輪廓形狀表面粗糙度測定裝置以及輪廓形狀表面粗糙度測定方法

2023-08-09 09:55:21 1

輪廓形狀表面粗糙度測定裝置以及輪廓形狀表面粗糙度測定方法
【專利摘要】本發明公開一種輪廓形狀表面粗糙度測定裝置，其測定工件(W)的表面的輪廓形狀和表面粗糙度，結構簡單而能夠低成本地實現，高解析度地生成對寬測定範圍具有高線性的變位信號。該輪廓形狀表面粗糙度測定裝置具備：測定部(13)，其具有與工件(W)的表面接觸而上下變位的測定元件(7)；進給機構(4)，其使工件相對於測定元件而相對地移動；臂(12)，其一端具有測定部，傳遞測定元件的變位，以支點(16)為中心轉動；差動變壓器型檢測機構(51)和標尺型檢測機構(52)，其安裝在臂或與臂聯動的位置，檢測測定元件的變位。
【專利說明】輪廓形狀表面粗糙度測定裝置以及輪廓形狀表面粗糙度測定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種輪廓形狀表面粗糙度測定裝置以及輪廓形狀表面粗糙度測定方法。
【背景技術】
[0002]測定被測定物(工件)的表面粗糙度的表面粗糙度測定裝置、以及測定工件的表面形狀(輪廓)的輪廓形狀測定裝置正在被廣泛使用。表面粗糙度測定裝置檢測工件表面的微小的凹凸，檢測工件表面的微小長度的高度變化、即短周期的高度變化。對此，輪廓形狀測定裝置檢測工件表面的比較長周期的高度變化。換言之，可以說對於表面粗糙度測定裝置以及輪廓形狀測定裝置所檢測的探針的變位的細緻度、即檢測在使檢測部以一定速度相對於工件進行相對移動時得到的檢測信號的長度所對應的周期成分中的哪個周期範圍是不同的。因此，用於表面粗糙度測定裝置的變位檢測器(傳感器)要求具有高速的響應性而能夠檢測微小的變位、即高解析度，但對於長周期的變位的絕對值即寬檢測範圍的檢測信號的線性幾乎不要求嚴格的檢測精度。換言之，與寬檢測範圍相關的檢測信號的線性也容許是比較低的精度。對此，用於輪廓形狀測定裝置的變位檢測器(傳感器)越是表面粗糙的情況越不要求高速的響應性，不必須能夠檢測微小的變位(高解析度)，但對於長周期的變位的絕對值、即檢測信號的寬檢測範圍的線性，要求高精度。
[0003]另外，考慮到以上那樣的測定的特性，在測定表面粗糙度的情況和測定輪廓形狀的情況下，一般使檢測部相對於工件相對地移動時的移動速度不同。具體地說，在測定表面粗糙度的情況下的移動速度比測定輪廓形狀的情況下的移動速度低。
[0004]輪廓形狀測定裝置以及表面粗糙度測定裝置具有類似的結構，理想的是能夠測定表面形狀(輪廓)和表面粗糙度的雙方的測定裝置。
[0005]圖1是輪廓形狀表面粗糙度測定裝置的外觀圖。
[0006]如圖1所示，輪廓形狀表面粗糙度測定裝置I具備基座2、設置在基座2上的支柱
3、在Z軸方向上自由滑動地被支持在支柱3上的X軸驅動部4、能夠在X軸方向上移動地被支持在X軸驅動部4上的X臂5、設置在X臂5的前端的測定部6、設置在基座2上的載置臺8。
[0007]在進行測定的情況下，以一定的力使設置在變位檢測器6的前端部的探針7與載置在載置臺8上的工件W的表面接觸。如果在該狀態下，通過X軸驅動部4使臂支持部5和變位檢測器6沿著X軸移動，則探針7與工件W的表面的形狀對應地在Z軸方向上變位。變位檢測器6通過內置的傳感器、例如差動變壓器等輸出與探針7的變位對應的電信號。
[0008]圖2是表示使用了差動變壓器的情況下的變位檢測器6的結構例子和檢測信號的例子的圖，(A)表示結構例子，(B)表示檢測信號的例子。
[0009]如圖2的(A)所示，變位檢測器6具備可旋轉地被支持在與框體結合的支點16上的支架14、可裝卸地緊固在支架14上的臂12、設置在臂12的前端的探針7、輸出與支架14的變位對應的信號的差動變壓器型檢測機構(傳感器)15。將探針7和臂12 —起稱為測定元件13。差動變壓器型檢測機構(傳感器)15具有由固定在變位檢測器6上的多個線圈構成的固定部分、安裝在支架14上的鐵芯部分，鐵芯部分相對於固定部分的多個線圈的位置由於支架14的旋轉而變化，線圈所產生的交流信號(檢測信號)的強度變化。對於差動變壓器型傳感器已經廣泛已知，因此省略進一步的說明。
[0010]如果將測定元件13安裝在支架14上，以規定的壓力使探針7與工件表面接觸，則與接觸位置對應地即與工件表面的高度和凹凸對應地，測定元件13和支架16旋轉，差動變壓器型傳感器的鐵芯部分變位，輸出與變位對應的檢測信號。對於差動變壓器型傳感器的檢測信號，強度大致與變位成正比地變化，與非常細微的變位對應地變化，但並不完全與變位成正比地變化，如圖2的(B)所示，相對於成正比時的值的差在能夠檢測的範圍的兩側擴大，即線性降低。
[0011]因此，要求能夠檢測微小的變位、即高解析度，但對於長周期的變位的絕對值幾乎不要求嚴格的檢測精度的表面粗糙度測定裝置大多使用差動變壓器型傳感器。
[0012]在對輪廓形狀測定裝置使用差動變壓器型傳感器的情況下，預先進行差動變壓器型傳感器的校正，準備存儲了變位和檢測信號之間的偏差的修正表而進行修正，由此改善線性。但是，差動變壓器型傳感器容易受到溫度變化的影響，只通過該修正難以實現充分的線性。
[0013]另一方面，作為對寬檢測範圍具有高線性的變位檢測器，已知標尺型檢測機構(傳感器)。標尺型傳感器具有記錄了刻度的標尺，檢測移動所伴隨的刻度的變化量、或標尺的移動位置。標尺有光學式的標尺、磁式的標尺等。
[0014]圖3是說明光學式標尺型檢測機構(傳感器)的圖，(A)表示用於光學式標尺型傳感器的標尺的刻度的例子，(B)表不光學式標尺型傳感器的檢測部的結構例子，(C)表不檢測信號的例子。
[0015]如圖3的(A)所示，標尺21的刻度是形成在玻璃板等上的黑白圖案，蒸鍍鉻等而形成黑色部分。
[0016]如圖3的(B)所示，以夾著移動的標尺21的方式設置檢測部。檢測部在標尺21的一側設置LED或雷射器等光源22、使來自光源22的光收斂到形成有標尺21的黑白部分的面上的透鏡23，在標尺21的另一側設置使透過標尺21的光聚光的透鏡24、檢測通過透鏡24聚光的光的受光兀件25。
[0017]標尺21移動，根據標尺21的白色部分還是黑色部分位於通過透鏡23聚光的光束的部分，受光元件25所受光的光量變化，如圖3的(C)所示，得到變化的檢測信號。通過對該檢測信號進行處理，能夠檢測標尺21的移動量或移動位置。
[0018]圖4是表示使用了光學式標尺型傳感器的變位檢測器的結構例子的圖。如圖4所示，該變位檢測器具有通過2個連接36和37將連接構件34和35連結起來的平行連接結構。連接36和37與連接構件34和35的4個旋轉軸結合，連接構件34和35能夠平行地變形，以便成為連接36和37維持平行的狀態、即連接構件34和35、以及連接36和37成為平行四邊形。4個旋轉軸的I個旋轉軸38與變位檢測器的框體結合，連接36以旋轉軸38為支點可旋轉地被支持。在前端設置有探針7的臂32與連接36緊固。因此，臂32和連接36與圖3的臂12和支架14同樣地，可旋轉地被支持在旋轉軸(支點)38上。[0019]在連接構件35的一側設置有光學式標尺型傳感器39，檢測連接構件35的變位。在圖4中，將具有刻度的標尺固定在框體上，在連接構件35上設置後述的指數標尺。此外，也能夠將標尺設置在連接構件35上，將檢測部設置在框體上。
[0020]在圖4的變位檢測器中，連接構件35向橫方向少量地移動，但為了平行地移動，能夠使用利用了圖3的(A)所示那樣的具有刻度的標尺的光學式標尺型傳感器。但是，圖4所示的平行連接機構需要大的空間。
[0021]因此，如圖5的(A)所示，在圖2的變位檢測器中，在支架14上設置放射線狀地形成有圖案的標尺17，通過利用標尺17檢測支架14的旋轉量(旋轉位置)，來檢測探針7的變位。標尺17如圖5的⑶所示，圓弧狀地形成有以支點16為中心的黑白圖案。在檢測圓弧狀的圖案的移動量的情況下，也能夠使用與圖3中說明的方法同樣的方法。此外，還提出了以下的方法，即將支架14的後端側的表面設為以支點16為中心的圓筒面，在其上形成等間隔的圖案，光學地檢測圖案的移動(旋轉)量。
[0022]對於標尺型傳感器的解析度，基本上以刻度的間距規定解析度，但提出了使用指數標尺等來提高解析度的各種方法。另外，還提出了將標尺21的刻度設為衍射光柵而通過雷射幹涉提高解析度的方法。但是，對於將刻度設為衍射光柵而通過雷射光柵提高解析度的方法，結構成為大的規模，由於其大型化，難以在表面粗糙度/形狀測定裝置的變位檢測器中使用。另外，實現該方法的結構複雜，因此還存在昂貴的問題。
[0023]在任意的情況下，標尺型傳感器以標尺為基準，因此能夠寬範圍並且高精度地檢測變位，但難以得到差動變壓器型傳感器的解析度那樣的高解析度。
[0024]在能夠寬範圍並且高精度地檢測變位、並且是高解析度的變位檢測器中，有雷射幹涉儀方式。
[0025]圖6是表示使用了雷射幹涉儀方式的變位檢測器的結構的圖。如圖6所示，在圖2的變位檢測器中，在支架43上設置形成雷射幹涉儀的直角稜鏡43，不設置差動變壓器型檢測機構(傳感器)。雷射幹涉儀具備光源(雷射器)41、光束分離器42、直角稜鏡43、直角稜鏡44、設置在光束分離器42上的2個反射鏡45和46、受光元件47。
[0026]從光源41出射的雷射光束被光束分離器42分割為2個光束。分割後的一個雷射光束被直角稜鏡43反射並進一步被反射鏡45反射而返回到直角稜鏡43，進一步被反射而進入光束分離器42，被反射而朝向受光元件47。分割後的另一個雷射光束被直角稜鏡44反射並進一步被反射鏡46反射而返回到直角稜鏡44，進一步被反射而進入光束分離器42，透過而朝向受光元件47。從光束分離器42朝向受光元件47的2個雷射光束幹涉。如果支架14變位而直角稜鏡43變位，則一個雷射光束的光路長度變化直角稜鏡43的變位量的4倍的距離，由此，入射到受光元件47的2個雷射光束的光路長度的差變化，幹涉狀態變化。受光元件47的一次幹涉的明暗變化相當於雷射光束的I波長，因此通過檢測受光元件47的檢測信號的一次變化，能夠檢測雷射光束的I波長的1/4的直角稜鏡43的變位。如果設雷射光束的I波長為約800nm，則能夠檢測200nm的變位，是非常高的解析度。另外，檢測範圍也非常廣，線性也良好。
[0027]這樣，使用了雷射幹涉儀的變位檢測器是高解析度的，線性也良好，但非常昂貴，組裝調整也複雜。
[0028]現有技術文獻[0029]專利文獻
[0030]專利文獻1:日本特開2008-304332號公報
[0031]專利文獻2:日本特開2004-069510號公報
[0032]專利文獻3:日本特開2000-018935號公報
[0033]專利文獻4:日本特開2004-077437號公報
[0034]專利文獻5:日本特表平6-507706號公報

【發明內容】

[0035]發明要解決的問題
[0036]如以上說明的那樣，用於表面粗糙度測定的變位檢測器(傳感器)要求具有高速的響應性，能夠檢測微小的變位即高解析度。另一方面，用於輪廓形狀測定裝置的變位檢測器(傳感器)越是在測定表面粗糙度的情況下，則越不要求高速的響應性，不需要能夠檢測微小的變位(高解析度)，但對於長周期的變位的絕對值即檢測信號的寬檢測範圍的線性，要求高精度。對於雷射方式等昂貴並且大型的變位檢測器(傳感器)，滿足該雙方的要求，但現狀是在廉價並且小型的變位檢測器(傳感器)中不滿足該雙方的要求。
[0037]因此，希望一種能夠測定工件的表面粗糙度以及表面形狀(輪廓)的雙方、高解析度、對寬測定範圍具有高線性的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置。
[0038]本發明的目的在於:提供一種輪廓形狀表面粗糙度測定裝置，其結構簡單，能夠低成本地實現,高解析度並且對寬測定範圍具有高線性。
[0039]解決問題的方案
[0040]為了實現上述目的，本發明的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置在檢測探針的變位的變位檢測部設置標尺型檢測機構和差動變壓器型檢測機構的雙方，能夠選擇適合於測定對象(測定內容)的檢測信號。
[0041]S卩，本發明的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置是測定工件的表面的輪廓形狀和表面粗糙度的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置，其特徵在於具備:測定部，其具有與工件的表面接觸而上下變位的測定元件；進給機構，其使工件相對於測定元件而相對地移動；臂，其一端具有測定部，傳遞測定元件的變位，以支點為中心轉動；差動變壓器型檢測機構和標尺型檢測機構，其安裝在臂或與臂聯動的位置，檢測測定元件的變位。
[0042]另外，本發明的檢測工件的表面的輪廓形狀和表面粗糙度的輪廓形狀表面粗糙度測定方法是測定工件的表面的輪廓形狀和表面粗糙度的輪廓形狀表面粗糙度測定方法，其特徵在於:在以支點為中心轉動的臂的一端具有與工件的表面接觸而上下變位的測定元件，具有安裝在與臂聯動的位置而檢測測定元件的變位作為臂的變位的差動變壓器型檢測機構和標尺型檢測機構的雙方，在使測定元件與工件的表面抵接的狀態下使工件相對地移動，根據差動變壓器型檢測機構和標尺型檢測機構的檢測結果，測定工件的輪廓表面粗糙度。
[0043]根據本發明，通過差動變壓器型檢測機構和標尺型檢測機構的雙方同時檢測同一臂的變位，因此能夠通過一次測定同時得到由差動變壓器型檢測機構檢測的表面粗糙度數據、由標尺型檢測機構檢測的輪廓形狀數據。另外，能夠同時得到表面粗糙度數據和輪廓形狀數據，因此能夠與測定內容、即是測定工件的輪廓形狀、還是測定工件的表面粗糙度對應地，選擇適當的檢測信號。這樣，能夠通過I臺測定裝置，適當地測定輪廓形狀和表面粗糙度。
[0044]差動變壓器型檢測機構在使工件相對於測定元件相對地移動時檢測與作為工件的表面的粗糙度的微小變位對應的高頻成分。另外，標尺型檢測機構在使工件相對於測定元件相對地移動時，檢測與工件的表面的起伏對應的變位的低頻成分。
[0045]標尺具有圓弧狀標尺，連續地刻有該標尺的間距，由此作為整體能夠確認標尺的線性。另外，測定對象測定直線的高低差，但作為實際進行檢測的方式，變換為以I個支點為中心轉動的圓弧運動，通過圓弧狀的標尺讀取該運動。
[0046]在該情況下，嚴格地說產生sin Θ / Θ的偏差(這基於以下理由)。即，對於高低差，如果設臂支點位置到測定元件為止的距離為R，則由於臂旋轉θ而變位的高低差是Rsin Θ。另一方面，在圓弧標尺中，如果設從臂支點位置到標尺位置為止的距離為r，則由於臂旋轉Θ而變位的標尺上的長度是rθ。如果Θ是O度附近，則其誤差非常小，但隨著Θ變大，sin0/0的誤差變大。
[0047]這樣的誤差也基於上述關係，能夠連續地估計求出基於該角度的理論偏差量。另外，雖然在後面說明，但在標尺的情況下，能夠連續地對其刻度之間進行內插，因此例如即使是圓弧標尺，也能夠根據其刻度的連續性高精度地內插而進行修正。
[0048]另一方面，在差動變壓器的情況下，難以高精度地對應圓弧運動。在寬範圍的圓弧運動的情況下，在原理上難以避免產生微小的線性的偏差。如果延長測定元件側的臂，則也有時可以是微小的圓弧運動，但在該情況下，由於因臂的長度造成的慣性阻抗的影響，難以進行高靈敏度的測定。 為了減小臂的慣性阻抗，必須極力縮短臂的長度，但在這樣的情況下，圓弧運動的修正的必要性進一步增加。
[0049]在這一點上，對於圓弧運動的修正，標尺型檢測機構在確保線性這一點上好，能夠進行高精度的修正。
[0050]另外，在組合差動變壓型檢測器和標尺型檢測器的情況下，差動變壓型檢測器重視響應性，以微小變位、高頻的粗糙度成分為主進行測定，因此將差動變壓型檢測器放置得接近相對於標尺型檢測器轉動的支點。
[0051]另一方面，標尺型檢測器針對臂的圓弧運動也能夠高精度地進行修正，因此即使重視線性地放大微小變位而評價，與差動變壓器型檢測機構相比，放置在離臂支點遠的位置也是理想的。
[0052]輪廓形狀表面粗糙度測定裝置具備:選擇部，其選擇地輸出差動變壓器型檢測機構的檢測信號和標尺型檢測機構的檢測信號的一方。
[0053]輪廓形狀表面粗糙度測定裝置具備:修正電路，其組合差動變壓器型檢測機構的檢測信號和標尺型檢測機構的檢測信號，生成修正變位信號。
[0054]修正電路根據標尺型檢測機構的檢測信號，修正差動變壓器型檢測機構的檢測信號的寬範圍的線性。
[0055]修正電路根據標尺型檢測機構的檢測信號修正線性不充分的差動變壓器型檢測機構的檢測信號的線性，高解析度地在寬測定範圍內生成線性良好的檢測信號。
[0056]發明效果
[0057]根據本發明，實現通過一臺就能夠適當地測定工件的輪廓形狀和工件的表面粗糙度的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置。
[0058]另外，在具有修正電路的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置中，通過根據標尺型檢測機構的檢測信號，修正差動變壓器型檢測機構的檢測信號的寬範圍的線性，能夠高解析度、對寬測定範圍高線性地測定工件的輪廓形狀和表面粗糙度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0059]圖1是表面粗糙度/形狀測定裝置的外觀圖。
[0060]圖2是表示變位檢測器的結構例子和檢測信號的例子的圖，㈧表示結構，⑶表示檢測信號。
[0061]圖3是說明光學式標尺型檢測機構(傳感器)的圖，(A)表示用於光學式標尺型傳感器的標尺的刻度的例子，(B)表不光學式標尺型傳感器的檢測部的結構例子，(C)表不檢測信號的例子。
[0062]圖4是表示使用了光學式標尺型傳感器的變位檢測器的結構例子的圖。
[0063]圖5是表示使用了具有放射線狀的圖案的光學式標尺型傳感器的變位檢測器的結構例子的圖。
[0064]圖6是表示使用了雷射幹涉儀方式的變位檢測器的結構的圖。
[0065]圖7是表示本發明的第一實施方式的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置的變位檢測器的結構的圖。
[0066]圖8是表示第一實施方式的處理信號的部分的結構的圖。
[0067]圖9是說明標尺信號處理部的校正數據的製作處理的圖。
[0068]圖10是表示第二實施方式的處理信號的部分和選擇部的結構的圖。
[0069]圖11是表示第三實施方式的處理信號的部分和選擇部的結構和選擇控制處理的圖。
[0070]圖12是表示在變位小的範圍內變化的情況下的第二變位數據(表面粗糙度數據)和第一變位數據(輪廓形狀數據)的例子的圖。
[0071]圖13是表示第四實施方式的處理信號的部分和修正部的結構的圖。
[0072]圖14是表不第四實施方式的信號處理和修正處理的圖。
[0073]圖15是表示第四實施方式的信號處理和修正處理的圖。
[0074]圖16是表示第四實施方式的信號處理和修正處理的處理例子的圖。
[0075]圖17是表示第四實施方式的信號處理和修正處理的處理例子的圖。
[0076]圖18是表示離散、高精度地檢測變位的光學式的標尺型檢測機構的例子的圖。
[0077]圖19是表示將差動變壓器型檢測機構設置在與測定元件相同一側的變位檢測器的結構的圖。
【具體實施方式】
[0078]以下，說明本發明的實施方式的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置。實施方式的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置I例如具有圖1所示那樣的外觀，變位檢測器6的結構與現有例子不同。但是，外觀和整體結構並不限於圖1所示。
[0079]圖7是表示本發明的第一實施方式的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置的變位檢測器6的結構的圖。
[0080]如圖7所示，第一實施方式的變位檢測器6具備可旋轉地被支持在與框體結合的支點16上的支架14、可裝卸地緊固在支架14上的臂12、設置在臂12的前端的探針7、輸出與支架14的變位對應的信號的差動變壓器型檢測機構(傳感器)51、輸出與支架14的變位對應的信號的標尺型檢測機構(傳感器)52。將設置有探針7的臂12稱為測定元件13。差動變壓器型檢測機構51具有由固定在變位檢測器6上的多個線圈構成的固定部分、安裝在支架14上的鐵芯部分，通過支架14的旋轉，鐵芯部分相對於固定部分的多個線圈的位置變化，線圈所產生的交流信號(檢測信號)的強度變化。標尺型檢測機構52被安裝在支架14上，具備具有以支點16為中心放射線狀設置的黑白圖案的標尺、固定在變位檢測器6的框體上的讀取標尺的變位(旋轉量)的檢測部，如果由於支架14的旋轉而標尺旋轉,則檢測部讀取旋轉量(旋轉位置)。此外，對檢測部也可以使用指數標尺。
[0081]對於差動變壓器型檢測機構51和標尺型檢測機構52廣為人知，因此省略更詳細的說明，但如上述那樣，差動變壓器型傳感器能夠高解析度地檢測微小的變位，但寬檢測範圍的線性不充分。另一方面，標尺型傳感器能夠在寬範圍內進行高精度的變位檢測，但難以得到差動變壓器型傳感器那樣的高解析度。
[0082]例如，作為標尺型檢測機構，適合地使用Renishaw制的FASTRACK系列、HEIDENHAIN制的ERA700等帶狀標尺等。或者，也可以是通常的不鏽鋼標尺、刻在玻璃面上的圓弧標尺。
[0083]用雙面膠帶將上述的Renishaw制的FASTRACK系列粘帖在曲面部分。在標尺上以20 μ m的間距連續地刻有刻度。在這樣的雙面膠帶的粘帖方式的情況下，根據粘帖的精度等有時產生少許的偏差等，但對於這樣的偏差，通過事先對許多若干厚度的量塊進行測定，弓丨出相關直線而進行校正，能夠確認其偏差量而進行修正。作為利用這樣的標尺的優點在於:連續多個點地等間隔地刻畫刻度，因此能夠基於其連續性包含線性地進行修正。
[0084]S卩，在從最初開始形成為曲線狀的標尺的情況下，即使在其曲面的曲率精度這一點上，也難以以細緻的間隔高精度並且等間隔地刻畫刻度，製作具有嚴格的線性的標尺是非常昂貴的。
[0085]在帶狀標尺的情況下，初期按照直線狀製作，因此通過基於雷射等進行直線校正，能夠成為以非常細緻的間距高精度地刻有等間隔的刻度的標尺。在將該直線標尺粘帖在曲面上時，有時在其粘帖時產生微小誤差，但由於帶狀標尺所具有的固有的高精度、等間隔的刻度的連續精度，能夠估計因該粘帖造成的偏差量。
[0086]例如，在溫度狀態嚴酷的環境下，也考慮標尺自身的熱膨脹等的影響。但是，在因環境而標尺熱膨脹的情況下，並不是標尺的一部分局部地熱膨脹，一般認為整體地均勻地熱膨脹。
[0087]在這樣的狀態下，通過在該狀態下進行多階段的結構採樣測定，在多個點進行校正，能夠進行適合於該溫度環境的連續的校正。
[0088]另外，另一方面，差動變壓器的線性根據差動變壓器的核心部從線圈部偏離的程度，偏差量變化。即，線性並不是均勻地偏差，與核心相對於線圈的相對位置對應地損失其線性。
[0089]因此，預先在某室溫狀態下，評價差動變壓型檢測器相對於標尺型檢測器的線性的偏差量，接著在不同的溫度環境下，同樣地評價差動變壓型檢測器相對於標尺型檢測器的線性的偏差量即可。
[0090]根據差動變壓型檢測器因溫度環境造成的相對於標尺型檢測器的線性的偏差，能夠某種程度地估計標尺型檢測器的標尺的熱膨脹的影響。
[0091]另外，即使設想20 μ m間距、5mm的範圍的標尺，其間也存在250點的刻度。根據該刻度位置的連續性，測定若干厚度的量塊，根據其相關直線計算測定對象的測定值。由此，例如即使是刻度之間，也能夠使其具有對其間進行內插的功能。即，能夠根據刻度的連續性進行更聞精度的測定。
[0092]另一方面，在離散的測定中，難以填補其間的精度。即，在根據I個點進行校正的情況等下，如果在該I點的絕對精度上產生稍微的紊亂，則會損失全部的線性的可靠性，但在等間隔地連續存在多個點的情況下，能夠根據整體的對照來確認部分的位置偏差狀態，能夠穩定地確保線性(linearity)的精度。
[0093]但是，在常年使用的過程中，也有時產生固定了標尺的雙面膠帶逐漸上浮等問題，整體上精度產生偏差。在這樣的情況下，觀察與差動變壓型檢測機構的相對精度偏差即可。
[0094]即使是差動變壓型的檢測機構，在變位量小的情況下，特別在原點附近確保了比較的線性。在原點附近相互的偏差大的情況、在雙方的檢測機構中相互的零點位置偏差的情況下，能夠考慮標尺或差動變壓器的因經時變化造成的偏差的影響而檢查相互的檢測機構。
[0095]在沒有這樣的檢查功能的情況下，在連續使用而無法在中途進行精度校正的情況下，無法確認是否引起了精度偏差。
[0096]根據本申請的校正，始終通過檢測原理不同的2個傳感器確認涉及一個臂的變位，因此在任意一個傳感器的狀況不正常的情況下，都能夠根據雙方的相對數據關係，馬上檢測異常。
[0097]由此，不頻繁地進行測定標準採樣的結構操作，通過確認雙方的傳感器輸出的數據的一致性，就能夠自動地診斷相互的檢測器的精度，其結果是能夠在長期時間中也確保正確性，同時高精度地進行測定。
[0098]在第一實施方式中，通過未圖示的信號處理部處理差動變壓器型檢測機構51和標尺型檢測機構52輸出的檢測信號。信號處理部既可以設置在變位檢測器6的框體內，也可以設置在變位檢測器6的框體外，還可以將一部分設置在變位檢測器6的框體內，將剩餘部分設置在變位檢測器6的框體外。
[0099]圖8是表示第一實施方式的的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置的進行信號處理的部分的結構的框圖，(A)表示整體結構，(B)表示標尺信號處理部61的校正，(C)表示差動變壓器信號處理部62的結構。
[0100]第一實施方式的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置如圖8的(A)所示，具備標尺信號處理部61、差動變壓器信號處理部62。在輪廓形狀表面粗糙度測定裝置中，使探針7相對於工件W的表面以一定速度移動而進行測定，因此差動變壓器型檢測機構51和標尺型檢測機構52輸出的檢測信號的時間軸與工件W的表面上的距離對應。在信號處理部的處理中，利用它進行信號處理。
[0101]標尺信號處理部61對標尺型檢測機構52輸出的檢測信號進行處理而生成第一變位數據並輸出。例如，標尺信號處理部61如圖8的(B)所示，對標尺型檢測機構52輸出的檢測信號即標尺信號進行變換為數位訊號的A/D變換處理64，進而對數位訊號進行除去與長距離的變位成分對應的波長以下的成分的第一濾波處理65，生成第一變位數據。
[0102]標尺型檢測機構52將測定元件12的上下方向的變位變換為臂12的圓弧標尺上的旋轉量而進行檢測，因此將旋轉量的變化變換為高度變化。基本上能夠通過變換公式進行變換，但在實際的測定裝置中存在各種誤差，因此實際地測定使測定元件12正確地向上下方向變位的情況下的旋轉量、即標尺型檢測機構52的檢測信號，根據其關係製作、存儲校正數據。然後，根據校正數據對實際的檢測信號進行校正。
[0103]標尺信號處理部61將進行了正確的變位時的標尺型檢測機構52輸出的檢測信號和正確的變位之間的差存儲為校正數據，在生成第一變位數據時，還進行與校正數據相應的修正。
[0104]圖9是說明標尺信號處理部61的校正數據的製作處理的圖。如圖9的(A)所示，在可轉動地被支點16支持的臂12的一端設置測定元件13，在另一端設置標尺型檢測機構52的一部分，檢測沿著臂12的另一端的圓弧的變位(或旋轉量)。
[0105]如圖9的⑶所示，考慮以下的情況，即從支點13到測定元件13為止的旋轉半徑為R1，從支點13到標尺型檢測機構52的圓弧標尺為止的旋轉半徑為R2，測定元件13在上下方向上變位，臂旋轉Θ。在該情況下，測定元件13的上下方向的變位是Rlsin Θ，沿著圓弧標尺的圓弧的變位量是R2 0。因此，如果設沿著標尺型檢測機構52的圓弧標尺的變位量為d，則用D = Rlsin (d/R2)表示測定元件13的上下方向的變位D。
[0106]如上述那樣，在實際的測定裝置中存在各種誤差，因此產生相對於計算公式的偏差(誤差)，因此製作校正數據而進行修正。如圖9的(A)所示，將量塊54載置在測定臺53上，固定支點16，使測定元件13與量塊54接觸，讀取標尺型檢測機構52輸出的檢測信號。通過高度不同的量塊54進行該動作。如果換一種說法，則固定視點，測定高度不同的量塊。通過該測定，得到進行了正確的變位時的標尺型檢測機構52輸出的檢測信號和正確的變位之間的差即校正數據，因此存儲它。圖9的(C)是表示測定高度不同的量塊時的標尺型檢測機構52的檢測信號讀取值的變化例子的圖。
[0107]返回到圖8，差動變壓器信號處理部62對差動變壓器型檢測機構51輸出的檢測信號進行處理，生成第二變位數據。差動變壓器信號處理部62對差動變壓器型檢測機構51輸出的檢測信號進行與以前進行的處理相同的處理，能夠輸出與以前相同的變位數據作為第二變位數據。
[0108]如圖8的(C)所示，差動變壓器信號處理部62例如對差動變壓器型檢測機構51輸出的檢測信號即差動變壓器信號進行變換為數位訊號的A/D變換處理66，進而對數位訊號進行除去探針7的失真、噪聲等的第二濾波處理67，生成第二變位數據。在第二濾波處理67中，例如在探針7的前端半徑是2 μ m的情況下，除去2.5 μ m以下的成分。進而，如圖2的(B)所說明的那樣，差動變壓器型檢測機構51輸出的檢測信號在變位大的情況下線性劣化，因此理想的是在預先製作校正數據進行修正的基礎上，設為第二變位數據(表面粗糙度數據)。
[0109]在第一實施方式中，原樣地輸出第一變位數據和第二變位數據。如果換一種說法，則在第一實施方式中，在一次測定中，能夠同時得到第一變位數據所示的輪廓形狀數據、第二變位數據所示的表面粗糙度數據。
[0110]圖10是表示本發明的第二實施方式的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置的進行信號處理和選擇的部分的結構的框圖。
[0111]第二實施方式的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置如圖10所示，具備標尺信號處理部61、差動變壓器信號處理部62、選擇部63。標尺信號處理部61和差動變壓器信號處理部62與第一實施例相同。
[0112]選擇部63與表示測定輪廓形狀和表面粗糙度的哪個的選擇信號對應地，選擇輸出標尺信號處理部61輸出的第一變位數據和差動變壓器信號處理部62輸出的第二變位數據的一方。具體地說，在測定輪廓形狀的情況下，輸入選擇第一變位數據的信號作為選擇信號，選擇部63輸出標尺信號處理部61輸出的第一變位數據作為檢測數據。另外，在測定表面粗糙度的情況下，輸入選擇第二變位數據的信號作為選擇信號，選擇部63輸出差動變壓器信號處理部62輸出的第二變位數據作為檢測數據。例如通過由輪廓形狀表面粗糙度測定裝置的用戶對設置在裝置上的處理選擇按鍵進行操作，來產生選擇信號。
[0113]在第二實施方式中，選擇部63與選擇信號對應地選擇輸出了第一變位數據和第二變位數據的任意一個，但也可以通過其他方法進行選擇。在接著說明的第三實施方式中，通過其他方法控制選擇部63的選擇。
[0114]圖11是表示本發明的第三實施方式的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置的進行信號處理和進行選擇的部分的結構的框圖、以及說明選擇信號的切換的圖。
[0115]如圖11的(A)所示，在第三實施方式中，除了圖10所示的第二實施方式的結構以夕卜，還具有以下結構，即進一步設置了接受第一變位數據和第二變位數據而控制選擇部63的選擇的選擇控制部69。此外，在圖11的(A)中，記載為選擇控制部69接受第一變位數據和第二變位數據的雙方，但也可以是只接受一方的情況。
[0116]如上述那樣，對於差動變壓器信號處理部62輸出的第二變位數據，如果變位增大，則誤差增加。圖11的(B)表示與實際的變位對應的第二變位數據的值的變化例子。如圖11的(B)所示，如果第二變位數據例如在上限閾值+Sh和下限閾值-Sh的範圍內，則第二變位數據的值相對於實際的變位以高線性(直線)地變化。與此相對，在上限閾值+Sh以上和下限閾值-Sh以下的範圍中，線性劣化，誤差增大。當然，能夠通過校正對該誤差進行修正，但誤差與溫度變化等環境對應地變化，並且經時地變化，因此難以高精度地修正。因此，第二實施方式的選擇控制部69在第二變位數據在上下限閾值土Sh內、換言之變位為與土Sh對應的土Th以內的情況下，選擇第二變位數據，在第二變位數據在上下限閾值土Sh的範圍外、換言之變位在土Th的範圍外的情況下，控制選擇部63使得選擇第一變位數據。
[0117]此外，也能夠根據標尺信號處理部61輸出的第一變位數據，決定變位設置上下限閾值土Th的範圍內還是範圍外。
[0118]這樣的修正的情況即相當於根據確保著線性的判斷而不進行基於第一變位數據的修正的情況。即使是第二變位數據的差動變壓器型檢測機構，在零點附近也確保著線性，前提是不需要進行基於第一變位數據的修正的範圍。根據在事先的校正中將第二變位數據視為到哪個範圍為止確保著線性，而將怎樣的範圍設為修正範圍。
[0119]在測定輪廓形狀的情況下，有時也希望同時測定表面粗糙度。在這樣的情況下，以前例如在測定輪廓形狀之後，測定相同表面的表面粗糙度，因此測定時間變長。與此相對，在第二實施方式中，如果變位在上下限閾值的範圍內，則輸出表面粗糙度數據，如果變位在上下限閾值的範圍外，則輸出輪廓形狀數據，也可以將表面粗糙度數據用作輪廓形狀數據，因此能夠在全部測定範圍內得到輪廓形狀數據，並且還針對變位為上下限閾值的範圍內同時得到表面粗糙度數據。
[0120]圖12是表示變位在小範圍內變化的情況下的第二變位數據(表面粗糙度數據)和第一變位數據(輪廓形狀數據)的例子的圖。圖12的(A)表示第二變位數據(表面粗糙度數據)的變化例子，圖12的(B)放大地表示第二變位數據(表面粗糙度數據)的變化。圖12的(C)表示第一變位數據(輪廓形狀數據)的變化例子，圖12的(D)放大地表示第一變位數據(輪廓形狀數據)的變化。
[0121]如圖12的(B)所示，對於第二變位數據(表面粗糙度數據)，解析度高，因此，即使放大也平滑地變化。第二變位數據(表面粗糙度數據)的解析度例如是lnm。與此相對，如圖12的(D)所示，第一變位數據(輪廓形狀數據)與第二變位數據相比，解析度低，因此在放大的情況下臺階狀地變化。對於第一變位數據(輪廓形狀數據)，例如解析度是50nm，作為表示輪廓形狀的數據，具有充分的解析度。因此，如果是表示輪廓形狀的情況，則沒有問題，在第三實施方式中，在變位在上下限閾值的範圍外的情況下，即使輸出第一變位數據作為表示輪廓形狀的數據，也沒有特別的問題。另外，如圖12的(B)和(D)所示，作為表示表面粗糙度的數據，第一變位數據(輪廓形狀數據)的解析度不充分。如上述那樣，在第三實施方式中，如果變位在上下限閾值的範圍內，則輸出第二變位數據(表面粗糙度數據)作為表示輪廓形狀的數據，因此也能夠測定表面粗糙度。
[0122]在第一?第三實施方式中，在分別對標尺型檢測機構52和差動變壓器型檢測機構51輸出的檢測信號進行信號處理而成為第一和第二變位數據後，雙方同時或選擇一方而輸出，但所輸出的數據是標尺信號和差動變壓器信號。
[0123]但是，標尺信號(第一變位數據)和差動變壓器信號(第二變位數據)的解析度和靈敏度不同，但是測定工件的相同部分的信號，相互相關。因此，理想的是相互修正標尺信號(第一變位數據)和差動變壓器信號(第二變位數據)，生成適合於要求的測定數據。在以下說明的實施方式中，進行這樣的修正處理。
[0124]如上述那樣，標尺型檢測機構52輸出的標尺信號不是高解析度的，但在寬檢測範圍內具有高線性。另一方面，差動變壓器型檢測機構51輸出的差動變壓器信號是高解析度的，但寬檢測範圍內的線性不充分。因此，修正的基本處理是製作修正數據使得差動變壓器信號(第二變位數據)的長周期成分與標尺信號(第一變位數據)的長周期成分一致，與修正數據對應地修正差動變壓器信號(第二變位數據)。
[0125]修正處理可以有各種變形例子。首先，針對根據差動變壓器型檢測機構51和標尺型檢測機構52輸出的檢測信號生成的修正數據，可能有以下的2個情況:在使探針7相對於工件的表面以一定速度移動的移動過程中輸出、即實時地輸出、或針對測定範圍探針7相對於工件W的表面的移動結束後輸出。首先，說明實時地輸出的情況。
[0126]圖13是表示第四實施方式的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置的進行信號處理的部分的結構的框圖，(A)表示整體結構，(B)表示差動變壓器信號處理部62的結構，(C)表示差動變壓器信號處理部62的另一個結構。
[0127]如圖13的(A)所示，進行信號處理的部分具備標尺信號處理部61、差動變壓器信號處理部62、修正處理部70。
[0128]標尺信號處理部61具有圖8的(B)所示的結構，與第一?第三實施方式同樣地，對標尺型檢測機構52輸出的檢測信號進行處理，生成第一變位數據並輸出到修正部70。為了修正差動變壓器信號處理部62輸出的第二變位數據的線性而使用第一變位數據，利用標尺信號的長距離的變位成分、即在距離和時間上為長周期(長波長)的成分來進行修正。因此，與第一?第三實施方式同樣地，不需要短距離的變位成分，即短周期(短波長)成分，因此除去規定的波長以下的成分。
[0129]差動變壓器信號處理部62對差動變壓器型檢測機構51輸出的檢測信號進行處理，生成第二變位數據並輸出到修正部70。差動變壓器信號處理部62與第一?第三實施方式同樣地具有圖8的(C)所示的結構，對差動變壓器型檢測機構51輸出的檢測信號進行與以前進行的處理相同的處理，能夠輸出與以前相同的變位數據作為第二變位數據。但是，對於第二變位數據，根據標尺信號處理部62輸出的第一變位數據修正線性，因此如果換一種說法，則為了進行修正而不需要長周期(長波長)的成分。因此，在第四實施方式中，理想的是除去長周期(長波長)成分。
[0130]因此，在第四實施方式中，差動變壓器信號處理部62如圖13的(B)所示，對差動變壓器型檢測機構51輸出的檢測信號即差動變壓器信號，進行變換為數位訊號的A/D變換處理66，進而對數位訊號進行除去探針7的失真、噪聲等的第二濾波處理67，然後進行除去與修正點的間隔對應的波長以上的成分的第三濾波處理68，生成第二變位數據。第二濾波處理67例如是與圖8的(C)相同的處理。在第三濾波處理68中，除去0.08mm、0.25mm、
0.8mm等波長以上的成分。如果換一種說法，則在第三濾波處理68中，進行與圖8的(B)的第一濾波處理65相反的濾波處理。因此，在第四實施方式中，在差動變壓器信號處理部62中進行帶通濾波處理。
[0131]進而，如後述那樣，為了生成修正數據，有時對差動變壓器信號進行與對標尺信號進行的處理相同的短波長成分的除去，在該情況下，如圖13的(C)所示，對差動變壓器信號進行變換為數位訊號的A/D變換處理66，進而對數位訊號進行第一濾波處理65，另外進行生成修正用數據的處理。
[0132]修正部70對第二變位數據的長周期成分進行修正以便與第一變位數據相符合。
[0133]圖14是說明第四實施方式的信號處理和修正處理的圖。
[0134]圖14的(A)表示標尺型檢測機構52輸出的標尺信號或對其進行了 A/D變換所得的數位訊號。通過對該信號進行第一濾波處理65，得到圖14的(B)所示那樣的除去了短波長成分的第一變位數據。
[0135]另一方面，圖14的(C)表示差動變壓器型檢測機構51輸出的差動變壓器信號或對其進行了 A/D變換所得的數位訊號。通過對該信號進行第二濾波處理67和第三濾波處理68，只剩下圖14的(D)那樣的中間波長成分，得到除去了其他短波長和長波長成分的第
二變位數據。
[0136]修正部70對圖14的⑶的第一變位數據進行修正使其與圖14的⑶的第二變位數據的長波長的變位一致。具體地說，在各位置進行修正，以使得圖14的(B)的第一變位數據和圖14的(D)的第二變位數據的高度和斜率一致。可以連續地進行修正，但也可以離散地對圖14的(D)的第二變位數據的修正點(用黑圈表示)的值進行修正使得與圖14的(B)的修正點的值符合。由此，得到圖14的(E)所示的修正變位數據。
[0137]修正必須要求標尺信號和差動變壓器信號的長波長成分，因此也必須某種程度地採樣所修正的位置後的變位信號，進而計算處理需要若干的時間。因此，修正數據是實時的，但以某種程度的時間延遲而輸出。
[0138]在上述的例子中，通過標尺信號的濾波處理生成長波長成分，但也能夠根據對標尺信號進行了 A/D變換所得的變位數據的移動平均、上一個規定採樣數的數據的最小二乘線或樣條函數曲線等，生成去除了臺階的輪廓形狀數據。
[0139]圖15是進一步說明信號處理和修正處理的圖。該圖是以測定平緩地傾斜的平面的情況那樣的、第一修正數據(標尺信號)單純地增加的情況為例子進行說明的圖。
[0140]如圖15(A)所示，第一變位數據(標尺信號)的值線性地增加。與此相對，進行第三濾波處理68之前的差動變壓器信號如圖15的(B)所示，平均值在中間點附近與第一變位數據一致，但在兩側的區域中成為比第一變位數據小的值。在該情況下，例如如圖13的(C)所示，如果對差動變壓器信號進行第一濾波處理，則得到圖15的(B)所示的平均值的變化。如果計算對該差動變壓器信號進行第一濾波處理所得的值和第一變位數據之間的差，則成為在圖15的(C)中用A所示那樣的變化。如果反轉A的符號，則得到B所示那樣的修正數據，因此如果將該修正數據與第二變位數據進行相加，則得到圖15的(D)所示那樣的修正變位數據。
[0141]圖16和圖17是表示第四實施方式的具體測定例子的圖。
[0142]測定對象的工件W如圖16的(A)所示，具有表面是平面的程度的粗糙度。圖16的(B)表示在將該工件W保持為水平的狀態下測定的差動變壓器信號或第二變位數據。圖16的(C)表示在將該工件W保持為水平的狀態下測定的標尺信號或第一變位數據。
[0143]圖16的(D)表示傾斜地保持上述工件W的狀態。圖16的(E)表示在傾斜地保持該工件W的狀態下測定的差動變壓器信號或第二變位數據。圖16的(F)表示在傾斜地保持該工件W的狀態下測定的標尺信號或第一變位數據。
[0144]如圖16的(B)所示，測定水平地保持的工件W所得的第二變位數據的最小二乘線SO與表示零水平的基準線一致。同樣，如圖16的(C)所示，測定水平地保持的工件W所得的第一變位數據的最小二乘線SI與基準線一致。如圖16的(E)所示，測定傾斜地保持的工件W所得的第二變位數據的最小二乘線S2相對於基準線具有與傾斜角對應的角度，但不完全是直線。如圖16的(F)所示，測定傾斜地保持的工件W所得的第一變位數據的最小二乘線S3是相對於基準線與傾斜角對應的角度的直線。
[0145]修正部70生成修正數據使得圖16的(E)的最小二乘線S2與圖16的(F)的最小二乘線S3—致。根據該修正數據進行修正後的第一變位數據如圖17所示。由此，得到在寬範圍內具有高線性的表面粗糙度信號。
[0146]如上述那樣，也可以計算連續的修正數據，但對長波長成分進行修正，因此即使離散地進行修正也不會產生問題。因此，例如也可以只針對在圖15的㈧?⑶中用黑圈表示的修正點進行修正使得第一修正數據和第二修正數據一致，線性地修正修正點之間。決定修正點的間隔使得該間隔的差動變壓器信號的線性的偏差成為規定值(窄範圍誤差)以下。
[0147]具體地說，以固定間距間隔讀取標尺信號，求出每個間距的斜率，並且按照該間距間隔對差動變壓器信號進行分割，乘以係數使得差動變壓器信號的平均間距之間的斜率與標尺信號的每個間距的斜率一致。例如根據最小二乘線、樣條函數曲線等，計算差動變壓器信號的平均間距之間的斜率。然後，重疊2個數據而計算修正修正變位數據，使得間距之間的端點一致。
[0148]實時地輸出的其他方法是預先測定差動變壓器型檢測機構51和標尺型檢測機構的長波長成分的差，將修正部70測定的差作為修正數據而存儲，將差動變壓器信號處理部62輸出的第二變位數據與修正數據相加而生成修正變位數據。理想的是隨時進行差動變壓器型檢測機構51和標尺型檢測機構的長波長成分的差的測定，更新修正數據。
[0149]差動變壓器型檢測機構51和標尺型檢測機構的長波長成分的差的測定能夠應用在上述圖15中說明的連續生成修正數據的方法、以及離散地生成修正數據的方法，但不需要實時地進行，因此能夠花費時間而得到高精度的修正數據。另外，也可以根據上次測定時的數據計算差動變壓器型檢測機構51和標尺型檢測機構的長波長成分的差，更新修正數據。
[0150]此外，在存儲修正數據的情況下，必須存儲對全部檢測範圍的測定數據，因此例如預先測定使真直度良好的工件傾斜的表面，生成圖15的(A)和(B)所示那樣的標尺信號和差動變壓器信號，對雙方進行處理而只剩下長波長成分，計算2個數據的差。根據計算出的差，計算針對差動變壓器信號的值而近似差的多項式並存儲、或製作使差與差動變壓器信號的值匹配的查找表並存儲。在實際進行測定的情況下，利用針對差動變壓器信號的值存儲的多項式計算差，或者讀出存儲在對差動變壓器信號的值的查找表中的差，將該差與差動變壓器信號的值相加而計算修正變位數據。
[0151]在不實時地進行修正變位數據的生成，而在探針7在全部測定範圍的移動結束後進行的情況下，也能夠應用與上述同樣的處理，但處理時間有富餘，因此能夠進行更高精度的處理。
[0152]在修正點離散地進行修正的情況下，標尺信號只要在修正點能夠高精度地檢測變位即可。因此，例如如果是光學式的標尺型檢測機構，則黑白圖案不需要連續地存在，與修正點對應地存在即可。
[0153]圖18是表示離散、高精度地檢測變位的光學式的標尺型檢測機構的例子的圖。
[0154]如圖18的㈧所示，在標尺81中，以支點16為中心，隔開間隔放射線狀地形成多個黑線82。圖18的(B)是表示I條黑線82的圖，周邊是透明的。
[0155]圖18的(C)表示受光元件85，受光元件85是2分割元件，具有相同形狀、相同特性的2個受光部86和87。
[0156]如圖18的(D)所示，設置檢測部使得夾著標尺81，檢測部具備光源91、使來自光源91的光成為平行光的透鏡92、接近標尺81的形成了黑線82的一側設置的受光元件85、對受光元件85的信號進行處理的信號處理部90。信號處理部90具備計算受光元件85的2個受光部86和87的輸出信號的差的模擬電路。
[0157]如圖18的(E)所示，在2個受光部86和87前不存在黑線82時，2個受光部86和87的輸出是相同的強度，差信號為零。如果黑線82開始與2個受光部86和87的一方重疊，則2個受光部86和87的一方的輸出減少，差信號例如開始減少。另外，如果黑線82與2個受光部86和87的一方重疊，則差信號變得最小。然後，如果黑線81進一步移動，則與2個受光部86和87的一方的重疊減少而輸出增加，另一方面，開始與另一方重疊，因此另一方的輸出減少，差信號急劇地增加。然後，如果黑線81等同地與2個受光部86和87重疊，則差信號成為零。然後，如果黑線82進一步移動而與2個受光部86和87的另一方重疊，則差信號變得最大，然後減少，成為零。因此，能夠高精度地判定過零，將該點作為修正點。如果針對形成了黑線82的標尺81，校準信號過零的位置，則能夠正確地求出修正點的絕對變位。
[0158]能夠任意地設定差動變壓器型檢測機構51和標尺型檢測機構52相對於支架14和測定元件13的位置。例如，在圖7中，差動變壓器型檢測機構51和標尺型檢測機構52相對於支點16設置在與測定元件13相反的一側，但如圖19所示，也能夠將差動變壓器型檢測機構51設置在與測定元件13相同的一側。由此，能夠減小2個傳感器對支點16的旋轉力矩，能夠減小用於使測定元件13成為規定的測定壓力的質量。其結果是能夠減小可旋轉地被支持在支點上的搖動部的質量而提高響應性。
[0159]以上說明了實施方式，但當然可以有各種變形例子。
[0160]例如，標尺型檢測機構52能夠使用各種形式和形狀，信號處理也可以有各種變形例子。
[0161]產業上的可利用性
[0162]本發明能夠應用於輪廓形狀表面粗糙度測定裝置。
[0163]附圖標記說明
[0164]6:變位檢測器；7:測定元件；8:載物臺；12:臂；13:測定部；14:支架；16:支點；51:差動變壓器型檢測機構；52:標尺型檢測機構。
【權利要求】
1.一種輪廓形狀表面粗糙度測定裝置，測定工件的表面的輪廓形狀和表面粗糙度，該輪廓形狀表面粗糙度測定裝置的特徵在於具備: 測定部，具有與上述工件的表面接觸而上下變位的測定元件； 進給機構，使上述工件相對於上述測定元件相對地移動； 臂，一端具有上述測定部，傳遞上述測定元件的變位，以支點為中心轉動；以及 差動變壓器型檢測機構和標尺型檢測機構，安裝在上述臂或與上述臂聯動的位置，檢測上述測定元件的變位。
2.根據權利要求1所述的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置，其特徵在於: 上述差動變壓器型檢測機構在使上述工件相對於上述測定元件相對地移動時，檢測與作為上述工件的表面的粗糙度的微小變位對應的高頻成分， 上述標尺型檢測機構在使上述工件相對於上述測定元件相對地移動時，檢測與上述工件的表面的起伏對應的低頻成分。
3.根據權利要求1所述的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置，其特徵在於:上述標尺型檢測機構具有圓弧狀的標尺。
4.根據權利要求1所述的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置，其特徵在於具備: 選擇部，選擇地輸出上述差動變壓器型檢測機構的檢測信號和上述標尺型檢測機構的檢測信號的一方。
5.根據權利要求1所述的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置，其特徵在於具備: 修正部，組合上述差動變壓器型檢測機構的檢測信號和上述標尺型檢測機構的檢測信號，生成修正變位信號。
6.根據權利要求5所述的輪廓形狀表面粗糙度測定裝置，其特徵在於:上述修正部基於上述標尺型檢測機構的檢測信號，修正上述差動變壓器型檢測機構的檢測信號的寬範圍的線性。
7.一種輪廓形狀表面粗糙度測定方法，檢測工件的表面的輪廓形狀和表面粗糙度，該輪廓形狀表面粗糙度測定方法的特徵在於: 在以支點為中心轉動的臂的一端具有與上述工件的表面接觸而上下變位的測定元件，具有安裝在與上述臂聯動的位置而檢測上述測定元件的變位作為上述臂的變位的差動變壓器型檢測機構和標尺型檢測機構的雙方， 在使上述測定元件與上述工件的表面抵接的狀態下，使上述工件相對地移動，根據上述差動變壓器型檢測機構和上述標尺型檢測機構的檢測結果，測定上述工件的輪廓表面粗糙度。
【文檔編號】G01B5/28GK104040288SQ201280066017
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月10日 優先權日:2012年1月4日
【發明者】山內康弘, 藤田隆 申請人:株式會社東京精密