【手続補正書】
【提出日】平成19年5月9日(2007.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を回転させながら回転軸方向から測定を行う形状測定ステップと、前記回転軸方向と直交する方向から測定を行う補正値測定ステップと、前記形状測定ステップの測定結果と前記補正値測定ステップの測定結果から前記被測定物の３次元形状を得る算出ステップとを備えた３次元形状測定方法であって、
前記補正値測定ステップは、保持部材と回転機構の位置を第１の相対位置にして測定を行う第１サブステップと、前記第１の相対位置とは異なる第２の相対位置にして測定を行う第２サブステップを少なくとも有することを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項２】
前記補正値測定ステップにおける測定は、前記回転軸に沿う所定の位置で行われ、
前記第２の相対位置における前記保持部材の位置は、前記第１の相対位置における前記保持部材の位置から、前記回転軸の周りに前記保持部材を１８０度回転させた位置であり、
前記第１サブステップにおける測定と前記第２サブステップにおける測定が、時間差を伴って行われることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定方法。
【請求項３】
前記補正値測定ステップにおける測定は更に別の位置を含む２つの位置で行われ、
前記別の位置は、前記所定の位置から前記回転軸方向に沿って所定の距離だけ離れた位置であることを特徴とする請求項２に記載の３次元形状測定装置。
【請求項４】
保持部材と回転機構の位置関係を、前記第１の相対位置及び前記第２の相対位置とは異なる第３の相対位置にして測定を行う第３サブステップを備え、
前記補正値測定ステップにおける測定は前記回転軸に沿う所定の位置で行われ、
前記第２の相対位置における前記保持部材の位置は、前記第１の相対位置における前記保持部材の位置から前記回転軸の周りに前記保持部材をΦ度回転させた位置であり、
前記第３の相対位置における前記保持部材の位置は、前記第１の相対位置における前記保持部材の位置から前記回転軸の周りに前記保持部材を２Φ度回転させた位置であり、
前記第１サブステップにおける測定、前記第２サブステップにおける測定及び前記第３サブステップにおける測定が、時間差をもって行われることを特徴する請求項１に記載の３次元形状測定方法。
【請求項５】
被測定物を回転させながら回転軸方向から測定を行う形状測定ステップと、前記回転軸方向と直交する方向から測定を行う補正値測定ステップと、前記形状測定ステップの測定結果と前記補正値測定ステップの測定結果から前記被測定物の３次元形状を得る算出ステップとを備えた３次元形状測定方法において、
前記補正値測定ステップは、第１の方向から測定を行う第１サブステップと、前記第１の方向とは異なる第２の方向から測定を行う第２サブステップを少なくとも有し、
前記補正値測定ステップにおける測定は前記回転軸に沿う所定の位置で行われ、
前記第１サブステップにおける測定と前記第２サブステップにおける測定が同時に行われることを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項６】
前記第１の方向と前記第２の方向が互いに平行で、いずれも前記回転軸と交差することを特徴とする請求項５に記載の３次元刑状測定方法。
【請求項７】
前記補正値測定ステップは前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる第３の方向から測定を行う第３サブステップを有し、
前記第１の方向、前記第２の方向及び前記第３の方向がいずれも前記回転軸と交差し、
前記第１サブステップにおける測定、前記第２サブステップにおける測定及び前記第３サブステップにおける測定が同時に行われることを特徴とする請求項５に記載の３次元形状測定方法。
【請求項８】
前記補正値測定ステップは、前記回転軸に沿う異なる位置において測定を行う第４サブステップを少なくとも有し、
該第４サブステップは、第１サブステップと第２サブステップ及び第３サブステップとを同時に行うことを特徴とする請求項７に記載の３次元形状測定方法。
【請求項９】
被測定物を回転させながら回転軸方向から測定を行う形状測定ステップと、前記形状測定ステップと同じ方向から測定を行う補正値測定ステップと、前記形状測定ステップの測定結果と前記補正値測定ステップの測定結果から前記被測定物の３次元形状を得る算出ステップとを備えた３次元形状測定方法において、
前記補正値測定ステップは前記形状測定ステップで行う測定領域の周辺部を測定し、
前記形状測定ステップにおける測定と前記補正値測定ステップにおける測定が同時に行われることを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１０】
前記補正値測定ステップは、前記周辺部における４つの位置を測定することを特徴とする請求項９に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１１】
前記補正値測定ステップにより、真円度形状誤差やラジアル方向の運動誤差を算出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１２】
前記所定の位置における測定が、前記保持部材を測定する位置であることを特徴とする請求項２、４及び５のいずれか１項に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１３】
前記別の位置における測定が、前記回転機構を測定する位置であることを特徴とする請求項３又は５に記載の３次元形状測定方法。
【請求項１４】
互いに直交する２つの軸のうちの一方の軸に沿って移動するＸステージと、
前記２つの軸のうちの他方の軸に沿って移動するＺステージと、
前記Ｚ軸ステージに設置されたプローブと、
該前記プローブと対向する位置に配置された定盤と、
前記定盤上に配置され、所定の回転軸の周りに回転するエアースピンドルと、
前記エアースピンドルに設置された治具と、
前記所定の回転軸に対して直交する方向に検出軸を有する位置検出器を有し、
前記検出軸が前記治具と交差する位置に、前記位置検出器が配置されていることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項１５】
前記回転軸の周りに前記位置検出器を移動させる移動機構を有することを特徴とする請求項１４に記載の３次元形状測定装置。
【請求項１６】
前記回転軸の周りであって前記位置検出器とは異なる位置に、別の位置検出器が配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の３次元形状測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、本発明による３次元形状測定方法は、前記別の位置における測定が、前記回転機構を測定する位置であることを特徴としている。
また、本発明による３次元形状測定方法は、互いに直交する２つの軸のうちの一方の軸に沿って移動するＸステージと、前記２つの軸のうちの他方の軸に沿って移動するＺステージと、前記Ｚ軸ステージに設置されたプローブと、該前記プローブと対向する位置に配置された定盤と、前記定盤上に配置され、所定の回転軸の周りに回転するエアースピンドルと、前記エアースピンドルに設置された治具と、前記所定の回転軸に対して直交する方向に検出軸を有する位置検出器を有し、前記検出軸が前記治具と交差する位置に、前記位置検出器が配置されていることを特徴としている。
また、本発明による３次元形状測定方法は、前記回転軸の周りに前記位置検出器を移動させる移動機構を有することを特徴としている。
また、本発明による３次元形状測定方法は、前記回転軸の周りであって前記位置検出器とは異なる位置に、別の位置検出器が配置されていることを特徴としている。
【手続補正３】
【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】
次に、位相差法について説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、位置検出器１及びエアースピンドル５を固定したまま、治具３の位置を、円周方向にΔΦ（＝２π／Ｎ）ずつＮ回ずらす。そして、ずらした時のそれぞれの位置で、エアースピンドル５を回して位置検出器１による測定を行う。ここで、治具３の側面の形状における位相差が、それぞれΔΦであるとする。この場合、Ｎ回の各工程における位置検出器１の出力は、式（３）のようになる。
ｍi（θ）＝ｒ（θ−ｉΔΦ）＋ｅx（θ）          （３）
但し、ｍi（θ）は位置検出器１の出力、ｉは測定工程数（１〜Ｎ）である。
上記式（３）を利用して、被検出面、ここでは治具３の側面の真円度形状誤差ｒ（θ）とラジアル方向の運動誤差ｅx（θ）を算出できる。算出方法は、資料：「形状誤差と運動誤差の分離による回転精度のナノ計測」精密工学会誌Ｖｏｌ．６７，Ｎｏ．７，２００１，ｐ１０６７〜ｐ１０７１を参考にする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
本変形例の２点法による、治具３の側面の真円度形状誤差の算出は、以下の手順で行う。
まず、図９に示すように、エアースピンドル５を制御手段２１により回転させる。そして、その状態で、位置検出器Ａ’及び位置検出器Ｂ’の出力を記憶手段２３に保存する。ここで位置検出器Ａ’及び位置検出器Ｂ’により出力される信号は、以下の様になる。
ｍA'（θ）＝ｒ（θ）＋ｅx（θ），ｍB'（θ）＝−ｒ（θ−１８０）＋ｅx（θ）     （９−１）
但し、θは０〜２π、ｍA'（θ）は位置検出器Ａ’の出力であり、ｒ（θ）は被検出面、治具３の側面（円筒面）の真円度形状誤差、ｅx（θ）はラジアル方向の運動誤差、ｍB'（θ）は位置検出器Ｂ’の出力である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
次に、エアースピンドル５の運動誤差ｅx（θ）を除去するために、ｍA（θ）とｍB（θ）の差をとると、差動出力ｍAB（θ）は次のようになる。
ｍAB（θ）＝ｍA'（θ）−ｍB'（θ）＝ｒ（θ）＋ｒ（θ−１８０）        （９−２）
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
高さの違う位置でそれぞれ測定されたエアースピンドル５のラジアル方向の運動誤差ｅAx（θ）、ｅBx（θ）により、アンギュラ方向の運動誤差ｅa（θ）を算出する。アンギュラ方向の運動誤差ｅa（θ）の算出方法について図１４を利用して説明する。
図１４に示すように、位置検出器（Ａ１，Ａ２，Ａ３）及び（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）の設置高さの差をＬAB、ラジアル方向の運動誤差の差をｅAB（θ）とする。アンギュラ方向に運動誤差がない場合は、ｅAB（θ）＝０になる。アンギュラ方向に運動誤差がある場合、ｅAB（θ）は、次の式で算出することができる（ステップＳ３３）。
ｅa（θ）＝Ｓｉｎ-1（ｅAB（θ）／ＬAB）          （１０）
さらに、得られたエアースピンドル５のラジアル方向の運動誤差をｅAx（θ）及びアンギュラ方向の運動誤差ｅa（θ）により、形状測定データに対して補正を行う。すなわち、エアースピンドル５の運動誤差を取り除いた、信頼性の高い形状測定データ（ｘ２、ｚ２、θ）を得る（ステップＳ３４）。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
次にプローブ４から、エアースピンドル５の回転軸をｔZ（０）とする。また、アンギュラ方向の運動誤差ｅa（θ）を含んだときの回転軸をｔZ（ｅ）に垂線を下ろした時に、回転軸ｔZ（０）と交わる点をＶとする。また、回転軸ｔZ（０）とｚ1’との交点をＷとする。さらに、点ＷとＶ間の距離をＺ1、Ｖと原点０との距離をＺ2とすると、
ｚ2＝ｃｏｓ（ｅa（θ））×（Ｚ2）
ここで、ｚ1’＝Ｚ1＋Ｚ2より
ｚ2＝ｃｏｓ（ｅa（θ））×（ｚ1’−Ｚ1）
ここで、Ｚ1＝ｘ1’×ｔａｎ（ｅa（θ））より
ｚ2＝ｚ1’×ｃｏｓ（ｅa（θ））−ｘ1’×ｓｉｎ（ｅa（θ））          （１２）
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
１                                              位置検出器
２                                              被測定物
３                                              治具
４                                              プローブ
５                                              エアースピンドル
６                                              ロータリーエンコーダ
７                                              Ｘステージ
８、１０                                        リニアスケール
９                                              Ｚステージ
１１                                            定盤
１２、１２’、１２’’、１３、１４              ３次元形状測定装置
２１                                            制御手段
２２                                            エアースピンドル運転誤差算出手段
２３                                            記憶手段
２４                                            座標変換手段
Ａ、Ａ’、Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ４    位置検出器
Ｐ、Ｐ’                                        位置の目印    
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2005326344.tif 000001
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2005326344.tif 000002