CN1847787A - 表面特性测量仪的平直度校正方法以及表面特性测量仪 - Google Patents

Abstract

一种表面特性测量仪及平直度校正方法，为进行测量而旋转检测器时测量仪能根据检测器转角位置作校正操作。方法包括校正数据存储步骤，将相应于对应于粗糙度检测器设定于不同转角位置的转角位置的X轴驱动单元的移动位置的检测器校正数据存储到校正数据存储部；测量数据获取步骤，测量时获取在粗糙度检测器由旋转单元设定于对应于被测物体测量面的任何转角位置的状态下和在探测针接触被测物体测量表面的状态下驱动X轴驱动单元时作为测量数据的X轴驱动单元的移动位置和粗糙度检测器的移动量；校正计算步骤，从校正数据存储部读取与测量时粗糙度检测器转角位置一致或接近的检测器校正数据，利用所得检测器校正数据校正测量数据。

Description

表面特性测量仪的平直度 校正方法以及表面特性测量仪

技术领域

本发明涉及一种表面特性测量仪的平直度校正方法和表面特性测量仪。例如，本发明涉及一种用于表面特性测量仪的平直度校正方法，测量被测物体的表面特性，例如表面粗糙度、表面起伏或者轮廓；以及表面特性测量仪。

背景技术

作为测量被测物体的表面粗糙度、表面起伏、轮廓或其他方面的表面特性测量仪，已知的是包括可移动地支承测头的检测器，所述测头在端部具有用以接触被测物体表面的探测针；以及沿测量方向移动检测器的驱动单元。

采用这种表面特性测量仪，检测器的探测针接触被测物体的测量面。在该状态下，当检测器在测量方向上由驱动单元移动时，探测针观测到基于被测物体测量面的起伏的一些位移。所获得的探测针的位移作为测量被测物体的表面粗糙度、表面起伏和其他方面的基础。

由于此种测量原理，为了高精度地测量诸如被测物体表面粗糙度的表面特性，需要高精确地保持驱动单元平直，原因在于检测器在测量方向上线性移动。这里的问题是驱动单元的平直精度由于驱动单元受加工和组装精确性的限制，而对测量操作产生影响。

考虑到这一点，为了解决这一问题，专利文献1 JP-A-11-118473提出了一种表面粗糙度和轮廓测量仪的数据处理器。

这种表面粗糙度和轮廓测量仪设置有检测接触被测物体测量表面的探测针观测到的任何位移的拾取器和移动该拾取器的驱动机构。在该仪器中，在装运或其他场合，驱动机构的平直精度通过光学平面测量预先存储在存储装置中作为校正数据。在实际测量中，从测量数据中减去存储于存储装置中的校正数据，从而驱动机构平直度方面的任何偏差分量从所述测量数据中去除。

发明内容

本发明所要解决的问题

采用专利文献1中的表面粗糙度和轮廓测量仪，探测针朝下取向以接触光学平面，当探测针处于这种状态时进行测量操作，从而驱动机构的平直度精度作为校正数据进行存储。因此，只要在与测量光学平面相同的条件下测量被测物体，就可能保证高精度的校正操作。

近来，提出这样一种类型的表面特性测量仪，其中探测针可以有不同的取向，从而可以测量工件垂直面的表面粗糙度、孔的内壁或上壁等的表面粗糙度。更具体的是，所提出的表面特性测量仪设置有检测器旋转装置，可移动地支承在端部具有和被测物体表面相接触的探测针的测头的检测器利用检测器旋转装置绕大致平行于测头轴线的轴线旋转。

采用这种表面特性测量仪，当检测器旋转时，驱动单元的平直度精度随测量姿态而变化，测量姿态由检测器的转角位置确定。因此，存在的问题是，专利文献1中的校正方法不能保证精确的校正操作。

本发明的目的是提供一种表面特性测量仪的平直度校正方法，即使检测器改变测量姿态，也能够相应于检测器的姿态优化地进行校正操作；以及表面特性测量仪。

解决解决的手段

根据本发明，提供了一种表面特性测量仪的平直度校正方法中，该表面特性测量仪包括：一种表面特性测量仪的平直度校正方法，该表面特性测量仪设置有检测被测物体表面特性的检测器，相对于测量方向移动检测器的驱动单元，以及改变检测器姿态的检测器姿态改变机构，其特征在于，该方法包括：校正数据存储步骤，将相应于相关于检测器所设定占据的每一不同姿态的、驱动单元的每一移动位置获得的检测器校正数据存储到存储装置中；测量数据获取步骤，于测量时获取在检测器由检测器姿态改变机构设定于对应于被测物体测量表面的任何姿态的状态下以及在检测器能够检测被测物体测量表面的表面特性的状态下驱动所述驱动单元时，作为测量数据的驱动单元的移动位置和检测器的检测量；以及校正计算步骤，从存储装置读取与测量时检测器的姿态一致或最接近的任何检测器校正数据，并利用该检测器校正数据对测量数据进行校正。

根据这一发明，在校正数据存储步骤中，存储装置存储相应于检测器所设定占据的每一不同姿态的、驱动单元每一可能运动位置处的检测器校正数据。此后，在测量数据获取步骤中，当进行测量操作时，获取测量数据。即，在检测器姿态改变机构将检测器设定于对应于被测物体测量表面的姿态的状态下以及在检测器能够检测被测物体测量表面的表面特性的状态下，当驱动所述驱动单元时，获取驱动单元的移动位置和检测器的检测量作为测量数据。此后，在校正计算步骤中，从存储装置中读取和测量时检测器的姿态一致或最接近的检测器校正数据，并利用所述的检测器校正数据对测量数据进行校正。

因此，即使检测器改变了测量姿态，也能够根据与测量时检测器的姿态一致或最接近的检测器校正数据对测量数据相应地进行校正，从而能够相应于测量时检测器的姿态优化地进行校正操作。

在本发明表面特性测量仪的平直度校正方法中，校正数据存储步骤优选地以预定间隔将相应于相关于检测器所设定占据的多个姿态中的每个姿态的、驱动单元的移动位置获得的检测器校正数据存储到所述存储装置中。

根据本发明，存储装置以预定间隔存储相应于检测器所设定占据的多个姿态中的每个姿态的、驱动单元的每一可能移动位置上的检测器校正数据。因此，不仅对检测器的各种姿态(例如，被测物体粗糙度沿铅直方向进行检测的0度、45度、粗糙度沿横向方向进行检测的90度等)而且对接近这些角度的倾斜姿态，都可以进行高精度的校正操作。

根据本发明另一方面，提供了一种表面特性测量仪的平直度校正方法，该表面特性测量仪包括检测被测物体表面特性的检测器，相对于测量方向移动检测器的驱动单元，以及改变检测器姿态的检测器姿态改变机构，其特征在于，该方法包括：校正数据存储步骤，将相应于相关于检测器所设定占据的至少两种不同姿态中每一姿态的、驱动单元的每一移动位置获得的检测器校正数据存储到存储装置中；测量数据获取步骤，于测量时获取在检测器由检测器姿态改变机构设定于对应于被测物体测量表面的任何姿态的状态下以及在检测器能够检测被测物体测量表面的表面特性的状态下驱动所述驱动单元时，作为测量数据的驱动单元的移动位置和检测器的检测量；以及校正计算步骤，根据测量时检测器的姿态和存储在存储装置内的至少两个检测器校正数据，计算与测量时检测器的所述姿态一致的校正数据，并利用该校正数据对测量数据进行校正。

根据本发明，在校正数据存储步骤中，存储装置均存储相应于检测器所设定占据的至少两个不同姿态中的每一个姿态、驱动单元的每一可能移动位置处的检测器校正数据。此后，在测量数据获取步骤中，当进行测量操作时，获取测量数据。即在检测器姿态改变机构将检测器设定于对应于被测物体测量表面的姿态的状态下以及在检测器能够检测被测物体测量表面的表面特性的状态下，在驱动所述驱动单元时，获取作为测量数据的驱动单元的移动位置和检测器的位移量。此后，在校正计算步骤中，根据测量时检测器的姿态和存储在存储装置中的两个检测器校正数据进行计算以得出和测量时检测器的姿态一致的校正数据，并利用这些校正数据对测量数据进行校正。

这样，即使检测器改变了测量姿态，也能够根据测量时检测器的姿态和存储在存储装置中的两个检测器校正数据计算与在测量时检测器姿态一致的校正数据，且根据所述校正数据对测量数据进行相应地校正。因此，可以相应于测量时检测器的姿态优化地对进行校正操作。具体而言，在本发明中，存储装置只需要存储相应于对应于检测器所设定占据的至少两个不同姿态的、驱动单元的移动位置的检测器校正数据，从而可以优选地以少量数据进行校正操作。

根据本发明另一方面，提供了一种表面特性测量仪，包括可移动地支承测头的检测器，所述测头在端部具有用以接触被测物体表面的探测针；相对于测量方向移动检测器的驱动单元；以及绕基本上平行于测头轴线的轴线旋转检测器的检测器旋转机构，其特征在于，其包括：校正数据存储装置，用于将相应于相关于检测器所设定占据的每一不同转角位置的、驱动单元的每一移动位置获得的检测器校正数据；测量数据存储装置，于测量时存储在检测器由检测器旋转机构设定于对应于被测物体测量表面的任何转角位置的状态下以及在探测针接触被测物体测量表面的状态下驱动所述驱动单元时，作为测量数据的驱动单元的移动位置和检测器的移动量；以及校正计算装置，从存储装置读取与测量时检测器的转角位置一致或最接近的任何检测器校正数据，并利用该检测器校正数据对存储在所述测量数据存储装置中的测量数据进行校正。

本发明的这种表面特性测量仪也可以产生与上述平直度校正方法类似的效果。

根据本发明另一方面，提供了一种表面特性测量仪，包括可移动地支承测头的检测器，所述测头在端部具有用以接触被测物体表面的探测针；相对于测量方向移动检测器的驱动单元；以及绕基本上平行于测头轴线的轴线旋转检测器的检测器旋转机构，其特征在于，其包括：校正数据存储装置，用于将相应于相关于检测器所设定占据的其间以预定角度间隔开的至少两种不同转角位置中每一转角位置的、驱动单元的每一移动位置获得的检测器校正数据；测量数据存储装置，于测量时存储在检测器由检测器旋转机构设定于对应于被测物体测量表面的任何转角位置的状态下以及在探测针接触被测物体测量表面的状态下驱动所述驱动单元时，作为测量数据的驱动单元的移动位置和检测器的移动量；以及校正计算装置，根据测量时检测器的转角位置和存储在校正数据存储装置中的两个检测器校正数据计算与测量时检测器的转角位置一致的校正数据，并利用该校正数据对测量数据进行校正。

本发明的这种表面特性测量仪也可以产生和上述平直度校正方法类似的效果。

附图说明

图1是本发明实施例的表面粗糙度测量仪的透视图；

图2是所述实施例的检测器旋转单元的示意图；

图3是所述实施例的X轴驱动单元的透视图；

图4是所述实施例的X轴驱动单元的垂直剖面视图；

图5是示出在所述实施例的X轴驱动单元中使用的偏压装置的视图；

图6是示出所述实施例的控制单元及其主要部件的框图；

图7是示出所述实施例的粗糙度检测器中的参考轴线的视图；

图8是示出所述实施例中校正数据存储部内存储的检测器校正数据的视图；

图9是示出一测量实例的视图，其中在所述实施例中粗糙度检测器旋转；

图10是示出另一测量实例的视图，其中在所述实施例中粗糙度检测器旋转；

图11是所述实施例的校正数据存储过程的流程图；

图12是所述实施例的测量过程(测量数据获取步骤，校正计算步骤)的流程图；

图13是示出本发明另一实施例中存储在校正数据存储部中的检测器校正数据的视图；

图14是另一实施例的测量过程(测量数据获取步骤，校正计算步骤)的流程图；

图15是示出本发明另一实施例中检测器倾斜θ时的测量状态的视图；

图16是示出本发明另一实施例中检测器倾斜θ时另一测量状态的视图。

附图标记的说明

3...X轴驱动单元

4...检测器旋转单元(检测器旋转机构)

5...粗糙度检测器(检测器)

5A...检测器主体

5B...探测针

5C...测头

5D...检测部

9B...校正数据存储部(校正数据存储装置)

9C...测量数据存储部(测量数据存储装置)

61...控制单元(校正计算装置)

具体实施方式

下面，参考附图详细叙述本发明的实施例。

图1(整体结构)的说明

图1是本发明实施例的表面粗糙度测量仪的透视图。该表面粗糙度测量仪构作成包括基座1，设置成直立在基座1上的支柱2，设置在支柱2上、可在垂直方向上移动的X轴驱动单元3，作为检测器姿态改变机构、由X轴驱动单元3沿垂直于支柱2的方向(X轴方向)使之移动的检测器旋转单元4，通过由检测器旋转单元4使之绕X轴线(基本上平行于后面将要叙述的测头5C的轴线的轴线)旋转而改变姿态的粗糙度检测器5。

图2(检测器旋转单元)的说明

图2是示出检测器旋转单元4的示意图。该检测器旋转单元4构作成包括由X轴驱动单元3使之沿X轴向移动的壳体10；固定在壳体10内的马达11；经由轴承12支承在壳体10内的转轴14，可在与马达11的输出轴11A相同的轴线上旋转并在其端部保持粗糙度检测器5；将转轴14和马达11的输出轴11A连接在一起的轴接头15；以及检测转轴14(粗糙度检测器5)的转角位置的角度检测传感器16。

上述角度检测传感器16构作成包括固定在转轴14上且沿外边缘具有以等间隔设置的透孔的转盘17，以及包括发光元件和光接收元件的检测头18，发光元件和光接收元件彼此相对设置，而转盘17设置在其间。

粗糙度检测器5构作成包括检测器主体5A；由检测器主体5A支承且可移动(摆动)的测头5C，探测针5B从测头5C端部以大致90度凸伸出；以及检测测头5C的任何位移(摆动)的检测部5D。

图3、4和5(X轴驱动单元)的说明

图3是X轴驱动单元3的透视图。X轴驱动单元3构作成包括沿支柱2设置、可在垂直方向(参考图2)移动的壳体20；固定在壳体20内的框架21；两端均由框架21支承的导轨22；沿导轨22设置、可以移动且保持检测器旋转单元4的滑块24；用于沿滑块24的滑动面抵靠导轨22的导引面的方向偏压滑块24的偏压装置31；以及用于沿导轨22移动滑块24的驱动装置41。

导轨22形成得在剖面上具有水平取向的U形，带有两个导引面，两个导引面被设置成其间形成预定的角度，且均平行于粗糙度检测器5的移动方向。具体而言，如图4所示，导轨形成得具有水平取向的U形截面，具有上壁22A、从上壁22A的端部与之一体地成90度向下延伸的侧壁22B、以及从侧壁22B的下端沿水平方向延伸的下壁22D，下壁22D平行于上壁22A并与其构成一体。上壁22A的外侧面形成第一导引面23A，而侧壁22B的外侧面形成第二导引面23B。第一导引面23A和第二导引面23B确保有平直度精度，且在X轴方向驱动滑块24时均用作平直度参考面。

滑块24形成矩形框架的截面，其中包括导轨22。更具体地，如图4所示，滑块构造成在剖面上于垂直方向较长的矩形框架，包括上壁24A、侧壁24B和24C以及下壁24D。上壁24A和侧壁24B的内表面分别形成有两个与导轨22的两个导引面23A和23B相对的滑动面，即第一滑动面25A和第二滑动面25B。

在滑块24的内表面，即上壁24A、侧壁24B和24C以及下壁24D的内表面和导轨22的外表面，即上壁22A、侧壁22B以及下壁22D的外表面之间，分别设置有滑动件26A、26B、26C和26D。这里，在滑块24的上壁24A的内表面和导轨22的上壁22A的外表面之间，滑动件26A在宽度方向设置中心处。在滑块24的下壁24D的内表面和导轨22的下壁22D的外表面之间，滑动件26D在宽度方向设置中心处。在滑块24侧壁24B的内表面和导轨22侧壁22B的外表面之间，滑动件26B设置在另一个滑动件26B上方。在滑块24的侧壁24C的内表面和导轨22的上壁22A的端面之间，设置有滑动件26C，而在滑块24的侧壁24C的内表面和下壁22D的端面之间，设置有另一滑动件26C。

偏压装置31设置于与滑块24的两个滑动面26A和26B相对的表面，即下壁24D和侧壁24C。如图5所示，各偏压装置31构作成包括片簧32，片簧32的一端固定于滑块24，滑动件26C和26D经由摆动机构33设置于片簧32另一端；以及设置在与滑动件26C和26D相对的一侧上的偏压力调节机构36，片簧32位于偏压力调节机构36与滑动件26C和26D之间，偏压力调节机构36沿使滑动件26C和26D抵靠导轨22的方向偏压该片簧32，而且可以调节偏压力。

摆动机构33设置在片簧32和滑动件26C和26D之间，并包括两个在它们的彼此相对的内表面中间处形成有锥形槽的板34A和34B，以及容纳在两个板34A和34B的锥形槽内的钢珠35。

偏压力调节机构36包括固定到滑块24上的装接件37，拧到装接件37上的调节螺钉38和设置在调节螺钉38内的弹簧39。

驱动装置41包括固定于框架21、与导轨22平行的马达42；固定于框架21、平行于导轨22的滚珠丝杠47，滚珠丝杠47用作经由旋转传动机构43传动马达42旋转的进给滚珠丝杠；以及拧在滚珠丝杠47上且经由万向接头51和滑块24相连的螺母件48。

旋转传动机构43包括连接到马达42的输出轴42A上的滑轮44、固定到滚珠丝杠47一端上的滑轮45、以及由套绕在滑轮44和45之间的带46所构成的带传动机构。注意的是，这里的旋转传动机构43并不限于带传动机构，还可以是齿轮传动机构、链传动机构等。

滚珠丝杠47设置在滑块24和导轨22的四个滑动面(滑块24上壁24A的内表面，其下壁24D的内表面以及其侧壁24B和24C的内表面)的大致中心附近。具体地说，滚珠丝杠47设置在导轨22的水平取向的U形内部空间内的大致中心处。

万向接头51构造成允许螺母件48在滚珠丝杠47的轴垂直方向上产生小的位移。

图6、7和8(控制单元、存储单元)的说明

图6是控制单元的框图。控制单元61与在垂直方向上移动X轴驱动单元3的Z轴驱动单元6、X轴驱动单元3、检测器旋转单元4、粗糙度检测器5、输入单元7、显示单元8和存储单元9相连。

从输入单元7输入各种指令信息，包括测量项目选择指令、测量开始指令等。

显示单元8显示测量项目、测量结果等。

存储单元9设置有存储用于每一测量项目的操作指令程序等的程序存储部9A，作为校正数据存储装置的校正数据存储部9B和作为测量数据存储装置的测量数据存储部9C等。

校正数据存储部9B存储相应于粗糙度检测器5所设定占据的不同转角位置的X轴驱动单元3的每一可能移动位置的检测器校正数据。例如，如图7所示，这里假定粗糙度检测器5的测头5C的参考轴向为X方向，而与之垂直的方向是Z和Y方向。在此情况下，如图8所示，相应于粗糙度检测器5设定于以45度为间隔的多个转角位置的转角位置，存储X轴驱动单元3的相应移动位置的检测器校正数据。即，相应于探测针5B向下取向的转角位置(0度)、探测针5B以45度向下取向的转角位置(45度)、以及探测针5B侧向取向的转角位置(90度)，存储X轴驱动单元3的相应移动位置的检测器校正数据C。

应该注意的是，测头5C响应被测物体表面的起伏而摆动，且尽管其轴线方向并不总是指向X方向，但当测头5C的轴向平行于X方向时，这里的参考轴线方向是该轴线方向。

在测量时，测量数据存储部9C存储X轴驱动单元3被驱动时X轴驱动单元3的移动位置、以及在粗糙度检测器5(探测针5B)由检测器旋转单元4设定为对应于被测物体测量表面的转角位置的状态下和在探测针5B触及被测物体的测量面的状态下的粗糙度检测器5的位移量(测头5C的位移量)，作为测量数据。

控制单元61包括校正计算装置，它从校正数据存储部9B读取与测量时的粗糙度检测器5的转角位置一致的或者最为接近的检测器校正数据，并利用得到的检测器校正数据对存储在测量数据存储部9C内的测量数据进行校正。

下面叙述本实施例的效果。

在测定被测物体的表面特性时，首先，被测物体利用Y轴工作台等放置在基座1上。在粗糙度检测器5的探测针5B接触被测物体表面之后，粗糙度检测器5沿着被测物体的表面移动。

这里，为了放置被测物体，并不总是需要Y轴工作台。但使用Y轴工作台易于被测物体于Y轴方向(垂直于X轴和Z轴方向的方向)上的定位，且能够精确地确定Y轴方向位置。这种Y轴工作台可以是手动或自动移动或定位被测物体的工作台。

为了沿着被测物体表面移动粗糙度检测器5，转动设置于X轴驱动单元3的马达42将会实现。响应于此，马达42的旋转力经由旋转传动机构43被传动到滚珠丝杠47。一旦滚珠丝杠47旋转，则拧装到滚珠丝杠47上的螺母48向前或向后移动，从而使固定到螺母件48上的滑块24和粗糙度检测器5沿着导轨22向前或向后移动。一旦粗糙度检测器5沿着被测物体的表面移动，根据所探测针5B(测头5C)观测的沿铅直方向上的任何位移，就可以检测被测物体的表面粗糙度等。

这里，为了改变测头5C的探测针5B的取向，从输入单元7发出有关探测针5B取向的指令。如此，设置于检测器旋转单元4的马达11旋转。如果该马达旋转，则转轴14也旋转，结果粗糙度检测器5旋转。转角检测传感器16检测粗糙度检测器5的转角，且所得到的转角信息被提供给控制单元61。当转角检测传感器16所提供的转角信息和先前输入的转角相同时，控制单元61就停止驱动马达11。以这种方式，测头5C的探测针5B就可以设定在任何指定取向上。

图9、10(测量实例)的说明

通过根据被测物体的测量部改变测头5C的探测针5B的取向，可以连同向下测量实现下列测量。

图9示出了测量被测物体100的孔101的内表面的表面粗糙度的实例。在探测针5B向下取向的姿态下，对孔101内表面的底侧表面进行测量。利用探测针5B侧向取向的姿态，对孔101内表面的侧表面进行测量，而利用探测针5B向上取向的姿态，对孔101内表面的顶侧表面进行测量。

图10示出测量形成于曲轴102的两个凸缘103和104之间宽度尺寸W的实例。首先，利用探测针5B侧向取向的姿态，测量凸缘103的外表面。此后，旋转探测针5B，使之处于相反的侧向姿态，并测量另一凸缘104的外表面。以这种方式，可以测量两个凸缘103、104之间的宽度尺寸W。更加具体的是，用于此种计算的是测量凸缘103外表面时检测器5从Y轴工作台位置的位移量、测量凸缘104外表面时检测器5从Y轴工作台位置的位移量、以及用以校正检测器5位移量的两组校正数据(Y+姿态校正数据和Y-姿态校正数据)。

图11和12(平直度校正方法)的说明

为了进行平直度校正方法，首先执行校正数据存储步骤，随后进行测量步骤。在测量步骤中，进行测量数据获取步骤和校正计算步骤。

在校正数据存储步骤中，相应于粗糙度检测器5(测头5C)设定于各不同转角位置的各转角位置，X轴驱动单元3的每个移动位置的检测器校正数据被存储在校正数据存储部9B内。更具体的，如图11所示，在探测针5B触及作为参考面的光学平面(optical flat)之后(ST1)，驱动X轴驱动单元3(ST2)。当驱动X轴驱动单元3时，获取X轴驱动单元3的移动位置和粗糙度检测器5的位移量(测头5C的位移量)(ST3)。获得相应于X轴驱动单元3的每个运动位置的检测器校正数据，并将结果存储在校正数据存储部9B中(ST4)。此后，确定是否结束上述程序，即确定是否进行了预定次数的测量(ST5)。如果确定不结束上述程序，则将粗糙度检测器5旋转45度(ST6)，并重复上述ST1-ST5过程。以这种方式，相应于粗糙度检测器5设定于各不同转角位置的各转角位置、相应于X轴驱动单元3的每个移动位置的检测器校正数据就可以存储在校正数据存储部9B中。

即，在校正数据基于检测器5每隔45度的转角位置处的位移量获取之后，此时的检测器校正数据被存储在校正数据存储部9B内。此时，以这样一种方式将所述光学平面设置在基座上，使得作为参考面的该光学平面的法向和探测针5B的位移方向相同。例如，当探测针5B处于指向侧向的转角位置(90度)时，光学平面设置成作为参考面的光学平面是铅直的(Z轴方向)。

这里叙述了每隔45度获取校正数据的示例。可选地，可针对每一所需预定角度获取校正数据。

在所述测量步骤中，首先在测量数据获取步骤中，由检测器旋转单元4将粗糙度检测器5设定在对应于被测物体测量表面的转角位置上。而且，在探测针5B触及被测物体测量表面状态下驱动X轴驱动单元3时，获取作为测量数据的X轴驱动单元3的移动位置和粗糙度检测器5的位移量(测头5C的位移量)。更具体的，如图12所示，将粗糙度检测器5旋转(设定)到抵达对应于被测物体测量表面的转角位置(ST11)，随后，探测针5B触及被测物体的测量表面(ST12)，使得X轴驱动单元3被驱动(ST13)。当X轴驱动单元3被驱动时，X轴驱动单元3的移动位置和粗糙度检测器5的位移量(测头5C的位移量)被获取到测量数据存储部9C内(ST14)。即，当在检测器旋转单元4将粗糙度检测器5设定在对应于被测物体测量表面的转角位置的状态下以及在探测针5B触及被测物体测量表面的状态下驱动X轴驱动单元3时，获取作为测量数据的X轴驱动单元3的移动位置和粗糙度检测器5的位移量。

在校正计算步骤中，从校正数据存储部9B读取与测量时的粗糙度检测器5的转角位置一致的或者最为接近的检测器校正数据，并利用得到的检测器校正数据对测量数据进行相应的校正。更具体的，在图12的ST15中，从校正数据存储部9B读取与测量时的粗糙度检测器5的转角位置一致的或者最接近的检测器校正数据，并利用得到的检测器校正数据对测量数据进行相应的校正。最后，输出(显示、打印)如此校正的测量数据(ST16)。

因此，即使在为了测量旋转粗糙度检测器5的情况下，也可以基于对应于与测量时粗糙度检测器5转角位置一致的或者最接近的转角位置的检测器校正数据，来相应地校正所述测量数据。因此，可考虑测量时粗糙度检测器5的转角位置优化地进行校正操作。

根据如上所述的实施例，可以获得下列效果。

(1)在检测器旋转单元4绕基本平行于测头5C轴线的轴线旋转粗糙度检测器5的情况下，可以根据被测物体的测量部位来改变探测针5B的取向。例如，可以将探测针5B的取向改变为向下指向、侧向指向、向上指向、斜角向上或向下指向等。因此就会增加测量面积，从而可以对孔的内径面上的任意位置进行粗糙度测量。

(2)即使在为了测量旋转粗糙度检测器5，也可以基于对应于与测量时粗糙度检测器5转角位置一致的或者最接近的转角位置的检测器校正数据，来相应地校正所述测量数据。因此，可考虑测量时粗糙度检测器5的转角位置优化地校正平直度。

而且，校正数据存储部9B存储相应于粗糙度检测器5所设定占据的每隔45度的各种不同转角位置的X轴驱动单元3的每一可能移动位置上的检测器校正数据。因此，即使当粗糙度检测器5位于0度、45度、90度转角位置或接近这些角度的任意位置上进行测量时，也可以高精确地进行平直度测量。

(3)由于滚珠丝杆47设置在导轨22和滑块24之内，用于驱动保持粗糙度检测器5的滑块24，所以相比现有技术可以进一步抑制产生于滑块24的力矩。因此，当粗糙度检测器5移动时，就可以将检测器5的姿态变化抑制到尽可能最小，从而能够保证以高精度进行测量。

更具体的，导轨22呈水平取向的U形，滑块24形成在剖面上为矩形框架，而滚珠丝杠47设置在导轨22和滑块24的四个滑动面的大致中心附近，即带有摩擦力地定向设置。以这种结构，就可以消除滑块24上产生的力矩，可以肯定地抑制粗糙度检测器5的姿态变化。

(4)导轨22形成有两个导引面23A和23B，它们被设置成在其间形成预定的角度，两个导引面均平行于粗糙度检测器5的移动方向。滑块24形成有两个滑动面25A和25B，它们相对于两个导引面23A和23B。因此，在垂直于这两个导引面23A和23B以及滑动面25A和25B的方向上，例如上下左右四个方向上观察的任何姿态变化，都可以抑制得尽可能地最小。因此，即使通过改变检测器5的姿态进行测量，也可以保证平直度精度，同时又可以抑制滑块24的姿态变化，从而精确地进行测量操作。

(5)各偏压装置31被设置于相对于滑块24的两个滑动面25A和25B的表面上。以这种结构，滑块24以这样一种方式受到偏压，使得滑块24的两个滑动面25A和25B顺随导轨22的两个导引面23A和23B，从而使滑块24以导轨22的两个导引面23A和23B为基准而运动。因此，精确地保证两个导引面23A和23B的平直度在驱动滑块24即粗糙度检测器5被驱动时保证了平直度精确，从而可以在平直度方面校正测量数据。

(6)偏压装置31包括一端固定在滑块24上的片簧32，片簧32另一端保持滑动件26C和26D；以及设置在滑动件26C和26D相对一侧的偏压力调节机构36，片簧32设置在调节机构与滑动件26C和26D，偏压力调节机构36可以调节作用在导轨22上的偏压力。以这种结构，通过调节所述偏压力调节机构36的偏压力，就可以任意设定滑动件26C和26D抵靠导轨22的压力。这样，通过合适地调节滑动件26C和26D抵靠导轨22的压力，可以使滑块24平稳地沿着导轨22滑动。

(7)滑块24和螺母件48通过万向接头51连在一起，允许螺母件48在垂直于滚珠丝杠47轴线的方向上的小位移。以这种结构，就可以通过万向接头51吸收由滚珠丝杠47的摆动旋转所造成的任何影响，且不会传递到滑块24上。因此，在滑块24移动时，就可以保证平直度。

注意的是，本发明并不限于所述的实施例，设计用来实现本发明目的的各种修改和变化也可以包含在本发明中。

在上述实施例的平直度校正方法中，在校正数据存储步骤中，相应于粗糙度检测器5所设定的每隔45度的多个转角位置的各转角位置，在校正数据存储部9B内存储X轴驱动单元3各移动位置下的检测器校正数据，并且在测量时对被测物体进行测量操作。还有，从校正数据存储部9B读取与测量时粗糙度检测器5的转角位置一致的或者最接近的检测器校正数据，并利用得到的检测器校正数据对测量数据进行相应校正。这肯定不是唯一的选择，而图13至15中的方法也是可行的。

图13-16(另一平直度校正方法)的说明

在这种方法中，首先在校正数据存储步骤中，相应于粗糙度检测器5设定为其间相隔90度的两个不同转角位置的各转角位置，相应于X轴驱动单元3的每一移动位置的检测器校正数据存储在校正数据存储部9B内。例如，如图13所示，相应于探测针5B向下取向时的转角位置(0度)以及探测针5B侧向取向时的转角位置(90度)，相应于X轴驱动单元3的每一移动位置的检测器校正数据存储在校正数据存储部9B内。

在测量时，如图14所示，首先在测量数据获取步骤中，在通过对被测物体进行测量操作获取测量数据(和ST11-ST14的程序相同)之后，然后在校正计算步骤中，根据测量时粗糙度检测器5的转角位置和存储在校正数据存储部9B内的所述两个检测器校正数据进行计算操作，以得出对应于测量时粗糙度检测器5的转角位置的校正数据。利用得到的校正数据，相应地校正测量数据(ST21)。

例如，如图15所示，当测量时粗糙度检测器5的转角位置成斜角向下取向(当探测针5B相对铅直方向倾斜θ度)时，可利用下列方式计算出校正数据。这里假定，在X轴驱动单元3的特定移动位置P，0度方向上的校正数据为An(其中n＝1，2，3，...)，而在90度方向上的校正数据为Bn(其中n＝1，2，3，...)，则在位置P处的校正数据Cn(其中n＝1，2，3，...)由下列等式计算得出。

Cn＝An×cosθ+Bn×sinθ           (1)

这里，An为A1，A2，A3...，而Bn为B1，B2，B3...，且为相应于X轴驱动单元3的每一相应特定移动位置的校正数据。计算出来的C1，C2，C3，...为相应于X轴驱动单元3的每一相应特定移动位置的位置P处的校正数据。

随后，通过从所述测量数据中减去由上述等式得出的校正数据，测量数据得以相应地校正。

在这种方法中，优选的是，在该结构中，两个导引面23A和23B的法线方向分别与两个转角位置(0度和90度)的方向相同，且导引面23A和23B的法线方向分别与Z轴方向和Y轴方向相同。但是这种结构不是仅有的选择，并且两个转角位置的方向与两个导引面23A和23B的法线方向不必相同。类似地，两个导引面23A和23B的交角也不必为90度，例如可以是85度。而且，导引面的法线方向还可以不与Z轴方向和Y轴方向相同。

另外，在这种方法中，在校正数据存储步骤中，相应于粗糙度检测器5设定为其间相隔预定角度的两个不同转角位置的各转角位置，相应于X轴驱动单元3的每一移动位置的检测器校正数据可以存储在校正数据存储部9B内。

例如，如图16所示，在校正数据存储步骤中，获取第一转角位置(R1)处的校正数据An(其中n＝1，2，3，...)，并获取第二转角位置(R2)处的校正数据Bn(其中n＝1，2，3，...)。当在测量数据获取步骤中粗糙度检测器5处于转角位置R时，可按如下计算出校正数据。

Cn＝An×cosθ+Bn×cos(α-θ)        (2)

这里，α为第一转角位置(R1)和第二转角位置(R2)之间的交角，而θ为测量时的转角位置R与第一转角位置(R1)交角。而且，例如An为A1，A2，A3...，而Bn为B1，B2，B3...，计算出来的C1，C2，C3...为相应于X轴驱动单元3的每一相应特定运动位置的位置P处的校正数据。

随后，通过从测量数据中减去由上述等式得出的校正数据，相应地校正测量数据。

还有，在这种方法中，在校正数据存储步骤中举例说明的是获取粗糙度检测器5的仅只两个不同转角位置处的校正数据An和Bn的情况。但本发明的应用并不限于此，并且另外，可以在三个或更多不同的转角位置R1，R2，R3...获取校正数据Kn，Ln，Mn...。此时，与在测量数据获取步骤中粗糙度检测器5的转角位置P一致的或者最接近的检测器校正数据从校正数据存储部9B读取，并利用得到的检测器校正数据对测量数据进行校正。还有另外，利用示出与转角位置P有紧密转角位置关系的两个校正数据(例如Kn和Ln)(具有较小交角的R1和R2)，可由等式(2)求出校正数据Cn。

为了利用两个校正数据的各种组合(例如Kn和Ln，Ln和Mn，以及Mn和Kn的三种组合)计算校正数据Cn，利用等式(2)，可以求出多个校正数据Cna，Cnb，Cnc等并求其平均值，从而求出检测器校正数据Cn。

当相应于三个或多个不同转角位置(R1，R2，R3等)获取了校正数据Kn，Ln，Mn时，在测量数据获取步骤中当粗糙度检测器5处于转角位置P时的校正数据Cn可由下列等式求出。

Cn＝Kn×cosθ1+Ln×cosθ2+Mn×cosθ3+...        (3)

在这里，θ1，θ2，θ3等为转角位置P与转角位置R1，R2，R等形成的角度(交角)。

其后，从测量数据中减去如此求出的校正数据，从而相应地校正测量数据。

因此，即使为了测量而旋转粗糙度检测器5，相应于测量时粗糙度检测器5的转角位置的校正数据根据测量时粗糙度检测器5的转角位置以及存储在校正数据存储部9B内的两个检测器测量数据进行计算，并利用得到的校正数据对测量数据进行相应地校正。因此，可以根据测量时粗糙度检测器5的转角位置以优选的方式进行测量操作。例如，只需要校正数据存储部9B存储对应于相应于粗糙度检测器5的其间以90度隔开的至少两个不同转角位置(0度，90度)的X轴驱动单元3的移动位置的检测器校正数据，从而可以以少量数据来优化地进行校正操作。

还有在该实施例中，举例说明的是在Y-Z平面中旋转检测器5的情况。这肯定不是限制性的，检测器5还可以在X-Z平面或X-Y平面中旋转。作为实例，检测器5可在X-Z平面中旋转，并且被测物体可通过Y轴工作台在Y轴方向上进行驱动来进行测量。在这种情况下，优选的是能够以高精度保证驱动Y轴工作台的Y轴驱动单元中的导轨的两个导引面的平直度。

作为另一个示例，检测器5可以在X-Y平面上旋转，柱形被测物体可以设置在转台上，并且检测器5可沿Z轴方向驱动来测量被测物体的外侧表面(或内侧表面)。在这种情况下，优选地，能够以高精度保证Z轴驱动单元中的导轨的两个导引面的平直度。

这里，对于检测器和被测物体的相对运动，可以移动检测器或被测物体中的一个或两个。

还有，作为检测器5，举例说明的是利用探测针的接触式检测器。但本发明并不局限于此，只要能够进行表面特性测量，非接触式检测器也可以，或者光学式、电磁式、静电式等检测器也是可以的。

作为测量方法，举例说明的是通过利用探测针进行扫描的测量方法。但是本发明也可以采用使用接触信号探测针或从动探测针(follower probe)等的坐标测量方法。

而且，在该实施例中，举例说明的结构是仅只X轴驱动单元3的导轨22包括两个各自用作平直度参考面的导引面23A和23B。但可替换地，Z轴驱动单元6或Y轴驱动单元可类似地包括多个导引面。

为了改变检测器和被测物体的相对姿态，旋转不是仅有的选择，还可以是倾斜(倾斜角变化)或平行运动。例如，在检测器5通过从滑块24沿X轴方向或Y轴方向伸出即悬伸而得以支承的结构中，本发明还可以应用于这样的表面特性测量仪，它具有将该悬伸量改变为若干不同数值(姿态变化)的结构。

本发明还可以应用于表面特性测量仪，其中检测器通过X轴驱动单元或Z轴驱动单元或Y轴驱动单元自身倾斜或旋转来改变相对姿态。

而且，举例说明的表面特性测量仪是表面粗糙度测量仪。本发明还可以采用诸如轮廓测量仪、不圆度测量仪、图像测量仪、三维测量仪等的表面特性测量仪。

本发明可以应用于测量被测物体表面粗糙度的表面粗糙度测量仪以及测量被测物体的表面起伏、轮廓等的轮廓测量仪。

Claims (5)

1、一种表面特性测量仪的平直度校正方法，该表面特性测量仪设置有检测被测物体表面特性的检测器，相对于测量方向移动检测器的驱动单元，以及改变检测器姿态的检测器姿态改变机构，其特征在于，该方法包括：

校正数据存储步骤，将相应于相关于检测器所设定占据的每一不同姿态的、驱动单元的每一移动位置获得的检测器校正数据存储到存储装置中；

测量数据获取步骤，于测量时获取在检测器由检测器姿态改变机构设定于对应于被测物体测量表面的任何姿态的状态下以及在检测器能够检测被测物体测量表面的表面特性的状态下驱动所述驱动单元时，作为测量数据的驱动单元的移动位置和检测器的检测量；以及

校正计算步骤，从存储装置读取与测量时检测器的姿态一致或最接近的任何检测器校正数据，并利用该检测器校正数据对测量数据进行校正。

2、如权利要求1所述的表面特性测量仪的平直度校正方法，其特征在于，校正数据存储步骤以预定间隔将相应于相关于检测器所设定占据的每个姿态的、驱动单元的移动位置获得的检测器校正数据存储到所述存储装置中。

3、一种表面特性测量仪的平直度校正方法，该表面特性测量仪设置有检测被测物体表面特性的检测器，相对于测量方向移动检测器的驱动单元，以及改变检测器姿态的检测器姿态改变机构，其特征在于，该方法包括：

校正数据存储步骤，将相应于相关于检测器所设定占据的至少两种不同姿态中每一姿态的、驱动单元的每一移动位置获得的检测器校正数据存储到存储装置中；

测量数据获取步骤，于测量时获取在检测器由检测器姿态改变机构设定于对应于被测物体测量表面的任何姿态的状态下以及在检测器能够检测被测物体测量表面的表面特性的状态下驱动所述驱动单元时，作为测量数据的驱动单元的移动位置和检测器的检测量；以及

校正计算步骤，根据测量时检测器的姿态和存储在存储装置内的至少两个检测器校正数据，计算与测量时检测器的所述姿态一致的校正数据，并利用该校正数据对测量数据进行校正。

4、一种表面特性测量仪，设置有可移动地支承测头的检测器，所述测头在端部具有用以接触被测物体表面的探测针；相对于测量方向移动检测器的驱动单元；以及绕基本上平行于测头轴线的轴线旋转检测器的检测器旋转机构，其特征在于，其包括：

校正数据存储装置，用于将相应于相关于检测器所设定占据的每一不同转角位置的、驱动单元的每一移动位置获得的检测器校正数据；

测量数据存储装置，于测量时存储在检测器由检测器旋转机构设定于对应于被测物体测量表面的任何转角位置的状态下以及在探测针接触被测物体测量表面的状态下驱动所述驱动单元时，作为测量数据的驱动单元的移动位置和检测器的移动量；以及

校正计算装置，从存储装置读取与测量时检测器的转角位置一致或最接近的任何检测器校正数据，并利用该检测器校正数据对存储在所述测量数据存储装置中的测量数据进行校正。

5、一种表面特性测量仪，设置有可移动地支承测头的检测器，所述测头在端部具有用以接触被测物体表面的探测针；相对于测量方向移动检测器的驱动单元；以及绕基本上平行于测头轴线的轴线旋转检测器的检测器旋转机构，其特征在于，其包括：

校正数据存储装置，用于将相应于相关于检测器所设定占据的其间以预定角度间隔开的至少两种不同转角位置中每一转角位置的、驱动单元的每一移动位置获得的检测器校正数据；

测量数据存储装置，于测量时存储在检测器由检测器旋转机构设定于对应于被测物体测量表面的任何转角位置的状态下以及在探测针接触被测物体测量表面的状态下驱动所述驱动单元时，作为测量数据的驱动单元的移动位置和检测器的移动量；以及

校正计算装置，根据测量时检测器的转角位置和存储在校正数据存储装置中的至少两个检测器校正数据计算与测量时检测器的转角位置一致的校正数据，并利用该校正数据对测量数据进行校正。

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