JPH1019504A - Three-dimensional shape measuring device - Google Patents
Three-dimensional shape measuring deviceInfo
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- JPH1019504A JPH1019504A JP17227696A JP17227696A JPH1019504A JP H1019504 A JPH1019504 A JP H1019504A JP 17227696 A JP17227696 A JP 17227696A JP 17227696 A JP17227696 A JP 17227696A JP H1019504 A JPH1019504 A JP H1019504A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は例えばレンズや鏡な
どの曲面形状を、精密に、例えば1マイクロメートル以
下の誤差で測定するための3次元形状測定装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus for accurately measuring a curved surface shape of a lens or a mirror, for example, with an error of 1 micrometer or less.
【0002】[0002]
【従来の技術】接触式の3次元形状測定装置は、従来、
例えば文献SPIE,Vol733(1986),pa
ge149〜155に記載されているように構成されて
いる。その構造を、図20に示す。図20において、3
次元形状測定装置は、除振台108と、除振台108上
に載置されたベッド107と、ベッド107上にXY方
向に移動可能に配置されたXYスライド104と、XY
スライド104上に固定されたコラム103と、コラム
103にZ方向に移動可能に配置されたZスライド10
2と、Zスライド102に固定されたアーム114と、
アーム114の先端に支持され、プローブ(触針)が横
方向(X軸方向)を向いたプローブヘッド112と、ベ
ッド107上に固定されたベース定盤110と、ベース
定盤110上に配置された3つの基準鏡とから概略構成
されている。XYスライド104は、ベッド107上に
配置されたキャプスタンドライブ105,106により
XY方向に駆動される。Zスライド102は、テープド
ライブ101によりコラム103に沿ってZ方向に駆動
される。ベース定盤110上の3つの基準鏡のうち2枚
は垂直に立てて配置されるとともに、残りの1枚は、ベ
ース定盤110上に上を鏡面にして固定されており、プ
ローブヘッド112に設けられた5軸の光干渉計によ
り、3枚の基準鏡とプローブヘッド上の5ヶ所の位置と
の距離を測定することにより、プローブヘッド112の
位置を算出する。2. Description of the Related Art A contact type three-dimensional shape measuring apparatus has conventionally been
For example, literature SPIE, Vol 733 (1986), pa
Ge149 to 155. FIG. 20 shows the structure. In FIG. 20, 3
The three-dimensional shape measuring apparatus includes a vibration isolation table 108, a bed 107 placed on the vibration isolation table 108, an XY slide 104 movably arranged on the bed 107 in the XY directions, and an XY
A column 103 fixed on a slide 104, and a Z slide 10 arranged on the column 103 so as to be movable in the Z direction.
2, an arm 114 fixed to the Z slide 102,
A probe head 112 supported by the tip of an arm 114 and having a probe (a stylus) oriented in the lateral direction (X-axis direction), a base platen 110 fixed on a bed 107, and arranged on the base platen 110 And three reference mirrors. The XY slide 104 is driven in XY directions by capstan drives 105 and 106 arranged on a bed 107. The Z slide 102 is driven by the tape drive 101 along the column 103 in the Z direction. Two of the three reference mirrors on the base platen 110 are arranged upright, and the other one is fixed on the base platen 110 with the mirror surface facing upward. The position of the probe head 112 is calculated by measuring the distance between the three reference mirrors and the five positions on the probe head by the provided five-axis optical interferometer.
【0003】このように構成される3次元形状測定装置
においては、被測定物をベース定盤110上に固定し、
その表面にプローブヘッド112を押し当て、その座標
を5軸の干渉計で測定することにより、プローブヘッド
112の移動にともなう位置及び姿勢の誤差に影響され
ない、言い換えればアッベ誤差に影響されないプローブ
位置の測定を行うことができる。In the three-dimensional shape measuring apparatus configured as described above, an object to be measured is fixed on a base platen 110,
By pressing the probe head 112 against the surface and measuring the coordinates with a 5-axis interferometer, the probe position is not affected by the position and attitude errors accompanying the movement of the probe head 112, in other words, the probe position is not affected by the Abbe error. A measurement can be made.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例では、以下に挙げる要因により、ベース定盤11
0やベッド107が変形し、それに支えられている3つ
の基準鏡113の相対位置が変化する。そして、その基
準鏡を位置の基準として測定するプローブの座標位置も
変化し、結局その位置の変化が測定誤差になるという問
題点があった。 (1)被測定物の自重によりベース110やベッド10
7が変形する。However, in the above-mentioned conventional example, the base platen 11 is not fixed due to the following factors.
0 and the bed 107 are deformed, and the relative positions of the three reference mirrors 113 supported thereby change. In addition, there is a problem that the coordinate position of the probe that measures the reference mirror as a position reference also changes, and the change in the position eventually results in a measurement error. (1) The base 110 or the bed 10 depends on the weight of the object to be measured.
7 is deformed.
【0005】この変形により3つの基準鏡113の相対
位置が変化する。さらに、この相対位置のズレは被測定
物の重量によって変化するため、被測定物によって異な
る測定誤差を与える。 (2)XYスライド104あるいはZスライド102の
移動に伴ってベース定盤110やベッド107の変形状
態が変化する。[0005] Due to this deformation, the relative positions of the three reference mirrors 113 change. Further, since the deviation of the relative position changes depending on the weight of the measured object, a different measurement error is given depending on the measured object. (2) The deformation state of the base platen 110 or the bed 107 changes with the movement of the XY slide 104 or the Z slide 102.
【0006】この変形により3つの基準鏡113の相対
位置が変化する。この相対位置はXYスライド104及
びZスライド102の位置によって変化するため、被測
定物の形状によって異なる測定誤差を与える。 (3)基準鏡の自重により基準鏡自身が変形する。Due to this deformation, the relative positions of the three reference mirrors 113 change. Since the relative position changes depending on the positions of the XY slide 104 and the Z slide 102, different measurement errors are given depending on the shape of the measured object. (3) The reference mirror itself is deformed by its own weight.
【0007】この変形による測定誤差は、スライドの位
置や被測定物の重量によらず一定なので、変形を予め求
めて記憶しておくことにより補正することができる。例
えばZ方向の補正量はX方向及びY方向の位置で変化す
るため、補正量δZ=f(x,y)の関数を適当な分割
点において測定して求め、補間する。しかし、この方法
はf(x,y)を測定するときに、誤差が入りやすい。
例えば、干渉計を用いて校正する場合、被測定物の取り
付け条件が自由ではなく、被測定物が実際の測定とは異
なった条件で取り付けられた状態で補正量を測定せざる
を得ない。従って、取り付け条件の違いによる測定誤差
が生じる。それに加えて補間するときの誤差も上乗せさ
れる。 (4)環境温度の変化によりベース定盤110やベッド
107が変形する。Since the measurement error due to this deformation is constant regardless of the position of the slide and the weight of the object to be measured, it can be corrected by previously obtaining and storing the deformation. For example, since the correction amount in the Z direction changes at the positions in the X direction and the Y direction, a function of the correction amount δZ = f (x, y) is measured and obtained at an appropriate division point and interpolated. However, this method is prone to errors when measuring f (x, y).
For example, when calibrating using an interferometer, the conditions for mounting the object to be measured are not free, and the correction amount must be measured in a state where the object to be measured is mounted under conditions different from the actual measurement. Therefore, a measurement error occurs due to a difference in mounting conditions. In addition, an error at the time of interpolation is added. (4) The base platen 110 and the bed 107 are deformed due to a change in environmental temperature.
【0008】この変形により3つの基準鏡113の相対
位置が変化する。さらに、この相対位置のズレは環境温
度に応じて変化するため、測定日時で変化する再現性の
ない測定誤差を与える。[0008] Due to this deformation, the relative positions of the three reference mirrors 113 change. Further, since the deviation of the relative position changes in accordance with the environmental temperature, a measurement error that changes with the measurement date and time and has no reproducibility is given.
【0009】また、上記のような各部材の変形による測
定誤差の発生以外にも以下のような問題点がある。 (5)Z軸がプローブの変位の方向を向いていないた
め、プローブの被測定物表面への追従性が悪い。[0009] In addition to the occurrence of measurement errors due to the deformation of each member as described above, there are the following problems. (5) Since the Z-axis is not oriented in the direction of displacement of the probe, the ability of the probe to follow the surface of the workpiece is poor.
【0010】プローブの接触状態を保ちながら、連続的
に被測定物の表面をなぞる(走査する)場合、プローブ
は、被測定物の表面形状に応じて速やかに移動する必要
があり、特に被測定物への押し付け力の働く軸方向(図
20ではX軸方向)には特に敏速な移動が要求される。
しかし、上記の従来例ではX方向の移動を行うXYスラ
イド104は、コラム103、Zスライド102、測定
アーム114等の構造物を上に載せているため、体積も
重量も大きくなり、それにともなって固有振動数(共振
点)が低く、高速な位置制御が難しい。そのため、プロ
ーブを走査する速度を遅くしなければならず、測定に時
間がかかる。When continuously tracing (scanning) the surface of the object to be measured while maintaining the contact state of the probe, the probe needs to move quickly according to the surface shape of the object to be measured. Particularly quick movement is required in the axial direction (the X-axis direction in FIG. 20) in which the pressing force against the object acts.
However, in the above-described conventional example, the XY slide 104 that moves in the X direction has the structure such as the column 103, the Z slide 102, and the measurement arm 114 placed thereon, so that the volume and the weight increase, and accordingly, The natural frequency (resonance point) is low and high-speed position control is difficult. Therefore, the speed at which the probe is scanned must be reduced, and the measurement takes time.
【0011】また、Zスライド102がテープという剛
性の低い部材を介して駆動されるためZ軸方向の応答性
も悪い。このことは、やはりプローブの走査速度を遅く
する要因となり、測定時間が長くなる原因となる。測定
に時間がかかると、測定中の温度変化によって被測定物
や装置の構成部材の形状が変化し、測定精度が悪化す
る。逆に、プローブの走査速度を速くすると、プローブ
の被測定物表面への追従性が悪くなり、プローブの位置
をもって被測定物表面の形状とする装置では、測定精度
の悪化を招く。 (6)プローブの被測定物への押し付け力が変化する。Further, since the Z slide 102 is driven through a member having low rigidity such as a tape, the response in the Z axis direction is poor. This also causes a reduction in the scanning speed of the probe, which in turn causes a longer measurement time. If the measurement takes a long time, the shape of the object to be measured and the components of the device change due to the temperature change during the measurement, and the measurement accuracy deteriorates. Conversely, if the scanning speed of the probe is increased, the ability of the probe to follow the surface of the workpiece is deteriorated, and in an apparatus in which the position of the probe is used as the shape of the surface of the workpiece, measurement accuracy is deteriorated. (6) The pressing force of the probe against the object to be measured changes.
【0012】上記の(5)で述べた様に、プローブのX
軸方向の応答性が悪いため、バネを用いた接触式プロー
ブの場合、押し付け力が変化する。押し付け力が変化す
ると、その変化にともなって被測定物の形状やプローブ
自身の形状も変化するため、測定精度が悪化する。 (7)Z方向の基準鏡の鏡面が上を向いているため、埃
等が付着しやすい。As described in (5) above, the probe X
Since the response in the axial direction is poor, in the case of a contact probe using a spring, the pressing force changes. When the pressing force changes, the shape of the object to be measured and the shape of the probe itself also change with the change, so that the measurement accuracy deteriorates. (7) Since the mirror surface of the reference mirror in the Z direction faces upward, dust and the like are likely to adhere.
【0013】基準鏡が上を向いていると、微小な塵がそ
の上に積もりやすく、基準鏡の品質を急速に劣化させて
しまう。従って、基準鏡を位置測定の基準としている装
置では測定精度が悪化する。また、物品の落下等により
鏡面が傷つけられる虞がある。When the reference mirror faces upward, minute dust tends to accumulate on the reference mirror, and the quality of the reference mirror rapidly deteriorates. Therefore, in a device using the reference mirror as a reference for position measurement, the measurement accuracy deteriorates. In addition, there is a possibility that the mirror surface may be damaged due to dropping of the article or the like.
【0014】また、従来の触針式の形状測定装置とし
て、図21に示すようなものも知られている。FIG. 21 shows another conventional stylus-type shape measuring device.
【0015】図21に示す装置は、前述した装置とは異
なり、触針子のZ軸方向の位置を測定することにより被
測定物表面のZ方向の高さを測定するものである。図2
1において、触針子203を支持するホルダー205
は、直動ガイド209,210によってZ軸方向のみに
移動可能に支持されている。真球202が先端部に取り
付けられた触針子203は、平行板バネ204a〜20
4dを介してホルダー205に対してZ方向にのみ移動
可能に支持されている。リニアモータ208,210は
ホルダー205にZ軸方向の推力を与える様に配置され
ている。シリンダ501とブレーキパッド503から構
成されるブレーキ機構は、ブレーキパッド503をシリ
ンダ501の発生する力でホルダー205に押し付ける
ことにより、ホルダー205のZ軸方向の移動を停止さ
せる。The apparatus shown in FIG. 21 differs from the above-described apparatus in that the height of the surface of the object to be measured in the Z direction is measured by measuring the position of the stylus in the Z axis direction. FIG.
1, a holder 205 supporting the stylus 203
Are supported by the linear motion guides 209 and 210 so as to be movable only in the Z-axis direction. The stylus 203 having the true sphere 202 attached to the distal end has parallel leaf springs 204a to 204a.
It is supported by the holder 205 via 4d so as to be movable only in the Z direction. The linear motors 208 and 210 are arranged to apply a thrust to the holder 205 in the Z-axis direction. The brake mechanism including the cylinder 501 and the brake pad 503 stops the movement of the holder 205 in the Z-axis direction by pressing the brake pad 503 against the holder 205 with the force generated by the cylinder 501.
【0016】非接触変位計206はホルダー205と触
針子203との相対位置を測定することにより平行板バ
ネ204a〜204dの変位量を検出する検出機構であ
る。圧力制御演算部217は、既知の平行板バネ204
a〜204dのバネ係数と変位量とから被測定物201
に対する触針子203の押し付け圧力(接触圧)を計算
する。そして、この値が設定値となる様にリニアモータ
208,211を駆動してホルダー205をZ軸上で上
下動させ、平行板バネ204a〜204dの変形量を制
御する。触針子203の先端を被測定物201に接触さ
せた状態で平行板バネ204a〜204dの変形量を制
御することにより、触針子203の被測定物201に対
する接触圧の制御を行う。The non-contact displacement meter 206 is a detection mechanism for detecting the displacement of the parallel leaf springs 204a to 204d by measuring the relative position between the holder 205 and the stylus 203. The pressure control calculation unit 217 includes the known parallel leaf spring 204.
a to-be-measured object 201 from the spring coefficients and
The pressing pressure (contact pressure) of the stylus 203 with respect to is calculated. Then, the linear motors 208 and 211 are driven so that this value becomes a set value, and the holder 205 is moved up and down on the Z axis to control the amount of deformation of the parallel leaf springs 204a to 204d. By controlling the amount of deformation of the parallel leaf springs 204a to 204d while the tip of the stylus 203 is in contact with the object 201, the contact pressure of the stylus 203 with the object 201 is controlled.
【0017】このような計測部をZ軸に有する図21に
示すような形状測定装置において、被測定物201の表
面形状を高速に測定するには、被測定物201の表面上
の異なる点に触針子203を速く移動させることが必要
である。この場合、触針子203を被測定物201から
一旦離し、移動後の測定点で再び接触させようとする
と、再接触させるときに触針子203をショック無く被
測定物201に接触させるには、その制御に時間がかか
り、高速な測定を行うには不向きである。そのため、通
常は、触針子203を被測定物201に一定圧力で接触
させた状態で、触針子203と被測定物201をXY方
向に相対的に移動させ、測定を行う。In a shape measuring apparatus having such a measuring section on the Z axis as shown in FIG. 21, in order to measure the surface shape of the object 201 at high speed, different points on the surface of the object 201 need to be measured. It is necessary to move the stylus 203 quickly. In this case, if the stylus 203 is once separated from the DUT 201 and is to be brought into contact again at the measurement point after the movement, it is necessary to bring the stylus 203 into contact with the DUT 201 without shock when re-contacting. However, the control takes time and is not suitable for performing high-speed measurement. Therefore, usually, the stylus 203 and the object 201 are relatively moved in the XY directions while the stylus 203 is in contact with the object 201 at a constant pressure, and the measurement is performed.
【0018】このように、触針子203を被測定物20
1に接触させた状態で形状測定を行う場合、触針子20
3が被測定物201の範囲からはみ出して落下すること
がある。触針子203が被測定物201からはみ出して
落下すると、触針子203あるいはその移動機構を破損
する場合があり問題である。この落下を防ぐためには、
予め被測定物201のXY方向の測定範囲を制御装置に
入力しておけばよいのであるが、この入力を忘れた場合
や、何等かの理由で被測定物201の測定装置への設置
位置がずれた場合などには対応できないという問題点が
残されている。As described above, the stylus 203 is moved to the object 20 to be measured.
When performing shape measurement in a state where the probe is in contact with
3 may fall out of the range of the DUT 201 and fall. If the stylus 203 protrudes from the measured object 201 and falls, the stylus 203 or its moving mechanism may be damaged, which is a problem. To prevent this drop,
The measurement range in the X and Y directions of the DUT 201 may be input in advance to the control device. However, if this input is forgotten or the installation position of the DUT 201 on the measurement device is changed for some reason. There is a problem that it is not possible to cope with a deviation.
【0019】また、上記の装置では、被測定物201の
Z方向の高さがXY方向の位置により大きく変動するよ
うな場合、被測定物201の表面形状を高速で測定しよ
うとすれば、前述した平行板バネ204a〜204dの
変位量の制御は高い応答性が要求される。Further, in the above-described apparatus, when the height of the object 201 in the Z direction fluctuates greatly depending on the position in the XY directions, if the surface shape of the object 201 is to be measured at a high speed, The control of the displacement of the parallel leaf springs 204a to 204d requires high responsiveness.
【0020】ところが、被測定物201に対する接触圧
を小さい状態で制御し、なお且つ高速で走査した場合、
被測定物201の表面が粗いときには、触針子203が
被測定物201の表面から跳ね上がる場合がある。特に
被測定物201上にゴミが付着し、触針子203と被測
定物201との間に入り込んだ場合には、触針子203
がジャンプし、触針子203の動きと被測定物201の
形状との関連性が失われることにより、圧力制御によっ
て制御されていたホルダー205が暴走するなどの制御
の破綻が発生する可能性がある。However, when the contact pressure on the object to be measured 201 is controlled in a small state and scanning is performed at a high speed,
When the surface of the DUT 201 is rough, the stylus 203 may jump from the surface of the DUT 201. In particular, when dust adheres to the DUT 201 and enters between the stylus 203 and the DUT 201,
Jumps, and the relationship between the movement of the stylus 203 and the shape of the DUT 201 is lost, which may cause a failure in control such as a runaway of the holder 205 controlled by the pressure control. is there.
【0021】通常は、触針子203が被測定物201か
ら離れること等によってホルダー205が暴走した場合
などには、圧力制御を中断する。しかし、接触圧の制御
を中断しただけでは、制御を中断した時点の速度でZ軸
ホルダー205が移動し続ける。このときの移動方向が
接触圧を大きくする方向である場合には、ホルダー20
5が触針子203を被測定物201に過大な力で押し付
け、被測定物に傷を付けたり、平行板バネ204a〜2
04dが塑性変形したりするなどの事故が発生する。こ
のような事故を防ぐために、従来では制御の中断ととも
にブレーキによりその位置でホルダー205を停止させ
る方法を採っていた。Normally, when the holder 205 runs away due to the stylus 203 moving away from the object 201, the pressure control is interrupted. However, if the control of the contact pressure is simply interrupted, the Z-axis holder 205 continues to move at the speed at which the control was interrupted. If the moving direction at this time is a direction in which the contact pressure is increased, the holder 20
5 presses the stylus 203 against the measured object 201 with an excessive force to scratch the measured object,
An accident such as plastic deformation of 04d occurs. Conventionally, in order to prevent such an accident, a method has been adopted in which the holder 205 is stopped at that position by a brake when control is interrupted.
【0022】しかしながら、このように制御の停止とと
もに機械的なブレーキでホルダー205を停止させる方
法には以下のような問題点があった。 (1)機械的にホルダー205を停止させるためにブレ
ーキ機構を設ける必要があるが、移動しているホルダー
をその場で停止できるほど強力な力を発生できるブレー
キ機構は大型化するため、このブレーキ機構のためのス
ペースが必要となるとともに、重量も大きくなるため、
Z軸の小型化及び軽量化が難しくなる。 (2)強力な力を発生させるために、ブレーキ機構に
は、電磁弁と空気圧シリンダを組み合わせたものを使用
する場合が多いが、このような機構は応答が遅く、ホル
ダーが完全に停止する前に触針子が被測定物に衝突した
り、圧力の増大によって破損が発生したりする虞があ
る。 (3)Z軸の圧力制御がエラーを発生した場合は、X軸
及びY軸も同時に停止する必要があるが、X軸及びY軸
が高速で移動している場合には、これらの停止までに時
間がかかる。そのため、触針子が被測定物の低い部分
(谷の部分)に位置しているときにエラーが発生した場
合には、Z軸のみが即座に停止してもXY軸の動きによ
り触針子が被測定物の山の部分に押し上げられ、やはり
破損が発生する虞がある。However, the method for stopping the holder 205 with a mechanical brake together with the stop of the control has the following problems. (1) It is necessary to provide a brake mechanism for mechanically stopping the holder 205. However, since a brake mechanism capable of generating a force strong enough to stop the moving holder on the spot becomes large, this brake is used. Because it requires space for the mechanism and increases the weight,
It is difficult to reduce the size and weight of the Z axis. (2) In order to generate a strong force, a combination of a solenoid valve and a pneumatic cylinder is often used as a brake mechanism. However, such a mechanism has a slow response, and the mechanism before the holder completely stops. In such a case, the stylus may collide with the object to be measured, or may be damaged due to an increase in pressure. (3) When an error occurs in the Z-axis pressure control, the X-axis and the Y-axis also need to be stopped at the same time. However, when the X-axis and the Y-axis are moving at high speed, until these stops. It takes time. Therefore, if an error occurs while the stylus is located in a low part (valley) of the object to be measured, the stylus is moved by the XY axes even if only the Z axis is stopped immediately. Is pushed up by the peak of the object to be measured, and there is a possibility that damage may occur.
【0023】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その第1の目的は、測定装置の各構
成部材の重量、位置変化及び温度変化などによる変形が
測定精度に影響を与えにくいようにした3次元形状測定
装置を提供することである。Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and a first object of the present invention is to provide a measuring apparatus in which the deformation due to the weight, position change, temperature change, etc. of the constituent members affects the measurement accuracy. An object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring device which is hard to give.
【0024】また、本発明の第2の目的は、ステージ
(触針子)の追従性を向上させ、より精度の高い測定を
行うことができる3次元形状測定装置を提供することで
ある。A second object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus capable of improving the followability of a stage (a stylus) and performing more accurate measurement.
【0025】また、本発明の第3の目的は、ステージの
位置の非線形な測定誤差を排除し、より精度の高い測定
を行うことができる3次元形状測定装置を提供すること
である。A third object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus capable of eliminating a non-linear measurement error of the position of the stage and performing a more accurate measurement.
【0026】また、本発明の第4の目的は、基準鏡の寿
命が短くなることを防止できる3次元形状測定装置を提
供することである。A fourth object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus which can prevent the life of the reference mirror from being shortened.
【0027】また、本発明の第5の目的は、触針子が被
測定物の範囲からはみ出して落下してしまうことを防止
できる3次元形状測定装置を提供することである。A fifth object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus capable of preventing a stylus from falling out of a range of an object to be measured.
【0028】また、本発明の第6の目的は、触針子を移
動させるステージが暴走することを防止できる3次元形
状測定装置を提供することである。A sixth object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus which can prevent runaway of a stage for moving a stylus.
【0029】[0029]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し目
的を達成するために、本発明に係わる3次元形状測定装
置は、測定台に固定された被測定物の表面に触針を接触
させ、該触針を前記被測定物の表面に沿って移動させな
がら、前記触針の位置を計測することにより、前記被測
定物の表面形状を測定するための3次元形状測定装置に
おいて、前記測定台を支持するためのベースと、該ベー
スと前記測定台の間に配置され、前記ベースの変形を前
記測定台に伝達しにくい状態で前記測定台を支持する支
持手段と、前記ベース上に配置され、前記触針を3次元
的に移動させるためのステージと、前記ステージの3次
元的な位置を測定する測定手段とを具備することを特徴
としている。In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the object, a three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention provides a three-dimensional shape measuring device in which a stylus is brought into contact with a surface of an object fixed to a measuring table. A three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the surface shape of the object to be measured by measuring the position of the stylus while moving the stylus along the surface of the object to be measured; A base for supporting a table, supporting means disposed between the base and the measurement table, for supporting the measurement table in a state where deformation of the base is difficult to be transmitted to the measurement table, and disposed on the base. And a stage for moving the stylus three-dimensionally, and a measuring means for measuring a three-dimensional position of the stage.
【0030】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記支持手段は、前記ベース上の第1の位
置において前記ベースに対して前記測定台を互いに直交
するXYZの3方向に移動不能に固定する第1の支持機
構と、前記第1の位置からY方向に所定距離だけ離間し
た前記ベース上の第2の位置において前記ベースに対し
て前記測定台をY方向のみに移動可能に支持する第2の
支持機構と、前記第1の位置からXY方向に夫々所定距
離だけ離間した前記ベース上の第3の位置において、前
記ベースに対して前記測定台をX方向及びY方向に移動
可能に支持する第3の支持機構とを具備することを特徴
としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the support means can not move the measuring table with respect to the base in the XYZ three directions orthogonal to each other at the first position on the base. A first support mechanism to be fixed; and a second position on the base separated by a predetermined distance in the Y direction from the first position to support the measurement table with respect to the base so as to be movable only in the Y direction. A second support mechanism and, at a third position on the base separated by a predetermined distance from the first position in the X and Y directions, respectively, the measurement table can be moved in the X and Y directions with respect to the base. And a third support mechanism for supporting.
【0031】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記第1の支持機構は、前記ベースと前記
測定台の夫々に設けられた略円錐状の凹部と、該略円錐
状の凹部に挿入される第1の球体とから構成され、前記
第2の支持機構は、前記ベースと前記測定台の夫々に設
けられY方向に延出する略三角柱状の凹部と、該略三角
柱状の凹部に挿入される第2の球体とから構成され、前
記第3の支持機構は、前記ベースの上面と前記測定台の
下面との間に挿入される第3の球体から構成されること
を特徴としている。In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the first support mechanism includes a substantially conical recess provided on each of the base and the measuring table, and A first spherical body to be inserted, wherein the second support mechanism is provided on each of the base and the measuring table, and has a substantially triangular prism-shaped recess extending in the Y direction; and the substantially triangular prism-shaped recess. And a third sphere inserted between the upper surface of the base and the lower surface of the measuring table. I have.
【0032】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記ベースと前記測定台とを熱膨張係数の
小さい材料から形成したことを特徴としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the base and the measuring table are formed of a material having a small coefficient of thermal expansion.
【0033】また、本発明に係わる3次元形状測定装置
は、測定台に固定された被測定物の表面に触針を接触さ
せ、該触針を前記被測定物の表面に沿って移動させなが
ら、前記触針の位置を計測することにより、前記被測定
物の表面形状を測定するための3次元形状測定装置にお
いて、前記触針を3次元的に移動させるためのステージ
と、前記測定台上に配置され、前記ステージの3次元的
な位置を測定する光学系の一部を構成するミラーを支持
するためのフレームと、前記測定台と前記フレームの間
に配置され、前記測定台の変形を前記フレームに伝達し
にくい状態で前記フレームを支持する第1の支持手段と
を具備することを特徴としている。In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, a stylus is brought into contact with a surface of an object to be measured fixed to a measuring table, and the stylus is moved along the surface of the object to be measured. A three-dimensional shape measuring device for measuring the surface shape of the object to be measured by measuring the position of the stylus; and a stage for three-dimensionally moving the stylus; And a frame for supporting a mirror that constitutes a part of an optical system for measuring a three-dimensional position of the stage, and a frame disposed between the measurement table and the frame, the deformation of the measurement table. A first supporting means for supporting the frame in a state where it is difficult to transmit the frame to the frame.
【0034】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記第1の支持手段は、前記測定台上の第
1の位置において前記測定台に対して前記フレームを互
いに直交するXYZの3方向に移動不能に固定する第1
の支持機構と、前記第1の位置からY方向に所定距離だ
け離間した前記測定台上の第2の位置において前記測定
台に対して前記フレームをY方向のみに移動可能に支持
する第2の支持機構と、前記第1の位置からXY方向に
夫々所定距離だけ離間した前記測定台上の第3の位置に
おいて、前記測定台に対して前記フレームをX方向及び
Y方向に移動可能に支持する第3の支持機構とを具備す
ることを特徴としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the first support means may move the frame in three directions of XYZ orthogonal to each other with respect to the measuring table at a first position on the measuring table. First to immovably fix
And a second mechanism for supporting the frame movably only in the Y direction with respect to the measurement table at a second position on the measurement table separated by a predetermined distance in the Y direction from the first position. A support mechanism and a third position on the measurement table separated by a predetermined distance from the first position in the X and Y directions, respectively, to support the frame movably in the X and Y directions with respect to the measurement table. And a third support mechanism.
【0035】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記第1の支持機構は、前記測定台と前記
フレームとをXYZ方向に強固に固定する第1の支柱か
ら構成され、前記第2の支持機構は、X方向に延出する
細長い断面を有し前記測定台と前記フレームとを連結す
るY方向に変形しやすい第2の支柱から構成され、前記
第3の支持機構は、細い断面を有し前記測定台と前記フ
レームとを連結するXY方向に変形しやすい第3の支柱
から構成されることを特徴としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the first support mechanism is constituted by a first column for firmly fixing the measuring table and the frame in XYZ directions, and Is constituted by a second column which has an elongated cross section extending in the X direction and is easily deformable in the Y direction connecting the measuring table and the frame, and the third support mechanism has a narrow cross section. And a third column that connects the measuring table and the frame and that is easily deformed in the XY directions.
【0036】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記第1の支持機構は、前記測定台と前記
フレームの夫々に設けられた略円錐状の凹部と、該略円
錐状の凹部に挿入される第1の球体とから構成され、前
記第2の支持機構は、前記測定台と前記フレームの夫々
に設けられY方向に延出する略三角柱状の凹部と、該略
三角柱状の凹部に挿入される第2の球体とから構成さ
れ、前記第3の支持機構は、前記測定台の上面と前記フ
レームの下面との間に挿入される第3の球体から構成さ
れることを特徴としている。In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the first support mechanism includes a substantially conical recess provided on each of the measuring table and the frame, and A first spherical body to be inserted, wherein the second support mechanism comprises a substantially triangular prism-shaped recess provided in each of the measuring table and the frame and extending in the Y direction; and the substantially triangular prism-shaped recess. And a third sphere inserted between the upper surface of the measuring table and the lower surface of the frame. I have.
【0037】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記測定台と前記フレームとを熱膨張係数
の小さい材料から形成したことを特徴としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the measuring table and the frame are formed of a material having a small coefficient of thermal expansion.
【0038】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記フレームは、前記ミラーをその自重に
よる変形を修正した状態で保持する第2の支持手段を有
することを特徴としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the frame is provided with a second supporting means for holding the mirror in a state where the deformation due to its own weight is corrected.
【0039】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記第2の支持手段は、前記フレームの3
ヶ所に配置され前記ミラーに当接する3つの当接部材
と、前記フレームの少なくとも3ヶ所に配置され前記ミ
ラーを前記当接部材に当接する様に引き寄せるための引
っ張りバネとを備えることを特徴としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the second supporting means may be a three-dimensional shape measuring device.
The frame is provided with three abutting members arranged at three locations and abutting on the mirror, and tension springs arranged at at least three locations on the frame to draw the mirror so as to abut against the abutting member. .
【0040】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記3つの当接部材は前記フレームに対し
て突出量を調整可能に取り付けられていることを特徴と
している。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the three contact members are attached to the frame so as to adjust the amount of protrusion.
【0041】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記3つの当接部材は、第1の当接部材
と、該第1の当接部材から前記ミラーの長手方向に離れ
て配置され、前記ミラーの長手方向に略直交する方向に
並ぶ第2及び第3の当接部材とから構成され、前記第1
の当接部材と前記第2及び第3の当接部材との前記ミラ
ーの長手方向に沿う位置は、前記ミラーの梁としての変
形量が最も少なくなるベッセル位置であることを特徴と
している。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the three contact members are disposed so as to be spaced apart from the first contact member in the longitudinal direction of the mirror from the first contact member. , Second and third contact members arranged in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the mirror,
The position along the longitudinal direction of the mirror between the contact member and the second and third contact members is a Vessel position where the amount of deformation of the mirror as a beam is minimized.
【0042】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記フレームと前記ミラーとを熱膨張係数
の小さい材料から形成したことを特徴としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the frame and the mirror are formed of a material having a small coefficient of thermal expansion.
【0043】また、本発明に係わる3次元形状測定装置
は、測定台に固定された被測定物の表面に触針を接触さ
せ、該触針を前記被測定物の表面に沿って移動させなが
ら、前記触針の位置を計測することにより、前記被測定
物の表面形状を測定するための3次元形状測定装置にお
いて、前記触針が支持された移動部材を互いに直交する
XYZ方向に3次元的に移動させる移動手段と、Z軸に
直交するように設けられたZ軸方向基準面から前記移動
部材上のZ軸方向基準点までのZ軸方向距離Z1を測定
する第1の測定手段と、X軸に直交するように設けられ
たX軸方向基準面から前記移動部材上の第1のX軸方向
基準点までのX軸方向距離X1を測定する第2の測定手
段と、前記X軸方向基準面から、前記第1のX軸方向基
準点とは所定距離だけZ軸方向に沿って離間した前記移
動部材上の第2のX軸方向基準点までのX軸方向距離X
2を測定する第3の測定手段と、Y軸に直交するように
設けられたY軸方向基準面から前記移動部材上の第1の
Y軸方向基準点までのY軸方向距離Y1を測定する第4
の測定手段と、前記Y軸方向基準面から、前記第1のY
軸方向基準点とは前記所定距離だけZ軸方向に沿って離
間した前記移動部材上の第2のY軸方向基準点までのY
軸方向距離Y2を測定する第5の測定手段と、前記第1
乃至第5の測定手段から出力される前記Z軸方向距離Z
1とX軸方向距離X1,X2とY軸方向距離Y1,Y2と
から前記触針のXYZ座標を演算する演算手段とを具備
することを特徴としている。In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, a stylus is brought into contact with a surface of an object fixed to a measuring table, and the stylus is moved along the surface of the object. In a three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a surface shape of the object to be measured by measuring a position of the stylus, a moving member supporting the stylus is three-dimensionally moved in XYZ directions orthogonal to each other. And a first measuring means for measuring a Z-axis direction distance Z1 from a Z-axis direction reference plane provided so as to be orthogonal to the Z-axis to a Z-axis direction reference point on the moving member. Second measuring means for measuring a distance X1 in the X-axis direction from an X-axis direction reference plane provided orthogonal to the X-axis to a first X-axis direction reference point on the moving member; A predetermined distance from the reference plane to the first X-axis direction reference point Only the X-axis direction distance X to the second X-axis direction reference point on the moving member spaced along the Z-axis direction
And a third measuring means for measuring the distance Y2, and measuring a Y-axis distance Y1 from a Y-axis reference plane provided orthogonal to the Y-axis to a first Y-axis reference point on the moving member. 4th
From the Y-axis direction reference plane and the first Y
The axial reference point is defined as a distance between the second Y-axis reference point on the moving member and the second reference point on the moving member separated by the predetermined distance along the Z-axis direction.
A fifth measuring means for measuring the axial distance Y2,
To the Z-axis distance Z output from the fifth to fifth measuring means.
1 and a calculating means for calculating the XYZ coordinates of the stylus from the X-axis distances X1, X2 and the Y-axis distances Y1, Y2.
【0044】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記Z軸方向基準点を通るZ軸に平行な直
線と、前記第1のX軸方向基準点を通るX軸に平行な直
線と、前記第1のY軸方向基準点を通るY軸に平行な直
線とは1点で交わり、前記Z軸方向基準点を通るZ軸に
平行な直線と、前記第2のX軸方向基準点を通るX軸に
平行な直線と、前記第2のY軸方向基準点を通るY軸に
平行な直線も別の1点で交わることを特徴としている。In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, a straight line parallel to the Z axis passing through the reference point in the Z axis direction and a straight line parallel to the X axis passing through the first reference point in the X axis direction. A straight line parallel to the Y-axis passing through the first reference point in the Y-axis direction intersects at one point, and a straight line parallel to the Z-axis passing through the reference point in the Z-axis direction and the second reference point in the X-axis direction. And a straight line parallel to the Y-axis passing through the second Y-axis direction reference point intersects at another point.
【0045】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記触針は、前記移動部材に対してバネを
介して弾性的に支持されており、前記触針の前記移動部
材に対する相対位置を検出するための第6の測定手段を
さらに具備することを特徴としている。In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the stylus is elastically supported by the moving member via a spring, and a relative position of the stylus to the moving member is determined. It is characterized by further comprising a sixth measuring means for detecting.
【0046】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記移動部材の位置が目標位置となる様に
前記移動手段を制御する第1の制御手段と、前記第6の
測定手段の出力に基づいて前記バネによる前記触針の前
記被測定物への押し付け圧力が目標値となる様に前記移
動手段を制御する第2の制御手段をさらに具備すること
を特徴としている。Also, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the first control means for controlling the moving means so that the position of the moving member becomes the target position, and the output of the sixth measuring means. And a second control means for controlling the moving means such that a pressure of the spring against the object to be measured by the spring becomes a target value.
【0047】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記第1の制御手段による制御状態と前記
第2の制御手段による制御状態とを切り替えるための切
り替え手段をさらに具備することを特徴としている。ま
た、この発明に係わる3次元形状測定装置において、前
記切り替え手段は、前記触針が前記被測定物から離れて
いる場合には第1の制御回路を選択し、前記触針が前記
被測定物に接触している場合には第2の制御回路を選択
することを特徴としている。Further, the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention is further characterized by further comprising switching means for switching between the control state of the first control means and the control state of the second control means. I have. Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the switching means selects a first control circuit when the stylus is separated from the object to be measured, and the stylus is connected to the object to be measured. Is characterized in that the second control circuit is selected when the contact is made.
【0048】また、本発明に係わる3次元形状測定装置
は、被測定物の表面に触針を接触させ、該触針を前記被
測定物の表面に沿って移動させながら、前記触針の位置
を計測することにより、前記被測定物の表面形状を測定
するための3次元形状測定装置において、前記触針を支
持するためのホルダーと、前記被測定物と前記ホルダー
とを相対的に3次元的に移動させるためのステージと、
前記被測定物に対する前記触針の相対的な位置を計測す
るための位置計測手段と、前記触針の前記被測定物の表
面への接触圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出
手段の出力に基づいて、前記触針の前記被測定物の表面
への接触圧力が所定値となる様に前記ステージの移動を
制御する制御手段と、前記位置計測手段からの出力に基
づいて、前記触針の前記被測定物の表面に略平行な方向
への第1の移動速度と、前記触針の前記被測定物の表面
に略垂直な方向への第2の移動速度とを演算する移動速
度演算手段と、前記第1の移動速度と前記第2の移動速
度に基づいて前記被測定物の表面の傾斜角を演算する傾
斜角演算手段とを具備することを特徴としている。In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the stylus is brought into contact with the surface of the object to be measured, and the position of the stylus is moved while moving the stylus along the surface of the object to be measured. In the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the surface shape of the object to be measured by measuring the distance, the holder for supporting the stylus and the object to be measured and the holder are relatively three-dimensionally arranged. Stage to move the
Position measuring means for measuring a relative position of the stylus with respect to the measured object, pressure detecting means for detecting a contact pressure of the stylus on the surface of the measured object, and Control means for controlling the movement of the stage based on the output so that the contact pressure of the stylus on the surface of the object to be measured becomes a predetermined value, and the touch based on the output from the position measuring means. A movement speed for calculating a first movement speed of a stylus in a direction substantially parallel to the surface of the object to be measured and a second movement speed of the stylus in a direction substantially perpendicular to the surface of the object to be measured. It is characterized in that it comprises a calculating means and a tilt angle calculating means for calculating a tilt angle of the surface of the object to be measured based on the first moving speed and the second moving speed.
【0049】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記傾斜角演算手段により算出された前記
被測定物の表面の傾斜角が所定値以上となったときに、
前記触針が前記被測定物の端部に到達したと判定する判
定手段をさらに具備することを特徴としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, when the inclination angle of the surface of the object to be measured calculated by the inclination angle calculating means is equal to or larger than a predetermined value,
It is characterized by further comprising a judging means for judging that the stylus has reached an end of the object to be measured.
【0050】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記判定手段により前記触針が前記被測定
物の端部に到達したと判定されたとき、前記制御手段は
前記ステージの移動を停止させることを特徴としてい
る。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, when the determination means determines that the stylus has reached the end of the object to be measured, the control means stops the movement of the stage. It is characterized by having
【0051】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記触針は、前記ホルダーに対してバネに
より相対移動可能に支持されており、前記圧力検出手段
は、前記触診の前記ホルダーに対する相対的な移動量を
検出し、該移動量と前記バネのバネ定数とに基づいて前
記触針の前記被測定物に対する接触圧力を演算すること
を特徴としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the stylus is supported by the spring so as to be relatively movable with respect to the holder, and the pressure detecting means is configured to detect the palpation relative to the holder. And detecting a contact pressure of the stylus on the object to be measured based on the moving amount and a spring constant of the spring.
【0052】また、本発明に係わる3次元形状測定装置
は、被測定物の表面に触針を接触させ、該触針を前記被
測定物の表面に沿って移動させながら、前記触針の位置
を計測することにより、前記被測定物の表面形状を測定
するための3次元形状測定装置において、前記触針を支
持するためのホルダーと、前記被測定物と前記ホルダー
とを相対的に3次元的に移動させるためのステージと、
前記被測定物に対する前記触針の相対的な位置を計測す
るための位置計測手段と、前記触針の前記被測定物の表
面への接触圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出
手段の出力に基づいて、前記触針の前記被測定物の表面
への接触圧力が所定値となる様に前記ステージの移動を
制御する第1の制御手段と、前記位置計測手段からの出
力に基づいて、前記触針の前記被測定物に対する相対速
度を制御する第2の制御手段と、前記圧力検出手段によ
り検出された接触圧力が所定の範囲外となったときに、
前記第1の制御手段による制御状態から、前記第2の制
御手段による制御状態に切り替える第3の制御手段とを
具備することを特徴としている。In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, a stylus is brought into contact with the surface of an object to be measured, and the position of the stylus is moved while moving the stylus along the surface of the object to be measured. In the three-dimensional shape measuring apparatus for measuring the surface shape of the object to be measured by measuring the distance, the holder for supporting the stylus and the object to be measured and the holder are relatively three-dimensionally arranged. Stage to move the
Position measuring means for measuring a relative position of the stylus with respect to the measured object, pressure detecting means for detecting a contact pressure of the stylus on the surface of the measured object, and First control means for controlling the movement of the stage so that the contact pressure of the stylus on the surface of the object to be measured becomes a predetermined value, based on the output, and based on the output from the position measurement means. A second control unit that controls a relative speed of the stylus to the object to be measured, and when a contact pressure detected by the pressure detection unit is out of a predetermined range,
And a third control means for switching from a control state by the first control means to a control state by the second control means.
【0053】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記第3の制御手段は、前記第2の制御手
段による制御状態に切り替えたときに、前記触針を所定
の速度で前記被測定物から退避させることを特徴として
いる。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, when the third control means switches to the control state by the second control means, the stylus moves the stylus at a predetermined speed. It is characterized by being evacuated from objects.
【0054】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記所定の速度とは、前記ステージの最大
推力により発生される速度であることを特徴としてい
る。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the predetermined speed is a speed generated by a maximum thrust of the stage.
【0055】また、この発明に係わる3次元形状測定装
置において、前記所定の速度とは、前記ステージが耐え
うる最大加速度により発生される速度であることを特徴
としている。Further, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, the predetermined speed is a speed generated by a maximum acceleration that the stage can withstand.
【0056】[0056]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて、添付図面を参照して詳細に説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【0057】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態の3次元形状測定装置の構成を示す斜視図で
あり、図2は、図1の側断面図である。(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the embodiment, and FIG. 2 is a side sectional view of FIG.
【0058】図1及び図2において、3次元形状測定装
置の基部を構成する除振台15a,15b,15c上に
は、装置全体の基台となるベッド16が配置され、これ
らの除振台により3ヶ所で支持されている。この構造に
より床面の微小振動は減衰し、ベッド16までは伝わら
ない。In FIGS. 1 and 2, a bed 16 serving as a base of the entire apparatus is arranged on a vibration isolating table 15a, 15b, 15c constituting a base of the three-dimensional shape measuring apparatus. Is supported in three places. With this structure, the minute vibration of the floor surface is attenuated and does not reach the bed 16.
【0059】ベッド16はベース定盤1を支持するため
の支持面44を有し、この支持面上の3ヵ所においてベ
ース定盤1を支持する。第1の支持点はベース定盤1の
底面と支持面44の両方に略円錐形状の窪み45を設
け、球47aを挟む。第2の支持点は、第1の支持点を
通るY軸に平行な直線上に位置し、ベース定盤1の底面
と支持面44の両方に、Y軸の方向に稜線の方向を一致
させた略3角柱形状の窪み46を設け、球47bを挟
む。第3の支持点は、第1及び第2の支持点からX軸方
向に所定距離だけ離間した位置にあり、ベース定盤1の
底面と支持面44の両方の平面の間に球47cを挟む。The bed 16 has a support surface 44 for supporting the base surface plate 1, and supports the base surface plate 1 at three places on this support surface. The first support point is provided with a substantially conical depression 45 on both the bottom surface of the base platen 1 and the support surface 44, and sandwiches the ball 47a. The second support point is located on a straight line parallel to the Y axis passing through the first support point, and the direction of the ridge line is made coincident with the direction of the Y axis on both the bottom surface of the base platen 1 and the support surface 44. A substantially triangular prism-shaped depression 46 is provided to sandwich the sphere 47b. The third support point is located at a position separated from the first and second support points by a predetermined distance in the X-axis direction, and sandwiches the sphere 47c between both the bottom surface of the base platen 1 and the plane of the support surface 44. .
【0060】この構成により、第1の支持点においては
XYZ方向を拘束し、第2の支持点においてはXZ方向
を拘束し、第3の支持点においてはZ方向を拘束する。
ここで、ベッド16が変形し、3つの支持点間距離が変
化した場合を考える。第1の支持点と第2の支持点間の
距離の変化に対しては、第2の支持点に配置された球4
7bが3角柱形状の窪み46に沿って移動するため、ベ
ース定盤1には、ベッド16の変形によって引き起こさ
れる不要な力が伝達されない。また、ベッド16の第2
の支持点と第3の支持点間の距離、及び第1の支持点と
第3の支持点間の距離が変化しても、ベース定盤1の第
3の支持点はベッド16に対してXY平面内で自由に移
動可能であるため、ベース定盤1にベッド16の変形に
よって引き起こされる不要な力が伝達されない。従っ
て、ベッド16が変形しても、ベース定盤1が変形する
ことが防止できる。With this configuration, the XYZ direction is restricted at the first support point, the XZ direction is restricted at the second support point, and the Z direction is restricted at the third support point.
Here, consider the case where the bed 16 is deformed and the distance between the three support points changes. When the distance between the first support point and the second support point changes, the ball 4 located at the second support point
Since 7b moves along the triangular prism-shaped depression 46, unnecessary force caused by the deformation of the bed 16 is not transmitted to the base platen 1. The second of the bed 16
Even if the distance between the first and third support points and the distance between the first and third support points change, the third support point of the base 1 Since it is freely movable in the XY plane, unnecessary force caused by deformation of the bed 16 is not transmitted to the base platen 1. Therefore, even if the bed 16 is deformed, the base platen 1 can be prevented from being deformed.
【0061】ベース定盤1上には、ワーク(被測定物)
6を固定し、また3本の支柱5a、5b、5cを固定
し、この支柱上の3ヵ所において基準鏡保持フレーム3
2を支持する。第1の支柱5a上の第1の支持点29で
は、基準鏡保持フレーム32を堅固に固定する。第2の
支柱5b上の第2の支持点31は、第1の支持点29を
通るY軸に平行な直線上にあり、断面がX軸方向に長く
Y軸方向に薄い四角柱状(薄板状)に形成されている。
また、第3の支持点30は、第1の支持点29からX軸
方向に所定距離だけ離間した位置にあり、直径の小さい
円柱状に形成されている。A work (object to be measured) is placed on the base platen 1.
6 and three columns 5a, 5b and 5c are fixed, and the reference mirror holding frame 3 is fixed at three positions on the columns.
Support 2 At the first support point 29 on the first support 5a, the reference mirror holding frame 32 is firmly fixed. The second support point 31 on the second support 5b is on a straight line parallel to the Y axis passing through the first support point 29, and has a rectangular column shape (thin plate shape) whose cross section is long in the X axis direction and thin in the Y axis direction. ) Is formed.
Further, the third support point 30 is located at a position separated from the first support point 29 by a predetermined distance in the X-axis direction, and is formed in a columnar shape having a small diameter.
【0062】この構成により、第1の支持点29におい
ては、ベース定盤1に対して基準鏡保持フレーム32を
XYZ方向に拘束し、第2の支持点31においては、支
持点31を構成する薄板状の柱がY方向に容易に曲げ変
形するのでXZ方向を拘束する。さらに、第3の支持点
30においては、支持点30を構成する細い円柱状の柱
がX方向及びY方向に容易に曲げ変形するためZ方向の
みを拘束する。ここで、ベース定盤1がワーク6の自重
などの影響により変形し、3ヵ所の支持点間の距離が変
化した場合を考える。第1の支持点と第2の支持点間の
距離の変化に対しては、第2の支持点がY方向に移動可
能であるため、基準鏡保持フレーム32には、ベース定
盤1の変形によって引き起こされる不要な力が伝達され
ない。また、第2の支持点と第3の支持点間の距離、及
び第1の支持点と第3の支持点間の距離が変化しても、
第3の支持点はベース定盤1に対してXY平面内で容易
に移動可能であるため、基準鏡保持フレーム32にベー
ス定盤1の変形によって引き起こされる不要な力が伝達
されない。従って、ベース定盤1が変形しても、基準鏡
保持フレーム32が変形することが防止できる。With this configuration, at the first support point 29, the reference mirror holding frame 32 is restrained in the XYZ directions with respect to the base platen 1, and at the second support point 31, the support point 31 is formed. Since the thin columnar column is easily bent and deformed in the Y direction, it is restricted in the XZ direction. Further, at the third support point 30, the thin columnar column forming the support point 30 is easily bent and deformed in the X direction and the Y direction, so that only the Z direction is restricted. Here, consider a case where the base platen 1 is deformed by the influence of the weight of the work 6 or the like, and the distance between three support points is changed. When the distance between the first support point and the second support point is changed, the second support point is movable in the Y direction. Unnecessary forces caused by the transmission are not transmitted. Further, even if the distance between the second support point and the third support point and the distance between the first support point and the third support point change,
Since the third support point can be easily moved in the XY plane with respect to the base platen 1, unnecessary force caused by deformation of the base platen 1 is not transmitted to the reference mirror holding frame 32. Therefore, even if the base surface plate 1 is deformed, the reference mirror holding frame 32 can be prevented from being deformed.
【0063】基準鏡保持フレーム32には、3つのX基
準鏡7、Y基準鏡8、Z基準鏡9が取り付けられる。こ
の取付けは、それぞれの基準鏡に対し、基準鏡保持フレ
ームの3ヵ所に押し当てピン33を設け、この3本の押
し当てピン33の下端に基準鏡を押し当てることにより
行われる。押し当てピン33は、図2に示すように基準
鏡保持フレーム32からの突出長さを調節したあとナッ
ト34で固定される。また、基準鏡をこれらの押し当て
ピン33に押し当てる手段としては、基準鏡の3ヵ所以
上の複数点に係止駒35を固定し、引っ張りばね36の
一端をこの係止駒35に係止し、もう一端を取り付けピ
ン38とスペーサ37を介して基準鏡保持フレーム32
に係止する方式が用いられている。この場合の押し当て
ピン33の押し当て位置と引っ張りバネ36による引っ
張り位置の例を図3に示す。押し当て位置は3種類の基
準鏡のいずれの場合でも3ヵ所であり、基準鏡の長手方
向でみるとベッセル点位置、すなわち、2点で支持する
梁の変形が最も小さくなる点で支える。この場合の支持
点間距離は全長の0.5594である。また、各引っ張
り位置での引っ張り力はスペーサ37の厚さ、引っ張り
ばね36を変更することによって調節する。この引っ張
り点はFEM(有限要素法)を用い、基準鏡の最大変形
が小さくなるような位置と、力を計算する。なお、この
とき、引っ張り力の総和は少なくとも懸架する基準鏡の
重量よりも大きく設定する。On the reference mirror holding frame 32, three X reference mirrors 7, Y reference mirrors 8, and Z reference mirrors 9 are mounted. This attachment is performed by providing pressing pins 33 at three positions of the reference mirror holding frame for each of the reference mirrors, and pressing the reference mirrors against the lower ends of the three pressing pins 33. The pressing pin 33 is fixed with a nut 34 after adjusting the protruding length from the reference mirror holding frame 32 as shown in FIG. As means for pressing the reference mirror against these pressing pins 33, locking pieces 35 are fixed at a plurality of points at three or more positions of the reference mirror, and one end of a tension spring 36 is locked to the locking pieces 35. And the other end of the reference mirror holding frame 32 via the mounting pin 38 and the spacer 37.
Is used. FIG. 3 shows an example of the pressing position of the pressing pin 33 and the pulling position by the tension spring 36 in this case. There are three pressing positions in any of the three types of reference mirrors. When viewed in the longitudinal direction of the reference mirror, it is supported at the Bessel point position, that is, the point where the deformation of the beam supported at the two points is minimized. The distance between the support points in this case is 0.5594 of the entire length. The tensile force at each tension position is adjusted by changing the thickness of the spacer 37 and the tension spring 36. This pulling point is calculated by using a FEM (finite element method) to calculate a position and a force at which the maximum deformation of the reference mirror is reduced. At this time, the total of the pulling forces is set to be at least larger than the weight of the suspended reference mirror.
【0064】図4は、この原理を説明するための図であ
り、図4(a)に示すように梁をベッセル点で支持する
ことにより、2点支持の場合の梁の変形を最小にするこ
とができる。さらに、図4(b)に示すように支持点の
間を圧縮バネで支持することにより、梁の変形をさらに
小さくすることができる。これは、図4(c)に示すよ
うに梁を釣り下げる場合でも同様である。FIG. 4 is a diagram for explaining this principle. By supporting the beam at the Bessel point as shown in FIG. 4A, the deformation of the beam in the case of two-point support is minimized. be able to. Further, as shown in FIG. 4B, by supporting the space between the support points with a compression spring, the deformation of the beam can be further reduced. This is the same even when the beam is hung down as shown in FIG.
【0065】なお、ベース定盤1及び基準鏡7,8,9を
形成する材料に、熱膨張係数の小さい材料を使用するこ
とにより、環境温度の変化による形状測定誤差をさらに
小さくすることができる。By using a material having a small coefficient of thermal expansion as a material for forming the base surface plate 1 and the reference mirrors 7, 8, and 9, it is possible to further reduce a shape measurement error due to a change in environmental temperature. .
【0066】次に、ワーク6に接触してワーク6の表面
形状を測定するための測定子の構成について説明する。Next, the configuration of a tracing stylus for measuring the surface shape of the work 6 in contact with the work 6 will be described.
【0067】図1及び図2において、ベッド16上には
X軸スライドガイド17が固定されており、X軸スライ
ドガイド17上には、Xスライド3がX軸方向にスライ
ド自在に支持されている。Xスライドは、Xスライド駆
動用モータ18とボールネジ19によりスライド駆動さ
れる。1 and 2, an X-axis slide guide 17 is fixed on a bed 16, and an X slide 3 is slidably supported on the X-axis slide guide 17 in the X-axis direction. . The X slide is slid by an X slide driving motor 18 and a ball screw 19.
【0068】Xスライド3には、Y軸方向に沿ってY軸
スライドガイド20が固定されており、Y軸スライドガ
イドには、Yスライド2がY軸方向にスライド自在に支
持されている。Yスライド2は、Yスライド駆動用モー
タ21とボールネジ22によりスライド駆動される。A Y-axis slide guide 20 is fixed to the X-slide 3 along the Y-axis direction, and the Y-slide 2 supports the Y-slide 2 slidably in the Y-axis direction. The Y slide 2 is slid by a Y slide driving motor 21 and a ball screw 22.
【0069】さらに、Yスライド2には、Z軸方向に沿
ってZ軸スライドガイド23が固定されており、Z軸ス
ライドガイドには、Zスライド4がZ軸方向にスライド
自在に支持されている。Zスライド4は、Zスライド駆
動用モータ24とボールネジ25によりスライド駆動さ
れる。Zスライド駆動用モータ24には、このモータの
回転角を検出するエンコーダ45が設けられている。さ
らにZスライド4には、接触式のプローブ28が支持さ
れたハウジング26が固定されている。Further, a Z-axis slide guide 23 is fixed to the Y slide 2 along the Z-axis direction, and the Z slide 4 is supported by the Z-axis slide guide so as to be slidable in the Z-axis direction. . The Z slide 4 is driven to slide by a Z slide driving motor 24 and a ball screw 25. The Z-slide drive motor 24 is provided with an encoder 45 for detecting the rotation angle of the motor. Further, a housing 26 on which a contact type probe 28 is supported is fixed to the Z slide 4.
【0070】この構成により、接触式プローブ28を、
ベッド16に対してXYZ方向に3次元的に動かすこと
ができる。With this configuration, the contact type probe 28 can be
The bed 16 can be moved three-dimensionally in the XYZ directions.
【0071】接触式プローブ28は、ワーク6の表面に
接触してワーク表面のZ軸方向の高さを測定するための
ものであり、ハウジング26に対して平行板バネ27a
〜27dを介してZ軸方向にのみ移動可能に支持されて
いる。接触式プローブの下端には形状精度が高いことが
補償されている球であるマスターボール30が取り付け
られており、上部には鏡29が設けられている。Zスラ
イド4の接触式プローブ28の直上方の位置には光干渉
計14が設けられており、Z基準鏡8とプローブ28の
上部の鏡29との間の距離Z1を測定する。The contact type probe 28 is for measuring the height of the work surface in the Z-axis direction by coming into contact with the surface of the work 6.
Through 27d so as to be movable only in the Z-axis direction. At the lower end of the contact probe, a master ball 30, which is a sphere whose shape accuracy is compensated for, is attached, and a mirror 29 is provided at the upper portion. The optical interferometer 14 is provided at a position just above the contact type probe 28 of the Z slide 4, and measures a distance Z1 between the Z reference mirror 8 and the mirror 29 above the probe 28.
【0072】ハウジング26には、鏡29の位置を検出
する変位センサー31が設けられており、ハウジング2
6に対する接触式プローブ28の相対変位を検出する。
変位センサー31の出力信号は、接触圧制御回路39に
入力され、接触圧制御回路39は、変位センサー31が
検出するプローブ28の相対変位量に基づいて平行板バ
ネ27a〜27dの変形量を検出し、プローブ28のワ
ーク6への押し付け圧が一定になる様にZスライド4の
位置を制御する信号を出力する。この制御信号は、モー
タ用アンプ46に入力され、このアンプを介してZスラ
イド駆動モータ24が駆動される。The housing 26 is provided with a displacement sensor 31 for detecting the position of the mirror 29.
The relative displacement of the contact type probe 28 with respect to 6 is detected.
The output signal of the displacement sensor 31 is input to the contact pressure control circuit 39, and the contact pressure control circuit 39 detects the deformation amount of the parallel leaf springs 27a to 27d based on the relative displacement amount of the probe 28 detected by the displacement sensor 31. Then, a signal for controlling the position of the Z slide 4 is output so that the pressing pressure of the probe 28 against the work 6 becomes constant. The control signal is input to the motor amplifier 46, and the Z slide drive motor 24 is driven via the amplifier.
【0073】また、エンコーダ45の出力信号は、Zス
ライド4のZ軸方向の位置を制御する位置制御回路47
に入力され、位置制御回路47は、エンコーダ45が検
出するZスライド駆動モータの回転角に基づいて、Zス
ライド4の位置を制御する信号を出力する。この制御信
号は、モータ用アンプ46に入力され、このアンプを介
してZスライド駆動モータ24が駆動される。The output signal of the encoder 45 is supplied to a position control circuit 47 for controlling the position of the Z slide 4 in the Z-axis direction.
And the position control circuit 47 outputs a signal for controlling the position of the Z slide 4 based on the rotation angle of the Z slide drive motor detected by the encoder 45. The control signal is input to the motor amplifier 46, and the Z slide drive motor 24 is driven via the amplifier.
【0074】上記のプローブ28の接触圧を制御する状
態と、Zスライド4の位置を制御する状態とは、スイッ
チ40により切り替えられる。そして、スイッチ40の
動作は、さらに装置全体の制御を行う総合制御装置90
により制御される。The state where the contact pressure of the probe 28 is controlled and the state where the position of the Z slide 4 is controlled are switched by a switch 40. The operation of the switch 40 is controlled by a general control device 90 that further controls the entire device.
Is controlled by
【0075】Zスライド4の先端部には、Zスライド4
のX方向の距離を測定するための光干渉計10,11が
設けられており、Zスライド4の上下の2ヶ所の点とX
基準鏡7との間の距離X1,X2を測定する。Y方向に
ついても同様な光干渉計12,13(図7参照)が設け
られており、Zスライド4の上下の2ヶ所の点とY基準
鏡8との間の距離を測定する。At the tip of the Z slide 4, a Z slide 4
Optical interferometers 10 and 11 for measuring the distance in the X direction are provided.
The distances X1, X2 from the reference mirror 7 are measured. Similar optical interferometers 12 and 13 (see FIG. 7) are provided in the Y direction, and measure the distance between the upper and lower two points on the Z slide 4 and the Y reference mirror 8.
【0076】次に、図5を参照して、光干渉計14によ
るZ基準鏡8と鏡29との距離Z1を測定する原理につ
いて説明する。Next, the principle of measuring the distance Z1 between the Z reference mirror 8 and the mirror 29 by the optical interferometer 14 will be described with reference to FIG.
【0077】発振周波数を安定化し、さらに、垂直偏光
と水平偏光とで周波数の異なるレーザ光を発生する不図
示のレーザ光源からのレーザ光50を偏光ビームスプリ
ッタ(PBS)51に導き、垂直偏光と水平偏光を分離
すると、その一方はPBSをまっすぐ通過し、コーナー
キューブ52により反射されて再びPBSに入射し、こ
れを通過して、光ファイバ入射装置53に導かれる。A laser beam 50 from a laser light source (not shown), which stabilizes the oscillation frequency and generates laser beams having different frequencies for vertical polarization and horizontal polarization, is guided to a polarization beam splitter (PBS) 51, where When the horizontally polarized light is separated, one of the light passes straight through the PBS, is reflected by the corner cube 52, reenters the PBS, passes therethrough, and is guided to the optical fiber incidence device 53.
【0078】もう一方は、PBSで反射され、4分の1
波長板55aに入射し、直線偏光が円偏光に変換され、
光ビーム54aを形成する。これを第1の反射鏡56a
で反射させ、再び4分の1波長板55aに入射させ、円
偏光を直線偏光に戻す。すると、4分の1波長板を2回
通過しているため、この直線偏光の偏光方向は先程と9
0度回転しており、今度はPBSを通過する。The other is reflected by the PBS and
The light enters the wave plate 55a, and linearly polarized light is converted into circularly polarized light.
The light beam 54a is formed. This is referred to as a first reflecting mirror 56a
, And is again incident on the quarter-wave plate 55a to return the circularly polarized light to the linearly polarized light. Then, since the light passes through the quarter-wave plate twice, the polarization direction of the linearly polarized light is
It has rotated 0 degrees and now passes through the PBS.
【0079】さらにこの光ビームを4分の1波長板55
bに入射させ、直線偏光を円偏光に変換し、光ビーム5
4bを形成する。これを第2の反射鏡56bで反射さ
せ、再び4分の1波長板55bに入射させ、円偏光を直
線偏光に戻す。すると、4分の1波長板を2回通過して
いるため、この直線偏光の偏光方向は先程と90度回転
しているので、今度はPBSで反射し、コーナーキュー
ブ52で反射され、再びPBSに入射し、ここで反射さ
れる。The light beam is further transmitted to a quarter-wave plate 55.
b, and converts the linearly polarized light into circularly polarized light.
4b is formed. This is reflected by the second reflecting mirror 56b, and is again incident on the quarter-wave plate 55b to return the circularly polarized light to the linearly polarized light. Then, since the light has passed through the quarter-wave plate twice, the polarization direction of the linearly polarized light has been rotated by 90 degrees as before, so that it is reflected by the PBS, reflected by the corner cube 52, and returned to the PBS again. And is reflected here.
【0080】さらにこの光ビームを4分の1波長板55
bに入射させ、直線偏光を円偏光に変換し、光ビーム5
4cを形成する。これを第2の反射鏡56bで反射さ
せ、再び4分の1波長板55bに入射させ、円偏光を直
線偏光に戻す。すると、4分の1波長板を2回通過して
いるため、この直線偏光の偏光方向は先程と90度回転
しているので、今度はPBSを通過する。The light beam is further transmitted to a quarter-wave plate 55.
b, and converts the linearly polarized light into circularly polarized light.
4c is formed. This is reflected by the second reflecting mirror 56b, and is again incident on the quarter-wave plate 55b to return the circularly polarized light to the linearly polarized light. Then, since the light has passed through the quarter-wave plate twice, the polarization direction of the linearly polarized light has been rotated by 90 degrees as before, so that it now passes through the PBS.
【0081】さらにこの光ビームを、4分の1波長板5
5aに入射させ、直線偏光を円偏光に変換し、光ビーム
54dを形成する。これを第1の反射鏡56aで反射さ
せ、再び4分の1波長板55aに入射させ、円偏光を直
線偏光に戻す。すると、4分の1波長板を2回通過して
いるため、この直線偏光の偏光方向は先程と90度回転
しているので、今度はPBSで反射し、光ファイバ入射
装置53に導かれる。こうして、垂直、水平偏光した光
ビームの一方を、2枚の反射鏡56a,56bの間を2
回往復させ、再びもう一方と合成することにより、両者
の光路長さの差に応じた干渉信号が得られ、光ファイバ
53を図示しない光電気回路に導き、この信号を処理
し、上記の光路長さの差を測定する。This light beam is further transmitted to a quarter-wave plate 5.
5a, and converts the linearly polarized light into circularly polarized light to form a light beam 54d. This is reflected by the first reflecting mirror 56a, and is again incident on the quarter-wave plate 55a to return the circularly polarized light to the linearly polarized light. Then, since the light has passed through the quarter-wave plate twice, the polarization direction of the linearly polarized light has been rotated by 90 degrees as before, so it is reflected by the PBS and guided to the optical fiber incident device 53 this time. In this manner, one of the vertically and horizontally polarized light beams is passed between the two reflecting mirrors 56a and 56b.
By reciprocating and combining with the other again, an interference signal corresponding to the difference in optical path length between the two is obtained. The optical fiber 53 is guided to an optical electric circuit (not shown), and this signal is processed. Measure the difference in length.
【0082】次に、図6を参照して、光干渉計10,1
1によるX基準鏡7とZスライド4との距離X1,X2
を測定する原理について説明する。Next, referring to FIG. 6, optical interferometers 10, 1
1 distances X1, X2 between X reference mirror 7 and Z slide 4
The principle of measuring is described.
【0083】発振周波数を安定化し、さらに垂直偏光と
水平偏光とで周波数の異なるレーザ光を発生する不図示
のレーザ光源からのレーザ光60を偏光ビームスプリッ
タ(PBS)61に導き、垂直偏光と水平偏光を分離す
ると、その一方はPBSをまっすぐ通過し、コーナーキ
ューブ62aにより反射されて再びPBSに入射し、こ
れを通過して、光ファイバ入射装置63に導かれる。A laser beam 60 from a laser light source (not shown), which stabilizes the oscillation frequency and generates laser beams having different frequencies between vertically polarized light and horizontally polarized light, is guided to a polarization beam splitter (PBS) 61, and the vertical polarized light and horizontal polarized light When the polarized light is separated, one of the two passes straight through the PBS, is reflected by the corner cube 62a, reenters the PBS, passes therethrough, and is guided to the optical fiber incidence device 63.
【0084】もう一方はPBSで反射され、4分の1波
長板65に入射し、直線偏光が円偏光に変換され、光ビ
ーム64aを形成する。これを反射鏡66で反射させ、
再び4分の1波長板65に入射させ、円偏光を直線偏光
にもどす。すると、4分の1波長板を2回通過している
ため、この直線偏光の偏光方向は先程と90度回転して
いるので、今度はPBSを通過し、コーナーキューブ6
2bで反射され、再びPBSに入射し、PBSを通過す
る。The other beam is reflected by the PBS and is incident on the quarter-wave plate 65, where the linearly polarized light is converted into circularly polarized light to form a light beam 64a. This is reflected by the reflector 66,
The light is again incident on the quarter-wave plate 65 to return the circularly polarized light to the linearly polarized light. Then, since the light has passed through the quarter-wave plate twice, the polarization direction of this linearly polarized light has been rotated by 90 degrees as before, so that it has now passed through the PBS, and
The light is reflected at 2b, reenters the PBS, and passes through the PBS.
【0085】さらに、この光ビームを4分の1波長板6
5に入射させ、直線偏光を円偏光に変換し、光ビーム6
4bを形成する。これを反射鏡66で反射させ、再び4
分の1波長板65に入射させ、円偏光を直線偏光にもど
す。すると、4分の1波長板を2回通過しているため、
この直線偏光の偏光方向は先程と90度回転しているの
で、今度はPBSで反射し、光ファイバ入射装置63に
導かれる。Further, this light beam is applied to a quarter-wave plate 6.
5 and convert the linearly polarized light into circularly polarized light to form a light beam 6.
4b is formed. This is reflected by the reflecting mirror 66, and
The light is made incident on the half-wave plate 65 to return the circularly polarized light to linearly polarized light. Then, since it has passed through the quarter-wave plate twice,
Since the polarization direction of this linearly polarized light has been rotated by 90 degrees, the light is reflected by the PBS and guided to the optical fiber incident device 63.
【0086】こうして、垂直、水平偏光した光ビームの
一方を、反射鏡66とPBS61の間で2回往復させ、
再びもう一方と合成することにより、両者の光路長さの
差に応じた干渉信号が得られ、光ファイバ63を図示し
ない光電気回路に接続し、この信号を処理し、上記の光
路長さの差を測定する。Thus, one of the vertically and horizontally polarized light beams is reciprocated twice between the reflecting mirror 66 and the PBS 61.
By combining with the other again, an interference signal corresponding to the difference between the optical path lengths of the two is obtained. The optical fiber 63 is connected to a not-shown opto-electric circuit, and this signal is processed. Measure the difference.
【0087】同様の原理により、前述したZスライド4
の上下の2点とY基準鏡8との間の距離Y1,Y2を測
定する。According to the same principle, the aforementioned Z slide 4
The distances Y1 and Y2 between the upper and lower two points and the Y reference mirror 8 are measured.
【0088】ここで、図7に示すようにX1の測定軸と
Y1の測定軸はZ1の測定軸上の点C1で交わり、X2
の測定軸とY2の測定軸はZ1の測定軸上の点C2で交
わる様に各測定軸を設定する。C1とC2の間の距離を
L1とし、C2とプローブ28の上端に固定した鏡29
の間の距離をL2とし、そこからプローブ先端のマスタ
ーボール30の中心C3までの距離をL3とする。Here, as shown in FIG. 7, the measurement axis of X1 and the measurement axis of Y1 intersect at a point C1 on the measurement axis of Z1, and X2
Each measurement axis is set so that the measurement axis of Y2 and the measurement axis of Y2 intersect at a point C2 on the measurement axis of Z1. The distance between C1 and C2 is L1, and the mirror 29 fixed to the upper end of C2 and the probe 28
Is L2, and the distance from that to the center C3 of the master ball 30 at the tip of the probe is L3.
【0089】この条件のもとにおいて、プローブ28の
先端のマスターボール30の中心位置座標(Xp,Yp,Z
p)は、次の式によりもとめられる。Under these conditions, the coordinates (Xp, Yp, Z) of the center position of the master ball 30 at the tip of the probe 28
p) is determined by the following equation.
【0090】 Xp=X1+(X2−X1)×(L1+L2+L3)÷L1+δx (1) Yp=−Y1−(Y2−Y1)×(L1+L2+L3)÷L1+δy(2) Zp=−Z1+δz (3) ただし、δx,δy,δzは定数である。Xp = X1 + (X2-X1) × (L1 + L2 + L3) ÷ L1 + δx (1) Yp = −Y1- (Y2-Y1) × (L1 + L2 + L3) ÷ L1 + δy (2) Zp = −Z1 + δz (3) where δx, δy and δz are constants.
【0091】ここで、上記の式の意味について説明して
おく。既に説明したような、Xスライド、Yスライド、
Zスライドを用いた3次元移動機構においては、プロー
ブ28を移動させるとき、各スライドの移動誤差によ
り、Zスライドには図8に示すような誤差が生ずる。一
般に移動誤差とは軸の移動によって定義される次の6つ
の誤差である。 (1)位置誤差 3次元位置の誤差で、X,Y,Z方向の3種類があり、Δ
x,Δy,Δzと記述する。 (2)姿勢誤差 姿勢誤差とは、回転に関する誤差でX,Y,Z軸回りの3
種類があり、Δθx,Δθy,Δθzと記述する。Here, the meaning of the above equation will be described. X slide, Y slide,
In the three-dimensional movement mechanism using the Z slide, when the probe 28 is moved, an error as shown in FIG. 8 occurs in the Z slide due to a movement error of each slide. Generally, the movement errors are the following six errors defined by the movement of the axis. (1) Position error There are three types of three-dimensional position errors in the X, Y, and Z directions.
Described as x, Δy, Δz. (2) Attitude error Attitude error is an error related to rotation, and is defined as three errors around the X, Y, and Z axes.
There are types, and they are described as Δθx, Δθy, and Δθz.
【0092】以上の6種類の移動誤差成分が、X,Y,Z
スライドのそれぞれに関して生じるため、その先端に配
置されているプローブの位置及び姿勢は、それらの移動
誤差の積み重ねに影響され、X,Y,Z軸の移動にともな
って変化する。The six types of movement error components are X, Y, Z
Since it occurs for each of the slides, the position and attitude of the probe disposed at the tip thereof are affected by the accumulation of their movement errors, and change with the movement of the X, Y, and Z axes.
【0093】上記の式(1)乃至(3)を用いてプロー
ブの位置を算出することにより、この移動誤差に影響さ
れずにプローブ先端のマスターボールの中心位置を測定
できることを以下に示す。 (1)位置誤差について X,Y,Z方向の位置誤差Δx,Δyは、そのまま干渉計
で測定する長さX1,X2に反映されるので、プローブ
位置の測定誤差にはならない。また、干渉計の測定する
長さZ1は、プローブとZ基準鏡との間の距離であるた
め、ΔZはZ方向の測定値に影響しない。 (2)姿勢誤差について 例えば、Y軸回りの姿勢誤差Δθyが生じると、点C1
の位置からみてマスターボール30の中心位置(点C
3)はΔθy×(L1+L2+L3)だけX方向にずれ
る。従って、マスターボール中心(点C3)のX方向の
正しい位置Xpは、点C1のX方向位置がX1なので、 Xp=X1+Δθy×(L1+L2+L3)+δx (4) と表わされる。ここで、δxは、ワーク6の取り付け位
置誤差等に起因する誤差であり、変化するものではなく
定数である。By calculating the position of the probe using the above equations (1) to (3), the center position of the master ball at the tip of the probe can be measured without being affected by this movement error. (1) Position Error The position errors Δx, Δy in the X, Y, Z directions are directly reflected in the lengths X1, X2 measured by the interferometer, and therefore do not become measurement errors of the probe position. Further, since the length Z1 measured by the interferometer is the distance between the probe and the Z reference mirror, ΔZ does not affect the measured value in the Z direction. (2) Posture Error For example, if a posture error Δθy around the Y axis occurs, the point C1
From the center position of the master ball 30 (point C
3) is shifted in the X direction by Δθy × (L1 + L2 + L3). Accordingly, the correct position Xp in the X direction of the center of the master ball (point C3) is expressed as Xp = X1 + Δθy × (L1 + L2 + L3) + δx (4) since the X direction position of the point C1 is X1. Here, δx is an error caused by an error in the mounting position of the work 6 and the like, and does not change but is a constant.
【0094】一方、点C1の位置から見ると、姿勢誤差
Δθyにより点C2もΔθy×L1だけX方向にずれるこ
とになる。ここで、点C2のX方向位置は、干渉計によ
りX2として測定されるので、点C2のX方向のズレ量
Δθy×L1は、 Δθy×L1=(X2−X1) と表わされる。この式からΔθyを求めると、 Δθy=(X2−X1)÷L1 となる。これを、上記の式(4)に代入すれば、Xp
は、 Xp=X1+(X2−X1)×(L1+L2+L3)÷
L1+δx となり、上記の式(1)が求められることとなる。On the other hand, when viewed from the position of the point C1, the point C2 also shifts in the X direction by Δθy × L1 due to the posture error Δθy. Here, since the position of the point C2 in the X direction is measured as X2 by the interferometer, the deviation amount Δθy × L1 of the point C2 in the X direction is represented by Δθy × L1 = (X2−X1). When Δθy is calculated from this equation, Δθy = (X2−X1) ÷ L1. By substituting this into the above equation (4), Xp
Xp = X1 + (X2-X1) × (L1 + L2 + L3) ÷
L1 + δx, and the above equation (1) is obtained.
【0095】X軸回りの姿勢誤差Δθxについても、同
様に考えれば、マスターボール中心のY方向の正しい位
置は、式(2)の様に求められる。If the attitude error Δθx about the X axis is considered in the same manner, the correct position of the center of the master ball in the Y direction can be obtained as in the following equation (2).
【0096】さらに、Z軸回りの姿勢誤差Δθzについ
ては、プローブの先端が球であるので、測定誤差にはな
らない。Further, the attitude error Δθz around the Z axis does not become a measurement error since the tip of the probe is a sphere.
【0097】なお、式(1),(2),(3)において、
δx,δy,δzは、ワーク6の取り付け位置誤差等に起
因する定数誤差であり、未知であるが、ワークの形状を
測定する目的のためには相対的な位置が分かれば十分な
ので問題はない。言い換えれば、ワークが、測定基準で
ある3つの基準鏡に対してどこに固定されているかは正
確に知る必要はない。In the equations (1), (2) and (3),
δx, δy, δz are constant errors due to errors in the mounting position of the work 6 and are unknown, but there is no problem since the relative positions are sufficient for the purpose of measuring the shape of the work 6. . In other words, it is not necessary to know exactly where the workpiece is fixed with respect to the three reference mirrors, which are the measurement references.
【0098】このように、上記の式(1)乃至(3)を
用いれば、移動軸の移動誤差に影響されないで、プロー
ブの3次元位置を測定することができる。As described above, by using the above equations (1) to (3), the three-dimensional position of the probe can be measured without being affected by the movement error of the movement axis.
【0099】次に、上記の構成において、ワーク6の形
状を測定する手順について図9に示すフローチャートを
参照して説明する。Next, a procedure for measuring the shape of the work 6 in the above configuration will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
【0100】まず、ワーク6をベース定盤1に取り付け
る。この際、ベース定盤1はワークの重量により変形す
る。しかし、前述した様に3ヶ所の支持点29,30,3
1の作用により、基準鏡保持フレーム32は変形せず、
従って、3次元形状測定装置の位置の基準である3つの
基準鏡7,8,9の相対的な位置は変化しない。また、環
境温度の変化によるベース定盤1の変形に対しても同様
の作用により、基準鏡保持フレーム32は変形しない。First, the work 6 is mounted on the base platen 1. At this time, the base surface plate 1 is deformed by the weight of the work. However, as described above, the three support points 29, 30, 3
By the operation of 1, the reference mirror holding frame 32 is not deformed,
Therefore, the relative positions of the three reference mirrors 7, 8, and 9, which are references for the position of the three-dimensional shape measuring apparatus, do not change. In addition, the reference mirror holding frame 32 is not deformed by the same action as to the deformation of the base surface plate 1 due to a change in the environmental temperature.
【0101】次に、スイッチ40により、位置制御回路
47を選択し、プローブ28のZ軸方向の位置をワーク
6から離れた所定の位置に制御する(ステップS1)。
次に、Xスライド3及びYスライド2を駆動して、ワー
ク6の最初の測定ポイントの上空にプローブ28を移動
させる(ステップS2)。このとき、X及びYスライド
の移動にともなって、スライドの重量がベッド16に作
用する位置が変化するため、ベッド16が変形する。し
かし、前述した様に3ヶ所の支持点45,46,47の作
用により、ベース定盤1は変形しない。これはZスライ
ドが移動した場合も同様であり、Zスライドの移動にと
もなってベッド16が変形しても、ベース定盤1は変形
しない。さらに、環境温度の変化によるベッド16の変
形に対しても、同様の作用によりベース定盤1は変形し
ない。Next, the position control circuit 47 is selected by the switch 40, and the position of the probe 28 in the Z-axis direction is controlled to a predetermined position away from the work 6 (step S1).
Next, the X slide 3 and the Y slide 2 are driven to move the probe 28 above the first measurement point of the work 6 (step S2). At this time, the position at which the weight of the slide acts on the bed 16 changes with the movement of the X and Y slides, so that the bed 16 is deformed. However, as described above, the base platen 1 is not deformed by the action of the three support points 45, 46, 47. The same applies to the case where the Z slide is moved. Even if the bed 16 is deformed due to the movement of the Z slide, the base platen 1 is not deformed. Further, even when the bed 16 is deformed due to a change in environmental temperature, the base platen 1 is not deformed by the same action.
【0102】次に、Zスライド4を駆動してワーク6の
表面にプローブ28の先端が接触するまで、下降させる
(ステップS3)。このとき、変位センサー31の出力
をモニターし、平行板バネ27a〜27dの変位量、言
い換えればプローブ28のワーク6への接触圧が所定の
値になるまでZスライド4を下降させる(ステップS
4)。平行板バネ27a〜27dの変位量が所定値にな
ったところで、スイッチ40を切り替えて接触圧制御回
路39を選択し、変位センサー31の出力が一定になる
様に、言い換えればプローブ28の接触圧が一定になる
様にZスライド4の位置を制御する(ステップS5)。Next, the Z slide 4 is driven and lowered until the tip of the probe 28 contacts the surface of the work 6 (step S3). At this time, the output of the displacement sensor 31 is monitored, and the Z slide 4 is lowered until the displacement amount of the parallel leaf springs 27a to 27d, in other words, the contact pressure of the probe 28 with the work 6 reaches a predetermined value (step S).
4). When the displacement amount of the parallel leaf springs 27a to 27d reaches a predetermined value, the switch 40 is switched to select the contact pressure control circuit 39, so that the output of the displacement sensor 31 becomes constant, in other words, the contact pressure of the probe 28. The position of the Z slide 4 is controlled so that is constant (step S5).
【0103】次に、干渉計10,11,12,13,14の
出力から、式(1)乃至(3)を用いてプローブ先端の
マスターボール30の位置を算出する(ステップS
6)。そして、この算出した座標位置を総合制御装置9
0内のメモリに保存する(ステップS7)。Next, from the outputs of the interferometers 10, 11, 12, 13, and 14, the position of the master ball 30 at the tip of the probe is calculated using equations (1) to (3) (step S).
6). The calculated coordinate position is stored in the integrated control device 9.
0 is stored in the memory (step S7).
【0104】次に、Xスライド3及びYスライド2を駆
動して、プローブ28をワーク6の表面に接触した状態
で走査しながら、プローブ28の位置を順次測定し、総
合制御装置90内のメモリに記憶していく(ステップS
8)。そして、全部の測定領域を走査し終えたかを判定
し(ステップS9)、走査が終了していなければステッ
プS6に戻り、走査が終了していればステップS10に
進む。ステップS10では、スイッチ40を切り替え
て、プローブ28を位置制御の状態とし、さらにプロー
ブ28をワーク6から退避させて測定を終了する(ステ
ップS11)。Next, the X slide 3 and the Y slide 2 are driven to sequentially measure the position of the probe 28 while scanning the probe 28 in contact with the surface of the work 6. (Step S
8). Then, it is determined whether the scanning of all the measurement areas is completed (step S9). If the scanning is not completed, the process returns to step S6, and if the scanning is completed, the process proceeds to step S10. In step S10, the switch 40 is switched to bring the probe 28 into a state of position control, and further, the probe 28 is retracted from the work 6 to finish the measurement (step S11).
【0105】以上説明した様に、上記の実施形態によれ
ば、ベッド16に対して、ベース定盤1を3点で支持
し、そのうちの1点では、ベース定盤1を強固に固定
し、他の1点ではY軸方向のみに可動に支持し、残りの
1点ではXY方向に可動に支持することにより、ベッド
16の変形がベース定盤1に伝達されず、高精度な測定
が可能となる。As described above, according to the above-described embodiment, the base platen 1 is supported on the bed 16 at three points, and at one point, the base platen 1 is firmly fixed. The other point is movably supported only in the Y-axis direction, and the other point is movably supported in the XY direction, so that deformation of the bed 16 is not transmitted to the base platen 1 and high-precision measurement is possible. Becomes
【0106】また、ベース定盤1に対して、基準鏡保持
フレーム32を3点で支持し、そのうちの1点では、基
準鏡保持フレーム32を強固に固定し、他の1点ではY
軸方向のみに可動に支持し、残りの1点ではXY方向に
可動に支持することにより、ベース定盤1の変形が基準
鏡保持フレーム32に伝達されず、高精度な測定が可能
となる。The reference mirror holding frame 32 is supported at three points with respect to the base platen 1. At one of the points, the reference mirror holding frame 32 is firmly fixed, and at the other point, Y is fixed.
By supporting the base plate 1 movably only in the axial direction and movably supporting the remaining one point in the X and Y directions, the deformation of the base surface plate 1 is not transmitted to the reference mirror holding frame 32, and high-precision measurement is possible.
【0107】また、基準鏡7,8,9を3ヶ所の押し当て
点と、3ヶ所以上の引っ張り点で基準鏡保持フレーム3
2に保持しているので、基準鏡の自重による変形を小さ
くすることができ、高精度な測定が可能となる。Further, the reference mirrors 7, 8 and 9 are fixed to the reference mirror holding frame 3 by three pressing points and three or more pulling points.
2, the deformation of the reference mirror due to its own weight can be reduced, and highly accurate measurement can be performed.
【0108】また、ベース、基準鏡保持フレーム、及び
基準鏡を熱膨張係数の小さい材料を用いて形成すること
により、環境温度が変化した場合でも、これらの部材の
変形量を小さく抑えることができ、高精度な測定が可能
となる。Further, by forming the base, the reference mirror holding frame, and the reference mirror using a material having a small coefficient of thermal expansion, the deformation amount of these members can be suppressed even when the environmental temperature changes. And highly accurate measurement is possible.
【0109】また、Zスライドの位置を5ヶ所の干渉計
で測定しているので、これらの測定値を用いることによ
り、X軸、Y軸及びZ軸の移動誤差に影響されない高精
度な位置測定が可能となる。Further, since the position of the Z slide is measured by five interferometers, by using these measured values, a highly accurate position measurement which is not affected by the movement errors of the X axis, Y axis and Z axis. Becomes possible.
【0110】また、Z軸の基準鏡9の鏡面が下向きに配
置されているので、空気中の塵等の堆積により基準鏡の
性能が劣化することを防止できる。Further, since the mirror surface of the Z-axis reference mirror 9 is disposed downward, it is possible to prevent the performance of the reference mirror from deteriorating due to accumulation of dust and the like in the air.
【0111】また、XYZ移動機構の末端部に設けられ
た最も重量の軽いZスライド4が、プローブ28をワー
ク6の高さ方向に追従させるため、ワーク6の高さ方向
へのプローブの追従性能が高く、高速で精度の高い測定
が可能となる。Since the lightest Z-slide 4 provided at the end of the XYZ moving mechanism causes the probe 28 to follow the height direction of the work 6, the follow-up performance of the probe in the height direction of the work 6 is achieved. And high-speed, high-precision measurement is possible.
【0112】なお、上記の実施形態においては、第3の
支持点30を細い円柱状に形成する様に説明したが、断
面積が小さければ、正方形などの正多角形の断面の柱で
も同じことである。また、第2の支持点31を薄板状に
形成する様に説明したが、これに限らず、Y方向に変形
しやすい断面形状であればよく、楕円形の断面の柱など
でもよい。In the above embodiment, the third support point 30 is described as being formed in a thin columnar shape. However, the same applies to a column having a regular polygonal cross section such as a square if the cross sectional area is small. It is. Further, the second support point 31 is described as being formed in a thin plate shape, but the present invention is not limited to this, and any cross-sectional shape that can be easily deformed in the Y direction may be used.
【0113】また、上記の実施形態では5つの干渉計を
用いて測定した5つの長さを位置測定のよりどころとし
ているが、干渉計で測定する長さの精度は、使用する光
源の波長に依存している。そこで、市販されている波長
補正用の干渉計を加えて6つの干渉計のシステムとすれ
ば、形状測定中の気温、気圧の変動による波長の変化に
も影響されない形状測定が可能となる。In the above embodiment, the five lengths measured using the five interferometers are used as the source of the position measurement. However, the accuracy of the length measured by the interferometer depends on the wavelength of the light source used. Depends. Therefore, if a system of six interferometers is added by adding a commercially available interferometer for wavelength correction, it is possible to perform shape measurement that is not affected by a change in wavelength due to a change in temperature or atmospheric pressure during shape measurement.
【0114】また、変位センサー31の出力をフィード
バック回路39及びスイッチ40を介してZ軸駆動用モ
ータ24に導く回路は、プローブの押し付け力を一定に
保つために必要なものであり、前述した様に高い応答性
が必要である。そこで、Z軸の応答性能を高めるため
に、例えば、ガイド23をエアーベアリングとして摩擦
を低減したり、回転するモータとボールネジによる駆動
方式をリニアモータに置き換え、バックラッシュなど非
線形な要素を排除する構成としてもよい。The circuit for guiding the output of the displacement sensor 31 to the Z-axis driving motor 24 via the feedback circuit 39 and the switch 40 is necessary for keeping the pressing force of the probe constant. High responsiveness is required. Therefore, in order to enhance the response performance of the Z-axis, for example, a configuration is adopted in which the guide 23 is an air bearing to reduce friction, or a driving method using a rotating motor and a ball screw is replaced with a linear motor to eliminate nonlinear elements such as backlash. It may be.
【0115】また、本実施形態では、プローブの移動に
X,Y,Z軸の3軸を用い、ワークの表面を2次元的に走
査する様にしているが、X軸を省略し、Y,Z軸のみを
用いて被測定物表面の1断面のみ走査する構成でもよ
い。In this embodiment, the probe is moved in three axes of X, Y, and Z axes, and the surface of the work is two-dimensionally scanned. A configuration in which only one cross section of the surface of the measured object is scanned using only the Z axis may be used.
【0116】(第2の実施形態)図10は、基準鏡保持
フレーム32の支持方法の第2の実施形態を示した図で
ある。(Second Embodiment) FIG. 10 is a view showing a second embodiment of a method of supporting the reference mirror holding frame 32.
【0117】図10において、ベース定盤1には、ワー
ク6を固定し、また、3本の柱5a、5b、5cを設
け、これら3ヵ所において基準鏡保持フレーム32を支
持する。第1の支持点は柱5aと基準鏡フレーム32の
両方に略円錐形状の窪み41を設け、球43aを挟む。
第2の支持点は、柱5bと基準鏡フレーム32の両方
に、Y軸に沿う方向に稜線の方向を一致させるようにし
た略3角柱形状の窪みを設け、球43bを挟む。第3の
支持点は柱5cと基準鏡保持フレーム32の平面間に球
43cを挟む。In FIG. 10, the work 6 is fixed to the base platen 1, and three columns 5a, 5b, 5c are provided, and the reference mirror holding frame 32 is supported at these three places. The first support point is provided with a substantially conical recess 41 in both the column 5a and the reference mirror frame 32, and sandwiches the sphere 43a.
The second support point is provided in both the column 5b and the reference mirror frame 32 with a substantially triangular column-shaped recess whose ridge line is aligned in the direction along the Y axis, and sandwiches the sphere 43b. The third support point sandwiches the ball 43c between the column 5c and the plane of the reference mirror holding frame 32.
【0118】この構成により、第1の支持点においては
XYZ方向を拘束し、第2の支持点においてはXZ方向
を拘束し、第3の支持点においてはZ方向を拘束する。
ここで、ベース定盤1が変形し、3つの支持点間距離が
変化した場合を考える。第1の支持点と第2の支持点間
の距離の変化に対しては第2の支持点の球43bが三角
柱形状の窪みに沿って移動するため、基準鏡保持フレー
ム32に不要な力を伝達しない。また、第2と第3、第
1と第3の支持点間の距離が変化しても、第3の支持点
はXY平面内で自由に移動可能であるため、基準鏡保持
フレーム32に不要な力を伝達しない。結局、ベース定
盤1が変形しても、基準鏡保持フレーム32が変形する
ことが防止される。With this configuration, the XYZ direction is restricted at the first support point, the XZ direction is restricted at the second support point, and the Z direction is restricted at the third support point.
Here, the case where the base platen 1 is deformed and the distance between the three support points changes is considered. When the distance between the first support point and the second support point changes, the sphere 43b at the second support point moves along the triangular prism-shaped depression, so that unnecessary force is applied to the reference mirror holding frame 32. Do not communicate. Even if the distance between the second and third support points and the distance between the first and third support points changes, the third support point can be freely moved in the XY plane. Does not transmit strong force. As a result, even if the base platen 1 is deformed, the reference mirror holding frame 32 is prevented from being deformed.
【0119】この第2の実施形態では、断面形状の異な
る柱を用いて基準鏡保持フレームを支持する第1の実施
形態に比較してより大きなベース定盤の変形に対応でき
る。In the second embodiment, it is possible to cope with a larger deformation of the base surface plate as compared with the first embodiment in which the reference mirror holding frame is supported using columns having different cross-sectional shapes.
【0120】(第3の実施形態)この第3の実施形態
は、第1の実施形態に比較して、Z軸を横方向に向けた
ものである。図11は、第3の実施形態の装置の構成を
示している。(Third Embodiment) The third embodiment is different from the first embodiment in that the Z axis is oriented in the horizontal direction. FIG. 11 shows the configuration of the device of the third embodiment.
【0121】この実施形態においては、図11に示すよ
うにワーク6を立てた状態で測定を行うことができる。
例えば、立てた状態で使用する光学素子などの場合、使
用する姿勢と同じ状態で形状測定ができるため、自重に
よる変形も使用状態と同じになり、精度のよい測定が可
能となる。In this embodiment, the measurement can be performed with the work 6 upright as shown in FIG.
For example, in the case of an optical element used in an upright state, the shape can be measured in the same state as the posture to be used. Therefore, the deformation due to its own weight becomes the same as that in the use state, and accurate measurement can be performed.
【0122】(第4の実施形態)図12は、第4の実施
形態の3次元形状測定装置の概略構成を示す斜視図であ
る。(Fourth Embodiment) FIG. 12 is a perspective view showing a schematic configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a fourth embodiment.
【0123】図12において、形状測定装置は、装置の
ベースとなり、かつ被測定物であるワーク401を載置
するための測定台303と、測定台303上にY軸方向
に沿って配置されたY軸方向ガイド305と、Y軸方向
ガイド305に沿って移動するYスライド302と、Y
スライド302をY軸方向に移動させるための駆動機構
429(図13参照)と、Yスライド302上にX軸方
向に沿ってスライド可能に配置されたXスライド301
と、Xスライド301をX軸方向に移動させるための駆
動機構428(図13参照)と、Xスライド301にZ
軸方向に沿って延出した状態で固定された支柱306
と、支柱306に対してZ軸方向にスライド可能に配置
されたZスライド405と、Zスライド405にZ軸方
向に弾性的に移動可能に支持されたプローブ403と、
プローブ403の先端に取り付けられ形状精度が高いこ
とが補償されたボール402とから概略構成されてい
る。Yスライド302の駆動機構429及びXスライド
301の駆動機構428としては、例えばボールネジと
モータを用いた送り機構やリニアモータを用いた送り機
構が用いられる。In FIG. 12, the shape measuring device is a base of the device, and is provided with a measuring table 303 on which a work 401 as an object to be measured is placed, and arranged on the measuring table 303 along the Y-axis direction. A Y-axis direction guide 305, a Y slide 302 that moves along the Y-axis direction guide 305,
A drive mechanism 429 (see FIG. 13) for moving the slide 302 in the Y-axis direction, and an X slide 301 slidably arranged on the Y slide 302 along the X-axis direction.
And a drive mechanism 428 (see FIG. 13) for moving the X slide 301 in the X axis direction.
Post 306 fixed in a state of extending along the axial direction
A Z-slide 405 arranged to be slidable in the Z-axis direction with respect to the column 306, a probe 403 supported by the Z-slide 405 to be elastically movable in the Z-axis direction,
A ball 402 is attached to the tip of the probe 403 and is compensated for having high shape accuracy. As the drive mechanism 429 of the Y slide 302 and the drive mechanism 428 of the X slide 301, for example, a feed mechanism using a ball screw and a motor or a feed mechanism using a linear motor is used.
【0124】このように構成される3次元形状測定装置
においては、X、Y及びZスライドにより、プローブ4
03を、その先端がワーク401に接触した状態でワー
ク401の表面上を走査させ、プローブ403の位置を
後述する位置センサで検出して、ワーク401の表面形
状を測定する。In the three-dimensional shape measuring apparatus thus configured, the probe 4 is moved by X, Y and Z slides.
03 is scanned over the surface of the work 401 with its tip in contact with the work 401, and the position of the probe 403 is detected by a position sensor described later to measure the surface shape of the work 401.
【0125】図13は、図12におけるZスライド40
5の部分を拡大して示した断面図である。FIG. 13 shows the Z slide 40 in FIG.
It is sectional drawing which expanded and showed the part of 5.
【0126】図13において、401は被測定物である
ワークであり、その表面は測定時においてはボール40
2に接触している。ボール402はプローブ(触針子)
403の先端に固定されており、プローブ403は、平
行板バネ404a〜404dを介してZスライド405
に支持され、Zスライド405に対してZ軸方向にのみ
相対移動可能に構成されている。この平行板バネ404
a〜404dの変形により、プローブ403とワーク4
01との接触圧力を与える。非接触変位計406はZス
ライド405に固定されており、プローブ403とZス
ライド405の相対位置を測定することで平行板バネ4
04a〜404dのZ軸方向の変形量を測定することが
可能である。また、Zスライド405はガイド可動部4
09a,410aとガイド409b,410bにより支柱
306に対してZ軸方向に移動可能に支持されている。In FIG. 13, reference numeral 401 denotes a work to be measured, the surface of which is a ball 40 at the time of measurement.
2 is in contact. Ball 402 is a probe
The probe 403 is fixed to the distal end of the Z-slide 405 via parallel leaf springs 404a to 404d.
, And can move relative to the Z slide 405 only in the Z-axis direction. This parallel leaf spring 404
The probe 403 and the work 4
Give a contact pressure with 01. The non-contact displacement meter 406 is fixed to the Z-slide 405, and measures the relative position between the probe 403 and the Z-slide 405.
It is possible to measure the amount of deformation in the Z-axis direction from 04a to 404d. The Z slide 405 is connected to the guide movable section 4.
The support column 306 is movably supported in the Z-axis direction by 09a, 410a and guides 409b, 410b.
【0127】また、リニアモータ可動部408a,41
1aとリニアモータ固定部408b,411bが発生す
る推力により、Zスライド405はZ軸方向に推力を与
えられる。Zスライド405には反射鏡407が固定さ
れており、レーザ測長装置417は、レーザ光412を
反射鏡407に当てることによりZスライド405のZ
軸方向の位置を測定する。The linear motor movable parts 408a, 41
The Z slide 405 is given a thrust in the Z-axis direction by the thrust generated by 1a and the linear motor fixing portions 408b and 411b. A reflecting mirror 407 is fixed to the Z slide 405, and the laser length measuring device 417 applies a laser beam 412 to the reflecting mirror 407 so that the Z
Measure the axial position.
【0128】制御装置424は指令切り替え部420、
位置制御演算部416、圧力制御演算部417を有する
演算装置であり、必要に応じてこれらの制御演算部の出
力するリニアモータに対する推力指令を、指令切り替え
部420により切り替え、Zスライド405の制御方法
を切り替える。指令切り替え部420は位置制御演算部
416と圧力制御演算部417のどちらの指令出力をリ
ニアモータ指令421としてリニアモータ408,41
1に出力するかを切り替える。The control device 424 includes a command switching unit 420,
This is a calculation device having a position control calculation unit 416 and a pressure control calculation unit 417. If necessary, a thrust command for a linear motor output by these control calculation units is switched by a command switching unit 420, and a control method of the Z slide 405 is performed. Switch. The command switching unit 420 determines which command output of the position control calculation unit 416 or the pressure control calculation unit 417 is the linear motor command 421 and outputs the linear motor 408 or 41
Switch whether to output to 1.
【0129】圧力制御部417は、非接触変位計406
の検出信号415をフィードバック信号として、リニア
モータの推力指令421を出力する。The pressure control unit 417 is provided with the non-contact displacement meter 406
The linear motor thrust command 421 is output using the detection signal 415 as a feedback signal.
【0130】速度変換部422は、レーザ測長装置41
3で検出されたZスライド405の位置信号414をZ
方向速度信号423に変換し、傾斜角演算部425は、
このZ方向速度信号423を、X軸の移動速度信号43
1およびY軸の移動速度信号430と比較し、ワーク4
01の表面の傾斜角を演算する。The speed conversion section 422 is provided with the laser length measuring device 41.
The position signal 414 of the Z slide 405 detected in
Is converted into a direction speed signal 423.
This Z-direction speed signal 423 is used as the X-axis moving speed signal 43.
1 and the moving speed signal 430 of the Y axis,
The inclination angle of the surface 01 is calculated.
【0131】エッジ判定部426は、傾斜角演算部42
5で算出されたワーク表面の傾斜角と予め設定された最
大傾斜角とを比較し、現在の傾斜角が最大傾斜角以上で
あった場合に、X軸及びY軸の停止信号427をXスラ
イド301の駆動機構及びYスライド302の駆動機構
に指令する。Xスライド及びYスライドの駆動機構は、
この信号を受け取って停止することにより、プローブ4
03がワーク401の端部からはみ出すことを防止す
る。The edge judging section 426 has a function of the inclination angle calculating section 42.
The tilt angle of the work surface calculated in step 5 is compared with a preset maximum tilt angle. If the current tilt angle is equal to or greater than the maximum tilt angle, the X-axis and Y-axis stop signals 427 are X-slided. A command is issued to the drive mechanism of the Y-slide 302 and the drive mechanism of the Y-slide 302. The driving mechanism of the X slide and the Y slide is
When this signal is received and stopped, the probe 4
03 is prevented from protruding from the end of the work 401.
【0132】図14は、ワーク401の端部を検出する
方法を具体的に示した図である。FIG. 14 is a diagram specifically showing a method of detecting the end of the work 401. As shown in FIG.
【0133】図14(a)は、プローブ403がワーク
401の端面503に達していない状態を示す図であ
り、図14(b)は、プローブ403がワーク401の
端面503に達した状態を示す図である。図14
(a),(b)において、506a,506bは、プロー
ブ403とワーク401の接触点であり、504a,5
04bはプローブ403の移動速度の大きさを表わし、
505a,505bはZ方向の速度の大きさを表わす。
また、502a,502bは接触点506a,506bに
おけるワーク表面の傾斜角であり、この傾斜角θはXス
ライドの速度及びZスライドの速度の比較から、θ=t
an-1{(Z軸方向の速度505/X軸方向の速度50
4)}のように簡単な式によって求めることができる。FIG. 14A shows a state where the probe 403 has not reached the end face 503 of the work 401, and FIG. 14B shows a state where the probe 403 has reached the end face 503 of the work 401. FIG. FIG.
5A and 5B, 506a and 506b are contact points between the probe 403 and the work 401, and 504a and 504b.
04b represents the magnitude of the moving speed of the probe 403,
505a and 505b represent the magnitude of the velocity in the Z direction.
Also, 502a and 502b are the inclination angles of the work surface at the contact points 506a and 506b, and the inclination angle θ is θ = t from the comparison between the X slide speed and the Z slide speed.
an -1 {(speed in the Z-axis direction 505 / speed in the X-axis direction 50
4) It can be obtained by a simple equation such as}.
【0134】図14(b)ではプローブ403の先端で
あるボール402がワーク401の端面503から外れ
かけているが、この状態の傾斜角502bの大きさが規
定値を越えた時点で接触点506bが測定面の端である
ことを検出し、Xスライドの駆動機構が停止される。In FIG. 14B, the ball 402, which is the tip of the probe 403, is coming off the end face 503 of the work 401. When the inclination angle 502b in this state exceeds the specified value, the contact point 506b Is detected to be the end of the measurement surface, and the drive mechanism of the X slide is stopped.
【0135】このように、本実施形態においては、ワー
ク表面の傾斜角を検出する機構を有しているので、初め
て測定するワークを形状測定装置に搭載した場合でも、
ワークのXY方向の位置を予め計測しなくとも、形状測
定を開始し、ワークのXY方向の端を検出することがで
きる。As described above, in the present embodiment, since the mechanism for detecting the inclination angle of the work surface is provided, even when the work to be measured is mounted on the shape measuring device for the first time,
The shape measurement can be started without detecting the position of the work in the XY directions in advance, and the end of the work in the XY directions can be detected.
【0136】また、プローブがワークのXY方向の端の
位置を越えそうになった場合にも、完全にプローブがワ
ークの端から外れることがないので、Zスライドの圧力
制御の発振を防止することができる。Further, even when the probe is about to move beyond the end of the work in the X and Y directions, the probe is not completely displaced from the end of the work. Can be.
【0137】(第5の実施形態)図15は、第5の実施
形態の3次元形状測定装置の構成を示した図である。こ
の第5の実施形態の装置は、第4の実施形態の装置のZ
スライドの部分を変更しただけのものであるので、第4
の実施形態と同一機能部分には同一符号を付してその説
明を省略する。(Fifth Embodiment) FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a fifth embodiment. The device of the fifth embodiment is the same as that of the device of the fourth embodiment.
Since the slide part is only changed,
The same reference numerals are given to the same functional portions as in the embodiment, and the description thereof will be omitted.
【0138】反射鏡601は、プローブ403の上端部
に取り付けられ、レーザ測長装置603はレーザ測定光
602を反射鏡601に当てることによりプローブ40
3の位置を測定する。圧力制御演算部420はレーザ測
長装置413で検出されるZスライド405の位置とプ
ローブ403の位置を比較演算することによりZスライ
ド405とプローブ403の相対位置を検出し、平行板
バネ404a〜404dの変形量を検出することにより
圧力制御を行う。The reflecting mirror 601 is attached to the upper end of the probe 403, and the laser length measuring device 603 applies the laser measuring light 602 to the reflecting mirror 601 so that the probe 40
Measure the position of 3. The pressure control calculator 420 compares the position of the Z slide 405 detected by the laser length measuring device 413 with the position of the probe 403 to detect the relative position of the Z slide 405 and the probe 403, and detects the relative positions of the parallel leaf springs 404a to 404d. The pressure control is performed by detecting the amount of deformation of.
【0139】(第6の実施形態)図16は、第6の実施
形態の3次元形状測定装置の構成を示した図であり、第
4の実施形態と同一機能部分には同一符号を付してその
説明を省略する。なお、この実施例では、Zスライドの
部分しか示さないが、装置全体としては、図12に示し
た第4の実施形態と同様に構成されている。(Sixth Embodiment) FIG. 16 is a view showing a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a sixth embodiment. The same reference numerals are given to the same functional parts as in the fourth embodiment. The description is omitted. In this example, only the Z slide portion is shown, but the entire apparatus is configured in the same manner as the fourth embodiment shown in FIG.
【0140】図16において、制御装置728は、指令
切り替え部726、位置制御演算部718、速度制御演
算部719、圧力制御演算部720を有する演算装置で
あり、必要に応じてこれらの制御演算部の出力するリニ
アモータに対する推力指令を、指令切り替え部726に
より切り替え、Zスライド405の制御方法を切り替え
る。指令切り替え部726は、位置制御演算部718と
速度制御演算部719と圧力制御演算部720のうちの
どの指令出力をリニアモータ指令727として、リニア
モータ408,411に出力するかを切り替える。In FIG. 16, a control unit 728 is an arithmetic unit having a command switching unit 726, a position control arithmetic unit 718, a speed control arithmetic unit 719, and a pressure control arithmetic unit 720. The command switching unit 726 switches the thrust command for the linear motor that is output by the controller, and switches the control method of the Z slide 405. The command switching unit 726 switches which command output of the position control calculation unit 718, the speed control calculation unit 719, and the pressure control calculation unit 720 is output to the linear motors 408 and 411 as the linear motor command 727.
【0141】位置速度変換部716は、レーザ測長装置
413で検出されたZスライド位置信号414をZスラ
イド速度信号717に変換し、速度制御演算部719
は、Zスライド速度信号717をフィードバック信号と
して、PID制御の演算を行いリニアモータの推力指令
724を出力する。速度制御時には、この推力指令72
4が指令切り替え部726によりリニアモータ408,
411に対して指令されZスライドは速度制御される。
この速度演算部の速度指令値721とI成分初期値72
2は制御開始時に速度制御演算部719に転送され、演
算データとして使用される。The position / speed conversion unit 716 converts the Z slide position signal 414 detected by the laser length measuring device 413 into a Z slide speed signal 717, and the speed control calculation unit 719
Performs a PID control calculation using the Z slide speed signal 717 as a feedback signal, and outputs a thrust command 724 for the linear motor. At the time of speed control, the thrust command 72
4 is the linear motor 408,
411 is commanded to control the speed of the Z slide.
The speed command value 721 and the I component initial value 72 of the speed calculation unit
2 is transferred to the speed control calculation unit 719 at the start of control and used as calculation data.
【0142】圧力制御演算部720は、非接触変位計4
06の検出信号415をフィードバック信号として、リ
ニアモータ408,411の推力指令723を出力す
る。The pressure control calculation section 720 is provided with the non-contact displacement meter 4
The thrust command 723 of the linear motors 408 and 411 is output using the detection signal 415 of 06 as a feedback signal.
【0143】位置制御演算部718は、レーザ測長装置
413で検出されたZスライド位置信号414をフィー
ドバック信号としてPID制御の演算を行い、リニアモ
ータ408,411の推力指令725を出力し、リニア
モータ408,411の推力を調整することによりZス
ライド405の位置を制御する。The position control calculation section 718 performs PID control calculation using the Z slide position signal 414 detected by the laser length measuring device 413 as a feedback signal, outputs a thrust command 725 for the linear motors 408 and 411, The position of the Z slide 405 is controlled by adjusting the thrust of 408 and 411.
【0144】図17及び図18は、上記の様に構成され
る装置の動作を説明するためのフローチャートである。FIG. 17 and FIG. 18 are flow charts for explaining the operation of the apparatus configured as described above.
【0145】まず、位置制御を開始(ステップS20
2)により、Zスライド405は、プローブ403がワ
ーク401に接触していない上方の位置で、位置制御に
よって停止される。First, position control is started (step S20).
According to 2), the Z slide 405 is stopped by position control at an upper position where the probe 403 is not in contact with the workpiece 401.
【0146】ステップS203では、位置制御の目標位
置を下方の位置に書き換え、Zスライド405をワーク
401に近づける。In step S203, the target position for position control is rewritten to a lower position, and the Z slide 405 is brought closer to the work 401.
【0147】ステップS204では、非接触変位計40
6の検出値をモニターし、Zスライド405の移動によ
りプローブ403がワーク401に接触し、平行板バネ
404a〜404dの変形量が所定の値まで変わるかを
モニターすることによりプローブ403とワーク401
の間の接触圧を検出する。ここで検出された圧力が所定
の値に達していない場合には、再度ステップS203の
プロセスを実行し、圧力が規定値に達した時点で次のス
テップに移行する。In step S204, the non-contact displacement meter 40
6, the probe 403 contacts the work 401 by moving the Z slide 405, and monitors whether the deformation amount of the parallel leaf springs 404a to 404d changes to a predetermined value.
Between the contact pressures. If the detected pressure has not reached the predetermined value, the process of step S203 is executed again, and when the pressure reaches the specified value, the process proceeds to the next step.
【0148】ステップS205では、圧力が規定値に達
しているので、Zスライド405の位置を変更せず、そ
の場において位置制御から圧力制御に切り替える。In step S205, since the pressure has reached the specified value, the position of the Z slide 405 is not changed and the position control is switched from the position control to the pressure control.
【0149】ステップS206では、Zスライド405
を圧力制御で制御した状態で、Xスライド301又はY
スライド302(図12参照)によって、プローブ40
3の接触点をワーク401上で移動させ、形状を測定す
る。In the step S206, the Z slide 405 is set.
Is controlled by the pressure control, the X slide 301 or the Y slide
The slide 40 (see FIG. 12) allows the probe 40
The contact point of No. 3 is moved on the work 401 and the shape is measured.
【0150】ステップS207では、圧力制御のフィー
ドバック信号をモニタし、この値が何等かの理由により
規定値を外れていないかを検出する。ここで規定値を外
れている場合にはステップS210の緊急退避動作にプ
ロセスを変更する。規定値内であればステップS208
に進む。In step S207, the feedback signal of the pressure control is monitored, and it is detected whether or not this value has deviated from the specified value for some reason. If the value is outside the specified value, the process is changed to the emergency evacuation operation in step S210. If within the specified value, step S208
Proceed to.
【0151】ステップS208では、Xスライド又はY
スライドの動きによりワーク401上の全ての測定点を
走査し終えたかを判定し、測定が終了していなければ引
き続きステップS206、ステップS207のプロセス
を続ける。In step S208, X slide or Y slide
It is determined whether or not all the measurement points on the workpiece 401 have been scanned by the movement of the slide, and if the measurement has not been completed, the processes of step S206 and step S207 are continued.
【0152】次に、ステップS210の緊急退避動作を
ステップS211からステップS219までのプロセス
で説明する。Next, the emergency evacuation operation of step S210 will be described with reference to the processes from step S211 to step S219.
【0153】ステップS212では緊急退避のために、
ステージの制御を圧力制御から速度制御に切り替えるた
めの速度指令値を設定する。In step S212, for emergency evacuation,
A speed command value for switching the stage control from pressure control to speed control is set.
【0154】ステップS213では、緊急退避のために
速度制御演算部719のPID制御に対してI成分の初
期値を設定する。設定する初期値はリニアモータの推力
がZスライド405がワーク401から離れる方向に最
大推力を発生する値である。In step S213, an initial value of the I component is set for the PID control of the speed control calculation unit 719 for emergency evacuation. The initial value to be set is a value at which the thrust of the linear motor generates the maximum thrust in the direction in which the Z slide 405 moves away from the work 401.
【0155】ステップS214では、緊急退避動作のた
めに、Zスライド405の制御を圧力制御から速度制御
に切り替える。この切り替えにより、Zスライド405
はワーク401から退避を開始する。In step S214, the control of the Z slide 405 is switched from pressure control to speed control for the emergency retreat operation. By this switching, the Z slide 405
Starts evacuation from the work 401.
【0156】ステップS215では、速度制御によって
Zスライド405がワーク401から退避し、退避の移
動速度が所定の速度に制御される。In step S215, the Z slide 405 is retracted from the work 401 by speed control, and the retreat movement speed is controlled to a predetermined speed.
【0157】ステップS216では、Zスライド405
の位置が速度制御により上端まで移動しているかを判断
し、上端まで移動していなければステップS215のプ
ロセスを続け、Zスライド405はワーク401から離
れ続ける。In the step S216, the Z slide 405 is set.
It is determined whether or not the position has moved to the upper end by speed control. If the position has not moved to the upper end, the process of step S215 is continued, and the Z slide 405 keeps moving away from the work 401.
【0158】ステップS217では、Zスライド405
が上端に達した位置で減速停止する様に、速度制御の指
令値を変更する。In step S217, the Z slide 405
The command value of the speed control is changed so that the motor stops at the position where the motor reaches the upper end.
【0159】ステップS218では、Zスライド405
が上端で減速停止した時点でZスライド405の制御を
位置制御に切り替え、その場で停止し、緊急退避動作を
終了する。In the step S218, the Z slide 405
When the control is decelerated and stopped at the upper end, the control of the Z slide 405 is switched to the position control, stopped immediately, and the emergency evacuation operation is terminated.
【0160】以上説明した様に、上記の実施形態によれ
ば、プローブを退避させる機構を有しているので、プロ
ーブによってワークの形状を測定する場合の圧力制御時
に、何等かの原因によって圧力制御が破綻した場合にお
いても、プローブを安定かつ高速にワークから退避させ
ることができ、プローブの押し込みすぎによるワークの
破損、プローブや予圧機構の破損を防ぐことができる。As described above, according to the above-described embodiment, the mechanism for retracting the probe is provided. Therefore, when the shape of the workpiece is measured by the probe, the pressure control is performed for some reason. In the case of failure, the probe can be evacuated from the workpiece stably and at high speed, and damage to the workpiece due to excessive pushing of the probe and damage to the probe and the preload mechanism can be prevented.
【0161】また、従来Zスライドの非常停止用に必要
であった強力なブレーキ機構を必要としないので装置を
小型化することができる。Further, since a strong brake mechanism, which has been conventionally required for emergency stop of the Z slide, is not required, the size of the apparatus can be reduced.
【0162】(第7の実施形態)図19は、第7の実施
形態の3次元形状測定装置の構成を示す図である。この
第7の実施形態の装置は、第6の実施形態の装置のZス
ライドの部分を変更しただけのものであるので、第6の
実施形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略する。(Seventh Embodiment) FIG. 19 is a view showing the configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a seventh embodiment. Since the device of the seventh embodiment is the same as the device of the sixth embodiment except that the Z-slide is changed, the same parts as those of the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Is omitted.
【0163】反射鏡801は、プローブ403の上端部
に取り付けられ、レーザ測長装置803はレーザ測長光
802を反射鏡801に当てることによりプローブ40
3の位置を測定する。圧力制御演算部720はレーザ測
長装置413で検出されるZスライド405の位置とプ
ローブ403の位置を比較演算することによりZスライ
ド405とプローブ403の相対位置を検出し、平行板
バネ404a〜404dの変形量を検出することにより
圧力制御を行う。The reflecting mirror 801 is attached to the upper end of the probe 403, and the laser measuring device 803 applies the laser measuring light 802 to the reflecting mirror 801 so that the probe 40
Measure the position of 3. The pressure control calculation unit 720 detects the relative position between the Z slide 405 and the probe 403 by comparing and calculating the position of the Z slide 405 detected by the laser length measuring device 413 and the position of the probe 403, and detects the relative positions of the parallel plate springs 404a to 404d. The pressure control is performed by detecting the amount of deformation of.
【0164】なお、本発明は、その主旨を逸脱しない範
囲で、上記実施形態を修正又は変形したものに適用可能
である。The present invention can be applied to modifications or variations of the above embodiment without departing from the gist of the invention.
【0165】[0165]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ベッドに対して、ベースを3点で支持し、そのうちの1
点では、ベースを強固に固定し、他の1点ではY軸方向
のみに可動に支持し、残りの1点ではXY方向に可動に
支持することにより、ベッドの変形がベースに伝達され
ず、高精度な測定が可能となる。As described above, according to the present invention,
The base is supported on the bed at three points, one of which
At the point, the base is firmly fixed, the other point is movably supported only in the Y-axis direction, and the other point is movably supported in the XY direction, so that the bed deformation is not transmitted to the base, Highly accurate measurement is possible.
【0166】また、ベースに対して、基準鏡保持フレー
ムを3点で支持し、そのうちの1点では、基準鏡保持フ
レームを強固に固定し、他の1点ではY軸方向のみに可
動に支持し、残りの1点ではXY方向に可動に支持する
ことにより、ベースの変形が基準鏡保持フレームに伝達
されず、高精度な測定が可能となる。Further, the reference mirror holding frame is supported on the base at three points, one of which is firmly fixed to the reference mirror holding frame, and the other is movably supported only in the Y-axis direction at the other point. However, by supporting the remaining one point movably in the XY directions, the deformation of the base is not transmitted to the reference mirror holding frame, and high-precision measurement is possible.
【0167】また、基準鏡を3ヶ所の押し当て点と、3
ヶ所以上の引っ張り点で基準鏡保持フレームに保持して
いるので、基準鏡の自重による変形を小さくすることが
でき、高精度な測定が可能となる。The reference mirror is pressed at three points,
Since the reference mirror is held on the reference mirror holding frame at more than three pull points, deformation of the reference mirror due to its own weight can be reduced, and highly accurate measurement can be performed.
【0168】また、ベース、基準鏡保持フレーム、及び
基準鏡を熱膨張係数の小さい材料を用いて形成すること
により、環境温度が変化した場合でも、これらの部材の
変形量を小さく抑えることができ、高精度な測定が可能
となる。Further, by forming the base, the reference mirror holding frame, and the reference mirror using a material having a small coefficient of thermal expansion, the amount of deformation of these members can be suppressed even when the environmental temperature changes. And highly accurate measurement is possible.
【0169】また、Zスライドの位置を5ヶ所の干渉計
で測定しているので、これらの測定値を用いることによ
り、X軸、Y軸及びZ軸の移動誤差に影響されない高精
度な位置測定が可能となる。Further, since the position of the Z slide is measured by five interferometers, by using these measured values, highly accurate position measurement which is not affected by movement errors of the X, Y, and Z axes can be performed. Becomes possible.
【0170】また、Z軸の基準鏡の鏡面が下向きに配置
されているので、空気中の塵等の堆積により基準鏡の性
能が劣化することを防止できる。Further, since the mirror surface of the Z-axis reference mirror is arranged downward, it is possible to prevent the performance of the reference mirror from deteriorating due to accumulation of dust and the like in the air.
【0171】また、XYZ移動機構の末端部に設けられ
た最も重量の軽いZスライドが、プローブをワークの高
さ方向に追従させるため、ワークの高さ方向へのプロー
ブの追従性能が高く、高速で精度の高い測定が可能とな
る。Further, since the lightest Z-slide provided at the end of the XYZ moving mechanism causes the probe to follow the height direction of the work, the follow-up performance of the probe in the height direction of the work is high. And highly accurate measurement is possible.
【0172】また、ワーク表面の傾斜角を検出する機構
を有しているので、初めて測定するワークを形状測定装
置に搭載した場合でも、ワークのXY方向の位置を予め
計測しなくとも、形状測定を開始し、ワークのXY方向
の端を検出することができる。Further, since a mechanism for detecting the inclination angle of the work surface is provided, even when the work to be measured is first mounted on the shape measuring device, the shape measurement can be performed without previously measuring the position of the work in the XY directions. Is started, and the end of the workpiece in the X and Y directions can be detected.
【0173】また、プローブがワークのXY方向の端の
位置を越えそうになった場合にも、完全にプローブがワ
ークの端から外れることがないので、Zスライドの圧力
制御の発振を防止することができる。Further, even when the probe is about to move beyond the end of the work in the X and Y directions, the probe does not completely come off the end of the work. Can be.
【0174】また、プローブを退避させる機構を有して
いるので、プローブによってワークの形状を測定する場
合の圧力制御時に、何等かの原因によって圧力制御が破
綻した場合においても、プローブを安定かつ高速にワー
クから退避させることができ、プローブの押し込みすぎ
によるワークの破損、プローブや予圧機構の破損を防ぐ
ことができる。Further, since a mechanism for retracting the probe is provided, the probe can be stably and quickly operated even if the pressure control fails for some reason at the time of pressure control when measuring the shape of the workpiece with the probe. The probe can be retreated from the work, and damage to the work due to excessive pushing of the probe and damage to the probe and the preload mechanism can be prevented.
【0175】また、従来Zスライドの非常停止用に必要
であった強力なブレーキ機構を必要としないので装置を
小型化することができる。Further, since a strong brake mechanism, which has been conventionally required for emergency stop of the Z slide, is not required, the size of the apparatus can be reduced.
【0176】[0176]
【図1】第1の実施形態の3次元形状測定装置の構成を
示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a first embodiment.
【図2】図1の側断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of FIG.
【図3】基準鏡を支持するときの押し当て点と引っ張り
点を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a pressing point and a pulling point when a reference mirror is supported.
【図4】梁の支持状態による変形を様子を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing a state of deformation due to a supporting state of a beam.
【図5】基準鏡と光干渉計による距離測定の原理を示す
図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a principle of distance measurement by a reference mirror and an optical interferometer.
【図6】基準鏡と光干渉計による距離測定の原理を示す
図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a principle of distance measurement by a reference mirror and an optical interferometer.
【図7】Zスライドに設けられた干渉計とXYZ基準鏡
の位置関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a positional relationship between an interferometer provided on a Z slide and an XYZ reference mirror.
【図8】Zスライドの移動誤差を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a movement error of a Z slide.
【図9】第1の実施形態の装置の動作を示すフローチャ
ートである。FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the device of the first embodiment.
【図10】第2の実施形態を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a second embodiment.
【図11】第3の実施形態を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a third embodiment.
【図12】第4の実施形態の3次元形状測定装置の構成
を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view illustrating a configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus according to a fourth embodiment.
【図13】Zスライドとその制御装置を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a Z slide and a control device thereof.
【図14】プローブのワークに対する接触状態を示す図
である。FIG. 14 is a diagram illustrating a contact state of a probe with a workpiece.
【図15】Zスライドとその制御装置を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a Z slide and a control device thereof.
【図16】Zスライドとその制御装置を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a Z slide and a control device thereof.
【図17】第6の実施形態の装置の動作を示すフローチ
ャートである。FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the device according to the sixth embodiment.
【図18】第6の実施形態の装置の動作を示すフローチ
ャートである。FIG. 18 is a flowchart showing the operation of the device according to the sixth embodiment.
【図19】第7の実施形態を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a seventh embodiment.
【図20】従来の3次元形状測定装置を示す図である。FIG. 20 is a view showing a conventional three-dimensional shape measuring apparatus.
【図21】従来の3次元形状測定装置を示す図である。FIG. 21 is a view showing a conventional three-dimensional shape measuring apparatus.
1 ベース定盤 2 Yスライド 3 Xスライド 4 Zスライド 5 支柱 6 ワーク(被測定物) 7 X基準鏡 8 Y基準鏡 9 Z基準鏡 10 X1測定用干渉計 11 X2測定用干渉計 12 Y1測定用干渉計 13 Y2測定用干渉計 14 Z1測定用干渉計 15 除振台 16 ベッド 17 X軸用ガイド 18 X軸駆動モータ 19 ボールネジ 20 Y軸用ガイド 21 Y軸駆動モータ 22 ボールネジ 23 Z軸用ガイド 24 Z軸駆動モータ 25 ボールネジ 26 ハウジング 28 接触式プローブ 29 第1の支持点 30 第3の支持点 31 第2の支持点 32 基準鏡保持フレーム 33 押し当てピン 34 ナット 35 係止駒 36 引っ張りばね 37 スペーサー 38 取り付けピン 41 円錐形状の窪み 42 3角柱形状の窪み 43 球 44 支持面 45 円錐形状の窪み 46 三角柱形状の窪み 47 球 101 Z駆動用モータ(キャプスタンドライブ) 102 Zスライド 103 グラナイト製コラム 104 XYスライド 105 Y駆動用モータ(キャプスタンドライブ) 106 X駆動用モータ(キャプスタンドライブ) 107 グラナイト製ベッド 108 除振台 109 XYガイド 110 ベース定盤 111 カバー 112 プローブヘッド 113 基準鏡 114 測定アーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base surface plate 2 Y slide 3 X slide 4 Z slide 5 Prop 6 Work (object to be measured) 7 X reference mirror 8 Y reference mirror 9 Z reference mirror 10 X1 measurement interferometer 11 X2 measurement interferometer 12 Y1 measurement Interferometer 13 Interferometer for Y2 measurement 14 Interferometer for Z1 measurement 15 Anti-vibration table 16 Bed 17 X-axis guide 18 X-axis drive motor 19 Ball screw 20 Y-axis guide 21 Y-axis drive motor 22 Ball screw 23 Z-axis guide 24 Z-axis drive motor 25 Ball screw 26 Housing 28 Contact probe 29 First support point 30 Third support point 31 Second support point 32 Reference mirror holding frame 33 Pressing pin 34 Nut 35 Locking piece 36 Tension spring 37 Spacer 38 mounting pin 41 cone-shaped depression 42 triangular prism-shaped depression 43 sphere 44 support surface 45 Cone-shaped depression 46 triangular prism-shaped depression 47 sphere 101 Z drive motor (capstan drive) 102 Z slide 103 granite column 104 XY slide 105 Y drive motor (capstan drive) 106 X drive motor (capstan drive) ) 107 Granite bed 108 Anti-vibration table 109 XY guide 110 Base platen 111 Cover 112 Probe head 113 Reference mirror 114 Measurement arm
Claims (28)
針を接触させ、該触針を前記被測定物の表面に沿って移
動させながら、前記触針の位置を計測することにより、
前記被測定物の表面形状を測定するための3次元形状測
定装置において、 前記測定台を支持するためのベースと、 該ベースと前記測定台の間に配置され、前記ベースの変
形を前記測定台に伝達しにくい状態で前記測定台を支持
する支持手段と、 前記ベース上に配置され、前記触針を3次元的に移動さ
せるためのステージと、 前記ステージの3次元的な位置を測定する測定手段とを
具備することを特徴とする3次元形状測定装置。1. A method in which a stylus is brought into contact with a surface of an object to be measured fixed to a measuring table, and the position of the stylus is measured while moving the stylus along the surface of the object to be measured. ,
In a three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a surface shape of the object to be measured, a base for supporting the measuring table, and a base arranged between the base and the measuring table, wherein deformation of the base is measured by the measuring table. Support means for supporting the measuring table in a state where it is difficult to transmit the stylus; a stage arranged on the base for moving the stylus three-dimensionally; and measurement for measuring a three-dimensional position of the stage. Means for measuring three-dimensional shape.
位置において前記ベースに対して前記測定台を互いに直
交するXYZの3方向に移動不能に固定する第1の支持
機構と、前記第1の位置からY方向に所定距離だけ離間
した前記ベース上の第2の位置において前記ベースに対
して前記測定台をY方向のみに移動可能に支持する第2
の支持機構と、前記第1の位置からXY方向に夫々所定
距離だけ離間した前記ベース上の第3の位置において、
前記ベースに対して前記測定台をX方向及びY方向に移
動可能に支持する第3の支持機構とを具備することを特
徴とする請求項1に記載の3次元形状測定装置。2. The first support mechanism, wherein the first support mechanism fixes the measuring table to the base at a first position on the base so as to be immovable in three XYZ directions orthogonal to each other. A second position supporting the measurement table with respect to the base so as to be movable only in the Y direction at a second position on the base separated from the first position by a predetermined distance in the Y direction.
At a third position on the base spaced apart from the first position by a predetermined distance in the X and Y directions, respectively.
3. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a third support mechanism that supports the measurement table with respect to the base so as to be movable in an X direction and a Y direction.
記測定台の夫々に設けられた略円錐状の凹部と、該略円
錐状の凹部に挿入される第1の球体とから構成され、前
記第2の支持機構は、前記ベースと前記測定台の夫々に
設けられY方向に延出する略三角柱状の凹部と、該略三
角柱状の凹部に挿入される第2の球体とから構成され、
前記第3の支持機構は、前記ベースの上面と前記測定台
の下面との間に挿入される第3の球体から構成されるこ
とを特徴とする請求項2に記載の3次元形状測定装置。3. The first support mechanism includes a substantially conical recess provided on each of the base and the measuring table, and a first sphere inserted into the substantially conical recess. The second support mechanism includes a substantially triangular prism-shaped recess provided in each of the base and the measurement table and extending in the Y direction, and a second sphere inserted into the substantially triangular prism-shaped recess. And
3. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 2, wherein the third support mechanism includes a third sphere inserted between an upper surface of the base and a lower surface of the measuring table. 4.
の小さい材料から形成したことを特徴とする請求項1に
記載の3次元形状測定装置。4. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the base and the measuring table are formed from a material having a small coefficient of thermal expansion.
針を接触させ、該触針を前記被測定物の表面に沿って移
動させながら、前記触針の位置を計測することにより、
前記被測定物の表面形状を測定するための3次元形状測
定装置において、 前記触針を3次元的に移動させるためのステージと、 前記測定台上に配置され、前記ステージの3次元的な位
置を測定する光学系の一部を構成するミラーを支持する
ためのフレームと、 前記測定台と前記フレームの間に配置され、前記測定台
の変形を前記フレームに伝達しにくい状態で前記フレー
ムを支持する第1の支持手段とを具備することを特徴と
する3次元形状測定装置。5. A method in which a stylus is brought into contact with a surface of an object to be measured fixed to a measuring table, and the position of the stylus is measured while moving the stylus along the surface of the object to be measured. ,
In a three-dimensional shape measuring device for measuring a surface shape of the object to be measured, a stage for moving the stylus three-dimensionally, and a three-dimensional position of the stage which is arranged on the measuring table A frame for supporting a mirror that constitutes a part of an optical system for measuring the distance, and the frame is disposed between the measurement table and the frame, and the frame is supported in a state where deformation of the measurement table is not easily transmitted to the frame. A three-dimensional shape measuring apparatus, comprising:
第1の位置において前記測定台に対して前記フレームを
互いに直交するXYZの3方向に移動不能に固定する第
1の支持機構と、前記第1の位置からY方向に所定距離
だけ離間した前記測定台上の第2の位置において前記測
定台に対して前記フレームをY方向のみに移動可能に支
持する第2の支持機構と、前記第1の位置からXY方向
に夫々所定距離だけ離間した前記測定台上の第3の位置
において、前記測定台に対して前記フレームをX方向及
びY方向に移動可能に支持する第3の支持機構とを具備
することを特徴とする請求項5に記載の3次元形状測定
装置。6. A first support mechanism for fixing the frame immovably in three XYZ directions perpendicular to each other with respect to the measurement table at a first position on the measurement table. And a second support mechanism for supporting the frame movably only in the Y direction with respect to the measurement table at a second position on the measurement table separated by a predetermined distance in the Y direction from the first position. At a third position on the measuring table spaced apart from the first position by a predetermined distance in the XY directions, a third position supporting the frame movably in the X and Y directions with respect to the measuring table. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 5, further comprising a support mechanism.
記フレームとをXYZ方向に強固に固定する第1の支柱
から構成され、前記第2の支持機構は、X方向に延出す
る細長い断面を有し前記測定台と前記フレームとを連結
するY方向に変形しやすい第2の支柱から構成され、前
記第3の支持機構は、細い断面を有し前記測定台と前記
フレームとを連結するXY方向に変形しやすい第3の支
柱から構成されることを特徴とする請求項6に記載の3
次元形状測定装置。7. The first support mechanism includes a first support column for firmly fixing the measuring table and the frame in XYZ directions, and the second support mechanism extends in the X direction. The third support mechanism has an elongated cross section and is easily deformable in the Y direction connecting the measuring table and the frame, and the third support mechanism has a thin cross section and connects the measuring table and the frame. The 3rd column according to claim 6, comprising a third column that is easily deformed in the X and Y directions to be connected.
Dimensional shape measuring device.
記フレームの夫々に設けられた略円錐状の凹部と、該略
円錐状の凹部に挿入される第1の球体とから構成され、
前記第2の支持機構は、前記測定台と前記フレームの夫
々に設けられY方向に延出する略三角柱状の凹部と、該
略三角柱状の凹部に挿入される第2の球体とから構成さ
れ、前記第3の支持機構は、前記測定台の上面と前記フ
レームの下面との間に挿入される第3の球体から構成さ
れることを特徴とする請求項6に記載の3次元形状測定
装置。8. The first support mechanism includes a substantially conical recess provided on each of the measuring table and the frame, and a first sphere inserted into the substantially conical recess. ,
The second support mechanism includes a substantially triangular prism-shaped recess provided in each of the measurement table and the frame and extending in the Y direction, and a second sphere inserted into the substantially triangular prism-shaped recess. 7. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 6, wherein the third support mechanism comprises a third sphere inserted between an upper surface of the measuring table and a lower surface of the frame. .
数の小さい材料から形成したことを特徴とする請求項5
に記載の3次元形状測定装置。9. The measuring table and the frame are made of a material having a small coefficient of thermal expansion.
3. The three-dimensional shape measuring device according to item 1.
重による変形を修正した状態で保持する第2の支持手段
を有することを特徴とする請求項5に記載の3次元形状
測定装置。10. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 5, wherein said frame has a second support means for holding said mirror in a state where deformation due to its own weight is corrected.
の3ヶ所に配置され前記ミラーに当接する3つの当接部
材と、前記フレームの少なくとも3ヶ所に配置され前記
ミラーを前記当接部材に当接する様に引き寄せるための
引っ張りバネとを備えることを特徴とする請求項10に
記載の3次元形状測定装置。11. The second support means includes three contact members disposed at three locations on the frame and abutting on the mirror, and the second support means is disposed on at least three locations on the frame and attaches the mirror to the abutment member. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 10, further comprising a tension spring for pulling the three-dimensional shape so as to abut.
対して突出量を調整可能に取り付けられていることを特
徴とする請求項11に記載の3次元形状測定装置。12. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 11, wherein the three contact members are attached to the frame so as to adjust an amount of protrusion.
材と、該第1の当接部材から前記ミラーの長手方向に離
れて配置され、前記ミラーの長手方向に略直交する方向
に並ぶ第2及び第3の当接部材とから構成され、前記第
1の当接部材と前記第2及び第3の当接部材との前記ミ
ラーの長手方向に沿う位置は、前記ミラーの梁としての
変形量が最も少なくなるベッセル位置であることを特徴
とする請求項11に記載の3次元形状測定装置。13. The three contact members are arranged in a longitudinal direction of the mirror away from the first contact member and in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the mirror. The first and second contact members are arranged along the longitudinal direction of the mirror, and the first and second contact members are arranged along the longitudinal direction of the mirror. 12. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 11, wherein the position is a vessel position where the amount of deformation is smallest.
係数の小さい材料から形成したことを特徴とする請求項
10に記載の3次元形状測定装置。14. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 10, wherein said frame and said mirror are formed of a material having a small coefficient of thermal expansion.
触針を接触させ、該触針を前記被測定物の表面に沿って
移動させながら、前記触針の位置を計測することによ
り、前記被測定物の表面形状を測定するための3次元形
状測定装置において、 前記触針が支持された移動部材を互いに直交するXYZ
方向に3次元的に移動させる移動手段と、 Z軸に直交するように設けられたZ軸方向基準面から前
記移動部材上のZ軸方向基準点までのZ軸方向距離Z1
を測定する第1の測定手段と、 X軸に直交するように設けられたX軸方向基準面から前
記移動部材上の第1のX軸方向基準点までのX軸方向距
離X1を測定する第2の測定手段と、 前記X軸方向基準面から、前記第1のX軸方向基準点と
は所定距離だけZ軸方向に沿って離間した前記移動部材
上の第2のX軸方向基準点までのX軸方向距離X2を測
定する第3の測定手段と、 Y軸に直交するように設けられたY軸方向基準面から前
記移動部材上の第1のY軸方向基準点までのY軸方向距
離Y1を測定する第4の測定手段と、 前記Y軸方向基準面から、前記第1のY軸方向基準点と
は前記所定距離だけZ軸方向に沿って離間した前記移動
部材上の第2のY軸方向基準点までのY軸方向距離Y2
を測定する第5の測定手段と、 前記第1乃至第5の測定手段から出力される前記Z軸方
向距離Z1とX軸方向距離X1,X2とY軸方向距離Y
1,Y2とから前記触針のXYZ座標を演算する演算手
段とを具備することを特徴とする3次元形状測定装置。15. A method in which a stylus is brought into contact with a surface of an object to be measured fixed to a measuring table, and the position of the stylus is measured while moving the stylus along the surface of the object to be measured. A three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a surface shape of the object to be measured;
Moving means for moving three-dimensionally in a direction, a Z-axis direction distance Z1 from a Z-axis direction reference plane provided orthogonal to the Z-axis to a Z-axis direction reference point on the moving member
And a first measuring means for measuring an X-axis direction distance X1 from an X-axis direction reference plane provided orthogonal to the X-axis to a first X-axis direction reference point on the moving member. (2) measuring means, from the X-axis direction reference plane to a second X-axis direction reference point on the moving member separated from the first X-axis direction reference point by a predetermined distance along the Z-axis direction. A third measuring means for measuring a distance X2 in the X-axis direction, and a Y-axis direction from a Y-axis direction reference plane provided orthogonal to the Y axis to a first Y-axis direction reference point on the moving member. A fourth measuring means for measuring the distance Y1, a second measuring means for measuring the distance Y1, a second measuring means for measuring the distance Y1, a second measuring means for measuring the distance Y1, and a second measuring means for measuring the distance Y1; Distance Y2 in the Y-axis direction to the reference point in the Y-axis direction
And a Z-axis distance Z1, X-axis distances X1, X2, and a Y-axis distance Y output from the first to fifth measuring means.
3. A three-dimensional shape measuring apparatus comprising: a calculating means for calculating the XYZ coordinates of the stylus from 1, Y2.
な直線と、前記第1のX軸方向基準点を通るX軸に平行
な直線と、前記第1のY軸方向基準点を通るY軸に平行
な直線とは1点で交わり、前記Z軸方向基準点を通るZ
軸に平行な直線と、前記第2のX軸方向基準点を通るX
軸に平行な直線と、前記第2のY軸方向基準点を通るY
軸に平行な直線も別の1点で交わることを特徴とする請
求項15に記載の3次元形状測定装置。16. A straight line parallel to the Z-axis passing through the Z-axis direction reference point, a straight line parallel to the X-axis passing through the first X-axis direction reference point, and the first Y-axis direction reference point. A straight line parallel to the passing Y axis intersects at one point and passes through the Z axis reference point.
An X-axis passing through a straight line parallel to the axis and the second X-axis direction reference point.
A straight line parallel to the axis and Y passing through the second Y-axis reference point.
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 15, wherein a straight line parallel to the axis also intersects at another point.
ネを介して弾性的に支持されており、前記触針の前記移
動部材に対する相対位置を検出するための第6の測定手
段をさらに具備することを特徴とする請求項15に記載
の3次元形状測定装置。17. The stylus is elastically supported on the moving member via a spring, and further includes a sixth measuring means for detecting a relative position of the stylus to the moving member. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 15, comprising:
様に前記移動手段を制御する第1の制御手段と、前記第
6の測定手段の出力に基づいて前記バネによる前記触針
の前記被測定物への押し付け圧力が目標値となる様に前
記移動手段を制御する第2の制御手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項17に記載の3次元形状測定装
置。18. A control device for controlling said moving means so that a position of said moving member becomes a target position, and said cover of said stylus by said spring based on an output of said sixth measuring means. 18. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 17, further comprising a second control unit that controls the moving unit such that a pressure applied to the measurement object becomes a target value.
前記第2の制御手段による制御状態とを切り替えるため
の切り替え手段をさらに具備することを特徴とする請求
項18に記載の3次元形状測定装置。19. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 18, further comprising a switching unit for switching between a control state of the first control unit and a control state of the second control unit. apparatus.
被測定物から離れている場合には第1の制御回路を選択
し、前記触針が前記被測定物に接触している場合には第
2の制御回路を選択することを特徴とする請求項19に
記載の3次元形状測定装置。20. The switching means selects a first control circuit when the stylus is separated from the object to be measured, and selects the first control circuit when the stylus is in contact with the object to be measured. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 19, wherein the second control circuit is selected.
触針を前記被測定物の表面に沿って移動させながら、前
記触針の位置を計測することにより、前記被測定物の表
面形状を測定するための3次元形状測定装置において、 前記触針を支持するためのホルダーと、 前記被測定物と前記ホルダーとを相対的に3次元的に移
動させるためのステージと、 前記被測定物に対する前記触針の相対的な位置を計測す
るための位置計測手段と、 前記触針の前記被測定物の表面への接触圧力を検出する
圧力検出手段と、 該圧力検出手段の出力に基づいて、前記触針の前記被測
定物の表面への接触圧力が所定値となる様に前記ステー
ジの移動を制御する制御手段と、 前記位置計測手段からの出力に基づいて、前記触針の前
記被測定物の表面に略平行な方向への第1の移動速度
と、前記触針の前記被測定物の表面に略垂直な方向への
第2の移動速度とを演算する移動速度演算手段と、 前記第1の移動速度と前記第2の移動速度に基づいて前
記被測定物の表面の傾斜角を演算する傾斜角演算手段と
を具備することを特徴とする3次元形状測定装置。21. A method in which a stylus is brought into contact with the surface of an object to be measured, and the position of the stylus is measured while moving the stylus along the surface of the object to be measured. In a three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a surface shape, a holder for supporting the stylus, a stage for relatively moving the object to be measured and the holder three-dimensionally, Position measuring means for measuring a relative position of the stylus with respect to a measurement object; pressure detection means for detecting a contact pressure of the stylus on the surface of the measurement object; and an output of the pressure detection means. Control means for controlling the movement of the stage so that the contact pressure of the stylus on the surface of the object to be measured becomes a predetermined value, based on an output from the position measuring means, In a direction substantially parallel to the surface of the object to be measured Moving speed calculating means for calculating a first moving speed of the stylus and a second moving speed of the stylus in a direction substantially perpendicular to the surface of the object to be measured; and the first moving speed and the second moving speed. A tilt angle calculating means for calculating a tilt angle of the surface of the object to be measured based on the moving speed of the object.
前記被測定物の表面の傾斜角が所定値以上となったとき
に、前記触針が前記被測定物の端部に到達したと判定す
る判定手段をさらに具備することを特徴とする請求項2
1に記載の3次元形状測定装置。22. It is determined that the stylus has reached the end of the object to be measured when the angle of inclination of the surface of the object to be measured calculated by the inclination angle calculating means is equal to or larger than a predetermined value. 3. The apparatus according to claim 2, further comprising a determination unit.
3. The three-dimensional shape measuring device according to 1.
測定物の端部に到達したと判定されたとき、前記制御手
段は前記ステージの移動を停止させることを特徴とする
請求項21に記載の3次元形状測定装置。23. The apparatus according to claim 21, wherein the control means stops the movement of the stage when the determination means determines that the stylus has reached an end of the object to be measured. 3D shape measuring device.
ネにより相対移動可能に支持されており、前記圧力検出
手段は、前記触診の前記ホルダーに対する相対的な移動
量を検出し、該移動量と前記バネのバネ定数とに基づい
て前記触針の前記被測定物に対する接触圧力を演算する
ことを特徴とする請求項21に記載の3次元形状測定装
置。24. The stylus is supported by a spring so as to be relatively movable with respect to the holder, and the pressure detecting means detects a relative movement amount of the palpation with respect to the holder, and detects the movement amount. 22. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 21, wherein a contact pressure of the stylus on the object to be measured is calculated based on a spring constant of the spring.
触針を前記被測定物の表面に沿って移動させながら、前
記触針の位置を計測することにより、前記被測定物の表
面形状を測定するための3次元形状測定装置において、 前記触針を支持するためのホルダーと、 前記被測定物と前記ホルダーとを相対的に3次元的に移
動させるためのステージと、 前記被測定物に対する前記触針の相対的な位置を計測す
るための位置計測手段と、 前記触針の前記被測定物の表面への接触圧力を検出する
圧力検出手段と、 該圧力検出手段の出力に基づいて、前記触針の前記被測
定物の表面への接触圧力が所定値となる様に前記ステー
ジの移動を制御する第1の制御手段と、 前記位置計測手段からの出力に基づいて、前記触針の前
記被測定物に対する相対速度を制御する第2の制御手段
と、 前記圧力検出手段により検出された接触圧力が所定の範
囲外となったときに、前記第1の制御手段による制御状
態から、前記第2の制御手段による制御状態に切り替え
る第3の制御手段とを具備することを特徴とする3次元
形状測定装置。25. A method in which a stylus is brought into contact with the surface of an object to be measured, and the position of the stylus is measured while moving the stylus along the surface of the object to be measured. In a three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a surface shape, a holder for supporting the stylus, a stage for relatively moving the object to be measured and the holder three-dimensionally, Position measuring means for measuring a relative position of the stylus with respect to a measurement object; pressure detection means for detecting a contact pressure of the stylus on the surface of the measurement object; and an output of the pressure detection means. A first control unit that controls the movement of the stage so that a contact pressure of the stylus on the surface of the object to be measured becomes a predetermined value, based on an output from the position measurement unit, Relative speed of the stylus to the object to be measured Control means for controlling the control of the first control means from the control state of the first control means when the contact pressure detected by the pressure detection means is out of a predetermined range. A three-dimensional shape measuring apparatus comprising: a third control unit configured to switch to a state.
御手段による制御状態に切り替えたときに、前記触針を
所定の速度で前記被測定物から退避させることを特徴と
する請求項25に記載の3次元形状測定装置。26. The apparatus according to claim 26, wherein the third control means retreats the stylus from the object at a predetermined speed when switching to a control state by the second control means. 25. The three-dimensional shape measuring apparatus according to 25.
最大推力により発生される速度であることを特徴とする
請求項26に記載の3次元形状測定装置。27. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 26, wherein the predetermined speed is a speed generated by a maximum thrust of the stage.
耐えうる最大加速度により発生される速度であることを
特徴とする請求項26に記載の3次元形状測定装置。28. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 26, wherein the predetermined speed is a speed generated by a maximum acceleration that the stage can withstand.
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