(57)【要約】【課題】ステージのガイドの真直度誤差、テーブルの運動誤差をリアルタイムで補正することができ、これらの誤差による形状測定への影響を最小限に抑えた高精度の形状測定を実現することができ、しかも構造が簡単で、比較的安価に実施できる形状測定用測長装置を提供する。【解決手段】接触式又は非接触式のプローブを用い、測定物またはプローブのいずれかを可動テーブルに搭載して相対移動させることで、測定物を測長する装置において、端子を測長方向に沿う方向に向けて配置され、測定物をスキャンする第１のプローブと、端子を測長方向に沿う方向に向けて配置され、平面基準面をスキャンする第2のプローブと、前記第2のプローブからの測定情報と第１のプローブからの測定情報を処理して可動テーブルのガイドの真直度誤差および可動テーブルの運動誤差を補正する手段とを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触式又は非接触式のプローブを用い、測定物またはプローブのいずれかを可動テーブルに搭載して相対移動させることで、測定物を測長する装置において、端子を測長方向に沿う方向に向けて配置され、測定物をスキャンする第１のプローブと、端子を測長方向に沿う方向に向けて配置され、平面基準面をスキャンする第2のプローブと、前記第2のプローブからの測定情報と第１のプローブからの測定情報を処理して可動テーブルのガイドの真直度誤差および可動テーブルの運動誤差を補正する手段とを備えたことを特徴とする測長装置。
【請求項２】
第１のプローブと第２のプローブが測長方向で直線状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測長装置。
【請求項３】
第１のプローブと第２のプローブが測長方向に平行に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の測長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は精密部品の形状測定に用いられる測長装置とりわけ真直度などの誤差をリアルタイムで自動的に補正することが可能な測長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密レンズなどで代表される光学素子、光学部品あるいはそれらを製作する金型等の形状の測定において、最も広く使用されているのは、測定プローブの端子を接触させる方式の測長器と、光触針の光スポットを測定物にフォーカスさせる非接触プローブを持つ測長器であり、いずれの測長器においても、図１のように固定部にガイドを固定し、これに可動テーブルを摺動自在に搭載させ、可動テーブルに載せた測定プローブ（或いは測定物）を測定物（或いは測定プローブ）と接触しあるいは光スポットフォーカスさせ、測定プローブ端子で測定物の表面をスキャンさせることにより、測定物の形状測定を行うようにしていた。
【０００３】
しかし、上記システムにおいては、ガイドの真直度誤差および測定プローブ或いは測定物を載せるテーブルそれ自体の運動誤差が不可避的に存在する。このため、従来のように単一の測定プローブを用いた測長方法では、ガイドの真直度誤差（ＸＹ平面内真直度誤差、ＸＺ平面内真直度誤差）および可動テーブルの運動誤差（ピッチング、ヨーイング、ローリング）が測定プローブの測長動作に大きく影響を及ぼし、形状測定精度が低下することを避けられなかった。
【０００４】
この対策として、従来、あらかじめガイドの真直度誤差を測定しておき、データを処理する際に、この誤差を補正するなど数々の工夫がなされてきたが、真直度誤差の再現性の良くない場合には、高精度で補正できない欠点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、ステージのガイドの真直度誤差、テーブルの運動誤差をリアルタイムで補正することができ、これらの誤差による形状測定への影響を最小限に抑えた高精度の形状測定を実現することができ、しかも構造が簡単で、比較的安価に実施できる形状測定用測長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明の測長装置は、接触式又は非接触式のプローブを用い、測定物またはプローブのいずれかを可動テーブルに搭載して相対移動させることで、測定物を測長する装置において、端子を測長方向に沿う方向に向けて配置され、測定物をスキャンする第１のプローブと、端子を測長方向に沿う方向に向けて配置され、平面基準面をスキャンする第2のプローブと、前記第2のプローブからの測定情報と第１のプローブからの測定情報を処理して可動テーブルのガイドの真直度誤差および可動テーブルの運動誤差を補正する手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
測長方向に沿う方向に向いた2本のプローブを配置して測定物と平面基準面の測定を同時的に行い、第1のプローブにより測定物の形状情報とガイド、テーブル運動誤差の混在した情報を得しめると共に、第2のプローブにより平面基準面の形状情報とガイド、テーブル運動誤差の情報を得しめ、第2のプローブ情報からガイドとテーブルに関する誤差成分を取り出し、それを第1のプローブの情報から取り除くことができるので、測定物の精度の高い形状測定データを得ることができ、しかも前記補正はリアルタイムで行えるのでガイドの真直度誤差およびテーブルの運動誤差の再現性による影響を最小限に抑えられる。
また、構成も簡単であり、ガイドや可動テーブルの精密化を軽減することが可能になるので、全体的に装置コストを低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
好適には、第１のプローブと第２のプローブが測長方向で直線状に配置されている。
これによれば、第１のプローブと第２のプローブがテーブル運動方向で同じ位相にあるので、測定されたガイドやテーブル運動誤差情報が正確なものとなり、補正も容易で、精度を高めることができる。
【０００９】
また、本発明は、第１のプローブと第２のプローブが測長方向に平行に配置されている場合を含んでいる。
これによれば、第１のプローブと第２のプローブが直線状にある場合よりも、可動テーブルの幅方向で占める面積が少なくて済むので、小型化を実現することができる。
【実施例１】
【００１０】
以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図２ないし図４は本発明にかかる測長装置の第１実施例を示している。１はステージであり、固定部２と、これの上に固定された複数条のガイド３と、それらガイド３に載せられた可動テーブル４備えており、可動テーブル４は図示しない駆動機構により、手動でまたは自動的にガイド３に沿って所要速度と距離で移動されるようになっている。
【００１１】
５は第１のプローブ、６は第２のプローブであり、それら２つのプローブ５，６は、この実施例では、可動テーブル４上にしかも測長方向に直線状に配置されており、第１のプローブ５は、固定部２に配された所望の測定物Ａの形状を可動テーブル４の移動によりをスキャンして形状測定するためのものであり、第２のプローブ６は、測定物Ａと反対側の固定部２に配された平面原器Ｂの表面を可動テーブル４の移動によりスキャンして形状測定を行う。
【００１２】
前記第１のプローブ５と第２のプローブ６は、この例では接触式のものが用いられており、その構造は任意であるが、図４で例示するように、基台１０と、これに搭載されたブロック状のガイド１１と、これに案内され先端側に測定端子１３を備えたシャフト１２と、シャフト１２の後部に延出された測長用スケール１４と、基台上に配され前記測長用スケール１４の移動距離を読み取るセンサー１５と、スケール信号を出力するピックアップ用ヘッド１６と、前記基台を覆うカバー１７とを備えており、カバーには前記測定端子１３の前後移動を許容する開口を有している。
【００１３】
７は前記固定部２あるいはそれよりも外部に位置された制御装置であり、タイマーや演算回路を含む測定情報処理手段及び補正手段としてのＣＰＵ８を有し、出力側には、モニターなどの表示手段を含む記録部９が接続されている。前記ＣＰＵ８には、第１のプローブ５と第２のプローブ６の出力系が電気的に接続され、それぞれのプローブ５、６から測定情報が連続的に入力され、それを処理してガイドとテーブルに関する誤差成分を除去するようになっている。
【００１４】
この実施例においては、形状測定を行う場合、第１のプローブ５と第２のプローブ６の測定端子１３、１３をそれぞれ測定物Ａ、平面原器Ｂの端に接触させ、可動テーブル４を駆動する。これにより第１のプローブ５と第２のプローブ６でそれぞれ測定物Ａ、平面原器Ｂの表面が端部からスキャンされ始まり、測長用スケール１４とセンサー１５により測長情報が出力され、制御装置７に送られる。
【００１５】
このとき、第１のプローブ５からは、図６のように、測定物Ａの形状情報とガイド真直度誤差及び可動テーブル運動誤差の情報の混在した情報５０が取得されて送出され、第２のプローブ６からは、平面原器の形状情報とガイド真直度誤差及び可動テーブル運動誤差の情報の混在した情報６０が取得されて送出される。ガイド真直度誤差及び可動テーブル運動誤差の影響を除去するため、情報５０、６０は位相を反転させる。
【００１６】
それら情報を入力した制御装置７では、ＣＰＵ８において測定プローブ２の情報６０から予め入力しておいた平面原器の形状情報を除去してガイド３と可動テーブル４に関する誤差成分を取り出す第１のステップと、第１のステップで得られたガイド３と可動テーブル４に関する誤差成分を、第１のプローブ５の情報５０と照らし合わせて第１のプローブ５の情報５０から取り除く第２ステップが行われる。
この結果、図６のように、第１のプローブ５で検出された測定物の形状情報及びガイドの真直度誤差、可動テーブルの運動誤差の混合した情報５０が補正され、ほぼ測定物の形状情報のみが抽出されたことになり、その補正後の情報７０はＣＰＵ８から表示部と記録部９に送られる。前記ステップはＣＰＵで処理されるので、リアルタイムで逐次正確な形状測定情報として表示記録される。
【００１７】
図７は第１実施例の別の態様を示しており、可動テーブル４の両側の固定部２に、それぞれの測定端子が測長方向で一直線状をなすように第１のプローブ５と第２のプローブ６が配置され、可動テーブル４上には、測長方向で１直線状に測定物Ａと平面原器Ｂが配置され、可動テーブル４の移動により、前記第１のプローブ５と第２のプローブ６でそれぞれ測定物と平面原器の形状が測定されるようになっている。
他の構成は第１態様と同様であるから説明は援用する。
【実施例２】
【００１８】
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、本発明による測長装置の第２実施例を示しており、測定物Ａの形状を測定する第１のプローブ５と、平面原器Ｂの表面をなぞる補正用の第２のプローブ６を用いる点は第１実施例と同様であるが、この第２実施例においては、第１のプローブ５と第２のプローブ6を、測長方向と平行に配置している。制御装置は図示を省略しているが、第１実施例と同様である。また、各部の詳細な説明は第１実施例を援用する。
【００１９】
図８（ａ）は、可動テーブル４の上にテーブル移動方向で間隔をおいて第１のプローブ５と第２のプローブ6を配置し、固定部２に測定物Ａと平面原器Ｂを配置している。
図８（ｂ）は可動テーブル４の側方の固定部２にテーブル移動方向で間隔をおいて第１のプローブ５と第２のプローブ6を配置し、可動テーブル４の上に測定物Ａと平面原器Ｂを配置している。図８（ｃ）は可動テーブル４の上に第１のプローブ5を配置するとともに、テーブル移動方向で間隔をおいて平面原器Ｂを配置し、固定部2には、第１のプローブ５で測定される測定物Ａを配置するとともに、これとテーブル移動方向で間隔をおいて前記平面原器Ｂを測定する第２のプローブ６を配置している。
図８（ｄ）は可動テーブル４の上に測定物Ａを配置するとともに、テーブル移動方向で間隔をおいて第２のプローブ6を配置し、固定部2には、測定物Ａを測定する第１のプローブ５を配置するとともに、これとテーブル移動方向で間隔をおいて前記第２のプローブ６で測定される平面原器Ｂを配置している。
図８（ａ）〜（ｄ）の例において、移動方向で先側に平面原器Ｂを、後側に測定物Ａを配しているが、逆に配置してもかまわない。
【００２０】
この第２実施例で形状測定を行う場合も、第１のプローブ５と第２のプローブ６の測定端子１３、１３をそれぞれ測定物Ａ、平面原器Ｂの一端と接触させ、可動テーブル４を駆動する。これにより第２のプローブ６と第１のプローブ５とでそれぞれ平面原器Ｂと測定物Ａの表面が端部からスキャンされ始まり、測長用スケールとセンサーにより測長情報が出力され、制御装置７に送られる。
このとき、第２のプローブ６からは、平面原器Ｂの形状情報とガイド真直度誤差及び可動テーブル運動誤差の情報の混在した情報６０が取得されて送出され、第１のプローブ５からは、測定物Ａの形状情報とガイド真直度誤差及び可動テーブル運動誤差の情報の混在した情報５０が取得されて送出される。
【００２１】
それら情報を受けた制御装置７においては、ＣＰＵ８において測定プローブ２の情報６０から予め入力しておいた平面原器の形状情報を除去してガイドと可動テーブルに関する誤差成分を取り出す第１のステップと、第１のステップで得られたガイドと可動テーブルに関する誤差成分を、第１のプローブ５の情報５０から取り除く第２ステップが行われる。
この結果、第１のプローブ５で検出された測定物の形状情報及びガイドの真直度誤差、可動テーブルの運動誤差の混合した情報５０が補正され、ほぼ測定物の形状情報のみが抽出されたことになり、その情報はＣＰＵ８から表示部と記録部９に送られる。前記ステップはＣＰＵで処理されるので、リアルタイムで逐次正確な形状測定情報として表示記録される。
【００２２】
本発明は、実施例に示した構成に限定されない。
１）第１のプローブと第２のプローブは、同一の仕様でなくてもよい。これは、第１のプローブ5が接触式（あるいは非接触式）であるが、第２のプローブ6が非接触式（あるいは接触式）であってもよいことを意味している。
２）光触針のような非接触式の測定プローブを用いる場合、光触針の光スポットを測定物や平面原器にフォーカスさせる。
【００２３】
３）本発明は、次のような態様を含んでいる。すなわち、形状測定を行うにあたり、測定プローブとして第１のものと第２のものを用い、各プローブをそれぞれ測定物、平面原器と接触させ（非接触式の測定プローブの場合、光触針の光スポットを測定物にフォーカスさせる）、可動部のテーブルの運動によりそれぞれ測定物、平面原器の表面をスキャンさせることにより、測定物の形状情報とガイド真直度誤差情報、テーブル運動誤差の情報の混在した第１の情報と、平面原器の形状情報とガイド真直度誤差情報、テーブル運動誤差の混在した第２の情報をそれぞれ取得し、第２の情報からガイドとテーブルに関する誤差成分を取り出し、それを第１の情報から取り除くことにより、ガイドの真直度誤差、可動テーブルの運動誤差を補正することを特徴とする形状測定方法。
【００２４】
本発明を実際に適用した結果を示すと、図９（ａ）は超精密レンズ形状測定機に図２と図３に示す本測長装置を使用した例を示している。ここでは、補正効果を確かめるため、第１プローブにより測定物として平面原器を測定し、第２プローブにより真直度誤差補正用の平面原器を測定した。
図９（ｂ）はその結果を示しており、ガイドの真直度誤差による形状測定への影響がＰＶ７００ｎｍからＰＶ５０ｎｍまで大幅抑えられ、リアルタイムで真直度誤差を補正する効果が実証されている。
このことから、本発明は、高精度の形状測定機に利用可能であり、高精度のオンマシン計測機に利用可能である。また、ステージのガイドの真直度誤差、可動テーブルの運動誤差の測定にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の測長装置とテーブル運動の誤差要因を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明による測長装置の第１実施例を示す斜視図である。
【図３】第１実施例の全体のシステム構成を示す平面図である。
【図４】プローブの一例を示す横断面図である。
【図５】本発明における測定情報の取得と処理の概要を示す説明図である。
【図６】本発明における取得された測定情報と補正結果を模式的に示す線図である。
【図７】第1実施例の他の態様を示す平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第2実施例を示す平面図である。
【図９】（ａ）は本発明の第1実施例を具体的に実施した状況を示す斜視図、（ｂ）はガイド真直度誤差の補正効果を示す線図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ステージ
２  固定部
３  ガイド
４  可動テーブル
５  第１のプローブ
６  第２のプローブ
７  制御装置
８  ＣＰＵ
５０  第１のプローブの測定情報
６０  第2のプローブの測定情報
【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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