三维形状测定装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以高精度对任意的三维形状的测定物(例如用于智能手机等中的非球面透镜等)进行扫描测定的三维形状测定装置。
【背景技术】
[0002]如图23所示，在非专利文献I中公开了如下的装置，该装置在Z轴方向的带重力补偿的Z轴驱动装置200的Z轴驱动轴220的下端配置有探测部201，对载置于XY工作台202上的测定物203的三维形状进行测定。
[0003]在该装置中，Z轴驱动装置200的Z轴驱动轴220构成为由Z轴驱动装置的上部的真空筒204抽真空，从而将Z轴驱动轴220的自重最小化来进行补偿。Z轴驱动轴220在由压电换能器(PZT) 205与音圈电动机206组合而成的致动器的驱动下沿着Z轴方向受到驱动。音圈电动机206的线圈207配置在构成真空筒204的箱状的磁轭208的内侧，且在Z轴驱动轴220的与线圈207对置的位置处固定有磁体209。通过真空筒204的开口的非接触密封部210，Z轴驱动轴220被密封为能够沿Z轴方向移动。Z轴驱动轴220的下部由静压气体轴承211支承。
[0004]在沿Z轴方向移动的Z轴驱动装置200的中心部具有激光通过用的贯通孔，对从激光干涉仪212到探测部201的上端的反射镜为止的距离进行测定，从而能够对测定物203的三维形状进行测定。
[0005]在先技术文献
[0006]非专利文献
[0007]非专利文献1:H.Shinno，H.Yosh1ka，T.Gokan，H.Sawano 著“A newly developedthree-dimens1nal profile scanner with nanometer spatial resolut1n，，CIRPAnnals-Manufacturing Technology Vol.59, N0.1, (2010)，PP.525-528
[0008]在说明本发明的实施方式之前，对现有的三维形状测定装置中的问题点进行说明。在图23示出的三维形状测定装置中，在Z轴驱动装置200中，Z轴驱动轴220由静压气体轴承211非接触地支承。然而，静压气体轴承211的铅垂方向的长度与Z轴驱动轴220的直径大致相同，Z轴驱动轴220整体的铅垂方向的长度比Z轴驱动轴220的直径长。
[0009]在具有这样的结构的情况下，在对高倾斜角度(30度?70度)的测定物进行测定时，向探测器前端施加有横向的力时容易产生旋转力矩(参照图24A)。
[0010]其结果是，会产生如图24A所示那样的ΔΧ的测定误差。
[0011 ] 因此，在Z轴驱动轴220的旋转刚性变弱那样的现有的装置中，极其难以实现在透镜的生产线中期待的mm/s级的测定。
[0012]另外，在Z轴驱动装置200中，当电流流过驱动部的线圈207时，由于该电流而在线圈207中产生发热，引起磁轭208的热膨胀，如图24B所示，非接触密封部210的间隙变宽。当间隙像这样变宽时，空气变得容易进入间隙，从而难以仅通过抽真空来保持Z轴驱动装置200的驱动部，为了使将Z轴驱动轴220向上方抬起的力起作用，在线圈207中流过大量电流。因此，在与Z轴驱动轴220相对的非接触密封部210和静压气体轴承部211处产生Z轴驱动轴220的轴错位(几μ m程度的错位)(参照图24B的虚线的状态)，Z轴驱动轴220偏向一侧而引起轴错位，从而Z轴驱动轴220的刚性变弱。于是，其结果是，Z轴驱动轴220的旋转刚性变弱，容易在高倾角(30度?70度)的探测部前端处产生测定误差ΔΧ。这样，在Z轴驱动轴220的旋转刚性由于热膨胀而变弱的现有的装置中，极其难以实现在透镜的生产线中期待的mm/s级的测定。
【发明内容】
[0013]本发明提供一种能够提高Z轴驱动轴的旋转刚性，并且对热膨胀引起的Z轴驱动轴(气动滑块中空轴)的偏斜(曲汾*9 )进行抑制，从而能够进行高精度的三维形状测定的三维形状测定装置。
[0014]本发明的一个方式的三维形状测定装置具有气动滑块外框、气动滑块中空轴、两个支承臂、两个驱动部以及两个支承部。在气动滑块中空轴的上端配置有聚焦光学系统，在气动滑块中空轴的下端配置有探测部。在气动滑块中空轴设有贯通孔，在贯通孔形成有将聚焦光学系统与探测部连结的光路。另外，气动滑块中空轴具有与气动滑块外框的中心轴一致的中心轴，聚焦光学系统和探测部的中心轴配置在气动滑块中空轴的中心轴上。气动滑块中空轴配置为在气动滑块外框内能够沿轴向移动。两个支承臂从聚焦光学系统、探测部以及气动滑块中空轴的合计的重心的位置的高度处，相对于气动滑块中空轴的中心轴对称地向气动滑块中空轴的横向的两侧突出。两个驱动部在各支承臂的气动滑块中空轴附近的位置处相对于气动滑块中空轴的中心轴对称地配置。这些驱动部借助两个支承臂将气动滑块中空轴相对于气动滑块外框沿轴向进行驱动。两个支承部在各支承臂中相对于气动滑块中空轴的中心轴对称地配置。这些支承部支承气动滑块中空轴、探测部、聚焦光学系统以及两个驱动部的自重。
[0015]在该结构中，在对气动滑块中空轴进行上下驱动时，不会向气动滑块中空轴施加旋转力矩。另外，不会向气动滑块中空轴的光学系统施加偏斜力。因此，能够提高Z轴驱动轴(气动滑块中空轴)的旋转刚性，并且对热膨胀引起的Z轴驱动轴的偏斜进行抑制，从而能够进行高精度的三维形状测定。
【附图说明】
[0016]图1是示出本发明的实施方式所涉及的三维形状测定装置的整体结构的简图。
[0017]图2是示出图1所示的三维形状测定装置的Z轴工作台部的结构的立体图。
[0018]图3是示出图2所示的Z轴工作台部的结构的纵剖视图。
[0019]图4是示出在从图2所示的Z轴工作台部中除去气动滑块外框的状态下光学系统的简要结构的纵剖视图。
[0020]图5是示出在图1所示的三维形状测定装置的气动滑块中空轴的上端部分配置的光学系统的简要结构的放大说明图。
[0021]图6是示出在图1所示的三维形状测定装置的气动滑块中空轴的下端部分配置的光学系统的简要结构的放大说明图。
[0022]图7是示出从图2所示的Z轴工作台部中除去气动滑块外框的一部分的状态下的简要结构的纵剖视图。
[0023]图8A是图2所示的Z轴工作台部的简要俯视图。
[0024]图8B是图8A的VIII部分的放大俯视图。
[0025]图8C是本发明的实施方式的变形例所涉及的Z轴工作台部的简要俯视图。
[0026]图9是图8C所示的Z轴工作台部的放大俯视图。
[0027]图10是图8C所示的Z轴工作台部的一方的支承部附近的放大立体图。
[0028]图11是图8C所示的Z轴工作台部的一方的支承部附近的放大主视图。
[0029]图12A是示出在图1所示的三维形状测定装置的气动滑块中空轴没有产生偏斜时的倾斜光学系统的状态的说明图。
[0030]图12B是示出在图1所示的三维形状测定装置的气动滑块中空轴产生偏斜时的倾斜光学系统的状态的说明图。
[0031]图13A是示出在实际的测定例中作为测定对象的基准球的说明图。
[0032]图13B是示出在实际的测定例中，使用现有的三维形状测定装置的探测部，对图13A所示的半径为5.55mm的基准球直至±70度倾斜以1.2mm/sec的扫描速度进行X轴往复扫描测定时的测定数据与设计式之差的图表。
[0033]图13C是示出在实际的测定例中，使用本发明的实施方式所涉及的三维形状测定装置的探测部，对图13A所不的半径为5.55mm的基准球直至±70度倾斜以1.2mm/sec的扫描速度进行X轴往复扫描测定时的测定数据与设计式之差的图表。
[0034]图14A是示出在实际的测定例中作为测定对象的基准球的说明图。
[0035]图14B是示出在实际的测定例中，使用现有的三维形状测定装置的探测部，对图14A所示的半径为5.55mm的基准球直至±70度倾斜以1.2mm/sec的扫描速度进行Y轴往复扫描测定时的测定数据与设计式之差的图表。
[0036]图14C是示出在实际的测定例中，使用本发明的实施方式所涉及的三维形状测定装置的探测部，对图14A所不的半径为5.55mm的基准球直至±70度倾斜以1.2mm/sec的扫描速度进行Y轴往复扫描测定时的测定数据与设计式之差的图表。
[0037]图15是本发明的实施方式的变形例所涉及的Z轴