JP5438995B2 - 形状測定機および倣いプローブ装置 - Google Patents
形状測定機および倣いプローブ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5438995B2 JP5438995B2 JP2009056127A JP2009056127A JP5438995B2 JP 5438995 B2 JP5438995 B2 JP 5438995B2 JP 2009056127 A JP2009056127 A JP 2009056127A JP 2009056127 A JP2009056127 A JP 2009056127A JP 5438995 B2 JP5438995 B2 JP 5438995B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- probe
- vibration
- force sensor
- force
- main body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
Description
例えば、マスターボール(ルビー球など)を倣い測定すると、図6に示すような測定結果が得られる。この測定結果からマスターボールの形状を差し引いた後の残差には、図 7に示すように、形状誤差のほかに、測定環境の外乱振動成分が必ず重畳する。これは、測定するオーダが小さくなればなるほど顕著となり、残差結果に占める割合が大きくなる。つまり、得られる測定値というのは、
測定値=被測定物の形状+外乱振動
となる。
そのため、被測定物の破損を防ぐために、測定力を極力小さく、かつ、一定に保つ制御機能を備えた倣い測定システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
そのためには、力制御ゲインを低くすることが考えられるが、そうすることによって同時に形状追従性も低下してしまい、特に、表面粗さのような短波長成分の測定を行うことは困難になる。したがって、形状測定機では、ゲインを低くして外乱振動を抑制するという手法はとることができない。
そのため、従来では、この外乱振動の影響を軽減するために、一般的にはパッシブ型やアクティブ型の除振台が用いられている。
したがって、これらのことから、簡便に外乱振動の影響を軽減できる測定システムが望まれている。
ここで、振動素子としては、例えば、圧電素子やボイスコイルモータなどを利用できる。
このとき、外乱振動が相対移動機構およびプローブのケース体を介してプローブ本体に伝わると、その外乱振動成分は、力センサからの力検出信号に重畳された状態で検出される。すると、相殺振動発生手段によって、力センサからの力検出信号を基にプローブ本体に伝わる外乱振動を相殺する振動が振動素子から発生される。これにより、外乱振動が相殺される。したがって、簡便かつ安価な構造で、外乱振動の影響を軽減できる。
とくに、この発明では、振動素子を、プローブのケース体とプローブ本体との間に介在させたので、プローブを相対移動機構のプローブ保持部材に取り付けるにも、特別な取付機構を付加する必要がなく、既存の測定機にプローブを簡単に取り付けて使用することができる。
この発明では、プローブのケース体内に振動素子を組み込まなくてもよいから、プローブを大型化することなく、小型に維持できる利点がある。
このような構成によれば、相殺振動発生手段が、力センサの力検出信号から外乱振動を主成分とする信号を通過させるハイパスフィルタ回路と、このハイパスフィルタ回路からの出力を入力として振動素子を駆動させ振動素子から前記外乱振動を相殺する振動を発生させる駆動回路とから構成できるから、簡易に構成できる。
このような構成によれば、力センサで検出された力検出信号を、測定力に応じた最適な振動振幅に調整できるから、外乱振動を相殺する振動を振動素子から発生させることができる。
<形状測定機の説明(図1および図2参照)>
図1は、本発明の一実施形態に係る形状測定機の正面図、図2は、同形状測定機の側面図である。
本実施形態に係る形状測定機は、基台1と、被測定物を載置するテーブルとしてのXYステージ2と、このXYステージ2を水平面内の互いに直交するXおよびY軸方向へ変位させるX軸駆動機構3およびY軸駆動機構4と、基台1の上面にXYステージ2を跨いで設けられた門形フレーム5と、この門形フレーム5のクロスレール5Aに設けられたZ軸スライダ6と、このZ軸スライダ6をXおよびY軸方向に対して直交するZ軸方向へ変位させるZ軸駆動機構7と、Z軸スライダ6に取り付けられたプローブ10とを含んで構成されている。
X軸駆動機構3およびY軸駆動機構4は、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
Z軸駆動機構7も、X軸駆動機構3やY軸駆動機構4と同様に、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
なお、これら X軸駆動機構3およびY軸駆動機構4、門形フレーム5、Z軸スライダ6、Z軸駆動機構7などは、プローブ10を保持したプローブ保持部材としてのZ軸スライダ6とテーブルとしてのXYステージ2とを、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向、つまり、三次元方向へ相対移動させる相対移動機構を構成している。
プローブ10は、図3に示すように、相対移動機構のプローブ保持部材としてのZ軸スライダ6に設けられた略長方形箱状のケース体11と、このケース体11の内部に長手方向一端(下端)が外部に露出する状態で設けられた長手状のプローブ本体12と、このプローブ本体12の長手方向一端側(下端)に設けられた力センサ20と、プローブ本体12をZ軸方向に進退させる力センサ移動手段としての駆動アクチュエータ14と、プローブ本体12に取り付けられたスケール15と、このスケール15に基づき駆動アクチュエータ14による力センサ20の変位量(つまり、力センサ20による被測定物の測定位置情報)を検出する位置検出手段としてのスケール検出器16と、ケース体11の上壁とプローブ本体12の長手方向他端(上端)との間に設けられた振動素子17とを備えている。
加振素子23に対して、特定の周波数と振幅をもつ加振信号を与えると、検出素子24では、特定の周波数と振幅の検出信号が得られる。スタイラス22が被測定物に接触すると、検出信号の振幅が減衰する。減衰率と測定力との間には一定の関係があるため、力センサ20からは、被測定物との接触時に発生する測定力に応じた信号が力検出信号として出力される。つまり、力センサ20は、被測定物との接触時に発生する測定力を検出しこれを力検出信号として出力できる。
したがって、減衰率が常に一定になるように力センサ20と被測定物との距離を制御すれば、測定力一定状態で被測定物の表面形状を倣い測定することができる。
図4は、プローブ10を制御するコントローラ30および相殺振動発生手段50を示すブロック図である。
コントローラ30は、図4に示すように、力センサ20からの力検出信号をアナログからデジタルに変換するA/D変換回路31と、スケール検出器16からの信号をカウントし力センサ20の測定位置情報を位置測定値として出力するカウンタ32と、A/D変換回路31からの出力(力フィードバック信号)と目標測定力との偏差を演算する演算器33と、この演算器33からの出力を入力とした力制御補償器34と、目標位置に対して加減速処理を施す加減算処理回路35と、この加減算処理回路35からの出力とカウンタ32の測定値(位置フィードバック信号)との偏差を演算する演算器36と、この演算器36からの出力を入力とした位置制御補償器37と、カウンタ32からの位置フィードバック信号を微分して速度信号に変換する時間微分回路38と、制御ループ切替手段としてのスイッチ39と、このスイッチ39を介して取り込まれる力制御補償器34または位置制御補償器37からの出力と時間微分回路38からの出力との偏差を求める演算器40と、この演算器40からの出力を入力とした速度補償器41と、この速度補償器41からの出力を基に駆動アクチュエータ14を駆動させる駆動アンプ42と、A/D変換回路31からの出力(力フィードバック信号)に基づきスイッチ39を切り替える接触判定回路43とを含んで構成されている。
また、スケール検出器16、カウンタ32、演算器36、位置制御補償器37、演算器40、速度補償器41、駆動アンプ42および駆動アクチュエータ14を含んで、スケール検出器16からの測定位置情報を位置フィードバック信号として目標位置と比較し、位置フィードバック信号が目標位置に一致するように駆動アクチュエータ14を駆動させる位置制御ループRPが構成されている。
接触判定回路43は、力センサ20からの力検出信号の減衰率が一定以上になると、つまり、力検出信号の振幅の減衰率が予め設定した値を超えると、力センサ20のスタイラス22が被測定物に接触したと判定し、スイッチ39を位置制御側から力制御側に切り替える。
測定にあたっては、まず、プローブ10を被測定物にアプローチする。これには、スイッチ39を位置制御側に切り替えた状態において、位置制御ループRPによりプローブ10を被測定物に接近させる。
プローブ10が被測定物に接近し、スタイラス22が被測定物に接触すると、その接触力(つまり、測定力)が力センサ20により検出される。力センサ20からの力検出信号の減衰率が一定以上になると、つまり、力検出信号の振幅減衰率が予め設定した値を超えると、接触判定回路43は、力センサ20のスタイラス22が被測定物に接触したと判定し、スイッチ39を位置制御側から力制御側に切り替える。これにより、位置制御ループRPから力制御ループRFに切り替えられる。
したがって、このときの走査方向の座標値、つまり、相対移動機構のX、YおよびZ軸方向の座標値とスケール検出器16の検出値とを読み取れば、被測定物の表面性状(形状や粗さ)を求めることができる。
(1)ケース体11とプローブ本体12との間に設けられた振動素子17と、力センサ20からの力検出信号を基にプローブ本体12に伝わる外乱振動を相殺する振動を振動素子17から発生させる相殺振動発生手段50とを備えたので、倣い測定時において、外乱振動が相対移動機構およびプローブ10のケース体11を介してプローブ本体12に伝わると、その外乱振動成分は、力センサ20からの力検出信号に重畳された状態で検出される。すると、相殺振動発生手段50によって、力センサ20からの力検出信号を基にプローブ本体12に伝わる外乱振動を相殺する振動が圧電素子17Aから発生されるから、外乱振動を相殺できる。したがって、簡便かつ安価な構造で、外乱振動の影響を軽減できる。
(3)また、圧電素子17Aを組み込んだプローブ10と、このプローブ10に加わる外乱振動を相殺する振動を発生させる相殺振動発生手段50とを備えているから、既存の測定機において、相対移動機構のプローブ保持部材(Z軸スライダ6)にプローブを取り付ければ、倣い測定を行う形状測定機を構成することができる。
(5)また、ハイパスフィルタ回路51と駆動アンプ53との間にゲイン調整回路52が挿入されているから、力センサ20で検出された力検出信号を、測定力に応じた最適な振動振幅に調整できる。したがって、外乱振動を相殺する振動を圧電素子17Aから発生させることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で、以下の変形例をも含む。
前記実施形態では、プローブ10のケース体11内に圧電素子17Aを組み込んだが、これに限られない。例えば、図5に示すように、プローブ10とプローブ保持部材としてのZ軸スライダ6との間に、振動素子17としての圧電素子17Aをプローブ本体12の移動方向(相対移動方向)へ振動可能に組み込んでもよい。なお、この場合、プローブ10とプローブ保持部材としてのZ軸スライダ6との間に、振動素子17としての圧電素子17Aを内蔵したブラケットを介在させるようにしてもよい。
また、この例では、プローブ10のケース体11内に振動素子17を組み込まなくてもよいから、プローブ10を大型化することなく、小型に維持できる利点がある。
このようにすれば、既存の測定機において、相対移動機構のプローブ保持部材(Z軸スライダ6)にプローブ10を取り付ければ、倣い測定を行う形状測定機を簡単に構成することができる。
6…Z軸スライダ(プローブ保持部材)、
10…プローブ、
11…ケース体、
12…プローブ本体、
14…駆動アクチュエータ(力センサ移動手段)、
17…振動素子、
17A…圧電素子、
20…力センサ、
50…相殺振動発生手段、
51…ハイパスフィルタ回路、
52…ゲイン調整回路、
53…駆動アンプ(駆動回路)。
Claims (5)
- 被測定物を載置するテーブルと、前記被測定物との接触時に発生する測定力を検出し力検出信号として出力する力センサを有するプローブと、このプローブを保持したプローブ保持部材と前記テーブルとを相対移動させる相対移動機構とを備え、前記力センサからの力検出信号が略一定になるように制御しながら、前記被測定物の形状などを測定する形状測定機において、
前記プローブは、前記プローブ保持部材に保持されたケース体と、このケース体の内部に往復移動可能に設けられたプローブ本体と、このプローブ本体の先端に設けられた前記力センサと、前記プローブ本体を往復移動させる力センサ移動手段とを含んで構成され、
前記ケース体と前記プローブ本体との間に設けられ前記プローブ本体の往復移動方向へ振動可能な振動素子と、前記力センサからの力検出信号を基に前記プローブ本体に伝わる外乱振動を相殺する振動を前記振動素子から発生させる相殺振動発生手段とを有し、
前記振動素子は、前記力センサ移動手段よりも高応答で駆動される
ことを特徴とする形状測定機。 - 被測定物を載置するテーブルと、前記被測定物との接触時に発生する測定力を検出し力検出信号として出力する力センサを有するプローブと、このプローブを保持したプローブ保持部材と前記テーブルとを相対移動させる相対移動機構とを備え、前記力センサからの力検出信号が略一定になるように制御しながら、前記被測定物の形状などを測定する形状測定機において、
前記プローブは、往復移動可能に設けられたプローブ本体と、このプローブ本体の先端に設けられた前記力センサと、前記プローブ本体を往復移動させる力センサ移動手段とを含んで構成され、
前記プローブと前記プローブ保持部材との間に設けられた振動可能な振動素子と、前記力センサからの力検出信号を基に前記プローブに伝わる外乱振動を相殺する振動を前記振動素子から発生させる相殺振動発生手段とを有し、
前記振動素子は、前記力センサ移動手段よりも高応答で駆動される
ことを特徴とする形状測定機。 - 請求項1または請求項2に記載の形状測定機において、
前記相殺振動発生手段は、前記力センサの力検出信号から外乱振動を主成分とする信号を通過させるハイパスフィルタ回路と、このハイパスフィルタ回路からの出力を入力として前記振動素子を駆動させ前記振動素子から前記外乱振動を相殺する振動を発生させる駆動回路とを備えた、
ことを特徴とする形状測定機。 - 請求項3に記載の形状測定機において、
前記ハイパスフィルタ回路と前記駆動回路との間には、ゲイン調整回路が挿入されている、
ことを特徴とする形状測定機。 - 被測定物との接触時に発生する測定力を検出し力検出信号として出力する力センサを有するプローブと、
このプローブに加わる外乱振動を相殺する振動を発生させる外乱振動相殺手段とを備え、
前記プローブは、ケース体と、このケース体の内部に往復移動可能に設けられたプローブ本体と、このプローブ本体の先端に設けられた前記力センサと、前記プローブ本体を往復移動させる力センサ移動手段とを含んで構成され、
前記外乱振動相殺手段は、前記ケース体と前記プローブ本体との間に設けられ前記プローブ本体の往復移動方向へ振動可能な振動素子と、前記力センサからの力検出信号を基に前記プローブ本体に伝わる外乱振動を相殺する振動を前記振動素子から発生させる相殺振動発生手段とを含んで構成され、
前記振動素子は、前記力センサ移動手段よりも高応答で駆動される
ことを特徴とする倣いプローブ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009056127A JP5438995B2 (ja) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | 形状測定機および倣いプローブ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009056127A JP5438995B2 (ja) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | 形状測定機および倣いプローブ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010210380A JP2010210380A (ja) | 2010-09-24 |
JP5438995B2 true JP5438995B2 (ja) | 2014-03-12 |
Family
ID=42970713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009056127A Expired - Fee Related JP5438995B2 (ja) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | 形状測定機および倣いプローブ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5438995B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170139458A (ko) * | 2016-06-09 | 2017-12-19 | 클린게인베르크 아게 | 기어 휠 워크피스의 이뿌리면 상의 접촉 측정 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5716413B2 (ja) * | 2011-01-25 | 2015-05-13 | アイシン精機株式会社 | ギヤ効率制御装置 |
KR101977308B1 (ko) * | 2017-08-28 | 2019-05-13 | (주)대일시스템 | 능동형 제진장치 이용한 이송장치의 외란 제어방법 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08219752A (ja) * | 1995-02-15 | 1996-08-30 | Nikon Corp | 形状測定装置 |
GB9815830D0 (en) * | 1998-07-22 | 1998-09-16 | Renishaw Plc | Method of and apparatus for reducing vibrations on probes carried by coordinate measuring machines |
JP4079534B2 (ja) * | 1998-12-28 | 2008-04-23 | 株式会社牧野フライス製作所 | 測定ヘッド |
JP2004020469A (ja) * | 2002-06-19 | 2004-01-22 | Jfe Steel Kk | 表面形状計測方法及びその方法のプログラム |
JP3983637B2 (ja) * | 2002-09-20 | 2007-09-26 | 株式会社リコー | 触針式プローブ機構の制御方法及び装置 |
JP4688643B2 (ja) * | 2005-11-10 | 2011-05-25 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 加振型カンチレバーホルダ及び走査型プローブ顕微鏡 |
JP4956058B2 (ja) * | 2006-03-16 | 2012-06-20 | 株式会社ミツトヨ | 表面性状測定装置 |
JP4851819B2 (ja) * | 2006-03-16 | 2012-01-11 | 株式会社ミツトヨ | 測定制御回路の制御ゲイン調整方法および測定制御回路 |
JP2007309684A (ja) * | 2006-05-16 | 2007-11-29 | Mitsutoyo Corp | 測定制御装置、表面性状測定装置、および、測定制御方法 |
JP2008304332A (ja) * | 2007-06-07 | 2008-12-18 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | 表面粗さ/形状測定装置及び表面粗さ/形状測定方法 |
-
2009
- 2009-03-10 JP JP2009056127A patent/JP5438995B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170139458A (ko) * | 2016-06-09 | 2017-12-19 | 클린게인베르크 아게 | 기어 휠 워크피스의 이뿌리면 상의 접촉 측정 |
KR102401245B1 (ko) | 2016-06-09 | 2022-05-23 | 클린게인베르크 아게 | 기어 휠 워크피스의 이뿌리면 상의 접촉 측정 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010210380A (ja) | 2010-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7784333B2 (en) | Measurement control device and measurement control method | |
JP4594841B2 (ja) | ステージ装置及びその制御方法 | |
TWI412908B (zh) | 並聯驅動系統 | |
JP6613162B2 (ja) | 三次元座標測定機用プローブヘッド及び接触検出方法 | |
EP2141445B1 (en) | Measuring instrument | |
JP5438995B2 (ja) | 形状測定機および倣いプローブ装置 | |
US9791018B2 (en) | Vibration isolation apparatus, method of isolating vibration, lithography apparatus, and method of producing device | |
JP5091702B2 (ja) | プローブの真直度測定方法 | |
JP5373319B2 (ja) | 画像測定機 | |
JP2017010300A (ja) | 作業装置及びその制御方法 | |
JP2017062194A (ja) | 形状測定装置の制御方法 | |
US10480965B2 (en) | Surface measuring device | |
CN104728337A (zh) | 一种针对运动执行机构到位振动的快速减振装置及其方法 | |
JP2008026128A (ja) | 表面追従型測定器 | |
JP5284683B2 (ja) | 精密位置決め装置 | |
JP2003294434A (ja) | 接触式プローブ | |
US10603829B2 (en) | Apparatus for taking out molded product | |
JP2011051078A (ja) | 位置決めステージ | |
JP2008087146A (ja) | 加工装置 | |
US11049688B2 (en) | Charged particle beam irradiation apparatus | |
JP5022930B2 (ja) | 接触式振動計およびこれを備えた表面性状測定装置 | |
JP2008216122A (ja) | 表面性状測定装置 | |
JP2007057308A (ja) | 接触式プローブ | |
JP3983637B2 (ja) | 触針式プローブ機構の制御方法及び装置 | |
JP2000190169A (ja) | 測定ヘッド |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120201 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130312 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130502 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131210 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131216 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5438995 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |