DE102019100054A1

DE102019100054A1 - Linsenmessmaschine und Linsenmessverfahren

Info

Publication number: DE102019100054A1
Application number: DE102019100054.8A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Omori
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2019-07-11
Also published as: US20190212121A1; JP7045194B2; CN110030962A; US10921107B2; CN110030962B; JP2019120669A

Abstract

Eine Linsenmessmaschine (1) enthält: einen Tisch (20), der um eine Drehachse (Cr) drehbar ist; einen Linsenhalter (50), der ein Werkstück in Form einer Linse (L) hält, wobei der Linsenhalter (50) auf dem Tisch (20) platziert ist, so dass eine optische Achse der Linse (L) orthogonal zu der Drehachse (Cr) wird; eine Kontaktspitze (43), die eine Messoberfläche der Linse (L) berührt; einen Winkelsensor zum Erfassen eines Drehwinkels des Tisches (20); einen Verlagerungsdetektor (42) zum Erfassen einer Verlagerung der Kontaktspitze (43); und einen Controller (60) zum Berechnen von Koordinateninformationen der Messoberfläche der Linse (L) in Form von Polarkoordinaten, deren Ursprung sich auf der Drehachse (Cr) befindet, basierend auf der Verlagerung der Kontaktspitze (43) für jeden vorbestimmter Drehwinkel des Tisches (20), wobei der Controller (60) die berechneten Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten umwandelt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linsenmessmaschine und ein Linsenmessverfahren zum Messen eines Linsenprofils.
STAND DER TECHNIK
Oberflächenprofile von Linsen, die eine hohe Profilgenauigkeit erfordern, wurden typischerweise unter Verwendung einer Kontaktprofilmessmaschine gemessen. Beispielsweise offenbart die Patentliteratur 1 ( JP-2010-164532 A ), dass eine Linearbewegungsprofilmessmaschine verwendet wird, um eine Kontaktabtastmessung einer Oberfläche einer Linse durchzuführen, um ein Querschnittsprofil der Linse zu bestimmen.
Einige asphärische Linsen (z. B. Weitwinkellinsen) haben in letzter Zeit einen großen Versatz von einer sphärischen Referenzfläche gezeigt, was es schwierig macht, das Oberflächenprofil solcher Linsen mit hoher Genauigkeit zu messen. Es ist anzumerken, dass der „Versatz“ hierin ein Unterschied zwischen der sphärischen Oberfläche und einer tatsächlichen Oberfläche der Linse von einem Krümmungszentrum der sphärischen Oberfläche ist.
Wie in 17 gezeigt, wenn beispielsweise ein effektiver Winkelbereich R1 einer Linse L ungefähr 90 Grad um ein Krümmungszentrum C einer sphärischen Referenzfläche S abdeckt (d. h. innerhalb von ± 45 Grad in Bezug auf eine optischen Achse Ao), ist ein maximaler Versatz Δd1 von der sphärischen Referenzfläche S in dem effektiven Winkelbereich R1 relativ klein. Dementsprechend ist ein Bereich einer Kontaktspitze 401, die die Oberfläche der Linse L berührt, relativ klein, obwohl sie sich in Abhängigkeit von Kontaktpositionen auf der Oberfläche der Linse L allmählich ändert. Somit kann die Kontaktabtastmessung der Linse L ohne wesentliche Nachteile durchgeführt werden.
Wenn jedoch ein effektiver Winkelbereich R2 der Linse L ungefähr 140 Grad um das Krümmungszentrum C abdeckt (d. h. ± 70 Grad in Bezug auf die optische Achse Ao), wie in 17 gezeigt, ist ein maximaler Versatz Δd2 von der sphärischen Referenzfläche S in dem effektiven Winkelbereich R2 relativ groß. Dementsprechend kommt, wenn die Kontaktspitze 401 die Oberfläche der Linse L berührt, während sich die Kontaktpositionen allmählich ändern, ein breiter Bereich der Kontaktspitze 401 mit der Oberfläche der Linse L in Kontakt. Zum Beispiel unterscheidet sich der Abschnitt der Kontaktspitze 401, der die Kontaktlinse L an oder um einen Scheitelpunkt davon berührt, stark von dem Abschnitt der Kontaktspitze 401, der die Linse L an einem Umfang des effektiven Winkelbereichs R2 berührt. Somit wird die Messgenauigkeit stark durch die Sphärizität der Kontaktspitze 401 beeinflusst, was zu einer Verschlechterung der Messgenauigkeit führt.
Die Patentliteratur 2 ( WO 2013/121196 ) offenbart ein Profilmessverfahren zum Lösen des obigen Problems. Bei dem in der Patentliteratur 2 offenbarten Profilmessverfahren wird, nachdem die Linse auf einer Drehbasis platziert ist, ein Stift bzw. Stylus in Übereinstimmung mit einer Oberfläche einer ersten Hälfte einer Seite einer Linse geneigt. Nachdem die Oberfläche der ersten Hälfte der einen Seite der Linse unter Verwendung des geneigten Stifts gemessen wurde, wird die Drehbasis um 180 Grad gedreht und eine Oberfläche einer zweiten Hälfte der einen Seite der Linse wird in derselben Weise gemessen. Die Koordinatensysteme der resultierenden zwei Messdatensätze sind unterschiedlich. Dementsprechend wird das Querschnittsprofil der Linse durch Anwenden eines Stitching- bzw. Zusammenfügen-Prozesses auf die Messdaten erhalten. Gemäß dem Profilmessverfahren der Patentliteratur 2 ist der Bereich der Kontaktspitze des Stiftes, der die Oberfläche der Linse berührt, enger als derjenigen bei der typischen Kontaktabtastmessung.
Das in der Patentliteratur 2 offenbarte Profilmessverfahren, das den Stift in Übereinstimmung mit der ersten oder zweiten Hälfte der Oberfläche der einen Seite der Linse neigt, verkompliziert jedoch die Struktur und die Steuerung bzw. Regelung der für das Profilmessverfahren verwendeten Maschine. Da zudem die beiden Messdaten mit unterschiedlichen Koordinatensystemen zusammengefügt werden müssen, wird die Datenverarbeitung kompliziert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Linsenmessmaschine und ein Linsenmessverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, ein Linsenprofil hochgenau und leicht zu messen.
Eine Linsenmessmaschine gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält: einen Tisch, der um eine Drehachse drehbar ist; einen Linsenhalter, der konfiguriert ist, ein Werkstück in Form einer Linse zu halten, wobei der Linsenhalter so auf dem Tisch platziert ist, dass eine optische Achse der Linse orthogonal zu der Drehachse wird; eine Kontaktspitze, die konfiguriert ist, eine Linsenmessoberfläche zu berühren, die an einem Teil einer Oberfläche der Linse definiert ist; einen Winkelsensor, der konfiguriert ist, einen Drehwinkel des Tisches zu erfassen; einen Verlagerungsdetektor, der konfiguriert ist, eine Verlagerung der Kontaktspitze zu erfassen; und einen Datenprozessor, der konfiguriert ist, Koordinateninformationen der Linsenmessoberfläche in Form von Polarkoordinaten zu berechnen, deren Ursprung sich auf der Drehachse befindet, und zwar basierend auf der Verlagerung der Kontaktspitze für jeden Drehwinkel des Tisches, und die berechneten Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten zu konvertieren.
In dem obigen Aspekt der Erfindung bezieht sich die Linsenmessoberfläche auf einen Bereich einer Oberfläche der Linse, der von einer Messvorrichtung bzw. einer Messperson nach Wunsch bestimmt werden kann, wobei es sich um eine konvexe oder konkave asphärische Oberfläche oder um eine (konvexe oder konkave) sphärische Oberfläche handeln kann. Es ist bevorzugt, dass die Linsenmessoberfläche entlang der Drehrichtung des Tisches angeordnet ist, wenn der Linsenhalter, der die Linse hält, auf dem Tisch platziert ist.
Wenn bei dem obigen Aspekt der Erfindung der Tisch mit der darauf platzierten Linse um einen vorbestimmten Winkel gedreht wird, gleitet die Kontaktspitze, während sie die Linsenmessoberfläche berührt, wodurch eine Verlagerung in Übereinstimmung mit dem Profil der Linsenmessoberfläche bewirkt wird. Mit anderen Worten tastet die Kontaktspitze die Linsenmessoberfläche entlang der Drehrichtung des Tisches ab.
Während der oben beschriebenen Kontaktabtastung berührt die Kontaktspitze die Linsenmessoberfläche in einem annähernd konstanten Winkel.
Wenn beispielsweise die Linsenmessoberfläche sphärisch ist, berührt die Kontaktspitze die Linsenmessoberfläche in einem konstanten Winkel um einen bestimmten Abschnitt der Kontaktspitze.
Wenn die Linsenmessoberfläche asphärisch ist, ändert sich der Winkel der Kontaktspitze in Bezug auf die Linsenmessoberfläche geringfügig in Abhängigkeit von der Größe der Abweichung zwischen der sphärischen Oberfläche und der asphärischen Oberfläche. Der Abschnitt der Kontaktspitze, der die Linsenmessoberfläche berührt, wird jedoch im Vergleich zu einer typischen Kontaktabtastung ausreichend schmal gehalten.
Selbst wenn die Ausrichtung der Linsenmessoberfläche in Bezug auf die Drehrichtung des Tisches geringfügig abweicht, wird der Abschnitt der Kontaktspitze, der die Linsenmessoberfläche berührt, im Vergleich zu einer typischen Kontaktabtastmessung ausreichend schmal gehalten.
Dementsprechend verringert der obige Aspekt der Erfindung den Einfluss der Sphärizität der Kontaktspitze auf die Messgenauigkeit, wodurch eine sehr genaue Messung ermöglicht wird.
Die typische Rundheitsmessmaschine kann für die oben beschriebene Kontaktabtastung verwendet werden, so dass keine komplizierte Maschinenanordnung und -steuerung bzw. -regelung dafür erforderlich ist. Da der Datenprozessor so konfiguriert ist, dass er die Polarkoordinaten der Linsenmessoberfläche in Form von kontinuierlichen Messdaten erhält, ist kein zusätzlicher Schritt zum Zusammenfügen der Messdaten mit unterschiedlichen Koordinatensystemen wie bei einer typischen Vorrichtung erforderlich. Der Datenprozessor kann auch leicht die Profilinformation der Linsenmessoberfläche durch Umwandeln der Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten unter Verwendung einer bekannten Formel erhalten.
Dementsprechend stellt der obige Aspekt der Erfindung eine Linsenmessmaschine bereit, die in der Lage ist, das Linsenprofil hochgenau und leicht zu messen.
Bei dem Linsenmessgerät gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass der Linsenhalter so auf dem Tisch platziert wird, dass ein Krümmungszentrum eines vorbestimmten Bereichs der Linsenmessoberfläche mit der Drehachse zusammenfällt bzw. übereinstimmt.
Gemäß der obigen Anordnung kann die Linsenmessoberfläche geeignet entlang der Drehrichtung des Tisches angeordnet sein. Dementsprechend kann der Abschnitt der Kontaktspitze, der die Linse berührt, schmaler sein. Es sei darauf hingewiesen, dass obwohl der vorbestimmte Bereich der Linsenmessoberfläche, auf dessen Grundlage das Krümmungszentrum bestimmt wird, nicht besonders begrenzt ist, der vorbestimmte Bereich beispielsweise ein Bereich auf der Linsenmessoberfläche ist, der die optische Achse schneidet.
Bei der Linsenmessmaschine gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Linsenmessmaschine ferner enthält: einen Treiber, der konfiguriert ist, die Kontaktspitze entlang der Drehachse zu bewegen, so dass die Kontaktspitze die Linsenmessoberfläche berührt; und einen Einstellungsbetragsrechner, der konfiguriert ist, einen Grobeinstellungsbetrag zum Einstellen einer Lage der Linse so zu berechnen, dass die optische Achse der Linse orthogonal zu der Drehachse wird, und zwar basierend auf Antriebsinformationen der Kontaktspitze, die durch den Treiber bewegt wird.
Bei der obigen Anordnung kann die Kontaktspitze die Linsenmessoberfläche entlang der Drehachse kontinuierlich oder fortwährend berühren. Insbesondere kann die Linsenmessoberfläche durch Kontaktabtastmessung oder durch Mehrpunktmessung entlang der Drehachse gemessen werden.
Der Einstellungsbetragsrechner, der die Ausrichtung der aktuellen Linsenmessoberfläche basierend auf den Antriebsinformationen der vom Treiber bewegten Kontaktspitze erhalten kann, kann den Grobeinstellungsbetrag zum Einstellen der Lage der Linse so berechnen, dass die optische Achse der Linse orthogonal zu der Drehachse wird. Durch Einstellen der Lage der Linse basierend auf dem Grobeinstellungsbetrag kann die Lage der Linse genauer eingestellt werden und die Linsenmessoberfläche kann zu einem späteren Zeitpunkt genauer gemessen werden.
Es ist anzumerken, dass die Lage der Linse in diesem Stadium grob bestimmt wird, da die Antriebsinformationen der vom Treiber bewegten Kontaktspitze normalerweise weniger genau sind als die Verlagerung der Kontaktspitze. Dementsprechend ist der Grobeinstellungsbetrag Informationen zum Einstellen der grob berechneten Lage der Linse.
Bei der Linsenmessmaschine gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass der Einstellbetragsrechner so konfiguriert ist, dass er einen Feineinstellungsbetrag zum Einstellen der Lage der Linse berechnet, so dass die optische Achse der Linse orthogonal zu der Drehachse wird, und zwar basierend auf mehreren Sätzen der kartesischen Koordinaten, die an verschiedenen Positionen in einer Richtung entlang der Drehachse erhalten werden.
Gemäß der obigen Anordnung kann der Einstellbetragsrechner den Feineinstellungsbetrag zum Einstellen der Lage der Linse genauer berechnen als den Grobeinstellungsbetrag, indem beispielsweise die kartesischen Koordinaten der Linsenmessoberfläche mit dem entworfenen Wert der Linse verglichen werden. Durch Einstellen der Lageeinstellung der Linse basierend auf dem Feineinstellungsbetrag kann die Linsenmessoberfläche genauer gemessen werden.
Ein Verfahren zum Messen einer Linse gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung verwendet eine Linsenmessmaschine mit einem Tisch, der konfiguriert ist, sich um eine Drehachse zu drehen, einer Kontaktspitze, die konfiguriert ist, ein auf dem Tisch platziertes Werkstück zu berühren, einem Winkelsensor, der konfiguriert ist, einen Drehwinkel des Tisches zu erfassen, und einem Detektor, der konfiguriert ist, eine Verlagerung der Kontaktspitze zu erfassen, wobei das Verfahren umfasst: Platzieren des Werkstücks in Form einer Linse auf dem Tisch, so dass eine optische Achse der Linse orthogonal zu der Drehachse wird; Kontaktabtasten einer Linsenmessoberfläche, die durch einen vorbestimmten Bereich auf einer Oberfläche der Linse definiert ist, indem die Kontaktspitze in Kontakt mit der Linsenmessoberfläche gebracht wird und der Tisch mit der darauf platzierten Linse um einen vorbestimmten Winkel gedreht wird; Berechnen von Koordinateninformationen der Linsenmessoberfläche in Form von Polarkoordinaten, deren Ursprung sich auf der Drehachse befindet, basierend auf der Verlagerung der Kontaktspitze für jeden Drehwinkel des Tisches; und Konvertieren der berechneten Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten.
Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann das Linsenprofil wie bei der oben beschriebenen Linsenmessmaschine hochgenau und leicht gemessen werden.
Bei dem Verfahren zum Messen einer Linse gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Linse so platziert wird, dass ein Krümmungszentrum eines vorbestimmten Bereichs der Linsenmessoberfläche mit der Drehachse zusammenfällt bzw. übereinstimmt.
Gemäß dem obigen Prozess kann die Linsenmessoberfläche geeignet entlang der Drehrichtung des Tisches angeordnet werden. Dementsprechend kann der Abschnitt der Kontaktspitze, der mit der Linse in Kontakt ist, schmaler sein.
Bei dem Verfahren zum Messen einer Linse gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Verfahren ferner nach dem Platzieren der Linse und vor dem Kontaktabtasten der Linsenmessoberfläche umfasst: Bewegen der Kontaktspitze entlang der Drehachse, so dass die Kontaktspitze die Linsenmessoberfläche berührt; Berechnen eines Grobeinstellungsbetrags zum Einstellen einer Lage der Linse, so dass die optische Achse der Linse orthogonal zu der Drehachse wird, basierend auf Antriebsinformationen der Kontaktspitze beim Bewegen der Kontaktspitze; und Einstellen der Lage der Linse basierend auf dem Grobeinstellungsbetrag.
Gemäß dem obigen Prozess kann der nachfolgende Feineinstellungsschritt genauer ausgeführt werden, und die Linsenmessoberfläche kann genauer gemessen werden, wies bei der oben beschriebenen Linsenmessmaschine.
Bei dem Verfahren zum Messen einer Linse gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Verfahren ferner nach dem Platzieren der Linse und vor dem Kontaktabtasten der Linsenmessoberfläche umfasst: vorläufiges Messen der Linsenmessoberfläche an voneinander unterschiedlichen Positionen in einer Richtung entlang der Drehachse; Berechnen eines Feineinstellungsbetrags zum Einstellen einer Lage der Linse, so dass die optische Achse der Linse orthogonal zu der Drehachse wird, basierend auf mehreren Sätzen der kartesischen Koordinaten, die bei der vorläufigen Messung der Linsenmessoberfläche erhalten werden; und Einstellen der Lage der Linse basierend auf dem Feineinstellungsbetrag.
Gemäß dem obigen Prozess kann die Linsenmessoberfläche genauer und leichter gemessen werden, wie bei der oben beschriebenen Linsenmessmaschine.
Gemäß den Aspekten der Erfindung können eine Linsenmessmaschine und ein Linsenmessverfahren bereitgestellt werden, die in der Lage sind, ein Linsenprofil hochgenau und leicht zu messen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Linsenmessmaschine gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur der Linsenmessmaschine gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
3 ist eine schematische Darstellung eines Tisches, eines Linsenhalters und eines Detektors gemäß der exemplarischen Ausführungsform.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine erste Stufe eines Niveaueinstellprozesses gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
5 ist eine schematische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Linse und einer Kontaktspitze in der ersten Stufe des Niveaueinstellprozesses gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
6 ist eine schematische Darstellung, die die Linse in der ersten Stufe des Niveaueinstellprozesses gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine zweite Stufe des Niveaueinstellprozesses gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
8 ist eine schematische Darstellung, die die Linse in einer zweiten Stufe des Niveaueinstellprozesses gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Flussdiagramm, das einen Linsenmessprozess gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
10 ist eine schematische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Linse und der Kontaktspitze in dem Linsenmessprozess gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
11 ist eine weitere schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Linse und der Kontaktspitze in dem Linsenmessprozess gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
12 ist noch eine weitere schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Linse und der Kontaktspitze in dem Linsenmessprozess gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
13 ist eine schematische Darstellung, die eine Bewegung der Kontaktspitze relativ zu der Linse in dem Linsenmessprozess gemäß der exemplarischen Ausführungsform zeigt.
14 veranschaulicht ein Beispiel von XY-Koordinaten der Tabelle und von Messpunkten der Linse gemäß der exemplarischen Ausführungsform.
15 veranschaulicht ein weiteres Beispiel der XY-Koordinaten der Tabelle und der Messpunkte der Linse gemäß der exemplarischen Ausführungsform.
16 veranschaulicht noch ein weiteres Beispiel der XY-Koordinaten der Tabelle und der Messpunkte der Linse gemäß der exemplarischen Ausführungsform.
17 ist eine schematische Darstellung, die ein typisches Linsenmessverfahren zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Exemplarische Ausführungsform(en) der Erfindung wird/werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Linsenmessmaschine
Wie in 1 gezeigt enthält eine Linsenmessmaschine 1 einen Messmaschinenkörper 10 und einen Controller 60, der konfiguriert ist, die Bewegung des Messmaschinenkörpers 10 zu steuern bzw. zu regeln und Messdaten, die durch den Messmaschinenkörper 10 erhalten werden, zu importieren und zu verarbeiten.
Eine vorhandene Rundheitsmessmaschine ist als der Messmaschinenkörper 10 verwendbar.
Insbesondere enthält der Messmaschinenkörper 10: eine Basis 11; einen Tisch 20, der auf einer oberen Fläche 110 der Basis 11 bereitgestellt ist; einen Detektortreiber 30, der nahe dem Tisch 20 bereitgestellt ist; und einen Detektor 40, der von dem Detektortreiber 30 gestützt bzw. getragen wird.
Der Tisch 20 wird durch einen Drehantrieb 25 (siehe 2) gedreht, der in dem Tisch 20 bereitgestellt ist. Der Tisch 20 ist so platziert, dass eine Drehachse Cr des Tischs 20 mit einer vertikalen Richtung (Z-Achsenrichtung) an der oberen Fläche 110 der Basis 11 ausgerichtet ist. Ein Winkelsensor 26 (siehe 2), der zum Lesen eines Drehwinkels θ des Tisches 20 konfiguriert ist, ist in dem Tisch 20 bereitgestellt.
Der Tisch 20 enthält: einen zylindrischen Körper 21, der drehbar an der Basis 11 bereitgestellt ist; eine scheibenförmige Bühnen- bzw. Objekttischplatte 22, die an einer oberen Fläche des Körpers 21 bereitgestellt ist; und einen Einsteller 23, der konfiguriert ist, eine Position und Neigung der Objekttischplatte 22 in Bezug auf den Körper 21 einzustellen. Der Einsteller 23 enthält einen Bewegungsmechanismus, der konfiguriert ist, die Objekttischplatte 22 innerhalb einer Ebene (XY-Ebene) orthogonal zu der Drehachse Cr zu bewegen, und einen Neigungsmechanismus, der konfiguriert ist, die Objekttischplatte 22 in Bezug auf die XY-Ebene zu neigen, wobei der Bewegungs- und der Neigungsmechanismus jeweils von einem Motor angetrieben werden.
Der Detektortreiber 30 (erfindungsgemäßer Treiber) ist angrenzend an bzw. benachbart zu dem Tisch 20 in +X-Achsenrichtung an der oberen Fläche 110 der Basis 11 angeordnet. Der Detektortreiber 30 enthält eine Säule 31 auf, die sich von der oberen Fläche 110 der Basis 11 aus in einer Z-Achsenrichtung 11 erstreckt, einen an der Säule 31 angebrachter Schieber 32 und einen Arm 33, der an dem Schieber 32 angebracht ist und sich in X-Achsenrichtung erstreckt. Der Detektor 40, der einen Stift bzw. Stylus 41 aufweist, ist an einem Ende des Arms 33 in X-Achsenrichtung angebracht.
Der Arm 33 ist in X-Achsenrichtung in Bezug auf den Schieber 32 über einen (nicht gezeigten) X-Achsen-Antriebsmechanismus bewegbar, der in dem Schieber 32 installiert ist. Der Schieber 32 ist in der Z-Achsenrichtung in Bezug auf die Säule 31 über einen Z-Achsen-Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) bewegbar. Somit ist der Detektortreiber 30 in der Lage, X-Achsen- und Z-Achsenpositionen des Detektors 40 in Bezug auf den Tisch 20 einstellen.
Der Detektor 40 enthält den Stift 41 und einen Verlagerungsdetektor 42, der konfiguriert ist, eine Verlagerung des Stiftes 41 zu erfassen. Der Stift 41 erstreckt sich beispielsweise in -X-Achsen- und -Z-Achsenrichtungen. Eine sphärische Kontaktspitze 43, die konfiguriert ist, die Linse L (Werkstück) zu berühren, ist an einem Ende des Stiftes 41 bereitgestellt.
Der Stift 41 des Detektors 40 ist in X-Achsenrichtung verlagerbar. Wenn der Stift 41 in X-Achsenrichtung verlagert wird, gibt der Verlagerungsdetektor 42 Signale proportional zu der Verlagerung Δr des Stiftes 41 aus.
Der Messmaschinenkörper 10 enthält ferner einen Linsenhalter 50, der konfiguriert ist, die Linse L (Werkstück) zu halten.
Ein vorhandener Linsenhalter ist als Linsenhalter 50 verwendbar. Der Linsenhalter 50 hält die Linse L abnehmbar. Wie in 3 gezeigt, ist der Linsenhalter 50 auf der Objekttischplatte 22 platziert, wobei die Linse L darauf gehalten wird. In dieser exemplarischen Ausführungsform enthält der Linsenhalter 50 einen Griff 51, der konfiguriert ist, einen Umfang der Linse L zu ergreifen, und einen L-förmigen Block 52, an dem der Griff 51 bereitgestellt ist.
Es ist bevorzugt, dass der Linsenhalter 50 die Linse L hält, so dass die optische Achse Ao der Linse L orthogonal zu der Drehachse Cr des Tisches 20 wird.
Der Controller 60, der vorhandener Personal Computer oder dergleichen ist, ist so konfiguriert, dass er eine vorbestimmte Steuerungssoftware ausführt, um als Bewegungscontroller 61, Winkeldetektor 62, Kontaktpunktdetektor 63, Datenprozessor 64 und ein Einstellungsbetragsrechner 65 zu dienen, wie in 2 gezeigt. Diese Komponenten führen in Kombination den unten beschriebenen Niveaueinstellungsprozess und den Linsenmessprozess durch. Der Controller 60 enthält auch einen Speicher 66, der Designwerte der Linse L (des Werkstücks) und dergleichen speichert.
Der Controller 60 enthält zusätzlich eine Konsole 67 (z. B. eine Tastatur) und eine Anzeige 68 (z. B. eine Monitorvorrichtung). Eine Bedienperson P kann den Messmaschinenkörper 10 bedienen und Informationen über die Konsole 67 und/oder die Anzeige 68 lesen.
Obwohl der Controller 60 in der exemplarischen Ausführungsform eine vom Messmaschinenkörper 10 unabhängige Komponente ist, kann der Controller 60 in den Messmaschinenkörper 10 integriert sein.
Niveaueinstellungsprozess
Als nächstes wird ein Linsenmessverfahren unter Verwendung der Linsenmessmaschine 1 beschrieben.
In dem Linsenmessverfahren gemäß der exemplarischen Ausführungsform wird, nachdem ein Niveaueinstellungsprozess der Linse L durchgeführt wurde, ein Linsenmessprozess durchgeführt. Der Niveaueinstellungsprozess ist ein Prozess zum Einstellen der optischen Achse Ao der Linse L orthogonal zu der Drehachse Cr des Tisches 20.
Eine erste Stufe des Niveaueinstellungsprozesses wird nachstehend mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 4 beschrieben. Es ist anzumerken, dass eine Linsenmessoberfläche Lm in dieser exemplarischen Ausführungsform eine konvexe, asphärische Oberfläche der Linse L ist.
Zunächst wird der Linsenhalter 50, der die Linse L hält, durch eine Bedienperson P oder dergleichen auf der oberen Fläche des Tisches 20 platziert (Schritt S11; Linsenplatzierungsschritt). Zu diesem Zeitpunkt ist die Linse L so platziert, dass die Linsenmessoberfläche Lm dem Detektor 40 (in +X-Achsenrichtung) zugewandt ist, wie in 5 gezeigt.
Es ist anzumerken, dass es in Schritt S11 bevorzugt ist, dass die optische Achse Ao der Linse L im Wesentlichen mit der X-Achsenrichtung ausgerichtet ist, wie in 5 gezeigt. Ferner ist es bevorzugt, dass wenn die Linse L in Richtung der Drehachse Cr gesehen wird, ein Krümmungszentrum Cc eines Bereichs der Linsenmessoberfläche Lm, der die optische Achse Ao schneidet, im Wesentlichen mit der Drehachse Cr zusammenfällt bzw. übereinstimmt. Wenn die Linse L wie oben beschrieben angeordnet ist, ist die Linsenmessoberfläche Lm geeigneterweise entlang der Drehrichtung des Tisches 20 angeordnet. Es ist anzumerken, dass ein Kreis, der durch eine imaginäre Linie (Kettenlinie bzw. gestrichelte Linie) in 5 gezeigt ist, ein annähernder Kreis VC der Linsenmessoberfläche Lm ist, wobei der Radius des annähernden Kreises VC ein Krümmungsradius in dem Bereich der Linsenmessoberfläche Lm ist, der die optische Achse Ao schneidet, und der Mittelpunkt des annähernden Kreises VC das Krümmungszentrum Cc ist, wenn die Linse L in Richtung der Drehachse Cr gesehen wird.
Nach Schritt S11 führt der Detektor 40 die Kontaktabtastmessung der Linsenmessoberfläche Lm in der Z-Achsenrichtung durch (Schritt S12; Antriebsschritt). Insbesondere steuert bzw. regelt der Bewegungscontroller 61 die Bewegung des Detektors 40 in der Z-Achsenrichtung und der X-Achsenrichtung über den Detektortreiber 30, so dass der Stift 41 auf der Linsenmessoberfläche Lm entlang der Z-Achsenrichtung gleitet, während er mit der Linsenmessoberfläche Lm in Kontakt ist. Mit anderen Worten bewegt sich der Stift 41 in Z-Achsenrichtung und folgt dem Oberflächenprofil der Linsenmessoberfläche Lm (siehe Pfeile M1 in 6). Der Einstellungsbetragsrechner 65 erfasst Folgebewegungsinformationen des Detektors 40 basierend auf einer Skala oder dergleichen, die an dem Detektortreiber 30 bereitgestellt ist, um Profilinformationen (XZ-Querschnittsinformation) der Linsenmessoberfläche Lm entlang einer Abtastlinie der Kontaktspitze 43 zu berechnen.
Es ist anzumerken, dass die Linse L in Schritt S12 in tatsächlichen Linien dargestellt ist und eine Linse Li in einer idealen Lage, wo die optische Achse Ao orthogonal zu der Drehachse Cr ist, in imaginären Linien (doppelt gestrichelte Linien) in 6 gezeigt ist. Zur Vereinfachung der Erläuterung ist ferner die Neigung der Linse L in Bezug auf die Linse Li (d. h. eine Abweichung von einem Zustand, in dem die optische Achse Ao der Linse L orthogonal zu der Drehachse Cr ist) in 6 übertrieben dargestellt.
Der Einstellungsbetragsrechner 65 vergleicht die in Schritt S12 erhaltenen Profilinformationen der Linsenmessoberfläche Lm mit dem im Speicher 66 gespeicherten Designwert der Linse L, um die Lage der auf dem Tisch 20 platzierten Linse L zu analysieren (d. h. den Zustand der optischen Achse Ao) und zu bestimmen, ob die Lage der Linse L Konvergenzbedingungen erfüllt (Schritt S13). Es ist anzumerken, dass sich die Konvergenzbedingungen auf Bedingungen beziehen, die erfüllt sein müssen, um die Lage der Linse L innerhalb eines tolerierbaren Fehlers an die ideale Lage anzupassen, und beispielsweise auf ein Niveau festgelegt sind, das ausreicht, um die zweite Stufe des Niveaueinstellungsprozesses durchzuführen.
Wenn bestimmt wird, dass die Lage der Linse L die Konvergenzbedingungen erfüllt (Schritt S13; Ja), wird die erste Stufe des Niveaueinstellungsprozesses beendet.
Wenn dagegen bestimmt wird, dass die Lage der Linse L die Konvergenzbedingungen nicht erfüllt (Schritt S13; Nein), wird ein Grobeinstellungsbetrag zum Einstellen der Lage der Linse L berechnet (Schritt S14; Grobeinstellungsbetrag-Berechnungsschritt).
Es ist anzumerken, dass die Lage der Linse L in Schritt S13 grob bestimmt wird, da der Folgebewegungsbetrag des Stifts 41 normalerweise weniger genau als die Verlagerung Δr des Stifts 41 ist. Dementsprechend ist der Grobeinstellungsbetrag Information zum Einstellen der grob berechneten Lage der Linse L.
Der Bewegungscontroller 61 steuert den Einsteller 23 basierend auf dem Grobeinstellungsbetrag, der in Schritt S14 berechnet wird, um die Lage der Objekttischplatte 22 des Tisches 20 einzustellen (Schritt S15; Grobeinstellungsschritt).
Alternativ kann die Bedienperson P den in Schritt S13 berechneten Grobeinstellungsbetrag über die Anzeige 68 prüfen und den Einsteller 23 manuell betätigen. Somit wird die optische Achse Ao der Linse L grob so eingestellt, dass sie orthogonal zu der Drehachse Cr ist. Mit anderen Worten ist die optische Achse Ao der Linse L in Bezug auf eine Ebene orthogonal zur Drehachse Cr grob eingestellt.
Anschließend kehrt der Prozess zu Schritt S12 zurück und die Schritte S12 bis S15 werden wiederholt, bis die Lage der Linse L die Konvergenzbedingungen erfüllt.
Nach Abschluss der ersten Stufe des Niveaueinstellungsprozesses wird die zweite Stufe gestartet. Die zweite Stufe des Niveaueinstellungsprozesses wird nachstehend mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 7 beschrieben.
Anfänglich steuert bzw. regelt der Bewegungscontroller 61 den Detektortreiber 30 und den Drehantrieb 25, so dass der Detektor 40 die Kontaktabtastmessung der Linse L in der Drehrichtung des Tisches 20 an einer Mehrzahl von gewünschten Positionen in der Z-Achsrichtung durchführt (Schritt S21; vorläufiger Messschritt). Die Kontaktabtastmessung in Schritt S21 ist im Wesentlichen die gleiche wie der später beschriebene Linsenmessprozess (Schritte S31 bis S35), mit der Ausnahme, dass es mehrere Messpositionen in der Z-Achsenrichtung gibt. Dementsprechend wird hier keine detaillierte Erklärung abgegeben.
Durch Schritt S21 werden die Profilinformationen (XY-Querschnittsinformationen) der Linsenmessoberfläche Lm an den gewünschten mehreren Positionen in der Z-Achsenrichtung erhalten.
Während Schritt S21 wird die Kontaktabtastmessung der Linse L in der Drehrichtung des Tisches 20 an der Mehrzahl von Positionen durchgeführt, die sich in Z-Achsenrichtung voneinander unterscheiden. Die Richtungen der Kontaktabtastmessung in Schritt S21 sind beispielhaft durch Pfeile M2 in 8 dargestellt. Die Profilinformationen der Linsenmessoberfläche Lm an den voneinander verschiedenen Positionen in der Z-Achsenrichtung werden somit erhalten.
Es ist anzumerken, dass die Linse L in Schritt S21 in tatsächlichen Linien dargestellt ist und die Linse Li in einer idealen Lage, wo die optische Achse Ao orthogonal zu der Drehachse Cr ist, in imaginären Linien (doppelt gestrichelte Linien) in 8 gezeigt ist. Zur Vereinfachung der Erläuterung ist ferner die Neigung der Linse L in Bezug auf die Linse Li (d. h. eine Abweichung von einem Zustand, in dem die optische Achse Ao der Linse L orthogonal zu der Drehachse Cr ist) in 8 übertrieben dargestellt. Die Neigung der Linse L in 8 ist jedoch geringer als die Neigung der Linse L in 6.
Der Einstellungsbetragsrechner 65 vergleicht die in Schritt S21 erhaltenen Messdaten mit dem im Speicher 66 gespeicherten Designwert der Linse L, um die Lage der auf dem Tisch 20 platzierten Linse L zu analysieren (d. h. den Zustand der optischen Achse Ao) und zu bestimmen, ob die Neigung der Linse L die Konvergenzbedingungen erfüllt (Schritt S22). Es ist anzumerken, dass die Konvergenzbedingungen in der zweiten Stufe des Niveaueinstellungsprozesses auf ein Niveau festgelegt sind, das für die Durchführung des nachfolgenden Messvorgangs ausreichend ist, und somit strenger sind als die Konvergenzbedingungen in der ersten Stufe.
Wenn bestimmt wird, dass die Lage der Linse L die Konvergenzbedingungen erfüllt (Schritt S22; Ja), wird die zweite Stufe des Niveaueinstellungsprozesses beendet.
Wenn dagegen bestimmt wird, dass die Lage der Linse L die Konvergenzbedingungen nicht erfüllt (Schritt S22; Nein), wird ein Feineinstellungsbetrag zum Einstellen der Lage der Linse L berechnet (Schritt S23; Feineinstellungsbetrag) Berechnungsschritt).
Der Bewegungscontroller 61 steuert bzw. regelt den Einsteller 23 basierend auf dem in Schritt S23 berechneten Feineinstellungsbetrag, um die Neigung der Objekttischplatte 22 des Tisches 20 einzustellen (Schritt S24; Feineinstellungsschritt). Alternativ kann die Bedienperson P den in Schritt S24 berechneten Feineinstellungsbetrag über die Anzeige 68 prüfen und den Einsteller 23 manuell betätigen. Somit wird die optische Achse Ao der Linse L so eingestellt, dass sie orthogonal zu der Drehachse Cr ist, feiner als in der ersten Stufe.
Nachfolgend kehrt der Prozess zu Schritt S21 zurück und die Schritte S21 bis S24 werden wiederholt, bis die Lage der Linse L die Konvergenzbedingungen erfüllt.
Somit ist das Niveau der optischen Achse Ao der Linse L in Bezug auf die zur Drehachse Cr orthogonale Ebene ausreichend eingestellt.
Messvorgang
Die Linsenmessmaschine 1 führt den Messvorgang der Linsenmessoberfläche Lm nach Abschluss des Niveaueinstellungsprozesses durch.
Der Messvorgang der Linsenmessmaschine 1 wird nachstehend mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 9 beschrieben. Es ist anzumerken, dass angenommen wird, dass das Profil eines Querschnitts der Linse L, durch die die optische Achse Ao verläuft, in der nachstehenden Beschreibung gemessen wird.
Anfangs steuert bzw. regelt der Bewegungscontroller 61 den Detektortreiber 30 dahingehend, die Kontaktspitze 43 an den Messpositionen Pz, Px zu lokalisieren (Schritt S31).
Die Messposition Pz ist mit der optischen Achse Ao der Linse L in Z-Achsenrichtung ausgerichtet (siehe 10). Die Messposition Pz kann im Voraus basierend auf dem Designwert der Linse L oder dergleichen festgelegt werden. Alternativ kann die Messposition Pz durch den Bewegungscontroller 61 durch den oben beschriebenen Niveaueinstellungsprozess erfasst werden.
Die Messposition Px ist eine Position, an der die Kontaktspitze 43 die Linsenmessoberfläche Lm mit einem vorbestimmten Druck berührt, nachdem sich die an der Messposition Pz positionierte Kontaktspitze 43 der Linsenmessoberfläche Lm nähert (siehe 5).
Nach dem Schritt S31 steuert bzw. regelt der Bewegungscontroller 61 den Drehantrieb 25 dahingehend, den Tisch 20 in dem in 5 gezeigten Zustand um einen vorbestimmten Winkel θp1 zu drehen. Diese Drehung veranlasst die Kontaktspitze 43, einen Messstartpunkt Ps der Linse L zu berühren (Schritt S32, siehe 11). Der vorbestimmte Winkel θp1 kann im Voraus basierend auf dem Designwert der Linse L oder dergleichen festgelegt werden. Alternativ kann der vorbestimmte Winkel θp1 durch den Bewegungscontroller 61 basierend auf den Messdaten festgelegt werden, die in dem oben beschriebenen Niveaueinstellungsprozess erhalten werden.
Nach dem Schritt S32 steuert bzw. regelt der Bewegungscontroller 61 den Drehantrieb 25 dahingehend, den Tisch 20 in dem in 11 gezeigten Zustand um einen vorbestimmten Winkel θp2 zu drehen. Diese Drehung veranlasst die Kontaktspitze 43, auf der Linsenmessoberfläche Lm von dem Messstartpunkt Ps zu einem Messendpunkt Pf zu gleiten und die Kontaktspitze 43 in Übereinstimmung mit dem Profil der Linsenmessoberfläche Lm zu verschieben (siehe 12). Mit anderen Worten tastet die Kontaktspitze 43 die Linsenmessoberfläche Lm entlang der Drehrichtung des Tisches 20 ab (Schritt S33; Kontaktabtastschritt).
Es ist anzumerken, dass der vorbestimmte Winkel θp2 ein Winkel ist, mit dem die Kontaktspitze 43 einen gewünschten Bereich der Linsenmessoberfläche Lm kontaktabtastet. Der vorbestimmte Winkel θp2 kann im Voraus basierend auf dem Designwert der Linse L oder dergleichen festgelegt werden. Alternativ kann der vorbestimmte Winkel θp2 durch den Bewegungscontroller 61 basierend auf den Messdaten festgelegt werden, die in dem oben beschriebenen Niveaueinstellungsprozess erhalten werden.
Während Schritt S33 wird der Stift 41 in X-Achsenrichtung in Übereinstimmung mit dem Profil der Linsenmessoberfläche Lm verlagert, und der Verlagerungsdetektor 42 gibt ein Verlagerungssignal (Verlagerung Δr) proportional zu der Verlagerung des Stiftes 41 aus.
Während Schritt S33 liest der Winkeldetektor 62 ferner den aktuellen Drehwinkel θ des Tisches 20 über den Winkelsensor 26, und der Kontaktpunktdetektor 63 zeichnet die Verlagerung Δr auf, die von dem Detektor 40 für jeden vorbestimmten Drehwinkel θ ausgegeben wird.
13 zeigt eine Bewegung der Kontaktspitze 43 relativ zu der Linsenmessoberfläche Lm, während der Tisch 20 in Schritt S33 gedreht wird. Wie in 13 gezeigt, ist eine Drehrichtung M des Tisches 20 mit der Umfangsrichtung des annähernden Kreises VC der Linse L ausgerichtet. Dementsprechend berührt die Kontaktspitze 43, während der Tisch 20 gedreht wird, die Linsenmessoberfläche Lm in einem annähernd konstanten Winkel. Somit berührt ungefähr derselbe Abschnitt der Kontaktspitze 43 die Linsenmessoberfläche Lm.
Es ist anzumerken, dass, da die Linse L eine asphärische Oberfläche aufweist, eine geringfügige Abweichung zwischen dem annähernden Kreis VC der Linse L und der Linsenmessoberfläche Lm vorhanden ist und sich der Winkel der Kontaktspitze 43 in Abhängigkeit von der Größe der Abweichung geringfügig ändert. Der Bereich der Kontaktspitze 43, der die Linsenmessoberfläche Lm berührt, ist jedoch im Vergleich zu einer typischen Kontaktabtastmessung ausreichend schmal gehalten.
Nach Schritt S33 berechnet der Datenprozessor 64 Koordinateninformationen der Linsenmessoberfläche Lm in Form von Polarkoordinaten einer Mehrzahl von Messpunkten, die entlang der Abtastlinie der Kontaktspitze 43 angeordnet sind, basierend auf dem erhaltenen Drehwinkel θ und der Verlagerung Δr (Schritt S34; Koordinatenberechnungsschritt). Es ist anzumerken, dass die Anzahl der Mehrzahl von Messpunkten nicht besonders begrenzt ist.
14 zeigt ein XY-Koordinatensystem auf dem Tisch 20, dessen Ursprung an einem Punkt auf der Drehachse Cr festgelegt ist, und Messpunkte P1 bis P5, die in Schritt S34 berechnet werden.
Es ist anzumerken, dass in dieser exemplarischen Ausführungsform die Y-Achse auf dem Tisch 20 im Wesentlichen parallel zu der X-Achse des Messmaschinenkörpers 10 ist und die X-Achse auf dem Tisch 20 im Wesentlichen parallel zu der Y-Achse des Messmaschinenkörpers 10 ist, wenn sich die Kontaktspitze 43 an der Messposition Px befindet (Schritt S31).
Ferner ist ein Referenzkreis VS, dessen Radius gleich einem Abstand R zwischen der an der Messposition Px befindlichen Kontaktspitze 43 (Px) und der Drehachse Cr ist, in einer imaginären Linie (gestrichelten Linie) in 14 dargestellt.
Der r-Wert der Polarkoordinaten von jedem der Messpunkte P1 bis P5 wird berechnet, indem der Abstand R zu der Verlagerung Δr an den entsprechenden Messpunkten addiert wird, und ein θ-Wert wird als der Drehwinkel θ an den entsprechenden Messpunkten P1 bis P5 berechnet.
Insbesondere sind die Polarkoordinaten des Messpunkts P1 (R+Δr1, θ1), die Polarkoordinaten des Messpunkts P2 (R+Δr2, θ2), die Polarkoordinaten des Messpunkts P3 (Ausgangsposition) (R +Δr3, θ3), die Polarkoordinaten des Messpunkts P4 (R+Δr4, θ4) und die Polarkoordinaten des Messpunkts P5 (R+Δr5, θ5).
Anschließend wandelt der Datenprozessor 64 die Polarkoordinaten von jedem der in Schritt S34 berechneten Messpunkte P1 bis P5 in kartesische Koordinaten (XY-Koordinaten) um (Schritt S35; Koordinatenumwandlungsschritt). Die folgende Formel (1) wird für die Umwandlung verwendet. $x = rcos θ$
$y = rsin θ$
XY-Koordinaten von jedem der Messpunkte P1 bis P5 können in Schritt S35 erhalten werden. Die Koordinateninformationen des Querschnittsprofils der Linse L, durch die die optische Achse Ao verläuft, können somit in Form von XY-Koordinaten erhalten werden.
Damit ist der Messvorgang der Linsenmessmaschine 1 beendet.
Vorteile der exemplarischen Ausführungsform
In der exemplarischen Ausführungsform tastet die Kontaktspitze 43 die Linsenmessoberfläche Lm entlang der Drehrichtung des Tisches 20 ab, um den Messvorgang der Linse L durchzuführen. Während der Kontaktabtastung berührt die Kontaktspitze 43 die Linsenmessoberfläche Lm in einem ungefähr konstanten Winkel. Dementsprechend wird der Bereich der Kontaktspitze 43, der die Linsenmessoberfläche Lm berührt, im Vergleich zur typischen linearen Kontaktabtastung ausreichend schmal. Dementsprechend beeinflusst die Sphärizität der Kontaktspitze 43 die Messgenauigkeit weniger, wodurch eine hochgenaue Messung ermöglicht wird.
Eine typische Rundheitsmessmaschine kann für die Kontaktabtastung in der exemplarischen Ausführungsform verwendet werden, so dass keine komplizierte Maschinenanordnung und -steuerung bzw. -regelung dafür erforderlich ist. Ferner können durch die Umwandlung der Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten durch den Datenprozessor 64 die Profilinformationen der Linsenmessoberfläche Lm leicht erhalten werden.
Dementsprechend kann das Linsenprofil in der exemplarischen Ausführungsform hochgenau und leicht gemessen werden.
In der exemplarischen Ausführungsform wird anfänglich die erste Stufe des Niveaueinstellungsprozesses durchgeführt, bei dem die Lage der Linse L basierend auf dem Grobeinstellungsbetrag eingestellt wird, der durch den Einstellungsbetragsrechner 65 berechnet wird. Dementsprechend kann die Genauigkeit in der nachfolgenden zweiten Stufe des Niveaueinstellungsprozesses verbessert werden.
In der exemplarischen Ausführungsform wird die zweite Stufe des Niveaueinstellungsprozesses ausgeführt, in der die Lage der Linse L basierend auf dem Feineinstellungsbetrag eingestellt wird, der durch den Einstellungsbetragsrechner 65 berechnet wird. Dementsprechend kann die Linsenmessoberfläche Lm, die nachfolgend gemessen wird, genauer gemessen werden.
In der exemplarischen Ausführungsform ist die Linse L so angeordnet, dass das Krümmungszentrum Cc der Linsenmessoberfläche Lm mit der Drehachse Cr des Tisches 20 zusammenfällt bzw. übereinstimmt. Wenn die Linse L wie oben beschrieben angeordnet ist, kann die Linsenmessoberfläche Lm geeignet entlang der Drehrichtung des Tisches 20 angeordnet sein. Dementsprechend kann der Abschnitt der Kontaktspitze 43, der die Linse L berührt, schmaler sein.
Modifikationen
Es ist anzumerken, dass der Schutzumfang der Erfindung nicht durch die oben beschriebene exemplarische Ausführungsform beschränkt ist, sondern Modifikationen und dergleichen umfasst, die mit einem Gegenstand der Erfindung kompatibel sind.
Die Lage der Linse L auf dem Tisch 20, wie in Schritt S11 beschrieben, ist nicht notwendigerweise streng festgelegt, sondern eine geringfügige Abweichung ist tolerierbar.
Wie in 15 gezeigt ist, ist beispielsweise das Krümmungszentrum Cc eines Bereichs der Linsenmessoberfläche Lm, der die optische Achse Ao schneidet, nicht mit der Drehachse Cr des Tisches 20 ausgerichtet und der annähernde Kreis VC der Linsenmessoberfläche Lm unterscheidet sich in einigen Ausführungsformen der Erfindung von dem Referenzkreis VS (Radius: Abstand R). Ferner berührt die Kontaktspitze 43 (Px) der Messposition Px in einigen Ausführungsformen der Erfindung einen anderen Abschnitt der Oberfläche der Linse L als den Schnittpunkt mit der optischen Achse Ao (Scheitelpunkt).
Der Niveaueinstellungsprozess und der Linsenmessprozess können mit der obigen Lage der Linse L auf dieselbe Weise wie bei der exemplarischen Ausführungsform durchgeführt werden, wo der Abschnitt der Kontaktspitze 43, der die Linsenmessoberfläche Lm berührt, ausreichend schmal gehalten wird verglichen mit einer typischen Kontaktabtastmessung. Somit ist es bei der Erfindung nicht notwendig, eine Zentrierung des Werkstücks durchzuführen, wie sie für eine typische Rundheitsmessung durchgeführt wird.
Bei einer Modifikation der Erfindung ist die Linse L so angeordnet, dass das Krümmungszentrum eines Bereichs der Linsenmessoberfläche Lm, der nicht der Bereich ist, der die optische Achse Ao schneidet, mit der Drehachse Cr des Tisches 20 zusammenfällt bzw. übereinstimmt.
Es ist jedoch anzumerken, dass die Linse L vorzugsweise auf dem Tisch 20 angeordnet ist, so dass die Verlagerung Δr des Stiftes 41 innerhalb eines verlagerbaren Bereichs des Stiftes 41 gehalten wird, wenn die Kontaktspitze 43 die Linse L in der Drehrichtung der Tabelle 20 kontaktabtastet.
Dementsprechend wird, wenn die Verlagerung Δr an den Messpunkten P1 bis P5 möglicherweise relativ groß wird, wie in 16 gezeigt, nicht nur die Neigung der Linse L, sondern auch die Anordnung der Linse L beispielsweise in Schritt S12 in dem Niveaueinstellungsprozess in einigen Ausführungsformen der Erfindung erfasst. Wenn bestimmt wird, dass die Anordnung der Linse L nicht innerhalb des tolerierbaren Bereichs liegt (d. h. in einem Bereich, in dem die Verlagerung Δr innerhalb eines verlagerbaren Bereichs des Stiftes 41 gehalten wird), wird bei einigen Ausführungsformen der Erfindung die Objekttischplatte 22 des Tisches 20 bewegt oder der Tisch 20 wird gedreht, um die Anordnung der Linse L einzustellen.
Obwohl der Detektor 40 die Kontaktabtastmessung auf der Linsenmessoberfläche Lm in der Z-Achsenrichtung in der ersten Stufe des Niveaueinstellungsprozesses in der exemplarischen Ausführungsform durchführt, ist der Umfang der Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel wird die Linsenmessoberfläche Lm durch intermittierendes Inkontaktbringen der Kontaktspitze 43 mit der Linsenmessoberfläche Lm entlang der Z-Achsenrichtung (d. h. Mehrpunktmessung) in einigen Ausführungsformen der Erfindung gemessen.
In der exemplarischen Ausführungsform wird das Querschnittsprofil der durch die optische Achse Ao verlaufenden Linse L in dem Linsenmessprozess gemessen. Dementsprechend liegt die Messposition Pz, an der sich die Kontaktspitze 43 in Schritt S31 befindet, auf der optischen Achse Ao der Linse L, die sich in der Z-Achsenrichtung befindet. Der Umfang der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Messposition Pz in Abhängigkeit von dem Querschnittsprofil der Linse L (Werkstück) an einer beliebigen Position in der Z-Achsenrichtung festgelegt werden.
Die Messposition Px, an der sich die Kontaktspitze 43 in Schritt S31 befindet, ist eine Position, in der das Kontaktstück 43 die Linsenmessoberfläche Lm mit einem vorbestimmten Druck kontaktiert, nachdem sich die Kontaktspitze 43 in der exemplarischen Ausführungsform der Linsenmessoberfläche Lm nähert. Der Umfang der Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wenn beispielsweise die Linse L in Schritt S11 mit einem gewissen Genauigkeitsgrad auf dem Tisch 20 angeordnet ist, kann die Messposition Px eine vorbestimmte Referenzposition sein, und zwar basierend auf dem Designwert der Linse L.
Obwohl in der exemplarischen Ausführungsform der Niveaueinstellungsprozess vor dem Linsenmessprozess durchgeführt wird, ist der Niveaueinstellungsprozess nicht erforderlich.
Wenn der Niveaueinstellungsprozess durchgeführt wird, wird in einigen Ausführungsformen nur die erste Stufe oder die zweite Stufe durchgeführt. Wenn zum Beispiel nur die erste Stufe durchgeführt wird, können die Konvergenzbedingungen der Lage der Linse L in Schritt S13 so bestimmt werden, dass sie für den nachfolgenden Messvorgang ausreichend sind.
Die Konvergenzbedingungen für die Lage der Linse L werden in der ersten Stufe des Niveaueinstellungsprozesses nicht festgelegt, und die zweite Stufe wird in einigen Ausführungsformen der Erfindung nach einer Grobeinstellung durchgeführt.
Das Werkstück in Form der Linse in der Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt, und verschiedene Linsen wie eine konvexe Linse, eine konkave Linse und eine asphärische Linse sind messbar.
In der exemplarischen Ausführungsform ist die Linsenmessoberfläche Lm eine konvexe asphärische Oberfläche. Die Linsenmessoberfläche Lm ist jedoch nicht notwendigerweise eine konvexe asphärische Oberfläche, sondern in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine konkave asphärische Oberfläche oder eine (konkave oder konvexe) sphärische Oberfläche.
Wenn beispielsweise die Linsenmessoberfläche Lm eine konkave, asphärische Oberfläche oder (konkave) sphärische Oberfläche ist, ist es in Schritt S11 bevorzugt, dass die Linsenmessoberfläche Lm so angeordnet ist, dass das Krümmungszentrum Cc des Bereichs der Linsenmessoberfläche Lm an dem Schnittpunkt mit der optischen Achse Ao im Wesentlichen mit der Drehachse Cr auf dieselbe Weise wie bei der exemplarischen Ausführungsform zusammenfällt bzw. übereinstimmt. Während die Kontaktspitze 43 in den Schritten S21 und S33 die Linsenmessoberfläche Lm kontaktabtastet, kann der Detektor 40 ferner in X-Achsenrichtung geeignet bewegt werden, um zu verhindern, dass die Kontaktspitze 43 übermäßig gegen die konkave Linsenmessoberfläche Lm gepresst wird.
Der Linsenhalter 50, der konfiguriert ist, einen Umfang der Linse L in der exemplarischen Ausführungsform zu halten, ist so konfiguriert, dass er in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Oberfläche der Linse L gegenüberliegend bzw. entgegengesetzt zu der Linsenmessoberfläche Lm ansaugt und hält. Ferner ist der Linsenhalter der Erfindung nicht notwendigerweise wie oben beschrieben konfiguriert, sondern kann durch jeden geeigneten vorhandenen Linsenhalter bereitgestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010164532 A [0002]
WO 2013/121196 [0006]

Claims

Linsenmessmaschine, umfassend: einen Tisch (20), der um eine Drehachse (Cr) drehbar ist; einen Linsenhalter (50), der konfiguriert ist, ein Werkstück in Form einer Linse (L) zu halten, wobei der Linsenhalter (50) auf dem Tisch (20) platziert ist, so dass eine optische Achse (Ao) der Linse (L) orthogonal zu der Drehachse (Cr) wird; eine Kontaktspitze (43), die konfiguriert ist, eine Linsenmessoberfläche (Lm) zu berühren bzw. zu kontaktieren, die an einem Teil einer Oberfläche der Linse (L) definiert ist; einen Winkelsensor (26), der konfiguriert ist, einen Drehwinkel (θ) des Tisches (20) zu erfassen; einen Verlagerungsdetektor (42), der konfiguriert ist, eine Verlagerung der Kontaktspitze (43) zu erfassen; und einen Datenprozessor (64), der konfiguriert ist, Koordinateninformationen der Linsenmessoberfläche (Lm) in Form von Polarkoordinaten zu berechnen, deren Ursprung sich auf der Drehachse (Cr) befindet, und zwar basierend auf der Verlagerung (Δr) der Kontaktspitze (43) für jeden Drehwinkel (θ) des Tisches, und die berechneten Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten zu konvertieren.
Linsenmessmaschine nach Anspruch 1, wobei der Linsenhalter (50) so auf dem Tisch (20) platziert ist, dass ein Krümmungszentrum (Cc) eines vorbestimmten Bereichs der Linsenmessoberfläche (Lm) mit der Drehachse (Cr) zusammenfällt bzw. übereinstimmt.
Linsenmessmaschine nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen Treiber (30), der konfiguriert ist, die Kontaktspitze (43) entlang der Drehachse (Cr) zu bewegen, so dass die Kontaktspitze (43) die Linsenmessfläche (Lm) berührt; und einen Einstellungsbetragsrechner (65), der konfiguriert ist, einen Grobeinstellungsbetrag zum Einstellen einer Lage der Linse (L) so zu berechnen, dass die optische Achse (Ao) der Linse (L) orthogonal zu der Drehachse (Cr) wird, und zwar basierend auf Antriebsinformationen der Kontaktspitze (43), die durch den Treiber (30) bewegt wird.
Linsenmessmaschine nach Anspruch 3, wobei der Einstellungsbetragsrechner (65) konfiguriert ist, einen Feineinstellungsbetrag zum Einstellen der Lage der Linse (L) so zu berechnen, dass die optische Achse (Ao) der Linse (L) orthogonal zu der Drehachse (Cr) wird, und zwar basierend auf mehreren Sätzen von kartesischen Koordinaten, die an verschiedenen Positionen in einer Richtung entlang der Rotationsachse (Cr) erhalten werden.
Verfahren zum Messen einer Linse unter Verwendung einer Linsenmessmaschine (1), die einen Tisch (20), der konfiguriert ist, sich um eine Drehachse (Cr) zu drehen, eine Kontaktspitze (43), die konfiguriert ist, ein auf dem Tisch platziertes Werkstück (20) zu kontaktieren bzw. zu berühren, einen Winkelsensor (26), der konfiguriert ist, einen Drehwinkel (θ) des Tisches (20) zu erfassen, und einen Detektor (40) umfasst, der konfiguriert ist, eine Verlagerung der Kontaktspitze (43) zu erfassen, wobei das Verfahren umfasst: Platzieren des Werkstücks in Form einer Linse (L) auf dem Tisch (20), so dass eine optische Achse (Ao) der Linse (L) orthogonal zu der Drehachse (Cr) wird; Kontaktabtasten einer Linsenmessoerfläche (Lm), die durch einen vorbestimmten Bereich auf einer Oberfläche der Linse (L) definiert ist, indem die Kontaktspitze (43) mit der Linsenmessoberfläche (Lm) in Kontakt gebracht wird und der Tisch (20) mit der drauf platzierten Linse (L) um einen vorbestimmten Winkel gedreht wird; Berechnen von Koordinateninformationen der Linsenmessoberfläche (Lm) in Form von Polarkoordinaten, deren Ursprung sich auf der Drehachse (Cr) befindet, basierend auf einer Verlagerung (Δr) der Kontaktspitze (43) für jeden Drehwinkel (θ) des Tisches (20); und Konvertieren der berechneten Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten.
Verfahren zum Messen einer Linse nach Anspruch 5, wobei die Linse (L) so platziert wird, dass ein Krümmungszentrum (Cc) eines vorbestimmten Bereichs der Linsenmessoberfläche (Lm) mit der Drehachse (Cr) zusammenfällt bzw. übereinstimmt.
Verfahren zum Messen einer Linse nach Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend, nach dem Platzieren der Linse und vor dem Kontaktabtasten der Linsenmessoberfläche: Bewegen der Kontaktspitze (43) entlang der Drehachse (Cr), so dass die Kontaktspitze (43) die Linsenmessoberfläche (Lm) berührt; Berechnen eines Grobeinstellungsbetrags zum Einstellen einer Lage der Linse (L), so dass die optische Achse (Ao) der Linse (L) orthogonal zu der Drehachse (Cr) wird, basierend auf Antriebsinformationen der Kontaktspitze (43) beim Bewegen der Kontaktspitze (43); und Einstellen der Lage der Linse (L) basierend auf dem Grobeinstellungsbetrag.
Verfahren zum Messen einer Linse nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ferner umfassend, nach dem Platzieren der Linse und vor dem Kontaktabtasten der Linsenmessoberfläche: vorläufiges Messen der Linsenmessoberfläche (Lm) an voneinander unterschiedlichen Positionen in einer Richtung entlang der Drehachse (Cr); Berechnen eines Feineinstellungsbetrags zum Einstellen einer Lage der Linse (L), so dass die optische Achse (Ao) der Linse (L) orthogonal zu der Drehachse (Cr) wird, basierend auf mehreren Sätzen der kartesischen Koordinaten, die bei der vorläufigen Messung der Linsenmessoberfläche (Lm) erhalten werden; und Einstellen der Lage der Linse (L) basierend auf dem Feineinstellungsbetrag.