JP5036420B2 - 表面形状測定装置及び異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面粗さ／形状測定装置や真円度測定装置などといった、試料の表面に測定子を摺動させ、表面の凹凸により生じる測定子の変位を検出して試料の表面形状を測定する表面形状測定装置に関する。より詳しくは、表面形状測定装置において測定子の変位の検出に使用される変位検出器の異常を検出する技術に関する。

表面粗さ／形状測定装置や真円度測定装置などといった、表面形状測定装置は、被測定物（ワーク）の測定面に沿って、測定子を有するピックアップを移動させ、測定子の変位量を電気信号に変換してコンピュータ等の計算機に読み取ることで、被測定物（ワーク）の表面の粗さ又は形状を測定する（例えば、下記特許文献１）。図１に、従来の表面形状測定装置の基本構成を示す。

表面形状測定装置１は、ワークテーブル８の上に載置されたワークＷの表面を、測定子である触針７でＸ軸方向に走査し、その触針７のＺ軸方向の変位を変位検出器（ピックアップ）６で検出してワークＷの表面形状を測定する。
水平に設置された定盤２の上には、支柱３が垂直に立設されている。支柱３にはＺテーブル４が摺動自在に支持されており、図示しないＺテーブル駆動手段に駆動されて垂直に上下動する。

Ｚテーブル４には、Ｘアーム５が水平に支持されている。Ｘアーム５は、図示しないＸアーム駆動手段に駆動されてＸ軸方向に進退移動する。変位検出器６は、このＸアーム５の先端に設けられている。そして、このＸアーム５がＸ軸方向に進退移動することにより、触針７がＸ軸に沿って往復動する。
ここで、定盤２の表面をＸ−Ｙ平面とし、このＸ−Ｙ平面において、触針７が移動する直線をＸ軸とする。そして、このＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸に直交する直線をＹ軸とし、このＹ軸とＸ軸との交点（原点Ｏ）を通り、Ｘ−Ｙ平面に直交する直線をＺ軸とする。このように設定された空間直交座標系をＯ−ＸＹＺ座標系とする。

触針７を一定の力でワークＷの表面に押し付けながらＸ軸に沿って移動させると、ワークＷの凹凸によって触針７がＺ方向に変位する。変位検出器６は、内蔵したセンサ、例えば差動トランスなどにより触針７の変位量を電気信号に変換する。この電気信号はＡ／Ｄ変換器によってディジタル信号に変換され、コンピュータ等のデータ処理装置（図示せず）に入力される。これにより、データ処理装置によってワークの表面粗さを示す測定データが取得される。
ワークテーブル８は、図示しないワークテーブル駆動手段に駆動されてＹ軸方向に移動する。ワークテーブル８がＹ軸方向に移動することによって、触針７によるワークＷの表面の走査位置を変えＸ−Ｙ平面内におけるワークＷの表面粗さ又は形状を測定することができる。

図２は、図１に示す変位検出器６の概略構成を示す図である。変位検出器６は、一般に、先端に触針７が設けられたカンチレバー１１を支持する枢動部材１２と、枢動部材１２の枢動可能に支える回転軸１３と、触針７を一定の押圧力でワークＷに押し付けるように枢動部材１２を付勢する付勢手段１４と、触針７の変位に伴う枢動部材１２の揺動量を電気信号に変換する差動トランス１５を備える。

特開２００２−１０７１４４号公報

変位検出器６は、触針７の微細な変位を枢動部材１２によって差動トランス１５に伝達するために、非常に小さな力で枢動部材１２を枢動できるように構成されている。したがって変位検出器６が破損して枢動部材１２の動きに対する抵抗が増大すると、変位検出器６は所定の性能を発揮しない。

このような枢動部材１２の動きに対する抵抗が増大しても、抵抗が小さいうちは変位検出器６の異常に気付くことができない。このため従来は、試験片の表面を測定して得た測定波形をオペレータが見て、その波形歪みに基づいて変位検出器６に異常があるか否かを判定していた。このため変位検出器６の異常を判定する際に、オペレータの主観によって判定結果が変わり定量的な判断を行うことができなかった。

上記問題に鑑み、本発明は、試料の表面に測定子を摺動させ、表面の凹凸により生じる測定子の変位を検出して試料の表面形状を測定する表面形状測定装置において、測定子の変位の検出に使用される変位検出器の異常を客観的に判定する手段を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では、変位検出器の測定子に変位を与え、この測定子を変位が与えられた状態から解放するときにおける、測定子の変位の回復状態に異常が生じたときに、変位検出器が異常であると判定する。
測定子の変位量は変位検出器によって常時監視できるので、変位を与えられた状態から解放された後の測定子の回復状態、例えば回復後の測定子の変位量や回復する速度等、を検出することによって、変位検出器に異常が生じ測定子の動作を伝える伝達部材等の動きに対する抵抗が増大したとき、これを検出することができる。

測定子の回復状態に異常があるか否かの判定には様々な方法があり得る。例えば、変位が与えられた状態から測定子が解放されてもなお測定子に変位が残るときに、測定子の回復状態に異常があると判定してもよい。
また変位を与えられた状態から解放されるときの測定子の変位の回復速度が、所定の閾値速度よりも遅いときに、測定子の回復状態に異常があると判定してもよい。
変位を与えられた状態から解放されるときの測定子の変位の回復速度が、測定子に与えた変位を解放する変位の解放速度よりも遅いとき、測定子の回復状態に異常があると判定してもよい。

測定子に変位を与えるために測定子を押し上げるための専用の手段を設けてもよい。しかし通常の場合、表面形状測定装置は測定子と試料とを相対的に移動させて測定子を試料の表面に接触させる手段を有しているので、このような相対移動手段によって、測定子を試料の表面に接触させる動作によって測定子に変位を与えてもよい。
また変位検出器の異常判定に必要な、測定子への変位付与動作と変位が与えられた状態から測定子を解放する動作を、試料表面の形状の測定を行うための通常の動作の中で行ってもよい。すなわち、試料の表面の表面形状の測定時における測定子を試料の表面に接触させる動作によって測定子に変位を与え、この測定時における試料の表面から測定子を離す動作によって、変位を与えた状態から測定子を解放してもよい。
測定動作の中で変位検出器の異常判定に必要な動作を行うことにより、異常判定のための特別な作業を行う必要が無くなるので作業効率が向上する。また測定動作度に変位検出器の異常判定を行うことができるので異常発見が早くなる。

本発明の第１形態による表面形状測定装置は、試料の表面に摺動させる測定子と、この測定子が摺動するときに表面の凹凸により生じる測定子の変位を検出する変位検出器とを有し、さらに、測定子に変位を与える変位付与手段と、この変位付与手段が、変位を与えた状態から測定子を解放するときにおける、測定子の変位の回復状態に異常が生じたとき、変位検出器が異常であると判定する異常判定手段とを備える。

本発明の第２形態によれば、試料の表面に測定子を摺動させ、表面の凹凸により生じる測定子の変位を検出して試料の表面形状を測定する表面形状測定に使用される、測定子の変位を検出する変位検出器の異常を検出する方法が提供される。この方法では、測定子に変位を与え、変位が与えられた状態から測定子を解放するときにおける、測定子の変位の回復状態に異常が生じたとき、変位検出器が異常であると判定する。

本発明により、表面形状測定装置において、測定子の変位の検出に使用される変位検出器の異常を客観的に判定する手段が提供される。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図３は、本発明の実施例による表面形状測定装置の全体構成を示す。表面形状測定装置１は、図１を参照して説明した従来の表面形状測定装置と同様に、定盤２と、定盤２に垂直に立設された支柱３と、支柱３に摺動自在に支持されるＺテーブル４と、Ｚテーブル４に水平に支持されるＸアーム５と、Ｘアーク５の先端に設けられる変位検出器６と、変位検出器６によってＺ軸方向の変位が検出される測定子である触針７と、定盤２の上に設けられワークＷが載置されるワークテーブル８を備えている。
なお、以下の説明では本発明による表面形状測定装置の実施例として、表面粗さ／形状測定装置の例を用いて説明する。しかしながら本発明が適用される表面形状測定装置はこれに限定されるものではない。例えば本発明は、円状断面を有する試料の側面上にて測定子を摺動させて、試料の径方向における測定子の変位量を検出することによって円状断面の真円度を測定する真円度測定装置において、測定子の変位量を検出する変位検出器の異常を検出することにも利用可能である。したがってこのような真円度測定装置もまた本発明による表面形状測定装置の範囲に含まれる。

表面形状測定装置１は、更にＺテーブルのＺ方向位置を検出するタコメータ等の位置検出器９を備え、またＺテーブル４、Ｘアーム５及びワークテーブル８といった各移動機構を駆動する駆動手段へ駆動信号を出力して、表面形状測定装置１による測定動作を制御するとともに、変位検出器６からの検出信号に基づいてワークＷの測定面の表面粗さデータ又は形状データを生成する制御部２０を備える。
なお本明細書においては、説明の簡便のために、Ｚ方向に関する位置検出器９についてのみ記載するが、実際にはＸアーム５のＸ方向位置やワークテーブル８のＹ方向位置を検出してこれら移動機構をサーボ制御するためにこれらの移動機構の位置を検出する位置検出器も表面形状測定装置１に設けられている。

図４は、図３に示す制御部２０の概略構成を示すブロック図である。制御部２０は、Ｚテーブル４、Ｘアーム５及びワークテーブル８といった各移動機構を駆動する駆動手段への駆動信号を生成する移動機構駆動部２１と、変位検出器６が検出した触針７の変位信号を所定のサンプリング周期でディジタル形式の信号へ変換するアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）２２と、ディジタル形式の信号に変換された各時刻における触針７の変位量を、それぞれの時刻における移動機構（Ｚテーブル４、Ｘアーム５及びワークテーブル８）の位置情報に対応付けて、ワークＷの測定面におけるＺ軸方向位置を示す測定データを生成する変位信号処理部２３と、移動機構駆動部２１及び変位信号処理部２３を制御する測定動作制御部２４と、を備える。

測定動作制御部２４は、ワークＷの表面形状の測定する際に測定中の各時刻における触針７の目標位置を決定する。移動機構駆動部２１は、決定された触針７の目標位置に基づいてこの目標位置に触針７を位置付けることができるＺテーブル４、Ｘアーム５及びワークテーブル８のそれぞれの目標位置を決定し、現在位置から目標位置までこれらの移動機構を移動するための駆動信号を出力する。
また測定動作制御部２４は、変位信号処理部２３に対して測定の開始と測定の終了をそれぞれ合図する測定開始信号及び測定終了信号を出力する。測定動作制御部２４は、与えられた測定区間において触針７による走査を終了すると、測定終了信号を出力した後に、速やかにＺテーブル４を上昇させる等して、ワークＷから触針７を離間させる。

制御部２０は、変位検出器６が検出した触針７の変位信号に基づいて変位検出器６を検出する異常判定部２５と、異常判定部２５が異常判定に用いる情報を記憶するメモリ２６を備える。以下、図５及び図６を参照して異常判定部２５による異常判定方法の基本的なフローを説明する。
図５は本発明による異常判定方法の基本的なフローを示すフローチャートであり、図６はこの異常判定方法の説明図である。

ステップＳ１では、変位検出器６に取り付けられた触針７にＺ軸方向の変位を与える。このとき図示しない専用の押圧手段により触針７を押し上げてもよいが、例えば図６の（Ａ）及び図６の（Ｂ）に示すように、変位検出器６と物体９０とを相対的に移動させて物体９０に触針７を押し付けることによって、触針７にＺ軸方向に沿って正向きの変位を与えてもよい。
このような変位を与えるには、例えばＺテーブル４、Ｘアーム５及びワークテーブル８を移動させることによって触針７をワークＷなどの物体９０に接触させてから、Ｚテーブル４を下降させて触針７を物体９０に押し付ければよい。

ステップＳ２では、変位が与えられた状態から触針７を解放する。図示しない専用の押圧手段により触針７を押し上げて触針７に変位を与えていた場合には、この押圧手段を速やかに触針７から離隔させて触針７に加えていた押圧力を無くす。
また、例えば変位検出器６と物体９０とを相対的に移動させて物体９０に触針７を押し付けていた場合には、図６の（Ｃ）に示すように変位検出器６を速やかに物体９０から離隔させて触針７に加えていた押圧力を無くす。このような変位を与えるには、例えばＺテーブル４を上昇させて触針７を物体９０から離間させればよい。

ステップＳ３では、異常判定部２５は、変位が与えられた状態から解放された触針７の変位の回復状態が異常であるか否かを判定する。触針７の変位の回復状態が異常であるか否かは、例えば変位が与えられた状態から解放されたとき、変位検出器６が検出する触針７の変位量が、変位が与えられる前の検出量まで回復しないか否かにより判定することができる。
また異常判定部２５は、変位が与えられた状態から解放されたときの触針７の変位量の回復速度が遅いか否かを判定することによって、触針７の変位の回復状態が異常であるか否かを判定してもよい。

ステップＳ３にて、触針７の変位の回復状態が異常であると判定したとき、異常判定部２５は、ステップＳ４にて変位検出器６に異常があると判定し、その旨を通知する異常通知信号を出力する。一方でステップＳ３にて、触針７の変位の回復状態が正常であると判定したときは、異常判定部２５はステップＳ５にて変位検出器６が正常であると判定し、異常通知信号を出力しない。

以下、図４に示す異常判定部２５を実現する様々な構成例について説明する。なお、以下に説明する実施例では、いずれも、触針７をワークＷの表面に摺動させてワークＷの表面の形状を測定する際に、Ｚテーブル４、Ｘアーム５及びワークテーブル８の動作によって触針７をワークＷの表面に接触させ、その後にＺテーブル４を下降させて触針７をワークＷに押し当てる動作によって触針７に変位を与え、ワークＷの表面の形状の測定終了後に、Ｚテーブル４を上昇させる等によりワークＷから触針７を離す動作によって、変位が与えられた状態から触針７を解放する。

図７は、図４に示す異常判定部２５の第１構成例を示すブロック図である。異常判定部２５は、測定動作制御部２４から出力される測定開始信号及び測定終了信号を受信することによりワークＷの表面形状測定を行っていないことを検出し、触針７に変位が与えられる前の変位検出器６が出力する触針７の変位信号を読み取り、このときの変位信号の値を初期変位量としてメモリ２６に記憶する初期変位量設定部３１と、メモリ２６に記憶された初期変位量と変位検出器６が出力する触針７の現在の変位信号とを比較する比較器３２と、測定動作制御部２４から出力される測定終了信号を受信してから（すなわち触針７がワークＷから離れてから）十分な時間が経過した後に比較器３２の出力を読んで、触針７の現在の変位信号の値が初期変位量まで戻らないとき、異常通知信号を出力する回復位置異常判定部３３を備えている。

図８は、図７に示す異常判定部２５の動作を説明する本発明の第１実施例による異常判定方法のフローチャートであり、図９はこの異常判定方法の説明に使用する触針７の変位量を示す変位検出器６の出力信号の時間変化を示すグラフである。
ステップＳ１１において初期変位量設定部３１は、ワークＷの表面形状測定が始まる前の触針７がワークに接触していない時刻ｔ０において変位検出器６が出力する触針７の変位信号を読み取り、このときの変位信号の値Ｚ０を初期変位量としてメモリ２６に記憶する。
ステップＳ１２において、測定動作制御部２４は表面形状の測定を開始するワークＷの表面上の測定開始点を移動機構駆動部２１に指示し、移動機構駆動部２１は、Ｚテーブル４、Ｘアーム５及びワークテーブル８を駆動して指示された測定開始点に触針７を接触させ、Ｚテーブル４を下降させて触針７をワークＷに押し当てる。

ステップＳ１３では、測定動作制御部２４及び移動機構駆動部２１は、Ｘアーム５を移動させて触針７を測定面で摺動させ、測定面の形状測定を行う。
時刻ｔ１において触針７による測定面の走査が終了すると測定動作制御部２４は測定終了信号を出力する。そしてステップＳ１４において測定動作制御部２４及び移動機構駆動部２１は、Ｚテーブル４を上昇させて触針７をワークＷから離す。この間に変位検出器６は現在の触針７の変位信号の値Ｚ１を出力している（ステップＳ１５）。

回復位置異常判定部３３は、測定終了信号を受信してから十分な時間ΔＴが経過した時刻ｔ２になると、ステップＳ１６において、比較器３２から入力した現在の変位信号の値Ｚ１と初期変位量Ｚ０との差ΔＺ＝｜Ｚ１−Ｚ０｜が、所定のマージンＺｔｈよりも大きいか否かを判定する。差ΔＺがＺｔｈよりも大きいとき、すなわち触針７にまだ変位が残っている場合には、ステップＳ１７において回復位置異常判定部３３は、変位検出器に異常があり触針の変位の回復状態に異常が生じたと判定して異常通知信号を出力する。差ΔＺがＺｔｈ以下であるときは、ステップＳ１８において回復位置異常判定部３３は、変位検出器が正常であると判定して異常通知信号を出力しない。

図１０は、図４に示す異常判定部２５の第２構成例を示すブロック図である。異常判定部２５は、測定動作制御部２４から出力される測定終了信号を受信した後に変位検出器６が出力する触針７の変位信号を読み取り、触針７の変位量が元の値まで回復する際の変位の回復速度を検出する回復速度検出部４１と、検出した回復速度と所定の閾値速度Ｖｔｈとを比較する比較器４２と、比較器４２の出力を読んで触針７の変位の回復速度が閾値速度Ｖｔｈよりも遅いとき、異常通知信号を出力する回復速度異常判定部４３を備えている。

図１１は、図１０に示す異常判定部２５の動作を説明する本発明の第２実施例による異常判定方法のフローチャートであり、図１２はこの異常判定方法の説明に使用する触針７の変位量を示す変位検出器６の出力信号の時間変化を示すグラフである。
ステップＳ２１〜ステップＳ２３では、図８に記載のステップＳ１２〜Ｓ１４と同様に、触針７がワークＷに押し当てられ、測定面の形状が測定され、触針７がワークＷから離される。

ステップＳ２４において回復速度検出部４１は、測定動作制御部２４から出力される測定終了信号を受信した後に触針７の変位量の回復速度Ｖｒを検出する。例えば、回復速度検出部４１は、測定終了信号を受信した時刻ｔ１から時間ΔＴが経過した後の時刻ｔ２において、時刻ｔ１及びｔ２にそれぞれ検出した触針７の変位信号の値の差ΔＺを算出し、次式に従って回復速度Ｖｒを決定してよい。
Ｖｒ＝ΔＺ／ΔＴ

ステップＳ２５において、比較器４２により回復速度Ｖｒと閾値速度Ｖｔｈとを比較する。その結果、回復速度Ｖｒが閾値速度Ｖｔｈよりも遅ければ、ステップＳ２６において回復速度異常判定部４３は、変位検出器に異常があり触針の変位の回復状態に異常が生じたと判定して異常通知信号を出力する。回復速度Ｖｒが閾値速度Ｖｔｈ以上であれば、ステップＳ２７において回復速度異常判定部４３は、変位検出器が正常であると判定して異常通知信号を出力しない。

図１３は、図４に示す異常判定部２５の第３構成例を示すブロック図である。本構成例は、図１０に示す第２構成例に加えて解放速度検出部４４を備える。ワークＷに押し付けられることによって触針７に加えられていた触針７の変位は、Ｚテーブル４が上昇することによって解放される。解放速度検出部４４は、位置検出器９によって検出されたＺテーブルのＺ軸方向座標を移動機構駆動部２１から受信する。そしてＺテーブル４の上昇速度を検出し、触針７に与えられた変位が解放される解放速度Ｖｆとして出力する。
比較器４２は、閾値速度Ｖｔｈに代えて、解放速度検出部４４が検出した解放速度Ｖｆを、回復速度検出部４１が検出した回復速度Ｖｒと比較する。

図１４は、図１３に示す異常判定部２５の動作を説明する本発明の第３実施例による異常判定方法のフローチャートである。また図１５は、触針７の変位量を示す変位検出器６の出力信号の時間変化とＺテーブル４の変位量（上昇量）の時間変化を示すグラフであり、実線は変位検出器６の出力信号を示し、一点鎖線はＺテーブル４の変位量を示す。
ステップＳ３１〜ステップＳ３３では、図８に記載のステップＳ１２〜Ｓ１４と同様に、触針７がワークＷに押し当てられ、測定面の形状が測定され、触針７がワークＷから離される。

測定動作制御部２４から出力される測定終了信号を受信した後、ステップＳ３４において回復速度検出部４１は触針７の変位量の回復速度Ｖｒを検出する。またステップＳ３５において解放速度検出部４４は解放速度Ｖｆを検出する。
ステップＳ３６において、比較器４２により回復速度Ｖｒと解放速度Ｖｆとを比較する。その結果、回復速度Ｖｒが解放速度Ｖｆよりも遅く、その遅れ｜Ｖｒ−Ｖｆ｜が所定のマージンΔＶよりも大きければ、ステップＳ３７において回復速度異常判定部４３は、変位検出器に異常があり触針の変位の回復状態に異常が生じたと判定し異常通知信号を出力して処理を終了する。遅れ｜Ｖｒ−Ｖｆ｜がΔＶ以下であれば処理はステップＳ３８へ進む。

ステップＳ３８では、回復速度異常判定部４３は、Ｚテーブル４の上昇動作が終了したか否か、すなわち触針７に与えられた変位の解放動作が完了したか否かを判定する。このとき例えば、Ｚテーブル４の上昇動作が終了した旨の信号を測定動作制御部２４から送信することによって、解放動作が完了したことを回復速度異常判定部４３に知らせてもよい。また回復速度異常判定部４３は、解放速度Ｖｆが０になったことを検出して解放動作が完了したことを検出してもよい。
変位の解放動作が完了したとき、回復速度異常判定部４３は、変位検出器が正常であると判定して異常通知信号を出力せずに処理を終了する（ステップＳ３９）。変位の解放動作が完了していないとき処理をＳ３４に戻す。

図１６は、図４に示す異常判定部２５の第４構成例を示すブロック図である。異常判定部２５は、測定動作制御部２４から出力される測定終了信号を受信した後に変位検出器６が出力する触針７の変位信号を読み取り、測定終了信号の受信直後から現在までの触針７の変位の回復量Ｚｒをリアルタイムで監視する回復量モニタ部５１と、触針７に与えられた変位の解放量Ｚｆをリアルタイムで監視する解放量モニタ部５２と、検出された回復量Ｚｒと解放量Ｚｆとを比較する比較器５３と、比較器５３の出力を読んで触針７の変位の回復量Ｚｒが解放量Ｚｆよりも小さいとき、異常通知信号を出力する回復速度異常判定部５４を備えている。

ここで解放量モニタ部５２は、位置検出器９によって検出されたＺテーブルのＺ軸方向座標を移動機構駆動部２１から受信する。そして測定終了信号の受信直後から現在までのＺテーブル４の上昇量を検出する。この上昇量を、既に触針７に与えられていた変位を測定終了信号の受信直後から現在までの間にどれだけ解放したかを示す解放量Ｚｆとして出力する。

図１７は、図１６に示す異常判定部２５の動作を説明する本発明の第４実施例による異常判定方法のフローチャートである。また本方法の説明において図１５に示したグラフを使用する。
ステップＳ４１〜ステップＳ４３では、図８に記載のステップＳ１２〜Ｓ１４と同様に、触針７がワークＷに押し当てられ、測定面の形状が測定され、触針７がワークＷから離される。

測定動作制御部２４から出力される測定終了信号を時刻ｔ１にて受信したとき、回復量モニタ部５１及び解放量モニタ部５２は、測定終了直後の触針７の変位量とＺテーブル４の位置を記憶する。そしてステップＳ４４では回復量モニタ部５１は現時刻における触針７の変位の回復量Ｚｒを検出する。またステップＳ４５では解放量モニタ部５２は現時刻におけるＺテーブルの上昇量、すなわち触針７の変位の解放量Ｚｆを検出する。

ステップＳ４６において、比較器５２により回復量Ｚｒと解放量Ｚｆとを比較する。そして解放量Ｚｆに対する回復量Ｚｒの遅れ｜Ｚｒ−Ｚｆ｜が所定のマージンΔＺよりも大きいときは、ステップＳ４７において回復速度異常判定部５４は、変位検出器に異常があり触針の変位の回復状態に異常が生じたと判定し異常通知信号を出力して処理を終了する。遅れ｜Ｚｒ−Ｚｆ｜が所定のマージンΔＺ以下であれば処理はステップＳ４８へ進む。

ステップＳ４８では、回復速度異常判定部４３は、Ｚテーブル４の上昇動作が終了したか否か、すなわち触針７に与えられた変位の解放動作が完了したか否かを判定する。変位の解放動作が完了したとき、回復速度異常判定部４３は、変位検出器が正常であると判定して異常通知信号を出力せずに処理を終了する（ステップＳ４９）。変位の解放動作が完了していないとき処理をＳ４４に戻す。

本発明は、試料の表面に触針を摺動させ、表面の凹凸により生じる触針の変位を検出することにより試料の表面形状を測定する、表面粗さ／形状測定装置や真円度測定装置などの表面形状測定装置に利用可能である。

従来の表面形状測定装置の基本構成を示す図である。 図１に示す変位検出器の概略構成を示す図である。 本発明の実施例による表面形状測定装置の全体構成を示す図である。 図３に示す制御部の概略構成を示すブロック図である。 本発明による異常判定方法の基本的なフローを示すフローチャートである。 図５に示す異常判定方法の説明図である。 図４に示す異常判定部の第１構成例を示すブロック図である。 本発明の第１実施例による異常判定方法のフローチャートである。 図８に示す異常判定方法の説明図である。 図４に示す異常判定部の第２構成例を示すブロック図である。 本発明の第２実施例による異常判定方法のフローチャートである。 図１１に示す異常判定方法の説明図である。 図４に示す異常判定部の第３構成例を示すブロック図である。 本発明の第３実施例による異常判定方法のフローチャートである。 図１４に示す異常判定方法の説明図である。 図４に示す異常判定部の第４構成例を示すブロック図である。 本発明の第４実施例による異常判定方法のフローチャートである。

符号の説明

１ 表面粗さ／形状測定機
２ 定盤
３ 支柱
４ Ｚテーブル
５ Ｘアーム
６ 変位検出器
７ 触針
８ ワークテーブル
９ 位置検出器
２０ 制御部
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. 試料の表面に摺動させる測定子と、該測定子が摺動するときに前記表面の凹凸により生じる前記測定子の変位を検出する変位検出器とを備える表面形状測定装置であって、
   前記測定子に変位を与える変位付与手段と、
   変位を与えられた状態から解放されるときの前記測定子の変位の回復速度を検出する回復速度検出手段と、
   前記測定子に与えた変位を前記変位付与手段が解放する解放速度を検出する解放速度検出手段と、
   前記回復速度が前記解放速度よりも遅いとき、前記測定子の変位の回復状態に異常が生じたと判定する前記回復状態異常判定手段と、
   前記変位付与手段が、変位を与えた状態から前記測定子を解放するときにおける、前記測定子の変位の回復状態に異常が生じたとき、前記変位検出器が異常であると判定する異常判定手段と、
   を備えることを特徴とする表面形状測定装置。
2. 試料の表面に摺動させる測定子と、該測定子が摺動するときに前記表面の凹凸により生じる前記測定子の変位を検出する変位検出器とを備える表面形状測定装置であって、
   前記測定子に変位を与える変位付与手段と、
   変位を与えられた状態から解放されるときの前記測定子の変位の回復量をモニタする回復量監視手段と、
   前記測定子に与えた変位を前記変位付与手段が解放するときの変位の解放量をモニタする解放量監視手段と、
   前記回復量が前記解放量よりも小さいとき、前記測定子の変位の回復状態に異常が生じたと判定する前記回復状態異常判定手段と、
   前記変位付与手段が、変位を与えた状態から前記測定子を解放するときにおける、前記測定子の変位の回復状態に異常が生じたとき、前記変位検出器が異常であると判定する異常判定手段と、
   を備えることを特徴とする表面形状測定装置。
3. 前記変位付与手段は、前記測定子を前記試料の表面に接触させる動作によって前記測定子に変位を与えることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面形状測定装置。
4. 前記変位付与手段は、
   前記試料の表面の表面形状の測定時における前記測定子を前記試料の表面に接触させる動作によって前記測定子に変位を与え、
   前記測定時における前記試料の表面から前記測定子を離す動作によって、変位を与えた状態から前記測定子を解放する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の表面形状測定装置。
5. 試料の表面に測定子を摺動させ、前記表面の凹凸により生じる前記測定子の変位を検出して前記試料の表面形状を測定する表面形状測定に使用される、前記測定子の変位を検出する前記変位検出器の異常を検出する方法であって、
   前記測定子に変位を与え、
   変位を与えられた状態から解放されるときの前記測定子の変位の回復速度を検出し、
   前記測定子に与えた変位を解放するときの変位の解放速度を検出し、
   前記回復速度が前記解放速度よりも遅いとき、前記測定子の変位の回復状態に異常が生じたと判定し、
   変位が与えられた状態から前記測定子を解放するときにおける、前記測定子の変位の回復状態に異常が生じたとき、前記変位検出器が異常であると判定する、
   ことを特徴とする異常検出方法。
6. 試料の表面に測定子を摺動させ、前記表面の凹凸により生じる前記測定子の変位を検出して前記試料の表面形状を測定する表面形状測定に使用される、前記測定子の変位を検出する前記変位検出器の異常を検出する方法であって、
   前記測定子に変位を与え、
   変位を与えられた状態から解放されるときの前記測定子の変位の回復量をモニタし、
   前記測定子に与えた変位の解放量をモニタし、
   前記回復量が前記解放量よりも小さいとき、前記測定子の変位の回復状態に異常が生じたと判定し、
   変位が与えられた状態から前記測定子を解放するときにおける、前記測定子の変位の回復状態に異常が生じたとき、前記変位検出器が異常であると判定する、
   ことを特徴とする異常検出方法。
7. 前記測定子を前記試料の表面に接触させる動作によって前記測定子に変位を与えることを特徴とする請求項５又は６に記載の異常検出方法。
8. 前記試料の表面の表面形状の測定時における前記測定子を前記試料の表面に接触させる動作によって前記測定子に変位を与え、
   前記測定時における前記試料の表面から前記測定子を離す動作によって、変位を与えた状態から前記測定子を解放する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の異常検出方法。

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