(57)【要約】【課題】  被測定物と測定用プローブの先端部の形状データ及び物理特性を考慮して、測定用プローブの接触荷重の制御を最適な条件に設定可能とした形状測定装置を提供すること。【解決手段】  測定用プローブ１の押し込み量を測定する変位測定手段と、測定用プローブ１の押し込み量と接触荷重との関係を記憶する接触荷重記憶手段と、被測定物並びに測定用プローブ１の先端部の形状データ及び物理定数を記憶する物理情報記憶手段と、記憶した形状データ及び物理定数から測定用プローブ１の接触荷重とその接触荷重の許容範囲を算出する接触荷重演算手段と、接触荷重記憶手段に記憶した測定用プローブ１の押し込み量と接触荷重の関係に基づき、測定用プローブ１の接触荷重が接触荷重演算手段で算出された接触荷重とその接触荷重の許容範囲に入るよう、測定用プローブ１の押し込み量を制御する制御機構８を備えていること。【選択図】  図１
2008241571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定用プローブと、
前記測定用プローブの押し込み量を測定する変位測定手段と、
前記測定用プローブに加わる接触荷重と前記押し込み量との関係を記憶する接触荷重記憶手段と、
被測定物並びに前記測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数を記憶する物理情報記憶手段と、
前記物理情報記憶手段に記憶された前記形状データ及び物理定数とから、前記測定用プローブの接触荷重と該接触荷重の許容範囲とを算出する接触荷重演算手段と、
前記接触荷重記憶手段に記憶された前記測定用プローブの押し込み量と前記接触荷重との関係に基づいて、前記測定用プローブの接触荷重が前記接触荷重演算手段によって算出された接触荷重と該接触荷重の許容範囲に入るように、前記測定用プローブの押し込み量を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
被測定物の表面に所定の接触荷重で測定用プローブを接触させ、走査した位置での表面形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係を測定して、該測定データを接触荷重記憶手段に記憶する工程と、被測定物並びに前記測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数を物理情報記憶手段に記憶する工程と、前記接触荷重記憶手段に記憶された被測定物並びに前記測定用プローブの形状データ及び物理定数とから前記測定用プローブの接触荷重と該接触荷重の許容範囲とを算出する工程と、前記接触荷重記憶手段に記憶された前記測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係に基づいて、前記測定用プローブの接触荷重が前記接触荷重演算手段で算出された接触荷重と該接触荷重の許容範囲に入るように、前記測定用プローブの押し込み量を制御する工程とからなることを特徴とする形状測定装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触式の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の形状を測定するための接触式の形状測定装置としては、例えば特許文献１に記載されている。ここで、図６は同公報に記載された形状測定装置の構成を示した図である。
【０００３】
この形状測定装置は、測定用プローブ１０１と、光学式変位計１０２と、レーザ測長器１０４と、接触荷重測定手段１０５で構成されている。ここで、測定用プローブ１０１は、図６に示すように、被測定物の形状を測定するための触針子１００を有する。光学式変位計１０２は、測定用プローブ１０１の押し込み量（以下、押し込み量とは測定用プローブの変位のことを意味する）を測定する。レーザ測長器１０４は、各軸における測定用プローブ１０１の位置を測定する。接触荷重測定手段１０５は、測定用プローブ１０１の接触荷重の測定を行う。
【０００４】
この形状測定装置では、接触荷重制御により、被測定物に対して測定用プローブ１０１の接触荷重を一定にした状態で、形状を測定することができるので、測定精度を向上させることができる。
【０００５】
ここで、被測定物に対する測定用プローブ１０１の接触荷重が大きくなりすぎると、被測定物の弾性変形が大きくなり、正確な形状を測定することができない。また、場合によっては、被測定物の表面に傷をつけてしまう可能性が出てくる。
このような場合には、接触荷重を極力一定に保つために、測定用プローブの押し込み量の制御を行うサーボ機構の制御を厳密に行うことが考えられる。すなわち、測定用プローブの被測定物に対するロバスト性を向上させて、どんな被測定物に対しても接触荷重が一定となる条件で測定できるようにすることが考えられる。
【特許文献１】特開２００４−１０８９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、このようにロバスト性を向上させた測定用プローブでは、被測定物によらず、測定用プローブの押し込み量の制御を厳密に行うために、過剰なサーボ制御による振動ノイズが測定結果に乗りやすくなって測定精度が悪化するという問題が発生する。また、被測定物によらず、測定スピードが制限されるなど測定条件に制約が生じる。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定スピードや測定精度を向上させることができる形状測定装置及び形状測定装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、測定用プローブと、
前記測定用プローブの押し込み量を測定する変位測定手段と、前記測定用プローブに加わる接触荷重と前記押し込み量との関係を記憶する接触荷重記憶手段と、被測定物並びに前記測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数を記憶する物理情報記憶手段と、
前記物理情報記憶手段に記憶された前記形状データ及び物理定数とから、前記測定用プローブの接触荷重と該接触荷重の許容範囲とを算出する接触荷重演算手段と、
前記接触荷重記憶手段に記憶された前記測定用プローブの押し込み量と前記接触荷重との関係に基づいて、前記測定用プローブの接触荷重が前記接触荷重演算手段によって算出された接触荷重と該接触荷重の許容範囲に入るように、前記測定用プローブの押し込み量を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、被測定物の表面に所定の接触荷重で測定用プローブを接触させ、走査した位置での被測定物の表面形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係を測定して、該測定データを接触荷重記憶手段に記憶する工程と、被測定物並びに前記測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数を物理情報記憶手段に記憶する工程と、前記接触荷重記憶手段に記憶された被測定物並びに前記測定用プローブの形状データ及び物理定数とから前記測定用プローブの接触荷重と該接触荷重の許容範囲とを算出する工程と、前記接触荷重記憶手段に記憶された前記測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係に基づいて、前記測定用プローブの接触荷重が前記接触荷重演算手段で算出された接触荷重と該接触荷重の許容範囲に入るように、前記測定用プローブの押し込み量を制御する工程とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法では、被測定物や測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数から、被測定物に合わせた最適な接触荷重及び接触荷重の許容範囲を算出している。そしてその算出結果を利用して、測定用プローブの押し込み量と押し込み量の制御範囲の最適な制御が可能となる。そのため本発明の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法によれば、測定用プローブの追随性が最適化されるので、測定スピードや測定精度を上げることができる。
【実施例１】
【００１１】
次に、図面に基づいて、本発明の一実施例を説明する。
図１は本発明の形状測定装置の側面図である。図２は本発明中の制御手段と接触荷重演算手段であるコンピュータとの関係を示すブロック図である。図３はコンピュータの内部構成を示すブロック図である。図４は測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係を示すグラフである。図５は本発明の形状測定装置の制御方法の動作を示すフローチャートである。
【００１２】
本発明の形状測定装置は、図１に示すように、測定用プローブ１と、自重キャンセル機構２と、サーボモータ３と、測長部４と、検出部５と、ＸＹ移動機構６と、圧力センサ７と、制御機構８と、コンピュータ９とで構成されている。
【００１３】
測定用プローブ１は、被測定物の形状を測定するための接触部を有している。自重キャンセル機構２は、プローブの自重をキャンセルするためのもので、例えば板ばねが用いられる。サーボモータ３は、ボールねじを介して検出軸のＺ軸方向に、測定用プローブ１を動かす。測長手段である測長部４は、Ｚ軸方向における測定用プローブ１の位置を測定する。検出手段である検出部５は、測定用プローブ１の押し込み量を測定するもので、例えばリニアスケールで構成されている。制御手段であるＸＹ移動機構６は、被測定物をＺ軸と直交したＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させる。圧力センサ７は、測定用プローブ１の接触荷重を測定するもので、ＸＹ移動機構６に着脱自在になっている。従って、圧力センサ７は、測定用プローブ１の押し込み量と接触荷重との関係を測定する時のみに使用され、形状測定の邪魔になる場合は、ＸＹ移動機構６から取り外される。制御機構８は、測定用プローブ１の位置をサーボ制御するための制御手段である。
また、図２に示すようにコンピュータ９には、検出部５、測長部４、圧力センサ７とが接続されている。そして、各構成要素から信号がコンピュータ９に入力される。また、制御機構８、ＸＹ移動機構６も接続され、コンピュータ９から制御信号を送ることができるようになっている。
【００１４】
また、コンピュータ９は、接触荷重算出手段としての機能を有すると共に、接触荷重記憶手段である接触荷重記憶部と、物理情報記憶手段である物理情報記憶部を有している。
【００１５】
接触荷重記憶部は、測定用プローブ１の押し込み量と圧力センサ７の出力値である接触荷重との関係をデータとして入力して記憶する。接触荷重記憶部に記憶されるデータの一例を図４（ａ）に示す。なお、ここに記憶されるデータは実測されたデータでも、線形近似および多項式近似されたデータでもよい。
【００１６】
また、物理情報記憶部は、被測定物と測定用プローブ１の先端部に関して、形状データや物理定数を記憶している。物理定数記憶部に記憶される内容は、例えば、被測定物のヤング率やポアソン比、ビッカース硬度、降伏圧力、摩擦係数、面形状の設計式などの物理定数である。また、測定用プローブ１の先端部の形状の設計式や、ヤング率、ポアソン比、ビッカース硬度、降伏応力、摩擦係数などの物理定数も入力して記憶させることができる。また、物理情報記憶部は、複数の被測定物や測定用プローブの物理情報を保存できることは言うまでもない。
【００１７】
また、コンピュータ９は、物理情報記憶部に記憶されたデータ及び物理定数を利用して、接触荷重とその接触荷重の許容範囲を算出する。例えば、コンピュータ９は、一般的なヘルツの接触公式から、被測定物の弾性変形限界内に収まる接触荷重とその接触荷重の許容範囲を算出する。あるいは、測定中に被測定物が塑性変形を起こし、傷が付いたりすることを防止するために、被測定物に最適な接触荷重とその接触荷重の許容範囲を算出する。なお、弾性変形限界とは、被測定物が塑性変形を生じる直前の状態のことである。また、弾性変形限界内とは、被測定物が塑性変形を生じない状態のことである。
【００１８】
また、コンピュータ９は、測定用プローブ１の押し込み量とその押し込み量の最適な制御範囲を決定する。この決定は、算出された最適な接触荷重とその接触荷重の許容範囲と、接触荷重記憶部に記憶された測定用プローブ１の押し込み量と接触荷重との関係に基づいて行われる。そして、この決定に基づいて、制御機構８がサーボモータ３へ駆動信号を送り、測定用プローブ１の押し込み量の制御を行う。
【００１９】
以下にコンピュータ９での計算内容について数式を使って、上記決定の詳細を説明する。
【００２０】
まず、初期条件として、被測定物における弾性変形の許容値を設定する。例えば、被測定物を弾性変形限界内で測定するという条件や、弾性変形量を１０ｎｍ以下まで許容するという条件などの、数値的な計算条件を設定する。
【００２１】
この他に初期条件として、被測定物と測定用プローブの摩擦についての条件や、原子の違いによる原子間力の制御方法についての条件を設定した場合は、それに適する一般的に知られている物理公式を用いればよい。
【００２２】
次に、測定用プローブ１の接触荷重とその接触荷重の許容範囲の算出を行う。ここでは一般的なヘルツの接触公式を利用して説明する。はじめに、測定用プローブと被測定物のヤング率等の各係数を次のように表記する。
【００２３】
測定用プローブの先端部の物理定数と形状については、以下のとおりである。
Ｅ1 ：ヤング率
ν1 ：ポアソン比
Ｒ1 ：設計半径
【００２４】
また、被測定物の物理定数と形状については、以下のとおりである。
Ｅ2 ：ヤング率
ν2 ：ポアソン比
Ｒ2 ：設計半径
σy2：降伏応力
【００２５】
そして、計算される接触荷重等を次のように表記する。
Ｗ: 接触荷重
Ｐmax : 理論最大接触荷重
Ｐ: 理論接触荷重
τmax ：最大せん断応力    （τmax ＝σy2／２）
δ：弾性変形量
ａ：接触領域の半径
【００２６】
ヘルツの接触公式により計算すると、以下のようになる。
ａ＝｛３／４・Ｗ［（１−ν1２）／Ｅ1 ＋（１−ν2２）／Ｅ2 ］×
［（Ｒ1 ・Ｒ2 ）／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）］｝１／３     ・・・（１）
Ｐmax ＝３Ｗ／（２πａ２ ）      ・・・（２）
Ｐ＝Ｐmax ×（１−ｘ２ ／ａ２ ）１／２       ・・・（３）
δ＝｛９／１６・Ｗ２ ［（１−ν1２）／Ｅ1 ＋（１−ν2２）／Ｅ2 ］２ ×
［（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）／（Ｒ1 ・Ｒ2 ）］｝１／３     ・・・（４）
τmax ＝Ｓ×Ｐmax         ・・・（５）
なお、（５）式において
Ｓ＝０．６１４−０．２３４×（１＋ν2 ）
である。
【００２７】
ここで、被測定物がプラスチックのような軟硝材だとする。このような軟硝材では、測定の際に測定用プローブの接触荷重により、表面が傷付けられる可能性がある。そこで、このような場合、次の計算条件により測定用プローブの接触荷重とその接触荷重の許容範囲が決定される。
【００２８】
弾性変形領域内での測定用プローブの接触荷重とその接触荷重の許容範囲の計算を行う際の条件は次のとおりである。
τmax ≦σy2／２
（５）式より
Ｐmax ＝τmax ／Ｓ
∴  Ｐmax ≦σy2／（２Ｓ）
となる。
【００２９】
また、
Ａ＝（１−ν1２）／Ｅ1 ＋（１−ν2２）／Ｅ2 
Ｂ＝（Ｒ1 ・Ｒ2 ）／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）
とすると、（２）式より
Ｐmax ＝３Ｗ／（２πａ２ ）
であるから、（１）式より
３Ｗ＝Ｐmax ×２π×（（３／４）・Ｗ・Ａ・Ｂ）２／３
３Ｗ／Ｗ２／３ ＝Ｐmax ×２π×（（３／４）・Ａ・Ｂ）２／３
３（Ｗ）１／３ ＝Ｐmax ×２π×（（３／４）・Ａ・Ｂ）２／３
Ｗ＝［（２π／３）×Ｐmax ×（（３／４）・Ａ・Ｂ）２／３ ］３
となる。
【００３０】
さらに、Ｗに対して安全係数ｋと、余裕接触荷重（安全接触荷重）Ｗs を考慮すると実際の接触荷重Ｗk は、次式で計算される。
Ｗk ＝ｋＷ±Ｗs     ・・・（６）
ここで余裕接触荷重（安全接触荷重）Ｗs は、理論値と実測値とをより一致させるための補助的なパラメータである。余裕接触荷重（安全接触荷重）Ｗs は、被測定物を実測して傷が付いたり、不具合が生じた場合に、経験的な値を設定する。この余裕接触荷重（安全接触荷重）Ｗs は、通常はゼロでよい。
【００３１】
次の例は、初期条件として、例えば被測定物の弾性変形量を１０ｎｍ以下とした例である。この例における測定用プローブ１の接触荷重とその接触荷重の許容範囲を決める方法について、以下に説明する。
【００３２】
被測定物の弾性変形量をδ、その許容量をΔδとすると、
（４）式より
δ＝｛９／１６・Ｗ２ ［（１−ν1２）／Ｅ1 ＋（１−ν2２）／Ｅ2 ］２ ×
［（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）／（Ｒ1 ・Ｒ2 ）］｝１／３
となる。
【００３３】
ここで、
Ａ＝（１−ν1２）／Ｅ1 ＋（１−ν2２）／Ｅ2 
Ｂ＝（Ｒ1 ・Ｒ2 ）／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）
とすると
δ＝（（９／１６）・Ｗ２ ・Ａ２ ／Ｂ）１／３
δ／Ｗ２／３ ＝（（９／１６）・Ａ２ ／Ｂ）１／３
１／Ｗ２／３ ＝［（（９／１６）・Ａ２ ／Ｂ）１／３ ］／δ
Ｗ＝［δ／（（９／１６）・Ａ２ ／Ｂ）１／３ ］３／２
となる。
【００３４】
ここで、弾性変形量がΔδだけ変化したときの接触荷重Ｗの許容量をΔＷとすると、上式は、
Ｗ±ΔＷ＝［（δ±Δδ）／（（９／１６）・Ａ２ ／Ｂ）１／３ ］３／２
となる。
【００３５】
以上より、接触荷重とその接触荷重の許容範囲は
Ｗ±ΔＷ  として求まる。
【００３６】
次に、測定用プローブの押し込み量とその押し込み量の制御範囲を決定する方法について説明する。
【００３７】
測定用プローブの押し込み量とその押し込み量の制御範囲は、例えば図４（ａ）に示すような接触荷重記憶部に記憶された測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係と、コンピュータ９で算出された接触荷重とその接触荷重の許容範囲の結果から決定する。
【００３８】
例えば、算出された接触荷重が５０ｍｇｆでその接触荷重の許容範囲が±１０ｍｇｆである場合には、図４（ｂ）に示すように、測定用プローブの押し込み量はＬ１ｍｍで、押し込み量の制御範囲は±△１ｍｍとなる。また、接触荷重２０ｍｇｆでその接触荷重の許容範囲が±５ｍｇｆである場合には、図４（ｃ）に示すように、測定用プローブの押し込み量はＬ２ｍｍで、その押し込み量の制御範囲は±△２ｍｍとなる。
【００３９】
次に、決定された測定用プローブの押し込み量とその押し込み量の制御範囲を、制御機構８に制御信号として送る。制御機構８では、この制御信号をもとに、サーボモータ３の移動量と、制御パラメータ（例えば、サーボ制御ループにおける位置ループゲインや速度ループゲイン）を設定する。この設定に基づき、サーボモータ３を駆動し、測定用プローブ１を被測定物に押し込み量Ｌ１ｍｍ（図４（ｂ）の場合）で接触させることができる。また、測定中は、押し込み量の変化が±△１ｍｍ内となるように、測定用プローブ１を制御する。
【００４０】
本実施例によれば、被測定物の弾性変形量を考慮して、測定用プローブの押し込み量とその押し込み量の制御範囲を決定している。そのため、被測定物の硬度に応じて、測定用プローブの押し込み量を適切に設定すると共に、その押し込み量の制御範囲も適切に設定できる。これにより、測定用プローブの追随性が最適化されるので、測定スピードを上げることができる。また、押し込み量の制御範囲を適切に設定できるので、過剰なサーボ制御による振動ノイズを低減できる。
【００４１】
また、ここでいうサーボとはクローズドループ制御でなくてもよく、例えばパルスモータなどを用いたオープンループ制御などであってもよい。
【実施例２】
【００４２】
次に、本発明の形状測定装置の制御方法を実施例１で用いた図１〜４及び図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４３】
［ステップＳ０１］
まず、被測定物並びに測定用プローブの先端部の形状データ及び物理定数を入力して、式（６）に従い、接触荷重とその接触荷重の許容範囲を算出する。
また、被測定物の接触荷重が既知である場合には、その接触荷重とその接触荷重の許容範囲を入力する。
【００４４】
次に、測定用プローブ１の押し込み量と接触荷重との関係を測定して、接触荷重記憶手段に記憶させる工程に移る。
【００４５】
［ステップＳ０２］
まず、測定用プローブ１を測定装置の上端に移動する。そして、測定用プローブ１の下に位置するＸＹ移動機構６の上に圧力センサ７を配置する。
【００４６】
［ステップＳ０３］
測定用プローブ１を圧力センサ７に接触するまで下に下げる。測定用プローブ１が圧力センサ７に接触したか否かの判別は、測定用プローブ１に設けられた検出部からの検出結果により判断する。測定用プローブ１が圧力センサ７に接触するまで、検出部５はゼロを示しているが、接触後は測定用プローブ１の押し込み量を示す。
【００４７】
［ステップＳ０４］
測定用プローブ１が圧力センサ７に接触後、ここから測定用プローブ１の押し込み量と圧力センサ７の出力値を、コンピュータ９内にある接触荷重記憶部に記憶させる。記憶させるデータは、測定用プローブ１をさらに押し込んだときの押し込み量と、その位置での圧力センサ７の出力値である。
【００４８】
ここで、測定用プローブ１をある一定の位置まで押し込むと、自重キャンセル機構の限界のストロークとなるので、ここで、接触荷重記憶部に記憶する手順を終了する。なお、この測定用プローブ１の押し込み量と接触荷重とを測定して記憶するための工程は、測定装置の立ち上げ時や、測定用プローブを変更した際に行えばよく、測定毎に行う必要はない。
【００４９】
［ステップＳ０５］
測定用プローブ１の押し込み量と接触荷重の測定データの記憶が完了した後は、被測定物に最適な測定用プローブ１の押し込み量とその押し込み量の制御範囲を決定する。この決定は、ステップＳ０１の結果とステップＳ０４の結果を用いて決定する。
【００５０】
例えば、被測定物の接触荷重が５０ｍｇｆでその接触荷重の制御範囲が±１０ｍｇｆの制御が必要な場合は、図４（ｂ）に示す測定用プローブ１の押し込み量とその押し込み量の制御範囲が測定条件を満たすものであるということがコンピュータ９で判断される。また、被測定物の接触荷重が２０ｍｇｆでその接触荷重の制御範囲が±５ｍｇｆの制御が必要な場合は、図４（ｃ）に示す測定用プローブ１の押し込み量とその押し込み量の制御範囲が測定条件を満たすものである。
次に、測定用プローブ１を測定装置の上部に移動し、ＸＹ移動機構６の上に設置した圧力センサ７を外して、代わりに被測定物（図示せず）を設置する。
【００５１】
［ステップＳ０６］
被測定物を設置後、測定用プローブ１を接触させて測定する。この測定の際は、測定用プローブ１が、上記ステップＳ０５で算出した押し込み量とその押し込み量の制御範囲内になるように、制御機構８がサーボモータ３を駆動させる。
【００５２】
被測定物の所定の測定領域を走査したら、測定用プローブ１は退避され、被測定物の測定が完了する。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、レンズやミラー等の被測定物の表面に所定の接触荷重で測定用プローブを接触させ、走査した位置での前記測定プローブの変位を検出することによって被測定物の表面形状を測定するための接触式の形状測定装置及び形状測定装置の制御方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の形状測定装置の側面図である。
【図２】本発明の形状測定装置の制御手段と接触荷重演算手段であるコンピュータとの関係を示すブロック図である。
【図３】コンピュータの内部構成を示すブロック図である。
【図４】測定用プローブの押し込み量と接触荷重との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の形状測定装置の制御方法の動作を示すフローチャートである。
【図６】従来の形状測定装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  測定用プローブ
２  自重キャンセル機構
３  サーボモータ
４  測長部
５  検出部
６  ＸＹ移動機構
７  圧力センサ
８  制御機構
９  コンピュータ
【図１】
2008241571.tif 000003
【図２】
2008241571.tif 000004
【図３】
2008241571.tif 000005
【図４】
2008241571.tif 000006
【図５】
2008241571.tif 000007
【図６】
2008241571.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月23日(2007.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
ヘルツの接触公式により計算すると、以下のようになる。
ａ＝｛３／４・Ｗ［（１−ν12）／Ｅ1 ＋（１−ν22）／Ｅ2 ］×
［（Ｒ1 ・Ｒ2 ）／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）］｝1/3    ・・・（１）
Ｐmax ＝３Ｗ／（２πａ2）      ・・・（２）
Ｐ＝Ｐmax ×（１−ｘ2／ａ2）1/2      ・・・（３）
δ＝｛９／１６・Ｗ2［（１−ν12）／Ｅ1 ＋（１−ν22）／Ｅ2 ］2×
［（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）／（Ｒ1 ・Ｒ2 ）］｝1/3    ・・・（４）
τmax ＝Ｓ×Ｐmax         ・・・（５）
なお、（５）式において
Ｓ＝０．６１４−０．２３４×（１＋ν2 ）
である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
また、
Ａ＝（１−ν12）／Ｅ1 ＋（１−ν22）／Ｅ2 
Ｂ＝（Ｒ1 ・Ｒ2 ）／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）
とすると、（２）式より
Ｐmax ＝３Ｗ／（２πａ2）
であるから、（１）式より
３Ｗ＝Ｐmax×２π×（（３／４）・Ｗ・Ａ・Ｂ）2/3
３Ｗ／Ｗ2/3＝Ｐmax ×２π×（（３／４）・Ａ・Ｂ）2/3
３（Ｗ）1/3＝Ｐmax ×２π×（（３／４）・Ａ・Ｂ）2/3
Ｗ＝［（２π／３）×Ｐmax ×（（３／４）・Ａ・Ｂ）2/3］3
となる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
被測定物の弾性変形量をδ、その許容量をΔδとすると、
（４）式より
δ＝｛９／１６・Ｗ2［（１−ν12）／Ｅ1 ＋（１−ν22）／Ｅ2 ］2 ×
［（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）／（Ｒ1 ・Ｒ2 ）］｝1/3
となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
ここで、
Ａ＝（１−ν12）／Ｅ1 ＋（１−ν22）／Ｅ2 
Ｂ＝（Ｒ1 ・Ｒ2 ）／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）
とすると
δ＝（（９／１６）・Ｗ2 ・Ａ2 ／Ｂ）1/3
δ／Ｗ2/3 ＝（（９／１６）・Ａ2 ／Ｂ）1/3
１／Ｗ2/3 ＝［（（９／１６）・Ａ2 ／Ｂ）1/3 ］／δ
Ｗ＝［δ／（（９／１６）・Ａ2 ／Ｂ）1/3］3/2
となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
ここで、弾性変形量がΔδだけ変化したときの接触荷重Ｗの許容量をΔＷとすると、上式は、
Ｗ±ΔＷ＝［（δ±Δδ）／（（９／１６）・Ａ2 ／Ｂ）1/3］3/2
となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
例えば、算出された接触荷重が５０ｍｇｆでその接触荷重の許容範囲が±１０ｍｇｆである場合には、図４（ｂ）に示すように、測定用プローブの押し込み量はＬ1ｍｍで、押し込み量の制御範囲は±△1ｍｍとなる。また、接触荷重２０ｍｇｆでその接触荷重の許容範囲が±５ｍｇｆである場合には、図４（ｃ）に示すように、測定用プローブの押し込み量はＬ2ｍｍで、その押し込み量の制御範囲は±△2ｍｍとなる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
次に、決定された測定用プローブの押し込み量とその押し込み量の制御範囲を、制御機構８に制御信号として送る。制御機構８では、この制御信号をもとに、サーボモータ３の移動量と、制御パラメータ（例えば、サーボ制御ループにおける位置ループゲインや速度ループゲイン）を設定する。この設定に基づき、サーボモータ３を駆動し、測定用プローブ１を被測定物に押し込み量Ｌ1ｍｍ（図４（ｂ）の場合）で接触させることができる。また、測定中は、押し込み量の変化が±△1ｍｍ内となるように、測定用プローブ１を制御する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2008241571.tif 000009