形状測定方法
【課題】先端の曲率半径が小さいプローブを用いても、プローブで発生する誤差を好適に検出および補正することができる形状測定方法を提供する。
【解決手段】プローブを備えた接触走査式の形状測定センサを用いて被検物の表面形状を測定するための形状測定方法は、形状測定センサにより、被検物の中心軸を通る一断面における表面形状の点列データを取得する点列データ取得工程Ｓ４０と、点列データから誤差を除去する誤差除去工程Ｓ５０とを備え、誤差除去工程において、プローブの先端と被検物の表面との接触に伴う力によるプローブ先端部の変位に関する理論モデルを点列データに当てはめてプローブ変位誤差を取得し、プローブ変位誤差を点列データから除去することを特徴とする。
【解決手段】プローブを備えた接触走査式の形状測定センサを用いて被検物の表面形状を測定するための形状測定方法は、形状測定センサにより、被検物の中心軸を通る一断面における表面形状の点列データを取得する点列データ取得工程Ｓ４０と、点列データから誤差を除去する誤差除去工程Ｓ５０とを備え、誤差除去工程において、プローブの先端と被検物の表面との接触に伴う力によるプローブ先端部の変位に関する理論モデルを点列データに当てはめてプローブ変位誤差を取得し、プローブ変位誤差を点列データから除去することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定方法、より詳しくは、接触走査式の形状測定センサを用いて被検物の表面形状を測定する形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズや金型等の光学関連素子の表面形状測定を行う装置として、プローブ（触針子）を光学関連素子等の被検物の面上に接触させて追従させる接触走査式の測定方法を採用した接触式形状測定センサ（以下、単に「形状測定センサ」と称することがある。）が用いられている。
【０００３】
接触走査式の形状測定センサを用いた表面形状測定においては、より精度を高めるべく、可能な限り誤差を排除することが検討されている。例えば、特許文献１では、プローブ軸側面の変位を直接センシングし、プローブ軸の傾きを検出して補正を施すことにより、プローブ軸が傾いた状態で被検物に接触しても、プローブ先端に取り付けられたルビー球の中心座標を正しく検出できるようにすることが提案されている。特許文献１に記載の発明によれば、プローブが傾いてもセンシングにより補正することができるため、高精度の形状測定を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、更に精度を向上させるべく、形状測定センサのプローブとして、先端の曲率半径がルビー球等よりも小さいダイヤモンドスタイラス等が使用されることが多くなっている。しかしながら、特許文献１に記載の発明では、詳細は後述するが、このようなダイヤモンドスタイラスの先端付近で発生する誤差を充分補正できないことを発明者は見出した。
したがって、先端の曲率半径が小さいプローブを用いた場合でも、より高精度の形状測定を行える形状測定方法が求められている。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、先端の曲率半径が小さいプローブを用いても、プローブで発生する誤差を好適に検出および補正することができる形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、プローブを備えた接触走査式の形状測定センサを用いて被検物の表面形状を測定するための形状測定方法であって、前記形状測定センサにより、前記被検物の中心軸を通る一断面における表面形状の点列データを取得する点列データ取得工程と、前記点列データから誤差を除去する誤差除去工程とを備え、前記誤差除去工程において、前記プローブの先端と前記被検物の表面との接触に伴う力によるプローブ先端部の変位に関する理論モデルを前記点列データに当てはめてプローブ変位誤差を取得し、前記プローブ変位誤差を前記点列データから除去することを特徴とする。
【０００８】
前記理論モデルは、前記力による前記プローブ先端部の撓み変形を考慮するものでもよい。
【０００９】
前記誤差除去工程は、被検物誤差およびプローブ加工誤差を含む既知の誤差を除去する既知誤差除去工程を有し、前記既知誤差除去工程後に前記プローブ変位誤差が前記点列データから除去されてもよい。
【００１０】
前記誤差除去工程は、算出された前記プローブ変位誤差にもとづいて前記既知の誤差を再計算する再計算工程をさらに備え、前記再計算工程で取得された既知の誤差に基づき、前記プローブ変位誤差が再取得されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の形状測定方法によれば、先端の曲率半径が小さいプローブを用いても、プローブで発生する誤差を好適に検出および補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の形状測定方法に用いられる形状測定センサの概略構成を示す図である。
【図２】同形状測定方法の流れを示すフローチャートである。
【図３】同形状測定方法における誤差除去工程の流れを示すフローチャートである。
【図４】プローブと被検物との接触時にプローブ先端に作用する力を示す図である。
【図５】プローブの変位量のモデル曲線を示すグラフである。
【図６】撓み誤差による変位量であるｘ軸方向の変位量とｚ軸方向の変位量との関係を示す図である。
【図７】既知誤差除去後データの一例を示すグラフである。
【図８】同既知誤差除去後データから撓み誤差を除去したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。なお、特に説明のない限り、「前方」および「後方」とは、それぞれ図１に示すｚ軸の負方向及び正方向を指すものとする。
【００１４】
図１は、本実施形態の形状測定方法を適用可能な形状測定センサの一例である、形状測定センサ１を示す図である。形状測定センサ１は、軸対称な被検物１００の表面１００Ａの形状を測定するものであり、プローブ１１が取り付けられた触針子部１０と、被検物１００が支持される被検物保持部２０と、触針子部１０を移動させるためのｙ軸駆動機構３０と、被検物保持部２０を移動させるためのｘ軸ｚ軸駆動機構４０と、形状測定センサ１全体の動作制御及び取得された表面形状データの処理を行うパソコン５０とを備えている。
【００１５】
触針子部１０は、自身の軸方法に摺動することにより被検物１００の表面形状に追従するプローブ１１と、プローブ１１が自身の軸方向に摺動可能に挿通された静圧軸受１２と、プローブ１１の水平方向に対する傾斜角を調整する傾斜角調整部１３とを備えている。
【００１６】
プローブ１１は、被検物１００に接触追従する先端部１１Ａと、先端側に先端部１１Ａが取り付けられた略円柱状の軸部１１Ｂとを有する公知の構成のものを適宜選択して採用可能である。本実施形態では、プローブ１１として、先端部１１Ａの曲率半径が一般的なルビー球スタイラスよりも小さいダイヤモンドスタイラスが使用されている。プローブ１１は、静圧軸受１２内を滑らかに摺動可能となるように静圧軸受１２に挿通されている。静圧軸受１２は、挿通されたプローブ１１の先端部１１Ａが被検物１００の配置された前方に向くようにベース平板１４上に固定される。軸部１１Ｂの後方側には、プローブ１１の変位量を検出するための変位計１５が取り付けられている。
【００１７】
静圧軸受１２は、外形が略直方体状であり、径方向の断面が円形の貫通孔（不図示）が長手方向に延びるように形成されている。プローブ１１の軸部１１Ｂは、当該貫通孔に挿通されている。貫通孔の内面と、挿通された軸部１１Ｂの外周面との間には、貫通孔の径方向両側において、数マイクロメートル（μｍ）程度のクリアランスが確保されている。
【００１８】
また、静圧軸受１２には、エア供給ライン１２Ｂが接続されており、図示しない供給源から空気等の気体が供給される。供給された気体は、静圧軸受１２内に形成された図示しない管路を通って貫通孔の内面に形成された図示しない多数の送気穴から貫通孔と軸部１１Ｂとの間の空間に気流として供給される。この気流により、プローブ１１と静圧軸受１２との間に生じる摩擦力が低減され、プローブ１１が静圧軸受１２の貫通孔を滑らかに摺動可能に支持されている。
【００１９】
傾斜角調整部１３は、前方の支点１３Ａと、ｙ軸方向に伸縮可能な伸縮部１３Ｂとを備えており、プローブ１１の傾斜角を変化させてプローブ１１を前方に摺動させる。伸縮部１３Ｂとしては、例えば圧電アクチュエータや、ネジと角度調整部材とからなる機構等を採用することができる。
【００２０】
被検物保持部２０は、基台２上に取り付けられたベース２１と、ベース２１に取り付けられた揺動部２２とを備えている。被検物１００は、揺動部２２に固定されてプローブ１１に対向配置される。揺動部２２は、ベース２１に対して揺動可能であり、揺動部２２とベース２１との位置関係を変化させることによって、揺動部２２に取り付けられた被検物１００とプローブ１１とがなす角度を変化させることができる。
なお、本実施形態では、測定される表面が球面状の被検物を示しているが、軸対称な形状でさえあれば、被検物の表面形状には特に制限はない。
【００２１】
ｙ軸駆動機構３０は、触針子部１０と基台２との間に設けられており、ｙ軸方向に移動することによって、傾斜角調整部１３が設定したプローブ１１の傾斜角を保持したまま、触針子部１０を上下に移動させることができる。ｙ軸駆動機構３０の後方には、ｙ軸駆動機構の移動量を検出するための変位計３１が設けられている。
【００２２】
ｘ軸ｚ軸駆動機構４０は、被検物保持部２０のベース２１と基台２との間に設けられており、ｘ軸方向およびｚ軸方向に移動することによって、被検物保持部２０全体をｘ軸方向およびｚ軸方向に移動させることができる。ｘ軸ｚ軸駆動機構４０の前方には、被検物保持部２０のｘ軸方向の変位を検出する変位計４１が設けられる。
ｙ軸駆動機構３０およびｘ軸ｚ軸駆動機構４０により、プローブ１１と被検物保持部２０に保持された被検物１００とは、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向に相対移動することができる。
【００２３】
パソコン５０は、使用者の入力や指示等を受け付ける入力部５１と、各種情報を表示する表示部５２とを備えている。パソコン５０は、傾斜角調整部１３、揺動部２２、ｙ軸駆動機構３０、およびｘ軸ｚ軸駆動機構４０に接続されており、これらの各機構の動作を制御可能である。また、パソコン５０は、各変位計１５、３１、および４１とも接続されており、これらの検出値を受信して被検物１００の一段面における表面形状を示す点列データに再構成するとともに、これを被検物の中心軸回りに回転させて、被検物１００全体の推定表面形状データを取得する処理を行う。
さらに、図示を省略するが、パソコン５０はエア供給ライン１２Ｂとも接続されており、静圧軸受１２への気体供給はパソコン５０によって制御される。
【００２４】
上記の構成を備えた形状測定センサ１を用いた本実施形態の形状測定方法（以下、「本形状測定方法」と称する。）について、以下に説明する。
図２は、本形状測定方法の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１０において、まず使用者は、被検物１００を、形状測定を行う計測面１００Ａが触針子部１０に対向するように、被検物保持部２０の揺動部２２に取り付ける。
【００２５】
ステップＳ２０において、使用者は、プローブ１１の位置を調節して先端部１１Ａを被検物１００に接触させる。まず、パソコン５０の入力部５１を介してｙ軸駆動機構３０およびｘ軸ｚ軸駆動機構４０を操作して、プローブ１１の先端が被検物１００の中心軸（設計軸）Ａｘと略同一の高さとなるように触針子部１０の高さを調節する。さらに、被検物保持部２０をＸ軸正方向に移動させ、前進したプローブ１１が、被検物１００のｘ軸方向負側の端部に接触するように、両者の相対位置関係を調節する。
次に、使用者はエア供給ライン１２Ｂから静圧軸受１２へ気体を供給しつつ、傾斜角調整部１３を操作して、ベース平板１４の後部を上方に移動させる。すると、ベース平板１４は支点１３Ａを支点として傾斜し、静圧軸受１２で保持されたプローブ１１は、自身の重力によって、静圧軸受１２内を滑らかに摺動して先端部１１Ａと被検物１００の表面と接触する。使用者は、被検物１００とプローブ１１との接触点の高さが中心軸Ａｘと同一であるか確認し、同一でない場合は、同一となるよう触針子部１０の高さを微調整する。
【００２６】
次に、使用者は、ステップＳ３０において、パソコン５０によってｘ軸ｚ軸駆動機構４０を駆動し、被検物１００とプローブ１１とを相対移動させる。プローブ１１は、中心軸Ａｘを通過するようにｘ軸に平行に相対移動し、被検物１００の表面がプローブ１１の先端部１１Ａによって走査される。走査中、各変位計１５、３１及び４１の検出値はパソコン５０に入力され、パソコン５０がこれら検出値をもとにプローブ１１と被検物１００の表面１００Ａとの接触点の座標を検出し、順次記録する。
【００２７】
プローブ１１が被検物のｘ軸方向正側の端部まで到達すると、ステップＳ４０において、被検物１００の中心軸Ａｘを通る一断面における被検物１００の表面形状を示す点列データが取得される（点列データ取得工程）。被検物１００は軸対称であるため、当該点列データを中心軸Ａｘを中心にして回転させることで、表面１００Ａ全体の形状データを取得することができるが、取得した点列データには様々な誤差が含まれているため、本形状測定方法では、全体の形状データ取得に先立ち、ステップＳ５０の誤差除去工程においてパソコン５０が誤差を算出し、ステップＳ４０で取得された点列データから排除する。
【００２８】
図３は誤差除去工程Ｓ５０の詳細な流れを示すフローチャートである。
ステップＳ５１では、既知の誤差として、被検物誤差Ｗ（ｘ）およびプローブ加工誤差Ｐ（ｘ）が点列データから差し引かれて除去される（既知誤差除去工程）。被検物誤差Ｗ（ｘ）とは、予め干渉計等の他の手段で測定した表面１００Ａの形状データと設計値との誤差であり、プローブ加工誤差Ｐ（ｘ）とは、予め計測しておいた先端部１１Ａ先端の加工精度等に基づく誤差である。接触走査式の形状測定センサを用いた表面形状測定において、これらの誤差を排除することは既に知られている。
【００２９】
ステップＳ５２からＳ５６では、さらに、プローブ１１先端の撓み変形により生じる誤差（以下、「撓み誤差」と称する。）ｆ（ｘ）の算出を行う。撓み誤差（プローブ変位誤差）とは、プローブ１１の自重によりプローブ１１の先端が被検物１００の表面１００Ａに接触した際に、プローブ１１の先端に作用する力により先端がわずかに撓み変形することにより発生する誤差であり、発明者が始めて着目したものである。
撓み誤差は、先端の曲率半径が、例えば０．５ミリメートルと大きいルビー球スタイラス等をプローブに用いた場合は発生しにくいが、先端の曲率半径が小さい、例えば数μｍ程度のスタイラスであると、たとえ軸部分が充分な剛性を有するダイヤモンドスタイラス等であっても生じやすい。そこで、本発明の形状測定方法における誤差除去工程では、点列データから被検物誤差Ｗ（ｘ）およびプローブ加工誤差Ｐ（ｘ）が除去された後のデータ（既知誤差除去後点列データ）に、まだ撓み誤差が含まれているという前提の下、パソコン５０がこれを除去するための演算を行う。
【００３０】
ステップＳ５２では、パソコン５０が、既知誤差除去後点列データに対して、撓み誤差発生時におけるプローブ１１先端の変位に関する理論モデルを当てはめ、撓みによるプローブ先端のｘ軸方向への変位量Δｘを取得する。
図４は、プローブ１１と被検物１００との接触時にプローブ先端に作用する力を示す図である。プローブ１１の先端が点列データを取得した軌跡上のある点（接触点）Ｐにおいて被検物１００と接触しているとき、接触点Ｐにおける被検物表面１００Ａの傾き角度（被検物１００の設計式を接触点Ｐのｘ軸座標において微分することにより算出可能）をθとすると、プローブ１１の先端に作用する力Ｆは、接触点Ｐにおいて、表面１００Ａに垂直な成分Ｆｃｏｓθと表面１００Ａに平行な成分Ｆｓｉｎθとに分力される。なお、形状測定センサ１を用いた場合、力Ｆはプローブ１１の自重により決定される。具体的には、プローブ１１が水平面に対してわずかに傾斜されて被検物１００に接触するため、自重により生じる重力の水平方向の成分が力Ｆとなる。
【００３１】
表面１００Ａに対して垂直に作用する分力Ｆｃｏｓθは、作用反作用の法則により、Ｆｃｏｓθと同じ大きさの反力Ｎをプローブ１１の先端に作用させる。したがって、反力Ｎのｘ軸方向における分力Ｎｓｉｎθがプローブ１１先端を撓ませる力（以下、「変位力」と称する。）となる。上記より、Ｎ＝Ｆｃｏｓθであるから、公式により、以下の式（１）が成り立つ。
（１） Ｎｓｉｎθ＝Ｆ／２・ｓｉｎ２θ
【００３２】
式（１）で表される変位力により生じるプローブ１１先端のｘ軸方向における変位量Δｘは、プローブ１１を片持ち梁として先端に変位力を加えたときの先端の撓み量として捉えることができるため、材料力学の公式にもとづき、パラメータａおよびｂを有する以下の式（２）として表すことができる。式（２）より、変位量Δｘは、図５に示すモデル曲線のように、θ＝４５のときに最大となる９０度周期の関数であることがわかる。
（２） Δｘ＝ａ・ｓｉｎ２θ＋ｂ
【００３３】
そこで、ステップＳ５２では、既知誤差除去後点列データに対して変位量Δｘの理論モデルである上記式（２）のフィッティング（当てはめ）を行い、最適なパラメータａおよびｂの値を算出する。フィッティングの方法としては、最小二乗法、線形／非線形計画法、探索法等の公知の各種手法を適宜選択して用いることができる。
ステップＳ５２が終了すると、式（２）におけるパラメータａおよびｂが決まると、点列データ上の各点における変位量Δｘが取得される。
【００３４】
接触点Ｐにおいてプローブ１１の先端がｘ軸方向にΔｘだけ変位しているということは、実際にプローブ先端が接触している点における被検物誤差およびプローブ加工誤差、すなわち既知誤差が異なることを意味する。そのため、続くステップＳ５３では、ステップＳ５２で取得された変位量Δｘに基づき、被検物誤差およびプローブ加工誤差をそれぞれＷ（ｘ＋Δｘ）およびＰ（ｘ＋Δｘ）として、既知誤差の再計算を行う（再計算工程）。
【００３５】
続くステップＳ５４では、再計算された既知誤差にもとづいて既知誤差除去後点列データが更新され、更新後の既知誤差除去後点列データに対して上記式（２）のフィッティングが再度行われ、パラメータａおよびｂの値、ならびに変位量Δｘが再取得される。
【００３６】
ステップＳ５５では、変位量Δｘの算出回数が所定回数（例えば５０回）となったか否かが判定される。判定結果がＮｏの場合、処理はステップＳ５３に戻り、再取得された変位量Δｘにもとづき既知誤差の再計算が行われる。判定結果がＹｅｓの場合、処理はステップＳ５６に進む。
【００３７】
ステップＳ５６においてパソコン５０は、各点における変位量Δｘの値にもとづき、撓み誤差によるプローブ１１先端のｚ軸方向の変位量Δｚを、点列データの各点について算出する。図６は、撓み誤差による変位量であるｘ軸方向の変位量Δｘとｚ軸方向の変位量Δｚとの関係を示す図である。本形状測定方法においては、変位量Δｘの実際の値が微小であるため、プローブ１１と被検物表面１００Ａとの接触点Ｐと、撓み誤差を考慮した実際の接触点Ｐａとの間における表面１００Ａの傾きは不変であると定義して、接触点Ｐにおける角度θにもとづき接触点Ｐと接触点Ｐａとを結ぶ線分の傾きを算出して変位量Δｚを算出する。
【００３８】
ステップＳ５７では、ステップＳ５６で算出された各点における変位量Δｚの値を既知誤差除去後点列データから差し引く。これにより、形状測定センサ１で取得された点列データから撓み誤差が除去され、誤差除去工程Ｓ５０が終了する。
その後、点列データを中心軸Ａｘを中心に回転すると、被検物表面１００Ａの全体形状を高精度に取得することができる。
【００３９】
図７に、既知誤差除去後点列データの一例を示す。図７のように、各点におけるθに基づいて各点のデータを並び替えると、図５で示した撓み誤差による変位量と同様の周期成分を含んでおり、既知誤差除去後点列データに撓み誤差が含まれていることが推測される。
この既知誤差除去後データから変位量Δｚを差し引いた結果を図８に示す。点列データから周期成分を有する撓み誤差が除去されることにより、精度の高い点列データを得ることができた。
【００４０】
本実施形態の形状測定方法によれば、誤差除去工程Ｓ５０において、被検物誤差、プローブ加工誤差等の既知の誤差に加えて、従来着目されていなかったプローブ変位誤差である撓み誤差が取得された点列データから除去されるため、先端の曲率半径が小さいダイヤモンドスタイラス等をプローブとして使用した場合でも、精度の高い形状測定を行うことができる。
【００４１】
また、ステップＳ５３ないしＳ５５において、算出された撓み誤差である変位量Δｘにもとづいて既知誤差の再計算および変位量Δｘの再取得が繰り返し行われる。このため、撓み誤差による変位量Δｚを規定する変位量Δｘ、並びに上記パラメータａおよびｂの値を収束させることにより、撓み誤差によるプローブ先端の変位量をさらに高精度に算出して、高精度に形状測定を行うことができる。
【００４２】
本実施形態では、変位量Δｘの再算出を複数回繰り返した後に変位量Δｚが算出される例を説明したが、これに代えて、ΔｘやΔｚの、前回取得値との差分が所定量未満になるまで既知誤差の再計算およびΔｘの再取得を繰り返すようにしてもよい。このように、収束のための演算を終了するための条件は、形状測定に要求される精度等を考慮して適宜設定されてよい。
【００４３】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、撓み誤差理論モデルの当てはめによる変位量Δｘの取得が複数回繰り返して行われる例を説明したが、これに代えて、変位量Δｘの取得を一回だけ行い、これにもとづいて変位量Δｚを算出して、点列データから差し引いてもよい。上述のように、撓み誤差については従来着目されていなかったため、完全に収束していない状態で撓み誤差の除去を行っても、ある程度精度を向上させることができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、点列データから既知誤差を除去した後、既知誤差除去後点列データから撓み誤差を差し引く例を説明したが、これに代えて、既知誤差の除去前に撓み誤差を除去してもよい。ただし、既知誤差が撓み誤差と同様の周期成分を含んでいる等の場合、理論モデルの当てはめ時に当該既知誤差の成分が混入する恐れがあるため、既知誤差を除去してから撓み誤差を除去するのが好ましい。
【００４６】
さらに、当てはめを行う撓み誤差の理論モデルは、上記のものに限定されない。例えば、プローブ先端と被検物表面との間に生じる摩擦等をさらに考慮した理論モデルが用いられても構わない。
【００４７】
加えて、本発明の形状測定方法は、先端の曲率半径が比較的大きいルビー球スタイラス等をプローブに用いた形状測定センサを用いた場合にも適用可能である。ルビー球スタイラス等では先端の撓み変形が比較的起こりにくいことは既に述べたが、接触点においてプローブの先端に上述の力が作用することは何ら変わりない。このような力が所定値以上の大きさとなってプローブに作用すると、先端が撓み変形する代わりに、プローブの軸が傾くことが考えられる。したがって、軸が傾く現象によるプローブ変位誤差に対応した理論モデルを設定し、これを既知誤差除去後データには当てはめることで、軸の傾きによる先端変位量を取得し、既知誤差除去後データから差し引けば、プローブ軸傾きによる誤差を好適に除去することが可能である。
このように、本発明の形状測定方法では、プローブ軸のセンシングを行わずにプローブ変位誤差を好適に除去することができるため、センシング機構を備えない簡素な構造の形状測定センサを用いた表面形状測定にも好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 形状測定センサ
１１ プローブ
１００ 被検物
１００Ａ 表面
Ａｘ 中心軸
Ｓ４０ 点列データ取得工程
Ｓ５０ 誤差除去工程
Ｓ５１ 既知誤差除去工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定方法、より詳しくは、接触走査式の形状測定センサを用いて被検物の表面形状を測定する形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レンズや金型等の光学関連素子の表面形状測定を行う装置として、プローブ（触針子）を光学関連素子等の被検物の面上に接触させて追従させる接触走査式の測定方法を採用した接触式形状測定センサ（以下、単に「形状測定センサ」と称することがある。）が用いられている。
【０００３】
接触走査式の形状測定センサを用いた表面形状測定においては、より精度を高めるべく、可能な限り誤差を排除することが検討されている。例えば、特許文献１では、プローブ軸側面の変位を直接センシングし、プローブ軸の傾きを検出して補正を施すことにより、プローブ軸が傾いた状態で被検物に接触しても、プローブ先端に取り付けられたルビー球の中心座標を正しく検出できるようにすることが提案されている。特許文献１に記載の発明によれば、プローブが傾いてもセンシングにより補正することができるため、高精度の形状測定を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９３４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、更に精度を向上させるべく、形状測定センサのプローブとして、先端の曲率半径がルビー球等よりも小さいダイヤモンドスタイラス等が使用されることが多くなっている。しかしながら、特許文献１に記載の発明では、詳細は後述するが、このようなダイヤモンドスタイラスの先端付近で発生する誤差を充分補正できないことを発明者は見出した。
したがって、先端の曲率半径が小さいプローブを用いた場合でも、より高精度の形状測定を行える形状測定方法が求められている。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、先端の曲率半径が小さいプローブを用いても、プローブで発生する誤差を好適に検出および補正することができる形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、プローブを備えた接触走査式の形状測定センサを用いて被検物の表面形状を測定するための形状測定方法であって、前記形状測定センサにより、前記被検物の中心軸を通る一断面における表面形状の点列データを取得する点列データ取得工程と、前記点列データから誤差を除去する誤差除去工程とを備え、前記誤差除去工程において、前記プローブの先端と前記被検物の表面との接触に伴う力によるプローブ先端部の変位に関する理論モデルを前記点列データに当てはめてプローブ変位誤差を取得し、前記プローブ変位誤差を前記点列データから除去することを特徴とする。
【０００８】
前記理論モデルは、前記力による前記プローブ先端部の撓み変形を考慮するものでもよい。
【０００９】
前記誤差除去工程は、被検物誤差およびプローブ加工誤差を含む既知の誤差を除去する既知誤差除去工程を有し、前記既知誤差除去工程後に前記プローブ変位誤差が前記点列データから除去されてもよい。
【００１０】
前記誤差除去工程は、算出された前記プローブ変位誤差にもとづいて前記既知の誤差を再計算する再計算工程をさらに備え、前記再計算工程で取得された既知の誤差に基づき、前記プローブ変位誤差が再取得されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の形状測定方法によれば、先端の曲率半径が小さいプローブを用いても、プローブで発生する誤差を好適に検出および補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の形状測定方法に用いられる形状測定センサの概略構成を示す図である。
【図２】同形状測定方法の流れを示すフローチャートである。
【図３】同形状測定方法における誤差除去工程の流れを示すフローチャートである。
【図４】プローブと被検物との接触時にプローブ先端に作用する力を示す図である。
【図５】プローブの変位量のモデル曲線を示すグラフである。
【図６】撓み誤差による変位量であるｘ軸方向の変位量とｚ軸方向の変位量との関係を示す図である。
【図７】既知誤差除去後データの一例を示すグラフである。
【図８】同既知誤差除去後データから撓み誤差を除去したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。なお、特に説明のない限り、「前方」および「後方」とは、それぞれ図１に示すｚ軸の負方向及び正方向を指すものとする。
【００１４】
図１は、本実施形態の形状測定方法を適用可能な形状測定センサの一例である、形状測定センサ１を示す図である。形状測定センサ１は、軸対称な被検物１００の表面１００Ａの形状を測定するものであり、プローブ１１が取り付けられた触針子部１０と、被検物１００が支持される被検物保持部２０と、触針子部１０を移動させるためのｙ軸駆動機構３０と、被検物保持部２０を移動させるためのｘ軸ｚ軸駆動機構４０と、形状測定センサ１全体の動作制御及び取得された表面形状データの処理を行うパソコン５０とを備えている。
【００１５】
触針子部１０は、自身の軸方法に摺動することにより被検物１００の表面形状に追従するプローブ１１と、プローブ１１が自身の軸方向に摺動可能に挿通された静圧軸受１２と、プローブ１１の水平方向に対する傾斜角を調整する傾斜角調整部１３とを備えている。
【００１６】
プローブ１１は、被検物１００に接触追従する先端部１１Ａと、先端側に先端部１１Ａが取り付けられた略円柱状の軸部１１Ｂとを有する公知の構成のものを適宜選択して採用可能である。本実施形態では、プローブ１１として、先端部１１Ａの曲率半径が一般的なルビー球スタイラスよりも小さいダイヤモンドスタイラスが使用されている。プローブ１１は、静圧軸受１２内を滑らかに摺動可能となるように静圧軸受１２に挿通されている。静圧軸受１２は、挿通されたプローブ１１の先端部１１Ａが被検物１００の配置された前方に向くようにベース平板１４上に固定される。軸部１１Ｂの後方側には、プローブ１１の変位量を検出するための変位計１５が取り付けられている。
【００１７】
静圧軸受１２は、外形が略直方体状であり、径方向の断面が円形の貫通孔（不図示）が長手方向に延びるように形成されている。プローブ１１の軸部１１Ｂは、当該貫通孔に挿通されている。貫通孔の内面と、挿通された軸部１１Ｂの外周面との間には、貫通孔の径方向両側において、数マイクロメートル（μｍ）程度のクリアランスが確保されている。
【００１８】
また、静圧軸受１２には、エア供給ライン１２Ｂが接続されており、図示しない供給源から空気等の気体が供給される。供給された気体は、静圧軸受１２内に形成された図示しない管路を通って貫通孔の内面に形成された図示しない多数の送気穴から貫通孔と軸部１１Ｂとの間の空間に気流として供給される。この気流により、プローブ１１と静圧軸受１２との間に生じる摩擦力が低減され、プローブ１１が静圧軸受１２の貫通孔を滑らかに摺動可能に支持されている。
【００１９】
傾斜角調整部１３は、前方の支点１３Ａと、ｙ軸方向に伸縮可能な伸縮部１３Ｂとを備えており、プローブ１１の傾斜角を変化させてプローブ１１を前方に摺動させる。伸縮部１３Ｂとしては、例えば圧電アクチュエータや、ネジと角度調整部材とからなる機構等を採用することができる。
【００２０】
被検物保持部２０は、基台２上に取り付けられたベース２１と、ベース２１に取り付けられた揺動部２２とを備えている。被検物１００は、揺動部２２に固定されてプローブ１１に対向配置される。揺動部２２は、ベース２１に対して揺動可能であり、揺動部２２とベース２１との位置関係を変化させることによって、揺動部２２に取り付けられた被検物１００とプローブ１１とがなす角度を変化させることができる。
なお、本実施形態では、測定される表面が球面状の被検物を示しているが、軸対称な形状でさえあれば、被検物の表面形状には特に制限はない。
【００２１】
ｙ軸駆動機構３０は、触針子部１０と基台２との間に設けられており、ｙ軸方向に移動することによって、傾斜角調整部１３が設定したプローブ１１の傾斜角を保持したまま、触針子部１０を上下に移動させることができる。ｙ軸駆動機構３０の後方には、ｙ軸駆動機構の移動量を検出するための変位計３１が設けられている。
【００２２】
ｘ軸ｚ軸駆動機構４０は、被検物保持部２０のベース２１と基台２との間に設けられており、ｘ軸方向およびｚ軸方向に移動することによって、被検物保持部２０全体をｘ軸方向およびｚ軸方向に移動させることができる。ｘ軸ｚ軸駆動機構４０の前方には、被検物保持部２０のｘ軸方向の変位を検出する変位計４１が設けられる。
ｙ軸駆動機構３０およびｘ軸ｚ軸駆動機構４０により、プローブ１１と被検物保持部２０に保持された被検物１００とは、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向に相対移動することができる。
【００２３】
パソコン５０は、使用者の入力や指示等を受け付ける入力部５１と、各種情報を表示する表示部５２とを備えている。パソコン５０は、傾斜角調整部１３、揺動部２２、ｙ軸駆動機構３０、およびｘ軸ｚ軸駆動機構４０に接続されており、これらの各機構の動作を制御可能である。また、パソコン５０は、各変位計１５、３１、および４１とも接続されており、これらの検出値を受信して被検物１００の一段面における表面形状を示す点列データに再構成するとともに、これを被検物の中心軸回りに回転させて、被検物１００全体の推定表面形状データを取得する処理を行う。
さらに、図示を省略するが、パソコン５０はエア供給ライン１２Ｂとも接続されており、静圧軸受１２への気体供給はパソコン５０によって制御される。
【００２４】
上記の構成を備えた形状測定センサ１を用いた本実施形態の形状測定方法（以下、「本形状測定方法」と称する。）について、以下に説明する。
図２は、本形状測定方法の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１０において、まず使用者は、被検物１００を、形状測定を行う計測面１００Ａが触針子部１０に対向するように、被検物保持部２０の揺動部２２に取り付ける。
【００２５】
ステップＳ２０において、使用者は、プローブ１１の位置を調節して先端部１１Ａを被検物１００に接触させる。まず、パソコン５０の入力部５１を介してｙ軸駆動機構３０およびｘ軸ｚ軸駆動機構４０を操作して、プローブ１１の先端が被検物１００の中心軸（設計軸）Ａｘと略同一の高さとなるように触針子部１０の高さを調節する。さらに、被検物保持部２０をＸ軸正方向に移動させ、前進したプローブ１１が、被検物１００のｘ軸方向負側の端部に接触するように、両者の相対位置関係を調節する。
次に、使用者はエア供給ライン１２Ｂから静圧軸受１２へ気体を供給しつつ、傾斜角調整部１３を操作して、ベース平板１４の後部を上方に移動させる。すると、ベース平板１４は支点１３Ａを支点として傾斜し、静圧軸受１２で保持されたプローブ１１は、自身の重力によって、静圧軸受１２内を滑らかに摺動して先端部１１Ａと被検物１００の表面と接触する。使用者は、被検物１００とプローブ１１との接触点の高さが中心軸Ａｘと同一であるか確認し、同一でない場合は、同一となるよう触針子部１０の高さを微調整する。
【００２６】
次に、使用者は、ステップＳ３０において、パソコン５０によってｘ軸ｚ軸駆動機構４０を駆動し、被検物１００とプローブ１１とを相対移動させる。プローブ１１は、中心軸Ａｘを通過するようにｘ軸に平行に相対移動し、被検物１００の表面がプローブ１１の先端部１１Ａによって走査される。走査中、各変位計１５、３１及び４１の検出値はパソコン５０に入力され、パソコン５０がこれら検出値をもとにプローブ１１と被検物１００の表面１００Ａとの接触点の座標を検出し、順次記録する。
【００２７】
プローブ１１が被検物のｘ軸方向正側の端部まで到達すると、ステップＳ４０において、被検物１００の中心軸Ａｘを通る一断面における被検物１００の表面形状を示す点列データが取得される（点列データ取得工程）。被検物１００は軸対称であるため、当該点列データを中心軸Ａｘを中心にして回転させることで、表面１００Ａ全体の形状データを取得することができるが、取得した点列データには様々な誤差が含まれているため、本形状測定方法では、全体の形状データ取得に先立ち、ステップＳ５０の誤差除去工程においてパソコン５０が誤差を算出し、ステップＳ４０で取得された点列データから排除する。
【００２８】
図３は誤差除去工程Ｓ５０の詳細な流れを示すフローチャートである。
ステップＳ５１では、既知の誤差として、被検物誤差Ｗ（ｘ）およびプローブ加工誤差Ｐ（ｘ）が点列データから差し引かれて除去される（既知誤差除去工程）。被検物誤差Ｗ（ｘ）とは、予め干渉計等の他の手段で測定した表面１００Ａの形状データと設計値との誤差であり、プローブ加工誤差Ｐ（ｘ）とは、予め計測しておいた先端部１１Ａ先端の加工精度等に基づく誤差である。接触走査式の形状測定センサを用いた表面形状測定において、これらの誤差を排除することは既に知られている。
【００２９】
ステップＳ５２からＳ５６では、さらに、プローブ１１先端の撓み変形により生じる誤差（以下、「撓み誤差」と称する。）ｆ（ｘ）の算出を行う。撓み誤差（プローブ変位誤差）とは、プローブ１１の自重によりプローブ１１の先端が被検物１００の表面１００Ａに接触した際に、プローブ１１の先端に作用する力により先端がわずかに撓み変形することにより発生する誤差であり、発明者が始めて着目したものである。
撓み誤差は、先端の曲率半径が、例えば０．５ミリメートルと大きいルビー球スタイラス等をプローブに用いた場合は発生しにくいが、先端の曲率半径が小さい、例えば数μｍ程度のスタイラスであると、たとえ軸部分が充分な剛性を有するダイヤモンドスタイラス等であっても生じやすい。そこで、本発明の形状測定方法における誤差除去工程では、点列データから被検物誤差Ｗ（ｘ）およびプローブ加工誤差Ｐ（ｘ）が除去された後のデータ（既知誤差除去後点列データ）に、まだ撓み誤差が含まれているという前提の下、パソコン５０がこれを除去するための演算を行う。
【００３０】
ステップＳ５２では、パソコン５０が、既知誤差除去後点列データに対して、撓み誤差発生時におけるプローブ１１先端の変位に関する理論モデルを当てはめ、撓みによるプローブ先端のｘ軸方向への変位量Δｘを取得する。
図４は、プローブ１１と被検物１００との接触時にプローブ先端に作用する力を示す図である。プローブ１１の先端が点列データを取得した軌跡上のある点（接触点）Ｐにおいて被検物１００と接触しているとき、接触点Ｐにおける被検物表面１００Ａの傾き角度（被検物１００の設計式を接触点Ｐのｘ軸座標において微分することにより算出可能）をθとすると、プローブ１１の先端に作用する力Ｆは、接触点Ｐにおいて、表面１００Ａに垂直な成分Ｆｃｏｓθと表面１００Ａに平行な成分Ｆｓｉｎθとに分力される。なお、形状測定センサ１を用いた場合、力Ｆはプローブ１１の自重により決定される。具体的には、プローブ１１が水平面に対してわずかに傾斜されて被検物１００に接触するため、自重により生じる重力の水平方向の成分が力Ｆとなる。
【００３１】
表面１００Ａに対して垂直に作用する分力Ｆｃｏｓθは、作用反作用の法則により、Ｆｃｏｓθと同じ大きさの反力Ｎをプローブ１１の先端に作用させる。したがって、反力Ｎのｘ軸方向における分力Ｎｓｉｎθがプローブ１１先端を撓ませる力（以下、「変位力」と称する。）となる。上記より、Ｎ＝Ｆｃｏｓθであるから、公式により、以下の式（１）が成り立つ。
（１） Ｎｓｉｎθ＝Ｆ／２・ｓｉｎ２θ
【００３２】
式（１）で表される変位力により生じるプローブ１１先端のｘ軸方向における変位量Δｘは、プローブ１１を片持ち梁として先端に変位力を加えたときの先端の撓み量として捉えることができるため、材料力学の公式にもとづき、パラメータａおよびｂを有する以下の式（２）として表すことができる。式（２）より、変位量Δｘは、図５に示すモデル曲線のように、θ＝４５のときに最大となる９０度周期の関数であることがわかる。
（２） Δｘ＝ａ・ｓｉｎ２θ＋ｂ
【００３３】
そこで、ステップＳ５２では、既知誤差除去後点列データに対して変位量Δｘの理論モデルである上記式（２）のフィッティング（当てはめ）を行い、最適なパラメータａおよびｂの値を算出する。フィッティングの方法としては、最小二乗法、線形／非線形計画法、探索法等の公知の各種手法を適宜選択して用いることができる。
ステップＳ５２が終了すると、式（２）におけるパラメータａおよびｂが決まると、点列データ上の各点における変位量Δｘが取得される。
【００３４】
接触点Ｐにおいてプローブ１１の先端がｘ軸方向にΔｘだけ変位しているということは、実際にプローブ先端が接触している点における被検物誤差およびプローブ加工誤差、すなわち既知誤差が異なることを意味する。そのため、続くステップＳ５３では、ステップＳ５２で取得された変位量Δｘに基づき、被検物誤差およびプローブ加工誤差をそれぞれＷ（ｘ＋Δｘ）およびＰ（ｘ＋Δｘ）として、既知誤差の再計算を行う（再計算工程）。
【００３５】
続くステップＳ５４では、再計算された既知誤差にもとづいて既知誤差除去後点列データが更新され、更新後の既知誤差除去後点列データに対して上記式（２）のフィッティングが再度行われ、パラメータａおよびｂの値、ならびに変位量Δｘが再取得される。
【００３６】
ステップＳ５５では、変位量Δｘの算出回数が所定回数（例えば５０回）となったか否かが判定される。判定結果がＮｏの場合、処理はステップＳ５３に戻り、再取得された変位量Δｘにもとづき既知誤差の再計算が行われる。判定結果がＹｅｓの場合、処理はステップＳ５６に進む。
【００３７】
ステップＳ５６においてパソコン５０は、各点における変位量Δｘの値にもとづき、撓み誤差によるプローブ１１先端のｚ軸方向の変位量Δｚを、点列データの各点について算出する。図６は、撓み誤差による変位量であるｘ軸方向の変位量Δｘとｚ軸方向の変位量Δｚとの関係を示す図である。本形状測定方法においては、変位量Δｘの実際の値が微小であるため、プローブ１１と被検物表面１００Ａとの接触点Ｐと、撓み誤差を考慮した実際の接触点Ｐａとの間における表面１００Ａの傾きは不変であると定義して、接触点Ｐにおける角度θにもとづき接触点Ｐと接触点Ｐａとを結ぶ線分の傾きを算出して変位量Δｚを算出する。
【００３８】
ステップＳ５７では、ステップＳ５６で算出された各点における変位量Δｚの値を既知誤差除去後点列データから差し引く。これにより、形状測定センサ１で取得された点列データから撓み誤差が除去され、誤差除去工程Ｓ５０が終了する。
その後、点列データを中心軸Ａｘを中心に回転すると、被検物表面１００Ａの全体形状を高精度に取得することができる。
【００３９】
図７に、既知誤差除去後点列データの一例を示す。図７のように、各点におけるθに基づいて各点のデータを並び替えると、図５で示した撓み誤差による変位量と同様の周期成分を含んでおり、既知誤差除去後点列データに撓み誤差が含まれていることが推測される。
この既知誤差除去後データから変位量Δｚを差し引いた結果を図８に示す。点列データから周期成分を有する撓み誤差が除去されることにより、精度の高い点列データを得ることができた。
【００４０】
本実施形態の形状測定方法によれば、誤差除去工程Ｓ５０において、被検物誤差、プローブ加工誤差等の既知の誤差に加えて、従来着目されていなかったプローブ変位誤差である撓み誤差が取得された点列データから除去されるため、先端の曲率半径が小さいダイヤモンドスタイラス等をプローブとして使用した場合でも、精度の高い形状測定を行うことができる。
【００４１】
また、ステップＳ５３ないしＳ５５において、算出された撓み誤差である変位量Δｘにもとづいて既知誤差の再計算および変位量Δｘの再取得が繰り返し行われる。このため、撓み誤差による変位量Δｚを規定する変位量Δｘ、並びに上記パラメータａおよびｂの値を収束させることにより、撓み誤差によるプローブ先端の変位量をさらに高精度に算出して、高精度に形状測定を行うことができる。
【００４２】
本実施形態では、変位量Δｘの再算出を複数回繰り返した後に変位量Δｚが算出される例を説明したが、これに代えて、ΔｘやΔｚの、前回取得値との差分が所定量未満になるまで既知誤差の再計算およびΔｘの再取得を繰り返すようにしてもよい。このように、収束のための演算を終了するための条件は、形状測定に要求される精度等を考慮して適宜設定されてよい。
【００４３】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、撓み誤差理論モデルの当てはめによる変位量Δｘの取得が複数回繰り返して行われる例を説明したが、これに代えて、変位量Δｘの取得を一回だけ行い、これにもとづいて変位量Δｚを算出して、点列データから差し引いてもよい。上述のように、撓み誤差については従来着目されていなかったため、完全に収束していない状態で撓み誤差の除去を行っても、ある程度精度を向上させることができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、点列データから既知誤差を除去した後、既知誤差除去後点列データから撓み誤差を差し引く例を説明したが、これに代えて、既知誤差の除去前に撓み誤差を除去してもよい。ただし、既知誤差が撓み誤差と同様の周期成分を含んでいる等の場合、理論モデルの当てはめ時に当該既知誤差の成分が混入する恐れがあるため、既知誤差を除去してから撓み誤差を除去するのが好ましい。
【００４６】
さらに、当てはめを行う撓み誤差の理論モデルは、上記のものに限定されない。例えば、プローブ先端と被検物表面との間に生じる摩擦等をさらに考慮した理論モデルが用いられても構わない。
【００４７】
加えて、本発明の形状測定方法は、先端の曲率半径が比較的大きいルビー球スタイラス等をプローブに用いた形状測定センサを用いた場合にも適用可能である。ルビー球スタイラス等では先端の撓み変形が比較的起こりにくいことは既に述べたが、接触点においてプローブの先端に上述の力が作用することは何ら変わりない。このような力が所定値以上の大きさとなってプローブに作用すると、先端が撓み変形する代わりに、プローブの軸が傾くことが考えられる。したがって、軸が傾く現象によるプローブ変位誤差に対応した理論モデルを設定し、これを既知誤差除去後データには当てはめることで、軸の傾きによる先端変位量を取得し、既知誤差除去後データから差し引けば、プローブ軸傾きによる誤差を好適に除去することが可能である。
このように、本発明の形状測定方法では、プローブ軸のセンシングを行わずにプローブ変位誤差を好適に除去することができるため、センシング機構を備えない簡素な構造の形状測定センサを用いた表面形状測定にも好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 形状測定センサ
１１ プローブ
１００ 被検物
１００Ａ 表面
Ａｘ 中心軸
Ｓ４０ 点列データ取得工程
Ｓ５０ 誤差除去工程
Ｓ５１ 既知誤差除去工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブを備えた接触走査式の形状測定センサを用いて被検物の表面形状を測定するための形状測定方法であって、
前記形状測定センサにより、前記被検物の中心軸を通る一断面における表面形状の点列データを取得する点列データ取得工程と、
前記点列データから誤差を除去する誤差除去工程と、
を備え、
前記誤差除去工程において、
前記プローブの先端と前記被検物の表面との接触に伴う力によるプローブ先端部の変位に関する理論モデルを前記点列データに当てはめてプローブ変位誤差を取得し、
前記プローブ変位誤差を前記点列データから除去することを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
前記理論モデルは、前記力による前記プローブ先端部の撓み変形を考慮するものであることを特徴とする請求項１に記載の形状測定方法。
【請求項３】
前記誤差除去工程は、被検物誤差およびプローブ加工誤差を含む既知の誤差を除去する既知誤差除去工程を有し、前記既知誤差除去工程後に前記プローブ変位誤差が前記点列データから除去されることを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定方法。
【請求項４】
前記誤差除去工程は、算出された前記プローブ変位誤差にもとづいて前記既知の誤差を再計算する再計算工程をさらに備え、
前記再計算工程で取得された既知の誤差に基づき、前記プローブ変位誤差が再取得されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の形状測定方法。
【請求項１】
プローブを備えた接触走査式の形状測定センサを用いて被検物の表面形状を測定するための形状測定方法であって、
前記形状測定センサにより、前記被検物の中心軸を通る一断面における表面形状の点列データを取得する点列データ取得工程と、
前記点列データから誤差を除去する誤差除去工程と、
を備え、
前記誤差除去工程において、
前記プローブの先端と前記被検物の表面との接触に伴う力によるプローブ先端部の変位に関する理論モデルを前記点列データに当てはめてプローブ変位誤差を取得し、
前記プローブ変位誤差を前記点列データから除去することを特徴とする形状測定方法。
【請求項２】
前記理論モデルは、前記力による前記プローブ先端部の撓み変形を考慮するものであることを特徴とする請求項１に記載の形状測定方法。
【請求項３】
前記誤差除去工程は、被検物誤差およびプローブ加工誤差を含む既知の誤差を除去する既知誤差除去工程を有し、前記既知誤差除去工程後に前記プローブ変位誤差が前記点列データから除去されることを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定方法。
【請求項４】
前記誤差除去工程は、算出された前記プローブ変位誤差にもとづいて前記既知の誤差を再計算する再計算工程をさらに備え、
前記再計算工程で取得された既知の誤差に基づき、前記プローブ変位誤差が再取得されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の形状測定方法。
【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２０１３−１９８３５（Ｐ２０１３−１９８３５Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４７９０（Ｐ２０１１−１５４７９０）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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