JP3536013B2

JP3536013B2 - 表面形状測定方法

Info

Publication number: JP3536013B2
Application number: JP2000221243A
Authority: JP
Inventors: 和彦日高; 章憲齋藤; 清和岡本
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2004-06-07
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: JP2001099639A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元測定機など
に取付けた接触式プローブにより被測定物の表面形状を
測定する表面形状測定方法に関し、特に超音波振動式の
接触検出プローブを用いる際の測定効率および精度の向
上に関する。

【０００２】

【背景技術】被測定物の形状や寸法の測定を行う測定機
器としてハイトゲージ（一次元測定器）、三次元測定機
や輪郭測定器が知られている。これらの測定機器には、
測定機器本体と被測定物との位置関係を検出するために
各種プローブが使用される。これらのプローブは、非接
触式プローブと接触式プローブに、あるいは連続測定プ
ローブと接触検出プローブ（タッチトリガプローブ）等
に分類される。そして、三次元測定機用の接触検出プロ
ーブとしては、特開平6-221806号公報で開示される超音
波式タッチ信号プローブが知られている。

【０００３】前記公報に開示されるタッチ信号プローブ
は、被測定物と接触する接触部を先端に有するスタイラ
スと、このスタイラスを支持するスタイラスホルダと、
スタイラスを軸方向に共振させる加振手段と、この加振
手段によるスタイラスの振動の変化を検出する検出手段
とを含んで構成される。このようなタッチ信号プローブ
によれば、加振手段によりスタイラスを振動させた状態
で先端部を被測定物の端面と接触させると、接触力によ
りスタイラスの振動の状態が変化するので、この変化を
検出手段により検出することにより、被測定物の端面位
置を検出することができる。

【０００４】このような超音波式タッチ信号プローブを
用いて小孔径等の測定を行うこともあり、小孔等を測定
可能とするために、小型化が図られた超音波式タッチ信
号プローブとして、特願平10-220474号に示されるタッ
チ信号プローブが提案されている。図１２に示すよう
に、このタッチ信号プローブ１００は、スタイラスホル
ダ１０１、スタイラス１０２、加振手段１０３Ａ、およ
び検出手段１０３Ｂを備えている。スタイラス１０２の
先端には、被測定物と接触する接触部１０２Ａが設けら
れるとともに、その基端にはカウンタバランス１０２Ｂ
が設けられ、スタイラス１０２の軸方向中央位置が重心
位置とされている。そして、スタイラス１０２を軸方向
に振動させると、振動の節はこの重心位置となる。

【０００５】このようなタッチ信号プローブ１００は、
小孔測定を可能とするために、スタイラス１０２を、細
い棒状部材で構成するとともに、接触部１０２Ａをこの
スタイラス１０２に合わせて小径の球状体で構成してい
る。また、スタイラスホルダ１０１は、このような細い
スタイラス１０２を１カ所で支持するのは困難であるた
め、スタイラス１０２の重心位置を挟んで２カ所でスタ
イラス１０２支持している。

【０００６】加振手段１０３Ａおよび検出手段１０３Ｂ
は、スタイラスホルダ１０１の２カ所の支持部分にまた
がるように配置される圧電素子１０３を二分割して構成
される。そして、加振手段１０３Ａによりスタイラス１
０２を軸方向に沿って共振させると、振動の節は、スタ
イラス１０２の重心位置に生じ、スタイラスホルダ１０
１のスタイラス１０２の支持部分は、この振動の節を挟
むような位置とされる。

【０００７】このようなタッチ信号プローブ１００によ
れば、スタイラスホルダ１０１がスタイラス１０２を振
動の節を挟んで２カ所で支持しているので、スタイラス
１０２を極めて細い棒状部材で構成しても、スタイラス
ホルダ１０１により支持させることができ、アスペクト
比の大きい小孔の内面測定等を行うことができる。

【０００８】一方、被測定物の表面への接触を振動動作
により行う方式（タッピング方式）も開発されている
（特願平11-96377号など）。この方式は、例えば前述し
たスタイラスホルダ１０１に第２の加振手段を設け、こ
の加振手段によりスタイラス１０２を振動させ、その先
端の接触部１０２Ａを被測定物に対して近接離隔する方
向へ振動させるものである。このようなタッピング方式
によれば、スタイラス１０２を被測定物の表面に沿って
移動させて表面形状の連続測定を行っても、接触部１０
２Ａが被測定物に対して近接離隔することで、スタイラ
ス１０２の剛性が小さくても被測定物による引きづり
（凝着現象）を回避することができる。従って、高精度
を維持しつつ連続測定による作業効率の向上が図れる等
の効果がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した超音
波振動式のタッチ信号プローブでは、接触検出のトリガ
を出力するタイミングが測定精度を左右する。つまり、
加振手段により振動するスタイラスが被測定物に近接
し、接触部が被測定物の表面に接触すると、接触が始っ
た時点で振動が抑制され出す。そして、更に近接し、あ
る程度の圧接力を以て接触部と被測定物の表面とが接触
することで、更にスタイラスの振動が抑制される。この
際、被測定物の表面に対する押付け状態と振動の抑制状
態には相関関係があるから、検出手段の出力信号を監視
し、振動の抑制が所定のレベルに達したことを判定すれ
ば、被測定物に対するスタイラスの押込み量は一定とな
り、正確な位置検出が可能となる。

【００１０】しかし、被測定物の表面の一点の位置測定
には、その位置でスタイラスの振動状態が所定状態に収
束するまで、スタイラスを近接離隔させては検出して等
の繰返し作業が必要である。特に、被測定物の表面の連
続測定など、多数の点を検査する場合には作業時間の合
計が膨大になる虞がある。一方、被測定物の各点の位置
測定の際に、その位置でスタイラスの振動状態を厳密に
収束させるのではなく、所定の範囲内にまで収束する程
度とすれば、作業時間は短縮できるが、この場合は当然
測定精度が劣る結果となる。

【００１１】本発明の目的は、振動式の接触検出におけ
る被測定物の接触点毎の収束時間の影響を回避し、測定
精度を高く維持しつつ作業効率を高められる表面形状測
定方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の振動式
接触検出が、スタイラスの振動状態が所定状態となる位
置にスタイラスを移動させ、この位置でのスタイラス位
置情報を読出して接触位置を算出していたのであり、こ
のためにスタイラスを細かく近接離隔させる煩雑さが収
束時間となっていたことに着目したものである。そし
て、スタイラスを実際に所定位置に落着かせるのではな
く、近傍で得られる検出手段からの情報とスタイラスの
位置情報から従来落着かせるべきであった所定位置の情
報を演算するものとし、これにより被測定物の表面の位
置を精度良くかつ効率よく測定できるようにするもので
ある。

【００１３】具体的には、外部からの指令により三次元
空間内を所定の指令速度ベクトルで運動する支持体と、
この支持体に支持されかつ被測定物に接触する接触部を
有するスタイラスと、前記スタイラスを軸方向に周波数
ｆ１で共振させる加振手段と、この加振手段による前記
スタイラスの振動の変化を検出する検出手段とを備えた
接触検出プローブを用い、前記被測定物の表面に前記接
触部が接触した際の支持体の位置から前記被測定物の表
面形状を測定する表面形状測定方法であって、前記指令
速度ベクトルの指令により、前記接触検出プローブを移
動させて前記被測定物の測定すべき表面に接触させる工
程、前記検出回路から出力される前記検出信号の振幅情
報値Anが所定の基準情報値A_sとなるように前記測定すべ
き表面との距離を制御しつつ、前記接触検出プローブを
前記測定すべき表面に沿って移動させ、前記振幅情報値
Anとこれに対応する実位置r_nを出力してゆくことで前記
測定すべき表面を走査する工程、前記振幅情報値Anとこ
れに対応する実位置r_nから、前記振幅情報値Anが一定に
なるように走査した場合に得られると推定される推定表
面位置R_nを演算する工程を含むことを特徴とする。

【００１４】接触検出プローブとしては、前述した超音
波振動式のタッチ信号プローブ等を利用することができ
る。スタイラスは支持体に接続されたスタイラスホルダ
を介して支持される構造等とすればよい。加振手段とし
ては圧電素子などの既存の駆動要素が適宜利用できる。
この加振手段を作動させるために外部に電源および駆動
回路を接続してもよい。検出手段も圧電素子により構成
でき、加振手段と一体化した構造など既存の構成が適宜
採用できる。支持体の駆動は既存の三次元測定機に依存
してもよく、外部のコントローラあるいはコンピュータ
システムで実行される指令プログラムに基づいて動作が
行われるようにすればよい。検出手段からの振幅情報値
Anの収集、基準情報値Asに沿った制御、推定表面位置R_n
の演算等はこれら外部のコントローラあるいはコンピュ
ータシステムで実行させることができる。走査する工程
における振幅情報値An、実位置r_nの収集と推定表面位置
R_nの演算とは、並行して行っても良いし、後述するよう
に各工程を順次行ってもよい。並行して行うとは、r_n位
置の検出を行っている間に、外部コンピュータ等で数ス
テップ前の振幅情報値An_-2、実位置r_n-2から推定表面位
置R_n-2の演算を行う等を意味する。

【００１５】このような構成においては、スタイラスを
被測定物の表面に接触させた後、前記表面の走査により
各点の振幅情報値An、実位置r_nが収集され、これらから
各点の推定表面位置R_nが演算される。この際、スタイラ
スは各点の振幅情報値Anが基準情報値A_sになるように表
面との距離を制御されるが、振幅情報値Anが基準情報値
A_sに収束するまで各点で留まるものではなく、従来のよ
うな収束時間はかからない。一方、各点の推定表面位置
R_nは、実位置r_nを振幅情報値Anで補正する形で導くこと
ができ、スタイラスが振幅情報値An＝基準情報値A_sの位
置に達することがなくとも正確な値を得ることができ
る。

【００１６】本発明において、前記走査する工程におけ
る前記指令速度ベクトルV_n+1は、直前の値V_nと当該V_n+1
との外積のスカラーを前記振幅情報値Anと前記基準情報
値A_sとの差に比例定数k倍した値と等価とすることで決
定されることが望ましい。このようにすれば、前述した
振幅情報値Anが基準情報値A_sに近づくようにスタイラス
を移動させる制御を簡単かつ適切に行うことができる。

【００１７】本発明において、前記演算する工程で演算
される前記推定表面位置R_nは、前記実位置r_nに対して次
の実位置r_n+1を確定した後、前記実位置r_nを始点とし、
前記振幅情報値Anに対応した大きさで、前記次の実位置
r_n+1および一つ前の実位置r_n _-1を結ぶ直線と直交する向
きに補正された位置とすることができる。このようにす
れば、簡単な演算で精度良く推定表面位置R_nを得ること
ができる。

【００１８】また、前記演算する工程で演算される前記
推定表面位置R_nは、前記実位置r_nを始点とし、前記振幅
情報値Anに対応した大きさで、前記実位置r_nおよび一つ
前の実位置r_n-1を結ぶ直線と直交する向きに補正された
位置とすることができる。このようにすれば、次の実位
置r_n+1が必要ないため、検出データを直ちに演算処理す
ることができる。

【００１９】更に、前記演算する工程で演算される前記
推定表面位置R_nは、前記実位置r_nを始点とし、前記振幅
情報値Anに対応した大きさで、少なくとも前記実位置r_n
とこの近傍の実位置r_n+1,r_n-1の３点で規定される曲線
に前記実位置r_nから下ろした垂線の向きに補正された位
置とすることができる。このようにすれば、より精度の
高い推定表面位置R_nを得ることができる。

【００２０】本発明において、前記演算する工程で演算
される前記推定表面位置R_nは、前記振幅情報値Anに対応
した大きさに更に前記スタイラスの接触部のスタイラス
軸に対するオフセット量Dが加味されることが望まし
い。オフセット量Dは、例えばスタイラスの接触部が球
状なら、その半径等で与えられる。これらは、スタイラ
ス軸位置に対して実際の接触位置の距離を加味するとい
うことである。

【００２１】本発明において、先に前記測定すべき表面
に対する走査を完了し、その間に前記表面に関する必要
な全ての前記振幅情報値Anとこれに対応する実位置r_nと
を順次記憶しておき、この後記憶しておいた情報値群A₀
〜A_mとこれに対応する実位置群r₀〜r_mとから前記演算を
行って推定表面位置群R₀〜R_mを得ることが望ましい。振
幅情報値Anとこれに対応する実位置r_nとを順次記憶する
のは、前述した外部のコンピュータシステム等を適宜利
用すればよい。このようにすれば、情報値A₀〜A_m、実位
置r₀〜r_mを検出する走査工程と、推定表面位置群R₀〜R_m
を演算する演算工程とを別個に順次行えるため、並行し
て行う場合よりも制御を簡略にでき、かつ相互の動作タ
イミングを考慮しないでよいため各々における動作を最
速になるように調整できる。

【００２２】本発明において、前記接触検出プローブ
は、更に前記スタイラスを軸交叉方向に周波数ｆ２で共
振させる第２の加振手段を備え、前記走査する工程にお
いては、前記第２の加振手段による振動が所定の位相に
ある時に前記検出回路から出力される前記検出信号の振
幅情報値Anをラッチし、このラッチした振幅情報値Anを
前記基準情報値A_sと比較して制御を行うものとすること
ができる。このようにすれば、本発明を前述したタッピ
ング方式において実現することができる。

【００２３】この際、前記第２の加振手段による前記ス
タイラスの振動の方向は、前記スタイラスの軸方向に略
直交するとともに、前記走査する工程での前記支持体の
移動方向と略直交しているものとすることが望ましい。
このようにすれば、被測定物の測定表面に対して常に略
直角方向へタッピングを与えることができる。

【００２４】本発明において、前記支持体は、前記接触
検出プローブを任意姿勢に回転および傾斜させる姿勢操
作手段を有し、前記被測定物の形状に応じて前記接触検
出プローブの姿勢を操作するようにしてもよい。これに
より、前記被測定物の測定表面と前記接触検出プローブ
の軸を並行にすることができ、前記被測定物の測定表面
が傾斜等している場合でも本発明に基づく測定の実施が
容易にできる。

【００２５】この際、前記第２の加振手段による前記ス
タイラスの振動の方向が、前記接触部が接触する前記被
測定物の表面の法線方向となるように前記姿勢操作手段
を操作することことが望ましい。これにより、前記被測
定物の測定表面が傾斜等している場合でも、法線方向の
タッピングによってより正確な測定を行うことができ
る。

【００２６】なお、接触検出プローブの姿勢の操作にあ
たっては、被測定物の測定表面に関する情報が必要とな
る。この情報は、例えば本発明に基づく測定に先立っ
て、被測定物の測定表面の複数箇所の位置測定を行って
測定表面の形状を割出すか、あるいは被測定物の設計デ
ータ、例えばＣＡＤデータを利用してもよい。

【００２７】本発明において、前記第２の加振手段によ
る前記スタイラスの振動は直線的であることが望まし
い。このようにすれば、本発明おいて適切なタッピング
動作を実現することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づいて説明する。尚、以下の説明では、既に説明
した部分又は部材と同一又は類似の部分等については、
同一符号を付してその説明を省略又は簡略する。図１お
よび図２には、本発明の第１実施形態に係る表面形状測
定方法を組み込んだ内外側面測定装置が示されている。

【００２９】内外側面測定装置１は、測定器本体２、コ
ントローラ３、駆動回路４、検出回路５、およびパーソ
ナルコンピュータ６を含んで構成される。駆動回路４
は、タッチ信号プローブ１００をスタイラスの軸方向お
よび軸に直交する方向に振動させるためのものであり、
検出回路５は、スタイラスに設けられた検出手段からの
電気信号を処理してコントローラ３に出力する部分であ
る。また、パーソナルコンピュータ６は、コントローラ
３に制御信号を出力して測定器本体２の動作制御を行う
とともに、検出回路５やコントローラ３の制御手段３１
からの情報の演算処理を行ってワークＷの真円度等の評
価を行う。

【００３０】測定器本体２は、ワークＷを設置して表面
形状を測定するものであり、該ワークＷが設置されるＸ
ＹＺテーブル２１と、このＸＹＺテーブル２１の端部に
立設される支柱２２と、この支柱２２の延出方向に摺動
自在に設けられる支持体２３と、この支持体２３に支持
されるタッチ信号プローブ１００とを含んで構成され
る。ＸＹＺテーブル２１は、図１では図示を略したが、
ワークＷを所定の位置に設置するために、ワークＷをＸ
ＹＺテーブル２１の面に沿って移動させるＸ軸調整機構
およびＹ軸調整機構と、ワークＷをＸＹＺテーブル２１
の面の法線方向に移動させるＺ軸調整機構とを備えてい
る。そして、ワークＷをＸＹＺテーブル２１に設置した
後、これらの軸調整機構を操作して該ワークの正確な位
置調整を行う。

【００３１】支持体２３は、図１では図示を略したが、
タッチ信号プローブ１００をＸＹＺテーブル２１の面に
沿って移動させるＸ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構と、
支柱２２に沿って上下に支持体２３を移動させるＺ軸駆
動機構とを備え、これらの軸駆動機構は、後述するコン
トローラ３により動作制御される。コントローラ３は、
支持体２３を動作制御する部分であり、制御手段３１お
よび回避手段３２を備えている。

【００３２】制御手段３１は、パーソナルコンピュータ
６からの指令に基づいて、測定器本体２の支持体２３の
動作制御を行うものである。制御手段３１は支持体２３
の軸駆動機構へ移動動作のための指令速度ベクトルV_nを
送り、支持体２３の軸駆動機構はこの指令速度ベクトル
V_nに基づく移動を実行する。制御手段３１にはパーソナ
ルコンピュータ６から稼働開始時などに基準情報値A_sが
送られる。制御手段３１は、支持体２３の動作の間、検
出回路５からの振幅情報値Anをモニタし、この振幅情報
値Anが基準情報値A_sに近づくように指令速度ベクトルV_n
を設定し、支持体２３の移動を制御するようになってい
る。回避手段３２は、検出回路５からの検出信号が所定
の値を維持できない場合、制御手段３１による動作制御
を中止し、それまでの制御手段３１によるタッチ信号プ
ローブ１００の移動方向とは反対方向に、支持体２３を
移動させる制御信号を出力する部分である。この回避手
段３２により、タッチ信号プローブ１００は、ワークＷ
と非接触状態となり、過大な接触力による損傷が防止さ
れる。

【００３３】図２に示すように、タッチ信号プローブ１
００は、スタイラスホルダ１０１、スタイラス１０２、
接触部１０２Ａ、カウンタバランス１０２Ｂ、加振手段
１０３Ａ、および検出手段１０３Ｂを備えている。そし
て、支持体２３とこの支持体２３に支持されるスタイラ
スホルダ１０１との間には、スタイラス１０２を該スタ
イラス１０２の軸に直交する方向に振動させる第２加振
手段１１０が設けられている。尚、スタイラス１０２の
軸に直交する平面内で任意の方向に該スタイラス１０２
を振動させるために、第２加振手段１１０は、互いに直
交する方向に振動させるＸ軸加振素子１１０ＸおよびＹ
軸加振素子１１０Ｙを備え、Ｘ軸加振素子１１０Ｘおよ
びＹ軸加振素子１１０Ｙは、スタイラスホルダ１０１お
よび支持体２３の間に直列に配置されている。

【００３４】駆動回路４は、加振手段１０３Ａおよび第
２加振手段１１０に所定の周波数で電気信号を与える部
分であり、加振回路４１および第２加振回路４２から構
成されている。加振回路４１は、加振手段１０３Ａが所
定の振幅、所定の周波数で動作するような電気信号を発
生させる発信器を備え、これにより、スタイラス１０２
は周波数ｆ１で軸方向に振動する。

【００３５】第２加振回路４２は、上述したＸ軸加振素
子１１０ＸおよびＹ軸加振素子１１０Ｙを所定の振幅、
所定の周波数で動作するような電気信号を発生させる発
信器を備えている。尚、この発信器は、Ｘ軸加振素子１
１０ＸおよびＹ軸加振素子１１０Ｙを同期して動作させ
るが、各加振素子１１０Ｘ、１１０Ｙの電気信号の振幅
は、独立で調整可能となっている。そして、各加振素子
１１０Ｘ、１１０Ｙに振幅の異なる電気信号を与えるこ
とにより、スタイラス１０２は任意の方向に振動し、両
加振素子１１０Ｘ、１１０Ｙの振動を同期させることに
より、スタイラス１０２は、周波数ｆ２でスタイラス１
０２の軸に直交する任意の方向に振動する。

【００３６】パーソナルコンピュータ６には、検出回路
５からの検出信号（振幅情報値An）が入力されている。
検出回路５にはパーソナルコンピュータ６から所定周期
のサンプリング信号が出力されており、検出回路５はこ
のサンプリング信号が送られた時点の振幅情報値Anを出
力するようになっている。また、パーソナルコンピュー
タ６には制御手段３１から現在位置（実位置r_n）が入力
されている。制御手段３１には前述した検出回路５向け
と同じサンプリング信号が送られており、制御手段３１
は前述した検出回路５から出力される振幅情報値Anに対
応した実位置r_nをパーソナルコンピュータ６に出力する
ようになっている。更に、パーソナルコンピュータ６に
は、前述した振幅情報値Anおよび実位置r_nのデータセッ
トを複数記憶しておき、これらを演算処理して推定表面
位置R_nを求める演算機能がソフトウェアにより設定され
ている。

【００３７】次に、上述した第１実施形態に係る内径測
定装置１の動作を、図３に示すようなワークＷの内周表
面Ｗ１の形状測定を行う場合について説明する。 (1) 図３に示すように、予め三点測定を行うかあるいは
ＣＡＤデータを利用する等により、内周の中心Ｏwの位
置座標および概ねの半径Ｒwを取得する。 (2) スタイラス１０２の第２加振手段１１０による振幅
を考慮し、半径ＲwよりもΔｒだけ小さい円Ｓ１を接触
部１０２Ａの基本的な動作軌跡として制御手段３１に設
定する。具体的には、図３における測定開始点Ｐ０から
の角度θと、半径Ｒw−Δｒに基づいて接触部１０２Ａ
の動作制御を行う。尚、加振手段２によるスタイラス１
０２の軸に直交する振動の振幅が極めて微小であるた
め、このΔｒは、接触部１０２Ａの半径に略等しい値と
考えても、実際上は差し支えない。

【００３８】(3) スタイラス１０２の第２加振手段１１
０による振動が内周表面Ｗ１の内側面の法線方向となる
ように、第２加振回路４２の電気信号を前記角度θの関
数として設定し、第２加振手段１１０を構成するＸ軸加
振素子１１０Ｘ、Ｙ軸加振素子１１０Ｙを動作させる。
具体的には、円Ｓ１の中心点Ｏおよび測定開始点Ｐ０を
結ぶ方向をＸ軸加振素子１１０Ｘの振動方向とし、Ｘ軸
加振素子１１０ＸおよびＹ軸加振素子１１０Ｙのスタイ
ラス１０２の軸に直交する方向の最大力をＦ、第２加振
回路による周波数をｆ２とすると、Ｘ軸加振素子１１０
ＸによるＸ軸方向の力Ｆｘ、およびＹ軸加振素子１１０
ＹによるＹ軸方向の力Ｆｙは、以下の関数として設定さ
れる。Ｆｘ＝Ｆ・sin（２π・ｆ２・ｔ）・cosθ Ｆｙ＝Ｆ・sin（２π・ｆ２・ｔ）・sinθ これにより、接触部１０２Ａは、内周表面Ｗ１を所定の
周期（１／ｆ２）でタッピングする。なお、式中のtは
時間を示す。 (4) 加振手段１０３Ａによりスタイラス１０２を軸方向
に振動させるとともに、接触部１０２Ａで内周表面Ｗ１
をタッピングしながら、制御手段３１により内周表面Ｗ
１の走査を開始する。

【００３９】(5) 走査の間、制御手段３１は検出回路５
からの振幅情報値A_nに基づいて指令速度ベクトルV_nを適
宜調整し、支持体２３を移動させてタッチ信号プローブ
１００が内周表面Ｗ１に沿って移動するようにするとと
もに、検出回路５からの振幅情報値A_nおよび制御手段３
１からの実位置r_nが、各測定点n=0〜m毎の情報値群A₀〜
A_mおよび実位置群r₀〜r_mとしてパーソナルコンピュータ
６に蓄積されてゆく。 (6) 走査が完了したら、パーソナルコンピュータ６は、
蓄積した振幅情報値群A₀〜A_mおよび実位置群r₀〜r_mから
演算処理を行い、走査した内周表面Ｗ１の各点に関する
推定表面位置R₀〜R_mを算出する。以下、これらの走査お
よび演算手順の詳細について説明する。

【００４０】まず、走査にあたってのタッチ信号プロー
ブ１００の移動（倣い動作）について説明する。図４に
おいて、タッチ信号プローブ１００の位置はr_n-1、r_n、
r_n+1、r_n+2と移行するものとする。各位置r_n-1、r_n、r
_n+1、r_n+2は座標系の原点（0,0）からの位置ベクトルr_n
=(x_n,y_n)の形で表現される。図中各点の両側に延びる矢
印はタッピング動作の振動を表す。ここで、点r_nから次
の点r_n+1へ移動する際の移動方向ベクトル（これに基づ
いて制御手段３１は指令速度ベクトルを逐次設定する）
の決定は次のように行われる。

【００４１】ｎ番目の測定点において、検出手段５の検
出信号から得られる振動の振幅情報をA_nとし、この時の
タッチ信号プローブ１００の位置情報を実位置r_n=(x_n,y
_n)とする。同様に、ｎ+1番目の測定点において、検出手
段５の検出信号から得られる振動の振幅情報をA_n+1と
し、この時のタッチ信号プローブ１００の位置情報を実
位置r_n+1=(x_n+1,y_n+1)とする。これらから、点r_nから点
r_n+1への移動方向ベクトルはv_n+1=(x_n+1-x_n,y_n+1-y_n)=
(v_{x n+1},v_{y n+1})となる。一つ前の測定点については同
様にv_n=(x_n-x_n-1,y_n-y_n- ₁)=(v_{x n},v_{y n})となる。従っ
て、移動方向ベクトルを大きさ一定にすると次のように
なる。

【００４２】

【数１】

【００４３】移動方向ベクトルV_n,V_n+1についてＺ軸方
向（スタイラス１０２の軸方向）の単位ベクトルe_zを用
いベクトル積をとると次のようになる。

【００４４】

【数２】

【００４５】

【数３】

【００４６】、サンプリング時間間隔を小さくすれば向
きの変化θも小さくなるから、sinθ≒θとおくことが
でき、この式(2)の変形と式(3)とにより次のようにおく
ことができる。

【００４７】

【数４】

【００４８】タッチ信号プローブ１００の移動は、内周
表面Ｗ１の走査にあたって、どの位置でも所定の接触状
態で、つまり接触による振幅情報値Anが基準情報値A_sを
保つように行われる必要がある。つまり、図５のよう
に、各点r_n-1〜r_n+2において、各々での振幅情報値An_-1
〜A_n+2と基準情報値A_sとの差（A_n-1-A_s〜A_n+2-A_s）が
あるとしたら、これらが消えるように制御する必要があ
る。ここで、式(4)のP_nはA_nに依存することから、θ＝
０付近では比例定数kを用いて次のように表せる。

【００４９】

【数５】

【００５０】以上より、移動方向ベクトルの成分
V_{x n+1},V_{y n+1}は次のように求めることができる。

【００５１】

【数６】

【００５２】

【数７】

【００５３】更に、これらの式(6)、式(7)を整理する
と、最終的に次のように表すことができる。

【００５４】

【数８】

【００５５】このように、n番目の点（位置ベクトル
V_n）からn+1番目の点（位置ベクトルV_n ₊₁）への移動
は、その時の振幅情報値Anを用いて決定することができ
る。通常、このような処理はデジタル演算処理により行
われるため、離散化誤差が発生し、値Rに影響すること
が予測されるが、値Rを所定の大きさとなるように随時
補正してゆくことで解決できる。以上のように、タッチ
信号プローブ１００の倣い動作の制御が行われ、この際
前述のように求められる移動方向ベクトルV_n+1に基づい
て制御手段３１から指令速度ベクトルとして支持体２３
を移動させればよい。また、移動方向ベクトルV_n ₊₁は内
周表面Ｗ１に沿った形となるので、タッピングの振動方
向はこの移動方向ベクトルV_n+1に直交する方向へ向くよ
うに修正していれば、常時内周表面Ｗ１を法線方向に叩
く形にできる。従って、被測定物の形状が既知でない場
合でも走査が可能であり、常に測定表面をその法線方向
へ確実にタッピングすることができる。

【００５６】次に、上述のような走査の間に、各測定点
でのサンプリングにより得られる振幅情報値Anと実位置
r_n（蓄積された振幅情報値群A₀〜A_mと実位置群r₀〜r_m）
から内周表面Ｗ１の推定表面位置R_n（R₀〜R_m）を演算す
る処理について説明する。

【００５７】図６において、タッチ信号プローブ１００
の出力信号には次のような性質がある。タッチ信号プロ
ーブ１００のスタイラス１０２が内周表面Ｗ１に接触し
ていない状態(A)では、タッチ信号プローブ１００の実
位置r_nはスタイラス１０２の軸線位置を指しており、こ
の位置は先端の接触部１０２Ａの中心位置に一致してい
る。接触部１０２Ａが内周表面Ｗ１に接触した状態(B)
になると、内周表面Ｗ１からの反力としての接触力F₁が
僅かに生じる。この状態では、内周表面Ｗ１位置は、実
位置r_nと接触部１０２Ａの球状の半径Ｄ（スタイラス１
０２の軸線からのオフセット量）との和で計算できる。
スタイラス１０２が更に内周表面Ｗ１に押付けられる
と、接触力F₂が大きくなり、スタイラス１０２が撓んだ
状態(C)となる。この状態ではスタイラス１０２の軸線
位置と接触部１０２Ａの中心位置とがずれ、接触部１０
２Ａの中心位置は制御手段３１から読み出せる実位置r_n
とは異なる状態になる。このずれ量が押込み量d_nであ
り、この値を無くすか常時一定にするかしないと正確な
測定ができない。

【００５８】図７において、前述した図６(A)の状態で
は接触部１０２Ａと内周表面Ｗ１とは接触しておらず、
どの位置にあってもスタイラス１０２は振動ｆ１の共振
状態にあり、検出回路５から得られるスタイラス１０２
の振動振幅情報値Anは最大値A₀で一定である。前述した
図６(B)のように、接触部１０２Ａが内周表面Ｗ１に接
触すると、スタイラス１０２の共振状態が崩れ、振動が
抑制されて振幅情報値Anは減少する。振幅減少は内周表
面Ｗ１からの接触力が強くなるほど、つまり押込み量が
大きくなるほど顕著となる。この際の比例関係は感度勾
配k_sで表すことができる。

【００５９】このような関係から、振幅情報値Anが所定
の基準情報値A_sとなるように常に制御すれば、前述した
押込み量d_nの一定化による精度確保が可能である。具体
的には、振幅情報値Anが所定の基準情報値A_sとなるよう
に維持しようとしても、スタイラス１０２の移動は予測
制御であるため基準情報値A_s近傍のA_nのように少しずれ
た状態になるものとする。以上より、前述した実位置
r_n、振幅情報値An、基準情報値A_sの関係から、押込み量
d_nを算出することができ、更に接触部１０２Ａの球状の
半径Ｄを加味して内周表面Ｗ１の推定表面位置R_nが算出
できることになる。押込み量のスカラー|d_n|と振幅情報
値A_nとの関係は、感度勾配k_s、最大振幅値A₀から次のよ
うになる。

【００６０】

【数９】

【００６１】従って、押込み量のスカラー|d_n|は次のよ
うになる。

【００６２】

【数１０】

【００６３】更に、接触部１０２Ａの球状の半径Ｄを考
慮して推定表面位置のスカラー|R_n|を推定すると次のよ
うになる。

【００６４】

【数１１】

【００６５】以上の処理を各測定点毎に行えば、全ての
測定対象表面の接触位置推定が可能となる。なお、前述
した説明ではタッチ信号プローブ１００の性質を変位に
対応した一定の感度勾配k_sとしたが、実際には一定とは
限らない。このため、より実際に即した関数等による特
性表現あるいは特性テーブルを採用すれば一層の精度向
上が可能である。以上、推定表面位置のスカラー|R_n|を
推定する手順について述べたが、続いて、方向も加味し
た実際の推定表面位置R_nの推定について説明する。

【００６６】図４に示した走査が終了すると、パーソナ
ルコンピュータ６には振幅情報値群A₀〜A_mおよび対応す
る実位置群r₀(x₀,y₀)〜r_m(x_m,y_m)が蓄積されている。こ
れらの蓄積データから次のようにして内周表面Ｗ１の推
定表面位置R₀〜R_mが得られる。先ず、推定表面位置Rnを
求める場合、実位置r_nに対して前後の実位置r_n-1,r_n+ ₁
を用い、接触力が０の状態の位置ベクトルR'_nと、これ
を正規の位置ベクトルR_nに補正する方向を決定する。

【００６７】図８に示すように、補助線ベクトルh'_n=r
_n+1-r_n-1とおくと、これに垂直なベクトルhn=±(y_n+1-y
_n-1,-(x_n+1-x_n-1))が存在する。なお、図において、補
助線ベクトルh'_nが測定表面の対応位置の接線方向に略
並行していることから、垂直なベクトルhnは測定表面の
対応位置に直交する方向となることが解る。この方向の
うち、位置ベクトルR'_nへの補正の向きを考えると、倣
い測定中の振幅情報に対応する制御の向きが決定された
ようにして一つの向きを選択することが可能である。選
択の方法はこれに限らず、例えば通常測定表面は倣い測
定の進行方向のどちら側か解っているから、これに基づ
いて何れか一つの向きを選択してもよい。こうして選択
したベクトルから補正する向きの単位ベクトルi_nを求め
る。

【００６８】

【数１２】

【００６９】前述した式(11)に上の式(12)の向きを与え
ることでr_nからR'_nが計算できる。

【００７０】

【数１３】

【００７１】更に、オフセット量である接触部１０２Ａ
の球状の半径Ｄを考慮して推定表面位置R_nを推定すると
次のようになる。

【００７２】

【数１４】

【００７３】以上により得られるR_nの集合（R₀〜R_m）に
より測定表面（内周表面Ｗ１）の推定形状が得られる。
なお、前述の手順では、前後の測定点の情報を用いるた
め、端の点（０番目とm番目）についての測定表面位置
（R₀,R_m）は得られないことになるが、この場合には端
位置を拡大する等で有効範囲を広げればよい。

【００７４】以上のような第１実施形態によれば、スタ
イラス１０２を被測定物の表面に接触させた後、前記表
面の走査により各点の振幅情報値An、実位置rnが収集さ
れ、これらから各点の推定表面位置Rnを演算することが
できる。この際、スタイラスは各点の振幅情報値Anが基
準情報値Asになるように表面との距離を制御されるが、
振幅情報値Anが基準情報値Asに収束するまで各点で留ま
るものではなく、従来のような収束時間はかからない。
一方、各点の推定表面位置Rnは、実位置rnを振幅情報値
Anで補正する形で導くことができ、スタイラスが振幅情
報値An＝基準情報値Asの位置に達することがなくとも正
確な値を得ることができる。

【００７５】走査の際、移動のための指令速度ベクトル
V_n+1は、直前の値V_nと当該V_n+1との外積のスカラーを前
記振幅情報値Anと前記基準情報値A_sとの差に比例定数k
倍した値と等価とすることで決定されるようにしたの
で、前述した振幅情報値Anが基準情報値A_sに近づくよう
にスタイラスを移動させる制御を簡単かつ適切に行うこ
とができる。

【００７６】演算の際、推定表面位置R_nは、実位置r_nに
対して次の実位置r_n+1を確定した後、前記実位置r_nを始
点とし、前記振幅情報値Anに対応した大きさで、前記次
の実位置r_n+1および一つ前の実位置r_n-1を結ぶ直線と直
交する向きに補正された位置とするようにしたので、簡
単な演算で精度良く推定表面位置R_nを得ることができ
る。

【００７７】演算の際、推定表面位置R_nは、振幅情報値
Anに対応した大きさに更にスタイラス１０２の接触部１
０２Ａのスタイラス軸に対するオフセット量Dを加味す
ることで、スタイラス軸位置に対して実際の接触位置の
距離を加味することができ、正確な位置測定ができる。

【００７８】走査と演算の処理については、先に前記測
定すべき表面に対する走査を完了し、その間に前記表面
に関する必要な全ての前記振幅情報値Anとこれに対応す
る実位置r_nとを順次記憶しておき、この後記憶しておい
た情報値群A₀〜A_mとこれに対応する実位置群r₀〜r_mとか
ら前記演算を行って推定表面位置群R₀〜R_mを得るように
したので、情報値A₀〜A_m、実位置r₀〜r_mを検出する走査
工程と、推定表面位置群R₀〜R_mを演算する演算工程とを
別個に順次行えるため、並行して行う場合よりも制御を
簡略にでき、かつ相互の動作タイミングを考慮しないで
よいため各々における動作を最速になるように調整でき
る。

【００７９】更に、本実施形態では、スタイラス１０２
を軸交叉方向に周波数ｆ２で共振させることでタッピン
グ方式とすることができるとともに、走査の際には、タ
ッピング用の振動（周波数ｆ２）が所定の位相にある時
に検出回路５から出力される検出信号の振幅情報値Anを
ラッチし、このラッチした振幅情報値Anを基準情報値A_s
と比較して制御を行うようにしたので、正確な制御を実
現することができる。

【００８０】この際、スタイラス１０２におけるタッピ
ング用の振動（周波数ｆ２）の方向は、スタイラス１０
２の軸方向に略直交するとともに、走査する工程での支
持体２３の移動方向（測定表面の方向、倣い方向）と略
直交しているものとし、かつこの振動は直線的であると
したため、適切なタッピング動作を実現することができ
る。

【００８１】次に、本発明の第２実施形態について説明
する。本実施形態は前述した第１実施形態と装置構成、
走査の手順等は同じであり、演算手順の最終段階である
推定表面位置R_nの算出手順が異なるものである。このた
め、異なる部分である推定表面位置R_nの算出手順のみ説
明し、他の共通部分は説明を省略する。図９には本実施
形態の推定表面位置R_nの算出手順が示されている。前記
第１実施形態では補助線ベクトルh'_n=r_n+1-r_n-1と設定
したが、本実施形態では補助線ベクトルh'_n=r_n-r_n-1と
設定する。その後の演算は前記第１実施形態と同じでよ
い。

【００８２】このような第２実施形態によれば、前記第
１実施形態のように次の実位置r_n+1が必要ないため、検
出データを直ちに演算処理することができる。すなわ
ち、前記第１実施形態のように先に全ての測定点に関す
る検出データ（振幅情報値Anおよび実位置r_n）を蓄積し
ておき、後でまとめて推定表面位置R_nを演算する場合に
は、次の実位置r_n+1は容易に得られる。しかし、検出デ
ータを蓄積せずに、各測定点で測定する都度、推定表面
位置R_nを演算する場合、次の実位置r_n+1は次の測定点に
移行するまで得られない。しかし、本実施形態のような
演算手法を用いることで、検出データを蓄積しない処理
を行う場合でも確実に演算処理を行うことができる。

【００８３】次に、本発明の第３実施形態について説明
する。本実施形態は前述した第１実施形態と装置構成、
走査の手順等は同じであり、演算手順の最終段階である
推定表面位置R_nの算出手順が異なるものである。このた
め、異なる部分である推定表面位置R_nの算出手順のみ説
明し、他の共通部分は説明を省略する。図１０には本実
施形態の推定表面位置R_nの算出手順が示されている。前
記第１実施形態では補助線ベクトルh'_n=r_n+1-r_n-1を設
定し、前記第２実施形態では補助線ベクトルh'_n=r_n-r
_n-1を設定し、各々から垂直なベクトルh_nを導いて演算
を行った。これに対し、本実施形態では、r_n近傍の複数
の測定点（r_n-1,r_n、r_n+1,r_n+2等）を選択し、各点に基
づいて近似曲線Cnを設定し、この近似曲線C_n上の実位置
r_nに最寄の点へ実位置r_nから垂線を下ろし、この垂線を
垂直なベクトルh_nとする。その後の演算は前記第１実施
形態と同じでよい。

【００８４】このような第３実施形態によれば、前記第
１実施形態よりも多数の測定点（r_n _-1,r_n、r_n+1,r
_n+2等）を用いて垂直なベクトルh_nを導くことができ、
測定精度を一層向上することができる。特に、前記第１
実施形態と同様に先に走査を行って検査データを蓄積し
ておき、後でまとめて演算処理を行う場合には複数の測
定点のデータが簡単に利用できるため、容易に高精度化
が図れる。

【００８５】次に、本発明の第４実施形態について説明
する。図１１に示すように、本実施形態の装置構成は前
記第１実施形態とほぼ同一であるが、支持体２３にはタ
ッチ信号プローブ１００を任意姿勢に回転、傾斜させる
姿勢操作手段２４を有するとともに、コントローラ３は
姿勢制御手段３３を有し、これらによってワークＷの内
周表面Ｗ１の傾斜に応じてタッチ信号プローブ１００の
姿勢を操作する点が相違する。

【００８６】実際の測定においては、ワークＷの内周表
面Ｗ１の走査に先立って、タッチ信号プローブ１００の
姿勢を操作する必要があり、ワークＷの内周表面Ｗ１の
傾斜に関する情報が必要となる。これに対しては、予め
ワークＷの内周表面Ｗ１の複数箇所の位置測定を行って
おくか、あるいはワークＷの設計データ（ＣＡＤデー
タ）を利用して内周表面Ｗ１の形状を割出しておけばよ
い。ワークＷの内周表面Ｗ１の走査においては、スタイ
ラス１０２と内周表面Ｗ１との相対位置関係については
第１実施形態と同様になるようにするが、本実施形態に
おいては内周表面Ｗ１に傾きがあるため、支持体２３の
Ｘ軸駆動機構とＹ軸駆動機構との他にＺ軸駆動機構も制
御手段３１により制御して走査を行う。

【００８７】本実施形態において、その他の装置構成は
第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略す
る。スタイラス１０２と内周表面Ｗ１との相対位置関係
は第１実施形態と同様であるので、第1実施形態におけ
る走査方法や第２実施形態、第３実施形態による推定表
面位置R_nの演算手順を適用することができる。本実施形
態においては、姿勢操作手段２４と姿勢制御手段３３を
有するので、前もって内周表面Ｗ１の傾斜情報を得てお
くことで、接触部１０２Ａにより常に内周表面Ｗ１の法
線方向にタッピングを行うことができる。

【００８８】尚、本発明は、前述の各実施形態に限定さ
れるものではなく、以下に示すような変形をも含むもの
である。前記各実施形態に係る表面形状測定方法は、円
筒状のワークＷの内周表面Ｗ１の測定を行うために利用
されていたが、被測定物としてはこれに限らない。すな
わち、円筒状のワークＷの外周表面や、他の複雑な三次
元形状を有するワークの連続測定を行うために本発明を
利用してもよい。

【００８９】また、前記各実施形態では、加振手段およ
び第２加振手段を圧電素子１０３Ａ、１１０から構成し
ていたが、これに限らず、他の構造により加振手段およ
び第２加振手段を構成してもよい。要するに、スタイラ
スを軸方向および軸に直交する方向に所定の周波数で振
動させることができる加振手段および第２加振手段であ
れば、他の構成を採用してもよい。

【００９０】更に、前記各実施形態では、タッチ信号プ
ローブを移動させてワークを測定していたが、ワークを
載置したＸＹＺテーブルを移動させて測定を行ってもよ
い。また、姿勢操作手段は支持体に設けるものに限ら
ず、ＸＹＺテーブルのワーク載置面に姿勢操作手段を設
ける等してワークの姿勢を操作するようにしてもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等
は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等として
もよい。

【００９１】更に、接触検出プローブの具体的な形式、
特にスタイラス先端の形状などは適宜選択すればよく、
前記第１実施形態のように球状の接触部１０２Ａならそ
の半径をオフセット量Dとすればよく、他の形状であれ
ば基準軸線から接触位置までのオフセット量を考慮すれ
ばよい。また、前記各実施形態ではタッピング動作を行
うプローブとしたが、これを行わない倣い動作だけの測
定にも本発明は利用できる。この場合、前記各実施形態
の第２の加振手段等は適宜省略すればよい。

【００９２】

【発明の効果】前述したように、本発明の表面形状測定
方法によれば、プローブを測定点毎に安定させるのでは
なく、検出データの処理により推定表面位置を算出でき
るようにしたため、振動式の接触検出における被測定物
の接触点毎の収束時間の影響を回避し、測定精度を高く
維持しつつ作業効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の全体構成を示す概略ブ
ロック図である。

【図２】前記第１実施形態の要部を示すブロック図であ
る。

【図３】前記第１実施形態の測定状態を示す模式平面図
である。

【図４】前記第１実施形態の走査手順を示す模式平面図
である。

【図５】前記第１実施形態の走査における検出信号の変
化を表すグラフである。

【図６】前記第１実施形態のスタイラス先端の接触状態
を示す模式立面図である。

【図７】前記第１実施形態のスタイラス先端の接触状態
に応じた検出信号の変化を表す模式図である。

【図８】前記第１実施形態の演算手順を示す模式平面図
である。

【図９】本発明の第２実施形態の演算手順を示す模式平
面図である。

【図１０】本発明の第３実施形態の演算手順を示す模式
平面図である。

【図１１】本発明の第４実施形態の要部を示すブロック
図である。

【図１２】従来のタッチ信号プローブのスタイラス部分
を示す斜視図である。

【符号の説明】

１内外側面測定装置５検出手段６パーソナルコンピュータ２３支持体２４姿勢操作手段３１制御手段３３姿勢制御手段１００タッチ信号プローブ１０１スタイラスホルダ１０２スタイラス１０２Ａ接触部１０３Ａ加振手段１０３Ｂ検出手段１１０第２加振手段 A_n 振幅情報値 A₀〜A_m 振幅情報値群 A_s 基準情報値 D オフセット量である半径 d_n 押込み量 R_n 推定表面位置 R₀〜R_m 推定表面位置群 r_n 実位置 r₀〜r_m 実位置群Ｗ被測定物であるワークＷ１測定表面である内周表面

フロントページの続き (56)参考文献特開平８−201010（ＪＰ，Ａ) 特開平８−247743（ＪＰ，Ａ) 特開平７−243846（ＪＰ，Ａ) 特開平９−264897（ＪＰ，Ａ) 特表平９−503857（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外部からの指令により三次元空間内を所
定の指令速度ベクトルで運動する支持体と、この支持体
に支持されかつ被測定物に接触する接触部を有するスタ
イラスと、前記スタイラスを軸方向に周波数ｆ１で共振
させる加振手段と、この加振手段による前記スタイラス
の振動の変化を検出する検出手段とを備えた接触検出プ
ローブを用い、前記被測定物の表面に前記接触部が接触
した際の支持体の位置から前記被測定物の表面形状を測
定する表面形状測定方法であって、前記指令速度ベクトルの指令により、前記接触検出プロ
ーブを移動させて前記被測定物の測定すべき表面に接触
させる工程、前記検出回路から出力される前記検出信号の振幅情報値
Anが所定の基準情報値A_sとなるように前記測定すべき表
面との距離を制御しつつ、前記接触検出プローブを前記
測定すべき表面に沿って移動させ、前記振幅情報値Anと
これに対応する実位置r_nを出力してゆくことで前記測定
すべき表面を走査する工程、前記振幅情報値Anとこれに対応する実位置r_nから、前記
振幅情報値Anが一定になるように走査した場合に得られ
ると推定される推定表面位置R_nを演算する工程を含むこ
とを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項２】請求項１に記載の表面形状測定方法にお
いて、前記走査する工程における前記指令速度ベクトル
V_n+1は、直前の値V_nと当該V_n+1との外積のスカラーを前
記振幅情報値Anと前記基準情報値A_sとの差に比例定数k
倍した値と等価とすることで決定されることを特徴とす
る表面形状測定方法。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の表面形
状測定方法において、前記演算する工程で演算される前
記推定表面位置R_nは、前記実位置r_nに対して次の実位置
r_n+1を確定した後、前記実位置r_nを始点とし、前記振幅
情報値Anに対応した大きさで、前記次の実位置r_n+1およ
び一つ前の実位置r_n-1を結ぶ直線と直交する向きに補正
された位置であることを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の表面形
状測定方法において、前記演算する工程で演算される前
記推定表面位置R_nは、前記実位置r_nを始点とし、前記振
幅情報値Anに対応した大きさで、前記実位置r_nおよび一
つ前の実位置r_n-1を結ぶ直線と直交する向きに補正され
た位置であることを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項５】請求項１または請求項２に記載の表面形
状測定方法において、前記演算する工程で演算される前
記推定表面位置R_nは、前記実位置r_nを始点とし、前記振
幅情報値Anに対応した大きさで、少なくとも前記実位置
r_nとこの近傍の実位置r_n+1,r_n-1の３点で規定される曲
線に前記実位置r_nから下ろした垂線の向きに補正された
位置であることを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項６】請求項３〜請求項５の何れかに記載の表
面形状測定方法において、前記演算する工程で演算され
る前記推定表面位置R_nは、前記振幅情報値Anに対応した
大きさに更に前記スタイラスの接触部のスタイラス軸に
対するオフセット量Dが加味されることを特徴とする表
面形状測定方法。
【請求項７】請求項１〜請求項６の何れかに記載の表
面形状測定方法において、先に前記測定すべき表面に対
する走査を完了し、その間に前記表面に関する必要な全
ての前記振幅情報値Anとこれに対応する実位置r_nとを順
次記憶しておき、この後記憶しておいた情報値群A₀〜A_m
とこれに対応する実位置群r₀〜r_mとから前記演算を行っ
て推定表面位置群R₀〜R_mを得ることを特徴とする表面形
状測定方法。
【請求項８】請求項１〜請求項７の何れかに記載の表
面形状測定方法において、前記接触検出プローブは、更
に前記スタイラスを軸交叉方向に周波数ｆ２で共振させ
る第２の加振手段を備え、前記走査する工程において
は、前記第２の加振手段による振動が所定の位相にある
時に前記検出回路から出力される前記検出信号の振幅情
報値Anをラッチし、このラッチした振幅情報値Anを前記
基準情報値A_sと比較して制御を行うことを特徴とする表
面形状測定方法。
【請求項９】請求項８に記載の表面形状測定方法におい
て、前記第２の加振手段による前記スタイラスの振動の
方向は、前記スタイラスの軸方向に略直交するととも
に、前記走査する工程での前記支持体の移動方向と略直
交していることを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項１０】請求項１〜請求項８の何れかに記載の
表面形状測定方法において、前記支持体は、前記接触検
出プローブを任意姿勢に回転および傾斜させる姿勢操作
手段を有し、前記被測定物の形状に応じて前記接触検出
プローブの姿勢を操作することを特徴とする表面形状測
定方法。
【請求項１１】請求項１０に記載の表面形状測定方法に
おいて、前記第２の加振手段による前記スタイラスの振
動の方向が、前記接触部が接触する前記被測定物の表面
の法線方向となるように前記姿勢操作手段を操作するこ
とを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項１２】請求項８〜請求項１１の何れかに記載の
表面形状測定方法において、前記第２の加振手段による
前記スタイラスの振動は直線的であることを特徴とする
表面形状測定方法。