特開 2024-157139 校正用データの取得方法、測定値の補正方法、および表面性状測定機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024157139

(43)【公開日】2024-11-07

(54)【発明の名称】校正用データの取得方法、測定値の補正方法、および表面性状測定機

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/00 20060101AFI20241030BHJP

【ＦＩ】

G01B5/00 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023071292

(22)【出願日】2023-04-25

(71)【出願人】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100166545

【弁理士】

【氏名又は名称】折坂 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】小松崎 晋路

【テーマコード（参考）】

2F062

【Ｆターム（参考）】

2F062AA01

2F062AA41

2F062AA51

2F062AA66

2F062DD01

2F062DD21

2F062DD22

2F062DD23

2F062EE01

2F062FF02

2F062GG41

2F062JJ04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】精度の高い測定結果を得るための校正用データの取得方法を提供する。
【解決手段】校正用データの取得方法は、表面性状測定機によるＺ軸方向の測定範囲内の基準位置である複数のＺ軸基準位置に対応する高さの複数の水平な平坦面を有する第１基準ワークについて、複数の平坦面にスタイラスを当接させて平坦面の高さを測定し、Ｚ軸方向の補正前の測定値である基準Ｚ軸座標値を得るステップ、Ｚ軸基準位置と基準Ｚ軸座標値との差分である基準Ｚ軸補正量を、記録するステップと、既知の傾斜角を有する傾斜面が設けられた第２基準ワークについて、第２基準ワークの傾斜面における各Ｚ軸基準位置でのＸ軸方向の位置を測定して、基準Ｘ軸座標値を得るステップと、Ｘ軸基準位置と、Ｚ軸基準位置での基準Ｘ軸座標値との差分である基準Ｘ軸補正量を、Ｚ軸基準位置についての基準Ｚ軸座標値に対応付けて記録するステップと、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークの表面をスタイラスでトレースして前記ワークの表面の性状を測定する表面性状測定機における高さ方向であるＺ軸方向の測定値および前記Ｚ軸方向に直交しトレースする方向に対応するＸ軸方向の測定値を補正するための校正用データの取得方法であって、
前記表面性状測定機によるＺ軸方向の測定範囲内の基準位置である複数のＺ軸基準位置に対応する高さの複数の水平な平坦面を有する第１基準ワークについて、複数の前記平坦面のそれぞれに前記スタイラスを当接させて当該平坦面の高さを測定し、それぞれの前記Ｚ軸基準位置のＺ軸方向の補正前の測定値である基準Ｚ軸座標値を得るステップと、
それぞれの前記Ｚ軸基準位置と当該Ｚ軸基準位置についての基準Ｚ軸座標値との差分である基準Ｚ軸補正量を、前記基準Ｚ軸座標値に対応付けて記録するステップと、
前記表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内にわたって既知の傾斜角を有する傾斜面が設けられた第２基準ワークについて、前記第２基準ワークの前記傾斜面における各Ｚ軸基準位置でのＸ軸方向の位置を測定して、各Ｚ軸基準位置に対応するＸ軸方向の補正前の測定値である基準Ｘ軸座標値を得るステップと、
前記傾斜面の既知の傾斜角と前記Ｚ軸基準位置の高さとに基づいて求められる、前記第２基準ワークの前記傾斜面の前記Ｚ軸基準位置に相当する高さにおけるＸ軸方向の位置であるＸ軸基準位置と、当該Ｚ軸基準位置での前記基準Ｘ軸座標値との差分である基準Ｘ軸補正量を、当該Ｚ軸基準位置についての前記基準Ｚ軸座標値に対応付けて記録するステップと、
を備えたことを特徴とする校正用データの取得方法。

【請求項2】

ワークの表面をスタイラスでトレースして前記ワークの表面の性状を測定する表面性状測定機における高さ方向であるＺ軸方向の測定値およびトレースする方向に対応する水平方向であるＸ軸方向の測定値の補正方法であって、
前記表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内における複数の基準位置である複数のＺ軸基準位置を前記表面性状測定機で測定した測定値である複数の基準Ｚ軸座標値のそれぞれに、当該基準Ｚ軸座標値におけるＺ軸方向の補正量である基準Ｚ軸座標値と、当該基準Ｚ軸座標値におけるＸ軸方向の補正量である基準Ｘ軸座標値と、を対応付けて記録した誤差マップを用いて、前記ワークの表面をトレースして得た測定値に適用すべきＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を求め、求めた補正量測定値を補正することを特徴とする測定値の補正方法。

【請求項3】

前記ワークの表面をトレースして得た測定値に対応するＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を、前記誤差マップに記録された基準Ｚ軸座標値に対応する補正量を補間することにより求めることを特徴とする請求項２に記載の補正方法。

【請求項4】

ワークの表面をスタイラスでトレースして前記ワークの表面の性状を測定する表面性状測定機であって、
ワークの表面をスタイラスでトレースして前記スタイラスの当接位置の高さ方向であるＺ軸方向およびトレースする方向に対応する水平方向であるＸ軸方向の測定値を得る測定部と、
前記表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内における複数の基準位置である複数のＺ軸基準位置を前記表面性状測定機で測定した測定値である複数の基準Ｚ軸座標値のそれぞれに、当該基準Ｚ軸座標値におけるＺ軸方向の補正量である基準Ｚ軸座標値と、当該基準Ｚ軸座標値におけるＸ軸方向の補正量である基準Ｘ軸座標値と、を対応付けて記録した誤差マップを記憶する校正用データ記憶部と、
前記校正用データ記憶部に記憶された誤差マップに基づいて、前記ワークの表面をトレースして得た測定値に適用すべきＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を求め、求めた補正量を前記測定部が取得した測定値に適用して補正済み測定値を演算する補正部と、
を備える表面性状測定機。

【請求項5】

前記補正部は、前記ワークの表面をトレースして得た測定値に対応するＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を、前記誤差マップに記録された基準Ｚ軸座標値に対応する補正量を補間することにより求めることを特徴とする請求項４に記載の表面性状測定機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークの表面をスタイラスでトレースしてワークの表面の性状を測定する表面性状測定機の校正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ワークの表面の形状を測定する測定装置として、ワークの表面をスタイラスでトレースしてスタイラスの変位に基づき測定値を得る形状測定機が知られている。例えば、スタイラスが支点を中心として円弧運動するピボット式の形状測定機では、ワークの表面にスタイラスを接触させた状態でワークとスタイラスとを所定方向に相対移動させ、その際の移動方向に沿った位置とスタイラスの変位とからワークの表面の形状（高さ）を取得している。

【0003】

ここで、ピボット式のスタイラスを用いた形状測定機においては、スタイラスの円弧運動を考慮して測定値を補正する必要がある。例えば特許文献１～５には、ピボット式のスタイラスを用いた測定装置の補正方法が開示される。いずれの技術においても、理想的な球面や円筒面が校正の基準として用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第２７２７０６７号公報

【特許文献2】特許第５１８３８８４号公報

【特許文献3】特許第５１５５５３３号公報

【特許文献4】特許第３２１５３２５号公報

【特許文献5】米国特許第５１５０３１４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

各先行技術文献に開示されているように、校正においては、スタイラスの支点からアーム先端までの長さであるアーム長Ｌ、アーム先端からのスタイラス先端の突き出し量であるオフセットＨ（オフセットＨはエッジ長と呼ばれることもある）、スタイラスの変位を検出するエンコーダの指示値を高さに変換するための係数であるゲインｇ、先端球の半径、スタイラス全体の所定方向（Ｘ軸方向）への移動量を検出するためのＸスケールといった複数のパラメータを校正する必要がある。

【0006】

しかし、一つのパラメータを校正する際に、未校正の他のパラメータが校正に影響を及ぼし、校正誤差を生じることがある。個々のパラメータの校正の誤差により、実際のスタイラス先端の軌道と計算で求められるスタイラス先端の軌道との間に差が生まれ、これが測定誤差につながる。

【0007】

また、上記の複数のパラメータのうち、アーム長ＬやオフセットＨは、スタイラスの個体差の影響を校正するものであるところ、これらのパラメータの公称値からのずれを円弧運動の軌道の計算式に反映させる現行の校正方法では、誤差を十分に抑制することができない場合がある。

【0008】

本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、精度の高い測定結果を得るための校正用データの取得方法、測定値の補正方法、および測定装置（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】

【0009】

上記課題を解決するべく、本発明の実施形態に係る校正用データの取得方法は、ワークの表面をスタイラスでトレースしてワークの表面の性状を測定する表面性状測定機における高さ方向であるＺ軸方向の測定値およびＺ軸方向に直交しトレースする方向に対応するＸ軸方向の測定値を補正するための校正用データの取得方法である。当該校正用データの取得方法は、表面性状測定機によるＺ軸方向の測定範囲内の基準位置である複数のＺ軸基準位置に対応する高さの複数の水平な平坦面を有する第１基準ワークについて、複数の平坦面のそれぞれにスタイラスを当接させて当該平坦面の高さを測定し、それぞれのＺ軸基準位置のＺ軸方向の補正前の測定値である基準Ｚ軸座標値を得るステップと、それぞれのＺ軸基準位置と当該Ｚ軸基準位置についての基準Ｚ軸座標値との差分である基準Ｚ軸補正量を、基準Ｚ軸座標値に対応付けて記録するステップと、表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内にわたって既知の傾斜角を有する傾斜面が設けられた第２基準ワークについて、第２基準ワークの傾斜面における各Ｚ軸基準位置でのＸ軸方向の位置を測定して、各Ｚ軸基準位置に対応するＸ軸方向の補正前の測定値である基準Ｘ軸座標値を得るステップと、傾斜面の既知の傾斜角とＺ軸基準位置の高さとに基づいて求められる、第２基準ワークの傾斜面のＺ軸基準位置に相当する高さにおけるＸ軸方向の位置であるＸ軸基準位置と、当該Ｚ軸基準位置での基準Ｘ軸座標値との差分である基準Ｘ軸補正量を、当該Ｚ軸基準位置についての基準Ｚ軸座標値に対応付けて記録するステップと、を備えることを特徴とする。

【0010】

また、本発明の実施形態に係る測定値の補正方法は、ワークの表面をスタイラスでトレースしてワークの表面の性状を測定する表面性状測定機における高さ方向であるＺ軸方向の測定値およびトレースする方向に対応する水平方向であるＸ軸方向の測定値の補正方法である。当該測定値の補正方法は、表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内における複数の基準位置である複数のＺ軸基準位置を表面性状測定機で測定した測定値である複数の基準Ｚ軸座標値のそれぞれに、当該基準Ｚ軸座標値におけるＺ軸方向の補正量である基準Ｚ軸座標値と、当該基準Ｚ軸座標値におけるＸ軸方向の補正量である基準Ｘ軸座標値と、を対応付けて記録した誤差マップを用いて、ワークの表面をトレースして得た測定値に適用すべきＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を求め、求めた補正量測定値を補正することを特徴とする。

【0011】

上記の測定値の補正方法において、ワークの表面をトレースして得た測定値に対応するＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を、誤差マップに記録された基準Ｚ軸座標値に対応する補正量を補間することにより求めるとよい。

【0012】

また、本発明の実施形態に係る表面性状測定機は、ワークの表面をスタイラスでトレースしてワークの表面の性状を測定する。当該表面性状測定機は、ワークの表面をスタイラスでトレースしてスタイラスの当接位置の高さ方向であるＺ軸方向およびトレースする方向に対応する水平方向であるＸ軸方向の測定値を得る測定部と、表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内における複数の基準位置である複数のＺ軸基準位置を表面性状測定機で測定した測定値である複数の基準Ｚ軸座標値のそれぞれに、当該基準Ｚ軸座標値におけるＺ軸方向の補正量である基準Ｚ軸座標値と、当該基準Ｚ軸座標値におけるＸ軸方向の補正量である基準Ｘ軸座標値と、を対応付けて記録した誤差マップを記憶する校正用データ記憶部と、校正用データ記憶部に記憶された誤差マップに基づいて、ワークの表面をトレースして得た測定値に適用すべきＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を求め、求めた補正量を測定部が取得した測定値に適用して補正済み測定値を演算する補正部と、を備える。

【0013】

本発明では、補正部は、ワークの表面をトレースして得た測定値に対応するＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を、誤差マップに記録された基準Ｚ軸座標値に対応する補正量を補間することにより求めるとよい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る測定装置の構成を例示する模式図である。

【図2】測定装置が備えるコンピュータのブロック図である。

【図3】本実施形態に係る測定装置の機能ブロック図である。

【図4】校正用データ記憶部に記憶される誤差マップを模式的に示す図である。

【図5】第１基準ワークの形状を示す図である。

【図6】第２基準ワークの形状を示す図である。

【図7】本発明の校正方法と従来の校正方法による測定値の精度を比較すべく実施したシミュレーションの結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

【0016】

〔測定装置〕
図１および図２は、本実施形態に係る測定装置１の構成を例示する模式図である。図１には測定装置１の構成図が表され、図２にはコンピュータ３０のブロック図が表される。

【0017】

本実施形態に係る測定装置１は、測定の対象物であるワークＷの表面をスタイラス１０でトレースしてワークＷの表面の位置（高さ）を測定する表面性状測定機である。本実施形態では、高さ方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交しスタイラス１０がワークＷをトレースする方向をＸ軸方向とする。

【0018】

図１に表したように、測定装置１は、スタイラス１０と、検出部２０と、Ｘ軸駆動機構４０と、Ｚ軸駆動機構４５と、コンピュータ３０とを備える。ワークＷはステージＳＴ上に配置される。スタイラス１０、検出部２０、およびＸ軸駆動機構４０は、一体として、Ｚ軸駆動機構４５によりステージＳＴに対しＺ軸方向に移動可能とされる。スタイラス１０および検出部２０は、Ｘ軸駆動機構４０により、ステージＳＴに対しＸ軸方向に移動可能とされる。Ｘ軸駆動機構４０はコンピュータ３０からの指示に応じて検出部２０をＸ軸方向に移動させる。この相対的な移動によって、スタイラス１０が検出部２０とともにＸ軸方向に移動し、ワークＷの表面をトレースすることになる。Ｘ軸駆動機構４０にはＸ軸に沿った移動量を検出するリニアスケール４１が設けられ、検出した移動量を出力する。このリニアスケール４１は、レーザ光の干渉を利用した校正方法等により、別途十分な精度で校正されているものとする。

【0019】

スタイラス１０は、所定の支点を中心として円弧運動するピボット式である。スタイラス１０の円弧運動は、ＸＺ平面に沿って行われる。スタイラス１０の先端には測定子１１が設けられる。スタイラス１０をＸ軸方向に移動させることで測定子１１がワークＷの表面と接触しながら進んでいくことになる。

【0020】

検出部２０は、水平を基準とするスタイラス１０の回転角θを検出するロータリーエンコーダ２１を備える。後述するように、測定装置１は、Ｘ軸駆動機構４０によるスタイラス１０のＸ軸方向への移動量およびロータリーエンコーダ２１で検出した回転角θとに基づき、スタイラス１０のＸ軸方向の位置を算出する。また、測定装置１は、ロータリーエンコーダ２１で検出した回転角θとに基づき、スタイラス１０のＺ軸方向の位置を算出する。このような構成により、測定装置１では、ワークＷの表面に接触する測定子１１のトレースラインに沿った水平位置（Ｘ軸方向の位置）と高さ（Ｚ軸方向の位置）を得ることができる。これにより、トレースラインに沿ったワークＷの表面形状が得られる。

【0021】

図２に表したように、コンピュータ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１、インタフェース３２、出力部３３、入力部３４、主記憶部３５及び副記憶部３６を備える。

【0022】

ＣＰＵ３１は、各種プログラムの実行によって各部を制御する。インタフェース３２は、検出部２０、Ｘ軸駆動機構４０、Ｚ軸駆動機構４５等との情報入出力を行う。例えば、インタフェース３２は検出部２０のＸ軸検出部２２やＺ軸検出部２３から検出された測定値を取り込む。また、インタフェース３２はＸ軸駆動機構４０やＺ軸駆動機構４５に制御信号を与える。また、インタフェース３２は図示しないコンピュータ３０をＬＡＮ（Local Area Network）やＷＡＮ（Wide Area Network）に接続してもよい。

【0023】

出力部３３は、コンピュータ３０で処理した結果を出力する。出力部３３としては、例えば、図示しないディスプレイやプリンタが用いられる。入力部３４は、オペレータから情報を受け付ける。入力部３４には、例えば、図示しないキーボード、ジョイスティック及びマウスが用いられる。また、入力部３４は、記録媒体ＭＭに記録された情報を読み取る機能を含む。

【0024】

主記憶部３５には、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）が用いられる。主記憶部３５の一部として、副記憶部３６の一部が用いられてもよい。副記憶部３６には、例えばＨＤＤ（Hard disk drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）が用いられる。副記憶部３６は、ネットワークを介して接続された外部記憶装置であってもよい。

【0025】

図３は、本実施形態に係る測定装置１の機能ブロック図である。
測定装置１の機能ブロックとしては、測定部１１０、校正用データ取得部１２０、校正用データ記憶部１２５、補正部１３０、出力部１４０及び制御部１５０を備える。

【0026】

測定部１１０は、Ｘ軸駆動制御部１１１、Ｚ軸駆動制御部１１２、Ｘ軸座標算出部１１３、およびＺ軸座標算出部１１４を有する。Ｘ軸駆動制御部１１１は、Ｘ軸駆動機構４０を制御するための指示を与える。Ｚ軸駆動制御部１１２は、Ｚ軸駆動機構４５を制御するための指示を与える。

【0027】

Ｘ軸座標算出部１１３は、Ｘ軸駆動機構４０によるスタイラス１０のＸ軸方向への移動量および測定の際にワークＷの表面形状に追従したスタイラス１０の円弧運動に伴う測定子１１のＸ軸方向への変位量とに基づき、測定子１１がワークＷに当接する位置のＸ軸座標値を算出する。Ｘ軸座標算出部１１３は、Ｘ軸駆動機構４０によるスタイラス１０のＸ軸方向への移動量を、Ｘ軸駆動機構４０に設けられたリニアスケール４１から取得する。また、Ｘ軸座標算出部１１３は、スタイラス１０の公称のアーム長ＬおよびオフセットＨ、並びにロータリーエンコーダ２１にて検出した回転角θを用いて、円弧運動に伴う測定子１１のＸ軸方向への変位量をＬ（１－ｃｏｓθ）－Ｈｓｉｎθにより求める。

【0028】

Ｚ軸座標算出部１１４は、測定の際にワークＷの表面形状に追従したスタイラス１０の円弧運動に伴う測定子１１のＺ軸方向への変位量を算出してＺ軸座標値とする。Ｚ軸座標算出部１１４は、スタイラス１０の公称のアーム長ＬおよびオフセットＨ、並びにロータリーエンコーダ２１にて検出した回転角θを用いて、Ｚ軸座標値ＺをＬｓｉｎθ＋Ｈ（１－ｃｏｓθ）により求める。

【0029】

なお、Ｘ軸座標算出部１１３およびＺ軸座標算出部１１４は、スタイラス１０の円弧運動に伴う測定子１１のＸ軸方向およびＺ軸方向への変位量を算出する際に、スタイラス１０が公称寸法（アーム長およびオフセット）を有するものとして円弧運動に測定子１１の変位量を計算する。このため、Ｘ軸座標算出部１１３およびＺ軸座標算出部１１４の算出する位置は、スタイラス１０のアーム長やオフセットの公称寸法に対する寸法誤差等に起因する誤差を含み得ることになるが、本発明によれば、後述の誤差マップを用いた補正を適用することによりこの誤差を低減することができる。

【0030】

校正用データ取得部１２０は、測定部１１０で取得した測定値を補正するための補正用データを取得する。校正用データ取得部１２０は、後述する校正方法により、Ｚ軸検出部２３から得られるＺ軸の座標値に、Ｚ軸方向の誤差値およびＸ軸方向の誤差値を対応付けた校正用データを取得する。

【0031】

校正用データ記憶部１２５は、図４に示すように、校正用データ取得部１２０が取得した校正用データを記憶する。校正用データ記憶部１２５は、複数のＺ軸方向の基準位置であるＺ軸基準位置についての補正前の測定値である基準Ｚ軸座標値（Ｚｉ）に対応付けて、Ｚ軸方向の補正量（基準Ｚ軸補正量）ｄｚおよびＸ軸方向の補正量（基準Ｘ軸補正量）ｄｘを記憶する。このように校正用データ記憶部１２５が記憶する複数のＺ軸の座標値についての校正用データ群をテーブル化したものを誤差マップと呼ぶ。

【0032】

補正部１３０は、測定部１１０で取得した測定値と校正用データ記憶部１２５に記憶されている誤差マップとに基づいて、補正済み測定値を演算により求める。

【0033】

出力部１４０は、測定結果を出力する。出力部１４０が出力する測定結果は、例えば、トレースラインに沿った一連の補正済み測定値をプロットしたグラフ、トレースラインに沿った一連の補正済み測定値を統計処理して求めた表面性状の各種パラメータ（算術平均粗さＲａ等）である。制御部１５０は、測定部１１０、校正用データ取得部１２０、補正部１３０及び出力部１４０を制御する。

【0034】

このような機能ブロックを備えた測定装置１では、ワークＷの表面の測定値を誤差マップに基づいて補正して、誤差を低減した測定値に基づく測定結果を得ることができる。

【0035】

〔校正方法〕
続いて、校正用データ取得部１２０により校正用データを取得する手順を説明する。

【0036】

はじめに、第１基準ワーク５０を用いて、基準位置におけるＺ軸方向の補正量ｄｚを取得する。第１基準ワーク５０は、図５に示すように、測定装置１によるＺ軸方向の測定範囲（ダイナミックレンジ）内に複数の既知の高さの水平な平坦面５１が階段状に設けられたワークである。第１基準ワーク５０が有する各平坦面５１は、本実施形態の校正方法において、Ｚ軸基準位置を規定するものである。図５の例では、第１基準ワーク５０は、Ｚ軸方向の原点（Ｚ＝０）およびこの原点を基準とする６つの基準位置（Ｚ＝＋Ｚ３、＋Ｚ２、＋Ｚ１、－Ｚ１、－Ｚ２、－Ｚ３）を規定すべく、－Ｚ３から＋Ｚ３までの７つの平坦面５１を有する。第１基準ワーク５０は例えば、複数個のゲージブロックを重ねて段差を形成することにより実現することができる。

【0037】

Ｚ軸基準位置におけるＺ軸方向の補正量ｄｚは、以下の手順で取得する。まず、ステージＳＴに第１基準ワーク５０を、第１基準ワーク５０の平坦面５１の低い段ほど手前（スタイラス１０の支点に近い側）に位置するように載置する。そして、原点を規定するＺ＝０の段にスタイラス１０が当接したときにＺ軸検出部２３の出力する測定値が０となるように、Ｚ軸駆動機構４５によりスタイラス１０の位置を微調整する。これにより、原点Ｚ＝０における補正量ｄｚは０となる。その後、スタイラス１０を第１基準ワーク５０の最上段に当接させ、Ｘ軸駆動機構４０により、スタイラス１０をＸ軸方向に移動させながら上段から順にスタイラスを第１基準ワーク５０の各平坦面をなぞるように移動させ、各平坦面５１の高さを測定する。この測定によりＺ軸検出部２３は各Ｚ軸基準位置におけるＺ軸方向の測定値である基準Ｚ軸座標値Ｚｉを検出する。基準Ｚ軸座標値Ｚｉは、スタイラス１０が公称寸法を有するとして算出される座標値であり、測定により得た基準Ｚ軸座標値Ｚｉと各段が規定するＺ軸基準位置Ｚｒとは必ずしも一致しない。校正用データ取得部１２０は、基準Ｚ軸座標値ＺｉとＺ軸基準位置Ｚｒとの差を当該Ｚ軸基準位置におけるＺ軸方向の補正量（基準Ｚ軸補正量）ｄｚとし、基準Ｚ軸座標値Ｚｉに対応付けて校正用データ記憶部１２５に記録する。すなわち、各Ｚ軸基準位置における基準Ｚ軸補正量ｄｚを、ｄｚ＝Ｚｉ－Ｚｒにより求める。以上により、校正用データ記憶部１２５に記憶される誤差マップにおいて、全てのＺ軸基準位置について、基準Ｚ軸座標値Ｚｉとそれに対応する基準Ｚ軸補正量ｄｚを求めることができる。

【0038】

次に、第２基準ワーク６０を用いて、基準位置におけるＸ軸方向の補正量ｄｘを取得する。第２基準ワーク６０は、図６に示すように測定装置１によるＺ軸方向の測定範囲（ダイナミックレンジ）内にわたって既知の傾斜角αの平坦な傾斜面６１が設けられたワークである。図６の例では、第２基準ワーク６０は、４５度の傾斜面を有する。第２基準ワーク６０は例えば、ダブプリズムにより実現できる。

【0039】

Ｘ軸方向の補正量ｄｘは、以下の手順で取得する。まず、ステージＳＴに第２基準ワーク６０を、傾斜面６１の法線がＸＺ平面と平行となるように（言い換えれば、スタイラス１０が傾斜面６１の最大斜度をトレースするように）載置する。続いて、傾斜面６１にスタイラスを当接させ、Ｘ軸駆動機構４０によりスタイラス１０をＸ軸方向に移動させることでスタイラスを斜面をなぞるように移動させる。そして、Ｚ軸検出部２３の出力する測定値が０となる位置を特定し、このときのＸ軸方向の位置を原点（Ｘ＝０）とし、Ｘ軸検出部２２が検出する座標値を原点の座標値とする。これにより、Ｚ軸方向の原点Ｚ＝０に対応する補正量ｄｘは０となる。そして、Ｘ軸駆動機構４０によりスタイラス１０をＸ軸方向に移動させ、Ｚ軸検出部２３の出力する測定値が校正用データ記憶部１２５に記憶されている誤差マップにおける各基準Ｚ軸座標値Ｚｉと一致する位置において、Ｘ軸検出部２２が検出するＸ軸座標値である基準Ｘ軸座標値Ｘｉを取得する。第２基準ワーク６０の傾斜面６１における各Ｚ軸基準位置に対応する高さでのＸ軸方向の位置（以下、Ｘ軸基準位置という）Ｘｒは、傾斜面６１の傾斜角αと各Ｚ軸基準位置の高さＺｒからＸｒ＝Ｚｒ／ｔａｎαにより正確に求めることができるが、各基準Ｘ軸座標値Ｘｉは、誤差により、対応するＸ軸基準位置Ｘｒとは必ずしも一致しない。校正用データ取得部１２０は、各Ｚ軸基準位置について、基準Ｘ軸座標値ＸｉとＸ軸基準位置Ｘｒとの差をＸ軸方向の補正量（基準Ｘ軸補正量）ｄｘとし、基準Ｚ軸座標値Ｚｉに対応付けて校正用データ記憶部１２５に記録する。すなわち、各Ｚ軸基準位置における基準Ｘ軸補正量ｄｘを、ｄｘ＝Ｘｉ－Ｘｒにより求める。
以上により、校正用データ記憶部１２５に記録される誤差マップにおいて、全てのＺ軸基準位置について、基準Ｚ軸座標値Ｚｉに対応する基準Ｘ軸補正量ｄｘを求めることができ、基準Ｚ軸補正量と合わせ、誤差マップが完成する。

【0040】

〔測定および測定値の補正方法〕
次に、測定値の補正方法について説明する。
測定に先立ち、上述の構成方法により、第１基準ワーク５０と第２基準ワーク６０を用いて校正用データ記憶部１２５に誤差マップを記録しておく。そして、測定対象のワークＷをステージＳＴに載置し、制御部１５０による制御の下で、スタイラス１０の測定子１１をワークＷの表面に当接させてＸ軸駆動機構４０によりスタイラス１０をＸ軸方向に移動させることでワークＷの表面をトレースし、トレースライン上の複数の測定点で測定部１１０のＸ軸検出部２２およびＺ軸検出部２３により測定値を取得する。このようにして測定部１１０により取得される測定値は、スタイラス１０が公称寸法を有するものとして算出されたＸ軸座標値ＸｍとＺ軸座標値Ｚｍの対である。

【0041】

次に、得られた測定値について、スタイラス１０の寸法誤差等による誤差を補正すべく、補正部１３０が、Ｚ軸座標値Ｚｍに応じた補正量（ｄｘおよびｄｚ）を校正用データ記憶部１２５に記録された誤差マップに基づき求め、この補正量を測定値から差し引くことにより誤差分を補正する。すなわち、補正後の測定値をＸｃおよびＺｃとすると、ＸｃとＺｃは、それぞれ、Ｘｃ＝Ｘｍ－ｄｘ、Ｚｃ＝Ｚｍ－ｄｚにより算出される。このようにして、補正後の測定値（Ｘ軸座標値ＸｃとＺ軸座標値Ｚｃの対）を得ることができる。

【0042】

なお、誤差マップには複数のＺ軸基準位置における補正量（ｄｘおよびｄｚ）のみが記録されているため、実際の個々の測定値に対応する補正量は誤差マップに含まれていない場合があるが、Ｚ軸基準位置の間のＺ軸座標に対応する補正量を任意の方法で補間することで、個々の測定値に対応する補正量を算出するとよい。例えば、Ｚ軸基準位置の間のＺ軸座標に対応する補正量を直線補間によって求めるとよい。

【0043】

上記の方法で、トレースライン上の全ての測定点について、補正後の測定値（Ｘ軸座標値ＸｃとＺ軸座標値Ｚｃの対）を取得する。そして取得した一連の測定値に対し所望の処理（たとえばグラフ化、統計処理等）を施した測定結果を、出力部１４０により出力する。

【0044】

このようにして測定装置１は、精度の高い測定結果を得ることができる。

【0045】

なお、上記説明した校正方法および補正方法は、それぞれコンピュータ３０により実行されるプログラムにより実現されてもよい。またこれらのプログラムは、コンピュータ３０が読取可能な記録媒体ＭＭに記録されていてもよいし、ネットワークを介して配信されてもよい。

【0046】

図７は本発明の校正方法と従来の校正方法による測定値の精度を比較すべく実施したシミュレーションの結果を示している。当該シミュレーションでは、半径１５ｍｍの球面の頭頂部を中心に中心角±６０°の範囲を測定したときの測定範囲内における誤差を算出した。スタイラス１０の公称寸法がアーム長Ｌ＝８０ｍｍ、オフセットＨ＝１２．５ｍｍ、測定子１１の先端球の半径Ｒ＝５μｍであるところ、スタイラス１０が、アーム長の誤差ΔＬ＝＋０．３ｍｍ、オフセットの誤差ΔＨ＝＋０．２ｍｍ、先端球の半径の誤差ΔＲ＝＋１μｍの寸法誤差を有するものとした。

【0047】

従来の校正方法では、スタイラス１０のアーム長を投影機を用いて測定して寸法誤差を校正し、ゲージブロックの段差を用いてエンコーダの指示値を高さに変換するための係数であるゲインを校正し、基準球面の測定結果に基づきオフセットを校正した。そして、これらの校正を反映させ測定値を得た。

【0048】

本発明の方法では、スタイラス１０の寸法誤差そのものは校正パラメータとせず、上述の方法により作成した誤差マップを用いて測定値の誤差を補正した。

【0049】

図７（ａ）は、従来の校正方法による場合の測定範囲内での誤差（真値からのずれ）分布を示している。この結果が示すように、従来の校正方法では測定範囲内の位置に依存して、誤差が大きく変動し、最大で±０．２μｍ程度の誤差を含むものとなった。
図７（ｂ）は、本発明の校正方法による場合の測定範囲内での誤差（真値からのずれ）分布を示している。この結果が示すように、本発明の校正方法では測定範囲内の位置によらず誤差を著しく減少させることができ、最大でも±０．０１μｍ程度誤差に抑えることができた。

【0050】

以上説明したように、実施形態に係る校正方法、測定値の補正方法、及び測定装置１によれば、精度の高い測定結果を得ることが可能になる。

【0051】

なお、上記に本実施形態およびその具体例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、本実施形態ではピボット式のスタイラス１０を用いた測定装置１や測定方法を例としたが、ピボット式以外のスタイラス１０を用いた測定装置１や測定方法であっても適用可能である。また、前述の実施形態またはその具体例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

【産業上の利用可能性】

【0052】

以上のように、本発明は、ワークＷの表面形状を測定する形状測定装置及び表面高さを測定する高さ測定装置、表面粗さ測定装置などに好適に利用できる。

【符号の説明】

【0053】

１…測定装置
１０…スタイラス
１１…測定子
２０…検出部
２１…ロータリーエンコーダ
３０…コンピュータ
３１…ＣＰＵ
３２…インタフェース
３３…出力部
３４…入力部
３５…主記憶部
３６…副記憶部
４０…Ｘ軸駆動機構
４１…リニアスケール
４５…Ｚ軸駆動機構
５０…第１基準ワーク
６０…第２基準ワーク
１１０…測定部
１１１…Ｘ軸駆動制御部
１１２…Ｚ軸駆動制御部
１１３…Ｘ軸座標算出部
１１４…Ｚ軸座標算出部
１２０…校正用データ取得部
１２５…校正用データ記憶部
１３０…補正部
１４０…出力部
１５０…制御部
ＳＴ…ステージ
Ｗ…ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】