JP2013185995A - 表面性状測定機、その制御装置およびその調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各表示レンジの全体で誤差を解消できる表面性状測定機、その制御装置およびその調整方法を提供する。
【解決手段】表示レンジＲｉの何れかを基準レンジＲｒとして選定し、各々に対して校正用測定値ＳＡｉを設定する手順Ｐ２１、基準レンジに対応するレンジアンプに校正用測定値ＳＡｉを順次入力して基準表示値ｒＤＡＴＡｉを取得する手順Ｐ２２、表示レンジの各々に対応するレンジアンプにそれぞれ校正用測定値ＳＡｉを入力してＡＤ変換値ＡＤｉおよび表示値ＤＡＴＡｉを取得する手順Ｐ２３、ゲイン誤差率ｋｉ＝ｒＤＡＴＡｉ／ＤＡＴＡｉ、表示分解能ＤＩＶｉ＝ＤＡＴＡｉ／ＡＤｉ、補正表示分解能ｃＤＩＶｉ＝ＤＩＶｉ＊ｋｉを計算する手順Ｐ２４、補正表示値ｃＤＡＴＡｉ＝ＡＤｉ＊ｃＤＩＶｉを表示する手順Ｐ３１を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は表面性状測定機、その制御装置およびその調整方法に関し、特に複数の表示レンジを有する表面性状測定機およびその調整方法に関する。

従来、ワークの表面をスタイラスで走査し、その表面性状（表面粗さ、うねり、輪郭形状など）を測定する表面性状測定機が知られている。
表面性状測定機においては、スタイラスを一定方向（Ｘ軸方向）に移動させ、ワーク表面の凹凸によってスタイラスの上下方向（Ｚ軸方向）に変位させ、検出信号の増幅ないしＡ／Ｄ変換等を行い、移動距離の関数として表示装置に表示している。
また、表面性状測定機の類である真円度測定機では、回転体状のワークの外周表面にスタイラスを定点接触させ、ワークを回転させることで、ワークの一周分の輪郭形状を検出している。

表面性状測定機に用いられる変位センサは、一般に高感度であるが検出ストローク（測定可能範囲）は大きくない。また、検出分解能は、Ａ／Ｄ変換器の性能や増幅器のノイズレベルに起因して制約があるため、無制限に大きくすることができない。
そこで、増幅器の増幅率を複数段階に切り替えられるようにし、高分解能で短ストロークのレンジから、低分解能だが長ストロークのレンジまでを適宜選択して表示することがなされている。

図７において、表面性状測定機９０は、制御装置９１の制御により駆動装置９２がアーム９３をＸ軸方向へ移動させると、スタイラス９４がワーク９５の表面の凹凸に応じてＺ軸方向に変位し、この変位は変位センサ９６で検出されて制御装置９１に送られる。
制御装置９１では、変位センサ９６からの検出信号をレンジアンプ９７で増幅し、走査位置に応じた変位量のグラフとして表示装置９８に表示する。
例えば、レンジアンプ９７が１倍レンジの状態では、表示９８Ａのように凹凸が明瞭でない場合でも、１０倍レンジとすることで、表示９８Ｂのように凹凸を明瞭に識別することができる。

前述のような複数の表示レンジを有する表面性状測定機として、特許文献１および特許文献２が知られている。
特許文献１では、複数の表示レンジでの表示を、測定データに応じて自動的に切り替えられるようにすることで、測定操作の適正化および効率化を図っている。
特許文献２では、複数の表示レンジでの表示にあたり、測定データに対するレンジ毎のオフセット量を自動的に調整できるようにすることで、測定操作の適正化および効率化を図っている。

特開２０００−３１０５２９号公報 特開平５−３４１４５号公報

ところで、表面性状測定機において、複数の表示レンジを切り替えて表示を行う場合、各表示レンジの処理系の特性等により、表示に誤差が生じることがある。
すなわち、表面性状測定機の各表示レンジでは、一つの測定値をレンジ毎のゲインで表示値に換算する。しかし、各レンジの増幅器に誤差があると、同じ測定値でも表示レンジ毎に異なる表示値になる可能性がある。例えば、１０μｍレンジで０．６０μｍ表示だが、１μｍレンジでは０．６１μｍと表示される等である。

このようなレンジ間誤差に対しては、ユーザが表示レンジ毎に機器の調整を行うことで、誤差の解消が図られている。
一方、特許文献１のような自動的な表示レンジの切り替えを行う場合、切り替えの都度ユーザが調整を行うのでは自動化の効果が削がれる。そこで、特許文献２のような誤差の調整までを自動化できる技術が重要な意味をもつ。
ここで、特許文献２が解消しようとするレンジ間誤差は主にレンジ毎のオフセット量の誤差である。オフセット誤差はレンジ間誤差の代表的なものであるが、オフセット誤差の解消だけではレンジ間誤差の解消としては十分でないことが明らかとなっている。

図８において、横軸の測定値に対して、縦軸の表示値が表示されるとすると、各々の関係は基本的に右上がりの比例関係となる。従来の表示レンジ切り替えでは、測定値が小さい場合には増幅率の高い表示レンジＲ１を利用し、測定値が大きくなるにつれて表示レンジＲ２，Ｒ３を切り替えて表示することが行われる。
各表示レンジＲ１〜Ｒ３にはレンジ間誤差が生じる。前述したように、レンジ間誤差の代表的なものとしてオフセット誤差があり、図８のグラフにおいては各表示レンジの間に段差状に現れる。このオフセット誤差は、グラフの平行移動に相当するものであるが、実際のレンジ間誤差は、グラフの傾きとしても現れている。
従って、前述したオフセット誤差の解消だけでは、レンジ間誤差の部分的な解消にとどまってしまい、各表示レンジの全体で誤差を解消できる技術の開発が望まれていた。

本発明は、各表示レンジの全体で誤差を解消できる表面性状測定機、その制御装置およびその調整方法を提供することを主な目的とする。

本発明は、レンジ間誤差の代表的なものであるオフセット誤差に加えて、別の代表的なレンジ間誤差であるゲイン誤差を補正することにより、各表示レンジの全体で誤差の解消を図るものである。
すなわち、前述した図８において、各表示レンジでのグラフの傾きとして現れるのは各表示レンジでの増幅ゲインの変動であり、このゲイン誤差を補正することで各表示レンジの全体で誤差を解消しようとするのが本発明である。このために、本発明は、以下に示す構成を備える。

本発明の表面性状測定機は、ワーク表面の変位を検出する変位センサと、測定結果を表示する表示装置と、前記変位センサからの検出信号を処理して測定結果を前記表示装置に表示する制御装置とを備え、前記制御装置が、前記変位センサからの検出信号を処理して測定値として出力するセンサ回路と、異なる増幅率で前記測定値を増幅する複数のレンジアンプを含むレンジアンプ回路と、前記レンジアンプ回路で増幅されたアナログ信号をディジタル変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値を処理して前記レンジアンプに応じた複数の表示レンジで前記表示装置に表示するディジタル回路と、を有する表面性状測定機であって、
前記ディジタル回路は、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値と前記表示レンジに応じた補正表示分解能の積を補正表示値として前記表示装置に表示させるものであり、
前記補正表示分解能は、
前記表示レンジの何れかを基準レンジとして選定し、前記表示レンジの各々に対して校正用測定値を設定し、
前記基準レンジに対応する前記レンジアンプに、前記測定値に代えて前記校正用測定値を順次入力し、前記表示装置に表示される表示値を基準表示値として取得し、
前記表示レンジの各々に対応する前記レンジアンプに、それぞれ前記測定値に代えて前記表示レンジの各々に対応する前記校正用測定値を入力し、前記表示レンジの各々における前記ＡＤ変換値および前記表示装置に表示される表示値を取得し、
前記表示レンジの各々について、前記基準表示値を前記表示値で除してゲイン誤差率を計算し、前記表示値を前記ＡＤ変換値で除して表示分解能を計算し、前記表示分解能と前記ゲイン誤差率との積を補正表示分解能として記録したものである、ことを特徴とする。

本発明の表面性状測定機の制御装置は、ワーク表面の変位を検出する変位センサと、測定結果を表示する表示装置と、を備えた表面性状測定機に設置され、前記変位センサからの検出信号を処理して測定結果を前記表示装置に表示する表面性状測定機の制御装置であって、
前記変位センサからの検出信号を処理して測定値として出力するセンサ回路と、異なる増幅率で前記測定値を増幅する複数のレンジアンプを含むレンジアンプ回路と、前記レンジアンプ回路で増幅されたアナログ信号をディジタル変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値を処理して前記レンジアンプに応じた複数の表示レンジで前記表示装置に表示するディジタル回路と、を有し、
前記ディジタル回路は、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値と前記表示レンジに応じた補正表示分解能の積を補正表示値として前記表示装置に表示させるものであり、
前記補正表示分解能は、
前記表示レンジの何れかを基準レンジとして選定し、前記表示レンジの各々に対して校正用測定値を設定し、
前記基準レンジに対応する前記レンジアンプに、前記測定値に代えて前記校正用測定値を順次入力し、前記表示装置に表示される表示値を基準表示値として取得し、
前記表示レンジの各々に対応する前記レンジアンプに、それぞれ前記測定値に代えて前記表示レンジの各々に対応する前記校正用測定値を入力し、前記表示レンジの各々における前記ＡＤ変換値および前記表示装置に表示される表示値を取得し、
前記表示レンジの各々について、前記基準表示値を前記表示値で除してゲイン誤差率を計算し、前記表示値を前記ＡＤ変換値で除して表示分解能を計算し、前記表示分解能と前記ゲイン誤差率との積を補正表示分解能として記録したものである、ことを特徴とする。

本発明の表面性状測定機の調整方法は、ワーク表面の変位を検出する変位センサと、測定結果を表示する表示装置と、前記変位センサからの検出信号を処理して測定結果を前記表示装置に表示する制御装置とを備え、前記制御装置が、前記変位センサからの検出信号を処理して測定値として出力するセンサ回路と、異なる増幅率で前記測定値を増幅する複数のレンジアンプを含むレンジアンプ回路と、前記レンジアンプ回路で増幅されたアナログ信号をディジタル変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値を処理して前記レンジアンプに応じた複数の表示レンジで前記表示装置に表示するディジタル回路と、を有する表面性状測定機を調整する表面性状測定機の調整方法であって、
前記表示レンジの何れかを基準レンジとして選定し、前記表示レンジの各々に対して校正用測定値を設定する手順、
前記基準レンジに対応する前記レンジアンプに、前記測定値に代えて前記校正用測定値を順次入力し、前記表示装置に表示される表示値を基準表示値として取得する手順、
前記表示レンジの各々に対応する前記レンジアンプに、それぞれ前記測定値に代えて前記表示レンジの各々に対応する前記校正用測定値を入力し、前記表示レンジの各々における前記ＡＤ変換値および前記表示装置に表示される表示値を取得する手順、
前記表示レンジの各々について、前記基準表示値を前記表示値で除してゲイン誤差率を計算し、前記表示値を前記ＡＤ変換値で除して表示分解能を計算し、前記表示分解能と前記ゲイン誤差率との積を補正表示分解能として記録しておく手順、
前記ディジタル回路では、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値と前記表示レンジに応じた前記補正表示分解能の積を補正表示値として前記表示装置に表示させる手順、を含むことを特徴とする。

このような本発明では、制御装置による表示装置に対する測定結果の表示の際に、複数の表示レンジによる表示が行えるとともに、各表示レンジでの表示を行うレンジアンプのゲイン誤差の補正（ゲイン誤差補正）を行うことができ、各表示レンジで表示される測定結果を正確にすることができる。
すなわち、複数の表示レンジのうち、何れかを基準レンジとし、この基準レンジと他の表示レンジとのゲイン誤差率を計算し、このゲイン誤差率に基づいて各表示レンジの表示分解能を調整することで、基準レンジを基準にした各表示レンジのゲイン調整を行うことができる。
このようなゲイン誤差補正の結果、何れの表示レンジにおいても、基準レンジを基準にした補正表示分解能で表示が行われ、基準レンジに対するレンジ誤差を解消することができ、各表示レンジの全体で誤差を解消することができる。

本発明において、表示レンジの各々に対応するレンジアンプについてＡＤ変換値および表示値を取得する手順と、表示レンジの各々について補正表示分解能を記録する手順とは、各表示レンジ毎に各手順を順次行ってもよく、あるいは全ての表示レンジについてＡＤ変換値および表示値の取得を行った後、全ての表示レンジについての補正表示分解能の記録をまとめて行ってもよい。
本発明において、基準レンジに対応するレンジアンプで基準表示値を取得する手順は、前述した表示レンジの各々に対応するレンジアンプについてＡＤ変換値および表示値を取得する手順に先立って行ってもよいが、その後に行ってもよく、あるいは並行して行ってもよく、要するに表示レンジの各々について補正表示分解能を記録する手順で必要とされるデータが揃うように順序が考慮されていればよい。

本発明の表面性状測定機において、前記センサ回路と前記レンジアンプ回路との間に、前記センサ回路からの前記測定値にレベルシフト量を加算するレベルシフト回路を有し、前記レベルシフト量は前記ディジタル回路からの前記表示レンジ毎のオフセット量で指定され、前記オフセット量は、前記表示レンジの各々で、前記センサ回路から出力される前記測定値を所定の基準電圧である状態で前記ＡＤ変換値が所定値となるように前記レベルシフト量を調整した際の前記レベルシフト量とされていることが望ましい。

本発明の表面性状測定機の制御装置において、前記センサ回路と前記レンジアンプ回路との間に、前記センサ回路からの前記測定値にレベルシフト量を加算するレベルシフト回路を有し、前記レベルシフト量は前記ディジタル回路からの前記表示レンジ毎のオフセット量で指定され、前記オフセット量は、前記表示レンジの各々で、前記センサ回路から出力される前記測定値を所定の基準電圧である状態で前記ＡＤ変換値が所定値となるように前記レベルシフト量を調整した際の前記レベルシフト量とされていることが望ましい。

本発明の表面性状測定機の調整方法において、前記表面性状測定機は、前記センサ回路と前記レンジアンプ回路との間に、前記センサ回路からの前記測定値にレベルシフト量を加算するレベルシフト回路を有し、前記レベルシフト量は前記ディジタル回路からの前記表示レンジ毎のオフセット量で指定されたものであり、
前記表示レンジの各々で、前記センサ回路から出力される前記測定値を所定の基準電圧である状態とし、この状態で前記ＡＤ変換値が所定値となるように前記レベルシフト量を調整し、この際の前記レベルシフト量を前記オフセット量とする手順を含むことが望ましい。

このような本発明では、レンジアンプ回路からＡＤ変換器に至る回路のオフセット調整を行うことができ、とくに表示レンジ毎つまりレンジアンプ毎のオフセット量を設定することで、表示レンジを切り替えた際にこれに対応するオフセット量を設定することができる。

本発明において、所定の基準電圧としては例えば０ボルトを利用することができ、機器のグランドに接地することで簡単に基準電圧を得ることができる。この場合、ＡＤ変換値の所定値も０とすること、つまりＡＤ変換値が０となるようにレベルシフト量を調整すればよい。
これらのオフセット調整は、前述した本発明のゲイン誤差補正の前に行われることが望ましい。ただし、オフセット調整前述したゲイン誤差補正の後であってもよく、あるいは並行して行ってもよい。

本発明に係る表面性状測定機の一実施形態を示すブロック図。 前記実施形態での調整手順を示すフロー図。 前記実施形態での調整内容を示すグラフ。 前記実施形態での調整内容を示すグラフ。 前記実施形態での調整内容を示すグラフ。 前記実施形態での調整結果を示すグラフ。 従来の表面性状測定機の概略構成を示す模式図。 従来の表面性状測定機における測定結果を示すグラフ。

以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。
図１において、本実施形態の表面性状測定機１０は、前述した従来の表面性状測定機９０（図７参照）と同様な機器構成を備えている。
すなわち、図７で説明した通り、表面性状測定機９０は、駆動装置９２がアーム９３をＸ軸方向へ移動させ、スタイラス９４がワーク９５の表面の凹凸に応じてＺ軸方向に変位し、この変位が変位センサ９６で検出されて制御装置９１に送られ、制御装置９１では変位センサ９６からの検出信号をレンジアンプ９７で増幅し、走査位置に応じた変位量のグラフとして表示装置９８に表示していた。本実施形態の表面性状測定機１０においても、上述した機器構成は同様である。従って、図１および以下の説明においては、図７と同様の構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１において、本実施形態の表面性状測定機１０は、本発明に基づく制御装置１１を有し、制御装置１１には前述した駆動装置９２、変位センサ９６、表示装置９８が接続されているとともに、動作指示や設定等の操作を行うための操作装置１２、情報を記憶する大容量の外部記憶装置１３が接続されている。
制御装置１１は、アナログ回路部２０およびディジタル回路部３０を有する。これらのアナログ回路部２０およびディジタル回路部３０の間には、アナログ回路部２０から出力されたアナログ信号をディジタル変換してディジタル回路部３０に渡すＡＤ変換器４１と、ディジタル回路部３０から出力されたディジタル信号をアナログ変換してアナログ回路部２０へ送るＤＡ変換器４２とが設置されている。

アナログ回路部２０は、変位センサ９６からの検出信号ＳＳに増幅等の処理を行って測定値ＳＡとして出力するセンサ回路２１と、測定値ＳＡに対して所定のレベルシフト量ＬＳでレベルシフト（オフセット調整あるいはバイアス調整）を行うレベルシフト回路２２と、レベルシフトされた測定値ＳＡを異なる増幅率で増幅する複数のレンジアンプ２３１〜２３３を含むレンジアンプ回路２３とを備えている。さらに、アナログ回路部２０は、ディジタル回路部３０からの動作指令に基づいて駆動装置９２を制御する駆動制御回路２４を備えている。

レンジアンプ回路２３は、複数ｎの表示レンジＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）での表示を行うために、ｎ個のレンジアンプを有するものとされる。本実施形態ではｎ＝３とされ、表示レンジＲ１〜Ｒ３に対応するために、計３台のレンジアンプ２３１〜２３３が設置されている。各表示レンジＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対応するレンジアンプは増幅率βｉとされる。本実施形態では、表示レンジＲ１〜Ｒ３に対応するレンジアンプ２３１〜２３３の増幅率は、それぞれβ１〜β３となる。
なお、各表示レンジＲｉのレンジアンプからの出力を増幅済測定値ＡＡｉとすると、各レンジアンプＲｉの増幅率βｉ＝増幅済測定値ＡＡ／（測定値ＳＡ＋レベルシフト量ＬＳ）となる。増幅済測定値ＡＡｉは、ＡＤ変換器４１でディジタル変換されてＡＤ変換値ＡＤｉとしてディジタル回路部３０に渡される。本実施形態では、各表示レンジＲ１〜Ｒ３の増幅済測定値ＡＡ１〜ＡＡ３が、ＡＤ変換値ＡＤ１〜ＡＤ３としてディジタル回路部３０に渡される。

ディジタル回路部３０は、マイクロプロセッサ等を用いたＣＰＵ３１を有し、ＣＰＵ３１は入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）３２を介して表示装置９８、操作装置１２および外部記憶装置１３と接続されている。
ＣＰＵ３１には、フラッシュＲＯＭ等の不揮発性メモリ３３が接続され、処理に用いるデータを適宜保管することができる。
ＣＰＵ３１は、図示省略したプログラムエリアに記録された動作プログラムにより動作し、以下のような動作を行う。

動作プログラムに基づいて動作指令を出力し、この指令をＤＡ変換器４２を介して駆動制御回路２４へ送り、駆動装置９２に指定した測定動作を実行させる。これにより、ワーク９５の表面性状が変位センサ９６で検出され、検出信号ＳＳとしてセンサ回路２１に送られる。
アナログ回路部２０のレンジアンプ回路２３からＡＤ変換器４１を経て渡されるＡＤ変換値ＡＤｉに対して所定の処理を行い、測定結果のグラフ（Ｘ軸移動位置とＺ軸変位とのグラフ）を何れかの表示レンジＲｉで表示装置９８に表示する。
ここで、表示装置９８の表示画面に表示されたグラフにおいて、ＡＤ変換値ＡＤｉに対する測定結果として画面上の長さが表示値ＤＡＴＡであったとすると、表示装置９８における表示レンジＲｉでの表示分解能ＤＩＶｉとして、表示値ＤＡＴＡ＝ＡＤｉ＊ＤＩＶｉの関係がある。

このような本実施形態の表面性状測定機においては、前述した通り、各表示レンジＲｉのレンジアンプの増幅率βｉなどの誤差がＡＤ変換値ＡＤｉに影響を及ぼし、結果として表示装置９８に表示される表示値ＤＡＴＡにもこのレンジ間誤差が反映されてしまう。
このようなレンジ間誤差を解消するべく、測定動作に先立って本発明に基づく調整手順を実行する。

図２において、本発明に基づく調整手順は、オフセット調整の段階Ｐ１と、ゲイン誤差補正の段階Ｐ２と、試験表示の段階Ｐ３とを含む。
なお、オフセット調整の段階Ｐ１は、本発明として必須ではないが、調整結果を良好にするために実行することが望ましい。ゲイン誤差補正の段階Ｐ２は、本発明に基づく必須手順である。試験表示の段階Ｐ３は結果確認のための任意の手順であり、適宜省略してもよい。
なお、図２では、表示レンジ数ｎとして一般化しているが、前述した通り、本実施形態では図１の構成に適用するためｎ＝３つまり表示レンジ数ｉ＝１〜３である。

オフセット調整の段階Ｐ１では、手順Ｐ１１〜Ｐ１２を実行する。
手順Ｐ１１では、各表示レンジＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）において、それぞれレベルシフト回路２２に校正用測定値ＳＡｉとして基準電圧０Ｖを入力し、ＡＤ変換値ＡＤｉ＝０となるレベルシフト量ＬＳを調整する。
手順Ｐ１２では、各表示レンジＲｉで、調整したレベルシフト量ＬＳをオフセット量ＡＤｏｆｓｉとして記録する。

具体的には、先ず、表示レンジＲ１のレンジアンプ２３１を選択し、レベルシフト回路２２に校正用測定値ＳＡ１として基準電圧０Ｖを入力し、ＡＤ変換値ＡＤ１＝０となるレベルシフト量ＬＳを調整する。調整ができたら、このレベルシフト量ＬＳを表示レンジＲ１のオフセット量ＡＤｏｆｓ１として記録する。
次に、表示レンジＲ２のレンジアンプ２３２を選択し、同様にしてレベルシフト量ＬＳをオフセット量ＡＤｏｆｓ２として記録し、表示レンジＲ３についてもオフセット量ＡＤｏｆｓ３を記録する。

例えば、図３において、レンジ入力（レベルシフト回路２２に校正用測定値ＳＡ１）に対して、各表示レンジＲ１〜Ｒ３のレンジ出力（レンジアンプ２３１〜２３３の出力である増幅済測定値ＡＡ１〜ＡＡ３）はそれぞれ右上がりの直線となる。各表示レンジＲ１〜Ｒ３でレンジ入力が０のとき、表示レンジＲ１のレンジ出力は０であるが、表示レンジＲ２，Ｒ３のレンジ出力が０ではない。これらの表示レンジＲ２，Ｒ３については、レベルシフト量ＬＳを加算することで、レンジ出力を０とすることができ、このようなレベルシフト量ＬＳをオフセット量ＡＤｏｆｓ２，ＡＤｏｆｓ３として記録する。

こうして得られたオフセット量ＡＤｏｆｓｉ（ｉ＝１〜３）は、それぞれ入力が同じ時に出力が揃うようにするためのオフセット量であり、このオフセット量で実際の測定値ＳＡｉに対するレベルシフトすることで各表示レンジ１〜３の間でのオフセット誤差の補正を行うことができる。

ゲイン調整の段階Ｐ２では、手順Ｐ２１〜Ｐ２４を実行する。
手順Ｐ２１では、表示レンジＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対して、これらのうち何れかを基準レンジＲｒとして選択する。そして、各表示レンジＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）について校正用測定値ＳＡｉを設定する。この際、校正用測定値ＳＡｉとしては、各表示レンジＲｉおよび基準レンジＲｒのうち増幅率が大きい方のレンジ最大値に近い値とすることが望ましい。

例えば、図４において、表示レンジＲ２を基準レンジとして選択し、基準レンジである表示レンジＲ２に対して表示レンジＲ１の校正用測定値ＳＡ１を設定する場合、校正用測定値ＳＡ１をレンジ入力（レベルシフト回路２２の入力）とすると、表示レンジＲ１のレンジ出力、つまりレンジアンプ２３１の出力である増幅済測定値ＡＡ１のＡＤ変換値ＡＤ１であり、表示レンジＲ２のレンジ出力、つまりレンジアンプ２３２の出力である増幅済測定値ＡＡ２のＡＤ変換値ＡＤ２である。この場合、表示レンジＲ１のグラフの傾き（増幅率β１）は表示レンジＲ２のグラフの傾き（増幅率β２）よりも大きいので、表示レンジＲ１でレンジ最大値に近いＡＤ変換値ＡＤ１を与える校正用測定値ＳＡ１を選択すればよい。

一方、図５において、基準レンジである表示レンジＲ２に対して表示レンジＲ３の校正用測定値ＳＡ３を設定する場合、同様にして表示レンジＲ２のレンジ出力、つまりレンジアンプ２３２の出力である増幅済測定値ＡＡ２のＡＤ変換値ＡＤ２であり、表示レンジＲ３のレンジ出力、つまりレンジアンプ２３３の出力である増幅済測定値ＡＡ３のＡＤ変換値ＡＤ３である。この場合、表示レンジＲ２のグラフの傾き（増幅率β２）は表示レンジＲ３のグラフの傾き（増幅率β３）よりも大きいので、表示レンジＲ２でレンジ最大値に近いＡＤ変換値ＡＤ２を与える校正用測定値ＳＡ３を選択すればよい。

手順Ｐ２２では、基準レンジＲｒを選択つまり基準レンジＲｒに対応するレンジアンプを選択し、この状態でレベルシフト回路２２に校正用測定値ＳＡｉ（ｉ＝１〜ｎ）を順次入力し、表示装置９８に表示されたグラフの表示画像上の長さから基準表示値ｒＤＡＴＡｉ（ｉ＝１〜ｎ）を取得する。
得られた基準表示値ｒＤＡＴＡｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、基準レンジＲｒに対応するレンジアンプ（共通の基準レンジアンプ）に各校正用測定値ＳＡｉ（ｉ＝１〜ｎ）を入力して得られるものであり、各校正用測定値ＳＡｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対する基準レンジＲｒの特性を反映したものとなる。

手順Ｐ２３では、各表示レンジＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）において、それぞれレベルシフト回路２２に校正用測定値ＳＡｉを入力し、この校正用測定値ＳＡｉに対して出力されるＡＤ変換値ＡＤｉを取得するとともに、表示装置９８に表示されたグラフの表示画像上の長さから表示値ＤＡＴＡｉを取得する。
得られたＡＤ変換値ＡＤｉおよび表示値ＤＡＴＡｉは、各校正用測定値ＳＡｉに対して各表示レンジＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対応するレンジアンプの特性を反映したものとなる。

手順Ｐ２４では、各表示レンジＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）について、それぞれ以下の値を計算する。
ゲイン誤差率ｋｉは、ｋｉ＝ｒＤＡＴＡｉ／ＤＡＴＡｉで与えられ、同じ校正用測定値ＳＡｉに対して基準レンジＲｒのレンジアンプで増幅した際の基準表示値ｒＤＡＴＡｉと、各表示レンジＲｉのレンジアンプで増幅した際の表示値ＤＡＴＡｉとの比率であり、前述した増幅率βｉを含む各表示レンジＲｉのレンジ間誤差の影響を一括して基準レンジＲｒに対する比率として計測することができる。

表示分解能ＤＩＶｉは、表示装置９８に表示される表示レンジＲｉでの表示分解能であり、ＤＩＶｉ＝ＤＡＴＡｉ／（ＡＤｉ−ＡＤｏｓｆｉ）で計算される。この際、表示値ＤＡＴＡｉは、各表示レンジＲｉにおけるレンジ間誤差を含んだままのものであり、表示分解能ＤＩＶｉもレンジ間誤差を含んだ状態にある。
補正表示分解能ｃＤＩＶｉは、ｃＤＩＶｉ＝ＤＩＶｉ＊ｋｉで与えられる。前述の通り、表示分解能ＤＩＶｉはレンジ間誤差を含んだ状態であるが、各表示レンジＲｉのレンジ間誤差の影響を一括して基準レンジＲｒに対する比率として計測したゲイン誤差率ｋｉで補正することにより、補正表示分解能ｃＤＩＶｉはレンジ間誤差を解消したものとすることができる。

試験表示の段階Ｐ３では、手順Ｐ３１のように、各表示レンジＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）において、実際の測定値ＳＡを入力し、補正表示値ｃＤＡＴＡｉ＝（ＡＤｉ−ＡＤｏｆｓｉ）＊ｃＤＩＶｉを表示する。
本実施形態によれば、補正表示分解能ｃＤＩＶｉを用いて、ＡＤ変換値ＡＤｉおよびオフセット量ＡＤｏｆｓｉから演算を行って表示装置９８に表示させることで、レンジ間誤差を含まない補正表示値ｃＤＡＴＡｉ＝（ＡＤｉ−ＡＤｏｆｓｉ）＊ｃＤＩＶｉを得ることができ、この補正表示値ｃＤＡＴＡｉを用いて表示を行うことで、表示装置９８における各表示レンジＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）間のレンジ間誤差を解消することができる。

前述したゲイン調整の段階Ｐ２（手順Ｐ２１〜Ｐ２４）について、３つの表示レンジＲ１〜Ｒ３を有する本実施形態における具体例で説明する。
先ず、手順Ｐ２１に基づき、表示レンジＲ１〜Ｒ３のうち中間の表示レンジＲ２を基準レンジとして選択する。そして、前述した図４および図５の具体例の通り、基準レンジ以外の表示レンジＲ１，Ｒ３について校正用測定値ＳＡ１，ＳＡ３を設定する。
次に、手順Ｐ２２に基づき、基準レンジである表示レンジＲ２を選択した状態で、校正用測定値ＳＡ１を入力して基準表示値ｒＤＡＴＡ１を計測し、校正用測定値ＳＡ３を入力して基準表示値ｒＤＡＴＡ３を計測する。

続いて、手順Ｐ２３に基づき、基準レンジ以外の表示レンジである表示レンジＲ１を選択した状態で、校正用測定値ＳＡ１を入力してＡＤ変換値ＡＤ１および表示値ＤＡＴＡ１を計測し、同じく表示レンジＲ３を選択した状態で、校正用測定値ＳＡ３を入力してＡＤ変換値ＡＤ３および表示値ＤＡＴＡ３を計測する。
さらに、手順Ｐ２４に基づき、基準レンジ以外の表示レンジＲ１，Ｒ３についてゲイン誤差率ｋ１，ｋ３、表示分解能ＤＩＶ１，ＤＩＶ３、補正表示分解能ｃＤＩＶ１，ｃＤＩＶ３を計算する。
ｋ１＝ｒＤＡＴＡ１／ＤＡＴＡ１
ｋ３＝ｒＤＡＴＡ３／ＤＡＴＡ３
ＤＩＶ１＝ＤＡＴＡ１／（ＡＤ１−ＡＤｏｓｆ１）
ＤＩＶ３＝ＤＡＴＡ３／（ＡＤ３−ＡＤｏｓｆ３）
ｃＤＩＶ１＝ＤＩＶ１＊ｋ１
ｃＤＩＶ３＝ＤＩＶ３＊ｋ３
なお、基準レンジである表示レンジＲ２においては、自らが基準であるため、ゲイン誤差率ｋ２＝ｒＤＡＴＡ２／ＤＡＴＡ２＝１であり、補正表示分解能ｃＤＩＶ２＝ＤＩＶ２＊１＝ＤＡＴＡ２／（ＡＤ２−ＡＤｏｓｆ２）である。

これらの計算の後、補正表示値ｃＤＡＴＡｉを用いて表示を行うことにより、表示レンジ１〜３でのレンジ間誤差を解消することができる。
ｃＤＡＴＡ１＝（ＡＤ１−ＡＤｏｆｓ１）＊ｃＤＩＶ１
ｃＤＡＴＡ２＝（ＡＤ２−ＡＤｏｆｓ２）＊ｃＤＩＶ２
ｃＤＡＴＡ３＝（ＡＤ３−ＡＤｏｆｓ３）＊ｃＤＩＶ３
このような補正表示値ｃＤＡＴＡｉを用いた表示を行うことで、傾きについては補正表示分解能ｃＤＩＶｉによりゲイン誤差が解消され、オフセット誤差についてはＡＤｏｆｓｉによる補正が行われる。
これらにより、本実施形態の表面性状測定機１０によれば、図６に示すような、各表示レンジＲ１〜Ｒ３の間で不連続のない滑らかなグラフを得ることができ、表示レンジＲ１〜Ｒ３の切り替えに伴うレンジ間誤差を解消することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、表示レンジＲ１〜Ｒ３の３つとし、中間の表示レンジＲ２を基準レンジＲｒとしたが、例えば表示レンジＲ１を基準レンジとし、他の表示レンジＲ２，Ｒ３に対するゲイン誤差率ｋ２，ｋ３を計算するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、表示レンジＲｉは３つとしたが、４つ以上であってもよい。

前記実施形態では、オフセット誤差についても補正するため、オフセット調整手順の段階Ｐ１でオフセット量ＡＤｏｆｓｉを計算し、ゲイン誤差補正手順の段階Ｐ２ではオフセット量ＡＤｏｆｓｉを考慮して分解能ＤＩＶｉ＝ＤＡＴＡｉ／（ＡＤｉ−ＡＤｏｓｆｉ）を計算し、補正表示値ｃＤＡＴＡｉ＝（ＡＤｉ−ＡＤｏｆｓｉ）＊ｃＤＩＶｉを表示に用いたが、オフセット誤差に関する計算は省略してもよい。この場合、ゲイン誤差補正手順の段階Ｐ２では分解能ＤＩＶｉ＝ＤＡＴＡｉ／ＡＤｉを計算し、補正表示値ｃＤＡＴＡｉ＝ＡＤｉ＊ｃＤＩＶｉを表示すればよい。
表面性状測定機１０におけるその他の構成、例えばアナログ回路部２０の構成、ディジタル回路部３０の構成、制御装置１１に接続される駆動装置９２、変位センサ９６、表示装置９８等も適宜変更してよい。

１０…表面性状測定機
１１…制御装置
１２…操作装置
１３…外部記憶装置
２０…アナログ回路部
２１…センサ回路
２２…レベルシフト回路
２３…レンジアンプ回路
２３１〜２３３…レンジアンプ
２４…駆動制御回路
３０…ディジタル回路部
３１…ＣＰＵ
３３…不揮発性メモリ
４１…ＡＤ変換器
４２…ＤＡ変換器
９２…駆動装置
９５…ワーク
９６…変位センサ
９８…表示装置
ＡＡｉ，ＡＡ１〜ＡＡ３…増幅済測定値
ＡＤｉ，ＡＤ１〜ＡＤ３…ＡＤ変換値
ＡＤｏｆｓｉ，ＡＤｏｆｓ１〜ＡＤｏｆｓ３…オフセット量
ｃＤＡＴＡｉ，ｃＤＡＴＡ１〜ｃＤＡＴＡ３…補正表示値
ｃＤＩＶｉ，ｃＤＩＶ１〜ｃＤＩＶ３…補正表示分解能
ＤＡＴＡｉ，ＤＡＴＡ１〜ＤＡＴＡ３…表示値
ＤＩＶｉ，ＤＩＶ１〜ＤＩＶ３…表示分解能
ｋｉ，ｋ１〜ｋ３…ゲイン誤差率
ＬＳ…レベルシフト量
ｎ…表示レンジ数
Ｐ１…オフセット調整手順の段階
Ｐ２…ゲイン誤差補正手順の段階
Ｐ３…試験表示の段階
Ｒｉ，Ｒ１〜Ｒ３…表示レンジ
ｒＤＡＴＡｉ，ｒＤＡＴＡ１〜ｒＤＡＴＡ３…基準表示値
Ｒｒ…基準レンジ
ＳＡ…測定値
ＳＡｉ，ＳＡ１〜ＳＡ３…校正用測定値
ＳＳ…検出信号
βｉ，β１〜β３…増幅率

Claims (6)

1. ワーク表面の変位を検出する変位センサと、測定結果を表示する表示装置と、前記変位センサからの検出信号を処理して測定結果を前記表示装置に表示する制御装置とを備え、前記制御装置が、前記変位センサからの検出信号を処理して測定値として出力するセンサ回路と、異なる増幅率で前記測定値を増幅する複数のレンジアンプを含むレンジアンプ回路と、前記レンジアンプ回路で増幅されたアナログ信号をディジタル変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値を処理して前記レンジアンプに応じた複数の表示レンジで前記表示装置に表示するディジタル回路と、を有する表面性状測定機であって、
   前記ディジタル回路は、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値と前記表示レンジに応じた補正表示分解能の積を補正表示値として前記表示装置に表示させるものであり、
   前記補正表示分解能は、
   前記表示レンジの何れかを基準レンジとして選定し、前記表示レンジの各々に対して校正用測定値を設定し、
   前記基準レンジに対応する前記レンジアンプに、前記測定値に代えて前記校正用測定値を順次入力し、前記表示装置に表示される表示値を基準表示値として取得し、
   前記表示レンジの各々に対応する前記レンジアンプに、それぞれ前記測定値に代えて前記表示レンジの各々に対応する前記校正用測定値を入力し、前記表示レンジの各々における前記ＡＤ変換値および前記表示装置に表示される表示値を取得し、
   前記表示レンジの各々について、前記基準表示値を前記表示値で除してゲイン誤差率を計算し、前記表示値を前記ＡＤ変換値で除して表示分解能を計算し、前記表示分解能と前記ゲイン誤差率との積を補正表示分解能として記録したものである、ことを特徴とする表面性状測定機。
2. ワーク表面の変位を検出する変位センサと、測定結果を表示する表示装置と、を備えた表面性状測定機に設置され、前記変位センサからの検出信号を処理して測定結果を前記表示装置に表示する表面性状測定機の制御装置であって、
   前記変位センサからの検出信号を処理して測定値として出力するセンサ回路と、異なる増幅率で前記測定値を増幅する複数のレンジアンプを含むレンジアンプ回路と、前記レンジアンプ回路で増幅されたアナログ信号をディジタル変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値を処理して前記レンジアンプに応じた複数の表示レンジで前記表示装置に表示するディジタル回路と、を有し、
   前記ディジタル回路は、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値と前記表示レンジに応じた補正表示分解能の積を補正表示値として前記表示装置に表示させるものであり、
   前記補正表示分解能は、
   前記表示レンジの何れかを基準レンジとして選定し、前記表示レンジの各々に対して校正用測定値を設定し、
   前記基準レンジに対応する前記レンジアンプに、前記測定値に代えて前記校正用測定値を順次入力し、前記表示装置に表示される表示値を基準表示値として取得し、
   前記表示レンジの各々に対応する前記レンジアンプに、それぞれ前記測定値に代えて前記表示レンジの各々に対応する前記校正用測定値を入力し、前記表示レンジの各々における前記ＡＤ変換値および前記表示装置に表示される表示値を取得し、
   前記表示レンジの各々について、前記基準表示値を前記表示値で除してゲイン誤差率を計算し、前記表示値を前記ＡＤ変換値で除して表示分解能を計算し、前記表示分解能と前記ゲイン誤差率との積を補正表示分解能として記録したものである、ことを特徴とする表面性状測定機の制御装置。
3. ワーク表面の変位を検出する変位センサと、測定結果を表示する表示装置と、前記変位センサからの検出信号を処理して測定結果を前記表示装置に表示する制御装置とを備え、前記制御装置が、前記変位センサからの検出信号を処理して測定値として出力するセンサ回路と、異なる増幅率で前記測定値を増幅する複数のレンジアンプを含むレンジアンプ回路と、前記レンジアンプ回路で増幅されたアナログ信号をディジタル変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値を処理して前記レンジアンプに応じた複数の表示レンジで前記表示装置に表示するディジタル回路と、を有する表面性状測定機を調整する表面性状測定機の調整方法であって、
   前記表示レンジの何れかを基準レンジとして選定し、前記表示レンジの各々に対して校正用測定値を設定する手順、
   前記基準レンジに対応する前記レンジアンプに、前記測定値に代えて前記校正用測定値を順次入力し、前記表示装置に表示される表示値を基準表示値として取得する手順、
   前記表示レンジの各々に対応する前記レンジアンプに、それぞれ前記測定値に代えて前記表示レンジの各々に対応する前記校正用測定値を入力し、前記表示レンジの各々における前記ＡＤ変換値および前記表示装置に表示される表示値を取得する手順、
   前記表示レンジの各々について、前記基準表示値を前記表示値で除してゲイン誤差率を計算し、前記表示値を前記ＡＤ変換値で除して表示分解能を計算し、前記表示分解能と前記ゲイン誤差率との積を補正表示分解能として記録しておく手順、
   前記ディジタル回路では、前記ＡＤ変換器で変換されたＡＤ変換値と前記表示レンジに応じた前記補正表示分解能の積を補正表示値として前記表示装置に表示させる手順、を含むことを特徴とする表面性状測定機の調整方法。
4. 請求項１に記載した表面性状測定機において、
   前記センサ回路と前記レンジアンプ回路との間に、前記センサ回路からの前記測定値にレベルシフト量を加算するレベルシフト回路を有し、前記レベルシフト量は前記ディジタル回路からの前記表示レンジ毎のオフセット量で指定され、前記オフセット量は、前記表示レンジの各々で、前記センサ回路から出力される前記測定値を所定の基準電圧である状態で前記ＡＤ変換値が所定値となるように前記レベルシフト量を調整した際の前記レベルシフト量とされていることを特徴とする表面性状測定機。
5. 請求項２に記載した表面性状測定機の制御装置において、
   前記センサ回路と前記レンジアンプ回路との間に、前記センサ回路からの前記測定値にレベルシフト量を加算するレベルシフト回路を有し、前記レベルシフト量は前記ディジタル回路からの前記表示レンジ毎のオフセット量で指定され、前記オフセット量は、前記表示レンジの各々で、前記センサ回路から出力される前記測定値を所定の基準電圧である状態で前記ＡＤ変換値が所定値となるように前記レベルシフト量を調整した際の前記レベルシフト量とされていることを特徴とする表面性状測定機の制御装置。
6. 請求項３に記載した表面性状測定機の調整方法において、
   前記表面性状測定機は、前記センサ回路と前記レンジアンプ回路との間に、前記センサ回路からの前記測定値にレベルシフト量を加算するレベルシフト回路を有し、前記レベルシフト量は前記ディジタル回路からの前記表示レンジ毎のオフセット量で指定されたものであり、
   前記表示レンジの各々で、前記センサ回路から出力される前記測定値を所定の基準電圧である状態とし、この状態で前記ＡＤ変換値が所定値となるように前記レベルシフト量を調整し、この際の前記レベルシフト量を前記オフセット量とする手順を含むことを特徴とする表面性状測定機の調整方法。

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