(57)【要約】【課題】従来、表面性状測定機の校正では、時間と手間と熟練を要するものであった。そこで、簡便に、かつ、精密に表面性状測定機を校正する表面性状測定機の校正方法を提供する。【解決手段】基点を支点として揺動可能に支持され他端に被測定物表面を走査する測定子を有するアームを備え、被測定物の表面を測定する表面性状測定機の校正方法において、断面形状に略真円の一部を含む校正用ゲージを測定する測定工程と、校正用ゲージの中心座標を（ｘｃ、ｚｃ）とし半径をｒとした円の式に基づく評価式に測定工程にて得られた検出結果を代入する代入工程と、代入工程にて得られた評価式に基づいて各パラメータを校正する校正工程とを備える。【選択図】          図３
2004333312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基点を支点として揺動可能に支持されたアームと、前記アームの他端側に設けられ前記揺動により測定子の先端が描く円弧の略接線方向から被測定物に接触または近接する該測定子を先端に有するスタイラスと、前記測定子が前記被測定物の表面に当接あるいは近接した状態で前記アームをｘ方向に移動させる移動手段と、前記基点のｘ方向の変位を検出する第１検出手段と、前記アームの揺動によるｚ方向への変位を前記アーム上の点のｚ方向への変位量に基づいて検出する第２検出手段と、前記第１検出手段および前記第２検出手段の検出結果に対して前記揺動に起因するずれ量を補正して前記被測定物表面の測定データを得る補正演算手段とを備え、前記被測定物の表面を測定する表面性状測定機の校正方法において、
断面形状に略真円の一部を含む校正用ゲージを測定する測定工程と、
前記校正用ゲージの中心座標を（ｘｃ、ｚｃ）とし半径をｒとした円の式に基づく評価式に前記測定工程にて得られた前記第１検出手段および前記第２検出手段の検出結果を代入する代入工程と、
前記代入工程にて得られた結果に基づいて前記第２検出手段の検出結果に対する前記測定子の先端のｚ座標のゲインと共に前記ずれ量に含まれる各パラメータを校正する校正工程と、を備える
ことを特徴とした表面性状測定機の校正方法。
【請求項２】
請求項１に記載の表面性状測定機の校正方法において、
前記代入工程における前記評価式は、前記測定子の先端から前記アームの長手方向である基軸におろした垂線の足を基準点として前記基点から前記基準点までの前記アームの基軸の方向についての長さであるアーム基準長Ｌ、前記第１検出手段による検出値ｘｉ、前記第２検出手段による検出結果ｚｉ、この第２検出手段の検出結果ｚｉに対する前記測定子の先端のｚ座標のゲインｇ、前記基準点から前記測定子先端までの長さである先端補正量ｈに基づいて決定され、
前記校正工程において、既知の前記アーム基準長Ｌを与えて、前記中心座標（ｘｃ、ｚｃ）、前記半径ｒ、前記ゲインｇおよび前記先端補正量ｈを求める
ことを特徴とする表面性状測定機の校正方法。
【請求項３】
請求項２に記載の表面性状測定機の校正方法において、
前記校正工程において、前記アーム基準長Ｌの設計値に基づいて、前記中心座標（ｘｃ、ｚｃ）、前記半径ｒ、前記ゲインｇ、前記アーム基準長Ｌおよび前記先端補正量ｈを求める
ことを特徴とする表面性状測定機の校正方法。
【請求項４】
請求項１に記載の表面性状測定機の校正方法において、
前記代入工程における前記評価式は、前記基点から前記測定子の先端までの長さであるアーム基準長Ｌ、前記第１検出手段による検出値ｘｉ、前記第２検出手段による検出結果ｚｉ、この第２検出手段の検出結果ｚｉに対する前記測定子の先端のｚ座標のゲインｇ、前記基点と測定子の先端を結ぶ線を前記ｘ方向と平行にしたときの前記第２検出手段の検出結果に前記ゲインｇを乗算した値であるゼロセットずれ量ｚ０に基づいて決定され、
前記円の中心座標値（ｘｃ、ｚｃ）、前記円の半径ｒ、前記ゲインｇ、前記アーム基準長Ｌおよび前記ゼロセットずれ量ｚ０を求める
ことを特徴とする表面性状測定機の校正方法。
【請求項５】
請求項１に記載の表面性状測定機の校正方法において、
前記代入工程における前記評価式は、前記測定子の先端から前記アームの長手方向である基軸におろした垂線の足を基準点として前記基点から前記基準点までの前記アームの基軸の方向についての長さであるアーム基準長Ｌ、前記第１検出手段による検出値ｘｉ、前記第２検出手段による検出結果ｚｉ、この第２検出手段の検出結果ｚｉに対する前記測定子の先端のｚ座標のゲインｇ、前記基準点から前記測定子先端までの長さである先端補正量ｈ、前記アームの基軸を前記ｘ方向と平行にしたときの前記第２検出手段の検出結果に前記ゲインｇを乗算した値であるゼロセットずれ量ｚ０に基づいて決定され、
前記円の中心座標値（ｘｃ、ｚｃ）、前記円の半径ｒ、前記ゲインｇ、前記先端補正量ｈ、前記ゼロセットずれ量ｚ０および前記アーム基準長Ｌを求める
ことを特徴とする表面性状測定機の校正方法。
【請求項６】
請求項１から５に記載の表面性状測定機の校正方法において、
前記校正ゲージの真の形状を与えて、前記校正工程で求められた前記半径ｒとの差から前記測定子の先端形状を算出する第２校正工程を設けた
ことを特徴とする表面性状測定機の校正方法。
【請求項７】
請求項６に記載の表面性状測定機の校正方法において、
前記校正ゲージは少なくとも真円の一部を含み、前記校正ゲージの真の形状は、前記真円の半径ｒｔで表される
ことを特徴とする表面性状測定機の校正方法。
【請求項８】
請求項６に記載の表面性状測定機の校正方法において、
前記測定子の先端形状は少なくとも真円の一部を含み、前記測定子の先端形状は、前記真円の半径で表される
ことを特徴とする表面性状測定機の校正方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の表面性状測定機の校正方法をコンピュータに実行させる
ことを特徴とした表面性状測定機の校正プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の表面性状測定機の校正プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項１１】
請求項９に記載の表面性状測定機の校正プログラムを備えてコンピュータに実行させることを特徴とした表面性状測定機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面性状測定機の校正方法、表面性状測定機の校正プログラム、この校正プログラムを記録した記録媒体、および表面性状測定機に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、被測定物の表面粗さ、うねり、輪郭形状、真円度、真直度などの表面性状を測定する表面性状測定機が知られている。
表面性状測定機１は、図１に示されるように、基端３１１が揺動可能に支持されたアーム３と、このアーム３の他端に設けられ被測定物上を走査する測定子４１と、アーム３のｘ方向変位を検出する第１検出手段６と、アーム３の揺動をｚ方向変位として検出する第２検出手段７とを備えている。
ここで、第１検出手段６と第２検出手段７とは、測定子４１の座標を直接に検出するものではない。また、アーム３が円弧運動した場合には、第１検出手段６および第２検出手段７の如く変位量を検出する検出手段では捕らえられない円弧運動によるずれが生じるものである。そこで、アーム３の円弧運動によるずれ量をｘ座標についてｄｘ、ｚ座標についてｄｚとし、このｄｘ、ｄｚを第１検出手段６および第２検出手段７の検出結果に加味することにより、測定子４１の座標値を算出して被測定物表面の測定データを得る方法がとられる。
【０００３】
当然のことながら、精密な表面性状測定を行うためには、アーム３の円弧運動によるずれ量ｄｘ、ｄｚを正確に見積もらなければならない。ずれ量の見積もりが正確でない場合には、例えば、同じ被測定物表面を上り斜面として測定した場合と、下り斜面として測定した場合とで測定値が異なってくるなどの測定誤差（対称性誤差）が生じる。そこで、従来より、このずれ量の見積もりを校正する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２、３）。
【０００４】
【特許文献１】
特許公報  第３２１５３５４号公報
【特許文献２】
特許公報  第３２１５３２５号公報
【特許文献３】
特許公報  第２７２７０６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、特許文献１や特許文献２に開示される方法によると、まず、高さ寸法既知のゲージを測定してｚ方向のずれ量を校正する。そして、角度既知あるいは球のゲージを測定することにより、対称性誤差を校正することが行われる。しかしながら、ｚ方向を校正して次に対称性を校正するとなると、基準ゲージを交換して測定する必要があるので非常に時間がかかる上にそれなりの熟練を要するという問題がある。さらに、複数のゲージを繰り返し測定しなければならないため、逐次ゲージをセッティングして測定することがわずらわしいという問題がある。
【０００６】
そこで、特許文献３は、略真円とみなせるゲージを一度測定して、この測定データを円の式に当てはめる最小自乗法を適用することにより、一度の測定と計算とで校正を行える方法を提案している。しかしながら、この特許文献３においては、校正の対象としているパラメータが限定的であるために、より精密な校正を行うことができないという問題があった。
そして、近年の表面加工技術の進歩とその重要性から高度に精密化された表面性状測定機の校正方法が切望されている。
【０００７】
本発明の目的は、簡便に、かつ、精密に表面性状測定機を校正する表面性状測定機の校正方法、この校正プログラム、この校正プログラムを記録した記録媒体、および表面性状測定機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の表面性状測定機の校正方法は、基点を支点として揺動可能に支持されたアームと、前記アームの他端側に設けられ前記揺動により測定子の先端が描く円弧の略接線方向から被測定物に接触または近接する該測定子を先端に有するスタイラスと、前記測定子が前記被測定物の表面に当接あるいは近接した状態で前記アームをｘ方向に移動させる移動手段と、前記基点のｘ方向の変位を検出する第１検出手段と、前記アームの揺動によるｚ方向への変位を前記アーム上の点のｚ方向への変位量に基づいて検出する第２検出手段と、前記第１検出手段および前記第２検出手段の検出結果に対して前記揺動に起因するずれ量を補正して前記被測定物表面の測定データを得る補正演算手段とを備え、前記被測定物の表面を測定する表面性状測定機の校正方法において、断面形状に略真円の一部を含む校正用ゲージを測定する測定工程と、前記校正用ゲージの中心座標を（ｘｃ、ｚｃ）とし半径をｒとした円の式に基づく評価式に前記測定工程にて得られた前記第１検出手段および前記第２検出手段の検出結果を代入する代入工程と、前記代入工程にて得られた結果に基づいて前記第２検出手段の検出結果に対する前記測定子の先端のｚ座標のゲインと共に前記ずれ量に含まれる各パラメータを校正する校正工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、測定工程において校正用ゲージを測定し、この測定データを得る。校正用ゲージは断面に略真円の一部を有するので、この真円に対応するデータは円の式を満たすはずであり、逆に、円の式を満たすように各パラメータを校正することにより、表面性状測定機を校正することができる。そこで、代入工程において、測定工程で得られたデータを円の式に基づいた評価式に代入する。そして、校正工程では、例えば、最小自乗法により各パラメータを校正することができる。
ここで、校正工程では、校正の対象とするパラメータを複数選んで最小自乗法を適用することもできる。
【００１０】
この構成によれば、第２検出手段の検出結果に対する測定子の先端のｚ座標のゲインも合わせて求めることができる。つまり、従来は高さ寸法既知のゲージを測定してｚ方向のずれ量を校正した後、球状ゲージに交換して対称性などを校正しなければならなかったが、この構成の測定工程では、球状の校正用ゲージを一回測定するだけでよいので、例えば校正対象となるパラメータに応じて複数の校正用ゲージを測定することに比べて、簡便であり、また、短時間ですむ。そして、測定工程で得られたデータを基に自動的に例えば最小自乗法で総ての校正対象のパラメータを校正できるものとすれば、校正を行う者が校正用ゲージを取り替えたりする必要もない。よって、校正用ゲージをセッティングしさえすれば、校正者は表面性状測定機の傍にいる必要すら無く、校正者の手を煩わせることもない。
また、校正用ゲージを取り替える場合には、セッティングに生じた誤差が校正の誤差に含まれる可能性があるが、本発明では、校正用ゲージは一回だけ正確にセッティングすればよいので、セッティングの誤差が生じる危険を最小限にすることができ、その結果、校正を精密にすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の表面性状測定機の校正方法は、請求項１に記載の表面性状測定機の校正方法において、前記代入工程における前記評価式は、前記測定子の先端から前記アームの長手方向である基軸におろした垂線の足を基準点として前記基点から前記基準点までの前記アームの基軸の方向についての長さであるアーム基準長Ｌ、前記第１検出手段による検出値ｘｉ、前記第２検出手段による検出結果ｚｉ、この第２検出手段の検出結果ｚｉに対する前記測定子の先端のｚ座標のゲインｇ、前記基準点から前記測定子先端までの長さである先端補正量ｈに基づいて決定され、前記校正工程において、既知の前記アーム基準長Ｌを与えて、前記中心座標（ｘｃ、ｚｃ）、前記半径ｒ、前記ゲインｇおよび前記先端補正量ｈを求めることを特徴とする。
ここで、評価式は、例えば、
【数１】
2004333312.tif 000003
とすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の表面性状測定機の校正方法は、請求項２に記載の表面性状測定機の校正方法において、前記校正工程において、前記アーム基準長Ｌの設計値に基づいて、前記中心座標（ｘｃ、ｚｃ）、前記半径ｒ、前記ゲインｇ、前記アーム基準長Ｌおよび前記先端補正量ｈを求めることを特徴とする。
ここで、評価式は例えば、
【数２】
2004333312.tif 000004
とすることができる。
【００１３】
請求項４に記載の表面性状測定機の校正方法は、請求項１に記載の表面性状測定機の校正方法において、前記代入工程における前記評価式は、前記基点から前記測定子の先端までの長さであるアーム基準長Ｌ、前記第１検出手段による検出値ｘｉ、前記第２検出手段による検出結果ｚｉ、この第２検出手段の検出結果ｚｉに対する前記測定子の先端のｚ座標のゲインｇ、前記基点と測定子の先端を結ぶ線を前記ｘ方向と平行にしたときの前記第２検出手段の検出結果に前記ゲインｇを乗算した値であるゼロセットずれ量ｚ０に基づいて決定され、前記円の中心座標値（ｘｃ、ｚｃ）、前記円の半径ｒ、前記ゲインｇ、前記アーム基準長Ｌおよび前記ゼロセットずれ量ｚ０を求めることを特徴とする。
ここで、評価式は例えば、
【数３】
2004333312.tif 000005
とすることができる。
【００１４】
請求項５に記載の表面性状測定機の校正方法は、請求項１に記載の表面性状測定機の校正方法において、前記代入工程における前記評価式は、前記測定子の先端から前記アームの長手方向である基軸におろした垂線の足を基準点として前記基点から前記基準点までの前記アームの基軸の方向についての長さであるアーム基準長Ｌ、前記第１検出手段による検出値ｘｉ、前記第２検出手段による検出結果ｚｉ、この第２検出手段の検出結果ｚｉに対する前記測定子の先端のｚ座標のゲインｇ、前記基準点から前記測定子先端までの長さである先端補正量ｈ、前記アームの基軸を前記ｘ方向と平行にしたときの前記第２検出手段の検出結果に前記ゲインｇを乗算した値であるゼロセットずれ量ｚ０に基づいて決定され、前記円の中心座標値（ｘｃ、ｚｃ）、前記円の半径ｒ、前記ゲインｇ、前記先端補正量ｈ、前記ゼロセットずれ量ｚ０および前記アーム基準長Ｌを求めることを特徴とする。
ここで、評価式は例えば、
【数４】
2004333312.tif 000006
とすることができる。
【００１５】
このような構成によれば、ゲインｇ、先端補正量ｈ、ゼロセットずれ量ｚ０、アーム基準長Ｌなどを校正することができる。測定工程での一回の測定で得られたデータを基にこれらパラメータが校正されるので、簡便であり、短時間で校正処理を行うことができる。
【００１６】
請求項６に記載の表面性状測定機の校正方法は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の表面性状測定機の校正方法において、前記校正ゲージの真の形状を与えて、前記校正工程で求められた前記半径ｒとの差から前記測定子の先端形状を算出する第２校正工程を設けたことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、校正ゲージの真の形状を与えることにより、校正工程で求められた半径ｒとの差から、測定子の先端形状を求めることができる。校正ゲージの形状や測定子の先端形状は、通常、球形状のものが用いられるが、厳密には真球ではなく、球形状の公称中心（ｘｃ、ｚｃ）から見た各角度方向毎の球形状表面までの長さは必ずしも一定ではない。従って、校正ゲージの公称中心から球形状表面までの各角度方向毎の長さを前もって測定しておく。そして、測定工程における検出結果に対応する各角度方向毎の長さを算出して、校正工程で求められた半径ｒとの差を求めることによって、校正ゲージが真球でない場合であっても正確な校正計算を行える。
【００１８】
同様に、測定子の先端形状についても、測定工程における検出結果に対応する角度（測定子の公称中心から見た測定子の校正ゲージの接触部位などの測定方位）と、校正ゲージの真の形状に基づいて、その角度（測定方位）における測定子の公称中心から測定子表面までの長さを求めることができる（校正工程で求められた各角度毎の半径ｒと校正ゲージの対応する部位の長さの差として求める。）。従って、例えば球状校正ゲージの所定範囲の測定を行って、測定子の各測定方位で測定が行われるようにすることで、各測定方位ごとの長さが求められるので、測定子の先端形状を求めることができる。
【００１９】
請求項７に記載の表面性状測定機の校正方法は、請求項６に記載の表面性状測定機の校正方法において、前記校正ゲージは少なくとも真円の一部を含み、前記校正ゲージの真の形状は、前記真円の半径ｒｔで表されることを特徴とする。
【００２０】
ここで、真円の一部とは、例えば校正ゲージが真球部分を含み、その真球部分を測定工程で測定した場合、その測定断面は真円の一部になることを意味する。
この構成では、測定工程において測定される校正ゲージの部位が真円である場合は、評価式で求められた半径ｒと、この半径ｒｔとの差から測定子の先端半径を求めることができるので、計算処理が簡略化される。
【００２１】
請求項８に記載の表面性状測定機の校正方法は、請求項６に記載の表面性状測定機の校正方法において、前記測定子の先端形状は少なくとも真円の一部を含み、前記測定子の先端形状は、前記真円の半径で表されることを特徴とする。
【００２２】
ここで、真円の一部とは、例えば測定子の先端形状が真球部分を含み、その真球部分で測定工程において校正ゲージを測定した場合、測定子の測定部位は真円の一部になることを意味する。
この構成では、測定工程において校正ゲージを測定する際に、測定子の測定部位が真円である場合は、評価式で求められた半径ｒから、この測定子先端半径を容易に求めることができるので、計算処理が簡略化される。
さらに、校正ゲージ測定断面と測定子先端測定部位断面がいずれも真円である場合は、校正工程で求められた半径ｒとの差から測定子の先端半径をさらに容易に求めることができる。つまり、半径ｒは測定子の先端円弧中心から基準ゲージの円弧の中心までの長さとして算出されるので、この半径ｒから校正ゲージの真の半径ｒｔを差し引くことによって、測定子先端の半径を求めることができる。
【００２３】
これらの請求項６から請求項８の表面性状測定機の校正方法は、測定工程における一回の測定で得られたデータを基にして測定子先端形状を求めるので、基準ゲージを交換する必要もなく、簡便であり、測定時間、測定段取りが短縮され、なおかつ、基準ゲージ交換に伴う設置誤差を生じないので、高精度な校正が行えるという利点を有する。
【００２４】
請求項９に記載の表面性状測定機の校正プログラムは、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の表面性状測定機の校正方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。例えば、基点を支点として揺動可能に支持されたアームと、前記アームの他端側に設けられ前記揺動による円弧の略接線方向から被測定物に接触あるいは近接する測定子を先端に有するスタイラスと、前記測定子を被測定物表面に当接あるいは近接した状態で前記アームをｘ方向に移動させる移動手段と、前記基点の前記ｘ方向の変位を検出する第１検出手段と、前記アームの揺動によるｚ方向への変位を前記アーム上の点のｚ方向への直線変位量に基づいて検出する第２検出手段と、前記第１検出手段および前記第２検出手段の検出結果に対して前記揺動に起因するずれ量を補正して前記被測定物表面の測定データを得る補正演算手段とを備え、前記被測定物の表面を測定する表面性状測定機にコンピュータを組み込んで、このコンピュータに、断面形状に略真円の一部を含む校正用ゲージを測定する測定工程と、前記真円の中心座標を（ｘｃ、ｚｃ）とし半径をｒとした円の式に基づく評価式に前記測定工程にて得られた前記第１検出手段および前記第２検出手段の検出結果を代入する代入工程と、前記代入工程にて得られた前記評価式について前記ずれ量に含まれる各パラメータを校正する校正工程と、を実行させる。
ここで、各パラメータの校正は、評価式について最小自乗法を適用して行うことが例示される。
【００２５】
請求項１０に記載の記録媒体は、請求項９に記載の表面性状測定機の校正プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体である。例えば、基点を支点として揺動可能に支持されたアームと、前記アームの他端側に設けられ前記揺動による円弧の略接線方向から被測定物に接触あるいは近接する測定子を先端に有するスタイラスと、前記測定子を被測定物表面に当接あるいは近接した状態で前記アームをｘ方向に移動させる移動手段と、前記基点のｘ方向の変位を検出する第１検出手段と、前記アームの揺動によるｚ方向への変位を前記アーム上の点のｚ方向への直線変位量に基づいて検出する第２検出手段と、前記第１検出手段および前記第２検出手段の検出結果に対して前記揺動に起因するずれ量を補正して前記被測定物表面の測定データを得る補正演算手段とを備え、前記被測定物の表面を測定する表面性状測定機にコンピュータを組み込んで、このコンピュータに、断面形状に略真円の一部を含む校正用ゲージを測定する測定工程と、前記真円の中心座標を（ｘｃ、ｚｃ）とし半径をｒとした円の式に基づく評価式に前記測定工程にて得られた前記第１検出手段および前記第２検出手段の検出結果を代入する代入工程と、前記代入工程にて得られた前記評価式について前記ずれ量に含まれる各パラメータを校正する校正工程とを実行させる表面性状測定機の校正プログラムを記録したことを特徴とする。
ここで、各パラメータの校正は評価式について最小自乗法を適用して行うことが例示される。
【００２６】
請求項１１に記載の表面性状測定機は、請求項９に記載の表面性状測定機の校正プログラムを備えたことを特徴とする。
【００２７】
このような構成によれば、請求項１から請求項８のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。さらに、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ（記憶装置）を有するコンピュータを組み込んでこのコンピュータに各工程を実行させるようにプログラムを構成すれば、例えば、校正工程において校正対象とするパラメータを容易に変更することができる。そして、このプログラムを記録した記録媒体をコンピュータに直接差し込んでプログラムをコンピュータにインストールしてもよく、記録媒体の情報を読み取る読取装置をコンピュータに外付けし、この読み取り装置からコンピュータにプログラムをインストールしてもよい。なお、プログラムは、インターネット、ＬＡＮケーブル、電話回線等の通信回線や無線によってコンピュータに供給されてインストールされてもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
［表面性状測定機の構成］
まず、本発明の表面性状測定機の校正方法にて校正される表面性状測定機１の構成について説明する。
表面性状測定機１は、図１に示されるように、被測定物１１を載置するステージ２と、基点３１１を支点として揺動可能に支持されたアーム３と、アーム３の他端側に設けられ揺動による円弧Ｃの略接線方向から被測定物１１に接触する測定子４１を先端に有するスタイラス４と、測定子４１を被測定物表面に当接した状態でアーム３をｘ方向に移動させる移動手段５と、基点３１１のｘ方向の変位を検出する第１検出手段６と、アーム３の揺動によるｚ方向への変位をアーム３の途中点Ｄのｚ方向への変位量に基づいて検出する第２検出手段７と、第１検出手段６および第２検出手段７の検出結果に対してアーム３の揺動に起因するずれ量を補正して被測定物表面の測定データを得る補正演算手段８と、補正演算手段８にて演算処理された結果を出力する出力手段としての表示部９を備えて構成されている。
【００２９】
アーム３は、図２に示されるように、基点３１１を回動支点として揺動可能に支持された基軸部３１と、この基軸部３１の基軸の方向である基線Ａに平行かつ基線Ａから若干のずれをもつ筋違いの継手３２を介して基軸部３１と一体化された腕部３３とを備えている。
スタイラス４は、腕部３３の基端側とは反対側である他端に腕部３３に対して略直角をなして設けられている。スタイラス４の先端には、被測定物１１に当接される測定子４１が設けられている。すなわち、スタイラス４は、アーム３の揺動によって測定子４１の先端により描かれる円弧Ｃの弦の方向に設けられ、測定子４１は、腕部３３の他端における円弧Ｃの接線方向から被測定物１１に当接するものである。
【００３０】
移動手段５は、基軸部３１を揺動可能に支持するｘスライダ５１と、このｘスライダ５１をｘ方向にガイドするｘガイド軸５２とを備えて構成されている（図１参照）。ここで、ｘ方向とは、被測定物表面を走査する方向であり、少なくともアーム３の揺動面内に含まれ、アーム３の揺動角をゼロとしたときの基軸部３１の基線方向である。
第１検出手段６は、ｘスライダ５１の変位量からアーム３の基点３１１の変位を検出するものであり、例えば、ｘスライダ５１のｘガイド軸５２に沿った移動量を検出する光電式、静電容量式あるいは磁気式のエンコーダなどが例示される。
【００３１】
第２検出手段７は、基軸部３１の途中点Ｄにおいてこの途中点Ｄのｚ方向変位を検出するものであって、例えば、この途中点Ｄとともに一体的に移動する可動側電極７１と、アーム３の揺動面に平行かつｘ方向に垂直に設けられ可動側電極７１のｚ方向変位を検出するスケール７２とを備えたエンコーダなどが例示される。ここで、ｚ方向とは、ｘ方向とは垂直方向であって、少なくともアーム３の揺動面内に含まれる方向である。
【００３２】
補正演算手段８は、所定のパラメータを記憶したメモリ８１と、所定の演算式に従って演算する演算部８２とを備え、第１検出手段６および第２検出手段７での検出結果に基づいて被測定物表面の測定データを算出する。また、メモリ８１に対して各パラメータを校正する校正演算部８３が設けられているが、校正演算部８３の動作については後述する。
【００３３】
補正演算手段８は、第１検出手段６および第２検出手段７の検出結果から次のようにして被測定物表面の測定データを得る。
まず、アーム３の基準長Ｌを設定するための基準点Ｐを設定する。測定子４１の先端からアーム３の基軸である基線Ａにおろした垂線の足を基準点Ｐとし、基点３１１（揺動中心）から基準点Ｐまでのアーム３の基軸の方向についての長さをアーム基準長Ｌとする。すると、アーム３の揺動角をゼロとするとき基準点Ｐのｘ座標（補正前ｘ座標）は、第１検出手段６での検出結果となる。
【００３４】
また、基点３１１から途中点Ｄ（第２検出手段での検出点）までの距離をＬ０とすると、第２検出手段７での検出値がｚｉのとき、基準点Ｐのｚ座標（補正前ｚ座標）は、（第２検出手段の検出値ｚｉ）×（アーム基準長Ｌ）÷（基点から途中点の距離Ｌ０）で算出される。したがって、第２検出手段７の検出値がｚｉのとき、基準点Ｐのｚ座標は、所定のゲインｇを用いてｇｚｉで求められる。
【００３５】
このように、第１検出手段６の検出結果から、アーム３の揺動角をゼロとした場合の基準点Ｐのｘ座標（補正前ｘ座標）と、第２検出手段７の検出値がｚｉのときに基準点Ｐのｚ座標をｇｚｉ（補正前ｚ座標）とを求めたが、これら補正前ｘ座標および補正前ｚ座標に対して測定子４１の座標がずれていることはもちろんであるので、次にこのずれを補正する補正量をｘ座標、ｙ座標のそれぞれについて求める。
まず、基準点Ｐから測定子４１の先端までの長さを先端補正量ｈとする。そして、アーム３の揺動角がθのときの第２検出手段７での検出値がｚｉであるとする。すると、図２の幾何学的関係より、アーム３の揺動角をθとするときの測定子４１のｘ座標と補正前ｘ座標とのずれ（ｘ方向補正量）は次の式で表される。
【００３６】
【数５】
2004333312.tif 000007
【００３７】
また、測定子４１のｚ座標と補正前ｚ座標とのずれ（ｚ方向補正量）は、次の式で表される。
【００３８】
【数６】
2004333312.tif 000008
【００３９】
よって、第１検出手段６および第２検出手段７での検出結果から基準点Ｐの位置を求めてさらに式（５）および式（６）のずれ量を加味して、測定子４１の座標は求められる。
【００４０】
補正演算手段８のメモリ８１には、初期的に設定されたアーム基準長Ｌや、ゲインｇ、先端補正量ｈが記憶されている。あるいは、前回の校正処理により校正されたアーム基準長Ｌや、所定ゲインｇ、先端補正量ｈが記憶されている。そして、まず演算部８２は、第１検出手段６および第２検出手段７の検出結果とメモリ８１に記憶されたパラメータを用いて式（５）および式（６）の演算を実行することにより、測定子４１の座標を求める。
さらに、演算部８２において、測定子４１の先端半径、測定子４１の被測定物表面に対する接触角度、アーム３の基軸（基線Ａ）をｘ方向と平行にした時の基準点Ｐのｚ座標値（すなわち、この状態において第２検出手段７の検出結果にゲインｇを乗算した値であるゼロセットずれ量）等を加味して被測定物表面の測定データを得る。
【００４１】
被測定物１１の表面性状測定について説明する。被測定物１１の表面性状測定に当たっては、まず被測定物１１をステージ２上に載置し、測定子４１を被測定物表面に当接させる。移動手段５にてアーム３をｘ方向に移動させて、ｘ方向への所定移動間隔ごとに第１検出手段６および第２検出手段７で検出が実行される。第１検出手段６および第２検出手段７での検出結果は、補正演算手段８に送られ、演算部８２での演算により被測定物表面の測定データが求められる。この測定データは表示部９に表示され、被測定物表面の表面性状が求められる。
【００４２】
［表面性状測定機の校正方法］
（第１実施形態）
次に、本発明の表面性状測定機１の校正方法について説明する。
表面性状測定機１の校正方法は、断面形状に略真円の一部を含む校正用ゲージ１０を測定する測定工程と、真円の中心座標を（ｘｃ、ｚｃ）とし半径をｒとした円の式に基づく評価式に測定工程にて得られた第１検出手段６および第２検出手段７の検出結果を代入する代入工程と、代入工程にて得られた評価式について最小自乗法を適用してずれ量に含まれる各パラメータを校正する校正工程とを備える。
【００４３】
測定工程においては、図３に示されるように、ｘ方向に平行に切った断面形状が真円とみなせる校正用ゲージ１０を測定する。そして、測定工程における第１検出手段６および第２検出手段７の検出結果が校正用データとして校正演算部８３に送られ記憶される。
【００４４】
次に、校正演算部８３において、記憶された校正用データを円の式に基づく評価式に代入する（代入工程）。
ここで、評価式への代入については、演算部８２にて補正演算された校正用ゲージ１０の表面座標を代入してもよいが、簡略化することにより後の校正工程における計算負荷を軽減することができるので、これについて説明する。
まず、測定子４１の先端半径については、測定子４１の先端部を真球であるとみなすと、校正用ゲージ１０の半径に対して測定子４１の半径がオフセットされるだけであるので、校正用データに対して測定子４１の半径を加味しなくても円の式を満たす。よって、校正用データを評価式に代入するに当たっては、測定子４１の半径を加味しないものとする。
【００４５】
以上の点を踏まえて、第１検出手段６での検出結果と第２検出手段７での検出結果を評価式に代入する際に、ｘ座標については、第１検出手段６の検出結果ｘｉにアーム３の揺動によるずれ量ｄｘ（式（５）参照）を加味した値Ｘｉとする。ｚ座標については、基準点Ｐのｚ座標ｇｚｉにアーム３の揺動によるずれ量ｄｚ（式（６）参照）を加味した値Ｚｉとする。
【００４６】
【数７】
2004333312.tif 000009
【００４７】
そして、校正用ゲージ１０の中心座標（ｘｃ、ｚｃ）および半径ｒを任意の変数として次の評価式に代入する。
【００４８】
【数８】
2004333312.tif 000010
【００４９】
校正工程においては、式（８）の評価式に対して、最小自乗法を適用する。ここで、最小自乗法を適用するに当たっては、中心座標（ｘｃ、ｚｃ）、半径ｒ、ゲインｇおよび先端補正量ｈを校正対象とする。
すなわち、評価式ｆｉの二乗和をｓとするとき、このｓを最小にする上記各パラメータの値を求める。なお、最小自乗法の計算式を示すと次の式で表される。
【００５０】
【数９】
2004333312.tif 000011
【００５１】
式（９）の計算結果Δｘｃ、Δｚｃ、Δｇ、・・・Δｒをそれぞれのパラメータの初期値に加算することで結果が得られる。なお、より計算精度を高めるには上式の結果が十分に小さくなるまで計算を繰り返してもよい。
そして、校正工程の最小自乗法で得られた計算結果に基づいてメモリ８１に記憶された各パラメータが校正される。すると、被測定物を測定した第１検出手段の検出値および第２検出手段の検出値に校正されたパラメータを適用して、演算部８２にて被測定物表面の測定データが得られる。
【００５２】
このような構成からなる第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
断面が略真円とみなせる校正用ゲージ１０を測定してこの測定結果に円の式に基づく最小自乗法を適用することにより、一度の測定で複数のパラメータについて校正を行うことができる。つまり、ゲインｇを校正するための測定と校正演算をして、さらに、先端補正量ｈを校正するための測定および校正演算を行うなどの手間を必要としないので、簡便である。また、校正用ゲージ１０も１つでよいので、コスト低減を図ることができる。
校正が簡便に行えることから、常に正確に校正した表面性状測定機によって測定することができる。特に、先端補正量ｈがずれている場合には、被測定物表面をプラスｘ方向（上り方向）に測定した場合と、マイナスｘ方向（下り方向）に測定した場合とで測定値が異なってくる（対称性誤差）ことがあるが、校正された表面性状測定機により被測定物表面性状を正確に測定することができる。
校正用ゲージを取り替える必要が無いので、校正用ゲージのセッティング誤差を排して精密な校正を行うことができる。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、第２実施形態が特徴とするところは、第１実施形態での校正対象に加えて、アーム基準長Ｌも校正対象として最小自乗法を適用するところにある。
すなわち、式（８）の評価式に対して、次の最小自乗法計算を行う。
【００５４】
【数１０】
2004333312.tif 000012
【００５５】
このような第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、アーム基準長Ｌを校正することができる。よって、アーム３を交換する場合でも、本実施形態によりアーム基準長Ｌを校正することができる。アーム基準長Ｌまで校正することにより、より精密に被測定物表面性状を測定することができる。
【００５６】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、第３実施形態の特徴とするところは、第１実施形態での校正対象に加えて、アーム基準長Ｌおよびゼロセットずれ量ｚ０を校正対象とすることである。
第３実施形態における表面性状測定機１では、図４に示されるように、測定子４１が基準点に略一致して設けられている。すなわち、先端補正量ｈは略ゼロであって、アーム３の揺動によるずれ量として式（５）および式（６）に対応する式は次のように表される。なお、ｘ方向のずれ量を算出するに当たって、第２検出手段のゼロセットずれ量を考慮する。
ここで、ゼロセットずれ量ｚ０とは、アーム３の基軸（基線Ａ）をｘ方向と平行にした時の測定子４１（基準点Ｐ）のｚ座標値（すなわち、この状態において第２検出手段７の検出結果にゲインｇを乗算した値）である。
【００５７】
【数１１】
2004333312.tif 000013
【００５８】
第１検出手段６での検出結果と第２検出手段７での検出結果とを評価式に代入する際に、ｘ座標については、第１検出手段６の検出結果ｘｉにアーム３の揺動によるずれ量ｄｘ（式（１１）参照）を加味した値Ｘｉとする。ｚ座標については、基準点Ｐ（測定子４１）のｚ座標ｇｚｉの値Ｚｉとする。なお、測定子半径やｚ方向のゼロセットずれ量などによるオフセット分は略していることに留意する。
【００５９】
【数１２】
2004333312.tif 000014
【００６０】
そして、中心座標（ｘｃ、ｚｃ）および半径ｒを任意の変数として次の評価式に代入する。
【００６１】
【数１３】
2004333312.tif 000015
【００６２】
式（１３）の評価式に対して最小自乗法を適用する（校正工程）に際して、中心座標（ｘｃ、ｚｃ）、半径ｒ、ゲインｇ、ゼロセットずれ量ｚ０およびアーム基準長Ｌを校正対象とする。
すなわち、評価式ｆｉの二乗和をｓとするとき、このｓを最小にする上記各パラメータの値を求める。なお、最小自乗法の計算式を示すと次の式で表される。
【００６３】
【数１４】
2004333312.tif 000016
【００６４】
このような構成からなる第３実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて、ゼロセットずれ量ｚ０を校正することができる。よって、測定子４１を基準点Ｐに略一致して設ける場合に、測定子４１と基準点Ｐとを一致させる調整あるいはアーム３の基軸（基線Ａ）をｘ方向に平行にしたときの第２検出手段の検出結果をゼロに一致させる調整が精密に行われずに調整に多少の誤差が残ったとしても、本実施形態によってゼロセットずれ量ｚ０を校正することができる。その結果、測定子４１の位置あるいは第２検出手段７のゼロセットを調整する手間を簡略化でき、かつ、精密な測定を行うことができる。
【００６５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、第４実施形態の特徴とするところは、第１実施形態での校正対象に加えて、アーム基準長Ｌおよびゼロセットずれ量ｚ０を校正対象とすることである。
第４実施形態における表面性状測定機１では、図５に示されるように、アーム３の基軸（基線Ａ）をｘ方向と平行にした時の基準点Ｐのｚ座標値（すなわち、この状態において第２検出手段７の検出結果にゲインｇを乗算した値）をゼロセットずれ量ｚ０とする。すなわち、アーム３の揺動によるずれ量として式（５）および式（６）に対応する式は次のように表される。
【００６６】
【数１５】
2004333312.tif 000017
【００６７】
第１検出手段６での検出結果と第２検出手段７での検出結果を評価式に代入する際に、ｘ座標については、第１検出手段６の検出結果ｘｉにアーム３の揺動によるずれ量ｄｘ（式（１５）参照）を加味した値Ｘｉとする。ｚ座標については、基準点のｚ座標ｇｚｉにアーム３の揺動によるずれ量ｄｚ（式（１５）参照）を加味した値Ｚｉとする。なお、測定子４１の半径や、先端補正量ｈなどによるオフセット分は略していることに留意する。
【００６８】
【数１６】
2004333312.tif 000018
【００６９】
そして、校正用ゲージ１０の中心座標（ｘｃ、ｚｃ）および半径ｒを任意の変数として次の評価式に代入する。
【００７０】
【数１７】
2004333312.tif 000019
【００７１】
式（１７）の評価式に対して最小自乗法を適用（校正工程）するに際しては、中心座標（ｘｃ、ｚｃ）、半径ｒ、ゲインｇ、先端補正量ｈ、ゼロセットずれ量ｚ０およびアーム基準長Ｌを校正対象とする。
すなわち、評価式ｆｉの二乗和をｓとするとき、このｓを最小にする上記各パラメータの値を求める。なお、最小自乗法の計算式を示すと次の式で表される。
【００７２】
【数１８】
2004333312.tif 000020
【００７３】
このような構成からなる第４実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて、校正に必要なすべてのパラメータを校正することができる。
【００７４】
尚、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、アームおよびスタイラスの形状は上記実施形態で説明した直線的形状に限られず、湾曲してしてもよい。基端が揺動可能に支持されており、測定子が円弧の接線方向から被測定物に接する構成であって、基端の移動量とアームの揺動量から被測定物表面の性状を測定するものであればよい。
【００７５】
上記実施形態においては、測定子の半径については校正の対象とはしなかったが、測定子の半径についても校正してもよいことはもちろんである。つまり、校正用ゲージの半径が既知である場合には、最小自乗法で得られた半径から校正用ゲージの半径を減じることにより、測定子の半径を求めることができる。
なお、測定子が被測定物に当接して走査される接触式の表面性状測定機の場合について説明したが、測定子は非接触式であってもよい。この場合であっても校正用ゲージの半径が既知であれば測定子のずれ量を校正することができる。
【００７６】
また、評価式に基づいて各パラメータを求める解法として最小自乗法を用いる方法を示したが、他の解法を用いても良い。
さらに、第２検出手段７が、基点３１１（揺動中心）と基準点Ｐとの間に配置される例についてのみ示したが、例えば図１において、基軸部３１が基点３１１（揺動中心）より右側まで延長されており、第２検出手段７が、基点３１１（揺動中心）の右側に配置されても良い。この場合は、第２検出手段７の検出値の符号が実施形態に対して反転するのみで、その他の点では実施形態に示した例と同様に取り扱うことが出来る。
【００７７】
また、実施形態においては、アーム基準長Ｌと基点から途中点の距離Ｌｏでゲインｇが決定される例を示したが、これに限らず、ゲインｇとして、その他のばらつき（例えば基準長Ｌ、検出器の傾き、温度など）を加味した総合ゲインｇとして校正されるようにしても良い。
【００７８】
さらに、実施形態においては、測定子４１先端が真球状であり、校正用ゲージの測定面も真球状である場合に限って説明したが、必ずしも真球状でなくとも良い。すなわち、校正用ゲージの真の形状を与えて、校正工程で求められた半径ｒとの差から測定子の先端形状を算出する第２校正工程を設けることができる。これによれば、校正用ゲージの真の形状を与えることにより、校正工程で求められた半径ｒとの差から、測定子の先端形状を求めることができる。校正用ゲージの形状や測定子の先端形状は、通常、球形状のものが用いられるが、厳密には真球ではなく、球形状の公称中心（ｘｃ、ｚｃ）から見た各角度方向毎の球形状表面までの長さは必ずしも一定ではない。従って、校正ゲージの公称中心から球形状表面までの各角度方向毎の長さを前もって測定しておく。そして、測定工程における検出結果に対応する各角度方向毎の長さを算出して、校正工程で求められた半径ｒとの差を求めることによって、校正用ゲージが真球でない場合であっても正確な校正計算を行える。
【００７９】
同様に、測定子の先端形状についても、測定工程における検出結果に対応する角度（測定子の公称中心から見た測定子の校正用ゲージの接触部位などの測定方位）と、校正用ゲージの真の形状に基づいて、その角度（測定方位）における測定子の公称中心から測定子表面までの長さを求めることができる（校正工程で求められた各角度毎の半径ｒと校正用ゲージの対応する部位の長さの差として求める。）。従って、例えば球状校正用ゲージの所定範囲の測定を行って、測定子の各測定方位で測定が行われるようにすることで、各測定方位ごとの長さが求められるので、測定子の先端形状を求めることができる。
【００８０】
さらに、ＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ（記憶装置）を有するコンピュータを表面性状測定機に組み込んでこのコンピュータに上記実施形態で説明した校正方法の各工程を実行させるようにプログラムを構成してもよい。このような構成によれば、各工程における補正式や評価式、校正対象とするパラメータを容易に変更することができる。そして、このプログラムを記録媒体に記録して、この記録媒体をコンピュータに直接差し込んでプログラムをコンピュータにインストールしてもよく、記録媒体の情報を読み取る読み取り装置をコンピュータに外付けし、この読み取り装置からコンピュータにプログラムをインストールしてもよい。なお、プログラムは、インターネット、ＬＡＮケーブル、電話回線等の通信回線や無線によってコンピュータに供給されてインストールされてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の表面性状測定機の校正方法、表面性状測定機の校正プログラムおよびこの校正プログラムを記録した記録媒体によれば、簡便に、かつ、精密に表面性状測定機を校正することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面性状測定機の構成を示す図である。
【図２】本発明の表面性状測定機の校正方法に係る第１実施形態において、アームの円弧運動によるずれの幾何学的関係を示す図である。
【図３】校正用ゲージを測定する様子を示す図である。
【図４】本発明の表面性状測定機の校正方法に係る第３実施形態において、アームの円弧運動によるずれの幾何学的関係を示す図である。
【図５】本発明の表面性状測定機の校正方法に係る第４実施形態において、アームの円弧運動によるずれの幾何学的関係を示す図である。
【符号の説明】
１      表面性状測定機
３      アーム
４      スタイラス
５      移動手段
６      第１検出手段
７      第２検出手段
８      補正演算手段
１０    校正用ゲージ
１１    被測定物
３１    基軸部
３３    腕部
４１    測定子
８１    メモリ
８２    演算部
８３    校正演算部
３１１  基点
【図１】
2004333312.tif 000021
【図２】
2004333312.tif 000022
【図３】
2004333312.tif 000023
【図４】
2004333312.tif 000024
【図５】
2004333312.tif 000025