JPH11304461A - Contact type shape measuring device - Google Patents

Contact type shape measuring device

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Publication number
JPH11304461A
JPH11304461A JP10748798A JP10748798A JPH11304461A JP H11304461 A JPH11304461 A JP H11304461A JP 10748798 A JP10748798 A JP 10748798A JP 10748798 A JP10748798 A JP 10748798A JP H11304461 A JPH11304461 A JP H11304461A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measured
stylus
shape
scanning
housing
Prior art date
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Pending
Application number
JP10748798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomiko Takahashi
斗美子 高橋
Toshiyuki Izeki
敏之 井関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP10748798A priority Critical patent/JPH11304461A/en
Publication of JPH11304461A publication Critical patent/JPH11304461A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform measurement with high accuracy while preventing a contact surface from scratched by measuring and judging whether the shape of a surface to be measured is convex or concave, and setting a track of a stylus on the basis of the detected information. SOLUTION: A stylus 13 having a ball on its tip, is stored in a housing 11 in such a manner that it is movable only in the vertical direction. A spring 14 for supporting the axial movement of the stylus, is stretched between an upper edge of the stylus 13 and the housing 11. The housing 11 is supported by a moving stage 17 in such a manner that it is three-dimensionally movable, and comprises a displacement gage 16 for measuring the deformation quantity of a spring 15 on its upper end. A controller 19 operates the moving stage 17 and controls the relative distance between the surface to be measured 18 and the stylus 13 so that an output of the displacement gage 16 is agreed with a target stored in a memory of the controller 19. The controller 19 measures and judges whether the shape to be measured is concave or convex by a probe 21, and determines the scanning track of the moving stage 17 on the basis of its result.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、接触式形状測定装
置に関し、詳しくは、触針子の先端部を被測定面に接触
させながら、被測定面の形状を測定することができる接
触式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 contact type shape measuring device, and more particularly, to a contact type shape measuring device capable of measuring the shape of a surface to be measured while the tip of a stylus is in contact with the surface to be measured. It relates to a measuring device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来から被測定面の凹凸形状を高精度に
測定する装置として、触針プローブがあり、このような
触針プローブとしては、図５のように示されるものがあ
る。図５において、１は図示ない移動ステージによって
３次元的に移動されるハウジングであり、ハウジング１
内には先端に真球２を有する触針子３が１軸方向に移動
可能なように収納されている。この触針子３はハウジン
グ１に形成された吸気ポート１ａからハウジング１内に
導入される空気からなる静圧空気軸受４によって非接触
に支持されており、この静圧空気軸受４によって水平方
向の運動が拘束されて上下方向のみに摺動抵抗なく運動
するようになっている。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been a stylus probe as a device for measuring the uneven shape of a surface to be measured with high accuracy, and such a stylus probe is shown in FIG. In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a housing three-dimensionally moved by a moving stage (not shown).
A stylus 3 having a true sphere 2 at its tip is accommodated therein so as to be movable in one axial direction. The stylus 3 is supported in a non-contact manner by a static pressure air bearing 4 made of air introduced into the housing 1 from an intake port 1 a formed in the housing 1. The movement is restricted and moves only in the vertical direction without sliding resistance.

【０００３】また、触針子３の上端部とハウジング１の
間にはばね５が伸設されており、ハウジング１の上端に
は変位計６が設けられており、この変位計６はばね５の
変形量を測定するようになっている。このような触針プ
ローブによって被測定面７を測定するには、移動ステー
ジによって触針プローブを被測定面７の任意の位置に移
動させて真球２を被測定面７に押し付けると、ハウジン
グ１内で触針子２が上昇するため、ばね５が変形する。
このとき、ばね５の付勢力が変位計６に作用して変位計
６の出力が変化する。A spring 5 extends between the upper end of the stylus 3 and the housing 1, and a displacement gauge 6 is provided at the upper end of the housing 1. The amount of deformation is measured. In order to measure the surface 7 to be measured by such a stylus probe, the stylus probe is moved to an arbitrary position on the surface 7 to be measured by a moving stage and the true sphere 2 is pressed against the surface 7 to be measured. Since the stylus 2 rises in the inside, the spring 5 is deformed.
At this time, the urging force of the spring 5 acts on the displacement meter 6 and the output of the displacement meter 6 changes.

【０００４】次いで、移動ステージによって触針プロー
ブを被測定面７上に走査するときに、変位計６の出力が
一定になるように移動ステージの移動を制御することに
より、真球２の接触荷重が一定に保たれるため、この状
態で被測定面７を走査し、移動ステージの動作軌跡（移
動量）を測定することにより、被測定面の形状が測定さ
れる。Then, when the stylus probe is scanned on the surface 7 to be measured by the moving stage, the movement of the moving stage is controlled so that the output of the displacement meter 6 becomes constant, so that the contact load of the true sphere 2 is controlled. Is kept constant, the surface to be measured 7 is scanned in this state, and the shape of the surface to be measured is measured by measuring the movement trajectory (movement amount) of the moving stage.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな触針プローブにあっては、触針子２が１軸方向に移
動可能に設けられているが、この触針プローブでは、真
球２と被測定面に働く摩擦力、押し付け力の作用方向が
必ずしも触針子３の軸方向と一致せず、触針子３と直交
する横方向の力（モーメント荷重）が加わってしまい、
このモーメント荷重は被測定面７の傾斜角に依存してし
てまった。However, in such a stylus probe, the stylus 2 is provided so as to be movable in one axial direction. The direction of action of the frictional force and the pressing force acting on the surface to be measured does not always coincide with the axial direction of the stylus 3, and a lateral force (moment load) orthogonal to the stylus 3 is applied.
This moment load depends on the inclination angle of the surface 7 to be measured.

【０００６】この点を具体的に図６、７に基づいて説明
する。図６は触針子３の上下方向をＺ軸にとり、ばね５
の変形量を一定に保つことにより接触荷重を制御しなが
らＸ軸の正方向に触針子３を走査した場合の被測定面７
の傾斜角と正味の接触荷重の関係を示す図であり、図７
は同条件の被測定面の傾斜角と触針子３にかかる横方向
の力（モーメント荷重）の関係を示している。This point will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 6 shows the vertical direction of the stylus
The surface 7 to be measured when the stylus 3 is scanned in the positive direction of the X axis while controlling the contact load by keeping the deformation amount of the
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the inclination angle of
Shows the relationship between the inclination angle of the measured surface and the lateral force (moment load) applied to the stylus 3 under the same conditions.

【０００７】接触プローブは、ばね５の変形量を一定に
保つように荷重制御を行なうことから、図６、７に示す
ように、触針子３を走査するに従って触針子３が押上げ
られる方向（傾斜面を登っていく方向）に傾いた傾斜面
を走査する場合に正味の接触荷重は制御荷重（ばねの変
形量に相当する荷重）の数倍（１／ｃｏｓθ倍、但しθ
は傾斜角）に匹敵すると同時に、触針子３にかかるモー
メント荷重も増大することが分かる。実際には、真球２
と被測定面７の摩擦力も作用するので、正味の接触荷重
はさらに複雑な関数となる。Since the contact probe performs load control so as to keep the amount of deformation of the spring 5 constant, as shown in FIGS. 6 and 7, the stylus 3 is pushed up as the stylus 3 is scanned. When scanning an inclined surface inclined in the direction (direction of climbing the inclined surface), the net contact load is several times (1 / cos θ times, where θ is the control load (load corresponding to the amount of deformation of the spring)).
It can be understood that the moment load applied to the stylus 3 is increased at the same time as being equal to the inclination angle. Actually, true sphere 2
And the frictional force of the surface 7 to be measured also acts, so that the net contact load becomes a more complicated function.

【０００８】具体的に、接触荷重を図８に基づいて説明
する。図８において、Ｆは垂直抗力（すなわち接触荷
重）、Ｆｒは摩擦力、μは摩擦係数、ｆｃは制御荷重
（＝一定）とすると、Specifically, the contact load will be described with reference to FIG. In FIG. 8, F is the normal force (that is, the contact load), Fr is the friction force, μ is the friction coefficient, and fc is the control load (= constant).

【０００９】[0009]

【数１】 (Equation 1)

【００１０】となり、正味の接触荷重は複雑になること
が分かる。したがって、従来の接触プローブは触針子３
が大きな接触荷重を受けるため、被測定面７を傷付けた
り、触針子３が変形、撓み、曲ったりすること等により
触針子３の軸方向と直交する方向に変位してしまい、測
定誤差を発生させてしまうという不具合が発生してしま
った。Thus, it can be seen that the net contact load becomes complicated. Therefore, the conventional contact probe is
Receives a large contact load, and is displaced in a direction perpendicular to the axial direction of the stylus 3 due to damage to the surface 7 to be measured, deformation, bending, or bending of the stylus 3. Has occurred.

【００１１】このような不具合を解消するものとして、
例えば、特開平５−６０５４２号公報に記載されたよう
なものがある。このものは、触針子の真球の取付け位置
と反対側の位置に横方向（軸方向と直交方向）の変位を
測定する変位センサを設けることにより、触針子が横荷
重を受けて真球が横方向にずれた場合であってもそのず
れを計測して補正し、被測定面の形状を高精度に測定す
ることができる接触プローブを提供するものである。As a solution to such a problem,
For example, there is one described in JP-A-5-60542. This device is provided with a displacement sensor for measuring a displacement in a lateral direction (a direction orthogonal to the axial direction) at a position opposite to a position where the true sphere of the stylus is attached, so that the stylus receives a lateral load to be truly true. It is an object of the present invention to provide a contact probe capable of measuring and correcting the displacement of a sphere even when the sphere is displaced in the lateral direction and capable of measuring the shape of the surface to be measured with high accuracy.

【００１２】しかしながら、このような接触プローブに
あっては、上述したように被測定面の傾斜角によっては
正味の接触荷重や触針子にかかるモーメント荷重が依然
として大きく、また、複雑に変化することから、触針子
のずれ量を高精度に検出することが困難であり、完全に
補正することができないという問題が発生してしまう。
また、ずれ量を検出し、測定値を補正しても 被測定面
を傷付けるのを防止することができないという問題も発
生してしまった。However, in such a contact probe, as described above, the net contact load and the moment load on the stylus are still large and vary in a complicated manner depending on the inclination angle of the surface to be measured. Therefore, it is difficult to detect the displacement amount of the stylus with high accuracy, and a problem occurs that the displacement cannot be completely corrected.
In addition, there has been a problem that even if the amount of displacement is detected and the measured value is corrected, it is not possible to prevent the surface to be measured from being damaged.

【００１３】そこで請求項１記載の発明は、被測定面の
形状を予め認識し、その形状に合わせた走査軌道で被測
定面を測定するようにして、被測定面の傾斜角による正
味の接触荷重や触針子に加わるモーメント荷重の影響を
最小限することができ、被接触面を傷付けるのを防止し
つつ被測定面を高精度に測定することができる接触式形
状測定装置を提供することを目的としている。Therefore, according to the present invention, the shape of the surface to be measured is recognized in advance, and the surface to be measured is measured by a scanning trajectory corresponding to the shape. Provided is a contact-type shape measurement device capable of minimizing the influence of a load and a moment load applied to a stylus, and capable of measuring a surface to be measured with high accuracy while preventing damage to the surface to be contacted. It is an object.

【００１４】請求項２、３記載の発明は、傾斜面を下る
ようにして触針子を傾斜面に沿って走査することによ
り、被測定面の傾斜角による正味の接触荷重や触針子に
かかるモーメント荷重の影響を最小限することができる
接触式形状測定装置を提供することを目的としている。
請求項４記載の発明は、被測定面を実際に測定する前に
被測定面を所定距離測定して被測定面の形状を把握する
ことにより、多用な被測定面に対して自動的に表面形状
の凹凸を判断することができる接触式形状測定装置を提
供することを目的としている。According to the second and third aspects of the present invention, by scanning the stylus along the inclined surface so as to descend on the inclined surface, a net contact load or a stylus due to the inclination angle of the surface to be measured is reduced. It is an object of the present invention to provide a contact-type shape measuring device capable of minimizing the influence of the moment load.
According to the fourth aspect of the present invention, the surface to be measured is measured for a predetermined distance before the surface to be measured is actually measured, and the shape of the surface to be measured is grasped. It is an object of the present invention to provide a contact-type shape measuring device capable of judging unevenness of a shape.

【００１５】請求項５記載の発明は、予め被測定面の形
状を入力して認識しておくことにより、被測定面を測定
する前に頂点の測定を行なうのを不要にして、被測定面
を簡単に測定することができる接触式形状測定装置を提
供することを目的としている。According to a fifth aspect of the present invention, the shape of the surface to be measured is input and recognized in advance, so that it is not necessary to measure the vertices before measuring the surface to be measured. It is an object of the present invention to provide a contact-type shape measuring device that can easily measure the shape.

【００１６】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するために、先端部がハウジングから外
方に突出するとともに１軸方向に移動可能にハウジング
に支持された触針子と、ハウジング内に一端を前記触針
子に他端を固定され、前記触針子の軸方向の動きを支持
するばね機構と、ハウジング内に固設され前記ばね機構
の撓み量を検知する撓み量検知手段と、前記ハウジング
を３次元的に移動可能に支持し、前記触針子の先端部を
被測定面に沿って走査する走査手段と、該走査手段を作
動して前記撓み量検知手段の出力値が目標値と等しくな
るように前記被測定面と触針子間の相対距離を制御する
位置制御手段と、前記走査手段の移動量を測定する測定
手段とを備えた接触式形状測定装置において、前記被測
定面の形状が凸面であるか凹面であるのかを判断する形
状判断手段と、該形状判断手段からの検知情報に基づい
て前記走査手段の走査軌道を設定する設定手段と設けた
ことを特徴としている。According to the first aspect of the present invention,
In order to solve the above problems, a stylus protruded outward from a housing and supported by a housing so as to be movable in one axial direction, and one end in the housing and the other end fixed to the stylus A spring mechanism for supporting the movement of the stylus in the axial direction, a bending amount detecting means fixed in the housing for detecting a bending amount of the spring mechanism, and supporting the housing so as to be movable three-dimensionally. Scanning means for scanning the tip of the stylus along the surface to be measured, and the surface to be measured so that the output value of the bending amount detecting means is activated by operating the scanning means. Position control means for controlling the relative distance between the styluses, and a contact-type shape measuring device provided with measuring means for measuring the amount of movement of the scanning means, wherein the shape of the surface to be measured is convex or concave Shape determining means for determining whether there is Based on the detection information from Jo determining means it is characterized by comprising a setting means for setting the scanning track of the scanning means.

【００１７】その場合、被測定面の形状を予め認識し、
その形状に合わせた走査軌道で被測定面を測定するよう
にして、被測定面の傾斜角による正味の接触荷重や触針
子に加わるモーメント荷重の影響を最小限にすることが
でき、触針子が変形、撓み、曲ったりすること等により
触針子が軸方向と直交する方向に変位するのを防止する
ことができる。この結果、被接触面を傷付けるのを防止
しつつ被測定面を高精度に測定することができる。In this case, the shape of the surface to be measured is recognized in advance,
By measuring the surface to be measured with a scanning trajectory that matches the shape, the effect of the net contact load and the moment load on the stylus due to the inclination angle of the surface to be measured can be minimized, It is possible to prevent the stylus from being displaced in a direction orthogonal to the axial direction due to deformation, bending, bending, or the like of the stylus. As a result, the surface to be measured can be measured with high accuracy while preventing the surface to be contacted from being damaged.

【００１８】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１記載の発明において、前記設定手段
は、前記形状判断手段からの検知情報に基づいて凸面と
判断されたときに、前記被測定面の凸面の頂点から測定
領域端に向かって走査する走査軌道に設定することを特
徴としている。請求項３記載の発明は、上記課題を解決
するために、請求項１記載の発明において、前記設定手
段は、前記形状判断手段からの検知情報に基づいて凹面
と判断されたときに、前記被測定面の測定領域端から凹
面の頂点に向かって走査する走査軌道に設定することを
特徴としている。According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, in the first aspect of the present invention, the setting means determines whether a convex surface is determined based on detection information from the shape determining means. The scanning trajectory is set so as to scan from the vertex of the convex surface of the surface to be measured toward the end of the measurement area. According to a third aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, in the first aspect of the present invention, when the setting means determines that the surface is concave based on the detection information from the shape determining means, The scanning trajectory is set to scan from the end of the measurement area on the measurement surface to the vertex of the concave surface.

【００１９】このようにしたのは、被測定面の形状が凸
面である場合には、測定領域端から反対側の測定領域端
まで測定する場合には、触針子が押上げられる方向（傾
斜面を登っていく方向）に傾いた傾斜面を走査するた
め、正味の接触荷重や触針子に加わるモーメント荷重が
増大してしまい、触針子が変形、撓み、曲ったりするこ
と等により触針子の軸方向と直交する方向に変位してし
まい、測定誤差を発生させてしまう。The reason for this is that, when the shape of the surface to be measured is a convex surface, when measuring from the end of the measurement region to the end of the measurement region on the opposite side, the direction in which the stylus is pushed up (inclined) Scanning direction), the net contact load and the moment load applied to the stylus increase, and the stylus deforms, bends, bends, etc. The displacement in the direction perpendicular to the axial direction of the needle causes the measurement error.

【００２０】これに対して、請求項２記載の発明では、
凸面の頂点から測定領域端に向かう走査軌道で触針子を
走査し、また、請求項３記載の発明では、測定領域端か
ら凹面の頂点に向かう走査軌道で触針子を走査すること
により、すなわち、凸面または凹面の測定時に常に傾斜
面を下るような走査軌道で触針子を走査することによ
り、傾斜面による正味の接触荷重や触針子に加わるモー
メント荷重が大きく増加する傾斜面の測定を避けること
ができ、触針子が変形、撓み、曲ったりすること等によ
り触針子が軸方向と直交する方向に変位するのをより一
層防止することができるとともに被接触面を傷付けるの
をより一層防止することができる。On the other hand, according to the second aspect of the present invention,
The probe is scanned with a scanning trajectory from the vertex of the convex surface toward the end of the measurement area, and in the invention according to claim 3, by scanning the probe with a scanning trajectory from the edge of the measurement area toward the vertex of the concave surface, In other words, by measuring the stylus with a scanning trajectory that always goes down the inclined surface when measuring the convex or concave surface, the measurement of the inclined surface where the net contact load due to the inclined surface and the moment load applied to the stylus greatly increase Can be avoided, and the stylus can be further prevented from being displaced in a direction orthogonal to the axial direction due to deformation, bending, bending or the like, and also damage to the contacted surface can be prevented. It can be further prevented.

【００２１】請求項４記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１〜３何れかに記載の発明において、
前記形状判断手段は、前記走査手段により触針子を被測
定面の頂点付近から所定距離だけ走査し、この走査結果
に基づいて被測定面の形状が凸面か凹面であるかを判断
することを特徴としている。その場合、被測定面を実際
に測定する前に被測定面を所定距離測定して被測定面の
形状を把握することにより、多用な被測定面に対して自
動的に表面形状の凹凸を判断することができる。According to a fourth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in the first aspect of the present invention,
The shape determining means scans the stylus by a predetermined distance from the vicinity of the vertex of the surface to be measured by the scanning means, and determines whether the shape of the surface to be measured is convex or concave based on the scanning result. Features. In this case, before actually measuring the surface to be measured, by measuring the surface to be measured a predetermined distance and grasping the shape of the surface to be measured, the irregularities of the surface shape are automatically determined for various surfaces to be measured. can do.

【００２２】請求項５記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１〜４何れかに記載の発明において、
前記被測定面の形状を入力する入力手段と、該入力手段
によって入力された情報を記憶する記憶手段とを有し、
前記入力手段によって入力された情報に基づいて前記走
査手段を走査することを特徴としている。その場合、予
め被測定面の形状を入力して認識しておくことにより、
被測定面を測定する前に頂点の測定を行なうのを不要に
して、被測定面を簡単に測定することができる。According to a fifth aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in the first aspect of the present invention,
Input means for inputting the shape of the surface to be measured, and storage means for storing information input by the input means,
The scanning unit is scanned based on information input by the input unit. In that case, by inputting and recognizing the shape of the surface to be measured in advance,
It is not necessary to measure the vertex before measuring the measured surface, and the measured surface can be easily measured.

【００２３】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１〜４は本発明に係る接触式形状
測定装置の一実施形態を示す図である。まず、構成を説
明する。図１において、11はハウジングであり、ハウジ
ング11内にはハウジング11から外方に突出する先端部に
真球12を有する触針子13が１軸方向に移動可能なように
収納されている。この触針子13はハウジング11に形成さ
れた吸気ポート11ａからハウジング11内に導入される空
気からなる静圧空気軸受14によって非接触に支持されて
おり、この静圧空気軸受14によって水平方向の運動が拘
束されて上下方向のみに摺動抵抗なく運動するようにな
っている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 4 are diagrams showing one embodiment of a contact type shape measuring apparatus according to the present invention. First, the configuration will be described. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a housing, in which a stylus 13 having a true sphere 12 at a tip protruding outward from the housing 11 is accommodated so as to be movable in one axial direction. The stylus 13 is supported in a non-contact manner by a static pressure air bearing 14 made of air introduced into the housing 11 from an intake port 11a formed in the housing 11, and is supported by the static pressure air bearing 14 in a horizontal direction. The movement is restricted and moves only in the vertical direction without sliding resistance.

【００２４】また、触針子13の上端部とハウジング11の
間にはばね（ばね機構）15が伸設されており、このばね
15は触針子13の軸方向の動きを支持するようになってい
る。また、ばねハウジング11の上端には変位計（撓み量
検知手段）16が設けられており、この変位計16はばね15
の変形量を測定するようになっている。一方、ハウジン
グ11は移動ステージ（走査手段）17に支持されており、
この移動ステージ17に３次元的に移動可能に支持され、
この移動ステージ17によって真球12が被測定面18に沿っ
て走査される。A spring (spring mechanism) 15 extends between the upper end of the stylus 13 and the housing 11.
Numeral 15 supports the movement of the stylus 13 in the axial direction. At the upper end of the spring housing 11, a displacement gauge (bending amount detecting means) 16 is provided.
The amount of deformation is measured. On the other hand, the housing 11 is supported by a moving stage (scanning means) 17,
It is supported movably in three dimensions by this moving stage 17,
The moving stage 17 scans the true sphere 12 along the surface to be measured 18.

【００２５】また、移動ステージ17はＣＰＵ（Central
Processing Unit)、メモリ等を備えた制御コントローラ
19によって制御されるようになっており、この制御コン
トローラ19は移動ステージを作動して変位計16の出力値
がコントローラ19に設けられたメモリに格納された目標
値と等しくなるように被測定面18と触針子13間の相対距
離を制御するようになっている。The moving stage 17 has a CPU (Central
Control unit with Processing Unit), memory, etc.
The controller 19 operates the moving stage so that the output value of the displacement meter 16 becomes equal to the target value stored in the memory provided in the controller 19. The relative distance between 18 and the stylus 13 is controlled.

【００２６】また、移動ステージ17は、例えば、レーザ
測長器20によって位置が検知されるようになっており、
このレーザ測長器20の検知情報が制御コントローラ19に
入力されることにより、移動ステージ17の移動量、すな
わち、真球12の移動量が測定されるようになっている。
なお、ハウジング11および触針子13はプローブ21を構成
している。The position of the moving stage 17 is detected by, for example, a laser length measuring device 20.
By inputting the detection information of the laser length measuring device 20 to the controller 19, the moving amount of the moving stage 17, that is, the moving amount of the true sphere 12 is measured.
The housing 11 and the stylus 13 constitute a probe 21.

【００２７】一方、制御コントローラ19はプローブ21に
よって被測定面18の所定領域を測定したときにこの測定
結果に基づいて被測定面18の形状が凸面であるか凹面で
あるのかを判断するようになっており、この結果に基づ
いて移動ステージ17の走査軌道を設定するようになって
いる。本実施形態では、レーザ測長器20および制御コン
トローラ19が測定手段を構成するとともに制御コントロ
ーラ19が位置制御手段、形状判断手段および設定手段を
構成している。On the other hand, when the probe 21 measures a predetermined area of the surface 18 to be measured, the controller 19 determines whether the shape of the surface 18 to be measured is convex or concave based on the measurement result. The scanning trajectory of the moving stage 17 is set based on the result. In the present embodiment, the laser length measuring device 20 and the controller 19 constitute a measuring means, and the controller 19 constitutes a position controlling means, a shape judging means and a setting means.

【００２８】次に、作用を説明する。まず、被測定面18
を測定する原理を説明する。移動ステージ17によって触
針プローブ21を被測定面18に移動させて真球12を被測定
面18に押し付けると、ハウジング11内で触針子12が上昇
するため、ばね15が変形する。このとき、ばね15の付勢
力が変位計16に作用して変位計16の出力が変化する。Next, the operation will be described. First, the surface to be measured 18
The principle of measuring is described. When the stylus probe 21 is moved to the surface 18 to be measured by the moving stage 17 and the true sphere 12 is pressed against the surface 18 to be measured, the stylus 12 rises in the housing 11 and the spring 15 is deformed. At this time, the biasing force of the spring 15 acts on the displacement gauge 16, and the output of the displacement gauge 16 changes.

【００２９】次いで、移動ステージ17によって真球12を
被測定面18上に走査するときに、変位計16の出力が一定
になるように移動ステージ17の移動を制御することによ
り、真球12の接触荷重が一定に保たれるため、この状態
で被測定面18を走査し、移動ステージ17の動作軌跡（移
動量）を測定することにより、被測定面の形状が測定さ
れる。Next, when the true sphere 12 is scanned on the surface 18 to be measured by the movable stage 17, the movement of the movable stage 17 is controlled so that the output of the displacement meter 16 becomes constant. Since the contact load is kept constant, the shape of the measured surface is measured by scanning the measured surface 18 in this state and measuring the movement trajectory (movement amount) of the moving stage 17.

【００３０】本実施形態では、被測定面18の測定を開始
する前に被測定面18の凸面または凹面形状を認識する作
業を行なう。この作業を図２に示すフローチャートに基
づいて説明する。まず、移動ステージ17により真球12を
被測定面18の頂点（なお、この頂点とは凸面の最も高い
面または凹面の最も低い面を指す）付近に移動させた後
（ステップＳ1）、移動ステージ17によってハウジング1
2を下降させて触針子13の先端の真球12を被測定面18に
接触させる（ステップＳ2）。In the present embodiment, an operation for recognizing the convex or concave shape of the measured surface 18 is performed before the measurement of the measured surface 18 is started. This operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, after moving the true sphere 12 near the vertex of the surface 18 to be measured (this vertex indicates the highest surface of the convex surface or the lowest surface of the concave surface) by the moving stage 17 (step S1), the moving stage 17 Housing 1 by 17
2 is lowered to bring the true sphere 12 at the tip of the stylus 13 into contact with the surface 18 to be measured (step S2).

【００３１】次いで、上述したように変位計16の出力が
一定になるように移動ステージ17の移動を制御しながら
真球12を所定距離だけ走査し、制御コントローラ19によ
ってこの移動ステージ17の移動量を測定し（ステップＳ
3）、ノイズ等の影響を除去するために測定結果を平均
化する（ステップＳ4）。このとき、測定範囲の両端よ
もり高い測定点（頂点）があれば、被測定面の形状を凸
面と判断し、測定範囲の両端よもり低い測定点（頂点）
があれば、被測定面の形状を凹面と判断し、この測定結
果をメモリに格納する（ステップＳ5）。Next, the sphere 12 is scanned by a predetermined distance while controlling the movement of the moving stage 17 so that the output of the displacement meter 16 becomes constant as described above, and the moving amount of the moving stage 17 is controlled by the controller 19. Is measured (step S
3) The measurement results are averaged to remove the influence of noise and the like (step S4). At this time, if there is a measurement point (apex) higher than both ends of the measurement range, the shape of the surface to be measured is determined to be convex, and the measurement point (apex) lower than both ends of the measurement range.
If there is, the shape of the surface to be measured is determined to be concave, and the measurement result is stored in the memory (step S5).

【００３２】次に、被測定面18の形状を実際に測定する
方法を図３のフローチャートに基づいて説明する。ま
ず、被測定物を測定装置にセットし（ステップＳ11）、
次いで、この被測定物の被測定面18の形状を判断する
（ステップＳ12）。この形状はメモリに格納されている
ため、メモリから形状の情報を読み出してこの被測定面
18の形状に対応した走査軌道を選択する（ステップＳ1
3）。Next, a method of actually measuring the shape of the surface 18 to be measured will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the device under test is set on the measuring device (step S11),
Next, the shape of the measured surface 18 of the measured object is determined (step S12). Since this shape is stored in the memory, the shape information is read out from the memory, and the measured surface is read.
Select the scanning trajectory corresponding to the 18 shape (step S1
3).

【００３３】この走査軌道の選択に際しては、被測定面
18の形状が図４（ａ）に示すように凸面23である場合に
は、移動ステージ17により真球12をＢで示す凸面23の頂
点に移動し、このＢ点から変位計16の出力が一定になる
ように移動ステージ17の移動を制御しながらａで示す軌
道でＡ点に向かって真球12を走査して凸面23の左半分を
測定する。When selecting the scanning trajectory, the surface to be measured
If the shape of 18 is a convex surface 23 as shown in FIG. 4A, the moving stage 17 moves the true sphere 12 to the vertex of the convex surface 23 indicated by B, and from this point B, the output of the displacement meter 16 is obtained. While controlling the movement of the moving stage 17 so as to be constant, the true sphere 12 is scanned toward the point A on the trajectory indicated by a, and the left half of the convex surface 23 is measured.

【００３４】次いで、移動ステージ17により真球12をｂ
で示す軌道でＢで示す凸面23の頂点に再度移動し、この
Ｂ点から変位計16の出力が一定になるように移動ステー
ジ17の移動を制御しながらｃで示す軌道でＡ点に向かっ
て真球12を走査して凸面23の右半分を測定する（ステッ
プＳ14〜17）。一方、被測定面18の形状が図４（ｂ）に
示すように凹面24である場合には、移動ステージ17によ
り真球12をＡで示す凹面24の測定端に移動し、このＡ点
から変位計16の出力が一定になるように移動ステージ17
の移動を制御しながらａで示す軌道でＢ点に向かって真
球12を走査して凹面24の左半分を測定する。Next, the true sphere 12 is moved by the moving stage 17 to b.
Move again to the vertex of the convex surface 23 indicated by B on the trajectory indicated by B, and control the movement of the moving stage 17 from this point B so that the output of the displacement meter 16 becomes constant. The right half of the convex surface 23 is measured by scanning the true sphere 12 (steps S14 to S17). On the other hand, when the shape of the surface 18 to be measured is a concave surface 24 as shown in FIG. 4B, the true stage 12 is moved to the measuring end of the concave surface 24 indicated by A by the moving stage 17, and from this point A The moving stage 17 so that the output of the displacement meter 16 becomes constant
The true sphere 12 is scanned toward the point B on the trajectory indicated by a while controlling the movement of the right side, and the left half of the concave surface 24 is measured.

【００３５】次いで、移動ステージ17により真球12をｂ
で示す軌道でｃで示す凹面24の測定端に移動し、このＣ
点から変位計16の出力が一定になるように移動ステージ
17の移動を制御しながらｃで示す軌道でＢ点に向かって
真球12を走査して凹面24の右半分を測定する（ステップ
Ｓ14〜17）。なお、凸面23および凹面24共に測定する順
番は上述したものと逆でも構わない。要は、傾斜面に沿
って下るように真球12を移動させれば良い。Next, the true sphere 12 is b
The orbit moves to the measuring end of the concave surface 24 indicated by c in the trajectory indicated by c, and this C
Moving stage so that the output of displacement gauge 16 is constant from the point
While controlling the movement of 17, the true sphere 12 is scanned toward the point B on the trajectory indicated by c to measure the right half of the concave surface 24 (steps S14 to S17). Note that the order in which both the convex surface 23 and the concave surface 24 are measured may be reversed from that described above. In short, what is necessary is just to move the true sphere 12 so as to descend along the inclined surface.

【００３６】このように本実施形態では、被測定面18の
形状を予め認識し、その形状に合わせた走査軌道で被測
定面18を測定するようにしたため、被測定面18の傾斜角
による正味の接触荷重や触針子13に加わるモーメント荷
重の影響を最小限にすることができ、触針子13が変形、
撓み、曲ったりすること等により触針子13が軸方向と直
交する方向に変位するのを防止することができる。この
結果、被接触面18を傷付けるのを防止しつつ被測定面18
を高精度に測定することができる。As described above, in the present embodiment, the shape of the surface 18 to be measured is recognized in advance, and the surface 18 to be measured is measured by the scanning trajectory corresponding to the shape. Contact load and the effect of moment load on the stylus 13 can be minimized.
It is possible to prevent the stylus 13 from being displaced in a direction orthogonal to the axial direction due to bending, bending, or the like. As a result, while preventing the contacted surface 18 from being damaged,
Can be measured with high accuracy.

【００３７】また、被測定面18が凸面23の場合には、凸
面23の頂点から測定領域端に向かって走査する走査軌道
に設定し、被測定面18が凹面24の場合には、凹面24の測
定領域端から凹面24の頂点に向かって走査する走査軌道
に設定したため、すなわち、凸面23または凹面24の測定
時に常に傾斜面を下るような走査軌道で触針子13を走査
することにより、傾斜面による正味の接触荷重や触針子
に加わるモーメント荷重が大きく増加する傾斜面の測定
を避けることができ、触針子が変形、撓み、曲ったりす
ること等により触針子が軸方向と直交する方向に変位す
るのをより一層防止することができるとともに被接触面
を傷付けるのをより一層防止することができる。When the surface 18 to be measured is a convex surface 23, the scanning trajectory is set to scan from the vertex of the convex surface 23 toward the end of the measurement area. By setting the scanning trajectory to scan from the end of the measurement area toward the vertex of the concave surface 24, that is, by scanning the stylus 13 in a scanning trajectory that always descends the inclined surface when measuring the convex surface 23 or the concave surface 24, It is possible to avoid the measurement of the inclined surface where the net contact load due to the inclined surface and the moment load applied to the stylus greatly increase, and the stylus deforms, bends, bends, etc. It is possible to further prevent the displacement in the direction perpendicular to the direction and to further prevent the contacted surface from being damaged.

【００３８】また、触針子13を被測定面18の頂点付近か
ら所定距離だけ走査し、この走査結果に基づいて被測定
面18の形状が凸面か凹面であるかを判断するようにした
ため、被測定面18を実際に測定する前に被測定面18を所
定距離測定して被測定面の形状を把握することにより、
多用な被測定面18に対して自動的に表面形状の凹凸を判
断することができる。Further, the stylus 13 is scanned by a predetermined distance from the vicinity of the vertex of the surface 18 to be measured, and it is determined whether the shape of the surface 18 to be measured is convex or concave based on the scanning result. Before actually measuring the measured surface 18, by measuring the measured surface 18 a predetermined distance and grasping the shape of the measured surface,
The unevenness of the surface shape can be automatically determined for the various measurement target surfaces 18.

【００３９】なお、このように被測定面18を実際に測定
する前に被測定面18を所定距離測定して被測定面の形状
を判断する代わりに、予め被測定面の形状を入力して認
識しておくようにしても良い。この場合には、被測定面
の形状を入力する入力手段と、入力手段によって入力さ
れた情報を記憶する記憶する記憶手段とを有し、入力手
段によって入力された情報に基づいて移動ステージ17を
走査する。Note that instead of measuring the surface 18 to be measured a predetermined distance and judging the shape of the surface to be measured before actually measuring the surface 18 to be measured, the shape of the surface to be measured is input in advance. You may make it recognize. In this case, input means for inputting the shape of the surface to be measured, and storage means for storing information input by the input means, the moving stage 17 based on the information input by the input means Scan.

【００４０】具体的には、入力手段として、ボタンやス
イッチ等を押下して電気的な信号を記憶手段としてのメ
モリに蓄積したり、制御装置のインターエフェースとし
てパソコン等の入力装置を用いてこの入力情報をメモリ
に蓄積しても良い。また、特定の被測定物を自動測定す
る場合に利用される測定情報ファイル（測定条件、測定
開始位置等の挟持ファイル）に含めても良い。More specifically, an electric signal is stored in a memory as a storage means by pressing a button or a switch as an input means, or an input device such as a personal computer is used as an interface of the control device. This input information may be stored in a memory. Also, it may be included in a measurement information file (a holding file such as a measurement condition and a measurement start position) used for automatically measuring a specific DUT.

【００４１】このように予め被測定面の形状を入力して
認識しておくことにより、被測定面を測定する前に凸面
または凹面の頂点の測定を行なうのを不要にして上述し
た測定を直ちに実行すれば、被測定面18を簡単に測定す
ることができる。By inputting and recognizing the shape of the surface to be measured in advance as described above, it is not necessary to measure the apex of the convex or concave surface before measuring the surface to be measured, and the above-described measurement can be performed immediately. If executed, the measured surface 18 can be easily measured.

【００４２】[0042]

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、被測定面
の形状を予め認識し、その形状に合わせた走査軌道で被
測定面を測定するようにして、被測定面の傾斜角による
正味の接触荷重や触針子に加わるモーメント荷重の影響
を最小限にすることができ、触針子が変形、撓み、曲っ
たりすること等により触針子が軸方向と直交する方向に
変位するのを防止することができる。この結果、被接触
面を傷付けるのを防止しつつ被測定面を高精度に測定す
ることができる。According to the first aspect of the present invention, the shape of the surface to be measured is recognized in advance, and the surface to be measured is measured by the scanning trajectory corresponding to the shape. The effect of the net contact load and the moment load applied to the stylus can be minimized, and the stylus is displaced in the direction perpendicular to the axial direction due to deformation, bending, bending, etc. of the stylus Can be prevented. As a result, the surface to be measured can be measured with high accuracy while preventing the surface to be contacted from being damaged.

【００４３】請求項２記載の発明によれば、凸面の頂点
から測定領域端に向かう走査軌道で触針子を走査し、ま
た、請求項３記載の発明によれば、測定領域端から凹面
の頂点に向かう走査軌道で触針子を走査することによ
り、すなわち、凸面または凹面の測定時に常に傾斜面を
下るような走査軌道で触針子を走査することにより、傾
斜面による正味の接触荷重や触針子に加わるモーメント
荷重が大きく増加する傾斜面の測定を避けることがで
き、触針子が変形、撓み、曲ったりすること等により触
針子が軸方向と直交する方向に変位するのをより一層防
止することができるとともに被接触面を傷付けるのをよ
り一層防止することができる。According to the second aspect of the present invention, the stylus is scanned in a scanning trajectory extending from the vertex of the convex surface to the end of the measurement area. By scanning the stylus with a scanning trajectory heading for the vertex, that is, by scanning the stylus with a scanning trajectory that always goes down the inclined surface when measuring a convex or concave surface, the net contact load due to the inclined surface and It is possible to avoid measuring the inclined surface where the moment load applied to the stylus greatly increases, and to prevent the stylus from being displaced in the direction orthogonal to the axial direction due to deformation, bending, bending, etc. Further, it is possible to further prevent the contacted surface from being damaged.

【００４４】請求項４記載の発明によれば、被測定面を
実際に測定する前に被測定面を所定距離測定して被測定
面の形状を把握することにより、多用な被測定面に対し
て自動的に表面形状の凹凸を判断することができる。請
求項５記載の発明によれば、予め被測定面の形状を入力
して認識しておくことにより、被測定面を測定する前に
頂点の測定を行なうのを不要にして、被測定面を簡単に
測定することができる。According to the present invention, the measured surface is measured for a predetermined distance before the measured surface is actually measured, and the shape of the measured surface is grasped. As a result, the unevenness of the surface shape can be automatically determined. According to the fifth aspect of the present invention, the shape of the surface to be measured is input and recognized in advance, thereby making it unnecessary to measure the vertices before measuring the surface to be measured. It can be easily measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明に係る接触式形状測定装置の概略構成図
である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a contact type shape measuring apparatus according to the present invention.

【図２】一実施形態の被測定面の測定を開始する前に被
測定面の凸面または凹面形状を認識する作業手順を示す
フローチャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation procedure for recognizing a convex surface or a concave shape of a measured surface before starting measurement of the measured surface according to an embodiment.

【図３】一実施形態の被測定面の形状を実際に測定する
手順を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure for actually measuring the shape of the surface to be measured according to the embodiment;

【図４】（ａ）は一実施形態の凸面を測定する際の走査
軌道を示す図、（ｂ）は凹面を測定する際の走査軌道を
示す図である。FIG. 4A is a diagram illustrating a scanning trajectory when measuring a convex surface according to one embodiment, and FIG. 4B is a diagram illustrating a scanning trajectory when measuring a concave surface.

【図５】測定プローブの概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a measurement probe.

【図６】被測定面の傾斜角と正味の接触荷重の関係を示
す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a tilt angle of a surface to be measured and a net contact load.

【図７】被測定面の傾斜角と触針子にかかる横方向の力
（モーメント荷重）の関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between an inclination angle of a surface to be measured and a lateral force (moment load) applied to a stylus;

【図８】傾斜面を測定する際に触針子に加わる力を表わ
す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a force applied to a stylus when measuring an inclined surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ハウジング 12 真球 13 触針子 14 静圧空気軸受 15 ばね（ばね機構） 16 変位計 17 移動ステージ 18 被測定面 19 制御コントローラ（位置制御手段、形状判断手段
および設定手段） 20 レーザ測長器（測定手段） 21 プローブ11 Housing 12 Spherical ball 13 Stylus 14 Static pressure air bearing 15 Spring (spring mechanism) 16 Displacement gauge 17 Moving stage 18 Surface to be measured 19 Controller (position control means, shape judgment means and setting means) 20 Laser length measuring instrument (Measurement means) 21 probes

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】先端部がハウジングから外方に突出すると
ともに１軸方向に移動可能にハウジングに支持された触
針子と、 ハウジング内に一端を前記触針子に他端を固定され、前
記触針子の軸方向の動きを支持するばね機構と、 ハウジング内に固設され前記ばね機構の撓み量を検知す
る撓み量検知手段と、 前記ハウジングを３次元的に移動可能に支持し、前記触
針子の先端部を被測定面に沿って走査する走査手段と、 該走査手段を作動して前記撓み量検知手段の出力値が目
標値と等しくなるように前記被測定面と触針子間の相対
距離を制御する位置制御手段と、 前記走査手段の移動量を測定する測定手段とを備えた接
触式形状測定装置において、 前記被測定面の形状が凸面であるか凹面であるのかを判
断する形状判断手段と、 該形状判断手段からの検知情報に基づいて前記走査手段
の走査軌道を設定する設定手段と設けたことを特徴とす
る接触式形状測定装置。1. A stylus protruding outward from a housing and supported by a housing so as to be movable in one axial direction, one end of which is fixed in the housing and the other end of which is fixed to the stylus. A spring mechanism for supporting the movement of the stylus in the axial direction, a flexure amount detecting means fixed in the housing for detecting the flexure amount of the spring mechanism, and supporting the housing movably in three dimensions; Scanning means for scanning the tip of the stylus along the surface to be measured; and operating the scanning means so as to make the output value of the deflection amount detecting means equal to a target value. A position control unit for controlling a relative distance between the two, and a contact-type shape measurement device including a measurement unit for measuring a moving amount of the scanning unit, wherein the shape of the surface to be measured is a convex surface or a concave surface. Shape determining means for determining, and the shape determining means A contact-type shape measuring apparatus, comprising: setting means for setting a scanning trajectory of the scanning means based on detection information from a step. 【請求項２】前記設定手段は、前記形状判断手段からの
検知情報に基づいて凸面と判断されたときに、前記被測
定面の凸面の頂点から測定領域端に向かって走査する走
査軌道に設定することを特徴とする請求項１記載の接触
式形状測定装置。2. The method according to claim 1, wherein the setting unit sets a scanning trajectory to scan from a vertex of the convex surface of the surface to be measured toward an end of the measurement area when the surface is determined to be convex based on the detection information from the shape determining unit. The contact type shape measuring apparatus according to claim 1, wherein 【請求項３】前記設定手段は、前記形状判断手段からの
検知情報に基づいて凹面と判断されたときに、前記被測
定面の測定領域端から凹面の頂点に向かって走査する走
査軌道に設定することを特徴とする請求項１記載の接触
式形状測定装置。3. A scanning trajectory that scans from a measurement area end of the surface to be measured toward an apex of the concave surface when the concave surface is determined based on the detection information from the shape determining device. The contact type shape measuring apparatus according to claim 1, wherein 【請求項４】前記形状判断手段は、前記走査手段により
触針子を被測定面の頂点付近から所定距離だけ走査し、
この走査結果に基づいて被測定面の形状が凸面か凹面で
あるかを判断することを特徴とする請求項１〜３何れか
に記載の接触式形状測定装置。4. The shape determining means scans the stylus by a predetermined distance from the vicinity of the vertex of the surface to be measured by the scanning means.
The contact type shape measuring apparatus according to claim 1, wherein it is determined whether the shape of the surface to be measured is convex or concave based on the scanning result. 【請求項５】前記被測定面の形状を入力する入力手段
と、該入力手段によって入力された情報を記憶する記憶
手段とを有し、前記入力手段によって入力された情報に
基づいて前記走査手段を走査することを特徴とする請求
項１〜４何れかに記載の接触式形状測定装置。5. An input means for inputting the shape of the surface to be measured, and a storage means for storing information input by the input means, wherein the scanning means is provided based on the information input by the input means. The contact type shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the scanning is performed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007114217A (en) * 2007-02-05 2007-05-10 Hoya Corp Measurement method for lens shape or formed surface shape
JP2017227475A (en) * 2016-06-21 2017-12-28 株式会社ミツトヨ Hardness testing machine

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