JPH05264213A - 表面形状測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は触針を表面に接触させて表面形状を
測定する方法及びその装置に関し、ゴミの付着により本
来の形状を測定できない時にゴミの付着を識別し、測定
結果を補正できる方法及び装置の実現を目的とする。 【構成】 触針１００を表面に接触させ接触点の位置変
化を検出する検出部１と、検出部１を移動させる移動手
段２とを備える表面形状測定機において、測定結果を記
憶する記憶手段３と、記憶手段３に記憶された第一測定
結果と検出部１の出力する第二測定結果との差を算出す
る差演算手段４と、差が所定値以上であるかを判定する
判定手段５と、差が所定値以上の部分の補正をする補正
手段６と、第一測定結果と第二測定結果が同一部分の測
定結果であるように制御する制御手段７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面形状測定方法及び
その装置に関し、特に測定する表面にゴミが付着してい
ても測定結果への影響を低減できる表面形状測定方法及
びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体表面の凹凸形状や輪郭形状及び真円
度等を測定する測定機が広く利用されている。これらの
測定機に共通している点は、被測定物の表面に触針を微
小な接触圧で接触させ、触針を被測定物の表面に対して
相対的に移動した時の接触点の位置変化を検出すること
である。図７は表面の凹凸形状を測定する表面粗さ形状
測定機や輪郭形状を測定する輪郭形状測定機の基本構成
を示す図である。物体７００の表面に触針７１０が接触
し、接触点の上下方向の位置を検出部７１で検出する。
７２は移動機構であり、触針７１０を含む検出部７１を
物体７００の表面に沿って移動させる。この時の検出部
７１の出力が表面形状である。

【０００３】真円度測定機は、被測定物を回転テーブル
に保持して回転するが、触針を表面に接触させる点は同
じである。以下の説明においては表面粗さ形状測定機、
輪郭形状測定機及び真円度測定機を表面形状測定機と総
称し、触針を被測定物の表面に接触させて相対的に移動
し、接触点の位置変化を検出する方法を表面形状測定方
法と称することとする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように物体の表
面形状を測定する時には触針を測定する表面に接触させ
る。そのため測定時には測定する表面はゴミ等が付着し
ていない清浄な状態にする必要がある。もしゴミが付着
していると触針の先端がゴミに触れて変位するため物体
表面の形状を正確に測定できないという問題が発生す
る。

【０００５】表面形状測定機の出力をそのままペンレコ
ーダ等で記録する場合は、測定結果からゴミであること
が明確に判定できることもあり、そのような時にはゴミ
を除去して再度測定を行っている。しかしこのような判
定は個人差がある上、明確にゴミと判定できないことも
ある。そのような時は繰り返し測定してゴミの存在を判
定しており操作が煩雑であるという問題がある。

【０００６】また近年の表面形状測定機はデータ処理機
能を有するものが一般的であり、二乗平均等を算出して
その結果を出力することが多い。このような場合にはゴ
ミの影響を識別することはより一層難しくなる。そして
ゴミに影響された測定結果が正常な測定結果と見なされ
るために誤った判断が行われることにもなる。本発明は
上記問題点に鑑みてなされたものであり、表面形状測定
時におけるゴミの影響を確実に除去し、正しい測定が簡
易な操作で行えるような表面形状測定方法及びそのため
の測定機の実現を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の表面形状測定方
法は、上記問題点を解決するため、ゴミであれば一回の
測定で触針が接触することにより何らかの変化が生じる
ことに着目し、同じ部分を二回にわたって測定し二回の
測定の間で変化した部分をゴミと判定する。すなわち第
一測定工程で、被測定物の所望部分を測定してその測定
値を第一測定結果として記憶する。次に第二測定工程
で、第一測定工程と同じ部分を測定し、第二測定結果を
得る。そして差演算工程で、記憶しておいた第一測定結
果と、第二測定工程で得た第二測定結果との差を算出
し、判定工程でこの差が所定量以上であればゴミ部分と
判定する。そして補正工程で、第一測定結果及び第二測
定結果の少なくとも一方の結果のうちから、ゴミ部分と
判定された部分についてはゴミの影響を除去するような
補正を行う。

【０００８】図１は本発明に基づく表面形状測定機の基
本構成を示す図である。この測定機は、被測定物１００
の表面に接触する触針１０の接触点の位置変化を検出す
る検出部１と、触針１０を含む検出部１を被測定物１０
０に対して相対的に移動させる移動手段２とを備える従
来の表面形状測定機が、記憶手段３と、差演算手段４
と、判定手段５と、補正手段６と、制御手段７とを備え
るように構成されている。

【０００９】記憶手段３は、検出部１の出力する測定結
果を記憶する。差演算手段４は記憶手段３に記憶された
第一測定結果と検出部１の出力する第二測定結果との差
を算出する。判定手段５は差演算手段４で算出した差が
所定値以上であるかを判定する。補正手段６は第一測定
結果と第二測定結果の少なくとも一方の測定結果のうち
から判定手段５で所定値以上と判定された部分を補正し
て出力する。制御手段７は第一測定結果と第二測定結果
が被測定物１００の同一部分の測定結果であるように移
動手段２及び記憶手段３を制御する。

【００１０】

【作用】図２は本発明における測定値からのゴミの影響
の除去原理を示す。表面形状の測定においては触針が測
定する表面に接触する。そのためもしゴミが存在すれば
測定により何らかの変位を受け、同じ部分をもう一度測
定しても測定結果が異なることになる。図２において
（ａ）はゴミの時を示し、（ｂ）はゴミでない時を示
す。同じような突起状の出力であっても、（ｂ）のゴミ
でない時には一回目と二回目で測定結果は変化しない
が、（ａ）に示すように突起状の出力がゴミによるもの
であれば一回目と二回目の測定結果でその出力値の強度
が変化したり、突起状出力の位置が変化する。

【００１１】従って一回目と二回目の測定結果の差を算
出すると、（ｂ）のゴミのない時はほぼゼロの出力が差
られるが、（ａ）のゴミの時にはゴミによる部分に差が
生じる。実際には二回の測定で完全に同一の測定結果は
得られないため、測定誤差を考慮して差が所定値以上の
部分がゴムが付着している部分と判定する。ゴミが付着
していると判定された部分については測定値に重大な影
響を及ぼさないように測定結果を補正する。

【００１２】

【実施例】本発明の表面形状測定機においては、一度は
測定結果を記憶する必要があり、検出信号をディジタル
信号に変換することが望ましい。もちろん磁気記憶等を
利用してアナログ信号の形で記憶してゴミの存在を識別
することも可能であるが、測定機は既にデータ処理機能
を有しており、これらの機能が兼用できるものが望まし
く、図３にすべての演算をマイクロコンピュータで行う
第一実施例の構成を示す。

【００１３】図３に示すように第一実施例は、表面粗さ
形状測定機又は輪郭形状測定機の例である。図におい
て、３００は被測定物であり、その表面に触針３０が接
触する。触針３０の接触点の上下位置を検出部３１が検
出して出力する。この検出部３１は、例えば差動トラン
スが利用されており、接触点の上下位置に対応したアナ
ログ信号が出力される。３２は移動機構であり、モータ
３２１を駆動することにより検出部３１及び触針３０が
被測定物に対して移動する。

【００１４】３０１は上記のアナログ信号をディジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。３０２から３０７
は通常のマイクロコンピュータを構成するものでバスで
接続されている。３０３はマイクロプロセッサユニット
（ＭＰＵ）であり、３０４は表示装置であり、３０５は
ＲＯＭであり、３０６はＲＡＭであり、３０７は操作者
が本測定機を操作するための操作部である。３０２は移
動機構３２のモータ３２１を制御するためのＩ／Ｏポー
トである。Ａ／Ｄ変換器３０１の出力もバスを介して読
み取られる。

【００１５】本実施例においては、すべての制御処理及
び演算処理はマイクロコンピュータによって行われる。
以下マイクロコンピュータの処理を図４のフローチャー
トを参照して説明する。まずステップ４００で、今回の
測定がゴミの影響を除去する測定であるかを判定し、も
しその必要がなければ従来の通常動作に進む。

【００１６】もしゴミの影響を除去する測定であれば、
同じ部分を二回測定する必要があるため、ステップ４０
１で測定範囲を記憶する。ステップ４０２で所定位置か
ら一回目の測定を開始する。このためＩ／Ｏポート３０
２からモータ３２１の駆動信号が出力される。ステップ
４０３と４０４では、所定の測定範囲にわたって一回目
の測定が行われ、測定結果が記憶される。測定は所定の
サンプリング周期でＡ／Ｄ変換器３０１の出力を読み取
り、ＲＡＭ３０６に記憶する。

【００１７】一回目の測定が終了したら、ステップ４０
５で再び一回目の測定の開始位置に移動するようにモー
タ３２１に駆動信号を出力し、開始位置に復帰したら二
回目の測定を開始する。ステップ４０６と４０７では同
様に測定結果をＲＡＭ３０６の別の部分に記憶する。ス
テップ４０８では、記憶した一回目と二回目の測定結果
の対応する部分を順次読み出し、平均値を算出して再び
ＲＡＭ３０６に記憶する。この工程は、測定結果の向上
のため二回の測定の平均をとるためであり、一回目か二
回目のいずれかの測定結果を出力する場合には必要な
い。

【００１８】ステップ４０９では、記憶した一回目と二
回目の測定結果の対応部分の差を算出する。そしてステ
ップ４１０で、この差が所定値以上の部分にはゴミが付
着していると判定し、その部分の位置を記憶する。ステ
ップ４１１では、上記の平均値に対してゴミが付着して
いると判定された部分を補正して、ステップ４１２で補
正した結果を表示装置３０４に出力する。

【００１９】補正方法について図５を参照して説明す
る。補正方法としては各種考えられるが、ここではゴミ
が付着していると判定された部分の前後の値で補間する
方法を用いた。図５の（ａ）は、二つの測定結果の差が
しきい値以上の部分をゴミの付着範囲として原出力を補
正する方法を示している。しかし前述のように二回の測
定結果は完全には一致しないため、たとえゴミでなくて
も差が多少の大きさを有することが起こり得る。そのよ
うな時にゴミが付着していると判定しないようにするた
め、しきい値を設けてしきい値以上の時にゴミが付着し
ていると判定する。このしきい値をあまり小さく設定す
ると測定誤差により頻繁にゴミと判定されることになる
ため、ある程度以上の値に設定することが望ましい。

【００２０】しかししきい値をある程度以上の値に設定
すると、図５の（ｂ）に示すように、ゴミの大きさに比
べてゴムが付着していると判定される部分が小さくなる
恐れがある。そこでゴミが付着していると判定された部
分よりも若干広めに付着部分をとり、その範囲の前後の
値で補間するようにする。第一実施例では制御処理も演
算処理もすべてマイクロコンピュータによって行った
が、演算処理に要する時間が長くなり、速度の低下を招
くという問題がある。そこでゴミの付着の判定処理をハ
ードウェアによる処理回路にしたのが図６に示す第二実
施例である。図６では、検出部と移動機構の表示は省い
てあり、各部の制御もマイクロコンピュータで行ってい
るが、これも省略している。

【００２１】図６において、６０１は測定信号をディジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、６０２は一回
目の測定結果を記憶するメモリであり、６０３はメモリ
６０２用のアドレスカウンタである。６０４は演算器で
あり、メモリ６０２に記憶された一回目の測定結果とＡ
／Ｄ変換器６０１よりの二回目の測定結果との差を算出
する。６０５はコンパレータであり、この差が所定値以
上の時にゴミの存在を示す信号を出力する。６０６はラ
ッチであり、コンパレータ６０５の出力信号の立ち上が
りに応じてその時点の測定結果をラッチして保持する。
６０７はセレクタであり、通常は二回目の測定結果を出
力するが、コンパレータ６０５がゴミの存在を示す信号
を出力している間は、ラッチ６０６の信号を出力するよ
うに切り換える。

【００２２】第二実施例においては、一回目の測定でメ
モリ６０２に測定結果を記憶し、一回目の測定終了後再
び元の位置に戻り二回目の測定を開始するが、それに合
わせて一回目の測定結果を読み出す動作処理が必要であ
る。それらの処理はすべて図示していないマイクロコン
ピュータにより行われる。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、測定する表面にゴミが存
在する場合には、ゴミの存在を確実に認識でき、ゴミの
存在による測定結果への影響を低減できる表面形状測定
方法が実現でき、またゴミの存在を自動的に識別して補
正することで誤った測定結果を出力する恐れのない表面
形状測定機が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面形状測定機の基本構成を示す図で
ある。

【図２】本発明における測定値からのゴミの影響の除去
原理を示す図である。

【図３】本発明の第一実施例の構成を示す図である。

【図４】第一実施例での制御動作を示すフローチャート
である。

【図５】実施例におけるデータ補間方法の説明図であ
る。

【図６】第二実施例の構成を示す図である。

【図７】表面形状測定機の基本構成を示す図である。

【符号の説明】

１…検出部 ２…移動手段 ３…記憶手段 ４…差演算手段 ５…判定手段 ６…補正手段 ７…制御手段 １０…触針 １００…被測定物

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触針を被測定物の表面に接触させて相対
   的に移動し、接触点の位置変動を測定する表面形状測定
   方法において、 前記被測定物の所望部分を測定して第一測定結果として
   記憶する第一測定工程と、 該第一測定工程の測定部分と同じ部分を測定して第二測
   定結果を得る第二測定工程と、 前記第一測定結果と前記第二測定結果との差を算出する
   差演算工程と、 前記差が所定量以上の部分をゴミ部分と判定する判定工
   程と、 前記第一測定結果及び第二測定結果の少なくとも一方か
   ら、前記ゴミ部分の影響を除去する補正工程とを備える
   ことを特徴とする表面形状測定方法。
2. 【請求項２】 前記補正工程での前記ゴミ部分の影響除
   去は、前記ゴミ部分の前後の測定値の補間補正によって
   行われることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測
   定方法。
3. 【請求項３】 被測定物（１００）の表面に接触する触
   針（１０）の接触点の位置変化を検出する検出部（１）
   と、前記触針（１０）を含む検出部（１）を被測定物
   （１００）に対して相対移動させる移動手段（２）とを
   備える表面形状測定機において、 前記検出部（１）の出力する測定結果を記憶する記憶手
   段（３）と、 該記憶手段（３）に記憶された第一測定結果と前記検出
   部（１）の出力する第二測定結果との差を算出する差演
   算手段（４）と、 前記差演算手段（４）で算出した差が所定値以上である
   かを判定する判定手段（５）と、 前記第一測定結果と前記第二測定結果の少なくとも一方
   の測定結果のうちから前記判定手段（５）で所定値以上
   と判定された部分を補正して出力する補正手段（６）
   と、 前記第一測定結果と前記第二測定結果が前記被測定物
   （１００）の同一部分の測定結果であるように、前記移
   動手段（２）及び前記記憶手段（３）を制御する制御手
   段（７）とを備えることを特徴とする表面形状測定機。
4. 【請求項４】 前記補正手段（６）は、前記差が所定値
   以上と判定された部分の前後の測定値で補間補正するこ
   とを特徴とする請求項３に記載の表面形状測定機。