形状测定装置、形状测定方法及点感测器的定位单元的制作方法

文档序号:9725788阅读:187来源:国知局
形状测定装置、形状测定方法及点感测器的定位单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明有关一种形状测定装置。例如,有关通过接触或非接触方式扫描被测定物表面以测定被测定物的形状、表面粗度、真圆度等的形状测定装置。更具体言之,有关可让形状测定装置的检测点和使用者所意图的测定开始点(measurement start point)进行定位的技术。
【背景技术】
[0002]在检测对象物的感测器方面,例如有接触式的探针、触针(stylus)。或,已知悉有光学式、静电电容型非接触感测器等(专利文献1、专利文献2)。本说明书中,将所述感测器称为点感测器。所述点感测器沿着被测定物表面的法线方向靠近被测定物表面,检测在法线上的被测定物表面的位置(坐标)。(当然,从斜向靠近亦不无可能。若组装有其相应的补偿功能则亦可从斜向靠近。)若以点感测器沿着被测定物表面扫描,则可详细了解在扫描线上的被测定物表面的形状、粗度、起伏等。利用通过以所述感测器扫描被测定物表面而测定被测定物的形状、表面粗度、真圆度等的形状测定装置。
[0003]在以形状测定装置测定被测定物(工件)时,首先,当然必须将点感测器的检测点安排在测定开始点。亦即,在已决定要测定工件的何处之后,须使点感测器的检测点和欲测定处定位。
[0004]在朝测定开始点进行定位的方法方面,例如已提供以下的方法(非专利文献1)。形状测定装置中除了点感测器外,还设有影像感测器。首先,一开始以影像感测器事先对工件全体作影像测定并借以预先取得工件影像。在此工件影像中详细地决定要测定的范围,使用工件影像中的坐标值来指示测定开始点与结束测定点。于是,形状测定装置使点感测器移往所指示的坐标值并开始测定。从而执行按照使用者所意图的测定,使用者能获得所期望的测定结果。
[0005][专利文献]
[0006]专利文献1:专利4929161号
[0007]专利文献2:特开2008 - 256679号公报
[0008][非专利文献]
[0009]非专利文献1:
[0010]http://www.mitutoy0.c0.jp/support/service/catalog/1l_gazo/14007.pdf

【发明内容】

[0011][发明所欲解决的课题]
[0012]然而,设有影像感测器的形状测定装置当然价格高昂。一般的形状测定装置仅附带有点感测器很普通,要以预备取得的工件影像的坐标值来指示测定开始点是很勉强的。因此,使用者凭借目视与手感以手动方式将点感测器与测定开始点定位成为不得不的唯一方法,但这并没有那么简单。
[0013]作为一例,试着考虑色点感测器(chromatic point sensor,CPS)(专利文献1、2)。(色点感测器(CPS)亦有时称为共焦点(confocal)显微镜。)CPS的工作距离(workingdistance)极短,例如为5mm到20mm左右。相对地,镜筒的直径为50mm左右。因此,这CPS的检测点即便是想从镜筒外侧窥视亦不得见。又,CPS虽是朝工件发射光,但由于光的点径极微小达到2μπι至4μπι,难以用肉眼目视。
[0014]即使是接触式点感测器亦有相同的问题。例如,滑撬(skid)型的接触式点感测器广泛普及。滑撬型的接触式点感测器于备有贯通孔的滑撬中配设有触针,仅触针的前端从滑撬稍微露出(例如露出0.5_左右)。在此情况亦无法直接看到触针前端接触于工件何处,是否与所意图的测定开始点碰触,最终还是需仰赖使用者的经验与直觉。
[0015]或许重新靠近几次能完成按照所意图的定位,但耗费时间。
[0016]本发明的目的在于可容易且迅速地将点感测器的检测点与测定开始点定位。
[0017][解决课题的手段]
[0018]本发明提供一种形状测定装置,具备:点感测器,其靠近被测定物表面以检测被测定物;移动机构,其使被测定物与前述点感测器在三维空间相对移动;及定位单元,其用以将前述点感测器的检测点定位在所期望的测定开始点,其中,前述定位单元包括两个以上的激光源,来自于前述两个以上的激光源的激光在远离前述点感测器的与前述检测点相距既定距离的调整点处交叉。
[0019]本发明中,较佳为:前述调整点位于沿着前述点感测器的测定轴与前述检测点相距既定距离Dz的位置。
[0020]本发明中,较佳为:前述既定距离是前述点感测器的工作距离的20倍至100倍。
[0021]本发明中,较佳为:该形状测定装置内无影像测定用的影像感测器。
[0022]本发明中,较佳为:在前述点感测器附设有在与前述点感测器的测定轴正交的方向伸出的凸缘,前述两个以上的激光源配设于前述凸缘。
[0023]本发明中,较佳为:前述点感测器是色点感测器。
[0024]本发明中,来自于前述两个以上的激光源的激光具有互不相同的颜色或图案。
[0025]本发明还提供一种使用前述形状测定装置的形状测定方法,包括:将前述调整点定位在工件上的所期望的测定开始点;通过将前述点感测器移动前述既定距离来接近前述工件;以及开始工件的测定扫描。
[0026]本发明的点感测器的定位单元,用以将靠近被测定物表面以检测被测定物的点感测器的检测点定位在所期望的测定开始点,该定位单元包括配设在前述点感测器的周围的两个以上的激光源,来自于前述两个以上的激光源的激光在远离前述点感测器的与前述检测点相距既定距离的调整点处交叉。
[0027]本发明还提供一种形状测定装置的定位偏差计算方法,包括:准备光电感测器作为计算偏差用的工件;将前述调整点定位在光电感测器;取得此时的前述移动机构的坐标值(X2,Y2,Z2)与在前述光电感测器上的受光点的坐标值(x2,y2,0);将前述检测点定位在前述光电感测器上;取得此时的移动机构的坐标值(XI,Yl,Z1)与在光电感测器上的受光点的坐标值(xl,yl,0);以及将偏差(ΔΧ,ΔΥ, Dz)设为:
[0028]Δ X = (X2 - XI) + (x2 一 xl),
[0029]ΔΥ = (Y2 - Yl) + (y2 — yl),
[0030]Dz = (Z2 — Zl)。
[0031]本发明中,较佳为:在前述光电感测器的受光面积最小时,判定前述调整点或前述检测点已定位于前述光电感测器上。
[0032]本发明还提供一种形状测定装置的控制方法,包括:将以前述形状测定装置的定位偏差计算方法所求得的偏差存储在计算机的存储器;以及在将前述调整点定位在被测定物表面上的所期望的测定开始点之后,通过计算机自动控制使前述点感测器与前述被测定物相对移动前述偏差的量。
【附图说明】
[0033]图1显示第1实施形态的形状测定装置100。
[0034]图2显示CPS200与工件W之间取有距离的状态。
[0035]图3显示CPS200与工件W之间取有距离的状态的示意斜视图。
[0036]图4显示调整成调整点会来到工件上的状态。
[0037]图5显示已定位成调整点Pc与测定开始点Pm重叠的状态。
[0038]图6显示成像点Ps来到测定开始点Pm的状态。
[0039]图7显示激光的图案的组合例。
[0040]图8显示求取高度方向的偏差Dz的样子。
[0041]图9显示求取高度方向的偏差Dz的样子。
[0042]图10显示求取横向偏差Dt的样子。
[0043]图11显示求取横向偏差Dt的样子。
[0044]图12显示变形例。
[0045]其中,附图中符号的简单说明如下:
[0046]100形状测定装置
[0047]110 Z 轴转轴
[0048]120移动台
[0049]150计算机
[0050]210 镜筒
[0051]220 凸缘
[0052]231、232 激光源
[0053]310 滑撬
[0054]320 触针
[0055]400光电感测器。
【具体实施方式】
[0056]以下就本发明实施形态进行图示并参照附注于图中各要素的符号作说明。
[0057][第1实施形态]
[0058]图1显示第1实施形态的形状测定装置100。此处,以具备作为点感测器的CPS (色点感测器)200的形状测定装置100为例作说明。CPS200设置在Z轴转轴110的下端。Z轴转轴110设置成可于Z轴柱(未图示)上下方向(Z方向)升降。借此,CPS200可于上下方向(z方向)升降。
[0059]作为被测定物的工件W被载置于移动台120之上。此处工件W仅描绘成平板,但实际上被加工形成为各种的图案或沟等。为检查其加工精度而决定出检查所需的测定对象领域。移动台120可于X方向及y方向移动。因此,工件W与CPS200可于三维空
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