JP2003156323A - 三次元形状測定装置 - Google Patents

三次元形状測定装置

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JP2003156323A
JP2003156323A JP2001353139A JP2001353139A JP2003156323A JP 2003156323 A JP2003156323 A JP 2003156323A JP 2001353139 A JP2001353139 A JP 2001353139A JP 2001353139 A JP2001353139 A JP 2001353139A JP 2003156323 A JP2003156323 A JP 2003156323A
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measuring apparatus
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Kotaro Hosaka
光太郎 保坂
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体の三次元形状を弾性体で支持された接触
式のプローブで走査することで形状を測定する測定装置
において、傾斜面においてもプローブが傾くことなく高
精度な形状測定を行うことを目的とする。 【構成】 複数個の弾性体で支持された接触式プローブ
を持つ三次元形状測定装置において、複数個の弾性体の
弾性率が異なるように構成されている。さらに複数個の
弾性体のうち、ワークに接触するプローブのよりワーク
に近い側に設置された弾性体がワークより遠い側に設置
された弾性体より弾性率が大きくなるように構成されい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は弾性体によって支持
された接触式のプローブで測定対象物を走査すること
で、測定対象物の三次元形状を高精度に測定する三次元
形状測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、三次元面形状測定に搭載する接触
式プローブとして特開2000−298013が開示さ
れている。前記従来例を第2図に示す。第2図におい
て、201は先端にワークと接触する球の付いたプロー
ブ軸、202はプローブ201が走査する測定対象ワー
ク、203はプローブホルダー、204と205はプロ
ーブ201をプローブホルダー203に保持するための
板バネである。206はプローブ201の位置を検出す
る変位計である。プローブホルダー203をZ軸方向
(プローブ上下方向)に駆動し(駆動機構不図示)プロ
ーブ201をワーク202に接触させる。このときの板
バネ204、205の変位量が一定になるように、すな
わち、変位センサー206の出力が一定になるようにプ
ローブホルダー203のプローブ軸方向の位置を制御す
る。この状態でワーク202の表面をトレースし、プロ
ーブホルダー203及び、プローブ201の位置を測定
することで、ワーク202の三次元形状を測定すること
ができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般的に前記第二図の
従来例に示すような三次元測定装置における接触式プロ
ーブにおいて、板バネ204と205はプローブの軸方
向には極弱い力で変位し、プローブ軸と直交する方向に
はほとんど変位しない能力を求められる。すなわち、接
触式の形状測定では、板バネ204、205の変形量を
一定になるようにプローブホルダー203の位置を制御
しながらプローブ201をワークにトレースすること
で、ワークの形状を測定するが、このとき、板バネ20
4、205の変形量がワークとプローブ201の接触圧
となる。一般に接触圧は小さい方がより好ましいので板
バネ204、205のプローブ軸方向の力は弱い方がよ
い。一方、第三図に傾斜面を接触式プローブがトレース
する様子を示す。第三図においてfはプローブの接触点
が斜面から受ける力である。面が水平ならばプローブの
接触点から受ける力はZ方向のみであるが、斜面の場合
は第三図のfのようにX方向、つまりプローブ軸に直交
する方向にも働くことになる。プローブ201が第三図
のfのようにX方向の力を受けたとき、プローブ201
のX方向の剛性、すなわち板バネ204、205のX方
向の剛性が弱いとプローブ201がプローブホルダー2
03に対して傾いてしまう。このようにプローブ201
がプローブホルダー203に対して傾くと、変位センサ
ー206の出力が同じでもプローブ201とワーク20
2の位置関係が変化し、プローブホルダー203とワー
ク202の距離も変化してしまい、形状測定が正しく行
われない。そこで、板バネ204と205には、プロー
ブ軸に直交する方向に変位しない力が求められるのであ
る。
【0004】しかしながら、接触圧を小さくするために
板バネ204、205の厚みを薄くしたり、形状を変え
たりすると、プローブ軸に直交する方向も弱くなり、プ
ローブが傾いて測定に誤差が生じ、あるいはプローブが
傾かないようにプローブ軸に直交する方向の剛性を強く
した板バネを用いると接触圧が強くなってしまうといっ
た問題があった。
【0005】本発明はこうした問題を解決するために考
案された、弾性体によって支持された接触式のプローブ
で測定対象物を走査する三次元形状測定を高精度に測定
することを目的とした三次元形状測定装置である。
【0006】
【課題を解決するための手段】物体の三次元形状を2個
以上の弾性体で支持する接触式のプローブにて走査して
形状を測定する三次元形状測定装置において、前記接触
式プローブを支持する2個以上の弾性体の弾性率が異な
っていることを特徴とする。さらに、プローブ軸を支持
する2個以上の弾性体のうち、ワークに接触するプロー
ブのよりワークに近い側に設置された弾性体の弾性率の
方がよりワークより遠い所に設置された弾性体の弾性率
より大きいことを特徴とする。
【0007】プローブ軸を支持する2個以上の弾性体の
弾性率が異なり、さらに、プローブ軸を支持する2個以
上の弾性体のうち、ワークに接触するプローブのよりワ
ークに近い側に設置された弾性体の弾性率の方がよりワ
ークより遠い所に設置された弾性体の弾性率より大きく
することによって、プローブ軸の軸方向の弾性率を小さ
く押さえつつ、プローブ軸の軸と直交する方向には相対
的に弾性率を大きくすることが可能となる。これによっ
て、プローブの測定ワークへの接触圧を小さくしなが
ら、プローブが傾くことによって生じる形状測定誤差を
発生させることがない。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
【0009】
【実施例】第一図は本発明によるプローブ軸及びプロー
ブホルダーを合わせたプローブユニットの断面を表した
図である。
【0010】第一図において、101はプローブで先端
に鋼球やルビー等の球が接着或いはバキューム等で10
1に固定されている。102は被測定物でプローブ10
1の先端球がこのワークの表面をトレースする。103
はプローブホルダー、104と105は板バネである。
プローブ101はプローブホルダー103に板バネ10
4及び105を介して固定されており、板バネ104、
105が変形することによってプローブ101はZ方向
に変位することが可能なように取り付けられている。本
実施例では、プローブ101をプローブホルダー103
に固定している板バネ104と板バネ105のうちのう
ちプローブ先端球、いいかえればワーク102に近い側
の板バネ104の厚みをワーク102より遠い側の板バ
ネ105よりも厚くしている。具体的には板バネ104
の厚みは100μm、板バネ105の厚みは50μmで
ある。板バネ104の厚みを板バネ105よりも厚くす
ることによって板バネ104の方が弾性率の大きいバネ
となる。こうすることによって、ワーク102に近い板
バネ104は横方向の剛性すなわちX軸方向の剛性も強
くなる。しかし、Z方向の剛性は板バネ104と105
の弾性率の合成なので板バネ104の厚みと同等のもの
を板バネ105に用いる場合よりも低くすることができ
る。本実施例の場合板バネ104と板バネ105の相違
は厚みだけでその他の形状は同じである。第4図は板バ
ネ104、板バネ105を上下方向すなわち、図1のZ
方向から見た形状である。第4図において401の孔は
プローブ軸101を固定する部分、402の孔は板バネ
をワークホルダー103に固定する部分で、ワークホル
ダー103には3カ所で固定している。
【0011】次に、106はレーザ測長器用の反射ミラ
ーである。107はプローブ軸のベースで、プローブホ
ルダー103が固定されている。プローブ軸ベース10
7は、図には示していないが、上下方向すなわちZ軸方
向に移動可能なようにXY方向移動テーブル(不図示)
に支持されている。前記反射ミラー106は測定の基準
(不図示)からプローブ軸101及びプローブホルダー
103が固定されているプローブ軸ベース107のZ方
向の移動距離をレーザ測長機で計測可能なように取り付
けられている。
【0012】108はスケールでプローブ101に取り
付けられている。109はスケール108の位置を読み
とるセンサーでプローブホルダー103に固定されてい
る。スケール108は光学スケールであり、センサー1
09によってプローブ軸101のプローブホルダー10
3に対する位置を非接触で読みとることが可能である。
【0013】次に動作を説明する。ワーク102とプロ
ーブ101は始め離れており、不図示のコンピュータ或
いは制御装置からの指令でプローブ軸ベース107に設
けられているZ軸方向の移動機構を駆動してワーク10
2にプローブ101を接触させる。このとき板バネ10
4と105がたわみ、プローブ軸101がプローブホル
ダー103に対して位置が変化する。この変化量をスケ
ール108とセンサー109からの信号で読みとり、あ
らかじめ決められた変化量のところでプローブ軸ベース
107のZ軸方向の移動を停止させる。このときのセン
サー109の変化量が板バネ104と105をたわませ
たことによる接触圧となる。センサー109の出力が決
められた値になったところでプローブベース107を支
持しているXY駆動機構(不図示)に指令を出し、ワー
ク102の形状を測定したい範囲を移動させる。このと
きプローブベース107のZ軸方向の移動機構はセンサ
ー109からの出力があらかじめ決められた値のままに
なるようにZ軸方向に制御する。この間、プローブ軸1
01に取り付けられている反射ミラー106によってプ
ローブ軸101及びプローブベース107の測定基準に
対する位置をレーザ測長器によって随時測定していく。
このようにXY方向に移動しながらプローブベース10
7をZ軸方向に制御し、反射ミラー106の位置をレー
ザ測長器で読みとっていくことによってワーク102の
3次元形状を測定することが出来る。
【0014】以上が、接触式プローブによる三次元形状
測定装置の動作である。
【0015】本発明では板バネ104と板バネ105の
形状は厚み以外同じであるが、形状を変更することによ
って弾性率を変更しても良い。この場合も、板バネ10
4の剛性を板バネ105よりも大きくする方が望まし
い。また、板バネの厚みは、板バネ104の厚みをt
1、板バネ105の厚みをt2としたとき、ほぼt1=
2×t2の関係になるように設定するのが望ましい。
【0016】また、本発明ではプローブ101をプロー
ブホルダー103に板バネ104と105の2個で支持
しているが、3個以上で支えても良い。このとき、プロ
ーブ軸に対して一番ワークに近い側でプローブをプロー
ブホルダーに支える板バネの厚みを厚くするか、剛性の
高い形状にするのが望ましい。
【0017】また、本発明ではプローブ軸は上下方向で
ワーク102はプローブ101の下に位置しているが、
ワークが上にあり、プローブ軸101がワーク102へ
下から接近する構造でも良い。同様に、プローブ軸が上
下方向ではなく、左右方向、すなわちX軸方向、Y軸方
向に移動する構造でも良い。このときもプローブ101
をローブホルダー103に支持するための板バネは、よ
りワークに近い側でプローブをプローブホルダーに支え
ている板バネの厚みを厚くするか、剛性の高い形状にす
るのが望ましい。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、物体の三次元形状を2
個以上の弾性体で支持する接触式のプローブにて走査し
て形状を測定する三次元形状測定装置において、前記プ
ローブ軸を支持する2個以上の弾性体の弾性率が異な
り、さらに、プローブ軸を支持する2個以上の弾性体の
うち、ワークに接触するプローブのよりワークに近い側
に設置された弾性体の弾性率の方がよりワークより遠い
所に設置された弾性体の弾性率より大きくすること、さ
らには前記プローブ軸を支持する2個以上の弾性体が板
バネであり、ワークに接触するプローブのよりワークに
近い側に設置された板バネの厚みがよりワークより遠い
所に設置された板バネの厚みより厚くすることによっ
て、プローブ軸の軸方向の弾性率を小さく押さえつつ、
プローブ軸の軸と直交する方向には相対的に弾性率を大
きくすることが可能となる。これによって、プローブの
測定ワークへの接触圧を小さくしながら、プローブが傾
くことによって生じる形状測定誤差を発生させることが
無くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した接触式三次元形状測定装置の
プローブ軸断面図である。
【図2】従来の接触式三次元形状装置のプローブ軸断面
図である。
【図3】接触式プローブが傾斜面に接触しているところ
の概念図である。
【図4】本発明を実施した接触式三次元測定装置のプロ
ーブ軸を支持している板バネの形状図である。
【符号の説明】
101 プローブ 102 被測定物 103 プローブホルダー 104,105 板バネ 106 反射ミラー 107 プローブ軸ベース 108 スケール 109 センサー

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体の三次元形状を2個以上の弾性体で
    支持する接触式のプローブにて走査して形状を測定する
    三次元形状測定装置において、前記接触式プローブを支
    持する2個以上の弾性体の弾性率が異なっていることを
    特徴とする三次元形状測定装置。
  2. 【請求項2】 請求項目1に記載の三次元形状測定装置
    において、前記接触式プローブを支持する2個以上の弾
    性体のうち、測定対象物に接触させるプローブ先端に、
    より近い側に設置されている弾性体の弾性率が、測定対
    象物に接触させるプローブの先端からより遠いところに
    設置されている弾性体の弾性率よりも大きくなるような
    構造もしくは形状を有することを特徴とする三次元形状
    測定装置。
  3. 【請求項3】 請求項目1に記載の三次元形状測定装置
    において、前記接触式プローブを支持する2個以上の弾
    性体が板バネであることを特徴とする三次元形状測定装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項目3に記載の三次元形状測定装置
    において、前記接触式プローブを支持する2個以上の板
    バネの厚みが異なっていることを特徴とする三次元形状
    測定装置。
  5. 【請求項5】 請求項目4に記載の三次元形状測定装置
    において、前記接触式プローブを支持する2個以上の板
    バネの厚みのうち、測定対象物に接触させるプローブ先
    端に、より近い側に設置されている板バネの厚みが、測
    定対象物に接触させるプローブの先端から、より遠いと
    ころに設置されている板バネの厚みよりも厚いことを特
    徴とする三次元形状測定装置。
JP2001353139A 2001-11-19 2001-11-19 三次元形状測定装置 Withdrawn JP2003156323A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007139769A (ja) * 2005-11-14 2007-06-07 Immobilien Ges Helmut Fischer Gmbh & Co Kg 特に、薄層の厚さ測定装置用の測定プローブ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007139769A (ja) * 2005-11-14 2007-06-07 Immobilien Ges Helmut Fischer Gmbh & Co Kg 特に、薄層の厚さ測定装置用の測定プローブ

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Effective date: 20050201