(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを用いたレーザ走査型寸法測定機の校正に際して、
校正用測定体を、測定範囲内の所定位置に位置させて、その入側及び出側端面までの寸法ＬＳ０、Ｌ０を測定し、
前記校正用測定体を、その入側端面の位置が前記出側端面の位置と一致するまで移動させて、その出側端面までの寸法Ｌ１を測定し、
校正用測定体の寸法分の移動と、その出側端面までの寸法の測定を繰り返して、各寸法の測定値ＬＳ０、Ｌ０〜Ｌ（ｎ）を得、
各寸法測定値ＬＳ０、Ｌ０〜Ｌ（ｎ）から、次式により各測定位置における校正用測定体の各寸法Ｄ（ｎ）を求め、
Ｄ０＝Ｌ０−ＬＳ０
Ｄ（ｎ）＝Ｌ（ｎ）−Ｌ（ｎ−１）
次式により、各寸法測定値Ｌ（ｎ）の誤差Ｅ（ｎ）を求め、
Ｅ（ｎ）＝Σ（Ｄ（ｎ）−Ｄ０）
各寸法測定値Ｌ（ｎ）の校正を行うことを特徴とするレーザ走査型寸法測定機の校正方法。
【請求項２】
前記校正用測定体の寸法を変えて複数組の校正用測定値を得て、大サイズの校正用測定体の測定結果で全体の誤差を校正し、小サイズの校正用測定体の測定結果で大サイズの校正用測定体の誤差を補間して校正することを特徴とする請求項１に記載のレーザ走査型寸法測定機の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ走査型寸法測定機の校正方法に係り、特に、レーザビームを用いたレーザ走査型寸法測定機において、測定機の特性の精密な補正を行なうことが可能なレーザ走査型寸法測定機の校正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザビームを用いて高速で非接触測定を行なうレーザ走査型寸法測定機が実用化されている（特公平６−５４２１４、特開２０００−８８５２８）。
【０００３】
このようなレーザ走査型寸法測定機において、従来は、図１に示す如く、コリメータレンズ３０で形成された平行走査ビーム３２の光路中に、移動機構８２により移動される移動ピン８０を配置して、その端面位置Ｌ０〜Ｌ（ｎ）を測定し、移動ピン８０を移動した時に発生する測定値の変化量が測定機の誤差成分であることを利用して、精密スケール８４で該移動ピン８０の位置を検出しながら移動ピン８０を移動し、各所における測定値から、測定機のレンズ特性等の補正を行うデータを得ていた。
【０００４】
即ち、移動ピン８０の端面からリセット信号用受光素子４４迄の寸法を測定する測定機において、まず移動ピン８０の移動量（Ｌ１−Ｌ０）を、スケール８４で測定する。
【０００５】
次いで、次式に示す如く、測定機が検出した移動量（Ｌ１−Ｌ０）と、スケール８４が示す値Ｓの差を測定機の誤差Ｅ（Ｌ）とする。
【０００６】
Ｅ（Ｌ）＝（Ｌ１−Ｌ０）−Ｓ      …（１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スケール８４が示す値Ｓには、スケール８４自体の誤差、及び、スケール８４と移動ピン８０を結合する構造物の変形による誤差が含まれ、これらの誤差と測定機の誤差の分離が難しいという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、別体のスケールを用いることなく高精度の校正を可能とすることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、レーザビームを用いたレーザ走査型寸法測定機の校正に際して、校正用測定体を、測定範囲内の所定位置に位置させて、その入側及び出側端面までの寸法ＬＳ０、Ｌ０を測定し、前記校正用測定体を、その入側端面の位置が前記出側端面の位置と一致するまで移動させて、その出側端面までの寸法Ｌ１を測定し、校正用測定体の寸法分の移動と、その出側端面までの寸法の測定を繰り返して、各寸法の測定値ＬＳ０、Ｌ０〜Ｌ（ｎ）を得、各寸法測定値ＬＳ０、Ｌ０〜Ｌ（ｎ）から、次式により各測定位置における校正用測定体の各寸法Ｄ（ｎ）を求め、
Ｄ０＝Ｌ０−ＬＳ０
Ｄ（ｎ）＝Ｌ（ｎ）−Ｌ（ｎ−１）
次式により、各寸法測定値Ｌ（ｎ）の誤差Ｅ（ｎ）を求め、
Ｅ（ｎ）＝Σ（Ｄ（ｎ）−Ｄ０）
各寸法測定値Ｌ（ｎ）の校正を行うようにして、前記課題を解決したものである。
【００１０】
又、前記校正用測定体の寸法を変えて複数組の校正用測定値を得て、大サイズの校正用測定体の測定結果で全体の誤差を校正し、小サイズの校正用測定体の測定結果で大サイズの校正用測定体の誤差を補間して校正するようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
本発明が適用されるレーザ走査型寸法測定機は、図２に示す如く構成されている。即ち、ビーム発生器２０から発生されるレーザビーム２２は、ミラー２４で反射された後、ポリゴンミラー２６に入射され、扇状の走査ビーム２８に変えられた後、コリメータレンズ３０で平行走査ビーム３２に変換される。平行走査ビーム３２の光路中に置かれた被測定物１０によって一部が遮蔽された平行走査ビーム３２は、集光レンズ３４で集光され、その明暗を検出する計測用受光素子３６に入射される。該計測用受光素子３６出力のスキャン信号は、アンプ３８で増幅された後、整形回路４０により明暗の境界を示すエッジ信号が抽出され、測定対象部分を選択するセグメント選択回路４２に入力される。
【００１３】
前記扇状走査ビーム２８のコリメータレンズ３０近傍には、リセット用受光素子４４が設けられている。このリセット用受光素子４４により得られる走査開始を示す基準信号は、アンプ４６を経てセグメント選択回路４２に入力され、必要な測定セグメントを選択するのに用いられる。
【００１４】
クロックパルス発信器５０から出力されるクロックパルスは、分周回路５２を介してポリゴンミラー２６のモータに入力され、モータの回転との同期を取ると共に、アンドゲート６０に入力され、前記セグメント選択回路４２の出力により該アンドゲート６０が開かれている間だけ、該アンドゲート６０を通過する。アンドゲート６０を通過したクロックパルスは、計数回路６２に入力され、被測定物１０の影の長さに対応するクロックパルス数から被測定物１０の寸法を得ることができる。
【００１５】
図において、７０はＣＰＵ、７２はメインバス、７４は測定データや補正データ用のメモリ、７６は表示・キー・入出力インターフェースである。
【００１６】
このようなレーザ走査型寸法測定機における本発明による補正は、校正用の移動ピン（ここでは円筒ゲージ）８０を、図３に示す如く、互いに隣接する位置に順次移動させて、校正用測定値を得ることにより行なわれる。
【００１７】
即ち、（１）測定機は、図４に示す如く、移動ピン８０の両端面からリセット用受光素子４４までの寸法を測定する。
【００１８】
次いで、（２）両端面の寸法（Ｌ０−ＬＳ０、Ｌ１−Ｌ０）から、移動ピンの直径（Ｄ０、Ｄ１）を計算して求める。ここで、計算の起点とする初項Ｌ０の誤差は、零と仮定する。
【００１９】
（３）移動ピンの直径の真値をＤs、Ｌ（ｎ）の誤差をＥ（ｎ）と定義すると、次式で表わされる。
【００２０】
Ｄ（ｎ）＝Ｌ（ｎ）−Ｌ（ｎ−１）             …（２）
Ｄs＝（Ｌ（ｎ）−Ｅ（ｎ））−（Ｌ（ｎ−１）−Ｅ（ｎ−１））…（３）
【００２１】
（４）上記の関係から、次式が成立する。
【００２２】
Ｄ（ｎ）−Ｄs＝Ｅ（ｎ）−Ｅ（ｎ−１）        …（４）
【００２３】
従って、次の（５）式と（６）式が得られる。
【００２４】
Ｅ（ｎ）＝Ｄ（ｎ）−Ｄｓ＋Ｅ（ｎ−１）      …（５）
Ｄ（ｎ）＝Ｄｓ＋Ｅ（ｎ）−Ｅ（ｎ−１）          …（６）
【００２５】
（５）又、Ｄ０＝Ｄｓ＋Ｅ（０）−Ｅ（−１）であり、Ｃ＝Ｅ（０）−Ｅ（−１）とすると、次式が成立する。
【００２６】
Ｅ（ｎ）＝Ｄ（ｎ）−Ｄ０＋Ｅ（ｎ−１）＋Ｃ      …（７）
【００２７】
（６）従って、
Ｅ（ｎ）＝Σ（Ｄ（ｎ）−Ｄ０）＋Ｃ×ｎ          …（８）
【００２８】
ここでＣ×ｎは、直線成分（測定サイズに比例）なので、傾きに相当し、測定機の校正機能で別に補正が可能であるため、ここで校正すべきレンズ特性の誤差としては、無視することができる。
【００２９】
このようにして、校正用の移動ピン８０を互いに隣接する位置に順次移動させながら校正用測定値を得ることで、スケールが不要となり、スケールや測定構造物の変形による誤差が含まれず、精密な補正が可能となる。
【００３０】
なお、本発明による補正は、補正（誤差）データが、移動ピン８０のサイズ（直径）毎にしか得られないため、補正も移動ピン８０のサイズ単位になり、中間での細かな補正は困難である。一方、サイズの小さい移動ピンにすると、細かいピッチで誤差が得られるが、誤差の検出感度が下り、計算時に発生する量子化誤差等が蓄積する。このような問題点を解決した本発明の第２実施形態を次に説明する。
【００３１】
この第２実施形態においては、図５に示す如く、２種又は数種類のサイズの移動ピン（ここでは８０Ａ、８０Ｂの２種）によるデータを合成することで、より精密な補正データを得ることができる。
【００３２】
即ち、全体の誤差は、大サイズのピン８０Ａの測定結果から求める。
【００３３】
そして、小サイズのピン８０Ｂの測定結果で、大サイズのピン８０Ａの誤差を補間する。補間する小サイズの誤差は、比例計算することで、大サイズのピンの誤差に一致させる。
【００３４】
具体的には、（１）十分に細かいピッチで、ピンを移動して、ピンの上下端面のＬを測定する。
【００３５】
（２）この測定を、大小サイズのピンについて行なう。
【００３６】
（３）図３に示した隣接条件の近傍のデータから、隣接条件の測定値を補間計算で求める。
【００３７】
（４）大サイズのピン８０Ａについて、その直径毎のピッチで誤差を計算する。
【００３８】
（５）大サイズの計算ピッチ毎に、小サイズのピン８０Ｂの測定値による誤差で補間する。
【００３９】
ここで、小サイズのピン８０Ｂの直径を、大サイズのピン８０Ａの直径の整数分の１（第２実施形態では１／４）とすることが、計算を単純化する上で、望ましいが、この関係に限定されない。数も２つに限定されないが、実用上２〜３つが好ましい。
【００４０】
本発明では、隣接条件を満たすデータが必要とされるが、実際の処理では、隣接する近傍のデータから、隣接条件の値を補完計算で求めることが可能であり、サイズの比率や移動ピッチに精密さは要求されない。
【００４１】
又、校正用移動ピンの形状も円筒に限定されない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、スケールを用いることなく精密な校正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の校正方法の一例を示す要部光路図
【図２】本発明の適用対象であるレーザ走査型寸法測定機の全体構成を示す、一部光路図を含むブロック図
【図３】本発明の第１実施形態におけるピンの移動位置を示す線図
【図４】第１実施形態における測定値を示す光路図
【図５】本発明の第２実施形態におけるピンの移動位置を示す線図
【符号の説明】
１０…被測定物
２０…ビーム発生器
２６…ポリゴンミラー
３０…コリメータレンズ
３２…平行走査ビーム
３４…集光レンズ
３６…計測用受光素子
４４…リセット用受光素子
７０…ＣＰＵ
７４…メモリ
８０、８０Ａ、８０Ｂ…移動ピン（校正用測定体）
【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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