JP2017198532A - Shape measurement method of shape measurement device and shape measurement device - Google Patents

Shape measurement method of shape measurement device and shape measurement device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire correction data which can accurately correct a shape error of a tip of a probe of a shape measurement device without being influenced by an orthogonality error of a movable shaft of the shape measurement device.SOLUTION: When measuring shape data of an object by scanning the object by using a contact-type probe, a probe-correction prototype (901) having a well-known curved shape is used as the object, and shape data of the prototype (901) are acquired by the positional information of a probe which is obtained by relatively moving the prototype (901) and the probe (108) by using an X-axis stage slider (121) (S1804 to S1806). Shape correction data of the probe (108) are acquired on the basis of shape data which are obtained by subtracting a tertiary error component equivalent to a theoretical value of an orthogonality error of an XZ-stage from the acquired shape data of the prototype (901), and the well-known shape data of the prototype (901) (S1807).SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は接触式のプローブにより対象物を走査し、対象物の形状データを測定する形状測定装置の形状測定方法、およびその形状測定装置に関する。   The present invention relates to a shape measuring method of a shape measuring apparatus that scans an object with a contact probe and measures shape data of the object, and the shape measuring apparatus.

従来より、球面ないし非球面レンズのような光学素子の表面形状を測定する場合、接触（または非接触式）のプローブをレンズ表面に倣い移動させ、その移動軌跡から表面形状を測定する形状測定装置が知られている。   Conventionally, when measuring the surface shape of an optical element such as a spherical or aspherical lens, a shape measuring device that moves a contact (or non-contact type) probe along the lens surface and measures the surface shape from the movement locus It has been known.

一般に、回転対称形が多いレンズのような光学素子の表面形状をプローブ走査により測定する場合、形状測定装置には、プローブを形状に沿って動作させる軸（例えばＺ軸）の他にプローブの走査軸（例えばＸ軸）をもう１軸のみ配置すれば足りる場合がある。即ち、この種の形状測定装置には少なくとも２軸の相対移動軸が配置される。これら２軸は、例えば、対象物、およびプローブを第１の方向に相対移動させる軸（例えばＸ軸）と、対象物の表面形状に倣って第２の方向にプローブを移動（例えば上下動）可能に支持するする軸（例えばＺ軸）の２（Ｘ、Ｚ）軸である。   In general, when measuring the surface shape of an optical element such as a lens having many rotationally symmetric shapes by probe scanning, the shape measuring device includes a probe scanning in addition to an axis (for example, the Z axis) that moves the probe along the shape. In some cases, it is sufficient to arrange only one other axis (for example, the X axis). That is, at least two relative movement axes are arranged in this type of shape measuring apparatus. These two axes are, for example, an axis that relatively moves the object and the probe in the first direction (for example, the X axis), and a probe that moves in the second direction following the surface shape of the object (for example, vertical movement). It is the 2 (X, Z) axis of the axis (for example, Z axis) that supports it.

装置の形態としては、例えば、ワークを走査するプローブをＸ軸方向に移動させるＸステージを門型の支持構造の上部に水平に配置する構成がある。この場合、Ｘステージを支持する両側の支柱の間（「門」型の内部）にワークを位置決めする。そして、ワークを走査している間、ワークの表面形状に倣ってプローブがＸ軸と直交するＺ軸（上下）方向に移動し、このプローブのＺ軸方向の位置（Ｚ座標）を走査位置（Ｘ座標）に関連づけて記録する。このようにして得た（Ｚ、Ｘ）座標の列として、ワークの形状測定データを取得することができる。   As a form of the apparatus, for example, there is a configuration in which an X stage for moving a probe for scanning a workpiece in the X-axis direction is horizontally arranged on an upper part of a gate-type support structure. In this case, the workpiece is positioned between the columns on both sides that support the X stage (inside the “gate” type). While scanning the workpiece, the probe moves in the Z-axis (vertical) direction orthogonal to the X-axis following the surface shape of the workpiece, and the position (Z-coordinate) of this probe in the Z-axis direction is changed to the scanning position ( Recorded in relation to the X coordinate). The shape measurement data of the workpiece can be acquired as a column of (Z, X) coordinates obtained in this way.

このような測定手法では、形状測定精度は、ＸＺ２軸の直交度（直交性）からの誤差に影響される。また、接触式のプローブでは、ワークと接触する先端部は、球面などの仕様上、定められた所定形状に形成されるが、このプローブの先端部（チップ）の上記所定形状に対する形状誤差が影響する。   In such a measurement method, the shape measurement accuracy is affected by an error from the orthogonality (orthogonality) of the XZ2 axes. In the contact-type probe, the tip that contacts the workpiece is formed in a predetermined shape in accordance with specifications such as a spherical surface, but the shape error of the tip of the probe (tip) with respect to the predetermined shape is affected. To do.

従来、接触式のプローブの先端チップの形状誤差の補正に関しては、例えば、ナイフエッジ形態の基準ゲージをプローブで走査して、先端チップの形状誤差を測定しておき、ワーク測定軌跡を修正する手法が提案されている（例えば下記の特許文献１）。この特許文献１では、ＸＺ軸の直交度に関する誤差は殆んど考慮されていない。   Conventionally, with respect to correction of the shape error of the tip of the contact type probe, for example, a method of correcting the workpiece measurement trajectory by measuring a tip tip shape error by scanning a knife-edge type reference gauge with the probe. Has been proposed (for example, Patent Document 1 below). In Patent Document 1, an error relating to the orthogonality of the XZ axis is hardly considered.

特許第３０２５４１３号公報Japanese Patent No. 3025413

そこで、形状測定装置の校正のために、プローブの先端の形状誤差の測定とは別に、ＸＺ直交度誤差を測定することが考えられる。例えば、何らかの原器をプローブ走査してＸＺ直交度誤差を測定し、直交度補正データを生成する。しかしながら、未校正の初期状態では、プローブ形状誤差とＸＺ直交度誤差が混在しており、いずれの測定を先に実行するにしても、これらのうち一方の影響を受けずに他方を測定することは難しい。   Therefore, it is conceivable to measure the XZ orthogonality error separately from the measurement of the shape error at the tip of the probe in order to calibrate the shape measuring apparatus. For example, an XZ orthogonality error is measured by probe-scanning some original device, and orthogonality correction data is generated. However, in the uncalibrated initial state, the probe shape error and the XZ orthogonality error are mixed, and even if any measurement is executed first, the other is measured without being influenced by one of them. Is difficult.

本発明の課題は、上記の問題点に鑑み、形状測定装置の可動軸の直交度誤差に影響されずに形状測定装置のプローブの先端の形状誤差を正確に補正できる補正データを取得できるようにすることにある。即ち、プローブの先端の形状誤差、および可動軸の直交度誤差を、これらの一方が他方の影響を受けずに測定し、上記各誤差を良好な補正精度で補正し、高精度な形状測定を行えるようにする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to obtain correction data that can accurately correct the shape error of the probe tip of the shape measuring device without being affected by the orthogonality error of the movable axis of the shape measuring device. There is to do. In other words, the shape error of the probe tip and the orthogonality error of the movable axis are measured without one of them being affected by the other, and each error is corrected with a good correction accuracy, so that a highly accurate shape measurement can be performed. Make it possible.

上記課題を解決するため、本発明においては、形状測定の対象物、および接触式のプローブを第１の方向に相対移動させる第１のステージと、前記第１のステージによって支持され、前記第１のステージと直交する第２の方向に前記プローブを移動可能に支持する第２のステージと、前記第１の方向に関する前記対象物の相対的な位置情報を検出する第１のスケールと、前記第２の方向に関する前記プローブの位置情報を検出する第２のスケールと、を備え、前記プローブを前記対象物の表面に接触させた状態で、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第１のスケールを介して検出した前記対象物の第１の方向に関する位置情報と、前記第２のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第２の方向に沿って移動する前記プローブの第２の方向に関する位置情報と、に基づき、前記対象物の形状データを測定する形状測定装置の形状測定方法、ないしはその形状測定装置において、制御装置が、前記対象物として、既知の曲面形状を有するプローブ校正用の第１の原器を用い、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して前記第１の原器の形状データを取得し、取得した前記第１の原器の前記形状データから前記第１および第２のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分を除去した形状データと、前記第１の原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得する構成を採用した。   In order to solve the above-described problem, in the present invention, a first stage for relatively moving an object for shape measurement and a contact probe in a first direction, and the first stage are supported by the first stage. A second stage for movably supporting the probe in a second direction orthogonal to the stage, a first scale for detecting relative position information of the object with respect to the first direction, and the first A second scale for detecting positional information of the probe in two directions, and in a state where the probe is in contact with the surface of the object, the object and the probe are relatively moved by the first stage. Position information on the first direction of the object detected via the first scale and the surface of the object detected via the second scale. A shape measuring method of a shape measuring apparatus for measuring shape data of the object based on position information relating to the second direction of the probe moving along the second direction following the shape, or the shape measurement thereof In the apparatus, the control device uses the first prototype for probe calibration having a known curved surface shape as the object, and the object obtained by relatively moving the object and the probe by the first stage The shape data of the first master is acquired via probe position information, and corresponds to the theoretical value of the orthogonality error of the first and second stages from the acquired shape data of the first master The configuration is adopted in which the shape correction data of the probe is acquired based on the shape data from which the error component is removed and the known shape data of the first original device.

上記構成によれば、取得した前記第１の原器の前記形状データから前記第１および第２のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分を除去した形状データと、前記第１の原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得する。このため、形状測定装置の前記第１および第２のステージの直交度誤差に影響されずにプローブの先端の形状誤差を正確に補正できるプローブ形状補正データを取得することができる。その後、取得したプローブ形状補正データは、例えば、第１および第２のステージの直交度誤差の補正データを取得する際に利用できる。これにより、プローブの先端の形状誤差、および可動軸の直交度誤差を、これらの一方が他方の影響を受けずに測定し、上記各誤差を良好な補正精度で補正し、かくして高精度な形状測定を行うことができる。   According to the above configuration, the shape data obtained by removing an error component corresponding to the theoretical value of the orthogonality error of the first and second stages from the acquired shape data of the first master, and the first data Based on the known shape data of the original device, the shape correction data of the probe is acquired. Therefore, it is possible to obtain probe shape correction data that can accurately correct the shape error of the tip of the probe without being affected by the orthogonality error of the first and second stages of the shape measuring apparatus. Thereafter, the acquired probe shape correction data can be used, for example, when acquiring correction data for orthogonality errors of the first and second stages. As a result, the shape error at the tip of the probe and the orthogonality error of the movable axis are measured without one of them being affected by the other, and each error is corrected with good correction accuracy. Measurements can be made.

本発明を実施した形状測定装置の対象物の形状測定時の構成を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the structure at the time of the shape measurement of the target object of the shape measuring apparatus which implemented this invention. 図１の形状測定装置の測定制御部の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the measurement control part of the shape measuring apparatus of FIG. 図１の形状測定装置の校正処理手順の全体を示したフローチャート図である。It is the flowchart figure which showed the whole calibration processing procedure of the shape measuring apparatus of FIG. 図１の形状測定装置の校正処理におけるプローブ形状補正手順を示したフローチャート図である。It is the flowchart figure which showed the probe shape correction | amendment procedure in the calibration process of the shape measuring apparatus of FIG. 図１の形状測定装置の校正処理におけるＸＺ直交度補正手順を示したフローチャート図である。It is the flowchart figure which showed the XZ orthogonality correction | amendment procedure in the calibration process of the shape measuring apparatus of FIG. 図１の形状測定装置の対象物の形状測定時の測定制御手順を示したフローチャート図である。It is the flowchart figure which showed the measurement control procedure at the time of the shape measurement of the target object of the shape measuring apparatus of FIG. 図１の形状測定装置の校正処理において、プローブ形状補正で測定されたＸＺ軸直交度誤差が含まれたプローブ形状補正データの線図である。FIG. 3 is a diagram of probe shape correction data including an XZ-axis orthogonality error measured by probe shape correction in the calibration process of the shape measuring apparatus of FIG. 1. 図７のプローブ形状補正データの波形に３次ないし非対称成分として含まれているＸＺ軸直交度誤差を示した線図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an XZ-axis orthogonality error included as a third-order or asymmetric component in the waveform of the probe shape correction data in FIG. 7. 図７のプローブ形状補正用データから図８の３次ないし非対称成分を除去した、ＸＺ軸直交度誤差を含まないプローブ形状補正用データを示した線図である。FIG. 9 is a diagram showing probe shape correction data that does not include an XZ-axis orthogonality error, in which the third-order or asymmetric component of FIG. 8 is removed from the probe shape correction data of FIG. 図１の形状測定装置において、Ｘ軸およびＺ軸のスケール補正を実行する時の構成を示した正面図である。FIG. 2 is a front view showing a configuration when executing scale correction of an X axis and a Z axis in the shape measuring apparatus of FIG. 1. 図１の形状測定装置において、Ｘ軸のスケール補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a data flow when executing X-axis scale correction in the shape measuring apparatus of FIG. 1. 図１の形状測定装置において、Ｚ軸のスケール補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a data flow when executing Z axis scale correction in the shape measuring apparatus of FIG. 1. 図１の形状測定装置において、Ｘ軸ステージの走り補正を実行する時の構成を示した正面図である。FIG. 2 is a front view showing a configuration when executing a running correction of an X-axis stage in the shape measuring apparatus of FIG. 1. 図１の形状測定装置において、Ｘ軸ステージの走り補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a data flow when executing X axis stage running correction in the shape measuring apparatus of FIG. 1. 図１の形状測定装置において、Ｚ軸ステージの走り補正を実行する時の構成を示した正面図である。FIG. 2 is a front view showing a configuration when executing Z axis stage running correction in the shape measuring apparatus of FIG. 1. 図１の形状測定装置において、Ｚ軸ステージの走り補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a data flow when executing Z axis stage running correction in the shape measuring apparatus of FIG. 1. 図１の形状測定装置において、プローブ形状補正、またはＸＺ軸直交度補正を実行する時の構成を示した正面図である。FIG. 2 is a front view showing a configuration when executing probe shape correction or XZ axis orthogonality correction in the shape measuring apparatus of FIG. 1. 図１の形状測定装置において、プローブ形状補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the data flow at the time of performing probe shape correction | amendment in the shape measuring apparatus of FIG. 図１の形状測定装置において、ＸＺ軸直交度補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a data flow when executing XZ-axis orthogonality correction in the shape measuring apparatus of FIG. 1. 図１の形状測定装置の対象物の形状測定時のデータフローを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the data flow at the time of the shape measurement of the target object of the shape measuring apparatus of FIG.

以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to embodiments shown in the accompanying drawings. The following embodiment is merely an example, and for example, a detailed configuration can be appropriately changed by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention. Moreover, the numerical value taken up by this embodiment is a reference numerical value, Comprising: This invention is not limited.

＜実施例＞
図１は本発明を実施可能な形状測定装置の構成を斜視図の形式で示している。図１において、形状測定装置１００の本体定盤１０１は、装置本体に外部振動を伝達しないよう、架台１０３により支持された除振台１０２の上に配置されている。装置の制御に用いられる３次元（ＸＹＺ）座標系の各座標軸の方向は任意に取って良いが、本実施例ではＸ、Ｙ、Ｚの各座標軸は図１の左上に示すように取られている。 <Example>
FIG. 1 shows a configuration of a shape measuring apparatus capable of implementing the present invention in the form of a perspective view. In FIG. 1, the main body surface plate 101 of the shape measuring apparatus 100 is disposed on a vibration isolation table 102 supported by a gantry 103 so as not to transmit external vibration to the apparatus main body. The direction of each coordinate axis of the three-dimensional (XYZ) coordinate system used for controlling the apparatus may be arbitrarily set, but in this embodiment, each coordinate axis of X, Y, Z is taken as shown in the upper left of FIG. Yes.

本体定盤１０１上には、Ｘ軸ステージガイド１０５がフレーム１０４によって例えば全体が門型の形態となるように配置されている。   On the main body surface plate 101, an X-axis stage guide 105 is arranged by a frame 104 so as to have a portal shape as a whole.

被測定物（測定対象）である対象物１０９（例えばワークなど）は、フレーム１０４およびＸ軸ステージガイド１０５の門型の下部に配置され、接触式のプローブ１０８によって走査される。   An object 109 (for example, a workpiece) that is an object to be measured (measurement object) is disposed below the gate shape of the frame 104 and the X-axis stage guide 105 and is scanned by the contact probe 108.

プローブ１０８は、Ｘ軸ステージガイド１０５によってＸ軸方向（第１の方向）に移動されるＺ軸ステージガイド１０６のＺ軸ステージスライダ１０７に装着され、対象物１０９の形状に倣って上下動させる。Ｚ軸ステージガイド１０６は、Ｘ軸ステージスライダ１２１を介してＸ軸ステージガイド１０５に装着され、Ｘ軸ステージガイド１０５によりＸ軸方向（第１の方向）に駆動される。   The probe 108 is attached to the Z-axis stage slider 107 of the Z-axis stage guide 106 that is moved in the X-axis direction (first direction) by the X-axis stage guide 105 and moves up and down following the shape of the object 109. The Z-axis stage guide 106 is mounted on the X-axis stage guide 105 via the X-axis stage slider 121 and is driven in the X-axis direction (first direction) by the X-axis stage guide 105.

プローブ１０８は、Ｚ軸ステージスライダ１０７に装着され、Ｚ軸ステージガイド１０６に沿ってＺ軸方向（第２の方向）に移動可能である。   The probe 108 is attached to the Z-axis stage slider 107 and is movable in the Z-axis direction (second direction) along the Z-axis stage guide 106.

便宜上、本実施例では、上記のＸ、Ｚ軸の各ステージの各移動方向に相当する２軸のうち、Ｘ軸を第１のステージ軸、Ｚ軸が第２のステージ軸という。   For convenience, in this embodiment, of the two axes corresponding to the movement directions of the X and Z axis stages, the X axis is referred to as a first stage axis and the Z axis is referred to as a second stage axis.

Ｘ軸ステージガイド１０５には、不図示の駆動モータ、例えばシャフトモータなどが搭載され、この駆動源によりＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。Ｚ軸ステージガイド１０６には、不図示の駆動モータ、例えばリニアモータなどが搭載され、この駆動源により、Ｚ軸（上下）方向にＺ軸ステージスライダ１０７を駆動する。   A drive motor (not shown) such as a shaft motor is mounted on the X-axis stage guide 105, and the X-axis stage slider 121 is moved in the X-axis direction by this drive source. A drive motor (not shown) such as a linear motor is mounted on the Z-axis stage guide 106. The drive source drives the Z-axis stage slider 107 in the Z-axis (vertical) direction.

Ｘ軸ステージガイド１０５およびＸ軸ステージスライダ１２１は、形状測定の対象物、および接触式のプローブ１０８を第１の方向に相対移動させる第１のステージを構成する。また、Ｚ軸ステージガイド１０６およびＺ軸ステージスライダ１０７は、第１のステージによって支持され、第１のステージと直交する第２の方向にプローブ１０８を移動可能に支持する第２のステージを構成する。   The X-axis stage guide 105 and the X-axis stage slider 121 constitute a first stage that relatively moves the shape measurement object and the contact probe 108 in the first direction. The Z-axis stage guide 106 and the Z-axis stage slider 107 constitute a second stage that is supported by the first stage and supports the probe 108 so as to be movable in a second direction orthogonal to the first stage. .

Ｘ軸ステージガイド１０５上のＸ軸ステージスライダ１２１のＸ軸方向に関する現在の位置情報を測定するため、本実施例では、Ｘ軸スケールは例えば２本１組のダブルスケール構成を採用している。即ち、Ｘ軸スケール１１４はＸ軸スケールフレーム１１３を介して、Ｘ軸ステージガイド１０５の下方の本体定盤１０１上に支持されている。   In order to measure the current position information regarding the X-axis direction of the X-axis stage slider 121 on the X-axis stage guide 105, in this embodiment, the X-axis scale adopts a double scale configuration of two sets, for example. That is, the X-axis scale 114 is supported on the main body surface plate 101 below the X-axis stage guide 105 via the X-axis scale frame 113.

２つめのＸ軸スケール１１６はＸ軸スケールフレーム１１５を介して、Ｘ軸ステージガイド１０５の下方の本体定盤１０１上に支持されている。この例では、Ｘ軸スケール１１６の位置はＸ軸スケール１１４よりも奥（Ｙ＋）側になっている。   The second X-axis scale 116 is supported on the main body surface plate 101 below the X-axis stage guide 105 via the X-axis scale frame 115. In this example, the position of the X-axis scale 116 is on the back (Y +) side from the X-axis scale 114.

また、Ｘ軸スケール１１４、１１６によって、Ｘ軸ステージスライダ１２１のＸ座標を測定するためのスケールヘッドがＸ軸ステージスライダ１２１の下部に配置される。Ｘ軸スケール１１４を用いてＸ座標を計測するスケールヘッド１１７は、Ｘ軸スケールヘッドフレーム１１８を介して、Ｘ軸スケール１１４に正対するよう、Ｘ軸ステージスライダ１２１の下面に支持される。一方、Ｘ軸スケール１１６を用いてＸ座標を計測するスケールヘッド（図１では詳細不図示）は、は、Ｘ軸スケールヘッドフレーム１２０を介して、Ｘ軸スケール１１６に正対するよう、Ｘ軸ステージスライダ１２１の下面に支持される。   Further, a scale head for measuring the X coordinate of the X axis stage slider 121 is disposed below the X axis stage slider 121 by the X axis scales 114 and 116. A scale head 117 that measures the X coordinate using the X-axis scale 114 is supported on the lower surface of the X-axis stage slider 121 through the X-axis scale head frame 118 so as to face the X-axis scale 114. On the other hand, a scale head (not shown in detail in FIG. 1) that measures the X coordinate using the X axis scale 116 is placed in an X axis stage so as to face the X axis scale 116 via the X axis scale head frame 120. It is supported on the lower surface of the slider 121.

なお、Ｘ軸スケール１１４、１１６のように複数のスケールを配置する場合、Ｘ軸ステージスライダ１２１のＸ座標は、複数のＸ軸スケール（１１４、１１６）の測定値を組合せる演算（例えば測定値の平均を取る演算など）によって求めることができる。   When a plurality of scales are arranged like the X-axis scales 114 and 116, the X coordinate of the X-axis stage slider 121 is calculated by combining the measurement values of the plurality of X-axis scales (114 and 116) (for example, measurement values). For example)

また、Ｚ軸ステージガイド１０６には、Ｚ軸ステージスライダ１０７のＺ軸方向に関する現在の位置情報を測定するＺ軸スケール１０７１（詳細不図示）が組み込まれている。   Further, the Z-axis stage guide 106 incorporates a Z-axis scale 1071 (details not shown) for measuring current position information in the Z-axis direction of the Z-axis stage slider 107.

上記のＸ軸スケール１１４、１１６は、Ｘ軸方向（第１の方向）に関するプローブ１０８と対象物１０９の相対的な位置情報を検出する第１のスケールを構成する。また、Ｚ軸スケール１０７１は、Ｚ軸方向（第２の方向）に関するプローブの位置情報を検出する第２のスケールを構成する。   The X-axis scales 114 and 116 constitute a first scale that detects relative positional information of the probe 108 and the object 109 in the X-axis direction (first direction). The Z-axis scale 1071 constitutes a second scale for detecting probe position information in the Z-axis direction (second direction).

プローブ１０８は、板バネを介して支持された接触子を備える。例えば、この板バネのたわみ量によって、被測定物（測定対象）である対象物１０９の表面に接触した時の対象物１０９に対する接触子の接触圧が調節される。なお、Ｚ軸ステージスライダ１０７がストロークの中心に位置する時、プローブ１０８の接触子の先端と、２つのＸ軸スケール１１４、１１６のＺ方向高さが概略同じになるように各部が配置される。   The probe 108 includes a contact supported by a leaf spring. For example, the contact pressure of the contact with the object 109 when contacting the surface of the object 109 that is the object to be measured (measuring object) is adjusted by the amount of deflection of the leaf spring. When the Z-axis stage slider 107 is positioned at the center of the stroke, the respective parts are arranged so that the tips of the contacts of the probe 108 and the two X-axis scales 114 and 116 have substantially the same height in the Z direction. .

プローブ１０８には、プローブ部の筐体に対する接触子の位置を測定する変位センサ７０１を設けることができる。このプローブ１０８の変位センサは、上記の変位センサ７０１と同様に、例えばレーザ測長器や反射型光センサなどから構成することができる。例えば、プローブ１０８の接触子を対象物１０９に接触させて、上記の変位センサの変位量が一定値を示すよう、Ｚ軸ステージスライダ１０７のＺ軸位置を制御することにより、プローブ１０８の板バネのたわみ量を一定に調節することができる。このような調整を行うことにより、対象物１０９に対する接触子の接触圧を一定に制御することができる。   The probe 108 can be provided with a displacement sensor 701 that measures the position of the contact with respect to the housing of the probe unit. The displacement sensor of the probe 108 can be constituted by, for example, a laser length measuring device, a reflection type optical sensor, or the like, similar to the displacement sensor 701 described above. For example, by bringing the contact of the probe 108 into contact with the object 109 and controlling the Z-axis position of the Z-axis stage slider 107 so that the displacement amount of the displacement sensor has a constant value, the leaf spring of the probe 108 is controlled. The amount of deflection can be adjusted to be constant. By performing such adjustment, the contact pressure of the contact with the object 109 can be controlled to be constant.

また、対象物１０９の傾斜姿勢を制御するため、ティルトステージ１１０が設けられている。ティルトステージ１１０は、例えば対象物１０９を互いに概略直交する方向（例えばＸ、Ｙ軸に平行な軸廻り）に傾斜させることができるような２軸分の回転駆動部を用いて構成される。ティルトステージ１１０の下方には、対象物１０９およびティルトステージ１１０を互いに概略直交方向に（例えばＸＹ平面内で）平行（並進）移動させるＸＹステージ１１１が配置されている。さらに、その下方には、ＸＹステージ１１１〜ティルトステージ１１０〜対象物１０９をＺ軸に平行な回転軸廻りに回転変位させるθ回転ステージ１１２が配置されている。   In addition, a tilt stage 110 is provided to control the tilt posture of the object 109. The tilt stage 110 is configured using, for example, a rotation driving unit for two axes that can tilt the object 109 in directions substantially orthogonal to each other (for example, around axes parallel to the X and Y axes). Below the tilt stage 110, an XY stage 111 for moving the object 109 and the tilt stage 110 in parallel (translation) in a substantially orthogonal direction (for example, in the XY plane) is disposed. Further, a θ rotation stage 112 that displaces the XY stage 111 to the tilt stage 110 to the object 109 around a rotation axis parallel to the Z axis is disposed below the rotation stage 112.

電装ラック１２２は、本体の駆動系、例えばＸ軸ステージガイド１０５に搭載されたＸ軸ステージスライダ１２１、およびＺ軸ステージガイド１０６に搭載されたＺ軸ステージスライダ１０７を駆動するためのドライバ（駆動回路）を備える。また、電装ラック１２２は、２軸のティルトステージ１１０、ＸＹステージ１１１およびθ回転ステージ１１２を駆動させるためのドライバを備える。   The electrical rack 122 is a driver (drive circuit) for driving a main body drive system, for example, an X-axis stage slider 121 mounted on the X-axis stage guide 105 and a Z-axis stage slider 107 mounted on the Z-axis stage guide 106. ). The electrical rack 122 also includes a driver for driving the biaxial tilt stage 110, the XY stage 111, and the θ rotation stage 112.

また、電装ラック１２２は、第１、第２のＸ軸スケールヘッド１１７、１１９がそれぞれ出力する第１、および第２のＸ軸スケール位置に相当するデータを入力するためのインターフェース（回路）を備える。また、電装ラック１２２は、Ｚ軸ステージガイド１０６に組み込まれたスケール（不図示）からのデータを入力するインターフェースも備えている。さらに、電装ラック１２２には、接触子に配置された変位センサ（不図示）が出力する接触子の位置データを入力するためのインターフェースも配置されている。   The electrical rack 122 also includes an interface (circuit) for inputting data corresponding to the first and second X-axis scale positions output from the first and second X-axis scale heads 117 and 119, respectively. . The electrical equipment rack 122 also includes an interface for inputting data from a scale (not shown) incorporated in the Z-axis stage guide 106. Further, the electrical equipment rack 122 is also provided with an interface for inputting position data of a contact output from a displacement sensor (not shown) disposed on the contact.

測定制御装置１２３は、後述の補正処理、および形状測定処理全体を制御する。例えば、測定制御装置１２３は、Ｘ軸ステージガイド１０５に搭載されたＸ軸ステージスライダ１２１、Ｚ軸ステージスライダ１０７の移動位置などに関する情報を電装ラック１２２の各ドライバに指令する。また、ティルトステージ１１０、ＸＹステージ１１１およびθ回転ステージ１１２の移動位置などを電装ラック１２２に搭載の各ドライバに指令する。また、電装ラック１２２の各インターフェースから入力される各部の位置検出データを入力することができる。   The measurement control device 123 controls a correction process and an overall shape measurement process which will be described later. For example, the measurement control device 123 commands each driver of the electrical equipment rack 122 with respect to the movement positions of the X-axis stage slider 121 and the Z-axis stage slider 107 mounted on the X-axis stage guide 105. Further, the movement positions of the tilt stage 110, the XY stage 111, and the θ rotation stage 112 are instructed to each driver mounted on the electrical equipment rack 122. Further, position detection data of each part input from each interface of the electrical equipment rack 122 can be input.

後述の補正および測定制御手順において、測定制御装置１２３は、上記の入出力処理を介して測定制御装置１２３は、後述の補正処理、および形状測定処理の全体を制御する。上記各部に対する入出力処理を介して後述の補正処理、および形状測定処理の全体を制御するための制御プログラムは、例えばＲＯＭなどの記憶装置に格納しておくことができる。このようなプログラム格納用の記憶装置は、本発明の補正ないし形状測定制御手順を実行するための制御プログラムを格納するコンピュータ読み取り可能な記録媒体に相当する。なお、図１では測定制御装置１２３は独立して図示してあるが、電装ラック１２２に組み込むような構成であっても構わない。   In the correction and measurement control procedure described later, the measurement control device 123 controls the entire correction processing and shape measurement processing described later via the input / output processing described above. A control program for controlling overall correction processing and shape measurement processing, which will be described later, through input / output processing for each of the above-described units can be stored in a storage device such as a ROM. Such a storage device for storing a program corresponds to a computer-readable recording medium storing a control program for executing the correction or shape measurement control procedure of the present invention. In FIG. 1, the measurement control device 123 is illustrated independently, but may be configured to be incorporated in the electrical rack 122.

また、測定データ処理装置１２４（データ処理用コンピュータ）は、測定条件パラメータなどを管理するとともに、例えば測定処理に係る管理者や作業者（ユーザ）に対するユーザーインターフェース手段を構成する。測定データ処理装置１２４が管理する測定条件として、上記各スケールや変位センサに係る測定範囲、測定回数、測定速度、測定種類、対象物の設計値形状などが含まれる。測定データ処理装置１２４は、例えばユーザが指定したこれらのパラメータを測定パラメータとし、測定手順データとともに測定制御装置１２３に送る。これにより、例えばユーザが指定した測定制御条件で、校正用の原器などを含む対象物１０９の形状測定を実行することができる。また、測定データ処理装置１２４は各スケールのデータおよび変位センサのデータを測定制御装置１２３から取り込むデータ取り込みプログラムを搭載する。   In addition, the measurement data processing device 124 (data processing computer) manages measurement condition parameters and the like, and constitutes a user interface means for an administrator or an operator (user) related to the measurement processing, for example. The measurement conditions managed by the measurement data processing device 124 include the measurement range, the number of times of measurement, the measurement speed, the measurement type, the design value shape of the object, and the like related to each scale and displacement sensor. The measurement data processing device 124 uses, for example, these parameters designated by the user as measurement parameters, and sends them together with the measurement procedure data to the measurement control device 123. Thereby, for example, the shape measurement of the object 109 including the calibration original can be performed under the measurement control conditions specified by the user. Further, the measurement data processing device 124 is equipped with a data fetching program for fetching the data of each scale and the data of the displacement sensor from the measurement control device 123.

また、測定データ処理装置１２４は取り込んだ各スケールデータおよび変位センサデータから、対象物１０９の表面形状を算出する形状データ算出プログラムを備える。また、測定データ処理装置１２４は、算出した対象物１０９の形状データと、対象物１０９の設計値形状から対象物１０９の設計値からの誤差を算出する誤差算出プログラムを備える。   The measurement data processing device 124 includes a shape data calculation program for calculating the surface shape of the object 109 from each scale data and displacement sensor data taken in. In addition, the measurement data processing device 124 includes an error calculation program that calculates an error from the design value of the target object 109 based on the calculated shape data of the target object 109 and the design value shape of the target object 109.

また、測定データ処理装置１２４は算出した対象物１０９の形状データから、対象物１０９が装置の原点および座標、或いは任意原点および座標に対して置かれている三次元位置を算出する形状位置算出プログラムを備える。   In addition, the measurement data processing device 124 calculates a shape position calculation program for calculating a three-dimensional position where the object 109 is placed with respect to the origin and coordinates of the device or an arbitrary origin and coordinates from the calculated shape data of the object 109. Is provided.

また、本実施例の測定データ処理装置１２４は、プローブ１０８の先端形状の補正データ算出プログラム、すなわちプローブ形状補正プログラムを備える。このプローブ形状補正プログラムを実行する場合は、後述のように、対象物１０９として形状（例えば２次曲面形状）が既知の原器を用いる。   Further, the measurement data processing device 124 of this embodiment includes a correction data calculation program for the tip shape of the probe 108, that is, a probe shape correction program. When this probe shape correction program is executed, a prototype having a known shape (for example, a quadric surface shape) is used as the object 109 as described later.

また、測定データ処理装置１２４は測定した形状データから、Ｘ軸ステージガイド１０５とＺ軸ステージガイド１０６との直交度誤差を算出するプログラムすなわちＸＺ直交度補正プログラムを備える。このＸＺ直交度補正プログラムを実行する場合は、対象物１０９として形状が既知の原器を用いる。   The measurement data processing device 124 includes a program for calculating an orthogonality error between the X-axis stage guide 105 and the Z-axis stage guide 106 from the measured shape data, that is, an XZ orthogonality correction program. When this XZ orthogonality correction program is executed, a prototype having a known shape is used as the object 109.

なお、図１では、測定データ処理装置１２４と、測定制御装置１２３が別体であるかの如く図示している。また、以上では、測定制御装置１２３と測定データ処理装置１２４に適宜、制御機能が割り当てられている旨、説明している。しかしながら、上記のような構成は理解を容易にするための便宜上のものに過ぎない。例えば、実装上は、測定データ処理装置１２４および測定制御装置１２３を、同一（共通）のＣＰＵ廻りに構成したアーキテクチャにより構成することができる。また、測定データ処理装置１２４と、測定制御装置１２３が別体であるか、同一（共通）ないし一体であるかを問わず、これらは電装ラック１２２内などの適当な位置に搭載することができる。   In FIG. 1, the measurement data processing device 124 and the measurement control device 123 are illustrated as if they were separate bodies. In the above description, it is described that control functions are appropriately assigned to the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124. However, the above configuration is merely a convenience for easy understanding. For example, in terms of mounting, the measurement data processing device 124 and the measurement control device 123 can be configured by an architecture configured around the same (common) CPU. Further, regardless of whether the measurement data processing device 124 and the measurement control device 123 are separate or the same (common) or integrated, they can be mounted at an appropriate position in the electrical rack 122 or the like. .

図２は、測定制御装置１２３（ないし測定データ処理装置１２４）を構成する制御系の構成例を示している。ここでは、これらの制御ないし処理装置を代表する構成として測定制御装置１２３の構成を示している。しかしながら、例えば、図２の構成を測定データ処理装置１２４に転用することもできる。その場合、例えば、インターフェース１６０７に接続された電装ラック１２２を測定制御装置１２３に読み換え、インターフェース１６０８に接続された図中の測定データ処理装置１２４のブロックを省略した構成を考えればよい。また、測定制御装置１２３、測定データ処理装置１２４を一体化した制御系の構成であれば、同様にインターフェース１６０８に接続された図中の測定データ処理装置１２４のブロックを省略した構成を考えればよい。例えば、図２のように、ＣＰＵ１６０１を中心に、そのシステムバス（不図示）に各周辺機器部を接続した構成は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）のようなハードウェアを利用して構成することができる。   FIG. 2 shows a configuration example of a control system constituting the measurement control device 123 (or measurement data processing device 124). Here, the configuration of the measurement control device 123 is shown as a configuration representative of these control and processing devices. However, for example, the configuration of FIG. 2 can be diverted to the measurement data processing device 124. In this case, for example, a configuration in which the electrical equipment rack 122 connected to the interface 1607 is replaced with the measurement control device 123 and the block of the measurement data processing device 124 in the drawing connected to the interface 1608 is omitted may be considered. Further, if the configuration of the control system in which the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124 are integrated, a configuration in which the block of the measurement data processing device 124 in the figure connected to the interface 1608 is similarly omitted may be considered. . For example, as shown in FIG. 2, a configuration in which each peripheral device unit is connected to a system bus (not shown) around the CPU 1601 can be configured using hardware such as a PC (personal computer). .

ＣＰＵ１６０１は、例えば各種の汎用マイクロプロセッサなどを用いて構成される。後述する各種の補正データ記憶部として用いられるＣＰＵ１６０１の記憶空間は、例えば、ＲＯＭ１６０２、ＲＡＭ１６０３、などのアドレス空間、あるいはさらにＨＤＤ１６０４などの外部記憶装置に割り当てられた仮想記憶領域によって構成される。   The CPU 1601 is configured using, for example, various general-purpose microprocessors. A storage space of the CPU 1601 used as various correction data storage units to be described later is configured by, for example, an address space such as a ROM 1602 and a RAM 1603, or a virtual storage area assigned to an external storage device such as an HDD 1604.

図２の構成では、ユーザーインターフェース手段として、ＬＣＤパネルなどを用いて構成されたディスプレイ１６０５と、キーボード１６０６（およびマウスやトラックパッドのようなポインティングデバイス）を示してある。なお、このようなユーザーインターフェースの構成は一例であって、例えば表示面と入力操作面が一体化されたタッチパネルのような構成を用いてもよい。また、ユーザーインターフェースには、必要に音声入出力手段を用いてもよい。   In the configuration of FIG. 2, a display 1605 configured using an LCD panel or the like and a keyboard 1606 (and a pointing device such as a mouse or a trackpad) are shown as user interface means. Note that such a configuration of the user interface is an example, and for example, a configuration such as a touch panel in which a display surface and an input operation surface are integrated may be used. In addition, voice input / output means may be used for the user interface as necessary.

図１の形状測定装置１００におけるシステムエラー（システム誤差）校正（補正）処理と、対象物（各種工業製品のワーク）の形状測定処理の手順を図３〜図６に示す。これらの制御手順は、例えば、制御装置としての図２のＣＰＵ１６０１によって実行される。その場合、図２の制御（処理）系が、測定制御装置１２３として実装されているか、測定データ処理装置１２４として実装されているかは問わない。これら各図の制御（処理）手順をＣＰＵ１６０１に実行させるための制御プログラムは、ＲＯＭ１６０２やＨＤＤ１６０４に格納しておくことができる。   The procedure of the system error (system error) calibration (correction) processing and the shape measurement processing of the object (work of various industrial products) in the shape measuring apparatus 100 of FIG. 1 is shown in FIGS. These control procedures are executed by, for example, the CPU 1601 in FIG. 2 as a control device. In that case, it does not matter whether the control (processing) system of FIG. 2 is implemented as the measurement control device 123 or the measurement data processing device 124. A control program for causing the CPU 1601 to execute the control (processing) procedures shown in the drawings can be stored in the ROM 1602 or the HDD 1604.

図３は、形状測定装置１００におけるシステムエラー（システム誤差）校正（補正）処理の制御手順を示している。システムエラー（システム誤差）とは、形状測定装置１００の主にハードウェアが有する誤差で、これらに関する補正を行わない限り、対象物の形状測定を正確に行うことができない。   FIG. 3 shows a control procedure of system error (system error) calibration (correction) processing in the shape measuring apparatus 100. The system error (system error) is an error mainly possessed by the hardware of the shape measuring apparatus 100, and the shape of the object cannot be accurately measured unless corrections relating to these are performed.

このシステムエラー（システム誤差）には、例えば本実施例の形状測定装置１００の場合、Ｘ軸およびＺ軸スケールの測定値の直線性に係る誤差が含まれる。このＸ、Ｚ軸スケールの直線性に係る誤差の補正データ（スケールの直線性補正データ）は、図３のステップＳ１３０１、Ｓ１３０２のＸ軸／Ｚ軸スケール補正処理（スケール直線性補正データ取得ステップ）で取得する。また、図１０は、図３のステップＳ１３０１、Ｓ１３０２のＸ軸／Ｚ軸スケール補正処理を実施する時の形状測定装置１００のハードウェア構成の一例を示している。また、図１１は、図３のステップＳ１３０１のＸ軸スケール補正処理を実施する時の制御系（図２）のデータフローを示している。図１２は、図３のステップＳ１３０２のＺ軸スケール補正処理を実施する時の制御系（図２）のデータフローを示している。   For example, in the case of the shape measuring apparatus 100 of this embodiment, the system error (system error) includes an error related to the linearity of the measurement values of the X-axis and Z-axis scales. The error correction data (scale linearity correction data) related to the linearity of the X and Z axis scales is the X axis / Z axis scale correction process (scale linearity correction data acquisition step) in steps S1301 and S1302 of FIG. Get in. FIG. 10 shows an example of the hardware configuration of the shape measuring apparatus 100 when the X-axis / Z-axis scale correction processing in steps S1301 and S1302 in FIG. 3 is performed. FIG. 11 shows a data flow of the control system (FIG. 2) when the X-axis scale correction process in step S1301 of FIG. 3 is performed. FIG. 12 shows a data flow of the control system (FIG. 2) when the Z-axis scale correction process in step S1302 of FIG. 3 is performed.

また、システムエラー（システム誤差）には、Ｘ軸ステージ、およびＺ軸ステージの走り誤差、即ち、これらのステージが各軸方向に動作する場合、これらの可動軸と直交（ないしは交差）する方向のぶれが含まれる。Ｘ軸、Ｚ軸ステージの走りの誤差の補正データは、図３のステップＳ１３０３、Ｓ１３０４のＸ軸／Ｚ軸のステージ走り補正処理で取得する。図１３は、図３のステップＳ１３０３のＸ軸ステージ走り補正処理を実施する時の形状測定装置１００のハードウェア構成の一例を示し、図１４は、その際の制御系（図２）のデータフローを示している。また、図１５は、ステップＳ１３０４のＺ軸ステージ走り補正処理を実施する時の形状測定装置１００のハードウェア構成の一例を示し、図１６は、その際の制御系（図２）のデータフローを示している。   In addition, the system error (system error) includes a running error of the X-axis stage and the Z-axis stage, that is, when these stages move in the respective axis directions, the direction perpendicular to (or intersects with) these movable axes. Shake is included. The X axis and Z axis stage running error correction data is acquired by the X axis / Z axis stage running correction process in steps S1303 and S1304 of FIG. FIG. 13 shows an example of the hardware configuration of the shape measuring apparatus 100 when performing the X-axis stage running correction process in step S1303 of FIG. 3, and FIG. 14 shows the data flow of the control system (FIG. 2) at that time. Is shown. FIG. 15 shows an example of the hardware configuration of the shape measuring apparatus 100 when the Z-axis stage running correction process in step S1304 is performed, and FIG. 16 shows the data flow of the control system (FIG. 2) at that time. Show.

そして、このシステムエラー（システム誤差）には、前述のプローブ形状誤差と、Ｘ軸ステージ、およびＺ軸スケールの各（ＸＺ）軸のＸＺ直交度誤差が含まれる。前述のように、これらプローブ形状誤差、およびＸＺ直交度誤差は、未校正の段階では両者が混在した状態で発生する。このため、これら両者の誤差のための補正データを得る場合には、何らかの手法により両者の誤差に相当する成分を分離して測定しなければならない。プローブ形状誤差、およびＸＺ直交度誤差の補正データは、図３のステップＳ１３０５、Ｓ１３０６で取得する。図１７は、図３のステップＳ１３０５およびＳ１３０６において、プローブ形状補正処理、およびＸＺ直交度補正処理を実施する時の形状測定装置１００のハードウェア構成の一例を示している。また、図１８は、図３のステップＳ１３０５のプローブ形状補正処理における制御系（図２）のデータフローを示し、図１９は、図３のステップＳ１３０６のＸＺ直交度補正処理における制御系（図２）のデータフローを示している。   This system error (system error) includes the above-described probe shape error and XZ orthogonality error of each (XZ) axis of the X-axis stage and the Z-axis scale. As described above, the probe shape error and the XZ orthogonality error occur in a state in which both are mixed at an uncalibrated stage. For this reason, when obtaining correction data for these two errors, components corresponding to the two errors must be separated and measured by some method. The correction data for the probe shape error and the XZ orthogonality error is acquired in steps S1305 and S1306 in FIG. FIG. 17 shows an example of the hardware configuration of the shape measuring apparatus 100 when the probe shape correction process and the XZ orthogonality correction process are performed in steps S1305 and S1306 in FIG. 18 shows the data flow of the control system (FIG. 2) in the probe shape correction process in step S1305 of FIG. 3, and FIG. 19 shows the control system (FIG. 2) in the XZ orthogonality correction process in step S1306 of FIG. ) Shows the data flow.

これら、相互に関連のある、プローブ形状誤差補正処理（図３のステップＳ１３０５）、およびＸＺ直交度誤差補正処理（同Ｓ１３０６）の詳細は、図４および図５のフローチャートにそれぞれ示してある。   The details of the probe shape error correction process (step S1305 in FIG. 3) and the XZ orthogonality error correction process (S1306) that are mutually related are shown in the flowcharts of FIGS.

対象物（各種工業製品のワーク）の形状測定処理は、例えば図６に示す手順により実行することができる。この時の形状測定装置１００のハードウェア構成は例えば図１に示す通りである。また、対象物（各種工業製品のワーク）の形状測定処理における制御系（図２）のデータフローは、図２０に示す通りである。この図６（図１、図２０）の「本番」の測定に先立って、図３〜図５に示したシステムエラー（システム誤差）の校正（補正データ取得）処理を実施しておく。   The shape measurement process of the object (work of various industrial products) can be executed by, for example, the procedure shown in FIG. The hardware configuration of the shape measuring apparatus 100 at this time is as shown in FIG. 1, for example. Moreover, the data flow of the control system (FIG. 2) in the shape measurement process of the object (work of various industrial products) is as shown in FIG. Prior to the “real” measurement in FIG. 6 (FIGS. 1 and 20), the system error (system error) calibration (correction data acquisition) process shown in FIGS. 3 to 5 is performed.

図１０は、Ｘ軸スケール１１４ないし１１６、およびＺ軸方向位置を計測するＺ軸スケール１０７１のスケール誤差を補正するスケール補正データを取得する際の形状測定装置１００の状態を示している。図１０の図示は、図１の正面方向からの図示に相当する。   FIG. 10 shows the state of the shape measuring apparatus 100 when acquiring scale correction data for correcting the scale error of the X-axis scales 114 to 116 and the Z-axis scale 1071 for measuring the position in the Z-axis direction. The illustration in FIG. 10 corresponds to the illustration from the front direction in FIG.

図１０の構成では、プローブ１０８は、レーザ測長器２０３、２０４のターゲット２０１に換装されている。ターゲット２０１は、底面および側面にレーザ光を反射可能な反射（ミラー）面を有する立方体（ないし直方体）形状に構成されている。このようなレーザ測定用のターゲット２０１は、ミラーキューブなどと呼ばれることがある。   In the configuration of FIG. 10, the probe 108 is replaced with the target 201 of the laser length measuring instruments 203 and 204. The target 201 has a cubic (or rectangular parallelepiped) shape having a reflection (mirror) surface capable of reflecting laser light on the bottom surface and side surfaces. Such a target 201 for laser measurement is sometimes called a mirror cube.

ターゲット２０１は、プローブ１０８の代りにＺ軸ステージスライダ１０７に装着され、Ｘ軸ステージスライダ１２１およびＺ軸ステージスライダ１０７によってＸ、Ｚ軸方向に適当な制御軌道で移動制御させる。その際、レーザ測長器２０３、２０４で測定したターゲット２０１のＸ、Ｚ軸方向の実座標と、Ｘ軸スケール（１１４、１１６）およびＺ軸スケール１０７１を介して測定されるＸ、Ｚ軸方向の座標からスケール誤差に相当する補正データを取得する。   The target 201 is mounted on the Z-axis stage slider 107 instead of the probe 108, and is controlled to move in an appropriate control path in the X and Z-axis directions by the X-axis stage slider 121 and the Z-axis stage slider 107. At that time, the actual coordinates in the X and Z axis directions of the target 201 measured by the laser length measuring instruments 203 and 204, and the X and Z axis directions measured through the X axis scale (114, 116) and the Z axis scale 1071. The correction data corresponding to the scale error is acquired from the coordinates.

レーザ測長器２０３、２０４は、それぞれレーザ光源および受光器を備え、出射光と、ターゲット２０１からの反射光の干渉状態などを介してターゲット２０１のＸおよびＺ軸方向に係る距離を測定できるよう構成される。   Each of the laser length measuring instruments 203 and 204 includes a laser light source and a light receiver, and can measure the distances in the X and Z axis directions of the target 201 through the interference state of the emitted light and the reflected light from the target 201. Composed.

レーザ測長器２０３を用いてＸ軸方向の測定を行う場合、ＣＰＵ１６０１は、Ｚ軸ステージスライダ１０７によってターゲット２０１の高さをターゲット２０１の側面の反射面がレーザ測長器２０３のレーザ光を反射できるよう制御する。このＺ軸位置を維持した状態でＸ軸ステージスライダ１２１によってターゲット２０１をＸ軸方向に移動させ、レーザ測長器２０３からＸ軸方向の距離の実測値を取得するとともに、Ｘ軸スケール（１１４、１１６）の出力値を取得する。   When performing measurement in the X-axis direction using the laser length measuring device 203, the CPU 1601 causes the Z-axis stage slider 107 to reflect the height of the target 201 and the reflection surface of the side surface of the target 201 reflects the laser light from the laser length measuring device 203. Control as you can. While maintaining the Z-axis position, the target 201 is moved in the X-axis direction by the X-axis stage slider 121 to obtain the measured value of the distance in the X-axis direction from the laser length measuring device 203, and the X-axis scale (114, 116) is obtained.

一方、レーザ測長器２０４を用いて、Ｚ軸方向の測定を行う場合には、レーザ測長器２０４のレーザ光を反射させるため、本体定盤１０１の上面に例えば４５°で傾斜した反射面を有するベンダーミラー２０２を配置する。この時、ベンダーミラー２０２は、例えばターゲット２０１（ないしプローブ１０８）の装着中心を通る垂線を通るレーザ光を反射できるよう配置する。Ｚ軸方向の測定を行う場合は、ＣＰＵ１６０１は当然ながら、Ｘ軸ステージスライダ１２１によってこのＸ軸位置を維持した状態で、Ｚ軸ステージスライダ１０７を動作させる。そして、レーザ測長器２０４からＺ軸方向の距離の実測値を取得するとともに、Ｚ軸スケール１０７１の出力値を取得する。   On the other hand, when measuring in the Z-axis direction using the laser length measuring device 204, in order to reflect the laser light of the laser length measuring device 204, a reflecting surface inclined at 45 ° on the upper surface of the main body surface plate 101, for example. A vendor mirror 202 having At this time, the bender mirror 202 is disposed so as to be able to reflect a laser beam passing through a perpendicular passing through the mounting center of the target 201 (or probe 108), for example. When measuring in the Z-axis direction, the CPU 1601 naturally operates the Z-axis stage slider 107 while maintaining the X-axis position by the X-axis stage slider 121. Then, the measured value of the distance in the Z-axis direction is acquired from the laser length measuring device 204 and the output value of the Z-axis scale 1071 is acquired.

Ｘ、Ｚ軸いずれのスケール補正データを取得する場合も、レーザ測長器２０３、２０４の出力と、Ｘ軸スケール（１１４、１１６）およびＺ軸スケール１０７１の出力は同期的に取り込む。   When acquiring scale correction data for both the X and Z axes, the outputs of the laser length measuring instruments 203 and 204 and the outputs of the X axis scales (114 and 116) and the Z axis scale 1071 are captured synchronously.

図１１、図１２は、それぞれＸ軸スケール（１１４、１１６）およびＺ軸スケール１０７１のＸ軸、Ｚ軸スケール補正データを取得する際のデータフローを示している。図１１、図１２において、３０１、４０１は、それぞれレーザ測長器２０３、２０４からの測長データの入力処理を示している。また、３０２、４０２は、それぞれＸ軸スケール（１１４、１１６）およびＺ軸スケール（１０７１）からのスケール測定データの入力処理を示している。これらの測長、測定データは、図１、図２のインターフェース１６０７を介して電装ラック１２２からクロック同期制御などを介して同期的に読み込まれる。   FIG. 11 and FIG. 12 show the data flow when acquiring the X-axis and Z-axis scale correction data of the X-axis scale (114, 116) and the Z-axis scale 1071, respectively. 11 and 12, reference numerals 301 and 401 denote length measurement data input processes from the laser length measuring instruments 203 and 204, respectively. Reference numerals 302 and 402 denote input processing of scale measurement data from the X-axis scale (114, 116) and the Z-axis scale (1071), respectively. These length measurement and measurement data are synchronously read from the electrical rack 122 via the interface 1607 of FIGS. 1 and 2 via clock synchronization control or the like.

図１１、図１２において、レーザ測長器２０３、２０４により実測したＸ軸、Ｚ軸方向の測長データ（３０１、４０１）と、Ｘ軸、Ｚ軸スケールの測定データ（３０２、４０２）は同期的にＸ軸、Ｚ軸スケール補正値演算（３０３、４０３）で処理される。   11 and 12, the X-axis and Z-axis length measurement data (301, 401) actually measured by the laser length measuring instruments 203 and 204 and the X-axis and Z-axis scale measurement data (302, 402) are synchronized. Specifically, the processing is performed by X axis and Z axis scale correction value calculation (303, 403).

Ｘ軸、Ｚ軸スケール補正値演算（３０３、４０３）では、例えば、実際に対象物の測定でＸ軸、Ｚ軸スケールから読み取った測定値を、同時にレーザ測長器２０３、２０４で読み取っている実測値に変換できるような補正データを生成する。このようなＸ軸、Ｚ軸スケールの補正データは、例えば、実測したＸ軸、Ｚ軸方向の測長データ（３０１、４０１）と、Ｘ軸、Ｚ軸スケールの測定データ（３０２、４０２）の差分を取ることにより生成できる。   In the X-axis and Z-axis scale correction value calculation (303, 403), for example, the measured values actually read from the X-axis and Z-axis scales in the measurement of the object are simultaneously read by the laser length measuring devices 203 and 204. Correction data that can be converted into actual measurement values is generated. Such X-axis and Z-axis scale correction data include, for example, measured X-axis and Z-axis direction length measurement data (301, 401) and X-axis and Z-axis scale measurement data (302, 402). It can be generated by taking the difference.

そして、ＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸、Ｚ軸スケール補正値演算（３０３、４０３）により生成したＸ軸、Ｚ軸スケール測定データは、Ｘ軸、Ｚ軸スケール補正データ記憶部（３０４、４０４）に記憶させる。このＸ軸、Ｚ軸スケール補正データ記憶部（３０４、４０４）は、上記のＲＡＭ１６０３、ＨＤＤ１６０４ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定記憶位置に割り当てられる。   The CPU 1601 stores the X-axis and Z-axis scale measurement data generated by the X-axis and Z-axis scale correction value calculation (303 and 403) in the X-axis and Z-axis scale correction data storage unit (304 and 404). . The X-axis and Z-axis scale correction data storage units (304, 404) are assigned to the RAM 1603, the HDD 1604, or a predetermined storage position of a virtual storage area constituted by these.

なお、図１１は、２つのＸ軸スケール（１１４、１１６）を区別せずに１つのＸ軸スケールのデータ処理として図示している。実際に２つのＸ軸スケール（１１４、１１６）を配置する場合、Ｘ軸、Ｚ軸スケール補正値演算３０３では、それぞれのＸ軸スケールの測定データと、レーザ測長器２０３から同期的に読み込んだ測長データとの差分などを生成すればよい。これにより、各Ｘ軸スケール（１１４、１１６）の測定値をレーザ測長器２０３で実測した測長データに一致するようにそれぞれ変換可能なＸ軸スケール補正データを生成し、Ｘ軸スケール補正データ記憶部（３０４）に格納できる。   Note that FIG. 11 illustrates data processing of one X-axis scale without distinguishing the two X-axis scales (114, 116). When two X-axis scales (114, 116) are actually arranged, in the X-axis and Z-axis scale correction value calculation 303, the measurement data of each X-axis scale and the laser length measuring device 203 are read synchronously. What is necessary is just to produce | generate the difference with length measurement data. As a result, X-axis scale correction data that can be converted so that the measured values of the respective X-axis scales (114, 116) match the length measurement data actually measured by the laser length measuring device 203 is generated. The data can be stored in the storage unit (304).

図１３はＸ軸ステージの走り補正（Ｘ軸走り誤差の補正データ取得）を行う際の形状測定装置１００の設定状態の一例を示している。同図の構成はＸ軸ステージガイド１０５のＸ軸ステージスライダ１２１の移動誤差補正値を測定するためのものである。   FIG. 13 shows an example of a setting state of the shape measuring apparatus 100 when performing X axis stage running correction (acquisition of X axis running error correction data). The configuration shown in the figure is for measuring the movement error correction value of the X-axis stage slider 121 of the X-axis stage guide 105.

図１３の構成では、プローブ１０８がＺ軸ステージスライダ１０７に装着されており、このプローブ１０８により平面原器５０１を形状測定する。例えば、平面原器５０１の上面は、形状が既知の平面により構成されている。この平面原器５０１の上面の平面精度が良ければより望ましいが、形状が既知ならば平面に近い形状であれはＸ軸走り誤差の補正データ取得は不可能ではない。平面原器５０１の形状は予め反転法などで求めておき、その形状データはＲＯＭ１６０２やＨＤＤ１６０４などに格納しておく。   In the configuration of FIG. 13, the probe 108 is mounted on the Z-axis stage slider 107, and the shape of the planar master 501 is measured by this probe 108. For example, the upper surface of the planar prototype 501 is configured by a plane having a known shape. Although it is more desirable if the plane accuracy of the upper surface of the flat base 501 is good, if the shape is known, it is not impossible to obtain correction data for the X-axis running error if the shape is close to a plane. The shape of the planar original device 501 is obtained in advance by an inversion method or the like, and the shape data is stored in the ROM 1602 or the HDD 1604.

図１４はＸ軸ステージ走り補正を行う際のデータフローを示している。この「Ｘ軸ステージ走り」とは、Ｘ軸ステージガイド１０５上でＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に走査させる際のＺ軸方向の上下動のぶれに相当する。このＸ軸ステージ走り補正では、Ｘ軸ステージガイド１０５上でＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させ、平面原器５０１の上面形状に倣って上下動するプローブ１０８のＺ軸座標を取り込む。   FIG. 14 shows a data flow when the X-axis stage running correction is performed. This “X-axis stage running” corresponds to a vertical movement blur in the Z-axis direction when the X-axis stage slider 121 is scanned on the X-axis stage guide 105 in the X-axis direction. In this X-axis stage running correction, the X-axis stage slider 121 is moved in the X-axis direction on the X-axis stage guide 105, and the Z-axis coordinates of the probe 108 that moves up and down following the top surface shape of the flat master 501 are captured.

図１４において６０１は、Ｚ軸スケール（不図示）を介して測定される原器測定データ（Ｚ軸座標）を示す。Ｘ軸ステージ走り補正では、測定データ処理装置１２４より平面原器５０１の形状を測定するシーケンスが電装ラック１２２を介して本体定盤１０１の各ステージのドライバに送られ、測定が開始される。測定結果は、Ｚ軸スケール１０７１から電装ラック１２２を介して入力（６０１）される。   In FIG. 14, reference numeral 601 denotes original measurement data (Z-axis coordinates) measured via a Z-axis scale (not shown). In the X-axis stage running correction, a sequence for measuring the shape of the flat master 501 is sent from the measurement data processing device 124 to the driver of each stage of the main body base plate 101 via the electrical equipment rack 122, and measurement is started. The measurement result is input (601) from the Z-axis scale 1071 via the electrical equipment rack 122.

ＣＰＵ１６０１は、原器測定データ（６０１）と、予めＲＯＭ１６０２などに記憶させた平面原器５０１の形状データに基づき、Ｘ軸ステージの走り補正データを演算するＸ軸ステージ走り補正値演算（６０２）を行う。この時、プローブ１０８のＺ軸座標は、Ｘ軸ステージスライダ１２１のＸ軸座標と関連づけて処理される。その際、これらＸ軸およびＺ軸座標はＸ軸スケール（１１４、１１６）およびＺ軸スケール（１０７１）からそれぞれ読み取られる。これらＸ軸、Ｚ軸スケールから読み取られる出力値は、Ｘ軸、Ｚ軸スケール補正データ記憶部（３０４、４０４：図１１、図１２）に記憶させたＸ軸、Ｚ軸スケール補正データによって補正した上で用いられる。   The CPU 1601 performs X-axis stage running correction value calculation (602) that calculates X-axis stage running correction data based on the prototype measurement data (601) and the shape data of the planar prototype 501 stored in advance in the ROM 1602 or the like. Do. At this time, the Z-axis coordinate of the probe 108 is processed in association with the X-axis coordinate of the X-axis stage slider 121. At this time, the X-axis and Z-axis coordinates are read from the X-axis scale (114, 116) and the Z-axis scale (1071), respectively. The output values read from the X-axis and Z-axis scales were corrected by the X-axis and Z-axis scale correction data stored in the X-axis and Z-axis scale correction data storage unit (304, 404: FIGS. 11 and 12). Used above.

Ｘ軸ステージ走り補正値演算（６０２）で取得したＸ軸ステージの走り補正データは、Ｘ軸ステージ走り補正データ記憶部（６０３）に格納する。このＸ軸ステージ走り補正データは、例えば、Ｘ軸走査位置（Ｘ軸座標）ごとにＺスケールから読み取ったＺ軸座標と、記憶させた平面原器５０１の形状データとのＺ軸方向の偏差を格納するような形式で表現することができる。このＸ軸ステージ走り補正データ記憶部（６０３）は、上記のＲＡＭ１６０３、ＨＤＤ１６０４ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定記憶位置に割り当てられる。   The X axis stage running correction data acquired in the X axis stage running correction value calculation (602) is stored in the X axis stage running correction data storage unit (603). The X-axis stage running correction data includes, for example, the deviation in the Z-axis direction between the Z-axis coordinates read from the Z scale at each X-axis scanning position (X-axis coordinates) and the stored shape data of the planar master 501. It can be expressed in the form of storing. The X-axis stage running correction data storage unit (603) is allocated to the RAM 1603, the HDD 1604, or a predetermined storage position of a virtual storage area constituted by these.

図１５はＺ軸ステージ走り補正を行う本体定盤１０１の設定状態を示している。この「Ｚ軸ステージ走り」とは、Ｚ軸ステージガイド１０６がＺ軸ステージスライダ１０７をＺ軸方向に走査させる際のＸ軸（水平）方向のぶれに相当する。このＺ軸ステージ走り補正では、Ｚ軸ステージガイド１０６上でＺ軸ステージスライダ１０７をＺ軸方向に移動させる。その際、Ｚ軸ステージスライダ１０７にプローブ１０８のかわりに装着した変位センサ７０１によって、Ｚ軸ステージスライダ１０７のＸ軸（水平）方向のぶれを測定する。   FIG. 15 shows a setting state of the main body surface plate 101 that performs Z-axis stage running correction. This “Z-axis stage running” corresponds to a shake in the X-axis (horizontal) direction when the Z-axis stage guide 106 scans the Z-axis stage slider 107 in the Z-axis direction. In this Z-axis stage running correction, the Z-axis stage slider 107 is moved in the Z-axis direction on the Z-axis stage guide 106. At that time, the displacement sensor 701 mounted on the Z-axis stage slider 107 instead of the probe 108 measures the shake of the Z-axis stage slider 107 in the X-axis (horizontal) direction.

変位センサ７０１は、例えばレーザ測長器や反射型光センサなどであり、図示のようにＸ軸方向に互いに向かい合う２つのセンサ部によって構成される。本体定盤１０１上には、原器７０２が配置される。この原器７０２は、Ｚ軸ステージ走り補正を行うＸ座標において、変位センサ７０１の２つのセンサ部のほぼ中央の位置で走査されるよう、本体定盤１０１上に配置される。   The displacement sensor 701 is, for example, a laser length measuring device, a reflective optical sensor, or the like, and includes two sensor units that face each other in the X-axis direction as illustrated. A master 702 is disposed on the main body surface plate 101. This master 702 is arranged on the main body surface plate 101 so as to be scanned at a substantially central position between the two sensor portions of the displacement sensor 701 in the X coordinate for performing Z-axis stage running correction.

原器７０２のＺ軸ステージ走り補正を行う角柱の少なくとも１面は走りの基準となる面として形成しておく。望ましくはさらに対向する１面も基準面として形成されていると良い。さらに望ましくは残りの対向する２面も基準面として形成されていると良い。Ｘ軸ステージスライダ１２１のＸ軸座標は、変位センサ７０１上記のように（角柱）原器７０２を挟むように制御し、この位置で、Ｚ軸ステージスライダ１０７をＺ軸方向に走査させ、変位センサ７０１により原器７０２との間隔（Ｘ軸方向の距離）を計測する。   At least one surface of the prism that performs the Z axis stage running correction of the original device 702 is formed as a running reference surface. Desirably, one opposing surface is also formed as a reference surface. More desirably, the remaining two opposing surfaces are also formed as reference surfaces. The X-axis coordinate of the X-axis stage slider 121 is controlled so as to sandwich the (rectangular prism) original device 702 as described above, and at this position, the Z-axis stage slider 107 is scanned in the Z-axis direction to detect the displacement sensor. 701 measures the distance (distance in the X-axis direction) from the original device 702.

図１６はＺ軸ステージ走り補正を行う際のデータフローを示している。同図において、８０１は、Ｚ軸ステージスライダ１０７の移動に応じてＺ軸スケール１０７１を介して測定される測定データ（Ｚ軸座標）を示す。また、８０２は、変位センサ７０１から入力される変位センサデータ（Ｘ軸方向の変位）を示す。   FIG. 16 shows a data flow when performing Z-axis stage running correction. In the figure, reference numeral 801 denotes measurement data (Z-axis coordinates) measured via the Z-axis scale 1071 in accordance with the movement of the Z-axis stage slider 107. Reference numeral 802 denotes displacement sensor data (displacement in the X-axis direction) input from the displacement sensor 701.

ＣＰＵ１６０１は、Ｚ軸ステージスライダ１０７のＺ軸走査座標（８０１）に同期して変位センサ７０１から入力される変位センサデータ（Ｘ軸方向の変位）、既知の原器７０２の形状データに基づき、Ｚ軸ステージ走り補正演算（８０３）を行う。この時、変位センサ７０１から入力される変位センサデータ（Ｘ軸方向の変位）は、Ｚ軸ステージスライダ１０７のＺ軸座標と関連づけて処理される。その際、Ｚ軸座標はＺ軸スケール１０７１から読み取られるが、このＺ軸スケール１０７１の出力値は、Ｚ軸スケール補正データ記憶部（４０４：図１２）に記憶させたＺ軸スケール補正データによって補正した上で用いられる。   Based on the displacement sensor data (displacement in the X-axis direction) input from the displacement sensor 701 in synchronization with the Z-axis scanning coordinate (801) of the Z-axis stage slider 107 and the shape data of the known master 702, the CPU 1601 Axis stage running correction calculation (803) is performed. At this time, displacement sensor data (displacement in the X-axis direction) input from the displacement sensor 701 is processed in association with the Z-axis coordinates of the Z-axis stage slider 107. At that time, the Z-axis coordinates are read from the Z-axis scale 1071, and the output value of the Z-axis scale 1071 is corrected by the Z-axis scale correction data stored in the Z-axis scale correction data storage unit (404: FIG. 12). Used.

また、Ｚ軸ステージ走り補正を行う時のＸ軸ステージスライダ１２１のＸ軸座標の制御値は例えば一定であり、変化させない。一方、変位センサ７０１の出力する変位センサデータ（Ｘ軸方向の変位）から変位センサ７０１と原器７０２の間隔（Ｘ軸方向の距離）の実測値を正確に測定すべく、Ｘ軸ステージスライダ１２１のＸ軸座標はＸ軸スケール（１１４、１１６）で測定する。さらにＸ軸スケール（１１４、１１６）の出力値は、Ｘ軸スケール補正データ記憶部（３０４：図１１）に記憶させたＸ軸スケール補正データによって補正した上で用いられる。   Further, the control value of the X-axis coordinate of the X-axis stage slider 121 when the Z-axis stage running correction is performed is, for example, constant and is not changed. On the other hand, in order to accurately measure the actual measurement value of the distance between the displacement sensor 701 and the original device 702 (distance in the X-axis direction) from the displacement sensor data (displacement in the X-axis direction) output from the displacement sensor 701, the X-axis stage slider 121 is measured. The X-axis coordinates are measured on the X-axis scale (114, 116). Further, the output value of the X-axis scale (114, 116) is used after being corrected by the X-axis scale correction data stored in the X-axis scale correction data storage unit (304: FIG. 11).

Ｚ軸ステージ走り補正値演算（８０３）で取得したＺ軸ステージの走り補正データは、Ｚ軸ステージ走り補正データ記憶部（８０４）に格納する。このＺ軸ステージ走り補正データは、例えば、Ｚ軸走査位置（Ｚ軸座標）ごとに変位センサ７０１の出力する変位センサデータ（Ｘ軸方向の変位）から取得したＸ軸座標の偏差（ぶれ）を格納するような形式で表現することができる。当然ながら、Ｘ軸座標の偏差（ぶれ）は、ＲＯＭ１６０２などに記憶させた平面原器５０１の形状データに基づき演算することができる。Ｚ軸ステージ走り補正データ記憶部（８０４）は、上記のＲＡＭ１６０３、ＨＤＤ１６０４ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定記憶位置に割り当てられる。   The Z axis stage running correction data acquired in the Z axis stage running correction value calculation (803) is stored in the Z axis stage running correction data storage unit (804). This Z-axis stage running correction data is, for example, a deviation (blurring) in X-axis coordinates acquired from displacement sensor data (displacement in the X-axis direction) output from the displacement sensor 701 for each Z-axis scanning position (Z-axis coordinates). It can be expressed in the form of storing. Of course, the deviation (blurring) of the X-axis coordinates can be calculated based on the shape data of the planar master 501 stored in the ROM 1602 or the like. The Z-axis stage running correction data storage unit (804) is assigned to the RAM 1603, the HDD 1604, or a predetermined storage position in a virtual storage area constituted by these.

図１７はプローブ形状補正データ、またはＸ軸とＺ軸の直交度補正データを生成する際の形状測定装置１００の設定状態の一例を示している。これら２つの補正データの測定（プローブ形状補正およびＸＺ直交度補正）は、本実施例における形状測定装置１００の校正処理の中核をなすもので、例えば球面のような原器９０１の形状測定を介して行う。   FIG. 17 shows an example of a setting state of the shape measuring apparatus 100 when generating probe shape correction data or X-axis and Z-axis orthogonality correction data. The measurement of these two correction data (probe shape correction and XZ orthogonality correction) is the core of the calibration process of the shape measuring apparatus 100 in the present embodiment, and for example, through the shape measurement of the prototype 901 such as a spherical surface. Do it.

ただし、これらプローブ形状補正データ測定、およびＸＺ直交度補正データ測定では、校正対象のサイズのオーダ（スケール、縮尺）に応じて、好ましくは原器９０１には異なる形状のものを用いる。   However, in the probe shape correction data measurement and the XZ orthogonality correction data measurement, preferably, the prototype 901 has a different shape according to the order (scale, scale) of the size to be calibrated.

例えば、プローブ形状補正では、比較的小直径の球の形状誤差を精度よく取得する必要があるため、原器９０１にはプローブ校正用の第１の原器として比較的小直径の球面原器を用いる。   For example, in the probe shape correction, since it is necessary to accurately acquire the shape error of a sphere having a relatively small diameter, the prototype 901 is a spherical prototype having a relatively small diameter as a first prototype for probe calibration. Use.

また、ＸＺ直交度補正では、比較的大きなＸＺ軸に関する走査範囲全体の形状誤差を精度よく取得する必要があるため、原器９０１には、ステージ直交度校正用の第２の原器として比較的大直径の球面原器を用いる。   Further, in the XZ orthogonality correction, it is necessary to accurately acquire the shape error of the entire scanning range with respect to a relatively large XZ axis, and therefore, the master 901 has a comparatively high value as a second master for stage orthogonality calibration. Use a large diameter spherical prototype.

なお、図１７では、凸面の原器９０１を図示しているが、その測定面は既知の曲面形状）であれば、凹面で構成されていてもよい。また、この原器９０１の形状は後述のＸＺ軸ステージ直行度に対応する３次（非対称）成分を特定し、演算し、除去するに適した既知の曲面形状であればどのような形状でもよい。このような曲面形状としては、例えば球面、楕円断面などの各種の円錐曲面（２次曲面）が考えられる。原器９０１の形状は予め反転法などで求めておき、その形状データはＲＯＭ１６０２やＨＤＤ１６０４などに格納しておく。原器９０１は、適当な治具などを介して本体定盤１０１に配置される。   In addition, in FIG. 17, although the original device 901 of a convex surface is shown in figure, if the measurement surface is a known curved surface shape, you may be comprised by the concave surface. Further, the shape of the original device 901 may be any shape as long as it is a known curved surface shape suitable for specifying, calculating, and removing a tertiary (asymmetric) component corresponding to the degree of orthogonality of the XZ axis stage described later. . As such a curved surface shape, for example, various conical curved surfaces (secondary curved surfaces) such as a spherical surface and an elliptical cross section are conceivable. The shape of the original device 901 is obtained in advance by an inversion method or the like, and the shape data is stored in the ROM 1602 or the HDD 1604. The master 901 is disposed on the main body surface plate 101 via an appropriate jig or the like.

プローブ形状補正、およびＸＺ直交度補正では、上記のようなサイズの異なるそれぞれ専用の原器９０１の全体を、Ｚ軸ステージスライダ１０７に装着したワーク測定用のものと同じプローブ１０８によって測定する。   In the probe shape correction and the XZ orthogonality correction, the entire original apparatus 901 having different sizes as described above is measured by the same probe 108 as that for workpiece measurement mounted on the Z-axis stage slider 107.

図１８、図１９は、それぞれプローブ形状補正の補正データ取得、およびＸＺ直交度の補正データ取得を行う際のデータフローを示している。   FIG. 18 and FIG. 19 show data flows when performing correction data acquisition for probe shape correction and correction data acquisition for XZ orthogonality, respectively.

図１８のプローブ形状補正において、Ｚ軸ステージスライダ１０７に装着されたプローブ１０８を、Ｘ軸ステージガイド１０５によってＸ軸方向に移動走査させる。例えば、原器９０１の形状を測定するシーケンスデータを電装ラック１２２を介して形状測定装置１００の各ステージのドライバに送信することにより、測定が開始される。この時、電装ラック１２２を介して、原器９０１の表面形状に倣って上下動する原器９０１の形状データを入力する（６０１）。この形状データは、例えばＸ軸スケール（１１４、１１６）から入力されるＸ軸座標のスケール出力値と、これと同期的にＺ軸スケール１０７１から入力されるＺ軸座標のスケール出力値の組合せから成る。ただし、この段階では、入力された原器９０１の形状データ（６０１）は、を表現する各座標値（スケール出力値）は未補正である。図７は、このＸＹ各軸のスケールから入力された未補正状態の原器９０１の形状データ（６０１）の波形（２１０１）を示している。   In the probe shape correction of FIG. 18, the probe 108 mounted on the Z-axis stage slider 107 is moved and scanned in the X-axis direction by the X-axis stage guide 105. For example, the measurement is started by transmitting sequence data for measuring the shape of the prototype 901 to the driver of each stage of the shape measuring apparatus 100 via the electrical rack 122. At this time, shape data of the master 901 that moves up and down following the surface shape of the master 901 is input via the electrical rack 122 (601). This shape data is obtained from, for example, a combination of a scale output value of the X-axis coordinate input from the X-axis scale (114, 116) and a scale output value of the Z-axis coordinate input from the Z-axis scale 1071 in synchronization therewith. Become. However, at this stage, each coordinate value (scale output value) representing the input shape data (601) of the original device 901 is uncorrected. FIG. 7 shows a waveform (2101) of the shape data (601) of the original device 901 in an uncorrected state inputted from the scale of each XY axis.

この形状測定が完了すると、ＣＰＵ１６０１がプローブ形状補正値を演算するプローブ形状補正値演算（１００１）を実行する。このプローブ形状補正値演算（１００１）の基本は、例えば、予め記憶した原器９０１の形状データと、ＸＹ各軸のスケールから入力された形状データ（６０１）の差分としてプローブ形状補正データを算出する演算である。この時、当然ながら、上述のようにして記憶部（３０４、４０４）に予め記憶させたＸ軸スケール補正値、およびＺ軸スケール補正値によって、形状データ（６０１）を表現するＸＹ座標値（スケール出力値）を補正する。また、記憶部（６０３、８０４）に予め記憶させたＸ軸ステージ走り補正データ、およびＺ軸ステージ走り補正データによって、形状データ（６０１）を表現するＸＺ座標値（スケール出力値）を補正する。これらのＸＺスケール出力値の補正は、各補正データによる２次元座標値の座標変換であって、これらの補正処理の順序は任意である。   When this shape measurement is completed, the CPU 1601 executes a probe shape correction value calculation (1001) for calculating a probe shape correction value. The basis of this probe shape correction value calculation (1001) is, for example, that the probe shape correction data is calculated as the difference between the shape data of the original device 901 stored in advance and the shape data (601) input from the scale of each XY axis. It is an operation. At this time, as a matter of course, the XY coordinate value (scale) representing the shape data (601) by the X-axis scale correction value and the Z-axis scale correction value stored in advance in the storage unit (304, 404) as described above. Output value). Further, the XZ coordinate value (scale output value) representing the shape data (601) is corrected by the X axis stage running correction data and the Z axis stage running correction data stored in advance in the storage units (603, 804). The correction of these XZ scale output values is coordinate conversion of two-dimensional coordinate values by each correction data, and the order of these correction processes is arbitrary.

上記のＸＺ軸スケールおよびＸＺ軸ステージ走り補正を経て、原器９０１の形状データを用いてプローブ形状補正データを算出することができる。この時、上述のように、予め記憶した原器９０１の形状データと、原器９０１の形状データ（６０１）の差分としてプローブ形状補正データを算出するに際して、曲線補完（最小二乗法など）処理を行う。その際、上述のように、曲線補完された波形を表現する関数から、形状データ（ないしはプローブ形状補正データ）に作用しているＸＺ軸ステージ（走査系）のＸＺ軸直交誤差成分に相当する３次成分を除去する。   The probe shape correction data can be calculated using the shape data of the original device 901 through the above XZ axis scale and XZ axis stage running correction. At this time, as described above, when calculating the probe shape correction data as the difference between the shape data of the original device 901 stored in advance and the shape data (601) of the original device 901, a curve interpolation (such as least square method) processing is performed. Do. At this time, as described above, from the function expressing the waveform complemented with the curve, 3 corresponding to the XZ-axis orthogonal error component of the XZ-axis stage (scanning system) acting on the shape data (or probe shape correction data). The next component is removed.

上記の、曲線補完された波形を表現する関数から除去する３次成分（あるいは波形の中央を基準とする対象成分、ないしは奇関数の成分）は、ＸＺ軸ステージ（第１および第２のステージ）の直交度誤差の理論値に相当する誤差成分、と考えてもよい。   The third-order component (or the target component or the component of the odd function with respect to the center of the waveform) to be removed from the function that represents the curve-complemented waveform is the XZ axis stage (first and second stages). It may be considered that the error component corresponds to the theoretical value of the orthogonality error.

例えば、図７の未補正状態の原器９０１の形状データ（６０１）の波形（２１０１）には、図８の波形（２２０１）のような３次成分（３次波形）のＸＺ軸ステージのＸＺ軸直交誤差成分が重畳されている。そこで、図７の原器９０１の形状データ（６０１）の波形（２１０１）から、図８の波形（２２０１）のような３次成分（３次波形）のＸＺ軸直交誤差成分を除去する。これにより、図９の波形（２２０３）のように、ＸＺ軸直交誤差成分の影響を抑圧したプローブ形状補正データを取得することができる。   For example, the waveform (2101) of the shape data (601) of the original device 901 in the uncorrected state of FIG. 7 includes the XZ of the XZ-axis stage of the third-order component (third-order waveform) like the waveform (2201) of FIG. An axis orthogonal error component is superimposed. Therefore, the XZ-axis orthogonal error component of the third-order component (third-order waveform) such as the waveform (2201) of FIG. 8 is removed from the waveform (2101) of the shape data (601) of the master 901 of FIG. As a result, probe shape correction data in which the influence of the XZ-axis orthogonal error component is suppressed can be acquired as shown by the waveform (2203) in FIG.

以上のようにして、数学的な過程（ないしコンピュータによる演算処理）のみを利用して、プローブ形状補正データ測定に作用している未補正のＸＺ軸直交誤差成分に相当する３次成分を除去した、高精度なプローブ形状補正データを取得できる。上記のプローブ形状補正演算（１００１）で演算、取得したプローブ形補正データは、プローブ形状補正データ記憶部１００２に格納される。   As described above, the third-order component corresponding to the uncorrected XZ-axis orthogonal error component acting on the probe shape correction data measurement is removed using only a mathematical process (or computation processing by a computer). Highly accurate probe shape correction data can be acquired. The probe shape correction data calculated and acquired by the probe shape correction calculation (1001) is stored in the probe shape correction data storage unit 1002.

図１９は、Ｘ軸とＺ軸の直交度補正データ測定を行う際のデータフローを示している。図１９において、ブロックで示したデータフローの並びは、図１８のものに近い。図１８と図１９の差異は、ＸＺ直交度補正値演算(１１０１)において、図１８のようにして生成され、プローブ形状補正データ記憶部１００２に格納されたプローブ形補正データを用いて、ＸＺ直交度補正データを算出する点にある。   FIG. 19 shows a data flow when performing the orthogonality correction data measurement of the X axis and the Z axis. In FIG. 19, the arrangement of the data flow indicated by blocks is close to that of FIG. 18 differs from FIG. 19 in the XZ orthogonality correction value calculation (1101) using the probe shape correction data generated as shown in FIG. 18 and stored in the probe shape correction data storage unit 1002. This is to calculate degree correction data.

図１９のＸ、Ｚ軸の直交度補正においては、上記のように、好ましくは原器９０１のサイズや形状はプローブ形補正の時とは異なる、ＸＺ軸直交度補正に適したものとする。ＸＺ軸直交度補正に用いる原器９０１の形状データも、予め上記のＲＡＭ１６０３、ＨＤＤ１６０４ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定アドレスに記憶させておくものとする。   In the orthogonality correction of the X and Z axes in FIG. 19, as described above, it is preferable that the size and shape of the original device 901 are different from those at the time of probe type correction and are suitable for XZ axis orthogonality correction. It is assumed that the shape data of the master 901 used for the XZ axis orthogonality correction is also stored in advance in the RAM 1603, the HDD 1604, or a predetermined address in a virtual storage area constituted by these.

原器９０１の測定手順は図１８の場合と同様であり、原器９０１の形状を測定するシーケンスデータが、電装ラック１２２を介して形状測定装置１００の各ステージのドライバに送信される。これにより、Ｘ軸とＺ軸の直交度補正測定処理が開始される。測定が完了すると、電装ラック１２２を介して原器測定データが入力（６０１）される。   The measurement procedure of the master 901 is the same as that in FIG. 18, and sequence data for measuring the shape of the master 901 is transmitted to the drivers of the respective stages of the shape measuring apparatus 100 via the electrical equipment rack 122. Thereby, the orthogonality correction measurement process of the X axis and the Z axis is started. When the measurement is completed, the original measurement data is input (601) via the electrical rack 122.

このＸＺ直交度補正値演算(１１０１)の基本は、例えば、予め記憶した（ＸＺ直交度補正用の）原器９０１の形状データと、ＸＹ各軸のスケールから入力された形状データ（６０１）の差分としてＸＺ直交度補正データを算出する演算である。   The basics of this XZ orthogonality correction value calculation (1101) are, for example, the shape data (601) stored in advance from the shape data of the original device 901 (for XZ orthogonality correction) and the scale of each XY axis. This is an operation for calculating XZ orthogonality correction data as a difference.

このＸＺ直交度補正値演算(１１０１)では、図１８の補正データ取得処理と同様に、各記憶部に記憶させてあるＸ、Ｚ軸スケール補正値（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸ステージ走り補正データ（６０３、８０４）を用いる。   In this XZ orthogonality correction value calculation (1101), the X and Z axis scale correction values (304, 404), X, and Z axis stage running stored in each storage unit, as in the correction data acquisition process of FIG. Correction data (603, 804) is used.

さらに、このＸＺ直交度補正値演算(１１０１)では、上記のようにしてプローブ形状補正データ記憶部１００２に格納したプローブ形補正データを用いて、ＸＺ直交度補正データを補正する。即ち、上記のようにして、数学的な過程によって未補正のＸＺ軸直交誤差成分に相当する３次成分を除去した、高精度なプローブ形状補正データ用いてＸＺ直交度補正値演算(１１０１)を補正する。これにより、プローブ形状誤差に影響されていないＸＺ直交度補正データを取得することができる。上記のＸＺ直交度補正値演算(１１０１)で演算、取得したＸＺ直交度補正データは、ＸＺ直交度補正値データ記憶部１１０２に格納する。   Further, in this XZ orthogonality correction value calculation (1101), the XZ orthogonality correction data is corrected using the probe shape correction data stored in the probe shape correction data storage unit 1002 as described above. That is, as described above, the XZ orthogonality correction value calculation (1101) is performed using the highly accurate probe shape correction data obtained by removing the tertiary component corresponding to the uncorrected XZ axis orthogonal error component through a mathematical process. to correct. As a result, XZ orthogonality correction data that is not affected by the probe shape error can be acquired. The XZ orthogonality correction data calculated and acquired in the above XZ orthogonality correction value calculation (1101) is stored in the XZ orthogonality correction value data storage unit 1102.

図２０は、図１０〜図１９で示した各補正処理から成る形状測定装置１００の校正処理の後、各記憶部（３０４、４０４、６０３、８０４、１００２、１１０２）に格納した各補正データを利用してワークの形状測定を行う際のデータフローを示している。   FIG. 20 shows the correction data stored in the storage units (304, 404, 603, 804, 1002, 1102) after the calibration process of the shape measuring apparatus 100 including the correction processes shown in FIGS. The data flow at the time of measuring the shape of a work using it is shown.

図２０において、６０１は、対象物１０９の形状データを入力するワーク測定データ入力処理を示している。この対象物１０９の形状測定時の形状測定装置１００の状態は、図１の状態に相当する。   In FIG. 20, reference numeral 601 denotes a workpiece measurement data input process for inputting shape data of the object 109. The state of the shape measuring apparatus 100 when measuring the shape of the object 109 corresponds to the state shown in FIG.

対象物１０９の測定では、上述の各原器の測定時と同様に、Ｚ軸ステージスライダ１０７に装着されたプローブ１０８を、Ｘ軸ステージガイド１０５によってＸ軸方向に移動走査させる。この時、対象物１０９の形状を測定するシーケンスデータを電装ラック１２２を介して形状測定装置１００の各ステージのドライバに送信することにより、ワーク形状の測定が開始される。この時、対象物１０９の形状に応じてＸ軸スケール（１１４、１１６）、およびＺ軸スケール１０７１から入力されるＸ、Ｚ軸座標のスケール出力値は未補正である。   In the measurement of the object 109, the probe 108 mounted on the Z-axis stage slider 107 is moved and scanned in the X-axis direction by the X-axis stage guide 105 in the same manner as in the measurement of each original device described above. At this time, the measurement of the workpiece shape is started by transmitting sequence data for measuring the shape of the object 109 to the driver of each stage of the shape measuring apparatus 100 via the electrical rack 122. At this time, the scale output values of the X and Z axis coordinates input from the X axis scale (114, 116) and the Z axis scale 1071 according to the shape of the object 109 are uncorrected.

入力（６０１）された（未補正の）形状データに基づき、ＣＰＵ１６０１はワーク形状演算（１２０１）を実行する。ワーク形状演算（１２０１）で取得すべき形状データは、例えば、Ｘ軸スケール（１１４、１１６）、およびＺ軸スケール１０７１からそれぞれ同期的に入力される入力されるＸ、Ｚ軸座標のスケール出力値を補正して得られる（Ｘ，Ｚ）座標の列である。   Based on the input (uncorrected) shape data (601), the CPU 1601 executes a workpiece shape calculation (1201). The shape data to be acquired in the workpiece shape calculation (1201) is, for example, the scale output values of the X and Z axis coordinates that are input synchronously from the X axis scale (114, 116) and the Z axis scale 1071, respectively. (X, Z) coordinates obtained by correcting.

ワーク形状演算（１２０１）において、ＣＰＵ１６０１は、上記の各記憶部（３０４、４０４、６０３、８０４、１００２、１１０２）に格納した各補正データを参照する。例えば、この時、まずＸ、Ｚ軸スケール補正値（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸ステージ走り補正データ（６０３、８０４）を用いて、Ｘ、Ｚ軸スケールの出力するＸ、Ｚ軸スケール値を補正する。そして、図１８、図１９の補正処理でプローブ形状補正データ記憶部１００２に格納したプローブ形補正データと、ＸＺ直交度補正値データ記憶部１１０２に格納したＸＺ直交度補正データを作用させて、最終的な対象物１０９の形状データを取得する。   In the workpiece shape calculation (1201), the CPU 1601 refers to each correction data stored in each of the storage units (304, 404, 603, 804, 1002, 1102). For example, at this time, the X and Z axis scale values output from the X and Z axis scales are first calculated using the X and Z axis scale correction values (304 and 404) and the X and Z axis stage running correction data (603 and 804). Correct. Then, the probe shape correction data stored in the probe shape correction data storage unit 1002 and the XZ orthogonality correction value data stored in the XZ orthogonality correction value data storage unit 1102 in the correction processing of FIGS. The shape data of the target object 109 is acquired.

以上のようにして、ＣＰＵ１６０１がワーク形状演算（１２０１）を実行することにより、ワーク形状測定結果出力（１２０２）を得ることができる。ワーク形状測定結果（１２０２）は、測定制御装置１２３や測定データ処理装置１２４に接続されたディスプレイやプリンタを用いて表示、印刷したりする出力処理に供することができる。また、ワーク形状測定結果（１２０２）は、ネットワーク（不図示）などを介して、加工ないし組立装置や管理サーバに送信（出力）することができる。このワーク形状測定結果（１２０２）においては、例えば、ワーク形状演算部１２０１で演算したワークの形状測定結果を数値リストの形式や、あるいはそれに相当するグラフィック表示形式などにより表示（印刷）出力することができる。また、必要であればワーク形状測定結果（１２０２）の出力には、音声合成手段やその合成音声の再生手段などを用いてもよい。   As described above, the CPU 1601 executes the workpiece shape calculation (1201), whereby the workpiece shape measurement result output (1202) can be obtained. The workpiece shape measurement result (1202) can be used for output processing for displaying and printing using a display or a printer connected to the measurement control device 123 or the measurement data processing device 124. Further, the workpiece shape measurement result (1202) can be transmitted (output) to a machining or assembly apparatus or a management server via a network (not shown). In the workpiece shape measurement result (1202), for example, the workpiece shape measurement result calculated by the workpiece shape calculation unit 1201 can be displayed (printed) and output in the form of a numerical list or a corresponding graphic display format. it can. If necessary, a speech synthesis means, a playback means for the synthesized speech, or the like may be used to output the workpiece shape measurement result (1202).

図３は、形状測定装置１００の校正処理全体の流れを示している。図４、図５は、図３の校正処理における要部、即ち、プローブ形状補正処理、およびＸＺ軸直交度補正処理の流れをそれぞれ示している。また、図６は、形状測定装置１００の校正処理を終了した後に行う対象物１０９の形状測定処理の流れを示している。図４、図５のプローブ形状補正処理、およびＸＺ軸直交度補正処理の際の形状測定装置１００の設定状態は、図１７の通りである。図４、図５のプローブ形状補正処理、およびＸＺ軸直交度補正処理におけるデータフローは図１８および図１９にそれぞれ相当する。図６の対象物１０９の形状測定処理時の形状測定装置１００の状態は、図１に相当し、その際のデータフローは図２０に相当する。図３〜図６の制御手順は、図２に示した制御系、特にＣＰＵ１６０１によって実行される。図３〜図６の制御手順は、例えば、ＲＯＭ１６０２やＨＤＤ１６０４などに格納しておくことができる。   FIG. 3 shows the flow of the entire calibration process of the shape measuring apparatus 100. 4 and 5 show the main part of the calibration process of FIG. 3, that is, the flow of the probe shape correction process and the XZ-axis orthogonality correction process, respectively. FIG. 6 shows the flow of the shape measurement process of the object 109 performed after the calibration process of the shape measuring apparatus 100 is completed. The setting state of the shape measuring apparatus 100 during the probe shape correction process and the XZ axis orthogonality correction process of FIGS. 4 and 5 is as shown in FIG. The data flows in the probe shape correction process and the XZ axis orthogonality correction process in FIGS. 4 and 5 correspond to FIGS. 18 and 19, respectively. The state of the shape measuring apparatus 100 during the shape measuring process of the object 109 in FIG. 6 corresponds to FIG. 1, and the data flow at that time corresponds to FIG. The control procedure shown in FIGS. 3 to 6 is executed by the control system shown in FIG. 3 to 6 can be stored in, for example, the ROM 1602 or the HDD 1604.

図３の形状測定装置１００の校正処理において、制御の主体、例えばＣＰＵ１６０１は、まずＸ軸スケール補正処理（Ｓ１３０１）、およびＺ軸スケール補正処理（Ｓ１３０２）を実行する。この時、形状測定装置１００の設定状態は、例えば図１０に示すような状態とし、Ｘ軸スケール補正処理（Ｓ１３０１）、およびＺ軸スケール補正処理（Ｓ１３０２）の際のデータフローは、それぞれ図１１、図１２の通りである。なお、Ｘ軸スケール補正処理（Ｓ１３０１）、およびＺ軸スケール補正処理（Ｓ１３０２）の順序は、図３の順序である必要はなく、両者の順番は逆でも構わない。   In the calibration process of the shape measuring apparatus 100 in FIG. 3, the control subject, for example, the CPU 1601, first executes an X-axis scale correction process (S1301) and a Z-axis scale correction process (S1302). At this time, the setting state of the shape measuring apparatus 100 is, for example, as shown in FIG. 10, and the data flow in the X-axis scale correction process (S1301) and the Z-axis scale correction process (S1302) is shown in FIG. This is as shown in FIG. Note that the order of the X-axis scale correction process (S1301) and the Z-axis scale correction process (S1302) need not be the order shown in FIG. 3, and the order of both may be reversed.

次に、ＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０３）と、Ｚ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０４）を実行する。この時、形状測定装置１００の設定状態は、それぞれ図１３、図１５に示すような状態とし、Ｘ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０３）、およびＺ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０４）の際のデータフローは、それぞれ図１４、図１６の通りである。なお、Ｘ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０３）、およびＺ軸ステージ走り補正処理（Ｓ１３０４）の順序は、図３の順序である必要はなく、両者の順番は逆でも構わない。   Next, the CPU 1601 executes an X axis stage running correction process (S1303) and a Z axis stage running correction process (S1304). At this time, the setting state of the shape measuring apparatus 100 is as shown in FIGS. 13 and 15, respectively, and the data flow during the X-axis stage running correction process (S1303) and the Z-axis stage running correction process (S1304) is shown. Are as shown in FIGS. 14 and 16, respectively. Note that the order of the X-axis stage running correction process (S1303) and the Z-axis stage running correction process (S1304) need not be the order shown in FIG. 3, and the order of both may be reversed.

次に、ＣＰＵ１６０１は、プローブ形状補正処理（Ｓ１３０５）を実行する。この時、形状測定装置１００の設定状態は、それぞれ図１７に示すような状態とし、その際のデータフローは、図１８の通りである。なお、プローブ形状補正処理（Ｓ１３０５）と、下記のＸＺ直交度補正処理（Ｓ１３０６）で用いる原器９０１は共通のものでも良いが、それぞれの測定・補正に適した形状、サイズのものを用いるとよい。例えば、上記のようにプローブ形状補正処理（Ｓ１３０５）では球面（２次曲面）の直径が比較的小さいものを、また、ＸＺ直交度補正処理（Ｓ１３０６）では、球面（２次曲面）の直径、全体のサイズが比較的大きいものを用いる。   Next, the CPU 1601 executes a probe shape correction process (S1305). At this time, the setting state of the shape measuring apparatus 100 is as shown in FIG. 17, and the data flow at that time is as shown in FIG. Note that the original device 901 used in the probe shape correction process (S1305) and the following XZ orthogonality correction process (S1306) may be the same, but if a shape and size suitable for each measurement and correction are used. Good. For example, as described above, in the probe shape correction process (S1305), the diameter of the spherical surface (secondary curved surface) is relatively small, and in the XZ orthogonality correction process (S1306), the diameter of the spherical surface (secondary curved surface), Use a relatively large overall size.

ここで、図４を参照して、プローブ形状補正処理（図３のＳ１３０５）の詳細につき説明する。この時、形状測定装置１００の状態は、図１７の通りで、プローブ形状測定用の原器９０１を測定する。   Here, the details of the probe shape correction process (S1305 in FIG. 3) will be described with reference to FIG. At this time, the state of the shape measuring apparatus 100 is as shown in FIG. 17, and the probe shape measuring master 901 is measured.

図４のプローブ形状補正処理では、まず設定データ読み込み処理（Ｓ１８０１）において、測定のための各種設定データを読み込む。これらは、図１８の各記憶部（３０４、４０４、６０３、８０４）に格納したＸ、Ｚ軸スケール補正値（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸ステージ走り補正データ（６０３、８０４）である。   In the probe shape correction process of FIG. 4, first, in the setting data reading process (S1801), various setting data for measurement are read. These are the X and Z axis scale correction values (304, 404) and X, Z axis stage running correction data (603, 804) stored in the respective storage units (304, 404, 603, 804) of FIG.

次に、ＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸ステージスライダ１２１を測定開始位置まで移動させる（測定開始位置Ｘ軸移動処理：Ｓ１８０２）。続いてＺ軸下降タッチダウン処理（Ｓ１８０３）において、Ｚ軸ステージスライダ１０７を下降させプローブ１０８を原器９０１に接触させる。プローブ１０８が原器９０１に接触したか否かは、不図示の変位センサによって検出する。ＣＰＵ１６０１は、この変位センサの出力が一定になるようにＺ軸ステージスライダ１０７を制御する。   Next, the CPU 1601 moves the X-axis stage slider 121 to the measurement start position (measurement start position X-axis movement process: S1802). Subsequently, in the Z-axis lowering touchdown process (S1803), the Z-axis stage slider 107 is lowered and the probe 108 is brought into contact with the original device 901. Whether or not the probe 108 has contacted the original device 901 is detected by a displacement sensor (not shown). The CPU 1601 controls the Z-axis stage slider 107 so that the output of the displacement sensor becomes constant.

次にＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸移動処理（Ｓ１８０４）を実行する。ＣＰＵ１６０１は、電装ラック１２２を介して各部にシーケンスデータを送信し、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に測定終了位置まで移動するよう、Ｘ軸ドライバに指令し、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。これにより、プローブ１０８の先端（チップ）と原器９０１の表面の接触が保たれた状態でＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。   Next, the CPU 1601 executes an X-axis movement process (S1804). The CPU 1601 transmits sequence data to each part via the electrical rack 122, instructs the X-axis driver to move the X-axis stage slider 121 to the measurement end position in the X-axis direction, and moves the X-axis stage slider 121 to the X-axis. Move in the direction. As a result, the X-axis stage slider 121 is moved in the X-axis direction while the contact between the tip (tip) of the probe 108 and the surface of the original device 901 is maintained.

このＸ軸走査と同時に、形状データ読み込み処理（Ｓ１８０５）を実行し、電装ラック１２２を介してＸ軸スケール（１１４、１１６）、Ｚ軸スケール（１０７１）、およびプローブ１０８の変位を測定する変位センサ（不図示）の出力データを読み込む。Ｘ軸移動完了ＸＺ原点復帰処理（Ｓ１８０６）では、Ｘ軸ステージスライダ１２１の移動を完了し、Ｘ、Ｚ軸のステージスライダを走査開始時と同じ原点に戻す。   Simultaneously with this X-axis scanning, a shape data reading process (S1805) is executed, and a displacement sensor that measures the displacement of the X-axis scale (114, 116), Z-axis scale (1071), and probe 108 via the electrical equipment rack 122 Read output data (not shown). In the X-axis movement completion XZ origin return process (S1806), the movement of the X-axis stage slider 121 is completed, and the X and Z axis stage sliders are returned to the same origin as when scanning was started.

なお、図４のステップＳ１８０１〜Ｓ１８０６（狭義にはＳ１８０５）は、プローブ１０８の位置情報を介して原器９０１の形状データを取得する第１の測定ステップを構成する。この第１の測定ステップでは、対象物として、プローブ校正用の第１の原器９０１を用い、Ｘ軸ステージ（第１のステージ）によって原器９０１およびプローブ１０８を相対移動させる。そして、プローブ１０８の位置情報を介して原器９０１の形状データを取得する。   Note that steps S1801 to S1806 (S1805 in a narrow sense) of FIG. 4 constitute a first measurement step of acquiring shape data of the original device 901 via the position information of the probe 108. In this first measurement step, the first prototype 901 for probe calibration is used as an object, and the prototype 901 and the probe 108 are relatively moved by the X-axis stage (first stage). Then, the shape data of the original device 901 is acquired via the position information of the probe 108.

続いて、ＣＰＵ１６０１は、プローブ形状演算処理（Ｓ１８０７）でプローブ形状補正値を演算する。このプローブ形状演算処理（Ｓ１８０７）のデータフローは図１８に示した通りで、ここでは、Ｘ、Ｚ軸のスケール補正データ（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸のステージ走り補正データ（６０３、８０４）を用いてプローブ形状補正データを演算する。   Subsequently, the CPU 1601 calculates a probe shape correction value in a probe shape calculation process (S1807). The data flow of this probe shape calculation process (S1807) is as shown in FIG. 18, where X and Z axis scale correction data (304, 404), X and Z axis stage running correction data (603, 804). ) To calculate probe shape correction data.

この時点ではまだＸＺ直交度補正処理を行っていないため、上述のように測定データ中にはＸＺ軸ステージの直交度誤差が含まれている。即ち、図７に示すように未補正状態の原器９０１の形状データ（６０１）の波形（２１０１）には、図８の波形（２２０１）のような３次成分（３次波形）のＸＺ軸ステージのＸＺ軸直交誤差成分が重畳されている。図８のようなＸＺ直交度誤差は、コマなどと呼ばれる３次波形の特性を有することが知られている。このＸＺ軸直交度誤差の成分を補正（除去）できなければ正確なプローブ形状補正データを取得することができない。   Since the XZ orthogonality correction process has not been performed at this time, the orthogonality error of the XZ axis stage is included in the measurement data as described above. That is, as shown in FIG. 7, the waveform (2101) of the shape data (601) of the original 901 in the uncorrected state includes the XZ axis of the third-order component (third-order waveform) like the waveform (2201) of FIG. The XZ-axis orthogonal error component of the stage is superimposed. It is known that an XZ orthogonality error as shown in FIG. 8 has a characteristic of a third-order waveform called a frame or the like. If this XZ-axis orthogonality error component cannot be corrected (removed), accurate probe shape correction data cannot be acquired.

そこで、前述のようにプローブ形状演算処理の測定データの中からＸＺ直交度誤差分を除去する（差し引く）処理を行う。   Therefore, as described above, the XZ orthogonality error is removed (subtracted) from the measurement data of the probe shape calculation process.

ここで、プローブ形状補正データとＸＺ直交度誤差の関係は、例えば以下の式（１）のように表現できる。   Here, the relationship between the probe shape correction data and the XZ orthogonality error can be expressed as, for example, the following equation (1).

Figure 2017198532
ここで、Ｚ（ｘ）は測定データ、Ｙ（ｘ）はプローブ形状補正用データを示す。また、ｅ（ｘ）は上記のＸＺ直交度誤差に相当する。ここで、接触式のプローブと、形状測定装置１００のようなＸＺ直交走査系を用いて球面（２次曲面）のような形状測定を行うことを考える。この場合、ＸＺ直交度誤差は、対象物の中心の左右に相当する象限において右上りまたは右下りに相当する奇数次（特に３次以下）例えば、このＸＺ直交度誤差は、以下の式（２）のように表現できる。
Figure 2017198532
 Here, Z (x) represents measurement data, and Y (x) represents probe shape correction data. E (x) corresponds to the XZ orthogonality error. Here, it is assumed that shape measurement such as a spherical surface (secondary curved surface) is performed using a contact type probe and an XZ orthogonal scanning system such as the shape measuring apparatus 100. In this case, the XZ orthogonality error is an odd order (especially the third order or less) corresponding to upper right or lower right in the quadrant corresponding to the left and right of the center of the object. For example, the XZ orthogonality error is expressed by the following equation (2 ).

Figure 2017198532
ここで上式（２）中のａ３、ａは、ＸＺ直交度誤差に相当する３次以下の奇数次項の係数で、対象のハードウェアに特有のＸＺ直交度誤差に見合った大きさを有する。式（２）のような関数で表現される誤差波形は、図８のようなＸＺ直交度誤差波形に相当する。
Figure 2017198532
 Here, a 3 and a in the above formula (2) are coefficients of an odd-order term equal to or less than the third order corresponding to the XZ orthogonality error, and have a size corresponding to the XZ orthogonality error peculiar to the target hardware. . An error waveform expressed by a function such as Equation (2) corresponds to an XZ orthogonality error waveform as shown in FIG.

上式（２）中のａ３、ａの大きさは、例えば、図７のように波形でＸ、Ｚスケールにより測定された形状波形（Ｚ（ｘ））を多項式に分解し各係数を最小二乗法などで求めることにより同定可能である。例えば、形状波形（Ｚ（ｘ））を多項式に分解すると、 The size of a 3 and a in the above formula (2) is, for example, as shown in FIG. 7 where the waveform (Z (x)) measured by the X and Z scales is decomposed into polynomials to minimize each coefficient. It can be identified by calculating by a square method or the like. For example, when the shape waveform (Z (x)) is decomposed into polynomials,

Figure 2017198532
のように表現することができる。
Figure 2017198532
 It can be expressed as

なお、ここでは、ＸＺ直交度誤差（ｅ（ｘ）：式（２）、図８）は、３次以下の奇数次項、即ちグラフで表示すると３次以下の非対称成分をＸＺ直交度誤差として考えている。しかしながら、上式（３）のより高次の非対称成分の部分もＸＺ直交度誤差（ｅ（ｘ））に含むものとして同定することができる。あるいは、より簡便に、最も有力に作用する３次項のみをＸＺ直交度誤差ｅ（ｘ）として抽出しても良い。また、形状波形（Ｚ（Ｘ））を同定するための多項式としては、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式などを利用してもよい。   Here, the XZ orthogonality error (e (x): Equation (2), FIG. 8) is an odd-order term of the third order or lower, that is, an asymmetric component of the third order or lower is expressed as an XZ orthogonality error when displayed in a graph. ing. However, the higher order asymmetric component portion of the above equation (3) can also be identified as being included in the XZ orthogonality error (e (x)). Alternatively, it is possible to extract only the third-order term that acts most effectively as the XZ orthogonality error e (x) more simply. Further, as a polynomial for identifying the shape waveform (Z (X)), a Zernike polynomial or the like may be used.

このように式（１）のＺ（ｘ）（＝測定データ）からＸＺ直交度誤差ｅ（ｘ）成分を除去することにより、実際の測定処理を行うことなく、プローブ形状補正用の対象物１０９の走査のみで、数学的な過程を利用して正確なプローブ形状補正データを取得できる。かくして、図７のように波形でＸ，Ｚスケールにより測定された形状波形（ないしはその誤差波形）を図９のようにプローブ形状波形（またはその誤差補正データ波形）に補正することができる。   In this way, by removing the XZ orthogonality error e (x) component from Z (x) (= measurement data) in the equation (1), the probe shape correcting object 109 can be obtained without performing actual measurement processing. With this scanning alone, accurate probe shape correction data can be acquired using a mathematical process. Thus, the shape waveform (or its error waveform) measured by the X and Z scales as shown in FIG. 7 can be corrected to the probe shape waveform (or its error correction data waveform) as shown in FIG.

図４のプローブ形状処理（Ｓ１８０７）が完了すると、ＣＰＵ１６０１は、プローブ形状補正値記憶処理（Ｓ１８０８）でプローブ形状補正値をプローブ形状補正データ記憶部（図１８：１００２）に記憶する。以上により、プローブ形状補正（プローブ形状補正データの取得）処理が完了する。図４のステップＳ１８０７〜Ｓ１８０８（狭義にはＳ１８０７）は、第１の測定ステップ（例えばＳ１８０５）の測定に基づきプローブの１０８形状補正データを取得するプローブ形状補正データ取得ステップを構成する。このプローブ形状補正データ取得ステップでは、第１の原器９０１の形状データから（第１および第２の）Ｘ、Ｚ軸ステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分を除去する。そして、この直交度誤差の理論値を除去したデータと、前記第１の原器の既知の形状データと、に基づき、プローブ１０８の形状補正データを取得する。   When the probe shape processing (S1807) in FIG. 4 is completed, the CPU 1601 stores the probe shape correction value in the probe shape correction data storage unit (FIG. 18: 1002) in the probe shape correction value storage processing (S1808). The probe shape correction (acquisition of probe shape correction data) processing is thus completed. Steps S1807 to S1808 (S1807 in a narrow sense) in FIG. 4 constitute a probe shape correction data acquisition step for acquiring 108 shape correction data of the probe based on the measurement in the first measurement step (for example, S1805). In this probe shape correction data acquisition step, an error component corresponding to the theoretical value of the orthogonality error of the (first and second) X and Z axis stages is removed from the shape data of the first master 901. Then, based on the data from which the theoretical value of the orthogonality error is removed and the known shape data of the first original device, the shape correction data of the probe 108 is acquired.

再び、図３において、上記のようにしてプローブ形状補正処理（Ｓ１３０５）が終了すると、ＣＰＵ１６０１はＸＺ直交度補正処理（Ｓ１３０６）を実行する。この時の形状測定装置１００の状態は、上述の図１７と同様であるが、好ましくは、原器９０１には、プローブ形状補正用のものと異なり、ＸＺ直交度補正用としては、なるべく曲率が大きく且つサグが大きい原器を用いる。即ち、ＸＺ直交度補正用としては、プローブ１０８で形状をトレースした時にＸ軸の移動量とＺ軸の移動量が大きい原器が適している。   In FIG. 3 again, when the probe shape correction process (S1305) is completed as described above, the CPU 1601 executes the XZ orthogonality correction process (S1306). The state of the shape measuring apparatus 100 at this time is the same as in FIG. 17 described above, but preferably, the original device 901 has a curvature as small as possible for XZ orthogonality correction, unlike the probe shape correction. Use a large and large sag. That is, for XZ orthogonality correction, a prototype with a large X-axis movement amount and Z-axis movement amount when the shape is traced by the probe 108 is suitable.

ここで、図５を参照して、ＸＺ直交度補正処理（図３のＳ１３０６）の詳細につき説明する。   Here, the details of the XZ orthogonality correction process (S1306 in FIG. 3) will be described with reference to FIG.

図５において、ＣＰＵ１６０１は、まず設定データ読み込み処理（Ｓ１９０１）を行い、測定のための各種設定データを読み込む。これらは、図１８の各記憶部（３０４、４０４、６０３、８０４、１００２）に格納したＸ、Ｚ軸スケール補正値（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸ステージ走り補正データ（６０３、８０４）、およびプローブ形状補正データ（１００２）である。   In FIG. 5, the CPU 1601 first performs setting data reading processing (S1901), and reads various setting data for measurement. These are the X, Z axis scale correction values (304, 404), X, Z axis stage running correction data (603, 804) stored in each storage unit (304, 404, 603, 804, 1002) in FIG. And probe shape correction data (1002).

次に、ＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸ステージスライダ１２１を測定開始位置まで移動させる（測定開始位置Ｘ軸移動処理：Ｓ１９０２）。続いてＺ軸下降タッチダウン処理（Ｓ１９０３）において、Ｚ軸ステージスライダ１０７を下降させプローブ１０８を原器９０１に接触させる。図４の場合と同様に、これ以後、プローブ１０８の変位を検出する変位センサ（不図示）を用いて、Ｚ軸ステージスライダ１０７を制御する。例えば、ＣＰＵ１６０１は、この変位センサの出力が一定になるようにＺ軸ステージスライダ１０７を制御する。   Next, the CPU 1601 moves the X-axis stage slider 121 to the measurement start position (measurement start position X-axis movement process: S1902). Subsequently, in the Z-axis lowering touchdown process (S1903), the Z-axis stage slider 107 is lowered and the probe 108 is brought into contact with the original device 901. As in the case of FIG. 4, thereafter, the Z-axis stage slider 107 is controlled using a displacement sensor (not shown) that detects the displacement of the probe 108. For example, the CPU 1601 controls the Z-axis stage slider 107 so that the output of the displacement sensor is constant.

次にＣＰＵ１６０１は、Ｘ軸移動処理（Ｓ１９０４）を実行する。ＣＰＵ１６０１は、電装ラック１２２を介して各部にシーケンスデータを送信し、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に測定終了位置まで移動するよう、Ｘ軸ドライバに指令し、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。これにより、プローブ１０８の先端（チップ）と原器９０１の表面の接触が保たれた状態でＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。   Next, the CPU 1601 executes X-axis movement processing (S1904). The CPU 1601 transmits sequence data to each part via the electrical rack 122, instructs the X-axis driver to move the X-axis stage slider 121 to the measurement end position in the X-axis direction, and moves the X-axis stage slider 121 to the X-axis. Move in the direction. As a result, the X-axis stage slider 121 is moved in the X-axis direction while the contact between the tip (tip) of the probe 108 and the surface of the original device 901 is maintained.

このＸ軸走査と同時に、ＣＰＵ１６０１は、形状データ読み込み処理（Ｓ１９０５）で、電装ラック１２２を介して各部の測定手段から出力データを読み込む。ここでは、例えば、Ｘ軸スケール（１１４、１１６）、Ｚ軸スケール１０７１、およびプローブ１０８の変位を測定する変位センサ（不図示）の出力データを読み込む。所期のＸ軸走査を終了すると、Ｘ軸移動完了ＸＺ原点復帰処理（Ｓ１９０６）において、Ｘ軸ステージスライダ１２１の移動を完了し、Ｘ、Ｚ各軸のステージスライダを走査開始時と同じ原点に戻す。   Simultaneously with this X-axis scanning, the CPU 1601 reads output data from the measuring means of each part via the electrical equipment rack 122 in the shape data reading process (S1905). Here, for example, output data of a displacement sensor (not shown) that measures the displacement of the X-axis scale (114, 116), the Z-axis scale 1071, and the probe 108 is read. When the intended X-axis scanning is completed, in the X-axis movement completion XZ origin return processing (S1906), the movement of the X-axis stage slider 121 is completed, and the X and Z axis stage sliders are set to the same origin as when scanning was started. return.

なお、図５のステップＳ１９０１〜Ｓ１９０６（狭義にはＳ１９０５）は、プローブ１０８の位置情報を介して第２の原器９０１の形状データを取得する第２の測定ステップを構成する。この第２の測定ステップでは、対象物として、ステージ直交度校正用の第２の原器９０１を用い、Ｘ軸ステージ（第１のステージ）によって原器９０１およびプローブ１０８を相対移動させる。そして、プローブ１０８の位置情報を介して原器９０１の形状データを取得する。   Note that steps S1901 to S1906 (S1905 in a narrow sense) of FIG. 5 constitute a second measurement step of acquiring shape data of the second master 901 via the position information of the probe 108. In this second measurement step, the second master 901 for stage orthogonality calibration is used as the object, and the master 901 and the probe 108 are relatively moved by the X-axis stage (first stage). Then, the shape data of the original device 901 is acquired via the position information of the probe 108.

続いて、ＣＰＵ１６０１は、ＸＺ直交度補正演算処理（Ｓ１９０７）でＸＺ直交度補正値を演算する。このＸＺ直交度補正演算処理（Ｓ１９０７）のデータフローは図１９の通りで、ここでは、Ｘ、Ｚ軸のスケール補正データ（３０４、４０４）、Ｘ、Ｚ軸のステージ走り補正データ（６０３、８０４）ＸＺ直交度補正データを演算する。また、このＸＺ直交度補正演算処理（Ｓ１９０７）では、プローブ形状補正データ（１００２）プローブの形状補正も行う。この段階では、既にプローブ形状補正が完了しており、プローブ形状誤差を除去し、精度の良いＸＺ直交度補正データを得ることができる。このＸＺ直交度補正演算処理（Ｓ１９０７）が完了すると、ＸＺ直交度補正値記憶処理（Ｓ１９０８）において、算出したＸＺ直交度補正データをＸＺ直交度補正値データ記憶部（図１９：１１０２）に記憶する。   Subsequently, the CPU 1601 calculates an XZ orthogonality correction value in an XZ orthogonality correction calculation process (S1907). The data flow of this XZ orthogonality correction calculation processing (S1907) is as shown in FIG. 19, where X, Z axis scale correction data (304, 404), X, Z axis stage running correction data (603, 804). ) Calculate XZ orthogonality correction data. In the XZ orthogonality correction calculation process (S1907), probe shape correction data (1002) probe shape correction is also performed. At this stage, the probe shape correction has already been completed, the probe shape error can be removed, and accurate XZ orthogonality correction data can be obtained. When the XZ orthogonality correction calculation process (S1907) is completed, the calculated XZ orthogonality correction data is stored in the XZ orthogonality correction value data storage unit (FIG. 19: 1102) in the XZ orthogonality correction value storage process (S1908). To do.

図５のステップＳ１９０７〜Ｓ１９０８（狭義にはＳ１９０７）は、Ｘ、Ｚ軸（第１および第２）ステージの直交度補正データを取得する直交度補正データ取得ステップを構成する。この直交度補正データ取得ステップでは、前記のプローブ形状補正データ取得ステップで得たプローブ１０８の形状補正データと、第２の原器９０１の既知の形状データと、前記第２の測定ステップで得た前記第２の原器の形状データを用いる。   Steps S1907 to S1908 (S1907 in a narrow sense) of FIG. 5 constitute an orthogonality correction data acquisition step for acquiring orthogonality correction data of the X and Z axis (first and second) stages. In the orthogonality correction data acquisition step, the shape correction data of the probe 108 obtained in the probe shape correction data acquisition step, the known shape data of the second master 901, and the second measurement step. The shape data of the second prototype is used.

以上により、ＸＺ軸の直交度補正が終了し、図３の形状測定装置１００の校正処理が全て終了する。なお、図３の形状測定装置１００の校正処理では、さらに追加的にプローブの曲率誤差を補正する補正処理を実行するようにしてもよい。また、本体定盤１０１上に原器やワークを回転させるターンテーブルなどを配置している場合には、このような回転手段の回転精度を補正する補正処理を実施するようにしても良い。   The XZ axis orthogonality correction is thus completed, and all the calibration processing of the shape measuring apparatus 100 in FIG. 3 is completed. In the calibration process of the shape measuring apparatus 100 in FIG. 3, a correction process for additionally correcting the curvature error of the probe may be executed. Further, in the case where a turntable for rotating a master or a workpiece is arranged on the main body surface plate 101, a correction process for correcting the rotation accuracy of such a rotating means may be performed.

次に、図６を参照して、図３の校正処理を終了した後、対象物１０９の形状測定を行う際の制御手順につき説明する。この「本番」の形状測定においても、制御の主体は、例えば図２に示した制御系、測定制御装置１２３や測定データ処理装置１２４のＣＰＵ１６０１である。なお、以上では、例えば仮想的に測定制御装置１２３や測定データ処理装置１２４が一体化したような制御系を想定して校正処理の制御を説明してきた。しかしながら、図６の処理では、測定制御装置１２３と測定データ処理装置１２４が別体で設けられており、これらの連携によって形状測定制御を実行できることを示す。ただし、図６の処理が測定制御装置１２３と測定データ処理装置１２４の機能を一体化させた制御系が１台設けられているシステムにおいても実施可能であることはいうまでもない。   Next, with reference to FIG. 6, a control procedure for measuring the shape of the object 109 after the calibration process of FIG. 3 is completed will be described. Also in this “real” shape measurement, the main subject of control is, for example, the control system shown in FIG. 2, the CPU 1601 of the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124. In the above description, the control of the calibration process has been described assuming a control system in which, for example, the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124 are integrated. However, in the process of FIG. 6, the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124 are provided separately, and it is shown that the shape measurement control can be executed by cooperation thereof. However, it is needless to say that the process of FIG. 6 can also be performed in a system provided with one control system in which the functions of the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124 are integrated.

図６の形状測定制御は、操作者が対象物である対象物１０９をティルトステージ１１０上にセットし、例えば測定データ処理装置１２４で測定開始を指示する特定の操作を行うと開始される。   The shape measurement control in FIG. 6 is started when the operator sets the target object 109 on the tilt stage 110 and performs a specific operation instructing the measurement start by the measurement data processing device 124, for example.

図６の設定データ読込処理（Ｓ２００１）において、対象物１０９の各種設定データおよびパラメータを読み込む。ここでは、例えば、測定データ処理装置１２４を介して、対象物１０９の設計データや測定範囲、移動速度などの各種設定データおよびパラメータのデータを取得する。   In the setting data reading process (S2001) in FIG. 6, various setting data and parameters of the object 109 are read. Here, for example, the design data, the measurement range, and various setting data such as the moving speed of the object 109 and parameter data are acquired via the measurement data processing device 124.

移動データ出力処理（Ｓ２００２）では、例えば測定データ処理装置１２４が設定データ読込処理（Ｓ２００１）で読み込んだ各種設定データ、およびパラメータに基づき形状測定装置１００の各部のシーケンスデータを生成する。例えば、対象物１０９の形状測定制御に必要なＸ軸ステージスライダ１２１やＺ軸ステージスライダ１０７の制御データを生成する。生成したシーケンスデータは測定制御装置１２３へ送信する。   In the movement data output process (S2002), for example, sequence data of each part of the shape measuring apparatus 100 is generated based on various setting data and parameters read by the measurement data processing apparatus 124 in the setting data reading process (S2001). For example, control data for the X-axis stage slider 121 and the Z-axis stage slider 107 necessary for the shape measurement control of the object 109 is generated. The generated sequence data is transmitted to the measurement control device 123.

Ｚ軸原点出し駆動処理（Ｓ２００３）では、測定制御装置１２３が電装ラック１２２のＺ軸ドライバに指令し、Ｚ軸ステージスライダ１０７を原点に移動させる。   In the Z-axis origin drive process (S2003), the measurement control device 123 instructs the Z-axis driver of the electrical rack 122 to move the Z-axis stage slider 107 to the origin.

測定開始位置Ｘ軸移動処理（Ｓ２００４）では、測定制御装置１２３がＸ軸ステージガイド１０５に支持されたＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸開始位置へ移動するように電装ラック１２２のＸ軸ドライバに指令する。これにより、Ｘ軸ステージスライダ１２１を対象物１０９の測定開始のためのＸ座標へ移動させる。Ｘ軸移動が完了したら次にＺ軸下降、ワークタッチダウン処理（Ｓ２００５）を実行する。   In the measurement start position X-axis movement process (S2004), the measurement control device 123 commands the X-axis driver of the electrical rack 122 to move the X-axis stage slider 121 supported by the X-axis stage guide 105 to the X-axis start position. To do. Thereby, the X-axis stage slider 121 is moved to the X coordinate for starting the measurement of the object 109. When the X-axis movement is completed, the Z-axis lowering and work touch-down processing (S2005) is executed.

測定制御装置１２３は、Ｚ軸ステージスライダ１０７の駆動用Ｚ軸ドライバに下降を指令し、プローブ１０８を対象物１０９の表面に接触させる。測定制御装置１２３は、Ｚ軸ステージスライダ１０７の下降によってプローブ１０８の先端の接触子が対象物１０９の表面に接触したことをプローブ１０８に配置した変位センサ（不図示）などを介して検出する。これ以降、この変位センサ（不図示）からの出力が一定になるようにＺ軸ステージスライダ１０７を制御する。   The measurement control device 123 instructs the Z-axis driver for driving the Z-axis stage slider 107 to descend, and brings the probe 108 into contact with the surface of the object 109. The measurement control device 123 detects that the contact at the tip of the probe 108 has come into contact with the surface of the object 109 when the Z-axis stage slider 107 is lowered via a displacement sensor (not shown) disposed on the probe 108. Thereafter, the Z-axis stage slider 107 is controlled so that the output from the displacement sensor (not shown) is constant.

Ｚ軸下降、ワークタッチダウン処理（Ｓ２００５）が完了すると、測定終了位置Ｘ軸移動処理（Ｓ２００６）に進む。この測定終了位置Ｘ軸移動処理（Ｓ２００６）では、測定制御装置１２３からＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に測定終了位置まで移動するように電装ラック１２２のＸ軸ドライバに指令し、Ｘ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。このとき、プローブ１０８により対象物１０９の表面をトレースさせながらＸ軸ステージスライダ１２１をＸ軸方向に移動させる。この間、図示しない変位センサからの出力がほぼ一定になるようにＺ軸ステージスライダ１０７を制御する。また、第１のＸ軸スケール１１４に対するＸ軸ステージスライダ１２１の位置データは、第１のＸ軸スケールヘッド１１７から読み込む。同時に第２のＸ軸スケール１１６に対するＸ軸ステージスライダ１２１の位置データを第２のＸ軸スケールヘッド１１９から読み込む。また、同時にＺ軸スケール１０７１からＺ軸ステージスライダ１０７のＺ軸位置データを、また、プローブ１０８の変位センサ（不図示）からプローブ１０８のＺ軸位置データを読み込む。上記各スケールおよび変位センサのデータは、電装ラック１２２を介して測定制御装置１２３に転送される。   When the Z-axis lowering and work touch-down processing (S2005) is completed, the process proceeds to the measurement end position X-axis movement processing (S2006). In this measurement end position X-axis movement process (S2006), the X-axis stage is commanded from the measurement control device 123 to the X-axis driver to move the X-axis stage slider 121 in the X-axis direction to the measurement end position. The slider 121 is moved in the X-axis direction. At this time, the X-axis stage slider 121 is moved in the X-axis direction while tracing the surface of the object 109 with the probe 108. During this time, the Z-axis stage slider 107 is controlled so that the output from a displacement sensor (not shown) is substantially constant. Further, the position data of the X-axis stage slider 121 with respect to the first X-axis scale 114 is read from the first X-axis scale head 117. At the same time, the position data of the X-axis stage slider 121 with respect to the second X-axis scale 116 is read from the second X-axis scale head 119. At the same time, the Z-axis position data of the Z-axis stage slider 107 is read from the Z-axis scale 1071, and the Z-axis position data of the probe 108 is read from a displacement sensor (not shown) of the probe 108. The data of each scale and displacement sensor is transferred to the measurement control device 123 via the electrical equipment rack 122.

測定終了位置Ｘ軸移動処理（Ｓ２００６）が完了すると、Ｚ軸上昇処理（Ｓ２００７）において、測定制御装置１２３は電装ラック１２２を介してＺ軸ステージスライダ１０７を上昇させるシーケンスデータを送信する。これにより、プローブ１０８を対象物１０９から離間させる。   When the measurement end position X-axis movement process (S2006) is completed, in the Z-axis ascending process (S2007), the measurement control device 123 transmits sequence data for ascending the Z-axis stage slider 107 via the electrical rack 122. As a result, the probe 108 is separated from the object 109.

データ転送処理（Ｓ２００８）では、測定制御装置１２３から測定データ処理装置１２４へ、測定終了位置Ｘ軸移動処理（Ｓ２００６）を処理する間に取り込んだ各スケールおよび変位センサのデータを転送する。   In the data transfer process (S2008), data of each scale and displacement sensor acquired during the measurement end position X-axis movement process (S2006) is transferred from the measurement control device 123 to the measurement data processing device 124.

以上のようにして、プローブ１０８を対象物１０９の表面に倣い、移動させながらプローブ１０８の移動軌跡座標を取り込むことが出来る。   As described above, the movement locus coordinates of the probe 108 can be captured while the probe 108 is moved along the surface of the object 109.

データ転送処理（Ｓ２００８）が完了すると、上述の校正処理で生成した各種の補正データを用いてシステムエラーを補正するシステムエラー補正処理（Ｓ２００９）に進む。このシステムエラー処理（Ｓ２００９）では、上述の校正処理で生成したシステムエラー補正データを用い、データ転送（Ｓ２００８）で取り込んだＸＺの各軸のスケールデータと変位センサに対して補正処理を行う。   When the data transfer process (S2008) is completed, the process proceeds to a system error correction process (S2009) for correcting a system error using the various correction data generated in the above-described calibration process. In this system error process (S2009), the system error correction data generated in the calibration process described above is used, and the correction process is performed on the scale data and displacement sensor of each axis of XZ captured in the data transfer (S2008).

このシステムエラー補正処理（Ｓ２００９）は、図２０のデータフローにおいて、ワーク形状演算（Ｓ１２０１）に相当する。このシステムエラー補正処理（Ｓ２００９）では、Ｘ軸スケール補正データ記憶部３０４およびＺ軸スケール補正データ記憶部４０４のデータを用いてＸ軸およびＺ軸のスケール補正を行う。また、Ｘ軸ステージ走り補正データ記憶部６０３、およびＺ軸ステージ走り補正データ記憶部８０２のデータを用いてＸ軸とＺ軸のステージ走り補正を行う。また、プローブ形状補正データ記憶部１００２のデータによりプローブ形状補正を行い、さらに、ＸＺ直交度補正値データ記憶部１１０２のデータによりＸＺ軸の直交度の補正を行う。ただし、これらの補正処理のうち、装置の設計仕様、制御仕様、あるいは対象物１０９の仕様などに応じて補正の必要のない処理は実行しなくてもよい。   This system error correction process (S2009) corresponds to the workpiece shape calculation (S1201) in the data flow of FIG. In this system error correction process (S2009), X-axis and Z-axis scale correction is performed using data in the X-axis scale correction data storage unit 304 and the Z-axis scale correction data storage unit 404. Further, using the data in the X-axis stage running correction data storage unit 603 and the Z-axis stage running correction data storage unit 802, X-axis and Z-axis stage running correction is performed. Further, the probe shape correction is performed based on the data stored in the probe shape correction data storage unit 1002, and the XZ-axis orthogonality is corrected based on the data stored in the XZ orthogonality correction value data storage unit 1102. However, among these correction processes, a process that does not need to be corrected may not be executed according to the design specifications of the apparatus, the control specifications, or the specifications of the object 109.

続いて、フィッティング計算処理（Ｓ２０１０）では、システムエラー補正処理（Ｓ２００９）にて補正した各データ（または補正をしない各データ）から対象物１０９の表面形状データを生成する。また、フィッティング計算処理（Ｓ２０１０）では、対象物１０９の設計形状データから対象物１０９の正確な位置を計算する。この段階では、例えば、対象物１０９をティルトステージ１１０上に搭載しただけでは対象物１０９の位置を特定することはできない。そこで、予め想定している位置に対象物が存在していると仮定してその位置に設計形状データを配置する。そして、対象物１０９の表面形状測定データとティルトステージ１１０上に配置した設計形状データを比較し、その差が最小になる対象物の表面形状データ移動位置を最小二乗法などを用いて計算する。最小二乗法の場合、例えば、表面形状測定データを平行移動および回転移動させる座標変換式から最小二乗法を用いて表面形状測定データと表面形状設計データとの差の二乗和が最小となる表面形状データの平行移動位置および回転移動位置を求める。   Subsequently, in the fitting calculation process (S2010), surface shape data of the object 109 is generated from each data (or each data that is not corrected) corrected in the system error correction process (S2009). In the fitting calculation process (S2010), the exact position of the object 109 is calculated from the design shape data of the object 109. At this stage, for example, the position of the object 109 cannot be specified only by mounting the object 109 on the tilt stage 110. Therefore, assuming that an object is present at a position assumed in advance, design shape data is arranged at that position. Then, the surface shape measurement data of the object 109 and the design shape data arranged on the tilt stage 110 are compared, and the surface shape data movement position of the object that minimizes the difference is calculated using the least square method or the like. In the case of the least square method, for example, the surface shape that minimizes the sum of squares of the difference between the surface shape measurement data and the surface shape design data using the least square method from the coordinate conversion formula that translates and rotates the surface shape measurement data. The parallel movement position and rotation movement position of the data are obtained.

続いて、図６の形状測定では、対象物１０９の形状誤差を求める。即ち、形状誤差算出処理（Ｓ２０１１）で設計形状データと、フィッティング誤差を補正した対象物１０９の測定形状データの差分として、対象物１０９の形状誤差を求めることができる。   Subsequently, in the shape measurement of FIG. 6, the shape error of the object 109 is obtained. That is, the shape error of the object 109 can be obtained as the difference between the design shape data in the shape error calculation process (S2011) and the measured shape data of the object 109 with the fitting error corrected.

最後に、測定結果表示（Ｓ２０１２）において、形状誤差算出処理（Ｓ２０１１）で計算した対象物１０９の設計値からの誤差形状を数値或いはグラフ等で出力する。また、対象物１０９の誤差形状を対象物１０９の規格値としてあらかじめ記憶されている数値と比較し、対象物１０９の良否判定結果を表示することも出来る。この測定結果表示（Ｓ２０１２）には、測定データ処理装置１２４に設けたディスプレイなどを利用することができる。ただし、この測定結果表示（Ｓ２０１２）には、表示出力のみならず、プリンタなどを用いた印刷出力や、必要であれば音声出力などの出力方式を用いてもよい。   Finally, in the measurement result display (S2012), the error shape from the design value of the object 109 calculated in the shape error calculation process (S2011) is output as a numerical value or a graph. Moreover, the error shape of the target object 109 can be compared with a numerical value stored in advance as a standard value of the target object 109, and the quality determination result of the target object 109 can be displayed. For this measurement result display (S2012), a display or the like provided in the measurement data processing device 124 can be used. However, the measurement result display (S2012) may use not only the display output but also an output method such as a print output using a printer or an audio output if necessary.

以上のように、本実施例によれば、ＸＺ直交度誤差補正に先立ち、プローブ形状補正演算時に実際の測定処理を行うことなく、プローブ形状補正用の対象物１０９の走査のみで、数学的な過程を利用して正確なプローブ形状補正データを取得できる。このため、続いて行うＸＺ直交度誤差補正において、プローブ形状補正を作用させ、正確なＸＺ直交度誤差補正データを取得することができる。このようにして、形状測定装置１００のシステムエラー校正処理において、プローブ形状補正、続いてＸＺ直交度誤差補正を精度よく実現できる。従って、本実施例によれば、最終的に全ての補正を正確に求めることが可能となるので、対象物１０９の形状測定を高精度に行うことができる。例えば、本実施例の形状測定装置（図１）により、システムエラー校正処理（図３）を行った上、形状測定処理（図６）を行うことにより、対象物１０９の表面形状を正確に測定することができる。形状測定対象の対象物１０９としては、例えば加工、組立過程にある、あるいはそれらが終了したワークなど、特に非球面、球面等からなるレンズに代表される光学素子のような対象物、あるいはこれに類する構造物が考えられる。   As described above, according to the present embodiment, prior to the XZ orthogonality error correction, the mathematical measurement can be performed only by scanning the probe shape correction target 109 without performing an actual measurement process at the time of the probe shape correction calculation. Using the process, accurate probe shape correction data can be acquired. Therefore, in the subsequent XZ orthogonality error correction, the probe shape correction can be applied to obtain accurate XZ orthogonality error correction data. In this way, in the system error calibration process of the shape measuring apparatus 100, probe shape correction and subsequent XZ orthogonality error correction can be realized with high accuracy. Therefore, according to the present embodiment, since all corrections can be finally obtained accurately, the shape of the object 109 can be measured with high accuracy. For example, the surface shape of the object 109 is accurately measured by performing the system error calibration process (FIG. 3) and the shape measurement process (FIG. 6) by the shape measuring apparatus (FIG. 1) of the present embodiment. can do. As the object 109 to be shape-measured, for example, an object such as an optical element represented by a lens composed of an aspherical surface, a spherical surface, etc. Similar structures are possible.

本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給しそのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。   The present invention provides a process of supplying a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and reading or executing the program by one or more processors in the computer of the system or apparatus But it is feasible. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

１００…形状測定装置、１０１…本体定盤、１０２…除振台、１０３…架台、１０４…フレーム、１０５…Ｘ軸ステージガイド、１０６…Ｚ軸ステージガイド、１０７…Ｚ軸ステージスライダ、１０８…プローブ、１０９…対象物、１１０…ティルトステージ、１１１…ＸＹステージ、１１２…θ回転ステージ、１１４、１１６…Ｘ軸スケール、１１７、１１９…スケールヘッド、１１８…Ｘ軸スケールヘッドフレーム、１２０…Ｘ軸スケールヘッドフレーム、１２１…Ｘ軸ステージスライダ、１２２…電装ラック、１２３…測定制御装置、１２４…測定データ処理装置、２０１…ターゲット、２０２…ベンダーミラー、２０３、２０４…レーザ測長器、５０１…平面原器、７０１…変位センサ、９０１、７０２…原器、１６０１…ＣＰＵ、１６０２…ＲＯＭ、１６０３…ＲＡＭ、１６０４…ＨＤＤ、１６０５…ディスプレイ、１６０６…キーボード、１６０７、１６０８…インターフェース。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Shape measuring apparatus, 101 ... Main body surface plate, 102 ... Vibration isolator, 103 ... Mount, 104 ... Frame, 105 ... X-axis stage guide, 106 ... Z-axis stage guide, 107 ... Z-axis stage slider, 108 ... Probe , 109 ... object, 110 ... tilt stage, 111 ... XY stage, 112 ... θ rotation stage, 114, 116 ... X axis scale, 117, 119 ... scale head, 118 ... X axis scale head frame, 120 ... X axis scale Head frame, 121 ... X-axis stage slider, 122 ... Electric rack, 123 ... Measurement control device, 124 ... Measurement data processing device, 201 ... Target, 202 ... Bender mirror, 203, 204 ... Laser length measuring device, 501 ... Plane source 701: Displacement sensor, 901, 702 ... Original device, 1601 ... CPU, 602 ... ROM, 1603 ... RAM, 1604 ... HDD, 1605 ... display, 1606 ... keyboard, 1607,1608 ... interface.

Claims (11)

形状測定の対象物、および接触式のプローブを第１の方向に相対移動させる第１のステージと、前記第１のステージによって支持され、前記第１のステージと直交する第２の方向に前記プローブを移動可能に支持する第２のステージと、前記第１の方向に関する前記対象物および前記プローブの相対的な位置情報を検出する第１のスケールと、前記第２の方向に関する前記プローブの位置情報を検出する第２のスケールと、を備え、前記プローブを前記対象物の表面に接触させた状態で、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第１のスケールを介して検出した前記対象物の第１の方向に関する位置情報と、前記第２のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第２の方向に沿って移動する前記プローブの第２の方向に関する位置情報と、に基づき、前記対象物の形状データを測定する形状測定装置の形状測定方法において、
制御装置が、前記対象物として、既知の曲面形状を有するプローブ校正用の第１の原器を用い、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して前記第１の原器の形状データを取得する第１の測定ステップと、
前記制御装置が、前記第１の測定ステップで得た前記第１の原器の前記形状データから前記第１および第２のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分を除去した形状データと、前記第１の原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得するプローブ形状補正データ取得ステップと、
を備えた形状測定装置の形状測定方法。 An object for shape measurement and a first stage for relatively moving a contact-type probe in a first direction, and the probe in a second direction supported by the first stage and orthogonal to the first stage. A second stage that movably supports the first stage, a first scale that detects relative positional information of the object and the probe with respect to the first direction, and positional information of the probe with respect to the second direction And moving the object and the probe relative to each other by the first stage in a state where the probe is in contact with the surface of the object. The position information on the first direction of the object detected through the second scale and the surface shape of the object detected through the second scale follow the second direction. In the position information about the second direction of the probe, based on the shape measuring method of a shape measuring apparatus for measuring the shape data of the object that moves along a,
The position of the probe obtained by the control device using the first prototype for probe calibration having a known curved surface shape as the object, and relatively moving the object and the probe by the first stage. A first measuring step for obtaining shape data of the first master device via information;
Shape data obtained by removing an error component corresponding to the theoretical value of the orthogonality error of the first and second stages from the shape data of the first prototype obtained in the first measurement step by the control device. And a probe shape correction data acquisition step for acquiring the shape correction data of the probe based on the known shape data of the first master,
The shape measuring method of the shape measuring apparatus provided with. 請求項１に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第１の原器が２次曲面形状を有する形状測定装置の形状測定方法。   The shape measuring method of the shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the first original device has a quadric surface shape. 請求項１または２に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記プローブ形状補正データ取得ステップの後、
前記制御装置が、前記対象物として、前記第１の原器とは異なる既知の曲面形状を有するステージ直交度校正用の第２の原器を用い、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して前記第２の原器の形状データを取得する第２の測定ステップと、
前記制御装置が、前記プローブ形状補正データ取得ステップで得た前記プローブの形状補正データと、前記第２の原器の既知の形状データと、前記第２の測定ステップで得た前記第２の原器の形状データと、に基づき、前記第１および第２のステージの直交度補正データを取得する直交度補正データ取得ステップと、
を備えた形状測定装置の形状測定方法。 In the shape measuring method of the shape measuring apparatus according to claim 1 or 2, after the probe shape correction data acquisition step,
The control device uses, as the object, a second original for stage orthogonality calibration having a known curved surface shape different from the first original, and the object and the object by the first stage A second measurement step of acquiring shape data of the second master device via positional information of the probe obtained by relative movement of the probe;
The control device obtains the probe shape correction data obtained in the probe shape correction data acquisition step, the known shape data of the second prototype, and the second original obtained in the second measurement step. Orthogonality correction data acquisition step for acquiring orthogonality correction data of the first and second stages based on the shape data of the vessel;
The shape measuring method of the shape measuring apparatus provided with. 請求項３に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第２の原器が２次曲面形状を有する形状測定装置の形状測定方法。   The shape measuring method of the shape measuring apparatus according to claim 3, wherein the second original device has a quadratic curved surface shape. 請求項１から４のいずれか１項に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第１、第２のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分が、前記第１の測定ステップで得た前記第１の原器の前記形状データの３次成分である形状測定装置の形状測定方法。   5. The shape measuring method of the shape measuring apparatus according to claim 1, wherein an error component corresponding to a theoretical value of an orthogonality error of the first and second stages is the first measuring step. The shape measuring method of the shape measuring apparatus which is a tertiary component of the shape data of the first prototype obtained in (1). 請求項１から５のいずれか１項に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第１の測定ステップおよび前記プローブ形状補正データ取得ステップに先立ち、前記制御装置が、前記第１または第２のスケールの走り補正データを取得するステージ走り補正データ取得ステップを備えた形状測定装置の形状測定方法。   6. The shape measuring method of the shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the control device performs the first or second prior to the first measuring step and the probe shape correction data acquiring step. 7. A shape measuring method for a shape measuring apparatus, comprising a stage running correction data acquisition step for acquiring running correction data of a scale of the scale. 請求項６に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記ステージ走り補正データ取得ステップに先立ち、前記制御装置が、前記第１または第２のスケールの直線性補正データを取得するスケール直線性補正データ取得ステップを備えた形状測定装置の形状測定方法。   7. The shape measuring method of the shape measuring apparatus according to claim 6, wherein the control device acquires linearity correction data of the first or second scale prior to the stage running correction data acquisition step. A shape measuring method of a shape measuring apparatus including a data acquisition step. 請求項１から７のいずれか１項に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記制御装置が、前記プローブを対象物の表面に接触させた状態で、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第１のスケールを介して検出した前記対象物の第１の方向に関する位置情報と、前記第２のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第２の方向に沿って移動する前記プローブの第２の方向に関する位置情報と、前記プローブ形状補正データ取得ステップで取得した前記プローブの形状補正データと、に基づき、前記対象物の形状データを演算する形状演算ステップを備えた形状測定装置の形状測定方法。   The shape measuring method of the shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the control device is configured to cause the object to be detected by the first stage while the probe is in contact with the surface of the object. And relative movement of the probe, position information regarding the first direction of the object detected via the first scale, and surface shape of the object detected via the second scale. Based on the position information regarding the second direction of the probe that moves along the second direction following the above and the shape correction data of the probe acquired in the probe shape correction data acquisition step, A shape measuring method for a shape measuring apparatus, comprising a shape calculating step for calculating shape data. 請求項１から８のいずれか１項に記載の前記制御装置に前記各ステップを実行させるための形状測定装置の制御プログラム。   A control program for a shape measuring apparatus for causing the control apparatus according to claim 1 to execute the steps. 請求項９に記載の形状測定装置の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium storing the control program for the shape measuring apparatus according to claim 9. 形状測定の対象物、および接触式のプローブを第１の方向に相対移動させる第１のステージと、前記第１のステージによって支持され、前記第１のステージと直交する第２の方向に前記プローブを移動可能に支持する第２のステージと、前記第１の方向に関する前記対象物および前記プローブの相対的な位置情報を検出する第１のスケールと、前記第２の方向に関する前記プローブの位置情報を検出する第２のスケールと、を備え、前記プローブを前記対象物の表面に接触させた状態で、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第１のスケールを介して検出した前記対象物の第１の方向に関する位置情報と、前記第２のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第２の方向に沿って移動する前記プローブの第２の方向に関する位置情報と、に基づき、前記対象物の形状データを測定する形状測定装置において、
前記対象物として、既知の曲面形状を有するプローブ校正用の原器を用い、前記第１のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して取得した前記原器の形状データから前記第１および第２のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分を除去した形状データと、前記原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得する制御装置を備えた形状測定装置。 An object for shape measurement and a first stage for relatively moving a contact-type probe in a first direction, and the probe in a second direction supported by the first stage and orthogonal to the first stage. A second stage that movably supports the first stage, a first scale that detects relative positional information of the object and the probe with respect to the first direction, and positional information of the probe with respect to the second direction And moving the object and the probe relative to each other by the first stage in a state where the probe is in contact with the surface of the object. The position information on the first direction of the object detected through the second scale and the surface shape of the object detected through the second scale follow the second direction. In the form measuring instrument based, to measure the shape data of the object, the position information about the second direction of the probe that moves along,
As the object, a probe calibration master having a known curved surface shape is used, and the probe is obtained through positional information of the probe obtained by relatively moving the object and the probe by the first stage. Based on the shape data obtained by removing error components corresponding to the theoretical values of the orthogonality errors of the first and second stages from the shape data of the original device, and the known shape data of the original device, the shape of the probe A shape measuring device provided with a control device for acquiring correction data.
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