WO2023181474A1 - 測定プローブの保管装置および保管方法 - Google Patents

Abstract

保管装置は、形状測定装置によって使用される測定用プローブを保管する。測定用プローブは、測定物に接触させるスタイラスが移動可能に構成されたエアーベアリングを有する。保管装置は、測定用プローブを保管するための保管機構と、測定用プローブが保管機構に保管されたとき、エアーベアリングにエアーを継続的に供給するように構成されたエアー供給機構とを備える。

Description

測定プローブの保管装置および保管方法

　本発明は、光学部品または金型等の被測定面の位置情報を得る３次元形状測定装置において用いられる、接触式の形状測定用プローブの保管装置に関するものである。

　光学部品または金型などの非球面形状になっている表面形状を高精度に測定する方法として、３次元形状測定機の利用が広く知られている。一般に、接触式の測定用プローブを有する３次元形状測定機は、測定用プローブの先端を被測定物に接触させながら被測定物の表面に沿って測定用プローブを移動させ、測定用プローブと基準面との位置関係から被測定物の表面形状を測定するものである。このような測定機の１つとして、レーザ測長器と基準平面ミラーとを利用した３次元形状測定機がある。

　従来の３次元測定機としては、プローブを２つ併設し形状測定を行うものがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－７８３４４号公報

　しかしながら、従来の構成では、上面用プローブと側面用プローブをＸ方向にずらした位置で設置する。上面用プローブで測定する場合と、側面用プローブで測定する場合に、ＸＹステージで測定物に対するＸ位置をずらし、測定する。上面用プローブによる測定中は、その測定エリアから側面用プローブを退避させる必要があり、側面用プローブによる測定中に、その測定エリアから上面用プローブを退避させる必要があった。これにより、測定サンプルがＸＹ方向に大きい場合、装置が大型化し、高コスト化してしまうという問題点があった。

　そこで、プローブのチャック部分を１つにし、上面用プローブと側面用プローブを交換式にすることによって、プローブ交換の手間が増えるものの、装置全体のコストは低く抑えることができる。

　ところが、エアーベアリング方式の測定プローブを交換式にした場合には、次のような問題が生じる。測定プローブの保管時は、エアーベアリングにエアーが供給されている使用時に比べて、先端部分でエアーが大気中に放出される際の断熱膨張による冷却効果が生じない。このため、温度上昇が発生し、プローブ先端部分で熱膨張が発生し、これにより、測定時に継続的な先端部分の変形が発生し、０．１μｍのオーダーでの測定精度が維持できない。

　本発明は、従来の課題を解決するものであり、エアーベアリングを有する測定プローブについて、測定精度を維持可能にするための保管装置および保管方法を提供することを目的とする。

　本発明の一態様では、形状測定装置によって使用される測定用プローブを保管する保管装置であって、前記測定用プローブは、測定物に接触させるスタイラスが移動可能に構成されたエアーベアリングを有し、前記保管装置は、前記測定用プローブを保管するための保管機構と、前記測定用プローブが前記保管機構に保管されたとき、前記エアーベアリングにエアーを継続的に供給するように構成されたエアー供給機構とを備える。

　この構成によると、測定用プローブを使用せず保管するときも、エアー供給機構によって、エアーベアリングにエアーが継続的に供給される。これにより、使用時と同様に、エアーベアリングからエアーが大気に放出され、断熱膨張が起き冷却される状態が維持される。したがって、保存時の温度上昇を防止でき、測定用プローブのマイクロスライダからスタイラスまでの長さを一定に維持することができ、高精度な測定を行うことができる。

　本発明によると、保管時の測定用プローブの温度上昇を抑えることができ、高精度な測定を実現することができる。

実施形態に係る形状測定装置の概略構成 図１の形状測定装置におけるＺ軸ステージ部の構成 測定時における上面測定用プローブの状態 保管時における上面測定用プローブの状態 保管時における上面測定用プローブの状態の他の例 測定時における側面測定用プローブの状態 保管時における側面測定用プローブの状態 （ａ），（ｂ）は上面測定用プローブの交換手順を示す図 （ａ），（ｂ）は上面測定用プローブの交換手順を示す図 （ａ），（ｂ）は上面測定用プローブの交換手順を示す図 上面測定用プローブの交換手順を示す図 （ａ），（ｂ）は側面測定用プローブの交換手順を示す図 （ａ），（ｂ）は側面測定用プローブの交換手順を示す図 側面測定用プローブの交換手順を示す図

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　（実施形態）
　図１は実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す図である。図１に示す形状測定装置１００は、上面測定用プローブ（適宜、上面プローブと略記する）および側面測定用プローブ（適宜、側面プローブと略記する）を用いて、測定物の３次元形状を測定する装置である。図２はＺ軸ステージ部１０１の構成を示す図である。

　形状測定装置１００は、ＸＹステージ（図示せず）と、Ｚ軸ステージ部１０１と、制御部（図示せず）とを備えている。ＸＹステージは、定盤１１０上にＸＹ軸方向に移動可能に配置され、測定ユニット１０３ａをＸＹ軸方向に移動可能としている。Ｚ軸ステージ部１０１は、定盤１１０にＺ軸方向すなわち上下方向（鉛直方向）に移動可能に支持され、測定物の測定面に接触させるプローブ部３を下端に支持して、プローブ部３を上下移動可能としている。制御部は、フォーカス光学系４、ＸＹステージ、Ｚ軸ステージ部１０１、および、Ｈｅ－Ｎｅレーザ６４等に接続され、それぞれの動作制御を行うことにより、３次元形状測定動作を制御している。この際、制御部は、プローブ部３によるＺ方向の接触力が一定となるように、Ｚ軸ステージ部１０１を制御する。

　測定ユニット１０３ａから、Ｘ軸測長用レーザ光がＸ軸方向ミラー１１５に照射され、Ｙ軸測長用レーザ光がＹ軸方向ミラー（図示せず）に照射される。測定ユニット１０３ａをＸＹステージによってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させながら、プローブ部３を測定物に接触させる。プローブ部３の移動をＺ軸ステージ部１０１に連結された光学系によって検出し、測定物の３次元形状を測定する。

　したがって、形状測定装置１００は、プローブ部３の測定面をＸＹ方向に動かすＸＹステージと、プローブ部３をＺ方向に動かすＺ軸ステージ部１０１とにより、測定物の測定面とプローブ部３の相対位置をＸＹＺ方向に動かすようにしている。

　Ｚ軸ステージ部１０１は、プローブ部３およびフォーカス光学系４に加えて、エアースライダ外枠１、エアースライダ中空軸２、２つの支持アーム５、２つの駆動部７、２つの支持部８等を備えている。

　フォーカス光学系４は、Ｈｅ－Ｎｅレーザ６４を少なくとも有する光学系であり、エアースライダ中空軸２に設けられている。図２に示すように、フォーカス光学系４は、Ｈｅ－Ｎｅレーザ６４と、半導体レーザ光学系５０と、ダイクロイックミラー５２と、コリメーターレンズ５３と、ミラー５４とで大略構成されている。半導体レーザ光学系５０およびダイクロイックミラー５２は、エアースライダ中空軸２の上端に配置されている。コリメーターレンズ５３およびミラー５４は、エアースライダ中空軸２の下端に配置されている。ミラー５４は、プローブ部３のマイクロスライダ５５で支持されたスタイラス５６の上端に固定されている。

　さらに、傾き光学系１０が、エアースライダ中空軸２に、フォーカス光学系４の光路の空間内に併設するように備えられている。傾き光学系１０は、傾き光学系用の半導体レーザ（図示せず）と、ミラー５４とで構成されている。プローブ部３の鏡筒の中に設置されたマイクロスライダ５５が傾いた場合、傾き光学系１０から出た光が、マイクロスライダ５５の上面のミラー５４で反射し、この変化を検出して傾き補正を行う。

　エアースライダ中空軸２は、上下方向に縦長の直方体筒形状の部材であり、Ｚ軸ステージ部１０１のＺ軸駆動軸として機能する。エアースライダ中空軸２は、上端にフォーカス光学系４が配置され、下端にプローブ部３が配置されている。エアースライダ中空軸２の中心部には貫通穴６があり、貫通穴６内に、フォーカス光学系４とプローブ部３の上端のミラー５４とを結ぶ光路が形成されている。一例として、エアースライダ中空軸２は、セラミックなどの断熱材で構成する。例えば、後述するコイル２１の熱が支持アーム５を介して伝達しても、断熱材によって断熱されて、エアースライダ中空軸２には熱が伝わらない。これにより、エアースライダ中空軸２の熱による湾曲を防止することができる。

　駆動部７は、各支持アーム５のエアースライダ中空軸２の近傍の位置に、エアースライダ中空軸２の中心軸に対して対称に配置されている。駆動部７は、エアースライダ外枠１に対して２つの支持アーム５を介してエアースライダ中空軸２を軸方向に駆動可能としている。一対の駆動部７は、エアースライダ中空軸２の中心軸に対して対称形となっている。ここでは、各駆動部７は、アクチュエータの一例であるリニアモータ２０によって構成されている。図２に示すように、各支持アーム５の先端には、エアパッド２８を介して、エアシリンダ２７が接続されている。

　リニアモータ２０は、四角枠状に形成されたコイル２１と、磁石（図示せず）とによって構成されており、制御部によって駆動制御される。各支持アーム５のエアースライダ中空軸２の近傍の位置にコイル２１が配置され、コイル２１の軸方向の中央部に支持アーム５が連結されている。コイル２１は、中央ヨーク（図示せず）の外側に嵌合されて上下方向に自在に移動可能となっている。コイル２１には、所定の駆動電流が印加され、これにより、固定側の中央ヨークに対してエアースライダ中空軸２を上下方向に移動させる。このように、本実施形態で使用するリニアモータ２０は、コイル２１が支持アーム５に支持され、磁石をエアースライダ外枠１に固定した可動コイル方式としている。よって、比較的重い磁石を固定側とし、比較的軽いコイルを可動側とすることによって、全体として、リニアモータ２０の可動部分の重量を軽くすることができる。また、回転モーメントも抑制することができ、モータに加わる消費電力を抑えることができ、熱変形が抑えられる。

　測定ユニット１０３ａの上面側に、Ｚ方向の高さを測定するためのミラー５４が設けられている。プローブ部３のＺ方向の高さは、波長６３３ｎｍの周波数安定化レーザをスケールとし、ミラー５４の面の位置を測定することにより、直接測定される。周波数安定化レーザの空気の温度変化による波長変化率いわゆる線膨張係数は、測定ユニット１０３ａの機構部分を構成しているアルミ、鉄等の線膨張係数に比べ１／２０～１／１０程度に小さい。このため、測定ユニット１０３ａを構成している機構部分が温度変化により熱変形を起こした場合でも、温度による測定値の変化による測定誤差は、小さく抑えることが可能である。

　また、形状測定装置１００は、測定用プローブを保管する保管装置７０を備える。保管装置７０は、図１では簡略化しているが、測定用プローブを保管するための保管機構と、測定用プローブが保管機構に保管されたとき、エアーベアリングにエアーを継続的に供給するように構成されたエアー供給機構とを備える。なお、図１に示すように、保管装置７０に保管されたプローブのスタイラスの先端位置の高さを、測定用のプローブ部３のスタイラスの先端位置の高さに合わせると良い。これにより、測定時と保管時とで、スタイラス間の温度変化を抑制することができる。

　＜上面測定用プローブ＞
　図３は測定時における上面プローブ２００の状態を示す。装置本体に設けられた測定用チャック２０１は、保持爪２０２を有するプローブ保持機構１１３を備える。保持爪２０２は、エアシリンダ（図示せず）によって開閉するように構成されている。上面プローブ２００は、測定用チャック２０１の位置決めピン２０３に上方向に押しつけることによって位置決めされ、保持爪２０２が閉じることによって、測定用チャック２０１に保持される。

　上面プローブ２００は、スタイラス５６がＺ方向に移動できるように構成されたエアーベアリング２０５を備えている。エアーベアリング２０５内に、アルミ部材で構成されたマイクロエアースライダ５５が設けられており、その先端にアルミで構成されたスタイラス５６が取り付けられている。測定用チャック２０１から下方に延びるエアーカプラ２２３が、上面プローブ２００のエアージョイント２０６に接続される。これにより、エアー供給経路が構成され、測定用チャック２０１からエアーベアリング２０５にエアーが供給される。

　ここで、エアーベアリング２０５に供給するエアーの流量は例えば０．４~０．６NL/minと少なく、装置に供給されたエアーは、エアー供給経路をゆっくり進んでいく。このため、エアーカプラ２２３から供給されたエアーは、上面プローブ２００の温度に馴染んでいき、エアーベアリング２０５を経て大気に放出される直前では、上面プローブと同一である。

　供給されたエアーは、エアーベアリング２０５の１０μｍ前後の微細なギャップを通過し、上方の円形のエアー突出部と下方の円形のエアー突出部とから、大気に開放される。すなわち、圧縮されたエアーは、急激な大気開放により圧力が低下し、発散したエアーは断熱膨張により熱量を奪われ、マイクロエアースライダ５５の周辺では、１℃以下の微小な温度低下が発生する。この温度低下により、マイクロエアースライダ５５およびスタイラス５６のＺ方向の長さが変化し続けると、測定誤差になる。しかし、上面プローブ２００は設置された周辺部の測定環境温度にさらされており、周辺部分の空気により熱量を供給されているため、温度は下がり続けることはなく、一定の温度を維持し続ける。したがって、高精度な測定を行うことができる。

　図４は保管時における上面プローブ２００の状態を示す。上面プローブ２００は、保管台２２１および保管用チャック２２０によって保管される。本実施形態では、保管台２２１および保管用チャック２２０によって、保管機構が構成されている。上面プローブ２００は、下方から上方に向けて保管台２２１より付勢され、保管用チャック２２０に押し当てられており、位置決めピン２２２によって位置決めされている。

　ここで、本実施形態では、上面プローブ２００は、エアージョイント２０６とは別に、側部にエアージョイント４０１が設けられている。図４に示すように、上面プローブ２００の保管時において、エアーカプラ４０３が、エアージョイント４０１に接合される。これにより、エアー供給経路が構成され、エアー供給源４０５から、断熱チューブ４０４（断熱構造の一例）およびエアーカプラ４０３を介して、エアーベアリング２０５にエアーが供給される。本実施形態では、エアー供給源４０５、断熱チューブ４０４およびエアーカプラ４０３によって、エアー供給機構が構成されている。エアー供給源４０５は、例えば、エアーコンプレッサである。なお、エアー供給機構が断熱チューブ４０４を備えていることにより、断熱チューブ４０４内を通過するエアーに、エアー供給機構の周囲の熱を伝えにくくすることができる。

　すなわち、保管時においても測定時と同様に、供給されたエアーは、エアーベアリング２０５の微細なギャップを通過し、急激な大気開放により圧力が低下し、断熱膨張により熱量を奪われ、このため、マイクロエアースライダ５５の周辺では微小な温度低下が発生する。この構成により、測定時と同様の温度環境が維持され、マイクロエアースライダ５５およびスタイラス５６は、長さが変化することなく、一定長さで維持、保管される。

　なお、測定時には、エアージョイント４０１に設けられたストップ弁２２４が、エアーが大気側に放出されないように、内部のバネ等によってエアージョイント４０１を封止する。保管時には、エアージョイント２０６に設けられたストップ弁２２５が、エアーが大気側に放出されないように、内部のバネ等によってエアージョイント２０６を封止する。

　なお、マイクロエアースライダ５５を、セラミック等の線膨張係数の小さい材料で構成すると、より精度高く測定を行うことが可能となる。ただし、円筒形のマイクロエアースライダ５５を高精度に加工するのは容易でなく、コストが高くなる。また、上面プローブ２００を操作ミスで測定物等に接触させた場合は、割れやすく、修理コストや修理期間のことを考えると、扱いにくい。一方、アルミは加工性が良く、高精度な加工が可能であり、また割れるおそれもない。また、スタイラス５６も、定期的な交換が必要であるので、ランニングコストを抑えるために、アルミで構成することが望ましい。

　図５は保管時における上面プローブ２００の状態の他の例である。図５の例では、上面プローブ２００は、側部にエアージョイント４０１は設けられていない。図５に示すように、保管用チャック２２０は、下方に延びるエアーカプラ２２３Ａを備える。上面プローブ２００の保管時において、エアーカプラ２２３Ａが、エアージョイント２０６に接合される。これにより、エアー供給経路が構成され、エアーカプラ２２３Ａからエアーベアリング２０５にエアーが供給される。

　図５に示すように、保管時におけるエアー供給は、測定時におけるエアー供給と同様に、上面プローブ２００の上側にあるエアージョイント２０６を介して行ってもよい。なお、エアージョイント２０６は、上面プローブ２００の中心軸より離れた位置にある。あるいは、上面プローブ２００の、例えば位置決めピン２２２と当接するあたりに、別のエアージョイントを設けて、保管時にはこのエアージョイントを介してエアー供給を行うようにしてもよい。この場合、エアージョイントは、上面プローブ２００の中心軸より離れた位置の中央部近辺にある。

　＜側面測定用プローブ＞
　図６は測定時における側面プローブ３００の状態を示す。側面プローブ３００は、ＸＹ方向から測定物の形状を測定する。装置本体に設けられた測定用チャック２０１は、エアシリンダ（図示せず）によって開閉するように構成された保持爪２０２を備える。側面プローブ３００は、測定用チャック２０１の位置決めピン２０３に上方向に押しつけることによって位置決めされ、保持爪２０２が閉じることによって、測定用チャック２０１に保持される。

　側面可動部３０１は、Ｙ方向支柱３１０のへこみ部分で支点３０２によって支持され、α（Ｘ軸周り）、β（Ｙ軸周り）に回転移動可能である。Ｙ方向支柱３１０は側面プローブ３００に固定されている。側面可動部３０１の先端部分に、測定面に接触する側面用スタイラス３０３がセットされている。側面用スタイラス３０３がＸＹ方向に接触することにより、側面可動部３０１は支点３０２を回転中心とし、αβ方向に回転運動を行う。

　支点３０２の位置は、その周辺にエアー供給源やアクチュエータ等の熱源がなく、周辺の温度環境に馴染んだ状態で維持されている。このため、支点３０２のＸＹ位置が変化することはなく、この支点３０２を基準にして高精度なＸＹ方向の位置計測を行うことが可能である。

　傾き光学系１０は、上面プローブ２００と同様に、側面の傾き検出に使用される。傾き光学系１０から照射されたレーザ光は、傾き測定用光路３０５を経て、側面可動部３０１の上端に設けられた側面ミラー３０４に入射される。側面ミラー３０４で反射した光は、再度、傾き測定用光路３０５を経由し、傾き光学系１０によって検出される。

　側面可動部３０１の上端に、可動マグネット３０６が設けられており、これと対になる位置で、側面プローブ３００の筐体に固定マグネット３０７が設けられている。固定マグネット３０７は、ＸＹ位置微調機構３０８によって、ＸＹ方向に移動可能になっている。

　固定マグネット３０７のＸＹ位置をＸＹ位置微調機構３０８によって調整し、照射されたレーザ光が傾き光学系１０の中央部に返るように、側面可動部３０１のα，β回転を調整する。この調整は装置に電源を投入し、側面プローブ３００を装置本体に取り付けた状態で行う。調整後、ＸＹ位置微調機構３０８で調整したＸＹ位置はロックしておく。

　図７は保管時における側面プローブ３００の状態を示す。側面プローブ３００は、保管台３２０の上に載置され、保持される。保管時は、エアー供給およびアクチュエータの駆動等の必要はなく、熱的にも安定した状態で保存が可能である。

　＜プローブ交換手順＞
　（上面プローブ交換）
　上面プローブの交換手順について、図８～図１１を用いて説明する。ここでは、図３および図４に示す上面プローブ２００を用いるものとする。

　図８（ａ）に示すように、上面プローブ２００は保管台２２１に保管されている。上面プローブ２００は、保管用チャック２２０によって、保管台２２１に固定されている。このとき、上面プローブ２００は、エアーカプラ４０３がエアージョイント４０１に接合されて、エアーベアリング２０５にエアーが供給された状態が維持される。これにより、大気に放出されるエアーの断熱膨張による熱量の低下を一定に維持することができる。

　図８（ｂ）に示すように、エアーカプラ４０３を図面右方向に移動させて、エアージョイント４０１から外す。これにより、エアーベアリング２０５へのエアー供給経路が切断され、上面プローブ２００は移動可能な状態になる。

　図９（ａ）に示すように、保管用チャック２２０を上方に移動させる。図９（ｂ）に示すように、保管用チャック２２０を図面右方向に移動させ、保管台２２１を上昇させる。そして、ＸＹステージ（図示せず）に取り付けられたＺ軸ステージ部１０１を、上面プローブ２００の取り出し位置に移動させる。

　図１０（ａ）に示すように、Ｚ軸ステージ部１０１を下方に移動させ、プローブ保持機構１１３の保持爪２０２（図３参照）を上面プローブ２００に引っ掛ける。この際、位置決めピン３本を用い、Ｖ字溝が形成されたキネマチック構造によって、ＸＹＺ位置とＸＹＺ軸周りの回転位置が位置決めされることが望ましい。エアーカプラ２２３を、上面プローブ２００のエアージョイント２０６（図３参照）に結合する。これにより、エアー供給経路が構成され、エアーベアリング２０５にエアーが供給される。上面プローブ２００の側部に設けられたストップ弁２２４は、エアーが大気側に放出されないように封止する。

　図１０（ｂ）に示すように、Ｚ軸ステージ部１０１を上方に移動させ、上面プローブ２００を吊り上げる。その後、保管台２２１を降下させ、さらに、Ｚ軸ステージ部１０１を図面左方向に移動させる。カバー（図示せず）を上部からかけ、保管台２２１の収納を行う。

　図１１に示すように、Ｚ軸ステージ部１０１に取り付けられた上面プローブ２００によって、測定物の表面形状を測定する。スタイラス５６が測定物に接する際の測定力を一定にするように、リニアモータ２０によってZ方向にサーボをかける（この状態をサーボオンと呼ぶ。また、サーボオンの状態からサーボを停止することをサーボオフと呼ぶ。）。サーボオンしながら、ＸＹ方向に走査し、ＸＹＺ軸のレーザ測長を測定する。取得したＸＹＺ座標の測定データ点列Ａを保存する。

　なお、上面プローブ２００の交換後は、スタイラス５６の先端位置は、マイクロメートル以下の精度では、再現性が維持されておらず、正確な位置になっていない。このため、測定データにミクロンオーダーの位置ずれが発生し、測定精度が悪化する。これを防止するために、測定物の測定の前に、定盤１１０上に固定した状態で設けられた固定基準球１１４（図１参照）を上方よりＸＹ方向に走査し、測定データから固定基準球１１４の中心座標Ａを算出し、メモリに記憶する。

　測定後、上述した手順と逆の手順で、上面プローブ２００を保管台２２１に戻す。保管用チャック２２０を上面プローブ２００の上部に移載する。位置決めピン２２２での位置決めにより、エアーカプラ４０３を、上面プローブ２００の側部にあるエアージョイント４０１に接合する。エアー供給を開始し、エアーベアリング２０５にエアーを供給し、保管時も測定時と同様の温度環境を維持する。

　なお、図５に示す上面プローブを用いる場合には、保管時におけるエアー供給の方法が異なる。ただし、それ以外は、同様の手順でプローブ交換を行えばよい。

　（側面プローブ交換）
　側面プローブの交換手順について、図１２～図１４を用いて説明する。

　図１２（ａ）に示すように、側面プローブ３００は保管台３２０に設置されている。図１２（ｂ）に示すように、保管台３２０を上昇させる。そして、ＸＹステージ（図示せず）に取り付けられたＺ軸ステージ部１０１を側面プローブ３００の取り出し位置に移動させる。

　図１３（ａ）に示すように、Ｚ軸ステージ部１０１を下方に移動させ、保持爪２０２（図６参照）を側面プローブ３００に引っ掛ける。この際、位置決めピン３本を用い、Ｖ字溝が形成されたキネマチック構造によって、ＸＹＺ位置とＸＹＺ軸周りの回転位置が位置決めされることが望ましい。

　図１３（ｂ）に示すように、Ｚ軸ステージ部１０１を上方に移動させ、側面プローブ３００を吊り上げる。その後、保管台３２０を降下させ、さらに、Ｚ軸ステージ部１０１を図面左方向に移動させる。カバー（図示せず）を上部からかけ、保管台３２０の収納を行う。

　図１４に示すように、Ｚ軸ステージ部１０１に取り付けられた側面プローブ３００によって、測定物の側面形状を測定する。側面スタイラス３０６が測定物にＸＹ方向に接する際の測定力を一定にするように、リニアモータ（図示せず）によって、ＸＹ方向にサーボをかける（この状態をＸＹサーボオンと呼ぶ。また、ＸＹサーボオンの状態からサーボを停止することをＸＹサーボオフと呼ぶ）。ＸＹサーボオンしながら、ＸＹ方向に走査し、ＸＹＺ軸のレーザ測長を測定する。取得したＸＹＺ座標の測定データ点列Ｂを保存する。

　なお、側面プローブ３００の交換後は、側面用スタイラス３０３の先端位置は、マイクロメートル以下の精度では、再現性が維持されておらず、正確な位置になっていない。このため、測定データにミクロンオーダーの位置ずれが発生し、測定精度が悪化する。これを防止するために、測定物の測定の前に、定盤１１０上に固定した状態で設けられた固定基準球１１４を、例えばＸＹ平面で周方向に回転するように走査し、測定データから固定基準球１１４の中心座標Ｂを算出し、メモリに記憶する。

　測定後、上述した手順と逆の手順で、側面プローブ３００を保管台３２０に戻す。

　（測定後のデータ合成）
　測定後、上面プローブ２００を用いて得た測定データ点列Ａと、側面プローブ３００を用いて得た測定データ点列Ｂとを合成して、測定物の３次元形状データを取得する。このとき、上面プローブ２００によって得た中心座標Ａと、側面プローブ３００によって得た中心座標Ｂとが一致するように、測定データ点列Ａと測定データ点列Ｂの座標を変換し、３次元形状データを生成する。

　このような測定により、測定物の上面および側面の両方とも、１～１００ナノメートルの超高精度で、３次元形状を測定することができる。

　本発明は、エアーベアリングを有する測定プローブを用いる形状測定において、高精度な３次元測定を実現するのに有用である。

５６　　スタイラス
７０　　保管装置
１００　形状測定装置
２００　上面プローブ
２２０　保管用チャック
２２１　保管台
２０５　エアーベアリング
４０３　エアーカプラ
４０４　断熱チューブ
４０５　エアー供給源

Claims (4)

1. 　形状測定装置によって使用される測定用プローブを保管する保管装置であって、
   　前記測定用プローブは、測定物に接触させるスタイラスが移動可能に構成されたエアーベアリングを有し、
   　前記保管装置は、
   　前記測定用プローブを保管するための保管機構と、
   　前記測定用プローブが前記保管機構に保管されたとき、前記エアーベアリングにエアーを継続的に供給するように構成されたエアー供給機構とを備える
   測定用プローブの保管装置。
2. 　請求項１記載の測定用プローブの保管装置であって、
   　前記エアー供給機構は、前記測定用プローブの側面から、エアーを供給するように構成されている
   測定用プローブの保管装置。
3. 　請求項１記載の測定用プローブの保管装置であって
   　前記エアー供給機構は、
   　　断熱構造と、
   　　前記断熱構造を介して、前記エアーベアリングにエアーを供給するように構成されたエアー供給源と、を有している
   測定用プローブの保管装置。
4. 　形状測定装置によって使用される測定用プローブを保管する方法であって、
   　前記測定用プローブは、測定物に接触させるスタイラスが移動可能に構成されたエアーベアリングを有し、
   　前記方法は、
   　前記測定用プローブを、保管機構に保管するステップと、
   　前記保管機構に保管された前記測定用プローブに対して、エアー供給機構によって、前記エアーベアリングにエアーを継続的に供給するステップとを備える
   測定用プローブの保管方法。

Images