 예시하는 도이다.1 is a diagram exemplifying a configuration of a machining apparatus 200 equipped with a shape measuring apparatus according to the present embodiment.

가공장치(200)는, 도 1에 나타나는 바와 같이, 가동테이블(10), 테이블 안내기구(11), 숫돌헤드(15), 숫돌(16), 안내레일(18), 제어장치(20), 표시장치(40)를 가진다. 다만, 이하의 도면에 있어서, X방향은 가동테이블(10)의 이동방향, Y방향은 X방향에 직교하는 숫돌헤드(15)의 이동방향, Z방향은 X방향 및 Y방향에 직교하는 높이방향이다.1, the machining apparatus 200 includes a movable table 10, a table guide mechanism 11, a grindstone head 15, a grindstone 16, a guide rail 18, a control device 20, And a display device (40). However, in the following drawings, the X direction is the moving direction of the movable table 10, the Y direction is the moving direction of the grinding head 15 orthogonal to the X direction, the Z direction is the X direction and the height direction to be.

가동테이블(10)은, 테이블 안내기구(11)에 의하여 X방향으로 이동 가능하게 마련되어 있고, 가공대상 및 계측대상이 되는 물체(12)가 재치(載置: 올려놓음)된다. 테이블 안내기구(11)는, 가동테이블(10)을 X방향으로 이동시킨다.The movable table 10 is provided so as to be movable in the X direction by the table guide mechanism 11 so that the object 12 to be processed and the object to be measured is mounted. The table guide mechanism (11) moves the movable table (10) in the X direction.

숫돌헤드(15)는, 하단부에 숫돌(16)이 구비되어 있고, X방향으로 이동 가능하면서 Z방향으로 승강 가능하게 안내레일(18)에 마련되어 있다. 안내레일(18)은, 숫돌헤드(15)를 X방향 및 Z방향으로 이동시킨다. 숫돌(16)은, 원기둥형상을 가지고, 그 중심축이 Y방향에 평행이 되도록 숫돌헤드(15)의 하단부에 회전 가능하게 구비되어 있다. 숫돌(16)은, 숫돌헤드(15)와 함께 X방향 및 Z방향으로 이동하고, 회전하여 물체(12)의 표면을 연삭한다.The grindstone head 15 is provided with a grindstone 16 at its lower end and is provided on the guide rail 18 so as to be movable in the X direction and movable up and down in the Z direction. The guide rails 18 move the grinding head 15 in the X and Z directions. The grindstone 16 has a cylindrical shape and is rotatably provided at the lower end of the grindstone head 15 so that its central axis is parallel to the Y direction. The grindstone 16 moves together with the grindstone head 15 in the X and Z directions and rotates to grind the surface of the object 12. [

제어장치(20)는, 가동테이블(10) 및 숫돌헤드(15)의 위치를 제어하고, 숫돌(16)을 회전시킴으로써, 물체(12)의 표면을 연삭하도록 가공장치(200)의 각 부를 제어한다.The control device 20 controls the positions of the movable table 10 and the grinding head 15 and controls each part of the processing device 200 to grind the surface of the object 12 by rotating the grinding wheel 16 do.

표시장치(40)는, 예를 들면 액정디스플레이 등이다. 표시장치(40)는, 제어장치(20)에 의하여 제어되고, 예를 들면 물체(12)의 가공 조건 등이 표시된다.The display device 40 is, for example, a liquid crystal display or the like. The display device 40 is controlled by the control device 20, and for example, the machining conditions and the like of the object 12 are displayed.

(형상계측장치의 구성)(Configuration of Shape Measuring Apparatus)

도 2는, 가공장치(200)에 탑재되어 있는 형상계측장치(100)의 구성을 예시하는 도이다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 형상계측장치(100)는, 제어장치(20), 센서헤드(30), 표시장치(40)를 포함한다.2 is a diagram illustrating the configuration of the shape measuring apparatus 100 mounted on the machining apparatus 200. As shown in Fig. 2, the shape measuring apparatus 100 includes a control device 20, a sensor head 30, and a display device 40. As shown in Fig.

제어장치(20)는, 상기한 바와 같이, 물체(12)의 표면을 연삭하도록 가공장치(200)의 각 부를 제어함과 함께, 센서헤드(30)의 각 변위센서(31a, 31b, 31c)로부터 출력되는 측정값에 근거하여, 물체(12)의 표면형상을 구한다.The control device 20 controls the respective parts of the processing device 200 to grind the surface of the object 12 as described above and detects the angular displacement sensors 31a, 31b, and 31c of the sensor head 30, The surface shape of the object 12 is obtained.

제어장치(20)는, 센서데이터 취득부(21), 갭데이터 산출부(23), 옵셋량 산출부(25), 교정부(27), 형상산출부(29)를 가진다. 제어장치(20)는, 예를 들면 CPU, ROM, RAM 등을 포함하며, CPU가 RAM과 협동하여 ROM에 기억되어 있는 제어 프로그램을 실행함으로써 각 부의 기능이 실현된다.The control device 20 has a sensor data acquisition unit 21, a gap data calculation unit 23, an offset amount calculation unit 25, an calibration unit 27 and a shape calculation unit 29. The control device 20 includes, for example, a CPU, a ROM, and a RAM, and the functions of the respective parts are realized by the CPU executing the control program stored in the ROM in cooperation with the RAM.

센서데이터 취득부(21)는, 취득수단의 일례이고, 센서헤드(30)에 구비되어 있는 각 변위센서(31a, 31b, 31c)로부터 센서데이터를 취득한다. 갭데이터 산출부(23)는, 갭산출수단의 일례이고, 센서데이터 취득부(21)가 취득한 센서데이터로부터 갭데이터를 산출한다. 옵셋량 산출부(25)는, 옵셋량 산출수단의 일례이고, 교정용 시료를 이용하여 얻어지는 갭데이터의 평균값을 구하고, 구한 평균값을 변위센서(31a, 31b, 31c)의 장착위치의 옵셋량으로 한다. 교정부(27)는, 산출된 옵셋량을 이용하여 갭데이터를 보정함으로써, 변위센서(31a, 31b, 31c)의 위치 어긋남을 교정한다. 형상산출부(29)는, 형상산출수단의 일례이고, 교정부(27)에 의하여 교정된 갭데이터에 근거하여 물체(12)의 표면형상을 산출한다. 제어장치(20)의 각 부에 있어서 실행되는 처리에 대해서는 후술한다.The sensor data acquisition unit 21 is an example of acquisition means and acquires sensor data from the angular displacement sensors 31a, 31b, and 31c provided in the sensor head 30. [ The gap data calculating section 23 is an example of the gap calculating means and calculates the gap data from the sensor data acquired by the sensor data acquiring section 21. [ The offset amount calculating section 25 is an example of the offset amount calculating means and obtains an average value of the gap data obtained by using the calibration sample and calculates the obtained average value as the offset amount of the mounting position of the displacement sensors 31a, do. The calibration unit 27 corrects the displacement of the displacement sensors 31a, 31b, and 31c by correcting the gap data using the calculated offset amount. The shape calculating unit 29 is an example of the shape calculating unit and calculates the surface shape of the object 12 based on the gap data corrected by the correcting unit 27. [ Processing executed in each unit of the control device 20 will be described later.

센서헤드(30)는, 검출기의 일례이고, 제1 변위센서(31a), 제2 변위센서(31b), 제3 변위센서(31c)를 구비하고, 가공장치(200)의 숫돌헤드(15)의 하단에 마련되어 있다. 도 3은, 실시형태에 관한 센서헤드(30)의 구성을 예시하는 도이다.The sensor head 30 is an example of a detector and includes a first displacement sensor 31a, a second displacement sensor 31b and a third displacement sensor 31c. The sensor head 30 is connected to the grinding wheel head 15 of the machining apparatus 200, As shown in Fig. 3 is a diagram illustrating the configuration of the sensor head 30 according to the embodiment.

센서헤드(30)는, 도 3에 나타나는 바와 같이, 제1 변위센서(31a), 제2 변위센서(31b), 제3 변위센서(31c)가 X방향으로 일렬로 배치되어 있다.3, the sensor head 30 is provided with a first displacement sensor 31a, a second displacement sensor 31b and a third displacement sensor 31c arranged in a row in the X direction.

제1 변위센서(31a), 제2 변위센서(31b), 제3 변위센서(31c)는, 변위계의 일례이고, 예를 들면 레이저 변위계이다. 제1 변위센서(31a), 제2 변위센서(31b), 제3 변위센서(31c)는, 측정점이 물체(12)의 표면 상에 있어서 X방향에 평행한 직선형상으로 등간격으로 나열되도록 배치되고, 각각 물체(12)의 표면 상의 측정점과의 사이의 거리를 측정한다. 물체(12)가 가동테이블(10)에 올려져 X방향으로 이동하면, 센서헤드(30)가 물체(12)에 대하여 상대 이동하고, 각 변위센서(31a, 31b, 31c)가 물체(12)의 표면을 주사하여 측정값을 출력한다.The first displacement sensor 31a, the second displacement sensor 31b, and the third displacement sensor 31c are examples of a displacement gauge, for example, a laser displacement gauge. The first displacement sensor 31a, the second displacement sensor 31b and the third displacement sensor 31c are arranged such that the measurement points are arranged on the surface of the object 12 at equal intervals in a straight line parallel to the X direction And the distance between the object 12 and the measurement point on the surface of the object 12 is measured. When the object 12 is lifted up on the movable table 10 and moved in the X direction, the sensor head 30 moves relative to the object 12 and the angular displacement sensors 31a, 31b, And the measured value is output.

표시장치(40)는, 제어장치(20)에 의하여 제어되고, 예를 들면 형상산출부(29)에 의하여 구해진 표면형상의 계측결과 등이 표시된다.The display device 40 is controlled by the control device 20, and for example, the measurement results of the surface shape obtained by the shape calculating section 29 are displayed.

다만, 본 실시형태에서는, 형상계측장치(100)와 가공장치(200)가, 제어장치(20) 및 표시장치(40)를 공용하는 구성으로 되어 있지만, 형상계측장치(100) 및 가공장치(200)의 각각에 제어장치와 표시장치가 구비되어도 된다. 또, 가동테이블(10)이 물체(12)와 함께 X방향으로 이동하는 구성으로 되어 있지만, 센서헤드(30)가 물체(12)에 대하여 X방향으로 이동하는 구성이어도 된다.Although the shape measuring apparatus 100 and the machining apparatus 200 are configured to share the control apparatus 20 and the display apparatus 40 in the present embodiment, the shape measuring apparatus 100 and the machining apparatus 200 may be provided with a control device and a display device, respectively. Although the movable table 10 is configured to move in the X direction together with the object 12, the sensor head 30 may be configured to move in the X direction with respect to the object 12.

(형상계측의 기본원리)(Basic principles of shape measurement)

다음으로, 형상계측장치(100)에 있어서 물체(12)의 표면형상을 구하는 방법에 대하여 설명한다. 도 4는, 표면형상의 계측방법에 대하여 설명하기 위한 도이다.Next, a method of obtaining the surface shape of the object 12 in the shape measuring apparatus 100 will be described. Fig. 4 is a view for explaining a method of measuring the surface shape. Fig.

변위센서(31a, 31b, 31c)는, 도 4에 나타나는 바와 같이, 간격(P)으로 X방향으로 일렬로 배치되고, 각각 물체(12) 표면의 a점, b점, c점과의 거리를 측정한다. 변위센서(31a, 31b, 31c)에 의하여 구해지는 각 변위센서(31a, 31b, 31c)와 물체(12)의 표면의 거리를 각각 A, B, C라 하면, 도 4 (A)에 나타나는 Z방향에 있어서의 b점으로부터 a점과 c점을 연결하는 직선과의 거리(g)(갭)는, 이하의 식 (1)에 의하여 구해진다.4, the displacement sensors 31a, 31b and 31c are arranged in a line in the X direction at intervals P and are arranged at a distance from the points a, b and c on the surface of the object 12 . When the distances between the angular displacement sensors 31a, 31b and 31c obtained by the displacement sensors 31a, 31b and 31c and the surfaces of the object 12 are A, B and C, respectively, Z (Gap) between a point connecting point a and point c from a point b in the direction is obtained by the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

다음으로, 물체(12) 표면의 b점에 있어서의 변위 z의 2계 미분(d2z/dx2)은, b점의 곡률(1/r)이고, 도 4 (B)에 나타나는 바와 같이, a점과 b점을 연결하는 직선의 기울기(dzab/dx)와 b점과 c점을 연결하는 직선의 기울기(dzbc/dx)를 이용하여, 이하의 식 (2)에 의하여 나타난다.Next, the object 12, second order differential of the displacement z of the point b on the surface (d 2 z / dx 2) is a curvature (1 / r) of the point b, as shown in Fig. 4 (B) (dz ab / dx) connecting the points a and b and the slope (dz bc / dx) of the straight line connecting the points b and c are shown by the following equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

식 (2)에, 이하의 식 (3), (4)를 대입하고, 또한 식 (1)을 이용하면, 식 (5)로 나타나는 바와 같이, 변위 z의 2계 미분인 곡률을 갭(g) 및 센서 간의 거리(P)로부터 구할 수 있음을 알 수 있다.(5), the curvature, which is a second-order differential of the displacement z, is defined as a gap g (g) by substituting the following equations (3) and (4) into the equation (2) ) And the distance (P) between the sensors.

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00005
Figure pat00005

센서 간의 거리(P)는 미리 정해져 있기 때문에, 각 변위센서(31a, 31b, 31c)에 의한 센서데이터로부터 식 (1)에 근거하여 갭(g)을 구하고, 식 (5)에 의하여 구해지는 곡률을 적분 피치로 2계 적분함으로써, 임의의 x점에 있어서의 변위 z를 구할 수 있다. 적분 피치는, 예를 들면 주사(走査)시에 있어서의 X방향의 각 변위센서(31a, 31b, 31c)의 데이터 취득간격 등이다.Since the distance P between the sensors is predetermined, the gap g is obtained from the sensor data by the angular displacement sensors 31a, 31b and 31c based on the equation (1), and the curvature Is integrated in two systems at an integral pitch, the displacement z at an arbitrary point x can be obtained. The integral pitch is, for example, a data acquisition interval of the angular displacement sensors 31a, 31b, and 31c in the X direction at the time of scanning.

여기서, 3개의 변위센서(31a, 31b, 31c)를, 예를 들면 십 수nm 레벨의 범위 내에서 엄밀하게 일직선 상에 나열되도록 높이를 조정하여 센서헤드(30)에 장착하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 변위센서(31a, 31b, 31c)는, 도 5에 나타나는 바와 같이, 센서헤드(30)에 대한 장착위치에 Z방향에 있어서의 근소한 편차를 갖는다. 다만, 도 5에서는, 설명을 위하여 장착위치의 편차가 확대되어 나타나 있다.It is very difficult to mount the three displacement sensors 31a, 31b, and 31c on the sensor head 30 by adjusting the height so as to be strictly aligned in a straight line within a range of, for example, several tens of nm. Therefore, the displacement sensors 31a, 31b, and 31c have a slight deviation in the Z direction at the mounting position with respect to the sensor head 30, as shown in Fig. However, in Fig. 5, the deviation of the mounting position is enlarged for the sake of explanation.

도 5에 나타나는 예에서는, 제2 변위센서(31b)의 장착위치와, 제1 변위센서(31a)의 장착위치와 제3 변위센서(31c)의 장착위치를 연결하는 직선이, Z방향에 있어서 g0만큼 옵셋되어 있다.5, a straight line connecting the mounting position of the second displacement sensor 31b and the mounting position of the first displacement sensor 31a to the mounting position of the third displacement sensor 31c is the same in the Z direction g is offset by 0.

이와 같이 변위센서(31a, 31b, 31c)의 장착위치에 편차가 있으면, 측정값에 근거하여 식 (1)에 의하여 구해지는 갭(g)이 옵셋량(g0)을 포함하는 값이 되어, 물체(12)의 표면형상에 이른바 포물선형상 오차가 발생한다.If there is a deviation in the mounting position of the displacement sensors 31a, 31b and 31c as described above, the gap g obtained by the equation (1) becomes a value including the offset amount g 0 based on the measured value, A so-called parabolic shape error occurs in the surface shape of the object 12.

따라서, 본 실시형태에 관한 형상계측장치(100)에서는, 이하에서 설명하는 옵셋량 산출처리에 의하여, 변위센서(31a, 31b, 31c)의 옵셋량(g0)을 구하고, 표면형상의 계측 시에 옵셋량(g0)을 이용한 교정을 행한다.Therefore, in the shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment, the offset amount g 0 of the displacement sensors 31a, 31b, and 31c is obtained by the offset amount calculating process described below, The calibration is performed using the offset amount g 0 .

(옵셋량 산출처리)(Offset amount calculation processing)

도 6은, 실시형태에 있어서의 옵셋량 산출처리의 플로차트를 예시하는 도이다.6 is a diagram illustrating a flowchart of an offset amount calculating process in the embodiment.

도 6에 나타나는 바와 같이, 옵셋량 산출처리를 행하는 경우에는, 먼저 스텝 S101에서, 가동테이블(10)에 교정용 시료(13)를 재치하고, 센서헤드(30)로 교정용 시료(13)의 표면을 주사시킨다. 교정용 시료(13)로서는, 예를 들면 옵티컬플랫과 같이, 평면도(平面度)가 제로에 가깝고, 면(面)조도가 작은 시료를 바람직하게 이용할 수 있다. 또, 곡률이 일정하고 형상 데이터가 이미 알려진 시료를 이용할 수도 있다. 센서헤드(30)에 의한 주사거리는, 예를 들면 10mm에서 100mm의 사이로 설정되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.6, first, in step S101, the calibration sample 13 is placed on the movable table 10, and the sensor head 30 is used to measure the amount of the calibration sample 13 The surface is scanned. As the calibration sample 13, for example, a sample having a flatness close to zero and a small surface roughness such as an optical flat can be preferably used. It is also possible to use a sample whose curvature is constant and shape data is already known. The scanning distance by the sensor head 30 is set to be, for example, between 10 mm and 100 mm, but is not limited thereto.

다음으로 스텝 S102에서, 센서데이터 취득부(21)가, 각 변위센서(31a, 31b, 31c)로부터 센서데이터를 취득한다. 여기에서, 센서데이터 취득부(21)가 센서데이터를 취득하는 간격은, 도 5에 나타나는 교정용 시료(13)의 표면의 주사방향(X방향)에 있어서의 표면조도의 파형에 포함되는 최대공간주파수의 주기의 1/2 이하인 것이 바람직하다.Next, in step S102, the sensor data acquisition unit 21 acquires the sensor data from the respective displacement sensors 31a, 31b, and 31c. The interval at which the sensor data acquisition section 21 acquires the sensor data is the maximum space included in the waveform of the surface roughness in the scanning direction (X direction) of the surface of the calibration sample 13 shown in FIG. 5 It is preferable that the frequency is not more than 1/2 of the cycle of the frequency.

센서데이터 취득부(21)는, 예를 들면, 센서헤드(30)의 주사속도에 근거하여 센서데이터의 취득시간 간격을 적절히 설정함으로써, 센서데이터 취득간격을 적절히 조정할 수 있다. 센서데이터 취득부(21)는, 예를 들면 센서헤드(30)의 주사방향에 있어서 10μm 간격으로 센서데이터를 취득하도록 설정되는데, 센서데이터 취득간격은 계측 조건 등에 따라 적절히 설정된다.The sensor data acquisition section 21 can appropriately adjust the sensor data acquisition interval by appropriately setting the sensor data acquisition time interval based on, for example, the scanning speed of the sensor head 30. [ The sensor data acquisition section 21 is set to acquire the sensor data at intervals of 10 占 퐉 in the scanning direction of the sensor head 30, for example. The sensor data acquisition interval is appropriately set in accordance with the measurement conditions and the like.

센서데이터 취득부(21)의 센서데이터 취득간격을, 교정용 시료(13) 표면의 주사방향(X방향)에 있어서의 표면조도의 파형에 포함되는 최대공간주파수의 주기의 1/2 이하로 함으로써, 후술하는 옵셋량(g0)을 양호한 정밀도로 구하는 것이 가능하게 된다.The sensor data acquisition interval of the sensor data acquisition section 21 is set to be not more than 1/2 of the cycle of the maximum spatial frequency included in the waveform of the surface roughness in the scanning direction (X direction) of the surface of the calibration sample 13 , And the offset amount g 0 described later can be obtained with good accuracy.

다음으로 스텝 S103에서, 갭데이터 산출부(23)가, 센서데이터 취득부(21)에 의하여 취득된 센서데이터로부터, 식 (1)에 근거하여 갭데이터를 산출한다. 도 7은, 교정용 시료(13)로부터 얻어진 갭데이터를 예시하는 도이다.Next, in step S103, the gap data calculating unit 23 calculates the gap data based on the equation (1) from the sensor data acquired by the sensor data acquiring unit 21. [ Fig. 7 exemplifies gap data obtained from the calibration sample 13. Fig.

교정용 시료(13)로부터 얻어지는 갭(g)은, 변위센서(31a, 31b, 31c)의 옵셋량(g0)과 대략 동일한 값이 된다. 그러나, 교정용 시료(13)로부터 얻어지는 갭데이터는, 표면조도의 영향에 의하여 도 7에 나타나는 바와 같이 평균값을 중심으로 편차를 가지고 있다. 이로 인하여, 임의의 한 점의 측정결과를 옵셋량(g0)으로서 채용하면, 옵셋량(g0)이 편차 폭의 속에서 편차가 되기 때문에, 그 값을 사용하여 구한 물체(12)의 진직도 측정결과도 편차 신뢰성이 낮은 결과가 될 가능성이 있다.The gap g obtained from the calibration sample 13 is substantially equal to the offset amount g0 of the displacement sensors 31a, 31b and 31c. However, the gap data obtained from the calibration sample 13 has a deviation centered on the average value as shown in Fig. 7 due to the influence of the surface roughness. Due to this, when the measurement result of the any one point of the employed as the offset amount (g 0), binary offset amount (g 0) is because the variation in the deviation width of the object 12 is determined using the value The straightness measurement result also has the possibility that the deviation reliability is low.

따라서, 스텝 S104에서, 옵셋량 산출부(25)가, 갭데이터 산출부(23)에 의하여 산출된 갭데이터의 평균값을 산출한다. 갭데이터의 평균값을 옵셋량(g0)으로 함으로써, 교정용 시료(13)의 표면조도의 영향을 저감하여, 변위센서(31a, 31b, 31c)의 옵셋량(g0)을 고정밀도로 구하는 것이 가능하게 된다. 단, 구해진 옵셋량(g0)에는 교정용 시료(13)의 곡률 성분(g0r)도 포함되므로, 미리 교정용 시료(13)의 곡률을 별도의 수단으로 측정하여 감산할 필요가 있다.Therefore, in step S104, the offset amount calculating section 25 calculates the average value of the gap data calculated by the gap data calculating section 23. [ The offset amount g 0 of the displacement sensors 31a, 31b, and 31c can be obtained with high precision by reducing the influence of the surface roughness of the calibration sample 13 by setting the average value of the gap data as the offset amount g 0 . However, since the obtained offset amount g 0 also includes the curvature component g 0r of the calibration sample 13, it is necessary to previously measure and subtract the curvature of the calibration sample 13 by another means.

이와 같이 옵셋량 산출부(25)에 의하여 구해진 옵셋량(g0)을 이용하여 갭데이터를 보정함으로써, 센서위치 어긋남을 교정하여 계측대상물인 물체(12)의 표면형상을 고정밀도로 계측하는 것이 가능하게 된다.As described above, by correcting the gap data using the offset amount g 0 obtained by the offset amount calculating section 25, it is possible to measure the surface shape of the object 12, which is the measurement object, with high accuracy by correcting the sensor position deviation .

다만, 상기한 옵셋량 산출처리는, 예를 들면 형상계측장치(100)가 물체(12)의 표면형상의 계측을 실행할 때마다 실행되어도 되고, 형상계측장치(100)의 기동 시나, 옵셋량 산출처리 후에 설정된 시간의 경과 후 등에 적절히 실행되어도 된다.However, the above-described offset amount calculating process may be executed every time the shape measuring apparatus 100 performs measurement of the surface shape of the object 12, for example, when the shape measuring apparatus 100 is started, Or may be appropriately performed after elapse of a predetermined time period after the processing.

(형상계측처리)(Shape measurement processing)

도 8은, 실시형태에 있어서의 형상계측처리의 플로차트를 예시하는 도이다.8 is a diagram illustrating a flowchart of a shape measurement process in the embodiment.

도 8에 나타나는 바와 같이, 물체(12)의 표면형상을 계측하는 경우에는, 먼저 스텝 S201에서, 계측대상물인 물체(12)가 가동테이블(10)에 재치되어 있는 상태에서, 센서헤드(30)가 물체(12)의 표면을 주사한다. 다음으로 스텝 S202에서, 센서데이터 취득부(21)가, 센서헤드(30)와 함께 물체(12)의 표면을 주사하는 각 변위센서(31a, 31b, 31c)로부터, 설정되어 있는 샘플링 주기로 센서데이터를 취득한다. 계속해서 스텝 S203에서, 갭데이터 산출부(23)가, 센서데이터 취득부(21)에 의하여 취득된 센서데이터로부터, 식 (1)에 근거하여 갭(g)을 산출하고, 주사범위의 복수의 측정점에 있어서의 갭(g)을 포함하는 갭데이터를 얻는다.8, in the case where the surface shape of the object 12 is measured, in step S201, the sensor head 30 is moved in the state in which the object 12 being the measurement object is placed on the movable table 10, The surface of the object 12 is scanned. Next, in step S202, the sensor data acquisition unit 21 acquires sensor data (sensor data) from the angular displacement sensors 31a, 31b, and 31c that scan the surface of the object 12 together with the sensor head 30 at the set sampling cycle . Subsequently, in step S203, the gap data calculating unit 23 calculates the gap g based on the equation (1) from the sensor data acquired by the sensor data acquiring unit 21, Gap data including the gap (g) at the measurement point is obtained.

스텝 S204에서는, 교정부(27)가, 옵셋량 산출처리에 있어서 구해진 옵셋량(g0)을 이용하여 갭데이터를 보정한다. 구체적으로는, 갭데이터에 포함되는 갭(g)의 각 값으로부터 옵셋량(g0)을 감산한다.In step S204, the correction unit 27 corrects the gap data using the offset amount g 0 obtained in the offset amount calculation processing. More specifically, the offset amount g 0 is subtracted from each value of the gap g included in the gap data.

다음으로 스텝 S205에서는, 형상산출부(29)가, 교정부(27)에 의하여 옵셋량(g0)으로 교정된 갭데이터로부터 식 (5)에 의하여 2계 미분값을 산출하고, 이 값을 적분 피치로 2계 적분함으로써 Z변위를 구하여, Z, X의 산포도로부터 물체(12)의 진직형상을 산출한다. 옵셋량(g0)으로 갭데이터를 보정함으로써, 변위센서(31a, 31b, 31c)의 장착위치 편차를 교정하여, 물체(12)의 표면형상을 고정밀도로 계측하는 것이 가능하게 된다. 또, 형상산출부(29)에 의하여 산출된 물체(12)의 표면형상이, 표시장치(40)에 표시된다.Next, in step S205, the shape calculating unit 29 calculates a second-order differential value from the gap data corrected by the correcting unit 27 to the offset amount g 0 according to the equation (5) The Z displacement is obtained by two-system integration with the integral pitch, and the wrinkle shape of the object 12 is calculated from the dispersion of Z and X. [ It is possible to calibrate the mounting position deviations of the displacement sensors 31a, 31b, and 31c by correcting the gap data with the offset amount g 0 to measure the surface shape of the object 12 with high accuracy. The surface shape of the object 12 calculated by the shape calculating unit 29 is displayed on the display device 40. [

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 형상계측장치(100)에 의하면, 교정용 시료(13)의 갭데이터의 평균값을 산출함으로써, 변위센서(31a, 31b, 31c)의 옵셋량(g0)을 양호한 정밀도로 구할 수 있다. 또, 이와 같이 고정밀도로 구해진 옵셋량(g0)을 이용하여 계측대상물인 물체(12)의 갭데이터를 보정함으로써, 변위센서(31a, 31b, 31c)의 장착위치 편차를 용이하고 또한 고정밀도로 교정하여, 물체(12)의 표면형상을 양호한 정밀도로 계측하는 것이 가능하게 된다.As described above, according to the shape measuring apparatus 100 of the present embodiment, by calculating the average value of the gap data of the calibration sample 13, the offset amount g 0 of the displacement sensors 31a, 31b, and 31c ) Can be obtained with good precision. By correcting the gap data of the object 12 which is the object to be measured by using the offset amount g 0 obtained with such high accuracy, it is possible to easily and precisely correct the deviation of the mounting position of the displacement sensors 31a, 31b and 31c It is possible to measure the surface shape of the object 12 with good precision.

또, 본 실시형태에 관한 형상계측장치(100)가 탑재된 가공장치(200)는, 물체(12)의 표면을 연삭한 후, 물체(12)를 가동테이블(10)에 올려놓은 채로 형상계측장치(100)에 의하여 실행되는 표면형상 계측결과에 근거하여, 보정가공 등을 행할 수 있다. 따라서, 물체(12)의 가공을 효율적이고, 고정밀도로 행할 수 있다.In the machining apparatus 200 on which the shape measuring apparatus 100 according to the present embodiment is mounted, after grinding the surface of the object 12, while the object 12 is placed on the movable table 10, Correction processing and the like can be performed on the basis of the surface shape measurement result executed by the apparatus 100. [ Therefore, the processing of the object 12 can be performed efficiently and with high accuracy.

이상, 실시형태에 관한 형상계측장치, 가공장치 및 형상계측장치의 교정방법에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 개량이 가능하다.Although the shape measuring apparatus, the machining apparatus and the shape measuring apparatus according to the embodiment have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and improvements are possible within the scope of the present invention.

예를 들면, 형상계측장치(100)는, 본 실시형태와는 상이한 구성으로 물체(12)의 연삭 등의 가공을 행하는 가공장치에 탑재되어도 된다.For example, the shape measuring apparatus 100 may be mounted on a machining apparatus that performs machining such as grinding of the object 12 with a configuration different from that of the present embodiment.

본 발명은, 형상계측장치, 가공장치 및 형상계측장치의 교정방법의 산업에 이용될 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the industry of a shape measuring apparatus, a machining apparatus, and a calibration method of a shape measuring apparatus.

12 물체(계측대상물)
13 교정용 시료
20 제어장치
21 센서데이터 취득부(취득수단)
23 갭데이터 산출부(갭산출수단)
25 옵셋량 산출부(옵셋량 산출수단)
27 교정부(교정수단)
29 형상산출부(형상산출수단)
30 센서헤드(검출기)
31a 제1 변위센서(변위계)
31b 제2 변위센서(변위계
31c 제3 변위센서(변위계)
100 형상계측장치
200 가공장치12 Object (measurement object)
13 calibration sample
20 control device
21 sensor data acquisition section (acquisition means)
23 gap data calculation unit (gap calculation means)
25 offset amount calculating section (offset amount calculating means)
27 Correctional (correctional)
29 shape calculating section (shape calculating means)
30 Sensor head (detector)
31a 1st displacement sensor (displacement meter)
31b Second displacement sensor (displacement meter
31c 3rd displacement sensor (displacement meter)
100 Shape measurement device
200 processing device

Claims (5)

3개의 변위계가 일렬로 배치된 검출기로 계측대상물을 주사(走査)하여, 상기 계측대상물의 표면형상을 계측하는 형상계측장치로서,
상기 검출기가 교정용 시료를 주사하여 얻어지는 데이터로부터 상기 3개의 변위계의 장착위치의 옵셋량을 산출하는 옵셋량 산출수단과,
상기 검출기가 상기 계측대상물을 주사하여 얻어지는 데이터를 상기 옵셋량에 의하여 보정하여, 상기 변위계의 위치 어긋남을 교정하는 교정수단
을 구비하는　것을 특징으로 하는 형상계측장치.A shape measuring apparatus for measuring a surface shape of an object to be measured by scanning a measurement object with a detector in which three displacement gauges are arranged in a line,
An offset amount calculating means for calculating an offset amount of the mounting positions of the three displacement meters from the data obtained by scanning the calibration sample by the detector,
Wherein the detector corrects the data obtained by scanning the measurement object with the offset amount and corrects the displacement of the displacement gauge
And a shape measuring device for measuring the shape of the object. 청구항 1에 있어서,
상기 3개의 변위계로부터 각각의 측정값을 취득하는 취득수단과,
상기 3개의 변위계 중 중앙의 변위계에 의한 측정값과 다른 변위계에 의한 측정값의 차이에 근거하여 갭데이터를 구하는 갭산출수단
을 구비하고,
상기 옵셋량 산출수단은, 상기 검출기가 교정용 시료를 주사하여 얻어지는 상기 갭데이터의 평균값을, 상기 3개의 변위계의 장착위치의 옵셋량으로서 산출하며,
상기 교정수단은, 상기 검출기가 상기 계측대상물을 주사하여 얻어지는 상기 갭데이터를 상기 옵셋량에 의하여 보정하여, 상기 변위계의 위치 어긋남을 교정함
을 특징으로 하는 형상계측장치.The method according to claim 1,
Acquisition means for acquiring respective measurement values from the three displacement meters;
A gap calculating means for obtaining gap data based on a difference between a measured value by a central displacement meter and a measured value by another displacement meter among the three displacement meters,
And,
The offset amount calculating means calculates the average value of the gap data obtained by scanning the calibration sample by the detector as the offset amount of the mounting position of the three displacement meters,
The correction means corrects the gap data obtained by scanning the measurement object by the detector with the offset amount and corrects the displacement of the displacement gauge
And the shape measuring device. 청구항 2에 있어서,
상기 취득수단은, 상기 검출기가 상기 교정용 시료를 주사하는 경우, 상기 3개의 변위계로부터 각각의 측정값을 취득하는 간격이, 상기 교정용 시료 표면의 주사방향에 있어서의 표면조도의 파형에 포함되는 최대공간주파수의 주기의 1/2 이하임
을 특징으로 하는 형상계측장치.The method of claim 2,
Wherein the acquisition means acquires the measurement value of each of the three displacement meters when the detector scans the calibration sample so that the interval at which each measurement value is acquired from the three displacement meters is included in the waveform of the surface roughness in the scanning direction of the calibration sample surface Less than half the period of maximum spatial frequency
And the shape measuring device. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 따른 형상계측장치를 구비하는 것
을 특징으로 하는 가공장치.A shape measuring device according to any one of claims 1 to 3
. 3개의 변위계가 일렬로 배치된 검출기로 계측대상물을 주사하여, 상기 계측대상물의 표면형상을 계측하는 형상계측장치의 교정방법으로서,
상기 검출기가 교정용 시료를 주사하여 얻어지는 데이터로부터 상기 3개의 변위계의 장착위치의 옵셋량을 산출하는 옵셋량 산출스텝과,
상기 검출기가 상기 계측대상물을 주사하여 얻어지는 데이터를 상기 옵셋량에 의하여 보정하여, 상기 변위계의 위치 어긋남을 교정하는 교정스텝
을 구비함을 특징으로 하는 형상계측장치의 교정방법.A calibration method of a shape measuring apparatus for measuring a surface shape of an object to be measured by scanning a measurement object with a detector in which three displacement gauges are arranged in a line,
An offset amount calculating step of calculating an offset amount of the mounting positions of the three displacement meters from the data obtained by scanning the calibration sample by the detector,
Wherein the detector corrects data obtained by scanning the measurement object by the offset amount and corrects the displacement of the displacement gauge
And a calibration method of the shape measuring apparatus.
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