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JP4712464B2 - Shape measuring instruments - Google Patents
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JP4712464B2 - Shape measuring instruments - Google Patents

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Description

本発明は、接触式センサを有する形状測定機に関する。   The present invention relates to a shape measuring machine having a contact sensor.

近年、作動軸の先端に設けられた接触式プローブを用いて、レンズなどの光学素子(被測定物)の形状を測定する形状測定機が多く知られている。これら形状測定機の中には、軸方向に往復移動可能に支持された作動軸と、この作動軸の先端に設けられたプローブとを備えたものが紹介されている(特許文献1参照。)。   In recent years, many shape measuring machines that measure the shape of an optical element (measurement object) such as a lens by using a contact probe provided at the tip of an operating shaft are known. Among these shape measuring machines, those having an operating shaft supported so as to be reciprocally movable in the axial direction and a probe provided at the tip of the operating shaft have been introduced (see Patent Document 1). .

この形状測定機において、作動軸を先端に向けて付勢した状態で、被測定物に対してプローブを接触させる。この状態から、作動軸の軸方向に直交する方向に被測定物を移動させると、被測定物とプローブとの接触点が順次移動していくとともに、プローブが被測定物の表面にならって、前記軸方向に移動する。このときのプローブの前記軸方向の変位量と、前記直交する方向の変位量とを変位量検出手段により検出し、これらの検出結果に基づいて所定の演算を行うことにより、被測定物の表面形状の測定が行われる。そして、変位量検出手段の分解能を向上させることにより、被測定物の表面形状を高精度に測定することができる。   In this shape measuring machine, the probe is brought into contact with the object to be measured with the operating shaft biased toward the tip. From this state, when the object to be measured is moved in a direction perpendicular to the axial direction of the operating axis, the contact point between the object to be measured and the probe sequentially moves, and the probe follows the surface of the object to be measured. Move in the axial direction. At this time, the amount of displacement of the probe in the axial direction and the amount of displacement in the orthogonal direction are detected by a displacement amount detection means, and a predetermined calculation is performed based on the detection results, thereby providing a surface of the object to be measured. The shape is measured. And the surface shape of a to-be-measured object can be measured with high precision by improving the resolution of a displacement amount detection means.

ここで、被測定物の表面の前記軸方向における最大高さまたは最小高さにある頂点位置を検出するためには、プローブの変位量を数値としてアプリケーション画面上に表示し、被測定物とプローブとを相対的に走査させながら、それら数値の最大値または最小値を探し出すのが一般的である。
特開平07−260471号公報
Here, in order to detect the apex position at the maximum height or the minimum height in the axial direction of the surface of the object to be measured, the displacement amount of the probe is displayed as a numerical value on the application screen, and the object to be measured and the probe are displayed. In general, the maximum value or the minimum value of the numerical values is searched for while scanning the two.
JP 07-260471 A

しかしながら、上記のような形状測定機では、変位量検出手段の分解能を上げれば上げるほど、被測定物とプローブとの走査に応じて、アプリケーション画面上の前記数値が瞬時にして切り換わるため、これら数値を目視観察することによって最大値または最小値を探し出すのが困難になるという問題がある。そこで、アプリケーション画面の表示分解能を低下させたり、フィルタによって高周波成分を除去したりする場合もあるが、表示分解能を低下させたりすると、走査させても数値が変化しなくなる不感帯領域が拡がってしまい、その領域内で頂点検出の誤差が生じてしまう。   However, in the shape measuring machine as described above, as the resolution of the displacement detection means is increased, the numerical value on the application screen changes instantaneously according to the scanning of the object to be measured and the probe. There is a problem that it is difficult to find the maximum value or the minimum value by visually observing the numerical value. Therefore, there is a case where the display resolution of the application screen is lowered or a high frequency component is removed by a filter. However, if the display resolution is lowered, the dead zone region where the numerical value does not change even when scanned is expanded. An error in vertex detection occurs in that region.

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、被測定物の頂点位置を高精度かつ容易に検出することができる形状測定機を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a shape measuring machine capable of easily and accurately detecting the vertex position of an object to be measured.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る形状測定機は、被測定物の表面に触針センサを接触させた状態で、前記被測定物と前記触針センサとを相対的に走査させ、この走査の間の前記被測定物の測定したい高さ方向における前記触針センサの変位量により前記被測定物の表面形状を測定する形状測定機であって、前記触針センサの前記測定したい高さ方向の変位量を測定して測長信号を出力する変位量測定手段と、前記変位量測定手段から出された前記測長信号に基づリサージュ波形を生成するリサージュ波形生成手段と、前記リサージュ波形生成手段に電気的に接続され、前記リサージュ波形生成手段によって生成されたリサージュ波形が入力され、前記リサージュ波形に基づいて、前記被測定物に対する前記触針センサの移動に応じて所定の原点を中心として回転移動する点像の軌跡を表示する表示手段と、を備え、前記被測定物の表面を走査する前記触針センサが前記被測定物の頂点を通過すると前記表示手段に表示される前記点像の回転方向が逆回転となることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
The shape measuring machine according to the present invention relatively scans the object to be measured and the stylus sensor while the stylus sensor is in contact with the surface of the object to be measured, and the object to be measured during this scan a form measuring instrument for measuring the surface shape of the object to be measured by the displacement amount of the stylus sensor in the height direction to be measured of the object to measure the amount of displacement in the height direction to be the measurement of the stylus sensor a Lissajous waveform generating means for generating based rather Lissajous waveform into a displacement amount measuring means for outputting a measurement signal, the measurement signal the is shift measuring means or RaIzuru force Te, electrical said Lissajous waveform generating means The Lissajous waveform generated by the Lissajous waveform generating means is input, and based on the Lissajous waveform, a predetermined origin is centered according to the movement of the stylus sensor relative to the object to be measured. Display means for displaying the trajectory of a point image to the rolling movement, and the point image in which the stylus sensor to scan the surface of the object to be measured is displayed on the display means and passing through the vertex of the object to be measured The rotation direction is reverse rotation .

この形状測定機においては、被測定物の表面に触針センサを接触させた状態で、被測定物と触針センサとを相対的に走査させると、触針センサが、被測定物の表面にならって、その高さ方向に変位する。例えば、凸レンズなどのように最大高さにある頂点位置を検出する場合、被測定物の表面と触針センサとの接触点が、走査開始地点から頂点位置に向かって移動する間においては、触針センサが被測定物に対して離隔する方向に変位する。一方、接触点が頂点位置に到達して、走査終了地点に向かおうとすると、触針センサの変位方向が反対方向、すなわち被測定物に対して接近する方向に切り換わる。また、凹レンズなどのように最小高さにある頂点位置を検出する場合には、上記と反対の方向に変位することになる。そして、これら走査時の変位量が、変位量測定手段によって測定され、測定結果が順次出力される。この出力信号に基づいて、リサージュ波形生成手段によって、リサージュ波形が順次生成されていく。リサージュ波形は、触針センサが一方向に変位しているときには、一方向に円弧状に描かれていくが、触針センサの変位が他方向に切り換わると、リサージュ波形の描かれる方向も切り換わる。
そこで、リサージュ波形の変化を見ることによって、触針センサの変位の方向が反対方向に切り替わるタイミングを容易に把握することができる。
なお、ここで、高さ方向とは、被測定面の形状から一義的に決まるものではなく、あくまで形状を測定したい方向を言うものである。具体的には、触針センサを支持する軸方向、被測定物が光学素子やその成形型であれば光軸方向を言うことが多い。
In this shape measuring machine, when the object to be measured and the stylus sensor are relatively scanned while the stylus sensor is in contact with the surface of the object to be measured, the stylus sensor is placed on the surface of the object to be measured. Therefore, it is displaced in the height direction. For example, when detecting the apex position at the maximum height such as a convex lens, the touch point between the surface of the object to be measured and the stylus sensor moves from the scanning start point toward the apex position. The needle sensor is displaced in a direction away from the object to be measured. On the other hand, when the contact point reaches the vertex position and approaches the scanning end point, the displacement direction of the stylus sensor is switched to the opposite direction, that is, the direction approaching the object to be measured. In addition, when detecting a vertex position at the minimum height such as a concave lens, it is displaced in the opposite direction. Then, the displacement amount at the time of scanning is measured by the displacement amount measuring means, and the measurement results are sequentially output. Based on this output signal, the Lissajous waveform generation means sequentially generates Lissajous waveforms. When the stylus sensor is displaced in one direction, the Lissajous waveform is drawn in an arc shape in one direction. However, if the displacement of the stylus sensor is switched in the other direction, the direction in which the Lissajous waveform is drawn is also switched. Change.
Therefore, by looking at the change in the Lissajous waveform, it is possible to easily grasp the timing at which the direction of displacement of the stylus sensor switches to the opposite direction.
Here, the height direction is not uniquely determined from the shape of the surface to be measured, but means the direction in which the shape is desired to be measured. Specifically, the axial direction for supporting the stylus sensor is often referred to as the optical axis direction when the object to be measured is an optical element or its mold.

さらに、形状測定機においては、表示手段により、リサージュ波形生成手段によって生成されたリサージュ波形が表示される。
これにより、リサージュ波形の様子を容易に目視することができ、精度良く頂点位置を検出することができる。
Further, in the shape measuring instrument, the Lissajous waveform generated by the Lissajous waveform generating means is displayed by the display means.
Thereby, the appearance of the Lissajous waveform can be easily observed, and the vertex position can be detected with high accuracy.

本発明によれば、リサージュ波形の変化を見ることによって、触針センサの変位の方向が反対方向に切り替わるタイミングを容易に把握することができることから、被測定物の頂点位置を高精度かつ容易に検出することができる。   According to the present invention, it is possible to easily grasp the timing at which the direction of displacement of the stylus sensor switches to the opposite direction by observing the change in the Lissajous waveform. Can be detected.

(実施形態)
以下、本発明の実施形態に係る形状測定機について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態としての形状測定機に、例えば凸レンズからなるワーク(被測定物)を取り付けた様子を示したものである。
図1において、符号1は形状測定機、符号Wはワークを示している。
形状測定機1は、ワークWの測定を行う測定部2と、ワークWを保持する保持部3とを備えており、これら測定部2と保持部3とが基台6の上に対向して配置されている。
(Embodiment)
Hereinafter, a shape measuring machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a state in which a workpiece (measurement object) made of, for example, a convex lens is attached to a shape measuring machine as an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a shape measuring machine, and reference numeral W denotes a workpiece.
The shape measuring machine 1 includes a measuring unit 2 that measures the workpiece W and a holding unit 3 that holds the workpiece W. The measuring unit 2 and the holding unit 3 face each other on the base 6. Has been placed.

保持部3は、不図示の取付部を備えており、この取付部にワークWを取り付けると、ワークWと測定部2とが対向して配されるようになっている。
測定部2は、基台6上に設置された駆動ステージ7と、ワークWを測定するための測定ユニット8とを備えている。
測定ユニット8は、柱状に形成された作動軸11と、この作動軸11を、保持部3に向けて基台6と平行な状態で支持する静圧軸受12とを備えている。静圧軸受12は、エアーを噴出することにより、作動軸11を非接触で支持するようになっており、エアーの噴出方向を調整することにより、作動軸11をその先端側に向けて付勢するようになっている。
The holding part 3 is provided with an attachment part (not shown). When the work W is attached to the attachment part, the work W and the measurement part 2 are arranged to face each other.
The measurement unit 2 includes a drive stage 7 installed on a base 6 and a measurement unit 8 for measuring the workpiece W.
The measurement unit 8 includes an operation shaft 11 formed in a column shape, and a hydrostatic bearing 12 that supports the operation shaft 11 in a state parallel to the base 6 toward the holding unit 3. The hydrostatic bearing 12 supports the operation shaft 11 in a non-contact manner by ejecting air, and biases the operation shaft 11 toward the tip side by adjusting the air ejection direction. It is supposed to be.

作動軸11は、上記のように静圧軸受12によって支持されることにより、保持部3に対して接近・離隔する方向(前後方向)に、すなわち軸線L方向に往復移動するようになっている。作動軸11の先端には、精密ルビー球からなるプローブ(触針センサ)13が設けられている。
このような測定ユニット8が、駆動ステージ7の上に設置されている。駆動ステージ7は、測定ユニット8をX軸方向及びY軸方向に移動させるようになっている。なお、X軸方向とは、軸線L方向と直交する方向であって、基台6に沿って延びる方向をいう。また、Y軸方向とは、基台6の延在方向に直交する方向、すなわち軸線LとX軸とに直交する方向をいう。また、軸線L方向はZ軸方向となる。
The operating shaft 11 is supported by the hydrostatic bearing 12 as described above, so that the operating shaft 11 reciprocates in the direction approaching / separating from the holding portion 3 (front-rear direction), that is, in the direction of the axis L. . A probe (stylus sensor) 13 made of a precision ruby ball is provided at the tip of the operating shaft 11.
Such a measurement unit 8 is installed on the drive stage 7. The drive stage 7 moves the measurement unit 8 in the X axis direction and the Y axis direction. Note that the X-axis direction is a direction orthogonal to the axis L direction and extending along the base 6. The Y-axis direction refers to a direction orthogonal to the extending direction of the base 6, that is, a direction orthogonal to the axis L and the X axis. The axis L direction is the Z-axis direction.

さらに、上記の駆動ステージ7の上には、作動軸11のZ軸方向の位置座標を検出するZ軸方向検出部(変位量測定手段)16が設けられている。Z軸方向検出部16は、作動軸11の位置を検出した結果を、レーザ測長信号として出力するようになっている。
なお、駆動ステージ7のX軸方向及びY軸方向の位置座標は、駆動ステージ7の近傍に設けられたXY軸方向検出部17によって検出されるようになっている。
Further, a Z-axis direction detection unit (displacement amount measuring means) 16 for detecting the position coordinates of the operating shaft 11 in the Z-axis direction is provided on the drive stage 7. The Z-axis direction detection unit 16 outputs the result of detecting the position of the operating shaft 11 as a laser length measurement signal.
The position coordinates of the drive stage 7 in the X axis direction and the Y axis direction are detected by an XY axis direction detection unit 17 provided in the vicinity of the drive stage 7.

さらに、本実施形態における形状測定機1は、Z軸方向検出部16に接続された変位計アンプ(リサージュ波形生成手段、信号生成手段)18を備えている。変位計アンプ18には、Z軸方向検出部16から波長λのレーザ測長信号が入力されるようになっている。そして、変位計アンプ18は、入力されたレーザ測長信号を、アナログ電圧の正弦波信号及び余弦波信号として変換し、アナログ波信号としてそれぞれ出力するようになっている。このときのアナログ波信号を、それぞれ、Vsinθ及びVcosθとする。ここで、Vは振幅電圧[V]を示し、θは両波形の位相を示している。θは、Z軸方向検出部16によって検出される作動軸11の位置座標をhとすると、θ=4πh/λで表わされる。これらアナログ波信号は、A−D変換回路(アナログ・ディジタル変換回路)21に入力されるようになっている。A−D変換回路21は、入力されたアナログ波信号を、ディジタル信号に変換し、ディジタル波信号として出力するようになっている。すなわち、A−D変換回路21は、リサージュ波形生成手段及びA−D変換手段として機能するものである。 Further, the shape measuring machine 1 in the present embodiment includes a displacement meter amplifier (Lissajous waveform generating means, signal generating means) 18 connected to the Z-axis direction detecting unit 16. A laser length measurement signal having a wavelength λ is input to the displacement meter amplifier 18 from the Z-axis direction detector 16. The displacement meter amplifier 18 converts the input laser measurement signal as a sine wave signal and a cosine wave signal of analog voltage, and outputs each as an analog wave signal. The analog wave signals at this time are Vsinθ and Vcosθ, respectively. Here, V represents the amplitude voltage [V], and θ represents the phase of both waveforms. θ is represented by θ = 4πh / λ, where h is the position coordinate of the operating shaft 11 detected by the Z-axis direction detector 16. These analog wave signals are input to an A-D conversion circuit (analog / digital conversion circuit) 21. The A-D conversion circuit 21 converts the input analog wave signal into a digital signal and outputs it as a digital wave signal. That is, the A-D conversion circuit 21 functions as a Lissajous waveform generation unit and an A-D conversion unit.

さらに、A−D変換回路21は、各種制御を行う制御部(リサージュ波形生成手段、処理手段)23と、波形等を表示するモニタ(表示手段)26とを有するコンピュータ22に接続されている。そして、A−D変換回路21からのディジタル波信号は、制御部23に入力されるようになっている。制御部23は、入力されたディジタル波信号をリサージュ波形として二次元表示処理するようになっており、画像信号としてモニタ26に入力するようになっている。モニタ26は、その画像信号を受けて、横軸座標X=V・sinθ及び縦軸座標Y=V・cosθとして、プローブ13の変位量に相当するリサージュ波形(図4に示す)を表示するようになっている。   Further, the A-D conversion circuit 21 is connected to a computer 22 having a control unit (Lissajous waveform generating means, processing means) 23 for performing various controls and a monitor (display means) 26 for displaying waveforms and the like. The digital wave signal from the A / D conversion circuit 21 is input to the control unit 23. The control unit 23 performs two-dimensional display processing of the input digital wave signal as a Lissajous waveform, and inputs it to the monitor 26 as an image signal. The monitor 26 receives the image signal and displays a Lissajous waveform (shown in FIG. 4) corresponding to the displacement amount of the probe 13 with the horizontal coordinate X = V · sin θ and the vertical coordinate Y = V · cos θ. It has become.

次に、このように構成された本実施形態における形状測定機1の作用について説明する。
まず、測定しようとするワークWを、取付部を介して保持部3に取り付ける。そして、後述するように、プローブ13をY軸方向に走査させて、Y軸方向から見た場合にワークWが測定部2に向けてZ軸方向に最も突出する位置、すなわち、Y軸方向から見た場合のZ軸方向における最大高さにある頂点位置Pを検出する。それから、頂点位置Pを通るようにして、プローブ13をX軸方向に走査させる。この走査の間の作動軸11のZ軸方向の座標位置、すなわちプローブ13のZ軸方向の変位量が測定される。それと同時に、プローブ13のX軸方向の変位量が、XY軸方向検出部17によって測定される。これにより、ワークWの表面形状が測定される。
Next, the operation of the shape measuring instrument 1 in the present embodiment configured as described above will be described.
First, the workpiece W to be measured is attached to the holding portion 3 via the attachment portion. Then, as will be described later, when the probe 13 is scanned in the Y-axis direction and viewed from the Y-axis direction, the position where the workpiece W protrudes most in the Z-axis direction toward the measurement unit 2, that is, from the Y-axis direction. The vertex position P at the maximum height in the Z-axis direction when viewed is detected. Then, the probe 13 is scanned in the X-axis direction so as to pass through the vertex position P. During this scanning, the coordinate position of the working shaft 11 in the Z-axis direction, that is, the displacement amount of the probe 13 in the Z-axis direction is measured. At the same time, the amount of displacement of the probe 13 in the X-axis direction is measured by the XY-axis direction detection unit 17. Thereby, the surface shape of the workpiece | work W is measured.

ここで、頂点位置Pは以下のようにして検出される。
すなわち、ワークWを保持部3に取り付けた後、駆動ステージ7を駆動し、図3に示すように、測定ユニット8を、頂点位置Pを通る光軸Cよりも下(基台6側)の所定の位置に移動させる。このとき、プローブ13も光軸Cより下に配される。なお、光軸Cの向く方向は、保持部3に保持されたときのワークWの測定したい高さ方向となる。それから、静圧軸受12から所定の方向にエアーを噴出させて、作動軸11を先端方向に付勢する。これにより、作動軸11が前方向に移動し、あるタイミングでプローブ13がワークWの表面に接触する。このプローブ13とワークWとの最初の接触点を初期接触点という。このように接触した状態で、駆動ステージ7により、測定ユニット8をY軸方向上方に向けて移動させる。すると、プローブ13とワークWとの接触点が、頂点位置Pに向けて順次移動するとともに、プローブ13がワークWの表面にならって移動する。
Here, the vertex position P is detected as follows.
That is, after the work W is attached to the holding unit 3, the drive stage 7 is driven, and the measurement unit 8 is placed below the optical axis C passing through the apex position P (on the base 6 side) as shown in FIG. Move to a predetermined position. At this time, the probe 13 is also disposed below the optical axis C. The direction in which the optical axis C faces is the height direction in which the workpiece W is to be measured when held by the holding unit 3. Then, air is ejected from the hydrostatic bearing 12 in a predetermined direction, and the operating shaft 11 is urged in the distal direction. Thereby, the operating shaft 11 moves in the forward direction, and the probe 13 contacts the surface of the workpiece W at a certain timing. The first contact point between the probe 13 and the workpiece W is referred to as an initial contact point. In the state of contact, the drive unit 7 moves the measurement unit 8 upward in the Y-axis direction. Then, the contact point between the probe 13 and the workpiece W sequentially moves toward the vertex position P, and the probe 13 moves along the surface of the workpiece W.

このとき、プローブ13を介して作動軸11がワークWに離隔する方向(後方向)に移動する。そして、その作動軸11の座標位置が、Z軸方向検出部16により順次検出され、レーザ測長信号が変位計アンプ18に順次入力される。そして、変位計アンプ18により、上述のように、アナログ波信号がA−D変換回路21に順次入力されて、A−D変換回路21により、ディジタル波信号が制御部23に順次入力される。さらに、制御部23からの画像信号がモニタ26に入力されて、図4に示すように、モニタ26にリサージュ波形27が表示される。   At this time, the operating shaft 11 moves in a direction (backward direction) away from the workpiece W via the probe 13. Then, the coordinate position of the operating shaft 11 is sequentially detected by the Z-axis direction detection unit 16, and laser length measurement signals are sequentially input to the displacement meter amplifier 18. Then, as described above, the analog wave signal is sequentially input to the A / D conversion circuit 21 by the displacement meter amplifier 18, and the digital wave signal is sequentially input to the control unit 23 by the A / D conversion circuit 21. Further, an image signal from the control unit 23 is input to the monitor 26, and a Lissajous waveform 27 is displayed on the monitor 26 as shown in FIG.

リサージュ波形27は、プローブ13のZ軸方向の移動に応じて、原点28を中心として点像が回転移動することよる円弧状の軌跡として描かれていくが、プローブ13の移動の前後方向に応じて回転方向が変わるようになる。また、リサージュ波形27を形成する点像の回転速度は、プローブ13の変位量増加速度に比例するものであり、プローブ13がワークW表面の変化の緩やかな斜面上を動いている場合には、点像の回転速度は低速であり、一方、急峻な斜面上を動いている場合には、上記回転速度は高速となる。このことは、以下のような事情による。先に、アナログ波信号の位相θは、θ=4πh/λで表わされると述べたが、初期接触点における作動軸11の位置座標をh、そこからの変位をΔh(t)とすると、θ=4π(h+Δh(t))/λとなる。このとき、点(X,Y)すなわち、点(V・sinθ,V・cosθ)の軌跡は、初期位相を4πh/λとした半径Vの円を描く。そして、Δh(t)の微分係数の正負によって回転方向が、その絶対値によって回転速度が決まることになる。 The Lissajous waveform 27 is drawn as an arc-shaped trajectory by the point image rotating around the origin 28 according to the movement of the probe 13 in the Z-axis direction. The direction of rotation will change. Further, the rotational speed of the point image forming the Lissajous waveform 27 is proportional to the displacement increasing speed of the probe 13, and when the probe 13 is moving on a slope with a gradual change of the workpiece W surface, The rotational speed of the point image is low, while the rotational speed is high when moving on a steep slope. This is due to the following circumstances. As described above, the phase θ of the analog wave signal is expressed as θ = 4πh / λ. However, when the position coordinate of the operating shaft 11 at the initial contact point is h 0 and the displacement therefrom is Δh (t), θ = 4π (h 0 + Δh (t)) / λ. At this time, the locus of the point (X, Y), that is, the point (V · sin θ, V · cos θ) draws a circle with a radius V with an initial phase of 4πh 0 / λ. The rotational direction is determined by the positive / negative of the differential coefficient of Δh (t), and the rotational speed is determined by the absolute value thereof.

さて、プローブ13とワークWとの接触点が、初期接触点から頂点位置Pまでを移動している間においては、プローブ13が後方向に移動することになるため、点像は図4に示すように原点28を中心として時計回りに回転移動する。
さらに測定ユニット8をY軸方向上方に移動させると、図5に示すように、接触点が頂点位置Pに配される。頂点位置Pの近傍は、ワークW表面の傾斜が緩やかであるため、点像の回転速度も緩やかになり、頂点位置Pに配されたときにその回転移動は停止する。それから、さらに測定ユニット8を同方向に移動させると、図7に示すように、接触点が、頂点位置Pから、光軸Cよりも上側に位置する測定終了位置まで移動する。これら頂点位置Pから測定終了位置までを接触点が移動している間においては、プローブ13が前方向に移動することになるため、点像は図8に示すように反時計回りに回転移動する。すなわち、プローブ13が頂点位置Pを越えると、その瞬間に点像が逆回転する。
このように、モニタ26上における点像の回転方向や速度を見ながら、駆動ステージ7を駆動してプローブ13の走査を調整する。そして、点像の時計回りの回転から、停止して逆回転へと切り換わる状態を見出すことにより、ワークWの頂点位置が検出される。
Now, while the contact point between the probe 13 and the workpiece W is moving from the initial contact point to the apex position P, the probe 13 moves backward, so the point image is shown in FIG. In this manner, it rotates and moves clockwise around the origin 28.
When the measuring unit 8 is further moved upward in the Y-axis direction, the contact point is arranged at the apex position P as shown in FIG. In the vicinity of the vertex position P, since the inclination of the surface of the workpiece W is gentle, the rotational speed of the point image also becomes gentle, and when it is arranged at the vertex position P, the rotational movement stops. Then, when the measurement unit 8 is further moved in the same direction, the contact point moves from the apex position P to the measurement end position located above the optical axis C as shown in FIG. While the contact point is moving from the vertex position P to the measurement end position, the probe 13 moves in the forward direction, so that the point image rotates counterclockwise as shown in FIG. . That is, when the probe 13 exceeds the vertex position P, the point image rotates backward at that moment.
In this way, the scanning of the probe 13 is adjusted by driving the drive stage 7 while observing the rotation direction and speed of the point image on the monitor 26. And the vertex position of the workpiece | work W is detected by finding the state which stops from the clockwise rotation of a point image, and switches to reverse rotation.

以上より、リサージュ波形27の点像の変化を見ることによって、ワークWの頂点位置Pをグラフィカルに探し出すことができる。そのため、アプリケーション画面の表示分解能を低下させたりすることなく、頂点位置Pを高精度かつ容易に検出することができる。
また、形状測定機1が振動などの誤差要因を有する場合には、リサージュ波形27の点像は、ある振幅幅を持って表示されるが、その点像は、ほぼ一定の振幅幅を持ったまま全体として円弧状に描かれるため、巨視的に回転方向の逆転を見出すことができる。そのため、振動下においても頂点検出を容易に行うことができる。
As described above, the vertex position P of the workpiece W can be found graphically by observing the change of the point image of the Lissajous waveform 27. Therefore, the vertex position P can be detected with high accuracy and without reducing the display resolution of the application screen.
Further, when the shape measuring instrument 1 has an error factor such as vibration, the point image of the Lissajous waveform 27 is displayed with a certain amplitude width, but the point image has a substantially constant amplitude width. Since it is drawn in an arc as a whole, it is possible to find a reversal of the rotation direction macroscopically. Therefore, vertex detection can be easily performed even under vibration.

なお、本実施形態においては、コンピュータ22を備えるとしたが、これに代えて、図9に示すように、制御部23及び表示部(表示手段)31aを有するオシロスコープ31を備えるとしてもよい。
また、本実施形態においては、プローブ13をY軸方向に移動させることにより頂点検出を行ったが、ワークW、またはプローブ13とワークWの双方を移動させてもよく、かつ移動方向がX軸方向であってもよい。
さらに、本実施形態においては、変位量測定手段からの出力信号をレーザ測長信号としているが、これに限るものではない。
In the present embodiment, the computer 22 is provided. However, instead of this, as shown in FIG. 9, an oscilloscope 31 having a control unit 23 and a display unit (display unit) 31a may be provided.
In this embodiment, the vertex detection is performed by moving the probe 13 in the Y-axis direction. However, the workpiece W or both the probe 13 and the workpiece W may be moved, and the movement direction is the X-axis. It may be a direction.
Furthermore, in this embodiment, the output signal from the displacement measuring means is the laser length measurement signal, but the present invention is not limited to this.

また、本実施形態においては、凸レンズを測定するとしたが、これに限ることはなく、凹レンズであってもよい。この場合、頂点位置は、Y軸方向から見た場合にワークWが前方向に最も没する位置、すなわち、Y軸方向から見た場合のZ軸方向における最小高さにある位置となる。また、この場合、プローブ13移動方向や点像の回転方向は上記と反対になるのは言うまでもない。
さらに、測定対象はレンズ以外のものであってもよく、例えば、光学素子成形用の金型などでも構わない。
また、プローブ13の材質をルビーとしたが、これに限らず、ダイヤモンド、ガラス、サファイヤ、セラミクス等であってもよい。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
In this embodiment, the convex lens is measured. However, the present invention is not limited to this, and a concave lens may be used. In this case, the apex position is a position at which the workpiece W sinks most forward when viewed from the Y-axis direction, that is, a position at the minimum height in the Z-axis direction when viewed from the Y-axis direction. In this case, it goes without saying that the moving direction of the probe 13 and the rotation direction of the point image are opposite to those described above.
Further, the object to be measured may be other than a lens, and for example, a mold for molding an optical element may be used.
Moreover, although the material of the probe 13 is ruby, it is not limited to this, and may be diamond, glass, sapphire, ceramics, or the like.
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明に係る形状測定機の一実施形態を示す図であって、測定部と保持部とが基台に設置された様子を示す側面図である。It is a figure which shows one Embodiment of the shape measuring machine which concerns on this invention, Comprising: It is a side view which shows a mode that the measurement part and the holding | maintenance part were installed in the base. 本実施形態における変位計アンプ、A−D変換回路及びコンピュータが接続された様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the displacement meter amplifier, AD conversion circuit, and computer in this embodiment were connected. プローブとワークとの接触点が頂点位置よりも下にあるときの様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode when the contact point of a probe and a workpiece | work is below the vertex position. 図3におけるリサージュ波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the Lissajous waveform in FIG. プローブとワークとの接触点が頂点位置にあるときの様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode when the contact point of a probe and a workpiece | work exists in a vertex position. 図5におけるリサージュ波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the Lissajous waveform in FIG. プローブとワークとの接触点が頂点位置よりも上にあるときの様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode when the contact point of a probe and a workpiece | work exists above a vertex position. 図7におけるリサージュ波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the Lissajous waveform in FIG. 図2のコンピュータの代わりにオシロスコープを接続した様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the oscilloscope was connected instead of the computer of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 形状測定機
13 プローブ(触針センサ)
16 Z軸方向検出部(変位量測定手段)
18 変位計アンプ(リサージュ波形生成手段、信号生成手段)
21 A−D変換回路(リサージュ波形生成手段、A−D変換手段)
23 制御部(リサージュ波形生成手段、処理手段)
26 モニタ(表示手段)
27 リサージュ波形
31a 表示部(表示手段)
W ワーク(被測定物)
1 Shape measuring machine 13 Probe (stylus sensor)
16 Z-axis direction detector (displacement measuring means)
18 Displacement amplifier (Lissajous waveform generating means, signal generating means)
21 AD conversion circuit (Lissajous waveform generation means, AD conversion means)
23 Control unit (Lissajous waveform generating means, processing means)
26 Monitor (display means)
27 Lissajous waveform 31a Display section (display means)
W Workpiece (object to be measured)

Claims (1)

被測定物の表面に触針センサを接触させた状態で、前記被測定物と前記触針センサとを相対的に走査させ、この走査の間の前記被測定物の測定したい高さ方向における前記触針センサの変位量により前記被測定物の表面形状を測定する形状測定機であって、
前記触針センサの前記測定したい高さ方向の変位量を測定して測長信号を出力する変位量測定手段と、
前記変位量測定手段から出された前記測長信号に基づリサージュ波形を生成するリサージュ波形生成手段と、
前記リサージュ波形生成手段に電気的に接続され、前記リサージュ波形生成手段によって生成されたリサージュ波形が入力され、前記リサージュ波形に基づいて、前記被測定物に対する前記触針センサの移動に応じて所定の原点を中心として回転移動する点像の軌跡を表示する表示手段と、
を備え
前記被測定物の表面を走査する前記触針センサが前記被測定物の頂点を通過すると前記表示手段に表示される前記点像の回転方向が逆回転となる
ことを特徴とする形状測定機。
In a state where the stylus sensor is in contact with the surface of the object to be measured, the object to be measured and the stylus sensor are relatively scanned, and the object to be measured in the height direction to be measured during the scan is scanned. A shape measuring machine for measuring a surface shape of the object to be measured by a displacement amount of a stylus sensor,
Displacement amount measuring means for measuring the displacement amount of the stylus sensor in the height direction to be measured and outputting a length measurement signal ;
A Lissajous waveform generating means for generating based rather Lissajous waveform to the is shift measuring means or RaIzuru force said measurement signal,
The Lissajous waveform generating means is electrically connected, and the Lissajous waveform generated by the Lissajous waveform generating means is input, and based on the Lissajous waveform, a predetermined value is determined according to the movement of the stylus sensor relative to the object to be measured. Display means for displaying a locus of a point image rotating around the origin;
Equipped with a,
The rotation direction of the point image displayed on the display means is reversed when the stylus sensor that scans the surface of the measurement object passes through the apex of the measurement object. Shape measuring instruments.
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