JP7296334B2 - Straightness measurement system, displacement sensor calibration method, and straightness measurement method - Google Patents
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Description
本発明は、真直度計測システム、変位センサ校正方法、及び真直度計測方法に関する。 The present invention relates to a straightness measurement system, a displacement sensor calibration method, and a straightness measurement method.
研削対象物の上面の真直度を計測する方法として、研削装置のワーク送り機能を利用し、砥石ヘッドに変位センサを取り付けて加工表面を走査する機上計測方法が知られている。機上計測方法では、一般的に、3個の変位センサを含むセンシングユニットを用いた三点法が用いられる(例えば、特許文献1)。 As a method for measuring the straightness of the upper surface of an object to be ground, an on-machine measurement method is known, in which a displacement sensor is attached to the grindstone head to scan the surface to be processed, using the work feed function of the grinder. The on-machine measurement method generally uses a three-point method using a sensing unit including three displacement sensors (eg, Patent Document 1).
計測対象物の表面の真直度を精度よく計測するために、3個の変位センサのゼロ点が幾何学的に正しい平面上に位置するように変位センサのゼロ点校正を行う必要がある。変位センサのゼロ点校正を行うために、真直度が高い校正基準面を持つ校正基準器が使用される。3個の変位センサで校正基準面の高さ方向の変位量を測定し、3個の変位センサのゼロ点が同一平面上に位置するようにゼロ点校正を行う(例えば、特許文献2)。 In order to accurately measure the straightness of the surface of the object to be measured, it is necessary to calibrate the zero points of the three displacement sensors so that the zero points of the three displacement sensors are positioned on a geometrically correct plane. A calibration reference device having a highly straight calibration reference surface is used to perform zero point calibration of the displacement sensor. Three displacement sensors measure the amount of displacement in the height direction of the calibration reference plane, and perform zero point calibration so that the zero points of the three displacement sensors are positioned on the same plane (for example, Patent Document 2).
ゼロ点校正に要求される精度は、センサ間ピッチや評価したい真直度に依存する。例えば、長さ1mで1μmの曲がりを、センサ間ピッチ100mmで検出する場合、絶対平面に対する高さ方向の変位量は40nm程度になる。この程度の変位量を測定するために,ゼロ点校正には、10nmレベルの精度が要求される。 The accuracy required for zero point calibration depends on the pitch between sensors and the straightness to be evaluated. For example, when detecting a bend of 1 μm with a length of 1 m at a pitch between sensors of 100 mm, the amount of displacement in the height direction with respect to the absolute plane is about 40 nm. In order to measure such a displacement amount, the zero point calibration requires an accuracy of 10 nm level.
本願発明者らが種々の実験を行ったところ、従来の方法により十分高い精度でゼロ点校正を行っても、期待される精度で真直度の計測を行うことができない場合があることが判明した。本発明の目的は、真直度の計測精度の低下を抑制することが可能な真直度計測システム、変位センサ校正方法、及び真直度計測方法を提供することである。 As a result of various experiments conducted by the inventors of the present application, it was found that even if the conventional method performs zero point calibration with sufficiently high accuracy, it may not be possible to measure straightness with the expected accuracy. . An object of the present invention is to provide a straightness measurement system, a displacement sensor calibration method, and a straightness measurement method that are capable of suppressing deterioration in straightness measurement accuracy.
本発明の一観点によると、
3個の変位センサを含むセンシングユニットと、
校正基準面を有する校正基準器と
を備え、
前記3個の変位センサに前記校正基準面を対向させたとき、前記3個の変位センサの被測定点が前記校正基準面の表面上に第1方向に並んで配置され、前記3個の変位センサは前記校正基準面の高さ方向の変位を測定し、
さらに、
前記3個の変位センサに前記校正基準面を対向させたとき、前記校正基準面と前記センシングユニットとの一方を他方に対して前記第1方向に傾斜させる傾斜機構と、
前記センシングユニットに対する前記校正基準面の傾斜角が異なる複数の状態で、前記3個の変位センサの測定値を取得し、前記傾斜角と、前記3個の変位センサの前記傾斜角ごとの測定値とに基づいて、前記3個の変位センサの被測定点の前記第1方向に関する相対位置関係と、規定相対位置関係とのずれ量を計測する処理装置と
を有する真直度計測システムが提供される。
According to one aspect of the invention,
a sensing unit including three displacement sensors;
a calibration reference device having a calibration reference surface;
When the calibration reference plane is opposed to the three displacement sensors, points to be measured of the three displacement sensors are arranged side by side in the first direction on the surface of the calibration reference plane, and the three displacement sensors the sensor measures displacement in the height direction of the calibration reference plane;
moreover,
a tilting mechanism that tilts one of the calibration reference plane and the sensing unit in the first direction with respect to the other when the calibration reference plane is opposed to the three displacement sensors;
Measured values of the three displacement sensors are acquired in a plurality of states in which the calibration reference plane has different tilt angles with respect to the sensing unit, and the tilt angles and the measured values of the three displacement sensors for each of the tilt angles are obtained. and a processing device for measuring the relative positional relationship of the points to be measured of the three displacement sensors in the first direction and the amount of deviation from the prescribed relative positional relationship. .
本発明の他の観点によると、
校正基準面の表面上で第1方向に並んで配置された被測定点の高さ方向の変位を測定する3個の変位センサを含むセンシングユニットで、前記校正基準面の高さ方向の変位量を測定する手順を、前記センシングユニットに対する前記校正基準面の前記第1方向に関する傾斜角を異ならせて、前記傾斜角ごとに実行し、
前記傾斜角と、前記3個の変位センサの前記傾斜角ごとの測定値とに基づいて、前記3個の変位センサの被測定点の前記第1方向に関する相対位置関係と、規定相対位置関係とのずれ量を求める変位センサ校正方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
A sensing unit including three displacement sensors for measuring displacement in the height direction of points to be measured arranged side by side in a first direction on the surface of the calibration reference plane, wherein the amount of displacement in the height direction of the calibration reference plane is changed for each tilt angle of the calibration reference plane with respect to the first direction with respect to the sensing unit, and
Based on the tilt angles and the measured values of the three displacement sensors for each of the tilt angles, a relative positional relationship of the points to be measured of the three displacement sensors with respect to the first direction and a specified relative positional relationship. Displacement sensor calibration method is provided for determining the amount of deviation of .
本発明のさらに他の観点によると、
校正基準面の表面上で第1方向に並んで配置された被測定点の高さ方向の変位を測定する3個の変位センサを含むセンシングユニットで、前記校正基準面の高さ方向の変位量を測定する手順を、前記センシングユニットに対する前記校正基準面の前記第1方向に関する傾斜角を異ならせて、前記傾斜角ごとに実行し、
前記傾斜角と、前記3個の変位センサの前記傾斜角ごとの測定値とに基づいて、前記3個の変位センサの被測定点の前記第1方向に関する相対位置関係と、規定相対位置関係とのずれ量を求め、
前記センシングユニットを用いて三点法により対象物の表面の真直度を計測する際に、前記ずれ量を加味して曲率算出する真直度計測方法が提供される。
According to yet another aspect of the invention,
A sensing unit including three displacement sensors for measuring displacement in the height direction of points to be measured arranged side by side in a first direction on the surface of the calibration reference plane, wherein the amount of displacement in the height direction of the calibration reference plane is changed for each tilt angle of the calibration reference plane with respect to the first direction with respect to the sensing unit, and
Based on the tilt angles and the measured values of the three displacement sensors for each of the tilt angles, a relative positional relationship of the points to be measured of the three displacement sensors with respect to the first direction and a specified relative positional relationship. Find the amount of deviation of
A straightness measurement method is provided in which, when measuring the straightness of the surface of an object by the three-point method using the sensing unit, the curvature is calculated taking into account the amount of deviation.
3個の変位センサの被測定点の第1方向に関する相対位置関係のずれ量を計測することにより、真直度の計測に、このずれ量を反映させることが可能になる。これにより、真直度の計測精度の低下を抑制することができる。 By measuring the amount of deviation in the relative positional relationship of the points to be measured of the three displacement sensors in the first direction, it is possible to reflect this amount of deviation in the straightness measurement. As a result, it is possible to suppress a decrease in straightness measurement accuracy.
図1~図8を参照して、実施例よる真直度計測システム及び変位センサ校正方法について説明する。実施例による真直度計測システムは、三点法を用いて計測対象物の表面の真直度を計測する。 A straightness measuring system and a displacement sensor calibrating method according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 8. FIG. A straightness measurement system according to an embodiment measures the straightness of the surface of an object to be measured using the three-point method.
三点法においては、計測対象物の表面の一直線上に位置する三点の高さ方向の位置を同時に計測し、計測結果から、平面の局所的な曲がりの度合い(曲率)を求める。その曲率を2階積分して計測対象物の上面の真直度を計算により求める。真直度とは、対象とする形状の、幾何学的に正しい直線からのずれの程度を意味する。計測対象物の上面の真直度を計測することは、計測対象物の上面の高さ方向に関する凹凸の形状を計測することと等価である。 In the three-point method, the positions in the height direction of three points located on a straight line on the surface of the object to be measured are measured simultaneously, and the degree of local curvature (curvature) of the plane is obtained from the measurement results. The curvature is integrated twice to obtain the straightness of the upper surface of the object to be measured. Straightness refers to the extent to which a shape of interest deviates from a geometrically correct straight line. Measuring the straightness of the upper surface of the object to be measured is equivalent to measuring the shape of unevenness in the height direction of the upper surface of the object to be measured.
まず、図1を参照して計測対象物の表面の局所的な曲率を求める方法について説明する。
図1は、3個の変位センサ21A、21B、21Cを備えたセンシングユニット20と、計測対象表面50とを示す模式図である。x軸方向が曲率を計測すべき方向に相当し、y軸方向が計測対象物の表面の高さ方向に相当するxyz直交座標系を定義する。変位センサ21A、21B、21Cは、対象物のy軸方向の変位量を測定する。変位センサ21A、21B、21Cとして、非接触型の変位センサ、例えばレーザ変位センサを用いることができる。
First, a method of obtaining the local curvature of the surface of the object to be measured will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a
3個の変位センサ21A、21B、21Cがx軸方向にピッチpで並んでいる。変位センサ21Bが、他の2つの変位センサ21Aと21Cとの中央に配置されている。3個の変位センサ21A、21B、21Cのゼロ点校正は完了しており、3個の変位センサ21A、21B、21Cのゼロ点A0、B0、C0は1本の直線上にピッチpで並んでいる。図1では、ゼロ点A0、B0、C0を、それぞれ変位センサ21A、21B、21Cの下端に設定しているが、ゼロ点A0、B0、C0を他の位置に設定してもよい。例えば、ゼロ点校正時の校正基準面の位置にゼロ点を設定してもよい。
Three
変位センサ21A、21B、21Cは、それぞれゼロ点A0、B0、C0から、計測対象表面50上の被測定点A、B、Cまでの距離(変位量)を測定する。ゼロ点A0と被測定点Aとを結ぶ線分はy軸に平行である。同様に、ゼロ点B0と被測定点Bとを結ぶ線分、及びゼロ点C0と被測定点Cとを結ぶ線分もy軸に平行である。
変位センサ21A、21B、21Cによる変位量の測定値を、それぞれa、b、cと表記する。線分ACから被測定点Bまでの距離(以下、曲率ギャップという。)をgと表記する。線分ACと線分B0Bとの交点をギャップ原点Oということとする。曲率ギャップgは線分OBの長さに等しく、以下の式で表される。
被測定点Bにおける計測対象表面50の形状の2階微分は、以下の式で表される。
式(2)を変形する際に、式(1)を利用している。
The second-order differential of the shape of the
Equation (1) is used when transforming Equation (2).
次に、図2を参照して三点法について説明する。
図2は、三点法を説明するための計測対象表面50とセンシングユニット20との相対的な位置関係を示す図である。センシングユニット20を計測対象表面50に対向させてx軸方向にある刻み幅(以下、積分ピッチという。)で移動させながら、被測定点A、B、Cのy軸方向の変位を測定する。各位置で取得された測定値から、式(1)を用いて曲率ギャップgを求める。曲率ギャップgが求まると、式(2)を用いて被測定点Bにおける計測対象表面50の2階微分(曲率)を求める。被測定点Bごとの2階微分値を積分ピッチで2階積分することにより、被測定点Bのy軸方向の変位、すなわち計測対象表面50の形状を求める。
Next, the three-point method will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the relative positional relationship between the
次に、図3A及び図3Bを参照してセンシングユニット20のゼロ点校正の方法について説明する。
Next, a method for zero point calibration of the
図3Aは、センシングユニット20のゼロ点校正を行うときの3個の変位センサ21A、21B、21C、及び校正基準器60の位置関係を示す図である。3個の変位センサ21A、21B、21Bが、校正基準器60の校正基準面61に対向している。校正基準面61は、y軸に対して垂直に配置される。ゼロ点校正前の状態では、変位センサ21A、21B、21Cのゼロ点A0、B0、C0は、1本の直線上に配置されていない。例えば、ゼロ点B0が線分A0C0からy軸方向にg0だけずれている。
FIG. 3A is a diagram showing the positional relationship between the three
この状態で、ゼロ点A0、B0、C0のそれぞれから校正基準面61上の被測定点A、B、Cまでの変位量a、b、cを測定する。ゼロ点B0のずれ量g0は、以下の式で求めることができる。
ゼロ点校正を行う際に、種々の要因で校正基準面61がy軸に対して垂直な姿勢から傾斜する場合がある。
When performing zero point calibration, the
図3Bは、校正基準面61がz軸回りに傾斜した状態における3個の変位センサ21A、21B、21C、及び校正基準器60の位置関係を示す図である。校正基準面61が傾斜した状態で測定された変位量a、b、cを用いて、式(3)により計算したずれ量g0は、校正基準面61が傾斜していない状態で計算したずれ量g0と同一である。このため、校正基準面61が傾斜した状態でも、正確なゼロ点校正を行うことができる。
FIG. 3B is a diagram showing the positional relationship between the three
ところが、3個の変位センサ21A、21B、21Cが等ピッチの状態からずれている場合、正確にゼロ点校正を行っても真直度の計測結果の精度が低下することが判明した。次に、図4A、図4Bを参照して、3個の変位センサ21A、21B、21Cが等ピッチの状態からずれている場合の真直度の計測について説明する。
However, it was found that when the three
図4Aは、センシングユニット20のゼロ点校正が完了した状態の3個の変位センサ21A、21B、21C、及び校正基準器60の位置関係を示す図である。中央の変位センサ21Bが、一方の変位センサ21Aの側にずれている。このずれ量をΔxと表記する。ゼロ点校正が完了しているため、ゼロ点B0は、線分A0C0上に位置する。このとき、中央の変位センサ21Bのゼロ点B0も、線分A0C0の中点からゼロ点A0に近づく向きにΔxだけずれ、被測定点Bも、線分ACの中点であるギャップ原点Oからx軸方向に、被測定点Aに近づく向きにΔxだけずれる。
FIG. 4A is a diagram showing the positional relationship between the three
図4Bは、図4Aに示した状態から校正基準面61がz軸回りに傾斜した状態における3個の変位センサ21A、21B、21C、及び校正基準器60の位置関係を示す図である。y軸に垂直な平面に対する校正基準面61の傾斜角をΔθと表記する。
FIG. 4B is a diagram showing the positional relationship between the three
変位センサ21Bの位置ずれが生じていない場合には、変位センサ21Bにより線分ABの中点(ギャップ原点O)の高さ方向の変位量が測定されるが、実際には、ギャップ原点Oからx軸方向にΔxだけずれた被測定点Bの高さ方向の変位量が測定される。ギャップ原点Oに対する被測定点Bの高さの差をゼロ点偏差Δhということとする。
When the
ゼロ点偏差Δhは、曲率ギャップg(図1)として検出されてしまう。このため、式(2)を用いて曲率を計算すると、曲率は2×Δh/p2となる。このように、曲率ゼロの校正基準面61を計測しているにも関わらず、曲率が有限の値になってしまう。これは、3個の変位センサ21A、21B、21Cが等ピッチで並んでいないことに起因する。
The zero point deviation Δh will be detected as the curvature gap g (FIG. 1). Therefore, when calculating the curvature using equation (2), the curvature is 2×Δh/p 2 . Thus, although the
次に、図5を参照して、ずれ量Δxを求める方法について説明する。
傾斜角Δθが十分小さい場合に、変位量の差Δhは、以下の式で近似される。
ずれ量Δxは、傾斜角Δθを横軸とし、ゼロ点偏差Δhを縦軸としたグラフの傾きに相当することがわかる。ゼロ点偏差Δhは、3個の変位センサ21A、21B、21Cの測定値から、以下の式で求めることができる。
すなわち、ゼロ点偏差Δhは、両端の変位センサ21A、21Cの測定値a、cの平均値と中央の変位センサ21Bの測定値bとの差である。傾斜角Δθを変化させ、傾斜角Δθごとにゼロ点偏差Δhを、式(5)を用いて計算する。計算によって得られた傾斜角Δθとゼロ点偏差Δhと値に基づいて散布図を作成する。
Next, with reference to FIG. 5, a method for obtaining the amount of deviation Δx will be described.
When the tilt angle Δθ is sufficiently small, the displacement amount difference Δh is approximated by the following equation.
It can be seen that the deviation amount Δx corresponds to the inclination of the graph in which the horizontal axis is the inclination angle Δθ and the vertical axis is the zero point deviation Δh. The zero point deviation Δh can be obtained from the measured values of the three
That is, the zero point deviation Δh is the difference between the average value of the measured values a and c of the
図5は、傾斜角Δθとゼロ点偏差Δhとの関係の一例を示す散布図である。横軸は傾斜角Δθを単位「mrad」で表し、縦軸はゼロ点偏差Δhを単位「nm」で表す。この散布図の近似直線の傾き、すなわち傾斜角Δθの変化量に対するゼロ点偏差Δhの変化量の比が、ずれ量Δxに相当する。 FIG. 5 is a scatter diagram showing an example of the relationship between the tilt angle Δθ and the zero point deviation Δh. The horizontal axis represents the tilt angle Δθ in units of “mrad”, and the vertical axis represents the zero point deviation Δh in units of “nm”. The slope of the approximate straight line in this scatter diagram, that is, the ratio of the amount of change in the zero point deviation Δh to the amount of change in the inclination angle Δθ, corresponds to the amount of deviation Δx.
次に、図6A~図7を参照して、実施例による真直度計測システムを搭載した研削装置について説明する。 Next, a grinding apparatus equipped with a straightness measuring system according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 6A to 7. FIG.
図6Aは、実施例による真直度計測システムを搭載した研削装置の斜視図である。この研削装置は、可動テーブル40、テーブル案内機構41、砥石ヘッド45、砥石46、案内レール48、処理装置30、入出力装置31、センシングユニット20、及び校正基準器60を含む。可動テーブル40はテーブル案内機構41によって水平面内の一方向に往復移動する。可動テーブル40の上に被研削物が支持される。この被研削物が、実施例による真直度計測システムによって真直度を計測される計測対象物に相当する。
FIG. 6A is a perspective view of a grinding machine equipped with a straightness measurement system according to an embodiment. This grinding apparatus includes a movable table 40 , a
砥石ヘッド45が案内レール48によって可動テーブル40の上方に、昇降可能に支持されている。砥石ヘッド45は、水平面内で可動テーブル40の送り方向と直交する方向に移動可能である。可動テーブル40の送り方向をx軸方向とし、砥石ヘッド45の移動方向をz軸方向とし、鉛直上向きをy軸の正の向きとするxyz直交座標系を定義する。
A
砥石ヘッド45の下端部に砥石46が取り付けられている。砥石46は円柱状の形状を有し、その中心軸がz軸方向と平行である。砥石46が、可動テーブル40に支持された被研削物に接触する程度まで砥石ヘッド45を下降させ、砥石46を回転させながら可動テーブル40をx軸方向に送ることにより、被研削物の研削が行われる。砥石ヘッド45をz軸方向に移動させて同様の処理を繰り返すことにより、被研削物の上面の全域を研削することができる。
A
処理装置30が、可動テーブル40のx軸方向への送り、砥石ヘッド45のz軸方向への移動及びy軸方向への昇降、砥石46の回転の制御を行う。入出力装置31から処理装置30に各種コマンドが入力され、処理装置30による処理結果等が入出力装置31に出力される。入出力装置31は、例えばディスプレイ、ポインティングデバイス、キーボード等を含む。
The
砥石ヘッド45の側面にセンシングユニット20が着脱可能に取り付けられる。研削時には、センシングユニット20は砥石ヘッド45から取り外される。被研削物の上面の真直度を計測するとき、及びセンシングユニット20のゼロ点校正を行うときに、センシングユニット20を砥石ヘッド45に取り付ける。センシングユニット20は、例えば磁石の吸引力、ネジ止め等によって砥石ヘッド45に取り付けられる。センシングユニット20のゼロ点校正時に、校正基準器60を可動テーブル40の上に載せ、センシングユニット20に対向する位置まで移動させる。
A
図6Bは、砥石ヘッド45にセンシングユニット20を取り付けた状態におけるセンシングユニット20の側面図である。センシングユニット20は、図1~図4Bを参照して説明したように、3個の変位センサ21A、21B、21Cを含む。
6B is a side view of the
図7は、センシングユニット20に校正基準器60を対向させた状態のセンシングユニット20、校正基準器60、及び傾斜機構65の概略図である。可動テーブル40の上に傾斜機構65が載せられ、その上に校正基準器60が保持されている。校正基準器60の上面が校正基準面61として利用される。傾斜機構65として、例えばゴニオメータステージが用いられる。傾斜機構65は、その上に保持された校正基準器60を、x軸方向に傾斜させることができる。傾斜角の測定値が処理装置30に入力される。3個の変位センサ21A、21B、21Cによる変位量の測定値が処理装置30に入力される。
FIG. 7 is a schematic diagram of the
次に、図8を参照して、実施例による変位センサ校正方法について説明する。
図8は、実施例による変位センサ校正方法の手順を示すフローチャートである。以下の説明において、必要に応じて図7を参照する。
Next, a displacement sensor calibration method according to an embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a flow chart showing the procedure of the displacement sensor calibration method according to the embodiment. FIG. 7 will be referred to as necessary in the following description.
まず、可動テーブル40に傾斜機構65を載せ、その上に校正基準器60を保持させる。砥石ヘッド45(図6A)にセンシングユニット20を取り付ける。センシングユニット20に校正基準面61を対向させた状態で、処理装置30(図7)が3個の変位センサ21A、21B、21Cによる変位量の測定値を読み込み、センシングユニット20のゼロ点校正を行う(ステップS1)。ゼロ点校正は、式(3)を用いて行う。
First, the
ゼロ点校正を行った後、センシングユニット20に対して校正基準面61をx軸方向に傾斜させ、処理装置30が、傾斜角Δθごとに3個の変位センサ21A、21B、21Cから変位量の測定値を取得する(ステップS2)。
After performing the zero point calibration, the
処理装置30は、傾斜角Δθと、変位量の測定値との関係に基づいて、ずれ量Δx(図4A、図4B)を算出する。具体的には、図5に示した散布図の傾きから、ずれ量Δxを算出する。
The
算出されたずれ量Δxが許容範囲内である場合には、変位センサの校正を終了する(ステップS4)。算出されたずれ量Δxが許容範囲を越えている場合には、算出されたずれ量が小さくなる方向に変位センサ21Bの位置を微調整する(ステップS5)。その後、ステップS1からステップS3までの手順を繰り返す。
If the calculated deviation amount Δx is within the allowable range, calibration of the displacement sensor ends (step S4). When the calculated deviation amount Δx exceeds the allowable range, the position of the
次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
上記実施例によると、変位センサ21Bのx軸方向へのずれ量Δx(図4A、図4B)を、許容範囲に収まるまで小さくすることができる。その結果、真直度の計測を高精度に行うことが可能になる。
Next, the excellent effects of the above embodiment will be described.
According to the above-described embodiment, the displacement amount Δx (FIGS. 4A and 4B) of the
例えば、ずれ量Δxが20μm、傾斜角Δθが1mradの場合、式(4)からゼロ点偏差Δhが20nmになる。この偏差は、真直度の計測では無視できない大きさである。本実施例を適用することにより、ずれ量Δxを許容範囲内に収めることができるため、ゼロ点偏差Δhを許容上限値以下まで小さくすることが可能になる。 For example, when the deviation amount Δx is 20 μm and the tilt angle Δθ is 1 mrad, the zero point deviation Δh is 20 nm from the equation (4). This deviation is of a size that cannot be ignored in straightness measurement. By applying this embodiment, the deviation amount Δx can be kept within the allowable range, so that the zero point deviation Δh can be reduced to the allowable upper limit value or less.
次に、図9を参照して上記実施例の変形例について説明する。
図9は、本変形例において、センシングユニット20のゼロ点校正が完了した状態の3個の変位センサ21A、21B、21C、及び校正基準器60の位置関係を示す図である。図4A、図4Bでは、変位センサ21Bの位置がx軸方向にずれている場合を示したが、図9に示すように、変位センサ21Bの姿勢が正規の姿勢からずれているために、被測定点Bがギャップ原点Oからずれる場合もある。この場合にも、上記実施例と同様の方法で、ギャップ原点Oから被測定点Bまでのずれ量Δxを求めることができる。
Next, a modification of the above embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a diagram showing the positional relationship between the three
なお、実際には、変位センサ21Bの位置がx軸方向にずれているのか、変位センサ21Bの姿勢が正規の姿勢からずれているのかを切り分けることは困難である。いずれの場合でも、ギャップ原点Oからの被測定点Bのずれ量Δxを求め、このずれ量Δxが許容範囲内に収まるように、変位センサ21Bの位置または姿勢を微調整すればよい。
In practice, it is difficult to determine whether the position of the
上記実施例及び変形例では、中央の変位センサ21Bの位置及び姿勢を微調整したが、両端の変位センサ21A及び21Cの少なくとも一方の位置または姿勢を微調整してもよい。すなわち、図4A、図4Bにおいて、被測定点A及びCの一方をx軸方向に移動させることにより、被測定点Bが線分ACの中点に位置するように微調整を行ってもよい。このように、3個の変位センサ21A、21B、21Cの少なくとも1つの位置または姿勢を微調整することにより、3個の変位センサ21A、21B、21Cの相対位置関係を調整すればよい。
Although the position and orientation of the
3個の変位センサ21A、21B、21Cの被測定点A、B、Cが、x軸方向にピッチpで配列している状態を、規定相対位置関係と定義する。このとき、処理装置30は、3個の変位センサ21A、21B、21Cの被測定点A、B、Cのx軸方向に関する相対位置関係と、規定相対位置関係とのずれ量を計測しているといえる。
A prescribed relative positional relationship is defined as a state in which measured points A, B, and C of the three
次に、図10及び図11を参照して、他の実施例による真直度計測方法について説明する。以下、図1~図9に示した実施例及び変形例と共通の構成については説明を省略する。 Next, a straightness measuring method according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. Hereinafter, descriptions of configurations common to the embodiment and modifications shown in FIGS. 1 to 9 will be omitted.
図10は、本実施例による真直度計測方法の手順を示すフローチャートである。ステップS1からステップS3までの手順は、図8に示したステップS1からステップS3までの手順と同一である。ステップS1からステップS3までの手順により、ずれ量Δx(図4A、図4B)が求まる。 FIG. 10 is a flow chart showing the procedure of the straightness measuring method according to this embodiment. The procedure from step S1 to step S3 is the same as the procedure from step S1 to step S3 shown in FIG. A shift amount Δx (FIGS. 4A and 4B) is obtained by the procedure from step S1 to step S3.
ずれ量Δxが求まると、三点法による曲率の算出時に、ずれ量Δxを加味して曲率を算出する(ステップS6)。その後、算出された曲率の値に基づいて、真直度を求める(ステップS7)。 When the displacement amount Δx is obtained, the curvature is calculated by taking the displacement amount Δx into consideration when calculating the curvature by the three-point method (step S6). After that, the straightness is obtained based on the calculated curvature value (step S7).
次に、図11を参照して、ずれ量Δxを加味して曲率を求める方法について説明する。
図11は、本実施例で用いる3個の変位センサ21A、21B、21Cを備えたセンシングユニット20と、計測対象表面50とを示す模式図である。中央の変位センサ21Bが、x軸方向にずれ量Δxだけずれている。線分ACと、線分B0Bとの交点が現実のギャップ原点O’となる。現実のギャップ原点O’は、線分ACの中点に位置する本来のギャップ原点Oから線分ACに沿ってずれている。現実のギャップ原点O’は、図4Bに示した校正基準面61上の被測定点Bの位置に一致する。
Next, with reference to FIG. 11, a method of determining the curvature with the amount of deviation .DELTA.x taken into consideration will be described.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a
線分B0O’の長さb’は、内分点の公式により、以下の式で算出される。
式(6)を変形して、以下の式が得られる。
曲率ギャップgは、以下の式で算出される。
本実施例では、式(1)に代えて式(8)を用いて曲率ギャップgを計算する。この曲率ギャップgに基づいて、式(2)を用いて曲率を計算することができる。式(8)では、式(1)に対して右辺の第3項が新たに追加されている。この右辺の第3項が、変位センサ21Bのずれに起因する補正項に相当する。
By transforming equation (6), the following equation is obtained.
The curvature gap g is calculated by the following formula.
In this embodiment, the curvature gap g is calculated using equation (8) instead of equation (1). Based on this curvature gap g, the curvature can be calculated using equation (2). In Equation (8), the third term on the right side is newly added to Equation (1). The third term on the right side corresponds to the correction term due to the displacement of the
次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、変位センサ21Bの位置または姿勢のずれに基づいて曲率ギャップgの計算値を補正している。これにより、変位センサ21Bの位置または姿勢のずれに起因する曲率の計算精度の低下を抑制することができる。その結果、より高精度に真直度を求めることができる。
Next, the excellent effects of this embodiment will be described.
In this embodiment, the calculated value of the curvature gap g is corrected based on the displacement of the position or posture of the
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 It goes without saying that each of the above-described embodiments is an example, and partial substitutions or combinations of configurations shown in different embodiments are possible. Similar actions and effects due to similar configurations of multiple embodiments will not be sequentially referred to for each embodiment. Furthermore, the invention is not limited to the embodiments described above. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.
20 センシングユニット
21A、21B、21C 変位センサ
30 処理装置
31 入出力装置
40 可動テーブル
41 テーブル案内機構
45 砥石ヘッド
46 砥石
48 案内レール
50 計測対象表面
60 校正基準器
61 校正基準面
65 傾斜機構
A、B、C 被測定点
A0、B0、C0 ゼロ点
g 曲率ギャップ
O 本来のギャップ原点
O’ 実際のギャップ原点
20
Claims (7)
校正基準面を有する校正基準器と
を備え、
前記3個の変位センサに前記校正基準面を対向させたとき、前記3個の変位センサの被測定点が前記校正基準面の表面上に第1方向に並んで配置され、前記3個の変位センサは前記校正基準面の高さ方向の変位を測定し、
さらに、
前記3個の変位センサに前記校正基準面を対向させたとき、前記校正基準面と前記センシングユニットとの一方を他方に対して前記第1方向に傾斜させる傾斜機構と、
前記センシングユニットに対する前記校正基準面の傾斜角が異なる複数の状態で、前記3個の変位センサの測定値を取得し、前記傾斜角と、前記3個の変位センサの前記傾斜角ごとの測定値とに基づいて、前記3個の変位センサの被測定点の前記第1方向に関する相対位置関係と、規定相対位置関係とのずれ量を計測する処理装置と
を有する真直度計測システム。 a sensing unit including three displacement sensors;
a calibration reference device having a calibration reference surface;
When the calibration reference plane is opposed to the three displacement sensors, points to be measured of the three displacement sensors are arranged side by side in the first direction on the surface of the calibration reference plane, and the three displacement sensors the sensor measures displacement in the height direction of the calibration reference plane;
moreover,
a tilting mechanism that tilts one of the calibration reference plane and the sensing unit in the first direction with respect to the other when the calibration reference plane is opposed to the three displacement sensors;
Measured values of the three displacement sensors are acquired in a plurality of states in which the calibration reference plane has different tilt angles with respect to the sensing unit, and the tilt angles and the measured values of the three displacement sensors for each of the tilt angles are obtained. and a processor for measuring the relative positional relationship of the points to be measured of the three displacement sensors with respect to the first direction and the amount of deviation from the specified relative positional relationship.
前記傾斜角ごとに、両端の変位センサの測定値の平均値と中央の変位センサの測定値と差であるゼロ点偏差を求め、前記傾斜角の変化量に対するゼロ点偏差の変化量の比に基づいて、前記ずれ量を求める請求項1または2に記載の真直度計測システム。 The processing device is
For each tilt angle, the zero-point deviation, which is the difference between the average value of the measured values of the displacement sensors at both ends and the measured value of the central displacement sensor, is obtained, and the ratio of the change amount of the zero-point deviation to the change amount of the tilt angle is 3. The straightness measuring system according to claim 1 or 2, wherein the amount of deviation is determined based on.
前記傾斜角と、前記3個の変位センサの前記傾斜角ごとの測定値とに基づいて、前記3個の変位センサの被測定点の前記第1方向に関する相対位置関係と、規定相対位置関係とのずれ量を求める変位センサ校正方法。 A sensing unit including three displacement sensors for measuring displacement in the height direction of points to be measured arranged side by side in a first direction on the surface of the calibration reference plane, wherein the amount of displacement in the height direction of the calibration reference plane is changed for each tilt angle of the calibration reference plane with respect to the first direction with respect to the sensing unit, and
Based on the tilt angles and the measured values of the three displacement sensors for each of the tilt angles, a relative positional relationship of the points to be measured of the three displacement sensors with respect to the first direction and a specified relative positional relationship. Displacement sensor calibration method for determining the amount of deviation.
前記傾斜角と、前記3個の変位センサの前記傾斜角ごとの測定値とに基づいて、前記3個の変位センサの被測定点の前記第1方向に関する相対位置関係と、規定相対位置関係とのずれ量を求め、
前記センシングユニットを用いて三点法により対象物の表面の真直度を計測する際に、前記ずれ量を加味して曲率算出する真直度計測方法。
A sensing unit including three displacement sensors for measuring displacement in the height direction of points to be measured arranged side by side in a first direction on the surface of the calibration reference plane, wherein the amount of displacement in the height direction of the calibration reference plane is changed for each tilt angle of the calibration reference plane with respect to the first direction with respect to the sensing unit, and
Based on the tilt angles and the measured values of the three displacement sensors for each of the tilt angles, a relative positional relationship of the points to be measured of the three displacement sensors with respect to the first direction and a specified relative positional relationship. Find the amount of deviation of
A straightness measuring method for calculating a curvature taking into account the amount of deviation when measuring straightness of a surface of an object by a three-point method using the sensing unit.
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