プローブの真直度測定方法
【課題】真直度測定用のセンサなどを別途用意しなくても、プローブの真直度を実際の使用環境の中で測定することができるプローブの真直度測定方法を提供する。
【解決手段】形状誤差が既知の測定基準面７２を有する測定治具７１を、測定基準面７２がＸＹステージ２の移動方向に傾斜するように、ＸＹステージ２の載置面２Ａに載置する準備工程と、プローブのスタイラス１４が測定基準面に一定圧で接触するように駆動用アクチュエータを制御しながらＸＹステージを所定距離移動させ、そのときのスタイラスの変位位置をプローブの変位検出器から測定する測定工程と、これによって得られたスタイラスの測定位置Ｚreal、計算によって得られるスタイラスの理論位置Ｚnomおよび測定基準面の傾斜角度θから、スタイラスの真直誤差を求める演算工程と、を備える。
【解決手段】形状誤差が既知の測定基準面７２を有する測定治具７１を、測定基準面７２がＸＹステージ２の移動方向に傾斜するように、ＸＹステージ２の載置面２Ａに載置する準備工程と、プローブのスタイラス１４が測定基準面に一定圧で接触するように駆動用アクチュエータを制御しながらＸＹステージを所定距離移動させ、そのときのスタイラスの変位位置をプローブの変位検出器から測定する測定工程と、これによって得られたスタイラスの測定位置Ｚreal、計算によって得られるスタイラスの理論位置Ｚnomおよび測定基準面の傾斜角度θから、スタイラスの真直誤差を求める演算工程と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブの真直度測定方法に関する。詳しくは、プローブを用いて被測定物の形状や表面粗さなどの表面性状を測定する表面性状測定装置において、プローブの真直度を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブを用いて被測定物の形状や表面粗さなどの表面性状を測定する表面性状測定装置として、粗さ測定機、輪郭測定機、三次元倣い測定機などが知られている。
例えば、三次元倣い測定機では、上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能なＺ軸スライダに、スタイラス（測定子）がＺ軸方向へ微小変位可能なプローブを取り付け、このプローブのスタイラスを被測定物に接触させ、このときの押し込み量（測定子のＺ軸方向の押し込み量）が一定になるようにＺ軸スライダを上下方向へ移動させながら、倣い測定を行う。
【０００３】
従来、倣い測定機に取り付けられるプローブは、例えば、特許文献１に記載の表面形状測定用トレーサなどのように、スタイラスのＺ軸方向への変位が微小で、かつ、押し込み量も一定であるため、測定子をＺ軸方向へ移動させる直線案内機構の真直度が、測定精度に大きな影響を与えることは少ない。
【０００４】
最近では、低測定力で高速な測定を実現するために、プローブ自体の測定範囲を広くし、かつ、測定力をアクティブに制御して低測定力で高速な倣い測定を、倣いプローブ自体で行うシステムも提案されているが、このような測定範囲を広くしたプローブを用いると、スタイラスをＺ軸方向へ移動させる直線案内機構の真直度が、測定精度に大きな影響を与える。
例えば、図７に示すように、プローブ８内に設けられる直線案内機構の真直度によっては、プローブ８のスタイラス１４がＺ軸方向へΔｚ変位したとき、Ｘ軸またはＹ軸方向に対してずれる。すると、Ｘ軸およびＹ軸における変位を検出している検出値と、スタイラス１４の測定点とが異なってしまうため、測定誤差が生じる。
【０００５】
そのため、従来の測定機などにおいては、プローブ内に設けられる直線案内機構の運動精度を補正するため真直度測定が行われる。
従来の真直度測定では、図８に示すように、スタイラス１４の先端に触針１４Ａに代えて静電容量センサ１０１を取り付けてスタイラス１４をＺ軸方向へ移動させ、ゲージブロック１０２などのデータム面１０３（参照平面）を基準として、各位置でのデータム面とのギャップを計測することによって、スタイラス１４（スタイラスを移動させる直線案内機構）の真直度を求める方法がとられている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−５３１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の方法では、測定の都度、スタイラスの先端に静電容量センサを取り付けて測定しなければならないため、静電容量センサを別に用意する必要がある。
このことは、経済的負担が大きく、また、取り付けや取り外し作業を伴ううえ、真直度精度も用いる静電容量センサの精度に影響される。
さらに、静電容量センサの場合、センサとコントローラとを接続するケーブルの屈曲力がスタイラスに外力として加わるため、静電容量センサを取り付けていないときのスタイラスの運動軌跡とは異なる運動軌跡となってしまい、正確な真直度測定を行えない。
【０００８】
本発明の目的は、真直度測定用のセンサなどを別途用意しなくても、プローブの真直度を実際の使用環境の中で測定することができるプローブの真直度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の表面性状測定装置は、被測定物を載置する載置面を有し、その載置面と平行な方向へ移動可能に設けられたテーブルと、プローブとを備え、前記プローブは、筐体と、この筐体に移動可能に設けられ被測定物の表面に接触される測定子と、この測定子を前記テーブルの載置面に対して略直交するテーブル直交方向へ変位させる測定子移動機構と、前記筐体に対する前記測定子の変位量を検出する変位検出手段とを含んで構成され、前記テーブルと前記プローブとを相対移動させ、前記プローブの測定子を被測定物の表面に接触させながら、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定装置において、前記プローブの真直度を測定するプローブの真直度測定方法であって、形状誤差が既知の測定基準面を有する測定治具を、前記測定基準面が前記テーブルの移動方向に沿って傾斜するように、前記テーブルの載置面に載置する準備工程と、前記プローブの測定子が前記測定治具の測定基準面に一定圧で接触するように前記測定子移動機構を制御しながら前記テーブルを所定距離移動させ、そのときの測定子の変位位置を前記変位検出手段で測定する測定工程と、この測定工程によって得られた前記測定子の測定位置、前記テーブルが所定距離移動したときに前記測定子が真直誤差なく理想的に変位したと仮定した際の測定子の理論位置および前記載置面に対する前記測定基準面の傾斜角度から、前記プローブの真直誤差を求める演算工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、準備工程において、形状誤差が既知の測定基準面を有する測定治具を、測定基準面がテーブルの移動方向に沿って傾斜するように、テーブルの載置面に載置する。
続いて、測定工程において、プローブの測定子が測定治具の測定基準面に一定圧で接触するように、測定子移動機構を制御しながらテーブルを所定距離移動させ、そのときの測定子の変位位置をプローブの変位検出手段によって測定する。
最後に、演算工程において、測定工程によって得られた測定子の測定位置、計算によって得られる測定子の理論位置および測定基準面の傾斜角度から、プローブの真直度を求める。具体的には、測定工程によって得られた測定子の測定位置をＺreal（ｘ，ｙ）、計算によって得られる測定子の理論位置をＺnom（ｘ，ｙ）、測定基準面の傾斜角度をθとしたとき、プローブの真直誤差を、
プローブの真直誤差＝｛Ｚreal（ｘ，ｙ）−Ｚnom（ｘ，ｙ）｝／ｔａｎθ
から求める。
【００１１】
従って、真直度測定用のセンサなどを別途用意しなくても、プローブの真直度を実際の使用環境の中で測定することができる。そのため、経済的負担を軽減でき、また、真直度測定用のセンサの取り付けや取り外し作業も不要であるから、測定作業を効率化でき、しかも、真直度精度も静電容量センサの精度に影響されない。さらに、静電容量センサとコントローラとの接続するケーブルの屈曲力が測定子に外力として加わることがないため、高精度な真直度測定を実現できる。
【００１２】
本発明のプローブの真直度測定方法において、前記表面性状測定装置は、先端に前記プローブを取付可能な可動部材と、前記テーブルと前記可動部材とを前記載置面と平行な面内において互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ相対変位させるＸ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構と、前記テーブルと前記可動部材とのＸおよびＹ軸方向への相対変位量を検出するＸ軸変位検出手段およびＹ軸変位検出手段と、前記可動部材を前記ＸおよびＹ軸方向に対して直交するＺ軸方向へ変位させるＺ軸駆動機構と、前記可動部材のＺ軸方向への変位量を検出するＺ軸変位検出手段とを備える、構成が好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、Ｘ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構を駆動させて、テーブルと可動部材とをＸおよびＹ軸方向へ相対変位させるとともに、Ｚ軸駆動機構を駆動させて、プローブをＺ軸方向へ変位させながら、プローブの測定子を被測定物の表面に接触させる。プローブの測定子の押し込み量が一定（測定力が一定）になるように、測定子移動機構を駆動させながら、Ｘ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構を駆動させて、テーブルと可動部材とをＸ軸方向およびＹ軸方向へ相対移動させる。
この相対移動において、例えば、一定時間毎に、Ｘ軸変位検出手段、Ｙ軸変位検出手段、Ｚ軸変位検出手段およびプローブの変位検出手段からの検出値を取り込んで、測定子が接触している被測定物の測定点座標値を求めれば、測定力一定状態で被測定物表面の形状や粗さなどを倣い測定することができる。
【００１４】
この倣い測定において、倣いプローブの測定子の測定力が一定になるように、測定子移動機構を駆動させながら、倣い測定を行う。その際、予め、プローブの測定子移動機構の真直誤差が求められているから、この真直誤差を、各軸変位検出手段（Ｘ、Ｙ軸変位検出手段）の検出値に対して補正すれば、測定子が接触している被測定物の測定点を高精度に求めることができる。
従って、測定子移動機構を駆動させながら、倣い測定を行う際に問題となる、プローブの直線案内機構などに起因する測定精度の低下を回避できる。このことは、測定誤差の発生を少なくするために、直線案内機構の真直度を高精度に組立、加工したり、あるいは、プローブの取り付け精度を高精度に組み付けたりする必要もないので、組立や加工作業、あるいは、作業者への負担を軽減できる。
【００１５】
本発明のプローブの真直度測定方法において、前記プローブは、前記筐体に設けられたベースと、このベースに設けられ先端に接触部を有する測定子と、この測定子を振動させる加振素子と、前記測定子の振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子とを含んで構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、加振要素によって測定子を振動させ、この状態において、測定子を被測定物の表面に接触させる。測定子が被測定物の表面に接触すると、測定子の振動が拘束されるため、検出素子からの検出信号が減衰される。従って、検出素子からの検出信号の減衰量が常に一定になるように、測定子移動機構を制御しながら倣い測定を行うことにより、高精度な倣い測定を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜全体構成の説明（図１および図２参照）＞
図１は、本実施形態に係る表面性状測定装置を示す正面図、図２は、同表面性状測定装置の側面図である。
本実施形態に係る表面性状測定装置は、基台１と、被測定物を載置するテーブルとしてのＸＹステージ２と、このＸＹステージ２を水平面内の互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ変位させるＸ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４と、基台１の上面に跨って設けられた門形フレーム５と、この門形フレーム５のクロスレール５Ａに設けられた可動部材としてのＺ軸スライダ６と、このＺ軸スライダ６をＸおよびＹ軸方向に対して直交するＺ軸方向へ変位させるＺ軸駆動機構７と、Ｚ軸スライダ６に取り付けられたプローブ８とを含んで構成されている。
【００１７】
ＸＹステージ２は、上面に被測定物を載置する平坦な載置面２Ａを有し、その載置面２Ａと平行な面内において互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ移動可能に設けられている。
Ｘ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４は、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
Ｚ軸駆動機構７も、Ｘ軸駆動機構３やＹ軸駆動機構４と同様に、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
【００１８】
＜プローブ８の説明（図３参照）＞
プローブ８は、Ｚ軸スライダ６に取り付けられた筐体１１と、この筐体１１に設けられたセンサ部１２と、このセンサ部１２をＺ軸方向へ変位させる測定子移動機構としての駆動用アクチュエータ１７と、この駆動用アクチュエータ１７によるセンサ部１２の変位量（つまり、筐体１１に対するセンサ部１２の変位量）を検出する変位検出手段としてのセンサ部変位検出器１８（スケールと検出ヘッドからなる）とを含んで構成されている。
【００１９】
センサ部１２は、金属製のベース１３と、このベース１３にＺ軸方向と平行に設けられ被測定物の表面に接触される測定子としてのスタイラス１４と、このスタイラス１４を振動（軸方向へ振動）させる加振素子１５と、スタイラス１４の振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子１６とから構成されている。スタイラス１４の先端には、ダイヤモンドチップやルビーなどで構成された接触部としての触針１４Ａが接着固定されている。加振素子１５および検出素子１６は、１枚の圧電素子によって構成され、ベース１３にそれぞれ１枚ずつ接着固定されている。
【００２０】
いま、センサ部１２の加振素子１５に対して、特定の周波数と振幅をもつ入力信号を与えると、検出素子１６では、特定の周波数と振幅の出力信号が得られる。
スタイラス１４が被測定物と非接触状態にあるとき、スタイラス１４の共振周波数で一定の振幅をもつ入力信号を加振素子１５に加えると、スタイラス１４が共振し、検出素子１６に振幅Ｐoの出力信号が得られる。スタイラス１４が被測定物に接触すると、出力信
号の振幅がＰoからＰxに減衰する。
従って、センサ部１２を被測定物に接触させる際、減衰率（Ｐx／Ｐo）が常に一定となるように、駆動用アクチュエータ１７でセンサ部１２と被測定物との距離を制御すれば、測定力一定状態で被測定物の形状や粗さを測定することができる。
【００２１】
＜制御システムの説明（図４参照）＞
本制御システムは、制御装置３１と、プローブ８と、駆動・変位検出装置４１と、表示部５１と、入力部６１とを含んで構成されている。
駆動・変位検出装置４１は、Ｘ軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構４およびＺ軸駆動機構７のほかに、ＸＹステージ２のＸおよびＹ軸方向への変位量を検出するＸ軸変位検出器４２およびＹ軸変位検出器４３、Ｚ軸スライダ６のＺ軸方向への変位量を検出するＺ軸変位検出器４４を備えている。
【００２２】
制御装置３１は、プローブ８のセンサ部１２およびセンサ部変位検出器１８からの出力信号を入力として駆動用アクチュエータ１７を駆動する倣い制御部３２と、真直度補正データ記憶部３３と、計数及び補正演算処理部３４と、この計数及び補正演算処理部３４からの出力に基づいて各軸駆動機構３，４，７を制御する制御処理部３５と、計数及び補正演算処理部３４からの出力を表示部５１に表示する測定データ処理部３６とを含んで構成されている。
【００２３】
真直度補正データ記憶部３３には、プローブ８の駆動用アクチュエータ１７のＺ軸方向の各変位位置における真直誤差が補正データとして記憶されている。具体的には、駆動用アクチュエータ１７をＺ軸方向へ移動した各位置でのＸおよびＹ軸方向の真直誤差が補正データとして記憶されている。
計数及び補正演算処理部３４は、真直度補正データ記憶部３３の中からセンサ部変位検出器１８からの検出値に対応する補正データを読み出し、この補正データで各軸変位検出器、つまり、Ｘ，Ｙ軸変位検出器４２，４３の検出値を補正して、スタイラス１４の座標値を算出する。
【００２４】
＜真直度測定の説明（図５および図６参照）＞
図５は、真直度測定の様子を示している。予め、真直度測定に用いる測定治具７１を用意しておく。
測定治具７１は、正面（図５の状態）から見て直角三角形状、平面から見て矩形形状のブロックで、斜面が高精度に仕上げられかつ形状誤差が既知の測定基準面７２として形成されている。例えば、底面に対して測定基準面７２の傾斜角度θが４５°の直角プリズムなどによって構成されている。
【００２５】
まず、測定基準面７２がＸＹステージ２の移動方向、例えば、X軸方向に沿って傾斜するように、測定治具７１をＸＹステージ２の載置面２Ａに載置する（準備工程）。
続いて、プローブ８の駆動用アクチュエータ１７の駆動により、センサ部１２をＺ軸方向へ変位させ、スタイラス１４の触針１４Ａを測定治具７１の測定基準面７２に接触させる。スタイラス１４の触針１４Ａが測定治具７１の測定基準面７２に一定圧で接触するように駆動用アクチュエータ１７を駆動制御しながら、ＸＹステージ２をＸ軸方向へ一定ピッチずつ移動させ、そのときのスタイラス１４の変位位置をセンサ部変位検出器１８によって測定する（測定工程）。
【００２６】
例えば、図６に示すように、ＸＹステージ２をＸ軸方向へ移動させたときに、測定工程によって得られたスタイラス１４の測定位置をＺreal（ｘ，ｙ）、計算によって得られるスタイラス１４の理論位置、つまり、スタイラス１４が真直誤差なく理想的にＺ軸方向へ変位したと仮定した際のスタイラス１４の位置をＺnom（ｘ，ｙ）、測定基準面７２の傾斜角度をθとすると、プローブの真直誤差は、
プローブの真直誤差＝｛Ｚreal（ｘ，ｙ）−Ｚnom（ｘ，ｙ）｝／ｔａｎθ
から求められる。
これを、計数及び補正演算処理部３４において行う（演算工程）。つまり、計数及び補正演算処理部３４では、予め、測定基準面７２の傾斜角度θを記憶し、この傾斜角度θとＸＹステージ２の移動量とからスタイラス１４の理論位置を求め、これらとスタイラス１４の測定位置とからプローブの真直誤差を求める。
【００２７】
次に、測定治具７１の向きを９０度回転させたのち、プローブ８の駆動用アクチュエータ１７の駆動により、スタイラス１４の触針１４Ａを測定治具７１の測定基準面７２に接触させる。スタイラス１４の触針１４Ａが測定治具７１の測定基準面７２に一定圧で接触するように駆動用アクチュエータ１７を駆動制御しながら、ＸＹステージ２をＹ軸方向へ一定ピッチずつ移動させ、そのときのスタイラス１４の変位位置をセンサ部変位検出器１８によって測定する（測定工程）。続いて、同様にしてプローブの真直誤差を演算する（演算工程）。
このようにして求められたプローブの真直誤差、つまり、スタイラス１４のＺ軸方向の各位置におけるＸ，Ｙ軸方向の真直誤差を真直度補正データ記憶部３３に記憶させたのち、測定を行う。
【００２８】
＜倣い測定の説明＞
倣い測定にあたっては、Ｘ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４を駆動させて、ＸＹステージ２をＸ軸方向およびＹ軸方向へ変位させるとともに、Ｚ軸駆動機構７を駆動させて、プローブ８をＺ軸方向へ変位させながら、プローブ８のスタイラス１４を被測定物の表面に接触させる。
プローブ８の検出素子１６からの出力信号が一定の減衰率になるように、駆動用アクチュエータ１７を駆動させながら、Ｘ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４を駆動させて、ＸＹステージ２をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動させる。
【００２９】
この測定時において、一定時間毎に、センサ部変位検出器１８からの検出値を読み込んだのち、真直度補正データ記憶部３３のなかから検出値に対応する補正値を読み出し、この補正値でＸ，Ｙ軸変位検出器４２，４３の検出値を補正して、スタイラス１４の座標値を算出する。
これにより、プローブ８の駆動用アクチュエータ１７（直線案内機構）の真直度などに起因する測定精度の低下を回避できるから、高精度な倣い測定を実現できる。
【００３０】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、真直度測定用のセンサなどを別途用意しなくても、プローブの真直度を実際の使用環境の中で測定することができる。そのため、経済的負担を軽減でき、また、真直度測定用のセンサの取り付けや取り外し作業も不要であるから、測定作業を効率化でき、しかも、真直度精度も静電容量センサの精度に影響されない。さらに、静電容量センサとコントローラとを接続するケーブルの屈曲力が測定子に外力として加わることがないため、高精度な測定を実現できる。
【００３１】
また、真直度測定によって得られた真直誤差を補正値として真直度補正データ記憶部３３に記憶し、この真直度補正データ記憶部３３の中からセンサ部変位検出器１８で検出された検出値に対応する補正値を読み出したのち、この補正値でＸ，Ｙ軸変位検出手段４２，４３の検出値を補正して、スタイラス１４の座標値を算出するようにしたから、プローブ８の直線案内機構の真直度などに起因する測定精度の低下を回避できる。
このことは、測定誤差の発生を少なくするために、直線案内機構の真直度を高精度に組立、加工したり、あるいは、倣いプローブの取り付け精度を高精度に組み付けたりする必要もないので、加工や組立作業、あるいは、作業者の負担を軽減できる。
【００３２】
＜変形例＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、ＸＹステージ２をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動可能に構成したが、ＸＹステージ２と可動部材であるＺ軸スライダ６とを、水平面内の互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ相対変位可能に構成してもよい。例えば、ステージ２をＹ軸方向へ変位可能に構成するとともに、Ｚ軸スライダ６をＸ軸およびＺ軸方向へ移動可能に構成するようにしてもよい。
【００３３】
前記実施形態では、ステージ２とプローブ８を取り付けたＺ軸スライダ６とが、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向へ相対移動する三次元の測定装置を対象としたが、例えば、プローブ８を取り付けたＺ軸スライダ６がＺ軸方向へ移動可能で、ステージ２がＸ，Ｙ軸方向のいずれか一軸方向へ移動可能な構成、つまり、二次元の測定装置であってもよい。
【００３４】
前記実施形態では、振動式の倣いプローブ８を用いたが、これに限られない。例えば、スタイラス１４が被測定物に接触したときに発生するスタイラスの変位を検出する構造、あるいは、スタイラス１４が被測定物に接触したときに発生するスタイラス１４の撓みを検出する構造などであってもよい。
【００３５】
前記実施形態では、測定治具７１として、直角プリズムを用いたが、これに限られない。例えば、測定基準面７２を有する平板状の測定治具（例えば、オプティカルフラットなど）を、測定基準面７２が傾斜するように、補助台などを用いて、ステージ２の載置面２Ａ上に載置してもよい。
また、測定基準面７２の傾斜角度θについても、前記実施形態だ述べた４５°に限らず、他の角度であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、被測定物の表面粗さを測定する表面粗さ測定機、形状測定機、三次元倣い測定機などに利用可能である。とくに、微細形状の測定に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る表面性状測定装置の一実施形態を示す正面図。
【図２】同上実施形態の側面図。
【図３】同上実施形態のプローブを示す図。
【図４】同上実施形態の制御システムを示す図。
【図５】同上実施形態において、真直度測定の様子を示す図。
【図６】同上実施形態において、真直誤差を求める説明図。
【図７】プローブにおいて、測定子が変位した際の真直度誤差を示す図。
【図８】従来の真直度測定の様子を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
２…ＸＹステージ（テーブル）、
３…Ｘ軸駆動機構、
４…Ｙ軸駆動機構、
６…Ｚ軸スライダ（可動部材）、
７…Ｚ軸駆動機構、
８…プローブ、
１１…筐体、
１２…センサ部、
１３…ベース、
１４…スタイラス（測定子）、
１５…加振要素、
１６…検出要素、
１７…駆動用アクチュエータ（測定子移動機構）、
１８…センサ部変位検出器（センサ部変位検出手段）、
３１…制御装置、
３３…真直度補正データ記憶部（補正データテーブル）、
３４…計数及び補正演算処理部
４２…Ｘ軸変位検出器（Ｘ軸変位検出手段）、
４３…Ｙ軸変位検出器（Ｙ軸変位検出手段）、
４４…Ｚ軸変位検出器（Ｚ軸変位検出手段）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブの真直度測定方法に関する。詳しくは、プローブを用いて被測定物の形状や表面粗さなどの表面性状を測定する表面性状測定装置において、プローブの真直度を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブを用いて被測定物の形状や表面粗さなどの表面性状を測定する表面性状測定装置として、粗さ測定機、輪郭測定機、三次元倣い測定機などが知られている。
例えば、三次元倣い測定機では、上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能なＺ軸スライダに、スタイラス（測定子）がＺ軸方向へ微小変位可能なプローブを取り付け、このプローブのスタイラスを被測定物に接触させ、このときの押し込み量（測定子のＺ軸方向の押し込み量）が一定になるようにＺ軸スライダを上下方向へ移動させながら、倣い測定を行う。
【０００３】
従来、倣い測定機に取り付けられるプローブは、例えば、特許文献１に記載の表面形状測定用トレーサなどのように、スタイラスのＺ軸方向への変位が微小で、かつ、押し込み量も一定であるため、測定子をＺ軸方向へ移動させる直線案内機構の真直度が、測定精度に大きな影響を与えることは少ない。
【０００４】
最近では、低測定力で高速な測定を実現するために、プローブ自体の測定範囲を広くし、かつ、測定力をアクティブに制御して低測定力で高速な倣い測定を、倣いプローブ自体で行うシステムも提案されているが、このような測定範囲を広くしたプローブを用いると、スタイラスをＺ軸方向へ移動させる直線案内機構の真直度が、測定精度に大きな影響を与える。
例えば、図７に示すように、プローブ８内に設けられる直線案内機構の真直度によっては、プローブ８のスタイラス１４がＺ軸方向へΔｚ変位したとき、Ｘ軸またはＹ軸方向に対してずれる。すると、Ｘ軸およびＹ軸における変位を検出している検出値と、スタイラス１４の測定点とが異なってしまうため、測定誤差が生じる。
【０００５】
そのため、従来の測定機などにおいては、プローブ内に設けられる直線案内機構の運動精度を補正するため真直度測定が行われる。
従来の真直度測定では、図８に示すように、スタイラス１４の先端に触針１４Ａに代えて静電容量センサ１０１を取り付けてスタイラス１４をＺ軸方向へ移動させ、ゲージブロック１０２などのデータム面１０３（参照平面）を基準として、各位置でのデータム面とのギャップを計測することによって、スタイラス１４（スタイラスを移動させる直線案内機構）の真直度を求める方法がとられている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６４−５３１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の方法では、測定の都度、スタイラスの先端に静電容量センサを取り付けて測定しなければならないため、静電容量センサを別に用意する必要がある。
このことは、経済的負担が大きく、また、取り付けや取り外し作業を伴ううえ、真直度精度も用いる静電容量センサの精度に影響される。
さらに、静電容量センサの場合、センサとコントローラとを接続するケーブルの屈曲力がスタイラスに外力として加わるため、静電容量センサを取り付けていないときのスタイラスの運動軌跡とは異なる運動軌跡となってしまい、正確な真直度測定を行えない。
【０００８】
本発明の目的は、真直度測定用のセンサなどを別途用意しなくても、プローブの真直度を実際の使用環境の中で測定することができるプローブの真直度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の表面性状測定装置は、被測定物を載置する載置面を有し、その載置面と平行な方向へ移動可能に設けられたテーブルと、プローブとを備え、前記プローブは、筐体と、この筐体に移動可能に設けられ被測定物の表面に接触される測定子と、この測定子を前記テーブルの載置面に対して略直交するテーブル直交方向へ変位させる測定子移動機構と、前記筐体に対する前記測定子の変位量を検出する変位検出手段とを含んで構成され、前記テーブルと前記プローブとを相対移動させ、前記プローブの測定子を被測定物の表面に接触させながら、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定装置において、前記プローブの真直度を測定するプローブの真直度測定方法であって、形状誤差が既知の測定基準面を有する測定治具を、前記測定基準面が前記テーブルの移動方向に沿って傾斜するように、前記テーブルの載置面に載置する準備工程と、前記プローブの測定子が前記測定治具の測定基準面に一定圧で接触するように前記測定子移動機構を制御しながら前記テーブルを所定距離移動させ、そのときの測定子の変位位置を前記変位検出手段で測定する測定工程と、この測定工程によって得られた前記測定子の測定位置、前記テーブルが所定距離移動したときに前記測定子が真直誤差なく理想的に変位したと仮定した際の測定子の理論位置および前記載置面に対する前記測定基準面の傾斜角度から、前記プローブの真直誤差を求める演算工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、準備工程において、形状誤差が既知の測定基準面を有する測定治具を、測定基準面がテーブルの移動方向に沿って傾斜するように、テーブルの載置面に載置する。
続いて、測定工程において、プローブの測定子が測定治具の測定基準面に一定圧で接触するように、測定子移動機構を制御しながらテーブルを所定距離移動させ、そのときの測定子の変位位置をプローブの変位検出手段によって測定する。
最後に、演算工程において、測定工程によって得られた測定子の測定位置、計算によって得られる測定子の理論位置および測定基準面の傾斜角度から、プローブの真直度を求める。具体的には、測定工程によって得られた測定子の測定位置をＺreal（ｘ，ｙ）、計算によって得られる測定子の理論位置をＺnom（ｘ，ｙ）、測定基準面の傾斜角度をθとしたとき、プローブの真直誤差を、
プローブの真直誤差＝｛Ｚreal（ｘ，ｙ）−Ｚnom（ｘ，ｙ）｝／ｔａｎθ
から求める。
【００１１】
従って、真直度測定用のセンサなどを別途用意しなくても、プローブの真直度を実際の使用環境の中で測定することができる。そのため、経済的負担を軽減でき、また、真直度測定用のセンサの取り付けや取り外し作業も不要であるから、測定作業を効率化でき、しかも、真直度精度も静電容量センサの精度に影響されない。さらに、静電容量センサとコントローラとの接続するケーブルの屈曲力が測定子に外力として加わることがないため、高精度な真直度測定を実現できる。
【００１２】
本発明のプローブの真直度測定方法において、前記表面性状測定装置は、先端に前記プローブを取付可能な可動部材と、前記テーブルと前記可動部材とを前記載置面と平行な面内において互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ相対変位させるＸ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構と、前記テーブルと前記可動部材とのＸおよびＹ軸方向への相対変位量を検出するＸ軸変位検出手段およびＹ軸変位検出手段と、前記可動部材を前記ＸおよびＹ軸方向に対して直交するＺ軸方向へ変位させるＺ軸駆動機構と、前記可動部材のＺ軸方向への変位量を検出するＺ軸変位検出手段とを備える、構成が好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、Ｘ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構を駆動させて、テーブルと可動部材とをＸおよびＹ軸方向へ相対変位させるとともに、Ｚ軸駆動機構を駆動させて、プローブをＺ軸方向へ変位させながら、プローブの測定子を被測定物の表面に接触させる。プローブの測定子の押し込み量が一定（測定力が一定）になるように、測定子移動機構を駆動させながら、Ｘ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構を駆動させて、テーブルと可動部材とをＸ軸方向およびＹ軸方向へ相対移動させる。
この相対移動において、例えば、一定時間毎に、Ｘ軸変位検出手段、Ｙ軸変位検出手段、Ｚ軸変位検出手段およびプローブの変位検出手段からの検出値を取り込んで、測定子が接触している被測定物の測定点座標値を求めれば、測定力一定状態で被測定物表面の形状や粗さなどを倣い測定することができる。
【００１４】
この倣い測定において、倣いプローブの測定子の測定力が一定になるように、測定子移動機構を駆動させながら、倣い測定を行う。その際、予め、プローブの測定子移動機構の真直誤差が求められているから、この真直誤差を、各軸変位検出手段（Ｘ、Ｙ軸変位検出手段）の検出値に対して補正すれば、測定子が接触している被測定物の測定点を高精度に求めることができる。
従って、測定子移動機構を駆動させながら、倣い測定を行う際に問題となる、プローブの直線案内機構などに起因する測定精度の低下を回避できる。このことは、測定誤差の発生を少なくするために、直線案内機構の真直度を高精度に組立、加工したり、あるいは、プローブの取り付け精度を高精度に組み付けたりする必要もないので、組立や加工作業、あるいは、作業者への負担を軽減できる。
【００１５】
本発明のプローブの真直度測定方法において、前記プローブは、前記筐体に設けられたベースと、このベースに設けられ先端に接触部を有する測定子と、この測定子を振動させる加振素子と、前記測定子の振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子とを含んで構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、加振要素によって測定子を振動させ、この状態において、測定子を被測定物の表面に接触させる。測定子が被測定物の表面に接触すると、測定子の振動が拘束されるため、検出素子からの検出信号が減衰される。従って、検出素子からの検出信号の減衰量が常に一定になるように、測定子移動機構を制御しながら倣い測定を行うことにより、高精度な倣い測定を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜全体構成の説明（図１および図２参照）＞
図１は、本実施形態に係る表面性状測定装置を示す正面図、図２は、同表面性状測定装置の側面図である。
本実施形態に係る表面性状測定装置は、基台１と、被測定物を載置するテーブルとしてのＸＹステージ２と、このＸＹステージ２を水平面内の互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ変位させるＸ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４と、基台１の上面に跨って設けられた門形フレーム５と、この門形フレーム５のクロスレール５Ａに設けられた可動部材としてのＺ軸スライダ６と、このＺ軸スライダ６をＸおよびＹ軸方向に対して直交するＺ軸方向へ変位させるＺ軸駆動機構７と、Ｚ軸スライダ６に取り付けられたプローブ８とを含んで構成されている。
【００１７】
ＸＹステージ２は、上面に被測定物を載置する平坦な載置面２Ａを有し、その載置面２Ａと平行な面内において互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ移動可能に設けられている。
Ｘ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４は、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
Ｚ軸駆動機構７も、Ｘ軸駆動機構３やＹ軸駆動機構４と同様に、例えば、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたナット部材とを有する送りねじ機構によって構成されている。
【００１８】
＜プローブ８の説明（図３参照）＞
プローブ８は、Ｚ軸スライダ６に取り付けられた筐体１１と、この筐体１１に設けられたセンサ部１２と、このセンサ部１２をＺ軸方向へ変位させる測定子移動機構としての駆動用アクチュエータ１７と、この駆動用アクチュエータ１７によるセンサ部１２の変位量（つまり、筐体１１に対するセンサ部１２の変位量）を検出する変位検出手段としてのセンサ部変位検出器１８（スケールと検出ヘッドからなる）とを含んで構成されている。
【００１９】
センサ部１２は、金属製のベース１３と、このベース１３にＺ軸方向と平行に設けられ被測定物の表面に接触される測定子としてのスタイラス１４と、このスタイラス１４を振動（軸方向へ振動）させる加振素子１５と、スタイラス１４の振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子１６とから構成されている。スタイラス１４の先端には、ダイヤモンドチップやルビーなどで構成された接触部としての触針１４Ａが接着固定されている。加振素子１５および検出素子１６は、１枚の圧電素子によって構成され、ベース１３にそれぞれ１枚ずつ接着固定されている。
【００２０】
いま、センサ部１２の加振素子１５に対して、特定の周波数と振幅をもつ入力信号を与えると、検出素子１６では、特定の周波数と振幅の出力信号が得られる。
スタイラス１４が被測定物と非接触状態にあるとき、スタイラス１４の共振周波数で一定の振幅をもつ入力信号を加振素子１５に加えると、スタイラス１４が共振し、検出素子１６に振幅Ｐoの出力信号が得られる。スタイラス１４が被測定物に接触すると、出力信
号の振幅がＰoからＰxに減衰する。
従って、センサ部１２を被測定物に接触させる際、減衰率（Ｐx／Ｐo）が常に一定となるように、駆動用アクチュエータ１７でセンサ部１２と被測定物との距離を制御すれば、測定力一定状態で被測定物の形状や粗さを測定することができる。
【００２１】
＜制御システムの説明（図４参照）＞
本制御システムは、制御装置３１と、プローブ８と、駆動・変位検出装置４１と、表示部５１と、入力部６１とを含んで構成されている。
駆動・変位検出装置４１は、Ｘ軸駆動機構３、Ｙ軸駆動機構４およびＺ軸駆動機構７のほかに、ＸＹステージ２のＸおよびＹ軸方向への変位量を検出するＸ軸変位検出器４２およびＹ軸変位検出器４３、Ｚ軸スライダ６のＺ軸方向への変位量を検出するＺ軸変位検出器４４を備えている。
【００２２】
制御装置３１は、プローブ８のセンサ部１２およびセンサ部変位検出器１８からの出力信号を入力として駆動用アクチュエータ１７を駆動する倣い制御部３２と、真直度補正データ記憶部３３と、計数及び補正演算処理部３４と、この計数及び補正演算処理部３４からの出力に基づいて各軸駆動機構３，４，７を制御する制御処理部３５と、計数及び補正演算処理部３４からの出力を表示部５１に表示する測定データ処理部３６とを含んで構成されている。
【００２３】
真直度補正データ記憶部３３には、プローブ８の駆動用アクチュエータ１７のＺ軸方向の各変位位置における真直誤差が補正データとして記憶されている。具体的には、駆動用アクチュエータ１７をＺ軸方向へ移動した各位置でのＸおよびＹ軸方向の真直誤差が補正データとして記憶されている。
計数及び補正演算処理部３４は、真直度補正データ記憶部３３の中からセンサ部変位検出器１８からの検出値に対応する補正データを読み出し、この補正データで各軸変位検出器、つまり、Ｘ，Ｙ軸変位検出器４２，４３の検出値を補正して、スタイラス１４の座標値を算出する。
【００２４】
＜真直度測定の説明（図５および図６参照）＞
図５は、真直度測定の様子を示している。予め、真直度測定に用いる測定治具７１を用意しておく。
測定治具７１は、正面（図５の状態）から見て直角三角形状、平面から見て矩形形状のブロックで、斜面が高精度に仕上げられかつ形状誤差が既知の測定基準面７２として形成されている。例えば、底面に対して測定基準面７２の傾斜角度θが４５°の直角プリズムなどによって構成されている。
【００２５】
まず、測定基準面７２がＸＹステージ２の移動方向、例えば、X軸方向に沿って傾斜するように、測定治具７１をＸＹステージ２の載置面２Ａに載置する（準備工程）。
続いて、プローブ８の駆動用アクチュエータ１７の駆動により、センサ部１２をＺ軸方向へ変位させ、スタイラス１４の触針１４Ａを測定治具７１の測定基準面７２に接触させる。スタイラス１４の触針１４Ａが測定治具７１の測定基準面７２に一定圧で接触するように駆動用アクチュエータ１７を駆動制御しながら、ＸＹステージ２をＸ軸方向へ一定ピッチずつ移動させ、そのときのスタイラス１４の変位位置をセンサ部変位検出器１８によって測定する（測定工程）。
【００２６】
例えば、図６に示すように、ＸＹステージ２をＸ軸方向へ移動させたときに、測定工程によって得られたスタイラス１４の測定位置をＺreal（ｘ，ｙ）、計算によって得られるスタイラス１４の理論位置、つまり、スタイラス１４が真直誤差なく理想的にＺ軸方向へ変位したと仮定した際のスタイラス１４の位置をＺnom（ｘ，ｙ）、測定基準面７２の傾斜角度をθとすると、プローブの真直誤差は、
プローブの真直誤差＝｛Ｚreal（ｘ，ｙ）−Ｚnom（ｘ，ｙ）｝／ｔａｎθ
から求められる。
これを、計数及び補正演算処理部３４において行う（演算工程）。つまり、計数及び補正演算処理部３４では、予め、測定基準面７２の傾斜角度θを記憶し、この傾斜角度θとＸＹステージ２の移動量とからスタイラス１４の理論位置を求め、これらとスタイラス１４の測定位置とからプローブの真直誤差を求める。
【００２７】
次に、測定治具７１の向きを９０度回転させたのち、プローブ８の駆動用アクチュエータ１７の駆動により、スタイラス１４の触針１４Ａを測定治具７１の測定基準面７２に接触させる。スタイラス１４の触針１４Ａが測定治具７１の測定基準面７２に一定圧で接触するように駆動用アクチュエータ１７を駆動制御しながら、ＸＹステージ２をＹ軸方向へ一定ピッチずつ移動させ、そのときのスタイラス１４の変位位置をセンサ部変位検出器１８によって測定する（測定工程）。続いて、同様にしてプローブの真直誤差を演算する（演算工程）。
このようにして求められたプローブの真直誤差、つまり、スタイラス１４のＺ軸方向の各位置におけるＸ，Ｙ軸方向の真直誤差を真直度補正データ記憶部３３に記憶させたのち、測定を行う。
【００２８】
＜倣い測定の説明＞
倣い測定にあたっては、Ｘ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４を駆動させて、ＸＹステージ２をＸ軸方向およびＹ軸方向へ変位させるとともに、Ｚ軸駆動機構７を駆動させて、プローブ８をＺ軸方向へ変位させながら、プローブ８のスタイラス１４を被測定物の表面に接触させる。
プローブ８の検出素子１６からの出力信号が一定の減衰率になるように、駆動用アクチュエータ１７を駆動させながら、Ｘ軸駆動機構３およびＹ軸駆動機構４を駆動させて、ＸＹステージ２をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動させる。
【００２９】
この測定時において、一定時間毎に、センサ部変位検出器１８からの検出値を読み込んだのち、真直度補正データ記憶部３３のなかから検出値に対応する補正値を読み出し、この補正値でＸ，Ｙ軸変位検出器４２，４３の検出値を補正して、スタイラス１４の座標値を算出する。
これにより、プローブ８の駆動用アクチュエータ１７（直線案内機構）の真直度などに起因する測定精度の低下を回避できるから、高精度な倣い測定を実現できる。
【００３０】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、真直度測定用のセンサなどを別途用意しなくても、プローブの真直度を実際の使用環境の中で測定することができる。そのため、経済的負担を軽減でき、また、真直度測定用のセンサの取り付けや取り外し作業も不要であるから、測定作業を効率化でき、しかも、真直度精度も静電容量センサの精度に影響されない。さらに、静電容量センサとコントローラとを接続するケーブルの屈曲力が測定子に外力として加わることがないため、高精度な測定を実現できる。
【００３１】
また、真直度測定によって得られた真直誤差を補正値として真直度補正データ記憶部３３に記憶し、この真直度補正データ記憶部３３の中からセンサ部変位検出器１８で検出された検出値に対応する補正値を読み出したのち、この補正値でＸ，Ｙ軸変位検出手段４２，４３の検出値を補正して、スタイラス１４の座標値を算出するようにしたから、プローブ８の直線案内機構の真直度などに起因する測定精度の低下を回避できる。
このことは、測定誤差の発生を少なくするために、直線案内機構の真直度を高精度に組立、加工したり、あるいは、倣いプローブの取り付け精度を高精度に組み付けたりする必要もないので、加工や組立作業、あるいは、作業者の負担を軽減できる。
【００３２】
＜変形例＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、ＸＹステージ２をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動可能に構成したが、ＸＹステージ２と可動部材であるＺ軸スライダ６とを、水平面内の互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ相対変位可能に構成してもよい。例えば、ステージ２をＹ軸方向へ変位可能に構成するとともに、Ｚ軸スライダ６をＸ軸およびＺ軸方向へ移動可能に構成するようにしてもよい。
【００３３】
前記実施形態では、ステージ２とプローブ８を取り付けたＺ軸スライダ６とが、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向へ相対移動する三次元の測定装置を対象としたが、例えば、プローブ８を取り付けたＺ軸スライダ６がＺ軸方向へ移動可能で、ステージ２がＸ，Ｙ軸方向のいずれか一軸方向へ移動可能な構成、つまり、二次元の測定装置であってもよい。
【００３４】
前記実施形態では、振動式の倣いプローブ８を用いたが、これに限られない。例えば、スタイラス１４が被測定物に接触したときに発生するスタイラスの変位を検出する構造、あるいは、スタイラス１４が被測定物に接触したときに発生するスタイラス１４の撓みを検出する構造などであってもよい。
【００３５】
前記実施形態では、測定治具７１として、直角プリズムを用いたが、これに限られない。例えば、測定基準面７２を有する平板状の測定治具（例えば、オプティカルフラットなど）を、測定基準面７２が傾斜するように、補助台などを用いて、ステージ２の載置面２Ａ上に載置してもよい。
また、測定基準面７２の傾斜角度θについても、前記実施形態だ述べた４５°に限らず、他の角度であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、被測定物の表面粗さを測定する表面粗さ測定機、形状測定機、三次元倣い測定機などに利用可能である。とくに、微細形状の測定に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る表面性状測定装置の一実施形態を示す正面図。
【図２】同上実施形態の側面図。
【図３】同上実施形態のプローブを示す図。
【図４】同上実施形態の制御システムを示す図。
【図５】同上実施形態において、真直度測定の様子を示す図。
【図６】同上実施形態において、真直誤差を求める説明図。
【図７】プローブにおいて、測定子が変位した際の真直度誤差を示す図。
【図８】従来の真直度測定の様子を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
２…ＸＹステージ（テーブル）、
３…Ｘ軸駆動機構、
４…Ｙ軸駆動機構、
６…Ｚ軸スライダ（可動部材）、
７…Ｚ軸駆動機構、
８…プローブ、
１１…筐体、
１２…センサ部、
１３…ベース、
１４…スタイラス（測定子）、
１５…加振要素、
１６…検出要素、
１７…駆動用アクチュエータ（測定子移動機構）、
１８…センサ部変位検出器（センサ部変位検出手段）、
３１…制御装置、
３３…真直度補正データ記憶部（補正データテーブル）、
３４…計数及び補正演算処理部
４２…Ｘ軸変位検出器（Ｘ軸変位検出手段）、
４３…Ｙ軸変位検出器（Ｙ軸変位検出手段）、
４４…Ｚ軸変位検出器（Ｚ軸変位検出手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を載置する載置面を有し、その載置面と平行な方向へ移動可能に設けられたテーブルと、プローブとを備え、
前記プローブは、筐体と、この筐体に移動可能に設けられ被測定物の表面に接触される測定子と、この測定子を前記テーブルの載置面に対して略直交するテーブル直交方向へ変位させる測定子移動機構と、前記筐体に対する前記測定子の変位量を検出する変位検出手段とを含んで構成され、
前記テーブルと前記プローブとを相対移動させ、前記プローブの測定子を被測定物の表面に接触させながら、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定装置において、前記プローブの真直度を測定するプローブの真直度測定方法であって、
形状誤差が既知の測定基準面を有する測定治具を、前記測定基準面が前記テーブルの移動方向に沿って傾斜するように、前記テーブルの載置面に載置する準備工程と、
前記プローブの測定子が前記測定治具の測定基準面に一定圧で接触するように前記測定子移動機構を制御しながら前記テーブルを所定距離移動させ、そのときの測定子の変位位置を前記変位検出手段で測定する測定工程と、
この測定工程によって得られた前記測定子の測定位置、前記テーブルが所定距離移動したときに前記測定子が真直誤差なく理想的に変位したと仮定した際の測定子の理論位置および前記載置面に対する前記測定基準面の傾斜角度から、前記プローブの真直誤差を求める演算工程と、を備えることを特徴とするプローブの真直度測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブの真直度測定方法において、
前記演算工程では、前記測定工程によって得られた前記測定子の測定位置をＺreal（ｘ，ｙ）、前記測定子の理論位置をＺnom（ｘ，ｙ）、前記載置面に対する前記測定基準面の傾斜角度をθとしたとき、前記プローブの真直誤差を、
プローブの真直誤差＝｛Ｚreal（ｘ，ｙ）−Ｚnom（ｘ，ｙ）｝／ｔａｎθ
から求める、ことを特徴とするプローブの真直度測定方法。
【請求項３】
請求項１に記載のプローブの真直度測定方法において、
前記表面性状測定装置は、先端に前記プローブを取付可能な可動部材と、前記テーブルと前記可動部材とを前記載置面と平行な面内において互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ相対変位させるＸ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構と、前記テーブルと前記可動部材とのＸおよびＹ軸方向への相対変位量を検出するＸ軸変位検出手段およびＹ軸変位検出手段と、前記可動部材を前記ＸおよびＹ軸方向に対して直交するＺ軸方向へ変位させるＺ軸駆動機構と、前記可動部材のＺ軸方向への変位量を検出するＺ軸変位検出手段とを備える、ことを特徴とするプローブの真直度測定方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のプローブの真直度測定方法において、
前記プローブは、前記筐体に設けられたベースと、このベースに設けられ先端に接触部を有する測定子と、この測定子を振動させる加振素子と、前記測定子の振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子とを含んで構成されている、ことを特徴とするプローブの真直度測定方法。
【請求項１】
被測定物を載置する載置面を有し、その載置面と平行な方向へ移動可能に設けられたテーブルと、プローブとを備え、
前記プローブは、筐体と、この筐体に移動可能に設けられ被測定物の表面に接触される測定子と、この測定子を前記テーブルの載置面に対して略直交するテーブル直交方向へ変位させる測定子移動機構と、前記筐体に対する前記測定子の変位量を検出する変位検出手段とを含んで構成され、
前記テーブルと前記プローブとを相対移動させ、前記プローブの測定子を被測定物の表面に接触させながら、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定装置において、前記プローブの真直度を測定するプローブの真直度測定方法であって、
形状誤差が既知の測定基準面を有する測定治具を、前記測定基準面が前記テーブルの移動方向に沿って傾斜するように、前記テーブルの載置面に載置する準備工程と、
前記プローブの測定子が前記測定治具の測定基準面に一定圧で接触するように前記測定子移動機構を制御しながら前記テーブルを所定距離移動させ、そのときの測定子の変位位置を前記変位検出手段で測定する測定工程と、
この測定工程によって得られた前記測定子の測定位置、前記テーブルが所定距離移動したときに前記測定子が真直誤差なく理想的に変位したと仮定した際の測定子の理論位置および前記載置面に対する前記測定基準面の傾斜角度から、前記プローブの真直誤差を求める演算工程と、を備えることを特徴とするプローブの真直度測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプローブの真直度測定方法において、
前記演算工程では、前記測定工程によって得られた前記測定子の測定位置をＺreal（ｘ，ｙ）、前記測定子の理論位置をＺnom（ｘ，ｙ）、前記載置面に対する前記測定基準面の傾斜角度をθとしたとき、前記プローブの真直誤差を、
プローブの真直誤差＝｛Ｚreal（ｘ，ｙ）−Ｚnom（ｘ，ｙ）｝／ｔａｎθ
から求める、ことを特徴とするプローブの真直度測定方法。
【請求項３】
請求項１に記載のプローブの真直度測定方法において、
前記表面性状測定装置は、先端に前記プローブを取付可能な可動部材と、前記テーブルと前記可動部材とを前記載置面と平行な面内において互いに直交するＸおよびＹ軸方向へ相対変位させるＸ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構と、前記テーブルと前記可動部材とのＸおよびＹ軸方向への相対変位量を検出するＸ軸変位検出手段およびＹ軸変位検出手段と、前記可動部材を前記ＸおよびＹ軸方向に対して直交するＺ軸方向へ変位させるＺ軸駆動機構と、前記可動部材のＺ軸方向への変位量を検出するＺ軸変位検出手段とを備える、ことを特徴とするプローブの真直度測定方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のプローブの真直度測定方法において、
前記プローブは、前記筐体に設けられたベースと、このベースに設けられ先端に接触部を有する測定子と、この測定子を振動させる加振素子と、前記測定子の振動状態を検出し検出信号として出力する検出素子とを含んで構成されている、ことを特徴とするプローブの真直度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１８６２０７（Ｐ２００９−１８６２０７Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３７５９（Ｐ２００８−２３７５９）
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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