JPH0227207A - 形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く本発明の産業上の利用分野〉 本発明は被測定物の表面形状を測定する形状測定装置に
関する。

〈従来技術〉（第８〜９図） 物体表面のソリや平行度などを高精度に測定するために
、被測定物の測定表面に照射された光ビームの反射光を
受け、物体のＸＹ力方向の移動にともなって変化する受
光信号に基づいて測定表面の高さを検出する形状測定装
置が従来より用いられている。

第８図はこのような従来の形状測定装置の光センサ部分
を示す図である。

光センサ１は、ビーム光を反射する光源２、ビーム光を
物体表面に照射する投光レンズ３、反射光点の像を結像
させる受光レンズ４および反射光点の結像位置に応じた
検出信号を出力する受光素子５とパ一体に形成されてお
り、移動台６上に載置された被測定物７の測定表面７ａ
に照射された光ビームの反射光点の結像位置が、移動す
る測定表面の凹凸に応じて変化するため、受光素子５か
らの検出信号も、この表面の変位に応じて変化すること
になる。

したがって、この検出信号を演算処Ｊ！Ｉ！することに
よって照射点の高さを輝出することができ、移動台６を
設定された測定ルートに従って移動すれば、物体表面の
ソリや平行度等を測定することができる。

しかして、このような形状測定８＠で、物体表面の小さ
な凹凸だけでなく測定表面のエツジの位置やエツジ間の
距離等を測定したい場合がある。

例えば第９図に示すように、被測定物８の段差のある２
つの測定表面９．１０のうち、測定表面９のエツジ９ａ
の位置を測定する場合、測定表面９．１０のエツジ９ａ
の近傍の高さデータを細かく測定してその高さデータの
変化の大きさを判別処理することによってエッジ９ａ位
置の検出処理を行なっている。

く本発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このように測定された多数の高さデータ
からエツジ位置を判別する方法では、その処理時間が長
くかかり、このエツジ検出用の判別プログラム等が必要
になるという問題がある。

また、このエツジ位置を正確に検出するためには、高さ
データを細かな測定ピッチで測定する必要がある。この
ため移動台の移動速度を極端に遅くしなければならず測
定時間が極端に長くなってしまう。

本発明は上記問題を解決した形状測定装置を提供するこ
とを目的としている。

く前記問題点を解決するための手段〉 前記問題点を解決するために本発明の形状測定装置は、 被測定物をＸＹｈ向に移動させる移動台と、被測定物表
面に光ビームを照射する投光手段と、光ビームの反射光
点の像を結像させる受光器と、反射光点の２方向の位置
変化により移動する結像位置の軌跡を捕えるための受光
面を有し、該結像位置の変化に応じた変位信号を出力す
る位置検出素子と、 反射光点のＸＹ平面上の位置を検出して位置信号を出力
するＸＹ位置検出手段と、 位置検出素子に入射される光量が所定値を越えたことを
検出する光＠変化検出手段と、光量変化検出手段からの
検出信号を受け、ＸＹ位置検出手段からの位置信号を測
定表面のエツジ位置として記憶するエツジ位置記憶手段
とを備えている。

く作用〉 したがって、移動台の移動によって投光手段からの光ビ
ームの反射光点が測定表面のエツジ位置に達すると、受
光器による反射光点の結像位置が、位置検出素子の受光
面から離間するかまたは遮光板によって遮光された位置
に移動ザるため、位置検出素子の受光面に入射する光量
が急激に減少する。

この光量の変化は、光量変化検出手段により検出され、
ＸＹ位置検出手段からの位置信号がエツジ位置の位置デ
ータとして記憶される。

く本発明の実施例〉（第１〜４図） 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例の全体構成を示す図である
。

図において１０は測定機構部、１１は基台、１２は基台
１１上に設けられたＸ’１ｉＩＪ台である。

１３は、基台枠１１ａに取付けられた後述する光センサ
１５をＸＹ移動台１２のＸＹ移動平面と直交するＺ方向
に上下させるＺ移動装置である。

１４は、後述する測定制御部３０からの移動信号１ｃＪ
：つｒＸＹ８ｅ台１２１．ｔ−ｊにびＺ移ｅＢ（［１３
を駆動するＸＹＺ駆動部である。

１５は、２移動装置１３に取付けられた光センサである
。

第２図は光センサ１５の内部の光学的な構成を示す図で
ある。

第２図において、１６はレーザ光源、１７は、レーザ光
をＸＹ移動台１２のＸＹ平面に直交するＺ方向に沿って
被測定物の表面に照射する照射レンズである。

１８は、測定表面の反射光点の像を結像させる結像レン
ズ、１９は、反射光点の位＠（Ｚ方向の高さ）の変化に
応じて移動する結像位置の軌跡と一致する受光面１９ａ
を有する位置検出素子である。

位置検出素子１９は、第３図に示すように、受光面１９
ａの中心ａＣから結像点Ｑまでの距！ＩＬと、両端の端
子１９ｂ、１９ｃから抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して流れる受
光電流１１、Ｉ　２との間にＬ＝Ｋ（Ｉ　　１−Ｉ　　
２）／（Ｉ　　１＋Ｉ　２）の関係が成り立つ受光素子
（例えば−次元の拡散型ＰＩＮダイオード）が用いられ
ている（Ｋは定数）。

なお、照射レンズ１７と結像レンズ１８の光軸は点Ｐで
交わり、この点Ｐからの反射光点に対する結像位置は受
光面１９ａの中心ｍｃ上に設定されており、このときの
変位信号はＯとなる。

第２図において２０は、位置検出素子１９の受光面１９
ａの一端側を覆い、中心ＩＩＣから距離Ｍ以上離れた位
置に移動した結像点を遮るように配置された遮光板であ
る。

なお、第１図において２５は、ＸＹ移動台１２の所定の
基準原点に対する光ビームの反射光点の位置を検出して
その位置信号を出力するＸＹ位位置検出素子あり、この
位置信号および光センサ１５からの受光信号は測定胴ｍ
ｔ部３０に送出されている。

測定制御部３０は、ＸＹＺ駆動部１４に移動信号を送出
して、光センサ１５からの受光信号に基づいて所定の測
定点の高さを測定するために第４図に示すように構成さ
れている。

第４図において、３１は位置検出素子１９からの２つの
受光電魔王１、Ｉ２の差を算出する減算器、３２は受光
ｍｌ流１１、Ｉ２の和を算出する加算器である。

３３は、減算器３１からの差出力を加算器３２からの和
出力で除算し、定数Ｋを乗算する演算器である。

したがって、演算器３３の出力は、位置検出素子１９の
受光面１９ａの中心線Ｃから結像位置までの距離値を示
すことになり、反射光点の高さ変化に応じて変位する変
位信号しとして出力される。

３４は、この変位信号りから反射光点の高さを算出する
演算器であり、ＸＹ移動台１２上の基準原点から被測定
物表面の基準点に光センサ１５の光軸−数点Ｐを７移動
狭＠１３によって移動させたときの移動ΦＺＯを予め記
憶しており、入力される変位信号りを反射光点の実際の
変位ｆｆ１ＺＬに変換して、ＺＯからＺＬを減じた値（
または加郷した値）をその高さデータとして出力するよ
うに形成されている。

３５は、ＷＡＳ器３４からの高さデータを記憶するｆ−
夕記憶器である。

３６は設定された測定プログラム等に従ってＸＹＺ駆動
部１４に対する移動信号を出力するとともに、データ記
憶器３５に対してアドレス信号を出力するＸＹＺ制御部
である。

コ（７）ＸＹＺｆｌｌＪｉｌ１部３６Ｌｔ、Ｘ　Ｙ部属
６Ｌｔ置２５からの位置信号と次の測定位置との差を検
出しながらＸＹ移動台１２の移動制御を行なっている。

３７は、加算器３２からの和出力を、位置検出素子１９
に対する入射光の光量として受け、基準器３８に設定さ
れた所定の基準レベルより、和出力が小さくなると同時
にラッチパルスを出力する光量変化検出器である。

３９は、光量変化検出器３７からのラッチパルス入力時
のＸＹ位置検出装置ｆ２５からの位置信号を測定表面の
エツジ位置データとして記憶するエツジ位置記憶器であ
る。

く前記実施例の動作〉 このように構成された形状測定装置によって第５図に示
すように段差のある被測定物４０の測定表面４Ｌ　４２
のうち一方の測定表面４１のエツジ４１ａの位置を測定
する場合について説明する。

ＸＹ移動台１２をＸ　Ｙ　Ｚ　１ｌＩｌ制御部からの移
動信号により−Ｘ方向に移動して、反射光点の位置をエ
ツジ４１ａ方向へ相対移動させる。

反射光点が測定表面４１上にあるときは、その像が位置
検出素子１９の遮光されていない受光面１９ａで受光さ
れ、その受光電流により測定制御３０において高さデー
タが順次算出記憶されることになる。

反射光点がエツジ４１ａを越えるとその結像位置は受光
面１９ａの端部側へ大きく移、１ＪＪＬ、、この像は遮
光板２０により受光されなくなる。

このため、位置検出素子１９に入射される光量が急激に
減少し、受光電魔王１、工２が著しく小さくなり、加算
器３２からの和出力も激減する。

したがって、この瞬間光量変化検出器３７からエツジ位
置記憶器３９に対してラッチパルスが出力され、ＸＹ位
置検出装置２５からの位置信号がエツジ４１ａの位置デ
ータとして記憶される。

これによってエツジ４１ａの位置が検出され、同様に検
出された他のエツジ位置との演算等によって、エツジ間
の距離やエツジ間の平行度等を測定することもできる。

く本発明の他の実施例〉（第６〜７図）なお、前記実施
例では、位置検出素子１９の受光面１９ａの一方の端部
側に遮光板２０を配置していたが、第６図に示すように
両端側に遮光板２０．２０を設けたりスリット状の遮光
板を用いてもよく、このようにした場合、低い測定表面
４２側から高い測定表面４１に移動する反射光点の位置
変化によってもエツジ４１ａの位置を検出することが可
能となる。

また、反射光点の結鍮位置が位置検出素子１９の受光面
１９ａから離れるような大きな段差のエツジのみを検出
する場合は遮光板２０を設けなくとも前記同様に光量が
変化するためエツジ検出ができる。

また、遮光板２０を位置検出素子１９の受光面１９ａに
沿って移動できるようにして、受光範囲を可変するよう
に形成すれば、エツジの段差に応じて位置検出ができる
。

また、前記実施例では、投光ビームを被測定表面（ＸＹ
平面）に垂直に、かつ投受光平面とエツジが直交する向
きに入射していたが、これは第７図に示すように、被測
定物表面４１．４２（ＸＹ平面）に対して斜めに、かつ
投受光平面とエツジ４１ａとを平行にしても良く、被測
定表面の状態によっては、この向きの方が良好な測定結
果が得られる。

七本発明の効果〉 本発明の形状測定装置は前記説明のように、反射光点が
測定表面のエツジを通過したときの位置検出素子に入射
される光量の急激な変化を検出することによってエツジ
位置を検出するようにしているため、測定したいエツジ
位置を１回通過させるだけの簡単な動作で位置検出がで
き、多数の高さデータからエツジ位置を検出する判別プ
ログラム等が不要になる。

また、移動台の移！！７速度を高さデータの測定とは無
関係に速くすることができ、測定時間を著しく短縮する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す概略図、第
２図は、一実施例の要部の光学的な構成を示す概略図、
第３図は、一実施例のＭｆ！Ｂの動作を説明するための
図、第４図は、一実施例の要部を示すブロック図である
。 第５図は、一実施例の動作を示す要部の側面図、第６図
は他の実施例の要部を示す側面図、第７図は他の実施例
の要部を示す斜視図である。 第８図は従来装置の要部を示す側面図、第９図は、従来
ＨＷｌの要部の測定動作を示す概略側面図である。 １０・・・・・・測定曙構部、１２・・・・・・ＸＹ移
動台、１３・・・・・・ｚｓｅ＠置、１４・・・・・・
ＸＹＺ駆勅部、１５・・・・・・光センサ、１６・・・
・・・レーザ光源、１７・・・・・・照射レンズ、１８
・・・・・・結像レンズ、１９・・・・・・位置検出素
子、２０・・・・・・遮光板、２５・・・・・・ＸＹ位
置検出装置、３１・・・・・・減算器、３２・・・・・
・加算器、３３．３４・・・・・・演算器、３６・・・
・・・ＸＹＺ制御部、３７・・・・・・光量変化検出器
、３９・・・・・・エツジ位置記憶器。 第４ 図 ／３０ 第７図 第８ 第 図 手続ネｍ正書（自発） 昭和６３年１０月２１日 特許庁長官　古　１）文　毅　殿 １、事件の表示 昭和６３年　特許願　第１７７７８５＠２、発明の名称 形状測定装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　東京都港区南麻布５丁目１０番２７号名称　（０
５７）アンリツ株式会社 代表者　　藤　１）雄　五 ４、代理人〒１０５　　電話４３３−４７０２住所　東
京都港区新橋１−２４−３ ６、 補正の内容 願書に最初に添付した図面の浄書・別紙のとおり（内容
に変更なし）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物をＸＹ方向に移動させる移動台と、 被測定物表面に光ビームを照射する投光手段と、前記光
   ビームの反射光点の像を結像させる受光器と、 前記反射光点のＺ方向の位置変化により移動する結像位
   置の軌跡を捕えるための受光面を有し、該結像位置の変
   化に応じた変位信号を出力する位置検出素子と、 前記反射光点のＸＹ平面上の位置を検出して位置信号を
   出力するＸＹ位置検出手段と、 前記位置検出素子に入射される光量が所定値を越えたこ
   とを検出する光量変化検出手段と、前記光量変化検出手
   段からの検出信号を受け、前記ＸＹ位置検出手段からの
   位置信号を測定表面のエッジ位置として記憶するエッジ
   位置記憶手段とを備えたことを特徴とする形状測定装置
   。
2. （２）前記位置検出素子の結像位置の変化方向に沿った
   受光面の少なくとも一部を覆って遮光する遮光部材を有
   する第１項記載の形状測定装置。