JP7260414B2 - 表面性状測定装置および表面性状測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面性状測定装置および表面性状測定方法に関する。

従来、被測定物の表面をスタイラスで倣い走査することで被測定物の表面性状を測定する表面性状測定装置が知られている。このような表面性状測定装置は、回転軸に支持された測定アームと、測定アーム先端部に設けられたスタイラスとを備えており、被測定物の表面に接触したスタイラスは、測定方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）に相対移動しながら被測定物の表面高さに応じて上下方向（Ｚ軸方向）に変位する。被測定物の表面性状は、測定方向に沿ったスタイラスの変位量の変化に基づいて測定される。

また、被測定物の上下両側の表面性状を簡便に測定できるように、上向スタイラスおよび下向スタイラスという２つのスタイラスを備えるタイプの表面性状測定装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の表面性状測定装置では、上向スタイラスと下向スタイラスとの間の相互位置関係を示す情報として、オフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚを算出している。そして、上向スタイラスによる測定データと下向スタイラスによる測定データとの関係を当該オフセット量により補正することで、被測定物の厚み等を測定している。

特開２０１２－２１１８９１号公報

しかし、特許文献１に記載の表面性状測定装置は、上向スタイラスと下向スタイラスとの間の実際のオフセット量を解消するものではない。このため、上向スタイラスと下向スタイラスとの間にオフセット量ΔｘまたはΔｙが存在する場合、被測定物に対する各スタイラスの接触位置にＸ軸方向またはＹ軸方向のずれが生じてしまう。特に、測定方向（例えばＸ軸方向）に直交する方向（例えばＹ軸方向）において各スタイラスの接触位置にずれ（Δｙ）が生じた場合、上向スタイラスおよび下向スタイラスは、上下方向から見て互いに異なる走査ラインを描くことになる。すなわち、上下方向から見たときに上向スタイラスおよび下向スタイラスの各走査ラインが重ならないため、被測定物のＺ軸方向に沿った断面形状（例えば被測定物の厚みや孔径など）を正確に評価することができない。

本発明は、上向スタイラスおよび下向スタイラスを用いて被測定物の上下方向に沿った断面形状を正確に評価できる表面性状測定装置および表面性状測定方法を提供することにある。

本発明の表面性状測定装置は、被測定物が載置されるステージと、先端部が前記被測定物に接触して上下方向に変位可能である測定アームと、前記先端部から上側に突出するように設けられた上向スタイラスと、前記先端部から下側に突出するように設けられた下向スタイラスと、前記上下方向ならびに当該上下方向に直交かつ互いに直交する第１方向および第２方向の各方向に沿って、前記測定アームと前記ステージとを相対移動可能である相対移動機構と、前記上向スタイラスまたは前記下向スタイラスが前記被測定物を前記第１方向に沿って走査するように前記相対移動機構を制御する第１走査制御部と、を備え、前記第１走査制御部は、前記上向スタイラスおよび前記下向スタイラスのいずれか一方が前記被測定物を走査した後であって、他方が前記被測定物を走査する前に、前記上向スタイラスと前記下向スタイラスとの間の前記第２方向のオフセット量の分、前記測定アームを前記第２方向に相対移動させることを特徴とする。
なお、上向スタイラスと下向スタイラスとの間におけるオフセット量の情報は、特開２０１２－２１１８９１号公報などの従来技術を用いることで取得できる。

このような構成では、上向スタイラスと下向スタイラスとの間に第２方向のオフセット量が存在する場合であっても、被測定物を第１方向に沿って測定する際、上向スタイラスが被測定物に接触する位置と、下向スタイラスが被測定物に接触する位置とを、第２方向において互いに一致させることができる。よって、上下方向から見たときの被測定物に対する各スタイラスの走査ラインを重ねることができるため、被測定物の上下方向および第１方向に沿った断面形状を正確に評価することができる。

本発明の表面性状測定装置において、前記上向スタイラスまたは前記下向スタイラスが前記被測定物を前記第２方向に沿って走査するように前記相対移動機構を制御する第２走査制御部をさらに備え、前記第２走査制御部は、前記上向スタイラスおよび前記下向スタイラスのいずれか一方が前記被測定物を走査した後であって、他方が前記被測定物を走査する前に、前記上向スタイラスと前記下向スタイラスとの間の前記第１方向のオフセット量の分、前記測定アームを前記第１方向に相対移動させることが好ましい。
このような構成によれば、上述した説明の第１方向と第２方向とを入れ替えた効果を奏することができる。すなわち、上向スタイラスと下向スタイラスとの間に第１方向のオフセット量が存在する場合であっても、被測定物を第２方向に沿って測定する際、上下方向から見たときの被測定物に対する各スタイラスの走査ラインを重ねることができる。このため、被測定物の上下方向および第２方向に沿った断面形状を正確に評価することができる。

本発明の表面性状測定方法は、被測定物が載置されるステージと、先端部が前記被測定物に接触して上下方向に変位可能である測定アームと、前記先端部から上側に突出するように設けられた上向スタイラスと、前記先端部から下側に突出するように設けられた下向スタイラスと、前記上下方向ならびに当該上下方向に直交かつ互いに直交する第１方向および第２方向の各方向に沿って、前記測定アームを前記ステージに対して相対移動可能である相対移動機構と、を備える表面性状測定装置において、前記上向スタイラスが前記被測定物を前記第１方向に沿って走査するように、前記測定アームを前記第１方向に相対移動させる上向走査ステップと、前記下向スタイラスが前記被測定物を前記第１方向に沿って走査するように、前記測定アームを前記第１方向に相対移動させる下向走査ステップと、前記上向走査ステップと前記下向走査ステップとの間において、前記上向スタイラスと前記下向スタイラスとの間の前記第２方向のオフセット量の分、前記測定アームを前記第２方向に相対移動させる位置補正ステップと、を実行することを特徴とする。
このような方法によれば、上述した表面性状測定装置の効果と同様の効果を奏することができる。

本発明の一実施形態に係る表面性状測定装置を示す斜視図。 前記実施形態の検出器を示す模式図。 前記実施形態の制御部を示すブロック図。 測定アームの先端部付近を拡大して示す図。 測定アームの先端部付近を拡大して示す図。 基準球をＹ軸方向に測定する様子を示す模式図。 基準球をＸ軸方向に測定する様子を示す模式図。 前記実施形態のオフセット算出方法を説明するための模式図。 前記実施形態のオフセット算出方法を説明するための模式図。 前記実施形態の表面性状測定方法（Ｘ軸方向測定）を説明するためのフローチャート。 被測定物の一例である筒体を走査する様子を示す模式図。 被測定物の一例である筒体を走査する様子を示す模式図。 被測定物の一例である筒体に上向スタイラスまたは下向スタイラスを接触させた様子を示す模式図。 前記実施形態の表面性状測定方法（Ｙ軸方向測定）を説明するためのフローチャート。 被測定物の一例である球体に上向スタイラスまたは下向スタイラスを接触させた様子を示す模式図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、本実施形態の表面性状測定装置１は、被測定物の表面を倣い走査することで被測定物の表面性状を測定するものであり、被測定物がセットされる装置本体１０と、装置本体１０を制御する制御部５０とを備えている。

〔装置本体〕
本実施形態の装置本体１０は、従来と略同様の構成を有している。以下、図１および図２を参照して、装置本体１０の構成について簡単に説明する。なお、本実施形態では、装置本体１０の上下方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸に直交する一方向をＹ軸方向とし、Ｚ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ直交する方向をＸ軸方向とする。

図１に示すように、装置本体１０は、ベース１１と、ベース１１上に設置されたステージ１２と、測定アーム２４を含む検出器２０と、ステージ１２と検出器２０とを互いに相対移動させる相対移動機構４０と、を備えている。

相対移動機構４０は、ベース１１に対してステージ１２をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動機構４１と、ベース１１の上面に立設されたコラム４２と、コラム４２に支持されたＺスライダ４３と、コラム４２に対してＺスライダ４３をＺ軸方向へ昇降させるＺ軸駆動機構４４と、Ｚスライダ４３に対して検出器２０をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動機構４７と、を備える。
Ｙ軸駆動機構４１、Ｚ軸駆動機構４４およびＸ軸駆動機構４７は、それぞれ、送りねじ機構などのアクチュエータと、各軸方向の駆動量を検出するためのセンサとを含んで構成される。

図２に示すように、検出器２０は、Ｘ軸駆動機構４７により吊り下げ支持されたブラケット２２と、ブラケット２２に設けられた回転軸２３により回動可能に支持された測定アーム２４と、測定アーム２４の先端部２４１に設けられた上向スタイラス２６Ａおよび下向スタイラス２６Ｂとを備える。なお、上向スタイラス２６Ａおよび下向スタイラス２６Ｂをまとめてスタイラス２６Ａ，２６Ｂと称する場合がある。

上向スタイラス２６Ａは、測定アーム２４の先端部２４１から上側に突出しており、下向スタイラス２６Ｂは、測定アーム２４の先端部２４１から下側に突出している。測定アーム２４の先端部２４１に設けられたスタイラス２６Ａ，２６Ｂが上下方向に変位するとき、測定アーム２４は回転軸２３を支点として回動する。

また、検出器２０は、スタイラス２６Ａ，２６Ｂの上下方向の変位量を検出する変位量検出部２７、および、測定アーム２４の先端部２４１に付勢力を加えると共に当該付勢力を上方向または下方向に切り替える測定力付与手段（図示省略）などを、さらに備える。

このような装置本体１０では、上向スタイラス２６Ａまたは下向スタイラス２６Ｂを被測定物の被測定面に接触させたまま、測定アーム２４を含む検出器２０を、ステージ１２に対してＹ軸方向またはＸ軸方向に相対移動させる。なお、本実施形態では、「検出器２０（または測定アーム２４）をステージ１２に対してＹ軸方向に相対移動させる」とは、Ｙ軸駆動機構４１がステージ１２をＹ軸方向に移動させることを意味し、「検出器２０（または測定アーム２４）をステージ１２に対してＸ軸方向に相対移動させる」とは、Ｘ軸駆動機構４７が検出器２０をＸ軸方向に移動させることを意味する。
検出器２０がステージ１２に対してＹ軸方向またはＸ軸方向に相対移動するとき、上向スタイラス２６Ａまたは下向スタイラス２６Ｂは、被測定面のＺ軸方向位置に従って変位しながら、当該被測定面をＹ軸方向またはＸ軸方向に走査する。この走査中、変位量検出部２７がスタイラス２６Ａ，２６Ｂの変位量を検出することにより、Ｙ軸方向またはＸ軸方向に沿った被測定面のＺ軸方向位置を示す測定データが得られる。

〔制御部〕
図３を参照して制御部５０について説明する。制御部５０は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータにより構成されており、メモリ等により構成される記憶部５１や、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成された演算部５２を備えている。そして、演算部５２は、記憶部５１に記憶された測定プログラムを読み込み実行することで、移動制御部５２１、オフセット量算出部５２２および形状解析部５２３として機能する。

移動制御部５２１は、相対移動機構４０を駆動制御することにより、ステージ１２に対する検出器２０の相対移動を制御する。また、移動制御部５２１は、Ｙ軸走査制御部５２１Ａ（本発明の第２走査制御部に相当）と、Ｘ軸走査制御部５２１Ｂ（本発明の第１走査制御部に相当）とを含んでいる。Ｙ軸走査制御部５２１Ａは、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物をＹ軸方向に走査するように相対移動機構４０を駆動制御する。Ｘ軸走査制御部５２１Ｂは、スタイラス２６Ａ，２６Ｂが被測定物をＸ軸方向に走査するように相対移動機構４０を駆動制御する。
オフセット量算出部５２２は、後述するオフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚを算出する。
形状解析部５２３は、スタイラス２６Ａ，２６Ｂによる各測定データに基づいて、被測定物の形状（被測定物の厚みや内径など）を解析する。
記憶部５１には、測定プログラム、オフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚ、および、測定データなどが記憶される。

また、制御部５０は、操作部５３および表示部５４などを備えていてもよい。
操作部５３は、例えば、キーボードやジョイスティックなどによって構成され、各種動作指令やデータの入力を指定できるようになっている。
表示部５４には、形状解析部５２３により解析された被測定物の形状データなどが表示される。

〔オフセット量算出方法〕
図４，図５は、測定アーム２４の先端部２４１付近を拡大して示す図である。図４，図５に示すように、測定アーム２４に対するスタイラス２６Ａ，２６Ｂの取り付け誤差などが原因となって、スタイラス２６Ａ，２６Ｂの各先端部２６Ａ１，２６Ｂ１間には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各方向におけるずれ（スタイラス２６Ａ，２６Ｂ間のオフセット量Δｘ，Δｙ）が生じる場合がある。また、構造上、スタイラス２６Ａ，２６Ｂの各先端部２６Ａ１，２６Ｂ１間には、Ｚ軸方向におけるずれ（スタイラス２６Ａ，２６Ｂ間のオフセット量Δｚ）が存在する。
本実施形態において、上述のオフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚを算出する方法は、例えば特開２０１２－２１１８９１号公報に開示される方法と同様である。以下、簡単に説明する。

まず、図６に示すように、下向スタイラス２６Ｂが、ステージ１２上にセットされた基準球９の上側面をＹ軸方向へ走査する。そして、検出器２０をＸ軸方向へ所定ピッチずつずらしながら、Ｙ軸方向への上記走査を繰り返す。これにより、基準球９のＹ軸上側形状測定データが複数得られる。オフセット量算出部５２２は、複数のＹ軸上側形状測定データのうち最も高い位置を、基準球９の上側最大直径部として求める。

同様に、上向スタイラス２６Ａが、ステージ１２上にセットされた基準球９の下側面をＹ軸方向へ走査する。そして、検出器２０をＸ軸方向へ所定ピッチずつずらしながら、Ｙ軸方向への上記走査を繰り返す。これにより、基準球９のＹ軸下側形状測定データが複数得られる。オフセット量算出部５２２は、複数のＹ軸下側形状測定データのうち最も高い位置を、基準球９の上側最大直径部として求める。

次に、図７に示すように、下向スタイラス２６Ｂが、基準球９の上側最大直径部に接触し、基準球９の上側面をＸ軸方向へ走査する。これにより、基準球９のＸ軸上側形状測定データが得られる。
同様に、上向スタイラス２６Ａが、基準球９の下側最大直径部に接触し、基準球９の下側面をＸ軸方向へ走査する。これにより、基準球９のＸ軸下側形状測定データが得られる。

次に、オフセット量算出部５２２は、図８に示すように、Ｙ軸上側形状測定データから得られる第１中心座標Ｏ１と、Ｙ軸下側形状測定データから得られる第２中心座標Ｏ２とを算出する。そして、上向スタイラス２６Ａと下向スタイラス２６ＢのＹ軸方向のオフセット量Δｙとして、第１中心座標Ｏ１と第２中心座標Ｏ２との間のＹ軸方向の差を算出する。
また、オフセット量算出部５２２は、図９に示すように、Ｘ軸上側形状測定データから得られる第３中心座標Ｏ３と、Ｘ軸下側形状測定データから得られる第４中心座標Ｏ４とを算出する。そして、上向スタイラス２６Ａと下向スタイラス２６ＢのＹ軸方向のオフセット量ΔｘおよびＺ軸方向のオフセット量Δｚとして、第３中心座標Ｏ３と第４中心座標Ｏ４との間のＸ軸方向の差およびＺ軸方向の差をそれぞれ算出する。
以上のように算出されたオフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚは、記憶部５１に記憶される。

〔測定方法〕
本実施形態の表面性状測定装置１は、被測定物をＸ軸方向に測定する際に、上述で算出されたオフセット量Δｙを利用し、被測定物をＹ軸方向に測定する際に、上述で算出されたオフセット量Δｘを利用する。

（Ｘ軸方向測定）
以下、オフセット量Δｙを利用したＸ軸測定方法の一例について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。
なお、以下では、図１１，図１２に示すように、被測定物の一例である筒体Ｗ１の内径を軸方向に沿って測定する場合について説明する。この場合、筒体Ｗ１の軸はＸ軸方向に平行に配置される。

まず、図１３に示すように、相対移動機構４０を動作させることにより、上向スタイラス２６Ａが筒体Ｗ１の基準位置Ｐ１に接触するよう検出器２０を配置する（ステップＳ１）。基準位置Ｐ１は、Ｙ軸方向において、筒体Ｗ１の内周面における最も上側の部位に対応する。
なお、ステップＳ１では、作業者が筒体Ｗ１を目視しながら操作部５３を操作することで相対移動機構４０を動作させてもよい。あるいは、Ｘ軸走査制御部５２１Ｂが、筒体Ｗ１の設計情報や事前のＹ軸方向測定データなどを解析することで、相対移動機構４０を動作させてもよい。

次に、Ｘ軸走査制御部５２１ＢがＸ軸駆動機構４７を動作させることにより、図１１に示すように、上向スタイラス２６ＡがＸ軸方向に筒体Ｗ１の内周面を走査する（ステップＳ２；上向走査ステップ）。ステップＳ２の間、変位量検出部２７は、上向スタイラス２６Ａの変位量を検出する。

次に、Ｘ軸走査制御部５２１Ｂが相対移動機構４０を動作させることにより、下向スタイラス２６Ｂが筒体Ｗ１の基準位置Ｐ２に接触するよう検出器２０を配置する（ステップＳ３）。
本実施形態の基準位置Ｐ２は、Ｙ軸方向において基準位置Ｐ１と同じ位置である。すなわち、基準位置Ｐ２は、Ｙ軸方向において、筒体Ｗ１の内周面における最も下側の部位に対応する。

このステップＳ３を具体的に説明すると、まず、Ｘ軸走査制御部５２１Ｂは、Ｚ軸駆動機構４４を動作させることにより、上向スタイラス２６Ａを筒体Ｗ１の内周面から離間させる。そして、Ｘ軸走査制御部５２１Ｂは、Ｘ軸駆動機構４７を動作させて、検出器２０をステップＳ１のＸ軸方向位置と同じ位置に配置すると共に、Ｙ軸駆動機構４１を動作させて検出器２０をＹ軸方向にオフセット量Δｙだけ移動させる（位置補正ステップ）。そして、下向スタイラス２６Ｂが筒体Ｗ１の内周面に接触するまで、Ｚ軸駆動機構４４を動作させる。
なお、ステップＳ３において検出器２０をオフセット量Δｙだけ移動させる際、上向スタイラス２６Ａに対する下向スタイラス２６Ｂのずれを解消する側へ移動させる。
これにより、下向スタイラス２６Ｂが筒体Ｗ１の基準位置Ｐ２に接触する。

次に、Ｘ軸走査制御部５２１ＢがＸ軸駆動機構４７を動作させることにより、図１２に示すように、下向スタイラス２６ＢがＸ軸方向に筒体Ｗ１の内周面を走査する（ステップＳ４；下向走査ステップ）。ステップＳ４の間、変位量検出部２７は、下向スタイラス２６Ｂの変位量を検出する。

次に、形状解析部５２３は、ステップＳ２で得られた筒体Ｗ１の内周面の測定データ（上側測定データ）と、ステップＳ４で得られた筒体Ｗ１の内周面の測定データ（下側測定データ）とに基づいて、筒体Ｗ１の内径が軸方向（Ｘ軸方向）に沿って変化する様子を算出する（ステップＳ５）。
なお、ステップＳ５では、上側測定データおよび下側測定データに対して、特開２０１２－２１１８９１号公報などに開示される補正を施している。この補正では、スタイラス２６Ａ，２６Ｂ間のオフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚを用いることにより、上側測定データと下側測定データとの間の相互関係を調整する処理を行う。
以上により、筒体Ｗ１のＸ軸方向測定が終了する。

（Ｙ軸方向測定）
上述したＸ軸方向測定の説明は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を入れ替ることで、Ｙ軸方向測定に対して同様に適用できる。
以下、Ｙ軸方向測定の一例について、図１４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、以下では、図１５に示すように、被測定物の一例である球体Ｗ２の外周面を軸方向に直交する方向（Ｙ軸方向）に沿って測定する場合について説明する。

まず、相対移動機構４０を動作させることにより、下向スタイラス２６Ｂを球体Ｗ２の表面の基準位置Ｐ３に接触させる（ステップＳ６）。球体Ｗ２の基準位置Ｐ３は、球体Ｗ２の表面のうち最も上側の部位に対応する。
なお、ステップＳ６では、作業者が球体Ｗ２を目視しながら操作部５３を操作することで相対移動機構４０を動作させてもよい。あるいは、Ｘ軸走査制御部５２１Ｂが、球体Ｗ２の設計情報や事前のＹ軸方向測定データなどを解析することで、相対移動機構４０を動作させてもよい。

次に、Ｙ軸走査制御部５２１ＡがＹ軸駆動機構４１を動作させることにより、下向スタイラス２６ＢがＹ軸方向に球体Ｗ２の表面を走査する（ステップＳ７；下向走査ステップ）。ステップＳ７の間、変位量検出部２７は、上向スタイラス２６Ａの変位量を検出する。

次に、Ｙ軸走査制御部５２１Ａが相対移動機構４０を動作させることにより、上向スタイラス２６Ａを球体Ｗ２の基準位置Ｐ４に接触させる（ステップＳ８）。
ここで、本実施形態の基準位置Ｐ４は、Ｘ軸方向において基準位置Ｐ３と同じ位置である。すなわち、基準位置Ｐ４は、球体Ｗ２の表面のうち最も下側の部位を通るＹ軸方向の線上に位置する。

このステップＳ８を具体的に説明すると、Ｙ軸走査制御部５２１Ａは、Ｚ軸駆動機構４４を動作させることにより、下向スタイラス２６Ｂを球体Ｗ２の表面から離間させる。そして、Ｙ軸走査制御部５２１Ａは、Ｙ軸駆動機構４１を動作させて検出器２０をステップＳ６とＹ軸方向に同じ位置に配置すると共に、Ｘ軸駆動機構４７を動作させて検出器２０をＸ軸方向にオフセット量Δｘだけ移動させる（位置補正ステップ）。そして、上向スタイラス２６Ａが球体Ｗ２の表面に接触するまで、Ｚ軸駆動機構４４を動作させる。
なお、ステップＳ８において検出器２０をオフセット量Δｘだけ移動させる際、下向スタイラス２６Ｂに対する上向スタイラス２６Ａのずれを解消する側へ移動させる。
これにより、上向スタイラス２６Ａが球体Ｗ２の基準位置Ｐ４に接触する。

次に、Ｙ軸走査制御部５２１ＡがＹ軸駆動機構４１を動作させることにより、上向スタイラス２６ＡがＹ軸方向に球体Ｗ２の表面を走査する（ステップＳ９；上向走査ステップ）。このステップＳ９の間、変位量検出部２７は、上向スタイラス２６Ａの変位量を検出する。

次に、形状解析部５２３は、ステップＳ６で得られた球体Ｗ２の表面の測定データ（上側測定データ）と、ステップＳ８で得られた球体Ｗ２の表面の測定データ（下側測定データ）とに基づいて、球体Ｗ２の断面形状（球体Ｗ２のＺ軸方向の寸法がＹ軸方向に沿って変化する様子）を評価する（ステップＳ１０）。
なお、ステップＳ１０では、上述のステップＳ５と同様、スタイラス２６Ａ，２６Ｂ間のオフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚを用いた補正処理を行う。
以上により、球体Ｗ２のＹ軸方向測定が終了する。

〔本実施形態の効果〕
本実施形態の表面性状測定装置１において、Ｘ軸走査制御部５２１Ｂは、被測定物をＸ軸方向に測定する際、スタイラス２６Ａ，２６Ｂのいずれか一方が被測定物を走査した後であって、他方が被測定物を走査する前に、スタイラス２６Ａ，２６Ｂ間のＹ軸方向のオフセット量Δｙ分、測定アーム２４をＹ軸方向に相対移動させる。
また、表面性状測定装置１において、Ｙ軸走査制御部５２１Ａは、被測定物をＹ軸方向に測定する際、スタイラス２６Ａ，２６Ｂのいずれか一方が被測定物を走査した後であって、他方が被測定物を走査する前に、スタイラス２６Ａ，２６Ｂ間のＸ軸方向のオフセット量Δｘ分、測定アーム２４をＸ軸方向に相対移動させる。

このような本実施形態では、スタイラス２６Ａ，２６Ｂ間にＹ軸方向のオフセット量Δｙが存在する場合であっても、被測定物をＸ軸方向に測定する際、上向スタイラス２６Ａが被測定物に接触する位置と、下向スタイラス２６Ｂが被測定物に接触する位置とを、Ｙ軸方向において互いに一致させることができる。よって、上下方向から見たときの被測定物に対するスタイラス２６Ａ，２６Ｂの走査ラインを重ねることができるため、被測定物のＸ軸方向およびＺ軸方向に沿った断面形状を正確に評価することができる。

また、スタイラス２６Ａ，２６Ｂ間にＸ軸方向のオフセット量Δｘが存在する場合であっても、被測定物をＹ軸方向に沿って測定する際、上向スタイラス２６Ａが被測定物に接触する位置と、下向スタイラス２６Ｂが被測定物に接触する位置とを、Ｘ軸方向において互いに一致させることができる。よって、上下方向から見たときの被測定物に対するスタイラス２６Ａ，２６Ｂの走査ラインを重ねることができるため、被測定物のＹ軸方向およびＺ軸方向に沿った断面形状を正確に評価することができる。

特に、本実施形態では、被測定物が筒体Ｗ１であって、この筒体Ｗ１の内周面を走査する場合、上下方向から見たときの筒体Ｗ１の中心軸に対して、スタイラス２６Ａ，２６Ｂの走査ラインを重ねることができる（図１３参照）。これにより、筒体Ｗ１の内径を軸方向に沿って正確に評価することができる。

また、被測定物が球体Ｗ２であってこの球体Ｗ２の表面を走査する場合、上下方向から見たときの球体Ｗ２の中心に対して、スタイラス２６Ａ，２６Ｂの走査ラインを重ねることができる（図１５参照）。これにより、球体Ｗ２の中心を通る断面形状を正確に評価することができる。
なお、上述した例では、球体Ｗ２をＹ軸方向測定する場合を説明しているが、球体Ｗ２をＸ軸方向測定する場合にも同様の効果を得られる。

〔変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態におけるスタイラス２６Ａ，２６Ｂの走査順序は任意に入れ替え可能である。
また、本発明の第１方向は、前記実施形態のＸ軸方向およびＹ軸方向のいずれに相当してもよい。同様に、本発明の第２方向は、前記実施形態のＸ軸方向およびＹ軸方向のいずれに相当してもよい。
また、前記実施形態では、被測定物として筒体Ｗ１および球体Ｗ２を例示しているが、本発明はこれに限られず、様々な形状の被測定物を測定できる。

前記実施形態の相対移動機構４０は、Ｙ軸駆動機構４１がステージ１２をＹ軸方向に移動し、Ｘ軸駆動機構４７が検出器２０をＸ軸方向に移動するように構成されているが、本発明はこれに限られない。例えば、相対移動機構４０は、ステージ１２をＹ軸方向およびＸ軸方向の各軸方向に移動可能に構成されてもよいし、検出器２０をＹ軸方向およびＸ軸方向の各軸方向に移動可能に構成されてもよい。

前記実施形態で説明したオフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚの算出方法は、一例であって、他の方法により求められてもよい。
例えば、基準球９をＸ軸方向へ所定ピッチずつずらしながらＹ軸方向に複数本走査することで得られる三次元データに基づいて、オフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚを一度に算出してもよい。
あるいは、基準球９をＹ軸方向へ所定ピッチずつずらしながらＸ軸方向に複数本走査することで得られる三次元データに基づいて、オフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚを一度に算出してもよい。

また、オフセット量Δｘ，Δｙ，Δｚをより高度に算出する方法として、前記実施形態で説明した測定方法を適用した方法を行ってもよい。
例えば、まず、上述したいずれかの方法によってオフセット量Δｙを算出する。その後、下向スタイラス２６Ｂを基準球９の上側最大直径部に接触させて基準球９をＸ軸方向に走査させる下向走査ステップと、上向スタイラス２６Ａを基準球９の下側最大直径部に接触させて基準球９をＸ軸方向に走査させる上向走査ステップとをそれぞれ行う。ここで、いずれかの走査ステップを行った後、他方の走査ステップを行う前、オフセット量Δｙ分、検出器２０をステージ１２に対してＹ軸方向に相対移動させる位置補正ステップを行う。このような方法により得られるデータに基づけば、より正確なオフセット量Δｘ，Δｚを算出することができる。

前記実施形態のステップＳ３，Ｓ８等では、移動制御部５２１が相対移動機構４０を自動制御することで、検出器２０をオフセット量ΔｘまたはΔｙだけ移動させているが、本発明はこれに限られない。例えば、測定者がオフセット量ΔｘまたはΔｙ分の移動指示を操作部５３に入力することにより、相対移動機構４０を手動制御してもよい。

前記実施形態のＸ軸方向測定では、ステップＳ３において、検出器２０をＹ軸方向にオフセット量Δｙだけ相対移動させているが、これと共に、検出器２０をＸ軸方向にオフセット量Δｘだけ相対移動させてもよい。
同様に、前記実施形態のＹ軸方向測定では、ステップＳ８において、検出器２０をＸ軸方向にオフセット量Δｘだけ相対移動させているが、これと共に、検出器２０をＹ軸方向にオフセット量Δｙだけ相対移動させてもよい。
なお、このような変形例では、検出器２０を測定方向（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）にオフセット量（ΔｘまたはΔｙ）だけ移動させた分、上側測定データと下側測定データとの間にずれが生じる。このため、測定データを補正する際、当該ずれを解消する補正を行うことが望ましい。
このような変形例によれば、上述した効果に加えて、被測定物における上向走査および下向走査の各走査範囲を走査方向に一致させることができる。これにより、被測定物のＺ軸方向の寸法を評価する際、従来技術では利用できなかった走査範囲の境界付近の測定データも利用できるようになり、よりも広い範囲での評価が可能になる。
また、被測定物が球体である場合、上向走査および下向走査の各走査範囲を走査方向に一致させることができると、上向走査と下向走査との間で球面に対するスタイラス２６Ａ，２６Ｂの接触角度の範囲を一致させることができる。これにより、測定データの信頼性を向上させることができる。

１…表面性状測定装置、１０…装置本体、１１…ベース、１２…ステージ、２０…検出器、２２…ブラケット、２３…回転軸、２４…測定アーム、２４１…先端部、２６Ａ…上向スタイラス、２６Ｂ…下向スタイラス、２７…変位量検出部、４０…相対移動機構、４１…Ｙ軸駆動機構、４２…コラム、４３…Ｚスライダ、４４…Ｚ軸駆動機構、４７…Ｘ軸駆動機構、５０…制御部、５１…記憶部、５２…演算部、５２１…移動制御部、５２１Ａ…Ｙ軸走査制御部、５２１Ｂ…Ｘ軸走査制御部、５２２…オフセット量算出部、５２３…形状解析部、５３…操作部、５４…表示部、９…基準球、Ｏ１…第１中心座標、Ｏ２…第２中心座標、Ｏ３…第３中心座標、Ｏ４…第４中心座標、Ｐ１～Ｐ４…基準位置、Ｗ１…筒体、Ｗ２…球体、Δｘ，Δｙ，Δｚ…オフセット量。

Claims (3)

1. 被測定物が載置されるステージと、
   先端部が前記被測定物に接触して上下方向に変位可能である測定アームと、
   前記先端部から上側に突出するように設けられた上向スタイラスと、
   前記先端部から下側に突出するように設けられた下向スタイラスと、
   前記上下方向ならびに当該上下方向に直交かつ互いに直交する第１方向および第２方向の各方向に沿って、前記測定アームと前記ステージとを相対移動可能である相対移動機構と、
   前記上向スタイラスまたは前記下向スタイラスが前記被測定物を前記第１方向に沿って走査するように前記相対移動機構を制御する第１走査制御部と、を備え、
   前記第１走査制御部は、前記上向スタイラスおよび前記下向スタイラスのいずれか一方が前記被測定物を走査した後であって、他方が前記被測定物を走査する前に、前記上向スタイラスと前記下向スタイラスとの間の前記第２方向のオフセット量の分、前記測定アームを前記第２方向に相対移動させることを特徴とする表面性状測定装置。
2. 請求項１に記載の表面性状測定装置であって、
   前記上向スタイラスまたは前記下向スタイラスが前記被測定物を前記第２方向に沿って走査するように前記相対移動機構を制御する第２走査制御部をさらに備え、
   前記第２走査制御部は、前記上向スタイラスおよび前記下向スタイラスのいずれか一方が前記被測定物を走査した後であって、他方が前記被測定物を走査する前に、前記上向スタイラスと前記下向スタイラスとの間の前記第１方向のオフセット量の分、前記測定アームを前記第１方向に相対移動させることを特徴とする表面性状測定装置。
3. 被測定物が載置されるステージと、
   先端部が前記被測定物に接触して上下方向に変位可能である測定アームと、
   前記先端部から上側に突出するように設けられた上向スタイラスと、
   前記先端部から下側に突出するように設けられた下向スタイラスと、
   前記上下方向ならびに当該上下方向に直交かつ互いに直交する第１方向および第２方向の各方向に沿って、前記測定アームを前記ステージに対して相対移動可能である相対移動機構と、を備える表面性状測定装置において、
   前記上向スタイラスが前記被測定物を前記第１方向に沿って走査するように、前記測定アームを前記第１方向に相対移動させる上向走査ステップと、
   前記下向スタイラスが前記被測定物を前記第１方向に沿って走査するように、前記測定アームを前記第１方向に相対移動させる下向走査ステップと、
   前記上向走査ステップと前記下向走査ステップとの間において、前記上向スタイラスと前記下向スタイラスとの間の前記第２方向のオフセット量の分、前記測定アームを前記第２方向に相対移動させる位置補正ステップと、を実行することを特徴とする表面性状測定方法。

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