(57)【要約】【課題】凹状のゲージを用いた形状測定装置の校正の精度の低下を防止する。【解決手段】形状測定装置のステージの上面に設けられているゲージは、形状測定装置の校正に用いる凹球面状の凹部と、凹部の底から垂直に突出するように設けられている送風部材５２により構成される。送風部材５２の送風部５２Ａの下面には、下面の外周に沿って、送風口６１−１乃至６１−ｎが所定の間隔で配置されている。形状測定装置の電源が投入されている間、常にこの送風口６１−１乃至６１−ｎから凹部の表面に向かって風が吹き出され、凹部の表面の埃などの異物が吹き飛ばされる。本発明は、例えば、被検物の３次元形状を測定する形状測定装置に適用できる。【選択図】図３
2011027606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の形状を測定する形状測定装置において、
前記被検物を設置するステージに設けられている、前記形状測定装置の校正に用いる凹部と、
前記凹部の表面の異物を除去する除去部と
を備える形状測定装置。
【請求項２】
前記除去部は、前記凹部の表面に送風することにより前記異物を除去する
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記除去部は、
前記凹部の表面に送風する送風部と、
前記凹部の底から突出するように設けられ、前記送風部を支持する支持部と
を備える請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記除去部は、前記凹部に設けられた穴から前記異物を吸い込む
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記凹部は、凹球面である
請求項１乃至４のいずれかに記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置に関し、特に、凹状のゲージを用いて校正を行う形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接触式または非接触式のプローブを用いて被検物の形状を測定する三次元形状測定装置では、高い測定精度を実現するために、所定の形状のゲージをステージ上の所定の位置に設けておき、そのゲージの形状および位置を測定した結果に基づいて、装置の校正が行われている。すなわち、既知のゲージの形状および位置と測定値との関係を求め、例えば、測定値の補正を行うための補正値を設定したり、ゲージに対する測定誤差が所定の範囲内になるように三次元形状測定装置の各部の調整を行ったりすることが行われている。
【０００３】
ところで、校正用のゲージとしては、ゲージの中心の位置を求めるのが容易などの理由により、球体のゲージがよく用いられる（例えば、特許文献１参照）。しかし、回転や傾斜が可能なステージに球体のゲージを設けた場合、ステージを回転したり傾けたりしたときに、プローブに接触するなどの要因により、ゲージが測定の妨げになる場合がある。
【０００４】
そこで、凹球面状の凹部を校正用のゲージとして用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３００５６８１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、凹球面など凹状のゲージを校正に用いる場合、ゲージに埃などの異物が溜まり、校正の精度を低下させる場合がある。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、凹状のゲージを用いた形状測定装置の校正の精度の低下を防止できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面の形状測定装置は、被検物の形状を測定する形状測定装置であって、前記被検物を設置するステージに設けられている、前記形状測定装置の校正に用いる凹部と、前記凹部の表面の異物を除去する除去部とを備える。
【０００９】
本発明の一側面の形状測定装置においては、形状測定装置の校正に用いる凹部の表面の異物が除去される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一側面によれば、凹状のゲージを用いた形状測定装置の校正の精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した形状測定装置の一実施の形態を模式的に示す外観図である。
【図２】形状測定装置のゲージの第１の実施の形態を拡大した図である。
【図３】形状測定装置のゲージの送風部材を拡大した図である。
【図４】形状測定装置のゲージの第２の実施の形態を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明を適用した形状測定装置の一実施の形態を模式的に示す外観図である。なお、以下、形状測定装置１の横方向をｘ軸方向と称し、奥行き方向をｙ軸方向と称し、高さ方向をｚ軸方向と称する。
【００１４】
図１の形状測定装置１は、俯瞰カメラ１４、光切断プローブ１５、および、接触式プローブ１６を用いて、円筒状のステージ１２の上面１２Ａに設置された被検物（不図示）の形状を測定する三次元形状測定装置である。
【００１５】
ステージ１２は、ｘ軸回りの回転、および、ｚ軸回りの回転が可能となるように、基台１１の上に設けられている。なお、以下、ステージ１２のｘ軸回りの回転角を回転角φと称し、ステージ１２のｚ軸回りの回転角を回転角θと称する。
【００１６】
基台１１上のステージ１２の奥には、柱１３Ａおよびガイド部材１３Ｂからなる逆Ｌ字型の支持部材１３が設けられている。柱１３Ａは、基台１１に対して垂直に立設され、柱１３Ａの上端に、長手方向がｙ軸方向に延び、基台１１の上面に対して水平なガイド部材１３Ｂが設けられている。ガイド部材１３Ｂの下面には、俯瞰カメラ１４、光切断プローブ１５、および、接触式プローブ１６が、ｘ軸方向に並ぶように設けられている。
【００１７】
俯瞰カメラ１４、光切断プローブ１５、および、接触式プローブ１６は一体となって、図示せぬ駆動機構により、ガイド部材１３Ｂの長手方向に沿ってｙ軸方向に平行移動できるとともに、ｚ軸方向に平行移動できる。また、支持部材１３は、図示せぬ駆動機構により、基台１１の上をｘ軸方向に平行移動でき、その結果、俯瞰カメラ１４、光切断プローブ１５、および、接触式プローブ１６が、ｘ軸方向に平行移動する。
【００１８】
俯瞰カメラ１４は、ステージ１２に設置されている被検物を撮影し、その結果得られた画像（以下、俯瞰画像と称する）のデータ（以下、俯瞰画像データと称する）を、形状測定装置１の図示せぬ演算装置に供給する。そして、図示せぬ演算装置は、俯瞰画像に基づいて、被検物の形状を測定する。
【００１９】
光切断プローブ１５は、例えば、ｙ軸方向に延びるスリット光を、投光部１５Ａからステージ１２に設置された被検物に照射する。なお、以下、投光部１５Ａが照射するスリット光（照射光）の進行方向を、適宜投光部１５Ａの光軸もしくはスリット光の光軸と称する。そして、光切断プローブ１５は、スリット光の照射位置を所定の間隔で少しずつｘ軸方向に移動させながら、スリット光の光軸と異なる方向から、例えば、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサなどの２次元撮像素子を有するカメラ１５Ｂによりスリット光が投影された被検物を撮影する。すなわち、光切断プローブ１５は、スリット光をｘ軸方向に走査させながら、スリット光の反射光を含む被検物の画像（以下、スリット画像と称する）を複数撮影する。光切断プローブ１５は、撮影した複数のスリット画像のデータ（以下、スリット画像データと称する）を、形状測定装置１の図示せぬ演算装置に供給する。そして、図示せぬ演算装置は、各スリット画像におけるスリット光の結像位置に基づいて、被検物の形状を測定する。
【００２０】
接触式プローブ１６は、その先端を被検物に接触させ、そのときの接触式プローブ１６の位置から、接触した被検物の表面の各位置を検出する。例えば、接触式プローブ１６は、その先端を被検物に接触させたときの、接触式プローブ１６のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向の位置、並びに、ステージ１２のｘ軸およびｚ軸回りの回転位置から、所定の基準位置に対する接触した被検物の位置の相対位置を検出し、検出した位置情報を形状測定装置１の図示せぬ演算装置に供給する。そして、図示せぬ演算装置は、接触式プローブ１６により検出された被検物の複数の点の位置情報に基づいて、被検物の形状を測定する。
【００２１】
なお、形状測定装置１では、被検物の形状や材質などに応じて、これらの３種類の測定部（俯瞰カメラ１４、光切断プローブ１５、および、接触プローブ１６）を使い分けながら、被検物の形状を測定することが可能である。
【００２２】
また、ステージ１２の上面１２Ａの外周付近には、校正用のゲージ２１−１乃至２１−４が、ほぼ９０度間隔で設けられている。ゲージ２１−１乃至２１−４の形状および位置は予め分かっており、形状測定装置１は、各プローブを用いてゲージ２１−１乃至２１−４の形状および位置を測定した結果に基づいて校正を行う。例えば、既知のゲージ２１−１乃至２１−４の凹部５１（図２）の形状および位置と、各プローブよる測定値との関係を求め、測定値の補正を行うための補正値がプローブ毎に設定されたり、ゲージ２１−１乃至２１−４の凹部５１（図２）に対する測定誤差が所定の範囲内になるように形状測定装置１の各部の調整が行われたりする。
【００２３】
なお、以下、ゲージ２１−１乃至２１−４を個々に区別する必要がない場合、単に、ゲージ２１と称する。
【００２４】
図２は、ゲージ２１を拡大した図である。ゲージ２１は、ステージ１２の上面１２Ａに設けられた凹球面状の凹部５１、および、送風部材５２により構成される。
【００２５】
凹部５１の表面は、凹部５１の表面で正反射する正反射光の強度が弱くなるように、拡散反射面により構成される。また、凹部５１の表面は、凹部５１の底を中心とする同心円により複数の領域Ｒ１乃至Ｒ６に区分されている。領域Ｒ１乃至Ｒ６は、それぞれ異なる模様または色などが施され、視覚的にそれぞれ個別に識別することが可能である。なお、凹部５１の底とは、凹部５１の縁の外周円Ｃから最も遠い部分であって、上面１２Ａが水平になるようにステージ１２を設置した場合に、最も下になる部分である。
【００２６】
なお、以下、領域Ｒ１乃至Ｒ６を個々に区別する必要がない場合、単に、領域Ｒと称する。
【００２７】
図３に示されるように、送風部材５２は、円柱状の送風部５２Ａおよび棒状の支持部５２Ｂにより構成される。支持部５２Ｂは、凹部５１の底から垂直に突出するように凹部５１を構成する凹球面の中心（以下、単に凹球面の中心と称する）に向かって（すなわち、凹球面の径方向に）設けられ、送風部５２Ａを支持している。送風部５２Ａは、凹球面の中心を含む位置に設置され、凹球面の中心と送風部５２Ａの中心とがほぼ一致する。そして、送風部５２Ａは、透過率の低い材質からなり、凹球面の中心を含む所定の範囲に入射する光が、送風部５２Ａにより遮光される。また、支持部５２Ｂも透過率の低い材質からなり、支持部５２Ｂに入射する光を遮光する。
【００２８】
従って、形状測定装置１の校正時に、光切断プローブ１５の投光部１５Ａからスリット光をゲージ２１に照射した場合に、凹部５１の表面で光切断プローブ１５のカメラ１５Ｂの方向に反射される反射光のうち、凹部５１の表面で正反射される正反射光のほとんどが、送風部材５２により遮光され、カメラ１５Ｂのレンズに入射することが防止される。従って、凹部５１からの非常に強い正反射光によりカメラ１５Ｂのレンズにフレアが発生したり、イメージセンサが飽和したりして、凹部５１に投影されたスリット光の結像位置の検出が困難になったり、結像位置が誤検出されたりして、校正が正確に行われなくなることが防止される。
【００２９】
なお、送風部５２Ａの大きさ（半径）、すなわち、送風部５２Ａにより遮光される範囲は、例えば、投光部１５Ａの光軸方向とカメラ１５Ｂの光軸方向との間の角度、凹部５１を構成する凹球面の半径などにより決定される。例えば、投光部１５Ａの光軸方向とカメラ１５Ｂの光軸方向との間の角度が小さいほど、凹部５１の表面でカメラ１５Ｂの方向に正反射される正反射光は、凹球面の中心により近い位置を通過するため、送風部５２Ａを小さくすることができる。一方、投光部１５Ａの光軸方向とカメラ１５Ｂの光軸方向との間の角度が大きいほど、凹部５１の表面でカメラ１５Ｂの方向に正反射される正反射光は、凹球面の中心からより遠い位置を通過するため、送風部５２Ａを大きくする必要がある。
【００３０】
また、俯瞰カメラ１４からゲージ２１を見た場合、ステージ１２の回転角θおよび回転角φにより、送風部５２Ａが重なって見える凹部５１の位置が異なる。従って、俯瞰画像において、送風部５２Ａが凹部５１のどの領域Ｒと重なっているかを検出することにより、エンコーダやパルスメータなどの高価な部品を用いなくても、ステージ１２の回転角θおよび回転角φを大まかに検出することができる。これは、例えば、設定可能な回転角θおよび回転角φが、０度、１０度、２０度・・・など、予め離散的に決められている場合に、特に有効である。
【００３１】
なお、区分する領域Ｒの数は、この例に限定されるものではなく、任意の数に設定することができるが、領域Ｒの数を増やすほど、より正確にステージ１２の回転角θおよび回転角φを検出することが可能になる。
【００３２】
さらに、送風部５２Ａの下面には、下面の外周に沿って、送風口６１−１乃至６１−ｎが所定の間隔で配置されている。そして、形状測定装置１の電源が投入されている間、常にこの送風口６１−１乃至６１−ｎから凹部５１の表面に向かって風が吹き出され、凹部５１の表面の埃などの異物が吹き飛ばされ、凹部５１に異物が滞留することが防止される。
【００３３】
これにより、凹部５１に溜まった異物により、形状測定装置１の校正の精度が低下することが防止される。
【００３４】
なお、送風部材５２の形状は、この例に限定されるものではなく、凹部５１に溜まった異物を除去できる程度の風を凹部５１の表面に吹き送ることができ、凹部５１の形状および位置の測定の妨げにならない範囲で、任意の形状とすることができる。
【００３５】
また、送風部材５２により、凹部５１の表面で正反射される正反射光を遮光する必要がない場合、必ずしも送風部材５１を凹球面の中心を含むように設置する必要はない。
【００３６】
さらに、送風部５２Ａは、必ずしも凹部５１の底から支持する必要はなく、例えば、凹部５１の底以外の部分から支持するようにしたり、凹部５１以外の部分から吊り下げたりするようにしてもよい。
【００３７】
図４は、本発明を適用したゲージの第２の実施の形態を示している。図４のゲージ１０１は、ゲージ２１の代わりに形状測定装置１のステージ１２に設けることが可能である。ゲージ１０１は、ゲージ２１の凹部５１と同様の凹球面状の凹部１１１、および、ホース１１２により構成される。
【００３８】
凹部１１１は、図２の凹部５１と同様に、表面が拡散反射面により構成されるとともに、凹部１１１の底を中心とする同心円により、視覚的にそれぞれ個別に識別することが可能な複数の領域Ｒ１１乃至Ｒ１６に区分されている。
【００３９】
また、凹部１１１の底には、貫通穴１１１Ａが設けられ、貫通穴１１１Ａの下にホース１１２が接続されている。また、ホース１１２は、図示せぬ吸入器に接続されている。そして、形状測定装置１の電源が投入されている間、凹部１１１の表面の埃などの異物が、貫通穴１１１Ａおよびホース１１２を介して吸入器に吸い込まれ、凹部１１１に異物が滞留することが防止される。
【００４０】
なお、貫通穴１１１Ａの位置は、必ずしも凹部１１１の底である必要はなく、凹部１１１に溜まった異物を吸い込める範囲で任意の位置に設定することが可能である。
【００４１】
なお、形状測定装置１に設けるゲージの数は、４つに限定されるものではなく、ステージ１２の自由度等に基づいて、校正に必要な数に設定するようにすればよい。
【００４２】
また、ステージ１２の移動および回転方向は、上述した例に限定されるものではなく、例えば、ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸方向に平行移動できるようにしたり、ｙ軸回りに回転できるようにしたりすることも可能である。
【００４３】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  形状測定装置，  １２  ステージ，  １４  俯瞰カメラ，  １５  光切断プローブ，  １６  接触式プローブ，  ２１−１乃至２１−４  ゲージ，  ５１  凹部，  ５２  送風部材，  ５２Ａ  送風部，  ５２Ｂ  支持部，  ６１−１乃至６１−ｎ  送風口，  １０１  ゲージ，  １１１  凹部，  １１１Ａ  貫通穴，  １１２  ホース
【図１】
2011027606.tif 000003
【図２】
2011027606.tif 000004
【図３】
2011027606.tif 000005
【図４】
2011027606.tif 000006