(57)【要約】【課題】  高精度で面形状を測定でき、そのために短時間で加工を終了できる形状測定装置及び形状測定方法を提供する。【解決手段】  形状を測定する被測定物の加工面に所定の接触力で接触する接触体と、この接触体を前記加工面に対して進退可能に保持する保持部と、前記被測定物を載置するステージと、予め定められた所定軌跡で相対移動させ、前記被測定物の加工面形状と前記所定軌跡とのズレを、前記接触体の前記保持部に対する所定閾値以上の前記移動量変動の有無によって検出する。【選択図】      図１
2008249344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状を測定する被測定物の加工面に所定の接触力で接触する接触体と、前記接触体を前記加工面に対して進退可能に保持する保持部と、前記被測定物を載置するステージと、前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動量を検出する検出部と、を有する形状測定装置を用いた形状測定方法であって、
前記ステージと前記保持部とを予め定められた所定軌跡で相対移動させる移動ステップと、
前記被測定物の加工面形状と前記所定軌跡とのズレを、前記接触体の前記保持部に対する所定閾値以上の前記移動量変動の有無によって検出する検出ステップと、
を有すること、
を特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
前記検出ステップでは、前記所定閾値以上の前記移動量変動が無ければ前記被測定物の表面形状は前記所定軌跡に沿うと判定すること、
を特徴とする請求項１記載の形状測定方法。
【請求項３】
前記移動ステップでは、
前記ステージは、少なくとも、前記接触体が前記保持部に対して進退する方向と平行な方向に移動すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の形状測定方法。
【請求項４】
前記移動ステップでは、
前記保持部は、少なくとも、前記接触体と共に前記進退する方向に移動すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の形状測定方法。
【請求項５】
前記移動ステップでは、
前記ステージと前記保持部のそれぞれが、少なくとも、前記接触体が前記保持部に対して進退する方向に移動すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の形状測定方法。
【請求項６】
前記検出部は、前記接触体の前記保持部からの進退に連動するスケール部と、前記スケール部の移動量を読み取る読取部とを含み、
前記検出ステップでは、前記スケール部の前記所定以上の移動量変動の有無を前記読取部で検知することによって、前記接触体の前記保持部に対する所定閾値以上の前記移動量変動の有無を検出すること、
を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の形状測定方法。
【請求項７】
前記ステージに測定基準物を載置して、前記測定基準物の加工面形状の軌跡データを予め生成する生成ステップをさらに含み、
前記生成ステップでは、
前記測定基準物を載置した前記ステージと前記保持部とを前記接触体が進退する方向と直交する方向に相対移動させ、
前記相対移動による前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動量に基づき、前記測定基準物の加工面形状の軌跡データを生成し、
前記移動ステップでは、前記軌跡データに従った前記所定軌跡で、前記ステージと前記保持部とを相対移動させること、
を特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の形状測定方法。
【請求項８】
前記生成ステップでは、
前記ステージに測定基準物を載置して、生成した軌跡データに従って前記ステージと前記保持部とを相対移動させて前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動量を検出し、
この移動量が所定値以下になるように前記軌跡データを補正すること、
を特徴とする請求項７記載の形状測定方法。
【請求項９】
被測定物の加工面形状を測定する形状測定装置であって、
形状を測定する被測定物の加工面に所定の接触力で接触する接触体と、
前記接触体を前記加工面に対して進退可能に保持する保持部と、
前記被測定物を載置するステージと、
前記ステージと前記保持部とを予め定められた所定軌跡で相対移動させる駆動制御部と、
前記被測定物の加工面形状と前記所定軌跡とのズレを、前記接触体の前記保持部に対する所定閾値以上の前記移動量変動の有無によって検出する検出部と、
を備えること、
を特徴とする形状測定装置。
【請求項１０】
前記駆動制御部は、少なくとも、前記ステージを前記接触体が保持部に対して進退する方向に移動させること、
を特徴とする請求項９記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記駆動制御部は、少なくとも、前記保持部を前記進退する方向に移動すること、
を特徴とする請求項９記載の形状測定装置。
【請求項１２】
前記検出部は、
前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動に連動するスケール部と、
前記スケール部の移動量を読み取る読取部と、
を含むこと、
を特徴とする請求項９記載の形状測定装置。
【請求項１３】
前記所定軌跡として測定基準物の加工面形状に従った軌跡データを予め生成する生成する生成部をさらに備え、
前記駆動制御部は、
前記軌跡データに従った前記所定軌跡で、前記ステージと前記保持部とを相対移動させること、
を特徴とする請求項９乃至１２の何れかに記載の形状測定装置。
【請求項１４】
前記駆動制御部は、
前記軌跡データの生成のために、前記測定基準物を載置した前記ステージと前記保持部とを前記接触体が保持部に対して進退する方向と直交する方向に相対移動させ、
前記検出部は、
前記相対移動による前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動量を検出し、
前記生成部は、
前記検出部で検出された前記移動量に基づき、前記測定基準物の加工面形状の軌跡データを生成すること、
を特徴とする請求項１３記載の形状測定装置。
【請求項１５】
前記駆動制御部は、
前記軌跡データの生成のために、生成した軌跡データに従って前記ステージと前記保持部とを相対移動させ、
前記検出部は、
この相対移動による前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動量を検出し、
前記生成部は、
この移動量が所定値以下になるように前記軌跡データを補正すること、
を特徴とする請求項１４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、光学素子の光学面形状を測定する測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、非球面レンズやその金型を加工した後又はインプロセスでその形状を測定する２軸又は３軸以上の形状測定装置が知られている。被測定物となるワークをステージに載置し、そのワークの加工面を接触体で追従させる。ステージ又は接触体を保持する保持部がその対向方向とは直交する方向に直線移動することにより、ワークの形状に追随して接触体が前進又は後退する。この接触体の前進量又は後退量がワークの形状を反映する（例えば、「特許文献１」、「特許文献２」参照。）。
【０００３】
接触体の移動量は、接触体の移動に連動して移動するスケールを取り付け、そのスケールを読み取って計測する干渉走査方式が知られている。この干渉走査方式によるスケールと読取部との構成を図１３に示す。
【０００４】
図１３に示すように、スケール１６には、ＤＩＡＤＵＲ位相格子が所定の格子ピッチで並んでいる。このスケール１６と対向して読取部１７たる受光素子が配置されている。また、スケールと受光素子との間には、透過位相格子を配した走査レクチル１７ａが介在している。
【０００５】
この干渉走査方式では、光波が走査レクチル１７ａを通過するとほぼ同等の光度を有する反射回折次数−１，０，１の３つの部分波に回折される。この部分波はスケール１６でさらに回折されて反射回折次数−１と１として検出される。これらの部分波が再び走査レクチル１７ａで一つになり、回折されて干渉し、３つの位相差がある波が作られる。これらの波が異なる角度で走査レクチル１７ａを通過し、受光素子１７に捉えられる。回折格子が１格子ピッチ移動すると、１波長分移動するため、干渉走査方式では、この波長の移動を捉えることで接触体の移動量を読み取っている。
【０００６】
また、接触体の移動量を計測する方式としてはレーザによる光干渉法も知られている（例えば「特許文献３」参照。）。
【０００７】
これら方式でワークの形状を表した接触体の移動量を読み取り、移動量を走査に対応してプロットしたグラフを検証することでワークの加工面が所望の形状となっているか判断する。ワークの加工面が所望の形状となっていなければ、加工工程に戻り、加工と形状測定とを繰り返す。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１４７７４６号公報
【特許文献２】特開２００５−５０２８７６号公報
【特許文献３】特開２００２−３５７４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のスケールを用いた干渉走査方式では、スケールの格子ピッチに起因する読み値の誤差が発生することが知られている。この誤差は、格子ピッチの±１％程度の範囲で生ずる。非球面レンズやその金型は、その形状に高精度が要求されるため、この誤差を抑えるためには、格子ピッチの小さいスケールが必要となるが、このようなスケールは一般的に高価である。また、上記のレーザによる光干渉法を用いることもできるが、この場合、測定装置が大型化してしまい、昨今の加工装置に形状測定装置を搭載するようなタイプでは適さない。また、構成が複雑化して高価なものとなってしまう。
【００１０】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、高精度で面形状を測定でき、そのために短時間で加工を終了できる形状測定装置及び形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、形状を測定する被測定物の加工面に所定の接触力で接触する接触体と、前記接触体を前記加工面に対して進退可能に保持する保持部と、前記被測定物を載置するステージと、前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動量を検出する検出部と、を有する形状測定装置を用いた形状測定方法であって、前記ステージと前記保持部とを予め定められた所定軌跡で相対移動させる移動ステップと、前記被測定物の加工面形状と前記所定軌跡とのズレを、前記接触体の前記保持部に対する所定閾値以上の前記移動量変動の有無によって検出する検出ステップと、を有すること、を特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の態様は、前記検出ステップでは、前記所定閾値以上の前記移動量変動が無ければ前記被測定物の表面形状は前記所定軌跡に沿うと判定すること、を特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の態様は、前記移動ステップでは、前記ステージは、少なくとも、前記接触体が前記保持部に対して進退する方向と平行な方向に移動すること、を特徴とする。
【００１４】
本発明の第４の態様は、前記移動ステップでは、前記保持部は、少なくとも、前記接触体と共に前記進退する方向に移動すること、を特徴とする。
【００１５】
本発明の第５の態様は、前記移動ステップでは、前記ステージと前記保持部のそれぞれが、少なくとも、前記接触体が前記保持部に対して進退する方向に移動すること、を特徴とする。
【００１６】
本発明の第６の態様は、前記検出部は、前記接触体の前記保持部からの進退に連動するスケール部と、前記スケール部の移動量を読み取る読取部とを含み、前記検出ステップでは、前記スケール部の前記所定以上の移動量変動の有無を前記読取部で検知することによって、前記接触体の前記保持部に対する所定閾値以上の前記移動量変動の有無を検出すること、を特徴とする。
【００１７】
本発明の第７の態様は、前記ステージに測定基準物を載置して、前記測定基準物の加工面形状の軌跡データを予め生成する生成ステップをさらに含み、前記生成ステップでは、記測定基準物を載置した前記ステージと前記保持部とを前記接触体が進退する方向と直交する方向に相対移動させ、前記相対移動による前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動量に基づき、前記測定基準物の加工面形状の軌跡データを生成し、前記移動ステップでは、前記軌跡データに従った前記所定軌跡で、前記ステージと前記保持部とを相対移動させること、を特徴とする。
【００１８】
本発明の第８の態様は、前記生成ステップでは、前記ステージに測定基準物を載置して、生成した軌跡データに従って前記ステージと前記保持部とを相対移動させて前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動量を検出し、この移動量が所定値以下になるように前記軌跡データを補正すること、を特徴とする。
【００１９】
本発明の第９の態様は、被測定物の加工面形状を測定する形状測定装置であって、形状を測定する被測定物の加工面に所定の接触力で接触する接触体と、前記接触体を前記加工面に対して進退可能に保持する保持部と、前記被測定物を載置するステージと、前記ステージと前記保持部とを予め定められた所定軌跡で相対移動させる駆動制御部と、前記被測定物の加工面形状と前記所定軌跡とのズレを、前記接触体の前記保持部に対する所定閾値以上の前記移動量変動の有無によって検出する検出部と、を備えること、を特徴とする。
【００２０】
本発明の第１０の態様は、前記駆動制御部は、少なくとも、前記ステージを前記接触体が保持部に対して進退する方向に移動させること、を特徴とする。
【００２１】
本発明の第１１の態様は、前記駆動制御部は、少なくとも、前記保持部を前記進退する方向に移動すること、を特徴とする。
【００２２】
本発明の第１２の態様は、前記検出部は、前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動に連動するスケール部と、前記スケール部の移動量を読み取る読取部と、を含むこと、を特徴とする。
【００２３】
本発明の第１３の態様は、前記所定軌跡として測定基準物の加工面形状に従った軌跡データを予め生成する生成する生成部をさらに備え、前記駆動制御部は、前記軌跡データに従った前記所定軌跡で、前記ステージと前記保持部とを相対移動させること、を特徴とする。
【００２４】
本発明の第１４の態様は、前記駆動制御部は、前記軌跡データの生成のために、前記測定基準物を載置した前記ステージと前記保持部とを前記接触体が保持部に対して進退する方向と直交する方向に相対移動させ、前記検出部は、前記相対移動による前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動量を検出し、前記生成部は、前記検出部で検出された前記移動量に基づき、前記測定基準物の加工面形状の軌跡データを生成すること、を特徴とする。
【００２５】
本発明の第１５の態様は、前記駆動制御部は、前記軌跡データの生成のために、生成した軌跡データに従って前記ステージと前記保持部とを相対移動させ、前記検出部は、この相対移動による前記接触体の前記保持部に対する進退方向の移動量を検出し、前記生成部は、この移動量が所定値以下になるように前記軌跡データを補正すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、スケールの読値が変動したかしていないかという精度誤差の少ない検出方法で被測定物の加工面が所定軌跡に沿っているかを測定できるため、精度の高い測定が可能となる。さらにはこの読値は、所定軌跡と被測定物の加工面形状との差分しか移動しないため、格子ピッチ内での僅かな移動で収まり、格子ピッチに起因する誤差が生じにくい。高精度で計測できれば、加工と計測を繰り返す回数は、低減され、加工が短時間に終了する。また、精度の高いスケールを用いる必要もなく安価で、レーザ測定方式のように大型化してしまうことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る形状測定方法及び形状測定装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【００２９】
形状測定装置は、ワークＷを加工する加工機（図示せず）に搭載された装置であり、ワークＷを加工した後、ワークＷを載置させたまま加工形状を測定する。この被測定物たるワークＷは、例えば非球面レンズやその金型である。形状測定装置は、この非球面レンズや金型の光学面形状を測定する。この形状測定装置は、形状測定装置本体１とＮＣ装置１８とデータ生成装置１９とにより構成される。
【００３０】
形状測定装置本体１は、ワークＷを載置する平面を有するステージ１０を備える。ステージ１０は、平面をＸＹ平面として、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にワークＷをスライドさせる。ワークＷは、加工面をＹ軸方向に向けてＸ軸方向に拡がるように載置される。
【００３１】
ステージ１０に載置されたワークＷにはＹ軸方向からその加工面に接触体１１が所定接触力で接触する。所定接触力とは、ワークＷを押し出さず、ワークＷの加工面を常に追従する程度の接触力をいう。接触体１１は、ロッド１２の先端に取り付けられている。ロッド１２は、Ｙ軸方向に延び、軸受け１３に支持されている。軸受け１３は、ロッド１２をＸ軸方向に摺動可能に支持している。ロッド１２は、図示しないエアシリンダによって後端から圧力を受けて突出し、伴って接触体１１が保持部１４から前進して加工面に接触する。接触体１１がワークＷの加工面が迫り出す等して押圧力を受けると、ロッド１２が埋没し、伴って接触体１１が後退する。
【００３２】
ロッド１２は、保持部１４に対してＹ軸方向に突出及び埋没可能に取り付けられている。即ち、保持部１４は、ロッド１２を介して接触体１１をＹ軸方向に進退可能に保持している。保持部１４は、形状測定装置本体１のベース１５に図示しないレールを介して取り付けられており、レールを摺動することでＺ軸方向に移動可能となっている。
【００３３】
ロッド１２には、スケール１６が固定されている。スケール１６は、ＤＩＡＤＵＬ位相格子が所定ピッチで並ぶ所謂物差しである。例えばこのスケール１６は、本実施形態の計測方式によると格子ピッチが１μｍ以上のものを用いることができる。このスケール１６は、ロッド１２の突出及び埋没に伴って進退する。即ち、接触体１１とスケール１６のＸ軸方向への進退は連動している。このスケール１６の上方には読取部１７が設置されている。読取部１７は、受光素子であり、受光素子とスケール１６との間に配された走査レクチル１７ａを含む。走査レクチル１７ａには、透過位相格子が貫設されている。読取部１７は、走査レクチル１７ａを介してスケール１６から反射した光を受光してスケール１６の移動量を検出している。即ち、接触体１１の保持部１４かに対する進退方向への移動量を検出している。
【００３４】
ＮＣ装置１８は、この形状測定装置本体１の駆動を制御する。ステージ１０をＸＹ平面上にスライドさせ、また保持部１４をＺ軸方向にスライドさせることにより、ステージ１０と保持部１４とを相対的に所定の軌跡を描かせる。また、ステージ１０をロッド１２の延びと直交する方向にスライドさせることによりステージ１０と保持部１４とを平行移動させる。
【００３５】
データ生成装置１９は、所謂コンピュータである。このデータ生成装置１９は、ＮＣ装置１８に軌跡データを出力する。ＮＣ装置１８は、この軌跡データに従って保持部１４とステージ１０とを相対移動させる。データ生成装置１９には、読取部１７が読み取った接触体１１の移動量が入力される。データ生成装置１９は、この移動量をプロットして軌跡データを生成する。
【００３６】
図２及び図３は、この形状測定装置のワークＷの形状を測定する態様模式図である。形状測定装置では、ステージ１０と保持部１４とを所定軌跡で相対的に移動させてワークＷの形状を計測する。図２は、ワークＷを載置したステージ１０を移動させることによりステージ１０と保持部１４とを所定軌跡で相対的に移動させた場合を示す図であり、図３は、保持部１４を移動させることによりステージ１０と保持部１４とを所定軌跡で相対的に移動させた場合を示す図である。尚、保持部１４を移動させる場合には、保持部１４側にもＸＹ平面に保持部１４をスライド可能な機構を備える。また、ステージ１０と保持部１４とを接触体１１の進退方向、即ちＹ軸方向に移動させ、同時にこの進退方向と直交する方向、即ちＸ軸方向に移動させ、相対的に軌跡データＭＳＴに沿うように移動させるようにしてもよい。
【００３７】
このワークＷの測定の前に、データ生成装置１９からは、ＮＣ装置１８へ測定基準物の光学面形状を測定して得た測定基準物の光学面形状の軌跡データＭＳＴが出力される。測定基準物は、目標となる高精度の光学面形状を有する非球面レンズやその金型である。ワークＷは、この測定基準物の光学面形状に近似するように加工される。
【００３８】
ＮＣ装置１８は、ステージ１０と保持部１４とをこの軌跡データＭＳＴに従った軌跡で相対的に移動させる。即ち、ステージ１０若しくは保持部１４又は双方を接触体１１の進退方向、即ちＹ軸方向に移動させ、同時にこの進退方向と直交する方向、即ちＸ軸方向に移動させ、相対的に軌跡データＭＳＴに沿うように移動させる。尚、図２に示すように、ステージ１０を移動させる場合には、軌跡データＭＳＴをＸ軸を中心に反転させて、その反転させた軌跡データＭＳＴに従った軌跡で移動させる。
【００３９】
ステージ１０と保持部１４とを軌跡データＭＳＴに沿って相対的に移動させると、接触体１１はワークＷの加工面を追従する。ワークＷの加工面が軌跡データＭＳＴと近似していると、軌跡データＭＳＴに従ってステージ１０と保持部１４とが離れれば、その離れた分だけワークＷの追従箇所が迫り出すはずであり、追従箇所と保持部１４との距離は変わらないため接触体１１に作用する押圧力は変わらず、接触体１１は保持部１４に対して進退方向に移動しない。従って、スケール１６も移動せず読取部１７の読値も変わらない。
【００４０】
また、ワークＷの加工面が軌跡データＭＳＴと近似していると、軌跡データＭＳＴに従ってステージ１０と保持部１４とが近づけば、その近づいた分だけワークＷの追従箇所が深くなるはずであり、追従箇所と保持部１４との距離は変わらないため接触体１１に作用する押圧力は変わらず、接触体１１は保持部１４に対して進退方向に移動しない。従って、スケール１６も移動せず読取部１７の読値も変わらない。
【００４１】
一方、ワークＷの加工面と軌跡データＭＳＴとが異なる追従箇所があると、軌跡データＭＳＴに従ってステージ１０と保持部１４とが離れても、その離れた分だけワークＷの追従箇所が迫り出さず、追従箇所と保持部１４との距離が変わるため接触体１１はロッド１２の後端から圧力によって保持部１４に対して進退方向に前進する。従って、スケール１６も連動して進退方向に前進し、読取部１７の読値が変動する。この読値は、ワークＷの加工面と軌跡データＭＳＴのズレが表れた値である。
【００４２】
また、ワークＷの加工面と軌跡データＭＳＴとが異なる追従箇所があると、軌跡データＭＳＴに従ってステージ１０と保持部１４とが近づいても、その近づいた分だけワークＷの追従箇所が深くならず、追従箇所と保持部１４との距離が変わるため接触体１１は保持部１４に対して進退方向に後退する。従って、スケール１６も連動して進退方向に後退し、読取部１７の読値が変動する。
【００４３】
例えば、ステージ１０と保持部１４とが相対移動してステージと保持部１４とが距離Ｄ１だけ近づいたものとする。そして、そのときの接触体１１の追従箇所は距離Ｄ２だけ深くなったとする。この距離Ｄ１とＤ２とが略同値であれば、その追従箇所は測定基準物の対応箇所と近似していると判断できる。一方、読値の初期値から距離Ｄ１と距離Ｄ２との差分（Ｄ１−Ｄ２）の値への所定閾値を超える変動を読取部１７が検出すれば、少なくともその追従箇所で測定基準物の対応箇所と異なっていると判断できる。
【００４４】
このように、この形状測定装置では、軌跡データＭＳＴに従ってステージ１０と保持部１４とを相対移動させ、軌跡データＭＳＴとワークＷとが異なる箇所があればそれを読値の変動により検出することにより、測定基準物とワークＷとの相違点箇所を計測することができる。
【００４５】
図４は、この形状測定装置によって測定基準物の光学面形状が近似したワークＷの加工面を計測して得た読値のグラフである。また、図５は、この形状測定装置によって測定基準物の光学面形状と異なるワークＷの加工面を計測して得た読値のグラフである。これらグラフは、所定のＺ軸高さにおけるワークＷの２次元形状を測定したものである。
【００４６】
図４に示すように、測定基準物の光学面形状が近似したワークＷを計測すると、グラフは平坦になり、読値の所定閾値を超える変動はなく、変動範囲は一定以下となる。ここでは、スケール１６に並ぶ格子の格子ピッチＳＰの４分の１、即ちＳＰ／４を閾値とし、このＳＰ／４までの読値変動は、移動無しとする。また、ＳＰ／４を超える読値の変動は、移動があったとする。読値には、格子ピッチＳＰの１００分の１程度の精度誤差が生じるが、読値が変動したかしていないかであれば、高精度に形状を把握することができる。読値の変動がこのＳＰ／４以下の範囲であれば、ワークＷの加工面が測定基準物の光学面形状に近似していると判断できる。
【００４７】
一方、図５に示すように、測定基準物の光学面形状と異なるワークＷの加工面を計測すると、グラフにはＳＰ／４を超える読値の変動箇所が表れる。ＳＰ／４を超える読値の変動が検出されると、その追従箇所で接触体１１のＳＰ／４を超える移動量の変動があったと検出されたこととなり、その追従箇所で測定基準物の光学面形状とワークＷの加工面とは異なることがわかる。図５では、加工面の最深部以外は、全体的に接触体１１の移動が検出されており、最深部以外の箇所の加工があまいことが計測できる。
【００４８】
このような形状測定装置による形状測定方法を図６に示す。図６は、この形状測定装置による形状測定の動作を示すフローチャートである。
【００４９】
ステージ１０に載置されたワークＷが加工されると（Ｓ１１）、形状測定装置は、接触体１１を進退方向に前進させてワークＷの加工面に所定接触で接触させる（Ｓ１２）。ロッド１２の後端に圧力を与えてロッド１２を接触体１１が加工面に突き当たるまで突出させることにより、接触体１１が前進する。
【００５０】
次に、形状測定装置は、ステージ１０と保持部１４とを測定基準物の軌跡データＭＳＴに従って相対移動させる（Ｓ１３）。
【００５１】
データ生成装置１９からは軌跡データＭＳＴがＮＣ装置１８に出力され、ＮＣ装置１８は、例えば保持部１４を固定したまま、軌跡データＭＳＴをＸ軸を中心として反転させたデータに従う軌跡を描くようにＸ軸方向及びＹ軸方向にステージ１０をスライドさせる。また、ＮＣ装置１８は、例えばステージ１０を固定したまま、軌跡データＭＳＴに従う軌跡を描くようにＸ軸方向及びＹ軸方向に保持部１４をスライドさせる。または、ＮＣ装置１８は、例えばステージ１０と保持部１４とをともにＸ軸方向及びＹ軸方向にスライドさせ、全体として軌跡データＭＳＴに従う軌跡を描くように相対移動させる。そして、ＸＹ平面方向に走査したあと、Ｙ軸方向を副走査方向として保持部１４を所定量移動させてまたＸＹ平面方向に走査する。
【００５２】
この相対移動の間、接触体１１が保持部１４に対して進退方向に所定閾値以上移動することで、所定閾値を超える移動量変動が検出されれば（Ｓ１４，Ｎｏ）、ワークＷの加工面は測定基準物の許容範囲内にはないと判定する（Ｓ１６）。一方、接触体１１が保持部１４に対して進退方向への移動が所定閾値以内であるため、所定閾値を超える移動量変動が検出されなければ（Ｓ１４，Ｙｅｓ）、ワークＷの加工面は測定基準物の許容範囲内で一致していると判定する（Ｓ１５）。
【００５３】
相対移動の間、読取部１７は、スケール１６から読値を読み取る。接触体１１が保持部１４に対してＳＰ／４以上移動し、読値がＳＰ／４以上で変動すれば、ワークＷの加工面は測定基準物の許容範囲内にないと判断できる。
【００５４】
このように、本実施形態の形状測定方法及び装置によれば、ワークＷの形状測定に際し、ワークＷを載置したステージ１０と接触体１１を保持した保持部１４とをワークＷの理想形状であるワーク加工物の軌跡データＭＳＴに従って相対移動させるようにした。
【００５５】
従って、スケール１６の読値が変動したかしていないかという精度誤差の少ない検出方法でワークＷの加工面が軌跡データＭＳＴに沿っているかを測定できるため、精度の高い測定が可能となる。さらにはこの読値は、軌跡データＭＳＴとワークＷの加工面形状との差分しか移動しないため、格子ピッチ内での僅かな移動で収まり、格子ピッチに起因する誤差が生じにくい。高精度で計測できれば、加工と計測を繰り返す回数は、低減され、加工が短時間に終了する。
【００５６】
また、精度の高いスケール１６を用いる必要もなく安価で、レーザ測定方式のように大型化してしまうことがない。
【００５７】
次に、この形状測定装置による軌跡データＭＳＴの生成について図７乃至図１２に基づき詳細に説明する。図７は、形状測定装置による軌跡データＭＳＴの生成の動作を示すフローチャートである。
【００５８】
まず、軌跡データＭＳＴを採取する測定基準物ＭＷをステージ１０に載置し（Ｓ２１）、ステージ１０と保持部１４の何れかを進退方向と直交する方向、即ちＸ軸方向に沿って直線移動させて接触体１１を保持部１４に対して測定基準物の光学面ＭＳの形状に合わせて前進又は後退移動させる（Ｓ２２）。即ち、測定基準物ＭＷの形状を測定する。図８は、この測定基準物ＭＷの形状測定を示す模式図である。
【００５９】
図８に示すように、光学面ＭＳをＹ軸方向に向けて測定基準物ＭＷをステージ１０に載置し、接触体１１を前進させて光学面ＭＳの一端に接触させる。そして、ステージ１０又は保持部１４をＸ軸方向に直線的にスライドさせる。このスライドに伴い、接触体１１は、光学面ＭＳの一端から他端へ光学面ＭＳを追従する。このとき、ステージ１０と保持部１４とは、ロッド１２が突出又は埋没する方向の離間距離が変わらないため、接触体１１は、光学面ＭＳの形状に合わせて保持部１４から前進又は後退することにより光学面ＭＳを追従する。
【００６０】
光学面ＭＳの他端まで接触体１１が追従すると、Ｚ軸方向を副走査方向として保持部１４をＺ軸方向に所定間隔移動させ、そのＸＹ平面において再度接触体１１を光学面ＭＳに追従させる。このＸＹ平面における主走査とＺ軸方向への副走査を繰り返し、３次元的に測定基準物ＭＷの光学面ＭＳを追従させる。
【００６１】
接触体１１が保持部１４から前進又は後退することにより光学面ＭＳを追従すると、形状測定装置は、保持部１４からの接触体１１の移動量を計測する（Ｓ２３）。接触体１１の保持部１４からの前進又は後退に連動してスケール１６が移動し、その移動量を表す読み値を読取部１７で読み取る。
【００６２】
接触体１１の移動量を計測すると、形状測定装置は、読値で得られる接触体１１の移動量をプロットすることで測定基準物ＭＷの軌跡データＭＳＴを生成する（Ｓ２４）。
【００６３】
図９は、生成された軌跡データＭＳＴを示すグラフである。読取部１７が読み取った読値は、接触体１１の追従に連動して連続的にデータ生成装置１９に出力される。データ生成装置１９は、この読値を追従箇所に対応付けてプロットしていく。読値は、接触体１１の移動量であり、追従箇所の深さを表す。従ってこの読値をプロットして得たグラフ形状が測定基準物ＭＷの光学面ＭＳの形状を表し、このグラフが軌跡データＭＳＴとなる。
【００６４】
この軌跡データＭＳＴが生成されると、次に形状測定装置は、測定基準物ＭＷを載置させたまま、この軌跡データＭＳＴに従ってステージ１０と保持部１４とを相対移動させる（Ｓ２５）。図１０は、この軌跡データＭＳＴに従ったステージ１０と保持部１４との相対移動を示す模式図である。同図では、ステージ１０を固定して保持部１４を軌跡データＭＳＴに従って移動させる場合を示している。
【００６５】
データ生成装置１９は、軌跡データＭＳＴを生成すると、この軌跡データＭＳＴをＮＣ装置１８に出力する。ＮＣ装置１８は、軌跡データＭＳＴに従ってステージ１０と保持部１４とを相対的に移動させる。
【００６６】
測定基準物ＭＷの光学面ＭＳの形状と軌跡データＭＳＴが表す軌跡形状とが精度良く一致していれば、ステージ１０と保持部１４とが近づけば、その分だけ測定基準物ＭＷの光学面ＭＳは深くなり、ステージ１０と保持部１４とが離れれば、その分だけ測定基準物ＭＷの光学面ＭＳは迫り上がるため、接触体１１は保持部１４から前進も後退もしない。
【００６７】
軌跡データＭＳＴに従ってステージ１０と保持部１４とを相対移動させると、形状計測装置は、接触体１１保持部１４に対する進退方向への前進又は後退移動を検出する（Ｓ２６）。
【００６８】
図１１は、軌跡データＭＳＴに従ってステージ１０と保持部１４とを相対移動させることにより測定基準物ＭＷの形状を測定した測定結果を示す図である。保持部１４から接触体１１が前進又は後退すると、連動してスケール１６が移動し、その移動量を読取部１７が読み取る。読み取った読値をプロットしたグラフ形状のうち、一部でもＳＰ／４を超えていれば、接触体１１が保持部１４から前進又は後退したことが検出されたこととなる。
【００６９】
ＳＰ／４を超える移動量変動が検出されれば（Ｓ２６，Ｙｅｓ）、データ生成装置１９は、この読値をプロットしたグラフを補正データＣＤとして生成する（Ｓ２７）。
【００７０】
ＳＰ／４を超えた移動量で前進又は後退した箇所は、測定基準物ＭＷと軌跡データＭＳＴが相違している箇所を意味している。この測定基準物ＭＷと軌跡データＭＳＴとの相違は、格子ピッチによって生じる読み取り誤差、Ｘ軸及びＹ軸方向へのスライドの進捗度誤差、及び接触体１１の真球度により生じ、このグラフ形状を表す補正データＣＤは、この読み取り誤差と進捗度誤差と真球度を反映している。
【００７１】
一方、ＳＰ／４を超える移動量変動が検出されなければ（Ｓ２６，Ｎｏ）、軌跡データＭＳＴは、測定基準物ＭＷの光学面ＭＳの形状に沿っていることを示し、軌跡データＭＳＴの生成を終了する。
【００７２】
補正データＣＤを生成すると、データ生成装置１９は、軌跡データＭＳＴにこの補正データＣＤを加算して（Ｓ２８）、軌跡データＭＳＴを補正する。図１２は、この軌跡データＭＳＴの補正を示すグラフである。読値がＳＰ／４を超えたところは、最深部を基準としてその読値の分だけ相対移動が足りなかったことを意味する。従って、データ生成装置１９は、補正データＣＤが示す読値を軌跡データＭＳＴの対応箇所の値に加算して、新たな軌跡データＭＳＴを生成する。
【００７３】
そして、この補正された軌跡データＭＳＴを用いてＳ２５〜Ｓ２８を繰り返し、軌跡データＭＳＴが測定基準物ＭＷの光学面ＭＳの形状に沿うまで、即ち保持部１４から接触体１１が前進又は後退しなくなるまで（Ｓ２６，Ｎｏ）、軌跡データＭＳＴを補正する。
【００７４】
このようにして生成された測定基準物ＭＷの光学面ＭＳの形状に沿う軌跡データＭＳＴが生成され、ワークＷの測定基準物ＭＷとの形状比較を主とした形状計測に用いられる。この補正データＣＤの加算を繰り返すことにより、軌跡データＭＳＴは、格子ピッチによって生じる読み取り誤差、Ｘ軸及びＹ軸方向へのスライドの進捗度誤差、及び接触体１１の真球度を解消したデータとなっている。
【００７５】
尚、本実施形態では、測定基準物ＭＷを測定することで軌跡データＭＳＴを生成したが、データ生成装置１９によって理想的な軌跡データＭＳＴを計算により求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本実施形態に係る形状測定装置の構成を示す図である。
【図２】ステージを移動させることによりステージと保持部とを所定軌跡で相対的に移動させた場合のワークの形状を測定する態様を示す模式図である。
【図３】保持部を移動させることによりステージと保持部とを所定軌跡で相対的に移動させた場合のワークの形状を測定する態様を示す模式図である。
【図４】形状測定装置によって測定基準物の光学面形状が近似したワークの加工面を計測して得た読値のグラフである。
【図５】形状測定装置によって測定基準物の光学面形状と異なるワークの加工面を計測して得た読値のグラフである。
【図６】形状測定装置による形状測定の動作を示すフローチャートである。
【図７】形状測定装置による軌跡データの生成の動作を示すフローチャートである。
【図８】測定基準物の形状測定を示す模式図である。
【図９】生成された軌跡データを示すグラフである。
【図１０】軌跡データの生成過程における軌跡データに従ったステージと保持部との相対移動を示す模式図である。
【図１１】人体像上の識別表示部位の選択に対応してリスト表示事項を識別表示する動作を示すフローチャートである。
【図１２】軌跡データに従ってステージと保持部とを相対移動させることにより測定基準物ＭＷの形状を測定した測定結果を示す図である。
【図１３】干渉走査方式におけるスケールと読取部とを示す模式図である。
【符号の説明】
【００７７】
１    形状測定装置本体
１０  ステージ
１１  接触体
１２  ロッド
１３  軸受け
１４  保持部
１５  ベース
１６  スケール
１７  読取部
１７ａ  走査レクチル
１８  ＮＣ装置
１９  データ生成装置
Ｗ    ワーク
ＭＷ  測定基準物
ＭＳ  光学面
ＭＳＴ  軌跡データ
ＣＤ  補正データ
ＳＰ  格子ピッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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