(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器を被測定物表面に沿った第１軸方向に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸による前記第１軸方向に垂直な第２軸方向の位置を検出することで、前記第１軸方向の位置の関数として前記凹凸を検出する表面性状測定機であって、
前記検出器の前記第１軸方向の位置を検出する検出手段と、
前記第２軸方向の位置の１つ前の検出値との差分値である変位量が第１所定値以上となった時点の前記第１軸方向の位置及び前記第２軸方向の位置を検出値として記憶して出力し、前記変位量が前記第１所定値より小さい場合には、前記第１軸方向の位置の１つ前の検出値との差分値である変位量が第２所定値以上となった時点の前記第１軸方向の位置及び前記第２軸方向の位置を検出値として記憶して出力する手段と、
を有することを特徴とする表面性状測定機。
【請求項２】
検出器を被測定物表面に沿った第１軸方向に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸による前記第１軸方向に垂直な第２軸方向の位置を検出することで、前記第１軸方向の位置の関数として前記凹凸を検出する表面性状測定機であって、
前記検出器の前記第１軸方向の位置を検出する検出手段と、
前記第２軸方向の位置の１つ前の検出値との差分値である変位量が第１所定値以上となった場合に、前記相対移動の移動速度を低下させるとともに、その時点の前記第１軸方向の位置及び前記第２軸方向の位置を検出値として記憶して出力し、前記変位量が前記第１所定値より小さい場合には、前記第１軸方向の位置の１つ前の検出値との差分値である変位量が第２所定値以上となった時点の前記第１軸方向の位置及び前記第２軸方向の位置を検出値として記憶して出力する手段と、
を有することを特徴とする表面性状測定機。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、前記制御手段は、前記第２軸方向の位置の１つ前の検出値との差分値である変位量に応じて前記移動速度の低下の度合いを制御することを特徴とする表面性状測定機。
【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、特に急峻な凹凸を有する被測定物（ワーク）の測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ワーク表面をスタイラスを有する検出器で走査し、表面の凹凸（あるいは粗さ）を測定する表面性状測定機が周知である。
【０００３】
表面性状測定機においては、スタイラスを一定方向（Ｘ軸方向）に移動させ、ワークの凹凸により生じたスタイラスの上下方向の変位（Ｚ軸方向）を電気信号に変換し、Ｘ軸方向のスケール信号あるいは定時間信号によりサンプリングして移動距離（Ｘ軸方向）の関数として表示装置に表示し、あるいは印刷装置に印刷する。
【０００４】
図４には、従来のサンプリング方法により得られた検出値が示されている。図において、横軸はＸ軸、すなわち検出器のＸ軸方向への移動距離（Ｘ軸方向の位置）、縦軸はＺ軸方向の変位、すなわち凹凸量である。図中黒丸がサンプリングタイミングにおける検出値であり、Ｘ軸方向の一定距離Ｌ毎にサンプリングされて検出値（ｘ，ｚ）として出力する。
【０００５】
一方、普及型の表面性状測定機においては、Ｘ軸方向の一定距離毎にサンプリングするのではなく、検出器の移動速度が一定であることを考慮して一定時間毎に検出信号のサンプリングを行うことで検出値を得る構成が採用されている。但し、スタイラスの移動速度は厳密には一定ではなく、移動速度の正確な校正は困難であることから、高精度型の表面性状測定機においては、Ｘ軸に沿ってスケールを内蔵させ、ワークに対するスタイラス（あるいは検出器）の位置をスケールで正確に測定してサンプリングを行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ワーク表面に比較的穏やかな凹凸しか存在しない場合には、Ｘ軸スケール信号あるいは一定時間信号のいずれを用いてサンプリングを行っても、ほぼ検出器の移動方向（Ｘ軸）に沿って等間隔のデータサンプリングを行うことが可能であるが、ワーク表面に急激な凹凸が存在する場合には、ワーク表面に沿ったサンプリング間隔は必ずしも一定にならず、適切なワーク表面の凹凸データが得られない問題があった。
【０００７】
例えば、図４に示されるように一定長さＬ毎にサンプリングする場合でも、ワーク表面に急激な斜面が存在すると、位置Ｌ１の次に位置Ｌ２でサンプリングが行われてしまい、Ｌ１とＬ２の間の凹凸データが欠落してワーク表面の正確な形状を把握することができない問題があった。
【０００８】
さらに、このようにＺ軸方向の急激な変化が存在する場合には、検出器スタイラスを一定速度で駆動すると、検出器スタイラスの追従周波数応答の制限から、スタイラスがワーク表面に沿って正確に追従することができない問題も生じるおそれがあった。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ワーク表面に急激な凹凸が存在する場合においても、確実にその凹凸を検出することができる表面性状測定機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、検出器を被測定物表面に沿った第１軸方向に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸による前記第１軸方向に垂直な第２軸方向の位置を検出することで、前記第１軸方向の位置の関数として前記凹凸を検出する表面性状測定機であって、前記検出器の前記第１軸方向の位置を検出する検出手段と、前記第２軸方向の位置の１つ前の検出値との差分値である変位量が第１所定値以上となった時点の前記第１軸方向の位置及び前記第２軸方向の位置を検出値として記憶して出力し、前記変位量が前記第１所定値より小さい場合には、前記第１軸方向の位置の１つ前の検出値との差分値である変位量が第２所定値以上となった時点の前記第１軸方向の位置及び前記第２軸方向の位置を検出値として記憶して出力する手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、検出器を被測定物表面に沿った第１軸方向に相対移動させ、前記被測定物表面の凹凸による前記第１軸方向に垂直な第２軸方向の位置を検出することで、前記第１軸方向の位置の関数として前記凹凸を検出する表面性状測定機であって、前記検出器の前記第１軸方向の位置を検出する検出手段と、前記第２軸方向の位置の１つ前の検出値との差分値である変位量が第１所定値以上となった場合に、前記相対移動の移動速度を低下させるとともに、その時点の前記第１軸方向の位置及び前記第２軸方向の位置を検出値として記憶して出力し、前記変位量が前記第１所定値より小さい場合には、前記第１軸方向の位置の１つ前の検出値との差分値である変位量が第２所定値以上となった時点の前記第１軸方向の位置及び前記第２軸方向の位置を検出値として記憶して出力する手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１には、本実施形態に係る表面性状測定機の外観構成図が示されている。基台１０上に載物台１２が設けられ、この載物台１２の上にワーク１４が固定される。また、基台１０にはスタイラスを有する検出装置１６が駆動装置１８により支柱２０に設けられている。検出装置１６は、駆動装置１８により図中Ｘ方向（Ｘ軸方向）及びＺ方向（Ｚ軸方向）に駆動され、Ｚ方向の駆動によりスタイラスの先端をワーク１４の表面に接触させ、Ｘ方向の移動によりワーク１４表面の凹凸をスタイラスのＺ方向変位として検出する。検出された凹凸量は既述したように電気信号に変換され、コンピュータディスプレイなどの表示装置２２に供給され表示される。
【００１８】
表示装置２２をコンピュータディスプレイとした場合、コンピュータ本体の制御装置が通信装置を介して駆動装置１８を駆動制御するとともに、検出装置１６からの検出信号を処理して表示装置２２上に表示することができる。
【００１９】
図２には、本実施形態の構成ブロック図が示されている。Ｚ検出部２４は図１における検出装置１６に相当し、Ｚ軸の検出、、すなわちワーク表面の凹凸を検出してＺ検出値記憶部２６及びＺ相対変位比較部２８に出力する。
【００２０】
Ｚ検出値記憶部２６は、ＲＡＭなどで構成され、Ｚ軸検出値を順次記憶する。
Ｚ相対変位比較部２８は、現在のＺ軸検出値と、Ｚ検出値記憶部２６に最後に記憶されたＺ検出値、すなわち現在から一つ前のＺ検出値とを比較することでその変位量を算出し、変位量が所定値Ｌｚ以上であるか否かを判定してその結果をＸ、Ｚ相対変位比較部３６に出力する。また、変位量が所定値Ｌｚ以上である場合には、Ｚ検出部２４、すなわち検出装置１６のＸ軸方向の移動速度を低下させるべく、駆動装置１８に制御信号を出力する。制御信号としては、例えば変位量に反比例する速度係数値を生成して出力することで、変位量が増大するほど速度低下の度合いを大きくするように制御する。移動速度については、さらに後述する。
【００２１】
一方、Ｘ検出部３０は、Ｚ検出部２４、すなわち検出装置１６のＸ軸方向位置を検出するスケールを含み、Ｘ軸検出値をＸ検出値記憶部３２及びＸ相対変位比較部３４に出力する。
【００２２】
Ｘ検出値記憶部３２は、ＲＡＭなどで構成され、Ｘ軸検出値を順次記憶する。
【００２３】
Ｘ相対変位比較部３４は、現在のＸ軸検出値と、Ｘ検出値記憶部３２に最後に記憶されたＸ検出値、すなわち現在から一つ前のＸ軸検出値とを比較することでその変位量を算出し、変位量が所定値Ｌｘ以上であるか否かを判定してその結果をＸ、Ｚ相対変位比較部３６に出力する。
【００２４】
Ｘ、Ｚ相対変位比較部３６は、Ｚ相対変位比較部２８からの判定結果と、Ｘ相対変位比較部３４からの比較結果に基づいてサンプリング信号を生成し、Ｚ検出値記憶部２６とＸ検出値記憶部３２に出力する。具体的には、Ｘ、Ｚ相対変位比較部３６は、Ｚ軸の変位量が所定値Ｌｚ以上であるか、あるいはＸ軸の変位量が所定値Ｌｘ以上である場合に、サンプリング信号を生成する。Ｌｘを図４に示された従来のサンプリング間隔Ｌに等しいとすると、ワーク表面の凹凸が急激でない場合にはＸ軸の変位量が所定値Ｌｘに達した時点でサンプリング信号が生成され（この場合は従来と同様になる）、ワーク表面の凹凸が急激である場合にはＸ軸の変位量が所定値Ｌｘに達する前にＺ軸の変位量が所定値Ｌｚに達し、サンプリング信号が生成されることになる。言い換えれば、ワーク表面凹凸が急激な場合には、Ｚ軸変位量を基準としてサンプリングタイミングが決定され、凹凸が急激ではない場合にはＺ軸変位量ではなく従来と同様にＸ軸変位量を基準としてサンプリングタイミングが決定されることになる。サンプリング信号を入力したＺ検出値記憶部２６及びＸ検出値記憶部３２では、それぞれＺ検出部２４及びＸ検出部３０から出力されたＺ検出値及びＸ検出値を入力したサンプリング信号のタイミングで記憶する。
【００２５】
駆動装置１８は、検出装置１６をワーク１４表面に対してＸ軸方向に相対的に移動させる。ここで、「相対的に移動」とは、ワーク１４を固定して検出装置１６をワークに対して移動させる場合の他、検出装置１６を固定してワーク１４自体をＸ軸方向に移動させる場合も含む意である。表面性状測定中の移動速度は、測定条件記憶部４０に記憶されている標準移動速度に、Ｚ相対変位比較部２８から出力された速度係数値を乗じることで算出される。これにより、Ｚ軸変位量が大きい場合には標準移動速度より減速され、凹凸が急激でもスタイラスをワーク表面に追従させることができる。また、Ｚ軸変位量が小さい場合には、逆に標準移動速度よりも増速されるので、測定時間を短縮することができる。
【００２６】
測定条件記憶部４０は、ユーザにより設定された各種の測定条件と解析条件を記憶する。
【００２７】
表面性状解析部３８は、Ｚ検出値記憶部２６とＸ検出値記憶部３２に記憶された検出値（Ｘ、Ｚ相対変位比較部３６から供給されたサンプリング信号でサンプリングされた検出値）を、測定条件記憶部４０に記憶された解析条件によりワーク表面性状の解析処理、例えばＲａ、Ｒｙ、Ｒｚ、Ｓｍ等の算出処理を行い、表示印刷操作部４２に出力する。表示印刷操作部４２は、表示装置２２やキーボード、マウス、プリンタを含んで構成され、ユーザに対して表面性状解析結果を表示、出力するとともに、測定条件の設定や編集を行う。
【００２８】
図３には、このような構成において図４に示されたワーク表面性状を検出した結果が示されている。図において、横軸はＸ軸位置、縦軸はＺ軸検出値である。図４に示される従来の方法では、Ｘ軸の位置Ｌ１とＬ２においてのみサンプリングが行われ、Ｌ１〜Ｌ２間の検出値は得られないが、本実施形態ではＸ軸変位量が所定値Ｌｘ（＝Ｌ）に達していなくても、Ｚ軸変位量が所定値Ｌｚに達した場合にはサンプリングが行われるため、図に示すように位置Ｌ１〜Ｌ２間においてもＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４がサンプリングされて検出値として出力される。したがって、ワーク表面の凹凸が急激でも正確にその形状を把握することができる。なお、本実施形態では、Ｚ軸変位量が所定値Ｌｚ以上となった場合にサンプリング信号を生成する技術と、Ｚ軸変位量が所定値Ｌｚ以上となった場合に検出装置１６の移動速度（あるいはワークの移動速度）を低下させる技術を組み合わせる例について説明したが、もちろん、Ｚ軸変位量が所定値Ｌｚ以上となった場合にサンプリング信号を生成する場合のみ、あるいはＺ軸変位量が所定値Ｌｚ以上となった場合に検出装置１６の移動速度を低下させる技術のみとすることもできる。前者の構成とするには、図２においてＺ相対変位比較部２８が駆動装置１８に制御信号を出力することなくＸ、Ｚ相対変位比較部３６に判定結果を出力すればよく、後者の構成とするには、図２においてＸ、Ｚ相対変位比較部３６がＸ軸変位量が所定値Ｌｘに達した場合のみサンプリング信号を出力すればよい。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変形使用が可能である。
【００３０】
例えば、検出装置１６としてアナログ型を用いた場合、Ｚ相対変位比較部２８ではアナログ電圧比較を行うことになるが、Ａ／Ｄ変換器を用いてデジタル値に変換し、デジタル値での比較を行うことも可能である。また、アナログ値での比較を行う場合でも、Ｚ検出値記憶部２６に記憶されている一つ前のＺ軸検出値をサンプルホールド回路によりホールドすることで、簡易な構成で比較処理の高速化を図ることができる。
【００３１】
また、Ｚ相対変位比較部２８から駆動装置１８に出力する速度係数値は、Ｚ軸検出値の変位量に反比例させる他に、Ｚ軸検出値の変位量が所定のしきい値以上の場合としきい値より小さい場合にそれぞれ割り当てた固定値を速度係数値とすることも可能である。この場合、駆動装置１８による検出装置１６の移動速度は２段階に切り替わることになる。もちろん、しきい値を複数個設け、各しきい値との大小比較によりそれぞれ固有値を速度係数値として出力することもできる。一般に、速度係数値はＺ軸変位量の関数（負の相関を有する関数）で決定することができ、具体的な関数形は、検出装置１６や測定機の特性に応じて決定することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、Ｚ軸変位量を所定値Ｌｚと比較することでサンプリングタイミングを決定しているが、Ｚ軸変位量の時間的変化の割合、すなわちＺ軸変位速度を所定値と比較してサンプリングタイミングを決定し、あるいは移動速度を決定することも可能である。変位量を所定値と比較する技術と、変位速度を所定値と比較する技術は等価であり、本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３４】
また、本実施形態におけるＺ軸検出値のサンプリングタイミングは所定値Ｌｚに依存して決定されるので、Ｌｚを固定とするのではなく、測定すべきワークに応じて適応的に変化させることも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ワーク表面に急激な凹凸が存在する場合においても、確実にその凹凸を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態の外観構成図である。
【図２】  実施形態の構成ブロック図である。
【図３】  実施形態のＺ軸検出値説明図である。
【図４】  従来技術のＺ軸検出値説明図である。
【符号の説明】
１０  基台、１２  載物台、１４  ワーク、１６  検出装置、１８  駆動装置、２０  支柱、２２  表示装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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