[发明专利]表面纹理测量设备、其控制器和用于控制其的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面纹理测量设备、用于该表面纹理测量设备的控制器，以及用于控制该表面纹理测量设备的方法。进一步，本发明涉及具有多个显示量程(range)的表面纹理测量设备、和用于控制该表面纹理测量设备的方法。

背景技术

通常，表面纹理测量设备已知通过探针扫描工件的表面，以测量其表面纹理(表面粗糙度、波动、外形等等)。在表面纹理测量设备中，探针沿固定的方向(X轴方向)移动，并由于工件表面的不平整而在探针的垂直方向(Z轴方向)产生位移。检测信号进行放大或者AD转换被执行，然后作为移动距离的函数在显示器上显示所述信号。另外，在作为一类表面纹理测量设备的圆度测量设备中，探针与具有可旋转样式的工件的外周表面稳定接触。随后转动工件，工件旋转一周即可检测得到轮廓形状。

通常，在表面纹理测量设备中使用的位移传感器具有高灵敏度级别；不过，位移传感器的检测冲程(可测量量程)不大。另外，检测分辨率受限于AD转换器的性能或者放大器的噪声电平，因此检测分辨率不能无限大。因此，放大器的放大因子被转换为多个级别，并且可以从短冲程高分辨率的量程到长冲程低分辨率的量程中进行合适选择来显示。

在图7的表面纹理测量设备90中，当驱动器92利用来自控制器91的命令而沿X轴方向移动臂93时，探针94根据工件95表面的不平整性而在Z轴方向位移。该位移通过位移传感器96检测，并被送往控制器91。在控制器91中，来自位移传感器96的检测信号通过量程放大器97放大，然后作为与扫描位置对应的位移量图而显示在显示器98上。例如，即使在量程放大器97被设置为1x量程时不平整度不清楚的情况中，如显示器98A所示，通过把量程放大器97设置为10x量程，可以清楚地识别不平整度，如显示器98B所示。

作为如上所述的具有多个显示量程的表面纹理测量设备，在日本专利公开文本No.2000-310529和H05-34145中已知。在日本专利公开文本No.2000-310529中，响应于测量数据自动切换在多个显示量程中的显示，由此提高测量操作的适应性和效率。在日本专利公开文本H05-34145中，为了以多个显示量程显示，能够针对测量数据而自动控制每个量程的偏移量，因此提高测量操作的适宜性和效率。

在表面纹理测量设备中，当在多个显示量程之间切换以执行显示时，由于每个显示量程的处理系统的特性等原因可能会出现显示误差。具体地，在表面纹理测量设备的每个显示量程中，利用每个量程的增益将测量值转换为显示值。但是，当对于每个量程在放大器中具有误差时，存在即使测量值相同、对于每个显示量程也导致不同的显示值的可能性。例如，在10μm量程，显示是0.60μm；但是在1μm量程，显示是0.61μm。

响应于不同量程之间的上述误差，用户可通过对于每个显示量程而控制设备来解决误差。同时，当如日本专利公开文本No.2000-310529中自动执行显示量程之间的切换时，当用户控制每个开关时，自动化的优点被破坏。因此，能自动进行平坦的误差控制的技术是非常有意义的，如在日本专利公开文本No.H05-34145中的。在日本专利公开文本H05-34145中尝试解决的量程间误差主要是由于各量程在偏移量上的误差。偏移误差表示在量程间误差；然而，清楚的是，简单地解决偏移误差对于解决量程间误差是不够的。

在图8，相对于横轴上的测量值而示出如竖轴所示的显示值。每个值之间的关系基本上是正斜率的比例关系。在传统的各显示量程之间的切换中，当测量值小时，使用具有高的放大因子的显示量程R1。当测量值变得更大时，通过切换到显示量程R2和R3来执行显示。在R1到R3的每个显示量程中出现量程间误差。如前所述，偏移误差表示量程间误差，并且在图8的曲线中显示为每个显示量程之间的步幅。偏移误差对应于图中的平行移动；不过，在量程间的实际误差也作为图中的倾斜度出现。因此，如上所述的简单地解决偏移误差在部分分辨率的量程间误差中停止。因此，需要发展能够对于每个完全显示量程而解决误差的技术。

发明内容

本发明提供一种表面纹理测量设备、用于该表面纹理测量设备的控制器、以及用于控制所述表面纹理测量设备的方法，其能够解决每个完全显示量程的误差。

除偏移误差(表示量程间误差)之外，本发明也校正了增益误差(量程间误差的不同代表)，因此实现用于每个完全显示量程的误差的分辨率。具体地，在图8中，用于每个显示量程的放大增益的变化被示出为在图中的用于每个显示量程的倾斜度。通过校正这个增益误差，本发明试图解决每个完全显示量程中的误差。因此，本发明包括如下所指明的结构。