JPS6018921B2 - 表面形状測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は表面形状測定、特に試料表面の単に一部から
形状測定に有用なパラメータを抽出するための方法およ
び装置に関する。

表面形状測定の技術分野では、表面に沿って動かされる
センサを有し表面の特定の形状を示すセンサ信号を得る
ための装置が用いられることが知られている。

名目円試料の場合には、センサと試料とは相対回転する
ように設置これ、センサからは試料の真円からのずれお
よび表面粗さを示すセンサ信号が得られる。このような
従来の装置において知られている困難性の１つは、試料
の中心に対してセンサと試料との相対回転の中心を正し
く合致させることである。このような取り付けの偏心量
を決定するために、これまではセンサと試料とを数回に
わたって相対回転せしめる必要があったが、最近は唯１
回の完全相対回転によって得られるセンサ信号から偏心
量を算出することができるようになった。しかしながら
、完全に閉じた円を持たない試料に対しては更に困難が
ある。

従来の装置は、鍵穴のような連続した円形状を持たない
表面を持つ名目円部分又はポールベアリングのレースの
ような部分円弧である部分円を測定するのには用いるこ
とができない。この発明の目的は特に、このような部分
円試料の形状測定とともに、単なる円弧の部分にセンサ
と試料を相対回転させた後で試料とセンサとの偏心量を
決定するための方法と菱直を提供しようとするものであ
る。

以下のこの明細書では、試料の中心とは試料の円弧部分
の名目中心を示し、従って試料としては完全な円を有す
るのみでなく名目円弧を有する表面部分を持つものにも
適用される。

試料の真円からのずれおよび円弧部分の粗さの変化はそ
の円弧部分の名目半径より非常に小さいので、センサ信
号は、もしも半径項が取り除かれＺれば、比較的小さい
前記ずれおよび粗さの変化の測定に用いることができる
。

このようにすることは、センサ信号形成の際にダイナミ
ックレンジ対解像度の比を高くすることが不可能なこと
、および表示の際に通常生じる問題の解決のためにも必
Ｊ要なことである。真円からのずれおよび粗さの変化を
表示するときに、センサからのこれらに対応する信号の
部分は、試料表面の技外側のみが表示されるように拡大
される。このことは半径項の除去および残りの部分の拡
大という２つの処理操作を必要とする。これら２つの処
理操作は、センサからの信号により表わされる名目円の
幾何学的形状を異なる形に変化せしめる効果を有する。
試料とセンサとの相対回転中心に関して僅かに偏心して
設けられた真円成分に対しては、センサ信号中の半径項
の除去及び残り部分の拡大の２つの処理操作を行なった
後で、図表上に実際に表示される。即ち、装置中で処理
された信号は、各項の相対的な大きさが変えられている
ので、個○して設けられた元の円の形状を表わす信号と
はならない。即ち、装置の相対回転中心○からｅ（Ｊ）
だけ偏心した中心〇の真円成分の方程式は次の式で与え
られる。

ｋく○）；ｅＣ。

Ｓく０ーマ）十Ｒ２−ｅ答ｉｎ２（０−◇） ここでＲは試料の中心からの名目半径を示す。

外形線は拡大し半径成分を取り除いた後で得られる。こ
こで、図表上における試料の半径をｔとすると、ｔは次
式で与えられる。（ひ）＝ｔ十ｅＣ。

ｓ（８一〇）即ち、原宿号は偏心して設けられた試料円
の式を表わすが、表示され又は真円度測定装置に用いら
れる処理操作された信号は門万程式を示さずにリマソン
曲線を示す。

この一般的な極座標方程式は次式で与えられる。Ｚ＝ａ
Ｃｏｓｏ＋ｂ 発明者は次式で表わされる信号、 ｐ（０）＝Ｒ＋ｘＣｏｓ８十ｙＳｉｎ８ をプロットすることによって表面形状測定のための最適
な基準線が与えられることを見出した。

この基準線の信号に対して表面形状を表わす処理信号の
変化分を比較することができる。この基準線は１回転以
下のセンサの相対回転によって得られるパラメータｘ，
ｙ，Ｒを有するセンサ信号から得ることができる。これ
らのパラメータは前記方程式の解として以下の如く表わ
される。・＝／葺き〔ｒ（８）−（Ｒ＋ＸＣ。

Ｓひ十ｙｓｊｎ８）〕２ｄ８ ここで、ｒ，Ｒ，ｘ，ｙ，８は以下の如く定義されるパ
ラメータである。

ｒ（０）は半径（Ｌ）を取り除いた後の基準角から角８
だけ相対回転した位置における、相対回転中心に対する
試料の表面の拡大された半径のずれの値である。

Ｒは図表上における基準線の名目半径である。

ｘは試料とセンサとの相対回転中心に対する試料の中心
のｘ座標である。ｙは試料とセンサとの相対回転中心に
対する試料中心のｙ座標を示し、８，，８２ は夫々試
料上におけるセンサの走査開始及び終了の点における試
料とセンサの間の角度位置を示す。

即ち、この発明は、試料とセンサとの１回転以下の相対
回転によってセンサが動かされる試料表面の名目円又は
部分円形状を検査する方法も提供できる。この方法は更
にセンサの出力を試料とセンサの相対角度位置を表わす
信号と混合する操作を含み、その結果次の出力信号が得
られる。ｐ（８）＝Ｒ＋ｘｃｏｓ８十ｙｓｉｎ８ もしも上式中のパラメータｘ，ｙが別々に得られるなら
ば、これらは基準中心に対する試料の中心のｘ、ｙ座標
を表わすことになる。

これらパラメータは適当な大きさだけ縦少することによ
り前記偏心成分に等しくなるように変形することができ
る。更に、試料とセンサとの間の相対回転中心に対して
被検査試料の部分表面の中心のｘ、ｙ座標を与えるパラ
メータ、ｘ，ｙを表わす信号を縦少する手段を備えるこ
とが、この発明の菱贋にとって望ましい。

この発明の実施例において、更に、センサ信号及び角度
位置信号から、前記パラメータＲを示す信号を取り出す
手段及び、パラメータＲ，ｘ・ｙを混合して次式で示す
出力信号を得るための手段がッ設けられる。

ｐ（８）＝Ｒ十ｘｃｏｓｏ＋ｙｓｉｎｏ この式で表わされる信号は、センサ信号中の基準線に対
する変化分の大きさを表わしている。

以下図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説明する
。図面中において、第３図に示したように、ｒ（０）が
表面形状を表わすセンサ信号の瞬時値を示し、８が変化
すると多くの異なる値を持つならば、図表上に表示され
る以前のセンサ信号に対する基準線は以下の方程式で表
わされるようになる。ここで、Ｍは半径項除去後の形状
信号に対する拡大係数、いま除去された半径項の大きさ
を示す。Ｍ（Ｒ一Ｌ）＋ＭｅＣＯＳ（ひ−◇） ここで、（Ｒ−Ｌ）＝Ｒ、Ｍｅ＝Ｅ、Ｍｅｃｏｓ（８−
ぐ）＝×とすると、Ｍｅｓｊｎ（０−０）＝了 となる。

これにより、基準線に対する８，から０２までの間のり
マソン曲線はｐ（８）ーノ＝Ｒ＋ＸＣＯＳＯ十ｙＳｉｎ
ひとなる。

基準データであるセンサ信号の瞬時値ｒ（８）に対して
パラメータＲ，ｘ，ｙを持つ技通りマソン曲線を得るた
めに、以下の方程式を最４・値にすることが必要である
。ここでは簡単のためにｒに対する偏角のま無視する。
技適値をし、得るための望ましい方法は最小自乗法であ
る。即ち、積分１＝′０２〔ｒ（０）−（Ｒ十ｘｃｏｓ
ｏ＋ｙｓｉｎ６）〕２ｄａ は夫々パラメータＲ，ｘ，ｙに対して最小値にしなけれ
ばならない。

このことは、崇＝〇、渋＝ｏ、岩＝ｏ ということを意味している。

このようにして形成された微分方程式の解は、限定円弧
の０，からａ２ までに対いま次のように表わされる。

支＝毒｛Ａ小事■Ｓｏｄａ−Ｂ係他）十Ｃ（ノ孫ｒＳｉ
ｎ８ｄ８−Ｄ′身；ｒｄ８＞｝了＝貴｛Ｆ（係ｒＳｉｎ
ａｄｏ−Ｄ′官≧ｒｄ８）十Ｃ（排他Ｓ８ｄ８−Ｂ．′
多事ｒｄ８）｝Ｒ＝Ｚ÷Ｚノ孫ｒｄｏ−Ｚさ；ノまきＣ
聡８ｄ８ｙ−万ヲニでｔノ８；Ｓｉｎａｄひ 上記−股解中の定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ‘ま次のよ
うに表わされる。

Ａ＝−／多；Ｓｉｎ２８ｄ８ −１ 方亨±万丁〔ノｇ≧ｓｉｎｏｄ８〕２ １ Ｂ＝の二衣（Ｓｉｎ８２‐ＳｉＭ，） ＣｉＺ÷；ノ多≧Ｃ瓜８ｄ８ノ２；Ｓｉｎａｄｏ−ノ倉
三ＳｉｎａＣＯＳ８ｄ８ＤニＺ÷；（Ｃ瓜８，−Ｃ瓜８
２） Ｅ＝ＡＦ−Ｃ２ Ｆ＝係ＣＯＳ２８ｄ８ −Ｉ 方亨二万丁〔ノ鱗ＣＯＳ８ｄ８〕２ この発明による装置は、センサに加えて、基準方位から
の試料とセンサとの間の角変位を検知する手段を有する
。

これはその角度位置におけるサイン、コサインの値を得
るようにするか、又はコンビュー外こよって順次これら
の値が得られるように構成することができる。最適リマ
ソン曲線を円の限定弧を示す信号と照合することは、国
内規格に定められている最適円との適合法と完全に一致
する。

このことは０２ −ｏ，＝２灯という特別な場合におけ
るパラメータｘ，ｙ．Ｒを示す式を考えれば明らかであ
る。このときの式は次のように簡単なものとなる。支＝
↓′客汀ｒｃｏｓｏｄａマニラ胸ｒＳｉｎひｄ６ 良＝麦協他 これらはセンサ信号のフーリエ展開式の最初の３つのフ
ーリエ係数である。

さらに、ｘ，ｙ・Ｒの一般式が定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ
、Ｆとともに単に積分Ｊｒｃｏｓｏｄａ、′ｒｓｉｎｏ
ｄｏ、Ｊｒｄひを含むことが重要なことである。これら
は絶対値としてよりもむしろ比の値として実際に用いる
ことができる。第４図に示した実施例において、ターン
テーブル１上に試料２が載遣される。

試料２はセンサ４の検知針３によって走査される部分円
の表面を有する。検知針３の走査によりセンサ４から増
幅器５へセンサ信号が送られる。増幅器５の出力は試料
２の円弧表面の半径ｒの瞬時値を示す。増幅器５からの
出力は、双安定回路１４によって制御されるスイッチ１
３へ印加される。双安定回路１４の入力にはマイクロス
イッチ１５．１６，１７から出力が与えられる。これら
のマイクロスイッチ１５，１６，１７は、図示されてい
ないが、環状の支持部材によって支持されている。マイ
クロスイッチ１５，１６，１７の作動プランジヤはすべ
てリング１８上の突出リッジ１９によって駆動されるよ
うに同一の方向に配列されている。リング１８は、マイ
クロスイッチ１５，１６，１７が取り付けられている支
持部材に対して、ターンテープルーとともに回転するよ
うに取り付けられている。測定時には、ターンテーブル
１は第４図において時計方向に回転し、検知針３は試料
２の円弧表面上を反時計方向に走査せしめられる。

マイクロスイッチ１５の出力は双安定回賂１４のセット
端子に結合され、リング１８上のりッジ１９がマイクロ
スイッチ１５を駆動すると、双安定回路１４はセット状
態になり、増幅器５から次段の回路へ信号が送られるよ
うにスイッチ１３を制御する。マイクロスイッチ１６か
らの出力は双安定回路１４のリセット端子に結合され、
リング１８のリツジ１９がマイクロスイッチ１６を駆動
すると、双安定回路１４はリセット状態に変換されてス
イッチ１３を閉じ、増幅器５からの出力が以下の回路に
伝達されないようになる。マイクロスイッチ１７はリセ
ットパルス発生器２６へ、スタートマイクロスイッチ１
５とともに出力を餅孫舎する。このリセットパルス発生
器２６はマイクロスイッチ１７からの信号で動作を開始
し、マイクロスイッチ１５からの信号で停止する。動作
中において、リセットパルス発生器２６は双安定回路１
４のリセット入力端へ出力信号を供Ｖ給する。マイクロ
スイッチ１７は、ターンテーブル１の回転方向にマイク
ロスイッチ１５より僅かに進んだ位置に設けられ、双安
定回路１４はスタートマイクロスイッチ１５からのセッ
ト信号より僅かに早くリセット信号を受入し、検知針３
の走査の開始の以前に確実にリセット状態堂‘こなって
いる。リセットパルス発生器２６の出力は３つの積分器
，２３，２４，２５のリセット入力に供孫暮され、これ
らの内容をクリャーして検知針３の走査開始の直前にこ
れら３つの積分器２３，２４，２５がゼロにリセットさ
れるようになっている。マイクロスイッチ１５，１６，
１７の支持部材上の位置は、ターンテーブル１のまわり
のいかなる位置にも調節できるようになっており、試料
のあらゆる大きさの部分円弧に対しても適合させること
ができる。

上記のように、増幅器５の出力信号はデータ信号ｒ（０
）を示しており、これに関する積分′ｒｄｏ、ＪＲｉｎ
ａｄ８、′ｒｃｏｓｏｄ８の計算が必要である。

これらの積分は図示しない連結手段によってターンテー
ブル１と機械的に連結して回転するようにしたサインポ
テンシヨメータ２２およびコサィンポテンショメータ２
１によって形成される。両ポテンショメー夕２１，２２
はスイッチ１３を介して増幅器５からの信号を受けるよ
うに第４図の如く電気的に接続されている。ィンバータ
２０がポテンショメータ２１，２２と並列に接続され、
従ってポテンショメータ２１，２２から得られる信号の
極性は、試料２の円弧角が９０ｏ以上の範囲で種々の象
限内の四分円となる場合に、調節することができる。ス
イッチ１３は積分器２３に接続され、サインボテンショ
メータ２２の出力は積分器２４に接続され、コサィンポ
テンショメータ２１の出力は積分器２５に接続されるか
ら、３つの積分器２３〜２５の出力夫々、′ｒｄｏ、Ｊ
岱ｌｎｏｄａ、Ｊｒｃｏｓｏｄひとなる。各積分器２３
〜２５の出力は、抵抗巻線ａ，ｂを有するポテンショメ
ータ３０，３１および抵抗巻線ａ，ｂ，ｃを有するポテ
ンショメータ３２の一方の端子に供給される。ポテンシ
ョメータ３０，３１，３２の抵抗巻線の他端は夫々ィン
バー夕２９，２８，２７の出力端に接続され、ィンバー
タ２９〜２７の入力端は夫々積分器２５，２４，２３の
出力信号を受ける。ポテンショメータ３０，３１，３２
の抵抗巻線ｂは夫々抵抗を介して加算回路３５の入力端
に接続され、巻線ａは抵抗を介して加算回路３６の入力
端にすべて接続される。ポテンショメータ３２の抵抗巻
線ｃは抵抗を介して加算回路３７の入力端に接続され、
この入力端は更に加算回路３５．３６とィンバータ３８
，３９の出力端間に接続されたポテンショメータ３３，
３４からの信号が供給されるように接続される。７個の
ポテンショメータの巻線３０ａ．３０ｂ，３１ａ，３１
ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、前記のような値を有す
る定数Ａ、Ｂ、Ｃ、○、Ｅ、Ｆの比を示すように装置が
設定される際に調節され、（８２ 一ａ，）‐１の値を
持つ最終定数簿Ｇを得るように調節される。

これらのポテンショメータの比例定数は次の第１表で示
される。

第１表 ポテンシヨメータ３０，３１，３２，３３，３４で設定
された比は加算回路３５，３６，３７へ信号を供給する
際の適当な係数を与える。

ィンバータ２７，２８，２９，３８，３９は各係数を所
定の符号に変換するために用いられる。以上説明した回
路の動作を以下に述べる。

角度８１，８２ はマイクロスイッチ１５，１６０／位
置によって決定され、これらは検知針３からこの回略へ
与えられるセンサ信号における所望の角度範囲を得るた
めに、試料の円弧表面に関して位置付けられる。この状
態でターンテーブル１が回転せしめられ、リング１８上
のＩＪツジ１９によってマイクロスイッチ１７が駆動さ
れると、双安定回路１４および積分器２３，２４，２５
の内容は上記の如くクリヤーされる。リセットパルス発
生器２６からのＩＪセットパルスが存在している時間、
即ち、リツジ１９がマイクロスイッチ１７のプランジヤ
と接する位置とマイクロスイッチ１５のプランジャと接
する位置との間の角度だけターンテーブル１が回転して
いる間に、モータを駆動してターンテーブル１のスピン
ドルが均一な速度で回転するようになる。この動作はマ
イクロスイッチ１７とりッジ１９が接触する直前に開始
されるもので、これにより更に検知針３が試料２の円弧
表面の不連続部分に対しても常に安定な接触状態を保つ
ようになる。マイクロスイッチ１５，１６の位置が決定
されると、角度０２，ａ，の値が分り、定数Ａ乃至Ｇの
値も所定の表を参照して算出することができる。これは
、これらの表が角度８，．８２の値を用いずに決定し得
るからである。ポテンショメータ３０，３１，３２，３
３，３４の値が上記の第１表に示された比の値に従って
調節され、これらのポテンショメータを通過する信号に
対して必要な比例係数が与えられる。即ち、マイクロス
イッチ１５が駆動されると、スイッチ１３が閉じて信号
が増幅器５から積分器２３、サイン、コサインポテンシ
ヨメータ２２，２１に送られ、３個の積分器２３，２４
，２５からは、マイクロスイッチ１６が動作して双安定
回路１４をリセットしてこれによりスイッチ１３が開か
れるまで、積分出力ノｒｄｏ、′ｒＣｏＳ８ｄａ、′岱
ｉｎｏｄｏが、０が各瞬時値に対して夫々得られる。

スイッチ１３が開かれると、３つの積分器２３，２４，
２５の積分出力は夫々の内部に設けられたキャパシタに
よって、そのときの角度０・からａ２ までに対応した
値に保持される。これらの積分出力は、ポテンショメー
タ３０，３１，３２によって決定された係数と掛算され
、２つの加算回路３５，３６の入力端に加えられる。加
算回略３５，３６からは夫々パラメータｘ，ｙを示す出
力信号が得られる。加算回路３７はその入力端にポテン
ショメータ３３，３４からの係数ｘ．ｙに関する信号と
ともに、積分値′８２ｒｄｏを表わすポテンショメータ
３２ｃからの信号を受け入れて、電圧出力信号Ｒを発生
する。検知針３が試料２の表面を動くに従って順次発生
される出力信号ｘ，ｙ，Ｒは、更に計算回路１０１に供
給され、ｘ，ｙの値が角度８の瞬時値のサイン、コサイ
ンを示す信号と結合される。この結果、表示菱贋１０２
において基準線を発生するために用いられるリマソン曲
線を示す信号が得られる。或いは、このリマソン曲線を
表わす信号は、減算器を用いて輪郭データｒと結合させ
て、円からの実際のずれの表示を図表もしくは数値表示
を用いて表わすように用い得る。出力信号ｘ．ｙは更に
圧縮器１０３，１０４に夫々供Ｖ給され、その出力とし
て試料２と検知針３との相対回転中心に対して試料２の
中心のｘ、ｙ座標を正確に表わす信号を得ることできる
。限定される角度８２，８，は、サインポテンショメー
タが係数０を発生し、コサィンポテンショメータが係数
１を発生するような２つの角度の間にあるように定めら
れることが望ましい。

このようにすれば方程式が簡単化され、比較的簡単な回
路で測定装置が実現される。この簡単化された方程式に
おいては、８，から中間点までの角度と、この中間点か
ら８２ までの角度とは等しく設定され、夫々−８ｏ，
６。で表わされる。この方程式は以下の如くである。Ｘ
＝〔／２８。

比瓜８ｄ８−Ｓ宅亀′ｒｄの馬＝点〔物ｒｄ８−本ｉｎ
８。Ｘ〕この発明の他の実施例を示す第５図に於て、ス
イッチ１３に続く回路は第４図のものと同じであるが、
開始及び停止信号、及びリセットパルスを作る配置が異
なっている。

この実施例は第４図のものよりも角度０，及び８２の位
贋をより正確に決定することができる利点がある。第４
図の実施例で使用されているマイクロスイッチ１５及び
１６は約１インチの千分の２０の周辺距離に等価な固有
の動作誤差を有している。６インチの直径の場合には、
これはポテンショメータに設定された値と実際の積分角
度とに相違があるために３００の積分範囲について約１
％の精度に相当する。

第５図の実施例ではターンテーブル１上にトラック６を
形成し、そして光源８及びピックアップを持つ光鰭検出
装置７を設けることにより第４図の実施例で生じる不正
確さを解決している。

トラック６は光源８からの光を夫々吸収及び反射する交
互に均一の間隔をもって配置された複数の切片を具備し
ている。反射光はビーム分割器９を介してホトセル１川
こよって受取られる。このような反射式光学ェンコーダ
の代りに、伝送式光学ェンコーダ或いは磁気議取りヘッ
ドと磁気トラックとの組合せを使用することも可能であ
る。上記トラックの反射及び吸収用切片の中は約１イン
チの千分の１２で良く、これから約１インチの千分の４
の精度が得られる。上記トラックの切片が光学ェンコー
ダを通過すると、増幅器１１及びシュミットトリガ回路
１２によって電気パルスが作られる。

ターンテーフルの回転によって生じる角度変化はカゥン
タ４０及び論出し装置４１によって記録される。カゥン
タ４０の出力はまた論理回路４２に送られる。この論理
回路４２は、試料２の表面上で検知針３を予め設定され
た距離だけ移動させて決定される角度０，及び０２を、
カウンタからのトリガパルスをデコードして得るための
ものである。これ等は前述したように、入力装置４３及
び４５によって前記中央位置に関した十８。及び−８。
として設定されても良い。この場合には、ポテンショメ
ータ３４及びインバータ３９の他にポテンショメータ３
０ａ，３１ｂ及び３２ｂをも省略することができる。論
理回路４２は、第４図に関連して述べた開始、停止及び
リセット信号に関して正しいタイミングで出力を発生す
るタイミング論理回路４６へ出力信号を供給する。シュ
ミットトＩＪガ１２の出力はタイミング論理回路４６へ
も与えられる。

（この接続は第５図では破線で示されている。）シュミ
ットトリガからのパルスはスイッチ１３を介して第４図
の積分器を駆動させるために用いることができる。これ
らの積分器はトリガパルスの各々に対応した時間だけ駆
動されるように設定される。各パルスは各回転角の積分
に正確に対応し、従って合計の積分時間は、入力信号４
３，４５によって回鱗４２に設定された限定値によって
制御された合計回転角に対応するものとなる。積分値は
各パルス間で回転動作がどのように行われるかに関わり
なく等しくなる。これにより、角度積分当りの速度変化
が積分器の動作に影響を与えない範囲で検知針３の走査
時にターンテーブルの回転速度が変化してもよい。この
技術はターンテーブルを駆動するのにステップモータを
用いるときに大きな効果がある。

ステップモータは各積分パルスが送られている間は停止
されている。これにより、発振器をステップモータを駆
動するためのクロック源として用いることができ、角度
ステップの分解館が向上し、ギャの遊びによる誤差（２
分）及びモータのステップ位置誤差（１分）が減少され
る。ステップモータを用いることにより、ターンテーブ
ル停止時にデータを得る場合に、ターンテーブル速度が
４・さくなることがあり、又、ターンテーブル軸に流体
ベアリング又は多重ギャ機構を用いる必要もあるが、最
良の結果が得られる。第６図においては第４図のアナロ
グ計算機の代りにディジタル計算機が用いられている。

このためデータ信号はクロツク源によって決定された速
度で一連のディジタルヮ−ド‘こ変換される。コサイン
、サインポテンシヨメータはＲＯＭのサイン、コサィン
索引テーブル６１，６２に魔淡される。これらテーブル
６１，６２は例えば、第５図のカゥンタ４０のような装
置からの角８の値をディジタル形式で表わした信号を受
入する。テーブル６１，６２からの出力信号は掛算器６
３，６４に供給され、掛算器６３，６４は夫々サイン、
コサィンの値とともに所定角度にわたる係数としてのデ
ィジタルワードデータを受入する。各瞬時における角８
の値を示す索引テーブル６１，６２への入力は、ェンコ
ーダ６０から与えられる。このェンコーダ６０は第５図
に示したようなものでよく、これはタイマ５９からのク
ロツクバルスを与えられる。タイマ５９は以下に述べる
回路を制御するためのタイミング信号Ｃ，．Ｃ２，Ｃ３
を更に発生している。タイミング信号Ｃ２は掛算器６３
，６４に送られ、夫々積算レジスタ６５，６６に送られ
る出力信号を制御する。検知針３からのアナ。

グ出力信号はタイミング信号Ｃ，により制御されている
アナログディジタル変換器７５に送られる。その出力は
掛算器６３，６４へ係数としてディジタルワードとして
送られ、更に他の積算レジスタ６７の入力信号として与
えられる。３つの積算レジスタ６５，６６，６７におけ
る積算過程は積分動作であり、タイマ５９からのライン
Ｃ３からの停止信号が発生されるまで積分が進行する。

これにより積算レジスタ６５，６６，６７によって積算
されたデー外ま夫々３つの積分′ｒｓｉｎｏｄ８、Ｊｒ
ｃｏＳ８ｄｏ、′ｒｄ８を表わす。パラメータｘ，ｙ，
Ｒは停止信号が伝送された後でディジタル的に計算され
、積算レジスタの内容とデータが得られる角度からの係
数とが掛算又は割算され、係数を付けられた出力を混合
することによって計算される。これらの係数は定数索引
機構６８によって得られ、この機構６８にはゲート６９
を介してェンコーダ６０からの角０を表わすディジタル
信号が供給される。この必要とされる係数は設定された
機構上に読み取られる角度から計算機中に手動によって
設定され、もしくは計算機それ自体が開始と停止信号に
おける角度データのみを必要とするサブル−チンによっ
て係数を設定するように構成することができる。定数索
引装置６８からの出力は各掛算器７０，７１，７２へ供
Ｖ給され、これら掛算器７０〜７２は更に減算回路７３
、他の掛算器７４、割り算器７５および加算器７６に接
続される。この回路の動作において、終端点８，，０２
の位置を決定するために少なくとも１回の相対回転に
よるセンサ走査を必要とする。これによりこの回路は第
４図に示したと同様に−ｏｏと十８ｏの間の中間点に関
して対称的な動作を行なうようになる。データを得るた
めのセンサ走査が行なわれて、積算レジスタ６５，６６
，６７において効果的な積分が行なわれ、これに続いて
索引テーフル６１，６２，６３にクロックを与えている
タイマ５９からのクロツクパルスが停止し、掛算器およ
び割り算器７０乃至７６の動作を制御するための６個の
タイミングパルスＴｏ〜Ｔ５が生じる。これにより６つ
の時間間隔が用いられて、回路の出力が、測定結果に影
響を与える以前に安定になるようにする。ｘ，ｙ，Ｒの
値し、は夫々鶏算器７１，７０および加算器７６の出力
端から得られる。これらの値×，ｙ，Ｒは適当なギャ装
置を有するステップモー夕を駆動するのに用いられ、こ
れによって試料中心をターンテ−ブルの中心に合致せし
める。以上に説明したように、この発明の袋鷹において
は、試料の輪郭は試料とセンサとの相対的な１回転以下
の走査による試料の部分円弧の走査によって検出され、
検出データはターンテーブルの基準中心に対する試料の
偏心を表わす信号、および走査された円弧表面とのずれ
を比較するための基準線を形成するために用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基準中心川こ対して偏心して設置された円形試
料を示す図、第２図は図表表示に適するように変形され
た信号波形を概略的に示す図、第３図は円弧表面の一例
およびこの発明によって得られた最適基準線を示す図、
第４図はこの発明の一実施例の構成を概略的に示す図、
第５図は他の実施例の概略構成図、第６図は更に他の実
施例の千鰯略構成図である。 添付図において、１・・…・ターンテーフル、２・・・
，．．試料、３・・・・・・検知用針、４・・・・・・
センサ、Ｎ５・・・…増幅器、６……トラック、７・・
…・ピックアップ、８・・・…光源、９…・・・ビーム
分割器、１０・・・・・・ホトセル、１１・・・・・・
増幅器、１２・・・・・・シュミットトリガ、１３…・
・・スイッチ、１４・・・・・・双安定回路、１５，１
６，１７……マイクロスイッチ、１８……リング、１９
……リツジ、２０……インバータ、２１，２２，３０，
３１，３２，３３，３４……ポテンシヨメータ、３５，
３６，３７……加算回路、３８，３９・・・・・・ィン
バータ、１０１・・・・・・計算回路、１０２・・・・
・・表示装置、１０３，１０４・・・・・・圧縮器、４
０・・・・・・カウンタ、４１・・・・・・読み出し装
置、４２・・・・・・論理回路、４６・・・・・・タイ
ミング論理回路、６０・・・・・・ェンンコーダ、６１
，６２”””コサイン・サイン・ルック・アップ・テー
フル、６３，６４・・・・・・鶏算器、６５，６６・・
・・・・積算レジスタ、を示す。 ＦＥ山ＺＩ‐ 曲山 旦９ヱ． Ｅ峰１． ＦＩＧ‐ム 「越山．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料の輪郭を示す検知信号を得るためにその表面の
   限定された円弧に沿つてセンサを動かすことによつて、
   名目上円形又は部分的に円形の試料の表面形状を測定す
   る方法において、センサによつて検知された試料の円又
   は部分円の中心にその中心を持ちそれに対して検知され
   た限定された円弧に沿つた表面の偏差が参照され得る基
   準線を表わす出力信号および試料およびセンサの間の相
   対回転の中心に対して検知された円弧に沿つた試料の円
   又は部分円表面の中心の偏心を表わす出力信号のいずれ
   か一方もしくは両方を発生させるために、前記限定され
   た円弧の両端を決定し、試料とセンサとがこの決定され
   た両端の間で円弧に沿つて相対的に移動するときは前記
   検知信号を発生し、センサ信号を増幅し、基準方向に対
   して試料とセンサとの相対角度方向（θ）を示す信号を
   得、この相対角度方向を示す信号から相対角度信号の正
   弦および余弦（ｓｉｎθ、ｃｏｓθ）を表わす２つの信
   号を形成し、これら２つの信号（ｓｉｎθ、ｃｏｓθ）
   を前記増幅されたセンサ信号と掛け合せて２つの積信号
   （ｒｓｉｎθ、ｒｃｏｓθ）を得、増幅されたセンサ信
   号と前記２つの積信号との限定された円弧（∫ｒｄθ、
   ∫ｒｓｉｎθｄθ、∫ｒｃｏｓθｄθ）にわたる積分を
   表わす積分信号を取り出し、次の各式によつて表わされ
   る定数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、ＦＡ＝∫■Ｓｉｎ＾２θｄ
   θ −１／（θ＿２−θ＿１）〔∫■Ｓｉｎθｄθ〕＾２Ｂ
   ＝１／（θ＿２−θ＿１）（Ｓｉｎθ＿２−Ｓｉｎθ＿
   １）Ｃ＝１／（θ＿２−θ＿１）∫■Ｃｏｓθｄθ∫■
   Ｓｉｎθｄθ−∫■ＳｉｎθｃｏｓθｄθＤ＝１／（θ
   ＿２−θ＿１）（Ｃｏｓθ＿１‐Ｃｏｓθ＿２）Ｅ＝Ａ
   Ｆ−Ｃ＾２Ｆ＝∫■Ｃｏｓ＾２θｄθ −１／（θ＿２−θ＿１）〔∫■Ｃｏｓθｄθ〕＾２の
   値の間の種々の比を表わす信号を取り出し、前記積分信
   号（∫ｒｄθ、∫ｒｓｉｎθｄθ、θｒｃｏｓθｄθ）
   を前記種々の比信号と掛け合せて偏心成分のパラメータ
   ｘ、ｙおよび名目上の円形を表わす基準線のパラメータ
   Ｒとのいずれか一方もしくは両方を表わす出力信号を得
   る工程とを有することを特徴とする表面形状息測定方法
   。 ２ センサと、試料をセンサに対して相対回転するよう
   に取り付けることにより、試料とセンサとの相対回転時
   にセンサが試料表面の全周より短い限定された円弧に沿
   つて動かされたときにセンサ信号を得るための手段とを
   有してなる形式の試料の名目円もしくは部分円表面等の
   表面形状測定装置において、前記限定された円弧の両端
   を決定する手段と、試料とセンサとの相対角度方向が前
   記両端の間にあるときにのみ表面形状測定装置を動作状
   態にする手段と、基準方向に対するセンサ３，４と試料
   ２との相対角度方向（θ）を表わす信号を得るための手
   段（１５、１６、１７、２０、２１、２２）と、センサ
   信号を増幅するための手段（５）と、前記相対角度方向
   （θ）を表わす信号からこの相対角度方向（θ）の信号
   の正弦、余弦を表わす２つの信号（ｓｉｎθ、ｃｏｓθ
   ）を形成し、これら２つの信号（ｓｉｎθ、ｃｏｓθ）
   を増幅されたセンサ信号（ｒ）と掛け合せて２つの積信
   号（ｒｓｉｎθ、ｒｃｏｓθ）を得るための手段（２１
   、２２）と、センサ移動路の終端決定装置１５，１６．
   １７の設定によつて決定された限定された円弧にわたつ
   て増幅されたセンサ信号（∫ｒｄθ）および２つの積信
   号（∫ｒｓｉｎθｄθ、∫ｒｃｏｓθｄθ）の積分を表
   わす積分信号を取り出すための積分手段（２３、２４、
   ２５）と、次の各式によつて表わされる定数Ａ、Ｂ、Ｃ
   、Ｄ、Ｅ、Ｆの値Ａ＝∫■Ｓｉｎ＾２θｄθ −１／（θ＿２−θ＿１）〔∫■Ｓｉｎθｄθ〕＾２Ｂ
   ＝１／（θ＿２−θ＿１）（Ｓｉｎθ＿２−Ｓｉｎθ＿
   １）Ｃ＝１／（θ＿２−θ＿１）∫■Ｃｏｓθｄθ∫■
   Ｓｉｎθｄθ‐∫■ＳｉｎθｃｏｓθｄθＤ＝１／（θ
   ＿２−θ＿１）（Ｃｏｓθ＿１−Ｃｏｓθ＿２）Ｅ＝Ａ
   Ｆ−Ｃ＾２Ｆ＝∫■Ｃｏｓ＾２θｄθ −１／（θ＿２−θ＿１）〔∫■Ｃｏｓθｄθ〕＾２の
   間の所定の比を表わす信号を取り出して前記積分信号と
   掛け合わせるための手段（２７、２８、２９、３０、３
   １、３２）と、前記比を表わす信号と掛け合わされた積
   分信号（∫ｒｄθ、∫ｒｓｉｎθｄθ、∫ｒｃｏｓθｄ
   θ）を組み合せて、試料２の表面全体の円より小さい前
   記限定された円弧に沿つてセンサ２，４を動かすことに
   よつて、偏心成分のパラメータｘ、ｙおよび名目上円形
   を表わす基準線Ｒのパラメータのいずれか一方もしくは
   両方を表わす出力信号を得る手段（３５、３６、３７、
   ３８、３９）とを有することを特徴とする表面形状測定
   装置。