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JP6786255B2 - Shape measuring method, shape measuring device, and data processing method - Google Patents
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JP6786255B2 - Shape measuring method, shape measuring device, and data processing method - Google Patents

Shape measuring method, shape measuring device, and data processing method Download PDF

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Description

本発明は接触式のプローブにより対象物を走査し、対象物の形状データを測定する形状測定装置の形状測定方法、形状測定装置、およびデータ処理方法に関する。 The present invention relates to a shape measuring device , a shape measuring device, and a data processing method of a shape measuring device that scans an object with a contact probe and measures the shape data of the object.

従来より、球面ないし非球面レンズのような光学素子の表面形状を測定する場合、接触(または非接触式)のプローブをレンズ表面に倣い移動させ、その移動軌跡から表面形状を測定する形状測定装置が知られている。 Conventionally, when measuring the surface shape of an optical element such as a spherical or aspherical lens, a contact (or non-contact type) probe is moved following the lens surface, and the surface shape is measured from the movement locus. It has been known.

一般に、回転対称形が多いレンズのような光学素子の表面形状をプローブ走査により測定する場合、形状測定装置には、プローブを形状に沿って動作させる軸(例えばZ軸)の他にプローブの走査軸(例えばX軸)をもう1軸のみ配置すれば足りる場合がある。即ち、この種の形状測定装置には少なくとも2軸の相対移動軸が配置される。これら2軸は、例えば、対象物、およびプローブを第1の方向に相対移動させる軸(例えばX軸)と、対象物の表面形状に倣って第2の方向にプローブを移動(例えば上下動)可能に支持するする軸(例えばZ軸)の2(X、Z)軸である。 In general, when the surface shape of an optical element such as a lens having many rotationally symmetric shapes is measured by probe scanning, the shape measuring device is used to scan the probe in addition to the axis (for example, Z axis) that moves the probe along the shape. It may be sufficient to arrange only one other axis (for example, the X axis). That is, at least two relative movement axes are arranged in this type of shape measuring device. These two axes are, for example, an axis for relatively moving the object and the probe in the first direction (for example, the X axis) and moving the probe in the second direction according to the surface shape of the object (for example, vertical movement). It is a 2 (X, Z) axis of an axis (for example, Z axis) that supports it as possible.

装置の形態としては、例えば、ワークを走査するプローブをX軸方向に移動させるXステージを門型の支持構造の上部に水平に配置する構成がある。この場合、Xステージを支持する両側の支柱の間(「門」型の内部)にワークを位置決めする。そして、ワークを走査している間、ワークの表面形状に倣ってプローブがX軸と直交するZ軸(上下)方向に移動し、このプローブのZ軸方向の位置(Z座標)を走査位置(X座標)に関連づけて記録する。このようにして得た(Z、X)座標の列として、ワークの形状測定データを取得することができる。 As a form of the device, for example, there is a configuration in which an X stage for moving a probe for scanning a work in the X-axis direction is horizontally arranged on an upper part of a portal-shaped support structure. In this case, the work is positioned between the columns on both sides that support the X stage (inside the "gate" shape). Then, while scanning the work, the probe moves in the Z-axis (up and down) direction orthogonal to the X-axis according to the surface shape of the work, and the position (Z coordinate) of the probe in the Z-axis direction is set as the scanning position (Z coordinate). Record in association with (X coordinate). The shape measurement data of the work can be acquired as a sequence of (Z, X) coordinates obtained in this way.

このような測定手法では、形状測定精度は、XZ2軸の直交度(直交性)からの誤差に影響される。また、接触式のプローブでは、ワークと接触する先端部は、球面などの仕様上、定められた所定形状に形成されるが、このプローブの先端部(チップ)の上記所定形状に対する形状誤差が影響する。 In such a measurement method, the shape measurement accuracy is affected by an error from the degree of orthogonality (orthogonality) of the XZ2 axis. Further, in the contact type probe, the tip portion in contact with the work is formed in a predetermined shape defined by the specifications such as a spherical surface, but the shape error of the tip portion (tip) of the probe with respect to the predetermined shape has an influence. To do.

従来、接触式のプローブの先端チップの形状誤差の補正に関しては、例えば、ナイフエッジ形態の基準ゲージをプローブで走査して、先端チップの形状誤差を測定しておき、ワーク測定軌跡を修正する手法が提案されている(例えば下記の特許文献1)。この特許文献1では、XZ軸の直交度に関する誤差は殆んど考慮されていない。 Conventionally, regarding the correction of the shape error of the tip of the contact type probe, for example, a method of scanning a reference gauge in the form of a knife edge with the probe to measure the shape error of the tip and correcting the workpiece measurement trajectory. Has been proposed (for example, Patent Document 1 below). In this Patent Document 1, the error regarding the orthogonality of the XZ axis is hardly considered.

特許第3025413号公報Japanese Patent No. 3025413

そこで、形状測定装置の校正のために、プローブの先端の形状誤差の測定とは別に、XZ直交度誤差を測定することが考えられる。例えば、何らかの原器をプローブ走査してXZ直交度誤差を測定し、直交度補正データを生成する。しかしながら、未校正の初期状態では、プローブ形状誤差とXZ直交度誤差が混在しており、いずれの測定を先に実行するにしても、これらのうち一方の影響を受けずに他方を測定することは難しい。 Therefore, in order to calibrate the shape measuring device, it is conceivable to measure the XZ orthogonality error separately from the measurement of the shape error of the tip of the probe. For example, some prototype is probe-scanned to measure the XZ orthogonality error and generate orthogonality correction data. However, in the uncalibrated initial state, probe shape error and XZ orthogonality error are mixed, and no matter which measurement is performed first, the other should be measured without being affected by one of them. Is difficult.

本発明の課題は、上記の問題点に鑑み、形状測定装置の可動軸の直交度誤差に影響されずに形状測定装置のプローブの先端の形状誤差を正確に補正できる補正データを取得できるようにすることにある。即ち、プローブの先端の形状誤差、および可動軸の直交度誤差を、これらの一方が他方の影響を受けずに測定し、上記各誤差を良好な補正精度で補正し、高精度な形状測定を行えるようにする。 In view of the above problems, the object of the present invention is to obtain correction data capable of accurately correcting the shape error at the tip of the probe of the shape measuring device without being affected by the orthogonality error of the movable axis of the shape measuring device. To do. That is, the shape error of the tip of the probe and the orthogonality error of the movable axis are measured without being affected by one of them, and each of the above errors is corrected with good correction accuracy to perform highly accurate shape measurement. To be able to do it.

上記課題を解決するため、本発明においては、形状測定の対象物、および接触式のプローブを第1の方向に相対移動させる第1のステージと、前記第1のステージによって支持され、前記第1のステージと直交する第2の方向に前記プローブを移動可能に支持する第2のステージと、前記第1の方向に関する前記対象物および前記プローブの相対的な位置情報を検出する第1のスケールと、前記第2の方向に関する前記プローブの位置情報を検出する第2のスケールと、を備え、前記プローブを前記対象物の表面に接触させた状態で、前記第1のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第1のスケールを介して検出した前記対象物の第1の方向に関する位置情報と、前記第2のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第2の方向に沿って移動する前記プローブの第2の方向に関する位置情報と、に基づき、前記対象物の形状データを測定する形状測定装置の形状測定方法において、制御装置が、前記対象物として、既知の曲面形状を有するプローブ校正用の第1の原器を用い、前記第1のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して前記第1の原器の形状データを取得する第1の測定ステップと、前記制御装置が、前記第1の測定ステップで得た前記第1の原器の前記形状データから前記第1および第2のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分として、前記第1の測定ステップで得た前記第1の原器の前記形状データの3次成分を除去した形状データと、前記第1の原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得するプローブ形状補正データ取得ステップと、を備えた構成を採用した。 In order to solve the above problems, in the present invention, the object of shape measurement and the contact-type probe are supported by a first stage for relative movement in a first direction and the first stage, and the first stage is supported. A second stage that movably supports the probe in a second direction orthogonal to the stage, and a first scale that detects relative position information of the object and the probe in the first direction. A second scale for detecting the position information of the probe with respect to the second direction, and the object and the object by the first stage in a state where the probe is in contact with the surface of the object. The probe is relatively moved, and at that time, the position information regarding the first direction of the object detected via the first scale and the surface shape of the object detected via the second scale are imitated. In the shape measuring method of the shape measuring device for measuring the shape data of the object based on the position information regarding the second direction of the probe moving along the second direction, the control device is the target. As the object, a first prototype for probe calibration having a known curved shape is used, and the object and the probe are relatively moved by the first stage, and the position information of the probe is obtained. a first measurement step of acquiring shape data of the first standard, the control device, from the first measurement the first obtained in step of the shape data of standard, the first and second As the error component corresponding to the theoretical value of the orthogonality error of the stage, the shape data obtained by removing the tertiary component of the shape data of the first prototype obtained in the first measurement step and the first source A configuration including a probe shape correction data acquisition step for acquiring the shape correction data of the probe based on the known shape data of the device was adopted.

上記構成によれば、取得した前記第1の原器の前記形状データから前記第1および第2のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分を除去した形状データと、前記第1の原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得する。このため、形状測定装置の前記第1および第2のステージの直交度誤差に影響されずにプローブの先端の形状誤差を正確に補正できるプローブ形状補正データを取得することができる。その後、取得したプローブ形状補正データは、例えば、第1および第2のステージの直交度誤差の補正データを取得する際に利用できる。これにより、プローブの先端の形状誤差、および可動軸の直交度誤差を、これらの一方が他方の影響を受けずに測定し、上記各誤差を良好な補正精度で補正し、かくして高精度な形状測定を行うことができる。 According to the above configuration, the shape data obtained by removing the error component corresponding to the theoretical value of the orthogonality error of the first and second stages from the acquired shape data of the first prototype, and the first Based on the known shape data of the prototype, the shape correction data of the probe is acquired. Therefore, it is possible to acquire probe shape correction data capable of accurately correcting the shape error of the tip of the probe without being affected by the orthogonality error of the first and second stages of the shape measuring device. After that, the acquired probe shape correction data can be used, for example, when acquiring correction data for the orthogonality error of the first and second stages. As a result, the shape error of the tip of the probe and the orthogonality error of the movable axis are measured without being affected by one of them, and each of the above errors is corrected with good correction accuracy, thus providing a highly accurate shape. Measurements can be made.

本発明を実施した形状測定装置の対象物の形状測定時の構成を示した斜視図である。It is a perspective view which showed the structure at the time of shape measurement of the object of the shape measuring apparatus which carried out this invention. 図1の形状測定装置の測定制御部の構成を示したブロック図である。It is a block diagram which showed the structure of the measurement control part of the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置の校正処理手順の全体を示したフローチャート図である。It is a flowchart which showed the whole calibration processing procedure of the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置の校正処理におけるプローブ形状補正手順を示したフローチャート図である。It is a flowchart which showed the probe shape correction procedure in the calibration process of the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置の校正処理におけるXZ直交度補正手順を示したフローチャート図である。It is a flowchart which showed the XZ orthogonal degree correction procedure in the calibration process of the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置の対象物の形状測定時の測定制御手順を示したフローチャート図である。It is a flowchart which showed the measurement control procedure at the time of the shape measurement of the object of the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置の校正処理において、プローブ形状補正で測定されたXZ軸直交度誤差が含まれたプローブ形状補正データの線図である。It is a diagram of the probe shape correction data including the XZ axis orthogonality error measured by the probe shape correction in the calibration process of the shape measuring apparatus of FIG. 図7のプローブ形状補正データの波形に3次ないし非対称成分として含まれているXZ軸直交度誤差を示した線図である。FIG. 5 is a diagram showing an XZ-axis orthogonality error included as a cubic or asymmetric component in the waveform of the probe shape correction data of FIG. 7. 図7のプローブ形状補正用データから図8の3次ないし非対称成分を除去した、XZ軸直交度誤差を含まないプローブ形状補正用データを示した線図である。It is a diagram which showed the probe shape correction data which did not include the XZ axis orthogonality error which removed the 3rd order or asymmetric component of FIG. 8 from the probe shape correction data of FIG. 図1の形状測定装置において、X軸およびZ軸のスケール補正を実行する時の構成を示した正面図である。It is a front view which showed the structure at the time of performing scale correction of X-axis and Z-axis in the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置において、X軸のスケール補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the data flow at the time of performing scale correction of X-axis in the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置において、Z軸のスケール補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the data flow at the time of performing the scale correction of the Z axis in the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置において、X軸ステージの走り補正を実行する時の構成を示した正面図である。It is a front view which showed the structure at the time of performing the run correction of the X-axis stage in the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置において、X軸ステージの走り補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the data flow at the time of performing the run correction of the X-axis stage in the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置において、Z軸ステージの走り補正を実行する時の構成を示した正面図である。It is a front view which showed the structure at the time of performing the run correction of a Z-axis stage in the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置において、Z軸ステージの走り補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the data flow at the time of performing the run correction of a Z-axis stage in the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置において、プローブ形状補正、またはXZ軸直交度補正を実行する時の構成を示した正面図である。It is a front view which showed the structure at the time of performing probe shape correction or XZ axis orthogonality correction in the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置において、プローブ形状補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the data flow at the time of performing probe shape correction in the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置において、XZ軸直交度補正を実行する時のデータフローを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the data flow at the time of performing the XZ axis orthogonality correction in the shape measuring apparatus of FIG. 図1の形状測定装置の対象物の形状測定時のデータフローを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the data flow at the time of shape measurement of the object of the shape measuring apparatus of FIG.

以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the examples shown in the accompanying drawings. It should be noted that the examples shown below are merely examples, and for example, those skilled in the art can appropriately change the detailed configuration without departing from the spirit of the present invention. Further, the numerical values taken up in the present embodiment are reference numerical values and do not limit the present invention.

<実施例>
図1は本発明を実施可能な形状測定装置の構成を斜視図の形式で示している。図1において、形状測定装置100の本体定盤101は、装置本体に外部振動を伝達しないよう、架台103により支持された除振台102の上に配置されている。装置の制御に用いられる3次元(XYZ)座標系の各座標軸の方向は任意に取って良いが、本実施例ではX、Y、Zの各座標軸は図1の左上に示すように取られている。
<Example>
FIG. 1 shows the configuration of a shape measuring device capable of carrying out the present invention in the form of a perspective view. In FIG. 1, the main body surface plate 101 of the shape measuring device 100 is arranged on a vibration isolation table 102 supported by a gantry 103 so as not to transmit external vibration to the device main body. The direction of each coordinate axis of the three-dimensional (XYZ) coordinate system used for controlling the device may be arbitrarily taken, but in this embodiment, each coordinate axis of X, Y, and Z is taken as shown in the upper left of FIG. There is.

本体定盤101上には、X軸ステージガイド105がフレーム104によって例えば全体が門型の形態となるように配置されている。 On the main body surface plate 101, the X-axis stage guide 105 is arranged by the frame 104 so that, for example, the entire body has a gate shape.

被測定物(測定対象)である対象物109(例えばワークなど)は、フレーム104およびX軸ステージガイド105の門型の下部に配置され、接触式のプローブ108によって走査される。 The object 109 (for example, a workpiece), which is the object to be measured (measurement object), is arranged under the portal shape of the frame 104 and the X-axis stage guide 105, and is scanned by the contact probe 108.

プローブ108は、X軸ステージガイド105によってX軸方向(第1の方向)に移動されるZ軸ステージガイド106のZ軸ステージスライダ107に装着され、対象物109の形状に倣って上下動させる。Z軸ステージガイド106は、X軸ステージスライダ121を介してX軸ステージガイド105に装着され、X軸ステージガイド105によりX軸方向(第1の方向)に駆動される。 The probe 108 is attached to the Z-axis stage slider 107 of the Z-axis stage guide 106 that is moved in the X-axis direction (first direction) by the X-axis stage guide 105, and moves up and down according to the shape of the object 109. The Z-axis stage guide 106 is attached to the X-axis stage guide 105 via the X-axis stage slider 121, and is driven in the X-axis direction (first direction) by the X-axis stage guide 105.

プローブ108は、Z軸ステージスライダ107に装着され、Z軸ステージガイド106に沿ってZ軸方向(第2の方向)に移動可能である。 The probe 108 is attached to the Z-axis stage slider 107 and can move in the Z-axis direction (second direction) along the Z-axis stage guide 106.

便宜上、本実施例では、上記のX、Z軸の各ステージの各移動方向に相当する2軸のうち、X軸を第1のステージ軸、Z軸が第2のステージ軸という。 For convenience, in this embodiment, of the two axes corresponding to the moving directions of the X and Z axes, the X axis is referred to as the first stage axis and the Z axis is referred to as the second stage axis.

X軸ステージガイド105には、不図示の駆動モータ、例えばシャフトモータなどが搭載され、この駆動源によりX軸ステージスライダ121をX軸方向に移動させる。Z軸ステージガイド106には、不図示の駆動モータ、例えばリニアモータなどが搭載され、この駆動源により、Z軸(上下)方向にZ軸ステージスライダ107を駆動する。 A drive motor (not shown) such as a shaft motor is mounted on the X-axis stage guide 105, and the drive source moves the X-axis stage slider 121 in the X-axis direction. A drive motor (not shown), such as a linear motor, is mounted on the Z-axis stage guide 106, and the drive source drives the Z-axis stage slider 107 in the Z-axis (vertical) direction.

X軸ステージガイド105およびX軸ステージスライダ121は、形状測定の対象物、および接触式のプローブ108を第1の方向に相対移動させる第1のステージを構成する。また、Z軸ステージガイド106およびZ軸ステージスライダ107は、第1のステージによって支持され、第1のステージと直交する第2の方向にプローブ108を移動可能に支持する第2のステージを構成する。 The X-axis stage guide 105 and the X-axis stage slider 121 constitute a first stage for relatively moving the object for shape measurement and the contact probe 108 in the first direction. Further, the Z-axis stage guide 106 and the Z-axis stage slider 107 are supported by the first stage, and constitute a second stage that movably supports the probe 108 in a second direction orthogonal to the first stage. ..

X軸ステージガイド105上のX軸ステージスライダ121のX軸方向に関する現在の位置情報を測定するため、本実施例では、X軸スケールは例えば2本1組のダブルスケール構成を採用している。即ち、X軸スケール114はX軸スケールフレーム113を介して、X軸ステージガイド105の下方の本体定盤101上に支持されている。 In order to measure the current position information of the X-axis stage slider 121 on the X-axis stage guide 105 in the X-axis direction, in this embodiment, for example, the X-axis scale adopts a double scale configuration of two sets. That is, the X-axis scale 114 is supported on the main body surface plate 101 below the X-axis stage guide 105 via the X-axis scale frame 113.

2つめのX軸スケール116はX軸スケールフレーム115を介して、X軸ステージガイド105の下方の本体定盤101上に支持されている。この例では、X軸スケール116の位置はX軸スケール114よりも奥(Y+)側になっている。 The second X-axis scale 116 is supported on the main body surface plate 101 below the X-axis stage guide 105 via the X-axis scale frame 115. In this example, the position of the X-axis scale 116 is on the back (Y +) side of the X-axis scale 114.

また、X軸スケール114、116によって、X軸ステージスライダ121のX座標を測定するためのスケールヘッドがX軸ステージスライダ121の下部に配置される。X軸スケール114を用いてX座標を計測するスケールヘッド117は、X軸スケールヘッドフレーム118を介して、X軸スケール114に正対するよう、X軸ステージスライダ121の下面に支持される。一方、X軸スケール116を用いてX座標を計測するスケールヘッド(図1では詳細不図示)は、は、X軸スケールヘッドフレーム120を介して、X軸スケール116に正対するよう、X軸ステージスライダ121の下面に支持される。 Further, the scale head for measuring the X coordinate of the X-axis stage slider 121 is arranged below the X-axis stage slider 121 by the X-axis scales 114 and 116. The scale head 117, which measures the X coordinate using the X-axis scale 114, is supported on the lower surface of the X-axis stage slider 121 via the X-axis scale head frame 118 so as to face the X-axis scale 114. On the other hand, the scale head (details not shown in FIG. 1) that measures the X coordinate using the X-axis scale 116 is an X-axis stage so as to face the X-axis scale 116 via the X-axis scale head frame 120. It is supported on the lower surface of the slider 121.

なお、X軸スケール114、116のように複数のスケールを配置する場合、X軸ステージスライダ121のX座標は、複数のX軸スケール(114、116)の測定値を組合せる演算(例えば測定値の平均を取る演算など)によって求めることができる。 When a plurality of scales are arranged such as the X-axis scales 114 and 116, the X coordinate of the X-axis stage slider 121 is an operation (for example, a measured value) in which the measured values of the plurality of X-axis scales (114 and 116) are combined. It can be calculated by (such as an operation that takes the average of).

また、Z軸ステージガイド106には、Z軸ステージスライダ107のZ軸方向に関する現在の位置情報を測定するZ軸スケール1071(詳細不図示)が組み込まれている。 Further, the Z-axis stage guide 106 incorporates a Z-axis scale 1071 (details not shown) for measuring the current position information of the Z-axis stage slider 107 in the Z-axis direction.

上記のX軸スケール114、116は、X軸方向(第1の方向)に関するプローブ108と対象物109の相対的な位置情報を検出する第1のスケールを構成する。また、Z軸スケール1071は、Z軸方向(第2の方向)に関するプローブの位置情報を検出する第2のスケールを構成する。 The X-axis scales 114 and 116 constitute a first scale for detecting relative position information between the probe 108 and the object 109 in the X-axis direction (first direction). Further, the Z-axis scale 1071 constitutes a second scale for detecting the position information of the probe in the Z-axis direction (second direction).

プローブ108は、板バネを介して支持された接触子を備える。例えば、この板バネのたわみ量によって、被測定物(測定対象)である対象物109の表面に接触した時の対象物109に対する接触子の接触圧が調節される。なお、Z軸ステージスライダ107がストロークの中心に位置する時、プローブ108の接触子の先端と、2つのX軸スケール114、116のZ方向高さが概略同じになるように各部が配置される。 The probe 108 includes a contact that is supported via a leaf spring. For example, the amount of deflection of the leaf spring adjusts the contact pressure of the contactor with respect to the object 109 when it comes into contact with the surface of the object 109 to be measured (measurement target). When the Z-axis stage slider 107 is located at the center of the stroke, each part is arranged so that the tip of the contact of the probe 108 and the heights of the two X-axis scales 114 and 116 in the Z direction are substantially the same. ..

プローブ108には、プローブ部の筐体に対する接触子の位置を測定する変位センサ701を設けることができる。このプローブ108の変位センサは、上記の変位センサ701と同様に、例えばレーザ測長器や反射型光センサなどから構成することができる。例えば、プローブ108の接触子を対象物109に接触させて、上記の変位センサの変位量が一定値を示すよう、Z軸ステージスライダ107のZ軸位置を制御することにより、プローブ108の板バネのたわみ量を一定に調節することができる。このような調整を行うことにより、対象物109に対する接触子の接触圧を一定に制御することができる。 The probe 108 may be provided with a displacement sensor 701 that measures the position of the contactor with respect to the housing of the probe portion. The displacement sensor of the probe 108 can be composed of, for example, a laser length measuring device, a reflection type optical sensor, or the like, similarly to the displacement sensor 701 described above. For example, the leaf spring of the probe 108 is controlled by bringing the contact of the probe 108 into contact with the object 109 and controlling the Z-axis position of the Z-axis stage slider 107 so that the displacement amount of the displacement sensor shows a constant value. The amount of deflection can be adjusted to be constant. By making such adjustments, the contact pressure of the contactor with respect to the object 109 can be controlled to be constant.

また、対象物109の傾斜姿勢を制御するため、ティルトステージ110が設けられている。ティルトステージ110は、例えば対象物109を互いに概略直交する方向(例えばX、Y軸に平行な軸廻り)に傾斜させることができるような2軸分の回転駆動部を用いて構成される。ティルトステージ110の下方には、対象物109およびティルトステージ110を互いに概略直交方向に(例えばXY平面内で)平行(並進)移動させるXYステージ111が配置されている。さらに、その下方には、XYステージ111〜ティルトステージ110〜対象物109をZ軸に平行な回転軸廻りに回転変位させるθ回転ステージ112が配置されている。 Further, a tilt stage 110 is provided to control the tilted posture of the object 109. The tilt stage 110 is configured by using, for example, two axes of rotational drive units that can incline the object 109 in a direction substantially orthogonal to each other (for example, around an axis parallel to the X and Y axes). Below the tilt stage 110, an XY stage 111 that moves the object 109 and the tilt stage 110 in parallel (translation) in a substantially orthogonal direction (for example, in the XY plane) is arranged. Further below, the θ rotation stage 112 that rotationally displaces the XY stage 111 to the tilt stage 110 to 10 to the object 109 around the rotation axis parallel to the Z axis is arranged.

電装ラック122は、本体の駆動系、例えばX軸ステージガイド105に搭載されたX軸ステージスライダ121、およびZ軸ステージガイド106に搭載されたZ軸ステージスライダ107を駆動するためのドライバ(駆動回路)を備える。また、電装ラック122は、2軸のティルトステージ110、XYステージ111およびθ回転ステージ112を駆動させるためのドライバを備える。 The electrical rack 122 is a driver (drive circuit) for driving the drive system of the main body, for example, the X-axis stage slider 121 mounted on the X-axis stage guide 105 and the Z-axis stage slider 107 mounted on the Z-axis stage guide 106. ) Is provided. Further, the electrical rack 122 includes a driver for driving the two-axis tilt stage 110, the XY stage 111, and the θ rotation stage 112.

また、電装ラック122は、第1、第2のX軸スケールヘッド117、119がそれぞれ出力する第1、および第2のX軸スケール位置に相当するデータを入力するためのインターフェース(回路)を備える。また、電装ラック122は、Z軸ステージガイド106に組み込まれたスケール(不図示)からのデータを入力するインターフェースも備えている。さらに、電装ラック122には、接触子に配置された変位センサ(不図示)が出力する接触子の位置データを入力するためのインターフェースも配置されている。 Further, the electrical rack 122 includes an interface (circuit) for inputting data corresponding to the first and second X-axis scale positions output by the first and second X-axis scale heads 117 and 119, respectively. .. The electrical rack 122 also includes an interface for inputting data from a scale (not shown) incorporated in the Z-axis stage guide 106. Further, the electrical rack 122 is also provided with an interface for inputting contactor position data output by a displacement sensor (not shown) arranged on the contactor.

測定制御装置123は、後述の補正処理、および形状測定処理全体を制御する。例えば、測定制御装置123は、X軸ステージガイド105に搭載されたX軸ステージスライダ121、Z軸ステージスライダ107の移動位置などに関する情報を電装ラック122の各ドライバに指令する。また、ティルトステージ110、XYステージ111およびθ回転ステージ112の移動位置などを電装ラック122に搭載の各ドライバに指令する。また、電装ラック122の各インターフェースから入力される各部の位置検出データを入力することができる。 The measurement control device 123 controls the correction process described later and the entire shape measurement process. For example, the measurement control device 123 commands each driver of the electrical rack 122 to provide information regarding the moving positions of the X-axis stage slider 121 and the Z-axis stage slider 107 mounted on the X-axis stage guide 105. Further, the moving positions of the tilt stage 110, the XY stage 111, and the θ rotation stage 112 are instructed to each driver mounted on the electrical rack 122. Further, the position detection data of each part input from each interface of the electrical rack 122 can be input.

後述の補正および測定制御手順において、測定制御装置123は、上記の入出力処理を介して測定制御装置123は、後述の補正処理、および形状測定処理の全体を制御する。上記各部に対する入出力処理を介して後述の補正処理、および形状測定処理の全体を制御するための制御プログラムは、例えばROMなどの記憶装置に格納しておくことができる。このようなプログラム格納用の記憶装置は、本発明の補正ないし形状測定制御手順を実行するための制御プログラムを格納するコンピュータ読み取り可能な記録媒体に相当する。なお、図1では測定制御装置123は独立して図示してあるが、電装ラック122に組み込むような構成であっても構わない。 In the correction and measurement control procedure described later, the measurement control device 123 controls the entire correction process and shape measurement process described later through the input / output process described above. A control program for controlling the entire correction process and shape measurement process described later via the input / output process for each of the above units can be stored in a storage device such as a ROM. Such a storage device for storing a program corresponds to a computer-readable recording medium that stores a control program for executing the correction or shape measurement control procedure of the present invention. Although the measurement control device 123 is shown independently in FIG. 1, it may be configured to be incorporated in the electrical rack 122.

また、測定データ処理装置124(データ処理用コンピュータ)は、測定条件パラメータなどを管理するとともに、例えば測定処理に係る管理者や作業者(ユーザ)に対するユーザーインターフェース手段を構成する。測定データ処理装置124が管理する測定条件として、上記各スケールや変位センサに係る測定範囲、測定回数、測定速度、測定種類、対象物の設計値形状などが含まれる。測定データ処理装置124は、例えばユーザが指定したこれらのパラメータを測定パラメータとし、測定手順データとともに測定制御装置123に送る。これにより、例えばユーザが指定した測定制御条件で、校正用の原器などを含む対象物109の形状測定を実行することができる。また、測定データ処理装置124は各スケールのデータおよび変位センサのデータを測定制御装置123から取り込むデータ取り込みプログラムを搭載する。 Further, the measurement data processing device 124 (data processing computer) manages measurement condition parameters and the like, and constitutes, for example, a user interface means for a manager or a worker (user) involved in the measurement processing. The measurement conditions managed by the measurement data processing device 124 include the measurement range, the number of measurements, the measurement speed, the measurement type, the design value shape of the object, and the like related to each of the scales and displacement sensors. For example, the measurement data processing device 124 uses these parameters specified by the user as measurement parameters and sends them to the measurement control device 123 together with the measurement procedure data. Thereby, for example, the shape measurement of the object 109 including the prototype for calibration can be performed under the measurement control conditions specified by the user. Further, the measurement data processing device 124 is equipped with a data acquisition program that acquires data of each scale and displacement sensor data from the measurement control device 123.

また、測定データ処理装置124は取り込んだ各スケールデータおよび変位センサデータから、対象物109の表面形状を算出する形状データ算出プログラムを備える。また、測定データ処理装置124は、算出した対象物109の形状データと、対象物109の設計値形状から対象物109の設計値からの誤差を算出する誤差算出プログラムを備える。 Further, the measurement data processing device 124 includes a shape data calculation program that calculates the surface shape of the object 109 from the captured scale data and displacement sensor data. Further, the measurement data processing device 124 includes an error calculation program that calculates the calculated shape data of the object 109 and the error from the design value of the object 109 from the design value shape of the object 109.

また、測定データ処理装置124は算出した対象物109の形状データから、対象物109が装置の原点および座標、或いは任意原点および座標に対して置かれている三次元位置を算出する形状位置算出プログラムを備える。 Further, the measurement data processing device 124 is a shape position calculation program that calculates the three-dimensional position where the object 109 is placed with respect to the origin and coordinates of the device or an arbitrary origin and coordinates from the calculated shape data of the object 109. To be equipped.

また、本実施例の測定データ処理装置124は、プローブ108の先端形状の補正データ算出プログラム、すなわちプローブ形状補正プログラムを備える。このプローブ形状補正プログラムを実行する場合は、後述のように、対象物109として形状(例えば2次曲面形状)が既知の原器を用いる。 Further, the measurement data processing device 124 of this embodiment includes a correction data calculation program for the tip shape of the probe 108, that is, a probe shape correction program. When executing this probe shape correction program, a prototype with a known shape (for example, a quadric surface shape) is used as the object 109, as will be described later.

また、測定データ処理装置124は測定した形状データから、X軸ステージガイド105とZ軸ステージガイド106との直交度誤差を算出するプログラムすなわちXZ直交度補正プログラムを備える。このXZ直交度補正プログラムを実行する場合は、対象物109として形状が既知の原器を用いる。 Further, the measurement data processing device 124 includes a program for calculating the orthogonality error between the X-axis stage guide 105 and the Z-axis stage guide 106 from the measured shape data, that is, an XZ orthogonality correction program. When executing this XZ orthogonality correction program, a prototype with a known shape is used as the object 109.

なお、図1では、測定データ処理装置124と、測定制御装置123が別体であるかの如く図示している。また、以上では、測定制御装置123と測定データ処理装置124に適宜、制御機能が割り当てられている旨、説明している。しかしながら、上記のような構成は理解を容易にするための便宜上のものに過ぎない。例えば、実装上は、測定データ処理装置124および測定制御装置123を、同一(共通)のCPU廻りに構成したアーキテクチャにより構成することができる。また、測定データ処理装置124と、測定制御装置123が別体であるか、同一(共通)ないし一体であるかを問わず、これらは電装ラック122内などの適当な位置に搭載することができる。 In FIG. 1, the measurement data processing device 124 and the measurement control device 123 are shown as if they were separate bodies. Further, it has been described above that the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124 are appropriately assigned control functions. However, the above configuration is only for convenience to facilitate understanding. For example, in terms of mounting, the measurement data processing device 124 and the measurement control device 123 can be configured by an architecture configured around the same (common) CPU. Further, regardless of whether the measurement data processing device 124 and the measurement control device 123 are separate, the same (common), or integrated, they can be mounted at an appropriate position such as in the electrical rack 122. ..

図2は、測定制御装置123(ないし測定データ処理装置124)を構成する制御系の構成例を示している。ここでは、これらの制御ないし処理装置を代表する構成として測定制御装置123の構成を示している。しかしながら、例えば、図2の構成を測定データ処理装置124に転用することもできる。その場合、例えば、インターフェース1607に接続された電装ラック122を測定制御装置123に読み換え、インターフェース1608に接続された図中の測定データ処理装置124のブロックを省略した構成を考えればよい。また、測定制御装置123、測定データ処理装置124を一体化した制御系の構成であれば、同様にインターフェース1608に接続された図中の測定データ処理装置124のブロックを省略した構成を考えればよい。例えば、図2のように、CPU1601を中心に、そのシステムバス(不図示)に各周辺機器部を接続した構成は、PC(パーソナルコンピュータ)のようなハードウェアを利用して構成することができる。 FIG. 2 shows a configuration example of a control system constituting the measurement control device 123 (or the measurement data processing device 124). Here, the configuration of the measurement control device 123 is shown as a configuration representative of these control or processing devices. However, for example, the configuration of FIG. 2 can be diverted to the measurement data processing device 124. In that case, for example, the electrical rack 122 connected to the interface 1607 may be read as the measurement control device 123, and the block of the measurement data processing device 124 in the figure connected to the interface 1608 may be omitted. Further, in the case of a control system configuration in which the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124 are integrated, a configuration in which the block of the measurement data processing device 124 in the figure connected to the interface 1608 is omitted may be considered. .. For example, as shown in FIG. 2, a configuration in which each peripheral device unit is connected to a system bus (not shown) centered on the CPU 1601 can be configured by using hardware such as a PC (personal computer). ..

CPU1601は、例えば各種の汎用マイクロプロセッサなどを用いて構成される。後述する各種の補正データ記憶部として用いられるCPU1601の記憶空間は、例えば、ROM1602、RAM1603、などのアドレス空間、あるいはさらにHDD1604などの外部記憶装置に割り当てられた仮想記憶領域によって構成される。 The CPU 1601 is configured by using, for example, various general-purpose microprocessors. The storage space of the CPU 1601 used as various correction data storage units described later is composed of, for example, an address space such as ROM 1602 and RAM 1603, or a virtual storage area allocated to an external storage device such as HDD 1604.

図2の構成では、ユーザーインターフェース手段として、LCDパネルなどを用いて構成されたディスプレイ1605と、キーボード1606(およびマウスやトラックパッドのようなポインティングデバイス)を示してある。なお、このようなユーザーインターフェースの構成は一例であって、例えば表示面と入力操作面が一体化されたタッチパネルのような構成を用いてもよい。また、ユーザーインターフェースには、必要に音声入出力手段を用いてもよい。 In the configuration of FIG. 2, a display 1605 configured by using an LCD panel or the like and a keyboard 1606 (and a pointing device such as a mouse or a trackpad) are shown as user interface means. The configuration of such a user interface is an example, and for example, a configuration such as a touch panel in which a display surface and an input operation surface are integrated may be used. Further, voice input / output means may be used as necessary for the user interface.

図1の形状測定装置100におけるシステムエラー(システム誤差)校正(補正)処理と、対象物(各種工業製品のワーク)の形状測定処理の手順を図3〜図6に示す。これらの制御手順は、例えば、制御装置としての図2のCPU1601によって実行される。その場合、図2の制御(処理)系が、測定制御装置123として実装されているか、測定データ処理装置124として実装されているかは問わない。これら各図の制御(処理)手順をCPU1601に実行させるための制御プログラムは、ROM1602やHDD1604に格納しておくことができる。 The procedures of the system error (system error) calibration (correction) process and the shape measurement process of the object (workpieces of various industrial products) in the shape measuring device 100 of FIG. 1 are shown in FIGS. 3 to 6. These control procedures are executed, for example, by the CPU 1601 of FIG. 2 as a control device. In that case, it does not matter whether the control (processing) system of FIG. 2 is implemented as the measurement control device 123 or the measurement data processing device 124. The control program for causing the CPU 1601 to execute the control (processing) procedure shown in each of these figures can be stored in the ROM 1602 or the HDD 1604.

図3は、形状測定装置100におけるシステムエラー(システム誤差)校正(補正)処理の制御手順を示している。システムエラー(システム誤差)とは、形状測定装置100の主にハードウェアが有する誤差で、これらに関する補正を行わない限り、対象物の形状測定を正確に行うことができない。 FIG. 3 shows a control procedure for system error (system error) calibration (correction) processing in the shape measuring device 100. The system error (system error) is an error mainly possessed by the hardware of the shape measuring device 100, and the shape of the object cannot be accurately measured unless the shape measuring device 100 is corrected.

このシステムエラー(システム誤差)には、例えば本実施例の形状測定装置100の場合、X軸およびZ軸スケールの測定値の直線性に係る誤差が含まれる。このX、Z軸スケールの直線性に係る誤差の補正データ(スケールの直線性補正データ)は、図3のステップS1301、S1302のX軸/Z軸スケール補正処理(スケール直線性補正データ取得ステップ)で取得する。また、図10は、図3のステップS1301、S1302のX軸/Z軸スケール補正処理を実施する時の形状測定装置100のハードウェア構成の一例を示している。また、図11は、図3のステップS1301のX軸スケール補正処理を実施する時の制御系(図2)のデータフローを示している。図12は、図3のステップS1302のZ軸スケール補正処理を実施する時の制御系(図2)のデータフローを示している。 This system error (system error) includes, for example, in the case of the shape measuring device 100 of this embodiment, an error related to the linearity of the measured values of the X-axis and Z-axis scales. The error correction data (scale linearity correction data) related to the linearity of the X and Z-axis scales is the X-axis / Z-axis scale correction processing (scale linearity correction data acquisition step) in steps S1301 and S1302 of FIG. Get it with. Further, FIG. 10 shows an example of the hardware configuration of the shape measuring device 100 when the X-axis / Z-axis scale correction processing of steps S1301 and S1302 of FIG. 3 is performed. Further, FIG. 11 shows a data flow of the control system (FIG. 2) when the X-axis scale correction process of step S1301 of FIG. 3 is performed. FIG. 12 shows the data flow of the control system (FIG. 2) when the Z-axis scale correction process of step S1302 of FIG. 3 is performed.

また、システムエラー(システム誤差)には、X軸ステージ、およびZ軸ステージの走り誤差、即ち、これらのステージが各軸方向に動作する場合、これらの可動軸と直交(ないしは交差)する方向のぶれが含まれる。X軸、Z軸ステージの走りの誤差の補正データは、図3のステップS1303、S1304のX軸/Z軸のステージ走り補正処理で取得する。図13は、図3のステップS1303のX軸ステージ走り補正処理を実施する時の形状測定装置100のハードウェア構成の一例を示し、図14は、その際の制御系(図2)のデータフローを示している。また、図15は、ステップS1304のZ軸ステージ走り補正処理を実施する時の形状測定装置100のハードウェア構成の一例を示し、図16は、その際の制御系(図2)のデータフローを示している。 In addition, the system error (system error) includes the running error of the X-axis stage and the Z-axis stage, that is, when these stages operate in each axial direction, the direction orthogonal to (or intersects with) these movable axes. Blurring is included. The correction data of the running error of the X-axis and Z-axis stages is acquired by the stage running correction processing of the X-axis / Z-axis in steps S1303 and S1304 of FIG. FIG. 13 shows an example of the hardware configuration of the shape measuring device 100 when the X-axis stage run correction process of step S1303 of FIG. 3 is performed, and FIG. 14 shows a data flow of the control system (FIG. 2) at that time. Is shown. Further, FIG. 15 shows an example of the hardware configuration of the shape measuring device 100 when the Z-axis stage run correction process of step S1304 is performed, and FIG. 16 shows the data flow of the control system (FIG. 2) at that time. Shown.

そして、このシステムエラー(システム誤差)には、前述のプローブ形状誤差と、X軸ステージ、およびZ軸スケールの各(XZ)軸のXZ直交度誤差が含まれる。前述のように、これらプローブ形状誤差、およびXZ直交度誤差は、未校正の段階では両者が混在した状態で発生する。このため、これら両者の誤差のための補正データを得る場合には、何らかの手法により両者の誤差に相当する成分を分離して測定しなければならない。プローブ形状誤差、およびXZ直交度誤差の補正データは、図3のステップS1305、S1306で取得する。図17は、図3のステップS1305およびS1306において、プローブ形状補正処理、およびXZ直交度補正処理を実施する時の形状測定装置100のハードウェア構成の一例を示している。また、図18は、図3のステップS1305のプローブ形状補正処理における制御系(図2)のデータフローを示し、図19は、図3のステップS1306のXZ直交度補正処理における制御系(図2)のデータフローを示している。 The system error (system error) includes the above-mentioned probe shape error and the XZ orthogonality error of each (XZ) axis of the X-axis stage and the Z-axis scale. As described above, these probe shape errors and XZ orthogonality errors occur in a mixed state in the uncalibrated stage. Therefore, in order to obtain correction data for these two errors, the components corresponding to the two errors must be separately measured by some method. The correction data of the probe shape error and the XZ orthogonality error are acquired in steps S1305 and S1306 of FIG. FIG. 17 shows an example of the hardware configuration of the shape measuring device 100 when the probe shape correction process and the XZ orthogonality correction process are performed in steps S1305 and S1306 of FIG. Further, FIG. 18 shows the data flow of the control system (FIG. 2) in the probe shape correction process of step S1305 in FIG. 3, and FIG. 19 shows the control system (FIG. 2) in the XZ orthogonality correction process of step S1306 of FIG. ) Data flow is shown.

これら、相互に関連のある、プローブ形状誤差補正処理(図3のステップS1305)、およびXZ直交度誤差補正処理(同S1306)の詳細は、図4および図5のフローチャートにそれぞれ示してある。 The details of the probe shape error correction process (step S1305 in FIG. 3) and the XZ orthogonality error correction process (S1306), which are related to each other, are shown in the flowcharts of FIGS. 4 and 5, respectively.

対象物(各種工業製品のワーク)の形状測定処理は、例えば図6に示す手順により実行することができる。この時の形状測定装置100のハードウェア構成は例えば図1に示す通りである。また、対象物(各種工業製品のワーク)の形状測定処理における制御系(図2)のデータフローは、図20に示す通りである。この図6(図1、図20)の「本番」の測定に先立って、図3〜図5に示したシステムエラー(システム誤差)の校正(補正データ取得)処理を実施しておく。 The shape measurement process of an object (workpiece of various industrial products) can be executed by, for example, the procedure shown in FIG. The hardware configuration of the shape measuring device 100 at this time is as shown in FIG. 1, for example. The data flow of the control system (FIG. 2) in the shape measurement process of the object (workpiece of various industrial products) is as shown in FIG. Prior to the "production" measurement of FIGS. 6 (1 and 20), the system error (system error) calibration (correction data acquisition) process shown in FIGS. 3 to 5 is performed.

図10は、X軸スケール114ないし116、およびZ軸方向位置を計測するZ軸スケール1071のスケール誤差を補正するスケール補正データを取得する際の形状測定装置100の状態を示している。図10の図示は、図1の正面方向からの図示に相当する。 FIG. 10 shows the state of the shape measuring device 100 when acquiring the scale correction data for correcting the scale error of the X-axis scales 114 to 116 and the Z-axis scale 1071 for measuring the position in the Z-axis direction. The illustration of FIG. 10 corresponds to the illustration from the front direction of FIG.

図10の構成では、プローブ108は、レーザ測長器203、204のターゲット201に換装されている。ターゲット201は、底面および側面にレーザ光を反射可能な反射(ミラー)面を有する立方体(ないし直方体)形状に構成されている。このようなレーザ測定用のターゲット201は、ミラーキューブなどと呼ばれることがある。 In the configuration of FIG. 10, the probe 108 is replaced with the target 201 of the laser length measuring instruments 203 and 204. The target 201 is configured in a cubic (or rectangular parallelepiped) shape having a reflective (mirror) surface capable of reflecting laser light on the bottom surface and the side surface. The target 201 for such laser measurement is sometimes called a mirror cube or the like.

ターゲット201は、プローブ108の代りにZ軸ステージスライダ107に装着され、X軸ステージスライダ121およびZ軸ステージスライダ107によってX、Z軸方向に適当な制御軌道で移動制御させる。その際、レーザ測長器203、204で測定したターゲット201のX、Z軸方向の実座標と、X軸スケール(114、116)およびZ軸スケール1071を介して測定されるX、Z軸方向の座標からスケール誤差に相当する補正データを取得する。 The target 201 is mounted on the Z-axis stage slider 107 instead of the probe 108, and is moved and controlled in the X- and Z-axis directions by the X-axis stage slider 121 and the Z-axis stage slider 107. At that time, the actual coordinates of the target 201 in the X and Z axis directions measured by the laser length measuring instruments 203 and 204, and the X and Z axis directions measured via the X axis scales (114 and 116) and the Z axis scale 1071. The correction data corresponding to the scale error is acquired from the coordinates of.

レーザ測長器203、204は、それぞれレーザ光源および受光器を備え、出射光と、ターゲット201からの反射光の干渉状態などを介してターゲット201のXおよびZ軸方向に係る距離を測定できるよう構成される。 The laser length measuring devices 203 and 204 are provided with a laser light source and a receiver, respectively, so that the distances of the target 201 in the X and Z axis directions can be measured via the interference state of the emitted light and the reflected light from the target 201. It is composed.

レーザ測長器203を用いてX軸方向の測定を行う場合、CPU1601は、Z軸ステージスライダ107によってターゲット201の高さをターゲット201の側面の反射面がレーザ測長器203のレーザ光を反射できるよう制御する。このZ軸位置を維持した状態でX軸ステージスライダ121によってターゲット201をX軸方向に移動させ、レーザ測長器203からX軸方向の距離の実測値を取得するとともに、X軸スケール(114、116)の出力値を取得する。 When measuring in the X-axis direction using the laser length measuring device 203, the CPU 1601 uses the Z-axis stage slider 107 to reflect the height of the target 201 and the reflecting surface on the side surface of the target 201 reflecting the laser light of the laser length measuring device 203. Control as much as possible. While maintaining this Z-axis position, the target 201 is moved in the X-axis direction by the X-axis stage slider 121 to acquire the measured value of the distance in the X-axis direction from the laser length measuring instrument 203, and the X-axis scale (114, The output value of 116) is acquired.

一方、レーザ測長器204を用いて、Z軸方向の測定を行う場合には、レーザ測長器204のレーザ光を反射させるため、本体定盤101の上面に例えば45°で傾斜した反射面を有するベンダーミラー202を配置する。この時、ベンダーミラー202は、例えばターゲット201(ないしプローブ108)の装着中心を通る垂線を通るレーザ光を反射できるよう配置する。Z軸方向の測定を行う場合は、CPU1601は当然ながら、X軸ステージスライダ121によってこのX軸位置を維持した状態で、Z軸ステージスライダ107を動作させる。そして、レーザ測長器204からZ軸方向の距離の実測値を取得するとともに、Z軸スケール1071の出力値を取得する。 On the other hand, when the laser length measuring device 204 is used for measurement in the Z-axis direction, a reflecting surface inclined at, for example, 45 ° on the upper surface of the main body surface plate 101 in order to reflect the laser light of the laser length measuring device 204. The bender mirror 202 having the above is arranged. At this time, the bender mirror 202 is arranged so as to reflect the laser beam passing through the perpendicular line passing through the mounting center of the target 201 (or the probe 108), for example. When measuring in the Z-axis direction, the CPU 1601 naturally operates the Z-axis stage slider 107 while maintaining the X-axis position by the X-axis stage slider 121. Then, the measured value of the distance in the Z-axis direction is acquired from the laser length measuring device 204, and the output value of the Z-axis scale 1071 is acquired.

X、Z軸いずれのスケール補正データを取得する場合も、レーザ測長器203、204の出力と、X軸スケール(114、116)およびZ軸スケール1071の出力は同期的に取り込む。 When acquiring any of the X-axis and Z-axis scale correction data, the outputs of the laser length measuring instruments 203 and 204 and the outputs of the X-axis scales (114 and 116) and the Z-axis scale 1071 are taken in synchronously.

図11、図12は、それぞれX軸スケール(114、116)およびZ軸スケール1071のX軸、Z軸スケール補正データを取得する際のデータフローを示している。図11、図12において、301、401は、それぞれレーザ測長器203、204からの測長データの入力処理を示している。また、302、402は、それぞれX軸スケール(114、116)およびZ軸スケール(1071)からのスケール測定データの入力処理を示している。これらの測長、測定データは、図1、図2のインターフェース1607を介して電装ラック122からクロック同期制御などを介して同期的に読み込まれる。 11 and 12 show the data flow when acquiring the X-axis and Z-axis scale correction data of the X-axis scales (114 and 116) and the Z-axis scale 1071, respectively. In FIGS. 11 and 12, 301 and 401 indicate the input processing of the length measurement data from the laser length measuring instruments 203 and 204, respectively. Further, 302 and 402 indicate input processing of scale measurement data from the X-axis scale (114, 116) and the Z-axis scale (1071), respectively. These length measurement and measurement data are synchronously read from the electrical rack 122 via the interface 1607 of FIGS. 1 and 2 via clock synchronization control or the like.

図11、図12において、レーザ測長器203、204により実測したX軸、Z軸方向の測長データ(301、401)と、X軸、Z軸スケールの測定データ(302、402)は同期的にX軸、Z軸スケール補正値演算(303、403)で処理される。 In FIGS. 11 and 12, the length measurement data (301, 401) in the X-axis and Z-axis directions actually measured by the laser length measuring devices 203 and 204 and the measurement data (302, 402) on the X-axis and Z-axis scales are synchronized. The X-axis and Z-axis scale correction value calculation (303, 403) is performed.

X軸、Z軸スケール補正値演算(303、403)では、例えば、実際に対象物の測定でX軸、Z軸スケールから読み取った測定値を、同時にレーザ測長器203、204で読み取っている実測値に変換できるような補正データを生成する。このようなX軸、Z軸スケールの補正データは、例えば、実測したX軸、Z軸方向の測長データ(301、401)と、X軸、Z軸スケールの測定データ(302、402)の差分を取ることにより生成できる。 In the X-axis and Z-axis scale correction value calculation (303, 403), for example, the measured values read from the X-axis and Z-axis scales in the actual measurement of the object are simultaneously read by the laser length measuring instruments 203 and 204. Generate correction data that can be converted to measured values. Such correction data of the X-axis and Z-axis scales are, for example, the measured length measurement data (301, 401) in the X-axis and Z-axis directions and the measurement data (302, 402) of the X-axis and Z-axis scales. It can be generated by taking the difference.

そして、CPU1601は、X軸、Z軸スケール補正値演算(303、403)により生成したX軸、Z軸スケール測定データは、X軸、Z軸スケール補正データ記憶部(304、404)に記憶させる。このX軸、Z軸スケール補正データ記憶部(304、404)は、上記のRAM1603、HDD1604ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定記憶位置に割り当てられる。 Then, the CPU 1601 stores the X-axis and Z-axis scale measurement data generated by the X-axis and Z-axis scale correction value calculations (303 and 403) in the X-axis and Z-axis scale correction data storage units (304 and 404). .. The X-axis and Z-axis scale correction data storage units (304, 404) are assigned to predetermined storage positions of the above-mentioned RAM 1603, HDD 1604 or a virtual storage area composed of these.

なお、図11は、2つのX軸スケール(114、116)を区別せずに1つのX軸スケールのデータ処理として図示している。実際に2つのX軸スケール(114、116)を配置する場合、X軸、Z軸スケール補正値演算303では、それぞれのX軸スケールの測定データと、レーザ測長器203から同期的に読み込んだ測長データとの差分などを生成すればよい。これにより、各X軸スケール(114、116)の測定値をレーザ測長器203で実測した測長データに一致するようにそれぞれ変換可能なX軸スケール補正データを生成し、X軸スケール補正データ記憶部(304)に格納できる。 Note that FIG. 11 is shown as data processing of one X-axis scale without distinguishing between the two X-axis scales (114, 116). When actually arranging two X-axis scales (114, 116), in the X-axis and Z-axis scale correction value calculation 303, the measurement data of each X-axis scale and the laser length measuring instrument 203 are synchronously read. The difference from the length measurement data may be generated. As a result, X-axis scale correction data that can be converted so that the measured values of each X-axis scale (114, 116) match the length-measured data actually measured by the laser length measuring device 203 is generated, and the X-axis scale correction data is generated. It can be stored in the storage unit (304).

図13はX軸ステージの走り補正(X軸走り誤差の補正データ取得)を行う際の形状測定装置100の設定状態の一例を示している。同図の構成はX軸ステージガイド105のX軸ステージスライダ121の移動誤差補正値を測定するためのものである。 FIG. 13 shows an example of the setting state of the shape measuring device 100 when performing running correction (acquisition of correction data for X-axis running error) of the X-axis stage. The configuration in the figure is for measuring the movement error correction value of the X-axis stage slider 121 of the X-axis stage guide 105.

図13の構成では、プローブ108がZ軸ステージスライダ107に装着されており、このプローブ108により平面原器501を形状測定する。例えば、平面原器501の上面は、形状が既知の平面により構成されている。この平面原器501の上面の平面精度が良ければより望ましいが、形状が既知ならば平面に近い形状であれはX軸走り誤差の補正データ取得は不可能ではない。平面原器501の形状は予め反転法などで求めておき、その形状データはROM1602やHDD1604などに格納しておく。 In the configuration of FIG. 13, the probe 108 is mounted on the Z-axis stage slider 107, and the shape of the planar prototype 501 is measured by the probe 108. For example, the upper surface of the plane prototype 501 is formed of a plane having a known shape. It is more desirable if the plane accuracy of the upper surface of the plane prototype 501 is good, but if the shape is known, it is not impossible to acquire correction data for the X-axis running error even if the shape is close to a plane. The shape of the planar prototype 501 is obtained in advance by an inversion method or the like, and the shape data is stored in ROM 1602, HDD 1604, or the like.

図14はX軸ステージ走り補正を行う際のデータフローを示している。この「X軸ステージ走り」とは、X軸ステージガイド105上でX軸ステージスライダ121をX軸方向に走査させる際のZ軸方向の上下動のぶれに相当する。このX軸ステージ走り補正では、X軸ステージガイド105上でX軸ステージスライダ121をX軸方向に移動させ、平面原器501の上面形状に倣って上下動するプローブ108のZ軸座標を取り込む。 FIG. 14 shows a data flow when performing X-axis stage run correction. This "X-axis stage running" corresponds to vertical movement in the Z-axis direction when the X-axis stage slider 121 is scanned in the X-axis direction on the X-axis stage guide 105. In this X-axis stage run correction, the X-axis stage slider 121 is moved in the X-axis direction on the X-axis stage guide 105, and the Z-axis coordinates of the probe 108 that moves up and down according to the upper surface shape of the plane prototype 501 are captured.

図14において601は、Z軸スケール(不図示)を介して測定される原器測定データ(Z軸座標)を示す。X軸ステージ走り補正では、測定データ処理装置124より平面原器501の形状を測定するシーケンスが電装ラック122を介して本体定盤101の各ステージのドライバに送られ、測定が開始される。測定結果は、Z軸スケール1071から電装ラック122を介して入力(601)される。 In FIG. 14, 601 shows prototype measurement data (Z-axis coordinates) measured via a Z-axis scale (not shown). In the X-axis stage run correction, a sequence for measuring the shape of the plane prototype 501 is sent from the measurement data processing device 124 to the driver of each stage of the main surface plate 101 via the electrical rack 122, and the measurement is started. The measurement result is input (601) from the Z-axis scale 1071 via the electrical rack 122.

CPU1601は、原器測定データ(601)と、予めROM1602などに記憶させた平面原器501の形状データに基づき、X軸ステージの走り補正データを演算するX軸ステージ走り補正値演算(602)を行う。この時、プローブ108のZ軸座標は、X軸ステージスライダ121のX軸座標と関連づけて処理される。その際、これらX軸およびZ軸座標はX軸スケール(114、116)およびZ軸スケール(1071)からそれぞれ読み取られる。これらX軸、Z軸スケールから読み取られる出力値は、X軸、Z軸スケール補正データ記憶部(304、404:図11、図12)に記憶させたX軸、Z軸スケール補正データによって補正した上で用いられる。 The CPU 1601 performs an X-axis stage run correction value calculation (602) for calculating the run correction data of the X-axis stage based on the prototype measurement data (601) and the shape data of the plane prototype 501 stored in the ROM 1602 or the like in advance. Do. At this time, the Z-axis coordinates of the probe 108 are processed in association with the X-axis coordinates of the X-axis stage slider 121. At that time, these X-axis and Z-axis coordinates are read from the X-axis scale (114, 116) and the Z-axis scale (1071), respectively. The output values read from these X-axis and Z-axis scales were corrected by the X-axis and Z-axis scale correction data stored in the X-axis and Z-axis scale correction data storage units (304, 404: FIGS. 11 and 12). Used above.

X軸ステージ走り補正値演算(602)で取得したX軸ステージの走り補正データは、X軸ステージ走り補正データ記憶部(603)に格納する。このX軸ステージ走り補正データは、例えば、X軸走査位置(X軸座標)ごとにZスケールから読み取ったZ軸座標と、記憶させた平面原器501の形状データとのZ軸方向の偏差を格納するような形式で表現することができる。このX軸ステージ走り補正データ記憶部(603)は、上記のRAM1603、HDD1604ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定記憶位置に割り当てられる。 The run correction data of the X-axis stage acquired by the X-axis stage run correction value calculation (602) is stored in the X-axis stage run correction data storage unit (603). This X-axis stage run correction data is, for example, the deviation in the Z-axis direction between the Z-axis coordinates read from the Z scale for each X-axis scanning position (X-axis coordinates) and the stored shape data of the plane prototype 501. It can be expressed in a format that stores it. The X-axis stage run correction data storage unit (603) is assigned to a predetermined storage position of the above-mentioned RAM 1603, HDD 1604 or a virtual storage area composed of these.

図15はZ軸ステージ走り補正を行う本体定盤101の設定状態を示している。この「Z軸ステージ走り」とは、Z軸ステージガイド106がZ軸ステージスライダ107をZ軸方向に走査させる際のX軸(水平)方向のぶれに相当する。このZ軸ステージ走り補正では、Z軸ステージガイド106上でZ軸ステージスライダ107をZ軸方向に移動させる。その際、Z軸ステージスライダ107にプローブ108のかわりに装着した変位センサ701によって、Z軸ステージスライダ107のX軸(水平)方向のぶれを測定する。 FIG. 15 shows a setting state of the main body surface plate 101 that performs Z-axis stage running correction. This "Z-axis stage running" corresponds to a shake in the X-axis (horizontal) direction when the Z-axis stage guide 106 scans the Z-axis stage slider 107 in the Z-axis direction. In this Z-axis stage run correction, the Z-axis stage slider 107 is moved in the Z-axis direction on the Z-axis stage guide 106. At that time, the displacement sensor 701 mounted on the Z-axis stage slider 107 instead of the probe 108 measures the shake of the Z-axis stage slider 107 in the X-axis (horizontal) direction.

変位センサ701は、例えばレーザ測長器や反射型光センサなどであり、図示のようにX軸方向に互いに向かい合う2つのセンサ部によって構成される。本体定盤101上には、原器702が配置される。この原器702は、Z軸ステージ走り補正を行うX座標において、変位センサ701の2つのセンサ部のほぼ中央の位置で走査されるよう、本体定盤101上に配置される。 The displacement sensor 701 is, for example, a laser length measuring device or a reflection type optical sensor, and is composed of two sensor units facing each other in the X-axis direction as shown in the figure. The prototype 702 is arranged on the main body surface plate 101. The prototype 702 is arranged on the main body surface plate 101 so as to be scanned at substantially the center position of the two sensor units of the displacement sensor 701 at the X coordinate for performing the Z-axis stage running correction.

原器702のZ軸ステージ走り補正を行う角柱の少なくとも1面は走りの基準となる面として形成しておく。望ましくはさらに対向する1面も基準面として形成されていると良い。さらに望ましくは残りの対向する2面も基準面として形成されていると良い。X軸ステージスライダ121のX軸座標は、変位センサ701上記のように(角柱)原器702を挟むように制御し、この位置で、Z軸ステージスライダ107をZ軸方向に走査させ、変位センサ701により原器702との間隔(X軸方向の距離)を計測する。 At least one surface of the prism for correcting the Z-axis stage run of the prototype 702 is formed as a run reference surface. Desirably, one facing surface is also formed as a reference surface. More preferably, the remaining two opposing surfaces are also formed as reference surfaces. The X-axis coordinates of the X-axis stage slider 121 are controlled so as to sandwich the (square pillar) prototype 702 as described above, and at this position, the Z-axis stage slider 107 is scanned in the Z-axis direction to scan the displacement sensor. The distance (distance in the X-axis direction) from the prototype 702 is measured by 701.

図16はZ軸ステージ走り補正を行う際のデータフローを示している。同図において、801は、Z軸ステージスライダ107の移動に応じてZ軸スケール1071を介して測定される測定データ(Z軸座標)を示す。また、802は、変位センサ701から入力される変位センサデータ(X軸方向の変位)を示す。 FIG. 16 shows a data flow when performing Z-axis stage run correction. In the figure, 801 indicates measurement data (Z-axis coordinates) measured via the Z-axis scale 1071 in response to the movement of the Z-axis stage slider 107. Further, 802 indicates the displacement sensor data (displacement in the X-axis direction) input from the displacement sensor 701.

CPU1601は、Z軸ステージスライダ107のZ軸走査座標(801)に同期して変位センサ701から入力される変位センサデータ(X軸方向の変位)、既知の原器702の形状データに基づき、Z軸ステージ走り補正演算(803)を行う。この時、変位センサ701から入力される変位センサデータ(X軸方向の変位)は、Z軸ステージスライダ107のZ軸座標と関連づけて処理される。その際、Z軸座標はZ軸スケール1071から読み取られるが、このZ軸スケール1071の出力値は、Z軸スケール補正データ記憶部(404:図12)に記憶させたZ軸スケール補正データによって補正した上で用いられる。 The CPU 1601 Z is based on the displacement sensor data (displacement in the X-axis direction) input from the displacement sensor 701 in synchronization with the Z-axis scanning coordinates (801) of the Z-axis stage slider 107 and the known shape data of the prototype 702. The axis stage run correction calculation (803) is performed. At this time, the displacement sensor data (displacement in the X-axis direction) input from the displacement sensor 701 is processed in association with the Z-axis coordinates of the Z-axis stage slider 107. At that time, the Z-axis coordinates are read from the Z-axis scale 1071, and the output value of the Z-axis scale 1071 is corrected by the Z-axis scale correction data stored in the Z-axis scale correction data storage unit (404: FIG. 12). It is used after

また、Z軸ステージ走り補正を行う時のX軸ステージスライダ121のX軸座標の制御値は例えば一定であり、変化させない。一方、変位センサ701の出力する変位センサデータ(X軸方向の変位)から変位センサ701と原器702の間隔(X軸方向の距離)の実測値を正確に測定すべく、X軸ステージスライダ121のX軸座標はX軸スケール(114、116)で測定する。さらにX軸スケール(114、116)の出力値は、X軸スケール補正データ記憶部(304:図11)に記憶させたX軸スケール補正データによって補正した上で用いられる。 Further, the control value of the X-axis coordinates of the X-axis stage slider 121 when performing the Z-axis stage run correction is, for example, constant and does not change. On the other hand, in order to accurately measure the measured value of the distance (distance in the X-axis direction) between the displacement sensor 701 and the prototype 702 from the displacement sensor data (displacement in the X-axis direction) output by the displacement sensor 701, the X-axis stage slider 121 X-axis coordinates are measured on an X-axis scale (114, 116). Further, the output values of the X-axis scales (114, 116) are used after being corrected by the X-axis scale correction data stored in the X-axis scale correction data storage unit (304: FIG. 11).

Z軸ステージ走り補正値演算(803)で取得したZ軸ステージの走り補正データは、Z軸ステージ走り補正データ記憶部(804)に格納する。このZ軸ステージ走り補正データは、例えば、Z軸走査位置(Z軸座標)ごとに変位センサ701の出力する変位センサデータ(X軸方向の変位)から取得したX軸座標の偏差(ぶれ)を格納するような形式で表現することができる。当然ながら、X軸座標の偏差(ぶれ)は、ROM1602などに記憶させた平面原器501の形状データに基づき演算することができる。Z軸ステージ走り補正データ記憶部(804)は、上記のRAM1603、HDD1604ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定記憶位置に割り当てられる。 The run correction data of the Z-axis stage acquired by the Z-axis stage run correction value calculation (803) is stored in the Z-axis stage run correction data storage unit (804). This Z-axis stage run correction data is, for example, the deviation (blur) of the X-axis coordinates acquired from the displacement sensor data (displacement in the X-axis direction) output by the displacement sensor 701 for each Z-axis scanning position (Z-axis coordinates). It can be expressed in a format that stores it. As a matter of course, the deviation of the X-axis coordinates can be calculated based on the shape data of the plane prototype 501 stored in the ROM 1602 or the like. The Z-axis stage run correction data storage unit (804) is assigned to a predetermined storage position of the above-mentioned RAM 1603, HDD 1604 or a virtual storage area composed of these.

図17はプローブ形状補正データ、またはX軸とZ軸の直交度補正データを生成する際の形状測定装置100の設定状態の一例を示している。これら2つの補正データの測定(プローブ形状補正およびXZ直交度補正)は、本実施例における形状測定装置100の校正処理の中核をなすもので、例えば球面のような原器901の形状測定を介して行う。 FIG. 17 shows an example of the setting state of the shape measuring device 100 when generating the probe shape correction data or the orthogonality correction data of the X-axis and the Z-axis. The measurement of these two correction data (probe shape correction and XZ orthogonality correction) is the core of the calibration process of the shape measuring device 100 in this embodiment, and is performed through the shape measurement of the prototype 901 such as a spherical surface. To do.

ただし、これらプローブ形状補正データ測定、およびXZ直交度補正データ測定では、校正対象のサイズのオーダ(スケール、縮尺)に応じて、好ましくは原器901には異なる形状のものを用いる。 However, in the probe shape correction data measurement and the XZ orthogonality correction data measurement, a prototype 901 having a different shape is preferably used depending on the order (scale, scale) of the size to be calibrated.

例えば、プローブ形状補正では、比較的小直径の球の形状誤差を精度よく取得する必要があるため、原器901にはプローブ校正用の第1の原器として比較的小直径の球面原器を用いる。 For example, in probe shape correction, it is necessary to accurately acquire the shape error of a sphere with a relatively small diameter. Therefore, the prototype 901 uses a spherical prototype with a relatively small diameter as the first prototype for probe calibration. Use.

また、XZ直交度補正では、比較的大きなXZ軸に関する走査範囲全体の形状誤差を精度よく取得する必要があるため、原器901には、ステージ直交度校正用の第2の原器として比較的大直径の球面原器を用いる。 Further, in the XZ orthogonality correction, since it is necessary to accurately acquire the shape error of the entire scanning range with respect to the relatively large XZ axis, the prototype 901 is relatively used as the second prototype for stage orthogonality calibration. Use a large-diameter spherical prototype.

なお、図17では、凸面の原器901を図示しているが、その測定面は既知の曲面形状)であれば、凹面で構成されていてもよい。また、この原器901の形状は後述のXZ軸ステージ直行度に対応する3次(非対称)成分を特定し、演算し、除去するに適した既知の曲面形状であればどのような形状でもよい。このような曲面形状としては、例えば球面、楕円断面などの各種の円錐曲面(2次曲面)が考えられる。原器901の形状は予め反転法などで求めておき、その形状データはROM1602やHDD1604などに格納しておく。原器901は、適当な治具などを介して本体定盤101に配置される。 Although FIG. 17 shows a convex prototype 901, the measurement surface may be a concave surface as long as it has a known curved surface shape). Further, the shape of the prototype 901 may be any shape as long as it is a known curved surface shape suitable for identifying, calculating, and removing a cubic (asymmetric) component corresponding to the XZ-axis stage orthogonality described later. .. As such a curved surface shape, various conic sections (quadric surfaces) such as a spherical surface and an elliptical cross section can be considered. The shape of the prototype 901 is obtained in advance by an inversion method or the like, and the shape data is stored in ROM 1602, HDD 1604, or the like. The prototype 901 is arranged on the main body surface plate 101 via an appropriate jig or the like.

プローブ形状補正、およびXZ直交度補正では、上記のようなサイズの異なるそれぞれ専用の原器901の全体を、Z軸ステージスライダ107に装着したワーク測定用のものと同じプローブ108によって測定する。 In the probe shape correction and the XZ orthogonality correction, the entire prototype 901 of different sizes as described above is measured by the same probe 108 as the one for measuring the work mounted on the Z-axis stage slider 107.

図18、図19は、それぞれプローブ形状補正の補正データ取得、およびXZ直交度の補正データ取得を行う際のデータフローを示している。 18 and 19 show the data flow when acquiring the correction data for the probe shape correction and the correction data for the XZ orthogonality, respectively.

図18のプローブ形状補正において、Z軸ステージスライダ107に装着されたプローブ108を、X軸ステージガイド105によってX軸方向に移動走査させる。例えば、原器901の形状を測定するシーケンスデータを電装ラック122を介して形状測定装置100の各ステージのドライバに送信することにより、測定が開始される。この時、電装ラック122を介して、原器901の表面形状に倣って上下動する原器901の形状データを入力する(601)。この形状データは、例えばX軸スケール(114、116)から入力されるX軸座標のスケール出力値と、これと同期的にZ軸スケール1071から入力されるZ軸座標のスケール出力値の組合せから成る。ただし、この段階では、入力された原器901の形状データ(601)は、を表現する各座標値(スケール出力値)は未補正である。図7は、このXY各軸のスケールから入力された未補正状態の原器901の形状データ(601)の波形(2101)を示している。 In the probe shape correction of FIG. 18, the probe 108 mounted on the Z-axis stage slider 107 is moved and scanned in the X-axis direction by the X-axis stage guide 105. For example, the measurement is started by transmitting the sequence data for measuring the shape of the prototype 901 to the driver of each stage of the shape measuring device 100 via the electrical rack 122. At this time, the shape data of the prototype 901 that moves up and down according to the surface shape of the prototype 901 is input via the electrical rack 122 (601). This shape data is obtained from, for example, a combination of the scale output value of the X-axis coordinate input from the X-axis scale (114, 116) and the scale output value of the Z-axis coordinate input from the Z-axis scale 1071 in synchronization with this. Become. However, at this stage, each coordinate value (scale output value) representing the input shape data (601) of the prototype 901 is uncorrected. FIG. 7 shows the waveform (2101) of the shape data (601) of the prototype 901 in the uncorrected state input from the scale of each XY axis.

この形状測定が完了すると、CPU1601がプローブ形状補正値を演算するプローブ形状補正値演算(1001)を実行する。このプローブ形状補正値演算(1001)の基本は、例えば、予め記憶した原器901の形状データと、XY各軸のスケールから入力された形状データ(601)の差分としてプローブ形状補正データを算出する演算である。この時、当然ながら、上述のようにして記憶部(304、404)に予め記憶させたX軸スケール補正値、およびZ軸スケール補正値によって、形状データ(601)を表現するXY座標値(スケール出力値)を補正する。また、記憶部(603、804)に予め記憶させたX軸ステージ走り補正データ、およびZ軸ステージ走り補正データによって、形状データ(601)を表現するXZ座標値(スケール出力値)を補正する。これらのXZスケール出力値の補正は、各補正データによる2次元座標値の座標変換であって、これらの補正処理の順序は任意である。 When this shape measurement is completed, the CPU 1601 executes the probe shape correction value calculation (1001) for calculating the probe shape correction value. The basis of this probe shape correction value calculation (1001) is, for example, to calculate the probe shape correction data as the difference between the shape data of the prototype 901 stored in advance and the shape data (601) input from the scale of each axis of XY. It is an operation. At this time, as a matter of course, the XY coordinate value (scale) expressing the shape data (601) by the X-axis scale correction value and the Z-axis scale correction value previously stored in the storage unit (304, 404) as described above. Output value) is corrected. Further, the XZ coordinate value (scale output value) expressing the shape data (601) is corrected by the X-axis stage run correction data and the Z-axis stage run correction data stored in advance in the storage units (603, 804). The correction of these XZ scale output values is a coordinate transformation of the two-dimensional coordinate values by each correction data, and the order of these correction processes is arbitrary.

上記のXZ軸スケールおよびXZ軸ステージ走り補正を経て、原器901の形状データを用いてプローブ形状補正データを算出することができる。この時、上述のように、予め記憶した原器901の形状データと、原器901の形状データ(601)の差分としてプローブ形状補正データを算出するに際して、曲線補完(最小二乗法など)処理を行う。その際、上述のように、曲線補完された波形を表現する関数から、形状データ(ないしはプローブ形状補正データ)に作用しているXZ軸ステージ(走査系)のXZ軸直交誤差成分に相当する3次成分を除去する。 The probe shape correction data can be calculated using the shape data of the prototype 901 through the above-mentioned XZ-axis scale and XZ-axis stage run correction. At this time, as described above, when calculating the probe shape correction data as the difference between the shape data of the prototype 901 stored in advance and the shape data (601) of the prototype 901, curve complementation (least squares method, etc.) is performed. Do. At that time, as described above, from the function expressing the curve-complemented waveform, it corresponds to the XZ-axis orthogonal error component of the XZ-axis stage (scanning system) acting on the shape data (or probe shape correction data) 3 Remove the following components.

上記の、曲線補完された波形を表現する関数から除去する3次成分(あるいは波形の中央を基準とする対象成分、ないしは奇関数の成分)は、XZ軸ステージ(第1および第2のステージ)の直交度誤差の理論値に相当する誤差成分、と考えてもよい。 The cubic component (or the target component based on the center of the waveform, or the component of the odd function) to be removed from the function representing the curve-complemented waveform is the XZ-axis stage (first and second stages). It may be considered as an error component corresponding to the theoretical value of the orthogonality error of.

例えば、図7の未補正状態の原器901の形状データ(601)の波形(2101)には、図8の波形(2201)のような3次成分(3次波形)のXZ軸ステージのXZ軸直交誤差成分が重畳されている。そこで、図7の原器901の形状データ(601)の波形(2101)から、図8の波形(2201)のような3次成分(3次波形)のXZ軸直交誤差成分を除去する。これにより、図9の波形(2203)のように、XZ軸直交誤差成分の影響を抑圧したプローブ形状補正データを取得することができる。 For example, the waveform (2101) of the shape data (601) of the prototype 901 in the uncorrected state of FIG. 7 includes the XZ of the XZ-axis stage of the third-order component (third-order waveform) as in the waveform (2201) of FIG. The axis orthogonal error components are superimposed. Therefore, the XZ-axis orthogonal error component of the third-order component (third-order waveform) such as the waveform (2201) of FIG. 8 is removed from the waveform (2101) of the shape data (601) of the prototype 901 of FIG. As a result, as shown in the waveform (2203) of FIG. 9, probe shape correction data in which the influence of the XZ-axis orthogonal error component is suppressed can be acquired.

以上のようにして、数学的な過程(ないしコンピュータによる演算処理)のみを利用して、プローブ形状補正データ測定に作用している未補正のXZ軸直交誤差成分に相当する3次成分を除去した、高精度なプローブ形状補正データを取得できる。上記のプローブ形状補正演算(1001)で演算、取得したプローブ形補正データは、プローブ形状補正データ記憶部1002に格納される。 As described above, the third-order component corresponding to the uncorrected XZ-axis orthogonal error component acting on the probe shape correction data measurement was removed by using only the mathematical process (or the arithmetic processing by the computer). , Highly accurate probe shape correction data can be acquired. The probe shape correction data calculated and acquired by the probe shape correction calculation (1001) is stored in the probe shape correction data storage unit 1002.

図19は、X軸とZ軸の直交度補正データ測定を行う際のデータフローを示している。図19において、ブロックで示したデータフローの並びは、図18のものに近い。図18と図19の差異は、XZ直交度補正値演算(1101)において、図18のようにして生成され、プローブ形状補正データ記憶部1002に格納されたプローブ形補正データを用いて、XZ直交度補正データを算出する点にある。 FIG. 19 shows a data flow when measuring orthogonality correction data for the X-axis and the Z-axis. In FIG. 19, the arrangement of data flows shown by blocks is close to that of FIG. The difference between FIGS. 18 and 19 is XZ orthogonal using the probe shape correction data generated as shown in FIG. 18 in the XZ orthogonality correction value calculation (1101) and stored in the probe shape correction data storage unit 1002. The point is to calculate the degree correction data.

図19のX、Z軸の直交度補正においては、上記のように、好ましくは原器901のサイズや形状はプローブ形補正の時とは異なる、XZ軸直交度補正に適したものとする。XZ軸直交度補正に用いる原器901の形状データも、予め上記のRAM1603、HDD1604ないしこれらにより構成される仮想記憶領域の所定アドレスに記憶させておくものとする。 In the correction of the orthogonality of the X and Z axes in FIG. 19, as described above, the size and shape of the prototype 901 are preferably different from those of the probe shape correction, and are suitable for the correction of the orthogonality of the XZ axis. The shape data of the prototype 901 used for the XZ-axis orthogonality correction is also stored in advance at a predetermined address of the above-mentioned RAM 1603, HDD 1604 or a virtual storage area composed of these.

原器901の測定手順は図18の場合と同様であり、原器901の形状を測定するシーケンスデータが、電装ラック122を介して形状測定装置100の各ステージのドライバに送信される。これにより、X軸とZ軸の直交度補正測定処理が開始される。測定が完了すると、電装ラック122を介して原器測定データが入力(601)される。 The measurement procedure of the prototype 901 is the same as that in FIG. 18, and sequence data for measuring the shape of the prototype 901 is transmitted to the driver of each stage of the shape measuring device 100 via the electrical rack 122. As a result, the orthogonality correction measurement process for the X-axis and the Z-axis is started. When the measurement is completed, the prototype measurement data is input (601) via the electrical rack 122.

このXZ直交度補正値演算(1101)の基本は、例えば、予め記憶した(XZ直交度補正用の)原器901の形状データと、XY各軸のスケールから入力された形状データ(601)の差分としてXZ直交度補正データを算出する演算である。 The basis of this XZ orthogonality correction value calculation (1101) is, for example, the shape data of the prototype 901 (for XZ orthogonality correction) stored in advance and the shape data (601) input from the scale of each XY axis. This is an operation for calculating XZ orthogonality correction data as a difference.

このXZ直交度補正値演算(1101)では、図18の補正データ取得処理と同様に、各記憶部に記憶させてあるX、Z軸スケール補正値(304、404)、X、Z軸ステージ走り補正データ(603、804)を用いる。 In this XZ orthogonality correction value calculation (1101), the X, Z-axis scale correction values (304, 404), X, Z-axis stage running stored in each storage unit are the same as in the correction data acquisition process of FIG. The correction data (603, 804) is used.

さらに、このXZ直交度補正値演算(1101)では、上記のようにしてプローブ形状補正データ記憶部1002に格納したプローブ形補正データを用いて、XZ直交度補正データを補正する。即ち、上記のようにして、数学的な過程によって未補正のXZ軸直交誤差成分に相当する3次成分を除去した、高精度なプローブ形状補正データ用いてXZ直交度補正値演算(1101)を補正する。これにより、プローブ形状誤差に影響されていないXZ直交度補正データを取得することができる。上記のXZ直交度補正値演算(1101)で演算、取得したXZ直交度補正データは、XZ直交度補正値データ記憶部1102に格納する。 Further, in this XZ orthogonality correction value calculation (1101), the XZ orthogonality correction data is corrected by using the probe shape correction data stored in the probe shape correction data storage unit 1002 as described above. That is, as described above, the XZ orthogonality correction value calculation (1101) is performed using highly accurate probe shape correction data in which the cubic component corresponding to the uncorrected XZ-axis orthogonal error component is removed by a mathematical process. to correct. As a result, it is possible to acquire XZ orthogonality correction data that is not affected by the probe shape error. The XZ orthogonality correction data calculated and acquired by the above-mentioned XZ orthogonality correction value calculation (1101) is stored in the XZ orthogonality correction value data storage unit 1102.

図20は、図10〜図19で示した各補正処理から成る形状測定装置100の校正処理の後、各記憶部(304、404、603、804、1002、1102)に格納した各補正データを利用してワークの形状測定を行う際のデータフローを示している。 FIG. 20 shows each correction data stored in each storage unit (304, 404, 603, 804, 1002, 1102) after the calibration process of the shape measuring device 100 including each correction process shown in FIGS. 10 to 19. The data flow when measuring the shape of the work using it is shown.

図20において、601は、対象物109の形状データを入力するワーク測定データ入力処理を示している。この対象物109の形状測定時の形状測定装置100の状態は、図1の状態に相当する。 In FIG. 20, 601 shows a work measurement data input process for inputting shape data of the object 109. The state of the shape measuring device 100 at the time of measuring the shape of the object 109 corresponds to the state shown in FIG.

対象物109の測定では、上述の各原器の測定時と同様に、Z軸ステージスライダ107に装着されたプローブ108を、X軸ステージガイド105によってX軸方向に移動走査させる。この時、対象物109の形状を測定するシーケンスデータを電装ラック122を介して形状測定装置100の各ステージのドライバに送信することにより、ワーク形状の測定が開始される。この時、対象物109の形状に応じてX軸スケール(114、116)、およびZ軸スケール1071から入力されるX、Z軸座標のスケール出力値は未補正である。 In the measurement of the object 109, the probe 108 mounted on the Z-axis stage slider 107 is moved and scanned in the X-axis direction by the X-axis stage guide 105, as in the case of the measurement of each prototype described above. At this time, the measurement of the work shape is started by transmitting the sequence data for measuring the shape of the object 109 to the driver of each stage of the shape measuring device 100 via the electrical rack 122. At this time, the scale output values of the X-axis scales (114, 116) and the X-axis scales 1071 input from the Z-axis scale 1071 are uncorrected according to the shape of the object 109.

入力(601)された(未補正の)形状データに基づき、CPU1601はワーク形状演算(1201)を実行する。ワーク形状演算(1201)で取得すべき形状データは、例えば、X軸スケール(114、116)、およびZ軸スケール1071からそれぞれ同期的に入力される入力されるX、Z軸座標のスケール出力値を補正して得られる(X,Z)座標の列である。 Based on the input (601) (uncorrected) shape data, the CPU 1601 executes the work shape calculation (1201). The shape data to be acquired by the work shape calculation (1201) is, for example, the scale output value of the X and Z axis coordinates input synchronously from the X axis scale (114, 116) and the Z axis scale 1071, respectively. It is a sequence of coordinates (X, Z) obtained by correcting.

ワーク形状演算(1201)において、CPU1601は、上記の各記憶部(304、404、603、804、1002、1102)に格納した各補正データを参照する。例えば、この時、まずX、Z軸スケール補正値(304、404)、X、Z軸ステージ走り補正データ(603、804)を用いて、X、Z軸スケールの出力するX、Z軸スケール値を補正する。そして、図18、図19の補正処理でプローブ形状補正データ記憶部1002に格納したプローブ形補正データと、XZ直交度補正値データ記憶部1102に格納したXZ直交度補正データを作用させて、最終的な対象物109の形状データを取得する。 In the work shape calculation (1201), the CPU 1601 refers to each correction data stored in each of the above storage units (304, 404, 603, 804, 1002, 1102). For example, at this time, first, the X and Z axis scale correction values (304, 404) and the X and Z axis stage running correction data (603, 804) are used to output the X and Z axis scale values. To correct. Then, the probe shape correction data stored in the probe shape correction data storage unit 1002 and the XZ orthogonality correction data stored in the XZ orthogonality correction value data storage unit 1102 in the correction processing of FIGS. 18 and 19 are allowed to act to form a final result. The shape data of the target object 109 is acquired.

以上のようにして、CPU1601がワーク形状演算(1201)を実行することにより、ワーク形状測定結果出力(1202)を得ることができる。ワーク形状測定結果(1202)は、測定制御装置123や測定データ処理装置124に接続されたディスプレイやプリンタを用いて表示、印刷したりする出力処理に供することができる。また、ワーク形状測定結果(1202)は、ネットワーク(不図示)などを介して、加工ないし組立装置や管理サーバに送信(出力)することができる。このワーク形状測定結果(1202)においては、例えば、ワーク形状演算部1201で演算したワークの形状測定結果を数値リストの形式や、あるいはそれに相当するグラフィック表示形式などにより表示(印刷)出力することができる。また、必要であればワーク形状測定結果(1202)の出力には、音声合成手段やその合成音声の再生手段などを用いてもよい。 As described above, the work shape measurement result output (1202) can be obtained by the CPU 1601 executing the work shape calculation (1201). The work shape measurement result (1202) can be used for output processing such as display and printing using a display or a printer connected to the measurement control device 123 or the measurement data processing device 124. Further, the work shape measurement result (1202) can be transmitted (output) to a processing or assembling device or a management server via a network (not shown) or the like. In this work shape measurement result (1202), for example, the work shape measurement result calculated by the work shape calculation unit 1201 can be displayed (printed) and output in a numerical list format or a graphic display format corresponding to the numerical list format. it can. If necessary, a voice synthesizing means, a voice synthesizing means, or the like may be used to output the work shape measurement result (1202).

図3は、形状測定装置100の校正処理全体の流れを示している。図4、図5は、図3の校正処理における要部、即ち、プローブ形状補正処理、およびXZ軸直交度補正処理の流れをそれぞれ示している。また、図6は、形状測定装置100の校正処理を終了した後に行う対象物109の形状測定処理の流れを示している。図4、図5のプローブ形状補正処理、およびXZ軸直交度補正処理の際の形状測定装置100の設定状態は、図17の通りである。図4、図5のプローブ形状補正処理、およびXZ軸直交度補正処理におけるデータフローは図18および図19にそれぞれ相当する。図6の対象物109の形状測定処理時の形状測定装置100の状態は、図1に相当し、その際のデータフローは図20に相当する。図3〜図6の制御手順は、図2に示した制御系、特にCPU1601によって実行される。図3〜図6の制御手順は、例えば、ROM1602やHDD1604などに格納しておくことができる。 FIG. 3 shows the flow of the entire calibration process of the shape measuring device 100. 4 and 5 show the main parts of the calibration process of FIG. 3, that is, the flow of the probe shape correction process and the XZ axis orthogonality correction process, respectively. Further, FIG. 6 shows the flow of the shape measurement process of the object 109 performed after the calibration process of the shape measuring device 100 is completed. The setting state of the shape measuring device 100 at the time of the probe shape correction process of FIGS. 4 and 5 and the XZ axis orthogonality correction process is as shown in FIG. The data flows in the probe shape correction process and the XZ axis orthogonality correction process of FIGS. 4 and 5 correspond to FIGS. 18 and 19, respectively. The state of the shape measuring device 100 at the time of the shape measuring process of the object 109 of FIG. 6 corresponds to FIG. 1, and the data flow at that time corresponds to FIG. 20. The control procedure of FIGS. 3 to 6 is executed by the control system shown in FIG. 2, particularly the CPU 1601. The control procedure of FIGS. 3 to 6 can be stored in, for example, ROM 1602 or HDD 1604.

図3の形状測定装置100の校正処理において、制御の主体、例えばCPU1601は、まずX軸スケール補正処理(S1301)、およびZ軸スケール補正処理(S1302)を実行する。この時、形状測定装置100の設定状態は、例えば図10に示すような状態とし、X軸スケール補正処理(S1301)、およびZ軸スケール補正処理(S1302)の際のデータフローは、それぞれ図11、図12の通りである。なお、X軸スケール補正処理(S1301)、およびZ軸スケール補正処理(S1302)の順序は、図3の順序である必要はなく、両者の順番は逆でも構わない。 In the calibration process of the shape measuring device 100 of FIG. 3, the main body of control, for example, the CPU 1601, first executes the X-axis scale correction process (S1301) and the Z-axis scale correction process (S1302). At this time, the setting state of the shape measuring device 100 is, for example, as shown in FIG. 10, and the data flows during the X-axis scale correction process (S1301) and the Z-axis scale correction process (S1302) are shown in FIG. 11, respectively. , As shown in FIG. The order of the X-axis scale correction process (S1301) and the Z-axis scale correction process (S1302) does not have to be the order shown in FIG. 3, and the order of both may be reversed.

次に、CPU1601は、X軸ステージ走り補正処理(S1303)と、Z軸ステージ走り補正処理(S1304)を実行する。この時、形状測定装置100の設定状態は、それぞれ図13、図15に示すような状態とし、X軸ステージ走り補正処理(S1303)、およびZ軸ステージ走り補正処理(S1304)の際のデータフローは、それぞれ図14、図16の通りである。なお、X軸ステージ走り補正処理(S1303)、およびZ軸ステージ走り補正処理(S1304)の順序は、図3の順序である必要はなく、両者の順番は逆でも構わない。 Next, the CPU 1601 executes the X-axis stage run correction process (S1303) and the Z-axis stage run correction process (S1304). At this time, the setting states of the shape measuring device 100 are as shown in FIGS. 13 and 15, respectively, and the data flow during the X-axis stage run correction process (S1303) and the Z-axis stage run correction process (S1304). Are as shown in FIGS. 14 and 16, respectively. The order of the X-axis stage run correction process (S1303) and the Z-axis stage run correction process (S1304) does not have to be the order shown in FIG. 3, and the order of both may be reversed.

次に、CPU1601は、プローブ形状補正処理(S1305)を実行する。この時、形状測定装置100の設定状態は、それぞれ図17に示すような状態とし、その際のデータフローは、図18の通りである。なお、プローブ形状補正処理(S1305)と、下記のXZ直交度補正処理(S1306)で用いる原器901は共通のものでも良いが、それぞれの測定・補正に適した形状、サイズのものを用いるとよい。例えば、上記のようにプローブ形状補正処理(S1305)では球面(2次曲面)の直径が比較的小さいものを、また、XZ直交度補正処理(S1306)では、球面(2次曲面)の直径、全体のサイズが比較的大きいものを用いる。 Next, the CPU 1601 executes the probe shape correction process (S1305). At this time, the setting states of the shape measuring device 100 are as shown in FIG. 17, and the data flow at that time is as shown in FIG. The probe shape correction process (S1305) and the prototype 901 used in the following XZ orthogonality correction process (S1306) may be common, but if a shape and size suitable for each measurement / correction are used. Good. For example, as described above, in the probe shape correction process (S1305), the diameter of the spherical surface (quadric surface) is relatively small, and in the XZ orthogonality correction process (S1306), the diameter of the spherical surface (quadric surface). Use one with a relatively large overall size.

ここで、図4を参照して、プローブ形状補正処理(図3のS1305)の詳細につき説明する。この時、形状測定装置100の状態は、図17の通りで、プローブ形状測定用の原器901を測定する。 Here, the details of the probe shape correction process (S1305 in FIG. 3) will be described with reference to FIG. At this time, the state of the shape measuring device 100 is as shown in FIG. 17, and the prototype 901 for measuring the probe shape is measured.

図4のプローブ形状補正処理では、まず設定データ読み込み処理(S1801)において、測定のための各種設定データを読み込む。これらは、図18の各記憶部(304、404、603、804)に格納したX、Z軸スケール補正値(304、404)、X、Z軸ステージ走り補正データ(603、804)である。 In the probe shape correction process of FIG. 4, first, in the setting data reading process (S1801), various setting data for measurement are read. These are the X and Z axis scale correction values (304, 404) and the X and Z axis stage running correction data (603 and 804) stored in the respective storage units (304, 404, 603 and 804) of FIG.

次に、CPU1601は、X軸ステージスライダ121を測定開始位置まで移動させる(測定開始位置X軸移動処理:S1802)。続いてZ軸下降タッチダウン処理(S1803)において、Z軸ステージスライダ107を下降させプローブ108を原器901に接触させる。プローブ108が原器901に接触したか否かは、不図示の変位センサによって検出する。CPU1601は、この変位センサの出力が一定になるようにZ軸ステージスライダ107を制御する。 Next, the CPU 1601 moves the X-axis stage slider 121 to the measurement start position (measurement start position X-axis movement process: S1802). Subsequently, in the Z-axis lowering touchdown process (S1803), the Z-axis stage slider 107 is lowered to bring the probe 108 into contact with the prototype 901. Whether or not the probe 108 has come into contact with the prototype 901 is detected by a displacement sensor (not shown). The CPU 1601 controls the Z-axis stage slider 107 so that the output of the displacement sensor becomes constant.

次にCPU1601は、X軸移動処理(S1804)を実行する。CPU1601は、電装ラック122を介して各部にシーケンスデータを送信し、X軸ステージスライダ121をX軸方向に測定終了位置まで移動するよう、X軸ドライバに指令し、X軸ステージスライダ121をX軸方向に移動させる。これにより、プローブ108の先端(チップ)と原器901の表面の接触が保たれた状態でX軸ステージスライダ121をX軸方向に移動させる。 Next, the CPU 1601 executes the X-axis movement process (S1804). The CPU 1601 transmits sequence data to each part via the electrical rack 122, commands the X-axis driver to move the X-axis stage slider 121 to the measurement end position in the X-axis direction, and causes the X-axis stage slider 121 to move to the X-axis. Move in the direction. As a result, the X-axis stage slider 121 is moved in the X-axis direction while the tip of the probe 108 and the surface of the prototype 901 are kept in contact with each other.

このX軸走査と同時に、形状データ読み込み処理(S1805)を実行し、電装ラック122を介してX軸スケール(114、116)、Z軸スケール(1071)、およびプローブ108の変位を測定する変位センサ(不図示)の出力データを読み込む。X軸移動完了XZ原点復帰処理(S1806)では、X軸ステージスライダ121の移動を完了し、X、Z軸のステージスライダを走査開始時と同じ原点に戻す。 A displacement sensor that executes shape data reading processing (S1805) at the same time as this X-axis scanning and measures the displacements of the X-axis scales (114, 116), Z-axis scales (1071), and probe 108 via the electrical rack 122. Read the output data (not shown). Completion of X-axis movement In the XZ origin return processing (S1806), the movement of the X-axis stage slider 121 is completed, and the X-axis and Z-axis stage sliders are returned to the same origin as at the start of scanning.

なお、図4のステップS1801〜S1806(狭義にはS1805)は、プローブ108の位置情報を介して原器901の形状データを取得する第1の測定ステップを構成する。この第1の測定ステップでは、対象物として、プローブ校正用の第1の原器901を用い、X軸ステージ(第1のステージ)によって原器901およびプローブ108を相対移動させる。そして、プローブ108の位置情報を介して原器901の形状データを取得する。 Note that steps S1801 to S1806 (S1805 in a narrow sense) in FIG. 4 constitute a first measurement step for acquiring shape data of the prototype 901 via the position information of the probe 108. In this first measurement step, the first prototype 901 for probe calibration is used as an object, and the prototype 901 and the probe 108 are relatively moved by the X-axis stage (first stage). Then, the shape data of the prototype 901 is acquired via the position information of the probe 108.

続いて、CPU1601は、プローブ形状演算処理(S1807)でプローブ形状補正値を演算する。このプローブ形状演算処理(S1807)のデータフローは図18に示した通りで、ここでは、X、Z軸のスケール補正データ(304、404)、X、Z軸のステージ走り補正データ(603、804)を用いてプローブ形状補正データを演算する。 Subsequently, the CPU 1601 calculates the probe shape correction value in the probe shape calculation process (S1807). The data flow of this probe shape calculation process (S1807) is as shown in FIG. 18, where the scale correction data (304, 404) on the X and Z axes and the stage run correction data (603, 804) on the X and Z axes are used. ) Is used to calculate the probe shape correction data.

この時点ではまだXZ直交度補正処理を行っていないため、上述のように測定データ中にはXZ軸ステージの直交度誤差が含まれている。即ち、図7に示すように未補正状態の原器901の形状データ(601)の波形(2101)には、図8の波形(2201)のような3次成分(3次波形)のXZ軸ステージのXZ軸直交誤差成分が重畳されている。図8のようなXZ直交度誤差は、コマなどと呼ばれる3次波形の特性を有することが知られている。このXZ軸直交度誤差の成分を補正(除去)できなければ正確なプローブ形状補正データを取得することができない。 At this point, since the XZ orthogonality correction process has not been performed yet, the orthogonality error of the XZ axis stage is included in the measurement data as described above. That is, as shown in FIG. 7, the waveform (2101) of the shape data (601) of the prototype 901 in the uncorrected state includes the XZ axis of the third-order component (third-order waveform) as in the waveform (2201) of FIG. The XZ-axis orthogonal error components of the stage are superimposed. It is known that the XZ orthogonality error as shown in FIG. 8 has a characteristic of a third-order waveform called a top or the like. If the component of the XZ-axis orthogonality error cannot be corrected (removed), accurate probe shape correction data cannot be obtained.

そこで、前述のようにプローブ形状演算処理の測定データの中からXZ直交度誤差分を除去する(差し引く)処理を行う。 Therefore, as described above, the process of removing (subtracting) the XZ orthogonality error from the measurement data of the probe shape calculation process is performed.

ここで、プローブ形状補正データとXZ直交度誤差の関係は、例えば以下の式(1)のように表現できる。 Here, the relationship between the probe shape correction data and the XZ orthogonality error can be expressed by, for example, the following equation (1).

Figure 0006786255
ここで、Z(x)は測定データ、Y(x)はプローブ形状補正用データを示す。また、e(x)は上記のXZ直交度誤差に相当する。ここで、接触式のプローブと、形状測定装置100のようなXZ直交走査系を用いて球面(2次曲面)のような形状測定を行うことを考える。この場合、XZ直交度誤差は、対象物の中心の左右に相当する象限において右上りまたは右下りに相当する奇数次(特に3次以下)例えば、このXZ直交度誤差は、以下の式(2)のように表現できる。
Figure 0006786255
Here, Z (x) indicates measurement data, and Y (x) indicates probe shape correction data. Further, e (x) corresponds to the above-mentioned XZ orthogonality error. Here, consider performing shape measurement such as a spherical surface (quadric surface) using a contact-type probe and an XZ orthogonal scanning system such as the shape measuring device 100. In this case, the XZ orthogonality error is an odd-numbered order (especially a third order or less) corresponding to the upper right or the lower right in the quadrant corresponding to the left and right of the center of the object. ) Can be expressed as.

Figure 0006786255
ここで上式(2)中のa、aは、XZ直交度誤差に相当する3次以下の奇数次項の係数で、対象のハードウェアに特有のXZ直交度誤差に見合った大きさを有する。式(2)のような関数で表現される誤差波形は、図8のようなXZ直交度誤差波形に相当する。
Figure 0006786255
Here a 3, a in the above formula (2), the a factor of third order or less odd-order terms corresponding to the XZ orthogonality error, has a size commensurate with the XZ perpendicularity error specific to the target hardware .. The error waveform represented by the function as shown in equation (2) corresponds to the XZ orthogonality error waveform as shown in FIG.

上式(2)中のa、aの大きさは、例えば、図7のように波形でX、Zスケールにより測定された形状波形(Z(x))を多項式に分解し各係数を最小二乗法などで求めることにより同定可能である。例えば、形状波形(Z(x))を多項式に分解すると、 The size of a 3, a in the above formula (2), for example, a minimum of decomposition coefficients X by the waveform, measured shape waveform by Z scale (Z (x)) in the polynomial as shown in Figure 7 It can be identified by finding it by the square method or the like. For example, when the shape waveform (Z (x)) is decomposed into polynomials,

Figure 0006786255
のように表現することができる。
Figure 0006786255
It can be expressed as.

なお、ここでは、XZ直交度誤差(e(x):式(2)、図8)は、3次以下の奇数次項、即ちグラフで表示すると3次以下の非対称成分をXZ直交度誤差として考えている。しかしながら、上式(3)のより高次の非対称成分の部分もXZ直交度誤差(e(x))に含むものとして同定することができる。あるいは、より簡便に、最も有力に作用する3次項のみをXZ直交度誤差e(x)として抽出しても良い。また、形状波形(Z(X))を同定するための多項式としては、Zernike多項式などを利用してもよい。 Here, the XZ orthogonality error (e (x): equation (2), FIG. 8) considers an odd-numbered term of the third order or less, that is, an asymmetric component of the third order or less as the XZ orthogonality error when displayed in a graph. ing. However, the portion of the higher-order asymmetric component of the above equation (3) can also be identified as being included in the XZ orthogonality error (e (x)). Alternatively, more simply, only the cubic term that acts most strongly may be extracted as the XZ orthogonality error e (x). Further, as a polynomial for identifying the shape waveform (Z (X)), a Zernike polynomial or the like may be used.

このように式(1)のZ(x)(=測定データ)からXZ直交度誤差e(x)成分を除去することにより、実際の測定処理を行うことなく、プローブ形状補正用の対象物109の走査のみで、数学的な過程を利用して正確なプローブ形状補正データを取得できる。かくして、図7のように波形でX,Zスケールにより測定された形状波形(ないしはその誤差波形)を図9のようにプローブ形状波形(またはその誤差補正データ波形)に補正することができる。 By removing the XZ orthogonality error e (x) component from the Z (x) (= measurement data) of the equation (1) in this way, the object 109 for probe shape correction is performed without performing the actual measurement process. Accurate probe shape correction data can be obtained by using a mathematical process only by scanning. Thus, the shape waveform (or its error waveform) measured by the X and Z scales as the waveform as shown in FIG. 7 can be corrected to the probe shape waveform (or its error correction data waveform) as shown in FIG.

図4のプローブ形状処理(S1807)が完了すると、CPU1601は、プローブ形状補正値記憶処理(S1808)でプローブ形状補正値をプローブ形状補正データ記憶部(図18:1002)に記憶する。以上により、プローブ形状補正(プローブ形状補正データの取得)処理が完了する。図4のステップS1807〜S1808(狭義にはS1807)は、第1の測定ステップ(例えばS1805)の測定に基づきプローブの108形状補正データを取得するプローブ形状補正データ取得ステップを構成する。このプローブ形状補正データ取得ステップでは、第1の原器901の形状データから(第1および第2の)X、Z軸ステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分を除去する。そして、この直交度誤差の理論値を除去したデータと、前記第1の原器の既知の形状データと、に基づき、プローブ108の形状補正データを取得する。 When the probe shape processing (S1807) of FIG. 4 is completed, the CPU 1601 stores the probe shape correction value in the probe shape correction data storage unit (FIG. 18: 1002) in the probe shape correction value storage process (S1808). As described above, the probe shape correction (acquisition of probe shape correction data) process is completed. Steps S1807 to S1808 (S1807 in a narrow sense) of FIG. 4 constitute a probe shape correction data acquisition step for acquiring 108 shape correction data of the probe based on the measurement of the first measurement step (for example, S1805). In this probe shape correction data acquisition step, an error component corresponding to the theoretical value of the orthogonality error of the (first and second) X and Z axis stages is removed from the shape data of the first prototype 901. Then, the shape correction data of the probe 108 is acquired based on the data obtained by removing the theoretical value of the orthogonality error and the known shape data of the first prototype.

再び、図3において、上記のようにしてプローブ形状補正処理(S1305)が終了すると、CPU1601はXZ直交度補正処理(S1306)を実行する。この時の形状測定装置100の状態は、上述の図17と同様であるが、好ましくは、原器901には、プローブ形状補正用のものと異なり、XZ直交度補正用としては、なるべく曲率が大きく且つサグが大きい原器を用いる。即ち、XZ直交度補正用としては、プローブ108で形状をトレースした時にX軸の移動量とZ軸の移動量が大きい原器が適している。 Again, in FIG. 3, when the probe shape correction process (S1305) is completed as described above, the CPU 1601 executes the XZ orthogonality correction process (S1306). The state of the shape measuring device 100 at this time is the same as that shown in FIG. 17, but preferably, the prototype 901 has a curvature as much as possible for the XZ orthogonality correction, unlike the one for the probe shape correction. Use a prototype that is large and has a large sag. That is, for the XZ orthogonality correction, a prototype with a large X-axis movement amount and a Z-axis movement amount when the shape is traced by the probe 108 is suitable.

ここで、図5を参照して、XZ直交度補正処理(図3のS1306)の詳細につき説明する。 Here, the details of the XZ orthogonality correction process (S1306 in FIG. 3) will be described with reference to FIG.

図5において、CPU1601は、まず設定データ読み込み処理(S1901)を行い、測定のための各種設定データを読み込む。これらは、図18の各記憶部(304、404、603、804、1002)に格納したX、Z軸スケール補正値(304、404)、X、Z軸ステージ走り補正データ(603、804)、およびプローブ形状補正データ(1002)である。 In FIG. 5, the CPU 1601 first performs a setting data reading process (S1901), and reads various setting data for measurement. These are the X, Z-axis scale correction values (304, 404), X, Z-axis stage running correction data (603, 804) stored in each storage unit (304, 404, 603, 804, 1002) of FIG. And probe shape correction data (1002).

次に、CPU1601は、X軸ステージスライダ121を測定開始位置まで移動させる(測定開始位置X軸移動処理:S1902)。続いてZ軸下降タッチダウン処理(S1903)において、Z軸ステージスライダ107を下降させプローブ108を原器901に接触させる。図4の場合と同様に、これ以後、プローブ108の変位を検出する変位センサ(不図示)を用いて、Z軸ステージスライダ107を制御する。例えば、CPU1601は、この変位センサの出力が一定になるようにZ軸ステージスライダ107を制御する。 Next, the CPU 1601 moves the X-axis stage slider 121 to the measurement start position (measurement start position X-axis movement process: S1902). Subsequently, in the Z-axis lowering touchdown process (S1903), the Z-axis stage slider 107 is lowered to bring the probe 108 into contact with the prototype 901. As in the case of FIG. 4, thereafter, the Z-axis stage slider 107 is controlled by using a displacement sensor (not shown) that detects the displacement of the probe 108. For example, the CPU 1601 controls the Z-axis stage slider 107 so that the output of the displacement sensor becomes constant.

次にCPU1601は、X軸移動処理(S1904)を実行する。CPU1601は、電装ラック122を介して各部にシーケンスデータを送信し、X軸ステージスライダ121をX軸方向に測定終了位置まで移動するよう、X軸ドライバに指令し、X軸ステージスライダ121をX軸方向に移動させる。これにより、プローブ108の先端(チップ)と原器901の表面の接触が保たれた状態でX軸ステージスライダ121をX軸方向に移動させる。 Next, the CPU 1601 executes the X-axis movement process (S1904). The CPU 1601 transmits sequence data to each part via the electrical rack 122, commands the X-axis driver to move the X-axis stage slider 121 to the measurement end position in the X-axis direction, and causes the X-axis stage slider 121 to move to the X-axis. Move in the direction. As a result, the X-axis stage slider 121 is moved in the X-axis direction while the tip of the probe 108 and the surface of the prototype 901 are kept in contact with each other.

このX軸走査と同時に、CPU1601は、形状データ読み込み処理(S1905)で、電装ラック122を介して各部の測定手段から出力データを読み込む。ここでは、例えば、X軸スケール(114、116)、Z軸スケール1071、およびプローブ108の変位を測定する変位センサ(不図示)の出力データを読み込む。所期のX軸走査を終了すると、X軸移動完了XZ原点復帰処理(S1906)において、X軸ステージスライダ121の移動を完了し、X、Z各軸のステージスライダを走査開始時と同じ原点に戻す。 At the same time as this X-axis scanning, the CPU 1601 reads output data from the measuring means of each part via the electrical rack 122 in the shape data reading process (S1905). Here, for example, the output data of the displacement sensor (not shown) for measuring the displacement of the X-axis scale (114, 116), the Z-axis scale 1071, and the probe 108 is read. When the desired X-axis scanning is completed, the movement of the X-axis stage slider 121 is completed in the X-axis movement complete XZ origin return processing (S1906), and the stage sliders of the X and Z axes are set to the same origin as at the start of scanning. return.

なお、図5のステップS1901〜S1906(狭義にはS1905)は、プローブ108の位置情報を介して第2の原器901の形状データを取得する第2の測定ステップを構成する。この第2の測定ステップでは、対象物として、ステージ直交度校正用の第2の原器901を用い、X軸ステージ(第1のステージ)によって原器901およびプローブ108を相対移動させる。そして、プローブ108の位置情報を介して原器901の形状データを取得する。 Note that steps S1901 to S1906 (S1905 in a narrow sense) in FIG. 5 constitute a second measurement step for acquiring shape data of the second prototype 901 via the position information of the probe 108. In this second measurement step, a second prototype 901 for stage orthogonality calibration is used as an object, and the prototype 901 and the probe 108 are relatively moved by the X-axis stage (first stage). Then, the shape data of the prototype 901 is acquired via the position information of the probe 108.

続いて、CPU1601は、XZ直交度補正演算処理(S1907)でXZ直交度補正値を演算する。このXZ直交度補正演算処理(S1907)のデータフローは図19の通りで、ここでは、X、Z軸のスケール補正データ(304、404)、X、Z軸のステージ走り補正データ(603、804)XZ直交度補正データを演算する。また、このXZ直交度補正演算処理(S1907)では、プローブ形状補正データ(1002)プローブの形状補正も行う。この段階では、既にプローブ形状補正が完了しており、プローブ形状誤差を除去し、精度の良いXZ直交度補正データを得ることができる。このXZ直交度補正演算処理(S1907)が完了すると、XZ直交度補正値記憶処理(S1908)において、算出したXZ直交度補正データをXZ直交度補正値データ記憶部(図19:1102)に記憶する。 Subsequently, the CPU 1601 calculates the XZ orthogonality correction value in the XZ orthogonality correction calculation process (S1907). The data flow of this XZ orthogonality correction calculation process (S1907) is as shown in FIG. 19, where the X and Z axis scale correction data (304 and 404) and the X and Z axis stage run correction data (603 and 804). ) Calculate the XZ orthogonality correction data. Further, in this XZ orthogonality correction calculation process (S1907), the shape of the probe shape correction data (1002) probe is also corrected. At this stage, the probe shape correction has already been completed, the probe shape error can be removed, and accurate XZ orthogonality correction data can be obtained. When the XZ orthogonality correction calculation process (S1907) is completed, the calculated XZ orthogonality correction data in the XZ orthogonality correction value storage process (S1908) is stored in the XZ orthogonality correction value data storage unit (FIG. 19: 1102). To do.

図5のステップS1907〜S1908(狭義にはS1907)は、X、Z軸(第1および第2)ステージの直交度補正データを取得する直交度補正データ取得ステップを構成する。この直交度補正データ取得ステップでは、前記のプローブ形状補正データ取得ステップで得たプローブ108の形状補正データと、第2の原器901の既知の形状データと、前記第2の測定ステップで得た前記第2の原器の形状データを用いる。 Steps S1907 to S1908 (S1907 in a narrow sense) of FIG. 5 constitute an orthogonality correction data acquisition step for acquiring orthogonality correction data of the X and Z axis (first and second) stages. In this orthogonality correction data acquisition step, the shape correction data of the probe 108 obtained in the probe shape correction data acquisition step, the known shape data of the second prototype 901, and the second measurement step were obtained. The shape data of the second prototype is used.

以上により、XZ軸の直交度補正が終了し、図3の形状測定装置100の校正処理が全て終了する。なお、図3の形状測定装置100の校正処理では、さらに追加的にプローブの曲率誤差を補正する補正処理を実行するようにしてもよい。また、本体定盤101上に原器やワークを回転させるターンテーブルなどを配置している場合には、このような回転手段の回転精度を補正する補正処理を実施するようにしても良い。 As a result, the orthogonality correction of the XZ axis is completed, and all the calibration processing of the shape measuring device 100 of FIG. 3 is completed. In the calibration process of the shape measuring device 100 shown in FIG. 3, a correction process for additionally correcting the curvature error of the probe may be executed. Further, when a prototype or a turntable for rotating a work is arranged on the main body surface plate 101, a correction process for correcting the rotation accuracy of such a rotating means may be performed.

次に、図6を参照して、図3の校正処理を終了した後、対象物109の形状測定を行う際の制御手順につき説明する。この「本番」の形状測定においても、制御の主体は、例えば図2に示した制御系、測定制御装置123や測定データ処理装置124のCPU1601である。なお、以上では、例えば仮想的に測定制御装置123や測定データ処理装置124が一体化したような制御系を想定して校正処理の制御を説明してきた。しかしながら、図6の処理では、測定制御装置123と測定データ処理装置124が別体で設けられており、これらの連携によって形状測定制御を実行できることを示す。ただし、図6の処理が測定制御装置123と測定データ処理装置124の機能を一体化させた制御系が1台設けられているシステムにおいても実施可能であることはいうまでもない。 Next, with reference to FIG. 6, a control procedure for measuring the shape of the object 109 after the calibration process of FIG. 3 is completed will be described. In this "production" shape measurement, the main body of control is, for example, the control system shown in FIG. 2, the measurement control device 123, and the CPU 1601 of the measurement data processing device 124. In the above, the control of the calibration process has been described assuming a control system in which the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124 are virtually integrated, for example. However, in the process of FIG. 6, the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124 are provided separately, and it is shown that the shape measurement control can be executed by their cooperation. However, it goes without saying that the processing of FIG. 6 can be performed even in a system provided with one control system in which the functions of the measurement control device 123 and the measurement data processing device 124 are integrated.

図6の形状測定制御は、操作者が対象物である対象物109をティルトステージ110上にセットし、例えば測定データ処理装置124で測定開始を指示する特定の操作を行うと開始される。 The shape measurement control of FIG. 6 is started when the operator sets the object 109, which is the object, on the tilt stage 110, and performs a specific operation for instructing the start of measurement, for example, by the measurement data processing device 124.

図6の設定データ読込処理(S2001)において、対象物109の各種設定データおよびパラメータを読み込む。ここでは、例えば、測定データ処理装置124を介して、対象物109の設計データや測定範囲、移動速度などの各種設定データおよびパラメータのデータを取得する。 In the setting data reading process (S2001) of FIG. 6, various setting data and parameters of the object 109 are read. Here, for example, the design data of the object 109, various setting data such as the measurement range and the moving speed, and parameter data are acquired via the measurement data processing device 124.

移動データ出力処理(S2002)では、例えば測定データ処理装置124が設定データ読込処理(S2001)で読み込んだ各種設定データ、およびパラメータに基づき形状測定装置100の各部のシーケンスデータを生成する。例えば、対象物109の形状測定制御に必要なX軸ステージスライダ121やZ軸ステージスライダ107の制御データを生成する。生成したシーケンスデータは測定制御装置123へ送信する。 In the moving data output process (S2002), for example, the measurement data processing device 124 generates various setting data read in the setting data reading process (S2001) and sequence data of each part of the shape measuring device 100 based on the parameters. For example, control data of the X-axis stage slider 121 and the Z-axis stage slider 107 required for shape measurement control of the object 109 is generated. The generated sequence data is transmitted to the measurement control device 123.

Z軸原点出し駆動処理(S2003)では、測定制御装置123が電装ラック122のZ軸ドライバに指令し、Z軸ステージスライダ107を原点に移動させる。 In the Z-axis origin setting drive process (S2003), the measurement control device 123 commands the Z-axis driver of the electrical rack 122 to move the Z-axis stage slider 107 to the origin.

測定開始位置X軸移動処理(S2004)では、測定制御装置123がX軸ステージガイド105に支持されたX軸ステージスライダ121をX軸開始位置へ移動するように電装ラック122のX軸ドライバに指令する。これにより、X軸ステージスライダ121を対象物109の測定開始のためのX座標へ移動させる。X軸移動が完了したら次にZ軸下降、ワークタッチダウン処理(S2005)を実行する。 In the measurement start position X-axis movement process (S2004), the measurement control device 123 commands the X-axis driver of the electrical rack 122 to move the X-axis stage slider 121 supported by the X-axis stage guide 105 to the X-axis start position. To do. As a result, the X-axis stage slider 121 is moved to the X coordinate for starting the measurement of the object 109. When the X-axis movement is completed, the Z-axis lowering and work touchdown processing (S2005) are executed next.

測定制御装置123は、Z軸ステージスライダ107の駆動用Z軸ドライバに下降を指令し、プローブ108を対象物109の表面に接触させる。測定制御装置123は、Z軸ステージスライダ107の下降によってプローブ108の先端の接触子が対象物109の表面に接触したことをプローブ108に配置した変位センサ(不図示)などを介して検出する。これ以降、この変位センサ(不図示)からの出力が一定になるようにZ軸ステージスライダ107を制御する。 The measurement control device 123 commands the Z-axis driver for driving the Z-axis stage slider 107 to descend, and brings the probe 108 into contact with the surface of the object 109. The measurement control device 123 detects that the contactor at the tip of the probe 108 has come into contact with the surface of the object 109 due to the lowering of the Z-axis stage slider 107 via a displacement sensor (not shown) arranged on the probe 108. After that, the Z-axis stage slider 107 is controlled so that the output from the displacement sensor (not shown) becomes constant.

Z軸下降、ワークタッチダウン処理(S2005)が完了すると、測定終了位置X軸移動処理(S2006)に進む。この測定終了位置X軸移動処理(S2006)では、測定制御装置123からX軸ステージスライダ121をX軸方向に測定終了位置まで移動するように電装ラック122のX軸ドライバに指令し、X軸ステージスライダ121をX軸方向に移動させる。このとき、プローブ108により対象物109の表面をトレースさせながらX軸ステージスライダ121をX軸方向に移動させる。この間、図示しない変位センサからの出力がほぼ一定になるようにZ軸ステージスライダ107を制御する。また、第1のX軸スケール114に対するX軸ステージスライダ121の位置データは、第1のX軸スケールヘッド117から読み込む。同時に第2のX軸スケール116に対するX軸ステージスライダ121の位置データを第2のX軸スケールヘッド119から読み込む。また、同時にZ軸スケール1071からZ軸ステージスライダ107のZ軸位置データを、また、プローブ108の変位センサ(不図示)からプローブ108のZ軸位置データを読み込む。上記各スケールおよび変位センサのデータは、電装ラック122を介して測定制御装置123に転送される。 When the Z-axis lowering and work touchdown processing (S2005) are completed, the process proceeds to the measurement end position X-axis moving processing (S2006). In this measurement end position X-axis movement process (S2006), the measurement control device 123 instructs the X-axis driver of the electrical rack 122 to move the X-axis stage slider 121 to the measurement end position in the X-axis direction, and the X-axis stage The slider 121 is moved in the X-axis direction. At this time, the X-axis stage slider 121 is moved in the X-axis direction while tracing the surface of the object 109 with the probe 108. During this time, the Z-axis stage slider 107 is controlled so that the output from the displacement sensor (not shown) becomes substantially constant. Further, the position data of the X-axis stage slider 121 with respect to the first X-axis scale 114 is read from the first X-axis scale head 117. At the same time, the position data of the X-axis stage slider 121 with respect to the second X-axis scale 116 is read from the second X-axis scale head 119. At the same time, the Z-axis position data of the Z-axis stage slider 107 is read from the Z-axis scale 1071, and the Z-axis position data of the probe 108 is read from the displacement sensor (not shown) of the probe 108. The data of each scale and displacement sensor is transferred to the measurement control device 123 via the electrical rack 122.

測定終了位置X軸移動処理(S2006)が完了すると、Z軸上昇処理(S2007)において、測定制御装置123は電装ラック122を介してZ軸ステージスライダ107を上昇させるシーケンスデータを送信する。これにより、プローブ108を対象物109から離間させる。 When the measurement end position X-axis movement process (S2006) is completed, in the Z-axis ascent process (S2007), the measurement control device 123 transmits sequence data for ascending the Z-axis stage slider 107 via the electrical rack 122. As a result, the probe 108 is separated from the object 109.

データ転送処理(S2008)では、測定制御装置123から測定データ処理装置124へ、測定終了位置X軸移動処理(S2006)を処理する間に取り込んだ各スケールおよび変位センサのデータを転送する。 In the data transfer process (S2008), the data of each scale and displacement sensor captured during the process of the measurement end position X-axis movement process (S2006) is transferred from the measurement control device 123 to the measurement data processing device 124.

以上のようにして、プローブ108を対象物109の表面に倣い、移動させながらプローブ108の移動軌跡座標を取り込むことが出来る。 As described above, the moving locus coordinates of the probe 108 can be captured while moving the probe 108 following the surface of the object 109.

データ転送処理(S2008)が完了すると、上述の校正処理で生成した各種の補正データを用いてシステムエラーを補正するシステムエラー補正処理(S2009)に進む。このシステムエラー処理(S2009)では、上述の校正処理で生成したシステムエラー補正データを用い、データ転送(S2008)で取り込んだXZの各軸のスケールデータと変位センサに対して補正処理を行う。 When the data transfer process (S2008) is completed, the process proceeds to the system error correction process (S2009) for correcting the system error using various correction data generated in the above calibration process. In this system error processing (S2009), the system error correction data generated in the above-mentioned calibration processing is used, and correction processing is performed on the scale data of each axis of XZ and the displacement sensor captured by the data transfer (S2008).

このシステムエラー補正処理(S2009)は、図20のデータフローにおいて、ワーク形状演算(S1201)に相当する。このシステムエラー補正処理(S2009)では、X軸スケール補正データ記憶部304およびZ軸スケール補正データ記憶部404のデータを用いてX軸およびZ軸のスケール補正を行う。また、X軸ステージ走り補正データ記憶部603、およびZ軸ステージ走り補正データ記憶部802のデータを用いてX軸とZ軸のステージ走り補正を行う。また、プローブ形状補正データ記憶部1002のデータによりプローブ形状補正を行い、さらに、XZ直交度補正値データ記憶部1102のデータによりXZ軸の直交度の補正を行う。ただし、これらの補正処理のうち、装置の設計仕様、制御仕様、あるいは対象物109の仕様などに応じて補正の必要のない処理は実行しなくてもよい。 This system error correction process (S2009) corresponds to the work shape calculation (S1201) in the data flow of FIG. In this system error correction process (S2009), the X-axis and Z-axis scale corrections are performed using the data of the X-axis scale correction data storage unit 304 and the Z-axis scale correction data storage unit 404. Further, the X-axis and Z-axis stage run corrections are performed using the data of the X-axis stage run correction data storage unit 603 and the Z-axis stage run correction data storage unit 802. Further, the probe shape is corrected by the data of the probe shape correction data storage unit 1002, and the orthogonality of the XZ axis is corrected by the data of the XZ orthogonality correction value data storage unit 1102. However, among these correction processes, it is not necessary to execute a process that does not require correction according to the design specifications of the device, the control specifications, the specifications of the object 109, and the like.

続いて、フィッティング計算処理(S2010)では、システムエラー補正処理(S2009)にて補正した各データ(または補正をしない各データ)から対象物109の表面形状データを生成する。また、フィッティング計算処理(S2010)では、対象物109の設計形状データから対象物109の正確な位置を計算する。この段階では、例えば、対象物109をティルトステージ110上に搭載しただけでは対象物109の位置を特定することはできない。そこで、予め想定している位置に対象物が存在していると仮定してその位置に設計形状データを配置する。そして、対象物109の表面形状測定データとティルトステージ110上に配置した設計形状データを比較し、その差が最小になる対象物の表面形状データ移動位置を最小二乗法などを用いて計算する。最小二乗法の場合、例えば、表面形状測定データを平行移動および回転移動させる座標変換式から最小二乗法を用いて表面形状測定データと表面形状設計データとの差の二乗和が最小となる表面形状データの平行移動位置および回転移動位置を求める。 Subsequently, in the fitting calculation process (S2010), the surface shape data of the object 109 is generated from each data (or each data not corrected) corrected by the system error correction process (S2009). Further, in the fitting calculation process (S2010), the accurate position of the object 109 is calculated from the design shape data of the object 109. At this stage, for example, the position of the object 109 cannot be specified only by mounting the object 109 on the tilt stage 110. Therefore, it is assumed that the object exists at the position assumed in advance, and the design shape data is arranged at that position. Then, the surface shape measurement data of the object 109 and the design shape data arranged on the tilt stage 110 are compared, and the surface shape data movement position of the object whose difference is minimized is calculated by using the least squares method or the like. In the case of the least squares method, for example, the surface shape that minimizes the sum of squares of the difference between the surface shape measurement data and the surface shape design data using the least squares method from the coordinate conversion formula that translates and rotates the surface shape measurement data. Find the translation and rotational movement positions of the data.

続いて、図6の形状測定では、対象物109の形状誤差を求める。即ち、形状誤差算出処理(S2011)で設計形状データと、フィッティング誤差を補正した対象物109の測定形状データの差分として、対象物109の形状誤差を求めることができる。 Subsequently, in the shape measurement of FIG. 6, the shape error of the object 109 is obtained. That is, the shape error of the object 109 can be obtained as the difference between the design shape data and the measured shape data of the object 109 whose fitting error has been corrected by the shape error calculation process (S2011).

最後に、測定結果表示(S2012)において、形状誤差算出処理(S2011)で計算した対象物109の設計値からの誤差形状を数値或いはグラフ等で出力する。また、対象物109の誤差形状を対象物109の規格値としてあらかじめ記憶されている数値と比較し、対象物109の良否判定結果を表示することも出来る。この測定結果表示(S2012)には、測定データ処理装置124に設けたディスプレイなどを利用することができる。ただし、この測定結果表示(S2012)には、表示出力のみならず、プリンタなどを用いた印刷出力や、必要であれば音声出力などの出力方式を用いてもよい。 Finally, in the measurement result display (S2012), the error shape from the design value of the object 109 calculated by the shape error calculation process (S2011) is output as a numerical value or a graph. It is also possible to compare the error shape of the object 109 with a numerical value stored in advance as a standard value of the object 109 and display the quality determination result of the object 109. A display or the like provided in the measurement data processing device 124 can be used for the measurement result display (S2012). However, for this measurement result display (S2012), not only the display output but also a print output using a printer or the like, or an output method such as an audio output may be used if necessary.

以上のように、本実施例によれば、XZ直交度誤差補正に先立ち、プローブ形状補正演算時に実際の測定処理を行うことなく、プローブ形状補正用の対象物109の走査のみで、数学的な過程を利用して正確なプローブ形状補正データを取得できる。このため、続いて行うXZ直交度誤差補正において、プローブ形状補正を作用させ、正確なXZ直交度誤差補正データを取得することができる。このようにして、形状測定装置100のシステムエラー校正処理において、プローブ形状補正、続いてXZ直交度誤差補正を精度よく実現できる。従って、本実施例によれば、最終的に全ての補正を正確に求めることが可能となるので、対象物109の形状測定を高精度に行うことができる。例えば、本実施例の形状測定装置(図1)により、システムエラー校正処理(図3)を行った上、形状測定処理(図6)を行うことにより、対象物109の表面形状を正確に測定することができる。形状測定対象の対象物109としては、例えば加工、組立過程にある、あるいはそれらが終了したワークなど、特に非球面、球面等からなるレンズに代表される光学素子のような対象物、あるいはこれに類する構造物が考えられる。 As described above, according to the present embodiment, prior to the XZ orthogonality error correction, only the scanning of the object 109 for the probe shape correction is mathematically performed without performing the actual measurement processing at the time of the probe shape correction calculation. Accurate probe shape correction data can be obtained using the process. Therefore, in the subsequent XZ orthogonality error correction, the probe shape correction can be applied to acquire accurate XZ orthogonality error correction data. In this way, in the system error calibration process of the shape measuring device 100, the probe shape correction and subsequently the XZ orthogonality error correction can be accurately realized. Therefore, according to this embodiment, it is possible to accurately obtain all the corrections in the end, so that the shape measurement of the object 109 can be performed with high accuracy. For example, the shape measuring device (FIG. 1) of this embodiment is used to perform a system error calibration process (FIG. 3) and then a shape measurement process (FIG. 6) to accurately measure the surface shape of the object 109. can do. The object 109 whose shape is to be measured includes, for example, an object such as an optical element represented by a lens made of an aspherical surface, a spherical surface, or the like, such as a work in the process of processing or assembling, or a work in which they are completed. Similar structures are conceivable.

本発明は、上述の実施例の1以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給しそのシステムまたは装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. But it is feasible. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

100…形状測定装置、101…本体定盤、102…除振台、103…架台、104…フレーム、105…X軸ステージガイド、106…Z軸ステージガイド、107…Z軸ステージスライダ、108…プローブ、109…対象物、110…ティルトステージ、111…XYステージ、112…θ回転ステージ、114、116…X軸スケール、117、119…スケールヘッド、118…X軸スケールヘッドフレーム、120…X軸スケールヘッドフレーム、121…X軸ステージスライダ、122…電装ラック、123…測定制御装置、124…測定データ処理装置、201…ターゲット、202…ベンダーミラー、203、204…レーザ測長器、501…平面原器、701…変位センサ、901、702…原器、1601…CPU、1602…ROM、1603…RAM、1604…HDD、1605…ディスプレイ、1606…キーボード、1607、1608…インターフェース。 100 ... Shape measuring device, 101 ... Main body platen, 102 ... Vibration isolation table, 103 ... Stand, 104 ... Frame, 105 ... X-axis stage guide, 106 ... Z-axis stage guide, 107 ... Z-axis stage slider, 108 ... Probe , 109 ... Object, 110 ... Tilt stage, 111 ... XY stage, 112 ... θ rotation stage, 114, 116 ... X-axis scale, 117, 119 ... Scale head, 118 ... X-axis scale head frame, 120 ... X-axis scale Head frame, 121 ... X-axis stage slider, 122 ... Electrical rack, 123 ... Measurement control device, 124 ... Measurement data processing device, 201 ... Target, 202 ... Bender mirror, 203, 204 ... Laser length measuring device, 501 ... Planar original Instrument, 701 ... displacement sensor, 901, 702 ... prototype, 1601 ... CPU, 1602 ... ROM, 1603 ... RAM, 1604 ... HDD, 1605 ... display, 1606 ... keyboard, 1607, 1608 ... interface.

Claims (18)

形状測定の対象物、および接触式のプローブを第1の方向に相対移動させる第1のステージと、前記第1のステージによって支持され、前記第1のステージと直交する第2の方向に前記プローブを移動可能に支持する第2のステージと、前記第1の方向に関する前記対象物および前記プローブの相対的な位置情報を検出する第1のスケールと、前記第2の方向に関する前記プローブの位置情報を検出する第2のスケールと、を備え、前記プローブを前記対象物の表面に接触させた状態で、前記第1のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第1のスケールを介して検出した前記対象物の第1の方向に関する位置情報と、前記第2のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第2の方向に沿って移動する前記プローブの第2の方向に関する位置情報と、に基づき、前記対象物の形状データを測定する形状測定装置の形状測定方法において、
制御装置が、前記対象物として、既知の曲面形状を有するプローブ校正用の第1の原器を用い、前記第1のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して前記第1の原器の形状データを取得する第1の測定ステップと、
前記制御装置が、前記第1の測定ステップで得た前記第1の原器の前記形状データから前記第1および第2のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分として、前記第1の測定ステップで得た前記第1の原器の前記形状データの3次成分を除去した形状データと、前記第1の原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得するプローブ形状補正データ取得ステップと、
を備えた形状測定装置の形状測定方法。
The probe in a second direction supported by the first stage and orthogonal to the first stage, and a first stage for relatively moving the object of shape measurement and the contact probe in the first direction. A second stage for movably supporting the probe, a first scale for detecting relative position information of the object and the probe in the first direction, and position information of the probe in the second direction. With a second scale for detecting the object and the probe in contact with the surface of the object, the object and the probe are relatively moved by the first stage, and at that time, the first. The position information regarding the first direction of the object detected via the scale of the above, and the movement along the second direction according to the surface shape of the object detected via the second scale. In the shape measuring method of the shape measuring device for measuring the shape data of the object based on the position information regarding the second direction of the probe.
The position of the probe obtained by the control device using a first prototype for probe calibration having a known curved surface shape as the object and relatively moving the object and the probe by the first stage. The first measurement step of acquiring the shape data of the first prototype via information, and
Wherein the controller, from said first measurement the shape data of the first prototype which was obtained in step, as an error component corresponding to the theoretical value of orthogonality error of the first and second stages, the first Shape correction data of the probe based on the shape data obtained by removing the tertiary component of the shape data of the first prototype obtained in the measurement step 1 and the known shape data of the first prototype. The probe shape correction data acquisition step to acquire
A method for measuring the shape of a shape measuring device provided with.
請求項1に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第1の原器が2次曲面形状を有する形状測定装置の形状測定方法。 The method for measuring the shape of the shape measuring device according to claim 1, wherein the first prototype has a quadric surface shape. 請求項1または2に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記プローブ形状補正データ取得ステップの後、
前記制御装置が、前記対象物として、前記第1の原器とは異なる既知の曲面形状を有するステージ直交度校正用の第2の原器を用い、前記第1のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して前記第2の原器の形状データを取得する第2の測定ステップと、
前記制御装置が、前記プローブ形状補正データ取得ステップで得た前記プローブの形状補正データと、前記第2の原器の既知の形状データと、前記第2の測定ステップで得た前記第2の原器の形状データと、に基づき、前記第1および第2のステージの直交度補正データを取得する直交度補正データ取得ステップと、
を備えた形状測定装置の形状測定方法。
In the shape measuring method of the shape measuring device according to claim 1 or 2, after the probe shape correction data acquisition step,
As the object, the control device uses a second prototype for stage orthogonality calibration having a known curved shape different from that of the first prototype, and the object and the object are subjected to the first stage. A second measurement step of acquiring shape data of the second prototype via the position information of the probe obtained by relatively moving the probe, and
The control device obtains the shape correction data of the probe in the probe shape correction data acquisition step, the known shape data of the second prototype, and the second source obtained in the second measurement step. An orthogonality correction data acquisition step for acquiring the orthogonality correction data of the first and second stages based on the shape data of the vessel, and
A method for measuring the shape of a shape measuring device provided with.
請求項3に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第2の原器が2次曲面形状を有する形状測定装置の形状測定方法。 The method for measuring the shape of the shape measuring device according to claim 3, wherein the second prototype has a quadric surface shape. 請求項1からのいずれか1項に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第1の測定ステップおよび前記プローブ形状補正データ取得ステップに先立ち、前記制御装置が、前記第1または第2のスケールの走り補正データを取得するステージ走り補正データ取得ステップを備えた形状測定装置の形状測定方法。 In the shape measuring method of the shape measuring device according to any one of claims 1 to 4 , the control device performs the first or second method prior to the first measuring step and the probe shape correction data acquisition step. A method of measuring the shape of a shape measuring device including a stage running correction data acquisition step for acquiring running correction data of the scale of. 請求項に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記ステージ走り補正データ取得ステップに先立ち、前記制御装置が、前記第1または第2のスケールの直線性補正データを取得するスケール直線性補正データ取得ステップを備えた形状測定装置の形状測定方法。 In the shape measuring method of the shape measuring device according to claim 5 , the scale linearity correction in which the control device acquires the linearity correction data of the first or second scale prior to the stage running correction data acquisition step. A shape measuring method for a shape measuring device including a data acquisition step. 請求項1からのいずれか1項に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記制御装置が、前記プローブを対象物の表面に接触させた状態で、前記第1のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第1のスケールを介して検出した前記対象物の第1の方向に関する位置情報と、前記第2のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第2の方向に沿って移動する前記プローブの第2の方向に関する位置情報と、前記プローブ形状補正データ取得ステップで取得した前記プローブの形状補正データと、に基づき、前記対象物の形状データを演算する形状演算ステップを備えた形状測定装置の形状測定方法。 In the shape measuring method of the shape measuring device according to any one of claims 1 to 6, the object is subjected to the first stage in a state where the control device is in contact with the surface of the object. And the probe is relatively moved, and at that time, the position information regarding the first direction of the object detected via the first scale and the surface shape of the object detected via the second scale. The object is based on the position information regarding the second direction of the probe that moves along the second direction according to the above and the shape correction data of the probe acquired in the probe shape correction data acquisition step. A shape measuring method of a shape measuring device including a shape calculation step for calculating shape data. 請求項1から7のいずれか一項に記載の形状測定装置の形状測定方法において、前記第1の原器の前記形状データの3次成分が、前記第1の原器の前記形状データの曲線補完された波形を表す関数の3次成分である形状測定装置の形状測定方法。 In the shape measuring method of the shape measuring device according to any one of claims 1 to 7, the cubic component of the shape data of the first prototype is a curve of the shape data of the first prototype. A method for measuring the shape of a shape measuring device, which is a cubic component of a function representing a complemented curve . 請求項1から8のいずれか1項に記載の前記制御装置に前記各ステップを実行させるための形状測定装置の制御プログラム。 A control program for a shape measuring device for causing the control device according to any one of claims 1 to 8 to execute each step. 請求項9に記載の形状測定装置の制御プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium that stores the control program of the shape measuring device according to claim 9. 形状測定の対象物、および接触式のプローブを第1の方向に相対移動させる第1のステージと、前記第1のステージによって支持され、前記第1のステージと直交する第2の方向に前記プローブを移動可能に支持する第2のステージと、前記第1の方向に関する前記対象物および前記プローブの相対的な位置情報を検出する第1のスケールと、前記第2の方向に関する前記プローブの位置情報を検出する第2のスケールと、を備え、前記プローブを前記対象物の表面に接触させた状態で、前記第1のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させ、その際、前記第1のスケールを介して検出した前記対象物の第1の方向に関する位置情報と、前記第2のスケールを介して検出した前記対象物の表面形状に倣って前記第2の方向に沿って移動する前記プローブの第2の方向に関する位置情報と、に基づき、前記対象物の形状データを測定する形状測定装置において、
前記対象物として、既知の曲面形状を有するプローブ校正用の原器を用い、前記第1のステージによって前記対象物および前記プローブを相対移動させて得た前記プローブの位置情報を介して取得した前記原器の形状データから前記第1および第2のステージの直交度誤差の理論値に相当する誤差成分として、取得した前記原器の前記形状データの3次成分を除去した形状データと、前記原器の既知の形状データと、に基づき、前記プローブの形状補正データを取得する制御装置を備えた形状測定装置。
The probe in a second direction supported by the first stage and orthogonal to the first stage, and a first stage for relatively moving the object of shape measurement and the contact probe in the first direction. A second stage for movably supporting the probe, a first scale for detecting relative position information of the object and the probe in the first direction, and position information of the probe in the second direction. With a second scale for detecting the object and the probe in contact with the surface of the object, the object and the probe are relatively moved by the first stage, and at that time, the first. The position information regarding the first direction of the object detected via the scale of the above, and the moving along the second direction according to the surface shape of the object detected via the second scale. In a shape measuring device that measures shape data of the object based on the position information regarding the second direction of the probe.
As the object, a prototype for probe calibration having a known curved surface shape is used, and the object and the probe are relatively moved by the first stage, and the position information of the probe is obtained. from standard of shape data, and shape data wherein as an error component corresponding to the theoretical value of the orthogonality error of the first and second stage, to remove the third order component of the shape data of the acquired standard, the A shape measuring device including a control device that acquires shape correction data of the probe based on known shape data of the prototype.
対象物の表面にプローブを接触させて走査させることにより測定した前記対象物の形状データから、前記対象物の形状を取得する形状測定方法であって、A shape measuring method for acquiring the shape of an object from the shape data of the object measured by contacting a probe with the surface of the object and scanning the object.
前記プローブで表面形状が既知である第1の原器の表面を走査し、前記第1の原器の形状データを測定するステップと、A step of scanning the surface of a first prototype whose surface shape is known with the probe and measuring the shape data of the first prototype.
前記第1の原器の形状データから前記第1の原器の形状データの3次成分を除去した形状データと、前記第1の原器の既知の形状データと、から、第1の補正データを取得するステップと、The first correction data is obtained from the shape data obtained by removing the tertiary component of the shape data of the first prototype from the shape data of the first prototype and the known shape data of the first prototype. And the steps to get
を含む形状測定方法。Shape measurement method including.
請求項12に記載の形状測定方法において、前記プローブで表面形状が既知である第2の原器の表面を走査し、前記第2の原器の形状データを測定するステップと、前記第1の補正データと、前記第2の原器の既知の形状データと、測定した前記第2の原器の形状データと、から、第2の補正データを取得するステップと、をさらに含む形状測定方法。In the shape measuring method according to claim 12, the step of scanning the surface of a second prototype whose surface shape is known with the probe and measuring the shape data of the second prototype, and the first step. A shape measuring method further including a step of acquiring a second correction data from the correction data, the known shape data of the second prototype, and the measured shape data of the second prototype. 請求項13に記載の形状測定方法において、対象物の表面にプローブを接触させて走査し、前記対象物の形状データを取得するステップと、前記対象物の形状データと、前記第1の補正データと、前記第2の補正データと、から前記対象物の形状測定結果を算出するステップを含む形状測定方法。In the shape measuring method according to claim 13, a step of bringing a probe into contact with the surface of an object and scanning the object to acquire shape data of the object, shape data of the object, and the first correction data. A shape measurement method including a step of calculating the shape measurement result of the object from the second correction data and the second correction data. 請求項12から14のいずれか一項に記載の形状測定方法において、前記第1の原器の前記形状データの3次成分が、前記第1の原器の前記形状データの曲線補完された波形を表す関数の3次成分である形状測定方法。In the shape measuring method according to any one of claims 12 to 14, the cubic component of the shape data of the first prototype is a waveform complemented by a curve of the shape data of the first prototype. A shape measurement method that is a cubic component of a function representing. 対象物の表面にプローブを接触させて走査させることにより測定した前記対象物の形状データから、前記対象物の形状を取得するデータ処理方法であって、A data processing method for acquiring the shape of an object from the shape data of the object measured by contacting a probe with the surface of the object and scanning the object.
前記プローブで表面形状が既知である第1の原器の表面を走査して取得した前記第1の原器の形状データから前記第1の原器の形状データの3次成分を除去した形状データと、記第1の原器の既知の形状データと、から算出した第1の補正データを用いて、前記対象物の形状データを補正するステップを含むデータ処理方法。Shape data obtained by scanning the surface of a first prototype whose surface shape is known with the probe and removing the tertiary component of the shape data of the first prototype from the shape data of the first prototype. A data processing method including a step of correcting the shape data of the object by using the known shape data of the first prototype and the first correction data calculated from the above.
請求項16に記載のデータ処理方法において、前記プローブで表面形状が既知である第2の原器の表面を走査して取得した前記第2の原器の形状データと、前記第1の補正データと、前記第2の原器の既知の形状データと、から算出した第2の補正データを用いて、前記対象物の形状データを補正するステップを含むデータ処理方法。In the data processing method according to claim 16, the shape data of the second prototype acquired by scanning the surface of the second prototype whose surface shape is known with the probe, and the first correction data. A data processing method including a step of correcting the shape data of the object by using the known shape data of the second prototype and the second correction data calculated from the data. 請求項16または17に記載のデータ処理方法において、前記第1の原器の前記形状データの3次成分が、前記第1の原器の前記形状データの曲線補完された波形を表す関数の3次成分であるデータ処理方法。In the data processing method according to claim 16 or 17, the cubic component of the shape data of the first prototype is a function 3 representing a curve-complemented waveform of the shape data of the first prototype. Data processing method that is the next component.
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