(57)【要約】【課題】測定結果が適正なものであるか否かを確認することができ、正しい測定結果を得ることができる表面形状測定装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る表面形状測定装置１０は、測定子２０の変位を検出する検出器１８と、測定子２０を被測定物に接触させた状態で、被測定物と検出器１８を相対移動させる相対移動機構と、被測定物に対する測定子の押付け力である測定力を重力方向に作用する重量として検出する重量計２４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定子の変位を検出する検出器と、
前記測定子を被測定物に接触させた状態で、前記被測定物と前記検出器を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測定子の押付け力である測定力を重力方向に作用する重量として検出する重量計と、
を備える表面形状測定装置。
【請求項２】
前記重量計は、前記検出器による前記変位の検出に基づく前記被測定物の表面形状の測定動作中における前記測定力を監視するために用いられる請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項３】
前記重量計の上に前記被測定物が載せられた状態で、前記測定子を前記被測定物に接触させながら前記相対移動機構によって前記被測定物と前記検出器を相対移動させて前記測定子の変位を前記検出器で検出することにより、前記被測定物の表面形状を測定する請求項１又は２に記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
前記重量計は、０．７５ミリニュートン［ｍＮ］以下の測定力を計測し得る分解能をもつ請求項１から３のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
【請求項５】
前記被測定物の表面形状としての表面粗さを測定する場合の前記重量計が、電磁式又は音叉式の重量計である請求項１から４のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
【請求項６】
前記被測定物の表面形状としての輪郭形状を測定する場合の前記重量計が、ロードセル式又は音叉式の重量計である請求項１から４のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
【請求項７】
ベースと、
前記ベースの上部に立設されたコラムと、
前記コラムに支持され、前記コラムの長手方向と直交する方向に前記検出器を移動させる前記相対移動機構としての駆動部と、
を備える請求項１から６のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
【請求項８】
前記相対移動機構による前記被測定物と前記検出器の相対移動の動作期間中に、前記重量計から得られる情報を基に前記測定力を監視する測定力監視部を備える請求項１から７のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
【請求項９】
前記測定力監視部は、前記検出器が検出した変位を示す変位検出信号と、前記重量計が検出した測定力を示す重量検出信号とを同時に取得する信号処理装置を含む請求項８に記載の表面形状測定装置。
【請求項１０】
前記測定力監視部は、前記重量計で検出した前記測定力の検出結果を基に、前記測定力の異常を検出する請求項８又は９に記載の表面形状測定装置。
【請求項１１】
前記検出器を介して取得された測定データのうち、前記測定力の異常が検出された箇所に対応する前記測定データを計算から除外して、データ解析を行う解析処理部を備える請求項１０に記載の表面形状測定装置。
【請求項１２】
前記測定力の異常が検出された場合に、再測定を実施させる制御部を備える請求項１０に記載の表面形状測定装置。
【請求項１３】
前記検出器を用いて取得された前記被測定物の表面形状の形状測定データを示す第１グラフと、前記重量計を用いて取得された前記測定力の検出データを示す第２グラフとを対応付けて表示させる測定結果出力部を備える請求項１から１２のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の表面粗さや輪郭形状などの表面形状の測定を行う接触式の表面形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物の表面に測定子を接触させながら、測定子と被測定物を相対移動させ、被測定物の表面の起伏により生じる測定子の変位を電気信号に変えて検出することにより、被測定物の表面形状を測定する表面形状測定装置が知られている（特許文献１、２参照）。また、スタイラスの先端部に設けられた接触子（測定子に相当）を被測定物に接触させて、被測定物からの応力によってスタイラスが歪む量を歪みゲージで検出することにより、接触子の変位量を算出して、被測定物の表面形状を測定する装置が知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０３８３７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１９１６３１号公報
【特許文献３】特開２００５−５５３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
接触式の表面形状測定装置には、以下のような問題点［１］〜［３］がある。
【０００５】
［１］被測定物であるワークの測定面に傷やゴミ、若しくは特異点がある場合、駆動速度によっては測定子が跳ねたり、若しくは、跳ねた後に勢いよくワークに衝突したりしてワークの表面形状を正しくトレースできない場合がある。
【０００６】
［２］測定面が急斜面であるようなワーク形状の測定の場合、駆動速度や測定子の剛性によっては、測定子が撓み、正しい測定結果が得られない場合がある。
【０００７】
［３］測定中に風や振動などによる外乱があった場合、測定値の異常がワークの形状の影響なのか、外乱の影響なのかの切り分けが困難であった。
【０００８】
上記の［１］〜［３］な理由で正しい測定結果が得られなかった場合、測定の条件を変えて再度測定を実施したり、異常な測定データを計算から除外したりすることが好ましいが、従来の装置では、測定結果が正しいものであるか、異常であるかを検証する仕組みや異常発生時の自動的な対処機能などが搭載されておらず、毎回、測定結果が示す形状（測定形状）のグラフなどを人の目で判断して、作業を行う必要があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、測定結果が適正なものであるか否かを確認することができ、正しい測定結果を得ることができる表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、以下の発明を提供する。
【００１１】
本発明の第１態様に係る表面形状測定装置は、測定子の変位を検出する検出器と、測定子を被測定物に接触させた状態で、被測定物と検出器を相対移動させる相対移動機構と、被測定物に対する測定子の押付け力である測定力を重力方向に作用する重量として検出する重量計と、を備える。
【００１２】
第１態様によれば、測定子が被測定物に接触することによって被測定物に作用する荷重（測定力）が重量計で検出される。重量計が検出する測定力の大きさは、測定子の跳ねや衝突、外乱、若しくは、測定子の撓みなどに起因して変化し得る。第１態様によれば、重量計から得られる測定力の情報を基に、測定結果の妥当性を判断することができる。
【００１３】
本発明の第２態様に係る表面形状測定装置は、第１態様において、重量計は、検出器による変位の検出に基づく被測定物の表面形状の測定動作中における測定力を監視するために用いられる。
【００１４】
第２態様によれば、表面形状の測定動作中に、測定力をリアルタイムで観測することができる。
【００１５】
本発明の第３態様に係る表面形状測定装置は、第１態様又は第２態様において、重量計の上に被測定物が載せられた状態で、測定子を被測定物に接触させながら相対移動機構によって被測定物と検出器を相対移動させて測定子の変位を検出器で検出することにより、被測定物の表面形状を測定する。
【００１６】
本発明の第４態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第３態様のいずれか一態様において、重量計は、０．７５ミリニュートン［ｍＮ］以下の測定力を計測し得る分解能をもつ。
【００１７】
本発明の第５態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第４態様のいずれか一態様において、被測定物の表面形状としての表面粗さを測定する場合の重量計が、電磁式又は音叉式の重量計である。
【００１８】
本発明の第６態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第４態様のいずれか一態様において、被測定物の表面形状としての輪郭形状を測定する場合の重量計が、ロードセル式又は音叉式の重量計である。
【００１９】
本発明の第７態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第６態様のいずれか一態様において、ベースと、ベースの上部に立設されたコラムと、コラムに支持され、コラムの長手方向と直交する方向に検出器を移動させる相対移動機構としての駆動部と、を備える。
【００２０】
本発明の第８態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第７態様のいずれか一態様において、相対移動機構による被測定物と検出器の相対移動の動作期間中に、重量計から得られる情報を基に測定力を監視する測定力監視部を備える。
【００２１】
本発明の第９態様に係る表面形状測定装置は、第８態様において、測定力監視部は、検出器が検出した変位を示す変位検出信号と、重量計が検出した測定力を示す重量検出信号とを同時に取得する信号処理装置を含む。
【００２２】
本発明の第１０態様に係る表面形状測定装置は、第８態様又は第９態様において、測定力監視部は、重量計で検出した測定力の検出結果を基に、測定力の異常を検出する。
【００２３】
本発明の第１１態様に係る表面形状測定装置は、第１０態様において、検出器を介して取得された測定データのうち、測定力の異常が検出された箇所に対応する測定データを計算から除外して、データ解析を行う解析処理部を備える。
【００２４】
本発明の第１２態様に係る表面形状測定装置は、第１０態様において、測定力の異常が検出された場合に、再測定を実施させる制御部を備える。
【００２５】
本発明の第１３態様に係る表面形状測定装置は、第１態様から第１２態様のいずれか一態様において、検出器を用いて取得された被測定物の表面形状の形状測定データを示す第１グラフと、重量計を用いて取得された測定力の検出データを示す第２グラフとを対応付けて表示させる測定結果出力部を備える。
【００２６】
測定結果出力部として、例えば、表示装置、及び／又はプリンタを採用し得る。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、重量計から得られる測力の情報を基に、測定結果の妥当性を検証することができ、正しい測定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る表面形状測定装置の外観図である。
【図２】本発明の実施形態に係る表面形状測定装置の制御系の概要を示すブロック図である。
【図３】測定中に測定子が測定面から跳ね上がった様子を模式的に示す図である。
【図４】測定子の跳ね及び衝突、若しくは外乱が発生した場合に得られる測定形状のグラフと検出される測定力のグラフの一例である。
【図５】ワーク形状によって測定子が撓んだ様子を模式的に示す図である。
【図６】ワーク形状に起因する測定子の撓みと、検出される測定力の関係の一例を模式的に示す説明図である。
【図７】ワーク形状に起因する測定子の撓みと、検出される測定力の関係の他の例を模式的に示す説明図である。
【図８】電磁式重量計の構造例を示す図である。
【図９】ロードセル式重量計の構造例を示す図である。
【図１０】音叉式重量計の構造例を示す図である。
【図１１】データ処理装置の機能を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る表面形状測定装置による測定処理の流れの第１例を示すフローチャートである。
【図１３】図１２における解析処理（ステップＳ１２７）の流れを示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態に係る表面形状測定装置による測定処理の流れの第２例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態に係る表面形状測定装置による測定処理の流れの第３例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面に従って本発明の実施の形態について詳説する。
【００３０】
《表面形状測定装置の構成》
図１は、本発明の実施形態に係る表面形状測定装置の外観図である。表面形状測定装置１０は、ベース１２と、ベース１２の上部に立設されたコラム１４と、コラム１４に取り付けられた駆動部１６と、検出器１８と、検出器１８に取り付けられた測定子２０と、ワークＷに作用する測定子２０の測定力を検出する重量計２４と、を備える。また、表面形状測定装置１０は、測定条件の入力など各種の指示を与えるための入力装置２６と、測定結果等を表示するための表示装置２８と、を備える。
【００３１】
ワークＷは、重量計２４の上に載せられる。ワークＷは、重量計２４の上に直接載置されてもよいし、図示せぬワークホルダを介して重量計２４の上にセットされてもよい。
【００３２】
コラム１４は、駆動部１６及び検出器１８を図１の上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる昇降機構である。Ｚ軸方向は、コラム１４の長手方向に相当する。コラム１４は、Ｚ軸方向に沿って配置された図示せぬボールねじと、図示せぬ昇降用モータとを含む。昇降用モータの回転軸はボールネジと連結されている。昇降用モータの動力によってボールネジが回転することにより、駆動部１６がＺ軸方向に移動する。駆動部１６に支持された検出器１８は、駆動部１６と共にＺ軸方向に移動する。コラム１４の昇降動作によって測定子２０の高さ（Ｚ軸方向の位置）を調節することができる。
【００３３】
駆動部１６は、Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向に沿って検出器１８及び測定子２０を駆動する機構であり、検出器１８をＸ軸方向に沿って移動自在に支持する図示せぬ移動機構と駆動力を発生する動力源となる図示せぬモータとを含む。駆動部１６の動力源はリニアモータであってもよい。
【００３４】
ワークＷの表面形状を測定する際には、ワークＷの表面に測定子２０を接触させ、駆動部１６によって検出器１８と測定子２０をＸ軸方向に移動させることにより、ワークＷと測定子２０を相対移動させる。駆動部１６は、「相対移動機構」の一例である。測定子２０は、ワークＷの表面の形状に追従して変位する。
【００３５】
検出器１８は、測定子２０の変位量を電気信号に変換する図示せぬトランスデューサを含む。トランスデューサは、例えば、差動変圧器を用いた構成であってよい。測定子２０は、重力方向と平行な方向、つまりＺ軸方向からワークＷに押し付けられる。ワークＷに対する測定子２０の押付け力を測定力という。ワークＷと測定子２０の接触によってワークＷには重力方向と平行な方向の押付け力が作用する。
【００３６】
重量計２４は、ワークＷに作用する測定力の重力方向の成分の大きさを重量として検出する。
【００３７】
図２は、表面形状測定装置１０の制御系の概要を示すブロック図である。表面形状測定装置１０は、制御装置３０と、データ処理装置３２と、を備える。制御装置３０は、駆動部１６に内蔵された図示せぬモータに駆動用の電力を供給する図示せぬアンプを含む。また、制御装置３０は、コラム１４（図１参照）に設けられた図示せぬ昇降用モータに駆動用の電力を供給する図示せぬアンプを含む。
【００３８】
制御装置３０は、表面形状測定装置１０の動作を統括制御する。制御装置３０は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）を含む各種演算処理回路とメモリ等の記憶装置とを含んで構成される。制御装置３０は、予め記憶された所定のプログラムを実行することにより、制御部として機能する。制御装置３０の機能は、１つ又は複数のプロセッサを用いて実現することができる。プロセッサには、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプログラマブルロジックデバイス（Programmable Logic Device：ＰＬＤ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）など各種の回路形態があり得る。
【００３９】
制御装置３０は、駆動部１６及び検出器１８と接続される。また、制御装置３０は、データ処理装置３２と接続される。検出器１８と重量計２４は、データ処理装置３２と接続される。検出器１８から出力された信号（変位検出信号）は、データ処理装置３２に入力される。また、重量計２４から出力された信号（重量検出信号）は、データ処理装置３２に入力される。
【００４０】
データ処理装置３２は、検出器１８及び重量計２４の各々を介して取得されたデータを処理して各種の演算を行うプロセッサと、測定データなど各種情報を記憶するメモリ等の記憶装置を含む。データ処理装置３２は、コンピュータを用いて構成されてよい。
【００４１】
データ処理装置３２は、検出器１８から得られる変位検出信号に基づき、被測定物の表面形状の解析を行う。データ処理装置３２は、重量計２４から得られる重量検出信号に基づき、測定動作中の測定力をリアルタイムで監視する。
【００４２】
データ処理装置３２は、入力装置２６及び表示装置２８と接続される。入力装置２６及び表示装置２８は、ユーザインターフェースとして機能する。入力装置２６は、例えば、操作ボタン、ジョイスティック、キーボード、マウス、若しくは、タッチパネル、又はこれらの適宜の組み合わせであってよい。ユーザは、入力装置２６を操作することにより、測定条件及び解析条件など各種の指示を入力することができる。
【００４３】
表示装置２８は、例えば、液晶ディスプレイ、若しくは、有機ＥＬ（organic electro-luminescence:ＯＥＬ）ディスプレイなどであってよい。表示装置２８には、測定結果の情報など、各種の情報が表示され得る。また、データ処理装置３２には、図示せぬプリンタが接続されてもよい。また、制御装置３０は、データ処理装置３２の機能を含んでいてもよい。例えば、制御装置３０とデータ処理装置３２の各機能を１台のコンピュータで実現してもよい。
【００４４】
《表面形状測定装置１０の動作の概要》
上記のように構成された表面形状測定装置１０の動作の概要は次のとおりである。
【００４５】
重量計２４にワークＷを載せて、測定子２０をワークＷに接触させる。測定開始時の初期の測定力は、予め定められている基準の測定力（例えば、０．７５ミリニュートン［ｍＮ］）に調整される。測定子２０をワークＷに接触させた状態で測定子２０をＸ軸方向に移動させることにより、ワークＷの表面形状の測定を行う。この表面形状の測定と同時に、重量計２４の値を検出し、測定力をリアルタイムで監視する。
【００４６】
ワークＷによっては、測定面に突起が存在したり、測定面が急傾斜であったりすることがある。このような突起や急傾斜などのワークＷ自体の形状的な理由によって測定子２０が跳ねたり、撓んだりする場合があり得る。また、測定環境における風や振動など外乱の影響を受けて測定子２０が跳ねる場合もあり得る。測定子２０が跳ねたときには、瞬間的に測定子２０がワークＷから離れるため、測定子２０の測定力分の重量がかからなくなる。
【００４７】
また、測定子２０が跳ねた後、勢いよくワークＷに衝突した場合、測定子２０の規定の測定力以上に衝突分の重量がかかる。
【００４８】
また、ワークＷの形状により、測定子２０が撓んだ場合、測定子２０が撓んだ分の力が重量計２４の値に計上にされる。
【００４９】
測定中に、重量計２４の値を監視し、瞬間的に重量計２４の値が異常な値を示した場合（瞬間的に異常を検知した場合）には、測定子２０の跳ねや衝突、若しくは、外乱による影響であると判断して、例えば、以下に示す対処策１〜３のいずれかを選択する。
【００５０】
［対処策１］測定を最後まで遂行し、データ解析の計算から異常箇所に対応する測定データを除外する。
【００５１】
［対処策２］測定を中断して再測定を行う。
【００５２】
［対処策３］測定を中断して測定条件を変更した後、再測定を行う。
【００５３】
また、もし、測定中に、継続的に重量計２４の値が異常な値を示した場合（継続的に異常を検知した場合）には、測定子２０の撓みと判断して、例えば、以下に示す対処策４を選択する。
【００５４】
［対処策４］重量計２４の値を検出器１８の測定力の調整機構にフィードバックして、測定子２０の撓みがないように測定力を自動で調整する。なお、測定力の調整機構については、例えば、特許文献２に記載されている測定力調整機構など、公知の構成を採用し得る。
【００５５】
また、上記の対処策１〜４に代えて、若しくは、組み合わせて、表面形状の測定結果を出力する際に、測定結果を示す測定形状のグラフとともに測定力のグラフを追加してユーザに提供することで、跳ねや衝突、外乱など無く、適切に測定を行うことができたことの確認／検証に役立つ。
【００５６】
なお、上記の各対処策１〜４の採否については、ユーザが入力装置２２から所望の対処策を選択できるように構成されてよい。
【００５７】
図３は、測定中に測定子２０が測定面から跳ね上がった様子を模式的に示す図である。図４は、測定子２０の跳ね及び衝突、若しくは外乱が発生した場合に得られる測定形状のグラフと、測定力のグラフの一例である。図４の上段に示すグラフＧ１は検出器１８によって検出された測定形状のグラフである。横軸はＸ軸方向の位置を表し、縦軸はＺ軸方向の位置若しくは変位を表す。図４の下段に示すグラフＧ２は、重量計２４によって検出された測定力のグラフである。横軸は時間若しくはＸ軸方向の位置を表し、縦軸は力の大きさを表す。
【００５８】
測定力の検出は、形状の測定と同時に行われており、測定時における測定子２０のＸ軸方向への駆動速度と、時間からＸ軸方向の位置を算出することができる。検出器１８の検出結果から得られる形状測定データと、重量計２４から得られる測定力のデータは、対応する位置（又は時間）の関係でデータ同士を関連付けて（対応付けて）把握することができる。
【００５９】
図４の下段に示すグラフＧ２において符号Ａで示す円で囲んだ部分は、測定力の異常が検出された箇所である。図４の上段に示すグラフＧ１において符号Ｂで示す円で囲んだ部分は、測定力の異常箇所に対応する測定データの部分である。
【００６０】
例えば、上述した［対処策１］の処理が選択された場合には、符号Ｂで示す円で囲んだ部分の測定データが計算から自動的に除外される。
【００６１】
図５は、ワーク形状によって測定子２０が撓んだ様子を模式的に示す図である。図６は、ワーク形状に起因する測定子２０の撓みと、検出される測定力の関係の一例を模式的に示す説明図である。図６の上段は、ワーク形状と測定子２０の撓みの関係を示し、下段は重量計で検出される測定力のグラフを示す。グラフ中に破線で示す測定力は、予め定められている基準の測定力を示している。
【００６２】
図７は、ワーク形状に起因する測定子２０の撓みと、検出される測定力の関係の他の例を模式的に示す説明図である。図７の上段は、ワーク形状と測定子２０の撓みの関係を示し、下段は重量計で検出される測定力のグラフを示す。
【００６３】
図６及び図７に例示したように、ワーク形状に起因して測定子２０が撓んだ場合には、その撓み量を反映した測定力が観測される。図４の下段に示したグラフＧ２と、図６の下段や図７の下段に示したグラフとを比較すると明らかなように、ワーク形状に起因して測定子２０が撓んだり浮いたりする場合は、測定力の異常状態が継続的なものとなる。一方、測定子２０の跳ねや衝突、外乱などによる測定力の異常は図４の下段に示すグラフＧ２のように、瞬間的なものとなる。
【００６４】
このように、測定中に測定力を監視して、測定力の異常を検知し、瞬間的な異常であるか、継続的な異常であるかによって、異常の原因を判別することが可能である。
【００６５】
《重量計の例》
重量計は、電磁式、ロードセル式、音叉式などがあり、測定するワークと目的で使い分けることが好ましい。
【００６６】
〈例１〉
例えば、粗さ測定では、標準的な測定力が０．７５ミリニュートン［ｍＮ］であるため、重量計は、７５重量グラム［ｇｆ］以下を読み取る必要がある。つまり、粗さ測定を行う場合、０．７５ｍＮ以下の測定力を計測し得る分解能をもつ重量計を用いることが好ましい。そこで、分解能の高い電磁式や音叉式が適する。
【００６７】
〈例２〉
標準的な測定力が約２ミリニュートン［ｍＮ］〜３０ミリニュートン［ｍＮ］と比較的測定力の大きい輪郭測定の場合、測定速度を優先して、高応答性なロードセル式や音叉式が適する。
【００６８】
〈例３〉
ひずみゲージを用いたロードセル式自体は、高重量ワークに適した重量計であるが、高重量の計量が可能な重量計は分解能が低下する（最小の読取可能な重量差が大きくなる）るため、高重量ワークに対しては、ロードセル式の重量計では測定力の検出が困難になり得る。高重量ワークに対しては、電磁式の重量計を用いることが好ましい。電磁式であれば、１０キログラム［ｋｇ］程度のワークについて、７５重量グラム［gf］以下の測定力の検出に使用することができる。
【００６９】
〈電磁式重量計の構造例〉
図８は、電磁式重量計の構造例を示す図である。電磁式重量計５０は、ワークＷを載せる計量皿５１と、ロバーバル機構５２と、フォースコイル５３と、磁石５４とを備える。ロバーバル機構５２は、４本のリンク（節）５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５３Ｄがジョイント（関節）５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄによって連結された平行四辺形の４節リンク機構であり、上下に対向する２本のリンク５２Ａ、５２Ｃが支点５６Ａ、５６Ｃによって、回転自在に支持されている。
【００７０】
支点５６Ａ、５６Ｂを挟んで左右に対向する２本の縦のリンク５２Ｂ、５２Ｄのうち、一方のリンク５２Ｂに計量皿５１が支持されており、他方のリンク５２Ｄにフォースコイル５３が支持されている。フォースコイル５３と磁石５４の組み合わせによって電磁力発生部が構成される。計量皿５１に加わる荷重と、フォースコイル５３に電流を流すことによって発生する電磁力とを平衡させ、その釣り合い状態となる電磁力の発生に要した電気量から、計量皿５１に加わる荷重を算出する構成となっている。
【００７１】
〈ロードセル式重量計の構造例〉
図９は、ロードセル式重量計の構造例を示す図である。ロードセル式重量計６０は、ワークＷを載せる計量皿６１と、起歪体６２と、起歪体６２に貼付された歪みゲージ６３と、を備える。起歪体６２の片側の端部に計量皿６１が支持され、他方側の端部は図示せぬ固定部に固定される。起歪体６２は、計量皿６１に加わる荷重によって変形する。歪みゲージ６３は、起歪体６２の変形に伴って伸縮し、伸縮量に応じた電気信号を出力する。ロードセル式重量計６０は、歪みゲージ６３から得られる電気信号を基に、計量皿６１に加わる荷重が算出される構成となっている。
【００７２】
〈音叉式重量計の構造例〉
図１０は、音叉式重量計の構造例を示す図である。音叉式重量計７０は、ワークＷを載せる計量皿７１と、計量皿７１に加わる荷重を伝達する梃子７２と、梃子７２に連結された音叉振動子７３と、梃子７２の支点及び音叉振動子７３を支持する支持ブロック７４と、を備える。音叉振動子７３には図示せぬ振動発生用の圧電素子及び図示せぬ振動検出用の圧電素子が取り付けられている。音叉振動子７３は、両端に加えられた荷重の大きさに応じて振動数が変化する。
【００７３】
計量皿７１に荷重が加わることにより、梃子７２を介して音叉振動子７３に引張荷重が加わり、周波数が変化する。この周波数の変化を振動検出用の圧電素子によって検出し、圧電素子から得られる電気信号を基に、計量皿７１に加わる荷重が算出される。
【００７４】
《データ処理装置の処理機能》
図１１は、データ処理装置の処理機能を示すブロック図である。データ処理装置３２は、変位検出信号取得部８１、重量検出信号取得部８２、形状測定データ生成部８３、測定力検出データ生成部８４、記憶部８５、測定力異常検出部８６、解析処理部８７、表示制御部８８及びデータ出力部８９を含む。これらの各部の機能は、データ処理装置３２のハードウエア及びソフトウエアの組み合わせによって実現される。データ処理装置３２のＣＰＵ及び／又はＦＰＧＡを含む各種プロセッサは、変位検出信号取得部８１、重量検出信号取得部８２、形状測定データ生成部８３、測定力検出データ生成部８４、測定力異常検出部８６、解析処理部８７、表示制御部８８及びデータ出力部８９として機能し得る。また、データ処理装置３２のメモリは記憶部８５として機能し得る。
【００７５】
変位検出信号取得部８１は、検出器１８から出力された変位検出信号を取り込むインターフェースである。変位検出信号取得部８１は、信号入力端子であってもよいし、通信インターフェースであってもよい。検出器１８から出力された変位検出信号は、変位検出信号取得部８１を介して形状測定データ生成部８３へ送られる。
【００７６】
形状測定データ生成部８３は、変位検出信号取得部８１を介して取得した変位検出信号に基づき、ワークＷの表面形状を示す形状測定データを生成する。
【００７７】
形状測定データ生成部８３にて生成された形状測定データは、記憶部８５に記憶される。
【００７８】
重量検出信号取得部８２は、重量計２４から出力された重量検出信号を取り込むインターフェースである。重量検出信号取得部８２は、信号入力端子であってもよいし、通信インターフェースであってもよい。重量計２４から出力された重量検出信号は、重量検出信号取得部８２を介して測定力検出データ生成部８４へ送られる。
【００７９】
測定力検出データ生成部８４は、重量検出信号取得部８２を介して取得した重量検出信号に基づき、ワークＷに作用する測定力を示す測定力検出データを生成する。測定力検出データ生成部８４と形状測定データ生成部８３の並行処理又は並列処理により、実質的に同時に、測定力検出データと形状測定データとが得られる。測定力検出データ生成部８４にて生成された測定力検出データは、記憶部８５に記憶される。
【００８０】
記憶部８５は、形状測定データ記憶部８５Ａと、測定力検出データ記憶部８５Ｂとを含む。形状測定データ記憶部８５Ａは、形状測定データを記憶する記憶領域である。測定力検出データ記憶部８５Ｂは、測定力検出データを記憶する記憶領域である。また、記憶部８５は、解析処理部８７による計算結果を記憶する記憶領域を含む。
【００８１】
測定力異常検出部８６は、測定中に重量計２４で検出された測定力検出データを基に、測定力の異常を検出する。例えば、測定力異常検出部８６は、重量計２４で検出された測定力が予め定められた基準の測定力の許容範囲内に収まっているか否かを判定し、許容範囲を下回る又は上回る測定力が検出された場合に、測定力が異常であると判定する。
【００８２】
測定力異常検出部８６は、測定力の異常を検出した場合に、解析処理部８７に対して、異常箇所に対応する形状測定データを計算から除外することを指令する信号（計算除外指令信号）を出力する。解析処理部８７は、測定力異常検出部８６からの計算除外指令信号に従い、測定力の異常が検出された箇所に対応する形状測定データを計算から除外して、データ解析を行うことができる。
【００８３】
また、測定力異常検出部８６は、測定力の異常を検出した場合に、測定のやり直しを指令する再測定指令信号を出力してもよい。再測定指令信号は、データ出力部８９を介して制御装置３０（図２参照）に送られる。制御装置３０は、再測定指令信号に従い、再測定を実施し得る。
【００８４】
解析処理部８７は、形状測定データのデータ解析を行う演算処理部である。解析処理部８７は、記憶部８５に記憶された形状測定データを基に、例えば、粗さ曲線、断面曲線、うねり曲線などの輪郭曲線、負荷曲線、確率密度関数、算術平均粗さ、最大高さ、最大山高さ、最大谷深さ、平均高さ、二乗平均平方根高さ、二乗平均平方根傾斜など、様々なパラメータを求めることができる。解析処理部８７による計算結果は、記憶部８５に記憶される。
【００８５】
表示制御部８８は、表示装置２８による表示内容を示す信号を生成する。解析処理部８７による計算結果は、表示制御部８８を介して表示装置２８に表示させることができる。また、測定力検出データ記憶部８５Ｂに記憶した測定力の情報は、表示制御部８８を介して表示装置２８に表示させることができる。例えば、表示装置２８には、図４に示したようなグラフＧ１、Ｇ２を同時に又は選択的に表示させることができる。グラフＧ１とグラフＧ２を対応付けて表示させることにより、ユーザは、測定形状のデータの妥当性を確認することができる。表示装置２８は「測定結果出力部」の一例である。また、図４の上段に示したグラフＧ１は「第１グラフ」の一例である。図４の下段に示したグラフＧ２は「第２グラフ」の一例である。
【００８６】
データ出力部８９は、データ処理装置３２の外部に各種のデータを出力するための出力インターフェースである。データ出力部８９は、通信インターフェースであってもよいし、信号出力端子であってもよい。データ処理装置３２は、データ出力部８９を介して制御装置３０（図２参照）と接続される。
【００８７】
また、データ処理装置３２は、データ出力部８９を介して図示せぬプリンタと接続されてもよい。さらに、データ出力部８９は、図示せぬメモリカードなどの外部記憶メディアが装着されるメディアインターフェースを含んでもよい。
【００８８】
データ出力部８９を通じて外部に出力されるデータには、例えば、解析処理部８７による計算結果を含む測定結果の情報、測定力検出データ、再測定指令信号などがあり得る。
【００８９】
図１１において、データ処理装置３２に搭載される変位検出信号取得部８１、重量検出信号取得部８２、形状測定データ生成部８３、測定力検出データ生成部８４、記憶部８５、及び測定力異常検出部８６を含む回路の構成は、測定中に測定力をリアルタイムで監視する測定力監視部９０として機能する。測定力監視部９０は、ワークＷと検出器１８の相対移動の動作期間中に、重量計２４から得られる情報を基に測定力を監視する。データ処理装置３２は、「検出器が検出した変位を示す変位検出信号と、重量計が検出した測定力を示す重量検出信号とを同時に取得する信号処理装置」の一例である。
【００９０】
《表面形状測定装置１０の動作例１》
図１２は、表面形状測定装置１０による測定処理の流れの第１例を示すフローチャートである。
【００９１】
まず、オペレータ（ユーザ）は、重量計２４の上にワークＷを載置する（ステップＳ１０１）。ワークＷを重量計２４に載せる作業は、ハンドリングロボットなどを利用して自動化されてもよい。
【００９２】
その後、ワークＷの重量をキャンセルするために、重量計２４の値を０リセットする（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の処理は、ユーザの操作に基づいて実施されてもよいし、データ処理装置３２及び／又は制御装置３０において自動的に実施されてもよい。
【００９３】
次に、ユーザが入力した情報に基づき、又はプログラムによる自動設定により、測定条件を設定する（ステップＳ１０３）。
【００９４】
測定の準備が整った後、制御装置３０は、形状測定を開始する（ステップＳ１０４）。
【００９５】
データ処理装置３２は、重量計２４から重量検出信号を取得すると共に（ステップＳ１１０）、検出器１８から変位検出信号を取得する（ステップＳ１２０）。
【００９６】
データ処理装置３２は、重量計２４から取得した重量検出信号から測定力検出データを生成し、記憶部８５に記憶する（ステップＳ１１１）。また、データ処理装置３２は、検出器１８から取得した変位検出信号から形状測定データを生成し、記憶部８５に記憶する（ステップＳ１２１）。
【００９７】
データ処理装置３２は、測定力検出データに示される測定力が異常であるか否かを判定し（ステップＳ１１２）、異常が検出されなければ、ステップＳ１２６に移行する。
【００９８】
ステップＳ１２６において、データ処理装置３２は、指定された測定長さの形状測定が終了したか否かを判定する。指定された測定長さの形状測定が未完了である場合（ステップＳ１２６にてＮｏ）、ステップＳ１１０及びステップＳ１２０に戻って、測定が継続される。
【００９９】
ステップＳ１１２において、測定力の異常が検出されると、データ処理装置３２は、さらに、瞬間的な異常であるか、継続的な異常であるかの判定を行う（ステップＳ１１３）。ステップＳ１１３において「瞬間的異常」であると判定された場合には、ステップＳ１２６に進み、測定を続ける。
【０１００】
その一方、ステップＳ１１３において「継続的異常」であると判定された場合は、ステップＳ１４に進み、測定力の自動調節制御を行う。制御装置３０は、測定力検出データを用いて測定力を所定の許容範囲（例えば、±１０％以内）に収めるように測定力調整機構のフィードバック制御を行う。
【０１０１】
指定された測定長さの形状測定が終了するまで、ステップＳ１１０〜ステップＳ１２６のステップが繰り返される。
【０１０２】
指定された測定長さの形状測定が終了すると（ステップＳ１２６にてＹｅｓ）、データ処理装置３２は、得られた形状測定データの解析処理を行う（ステップＳ１２７）。
【０１０３】
図１３は、解析処理（ステップＳ１２７）の流れを示すフローチャートである。
【０１０４】
データ処理装置３２は、ステップＳ２０１において、測定力検出データを基に、測定力の異常箇所が存在するか否かの判定を行う。異常な箇所が存在しなければ、ステップＳ２０４に移行して、形状測定データを解析する。
【０１０５】
その一方で、ステップＳ２０１の判定結果がＹｅｓの場合、つまり測定力が異常である箇所が存在する場合には、ステップＳ２０２に移行する。
【０１０６】
ステップＳ２０２において、データ処理装置３２は、形状測定データと測定力検出データとを照合し、異常箇所の形状測定データを計算から除外する処理を行う（ステップＳ２０３）。その後、ステップＳ２０４に移行して、形状測定データを解析する。ステップＳ２０４の処理は、図１１で説明した解析処理部８７によって行われる。
【０１０７】
そして、データ処理装置３２は、解析処理部８７による計算結果を記憶部８５に記憶し表示装置２８等への出力を行う。
【０１０８】
ステップＳ２０５の後、図１２のフローチャートに復帰して、測定処理を終了する。
【０１０９】
《表面形状測定装置１０の動作例２》
図１４は、表面形状測定装置１０による測定処理の流れの第２例を示すフローチャートである。図１４において、図１３に示したフローチャートと共通するステップには同一のステップ番号を付し、重複する説明は省略する。図１３との相違点を説明する。
【０１１０】
図１４に示すフローチャートは、ステップＳ１１３の判定結果が「瞬間的異常」であった場合に、再測定（ステップＳ１１５）の動作に移行するステップを含む。
【０１１１】
ステップＳ１１５の再測定は、測定開始位置に戻って、又は、測定開始位置を変更して、最初から測定をやり直してもよいし、異常が検出された箇所よりもすこし手前の途中の測定位置に戻って、測定を部分的にやり直してもよい。
【０１１２】
なお、最初から測定をやり直す場合には、測定力を変更するなど、測定条件を変更してから再測定を実施してもよい。
【０１１３】
図１４に示すフローチャートにおける解析処理（ステップＳ１２７）は、図１３のフローチャートを実施してもよいし、図１３のフローチャートのステップＳ２０１〜Ｓ２０３を省略して、ステップＳ２０４及びＳ２０５を実施してもよい。
【０１１４】
《表面形状測定装置１０の動作例３》
図１５は、表面形状測定装置１０による測定処理の流れの第３例を示すフローチャートである。図１５において、図１３に示したフローチャートと共通するステップには同一のステップ番号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１５】
図１５に示す例では、ステップＳ１１１及びステップＳ１２１にて測定力検出データと形状測定データを生成後、ステップＳ１２６に進み、指定された測定長さ分の測定を遂行する。
【０１１６】
そして、指定された測定長さ分の形状測定データをすべて取得して、ステップＳ１２６の判定がＹｅｓ判定となった後に、ステップＳ１３０に移行して、測定力の異常箇所が存在するか否かの判定を行う。
【０１１７】
データ処理装置３２は、ステップＳ１３０にて測定力が異常な箇所が存在すると判定した場合（ステップＳ１３０にてＹｅｓ）、再測定の動作に移行する（ステップＳ１３１）。ここでの再測定の動作は、ステップＳ１０４に戻って、最初から測定をやり直す。或いは、再測定の動作は、ステップＳ１０３に戻って、測定条件を設定し直してもよい。
【０１１８】
データ処理装置３２は、ステップＳ１３０にて測定力が異常な箇所が存在しない判定した場合（ステップＳ１３０にてＮｏ）、解析処理（ステップＳ１３２）を実施する。ステップＳ１３２の解析処理は、図１３のフローチャートにおけるステップＳ２０１〜Ｓ２０３を省略して、ステップＳ２０４及びＳ２０５を実施すればよい。
【０１１９】
《表面形状測定装置１０の利点》
本発明の実施形態に係る表面形状測定装置１０によれば、次のような利点がある。
【０１２０】
（１）重量計によって検出される測定力の情報を基に、測定子の跳ねや衝突、外乱、若しくは、測定子の撓みなどの影響による測定力の異常を検出することができる。
【０１２１】
（２）測定力が異常な箇所を形状測定データと照合し、異常箇所の形状測定データを自動で計算から除外して、適切な測定結果を得ることが可能になる。
【０１２２】
（３）また、測定力の異常が検出された場合に、再測定を実施したり、若しくは、測定条件を変えて再測定を実施したりすることもできる。
【０１２３】
（４）重量計によって検出される測定力の情報を基に、ワークの異常であるか、外乱等による影響であるのかを自動で切り分けることができる。
【０１２４】
《変形例１》
上述した実施形態では、測定子２０が下向きの触針を有し、ワークＷに対して重力方向に向かって測定力が作用する例を説明したが、重量計２４は、測定力を検出できればよく、例えば、測定子が上向きで、ワークの下面を測定する場合や、筒型のワークにおける内周面の上側の面（天面）を測定する場合などに対しても、本開示の技術は有効である。その場合、ワークに作用する測定力は、重力方向と逆方向の上向きの力となるため、重量計２４の重量検出信号から、重力方向と逆方向に働く力を読み取ることになる。
【０１２５】
《変形例２》
重量計２４によって検出される測定力の情報から、測定子２０の撓み量を算出し、測定子２０の撓み量を測定子２０の変位量に変換して、変位検出信号の値（測定値）を補正してもよい。
【０１２６】
《変形例３》
重量計２４によって検出される測定力の情報を処理する手段は、表面形状測定装置１０に具備されるデータ処理装置（信号処理装置）に限らず、表面形状測定装置とは別に構成される外部処理装置（外付けの外部装置）であってもよい。例えば、重量計２４の重量検出信号を外付けの外部装置に出力して、外部装置で測定力検出データの生成、記憶、測定力の異常検出、形状測定データの解析などの各種の処理を実施してもよい。
【０１２７】
《他の応用例》
本発明は、表面粗さ測定装置に限らず、輪郭形状測定装置、真円度測定装置、及び三次元座標測定装置など、各種の表面形状測定装置に適用可能である。本明細書において「表面形状測定装置」という用語は、表面粗さ測定装置、輪郭形状測定装置、真円度測定装置、及び三次元座標測定装置など、各種装置の概念を含む。また、表面粗さ測定装置或いは輪郭形状測定装置という用語は、表面粗さと輪郭形状を同時に測定可能な表面粗さ及び輪郭形状統合測定装置、並びに、表面粗さ又は輪郭形状を選択的に測定可能な表面粗さ／輪郭形状複合測定装置の概念を含む。
【０１２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１２９】
１０…表面形状測定装置
１２…ベース
１４…コラム
１６…駆動部
１８…検出器
２０…測定子
２２…入力装置
２４…重量計
２６…入力装置
２８…表示装置
３０…制御装置
３２…データ処理装置
５０…電磁式重量計
５３…フォースコイル
５４…磁石
６０…ロードセル式重量計
６２…起歪体
６３…歪みゲージ
７０…音叉式重量計
７３…音叉振動子
８３…形状測定データ生成部
８４…測定力検出データ生成部
８５…記憶部
８６…測定力異常検出部
８７…解析処理部
９０…測定力監視部
【図１】
2019168356.tif 000003
【図２】
2019168356.tif 000004
【図３】
2019168356.tif 000005
【図４】
2019168356.tif 000006
【図５】
2019168356.tif 000007
【図６】
2019168356.tif 000008
【図７】
2019168356.tif 000009
【図８】
2019168356.tif 000010
【図９】
2019168356.tif 000011
【図１０】
2019168356.tif 000012
【図１１】
2019168356.tif 000013
【図１２】
2019168356.tif 000014
【図１３】
2019168356.tif 000015
【図１４】
2019168356.tif 000016
【図１５】
2019168356.tif 000017