表面性状測定機
【課題】測定アームに最適な測定力を発生させる表面性状測定機を提供する。
【解決手段】表面性状測定機は、ブラケットに回転軸を支点として円弧運動可能に支持される測定アーム、測定アームの先端に設けられたスタイラス、及び、測定アームを円弧運動方向へ付勢するボイスコイルを備え、スタイラスに測定力を付与する測定アーム姿勢切替機構６０を備えるスタイラス変位検出手段２０と、制御部１００と、を具備し、制御部１００は、ヒステリシス誤差を取得するヒステリシス誤差取得手段１２４と、目標測定力を取得する目標測定力取得手段１２１と、目標測定力及びヒステリシス誤差に基づいて、測定力指令値を算出する指令値算出手段１２５と、測定力指令値に基づいてボイスコイルに電流を入力する駆動制御手段１２２と、を備える。
【解決手段】表面性状測定機は、ブラケットに回転軸を支点として円弧運動可能に支持される測定アーム、測定アームの先端に設けられたスタイラス、及び、測定アームを円弧運動方向へ付勢するボイスコイルを備え、スタイラスに測定力を付与する測定アーム姿勢切替機構６０を備えるスタイラス変位検出手段２０と、制御部１００と、を具備し、制御部１００は、ヒステリシス誤差を取得するヒステリシス誤差取得手段１２４と、目標測定力を取得する目標測定力取得手段１２１と、目標測定力及びヒステリシス誤差に基づいて、測定力指令値を算出する指令値算出手段１２５と、測定力指令値に基づいてボイスコイルに電流を入力する駆動制御手段１２２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面性状測定機に関する。詳しくは、被測定物の表面に接触させるスタイラスを有する測定アームを備えた表面性状測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の表面にスタイラスを接触させて、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の表面追従型測定器（表面性状測定機）は、先端にスタイラスが取り付けられた測定アームを有し、この測定アームは軸を支点として揺動可能に設けられている。また、測定アームは、回転力発生部により回転されることで駆動され、所定方向に測定力が加えることが可能となる。この時、特許文献１の装置では、回転力発生部の回転方向を制御することで、測定方向を上向き又は下向きに変化させることが可能となる。
【０００３】
さらに、この表面性状測定機は、スタイラスの種類、測定方向、検出器の傾きに対し、測定アームに最適な測定力を与えるための測定力指令値を記憶するメモリを備える。そして、メモリに記憶された測定力指令値から条件に合った指令値を読み出して、測定アームに測定力を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１１１３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した特許文献１では、下方向への測定力及び上方向への測定力を最適な値にするための測定力指令値が記憶部に記憶されているが、任意の測定力を発生させたい場合や、新たなスタイラスを追加する場合、測定力指令値を設定し直す必要がある。
しかしながら、測定アームに下向きの測定力を与える場合と、上向きの測定力を与える場合とにおいて、同じ測定力指令値を設定すると、実際に発生する測定力に差（ヒステリシス誤差）が生じる。例えば、１０ｍＮの測定力を発生させるために下向きの測定力を調整した場合であっても、ヒステリシス誤差が１ｍＮある場合、上向きの測定力が９ｍＮとなってしまう。したがって、任意の測定力を発生させたい場合や、新たなスタイラスを追加する場合では、測定方向に応じて測定力を算出する必要があり、作業が煩雑になるという課題があった。
【０００６】
本発明は、容易に測定アームに最適な測定力を発生させることが可能な表面性状測定機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】
本発明の表面性状測定機は、本体に支持軸を支点として円弧運動可能に支持される測定アーム、前記測定アームの先端に設けられ、被測定物に接触可能なスタイラス、及び前記測定アームを円弧運動方向へ付勢し前記スタイラスに測定力を付与する測定力付与手段を備えた検出手段と、前記測定力に対応する指令値を算出して前記測定力付与手段の駆動を制御する制御部と、を具備した表面性状測定機であって、前記測定力付与手段は、前記測定アームを前記支持軸を支点として円弧運動方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、前記制御部は、前記測定アームを円弧運動させた際のヒステリシス誤差を取得するヒステリシス誤差取得手段と、前記測定アームで発生させる目標測定力を取得する目標測定力取得手段と、前記目標測定力及び前記ヒステリシス誤差に基づいて、前記目標測定力に対して前記ボイスコイルに入力する測定力指令値を算出する指令値算出手段と、前記測定力指令値に基づいて、前記ボイスコイルに電流を入力する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、指令値算出手段は、目標測定力取得手段により取得された目標測定力、及びヒステリシス誤差取得手段により取得されたヒステリシス誤差に基づいて、測定力指令値を算出する。このような構成では、例えば目標測定力のみから測定力指令値を求める場合等に比べて、ヒステリシス誤差の影響を低減させるように、目標測定力を補正した測定力指令値を算出することができる。したがって、このような測定力指令値に基づいて、測定アームを駆動させることで、容易に測定アームに最適な目的測定力を発生させることができ、ヒステリシス誤差の影響を抑えた高精度な測定を実施することができる。
【０００９】
本発明の表面性状測定機では、前記検出手段は、前記測定アームの移動量を検出する変位検出部を備え、前記制御部は、前記測定アームの移動速度に対する前記測定力の関係である速度-測定力データを記憶する記憶手段と、所定の仮指令値を前記ボイスコイルに入力して前記測定アームを前記円弧運動方向における第一方向に移動させた際の第一移動速度、及び前記仮指令値を前記ボイスコイルに入力して前記測定アームを前記第一方向とは反対方向となる第二方向に移動させた際の第二移動速度を、前記変位検出部により検出される前記移動量から算出する速度算出手段と、を備え、前記ヒステリシス誤差取得手段は、前記第一移動速度、前記第二移動速度、及び前記速度-測定力データに基づいて、ヒステリシス誤差を算出することが好ましい。
【００１０】
この発明では、速度算出手段は、仮指令値に基づいて測定アームを第一方向に移動させた際の第一移動速度と、前記仮指令値に基づいて測定アームを第二方向に移動させた際の第二移動速度とを算出する。そして、ヒステリシス誤差取得手段は、これらの第一移動速度、第二移動速度と、記憶手段に記憶される速度‐測定力データに基づいて、ヒステリシス誤差を算出する。
ヒステリシス誤差は、測定アームを第一方向に移動させた際に発生する測定力と、測定アームを第二方向に移動させた際に発生する測定力との差であり、測定力と移動速度とは比例関係となる。このため、第一移動速度と第二移動速度との差分（ヒステリシス量）に対する測定力がヒステリシス誤差となる。したがって、ヒステリシス誤差取得手段は、第一移動速度、第二移動速度、及び記憶手段に記憶された速度‐測定力データに基づいて、簡単な演算処理によりヒステリシス誤差を算出することができる。
【００１１】
本発明の表面性状測定機では、前記制御部は、前記ヒステリシス誤差を記憶する記憶手段を備え、前記ヒステリシス誤差取得手段は、前記記憶手段から前記ヒステリシス誤差を取得する構成としてもよい。
ヒステリシス誤差は、測定アームに発生する測定力に関わらず一定の値となる。したがって、記憶手段に予めヒステリシス誤差を記憶しておき、測定力指令値を算出する際に、ヒステリシス誤差取得手段により記憶手段に記憶されたヒステリシス誤差を読み出すことで、より迅速に測定力指令値の算出処理を行うことができる。
【００１２】
本発明の表面性状測定機では、前記記憶手段は、所定の基準指令値と、前記基準指令値に対応する電流を前記ボイスコイルに入力した際に前記測定アームの円弧運動により発生する測定力との差であるゲイン誤差を記憶し、前記指令値算出手段は、前記目標測定力、前記ヒステリシス誤差、及び前記ゲイン誤差に基づいて前記測定力指令値を算出することが好ましい。
本発明では、目標指令値算出手段は、ヒステリシス誤差に加え、ゲイン誤差を低減させる測定指令値を算出することができる。これにより、目標測定力取得手段により取得した目標測定力に対して、より最適な測定力指令値を算出することができ、測定時における誤差の影響をより低減することができる。
【００１３】
本発明の表面性状測定機では、前記目標測定力をＡ、前記基準指令値をＳ、前記ゲイン誤差をＧ、前記ヒステリシス誤差をＨ、前記測定力指令値をＸとした際、前記指令値算出手段は、次式により前記測定力指令値を算出することが好ましい。
【００１４】
［数１］
Ｘ＝Ａ−（Ａ×Ｇ／Ｓ）±（Ｈ／２） …（１）
【００１５】
本発明では、上記（１）式に基づいて、測定アームに目標測定力を発生させるための指令値を算出する。これにより、目標測定力に対してヒステリシス誤差が中央振り分けにでき、かつ、目標測定力に対応したゲイン誤差補正を行うことができる。これにより、誤差の影響を受けない適切な指令値を迅速に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る表面性状測定機を示す斜視図。
【図２】本実施形態のＸ軸駆動機構およびスタイラス変位検出手段を示す図。
【図３】本実施形態の測定アームおよび変位検出器の関係を示す平面図。
【図４】本実施形態の測定アームおよび測定アーム姿勢切替機構を示す図。
【図５】本実施形態のシステム構成を示すブロック図。
【図６】本実施形態の表面性状測定機における測定力指令値の算出処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［表面性状測定機の構成］
図１は、本実施形態に係る表面性状測定機の構成を示す斜視図である。
図１に示すように、表面性状測定機は、ベース１と、このベース１上に載置され上面に被測定物を載置するステージ１０と、被測定物の表面に接触されるスタイラス２６Ａ，２６Ｂを有するスタイラス変位検出手段２０と、このスタイラス変位検出手段２０とステージ１０とを相対移動させる相対移動機構４０とを備える。
【００１８】
相対移動機構４０は、ベース１とステージ１０との間に設けられステージ１０を水平方向の一方向（Ｙ軸方向）へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、ベース１の上面に立設されたコラム４２と、このコラム４２に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられたＺスライダ４３と、このＺスライダ４３を上下方向へ昇降させるＺ軸駆動機構４４と、Ｚスライダ４３に設けられスタイラス変位検出手段２０をステージ１０の移動方向（Ｙ軸方向）およびＺスライダ４３の移動方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）へ移動させるＸ軸駆動機構４５とを備える。従って、相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、スタイラス変位検出手段２０をＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動機構４４と、スタイラス変位検出手段２０をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４５とを含む三次元移動機構によって構成されている。
【００１９】
Ｙ軸駆動機構４１およびＺ軸駆動機構４４は、図示省略されているが、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。
図２は、Ｘ軸駆動機構４５及びスタイラス変位検出手段の構成を示す図である。
Ｘ軸駆動機構４５は、図２に示すように、Ｚスライダ４３に固定された駆動機構本体４６と、この駆動機構本体４６にＸ軸方向と平行に設けられたガイドレール４７と、このガイドレール４７に沿ってＸ軸方向へ移動可能に設けられたＸスライダ４８と、このＸスライダ４８のＸ軸方向位置を検出するＸ軸位置検出器４９と、Ｘスライダ４８をガイドレール４７に沿って移動させる送り機構５０とを備える。
送り機構５０は、駆動機構本体４６にガイドレール４７と平行に設けられＸスライダ４
８に螺合された送りねじ軸５１と、駆動源としてのモータ５２と、このモータ５２の回転を送りねじ軸５１に伝達する回転伝達機構５３とから構成されている。回転伝達機構５３は、例えば、歯車列や、ベルトおよびプーリなどの機構によって構成されている。
【００２０】
スタイラス変位検出手段２０は、図２に示すように、Ｘスライダ４８にボルト２１を介して着脱可能に吊り下げ支持された本体としてのブラケット２２と、このブラケット２２に支持軸としての回転軸２３を支点として上下方向へ揺動可能（円弧運動可能）に支持された測定アーム２４と、この測定アーム２４の先端に設けられた一対のスタイラス２６Ａ，２６Ｂと、測定アーム２４の円弧運動量（本実施形態では、Ｚ軸方向の変位量）を検出する変位検出器２７と、測定アーム２４に位置調整可能に設けられたバランスウエイト２９と、測定アーム２４が円弧運動方向の第一方向（例えば、下方向）に付勢される姿勢および第二方向（例えば、上方向）に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構６０と、ブラケット２２、測定アーム２４、変位検出器２７、バランスウエイト２９、測定アーム姿勢切替機構６０を覆うケーシング２８とを含んで構成されている。
【００２１】
測定アーム２４は、ブラケット２２に回転軸２３を支点として上下方向へ円弧運動可能に支持された第１測定アーム２４Ａと、この第１測定アーム２４Ａの先端に着脱機構２５を介して交換可能に取り付けられた第２測定アーム２４Ｂとから構成されている。着脱機構２５は、第１測定アーム２４Ａと第２測定アーム２４Ｂとが一直線上に配置されるようにこれらを接続する。
スタイラス２６Ａ，２６Ｂは、第２測定アーム２４Ｂに対して円弧運動方向に突出して設けられている。つまり、第２測定アーム２４Ｂに対して上向きのスタイラス２６Ａと下向きのスタイラス２６Ｂとが上下方向に直角に突出して設けられている。
【００２２】
図３は、測定アーム２４および変位検出器２７の関係を示す平面図である。
変位検出器２７は、図３に示すように、測定アーム２４の円弧運動範囲に沿って設けられ、測定アーム２４の円弧運動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成されている。具体的には、測定アーム２４に設けられ測定アーム２４の円弧運動方向に湾曲したスケール２７Ａと、このスケール２７Ａに対向して本体としてのブラケット２２に取り付けられた検出ヘッド２７Ｂとを備える。スケール２７Ａの検出面は、測定アーム２４の軸線上でかつ測定アーム２４の円弧運動面上に配置されている。これにより、スケール２７Ａの検出面、測定アーム２４、スタイラス２６Ａ，２６Ｂ（スタイラス２６Ｂは、図１、図２参照）の先端が同一軸上に配置されることになる。
バランスウエイト２９は、回転軸２３を支点として第１測定アーム２４Ａ側の重量と、第２測定アーム２４Ｂ側の重量とがバランスするように、測定アーム２４の軸方向へ位置調整可能に設けられている。
【００２３】
図４は、測定アーム２４および測定アーム姿勢切替機構６０を示す図である。
測定アーム姿勢切替機構６０は、図４に示すように、第１測定アーム２４Ａの途中に設けられた円筒状の磁石６１と、この磁石６１内を通ってブラケット２２に固定され、測定アーム２４を回転軸２３を支点として円弧運動方向の第一方向および第二方向へ付勢するボイスコイル６２によって構成され、測定力制御回路７０（図５参照）からの指令で制御される。測定力制御回路７０からの指令により、ボイスコイル６２に電流が流されると、ボイスコイル６２から発生する電磁力と磁石６１の磁力により、測定アーム２４の磁石６１がボイスコイル６２に引きつけられ、測定アーム２４の先端が上方向または下方向へ付勢される姿勢に切り替えられる。
ここに、測定アーム姿勢切替機構６０は、測定アーム２４を回転軸２３を支点として円弧運動方向へ付勢するボイスコイル６２を含み、測定アーム２４を円弧運動方向へ付勢しスタイラス２６Ａ，２６Ｂに測定力を付与する本発明の測定力付与手段を兼ねている。
【００２４】
図５は、表面性状測定機のシステム構成を示すブロック図である。
図５に示すように、表面性状測定機は、スタイラス変位検出手段２０と、相対移動機構４０と、制御部１００と、入力手段１０１と、出力手段１０２と、測定力制御回路７０と、備える。
制御部１００は、例えばＣＰＵやメモリ等により構成される。この制御部１００には、相対移動機構４０のＹ軸駆動機構４１、Ｚ軸駆動機構４４、Ｘ軸駆動機構４５、スタイラス変位検出手段２０に含まれる変位検出器２７、測定アーム姿勢切替機構６０（測定アーム姿勢切替機構６０に関しては測定力制御回路７０を介して）、入力手段１０１、出力手段１０２などが接続されている。
【００２５】
制御部１００は、図５に示すように、記憶手段１１０を備える。記憶手段１１０には、表面性状測定機を制御する各種プログラムや各種データが記憶される。
また、記憶手段１１０には、測定アーム２４の移動速度に対する測定力の関係を示す速度‐測定力データが記憶されている。この速度‐測定力データには、例えば、測定アーム２４を円弧運動方向における一方向に所定の基準移動速度で移動させた際に発生する基準測定力が記憶される。なお、測定アーム２４の移動速度と、発生する測定力とは比例関係となるため、速度‐測定力データとして１つのデータが記憶されていればよい。したがって、速度‐測定力データとして、例えば測定アーム２４の基準移動速度が５．２ｍｍ／ｓである場合に、基準測定力が５２ｍＮであるといった実測データが１つ記憶されていればよい。また、この速度‐測定力データとしては、表面形状測定機の製造時の検査工程等において、予め記憶手段１１０に記憶されるものであってもよく、測定者が電子天秤等を用いて実測値を測定し、入力手段１０１から入力されるデータであってもよい。
【００２６】
また、記憶手段１１０には、基準指令値と、当該基準指令値に対応する電流をボイスコイル６２に入力した際に生じるゲイン誤差との関係を示す指令値‐ゲイン誤差データが記憶される。なお、ゲイン誤差は、測定力に対して比例関係となるため、指令値‐ゲイン誤差データとして１つのデータが記憶されていればよい。例えば、基準指令値が５０ｍＮであり、基準指令値に基づいてボイスコイル６２に電流を印加した際の測定力の実測値が５２ｍＮである場合、ゲイン誤差は２ｍＮとなる。この場合では、指令値‐ゲイン誤差データとして、基準指令値５０ｍＮに対してゲイン誤差が２ｍＮである旨のデータが１つ記憶されていればよい。
また、この指令値‐ゲイン誤差データとしては、表面形状測定機の製造時の検査工程等において、例えば上記速度‐測定力データと共に測定され、予め記憶手段１１０に記憶されるものであってもよく、測定者により入力手段１０１から入力されるデータであってもよい。また、測定者により入力手段１０１から入力される速度‐測定力データに基づいて、制御部１００が算出する構成としてもよい。
【００２７】
そして、制御部１００は、図５に示すように、目標測定力取得手段１２１、駆動制御手段１２２、速度算出手段１２３、ヒステリシス誤差取得手段１２４、指令値算出手段１２５、及び測定手段１２６を備える。
目標測定力取得手段１２１は、測定者により入力手段１０１から入力される目標測定力を取得する。この目標測定力は、測定アーム２４を円弧運動させた際に実際に発生させたい測定力となる。
【００２８】
駆動制御手段１２２は、後述する指令値算出手段１２５により算出された測定力指令値等の指令値を、測定力制御回路７０を介して、測定アーム姿勢切替機構６０に出力する。
測定力制御回路７０は、図示は省略するが、入力された測定力指令値に対応する指令速度信号（デジタル信号）を出力する指令信号発生手段、指令速度信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ、アナログ信号に変換された指令速度信号を電流に変換し、ボイスコイル６２に入力する定電流回路等を備える。なお、変位検出器２７からのパルス信号（周波数）を基に測定アーム２４の動作速度に対応した動作速度信号（電圧）を出力する周波数電圧コンバータを備え、減算器により指令速度信号と動作速度信号との差電圧を出力し、定電流回路は、この差電圧を電流に変換して測定アーム姿勢切替機構６０のボイスコイル６２に入力与える構成などとしてもよい。
【００２９】
速度算出手段１２３は、変位検出器２７から出力されるパルス信号を監視し、測定アーム２４の円弧駆動量に基づいて移動速度を算出する。
ヒステリシス誤差取得手段１２４は、速度算出手段１２３により算出される、測定アーム２４を第一方向に移動させた際の第一移動速度、及び測定アーム２４を第二方向に移動させた際の第二移動速度の差分値をヒステリシス量として算出する。また、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、速度‐測定力データに基づいて、ヒステリシス量に対応した力（ヒステリシス誤差）を算出する。
指令値算出手段１２５は、目標測定力、ヒステリシス誤差、及びゲイン誤差に基づいて、目標測定力を発生させるための測定力指令値を算出する。
なお、制御部１００による測定力指令値の算出方法については、後述の測定力指令値の算出処理の説明において詳述する。
【００３０】
測定手段１２６は、変位検出器２７によって検出される測定アーム２４の円弧運動量に基づいて、被測定対象の表面性状を測定する。
【００３１】
［測定力指令値の算出処理］
次に、上記のような表面性状測定機における測定力指令値の算出処理について、図面に基づいて説明する。
図６は、本実施形態の表面性状測定機における測定力指令値の算出処理を示すフローチャートである。
本実施形態の表面性状測定機では、測定力指令値を設定するために、まず、ヒステリシス誤差を算出する。このために、まず、駆動制御手段１２２は、測定アーム２４（スタイラス２６Ａ，２６Ｂ）を円弧運動方向に沿う最上位の端部まで移動させる（Ｓ１）。
【００３２】
この後、駆動制御手段１２２は、測定アーム２４を第一方向（下方向）に移動させる仮の指令値を生成し、測定力制御回路７０を介してボイスコイル６２に入力する（Ｓ２）。これにより、測定アーム２４は、円弧運動方向に沿う最上位の端部から、最下位の端部まで移動する。
この際、速度算出手段１２３は、スタイラス変位検出手段２０の変位検出器２７から出力されるパルス信号を監視し、測定アーム２４の円弧運動量（変位量）から、測定アーム２４の第一方向への移動速度（第一移動速度）を算出する（Ｓ３）。
【００３３】
この後、第二方向に対する第二移動速度も同様に求める。すなわち、駆動制御手段１２２は、測定アーム２４（スタイラス２６Ａ，２６Ｂ）を円弧運動方向に沿う最下位の端部まで移動させる（Ｓ４）。
そして、駆動制御手段１２２は、測定アーム２４を第二方向（上方向）に移動させる仮指令値を生成し、測定力制御回路７０を介してボイスコイル６２に入力する（Ｓ５）。この仮指令値としては、Ｓ２と同一の値を用いる。これにより、測定アーム２４は、円弧運動方向に沿う最下位の端部から、最上位の端部まで移動する。
この際、速度算出手段１２３は、スタイラス変位検出手段２０の変位検出器２７から出力されるパルス信号を監視し、測定アーム２４の円弧運動量（変位量）から、測定アーム２４の第二方向への移動速度（第二移動速度）を算出する（Ｓ６）。
【００３４】
次に、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、第一移動速度及び第二移動速度の差分値であるヒステリシス量を算出する（Ｓ７）。
例えば、Ｓ２及びＳ４において、仮指令値として測定力５０ｍＮの発生を指令し、Ｓ３で算出された第一移動速度が５．２ｍｍ／ｓであり、Ｓ６で算出された第二移動速度が６．４ｍｍ／ｓである場合では、ヒステリシス量は１．２ｍｍ／ｓとなる。
また、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、記憶手段１１０から速度‐測定力データを読み出し、ヒステリシス量に対応する測定力であるヒステリシス誤差を算出する（Ｓ８）。
例えば、速度‐測定力データとして、速度５．２ｍｍ／ｓに対する測定力が５２ｍＮである旨が記憶されている場合、ヒステリシス量１．２ｍｍ／ｓに対するヒステリシス誤差は１．２ｍＮとなる。
【００３５】
この後、目標測定力取得手段１２１は、例えば、測定者による入力手段１０１からの入力指示に従い、目標測定力を取得する（Ｓ９）。
そして、指令値算出手段１２５は、Ｓ９により算出される目標測定力、Ｓ８により算出されるヒステリシス誤差、記憶手段１１０に記憶される指令値‐ゲイン誤差データに基づいて、目標設定力を発生させるための測定力指令値を算出する（Ｓ１０）。
ここで、指令値算出手段１２５は、目標測定力をＡ、ヒステリシス誤差をＨ、指令値‐ゲイン誤差データの基準指令値をＳ、ゲイン誤差をＧとした際に、上述した（１）式「Ｘ＝Ａ−（Ａ×Ｇ／Ｓ）±（Ｈ／２）」に基づいて、測定力指令値Ｘを算出する。
【００３６】
例えばヒステリシス誤差が１．２ｍＮ、目標測定力が３０ｍＮ、基準指令値Ｓが５０ｍＮ、ゲイン誤差Ｇが２ｍＮである場合、
第一方向に対する測定力指令値Ｘ１は、Ｘ１＝３０ｍＮ−（３０ｍＮ×２ｍＮ／５０ｍＮ）−（１．２ｍＮ／２）＝２８．２ｍＮとなる。第二方向に対する測定力指令値Ｘ２は、Ｘ２＝３０ｍＮ−（３０ｍＮ×２ｍＮ／５０ｍＮ）＋（１．２ｍＮ／２）＝２９．４ｍＮとなる。
【００３７】
［実施形態の作用効果］
上述したように、本実施形態の表面性状測定機では、ヒステリシス誤差取得手段１２４によりヒステリシス誤差を算出し、指令値算出手段１２５は、目標測定力取得手段１２１により取得された目標測定力と、算出されたヒステリシス誤差とに基づいて、測定力指令値を算出する。このため、目標測定力のみから測定力指令値を求める場合等に比べて、ヒステリシス誤差の影響を低減させた測定力指令値を算出することができ、誤差の影響を抑えた高精度な測定を実施することができる。
【００３８】
速度算出手段１２３は、所定の仮指令値に基づいて測定アーム２４を第一方向に移動させた際の第一移動速度と、前記仮指令値に基づいて測定アーム２４を第二方向に移動させた際の第二移動速度を算出する。そして、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、記憶手段１１０に記憶される速度‐測定力データに基づいて、第一移動速度及び第二移動速度の差分値（ヒステリシス量）に対応するヒステリシス誤差を算出する。
このような構成とすることで、所定の指令値に対して発生するヒステリシス量を実測値である第一移動速度及び第二移動速度から算出することができ、正確なヒステリシス誤差を算出することができる。また、測定アーム２４に移動速度と測定力とは比例関係となるため、記憶手段１１０に速度‐測定力データを記憶しておくことで、ヒステリシス誤差の算出時に改めて移動速度に対する実際の測定力を測定する必要がなく、簡単な演算処理によりヒステリシス誤差を算出することができる。例えば、速度‐測定力データにおいて、速度Ｖに対して測定力Ｂが記憶されている場合、ヒステリシス量ｖに対するヒステリシス誤差Ｈは、Ｈ＝Ｂ×ｖ／Ｖにより算出することができる。
以上により、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、容易に、かつ正確なヒステリシス誤差を取得することができ、このようなヒステリシス誤差に基づいて測定力指令値を算出することで、高精度な測定を実現することができる。
【００３９】
記憶手段１１０には、基準指令値に対するゲイン誤差を記録した指令値‐ゲイン誤差データが記憶されている。そして、指令値算出手段１２５は、この指令値‐ゲイン誤差データに基づいて測定力指令値を算出する。
これにより、指令値算出手段１２５は、ヒステリシス誤差及びゲイン誤差の双方を低減させることができ、目標測定力を発生させるためのより最適な測定力指令値を算出することができる。
この際、指令値算出手段１２５は、上述した（１）式に基づいて、測定力指令値を算出する。これにより、目標測定力に対応したゲイン誤差を考慮した測定力指令値を算出できる。また、ヒステリシス誤差を中央振り分けとして、測定アーム２４を第一方向に移動させる際の測定力指令値、第二方向に移動させる際の測定力指令値を算出するため、測定アームを第一方向に移動させた際に発生する測定力と、第二方向に移動させた際に発生する測定力を同一にすることができる。
したがって、このような（１）式に基づいて算出される測定力指令値を用いることで、ゲイン誤差やヒステリシス誤差の影響を低減させた高精度な測定を実施することができる。
【００４０】
＜他の実施形態＞
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。
【００４１】
例えば、上記実施形態において、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、速度算出手段１２３により算出される第一移動速度、第二移動速度、及び記憶手段１１０に記憶された速度‐測定力データに基づいて、ヒステリシス誤差を算出した。
しかしながら、上述したようにヒステリシス誤差は、測定力に関わらず、一定の値となる。従って、例えば工場出荷時等における検査工程において、予めヒステリシス誤差を測定し、測定されたヒステリシス誤差を記憶手段１１０に記憶させる構成などとし、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、記憶手段１１０に記憶されたヒステリシス誤差を読み込む構成としてもよい。
このような構成では、例えばヒステリシス誤差を測定実施の度に算出する必要がなく、より容易に、かつ迅速に測定力指令値の算出、及び測定処理を実施することができる。
【００４２】
記憶手段１１０に速度‐測定力データが記憶される例を示したが、例えば測定力指令値の算出時に、実測値に基づいて、速度と測定力の関係を取得する構成としてもよい。
この場合、例えば、駆動制御手段１２２は、測定アーム２４を最上位に移動させた後、基準指令値をボイスコイル６２に入力して、第一方向（下方向）に移動させ、スタイラス２６Ａ（２６Ｂ）を例えば電子天秤等の測定力を測定可能な測定力計測器に接触させる。これにより、基準指令値に対する実際の測定力を測定することが可能となる。
そして、速度算出手段１２３は、変位検出器２７からのパルス信号に基づいて、測定アーム２４の速度を検出する。これにより、測定アーム２４の速度、及び当該速度に対する測定力を取得することができる。
また、基準指令値と、測定力計測器により実際に計測された測定力との差分値を取得することで、基準指令値に対するゲイン誤差を取得することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、例えば、被測定物の表面に接触させるスタイラスを有する測定アームを備えた表面性状測定機に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
２０…スタイラス変位検出手段（検出手段）、２２…ブラケット（本体）、２３…回転軸（支持軸）、２４…測定アーム、２６Ａ，２６Ｂ…スタイラス、２７…変位検出器（変位検出部）、６０…測定アーム姿勢切替機構（測定力付与手段）、６２…ボイスコイル、７０…測定力制御回路、１００…制御部、１１０…記憶手段、１２１…目標測定力取得手段、１２２…駆動制御手段、１２３…速度算出手段、１２４…ヒステリシス誤差取得手段、１２５…指令値算出手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面性状測定機に関する。詳しくは、被測定物の表面に接触させるスタイラスを有する測定アームを備えた表面性状測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の表面にスタイラスを接触させて、被測定物の表面性状を測定する表面性状測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の表面追従型測定器（表面性状測定機）は、先端にスタイラスが取り付けられた測定アームを有し、この測定アームは軸を支点として揺動可能に設けられている。また、測定アームは、回転力発生部により回転されることで駆動され、所定方向に測定力が加えることが可能となる。この時、特許文献１の装置では、回転力発生部の回転方向を制御することで、測定方向を上向き又は下向きに変化させることが可能となる。
【０００３】
さらに、この表面性状測定機は、スタイラスの種類、測定方向、検出器の傾きに対し、測定アームに最適な測定力を与えるための測定力指令値を記憶するメモリを備える。そして、メモリに記憶された測定力指令値から条件に合った指令値を読み出して、測定アームに測定力を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１１１３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した特許文献１では、下方向への測定力及び上方向への測定力を最適な値にするための測定力指令値が記憶部に記憶されているが、任意の測定力を発生させたい場合や、新たなスタイラスを追加する場合、測定力指令値を設定し直す必要がある。
しかしながら、測定アームに下向きの測定力を与える場合と、上向きの測定力を与える場合とにおいて、同じ測定力指令値を設定すると、実際に発生する測定力に差（ヒステリシス誤差）が生じる。例えば、１０ｍＮの測定力を発生させるために下向きの測定力を調整した場合であっても、ヒステリシス誤差が１ｍＮある場合、上向きの測定力が９ｍＮとなってしまう。したがって、任意の測定力を発生させたい場合や、新たなスタイラスを追加する場合では、測定方向に応じて測定力を算出する必要があり、作業が煩雑になるという課題があった。
【０００６】
本発明は、容易に測定アームに最適な測定力を発生させることが可能な表面性状測定機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】
本発明の表面性状測定機は、本体に支持軸を支点として円弧運動可能に支持される測定アーム、前記測定アームの先端に設けられ、被測定物に接触可能なスタイラス、及び前記測定アームを円弧運動方向へ付勢し前記スタイラスに測定力を付与する測定力付与手段を備えた検出手段と、前記測定力に対応する指令値を算出して前記測定力付与手段の駆動を制御する制御部と、を具備した表面性状測定機であって、前記測定力付与手段は、前記測定アームを前記支持軸を支点として円弧運動方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、前記制御部は、前記測定アームを円弧運動させた際のヒステリシス誤差を取得するヒステリシス誤差取得手段と、前記測定アームで発生させる目標測定力を取得する目標測定力取得手段と、前記目標測定力及び前記ヒステリシス誤差に基づいて、前記目標測定力に対して前記ボイスコイルに入力する測定力指令値を算出する指令値算出手段と、前記測定力指令値に基づいて、前記ボイスコイルに電流を入力する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、指令値算出手段は、目標測定力取得手段により取得された目標測定力、及びヒステリシス誤差取得手段により取得されたヒステリシス誤差に基づいて、測定力指令値を算出する。このような構成では、例えば目標測定力のみから測定力指令値を求める場合等に比べて、ヒステリシス誤差の影響を低減させるように、目標測定力を補正した測定力指令値を算出することができる。したがって、このような測定力指令値に基づいて、測定アームを駆動させることで、容易に測定アームに最適な目的測定力を発生させることができ、ヒステリシス誤差の影響を抑えた高精度な測定を実施することができる。
【０００９】
本発明の表面性状測定機では、前記検出手段は、前記測定アームの移動量を検出する変位検出部を備え、前記制御部は、前記測定アームの移動速度に対する前記測定力の関係である速度-測定力データを記憶する記憶手段と、所定の仮指令値を前記ボイスコイルに入力して前記測定アームを前記円弧運動方向における第一方向に移動させた際の第一移動速度、及び前記仮指令値を前記ボイスコイルに入力して前記測定アームを前記第一方向とは反対方向となる第二方向に移動させた際の第二移動速度を、前記変位検出部により検出される前記移動量から算出する速度算出手段と、を備え、前記ヒステリシス誤差取得手段は、前記第一移動速度、前記第二移動速度、及び前記速度-測定力データに基づいて、ヒステリシス誤差を算出することが好ましい。
【００１０】
この発明では、速度算出手段は、仮指令値に基づいて測定アームを第一方向に移動させた際の第一移動速度と、前記仮指令値に基づいて測定アームを第二方向に移動させた際の第二移動速度とを算出する。そして、ヒステリシス誤差取得手段は、これらの第一移動速度、第二移動速度と、記憶手段に記憶される速度‐測定力データに基づいて、ヒステリシス誤差を算出する。
ヒステリシス誤差は、測定アームを第一方向に移動させた際に発生する測定力と、測定アームを第二方向に移動させた際に発生する測定力との差であり、測定力と移動速度とは比例関係となる。このため、第一移動速度と第二移動速度との差分（ヒステリシス量）に対する測定力がヒステリシス誤差となる。したがって、ヒステリシス誤差取得手段は、第一移動速度、第二移動速度、及び記憶手段に記憶された速度‐測定力データに基づいて、簡単な演算処理によりヒステリシス誤差を算出することができる。
【００１１】
本発明の表面性状測定機では、前記制御部は、前記ヒステリシス誤差を記憶する記憶手段を備え、前記ヒステリシス誤差取得手段は、前記記憶手段から前記ヒステリシス誤差を取得する構成としてもよい。
ヒステリシス誤差は、測定アームに発生する測定力に関わらず一定の値となる。したがって、記憶手段に予めヒステリシス誤差を記憶しておき、測定力指令値を算出する際に、ヒステリシス誤差取得手段により記憶手段に記憶されたヒステリシス誤差を読み出すことで、より迅速に測定力指令値の算出処理を行うことができる。
【００１２】
本発明の表面性状測定機では、前記記憶手段は、所定の基準指令値と、前記基準指令値に対応する電流を前記ボイスコイルに入力した際に前記測定アームの円弧運動により発生する測定力との差であるゲイン誤差を記憶し、前記指令値算出手段は、前記目標測定力、前記ヒステリシス誤差、及び前記ゲイン誤差に基づいて前記測定力指令値を算出することが好ましい。
本発明では、目標指令値算出手段は、ヒステリシス誤差に加え、ゲイン誤差を低減させる測定指令値を算出することができる。これにより、目標測定力取得手段により取得した目標測定力に対して、より最適な測定力指令値を算出することができ、測定時における誤差の影響をより低減することができる。
【００１３】
本発明の表面性状測定機では、前記目標測定力をＡ、前記基準指令値をＳ、前記ゲイン誤差をＧ、前記ヒステリシス誤差をＨ、前記測定力指令値をＸとした際、前記指令値算出手段は、次式により前記測定力指令値を算出することが好ましい。
【００１４】
［数１］
Ｘ＝Ａ−（Ａ×Ｇ／Ｓ）±（Ｈ／２） …（１）
【００１５】
本発明では、上記（１）式に基づいて、測定アームに目標測定力を発生させるための指令値を算出する。これにより、目標測定力に対してヒステリシス誤差が中央振り分けにでき、かつ、目標測定力に対応したゲイン誤差補正を行うことができる。これにより、誤差の影響を受けない適切な指令値を迅速に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る表面性状測定機を示す斜視図。
【図２】本実施形態のＸ軸駆動機構およびスタイラス変位検出手段を示す図。
【図３】本実施形態の測定アームおよび変位検出器の関係を示す平面図。
【図４】本実施形態の測定アームおよび測定アーム姿勢切替機構を示す図。
【図５】本実施形態のシステム構成を示すブロック図。
【図６】本実施形態の表面性状測定機における測定力指令値の算出処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［表面性状測定機の構成］
図１は、本実施形態に係る表面性状測定機の構成を示す斜視図である。
図１に示すように、表面性状測定機は、ベース１と、このベース１上に載置され上面に被測定物を載置するステージ１０と、被測定物の表面に接触されるスタイラス２６Ａ，２６Ｂを有するスタイラス変位検出手段２０と、このスタイラス変位検出手段２０とステージ１０とを相対移動させる相対移動機構４０とを備える。
【００１８】
相対移動機構４０は、ベース１とステージ１０との間に設けられステージ１０を水平方向の一方向（Ｙ軸方向）へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、ベース１の上面に立設されたコラム４２と、このコラム４２に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられたＺスライダ４３と、このＺスライダ４３を上下方向へ昇降させるＺ軸駆動機構４４と、Ｚスライダ４３に設けられスタイラス変位検出手段２０をステージ１０の移動方向（Ｙ軸方向）およびＺスライダ４３の移動方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）へ移動させるＸ軸駆動機構４５とを備える。従って、相対移動機構４０は、ステージ１０をＹ軸方向へ移動させるＹ軸駆動機構４１と、スタイラス変位検出手段２０をＺ軸方向へ移動させるＺ軸駆動機構４４と、スタイラス変位検出手段２０をＸ軸方向へ移動させるＸ軸駆動機構４５とを含む三次元移動機構によって構成されている。
【００１９】
Ｙ軸駆動機構４１およびＺ軸駆動機構４４は、図示省略されているが、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。
図２は、Ｘ軸駆動機構４５及びスタイラス変位検出手段の構成を示す図である。
Ｘ軸駆動機構４５は、図２に示すように、Ｚスライダ４３に固定された駆動機構本体４６と、この駆動機構本体４６にＸ軸方向と平行に設けられたガイドレール４７と、このガイドレール４７に沿ってＸ軸方向へ移動可能に設けられたＸスライダ４８と、このＸスライダ４８のＸ軸方向位置を検出するＸ軸位置検出器４９と、Ｘスライダ４８をガイドレール４７に沿って移動させる送り機構５０とを備える。
送り機構５０は、駆動機構本体４６にガイドレール４７と平行に設けられＸスライダ４
８に螺合された送りねじ軸５１と、駆動源としてのモータ５２と、このモータ５２の回転を送りねじ軸５１に伝達する回転伝達機構５３とから構成されている。回転伝達機構５３は、例えば、歯車列や、ベルトおよびプーリなどの機構によって構成されている。
【００２０】
スタイラス変位検出手段２０は、図２に示すように、Ｘスライダ４８にボルト２１を介して着脱可能に吊り下げ支持された本体としてのブラケット２２と、このブラケット２２に支持軸としての回転軸２３を支点として上下方向へ揺動可能（円弧運動可能）に支持された測定アーム２４と、この測定アーム２４の先端に設けられた一対のスタイラス２６Ａ，２６Ｂと、測定アーム２４の円弧運動量（本実施形態では、Ｚ軸方向の変位量）を検出する変位検出器２７と、測定アーム２４に位置調整可能に設けられたバランスウエイト２９と、測定アーム２４が円弧運動方向の第一方向（例えば、下方向）に付勢される姿勢および第二方向（例えば、上方向）に付勢される姿勢に切り替える測定アーム姿勢切替機構６０と、ブラケット２２、測定アーム２４、変位検出器２７、バランスウエイト２９、測定アーム姿勢切替機構６０を覆うケーシング２８とを含んで構成されている。
【００２１】
測定アーム２４は、ブラケット２２に回転軸２３を支点として上下方向へ円弧運動可能に支持された第１測定アーム２４Ａと、この第１測定アーム２４Ａの先端に着脱機構２５を介して交換可能に取り付けられた第２測定アーム２４Ｂとから構成されている。着脱機構２５は、第１測定アーム２４Ａと第２測定アーム２４Ｂとが一直線上に配置されるようにこれらを接続する。
スタイラス２６Ａ，２６Ｂは、第２測定アーム２４Ｂに対して円弧運動方向に突出して設けられている。つまり、第２測定アーム２４Ｂに対して上向きのスタイラス２６Ａと下向きのスタイラス２６Ｂとが上下方向に直角に突出して設けられている。
【００２２】
図３は、測定アーム２４および変位検出器２７の関係を示す平面図である。
変位検出器２７は、図３に示すように、測定アーム２４の円弧運動範囲に沿って設けられ、測定アーム２４の円弧運動量に対応した数のパルス信号を出力する位置検出器によって構成されている。具体的には、測定アーム２４に設けられ測定アーム２４の円弧運動方向に湾曲したスケール２７Ａと、このスケール２７Ａに対向して本体としてのブラケット２２に取り付けられた検出ヘッド２７Ｂとを備える。スケール２７Ａの検出面は、測定アーム２４の軸線上でかつ測定アーム２４の円弧運動面上に配置されている。これにより、スケール２７Ａの検出面、測定アーム２４、スタイラス２６Ａ，２６Ｂ（スタイラス２６Ｂは、図１、図２参照）の先端が同一軸上に配置されることになる。
バランスウエイト２９は、回転軸２３を支点として第１測定アーム２４Ａ側の重量と、第２測定アーム２４Ｂ側の重量とがバランスするように、測定アーム２４の軸方向へ位置調整可能に設けられている。
【００２３】
図４は、測定アーム２４および測定アーム姿勢切替機構６０を示す図である。
測定アーム姿勢切替機構６０は、図４に示すように、第１測定アーム２４Ａの途中に設けられた円筒状の磁石６１と、この磁石６１内を通ってブラケット２２に固定され、測定アーム２４を回転軸２３を支点として円弧運動方向の第一方向および第二方向へ付勢するボイスコイル６２によって構成され、測定力制御回路７０（図５参照）からの指令で制御される。測定力制御回路７０からの指令により、ボイスコイル６２に電流が流されると、ボイスコイル６２から発生する電磁力と磁石６１の磁力により、測定アーム２４の磁石６１がボイスコイル６２に引きつけられ、測定アーム２４の先端が上方向または下方向へ付勢される姿勢に切り替えられる。
ここに、測定アーム姿勢切替機構６０は、測定アーム２４を回転軸２３を支点として円弧運動方向へ付勢するボイスコイル６２を含み、測定アーム２４を円弧運動方向へ付勢しスタイラス２６Ａ，２６Ｂに測定力を付与する本発明の測定力付与手段を兼ねている。
【００２４】
図５は、表面性状測定機のシステム構成を示すブロック図である。
図５に示すように、表面性状測定機は、スタイラス変位検出手段２０と、相対移動機構４０と、制御部１００と、入力手段１０１と、出力手段１０２と、測定力制御回路７０と、備える。
制御部１００は、例えばＣＰＵやメモリ等により構成される。この制御部１００には、相対移動機構４０のＹ軸駆動機構４１、Ｚ軸駆動機構４４、Ｘ軸駆動機構４５、スタイラス変位検出手段２０に含まれる変位検出器２７、測定アーム姿勢切替機構６０（測定アーム姿勢切替機構６０に関しては測定力制御回路７０を介して）、入力手段１０１、出力手段１０２などが接続されている。
【００２５】
制御部１００は、図５に示すように、記憶手段１１０を備える。記憶手段１１０には、表面性状測定機を制御する各種プログラムや各種データが記憶される。
また、記憶手段１１０には、測定アーム２４の移動速度に対する測定力の関係を示す速度‐測定力データが記憶されている。この速度‐測定力データには、例えば、測定アーム２４を円弧運動方向における一方向に所定の基準移動速度で移動させた際に発生する基準測定力が記憶される。なお、測定アーム２４の移動速度と、発生する測定力とは比例関係となるため、速度‐測定力データとして１つのデータが記憶されていればよい。したがって、速度‐測定力データとして、例えば測定アーム２４の基準移動速度が５．２ｍｍ／ｓである場合に、基準測定力が５２ｍＮであるといった実測データが１つ記憶されていればよい。また、この速度‐測定力データとしては、表面形状測定機の製造時の検査工程等において、予め記憶手段１１０に記憶されるものであってもよく、測定者が電子天秤等を用いて実測値を測定し、入力手段１０１から入力されるデータであってもよい。
【００２６】
また、記憶手段１１０には、基準指令値と、当該基準指令値に対応する電流をボイスコイル６２に入力した際に生じるゲイン誤差との関係を示す指令値‐ゲイン誤差データが記憶される。なお、ゲイン誤差は、測定力に対して比例関係となるため、指令値‐ゲイン誤差データとして１つのデータが記憶されていればよい。例えば、基準指令値が５０ｍＮであり、基準指令値に基づいてボイスコイル６２に電流を印加した際の測定力の実測値が５２ｍＮである場合、ゲイン誤差は２ｍＮとなる。この場合では、指令値‐ゲイン誤差データとして、基準指令値５０ｍＮに対してゲイン誤差が２ｍＮである旨のデータが１つ記憶されていればよい。
また、この指令値‐ゲイン誤差データとしては、表面形状測定機の製造時の検査工程等において、例えば上記速度‐測定力データと共に測定され、予め記憶手段１１０に記憶されるものであってもよく、測定者により入力手段１０１から入力されるデータであってもよい。また、測定者により入力手段１０１から入力される速度‐測定力データに基づいて、制御部１００が算出する構成としてもよい。
【００２７】
そして、制御部１００は、図５に示すように、目標測定力取得手段１２１、駆動制御手段１２２、速度算出手段１２３、ヒステリシス誤差取得手段１２４、指令値算出手段１２５、及び測定手段１２６を備える。
目標測定力取得手段１２１は、測定者により入力手段１０１から入力される目標測定力を取得する。この目標測定力は、測定アーム２４を円弧運動させた際に実際に発生させたい測定力となる。
【００２８】
駆動制御手段１２２は、後述する指令値算出手段１２５により算出された測定力指令値等の指令値を、測定力制御回路７０を介して、測定アーム姿勢切替機構６０に出力する。
測定力制御回路７０は、図示は省略するが、入力された測定力指令値に対応する指令速度信号（デジタル信号）を出力する指令信号発生手段、指令速度信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ、アナログ信号に変換された指令速度信号を電流に変換し、ボイスコイル６２に入力する定電流回路等を備える。なお、変位検出器２７からのパルス信号（周波数）を基に測定アーム２４の動作速度に対応した動作速度信号（電圧）を出力する周波数電圧コンバータを備え、減算器により指令速度信号と動作速度信号との差電圧を出力し、定電流回路は、この差電圧を電流に変換して測定アーム姿勢切替機構６０のボイスコイル６２に入力与える構成などとしてもよい。
【００２９】
速度算出手段１２３は、変位検出器２７から出力されるパルス信号を監視し、測定アーム２４の円弧駆動量に基づいて移動速度を算出する。
ヒステリシス誤差取得手段１２４は、速度算出手段１２３により算出される、測定アーム２４を第一方向に移動させた際の第一移動速度、及び測定アーム２４を第二方向に移動させた際の第二移動速度の差分値をヒステリシス量として算出する。また、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、速度‐測定力データに基づいて、ヒステリシス量に対応した力（ヒステリシス誤差）を算出する。
指令値算出手段１２５は、目標測定力、ヒステリシス誤差、及びゲイン誤差に基づいて、目標測定力を発生させるための測定力指令値を算出する。
なお、制御部１００による測定力指令値の算出方法については、後述の測定力指令値の算出処理の説明において詳述する。
【００３０】
測定手段１２６は、変位検出器２７によって検出される測定アーム２４の円弧運動量に基づいて、被測定対象の表面性状を測定する。
【００３１】
［測定力指令値の算出処理］
次に、上記のような表面性状測定機における測定力指令値の算出処理について、図面に基づいて説明する。
図６は、本実施形態の表面性状測定機における測定力指令値の算出処理を示すフローチャートである。
本実施形態の表面性状測定機では、測定力指令値を設定するために、まず、ヒステリシス誤差を算出する。このために、まず、駆動制御手段１２２は、測定アーム２４（スタイラス２６Ａ，２６Ｂ）を円弧運動方向に沿う最上位の端部まで移動させる（Ｓ１）。
【００３２】
この後、駆動制御手段１２２は、測定アーム２４を第一方向（下方向）に移動させる仮の指令値を生成し、測定力制御回路７０を介してボイスコイル６２に入力する（Ｓ２）。これにより、測定アーム２４は、円弧運動方向に沿う最上位の端部から、最下位の端部まで移動する。
この際、速度算出手段１２３は、スタイラス変位検出手段２０の変位検出器２７から出力されるパルス信号を監視し、測定アーム２４の円弧運動量（変位量）から、測定アーム２４の第一方向への移動速度（第一移動速度）を算出する（Ｓ３）。
【００３３】
この後、第二方向に対する第二移動速度も同様に求める。すなわち、駆動制御手段１２２は、測定アーム２４（スタイラス２６Ａ，２６Ｂ）を円弧運動方向に沿う最下位の端部まで移動させる（Ｓ４）。
そして、駆動制御手段１２２は、測定アーム２４を第二方向（上方向）に移動させる仮指令値を生成し、測定力制御回路７０を介してボイスコイル６２に入力する（Ｓ５）。この仮指令値としては、Ｓ２と同一の値を用いる。これにより、測定アーム２４は、円弧運動方向に沿う最下位の端部から、最上位の端部まで移動する。
この際、速度算出手段１２３は、スタイラス変位検出手段２０の変位検出器２７から出力されるパルス信号を監視し、測定アーム２４の円弧運動量（変位量）から、測定アーム２４の第二方向への移動速度（第二移動速度）を算出する（Ｓ６）。
【００３４】
次に、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、第一移動速度及び第二移動速度の差分値であるヒステリシス量を算出する（Ｓ７）。
例えば、Ｓ２及びＳ４において、仮指令値として測定力５０ｍＮの発生を指令し、Ｓ３で算出された第一移動速度が５．２ｍｍ／ｓであり、Ｓ６で算出された第二移動速度が６．４ｍｍ／ｓである場合では、ヒステリシス量は１．２ｍｍ／ｓとなる。
また、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、記憶手段１１０から速度‐測定力データを読み出し、ヒステリシス量に対応する測定力であるヒステリシス誤差を算出する（Ｓ８）。
例えば、速度‐測定力データとして、速度５．２ｍｍ／ｓに対する測定力が５２ｍＮである旨が記憶されている場合、ヒステリシス量１．２ｍｍ／ｓに対するヒステリシス誤差は１．２ｍＮとなる。
【００３５】
この後、目標測定力取得手段１２１は、例えば、測定者による入力手段１０１からの入力指示に従い、目標測定力を取得する（Ｓ９）。
そして、指令値算出手段１２５は、Ｓ９により算出される目標測定力、Ｓ８により算出されるヒステリシス誤差、記憶手段１１０に記憶される指令値‐ゲイン誤差データに基づいて、目標設定力を発生させるための測定力指令値を算出する（Ｓ１０）。
ここで、指令値算出手段１２５は、目標測定力をＡ、ヒステリシス誤差をＨ、指令値‐ゲイン誤差データの基準指令値をＳ、ゲイン誤差をＧとした際に、上述した（１）式「Ｘ＝Ａ−（Ａ×Ｇ／Ｓ）±（Ｈ／２）」に基づいて、測定力指令値Ｘを算出する。
【００３６】
例えばヒステリシス誤差が１．２ｍＮ、目標測定力が３０ｍＮ、基準指令値Ｓが５０ｍＮ、ゲイン誤差Ｇが２ｍＮである場合、
第一方向に対する測定力指令値Ｘ１は、Ｘ１＝３０ｍＮ−（３０ｍＮ×２ｍＮ／５０ｍＮ）−（１．２ｍＮ／２）＝２８．２ｍＮとなる。第二方向に対する測定力指令値Ｘ２は、Ｘ２＝３０ｍＮ−（３０ｍＮ×２ｍＮ／５０ｍＮ）＋（１．２ｍＮ／２）＝２９．４ｍＮとなる。
【００３７】
［実施形態の作用効果］
上述したように、本実施形態の表面性状測定機では、ヒステリシス誤差取得手段１２４によりヒステリシス誤差を算出し、指令値算出手段１２５は、目標測定力取得手段１２１により取得された目標測定力と、算出されたヒステリシス誤差とに基づいて、測定力指令値を算出する。このため、目標測定力のみから測定力指令値を求める場合等に比べて、ヒステリシス誤差の影響を低減させた測定力指令値を算出することができ、誤差の影響を抑えた高精度な測定を実施することができる。
【００３８】
速度算出手段１２３は、所定の仮指令値に基づいて測定アーム２４を第一方向に移動させた際の第一移動速度と、前記仮指令値に基づいて測定アーム２４を第二方向に移動させた際の第二移動速度を算出する。そして、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、記憶手段１１０に記憶される速度‐測定力データに基づいて、第一移動速度及び第二移動速度の差分値（ヒステリシス量）に対応するヒステリシス誤差を算出する。
このような構成とすることで、所定の指令値に対して発生するヒステリシス量を実測値である第一移動速度及び第二移動速度から算出することができ、正確なヒステリシス誤差を算出することができる。また、測定アーム２４に移動速度と測定力とは比例関係となるため、記憶手段１１０に速度‐測定力データを記憶しておくことで、ヒステリシス誤差の算出時に改めて移動速度に対する実際の測定力を測定する必要がなく、簡単な演算処理によりヒステリシス誤差を算出することができる。例えば、速度‐測定力データにおいて、速度Ｖに対して測定力Ｂが記憶されている場合、ヒステリシス量ｖに対するヒステリシス誤差Ｈは、Ｈ＝Ｂ×ｖ／Ｖにより算出することができる。
以上により、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、容易に、かつ正確なヒステリシス誤差を取得することができ、このようなヒステリシス誤差に基づいて測定力指令値を算出することで、高精度な測定を実現することができる。
【００３９】
記憶手段１１０には、基準指令値に対するゲイン誤差を記録した指令値‐ゲイン誤差データが記憶されている。そして、指令値算出手段１２５は、この指令値‐ゲイン誤差データに基づいて測定力指令値を算出する。
これにより、指令値算出手段１２５は、ヒステリシス誤差及びゲイン誤差の双方を低減させることができ、目標測定力を発生させるためのより最適な測定力指令値を算出することができる。
この際、指令値算出手段１２５は、上述した（１）式に基づいて、測定力指令値を算出する。これにより、目標測定力に対応したゲイン誤差を考慮した測定力指令値を算出できる。また、ヒステリシス誤差を中央振り分けとして、測定アーム２４を第一方向に移動させる際の測定力指令値、第二方向に移動させる際の測定力指令値を算出するため、測定アームを第一方向に移動させた際に発生する測定力と、第二方向に移動させた際に発生する測定力を同一にすることができる。
したがって、このような（１）式に基づいて算出される測定力指令値を用いることで、ゲイン誤差やヒステリシス誤差の影響を低減させた高精度な測定を実施することができる。
【００４０】
＜他の実施形態＞
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。
【００４１】
例えば、上記実施形態において、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、速度算出手段１２３により算出される第一移動速度、第二移動速度、及び記憶手段１１０に記憶された速度‐測定力データに基づいて、ヒステリシス誤差を算出した。
しかしながら、上述したようにヒステリシス誤差は、測定力に関わらず、一定の値となる。従って、例えば工場出荷時等における検査工程において、予めヒステリシス誤差を測定し、測定されたヒステリシス誤差を記憶手段１１０に記憶させる構成などとし、ヒステリシス誤差取得手段１２４は、記憶手段１１０に記憶されたヒステリシス誤差を読み込む構成としてもよい。
このような構成では、例えばヒステリシス誤差を測定実施の度に算出する必要がなく、より容易に、かつ迅速に測定力指令値の算出、及び測定処理を実施することができる。
【００４２】
記憶手段１１０に速度‐測定力データが記憶される例を示したが、例えば測定力指令値の算出時に、実測値に基づいて、速度と測定力の関係を取得する構成としてもよい。
この場合、例えば、駆動制御手段１２２は、測定アーム２４を最上位に移動させた後、基準指令値をボイスコイル６２に入力して、第一方向（下方向）に移動させ、スタイラス２６Ａ（２６Ｂ）を例えば電子天秤等の測定力を測定可能な測定力計測器に接触させる。これにより、基準指令値に対する実際の測定力を測定することが可能となる。
そして、速度算出手段１２３は、変位検出器２７からのパルス信号に基づいて、測定アーム２４の速度を検出する。これにより、測定アーム２４の速度、及び当該速度に対する測定力を取得することができる。
また、基準指令値と、測定力計測器により実際に計測された測定力との差分値を取得することで、基準指令値に対するゲイン誤差を取得することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、例えば、被測定物の表面に接触させるスタイラスを有する測定アームを備えた表面性状測定機に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
２０…スタイラス変位検出手段（検出手段）、２２…ブラケット（本体）、２３…回転軸（支持軸）、２４…測定アーム、２６Ａ，２６Ｂ…スタイラス、２７…変位検出器（変位検出部）、６０…測定アーム姿勢切替機構（測定力付与手段）、６２…ボイスコイル、７０…測定力制御回路、１００…制御部、１１０…記憶手段、１２１…目標測定力取得手段、１２２…駆動制御手段、１２３…速度算出手段、１２４…ヒステリシス誤差取得手段、１２５…指令値算出手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に支持軸を支点として円弧運動可能に支持される測定アーム、前記測定アームの先端に設けられ、被測定物に接触可能なスタイラス、及び前記測定アームを円弧運動方向へ付勢し前記スタイラスに測定力を付与する測定力付与手段を備える検出手段と、
前記測定力に対応する指令値を算出して前記測定力付与手段の駆動を制御する制御部と、
を具備した表面性状測定機であって、
前記測定力付与手段は、前記測定アームを前記支持軸を支点として円弧運動方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、
前記制御部は、
前記測定アームを円弧運動させた際のヒステリシス誤差を取得するヒステリシス誤差取得手段と、
前記測定アームで発生させる目標測定力を取得する目標測定力取得手段と、
前記目標測定力及び前記ヒステリシス誤差に基づいて、前記目標測定力に対して前記ボイスコイルに入力する測定力指令値を算出する指令値算出手段と、
前記測定力指令値に基づいて、前記ボイスコイルに電流を入力する駆動制御手段と、
を備えることを特徴とする表面性状測定機。
【請求項２】
請求項１に記載の表面性状測定機において、
前記検出手段は、前記測定アームの移動量を検出する変位検出部を備え、
前記制御部は、
前記測定アームの移動速度に対する前記測定力の関係である速度-測定力データを記憶する記憶手段と、
所定の仮指令値を前記ボイスコイルに入力して前記測定アームを前記円弧運動方向における第一方向に移動させた際の第一移動速度、及び前記仮指令値を前記ボイスコイルに入力して前記測定アームを前記第一方向とは反対方向となる第二方向に移動させた際の第二移動速度を、前記変位検出部により検出される前記移動量から算出する速度算出手段と、を備え、
前記ヒステリシス誤差取得手段は、前記第一移動速度、前記第二移動速度、及び前記速度-測定力データに基づいて、ヒステリシス誤差を算出する
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項３】
請求項１に記載の表面性状測定機において、
前記制御部は、前記ヒステリシス誤差を記憶する記憶手段を備え、
前記ヒステリシス誤差取得手段は、前記記憶手段から前記ヒステリシス誤差を取得する
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の表面性状測定機において、
前記記憶手段は、所定の基準指令値と、前記基準指令値に対応する電流を前記ボイスコイルに入力した際に前記測定アームの円弧運動により発生する測定力との差であるゲイン誤差を記憶し、
前記指令値算出手段は、前記目標測定力、前記ヒステリシス誤差、及び前記ゲイン誤差に基づいて前記測定力指令値を算出する
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項５】
請求項４に記載の表面性状測定機において、
前記目標測定力をＡ、前記基準指令値をＳ、前記ゲイン誤差をＧ、前記ヒステリシス誤差をＨ、前記測定力指令値をＸとした際、
前記指令値算出手段は、次式により前記測定力指令値を算出する
［数１］
Ｘ＝Ａ−（Ａ×Ｇ／Ｓ）±（Ｈ／２）
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項１】
本体に支持軸を支点として円弧運動可能に支持される測定アーム、前記測定アームの先端に設けられ、被測定物に接触可能なスタイラス、及び前記測定アームを円弧運動方向へ付勢し前記スタイラスに測定力を付与する測定力付与手段を備える検出手段と、
前記測定力に対応する指令値を算出して前記測定力付与手段の駆動を制御する制御部と、
を具備した表面性状測定機であって、
前記測定力付与手段は、前記測定アームを前記支持軸を支点として円弧運動方向へ付勢するボイスコイルを含んで構成され、
前記制御部は、
前記測定アームを円弧運動させた際のヒステリシス誤差を取得するヒステリシス誤差取得手段と、
前記測定アームで発生させる目標測定力を取得する目標測定力取得手段と、
前記目標測定力及び前記ヒステリシス誤差に基づいて、前記目標測定力に対して前記ボイスコイルに入力する測定力指令値を算出する指令値算出手段と、
前記測定力指令値に基づいて、前記ボイスコイルに電流を入力する駆動制御手段と、
を備えることを特徴とする表面性状測定機。
【請求項２】
請求項１に記載の表面性状測定機において、
前記検出手段は、前記測定アームの移動量を検出する変位検出部を備え、
前記制御部は、
前記測定アームの移動速度に対する前記測定力の関係である速度-測定力データを記憶する記憶手段と、
所定の仮指令値を前記ボイスコイルに入力して前記測定アームを前記円弧運動方向における第一方向に移動させた際の第一移動速度、及び前記仮指令値を前記ボイスコイルに入力して前記測定アームを前記第一方向とは反対方向となる第二方向に移動させた際の第二移動速度を、前記変位検出部により検出される前記移動量から算出する速度算出手段と、を備え、
前記ヒステリシス誤差取得手段は、前記第一移動速度、前記第二移動速度、及び前記速度-測定力データに基づいて、ヒステリシス誤差を算出する
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項３】
請求項１に記載の表面性状測定機において、
前記制御部は、前記ヒステリシス誤差を記憶する記憶手段を備え、
前記ヒステリシス誤差取得手段は、前記記憶手段から前記ヒステリシス誤差を取得する
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の表面性状測定機において、
前記記憶手段は、所定の基準指令値と、前記基準指令値に対応する電流を前記ボイスコイルに入力した際に前記測定アームの円弧運動により発生する測定力との差であるゲイン誤差を記憶し、
前記指令値算出手段は、前記目標測定力、前記ヒステリシス誤差、及び前記ゲイン誤差に基づいて前記測定力指令値を算出する
ことを特徴とする表面性状測定機。
【請求項５】
請求項４に記載の表面性状測定機において、
前記目標測定力をＡ、前記基準指令値をＳ、前記ゲイン誤差をＧ、前記ヒステリシス誤差をＨ、前記測定力指令値をＸとした際、
前記指令値算出手段は、次式により前記測定力指令値を算出する
［数１］
Ｘ＝Ａ−（Ａ×Ｇ／Ｓ）±（Ｈ／２）
ことを特徴とする表面性状測定機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０８９４６（Ｐ２０１３−１０８９４６Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６３３７（Ｐ２０１１−２５６３３７）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
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