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公開番号2024157139
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-07
出願番号2023071292
出願日2023-04-25
発明の名称校正用データの取得方法、測定値の補正方法、および表面性状測定機
出願人株式会社ミツトヨ
代理人個人
主分類G01B 5/00 20060101AFI20241030BHJP(測定;試験)
要約【課題】精度の高い測定結果を得るための校正用データの取得方法を提供する。
【解決手段】校正用データの取得方法は、表面性状測定機によるZ軸方向の測定範囲内の基準位置である複数のZ軸基準位置に対応する高さの複数の水平な平坦面を有する第1基準ワークについて、複数の平坦面にスタイラスを当接させて平坦面の高さを測定し、Z軸方向の補正前の測定値である基準Z軸座標値を得るステップ、Z軸基準位置と基準Z軸座標値との差分である基準Z軸補正量を、記録するステップと、既知の傾斜角を有する傾斜面が設けられた第2基準ワークについて、第2基準ワークの傾斜面における各Z軸基準位置でのX軸方向の位置を測定して、基準X軸座標値を得るステップと、X軸基準位置と、Z軸基準位置での基準X軸座標値との差分である基準X軸補正量を、Z軸基準位置についての基準Z軸座標値に対応付けて記録するステップと、を備える。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
ワークの表面をスタイラスでトレースして前記ワークの表面の性状を測定する表面性状測定機における高さ方向であるＺ軸方向の測定値および前記Ｚ軸方向に直交しトレースする方向に対応するＸ軸方向の測定値を補正するための校正用データの取得方法であって、
前記表面性状測定機によるＺ軸方向の測定範囲内の基準位置である複数のＺ軸基準位置に対応する高さの複数の水平な平坦面を有する第１基準ワークについて、複数の前記平坦面のそれぞれに前記スタイラスを当接させて当該平坦面の高さを測定し、それぞれの前記Ｚ軸基準位置のＺ軸方向の補正前の測定値である基準Ｚ軸座標値を得るステップと、
それぞれの前記Ｚ軸基準位置と当該Ｚ軸基準位置についての基準Ｚ軸座標値との差分である基準Ｚ軸補正量を、前記基準Ｚ軸座標値に対応付けて記録するステップと、
前記表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内にわたって既知の傾斜角を有する傾斜面が設けられた第２基準ワークについて、前記第２基準ワークの前記傾斜面における各Ｚ軸基準位置でのＸ軸方向の位置を測定して、各Ｚ軸基準位置に対応するＸ軸方向の補正前の測定値である基準Ｘ軸座標値を得るステップと、
前記傾斜面の既知の傾斜角と前記Ｚ軸基準位置の高さとに基づいて求められる、前記第２基準ワークの前記傾斜面の前記Ｚ軸基準位置に相当する高さにおけるＸ軸方向の位置であるＸ軸基準位置と、当該Ｚ軸基準位置での前記基準Ｘ軸座標値との差分である基準Ｘ軸補正量を、当該Ｚ軸基準位置についての前記基準Ｚ軸座標値に対応付けて記録するステップと、
を備えたことを特徴とする校正用データの取得方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
ワークの表面をスタイラスでトレースして前記ワークの表面の性状を測定する表面性状測定機における高さ方向であるＺ軸方向の測定値およびトレースする方向に対応する水平方向であるＸ軸方向の測定値の補正方法であって、
前記表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内における複数の基準位置である複数のＺ軸基準位置を前記表面性状測定機で測定した測定値である複数の基準Ｚ軸座標値のそれぞれに、当該基準Ｚ軸座標値におけるＺ軸方向の補正量である基準Ｚ軸座標値と、当該基準Ｚ軸座標値におけるＸ軸方向の補正量である基準Ｘ軸座標値と、を対応付けて記録した誤差マップを用いて、前記ワークの表面をトレースして得た測定値に適用すべきＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を求め、求めた補正量測定値を補正することを特徴とする測定値の補正方法。
【請求項３】
前記ワークの表面をトレースして得た測定値に対応するＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を、前記誤差マップに記録された基準Ｚ軸座標値に対応する補正量を補間することにより求めることを特徴とする請求項２に記載の補正方法。
【請求項４】
ワークの表面をスタイラスでトレースして前記ワークの表面の性状を測定する表面性状測定機であって、
ワークの表面をスタイラスでトレースして前記スタイラスの当接位置の高さ方向であるＺ軸方向およびトレースする方向に対応する水平方向であるＸ軸方向の測定値を得る測定部と、
前記表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内における複数の基準位置である複数のＺ軸基準位置を前記表面性状測定機で測定した測定値である複数の基準Ｚ軸座標値のそれぞれに、当該基準Ｚ軸座標値におけるＺ軸方向の補正量である基準Ｚ軸座標値と、当該基準Ｚ軸座標値におけるＸ軸方向の補正量である基準Ｘ軸座標値と、を対応付けて記録した誤差マップを記憶する校正用データ記憶部と、
前記校正用データ記憶部に記憶された誤差マップに基づいて、前記ワークの表面をトレースして得た測定値に適用すべきＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を求め、求めた補正量を前記測定部が取得した測定値に適用して補正済み測定値を演算する補正部と、
を備える表面性状測定機。
【請求項５】
前記補正部は、前記ワークの表面をトレースして得た測定値に対応するＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を、前記誤差マップに記録された基準Ｚ軸座標値に対応する補正量を補間することにより求めることを特徴とする請求項４に記載の表面性状測定機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの表面をスタイラスでトレースしてワークの表面の性状を測定する表面性状測定機の校正方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
ワークの表面の形状を測定する測定装置として、ワークの表面をスタイラスでトレースしてスタイラスの変位に基づき測定値を得る形状測定機が知られている。例えば、スタイラスが支点を中心として円弧運動するピボット式の形状測定機では、ワークの表面にスタイラスを接触させた状態でワークとスタイラスとを所定方向に相対移動させ、その際の移動方向に沿った位置とスタイラスの変位とからワークの表面の形状（高さ）を取得している。
【０００３】
ここで、ピボット式のスタイラスを用いた形状測定機においては、スタイラスの円弧運動を考慮して測定値を補正する必要がある。例えば特許文献１～５には、ピボット式のスタイラスを用いた測定装置の補正方法が開示される。いずれの技術においても、理想的な球面や円筒面が校正の基準として用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第２７２７０６７号公報
特許第５１８３８８４号公報
特許第５１５５５３３号公報
特許第３２１５３２５号公報
米国特許第５１５０３１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
各先行技術文献に開示されているように、校正においては、スタイラスの支点からアーム先端までの長さであるアーム長Ｌ、アーム先端からのスタイラス先端の突き出し量であるオフセットＨ（オフセットＨはエッジ長と呼ばれることもある）、スタイラスの変位を検出するエンコーダの指示値を高さに変換するための係数であるゲインｇ、先端球の半径、スタイラス全体の所定方向（Ｘ軸方向）への移動量を検出するためのＸスケールといった複数のパラメータを校正する必要がある。
【０００６】
しかし、一つのパラメータを校正する際に、未校正の他のパラメータが校正に影響を及ぼし、校正誤差を生じることがある。個々のパラメータの校正の誤差により、実際のスタイラス先端の軌道と計算で求められるスタイラス先端の軌道との間に差が生まれ、これが測定誤差につながる。
【０００７】
また、上記の複数のパラメータのうち、アーム長ＬやオフセットＨは、スタイラスの個体差の影響を校正するものであるところ、これらのパラメータの公称値からのずれを円弧運動の軌道の計算式に反映させる現行の校正方法では、誤差を十分に抑制することができない場合がある。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、精度の高い測定結果を得るための校正用データの取得方法、測定値の補正方法、および測定装置（表面性状測定機）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するべく、本発明の実施形態に係る校正用データの取得方法は、ワークの表面をスタイラスでトレースしてワークの表面の性状を測定する表面性状測定機における高さ方向であるＺ軸方向の測定値およびＺ軸方向に直交しトレースする方向に対応するＸ軸方向の測定値を補正するための校正用データの取得方法である。当該校正用データの取得方法は、表面性状測定機によるＺ軸方向の測定範囲内の基準位置である複数のＺ軸基準位置に対応する高さの複数の水平な平坦面を有する第１基準ワークについて、複数の平坦面のそれぞれにスタイラスを当接させて当該平坦面の高さを測定し、それぞれのＺ軸基準位置のＺ軸方向の補正前の測定値である基準Ｚ軸座標値を得るステップと、それぞれのＺ軸基準位置と当該Ｚ軸基準位置についての基準Ｚ軸座標値との差分である基準Ｚ軸補正量を、基準Ｚ軸座標値に対応付けて記録するステップと、表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内にわたって既知の傾斜角を有する傾斜面が設けられた第２基準ワークについて、第２基準ワークの傾斜面における各Ｚ軸基準位置でのＸ軸方向の位置を測定して、各Ｚ軸基準位置に対応するＸ軸方向の補正前の測定値である基準Ｘ軸座標値を得るステップと、傾斜面の既知の傾斜角とＺ軸基準位置の高さとに基づいて求められる、第２基準ワークの傾斜面のＺ軸基準位置に相当する高さにおけるＸ軸方向の位置であるＸ軸基準位置と、当該Ｚ軸基準位置での基準Ｘ軸座標値との差分である基準Ｘ軸補正量を、当該Ｚ軸基準位置についての基準Ｚ軸座標値に対応付けて記録するステップと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の実施形態に係る測定値の補正方法は、ワークの表面をスタイラスでトレースしてワークの表面の性状を測定する表面性状測定機における高さ方向であるＺ軸方向の測定値およびトレースする方向に対応する水平方向であるＸ軸方向の測定値の補正方法である。当該測定値の補正方法は、表面性状測定機のＺ軸方向の測定範囲内における複数の基準位置である複数のＺ軸基準位置を表面性状測定機で測定した測定値である複数の基準Ｚ軸座標値のそれぞれに、当該基準Ｚ軸座標値におけるＺ軸方向の補正量である基準Ｚ軸座標値と、当該基準Ｚ軸座標値におけるＸ軸方向の補正量である基準Ｘ軸座標値と、を対応付けて記録した誤差マップを用いて、ワークの表面をトレースして得た測定値に適用すべきＺ軸方向およびＸ軸方向の補正量を求め、求めた補正量測定値を補正することを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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