JPH079366B2 - 形状測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜本発明の産業上の利用分野＞ 本発明は、載置台に載置された被測定物の表面に光ビー
ムを照射してその表面形状を測定する形状測定方法およ
び装置に関する。

＜従来技術＞ この種の測定装置では、Ｘ−Ｙ方向に移動可能なＸ−Ｙ
ステージ上に被測定物を載置し、このステージを移動さ
せて、上方からの光ビームの照射点を予め決められた被
測定物の測定点に順次移動させることによってその表面
形状の測定を行なっている。

このような形状測定装置において、同一の複数の被測定
物を連続的に測定する場合は、Ｘ−Ｙステージ上の決め
られた複数の測定場所に被測定物をそれぞれ配列載置し
ておき、その測定場所の位置データを含む測定プログラ
ムに従ってＸ−Ｙステージに対する照射点の移動を行な
い、連続的な測定を行なうようにしている。

このように複数の被測定物をそれぞれ決められた測定場
所に載置するために従来より第７図に示すような、載置
台１が用いられている。

この載置台１は、Ｘ−Ｙステージ上の所定位置に固定で
き、その載置台1aには、被測定物Ｗを縦横に配列載置す
るための３つのガイド片２がネジ止めされている。

ガイド片２は四角形の被測定物Ｗの隣接する２辺に当接
するように形成されており、左右の間隔（Xp）上下の間
隔（Yp）で被測定物Ｗを載置できる。

ガイド片２に設けられた半円状の切欠部2aは、ガイド片
２と当接する被測定物の２片の角部のバリやゴミ等を避
けて被測定物Ｗをガイド片２に隙間なく当接させるため
のものである。

測定の際は、予めＸ−Ｙステージ上に固定された載置台
１に所定数の被測定物Ｗを載置して、第８図に示すよう
に載置台１上に設定されたＸ−Ｙ平面の原点位置（０、
０）からの計算上の測定点座標位置（Xa、Ya）に光ビー
ムの照射点がくるようにＸ−Ｙステージを移動させ、そ
の高さZaを検出している。

なお、載置台１の表面に設けられた小さな多数の穴３
は、被測定物Ｗを載置面1aに吸着させるための吸着穴で
ある。

＜本発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、測定表面の端部に極めて近い部分を測定
する場合、ガイド片２の寸法精度や変形あるいは載置台
１に対する取付誤差等により、計算上の測定点に対して
実際の光ビームの照射点の位置が、測定表面外のガイド
片２や載置面にズレてしまい測定が失敗するという問題
があった。

本発明はこの問題を解決した形状測定方法および装置を
提供することを目的としている ＜前記問題点を解決するための手段＞ 前記問題点を解決するために本発明の形状測定装置は、 被測定物を所定の測定場所に載置するためのガイド部を
有する載置台と、 載置台に載置される物体表面に光ビームを照射し、その
反射光を受けて該照射点の載置面からの高さを検出する
光検出手段と、 照射点近傍の映像を画面表示する映像手段と、 載置台の載置面に設定されたＸ−Ｙ平面の原点に対して
与えられた座標データに対応する位置に、前記照射点を
相対移動させるXYZ移動手段と、 Ｘ−Ｙ平面の原点に対する照射点の座標位置を検出する
XY位置検出手段と、 予め決められた位置に表示がなされた基準物と、 載置台の所定の測定場所に載置される基準物の表示の前
記Ｘ−Ｙ平面原点からの座標位置を演算して、算出され
た座標データを前記XYZ移動手段へ出力する演算手段
と、 演算手段からの座標データを受けて相対移動した照射点
と基準物の表示とを映像手段の画面上で一致させる手動
移動手段と、 手動移動手段による照射点の載置台に対する相対的な移
動量をXY位置検出手段光検出手段とから得られる検出座
標と演算手段からの座標データとの演算によって検出す
る移動量検出手段と、 この移動量を測定場所の補正値として記憶する記憶手段
と、 所定の測定場所に載置された被測定物の測定点座標を記
憶手段に記憶された補正値で補正演算してXYZ移動手段
に出力する補正演算手段とを備えている。

また、載置台に載置された被測定物の表面に光ビームを
照射して該照射点の高さを検出することによって前記被
測定物の表面形状の測定を行なう形状測定方法におい
て、 物体を所定の測定位置に載置させるためのガイド部を有
する載置台の所定の測定位置に、予め決められた位置に
表示がなされた基準物を載置する段階と、 載置台の載置面に設定されたＸ−Ｙ平面の原点から計算
される基準物の表示の座標位置に照射点を相対移動させ
る段階と、 照射点を載置台に対して手動により相対移動して、照射
点近傍を映像する画面上で基準物の表示に一致させる段
階と、 手動移動後のＸ−Ｙ平面の原点に対する照射点の座標位
置を検出し、この検出座標と計算上の表示の座標との演
算によって照射点の相対移動量を算出する段階と、 算出された移動量を補正値として記憶する段階と、 基準物に代えて、被測定物を所定の測定場所に載置する
段階と、 所定の測定場所に載置された被測定物の測定点のＸ−Ｙ
面上における計算上の位置を補正値によって補正する段
階と、 補正された位置に照射点を相対移動させ照射点のＺ方向
の高さを測定する段階とを備えている。

＜作用＞ このため、被測定物の測定前にその測定場所毎に記憶さ
れた補正値によって被測定物に対する測定点座標が補正
され、補正された座標位置に光ビームの照射点が移動さ
れ、その高さ測定が行なわれる。

＜本発明の実施例＞（第１〜６図） 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例の形状測定装置の全体構成
を示す図である。

図において、10は測定機構部であり、基台11上にはＸ−
Ｙステージ12が設けられており、Ｘ−Ｙステージ12の上
には前述同様の載置台１が固定されている。

Ｘステージ12aは載置台１を左右方向（第１図におい
て）に移動させ、Ｙステージ12bは、Ｘステージ12aと直
行する方向に載置台１を移動させるように構成されてい
る。

また、Ｙステージ12b上には、Ｘステージ12aの規準位置
（載置台の基準原点）からの移動量を検出するＸ位置検
出器12cが設けられ、Ｙステージの側方には同様にＹス
テージ12bの移動量を検出するＹ位置検出器12dが設けら
れている。

13は、載置台１の吸着穴３から空気を吸い込むバキュー
ム装置である。

14は、Ｘ−Ｙステージ12上方に配置された光センサ部で
あり、載置台１に光ビームを照射する投光部14aとその
反射光を受けて、照射点の高さ変化に対応する変位信号
を出力する受光検出部14bとから構成されている。

この変位信号は光センサ部14から照射点までの距離に応
じて変化するもので、この信号に基づいて算出される距
離を、光センサ部14から載置台１のＸ−Ｙ平面の原点ま
での高さから減算することによって、照射点の原点から
の高さが得られる。

この光センサ部14には、照射点近傍を拡大して映像を出
力するモニタカメラ15が一体化されている。

16は、この光センサ部14をＸ−Ｙステージ12に直交する
方向に移動させるＺステージであり、Ｘ−Ｙステージ12
およびＺステージ16はともにXYZ駆動部17によって移動
制御される。

18は、モニタカメラからの映像信号を画面に表示するモ
ニタテレビである。

19は、移動信号を直接XYZ駆動部17に入力することによ
り、Ｘ−Ｙステージ12を単独に移動させる手動操作部で
ある。

20は、コンピュータによって構成された測定制御部であ
り、測定プログラムや制御信号等を入力するための入力
操作部21と測定プログラムに従ってXYZ駆動部17から各
ステージに移動信号を与えて、光センサ部14の受光検出
部14bからの変位信号に基づいて、被測定物の測定点の
Ｚ方向の高さを算出する処理部22と、データや測定方法
等を表示するための表示部23とを備えている。

この処理部22は、第２図に示すように載置台１の左下の
所定位置を絶対座標の基準原点（０、０、０）としてＸ
−Ｙステージ12、Ｚステージ16等の制御を行なってお
り、被測定物に対する測定プログラムは、ガイド片２に
よって定められた９つの測定場所E1〜E9の取付基準位置
R1〜R9を測定原点として、測定点の位置へ、測定ルート
の開始点および終了点の座標点が設定されている。

したがって、全ての被測定物に対して同一の測定を行な
う場合は、１個の被測定物に対する測定プログラムを各
測定場所E1〜E9の取付基準位置R1〜R9から起動させるこ
とによって連続測定を行なうことができる。

第３図はこの被測定物に対する測定を行なう前に予め行
なわれる補正処理の手順を示すフローチャートである。

先づ、載置台１の測定場所E1〜E9に、第４図に示すよう
に被測定物と同一形状で取付基準位置（左下の角部）か
ら座標点（X₀、Y₀、Z₀）の位置に表示点Ｍがマークされ
た基準物30を載置固定をしておき、この補正処理をスタ
ートさせると、ステップ１でカウント値Cn、Cm（配列位
置の行列に対する値）がそれぞれ１に初期化される
（ｎ、ｍは測定場所の配列個数でともに３）。

ステップ２では、このカウント値Cn、Cmに対して、 Xs＝X1＋Xp（Cn−１）＋X₀ Ys＝Y1＋Yp（ｍ−Cm）＋Y₀ Zs＝Z₀ の演算によって測定場所E1の取付基準位置R1が算出され
る。

ステップ３では、この座標値（Xs、Ys、Zs）に対応する
移動信号がXYZ駆動部17に出力され、Ｘ−Ｙステージ12
およびＺステージ16が移動され、光センサ部14からの光
ビームが載置台１の座標位置（Xs、Ys、Zs）を照射す
る。

ステップ４で照射点の焦点合わせが行なわれた後、ステ
ップ５で手動移動許可信号が表示部23に出力される。

ここで、モニタテレビ18の画面には、光ビームの照射点
と基準物30の表示点Ｍとがガイド片２の取付誤差等によ
って一致せずズレた状態で映像されることになり、ステ
ップ６では、手動操作部19の操作により、Ｘ−Ｙステー
ジ12を手動移動させてモニタテレビ18の画面上で照射点
と表示点を一致させる。

この手動操作によって照射点と表示点とが一致した後、
ステップ７で位置確定のキー操作が検出される。

ステップ８では、手動移動後の照射点（表示点）の座標
位置（Xr、Yr、Zr）が検出される。

この検出は、XY位置検出器12c、12dからの検出信号と、
光センサ部14からの変位信号によって行なわれるが、変
位信号は光センサ部14と照射点との距離に対応してお
り、処理部22において、載置台１の基準原点から光セン
サ部14までの距離（Ｚステージの移動によって変化す
る）から変位信号に対応する距離を減じることにより、
Zrが検出されることになる。

この演算は、測定時にも常に処理部22で行なわれてい
る。

ステップ８では、表示点の計算上の座標位置（Xs、Ys、
Zs）と手動移動後の座標位置（Xr、Yr、Zr）とからその
移動量 ΔＸ＝Xr−Xs ΔＹ＝Yr−Ys ΔＺ＝Zr−Zs がそれぞれ算出され、ステップ10では、この移動量を測
定場所E1の補正値ΔR1として、メモリの（Cm、Cn）番地
即ち（１、１）番地に記憶する。

ステップ11では、Cnが１だけ増加され、この値がｎ＋１
（＝４）に等しいか小さいかがステップ12で判別され、
小さいときはステップ２へ戻る。

またCnが“4"に等しいときは、ステップ13でCnを１にセ
ットし、Cmが１だけ増加した後、Cmの値がｍ＋１（＝
４）に等しいか小さいかがステップ14で判別され、小さ
い時はステップ２へ戻る。

したがって、各測定場所E1〜E7の取付基準位置R1〜R7の
補正値ΔR1〜ΔR7は、第５図に示すようにΔR1〜ΔR3、
ΔR6〜ΔR4、ΔR7〜ΔR9の順に測定場所に対応するメモ
リ番地に配列記憶されることになる。

第６図は、基準物30に代えて被測定物を各測定場所に載
置して同一の測定を連続的に行なう処理手順を示すフロ
ーチャートであり、取付基準位置を測定原点として各被
測定物について共通な一連の測定プログラムが予め所定
アドレスに記憶されているものとする。

第６図においてステップ１では、ワークカウンタの値Ｗ
が１に初期化され、ステップ２では、このＷ値に対応す
る測定場所（Ｗ＝１のときE1）の行列値（Cm、Cn）即ち
（１、１）が算出される。

ステップ３では行列値（Cm、Cn）に対応するアドレスよ
りその測定場所の補正値ΔＲ（Ｗ）（ΔＸ、ΔＹ、Δ
Ｘ）が読み出され、取付基準位置の補正済座標が次式に
よって算出される。

Xr＝X1＋Xp（Cn−１）＋ΔＸ Yr＝Y1＋Yp（Ｍ−Cm）＋ΔＹ Zr＝ΔＺ ステップ４では、所定のアドレスより測定プログラムが
読出され、ステップ５では、読出された測定プログラム
の座標データに対して取付基準位置の補正済座標（Xr、
Yr、Zr）が加算される。

これによって測定プログラムの座標データは、載置台１
の基準原点に対する絶対座標に変換されることになる。

ステップ６では、変換された座標データに基づいて測定
プログラムが実行され、この座標データに対応する移動
信号がXYZ駆動部17に出力される。

ステップ７では測定中に得られる測定データ（高さデー
タ）が順次読みとられ、所定アドレスから順に記憶され
る。

ステップ８では、記憶された測定データに基づいて測定
表面の平行度やソリ等の判定演算が行なわれ、ステップ
９ではその判別結果が所定のアドレスに記憶される。

ステップ10ではＷの値が１増加され、ステップ11では、
Ｗの値がｍ×ｎ＋１（＝10）に等しいか否かが判断さ
れ、等しくない（小さい）場合はステップ２へ戻る。

この処理はすべての被測定物に対して繰返され、Ｗがｍ
×ｎ＋１（＝10）に等しくなると、ステップ12ですべて
の被測定物の判定結果が表示部23に表示される。

＜本発明の他の実施例＞ なお、前記実施例では、載置台１をＸ−Ｙステージ12上
でＸ−Ｙ方向に移動させ、光センサ部14をＺ方向に移動
させていたが、本発明は前記実施例に限定されず、固定
された載置台に対して光センサ部をXYZ方向に移動制御
するようにしてもよい。

また、前記実施例では、３×３個の測定場所を有する載
置台１について説明していたが、例えば10×10個の測定
場所を有する載置台と変換することにより、小さな被測
定物の測定を連続して行なうことができる。

また、このように各種の載置台を予め用意しておく場合
は、前もって載置台毎の補正値データを記憶させておく
ことにより、測定を速やかに実行することができる。

＜本発明の効果＞ 本発明の形状測定方法および装置は、前記説明のよう
に、載置台およびガイド部の製造誤差を補正して被測定
物の測定が行なえるため、測定点の位置決めが正確に行
なえ、測定表面の端部に近い部分の測定についても失敗
なく測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す図、第２図
は、一実施例の要部の平面図、第３図は一実施例の処理
手順を示すフローチャート、第４図は、一実施例の要部
を示す斜視図である。 第５図は、第３図の処理結果を示すメモリ部、第６図は
一実施例の処理手順を示すフローチャート図である。 第７図は、従来装置および一実施例の装置に用いられて
いる要部の斜視図、第８図は、第７図にＸ−Ｙ座標を設
定した平面図である。 10……測定機構部、11……基台、12……Ｘ−Ｙステー
ジ、14……光センサ部、15……モンタカメラ、16……Ｚ
ステージ、17……XYZ駆動部、18……モニタテレビ、20
……測定制御部、21……入力操作部、22……処理部、23
……表示部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物を所定の測定場所に載置するため
   のガイド部を有する載置台と、 前記載置台に載置される物体表面に光ビームを照射し、
   その反射光を受けて該照射点の載置面からの高さを検出
   する光検出手段と、 前記照射点近傍の映像を画面表示する映像手段と、 前記載置台の載置面に設定されたＸ−Ｙ平面の原点に対
   して与えられた座標データに対応する位置に、前記照射
   点を相対移動させるXYZ移動手段と、 前記Ｘ−Ｙ平面の原点に対する照射点の座標位置を検出
   するXY位置検出手段と、 予め決められた位置に表示がなされた基準物と、 前記載置台の所定の測定場所に載置される前記基準物の
   表示の前記Ｘ−Ｙ平面原点からの座標位置を演算して、
   算出された座標データを前記XYZ移動手段へ出力する演
   算手段と、 前記演算手段からの座標データを受けて相対移動した照
   射点と前記表示とを前記映像手段の画面上で一致させる
   手動移動手段と、 前記手動移動手段による前記照射点の載置台に対する相
   対的な移動量を前記XY位置検出手段と前記光検出手段と
   から得られる検出座標と前記演算手段からの座標データ
   との演算によって検出する移動量検出手段と、 前記移動量を前記測定場所の補正値として記憶する記憶
   手段と、 前記所定の測定場所に載置された被測定物の測定点座標
   を前記記憶手段に記憶された補正値で補正演算して前記
   XYZ移動手段に出力する補正演算手段とを備えた形状測
   定装置。
2. 【請求項２】載置台に載置された被測定物の表面に光ビ
   ームを照射して該照射点の高さを検出することによって
   前記被測定物の表面形状の測定を行なう形状測定方法に
   おいて、 物体を所定の測定位置に載置させるためのガイド部を有
   する載置台の所定の測定位置に、予め決められた位置に
   表示がなされた基準物を載置する段階と、 前記載置台の載置面に設定されたＸ−Ｙ平面の原点から
   計算される前記基準物の表示の座標位置に前記照射点を
   相対移動させる段階と、 前記照射点を前記載置台に対して手動移動して、前記照
   射点近傍を映像する画面上で前記表示に一致させる段階
   と、 手動移動後のＸ−Ｙ平面の原点に対する照射点の座標位
   置を検出し、この検出座標と前記計算上の表示の座標と
   の演算によって前記照射点の相対移動量を算出する段階
   と、 前記算出された移動量を補正値として記憶する段階と、 前記基準物に代えて、被測定物を前記所定の測定場所に
   載置する段階と、 所定の測定場所に載置された被測定物の測定点のＸ−Ｙ
   面上における計算上の位置を前記補正値によって補正す
   る段階と、 補正された位置に前記照射点を相対移動させ照射点のＺ
   方向の高さを測定する段階とからなる形状測定方法。