JP6389759B2 - Non-contact edge shape measuring method and apparatus - Google Patents

Non-contact edge shape measuring method and apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP6389759B2
JP6389759B2 JP2014264275A JP2014264275A JP6389759B2 JP 6389759 B2 JP6389759 B2 JP 6389759B2 JP 2014264275 A JP2014264275 A JP 2014264275A JP 2014264275 A JP2014264275 A JP 2014264275A JP 6389759 B2 JP6389759 B2 JP 6389759B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
edge
shape
workpiece
sensor
shape data
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
Application number
JP2014264275A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016125830A (en
Inventor
勝弘 三浦
勝弘 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitaka Kohki Co Ltd
Original Assignee
Mitaka Kohki Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitaka Kohki Co Ltd filed Critical Mitaka Kohki Co Ltd
Priority to JP2014264275A priority Critical patent/JP6389759B2/en
Publication of JP2016125830A publication Critical patent/JP2016125830A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6389759B2 publication Critical patent/JP6389759B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

本発明は刃物等の鋭角なエッジ形状の測定に好適な非接触エッジ形状測定方法及びその装置に関するものである。   The present invention relates to a non-contact edge shape measuring method and apparatus suitable for measuring an acute edge shape of a blade or the like.

工具刃先や刃物等のワークの鋭角なエッジの非接触形状測定は投影機や顕微鏡を用いた端部の輪郭形状測定法が一般的であるが、光学的分解能や端部の加工精度の影響を受けることからサブμｍ分解能の形状測定は不可能であった。   The non-contact shape measurement of sharp edges of workpieces such as tool edges and blades is generally done by measuring the edge shape using a projector or microscope. However, the effect of optical resolution and edge processing accuracy is affected. Therefore, it was impossible to measure the shape with sub-μm resolution.

その他の測定方法として共焦点顕微鏡等を用いた先端エッジ形状測定が提案されているが先端が尖ったエッジでは傾斜面からの反射光が少ないことや、光の回折像等の影響を受けて正確な形状測定が行えない。   As another measurement method, tip edge shape measurement using a confocal microscope etc. has been proposed, but at the edge with a sharp tip, there is little reflected light from the inclined surface and it is accurate due to the influence of the diffraction image of the light etc. Shape measurement cannot be performed.

このような測定方法に対してレーザプローブ式の非接触測定方法が期待されている。この測定方向はワークに対してレーザプローブによるオートフォーカスをかけながらスキャンさせ、オートフォーカス光学系の対物レンズのフォーカス方向での移動量からワークのエッジ形状に関する測定データを取得する構造である（例えば、特許文献１参照）。   A laser probe type non-contact measurement method is expected for such a measurement method. This measurement direction is a structure in which the workpiece is scanned while being auto-focused by a laser probe, and measurement data relating to the edge shape of the workpiece is obtained from the amount of movement in the focus direction of the objective lens of the auto-focus optical system (for example, Patent Document 1).

特許第３９２３９４５号公報Japanese Patent No. 3923945

しかしながら、このようなレーザプローブ式の非接触測定方法にあっても、エッジに対してレーザスポット径以下の精度の形状測定ができないという限界がある。   However, even in such a laser probe type non-contact measurement method, there is a limit that the shape cannot be measured with accuracy less than the laser spot diameter with respect to the edge.

本発明は、このような技術的課題に着目してなされたものであり、レーザスポット径以下の精度の形状測定が可能な非接触エッジ形状測定方法及びその装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made paying attention to such a technical problem, and an object thereof is to provide a non-contact edge shape measuring method and apparatus capable of measuring a shape with an accuracy equal to or less than a laser spot diameter.

本発明は、レーザオートフォーカスを用いたレーザプローブ式の非接触表面形状測定において、ＡＦセンサの各センサ部の出力をａ，ｂとし、スキャン方向でスポット全体が側面上で合焦（ａ＝ｂ）している状態から、その合焦状態を維持したままスポット全体が各側面の端末であるエッジを通過して側面から外れた時のＡＦセンサの合計出力（ａ+ｂ）の低下分を（２Ｅ）とし、検出された各側面の側面形状データにおいて低下分が１／２である（Ｅ）の時の位置をエッジとして定義し、検出された２つの側面形状データからそれぞれスキャン方向で前記定義されたエッジを越えた部分を除去し、除去後の側面形状データを合成してエッジの形状を求めることを特徴とする。   In the present invention, in laser probe type non-contact surface shape measurement using laser autofocus, the outputs of the sensor portions of the AF sensor are a and b, and the entire spot is focused on the side surface in the scanning direction (a = b ), The amount of decrease in the total output (a + b) of the AF sensor when the entire spot passes through the edge that is the terminal on each side surface and deviates from the side surface while maintaining the focused state ( 2E), the position when the decrease in the side shape data of each detected side surface is ½ is defined as an edge, and the definition is made in the scanning direction from each of the two detected side surface shape data. A portion beyond the edge is removed, and the shape of the edge is obtained by synthesizing the side shape data after the removal.

本発明によれば、前記ＡＦセンサの各センサ部の出力をａ，ｂとし、スキャン方向でスポット全体が側面上で合焦（ａ＝ｂ）している状態から、その合焦状態を維持したままスポット全体が各側面の端末であるエッジを通過して側面から外れた時のＡＦセンサの合計出力（ａ+ｂ）の低下分を（２Ｅ）とし、検出された各側面の側面形状データにおいて低下分が１／２である（Ｅ）の時の位置をエッジとして定義し、検出された２つの側面形状データからそれぞれスキャン方向で前記定義されたエッジを越えた部分を除去し、除去後の側面形状データを合成してエッジの形状を求めるため、合成される側面形状データのエッジ位置はレーザスポット径以下の精度で定義され、高精度なエッジ形状測定を行うことができる。   According to the present invention, the output of each sensor portion of the AF sensor is a and b, and the in-focus state is maintained from the state where the entire spot is focused on the side surface (a = b) in the scanning direction. In the detected side surface shape data of each side surface, the decrease in the total output (a + b) of the AF sensor when the entire spot passes through the edge that is the terminal of each side surface and deviates from the side surface is (2E). The position when the decrease is ½ is defined as an edge, and the portions that exceed the defined edge in the scanning direction are removed from the detected two side surface shape data, respectively. Since the edge shape is obtained by combining the side surface shape data, the edge position of the combined side surface shape data is defined with an accuracy equal to or less than the laser spot diameter, so that highly accurate edge shape measurement can be performed.

非接触エッジ形状測定装置を示す概略図。Schematic which shows a non-contact edge shape measuring apparatus. 測定方法を示すフローチャート。The flowchart which shows a measuring method. 測定方法の工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the process of a measuring method. ＡＦセンサを示す正面図。The front view which shows AF sensor. 側面に対するレーザスポットを示す正面図。The front view which shows the laser spot with respect to a side surface. 側面に対するレーザスポットを示す側面図。The side view which shows the laser spot with respect to a side surface. スキャン位置とＡＦセンサの出力の差の関係を示す図。The figure which shows the relationship between a scanning position and the output difference of AF sensor. スキャン位置とＡＦセンサの出力の和の関係を示す図。The figure which shows the relationship of the sum of the output of a scanning position and AF sensor. 側面形状データの合成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the synthesis | combination of side surface shape data.

図１〜図９は、本発明の好適な実施形態を示す図である。   1 to 9 are diagrams showing a preferred embodiment of the present invention.

図１は、この実施形態に係るレーザプローブ式の非接触エッジ形状測定装置を示す図である。図１において、ＸＹは水平面上で直交する二方向で、Ｘはフォーカス方向で、Ｙはスキャン方向である。Ｚは鉛直方向である。   FIG. 1 is a view showing a laser probe type non-contact edge shape measuring apparatus according to this embodiment. In FIG. 1, XY is two directions orthogonal to each other on a horizontal plane, X is a focus direction, and Y is a scan direction. Z is the vertical direction.

測定対象であるワーク１は、先端に鋭角なエッジｅを有する断面三角形の工具である。ワーク１は鋭角な角度をなす２つの側面２、３を有している。側面２、３は平面で、その交点に鋭角なエッジｅが形成される。  The workpiece 1 to be measured is a triangular tool having a sharp edge e at the tip. The workpiece 1 has two side surfaces 2 and 3 forming an acute angle. The side surfaces 2 and 3 are flat, and an acute edge e is formed at the intersection.

ワーク１は、Ｚ軸を中心にθ方向へ回転自在な回転ステージ４の上に組み付けられている。回転ステージ４は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸でそれぞれスライド自在なＸ軸ステージ５、Ｙ軸ステージ６、Ｚ軸ステージ７の上に順次載っている。   The workpiece 1 is assembled on a rotary stage 4 that is rotatable in the θ direction around the Z axis. The rotary stage 4 is sequentially placed on an X-axis stage 5, a Y-axis stage 6, and a Z-axis stage 7 slidable on the X-axis, Y-axis, and Z-axis, respectively.

このワーク１に対して、オートフォーカス光学系として、Ｘ軸に合致する光軸Ｋ上に対物レンズ８、ビームスプリッタ９、結像レンズ１０、ＡＦセンサ１１が配置されている。半導体レーザ照射装置１２からのレーザＬをビームスプリッタ９により反射し、対物レンズ８を介して、ワーク１に照射する。このワーク１に照射されるレーザＬがいわゆる「レーザプローブ」である。   For this work 1, an objective lens 8, a beam splitter 9, an imaging lens 10, and an AF sensor 11 are disposed on an optical axis K that matches the X axis as an autofocus optical system. The laser L from the semiconductor laser irradiation device 12 is reflected by the beam splitter 9 and irradiated onto the workpiece 1 through the objective lens 8. The laser L irradiated to the workpiece 1 is a so-called “laser probe”.

レーザＬはＸ軸及びＺ軸を含む垂直面内の光路に沿って、対物レンズ８からワーク１の表面に対して斜め上方から照射され斜め下方へ反射する。   The laser L is irradiated obliquely from above to the surface of the workpiece 1 from the objective lens 8 along an optical path in a vertical plane including the X axis and the Z axis, and is reflected obliquely downward.

ワーク１の表面で反射されたレーザＬの戻り光は、再度対物レンズ８からビームスプリッタ９を通過した後、結像レンズ１０を経て、ＡＦセンサ１１に至る。   The return light of the laser L reflected from the surface of the workpiece 1 passes through the beam splitter 9 again from the objective lens 8, then passes through the imaging lens 10 and reaches the AF sensor 11.

ＡＦセンサ（分割光センサ）１１は対物レンズ８の光軸Ｋを中心に上下に二分割されたセンサ部１１ａ、１１ｂから構成されている。２つのセンサ部１１ａ、１１ｂからの出力ａ、ｂは演算増幅回路１３を介してＡＦコントローラ１４に入力される。演算増幅回路１３からは２つのセンサ部１１ａ、１１ｂからの出力ａ、ｂの差（ａ−ｂ）と和（ａ＋ｂ）が演算されてＡＦコントローラ１４に出力される。   The AF sensor (divided light sensor) 11 is composed of sensor portions 11 a and 11 b that are divided into two parts in the vertical direction around the optical axis K of the objective lens 8. Outputs a and b from the two sensor units 11 a and 11 b are input to the AF controller 14 via the operational amplifier circuit 13. From the operational amplifier circuit 13, the difference (ab) and the sum (a + b) between the outputs a and b from the two sensor units 11a and 11b are calculated and output to the AF controller 14.

またＡＦコントローラ１４は２つのセンサ部１１ａ、１１ｂからの出力ａ、ｂが等しくなるようにサーボ機構１６をフィードバック制御して対物レンズ８をフォーカス方向（Ｘ方向）へ移動させる。その時の対物レンズ８の基準位置からの移動量によりワーク１の表面のフォーカス方向での位置情報を検出することができる。レーザＬはビームスプリッタ９で反射された後、対物レンズ８の光軸Ｋ中心からはずれた位置を透過する。そのため散乱ノイズが減少してＳＮを向上することができる。   Further, the AF controller 14 feedback-controls the servo mechanism 16 so that the outputs a and b from the two sensor units 11a and 11b are equal to move the objective lens 8 in the focus direction (X direction). Position information in the focus direction of the surface of the workpiece 1 can be detected based on the amount of movement of the objective lens 8 from the reference position at that time. The laser L is reflected by the beam splitter 9 and then passes through a position deviated from the center of the optical axis K of the objective lens 8. Therefore, scattering noise can be reduced and SN can be improved.

回転ステージ４、Ｘ軸ステージ５、Ｙ軸ステージ６、Ｚ軸ステージ７はステージコントローラ１７に接続されている。スキャン方向Ｓへの移動はＹ軸ステージ６により行われる。   The rotary stage 4, X-axis stage 5, Y-axis stage 6, and Z-axis stage 7 are connected to a stage controller 17. The movement in the scanning direction S is performed by the Y axis stage 6.

ステージコントローラ１７は各ステージそれぞれの方向へ移動させる信号を出力する共にワーク１のθ軸回転方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向での位置をメインコントローラ１５に出力する。   The stage controller 17 outputs a signal for moving in the direction of each stage, and outputs the position of the workpiece 1 in the θ-axis rotation direction, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction to the main controller 15.

メインコントローラ１５ではワーク１の２つの側面２、３の形状を取得できると共に、測定した側面形状データを合成してエッジ形状を測定することができる。   The main controller 15 can acquire the shapes of the two side surfaces 2 and 3 of the workpiece 1, and can measure the edge shape by combining the measured side surface shape data.

次に実際の測定手順を説明する。  Next, an actual measurement procedure will be described.

まず最初に図２及び図３に基づいて測定作業の概略を説明する。   First, an outline of measurement work will be described with reference to FIGS.

測定開始の状態では、ワーク１は対物レンズ８の光軸Ｋに対してエッジｅを対物レンズ８側へまっすぐ向けた状態になっている。   In the state where measurement is started, the workpiece 1 is in a state where the edge e is directed straight toward the objective lens 8 with respect to the optical axis K of the objective lens 8.

（ステップＳ１）
次にワーク１の２つの側面２、３を順次測定する。最初にワーク１をθ軸で回転させて、一方の側面２に対して対物レンズ８の光軸Ｋが垂直になる状態とする。 (Step S1)
Next, the two side surfaces 2 and 3 of the workpiece 1 are sequentially measured. First, the workpiece 1 is rotated about the θ axis so that the optical axis K of the objective lens 8 is perpendicular to the one side surface 2.

（ステップＳ２）
そして一方の側面２にオートフォーカスをかけながら、レーザＬのスポットＰが側面２上でＹ方向に沿ってエッジｅに向かうスキャン方向Ｓでスキャンし、一方の側面２の形状データを取得する。 (Step S2)
Then, the spot P of the laser L is scanned on the side surface 2 in the scanning direction S along the Y direction toward the edge e while autofocusing is performed on one side surface 2, and the shape data of the one side surface 2 is acquired.

この実施形態では側面２が平面なため、側面２全体を光軸Ｋに対して垂直にすることができるが、側面２が平面でなく湾曲していたり或いは段階的に角度が変化している場合は、光軸Ｋに対する角度が±３０°未満の範囲を測定単位として、それを越す角度になる部分は更にθ軸を中心にワーク１を回転させながら分割測定する。   In this embodiment, since the side surface 2 is flat, the entire side surface 2 can be perpendicular to the optical axis K. However, when the side surface 2 is not flat but curved or the angle changes stepwise. Uses a range where the angle with respect to the optical axis K is less than ± 30 ° as a unit of measurement, and the portion that exceeds the angle is further divided and measured while rotating the work 1 around the θ axis.

（ステップＳ３）
次にワーク１をθ軸で回転させて、他方の側面３に対して対物レンズ８の光軸Ｋが垂直になる状態とする。 (Step S3)
Next, the workpiece 1 is rotated about the θ axis so that the optical axis K of the objective lens 8 is perpendicular to the other side surface 3.

（ステップＳ４）
そして他方の側面３にオートフォーカスをかけながら、レーザＬのスポットＰが側面３上でＹ方向に沿ってエッジｅに向かうスキャン方向Ｓでスキャンし、他方の側面３の形状データを取得する。 (Step S4)
Then, the spot P of the laser L is scanned on the side surface 3 in the scanning direction S toward the edge e along the Y direction while autofocusing is performed on the other side surface 3, and the shape data of the other side surface 3 is acquired.

（ステップＳ５）
最後に取得した２つの側面２、３の形状データをメインコントローラ１５によりθ軸回転中心基準で極座標変換して合成し、エッジｅの形状を得て、測定作業が終了する。 (Step S5)
Finally, the shape data of the two side surfaces 2 and 3 acquired are combined by polar coordinate conversion based on the θ-axis rotation center by the main controller 15 to obtain the shape of the edge e, and the measurement operation is completed.

以上が概略であるが、エッジｅの正確な形状を得るには、エッジｅを構成する２つの側面２、３の形状データを正確に高精度で取得する必要がある。   Although the above is an outline, in order to obtain an accurate shape of the edge e, it is necessary to accurately acquire the shape data of the two side surfaces 2 and 3 constituting the edge e with high accuracy.

図４はＡＦセンサ１１とレーザＬのスポットＲを示す図である。レーザＬはワーク１に対して斜め上から照射されて斜め下方へ反射するため、ＡＦセンサ１１上のレーザＬのスポットＲも上下に変位する。その変位を是正してスポットＲの光学的中心をＡＦセンサ１１の中心に合致されることによりオートフォーカスがかかる。   FIG. 4 is a diagram showing the spot R of the AF sensor 11 and the laser L. Since the laser L is irradiated obliquely from above the workpiece 1 and reflected obliquely downward, the spot R of the laser L on the AF sensor 11 is also displaced vertically. By correcting the displacement and making the optical center of the spot R coincide with the center of the AF sensor 11, autofocus is applied.

レーザＬの斜めの照射・反射方向に関係したＡＦセンサ１１の変位検出方向（Ｚ方向）と、エッジｅの長手方向（Ｚ方向）を一致させることは必須である。この方向性を一致させないと、レーザプローブ方式においてフォーカルシフトによる誤差が生じて正確なオートフォーカスが行えない。   It is essential to match the displacement detection direction (Z direction) of the AF sensor 11 related to the oblique irradiation / reflection direction of the laser L with the longitudinal direction (Z direction) of the edge e. If this directionality is not matched, an error due to a focal shift occurs in the laser probe method, and accurate autofocus cannot be performed.

ここで図７に基づいて１つの側面２の測定方法について説明する。   Here, a method for measuring one side surface 2 will be described with reference to FIG.

図７はＡＦセンサ（分割光センサ）１１の差動出力（ａ−ｂ）とスキャン方向Ｓでの位置との関係を示している。説明の都合上、スポットＰを拡大して示している。レーザＬの照射・反射方向も変換して図示している。そして太線がオートフォーカスにより得られた側面２の形状データ（プロファイル）である。   FIG. 7 shows the relationship between the differential output (ab) of the AF sensor (split light sensor) 11 and the position in the scanning direction S. For convenience of explanation, the spot P is shown enlarged. The irradiation / reflection direction of the laser L is also converted and shown. The thick line is the shape data (profile) of the side surface 2 obtained by autofocus.

側面２上のスポットＰはスキャン方向Ｓに沿って定速でスキャンされる。スポットＰが全て側面２上にある状態Ｐ（１）は全てのレーザＬは反射されて表面形状をとらえる。   The spot P on the side surface 2 is scanned along the scanning direction S at a constant speed. In the state P (1) where all the spots P are on the side surface 2, all the lasers L are reflected and the surface shape is captured.

次にスポットＰの中心がエッジｅにかかる状態Ｐ（２）においては、レーザＬの光束の半分がエッジｅから外れて反射成分が減る。しかしＡＦセンサ１１上のスポットＲの光量分布はＹ方向で半月状に減るだけで、Ｚ方向ではスポットＲの光量分布は均等なため側面２の測定は依然として正確に行える。   Next, in the state P (2) where the center of the spot P is on the edge e, half of the light beam of the laser L is off the edge e and the reflection component is reduced. However, the light amount distribution of the spot R on the AF sensor 11 only decreases in a half-moon shape in the Y direction. Since the light amount distribution of the spot R is uniform in the Z direction, the side surface 2 can still be measured accurately.

そしてスポットＰがエッジｅを越えてエッジｅから完全に外れた状態Ｐ（３）になると、反射成分がなくなるため形状データが低下する。エッジｅ周辺の形状状況により、急激に低下する場合と、場合によっては上昇することもあるが、エッジｅを通過した後は不規則な形状データが検出される。   Then, when the spot P is in a state P (3) where the spot P exceeds the edge e and completely deviates from the edge e, the shape component is reduced because the reflection component disappears. Depending on the shape of the periphery of the edge e, there may be a sudden drop or a rise in some cases, but irregular shape data is detected after passing through the edge e.

以上のように単にオートフォーカスをかけながら側面２の形状データを取得しただけでは、スポットＰがエッジｅから完全に外れたことは知ることができるが、それまでは途中にエッジｅが存在していてもそれを知ることができず、結局最大でスポットＰの直径Ｄ分の誤差をもつことになる。   As described above, it is possible to know that the spot P has completely deviated from the edge e by simply acquiring the shape data of the side surface 2 while auto-focusing, but until then, the edge e exists on the way. However, it cannot be known, and eventually it has an error corresponding to the diameter D of the spot P at the maximum.

そこで取得した側面２の形状データ中から正確なエッジｅの位置を検出するために、ＡＦセンサ１１のセンサ部１１ａ、１１ｂの加算出力（ａ＋ｂ）を利用した。すなわち図８に示すように、加算出力（ａ＋ｂ）は差動出力（ａ−ｂ）とは異なり、スポットＰがエッジｅにかかり始めるとその値は徐々に減少し、スポットＰがエッジｅから完全に外れた位置で２Ｅの減少となる。   Therefore, the addition output (a + b) of the sensor units 11a and 11b of the AF sensor 11 is used to detect the accurate position of the edge e from the acquired shape data of the side surface 2. That is, as shown in FIG. 8, the added output (a + b) is different from the differential output (ab), and when the spot P starts to be applied to the edge e, the value gradually decreases, and the spot P is completely removed from the edge e. 2E decreases at a position deviating from

この特性を利用して、スポットＰが完全にエッジｅから外れた時の加算出力（ａ＋ｂ）の減少分２Ｅの半分であるＥを閾値としてエッジｅの位置を検出し、オートフォーカスで取得した側面２の形状データからそのエッジｅの位置を越えた部分を無効として除去する。こうすることで側面２の正確な形状データを取得することができる。   Using this characteristic, the position of the edge e is detected by using E which is a half of the decrease 2E of the addition output (a + b) when the spot P completely deviates from the edge e as a threshold, and the side surface obtained by autofocusing is used. The portion beyond the position of the edge e is removed from the shape data 2 as invalid. By doing so, accurate shape data of the side surface 2 can be acquired.

そして、図９（ア）（イ）（ウ）に示すように、前述の側面２の形状データの無効部分除去処理をワーク１を回転させることにより他方の側面３でも行い、除去した後の２つの正確な側面２、３の形状データを極座標変換して向きを合わせた後に合成する。このようにすることにより、エッジｅの形状測定をレーザＬのスポットＰの径以下の精度で行うことができる。   Then, as shown in FIGS. 9A, 9A, and 9C, the invalid portion removal processing of the shape data of the side surface 2 described above is performed on the other side surface 3 by rotating the workpiece 1, and 2 after the removal. The shape data of the two accurate side surfaces 2 and 3 are synthesized after the polar coordinates are converted and aligned. In this way, the shape of the edge e can be measured with an accuracy equal to or less than the diameter of the spot P of the laser L.

以上の実施形態では、エッジｅが長手方向（上下方向）で直線状に存在するワーク１を例にしたが、例えば包丁のようにエッジ（刃先）が長手方向で湾曲しているような場合には長手方向での位置を所定ピッチずつ変えて測定することにより連続したエッジｅの形状を測定することができる。   In the above embodiment, the workpiece 1 in which the edge e exists linearly in the longitudinal direction (up and down direction) is taken as an example. However, for example, when the edge (blade edge) is curved in the longitudinal direction like a knife. The shape of the continuous edge e can be measured by changing the position in the longitudinal direction by a predetermined pitch.

１ ワーク
２、３ 側面
８ 対物レンズ
１１ ＡＦセンサ（分割光センサ）
１４ ＡＦコントローラ
１５ メインコントローラ
１７ ステージコントローラ
ｅ エッジ
Ｄ スポットの径
Ｋ 光軸
Ｌ レーザ
Ｐ ワーク上のスポット
Ｒ ＡＦセンサ上のスポット
Ｓ スキャン方向 1 Workpiece 2, 3 Side 8 Objective lens 11 AF sensor (split light sensor)
14 AF controller 15 Main controller 17 Stage controller e Edge D Spot diameter K Optical axis L Laser P Spot on workpiece R Spot on AF sensor S Scan direction

Claims (3)

三次元座標軸ＸＹＺとして、ワークの断面形状においてＸ方向端部のエッジを構成する２つの側面に対して、それぞれレーザをＸＺ面内の光路に沿って照射するオートフォーカス制御を実行しながら、レーザのスポットがワークの側面上でＹ方向に沿ってエッジに向かう方向にスキャンさせ、
オートフォーカス光学系において側面からのレーザの戻り光が合焦時にＺ方向での二分割式のＡＦセンサの中心で受光されるように制御され、対物レンズのＸ方向での移動量からワークの２つの側面形状データをそれぞれ取得し、取得した２つの側面形状データを合成してエッジの形状を求める非接触エッジ形状測定方法であって、
前記ＡＦセンサの各センサ部の出力をａ，ｂとし、
スキャン方向でスポット全体が側面上で合焦（ａ＝ｂ）している状態から、その合焦状態を維持したままスポット全体が各側面の端末であるエッジを通過して側面から外れた時のＡＦセンサの加算出力（ａ+ｂ）の低下分を２Ｅとし、
検出された各側面の側面形状データにおいて低下分が１／２であるＥとなる時の位置をエッジとして定義し、
検出された２つの側面形状データからそれぞれスキャン方向で前記定義されたエッジを越えた部分を除去し、
除去後の側面形状データを合成してエッジの形状を求めることを特徴とする非接触エッジ形状測定方法。 As the three-dimensional coordinate axis XYZ, while performing autofocus control that irradiates the laser along the optical path in the XZ plane with respect to two side surfaces constituting the edge of the X direction end in the cross-sectional shape of the workpiece, The spot is scanned in the direction toward the edge along the Y direction on the side of the workpiece,
In the autofocus optical system, the laser return light from the side surface is controlled so as to be received at the center of the two-split AF sensor in the Z direction at the time of focusing. A non-contact edge shape measuring method for obtaining two side shape data, and combining the two obtained side shape data to obtain an edge shape,
The outputs of the sensor parts of the AF sensor are a and b,
When the entire spot is focused on the side (a = b) in the scanning direction, and the entire spot passes through the edge that is the terminal on each side while maintaining the focused state, The decrease of the AF sensor output (a + b) is 2E,
In the side surface shape data of each detected side surface, the position when the decrease is 1/2 is defined as an edge,
Removing the portion beyond the defined edge in the scanning direction from the detected two side surface shape data,
A non-contact edge shape measuring method characterized in that the shape of an edge is obtained by synthesizing side shape data after removal. ワークをＺ軸中心にθ方向に回転自在に支持し、
ワークの各側面をスキャンする際に、側面におけるスキャン範囲が対物レンズの光軸に対して±３０°未満の傾斜となるように予めワークをθ方向で回転させておくことを特徴とする請求項１記載の非接触エッジ形状測定方法。 Supports the work so that it can rotate in the θ direction around the Z axis.
2. When scanning each side surface of the workpiece, the workpiece is rotated in the θ direction in advance so that the scan range on the side surface is inclined less than ± 30 ° with respect to the optical axis of the objective lens. 2. The non-contact edge shape measuring method according to 1. 三次元座標軸ＸＹＺとして、ワークの断面形状においてＸ方向端部のエッジを構成する２つの側面に対して、それぞれレーザをＸＺ面内の光路に沿って照射するオートフォーカス制御を実行しながら、レーザのスポットがワークの側面上でＹ方向でエッジに向かう方向にスキャンさせ、
オートフォーカス光学系において側面からのレーザの戻り光が合焦時にＺ方向での二分割式のＡＦセンサの中心で受光されるように制御され、対物レンズのＸ方向での移動量からワークの２つの側面形状データをそれぞれ取得し、取得した２つの側面形状データを合成してエッジの形状を求める非接触エッジ形状測定装置であって、
前記レーザが対物レンズの光軸中心からはずれた位置を通り、前記レーザの戻り光がＡＦセンサの中心で受光されるように前記対物レンズのＸ方向での移動量を制御するＡＦコントローラと、
前記ワーク又はオートフォーカス光学系のいずれか一方を相対的にスキャン方向へスキャンさせるステージコントローラと、
前記ワークの２つの側面形状データを合成してエッジの形状を求めるメインコントローラとを備え、
前記メインコントローラは、
前記ＡＦセンサの各センサ部の出力をａ，ｂとし、
スキャン方向でスポット全体が側面上で合焦（ａ＝ｂ）している状態から、その合焦状態を維持したままスポット全体が各側面の端末であるエッジを通過して側面から外れた時のＡＦセンサの加算出力（ａ+ｂ）の低下分を２Ｅとし、
検出された各側面の側面形状データにおいて低下分が１／２であるＥの時の位置をエッジとして定義し、
検出された２つの側面形状データからそれぞれスキャン方向で前記定義されたエッジを越えた部分を除去し、
除去後の側面形状データを合成してエッジの形状を求めることを特徴とする非接触エッジ形状測定装置。 As the three-dimensional coordinate axis XYZ, while performing autofocus control that irradiates the laser along the optical path in the XZ plane with respect to two side surfaces constituting the edge of the X direction end in the cross-sectional shape of the workpiece, The spot is scanned in the direction toward the edge in the Y direction on the side of the workpiece,
In the autofocus optical system, the laser return light from the side surface is controlled so as to be received at the center of the two-split AF sensor in the Z direction at the time of focusing. A non-contact edge shape measuring device for obtaining two side shape data, and combining the obtained two side shape data to obtain an edge shape;
An AF controller that controls the amount of movement of the objective lens in the X direction so that the laser passes through a position deviated from the optical axis center of the objective lens and the return light of the laser is received at the center of the AF sensor;
A stage controller that relatively scans either the workpiece or the autofocus optical system in the scan direction;
A main controller that determines the shape of the edge by combining the two side surface shape data of the workpiece,
The main controller is
The outputs of the sensor parts of the AF sensor are a and b,
When the entire spot is focused on the side (a = b) in the scanning direction, and the entire spot passes through the edge that is the terminal on each side while maintaining the focused state, The decrease of the AF sensor output (a + b) is 2E,
Define the position at the time of E where the decrease is 1/2 in the side shape data of each detected side as an edge,
Removing the portion beyond the defined edge in the scanning direction from the detected two side surface shape data,
A non-contact edge shape measuring apparatus characterized in that the shape of an edge is obtained by synthesizing side shape data after removal.
JP2014264275A 2014-12-26 2014-12-26 Non-contact edge shape measuring method and apparatus Expired - Fee Related JP6389759B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014264275A JP6389759B2 (en) 2014-12-26 2014-12-26 Non-contact edge shape measuring method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014264275A JP6389759B2 (en) 2014-12-26 2014-12-26 Non-contact edge shape measuring method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016125830A JP2016125830A (en) 2016-07-11
JP6389759B2 true JP6389759B2 (en) 2018-09-12

Family

ID=56357937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014264275A Expired - Fee Related JP6389759B2 (en) 2014-12-26 2014-12-26 Non-contact edge shape measuring method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6389759B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110260787B (en) * 2019-06-26 2020-12-01 王菲 Laser spot size all-angle evaluation and characterization method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11237220A (en) * 1998-02-23 1999-08-31 Nkk Corp Edge detection method for strip on molten zinc plating line
JP3923945B2 (en) * 2004-01-13 2007-06-06 三鷹光器株式会社 Non-contact surface shape measurement method
SG173479A1 (en) * 2009-02-02 2011-09-29 Mitaka Koki Kk Method for noncontact measurement of surface shape and device thereof
WO2012029113A1 (en) * 2010-08-30 2012-03-08 株式会社 東芝 Displacement detecting apparatus
JP5579109B2 (en) * 2011-03-17 2014-08-27 三菱電機株式会社 Edge detection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016125830A (en) 2016-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5385356B2 (en) Laser processing machine
TWI772510B (en) Laser processing apparatus and output confirmation method
JP6363382B2 (en) Film thickness measuring apparatus and method
JP6559773B2 (en) In-line inspection of ophthalmic instruments using automatic alignment system and interferometer
JP5145673B2 (en) Laser processing method and laser processing apparatus
JP3923945B2 (en) Non-contact surface shape measurement method
JP2008268122A (en) Non-contact form measuring apparatus
JP6389759B2 (en) Non-contact edge shape measuring method and apparatus
JP5328406B2 (en) Laser processing method, laser processing apparatus, and solar panel manufacturing method
KR101826127B1 (en) optical apparatus for inspecting pattern image of semiconductor wafer
JP5371514B2 (en) Laser light state inspection method and apparatus, and solar panel manufacturing method
JP2007237200A (en) Laser beam machining system and laser beam machining method
JP6457574B2 (en) Measuring device
JP6592547B2 (en) Laser beam centering method and laser processing apparatus
JP4197340B2 (en) 3D shape measuring device
JP7396851B2 (en) Control device, control system, and program
JP5615660B2 (en) Machine tool with observation point focusing support function
JP5576195B2 (en) Autofocus device
JP2008058133A (en) Measuring device for curvature radius of long tool edge and its method
JP6584053B2 (en) Laser processing apparatus and laser processing method
JP2010188396A (en) Laser beam machining method, laser beam machining device, and method for producing solar panel
JP2010264461A (en) Laser beam machining method, laser beam machining apparatus and method for manufacturing solar panel
KR101688612B1 (en) Laser processing device with focus finding function and laser processing method
JP2012055923A (en) Laser beam machining apparatus and origin correction method for laser beam machining apparatus
JP2019163946A (en) Noncontact surface profile measurement device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170920

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180731

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180807

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180820

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6389759

Country of ref document: JP

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