JP4098649B2 - 表面性状測定機の校正用治具、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 - Google Patents
表面性状測定機の校正用治具、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 Download PDFInfo
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Description
【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用治具、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、真円度および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、基端部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１１上を走査する測定子４１と、測定子４１の変位を検出する変位検出手段６、７とを備えている。変位検出手段６、７は、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方向直線変位として検出する第２検出手段７とを備えて構成されている。
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く、また、アーム３の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）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２１５３５４号公報
【特許文献２】
特許第３２１５３２５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、次に対称性を校正するなど、非常に手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】
本発明の目的は、簡便に、かつ、短時間で表面性状測定機を校正するための表面性状測定機の校正用治具、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を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面性状測定機の校正用治具は、少なくとも被測定物表面上をｘ方向に走査されかつ前記被測定物表面の形状に従って前記被測定物表面の法線方向であるｚ方向に変位可能に設けられた測定子と、前記測定子を少なくともｘ方向に移動させる移動手段と、前記測定子の変位量を少なくともｘ方向およびｚ方向について検出する変位検出手段とを備えた表面性状測定機を校正する際に用いる表面性状測定機の校正用治具であって、一面に平坦面を有する基台部と、前記基台部に設けられ前記平坦面に対して既知の高さを有する段差部と、前記段差部とは隙間を隔てかつ並設して前記基台部に設けられ前記段差部に交差しかつ前記平坦面に対して垂直な面内に真円の少なくとも一部を含む第１円状部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、基台部に並設して段差部と第１円状部とが並べて設けられている。よって、この校正用治具を一旦セッティングすれば、測定子が移動手段にて移動されることにより、自ずと段差部に続いて第１円状部が走査される。
そして、まず、高さ既知の段差部を測定した結果からｚ方向高さの検出が校正される。続けて第１円状部が走査される。第１円状部を走査して取得されたデータは、真円部分を測定して得られたデータであり、逆に言うとこのデータは円の式を満たすはずである。そこで、第１円状部を測定して得られた真円部分のデータが円の式を満たすように校正を行うことにより、対称性誤差を校正することができる。これは、第１円状部の真円部分を走査すると、真円を上り斜面で測定する箇所と下りで測定する箇所があり、この上り斜面の部分と下り斜面の部分とで得られたデータが共に円の式を満たすものとなれば対称性誤差が校正されるものである。なお、このような第１円状部の測定で得られたデータから対称性誤差を校正する方法としては、第１円状部の測定で得られたデータを円の式に基づく評価式に代入して、この評価式に最小自乗法を適用することにより所定のパラメータを校正することが例示される。
【０００９】
校正用治具には、段差部と第１円状部とが並設されているので、この校正用治具を一度セッティングしたあと測定子を移動手段にて移動させれば自ずと段差部と第１円状部とを走査することができる。よって、校正する対象によって治具を交換してセッティングしなおすなどの手間を必要としない。その結果、校正を短時間で簡便に行うことができる。
治具を交換してセッティングしなおす際にセッティングの誤差が生じた場合にはこの誤差が校正の誤差に含まれる可能性もあるところ、校正用治具の交換を必要としないので、セッティング誤差による校正誤差を最小限にすることができる。その結果、校正を精密に行うことができる。
簡便に校正を行うことができるので、常に精密に校正された表面性状測定機にて被測定物の表面性状を精密に測定することに大いに資することができる。
また、第１マークが示す方向を表面性状測定機のｘ方向（測定子が走査される方向）に合わせてセッティングすれば、測定子が正確に第１円状部を真円の一部として測定する方向に走査されることとなる。すると、測定子は、段差部を走査した後、正確に第１円状部の真円部分を走査する。
ここで、第１円状部は第１マークが示す方向では真円の一部となっているものの、他の方向では真円とはなっていない可能性がある。そのため、走査方向が第１マークにて示される方向からずれてしまうと真円のデータを得られず、対称性の校正を行うことができないこととなる。
しかし、本発明によれば、第１円状部を真円の一部をして走査する方向が第１マークにより示されるので、この方向に測定子の走査方向を従わせればよい。そして、校正用治具をセッティングする際に測定子の走査方向を第１マークの方向に設定しておけば、あとは自ずと測定子が走査され、段差部、第１円状部、場合によっては第２円状部を走査して校正が行われる。
第１マークにより走査するべき方向が示されているので、第１円状部を正確に真円の一部として走査することができ、その結果、校正を正確に行うことができる。
また、第１マークに加えてさらに第２マークにより走査すべき方向が示されているので、この両マークが示す方向を表面性状測定機のｘ方向（測定子が走査される方向）に合わせてセッティングすれば、測定子が正確に第１円状部を真円の一部として走査することとなる。すると、測定子は、段差部を走査した後、正確に第１円状部の真円部分を走査することから校正を正確に行うことができる。測定子の走査の出発点に当たる位置の第１マークに加えて、終了点に当たる位置に第２マークが設けられることにより、校正用治具をセッティングするときに正確に測定子の走査方向をセットすることができる。その結果、測定子が第１円状部を正確に真円部分として走査し、この真円部分の測定データによって正確な校正を行うことができる。
また、走査が終了したときに測定子が第２マークの上を通るならば正しい方向で校正用治具を走査したことがわかり、校正が正確に行われたことが判断できる。逆に、走査終了時点で測定子が第２マークからずれている場合には、走査方向が正しくないことが分かり、改めて校正用治具のセッティングからやり直すべきであることが判断される。その結果、誤った校正のままで校正処理を終了することがなく、正確な校正を確実に行うことができる。
【００１０】
本発明では、前記第１円状部の前記真円は半径が既知である
ことが好ましい。
【００１１】
このような構成において、測定子が第１円状部を走査した際の測定子の座標を求めるとすると、この測定子が描く軌跡は、第１円状部に対する測定子のオフセット量が第１円状部の半径にオフセットされた軌跡となる。そこで、測定子の軌跡から第１円状部の真円の半径を減じるなどにより、測定子のオフセット量を校正することができる。
よって、ｚ方向高さの検出および対称性の校正に加えて、測定子のオフセット量についても同時に校正することができ、この場合でも校正用治具のセッティングは一度で良いので簡便かつ短時間で校正することができ、またセッティング誤差を排することにより校正が正確である。
【００１２】
本発明では、前記段差部に対し前記第１円状部を間にして反対側、かつ、前記段差部および前記第１円状部とは並設して設けられ、前記段差部および前記第１円状部に交差し前記平坦面に垂直な面内に半径既知の真円の少なくとも一部を含む第２円状部を備えている
ことが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、基台部に段差部と第１円状部と第２円状部とが並べて設けられている。よって、この校正用治具を一旦セッティングすれば、測定子が移動手段にて移動されることにより、自ずと段差部に続いて第１円状部、第２円状部を走査する。つまり、高さ既知の段差部を測定した結果からｚ方向高さの検出が校正され、続けて第１円状部が走査され、第１円状部を走査して得たデータから対称性誤差が校正される。さらに、半径既知の第２円状部を測定した測定結果から測定子のオフセット量が校正される。
【００１４】
校正用治具には、段差部と第１円状部と第２円状部とが並設されているので、この校正用治具を一度セッティングすればよく、複数の治具をセッティングしなおす手間を省き、校正を短時間で簡便に行うことができる。そして、校正用治具の交換を必要としないので、セッティング誤差による校正誤差を最小限にすることができ、その結果、校正を精密に行うことができる。
また、段差部および第１円状部にてｚ方向高さの検出および対称性誤差について校正した後で第２円状部を測定することから、すでに他の校正対象が校正された状態で第２円状部を測定することとなる。その結果、第２円状部を測定する際に取得されるデータはｚ方向高さや対称性については正確なデータであり、この正確なデータに基づいて測定子オフセット量を校正するので、測定子オフセット量を正確に校正することができる。
【００２１】
本発明の表面性状測定機の校正方法は、前記表面性状測定機の校正用治具を用いて表面性状測定機の校正を行う表面性状測定機の校正方法であって、前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、を備えた
ことを特徴とする。
【００２２】
このような構成によれば、前記発明と同様の作用効果を奏することができる。つまり、ｚ方向校正工程において、高さ既知の段差部を測定した結果から変位検出手段のｚ方向検出を校正する。対称性校正工程では、第１円状部を走査して得たデータから対称性の校正が行われる。これは例えば、第１円状部を走査して得たデータを円の式に基づく評価式に代入し、この評価式に最小自乗法を適用することが例示される。
段差部に続いて第１円状部が走査され、併せて段差部および第１円状部を走査した測定結果に対してｚ方向校正工程および対称性校正工程が自ずと実行されれば、ユーザー自身は、最初に校正用治具をセッティングしさえすればもはや表面性状測定機の傍にいる必要さえなく、校正を簡便に行うことができる。
【００２３】
本発明の表面性状測定機の校正方法は、前記表面性状測定機の校正用治具を用いた表面性状測定機の校正方法であって、前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記測定子の被測定物表面に対するオフセット量を校正するオフセット量校正工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
このような構成によれば、前記発明と同様の作用効果を奏することができる。つまり、ｚ方向校正工程および対称性校正工程が行われたのち、さらに、オフセット量校正工程において、測定子のオフセット量が校正される。測定子が第１円状部を走査した際の測定子の座標が求められるとすれば、測定子が描く軌跡は、第１円状部の半径に測定子のオフセット量分がオフセットされた値である。そこで、オフセット量校正工程では、第１円状部の半径が既知であれば、測定子の軌跡から第１円状部の半径を減じるなどにより、測定子のオフセット量を校正することができる。そして、ｚ方向高さの検出および対称性の校正に加えて、測定子のオフセット量についても同時に校正することができ、この場合でも校正用治具のセッティングは一度で良いので簡便かつ短時間で校正することができ、またセッティング誤差を排することにより校正を正確に行うことができる。
【００２５】
本発明の表面性状測定機の校正方法は、前記表面性状測定機の校正用治具を用いた表面性状測定機の校正方法であって、前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、前記第２円状部を測定した検出結果から前記測定子被測定物表面に対するオフセット量を校正するオフセット量校正工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
このような構成によれば、前記発明と同様の作用効果を奏することができる。つまり、ｚ方向校正工程および対称性校正工程のあと、さらに、オフセット量校正工程にて半径既知の第２円状部を測定した測定結果から測定子のオフセット量が校正される。
【００２７】
本発明の表面性状測定機の校正プログラムは、前記表面性状測定機の校正用治具を用いた校正を行う前記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、前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、を自動的に実行させることを特徴とする。
【００２８】
本発明の記録媒体は、前記表面性状測定機の校正用治具を用いた校正を行う前記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、前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、を自動的に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。
【００２９】
このような校正によれば、測定子を所定の方向に走査すべく校正用治具をセッティングすれば、あとは自動的に校正用治具の段差部および第１円状部を走査してこのデータをもとに校正が行われる。従って校正を行うに当たっては、最初のセッティングのみを行えばよいので、非常に簡便に校正を行うことができる。
また、プログラムによってソフト的に処理するので、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。
なお、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。
【００３０】
【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用治具を用いて校正される表面性状測定機の構成について説明する。
表面性状測定機は、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、基端部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、測定子４１の変位量を検出する変位検出手段６、７と、変位検出手段６、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１１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。
【００３１】
アーム３は、図２に示されるように、基端部３１１を揺動可能に支持された基軸部３１と、この基軸部３１の基線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の基端部３１１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。
【００３２】
移動手段５は、基軸部３１の基端部３１１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A方向である。
変位検出手段は、基端部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方向への直線変位量に基づいて検出する第２検出手段７とを備えて構成されている。
第１検出手段６は、ｘスライダ５１の変位量からアーム３の基端部３１１の揺動中心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。
【００３３】
第２検出手段７は、基軸部３１の途中点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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。揺動角０度において、測定子４１を通りＺ軸に平行な線と基線Ａとの交点を基準点Pとする。この基準点Pと基端部３１１の揺動中心との距離をアーム基準長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での検出結果からアーム基準長Ｌを減算したものとなる。そして、これは、アーム３の揺動角をゼロとするとき測定子４１の中心点でのｘ座標に等しい値である。
【００３６】
また、基端部３１１の揺動中心から途中点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）÷（基端部から途中点の距離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。
【００３７】
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座標を（補正前ｘ座標）とし、また、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）として求めたが、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。
【００３８】
【数１】
【００３９】
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。
【００４０】
【数２】
【００４１】
よって、第１検出手段６および第２検出手段７での結果に式（１）および式（２）のずれ量を加味して測定子４１の座標は求められる。
【００４２】
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。または、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（１）および式（２）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の半径（オフセット量）、測定子４１の被測定物表面に対する接触角度、第２検出手段の検出値がゼロであるときの測定子４１のｚ座標値（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。
【００４３】
［表面性状測定機の校正用治具］
（第１実施形態）
次に、本発明の表面性状測定機の校正用治具にかかる第１実施形態ついて説明する。
図３（Ａ）に校正用治具１００の概観図を示し、図３（Ｂ）にこの校正用治具１００の側面図を示す。
校正用治具１００は、上面に平坦面１１１を有する基台部１１０と、基台部１１０に設けられ平坦面１１１に対して既知の高さHを有する段差部１２０と、基台部１１０に段差部１２０とは並設して設けられた第１円状部としての半球部１３０と、段差部１２０上に設けられ段差部１２０から半球部１３０の頂点Vに向かう方向を指し示す第１マーク１４０と、半球部１３０を間にして段差部１２０とは反対側に設けられ半球部１３０の頂点Ｖから段差部１２０に向かう方向を指し示す第２マーク１５０とを備えている。
【００４４】
基台部１１０は、上面の大きな面に平坦面１１１を有する略扁平四角柱状である。なお、以後の説明のため、図３（Ａ）中において、平坦面１１１の長手方向をａ方向とし、短手方向をｂ方向とし、平坦面１１１に垂直な高さ方向をｃ方向と称する。
基台部１１０の上面において一端側に段差部１２０が設けられている。段差部１２０は、基台部１１０の上に重ねられた四角柱状である。なお、段差部１２０のｂ方向長さは基台部１１０のｂ方向長さよりも短く形成され、かつ、段差部１２０は、図３（Ａ）中でｂ方向中心からやや奥よりに設けられている。つまり、図３（Ａ）中で手前側には平坦面１１１が残っている。
【００４５】
半球部１３０は、基台部１１０の上面においてａ方向中央からやや他端よりに設けられている。半球部１３０の頂点Vと段差部１２０の中心とを結んだ方向は基台部１１０の長手方向（ａ方向）と略平行である。半球部１３０は、真球の半分が基台部１１０の上に重ねられた形である。半球部１３０の半径Ｒ１は既知である。なお、半球部１３０は、真球の真半分でなく、一部分をカットしたものであってもよいが、段差部１２０から見たときに上り斜面Ｓuと下り斜面Ｓdの両者を有する。半球部１３０は、図３（Ａ）中でｂ方向中心からやや奥よりに設けられており、図３（Ａ）中で基台部１１０の手前側には、段差部１２０の横および半球部１３０の横を通って一端から他端まで平坦面１１１が残っている。
【００４６】
第１マーク１４０は、段差部１２０の上面に標されたＴ字のマークであり、Ｔ字の縦棒１４１がａ方向を示している。この第１マーク１４０のＴ字の縦棒１４１が示す方向は、この第１マーク１４０から半球部１３０の頂点Ｖに向かう方向である。
第２マーク１５０は、基台部１１０の上面において、半球部１３０よりも他端側に標されたＴ字のマークであり、第２マーク１５０のＴ字の縦棒１５１が示す方向は、半球部１３０の頂点Ｖから段差部１２０に向かっており、第１マーク１４０のＴ字の縦棒１４１が示す方向に一致する。すなわち、第１マーク１４０と第２マーク１５０とを結んだ線を含んで平坦面１１１に垂直な面内に、半球部１３０の頂点Ｖが位置している。
【００４７】
この校正用治具１００を用いた表面性状測定機１の校正方法について説明する。表面性状測定機１の校正に当たっては、校正用治具１００をステージ２上に載置する。このとき、第１マーク１４０と第２マーク１５０とを結ぶ線は、アーム３の移動方向（ｘ方向）に平行に設置される。すなわち、第１マーク１４０と第２マーク１５０とを結んだ線がXガイド軸５２に平行である。なお、図３（Ａ）中で手前側に残った平坦面１１１を測定子４１で走査することにより校正用治具１００がステージ２上で水平に載置されているか確認することができるので、校正用治具１００をセッティングする前に予め水平度を確認しておくことが望ましい。
【００４８】
次に、測定子４１を第１マーク１４０上にセットする。そして、校正演算部８３に予め設定された校正プログラムによる校正を実行させる。つまり、図３（B）に示されるように測定子４１がｘ方向に移動され、所定ピッチで第１検出手段６および第２検出手段７での検出が行われ、この検出結果に基づいて校正演算部８３による演算により、メモリ８１に記憶されている各パラメータ、すなわち、ゲインｇ、先端補正量ｈ、測定子半径ｒが校正される。
以下、測定子４１の移動とともに各パラメータが校正される工程について説明する。
【００４９】
まず、測定子４１が段差部１２０の上面に続いて基台部１１０の平坦面１１１を走査する。段差部１２０の平坦面１１１に対する高さＨは既知であるので、段差部１２０の上面を走査した際の測定子４１のｚ座標と基台部１１０の平坦面１１１を走査した際の測定子４１のｚ座標との差を段差部１２０の高さＨに等しくすれば、ゲインｇが校正される（ｚ方向校正工程）。
【００５０】
続いて、測定子４１が半球部１３０を走査する。このときの測定子４１の座標は、半球部１３０の表面を測定したデータであることから、円の式を満たすはずである。そこで、半球部１３０を測定した際のデータ（Ｘi、Ｚi）を円の式に基づく評価式に代入し、円の式を満たすように各パラメータを校正することで、対称性誤差が校正される。
【００５１】
なお、評価式に代入するデータ（Ｘi、Ｚi）としては、補正演算手段８で得られる半球部１３０の表面データそのものとしてもよいが、簡略化することで計算量を低減させることができる。つまり、測定子の半径ｒは、半球部１３０の半径Ｒ１にオフセットされるだけであるので、考慮しなくてもよい。ただし、この場合、評価式中に現れる半径Ｒ’は、半球部の半径Ｒ１に測定子の半径ｒを加えたものであることに留意する。
ｘ座標値については、半球部１３０の表面データからアーム長Ｌを減じるものとする。また、ｚ座標値については、先端補正量ｈとゼロセットずれ量ｚ0とを考慮せず、代わりに、半球部１３０の中心座標におけるｚ座標値ｚcから先端補正量ｈとゼロセットずれ量ｚ0とが減じられるものとする。
以上の点に留意して、評価式に代入するデータ（Ｘi、Ｚi）は、次の式で表される。
【００５２】
【数３】
【００５３】
半球部１３０の断面の円について中心座標を（ｘc、ｚc）とし、この円の半径Ｒ１に測定子４１の半径ｒを加えた値をＲ’とすると、評価式は次のように表される。
【００５４】
【数４】
【００５５】
評価式につい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、半球部１３０の断面の円についての中心座標（ｘc、ｚc）、半径Ｒ’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。すると、先端補正量ｈが校正される（対称性校正工程）。
【００５６】
さらに、評価式に対する最小自乗法にて算出された半径Ｒ’は、半球部１３０の半径Ｒと測定子４１の半径ｒとの和であるので、図４に示されるように、既知である半球部１３０の半径Ｒ1を半径Ｒ’から減じることにより、測定子半径ｒが校正される（半径値校正工程）。
以上により、ゲインｇ、先端補正量ｈ、測定子半径ｒが校正され、メモリに記憶されたこれらパラメータの値が書き換えられる。
【００５７】
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検出手段および第２検出手段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、補正演算手段に送られ、メモリに記憶された各パラメータおよび補正式（１）（２）を用いた演算部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。
【００５８】
以上、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。
（１）段差部１２０、半球部１３０が並んで設けられ、測定子４１をｘ方向に走査すれば自ずと段差部１２０に続いて半球部１３０が走査される。よって、校正用治具１００は一度セッティングすればよく、取り替える手間を必要とない。その結果、校正に要する手間と時間を省き、校正を簡便に行うことができる。また、校正用治具１００を取り替える必要がないので、セッティングの誤差を排して校正を精密に行うことができる。
【００５９】
（２）第１マーク１４０および第２マーク１５０が設けられているので、測定子４１が走査されるｘ方向を半球部１３０の頂点Ｖを通る方向に正確にセッティングすることができる。よって、半球部１３０を正確に半径既知の真円の一部として測定し、校正を精密に行うことができる。
半球部１３０は真球の半分であるので、測定子４１が半球部１３０の頂点Ｖを通らなくても真円の一部としてのデータを得られるので、最小自乗法により先端補正量ｈについては校正を行うことが可能である。しかしながら、測定子４１の半径を校正するためには半球部１３０の頂点Ｖを通って半球部１３０の半径Ｒに測定子４１の半径ｒがオフセットされたデータを正確に得る必要がある。そこで、第１マーク１４０および第２マーク１５０の方向に従って半球部１３０の頂点を通って測定子４１を走査させることにより、測定子４１の半径ｒについても正確に校正することができる。
【００６０】
（３）半球部１３０は、真球の半分であるので、仮に測定子４１が頂点からずれて半球部１３０を走査した場合であっても真円のデータを得ることはできる。よって、測定子４１の走査方向が第１マーク１４０および第２マーク１５０の方向からずれていた場合でも先端補正量ｈについては校正をおこない得るところ対称性誤差を校正することができる。この点、半球部１３０に代えて例えば円柱であった場合には、走査方向が円柱の軸に対して直角方向からずれてしまうと楕円のデータを取得してしまうので先端補正量ｈを校正することができず対称性誤差を校正することができない。
【００６１】
（４）段差部１２０および半球部１３０が基台部１１０のｂ方向において片方に寄せて配置され、基台部１１０の上面に平坦面１１１が残されている。そして、校正用治具１００をステージ２にセッティングする際にこの平坦面１１１を走査することにより、校正用治具１００をステージ２に水平にセッティングすることができる。よって、校正用治具１００のセッティングが正確に行えることから、段差部１２０および半球部１３０の走査が正確となり、その結果、校正を精密に行うことができる。
【００６２】
（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の表面性状測定機１の校正用治具に係る第２実施形態について説明する。この校正用治具１０１の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、第１円状部としての第１円柱部１６０に加えて、第２円状部としての第２円柱部１７０を備えているところに特徴がある。図５（A）は、第２実施形態の外観図であり、（B）は、第２実施形態の側面図である。
第２実施形態において、段差部１２０とはａ方向に並設された第１円状部としての第１円柱部１６０が設けられているが、この第１円柱部１６０は、軸方向に切断された円柱の一部である。円柱の軸方向がａ方向に対して略直交する向きで第１円柱部１６０は配置されている。円柱の軸方向長さ（ｂ方向長さ）は基台部１１０のｂ方向長さに比べて短く形成され、第１円柱部１６０は、図４（Ａ）中において奥側に配置されている。第１円柱部１６０をａｃ平面で切断したときの円の半径は既知でなくてもよい。
【００６３】
第２円柱部１７０は、段差部１２０および第１円柱部１６０とはａ方向に並設され、第１円柱部１６０を挟んで段差部１２０とは反対側に設けられている。第２円柱部１７０は円柱であり、円柱の軸方向はａ方向に対して略直交する方向である。第２円柱部１７０をａｃ面で切断したときの円の半径値Ｒは既知である。第２円柱部１７０の半径が第１円柱部１６０の半径に比べて小さく形成されている。
なお、第２円柱部１７０の軸方向長さ（ｂ方向長さ）は基台部１１０のｂ方向長さに比べて短く形成され、第２円柱部１７０は、図４（Ａ）中において奥側に配置されている。すなわち、図４（Ａ）中で基台部１１０の手前側には、段差部１２０の横、第１円柱部１６０の横および第２円柱部１７０の横を通って一端から他端まで基台部１１０の上面（平坦面１１１）が残っている。
【００６４】
第１マーク１４０および第２マーク１５０が設けられている点は、第１実施形態と同様であるが、第２マーク１５０は、第２円柱部１７０を挟んで段差部１２０とは反対側に設けられている。
【００６５】
第２実施形態を用いた表面性状測定機１の校正方法は、基本的に第１実施形態と同様であり、まず、校正用治具１０１をステージ２上に水平に載置して測定子４１を第１マーク１４０にのせる。そして、既知である段差部１２０の高さＨからゲインｇが校正される。
次に、測定子４１が第１円柱部１６０を走査したデータについて、第１実施形態と同様に円の式に基づく評価式の最小自乗法から校正を行う。すると、先端補正量ｈが校正される。
【００６６】
ここで第１実施形態においては先端補正量ｈに加えてさらに測定子４１の半径ｒについても校正を行うところであったが、第２実施形態において測定子４１の半径ｒの校正は次段の第２円柱部１７０の測定データに基づいて行うものである。
つまり第２円柱部１７０を走査した際の測定子４１の中心座標が算出されるとすれば、測定子４１の中心座標が描く軌跡は、第２円柱部１７０の半径Ｒ2に測定子４１の半径ｒがオフセットされたものとなる。そこで、測定子４１の中心座標の軌跡に対して第２円柱部１７０の半径Ｒ2分を減算するなどにより、測定子４１の半径ｒについて校正することができる。
【００６７】
以上、このような構成からなる第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）（２）（４）に加えて、次の効果を奏することができる。
（５）第２円柱部１７０が段差部１２０および第１円柱部１６０の後段に設けられているので、段差部１２０および第１円柱部１６０にてｚ方向高さ検出や先端補正量ｈ（対称性）について校正が行われたのちに第２円柱部１７０を走査することとなる。よって、測定子４１の半径ｒ以外については校正済みの状態で第２円柱部１７０を測定することになり、第２円柱部１７０を走査する際の測定子４１の中心座標を正確に得ることができる。その結果、測定子４１の半径ｒを正確に校正することができる。
【００６８】
（６）第１円柱部１６０および第２円柱部１７０は、円柱形状であるのでｂ方向に傾斜を有さない形状である。よって、第１円柱部１６０および第２円柱部１７０の円柱の軸に正確に直交して測定子４１を走査させることができる。第１実施形態の如く半球状であるとｂ方向に傾斜を有するため測定子４１がｂ方向に滑ってしまう危険も考えられるところであるが、第２実施形態の如く円柱形状であれば測定子４１の走査方向がｘ方向からずれてしまう心配が少ない。
【００６９】
（７）第１円柱部１６０に比べて第２円柱部１７０の半径ｒが小さく形成されており、小さな半径の円柱である方が半径を精密に加工しやすい。第２円柱部１７０の半径が精密に加工されることにより、結果として測定子４１の半径ｒの校正が正確に行われる。
また、第２円柱部１７０をピンゲージとすることで製造を容易とすることができるとともに汎用品を使用することができる。その結果、校正用治具１０１の製造コストを削減することができる。
【００７０】
（変形例１）
次に、図６を参照して、本発明の表面性状測定機の校正用治具に係る変形例１について説明する。変形例１の基本的構成は第１実施形態および第２実施形態と同様であるが、第１円状部として半球部１３０を備え、第２円状部としての第２円柱部１７０を備えているところに特徴がある。
なお、半球部１３０については第１実施形態で説明した半球部１３０と同様である。第２円柱部１７０については、第２実施形態で説明した第２円柱部１７０と同様である。
このような構成によれば、上記実施形態の効果（１）から（５）（７）と同様の作用効果を奏することができる。
【００７１】
尚、本発明の表面性状測定機の校正用治具、表面性状測定機の校正方法は、上記実施形態および変形例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、段差部１２０は基台部１１０から上方に高さＨを有するものでなくても、逆にこの段差は基台部１１０を凹状にへこませて形成された凹部であってもよい。なお、この凹部の深さは既知でなければならないことはもちろんである。
【００７２】
第１円状部および第２円状部についても基台部１１０に対して凹状にへこまされて形成されていてもよい。このとき、断面はもちろん真円の一部であり、さらに、測定子４１の半径ｒを校正する場合には半径の値が既知でなければならない。
【００７３】
第１実施形態において、半球部１３０の半径Ｒ１は既知であるものとして説明したが、測定子４１の半径ｒについて校正を行わない場合には半球部１３０の半径Ｒ１は既知でなくてもよい。半球部１３０の半径はわからなくても先端補正量ｈについては校正をおこなって対称性誤差は校正できるからである。
【００７４】
また、第２実施形態で第１円柱部１６０の半径は既知でなくてもよいとして説明したが、第１円柱部１６０の半径が既知であってもよい。この場合、第１円柱部１６０の既知の半径から測定子４１の半径ｒについても校正しておいた上で、第２円柱部１７０を測定することにより校正の正しさを判定するようにしてもよい。そして、判定が正確でない場合には、自動的に測定子４１を第１マークに帰還させて段差部１２０および第１円柱部１６０の走査から校正をやり直すようにしてもよい。
【００７５】
第２実施形態において、第２円柱部１７０の測定データから測定子４１の半径ｒを校正するに当たっては、第１実施形態に倣って円の式に基づく評価式に最小自乗法を適用してもよい。このとき、評価式中の半径R’は、第２円柱部１７０の半径R2と測定子４１の半径ｒとの和であり、第２円柱部１７０の半径R2は既知であることから測定子４１の半径ｒが校正される。
【００７６】
第１円状部および第２円状部の形状は、球、円柱、半円柱、円筒、半円筒などでもよく、要は、断面に真円の一部を含み得る形状であれば特に限定されるものではない。
【００７７】
第１マーク１４０および第２マーク１５０のＴ字の縦棒１４１、１５１は凹状の溝として形成されていてもよい。このような構成によれば、校正用治具１００をセッティングする際に走査方向を合わせるのが簡単でかつ確実となる。
【００７８】
測定子が被測定物表面に接触して走査する表面性状測定機を例にして説明したが、測定子が非接触で被測定物表面上を走査してもよい。
【００７９】
【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用治具および表面性状測定機の校正方法によれば、簡便に、かつ、短時間で表面性状測定機を校正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】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】（Ａ）本発明の表面性状測定機の校正用治具に係る第１実施形態を示す図である。（Ｂ）校正用治具の側面図である。
【図４】半球部を走査した際の測定子中心の描く軌跡を示す図である。
【図５】（Ａ）本発明の表面性状測定機の校正用治具に係る第２実施形態を示す図である。（Ｂ）第２実施形態の側面図である。
【図６】本発明の表面性状測定機の変形例である。
【符号の説明】
１ 表面性状測定機
３ アーム
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
４１ 測定子
８３ 校正演算部
１００ 校正用治具
１１０ 基台部
１１１ 平坦面
１２０ 段差部
１３０ 半球部（第１円状部）
１４０ 第１マーク
１５０ 第２マーク
１６０ 第１円柱部（第１円状部）
１７０ 第２円柱部（第２円状部）
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面性状測定機の校正用治具、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、真円度および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、基端部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１１上を走査する測定子４１と、測定子４１の変位を検出する変位検出手段６、７とを備えている。変位検出手段６、７は、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方向直線変位として検出する第２検出手段７とを備えて構成されている。
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く、また、アーム３の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）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２１５３５４号公報
【特許文献２】
特許第３２１５３２５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、次に対称性を校正するなど、非常に手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】
本発明の目的は、簡便に、かつ、短時間で表面性状測定機を校正するための表面性状測定機の校正用治具、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を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面性状測定機の校正用治具は、少なくとも被測定物表面上をｘ方向に走査されかつ前記被測定物表面の形状に従って前記被測定物表面の法線方向であるｚ方向に変位可能に設けられた測定子と、前記測定子を少なくともｘ方向に移動させる移動手段と、前記測定子の変位量を少なくともｘ方向およびｚ方向について検出する変位検出手段とを備えた表面性状測定機を校正する際に用いる表面性状測定機の校正用治具であって、一面に平坦面を有する基台部と、前記基台部に設けられ前記平坦面に対して既知の高さを有する段差部と、前記段差部とは隙間を隔てかつ並設して前記基台部に設けられ前記段差部に交差しかつ前記平坦面に対して垂直な面内に真円の少なくとも一部を含む第１円状部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、基台部に並設して段差部と第１円状部とが並べて設けられている。よって、この校正用治具を一旦セッティングすれば、測定子が移動手段にて移動されることにより、自ずと段差部に続いて第１円状部が走査される。
そして、まず、高さ既知の段差部を測定した結果からｚ方向高さの検出が校正される。続けて第１円状部が走査される。第１円状部を走査して取得されたデータは、真円部分を測定して得られたデータであり、逆に言うとこのデータは円の式を満たすはずである。そこで、第１円状部を測定して得られた真円部分のデータが円の式を満たすように校正を行うことにより、対称性誤差を校正することができる。これは、第１円状部の真円部分を走査すると、真円を上り斜面で測定する箇所と下りで測定する箇所があり、この上り斜面の部分と下り斜面の部分とで得られたデータが共に円の式を満たすものとなれば対称性誤差が校正されるものである。なお、このような第１円状部の測定で得られたデータから対称性誤差を校正する方法としては、第１円状部の測定で得られたデータを円の式に基づく評価式に代入して、この評価式に最小自乗法を適用することにより所定のパラメータを校正することが例示される。
【０００９】
校正用治具には、段差部と第１円状部とが並設されているので、この校正用治具を一度セッティングしたあと測定子を移動手段にて移動させれば自ずと段差部と第１円状部とを走査することができる。よって、校正する対象によって治具を交換してセッティングしなおすなどの手間を必要としない。その結果、校正を短時間で簡便に行うことができる。
治具を交換してセッティングしなおす際にセッティングの誤差が生じた場合にはこの誤差が校正の誤差に含まれる可能性もあるところ、校正用治具の交換を必要としないので、セッティング誤差による校正誤差を最小限にすることができる。その結果、校正を精密に行うことができる。
簡便に校正を行うことができるので、常に精密に校正された表面性状測定機にて被測定物の表面性状を精密に測定することに大いに資することができる。
また、第１マークが示す方向を表面性状測定機のｘ方向（測定子が走査される方向）に合わせてセッティングすれば、測定子が正確に第１円状部を真円の一部として測定する方向に走査されることとなる。すると、測定子は、段差部を走査した後、正確に第１円状部の真円部分を走査する。
ここで、第１円状部は第１マークが示す方向では真円の一部となっているものの、他の方向では真円とはなっていない可能性がある。そのため、走査方向が第１マークにて示される方向からずれてしまうと真円のデータを得られず、対称性の校正を行うことができないこととなる。
しかし、本発明によれば、第１円状部を真円の一部をして走査する方向が第１マークにより示されるので、この方向に測定子の走査方向を従わせればよい。そして、校正用治具をセッティングする際に測定子の走査方向を第１マークの方向に設定しておけば、あとは自ずと測定子が走査され、段差部、第１円状部、場合によっては第２円状部を走査して校正が行われる。
第１マークにより走査するべき方向が示されているので、第１円状部を正確に真円の一部として走査することができ、その結果、校正を正確に行うことができる。
また、第１マークに加えてさらに第２マークにより走査すべき方向が示されているので、この両マークが示す方向を表面性状測定機のｘ方向（測定子が走査される方向）に合わせてセッティングすれば、測定子が正確に第１円状部を真円の一部として走査することとなる。すると、測定子は、段差部を走査した後、正確に第１円状部の真円部分を走査することから校正を正確に行うことができる。測定子の走査の出発点に当たる位置の第１マークに加えて、終了点に当たる位置に第２マークが設けられることにより、校正用治具をセッティングするときに正確に測定子の走査方向をセットすることができる。その結果、測定子が第１円状部を正確に真円部分として走査し、この真円部分の測定データによって正確な校正を行うことができる。
また、走査が終了したときに測定子が第２マークの上を通るならば正しい方向で校正用治具を走査したことがわかり、校正が正確に行われたことが判断できる。逆に、走査終了時点で測定子が第２マークからずれている場合には、走査方向が正しくないことが分かり、改めて校正用治具のセッティングからやり直すべきであることが判断される。その結果、誤った校正のままで校正処理を終了することがなく、正確な校正を確実に行うことができる。
【００１０】
本発明では、前記第１円状部の前記真円は半径が既知である
ことが好ましい。
【００１１】
このような構成において、測定子が第１円状部を走査した際の測定子の座標を求めるとすると、この測定子が描く軌跡は、第１円状部に対する測定子のオフセット量が第１円状部の半径にオフセットされた軌跡となる。そこで、測定子の軌跡から第１円状部の真円の半径を減じるなどにより、測定子のオフセット量を校正することができる。
よって、ｚ方向高さの検出および対称性の校正に加えて、測定子のオフセット量についても同時に校正することができ、この場合でも校正用治具のセッティングは一度で良いので簡便かつ短時間で校正することができ、またセッティング誤差を排することにより校正が正確である。
【００１２】
本発明では、前記段差部に対し前記第１円状部を間にして反対側、かつ、前記段差部および前記第１円状部とは並設して設けられ、前記段差部および前記第１円状部に交差し前記平坦面に垂直な面内に半径既知の真円の少なくとも一部を含む第２円状部を備えている
ことが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、基台部に段差部と第１円状部と第２円状部とが並べて設けられている。よって、この校正用治具を一旦セッティングすれば、測定子が移動手段にて移動されることにより、自ずと段差部に続いて第１円状部、第２円状部を走査する。つまり、高さ既知の段差部を測定した結果からｚ方向高さの検出が校正され、続けて第１円状部が走査され、第１円状部を走査して得たデータから対称性誤差が校正される。さらに、半径既知の第２円状部を測定した測定結果から測定子のオフセット量が校正される。
【００１４】
校正用治具には、段差部と第１円状部と第２円状部とが並設されているので、この校正用治具を一度セッティングすればよく、複数の治具をセッティングしなおす手間を省き、校正を短時間で簡便に行うことができる。そして、校正用治具の交換を必要としないので、セッティング誤差による校正誤差を最小限にすることができ、その結果、校正を精密に行うことができる。
また、段差部および第１円状部にてｚ方向高さの検出および対称性誤差について校正した後で第２円状部を測定することから、すでに他の校正対象が校正された状態で第２円状部を測定することとなる。その結果、第２円状部を測定する際に取得されるデータはｚ方向高さや対称性については正確なデータであり、この正確なデータに基づいて測定子オフセット量を校正するので、測定子オフセット量を正確に校正することができる。
【００２１】
本発明の表面性状測定機の校正方法は、前記表面性状測定機の校正用治具を用いて表面性状測定機の校正を行う表面性状測定機の校正方法であって、前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、を備えた
ことを特徴とする。
【００２２】
このような構成によれば、前記発明と同様の作用効果を奏することができる。つまり、ｚ方向校正工程において、高さ既知の段差部を測定した結果から変位検出手段のｚ方向検出を校正する。対称性校正工程では、第１円状部を走査して得たデータから対称性の校正が行われる。これは例えば、第１円状部を走査して得たデータを円の式に基づく評価式に代入し、この評価式に最小自乗法を適用することが例示される。
段差部に続いて第１円状部が走査され、併せて段差部および第１円状部を走査した測定結果に対してｚ方向校正工程および対称性校正工程が自ずと実行されれば、ユーザー自身は、最初に校正用治具をセッティングしさえすればもはや表面性状測定機の傍にいる必要さえなく、校正を簡便に行うことができる。
【００２３】
本発明の表面性状測定機の校正方法は、前記表面性状測定機の校正用治具を用いた表面性状測定機の校正方法であって、前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記測定子の被測定物表面に対するオフセット量を校正するオフセット量校正工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
このような構成によれば、前記発明と同様の作用効果を奏することができる。つまり、ｚ方向校正工程および対称性校正工程が行われたのち、さらに、オフセット量校正工程において、測定子のオフセット量が校正される。測定子が第１円状部を走査した際の測定子の座標が求められるとすれば、測定子が描く軌跡は、第１円状部の半径に測定子のオフセット量分がオフセットされた値である。そこで、オフセット量校正工程では、第１円状部の半径が既知であれば、測定子の軌跡から第１円状部の半径を減じるなどにより、測定子のオフセット量を校正することができる。そして、ｚ方向高さの検出および対称性の校正に加えて、測定子のオフセット量についても同時に校正することができ、この場合でも校正用治具のセッティングは一度で良いので簡便かつ短時間で校正することができ、またセッティング誤差を排することにより校正を正確に行うことができる。
【００２５】
本発明の表面性状測定機の校正方法は、前記表面性状測定機の校正用治具を用いた表面性状測定機の校正方法であって、前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、前記第２円状部を測定した検出結果から前記測定子被測定物表面に対するオフセット量を校正するオフセット量校正工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
このような構成によれば、前記発明と同様の作用効果を奏することができる。つまり、ｚ方向校正工程および対称性校正工程のあと、さらに、オフセット量校正工程にて半径既知の第２円状部を測定した測定結果から測定子のオフセット量が校正される。
【００２７】
本発明の表面性状測定機の校正プログラムは、前記表面性状測定機の校正用治具を用いた校正を行う前記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、前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、を自動的に実行させることを特徴とする。
【００２８】
本発明の記録媒体は、前記表面性状測定機の校正用治具を用いた校正を行う前記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、前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、を自動的に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。
【００２９】
このような校正によれば、測定子を所定の方向に走査すべく校正用治具をセッティングすれば、あとは自動的に校正用治具の段差部および第１円状部を走査してこのデータをもとに校正が行われる。従って校正を行うに当たっては、最初のセッティングのみを行えばよいので、非常に簡便に校正を行うことができる。
また、プログラムによってソフト的に処理するので、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。
なお、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。
【００３０】
【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用治具を用いて校正される表面性状測定機の構成について説明する。
表面性状測定機は、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、基端部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、測定子４１の変位量を検出する変位検出手段６、７と、変位検出手段６、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１１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。
【００３１】
アーム３は、図２に示されるように、基端部３１１を揺動可能に支持された基軸部３１と、この基軸部３１の基線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の基端部３１１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。
【００３２】
移動手段５は、基軸部３１の基端部３１１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A方向である。
変位検出手段は、基端部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方向への直線変位量に基づいて検出する第２検出手段７とを備えて構成されている。
第１検出手段６は、ｘスライダ５１の変位量からアーム３の基端部３１１の揺動中心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。
【００３３】
第２検出手段７は、基軸部３１の途中点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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。揺動角０度において、測定子４１を通りＺ軸に平行な線と基線Ａとの交点を基準点Pとする。この基準点Pと基端部３１１の揺動中心との距離をアーム基準長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での検出結果からアーム基準長Ｌを減算したものとなる。そして、これは、アーム３の揺動角をゼロとするとき測定子４１の中心点でのｘ座標に等しい値である。
【００３６】
また、基端部３１１の揺動中心から途中点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）÷（基端部から途中点の距離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。
【００３７】
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座標を（補正前ｘ座標）とし、また、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）として求めたが、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。
【００３８】
【数１】
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。
【００４０】
【数２】
よって、第１検出手段６および第２検出手段７での結果に式（１）および式（２）のずれ量を加味して測定子４１の座標は求められる。
【００４２】
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。または、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（１）および式（２）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の半径（オフセット量）、測定子４１の被測定物表面に対する接触角度、第２検出手段の検出値がゼロであるときの測定子４１のｚ座標値（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。
【００４３】
［表面性状測定機の校正用治具］
（第１実施形態）
次に、本発明の表面性状測定機の校正用治具にかかる第１実施形態ついて説明する。
図３（Ａ）に校正用治具１００の概観図を示し、図３（Ｂ）にこの校正用治具１００の側面図を示す。
校正用治具１００は、上面に平坦面１１１を有する基台部１１０と、基台部１１０に設けられ平坦面１１１に対して既知の高さHを有する段差部１２０と、基台部１１０に段差部１２０とは並設して設けられた第１円状部としての半球部１３０と、段差部１２０上に設けられ段差部１２０から半球部１３０の頂点Vに向かう方向を指し示す第１マーク１４０と、半球部１３０を間にして段差部１２０とは反対側に設けられ半球部１３０の頂点Ｖから段差部１２０に向かう方向を指し示す第２マーク１５０とを備えている。
【００４４】
基台部１１０は、上面の大きな面に平坦面１１１を有する略扁平四角柱状である。なお、以後の説明のため、図３（Ａ）中において、平坦面１１１の長手方向をａ方向とし、短手方向をｂ方向とし、平坦面１１１に垂直な高さ方向をｃ方向と称する。
基台部１１０の上面において一端側に段差部１２０が設けられている。段差部１２０は、基台部１１０の上に重ねられた四角柱状である。なお、段差部１２０のｂ方向長さは基台部１１０のｂ方向長さよりも短く形成され、かつ、段差部１２０は、図３（Ａ）中でｂ方向中心からやや奥よりに設けられている。つまり、図３（Ａ）中で手前側には平坦面１１１が残っている。
【００４５】
半球部１３０は、基台部１１０の上面においてａ方向中央からやや他端よりに設けられている。半球部１３０の頂点Vと段差部１２０の中心とを結んだ方向は基台部１１０の長手方向（ａ方向）と略平行である。半球部１３０は、真球の半分が基台部１１０の上に重ねられた形である。半球部１３０の半径Ｒ１は既知である。なお、半球部１３０は、真球の真半分でなく、一部分をカットしたものであってもよいが、段差部１２０から見たときに上り斜面Ｓuと下り斜面Ｓdの両者を有する。半球部１３０は、図３（Ａ）中でｂ方向中心からやや奥よりに設けられており、図３（Ａ）中で基台部１１０の手前側には、段差部１２０の横および半球部１３０の横を通って一端から他端まで平坦面１１１が残っている。
【００４６】
第１マーク１４０は、段差部１２０の上面に標されたＴ字のマークであり、Ｔ字の縦棒１４１がａ方向を示している。この第１マーク１４０のＴ字の縦棒１４１が示す方向は、この第１マーク１４０から半球部１３０の頂点Ｖに向かう方向である。
第２マーク１５０は、基台部１１０の上面において、半球部１３０よりも他端側に標されたＴ字のマークであり、第２マーク１５０のＴ字の縦棒１５１が示す方向は、半球部１３０の頂点Ｖから段差部１２０に向かっており、第１マーク１４０のＴ字の縦棒１４１が示す方向に一致する。すなわち、第１マーク１４０と第２マーク１５０とを結んだ線を含んで平坦面１１１に垂直な面内に、半球部１３０の頂点Ｖが位置している。
【００４７】
この校正用治具１００を用いた表面性状測定機１の校正方法について説明する。表面性状測定機１の校正に当たっては、校正用治具１００をステージ２上に載置する。このとき、第１マーク１４０と第２マーク１５０とを結ぶ線は、アーム３の移動方向（ｘ方向）に平行に設置される。すなわち、第１マーク１４０と第２マーク１５０とを結んだ線がXガイド軸５２に平行である。なお、図３（Ａ）中で手前側に残った平坦面１１１を測定子４１で走査することにより校正用治具１００がステージ２上で水平に載置されているか確認することができるので、校正用治具１００をセッティングする前に予め水平度を確認しておくことが望ましい。
【００４８】
次に、測定子４１を第１マーク１４０上にセットする。そして、校正演算部８３に予め設定された校正プログラムによる校正を実行させる。つまり、図３（B）に示されるように測定子４１がｘ方向に移動され、所定ピッチで第１検出手段６および第２検出手段７での検出が行われ、この検出結果に基づいて校正演算部８３による演算により、メモリ８１に記憶されている各パラメータ、すなわち、ゲインｇ、先端補正量ｈ、測定子半径ｒが校正される。
以下、測定子４１の移動とともに各パラメータが校正される工程について説明する。
【００４９】
まず、測定子４１が段差部１２０の上面に続いて基台部１１０の平坦面１１１を走査する。段差部１２０の平坦面１１１に対する高さＨは既知であるので、段差部１２０の上面を走査した際の測定子４１のｚ座標と基台部１１０の平坦面１１１を走査した際の測定子４１のｚ座標との差を段差部１２０の高さＨに等しくすれば、ゲインｇが校正される（ｚ方向校正工程）。
【００５０】
続いて、測定子４１が半球部１３０を走査する。このときの測定子４１の座標は、半球部１３０の表面を測定したデータであることから、円の式を満たすはずである。そこで、半球部１３０を測定した際のデータ（Ｘi、Ｚi）を円の式に基づく評価式に代入し、円の式を満たすように各パラメータを校正することで、対称性誤差が校正される。
【００５１】
なお、評価式に代入するデータ（Ｘi、Ｚi）としては、補正演算手段８で得られる半球部１３０の表面データそのものとしてもよいが、簡略化することで計算量を低減させることができる。つまり、測定子の半径ｒは、半球部１３０の半径Ｒ１にオフセットされるだけであるので、考慮しなくてもよい。ただし、この場合、評価式中に現れる半径Ｒ’は、半球部の半径Ｒ１に測定子の半径ｒを加えたものであることに留意する。
ｘ座標値については、半球部１３０の表面データからアーム長Ｌを減じるものとする。また、ｚ座標値については、先端補正量ｈとゼロセットずれ量ｚ0とを考慮せず、代わりに、半球部１３０の中心座標におけるｚ座標値ｚcから先端補正量ｈとゼロセットずれ量ｚ0とが減じられるものとする。
以上の点に留意して、評価式に代入するデータ（Ｘi、Ｚi）は、次の式で表される。
【００５２】
【数３】
半球部１３０の断面の円について中心座標を（ｘc、ｚc）とし、この円の半径Ｒ１に測定子４１の半径ｒを加えた値をＲ’とすると、評価式は次のように表される。
【００５４】
【数４】
評価式につい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、半球部１３０の断面の円についての中心座標（ｘc、ｚc）、半径Ｒ’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。すると、先端補正量ｈが校正される（対称性校正工程）。
【００５６】
さらに、評価式に対する最小自乗法にて算出された半径Ｒ’は、半球部１３０の半径Ｒと測定子４１の半径ｒとの和であるので、図４に示されるように、既知である半球部１３０の半径Ｒ1を半径Ｒ’から減じることにより、測定子半径ｒが校正される（半径値校正工程）。
以上により、ゲインｇ、先端補正量ｈ、測定子半径ｒが校正され、メモリに記憶されたこれらパラメータの値が書き換えられる。
【００５７】
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検出手段および第２検出手段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、補正演算手段に送られ、メモリに記憶された各パラメータおよび補正式（１）（２）を用いた演算部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。
【００５８】
以上、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。
（１）段差部１２０、半球部１３０が並んで設けられ、測定子４１をｘ方向に走査すれば自ずと段差部１２０に続いて半球部１３０が走査される。よって、校正用治具１００は一度セッティングすればよく、取り替える手間を必要とない。その結果、校正に要する手間と時間を省き、校正を簡便に行うことができる。また、校正用治具１００を取り替える必要がないので、セッティングの誤差を排して校正を精密に行うことができる。
【００５９】
（２）第１マーク１４０および第２マーク１５０が設けられているので、測定子４１が走査されるｘ方向を半球部１３０の頂点Ｖを通る方向に正確にセッティングすることができる。よって、半球部１３０を正確に半径既知の真円の一部として測定し、校正を精密に行うことができる。
半球部１３０は真球の半分であるので、測定子４１が半球部１３０の頂点Ｖを通らなくても真円の一部としてのデータを得られるので、最小自乗法により先端補正量ｈについては校正を行うことが可能である。しかしながら、測定子４１の半径を校正するためには半球部１３０の頂点Ｖを通って半球部１３０の半径Ｒに測定子４１の半径ｒがオフセットされたデータを正確に得る必要がある。そこで、第１マーク１４０および第２マーク１５０の方向に従って半球部１３０の頂点を通って測定子４１を走査させることにより、測定子４１の半径ｒについても正確に校正することができる。
【００６０】
（３）半球部１３０は、真球の半分であるので、仮に測定子４１が頂点からずれて半球部１３０を走査した場合であっても真円のデータを得ることはできる。よって、測定子４１の走査方向が第１マーク１４０および第２マーク１５０の方向からずれていた場合でも先端補正量ｈについては校正をおこない得るところ対称性誤差を校正することができる。この点、半球部１３０に代えて例えば円柱であった場合には、走査方向が円柱の軸に対して直角方向からずれてしまうと楕円のデータを取得してしまうので先端補正量ｈを校正することができず対称性誤差を校正することができない。
【００６１】
（４）段差部１２０および半球部１３０が基台部１１０のｂ方向において片方に寄せて配置され、基台部１１０の上面に平坦面１１１が残されている。そして、校正用治具１００をステージ２にセッティングする際にこの平坦面１１１を走査することにより、校正用治具１００をステージ２に水平にセッティングすることができる。よって、校正用治具１００のセッティングが正確に行えることから、段差部１２０および半球部１３０の走査が正確となり、その結果、校正を精密に行うことができる。
【００６２】
（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の表面性状測定機１の校正用治具に係る第２実施形態について説明する。この校正用治具１０１の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、第１円状部としての第１円柱部１６０に加えて、第２円状部としての第２円柱部１７０を備えているところに特徴がある。図５（A）は、第２実施形態の外観図であり、（B）は、第２実施形態の側面図である。
第２実施形態において、段差部１２０とはａ方向に並設された第１円状部としての第１円柱部１６０が設けられているが、この第１円柱部１６０は、軸方向に切断された円柱の一部である。円柱の軸方向がａ方向に対して略直交する向きで第１円柱部１６０は配置されている。円柱の軸方向長さ（ｂ方向長さ）は基台部１１０のｂ方向長さに比べて短く形成され、第１円柱部１６０は、図４（Ａ）中において奥側に配置されている。第１円柱部１６０をａｃ平面で切断したときの円の半径は既知でなくてもよい。
【００６３】
第２円柱部１７０は、段差部１２０および第１円柱部１６０とはａ方向に並設され、第１円柱部１６０を挟んで段差部１２０とは反対側に設けられている。第２円柱部１７０は円柱であり、円柱の軸方向はａ方向に対して略直交する方向である。第２円柱部１７０をａｃ面で切断したときの円の半径値Ｒは既知である。第２円柱部１７０の半径が第１円柱部１６０の半径に比べて小さく形成されている。
なお、第２円柱部１７０の軸方向長さ（ｂ方向長さ）は基台部１１０のｂ方向長さに比べて短く形成され、第２円柱部１７０は、図４（Ａ）中において奥側に配置されている。すなわち、図４（Ａ）中で基台部１１０の手前側には、段差部１２０の横、第１円柱部１６０の横および第２円柱部１７０の横を通って一端から他端まで基台部１１０の上面（平坦面１１１）が残っている。
【００６４】
第１マーク１４０および第２マーク１５０が設けられている点は、第１実施形態と同様であるが、第２マーク１５０は、第２円柱部１７０を挟んで段差部１２０とは反対側に設けられている。
【００６５】
第２実施形態を用いた表面性状測定機１の校正方法は、基本的に第１実施形態と同様であり、まず、校正用治具１０１をステージ２上に水平に載置して測定子４１を第１マーク１４０にのせる。そして、既知である段差部１２０の高さＨからゲインｇが校正される。
次に、測定子４１が第１円柱部１６０を走査したデータについて、第１実施形態と同様に円の式に基づく評価式の最小自乗法から校正を行う。すると、先端補正量ｈが校正される。
【００６６】
ここで第１実施形態においては先端補正量ｈに加えてさらに測定子４１の半径ｒについても校正を行うところであったが、第２実施形態において測定子４１の半径ｒの校正は次段の第２円柱部１７０の測定データに基づいて行うものである。
つまり第２円柱部１７０を走査した際の測定子４１の中心座標が算出されるとすれば、測定子４１の中心座標が描く軌跡は、第２円柱部１７０の半径Ｒ2に測定子４１の半径ｒがオフセットされたものとなる。そこで、測定子４１の中心座標の軌跡に対して第２円柱部１７０の半径Ｒ2分を減算するなどにより、測定子４１の半径ｒについて校正することができる。
【００６７】
以上、このような構成からなる第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）（２）（４）に加えて、次の効果を奏することができる。
（５）第２円柱部１７０が段差部１２０および第１円柱部１６０の後段に設けられているので、段差部１２０および第１円柱部１６０にてｚ方向高さ検出や先端補正量ｈ（対称性）について校正が行われたのちに第２円柱部１７０を走査することとなる。よって、測定子４１の半径ｒ以外については校正済みの状態で第２円柱部１７０を測定することになり、第２円柱部１７０を走査する際の測定子４１の中心座標を正確に得ることができる。その結果、測定子４１の半径ｒを正確に校正することができる。
【００６８】
（６）第１円柱部１６０および第２円柱部１７０は、円柱形状であるのでｂ方向に傾斜を有さない形状である。よって、第１円柱部１６０および第２円柱部１７０の円柱の軸に正確に直交して測定子４１を走査させることができる。第１実施形態の如く半球状であるとｂ方向に傾斜を有するため測定子４１がｂ方向に滑ってしまう危険も考えられるところであるが、第２実施形態の如く円柱形状であれば測定子４１の走査方向がｘ方向からずれてしまう心配が少ない。
【００６９】
（７）第１円柱部１６０に比べて第２円柱部１７０の半径ｒが小さく形成されており、小さな半径の円柱である方が半径を精密に加工しやすい。第２円柱部１７０の半径が精密に加工されることにより、結果として測定子４１の半径ｒの校正が正確に行われる。
また、第２円柱部１７０をピンゲージとすることで製造を容易とすることができるとともに汎用品を使用することができる。その結果、校正用治具１０１の製造コストを削減することができる。
【００７０】
（変形例１）
次に、図６を参照して、本発明の表面性状測定機の校正用治具に係る変形例１について説明する。変形例１の基本的構成は第１実施形態および第２実施形態と同様であるが、第１円状部として半球部１３０を備え、第２円状部としての第２円柱部１７０を備えているところに特徴がある。
なお、半球部１３０については第１実施形態で説明した半球部１３０と同様である。第２円柱部１７０については、第２実施形態で説明した第２円柱部１７０と同様である。
このような構成によれば、上記実施形態の効果（１）から（５）（７）と同様の作用効果を奏することができる。
【００７１】
尚、本発明の表面性状測定機の校正用治具、表面性状測定機の校正方法は、上記実施形態および変形例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、段差部１２０は基台部１１０から上方に高さＨを有するものでなくても、逆にこの段差は基台部１１０を凹状にへこませて形成された凹部であってもよい。なお、この凹部の深さは既知でなければならないことはもちろんである。
【００７２】
第１円状部および第２円状部についても基台部１１０に対して凹状にへこまされて形成されていてもよい。このとき、断面はもちろん真円の一部であり、さらに、測定子４１の半径ｒを校正する場合には半径の値が既知でなければならない。
【００７３】
第１実施形態において、半球部１３０の半径Ｒ１は既知であるものとして説明したが、測定子４１の半径ｒについて校正を行わない場合には半球部１３０の半径Ｒ１は既知でなくてもよい。半球部１３０の半径はわからなくても先端補正量ｈについては校正をおこなって対称性誤差は校正できるからである。
【００７４】
また、第２実施形態で第１円柱部１６０の半径は既知でなくてもよいとして説明したが、第１円柱部１６０の半径が既知であってもよい。この場合、第１円柱部１６０の既知の半径から測定子４１の半径ｒについても校正しておいた上で、第２円柱部１７０を測定することにより校正の正しさを判定するようにしてもよい。そして、判定が正確でない場合には、自動的に測定子４１を第１マークに帰還させて段差部１２０および第１円柱部１６０の走査から校正をやり直すようにしてもよい。
【００７５】
第２実施形態において、第２円柱部１７０の測定データから測定子４１の半径ｒを校正するに当たっては、第１実施形態に倣って円の式に基づく評価式に最小自乗法を適用してもよい。このとき、評価式中の半径R’は、第２円柱部１７０の半径R2と測定子４１の半径ｒとの和であり、第２円柱部１７０の半径R2は既知であることから測定子４１の半径ｒが校正される。
【００７６】
第１円状部および第２円状部の形状は、球、円柱、半円柱、円筒、半円筒などでもよく、要は、断面に真円の一部を含み得る形状であれば特に限定されるものではない。
【００７７】
第１マーク１４０および第２マーク１５０のＴ字の縦棒１４１、１５１は凹状の溝として形成されていてもよい。このような構成によれば、校正用治具１００をセッティングする際に走査方向を合わせるのが簡単でかつ確実となる。
【００７８】
測定子が被測定物表面に接触して走査する表面性状測定機を例にして説明したが、測定子が非接触で被測定物表面上を走査してもよい。
【００７９】
【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用治具および表面性状測定機の校正方法によれば、簡便に、かつ、短時間で表面性状測定機を校正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】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】（Ａ）本発明の表面性状測定機の校正用治具に係る第１実施形態を示す図である。（Ｂ）校正用治具の側面図である。
【図４】半球部を走査した際の測定子中心の描く軌跡を示す図である。
【図５】（Ａ）本発明の表面性状測定機の校正用治具に係る第２実施形態を示す図である。（Ｂ）第２実施形態の側面図である。
【図６】本発明の表面性状測定機の変形例である。
【符号の説明】
１ 表面性状測定機
３ アーム
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
４１ 測定子
８３ 校正演算部
１００ 校正用治具
１１０ 基台部
１１１ 平坦面
１２０ 段差部
１３０ 半球部（第１円状部）
１４０ 第１マーク
１５０ 第２マーク
１６０ 第１円柱部（第１円状部）
１７０ 第２円柱部（第２円状部）
Claims (8)
- 少なくとも被測定物表面上をｘ方向に走査されかつ前記被測定物表面の形状に従って前記被測定物表面の法線方向であるｚ方向に変位可能に設けられた測定子と、前記測定子を少なくともｘ方向に移動させる移動手段と、前記測定子の変位量を少なくともｘ方向およびｚ方向について検出する変位検出手段とを備えた表面性状測定機を校正する際に用いる表面性状測定機の校正用治具であって、
一面に平坦面を有する基台部と、
前記基台部に設けられ前記平坦面に対して既知の高さを有する段差部と、
前記段差部とは隙間を隔てかつ並設して前記基台部に設けられ前記段差部に交差しかつ前記平坦面に対して垂直な面内に真円の少なくとも一部を含む第１円状部と、
前記段差部から前記第１円状部を通って前記第１円状部の断面が真円の一部となる方向上で前記段差部上、あるいは、前記段差部から前記第１円状部を通って前記第１円状部の断面が真円の一部となる方向上で前記段差部を間にして前記第１円状部とは反対側、に設けられ前記第１円状部の断面が真円の一部となる方向を指し示す第１マークと、
前記段差部から前記第１円状部を通って前記第１円状部を真円の一部として切断する方向上で前記第１円状部を間にして前記段差部とは反対側に設けられ前記第１円状部を真円の一部として切断する方向を指し示す第２マークと、を備えた
ことを特徴とする表面性状測定機の校正用治具。 - 請求項１に記載の表面性状測定機の校正用治具において、
前記第１円状部の前記真円は半径が既知である
ことを特徴とする表面性状測定機の校正用治具。 - 請求項１に記載の表面性状測定機の校正用治具において、
前記段差部に対し前記第１円状部を間にして反対側、かつ、前記段差部および前記第１円状部とは並設して設けられ、前記段差部および前記第１円状部に交差し前記平坦面に垂直な面内に半径既知の真円の少なくとも一部を含む第２円状部を備えたことを特徴とする表面性状測定機の校正用治具。 - 請求項１に記載の表面性状測定機の校正用治具を用いて表面性状測定機の校正を行う表面性状測定機の校正方法であって、
前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、
前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、を備えた
ことを特徴とする表面性状測定機の校正方法。 - 請求項２に記載の表面性状測定機の校正用治具を用いた表面性状測定機の校正方法であって、
前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、
前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、
前記第１円状部を測定した検出結果から前記測定子の半径値を校正する測定子半径校正工程と、を備えた
ことを特徴とする表面性状測定機の校正方法。 - 請求項３に記載の表面性状測定機の校正用治具を用いた表面性状測定機の校正方法であって、
前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、
前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、
前記第２円状部を測定した検出結果から前記測定子の半径値を校正する測定子半径値校正工程と、を備えた
ことを特徴とする表面性状測定機の校正方法。 - 請求項１に記載の表面性状測定機の校正用治具を用いた校正を行う前記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、
前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、
前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、を自動的に実行させる
ことを特徴とする表面性状測定機の校正プログラム。 - 請求項１に記載の表面性状測定機の校正用治具を用いた校正を行う前記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、
前記段差部を測定した際のｚ方向高さの検出結果から前記変位検出手段のｚ方向検出を校正するｚ方向校正工程と、
前記第１円状部を測定した検出結果から前記変位検出手段の検出の対称性を校正する対称性校正工程と、を自動的に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コンピュータ読取可能な記録媒体。
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