JP2595392B2 - 自動オフセット調整機能付き測定機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定物の表面性状等の
状態を検出する測定機に関し、特に測定値に付加するオ
フセット値を与えられた条件に応じて自動調整する自動
オフセット調整機能付き測定機に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体表面の性状は、変化の小さい順に、
粗さ、うねり、輪郭（形状）等と呼ばれる。表面性状測
定機は、このような物体表面の性状を、接触型又は非接
触型の検出器を用いて高精度に検出する。接触型の検出
器（触針）を用いる表面性状測定機には、フルストロー
ク０．５ｍｍを数１０００分の１の分解能で測定できる
タイプもある。このような高分解能の測定機は、倍率の
異なる複数の測定レンジを有し、測定対象とする範囲が
できるだけ大振幅で表示できるように、測定レンジを選
択可能にしている。加えて、測定値に付加するオフセッ
ト値の調整も必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
測定機では、予備的な測定を繰り返しながら最適なレン
ジの選択およびオフセット値の調整をしているため、本
測定可能となるまでの段取りに時間がかかり、また、接
触型の触針を用いる測定機では、何度も測定を繰り返す
ことで測定物表面を傷つける心配がある。本発明は、測
定値に付加するオフセット値を自動調整することで、高
倍率でもオーバレンジしにくくすると共に、本測定まで
の段取り時間を短縮し、また測定対象とする物体表面を
傷つけないようにすることを目的としている。

【０００４】

【０００５】

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、粗さ検出器を測定物に対して相対移動させて
測定物の表面性状を測定する測定機において、前記検出
器の検出出力にオフセット値を加える手段と、このオフ
セット値が加えられた検出値を順次サンプリングして処
理する手段と、この処理手段によるデータサンプリング
時毎に今回サンプリングした検出値をあらかじめ設定し
た上限値および下限値と比較し、前記検出値が前記上限
値または下限値を越えたときは次回のデータサンプリン
グ時に使用する前記オフセット値をあらかじめ設定した
値だけ増加又は減少させて測定可能領域をシフトさせる
オフセット調整手段と、サンプリングされた各検出値か
らそれぞれに加えられたオフセット値を除去して検出絶
対値を求める手段とを備えてなることを第１の特徴とし
ている。

【０００７】また本発明は、粗さ検出器を測定物に対し
て相対移動させて測定物の表面性状を測定する測定機に
おいて、前記検出器の検出出力にオフセット値を加える
手段と、このオフセット値が加えられた検出値を順次サ
ンプリングして処理する手段と、この処理手段によるデ
ータサンプリング時毎に今回サンプリングした検出値を
オフセット修正値とし、このオフセット修正値を前回の
オフセット値に加算または減算して測定可能領域をシフ
トさせるオフセット調整手段と、サンプリングされた各
検出値からそれぞれに加えられたオフセット値を除去し
て検出絶対値を求める手段とを備えてなることを第２の
特徴としている。

【０００８】更に本発明は、上述の自動オフセット調整
機能付き測定機において、前記検出絶対値をあらかじめ
評価されている前記検出器の変位に応じた直線性誤差デ
ータにより誤差補正する手段を更に備えてなることを第
３の特徴としている。

【０００９】更に本発明は、前記誤差補正手段が、前記
検出器の直線性誤差データをあらかじめ所定の変位毎に
実測して得られた実測誤差データとこれから算出された
補間誤差データとを格納した誤差テーブルを備えてなる
ことを第４の特徴としている。

【００１０】

【作用】測定値に加えるオフセット値が、与えられた条
件に従い自動調整されると、オフセット調整のための操
作が不要となるので、本測定までの段取り時間は著しく
短縮され、また測定物を損傷することもない。更に高い
レンジでもオーバーレンジしにくくなる。オフセット値
を自動調整する条件は種々に定めることができるので、
本発明によれば以下のような独自の効果が生み出され
る。即ち本発明の第１及び第２の特徴によると、表面性
状測定に関して、レンジ切替えを行うことなく最高分解
能で最大範囲の測定が可能になる。 また、本発明の第３
及び第４の特徴によると、上述の利点に加え、検出器の
低レンジ直線性誤差補正等を補正することができる。ま
た直線性誤差は実測して得られたものであるため、検出
器の直線性誤差のみならず、増幅器等の他の回路の非直
線性をも補正することができる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【実施例】図１および図２は、本発明を適用するＣＰＵ
内蔵型表面性状測定機の分割されたブロック図である。
図１は主としてＣＰＵとその入出力回路を示す部分ブロ
ック図である。これに対し、図２は表面性状測定機特有
の構成を示す部分ブロック図である。これらの図を結ぶ
共通バス１０はアドレスバス、データバス、クロックラ
イン等を含んでいる。

【００１４】図１において、１１は制御中枢となるＣＰ
Ｕ（中央処理装置）である。このＣＰＵ１１は定期的な
処理と非定期的な処理を行うが、リアルタイムクロック
発生器１１ａは出力クロックで一定時間（例えば５ｍ
ｓ）毎に割り込みをかけ、定期的な処理を繰り返し実行
させる。このＣＰＵ１１は共通バス１０を介してメモリ
１２を使用する。このメモリ１２にはＲＡＭ（ランダム
アクセスメモリ）とＲＯＭ（リードオンリメモリ）とが
含まれる。このうち、ＲＯＭには主としてＣＰＵ１１の
動作プログラムや各種処理用の定数テーブルが格納され
ている。これに対し、ＲＡＭは各種測定条件や収集デー
タ等の格納に使用され、必要に応じて電源オフ後にもデ
ータが消滅しないようにバッテリ等でバックアップされ
る。

【００１５】このＣＰＵ１１の周辺にはプリンタ１３や
ＣＲＴディスプレイ１４等の出力機器、およびキーボー
ド１５、マウス１６、スイッチ１７等の入力機器が接続
される。プリンタ１３は各種の測定条件や収集データ等
を文字やグラフ等で印字出力するためのもので、このイ
ンターフェースには例えばセントロニクスタイプの出力
回路１２ａが使用される。ＣＲＴディスプレイ１４はビ
デオメモリ１４ｂに格納された測定条件や測定データ等
をＣＲＴ画面に表示する。ＣＲＴ制御回路１４ａはディ
スプレイ１４の水平掃引および垂直掃引の同期制御、お
よびビデオメモリ１４ｂのリード、ライト制御を行う。

【００１６】ビデオメモリ１４ｂには、例えばカラーグ
ラフィックディスプレイの使用時には、ディスプレイ１
４に表示される各画素の色情報が格納される。図３はデ
ィスプレイ画面の一例を示したものである。この例では
１つの画面を複数に分割し、大面積のＡ部には表面粗さ
を示す拡大記録図形を表示している。この拡大記録図形
表示部Ａの縦軸は凹凸の度合い（振幅）、横軸は距離
（後述の検出器送り位置）である。この他に触針ポジシ
ョン表示部Ｂやアイコン表示部Ｃ等もある。

【００１７】キーボード１５はアルファベットキー、数
字キー等を有し、各キーのオン情報をエンコード回路１
５ｂでコード化してＣＰＵ１１へ入力する。１５ａはこ
のとき使用されるキー入力回路である。マウス１６は２
軸のエンコーダとスイッチを内蔵し、エンコーダ出力は
計数器１６ｂで計数される。この計数器１６ｂの計数値
はマウス入力回路１６ａを介してＣＰＵ１１へ入力され
る。このとき、マウス１６のスイッチ信号もマウス入力
回路１６ａを介してＣＰＵ１１へ入力する。

【００１８】スイッチ１７は各種の押ボタンスイッチ、
選択スイッチ、リミットスイッチ等からなり、各スイッ
チの信号はスイッチ入力回路１７ａを介してＣＰＵ１１
へ入力する。後述する例で必要な信号には、検出器の上
昇、下降、左行、右行等の指示を与える手動操作信号
や、測定スタート等の自動操作信号、更には機構部分の
動作ストロークオーバ信号等がある。

【００１９】一方、図２の構成には粗さ検出器２１、記
録計２２、検出器送り位置スケール２３、検出器送りユ
ニット２４、コラム２５、傾斜補正用載物台２６が含ま
れる。粗さ検出器２１は、例えば機械的な触針を測定物
表面に接触させ、必要に応じて前記触針を移動させなが
ら測定物表面の凹凸を検出する。この検出器２１の出力
はレベルが低く雑音の影響を受け易いので、これをノイ
ズ除去用のブリッジ２１ａに入力し、さらにその出力
（正弦波信号）を同期整流器２１ｂに入力する。このブ
リッジ２１ａと同期整流器２１ｂは共に発振器２１ｃか
らの正弦波信号を入力されているので、この部分で同期
整流することにより触針の上下変位に応じた直流電圧だ
けが出力される。同期整流器２１ｂの出力は測定レンジ
（倍率）決定用の増幅器２１ｄで増幅された後、Ａ／Ｄ
変換器２１ｅでディジタル信号に変換され、検出器信号
入力回路２１ｆを通してＣＰＵ１１に取り込まれる。

【００２０】以上の基本的な構成に対し、加算器２７ａ
で零点調整用のオフセット電圧が加算される。このオフ
セット電圧は、触針の変位量とは独立して零点を決定で
きるようにするもので、ＣＰＵ１１から出力される。但
し、ＣＰＵ１１の出力はディジタル量であるので、これ
をオフセット出力回路２７ｃを介してＤ／Ａ変換器２７
ｂに入力し、ここでアナログ電圧に変換してから使用す
る。一方、増幅器２１ｄの増幅度を切換えるレンジ切替
信号はＣＰＵ１１から出力され、レンジ切替出力回路２
８ａを介して増幅器２１ｄに与えられる。このレンジ切
替信号の値を変えると増幅器２１ｄの増幅度を変化させ
ることができるので、これにより測定データに適した拡
大倍率で表示或いは印字等を行うことができる。

【００２１】記録計２２は主として触針変位を波形とし
て記録するものであるため、ＣＰＵ１１は触針変位値に
対し予め決められている定数値を乗算し、その結果を記
録計用出力回路２２ａを介して出力する。この出力回路
２２ａの出力はディジタル値であるので、これをＤ／Ａ
変換器２２ｂでアナログ値に変換して記録計２２へ入力
する。

【００２２】上述した粗さ検出器２１と記録計２２に関
係する部分は表面性状測定器の検出および記録に関する
ものであり、後述する検出器送り位置スケール２３から
傾斜補正用載物台２６までは測定対象とする測定物と触
針の位置関係を適正化したり、検出器を摺動させたりす
る機構部分に関する。

【００２３】検出器送り位置スケール２３は、粗さ検出
器２１（ここでは機械式の触針を想定する）を測定物の
表面と平行な方向に送った場合の平行方向位置、即ちデ
ィスプレイ１４や記録計２２における拡大記録図形の横
軸方向の位置を検出するためのスケールである。このス
ケール２３がインクリメンタル型である場合、所定の移
動量毎に１パルス発生するという出力形態をとるので、
後段の計数器２３ｂでこのパルスを計数してスタート位
置からの積算移動量（これを検出器の送り位置と呼ぶ）
を求める。ＣＰＵ１１はこの送り位置を表示や印字制御
上必要とするので、これを送り位置入力回路２３ａを介
してＣＰＵ１１へ転送する。

【００２４】尚、計数器２３ｂが所定の送り位置毎に距
離信号を発生する機能を有していると、この距離信号で
ＣＰＵ１１に割り込みをかけることができる。この割り
込みは、検出器２１の実際の位置に応じたものであるた
め、リアルタイムクロックによる時間割り込みとは別
に、表示或いは記録制御上便利な使い方ができる。

【００２５】検出器送りユニット２４は、図４に示すよ
うに検出器２１を水平方向（矢印Ｈ方向）に移動させる
機構である。上述のスケール２３はこの送りユニット２
４による検出器２１の移動量を計測する。送りユニット
２４はコラム機構２５によって上下動可能であり、これ
により測定物（ワーク）３０との垂直方向（矢印Ｖ方
向）の距離を任意に調整することができる。測定物３０
は傾斜補正用載物台（オートレベリングテーブル）２６
上に載置され、所定の範囲内で任意に水平度（角度θ）
を調整できる。３１は載物台３０や送りユニット２４等
を安定した位置関係に保つ定盤である。

【００２６】検出器送りユニット２４の駆動源には例え
ば直流電動モータを使用する。この場合、ＣＰＵ１１は
送り速度の指令信号を出力して送りユニット２４の送り
位置を制御する。この送り速度信号（ディジタル量）は
送り速度出力回路２４ａで取り込まれ、Ｄ／Ａ変換器２
４ｂでアナログ量に変換される。そして、このアナログ
電圧を駆動信号に変換するためパルス幅変調器２４ｃを
使用し、その出力を直流駆動モータの駆動増幅器２４ｄ
に入力する。

【００２７】検出器送りユニット２４を上下動作させる
コラム機構２５の駆動源に例えばパルスモータを使用し
た場合、ＣＰＵ１１が出力する上下移動データを上下移
動出力回路２５ａで取り込み、これをパルス発生器２５
ｂでパルス列に変換する。このパルスは単位移動量当た
り１パルスとなるように発生され、パルス計数器２５ｃ
で計数される。そして、この計数値を駆動増幅器２５ｄ
に入力することでコラム機構２５の上下移動量を制御で
きる。

【００２８】測定物３０の水平度を調整する傾斜補正用
載物台２６の駆動源にパルスモータを使用した場合は、
ＣＰＵ１１からの補正角度データを補正角度出力回路２
６ａで取り込む。あとはコラム２５の場合と同様にパル
ス発生器２６ｂ、パルス計数器２６ｃ、駆動増幅器２６
ｄを用いてパルスモータを駆動し、測定物３０を載置し
た載物台２６の傾きを調整する。

【００２９】この様な測定器では、２種類のオフセット
調整が必要である。１つは、本発明で対象とする検出器
２１のオフセット調整であり、これはオフセット出力回
路２７ｃに対する出力値の処理により行う。他の１つ
は、本発明とは関係しない表示又は印字出力に関するオ
フセット調整である。これは、オフセット出力回路２７
ｃの出力操作に関係なく、検出器信号入力回路２１ｆか
ら入力した検出器信号にレンジ定数を乗算し、更に表示
又は記録計２２用の倍率定数を乗算して表示又は記録出
力を求める出力オフセット調整である。

【００３０】以下、本発明の各実施例を説明する。図５
は、本発明の実施例１の説明図である。同図は、検出器
信号入力回路２１ｆから検出器信号を入力し、それにレ
ンジ番号によって決まる定数を乗算した結果、即ち検出
値をメモリ中に順次格納していく時の検出値の推移を示
したものである。本発明は収集した検出値がオーバレン
ジ（測定可能な範囲を超えること）しないようにオフセ
ット調整するものであり、この実施例１では測定開始値
を零にすることにより、測定毎の零調整やオフセット調
整を不要にする。

【００３１】図６は、本発明の実施例２の説明図であ
る。この図６も図５と同様の検出値推移を示している。
この実施例２では測定データの測定開始値を、あらかじ
め定めた位置決め目標値に自動調整する。この調整は検
出器２１の高さ方向位置決め完了後に行う。この場合の
オフセット値は、位置決め完了時点の測定データと位置
決め目標値との差である。この様なオフセット調整は、
位置決め誤差を自動修正する場合に有用である。

【００３２】図６ではレンズのように中央部が膨出して
いる測定物の測定データを例示している。この様な測定
物を対象として図５のようなオフセット調整を行うと、
中央部がオーバレンジするため高い測定レンジを使用で
きない問題がある。これに対し、図６のようにオフセッ
ト調整すると、測定開始設定値が零点より低いため、高
いレンジを使用しても測定データの中央部分をオーバレ
ンジさせることがない。

【００３３】図７は、上述した実施例１および２に共通
する自動オフセット調整機能のフローチャートであり、
この機能は図１のＣＰＵ１１のソフト処理により実現さ
れる。即ち、始めのステップＳ１は、ＣＰＵ１１から共
通バス１０を介してオフセット出力回路２７ｃに零を出
力し、オフセットをキャンセルする処理である。また次
のステップＳ２は後述するオフセット調整変数Ｄｏｆを
零にする処理である。これらのステップＳ１，Ｓ２は本
ルーチンの開始直後に１回だけ行う。

【００３４】次のステップＳ３からステップＳ６までは
ループ処理であり、ループ最初のステップＳ３では現在
の検出値Ｚｃｒを求める。この現在の検出値Ｚｃｒは、
検出器信号入力回路２１ｆからの入力値に、現在選択し
ているレンジによって決まる定数を乗算した結果であ
る。

【００３５】続くステップＳ４では、現在の検出値Ｚｃ
ｒを、予め設定されている検出値の目標値Ｚｓｔと比較
し、両者の差の絶対値｜Ｚｓｔ−Ｚｃｒ｜が一定値β超
であればステップＳ５へ進んで処理を継続する。この一
定値βはオフセット不感帯であり、差の絶対値｜Ｚｓｔ
−Ｚｃｒ｜が非常に小さくて（β以下）補正しきれない
場合に、ループを抜けて終了できるように考慮したもの
である。

【００３６】ステップＳ５では今回の変数Ｄｏｆに（Ｚ
ｓｔ−Ｚｃｒ）の減算結果を加算して次回の変数Ｄｏｆ
を算出する。このステップＳ５を実行すると、１回目は
今回の変数Ｄｏｆが０であるから、次回の変数Ｄｏｆは
（Ｚｓｔ−Ｚｃｒ）となる。この次回の変数Ｄｏｆの値
をステップＳ６でオフセット出力回路２７ｃへ出力する
と、次にステップＳ３で求める２回目の検出値Ｚｃｒ
は、上記次回の変数Ｄｏｆ＝０＋（Ｚｓｔ−Ｚｃｒ）に
対応するオフセットを含む値となるため、目標値Ｚｓｔ
に極めて近い値になる。

【００３７】従って、回路に非直線誤差やオフセット等
が無ければ、ステップＳ５の処理を１回行うだけで、オ
フセットを含む次回の検出値Ｚｃｒは目標値Ｚｓｔに達
するが、一般的には回路誤差が含まれるため、両者の差
がβ以下となるまでループ処理を繰り返すようにする。

【００３８】図７のフローチャートにおいて、ステップ
Ｓ４で使用する目標値Ｚｓｔを零に設定すると実施例１
（図５）のようになる。また、目標値Ｚｓｔを高さ方向
の位置決め目標値に設定すると実施例２（図６）のよう
になる。後者に関しては、予め検出器２１の高さ調整手
段によって概略の検出器高さ位置決めを行っておき、そ
の後、図７の自動オフセット調整処理を実行することに
より、精密位置決めが行われる。

【００３９】図８は、上述した検出器の概略高さ位置決
め調整処理のフローチャートである。先ずステップＳ１
０でオフセット出力回路２７ｃへ零を出力してオフセッ
トをキャンセルする。次にステップＳ１１でレンジ切替
回路２８ａへ最も増幅度の低いレンジ番号を出力して最
低レンジを選択する。

【００４０】続くステップＳ１２からステップＳ１６ま
ではループ処理であり、最初のステップＳ１２では、現
在の検出値Ｚｃｒを求める。この現在の検出値Ｚｃｒ
は、検出器信号入力回路２１ｆからの入力値に、現在選
択しているレンジによって決まる定数を乗算した結果で
ある。次のステップＳ１３では現在の検出値Ｚｃｒを位
置決め目標値Ｚｓｔと比較し、両者の差の絶対値｜Ｚｓ
ｔ−Ｚｃｒ｜が一定値α以下であればループから抜けて
ステップＳ１７へ分岐し、α超であればループ内の次の
ステップＳ１４を実行する。この一定値αは位置決め不
感帯であり、微小位置決めが困難な場合を考慮して設定
されている。

【００４１】ステップＳ１４の処理では、高さ調整手段
のコラム２５を下降させ、検出器２１を測定物に接近さ
せる。尚、本例ではコラム２５を下降させながら高さ調
整を行う場合を例示しているが、コラム２５を測定物表
面から上昇させて高さ調整を行う場合もある。

【００４２】次のステップＳ１５では現在の検出値Ｚｃ
ｒを比較値０．８Ｗと比較する。この比較値のＷは現在
選択しているレンジより１段高いレンジで可能な最大測
定値であり、また０．８はレンジを切換えた途端に新し
いレンジでオーバレンジしないようにするための係数で
ある。ステップＳ１５で現在の検出値の絶対値｜Ｚｃｒ
｜が０．８Ｗ以上と判定されたときはステップＳ１２へ
戻るが、０．８Ｗ未満と判定されたときはステップＳ１
６へ進んで１段増幅度の高いレンジに切替える。この様
にすることで、自動的に分解能の高いレンジを使用する
ことができる。

【００４３】一方、ステップＳ１３で差の絶対値｜Ｚｓ
ｔ−Ｚｃｒ｜が一定値α以下と判定されたときは、ルー
プ外のステップＳ１７へ進んでコラム２５を停止させ
る。これは検出器２１が目標高さまで充分に接近したと
判定されたためである。

【００４４】この次にステップＳ１８で測定等に必要な
設定レンジに切替える。この設定レンジは最終レンジに
なる。この段階で検出器の高さ位置決めは概略達成され
ているが、図６のようなオフセット調整を行うために、
続くステップＳ１９で図７に示した自動オフセット調整
処理を行う。

【００４５】以上説明した実施例１，２には次のような
利点がある。 ａ）測定毎に零調整またはオフセット調整を行う必要が
なくなり、操作性が向上する。 ｂ）特に増幅度の高いレンジでの測定時には、念入りに
零調整またはオフセット調整を行う必要があるが、本発
明によればこの必要がなくなるため、操作性が向上す
る。 ｃ）検出器の位置決めがラフでよいため、操作が楽にな
る。 ｄ）繰り返し測定を行う場合でも、同一検出値で測定が
開始されるため、データ間の比較が容易になる。

【００４６】図９は、本発明の実施例３の説明図であ
る。この実施例３は、レンジ切替とオフセット補正機能
を有する測定機において、毎回のデータサンプリング時
にその都度オフセット値を自動的に最適調整するように
したものである。

【００４７】レンジ切替機能を有する測定機では、レン
ジ倍率を高めるにつれ測定可能な幅（振幅方向）が狭く
なるため、図９（ａ）のように振幅の大きな測定物は低
レンジでは全体を測定できても、高レンジでは一部しか
測定できない。ところが、測定可能な範囲が図示のよう
に測定データに追従して変化すると、振幅の大きな測定
物でも高レンジで測定することが可能になる。このよう
にするには、オフセット値を逐次修正しながら測定可能
範囲をシフトする処理と、各時点のオフセット値を測定
データに加算または減算する処理を行えば良い。

【００４８】図９（ａ）の例では、測定範囲Ａ 1〜Ａ_nは
全て同じ倍率の高レンジであり、各測定範囲内はそれぞ
れ数１０００分の１に分解して測定できる。このような
複数の高レンジ測定範囲は可変オフセット値を有する。
例えば、測定範囲Ａ_i はオフセット値Ｄ_i を有するのに
対し、隣の測定範囲Ａ_i+1 は別のオフセット値Ｄ_i+1 を
有し、この結果、各測定範囲がそれぞれ測定データを追
従することができる。どのようにしてオフセット値を変
更するかについては、いくつかの方法が考えられる。

【００４９】第１の方法は、データサンプリング時毎に
今回サンプリングした検出値をあらかじめ設定した上限
値および下限値と比較し、前記検出値が前記上限値また
は下限値を越えたときは次回のデータサンプリング時に
使用する前記オフセット値をあらかじめ設定した値だけ
増加又は減少させてオフセット調整する。

【００５０】図９（ｂ）は、第１の方法の説明図であ
る。この方法では測定範囲の例えば８０％の値に相当す
る上限値と２０％の値に相当する下限値を設定し、測定
データが上昇するときは、測定範囲の上限値を越えると
オフセット値を変更した隣りの測定範囲に移る。Ａ₁₁〜
Ａ₁₃はこのように測定データが上昇する場合の測定範囲
である。これに対し、測定データが下降するときは、測
定範囲の下限値を越えるとオフセット値を変更した隣り
の測定範囲に移る。Ａ₂₁，Ａ₂₂はこのように測定データ
が下降する場合の測定範囲である。

【００５１】第１の方法の具体例を説明する。先ず、図
９（ａ）のように最低レンジでの測定可能範囲をＬｍａ
ｘとし、また選択レンジでの測定範囲をＲｍａｘとする
（但し、Ｌｍａｘ＞Ｒｍａｘとする）。また、最も負側
で測定可能なＲｍａｘの領域をＡ₁ とし、そこから正側
に向かって順次Ａ 2，Ａ 3，…Ａ_n の各領域をとるものと
する。そして、これらの領域の１つＡ_i （但し、ｉ＝１
〜ｎ）を選択したときに必要となるオフセットをＤ_i と
する。

【００５２】第１の方法では、１つの測定範囲Ｒｍａｘ
内での検出値が或る上限値を上回ったときに正側の次の
領域に切替え、逆に検出値が或る下限値を下回ったとき
に負側の次の領域に切替えるものとする。この上限値や
下限値、さらには隣接する測定範囲のオフセットの差
（Ｄ_i −Ｄ_i+1 ）、並びに最も負側の測定範囲のオフセ
ットＤ₁ を次のように設定する。

【００５３】

【数１】上限値＝０．８Ｒｍａｘ 下限値＝０．２Ｒｍａｘ Ｄ_i −Ｄ_i+1 ＝０．３Ｒｍａｘ Ｄ₁ ＝（Ｌｍａｘ−Ｒｍａｘ）／２

【００５４】図９の（ｂ）には数１の数値例を示してあ
る。各測定範囲で使用するオフセットはその都度計算し
て求めても良いが、前もって計算した値を表１の様なオ
フセットテーブルに格納しておき、それを測定範囲番号
ｉで参照可能にしておくこともできる。

【００５５】

【表１】

【００５６】各オフセットには上述した関係があるの
で、或る領域Ａ_i での検出値が０．８Ｒｍａｘの時、領
域をＡ_i+1 に切替えると検出値は０．５Ｒｍａｘとな
る。この場合、０．５Ｒｍａｘは測定範囲のセンターに
相当するので、このときの検出器信号入力回路２１ｆか
らの入力値は零になる。

【００５７】上記第１の方法において必要な領域の初期
設定、検出値の処理、および領域切替の処理は、図１０
および図１１に分割して示すフローチャートの手順で行
うことができる。始めのステップＳ２１では、予め設定
されている測定時のレンジ番号をレンジ切替出力回路２
８ａへ出力してレンジ切替を行う。次のステップＳ２２
では領域番号変数ｉを設定し、これに初期値として１を
書き込む。

【００５８】次のステップＳ２３では変数ｉで表１のオ
フセットテーブルを参照し、得られたオフセット値Ｄｉ
をオフセット出力回路２７ｃへ出力してオフセット値を
更新する。続くステップＳ２４の検出信号サンプリング
処理では、検出器信号入力回路２７ｆから検出器信号を
入力し、これにレンジ番号によって決まる定数を乗算し
て検出値Ｚｃｒを求める。

【００５９】ステップＳ２５では検出値Ｚｃｒをチェッ
クして領域切替の要否を判断する。即ち、検出値Ｚｃｒ
は測定範囲Ｒｍａｘのレンジで０．５Ｒｍａｘを中心と
して＋０．５Ｒｍａｘ最大、−０．５Ｒｍａｘ最小の値
をとるので、Ｒｍａｘの８０％、つまり０．８Ｒｍａｘ
を超えたか否かの判定は、Ｚｃｒと＋０．３Ｒｍａｘの
大小比較による。同様にＲｍａｘの２０％、つまり０．
２Ｒｍａｘを下回ったか否かは、Ｚｃｒと−０．３Ｒｍ
ａｘの大小比較によって判定する。

【００６０】ステップＳ２５の判定結果は３通りに分か
れる。即ち、Ｚｃｒ＞＋０．３Ｒｍａｘの場合は１つ正
側の領域に移る必要があるため、ステップＳ２６で変数
ｉの値をインクリメント（＋１）する。これに対し、Ｚ
ｃｒ＜−０．３Ｒｍａｘの場合は１つ負側の領域に移る
必要があるため、ステップＳ２６で変数ｉの値をデクリ
メント（−１）する。この他の場合は、検出値Ｚｃｒが
現在の領域の中央部分にあるため、変数ｉの値をそのま
まにして図１１のステップＳ２９に移る。

【００６１】ステップＳ２６又はステップＳ２７で変数
ｉを変更したときは、ステップＳ２８で変数ｉの値をチ
ェックし、その値が１からｎの範囲内にあれば正常であ
るのでステップＳ２３へ戻って同様の処理を繰り返す。
しかし、ここで変数ｉの値が１からｎの範囲内に無いと
判定されたときは、測定不可能なオーバレンジ状態にあ
るため、測定動作を異常終了させる。

【００６２】図１１のステップＳ２９ではスイッチ入力
回路１７ａ等からスイッチ信号を入力し、測定開始の操
作が行われたか否かを判定する。ここでＮ（ノー）と判
定されたら図１０のステップＳ２４へ戻るが、Ｙ（イエ
ス）と判定されたら次のステップＳ３０へ進んで検出器
の送りを開始する。即ち、予め設定されている検出器送
り速度を送り速度出力回路２４ａへ出力する一方、送り
位置入力回路２３ａから検出器送り位置を入力する。

【００６３】次にステップＳ３１でスケール２３の出力
から検出器２１が予め設定されているサンプリング期間
だけ移動するのを待つ。この移動完了は、最初の１回目
については、ステップＳ３０で入力した検出器送り位置
と、送り位置入力回路２３ａから入力した現在の検出器
位置との差の絶対値を参照して判定する。また、２回目
以降は、前回サンプリング時の検出器送り位置が後述す
るステップＳ３２によって保存されているため、その値
と現在の検出器送り位置との差を参照して判定する。ス
テップＳ３２では、ステップＳ２４と同様に検出値Ｚｃ
ｒを求めるが、ここでは送り位置入力回路２３ａから検
出器送り位置も入力して保存しておく。

【００６４】次のステップＳ３３ではステップＳ２５と
同じ条件で検出値Ｚｃｒの値を判別する。そしてＺｃｒ
＞＋０．３Ｒｍａｘの場合は１つ正側の領域に移る必要
があるため、ステップＳ３７で変数ｉの値をインクリメ
ント（＋１）する。これに対し、Ｚｃｒ＜−０．３Ｒｍ
ａｘの場合は１つ負側の領域に移る必要があるため、ス
テップＳ３８で変数ｉの値をデクリメント（−１）す
る。この他の場合は、検出値Ｚｃｒが現在の領域の中央
部分にあるため、変数ｉの値をそのままにしてステップ
Ｓ３４に移る。

【００６５】ステップＳ３７又はステップＳ３８で変数
ｉを変更したときは、ステップＳ３９で変数ｉの値をチ
ェックし、その値が１からｎの範囲内にあれば正常であ
るので、ステップＳ４０でオフセットを更新してステッ
プＳ３２へ戻る。この場合も、ステップＳ２３と同様に
オフセットテーブルを使用する。しかし、ステップＳ３
９で変数ｉの値が１からｎの範囲内に無いと判定された
ときは、測定不可能なオーバレンジ状態にあるため、ス
テップＳ４１で送り速度出力回路２４ａへ零を出力して
検出器２１の送りを停止し、測定動作を異常終了させ
る。

【００６６】領域切替が必要ない場合は、ステップＳ３
４において測定レンジでの検出値Ｚｃｒからオフセット
Ｄ_i を減算して検出絶対値を求め、これを検出データと
する。次にステップＳ３５で測定終了か否かを判定す
る。これは、予め決められているサンプリング数の検出
データの収集が全て終了したか否かで判定する。ここで
終了していないと判定されたら、ステップＳ３１へ戻る
が、終了したと判定されたらステップＳ３６へ進んで送
り速度出力回路２４ａへ零を出力して検出器送りを停止
させ、測定動作を終了させる。

【００６７】第２の方法は、データサンプリング時毎に
今回サンプリングした検出値からオフセット修正値を求
め、このオフセット修正値を前回のオフセット値に加算
または減算してオフセット調整する。この第２の方法で
は、第１の方法で使用したオフセットテーブルの使用を
止め、代わりに検出値から直接オフセットを算出すると
共に、検出値のサンプリング毎にオフセット更新をす
る。図１２、図１３、図１４は第２の方法の処理を示す
分割されたフローチャートである。

【００６８】図１２の始めのステップＳ５１では、最も
増幅度の低いレンジ番号をレンジ切替回路２８ａへ出力
して最低レンジを選択する。次にステップＳ５２でオフ
セット出力回路２７ｃへ零を出力してオフセットをキャ
ンセルする。次のステップＳ５３ではステップＳ２４と
同様にして、検出器信号入力回路２１ｆの出力とレンジ
番号によって決まる定数から現在の検出値Ｚｃｒを求め
る。

【００６９】ステップＳ５４ではオフセット調整変数Ｄ
ｏｆを設定し、ここへステップＳ５３で求めた検出値Ｚ
ｃｒの正負反転値（−Ｚｃｒ）を格納する。この変数Ｄ
ｏｆの値をステップＳ５５でオフセット出力回路２７ｃ
へ出力すると、オフセット調整ができる。次のステップ
Ｓ５６では、ステップＳ２９と同様に測定開始か否かを
判定し、Ｎであれば始めのステップＳ５１へ戻り、Ｙで
あれば次のステップＳ５７へ進む。ステップＳ５７はス
テップＳ２１と同じであり、ここで測定時レンジに切替
える。

【００７０】ステップＳ５７の次は図１３のステップＳ
５８へ進み、ここで検出器の送りを開始する。この処理
は前述のステップＳ３０と同じである。続くステップＳ
５９は検出器の移動待ちであり、ここではステップＳ３
１と同様に所定のサンプリング間隔だけ移動完了するの
を待機する。次のステップＳ６０では検出器信号をサン
プリングして検出値Ｚｃｒを求めるが、ここでも前述し
たステップＳ５３と同様に送り位置入力回路２３ａから
検出器送り位置を入力して保存しておく。

【００７１】検出値Ｚｃｒを求めたらステップＳ６１で
オーバレンジか否かを判定する。ここでは、検出値Ｚｃ
ｒの値が＋０．４５Ｒｍａｘ以上又は−０．４５Ｒｍａ
ｘ以下の場合をオーバレンジと判定する（Ｒｍａｘは現
在選択している測定可能範囲である）。このステップＳ
６１でオーバレンジと判定されたら、ステップＳ６２へ
分岐し、またオーバレンジでないと判定されたら図１４
のステップＳ６５へ分岐する。

【００７２】ステップＳ６２では現在選択しているレン
ジが最も低いレンジか否かを判定する。ここで最低レン
ジではないと判定されたらステップＳ６３で現在選択し
ているレンジより一段増幅度の低いレンジに下げ、且つ
そのレンジ番号をレンジ切替出力回路２８ａへ出力して
からステップＳ６０へ戻る。これに対し、ステップＳ６
２で最低レンジと判定されたら、ステップＳ６４で検出
器送りを停止して異常終了する。即ち、送り速度出力回
路２４ａへ零を出力して検出器２１の送りを停止させ、
更に検出器２１の測定可能範囲を超えているので、測定
動作を中断させる。

【００７３】一方、オーバレンジしてないと判定されて
図１４のステップＳ６５へ分岐したときは、このステッ
プＳ６５で検出値Ｚｃｒから変数Ｄｏｆの値を減算し、
その結果（Ｚｃｒ−Ｄｏｆ）をメモリに格納しておく。
次にステップＳ６６で次回の変数Ｄｏｆの値を更新す
る。これは今回の変数Ｄｏｆの値から検出値Ｚｃｒを減
算した結果（Ｄｏｆ−Ｚｃｒ）を次回の変数Ｄｏｆとす
る論理である。ステップＳ６７では次回の変数Ｄｏｆの
値をオフセット出力回路２７ｃへ出力してオフセット調
整をする。

【００７４】ステップＳ６８では、現在選択しているレ
ンジがステップＳ５７で切替えた測定時レンジと同一か
否かを判定する。ここでＮと判定されたらステップＳ６
９で測定時レンジ（ステップＳ５７で切替えたレンジ）
に再度切替えてから図１３のステップＳ６０へ戻る。こ
れに対し、ステップＳ６８で測定時レンジと判定された
ときはステップＳ７０で測定終了か否かを判定する。即
ち、ステップＳ６５で計算し、一時保管されている結果
（Ｚｃｒ−Ｄｏｆ）を検出データとすると共に、予め決
められているサンプリング数の検出データの収集を全て
終了したか否かを判定する。

【００７５】ステップＳ７０で測定終了でないと判定さ
れたときは、図１３のステップＳ５９へ戻るが、測定終
了と判定されたときはステップＳ７１へ進んで検出器送
りを停止し、測定動作を終了する。このステップＳ７１
の処理内容は図１１のステップＳ３６と同じである。

【００７６】第３の方法は、データサンプリング時毎に
今回サンプリングした検出値からオフセット修正値を求
め、このオフセット修正値を前回のオフセット値に加算
または減算し、更にオフセット調整を受けた検出値か
ら、あらかじめ評価されている検出手段の誤差データを
減算して検出データとする。

【００７７】この第３の方法は、第２の方法に検出デー
タ補正を加えたものである。図１５、図１６、図１７は
第３の方法の処理を示す分割されたフローチャートであ
る。この内、図１５の処理と図１６の処理はそれぞれ図
１２の処理と図１３の処理に対応している。即ち、図１
５のステップＳ１０１〜Ｓ１０７は図１２のステップＳ
５１〜Ｓ５７にそれぞれ対応し（Ｓ１０１＝Ｓ５１，Ｓ
１０２＝Ｓ５２，…，Ｓ１０７＝Ｓ５７）、また図１６
のステップＳ１０８〜Ｓ１１４は図１３のステップＳ５
８〜Ｓ６４にそれぞれ対応する（Ｓ１０８＝Ｓ５８，Ｓ
１０９＝Ｓ５９，…，Ｓ１１４＝Ｓ６４）。

【００７８】これに対し、図１７はステップＳ１１５〜
Ｓ１２１が図１４のステップＳ６５〜Ｓ７１にそれぞれ
対応するが（Ｓ１１５＝Ｓ６５，Ｓ１１６＝Ｓ６６，
…，Ｓ１２１＝Ｓ７１）、図１７のステップＳ１１８と
ステップＳ１２０の間に新たにステップＳ１２２を追加
した点が第３の方法の特徴である。

【００７９】ステップＳ１２２の検出データ補正処理
は、ステップＳ１１５で計算し、一時保管している結果
（Ｚｃｒ−Ｄｏｆ）に対して検出器２１の直線性誤差補
正を行うものである。このステップＳ１２２を追加した
結果、次のステップＳ１２０では、予め決められている
サンプリング数の検出データの収集を全て終了したか否
かの判断だけを行う。

【００８０】ステップＳ１２２の検出データ補正処理で
は、表２の様な検出器誤差テーブルを使用する。このテ
ーブルは、検出器変位１μｍ毎の検出器変位と検出器誤
差データとを組にしたもので、本例では検出器の測定範
囲が最低レンジで±２５０μｍの場合を例としている。

【００８１】

【表２】

【００８２】図１８はステップＳ１２２の検出データ補
正処理の具体例を示す詳細フローチャートである。始め
のステップＳ１３１は、検出データ（Ｚｃｒ−Ｄｏｆ）
の０．１μｍの桁を四捨五入してμｍ単位の値に丸める
処理である。次のステップＳ１３２は丸めた検出データ
によって表２の検出器誤差テーブル中の検出器変位を検
索し、同値の行から対応する検出器誤差データを取り出
す処理である。最後のステップＳ１３３は、ステップＳ
１３１の丸め処理を行う前の検出データからステップＳ
１３２で得られた検出器誤差データを減算して補正済検
出データを求める処理である。

【００８３】上記の検出器誤差テーブルは次のようにし
て作成することができる。先ず、オフセット出力回路２
７ｃへ零を出力すると共に、レンジ切替出力回路２８ａ
へ適当なレンジ番号を出力して増幅器２１ｄの増幅度を
高くする。次に、６．０００ｍｍ高さの基準ゲージブロ
ックを載物台２６上にセットし、ここへ検出器２１の触
針を接触させる。この状態で検出器信号入力回路２１ｆ
からの入力値が零となるように、上下移動出力回路２５
ａへ適当な値を出力して検出器高さを調整した後、その
高さを固定する。

【００８４】次にオフセット出力回路２７ｃへ−１０．
００を出力してオフセットを−１０．００μｍとする。
更に、載物台２６上のゲージブロックを６．０１０ｍｍ
のものに置き換え、そのときの検出値Ｚｃｒを求める。
この検出値Ｚｃｒは、前述したように、検出器信号入力
回路２１ｆから入力した検出器信号に、レンジ番号によ
って決まる定数を乗算した値である。この場合の検出値
Ｚｃｒは、ゲージブロックの高さの差１０μｍに応じた
値であるため、これを検出器変位＋１０μｍでの検出器
誤差データＨ₊₁₀ とする。尚、検出器変位０μｍでの検
出器誤差データＨ₀ は０とする。

【００８５】次に、オフセット＝−２０μｍ、ゲージブ
ロック高さ＝６．０２０μｍとして検出値Ｚｃｒを求
め、この値を検出器変位＋２０μｍでの検出器誤差デー
タＨ₊₂₀ とする。以下同様にして検出器変位１０μｍ毎
の検出器誤差データＨ₊₃₀，Ｈ₊₄₀ ，…を検出器変位＋
２５０μｍまで求める。

【００８６】負側の検出器変位についても同様である。
即ち、オフセット＝＋１０μｍ、ゲージブロック高さ＝
５．９９０μｍとして検出値Ｚｃｒを求め、この値を検
出器変位−１０μｍでの検出器誤差データＨ_-10 とす
る。以下同様にして、検出器変位１０μｍ毎の検出器誤
差データＨ_-20 ，Ｈ_-30 ，…を検出器変位−２５０μｍ
まで求める。

【００８７】以上の実測を行うことにより、５００μｍ
の幅を有する測定範囲について１０μｍ毎の検出器誤差
データが得られたことになるが、表２の様に１μｍ毎の
検出器誤差データを集めた検出器誤差テーブルを作成す
るには、その間の１μｍ毎の検出器誤差データを計算に
よって求める必要がある。

【００８８】以下、実測した１０μｍ毎の検出器誤差デ
ータから１μｍ毎の検出器誤差データを直線補間によっ
て算出する方法を説明する。この方法では、算出しよう
とする範囲の最も正側の検出器変位をＬp （例えば＋２
０μｍ）、検出器誤差データをＨp とし、また同範囲の
最も負側の検出器変位をＬm （例えば＋１０μｍ）、検
出器誤差データをＨm とした場合、Ｌm から正側に１μ
ｍずつ変位した仮想的な検出器変位Ｌm+i （但しｉ＝
１，２，…９）における検出器誤差データＨm+iは以下
の数２で求められる。

【００８９】

【数２】

【００９０】上記の方法では６．０００ｍｍ高さのゲー
ジブロックを基準にして検出器変位１０μｍ毎に±２５
０μｍの測定範囲の検出器誤差を求めたが、基準ゲージ
ブロックの高さや実測検出器変位、さらには測定範囲の
数値は任意に設定できる。また、補間データの算出法も
直線補間法に限られない。例えば、検出器変位１０μｍ
毎の検出器誤差データから近似ｎ次曲線を求め、その曲
線から１μｍ毎の補間データを算出する方法、或いはス
プライン補間による方法等も適用できる。

【００９１】上述した方法で検出器誤差データを求める
と、検出器２１の非直線性だけでなく、増幅器２１ｄ、
Ａ／Ｄ変換器２１ｅ、Ｄ／Ａ変換器２７ｂ等の回路自体
の非直線性も含んだ総合誤差データを高精度に求めるこ
とができる。

【００９２】上述した実施例３の測定機には次の利点が
ある。 ａ）常に最高分解能で最大範囲の測定が可能なため、レ
ンジ切替そのものが不要となり、操作性が改善される。 ｂ）測定データが最高分解能でサンプリングされるた
め、１回の測定結果から全測定データ内の任意の一部を
任意の倍率に拡大して表示または印字してもデータ品質
が低下しない。このため、測定データの評価を容易に且
つ正確に行うことが可能な操作性に優れた測定機を実現
できる。 ｃ）最大範囲の測定が可能なため、検出器のセッティン
グが容易である。 ｄ）直線性補正を行うことによって、測定精度および分
解能が共に優れた装置を実現できる。

【００９３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、測定
物の表面性状等の状態を検出する測定機において、測定
値に付加するオフセット値を自動調整することで、高倍
率でもオーバレンジしにくくすると共に、本測定までの
段取り時間を短縮し、また測定対象とする物体表面を傷
つけないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した測定機の一部ブロック図で
ある。

【図２】 本発明を適用した測定機の残部ブロック図で
ある。

【図３】 ＣＲＴディスプレイの画面構成を示す説明図
である。

【図４】 表面性状測定器の機構図である。

【図５】 本発明の実施例１の説明図である。

【図６】 本発明の実施例２の説明図である。

【図７】 本発明の実施例１および２の自動オフセット
調整機能を示すフローチャートである。

【図８】 図７の位置決め調整機能を示す詳細フローチ
ャートである。

【図９】 本発明の実施例３の説明図である。

【図１０】 本発明の実施例３の具体例を示す第１の方
法の部分フローチャートである。

【図１１】 図１０の続きフローチャートである。

【図１２】 本発明の実施例３の具体例を示す第２の方
法の部分フローチャートである。

【図１３】 図１２の続きフローチャートである。

【図１４】 図１３の続きフローチャートである。

【図１５】 本発明の実施例３の具体例を示す第３の方
法の部分フローチャートである。

【図１６】 図１５の続きフローチャートである。

【図１７】 図１６の続きフローチャートである。

【図１８】 検出データ補正処理の詳細フローチャート
である。

【符号の説明】

Ａ…拡大記録図形表示部、１０…共通バス、１１…ＣＰ
Ｕ、１２…メモリ、１３…プリンタ、１４…ＣＲＴディ
スプレイ、１５…キーボード、１６…マウス、１７…ス
イッチ、２１…粗さ検出器、２１ｆ…検出器信号出力回
路、２２…記録計、２３…検出器送り位置スケール、２
４…検出器送りユニット、２５…コラム機構、２６…傾
斜補正用載物台、２７ａ…加算器、２７ｃ…オフセット
出力回路、２８ａ…レンジ切替出力回路、３０…測定
物。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粗さ検出器を測定物に対して相対移動さ
   せて測定物の表面性状を測定する測定機において、 前記検出器 の検出出力にオフセット値を加える手段と、 このオフセット値が加えられた検出値を順次サンプリン
   グして処理する手段と、 この処理手段によるデータサンプリング時毎に今回サン
   プリングした検出値をあらかじめ設定した上限値および
   下限値と比較し、前記検出値が前記上限値または下限値
   を越えたときは次回のデータサンプリング時に使用する
   前記オフセット値をあらかじめ設定した値だけ増加又は
   減少させて測定可能領域をシフトさせるオフセット調整
   手段と、 サンプリングされた各検出値からそれぞれに加えられた
   オフセット値を除去して検出絶対値を求める手段と を備
   えてなることを特徴とする自動オフセット調整機能付き
   測定機。
2. 【請求項２】 粗さ検出器を測定物に対して相対移動さ
   せて測定物の表面性状を測定する測定機において、 前記検出器 の検出出力にオフセット値を加える手段と、 このオフセット値が加えられた検出値を順次サンプリン
   グして処理する手段と、 この処理手段によるデータサンプリング時毎に今回サン
   プリングした検出値をオフセット修正値とし、このオフ
   セット修正値を前回のオフセット値に加算または減算し
   て測定可能領域をシフトさせるオフセット調整手段と、 サンプリングされた各検出値からそれぞれに加えられた
   オフセット値を除去して検出絶対値を求める手段と を備
   えてなることを特徴とする自動オフセット調整機能付き
   測定機。
3. 【請求項３】 前記検出絶対値をあらかじめ評価されて
   いる前記検出器の変位に応じた直線性誤差データにより
   誤差補正する手段を更に備えてなることを特徴とする請
   求項１または２に記載の自動オフセット調整機能付き測
   定機。
4. 【請求項４】 前記誤差補正する手段は、前記検出器の
   直線性誤差データ をあらかじめ所定の変位毎に実測して
   得られた実測誤差データとこれから算出された補間誤差
   データとを格納した誤差テーブルを備えてなることを特
   徴とする請求項３記載の自動オフセット調整機能付き測
   定機。