JP6599137B2 - Plane shape measuring apparatus and plane shape calculating system - Google Patents
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Description
本発明は平面形状測定装置及び平面形状算出システムに関する。 The present invention relates to a planar shape measuring apparatus and a planar shape calculating system.
近年、定盤などの比較的大型な平面形状を測定する平面度測定装置が提案されている。特許文献1は、ペンタプリズムの回転によってレーザ光を走査させることにより基準平面を形成し、当該基準平面を用いて被測定物の平面度を測定する平面度測定装置を開示している。この特許文献1に開示された平面度測定装置の詳細について図7及び図8を参照して説明する。 In recent years, a flatness measuring apparatus for measuring a relatively large planar shape such as a surface plate has been proposed. Patent Document 1 discloses a flatness measuring apparatus that forms a reference plane by scanning a laser beam by rotation of a pentaprism and measures the flatness of an object to be measured using the reference plane. Details of the flatness measuring apparatus disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS.
図7は、特許文献1にかかる平面度測定装置を示す概略図である。レーザ光源11から出射されたレーザ光Rはハーフミラー12を透過する。通過したレーザ光Rは平面鏡13によって下向きに反射され、反射光がペンタプリズム14(入出射面14A及び14B、反射面14C及び14Dを有する)に入射する。ペンタプリズム14は、回転台15により鉛直方向の光源を回転軸として回転する。回転台15は、XYテーブル15A、XYテーブル15A上に設けられた回転テーブル15B、及び、XYテーブル15Aの下側に設けられた調整ねじ15Cにより構成される。これにより、定盤1の被測定面1A上を測定するための水平な基準平面が形成される。そして平面度測定装置は、被測定面1A上における各測定点と基準平面との間隔を計測することにより、被測定面1Aの平面度を測定する。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a flatness measuring apparatus according to Patent Document 1. As shown in FIG. Laser light R emitted from the
上述の被測定面1Aと基準平面との間隔の計測は、以下の方法により実現される。被測定面1A上に載置されたコーナーキューブ16は、入射光と平行な反射光をペンタプリズム14に入力する。コーナーキューブ16は、回転台17Aを有する移動台17上に搭載される。この際にコーナーキューブ16が鉛直方向に△Hだけ変位した場合、コーナーキューブ16からの反射光の反射位置が、変位が無かった場合の反射光の反射位置よりも2△Hだけ上下方向に平行に変位する。反射光の変位の詳細を図8に示す。受光位置検出器18(例えばPSD(Position Sensitive Detector))は、この変位を検出し、検出した変位を基に基準平面と被測定面1Aとの間隔を測定する。そして測定者はコーナーキューブ16の載置位置(すなわち測定点)を光軸に沿って順次移動させて測定することにより、被測定面1Aの平面度を取得する。
The above-described measurement of the distance between the measured
上述の特許文献1にかかる平面度測定装置は、ペンタプリズム14を回転させることによりレーザ光を走査している。そして平面度測定装置は、受光位置検出器18が出射光と入射光との高さの変位を検出することにより被測定面1Aの平面度を取得している。しかしペンタプリズム14を回転させる際に回転台15の運動誤差が生じる場合があり、これによりペンタプリズム14が上下に変動する可能性がある。ペンタプリズム14が上下に変動することにより、垂直に曲げられた光の光軸位置(ペンタプリズム14からコーナーキューブ16に向かう光軸の高さ)が変化してしまう。このため、受光位置検出器18は誤差を含む情報を、被測定面1Aの平面形状を算出するための情報として取得してしまう。誤差を含む情報を基に被測定面1Aの平面度を算出するために、高精度な平面度測定が難しくなってしまうという問題があった。
The flatness measuring apparatus according to Patent Document 1 described above scans the laser beam by rotating the
本発明の第1の態様である平面形状測定装置の一態様は、第1光線を出射するとともに、前記第1光線と第2光線との角度を測定する角度測定器と、前記第1光線を直角に反射させた第3光線を出射する第1ペンタプリズムと、前期第3光線の光軸方向に移動可能であり、前記第3光線を直角に反射させた第4光線を被測定物の被測定面に出射し、前記被測定面からの反射光を前記第1ペンタプリズムの方向に直角に反射させた第5光線を出射する第2ペンタプリズムと、を備え、前記第1ペンタプリズムは、前記第5光線を前記角度測定器の方向に直角に反射させることにより前記第2光線を出射する、ことを特徴とするものである。 One aspect of the planar shape measuring apparatus according to the first aspect of the present invention is an angle measuring device that emits a first light beam and measures an angle between the first light beam and the second light beam, and the first light beam. A first pentaprism that emits a third light beam reflected at a right angle, and a fourth light beam that is movable in the optical axis direction of the third light beam in the previous period and reflects the third light beam at a right angle, is covered by the object to be measured. A second pentaprism that emits a fifth light beam that is emitted to a measurement surface and reflected light from the measurement surface is reflected at right angles to the direction of the first pentaprism. The second light beam is emitted by reflecting the fifth light beam at a right angle to the direction of the angle measuring device.
本発明の第2の態様である平面形状測定装置の一態様は、前記平面形状測定装置において、前記角度測定器は、オートコリメータであり、前記オートコリメータは、複軸測定が可能な構成であることを特徴とするものである。 One aspect of the planar shape measuring apparatus according to the second aspect of the present invention is the planar shape measuring apparatus, wherein the angle measuring device is an autocollimator, and the autocollimator is capable of performing multi-axis measurement. It is characterized by this.
本発明の第3の態様である平面形状測定装置の一態様は、前記平面形状測定装置において、前記第1ペンタプリズムは、前記第1光線を回転軸として回転可能であることを特徴とするものである。 One aspect of the planar shape measuring apparatus according to the third aspect of the present invention is characterized in that in the planar shape measuring apparatus, the first pentaprism is rotatable about the first light beam as a rotation axis. It is.
本発明の第4の態様である平面形状測定装置の一態様は、前記平面形状測定装置において、前記角度測定器は、前記第1ペンタプリズムと物理的に分離され、かつ固定面に固定されていることを特徴とするものである。 One aspect of the planar shape measuring apparatus according to the fourth aspect of the present invention is the planar shape measuring apparatus, wherein the angle measuring device is physically separated from the first pentaprism and fixed to a fixed surface. It is characterized by being.
本発明の第5の態様である平面形状算出システムは、上述の平面形状測定装置と、平面形状算出装置と、を備えた平面形状算出システムであって、前記平面形状測定装置は、複数の測定ラインから構成される第1測定ライン群の各測定ライン上において、前記第2ペンタプリズムを移動させた各点での前記第1光線と第2光線の角度を測定した第1データ群を取得する第1測定を実施し、前記第1測定ラインと交わるように設定した1以上の測定ライン上において、前記第2ペンタプリズムを移動させた各点での前記第1光線と第2光線の角度を測定した第2データ群を取得する第2測定を実施し、前記平面形状算出装置は、前記被測定面の平面形状の定義に用いる座標系を設定する座標系設定部と、前記第1データ群を基に、前記第1測定における各測定ラインの前記座標系での形状を示す形状式を求める第1測定形状式算出部と、前記第2データ群を基に、前記第2測定における各測定ラインの前記座標系での形状を示す形状式を求める第2測定形状式算出部と、基底関数を用いた前記被測定面の平面形状の定義式に対し、前記第1測定形状式算出部が算出した形状式と、前記第2測定形状式算出部が算出した形状式と、を代入して解くことにより前記被測定面の形状を算出する被測定面形状算出部と、を備えるものである。 A planar shape calculation system according to a fifth aspect of the present invention is a planar shape calculation system including the above-described planar shape measurement device and a planar shape calculation device, and the planar shape measurement device includes a plurality of measurements. A first data group obtained by measuring an angle between the first light beam and the second light beam at each point where the second pentaprism is moved is obtained on each measurement line of the first measurement line group composed of lines. The first measurement is performed, and the angle of the first light beam and the second light beam at each point where the second pentaprism is moved on one or more measurement lines set to intersect with the first measurement line. The planar shape calculation apparatus performs a second measurement to acquire the measured second data group, the coordinate system setting unit that sets a coordinate system used for defining the planar shape of the surface to be measured, and the first data group Based on the first measurement Based on the first measurement shape formula calculation unit for obtaining the shape formula indicating the shape of each measurement line in the coordinate system and the second data group, the shape of each measurement line in the coordinate system in the second measurement A shape equation calculated by the first measurement shape equation calculating unit with respect to a definition equation of the planar shape of the surface to be measured using a basis function, a shape equation calculated by the first measurement shape equation calculating unit, A measurement surface shape calculation unit that calculates the shape of the surface to be measured by substituting and solving the shape equation calculated by the two measurement shape equation calculation unit.
本発明の第6の態様である平面形状算出システムは、前記第2測定は、前記第1測定ラインと交わる複数の測定ラインを対象として実施されることを特徴とするものである。 The planar shape calculation system according to the sixth aspect of the present invention is characterized in that the second measurement is performed on a plurality of measurement lines intersecting with the first measurement line.
本発明は、高精度な平面度測定を実現することができる平面形状測定装置を提供することができる。 The present invention can provide a planar shape measuring apparatus that can realize highly accurate flatness measurement.
<実施の形態1>
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態にかかる平面形状測定装置100の構成を示す概念図である。平面形状測定装置100は、オートコリメータ101、第1ペンタプリズム102、第2ペンタプリズム103、及びペンタプリズム回転台104を備える。平面形状測定装置100の測定対象は被測定物200である。被測定物200は、表面に被測定面200Aを有する。まず、平面形状測定装置100の各構成の動作概略について光線の入射順序に沿って説明する。
<Embodiment 1>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a planar
オートコリメータ101は、平面度の測定系として動作する。オートコリメータ101は光源としても動作し、光線F1(第1光線)を出射する。光線F1は、被測定面200Aの法線と略平行となる。オートコリメータ101は、光線F1と後述する光線B1(第2光線)との角度θを測定する。
The
第1ペンタプリズム102は、光線F1を直角に反射させた光線F2(第3光線)を出射する。直角に反射されることにより、光線F2は被測定物200が載置された面と略平行な光線となる。ペンタプリズム回転台104は、光線F1を回転軸として回転するように構成される。ペンタプリズム回転台104が回転することにより、第1ペンタプリズム102は光線F2を放射状に出射することができる。すなわち平面形状測定装置100は、光線F1を中心として光線F2を放射状に走査させることができる。ここで放射状に走査される光線F2は、ペンタプリズムの光学的特徴により、光線F1の光軸と常に垂直となる。
The
第2ペンタプリズム103は、光線F2を直角に反射した光線F3(第4光線)を被測定面200Aに対して出射する。光線F3は、被測定面200Aに反射する。光線F3が反射した光線B3は、第2ペンタプリズム103に入射する。
The second
第2ペンタプリズム103は、光線B3を直角に反射させた光線B2(第5光線)を第1ペンタプリズム102に向かって出射する。第1ペンタプリズム102は、光線B2を直角に反射させた光線B1をオートコリメータ101に向かって出射する。光線B1は、オートコリメータ101に入射する。オートコリメータ101は、光線F1と光線F2との間の角度θを測定する。角度θの測定詳細を、図2を参照して説明する。
The
図2は、被測定面200Aの傾きと角度θの関係を示す概念図である。被測定面200Aの測定点が角度αだけ平行面からずれていた場合、光線B3は光線F3と2αに相当する角度θだけずれて反射する。被測定面200Aから反射した光線B3は、2回直角に反射してオートコリメータ101に入射する。すなわち角度θだけずれた光線がオートコリメータ101に入射する。オートコリメータ101は、この角度θを測定する。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the relationship between the inclination of the measured
再び図1を参照する。測定者は、第1ペンタプリズム102を停止(ペンタプリズム1回転台104を回転させずに固定)した状態で第2ペンタプリズムを光線F2の光軸に沿って走査する。すなわち測定者は、第1ペンタプリズム102を停止(固定)した状態で第2ペンタプリズム103を光線F2の光軸に沿って移動させる。そしてオートコリメータ101は、各測定点についての角度θを測定する。この測定ライン(すなわち光線F2の光軸の方向)の形状は、角度θを走査距離rに関する積分を行うことにより算出できる。図3を参照して、測定ラインの形状の算出概念について説明する。
Refer to FIG. 1 again. The measurer scans the second pentaprism along the optical axis of the light beam F2 while the
図3に示すように光線F2の光軸に沿って第2ペンタプリズム103を移動させる。そしてオートコリメータ101は、各測定点における角度θを測定する。そして各測定点の走査距離rと角度θとを用いた積分を行うことにより、当該測定ライン(光線F2の光軸の方向)における算出形状200Bが算出される。
As shown in FIG. 3, the second
ある測定ラインの測定を終了した後に、測定者は新たな測定ラインの測定(各点での角度θの測定)を同じ方法で実施する。すなわち測定者は、ペンタプリズム回転台104を操作することにより第1ペンタプリズム102を適当な角度だけ回転させ、同様の測定を行う。この測定を繰り返し行うことにより、平面形状測定装置100は被測定面200Aの全面にわたる測定を実施する。図4は、平面形状測定装置100を用いた測定概念を示す図である。図4では、被測定面200Aの四隅に対し、左上から反時計回り方向に符号A、B、C及びDを付した。
After completing the measurement of a certain measurement line, the measurer performs the measurement of a new measurement line (measurement of the angle θ at each point) by the same method. That is, the measurer operates the
図4の第1測定に示すように、同一地点において複数回の測定を繰り返し行うことにより、被測定面200Aの全面にわたる測定が実施される。全面にわたる測定を実施することにより、第1ペンタプリズム102の回転軸を中心として放射状に広がる各測定ライン上での平面形状(図3における算出形状200B)が算出できる。
As shown in the first measurement in FIG. 4, the measurement over the entire surface to be measured 200 </ b> A is performed by repeatedly performing the measurement a plurality of times at the same point. By performing measurement over the entire surface, a planar shape (calculated
しかし、第1測定に基づいて算出した各測定ラインの形状の高さは不定となる。そのため、第1測定に基づいて算出した各測定ラインの形状をそのまま被測定面200Aの平面形状とすることはできない。この高さが不定となる問題を解決するために、測定者は複数地点での測定を行う。すなわち図4の第2測定に示すように、測定者は平面形状測定装置100の位置を移動させて再度測定を行う。この第2測定は、第1測定において放射状に測定された各測定ラインと交差するように光線方向を定めて行われる。そして第1測定及び第2測定において放射状に測定された形状が交わるように、各測定ラインの測定値の高さを調節して各測定値を整合させる。この整合処理により、被測定面200Aの平面形状が算出される。当該整合方法の詳細は後述する。
However, the height of the shape of each measurement line calculated based on the first measurement is indefinite. Therefore, the shape of each measurement line calculated based on the first measurement cannot be directly used as the planar shape of the
なおオートコリメータ101は、2軸測定が可能であるものであることが好ましい。すなわちオートコリメータ101は、第1軸方向についての光線F1と光線B1との角度を算出できるとともに、第2軸方向についての光線F1と光線B1との角度を算出できることが望ましい。これは第1ペンタプリズム102の回転により測定感度方向が変化し、第2ペンタプリズム103の走査方向と一致する軸方向についての成分(角度)のみを検出する必要があるためである。
Note that the
仮にオートコリメータ101が1軸測定のみ可能である場合、第1ペンタプリズム102の回転によりオートコリメータ101の測定の方向が変化してしまう。そのため測定方向の変化に伴って測定感度が変化することを考慮して被測定面200Aの形状を算出する必要が生じてしまう。またオートコリメータ101を第1ペンタプリズム102と同期して回転させることは、基準となる光線F1が変動してしまうために好ましくない。よって上述のようにオートコリメータ101は2軸測定が可能であることが望ましい。すなわちオートコリメータ101は、測定した2軸に関する成分(角度)のうち、第2ペンタプリズム103の走査方向と一致する軸方向についての成分(角度)のみを測定結果として出力する。
If the
なおオートコリメータ101は、2軸測定のみならず、3軸測定が可能なものであっても勿論よい。つまり、オートコリメータ101は、複軸測定が可能な構成であることが望ましい。
Of course, the
オートコリメータ101と第1ペンタプリズム102とは、図示するように物理的に分離され、かつオートコリメータ101は壁面、地面、天井等の固定面に固定可能に構成されていることが望ましい。換言するとオートコリメータ101は、第1ペンタプリズム102と物理的に接続されておらず、かつ設置位置が変化しないように固定されていることが望ましい。これにより第1ペンタプリズム102が回転した場合であっても、オートコリメータ101が出射する光線F1の出射方向が固定され、精度の良い測定ができる。
It is desirable that the
続いて、第1測定及び第2測定(図4)において測定した各測定値の整合手法について詳細に説明する。この整合方法を概略すると、各測定ラインの交点は、高さが等しいという性質を利用して、不定値となる高さを算出するものである。 Next, a method for matching each measurement value measured in the first measurement and the second measurement (FIG. 4) will be described in detail. To outline this matching method, the height at which the intersections of the measurement lines are indefinite is calculated using the property that the heights are equal.
はじめに被測定面200Aの形状を表示するための座標系が設定される。詳細には、被測定面200Aの最小二乗平均平面と一致するようにx−y平面が定められ、被測定面200Aの上向き方向にz軸が規定され、被測定面200Aの重心が原点として規定される。x軸及びy軸の方向は、任意の方向に設定される。
First, a coordinate system for displaying the shape of the
被測定面200Aの形状をx−y平面からの差と扱い、被測定面200Aの形状を以下の関数f(x, y)を用いて以下の式(1)のように表す。
第1測定のi(i=1〜n)番目の測定ラインをliと定義した場合、測定ラインliの形状は以下の式(2)として表される。ただし、[x, y]はli上の点として定義される。
被測定面200Aの形状z=f(x, y)と第1測定の測定値z=g1(xli, yli)との関係は、以下の式(3)として定義される。
右辺第2項〜第4項であるul×xli+vl×yli+wliは、測定ラインll上の測定値の傾きと高さを表す。傾き成分ul及びvlは測定ラインが変わっても変化しない。しかし高さwliは測定ライン毎に変化する。 U l × x li + v l × y li + w li which is the second term to the fourth term on the right side represents the slope and height of the measurement value on the measurement line l l . The slope components u l and v l do not change even if the measurement line changes. However, the height w li varies from measurement line to measurement line.
第2測定のj(j=1〜m)番目の測定ラインをsjと定義した場合、測定ラインsjの形状は以下の式(4)として表される。ただし、[x, y]はsj上の点として定義される。
被測定面200Aの形状z=f(x, y)と第2測定の測定値z=g2(xsj, ysj)との関係は、以下の式(5)として定義される。
右辺第2項〜第4項であるus×xsj+vs×ysj+wsjは、測定ラインSj上の傾きと高さを表す。傾き成分us及びvsは測定ラインが変わっても変化しない。しかし高さwsjは、測定ライン毎に変化する。 U s × x sj + v s × y sj + w sj which is the second term to the fourth term on the right side represents the inclination and height on the measurement line S j . The slope components u s and v s do not change even if the measurement line changes. However, the height w sj varies from measurement line to measurement line.
被測定面200Aの形状を以下の式(6)に示す関数f(x, y)で表す。
なお式(6)においてBk(x, y)は基底関数を表し、akは係数を表す。この式(6)を用いて上述の式(4)及び式(5)を再定義すると、以下の式(7)のように表現できる。
この式(7)に対して、最小二乗平均平面が0となる以下の条件(式(8))を加えて連立方程式を解くことにより未知数a,ul,vl,wl,us,vs,wsを算出し、被測定面200Aの形状である以下のf(x, y)を算出する。
f(x, y) = B(x, y)×a
f (x, y) = B (x, y) × a
上述の計算処理を行う装置構成を図5に示す。平面形状算出装置300は、例えばCPU(Central Processing Unit)やハードディスク等を内蔵するコンピュータ装置である。平面形状算出装置300は、平面形状測定装置100と共に使用される。すなわち平面形状算出装置300と平面形状測定装置100とは、一つのシステム(平面形状算出システム)を構成する。
An apparatus configuration for performing the above-described calculation processing is shown in FIG. The planar
平面形状算出装置300は、CPU(Central Processing Unit)310、座標系設定部320、第1測定形状式算出部330、第2測定形状式算出部340、及び被測定面形状算出部350を備える。また平面形状算出装置300は、図示しない各種記憶装置(メモリ、ハードディスク等)を適宜備えている。
The planar
平面形状算出装置300は、出力装置400と接続している。出力装置400は、例えば一般的なディスプレイ装置やプリンタ等である。なお出力装置400は、平面形状算出装置300と一体化されている形態(例えばノート型コンピュータのように表示装置と演算装置とが一体化されている形態)であってもよい。
The planar
CPU310は、平面形状算出装置300の各種演算を行う演算部である。座標系設定部320、第1測定形状式算出部330、第2測定形状式算出部340、及び被測定面形状算出部350は、CPU310により動作制御される。すなわち座標系設定部320、第1測定形状式算出部330、第2測定形状式算出部340、及び被測定面形状算出部350は、コンピュータ内で動作するプログラムとして実現される。CPU310は各種プログラムの実行を行う。
The
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)、CD−R、CD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(random access memory))を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。 The program can be stored and supplied to a computer using various types of non-transitory computer readable media. Non-transitory computer readable media include various types of tangible storage media. Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (for example, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (for example, magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, CD-R / W and semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (random access memory)) are included. The program may also be supplied to the computer by various types of transitory computer readable media. Examples of transitory computer readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves. The temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.
座標系設定部320は、被測定面200Aの最小二乗平均平面と一致するようにx−y平面を定め、かつ被測定面200Aの載置方向と直角方向(すなわち上方向)をz方向と定義する。また座標系設定部320は、被測定物200の重心を原点と設定する。このように座標系設定部320は、被測定面200Aの平面形状を表すための座標系を設定する。なお座標系設定部320は、必ずしも被測定物200の重心を原点とする必要はなく、任意の点を原点としてもよい。
The coordinate
第1測定形状式算出部330は、平面形状測定装置100が第1の位置(図4における第1測定)で測定した被測定面200Aの各測定ラインのデータ群(第1データ群)を読み出す。第1測定形状式算出部330は、これらのデータを用いて第1測定の各測定ラインにかかる上述の式(2)及び式(3)を定義する。
The first measurement shape
第2測定形状式算出部340は、平面形状測定装置100が第2の位置(図4における第2測定)で測定した被測定面200Aの各測定ラインのデータ群(第2データ群)を読み出す。第2測定形状式算出部340は、これらのデータを用いて第2測定の各測定ラインにかかる上述の式(4)及び式(5)を定義する。
The second measurement shape
被測定面形状算出部350は、被測定面200Aの形状を上述の式(1)及び式(6)を用いて定義する。被測定面形状算出部350は、第1測定形状式算出部330が定義した各測定ラインの式(4)に対して上述の式(6)を代入した式(7)を定義する。同様に被測定面形状算出部350は、第2測定形状式算出部340が定義した各測定ラインの式(5)に対して上述の式(6)を代入した式(7)を定義する。
The measured surface
被測定面形状算出部350は、算出した式(7)に対して最小二乗平均が0となる条件(すなわち式(8))を加えた連立方程式を解くことにより未知数を算出して被測定面200Aの形状を算出する。なお被測定面形状算出部350は、算出した被測定面200Aの形状を出力装置400に対して任意の形式(例えば算出した形状をグラフィカルに表現した図面等)で出力する。
The measured surface
上述の平面形状測定装置100と平面形状算出装置300とを備える平面形状算出システムは、平面形状測定装置100が第1測定において測定したデータ(第1データ群)と第2測定において測定したデータ(第2データ群)とを平面形状算出装置300に入力することにより被測定面200Aの形状を算出する。
The planar shape calculation system including the above-described planar
なお測定者は、平面形状測定装置100の載置位置を固定し、被測定物200を回転させることにより上述の第1測定と第2測定とを実行してもよい。図6A及び図6Bは、当該測定手法の概念図である。図6Aでは、図4Bと同様に、被測定面200Aの四隅に対し、左上から反時計回り方向に符号A、B、C及びDを付した。図6A及び図6Bでは第1ペンタプリズム102の位置を固定し、被測定物200を移動させることにより第2測定を実施している。図6Bでは、図6Aと比べて、被測定面200Aが反時計回りに90°回転している場合を示している。この場合であっても、第1測定にかかる測定ラインと第2測定にかかる測定ラインが交差するように被測定物200の載置位置を調整する。
Note that the measurer may perform the first measurement and the second measurement described above by fixing the mounting position of the planar
測定者は、第2測定において複数の測定ラインの測定を行う必要はなく、少なくとも1本の測定ラインにおいて測定を行えばよい。これは、第2測定は高さの調節を行うためのものであり、第2測定において複数の測定ラインは必ずしも必要ないからである。しかしながら第2測定において複数の測定ラインにおいて測定を行うことにより、より多くのデータから算出された被測定面200Aの平面形状を得ることができる。すなわち、第2測定において複数の測定ラインにおいて測定を行うことにより、被測定面200Aの平面形状をより精度良く算出することができる。
The measurer does not need to measure a plurality of measurement lines in the second measurement, and may perform the measurement in at least one measurement line. This is because the second measurement is for adjusting the height, and a plurality of measurement lines are not necessarily required in the second measurement. However, by performing measurement in a plurality of measurement lines in the second measurement, the planar shape of the
続いて本実施の形態にかかる平面形状算出システム(平面形状測定装置100及び平面形状算出装置300)の効果について説明する。平面形状測定装置100は、上述のように光線F1(第1光線)と光線B1(第2光線)との角度θを測定している。詳細には平面形状測定装置100は、ペンタプリズム回転台104の回転による上下運動の影響を受けない角度θを検出する。すなわち平面形状測定装置100は、上下運動の影響を受けない正確なデータ(角度θ)を測定することができる。
Next, effects of the planar shape calculation system (planar
平面形状算出装置300はこの角度θを基にした情報(第1データ群、第2データ群)から被測定面200Aの形状を算出している。これにより平面形状算出システムは、ペンタプリズム回転台104の回転動作の影響を受けることなく、被測定面200Aの形状を精度良く算出することができる。
The planar
平面形状算出装置300は、第1測定及び第2測定(図4)を行い、この2回の測定データ(第1測定データ群、第2測定データ群)を基に被測定面200Aの形状を算出する。平面形状算出装置300は、不定値となる高さを上述の算出処理により解くことにより、高さを考慮した被測定面200Aの形状を算出することができる。
The planar
本実施の形態にかかる平面形状測定装置100は、測定系としてオートコリメータ101を用いている。特許文献1に記載では、測定系としてPSDを使用している。PSDを使用した場合、その分解能は0.1um程度となり、この分解能以上に高精度な測定は難しいという問題がある。また光線の伝達距離が長くなる場合、回折の影響により光線が広がってしまう。この場合にPSD等の位置検出素子では高精度な測定をすることが困難となってしまう。一方、本実施の形態にかかる平面形状測定装置100のようにオートコリメータ101を使用している。オートコリメータ101は検出精度が高く、かつ位置測定ではなく角度測定を行う構成であるため、上述の問題を解決した高精度の測定を行うことができる。
The planar
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments already described, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. It goes without saying that it is possible.
100 平面形状測定装置
101 オートコリメータ
102 第1ペンタプリズム
103 第2ペンタプリズム
104 ペンタプリズム回転台
200 被測定物
200A 被測定面
300 平面形状算出装置
310 CPU
320 座標系設定部
330 第1測定形状式算出部
340 第2測定形状式算出部
350 被測定面形状算出部
400 出力装置
DESCRIPTION OF
320 Coordinate
Claims (4)
前記第1光線を直角に反射させた第3光線を出射する第1ペンタプリズムと、
前記第3光線の光軸方向に移動可能であり、前記第3光線を直角に反射させた第4光線を被測定物の被測定面に出射し、前記被測定面からの反射光を前記第1ペンタプリズムの方向に直角に反射させた第5光線を出射する第2ペンタプリズムと、を備え、
前記第1ペンタプリズムは、前記第5光線を前記角度測定器の方向に直角に反射させることにより前記第2光線を出射し、
前記第1ペンタプリズムは、前記第1光線を回転軸として回転可能であり、
前記第2ペンタプリズムは、前記第1ペンタプリズムと連動して前記第1光線を回転軸として回転可能であり、
前記角度測定器は、前記第1ペンタプリズムと物理的に分離され、かつ固定面に固定されていることを特徴とする平面形状測定装置。 An angle measuring device that emits a first light beam and measures an angle between the first light beam and the second light beam;
A first pentagonal prism that emits a third light beam reflecting the first light beam at a right angle;
The fourth light beam, which is movable in the optical axis direction of the third light beam, is reflected by the third light beam at a right angle, is emitted to the surface to be measured of the object to be measured, and the reflected light from the surface to be measured is the first light beam. A second pentaprism that emits a fifth light beam reflected at right angles to the direction of the one pentaprism,
The first penta prism, said second light beam emitted by reflecting at a right angle to the fifth light beam in the direction of the goniometer,
The first pentaprism is rotatable about the first light beam as a rotation axis,
The second pentaprism is rotatable around the first light beam in conjunction with the first pentaprism,
The planar shape measuring apparatus , wherein the angle measuring device is physically separated from the first pentaprism and fixed to a fixed surface .
前記オートコリメータは、複軸測定が可能な構成であることを特徴とする請求項1に記載の平面形状測定装置。 The angle measuring device is an autocollimator,
The planar shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the autocollimator is configured to perform multi-axis measurement.
前記平面形状測定装置は、複数の測定ラインから構成される第1測定ライン群の各測定ライン上において、前記第2ペンタプリズムを移動させた各点での前記第1光線と前記第2光線の角度を測定した第1データ群を取得する第1測定を実施し、
前記第1測定ライン群の各測定ラインと交わるように設定した1以上の測定ライン上において、前記第2ペンタプリズムを移動させた各点での前記第1光線と前記第2光線の角度を測定した第2データ群を取得する第2測定を実施し、
前記平面形状算出装置は、
前記被測定面の平面形状の定義に用いる座標系を設定する座標系設定部と、
前記第1データ群を基に、前記第1測定における各測定ラインの前記座標系での形状を示す形状式を求める第1測定形状式算出部と、
前記第2データ群を基に、前記第2測定における各測定ラインの前記座標系での形状を示す形状式を求める第2測定形状式算出部と、
基底関数を用いた前記被測定面の平面形状の定義式に対し、前記第1測定形状式算出部が算出した形状式と、前記第2測定形状式算出部が算出した形状式と、を代入して解くことにより前記被測定面の形状を算出する被測定面形状算出部と、
を備える、平面形状算出システム。 A planar shape calculation system comprising: the planar shape measuring device according to claim 1 or 2 ; and a planar shape calculating device.
The planar shape measuring apparatus is configured to measure the first ray and the second ray at each point where the second pentaprism is moved on each measurement line of a first measurement line group including a plurality of measurement lines. Performing a first measurement to obtain a first data group measuring the angle;
Measure the angles of the first ray and the second ray at each point where the second pentaprism is moved on one or more measurement lines set to intersect with each measurement line of the first measurement line group. The second measurement to obtain the second data group,
The planar shape calculation device
A coordinate system setting unit for setting a coordinate system used for defining the planar shape of the surface to be measured;
Based on the first data group, a first measurement shape formula calculation unit for obtaining a shape formula indicating the shape in the coordinate system of each measurement line in the first measurement;
Based on the second data group, a second measurement shape formula calculation unit for obtaining a shape formula indicating the shape in the coordinate system of each measurement line in the second measurement;
Substituting the shape equation calculated by the first measurement shape equation calculation unit and the shape equation calculated by the second measurement shape equation calculation unit into the definition equation of the planar shape of the surface to be measured using the basis function A measurement surface shape calculation unit for calculating the shape of the measurement surface by solving
A plane shape calculation system comprising:
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