JP4568621B2 - 表面性状測定機の真直度補正方法および表面性状測定機 - Google Patents

Description

本発明は、表面性状測定機の真直度補正方法および表面性状測定機に関する。たとえば、被測定物の表面粗さ、うねり、形状等の表面性状を測定する表面性状測定機の真直度補正方法および表面性状測定機に関する。

被測定物の表面粗さ、うねり、形状等を測定する表面性状測定機として、被測定物の表面に接触される触針を先端に有するスタイラスを変位可能に支持した検出器と、この検出器を測定方向へ移動させる駆動装置とを備えた表面性状測定機が知られている。
この表面性状測定機では、検出器の触針を被測定物の測定面に接触させ、この状態において検出器を駆動装置によって測定方向へ移動させると、触針が被測定物の測定面の凹凸に応じて変位される結果、触針の変位から被測定物の表面粗さやうねりなどを測定することができる。
このような測定原理であるため、被測定物の表面粗さなどの表面性状を高精度に測定するには、検出器を測定方向へ直線的に移動させるために、駆動装置の真直度を高精度に確保する必要がある。しかし、駆動装置の加工や組立精度には限界があるため、駆動装置の真直度精度が測定に影響を与えるという課題がある。

そこで、この課題解決するために、特許文献１に記載された表面粗さ形状測定機のデータ処理装置が提案されている。
これは、被測定物の測定面に接触される触針の変位を検出するピックアップと、このピックアップを移動させる駆動機構とを備えた表面粗さ形状測定機において、出荷時などにおいて、オプチカルフラットを測定することによって駆動機構の真直度精度を予め補正データとして記憶手段に記憶しておき、実測の際に測定データから記憶手段に記憶した補正データを減算することにより、測定データから駆動機構の真直度精度による誤差成分を除去するようにしたものである。

特開平１１−１１８４７３号公報

特許文献１に記載の表面粗さ形状測定機では、触針を下向きにした姿勢でオプチカルフラットに接触させ、この状態において測定することによって駆動機構の真直度精度が補正データとして記憶される。従って、オプチカルフラットを測定したときの条件と同じ条件で被測定物を測定すれば、高精度な補正が期待できる。

ところで、最近では、ワークの垂直面の表面粗さや、穴の内面側壁や上壁の表面粗さなどを測定できるように、触針の向きを変えられるようにした表面性状測定機が提案されている。具体的には、被測定物の表面に接触される触針を先端に有するスタイラスを変位可能に支持した検出器をスタイラスの軸と略平行な軸を中心に回転させる検出器回転機構を備えた表面性状測定機が提案されている。
このような表面性状測定機では、検出器を回転させた場合、検出器の回転角度位置によって決まる測定姿勢によって駆動装置の真直度精度も異なるため、特許文献１に記載の補正方法では、正確な補正が期待できないという課題がある。

本発明の目的は、検出器の姿勢を変更して測定を行う場合でも、検出器の姿勢に応じた最適な補正が行える表面性状測定機の真直度補正方法および表面性状測定機を提供することにある。

本発明の表面性状測定機の真直度補正方法は、被測定物の表面性状を検出する触針を有する検出器と、この検出器を測定方向へ相対移動させる駆動装置と、前記検出器の姿勢を変更させる検出器姿勢変更機構とを備えた表面性状測定機の真直度補正方法であって、前記検出器の触針が下向きおよび横向きの９０°異なる２つの姿勢に設定された各姿勢に対応して、前記駆動装置の各移動位置での検出器補正データを記憶手段に記憶する補正データ記憶工程と、測定時に、前記検出器姿勢変更機構によって前記検出器の触針が下向きから横向きの間で被測定物の測定面に対応する回転角度位置に設定され、かつ、前記検出器が前記被測定物の測定面の表面性状を検出可能とされた状態において、前記駆動装置を駆動させながら前記駆動装置の各移動位置および前記検出器の検出量を測定データとして取り込む測定データ取得工程と、測定時における前記検出器の回転角度位置と前記記憶手段に記憶された２つの検出器補正データとから、測定時における前記検出器の回転角度位置に対応する補正データを演算し、この補正データで前記測定データを補正する補正演算工程とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、補正データ記憶工程において、検出器が異なる２つの姿勢に設定された各姿勢に対応して、駆動装置の各移動位置での検出器補正データが記憶手段に記憶される。次に、測定データ取得工程において、測定を行うと、測定データが取り込まれる。つまり、検出器姿勢変更機構によって検出器が被測定物の測定面に対応する姿勢に設定され、かつ、検出器が被測定物の測定面の表面性状を検出可能とされた状態において、駆動装置を駆動させると、駆動装置の各移動位置および検出器の変位量が測定データとして取り込まれる。こののち、補正演算工程において、測定時における検出器の姿勢と記憶手段に記憶された２つの検出器補正データとから、測定時における検出器の姿勢に対応する補正データが演算され、この補正データで測定データが補正される。
従って、検出器の姿勢を変更させて測定を行う場合でも、測定時における検出器の姿勢と記憶手段に記憶された２つの検出器補正データとから、測定時における検出器の姿勢に対応する補正データが演算され、この補正データを基に測定データが補正されるから、測定時の検出器の姿勢に応じた最適な補正が行える。とくに、この発明では、記憶手段に、検出器の異なる少なくとも２つの姿勢に対応して、駆動装置の各移動位置での検出器補正データを記憶しておけばよいので、少ないデータ量で最適な補正を実行できる。

本発明の表面性状測定機は、被測定物の表面に接触される触針を先端に有するスタイラスを変位可能に支持した検出器と、この検出器を測定方向へ相対移動させる駆動装置と、前記検出器を前記スタイラスの軸と略平行な軸を中心に回転させる検出器回転機構とを備えた表面性状測定機であって、前記検出器の触針が下向きおよび横向きの９０°異なる２つの回転角度位置に設定された各回転角度位置に対応して、前記駆動装置の各移動位置での検出器補正データを記憶した補正データ記憶手段と、測定時に、前記検出器回転機構によって前記検出器の触針が下向きから横向きの間で被測定物の測定面に対応する回転角度位置に設定され、かつ、前記触針が被測定物の測定面に接触された状態において、前記駆動装置を駆動させたときの前記駆動装置の各移動位置および前記検出器の変位量を測定データとして記憶する測定データ記憶手段と、測定時における前記検出器の回転角度位置と前記補正データ記憶手段に記憶された２つの検出器補正データとから、測定時における前記検出器の回転角度位置に対応する補正データを演算し、この補正データで前記測定データを補正する補正演算手段とを備えたことを特徴とする。
この発明の表面性状測定装置においても、上述した真直度補正方法と同様な効果が期待できる。

以下、本発明の一実施形態を図を参照しながら詳細に説明する。
＜図１（全体構成）の説明＞
図１は、本発明の関連技術を示す表面粗さ測定機の斜視図である。この表面粗さ測定機は、ベース１と、このベース１上に立設された支柱２と、この支柱２に上下方向へ昇降可能に設けられたＸ軸駆動装置３と、このＸ軸駆動装置３によって支柱２に対して直交する方向（X軸方向）へ移動される検出器姿勢変更機構としての検出器回転ユニット４と、
この検出器回転ユニット４によってX軸（後述するスタイラス５Ｃの軸と略平行な軸）を
中心として回転することによって姿勢変更される粗さ検出器５とから構成されている。

＜図２（検出器回転ユニット）の説明＞
図２は、検出器回転ユニット４を示す概略図である。検出器回転ユニット４は、Ｘ軸駆動装置３によってX軸方向へ移動される筐体１０と、この筐体１０内に固定されたモータ１１と、筐体１０内に軸受１２を介してモータ１１の出力軸１１Ａと同軸上で回転可能に支持され先端に粗さ検出器５を保持した回転軸１４と、この回転軸１４とモータ１１の出力軸１１Ａとを連結する軸継手１５と、回転軸１４（粗さ検出器５）の回転角度位置を検出する角度検出センサ１６とから構成されている。
角度検出センサ１６は、回転軸１４に固定され外周縁に沿って一定ピッチで透孔を有する回転円盤１７と、この回転円盤１７を挟んで対向配置された発光素子および受光素子からなる検出ヘッド１８とから構成されている。
なお、粗さ検出器５は、検出器本体５Ａと、この検出器本体５Ａに変位可能（揺動可能）に支持されかつ先端に触針５Ｂを略直角に突設させたスタイラス５Ｃと、このスタイラス５Ｃの変位（揺動）を検出する検出部５Ｄとから構成されている。

＜図３，図４，図５（Ｘ軸駆動装置）の説明＞
図３は、Ｘ軸駆動装置３を示す斜視図である。Ｘ軸駆動装置３は、支柱２に沿って昇降可能に設けられた筐体２０（図２参照）と、この筐体２０内に固定されたフレーム２１と、このフレーム２１に両端が支持されたガイドレール２２と、このガイドレール２２に沿って摺動可能に設けられかつ検出器回転ユニット４を保持したスライダ２４と、このスライダ２４の摺動面がガイドレール２２のガイド面に接する方向へスライダ２４を付勢する付勢手段３１と、スライダ２４をガイドレール２２に沿って移動させる駆動手段４１とから構成されている。

ガイドレール２２は、粗さ検出器５の移動方向と平行でかつ互いに所定角度をなす２つのガイド面を有する断面コ字状に形成されている。具体的には、図４に示すように、上壁２２Ａと、この上壁２２Ａの一端から下方へ向かって直角に一体形成された側壁２２Ｂと、この側壁２２Ｂの下端から水平方向へ向かってかつ上壁２２Ａと平行に一体形成された下壁２２Ｄとを有する断面コ字状に形成され、上壁２２Ａの外側面に第１のガイド面２３Ａが、側壁２２Ｂの外側面に第２のガイド面２３Ｂがそれぞれ形成されている。これら第１のガイド面２３Ａおよび第２のガイド面２３Ｂは、真直度が高精度に保証されており、スライダ２４がＸ軸方向に駆動される際の真直度基準面となる。

スライダ２４は、ガイドレール２２を内包する断面矩形枠状に形成されている。具体的には、図４に示すように、上壁２４Ａ、両側壁２４Ｂ，２４Ｃ、下壁２４Ｄを有する断面縦長矩形枠状に形成されている。上壁２４Ａの内面および側壁２４Ｂの内面には、ガイドレール２２の２つのガイド面２３Ａ，２３Ｂに対向する２つの摺動面、つまり、第１の摺動面２５Ａと第２の摺動面２５Ｂとがそれぞれ形成されている。
スライダ２４の上壁２４Ａ、両側壁２４Ｂ，２４Ｃ、下壁２４Ｄの内面とガイドレール２２の上壁２２Ａ，側壁２２Ｂ，下壁２２Ｄの外面との間には、摺動子２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｄがそれぞれ介在されている。ここでは、スライダ２４の上壁２４Ａの内面とガイドレール２２の上壁２２Ａの外面との間には、幅方向中央に摺動子２６Ａが設けられている。スライダ２４の下壁２４Ｄの内面とガイドレール２２の下壁２２Ｄの外面との間には、幅方向中央に摺動子２６Ｄが設けられている。スライダ２４の側壁２４Ｂの内面とガイドレール２２の側壁２２Ｂの外面との間には、上下位置に摺動子２６Ｂ，２６Ｂが設けられている。スライダ２４の側壁２４Ｃの内面とガイドレール２２の上壁２２Ａ端面および下壁２２Ｄ端面との間には、それぞれ摺動子２６Ｃ，２６Ｃが設けられている。

付勢手段３１は、スライダ２４の２つの摺動面２６Ａ，２６Ｂとはそれぞれ反対側面、つまり、下壁２４Ｄおよび側壁２４Ｃにそれぞれ設けられている。各付勢手段３１は、図５に示すように、一端がスライダ２４に固定される板ばね３２と、この板ばね３２の他端に揺動機構３３を介して設けられた前記摺動子２６Ｃ，２６Ｄと、板ばね３２を挟んで前記摺動子２６Ｃ，２６Ｄとは反対側に設けられ摺動子２６Ｃ，２６Ｄがガイドレール２２に接する方向へ板ばね３２を付勢するとともに、その付勢力を調整可能な付勢力調整機構３６とを含んで構成されている。
揺動機構３３は、板ばね３２と摺動子２６Ｃ，２６Ｄとの間に配置され、互いに対向する内面中心に円錐溝を形成した２枚のプレート３４Ａ，３４Ｂと、この２枚のプレート３４Ａ，３４Ｂの円錐溝内に収納配置された鋼球３５とから構成されている。
付勢力調整機構３６は、スライダ２４に固定された取付部材３７と、この取付部材３７に螺合された調整ねじ３８と、この調整ねじ３８の内部に収納されたばね３９とから構成されている。

駆動手段４１は、フレーム２１にガイドレール２２と平行に固定されたモータ４２と、フレーム２１にガイドレール２２と平行に固定されモータ４２の回転が回転伝達機構４３を介して伝達される送りねじ軸としてのボールねじ軸４７と、このボールねじ軸４７に螺合されるとともにユニバーサルジョイント５１を介してスライダ２４に連結されたナット部材４８とを備える。
回転伝達機構４３は、モータ４２の出力軸４２Ａに取り付けられたプーリ４４と、ボールねじ軸４７の一端に固定されたプーリ４５と、この両プーリ４４，４５間に掛け回されたベルト４６とからなるベルト伝達機構により構成されている。なお、回転伝達機構４３としては、ベルト伝達機構に限らす、歯車伝達機構、チェーン伝達機構などでもよい。
ボールねじ軸４７は、ガイドレール２２とスライダ２４との４つの摺動面（スライダ２４の上壁２４Ａの内面、下壁２４Ｄの内面、両側壁２４Ｂ，２４Ｃの内面）の略中心近傍に配置されている。具体的には、ガイドレール２２のコ字状内部空間の略中心にボールねじ軸４７が配置されている。
ユニバーサルジョイント５１は、ボールねじ軸４７の軸直交方向のナット部材４８の微小変位を許容する構造を備えている。

＜図６，図７，図８（制御装置・記憶装置）の説明＞
図６は、制御装置のブロック図である。制御装置６１には、Ｘ軸駆動装置３を昇降させるＺ軸駆動装置６、Ｘ軸駆動装置３、検出器回転ユニット４、粗さ検出器５、入力装置７、表示装置８、記憶装置９がそれぞれ接続されている。
入力装置７からは、測定項目の選択、測定開始指令などのほか、各種指令情報が入力される。
表示装置８には、測定項目や測定結果などが表示される。
記憶装置９には、測定項目毎の動作指令プログラムなどを記憶したプログラム記憶部９Ａ、補正データ記憶手段としての補正データ記憶部９Ｂ、測定データ記憶手段としての測定データ記憶部９Ｃなどが設けられている。

補正データ記憶部９Ｂには、粗さ検出器５が異なる回転角度位置に設定された各回転角度位置に対応して、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データが記憶されている。たとえば、図７に示すように、粗さ検出器５のスタイラス５Ｃの基準軸方向をＸ方向、これと直交する方向をＺ方向およびＹ方向とすると、図８に示すように、粗さ検出器５が４５度間隔で複数の回転角度位置に設定された各回転角度位置に対応して、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データが記憶されている。つまり、触針５Ｂが下向きの回転角度位置（０度）、触針５Ｂが下向き４５度の回転角度位置（４５度）、触針５Ｂが横向きの回転角度位置（９０度）に対応して、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データCが記憶されている。
なお、スタイラス５Cは被測定物の凹凸に応じて揺動するため、その軸方向は常にX方向を保つわけではないが、ここではスタイラス５Cの軸方向がX方向に平行となる軸方向を基準軸方向としている。
測定データ記憶部９Ｃには、測定時に、検出器回転ユニット４によって粗さ検出器５（触針５Ｂ）が被測定物の測定面に対応する回転角度位置に設定され、かつ、触針５Ｂが被測定物の測定面に接触された状態において、Ｘ軸駆動装置３を駆動させたときのＸ軸駆動装置３の各移動位置および粗さ検出器５の変位量（スタイラス５Ｃの変位量）が測定データとして記憶される。
制御装置６１は、測定時における粗さ検出器５の回転角度位置に一致または最も近い回転角度位置に対応する検出器補正データを補正データ記憶部９Ｂから読み出し、この検出器補正データで測定データ記憶部９Ｃに記憶された測定データを補正する補正演算手段を含んで構成されている。

次に、本関連技術の作用を説明する。
被測定物の表面性状を測定する際には、まず、ベース１上にY軸テーブルなどを使って
被測定物を載置し、粗さ検出器５の触針５Ｂを被測定物の表面に当接させたのち、粗さ検出器５を被測定物表面に沿って移動させる。
ここで、被測定物の載置にあたって、Y軸テーブルは必ずしも必要ではないが、Y軸テーブルを用いれば被測定物のY軸方向（X軸方向とZ軸方向のいずれにも直交する方向）の位置決めが容易になり、さらにY軸方向位置を精密に決定できる。このY軸テーブルは被測定物を手動あるいは自動のいずれで移動あるいは位置決め出来るものでも良い。
粗さ検出器５を被測定物表面に沿って移動させるには、Ｘ軸駆動装置３のモータ４２を回転させる。すると、モータ４２の回転力が回転伝達機構４３を介してボールねじ軸４７に伝達される。ボールねじ軸４７が回転されると、このボールねじ軸４７に螺合されたナット部材４８が進退し、ナット部材４８に固定されたスライダ２４および粗さ検出器５がガイドレール２２に沿って進退（移動）される。粗さ検出器５が被測定物表面に沿って移動されると、触針５Ｂ（スタイラス５Ｃ）の上下方向の変位から被測定物の表面粗さ等が検出される。

ここで、スタイラス５Ｃの触針５Ｂの向きを変えたい場合には、入力装置７から触針５Ｂの向きを指令する。すると、検出器回転ユニット４のモータ１１が回転される。モータが回転すると、回転軸１４も回転される結果、粗さ検出器５が回転される。粗さ検出器５の回転角は角度検出センサ１６によって検出され、その角度情報が制御装置６１に与えられる。制御装置６１は、角度検出センサ１６からの角度情報が予め入力された角度に一致した際、モータ１１の駆動を停止させる。これにより、スタイラス５Ｃの触針５Ｂの向きが指定した向きに設定される。

＜図９，図１０（測定例）の説明＞
スタイラス５Ｃの触針５Ｂの向きを被測定物の測定部位に応じて変えれば、下向き測定だけでなく、次のような測定も実現できる。
図９は、被測定物１００の孔１０１の内面の表面粗さを測定する例を示している。触針５Ｂを下向きにした姿勢において、孔１０１の内面のうち下側面を測定し、触針５Ｂを横向きにした姿勢にすれば、孔１０１の内面のうち側面を測定することができ、更に、触針５Ｂを上向きにした姿勢にすれば、孔１０１の内面のうち上側面を測定することができる。
図１０は、クランクシャフト１０２の２つのフランジ１０３，１０４間の幅寸法Ｗを測定する例である。まず、触針５Ｂを横向きにした姿勢で片方のフランジ１０３の外面を測定したのち、触針５Ｂを前とは逆の横向きにした姿勢に回転させて、他方のフランジ１０４の外面を測定すれば、２つのフランジ１０３，１０４間の幅寸法Ｗを測定することができる。より具体的には、フランジ１０３の外面を測定した際のY軸テーブル位置と検出器５の変位量、フランジ１０４の外面を測定した際のY軸テーブル位置と検出器５の変位量、および検出器５の変位量を補正する２つの補正データ（Y＋姿勢補正データとY−姿勢補正データ）とから算出する。

＜図１１，図１２（真直度補正方法）の説明＞
真直度補正方法を実行するにあたっては、補正データ記憶工程を行ったのち、測定工程を実行する。測定工程において、測定データ取得工程および補正演算工程が実行される。
補正データ記憶工程では、粗さ検出器５（スタイラス５Ｃ）が異なる回転角度位置に設定された各回転角度位置に対応して、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データを補正データ記憶部９Ｂに記憶させる。具体的には、図１１に示すように、触針５Ｂを基準面となるオプチカルフラットに接触させたのち（ＳＴ１）、Ｘ軸駆動装置３を駆動させる（ＳＴ２）。Ｘ軸駆動装置３の駆動中において、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置と、粗さ検出器５の変位量（スタイラス５Ｃの変位量）とを取り込み（ＳＴ３）、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データを求め、補正データ記憶部９Ｂに記憶させる（ＳＴ４）。続いて、終了か否かを判定、つまり、予め設定した回数の測定を行ったか否かを判定する（ＳＴ５）。終了でなければ、粗さ検出器５を４５度回転させたのち（ＳＴ６）、ＳＴ１〜ＳＴ５の処理を繰り返す。これにより、粗さ検出器５が異なる回転角度位置に設定された各回転角度位置に対応して、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データが補正データ記憶部９Ｂに記憶される。
つまり、ここでの検出器補正データは検出器５の４５度毎の回転角度位置における変位量に基づいて補正データを取得して補正データ記憶部９Bに記憶する。この際、オプチカルフラットの基準面の法線方向が、触針５Bの変位方向に一致するようにオプチカルフラットをベースに載置する。例えば、触針５Bが横向きの回転角度位置（９０度）においては、オプチカルフラットの基準面が垂直（Z軸方向）となるようにオプチカルフラットを載置する。
ここでは、一例として４５度毎に補正データを取得する例を説明したが、必要な所定角度毎において補正データを取得するものであっても良い。

測定工程では、まず、測定データ取得工程において、検出器回転ユニット４によって粗さ検出器５が被測定物の測定面に対応する回転角度位置に設定され、かつ、触針５Ｂが被測定物の測定面に接触された状態において、Ｘ軸駆動装置３を駆動させながらＸ軸駆動装置３の各移動位置および粗さ検出器５の変位量（スタイラス５Ｃの変位量）を測定データとして取り込む。具体的には、図１２に示すように、粗さ検出器５を被測定物の測定面に対応する回転角度位置に回転（設定）し（ＳＴ１１）、続いて、触針５Ｂを被測定物の測定面に接触させたのち（ＳＴ１２）、Ｘ軸駆動装置３を駆動させる（ＳＴ１３）。Ｘ軸駆動装置３の駆動中において、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置と、粗さ検出器５の変位量（スタイラス５Ｃの変位量）とを測定データ記憶部９Ｃに取り込む（ＳＴ１４）。つまり、検出器回転ユニット４によって粗さ検出器５が被測定物の測定面に対応する回転角度位置に設定され、かつ、触針５Ｂが被測定物の測定面に接触された状態において、Ｘ軸駆動装置３を駆動させると、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置および粗さ検出器５の変位量が測定データとして取り込まれる。

補正演算工程では、測定時における粗さ検出器５の回転角度位置と一致または最も近い回転角度位置に対応する検出器補正データを補正データ記憶部９Ｂから読み出し、この検出器補正データで測定データを補正する。具体的には、図１２のＳＴ１５において、測定時における粗さ検出器５の回転角度位置と一致または最も近い回転角度位置に対応する検出器補正データを補正データ記憶部９Ｂの中から読み出し、この検出器補正データで測定データを補正する。最後に、補正後の測定データを出力（表示、印字）する（ＳＴ１６）。
従って、粗さ検出器５を回転させて測定を行う場合でも、測定時における粗さ検出器５の回転角度位置と一致または最も近い回転角度位置に対応する検出器補正データを基に測定データが補正されるから、測定時の粗さ検出器５の回転角度位置に応じた最適な補正が行える。

上述のような関連技術によれば、次のような効果がある。
（１）粗さ検出器５をスタイラス５Ｃの軸と略平行な軸を中心に回転させる検出器回転ユニット４を備えているから、触針５Ｂの向きを被測定物の測定部位に応じて変更することができる。たとえば、触針５Ｂの向きを、下向き、横向き、上向き、斜め上または下向きなどに変更することができる。そのため、孔の内周面の任意の位置での粗さ測定など測定範囲の拡大が期待できる。

（２）粗さ検出器５を回転させて測定を行う場合でも、測定時における粗さ検出器５の回転角度位置と一致または最も近い回転角度位置に対応する検出器補正データを基に測定データが補正されるから、測定時の粗さ検出器５の回転角度位置に応じた最適な真直度補正が行える。
また、補正データ記憶部９Ｂには、粗さ検出器５が４５度間隔で複数の回転角度位置に設定された各回転角度位置に対応して、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データが記憶されているから、粗さ検出器５の回転角度位置が０度、４５度、９０度…のほか、これらに近い回転角度位置での測定でも、高精度な真直度補正が行える。

（３）粗さ検出器５を保持したスライダ２４を駆動させるボールねじ軸４７が、ガイドレール２２の内側でかつスライダ２４内に配置されているから、スライダ２４に生じるモーメントを従来に比べ抑えることができる。そのため、粗さ検出器５の移動に際しても、粗さ検出器５の姿勢変化を極力抑えることができるから、高精度な測定を保証できる。
具体的には、ガイドレール２２は断面略コ字状に形成され、スライダ２４は断面矩形枠状に形成され、ボールねじ軸４７は、ガイドレール２２とスライダ２４との４つの摺動面の略中心近傍に配置されているから、つまり、摩擦力中心に配置されているから、スライダ２４に生じるモーメントが打ち消される結果、粗さ検出器５の姿勢変化をより確実に抑えることができる。

（４）ガイドレール２２には、粗さ検出器５の移動方向と平行でかつ互いに所定角度をなす２つのガイド面２３Ａ，２３Ｂが形成され、スライダ２４には、２つのガイド面２３Ａ，２３Ｂに対向する２つの摺動面２５Ａ，２５Ｂが形成されているから、これら２つのガイド面２３Ａ，２３Ｂおよび摺動面２５Ａ，２５Ｂに対して直交する方向、たとえば、上下、左右方向など４方向の姿勢変化も極力抑えることができる。従って、粗さ検出器５の姿勢を変えて測定を行う場合でも、スライダ２４の姿勢変化を抑えつつ真直度精度も保証できるから、これらの測定を高精度に行うことができる。

（５）付勢手段３１は、スライダ２４の２つの摺動面２５Ａ，２５Ｂとはそれぞれ反対側面に設けられているから、スライダ２４の２つの摺動面２５Ａ，２５Ｂがガイドレール２２の２つのガイド面２３Ａ，２３Ｂに倣うようにスライダ２４が付勢されるから、スライダ２４は、ガイドレール２２の２つのガイド面２３Ａ，２３Ｂを基準に移動される。従って、２つのガイド面２３Ａ，２３Ｂの真直度を高精度に仕上げておけば、スライダ２４つまり粗さ検出器５を駆動する際の真直度精度を保証でき、更に測定データの真直度補正を行うことが出来る。

（６）付勢手段３１は、一端がスライダ２４に固定された板ばね３２と、この板ばね３２の他端に保持され摺動子２６Ｃ，２６Ｄと、板はね３２を挟んで摺動子２６Ｃ，２６Ｄとは反対側に設けられ摺動子２６Ｃ，２６Ｄがガイドレール２２に付勢される付勢力を調整可能な付勢力調整機構３６とを含んで構成されているから、付勢力調整機構３６の付勢力を調整することにより、摺動子２６Ｃ，２６Ｄがガイドレール２２に接する圧力を任意に設定できる。従って、摺動子２６Ｃ，２６Ｄがガイドレール２２に接する圧力を適切に設定することにより、スライダ２４をガイドレール２２に沿って円滑に摺動させることができる。

（７）スライダ２４とナット部材４８とが、ボールねじ軸４７の軸直交方向のナット部材４８の微小変位を許容するユニバーサルジョイント５１を介して連結されているから、ボールねじ軸４７の振れ回りによる影響がユニバーサルジョイント５１により吸収され、スライダ２４に伝達されないから、この点からも、スライダ２４を移動する際の真直度精度を保証できる。

前記関連技術における真直度補正方法では、補正データ記憶工程において、粗さ検出器５が４５度間隔で複数の回転角度位置に設定された各回転角度位置に対応して、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データを補正データ記憶部９Ｂに記憶させ、測定時において、被測定物を測定するとともに、そのときの粗さ検出器５の回転角度位置と一致または最も近い回転角度位置に対応する検出器補正データを補正データ記憶部９Ｂの中からから読み出し、この検出器補正データで測定データを補正するようにしたが、本発明の一実施形態を、図１３〜図１６で説明する。

＜図１３〜図１６（他の真直度補正方法）の説明＞
この方法では、まず、補正データ記憶工程において、粗さ検出器５が９０度異なる２つの回転角度位置に設定された各回転角度位置に対応して、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データを補正データ記憶部９Ｂに記憶させる。たとえば、図１３に示すように、触針５Ｂが下向きの回転角度位置（０度）、触針５Ｂが横向きの回転角度位置（９０度）に対応して、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データを補正データ記憶部９Ｂに記憶させる。

また、測定時、図１４に示すように、まず、測定データ取得工程において、被測定物を測定して測定データを取得したのち（ＳＴ１１〜ＳＴ１４と同じ処理）、補正演算工程において、測定時の粗さ検出器５の回転角度位置と補正データ記憶部９Ｂに記憶された２つの検出器補正データとから、測定時における粗さ検出器５の回転角度位置に対応する補正データを演算し、この補正データで測定データを補正する（ＳＴ２１）。
たとえば、図１５に示すように、測定時の粗さ検出器５の回転角度位置が斜め下向きの場合（触針５Ｂの向きが鉛直方向に対してθ度傾いていた場合）、次のようにして補正データを演算する。いま、Ｘ軸駆動装置３のある特定移動位置Ｐにおいて、０度方向の補正データが「Ａｎ（但し、ｎ＝１，２，３、、、）」、９０度方向の補正データ「Ｂｎ（但し、ｎ＝１，２，３、、、）」であるとすると、Ｐ位置における補正データＣｎ（但し、ｎ＝１，２，３、、、）を、次式から求める。
Ｃｎ＝Ａｎ・cosθ＋Ｂｎ・sinθ （１）
ここで、ＡｎはＡ１、Ａ２、Ａ３、、、また、BｎはB１、B２、B３、、、でありＸ軸駆動装置３のそれぞれの特定移動位置に対応した補正データであり、求められたC１、C２、C３、、、はＸ軸駆動装置３のそれぞれの特定移動位置に対応したP位置における補正データである。
こののち、上記式によって得られた補正データを測定データから減算することにより、測定データが補正される。

従って、粗さ検出器５を回転させて測定を行う場合でも、測定時における粗さ検出器５の回転角度位置と補正データ記憶部９Ｂに記憶された２つの検出器補正データとから、測定時における粗さ検出器５の回転角度位置に対応する補正データが演算され、補正データを基に測定データが補正されるから、測定時の粗さ検出器５の回転角度位置に応じた最適な補正が行える。例えば、補正データ記憶部９Ｂには、粗さ検出器５が９０度異なる２つの回転角度位置（０度、９０度）に対応して、Ｘ軸駆動装置３の各移動位置での検出器補正データを記憶しておけばよいので、少ないデータ量で最適な補正が実行できる。

また、実施形態においては、ＹＺ平面内において検出器５を回転させる例を示したが、これに限定されず、検出器５がＸＺ平面内あるいはＸＹ平面内で回転するものであっても良い。一例として、検出器５がＸＺ平面内で回転可能とされ、被測定物がＹ軸テーブルによってＹ軸方向に駆動されて測定を行うものであっても良い。この場合、Ｙ軸テーブルを駆動するＹ軸駆動装置におけるガイドレールの２つのガイド面の真直度が高精度に保証されていることが好ましい。

また、他の例として、検出器５がＸＹ平面内で回転可能とされ、円柱状の被測定物が回転テーブルに載置され、検出器５がＺ軸方向に駆動されて被測定物の外側面（あるいは内側面）の測定を行うものであっても良い。この場合、Ｚ軸駆動装置におけるガイドレールの２つのガイド面の真直度が高精度に保証されていることが好ましい。
ここで、検出器と被測定物の相対移動は、検出器と被測定物のいずれか、あるいは双方が移動するものであっても良い。

また、検出器５として、触針式の接触型の検出器を示したが、これに限らず表面性状を測定可能な検出器であれば非接触型の検出器であっても良く、光学式、電磁式、静電式などの検出器を用いることができる。
さらに、測定方法として、触針走査による測定方法を示したが、タッチ信号プローブや倣いプローブによる座標測定方法であっても、この発明を実施できる。
さらに、この実施形態では、Ｘ軸駆動装置３のガイドレール２２のみが真直度基準面となる２つのガイド面２３Ａ、２３Ｂを備える構成を示したが、Ｚ軸駆動装置６やＹ軸駆動装置が同様な複数のガイド面を備えていても良い。

また、この検出器と被測定物の相対姿勢変更は、回転に限らず傾き変更（傾斜角度変更）や平行移動などであっても良い。例えば検出器５がスライダ２４からＸ軸方向あるいはＹ軸方向に突き出たオーバーハング状態で支持される構造において、このオーバーハング量を複数の異なる値に変更（姿勢変更）する構造の表面性状測定機においても、この発明を実施できる。
さらに、Ｘ軸駆動装置やＺ軸駆動装置、あるいはＹ軸駆動装置自体が傾斜あるいは回転することによって検出器の相対姿勢が変更される表面性状測定機においても、この発明を実施できる。
また、表面性状測定機として表面粗さ計を示したが、形状測定機、真円度測定機、画像測定機、三次元測定機などの表面性状測定機であっても、この発明を実施できる。

本発明は、被測定物の表面粗さを測定する表面粗さ測定機や、被測定物のうねりや形状等を測定する形状測定機に利用できる。

本発明の関連技術に係る表面粗さ測定機を示す斜視図。 同上関連技術の検出器回転ユニットを示す概略図。 同上関連技術のＸ軸駆動装置を示す斜視図。 同上関連技術のＸ軸駆動装置の縦断面図。 同上関連技術のＸ軸駆動装置に用いる付勢手段を示す図。 同上関連技術の制御装置と中心とした要素を示すブロック図。 同上関連技術において粗さ検出器において基準軸を示す図。 同上関連技術において補正データ記憶部に記憶された検出器補正データを示す図。 同上関連技術において粗さ検出器を回転させた測定例を示す図。 同上関連技術において粗さ検出器を回転させた他の測定例を示す図。 同上関連技術において補正データ記憶処理を示すフローチャート。 同上関連技術において測定処理（測定データ取得工程、補正演算工程）を示すフローチャート。 本発明の一実施形態において補正データ記憶部に記憶された検出器補正データを示す図。 本発明の一実施形態において測定処理（測定データ取得工程、補正演算工程）を示すフローチャート。 本発明の一実施形態において検出器をθ傾けた状態の測定状態を示す図。

符号の説明

３…Ｘ軸駆動装置
４…検出器回転ユニット（検出器回転機構）
５…粗さ検出器（検出器）
５Ａ…検出器本体
５Ｂ…触針
５Ｃ…スタイラス
５Ｄ…検出部
９Ｂ…補正データ記憶部（補正データ記憶手段）
９Ｃ…測定データ記憶部（測定データ記憶手段）
６１…制御装置（補正演算手段）

Claims (2)

1. 被測定物の表面性状を検出する触針を有する検出器と、この検出器を測定方向へ相対移動させる駆動装置と、前記検出器の姿勢を変更させる検出器姿勢変更機構とを備えた表面性状測定機の真直度補正方法であって、
   前記検出器の触針が下向きおよび横向きの９０°異なる２つの姿勢に設定された各姿勢に対応して、前記駆動装置の各移動位置での検出器補正データを記憶手段に記憶する補正データ記憶工程と、
   測定時に、前記検出器姿勢変更機構によって前記検出器の触針が下向きから横向きの間で被測定物の測定面に対応する回転角度位置に設定され、かつ、前記検出器が前記被測定物の測定面の表面性状を検出可能とされた状態において、前記駆動装置を駆動させながら前記駆動装置の各移動位置および前記検出器の検出量を測定データとして取り込む測定データ取得工程と、
   測定時における前記検出器の回転角度位置と前記記憶手段に記憶された２つの検出器補正データとから、測定時における前記検出器の回転角度位置に対応する補正データを演算し、この補正データで前記測定データを補正する補正演算工程とを備えたことを特徴とする表面性状測定機の真直度補正方法。
2. 被測定物の表面に接触される触針を先端に有するスタイラスを変位可能に支持した検出器と、この検出器を測定方向へ相対移動させる駆動装置と、前記検出器を前記スタイラスの軸と略平行な軸を中心に回転させる検出器回転機構とを備えた表面性状測定機であって、
   前記検出器の触針が下向きおよび横向きの９０°異なる２つの回転角度位置に設定された各回転角度位置に対応して、前記駆動装置の各移動位置での検出器補正データを記憶した補正データ記憶手段と、
   測定時に、前記検出器回転機構によって前記検出器の触針が下向きから横向きの間で被測定物の測定面に対応する回転角度位置に設定され、かつ、前記触針が被測定物の測定面に接触された状態において、前記駆動装置を駆動させたときの前記駆動装置の各移動位置および前記検出器の変位量を測定データとして記憶する測定データ記憶手段と、
   測定時における前記検出器の回転角度位置と前記補正データ記憶手段に記憶された２つの検出器補正データとから、測定時における前記検出器の回転角度位置に対応する補正データを演算し、この補正データで前記測定データを補正する補正演算手段とを備えたことを特徴とする表面性状測定機。

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