(57)【要約】【課題】  接触型又は非接触型の長さセンサを被計測物の表面に沿って移動させることにより、ラッピング定盤などの非計測物の表面を高精度で計測する技術に関し、リニアガイドのうねりや撓み、このリニアガイドに沿って移動するスライダの移動時の上下動などの影響による測定精度の低下を回避し、より高精度の表面形状計測を可能にする。【解決手段】  対向する画像７とカメラその他の画像取得装置６の一方を不動位置に設置して他方を被計測物２の表面に沿って移動させ、この移動の際に、画像取得装置６で画像７を複数の画像情報として取得し、これらの画像中における基準点の位置変化を、当該画像情報のピクセル単位以下の精度で評価することによって、不動位置に設置した画像又は画像取得装置を基準とした被計測物の表面形状を測定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する画像(7)と画像取得装置(6)の一方を不動位置に設置し、他方を被計測物(2)の表面と略平行な平面ないし直線に沿って移動するスライダ(4)に搭載したプローブ(5)に設置し、前記スライダの移動に伴う複数位置で当該プローブの先端を前記被計測物の表面に接触させた状態で前記画像取得装置が取得した前記画像の複数枚の画像情報相互のずれ量を検出する、表面形状計測方法。
【請求項２】
被計測物(2)の表面と略平行な平面ないし直線に沿って移動するスライダ(4)に搭載した長さセンサ(5,16)で当該表面の形状を計測する表面形状計測方法において、対向する画像(7)と画像取得装置(6)の一方を不動位置に設置すると共に他方を前記スライダに設置し、前記スライダの移動に伴う複数位置で前記画像取得装置が取得した前記画像の複数枚の画像相互のずれ検出により、前記長さセンサの計測値を補正することを特徴とする、表面形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触型又は非接触型の長さセンサを被計測物の表面に沿って移動させることにより、被計測物の表面形状を計測する装置に関するもので、例えば、ラッピング定盤やポリッシング定盤などの高い表面精度を要求される部材の表面を高精度で計測する技術に関し、特に、大口径定盤や長尺平面の形状の高精度計測に適した計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の表面形状の計測では、被計測物を測定台に載せ、リニアガイドに沿って移動するスライダに搭載した接触式又は非接触式のセンサで、被計測物の表面を走査する方法で行われている（例えば特許文献１）。この方法では、センサを移動させるスライダを基準にして表面の形状を測定することとなるので、スライダの移動精度が測定精度に影響を与えていた。従って、被計測物の表面形状計測結果には、スライダの移動誤差が含まれることになる。
【０００３】
しかしラップ定盤などの表面形状計測などにおいては、リニアガイド自体の平行度を越える精度の計測が要求されている。また、大口径ラップ定盤の表面形状を計測する場合には、リニアガイドの撓みや振れ等の影響によって、高精度計測が困難になっている。特許文献２には、断面積の小さい線材ないし薄い板材を基準とし、その基準面を測長する測定器を測定面に平行に移動させる機構と、上記測定面又は基準面までの距離情報、計算により求めた基準面の自重による撓み量、測定面に対する水平方向移動量を用いて平坦度及び表面形状を求める方法が提案されている。
【０００４】
一方、リニアガイドと平行に投射したレーザ光を基準にして、リニアガイドのうねりや撓みに起因するセンサの上下位置の補正を行うことによって、定盤表面の高精度測定を行うことが考えられる。この場合には、リニアガイドのうねりや撓みに起因するレーザ光受光素子の変位をレーザ光の高さを基準として高分解能に測定しうる信号処理方法が必要になる。しかしこの方法は、レーザ光の光速が極めて速いことから、受信位相差に基づいて解析を行うアレー信号処理では、その実現が難しい。
【特許文献１】特開２００１‐４１７３２号公報
【特許文献２】特開２００３‐３２２５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように従来の技術では、被計測物表面の形状を計測する長さセンサの移動精度の影響を無視できず、リニアガイドに沿って移動するときのセンサの変位が測定精度に影響を及ぼし、高精度計測の障害となっている。
【０００６】
本発明は、リニアガイドのうねりや撓み、このリニアガイドに沿って移動するスライダの移動時の上下動などの影響による測定精度の低下を回避し、より高精度の表面形状計測を行うことができる計測方法を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、対向する画像７とカメラその他の画像取得装置６の一方を不動位置に設置して他方を被計測物２の表面に沿って移動させ、この移動の際に、画像取得装置６で画像７を複数の画像情報として取得し、これらの画像中における基準点の位置変化を、当該画像情報のピクセル単位以下の精度で評価することによって、不動位置に設置した画像又は画像取得装置を基準とした被計測物の表面形状を測定する。
【０００８】
一般的には、リニアガイド３に案内されて移動するスライダ４に被計測物表面を計測する接触型又は非接触型の長さセンサ５、１６を搭載し、このセンサから離れた不動位置に、好ましくはスライダ４の移動方向延長上に、不動画像７を設置し、接触型センサ又はスライダにカメラ６を取り付け、カメラ６で不動画像７を撮影することにより複数の画像情報を取得し、画像解析により画像中の基準点１３ａをピクセル単位以下の精度で演算する。リニアガイド３に沿ってセンサ５、１６の位置を変化させる毎に画像情報を取得することによって、複数の画像情報相互における基準点１３ａの位置の変化が、被計測物の表面形状変化又はスライダの直線誤差と等しいことになり、高精度の表面形状計測ないし補正が可能になる。
【０００９】
カメラと画像とは、その設置位置を逆にしても良い。すなわち、長さセンサとなるプローブ５又はスライダ４に画像７を設け、このスライダの移動による影響を受けない不動位置に、カメラ６を設置しても良い。
【００１０】
以上のことから理解されるように、上記課題を解決した本願の請求項１の発明に係る表面形状計測方法は、対向する画像７と画像取得装置６の一方を不動位置に設置し、他方を被計測物２の表面と略平行な平面ないし直線に沿って移動するスライダ４に搭載したプローブ５に設置し、前記スライダの移動に伴う複数位置で当該プローブの先端を前記被計測物の表面に接触させた状態で前記画像取得装置が取得した前記画像の複数枚の画像情報相互のずれ量を検出するというものである。
【００１１】
また、本願請求項２の発明に係る表面形状計測方法は、被計測物２の表面と略平行な平面ないし直線に沿って移動するスライダ４に搭載した長さセンサ５、１６で当該表面の形状を計測する表面形状計測方法において、対向する画像７と画像取得装置６の一方を不動位置に設置すると共に他方を前記スライダに設置し、前記スライダの移動に伴う複数位置で前記画像取得装置が取得した前記画像の複数枚の画像相互のずれ検出により、前記長さセンサの計測値を補正することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によってスライダ４の移動精度の影響を受けない表面形状計測装置を提供することができる。また、従来はスライダ４の移動精度を高めることに焦点が置かれていたが、本発明ではスライダ４の移動精度の影響を受けないことから、装置を製造する際にもスライダ４の移動精度をさほど考慮する必要がなくなるので、この発明の方法を採用することにより、安価で且つ高精度な表面形状計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、この発明の第１実施形態を模式的に示した図で、１は計測台、２は計測台１に載置されたラップ定盤（被計測物）、３はラップ定盤２の上方に装架されたリニアガイド、４はリニアガイド３に沿って移動するスライダ、５はスライダ４に上下動可能に支持されて先端がラップ定盤上面に接触しているプローブ（長さセンサ）、６はプローブ５にスライダ４の移動方向前方を向けて搭載したカメラ、７はカメラ６の前方の定位置に設置した不動画像である。
【００１４】
図１に示した装置で定盤２の表面形状を計測する方法を次に説明する。
（１）画像取得装置となるカメラ６によって、不動画像７となる定位置の画面ないし物体を、プローブ５のガイド方向への移動に伴いながら撮像する。
（２）画像処理アルゴリズムによって、カメラ６で撮影した画像中の計測基点となる特定点の座標を算出する。
（３）上記（１）及び（２）の手順をスライダ４の所定間隔の移動毎に繰り返す。
（４）画像処理によって得られた上記（２）の計測基点の座標に関して、プローブ５のガイド方向への移動に伴う計測基点の座標の変化が、プローブ５の縦方向の変位に等しく、従ってその変化が、定盤２の表面形状となる。
【００１５】
上記（２）で用いる画像処理アルゴリズムとしては、正規化相関、増分符号相関などの公知の画像処理アルゴリズムを用いることができる。本願発明者は、不動画像として二直線交差画像を用い、画像処理アルゴリズムとしてハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換を用いて、この発明の方法による表面形状の測定精度の試験を行った。以下にその試験方法を図２を参照して説明する。
（１）カメラ台１０の前方にマイクロメータ１１で移動量を正確に計測可能な微動台１２を設置し、その微動台のカメラ台１０を向く面に斜めに交差する２直線１３を描いた画面７を貼付ける。
（２）カメラ台１０に微動台１２に向けてカメラ６を搭載し、当該カメラ６によって、画面７を撮影し、得られた画像データをパソコン１５に取り込む。
（３）パソコン１５により、取り込んだ画像からハフ変換を用いて、画像中における交点１３ａの座標を算出する。
（４）微動台１２を所定量移動し、画面７を再度カメラ６で撮影し、その画像をパソコン１５に取り込む。
（５）取り込んだ画像をハフ変換で解析し、微動台の移動量（μｍ）と画像中の交点の移動量（ピクセル）の関係を得る。
【００１６】
上記のハフ変換を用いた画像解析により、画像の交点１３ａの移動量を０．１ピクセル精度で計測可能であることが確認できた。カメラの撮像素子として４００万画素の素子を用いると、最小分解能は２．５μｍとなる。更に高精度画像処理として公知のサブピクセル画像処理を用いることで、更に２０倍程度の画素拡大を可能にできることから、これを利用することによって、０．１μｍオーダの計測精度が得られる。
【００１７】
図１は、カメラ６をスライダ４に搭載したプローブ５に取付け、このカメラで不動画像７を撮影するようにしたものである。この方法は、定盤２の表面形状に従って上下動するプローブ５の動きを直接計測するので、前述したように、計測した交点１３ａの座標変化がそのまま定盤２の表面の計測値となる。カメラ６と画像７を逆にした形態、すなわち、画像７をプローブ５に取付け、不動位置に設置したカメラ６で当該画像を撮影するようにしたときも同様である。
【００１８】
一方、カメラ又は画像をスライダに取付けたときは、長さセンサの計測値をこの発明の方法で検出した画像のずれ量で補正することにより、定盤表面の高精度計測を行う。長さセンサとして非接触型のセンサを用いたときは、定盤表面の形状に追従して上下動する部材が存在しないので、この補正による方法を用いることになる。
【００１９】
図３は、不動カメラ６と移動画像７とを用い、移動画像７をスライダ４に取付けた例を示した図である。
【００２０】
図３に示した装置で定盤２の表面形状を計測する方法を次に説明する。
（１）不動カメラ６によって、スライダ４に取付けた移動画像７を、スライダ４のガイド方向への移動に伴いながら撮像する。同時に、長さセンサ１６の計測値を読取る。
（２）画像処理アルゴリズムによって、不動カメラ６で撮影したデジタル画像中の計測基点となる特定点の座標を算出する。
（３）上記（１）及び（２）の手順をスライダ４の所定間隔の移動毎に繰り返す。
（４）スライダ４のガイド方向への移動に伴う長さセンサ１６の計測値を、当該計測時における上記（２）の計測基点の座標の変化で補正した値が、定盤２の表面形状となる。
【００２１】
図３のカメラ６と画像７とを逆にした形態、すなわち、カメラ６をスライダ４に搭載し、画像７を不動位置に設置した形態の場合も、上記と同様にして定盤表面の形状計測を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態を示す図
【図２】計測精度確認試験とこれに用いた画像の例を示す図
【図３】第２実施形態を示す図
【符号の説明】
【００２３】
２  被計測物
３  リニアガイド
４  スライダ
５  プローブ（接触型の長さセンサ）
６  カメラ
７  画像
15  パソコン（画像処理装置）
16  非接触型の長さセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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