JP7260414B2 - 表面性状測定装置および表面性状測定方法 - Google Patents
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Description
なお、上向スタイラスと下向スタイラスとの間におけるオフセット量の情報は、特開2012-211891号公報などの従来技術を用いることで取得できる。
このような構成によれば、上述した説明の第1方向と第2方向とを入れ替えた効果を奏することができる。すなわち、上向スタイラスと下向スタイラスとの間に第1方向のオフセット量が存在する場合であっても、被測定物を第2方向に沿って測定する際、上下方向から見たときの被測定物に対する各スタイラスの走査ラインを重ねることができる。このため、被測定物の上下方向および第2方向に沿った断面形状を正確に評価することができる。
このような方法によれば、上述した表面性状測定装置の効果と同様の効果を奏することができる。
図1において、本実施形態の表面性状測定装置1は、被測定物の表面を倣い走査することで被測定物の表面性状を測定するものであり、被測定物がセットされる装置本体10と、装置本体10を制御する制御部50とを備えている。
本実施形態の装置本体10は、従来と略同様の構成を有している。以下、図1および図2を参照して、装置本体10の構成について簡単に説明する。なお、本実施形態では、装置本体10の上下方向をZ軸方向とし、Z軸に直交する一方向をY軸方向とし、Z軸方向およびY軸方向にそれぞれ直交する方向をX軸方向とする。
Y軸駆動機構41、Z軸駆動機構44およびX軸駆動機構47は、それぞれ、送りねじ機構などのアクチュエータと、各軸方向の駆動量を検出するためのセンサとを含んで構成される。
検出器20がステージ12に対してY軸方向またはX軸方向に相対移動するとき、上向スタイラス26Aまたは下向スタイラス26Bは、被測定面のZ軸方向位置に従って変位しながら、当該被測定面をY軸方向またはX軸方向に走査する。この走査中、変位量検出部27がスタイラス26A,26Bの変位量を検出することにより、Y軸方向またはX軸方向に沿った被測定面のZ軸方向位置を示す測定データが得られる。
図3を参照して制御部50について説明する。制御部50は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成されており、メモリ等により構成される記憶部51や、CPU(Central Processing Unit)等により構成された演算部52を備えている。そして、演算部52は、記憶部51に記憶された測定プログラムを読み込み実行することで、移動制御部521、オフセット量算出部522および形状解析部523として機能する。
オフセット量算出部522は、後述するオフセット量Δx,Δy,Δzを算出する。
形状解析部523は、スタイラス26A,26Bによる各測定データに基づいて、被測定物の形状(被測定物の厚みや内径など)を解析する。
記憶部51には、測定プログラム、オフセット量Δx,Δy,Δz、および、測定データなどが記憶される。
操作部53は、例えば、キーボードやジョイスティックなどによって構成され、各種動作指令やデータの入力を指定できるようになっている。
表示部54には、形状解析部523により解析された被測定物の形状データなどが表示される。
図4,図5は、測定アーム24の先端部241付近を拡大して示す図である。図4,図5に示すように、測定アーム24に対するスタイラス26A,26Bの取り付け誤差などが原因となって、スタイラス26A,26Bの各先端部26A1,26B1間には、X軸方向およびY軸方向の各方向におけるずれ(スタイラス26A,26B間のオフセット量Δx,Δy)が生じる場合がある。また、構造上、スタイラス26A,26Bの各先端部26A1,26B1間には、Z軸方向におけるずれ(スタイラス26A,26B間のオフセット量Δz)が存在する。
本実施形態において、上述のオフセット量Δx,Δy,Δzを算出する方法は、例えば特開2012-211891号公報に開示される方法と同様である。以下、簡単に説明する。
同様に、上向スタイラス26Aが、基準球9の下側最大直径部に接触し、基準球9の下側面をX軸方向へ走査する。これにより、基準球9のX軸下側形状測定データが得られる。
また、オフセット量算出部522は、図9に示すように、X軸上側形状測定データから得られる第3中心座標O3と、X軸下側形状測定データから得られる第4中心座標O4とを算出する。そして、上向スタイラス26Aと下向スタイラス26BのY軸方向のオフセット量ΔxおよびZ軸方向のオフセット量Δzとして、第3中心座標O3と第4中心座標O4との間のX軸方向の差およびZ軸方向の差をそれぞれ算出する。
以上のように算出されたオフセット量Δx,Δy,Δzは、記憶部51に記憶される。
本実施形態の表面性状測定装置1は、被測定物をX軸方向に測定する際に、上述で算出されたオフセット量Δyを利用し、被測定物をY軸方向に測定する際に、上述で算出されたオフセット量Δxを利用する。
以下、オフセット量Δyを利用したX軸測定方法の一例について、図10に示すフローチャートを参照して説明する。
なお、以下では、図11,図12に示すように、被測定物の一例である筒体W1の内径を軸方向に沿って測定する場合について説明する。この場合、筒体W1の軸はX軸方向に平行に配置される。
なお、ステップS1では、作業者が筒体W1を目視しながら操作部53を操作することで相対移動機構40を動作させてもよい。あるいは、X軸走査制御部521Bが、筒体W1の設計情報や事前のY軸方向測定データなどを解析することで、相対移動機構40を動作させてもよい。
本実施形態の基準位置P2は、Y軸方向において基準位置P1と同じ位置である。すなわち、基準位置P2は、Y軸方向において、筒体W1の内周面における最も下側の部位に対応する。
なお、ステップS3において検出器20をオフセット量Δyだけ移動させる際、上向スタイラス26Aに対する下向スタイラス26Bのずれを解消する側へ移動させる。
これにより、下向スタイラス26Bが筒体W1の基準位置P2に接触する。
なお、ステップS5では、上側測定データおよび下側測定データに対して、特開2012-211891号公報などに開示される補正を施している。この補正では、スタイラス26A,26B間のオフセット量Δx,Δy,Δzを用いることにより、上側測定データと下側測定データとの間の相互関係を調整する処理を行う。
以上により、筒体W1のX軸方向測定が終了する。
上述したX軸方向測定の説明は、X軸方向およびY軸方向を入れ替ることで、Y軸方向測定に対して同様に適用できる。
以下、Y軸方向測定の一例について、図14に示すフローチャートを参照して説明する。なお、以下では、図15に示すように、被測定物の一例である球体W2の外周面を軸方向に直交する方向(Y軸方向)に沿って測定する場合について説明する。
なお、ステップS6では、作業者が球体W2を目視しながら操作部53を操作することで相対移動機構40を動作させてもよい。あるいは、X軸走査制御部521Bが、球体W2の設計情報や事前のY軸方向測定データなどを解析することで、相対移動機構40を動作させてもよい。
ここで、本実施形態の基準位置P4は、X軸方向において基準位置P3と同じ位置である。すなわち、基準位置P4は、球体W2の表面のうち最も下側の部位を通るY軸方向の線上に位置する。
なお、ステップS8において検出器20をオフセット量Δxだけ移動させる際、下向スタイラス26Bに対する上向スタイラス26Aのずれを解消する側へ移動させる。
これにより、上向スタイラス26Aが球体W2の基準位置P4に接触する。
なお、ステップS10では、上述のステップS5と同様、スタイラス26A,26B間のオフセット量Δx,Δy,Δzを用いた補正処理を行う。
以上により、球体W2のY軸方向測定が終了する。
本実施形態の表面性状測定装置1において、X軸走査制御部521Bは、被測定物をX軸方向に測定する際、スタイラス26A,26Bのいずれか一方が被測定物を走査した後であって、他方が被測定物を走査する前に、スタイラス26A,26B間のY軸方向のオフセット量Δy分、測定アーム24をY軸方向に相対移動させる。
また、表面性状測定装置1において、Y軸走査制御部521Aは、被測定物をY軸方向に測定する際、スタイラス26A,26Bのいずれか一方が被測定物を走査した後であって、他方が被測定物を走査する前に、スタイラス26A,26B間のX軸方向のオフセット量Δx分、測定アーム24をX軸方向に相対移動させる。
なお、上述した例では、球体W2をY軸方向測定する場合を説明しているが、球体W2をX軸方向測定する場合にも同様の効果を得られる。
本発明は前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の変形などは本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態におけるスタイラス26A,26Bの走査順序は任意に入れ替え可能である。
また、本発明の第1方向は、前記実施形態のX軸方向およびY軸方向のいずれに相当してもよい。同様に、本発明の第2方向は、前記実施形態のX軸方向およびY軸方向のいずれに相当してもよい。
また、前記実施形態では、被測定物として筒体W1および球体W2を例示しているが、本発明はこれに限られず、様々な形状の被測定物を測定できる。
例えば、基準球9をX軸方向へ所定ピッチずつずらしながらY軸方向に複数本走査することで得られる三次元データに基づいて、オフセット量Δx,Δy,Δzを一度に算出してもよい。
あるいは、基準球9をY軸方向へ所定ピッチずつずらしながらX軸方向に複数本走査することで得られる三次元データに基づいて、オフセット量Δx,Δy,Δzを一度に算出してもよい。
例えば、まず、上述したいずれかの方法によってオフセット量Δyを算出する。その後、下向スタイラス26Bを基準球9の上側最大直径部に接触させて基準球9をX軸方向に走査させる下向走査ステップと、上向スタイラス26Aを基準球9の下側最大直径部に接触させて基準球9をX軸方向に走査させる上向走査ステップとをそれぞれ行う。ここで、いずれかの走査ステップを行った後、他方の走査ステップを行う前、オフセット量Δy分、検出器20をステージ12に対してY軸方向に相対移動させる位置補正ステップを行う。このような方法により得られるデータに基づけば、より正確なオフセット量Δx,Δzを算出することができる。
同様に、前記実施形態のY軸方向測定では、ステップS8において、検出器20をX軸方向にオフセット量Δxだけ相対移動させているが、これと共に、検出器20をY軸方向にオフセット量Δyだけ相対移動させてもよい。
なお、このような変形例では、検出器20を測定方向(X軸方向またはY軸方向)にオフセット量(ΔxまたはΔy)だけ移動させた分、上側測定データと下側測定データとの間にずれが生じる。このため、測定データを補正する際、当該ずれを解消する補正を行うことが望ましい。
このような変形例によれば、上述した効果に加えて、被測定物における上向走査および下向走査の各走査範囲を走査方向に一致させることができる。これにより、被測定物のZ軸方向の寸法を評価する際、従来技術では利用できなかった走査範囲の境界付近の測定データも利用できるようになり、よりも広い範囲での評価が可能になる。
また、被測定物が球体である場合、上向走査および下向走査の各走査範囲を走査方向に一致させることができると、上向走査と下向走査との間で球面に対するスタイラス26A,26Bの接触角度の範囲を一致させることができる。これにより、測定データの信頼性を向上させることができる。
Claims (3)
- 被測定物が載置されるステージと、
先端部が前記被測定物に接触して上下方向に変位可能である測定アームと、
前記先端部から上側に突出するように設けられた上向スタイラスと、
前記先端部から下側に突出するように設けられた下向スタイラスと、
前記上下方向ならびに当該上下方向に直交かつ互いに直交する第1方向および第2方向の各方向に沿って、前記測定アームと前記ステージとを相対移動可能である相対移動機構と、
前記上向スタイラスまたは前記下向スタイラスが前記被測定物を前記第1方向に沿って走査するように前記相対移動機構を制御する第1走査制御部と、を備え、
前記第1走査制御部は、前記上向スタイラスおよび前記下向スタイラスのいずれか一方が前記被測定物を走査した後であって、他方が前記被測定物を走査する前に、前記上向スタイラスと前記下向スタイラスとの間の前記第2方向のオフセット量の分、前記測定アームを前記第2方向に相対移動させることを特徴とする表面性状測定装置。 - 請求項1に記載の表面性状測定装置であって、
前記上向スタイラスまたは前記下向スタイラスが前記被測定物を前記第2方向に沿って走査するように前記相対移動機構を制御する第2走査制御部をさらに備え、
前記第2走査制御部は、前記上向スタイラスおよび前記下向スタイラスのいずれか一方が前記被測定物を走査した後であって、他方が前記被測定物を走査する前に、前記上向スタイラスと前記下向スタイラスとの間の前記第1方向のオフセット量の分、前記測定アームを前記第1方向に相対移動させることを特徴とする表面性状測定装置。 - 被測定物が載置されるステージと、
先端部が前記被測定物に接触して上下方向に変位可能である測定アームと、
前記先端部から上側に突出するように設けられた上向スタイラスと、
前記先端部から下側に突出するように設けられた下向スタイラスと、
前記上下方向ならびに当該上下方向に直交かつ互いに直交する第1方向および第2方向の各方向に沿って、前記測定アームを前記ステージに対して相対移動可能である相対移動機構と、を備える表面性状測定装置において、
前記上向スタイラスが前記被測定物を前記第1方向に沿って走査するように、前記測定アームを前記第1方向に相対移動させる上向走査ステップと、
前記下向スタイラスが前記被測定物を前記第1方向に沿って走査するように、前記測定アームを前記第1方向に相対移動させる下向走査ステップと、
前記上向走査ステップと前記下向走査ステップとの間において、前記上向スタイラスと前記下向スタイラスとの間の前記第2方向のオフセット量の分、前記測定アームを前記第2方向に相対移動させる位置補正ステップと、を実行することを特徴とする表面性状測定方法。
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