JP7280772B2 - 表面性状測定装置のパラメータ校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面性状測定装置のパラメータ校正方法に関する。

従来、被測定物の表面を倣い走査することで被測定物の表面性状を測定する表面性状測定装置が知られている。この表面性状測定装置は、被測定物に接触するスタイラスと、スタイラスを上下方向に変位可能に支持するアームと、スタイラスの変位量を検出する変位量検出器と、被測定物に対してスタイラスを測定方向に相対移動させる移動機構と、スタイラスの相対移動量を検出する移動量検出器とを備えている。そして、被測定物の表面を倣い走査する際のスタイラスの変位量および相対移動量が測定データとして取得される。

上述の表面性状測定装置では、スタイラスの円弧運動に起因する測定誤差が生じるため、測定データの当該測定誤差を低減させる補正が行われる。例えば、特許文献１には、変位量検出器のゲイン係数（パラメータｇ）、アーム長（パラメータＬ）およびスタイラス長（パラメータＨ）を各パラメータとして用いた補正方法が開示されている。

上述の補正を適切に行うためには、各パラメータを校正することが重要である。例えば、上述の特許文献１には、所定の校正治具を測定した測定結果に基づいて各パラメータを校正する一括校正法が開示されている。この一括校正法では、既知の高さを有する段差部の測定結果に基づいてパラメータｇを校正し、真球形状の一部を有する半球部の測定結果に基づいてパラメータＨを校正する。このような校正方法によれば、パラメータｇおよびパラメータＨを独立して校正できるため、各パラメータの従属性による不確かさがなく、多種多様な測定に対応できる。

特開２００４－２８６４５７号公報

しかし、上述した従来の一括校正法には、以下の問題が存在する。
第１に、従来の一括校正法では、半球部の測定データを代入した評価式を収束させることによってパラメータＨの値を求めるが、当該評価式を収束させるためには、半球部をある程度広い範囲で測定した測定データを準備することが必要である。しかし、半球部の測定範囲が広くなるとアームが当該半球部に干渉し易くなり、校正のための十分な測定データを準備することが難しい。
第２に、従来の一括校正法では、パラメータＬの校正を行うことができず、パラメータＬを公称値に固定したまま使用している。このため、表面性状測定装置を製造する際、パラメータＬの公称値を値付けするための煩雑な作業が必要になり、製造コストが増加する。また、パラメータＬを公称値に固定することで補正精度が低下してしまう。

本発明は、上述の問題の少なくとも１つを解決するものであり、スタイラス長またはアーム長に対応する各パラメータの少なくとも一方を容易に校正できる表面性状測定装置のパラメータ校正方法を提供することにある。

本発明は、被測定物に接触するスタイラスと、前記スタイラスが設けられ、回転軸により回動自在に支持されたアームと、前記アームの回動に伴う前記スタイラスの第１方向の変位量を検出する変位量検出器と、前記スタイラスが前記第１方向に直交する第２方向に前記被測定物を走査するように、前記スタイラスを前記被測定物に対して相対移動させる相対移動機構と、前記被測定物に対する前記スタイラスの相対移動量を検出する移動量検出器と、前記変位量および前記相対移動量に基づいた測定データを取得する測定部と、を備える表面性状測定装置を用いて、前記アームの長さに対応するパラメータＬおよび前記スタイラスの長さに対応するパラメータＨの少なくとも一方を校正するパラメータ校正方法であって、前記第１方向および前記第２方向の各方向に変化する平面形状または球面の一部形状を有する規定面を走査することにより前記測定データを取得する測定工程と、前記パラメータＬおよび前記パラメータＨに基づいて前記測定データを補正することにより補正済データを取得する補正工程と、前記補正済データの真円度または真直度を算出し、算出された前記真円度または前記真直度が所定値以下であるか否かを判定する判定工程と、前記真円度または前記真直度が所定値より大きいと判定された場合、前記パラメータＬおよび前記パラメータＨの少なくとも一方を増加または減少させる調整工程と、を含み、前記補正工程、前記判定工程および前記調整工程を、前記判定工程において前記真円度または前記真直度が所定値以下であると判定されるまで繰り返し実施することを特徴とする。

このような本発明によれば、規定面を走査して得られる１回分の測定データを利用して、パラメータＬおよびパラメータＨが適正な値になるまで、パラメータＬ，Ｈの少なくとも一方を調整することにより、パラメータＬ，Ｈの少なくとも一方が校正される。この本発明では、測定動作が１回で済むため、パラメータＬ，Ｈを容易に校正することができる。
また、本発明では、パラメータＨを校正するために、規定面を走査して得られる測定データを利用するが、従来技術においてパラメータＨを校正するための測定範囲ほど広い測定範囲を必要としない。このため、規定面が球面の一部形状を有する場合であっても、アームが規定面に干渉することなく、パラメータＨを校正するための十分な測定データを得ることができる。
また、本発明では、従来技術では実施できなかったパラメータＬの校正を実施することができる。このため、表面性状測定装置を製造する際、パラメータＬの公称値を値付けする必要がなく、製造コストを削減することができる。また、パラメータＬを固定せずに適宜校正することで、補正精度を向上させることができる。
よって、本発明本実施形態のパラメータ校正方法によれば、パラメータＬ，Ｈの少なくとも一方を容易に校正することができる。

本発明のパラメータ校正方法は、前記補正済データを２次元グラフにプロットするプロット工程をさらに含み、前記調整工程は、前記２次元グラフにおいて前記補正済データが示すパターン形状に基づいて、前記パラメータＬおよび前記パラメータＨの少なくとも一方を増加または減少させることが好ましい。
この本発明では、２次元校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状が、パラメータＬ，Ｈの影響を受けるため、当該パターン形状に基づいて、パラメータＬ，Ｈの増減方向や調整量など判断できる。このような方法によれば、パラメータＬ，Ｈを無作為に調整する場合に比べて、パラメータＬ，Ｈの調整にかかる時間を短縮することができる。

本発明のパラメータ校正方法において、前記規定面は、前記球面の一部形状を有しており、前記２次元グラフの縦軸および横軸は、極座標で表される前記補正済データの各値に対応することが好ましい。
このような本発明によれば、２次元グラフにおいて補正済データが示すパターン形状は、パラメータＬ，Ｈが正常範囲にある場合に平坦な直線状になる。このため、当該パターン形状を確認しながらパラメータＬ，Ｈを調整することで、パラメータＬ，Ｈを正常値に合わせることが容易になる。

本発明の第１実施形態に係る表面性状測定装置を示す模式図。 前記第１実施形態の検出ユニットを示す模式図。 前記第１実施形態の制御部を示すブロック図。 前記第１実施形態の測定誤差を説明するための模式図。 前記第１実施形態のパラメータＬ，Ｈを説明するための模式図。 前記第１実施形態で使用する校正具を示す斜視図。 前記第１実施形態の校正処理を説明するためのフローチャート。 前記第１実施形態の校正処理の一部処理を説明するためのフローチャート 前記第１実施形態のパラメータＬ，Ｈと第１校正用グラフとの関係を示す図。 図９の第１校正用グラフの縦軸のレンジを拡大した図。 本発明の第２実施形態で使用するプリズム部を示す模式図。 前記第２実施形態の校正処理を説明するためのフローチャート。 前記第２実施形態の補正済データが示すパターン形状を説明する図。 前記第２実施形態の補正済データが示すパターン形状を説明する図。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態を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装置１は、被測定物の表面を倣い走査することで被測定物の表面性状を測定するものであり、被測定物がセットされる装置本体１０および装置本体１０を制御する制御部４０などを備えている。なお、図１には、被測定物の例であるワークＷを示している。

（装置本体）
本実施形態の装置本体１０は、従来と略同様の構成を有している。以下、図１および図２を参照して、装置本体１０の構成について簡単に説明する。なお、本実施形態では、装置本体１０の上下方向をＺ軸方向（第１方向）とし、Ｚ軸に直交する一方向をＸ軸方向（第２方向）とし、Ｚ軸方向およびＸ軸方向にそれぞれ直交する方向をＹ軸方向とする。

図１に示すように、装置本体１０は、ベース１１と、ベース１１上に設置されたステージ１２と、検出ユニット２０と、ステージ１２と検出ユニット２０とを互いに相対移動させる相対移動機構３０と、を備えている。

相対移動機構３０は、ベース１１の上面に立設されたコラム３１と、コラム３１に支持されたスライダ３２と、コラム３１に対してスライダ３２をＺ軸方向へ昇降させるＺ軸駆動機構３３と、スライダ３２に対して検出ユニット２０をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動機構３４と、を備える。
Ｚ軸駆動機構３３およびＸ軸駆動機構３４は、それぞれ、送りねじ機構などのアクチュエータによって構成される。また、Ｘ軸駆動機構３４は、Ｘ軸方向における検出ユニット２０の移動量を検出するための移動量検出器３４１を有している。移動量検出器３４１は、例えば、光電式、静電容量式または磁気式のエンコーダなどである。

図２に示すように、検出ユニット２０は、Ｘ軸駆動機構３４により吊り下げ支持されたブラケット２２と、ブラケット２２に設けられた回転軸２３により回動自在に支持されたアーム２４と、アーム２４の先端部２４１に設けられたスタイラス２６と、スタイラス２６のＺ軸方向の変位量を検出する変位量検出器２７とを備える。
スタイラス２６は、アーム２４の先端部２４１から下側に突出しており、当該スタイラス２６の先端に設けられて被測定物に接触する測定子２６１を有している。測定子２６１は、例えば極小の球形状を有している。
変位量検出器２７は、例えばエンコーダであり、アーム２４の基端部２４２（先端部２４１の反対側の部位）と一体に移動する電極２７１と、当該電極のＺ軸方向の変位を検出するスケール２７２とを有する。

本実施形態の装置本体１０では、スタイラス２６が被測定物に接触した状態でＸ軸駆動機構３４が検出ユニット２０をＸ軸方向に移動させると、スタイラス２６は被測定物の表面高さに従ってＺ軸方向に変位しながら被測定物をＸ軸方向に倣い走査する。この走査中、移動量検出器３４１は、検出ユニット２０のＸ軸方向への移動量（被測定物に対するスタイラス２６の相対移動量）を検出し、検出信号を制御部４０に出力する。また、変位量検出器２７は、スタイラス２６のＺ軸方向の変位量を検出し、検出信号を制御部４０に出力する。

（制御部）
図３を参照して制御部４０について説明する。制御部４０は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成されており、メモリ等により構成される記憶部４１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部４２と、演算部４２により処理された情報を表示部５０に表示させる表示制御部４３と、操作部６０からの入力情報を受け付ける入力受付部４４と、を備えている。また、演算部４２は、記憶部４１に記憶されたプログラムを読み込み実行することで、移動制御部４２１、測定部４２２、補正部４２３および校正部４２４として機能する。

移動制御部４２１は、相対移動機構３０を駆動制御することにより、ステージ１２に対する検出ユニット２０の相対移動を制御する。
測定部４２２は、移動量検出器３４１および変位量検出器２７からそれぞれ入力される検出信号に基づいて、Ｘ軸方向に所定ピッチの測定データ（Ｘｍ，Ｚｍ）を取得する。
補正部４２３は、記憶部４１に記憶された各種パラメータに基づいて、測定データの補正を行う。なお、以下では、補正された測定データを補正済データと称する場合がある。
校正部４２４は、記憶部４１に記憶されたパラメータの校正処理を行う。
なお、制御部４０には、表示部５０および操作部６０などが接続されている。表示部５０は、任意の形態のディスプレイであり、操作部６０は、例えばキーボードやジョイスティックなどである。

（測定データの補正）
図４に示すように、本実施形態における測定データ（Ｘｍ，Ｚｍ）には、スタイラス２６の円弧運動に起因する誤差が含まれる。このため、補正部４２３は、所定のパラメータを用いて、スタイラス２６の円弧運動に起因する測定誤差を取り除くための演算処理を行う。これにより、補正済データ（Ｘｒ，Ｚｒ）が算出される。
測定データの補正方法は、例えば特開２００４－２８６４５７号公報に開示される方法を参照可能である。
具体的には、補正後の測定データ（Ｘｒ，Ｚｒ）は、測定データ（Ｘｍ，Ｚｍ）およびパラメータＬ，Ｈ，ｇに基づいて、以下の数式１により算出される。

ここで、パラメータＬは、アーム２４の長さに対応する値であり、パラメータＨは、スタイラス２６の長さに対応する値であり、パラメータｇは、変位量検出器２７のゲイン係数である。

パラメータＬ，Ｈは、図５に示すように規定される。
なお、図５では、回転軸２３を通るアーム２４の中心軸線を基線Ａとし、基線ＡがＸ軸方向に平行に配置されている場合において測定子２６１を通りＺ軸方向に平行である線（スタイラス２６の中心軸線）を基線Ｂとしている。また、基線Ａと基線Ｂとの交点を基点Ｐとしている。
このような図５において、パラメータＬは、アーム２４の長さに対応する値であり、アーム２４を支持する回転軸２３の中心軸Ｃから基点Ｐまでの距離として規定される。パラメータＨは、スタイラス２６の長さに対応する値であり、基点Ｐから測定子２６１の中心までの距離として規定される。

（校正具）
本実施形態では、図６に示すように、従来の一括校正法で使用される校正具１００を測定することによって、各パラメータＬ，Ｈ，ｇの校正を行う。この校正具１００は、基台部１０１と、基台部１０１に対して既知の高さｈを有する段差部１０２と、半球部１０３と、半球部１０３よりも小径の球体部１０４とを有する。
ここで、半球部１０３は、球面の一部形状に相当し、かつ、Ｚ軸方向およびＸ軸方向の各方向に変化する規定面に相当する球面１０３Ａを有している。

本実施形態では、段差部１０２の高さｈの測定結果を利用してパラメータｇを校正し、半球部１０３の球面１０３Ａの測定結果を利用してパラメータＬ（本発明のパラメータＬ）およびパラメータＨ（本発明のパラメータＨ）を校正する。
なお、本実施形態では説明を省略しているが、球体部１０４の測定データに基づいて測定子２６１の半径（パラメータｒ）を校正してもよい。

（校正方法）
本実施形態のパラメータＬ，Ｈ，ｇの校正方法について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。
なお、記憶部４１には、パラメータＬ，Ｈ，ｇについて、初期値（例えば設計値）または前回校正による校正値が記憶されているものとする。

事前準備として、ユーザは、ステージ１２上に校正具１００をセッティングし、表面性状測定装置１の校正処理を開始させる。
まず、移動制御部４２１は、スタイラス２６が段差部１０２および基台部１０１の各上面ならびに半球部１０３の球面１０３Ａを、Ｘ軸方向に順に走査するようにＸ軸駆動機構３４を制御する。測定部４２２は、変位量検出器２７および移動量検出器３４１から入力される各信号に基づいて、走査中の測定子２６１の座標（Ｘｍ，Ｚｍ）をＸ軸方向に所定のピッチで取得する。これにより、測定データが取得される（ステップＳ１）。
なお、半球部１０３の測定範囲は、半球部１０３の頂点に対してＸ軸方向の一方側の範囲（例えば中心角４５°の範囲）であることが好ましい。

次に、補正部４２３は、パラメータＬ，Ｈ，ｇに基づいて測定データの補正を行い（ステップＳ２）、校正部４２４は、段差部１０２および基台部１０１の各上面の補正済データに基づいて、パラメータｇを校正する（ステップＳ３）。
具体的には、段差部１０２の上面を測定したときのＺ座標Ｚｒと基台部１０１の上面を測定したときのＺ座標Ｚｒとの差を算出し、当該差が段差部１０２の高さｈに等しくなるパラメータｇを算出し、記憶部４１に記憶されたパラメータｇの値を算出された値に更新する。

次に、補正部４２３は、パラメータＬ，Ｈ，ｇ（パラメータｇはステップＳ３で校正された値）に基づいて測定データの補正を行う（ステップＳ４）。そして、校正部４２４は、球面１０３Ａの補正済データに基づいて真円度を算出し、算出された真円度が所定値ｔ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。
ここで、所定値ｔ１は、予め設定された任意の値であり、例えば、後述する第１校正用グラフにおける補正済データのパターン形状が正常範囲になる場合の上限値に設定される。

校正部４２４は、算出された真円度が所定値ｔ１より大きいと判定した場合（ステップＳ５；Ｎｏの場合）、パラメータＬ，Ｈの一方を増加または減少させる調整処理を行う（ステップＳ６）。ステップＳ６について、図８のフローを参照して、以下に具体的に説明する。

まず、校正部４２４は、球面１０３Ａの補正済データを極座標展開する。具体的には、（Ｘｒ，Ｚｒ）で表される直交座標の補正済データを、（θ，ｒ）で表される極座標の補正済データに変換し、当該補正済データを所定の２次元グラフ（以下、第１校正用グラフ）にプロットする（ステップＳ７；プロット工程）。ここで、第１校正用グラフの横軸は、補正済データのθ値に対応し、第１校正用グラフの縦軸は、補正済データのｒ値に対応する。なお、本実施形態におけるθ値およびｒ値は、補正済データに対して最小自乗的に円を当てはめたときの残差として算出される。
このステップＳ７において、表示制御部４３は、校正部４２４により作成された第１校正用グラフを表示部５０に表示させる。

次に、ユーザは、表示部５０に表示された第１校正用グラフを確認し、補正済データが示すパターン形状に基づいて、パラメータＬ，Ｈの一方を調整する（ステップＳ８～Ｓ１５）。
ここで、第１校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状は、パラメータＬ，Ｈの影響を受ける。当該パターン形状とパラメータＬ，Ｈの関係を図９および図１０に示す。図９は、パラメータＬ，Ｈの値が適正範囲か否かによって場合分けした第１校正用グラフを示しており、図１０では、図９のうちの一部の第１校正用グラフについて、縦軸のレンジを拡大して示している。

図９に示すように、パラメータＨが正常範囲から外れている場合、第１校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状は、Ｓ字状または逆Ｓ字状になる。具体的には、パラメータＨの値が正常範囲よりも大きい場合、当該パターン形状はＳ字状になり、パラメータＨの値が正常範囲よりも小さい場合、当該パターン形状は逆Ｓ字状になる。

また、図１０に示すように、パラメータＨが正常範囲である場合、第１校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状は、パラメータＬが正常範囲である場合と、パラメータＬが正常範囲から外れている場合とで異なる形状を示す。
本実施形態では、測定範囲のうち半球部１０３の頂点からより離れた領域（図１０中の符号Ｄで示す領域）において、当該パターン形状は、パラメータＬの値が正常範囲よりも大きい場合に右肩下がりになり、パラメータＬの値が正常範囲よりも小さい場合に右肩上がりになる。

従って、ユーザは、第１校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状が上述のいずれの場合に該当するかを判断し、当該判断結果に基づいてパラメータＬ，Ｈの一方を調整する。
例えば、ユーザは、パターン形状が平坦ではなく（ステップＳ８；ＮＯ）、正Ｓ字状であると判断した場合（ステップＳ９；ＹＥＳ）、操作部６０を介してパラメータＨを増加方向に調整する（ステップＳ１０）。
また、ユーザは、パターン形状が平坦ではなく（ステップＳ８；ＮＯ）、逆Ｓ字状であると判断した場合（ステップＳ９；ＮＯ）、操作部６０を介してパラメータＨを減少方向に調整する（ステップＳ１１）。

パターン形状が一見して平坦である場合（ステップＳ８；ＹＥＳ）、ユーザは、操作部６０を介して、校正グラフのｒ軸のレンジを拡大する（ステップＳ１２）。
そして、ユーザは、測定範囲の所定領域において補正済データが示すパターン形状が右肩下がりであると判断した場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、操作部６０を介してパラメータＬを減少方向に調整する。一方、当該パターン形状が右肩上がりであると判断した場合（ステップＳ１３；ＮＯ）、操作部６０を介してパラメータＬを増加方向に調整する。

上述のステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１４，Ｓ１５における各パラメータＬ，Ｈの調整幅は、予め定められた所定値であってもよい。また、ステップＳ６を繰り返し行う間、パターン形状の入れ替わりが生じた場合には、調整幅を減少させてもよい。あるいは、パターン形状が、平坦な形状から大きく変化しているほど、調整幅を大きくしてもよい。
校正部４２４は、上述のステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１４，Ｓ１５のいずれか実施された場合、記憶部４１のパラメータＬまたはパラメータＨを調整後の値に更新する。以上によりステップＳ６が終了する。

上述のステップＳ６の終了後、図７に示すステップＳ２に戻り、ステップＳ２～Ｓ５を再び実施する。そして、ステップＳ５でＮｏの場合には、ステップＳ６を再び実施する。
すなわち、本実施形態の校正方法では、真円度が所定値ｔ１以下になるまで、ステップＳ２～Ｓ６を繰り返し実施する。

真円度が所定値ｔ１以下である場合（ステップＳ５；Ｙｅｓの場合）、校正部４２４は、記憶部４１に記憶されたパラメータＬ，Ｈは正常範囲内であると判断する。すなわち、パラメータＬ，Ｈが校正されたと判断し、フローを終了する。

なお、上述では説明を省略しているが、校正具１００の球体部１０４を走査した測定データに基づいて、測定子２６１の半径（パラメータｒ）の値を校正してもよい。パラメータｒの校正方法は、従来技術と同様の方法により実施できる。

〔第１実施形態の効果〕
本実施形態のパラメータ校正方法は、半球部１０３の球面１０３Ａ（規定面）を走査し、測定データを取得する測定工程（ステップＳ１）と、パラメータＬ，Ｈに基づいて測定データを補正することにより補正済データを取得する補正工程（ステップＳ４）と、補正済データの真円度を算出し、当該真円度が所定値ｔ１以下であるか否かを判定する判定工程（ステップＳ５）と、真円度が所定値ｔ１より大きいと判定された場合、パラメータＬ，Ｈの少なくとも一方を増減させる調整工程（ステップＳ６）と、を含み、補正工程、判定工程および調整工程を、真円度が所定値ｔ１以下であると判定されるまで繰り返し実施する。

本実施形態のパラメータ校正方法では、半球部１０３の球面１０３Ａを走査して得られる１回分の測定データを利用して、パラメータＬ，Ｈが適正な値になるまで、パラメータＬ，Ｈを調整する。すなわち、測定動作が１回で済むため、パラメータＬ，Ｈを容易に校正することができる。
また、本実施形態では、従来技術と同様に、半球部１０３の球面１０３Ａを走査して得られる測定データを利用するが、従来技術においてパラメータＨを校正するための測定範囲ほど広い測定範囲を必要としない。このため、アーム２４が半球部１０３に干渉することなく、パラメータＨを校正するための十分な測定データを得ることができる。
また、本実施形態では、従来技術では実施できなかったパラメータＬの校正を実施することができる。このため、表面性状測定装置１を製造する際、パラメータＬの公称値を値付けする必要がなく、製造コストを削減することができる。また、パラメータＬを固定せずに適宜校正することで、補正精度を向上させることができる。
なお、パラメータｇについては、従来と同様の校正具１００を利用することで、従来技術と同様に校正することができる。
よって、本実施形態のパラメータ校正方法によれば、従来の一括校正法の利点を損なわずに、パラメータＬ，Ｈを容易に校正することができる。

本実施形態のパラメータ校正方法は、球面１０３Ａの補正済データを第１校正用グラフにプロットするプロット工程（ステップＳ７）をさらに含み、調整工程は、第１校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状に基づいて、パラメータＬ，Ｈの少なくとも一方を調整する。
この本実施形態では、第１校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状が、パラメータＬ，Ｈの影響を受けるため、当該パターン形状に基づいて、パラメータＬ，Ｈの増減方向や調整量などを判断できる。このような方法によれば、パラメータＬ，Ｈを無作為に調整する場合に比べて、パラメータＬ，Ｈの調整にかかる時間を短縮することができる。

本実施形態のパラメータ校正方法において、第１校正用グラフの縦軸および横軸は、極座標で表される補正済データのｒ値およびθ値に対応する。
このような方法によれば、第１校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状は、パラメータＬ，Ｈが正常範囲にある場合に平坦な直線状になる。このため、当該パターン形状を確認しながらパラメータＬ，Ｈを調整することで、パラメータＬ，Ｈを正常値に合わせることが容易になる。
なお、本実施形態では、補正済データのθ値およびｒ値は、補正済データに対して最小自乗的に円を当てはめたときの残差として算出される。このため、球面１０３Ａの半径などは未知であってもよい。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、使用する校正具およびパラメータＬ，Ｈの校正方法が異なること以外、第１実施形態と略同様である。

（校正具）
第２実施形態の校正具は、第１実施形態の校正具１００の構成（基台部１０１、段差部１０２、半球部１０３）に加えて、図１１に示すようなプリズム部１０５を有している。
このプリズム部１０５は、互いに角度を挟んで配置された第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂを有している。第２実施形態では、第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂが、それぞれ、本発明の規定面に相当する。具体的には、第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂは、それぞれ、Ｚ軸方向およびＸ軸方向の各方向に変化する平面形状を有している。なお、第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂは、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に平行な仮想面に対して対称関係を有する。

（校正方法）
第２実施形態のパラメータｇ，Ｌ，Ｈの校正方法について、図１２に示すフローチャートを参照して説明する。
なお、記憶部４１には、パラメータｇ，Ｌ，Ｈについて、初期値（例えば設計値）または前回校正による校正値が記憶されているものとする。

ユーザは、事前準備としてステージ１２上に校正具１００およびプリズム部１０５をセッティングし、表面性状測定装置１の校正処理を開始させる。
まず、移動制御部４２１は、スタイラス２６が校正具１００（段差部１０２、基台部１０１、半球部１０３および球体部１０４）ならびにプリズム部１０５をそれぞれＸ軸方向に走査するようにＸ軸駆動機構３４を制御する。測定部４２２は、変位量検出器２７および移動量検出器３４１から入力される各信号に基づいて、走査中の測定子２６１の座標（Ｘｍ，Ｚｍ）をＸ軸方向に所定のピッチで取得する。これにより、校正具１００の測定データおよびプリズム部１０５の測定データが取得される（ステップＳ２１，Ｓ２２）。
なお、ステップＳ２２において、プリズム部１０５は、図１１に示すように、第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂをそれぞれ走査される。

次に、第１実施形態と同様、補正部４２３は、パラメータＬ，Ｈ，ｇに基づいて測定データの補正を行い（ステップＳ２３）、校正部４２４は、段差部１０２および基台部１０１の各補正済データに基づいて、パラメータｇを校正する（ステップＳ２４）。

次に、補正部４２３は、パラメータＬ，Ｈ，ｇ（パラメータｇはステップＳ２４で校正された値）に基づいて測定データの補正を行い（ステップＳ２５）、校正部４２４は、半球部１０３および球体部１０４の各補正済データに基づいて、パラメータＨ，ｒを校正する（ステップＳ２６）。
ここで、パラメータＨ，ｒを校正する方法は、第１実施形態とは異なり、従来技術と同様の方法を採用する。具体的な方法については、例えば特開２００４－２８６４５７を参照できる。パラメータＨ，ｒは、校正後の値に更新される。

次に、補正部４２３は、パラメータＬ，Ｈ，ｇ（パラメータＨはステップＳ２６で校正された値）に基づいて、プリズム部１０５の測定データを補正する（ステップＳ２７）。そして、校正部４２４は、プリズム部１０５の補正済データに基づいて真直度を算出し、算出された真円度が所定値ｔ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ２８）。
ここで、真直度は、プリズム部１０５のうち、第１面１０５Ａの補正済データに基づいて算出されてもよいし、第２面１０５Ｂの補正済データに基づいて算出されてもよい。あるいは、第１面１０５Ａに対応する真直度と第２面１０５Ｂに対応する真直度との平均値を算出し、この平均値を所定値ｔ２と比較してもよい。
所定値ｔ２は、予め設定された任意の値であり、例えば、後述する第２校正用グラフにおける補正済データのパターン形状が正常範囲になる場合の上限値に設定される。

次に、校正部４２４は、算出された真直度が所定値ｔ２より大きいと判定した場合（ステップＳ２８；ＮＯの場合）、パラメータＬを増加または減少させる調整処理を行う（ステップＳ２９）

以下、ステップＳ２９について具体的に説明する。
まず、校正部４２４は、プリズム部１０５の第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂの補正済データを所定の２次元グラフ（以下、第２校正用グラフ）にプロットする。ここで、第２校正用グラフの横軸は、補正済データのＸｒ値に対応し、第２校正用グラフの縦軸は、補正済データのＺｒ値に対応する。また、表示制御部４３は、校正部４２４により作成された第２校正用グラフを表示部５０に表示させる。

次に、ユーザは、表示部５０に表示された第２校正用グラフを確認し、補正済データが示すパターン形状に基づいて、パラメータＬを調整する。
ここで、第２校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状は、パラメータＬの影響を受ける。第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂに対するパターン形状の関係を図１３および図１４に示す。
パラメータＬが正常範囲よりも小さい場合、図１３に示すように膨らんだパターン形状Ｓとなる。一方、パラメータＬが正常範囲よりも大きい場合、図１４に示すように、図１３に示す場合とは逆方向に膨らんだパターン形状Ｓとなる。
なお、いずれの場合も、第１面１０５Ａに対応するパターン形状と、第２面１０５Ｂに対応するパターン形状とは、同じ側に向かって膨らみを有する。

従って、ユーザは、第２校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状が上述のいずれの場合に該当するかを判断し、当該判断結果に基づいてパラメータＬを調整する。
例えば、ユーザは、パターン形状が図１３に示すような膨らみを有すると判断した場合、パラメータＬを増加方向に調整する。一方、ユーザは、パターン形状が図１４に示すような膨らみを有すると判断した場合、パラメータＬを減少方向に調整する。
パラメータＬの調整幅は、予め定められた所定値であってもよい。また、校正処理のフローチャートを繰り返す際中、パターン形状の膨らむ方向が入れ替わってしまった場合には、調整幅を減少させてもよい。あるいは、パターン形状の膨らみが大きい場合には調整幅を大きくし、当該パターン形状の膨らみが小さい場合には調整幅を小さくしてもよい。

ステップＳ２９の後、ステップＳ２３に戻り、ステップＳ２３～Ｓ２８を再び実施する。そして、ステップＳ２８でＮｏの場合には、ステップＳ２９を再び実施する。これにより、真直度が所定値ｔ２以下になるまで、ステップＳ２３～Ｓ２９を繰り返し実施する。
真直度が所定値ｔ２以下である場合（ステップＳ２８；Ｙｅｓの場合）、校正部４２４は、パラメータＬの値は正常範囲内であると判断する。すなわち、パラメータＬが校正されたと判断し、フローを終了する。

なお、第２実施形態では、第１面１０５Ａに対応するパターン形状と、第２面１０５Ｂに対応するパターン形状との間で、パターン形状の膨らむ方向が互いに逆になる場合がある。このような場合、パラメータＬの調整を継続することができないため、過去のパラメータＬのうち、補正済データの真直度が最も小さくなるパラメータＬの値を最新のパラメータＬの値として記憶してもよい。

〔第２実施形態の効果〕
第２実施形態のパラメータ校正方法では、プリズム部１０５の第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂを走査することにより測定データを取得する測定工程（ステップＳ２２）と、パラメータＬ，Ｈに基づいて測定データを補正することにより補正済データを取得する補正工程（ステップＳ２７）と、補正済データの真直度を算出し、当該真直度が所定値ｔ２以下であるか否かを判定する判定ステップ（ステップＳ２８）と、真直度が所定値ｔ２より大きいと判定された場合、パラメータＬを増加または減少させる調整工程（ステップＳ２９）と、を含み、補正工程、判定工程および調整工程は、真直度が所定値ｔ２以下であると判定されるまで繰り返し実施される。

このような第２実施形態では、プリズム部１０５の第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂを走査して得られる１回分の測定データを利用して、パラメータＬが適正な範囲になるまで、パラメータＬを調整する。すなわち、測定動作が１回で済むため、パラメータＬを容易に校正することができる。
また、第２実施形態では、第１実施形態と同様、従来技術では実施できなかったパラメータＬの校正を実施することができる。このため、表面性状測定装置１を製造する際、パラメータＬの公称値を値付けする必要がなく、製造コストを削減することができる。また、パラメータＬを固定せずに適宜校正することで、補正精度を向上させることができる。
なお、パラメータＨ，ｇについては、従来と同様の校正具１００を利用することで、従来技術と同様に校正することができる。
よって、第２実施形態のパラメータ校正方法によれば、従来の一括校正法の利点を損なわずに、パラメータＬを容易に校正することができる。

〔変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。

本発明のパラメータ校正方法は、上向スタイラスおよび下向スタイラスの少なくとも一方を有する表面性状測定装置に適用可能である。例えば、上下測定タイプの表面性状測定装置では、上向スタイラスおよび下向スタイラスのそれぞれに対応する２種のパラメータＨを設定すればよい。
なお、上下測定タイプの表面性状測定装置では、一般に、上向スタイラスおよび下向スタイラスの各寸法が短いため、前記第１実施形態による効果がより発揮される。

前記各実施形態では、ユーザが、表示部５０に表示された第１校正用グラフまたは第２校正用グラフを確認し、パラメータＬ，Ｈの調整を手動で行っているが、本発明はこれに限られない。例えば、演算部４２が、第１校正用グラフまたは第２校正用グラフにおいて補正済データが示すパターン形状を解析する解析部として機能する場合、当該解析部が、前記各実施形態における調整工程を実施してもよい。

前記各実施形態では、第１校正用グラフまたは第２校正用グラフに基づいて、パラメータＬ，Ｈを調整しているが、本発明はこれに限られない。すなわち、パラメータＬ，Ｈの調整方法は、第１校正用グラフまたは第２校正用グラフに基づく方法に限られず、例えば、パラメータＨまたはパラメータＬを所定値ずつ増加または減少させる毎に真円度または真直度を確認する方法であってもよい。
また、前記実施形態では、パラメータＬ，Ｈの両方を校正しているが、いずれか一方が正常範囲である場合には、他方を校正するものであればよい。

前記第１実施形態では、半球部１０３の測定データに基づいてパラメータＬ，Ｈを校正しているが、球体部１０４の球面を走査した測定データに基づいて、パラメータＬ，Ｈを校正してもよい。
また、前記第１実施形態では、第１校正用グラフの横軸および縦軸は、極座標で表される補正済データのθ値およびｒ値にそれぞれ対応するが、直交座標であらわされるＸｒ値およびＺｒ値を対応させてもよい。

前記第２実施形態では、プリズム部１０５の第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂをそれぞれ基準面として走査しているが、本発明はこれに限られず、第１面１０５Ａおよび第２面１０５Ｂのいずれか一方を走査した測定データに基づいて、パラメータＬの調整を行ってもよい。

１…表面性状測定装置、１０…装置本体、１１…ベース、１２…ステージ、２０…検出ユニット、２２…ブラケット、２３…回転軸、２４…アーム、２６…スタイラス、２６１…測定子、２７…変位量検出器、３０…相対移動機構、３１…コラム、３２…スライダ、３３…Ｚ軸駆動機構、３４…Ｘ軸駆動機構、３４１…移動量検出器、４０…制御部、４１…記憶部、４２…演算部、４２１…移動制御部、４２２…測定部、４２３…補正部、４２４…校正部、４３…表示制御部、４４…入力受付部、５０…表示部、６０…操作部、１００…校正具、１０１…基台部、１０２…段差部、１０３…半球部、１０３Ａ…球面、１０４…球体部、１０５…プリズム部、１０５Ａ…第１面、１０５Ｂ…第２面。

Claims (2)

1. 被測定物に接触するスタイラスと、
   前記スタイラスが設けられ、回転軸により回動自在に支持されたアームと、
   前記アームの回動に伴う前記スタイラスの第１方向の変位量を検出する変位量検出器と、
   前記スタイラスが前記第１方向に直交する第２方向に前記被測定物を走査するように、前記スタイラスを前記被測定物に対して相対移動させる相対移動機構と、
   前記被測定物に対する前記スタイラスの相対移動量を検出する移動量検出器と、
   前記変位量および前記相対移動量に基づいた測定データを取得する測定部と、を備える表面性状測定装置を用いて、前記アームの長さに対応するパラメータＬおよび前記スタイラスの長さに対応するパラメータＨの少なくとも一方を校正するパラメータ校正方法であって、
   前記第１方向および前記第２方向の各方向に変化する球面の一部形状を有する規定面を走査することにより前記測定データを取得する測定工程と、
   前記パラメータＬおよび前記パラメータＨに基づいて前記測定データを補正することにより補正済データを取得する補正工程と、
   前記補正済データの真円度を算出し、算出された前記真円度が所定値以下であるか否かを判定する判定工程と、
   前記真円度が所定値より大きいと判定された場合、前記パラメータＬおよび前記パラメータＨの少なくとも一方を増加または減少させる調整工程と、
   前記補正済データを２次元グラフにプロットするプロット工程と、を含み、
   前記補正工程、前記判定工程および前記調整工程を、前記判定工程において前記真円度が所定値以下であると判定されるまで繰り返し実施し、
   前記２次元グラフの縦軸および横軸は、極座標で表される前記補正済データの各値に対応し、
   前記調整工程は、前記２次元グラフにおいて前記補正済データが示すパターン形状に基づいて、前記パラメータＬおよび前記パラメータＨの少なくとも一方を増加または減少させる
   ことを特徴とする表面性状測定装置のパラメータ校正方法。
2. 被測定物に接触するスタイラスと、
   前記スタイラスが設けられ、回転軸により回動自在に支持されたアームと、
   前記アームの回動に伴う前記スタイラスの第１方向の変位量を検出する変位量検出器と、
   前記スタイラスが前記第１方向に直交する第２方向に前記被測定物を走査するように、前記スタイラスを前記被測定物に対して相対移動させる相対移動機構と、
   前記被測定物に対する前記スタイラスの相対移動量を検出する移動量検出器と、
   前記変位量および前記相対移動量に基づいた測定データを取得する測定部と、を備える表面性状測定装置を用いて、前記アームの長さに対応するパラメータＬを校正するパラメータ校正方法であって、
   前記第１方向および前記第２方向の各方向に変化する平面形状を有する規定面を走査することにより前記測定データを取得する測定工程と、
   前記パラメータＬに基づいて前記測定データを補正することにより補正済データを取得する補正工程と、
   前記補正済データの真直度を算出し、算出された前記真直度が所定値以下であるか否かを判定する判定工程と、
   前記真直度が所定値より大きいと判定された場合、前記パラメータＬを増加または減少させる調整工程と、
   前記補正済データを２次元グラフにプロットするプロット工程と、を含み、
   前記補正工程、前記判定工程および前記調整工程を、前記判定工程において前記真直度が所定値以下であると判定されるまで繰り返し実施し、
   前記調整工程は、前記２次元グラフにおいて前記補正済データが示すパターン形状に基づいて、前記パラメータＬを増加または減少させる
   ことを特徴とする表面性状測定装置のパラメータ校正方法。

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