| 【発明の名称】 |
表面形状測定方法及び表面形状測定装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】井出 浩樹
【氏名】久米 保
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| 【要約】 |
【課題】簡単に溝の形状を精度良く測定することのできる表面形状測定方法及び表面形状測定装置を提供する。
【解決手段】被測定物１に接触する触針２と、触針２をＸ軸方向に走査する走査手段１４とを備え、Ｚ軸方向の触針２の変位により被測定物１上に設けられるＶ溝１ａの形状を測定する表面形状測定方法において、触針２はＸ軸に平行な中心断面とＹ軸に平行な中心断面とで異なる形状を有するとともに、被測定物１をＸＹ平面内において回転させるθステージ１５を備え、被測定物１上の溝１ａに触針２を接触させた状態でθステージ１５により触針２の変位が極小となる位置に被測定物１を配した後、走査手段１４により溝１ａを横切って触針２を走査する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 被測定物に接触する触針と、前記触針を一方向に走査する走査手段とを備え、前記触針の走査方向と直交する方向の前記触針の変位により該被測定物上に設けられる溝の形状を測定する表面形状測定方法において、前記触針の走査方向をＸ軸、前記触針の変位方向をＺ軸、Ｘ軸及びＺ軸と直交する方向をＹ軸とした時に、前記触針の先端がＸ軸に平行な中心断面とＹ軸に平行な中心断面とで異なる形状を有するとともに、被測定物をＸＹ平面内において回転させる回転手段を備え、Ｙ軸に略平行に設置した該溝に前記触針が接触した状態で前記回転手段により前記触針の変位が極小となる位置に被測定物を配した後、前記走査手段により該溝を横切って前記触針を走査することを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項２】 前記触針の先端形状を円筒面、トーリック面またはＹ軸方向に並設される２つの球面にしたことを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定方法。
【請求項３】 被測定物に接触する触針と、前記触針を一方向に走査する走査手段とを備え、前記触針の走査方向と直交する方向の前記触針の変位により該被測定物上に設けられる溝の形状を測定する表面形状測定装置において、前記触針の走査方向をＸ軸、前記触針の変位方向をＺ軸、Ｘ軸及びＺ軸と直交する方向をＹ軸とした時に、前記触針の先端がＸ軸に平行な中心断面とＹ軸に平行な中心断面とで異なる形状を有するとともに、被測定物をＸＹ平面内において回転させる回転手段を備えたことを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項４】 前記触針の先端形状を円筒面、トーリック面またはＹ軸方向に並設される２つの球面にしたことを特徴とする請求項３に記載の表面形状測定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、接触式の触針の走査により被測定物の表面形状を測定する表面形状測定方法及び表面形状測定装置に関し、特に、被測定物に形成された溝の形状を測定する表面形状測定方法及び表面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の表面形状測定装置による表面形状測定方法は触針が被測定物上を走査すると被測定物上の凹凸に応じて触針が変位することにより、被測定物の表面形状を測定できるようになっている。図１は被測定物１に設けられたＶ溝１ａの形状を測定する方法を示す断面図である。説明の便宜上、直交座標系を図中に示す。
【０００３】触針２は球面に形成された鋼球等の接触子２ａを先端に有し、触針２の自重または付勢により被測定物１に当接する。触針２はＺ軸方向に変位可能になっている。触針２をＸ軸方向に走査すると、触針２は被測定物１の表面形状に沿ってＺ軸方向に変位する。この変位量を電気信号に変換してチャート上や表示画面上にＶ溝１ａの形状を拡大表示し、Ｖ溝１ａの幅Ｗ、深さＤ、角度α、ピッチＰ等を測定できるようになっている。
【０００４】尚、接触子２ａの曲率半径よりＶ溝１ａの底部１ｂの曲率半径が小さい場合には接触子２ａがＶ溝１ａの底部１ｂまで接触できない。このため、Ｖ溝１ａの深さＤについては近似値が測定されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のＶ溝１ａの形状を測定する表面形状測定方法によると、図２の上面図に示すように、矢印Ａで示す触針２の走査方向がＶ溝１ａに垂直な方向に対して傾斜していると、Ｖ溝１ａの幅Ｗ、ピッチＰ及び角度αが真値より大きく測定される。例えば、走査方向の傾斜角度θが１゜の時、複数のＶ溝１ａの累積ピッチＰ’が２０ｍｍの場合に誤差は約６μｍ発生する。
【０００６】従って、Ｖ溝上に複数の光ファイバーが固定される光ファイバー固定用治具等の高精度が要求されるような部品の検査を上記の方法で行うと、不良品が混入して該部品を搭載する製品の歩留りを低下させる。
【０００７】触針２の走査方向とＶ溝１ａに垂直な方向を一致させるためにＶ溝１ａのエッジをＣＣＤカメラにより画像認識を行う方法が考えられる。しかし、測定装置が高価となるだけでなく、Ｖ溝１ａのエッジのダレや被測定物１の材質による陰影の差によって正確な位置決めができない場合がありＶ溝１ａの測定精度の誤差がなお発生する問題がある。
【０００８】本発明は、簡単に溝の形状を精度良く測定することのできる表面形状測定方法及び表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために請求項１に記載された発明の表面形状測定方法は、被測定物に接触する触針と、前記触針を一方向に走査する走査手段とを備え、前記触針の走査方向と直交する方向の前記触針の変位により該被測定物上に設けられる溝の形状を測定する表面形状測定方法において、前記触針の走査方向をＸ軸、前記触針の変位方向をＺ軸、Ｘ軸及びＺ軸と直交する方向をＹ軸とした時に、前記触針の先端がＸ軸に平行な中心断面とＹ軸に平行な中心断面とで異なる形状を有するとともに、被測定物をＸＹ平面内において回転させる回転手段を備え、Ｙ軸に略平行に設置した該溝に前記触針を接触した状態で前記回転手段により前記触針の変位が極小となる位置に被測定物を配した後、前記走査手段により該溝を横切って前記触針を走査することを特徴としている。
【００１０】この構成によると、走査方向に略直交する溝上に触針が配されると回転手段により被測定物が回転され、触針の変位が極小となる位置で回転が停止される。この状態で触針を走査して表面形状の測定が行われる。
【００１１】また請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された表面形状測定方法において、前記触針の先端形状を円筒面、トーリック面またはＹ軸方向に並設される２つの球面にしたことを特徴としている。
【００１２】また請求項３に記載された発明の表面形状測定装置は、被測定物に接触する触針と、前記触針を一方向に走査する走査手段とを備え、前記触針の走査方向と直交する方向の前記触針の変位により該被測定物上に設けられる溝の形状を測定する表面形状測定装置において、前記触針の走査方向をＸ軸、前記触針の変位方向をＺ軸、Ｘ軸及びＺ軸と直交する方向をＹ軸とした時に、前記触針の先端がＸ軸に平行な中心断面とＹ軸に平行な中心断面とで異なる形状を有するとともに、被測定物をＸＹ平面内において回転させる回転手段を備えたことを特徴としている。
【００１３】また請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された表面形状測定装置において、前記触針の先端形状を円筒面、トーリック面またはＹ軸方向に並設される２つの球面にしたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図を参照して説明する。図３は第１実施形態の表面形状測定装置を示す概略正面図である。説明の便宜上、図１と同じ直交座標系を図中に示す。定盤１１にはアングル１２が立設されている。アングル１２には昇降台１３がＺ軸方向に移動可能に設けられている。昇降台１３には走査部１４がＸ軸方向に高精度な真直度で移動可能なように取付けられている。
【００１５】走査部１４には支点（不図示）に対してＺ軸方向に回動可能に触針２が取り付けられている。また、定盤１１上にはθステージ１５（回転手段）が設置されている。
【００１６】上記構成の表面形状測定器において、被測定物１をθステージ１５上に載置して、昇降台１３を降下させると触針２が被測定物１に接触する。そして、走査部１４をＸ軸方向に移動させることによって触針２が被測定物１の形状に沿ってＺ軸方向に変位する。触針２の変位量を電気信号に変換することによりＶ溝１ａの形状測定が可能になっている。
【００１７】θステージ１５部分の詳細を図４に示すと、触針２の先端は２つの球体２ａ、２ｂをＹ軸方向に並設して形成されている。また、被測定物１はθステージ１５によってＸＹ平面内を回転できるようになっている。昇降台１３を降下して触針２がＶ溝１ａに接触した時に、Ｖ溝１ａがＹ軸と平行でない場合、球体２ａ、２ｂの一方がＶ溝１ａに接触している。
【００１８】この状態を上面から視た模式図を図５に示すと、Ｙ軸に対して傾斜したＶ溝１ａの斜面には球体２ａ上の点２ａ’が接触し、球体２ｂ上の点は接触していない。Ｖ溝１ａのＹ軸に対する傾斜角度をθとすると、被測定物１を回転させて傾斜角度θが０の時Ｖ溝１ａの斜面には球体２ａ上の点２ａ’と球体２ｂ上の点２ｂ’が接触する。更に被測定物１を回転させてＹ軸に対して同図と逆方向にＶ溝１ａを傾斜させると、Ｖ溝１ａの斜面には球体２ｂ上の点２ｂ’のみが接触する。
【００１９】この時の触針２の変位の履歴を図６に示す。同図において、縦軸は触針２の変位量を示し、横軸は傾斜角度θを示す。また、θステージ１５の回転中心１５ａと触針２との距離ＬがＬ１、Ｌ２、Ｌ３の場合について夫々示す。ここで、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３である。
【００２０】同図によると、傾斜角度θが０付近で触針２の変位は極小となっている。従って、触針２の変位量をチャートや表示画面によりモニターしながらθステージ１５を回転し、触針２の変位量が極小となった位置でθステージ１５を停止する。これによりＶ溝１ａとＹ軸とを平行にする位置決めを簡単に行うことができる。その後、触針２を走査して測定を行うことによって、触針２の走査方向とＶ溝１ａが直交した正確な測定を行うことができる。
【００２１】また、同図によると、θステージ１５の回転中心１５ａと触針２との距離Ｌが大きいと（Ｌ＝Ｌ３）、傾斜角度θの絶対値が大きい部分で触針２の変位量が小さくなる。この場合、Ｖ溝１ａとＹ軸を平行にする方向にθステージ１５を回転させると、一時的に触針２がＶ溝１ａに沿って上昇するように被測定物１が回転される。
【００２２】このため、測定者が誤ってθステージ１５を逆方向に回転させて被測定物１の位置決めに時間がかかる場合がある。従って、θステージ１５の回転中心１５ａの近傍に触針２を配することにより被測定物１の位置決めをより簡単に行うことができる。被測定物１の位置決め時にθステージ１５の回転中心１５ａと触針２の中心とを一致させるとより望ましい。
【００２３】本実施形態によると、簡単にＶ溝１ａとＹ軸とを平行に位置決めすることができ、正確なＶ溝１ａの形状測定が可能になる。更に、ＣＣＤカメラによる画像認識装置等の高価な装置を必要としないので装置を安価にすることができる。
【００２４】また、複数のＶ溝１ａ上に光ファイバーが配される光ファイバー固定用治具の形状測定において、触針２の曲率半径を光ファイバーの半径と一致させると、Ｖ溝１ａの深さＤ（図１参照）の最下点の測定位置がＶ溝１ａと光ファイバーの接触位置に一致する。従って、深さＤのばらつきにより光ファイバー固定用治具上に設置される光ファイバーの高さばらつきを正確に把握できる。その結果、光ファイバー固定用治具の良否判定を正確に行うことができる。
【００２５】尚、本実施形態はＶ溝の形状測定について説明したが、斜面を有する台形の溝の形状測定においても同様に、斜面に触針２を配して位置決めを行うことにより正確な形状測定を行うことができる。
【００２６】図７は本発明の第２実施形態の表面形状測定装置の触針２を示す斜視図である。その他の部分は第１実施形態と同一である。図中に図３、図４と同一の直交座標系を示している。触針２の先端形状は円筒面２ｃを有しており、円筒面２ｃの中心軸がＹ軸方向に平行に配されている。
【００２７】第１実施形態と同様に、昇降台１３を降下して触針２がＶ溝１ａに接触させた時に、Ｙ軸に対して傾斜したＶ溝１ａの斜面には例えば触針２の端面２ｄ上の点２ｄ’が接触している。この時、円筒面２ｃの他の端面２ｅはＶ溝１ａの斜面に接触していない。被測定物１を回転させて傾斜角度θが０の時Ｖ溝１ａの斜面には円筒面２ｃが線接触する。
【００２８】更に被測定物１を回転させてＹ軸に対して逆方向にＶ溝１ａを傾斜させると、Ｖ溝１ａの斜面には端面２ｅ上の点（不図示）のみが接触する。この時、θステージ１５の回転による触針２の変位は前述の図６と同様に推移する。従って、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２９】図８は第３実施形態の表面形状測定装置の触針２を示す斜視図である。その他の部分は第１実施形態と同一である。図中に図３、図４と同一の直交座標系を示している。触針２の先端形状は直交する断面の曲率半径が異なるトーリック面２ｆを有している。そして、Ｙ軸方向の曲率半径を大きくすることで、θステージ１５の回転によって第２実施形態の円筒面２ｃの場合と同様に触針２が変位する。従って、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によると、簡単にＶ溝や斜面を有する溝を触針の走査方向に対して垂直に精度良く配することができ、正確な溝の形状測定が可能になる。更に、ＣＣＤカメラによる画像認識装置等の高価な装置を必要としないので装置を安価にすることができる。また、複数のＶ溝上に光ファイバーが配される光ファイバー固定用治具の形状測定において、触針の曲率半径を光ファイバーと略一致させると、Ｖ溝の深さの最下点の測定位置がＶ溝と光ファイバーの接触位置に一致する。従っ８て、深さのばらつきにより光ファイバー固定用治具上に設置される光ファイバーの高さばらつきを正確に把握できる。その結果、光ファイバー固定用治具の良否判定を正確に行うことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０７９
【氏名又は名称】ミノルタ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月２１日（１９９９．６．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８５５０１
【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 静夫
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| 【公開番号】 |
特開２００１−４３６３（Ｐ２００１−４３６３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月１２日（２００１．１．１２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１７３８６２ |
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