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JP6064910B2 - Shape measuring apparatus and shape measuring method - Google Patents

Shape measuring apparatus and shape measuring method Download PDF

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JP6064910B2
JP6064910B2 JP2013537459A JP2013537459A JP6064910B2 JP 6064910 B2 JP6064910 B2 JP 6064910B2 JP 2013537459 A JP2013537459 A JP 2013537459A JP 2013537459 A JP2013537459 A JP 2013537459A JP 6064910 B2 JP6064910 B2 JP 6064910B2
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義憲 井手
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真嘉 上平
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俊哉 瀧谷
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    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

本発明は、形状測定装置及び形状測定方法に関する。   The present invention relates to a shape measuring device and a shape measuring method.

光学素子等のワークの加工精度を確認するためには、ワークの形状を高精度に測定することが必要である。ワークの形状測定には、接触式プローブや光学式プローブを備えた形状測定装置が用いられる。   In order to confirm the processing accuracy of a workpiece such as an optical element, it is necessary to measure the shape of the workpiece with high accuracy. For measuring the shape of the workpiece, a shape measuring device including a contact probe or an optical probe is used.

これに関連する技術として、下記の特許文献1には、複数のレーザー測長器により、形状測定装置の接触式プローブのXYZ軸方向の位置と、ステージのXYZ軸方向の位置及びXY軸周りの傾きとを測定する技術が提案されている。この技術によれば、レーザー測長器による測定結果に基づいて、ステージのピッチング及びヨーイングによるステージの姿勢ずれやステージと接触式プローブとの位置ずれの影響を低減しつつ、ワーク上の測定点の座標を高精度に算出することができる。   As a technology related to this, the following Patent Document 1 describes, by using a plurality of laser length measuring devices, the position of the contact probe of the shape measuring device in the XYZ axis direction, the position of the stage in the XYZ axis direction, and the XY axis around Techniques for measuring tilt have been proposed. According to this technique, based on the measurement result of the laser length measuring device, the influence of the position deviation between the stage and the contact type probe due to the pitching and yawing of the stage and the position deviation between the stage and the contact type probe is reduced. Coordinates can be calculated with high accuracy.

しかしながら、この技術は、ワークを点で測定する接触式プローブを備えた形状測定装置に対しては十分な精度が得られるものの、ワークを面で測定する光学式プローブを備えた形状測定装置に対しては十分ではない。光学式プローブは、ワークの微小領域(たとえば、1mm×1mm角)を1回の測定動作により測定するため、光学式プローブを備えた形状測定装置では、光学式プローブとステージとの相対位置のみならず、光学式プローブとステージとの相対的な姿勢を高精度に検出して測定データの補正を行う必要がある。   However, although this technique can provide sufficient accuracy for a shape measuring device equipped with a contact probe that measures a workpiece with a point, it can be used for a shape measuring device equipped with an optical probe that measures a workpiece on a surface. Is not enough. Since an optical probe measures a minute area (for example, 1 mm × 1 mm square) of a workpiece by one measurement operation, in a shape measuring apparatus equipped with an optical probe, only the relative position between the optical probe and the stage is used. First, it is necessary to correct the measurement data by detecting the relative attitude between the optical probe and the stage with high accuracy.

特開平5−209741号公報JP-A-5-209741

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、光学式プローブとステージとの相対位置及び姿勢誤差を高精度に検出して、ワークの形状を高精度に測定することを可能にする形状測定装置及び形状測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can detect the relative position and posture error between the optical probe and the stage with high accuracy, and can measure the shape of the workpiece with high accuracy. An object is to provide a shape measuring apparatus and a shape measuring method.

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following means.

(1)ワークが載置される載置面を有し、前記載置面に対して平行な第1方向および前記第1方向に直交しつつ前記載置面に対して平行な第2方向に駆動するステージと、前記載置面に対して直交する第3方向に駆動するとともに、光軸に直交する直交面を有し、前記載置面に載置された前記ワークの形状を測定する光学式プローブと、前記載置面に対向する基準面を有する基準部材と、前記基準面に対する前記載置面の傾き及び前記基準面から前記載置面までの距離を検出する第1の検出部と、前記基準面に対する前記直交面の傾き及び前記基準面から前記直交面までの距離を検出する第2の検出部と、前記基準面に直交する軸周りの前記ステージの傾きを検出する第3の検出部と、前記軸周りの前記光学式プローブの傾きを検出する第4の検出部と、を有する形状測定装置。 (1) have a mounting surface of the workpiece is placed, in a second direction parallel to the mounting surface before being perpendicular to the first direction and the first direction parallel to the mounting surface An optical stage that drives in a third direction orthogonal to the placement surface and has an orthogonal surface perpendicular to the optical axis and measures the shape of the workpiece placed on the placement surface. A first detection unit that detects an inclination of the mounting surface with respect to the reference surface and a distance from the reference surface to the mounting surface; A second detector for detecting an inclination of the orthogonal plane with respect to the reference plane and a distance from the reference plane to the orthogonal plane; and a third detector for detecting an inclination of the stage about an axis orthogonal to the reference plane A detector for detecting a tilt of the optical probe around the axis; Shape measuring apparatus having a detecting unit.

(3)前記第1の検出部は、前記基準面に設けられ、前記基準面から前記載置面までの距離を測定する3つ以上の第1の測長器と、前記第1の測長器によって得られた測定結果から、前記基準面に対する前記載置面の傾きを算出する第1の算出部と、を有し、前記第2の検出部は、前記基準面に設けられ、前記基準面から前記直交面までの距離を測定するための3つ以上の第2の測長器と、前記第2の測長器によって得られた測定結果から、前記基準面に対する前記直交面の傾きを算出する第2の算出部と、を有する上記(1)または(2)に記載の形状測定装置。   (3) The first detection unit is provided on the reference surface, and includes three or more first length measuring devices for measuring a distance from the reference surface to the mounting surface, and the first length measurement. A first calculation unit that calculates an inclination of the placement surface with respect to the reference surface from a measurement result obtained by the measuring device, and the second detection unit is provided on the reference surface, From the measurement results obtained by three or more second length measuring devices for measuring the distance from the surface to the orthogonal surface, and the second length measuring device, the inclination of the orthogonal surface with respect to the reference surface is calculated. The shape measuring device according to (1) or (2), further including a second calculating unit that calculates.

(4)前記3つ以上の第1の測長器の重心位置及び前記3つ以上の第2の測長器の重心位置は、前記光軸とそれぞれ一致している上記(3)に記載の形状測定装置。   (4) The centroid position of the three or more first length measuring devices and the centroid position of the three or more second length measuring devices are respectively coincident with the optical axis. Shape measuring device.

(5)前記光学式プローブを前記光軸方向に移動させる駆動部をさらに有し、前記第3の検出部は、前記ステージの側面に対向する第1の反射面を有する第1の反射部材と、前記ステージの側面に当該側面の長手方向に沿って相互に離隔して設けられ、当該側面から前記第1の反射面までの距離を測定する2つの第3の測長器と、前記第3の測長器によって得られた測定結果から、前記軸周りの前記ステージの傾きを算出する第3の算出部と、を有し、前記第4の検出部は、前記直交面に直交する前記光学式プローブの第1の側面に対向する第2の反射面を有する第2の反射部材と、前記第1の側面に直交する前記光学式プローブの第2の側面に対向する第3の反射面を有する第3の反射部材と、前記第1の側面に設けられ、当該第1の側面から前記第2の反射面までの距離を測定する1つの第4の測長器と、前記第2の側面に設けられ、当該第2の側面から前記第3の反射面までの距離を測定する1つの第5の測長器と、前記第4及び第5の測長器によって得られた測定結果及び前記駆動部の中心位置から、前記軸周りの前記光学式プローブの傾きを算出する第4の算出部と、を有する上記(2)に記載の形状測定装置。   (5) a driving unit that moves the optical probe in the optical axis direction, and the third detection unit includes a first reflecting member having a first reflecting surface facing a side surface of the stage; Two third length measuring devices provided on the side surface of the stage so as to be spaced apart from each other along the longitudinal direction of the side surface, and measuring the distance from the side surface to the first reflecting surface; A third calculation unit that calculates the inclination of the stage around the axis from the measurement result obtained by the length measuring device, wherein the fourth detection unit is orthogonal to the orthogonal plane. A second reflecting member having a second reflecting surface facing the first side surface of the optical probe, and a third reflecting surface facing the second side surface of the optical probe orthogonal to the first side surface A third reflecting member having the first side surface provided on the first side surface; A fourth length measuring device for measuring the distance to the second reflecting surface, and a distance from the second side surface to the third reflecting surface provided on the second side surface. A fourth measuring unit for calculating an inclination of the optical probe about the axis from one fifth length measuring device, measurement results obtained by the fourth and fifth length measuring devices, and a center position of the driving unit; The shape measuring device according to (2), further comprising:

(6)前記第1及び第2の検出部によってそれぞれ検出された前記載置面及び前記直交面の前記基準面に対する前記傾き及び距離から、前記ステージと前記光学式プローブとの相対位置及び姿勢誤差を算出する第5の算出部と、前記第5の算出部によって算出された前記相対位置及び姿勢誤差に基づいて、前記光学式プローブによって前記ワークの表面を微小領域単位で測定して得られた複数の形状データを補正してつなぎ合わせるステッチング処理を行うステッチング処理部と、をさらに有する上記(1)〜(5)のいずれか1つに記載の形状測定装置。   (6) Relative position and posture errors between the stage and the optical probe from the inclination and distance of the placement surface and the orthogonal surface with respect to the reference surface detected by the first and second detection units, respectively. Obtained by measuring the surface of the work in units of a micro area by the optical probe based on the relative position and orientation error calculated by the fifth calculation unit. The shape measuring apparatus according to any one of (1) to (5), further including a stitching processing unit that performs a stitching process for correcting and joining a plurality of shape data.

(7)ワークが載置される載置面を有し、前記載置面に対して平行な第1方向および前記第1方向に直交しつつ前記載置面に対して平行な第2方向に駆動するステージの前記載置面に対向する、基準部材の基準面に対する前記載置面の傾き及び前記基準面から前記載置面までの距離を検出し、かつ、前記載置面に載置された前記ワークの形状を測定し前記載置面に対して直交する第3方向に駆動する光学式プローブの光軸に直交する直交面の前記基準面に対する傾き及び前記基準面から前記直交面までの距離を検出するステップ(a)と、前記基準面に直交する軸周りの前記ステージの傾きを検出し、かつ、前記軸周りの前記光学式プローブの傾きを検出するステップ(b)と、を有する形状測定方法。 (7) having a placement surface on which the workpiece is placed, in a first direction parallel to the placement surface and a second direction parallel to the placement surface while being orthogonal to the first direction; facing the mounting surface of the stage to be driven, and detects the distance to the mounting surface of the slope and the reference plane of the mounting surface relative to the reference surface of the reference member, and is mounted on the mounting surface In addition, the shape of the workpiece is measured, and the inclination of the orthogonal plane orthogonal to the optical axis of the optical probe that drives in the third direction orthogonal to the placement surface is from the reference plane to the orthogonal plane. A step (a) for detecting a distance; and a step (b) for detecting an inclination of the stage about an axis orthogonal to the reference plane and detecting an inclination of the optical probe about the axis. Shape measurement method.

(9)前記ステップ(a)は、前記基準面に設けられた3つ以上の第1の測長器によって、前記基準面から前記載置面までの距離を測定し、かつ、前記基準面に設けられた3つ以上の第2の測長器によって、前記基準面から前記直交面までの距離を測定するステップ(a1)と、前記第1及び第2の測長器によって得られた測定結果から、前記基準面に対する前記載置面の傾き及び前記直交面の傾きを算出するステップ(a2)と、を有する上記(7)または(8)に記載の形状測定方法。   (9) In the step (a), the distance from the reference surface to the mounting surface is measured by three or more first length measuring devices provided on the reference surface, and the reference surface is A step (a1) of measuring a distance from the reference plane to the orthogonal plane by three or more provided second length measuring devices, and a measurement result obtained by the first and second length measuring devices; The shape measuring method according to (7) or (8), further including: (a2) calculating the inclination of the mounting surface and the inclination of the orthogonal surface with respect to the reference surface.

(10)前記3つ以上の第1の測長器の重心位置及び前記3つ以上の第2の測長器の重心位置は、前記光軸とそれぞれ一致している上記(9)に記載の形状測定方法。   (10) The centroid positions of the three or more first length measuring devices and the centroid positions of the three or more second length measuring devices respectively coincide with the optical axis. Shape measurement method.

(11)前記ステップ(b)は、前記ステージの側面に当該側面の長手方向に沿って相互に離隔して設けられた2つの第3の測長器によって、前記側面から、第1の反射部材の前記側面に対向する第1の反射面までの距離を測定し、かつ、前記直交面に直交する前記光学式プローブの第1の側面に設けられた1つの第4の測長器によって、前記第1の側面から、第2の反射部材の前記第1の側面に対向する第2の反射面までの距離を測定し、かつ、前記第1の側面に直交する前記光学式プローブの第2の側面に設けられた1つの第5の測長器によって、前記第2の側面から、第3の反射部材の前記第2の側面に対向する第3の反射面までの距離を測定するステップ(b1)と、前記第3の測長器によって得られた測定結果から、前記軸周りの前記ステージの傾きを算出し、かつ、前記第4及び第5の測長器によって得られた測定結果及び前記光学式プローブを前記光軸方向に移動させる駆動部の中心位置から、前記軸周りの前記光学式プローブの傾きを算出するステップ(b2)と、を有する上記(8)に記載の形状測定方法。   (11) In the step (b), the first reflecting member is formed from the side surface by two third length measuring devices provided on the side surface of the stage so as to be separated from each other along the longitudinal direction of the side surface. And measuring the distance to the first reflecting surface facing the side surface of the optical probe, and one fourth length measuring device provided on the first side surface of the optical probe orthogonal to the orthogonal surface, The distance from the first side surface to the second reflecting surface facing the first side surface of the second reflecting member is measured, and the second of the optical probe orthogonal to the first side surface is measured. A step (b1) of measuring a distance from the second side surface to a third reflecting surface facing the second side surface of the third reflecting member by one fifth length measuring device provided on the side surface; ) And the measurement result obtained by the third length measuring device, The tilt of the stage is calculated, and from the measurement results obtained by the fourth and fifth length measuring devices and the center position of the drive unit that moves the optical probe in the optical axis direction, (B2) calculating the inclination of the optical probe, The shape measuring method according to (8) above.

(12)前記ステップ(a)において検出された前記載置面及び前記直交面の前記基準面に対する前記傾き及び距離から、前記ステージと前記光学式プローブとの相対位置及び姿勢誤差を算出するステップ(c)と、前記ステップ(c)において算出された前記相対位置及び姿勢誤差に基づいて、前記光学式プローブによって前記ワークの表面を微小領域単位で測定して得られた複数の形状データを補正してつなぎ合わせるステッチング処理を行うステップ(d)と、をさらに有する上記(7)〜(11)のいずれか1つに記載の形状測定方法。   (12) A step of calculating a relative position and an attitude error between the stage and the optical probe from the inclination and distance of the mounting surface and the orthogonal surface detected in the step (a) with respect to the reference surface ( c) and a plurality of shape data obtained by measuring the surface of the workpiece in units of a micro area by the optical probe based on the relative position and posture error calculated in the step (c). The shape measuring method according to any one of (7) to (11), further including a step (d) of performing stitching processing for joining together.

本発明によれば、光学式プローブ及びステージの位置及び傾きが基準面を基準としてそれぞれ検出されるため、光学式プローブとステージとの相対位置及び姿勢誤差を高精度に検出することができる。その結果、ワークの形状を高精度に測定することが可能となる。   According to the present invention, since the position and inclination of the optical probe and the stage are detected with reference to the reference plane, the relative position and posture error between the optical probe and the stage can be detected with high accuracy. As a result, the shape of the workpiece can be measured with high accuracy.

本発明の一実施形態に係る形状測定装置の概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the shape measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示される形状測定装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the shape measuring apparatus shown by FIG. 基準面上のレーザー測長器の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the laser length measuring device on a reference plane. 形状測定装置の算出部により実行される位置姿勢算出処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the position and orientation calculation process performed by the calculation part of a shape measuring apparatus. 載置ステージのZ軸周りの傾きを算出する処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process which calculates the inclination around the Z-axis of a mounting stage. 光学式プローブのZ軸周りの傾きを算出する処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process which calculates the inclination around the Z-axis of an optical probe.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the dimension ratio of drawing is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.

図1は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置1の概略斜視図であり、図2は、形状測定装置1の概略構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a schematic perspective view of a shape measuring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the shape measuring apparatus 1.

図1および図2に示されるとおり、本実施形態の形状測定装置1は、載置ステージ10、光学式プローブ20、XY駆動ステージ30、Z駆動ステージ40、基準ブロック50、反射部材60、及び算出部70を有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment includes a placement stage 10, an optical probe 20, an XY drive stage 30, a Z drive stage 40, a reference block 50, a reflection member 60, and a calculation. Part 70.

載置ステージ10は、ワークWを載置するものである。載置ステージ10は、ワークWが載置される載置面11を有する。載置面11は、後述するレーザー測長器52〜54からの光を反射する反射面を有する。載置ステージ10の第1の側面12には、レーザー測長器13が設けられており、第1の側面12と直交する第2の側面14には、2つのレーザー測長器15,16が、Y軸方向に沿って相互に離隔されて設けられている。レーザー測長器13,15,16は、アッベ誤差を低減するために、光学式プローブ20の光軸Lを中心に略均等に配置されている。   The placement stage 10 is for placing the workpiece W thereon. The placement stage 10 has a placement surface 11 on which the workpiece W is placed. The mounting surface 11 has a reflecting surface that reflects light from laser length measuring devices 52 to 54 described later. A laser length measuring device 13 is provided on the first side surface 12 of the mounting stage 10, and two laser length measuring devices 15 and 16 are provided on a second side surface 14 orthogonal to the first side surface 12. , And spaced apart from each other along the Y-axis direction. The laser length measuring devices 13, 15, 16 are arranged substantially evenly around the optical axis L of the optical probe 20 in order to reduce Abbe error.

光学式プローブ20は、載置ステージ10に載置されるワークWの形状を測定するものである。光学式プローブ20は、光干渉型プローブであり、ワークWの微小領域(たとえば、1mm×1mm角)の形状を1回の測定動作により測定する。光学式プローブ20には、光軸Lに直交する直交面21を有する直交部材22が設けられている。直交面21は、後述するレーザー測長器55〜57からの光を反射する反射面を有する。直交部材22の第1の側面23及び第1の側面23に直交する第2の側面24には、レーザー測長器25,26がそれぞれ設けられている。レーザー測長器25,26も、レーザー測長器13,15,16と同様、アッベ誤差を低減するために、光学式プローブ20の光軸Lを中心に略均等に配置されている。   The optical probe 20 measures the shape of the workpiece W placed on the placement stage 10. The optical probe 20 is an optical interference probe, and measures the shape of a minute region (for example, 1 mm × 1 mm square) of the workpiece W by one measurement operation. The optical probe 20 is provided with an orthogonal member 22 having an orthogonal surface 21 orthogonal to the optical axis L. The orthogonal surface 21 has a reflection surface that reflects light from laser length measuring devices 55 to 57 described later. Laser length measuring devices 25 and 26 are provided on the first side surface 23 and the second side surface 24 orthogonal to the first side surface 23 of the orthogonal member 22, respectively. Similarly to the laser length measuring devices 13, 15, and 16, the laser length measuring devices 25 and 26 are arranged substantially evenly around the optical axis L of the optical probe 20 in order to reduce Abbe error.

XY駆動ステージ30は、水平方向に載置ステージ10を駆動するものである。XY駆動ステージ30は、X軸方向に載置ステージ10を移動させる第1の駆動ステージと、Y軸方向に載置ステージ10を移動させる第2の駆動ステージとから構成され、X軸及びY軸方向に載置ステージ10を移動させる。   The XY drive stage 30 drives the mounting stage 10 in the horizontal direction. The XY drive stage 30 includes a first drive stage that moves the placement stage 10 in the X-axis direction and a second drive stage that moves the placement stage 10 in the Y-axis direction. The mounting stage 10 is moved in the direction.

Z駆動ステージ40は、鉛直方向に光学式プローブ20を駆動するものである。Z駆動ステージ40は、Z軸方向に光学式プローブ20を移動させる。   The Z drive stage 40 drives the optical probe 20 in the vertical direction. The Z drive stage 40 moves the optical probe 20 in the Z-axis direction.

基準ブロック50は、載置ステージ10及び光学式プローブ20の位置及び姿勢を検出するための基準部材である。基準ブロック50は、載置ステージ10及び光学式プローブ20の上方に配置され、載置面11及び直交面21に対向する基準面51を有する。基準ブロック50には、基準面51から載置ステージ10の載置面11までの距離を測定するための3つのレーザー測長器52,53,54と、基準面51から光学式プローブ20の直交面21までの距離を測定するための3つのレーザー測長器55,56,57とが設けられている。図3に示されるとおり、3つのレーザー測長器52,53,54は、光学式プローブ20の光軸Lを重心位置とするように基準面51に配置されている。同様に、3つのレーザー測長器55,56,57も、光学式プローブ20の光軸Lを重心位置とするように基準面51に配置されている。このような構成によれば、ステージ10及び光学式プローブ20の傾きを算出する際に、各測長点での影響を均一化することができる。   The reference block 50 is a reference member for detecting the positions and postures of the mounting stage 10 and the optical probe 20. The reference block 50 is disposed above the placement stage 10 and the optical probe 20 and has a reference surface 51 that faces the placement surface 11 and the orthogonal surface 21. The reference block 50 includes three laser length measuring devices 52, 53, and 54 for measuring the distance from the reference surface 51 to the mounting surface 11 of the mounting stage 10, and the orthogonality of the optical probe 20 from the reference surface 51. Three laser length measuring devices 55, 56, 57 for measuring the distance to the surface 21 are provided. As shown in FIG. 3, the three laser length measuring devices 52, 53, and 54 are arranged on the reference surface 51 so that the optical axis L of the optical probe 20 is located at the center of gravity. Similarly, the three laser length measuring devices 55, 56, and 57 are also arranged on the reference surface 51 so that the optical axis L of the optical probe 20 is located at the center of gravity. According to such a configuration, when calculating the inclinations of the stage 10 and the optical probe 20, the influence at each measurement point can be made uniform.

反射部材60は、載置ステージ10のXY方向の位置及びZ軸周りの傾きと、光学式プローブ20のXY方向の位置及びZ軸周りの傾きを検出するためのものである。反射部材60は、載置ステージ10の第1及び第2の側面12,14にそれぞれ対向する反射部材61,62と、光学式プローブ20の直交部材22の第1及び第2の側面23,24に対向する反射部材63,64を有する。反射部材61,62は、載置ステージ10の第1及び第2の側面12,14に対向する反射面61R,62Rを有し、載置ステージ10に設けられたレーザー測長器13,15,16からの光を反射する。反射部材63,64は、直交部材22の第1及び第2の側面23,24に対向する反射面63R,64Rを有し、光学プローブ20に設けられたレーザー測長器25,26からの光を反射する。なお、反射部材60及び基準ブロック50は、フレーム(不図示)により固定されている。   The reflecting member 60 is for detecting the position of the mounting stage 10 in the XY direction and the inclination around the Z axis, and the position of the optical probe 20 in the XY direction and the inclination around the Z axis. The reflecting member 60 includes reflecting members 61 and 62 that face the first and second side surfaces 12 and 14 of the mounting stage 10 respectively, and first and second side surfaces 23 and 24 of the orthogonal member 22 of the optical probe 20. Have reflection members 63 and 64 facing each other. The reflection members 61 and 62 have reflection surfaces 61R and 62R facing the first and second side surfaces 12 and 14 of the mounting stage 10, and the laser length measuring devices 13 and 15 provided on the mounting stage 10. The light from 16 is reflected. The reflecting members 63 and 64 have reflecting surfaces 63R and 64R facing the first and second side surfaces 23 and 24 of the orthogonal member 22, and light from the laser length measuring devices 25 and 26 provided in the optical probe 20. To reflect. The reflection member 60 and the reference block 50 are fixed by a frame (not shown).

算出部70は、載置ステージ10及び光学式プローブ20の相対位置及び姿勢誤差を算出するものである。算出部70は、たとえば、一般的なPC(Personal Computer)であり、各種の演算処理を行う。算出部70は、レーザー測長器52〜54によって得られた測定結果から基準面51に対する載置面11の傾きを算出し、レーザー測長器55〜57によって得られた測定結果から基準面51に対する直交面21の傾きを算出する。また、算出部70は、レーザー測長器15,16によって得られた測定結果から、Z軸周りの載置ステージ10の傾きを算出し、レーザー測長器25,26によって得られた測定結果及びZ駆動ステージ40のXY平面上の中心位置から、Z軸周りの光学式プローブ20の傾きを算出する。また、算出部70は、載置面11及び直交面21の基準面51に対する傾き及び距離から、載置ステージ10と光学式プローブ20との相対位置及び姿勢誤差を算出する。また、算出部70は、載置ステージ10と光学式プローブ20との相対位置及び姿勢誤差に基づいて、光学式プローブ20によってワークWの表面を微小領域単位で測定して得られた複数の形状データを補正してつなぎ合わせるステッチング処理を行う。   The calculation unit 70 calculates the relative position and orientation error between the mounting stage 10 and the optical probe 20. The calculation unit 70 is, for example, a general PC (Personal Computer), and performs various arithmetic processes. The calculation unit 70 calculates the inclination of the mounting surface 11 with respect to the reference surface 51 from the measurement results obtained by the laser length measuring devices 52 to 54, and calculates the reference surface 51 from the measurement results obtained by the laser length measuring devices 55 to 57. The inclination of the orthogonal plane 21 with respect to is calculated. The calculation unit 70 calculates the inclination of the mounting stage 10 around the Z axis from the measurement results obtained by the laser length measuring devices 15 and 16, and the measurement results obtained by the laser length measuring devices 25 and 26 and The tilt of the optical probe 20 around the Z axis is calculated from the center position of the Z drive stage 40 on the XY plane. Further, the calculation unit 70 calculates the relative position and posture error between the mounting stage 10 and the optical probe 20 from the inclination and distance of the mounting surface 11 and the orthogonal surface 21 with respect to the reference surface 51. In addition, the calculation unit 70 has a plurality of shapes obtained by measuring the surface of the workpiece W in units of microscopic areas by the optical probe 20 based on the relative position and posture error between the mounting stage 10 and the optical probe 20. Perform stitching processing that corrects and stitches data together.

以上のとおり構成される本実施形態の形状測定装置1では、ワークWと光学式プローブ20との相対位置を断続的に変更しつつ、ワークWの形状が微小領域単位で連続的に測定され、ワークW全体の形状データが取得される。このとき、XY駆動ステージ30及びZ駆動ステージ40のピッチング、ヨーイング、ローリングの影響により、載置ステージ10と光学式プローブ20との位置ずれや姿勢ずれが生じる。   In the shape measuring apparatus 1 of the present embodiment configured as described above, the shape of the workpiece W is continuously measured in units of minute regions while intermittently changing the relative position between the workpiece W and the optical probe 20. The shape data of the entire workpiece W is acquired. At this time, due to the influence of pitching, yawing, and rolling of the XY drive stage 30 and the Z drive stage 40, a positional shift and a posture shift between the mounting stage 10 and the optical probe 20 occur.

本実施形態の形状測定装置1では、複数のレーザー測長器によって、載置ステージ10及び光学式プローブ20の位置及び姿勢がそれぞれ検出される。そして、載置ステージ10及び光学式プローブ20の位置及び姿勢の情報に基づいて、載置ステージ10と光学式プローブ20との相対位置及び姿勢誤差が算出される。算出された相対位置及び姿勢誤差の情報に基づいて、光学式プローブ20によりワークWの微小領域の形状を測定して得られた形状データの座標が補正される。以下、図4〜図6を参照して、形状測定装置1により載置ステージ10と光学式プローブ20との相対位置及び姿勢誤差を算出する処理について説明する。   In the shape measuring apparatus 1 of the present embodiment, the positions and postures of the mounting stage 10 and the optical probe 20 are detected by a plurality of laser length measuring devices, respectively. Then, based on the position and orientation information of the placement stage 10 and the optical probe 20, the relative position and orientation error between the placement stage 10 and the optical probe 20 are calculated. Based on the calculated relative position and posture error information, the coordinates of the shape data obtained by measuring the shape of the minute region of the workpiece W by the optical probe 20 are corrected. Hereinafter, with reference to FIGS. 4 to 6, a process for calculating the relative position and orientation error between the mounting stage 10 and the optical probe 20 by the shape measuring apparatus 1 will be described.

図4は、形状測定装置1の算出部70により実行される位置姿勢算出処理の手順を示すフローチャートである。なお、図4のフローチャートにより示されるアルゴリズムは、算出部70の記憶部にプログラムとして記憶されており、CPUによって実行される。位置姿勢算出処理の実行に先立って、複数のレーザー測長器によって、載置ステージ10及び光学式プローブ20と基準ブロック50及び反射部材61,62,63,64との間の距離がそれぞれ測定されている。   FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the position / orientation calculation process executed by the calculation unit 70 of the shape measuring apparatus 1. Note that the algorithm shown in the flowchart of FIG. 4 is stored as a program in the storage unit of the calculation unit 70 and is executed by the CPU. Prior to the execution of the position / orientation calculation process, the distances between the mounting stage 10 and the optical probe 20, the reference block 50, and the reflecting members 61, 62, 63, 64 are measured by a plurality of laser length measuring devices. ing.

ステップS01では、レーザー測長器52〜54によって測定された、基準ブロック50の基準面51から載置ステージ10の載置面11までの距離データが取得される。   In step S01, distance data from the reference surface 51 of the reference block 50 to the placement surface 11 of the placement stage 10 measured by the laser length measuring devices 52 to 54 is acquired.

ステップS02では、ステップS01に示す処理において取得された距離データに基づいて、基準面51に対する載置面11の傾き及び光軸L上の距離が算出される。   In step S02, the inclination of the mounting surface 11 with respect to the reference surface 51 and the distance on the optical axis L are calculated based on the distance data acquired in the process shown in step S01.

具体的には、基準面51上のレーザー測長器52〜54のXY座標をそれぞれ(x1、y1)、(x2、y2)、(x3、y3)とすると、レーザー測長器52〜54によるZ軸方向の測長結果に基づいて、レーザー測長器52〜54からの光が照射された載置面11上の3点の座標が、それぞれZS1(x1、y1、z1)、ZS2(x2、y2、z2)、ZS3(x3、y3、z3)と算出される。   Specifically, when the XY coordinates of the laser length measuring devices 52 to 54 on the reference plane 51 are (x1, y1), (x2, y2), and (x3, y3), respectively, the laser length measuring devices 52 to 54 are used. Based on the measurement results in the Z-axis direction, the coordinates of three points on the mounting surface 11 irradiated with light from the laser length measuring devices 52 to 54 are ZS1 (x1, y1, z1) and ZS2 (x2), respectively. , Y2, z2) and ZS3 (x3, y3, z3).

したがって、これらの3点を含む載置面11を、下記(1)式のように表現すれば、載置面11の法線ベクトルの各成分a、b及びcは、それぞれ下記(2)式によって算出される。   Therefore, if the placement surface 11 including these three points is expressed as the following equation (1), each component a, b, and c of the normal vector of the placement surface 11 is expressed by the following equation (2). Is calculated by

Figure 0006064910
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Figure 0006064910
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したがって、載置面11の基準面51に対する傾きは、載置面11の法線ベクトル(a、b、c)のZ軸に対するX軸方向への倒れ角(=π/2−法線とX軸とのなす角)θx(ヨーイング)、Y軸方向への倒れ角(=π/2−法線とY軸とのなす角)θy(ピッチング)として、下記(3)式によって算出される。   Accordingly, the inclination of the mounting surface 11 with respect to the reference surface 51 is a tilt angle of the normal vector (a, b, c) of the mounting surface 11 in the X-axis direction with respect to the Z-axis (= π / 2−normal and X An angle formed with the axis θx (yawing) and a tilt angle in the Y-axis direction (= π / 2−angle formed between the normal and the Y axis) θy (pitching) are calculated by the following equation (3).

Figure 0006064910
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また、これらの3点ZS1,ZS2,ZS3の重心位置は載置面11上にあり、光軸L方向(x=0、y=0)の変位をz0とすると、z0は下記(4)式によって算出される。   Further, the center of gravity positions of these three points ZS1, ZS2, and ZS3 are on the placement surface 11, and assuming that the displacement in the optical axis L direction (x = 0, y = 0) is z0, z0 is expressed by the following equation (4). Is calculated by

Figure 0006064910
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ステップS03では、レーザー測長器55〜57によって測定された、基準ブロック50の基準面51から光学式プローブ20の直交面21までの距離データが取得される。   In step S03, distance data from the reference surface 51 of the reference block 50 to the orthogonal surface 21 of the optical probe 20 measured by the laser length measuring devices 55 to 57 is acquired.

ステップS04では、ステップS03に示す処理において取得された距離データに基づいて、基準面51に対する直交面21の傾き及び光軸L上の距離が算出される。なお、基準面51に対する直交面21の傾きを算出する処理は、ステップS02における基準面51に対する載置面11の傾きを算出する処理と同様であるため、説明を省略する。   In step S04, the inclination of the orthogonal plane 21 with respect to the reference plane 51 and the distance on the optical axis L are calculated based on the distance data acquired in the process shown in step S03. Note that the process of calculating the inclination of the orthogonal surface 21 with respect to the reference surface 51 is the same as the process of calculating the inclination of the placement surface 11 with respect to the reference surface 51 in step S02, and thus the description thereof is omitted.

ステップS05では、レーザー測長器15,16によって測定された、載置ステージ10の第2の側面14から反射部材62の反射面62Rまでの距離データが取得される。   In step S05, distance data from the second side surface 14 of the mounting stage 10 to the reflecting surface 62R of the reflecting member 62, which is measured by the laser length measuring devices 15 and 16, is acquired.

ステップS06では、ステップS05に示す処理において取得された距離データに基づいて、載置ステージ10のZ軸周りの傾き及び光軸位置での載置ステージ10までの距離が算出される。   In step S06, based on the distance data acquired in the process shown in step S05, the inclination of the mounting stage 10 about the Z axis and the distance to the mounting stage 10 at the optical axis position are calculated.

具体的には、図5に示されるとおり、レーザー測長器15,16によって測定された第2の側面14から反射面62Rまでの距離をそれぞれXS1,XS2とし、また、レーザー測長器15,16間の距離をdとすると、載置ステージ10のZ軸周りの傾きθz(ローリング)は、下記(5)式によって算出される。   Specifically, as shown in FIG. 5, the distances from the second side surface 14 to the reflecting surface 62R measured by the laser length measuring devices 15 and 16 are XS1 and XS2, respectively. When the distance between 16 is d, the inclination θz (rolling) around the Z axis of the mounting stage 10 is calculated by the following equation (5).

Figure 0006064910
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ステップS07では、レーザー測長器25によって測定された、光学式プローブ20の第1の側面23から反射部材63の反射面63Rまでの距離データが取得される。   In step S07, distance data from the first side surface 23 of the optical probe 20 to the reflecting surface 63R of the reflecting member 63, which is measured by the laser length measuring device 25, is acquired.

ステップS08では、レーザー測長器26によって測定された、光学式プローブ20の第2の側面24から反射部材64の反射面64Rまでの距離データが取得される。   In step S08, distance data from the second side surface 24 of the optical probe 20 to the reflecting surface 64R of the reflecting member 64, which is measured by the laser length measuring device 26, is acquired.

ステップS09では、ステップS07またはステップS08に示す処理において取得された距離データと、Z駆動ステージ40のXY平面の中心位置に基づいて、光学式プローブ20のZ軸周りの傾き及び光学式プローブ20のXYずれ量が算出される。   In step S09, based on the distance data acquired in the processing shown in step S07 or step S08 and the center position of the XY plane of the Z drive stage 40, the inclination of the optical probe 20 around the Z axis and the optical probe 20 An XY shift amount is calculated.

図6に示されるとおり、光学式プローブ20のZ軸周りの回転中心は、Z軸から一定距離SだけシフトしたZ駆動ステージ40の中心Tにある。したがって、光学式プローブ20のZ軸周りの傾きφ(ローリング)は、レーザー測長器25,26の測長結果から得られるXp,Ypのいずれか一方と、基準位置X0,Y0とから幾何学的に算出される。   As shown in FIG. 6, the rotation center around the Z axis of the optical probe 20 is at the center T of the Z drive stage 40 that is shifted by a certain distance S from the Z axis. Therefore, the inclination φ (rolling) around the Z-axis of the optical probe 20 is geometric from one of Xp and Yp obtained from the length measurement results of the laser length measuring devices 25 and 26 and the reference positions X0 and Y0. Is calculated automatically.

ステップS10では、レーザー測長器13によって測定された、載置ステージ10の第1の側面12から反射部材61の反射面61Rまでの距離データが取得される。   In step S10, distance data from the first side surface 12 of the mounting stage 10 to the reflecting surface 61R of the reflecting member 61, which is measured by the laser length measuring device 13, is acquired.

ステップS11では、載置ステージ10と光学式プローブ20との相対位置及び姿勢誤差が算出される。具体的には、ステップS01,S03,S05,S07,S08,S10に示す処理においてそれぞれ取得された距離データから、載置ステージ10と光学式プローブ20との相対位置が算出される。そして、S02,S04,S06,S09に示す処理においてそれぞれ算出された載置ステージ10及び光学式プローブ20の傾き(ピッチング、ヨーイング、ローリング)並びに光軸L上の距離、光軸位置での載置ステージ10までの距離及び光学式プローブ20のXYずれ量から、載置ステージ10と光学式プローブ20との相対位置及び姿勢誤差が算出される。   In step S11, the relative position and orientation error between the mounting stage 10 and the optical probe 20 are calculated. Specifically, the relative position between the mounting stage 10 and the optical probe 20 is calculated from the distance data acquired in the processes shown in steps S01, S03, S05, S07, S08, and S10. Then, the tilt (pitching, yawing, rolling) of the mounting stage 10 and the optical probe 20 calculated in the processes shown in S02, S04, S06, and S09, the distance on the optical axis L, and the mounting at the optical axis position, respectively. From the distance to the stage 10 and the amount of XY deviation of the optical probe 20, the relative position and orientation error between the mounting stage 10 and the optical probe 20 are calculated.

以上のとおり、図4に示されるフローチャートの処理によれば、レーザー測長器による測長結果に基づいて、載置ステージ10と光学式プローブ2との相対位置及び姿勢誤差が算出される。   As described above, according to the processing of the flowchart shown in FIG. 4, the relative position and orientation error between the mounting stage 10 and the optical probe 2 are calculated based on the length measurement result by the laser length measuring device.

そして、算出された相対位置及び姿勢誤差の情報に基づいて、光学式プローブ20によってワークWの微小領域の形状を測定して得られた形状データの座標が補正される。測定領域のすべての形状データの座標(位置及び姿勢)が補正された後、これらの形状データをつなぎ合わせるステッチング処理が行われ、ワーク全体の形状データが取得される。   Based on the calculated relative position and orientation error information, the coordinates of the shape data obtained by measuring the shape of the minute region of the workpiece W by the optical probe 20 are corrected. After the coordinates (position and orientation) of all the shape data in the measurement area are corrected, stitching processing for joining these shape data is performed, and the shape data of the entire workpiece is acquired.

以上のとおり、本実施形態によれば、複数のレーザー測長器によって、載置ステージ10及び光学式プローブ20の位置及び姿勢がそれぞれ検出される。とりわけ、載置面11及び直交面21のX軸及びY軸周りの傾き及びZ軸方向の位置が、共通の基準面51を基準としてそれぞれ検出されるため、載置ステージ10と光学式プローブ20との相対位置及び姿勢誤差が高精度に検出される。その結果、ワークの形状を高精度に測定することができる。   As described above, according to the present embodiment, the positions and postures of the mounting stage 10 and the optical probe 20 are detected by a plurality of laser length measuring devices. In particular, since the inclination of the mounting surface 11 and the orthogonal surface 21 around the X-axis and Y-axis and the position in the Z-axis direction are detected based on the common reference surface 51, the mounting stage 10 and the optical probe 20 are detected. Relative position and posture error are detected with high accuracy. As a result, the shape of the workpiece can be measured with high accuracy.

なお、レーザー測長器は、気流や環境変動(温度、気圧及び湿度)の影響を受けやすいことから、形状測定装置1には、気流を安定化させるための遮蔽構造が設けられてもよい。さらに、環境要因を同時に測定し、相対位置及び姿勢誤差へフィードバックする制御が行われてもよい。   Since the laser length measuring device is easily affected by airflow and environmental fluctuations (temperature, atmospheric pressure, and humidity), the shape measuring device 1 may be provided with a shielding structure for stabilizing the airflow. Furthermore, control may be performed in which environmental factors are simultaneously measured and fed back to relative position and attitude errors.

また、上記(4)式において、下記(6)式のように、s1、s2、及びs3を定義すると、光軸L方向の変位z0は、下記(7)式によって算出される。   Further, in the above equation (4), when s1, s2, and s3 are defined as in the following equation (6), the displacement z0 in the optical axis L direction is calculated by the following equation (7).

Figure 0006064910
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光軸L方向の変位z0は、上記(7)式のように表されることからも、ZP1〜3までの測長器のバラツキによるz0のばらつきが最小となる測定最良条件は、s1=s2=s3のときに与えられる。上記(6)式のs1は、光軸位置とZP2とZP3の3点よりなる小三角形の面積の2倍に等しい。同様に、s2とs3もそれぞれ対応する小三角形の面積の2倍に等しい。したがって、測定最良条件は上記3つの各小三角形領域の面積が等しいという条件に換言され、これによって光軸位置が重心配置になることが望ましいことが分かる。よって、レーザー測長器52〜54からの光が照射された載置面11上の3点の座標ZS1,ZS2,ZS3、及びレーザー測長器55〜57からの光が照射された直交面21上の3点の座標ZP1,ZP2,ZP3は、光軸Lを中心とした重心配置となっている(図3参照)。なお、図3は正三角形として表現されているが、光軸位置が重心であれば良く、正三角形である必要はない。   Since the displacement z0 in the direction of the optical axis L is expressed by the above equation (7), the best measurement condition that minimizes the variation in z0 due to variations in the length measuring devices ZP1 to ZP1 is s1 = s2. It is given when = s3. In the above equation (6), s1 is equal to twice the area of the small triangle formed by the optical axis position and the three points ZP2 and ZP3. Similarly, s2 and s3 are each equal to twice the area of the corresponding small triangle. Therefore, it can be seen that the best measurement condition is the condition that the areas of the three small triangular regions are equal, and it is desirable that the optical axis position be in the center of gravity. Therefore, the three-point coordinates ZS1, ZS2, and ZS3 on the mounting surface 11 irradiated with the light from the laser length measuring devices 52 to 54, and the orthogonal surface 21 irradiated with the light from the laser length measuring devices 55 to 57. The upper three coordinates ZP1, ZP2, and ZP3 are arranged in the center of gravity with the optical axis L as the center (see FIG. 3). Although FIG. 3 is represented as an equilateral triangle, the optical axis position only needs to be the center of gravity, and does not need to be an equilateral triangle.

本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.

たとえば、上述した実施形態では、3つのレーザー測長器によって、基準面51に対する載置面11および直交面21の傾きがそれぞれ検出された。しかしながら、レーザー干渉計により載置面11および直交面21の傾きがそれぞれ検出されてもよい。この場合、Z軸方向における載置面11および直交面21の位置を測定するために、レーザー干渉計とは別に1つのレーザー測長器が用いられる。   For example, in the above-described embodiment, the inclinations of the mounting surface 11 and the orthogonal surface 21 with respect to the reference surface 51 are detected by three laser length measuring devices. However, the inclination of the mounting surface 11 and the orthogonal surface 21 may be detected by a laser interferometer, respectively. In this case, in order to measure the positions of the mounting surface 11 and the orthogonal surface 21 in the Z-axis direction, one laser length measuring device is used separately from the laser interferometer.

また、上述した実施形態では、光学式プローブ20のZ軸周りの傾きは、2つの側面23,24に設けられたレーザー測長器25,26の測定結果とZ駆動ステージのXY平面上の中心位置に基づいて算出された。しかしながら、載置ステージ10のZ軸周りの傾きを算出する方法と同様に、1つの側面に相互に離隔されて設けられた2つのレーザー測長器によって算出されてもよい。   In the above-described embodiment, the inclination of the optical probe 20 around the Z axis is based on the measurement results of the laser length measuring devices 25 and 26 provided on the two side surfaces 23 and 24 and the center of the Z drive stage on the XY plane. Calculated based on position. However, similarly to the method of calculating the inclination of the mounting stage 10 around the Z axis, the calculation may be performed by two laser length measuring devices provided on one side surface so as to be separated from each other.

また、上述した実施形態では、各物体間の距離を測定するために、レーザー測長器が用いられた。しかしながら、距離を測定するための手段はレーザー測長器に限定されるものではなく、たとえば、超音波測長器が用いられてもよい。   In the embodiment described above, a laser length measuring device is used to measure the distance between the objects. However, the means for measuring the distance is not limited to the laser length measuring device, and for example, an ultrasonic length measuring device may be used.

また、上述した実施形態では、基準面51から載置面11または直交面21までの距離を測長するために、それぞれ3つのレーザー測長器52〜54,55〜57が用いられた。しかしながら、3つのレーザー測長器に限られず、4つ以上のレーザー測長器が用いられてもよい。   In the above-described embodiment, three laser length measuring devices 52 to 54 and 55 to 57 are used to measure the distance from the reference surface 51 to the placement surface 11 or the orthogonal surface 21, respectively. However, the laser length measuring device is not limited to three, and four or more laser length measuring devices may be used.

本実施形態にかかる形状測定装置における各種処理を行う手段および方法は、専用のハードウエア回路、またはプログラムされたコンピューターのいずれによっても実現することが可能である。上記プログラムは、たとえば、フレキシブルディスクおよびCD−ROM等のコンピューター読み取り可能な記録媒体によって提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介してオンラインで提供されてもよい。この場合、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されたプログラムは、通常、ハードディスク等の記憶部に転送され記憶される。また、上記プログラムは、単独のアプリケーションソフトとして提供されてもよいし、形状測定装置の一機能としてソフトウエアに組み込まれてもよい。   The means and method for performing various processes in the shape measuring apparatus according to the present embodiment can be realized by either a dedicated hardware circuit or a programmed computer. The program may be provided by a computer-readable recording medium such as a flexible disk and a CD-ROM, or may be provided online via a network such as the Internet. In this case, the program recorded on the computer-readable recording medium is usually transferred to and stored in a storage unit such as a hard disk. The program may be provided as a single application software, or may be incorporated into the software as a function of the shape measuring apparatus.

1 形状測定装置、
10 載置ステージ、
11 載置面、
13,15,16,25,26,52,53,54,55,56,57 レーザー測長器、
20 光学式プローブ、
21 直交面、
30 XY駆動ステージ、
40 Z駆動ステージ、
50 基準ブロック、
51 基準面、
60,61,62,63,64 反射部材、
70 算出部。
1 shape measuring device,
10 Placement stage,
11 Placement surface,
13, 15, 16, 25, 26, 52, 53, 54, 55, 56, 57 Laser length measuring device,
20 optical probe,
21 orthogonal plane,
30 XY drive stage,
40 Z drive stage,
50 reference blocks,
51 reference plane,
60, 61, 62, 63, 64 reflective member,
70 Calculation unit.

Claims (10)

ワークが載置される載置面を有し、前記載置面に対して平行な第1方向および前記第1方向に直交しつつ前記載置面に対して平行な第2方向に駆動するステージと、
前記載置面に対して直交する第3方向に駆動するとともに、光軸に直交する直交面を有し、前記載置面に載置された前記ワークの形状を測定する光学式プローブと、
前記載置面に対向する基準面を有する基準部材と、
前記基準面に対する前記載置面の傾き及び前記基準面から前記載置面までの距離を検出する第1の検出部と、
前記基準面に対する前記直交面の傾き及び前記基準面から前記直交面までの距離を検出する第2の検出部と、
前記基準面に直交する軸周りの前記ステージの傾きを検出する第3の検出部と、
前記軸周りの前記光学式プローブの傾きを検出する第4の検出部と、
を有する形状測定装置。
Stage the workpiece is to have a mounting surface to be mounted, is driven in a second direction parallel to the mounting surface before being perpendicular to the first direction and the first direction parallel to the mounting surface When,
An optical probe that drives in a third direction orthogonal to the placement surface, has an orthogonal surface perpendicular to the optical axis, and measures the shape of the workpiece placed on the placement surface;
A reference member having a reference surface facing the mounting surface;
A first detector that detects the inclination of the placement surface with respect to the reference surface and a distance from the reference surface to the placement surface;
A second detection unit that detects the inclination of the orthogonal surface with respect to the reference surface and the distance from the reference surface to the orthogonal surface;
A third detector for detecting the tilt of the stage around an axis orthogonal to the reference plane;
A fourth detector for detecting an inclination of the optical probe around the axis;
A shape measuring apparatus.
前記第1の検出部は、
前記基準面に設けられ、前記基準面から前記載置面までの距離を測定する3つ以上の第1の測長器と、
前記第1の測長器によって得られた測定結果から、前記基準面に対する前記載置面の傾きを算出する第1の算出部と、を有し、
前記第2の検出部は、
前記基準面に設けられ、前記基準面から前記直交面までの距離を測定するための3つ以上の第2の測長器と、
前記第2の測長器によって得られた測定結果から、前記基準面に対する前記直交面の傾きを算出する第2の算出部と、を有する請求項1に記載の形状測定装置。
The first detection unit includes:
Three or more first length measuring devices provided on the reference surface and measuring a distance from the reference surface to the mounting surface;
A first calculation unit that calculates an inclination of the placement surface with respect to the reference surface from a measurement result obtained by the first length measuring device;
The second detection unit includes:
Three or more second length measuring devices provided on the reference plane for measuring the distance from the reference plane to the orthogonal plane;
The shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a second calculation unit that calculates an inclination of the orthogonal plane with respect to the reference plane from a measurement result obtained by the second length measuring device.
前記3つ以上の第1の測長器の重心位置及び前記3つ以上の第2の測長器の重心位置は、前記光軸とそれぞれ一致している請求項2に記載の形状測定装置。   The shape measuring apparatus according to claim 2, wherein a gravity center position of the three or more first length measuring devices and a gravity center position of the three or more second length measuring devices respectively coincide with the optical axis. 前記光学式プローブを前記光軸方向に移動させる駆動部をさらに有し、
前記第3の検出部は、
前記ステージの側面に対向する第1の反射面を有する第1の反射部材と、
前記ステージの側面に当該側面の長手方向に沿って相互に離隔して設けられ、当該側面から前記第1の反射面までの距離を測定する2つの第3の測長器と、
前記第3の測長器によって得られた測定結果から、前記軸周りの前記ステージの傾きを算出する第3の算出部と、を有し、
前記第4の検出部は、
前記直交面に直交する前記光学式プローブの第1の側面に対向する第2の反射面を有する第2の反射部材と、
前記第1の側面に直交する前記光学式プローブの第2の側面に対向する第3の反射面を有する第3の反射部材と、
前記第1の側面に設けられ、当該第1の側面から前記第2の反射面までの距離を測定する1つの第4の測長器と、
前記第2の側面に設けられ、当該第2の側面から前記第3の反射面までの距離を測定する1つの第5の測長器と、
前記第4及び第5の測長器によって得られた測定結果及び前記駆動部の中心位置から、前記軸周りの前記光学式プローブの傾きを算出する第4の算出部と、
を有する請求項1に記載の形状測定装置。
A drive unit that moves the optical probe in the optical axis direction;
The third detection unit includes:
A first reflecting member having a first reflecting surface facing the side surface of the stage;
Two third length measuring devices provided on the side surface of the stage so as to be separated from each other along the longitudinal direction of the side surface and measuring the distance from the side surface to the first reflecting surface;
A third calculation unit for calculating an inclination of the stage around the axis from a measurement result obtained by the third length measuring device,
The fourth detection unit includes:
A second reflecting member having a second reflecting surface facing the first side surface of the optical probe orthogonal to the orthogonal surface;
A third reflecting member having a third reflecting surface facing the second side surface of the optical probe orthogonal to the first side surface;
One fourth length measuring device provided on the first side surface for measuring the distance from the first side surface to the second reflecting surface;
One fifth length measuring device provided on the second side surface for measuring the distance from the second side surface to the third reflecting surface;
A fourth calculation unit for calculating an inclination of the optical probe around the axis from a measurement result obtained by the fourth and fifth length measuring devices and a center position of the drive unit;
The shape measuring apparatus according to claim 1, comprising:
前記第1及び第2の検出部によってそれぞれ検出された前記載置面及び前記直交面の前記基準面に対する前記傾き及び距離から、前記ステージと前記光学式プローブとの相対位置及び姿勢誤差を算出する第5の算出部と、
前記第5の算出部によって算出された前記相対位置及び姿勢誤差に基づいて、前記光学式プローブによって前記ワークの表面を微小領域単位で測定して得られた複数の形状データを補正してつなぎ合わせるステッチング処理を行うステッチング処理部と、をさらに有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の形状測定装置。
Relative position and posture errors between the stage and the optical probe are calculated from the inclination and distance of the placement surface and the orthogonal surface with respect to the reference surface detected by the first and second detection units, respectively. A fifth calculation unit;
Based on the relative position and orientation errors calculated by the fifth calculation unit, the optical probe is used to correct and connect a plurality of shape data obtained by measuring the surface of the workpiece in units of minute regions. The shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a stitching processing unit that performs a stitching process.
ワークが載置される載置面を有し、前記載置面に対して平行な第1方向および前記第1方向に直交しつつ前記載置面に対して平行な第2方向に駆動するステージの前記載置面に対向する、基準部材の基準面に対する前記載置面の傾き及び前記基準面から前記載置面までの距離を検出し、かつ、前記載置面に載置された前記ワークの形状を測定し前記載置面に対して直交する第3方向に駆動する光学式プローブの光軸に直交する直交面の前記基準面に対する傾き及び前記基準面から前記直交面までの距離を検出するステップ(a)と、
前記基準面に直交する軸周りの前記ステージの傾きを検出し、かつ、前記軸周りの前記光学式プローブの傾きを検出するステップ(b)と、
を有する形状測定方法。
A stage having a placement surface on which a workpiece is placed and driven in a first direction parallel to the placement surface and a second direction parallel to the placement surface while being orthogonal to the first direction facing the mounting surface of, detecting a distance from the slope and the reference plane of the mounting surface to the mounting surface with respect to the reference surface of the reference member and the workpiece placed on the mounting surface Measure the shape of the optical probe and detect the inclination of the orthogonal plane orthogonal to the optical axis of the optical probe driven in the third direction orthogonal to the mounting surface with respect to the reference plane and the distance from the reference plane to the orthogonal plane Step (a)
Detecting the tilt of the stage about an axis orthogonal to the reference plane, and detecting the tilt of the optical probe about the axis;
A shape measuring method comprising:
前記ステップ(a)は、
前記基準面に設けられた3つ以上の第1の測長器によって、前記基準面から前記載置面までの距離を測定し、かつ、前記基準面に設けられた3つ以上の第2の測長器によって、前記基準面から前記直交面までの距離を測定するステップ(a1)と、
前記第1及び第2の測長器によって得られた測定結果から、前記基準面に対する前記載置面の傾き及び前記直交面の傾きを算出するステップ(a2)と、を有する請求項6に記載の形状測定方法。
The step (a)
The distance from the reference surface to the mounting surface is measured by three or more first length measuring devices provided on the reference surface, and three or more second measuring devices provided on the reference surface. Measuring a distance from the reference plane to the orthogonal plane by a length measuring device (a1);
The step (a2) of calculating the inclination of the mounting surface and the inclination of the orthogonal surface with respect to the reference surface from the measurement results obtained by the first and second length measuring devices. Shape measurement method.
前記3つ以上の第1の測長器の重心位置及び前記3つ以上の第2の測長器の重心位置は、前記光軸とそれぞれ一致している請求項7に記載の形状測定方法。   The shape measuring method according to claim 7, wherein a gravity center position of the three or more first length measuring devices and a gravity center position of the three or more second length measuring devices respectively coincide with the optical axis. 前記ステップ(b)は、
前記ステージの側面に当該側面の長手方向に沿って相互に離隔して設けられた2つの第3の測長器によって、前記側面から、第1の反射部材の前記側面に対向する第1の反射面までの距離を測定し、かつ、前記直交面に直交する前記光学式プローブの第1の側面に設けられた1つの第4の測長器によって、前記第1の側面から、第2の反射部材の前記第1の側面に対向する第2の反射面までの距離を測定し、かつ、前記第1の側面に直交する前記光学式プローブの第2の側面に設けられた1つの第5の測長器によって、前記第2の側面から、第3の反射部材の前記第2の側面に対向する第3の反射面までの距離を測定するステップ(b1)と、
前記第3の測長器によって得られた測定結果から、前記軸周りの前記ステージの傾きを算出し、かつ、前記第4及び第5の測長器によって得られた測定結果及び前記光学式プローブを前記光軸方向に移動させる駆動部の中心位置から、前記軸周りの前記光学式プローブの傾きを算出するステップ(b2)と、を有する請求項6に記載の形状測定方法。
The step (b)
A first reflection facing the side surface of the first reflecting member from the side surface by two third length measuring devices provided on the side surface of the stage so as to be separated from each other along the longitudinal direction of the side surface. A second reflection is measured from the first side surface by one fourth length measuring device provided on the first side surface of the optical probe that measures the distance to the surface and is orthogonal to the orthogonal surface. One fifth member provided on the second side surface of the optical probe that measures the distance to the second reflecting surface facing the first side surface of the member and is orthogonal to the first side surface. A step (b1) of measuring a distance from the second side surface to a third reflecting surface facing the second side surface of the third reflecting member by a length measuring device;
From the measurement result obtained by the third length measuring device, the inclination of the stage around the axis is calculated, and the measurement result obtained by the fourth and fifth length measuring devices and the optical probe The shape measuring method according to claim 6, further comprising a step (b2) of calculating an inclination of the optical probe around the axis from a center position of a driving unit that moves the optical probe in the optical axis direction.
前記ステップ(a)において検出された前記載置面及び前記直交面の前記基準面に対する前記傾き及び距離から、前記ステージと前記光学式プローブとの相対位置及び姿勢誤差を算出するステップ(c)と、
前記ステップ(c)において算出された前記相対位置及び姿勢誤差に基づいて、前記光学式プローブによって前記ワークの表面を微小領域単位で測定して得られた複数の形状データを補正してつなぎ合わせるステッチング処理を行うステップ(d)と、をさらに有する請求項6〜9のいずれか1項に記載の形状測定方法。
(C) calculating a relative position and posture error between the stage and the optical probe from the inclination and distance of the mounting surface and the orthogonal plane with respect to the reference plane detected in the step (a); ,
Based on the relative position and orientation errors calculated in the step (c), the stitches are obtained by correcting and joining a plurality of shape data obtained by measuring the surface of the workpiece in units of minute regions by the optical probe. The shape measuring method according to claim 6, further comprising a step (d) of performing a bending process.
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