[發(fā)明專利]形狀測量方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910002953.0
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101482397A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 竹內(nèi)博之
• 申請（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/26;G01B11/27
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張 鑫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及形狀測量方法，尤其涉及具有圓柱狀或多角柱狀的外周面和與 該外周面垂直的平面上的曲面的結(jié)構(gòu)體的形狀測量方法。

背景技術(shù)

近年，許多用于便攜電話或數(shù)字相機(jī)等的非球面透鏡，都沿透鏡的外形固 定在圓筒狀的鏡筒上。因此，為了提高商品的成品率，在與將透鏡插入鏡筒時(shí) 相同的條件下，求出以圓筒為基準(zhǔn)時(shí)的透鏡光軸的斜度或偏心量成為光學(xué)領(lǐng)域 的課題。

以往，以透鏡的外形為基準(zhǔn)算出透鏡光軸的斜度或偏心量。日本國特開 2002-71344號公報(bào)記載的方法，使3個(gè)球狀物接觸透鏡的外周部，求出通過 各球狀物的中心的圓，從而求出透鏡的外形。透鏡的外周部為理想圓柱面(即 圓柱形狀的外周面)且透鏡的底面為平面時(shí)，能以求出的透鏡的外形和底面為 基準(zhǔn)，求光軸的斜度、偏心量。

用于此形狀測量方法的形狀測量儀，使探頭以接觸被測量物的狀態(tài)往XY 方向相對移動，求出探頭跟蹤被測量面的形狀往Z方向移動時(shí)的各XY坐標(biāo)位 置上的Z坐標(biāo)數(shù)據(jù)串，根據(jù)該XYZ坐標(biāo)數(shù)據(jù)串，進(jìn)行被測量面的形狀測量。 這里，XYZ是相互垂直的方向。

采用具有圓柱面和曲面的透鏡，則配置成其w軸(處在離開圓柱面實(shí)質(zhì)上 相等距離的中心軸)與測量儀的Z軸平行，對探頭如上述那樣僅往Z方向施加 隨動(伺服)。然而，此方法中，透鏡的測量部位對XY平面的傾斜角度θ越大， 伺服跟蹤越難，測量精度差，可測量的最大傾斜角度θ相對于XY平面在75度 附近為極限。

這是因?yàn)闃?gòu)成探頭的氣動滑板，在XY方向的剛性大，僅在Z方向可動， 例如施加0.3mN(＝30mg?f)的力時(shí)，探頭前端的觸針的歪斜量為納米(nm)級。 因此，能以納米級的高精度測量到75度傾斜角，但圓柱面的傾斜角θ為90度， 所以Z方向的伺服不能跟蹤，不能進(jìn)行測量。為了消除這種測量制約，提出上 述使3個(gè)球狀物接觸透鏡的外周部的測量方法。

日本國特開2007-155628號公報(bào)記載的方法中，在具有3個(gè)球狀部的測 量用的夾具，設(shè)置測量非球面透鏡(具有透鏡第1面、透鏡第2面)的外周部的 3維形狀用的測量空間。在此夾具中保持非球面透鏡，利用探頭掃描其透鏡第 1面和透鏡第2面的表面形狀，取得以3球狀部為基準(zhǔn)的坐標(biāo)點(diǎn)串?dāng)?shù)據(jù)，探頭 又掃描處在透鏡外周部的作為基準(zhǔn)的圓柱面和3球狀部，取得以3球狀部為基 準(zhǔn)的坐標(biāo)點(diǎn)串?dāng)?shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)求出圓柱面與第1面和第2面的相對位置。

日本國專利第3827493號公報(bào)揭示關(guān)于端部具有復(fù)制面的軸部豎立在基座 上的透鏡金屬模的形狀測量方法。此方法中，用取得示蹤能力的另一測量儀預(yù) 先測量3個(gè)球各自的直徑后，在使3球接觸軸部的圓柱面和基座的上表面兩者 的狀態(tài)下，用探頭跟蹤3球和復(fù)制面，求出數(shù)據(jù)串，由該數(shù)據(jù)串求出通過3球 的頂點(diǎn)的圓，并以基座的上表面和軸部的圓柱面為基準(zhǔn)，求出復(fù)制面的光軸的 斜度、偏心量。

然而，上述日本國特開2002-71344號公報(bào)記載的方法中，透鏡外形的圓 度畸變或表面粗糙度大的情況下，作為定位夾具的球狀物對透鏡外形的接觸位 置少許錯(cuò)位時(shí)，以透鏡外形為基準(zhǔn)的光軸的斜度、偏心量的再現(xiàn)性差，存在不 滿足期望的精度的問題。例如，透鏡的光軸偏心量的期望精度為小于1微米(μm) 的情況下，透鏡外形的形狀精度或表面粗糙度大于1微米時(shí)，不能使用此測量 方法。

日本國特開2007-155628號公報(bào)記載的方法中，如上文所述，在夾具中 設(shè)置測量空間，測量作為基準(zhǔn)的圓柱面的3維形狀，但存在與日本國特開2002 -71344號公報(bào)記載的方法同樣的問題。而且，此方法在測量透鏡第1面時(shí)， 使用對Z方向這1個(gè)方向可測量的表面形狀測量裝置，從上方掃描透鏡第1面 和3球，而在測量圓柱面時(shí)，使用從上方和從橫向探頭都能接近的普通3維測 量儀，從側(cè)方掃描圓柱面，從上方掃描3球，但普通3維測量儀的精度為微米 級，存在不能以0.1微米級的精度測量透鏡的問題。

又，如果能以0.1微米程度的精度測量并評價(jià)包含透鏡的表面、背面、側(cè) 面的全方位的面，則有關(guān)透鏡形狀的精度評價(jià)的問題實(shí)質(zhì)上解決，但由于測量 機(jī)本身精度不夠或探頭等測量方式的限制，現(xiàn)狀不能進(jìn)行這種測量評價(jià)。